JP6298709B2 - 鋳片の溶削装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳片を部分的に溶削して鋳片表面の割れや疵を取り除く鋳片の溶削装置に関する。

連続鋳造を経たスラブ等の鋳片は、その表面にある割れや疵を取り除くべく、溶削が行われる。溶削を行うにあたり、まず、溶削を行う溶削面の所定の箇所に溶融部を設ける予熱が行われ、その後、溶融部に対してノズルから酸素ガスが吹き付けられて本溶削がなされる。溶削面は、溶融部の周辺が熱せられ、吹き付けられた酸素ガスによる酸化反応で溶融し吹き飛ばされて、溶削される。更に酸化反応で溶融した部分の周辺が熱せられる。その熱せられた箇所に、酸素ガスを吹き付けることによって、その箇所は、溶融して吹き飛ばされ、溶削されるため、酸素ガスを吹き付けるノズルを移動することによって、溶削面において、溶削が連鎖的に生じることになる。

従来、この溶削の作業は、ノズルを手に持った作業者によって行われていたが、過酷な作業である上、多くの現場においては、作業員の高齢化が進み技能伝承が課題となっている。そのため、溶削の作業の機械化が求められ、その具体例が、特許文献１に記載されている。
特許文献１には、鉄線を溶融させ、空気の吹き付けにより、鉄線の溶融した部分を吹き飛ばして溶削面の特定の箇所に付着させた後、燃焼した混合ガスを、その特定の箇所に吹き当てて溶融池を設ける装置が記載されている。

特開昭５８−６７７６号公報

しかしながら、この方法では、鉄線を巻き付けて蓄えておく機構や、鉄線を送り出す機構等が必要となり、装置全体が大きくなっていた。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、装置全体のコンパクト化が図れる鋳片の溶削装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る鋳片の溶削装置は、溶削しようとする鋳片の溶削面に、ガスノズルから吹き出た可燃性ガスを燃焼させた火炎を当てて溶融部を設ける予熱を行う鋳片の溶削装置において、前記火炎に向かって鉄粉を１５０〜１０００ｇ／分の量で吹き出す粉体ノズルを備え、前記鉄粉が前記火炎に触れてから前記溶削面に到達するまでの経路の長さは、２０ｍｍ以上であり、前記鉄粉は、金属鉄の含有率が８５質量％以上であり、粒径３２〜５００μｍの粉体の含有率が８０質量％以上であり、前記火炎に触れて酸化燃焼した前記鉄粉を溶融した状態で前記溶削面に供給する。

本発明に係る鋳片の溶削装置において、前記鉄粉は、前記火炎によって、前記溶削面の該火炎が当たる領域に送られるのが好ましい。

本発明に係る鋳片の溶削装置において、予熱の際に、前記ガスノズルは、前記可燃性ガスが前記溶削面に対して鋭角に吹き出す角度に配置され、前記粉体ノズルは、前記鉄粉の吹出し口が、前記溶削面に対し、前記ガスノズルの可燃性ガスの吹出し口より近い位置に配されるのが好ましい。

本発明に係る鋳片の溶削装置において、予熱の際に、前記鉄粉の吹出し口は、前記可燃性ガスの吹出し口と前記溶削面との間に配置されるのが好ましい。

本発明に係る鋳片の溶削装置は、火炎に向かって鉄粉を吹き出す粉体ノズルを備えて、火炎に触れて酸化燃焼した鉄粉を溶削面に供給するので、予熱の際に鉄線を用いる必要がない。このため、鉄線を送り出す機構等が不要となって、装置全体をコンパクトに設計することが可能である。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施の形態に係る鋳片の溶削装置の一部省略平面図及び一部省略側面図である。 同鋳片の溶削装置の部分平面図である。 同鋳片の溶削装置の部分側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、管の接続を示す説明図である。 （Ａ）は、各ノズルの配置を示す説明図であり、（Ｂ）は、ガスノズル及び粉体ノズルの配置を示す説明図である。 粉体ノズルに鉄粉を供給する機構を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る鋳片の溶削装置１０は、溶削しようとする鋳片１１の溶削面に、ガスノズル１３から吹き出た可燃性ガスを燃焼させた火炎を当てて溶融部を設ける予熱を行う鋳片の溶削装置１０である。以下、詳細に説明する。

鋳片の溶削装置１０は、図１（Ａ）、（Ｂ）、図２に示すように、鋳片１１の長手方向に沿って水平に対向配置された左ガイドレール１４及び右ガイドレール１５と、鋳片１１の幅方向に沿って水平に対向配置された前ガイドレール１６及び後ガイドレール１７を備えている。
左ガイドレール１４及び右ガイドレール１５はそれぞれ、水平配置された鋳片１１より高い位置で、複数の支持部材１８によって支持されている。

左ガイドレール１４には、図２に示すように、車輪１９、２０を備えた走行台車２１が載せられ、右ガイドレール１５にも、車輪１９、２０を備えた走行台車２２が載せられている。走行台車２１、２２はそれぞれ、モータ２３を備え、そのモータ２３の作動により車輪２０を駆動させて、それぞれ左ガイドレール１４上、及び、右ガイドレール１５上を進退する。

前ガイドレール１６（後ガイドレール１７についても同じ）は、一端及び他端が、走行台車２１、２２にそれぞれ連結され、走行台車２１、２２と一体となって、左ガイドレール１４及び右ガイドレール１５に沿って進退する。
間隔を空けて平行に配置された前ガイドレール１６及び後ガイドレール１７には、前ガイドレール１６及び後ガイドレール１７に沿って水平移動する移動架台２４が取り付けられている。移動架台２４は、図２、図３に示すように、前ガイドレール１６上に載せらた車輪２５、２６、後ガイドレール１７上に載せられた車輪２７、２８、及び、車輪２６、２８に駆動力を与えるモータ２９を備えている。なお、図３においては、モータ２９の記載が省略されている。

移動架台２４は、図３に示すように、鉛直に配置された筒材３０を回動自在に保持する支持部材３１を備え、筒材３０には、筒材３０と同心上に配置された棒材３２が昇降自在に取り付けられている。
棒材３２は、支持部材３１に固定されたモータ３３の作動によって、棒材３２の軸心を中心に筒材３０と共に回転する。筒材３０には、棒材３２に一側が連結された駆動シリンダ３４の他側が固定され、棒材３２は、駆動シリンダ３４の作動によって昇降する。

そして、棒材３２の下端部には、吹出し口３５から酸素及び可燃性ガス（本実施の形態では、液化石油ガス）を吹き出す筒状のガスノズル１３が、回動自在に取り付けられている。ガスノズル１３は、ガスノズル１３に連結された駆動シリンダ３６の作動によって、水平軸３６ａを中心に回動する。
ガスノズル１３には、図４（Ａ）に示すように、酸素の供給管３７、液化石油ガスの供給管３８及び冷却用の空気の供給管３９が接続されたバルブスタンド４０が、複数の管４１〜４４を介して連結されている。
バルブスタンド４０は、供給管３７から供給される酸素ガスを、管４１又は管４２を介してガスノズル１３に送ることができ、供給管３８から供給される液化石油ガスを、管４３を介してガスノズル１３に送ることができ、供給管３９から供給される冷却用の空気を管４４を介してガスノズル１３に送ることができる。

また、ガスノズル１３には、図３、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、吹出し口４５から不燃性ガス（本実施の形態では窒素ガス）と共に鉄粉を吹き出す粉体ノズル４６が、連結部材４７によって取り付けられている。
粉体ノズル４６の吹出し口４５から鉄粉が吹き出る方向と、ガスノズル１３の吹出し口３５から可燃性ガスが吹き出る方向の角度差をθとすると、図５（Ｂ）に示すように、粉体ノズル４６は、１０度≦θ≦３０度の角度で、ガスノズル１３に固定されている。

粉体ノズル４６には、図４（Ｂ）、図６に示すように、管４８から不燃性ガスを供給される鉄粉供給タンク４９が、管５０を介して接続されている。
管４８は、図６に示すように、２つに分岐し、一方が、減圧弁５２を介して鉄粉供給タンク４９の上部に連結され、他方が、減圧弁５３を介して、鉄粉供給タンク４９内のエゼクタ５４に接続されている。

鉄粉供給タンク４９は、バイブレータ５５が下側に装着された鉄粉収容部５６を内側に備え、鉄粉収容部５６には、上方から、減圧弁５２を通過した不燃性ガスが供給される。
鉄粉収容部５６に蓄えられた鉄粉は、バイブレータ５５の作動により、ふるい落とされ、バイブレータ５５の下方にあるエゼクタ５４に送られた後、減圧弁５３を通過して管５０に進む不燃性ガスに供給される。不燃性ガスに供給された鉄粉は、不燃性ガスの流れにのって管５０内を進み粉体ノズル４６の吹出し口４５から噴出する。

鋳片１１の溶削面に溶融部（溶融した部分）を設ける予熱の際には、ガスノズル１３（可燃性ガス）の吹出し口３５から、管４３を通過した可燃性ガスが吹き出され、その吹出し口３５の周りから、管４２を通過した酸素ガスが吹き出され、更に、ガスノズル１３の下方に設置された粉体ノズル４６（鉄粉）の吹出し口４５から、不燃性ガスと共に鉄粉が吹き出される。
ガスノズル１３の吹出し口３５から吹き出た可燃性ガスは、図示しない点火手段により点火されて燃焼し、鋳片１１の溶削面に吹き当てられる火炎を発生させる。
なお、ガスノズル１３の吹出し口３５には、可燃性ガスの吹き出し領域とは別に、管４１を通過し溶削用の主となる酸素ガスの吹き出し領域が管４３を通過した可燃性ガス噴出のセンター部に設けられている。

鋳片１１の外縁は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上面５７、底面５８、鋳片１１の幅方向両端部にそれぞれ位置する側面５９、６０、及び、鋳片１１の長手方向両端部にそれぞれ位置する側面６１、６２からなり、この６つの面が、全て、溶削の対象である。即ち、上面５７、底面５８、側面５９〜６２は、いずれも溶削面になり得る。
鋳片の溶削装置１０は、鋳片１１を反転させることなく、上面５７、側面５９〜６２それぞれの溶削が可能であり、底面５８の溶削は、鋳片１１を上下に反転させて、底面５８が上面５７の上方にある状態で行われる。図１（Ａ）、（Ｂ）、図２、図３、図５（Ｂ）には、上面５７を溶削面とした状態が記載されている。

ガスノズル１３は、図５（Ｂ）に示すように、溶削面である上面５７の予熱を行うにあたって、可燃性ガスが溶削面に対して鋭角に吹き出す角度に配置され、粉体ノズル４６の吹出し口４５は、溶削面に対し、ガスノズル１３の吹出し口３５より近い位置に配される。
粉体ノズル４６は、火炎に向かって鉄粉を吹き出す角度で配置され、粉体ノズル４６の吹出し口４５から吹き出た鉄粉は、鋳片１１の溶削面に鋭角に吹き当てられる火炎に投入され、火炎の勢いにより鋳片１１の溶削面まで送られる。

ここで、火炎が鋳片１１の溶削面に吹き当たる方向は、可燃性ガスがガスノズル１３の吹出し口３５から吹き出る方向と実質的に一致している。
本実施の形態では、粉体ノズル４６の吹出し口４５が、ガスノズル１３の吹出し口３５と鋳片１１の溶削面の間に配置されて、溶削面に対して鋭角に吹き当たる火炎の後方から、鉄粉が火炎に投入される。

ガスノズル１３の吹出し口３５及び粉体ノズル４６の吹出し口４５は、水平位置が、移動架台２４の配置によって調整され、高さ位置が、棒材３２の昇降によって決定される。そして、ガスノズル１３の吹出し口３５からの可燃性ガスの吹き出し角度と、粉体ノズル４６の吹出し口４５からの鉄粉の吹き出し角度は、ガスノズル１３の傾斜角度によって一体的に調整される。

粉体ノズル４６の吹出し口４５から吹き出た鉄粉は、図５（Ｂ）に示すように、火炎に触れて酸化燃焼し溶融した状態となって、鋳片１１の溶削面に供給される。本実施の形態では、鉄粉が、溶融した状態になりながら、火炎によって運ばれ、鋳片１１の溶削面の火炎が当たる領域に送られる。
鉄粉が火炎に触れてから鋳片１１の溶削面に到達するまでの経路の長さをＬとして、Ｌは２０ｍｍ以上であることが好ましい。これは、実験的検証により、Ｌを２０ｍｍ以上にすることで、鉄粉が鋳片１１の溶削面に到達するまでに安定的に溶融した状態となって、予熱の効率化が図れることを知得したためである。但し、Ｌが２０ｍｍ未満であっても、ガスノズル１３の吹出し口３５から吹き出る可燃性ガスの量等の諸条件を調整することで、予熱を行うことは可能である。

上面５７又は底面５８を溶削する際には、ガスノズル１３の吹出し口３５及び粉体ノズル４６の吹出し口４５が、鋳片１１の上方に配置される。そして、側面５９〜６２の一の面を溶削する際には、平面視して、ガスノズル１３の吹出し口３５及び粉体ノズル４６の吹出し口４５が、鋳片１１から距離を有する位置に配される。
ここで、上面５７、底面５８、側面５９〜６２のいずれが溶削面であっても、粉体ノズル４６の吹出し口４５が、溶削面に対し、ガスノズル１３の吹出し口３５より近い位置に配される点、及び、粉体ノズル４６の吹出し口４５から吹き出た鉄粉が、火炎の勢いによって溶削面に運ばれる点、並びに、溶削面に対して鋭角に吹き当たる火炎の後方から、鉄粉が火炎に投入される点に変わりはない。

本実施の形態において、予熱の際に使用される鉄粉は、金属鉄の含有率が８５質量％以上であり、粒径３２〜５００μｍの粉体の含有率が８０質量％以上であることが好ましい。鉄粉をこのようにした理由を以下に説明する。
まず、金属鉄の含有率については、金属鉄の比率が小さく不純物の比率が高いと、他の条件（例えば、鉄粉の粒径等）によっては、鉄粉の燃焼が不安定となって予熱に時間を要し、金属鉄の含有率を８５質量％以上にすることで、燃焼状態の鉄粉を安定的に鋳片１１の溶削面に供給できることが検証されたためである。

鉄粉の粒径については、小さい粒径の割合が増えると、粉体ノズルの構造等によっては鉄粉の流路が詰まることがあり、大きい粒径の割合が増えると、溶融するまでに時間を要して、鋳片１１の溶削面に溶融していない状態で到達する。そこで、種々の検証から、鉄粉の流路が詰まるのを確実に抑制し、かつ、鉄粉が安定的に燃焼する条件を調査して、粒径３２〜５００μｍの粉体の含有率を８０質量％以上含む鉄粉が好ましいことを見い出した。
ここで、粒径３２〜５００μｍの粉体とは、ＪＩＳにおいて、目開きの基準寸法が５００μｍである３０メッシュを通過し、目開きの基準寸法が３２μｍの４４０メッシュを通過しないものを意味する。

そして、粉体ノズル４６は、予熱の際に、鉄粉を、１５０〜１０００ｇ／分の量で吹き出すようにすることが好ましい。これは、鉄粉の吹き出し量が少ないと、鋳片１１の溶削面に供給される溶融状態の鉄粉が少なくなり、鉄粉の吹き出し量が多すぎると、各種の条件によっては、燃焼することなく鋳片１１の溶削面に達する鉄粉の量が多くなることが知得され、鉄粉の吹き出し量を、１５０〜１０００ｇ／分にすることで、安定的に、溶削時間を短縮できることが知得されたためである。

また、ガスノズル１３の左右には、図５（Ａ）に示すように、ガスノズル１３と一体的に移動するヒレ取りノズル６３、６４をそれぞれ配置してもよい。ヒレ取りノズル６３、６４は、図４に示すように、それぞれ管６５、６６を介してバルブスタンド４０に連結され、ヒレ取りノズル６３は、管６５を経由して供給された酸素ガスを吹き出し、ヒレ取りノズル６４は、管６６を経由して供給された酸素ガスを吹き出す。
粉体ノズル４６は、ガスノズル１３と溶削面の間に配置されているので、ガスノズル１３の左右に配されたヒレ取りノズル６３、６４が粉体ノズル４６の配置スペースを妨げない設計になっている。
なお、図１（Ｂ）、図３、図５（Ｂ）においては、ヒレ取りノズル６３、６４、及び、管６５、６６の記載が省略されている。

予熱が完了して、鋳片１１の溶削面を溶削する本溶削の際には、管４１を通過した酸素ガスがガスノズル１３の吹出し口３５から吹き出され、必要に応じて、ヒレ取りノズル６３、６４から酸素ガスが吹き出される。
本溶削の際に、ガスノズル１３の吹出し口３５から出た酸素ガスによって吹き飛ばされた鋳片１１の溶融部が、鋳片１１の溶削面に凹凸を形成することがあり、この凹凸を平滑にするためにヒレ取りノズル６３、６４から酸素ガスが吹き出される。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。
各実施例においては、鉄粉中の金属鉄の含有率や、粉体の構成比率等の条件を変えて、予熱を開始してから本溶削を行える状態になるまでの時間（以下、「予熱時間」ともいう）を計測した。各実施例における予熱時間を、表１に示す。

表中のＮｏ．１〜２２は本発明の実施例であり、Ｎｏ．２３は予熱の際に鉄粉を用いない比較例である。各実施例及び比較例に対する評価は、予熱時間が１０秒以下を○、予熱時間が１０秒超を△、予熱が完了せず本溶削ができる状態に至らなかった場合を×としている。なお、表から分かるように、全ての実施例において、予熱を完了することができた。そして、比較例では、予熱を完了することができなかった。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、鉄粉を、火炎によって鋳片の溶削面に送る代わりに、鉄粉を、火炎に触れて溶融させた後に、酸素ガスによって鋳片の溶削面に送るようにしてもよい。
また、鉄粉が送られる場所は、溶削面の火炎が当たる領域でなくてもよい。

１０：鋳片の溶削装置、１１：鋳片、１３：ガスノズル、１４：左ガイドレール、１５：右ガイドレール、１６：前ガイドレール、１７：後ガイドレール、１８：支持部材、１９、２０：車輪、２１、２２：走行台車、２３：モータ、２４：移動架台、２５〜２８：車輪、２９：モータ、３０：筒材、３１：支持部材、３２：棒材、３３：モータ、３４：駆動シリンダ、３５：吹出し口、３６：駆動シリンダ、３６ａ：水平軸、３７〜３９：供給管、４０：バルブスタンド、４１〜４４：管、４５：吹出し口、４６：粉体ノズル、４７：連結部材、４８：管、４９：鉄粉供給タンク、５０：管、５２、５３：減圧弁、５４：エゼクタ、５５：バイブレータ、５６：鉄粉収容部、５７：上面、５８：底面、５９〜６２：側面、６３、６４：ヒレ取りノズル、６５、６６：管

Claims (4)

1. 溶削しようとする鋳片の溶削面に、ガスノズルから吹き出た可燃性ガスを燃焼させた火炎を当てて溶融部を設ける予熱を行う鋳片の溶削装置において、
   前記火炎に向かって鉄粉を１５０〜１０００ｇ／分の量で吹き出す粉体ノズルを備え、
   前記鉄粉が前記火炎に触れてから前記溶削面に到達するまでの経路の長さは、２０ｍｍ以上であり、
   前記鉄粉は、金属鉄の含有率が８５質量％以上であり、粒径３２〜５００μｍの粉体の含有率が８０質量％以上であり、
   前記火炎に触れて酸化燃焼した前記鉄粉を溶融した状態で前記溶削面に供給することを特徴とする鋳片の溶削装置。
2. 請求項１記載の鋳片の溶削装置において、前記鉄粉は、前記火炎によって、前記溶削面の該火炎が当たる領域に送られることを特徴とする鋳片の溶削装置。
3. 請求項２記載の鋳片の溶削装置において、予熱の際に、前記ガスノズルは、前記可燃性ガスが前記溶削面に対して鋭角に吹き出す角度に配置され、前記粉体ノズルは、前記鉄粉の吹出し口が、前記溶削面に対し、前記ガスノズルの可燃性ガスの吹出し口より近い位置に配されることを特徴とする鋳片の溶削装置。
4. 請求項３記載の鋳片の溶削装置において、予熱の際に、前記鉄粉の吹出し口は、前記可燃性ガスの吹出し口と前記溶削面との間に配置されることを特徴とする鋳片の溶削装置。

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