(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッドを有する掘削機と、
前記ロッドにフィード力、打撃力及び回転力を与える油圧ユニットと、
前記油圧ユニットにおける前記フィード力及び前記回転力をそれぞれ示す油圧を、これらの力の大きさに応じた強度のフィード圧力信号及び回転圧力信号にそれぞれ変換する変換ユニットと、
前記ロッドのフィード力を調整可能なフィード力調整ハンドル、及び、前記ロッドの打撃力を調整可能な打撃力調整ハンドルを有する操作盤と、
を備え、
前記フィード力調整ハンドルは、前記フィード圧力信号の強度に応じた強度で振動し、
前記打撃力調整ハンドルは、前記回転圧力信号の強度に応じた強度で振動することを特徴とする出銑口開孔装置。
【請求項２】
前記変換ユニットは、前記フィード圧力信号及び前記回転圧力信号をそれぞれ電波に変換し、当該電波を発信する発信器を有し、
前記操作盤は、前記電波を受信するとともに当該電波を再びフィード圧力信号及び回転圧力信号にそれぞれ変換する変換器を有することを特徴とする、請求項１に記載の出銑口開孔装置。
【請求項３】
ロッドを有する掘削機と、
前記ロッドにフィード力、打撃力及び回転力を与える油圧ユニットと、
前記油圧ユニットにおける前記フィード力及び前記回転力をそれぞれ示す油圧を、これらの力の大きさに応じた強度のフィード圧力信号及び回転圧力信号にそれぞれ変換する変換ユニットと、
前記ロッドのフィード力を調整可能なフィード力調整ハンドル、及び、前記ロッドの打撃力を調整可能な打撃力調整ハンドルを有する操作盤と、
を備え、
前記フィード力調整ハンドルは、前記フィード圧力信号の強度に応じた強度で振動し、
前記打撃力調整ハンドルは、前記回転圧力信号の強度に応じた強度で振動する出銑口開孔装置を用いて出銑口を開孔する方法であり、
前記フィード力調整ハンドルの振動を一方の手で感じながら前記ロッドのフィード力を調整し、
前記打撃力調整ハンドルの振動を他方の手で感じながら前記ロッドの打撃力を調整することを特徴とする出銑口開孔方法。
【請求項４】
前記変換ユニットは、前記フィード圧力信号及び前記回転圧力信号をそれぞれ電波に変換し、当該電波を発信する発信器を有し、
前記操作盤は、前記電波を受信するとともに当該電波を再びフィード圧力信号及び回転圧力信号にそれぞれ変換する変換器を有することを特徴とする、請求項３に記載の出銑口開孔方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内の溶銑を高炉外に取り出すための孔（出銑口）を開孔するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銑鉄を製造するプロセスにおいては、高炉の下部の側面に出銑口を開孔する作業を定期的に実施して高炉内の溶銑を高炉外に取り出す。高炉内の溶銑の量を適正に保つため、予め決められた時間に確実に出銑口を開孔することが求められる。開孔作業に過度の時間を要すると、高炉内の溶銑レベルが上昇して炉況不調にいたる場合もある。下記特許文献１には、アクチュエータとこれによって駆動するロッドとを備えた油圧開孔機（掘削機）の制御方法が記載されている。出銑口の開孔作業は、掘削機のロッドが座屈したり掘削中の孔から抜けなくなったりしないように、ロッドを押し付ける力（フィード力）、ロッドの打撃力及び回転を調整しながら実施する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５６３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高炉の出銑口の開孔作業は、出銑口を閉塞しているマッド材の材質や充填状態、あるいは高炉内の状況に応じて難易にバラツキがある。例えば、本来、マッド材によって閉塞されているべき部分に高炉内の溶銑が差し込んでいるような状況では、出銑口を開孔することが比較的困難であり作業に通常よりも長時間要する場合もある。このように開孔作業を実施する状況は一定ではないため、当該作業は常に自動で実施できるわけではなく、オペレーターが手動で掘削機を操作しなければならない場合もある。
【０００５】
上記のような自動開孔ができないような非常時には、オペレーターが出銑口の孔の状態や掘削機の負荷の状態を見ながら経験に基づいて掘削機を操作する。具体的には、掘削機から５ｍ程度のところに遠隔無線操作盤を配置し、オペレーターは孔の状況とロッドの進み具合を含めた掘削機の動きを目視確認しながら、ロッドのフィード力及び打撃力の切替や調整を行ってロッドが座屈したり、出銑口の周囲の耐火物に損傷を与えないように開孔作業を行う。
【０００６】
しかし、掘削機の動きをどう見るかはオペレーターによって差がありオペレーターの技量に依存する。このため、開孔作業の精度にバラツキが生じやすい。また、オペレーターは、複数の箇所（出銑口、掘削機のロッド及び掘削機本体など）を同時に監視しながら、操作する必要があるため、長い経験が必要とされている。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、出銑口を自動開孔できないような状況であってもオペレーターの技量に大きく依存することなく、出銑口を十分に安定的且つ効率的に開孔できる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、掘削機の状況をオペレーターが的確に把握できる手法について鋭意検討した。本発明者らは、掘削機の状況が反映される油圧に着目し、オペレーターが握るハンドルを油圧の値の大きさに応じた強度で振動させることが有効であるとの知見を得た。かかる知見に基づいて更に検討した結果、ロッドに加わる圧縮力の大きさが反映される油圧（フィード圧力）の値に基づいてフィード力調整ハンドルを振動させ、他方、ロッドに加わるねじり力の大きさが反映される油圧（回転圧力）の値に基づいて打撃力調整ハンドルを振動させることが好適であることを見出し、以下の本発明を完成させた。
【０００９】
本発明に係る出銑口開孔装置は、ロッドを有する掘削機と、ロッドにフィード力、打撃力及び回転力を与える油圧ユニットと、油圧ユニットにおけるフィード力及び回転力をそれぞれ示す油圧を、これらの力の大きさに応じた強度のフィード圧力信号及び回転圧力信号にそれぞれ変換する変換ユニットと、ロッドのフィード力を調整可能なフィード力調整ハンドル、及び、ロッドの打撃力を調整可能な打撃力調整ハンドルを有する操作盤とを備え、フィード力調整ハンドルはフィード圧力信号の強度に応じた強度で振動し、打撃力調整ハンドルは回転圧力信号の強度に応じた強度で振動することを特徴とする。
【００１０】
上記装置によれば、オペレーターがフィード力調整ハンドル及び打撃力調整ハンドルを握って操作することで、これらのハンドルから手に伝わる振動から掘削機の状況を的確に把握でき、これを掘削機の操作に反映できる。例えば、フィード力調整ハンドルの振動が過度に大きい場合は、ロッドに加わる圧縮力が過度に高いことを意味するから、ロッドが座屈しないように当該ハンドルを操作してフィード力を低くすればよい。あるいは、打撃力調整ハンドルの振動が過度に大きい場合は、ロッドに加わるねじり力が過度に高いことを意味するから、ロッドがねじれて破損したり孔から抜けなくなったりしないようにフィード力調整ハンドルを操作してフィード力を低くしたり、打撃力調整ハンドルを操作して打撃力を高くするといった操作をすればよい。つまり、上記装置によれば、従来、オペレーターが経験に基づいて目視（ロッドのたわみ具合）や音（異音や振動の発生）などで把握していた掘削機の状況を、二つのハンドルの振動によって把握できるため、オペレーターの技量に大きく依存することなく、出銑口を十分に安定的且つ効率的に開孔できる。
【００１１】
上記装置における操作盤は、オペレーターが任意の場所で操作ができるように遠隔無線操作盤であることが好ましい。この場合、変換ユニットは、フィード圧力信号及び回転圧力信号をそれぞれ電波に変換し、当該電波を発信する発信器を有するものとすればよく、また、操作盤は、変換ユニットからの電波を受信するとともに当該電波を再びフィード圧力信号及び回転圧力信号にそれぞれ変換する変換器を有するものとすればよい。当該変換器によって再び変換されたフィード圧力信号及び回転圧力信号に応じてフィード力調整ハンドル及び打撃力調整ハンドルをそれぞれ振動させることができる。
【００１２】
更に、本発明は上記装置をオペレーターが操作して出銑口を開孔する方法を提供する。すなわち、本発明に係る出銑口開孔方法は、上記装置を用いて出銑口を開孔するものであり、フィード力調整ハンドルの振動を一方の手で感じながらロッドのフィード力を調整し、打撃力調整ハンドルの振動を他方の手で感じながらロッドの打撃力を調整することを特徴とする。
【００１３】
上記方法によれば、オペレーターがフィード力調整ハンドル及び打撃力調整ハンドルを握って操作することで、これらのハンドルから手に伝わる振動の強度から掘削機の状況を的確に把握できるため、オペレーターの技量に大きく依存することなく、出銑口を十分に安定的且つ効率的に開孔できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、出銑口を自動開孔できないような状況であってもオペレーターの技量に大きく依存することなく、出銑口を安定的且つ効率的に開孔できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る出銑口開孔装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る出銑口開孔装置の油圧回路図である。
【図３】油圧データを信号に変換して伝達するフローを示す図である。
【図４】遠隔無線操作盤の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態に係る出銑口開孔装置１００は、高炉Ｆの側面に出銑口Ｈを開孔するためのものである（図１参照）。出銑口開孔装置１００は、掘削機１０と、掘削機１０を駆動する油圧ユニット２０と、油圧ユニット２０における複数の箇所の油圧の値を伝達可能な信号にそれぞれ変換する変換ユニット３０と、掘削機１０を遠隔操作するための操作盤４０とを備える。
【００１８】
掘削機１０は油圧によって駆動する油圧掘削機である。図１に示すとおり、掘削機１０は、ロッド２と、これをガイドするガイドセル３と、油圧ユニット２０の油圧によってロッド２を進退駆動するフィードモータ５と、油圧ユニット２０の油圧によってロッド２を回転駆動するロッド回転用モータ６と、油圧ユニット２０の油圧によってロッド２に打撃力を与える打撃装置７とを備える。なお、ロッド２は、断面が円形の棒状部材からなり、高炉のサイズ等にもよるが、長さが５〜６ｍ程度であり、直径３０〜５０ｍｍ程度である。ロッド２は、先端に直径４０〜７０ｍｍ程度のビット２ａを有する。
【００１９】
図２は出銑口開孔装置１００の油圧回路図である。図２に示すように、油圧ユニット２０は、フィードモータ５を駆動する系統Ｓ１と、ロッド回転用モータ６を駆動する系統Ｓ２と、打撃装置７を駆動する系統Ｓ３とに分かれている。油圧ユニット２０の管路には圧力検出計Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が設けられている。圧力検出計Ｐ１はロッド２のフィード圧力を測定するためのものである。圧力検出計Ｐ２はロッド２の回転圧力を測定するためのものである。圧力検出計Ｐ３はロッド２の打撃圧力を測定するためのものである。なお、圧力検出計Ｐ１は系統Ｓ１における正転側ラインに設けられ、圧力検出計Ｐ２も系統Ｓ２における正転側ラインに設けられている。また油圧ユニット２０の管路には必要に応じて電磁弁（図示せず）などが設けられている。
【００２０】
変換ユニット３０は、油圧ユニット２０における複数の箇所において測定された油圧を、その値の大きさに応じた強度の信号変換するためのものである。具体的には、変換ユニット３０は、圧力発信器３１，３２を有しており、少なくとも圧力検出計Ｐ１及び圧力検出計Ｐ２によってそれぞれ計測された油圧データ（フィード圧力及び回転圧力）を伝達可能な信号（例えば、アナログ信号や電波）に変換して発信できるようになっている。なお、このような機能を具備した圧力検出計Ｐ１，Ｐ２を使用できる場合には、圧力発信器３１，３２は不要である。
【００２１】
例えば、圧力発信器３１，３２で油圧データをアナログ信号に変換して発信する場合、図３に示すように、変換ユニット３０はアナログ信号を電波に変換する電波変換器３５を更に有することが好ましい。油圧データを電波に変換することで、操作盤４０による掘削機１０の遠隔無線操作が可能となる。
【００２２】
図４は、出銑口開孔装置１００が備える遠隔無線操作盤４０を示す斜視図である。遠隔無線操作盤４０は、無線信号（図示せず）を発信し、これによって掘削機１０を操作できるように構成されている。図４に示すように、箱状の遠隔無線操作盤４０は正面に複数のスイッチが設けられている。具体的には、上段に設けられたスイッチによって操作場所や運転モードなどを切り替えることができるようになっている。他方、下段に設けられたスイッチによってロッドの動作（フィード、打撃、回転）の切替を実施できるようになっている。
【００２３】
遠隔無線操作盤４０の一方の側面（図４における左側の面）には、フィード力調整ハンドル４１が設けられている。他方、遠隔無線操作盤４０の他方の側面（図４における右側の面）には、打撃力調整ハンドル４２が設けられている。これらのハンドル４１，４２はいずれもロータリーハンドルであり、回転させることによって出力を調整できるようになっている。フィード力調整ハンドル４１は、フィード圧力信号を受信してフィード圧力信号の強度に比例した強度で振動する振動発生器４１ａが内蔵されている。他方、打撃力調整ハンドル４２は、回転圧力信号を受信して当該回転圧力信号の強度に比例した強度で振動する振動発生器４２ａが内蔵されている（図３参照）。なお、ハンドル４１及び振動発生器４１ａの配置と、ハンドル４２及び振動発生器４２ａの配置は左右逆であってもよい。
【００２４】
次に、上記出銑口開孔装置１００を用いて出銑口を開孔する方法について説明する。本実施形態に係る開孔方法は、出銑口を自動開孔できないような状況となった場合に実施するのに有用である。オペレーターが遠隔無線操作盤４０のハンドル４１，４２を操作して掘削機１０を運転する。
【００２５】
図３のグラフ（ａ）及び（ｂ）は掘削の深度が深くなるに従ってフィード圧力Ｐ１及び回転圧力Ｐ２がどのように変化するかを示したものである。横軸の深度は、右から左に向けて深度が深くなることを示す。グラフ（ａ）におけるラインＬ１は、ロッド座屈限界圧力を示したものである。グラフ（ｂ）におけるラインＬ２は、ロッドねじり限界圧力を示したものである。
【００２６】
オペレーターはフィード力調整ハンドル４１の振動を一方の手で感じながら、このハンドル４１を回転させ、ロッド座屈限界圧力を超えないようにロッド２のフィード力を調整する。これと同時に、オペレーターは打撃力調整ハンドル４２の振動を他方の手で感じながら、このハンドル４２を回転させ、ロッドの打撃力を調整する。例えば、フィード力調整ハンドル４１の振動が過度に大きくなったら、このハンドル４１を調整してフィード力を低くする操作を行えばよい。あるいは、打撃力調整ハンドルの振動が過度に大きくなったら、このハンドル４２を調整して打撃力を高くしたりハンドル４１を調整してフィード力を低くしたりする操作を行えばよい。
【００２７】
上記実施形態によれば、オペレーターがフィード力調整ハンドル４１及び打撃力調整ハンドル４２を握って操作することで、これらのハンドル４１，４２から手に伝わる振動の強度から掘削機１０の状況を的確に把握できる。このため、出銑口を自動開孔できないような状況であってもオペレーターの技量に大きく依存することなく、出銑口Ｈを十分に安定的且つ効率的に開孔できる。
【００２８】
炉容積が４０００〜５０００ｍ３の大型高炉では、一年間に５０００回を超える開孔作業を実施する。高炉の周りに４つの出銑口があり、通常１つはメンテナンスのために休止しており、残りの３つの出銑口を開孔する作業を一日に５回行うとし、更に、高炉の稼働日数が３４８日／年であるとすると、５２２０回の開孔作業を実施することとなる。このうち、１５％が自動開孔できないとした場合、７８３回の開孔作業をオペレーターの操作によって実施する。これらの作業を安定的及び効率的に実施できることは高炉の操業にとって有意義なことである。
【００２９】
掘削機１０の状況の的確な把握により、ロッド２が破損するのを未然に防止できる。このため、ロッド２の交換に要する費用を削減できる。また、本実施形態によれば、出銑口Ｈの開孔を適正に実施できるため、高炉Ｆ内の溶銑レベルが上昇して羽口が損傷したり炉況不調にいたるといったトラブルを防止でき、また出銑口Ｈの周囲の耐火物の保守費用も抑制できるという利点もある。
【００３０】
以上、本発明の好適な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い。例えば、上記実施形態においては、操作盤として電波のやり取りによって遠隔操作が可能なものを例示したが、有線による信号のやり取りによって掘削機１０を操作するものであってもよい。
【００３１】
また、上記実施形態においては、フィード力調整ハンドル４１及び打撃力調整ハンドル４２がフィード圧力及び回転圧力の大きさに比例してそれぞれ振動する構成を例示したが、必ずしも比例していなくてもよい。例えば、フィード力調整ハンドル４１は、フィード圧力がロッド座屈限界圧力の設定値未満ではこれに比例した強度で振動し、ロッド座屈限界圧力の設定値以上となると例えば断続的な振動パターンに変化するように設定してもよい。打撃力調整ハンドル４２についても同様に、回転圧力がロッドねじり限界圧力の設定値未満ではこれに比例した強度で振動し、ロッドねじり限界圧力の設定値以上となると例えば断続的な振動パターンに変化するように設定してもよい。かかる構成を採用することにより、オペレーターが掘削機１０の異常をより確実に把握できる。
【符号の説明】
【００３２】
２…ロッド、１０…掘削機、２０…油圧ユニット、３０…変換ユニット、４０…遠隔無線操作盤、４１…フィード力調整ハンドル、４１ａ…振動発生器、４２…打撃力調整ハンドル、４２ａ…振動発生器、１００…出銑口開孔装置、Ｈ…出銑口。
【図１】
0005903324.tif 000002
【図２】
0005903324.tif 000003
【図３】
0005903324.tif 000004
【図４】
0005903324.tif 000005