JPS6183874A

JPS6183874A - 耐火物レ−ザ−溶射装置

Info

Publication number: JPS6183874A
Application number: JP17060084A
Authority: JP
Inventors: 戸田　増実; 行雄尾崎
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1986-04-28
Also published as: JPS6137549B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、耐火物粉体を各１！ｉ・窯炉に溶射する装置
に係り、特にレーザービームを用いた溶射装置に関する
。

〔従来技術〕

従来、工業窯炉の熱間補修の新しい技術として、火炎溶
射が普及してきているが、炉の大型化、補修耐火物の大
針化等施工規模の大容量化に伴ない、使用する可燃ガス
（例えばプロパンガス）や支燃ガス（酸素）を搬送する
ための高圧ゴムホース？ステンレス鋼製パイプ等が摩耗
して破損するケースが多くなってきている。そして、こ
の場合には、可燃ガスと支燃ガスとが配管中で混合した
り、大気中へ瞬時に放散することになるが、すぐ近くに
点火源がある場合には爆発の危険があり、製鉄所、工事
現場等耐火物のライニング作業や補修作業の実働におい
て、しばしば経験する安全上の重要な問題となっている
。

ところが、ホースヤパイプの摩耗を事前に検知する技術
は末だ完全に実用比の段階に至ってはおらず、０１■記
事故を未然に防ぐことは不可能である。

また、火炎溶射作業中は、１２０デシベル程度の騒音を
伴なうため、作業者や周囲の環境に及ぼす影響は甚大で
あるが、現在のところ防音壁を設ける以外に有効な防音
手段がない。

ところが、作業中の窯炉、ひいては製鉄所内等のすべて
の窯炉に防音壁をつくることは、スペース的に不可能な
場合が多く実用的でない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はかかる現況に鑑みなされたもので、可燃性ガス
を用いる必要がないので安全であシ、シかも溶射作業中
の騒音を大幅に低減させることができる耐火物レーザー
溶射装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記目的を達成する手段として、レーザー発
振器と、このレーザー発振器からのレーザービームを焦
点位置に集光させる集光レンズと、この集光レンズと前
記焦点との間に配置された耐火物粉体吹付妄信と、前記
焦点の前方に配置される溶射対象物を支持してそれを移
動させるスキャニング佳肴、とから溶射＠置を構成する
ようにしたことを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る耐火物レーザー溶射装置の一例を
示すもので、同図において、１は例えば炭酸ガス（ａＯ
ｔ　）レーザー発掘器であシ、このレーザー発振器１か
らの出力５　ＫＷ程度のレーザービーム２は、集光レン
ズ３により焦点４の位置で集光されてその強度（エネル
ギ密度）が１σ〜１０’ｗ　１ｃｒｄ程度に高められた
後、後述する耐火物粉体とともに溶射対象物５に照射さ
れるようになっている。

前記集光レンズ３は、第１図の一部拡大図である第２図
に示すように集光レンズ３回走用の断熱材６を介し例え
ば鋼管製の外筺７に固定されており、この外筒７は、位
置移動可能なノズル支持台Ｂ上に固設されている。

このノズル支持台８には、また、先端が外筒７の集光レ
ンズ３とその焦点４との間の部分に接続された例えばＦ
Ｔ（Ｊ工ＳＢ　Ｏ２０３）　１／’Ｒインチのノズル９
が固設されており、このノズル９０基端には、継手１０
、高圧ゴムホース等の粉本輸送装置１１、エゼクタ１２
および容量５６程度の耐火物粉体投入タンク１３が順次
接続され、さらにダクト１４を介して不燃性の窒素ガス
（ｔｒｔ）　ボンベ（図示せず）が接続されている。そ
して、前記耐火物粉体投入タンク１３からタリト１４に
１０〜２．０　Ｉ（ｙ／　ｈｒ程度ずつ自然落下１７た
耐火物粉体は、エゼクタ１２の減圧吸引により高圧窒素
ガスでノズル９側に正６され、前記外筒７先端の焦点４
位置において溶融し溶射対象物５に溶射されて溶射層１
５を形放し、所望のライニング、補修、コーティング等
が行なわれるようになっている。

なお、作業上酸ｆヒによる不都合がなければ前記窒素ガ
スに代えて空気または酸素等を用いてもよく、これによ
りコストの低減を図ることが可能となる。

前記溶射対象・物５は、第１図に示すように、水平方向
オ？よび垂１カ″方向に移動できしかも回転移動も可１
１目なスキャニング装爵１６上に載置され、前記耐火物
粉体の溶射対象物５への溶射面を自由に変えることがで
きるようになっている。このスキャニング装置１６のス
キャンスピードは、例えば狛〜１０００鵡／Ｍ程度に設
定される。

スキャニング装置１６は、第３図および第４図に示すよ
うに、モータ１８からの駆動力がローラチェーン１９を
介して車輪に伝達されて水平方向に自由に移動できる白
兎１７を備えており、この白兎１７上には、軸受２０ヲ
介して４本のガイド軸２１が立設され、各ガイド軸２１
の上喘部は、軸受２２ヲ介し上端板乙により相互に連結
されている。

また、前記各ガイド軸２１の上下方向中間部には、前記
溶射対象物５が載置される対象物１りき台２４が支承さ
れており、この対象物置き台別は、対象物置き台２４お
よび上端板２３を上下方向に貫通するスクリュー犯動軸
δおよびローラチェーン２６ヲ介し上端板ｎ上に設置し
たモータ２７により昇降駆動されるようになっている。

スクリューｕ＜　＋ｙｂ軸５は対象物置き台２＝１に螺
合している。

次に作用について説明する。

使用に際しては、ます、レーザ発据器１を起動するとと
もに、図示しない窒素ガスボンベからノズル９側に例え
ば２〜３　Ｋ９／ｃＩ！程度の８圧窒素ガスを供給する
。すると、耐火物粉体投入タンク１３から自然落下した
耐火物粉体１ｒ１　エゼクタ１２の減圧吸引作用により
例えば１．０〜２．ＯＫｙ／ｈｒの流量で高圧９素ガス
によってノズル９側に圧送される。この際、耐火物粉体
の圧送に用いられるガスは不燃性の望素ガスであるため
、ｔ；＜性ガスを用いる火炎溶射の場合と異なりきわめ
て安全である。

ノズル９から外商７内に噴射された釦火物粉体は、さら
に外商７の先端から吐出されることになるが、焦点４の
位τ［ふいてレーザービーム２のエネルギ密度Ｆｉ最犬
になるため、噴射されて空間に浮遊している耐火物粉１
本に焦点４の位いにおいて溶融し、その後溶射対象物５
に溶射されて溶射１’；　１５を形成することになる。

この酢、溶射対象物５はスキャニング装（（′「１６に
より水平方向の移動や回転移動が行なわれ、これにより
酪射面が変化して必堺箇所へのライニングあるいは肉柵
り捕修作業が行なわれる。

第５図は前記スキャニング装置１６のスキャン速度と溶
射厚さとの関係を示す実験結果のグラフである。この実
験には、耐火物粉体としてアルミナ（Ａｌ、　Ｏ，含有
量９５％）を用い、また集光距離は３００ｍ、接着率は
３０％、戻酸ガスレーザーの出力は５ＫＷである。

また、この条件で表−１のＡ材質（珪石質）、Ｂ材質（
スピネル質）を用いて実験した結果、同表に示すように
溶射層１５Ｆｉ従来の火炎溶射による品質に比較して２
〜３倍以上の材質特性を示すことが確認された。

しかして、従来の火炎溶射に代えてレーザー溶射とする
ことにより、溶射作業時の騒音を大幅に低減させること
が可能となる。本出願人が従来のプロパン−酸素による
火炎溶射と比較したところ、１２０デシベルあった騒音
ラフ０デシベルにすることができた。

また、火炎溶射の場合と異なり可燃性ガスを用いる必要
がないため、不燃ガスを用いた場合には爆発の危険性を
皆無にすることができる。

さらにまた、従来の火炎溶射の場合には、規模が大容普
化すると可燃ガスと支燃ガスの貯蔵タンクや、これらの
燃料が液状で貯蔵されるときはガス化装置、あるいはこ
れらの高圧ガスをバーナまで輸送する配管、さらには防
音壁が必要になる等設備が複雑で大掛かりになるが、本
実施例ではこれらの設備をほとんど必要とせず、装置構
成を簡略化して小型化することができる。

また、強力なレーザービームによる溶融であるため、緻
密で高強度な溶射施工材質が得られる。

＠６図および第７図は本発明の他の実施例を示すもので
、レーザー発振器１と溶射対象物５とが一直線上にない
場合に適用したものである。

すなわち、レーザー発振器１と集光レンズ３、外筒７を
含む溶射対象物Ｓ側とは、第６図に示すように互いに直
交位置に配置されており、それらの間Ｖｃｒｒｉ、レー
ザー発振器１からのレーザービーム２を直角に反射して
集光レンズ３に導く反射ミラー四が設けられている。

この反射ミラー列は、第７図に示すように移動可能な丞
台四に設置され、ハンドル加の操作によシ軸まわシに回
動可能となっている。そしてこれにより、レーザー発振
器１側と溶射対象物５側とがいかなる位置関係にあって
もレーザービーム２を確実に集光レンズ３に導くことが
でさるようになっている。

なお、その他の構成および作用は前記実施例と同一であ
る。

このように、反射ミラー２８を用いることによシ、レー
ザー発掘器１と溶射対象物５とが一直線上にない場合に
も、−直線上にある場合と同様の効果が期待できる。

なお、前記両実施例では、常温（冷間）施工の場合につ
いて説明したが、装設を耐熱構造にしたり冷却瞼構を設
けることにより、高温炉内への熱間施工も可能である。

また、反射ミラー路は、電気、液圧、空気圧等を用い自
動遠隔ｆｌ＋ｉ　Ｈすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、レーザービーム金柑い
て耐火物粉体を溶融し、これを溶射対象物に溶射するよ
うにしているので、従来の火炎溶射に比較して装置構成
が簡略化し装置を小型化できる。また、溶射時の騒音を
大幅に低減でき、しかも必ずしも可燃性ガスを用いる必
要がないので安全である。

また、強力なレーザービームによる溶融であるので、緻
密で高強度な溶射施工材質を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１１Ｚ１は本発明の一実ｉ油例を示す全体構成図、第
２図は第１凹の外筒部分の詳細図、第３図はスキャニン
グ装置μの詳細図、巣４図は第３図のＷ−■絣断面しＩ
％第５図はスキャン連間と溶射厚さとの間係を示すグラ
フ、第６図は本発明の他の実施例金示す第１図相当図、
第７図は第６図の反射ミラーの詳細図である。１・・・レーｆ−発ｍ５．２・・・レーザービーム、３
・・・集光レンズ、４・・・焦点、５・・・溶射対象物
、７・・・外筒、９・・・ノズル、１２・・・エゼクタ
、１３・・・耐火物粉体投入タンク、１５・・・溶射層
、１６・・・スキャニングｆ　ｊｆ：ｊ　、１７・・・
台車、　１８　、２７・・・モータ、２１・・・ガイド
軸、２４・・・対象物置き台、５・・・駆動軸、関・・
・反射ミラー、３０・・・ハンドル。

Claims

【特許請求の範囲】１）レーザー発振器と、このレーザー発振器からのレー
ザービームを焦点位置に集光させる集光レンズと、この
集光レンズと前記焦点との間に配置された耐火物粉体吹
付装置と、前記焦点の前方に配置される溶射対象物を支
持してそれを移動させるスキャニング装置とを具備する
ことを特徴とする耐火物レーザー溶射装置。２）レーザー発振器からのレーザービームを集光レンズ
に導く調節可能な反射ミラーをレーザービーム経路に設
けた特許請求の範囲第１項記載の耐火物レーザー溶射装
置。