JPH065155B2 - 窯炉の炉壁補修装置 - Google Patents

窯炉の炉壁補修装置

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JPH065155B2
JPH065155B2 JP59214816A JP21481684A JPH065155B2 JP H065155 B2 JPH065155 B2 JP H065155B2 JP 59214816 A JP59214816 A JP 59214816A JP 21481684 A JP21481684 A JP 21481684A JP H065155 B2 JPH065155 B2 JP H065155B2
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furnace
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はコークス炉、精錬炉等、工業窯炉の内壁(内張
耐火物)の損傷を補修する装置に関する。
〔従来技術〕
コークス炉、精錬炉等の工業窯炉の内壁は、耐火煉瓦等
の耐火物を内張りすることにより構築される。ところ
で、この内壁は反復して1000℃以上の高温に曝されるた
め、高温物質により溶損されるのみならず、膨張収縮の
反復により亀裂、剥離等の損傷も発生する。従って、上
述の如き窯炉内壁の溶損、亀裂、剥離等の効率的かつ安
全な環境下での補修は、これらの工業窯炉を内包する製
鉄プラントの運営において重要な問題である。
さて、上述のような工業窯炉の内壁の補修は、従来はバ
インダ(結合剤)を混合して不定形とした耐火物を補修
剤とし、吹付け装置を炉口から挿入し、あるいは操業を
一旦停止して作業員が炉内に持ち込んで損傷部分に吹付
ける湿式の補修方法が一般的であった。この湿式法で
は、補修剤を吹付け可能な状態とするために含水させた
バインダを混合して高粘性としている。このため、損傷
部分に吹付けられた補修剤が施工後に加熱された際、バ
インダに含まれている水分が水蒸気爆裂して補修部分が
剥離することがあり、またバインダと補修剤との混合が
不充分でバインダの分布が一様でない場合には、炉壁へ
の付着強度が一定しない、更には炉口に近い部分しか補
修出来ない等の問題があった。
このような湿式の補修方法の問題点を解決する方法とし
て、火炎溶射あるいは金属又は半金属の微粒子を補修剤
として酸化性ガスと共に吹付け、その際に発生する熱に
より金属又は半金属の補修剤を焼結させる乾式の補修方
法が知られている。このような乾式の補修方法では湿式
の場合に比して、バインダが不要であること、従ってバ
インダに含まれる水分の影響を受けないこと等の利点が
有る。また、乾式の補修方法は吹付けに用いるフレーム
(火炎)又はガス流が拡散するため、広範囲に多量の補
修剤を付着させるには適切な方法である。しかし、亀裂
部分、耐火煉瓦の目地部分の損傷のような幅の狭い損傷
を高精度で補修する必要があるような場合には、損傷部
分の周囲にまで補修剤が付着して炉壁内部に突起が形成
されることになる。このような状態では、例えばコーク
ス炉ではコークスの押し出しに支障が生じる等の事態と
なり、窯炉操業に際して不適当である。更に、前述の湿
式の補修方法同様に、炉口に近い部分しか補修出来ない
という問題は解決されない。
以上のような事情に鑑み、本願発明者等は特開昭58-498
89号においてプラズマ溶射を利用して窯炉の内壁を補修
する方法を開示した。
この発明は、ArガスにNガスを添加した作動ガスに
よりプラズマジェットを発生させ、このプラズマジェッ
トにより炉壁を加熱しつつ補修剤としてセラミックス等
の耐火性物質の粉末を溶射する方法である。この発明
は、セラミックス等の耐火性物質の粉末を補修剤として
使用する乾式であるため、湿式の補修方法が有する水蒸
気爆裂等の欠点は解消される。またプラズマジェットの
フレームは細く絞ることが可能であるから、亀裂等の狭
い損傷部分にのみ高精度で補修剤を吹付ける必要がある
場合には好適である。更に、補修剤の溶射と同時に煉瓦
にほぼ匹敵する強度が得られること、窯炉の炉壁を構成
する煉瓦と補修材とが溶着するため付着力が大であるこ
と、溶着後の補修剤は緻密で水蒸気,COガス等の気体を
透過しないこと、補修剤の溶着部分の急冷を起こさない
ため炉壁への影響が少ないこと、補修剤の選択,組合せ
の自由度が比較的大であること、等の利点がある。
〔本発明が解決しようとする問題点〕
ところで、窯炉の内壁の補修は、窯炉の温度を余り低下
させることなく、理想的には通常の操業時の温度下で行
えるならば、操業効率、エネルギー効率等の面から非常
に有利である。このため、従来は操業を一時停止して作
業員が吹付け装置あるいは溶射ガンを窯炉内に持ち込ん
で補修を行っていたが、安全性、作業環境の改善等の面
からも、更には炉内の奥深い部分の補修を行うためにも
遠隔操作による補修作業の実現が望まれていた。
このような事情から溶射ガン等を遠隔制御するために、
例えば目視観察により溶射ガンの位置制御を行う特開昭
53-82802号、同57-48611号等、窯炉内に挿入した1台の
撮像装置にて炉壁の損傷部と溶射ガンとの位置関係の概
略を読み取って溶射ガンの位置制御を行う実公昭57-463
60号等が提案されている。しかし、これらの発明、考案
はいずれも通常の溶射ガンを制御対象としているため、
その制御精度は高精度でなくとも良く、精細な精度で補
修剤を溶射し得るプラズマ溶射への適用は余り効果がな
いのが実情である。
そこで、本願発明者等は前記特開昭58-49889号におい
て、2台のテレビカメラとレーザスポット光の発射装置
とを用いて3次元的に溶射ガン等の位置を制御する方法
をも併せて開示している。しかし、この方法において
も、溶射ガンと炉壁面との最適距離に関しては、予め行
った実験により得られた結果に基づいた値を用いてい
る。また、プラズマ溶射を行う場合は、溶射ガンと炉壁
面との間の距離がセラミックス等の補修剤の付着効率に
大きく影響し、更にプラズマ溶射を利用すれば、炉壁の
亀裂等の狭い損傷部分を高精度で補修し得るという利点
を有効に活用するためには、溶射ガンを高精度にて遠隔
制御し得る技術が必要とされていた。
〔問題点解決のための手段〕
本発明は以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、
その第1の目的は、炉壁面の亀裂のような狭い範囲の損
傷部分のみに高精度にて補修剤を溶射して炉壁の補修を
行い得る窯炉の炉壁の補修装置の提供にある。
本発明の第2の目的は、補修剤の付着効率が良く、剥
離、水蒸気爆裂等を生じない窯炉の炉壁の補修装置の提
供にある。
本発明の第3の目的は、補修に際して窯炉の温度を余り
下げずに所謂熱間補修を可能として、窯炉の操業効率を
低下させることのない窯炉の炉壁の補修装置の提供にあ
る。
本発明の第4の目的は、作業員に悪環境下での補修作業
を強いることのない窯炉の炉壁の補修装置の提供にあ
る。
本発明の第5の目的は、窯炉外からは視認不可能な奥深
い位置の炉壁の損傷をも補修可能な窯炉の炉壁の補修装
置の提供にある。
本発明の第6の目的は、窯炉寿命の延長を実現し得る窯
炉の炉壁の補修装置の提供にある。
本発明の第7の目的は、操作が容易な窯炉の炉壁の補修
装置の提供にある。
本発明に係る窯炉の炉壁補修装置は、ArガスにN
スを添加した作動ガスを用いるプラズマ溶射ガンと、炉
壁を観察するための撮像装置と、前記溶射ガンを炉壁の
損傷位置に一致させるための位置制御装置と、前記溶射
ガンの作動ガスのNガスとArガスとの混合比を調節
して前記溶射ガンのフレーム長を制御するプラズマ制御
装置と、前記溶射ガンに炉壁の補修材料を供給する補修
材料供給装置と、前記溶射ガンを炉壁の損傷に沿って移
動させる移動機構とを備え、前記ヘッド移動機構を制御
して前記溶射ガンを損傷部分に沿って移動させつつ、前
記プラズマ溶射ガンのフレーム長を最適溶射距離に制御
して窯炉の炉壁を補修すべくなしたことを特徴とする。
〔実施例〕
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。
第1図は本発明に係る炉壁補修装置の炉内挿入ヘッドの
構成を示す模式図である。
図中1は炉内挿入ヘッドである。この炉内挿入ヘッド1
は後述する如く垂直面に沿って旋回可能に構成されてい
るが、第1図においてはその旋回面と直交する断面が示
されており、図の奥行き方向に旋回する。
炉内挿入ヘッド1は、金属製二重構造の冷却ケース10に
冷却水を循環させることにより、内装された機器を高温
から遮蔽し保護するようになっている。そして、炉内挿
入ヘッド1内の先端寄り部分には、プラズマ溶射ガン1
1、炉壁2を観察するための撮像装置であるテレビカメ
ラ12、プラズマ溶射ガン11のジェットフレーム110を観
察するためのテレビカメラ13、三角法によりプラズマ溶
射ガン11と炉壁2との距離を求めるために炉壁2上にレ
ーザビームを投射するライトガイド14等が内装されてい
る。これらのテレビカメラ12の光軸及びプラズマ溶射ガ
ン11のプラズマジェットの噴射方向(フレームの方向)
は炉内挿入ヘッド1の旋回面に直交する方向に、テレビ
カメラ13の光軸及びライトガイド14のレーザビーム投射
方向は炉内挿入ヘッド1の旋回面と直交する面上にそれ
ぞれ設定されている。また、炉内挿入ヘッド1の基端部
(図上で右側)は、後述する如くアーム18(第3図参
照)と接続され、このアーム18はヘッド移動機構8に備
えられた昇降機構81の下端に枢支されており、プラズマ
溶射ガン11、テレビカメラ12,13等を炉壁2に対向させ
た状態で炉壁2に平行に旋回し得るようになっている。
また、プラズマ溶射ガン11のノズル部分は後述する補修
材料供給管31と共に、冷却ケース10の炉壁2に対向すべ
き位置に開口された小孔17から外部へ突出されている。
そして、プラズマ溶射ガン11は炉壁2の方向、換言すれ
ばそのジェットフレーム110の放射方向に移動可能にな
っている。即ち、プラズマ溶射ガン11の一側部の炉内挿
入ヘッド1の内部にはその出力軸を炉内挿入ヘッド1の
旋回面と垂直な方向(炉壁2方向)としてモータ115が
取付られており、このモータ115の出力軸には螺杆116が
接続されている。一方、プラズマ溶射ガン11の一側部に
はナット状の部材117が突設されており、モータ115の出
力軸に接続された螺杆116がこのナット状部材117に螺入
されている。これにより、モータ115が駆動されると、
螺杆116が回転し、プラズマ溶射ガン11が炉壁2方向に
螺進する。なお、プラズマ溶射ガン11の移動域の両端部
及び中央部にはそれぞれ図示しないリミットスイッチが
備えられており、プラズマ溶射ガン11は炉内挿入ヘッド
1に対する位置を3段階に変更することが可能である。
更に、冷却ケース10の炉壁2に対向する位置には耐熱ガ
ラス等により窓15,16が備えられている。そして、窓15
にはテレビカメラ13の視野が、窓16にはテレビカメラ12
及びライトガイド14の共通の視野が面するようになって
いる。その他、フレーム観察用のテレビカメラ13には、
フレーム110の光量を減光して撮像するための光量カッ
トフィルタ130が取付けられている。
プラズマ溶射ガン11には補修材料供給装置3から補修材
料が、プラズマ制御装置5からプラズマ作動ガスが供給
される。補修材料供給装置3は、例えばSiO2、Al2O3、ZrO
2、MgO、CaO、SiC等の補修材料を補修材料供給管31を通じ
て前述のプラズマ溶射ガン11のノズル部分へ送給するも
のであり、送給量調節用のバルブが備えられている。
また、プラズマ制御装置5は、Arガス51とNガス52
とを混合して作動ガス供給管50を通じてプラズマ溶射ガ
ン11に供給するものである。
炉壁2を観察するためのテレビカメラ12が撮像した画像
は損傷位置入力装置4に送られ、表示される。この損傷
位置入力装置4の表示画面上で損傷25の位置をライトペ
ン41にて指示することにより、損傷25の炉壁2上の位置
が制御装置9に入力され、記憶される。
ライトガイド14から投射されるレーザ光はレーザ発振装
置6により発振される。即ち、レーザ発振装置6により
発振されたレーザ光は、ライトガイド14を介して炉内挿
入ヘッド1に送られ、ライトガイド14の先端から窓16を
介して炉壁2表面のテレビカメラ12の視野内にレーザビ
ームとして投射される。
フレーム観察用のテレビカメラ13が撮像した画像はモニ
タ7に表示される。
そして、以上の各機器は制御装置9により制御される。
即ち、制御装置9はヘッド移動機構8を制御して損傷位
置入力装置4から入力され、記憶した炉壁2の損傷位置
にプラズマ溶射ガン11のフレームを追従させ、プラズマ
制御装置5を制御してArガスとNガスの混合比を変
更することによりプラズマ溶射ガン11のフレーム長を調
節し、補修材料供給装置3を制御して補修材料を供給す
る。
なお、図中8は炉内挿入ヘッド1の移動機構であるが、
これに関しては以下に説明する。
第2図は上述した炉内挿入ヘッド1の移動機構8の構成
及びそのコークス炉20における使用状態を示す模式図で
あり、コークス炉20の炉長方向が現れた側断面が示され
ている。
ヘッド移動機構8は、コークス炉20上面を炉幅方向に走
行する移動基台84、この移動基台84上を炉長方向に走行
する台車82、この台車82に搭載されているマニプレータ
80、このマニプレータ80に備えられた炉内挿入ヘッド1
の昇降機構81等からなる。
マニプレータ80は、台車82に搭載されており、その平面
視中央部に炉内挿入ヘッド1の昇降機構81を備えてお
り、これを支持しつつ上下駆動装置81Aにより上下方向
への昇降及び回転駆動装置81Bにより水平方向への回転
を行わせる。そして、昇降機構81のマニプレータ80に対
する上下方向の位置はセンサ81aにて、回転角度はセン
サ81bにてそれぞれ検出され、制御装置9に与えられて
いる。
台車82は、移動基台84上に第2図上で左右方向(炉長方
向)に敷設された二本のレール83,83上を駆動装置82Aに
より走行可能に構成されている。そして、移動基台84は
コークス炉20の上面に第2図上で奥行き方向(台車82が
走行するレール83,83とは直交する方向、即ち炉幅方
向)に敷設された二本のレール85,85上を駆動装置83Aに
より走行可能に構成されている。従って、マニプレータ
80はコークス炉20の上面を炉長及び炉幅の両方向に移動
可能である。そして、台車82の走行位置はセンサ82aに
て、移動基台84の走行位置はセンサ83bにてそれぞれ検
出され、制御装置9に与えられている。
昇降機構81は、その長手方向を垂直方向として前述した
如くマニプレータ80に支持されており、水平方向へ回転
され、上下方向へ昇降される。
この昇降機構81の下端には前述した炉内挿入ヘッド1の
基端部が垂直面内での回動自在に枢支されている。第3
図の断面図及び第4図の側面図は、炉内挿入ヘッド1と
昇降機構81との接続部の構成を示す模式図である。な
お、第3図は、炉内挿入ヘッド1が第4図に想像線にて
示す位置、即ち炉内挿入ヘッド1と昇降機構81の長さ方
向が一致した状態において、III−III線矢符方向を見た
断面図である。
昇降機構81の下端部は二股状になっており、この二股状
部分に炉内挿入ヘッド1の基端側に接続されたアーム18
が挟まれる状態で枢支されている。即ち、アーム18の基
端寄り部分には、炉内挿入ヘッド1の長さ方向と直交す
る方向を軸長方向とする回転継手810が取りつけられて
いる。一方、昇降機構81には水平方向をその軸長方向と
した軸受811が備えられている。そして、この軸受811に
上述の回転継手810が支持されている。
このような構成とすることにより、炉内挿入ヘッド1
は、プラズマ溶射ガン11、テレビカメラ12,13等を炉壁
2に対向させた状態で炉壁2に平行な垂直面内において
回転継手810を中心として回動可能である。回転継手810
の昇降機構81側に突出した部分にはケーブル入口813,81
3が、アーム18側に位置する部分にはケーブル出口814,8
14がそれぞれ開設されており、ライトガイド14、テレビ
カメラ12、13等のケーブル、補修材料供給管31、作動ガ
ス供給管50等が挿通されている。
なお、図中815は炉内挿入ヘッド1の冷却ケース10同様
に構成された昇降機構81の冷却ケースである。また、81
Cは昇降機構81の下端部に備えられ、炉内挿入ヘッド1
を回動させる駆動装置であり、81cは炉内挿入ヘッド1
の昇降機構81に対する回動角を検出するためのセンサで
あり、この検出結果は演算装置9に与えられる。
一方、コークス炉20の上面には、コークスの原料である
石炭を挿入するための複数の挿炭口21,21…が開口され
ており、この挿炭口21,21…のいずれかを通じて炉内挿
入ヘッド1がコークス炉20内に挿入される。
なお、台車82、移動基台84、昇降機構81の移動量及び炉
内挿入ヘッド1の昇降機構81に対する回動量等は前述し
た如くセンサ81a等により検出されるが、これらのセン
サはそれぞれポテンショメータ、デジタルスケール等に
て構成されている。そして、その測定結果は制御装置9
に入力され、制御装置9は、これらの測定結果に基づい
て炉壁観察用テレビカメラ12が撮像している画面の位置
を特定する。
以上の説明から理解される如く、本発明装置では、プラ
ズマ溶射ガン11による炉壁2に対する溶射位置の制御
は、炉内挿入ヘッド1の回動及び昇降機構81の昇降によ
る上下方向及び水平方向、モータ115によるプラズマ溶
射ガン11の炉壁2と直交する方向の3次元方向に制御可
能であるが、更に後述する如くプラズマ溶射ガン11のフ
レーム長を制御して炉壁2に直交する方向の位置制御も
可能である。
次に上述の如く構成された本発明装置の動作について説
明する。なお、以下の説明では、補修対象とされる損傷
25は幅の狭い亀裂状の損傷であるものとする。
先ず、コークス炉20内の損傷25が発生していると思われ
る炉壁2付近の挿炭口21の直上にヘッド移動機構8のマ
ニプレータ80を位置させる。この後、昇降機構81を降下
させて炉内挿入ヘッド1をコークス炉20内に挿入する。
なお、炉内挿入ヘッド1をコークス炉20内に挿入する際
には、炉内挿入ヘッド1の長さ方向と昇降機構81の長さ
方向、即ち昇降方向とを一致させて挿炭口21からコーク
ス炉20内へ降下させる。
次に、昇降機構81の昇降及び水平方向への回転、炉内挿
入ヘッド1の垂直面内での回動を併用しつつ炉内挿入ヘ
ッド1の長さ方向を炉壁2と平行に位置させる。そし
て、損傷位置入力装置4に再生される炉壁観察用テレビ
カメラ12が撮像した画像により損傷25を探し、補修され
るべき損傷25が発見された場合には、ライトペン41によ
りまず制御装置9に損傷の位置を記憶させる。この損傷
25の位置の記憶は、損傷位置入力装置4の画面上で、こ
れから補修を行う損傷25の位置、具体的には亀裂状の損
傷25の両端または両端及び屈曲点をライトペン41により
それぞれ指示することにより行われる。即ち、制御装置
9は、現在のヘッド移動機構8(具体的にはマニプレー
タ80)のコークス炉20上の位置、昇降機構81の昇降位置
及び回転位置、炉内挿入ヘッド1の回動位置をそれぞれ
検出しており、これらに基づいて、炉壁観察用テレビカ
メラ12が撮像している画面の炉壁2に対する位置を3次
元的に特定する。そして、ライトペン41により損傷25の
両端の位置が指示されると、制御装置9はその位置を画
面上の位置として特定する。これにより、制御装置9
は、損傷25の炉壁2上の位置を記憶する。
以上のようにして、制御装置9に損傷25の位置が記憶さ
れた後、実際の補修が開始される。
実際の補修に際しては、制御装置9は、ライトガイド14
先端からテレビカメラ12の光軸とは傾斜した方向へ投射
されるレーザビームの炉壁2上への投射位置のテレビカ
メラ12の画面上における位置を測定する三角法(炉壁2
に対するテレビカメラ12の光軸及びレーザビームの角度
が一定で、テレビカメラ12の光軸とライトガイド14先端
の間の距離が一定)により、炉内挿入ヘッド1と炉壁2
との間の距離を常時測定している。この測定結果に基づ
いて、制御装置9はモータ115を駆動してプラズマ溶射
ガン11を炉壁2と直交する方向に移動させる。これによ
り、プラズマ溶射ガン11と炉壁2との間の距離が、プラ
ズマ溶射のための適切な距離に調整される。
そして、制御装置9は昇降機構81を昇降させ、あるいは
炉内挿入ヘッド1を回動させて、プラズマ溶射ガン11の
ジェットフレーム110が損傷25の長手方向に沿って移動
されるように制御する。
ところで、プラズマ溶射を行う場合、プラズマ溶射ガン
11と溶射対象である炉壁2表面との間の距離(以下、溶
射距離という)が大き過ぎる場合には溶射剤、即ち補修
材料の付着効率が低く、逆に溶射距離が小さ過ぎる場合
には炉壁2が溶融される事態が生じる。従って、両者の
中間の範囲が最適溶射距離となる。即ち、前述したプラ
ズマ溶射ガン11のノズル先端と炉壁2との間の距離を、
上述した最適溶射距離内に維持すればよい。この目的
で、上述した如く、プラズマ溶射ガン11はモータ115に
より炉壁2と直交する方向に移動可能に構成されてい
る。
しかし、炉壁2表面には局所的な凹凸が存在することが
多く、また補修対象の損傷25は通常は周囲の炉壁2より
窪んでいるが、その窪みの程度は一様ではない。これに
対して上述の如く、プラズマ溶射には最適溶射距離が存
在する。このため、プラズマ溶射ガン11のノズル先端と
炉壁2との距離をモータ115により調節して一定に維持
するのみでは、プラズマ溶射ガン11のノズル先端と実際
に溶射が行われるべき損傷25の表面との間の距離は一定
とはならず、良好な補修結果は得られないことになる。
一方、本願発明者等は前述した如く、プラズマジェット
の作動ガスとして、ArガスにNガスを添加した場合
には、Nガスの量を調節することによりプラズマフレ
ームの長さを変化させて最適溶射距離を調整することが
可能であることを見いだしている。これは、プラズマ溶
射を行う場合、プラズマフレームにより射出される溶射
材粒子の加熱状態と基材の加熱状態に最も大きく影響す
る要因が作動ガスであることによる。換言すれば、作動
ガスの成分,量を調節することにより、溶射材の加熱及
び溶融状態を制御し、これによりプラズマ溶射ガンのノ
ズル先端と溶射対象との間の距離の変化に拘わらずほぼ
一様な溶射材の被膜を形成することが可能となるからで
ある。
第5図は、作動ガスとしてのArガス(一次ガス)に対
するNガス(二次ガス)の添加量と溶射距離との関係
を求めるために本願発明者等が行った実験結果を示すグ
ラフである。この実験は珪石(SiO2)煉瓦製の炉壁に、蝋
石(SiO2:78%,AlO3:22%)の粉末を補修材料として溶射
した場合のオフラインによる実験結果を示している。な
お、縦軸は溶射距離を、横軸はプラズマジェットの作動
ガスの混合比N/Arを、ハッチング部分は最適溶射
距離範囲をそれぞれ示している。なお、最適溶射範囲
は、溶射材の付着効率、溶融固化状況及び基材に対する
影響をも加味して定められている。また、最適溶射範囲
より上部の領域は溶射材の溶融が不充分であり、下部の
領域は基材が溶損傾向を示す領域である。
この結果によれば、Arガスのみをプラズマジェットの
作動ガスとして55N/min用いた場合の最適溶射距離
は約28〜35mmである。そして、Arガス量は一定とし、
ガス量を徐々に増加させた場合は、Nガスの増加
量にほぼ比例して最適溶射距離が長くなっている。Ar
ガス量55N/minの場合、Nガス量は最大5.5N/
minまで添加可能であり、この範囲では、フレーム長は
最小28mm〜最大63mmとなる。従って、溶射距離が最小28
mmから最大63mmまで変化しても、これに応じてガス混合
比を調節してフレーム長を制御すれば、溶射距離の大小
に拘わらずほぼ同等の溶射材被膜が得られる。
従って、プラズマ溶射ガン11のノズル先端と炉壁2の表
面との距離は一定に維持しつつ、上述の如き方法により
損傷25の炉壁2表面からの深さに応じてフレーム長を制
御すればよい。
以上のように、Nガスの添加量を増加し過ぎた場合
は、溶射対象に過剰な熱が供給されて基材を溶損させ
る。逆にNガスの添加量を少量にし過ぎると、フレー
ム先端が溶射対象の表面に達しなくなる。このため、溶
射材粉末が溶射対象に達した時点では溶射材が冷却して
溶射対象への付着効率が悪くなる。更に、Arガス(一
次ガス)とNガス(二次ガスガスの混合比N/Ar
が10/100以上の領域では、事実上フレーム長は増加せ
ず、これ以上にNガス量を増加することは無意味であ
る。
本発明における最適溶射距離を得るための制御は以下の
如く行われる。
プラズマ溶射ガン11から発せられるフレーム110は第6
図に示す如く、実際のプラズマのフレーム111と、その
先端側の加熱された補修材料によるフレーム112とから
なる。このフレーム110は、1/1000程度に透過光量をカ
ットするフィルタ130を介してテレビカメラ13にて撮像
すると、最適溶射距離の範囲内である場合には第7図に
示すような“きのこ”状の形状を呈する。このような形
状は、フレーム110を斜め上方から見た場合に、フレー
ム110の先端部分と炉壁2表面に吹付けられて周囲に拡
散してゆく部分とが一体的に見えるためである。そし
て、溶射距離が小さくなり過ぎると第8図(a)に示すよ
うに“きのこ”の笠状の部分が広くなり、逆に溶射距離
が大になり過ぎると第8図(b)に示すように笠状部分が
小さくなる。更に溶射距離が大になると、第8図(c)に
示すように先端部が分離する。従って、第7図に示すよ
うに、モニタ7の画面上のフレームの像の笠状部分の厚
みaと幅bとを測定すれば、その比率から実際の溶射距
離が最適溶射距離の範囲内であるか否かが判定可能であ
る。
上述したフレーム110の画像に基づく最適溶射距離の判
定は、フレーム観察用テレビカメラ13の画像を解析して
第7図に示したフレームの像の笠状部分の厚みa及び幅
bを測定することにより、制御装置9が行う。
そして、制御装置9は、上述の測定値aとbとの比が予
め定められた所定範囲内に維持されるように、プラズマ
制御装置5を制御してArガスとNガスとの混合比を
調節し、これによりフレーム110の長さを制御する。こ
の際、ガス混合比の調節では測定値aとbとの比が所定
範囲内にならない場合には、モータ115を駆動してプラ
ズマ溶射ガン11を移動させることにより対処する。
なお、一般的に最適溶射距離は、 (1)プラズマの出力値、 (2)補修材料の供給量、 (3)補修材料の材質、 (4)補修される炉壁の材質、 等、の因子にも左右されるため、以上の諸条件を基に実
験により予め定めた数値、即ち上述のaとbとの比を制
御装置9に入力しておく。
次に、プラズマ溶射中のプラズマ溶射ガン11の移動速度
の制御について説明する。
フレーム観察用テレビカメラ13のモニタ7上で、プラズ
マ溶射中に補修材料がスプラシュとなって飛散して見え
るような場合には、プラズマ溶射ガン11の移動速度が遅
すぎるためであるから、プラズマ溶射ガン11の移動速度
をより高速にする。また、補修材料の炉壁2への付着量
が多過ぎるように見える場合には、補修材料供給装置3
のバルブを絞って補修材料の供給量を減少させるか、あ
るいはプラズマ溶射ガン11の移動速度をより高速にすれ
ばよい。
なお、以上に説明した実施例は、制御装置9により記憶
された損傷25の位置に基づいてプラズマ溶射ガン11を自
動的に移動させ、またフレーム観察用のテレビカメラ13
により撮像された画像を解析して求めた損傷25の深さに
合わせて自動的にフレーム長を調節するように構成され
ているが、両者の機能の内のいずれか一方のみを制御装
置に行わせ、他方を人手により操作することも、あるい
は両者を共に人手により操作することも可能である。
〔効果〕
以上のように、本発明によれば、炉壁面の亀裂のような
細長い損傷部分を高精度、高効率にて補修することが出
来、窯炉外からは視認不可能な奥深い位置の損傷をも容
易に補修可能であり、また窯炉の温度を余り低下させず
に所謂熱間補修が可能であるから、窯炉の操業効率を低
下させることはなく、エネルギー効率も低下しない。更
に、作業員に悪環境下での危険な作業を強いることもな
く、その操作も容易であり、窯炉寿命の延長も実現され
る。
【図面の簡単な説明】 図面は本発明の実施例を示すものであり、第1図は炉内
挿入ヘッドの構成を示す模式図、第2図はヘッド移動機
構の構成を示す模式図、第3図は炉内挿入ヘッドと昇降
機構との接続部の構成を示す断面図、第4図はその外観
図、第5図はプラズマジェット作動ガスの成分比とフレ
ーム長の関係を示すグラフ、第6図はプラズマのフレー
ムの模式図、第7図は最適溶射距離の場合フレームの形
状を示す模式図、第8図は溶射距離が不適当な場合のフ
レームの形状を示す模式図である。 1…炉内挿入ヘッド、2…炉壁、3…補修材料供給装
置、4…損傷位置入力装置、5…プラズマ制御装置、6
…レーザ発振装置、8…ヘッド移動機構、9…制御装
置、10…冷却ケース、11…プラズマ溶射ガン、12…炉壁
観察用テレビカメラ、13…フレーム観察用テレビカメ
ラ、14…ライトガイド、18…アーム、20…コークス炉、
25…損傷、41…ライトペン、51…Arガス、52…N
ス、80…マニプレータ、81…昇降機構

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】窯炉内に挿入したプラズマ溶射ガンにて炉
    壁を補修する装置において、 ArガスにNガスを添加した作動ガスを用いるプラズ
    マ溶射ガンと、 炉壁を観察するための撮像装置と、 前記溶射ガンを炉壁の損傷位置に一致させるための位置
    制御装置と、 前記溶射ガンの作動ガスのNガスとArガスとの混合
    比を調節して前記溶射ガンのフレーム長を制御するプラ
    ズマ制御装置と、 前記溶射ガンに炉壁の補修材料を供給する補修材料供給
    装置と、 前記溶射ガンを炉壁の損傷に沿って移動させる移動機構
    とを備え、 前記ヘッド移動機構を制御して前記溶射ガンを損傷部分
    に沿って移動させつつ、前記プラズマ溶射ガンのフレー
    ム長を最適溶射距離に制御して窯炉の炉壁を補修すべく
    なしたことを特徴とする窯炉の補修装置。
  2. 【請求項2】窯炉内に挿入したプラズマ溶射ガンにて炉
    壁を補修する装置において、 ArガスにNガスを添加した作動ガスを用いるプラズ
    マ溶射ガンと、 炉壁を観察するための撮像装置と、 該撮像装置の画像上で炉壁の損傷位置を入力する損傷位
    置入力装置と、 前記溶射ガンを炉壁の損傷位置に一致させるための位置
    制御装置と、 前記溶射ガンの作動ガスのNガスとArガスとの混合
    比を調節して前記溶射ガンのフレーム長を制御するプラ
    ズマ制御装置と、 前記溶射ガンに炉壁の補修材料を供給する補修材料供給
    装置と、 前記溶射ガンを炉壁の損傷に沿って移動させる移動機構
    と、 前記損傷位置入力装置から入力された損傷位置を記憶
    し、この記憶内容に基づいて前記ヘッド移動機構を制御
    して前記溶射ガンを損傷部分に沿って移動させる制御装
    置と を備えたことを特徴とする窯炉の補修装置。
  3. 【請求項3】窯炉内に挿入したプラズマ溶射ガンにて炉
    壁を補修する装置において、 ArガスにNガスを添加した作動ガスを用いるプラズ
    マ溶射ガンと、 炉壁を観察するための撮像装置と、 前記溶射ガンのジェットフレームを観察するための撮像
    装置と、 前記溶射ガンを炉壁の損傷位置に一致させるための位置
    制御装置と、 前記溶射ガンの作動ガスのNガスとArガスとの混合
    比を調節して前記溶射ガンのフレーム長を制御するプラ
    ズマ制御装置と、 前記溶射ガンに炉壁の補修材料を供給する補修材料供給
    装置と、 前記溶射ガンを炉壁の損傷に沿って移動させる移動機構
    と、 前記プラズマ溶射ガンのフレーム長を最適溶射距離とす
    べく前記フレーム観察用の撮像装置による観察結果に基
    づいて前記プラズマ制御装置を制御してNガスとAr
    ガスの混合比を調節する制御装置と を備えたことを特徴とする窯炉の補修装置。
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