JPS6138988B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、工業窯炉における内張耐火物の損傷
部分を補修する方法に関するものである。 工業窯炉、特に鉄鋼設備としての築炉構造物の
内壁は、溶鉄、溶鋼、溶滓や乾留石炭などの溶融
物質の容器として通常1000℃以上の温度にさらさ
れ、注湯、貯留、排出の工程での温度変化も著し
い。したがつて内壁では単に溶融物が浸潤して溶
損するだけではなく、亀裂や剥離などの損傷が発
生する。このため種々の損傷要因に対処して設計
築炉段階に適正な煉瓦材質の選択を図る一方で、
一炉代の延命を図る上において、稼動期間の中間
段階での補修が重要になつてきている。 従来、コークス炉、出湯樋、トーピードカー、
精錬炉、取鍋、等の窯炉の補修方法として、主に
無機化合物質（ex、リン酸塩、珪酸塩、アルミ
ナセメント）と必要に応じて低溶融物質（ex、
ソーダガラス、硼素酸化物）を加えたものを結合
材として添加した耐火骨材を水と混合して空気圧
力で吹き付けるという吹付補修方法が採られてい
る。しかしこの方法では、吹付材料の付着は結合
材の接着力にのみ依存するため、補修後の材料強
度が十分でなく、わずかの衝撃で剥離し易い。又
施工時に用いる水分により、壁面が冷却されるた
め、補修面およびその近傍の耐火煉瓦に亀裂が発
生し易く、更に吹付けられた材料内で水分の蒸発
が円滑にすすまない場合、水蒸気爆裂が生じて吹
付直後に剥離してしまい。所期の目的を達成させ
ることはできない。このように従来の吹付補修法
による補修効果は確実性に乏しく、施工が無事に
達せられても永続性に欠け一時的な対策となりが
ちである。又多くの場合は作業者が吹付ガンを持
ち、手動でガンの先端を損傷部に近づけて施工す
る作業であり、吹付ガンの操作と損傷部の確認は
作業者の目と手に依存せざるを得なかつた。そし
て機械化されているのはLD転炉等の精錬炉の場
合で、これは窒炉の輻射熱から作業者を防護する
ことを主目的としている。よつてこの転炉の場合
転炉を90℃傾転し、炉口を遮蔽して水平に固定し
た吹付ガンを一方向に駆動させるとともに、ノズ
ル先端口を360℃に変換させるため、水平軸を回
転している。しかし損傷部の確認とガンの位置決
めは、作業者の目視に依存しており、炉外からの
観察視野は限定されている。このように窯炉の補
修方法としては一部が機械化されているが、総合
的なシステムとは言えず、補修効果を上げる点で
不十分である。 又、ダストペレツト用ロータリーキルン等の装
入物による機械的衝撃を直接受ける炉では、炉を
体止して異常損傷部分の煉瓦の差し替えを行なつ
ているだけで、有効な中間補修が実施できない場
合がある。 本発明は、上記従来の湿式法における水分によ
るトラブルを回避し、乾式法による補修方法と、
更には補修ガンの移動と損傷部との確認を遠隔の
駆動装置の観察装置によつて補修する方法を提供
するものである。 ところで上記乾式施工とは、予め１mm末満に整
粒した耐火物の粉末をプラズマ火炎中に送給し、
これらを加熱ないしは半溶融状態にし、かつ加速
させて損傷部に付着せしめ、更に母材表面をフレ
ームの先端で局部加熱させる方法である。特に見
掛気孔率20％以下の緻密な付着層を形成させるた
めに１mm末満の粉体を使用するとともに、高速度
の粒子飛行速度の得られ易いプラズマジエツトを
熱源にすることを特徴としている。飛行する粒子
は完全に溶融していないが、母材表面が加熱状態
であるとともにフレームからの加熱、高温の照射
エネルギー、運動エネルギーにより損傷部に衝突
した粒子は機械的付着、焼結および拡散によつて
付着する。したがつて、湿式法における無機系の
結合材は全く必要としない。 従来主に目視によつて損傷部分の確認がなされ
ていたのに対し、本発明では観察領域の拡大を図
るためテレビカメラを使用し、これと補修ガンを
設けたアームを炉内で駆動させ窒炉内の全域を観
察しながら補修を実施するものであり、補修ガン
とテレビカメラとを固定したアームは三軸方向で
駆動する。 第１図は本発明の方法を実施する炉壁補修装置
の構成例を示すもので、制御系ａによつて作動ガ
ス、直流電力、電極冷却水および送給粉末を制御
するプラズマガン作動装置Ａと、制御系ｂによつ
て撮像、画像再生を制御する観察装置Ｂと、制御
系ｃによつて架台、アームの駆動を制御する駆動
装置Ｃと、プラズマガンおよびテレビカメラの外
装、架台およびアームを冷却する冷却装置Ｄから
成つている。 なお図中１は窯炉本体、２は炉壁、３は水冷の
冷却容器５ａに収納されたプラズマジエツトガ
ン、４はテレビカメラを備えた撮像装置５ｂは外
装を水冷し、撮像装置本体を空冷した冷却容器６
は撮像装置４とガン３を固定した架台、７は外装
を水冷したアーム中の各種ケーブル、８は粉体供
給装置、９は画像再生装置、１０は加圧ポンプと
熱交換器を備えて成る冷却装置、１１はプラズマ
フレームを示す。 直流電源を使用した電極非移行型でAr−N₂ガ
スを作動ガスとするプラズマジエツト発生器はそ
れ自体公知であるが、本発明においては炉内の輻
射熱に耐えられるように改良が加えられており、
第２図にその構造の一例が示されている。そして
同図において、１２はプラズマジエツト発生器、
１３は粉末送給管、１４は送給管支持リング、１
５はプラズマガスホース、７ａは作動電源ケーブ
ル、５ａは冷却容器、１６はガン支柱、１７は例
えばシリコンゴムから成る防水膜、１８は仕切
壁、１９は冷却水入側、２０は冷却水出側、２１
はケーブル保護内管である。 上記プラズマジエツト発生器１２のプラズマジ
エツト中に整粒した耐火粉末を作動ガスと同様の
もので配管系統の異なる搬送器で供給する。ジエ
ツトフレーム中に供給された耐火粉末は、フレー
ムで加熱および加速されて損傷部に衝突し、付着
を繰り返し積層する。なおプラズマガンの先端と
損傷部の間の照射距離は50mm以上、100mm以下と
し、特にフレームの先端と損傷部の距離を０〜70
mmの範囲にする。ガンの位置を固定してフレーム
先端と損傷部の距離を一定範囲に維持するために
出力かもしくはAr／N₂の混合比をガス流量比で
調整する。（調整範囲はAr／N₂＝100／０〜70／
30とする。）N₂比率を上げたとき、安定なプラズ
マ状態を保つため出力電流が下がるのは当然のこ
とである。フレームを近づけ過ぎると過剰な熱が
損傷部に供給され、熱衝撃を併発するので、これ
を回避するにはフレームの長さを100mm以下とす
る。又フレームの先端を離し過ぎると、耐火粉末
の速度が落ち、冷却され、フレームによる損傷部
の予熱効果も下がるので、損傷部の付着が不完全
となる。又作動ガスはArをベースとするが、こ
れは高速度高温度のプラズマで耐火粉末を加熱飛
行させるためである。更にフレーム長さを大きく
し、長時間の加熱を可能とし、粉末が長距離を飛
行しても加熱状態を維持できうるようN₂ガスを
添加する。しかしN₂比率を高めすぎると、大き
い熱量を粉末に与えて完全溶融させるものの炉壁
へ過剰な熱量を与え、熱衝撃による損傷を併発す
るのでAr／N₂＝70／30以下の混合比率が限度で
ある。耐火粉末としては融点を有する酸化物、炭
化物、窒化物およびこれらの複合物が使用できる
ので、補修炉の内張材と同系統の化合物を選択す
る。具体的には、SiO₂，Al₂O₃，ZrO₂，MgO，
Cr₂O₃，CaO，Y₂O₃，B₂O₃，TiO₂，TiC，SiC，
B₄C，Si₃N₄，TiN，Ti（Ｃ，Ｎ）等がある。又使
用目的すなわち、耐火性、粘性、強度、鉱物相の
安定化に応じ、上記のものを単独もしくは二種以
上混合したもの或はこれらと類似の成分を有する
鉱物を使用することが可能である。つまり粉末原
料として従来の個々の耐火物原料と同系統のもの
であるが、使用済みの耐火物を粉砕し、粒鉄等の
不純物質を除外したものの使用も可能である。 又本発明にあつては、炉壁面の損傷状況の把握
や補修ガンの位置決めおよび施工仕上り面の観察
を目視に依らず画像として再生するもので、炉内
壁面を撮影するために冷却容器に内蔵されたテレ
ビカメラが使用される。 第３図および第４図は撮像装置４の構造を示す
もので、第３図はカメラ１台を使用、第４図はカ
メラ２台を使用した場合である。まず第３図にお
いて、２２はテレビカメラ、２３はミラー、２４
は銅ブロツク、２５はパージ用N₂入側、２６は
パージ用N₂出側、５ａは筒状冷却容器（図示さ
れていないが二重管構造になつている。）であ
る。 第４図Ａ，Ｂにおいて、２２はテレビカメラ、
２７は視差角補正器、７ｂは防水ケーブル、２８
は防水コネクター、２９は耐熱ガラス、３０はス
ポツト光源、３１は絞り焦点用連動装置、３２は
カメラの視差角である。なお上記視差角補正器２
７は２台のテレビカメラ２２を動作させるための
小型モータを内蔵しており、観察系統Ｂの制御系
ｂで操作する。なおテレビカメラは壁面とプラズ
マガンの先端との同一視野内に納まる様に固定す
る。 また２台のテレビカメラを用い個々のモニター
画面に再生してこれを偏光板により１つの画像に
重ね合わせ、この画像を更に偏光メガネを用いて
観察する方法を用いれば、画像に立体感を与え、
作業者の視野に入らない部分の実態を把握するこ
とができるため、炉壁損傷部分の凹凸を観察しな
がら補修を行なうことができる。 第５図はテレビカメラ２２を２台使用する場合
の撮像装置Ｂの部分構成を示している。２台のテ
レビカメラ２３を用いる場合において、レーザー
光源のようなスポツト光源３０を補修壁面に当て
た時の２台のテレビカメラ２２の再生画面内での
位置の違いを検出すれば、各々のテレビカメラ２
２の角度θ_１，θ_２及び相互距離ｌを固定してい
るので、テレビカメラ２２から壁面上のスポツト
先の位置までの距離Ｌが算出できる。したがつて
スポツト光源の位置を損傷部近傍で動かせば損傷
部の深さを知ることもできる。この方法は補修途
中において凹部深さの補修状況を確認することに
も使用可能であり、これにより従来炉外からの目
視では判別できない損傷とその規模も把握でき
る。なお図中９は再生装置、３３はスポツト位置
検出回路、３４は距離演算回路である。 第６図は駆動装置（補修機）Ｃの構造を示すも
ので、プラズマガン３の照射軸とテレビカメラの
焦点軸を一定に設定するため、これをアーム３５
に連結した架台６に固定する。アーム３５の断面
は第７図に示す如く、二重構造になつており、内
層にはガン、カメラの各種ケーブルがあり、外層
は更に２つに分割されて、冷却水入側１９と冷却
水出側２０を構成し、冷却水が往復する構造にな
つている。なおアーム３５の駆動源は炉外に設置
され、駆動方向はアーム３５の長手方向（Ｘ軸方
向）、壁面に平行でアーム３５に直角な方向（Ｙ
軸方向）および照射軸方向（Ｚ軸方向）の三軸で
構成する。そしてＹ軸方向の駆動源は油圧を用い
又Ｘ軸、Ｙ軸方向の駆動源は電気駆動で互いに独
立した操作によつて作動するものである。なお図
中３６はＸ軸方向駆動モータ、３７はＹ軸方向駆
動油圧シリンダー、３８はＺ軸方向駆動モータ、
３９はガイドロール、４０はガイドバー、４１は
駆動歯車、４２は台車、４３は台車固定ストツパ
ー７ｃは駆動系ケーブルである。 上記駆動装置Ｃの操作はまず損傷領域のうちＸ
軸方向の奥までアーム３５を駆動させて画像より
損傷深さを観察し、ガン３の先端をＺ軸方向での
微調整で位置を決める。次に予め求めた粉末供給
量とプラズマ作動条件との関係から補修量と駆動
速度を割り出し、Ｘ軸方向にガン３を駆動する。
このときガン３の補修範囲は直径100mm以下をカ
バーするものとする。任意にガン３の作動をと
め、補修状況を観察し、その状況に応じて駆動速
度とプラズマ作動条件を変更する。以上の操作を
Ｘ軸方向に損傷部の両端まで補修するのである
が、損傷状況が平面の場合には、アーム３５をＹ
軸方向に上下させ、Ｚ軸方向での微調整の上同様
に稼動させる。このときＹ軸方向での上下動は
100mm以内でなければならない。又損傷面の凹凸
が大きい場合には予め全面を同一条件で補修し、
再度残つた凹部を補修することもできる。 したがつて上記装置の運転には一人の運転者で
十分対処し得る。特にガンの作動中に補修状況を
観察する必要がある場合、予めテレビカメラにフ
イルターをとり付ける等の対策をとることで対処
できる。 下表は以上説明した装置を用いて炉壁を補修し
た結果を示したもので、対象炉は珪石質を内張し
たコークス炉とマグドロ質を内張したLD転炉お
よび炭化珪素質を内張したロータリーキルンの例
である。従来法と本発明の方法とを比較する上で
損傷領域、パターンおよび規模は同等のもので施
工した。ただしコークス炉では亀裂による炉壁の
破断と剥離、LD転炉ではスラグ浸食による凹面
形成が典型的な損傷パターンである。またダスト
ペレツト用ロータリーキルンでは付着物層の形
成、亀裂による剥離および内張の酸化が生じ易
い。この場合炉を休止して内張の差し替えをし、
吹付補修をしていない。施工人員の構成は、運転
者１名に他は補助者（材料供給等）である。施工
の全所要時間はガン稼動以外に装置の稼動防熱板
の付け換えおよび材料供給等の全工程での作業時
間を含む。付着強度は実験室内で次のような熱間
抗折強度として求めた。従来法での試料すなわち
不定形耐火物に所定の水分を添加して均一に混合
したものをJIS−R2553に準拠して40×40×100
（mm）の金型に打ち固めて成形、養生後1200℃で
焼成し、熱間抗折試験を実施した結果である。又
本発明の方法では稼動温度に予熱した40×40×80
（mm）の母材煉瓦２本を長手方向に継ぎあわせて
継ぎ目の外周を幅50mm、厚さ１mmで被膜形成し、
熱間抗折試験を実施し、断面積効果を換算して求
めた結果である。 以上の実験結果、施工人員、作業時間とも大幅
に削減することができ、補修材の強度は著しく高
く、補修効果が大きいことが確認された。

【表】 以上の如く、本発明の特徴とするところは、炉
壁煉瓦と補修材料を一体化するためにプラズマガ
ンを用い、耐火骨材を溶融すること、損傷部と施
工後の補修部を画像として観察し、ガンの位置決
めと施工の確認を行なうテレビカメラを使用する
こと、補修ガンとテレビカメラを炉内で三軸方向
に駆動する装置を組み込み施工の自動化をはかつ
たことにあり、施工（溶射）と同時に煉瓦に匹敵
する強度が得られること、母材煉瓦と溶着し接着
力が大きいこと、施工体は緻密でCOガス、水蒸
気などの気体を通さないこと、施工壁面の急冷に
よる温度低下を起さないので母材煉瓦への悪影響
がないこと、耐火材料の選択、組合わせが自由で
特殊なバインダーを必要としないこと等の効果が
期待でき、又炉外から視野に入らない部分の実態
は勿論、損傷部の深さおよび補修後の仕上がりも
適確に把握でき、更に作業時間および作業人員の
削減が可能である等窯炉の炉壁補修を機械化でき
る上に補修効果のみならず省力、省資源等トータ
ルコスト面での効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
炉壁補修装置の構成図、第２図は補修用プラズマ
ジエツトガンの縦断面図、第３図はカメラ１台を
用いた撮像装置を又第４図ａはカメラ２台を用い
た撮像装置の構成図、第４図ｂは撮像装置本体の
平面図、第５図は撮像系統の構成図、第６図は駆
動装置の側面図、第７図は駆動装置アームの断面
図である。 Ａはプラズマガン作動装置、Ｂは観察装置、Ｃ
は駆動装置、Ｄは冷却装置、３はプラズマジエツ
トガン、５ａ，５ｂは冷却容器、４は撮像装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 窯炉の炉壁損傷部の深さを２台のTVカメラ
   を用いてスポツト光源により測定し、その測定値
   に基づきArガスとN₂ガスを作動ガスとするプラ
   ズマジエツトの前記ArガスとN₂ガスの混合比
   （Ar／N₂）を100／０〜70／30の範囲内に調整し、
   かつその溶射距離を50〜100mmとなるように維持
   しながら損傷部分を補修することを特徴とする窯
   炉の炉壁熱間補修方法。