(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、
溶射材料を反応ガスにより圧送する本体パイプに保護パイプを外嵌した二重管構造で、
保護パイプの先端を閉塞し、本体パイプと保護パイプとの隙間に供給した圧縮空気を噴射する空気噴射ノズルを、閉塞した前記先端近傍側面から保護パイプの延在直交方向に突出させたことを特徴とするランス。
【請求項２】
本体パイプは、材料噴射ノズルが本体パイプの延在直交方向に突出するノズルアタッチメントを、前記材料噴射ノズルを本体パイプの断面周方向の角度を自在に設定して着脱させるアタッチメント接続部を先端に、材料供給ホース接続部を基端にそれぞれ設け、
保護パイプは、閉塞した先端近傍側面から保護パイプの延在直交方向に空気噴射ノズルを突出させ、空気供給ホース接続部を基端に設けた請求項１記載のランス。
【請求項３】
本体パイプは、材料噴射ノズルが本体パイプの延在直交方向に突出するノズルアタッチメントを、前記材料噴射ノズルを本体パイプの断面周方向角度自在に着脱させるアタッチメント接続部を先端に、材料供給ホース接続部を基端にそれぞれ設け、
保護パイプは、閉塞した先端近傍側面から保護パイプの延在直交方向に空気噴射ノズルを突出させ、閉塞した基端近傍側面から本体パイプと保護パイプとの隙間に連通する支持パイプを本体パイプの側方に張り出させ、空気供給ホース接続部を前記支持パイプの基端に設けた請求項１記載のランス。
【請求項４】
本体パイプ又は保護パイプの一方又は双方は、側方に補助バーを張り出させた請求項１〜３いずれか記載のランス。
【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（通常、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。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（本発明は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】
ランスの本体パイプは、大部分がコークス炉に差し込まれ、前記大部分が加熱される。ここで、溶射材料及び反応ガスは、吹き付けられる炉壁表面まで発火温度に達しなことを前提に前記炉壁表面で初めて反応するが、本体パイプが加熱されると、溶射材料及び反応ガスの温度も上がり、本体パイプ内で自然発火し逆火が発生する危険性が高くなる。そこで、従来より様々なランス、具体的には本体パイプの冷却手段が提案されている。特許文献１は、熱対策の保護カバーだけでは足りず、水冷手段を備えたランスでは重くなり過ぎる欠点を解消するため、空冷手段を備えたランスを提案している。
【０００４】
特許文献１が開示するランスは、本体パイプ（吹き付けランス）を保護カバーで包み込むと共に、本体パイプと保護カバーとの隙間に冷却用ホースを介装させて構成される空冷手段を備えている（特許文献１［請求項１］ほか）。保護カバーは、先端及び基端いずれも開放しており、冷却用ホースから吐出された圧縮空気（冷却エアー）は、先端から保護ケース外へ放出される（特許文献１［請求項２］ほか）。このほか、本体パイプと保護カバーとの隙間に複数の冷却用ホースを介装させ、基端からそれぞれの挿入深さを異ならせることにより、圧縮空気が本体パイプの全域にわたって吐出されるようにしている（特許文献１［請求項３］ほか）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平11-021557号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１が開示するランスは、何らかの冷却手段が必要ではあるところ、水冷手段を用いると極端にランスが重くなり、取り扱いが不便になることを避けるため、冷却性能に劣るものの重量増を抑制できる空冷手段を採用している（特許文献１［0021］参照）。あまりに長尺なランスは、専用の支持装置に支持し、繰り出しや引き戻し又は自転等の操作にすべて動力が用いられるが、未だ作業者が直接操作するランスが多数ある現在、特許文献１のようにランスの重量を軽減することは重要な課題である。具体的には、ランスが重くなるに連れて、材料噴射ノズルを正確かつ短時間に補修対象となる炉壁表面に移動させる操作性が低下していく。
【０００７】
ところが、特許文献１が開示するランスとても、冷却手段を備えないランスに比べ、保護カバーや冷却用ホースが追加され、重量増になっていることは否めず、これにより操作性が低下していることも間違いない。しかし、これらの要素を省略しては、今度は冷却手段そのものがなくなってしまうことになり、既述した本体パイプの加熱に伴う問題が解消されない。そこで、冷却手段として水冷手段よりも軽量となる空冷手段を採用し、前記空冷手段を備えることにより少なからず重量増となることに伴うランスの操作性を改善すべく、検討することにした。
【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、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において、溶射材料を反応ガスにより圧送する本体パイプに保護パイプを外嵌した二重管構造で、保護パイプの先端を閉塞し、本体パイプと保護パイプとの隙間に供給した圧縮空気を噴射する空気噴射ノズルを、閉塞した前記先端近傍側面から保護パイプの延在直交方向に突出させたランスである。本体パイプは、本体パイプと保護パイプとの隙間に供給した圧縮空気により空冷される。圧縮空気は、単に本体パイプと保護パイプとの隙間に直接送り込んでもよいし、特許文献１が開示するように、別途冷却用ホースを挿入し、前記冷却用ホースから本体パイプと保護パイプとの隙間に送り込んでもよい。
【０００９】
本発明のランスは、特許文献１が開示するランス同様の空冷手段を用いながら、本体パイプを冷却した圧縮空気を、保護パイプの先端から延在方向に放出するのではなく、保護パイプの延在直交方向に突出させた空気噴射ノズルから噴射する点で相違する。このとき、空気噴射ノズルが下方に向いていれば、下方に向けて圧縮空気が噴射されることになる。この下方に向けて噴射された圧縮空気は、ランスの先端側に上向きの推力を発生させ、ランスの先端付近における重量を軽減し、ランスの先端に掛かる下向きのモーメントを小さくすることにより、ランスの操作性を改善する。
【００１０】
本体パイプは、材料噴射ノズルが本体パイプの延在直交方向に突出するノズルアタッチメントを、前記材料噴射ノズルを本体パイプの断面周方向の角度（以下、周方向角度と略する）を自在に設定して着脱させるアタッチメント接続部を先端に、材料供給ホース接続部を基端にそれぞれ設け、保護パイプは、閉塞した先端近傍側面から保護パイプの延在直交方向に空気噴射ノズルを突出させ、空気供給ホース接続部を基端に設けて構成される。
【００１１】
ノズルアタッチメントを周方向角度自在に設定してノズルアタッチメントを着脱させるとは、ノズルアタッチメントをアタッチメント接続部に取り付ける際、材料噴射ノズルの周方向角度を自由に設定できることを意味する。例えば、アタッチメント接続部がテーパ雌ねじ部で、ノズルアタッチメントを構成する短尺パイプの基端にテーパ雄ねじ部が形成されていると、アタッチメント接続部に対するノズルアタッチメントの螺合量によって、材料噴射ノズルの周方向角度が調整できる。
【００１２】
ランスは、例えば溶射ノズルを水平姿勢にしながら、若干上向き又は下向きに姿勢を変えながら使用される。この場合、材料噴射ノズルの周方向角度と空気噴射ノズルの周方向角度との交差角を80度〜100度の範囲で設定すれば、圧縮空気は概ね下向きに噴射され、ランスの操作性を改善する効果を十分享受できる。また、材料噴射ノズルは自由に周方向角度を設定できるので、空気噴射ノズルを下方に向けたまま、材料噴射ノズルの周方向角度を調整すれば、コークス炉の天井、左右両側面又は床面に対してそれぞれ溶射材料を吹き付けることができる。
【００１３】
本体パイプは、材料噴射ノズルが本体パイプの延在直交方向に突出するノズルアタッチメントを、前記材料噴射ノズルを本体パイプの断面周方向の角度を自在に設定して着脱させるアタッチメント接続部を先端に、材料供給ホース接続部を基端にそれぞれ設け、保護パイプは、閉塞した先端近傍側面から保護パイプの延在直交方向に空気噴射ノズルを突出させ、閉塞した基端近傍側面から本体パイプと保護パイプとの隙間に連通する支持パイプを本体パイプの側方に張り出させ、空気供給ホース接続部を前記支持パイプの基端に設けた構成にすると好ましい。
【００１４】
これにより、本体パイプ及び支持パイプの基端側がそれぞれハンドルとなり、ランスの途中を支持する支柱を支点とした上下又は左右の首振りや本体パイプの中心軸線を中心と自転といった操作がしやすくなり、空気噴射ノズルから圧縮空気を噴射してモーメントを小さくする効果と相俟って、ランスの操作性を改善する。本体パイプは、反応ガスによる溶射材料の圧送を円滑にするため、通常直線状であるから、支持パイプは前記本体パイプの側方に張り出すとよい。ここで、本体パイプの側方とは、支持パイプが全体として本体パイプの延在直交方向に張り出しているという意味である。これから、具体的な持ち方を考慮し、支持パイプは、本体パイプの側方に張り出し、基端に向けて本体パイプと平行に折り曲げてもよい。
【００１５】
このほか、本体パイプ又は保護パイプの一方又は双方は、本体パイプの延在直交方向に補助バーを張り出させるとよい。例えば本体パイプ及び保護パイプが共に直線状だった場合、保護パイプから側方に補助バーを張り出させ、保護パイプ及び補助バーを一対のハンドルとする。また、保護パイプの閉塞した基端近傍から支持パイプを本体パイプの側方に張り出した場合、支持パイプを張り出した保護パイプから側方に又は保護パイプの閉塞した基端から突出する本体パイプから側方に、補助バーを張り出させ、支持パイプ及び補助バーを一対のハンドルとする。
【００１６】
特に、本体パイプを中心とする点対称な位置関係に張り出させた支持パイプ及び補助バーは、それぞれ基端側が間隔の開いた左右一対のハンドルとなり、上述したランスの操作をより容易とし、空気噴射ノズルから圧縮空気を噴射してモーメントを小さくすることと相俟って、ランスの操作性をよりよく改善する。具体的な持ち方を考慮し、支持パイプ及び補助バーは、基端に向けて本体パイプと平行に折曲げてもよい。補助バーは、支持パイプと対になってハンドルを構成する部材であるため、中空棒（つまりパイプ）であっても中実棒であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のランスは、本体ノズルを空冷した圧縮空気を、ランスの先端付近に設けた空気噴射ノズルから下方に向けて噴射することにより、前記ランスの先端側に上向きの推力を発生させ、ランスの先端付近における重量を軽減し、ランスの先端に掛かる下向きのモーメントを小さくして、ランスの操作性を改善する。ランスの操作性は、ランス全体を持ち上げる方がより改善されると考えられるが、一般の工場で利用できる圧縮空気の圧力がそれほど高くないことから、ランスの先端付近から圧縮空気を集中的に噴射させることにより、ランスの操作性を最も阻害するモーメントを小さくすることにより、一般の工場で利用できる圧縮空気を最も効果的に利用して、ランスの操作性を改善している。
【００１８】
また、本発明のランスは、本体パイプに沿って圧縮空気を流通させる保護パイプと前記本体パイプとを二重管構造にすることを利用して、保護パイプを本体パイプから分岐した支持パイプを設けたり、更に前記支持パイプと一対になる補助バーを設けたりすることにより、ランス自体の操作が容易になり、圧縮空気を噴射することによる先端付近の重量軽減と相俟って、ランスの操作性をよりよく改善できる。支持パイプや補助バーの追加は、ランス全体に対して重量増となるが、追加される重量はランスの途中を支持する支柱を挟んで手前側であり、先端側の重量を増やすものではなく、前記支点を挟んだモーメントの平衡（バランス）も図られるので、ランスの操作性がよりよく改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用したランスの一例について使用状態を表す斜視図である。
【図２】本例のランスの平面図である。
【図３】本例のランスの側面図である。
【図４】補助バーを省略した別例のランスの図２相当平面図である。
【図５】支持パイプ及び補助バーを省略した別例のランスの図２相当平面図である。
【図６】材料噴射ノズルの向きを180度反転させた本例のランスの図２相当平面図である。
【図７】本例のランスにおける図２中Ａ矢視部拡大水平断面図である。
【図８】本例のランスにおける空気噴射ノズル付近の垂直断面図である。
【図９】本例のランスにおける図８中X−X断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。本発明のランス１は、図１〜図３に見られるように、本体パイプ11に保護パイプ13を外嵌した二重管構造（後掲図７〜図９参照）で、例えば保護パイプ13の基端を閉塞し、前記基端から本体パイプ11を中心とする点対称な位置関係で、一対となる支持パイプ133及び補助バー14を張り出させた構成である。図１〜図３は、空気噴射ノズル131を下方向に向け、材料噴射ノズル121を本体パイプ11の基端側（作業者）から見て左方向に向け、保護パイプ13の基端から１m程の位置を支柱４により支持させたランス１を、作業者が支持パイプ133及び補助バー14をハンドルとして操作する場合を図示している。
【００２１】
本体パイプ11は、先端にアタッチメント接続部111を、基端に材料供給ホース接続部112をそれぞれ設けた直線状の金属製パイプである。本例のランス１は、保護パイプ13に隠れて本体パイプ11がほとんど見えず、保護パイプ13の基端からわずかに突出して見えるのみである。アタッチメント接続部111は、内周にテーパ雌ねじを形成した円筒ブロックからなり、材料噴射ノズル121を突出させたノズルアタッチメント12の取付部位を構成する。本例のアタッチメント接続部111は、本体パイプ11と保護パイプ13との隙間を塞ぎ、保護パイプ13の先端を閉塞する部材を兼ねている（図８参照）。
【００２２】
材料供給ホース接続部112は、材料供給ホース２を接続させる取付部位で、通常カプラが用いられる。カプラは、外嵌されたスリーブを操作しない限り、分離できない。これにより、仮に逆火が発生した場合、ランス１と材料供給ホース２とが分離することがなくなり、溶射材料TSM及び酸素Ｏ2（反応ガス）の供給装置（図示略）から材料供給ホース２が分離するようになり、ランス１を操作する作業者に逆火による被害を及ばないようにすることができる（フェールセーフ）。特に、本例のランス１は、対となる支持パイプ133及び補助バー14をハンドルとして作業者が持つことから、前記支持パイプ133及び補助バー14の中間に位置する材料供給ホース接続部112が作業者の接近しており、こうした安全対策は重要である。
【００２３】
ノズルアタッチメント12は、先端を板材により閉塞し、後端を本体パイプ11に連通させる短尺な金属製パイプに、閉塞した先端近傍から本体パイプ11の延在直交方向に材料噴射ノズル121を突出させた構成で、基端の外周面にテーパ雄ねじ部122を形成している。これにより、テーパ雄ねじ部122を本体パイプ11のアタッチメント接続部111に対して完全に締め付けなくても気密性を確保することができので、螺合量を調整して材料噴射ノズル121の向きを変えることができる。具体的には、空気噴射ノズル131を下方向に向けながら、材料噴射ノズル121を本体パイプ11の基端側から見て左に向けたり（図１及び図２参照）、右に向けたり（図２及び図６比較対照）して、コークス炉の左右両側面に対応できる。
【００２４】
保護パイプ13は、本体パイプ11より短く、かつ内径が本体パイプ11の外径より大きい断面相似な金属製パイプである。本体パイプ11との隙間が開口する保護パイプ13の先端は、アタッチメント接続部111により閉塞し、先端近傍側面に前記隙間に連通する短尺な金属製パイプであるノズル取付部135を設けている。空気噴射ノズル131は、前記ノズル取付部135に着脱自在に螺着する（図８参照）。これにより、供給される圧縮空気Airの圧力に応じて空気噴射ノズル131を交換して、前記圧縮空気Airを噴射するノズル径が調整できるようになる。
【００２５】
本体パイプ11との隙間が開口する保護パイプ13の基端は、板材により閉塞し、基端近傍側面に前記隙間に連通する屈曲する金属製パイプである支持パイプ133を張り出させている（図７参照）。本例の支持パイプ133は、保護パイプ13の基端から手前側に向けて斜め方向に突出させた後、作業者が手に持つ部分を保護パイプ13の延在方向に折り曲げた平面視への字形状である。保護パイプ13は、支持パイプ133の基端に設けた空気供給ホース接続部132に空気供給ホース３を接続し、支持パイプ133を通じて本体パイプ11との隙間に圧縮空気Airの供給を受ける。空気供給ホース接続部132も、上述した材料供給ホース接続部112と同様、カプラを用いている。
【００２６】
本例のランス１は、前記支持パイプ133に対となる補助バー14を保護パイプ13の基端近傍側面から張り出させている。補助バー14は、本体パイプ11との隙間に連通する必要がないが、対となる支持パイプ133との重量バランスを考慮して、同様の金属製パイプで構成している。また、補助バー14の平面視形状は、保護パイプ13を対称軸線とする支持パイプ133の線対称で、保護パイプ13の基端から手前側に向けて斜め方向に突出させた後、作業者が手に持つ部分を保護パイプ13の延在方向に折り曲げた平面視への字形状である。
【００２７】
また、本例のランス１は、本体パイプ11と保護パイプ13との隙間が、本体パイプ11の断面周方向に均等な厚みで形成されるように、本体パイプ11の外面に周方向均等間隔で金属棒からなる隙間保持部材134を３基一組として、本体パイプ11の延在方向に単位長（例えば１m）間隔で設けている（図９参照）。これにより、本体パイプ11と保護パイプ13との隙間に供給される圧縮空気Airに対する空気抵抗が隙間のどの部分でも一様となり、前記圧縮空気Airが円滑に供給され、本体パイプ11を全長にわたって一様に空冷できる。
【００２８】
支持パイプ133及び補助バー14は、ランス１の操作性を改善させるための追加部位であり、本発明に必須構成要素でない。これから、例えば図４に見られるように、補助バー14を省略し、支持パイプ133を保護パイプ13の基端から先端側に寄った位置から張り出させるようにして、保護パイプ13の基端部分と支持パイプ133とを一対のハンドルとしてもよいし、また図５に見られるように、支持パイプ133及び補助バー14を共に省略して、保護パイプ13の基端近傍側面に空気供給ホース接続部132のみを設けるようにしてもよい。
【００２９】
本発明のランス１は、図１及び図７〜図９に見られるように、本体パイプ11の先端にノズルアタッチメント12を接続し、同じく基端に材料供給ホース２を接続して、材料供給ホース２から本体パイプ11、ノズルアタッチメント12を経て本体パイプ11の左方向に突出した材料噴射ノズル121から溶射材料TSM及び酸素Ｏ2を噴射し、支持パイプ133の基端に空気供給ホース３を接続し、前記支持パイプ133を通じて本体パイプ11と保護パイプ13との隙間に圧縮空気Airを供給して本体パイプ11を冷却した後、前記圧縮空気Airを保保護パイプ13の下方向に突出させた空気噴射ノズル131から噴射する。このとき、下方に向けて噴射された圧縮空気がランス１の先端側に上向きの推力を発生させ、ランス１の先端付近における重量を軽減し、ランス１の先端に掛かる下向きのモーメントを小さくして、ランス１の操作性を改善する。
【実施例】
【００３０】
本発明がランスの操作性をどれほど改善するかを確認すべく、実際に実機を制作し、検証した。制作したランスは、前掲図１〜図３に見られる全長６mの構成で、本体パイプに対して異なる外径を有する２種類の保護パイプを外嵌した実施例１及び実施例２である。本発明を適用しないランスについて比較例を用意しなかったが、後述する試験方法によれば、本発明の効果が十分検証できる。
【００３１】
実施例１は、外径21.7mmのステンレス製パイプを本体パイプとし、外径30mm、1.5mm厚のステンレス製パイプを保護パイプとした構成で、圧縮空気を供給する本体パイプと保護パイプとの隙間の断面積は2.03cm2である。実施例２は、本体パイプは実施例１と同じく外径21.7mmのステンレス製パイプを用いながら、外径34mm、1.65mm厚のステンレス製パイプを保護パイプとした構成で、圧縮空気を供給する本体パイプと保護パイプとの隙間の断面積は3.70cm2である。
【００３２】
実施例１及び実施例２のランスは、いずれも材料供給ホース接続部から先端に向かって1.5mの位置を支柱により支持させ、先端を吊り秤に吊り下げて、下方向に向けた空気噴射ノズルから圧縮空気を噴射した際、どれほど先端付近における重量が軽減するかを測定した。実際に使用した吊り秤はデジタル計測タイプで、圧縮空気を噴射しない状態を基準値（０）にオフセットし、圧縮空気を噴射した際にマイナス値として軽減される重量を測定した。ランスの先端付近における重量の軽減が測定できれば、ランスの先端に掛かる下向きのモーメントが小さくなり、ランスの操作性が改善されたことを間接的に推し量ることができる。
【００３３】
実施例１及び実施例２は、着脱自在にした空気噴射ノズルを交換してノズル径（実際に圧縮空気が吹き出す開口径）が4.0mmφ、4.5mmφ、5.0mmφ、5.5mmφ、6.0mmφ及び7.0mmφである場合において、工場内で一般に供給される0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa及び0.7MPaの圧縮空気を順次供給し、それぞれの組み合わせにおける上記ランスの先端付近における重量を測定した。測定結果を表１に示す。表１中に示す数値は、測定された吊り秤により計測された重量の軽減量である。
【００３４】
【表１】
0005660815.tif 000002
【００３５】
表１から、工場内で供給される圧縮空気を本発明のランスに利用した場合、少なくとも520ｇ（実施例１、圧縮空気の圧力0.4MPa、空気噴射ノズルのノズル径4.0mmφ）の重量軽減が、最大1390ｇ（実施例２、圧縮空気の圧力0.7MPa、空気噴射ノズルのノズル径7.0mmφ）の重量軽減が認められ、ランスの先端に掛かる下向きのモーメントが小さくなることが確認された。これは、測定中、圧縮空気を噴射しながら支持パイプ及び補助バーを手に持ってランスを支持した状態から圧縮空気の噴射を停止すると、いきなり先端を下方向に傾けるモーメントが感得できたことからも確認される。
【００３６】
実施例２は、本体パイプと保護パイプとの隙間の断面積が実施例１の２倍弱であるが、重量軽減の程度はさほど変わらない。これから、前記隙間は実施例１の断面積以上であれば、本発明の効果を損ねないと推測される。また、圧縮空気の圧力が0.5MPa以下であると、空気噴射ノズルのノズル径が６mmφである場合が重量軽減のピークである。これから、工場内で供給される圧縮空気の圧力が0.5MPa以下であれば、ノズル径６mmφの空気噴射ノズルを用いることが望ましく、より高い圧力の圧縮空気が供給される場合はノズル径７mmφ以上の空気噴射ノズルを用いて、より多くの重量軽減を図るようにすればよいことが分かる。
【符号の説明】
【００３７】
１  ランス
11  本体パイプ
12  ノズルアタッチメント
13  保護パイプ
14  補助バー
２  材料供給ホース
３  空気供給ホース
４  支柱
Air  圧縮空気
TSM  溶射材料（Thermal Spraying Material）
Ｏ2  酸素（反応ガス）
【図１】
0005660815.tif 000003
【図２】
0005660815.tif 000004
【図３】
0005660815.tif 000005
【図４】
0005660815.tif 000006
【図５】
0005660815.tif 000007
【図６】
0005660815.tif 000008
【図７】
0005660815.tif 000009
【図８】
0005660815.tif 000010
【図９】
0005660815.tif 000011