JP6481583B2

JP6481583B2 - 溶射材圧送装置

Info

Publication number: JP6481583B2
Application number: JP2015204300A
Authority: JP
Inventors: 英邦西口; 隆太山田; 雄生福浦; 飯田　正和; 正和飯田
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: JP2017075381A

Description

本発明は耐火物ライニングの補修技術に関し、特に溶射補修に供せられる溶射材圧送装置に関するものである。

鉄鋼をはじめ、非鉄金属製錬、セメント製造やガラス製造、ゴミの焼却溶融などの産業用の窯炉において各種耐火物が広く使用されている。これら耐火物は化学反応や機械的、熱的衝撃により損耗を生じ、損耗部は吹き付け材などの不定形耐火物で補修される。

窯炉の中で、コークス炉においては溶射補修が広く実施されており、その中でも、耐火性粉末と金属Si粉末の混合体からなる溶射材を、酸素をキャリアガスとして搬送し高温の被補修部位に吹き付けることによって金属Siと酸素を反応させ、反応によって発生する熱で耐火性粉末を溶融して被補修部に溶着させる方法が一般的となっている。

溶射材の被補修面への搬送は図６に示すような溶射装置を用いて行われる。すなわち、溶射装置１０により燃焼補助ガスに混合された溶射材はフレキシブルホース６に供給され、ホースの先端に接続したランスパイプ７を通って先端のノズル８から被補修面に噴出される。

溶射装置１０としては、開放されたホッパに貯蔵された溶射材を重力で落下させエジェクタを用いて搬送する図３（後述）に示すエジェクタ方式と密閉容器の中に溶射材を貯蔵し、容器内を加圧することで溶射材を搬送する密閉方式があるが、装置が小型・軽量化できる点と溶射材を連続的に供給できる点から開放エジェクタ式の溶射装置が選択される場合が多い。

近年、コークス炉の老朽化の進行に伴い耐火物の損傷範囲が広がっていることから溶射補修の効率向上のため溶射材の吐出速度を増大させることが必要になってきている。そのため、エジェクタ構造として高速噴流を噴出するエジェクタノズルとディフューザからなる図５、図６に示すような構造が一般的に選択される。この場合、エジェクタノズル３から噴出する燃焼補助ガス（酸素）に、当該エジェクタノズル３の先端付近にホッパ１から導入管１１１を介して落下する補修材を巻き込んでディフューザ５で受ける構造になっている。この構成では、エジェクタノズル３からの高圧噴流の噴射方向の中心軸をディフューザ５の断面の中心軸に一致させることで高い吐出量が得られることが知られている。

このようなエジェクタ構造を用いた上で、更に吐出速度を増大させるためにはホース以降の圧力損失を小さくすることが有効で、ホースやランス（配管部材）を短くしたり直径を大きくしたりすることは効果がある。この方法は、配管における圧力損失を低減することでエジェクタの吸引力を高める方法であるが、ホースやランスの長さを短くすると補修可能範囲が狭小になり、補修が必要な部位まで配管が到達しなくなるため、一定値以上は短くすることが困難である。また、ホースやランスの径を太くすることは配管部材が重くなり、配管部材を人力で保持する補修には好ましくない。

これに対して、エジェクタによる溶射材料の吸引力が同等であってもホッパからエジェクタへの粉体流れを円滑化することで粉体供給量を増やす方法も有効である。ホッパからエジェクタへの粉体供給量を増やす方法は、大きくわけて２つの方法が知られていた。一方はホッパからエジェクタへ溶射材を導く導入管の部分（絞り部）で粉末の流れを促進させる方法であり、他方はホッパの出口以降における粉末の流動を促進する方法である。

図５に示した従来技術では、稼動時にホッパ１からエジェクタ４へ粉体を供給する導入管１１１は溶射材で満たされており、溶射材が吐出されてエジェクタ４内部の溶射材が減ると重力とエジェクタ４の吸引力によって溶射材がホッパ１からエジェクタ４に供給される。このとき、導入管１１が単管であるため、溶射材は単管の内壁から摩擦抵抗を受けることになる。

このため、以下の特許文献１〜４に開示するように、ホッパの導入管での摩擦抵抗を減らす工夫がなされている。

特許文献１（実開昭６２−１４４８３２）には、粉体をエジェクタに供給する粉体供給管（導入管）の外周にエアチャンバを有し、粉体の出口側に向かって穿設された空気吐出孔を通してエアチャンバ内の圧縮空気を高速噴流として供給する構成が開示されており、粉体の安定した定量供給が可能になったとしている。

特許文献２（特許第４６２７８５４号）には、粉体がエジェクタに供給される縮径部（導入管）の上流側から空気を導入することで縮径部への粉体付着を抑制し安定輸送を図る構成が開示されている。

特許文献３（特開２００２−２６５０４６）には、二重構造ホッパを用い、重力で落下する粉粒体と同じ方向に送られる輸送用空気を導入することで乱流の発生によるエネルギーロスや輸送効率の低下を低減する構成が開示されている。

さらに特許文献４（特開２００２−３０８４２７）には、高圧気体室を設け、供給される輸送用空気を高圧とする構成が開示されている。

公開実用昭和６２−１４４８３２号公報特許第４６２７８５４号特開２００２−２６５０４６号公報特開２００２−３０８４２７号公報

前記特許文献１（実開昭６２−１４４８３２）に開示の構成は、穿設された細孔から高速噴流を吹き出さなければならず、そのためにはチャンバー内のエアをかなり高い圧力に維持する必要があり、ホッパ下部に屈強なエアチャンバを設けることになるため、装置が大きく、重くなる。また、穿設された細孔から吹き出したガスによって粉体供給側を積極的に負圧にするためには空気吐出孔から比較的多量の空気を供給しなければならない。少量の粉体を多量のガスで圧送する、すなわち粉体濃度の低い場合の空気輸送においては有効であるが、溶射材を高い濃度で圧送することを目的とする溶射材圧送装置に適用すると、エジェクタノズルから噴出されるガスと、ホッパの粉体出口側からのガスがディフューザで干渉し、高圧噴流の噴射方向の中心軸とディフューザ断面の中心軸にブレが生じ、却って吐出量を低下させることになる。

さらに、溶射施工において酸素は単なるキャリアガスではなく、Siを酸化させる反応剤であり、溶射材の吐出量と酸素の流量は適正な比に保たれることが必要であるが、上記の構成によれば酸素が過剰にならざるを得ず、燃焼温度が低下することで緻密な施工体が得られなくなったり溶射時のリバウンドが増大したりする。

特許文献２（特許第４６２７８５４号）に開示の構成は、付着性を有する粉体を微量空気輸送する場合であって、輸送量が小さいときに生じる輸送不安定を解消するものである。この構成を、吐出量を増やすことを目的とする溶射材圧送装置に適用して多量の空気を導入すると、高圧噴流の噴射方向の中心軸とディフューザの断面の中心軸にブレが生じ、却って吐出量が低下する結果となる。

特許文献３（特開２００２−２６５０４６）に開示された構成、さらに特許文献４（特開２００２−３０８４２７）に開示された構成は、輸送用空気を二重構造ホッパより供給するもので、ホッパ下部で粉粒体と空気を混合しないので、少量搬送にしか適用できず、溶射施工で求められている高濃度多量吐出には適用できない。

本発明は、溶射による耐火物補修に使用する溶射材圧送装置において、ホースやランスなど作業者が取り回しをする配管径を大きくすること無く、また、装置の大型化、重量化を伴わずに、溶射材の吐出量を高めることができる溶射材圧送装置を提供することを目的としたものである。

本発明は、ホッパから導入された溶射材と、エジェクタノズルから噴出される燃焼補助ガスとをエジェクタで混合し、ディフューザを介してランス先端のノズルから噴出する溶射材圧送装置であって、下記内管と、外管と、ガス導入口とより構成される。

内管は、ホッパからエジェクタへ溶射材を導入するとともに、エジェクタの材料投入孔より所定の距離上または下の位置に開口する。外管は、前記内管を、当該内管と所定の距離を保って覆うとともに、前記エジェクタの材料投入孔に連通する。更に、ガス導入口は、前記内管の開口位置より所定距離上のまたは下の位置に開口する。

前記内管の内径(d_i)と外管(d_o)の内径の比(d_i/d_o)は0.5〜0.9、好ましくは0.6〜0.8で、内管の開口端とエジェクタの材料投入孔の距離(l₁)と導入外管の内径(d_o)の比(l₁/d_o)は0.33以上1.5以下、好ましくは1.0以下である。

前記内管と外管の間に前記ガス導入孔から供給されるガス流量は、エジェクタノズルに供給される溶射材搬送ガス流量の1/2以下である。

更に、前記ガス導入口から供給されるガス種は、大気、酸素、窒素、アルゴン、から選択される少なくとも１種類である。従って、前記ガス導入口は、大気に開放されることでもよい。

本発明により、耐火物の溶射補修に使用する溶射材圧送装置において、ホースやランスなど作業者が取り回しをする配管径を大きくすること無く、また、装置の大型化、重量化を伴わずに、溶射材の吐出量を高めることができ、溶射補修の効率を向上させることができる。

本発明装置の全体概念図。本発明の要部の概念図。本発明によるホッパからの溶射材供給状態を示す図。本発明の別の実施形態を示す図。従来のエジェクタ構造を示す図。従来の溶射材圧送装置の全体概念図。

図１は本発明が適用された溶射材圧送装置の概念図であり、図２は本発明の要部を示す図である。

ホッパ１の導入管１１が絞り部に連続する内管３１と、当該内管３１に対して、径方向に所定の間隔を保って覆う外管３２とより構成される。

前記内管３１の開口端はエジェクタ４の材料投入孔３４の上側の位置に開口し、前記外管３２の上端は前記ホッパ１下部の絞り部に気密に取り付けられ、下端はエジクタ３の材料投入孔３４に連通する。更に、前記外管３２の前記内管３１の開口端より上の位置にガズ導入口３３を設けた構成となっている。

従来のように、内管３１（図５の導入管１１１）が単管である場合、溶射材は単管である内管３１の内壁から摩擦抵抗を受けることになるが、上記の構成のように、内管３１に対して外管３２を被せて二重管とすると、図３に示すように、内管３１あるいは外管３２の管壁部の材料表面の僅かな範囲に、内管３１と外管３２の間から供給されるガスが混入し、それによって摩擦抵抗が軽減され、エジェクタ４への円滑な材料供給に寄与することになる。

上記構成において、前記内管３１の内径(di)と外管３２(d_o)の内径の比(di/ d_o)は、比(di/d_o)は0.5〜0.9である。この比より内管３１の径が大きいとガス導入口３３から導入されるガスの混入量が少なく十分な効果が得られない。また、内管３１の径が上記の比より小さいと、外管３２、およびエジェクタ４の材料投入孔３４の径が大きくなり過ぎ、装置全体が大型化するため好ましくない。好ましくは0.6〜0.8である。

また、前記内管３１の開口端とエジェクタ４の材料投入孔３４の距離(l₁) と外管３２の内径(d_o)の比(l₁/d_o)は1.5以下である。内管３１の下端の開口端がエジェクタ４の材料投入孔３４からの距離が、上記の比より大きいと管壁との摩擦低減効果がエジェクタ４に到達する前に失われるため好ましくない。より、好ましくは1.0以下である。このとき、距離(l₁)がマイナス、すなわち内管３１の開口端がエジェクタ４の材料投入孔３４のレベルより下方にあってもよい。

また、ガス導入口３３から供給されるガス量（ｍ^３/h）が、エジェクタノズル３から供給される溶射材搬送ガス量（ｍ^３/h）の1/2以下とする。当該ガス量がエジェクタノズル３より供給される溶射材搬送ガス量の1/2より多いと、エジェクタノズル３とディフューザ５の間でガス同士が干渉し、エジェクタノズル３からの高圧噴流の噴射方向の中心軸とディフューザ５の断面の中心軸にブレが生じ、却って吐出量を低下させることになる。従って、好ましくは上記ガス量は溶射材搬送ガス量の1/4以下であることが望ましい。

エジェクタ４に供給されるガス種はエジェクタノズル３から導入されるメインの搬送ガスであり、かつ溶射補修の際の反応ガスである酸素であることが好ましい。溶射補修において酸素濃度が低下することで、反応効率が低下するためである。

しかし、本発明のガス導入口３３から供給されるガスの場合、導入量が少ないため空気や窒素など、メインの搬送ガスと異なる組成のガスも適用可能である。また、ガス導入口３３から導入するガスは前記メインのガスが逆流しない限り低い圧力とすることができる。一般に、エジェクタ４の効果により導入管１１の付近は負圧になるので、前記ガス導入口３３から導入するガスは大気圧でも本発明の効果は得られる。これらより、ガス導入口３３は大気に開放された状態であっても本発明の効果を得ることが可能である。

なお、本発明はホース７やランス８などの配管径を大きくすることなく吐出量を増大するものであるが、配管径の増大と組み合わせることでさらに高い効果が得られる。すなわち、作業方法や治具の工夫、ロボットの導入などで作業負荷を軽減し、配管径を大きくして吐出量を増大させることを否定するものではない。

また、図４に示すごとく、ホッパ１と導入管１１の二重管部との間に材料の供給を調整するシャッタ１２やバタフライ弁（図示せず）を設置することも可能である。更に、シャッタ１２やバタフライ弁などのバルブに限らず、一般的に公知の配管部材を設置することが可能である。

この場合、内管３１の上部には外管３２を被せない構成とし、その部分に前記シャッタ１２等を配置し、当該シャッタ１２等の下側の位置の内管３２に外管３２の上端が気密に取り付けられ二重管部とする。図１の場合と同様、外管３２の下端はエジクタ３の材料投入孔３４に連通する。また、当然のことながら、ガス導入孔３３は、外管３２の内管３１との取り付け部より下の位置で、内管３１の下端より上の位置に設けられることになる。

本発明の効果を表わす実験は図１に示す溶射装置を用いて行った。実施例、および比較例を表１〜表３にまとめる。

表１は内管内径(di)と外管内径(d_o)の比di/ d_oの影響を例示したものである。比較例1はガスを導入しない例であるが、di/ d_oが0.5から0.9の範囲でガスを導入することで吐出量が増大すること、その効果はdi/ d_oが0.6〜0.8の範囲で顕著であることがわかった。

表２は内管の開口端とエジェクタの材料投入孔の距離(l₁) と外管の内径(d_o)の比(l₁/ d_o)の効果を例示したものである。ガス導入しない比較例４に対して、l₁/ d_oが1.5以下の範囲でガスを導入することで吐出量が増大すること、また、その効果はl₁/ d_oが1.0以下の範囲で顕著であることがわかる。

表３は導入ガス量の影響を例示したものである。また、ガス導入せず大気に開放した例も表３に示した。表３のデータは表２と同じ仕様で採取したものでガスを導入しない比較例４との比較によってその効果がわかる。表3からわかるように、エジェクタに導入するガスの1/2以下のガス量を導入することで吐出量の向上を図ることができ、その効果は1/3以下で著しい。

さらに、実施例１８に示されるように、ガスを導入するのではなく大気に開放することでも吐出量の向上を図ることが可能である。実施例１８の場合の大気の流入量は測定していないが、大気吸入部に手をかざしたところ、極僅かであることが確認された。

以上説明したように本発明は、作業者が取り回しをする配管径を大きくすること無く、また、装置の大型化、重量化を伴わずに、溶射材の吐出量を高めることができ、溶射補修の効率を向上させることができる。

１．ホッパ
２．エジェクタノズル
４．エジェクタ
１１．導入管
１２．シャッタ
３１．内管
３２．外管
３３．ガズ導入口
３４．材料投入孔

Claims

ホッパから導入された溶射材と、エジェクタノズルから噴出される燃焼補助ガスとをエジェクタで混合し、ディフューザを介してランス先端のノズルから噴出する溶射による耐火物補修に使用する溶射材圧送装置において、
ホッパからエジェクタへ溶射材を導入するとともに、エジェクタの材料投入孔より所定の距離上または下の位置に開口する内管と、
前記内管を、当該内管と所定の距離を保って覆うとともに、前記エジェクタの材料投入孔に連通する外管と、
前記内管の開口位置より上の位置の外管内部に開口したガス導入口と、
を備え、
前記内管の内径(di)と外管の内径(do)の比(di/do)は0.5〜0.9で、内管下端とエジェクタの材料投入孔の距離(l₁) と導入外管の内径(do)の比(l₁/do)は0.33以上1.5以下であり、
前記内管と外管の間に前記ガス導入口から供給されるガス流量は、エジェクタノズルに供給される溶射材搬送ガス流量の1/2以下である
ことを特徴とする溶射による耐火物補修に使用する溶射材圧送装置。
前記外管(do)の内径の比(di/do)が0.6〜0.8である請求項１に記載の、溶射による耐火物補修に使用する溶射材圧送装置。
前記比(l₁/do)が1.0以下である請求項１に記載の、溶射による耐火物補修に使用する溶射材圧送装置。
ガス導入口から供給されるガス種が、大気、酸素、窒素、アルゴン、から選択される少なくとも１種類である請求項１〜３のいずれかに記載の溶射による耐火物補修に使用する溶射材圧送装置。
前記ガス導入口が大気に開放された請求項４に記載の溶射による耐火物補修に使用する溶射材圧送装置。