JP4942965B2

JP4942965B2 - 耐火物の吹付補修装置

Info

Publication number: JP4942965B2
Application number: JP2005248200A
Authority: JP
Inventors: 弘之加藤; 亮平高田; 哲男嶋; 章弘新保
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: JP2007064512A

Description

本発明は、本発明は混銑車等の耐火物の吹付補修装置に関する。

混銑車は高炉から出た高温の融けた銑鉄（溶銑）を製鋼工場に運ぶ車両であり、溶銑を一時、受け溜めておく容器でもある。この混銑車の内面の壁及び底には高温に耐える耐火煉瓦が隙間なく詰められている。この内面の煉瓦はその使用により溶損したり劣化したりするので、耐火物を吹き付けるなどして定期的に補修を行う必要がある。

従来、この定期補修のために、混銑車の溶銑の排出後、常温に下がるのを待ってから作業していた。それでも、温度がなかなか下がりきらないので熱く、また、煉瓦を破砕したり吹き付けしたりすれば粉塵が激しく、混銑車内部の環境は作業者が作業するのには非常に厳しかった。さらに、混銑車の入り口は狭く、従来の高炉出銑樋等に用いる汎用のマニピュレータを使用することができなかった。また、この補修では、煉瓦の熱収縮があり、温度が下がると亀裂が入ることがあるので、できれば千数百度の熱間で行うことが望ましかった。

このような混銑車の内面の補修において、ロボットが混銑車の内面を補修する不定形耐火物吹き付け装置が開示されている（例えば、特許文献１及び２参照）。これら特許文献１及び２に記載の構成では、機構上、材料搬送配管、ケーブル、ホース、電気品等が混銑車の内部環境に曝されるので、混銑車の内部温度が下がらないうちは補修を行うことができなかった。

また、自由度の高い医療用のマニピュレータが知られているが（例えば、特許文献３）、このような医療用のマニピュレータをそのまま混銑車の内面の補修に応用した場合、当該マニピュレータは混銑車内部の高温環境に耐えられないおそれがある。それ以前に、当該医療用のマニピュレータを混銑車用に大型化することは困難である。

そして、混銑車等に対するライニング装置（例えば特許文献４及び５参照）が知られている。しかし、これら特許文献４及び５に記載の構成では、材料搬送ホースとして可撓性を有するホースを用いることが前提とされており、これらの構成の場合、ホースの磨耗が激しく、継続使用に耐えられないおそれがある。

特開平１０−２８１６５６号公報特開平１１−２７９６１２号公報特開昭５６−１６３６２４号公報特開昭５９−１３９９６４号公報特開昭５４−１２０２０８号公報

以上のように、混銑車の補修に際して、混銑車の１〜２ｍ程度の炉口を介して片側約４ｍ程度の奥行きを有する混銑車の内面を補修するには、混銑車の入口が狭くかつ奥行きが深いので既存汎用の補修装置は使えない。更に、千数百度の熱間状態のままでは、混銑車の内部に作業者が入ることができず、また、補修のための装置にも充分な耐熱性が必要となる。従って、耐火物の熱収縮の少ない高温状態のまま混銑車の内部を補修することができない、という問題があった。また、特許文献４及び５に記載の構成のように、材料搬送ホースとして可撓性を有するホースを用いるものでは、耐摩耗性がないために交換頻度が高く、継続使用に耐えることができないおそれがある、という問題点があった。

そこで、本願発明はこれらの問題点に鑑み提案されたもので、内部が高温であるときに混銑車等の耐火物の補修作業を容易に行うことができる耐火物の吹付補修用装置である。

上記の目的を達成するため、本発明者は吹付補修用装置について広く研究を行い、下記のような知見を得た。
１）混銑車は入口が狭く奥行きが深いので、中実軸構造の廻りにホース、ケーブル類を設置し、それを、水冷ジャケット等で囲う方法では、関節構造が大きくなり、装置として成り立たない。
２）中空リンク部及び中空関節部の内部に、材料搬送配管、ホース及びケーブルを通すことにより、これらを高温に曝さずに混銑車内部へ吹き付け耐火物を吹き付けることが可能である。ただし、材料搬送配管を内部に通す場合は交換作業を頻繁に行うと不経済であるので、材料配管は耐磨耗性に優れることが望ましい。
３）材料搬送配管内にセラミックスを内面施工することにより、前記材料搬送配管は回転接合部も含めて従来の数〜数十倍の寿命を確保できる。しかし、セラミックス内面施工した配管に可撓性をもたせることは困難である。
４）中空関節部の旋回軸と回転接合部の回転軸を一致させることで、可撓性のない材料搬送配管を回転自在に回転接合できる。また、このことにより、交換作業が減って、継続使用に耐える装置となった。
５）中空関節部でホースがスライド機構を持つことにより中空リンクの旋回を容易とすることができる。
６）中空リンク部および中空関節部が、外殻、内殻の２重殻構造で構成されることによって、更に内部が高温にさらされない。

本発明者は、上記の知見を基に以下のような装置を発明した。
（１）耐熱容器内部の耐火物で被覆された被処理面に対して耐火物を吹き付けて補修する吹付補修装置であって、
直列に接続された２個以上の中空リンク部と、
関節旋回中心軸に対して前記中空リンク部を相対的に旋回させることが可能な１個以上の中空関節部と、
前記中空リンク部及び前記中空関節部の内部に通されて内面がセラミックス施工され且つ前記中空関節部の内部で前記中空関節部の旋回軸と回転軸を共有する回転接合部を有し、可撓性のない材料搬送配管と、
先端の中空リンク部の更に先端に備えられてリンク中心軸廻りに回転する吹付ノズルと、
前記中空リンク部を支えながら前記耐熱容器外で移動する全体移動装置と、
この全体移動装置上に設置された吹付装置とから構成され、
前記材料搬送配管は、回転接合部で隙間を有して突き合わせるように配置され、
前記中空リンク部及び前記中空関節部の内部に通されたケーブル及びホースは、スライド及び旋回機能を有する把持機構を介して材料搬送配管に固定され、
かつ、中空関節部は、−１８０度から＋１８０度まで回転することを特徴とする耐火物の吹付補修装置。
（２）直列に接続された３個以上の中空リンク部と、
関節旋回中心軸に対して前記中空リンク部を相対的に旋回させることが可能な２個以上の中空関節部を有し、材料搬送配管は、回転接合部で隙間を有して突き合わせるように配置された対向面にエアーで正圧をかけることを特徴とする（１）に記載の耐火物の吹付補修装置。
（３）前記中空関節部が、その内部に、前記中空リンク部を旋回させる駆動装置を有することを特徴とする（１）または（２）に記載の耐火物の吹付補修装置。
（４）前記吹付ノズルを備えた先端の前記中空リンク部が、その内部に前記吹付ノズルを回転させる駆動装置を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の耐火物の吹付補修装置。
（５）前記中空リンク部および前記中空関節部が、外殻、内殻の２重殻構造で構成され、その間に水または空気冷媒の通過が可能となることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の耐火物の吹付補修装置。

本発明の装置は、全体移動装置並びに２個以上の中空リンク及び１個以上の中空関節部を有するため、内部が高温であっても混銑車内の耐火物内面全域の広範囲な補修施工が可能となる。
また、本発明の装置は、セラミックスを内面施工した材料搬送配管を使用しているので、材料搬送配管内面の耐摩耗性が確保され、長期間、材料搬送配管の交換作業を行わないでコスト的に見合う操業をすることができる。

本発明の一実施形態に係る吹付補修装置について図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、３つの中空リンク部および２つの中空間接部を備えた吹付補修装置を例示するが、これに限らず、本発明は２つ以上の中空リンク部およびこれに対応する１つ以上の中空間接部を備えた構成であればいずれでもよい。また、本実施形態では、両端部が閉塞されかつ周面の一部が開口して炉口が形成された略円筒状の混銑車（耐熱容器）内面の耐火煉瓦（被処理面）を補修する構成としたが、これに限らず、例えば直方体状や球状の混銑車の内周面や、その他耐火物にて覆われたいずれの耐熱容器内部の被処理面を補修する構成としてもよい。

図１に全体構成を示す。この図１は、吹付補修装置１及び炉口が横になるように転回された混銑車２の側面図である。
全体移動装置３には、吹付装置４、材料搬送配管５，１７（図３参照）、３箇所の中空リンク部６，７，８、２箇所の中空関節部９，１０、吹付ノズル１１、数本のケーブル１２、数本のホース１３が設置される。
吹付装置４は、粉体状または粒状の吹き付け耐火物４０を貯留すると共に、材料搬送配管５，１７を介して吹き付け耐火物４０を吹付ノズル１１へと圧送する装置である。
材料搬送配管５は吹付装置４から中空リンク部６，７，８の内部、中空関節部９，１０の内部を通り先端部の吹付ノズル１１まで設置されている。ケーブル１２、ホース１３は材料搬送配管５，１７に沿って設置される。後述のように、この材料搬送配管５，１７の中には粉体状または粒状の吹き付け耐火物４０が通っている。この材料搬送配管５，１７は、内面にセラミックス１８がモルタル等の充填材１９により施工されている。セラミックス１８が施工されているので、吹き付け耐火物４０によって摩耗する量が少なく、これにより、この材料搬送配管５，１７の寿命を長くすることができる。
ホース１３及びケーブル１２は材料搬送配管５，１７と一緒に中空リンク部６，７，８の中を通っており、ホース１３は吹き付け耐火物４０と混合して噴出する水や冷却用の水を流す高圧ホースであり、ケーブル１２には中空関節部９，１０の旋回のための駆動用モーターの電源電流及び信号電流がそれぞれ流れている。
吹付ノズル１１は、最先端に設けられた中空リンク部６の更に先端側に設けられており、この中空リンク部６の中心軸廻りに回転可能とされている。
全体移動装置３が混銑車２の外側にて移動することにより、中空リンク部６，７，８、中空関節部９，１０及び吹付ノズル１１が混銑車２内部に挿入される。

吹付補修装置１の吹付動作を図２に基づいて説明する。図２は、吹付補修装置１及び炉口が横になるように転回された混銑車２の平面図である。
全体移動装置３が移動しながら、吹付ノズル１１が混銑車のセンターライン５０上の第1地点１４に到達する（炉内初期位置）。
吹付ノズル１１が混銑車２のセンターライン５０を通るように、中空関節部９が旋回し、更に中空関節部９が第１地点１４に到達した段階で、吹付ノズル１１が混銑車のセンターライン５０を通るように中空関節部１０も中空関節部９と同期して旋回し、吹付ノズル１１が第２地点１５に到達した段階で停止する（挿入作業を終了）。
吹付ノズル１１が混銑車２のセンターライン５０を通り、中空関節部９が第３地点１６に到達するまで、全体移動装置３、中空関節部９、中空関節部１０が連動して動作し、吹付ノズル１１を回転させながら、混銑車２の内部に対して吹き付け耐火物４０を吹付ける（混銑車２内の片半分の吹付を終了）。
吹付ノズル１１及び中空関節部９が混銑車２のセンターライン５０を通りながら、中空関節部９が第１地点１４に到達し、更に吹付ノズル１１が第１地点１４に到達するように、全体移動装置３、中空関節部９及び第２中空関節部１０を連動して動作させる（炉内初期位置へ移動）。
上記、混銑車２内の片半分の吹付作業と同様の動作をさせ、混銑車２の未吹付の片半分に吹付け作業を行う。

中空リンク部７，８及び中空関節部１０の詳細構成について、図３及び図４に基づいて説明する。図３は、補修装置関節部を示す断面図であり、図４は、回転接合部の拡大図である。
材料搬送配管１７は、図４に示す通り内面にセラミックス１８がモルタル等の充填材１９により施工されている。材料搬送配管１７は中空リンク部７側のものと中空リンク部８側のものとが回転接合部２０で突き合わせるように配置されている。ここで回転接合部２０は、突き合わされている材料搬送配管１７のセラミックス１８同士の対向面２１を、材料の流れ方向２２に対し、角度Ｘ（例えば、Ｘ＝４５°）をなす状態にカットされており、その対向面２１間には厚さＹ（例えば、Ｙ＝１ｍｍ）の隙間がある。外部エアー投入口２３からセラミックス１８同士の対向面２１にエアーで正圧をかけることにより、内部からの材料粉体の流出を防いでいる。このエアーの投入の方法は特に規定しないが、中空リンク部７，８に内圧を掛けておく方法や、小型のポンプを中空リンク部７，８の中に設ける方法、中空リンク部７，８の二重構造の隙間を流れる冷媒としてのエアーを分ける方法などがある。
前記隙間の両側にセラミックス１８が対向しているので、ここに材料粉体が侵入しても、この隙間が摩耗することが少ない。したがって、材料搬送配管１７の内面にセラミックス１８を施工することは回転接合に適していると言える。

中空リンク部７，８は、図３に示すように、外殻２４及び内殻２５からなる二重構造となっており、外殻２４及び内殻２５の間に冷却水や冷却エアーなどの冷媒が流れ、混銑車２内耐火物からの輻射熱及び伝熱を断熱することが可能となる。外殻２４の廻りには、更に、セラミックファイバー２６を設置することにより更に断熱性を高めることが可能である。

中空リンク部７と中空リンク部８はクロスローラーベアリング２７を通し接合され、中空リンク部８側に駆動用モーター２８、減速機２９および駆動側ギアー３０が設置され、中空リンク部７側に従動側ギアー３１が設置され、中空リンク部７，８同士が相対的に旋回駆動される。また、地上に対し水平方向の旋回となる為、中空関節部１０にかかる荷重は、クロスローラーベアリング２７で受け、駆動装置（駆動用モーター２８、減速機２９、駆動側ギアー３０、従動側ギアー３１）が小さくなり、関節構造が小さくなる。
中空関節部１０の防熱の為、中空リンク部７及び中空リンク部８の関節旋回中心軸３２を中心とした円周上に、表面に防熱シート３３が張られた外殻３４、内殻３５が設置され、外殻３４、内殻３５の間は、シール用エアー穴３６から出るエアーにより外部雰囲気より正圧になる。これにより、中空関節部１０においても、混銑車２内耐火物からの輻射熱及び伝熱を断熱することが可能となる。
なお、最先端の中空リンク部６は中空リンク部７，８の構成と同様の構成であり、中空関節部９の構成は中空関節部１０の構成と同様である。また、最先端の中空リンク部６内に設けられた駆動装置６０（図１参照）についても、中空関節部１０における上記駆動装置と同様の構造で構成される。

図５にケーブル１２およびホース１３と材料搬送配管１７との位置関係を示す。図５（Ａ）（Ｂ）では関節旋回中心軸３２には材料搬送配管１７が置かれる為、ケーブル１２およびホース１３は、材料搬送用配管１７の外側に設置される。ケーブル１２およびホース１３は、スライド機構３７及び旋回機構３８を有する把持機構３９を介して把持されている。把持機構３９ではケーブル１２およびホース１３は材料搬送配管１７に固定されており、スライド機構３７では材料搬送配管１７にスプライン加工したりレール加工したりすることによって、材料搬送配管１７に軸方向へのスライドができてかつ材料搬送配管１７の円周方向に移動しないように把持されている。中空関節部の旋回の際、図５（Ｃ）（Ｄ）に示すように、ケーブル１２およびホース１３の長さは変化しないにもかかわらず、ケーブル１２およびホース１３の把持位置がスライドすることによって旋回に追従する。このとき、材料搬送配管１７は関節旋回中心軸３２（図３参照）と回転軸を共有している為、吹付装置４から吹付ノズル１１までの搬送距離が変わることもなく、圧損影響もなく、閉塞発生がない。

次に、本発明の一実施例を示す。搬送する耐火物はアルミナ系材料とし、その搬送量は約３トン／Ｈｒとし、搬送エアー圧力は約３ｋｇ／ｃｍ^２とした。また、冷却水圧は約５ｋｇ／ｃｍ^２の条件で、ケーブル、ホースをスライド、旋回機構を有する把持機構により把持させた際、中空関節部に生じた回転抵抗トルク値は、±１８０度の回転時に最大約８５Ｎｍであることが測定された。この条件では、内面がセラミックス施工された材料搬送配管のベンドの曲げ半径が約１５０ｍｍの場合及び約４０ｍｍの場合のいずれでも、耐火物搬送に与える影響は搬送エアー圧力の変化として１ｋｇ／ｃｍ^２以下の非常に小さい影響であることが確認された。従来の材料搬送ホースの場合、耐摩耗性がなく約数十回で交換が必要であるのに対し、本実施例の場合、内面がセラミックス施工された固定配管であることにより約十倍程度の寿命延長が期待される。また、中空関節部を外殻および内殻の２重殻構造で構成し、さらに実施上その外側には断熱耐火物（カオウール）を設置していることにより、雰囲気温度約千度近くでも、中空関節内部温度は数十度以下となる。

本発明の一実施形態に係る吹付補修装置及び炉口が横になるように転回された混銑車の側面図である。前記実施形態における吹付補修装置及び炉口が横になるように転回された混銑車の平面図である。前記実施形態における補修装置関節部を示す断面図である。前記実施形態における回転接合部を拡大して示した断面図である。前記実施形態におけるホースおよびケーブルと材料搬送配管との位置関係を示すものであり、（Ａ）は旋回前の状態を示す平面図であり、（Ｂ）は旋回前の状態を示す側面図であり、（Ｃ）は旋回後の状態を示す平面図であり、（Ｄ）は旋回後の状態を示す側面図である。

符号の説明

１吹付補修装置
２混銑車
３全体移動装置
４吹付装置
５材料搬送配管
６，７，８中空リンク部
９、１０中空関節部
１１吹付ノズル
１２ケーブル
１３ホース
１４第1地点
１５第２地点
１６第３地点
１７材料搬送配管
１８セラミックス
１９充填材
２０回転接合部
２１対向面
２２材料の流れ方向
２３外部エアー投入口
２４外殻
２５内殻
２６セラミックファイバー
２７クロスローラーベアリング
２８駆動用モーター
２９減速機
３０駆動側ギアー
３１従動側ギアー
３２関節旋回中心軸
３３防熱シート
３４外殻
３５内殻
３６シール用エアー穴
３７スライド機構
３８旋回機構
３９把持機構
４０吹き付け耐火物
５０センターライン
６０駆動装置

Claims

耐熱容器内部の耐火物で被覆された被処理面に対して耐火物を吹き付けて補修する吹付補修装置であって、
直列に接続された２個以上の中空リンク部と、
関節旋回中心軸に対して前記中空リンク部を相対的に旋回させることが可能な１個以上の中空関節部と、
前記中空リンク部及び前記中空関節部の内部に通されて内面がセラミックス施工され且つ前記中空関節部の内部で前記中空関節部の旋回軸と回転軸を共有する回転接合部を有し、可撓性のない材料搬送配管と、
先端の中空リンク部の更に先端に備えられてリンク中心軸廻りに回転する吹付ノズルと、
前記中空リンク部を支えながら前記耐熱容器外で移動する全体移動装置と、
この全体移動装置上に設置された吹付装置とから構成され、
前記材料搬送配管は、回転接合部で隙間を有して突き合わせるように配置され、
前記中空リンク部及び前記中空関節部の内部に通されたケーブル及びホースは、スライド及び旋回機能を有する把持機構を介して材料搬送配管に固定され、
かつ、中空関節部は、−１８０度から＋１８０度まで回転することを特徴とする耐火物の吹付補修装置。
直列に接続された３個以上の中空リンク部と、
関節旋回中心軸に対して前記中空リンク部を相対的に旋回させることが可能な２個以上の中空関節部を有し、
材料搬送配管は、回転接合部で隙間を有して突き合わせるように配置された対向面にエアーで正圧をかけることを特徴とする請求項１に記載の耐火物の吹付補修装置。
前記中空関節部が、その内部に、前記中空リンク部を旋回させる駆動装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載の耐火物の吹付補修装置。
前記吹付ノズルを備えた先端の前記中空リンク部が、その内部に前記吹付ノズルを回転させる駆動装置を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐火物の吹付補修装置。
前記中空リンク部および前記中空関節部が、外殻、内殻の２重殻構造で構成され、その間に水または空気冷媒の通過が可能となることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐火物の吹付補修装置。