JP6976830B2 - マッドガン - Google Patents

Description

本発明は、溶融炉の炉壁に形成された出銑口の閉塞に使用するマッドガンに関する。

有価金属を含んだ廃棄物の再処理を行う溶融還元炉では、廃棄物に含まれる酸素を還元する事で銑鉄が取り出される。溶銑(溶融した銑鉄)は、溶融還元炉の炉壁に設けられた出銑口から取り出される。溶銑を取り出した後、出銑口はマッド材と呼ばれる粘土状の耐火物を充填して焼成させることによって閉塞される。このマッド材の充填作業にはマッドガンという閉塞装置が使用される。なお、このマッドガンは上述した溶融還元炉のみならず高炉なども含めた所謂「溶融炉」全般で使用されている。
ところで、溶融還元炉の炉壁に設けられた出銑口鏡面(マッドガン接触部)は、長時間の使用により面荒れが生じるのに加え、溶銑や溶融スラグの滓が付着する事で、表面に凹凸が生じるようになる。このため、マッドガンの先端に設けられたノズル部を出銑口鏡面に当接させた際、マッドガンのノズル部と出銑口鏡面との間に隙間が生じ、その隙間からマッド材が漏れ、出銑口の内部に必要量が充填されないという事態が生じる。このようにマッド材の漏出により出銑口内部へのマッド材の充填が不十分になると、出銑口内部に溶銑が浸入して金属凝固物が生成され、次回の出銑口の開口作業が困難なものになると言った問題が生じる。

そこで、上述のような問題を解決し得る技術として、下記の特許文献１(日本国・特開平７−１１３１５号公報)や特許文献２(日本国・特開平８−３１１５１３号公報)には、シール材を使用してマッドガンの注入口径を小さくし、尚且つ、マッドガン圧着部のシール性を向上させることにより、マッド材の漏れを抑制する方法が開示されている。これらの技術によれば、マッドガンによる出銑口へのマッド材充填時にマッド材の漏出を有意に抑制することができる。

特開平７−１１３１５号公報 特開平８−３１１５１３号公報

しかしながら、上記従来のマッドガンでは、マッドガン形状に合わせたシール材の作成やそのシール材のマッドガンへの装着などマッド材漏出対策として必要ではあるものの生産活動には直接寄与しない作業が大幅に増え、溶融炉を用いた生産活動の効率が低下するという問題が有った。
それゆえに、本発明の目的は、マッドガンに対して作業負荷を大きく増加させることなく、溶融炉の出銑口へのマッド材充填時におけるマッド材の漏れを効果的に抑制することができるマッドガンを提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図４に示すように、溶融炉の炉壁１２に形成された出銑口１４に向けてマッド材１６を吐出し、当該出銑口１４に上記マッド材１６を充填するマッドガン１０を次のように構成した。
すなわち、砲身１８の先端に装着され、上記の出銑口１４に着脱自在に連結される筒状のノズル部２０の内径が、マッド材１６の吐出方向の下流端に向けてテーパー状に縮径することを特徴とする。

本発明は、例えば、次の作用を奏する。
すなわち、ノズル部２０の内径がマッド材１６の吐出方向の下流端に向けてテーパー状に縮径しているので、出銑口１４へのマッド材１６注入時にマッド材１６の流れる方向が出銑口１４を向くと共に、出銑口１４へのマッド材１６押し込み圧を向上させることができる。
また、ノズル部２０の内径を上述のようなテーパー状に縮径することによって、ノズル部２０の先端面２０ａにおける径方向の厚みが肉厚となり、出銑口１４周縁の炉壁１２とノズル部２０の先端面２０ａとの接触面積を増やすことができる。その結果、マッド材１６がノズル部２０の先端面２０ａと炉壁と１２と間を通って漏れる際の流路が長くなり、マッド材１６の外部への漏れを抑制することができる。

本発明においては、前記ノズル部２０における前記マッド材１６の吐出方向下流端の口径φ１が、前記の砲身１８の先端に一体的に取り付けられる基端部の口径φ２の１／２倍以上で且つ１倍未満であるのが好ましい。
この場合、口径φ１が口径φ２の１/２倍未満の場合には、出銑口１４へのマッド材１６の押し込み圧が著しく上昇し、マッドガン１０のマッド材１６押し込み用のシリンダー２４の負荷が過大となり、逆に、口径φ１が口径φ２の１倍以上になると、最早ノズル部２０の内径形状がマッド材１６の吐出方向の下流端に向けてテーパー状に縮径する形状ではなくなる。

また、本発明においては、前記ノズル部２０の内面のテーパー角θが８°〜１５°の範囲内であるのが好ましい。
この場合、テーパー角度θが８°未満の場合には、出銑口１４へのマッド材１６注入時にマッド材１６の流れる方向を出銑口１４へと向かわせる力が弱くなり、逆に、テーパー角度が１５°より大きな場合には、出銑口１４へのマッド材１６の押し込み圧が上昇し、マッドガン１０のマッド材１６押し込み用のシリンダー２４の負荷が過大となる。

さらに、本発明においては、前記ノズル部(２０)の先端外周にその外径が拡大したフランジ部３０を設け、前記の出銑口１４周縁の炉壁１２に圧着される上記フランジ部３０を含む上記ノズル部２０の先端面２０ａに、セラミック繊維からなるフェルト状のシール材２２を取り付けるのが好ましい。
この場合、出銑口１４周縁の炉壁１２に形成される不陸や凹凸にシール材２２が追従して炉壁１２とノズル部２０との密着性が高まり、マッド材１６の外部への漏れをより一層効果的に抑制することができる。

本発明によれば、マッドガンに対して作業負荷を大きく増加させることなく、溶融炉の出銑口へのマッド材充填時におけるマッド材の漏れを効果的に抑制することできるマッドガンを提供することができる。

本発明のマッドガンの一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態のマッドガンの要部を示す拡大断面図である。 実操業における本発明適用前後での出銑口マッド充填量の差異を示すグラフである。 本発明の他の実施形態のマッドガンの要部を示す拡大断面図である。

以下、本発明のマッドガンを、図１〜３を参照しつつ説明する。
図１は、本発明のマッドガン１０の一例を示す概略図である。このマッドガン１０は、溶融炉の炉壁１２に形成された出銑口１４に向けてマッド材１６を吐出し、当該出銑口１４に上記マッド材１６を充填して閉塞させる装置で、砲身１８と、砲身１８の後方に一体的に設けられたマッド材１６押し込み用のシリンダー２４と、この砲身１８を出銑口１４に向けて進退移動させる駆動装置(図示せず)とで大略構成される。

砲身１８は、耐熱性に優れた金属などの材料で形成された略円筒状の部材で、長手方向の後端部上面には、その内部にマッド材１６を充填するためのマッド材投入口２６が開設されており、長手方向の先端には、ノズル部２０が一体的に取り付けられる。

ノズル部２０は、砲身１８と同様、耐熱性に優れた金属などの材料で形成された円筒状の部材で、その先端が溶融炉の炉壁１２に形成された出銑口１４と連通するように押し当てられ、シリンダー２４によって加圧された砲身１８内部のマッド材１６を出銑口１４内部に充填するよう案内する。

このノズル部２０の形状は、図２に示すように、その外径がストレートな円筒状に形成されると共に、その内径がマッド材１６の吐出方向の下流端に向けてテーパー状に縮径するように形成される。
ここで、マッド材１６による出銑口１４の閉塞作業時における重要な因子として、出銑口平面度、マッド材組成、マッド材押し込み圧、マッドガン１０の出銑口１４への押し付け圧がある。その中においてマッド材押し込み圧、マッドガン１０の出銑口１４への押し付け圧は、マッドガン１０のノズル部２０の形状によって変化させることが可能であり、本発明では、マッド材押し込み圧、マッドガン１０の出銑口１４への押し付け圧の制御を念頭に置いている。

すなわち、マッド材押し込み圧を向上させるため、上述したようにノズル部２０の内面形状に所定のテーパをつけている。マッドガン１０の砲身１８内径に対するノズル部２０先端の内径の比率が小さいほど、出銑口１４へのマッド材押し込み圧は向上する。一方でマッド材押し込み圧が上がるとマッドガン１０のシリンダー２４への負荷が大きくなり、マッド材１６の押し込み自体が不能になる可能性がある。このため、ノズル部２０におけるマッド材１６の吐出方向下流端の口径φ１は、上記の砲身１８の先端に一体的に取り付けられる基端部の口径φ２の１／２倍以上で且つ１倍未満とするのが好ましい。

上述のように、ノズル部２０の内面のテーパをマッド材１６の吐出方向下流端にまで付与する事により、マッド材１６の流れは当該テーパに沿う形となり、出銑口１４へのマッド材押し込み圧が上昇する。ここで、ノズル部２０の内面のテーパー角θが８°未満の場合には、出銑口１４へのマッド材１６注入時にマッド材１６の流れる方向を出銑口１４へと向かわせる力が弱くなり、逆に、テーパー角度が１５°より大きな場合には、出銑口１４へのマッド材１６の押し込み圧が上昇し、マッド材１６押し込み用のシリンダー２４の負荷が過大となる。このため、ノズル部２０の内面のテーパー角θは、８°〜１５°の範囲内であるのが好ましい。

次に、出銑口１４へのマッドガン１０(具体的にはノズル部２０の先端面２０ａ)の押し付け圧が大きいほど両者の密着性は向上する。このため、マッドガン１０の炉壁１２との圧着部分の面積、すなわちノズル部２０先端面２０ａと出銑口１４周縁の炉壁１２(＝出銑口鏡面)との接触面積を減らす事でマッドガンの出銑口への押し付け圧を向上させることが可能である。しかしながら、その一方で、ノズル部２０先端面２０ａと出銑口１４周縁の炉壁１２との接触面積を減らした場合、マッド材１６が漏れる際の流路が短くなり、マッド材１６が漏れた際にはその漏出量自体は増加する。加えて、マッドガン１０の出銑口１４への押し付け圧に出銑口１４周縁の炉壁１２(＝出銑口鏡面)を構成する耐火物が耐え切れず、出銑口１４が損壊する可能性もある。以上のことから、例えば、口径５０ｍｍの出銑口１４に対応するマッドガン１０の場合、そのノズル部２０先端面２０ａの肉厚(幅)は２８〜３８ｍｍの範囲内とするのが好ましい。

ここで、出銑口１４へのマッド材１６充填の際には、図２に示すように、ノズル部２０の先端面２０ａの保護と、出銑口鏡面に発生する凹凸等の不陸の穴埋めとを目的としたシール材２２を用いるのが好ましい。このシール材２２は、セラミック繊維(セラミックウール)からなるフェルト状の材料(例えば、ニードルパンチ不織布など)をノズル部２０の先端面２０ａに沿う形状に成形したものである。このシール材２２の厚みは、上述の効果を発揮させるため、１０ｍｍ以上、より好ましくが２０ｍｍ以上で且つ３５ｍｍ以下の範囲内であるのが好ましい。

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

実操業で稼働している溶融還元炉に設置されたマッドガン１０の砲身１８の先端に取り付けるノズル部２０として、全長１００ｍｍ、基端部の口径φ２＝１１６ｍｍ〜マッド材１６の吐出方向下流端の口径φ１＝９０ｍｍの内面形状がテーパー状のものを用意した。また、このノズル部２０の先端面２０ａには、厚さ２５ｍｍで３００ｍｍ角に調整したイソウール(登録商標)ＢＳＳＲブランケットの中心にφ９０ｍｍの孔を開設したシール材２２を装着した。
そして、このノズル部２０の装着前後において、ノズル部の交換以外は全て同じ条件で溶融還元炉の実操業を行い、実操業性の差異を調査した。
なお、従来のノズル部は、その内面形状が口径１１６ｍｍのストレート形状のものである。また、実操業性の指標として、出銑口へのマッド充填量，出銑口１４の開口作業時におけるドリル穿孔距離(ｍｍ)，ランス使用本数(本)，開口作業時間(ｍｉｎ．)を記録した。

実操業におけるノズル部の交換前後での出銑口マッド充填量の差異を図３に示す。
この図が示すように、内径がテーパー状のノズル部２０への変更後、それ以前に比べ出銑口１４へのマッド材充填量の平均で１．１１倍増加した。マッド材漏れが無く全量が完全に出銑口１４に充填された場合、出銑口１４への充填量は１０ｋｇ程度となるため、この１０ｋｇを基準とするとマッドガン１０のノズル部変更前に完全充填された割合は０．２２であり、変更後では０．３２に向上する。また、マッド材充填量のバラツキも抑制されており、安定したマッド材の充填が可能となった。

次に、出銑口１４の開口作業時におけるドリル穿孔距離(ｍｍ)，ランス使用本数(本)，開口作業時間(分)の平均値を表１に示す。

この表が示すように、マッド材充填量が改善されたことで安定して出銑口１４内にマッド材１６が充填されるようになり、出銑口１４内での金属凝固物の量が低減した結果、開口作業性が著しく改善している傾向がうかがえる。

なお、上述の実施形態では、図２に示すように、ノズル部２０の外径形状が略ストレート状の場合を示したが、図４に示すように、ノズル部２０の先端外周にその外径が拡大したフランジ部３０を設けるようにしてもよい。マッドガン１０の出銑口１４への押し付け圧が十分確保されているような場合には、このようなフランジ部３０とシール材２２とを併用することによって、マッド材１６が漏れる際の流路がより長くとることができ、マッド材１６の漏出をより一層効果的に防止することができる。

１０：マッドガン，１２：炉壁，１４：出銑口，１６：マッド材，１８：砲身，２０：ノズル部，２０ａ：(ノズル部の)先端面，２２：シール材，２４：シリンダー，２６：マッド材投入口，３０：フランジ部．

Claims (3)

1. 溶融炉の炉壁(１２)に形成された出銑口(１４)に向けてマッド材(１６)を吐出し、当該出銑口(１４)に上記マッド材(１６)を充填するマッドガンにおいて、
   砲身(１８)の先端に装着され、上記の出銑口(１４)に着脱自在に連結される筒状のノズル部(２０)の内径をマッド材(１６)の吐出方向の下流端に向けてテーパー状に縮径すると共に、上記ノズル部(２０)の先端外周にその外径が拡大したフランジ部(３０)を設け、
   上記の出銑口(１４)周縁の炉壁(１２)に圧着される上記フランジ部(３０)を含む上記ノズル部(２０)の先端面(２０ａ)に、セラミック繊維からなるフェルト状のシール材(２２)が取り付けられる、
   ことを特徴とするマッドガン。
2. 請求項１のマッドガンにおいて、
   前記ノズル部(２０)における前記マッド材(１６)の吐出方向下流端の口径(φ１)が、前記の砲身(１８)の先端に一体的に取り付けられる基端部の口径(φ２)の１／２倍以上で且つ１倍未満である、ことを特徴とするマッドガン。
3. 請求項１または２のマッドガンにおいて、
   前記ノズル部(２０)の内面のテーパー角(θ)が８°〜１５°の範囲内である、ことを特徴とするマッドガン。

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