JP5954617B2

JP5954617B2 - 既設肉盛材の除去方法及び粉砕部材

Info

Publication number: JP5954617B2
Application number: JP2012045005A
Authority: JP
Inventors: 誠秀吉田
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: JP2013180312A

Description

この発明は、竪型ミル等の粉砕テーブルや粉砕ローラ等の粉砕部材の摩耗部に肉盛した既設肉盛材を、新設肉盛材による補修の前に除去する既設肉盛材の除去方法、及び粉砕部材に関する。

製鉄所や発電所等のプラントや採石現場等において、コークス、石炭、セメント、アスファルト等の被粉砕物を粉砕する粉砕機の一つとして、図６に示す竪型ミル１１がある。この竪型ミル１１は、回転軸周りに回転する粉砕テーブル１２上に、供給管１３を通して被粉砕物Ｃを供給し、粉砕テーブル１２と、この粉砕テーブル１２の上面側に対向して設けた粉砕ローラ１との間に、被粉砕物Ｃを噛み込ませて粉砕するものである。粉砕された被粉砕物Ｃは、粉砕物用の貯蔵容器等（図示せず）に送り込まれて貯蔵されたり、燃焼炉（図示せず）に送り込まれて燃料として用いられたりする。

この粉砕機の粉砕ローラ１や粉砕テーブル１２等の粉砕部材は、高クロム鋳鉄等の耐摩耗性の高い素材が用いられることが多いが、それでも被粉砕物Ｃの粉砕に伴って次第に摩耗が進行する。この進行に伴って、粉砕ローラ１と粉砕テーブル１２との間の間隔が拡大して、被粉砕物の噛み込みが不十分となって、その粉砕に支障をきたすことがある。そこで、摩耗がある程度進行した段階で、この摩耗部分に肉盛材の層を溶着（溶接）によって形成する肉盛作業が行われる。この肉盛作業により、粉砕ローラ１と粉砕テーブル１２との間隔を当初の幅に戻すことができ、この竪型ミル１１の粉砕機能が回復する。

この肉盛作業に用いる肉盛材として、母材２と同じく高クロム材を用いることができる。この場合、粉砕ローラ１等の性能を一段と向上するために、母材２よりもさらに耐摩耗性が２倍程度高い素材を用いることが多い。

この粉砕ローラ１や粉砕テーブル１２等の粉砕部材の摩耗は、被粉砕物Ｃを強く噛み込む箇所で顕著に生じ、偏摩耗状態となるのが一般的である。そこで、肉盛作業に先立って、グラインダ（例えば、スインググラインダ）を用いて、偏摩耗が生じた粉砕部材の表面を研削する除去作業が行われる。この除去作業は、作業者の手作業によって行われるのが一般的であるが、耐摩耗性の高い高クロム材を除去するのは長時間を要し、肉体的な負担が大きい。また、その仕上がり品質は、作業者のスキルによってばらつきが出やすいという問題がある。

そこで、この除去作業における作業者の負担と、仕上がり品質のばらつきを軽減すべく、例えば特許文献１では、竪型ミル１１の粉砕室内に研削装置を設置して、竪型ミル１１の外側から、作業者が研削装置の回転砥石１４を遠隔操作し得る構成を採用している。この構成によると、作業者が直接回転砥石１４を扱うのではないため肉体的な負担が軽減するとともに安全性が向上し、さらに、作業者ごとの品質ばらつきが生じにくいというメリットがある。この特許文献１に記載の構成は、新品の粉砕部材の表面が摩耗した際に、この粉砕部材（母材２）の表面の除去を行う場合と、母材２の表面に溶着した肉盛材（既設肉盛材８）の除去を行う場合のいずれにも適用し得る。

特開２０１０−１７３０２７号公報

粉砕ローラ１等の粉砕部材の母材２は、特許文献１に記載の回転砥石１４を用いて比較的容易に除去できる一方で、既設肉盛材８は、この回転砥石１４を用いた除去に長時間を要する問題がある。上述したように、この既設肉盛材８は、粉砕部材の母材２よりも耐摩耗性の高い素材を用いるのが一般的で、しかも、粉砕処理を行うと、加工硬化現象により、既設肉盛材８の硬度が溶着直後よりもさらに高くなるためである。

このように、既設肉盛材８の除去に長時間を要すると、除去作業に伴う加工熱が母材２に伝わりやすく、この加工熱によって母材２にクラックや割れが生じたり、組織変化が生じて硬度等の物性が変化したりする問題が生じやすい。特に、この母材２として用いられることが多い高クロム鋳鉄は、熱に対する割れ感受性が高いため、割れ等のトラブルが一層深刻となる。

そこで、この発明は、粉砕テーブル等の粉砕部材の母材の割れ等のトラブルを引き起こすことなく、迅速に既設肉盛材を除去することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、竪型ミルの粉砕ローラや粉砕テーブルの摩耗部を補修する際に、粉砕ローラや粉砕テーブルの母材上に肉盛した既設肉盛材を、新設肉盛材による補修の前に除去する、既設肉盛材の除去方法において、偏摩耗した粉砕ローラや粉砕テーブルの表面に、プラズマガウジング装置のアークを照射して摩耗面を形成するとともに、この摩耗面の形状をデータとして記録しておき、前記アークを走査した部分に肉盛材を溶着して、前記粉砕ローラ及び前記粉砕テーブルを新品のときの形状に再生し、粉砕作業に伴って、溶着した前記既設肉盛材が摩耗した場合に、除去する既設肉盛材の表面に、プラズマガウジング装置のアークを照射して、前記データとして記録していた前記摩耗面の形状を参照しつつ、この既設肉盛材を前記摩耗面からの所定厚みの残存肉盛材を残しつつ、その表面の肉盛劣化部を除去するようにしたことを特徴とする既設肉盛材の除去方法を構成した。

プラズマガウジング装置のアークは、グラインダ（回転砥石）と比較して肉盛材の除去効率が高く、短時間でその除去作業を完了することができる。このため、作業コストの抑制を図ることができる。しかも、この除去の際にアークの照射位置を速やかに移動することができるため、このアークによる加工熱が母材に伝わりにくく、加工熱に起因する母材の割れ等のトラブルを極力防止することができる。

また、グラインダは砥石等の消耗品を頻繁に交換する必要があり、その交換作業が煩雑で時間とコストを要するが、プラズマガウジング装置は消耗品が少ないため、作業をスムーズに行うことができ、消耗品等のコストをあまり要しない。

上述したように、アークによる加工熱はそもそも母材に伝わりにくいが、既設肉盛材を、母材の摩耗面から所定厚みの残存肉盛材を残すことにより、この残存肉盛材がこの加工熱を遮蔽する熱遮蔽材として作用するため、母材への熱伝播が一層抑制されるというメリットがある。さらに、再肉盛の際の溶着熱も、残存肉盛材の熱遮蔽効果によって母材に伝わりにくい。このため、アークの加工熱のみならず、溶着熱による母材の割れや、硬度等の物性が変化するトラブルを一層防止することができる。

しかも、所定厚みの残存肉盛材を残しつつ、それよりも表面側の既設肉盛材（以下、肉盛劣化部という。）をできるだけ深い領域まで除去することにより、この肉盛劣化部に生じた微細なクラックや、このクラック内に入り込んだ被粉砕物も効率的に除去される。このため、この残存肉盛材上に新たに溶着する新設肉盛材の密着性等の良好な特性を確保することができる。

既設肉盛材は、母材の摩耗部分を埋め合わせるように形成されているため、この既設肉盛材を母材の表面から所定厚みだけ残しつつ除去するには、この母材の摩耗面の形状（摩耗の深さ）に沿うようにアークを照射しなければならない。このアークは１ｃｍ程度（あるいはそれ以下）の狭い領域にエネルギーを集中させることができ、しかも、既設肉盛材との間の距離も自在に調節することができるため、局所的にかつ摩耗面の形状に対応して、既設肉盛材の除去を行うことができる。このため、容易に残存肉盛材の厚さを所定値とすることができる。

なお、図７に示すような特許文献１に係る回転砥石１４でも、そのサイズを小さくすることにより局所的にかつ摩耗部分の深さに対応して、既設肉盛材８の除去を行えないわけではないが、この回転砥石による除去はその作業効率が低く時間を要するため、小サイズの回転砥石を用いる除去は、作業効率及びコストの観点から現実的な方法とはいえない。

上記の既設肉盛材の除去方法によって残された残存肉盛材上に新設肉盛材を設けることによって、母材の摩耗面上に、前記摩耗面から所定の厚みを残しつつ、アークによる加工熱、及び、前記新設肉盛材の再溶着に伴う溶着熱が前記母材に過剰に伝わらないように熱遮蔽する前記残存肉盛材と前記新設肉盛材が順次形成された粉砕機用の粉砕部材を構成することができる。

このように構成した粉砕部材は、母材と新設肉盛材との間に挟まれた残存肉盛材が熱遮蔽材として作用する。このため、この粉砕部材の再補修の際に、プラズマガウジング装置のアークによる加工熱や、新設肉盛材を溶着する際の溶着熱が母材に伝わりにくく、これらの熱に起因して母材に割れ等のトラブルが生じるのを極力防止することができる。

この発明は、偏摩耗した粉砕ローラや粉砕テーブルの表面に、プラズマガウジング装置のアークを照射して摩耗面を形成するとともに、この摩耗面の形状をデータとして記録しておき、前記アークを走査した部分に肉盛材を溶着して、前記粉砕ローラ及び前記粉砕テーブルを新品のときの形状に再生し、粉砕作業に伴って、溶着した前記既設肉盛材が摩耗した場合に、除去する既設肉盛材の表面に、プラズマガウジング装置のアークを照射して、前記データとして記録していた前記摩耗面の形状を参照しつつ、この既設肉盛材を前記摩耗面からの所定厚みの残存肉盛材を残しつつ、その表面の肉盛劣化部を除去するようにした。このアークは既設肉盛材の除去効率が高く、短時間で除去作業を完了できるため、その作業中に、アークによる加工熱が母材に伝わりにくく、この加工熱に起因して母材にクラックや割れ等のトラブルが生じるのを極力防止することができる。このため、この既設肉盛材の除去方法を適用した粉砕部材の信頼性を大幅に高めることができる。

新品の粉砕ローラの断面図母材上に既設肉盛材を溶着した粉砕ローラの断面図残存肉盛材を残しつつ既設肉盛材を除去した粉砕ローラの断面図残存肉盛材上に新設肉盛材を溶着した粉砕ローラの断面図一般的なプラズマガウジング装置の要部を示す図一般的な竪型ミルを示す断面図回転砥石で既設肉盛材等の表面を除去する様子を示す斜視図

この発明に係る既設肉盛材の除去方法に係る粉砕ローラ１の断面図を図１〜図４に示す。この粉砕ローラ１は、耐摩耗性に優れた高クロム鋳鉄を母材２としている。新品の粉砕ローラ１は、図１に示すように、弧状の外周面を有するタイヤ形状をしているが、粉砕作業に伴って、同図中に破線で示すように、その外周面が偏摩耗する。

この偏摩耗した粉砕ローラ１の表面に、図５に示すプラズマガウジング装置３の電極４から発生するアーク５を前進傾斜させた状態で走査し、その表面を除去するとともに、後述する肉盛材の形成がしやすいように、ある程度平坦に均す（以下、この均した母材２の表面のことを摩耗面６という。）。この摩耗面６の形状は、データとして記録しておく。このように、粉砕ローラ１の表面に対してアーク５を走査する代わりに、アーク５の位置を固定しておき、粉砕ローラ１の方を回転させて除去作業を行うこともできる。

このプラズマガウジング装置３のノズル７からは、例えば、混合比を８０：２０としたアルゴンと水素の混合ガスが噴射され、アーク５中でプラズマ化した状態となっている。噴射するガスの種類、混合ガスの混合比、噴射量等のパラメータは、除去作用を損なわない範囲で適宜変更することができる。また、アーク５の大きさは除去領域の面積等に合わせて適宜調節することができ、例えば１０ｍｍ程度の範囲に絞ることができる。

このアーク５の出力、加工条件は、除去対象の素材等に割れ等のトラブルが生じない限りにおいて適宜変更することができるが、一般的には、電流が５０〜２００Ａ、電圧が１００〜２００Ｖ、アーク５の走査速度が１００〜２０００ｍｍ／分、の各範囲内とするのが好適である。

偏摩耗した粉砕ローラ１の表面層を除去した後に、図２に示すように、アーク５を走査した部分に肉盛材（以下、既設肉盛材８という。）を溶着して、この粉砕ローラ１を新品のときの形状に再生する。この既設肉盛材８の素材として、耐摩耗性や強度に特に優れている高クロム材が好適であるが、ある程度の耐摩耗性や強度を備えた素材であれば、他の素材を適宜適用することももちろん可能である。

粉砕作業に伴って、溶着した既設肉盛材８が図２中に破線で示すように摩耗した場合、図３に示すように、この既設肉盛材８の表面に所定の範囲に絞ったアーク５を走査し、母材２の摩耗面６から所定の厚みｔ（例えば１０ｍｍ）を残しつつ、その表面の肉盛劣化部を除去する。この際、母材２の平坦化処理の際にデータとして記録していた摩耗面６の形状を参照する。

この所定の厚みｔだけ残した既設肉盛材８（以下、残存肉盛材９という。）は、アーク５による加工熱、及び、肉盛材の再溶着に伴う溶着熱が母材２に過剰に伝わらないように熱遮蔽する機能を有する。この厚みｔは、前記熱遮蔽の機能が発揮される限りにおいて、適宜変更することができる。母材２として熱に比較的強い素材を用いる場合は、必ずしも残存肉盛材９の層を残さなくてもよい。

さらに、図４に示すように、この残存肉盛材９の上に新たに肉盛材（以下、新設肉盛材１０という。）を溶着して、この粉砕ローラ１を新品の形状に再生する。新設肉盛材１０が摩耗したら、図２から図４の作業をその都度行って、この粉砕ローラ１を元の形状に再生することができる。

ここで、既設肉盛材８の除去作業、及び、新設肉盛材１０の溶接作業によって、母材２及び各肉盛材８、１０に割れの原因となるクラックが発生するかどうかについて、溶剤除去性染色浸透探傷試験による検査（ＰＴ検査）で確認した。

まず、粉砕ローラ１形状の母材２（高クロム鋳鉄）自体のＰＴ検査を行って、この母材２に初期クラックがないことを確認した。次に、この母材２に、所定厚さの既設肉盛材８を溶着した。この段階で２回目のＰＴ検査を行ったところ、クラックの発生は確認できなかった。さらに、この既設肉盛材８をプラズマガウジング装置３のアーク５によって、１０ｍｍの厚さの残存肉盛材９を残して除去した。この段階で３回目のＰＴ検査を行ったところ、クラックの発生は確認できなかった。

従来の回転砥石を用いた研削による除去では、この既設肉盛材８の除去工程で母材２の割れやクラックの発生等のトラブルが頻発したが、本願発明のようにプラズマガウジング装置３のアーク５で既設肉盛材８の除去を行うことで、そのようなトラブルを未然に防止することができた。

この既設肉盛材８は、上述したように耐摩耗性等に優れた素材が用いられる上に、粉砕作業に伴う加工硬化現象によってその硬度が一層増しているが、この高硬度の既設肉盛材８を速やかに除去するのに、本願発明に係る除去方法は好適である。

同様の摩耗状態にある既設肉盛材８を所定深さまで除去するのに要する時間を、特許文献１に記載の研削装置を用いて研削除去する方法（従来方法）と、本願発明に係る方法（本願方法）とで比較した。その結果、従来方法では、冷却時間を含めて約１５０時間の作業時間を要したのに対して、本願方法では、その約１／３以下の４６時間の作業時間で完了することができた。

しかも、この既設肉盛材８の除去に伴って、使用に伴って硬化した既設肉盛材８の表面亀裂内に残留していた被粉砕物も除去される。このため、新設肉盛材１０を溶着する際に、被粉砕物に起因して既設肉盛材８（残存肉盛材９）と新設肉盛材１０との間の密着性が低下する等のトラブルを防止することができる。

このアーク５自体は非常に高温であるが、粉砕ローラ１等とアーク５との間の相対移動速度は、回転砥石での研削の際の研削速度と比較してはるかに速く、母材２にその加工熱が伝わる前にアーク５は既に他所に移動している。このため、この加工熱が母材２に与える影響は小さい。しかも、肉盛材を形成する際の溶着熱も、残存肉盛材９によって遮蔽される。このため、加工熱及び溶着熱に起因して、母材２に割れが生じる等のトラブルを極力防止することができる。

また、アーク５を噴射するノズル７等のヘッド部はコンパクトであって、このヘッド部を粉砕装置内に容易に設けることができる。しかも、この粉砕装置の外側から作業者が遠隔操作することによって、安全にその作業を行うことができる。さらに、摩耗面６の形状を予めデータとして取り込んでおけば、このアーク５の照射位置、速度、出力等を自動制御することもできる。このように自動化することによって、作業者の負担を大幅に軽減することができる。

上記の実施形態においては、粉砕ローラ１の既設肉盛材８の除去を例に挙げて説明したが、粉砕テーブル１２に対しても全く同じ方法が適用できる。そして、この除去方法は、製鉄所、発電所等のプラントや採石現場等のように、コークス、石炭、セメント、アスファルト等の被粉砕物Ｃを粉砕する必要がある現場において、広く適用することができる。

１粉砕ローラ（粉砕部材）
２母材
３プラズマガウジング装置
４電極
５アーク
６摩耗面
７ノズル
８既設肉盛材
９残存肉盛材
１０新設肉盛材
１１竪型ミル
１２粉砕テーブル（粉砕部材）
１３供給管
１４回転砥石
Ｃ被粉砕物
ｔ（残存肉盛材の）厚み

Claims

竪型ミル（１１）の粉砕ローラ（１）や粉砕テーブル（１２）の摩耗部を補修する際に、粉砕ローラ（１）や粉砕テーブル（１２）の母材（２）上に肉盛した既設肉盛材（８）を、新設肉盛材（１０）による補修の前に除去する、既設肉盛材の除去方法において、
偏摩耗した粉砕ローラ（１）や粉砕テーブル（１２）の表面に、プラズマガウジング装置（３）のアーク（５）を照射して摩耗面（６）を形成するとともに、この摩耗面（６）の形状をデータとして記録しておき、
前記アーク（５）を走査した部分に肉盛材を溶着して、前記粉砕ローラ（１）及び前記粉砕テーブル（１２）を新品のときの形状に再生し、
粉砕作業に伴って、溶着した前記既設肉盛材（８）が摩耗した場合に、除去する既設肉盛材（８）の表面に、プラズマガウジング装置（３）のアーク（５）を照射して、前記データとして記録していた前記摩耗面（６）の形状を参照しつつ、この既設肉盛材（８）を前記摩耗面（６）からの所定厚み（ｔ）の残存肉盛材（９）を残しつつ、その表面の肉盛劣化部を除去するようにしたことを特徴とする既設肉盛材の除去方法。