(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物製管体の内部に挿入できるシャフト部と、その先部に設けた拡縮手段と、不定形耐火物を充填するための補修材容器と、補修時の補修材容器を後方から押圧するための座板と、拡縮手段を遠隔操作で拡縮するための駆動モーターとを有し、補修材容器と座板は拡縮手段の拡縮により前記管体の内面に対し遠近動できるように装着されており、不定形耐火物を入れた補修材容器を拡縮手段の拡開により管体の損傷部に押し付け、補修材容器内の不定形耐火物を損傷部に被着するように構成したことを特徴とする耐火物製管体の管内損傷部補修装置。
【請求項２】
補修材容器は、拡縮手段に固定された補修材押付面とはみ出し防止板とを有し、はみ出し防止板が拡縮手段により補修材押付面を損傷部方向に対してスライド可能なように設けられている請求項１に記載の耐火物製管体の管内損傷部補修装置。
【請求項３】
補修材容器のはみ出し防止板の管内面接触部の形状が、管体の内面形状に近似している請求項２に記載の耐火物製管体の管内損傷部補修装置。
【請求項４】
シャフト部の先部に、損傷部の位置を確認するためのライトおよび／またはファイバースコープを付設した請求項１、２または３に記載の耐火物製管体の管内損傷部補修装置。
【請求項５】
補修材容器に補修用不定形耐火物を充填した、請求項１に記載の管内損傷部補修装置を、管体内部に挿入して補修材容器を損傷部位置にセットし、該補修材容器を拡縮手段により遠隔操作で損傷部側に押し出し、不定形耐火物を損傷部に被着することを特徴とする耐火物製管体の管内損傷部補修方法。
【請求項６】
拡縮手段に固定された補修材押付面とはみ出し防止板とを有し、はみ出し防止板が拡縮手段により補修材押付面を損傷部方向に対してスライド可能なように設けられている補修材容器を有する管内損傷部補修装置を用いて、管体の損傷部に不定形耐火物を被着した後、補修材押付面、はみ出し防止板および座板の少なくとも一つを使用して補修面を所定形状に仕上げる請求項５に記載の耐火物製管体の管内損傷部補修方法。
【請求項７】
管体の口径が１００ｍｍ〜６００ｍｍである請求項５または６に記載の耐火物製管体の管内損傷部補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火物製管体の管内損傷部補修装置および補修方法に関し、耐火物で構築された炉壁のうち特に人が装置内または構造体内に入って直接施工ができないような、狭小な部分の損傷部を、不定形耐火物で補修するための補修装置および補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐火物で構築された炉壁の損傷部の補修は、多くの場合、人が装置内に入って既設の損傷炉壁を解体後、新たな耐火物で炉壁を復旧するという施工法が採られている。また、炉壁の損傷が軽微な場合は、損傷した炉壁に不定形耐火物を上塗り（コーティング、詰込み、吹付け等）し補修している。
【０００３】
一方、人が装置内に入って直接作業できないような、例えばサイクロンのディプレグ部のような管体の場合、新設時にはある一定長さに分割された小口径管に耐火物を地上で施工し、その後据付けるという方法を取ることができる。しかし、数年間の運転後、耐火物に部分的な摩耗や脱落などが起こり、損傷部が発生する。かかる損傷部を補修しようとする場合、人が装置内に入れず補修部分に手が届かないために、今まで有効な補修法がなく、結果として、耐火物を施工した管体ごと交換しているのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように小口径管の耐火物で構築された炉壁の損傷部を補修しようとする場合、管体内面の耐火物が損傷するたびに管体ごと取り替えているのでは不経済であるばかりでなく、取替えに多大な手間もかかる。また、このような問題を解決する方法として、管体の外側に新たに耐火物を被覆施工する方法もあるが、管体の質量が重くなり、新たな管体の支持サポートが必要となる等の問題が生じる。
【０００５】
また、長いノズルを使って不定形耐火物を吹付けて損傷部を補修しようとすると、施工内面が見えにくいために正確な施工ができず、補修面のでこぼこや吹付けロス等により管内が閉塞する恐れがあり、あまり現実的でない。
【０００６】
本発明は、耐火物で構築された小口径管の損傷部の補修を、人が装置内で直接作業するときと同様な感覚で、補修装置を遠隔操作することにより、補修箇所に不定形耐火物の詰込みやコーティングを確実に行う補修技術の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、耐火物製管体の内部に挿入できるシャフト部と、その先部に設けた拡縮手段と、不定形耐火物を充填するための補修材容器と、補修時の補修材容器を後方から押圧するための座板と、拡縮手段を遠隔操作で拡縮するための駆動モーターとを有し、補修材容器と座板は拡縮手段の拡縮により前記管体の内面に対し遠近動できるように装着されており、不定形耐火物を入れた補修材容器を拡縮手段の拡開により管体の損傷部に押し付け、補修材容器内の不定形耐火物を損傷部に被着するように構成したことを特徴とする耐火物製管体の管内損傷部補修装置である。
【０００８】
さらに、本発明は、不定形耐火物を充填した補修材容器を先部に有する補修装置を管体内部に挿入して補修材容器を損傷部位置にセットし、該補修材容器を拡縮手段により遠隔操作で損傷部側に押し出し、不定形耐火物を損傷部に被着することを特徴とする耐火物製管体の管内損傷部補修方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明における耐火物製管体は、内側が耐火物で構築された炉壁を有し、人が中に入って直接に補修作業ができない小口径の管状体であり、それ単独または該管状体を用いた構造物や装置等を対象とする。
【００１０】
管体の断面形状は円形もしくは矩形またはこれらに近似する形状のいずれでもよい。また、管体の内径は約１００ｍｍ〜６００ｍｍが適当であり、特に２００ｍｍ〜６００ｍｍが望ましい。その理由は、内径が１００ｍｍより小さいと、補修装置を挿入することが困難となり、一方口径が６００ｍｍより大きい管体の場合には、人が管内に入って補修作業ができるため、本補修装置を特に必要としないからである。なお、管体が円形でないときの口径は、断面の開口部の最小寸法をいう。
【００１１】
本発明において補修材としては、好ましくは、耐火物の損傷部の補修材として損傷部を簡便かつ確実に補修できる不定形耐火物用補修材が使用される。不定形耐火物用補修材であれば、従来から使用されているものを含めて広く使用することができ、管体を形成している耐火物やその用途に合わせて適宜選択される。例えば、アルミナ、シリカ、マグネシアを主成分とするもの、アルミナ、シリカ、ライムを主成分とするものなどが挙げられる。
【００１２】
このような補修材を使用する場合、粉末状の不定形耐火物用補修材に水を加えて作業可能な適正粘度の可塑性物に調製される。可塑性物の流動性が高すぎると、補修部に被着しても流れ落ち所定の形状が維持できないばかりでなく、補修の作業性が悪くなる。また、流動性が低すぎると、崩れ落ちたりして損傷部への被着が困難となる。
次ぎに本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の補修装置Ａの一例を概略的に示したもので、耐火物製管体６に生じた損傷部７を不定形耐火物で補修するための装置である。補修装置Ａは、シャフト部２の先部に拡縮手段３を設けて、この拡縮手段３に補修材容器４と座板５が装着されている。
【００１４】
また、シャフト部２の拡縮手段３を設けていない側すなわち操作端部側には、前記拡縮手段３を拡縮するための駆動モーター１が設けられている。この駆動モーター１を操作盤８で制御して拡縮手段３を遠隔操作で拡縮せしめることにより、補修材容器４と座板５を管体６の内壁に対して遠近動させることができる。なお、この駆動モーター１としては通常モーターが用いられるが、その他の駆動源でもよい。
【００１５】
図示しないがシャフト部２の内部には、例えば回転軸のような動力伝達媒体が挿通されており、駆動モーター１の動力はこの回転軸により拡縮手段３に伝達される。したがって、シャフト部２は、補修材容器４を管体６の損傷部７に向かって移動させる役割と共に、拡縮手段３と駆動モーター１とを駆動連結する動力伝達路として機能している。このシャフト部２としては、補修装置Ａの操作性や補修の作業性からまっすぐな棒状体が好ましく用いられるが、管体６の形状や作業状況によりフレキシブルなものも使用できる。
【００１６】
拡縮手段３としては、図１に例示したパンタグラフタイプのほか、ジャッキタイプやシリンダタイプのものでもよいが、パンダグラフタイプのものは機構が比較的シンプルで軽量にでき、また操作性にも優れている。
【００１７】
本例では、このような拡縮手段３の一つの作動端部に補修材容器４を装着し、他の作動端に座板５を取り付けている。この結果、補修材容器４と座板５は拡縮手段３を挟んで相対しており、拡縮手段３を駆動モーター１により拡縮すると、両側に対称的に動き、その速度および移動距離は駆動モーター１により操作できる。
【００１８】
ここで、座板５は補修時の補修材容器４を後方から押圧するための手段である。つまり、拡縮手段３を挟んで補修材容器４の後方に座板５を設けておくと、座板５が損傷部７と対面する壁面を押すことにより損傷部側に力が働き、この力が補修材容器４を後方から支承して損傷部７に向かって押し出す。座板５が壁面に安定的に当接し、常に補修材容器４の真後ろに力が作用するようにするために、座板５は一定の大きさを有している。その大きさは、主に管体６の内径により決められる。また、座板５の接触部の形状は管体６の壁面の形状に近似しているのが望ましい。例えば、壁面が平坦のときは平らにし、管体が円筒のときはその曲率とほぼ同じ曲率の円筒面にする。
【００１９】
次に、補修材容器４を図２、図３および図４に従って説明する。図２は開口部側（図１の右側）から見た右側面図、図３は図２の紙面下側（図１の底面）から見た底面図、図４は図２の紙面左側（図１の正面）から見た一部を切り欠いた左側面図である。これら各図に示すように補修材容器４は、補修材押付面９と該補修材押付面９の外周端部に設けられたはみ出し防止板１０から要部が形成された矩形状の容器で、補修材押付面９は図４に示すように拡縮手段３に装着されており、容器の底部を形成している。
【００２０】
一方、かかる補修材押付面９は、はみ出し防止板１０に対しスライド可能に取り付けられている。すなわち、上下部のはみ出し防止板１０には、図３に示すように例えば２個の長ねじ孔１２が並設されており、補修材押付面９はこの長ねじ孔１２にボルトナット１１により緩くねじ止めされている。これにより、補修材押付面９とはみ出し防止板１０とは、通常はねじ止め抵抗によりあらかじめセットした位置にあるが、ある一定以上の力が働くと、両者は長ねじ孔１２に案内されて相対的にスライドする。図４の１点鎖線は、はみ出し防止板１０のほぼ中央に位置していた補修材押付面９が、拡縮手段３により最大に押し出されたときの状態を示す。このように補修材押付面９とはみ出し防止板１０は、長ねじ孔１２の範囲で相対移動できる。
【００２１】
この場合、最初に補修材押付面９をはみ出し防止板１０のどの位置にセットするかは、一般に管体６の損傷部７の深さ（厚さ）により決める。損傷部７が深く多量の補修材１３が必要なときは、図４において補修材押付面９を左側に寄せ、損傷部７が浅いときには右側に寄せてセットする。損傷部７の深さが分かっている場合には、はみ出し防止板１０を補修材押付面９からこの深さに合わせて外側（図４の右側）に出した状態でセットするのが好ましい。
【００２２】
本発明の好ましい実施態様においては、補修材容器４の形状を管体６の内壁面の形状にほぼ合わせている。すなわち、補修材容器４のはみ出し防止板１０（本例では上下部のはみ出し防止板）さらに正確にはその管内面接触部１７を、さらに補修材押付面９の形状を、管体６の内壁面の形状とほぼ同じにしておく。例えば、管体６の内壁面が平坦な場合は平らでよいが、曲面の場合にはこれとほぼ同じ曲率の曲面にする。図３において管内面接触部１７は、管体６の円筒面の曲率にほぼ合わせて形成されている。
【００２３】
はみ出し防止板１０の管内面接触部１７の形状を管体６の内壁面の形状とほぼ同じにしておくと次の利点がある。一つは補修時に補修材容器４を損傷部７に向けて押し出したとき、はみ出し防止板１０全体が前記内壁面に当接するので、補修材１３のはみ出しを完全に防止できる。例えば、管内面接触部１７が図３のように円弧状でなく平らなはみ出し防止板１０を円筒面の壁面に当接すると、壁面との間に隙間ができ補修材１３がはみ出すが、壁面と同じ形状になっていれば隙間が生じないので、補修材１３ははみ出さない。さらに、管体６の損傷部７に補修材１３を詰め込んだ後に、拡縮手段３を僅かに縮め補修材容器４と座板５が壁面から少し浮いた状態にして補修装置を引き上げると、はみ出し防止板１０が損傷部７に余計に被着した補修材１３を削り取り、補修面を所定形状に仕上げることができる。
【００２４】
また、補修材押付面９を管体６の内壁面形状に合わせておくと、補修材１３を補修材容器４に損傷部７の深さに沿った厚さで充填しやすくなり、余計な補修材１３をなくせるばかりでなく、被着後この補修材押付面９で補修面を押圧し所定形状に仕上げることができる。特に、前記したはみ出し防止板１０による削り取り後に補修材押付面９で押圧すれば、一層良好な仕上げ面を得ることができる。
【００２５】
なお、補修材容器４と座板５は、本例のように、通常は拡縮手段３に装着するが、例えば、座板５はシャフト部２に装着し、シャフト部２と補修材容器４との間に拡縮手段３を設けたり、逆に座板側のみに拡縮手段３を設けることもできる。
【００２６】
また、図示はしないが、シャフト部２の先端または補修材容器４の付近には、通常ライトやファイバースコープが取り付けられている。補修材容器４は、損傷部７に正確にセットすることが重要である。この確認を操作位置から目視で行うときに、前記ライトを使用できる。操作位置から目視で確認できない場合は、ファイバースコープを使用して確認することもできる。さらに、これらライトやファイバースコープは、損傷部７に補修材１３を被着した後に補修面の仕上げの程度や状態を確認する際にも役立つ。
【００２７】
また、座板５を管体６の内径により大きさを変更することは既に述べたが、拡縮手段３と補修材容器４も管体６の内径により適宜大きさを変更できる。さらに、補修材容器４はほとんど矩形のものを用いるが、損傷部７の形状によっては円形状または楕円状にしてもよい。
以下に、図１に基づき本発明の補修装置Ａを用いて実際に管体６に生じた損傷部７を補修する方法について説明する。
【００２８】
最初に、下準備として耐火物製管体６の損傷部７をエアー等で清掃しておく。それから補修装置Ａの駆動モーター１の操作盤８を操作し、補修材容器４および座板５が補修する管体内に入るように拡縮手段３を縮める。次に、管体外の操作位置にて補修材容器４に補修材（不定形耐火物）１３を充填する。このとき、はみ出し防止板１０は、補修材容器４の補修材押付面９から管体６の損傷部７の深さに合わせて外側（損傷部側）に出した状態にし、損傷部７を十分に満たすことができる適量の補修材１３が充填されるようにする。
【００２９】
その後、シャフト部２を管体内に入れて補修材容器４が損傷部７に来るように補修装置Ａを移動させる。この際、補修材容器４の損傷部７に対する位置の確認は、操作位置から目視で確認できる場合は目視で行い、操作位置から目視で確認できない場合は、ファイバースコープ等を使用して確認する。図５のａは、補修材１３を充填した補修材容器４を、管体６の損傷部７に対向させてセットした状態を示す。
【００３０】
補修材容器４が損傷部７の位置にセットされたならば、駆動モーター１の操作盤８を操作し、拡縮手段３を開いて補修材容器４に充填された補修材１３を損傷部７に押し込み被着させる。この時、補修材容器４のはみ出し防止板１０が壁面に接触するのとほとんど同時に、座板５が損傷部対面の壁面に当接するので、補修材押付面９を損傷部側に押す力が働く。更に拡縮手段３を拡開すると、補修材押付面９が損傷部側にスライドして、補修材１３を損傷部の奥まで押し込む。この際、補修材１３のはみ出しは、はみ出し防止板１０により防止できる。図５のｂは、補修材押付面９が最大に押し出され損傷部７に補修材１３が詰め込まれた状態を示す。
【００３１】
損傷部７に補修材１３を押し付け被着した後、駆動モーター１により拡縮手段３を僅かに縮め、補修材容器４および座板５が壁面から僅かに浮いた状態にし、補修装置Ａを引き上げると、はみ出し防止板１０の管内面接触部１７が、損傷部７に余計に被着した補修材１３を削り取り、補修面を所定形状に仕上げる。
【００３２】
さらに、補修材容器４に付いた余剰な補修材１３を取り除いた後、補修装置Ａを再び降ろし拡縮手段３を拡開して補修材容器４の補修材押付面９により、または補修装置Ａを反転して座板５により補修面を押圧すると、損傷部７への補修材１３の接着性を更に向上させることができる。この場合、補修材押付面９と座板５の形状を管体６の形状よりも小さくしておくと、例えば管体６が円筒ならば、これらの曲率半径を管体６の曲率半径よりも小さくしておくと、押し付ける力が一層向上する。
【００３３】
図６は、実炉での本発明の補修装置Ａの施工例を示したものである。すなわち、サイクロン１４と呼ばれる装置の下部にあるディプレグ部の耐火物が損傷したときに、本発明の補修方法を用いた場合である。補修装置Ａは、前記ディプレグ部の上方に好ましくはバランサー１５を介在して例えばワイヤー２１により吊持し装備される。１６はバランサー１５を炉内に固定するためのサポートで、パイプサポート等を用いる。
【００３４】
補修時に補修装置Ａをどのように支持するかは、補修する管体６や管体６を用いた装置または構造物の大きさや形態および作業条件などにより適宜決める。しかし、本例のように縦方向の装置である場合には、補修装置Ａを吊持するのが好ましい。上下および横方向に動かすことが容易となり、補修部への補修装置Ａの出し入れや横方向の位置調整がしやすくなるからである。その際、バランサー１５を用いることにより、補修装置Ａの上下への移動がより容易に行える。
【００３５】
本例において実際にディプレグ部の損傷部７を補修するには、先ず作業者が補修装置Ａの上端部付近にて補修装置Ａの高さを確認しながら降下せしめ、補修装置Ａの補修材容器４を前記損傷部７の位置に合わせる。ついで、前記した方法により、補修材容器に充填されている補修材１３を損傷部７に詰め込み被着させる。
【００３６】
以上本発明の一例の実施態様について説明したが、本発明の補修装置Ａおよび補修方法は目的が達成される範囲で変えることができる。また、管体６の形状や補修装置Ａの設置方法等は、図示のものに限定されない。例えば、管体６が横向きにある場合には、補修装置Ａを横方向に寝かせて用いる。
以下に本発明を更に具体的に示すために、内壁面に直方体状の損傷部７を有する管体６を使用し、その損傷部７を補修するモデル的実験を行った実施例を示す。
【００３７】
【実施例】
アクリルパイプの内側に耐火物で管体６を形成し、この管体壁の一部に直方体状の損傷部７を人工的に設けて、この損傷部７に図１の補修装置Ａを用いて補修材１３を詰め込み、ついで充填された補修材１３の補修面を、補修装置Ａを利用して仕上げ、その補修結果について評価した。この実施例では、管体６の内径を５０ｍｍ〜６００ｍｍの範囲で変えて行い、各々の管体６について操作性、充填度、仕上げ性を〇、△、×で評価した。仕上げ性は肉眼で観察して行った。その評価結果を表１に示す。なお、表１において補修の判定は総合評価して補修の可否を判定したものである。
【００３８】
なお、補修材１３としてはリン酸結合性耐火物（組成：Ａｌ2Ｏ3９０％、ＳｉＯ2１．５％）を使用し、損傷部７は、横：５０ｍｍ、縦：１００ｍｍの開口を有し、深さ：１９ｍｍの直方体状とした。また、管体６の内径に応じて補修装置Ａの拡縮手段３、補修材容器４と座板５の大きさを変更した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１から内径が１００ｍｍ〜６００ｍｍの範囲の管体６について、本発明の補修装置Ａを操作性よく使用でき、かつ良好な補修が得られることが分かる。また、内径が７００ｍｍ以上の管体６については人が装置内に入って作業でき、本発明の補修装置Ａは必要がないことを確認した。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、補修装置を遠隔操作して耐火物で構築された管体の内壁に生じた損傷部を補修できるので、人が内部に入って直接作業できないような狭い箇所の管体の補修を不定形耐火物で容易かつ確実に行うことができる。すなわち、本発明により以下の効果が得られる。
１）人の手の届かないような狭い箇所の補修を、人が直接作業したときと同様に不定形耐火物を用いてパッチング補修およびコーティング補修ができる。
２）補修材容器に不定形耐火物を損傷部の大きさ、深さおよび形状に見合うように充填できるので、経済的な補修ができる。
３）従来、損傷部の補修が困難なため新規な管体に取り替えていたものを、補修により延命できる。
４）損傷部に不定形耐火物を確実に詰め込み充填でき、かつ所望の補修面に仕上げることができるので、強度の大きい優れた特性と良好な補修面を有する補修部が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である補修装置の正面概略図。
【図２】図１の補修装置における補修材容器の右側面図。
【図３】図２の補修材容器の底面図。
【図４】図１の補修装置の一部を切り欠いた正面図。
【図５】本発明の補修方法例の工程図で、ａは補修材容器を損傷部に向けて押し出す前の状態を示す説明図、ｂは損傷部に不定形耐火物を詰め込んだ状態の説明図。
【図６】本発明の施工例（サイクロン）の断面図。
【符号の説明】
１：駆動モーター
２：シャフト部
３：拡縮手段
４：補修材容器
５：座板
６：管体
７：損傷部
８：操作盤
９：補修材押付面
１０：はみ出し防止板
１１：ボルトナット
１２：長ねじ孔
１３：補修材（不定形耐火物）
１４：サイクロン
１５：バランサー
１６：サポート
１７：管内面接触部
２１：ワイヤー
Ａ：補修装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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