JP7442946B2 - Lifting magnet device and method for analyzing components of iron-based scrap using the same - Google Patents
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Description
本発明は、リフティングマグネット装置及びこれを用いた鉄系スクラップの成分分析方法に関するものである。 The present invention relates to a lifting magnet device and a method for analyzing components of iron-based scrap using the same.
近年、カーボンニュートラルな持続可能な社会の実現に向けて、成分調整が比較的容易で高級鋼の製造に適した高炉法による製鉄技術から、二酸化炭素排出量の少ない電気炉法に依る高級鋼製造のニーズが高まってきている。電気炉法では、電気炉に供給する鉄系スクラップの成分保証の精度が、高級鋼を製造できるか否かを左右する重要な技術課題となっている。 In recent years, with the aim of realizing a carbon-neutral sustainable society, we have shifted from steelmaking technology using the blast furnace method, which is relatively easy to adjust ingredients and suitable for manufacturing high-grade steel, to manufacturing high-grade steel using the electric furnace method, which has lower carbon dioxide emissions. The need for this is increasing. In the electric furnace method, the accuracy of guaranteeing the composition of the iron-based scrap supplied to the electric furnace is an important technical issue that determines whether high-grade steel can be manufactured.
市中で回収した鉄系スクラップには、市中の雑屑が含まれていることがある。また工場由来の鉄系スクラップであったとしても、製品でないスクラップはトレーサビリティを確保することは困難である。よって、鉄系スクラップを電気炉向けの製鋼原料として成分保証するためには、選別時に常に成分分析を行うことが求められている。 Iron scrap collected in the city may contain garbage from the city. Furthermore, even if the iron scrap comes from a factory, it is difficult to ensure traceability for scrap that is not a product. Therefore, in order to guarantee the composition of iron-based scrap as a steelmaking raw material for electric furnaces, it is necessary to constantly perform composition analysis during sorting.
このため従来は、ハンディタイプの蛍光X線分析器を用いて人手によりスクラップの成分分析を行っていた。そのためには人が分析できるようにスクラップを並べ替え、グラインダーなどを用いて人手により機械的にデスケーリング(錆落し)し、スクラップに蛍光X線分析器を押し付けて分析していた。しかし、分析完了後にスクラップをハンドリングする必要があった。 For this reason, conventionally, component analysis of scrap has been carried out manually using a hand-held fluorescent X-ray analyzer. To do this, the scraps were rearranged so that they could be analyzed manually, mechanically descaled (removed from rust) using a grinder, etc., and a fluorescent X-ray analyzer was pressed against the scraps for analysis. However, it was necessary to handle the scrap after the analysis was completed.
また特許文献1には、図Aに示すように搬送ライン2の上方にレーザー誘起プラズマ発光型の分析装置1を固定し、その下方を搬送されるスクラップにレーザー光を照射し、発光スペクトルから成分分析を行う自動装置が開示されている。 Further, Patent Document 1 discloses that a laser-induced plasma emission type analyzer 1 is fixed above a conveyance line 2 as shown in Figure A, and the scrap being conveyed below is irradiated with a laser beam, and the emission spectrum is detected. An automated device for performing the analysis is disclosed.
しかし特許文献1の技術では、スクラップを一旦、分析ラインに装入し、分析終了後に所定の位置にハンドリングしなければならず、人手分析の場合と同様の問題がある。また、分析精度を高めるためには、レーザー光を照射するタイミングで搬送ライン2を停止する必要がある。また、スクラップは大きさや形態がまちまちであるため、レーザーの焦点をいちいち合わせるか、もしくは長焦点のレーザーを用いるため、高い分析精度が得られないという問題がある。さらに、人手分析の場合も特許文献1の技術の場合も、スクラップのハンドリング時に成分違いのものが混入する異材混入の懸念があり、この懸念を根本から皆無にすることは不可能であった。 However, in the technique of Patent Document 1, scraps must be once loaded into an analysis line and then handled at a predetermined position after the analysis is completed, which poses the same problem as in manual analysis. Furthermore, in order to improve analysis accuracy, it is necessary to stop the transport line 2 at the timing of laser beam irradiation. In addition, since scraps vary in size and shape, the laser must be focused one by one or a long-focus laser must be used, making it difficult to obtain high analytical accuracy. Furthermore, both in the case of manual analysis and in the case of the technique of Patent Document 1, there is a concern that materials with different compositions may be mixed in when handling scrap, and it has been impossible to completely eliminate this concern.
従って本発明の課題は上記した従来の問題点を解決し、鉄系スクラップの成分を、異材混入のおそれなく精度よく分析することができる技術を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique that can solve the above-mentioned conventional problems and accurately analyze the components of iron-based scrap without fear of contamination with foreign materials.
本発明者は上記の課題を解決するために検討を重ねた結果、鉄系スクラップのハンドリングに使用されるリフティングマグネットに成分分析器を組み込むことにより、異材混入の懸念を皆無とし、しかも高い分析精度を達成できることに思い至った。 As a result of repeated studies to solve the above problems, the inventor of the present invention has found that by incorporating a component analyzer into a lifting magnet used for handling iron scrap, there is no concern about contamination of foreign materials, and the analysis accuracy is high. I realized that I could achieve this.
上記の知見に基づいて完成された本発明は、鉄系スクラップをハンドリングするリフティングマグネットの中心部に、内部が正圧に保たれた空洞を形成して成分分析器を内包させ、前記空洞につながる分析孔からパージエアを吹き出しながら、この分析孔を通じて、リフティングマグネットに吸着している鉄系スクラップの成分分析を可能としたことを特徴とするリフティングマグネット装置を要旨とするものである。 The present invention, which was completed based on the above findings, forms a cavity whose interior is kept under positive pressure in the center of a lifting magnet for handling iron-based scrap, houses a component analyzer, and connects to the cavity. The gist of the present invention is a lifting magnet device characterized in that it is possible to analyze the components of iron-based scrap adsorbed on a lifting magnet through an analysis hole while blowing out purge air from the analysis hole .
なお、成分分析器を内包させた前記空洞に、プレアブレーションを行うレーザー発振器または機械式デスケーリング機構を併せて内包させた構成とすることが好ましい。また、前記成分分析器を、レーザーの空打ちによってデスケーリングが可能な、レーザー誘起ブレークダウン分析器とすることができる。さらに、前記成分分析器を、レーザー誘起ブレークダウン分析器と、蛍光X線分析器との2方式とすることができる。 Note that it is preferable that the cavity containing the component analyzer also contains a laser oscillator or a mechanical descaling mechanism for performing pre-ablation. Further, the component analyzer can be a laser-induced breakdown analyzer that can perform descaling by dry firing of a laser. Furthermore, the component analyzer can be of two types: a laser-induced breakdown analyzer and a fluorescent X-ray analyzer.
また、本発明の鉄系スクラップの成分分析方法は、鉄系スクラップをハンドリングするリフティングマグネットの中心部に内部が正圧に保たれた空洞を形成して成分分析器とレーザー発振器とを内包させ、リフティングマグネットに吸着された鉄系スクラップに対して前記空洞につながる分析孔からパージエアを吹き出すとともに、この分析孔を通じたレーザ照射による鉄系スクラップの表面のスケール除去と、鉄系スクラップの成分を分析とを、ハンドリング中にリアルタイムで行うことを特徴とするものである。 Further, the method for analyzing the components of iron-based scrap according to the present invention includes forming a cavity in the center of a lifting magnet that handles iron-based scrap, the inside of which is kept under positive pressure, and housing a component analyzer and a laser oscillator therein. Purge air is blown out from the analysis hole connected to the cavity to the iron-based scrap adsorbed by the lifting magnet, and the surface of the iron-based scrap is removed from scale by laser irradiation through this analysis hole, and the components of the iron-based scrap are analyzed. The feature is that this is done in real time during handling .
本発明によれば、鉄系スクラップのハンドリングに使用されるリフティングマグネットの中心部の空洞に成分分析器を内包させ、リフティングマグネットに形成された分析孔を通じて、パージエアを吹き出しながらこの分析孔を通じて吸着している鉄系スクラップの成分分析を行う。このようにハンドリング中に鉄系スクラップの成分分析を行うことができるので、異材混入のおそれがないうえ、従来のような成分分析のためのハンドリング工程をなくすことができる。また、リフティングマグネットに吸着されている鉄系スクラップと成分分析器との距離は常に一定であるから、高い分析精度を達成することができる。 According to the present invention, a component analyzer is housed in a cavity in the center of a lifting magnet used for handling iron-based scrap, and purge air is blown out through an analysis hole formed in the lifting magnet to adsorb the component. Conduct component analysis of iron-based scrap. In this way, the components of the iron-based scrap can be analyzed during handling, so there is no risk of contamination with foreign materials, and the conventional handling process for component analysis can be eliminated. Furthermore, since the distance between the iron-based scrap adsorbed by the lifting magnet and the component analyzer is always constant, high analysis accuracy can be achieved.
なお、リフティングマグネットの中心部に、プレアブレーションを行うレーザー発振器または機械式デスケーリング機構を内包させれば、スケールの表面に熱延スケールが残存していたり、メッキ膜が存在したり、塗油が付着しているような場合にもこれらを除去し、精度の高い成分分析値を得ることができる。さらに前記成分分析器を、レーザーの空打ちによってデスケーリングが可能なレーザー誘起ブレークダウン分析器とすれば、大きな空洞を形成することなく、比較的簡単な構造とすることができる。 In addition, if a laser oscillator or mechanical descaling mechanism that performs pre-ablation is included in the center of the lifting magnet, it will be possible to avoid hot-rolled scale remaining on the scale surface, plating film, or oil coating. Even if they are attached, they can be removed and highly accurate component analysis values can be obtained. Furthermore, if the component analyzer is a laser-induced breakdown analyzer that can be descaled by dry laser firing, a relatively simple structure can be achieved without forming a large cavity.
以下に本発明の実施形態を示す。
図1は本発明のリフティングマグネット装置を天井クレーンに装着した第1の実施形態を示す図であり、10は天井クレーン本体、11はその上を走行するクラブ、12は天井クレーン本体10の下方に位置する運転室である。クラブ11はワイヤロープ13とフック14を介してリフティングマグネット15を吊り上げており、このリフティングマグネット15に鉄系スクラップを吸着して移動させるハンドリングを行う。
Embodiments of the present invention are shown below.
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment in which a lifting magnet device of the present invention is mounted on an overhead crane, in which 10 is the overhead crane main body, 11 is a club that runs on it, and 12 is a structure below the overhead crane
図2にスクラップ用のリフティングマグネット15の内部構造を示す。16はリフティングマグネット本体、17は外部鉄心、18は内部鉄心、19は外部鉄心17に設けられた励磁コイルである。リフティングマグネット15は、励磁コイル19に電流を流すことにより磁力を発生させ、その下面に鉄系スクラップを吸着させてハンドリングを行う装置である。
FIG. 2 shows the internal structure of the
本発明のリフティングマグネット15の中心部には、下部がテーパ状となった空洞20が形成され、この空洞20内に成分分析器21が内包されている。成分分析器21の周囲には発泡樹脂などの振動吸収材22が充填され、また成分分析器21の下部には振動吸収用のスプリング23が配置されている。またリフティングマグネット15の中心部には空洞20につながる分析孔24が形成され、成分分析器21の検出端25はこの分析孔24を通じて、吸着されている鉄系スクラップの成分分析を行う。
A
上記した空洞20の直径は例えば50mm程度であり、分析孔24の直径は例えば10mm程度である。空洞20の直径が大きくなると電磁抵抗が減少し、吸着力を低下させる懸念がある。しかし空洞20の直径を内部鉄心18の直径の1/10程度とすれば、電磁抵抗の減少を1%前後に抑制し、吸着力の低下を防止することができる。
The diameter of the
この実施形態では、分析孔24からスケールや粉塵が空洞20の内部に侵入することを防止するため、リフティングマグネット本体16の上面に小型のエアコンプレッサ26を設置し、空洞20の内部を正圧に保つとともに分析孔24からパージエアーを吹き出し、成分分析器21の分析窓を保護している。なお、27はリフティングマグネット本体16の上面に設けられた保持金具である。
In this embodiment, in order to prevent scale and dust from entering the
成分分析器21としては、従来から成分分析に使用されている蛍光X線分析器や、レーザー誘起ブレークダウン分析器を用いることができる。レーザー誘起ブレークダウン分析器は、分析対象物の表面に短パルスでレーザー光線を当てることにより発生するマイクロプラズマを利用した分析器である。この分析器は鉄系スクラップに含まれる元素の内、C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Co、Cu、Nb、Mo、Wの検出に優れる特徴がある。特にCについては、蛍光X線分析では検出が難しい。一方、蛍光X線分析器は、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Se、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、Sn、Pbなどの分析に適する。よって、成分分析器21は、対象となる鉄系スクラップおよび知るべき情報の種類によって方式を選択する必要がある。Cを含めて、多くの含有元素の情報を得たい場合には、レーザー誘起ブレークダウン分析器と、蛍光X線分析器との2方式とすることが好ましい。
As the
前記したように、分析孔24の大きさは小さい方が機器への負担(吸着力の低減)が小さく、スケールや粉塵の侵入を防止することができる。しかし分析精度を確保するためには、蛍光X線分析器の場合には測定視野がスポットで直径8mmが必要とされているため、分析孔24の直径を10mm程度とすることが必要となる。これに対してレーザー誘起ブレークダウン分析器ではスポットサイズは直径50μm程度であるため、単独で用いる場合には分析孔24の直径を1mm程度にまで小さくすることができる。
As described above, the smaller the size of the
図2に示すように、成分分析器21とその制御・記録装置30は、制御並びに電力供給用ケーブル31により接続されている。32は分析結果表示モニター、33はプリンターである。この制御・記録装置30はクレーンの運転室12に搭載しておくことが好ましい。
As shown in FIG. 2, the
図3は、リフティングマグネット15の中心部の空洞20に、成分分析器21とともに、デスケーラー40を内包させた状態を示す部分断面図である。デスケーラー40として、図3にはプレアブレーションを行うレーザー発振器が示されている。このレーザー発振器はリフティングマグネット15に吸着された鉄系スクラップに対してレーザー光線を数回空打ちし、デスケーリングを行うもので、スケールの表面に残存する熱延スケール、メッキ膜、塗油などを除去し、精度の高い成分分析を可能とする。しかしデスケーラー40の種類はこれに限定されるものではなく、ジェットたがねなどの機械式デスケーリング機構を用いることもできる。
FIG. 3 is a partial sectional view showing a state in which a
しかし空洞20の内部に成分分析器21とデスケーラー40とを内包させた場合には、空洞20のサイズを大きくする必要があり、リフティングマグネット15の吸着力を低減させるおそれがある。この問題を回避するため、成分分析器21を、レーザーの空打ちによってデスケーリングが可能なレーザー誘起ブレークダウン分析器とすることもできる。このような構成とすれば、デスケ―リングと成分分析とを同一の装置により行うことができるので、空洞20のサイズを大きくする必要はなくなる。
However, when the
図4は本発明を重機(バックフォー)50に装着した組み合わせた第2の実施形態を示す図である。リフティングマグネット15の構成は第1の実施形態と同様である。第2の実施形態では、制御・記録装置30は重機50の運転室51に搭載しておくことが好ましい。
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment in which the present invention is mounted on a heavy machine (back four) 50. The configuration of the lifting
以上に説明したリフティングマグネット装置を用いれば、鉄系スケールを吸着してハンドリングする作業と同時に、吸着した鉄系スケールの成分分析を行うことができる。吸着中はスクラップの表面とリフティングマグネット15の吸着面は、スクラップの表面凹凸のみのほぼ同一面となるので、レーザーや蛍光X線の焦点を高い確率でスクラップの表面に一致させることができ、分析精度を高めることができる。
By using the lifting magnet device described above, it is possible to perform component analysis of the adsorbed iron-based scale at the same time as adsorbing and handling the iron-based scale. During adsorption, the surface of the scrap and the adsorption surface of the lifting
なお、リフティングマグネット15が鉄系スクラップの吸着後、上昇や旋回など目的場所までのハンドリングを行うが、目的場所でスクラップを釈放するまでの時間内に分析を終わらせる必要がある。レーザー誘起ブレークダウン分析器の分析必要時間は10秒とされており、蛍光X線分析器の場合にもスクラップへの押し付けが十分で距離が一定に保たれる本発明では、10秒で分析可能である。出願人会社の実績によれば、図4に示したバックフォー重機による鉄系スクラップのハンドリング時間は10~17秒であるから、ハンドリング時間内に成分分析が可能である。
Note that, after the
このように、本発明によればハンドリング中にリアルタイムで鉄系スクラップの成分を分析することができるので、従来のように成分分析後にハンドリングを行う必要がなくなり、異物混入の懸念をなくすことができる。しかも分析精度を高めることができる。このため、電気炉に供給する鉄系スクラップの成分保証の精度を高めることが可能となり、二酸化炭素排出量の少ない電気炉法に依る高級鋼製造のニーズに応えることも可能となる。 As described above, according to the present invention, the components of iron-based scrap can be analyzed in real time during handling, so there is no need to carry out handling after component analysis as in the past, and concerns about foreign matter contamination can be eliminated. . Furthermore, analysis accuracy can be improved. Therefore, it becomes possible to improve the accuracy of guaranteeing the composition of iron-based scrap to be supplied to the electric furnace, and it becomes possible to meet the needs for manufacturing high-grade steel using the electric furnace method, which emits less carbon dioxide.
1 分析装置
2 搬送ライン
10 天井クレーン本体
11 クラブ
12 運転室
13 ワイヤロープ
14 フック
15 リフティングマグネット
16 リフティングマグネット本体
17 外部鉄心
18 内部鉄心
19 励磁コイル
20 空洞
21 成分分析器
22 振動吸収材
23 スプリング
24 分析孔
25 検出端
26 エアコンプレッサ
27 保持金具
30 制御・記録装置
31 制御並びに電力供給用ケーブル
32 分析結果表示モニター
33 プリンター
40 デスケーラー
50 重機(バックフォー)
51 重機の運転室
1 Analyzer 2
51 Heavy equipment operator's cabin
Claims (5)
リフティングマグネットに吸着された鉄系スクラップに対して前記空洞につながる分析孔からパージエアを吹き出すとともに、
この分析孔を通じたレーザ照射による鉄系スクラップの表面のスケール除去と、鉄系スクラップの成分を分析とを、ハンドリング中にリアルタイムで行うことを特徴とする鉄系スクラップの成分分析方法。 In the center of a lifting magnet that handles iron-based scrap, a cavity is formed inside which is kept under positive pressure, and a component analyzer and a laser oscillator are housed inside.
Purge air is blown out from the analysis hole connected to the cavity against the iron-based scrap adsorbed by the lifting magnet, and
A method for analyzing components of iron-based scrap characterized by removing scale from the surface of the iron-based scrap by laser irradiation through the analysis hole and analyzing the components of the iron-based scrap in real time during handling .
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