JP3365498B2 - 地金付着物の除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として溶融鉄鋼
を扱う製造設備（即ち、対象物）に、溶鋼の浸漬や溶鋼
の飛散・保持によって付着・堆積した付着物を安全かつ
効率的に除去する地金付着物の除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の地金を含む付着物の切断作業に
は、酸素切断又は酸素と鉄粉によるパウダー切断が使用
されているが、地金を含む付着物が不特定であり安定し
ない。そこで、付着物の除去作業においては、一般に近
傍作業による作業者の直接的な目視判断と切断トーチの
手動運棒に頼っている。これは、主として作業者の経
験、判断能力及び運棒技能に依存する性格をもつので、
自動化・効率化が行えない作業のひとつであった。ま
た、作業者が被切断物の近傍にて作業するため作業場の
温度環境は、常温近くに下げる必要があり、被切断物の
冷却のための手続き（冷却作業とそれに要する時間）が
必要であった。更に、切断時にはその熱源供給と輻射熱
によって、高温と塵埃の発生が避けられず、所謂「きつ
い、汚い、危険」の３Ｋ作業の代表となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明はこの
ような劣悪な作業環境下で、安全性を確保しかつ作業効
率を改善し、更に従来の被切断物の冷却手続きを省略す
ることで大幅な効率化を目論むものである。また、切断
中に切断ノズルが付着物に衝突して切断ノズルを含む設
備を損傷することがあるので、付着物の除去作業を機械
化するには、切断深さのコントロール性や切断状況の視
認性を向上させる必要があることが分かった。本発明は
かかる事情に鑑みてなされたもので、前記従来作業の欠
点を解消し、安全で、作業効率が大幅に改善された地金
付着物の除去装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る地金付着物の除去装置は、地金を主体とする付着物
に指向する切断ノズルを備え、対象物に付着した前記付
着物を切断分離可能な切断手段と、前記切断ノズルを前
記付着物の切断位置に向けて傾動する傾動機構と、前記
切断ノズルを水平方向に移動させる水平移動機構と、前
記切断ノズルで円切りを行う回転機構と、前記切断ノズ
ルの昇降を行う昇降機構と、前記切断ノズルでの切断状
況を監視するテレビカメラと、これらを搭載する架台と
を有している。なお、切断ノズルには地金を加熱するた
めの予熱炎のノズルを備えている場合や、パウダー切断
を行うための鉄粉を供給する機構を備えている場合もあ
る。この装置においては、テレビカメラで撮像された画
像をモニターリングして切断状況を把握できる。そし
て、切断ノズルは、傾動機構によって垂直線に対する取
付け角度が変わり、回転機構によって旋回し、昇降機構
によって上下する。そして、水平移動機構によって、切
断ノズルが水平移動をし、付着物を自由に切断すること
ができる。

【０００５】ここで、本発明の地金付着物の除去装置に
おいて、更に、切断しようとする前記付着物と前記切断
ノズルの先端までの距離を測定する距離センサーと、該
距離センサーの出力信号によって前記付着物と前記切断
ノズルの先端までの距離を一定に保つ切断距離保持手段
とを備えるようにすることも可能である。これによっ
て、付着物と切断ノズルの先端までの距離を距離センサ
ーで測定し、付着物と切断ノズルの先端までの距離を一
定に保つ切断距離保持機構を設けることによって、切断
ノズルや他の機器の損傷が防げる。

【０００６】そして、本発明の地金付着物の除去装置に
おいて、オペレータが、前記テレビカメラで撮った画像
をモニターで監視し、前記切断手段の切断ノズル、前記
傾動機構、前記水平移動機構、前記回転機構、前記昇降
機構の１又は２以上を操作する手動介入（停止・起動・
着火・位置補正等）を行い、前記付着物の切断位置及び
切断条件（例えば、切断ノズルの速度、流体供給量）を
遠隔で微調整可能な遠隔操作手段を備えることも可能で
あり、これによって、従来の劣悪な環境での作業から開
放される。なお、傾動機構や回転機構にその駆動状態を
検知する角度センサーを取付け、昇降機構及び水平移動
機構にその移動距離を測定するセンサーを設け、切断ノ
ズルの対象物に対する位置、切断速度の表示をさせるの
が好ましい。また、本発明の地金付着物の除去装置にお
いて、前記対象物は鍋であって、前記距離センサーは、
予め該鍋の基準面を測定しておき、該鍋の付着物と前記
切断ノズルとの距離を測定することにより、前記鍋の付
着物の付着厚さを知ることも可能である。これによっ
て、切断作業時には、付着厚計測値に応じた切断速度を
自動的に与えることができる。更に、本発明の地金付着
物の除去装置において、前記対象物は鍋であって、前記
距離センサーは、予め該鍋の基準面を測定しておき、耐
火物面を測定することにより、該耐火物の残厚さを知る
ことも可能である。この測定で求めた測定値により、耐
火物の補修施工を数値計画的に行うことができる。

【０００７】なお、この地金付着物の除去装置において
は、その他、下記に挙げる機構を備えるのが好ましい。
高温雰囲気での切断開始を実現させるため、装置に水冷
及び空冷機構を付加し機械性能（高精度・高追従性）を
確保する。また、切断ノズルの供給流体には酸素とＬＰ
ガス又はＣガスを使用するので、周辺環境保全のために
局所集塵装置を備えるのが好ましく、更に、切断作業の
前後には流体漏洩の事故回避のためプレパージやポスト
パージを行なう装置を備えるのが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る地金付着物の除去装置の側面図、図２は同地金
付着物の除去装置の電気回路の説明図、図３は地金を含
む付着物が付着した鋳込み鍋の断面図である。

【０００９】図１〜図３に示すように、本発明の一実施
の形態に係る地金付着物の除去装置１０は、例えば、鋳
込み鍋（鍋）１１の内側に付着した地金を主体とする付
着物１２を除去するためのもので、鋳込み鍋１１とは別
配置されたタワー１３と、このタワー１３に旋回可能に
設けられ架台の一例である旋回アーム１４とを有してい
る。タワー１３にはアーム旋回機構１５を有し、モータ
によって旋回アーム１４が所定位置に旋回するようにな
っている。なお、モータ駆動によるアーム旋回機構を省
略し、手動によって旋回アーム１４を旋回することも可
能である。

【００１０】旋回アーム１４の先部には昇降軸１６が設
けられて、モータを内蔵する昇降機構１７によって矢視
Ａのように昇降するようになっている。昇降軸１６の下
部には旋回軸１８が連結され、旋回軸１８の下部に取付
けられた横行ガイド１９を回転機構２０によって、矢視
Ｂのように少なくとも３６０度回転し、切断ノズル２５
で円切りができるようにしている。回転機構２０にはモ
ータを内蔵し、前記したアーム旋回機構１５にはその旋
回角度を測定する角度センサー２１が設けられ、昇降機
構１７には昇降軸１６の上下動位置を検知する距離セン
サー２２が設けられ、回転機構２０には横行ガイド１９
の回転角度を検知する角度センサー２３が設けられてい
る。

【００１１】横行ガイド１９には横行台車２４が設けら
れ、この横行台車２４には切断ノズル２５が傾動機構２
６を介して矢視Ｃのように付着物１２の切断位置に向け
て傾動可能に設けられている。横行台車２４はモータ駆
動の水平移動機構２７が設けられていると共にその移動
距離を測定する距離センサー２８が設けられている。ま
た、傾動機構２６はモータ駆動となっていると共にその
傾動角度を検知する角度センサー２９が設けられてい
る。また、横行ガイド１９の先部には切断ノズル２５の
先端から鋳込み鍋１１の付着物１２まで距離を測定する
距離センサー３０が設けられ、その中央下部には、鋳込
み鍋１１の内部を観察し、切断ノズル２５による切断状
況を監視するテレビカメラ３１が設けられている。ま
た、補助機構３２としては切断ノズル２５に着火する点
火装置が設けられ、必要な場合には、鋳込み鍋１１の内
部を照明するランプが設けられている。

【００１２】角度センサー２１、２３、２９の出力信号
及び距離センサー２２、２８、３０の出力信号は制御装
置３３に出力され、アーム旋回機構１５、昇降機構１
７、回転機構２０、水平移動機構２７及び傾動機構２６
の駆動用モータは制御装置３３からの出力によって駆動
されている。制御装置３３は遠隔操作手段の一例である
操作盤３４が設けられ、テレビカメラ３１の画像出力は
モニターテレビ（モニター）３５によって観察できるよ
うになっている。なお、テレビカメラ３１は固定であっ
てもよいが、リモコン装置によってその向きを変更でき
るようになっているのが好ましい。図３に示す対象物の
一例である鋳込み鍋１１について詳細に説明すると、鋳
込み鍋１１は周囲に鉄皮３７を有し、その内側は耐火物
３８となって、その内側に付着物１２が付いている。こ
の付着物１２は鉄を主体とするが、スラグ等が混じる場
合がある。鋳込み鍋１１は図１に示すように、旋回アー
ム１４の先部に設けられた昇降軸１６に軸心を略合わせ
て配置されている。

【００１３】制御装置３３には内部にコンピュータを備
え、旋回アーム１４の実質寸法ａ、角度センサー２１に
よって測定される旋回アーム１４の基準位置に対する角
度θ１、距離センサー２２によって測定される旋回アー
ム１４から切断ノズル２５の傾動基端部までの実質的高
さｈ、距離センサー２８によって測定される切断ノズル
２５の傾動基端部の偏心距離ｃ、角度センサー２９によ
って測定される切断ノズル２５の傾動角度θ２、及び角
度センサー２３によって測定される基準位置に対する切
断ノズル２５の傾動基端部の旋回角度θ３が入力され、
これによって、切断ノズル２５の先端位置が三次元的に
計算されて入力されている。

【００１４】一方、横行ガイド１９の先部に設けられて
いる距離センサー３０の三次元的位置も制御装置３３に
入力されている。従って、回転機構２０を操作すると、
この距離センサー３０によって実質的に切断ノズル２５
の先端から鋳込み鍋１１の内側に付着した付着物１２ま
での距離を測定し、そのデータを角度センサー２３の出
力と共に制御装置３３に入力すれば、特定高さの一回転
の鋳込み鍋１１に付着した付着物１２の高さのプロフィ
ールが測定できる。そこで、昇降機構１７を駆動して徐
々に距離センサー３０を上昇又は下降させながら、付着
物１２のプロフィールを測定すると、鋳込み鍋１１の側
面に付着した付着物１２の量が分かる。ここで、距離セ
ンサー３０は指向性が強いもの程正確に付着物１２のプ
ロフィールを測定できるので、レーザー距離測定機を使
用しても良いし、反射型の距離測定センサーを使用して
もよい。

【００１５】従って、予め、距離センサー３０を旋回及
び端部から上昇又は下降させて、付着物１２のプロフィ
ールを測定した後、切断ノズル２５の位置、角度、切断
方向、切断速度を割り出し、操作盤３４からの手動操作
によって切断場所等を決定し、切断ノズル２５を含む切
断手段によって、付着物１２の切断を行う。この場合、
切断手段に予熱炎を用いるガス切断やパウダー切断を行
う場合には、切断条件、付着物１２の状況によって切断
しにくい場合があるので、テレビカメラ３１によって切
断状態を撮像し、モニターテレビ３５によってオペレー
タが視認しながら操作盤３４を操作することによって行
う。仮に、付着物１２の切断状況が悪い場合には、操作
盤３４からの指令に基づき手動操作、即ち手動介入を行
って切断を継続することになる。

【００１６】次に、手動操作によって、切断ノズル２５
を鋳込み鍋１１内で自由に移動させると、切断ノズル２
５が付着物１２に衝突する場合がある。そこで、制御装
置３３内には切断距離保持手段がプログラム的に形成さ
れて、切断中は予め測定された付着物１２のプロフィー
ルと常時一定の距離を保ちながら切断ノズル２５が移動
するようになっている。また、切断中でない場合であっ
ても、切断ノズル２５の移動時に、切断ノズル２５やそ
の他の機器が付着物１２に衝突しないように所定の距離
（例えば、２０〜３０ｍｍ）を保ちながら移動する構造
となっている。これによって、機器の破損を防止でき
る。なお、最初に付着物１２のプロフィールを測定する
場合には、切断ノズル２５は内側に傾動して不用意に付
着物１２と衝突しないようになっている。また、距離セ
ンサー３０は、予め鋳込み鍋１１の基準面を測定してお
き、その後鋳込み鍋１１の付着物１２と切断ノズル２５
との距離を測定することにより、鋳込み鍋１１の付着物
１２の付着厚さを知ることもできるようになっている。
これによって、切断作業時には、付着厚計測値に応じた
切断速度を自動的に与えることができるので、鋳込み鍋
１１の付着物１２の自動切断が可能となる。更に、距離
センサー３０は、予め鋳込み鍋１１の基準面を測定して
おき、その後耐火物面を測定することにより、耐火物３
８の残厚さを知ることができるようになっている。この
測定で求めた測定値により、耐火物３８の補修施工を数
値計画的に行うことができる。なお、付着物１２の除去
作業に当たっては、局所集塵装置４２を備えており、更
には、切断作業の前後には、例えば、窒素、空気等によ
ってプレパージとポストパージを行う。また、製鉄所で
使用する鋳込み鍋１１の場合には、付着物１２の下層に
耐火材３８や鉄皮３７が存在するため、それらを損傷さ
せないように、酸素圧力（流量）やパウダー切断の場合
には予め予備実験されたデータ等に基づいて、パウダー
供給量を制御して切断深さのコントロールを行うのが好
ましい。

【００１７】本発明は以上の実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変形に
も適用される。例えば、この実施の形態においては、旋
回アーム１４を用いて切断ノズル２５を移動させるよう
にしているが、旋回アーム１４を用いない場合、それぞ
れの旋回、回転、水平移動、上昇等を行う全ての駆動機
構にセンサーを用いないで、一部目視又はテレビカメラ
で確認しながら作業を行う場合であっても本発明は適用
される。

【００１８】

【発明の効果】請求項１、２記載の地金付着物の除去装
置においては、以上の説明からも明らかなように、切断
作業者の安全性と作業環境を改善することが出来、切断
効率を向上させることが可能となった。また、付着物は
高温のままでの処理が可能となったため冷却のための手
続きや時間を大幅に省略できるので、設備の稼働率向上
に寄与する。また、切断しようとする付着物と切断ノズ
ルの先端までの距離を測定する距離センサーと、距離セ
ンサーの出力信号によって付着物と切断ノズルの先端ま
での距離を一定に保つ切断距離保持手段とを備えている
ので、常に一定の条件で切断作業を行うことができる
他、切断ノズルが不用意に付着物に衝突しない。そし
て、オペレータが、テレビカメラで撮った画像をモニタ
ーで監視し、切断手段の切断ノズル、傾動機構、水平移
動機構、回転機構、昇降機構の１又は２以上を操作する
手動介入（停止・起動・着火・位置補正等）を行い、付
着物の切断位置及び切断条件（例えば、切断ノズルの速
度、流体供給量）を遠隔で微調整可能な遠隔操作手段を
備えた場合には、従来の劣悪な環境での作業から開放さ
れる。特に、請求項１記載の地金付着物の除去装置にお
いては、対象物は鍋であって、距離センサーは、予め鍋
の基準面を測定しておき、鍋の付着物と切断ノズルとの
距離を測定することにより、鍋の付着物の付着厚さを知
ることができるので、切断作業時には、付着厚計測値に
応じた切断速度を自動的に与えることができる。よっ
て、鍋地金付着物の自動切断が可能となる。請求項２記
載の地金付着物の除去装置において、対象物は鍋であっ
て、距離センサーは、予め鍋の基準面を測定しておき、
耐火物面を測定することにより、耐火物の残厚さを知る
ことができるので、この測定で求めた測定値により、耐
火物の補修施工を数値計画的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る地金付着物の除去
装置の側面図である。

【図２】同地金付着物の除去装置の電気回路の説明図で
ある。

【図３】地金を含む付着物が付着した鋳込み鍋の断面図
である。

【符号の説明】

１０：地金付着物の除去装置、１１：鋳込み鍋、１２：
付着物、１３：タワー、１４：旋回アーム、１５：アー
ム旋回機構、１６：昇降軸、１７：昇降機構、１８：旋
回軸、１９：横行ガイド、２０：回転機構、２１：角度
センサー、２２：距離センサー、２３：角度センサー、
２４：横行台車、２５：切断ノズル、２６：傾動機構、
２７：水平移動機構、２８：距離センサー、２９：角度
センサー、３０：距離センサー、３１：テレビカメラ、
３２：補助機構、３３：制御装置、３４：操作盤、３
５：モニターテレビ、３７：鉄皮、３８：耐火物、４
２：局所集塵装置

フロントページの続き (72)発明者 日出 寛治 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 瀬良 泰三 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 板倉 孝 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−179331（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−269577（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−104441（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−145458（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−81067（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 7/06 B22D 43/00 C21C 5/46 C21C 5/48

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地金を主体とする付着物に指向する切断
   ノズルを備え、対象物に付着した前記付着物を切断分離
   可能な切断手段と、前記切断ノズルを前記付着物の切断
   位置に向けて傾動する傾動機構と、前記切断ノズルを水
   平方向に移動させる水平移動機構と、前記切断ノズルで
   円切りを行う回転機構と、前記切断ノズルの昇降を行う
   昇降機構と、前記切断ノズルでの切断状況を監視するテ
   レビカメラと、これらを搭載する架台とを有し、更に、
   切断しようとする前記付着物と前記切断ノズルの先端ま
   での距離を測定する距離センサーと、該距離センサーの
   出力信号によって前記付着物と前記切断ノズルの先端ま
   での距離を一定に保つ切断距離保持手段とを備え、しか
   も、前記対象物は鍋であって、前記距離センサーは、予
   め該鍋の基準面を測定しておき、該鍋の付着物と前記切
   断ノズルとの距離を測定することにより、前記鍋の付着
   物の付着厚さを知ることができることを特徴とする地金
   付着物の除去装置。
2. 【請求項２】 地金を主体とする付着物に指向する切断
   ノズルを備え、対象物に付着した前記付着物を切断分離
   可能な切断手段と、前記切断ノズルを前記付着物の切断
   位置に向けて傾動する傾動機構と、前記切断ノズルを水
   平方向に移動させる水平移動機構と、前記切断ノズルで
   円切りを行う回転機構と、前記切断ノズルの昇降を行う
   昇降機構と、前記切断ノズルでの切断状況を監視するテ
   レビカメラと、これらを搭載する架台とを有し、更に、
   切断しようとする前記付着物と前記切断ノズルの先端ま
   での距離を測定する距離センサーと、該距離センサーの
   出力信号によって前記付着物と前記切断ノズルの先端ま
   での距離を一定に保つ切断距離保持手段とを備え、しか
   も、前記対象物は鍋であって、前記距離センサーは、予
   め該鍋の基準面を測定しておき、耐火物面を測定するこ
   とにより、該耐火物の残厚さを知ることができることを
   特徴とする地金付着物の除去装置。