JP6819703B2 - 築炉方法 - Google Patents
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Description
例えば、コークス炉は、燃焼ガスが通る燃焼室と、石炭を装入してコークスに乾留させるための炭化室が交互に数十個並んだ構造を有しており、これらは耐火物で構成されている。コークス炉の建設においては、数百人単位の築炉技術者が数ヶ月にわたって築炉作業を行う。コークス炉を構成する定型耐火物(レンガ)は、一般的な建築物用のレンガとは異なり、上面から見た形状が長方形、台形、L字型など、様々な形状をしており、さらに、それらレンガの側面、上面および底面には、ダボと呼ばれるズレ防止用の凹凸が設けられている。コークス炉は、このような非常に複雑な形状のレンガを組み合わせて作られるため、コークス炉の築炉は、経験を積んだ築炉工によって行われる。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、炉体の少なくとも一部が耐火物で構成される炉の築炉方法において、レンガ積み工法によることなく、炉体を効率的に且つ所望の施工精度で築造することができる築炉方法を提供することにある。したがって、例えばコークス炉を対象とする場合には、複雑な形状の多種類のレンガを熟練した築炉工が施工するといった築炉作業を全く不要ならしめる新たな築炉方法を提供するものである。
[1]炉体の少なくとも一部が耐火物で構成される炉の築炉方法であって、
不定形耐火物材料を出力するノズルを備えた付加製造装置を用い、該付加製造装置のノズルから出力された不定形耐火物材料を、炉体を築造する領域に積層させることにより、炉体を構成する積層造形物(s)を造形する工程(A)と、
該工程(A)で造形された積層造形物(s)の造形面の少なくとも一部を研削して整形する工程(B)を有することを特徴する築炉方法。
[2]上記[1]の築炉方法において、工程(A)では、積層造形物(s)を複数のモジュール(sm)に分けて造形することを特徴とする築炉方法。
[4]上記[3]の築炉方法において、1つのモジュール(sm(n))を造形した後、それに隣接するモジュール(sm(n+1))を造形する前に、モジュール(sm(n+1))との接続面となるモジュール(sm(n))の造形面にモルタル目地となるモルタルを塗布することを特徴とする築炉方法。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかの築炉方法において、炉体の一部となる積層造形物(s)を造形する工程(A)を実施し、次いで、当該積層造形物(s)に対して工程(B)を実施する作業を、複数回繰り返すことにより炉体の築造を行うことを特徴とする築炉方法。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかの築炉方法において、水平方向で隣接して造形される2つのモジュール(sm)が階段状の接続面を有することを特徴とする築炉方法。
[8]上記[1]〜[7]のいずれかの築炉方法において、隣接して造形される2つのモジュール(sm)の接続面にダボが形成されることを特徴とする築炉方法。
[10]炉体の少なくとも一部が耐火物で構成される炉であって、
炉体の前記耐火物は、炉体が築造される領域に不定形耐火物材料を積層させて構成された積層造形物(s)からなり、該積層造形物(s)の表面の少なくとも一部が、整形された研削面(k)からなることを特徴とする炉。
[11]上記[10]の炉において、積層造形物(s)が複数のモジュール(sm)からなることを特徴とする炉。
[13]上記[11]又は[12]の炉において、水平方向で隣接する2つのモジュール(sm)が階段状の接続面を有することを特徴とする炉。
[14]上記[11]〜[13]のいずれかの炉において、隣接する2つのモジュール(sm)の接続面にダボが形成されていることを特徴とする炉。
[15]上記[10]〜[14]のいずれかの炉において、コークス炉であり、炭化室の内壁面が整形された研削面(k)からなることを特徴とする炉。
図1は、本発明の築炉方法の一実施形態を示すものであって、本発明の工程(A)において、付加製造装置のノズルから出力された不定形耐火物材料を炉体を築造する領域に積層させることにより積層造形物sを造形している状況を示している。
付加製造装置1は、関節式のロボットアーム2と、このロボットアーム2の先端に保持されたディスペンサ3と、このディスペンサ3の先端に取り付けられたノズル4を有している。
ロボットアーム2は複数の関節を有しており、3次元の任意の位置にノズル4を移動させることができる。
付加製造装置1には、ノズル4に振動を加えて材料を出力しやすくする機構を付設してもよい。また、ノズル4から出力された材料7の硬化を促進することで造形を容易にするために、ノズル4から出力された材料7に対して送風や加熱を行う機構を付設してもよい。
本発明で使用する材料7は、耐火物材料の粉体に水を加えて混練することで得られた混練物である。耐火物材料の種類は、築炉対象とする炉の種類に応じて適宜選択されるが、例えば、コークス炉の場合には、通常、熱間強度と容積安定性を備える珪石系耐火物材料(例えば、SiO2:96質量%、Al2O3:0.8質量%、Fe2O3:0.5質量%、CaO:2.7質量%)が用いられる。
工程(A)において、付加製造装置1のロボットアーム2は、設計した炉の所定位置にノズル4を移動させ、必要な箇所(炉体を築造する領域)にノズル4を移動させつつ材料7を出力する。炉の水平面の全部又は一部に材料7を出力した後、その上にさらに材料7を出力して2層目を積層させる。このような積層を繰り返し、所望の高さの積層造形物sを造形する。
1つのモジュールsmを造形するのに材料を積層させる領域(モジュールsmのサイズ)は、小さすぎると効率が悪く、大きすぎると熱膨張などによる亀裂を生じるおそれがあるので、例えば図2の例でいうと、一般的には、炉水平方向ではレンガ数個〜数十個分程度、炉高方向ではレンガ1個〜数個分程度とするのが適当である。
なお、材料7を積層させる造形途中で、必要に応じて、材料7を乾燥又は硬化させる工程を付加してもよい。
また、水平方向で隣接する2つのモジュールsmの接続面が垂直面などの単一面で構成されると、接続面(モルタル目地8)の一部に小さい亀裂が生じた場合でも、亀裂が接続面全体に一気に拡がる恐れがあるので、図3に示すように、水平方向で隣接する2つのモジュールsmの接続面は階段状に構成することが好ましい。この階段の段数は任意であり(図3の実施形態では5段)、モジュールsmの高さに応じて決めればよい。
モルタルの塗布は、従来のレンガ積み工法と同様にコテなどを用いた手作業で行ってもよいし、付加製造装置1のロボットアーム2先端のノズル4をモルタル出力用ノズルに付け替え、このノズルを用いて塗布を行ってもよい。或いは、モルタル塗布専用のロボットアームにモルタル出力手段(ノズルなど)を設け、これにより塗布を行ってもよい。モルタルを塗布する場合、必ずしもモルタルを積層して塗布する必要はなく、水平目地、垂直目地ともに1回(1層)で塗布してもよい。
この積層造形物sの造形面の研削による整形は、耐火物で構成される炉体のなかで、所定の施工精度が求められ、積層造形物sの造形面のままでは、その施工精度が確保できない部位(領域)について行えばよい。この研削を行う手段は任意であるが、通常はグラインダーなどの研削装置が用いられる。
グラインダーなどの研削装置による研削は、手作業で行ってもよいし、付加製造装置1のロボットアーム2先端のノズル4をグラインダーに付け替え、このグラインダーを用いて研削を行ってもよい。或いは、専用のロボットアームにグラインダーを設け、これにより研削を行ってもよい。
研削後の凹凸精度は、研削量を決めた測定手法と同様の手法で確認すればよい。
なお、本発明法により築造された炉体を構成する耐火物は、炉の立ち上げ前に事前乾燥され、或いは炉を立ち上げた際の昇熱により乾燥・焼成される。
この炉の好ましい構造としては、(i)積層造形物sが複数のモジュールsmからなること、(ii)隣接する2つのモジュールsmの接続面にモルタル目地を有すること、(iii)水平方向で隣接する2つのモジュールsmが階段状の接続面を有すること、(iv)隣接する2つのモジュールsmの接続面にダボが形成されていること、などであり、その理由はさきに述べた通りである。
2 ロボットアーム
3 ディスペンサ
4 ノズル
5 材料供給部
6 ホース
7 材料
8 モルタル目地
10 燃焼室
11 炭化室
12 壁面
s 積層造形物
sm,sm1,sm2,sm3,sm4 モジュール
Claims (15)
- 炉体の少なくとも一部が耐火物で構成される炉の築炉方法であって、
不定形耐火物材料を出力するノズルを備えた付加製造装置を用い、該付加製造装置のノズルから出力された不定形耐火物材料を、炉体を築造する領域に積層させることにより、炉体を構成する積層造形物(s)を造形する工程(A)と、
該工程(A)で造形された積層造形物(s)の造形面の少なくとも一部を研削して整形する工程(B)を有することを特徴する築炉方法。 - 工程(A)では、積層造形物(s)を複数のモジュール(sm)に分けて造形することを特徴とする請求項1に記載の築炉方法。
- 隣接して造形される2つのモジュール(sm)の接続面にモルタル目地を設けることを特徴とする請求項2に記載の築炉方法。
- 1つのモジュール(sm(n))を造形した後、それに隣接するモジュール(sm(n+1))を造形する前に、モジュール(sm(n+1))との接続面となるモジュール(sm(n))の造形面にモルタル目地となるモルタルを塗布することを特徴とする請求項3に記載の築炉方法。
- 炉体の一部となる積層造形物(s)を造形する工程(A)を実施し、次いで、当該積層造形物(s)に対して工程(B)を実施する作業を、複数回繰り返すことにより炉体の築造を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の築炉方法。
- 炉体の一部となる所定高さの積層造形物(s)を造形する工程(A)を実施し、次いで、当該積層造形物(s)に対して工程(B)を実施する作業を、炉高方向で複数回繰り返すことにより炉体の築造を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の築炉方法。
- 水平方向で隣接して造形される2つのモジュール(sm)が階段状の接続面を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の築炉方法。
- 隣接して造形される2つのモジュール(sm)の接続面にダボが形成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の築炉方法。
- 炉がコークス炉であり、工程(B)では炭化室の内壁面となる積層造形物(s)の造形面を研削して整形することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の築炉方法。
- 炉体の少なくとも一部が耐火物で構成される炉であって、
炉体の前記耐火物は、炉体が築造される領域に積層された不定形耐火物材料で構成される積層造形物(s)からなり、該積層造形物(s)の表面の少なくとも一部が、整形された研削面(k)からなることを特徴とする炉。 - 積層造形物(s)が複数のモジュール(sm)からなることを特徴とする請求項10に記載の炉。
- 隣接する2つのモジュール(sm)の接続面にモルタル目地を有することを特徴とする請求項11に記載の炉。
- 水平方向で隣接する2つのモジュール(sm)が階段状の接続面を有することを特徴とする請求項11又は12に記載の炉。
- 隣接する2つのモジュール(sm)の接続面にダボが形成されていることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の炉。
- コークス炉であり、炭化室の内壁面が整形された研削面(k)からなることを特徴とする請求項10〜14のいずれかに記載の炉。
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