JP2010002059A - 耐火物吹き付け方法および吹き付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融金属用容器の内壁の位置や形状に応じて、常に好適な位置および角度で耐火物を吹き付けることができる耐火物吹き付け方法および吹き付け装置を提供する。
【解決手段】溶融金属用容器１０の内壁の表面形状を計測して容器１０内面の展開図上に表示するとともに、耐火物を吹き付けるノズル２５の位置および角度をリアルタイムで検出してノズル２５による耐火物吹き付け点を算出し、展開図上における吹き付け点を表示器４５に表示する。展開図と表示器４５とを対比しながらノズル２５の位置および角度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄所等において、取鍋、溶銑鍋、溶鋼鍋、タンディッシュ等、溶銑や溶鋼等の溶融金属を収容する各種容器の内壁に不定形耐火物を吹き付け施工により補修する際の耐火物吹き付け方法およびその装置に関するものである。

従来、製鉄所等で使用される溶融金属を収容する溶融金属用容器（以下、単に容器と称することもある）の内壁に、耐火物層を新規施工または補修するために、耐火物の吹き付けが行われている。これは、長尺の吹き付けノズルを吹き付け場所へ挿入し、内壁面にノズルを近づけて不定形耐火物を吹き付ける方法である。即ち、作業者が、内壁の状態を肉眼で判断しながら、吹き付けノズルを直接手で持つか或いは遠隔操作により内壁に近づけて、不定形耐火物をノズルから吐出させる。

このような不定形耐火物の吹き付けは、ノズルから吐出した不定形耐火物が内壁から跳ね返るリバウンドを抑えることが必要である。リバウンドは、ノズル先端と内壁との距離や吹き付け角度が適正でない場合に起こることが多いが、手動による吹き付けでは、目視によってこれらの距離や角度を調整しなければならず、作業者の経験や勘等の熟練技術を要する。そのため、作業者により吹き付け作業時間および仕上がりの表面状態に差が生じることがある。

また、極めて高温の熱間においては、作業者が容器に近づくことが困難であるため、小窓を設けた防熱板を介して作業したり、離れた位置から遠隔操作により吹き付けノズルを挿入することになる。前者においては、死角が多く、内壁全体を観察することは難しい。また、後者においては、内壁から離れることにより、正確な凹凸等を視認しにくい。したがって、ノズルと内壁との距離や不定形耐火物の吹き付け角度が一定でなく、作業時の条件により吹き付け状況が異なる。

このような課題を解決するため、ノズルを有する操作棒に設けたレーザ距離計の計測値を基に、ノズルの位置や方向を制御しながら自動的に不定形耐火物の吹き付けを行う吹き付け装置が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００２−５５７９号公報

しかしながら、前記特許文献１は、ノズルの位置や方向および吹き付けを行う溶損位置をリアルタイムで把握するシステムを有していない。したがって、耐火物の吹き付け箇所に応じて、正確にノズルの位置および角度が所定の条件を満たしているかどうかを確認しながら制御することが困難である、という問題点がある。

本発明の目的は、溶融金属用容器の内壁の位置や形状に応じて、常に好適な位置および角度で耐火物を吹き付けることができる耐火物吹き付け方法および吹き付け装置を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、溶融金属用容器の内壁に耐火物を吹き付ける耐火物吹き付け方法であって、前記内壁の表面形状を計測して前記容器内面の展開図上に表示するとともに、ノズルの位置および角度をリアルタイムで検出して前記ノズルによる耐火物吹き付け点を算出し、前記展開図上における前記吹き付け点を表示器に表示して、前記展開図と前記表示器とを対比しながら前記ノズルの位置および角度を調整することを特徴とする耐火物吹き付け方法を提供する。リアルタイムで吹き付け時のノズルの位置および角度を把握しながら制御するため、耐火物吹き付け箇所の位置や形状に応じて、常に好適な状態で耐火物が吹き付けられる。

前記展開図は、Ｘ−Ｙ座標平面上に表示されていることが好ましい。さらに、耐火物吹き付け作業開始時に、前記ノズルの基準点通過を検知した後、前記基準点に対する前記ノズルの位置を検出することが好ましい。

また、本発明によれば、溶融金属用容器の内壁に耐火物を吹き付ける耐火物吹き付け装置であって、前記内壁の形状を計測して前記容器内面の展開図上に表示する計測器と、位置および角度を調整可能なノズルの位置および角度をリアルタイムで検出して前記ノズルによる耐火物吹き付け点を算出する手段と、前記展開図上における前記吹き付け点を表示する表示器を備えていることを特徴とする耐火物吹き付け装置が提供される。

本発明によれば、常に好適な状態で耐火物が吹き付けられるので、耐火物が無駄なく且つ強固に内壁に堆積し、耐久性に優れた施工体が形成される。したがって、材料コストを低減させることができ、吹き付けの頻度も削減できる。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。

図１は、本発明にかかる耐火物吹き付け装置１の概略を示す。尚、図１の例において、不定形耐火物を吹き付ける溶融金属用容器は、タンディッシュ１０とする。

図１に示すように、タンディッシュ１０の設置位置に隣接して、地上にレール１１が敷設され、レール１１上を台車１２が走行可能に載置されている。台車１２には台車走行モータ１３が設置され、台車走行モータ１３から、駆動軸を介して車輪１４に回転力が伝達され、台車１２がレール１１に沿って走行する。レール１１は、タンディッシュ１０の側方に、タンディッシュ１０の長手方向に沿って敷設され、台車１２はタンディッシュ１０の長手方向に沿って移動可能となっている。レール１１に近接する地上の所定位置には、基準位置を示す基準点が設けられる。基準点には、例えばストライカー（不図示）が設けられ、台車１２に取り付けられたリミットスイッチ１５がストライカーに接触することにより、リミットスイッチ１５からの検出信号が制御装置４１に入力される。制御装置４１は、入力された検出信号に基づいて、台車１２がタンディッシュ１０長手方向の基準位置に到達したことを検知する。基準点は、例えば、タンディッシュ１０の長手方向（側方）から見て、後述するノズル２５の回転中心位置がタンディッシュ１０の内壁の片端に到達したときにリミットスイッチ１５が接触する位置に設けられる。

台車１２上には支柱２１が立設されており、支柱２１には、昇降フレーム２２を介してランス２３が装着されている。ランス２３は、支柱２１上部に設けられたランス昇降モータ２４により、昇降フレーム２２を介して、上下方向に昇降可能である。ランス２３は、昇降フレーム２２から下方に向けて垂設され、下方の先端にノズル２５を備えている。ランス２３内部には、ノズル２５へ不定形耐火物を搬送する耐火物供給ホース２６が設けられている。耐火物供給ホース２６には、図示しない耐火物圧送ポンプを介して不定形耐火物が搬送される。耐火物圧送ポンプは、例えば台車１２上に積載される。

ランス２３上部には、ランス回転モータ３１とノズル回動モータ３２が設けられ、これらは耐熱・防塵用のカバー３３で覆われている。ランス回転モータ３１によって、ランス２３は自身の軸線を中心として回転可能である。また、ノズル回動モータ３２によって、ノズル２５は、図１の水平方向から垂直下向きまで、約９０度の範囲で向きを回動し、吹き付け方向を変えることができる。

支柱２１には、ランス昇降基準点が設定され、昇降フレーム２２に設けられた昇降位置検出センサ３６によって、昇降フレーム２２の位置が認識される。昇降フレーム２２は、昇降位置検出センサ３６による検出信号に基づいて、ランス昇降モータ２４により支柱２１に沿って上下方向に昇降制御され、それに伴ってランス２３が上下移動する。

台車走行モータ１３、ランス昇降モータ２４、ランス回転モータ３１、及びノズル回動モータ３２は、コンピュータを内蔵する制御装置４１を介して駆動制御される。これらの出力調整は、自動的に行われてもよいし、例えばオペレータがジョイスティック等を操作することにより行われてもよい。この際、オペレータは、例えば台車１２上で、この操作を行う。

さらに、図２（Ａ）に示すように、タンディッシュ１０の内部全体が見える高所に計測器４２が設けられ、タンディッシュ１０の内壁の表面形状を例えばレーザにより計測する。計測結果は、図２（Ｂ）に示すように、タンディッシュ１０内壁の表面の形状が平面状の展開図４３でＣＴ画面上に表示され、例えばプリンタで印刷することも可能である。展開図４３はＸ−Ｙ座標平面上に表示され、任意の点を座標で示すことができる。図２（Ａ）に示すように、タンディッシュ１０内部の耐火物層に損傷箇所４４がある場合には、その損傷箇所４４の範囲が平面状の展開図４３上に表示される。

さらに、本発明においては、ノズル２５の位置および角度を検知して、吹き付け点の位置を表示可能な表示器４５を装備している。吹き付け点は、図２（Ｂ）と同様の展開図上に表示される。表示器４５は、例えば台車１２上に設置される。吹き付け点は、以下のように求められる。

吹き付け点Ｓの水平方向の位置は、以下のように算出される。タンディッシュ１０の長手方向をＸ方向とすると、図３に示すように、前述のリミットスイッチ１５が動作した位置である基準点Ｏから、ノズル２５による吹き付け点ＳまでのＸ方向の距離ｘは、基準点Ｏからの台車１２の走行距離ｘ_０と、ランスの回転角度によるＸ方向のずれｘ_１との和
ｘ＝ｘ_０＋ｘ_１
で求められる。ｘ_０は、台車走行モータ１３（図１）に取り付けられた回転計（図示省略）で計測された回転数から求められる。ｘ_１は、ノズル２５の回転中心Ｎとタンディッシュ１０の側面１０ａとの水平距離をＬｘ、ランス２３の回転角度をθｘとすると、
ｘ_１＝Ｌｘ×ｔａｎθｘ
である。θｘは、ランス回転モータ３１（図１）の回転数から求められる。したがって、吹き付け点ＳのＸ方向の位置ｘは、
ｘ＝ｘ_０＋Ｌｘ×ｔａｎθｘ
で算出される。

吹き付け点Ｓの鉛直方向（Ｚ方向）の位置は、以下のように算出される。基準点Ｏをタンディッシュ１０の上端とすると、図４に示すように、基準点Ｏからノズル２５による吹き付け点ＳまでのＺ方向の距離ｚは、基準点Ｏからのランス２３の下降距離ｚ_０と、ノズル２５の回転角度によるＺ方向のずれｚ_１との和
ｚ＝ｚ_０＋ｚ_１
で求められる。ｚ_０は、昇降位置検出センサ３６（図１）により検出される。ｚ_１は、タンディッシュ１０の側面１０ａの法線方向におけるノズルの回転中心Ｎとの距離をＬｚ、ノズルの回転角度をθｚとすると、
ｚ_１＝Ｌｚ×ｓｉｎθｚ
である。θｚは、ノズル回動モータ３２の回転数から求められる。したがって、吹き付け点ＳのＺ方向の位置ｚは、
ｚ＝ｚ_０＋Ｌｚ×ｓｉｎθｚ
で算出される。

このようにして、台車１２の走行距離およびランス２３の昇降距離から算出されるノズル２５の回転中心Ｎの位置と、ランス２３およびノズル２５の回転角度とを検出することにより、吹き付け点Ｓの座標が算出され、表示器４５において、その座標が表示される。

なお、タンディッシュ１０の内壁の形状は、計測時に制御装置４１内に記憶されるので、側面１０ａの高さ方向の各位置の傾きに対して、ノズル２５の吹き付け方向が直角になるノズル２５の回転角度および回転中心位置を、タンディッシュ１０の高さ方向の各位置に応じて決めておくことができる。即ち、補修等を行う耐火物吹き付け位置の座標に応じて、ランス２３の昇降距離即ちノズル２５の回転中心ＮのＺ方向の位置と、ノズル２５の回転角度とを予めプログラムしておくことにより、Ｚ方向において、常に側面１０ａに対して垂直に不定形耐火物を吹き付けることができる。さらに、タンディッシュ１０内の耐火物層の仕上がり時の表面における各位置の角度を予め設定し、制御装置４１に記憶させて制御することにより、仕上がり状態を一定に保つことができる。

次に、上記の吹き付け装置１による耐火物吹き付け方法の手順を説明する。

先ず、計測器４２でタンディッシュ１０内壁の表面形状を計測し、損傷箇所の有無等、耐火物を吹き付ける位置を調べる。損傷箇所等がある場合には、計測結果をプリントアウトする。計測結果は、例えば図２（Ｂ）に示すように、展開図４３上に表示される。

オペレータは、図５（Ａ）に示すように、台車１２を基準点Ｏまで走行させる。図示の例では、タンディッシュ１０の長手方向（Ｘ方向）において、ノズル２５の回転中心位置がタンディッシュ１０の端部に一致したときに、台車１２が基準点Ｏに到達したものとする。その後、ノズル２５の回転中心位置および角度から算出された吹き付け点の座標を、リアルタイムで表示器４５に表示させる。オペレータは、図２（Ｂ）で示した内壁の測定結果を照合しながら、表示器４５の表示に従って、台車走行モータ１３、ランス昇降モータ２４、ランス回転モータ３１、ノズル回動モータ３２の出力を調整する。図５（Ｂ）に示すように、ノズル２５が適切な位置および角度に達し、表示器４５に表示された吹き付け点Ｓが図２（Ｂ）の損傷箇所４４と一致したところで、不定形耐火物の吹き付けを行う。なお、吹き付け作業を開始する毎に、台車１２の基準点Ｏへの到達を検出することによって、台車１２のスリップ等によりノズル２５の位置がずれるのを防ぎ、より正確な位置および角度からの吹き付けが可能となる。

なお、一般に、不定形耐火物の吹き付けにおいては、吹き付け位置とノズル２５との距離を所定の範囲に保つことが好ましい。また、耐火物の吹き付け角度は、吹き付け位置に対して直角またはそれに近い角度で行うことが好ましい。本発明を実施するにあたり、例えば、吹き付け位置の高さ方向に対しては直角に吹き付け、水平方向に対しては、ランス２３の回転と台車１２の移動とを併用し、吹き付け角度が鋭角になり過ぎないように制御する。即ち、基本的な吹き付け手順として、吹き付け位置（損傷箇所）の座標が算出されると、先ず、上下方向において、吹き付け位置の最上部とノズル２５の回転中心位置がほぼ一致するようにランス２３を下降させる。このときのノズル２５の回転角度は、水平またはそれに近い角度となる。吹き付け位置が下方へ延びている場合には、ノズル２５を回転させて下方向へ向けるか、吹き付け位置が広範囲にわたる場合には、ノズル２５先端と吹き付け位置との距離が大きくなり過ぎないように、ランス２３を下降させながらノズル２５を適宜回転させる。吹き付け位置の水平方向に対しては、ランス２３を回転させることによりノズル２５先端の向きを変えて吹き付け、吹き付け位置が広範囲にわたる場合には、吹き付け角度が小さくなり過ぎないように、台車１２をレール１１に沿って走行させるとともに適宜ランス２３を回転させて吹き付けを行う。以上の調整は、表示器４５によりリアルタイムでノズル２５の位置および角度を確認することにより、正確に制御され、好適な吹き付けが行われる。

吹き付け補修後に、計測器４２でタンディッシュ１０の内壁の形状を再び計測することにより、吹き付け施工面に塗布された耐火物の厚さを計測し、展開図に表示して、所定の厚さに施工されたかどうかを確認することもできる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、上記の実施形態においては、最初に計測したタンディッシュ１０内壁の形状を示すデータを印刷して、その印刷物と、実際のノズル２５の位置から算出される吹き付け点（表示器４５）とを比較するものとしたが、タンディッシュ１０内壁の形状と吹き付け点とを表示器に並べて或いは重ねて表示し、ノズル２５の制御を行ってもよい。また、制御装置４１により算出されたノズル２５の位置および角度を、手動操作ではなく、各モータ１３，２４，３１，３２を制御装置４１が自動制御し、補修後のタンディッシュ内壁の表面形状をオペレータが表示器４５で確認するようにしてもよい。

本発明は、製鉄所等で用いられる溶銑や溶鋼等を収容する各種容器や炉の内壁に耐火物を吹き付ける際の耐火物吹き付け方法および装置に適用できる。

本発明にかかる吹き付け装置を示す概略図。 タンディッシュ内壁の計測に関する説明図であり、（Ａ）は計測時の様子、（Ｂ）は計測結果の表示例を示す。 吹き付け点の水平方向位置の算出方法の説明図。 吹き付け点の垂直方向位置の算出方法の説明図。 吹き付け時の手順を示す側面図であり、（Ａ）は基準点に到達した台車の位置、（Ｂ）は吹き付け時の台車の位置を示す。

符号の説明

１ 吹き付け装置
１０ タンディッシュ
１０ａ 側面
１１ レール
１２ 台車
１３ 台車走行モータ
１４ 車輪
１５ リミットスイッチ
２１ 支柱
２２ 昇降フレーム
２３ ランス
２４ ランス昇降モータ
２５ ノズル
２６ 耐火物供給ホース
３１ ランス回転モータ
３２ ノズル回動モータ
３３ カバー
３６ 昇降位置検出センサ
４１ 制御装置
４２ 計測器
４３ 展開図
４４ 損傷箇所
４５ 表示器
Ｎ 回転中心
Ｏ 基準点
Ｓ 吹き付け点

Claims (4)

1. 溶融金属用容器の内壁に耐火物を吹き付ける耐火物吹き付け方法であって、
   前記内壁の表面形状を計測して前記容器内面の展開図上に表示するとともに、
   ノズルの位置および角度をリアルタイムで検出して前記ノズルによる耐火物吹き付け点を算出し、前記展開図上における前記吹き付け点を表示器に表示して、前記展開図と前記表示器とを対比しながら前記ノズルの位置および角度を調整することを特徴とする、耐火物吹き付け方法。
2. 前記展開図はＸ−Ｙ座標平面上に表示されていることを特徴とする、請求項１に記載の耐火物吹き付け方法。
3. 耐火物吹き付け作業開始時に、前記ノズルの基準点通過を検知した後、前記基準点に対する前記ノズルの位置を検出することを特徴とする、請求項１または２に記載の耐火物吹き付け方法。
4. 溶融金属用容器の内壁に耐火物を吹き付ける耐火物吹き付け装置であって、
   前記内壁の形状を計測して前記容器内面の展開図上に表示する計測器と、位置および角度を調整可能なノズルの位置および角度をリアルタイムで検出して前記ノズルによる耐火物吹き付け点を算出する手段と、前記展開図上における前記吹き付け点を表示する表示器を備えていることを特徴とする、耐火物吹き付け装置。

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