JP6183340B2 - 研削工具及び排ガス回収ダクトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数並列された円管と該円管同士を接合する接合部材とを有するパネルを接合することで製造される排ガス回収ダクトを製造する方法及びその方法において用いられる研削工具に関する。

溶融鉄の精錬に用いられる転炉から排ガスを回収し、回収した排ガスを煙道（排ガス回収ダクト）を介して集塵機に導いてダストを回収する転炉ＯＧ（Oxygen Converter Gas）回収設備が用いられている。排ガス回収ダクトの構造として、高温となる排ガスの通路を構成する表面が耐火物で被覆されてなるものがある他に、水などの冷却用媒体が内部で循環可能となっている冷却管が複数接合されてなるものがある。

冷却管が複数接合されてなる構造として、特許文献１には、冷却用液体を循環させるフードチューブ（本発明の「円管」に対応）を平面視略円形状に並設して、隣接するフードチューブの放熱用のフィン（本発明の「接合部材」に対応）同士を連結したメンブレン構造により円筒状に成形されたフードが記載されている。また、特許文献１には、転炉からの排ガスに含まれる酸化鉄等のダストがフードチューブに衝突し続けると該フードチューブは次第に摩耗していくので、時間の経過とともにフードチューブの厚みが磨り減り、さらには、転炉からの輻射熱及び排ガスからの伝導熱によってフードチューブにヒートクラックが生じる可能性があり、最終的には、フードチューブが破損して冷却用媒体が漏れ出る危険性があると記載されている。

そこで、特許文献１では、フードチューブ及びフィンを肉盛溶接したフードのメンテナンスを定期的に行い、補修作業者がフードチューブの状況を確認しながら、肉厚が減少した部分については被覆アーク溶接棒による手溶接または半自動アーク溶接などの溶接方法によって手作業で順次肉盛溶接することが記載されている。特許文献１には、排ガス回収ダクトの排ガスの通路を構成する表面に、肉盛溶接によって保護層が形成されることが記載されている。

特開２０１０−２３５９８２号公報

特許文献１では、肉盛溶接によって形成された保護層を有する排ガス回収ダクトを製造する方法は記載されていない。保護層は、いずれの部位においても冷却用媒体によって均一に冷却されるように、厚みが同じであることが望ましい。そこで、排ガス回収ダクトを製造する際、保護層を手作業で研削していた。よって、従来、排ガス回収ダクトの製造に施工コストや施工時間が多大に掛かっており、現状、施工コストや施工時間があまり掛からない排ガス回収ダクトを製造する方法は確立されていないというのが実情である。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来に比べて、施工コストや施工時間が掛からない排ガス回収ダクトを製造する方法及び該方法で用いる研削工具を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
（１）複数並列された円管と該円管同士を接合する接合部材とを有する平板状のパネルが接合されて製造されるダクトにおける前記パネルの表面に形成される保護層を研削するための研削工具であって、先端部が略角錐台形状であり、該略角錐台形の傾斜面の少なくとも一部に、前記保護層の目標の厚みｔと前記円管の半径ｒとの和で表される半径Ｒの円柱の側面と同じ形状となる曲面が形成されることを特徴とする研削工具。
（２）上記（１）に記載の研削工具を用いて、排ガスを回収するダクトを製造する方法であって、複数並列された円管と該円管同士を接合する接合部材とを有する平板状のパネルを形成し、前記パネルの表面に肉盛溶接を施すことによって前記表面に保護層を形成し、前記パネルの接合部材に形成された保護層に研削工具の先端部の上底面を当接した状態とし、前記パネルの円管に形成された保護層に研削工具の先端部の傾斜面を当接した状態で、前記研削工具を回転させることで前記保護層を研削し、前記保護層で排ガスの通路が形成されるように前記パネルを接合して、排ガス回収ダクトを製造することを特徴とする排ガス回収ダクトの製造方法。

本発明によって、従来に比べて施工コストや施工時間を掛けずに、排ガス回収ダクトを製造することが可能となる。

排ガス回収ダクトの断面を示す図である。 研削工具を示す図である。 図２に示す研削工具を用いた保護層の研削工程を示す図である。 図２とは別の形態の研削工具を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の一例を説明する。まずは、排ガス回収ダクトの構成を説明する。図１に、排ガス回収ダクトの断面を示す斜視図及び斜視図において細線で囲まれた部分を示す拡大図を示す。排ガス回収ダクト１は、平板状のパネル１０が複数接合されて形成されており、該パネル１０の内側には排ガス通路１１が形成されている。図１の紙面垂直方向に排ガス通路１１が延在しており、排ガス通路１１は、転炉の上方から延在し、例えば、集塵機に繋がっている。

パネル１０は、複数並列された円管２と該円管２同士を接合する略平板状の接合部材３とを有する。円管２と接合部材３とを溶接して、円管２と接合部材３とを接合する。図１においては、見易さのために、排ガス通路１１を構成するパネル１０の内面において、円管２及び接合部材３を示す直線や、円管２と接合部材３とを接合する溶接部分は図示を省略してある。

円管２は、水などの冷却用媒体が内部を循環可能な構造となっている。例えば、円管２を二重管構造とし、内管及び内管と外管との間隙のうち一方を給水流路とし、他方を排水流路とし、円管２の端部で給水流路と排水流路と連通することによって、冷却水（冷却用媒体）を円管２の内部に循環させることが可能となる。排ガス通路１１には、転炉からの高温の排ガスが通過し、該排ガスの熱が、円管２と接合部材３とに伝導することになるが、円管２が冷却用媒体で抜熱されるとともに、接合部材３も抜熱される。

パネル１０の内面に肉盛溶接を施すことによって、保護層４が形成される。保護層４がパネル１０の内面に形成されていない場合、排ガスに含まれるダストが、排ガス通路１１を構成するパネル１０の内面（円管２と接合部材３）に衝突することになる。ダストが、円管２に衝突し続けると、円管２は次第に摩耗していき、ひいては、円管２の厚みが磨り減り、円管２内部の水圧で破穴し、水漏れが発生する可能性がある。よって、円管２には保護層４が形成されており、円管２に合せて、接合部材３にも保護層４が形成されている。

円管２及び接合部材３のいずれの部位であっても、冷却効果を低下させないために、保護層４は薄く且つ厚みが同じであることが望ましい。保護層４を肉盛溶射によって形成する場合、肉盛溶接によって形成する場合に比べて、保護層４は薄くなり、冷却用媒体による円管２及び接合部材３の冷却が促進されるものの、円管２及び／または接合部材３との結合力が小さくなるので、保護層４は、円管２及び／または接合部材３から剥離し易くなり、寿命が短くなる傾向がある。一方で、保護層４を肉盛溶接によって形成する場合、肉盛溶射によって形成する場合に比べて、保護層４は、円管２及び／または接合部材３との結合力が大きくなり、寿命が長くなるものの、保護層４は厚くなり、冷却用媒体による円管２及び接合部材３が冷却されにくくなる。加えて、肉盛溶接によって保護層４の表面に凹凸部が形成される。凹部と凸部とで冷却用媒体による抜熱量が相異なり、熱応力も相異なるので、保護層４の表面に亀裂が生じ易くなる上に、また、凹凸部は、応力が集中し易く、亀裂の起点となり得る。よって、保護層４は、薄く且つその厚みがいずれの部位でも同じであり、その表面が平滑であることが望ましい。

肉盛溶接によって保護層を形成する場合、従来、保護層４の厚みを薄く且ついずれの部位でも同じにするべく、例えばグラインダなどを用いて手作業で研削を行っていたが、その場合、研削時間が長くなりコストも多く掛かる。そこで、本発明者は、従来に比べ時間を掛けずに、保護層４を薄くすることを可能とし且つ円管２及び接合部材３のいずれに形成される部位であっても、保護層４をある程度同じ厚みとする方法を鋭意検討した。その結果、本発明者は、先端部が略角錐台形状である研削工具を用い、パネル１０の接合部材３に形成された保護層４に研削工具の先端部の上底面を当接した状態とし、パネル１０の円管２に形成された保護層４に研削工具の先端部の傾斜面を当接した状態で、研削工具を回転させることで保護層４を研削する方法を完成した。

研削工具を図２に示し、その構成について説明する。研削工具５は、先端部６と、該先端部６が端部に設けられた円柱形状の本体部７と、を有する。先端部６は、２つの円管２とこれらを接合する接合部材３（図１参照）との表面に適合するように略四角錐台形状となっており、該略四角錐台形の傾斜面の少なくとも一部に、保護層４の目標の厚みｔと円管２の半径ｒとの和で表される半径Ｒの円柱の側面と同じ形状となる曲面が形成されている。先端部６はこの形状で研削刃の機能を発揮し、研削工具５は、本体部７が円柱形状の軸を中心として回転すると、先端部６が回転して、前記曲面で円管２の表面に形成される保護層４を研削し、略四角錐台形の上底面で接合部材３の表面に形成される保護層４を研削するように構成されている。

図２において、（ａ）は、ある位置から視た研削工具５の側面図であり、（ａ’）は、（ａ）に対応する底面図である。（ｂ）は、（ａ）の状態から本体部７を９０℃回転させた状態の研削工具５の側面図であり、（ｂ’）は、（ｂ）に対応する底面図である。説明のために、紙面垂直方向に延在する形で隣り合い、半径ｒ［ｍｍ］となる円管２を２点鎖線で示し、本体部７（研削工具５）の中心軸を１点鎖線で示し、その他補助線を示してある。図２に示す研削工具５は、直径Ｄ［ｍｍ］が円管２の中心軸の間隔Ｐ［ｍｍ］と等しい。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本体部７は、柱形状であり、研削工具５のある側面とそれとは別の側面から視ても同じ側面形状となっている。一方で、先端部６は、略四角錐台形状であり、研削工具５のある側面とそれとは別の側面から視て、側面形状が異なっている。

先端部６は、上底面６ａ、及び、四角錐台の一対の傾斜面となる傾斜面６ｂと、該傾斜面６ｂと同様に一対の傾斜面となるテーパー面６ｃ、を有し、上底面６ａは、水平方向に沿った長さＸとする平坦面となっている。傾斜面６ｂには、上底面６ａの研削による保護層４の目標の厚みｔ［ｍｍ］と円管２の半径ｒとの和で表される半径Ｒ［ｍｍ］の円柱の側面と同じ形状となる曲面が、本体部７の側端部から中心方向に向けて形成されている。前記曲面と上底面６ａとを結ぶ部分には曲面Ｓが形成されており、この部分は滑らかな曲面となっている。

図２（ａ）に示された状態の先端部６からわかるように、傾斜面６ｂ及び上底面６ａの表面は、紙面横方向において本体部７の底面７ａの一側端から他側端まで延在していることになり、上底面６ａが、接合部材３に形成される保護層４に当接するとともに、傾斜面６ｂが、円管２に形成される保護層４に当接することが可能となる。一方で、図２（ｂ）に示された状態の先端部６からわかるように、テーパー面６ｃは、図２（ｂ）の紙面横方向において、底面７ａの側端からではなく中心部分近傍から突出しており、テーパー面６ｃは円管２に形成される保護層４に接触することはない。

以上の構造の先端部６を有する研削工具５を回転させつつ保護層４に近づけると、研削工具５は、ある時には先端部６が図２（ａ）に示された姿勢となり、接合部材３に形成される保護層４に上底面６ａが当接し、円管２に形成される保護層４に傾斜面６ｂが当接して、上底面６ａと傾斜面６ｂとによって保護層４が研削される。更に、研削工具５が回転して、図２（ｂ）に示された姿勢となり、上底面６ａは当接した状態となっていて、接合部材３に形成される保護層４は研削され続けるものの、テーパー面６ｃは保護層４に接触せず、円管２に形成される保護層４は研削が中断される。しかしながら、研削工具５の回転を続けていると、図２（ａ）に示された姿勢となり、再度、上底面６ａと傾斜面６ｂとによって保護層４が研削される。保護層４が目標の厚みｔとなるまで、研削工具５を回転させつつ保護層４に近づけ、上底面６ａと傾斜面６ｂとによる研削を続けることで、保護層４を研削できる（図３（ｂ）及び（ｃ）参照）。そして、図３の紙面垂直方向に沿って研削工具５を平行移動させて、円管２と接合部材３とに形成された保護層４を全て研削できる。

なお、上底面６ａで研削される保護層４及び傾斜面６ｂで研削される保護層４が目標の厚みｔとなったときに、曲面Ｓと円管２との間隔及び曲面Ｓと接合部材３との間隔が、それぞれ、目標の厚みｔとなるように、曲面Ｓを形成することが望ましい。

次に、上記研削工具５を用いて排ガス回収ダクト１の製造方法を説明する。円管２と略平板状の接合部材３とを複数準備する。次いで、円管２を複数並列し、複数並列された円管２と、接合部材３とを溶接して、接合部材３で円管２同士を接合する。これにより、平板状のパネル１０を形成する。このパネル１０を１枚または複数形成しておく。そして、パネル１０の表面に、溶融した金属による肉盛溶接を施すことによって、保護層４を形成する。

研削工具５による保護層４の研削工程を図３に示す。図３を参照して研削工程を説明する。図３においては、円管２を３つ示し、円管２を接合する接合部材３を４つ示しており、（ａ）では、研削工具５を、保護層４の上方に配置している状態を示してある。図示を省略してあるが、研削工具５は、上下左右及び紙面垂直方向に移動自在な工作機械に取り付けられ且つ該工作機械によって回転可能となっている。図３において、（ｂ）では、３つの円管２のうち、左側と真中の２つの円管２とそれらを接合する接合部材３とに形成される保護層４を研削している状態を示し、（ｃ）では、３つの円管２のうち、右側と真中の２つの円管２とそれらを接合する接合部材３とに形成される保護層４を研削している状態を示している。工作機械を左右に移動させることによって、研削工具５を研削対象の保護層４の上方に配置し、研削工具５を回転させるとともに、工作機械を下方に移動させることによって、保護層４を研削する。

図３（ａ）に示す状態から、工作機械を下方に移動させることによって、図３（ｂ）に示すように、パネル１０の接合部材３に形成される保護層４に研削工具５の上底面６ａを当接した状態とし、パネル１０の円管２に形成される保護層４に研削工具５の先端部の傾斜面６ｂを当接した状態で（図２参照）、研削工具５を回転させることで保護層４を研削し、円管２及び接合部材３に形成される保護層４を目標の厚みｔとする。

その後、図３（ａ）に示すように工作機械を上方向に移動させ、次いで、右方向に移動させる。そして、図３（ｃ）に示すように、既に左上半分の保護層４が研削された真中の円管２と右端の円管２とに形成された保護層４に研削工具５の傾斜面６ｂを当接した状態とし、それらの間の接合部材３に形成された保護層４に研削工具５の上底面６ａを当接した状態で、研削工具５を回転させることで保護層４を研削し、保護層４を目標の厚みｔとする。図３（ａ）〜（ｃ）に示すような保護層４の研削を繰り返して、パネル１０を構成する全ての円管２と接合部材３とに形成された保護層４を研削し、保護層４の厚みを目標の厚みｔとすることができる。

上述のように研削された保護層４で排ガス通路１１が形成されるように、パネル１０を接合して、排ガス回収ダクトを製造する。図１に示す形態では、平板状のパネル１０を４枚接合して、排ガス通路１１を構成する内部の断面が略四角形状となる排ガス回収ダクト１を製造しているが、本発明に係る方法で製造される排ガス回収ダクトの断面は、この形状に限定されるものではない。例えば、平板状のパネル１０を５枚準備して、前述の通り、研削工具５によってパネル１０の表面に形成される保護層４を研削した後に、５枚のパネル１０を接合すれば、断面が五角形状となる排ガス回収ダクトを製造することができる。また、排ガス回収ダクト１を構成するパネル１０の枚数を多くすることとし、保護層４を研削した後にパネル１０を円弧状に屈曲させ、屈曲したパネル１０を多数接合して、断面が略円形状となる排ガス回収ダクトを製造することもできるし、１枚のパネル１０のサイズを大きくし、円形状に屈曲し、屈曲したパネル１０を接合して、断面が略円形状となる排ガス回収ダクトを製造することもできる。

図２に示すように、研削工具５の直径Ｄは、２つの円管２の中心軸の間隔Ｐと等しいこと（Ｄ＝Ｐ）が望ましい。これにより、研削工具５の回転中心位置を、接合部材３の中心に容易に設定することが可能となる。直径Ｄが間隔Ｐと等しい場合、接合部材３及びその両隣の円管２上に厚みが目標の厚みｔとなる保護層４を形成したときに、例えば、研削工具５の先端部の傾斜面で両隣の円管２の左右上半分側を研削できており、その両隣の円管２の頂部で、既に研削されているあるいは未だに研削されていないことを表す境界線が形成されることになる。よって、例えば、研削工具５を、既に研削が終了した接合部材３の隣の接合部材３に形成された保護層４を研削しようとする場合、研削工具５の側端を前記境界線に合せるように、研削工具５を前記隣の接合部材３の上方に配置すれば、研削工具５の回転中心位置が、接合部材３の中心に設定されたことになる。

図２に示す形態では、研削工具５の直径Ｄは、２つの円管２の中心軸の間隔Ｐと等しいが、本発明に係る研削工具の直径は必ずしもこの形態に限定されるものではない。例えば、直径Ｄが間隔Ｐを超えていれば（Ｄ＞Ｐ）、図３（ｂ）から（ｃ）に示す状態に、研削工具５を移動させる場合であっても、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すいずれの研削工程でも、真中の円管２の頂部が確実に研削できるという利点がある。図３（ａ）〜（ｃ）に示すような保護層４の研削を繰り返せば、全ての円管２と接合部材３とに形成されるいずれの部位であっても、保護層４の厚みを目標の厚みｔとなる。

図２に示す形態では、研削工具５の先端部６において、上底面６ａと傾斜面６ｂとを結ぶ部分には曲面Ｓ、傾斜面６ｂには、半径Ｒ［ｍｍ］の円柱の側面と同じ形状となる曲面、を形成しているが、本発明に係る研削工具の先端部は必ずしもこの形態に限定されるものではない。図２に示すように、傾斜面６ｂに、半径Ｒ［ｍｍ］の円柱の側面と同じ形状となる曲面が形成されている場合、上底面６ａで接合部材３に形成される保護層の厚みを目標の厚みｔとするときに、円管２に形成される保護層４の厚みを目標の厚みｔとすることは容易である。また、上底面６ａと傾斜面６ｂとを結ぶ部分には曲面Ｓを形成しない場合、上底面６ａの縁と傾斜面６ｂの縁との結合部が尖形状となり、この尖形による研削によって、結合部に対応する保護層４の部分には、連続的で滑らかな面が形成されず、熱膨張による応力がその角部分に集中的に掛かりやすくなり、亀裂発生の起点となりやすい線状加工部が発生する。よって、保護層４にヒートクラックが生じ易くなる。しかしながら、傾斜面６ｂと上底面６ａとを結ぶ部分が尖形であっても、円管２に形成される保護層４は研削すること自体は可能であり、保護層４に凹凸部が形成されることを防止することは可能である。

図２に示す形態では、先端部６は略四角錐台の形状となっていて、一対となる２つの傾斜面に、保護層４の目標の厚みｔと円管２の半径ｒとの和で表される半径Ｒの円柱の側面と同じ形状となる曲面が形成されているが、本発明に係る研削工具の先端部は、研削刃の機能を発揮するものであれば、必ずしもこの形状に限定されるものではない。例えば、先端部が略角錐台の形状であり、上底面６ａが接合部材３に形成される保護層４を研削し、少なくとも、傾斜面６ｂの一面にのみ前記曲面が形成され、他の傾斜面が保護層４に接触しない寸法の形状（例えば、図２のテーパー面６ｃ）になっていれば、円管２に形成される保護層４の研削を適切に行うことができ、先端部は、研削刃の機能を発揮する。よって、本発明に係る研削工具の先端部は、略角錐台の形状であれば、研削刃の機能を発揮可能であり、略三角錐台でも略五角錐台であってもよい。

また、図２に示す形態では、底面７ａの一側端から他側端まで延在している部分が１つである一枚の研削刃を有する形状となっているが、本発明の研削工具の先端部は必ずしもこの形態に限定されるものではない。例えば、先端部を、底面７ａの一側端から他側端まで延在している部分を複数とした形態としてもよい。図２とは別の形態の研削工具を図４に示す。図４においては、図２と同じ機能を果たす部分には、同じ符号を付してある。図４の形態においては、先端部６、一対の傾斜面６ａと上底面６ａとが、底面７ａの一側端から他側端まで延在している部分が２つある二枚の研削刃を有する形状となっている。これにより、図２の形態では、研削工具５を１回転させる間に、傾斜面６ｂで、円管２に形成される保護層４を２回研削できるの対し、図４の形態では、傾斜面６ｂで前記保護層４を４回研削することが可能となり、施工時間がより短縮される。

本発明によって、施工コストや施工時間をあまり掛けずに排ガス回収ダクトを製造することが可能となる。

なお、上記実施形態では、研削工具５は、排ガス回収ダクトを製造する工程で用いたが、パネルの表面に形成される保護層を研削する際に用いるものであるので、排ガス回収ダクトを補修する際に保護層を研削する場合に、本発明の研削工具５を用いてもよい。

１ 排ガス回収ダクト
２ 円管
３ 接合部材
４ 保護層
５ 研削工具
６ 先端部
６ａ 上底面
６ｂ 傾斜面
６ｃ テーパー面
７ 本体部
７ａ 底面
１０ パネル
１１ 排ガス通路

Claims (2)

1. 複数並列された円管と該円管同士を接合する接合部材とを有する平板状のパネルが接合されて製造されるダクトにおける前記パネルの表面に形成される保護層を研削するための研削工具であって、
   先端部が略角錐台形状であり、該略角錐台形の傾斜面の少なくとも一部に、前記保護層の目標の厚みｔと前記円管の半径ｒとの和で表される半径Ｒの円柱の側面と同じ形状となる曲面が形成されることを特徴とする研削工具。
2. 請求項１に記載の研削工具を用いて、排ガスを回収するダクトを製造する方法であって、
   複数並列された円管と該円管同士を接合する接合部材とを有する平板状のパネルを形成し、
   前記パネルの表面に肉盛溶接を施すことによって前記表面に保護層を形成し、
   前記パネルの接合部材に形成された保護層に研削工具の先端部の上底面を当接した状態とし、前記パネルの円管に形成された保護層に研削工具の先端部の傾斜面を当接した状態で、前記研削工具を回転させることで前記保護層を研削し、
   前記保護層で排ガスの通路が形成されるように前記パネルを接合して、排ガス回収ダクトを製造することを特徴とする排ガス回収ダクトの製造方法。

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