JP6730649B1 - 開孔ビット - Google Patents

Abstract

【課題】出銑口充填マットを１段階開孔し、かつ、開孔時の直進性や掘削性を向上させる開孔ビットの提供。【解決手段】繰粉排出溝４、突出端面６、超硬チップ２、噴出口３を備える開孔ビット１であって、当該開孔ビットは上端側から中央部にかけて略円錐状の形状で、中央部から下端側にかけては略円柱状の形状であり、開孔ビット内部には中空部を有し、前記繰粉排出溝は当該開孔ビットの略円柱状の部分の外周を等分に上端から下端にわたって当該外周面を切り欠いた形状であり、前記突出端面は隣り合う当該繰粉排出溝との間にそれぞれ形成され、前記超硬チップは略鋭円錐形長形状で、前記開孔ビットの上端側の先端と円錐形状の傾斜表面上に少なくとも１以上形成され、前記噴出口は前記開孔ビットの円錐形状の傾斜表面上と前記繰粉排出溝の表面上に少なくとも１以上形成される、ことを特徴とする開孔ビット。【選択図】図１

Description

本発明は溶鉱炉の出銑口に充填されているマットを出銑口開孔機で開孔し、銑鉄を流し出すための開孔ビットに関するものである。

銑鉄を製造する高炉は、高温で鉄鉱石を溶かした溶鉄を取り出す出銑を行うために、一般的には炉下部に設けた出銑口を開孔する必要がある。溶鉄を排出していない際の出銑口は、不定形耐火物（マット）で充填して封鎖しているためである。この出銑口の開孔作業は、開孔ビットをパイプロッドの先端に固定し、出銑口開孔機に装着した後、回転や打撃等により開孔する。この開孔作業の際に用いる開孔ビットとしては、種々の形状のものが使用される。

これまでの開孔作業時には、開孔する場所を決めるのに時間を要していたり、開孔位置が決まらないため、開孔ビットがマット面で揺動するために、ロッドが折れたり、出銑マット面を傷つけたりといった問題が生じることがあった。

そのため、従来では事前に出銑口開孔機に装着したロッドの先端で一定距離を開孔し、その後ロッドを引抜いて開孔ビットを装着して改めて充填マットを開孔する２段階方式が行われることもあった。しかし、２段階方式で開孔作業を行うため、作業も煩雑となり、生産性が向上しないばかりか、危険な作業も伴うため作業環境面でもあまり好ましいものではなかった。

そこで１段階方式である開孔方法を可能とするため、前記ロッド及び開孔ビットの内部に高圧水を通過させて冷却し、ビットの先端から水を噴出して砕削屑を除去する方法が知られている（例えば特許文献１）。

また、出銑口充填マットを一段階開孔することを可能とした開孔ビットも知られている（例えば特許文献２）。この開孔ビットは、ビット自身が振動するおそれがなく中心軸に沿って充填マット内を推進し充填マットをすぐに開孔することができる点で優れる。

特開平９−１３１１３号 特開２００６−３０７２５８号

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、ロッド、開孔ビット及び充填マットを冷却した状態で１段階開孔を行うものであるため、開孔ビットの中心線の回りの回転振動による振れを防止することは困難であり、開孔中心線に沿う一発開孔をスムーズに適格に行うことは困難であった。

また、上記特許文献２に記載の方法では、マットの開孔位置を決めて開孔を始めた後はビットの平坦面でマットを削り進めることなるため、開孔に少し時間がかかることもあり、より短時間で開孔できるような改良の余地があった。

そこで、本発明の主たる課題は、出銑口充填マットを１段階開孔し、かつ、開孔時の直進性や掘削性を向上させることにある。また、それにより、生産性向上やコスト削減を実現すすることである。

本発明は、以下の（１）〜（８）に関する。
（１）繰粉排出溝、突出端面、超硬チップ、噴出口を備える開孔ビットであって、当該開孔ビットは上端側から中央部にかけて略円錐状の形状で、中央部から下端側にかけては略円柱状の形状であり、開孔ビット内部には中空部を有し、前記繰粉排出溝は当該開孔ビットの略円柱状の部分の外周を等分に上端から下端にわたって当該外周面を切り欠いた形状であり、前記突出端面は隣り合う当該繰粉排出溝との間にそれぞれ形成され、前記超硬チップは略鋭円錐形長形状で、前記開孔ビットの上端側の先端と円錐形状の傾斜表面上に少なくとも１以上形成され、前記噴出口は前記開孔ビットの円錐形状の傾斜表面上と前記繰粉排出溝の表面上に少なくとも１以上形成される、ことを特徴とする開孔ビット。
（２）前記超硬チップを前記開孔ビットの円錐形状の傾斜表面上に各軸心が傾斜表面に対して略垂直となるように、当該略円錐形状の傾斜表面のうち前記各突出端面に隣接する位置に形成することを特徴とする（１）に記載の開孔ビット。
（３）前記超硬チップを前記開孔ビットの円錐形状の傾斜表面上に各軸心が傾斜表面に対して略垂直となるように、当該略円錐形状の傾斜表面に先端部から開孔時の回転方向と同方向に螺旋状に形成したことを特徴とする（１）または（２）に記載の開孔ビット。
（４）前記超硬ビットを、正面からで見た際にお互いに重複しないように、開孔ビットの略円錐形状の傾斜表面に少なくとも３段階の高さで設けることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の開孔ビット。


（５）前記開孔ビットの後端面に中心軸線を共有するようにロッド取付部を突設したことを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載の開孔ビット。
（６）前記ロッド取付部の外周に、中空ロッドの雌ネジと螺合するための雄ネジが形成されることを特徴とする（１）から（５）のいずれか１つに記載の開孔ビット。
（７）前記開孔ビットに形成した中空部に、中空ロッドの雄ネジと螺合するための雌ネジが形成されることを特徴とする（１）から（５）のいずれか１つに記載の開孔ビット。
（８）前記開孔ビットと中空ロッドが螺合される際に、当該中空ロッドの外周が前記各繰粉排出溝の最内面から中心軸線側に配置されることを特徴とする（１）から（７）のいずれか１つに記載の開孔ビット。
（９）（１）から（８）の開孔ビット、前記中空ロッドが中心軸を共有する状態で螺合されている高炉の出銑孔開孔機。

本発明の開孔ビットによれば、先端のチップにより一段階で出銑口充填マットを開孔することが可能となる。また、開孔ビットを本発明の形状とすることにより、開孔作業を行う際にマットを削る際に直進性や掘削性を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態の開孔ビットの（ａ）平面図と（ｂ）正面図を示す。 本発明の実施形態の開孔ビットの断面図を示す。 本発明の実施形態の開孔ビットをロッドに取り付けた状態を示す（第１実施形態）。 本発明の実施形態の開孔ビットをロッドに取り付けた状態を示す（第２実施形態）。 本発明の実施形態の開孔ビットを用いて出銑口に充填されているマットを開孔する状態の概略図を示す。 本発明の実施形態の開孔ステップの概略図を示す。

以下、本発明の実施形態について図面を参酌して説明する。図１の（ａ）は本実施形態の開孔ビット１の平面図、図１の（ｂ）は本実施形態の開孔ビット１の正面図を示す。図１において、２は充填マットを削る超硬チップ、３は空気や水等の噴出口、４は充填マットを掘削することにより発生する繰粉を排出するための繰粉排出溝、５はロッドを取り付けるためのロッド取付部、６は突出端面を示す。

本実施形態の前記超硬チップ２は略鋭円錐形長形状で、先端部は丸みを帯びた略球面形状である。また、前記ロッド取付部５は開孔ビット１の中心軸線を共有するものである（厳密に同一の中心軸線を共有するものではなくても良い）。本実施形態のロッド取付部は円柱形状のものを使用する。

本実施形態の開孔ビット１は、上端側から中央部にかけては略円錐状の形態であり、中央部から下端側にかけては略円柱状の形態をしている。当該開孔ビットの略円柱状の外周を複数に分けた状態（例えば本実施例では６等分としたが、２等分や３等分、７等分以上としてもよいし、等分としなくてもよい。）で、それぞれ前記ほぼ円筒状の箇所の上端から下端にわたってその外周面を切り欠いて繰粉排出溝部４を設けた形状をしている。すなわち、開孔ビット１の円柱状の箇所の外周面には、前記繰粉排出溝部４（合計６カ所）と、隣り合う繰粉排出溝部４，４の間にそれぞれ形成される突出端面６（合計６カ所）とが形成され、前記繰粉排出溝部と同じ数だけ形成されることになる。なお、本実施例では前記繰粉排出溝部５および突出端面６の数は、ともに６つずつであり、これにより、開孔ビット本体１の平面視は各辺が中央に向かって凹んだ状態となる略六角形の形状となる。従って、本実施形態では繰粉排出溝部は図１（ａ）で示すように平面図で見た際に略Ｖ字状で切り欠いた形状となる。

図２は本実施形態の開孔ビットの断面図を示す。図２（ａ）はＡ−Ａ’の断面図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ’の断面図、図２（ｃ）はＣ−Ｃ’の断面図を示す。本実施形態の開孔ビットは中空部７を有しており、図１で図示した空気や水の噴出口３の経路に繋がっている。この構造により、開孔作業により発生した充填マットやビットやチップ砕削屑等を、繰粉排出溝４を通じて充填マット４０の開孔口８から出銑口１外に排出しながら、出銑口３０の充填マットを開孔して出銑する。

本実施形態の開孔ビット１には超硬チップ２を１０個植設した。そのうちの１個は開孔ビット１の上端側の先端（略鋭円錐形長形状の頂点）に超硬チップを設け、残りの９個は開孔ビットの円錐形状の傾斜表面上に超硬チップ２の各軸心が傾斜表面に対して略垂直となるように形成する。この９個のうち、６個の超硬チップは、開孔ビット１の略円錐形状の傾斜表面のうち、前記突出端面６に隣接する位置に設けた。さらに、残りの３個の超硬チップは、開孔ビット１の略円錐形状の傾斜表面に先端部から開孔時の回転方向と同じ向きとなるように螺旋状に形成する。

本実施形態の開孔ビット１のに植設した超硬ビット２は、図２に示す通り正面図で見た際に、略円錐形状の傾斜表面の超硬ビット２はお互いに重複しないように３段階の高さで設ける。３段目の超硬ビット２は前記突出端面６に隣接する位置に設け、１段目と２段目の超硬ビット２は傾斜表面にお互いに重複しないように設ける。

本実施形態では開孔ビット１の略円錐形上の頂点の開き角αが約７０°の超硬チップ２を開孔ビット先端面の中心部に植設し真鍮ろうで固定する。本実施形態では上記形状の開孔ビットを使用したが、略円錐形上の頂点の開き角αは、超硬チップ２の中心軸が充填マッド４０に当たる角度は９０°が最も効率的に砕削できることや、ゲージチップと台金との関係（開孔ビットの最外径となる箇所の関係）から７０〜１２０°のものが好ましい。また、開孔ビット１の径は５０〜１２０ｍｍとすることがより好ましい。

本実施形態の開孔ビット１の円錐形状の表面には前記中空部７に通じる空気や水の噴出口３を開口した。当該噴出口３を設けることにより、前述の通り開孔作業により発生した充填マットの砕削屑等を、噴出口３から圧縮水や圧縮空気等を供給することによって繰粉排出溝を通じて開孔口からに排出する。

図３は本実施形態の開孔ビットを出銑口開孔機に装着するロッドに取り付けた状態を示す。本実施形態では、開孔ビット１の後端面（底面）とロッドの先端面とを直接溶接により固定したものを使用した（第１実施形態）。また、ロッド取付部５を開孔ビット１の後端面（底面）に突設してこのロッド取付部とロッドの先端面を溶接によって接合することもある。

図４は、図３と同様に本実施形態の開孔ビット１を出銑口開孔機に装着する中空ロッド２０に取り付けた状態を示す。図４（ａ）は開孔ビット１と中空ロッド２０を取り付ける前の状態、図４（ａ）は開孔ビット１と中空ロッド２０を取り付ける後の状態を示す。前記開孔ビット１に設けた中空部７の外周に雌ネジを形成し、中空ロッド２０の先端部には当該雌ネジに螺合する雄ネジが形成されている。前記中空部７に中空ロッド２０の先端部の雄ネジを螺合させることにより開孔ビット１と中空ロッド２０を結合する（第２実施形態）。また、当該中空ロッドの外周は前記繰粉排出溝４の最内面から中心軸線側に形成する。

また、図示しない第３実施形態として、後端面（底面）にロッド取付部５を突設した開孔ビット１であって、当該ロッド取付部５の外周には雄ネジが形成されており、中空ロッドの先端部中空内面には当該雄ネジに螺合する雌ネジが形成される。前記ロッド取付部５は中空ロッド２０の先端部中空内面に螺合させることにより開孔ビット１と中空ロッド２０を結合する。また、当該中空ロッドの外周は前記繰粉排出溝４の最内面から中心軸線側に形成する。（第３実施形態）

図５は、本実施形態の開孔ビット１をロッド２０に装着して出銑口に充填されているマットを開孔する状態の概略図を示す。図５（ａ）は開孔位置を決める際の状態、図５（ｂ）は開孔作業中の状態を示す図である。当該ロッド２０の開孔ビットが装着される端部と反対の他方端側は出銑口開孔機に接続されている。出銑口開孔機に支持した中空ロッド２０及び開孔ビット１を溶鉱炉の出銑口の中心線に沿って回転させながら前進させ、出銑口開孔機による衝撃力を、ロッドを通じて開孔ビットに加えることによって当該開孔ビット１の先端部に取り付けた超硬チップ２から出銑口の充填マット内に中心線に沿って推進する。この際に、開孔ビット１の上端側の先端に超硬チップ（鋭円錐形長形状）を設けているため、当該チップ先端の球面が中心線内にあって円錐側面が充填マットを押圧し、該長チップは中心線から外れることなく衝撃力と回転力とによって中心線の方向に前進する。それと同時に開孔ビット１の上端側から中部にかけての円錐状の外周面に形成した超硬チップ２が衝撃・回動しつつ、充填マットを砕削し、砕削屑は噴出口３から高圧噴出される空気や水によって前記繰粉排出溝から出銑口外に排出され、これを継続して中心線の方向に出銑口が一段階の操作で開孔される。なお、中空ロッド２０の長さは約６~６．５ｍ、外径φ３４~４２．７ｍｍ（図３、図４）であって、当該ロッド２０の先端に中心軸線を共有する開孔ビット１の後端面を接続する。

図６は本実施形態の開孔ステップの概略図を示す。ＳＴＥＰ１では、開孔ビットの先端に設けた超硬チップ２で前述の１段目の超硬チップ２に達するまでの間掘削して開孔を行う。本実施形態においてはこのときの開孔口の径は約２３ｍｍとなる。ＳＴＥＰ２では、開孔ビットの先端に設けた超硬チップ２と１段目の超硬チップ２で２段目の超硬チップ２に達するまでの間掘削して開孔を行う。本実施形態においてはこのときの開孔口の径は約４１ｍｍとなる。ＳＴＥＰ３では、前記超硬チップ２と１段目及び２段目の超硬チップ２で３段目の超硬チップ２に達するまでの間掘削して開孔を行う。本実施形態においてはこのときの開孔口の径は約５４ｍｍとなる。ＳＴＥＰ４では、前記超硬チップ２と１段目と２段目と３段目の超硬チップ２で、本実施形態の開孔ビット１を正面図で見たいときの最大幅（本実施形態では約６７ｍｍ）を掘削して開孔を行う。以上のような段階で、本実施形態の開孔ビット１をロッド２０に装着して出銑口に充填されているマットを開孔することになる。

＜その他の形態例＞
（１）本実施形態では前記超硬チップ２として略鋭円錐形長形状のものを使用したが、特にこれに限定されるものではなく鈍円錐形長形状や三角錐形状等の形状を用いても良い。
（２）本実施形態では繰粉排出溝部は略Ｖ字状で切り欠いた形状としたが、略円弧状、略三角形状、略凹形状等で切り欠いた形状でも良い。
（３）本実施形態の開孔ビット１には超硬チップ２を１０個植設したが、特にこれに限定されるものではなく、１０個より少なくても多くても本発明の効果を得られる範囲で使用可能である。また、本実施形態では超硬チップを植設したが、溶接等で取り付けることも可能である。
（４）本実施形態の開孔ビット１には超硬チップ２を、開孔ビット１の略円錐形状の傾斜表面に先端部から開孔時の回転方向と同じ向きとなるように螺旋状に形成する。
（５）本実施形態では、略円錐形状の傾斜表面の超硬ビット２はお互いに重複しないように３段階の高さで設けたが、それに限定されるものではなく、それよりも少なくても多くても良い。

１ 開孔ビット
２ 超硬チップ
３ 噴出口
４ 繰粉排出溝
５ ロッド取付部
６ 突出端面
７ 中空部
８ 開孔口
２０ 中空ロッド
３０ 出銑口
４０ 充填マット

Claims (9)

1. 繰粉排出溝、突出端面、超硬チップ、噴出口を備える溶鉱炉の出銑口用開孔ビットであって、
   当該開孔ビットは上端側から中央部にかけて略円錐状の形状で、中央部から下端側にかけては略円柱状の形状であり、
   当該開孔ビットは頂点の中心軸に前記超硬チップを設け、
   開孔ビット内部には中空部を有し、
   前記繰粉排出溝は当該開孔ビットの略円柱状の部分の外周を等分に上端から下端にわたって当該外周面を切り欠いた形状であり、
   前記突出端面は隣り合う当該繰粉排出溝との間にそれぞれ形成され、
   前記超硬チップは略鋭円錐形長形状で、前記開孔ビットの上端側の先端と円錐形状の傾斜表面上に少なくとも１以上形成され、
   前記噴出口は前記開孔ビットの円錐形状の傾斜表面上と前記繰粉排出溝の表面上に少なくとも１以上形成される、
   ことを特徴とする溶鉱炉の出銑口用開孔ビット。
2. 前記超硬チップを前記開孔ビットの円錐形状の傾斜表面上に各軸心が傾斜表面に対して略垂直となるように、当該略円錐形状の傾斜表面のうち前記各突出端面に隣接する位置に形成することを特徴とする請求項１に記載の溶鉱炉の出銑口用開孔ビット。
3. 前記超硬チップを前記開孔ビットの円錐形状の傾斜表面上に各軸心が傾斜表面に対して略垂直となるように、当該略円錐形状の傾斜表面に先端部から開孔時の回転方向と同方向に螺旋状に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶鉱炉の出銑口用開孔ビット。
4. 前記超硬チップを、前記開孔ビットを正面から見た際にお互いに重複しないように、開孔ビットの略円錐形状の傾斜表面に少なくとも３段階の高さで設けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶鉱炉の出銑口用開孔ビット。
5. 前記開孔ビットの後端面に中心軸線を共有するようにロッド取付部を突設したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶鉱炉の出銑口用開孔ビット。
6. 前記ロッド取付部の外周に、中空ロッドの雌ネジと螺合するための雄ネジが形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の溶鉱炉の出銑口用開孔ビット。
7. 前記開孔ビットに形成した中空部に、中空ロッドの雄ネジと螺合するための雌ネジが形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の溶鉱炉の出銑口用開孔ビット。
8. 前記開孔ビットと中空ロッドが螺合される際に、当該中空ロッドの外周が前記各繰粉排出溝の最内面から中心軸線側に配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の溶鉱炉の出銑口用開孔ビット。
9. 請求項１から８の溶鉱炉の出銑口用開孔ビット、及び前記中空ロッドが中心軸を共有する状態で螺合されている高炉の出銑孔開孔機。