JP6519143B2 - 溶解炉の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶解炉に関するものであり、さらに詳しくは、炉体の壁面に耐火物等の粉末材料を吹き付ける噴射装置を備えた溶解炉に関するものである。

金属材料を溶融させる溶解炉においては、金属材料を収容して溶融させる炉体の壁面の内側に、金属酸化物等よりなる耐火物が露出されていることが多い。炉体内で金属材料を溶解させた際に、耐火物が溶損する現象が起こり、炉体の耐久性の観点から、この溶損は無視できないものである。そこで、この種の溶解炉には、耐火物の粉末を噴射することができる噴射装置が付属され、炉体の壁面に耐火物粉末を吹き付けることで、壁面の補修を行うことが多い。噴射装置は、炉体の内側に達するノズルを有し、ノズルの先端から炉体の壁面に耐火物の粉末を吹き付けるものである（特許文献１参照）。このような噴射装置を用いることで、金属材料の溶融を行う操業と操業の間に、炉体が熱い状態でも壁面の補修を行うことができる。

特開昭６２−１６６２８５号公報

例えば偏心炉底出鋼（ＥＢＴ）式の炉体においては、略円筒形の炉体の側壁から外側に突出するように、出鋼口が形成されている。このような突出部を炉体に有する溶解炉において、上記のような噴射装置のノズルの先端を炉体の略円筒形状の中央付近に配置して耐火物粉末の吹き付けを行うと、噴射装置のノズルを、突出部の壁面の一部の領域に対して、正面に正対させて配置することができず、それらの領域に耐火物粉末を付着させにくい場合がある。このような場合には、直線的な単純形状を有するノズルを用いて炉体の突出部以外の壁面に耐火物粉末の吹き付けを行った後、突出部の形状に合わせて湾曲させた管状構造の先端から耐火物粉末を噴射することができる専用の治具を、先に使用したノズルに替えて取り付け、突出部の壁面への耐火物粉末の吹き付けを行うという方法が用いられる。あるいは、金属材料を溶融した後、炉体を放冷したうえで、作業者が炉体の内部に入り、可搬式の噴射装置を用いて手作業で耐火物粉末の吹き付けを行う方法が用いられる。

上記のように、専用の治具を用いて耐火物粉末の吹き付けを行う場合には、治具の取り付けや取り外しに手間と時間を要する。また、治具の湾曲部に耐火物粉末が詰まりやすいという問題もある。よって、この方法では、炉体の壁面の補修を効率的に行うことができない。一方、作業者が炉体の内部に入って吹き付け作業を行う場合には、作業者に大きな負荷がかかり、安全上の配慮も必要となるのに加え、炉体を放冷するのに長い時間を要するので、噴射装置を用いて炉体が熱い状態のまま耐火物粉末の吹き付けを行う場合と比較して、効率が著しく悪い。

本発明が解決しようとする課題は、粉末材料の吹き付けによる炉体の内壁面の補修を高効率で行うことができる溶解炉を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる溶解炉は、側壁が外側に突出した部位を有する炉体と、前記炉体を回動させる炉体回動装置と、前記炉体の内部に挿入され、前記炉体の側壁の内側表面を構成する材料よりなる粉末を、前記側壁の内側表面に向かって噴射する噴射装置と、を有することを要旨とする。

ここで、前記炉体は、前記外側に突出した部位として出鋼口を有する、偏心炉底出鋼式の炉体であるとよい。

また、前記噴射装置は、前記粉末を噴射する位置および方向の少なくとも一方を変化させられることが好ましい。

そして、前記溶解炉は、放電によって前記炉体に収容された金属材料を溶融させる電極を有し、前記炉体回動装置は、前記金属材料を溶融させる際に、前記電極に対する前記炉体の位置を変化させるものであるとよい。

上記発明にかかる溶解炉においては、炉体回動装置によって炉体を回動させながら、噴射装置から粉末を噴射することができる。炉体が回動することで、噴射装置からの粉末の噴射方向に対して、炉体の側壁の配置が変化する。炉体が回動しない場合には、炉体の壁面が外側に突出された突出部の壁面に、噴射装置で粉末を吹き付けにくい部位が存在する可能性がある。しかし、炉体を回動させることで、そのような部位を、噴射装置から粉末が噴射される位置の正面またはその近傍に配置し、また粉末が噴射される方向に正対させて配置することで、そのような部位への粉末の吹き付けを高効率で行うことができる。突出部以外の部位においても、炉体の回動を利用することで、粉末の吹き付けの効率を向上させることができる。また、突出部の壁面に粉末を吹き付けるために専用の治具を用いることや、作業者が炉体内に入ることが必要でないという点においても、高い作業効率が確保されるとともに、作業者の負荷の低減および安全性の確保にも効果を有する。

ここで、炉体が、外側に突出した部位として出鋼口を有する、偏心炉底出鋼式の炉体である場合には、炉体が回動しないとすれば、出鋼口を構成する側壁に対して、噴射装置で粉末を吹き付ける際の効率が著しく悪くなるが、炉体を回動させることで、この部位への吹き付けの効率を効果的に向上させることができる。

また、噴射装置が、粉末を噴射する位置および方向の少なくとも一方を変化させられる場合には、それらを炉体の回動と組み合わせることで、炉体の壁面において、外側に突出している部位をはじめとする各部位に、粉末の吹き付けを一層高効率で行うことができる。

そして、溶解炉が、放電によって炉体に収容された金属材料を溶融させる電極を有し、炉体回動装置が、金属材料を溶融させる際に、電極に対する炉体の位置を変化させるものである場合には、炉体の壁面の補修を行う際に粉末の吹き付けの効率を高めるために用いられる炉体回動装置をそのまま用いて、金属材料を溶融させるに際し、電極に対する炉体の位置を変化させることで、電極からの距離の差異に起因する金属材料の溶融の不均一性を緩和し、溶融の進行の均一化を図ることができる。

本発明の一実施形態にかかる溶解炉の概略を示す部分断面図である。 上記溶解炉の上面図であり、炉体は第一回動位置に配置されている。 上記溶解炉の上面図であり、炉体は第二回動位置に配置されている。

以下、本発明の一実施形態にかかる溶解炉について、図面を参照しながら説明する。

［溶解炉の構成］
本発明の一実施形態にかかる溶解炉１の概略を図１および図２に示す。溶解炉１は、炉体１０と、噴射装置２０と、炉体回動装置３０を有している。

炉体１０は、有底の筒状に形成されており、金属材料を収容し溶融させる。炉体１０の壁面は、アルミナやマグネシア等の金属酸化物よりなる耐火物Ｒの外側に鉄皮を設けた材料で構成されている。炉体１０の壁面の内側には、耐火物Ｒが露出されている。炉体１０は、いわゆる偏心炉底出鋼（ＥＢＴ）式のものであり、略円筒形の側壁１１ａを有する本体部１１と、出鋼口１２および出滓口１３を有している。出鋼口１２と出滓口１３は、本体部１１の対向する部位に、それぞれ本体部１１の側壁１１ａから外側に突出して設けられている。

出鋼口１２の底面１２ｅは、本体部１１の底面１１ｂと連続しており、出鋼用の貫通孔１２ａが設けられている。図２に示されるように、出鋼口１２の側壁１２ｂ〜１２ｄは、本体部１１の側壁１１ａと連続しており、本体部１１の側壁１１ａの一部が外側に突出されたような形状を有する。具体的には、出鋼口１２の側壁１２ｂ〜１２ｄは、本体部１１の側壁１１ａと連続して、上下方向の断面が略台形状もしくは略円形になるように、本体部１１の外側に形成されている。さらに具体的には、出鋼口１２の側壁１２ｂ〜１２ｄは、上下方向の断面が略台形状の場合には、本体部１１の側壁１１ａの円形の断面に対して、およそ接線の方向に延出した２面の突出壁１２ｃ，１２ｄと、２面の突出壁１２ｃ，１２ｄの間をつなぐ連結壁１２ｂとからなっている。

このような構成を有する炉体１０は、炉体回動装置３０の上に載置されている。炉体回動装置３０は、例えばベアリングを備えてなり、床面等の固定面９０に対して、炉体１０を回動（旋回）させることができる。炉体１０の回動は、本体部１１の中心軸を回動軸Ｃとして行われる。

噴射装置２０は、炉体１０の壁面（側壁１１ａ，１２ｂ〜１２ｄおよび底面１１ｂ，１２ｅ）を構成する耐火物Ｒよりなる耐火物粉末Ｐを噴射する装置である。噴射装置２０は、炉体１０および炉体回動装置３０と独立して、固定面９０に据え付けられている。噴射装置２０は、炉体１０の外側で固定面９０に固定して設けられた基部２１と、基部２１からから炉体１０の上方の領域に向かって延びるアーム部２２と、アーム部２２の先端から炉体１０の回動軸Ｃに沿って炉体１０の内部に垂下する垂下部２３と、垂下部２３の先端に設けられたノズル２４と、を有してなっている。アーム部２２および垂下部２３を通ってノズル２４に耐火物粉末Ｐが供給され、その耐火物粉末Ｐがノズル２４の先端の噴射口２４ａから、炉体１０の回動軸Ｃと交差する方向に噴出される。ノズル２４の出射口２４ａを垂下部２３の軸に対して斜め下方に向けて開口させることで、またはノズル２４に上下に動く機構を備えることで、ノズル２４から斜め下方へと耐火物粉末Ｐを噴射させる。これにより、ズル２４の噴射口２４ａから噴射された耐火物粉末Ｐは、炉体１０の側壁１１ａ，１２ｂ〜１２ｄおよび底面１１ｂ，１２ｅの内側表面に吹き付けられる。

なお、耐火物粉末Ｐは、それのみでノズル２４から噴射されても、バインダや水等別の物質と適宜混合されて噴射されてもよい。また、耐火物粉末Ｐは、炉体１０の壁面を現に構成している耐火物Ｒと同じ耐火物よりなっても、炉体１０の壁面で耐火物Ｒとして使用できる別の種類の耐火物よりなってもよい。

炉体１０内で金属材料を溶融させると、炉体１０の壁面の内側表面に露出した耐火物Ｒの一部が溶損し、欠損部Ｖが発生する場合がある。そこで、噴射装置２０を用いて炉体１０の壁面に耐火物粉末Ｐを吹き付けることで、欠損部Ｖに新たに耐火物材料を供給し、欠損部Ｖを補修することができる。

噴射装置２０のアーム部２２は、図２に先端の軌跡をアーム軌跡Ｔ１として示すように、基部２１を中心として回動することができる。アーム軌跡Ｔ１に沿ってアーム部２２を回動させることで、炉体１０内において、ノズル２４から耐火物粉末Ｐを噴射する位置を変化させることができる。また、アーム部２２の回動を利用することで、金属材料の溶融中等、噴射装置２０を使用しない間は、次に述べる電極や炉蓋等、他の部材の妨げとならないように、アーム部２２から先の部分を炉体１０の外に配置しておくことができる。

さらに、垂下部２３は軸回転することができる。これにより、ノズル２４の噴射口２４ａが向く方向が垂下部２３の軸を中心に回転され、ノズル２４から耐火物粉末Ｐを噴射する方向が、図２に噴射方向軌跡Ｔ２として示すように、垂下部２３の軸を中心として回転される。アーム軌跡Ｔ１に沿ったアーム部２２の回動による噴射位置の変化と、垂下部２３の軸回転による噴射方向軌跡Ｔ２に沿った噴射方向の変化とを組み合わせ、さらにそれらに炉体回動装置３０による炉体１０の回動を組み合わせることで、炉体１０の壁面の各部位に、高効率で耐火物粉末Ｐを吹き付け、付着させることができる。噴射位置および噴射方向、そして炉体の回動位置を変化させる具体的な形態については、後に詳しく述べる。

溶解炉１には、以上で説明した部材に加え、図示は省略するが、炉蓋や電極等、炉体１０に収容した金属材料を溶融させるのに用いる種々の部材が設けられる。炉蓋は、炉体１０の開口部を開閉可能に閉塞する部材である。電極は、炉蓋を貫通して上方から、回動軸Ｃ近傍で炉体１０内に挿入され、大電流を印加されることで、アーク放電によって炉体１０内に収容された金属材料を溶融させる。

このようにアーク放電によって金属材料を溶融させる溶解炉１においては、電極に近く、金属材料の溶融が速く進行するホットスポットと、電極から遠く、金属材料の溶融の進行が遅いコールドスポットとが、炉体１０内に不可避的に生じる。そこで、本溶解炉１においては、炉体回動装置３０を用いて炉体１０を回動させ、電極に対する炉体１０の位置関係を変化させることで、ホットスポットとコールドスポットの入れ替えを行い、金属材料の溶融の均一化を図ることができる。

［粉末吹き付けの際の炉体の回動］
上記のように、本溶解炉１においては、噴射装置２０から耐火物粉末Ｐを噴射する位置および方向を変化させるのに加え、炉体回動装置３０によって炉体１０を回動軸Ｃの周りに回動させることで、炉体１０の壁面への耐火物粉末Ｐの吹き付けを高効率で行うことができる。ここでは、炉体１０の回動を利用しながら耐火物粉末Ｐの吹き付けを行う具体的な方法について説明する。

まず、炉体１０が、図２に示すような第一回動位置にある場合について説明する。第一回動位置においては、噴射装置２０のアーム部２２を先端部が炉体１０の回動軸Ｃに重なるように配置した状態において、炉体１０の出鋼口１２の２つの突出壁１２ｃ，１２ｄのうちの１つである第一突出壁１２ｃが、アーム延出方向（上方から見てアーム部２２が基部２１から延びている方向）とほぼ直交する配置となっている。

この第一回動位置にある炉体１０において、アーム部２２の回動による噴射位置の選択と垂下部２３の回転による噴射方向の選択を組み合わせることで、炉体１０の側壁のうち、本体部１１の側壁１１ａ、出鋼部の第一突出壁１２ｃおよび連結壁１２ｂに対しては、ほぼ正面の位置に噴射装置２０のノズル２４を配置し、ほぼ正対する方向から耐火物粉末Ｐを吹き付けることができる。本体部１１の側壁１１ａのうち、ノズル２４よりも後方（アーム延出方向に沿って基部２１側）の部位についても、垂下部２３の回転を利用して、例えば図２で矢印Ａ１で示すように噴射方向を後方に向けることで、正対する方向から耐火物粉末Ｐを吹き付けることができる。

しかし、出鋼口１２のもう一方の突出壁である第二突出壁１２ｄに対しては、ノズル２４を正面またはそれに近い位置に配置し、正対またはそれに近い角度で耐火物粉末Ｐを吹き付けることができない。これは、第二突出壁１２ｄの面が、アーム延出方向に対して平行に近い角度をとって、ノズル２４よりも前方、つまりアーム延出方向に沿ってノズル２４の外側の領域に配置されているからである。噴射方向軌跡Ｔ２に沿って、ノズル２４の噴射口２４ａの方向を調整することで、図２中に矢印Ａ２〜Ａ４で示すように、耐火物粉末Ｐの噴射方向を第二突出壁１２ｄの面に垂直に向けることは可能であるが、第二突出壁１２ｄの位置がノズル２４よりも前方にあるので、耐火物粉末Ｐを第二突出壁１２ｄの正面の位置から吹き付けることはできない。このように、第二突出壁１２ｄの大部分の領域に対しては、正面またはそれに近い位置から、正対またはそれに近い角度で耐火物粉末Ｐを吹き付けることができない。このため、第二突出壁１２ｄに対する耐火物粉末Ｐの付着の効率は非常に悪くなる。

次に、炉体１０を炉体回動装置３０によって回動軸Ｃの周りに回動させ、図３に示す第二回動位置に移動させる場合を考える。第二回動位置は、第一回動位置から炉体が約９０度回動した位置に相当し、噴射装置２０のアーム部２２を先端部が炉体１０の回動軸Ｃに重なるように配置した状態において、出鋼口１２の第二突出壁１２ｄが、アーム延出方向の延長上に位置する状態となっている。

この第二回動位置においては、図３中に矢印Ｂ１で示すように、アーム部２２をアーム軌跡Ｔ１上で比較的第一突出壁１２ｃに近い位置に配置した状態で、ノズル２４の方向を調整することで、第二突出壁１２ｄのほぼ正面の位置にノズル２４を配置し、ほぼ正対する角度で耐火物粉末Ｐを第二突出壁１２ｄに向かって吹き付けることができる。これにより、第二突出壁１２ｄに高い効率で耐火物粉末Ｐを付着させることができる。

第二回動位置においては、第一突出壁１２ｃが、第一回動位置における第二突出壁１２ｄと同様に、耐火物粉末Ｐの吹き付けを受けにくい配置となるので、炉体１０の側壁１１ａ、１２ｂ〜１２ｄ全体に耐火物粉末Ｐの吹き付けを効果的に行うためには、第一回動位置と第二回動位置の両方において、吹き付けを行うことが必要となる。そこで、第一回動位置と第二回動位置を含む角度範囲にわたり、連続的に炉体１０を回動させながら耐火物粉末Ｐの吹き付けを行えば、特定の回動位置では、噴射方向および噴射角度の制約から、十分に耐火物粉末Ｐを吹き付けにくい第一突出壁１２ｃおよび第二突出壁１２ｄを含めて、炉体１０の側壁１１ａ、１２ｂ〜１２ｄの内側表面全体に、密に耐火物粉末Ｐを付着させることが可能となる。第一突出壁１２ｃや第二突出壁１２ｄへの耐火物粉末Ｐの吹き付けを目的として、複雑な形状の治具を用いることなく、また作業者が炉体１０内で作業を行うことなく、これらの部位を含めて、炉体１０の壁面に耐火物粉末Ｐを高効率で吹き付けることができる。よって、金属材料の溶融を行う操業と操業の間に、炉体１０が熱い状態のままで、かつ短時間で炉体１０の壁面の補修作業を完了することができる。なお、噴射装置２０の基部２１を、出鋼口１２と出滓口１３を結ぶ軸上で、出滓口１３の外側の位置に据え付けるようにすれば、必ずしも炉体１０を回動させなくても、アーム部２２の回動および垂下部２３の回転によって耐火物粉末Ｐを噴射する位置および方向を調整するだけで、出鋼口１２の第一突出壁１２ｃおよび第二突出壁１２ｄに正面から正対して、耐火物粉末Ｐを噴射することも可能ではある。しかし、出滓口１３の外側の位置は、炉体１０に金属材料を投入する際に、金属材料投入容器との干渉が発生するため、この部位に噴射装置２０を設けることは困難である。

上記のように、噴射装置２０を用いて炉体１０の壁面を修復する際に炉体１０を回動させるために設けられている炉体回動装置３０を、金属材料の溶融中に、溶融の均一性を高めるために炉体１０を回動させる用途にも兼用することができる。換言すると、例えば特開２０１４−４０９６５号公報に開示されているような、金属材料の溶融の均一性を高めるために炉体１０を回動させる機構を備えている電気炉に、上記のような噴射装置２０を設けることで、金属材料の溶融の効率に優れるとともに、炉体１０の修復を簡便かつ高効率で行うことができる溶解炉１を構築することができる。これにより、金属材料の溶融と炉体１０の修復を何度も繰り返して行う場合に、繰り返しサイクル全体として、炉体１０の運転を高効率で行うことができる。

以上では、略円筒形の本体部１１の側壁１１ａから突出した形態の出鋼口１２を有するＥＢＴ式電気炉の場合について説明を行ったが、炉体１０の形状および方式はこれに限られるものではない。出鋼樋を備えた電気炉等、他の方式の溶解炉においても、炉体回動装置３０で炉体１０を回動させながら噴射装置２０を用いて耐火物粉末Ｐの吹き付けを行う上記の構成を適用することができる。また、炉体１０が、出鋼口１２に限らず、本体部１１の側壁１１ａに他の部位よりも外側に突出した部位を有するものであれば、上記のように、噴射装置２０を用いて耐火物粉末Ｐの吹き付けを行う際に、炉体回動装置３０で炉体１０を回動させることで、その突出部位を構成する側壁に対する耐火物粉末Ｐの吹き付けの効率を向上させることができる。突出部の配置および形状によっては、炉体１０を回動させることで、噴射装置２０のノズル２４から耐火物粉末Ｐを噴射する位置および／または方向が上記のように可変となっていなくても、炉体１０の側壁の全領域に対して、高効率で耐火物粉末Ｐを吹き付けることが可能である。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ 溶解炉
１０ 炉体
１１ 本体部
１１ａ 本体部の側壁
１２ 出鋼口
１２ｂ 連結壁
１２ｃ 第一突出壁
１２ｄ 第二突出壁
２０ 噴射装置
２１ 基部
２２ アーム部
２３ 垂下部
２４ ノズル
２４ａ 噴射口
３０ 炉体回動装置
Ｒ 耐火物
Ｐ 耐火物粉末

Claims (3)

1. 側壁が外側に突出した部位を有する炉体と、
   前記炉体を回動させる炉体回動装置と、
   前記炉体の内部に挿入され、前記炉体の側壁の内側表面を構成する材料よりなる粉末を、前記側壁の内側表面に向かって噴射する噴射装置と、
   を有する溶解炉において、
   前記炉体回動装置によって前記炉体を回動させることで、前記側壁が外側に突出した部位を、前記噴射装置から前記粉末が噴射される位置の正面またはその近傍に配置し、前記粉末を吹き付けることにより、前記炉体の補修を行うことを特徴とする溶解炉の補修方法。
2. 前記炉体を連続的に回動させながら、前記粉末の吹き付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の溶解炉の補修方法。
3. 前記噴射装置は、前記粉末を噴射する位置および方向の少なくとも一方を変化させられることを特徴とする請求項１または２に記載の溶解炉の補修方法。

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