JP5514409B2 - 炉又は容器の付着物除去装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気炉、転炉等の炉、又は溶融金属を貯留する取鍋等の容器に付着する付着物を除去するための炉又は容器の付着物除去装置及び方法に関する。

銅合金等の合金は電気炉で精錬される。電気炉で溶解した銅合金を回収するとき、電気炉を横向きに傾け、銅合金を取鍋等に出湯する。出湯後の電気炉には、滓、地金等が付着する。電気炉に付着物が堆積すると、電気炉の容積が減少したり、耐火物が痛んだりするので、出湯後に毎回、付着物の除去作業が行われる。

従来、電気炉内の付着物を除去する作業は、治具を使用した手作業により行われていた。治具は、パイプの先端にプレートを溶接したもので、レーキと呼ばれる。手作業の工程は以下のとおりである。電気炉を直立状態にした状態で、炉蓋の孔から治具を炉内に挿入し、治具にて炉壁部分の付着物を掻き落とす。その後、電気炉を水平に傾け、炉蓋を開ける。作業台を電気炉の前に移動し、電気炉からの輻射熱を遮断する遮蔽板を介して治具を電気炉内に挿入する。治具の先端で炉底部分の付着物を突付き、炉底の付着物を落とす。その後、治具により掻き取られた付着物を炉外に掻き出す。

しかし、人手による作業は、出湯直後の炉内温度が高い状態での作業であり、労力も必要であるので、きつい、汚い、危険な所謂３Ｋと呼ばれる作業になる。また、付着物の除去を完全にはできない、特に炉のサイズが大きいと、炉底の付着物を除去できないという問題もあった。

自動的に付着物を除去する装置として、特許文献１には、炉の上方に梁を配置し、梁に旋回可能なアクチュエータを据え付け、アクチュエータの先端にブレーカを取り付けた付着物除去装置が開示されている。炉の付着物は、ブレーカによって破砕され、除去される。

特許文献２には、油圧ショベルのアームの先端に回転ドラムを取り付け、回転ドラムを付着物に押し付けながら、回転ドラムで取鍋等の容器の付着物を削る付着物除去装置が開示されている。容器の付着物は、回転ドラムの外周面の刃によって切削される。
特開平１１−２３０６８０号公報 特開２００１−９８３１１号公報

しかし、特許文献１に記載のように、ブレーカで付着物を破砕すると、軟らかい電気炉の炉壁煉瓦を傷めるおそれがある。

特許文献２に記載の発明のように、容器の底面及び側壁を一つの回転ドラムで切削しようとしても、底面と側壁とで付着物を均一に除去することができないし、作業の効率も悪くなるおそれがある。

そこで本発明は、電気炉等の炉や、取鍋等の容器の付着物を自動的に除去することができ、しかも付着物を確実にかつ均一に除去できる炉又は容器の付着物除去装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、有底筒形状の炉又は容器の底面に付着した付着物を削るための前面刃を有するロータ、及び前記炉又は前記容器の側壁に付着した付着物を掻き取るためのレーキが取り付けられるアームと、前記アームを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動させる軸線方向移動機構と、前記アームを前記炉又は前記容器の半径方向に移動させる半径方向移動機構と、前記アームを前記炉又は前記容器の周方向に旋回させる旋回機構と、を備え、前記炉又は前記容器は、円筒形状の側壁と底面との交差部分にテーパ部を有し、前記ロータは、前記炉又は前記容器の前記テーパ部の付着物を切削するための側面形状がテーパである側面刃を有し、前記軸線方向移動機構が前記ロータを前記テーパ部まで移動し、前記半径方向移動機構が前記テーパ部の付着物に前記ロータの前記側面刃を接触させ、前記旋回機構が回転駆動する前記ロータを周方向に旋回することによって、前記テーパ部の付着物が削られる炉又は容器の付着物除去装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の炉又は容器の付着物除去装置において、前記軸線方向移動機構が前記炉又は前記容器の付着物に前記ロータを接触させ、前記旋回機構が前記ロータを周方向に旋回することによって、前記底面の付着物が削られることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の炉又は容器の付着物除去装置において、前記旋回機構が前記炉又は前記容器の側壁に対する前記レーキの周方向の位置を位置決めし、前記半径方向移動機構が前記炉又は前記容器の側壁の付着物に前記レーキを接触させ、前記軸線方向移動機構が前記レーキを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動することによって、前記側壁の付着物が掻き取られ、又は掻き取られ若しくは削られた付着物が前記炉の外又は前記容器の外に掻き出されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の炉又は容器の付着物除去装置において、一列に並べられる複数の前記炉又は前記容器の列方向に前記アームを移動させ、各炉又は各容器の前に前記アームを位置決めする列方向移動機構を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の炉又は容器の付着物除去装置において、前記炉の外又は前記容器の外に掻き出された付着物を回収するシュートと、前記シュートによって回収された付着物を溜めるボックスと、前記ボックスを炉又は容器の付着物除去装置から搬出するボックス台車と、を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の炉又は容器の付着物除去装置において、前記ロータは、径の異なる複数枚の略円盤状の刃が、側面形状がテーパになるように、かつ側面に螺旋状の前記側面刃及び螺旋状の逃げ溝が形成されるように積層されたロータ本体と、前記ロータ本体の細径側の端面に取り付けられた前記前面刃と、を備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、有底筒形状の炉又は容器を軸線が水平方向を向くように傾ける傾動工程と、前記炉又は前記容器に、前記炉又は前記容器の底面に付着した付着物を削るための前面刃、及び前記炉又は前記容器の側壁と底面との交差部分のテーパ部の付着物を切削するための側面形状がテーパである側面刃を有するロータ、及び前記炉又は前記容器の側壁に付着した付着物を掻き取るためのレーキが取り付けられるアームを挿入する工程と、前記炉又は前記容器の円筒形状の側壁の付着物に前記レーキを接触させ、前記レーキを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動することによって、前記側壁の付着物を掻き取る掻き取り工程と、前記炉又は前記容器の底面の付着物に前記ロータを接触させ、前記ロータを周方向に旋回することによって、前記底面の付着物を削る炉底切削工程と、前記炉又は前記容器の側壁と底面との交差部分のテーパ部まで前記ロータを移動し、前記テーパ部の付着物に前記ロータの前記側面刃を接触させ、回転駆動する前記ロータを周方向に旋回することによって、前記テーパ部の付着物を削るテーパ部切削工程を備える炉又は容器の付着物除去方法である。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の炉又は容器の付着物除去方法において、前記炉又は前記容器の側壁の、掻き取られ若しくは削られた付着物に、前記レーキを接触させ、前記レーキを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動することによって、掻き取られ若しくは削られた付着物を前記炉の外又は前記容器の外に掻き出す掻き出し工程を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の炉又は容器の付着物除去方法において、前記掻き取り工程の前に、前記炉又は前記容器の側壁の溶融状態の付着物に前記レーキを接触させ、前記レーキを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動することによって、前記側壁の溶融状態の付着物を前記炉の外又は前記容器の外に掻き出す掻き出し工程を備えることを特徴とする。

アームにロータ及びレーキを取り付け、ロータで炉又は容器の底面の付着物を削り、レーキで炉又は容器の側壁の付着物を掻き取ることで、炉又は容器の付着物を均一に且つ確実に除去できる。

以下添付図面に基づいて、本発明の一実施形態における炉又は容器の付着物除去装置を詳細に説明する。図１は、付着物除去装置が据え付けられる工場の平面図を示す。銅合金等を溶解し、溶解した銅合金等を出湯した電気炉１には、滓や地金等の付着物が付着する。付着物除去装置２は、電気炉に付着した滓や地金等の付着物を除去する。

工場には、複数の容量の異なる電気炉１が一列に並べられる。電気炉１の前には、二本の平行なレール３が配置される。付着物除去装置２は、二本のレール３に沿って電気炉１の列方向に移動し、除去対象となる電気炉１の前に停止する。

図２は、付着物除去装置２の斜視図を示す。付着物除去装置２が付着物を除去するとき、有底円筒形状の電気炉１は軸線が水平方向を向くように傾けられる（図６参照）。このため、アーム４の伸びる方向を電気炉１（以下単に炉という）の軸線方向Ａとし、炉１の半径方向をＲとし、炉の周方向をθとする。

付着物除去装置２は、アーム４を各炉１の前に移動させる列方向移動機構である横行台車１０と、アーム４を炉１の軸線方向Ａに移動させ、炉１の中に出し入れする軸線方向移動機構である走行台車５と、アーム４を炉１の半径方向Ｒに移動させ、炉１の高さに位置合わせする半径方向移動機構である昇降フレーム６と、アーム４を各炉１の内径に合わせて周方向θに旋回させる旋回機構である旋回フレーム７と、を備える。

アーム４の先端には、炉１の底面の付着物を削るためのロータ８が取り付けられる。ロータ８の手前には、炉１の側壁の付着物を掻き取るための半円の板状のレーキ９が取り付けられる。このレーキ９は掻き取られ、若しくは削られた付着物を炉１の外に掻き出す役割も持つ。

アーム４内には、ロータ８に交差される回転軸が設けられる。昇降フレーム６には、回転軸を回転するモータが設けられる。ロータ８は、モータによって回転駆動される。レーキ９は、アーム４に取り付けられていて、ロータ８と共に回転することはない。

炉１の外に掻き出された付着物は、シュート１１に受けられる。シュート１１によって回収された付着物は、ボックス１２に溜められる。ボックス１２は、横行台車１０からボックス１２を搬出するボックス台車１３に載せられる。ボックス台車１３は、横行台車１０からステージ１４（図１参照）にボックス１２を搬送する。ステージ１４まで搬送されたボックスは、天井クレーンによって工場の外に排出される。

図３は、ロータ８の詳細図を示す。ロータ８は、径の異なる複数枚の略円盤状の刃１７を側面形状がテーパになるように積層してなるロータ本体１８と、ロータ本体１８の細径側の端面に取り付けられる前面刃２０と、を有する。ロータ８の側面には、螺旋状の側面刃２１が形成されると共に、螺旋状の逃げ溝２２が形成される。側面刃２１で切削された付着物は、スクリューの原理によって螺旋状の逃げ溝２２を通って後方に排出される。複数枚の略円盤状の刃１７を積層することで、ロータ８の製造が容易になったり、コストを低減できる。

前面刃２０は、十文字状に形成され、ロータ本体１８の端面の略中心から半径方向に伸びる。この実施形態では、前面刃２０は、四枚の切刃２４から構成される。各切刃２４は鋸形状の鋸刃であってもよいし、図４に示されるようなストレート形状の一枚刃であってもよい。切刃２４は四枚に限られず、六枚であってもよい。

以下に付着物除去装置による除去方法を説明する。
(1)装置移動
図１に示されるように、横行台車１０の走行により、待機位置（使用していない炉１の位置）から除去する炉１の前に付着物除去装置２を移動させる（図５参照）。位置検出スイッチが所定の炉１の前に移動したことを検出すると、制御装置が横行台車１０を停止させる。その後、位置決めピン２６を工場の基礎の位置決め凹部２７に挿入し、横行台車１０基礎に固定する（図６参照）。

(2)炉傾動
図６に示されるように、炉１の炉蓋を全開にし、炉１の軸線が水平を向くように炉１を９０度傾動する。

(3)炉心高さ合わせ
図６に示されるように、昇降フレーム６を原点である上限の位置から炉１の軸線の高さに合わせる。

(4)炉内進入
図６に示されるように、走行台車５を前進させ、アーム４（ロータ８及びレーキ９を含む）を炉１内に入れる。

(5)第一工程（掻き出し工程）
炉１を傾けて溶融した銅合金を出湯しても、銅合金は完全には排出されない。炉１内には溶融した地金が残る。溶融状態の地金を固まる前に除去するために、図７に示されるように、炉１の側壁の下側になる１２０°〜２４０°の範囲の掻き出しが行われる。

まず、旋回フレーム７がレーキ９を約１２０°の位置になるように旋回させる。昇降フレーム６が炉１の半径に合わせてアーム４をリフトダウンさせ（(1)）、レーキ９を炉１の内壁に接触させる。そのまま走行台車５を後退させ、付着物を炉１の外へ掻き出す（(2)）。

再び昇降フレーム６がアーム４をリフトアップし（(3)）、レーキ９を炉１の側壁から離す。そして、走行台車５を前進させ、アーム４を炉１内に入れる（(4)）。次に、旋回フレーム７がアーム４を約１５０度の位置に旋回させる。昇降フレーム６がアーム４をリフトダウンさせて、レーキ９を炉１の内壁に接触させる（(1)）。そのまま、走行台車５を後退させ、付着物を掻き出す。

側壁の１２０°〜２４０°の範囲を３０°〜４５°ピッチでアーム４を旋回させ、この動作を繰り返す。旋回の順番は、１２０°→１５０°→２４０°→２１０°→１８０°である。

(6)第二工程（掻き取り工程）
この掻き取り工程では、図８に示されるように、炉１の側壁の上半分（２４０°〜１２０°）の範囲に付着した付着物を掻き取る。

まず、旋回フレーム７がレーキ９を約９０°の位置になるように旋回させる。次に、昇降フレーム６がアーム４を炉１の半径に合わせてリフトアップさせて、レーキ９を炉１の内壁に接触させる。そのまま、走行台車５を後退させ、付着物を掻き落とす（(5)）。

次に、アーム４のリフトダウンはそのままで、旋回フレーム７がレーキ９を約６０°の位置になるように旋回させる。その後、走行台車５を前進させ、付着物を掻き落とす。

側壁の２４０°〜１２０°の範囲を３０〜４５°ピッチでアーム４を旋回させ、この動作を繰り返す。

(7)第三工程（テーパ部切削）
図９に示されるように、まず、炉１の側壁と底面との交差部分には、テーパ部１ａが形成される。炉１の側壁の付着物はレーキ９で掻き取られる。炉１の底面の付着物は、ロータ８の前面刃２０によって切削される。テーパ部１ａの付着物は、レーキ９で掻き取ったり、ロータ８の前面刃２０で切削したりするのは困難である。このため、ロータ８の側面刃２１で切削する。

図９に示されるように、まず、走行台車５がロータ８をテーパ部１ａの位置まで前進させる。次に、旋回フレーム７がレーキ９を０°の位置に旋回させる。そして、昇降フレーム６がアーム４をリフトダウンさせてロータ８を炉１の内壁（テーパ部１ａ）に接触させる。ロータ８を回転させたまま、旋回フレーム７を０〜３６０°まで旋回させて、テーパ部１ａの付着物を切削する。図１０に示されるように、ロータ８の軸線方向の位置を変えた２回程度の切削でテーパ部全体の切削が可能になる。

(8)第四工程（炉底切削）
炉１の底面の付着物の切削は、ロータ８の前面刃２０によって行われる。

まず、走行台車５がロータ８を前進限まで前進させる。昇降フレーム６がアーム４をリフトアップさせ、ロータ８の中心を炉１の軸線に合わせる。次に、旋回フレーム７がレーキ９を０°の位置に旋回させ、ロータ８を回転させたまま、ロータ８をフィードし、炉１の底面の中心を切削する。

その後、昇降フレーム６によるアーム４のリフトダウンにより、ロータ８を炉１の底面の外周に合わせる。旋回フレーム７がロータ８を旋回させて、炉１の底面の外周を切削する。この工程は、炉１の内径により、底面の中心と外周の２回切削で完了する場合と、中間を追加して３回の切削で完了する場合とがある。

(9)第五工程（掻き出し工程）
掻き取り工程で掻き取られ、またテーパ部・炉底切削工程で切削された付着物は、炉１内に堆積する。この掻き出し工程では、第一工程の掻き取り工程と同一の動作を行い、炉１内に堆積した付着物を炉１の外に掻き出す。

(10)炉外退去
走行台車５を後退させ、アーム４（レーキ９及びロータ８を含む）を炉１の外に出す。

(11)原点復帰
昇降フレーム６を上限の原点に戻す。

(12)電気炉傾動
炉１を０°に傾動し、炉１の軸線を垂直にする。そして、炉１の炉蓋を全閉にする。

(13)装置移動
横行台車１０を固定しているピンを抜き、付着物を除去した炉１から横行台車１０の走行により、待機位置に装置を移動する。位置検出スイッチが待機位置までに移動を検出したら横行台車１０を停止する。

なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に変更可能である。例えば、本発明は電気炉に限られることはなく、転炉や、取鍋等の容器の付着物の除去に適用することができる。

付着物除去装置を用いて、電気炉の付着物を除去したところ、電気炉内の付着物が確実に且つ均一に除去できた。また、従来の人手による除去作業が３０〜４５分かかっていたのに比べて、時間を１５〜２０分に短縮できた。さらに、従来の人手による除去作業の作業者が７〜８人必要であったのに比べて、２人に低減できた。作業者は、炉からの輻射熱を受けることもなく、また労力も必要なく、安全に作業ができた。

本発明の一実施形態の付着物除去装置が据え付けられる工場の平面図 上記付着物除去装置の斜視図 ロータの詳細図 他の例のロータの斜視図 付着物除去装置の側面図（炉の前に移動した状態） 付着物除去装置の側面図（９０°傾けた炉にアームを挿入した状態） 掻き出し工程を示す図（図中（ａ）は炉の平面図を示し、（ｂ）は炉の断面図を示す） 掻き取り工程を示す図（図中（ａ）は炉の平面図を示し、（ｂ）は炉の断面図を示す） テーパ部切削工程を示す図（図中（ａ）は炉の平面図を示し、（ｂ）は炉の断面図を示す） ロータ移動後のテーパ部切削工程を示す図（図中（ａ）は炉の平面図を示し、（ｂ）は炉の断面図を示す）

符号の説明

１…電気炉（炉又は容器）
１ａ…テーパ部
２…付着物除去装置
４…アーム
５…走行台車（軸線方向移動機構）
６…昇降フレーム（半径方向移動機構）
７…旋回フレーム（旋回機構）
８…ロータ
９…レーキ
１０…横行台車（列方向移動機構）
１１…シュート
１２…ボックス
１３…ボックス台車
１７…円盤状の刃
１８…ロータ本体
２０…前面刃
２１…側面刃
２２…逃げ溝
Ａ…軸線方向
Ｒ…半径方向
θ…周方向

Claims (9)

1. 有底筒形状の炉又は容器の底面に付着した付着物を削るための前面刃を有するロータ、及び前記炉又は前記容器の側壁に付着した付着物を掻き取るためのレーキが取り付けられるアームと、
   前記アームを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動させる軸線方向移動機構と、
   前記アームを前記炉又は前記容器の半径方向に移動させる半径方向移動機構と、
   前記アームを前記炉又は前記容器の周方向に旋回させる旋回機構と、
   を備え、
   前記炉又は前記容器は、円筒形状の側壁と底面との交差部分にテーパ部を有し、
   前記ロータは、前記炉又は前記容器の前記テーパ部の付着物を切削するための側面形状がテーパである側面刃を有し、
   前記軸線方向移動機構が前記ロータを前記テーパ部まで移動し、前記半径方向移動機構が前記テーパ部の付着物に前記ロータの前記側面刃を接触させ、前記旋回機構が回転駆動する前記ロータを周方向に旋回することによって、前記テーパ部の付着物が削られる炉又は容器の付着物除去装置。
2. 前記軸線方向移動機構が前記炉又は前記容器の付着物に前記ロータを接触させ、前記旋回機構が前記ロータを周方向に旋回することによって、前記底面の付着物が削られることを特徴とする請求項１に記載の炉又は容器の付着物除去装置。
3. 前記旋回機構が前記炉又は前記容器の側壁に対する前記レーキの周方向の位置を位置決めし、前記半径方向移動機構が前記炉又は前記容器の側壁の付着物に前記レーキを接触させ、前記軸線方向移動機構が前記レーキを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動することによって、前記側壁の付着物が掻き取られ、又は掻き取られ若しくは削られた付着物が前記炉の外又は前記容器の外に掻き出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の炉又は容器の付着物除去装置。
4. 炉又は容器の付着物除去装置はさらに、
   一列に並べられる複数の前記炉又は前記容器の列方向に前記アームを移動させ、各炉又は各容器の前に前記アームを位置決めする列方向移動機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の炉又は容器の付着物除去装置。
5. 炉又は容器の付着物除去装置はさらに、
   前記炉の外又は前記容器の外に掻き出された付着物を回収するシュートと、
   前記シュートによって回収された付着物を溜めるボックスと、
   前記ボックスを炉又は容器の付着物除去装置から搬出するボックス台車と、を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の炉又は容器の付着物除去装置。
6. 前記ロータは、径の異なる複数枚の略円盤状の刃が、側面形状がテーパになるように、かつ側面に螺旋状の前記側面刃及び螺旋状の逃げ溝が形成されるように積層されたロータ本体と、前記ロータ本体の細径側の端面に取り付けられた前記前面刃と、を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の炉又は容器の付着物除去装置。
7. 有底筒形状の炉又は容器を軸線が水平方向を向くように傾ける傾動工程と、
   前記炉又は前記容器に、前記炉又は前記容器の底面に付着した付着物を削るための前面刃、及び前記炉又は前記容器の側壁と底面との交差部分のテーパ部の付着物を切削するための側面形状がテーパである側面刃を有するロータ、及び前記炉又は前記容器の側壁に付着した付着物を掻き取るためのレーキが取り付けられるアームを挿入する工程と、
   前記炉又は前記容器の円筒形状の側壁の付着物に前記レーキを接触させ、前記レーキを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動することによって、前記側壁の付着物を掻き取る掻き取り工程と、
   前記炉又は前記容器の底面の付着物に前記ロータを接触させ、前記ロータを周方向に旋回することによって、前記底面の付着物を削る炉底切削工程と、
   前記炉又は前記容器の側壁と底面との交差部分のテーパ部まで前記ロータを移動し、前記テーパ部の付着物に前記ロータの前記側面刃を接触させ、回転駆動する前記ロータを周方向に旋回することによって、前記テーパ部の付着物を削るテーパ部切削工程を備える炉又は容器の付着物除去方法。
8. 炉又は容器の付着物除去方法はさらに、
   前記炉又は前記容器の側壁の、掻き取られ若しくは削られた付着物に、前記レーキを接触させ、前記レーキを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動することによって、掻き取られ若しくは削られた付着物を前記炉の外又は前記容器の外に掻き出す掻き出し工程を備えることを特徴とする請求項７に記載の炉又は容器の付着物除去方法。
9. 炉又は容器の付着物除去方法はさらに、
   前記掻き取り工程の前に、
   前記炉又は前記容器の側壁の溶融状態の付着物に前記レーキを接触させ、前記レーキを前記炉又は前記容器の軸線方向に移動することによって、前記側壁の溶融状態の付着物を前記炉の外又は前記容器の外に掻き出す掻き出し工程を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の炉又は容器の付着物除去方法。

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