(57)【要約】【課題】アタッチメント本体及び材料噴射ノズルの肉厚が薄くなることに起因する先端着火又は逆火の発生や溶射体の物性低下を抑制又は防止することを目的に、作業者に左右されることなく、客観的に交換時期を把握できるノズルアタッチメントを提供する。【解決手段】先端を閉塞して後端をランス１の本体パイプ11に連通させる中空のアタッチメント本体21からパイプ状の材料噴射ノズル22を突出させたランスのノズルアタッチメント２において、材料噴射ノズル22の外周面から半径方向内向きに肉厚を薄くした薄肉部３を形成したことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端を閉塞して後端をランスの本体パイプに連通させる中空のアタッチメント本体からパイプ状の材料噴射ノズルを突出させたランスのノズルアタッチメントにおいて、
アタッチメント本体又は材料噴射ノズルの一方又は双方の外周面から半径方向内向きに肉厚を薄くした薄肉部を形成したことを特徴とするランスのノズルアタッチメント。
【請求項２】
材料噴射ノズルに形成した薄肉部は、前記材料噴射ノズルの外周面に表れる輪郭形状が噴射口に達しない請求項１記載のランスのノズルアタッチメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の補修に際して溶射材料を炉壁に吹き付けるランスのノズルアタッチメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉の補修に際して溶射材料を炉壁に吹き付けるランスは、数mの長さである本体パイプと、本体パイプの先端付近から特定方向（本体パイプの延在直交方向）に突出させた材料噴射ノズルとから構成される（特許文献１）。本体パイプは、基端から先端に向けて貫通しているが、先端は塞がれて材料噴射ノズルのみが開通している（コークス炉に挿入される側を先端、手前側を基端と呼ぶ。以下、同じ）。溶射材料は、基端に接続された供給ホースから反応ガス（例えば酸素）と共に送り込まれ、先端に向けて圧送され、材料噴射ノズルから炉壁に向けて反応ガスと一体に吹き出す。補修対象となる炉壁は高温なので、溶射材料と反応ガスとは高温の炉壁表面で反応し、炉壁に新たな耐火層を形成する。
【０００３】
ノズルアタッチメントは、先端を閉塞し、後端を本体パイプに連通させる中空のアタッチメント本体からパイプ状の材料噴射ノズルを突出させた構成で、アタッチメント本体の基端の外周面にテーパ雄ねじ部を形成している。ノズルアタッチメントは、材料噴射ノズルを本体パイプの延在方向に直交させてアタッチメント本体から突出させる構成が多いが、前記材料噴射ノズルを本体パイプの延在方向と斜めに交差させてアタッチメント本体から突出させる構成にしたものもある。テーパ雄ねじ部は、本体パイプのアタッチメント接続部に対して完全に締め付けなくても気密性を確保する。特許文献１が開示するランスは、ランスの先端を持ち上げる空気噴射ノズルを下方に向ける必要があるので、前記テーパ雄ネジ部の螺合量を調整して材料噴射ノズルの向きを変えている（特許文献１・［0023］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2012-012535号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ノズルアタッチメントは、内面に溶射材料が衝突しながら通過していくので、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルが内周面から少しずつ摩耗して肉厚を薄くする。こうしてアタッチメント本体及び材料噴射ノズルの肉厚が薄くなると、反応ガス及び溶射材料は、流速を低下させ、また拡散して噴射されるようになる。流速の低下は、反応ガス及び溶射材料の反応領域が材料噴射ノズルに接近することを許し、材料噴射ノズル近傍での着火＝先端着火を招きやすくする。先端着火は、逆火を引き起こす一因である。また、反応ガス及び溶射材料の拡散は、炉壁に吹き付けられる反応ガス及び溶射材料の反応を不十分とし、形成される溶射体の炉壁に対する接着を不十分にしたり、前記溶射体の構造強度を低くしたりする。こうしたことから、ノズルアタッチメントは、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルの肉厚が薄くなった時点で交換が推奨されている。
【０００６】
ところが、ノズルアタッチメントは、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルが内周面から肉厚が薄くなっていくため、外部から肉厚が薄くなったことを確認できない。このため、ノズルアタッチメントをランス本体から適宜取り外し、視認によりアタッチメント本体又は材料噴射ノズルの肉厚の変化をチェックする運用指針も示されている。しかし、ランス本体に対するノズルアタッチメントの着脱が面倒であるため、現実に前記チェックはあまり実施されていない。また、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルの肉厚がどの程度薄くなると交換すべきかが曖昧で、作業者により交換の判断が異なっていた。
【０００７】
こうしたことから、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルの肉厚が薄くなることに起因する先端着火又は逆火の発生や溶射体の物性低下を避けることができなかった。特に逆火は、作業者にとって大変危険であり、仮に作業者に被害が及ばないとしてもランスや溶射装置の破損を招く虞がある。また、逆火後に補修作業を再開するまでの時間を要することから、コークス炉の補修作業の作業能率を低下させる問題となっていた。そこで、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルの肉厚が薄くなることに起因する先端着火又は逆火の発生や溶射体の物性低下を抑制又は防止することを目的に、作業者に左右されることなく、客観的に交換時期を把握できるノズルアタッチメントを提供すべく、検討した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
検討の結果開発したものが、先端を閉塞して後端をランスの本体パイプに連通させる中空のアタッチメント本体からパイプ状の材料噴射ノズルを突出させたランスのノズルアタッチメントにおいて、アタッチメント本体又は材料噴射ノズルの一方又は双方の外周面から半径方向内向きに肉厚を薄くした薄肉部を形成したことを特徴とするランスのノズルアタッチメントである。ノズルアタッチメントは、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルが共に内周面から薄くなる。このため、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルが肉厚を一定程度薄くした時点で、まず薄肉部が開口する。これにより、アタッチメント本体及び材料噴射ノズルが一定程度薄くなったことを薄肉部の開口により認識させる。
【０００９】
薄肉部は、アタッチメント本体又は材料噴射ノズルの外周面に表れる輪郭形状や、前記アタッチメント本体又は材料噴射ノズルの半径方向の断面形状を限定しない。しかし、材料噴射ノズルに形成した薄肉部は、材料噴射ノズルの外周面に表れる輪郭形状が噴射口に達しない構成が好ましい。材料噴射ノズルの外周面に表れる輪郭形状が噴射口に達する薄肉部は、噴射口が炉壁に衝突すると、潰れて塞がったり、炉壁又は溶射体が詰まったりして、材料噴射ノズルの肉厚が薄くなっても開口しない虞がある。材料噴射ノズルの外周面に表れる輪郭形状が噴射口に達しない薄肉部は、周囲が囲まれているため、噴射口が炉壁に衝突しても、潰れにくく、炉壁又は溶射体が詰まる虞も少ない。こうして、材料噴射ノズルの外周面に表れる輪郭形状が噴射口に達しない薄肉部は、材料噴射ノズルの肉厚が薄くなれば確実に開口する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のノズルアタッチメントは、材料噴射ノズルの肉厚が一定程度薄くなったことを薄肉部の開口により認識させる。ここで、材料噴射ノズルの肉厚がノズルアタッチメントの交換を要する程度に薄くなると開口するように薄肉部を設定させれば、前記薄肉部の開口を視認すればノズルアタッチメントの交換時期が到来したことを判断させることができる。薄肉部は、アタッチメント本体又は材料噴射ノズルの肉厚に対して任意の深さで設けることができ、前記交換時期を自由に設定できる。また、薄肉部の開口は、ノズルアタッチメントをランスの本体パイプから外さなくても視認できるため、ノズルアタッチメントの交換時期が到来したことを誰でも判断させることができる。
【００１１】
材料噴射ノズルの外周面に表れる輪郭形状が噴射口に達しない薄肉部は、噴射口が炉壁に衝突しても、潰れにくく、炉壁又は溶射体が詰まる虞も少ないため、材料噴射ノズルの肉厚が薄くなれば確実に開口する。これにより、ノズルアタッチメントの交換時期が到来したことを誰でも確実に判断させることができる。反応ガス及び溶射材料は、アタッチメント本体又は材料噴射ノズルの外周面に表れる輪郭形状が小さければ、開口した薄肉部から噴出することはなく、反応ガスの流速低下や拡散を招くことはない。このように、本発明は、反応ガスの流速低下や拡散を招くことなく、ノズルアタッチメントの交換時期を外部から容易かつ確実に判断させる点で優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のノズルアタッチメントを適用したランスの一例を表す斜視図である。
【図２】薄肉部を設けた本例のノズルアタッチメントを表す拡大斜視図である。
【図３】本例の材料噴射ノズルにおいて、開口前の薄肉部付近を破断した図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図４】本例の材料噴射ノズルにおいて、開口後の薄肉部付近を表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図５】本例の材料噴射ノズルにおいて、開口後の薄肉部付近を破断した図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図６】薄肉部を周方向に３個並べて設けた別例１の材料噴射ノズルを表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図７】別例１の材料噴射ノズルにおいて、開口前の薄肉部付近を破断した図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図８】別例１の材料噴射ノズルにおいて、最も肉厚の薄い薄肉部が開口した状態を表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図９】別例１の材料噴射ノズルにおいて、２番目に肉厚の薄い薄肉部が開口した状態を表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図１０】薄肉部を材料噴射ノズルの延在方向に３個並べて設けた別例２の材料噴射ノズルを表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図１１】周方向の傾斜底面を有する薄肉部設けた別例３の材料噴射ノズルを表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図１２】別例３の材料噴射ノズルにおいて、開口前の薄肉部付近を破断した図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図１３】別例３の材料噴射ノズルにおいて、肉厚の薄い傾斜底面の部分が開口した状態を表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図１４】別例３の材料噴射ノズルにおいて、開口した傾斜底面の部分が拡大した状態を表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【図１５】材料噴射ノズルの延在方向の傾斜底面を有する薄肉部を設けた別例４の材料噴射ノズルを表す図２中Ａ矢視部相当拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。本発明のノズルアタッチメント２は、図１に見られるように、従来同様、ランス１を構成するパイプ本体11の先端に装着される。本例のノズルアタッチメント２は、図２に見られるように、先端を閉塞し、後端を前記本体パイプ11に連通させる中空のアタッチメント本体21からパイプ状の材料噴射ノズル22を直交関係で突出させている。ノズルアタッチメント２とパイプ本体11とは、例えば例えばパイプ本体11の内周側に設けた雌ネジに、アタッチメント本体21の外周側に設けた雄ネジを螺合させて接続する。
【００１４】
本例のノズルアタッチメント２は、材料噴射ノズル22の外周面から半径方向内向きに肉厚を薄くした薄肉部３を形成した例である。薄肉部は、アタッチメント本体21の外周面に形成してもよいし、アタッチメント本体21及び材料噴射ノズル22双方の外周面に形成してもよい。アタッチメント本体21の外周面に形成する薄肉部は、材料噴射ノズル22の外周面に形成する薄肉部３と変わりないので、説明を省略する。アタッチメント本体21及び材料噴射ノズル22双方に形成する薄肉部は、深さを異ならせて開口する時期をずらすこともできる。
【００１５】
本例の薄肉部３は、図２及び図３に見られるように、材料噴射ノズル22の外周面に表れる輪郭形状が噴射口221に達しない円形で、前記輪郭形状に同じ底面31を有する。薄肉部３の深さthは、材料噴射ノズル22の肉厚tnの範囲内で自由に設定できる。薄肉部３の開口は、材料噴射ノズル22の残厚tr（＝材料噴射ノズル22の肉厚tn−薄肉部３の深さth）により時期が設定される。深さthの深い薄肉部３は、材料噴射ノズル22の残厚trを薄くするので早く開口する。逆に、深さthの浅い薄肉部３は、材料噴射ノズル22の残厚trを厚くするので開口を遅くする。
【００１６】
補修作業を進めると、材料噴射ノズル22は、噴射される反応ガス及び溶射材料により内周面から摩耗して肉厚tnを薄くし、元の噴射口221から径が拡大した噴射口222となる。その結果、図４及び図５に見られるように、薄肉部３は底面31をなくして（図３及び図５を比較対照）、開口する。通常の場合、薄肉部３が開口した時期をノズルアタッチメント２の交換時期とする。実際には、薄肉部３が開口した時期から直ぐにノズルアタッチメント２の交換を必要としない場合もある。こうした場合、薄肉部３の開口から一定期間内にノズルアタッチメント２を交換する、としてもよい。
【００１７】
本例のように、薄肉部３が１個の場合、薄肉部３が開口する又はしないという二択でしかノズルアタッチメント2の交換時期を設定できない。別例１の材料噴射ノズル22は、図６及び図７に見られるように、深さの異なる３個の薄肉部４a,４b,４cを周方向に並べて設けると、それぞれの開口する時期が異なり、開口した個数によりノズルアタッチメント２の交換時期を変更できる。この場合、深さの異なる薄肉部は、深さの異なることが大事であり、材料噴射ノズル22の外周面に表れる輪郭形状が異なっていてもよい。また、深さの異なる薄肉部は、２個でもよいし、４個以上でもよい。
【００１８】
別例１は、薄肉部４aが最も浅く、薄肉部４cが最も深く、薄肉部４bが両者の中間の深さである。補修作業を進めると、材料噴射ノズル22が内周面から摩耗し、元の噴射口221から径が拡大した噴射口222となる。これにより、図８に見られるように、最も深い薄肉部４cの底面41cがなくなって開口するが、その余の薄肉部４a,４bの底面41b,41cはなお存在するために開口しない。これは、材料噴射ノズル22の摩耗の程度がまだ低いことを意味する。補修対象のコークス炉が高温である場合、反応ガス及び溶射材料の拡散が顕著でなくても先端着火や逆火を招く虞があるので、薄肉部４cが開口する時期をノズルアタッチメント２の交換時期とする方が好ましい。
【００１９】
ノズルアタッチメント２を交換することなく更に補修作業を進めると、材料噴射ノズル22が内周面から更に摩耗し、更に径が拡大した噴射口223となる。これにより、図９に見られるように、薄肉部４cに続いて中間の深さの薄肉部４bまで開口するが、最も浅い薄肉部４aはなお開口しない。この薄肉部４bが開口した時期をノズルアタッチメント２の交換時期とした場合、上記薄肉部４cの開口は、交換時期の注意喚起の意味を有し、例えば薄肉部４cが開口した後、注意してノズルアタッチメント２を使ってもらい、薄肉部４bが開口したらノズルアタッチメント２を交換してもらうとよい。
【００２０】
現場等の判断で、薄肉部４bが開口してもノズルアタッチメント２を使用し続けてもよい。しかし、図示を省略するが、最も浅い薄肉部４aが開口すれば、先端着火や逆火の可能性が非常に高くなるため、ノズルアタッチメント２を交換した方がよい。このように、深さの異なる複数の薄肉部を形成すると、開口した薄肉部の個数に応じて、ノズルアタッチメント２の交換時期を設定できる。これは、現場の判断により、ノズルアタッチメント２の交換時期を適宜変更できることを意味し、ノズルアタッチメント２の交換時期に自由度を与える効果を得る。
【００２１】
別例２の材料噴射ノズル22は、図10に見られるように、深さの異なる薄肉部４a,４b,４cを材料噴射ノズル２の延在方向に並べて形成した例である。別例２のノズルアタッチメント２も、材料噴射ノズル22の摩耗具合により、深い薄肉部４cから底面41cが削られていき、順に開口するため、開口した薄肉部の個数に応じて、ノズルアタッチメント２の交換時期を設定できる。薄肉部４a,４b,４cは、周方向又は材料噴射ノズル22の延在方向に並んでいなくても構わず、摩耗具合に大きな偏りがない限り、任意の位置にそれぞれを形成してもよい。
【００２２】
別例３の薄肉部５は、図11及び図12に見られるように、材料噴射ノズル22の周方向に延在する長尺な溝で、前記周方向の一方向に徐変に深くなる傾斜底面51を有する。傾斜底面51は、湾曲断面であるが、円周に対して斜行することから、便宜上「傾斜」すると表現している。これにより、材料噴射ノズル22が摩耗すると傾斜底面51が削られて開口するものの、摩耗の程度に応じて開口面積が少しずつ広くなることから、開口面積の大きさからノズルアタッチメント２の交換時期を変更できる。この場合、傾斜底面を有する薄肉部は、深さが徐変に変化することが大事であり、延在方向が直線的でなく、例えば蛇行したり、周方向に対して斜行したりしてもよい。
【００２３】
別例３は、上面側（図11及び図12中右側）の傾斜底面51の部分が最も浅く、側面側（図11及び図12中左側）の傾斜底面51の部分が最も深い。補修作業を進めると、材料噴射ノズル22が内周面から摩耗し、元の噴射口221から径が拡大した噴射口222となる。これにより、図13に見られるように、最も深い傾斜底面51の部分がなくなって僅かに開口する。傾斜底面51の開口面積が小さいことは、材料噴射ノズル22の摩耗の程度がまだ低いことを意味する。補修対象のコークス炉が高温である場合、ともかく薄肉部５が開口すれば、ノズルアタッチメント２の交換時期とする方が好ましい。
【００２４】
ノズルアタッチメント２を交換することなく更に補修作業を進めると、材料噴射ノズル22が内周面から更に摩耗し、更に径が拡大した噴射口223となる。これにより、図14に見られるように、薄肉部５は、傾斜底面51の中間付近まで開口するが、なお開口しない部分を残す。傾斜底面51の中間付近まで開口した時期をノズルアタッチメント２の交換時期とした場合、薄肉部５の最初の開口は、交換時期の注意喚起の意味を有し、例えば傾斜底面51の一部が開口した後、注意してノズルアタッチメント２を使ってもらい、傾斜底面51が中間付近まで開口したらノズルアタッチメント２を交換してもらうとよい。
【００２５】
現場等の判断で、傾斜底面51の中間付近まで開口してもノズルアタッチメント２を使用し続けてもよい。しかし、図示を省略するが、傾斜底面51の最も浅い部分まで開口すれば、先端着火や逆火の可能性が非常に高くなるため、ノズルアタッチメント２を交換した方がよい。このように、傾斜底面を有する薄肉部を形成すると、傾斜底面の開口面に応じて、ノズルアタッチメント２の交換時期を細かく設定できる。これは、現場の判断により、ノズルアタッチメント２の交換時期を柔軟に変更できることを意味し、ノズルアタッチメント２の交換時期に自由度を高める効果を得る。
【００２６】
別例４の材料噴射ノズル22は、図15に見られるように、材料噴射ノズル２の延在方向に延びる傾斜底面51を有する薄肉部５を形成した例である。別例４は、上記別例３と異なり、周方向に延在していない傾斜底面51を延在方向に湾曲させる必要はない。しかし、材料噴射ノズル22の内周面に対する残厚が周方向に等しくなるように、傾斜底面51は、延在直交断面が材料噴射ノズル22の中心軸と同軸な円弧断面である。別例４のノズルアタッチメント２も、材料噴射ノズル22の摩耗具合により、傾斜底面51の開口面積が変化し、前記開口面積に応じて、ノズルアタッチメント２の交換時期を設定できる。傾斜底面51の延在方向は自由であるが、材料噴射ノズル22の内周面に対する残厚に偏りが生じないように、別例３の周方向や別例４の材料噴射ノズル22の延在方向に揃える方が好ましい。
【符号の説明】
【００２７】
１  ランス
11  パイプ本体
２  ノズルアタッチメント
21  アタッチメント本体
22  材料噴射ノズル
221  噴射口
222  噴射口
223  噴射口
３  薄肉部
31  底面
４a  薄肉部
41a  底面
４b  薄肉部
41b  底面
４c  薄肉部
41c  底面
５  薄肉部
51  傾斜底面
tn  材料噴射ノズルの肉厚
th  薄肉部の深さ
tr  材料噴射ノズルの残厚
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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