JP6623619B2 - ブラスト処理装置及びブラスト処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブラスト処理装置及びブラスト処理方法に関し、特に、橋梁、船舶、プラント、ボイラ等における構造部材のブラスト処理に用いるブラスト処理装置及びブラスト処理方法に関する。

橋梁、船舶、プラント、ボイラ等における構造部材のブラスト処理には、珪砂を使用するサンドブラスト法や、鋼球を使用するショットブラスト法が採用されている。また、これらのブラスト処理方法については、発生する粉塵の飛散や拡散が問題となるため、湿気ジェットブラスト法等の湿式ブラスト法が採用されている。

特許文献１には、原子力施設内の強固な汚染物質をより安全に効率よく除去するために、多孔質炭素材からなる研削材に水分を供給しながらブラスト処理することが記載されている。

特開２０１１−２３７３７８号公報

ところで、上述した湿式ブラスト法では、予め研削材と水とを混ぜてスラリー状にしてから噴射してブラスト処理するので、使用する水量が多くなる。これにより、ブラスト処理後の清掃や排水処理等の作業に手間を要し、生産コストが増加する可能性がある。

そこで本発明の目的は、より低コストで粉塵の飛散や拡散を抑制可能なブラスト処理装置及びブラスト処理方法を提供することである。

本発明に係るブラスト処理装置は、研削材を投射するブラストノズルを備え、前記ブラストノズルは、前記研削材を投射する研削材投射部と、前記研削材投射部の周りを囲むようにして配置され、ミストを噴出する複数のミスト噴出部と、を有することを特徴とする。

本発明に係るブラスト処理装置において、前記ブラストノズルは、前記研削材投射部と、前記ミスト噴出部とが設けられるブラストノズル本体を含むことを特徴とする。

本発明に係るブラスト処理装置は、前記ブラストノズル本体と、前記研削材投射部と、前記ミスト噴出部とは、別体からなることを特徴とする。

本発明に係るブラスト処理装置において、前記ミストは、平均粒子径が０μｍより大きく２０μｍ以下の微霧であることを特徴とする。

本発明に係るブラスト処理方法は、研削材の投射流の周りをミストの噴出流で囲みながら、前記研削材を被処理物に衝突させることを特徴とする。

本発明に係るブラスト処理方法において、前記ミストは、平均粒子径が０μｍより大きく２０μｍ以下の微霧であることを特徴とする。

本発明に係るブラスト処理方法において、前記微霧の噴出量は、０．４ｋｇ／ｍｉｎ．以上０．６ｋｇ／ｍｉｎ．以下であることを特徴とする。

上記構成によれば、研削材の投射流の周りをミストの噴出流で囲みながら、研削材を被処理物に衝突させてブラスト処理するので、発生した粉塵がミストにより捕捉される。そして、粉塵を捕捉したミストは、研削材が被処理物に衝突したときの摩擦熱等により蒸発しやすいので排水処理作業等を行う必要がない。これにより、上記構成によれば、より低コストで粉塵の飛散や拡散を抑制可能となる。

本発明の実施の形態において、ブラスト処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態において、ブラストノズルの先端の構成を示す図である。 本発明の実施の形態において、ブラスト処理方法の作用を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態において、各ブラスト処理条件による粉塵測定結果を示すグラフである。

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、ブラスト処理装置１０の構成を示す図である。

ブラスト処理装置１０は、研削材を貯留するための研削材用タンク１２を備えている。研削材用タンク１２の下部には、研削材を排出するための研削材排出管１４が設けられている。研削材排出管１４には、バルブ１６が設けられている。

ブラスト処理装置１０は、ミストとなる水等の液体を溜めるための液体用タンク１８を備えている。液体用タンク１８の下部には、液体を排出するための液体排出管２０が設けられている。液体排出管２０には、バルブ２２が設けられている。液体排出管２０は、分岐して後述する各ミスト噴出部３２と接続されている。なお、液体として水道水を用いる場合には、水道水の蛇口に液体排出管２０を直接接続するようにしてもよい。

ブラスト処理装置１０は、コンプレッサ等の圧縮ガス供給源（図示せず）から圧縮空気等の圧縮ガスを送るための給気管２４ａ、２４ｂを備えている。給気管２４ａは、研削材排出管１４と、後述する研削材投射部３０とに接続されている。給気管２４ｂは、後述する各ミスト噴出部３２に接続されている。

ブラスト処理装置１０は、研削材を投射するためのブラストノズル２６を備えている。図２は、ブラストノズル２６の先端の構成を示す図である。ブラストノズル２６は、円形状等に金属材料等で形成されたブラストノズル本体２８を備えている。ブラストノズル本体２８には、研削材を投射するための研削材投射部３０と、ミストを噴出するための複数のミスト噴出部３２と、が設けられている。ブラストノズル本体２８は、研削材投射部３０を嵌合するための嵌合部３４と、ミスト噴出部３２を嵌合するための嵌合部３６と、を有している。これらの嵌合部３４、３６は、研削材投射部３０やミスト噴出部３２を嵌合可能な嵌合穴等で形成されている。

研削材投射部３０は、ブラストノズル本体２８に設けられており、研削材を投射する機能を有している。研削材投射部３０は、ブラストノズル本体２８の略中心に設けられている。研削材投射部３０には、汎用の乾式ブラスト機等に用いられており、各種研削材（例えば、アルミナ、銅スラグ、ガーネット、スチールグリッド、珪砂等）を投射するための研削材用ノズルを使用することが可能である。また、研削材投射部３０の近傍の給気管２４ａには、圧縮ガスの圧力を調整するための圧力調整弁（図示せず）が設けられている。

複数のミスト噴出部３２は、ブラストノズル本体２８に設けられ、研削材投射部３０の周りを囲むようにして配置されており、ミストを噴出する機能を有している。これにより、研削材投射部３０から投射される研削材の投射流の周りを、ミストの噴出流で囲みながら研削材を被処理物に衝突させてブラスト処理することが可能となる。また、各ミスト噴出部３２の近傍の給気管２４ｂには、圧縮ガスの圧力を調整するための圧力調整弁（図示せず）が設けられている。各ミスト噴出部３２の近傍の液体排出管２０には、液体の流量を調整するための流量調整弁（図示せず）が設けられている。

複数のミスト噴出部３２は、研削材の投射流の周りをミストの噴出流でより均等に囲むために、研削材投射部３０の周りに等間隔で配置されることが好ましい。図２に示すブラストノズル２６では、ミスト噴出部３２は、研削材投射部３０の周りを囲むようにして、略等間隔で３箇所に設けられている。ミスト噴出部３２を設ける箇所については、特に限定されることなく、例えば、研削材投射部３０の周りに６箇所から９箇所設けるようにしてもよい。

複数のミスト噴出部３２は、ミストを発生させる噴霧ノズル等により構成することが可能である。ミストには、平均粒子径が０μｍより大きく１０００μｍ以下の微霧、細霧、中霧等の霧状の液体を用いることができる。これらのミストを発生させる噴霧ノズルには、圧縮ガスと液体とを混合して噴出する２流体スプレーノズル等を用いることが可能である。２流体スプレーノズルでは、圧縮ガスの圧力や、液体の流量を変えることにより、ミストの平均粒子径を変えることができる。例えば、ミストの平均粒子径をより小さくする場合には、圧縮ガスの圧力をより高くし、液体の流量をより少なくすればよい。

ミストの粒子径については、位相ドップラー式レーザ粒子分析器等により測定可能である。ミストの平均粒子径については、ザウター平均等で算出することができる。複数のミスト噴出部３２のノズル径については、同じノズル径のものを用いてもよいし、異なるノズル径のものを用いてもよい。

ミストは、平均粒子径が０μｍより大きく２０μｍ以下の微霧であることが好ましい。ミストの平均粒子径が２０μｍより大きい場合には、被処理物が濡れて湿潤し易くなり、戻り錆びが発生し易くなるからである。このような微霧を発生させる噴霧ノズルには、例えば、（株）いけうち製の微霧発生ノズル等を使用可能である。

ブラストノズル２６は、ブラストノズル本体２８と、研削材投射部３０と、ミスト噴出部３２と、が別体で構成されている。このため、汎用の乾式ブラスト機の研削材用ノズルをブラストノズル本体２８の嵌合部３４に嵌合させてブラスト処理装置１０を構成することにより、湿式ブラスト処理を行うための専用のブラスト機が不要となるので、生産コストを低減することができる。また、研削材投射部３０と、ミスト噴出部３２と、が別体で構成されているので、交換等についても容易に行うことができる。なお、ブラストノズル２６については、ブラストノズル本体２８と、ミスト噴出部３２とを一体的に構成し、研削材投射部３０を別体としてもよいし、ブラストノズル本体２８と、研削材投射部３０と、ミスト噴出部３２とを一体的に構成することも可能である。

また、上記のブラスト処理装置１０では、ブラストノズル２６は、研削材投射部３０と、ミスト噴出部３２と、が設けられるブラストノズル本体２８を含んでいるが、ブラストノズル本体２８を含まずに構成することも可能である。より詳細には、ブラストノズルについては、研削材を投射する研削材投射部と、研削材投射部の周りを囲むようにして配置され、ミストを噴出する複数のミスト噴出部と、を金属製のワイヤやテープ等で固縛して構成するようにしてもよい。

次に、ブラスト処理装置１０を用いたブラスト処理方法について説明する。

まず、ブラスト処理装置１０の研削材用タンク１２に研削材を投入する。研削材には、アルミナ、銅スラグ、ガーネット、スチールグリット、珪砂、炭化珪素等の一般的な研削材が使用可能である。バルブ１６を開けて、研削材を研削材排出管１４から排出する。

液体用タンク１８に、ミストとなる液体を注入する。液体には、例えば、水道水、脱イオン水、蒸留水等の水を用いることが可能である。バルブ２２を開けて液体を液体排出管２０から排出し、複数のミスト噴出部３２に液体を供給する。

次に、コンプレッサ等を作動させて圧縮空気等の圧縮ガスを給気管２４ａ、２４ｂへ送り込む。研削材投射部３０には、給気管２４ａにより圧縮ガスで研削材が搬送される。複数のミスト噴出部３２には、給気管２４ｂにより圧縮ガスが供給される。圧縮ガスの圧力は、例えば、０．１ＭＰａから０．９ＭＰａである。

ミスト噴出部３２から平均粒子径が０μｍより大きく２０μｍ以下の微霧を噴出させる場合には、微霧の噴出量は、０．４ｋｇ／ｍｉｎ．以上０．６ｋｇ／ｍｉｎ．以下であることが好ましい。微霧の噴出量が０．４ｋｇ／ｍｉｎ．以上であるのは、微霧の噴出量が０．４ｋｇ／ｍｉｎ．より小さい場合には、微霧の量が少ないので粉塵の抑制効果が低下する可能性があるからである。微霧の噴出量が０．６ｋｇ／ｍｉｎ．以下であるのは、微霧の噴出量が０．６ｋｇ／ｍｉｎ．より大きくても粉塵の抑制効果が略同じであると共に、微霧の量が多くなるので被処理物に戻り錆びが発生し易くなるからである。

圧縮ガスが給気管２４ａ、２４ｂへ送り込まれると、研削材投射部３０から研削材が投射されると共に、複数のミスト噴出部３２からミストが噴出する。これにより、研削材の投射流の周りをミストの噴出流で囲みながら、研削材を被処理物に衝突させてブラスト処理が行われる。研削材が被処理物に衝突する前では、研削材がミストで湿潤されることが抑制されているので、乾式のブラスト処理と略同等の研削能力を得ることができる。また、湿式ブラスト法のように、水と研削材とをスラリー状にしてから投射するのではなく、研削材は、ミストと分離して投射されるので、研削材用ノズルの目詰まり等が抑制される。

なお、ブラスト処理される被処理物については、例えば、橋梁、船舶、プラント、ボイラ等の塗装や溶接が必要となる鋼構造部材である。また、ブラスト処理の環境については、屋外のような開放空間であってもよいし、屋内ブラスト場のような密閉空間であってもよい。

次に、このブラスト処理方法の作用について説明する。図３は、ブラスト処理方法の作用を説明するための模式図である。まず、図３（ａ）に示すように、研削材４０の投射流の周りを、微霧等のミスト４２の噴出流で囲みながら、研削材４０を被処理物４４に衝突させる。このように研削材４０の投射流は、ミスト４２の噴出流で形成されるカーテンで包まれて覆われている。このため、従来の湿式ブラスト法よりも、研削材４０の投射流の周りをより広い範囲で加湿冷却することができる。

図３（ｂ）に示すように、研削材４０が被処理物４４に衝突すると、研削材４０が破砕される。研削材４０が被処理物４４へ衝突することにより粉塵４６（破砕した研削材４０、被処理物４４の切削粉等）が発生する。発生した粉塵４６は、ミスト４２により捕捉されて凝集する。粉塵４６が凝集することにより重量が大きくなるので、飛散し難くなる。また、発生した粉塵４６は、ミスト４２により帯電が防止される。ミスト４２の噴出流を形成する圧縮ガスは、ミスト４２により冷却されているので、周辺の空気より重くなり下降流を形成する。これにより、更に粉塵４６の飛散を抑制可能となる。

粉塵４６を捕捉したミスト４２については、従来の湿式ブラスト法に比べて少量であることから、研削材４０が被処理物４４に衝突したときの摩擦熱等による被処理物４４の表面温度上昇などにより蒸発しやすくなる。このため、図３（ｃ）に示すように、発生した粉塵４６については、粉塵４６が凝集した凝集物４８となって落下する。

このようにして、粉塵４６の飛散や拡散が抑制される。発生した粉塵４６については、粉塵４６が凝集した凝集物４８として落下するので、粉塵４６の回収が容易となる。また、粉塵４６を捕捉したミスト４２については、蒸発しやすいことから、被処理物４４のブラスト面の湿潤を抑制できるので、戻り錆びが抑えられる。更に、粉塵４６を捕捉したミスト４２については、蒸発しやすいことから、排水処理が不要となる。

なお、一般的に、金属系研削材よりも、セラミックスのような非金属系研削材のほうが脆性であるため、被処理物に衝突したときに細かく破砕されやすく粉塵がより多く発生し易いが、このブラスト処理方法によれば、非金属系研削材を用いた場合でも粉塵の飛散や拡散を抑制することが可能となる。

以上、上記構成によれば、ブラストノズルは、研削材を投射する研削材投射部と、研削材投射部の周りを囲むようにして配置され、ミストを噴出する複数のミスト噴出部と、を有していることから、研削材の投射流の周りをミストの噴出流で囲みながらブラスト処理するので、研削材が被処理物に衝突したときに発生する粉塵を、ミストで捕捉して凝集することにより、発生した粉塵の飛散や拡散が抑制される。

上記構成によれば、粉塵を捕捉するミストについては、従来の湿式ブラスト法に比べて少量であるため、研削材が被処理物に衝突したときの摩擦熱等により蒸発しやすいので、湿式ブラスト法のような排水処理を行う必要がない。このように、上記構成によれば、専用ブラスト機や排水処理作業等が不要となるので、より低コストで粉塵の飛散や拡散を抑制することが可能になる。

ブラスト処理を行って粉塵の飛散や拡散について評価を行った。

ブラスト処理装置には、直圧式乾式ブラスト機（マイティミニブラスターＳ型、太陽金網株式会社製）を用いた。ブラスト処理装置のブラストノズルについは、図２に示す構成と同じにした。すなわち、ブラストノズルについは、金属製のブラストノズル本体に直圧式乾式ブラスト機の研削材用ノズルを取り付け、研削材用ノズルの周りを囲むようにして、３つの微霧噴出ノズルを略等間隔で配置した。微霧噴出ノズルには、（株）いけうち製の微霧発生ノズル（ＢＩＭＶ４５０４Ｓ３０３＋ＴＳ３０３）を使用した。

ブラスト処理される被処理物には、塗装鋼板を用いた。塗装鋼板の大きさについては、縦１．５ｍ×横１．０ｍ×高さ１．０ｍとした。ブラストノズルと塗装鋼板との間の距離については、約８０ｃｍとした。ブラスト処理については、屋内のブラスト場で行った。ブラスト環境については、温度が約２６℃、湿度が相対湿度で約５５％ＲＨとした。

研削材については、銅スラグ３号（平均粒径１ｍｍ）を用いた。ブラスト処理装置の研削材用タンクに研削材を投入し、０．６ＭＰａから０．７ＭＰａの圧力にてブラスト処理した。圧縮ガスには、圧縮空気を用いた。研削材の単位時間当たりの吐出量については、７ｋｇ／ｍｉｎ．から１０ｋｇ／ｍｉｎ．とした。

ブラスト処理については、微霧噴出ノズルの微霧噴出量を変えることにより３処理条件で行った。微霧となる液体には、水道水を使用した。発生させる微霧の平均粒子径については０μｍより大きく２０μｍ以下とした。実施例１の処理条件については、３つの微霧噴出ノズルの微霧噴出量を各々０．３５ｋｇ／ｍｉｎ．とした。実施例２の処理条件については、３つの微霧噴出ノズルの微霧噴出量を各々０．５８ｋｇ／ｍｉｎ．とした。実施例３の処理条件については、３つの微霧噴出ノズルの微霧噴出量を各々１．１６ｋｇ／ｍｉｎ．とした。微霧噴出ノズルへ供給する圧縮空気の圧力については、０．６ＭＰａから０．７ＭＰａとした。なお、比較例１の処理条件として、微霧を噴出させないものについても行った（微霧噴出量が０ｋｇ／ｍｉｎ．）。

デジタル粉塵計ＬＤ−５Ｄ型（高濃度用、柴田科学株式会社製）を塗装鋼板から４ｍ離れた位置に配置し、ブラスト処理開始から粉塵測定を１０分間行った。この粉塵計は、光散乱方式の粉塵計であり、直接的に粉塵の質量を測定しているのではなく、それと比例する散乱光の強弱を測定している。このため、粉塵計の測定値については、粉塵質の散乱光量を測定して１分間の値（ＣＰＭ）に換算して表される。なお、各ブラスト処理の直前にブラスト場の粉塵測定を５分間行ったところ、略０（ＣＰＭ）であった。

次に、各ブラスト処理条件でブラスト処理したときの粉塵測定結果について説明する。図４は、各ブラスト処理条件による粉塵測定結果を示すグラフである。図４のグラフにおいて、横軸に微霧噴出量を取り、縦軸に最大粉塵粒子数（ＣＰＭ）を取り、実施例１から３、比較例１の各処理条件のデータを黒菱形で表している。

比較例１の処理条件の場合には、最大粉塵濃度が約１６００（ＣＰＭ）であった。これに対して、実施例１の処理条件の場合には、最大粉塵濃度が約１０００（ＣＰＭ）であった。実施例２の処理条件の場合には、最大粉塵濃度が約９５０（ＣＰＭ）であった。実施例３の処理条件の場合には、最大粉塵濃度が約９００（ＣＰＭ）であった。この結果から、実施例１から３の処理条件では、比較例１の処理条件よりも粉塵の飛散や拡散を抑制可能であることがわかった。また、実施例２、３の処理条件について比較すると、実施例３の処理条件では実施例２の処理条件に対して微霧噴出量が２倍であるのに対して、最大粉塵濃度の低下が僅かであった。

次に、ブラスト処理後の塗装鋼板の戻り錆びについて、目視により外観観察を行った。この結果、比較例１、実施例１、２の処理条件でブラスト処理した塗装鋼板には戻り錆びが認められなかった。これに対して実施例３の処理条件でブラスト処理した塗装鋼板には、僅かに戻り錆びが認められた。これらの結果から、微霧噴出量は、０．４ｋｇ／ｍｉｎ．以上０．６ｋｇ／ｍｉｎ．以下が好ましいことがわかった。

１０ ブラスト処理装置
１２ 研削材用タンク
１４ 研削材排出管
１６、２２ バルブ
１８ 液体用タンク
２０ 液体用排出管
２４ａ、２４ｂ 給気管
２６ ブラストノズル
２８ ブラストノズル本体
３０ 研削材投射部
３２ ミスト噴出部
３４、３６ 嵌合部
４０ 研削材
４２ ミスト
４４ 被処理物
４６ 粉塵
４８ 凝集物

Claims (7)

1. ブラスト処理装置であって、
   水を含まない研削材を投射するブラストノズルを備え、
   前記ブラストノズルは、
   前記研削材を投射する研削材投射部と、
   前記研削材投射部の周りを囲むようにして配置され、ミストを噴出する複数のミスト噴出部と、
   を有し、
   前記研削材投射部の投射口の向きと、前記ミスト噴出部の噴出口の向きとが、平行であることを特徴とするブラスト処理装置。
2. 請求項１に記載のブラスト処理装置であって、
   前記ブラストノズルは、前記研削材投射部と、前記ミスト噴出部とが設けられるブラストノズル本体を含むことを特徴とするブラスト処理装置。
3. 請求項２に記載のブラスト処理装置であって、
   前記ブラストノズル本体と、前記研削材投射部と、前記ミスト噴出部とは、別体からなることを特徴とするブラスト処理装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のブラスト処理装置であって、
   前記ミストは、平均粒子径が０μｍより大きく２０μｍ以下の微霧であることを特徴とするブラスト処理装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のブラスト処理装置でブラスト処理するブラスト処理方法であって、
   前記研削材の投射流の周りをミストの噴出流で囲みながら、前記研削材を被処理物に衝突させることを特徴とするブラスト処理方法。
6. 請求項５に記載のブラスト処理方法であって、
   前記ミストは、平均粒子径が０μｍより大きく２０μｍ以下の微霧であることを特徴とするブラスト処理方法。
7. 請求項６に記載のブラスト処理方法であって、
   前記微霧の噴出量は、０．４ｋｇ／ｍｉｎ．以上０．６ｋｇ／ｍｉｎ．以下であることを特徴とするブラスト処理方法。

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