JPS6325275B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばコークス炉等の窯炉の炉壁損
傷部を補修する方法およびこれを実施するための
装置に関するものである。

従来、コークス炉、精錬炉や高炉等の窯炉の炉
壁損傷部を熱間で補修するに際し、特に耐火度の
高い補修材料を使用し得るプラズマ溶射方式にお
いては、溶射ガンと炉壁面との距離の制御が溶射
効率を高めるために重要であることを本出願人は
特開昭58−49889号にて開示した。

ところで、従来の補修時における前記溶射ガン
等の位置制御は、目視観察により行なうもの（特
開昭53−82802号、特公昭57−48611号）や、窯炉
内に挿入した１台の撮像装置により炉壁損傷部と
溶射ガンとの位置関係を大略把握して行なうもの
（実公昭57−46360号）が開示されているが、これ
らは共に位置制御精度が悪くプラズマ溶射方式に
は採用できない。これに代る方法として本出願人
は２台のテレビカメラとレーザースポツト光の反
射装置を用いて３次元的に溶射ガン等の位置を制
御する方法を先に述べた特開昭58−49889号にて
開示したが、この方法においても溶射ガンと炉壁
面との最適距離については、予め実験により得た
結果に基づいた値を用いている。

しかし、前記最適距離は補修材料が炉壁面に当
る際の速度と温度とが付着するのに最も良い条件
となることで決定されるものであり、従つて溶射
前の炉壁面の温度によつて条件が変化する為、先
に述べたように予め実験により得た結果に基づい
た値では付着効率等の点においては未だ十分とは
いい難かつた。また従来方法では、溶射中に溶射
フレームの長さが変化していないか否かについて
はガス流量等で制御するのみであつた為、その実
体は判明していなかつた。

なお、炉壁損傷の程度をレーザー式プロフイル
計を用いて補修直前に測定する方法が特開昭57−
166475号に開示されているが、この方法は溶射ガ
ンの作動中においてその位置を制御することは不
可能であり、前記した従来方法と何等変わること
がない。

本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであ
り、補修材の炉壁面への付着効率並びに溶射後の
接着強度が最適となるように溶射ガンにおける各
種制御を高精度に行なえる窯炉の炉壁補修方法お
よびこの方法を実施するための装置を提供せんと
するものである。

すなわち本発明は、窯炉内に溶射ガンを挿入せ
しめ、これを遠隔操作することにより炉壁損傷部
を補修する方法において、テレビカメラを用いて
溶射中のフレームの形状を観察し、かつその形状
を予め定めたフレームの当たり形状と一致させる
べく前記溶射ガンのノズルと炉壁面との相対関係
を調整することにより、前記ノズルと炉壁面との
距離およびフレーム長さを、また前記フレーム形
状の観察調整と共に溶射直前における炉壁面の表
面温度を測定することにより補修材料の供給量
を、更に前記と同様にフレームの観察と表面温度
の測定値に基づいて前記ノズルの移動速度を、補
修材料の炉壁面への付着効率および付着強度が最
適となるように夫々制御しながら補修することを
特徴とする窯炉の炉壁補修方法およびこの方法を
実施するための装置である。

以下本発明を添付図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明方法を実施する炉壁補修装置の
構成例を示すもので、補修材料供給装置１から供
給される例えばSiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、MgO、
CaO、SiC、などの補修材料を炉壁２の損傷部に
溶射せしめるプラズマ溶射ガン３と、該プラズマ
溶射ガン３の側部に配設され、プラズマ溶射ガン
３の溶射中のフレームを映し出すテレビカメラ５
と、該テレビカメラ５の前記プラズマ溶射ガン３
の反対側側部に配設され、前記補修材料を溶射す
る直前の炉壁２の表面温度を測定する温度計４を
一体として冷却ケース６に内装して成る炉内装入
ヘツド部７と、該炉内装入ヘツド部７のテレビカ
メラ５における画像を表示する炉外に配設された
例えばモニター等の観察装置（以下単に「モニタ
ー」と云う）８と、前記補修材料供給装置１、温
度計４およびモニター８からの入力値に基づき、
前記炉内装入ヘツド部７を三軸方向に移動せしめ
る移動機構９とプラズマ溶射ガン３のプラズマ制
御装置１０に夫々制御信号を出力する制御装置１
１とから成つている。なお、図中１２，１３は前
記温度計４、テレビカメラ５の部分の冷却ケース
６に設けられた窓部であり、また前記テレビカメ
ラ５にはフレームを直視できるようなフイルター
が取付けられている。また、本実施例では、温度
計４およびモニター８と制御装置１１の間に温度
表示計１４およびフレーム状況判定装置１５が
夫々介装されている。

而して、本発明方法は前記した構成の炉壁補修
装置を用いて行なうものであり、具体例に基づい
て更に詳細に説明する。なお、本具体例において
は、温度計４として輻射温度計を、またテレビカ
メラ５として固体素子撮像装置を用いて行なつ
た。

先ず、窯炉内の炉壁損傷部に挿入せしめた炉内
装入ヘツド部７のテレビカメラ５で、プラズマ溶
射ガン３の溶射フレームを撮像する。ところで、
本具体例の場合には、テレビカメラ５に光量を減
らすフイルターを取付けている為、モニター８で
は前記フレームおよびその近傍のみが撮像でき
る。そして、フレーム状況判定装置１５において
例えば前記撮像内に予め定めた照度以上の像だけ
を２値化して取り出した後、その像のフレーム長
さａおよび幅ｂを求めてフレームの状態を検知す
る（第２図参照）。

このようにして得たフレーム状況についてのデ
ータと共に温度計４で得た炉壁２の表面温度を制
御装置１１に入力する。

そして、制御装置１１では実験結果により得た
補修材料の供給速度（供給量）、炉壁表面温度、
プラズマ溶射ガン移動速度およびフレームの炉壁
面に当つた時の形状と補修材料の付着効率との関
係を用いて、最も付着効率および付着後の付着強
度の高い状態となるようにプラズマ溶射ガン３の
プラズマ制御装置１０と３軸方向の位置および移
動速度、並びにフレーム長さ、補修材料の供給速
度（供給量）の制御を関連して行ないながら補修
するのである。

前記フレーム最適先端位置は、 プラズマの出力値 補修材料のプラズマ溶射ガン３への供給量 補修材量の材質 溶射補修する炉壁２の材質 により 補修材料の付着効率が最も高いこと 溶射補修する炉壁２を溶融して損傷を与える
ことがないこと を基準として決定されるものである。例えば、ケ
イ石（SiO₂）レンガの炉壁２にロー石（SiO₂78
％、Al₂O₃22％）の粉末を溶射する場合には、オ
フラインによる実験結果（第３図参照）によれ
ば、プラズマ溶射ガン１先端と炉壁面との距離は
40mmの時が最適であると判断された（プラズマの
出力値50KW、粉末供給量40ｇ／min）。

すなわち、前記フレームは実際には第４図に示
す構造となつており、1/1000程度のフイルターを
介してテレビカメラ５で撮像すると先に述べた第
２図に示す形状となる。つまり、斜め方向よりテ
レビカメラ５で見ると、フレーム先端と炉壁面上
で高温になつている部分とがつながつて見え、そ
してフレーム位置が炉壁面に近すぎたり（第５図
イ）、遠すぎたり（第５図ロ，ハ）すると第５図
に示すような画像となる。従つて、第２図に示す
ようにモニター８に映し出されたフレームのａ，
ｂを測定することによりプラズマ溶射ガン３の最
適位置を求めることができるのである。

このようにモニター８に映し出された画像の解
析によりプラズマ溶射ガン３の位置を制御するの
であるが、その制御手段としては、 移動機構９によりプラズマ溶射ガン３の位置
を移動させる。

作動ガスであるN₂ガスの量を制御する の２つの方法があり、どちらを採用してもよい。
例えば前記の方法においては、プラズマの作動
ガスは通常Arガス50N／minに対してN₂ガス
０〜0.6N／minが用いられており、このN₂ガ
ス量を変化させることによりフレーム長さを制御
することができる（第６図参照）。

また、前記したフレームの観察および炉壁２の
表面温度に基づく補修材料の供給量の制御は、温
度が高ければ供給量を増加せしめる如く行なうの
である。例えば600℃の場合に40ｇ／minの量を
供給していた場合には、800℃になると70ｇ／
minにする等の如くである。

更に、前記と同様にフレームの観察および表面
温度の測定値に基づくプラズマ溶射ガン３の移動
速度の制御は、表面温度が高ければ移動速度を速
くする等の如く行なうのである。また、これに代
えてプラズマの供給電流を制御することにより行
なうことも可能である。

本発明の炉壁補修方法は、溶射ガンのノズルと
炉壁面との距離ばかりでなく、フレームの長
さ、補修材料の供給量、ノズルの移動速度を
制御することにより、適正な付着効率および付着
強度を得るものであつて、前記補修条件〜と
付着効率あるいは付着強度とは相互に不可分の関
係をもつものである。

すなわち、のフレームの長さについては、ノ
ズルと壁面との距離を制御するための代用となる
ものであつて、これ単独で付着効率あるいは付着
強度を最適にするための制御は行わない。の補
修材料の供給量については(a)補修効率を上げるた
めにはなるべく多量に供給する方向が良いが、(b)
供給量が多すぎるとプラズマフレーム中での補修
材料の溶融あるいは半溶融が完全には行われず、
このため壁面への付着性が低下したり、付着後の
気孔率が上昇して強度が低下する。したがつて前
記(a)、(b)の条件から供給量は適切範囲内の最高値
として与えるべきである。なおこの値は壁面の温
度が高いと大きい値へ変化する。のノズルの移
動速度については、(a)補修のスピードを上げるた
めにはなるべく早い方が良いが、(b)スピードが速
すぎると付着効率が低下する。また(c)極端に遅い
と一旦付着した補修材料が再溶融し補修後の形状
が悪化する。すなわち壁の温度や供給量によつて
も移動速度の最適範囲は変化するので、前記補修
条件〜を補修材料の炉壁面への付着効率およ
び付着強度が最適となるように関連制御するもの
である。

第７図はプラズマ溶射ガン３等を内装した炉内
装入ヘツド部７の移動機構９の一実施例を示した
ものであり、コークス炉１６に用いたものであ
る。

この移動機構９は、コークス炉１６の上壁に所
要の間隔を存して敷設されたレール１７と、この
レール１７上を転動し、その上面に前記レール１
７と直角方向のレール１８を敷設した移動基台１
９と、該移動基台１９の前記レール１８上を転動
してコークス炉１６を装炭口２０より前記炉内装
入ヘツド部７を挿入せしめる昇降機構２１を備え
た台車２２とから構成している。

以上述べた如く本発明によれば、溶射フレーム
の観察と溶射前の炉壁の表面温度に基づいて常に
最適の溶射状態となるよう溶射フレームの長さ、
ノズルと炉壁面との距離、補修材料の供給速度
（供給量）、前記ノズルの移動速度等を夫々制御す
るようにした為、長時間の補修により炉壁の表面
温度が低下した場合においても補修部に溶射せし
めた補修材の付着効率および付着強度が低下する
ことなく炉壁損傷部の補修が行なえる極めて大な
る効果を有する説明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の構成図、第２図はモニタ
ーにより映し出されるフレームの２値化した画像
例の説明図、第３図はプラズマ溶射ガン先端と炉
壁との距離の変化による補修材料の付着効率の変
化を示す関係図、第４図はプラズマ溶射ガンより
溶射されたフレームの模式図、第５図は第２図と
同様の説明図で、同図イはフレームが炉壁に近す
ぎた場合、同図ロ，ハはフレームが炉壁より遠す
ぎた場合、第６図はN₂ガス量の変化に対するフ
レーム長さの変化を示す関係図、第７図は炉内装
入ヘツド部の移動機構の一実施例を示す概略図で
ある。 ２は炉壁、３はプラズマ溶射ガン、４は温度
計、５はテレビカメラ、６は冷却ケース、７は炉
内装入ヘツド部、８はモニター、９は移動機構、
１１は制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窯炉内に溶射ガンを挿入せしめ、これを遠隔
   操作することにより炉壁損傷部を補修する方法に
   おいて、テレビカメラを用いて溶射中のフレーム
   の形状を観察しかつその形状を予め定めたフレー
   ム形状と一致させるべく溶射ガンのノズルと炉壁
   面との相対関係を調整することにより最適溶射フ
   レーム長さを、また上記フレーム形状の観察調整
   と共に溶射直前における炉壁面の表面温度を測定
   することにより補修材料の供給量を、更に上記と
   同様にフレーム形状の観察調整と表面温度の測定
   値に基づいて上記ノズルの移動速度を、補修材料
   の炉壁面への付着効率および付着強度が最適とな
   るように夫々制御しながら補修することを特徴と
   する窯炉の炉壁補修方法。 ２ 窯炉内に溶射ガンを挿入せしめ、これを遠隔
   操作することにより炉壁損傷部を補修する方法に
   使用する装置であつて、冷却ケースに、補修材料
   を上記炉壁損傷部に溶射せしめる溶射ガンと、上
   記溶射中のフレームの形状を映し出すテレビカメ
   ラと、上記炉壁の表面温度を測定する温度計を内
   装せしめてなる炉内装入ヘツド部と、上記テレビ
   カメラによる画像を炉外で観察可能な観察装置お
   よび上記炉内装入ヘツド部を上記フレームの観察
   形状および温度計の測定値に基づいて三軸方向に
   移動制御せしめる制御装置および移動機構を具備
   して成ることを特徴とする窯炉の炉壁補修装置。