JP5051724B2 - 構造体の解体方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製の芯材と、この芯材を被覆する誘電性をもつ被覆材とを有する構造体の解体技術に関する。

本明細書において、誘電性をもつ被覆材とは、被覆材が全体として導電性よりも誘電性が優位になっていることを意味し、誘電体の内部に導体が埋没してなるものを含む概念とする。誘電体としては、例えば、耐火物、陶磁器、石膏、その他のセラミックス、コンクリート、岩石、鉱物、プラスチック、樹脂等が挙げられる。

図４に、製鉄プロセスで使用されるインジェクションランスの断面図を示す。インジェクションランスは、溶鉄にガスや粉体を吹き込むために使用されるもので、金属製の芯材たる金属管１４と、それを被覆する誘電性をもつ被覆材たる耐火物層１５とよりなる。金属管１４は、その外周面に、耐火物層１５の剥落を防止するスタッド１６を有する。耐火物層１５内には、金属ファイバー１７が埋没している。

なお、耐火物層１５は、例えば、アルミナ質原料やシリカ質原料等の耐火性粉体と、アルミナセメント等の結合剤と、分散剤等の添加剤とを含むキャスタブル耐火物よりなる。

インジェクションランスは、使用に際して溶鉄や溶滓による侵食を受けるため、例えば数十チャージ毎に新しいものと交換する必要がある。使用済みのインジェクションランスは、廃棄又は再利用のため、解体される。即ち、耐火物層１５を破壊して金属管１４から除去する。金属管１４は、損傷が少なければ補修され、洗浄等を経て再利用されうる。

従来、金属管１４からの耐火物層１５の除去は、ハンマー等を用いて主に人手により行われていた。このため、多大な労力及び熟練を要し、かつ作業効率が悪いという問題があった。特に、金属管１４がスタッド１６を有する場合や、耐火物層１５内に金属ファイバー１７が埋没している場合は、耐火物層１５が解体されにくく、能率的な解体技術が望まれていた。なお、油圧ブレーカ等の解体機を用いることもあるが、金属管１４が修復困難な程度にまで破損しやすい弊害がある。

ところで、解体技術としては、機械的な衝撃を付与する手法の他、下記特許文献１及び２に開示されるように、パルス電圧を用いる手法が知られている。これについて、以下に説明する。

図５は、特許文献１に開示された解体装置を再現した概略図である。水１８をはった水槽１９内にアノード電極２０とカソード電極２１とが対向配置されている。アノード電極２０は棒状をなし、カソード電極２１は半球状に成形した金属メッシュよりなる。両電極２０及び２１間に、解体対象物２２が配置される。特許文献１において、解体対象物２２は、プリント基板である。

パルス電源２３が、両電極２０及び２１間にパルス電圧を印加する。すると、それら電極２０及び２１間にパルス放電が形成され、そのパルス放電路の周囲の水１８が瞬時にプラズマ化する。これによる水の体積膨張が水中に衝撃波を形成し、その衝撃波により解体対象物２２が解体される。

非特許文献１は、図５の解体装置と同様の装置を用い、廃コンクリート塊を解体した例を開示している。パルス電圧の印加によって廃コンクリート塊を容易に解体でき、かつ骨材に残存するモルタル付着分を大幅に除去でき、骨材に損傷を与えず、骨材を分離回収できたと報告している。
特開２０００−３７６２２号公報 重石光弘、波平隆男、他２名、「パルスパワーによるコンクリートからの粗骨材の分離回収」、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．１、２００６、ｐ．１４７５〜１４８０

非特許文献１の報告によると、図５の解体装置で耐火物一般を解体することも可能であるようにみえる。しかし、本願発明者らの研究によると、例えば図４のインジェクションランスは、金属管１４がパルス放電による衝撃波を減衰し、耐火物層１５の解体を妨げるためか、図５の解体装置では容易に解体できないことが分かった。

１ショットあたりのパルス放電のパルスエネルギを高めれば、インジェクションランスを解体できないことはないが、多ショットのパルス電圧の印加が必要であり、解体に要する総エネルギの省力化に関して改善の余地が残る。

以上の問題は、特にインジェクションランスに限らず、金属製の芯材と、この芯材を被覆する誘電性をもつ被覆材とを有する構造体を、パルス放電を用いて解体する場合に一般に生じうるものと考えられる。

本発明の目的は、金属製の芯材と、この芯材を被覆する誘電性をもつ被覆材とを有する構造体に適した解体技術を提供することである。

本発明の一観点によれば、金属製の芯材と、この芯材を被覆する誘電性をもつ被覆材とを有する構造体の解体方法において、前記被覆材を挟んで前記芯材と対向する位置に並列接続された複数の子電極よりなる第１の電極を配置し、かつ前記芯材を第２の電極として用い、前記被覆材の少なくとも前記第１及び第２の電極に挟まれた部分を圧力伝達媒液に浸した状態で、前記第１及び第２の電極間にパルス電圧を印加する方法であって、前記複数の子電極を前記芯材と対向する位置に離散的に分布するように配置するとともに、ある子電極と前記芯材との間の被覆材の厚さが、他の子電極と前記芯材との間の被覆材の厚さと異なっており、前記パルス電圧の印加に際し、被覆材が厚い部分ほど大きなパルス電流が流れるように、各子電極と前記芯材との間の被覆材の厚さに応じてそれぞれ異なる大きさのインピーダンス素子を、前記各子電極と共通のパルス電源との間に接続することを特徴とした構造体の解体方法が提供される。

パルス放電による衝撃波を被覆材に集中的に作用させることができ、芯材による衝撃波の減衰を低減できるため、芯材は殆ど損傷することなく、被覆材を容易に解体することができる。パルスエネルギを被覆材の解体に効率的に利用することができるため、解体に要する総エネルギの省力化に寄与しうる。

以下、実施例に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下では、本発明の構成の一部のみを適用する形態も実施例として説明する。図１に、本発明の一実施例による解体装置の概略図を示す。水１をはった水槽２内に、解体対象物であるインジェクションランス３が横たわった状態で浸漬している。インジェクションランス３は、図４にも示したように、金属管４とそれを被覆する耐火物層５とよりなる。

アノード電極６が、耐火物層５を挟んで金属管４と対向する位置に配置されている。アノード電極６は、棒状をなし、先端が耐火物層５の表面近傍に位置している。なお、アノード電極６は耐火物層５に接触させることが最も好ましいが、アノード電極６と耐火物層５との間に、例えば、１０ｃｍ以下の微小間隔をおいてもよい。

パルス電源７が、アノード電極６に接続されている。パルス電源７は、例えば、マルクス電源によって構成される。マルクス電源は、複数のキャパシタを並列接続の状態で充電した後、それらキャパシタを直列接続の状態で放電させる装置である。

接地線８が、金属管４に接続され、金属管４を接地している。金属管４をカソード電極として用い、パルス電源７が、アノード電極６と、カソード電極、即ち金属管４との間に、パルス電圧を印加する。

すると、両電極４及び６間にパルス放電が形成され、そのパルス放電路の周囲の水１が瞬時にプラズマ化する。これによる水の体積膨張が水中に衝撃波を形成し、その衝撃波がインジェクションランス３に作用する。

本実施例では、インジェクションランス３の金属管４そのものをカソード電極として用い、インジェクションランス３の外周面にアノード電極６を配置したことにより、パルス放電による衝撃波を耐火物層５に集中的に作用させることができ、金属管４による衝撃波の減衰を低減できる。このため、金属管４は殆ど損傷することなく、耐火物層５を容易に解体することができる。

耐火物層５内に金属ファイバーが埋没している場合であっても、これを容易に解体できる。パルス放電路内に金属ファイバーが存在した場合、金属ファイバーもプラズマ化し、体積膨張することで、耐火物層５の解体を促進しうると考えられる。このため、本発明は、内部に金属ファイバーが埋没した被覆材（耐火物層５）の解体に特に好適である。

なお、図１及び４には示さないが、インジェクションランスとしては、金属管４と耐火物層５との間に、受熱時における両者の熱膨張差を吸収するための数ミリ程度の隙間を確保したものが知られている（例えば、特許第３９２４０７２号公報参照）。そのようなインジェクションランスの解体に際しては、その隙間に水１を浸入させた状態で、パルス電圧を印加すると、その間隙内の水がプラズマ化し、耐火物層５の剥離を促進すると考えられる。このため、本発明は、芯材（金属管４）と被覆材（耐火物層５）との間に隙間が存在する構造体の解体に特に好適である。

１ショット又は複数ショット毎に、アノード電極６を、耐火物層５の表面上で移動させることにより、耐火物層５全体を金属管４から除去することができる。移動の軌跡は特に限定されない。例えば、インジェクションランス３の長さ方向に、直線状、ジグザグ状、又はらせん状に移動させるとよい。

通常、耐火物層５全体の解体には、複数ショットが必要であるが、上述したように、パルス放電による衝撃波を耐火物層５に集中させることができ、１ショットあたりのパルスエネルギを耐火物層５の解体に効率的に利用することができるため、解体に要するショット数の増大は防止でき、かつ解体に要する総エネルギの省力化に寄与しうる。

図２は、本発明の他の実施例による解体装置の概略図を示す。本実施例では、アノード電極９を、並列接続された複数の子電極９ａ〜９ｅによって構成している。複数の子電極９ａ〜９ｅを、耐火物層５を挟んで金属管４と対向する位置に離散的に分布するように配置した状態で、金属管４及びアノード電極９間にパルス電圧を印加する。

すると、子電極９ａ〜９ｅの各々と金属管４との間に、一度にパルス放電を生じさせることができる。即ち、パルス電源７による１ショットのパルス電圧の供給で、複数のパルス放電を同時に形成することができる。このため、図１の装置では必要であったアノード電極の移動が不要となるか、又は少なくとも移動の回数を減らせる利点がある。

また、耐火物層５のｎ（ｎは２以上の自然数とする）個所に同時に衝撃波を付与する場合、１回の衝撃波の付与をｎ回繰り返す場合に比べて、耐火物層５の解体に要する総エネルギを省力化しうるという相乗効果も得られうる。

なお、図２には、子電極９ａ〜９ｅをインジェクションランス３の長さ方向に直線状に分布させた例を示したが、子電極の分布のさせ方は特に限られない。例えば、インジェクションランス３の長さ方向にジグザグ状に分布させてもよいし、インジェクションランス３の外周面を周回するように、らせん状に分布させてもよい。

図３は、本発明のさらに他の実施例による解体装置の概略図を示す。解体対象物であるインジェクションランス１０の、金属管１１の形状は図１の金属管４と同様であるが、耐火物層１２の厚さが、インジェクションランス１０の長さ方向に変化している。具体的には、耐火物層１２の厚さは、インジェクションランス１０の吐出口側の端部（図３の左側の端部）に近づくに従って次第に厚くなっている。

本実施例では、インジェクションランス１０の長さ方向に並んだ子電極９ａ〜９ｅの各々と、パルス電源７との間に、それぞれインダクタ１３ａ〜１３ｅを接続している。インダクタ１３ａ〜１３ｅのインダクタンスは互いに異ならせている。インジェクションランス１０の吐出口側に位置するインダクタほどインダクタンスが小さい。

このため、耐火物層１２が厚い部分ほど大きなパルス電流が流れるように、パルス電源７から供給されるパルス電流が、複数の子電極９ａ〜９ｅに分配される。従って、耐火物層１２の薄い部分に、不必要に大きなパルスエネルギが付与されることを防止できる。この結果、図２の装置を用いる場合に比べると、耐火物層１２全体の解体に要する総エネルギの省力化を図りうる。

なお、パルス電流を複数の子電極に分配する手段として、インダクタに代えて抵抗、キャパシタその他のインピーダンス素子を用いてもよい。ただし、インピーダンス素子における電力消費を抑えるという観点からは、インダクタが好ましい。また、可変インダクタンス素子等の可変インピーダンス素子を用いてもよい。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されない。

例えば、パルス放電による衝撃波を伝達する圧力伝達媒液は、特に水１に限られない。水１以外の液体、例えばオイルを用いてもよい。パルス放電路が耐火物層（被覆材）内を確実に経由するようにし、パルスエネルギのロスを低減する観点からは、圧力伝達媒液として、耐火物層（被覆材）よりも絶縁破壊電圧の高いものが好ましい。例えば、被覆材が、耐火物、陶磁器、石膏、その他のセラミックス、コンクリート、岩石、鉱物、樹脂である場合、水及びオイルはかかる条件を満足しうる。

また、図１〜３には、インジェクションランスの全体を水（圧力伝達媒液）に浸した例を示したが、インジェクションランスにおける耐火物層の少なくともアノード及びカソード電極間に挟まれた部分が浸されていればよい。

また、図１〜３には、金属管（芯材）を接地した例を示したが、金属管（芯材）をパルス電源に接続してアノード電極として用い、耐火物層（被覆材）を挟んで金属管（芯材）と対向する位置にカソード電極を配置してもよい。この他、種々の変更、改良、及び組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明は、製鉄プロセスで使用されるインジェクションランスの解体に特に好ましく利用することができる。また、本発明は、ＲＨ式やＤＨ式等の真空脱ガス装置の浸漬管、樋カバー、溶融金属容器といった製鉄プロセスで使用される他の構造体の解体にも好ましく利用することができる。なお、真空脱ガス装置の浸漬管は、円筒状芯金（芯材）の内周及び外周を耐火物層（被覆材）で被覆してなる。樋カバーや溶融金属容器は、鉄皮（芯材）を、耐火物層（被覆材）で被覆してなる。

さらに、本発明は、製鉄プロセスで使用される構造体のみならず、鉄筋（芯材）をコンクリート（被覆材）で被覆してなる鉄筋コンクリート等、金属製の芯材と、この芯材を被覆する誘電性をもつ被覆材とを有する構造体の解体に広く適用することができる。

本発明の一実施例による解体装置の概略図である。 本発明の他の実施例による解体装置の概略図である。 本発明のさらに他の実施例による解体装置の概略図である。 インジェクションランスの断面図である。 従来技術による解体装置の概略図である。

符号の説明

１…水（圧力伝達媒液）、２…水槽（液槽）、３…インジェクションランス（構造体）、４…金属管（芯材）、５…耐火物層（被覆材）、６…アノード電極（第１の電極）、７…パルス電源、８…接地線（接続線）、９…アノード電極（第１の電極）、９ａ〜９ｅ…子電極、１０…インジェクションランス（構造体）、１１…金属管（芯材）、１２…耐火物層（被覆材）、１３ａ〜１３ｅ…インダクタ（インピーダンス素子）、１４…金属管（芯材）、１５…耐火物層（被覆材）、１６…スタッド、１７…金属ファイバー（導体）、１８…水、１９…水槽、２０…アノード電極、２１…カソード電極、２２…解体対象物（プリント基板）、２３…パルス電源。

Claims (4)

1. 金属製の芯材と、この芯材を被覆する誘電性をもつ被覆材とを有する構造体の解体方法において、
   前記被覆材を挟んで前記芯材と対向する位置に並列接続された複数の子電極よりなる第１の電極を配置し、かつ前記芯材を第２の電極として用い、前記被覆材の少なくとも前記第１及び第２の電極に挟まれた部分を圧力伝達媒液に浸した状態で、前記第１及び第２の電極間にパルス電圧を印加する方法であって、
   前記複数の子電極を前記芯材と対向する位置に離散的に分布するように配置するとともに、ある子電極と前記芯材との間の被覆材の厚さが、他の子電極と前記芯材との間の被覆材の厚さと異なっており、前記パルス電圧の印加に際し、被覆材が厚い部分ほど大きなパルス電流が流れるように、各子電極と前記芯材との間の被覆材の厚さに応じてそれぞれ異なる大きさのインピーダンス素子を、前記各子電極と共通のパルス電源との間に接続することを特徴とした構造体の解体方法。
2. 前記インピーダンス素子がインダクタである請求項１に記載の構造体の解体方法。
3. 前記被覆材内に、金属ファイバーが埋没している請求項１又は２に記載の解体方法。
4. 前記構造体が、製鉄プロセスで使用されるインジェクションランスである請求項１〜３のいずれかに記載の解体方法。

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