(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属容器の内外を貫通する孔部を形成する筒状のスリーブ煉瓦を、打撃により穿孔して除去する穿孔工具であって、
前記筒状のスリーブ煉瓦を該筒状の軸方向に沿って打撃するための打撃面部を有し、この打撃面部の略中央に凹面部が形成されたホルダと、
前記打撃面部の外周端部に植設され、打撃により前記スリーブ煉瓦に亀裂を生じさせる複数の外周側ビットと、
この複数の外周側ビットの内側かつ前記凹面部の外周端部側に植設され、前記外周側ビットの打撃により生じた前記スリーブ煉瓦の亀裂片を、前記凹面部の中央側に押し込む複数の内周側ビットとを備え、
前記ホルダは、前記打撃面部の法線方向の軸周りに回転し、
さらに前記ホルダは、前記打撃面部の外周縁で交差する側面部を有し、
この側面部には、前記打撃面部の法線方向に稜線部が延びる略楔形の側面ビットが植設され、
前記外周側ビットおよび前記内周側ビットの先端は平坦化され、
前記外周側ビットは、先端に稜線部が形成された略楔形状とされ、ホルダの回転接線方向に前記稜線部が倣うように配置され、
前記内周側ビットは先端側が円錐台状に形成されている
ことを特徴とする穿孔工具。
【請求項２】
請求項１に記載の穿孔工具において、
前記外周側ビット、前記内周側ビットおよび前記側面ビットのうち、少なくともいずれかのビットは、
該ビットが植設される植設孔周りに拡開形成されたテーパ穴に溶接により溶接金属が充填されて固定されている
ことを特徴とする穿孔工具。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の穿孔工具において、
前記ホルダは、前記打撃面部の法線方向の軸周りに回転し、
前記ホルダの打撃基端側には、該ホルダに対して遊嵌状態で環状部材が設けられ、
この環状部材の外周面には、刃先が打撃方向に沿って延びて、残存したスリーブ煉瓦を割断する割断刃が設けられている
ことを特徴とする穿孔工具。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の穿孔工具を備え、前記スリーブ煉瓦を交換するスリーブ煉瓦の交換装置であって、
前記溶融金属容器の外側を前後移動する台車と、
この台車上において、当該台車の移動方向と略直交する方向に横行自在に設けられた横行架台と、
この横行架台上に旋回可能に設けられた旋回テーブルと、
この旋回テーブルの上方にて傾動可能に設けられた傾動フレームと、
この傾動フレーム上にて、互いに平行に配置され、一体に上下動および傾動が可能とされた工具ブームおよびスリーブブームとを備えており、
前記工具ブームには、前記穿孔工具が取り付けられて、当該穿孔工具を前進後退させる工具ブーム用シリンダと、当該穿孔工具に振動力および回転力を与えるドリフターユニットとが設けられ、
前記スリーブブームには、このスリーブブームの先端にて交換用のスリーブ煉瓦を保持するスリーブ支持具と、このスリーブ支持具が取り付けられたスリーブ挿入フレームと、
このスリーブ挿入フレームを前進後退させるスリーブブーム用シリンダとが設けられ、
前記穿孔工具および前記スリーブ支持具を三次元空間の任意の方向に移動可能としている
ことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置。
【請求項５】
請求項４に記載のスリーブ煉瓦の交換装置において、
前記台車の前方かつ下方には、前記台車の前記移動方向に伸縮可能で、かつ、上下方向に移動可能な作業デッキが設けられている
ことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のスリーブ煉瓦の交換装置において、
前記台車の前方かつ上方には、前記台車の前方へ向けて張り出した保護屋根が設けられており、
この保護屋根の前方部は、前記台車の前記移動方向に伸縮可能となっている
ことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置。
【請求項７】
請求項６に記載のスリーブ煉瓦の交換装置において、
前記保護屋根の前方かつ下側には、前記台車の前記移動方向と直交する方向に横行可能な揚重装置が設けられている
ことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置。
【請求項８】
請求項４ないし請求項７のいずれかに記載のスリーブ煉瓦の交換装置において、
前記工具ブームおよび前記スリーブブームのそれぞれの軸心を含む面上に、各軸心と平行な芯出し用の光線を照射する芯出装置を備えている
ことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置。
【請求項９】
請求項８に記載のスリーブ煉瓦の交換装置を用いて、出鋼孔を備えた溶融金属容器における前記出鋼孔を形成する筒状のスリーブ煉瓦を、熱間で交換するスリーブ煉瓦の交換方法であって、
前記スリーブ煉瓦の軸心と一致するように、芯出し用の光線を照射して芯出しを行って、前記工具ブームの姿勢を調整する工程と、
初期段階では前記穿孔工具の打撃および回転により前記スリーブ煉瓦を穿孔し、終期段階から貫通時までは前記穿孔工具の打撃の頻度を低減させ、かつ、回転主体で前記穿孔工具を繰り返し前進後退させて、前記スリーブ煉瓦を穿孔する工程と、
前記横行架台を横行させて前記スリーブブームを穿孔後の孔に正対させ、交換用のスリーブ煉瓦を挿入する工程とを具備した
ことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換方法。
【請求項１０】
請求項４に記載のスリーブ煉瓦の交換装置を用いて、羽口を備えた溶融金属容器における前記羽口を形成する筒状のスリーブ煉瓦を、熱間で交換するスリーブ煉瓦の交換方法であって、
前記台車の前方かつ下方に設けられ、前記台車の前記移動方向に伸縮可能で、かつ、上下方向に移動可能な作業デッキ
および
前記台車の前方かつ上方に設けられ、前記台車の前方へ向けて張り出した保護屋根
の前方部を前記溶融金属容器の外面と近接する位置まで伸張して作業環境を確保する工程と、
前記溶融金属容器の底部に設けられた部材を取り外して、保護屋根の前方かつ下側に設けられ、前記台車の前記移動方向と直交する方向に横行可能な揚重装置により搬出する工程と、
前記工具ブームおよび前記スリーブブームのそれぞれの軸心を含む面上に備えている、各軸心と平行な芯出し用の光線を照射する芯出装置を用い、前記スリーブ煉瓦の軸心と一致するように、芯出し用の光線を照射して芯出しを行って、前記工具ブームの姿勢を調整する工程と、
穿孔工具の打撃および回転により前記スリーブ煉瓦および前記溶融金属容器内の残留物を穿孔する工程と、
前記横行架台を横行させて前記スリーブブームを穿孔後の孔に正対させ、交換用のスリーブ煉瓦を挿入する工程と、を具備した
ことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば転炉などの溶融金属容器の内外を貫通する孔部を形成する筒状のスリーブ煉瓦を、打撃により穿孔して除去する穿孔工具、及び、この穿孔工具を備えたスリーブ煉瓦の交換装置、並びに、この交換装置を用いたスリーブ煉瓦の交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、溶融金属容器はその内壁の耐火物の損傷が甚だしく、特に製鋼用転炉の出鋼孔や、酸素その他のガスを吹き込む羽口（ノズル部）の痛みが激しい。このため、当該出鋼孔や羽口におけるスリーブ煉瓦を損傷の都度交換することにより局部補修を行っている。
【０００３】
従来、上記スリーブ煉瓦を交換する場合、出鋼終了後の高温状態のスリーブ煉瓦を作業者がブレーカーで破砕除去していたが、このような高温環境での作業は危険を伴い、また、高い取り付け精度が要求されるスリーブ煉瓦を交換することに多大の労力を要していた。このため、スリーブ煉瓦の交換に長時間を要し、この結果、炉の稼働率を低減させ、生産性を低下させる原因となっていた。さらにスリーブ煉瓦が大型化することに伴って、人力による装着作業も困難となっていた。
【０００４】
このような問題に際して、従来、溶融金属容器におけるスリーブ煉瓦を回転により切り取り除去する刃具（穿孔工具）を備えたスリーブ煉瓦交換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の構成において、スリーブ煉瓦交換装置は、刃具を先端に回転可能に装着する刃具基台と、この刃具基台が前後進自在に搭載されたガイドフレームと、このガイドフレームを水平横行・昇降・俯仰・旋回自在に保持する移動台車もしくは固定架台とを備えている。そして、刃具は、有底円筒状に形成され、開口端面部に刃先が設けられている。また、刃先から内底までの深さは少なくともスリーブ煉瓦厚み以上とされている。
【０００５】
このようなスリーブ煉瓦交換装置では、スリーブ煉瓦に対し刃具を押し当てた後、当該刃具に回転力及び推進力さらには打槌しながら、ガイドフレームにて刃具基台を前進させることにより、熱間において円筒状コアを切り取り除去することが可能とされている。
すなわち、有底円筒状の刃具を回転、推進および打槌させることにより、この有底円筒の開口端面部に設けられた刃先にてスリーブ煉瓦を切削し、切削されたスリーブ煉瓦は順次刃具の内部に入り込む。そして、最終的にスリーブ煉瓦の中央部が円筒状コアとして切り取られるというものである。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１５８４８９号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の構成では、刃具が有底円筒状であるために、スリーブ煉瓦の切削作業における終期において、刃具の内周面とスリーブ煉瓦との間で大きな摩擦抵抗が発生してしまい、スムーズに切削できなくなるおそれがある。これにより、切削に要する時間が長くなるおそれがある。また、当該摩擦抵抗のために刃具の回転に大きな回転トルクが必要となり、刃具の基端部に大きな負荷が掛かってしまう。結果として、刃具の寿命が短くなり、頻繁に取り替えなければならなくなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述したような問題点に鑑みて、寿命を延ばすことができかつ作業時間を短縮化できる穿孔工具、この穿孔工具を備えたスリーブ煉瓦の交換装置、および、この交換装置を用いたスリーブ煉瓦の交換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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、溶融金属容器の内外を貫通する孔部を形成する筒状のスリーブ煉瓦を、打撃により穿孔して除去する穿孔工具であって、前記筒状のスリーブ煉瓦を該筒状の軸方向に沿って打撃するための打撃面部を有し、この打撃面部の略中央に凹面部が形成されたホルダと、前記打撃面部の外周端部に植設され、打撃により前記スリーブ煉瓦に亀裂を生じさせる複数の外周側ビットと、この複数の外周側ビットの内側かつ前記凹面部の外周端部側に植設され、前記外周側ビットの打撃により生じた前記スリーブ煉瓦の亀裂片を、前記凹面部の中央側に押し込む複数の内周側ビットとを備え、前記ホルダは、前記打撃面部の法線方向の軸周りに回転し、さらに前記ホルダは、前記打撃面部の外周縁で交差する側面部を有し、この側面部には、前記打撃面部の法線方向に稜線部が延びる略楔形の側面ビットが植設され、前記外周側ビットおよび前記内周側ビットの先端は平坦化され、前記外周側ビットは、先端に稜線部が形成された略楔形状とされ、ホルダの回転接線方向に前記稜線部が倣うように配置され、前記内周側ビットは先端側が円錐台状に形成されていることを特徴とする穿孔工具である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の穿孔工具において、前記外周側ビット、前記内周側ビットおよび前記側面ビットのうち、少なくともいずれかのビットは、該ビットが植設される植設孔周りに拡開形成されたテーパ穴に溶接により溶接金属が充填されて固定されていることを特徴とする穿孔工具である。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の穿孔工具において、前記ホルダは、前記打撃面部の法線方向の軸周りに回転し、前記ホルダの打撃基端側には、該ホルダに対して遊嵌状態で環状部材が設けられ、この環状部材の外周面には、刃先が打撃方向に沿って延びて、残存したスリーブ煉瓦を割断する割断刃が設けられていることを特徴とする穿孔工具である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の穿孔工具を備え、前記スリーブ煉瓦を交換するスリーブ煉瓦の交換装置であって、前記溶融金属容器の外側を前後移動する台車と、この台車上において、当該台車の移動方向と略直交する方向に横行自在に設けられた横行架台と、この横行架台上に旋回可能に設けられた旋回テーブルと、この旋回テーブルの上方にて傾動可能に設けられた傾動フレームと、この傾動フレーム上にて、互いに平行に配置され、一体に上下動および傾動が可能とされた工具ブームおよびスリーブブームとを備えており、前記工具ブームには、前記穿孔工具が取り付けられて、当該穿孔工具を前進後退させる工具ブーム用シリンダと、当該穿孔工具に振動力および回転力を与えるドリフターユニットとが設けられ、前記スリーブブームには、このスリーブブームの先端にて交換用のスリーブ煉瓦を保持するスリーブ支持具と、このスリーブ支持具が取り付けられたスリーブ挿入フレームと、このスリーブ挿入フレームを前進後退させるスリーブブーム用シリンダとが設けられ、前記穿孔工具および前記スリーブ支持具を三次元空間の任意の方向に移動可能としていることを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスリーブ煉瓦の交換装置において、前記台車の前方かつ下方には、前記台車の前記移動方向に伸縮可能で、かつ、上下方向に移動可能な作業デッキが設けられていることを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置である。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載のスリーブ煉瓦の交換装置において、前記台車の前方かつ上方には、前記台車の前方へ向けて張り出した保護屋根が設けられており、この保護屋根の前方部は、前記台車の前記移動方向に伸縮可能となっていることを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置である。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のスリーブ煉瓦の交換装置において、前記保護屋根の前方かつ下側には、前記台車の前記移動方向と直交する方向に横行可能な揚重装置が設けられていることを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置である。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項４ないし請求項７のいずれかに記載のスリーブ煉瓦の交換装置において、前記工具ブームおよび前記スリーブブームのそれぞれの軸心を含む面上に、各軸心と平行な芯出し用の光線を照射する芯出装置を備えていることを特徴とするスリーブ煉瓦の交換装置である。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のスリーブ煉瓦の交換装置を用いて、出鋼孔を備えた溶融金属容器における前記出鋼孔を形成する筒状のスリーブ煉瓦を、熱間で交換するスリーブ煉瓦の交換方法であって、前記スリーブ煉瓦の軸心と一致するように、芯出し用の光線を照射して芯出しを行って、前記工具ブームの姿勢を調整する工程と、初期段階では前記穿孔工具の打撃および回転により前記スリーブ煉瓦を穿孔し、終期段階から貫通時までは前記穿孔工具の打撃の頻度を低減させ、かつ、回転主体で前記穿孔工具を繰り返し前進後退させて、前記スリーブ煉瓦を穿孔する工程と、前記横行架台を横行させて前記スリーブブームを穿孔後の孔に正対させ、交換用のスリーブ煉瓦を挿入する工程とを具備したことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換方法である。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、請求項４に記載のスリーブ煉瓦の交換装置を用いて、羽口を備えた溶融金属容器における前記羽口を形成する筒状のスリーブ煉瓦を、熱間で交換するスリーブ煉瓦の交換方法であって、前記台車の前方かつ下方に設けられ、前記台車の前記移動方向に伸縮可能で、かつ、上下方向に移動可能な作業デッキおよび前記台車の前方かつ上方に設けられ、前記台車の前方へ向けて張り出した保護屋根の前方部を前記溶融金属容器の外面と近接する位置まで伸張して作業環境を確保する工程と、前記溶融金属容器の底部に設けられた部材を取り外して、前記保護屋根の前方かつ下側に設けられ、前記台車の前記移動方向と直交する方向に横行可能な揚重装置により搬出する工程と、前記工具ブームおよび前記スリーブブームのそれぞれの軸心を含む面上に備えている、各軸心と平行な芯出し用の光線を照射する芯出装置を用い、前記スリーブ煉瓦の軸心と一致するように、芯出し用の光線を照射して芯出しを行って、前記工具ブームの姿勢を調整する工程と、穿孔工具の打撃および回転により前記スリーブ煉瓦および前記溶融金属容器内の残留物を穿孔する工程と、前記横行架台を横行させて前記スリーブブームを穿孔後の孔に正対させ、交換用のスリーブ煉瓦を挿入する工程と、を具備したことを特徴とするスリーブ煉瓦の交換方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の上記穿孔工具によれば、穿孔工具の寿命を延ばすことができ、かつ、スリーブ煉瓦の穿孔作業を短時間で実施できる。
すなわち、上記穿孔工具によれば、スリーブ煉瓦の穿孔作業において、スリーブ煉瓦の貫通孔を拡開する状態に切削を進行でき、この際、一度砕かれた亀裂片はスリーブ煉瓦を破砕している部分へ再び押し込まれることが少ない。このため、穿孔工具の軸ぶれが少なくなり、スリーブ煉瓦に対して高精度で穿孔処理を施すことができる。また、外周側ビットおよび内周側ビットはそれぞれスリーブ煉瓦の切削と押し出しの別々の機能を有し、かつ、一度砕かれた亀裂片が切削の障害になることもないので、穿孔工具は余分な外力を受けることもなくスムーズに切削できる。これにより、スリーブ煉瓦を迅速に穿孔でき、さらに、穿孔工具の各部が受けるダメージを極力減らすことができる。このため、穿孔工具の寿命を延ばすことができ、穿孔工具の取り替え回数を減少できる。さらに、穿孔工具に打撃力を与える装置側の負荷をも低減できるので、当該装置側の寿命を延ばすことができる。
例えば、転炉などの溶融金属容器におけるスリーブ煉瓦を除去して交換する場合、スリーブ煉瓦の穿孔に要する時間を短縮できることから、全体の作業時間を短縮化できる。結果として、当該スリーブ煉瓦を交換するために転炉の操業を停止しておく期間が短くて済むので、転炉の操業時間を長く確保することができる。
【００２５】
また、本発明によれば、スリーブ煉瓦の穿孔時に、各ビットの先端とスリーブ煉瓦との当接面積が大となり、スリーブ煉瓦の当接部に対して一度の衝撃動作で複数本の亀裂を生じさせることができる。このため、外周側ビットおよび内周側ビットのそれぞれの先端部が早期に損耗してしまうことを防ぐことができると共に、穿孔速度を向上できる。
したがって、穿孔工具の寿命を延ばすことができ、かつ、作業時間を短縮化できる。結果として、スリーブ煉瓦を交換するために転炉の操業を停止しておく期間が短くなり、転炉の操業時間を長く確保することができる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、例えば、転炉などの溶融金属容器におけるスリーブ煉瓦の穿孔時に、当該楔形における稜線部にてスリーブ煉瓦に直線状の切れ込みを形成して破砕することができる。また、スリーブ煉瓦とこれを保持する転炉の一部との間に地金が存在する場合でも、この地金を切り込んで破砕することができる。このため、スリーブ煉瓦の穿孔速度を向上でき、かつ、穿孔工具が軸ぶれすることなく精密な穿孔を実現できる。そして、従来のように、スリーブ煉瓦を除去した後に残った地金に対して、作業者が別途ブレーカーにより除去作業を行う必要もないので、作業時間を大幅に短縮できる。
【００２７】
そして、本発明によれば、スリーブ煉瓦の穿孔時には、外周側ビットにて、円筒状のスリーブ煉瓦の内周面をスリーブ煉瓦の周方向に沿って切り崩すことができ、スリーブ煉瓦の切削効率をさらに向上できる。
加えて、本発明によれば、例えば、転炉などの溶融金属容器におけるスリーブ煉瓦の穿孔時に、スリーブ煉瓦とこれを保持する転炉の一部との間に不規則な形状の地金が存在する場合でも、スリーブ煉瓦の軸方向に沿って側面ビットが当該地金に切り込むので、ホルダの軸ぶれを防ぐことができる。このため、穿孔の精度を向上させることができる。また、側面ビットにて、当該地金やスリーブ煉瓦との摩擦により、ホルダの側面部が損耗することを防止できる。このため、穿孔工具の寿命をさらに延ばすことができる。
【００３０】
請求項２に記載の本発明によれば、高温においても各ビットのホルダに対する良好な固着状態を得ることができる。各ビットの材料として、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト粉末（Ｃｏ）をバインダーとして加えた超硬合金を用いた場合、８００〜１０００℃の温度環境下でも良好な固着状態を得ることができる。このため、高温環境においても破損することなく繰り返して使用できる。また、高温環境ではスリーブ煉瓦や地金が脆弱な状態となっており、かつ、各ビットの固着状態も安定しているので、高効率で穿孔作業を行うことができる。したがって、穿孔工具の寿命を延ばすことができ、かつ、作業時間を短縮化できる。
【００３１】
請求項３に記載の本発明によれば、穿孔動作において、外周側ビットおよび内周側ビットにより切削された後に残存したスリーブ煉瓦に対して、環状部材の複数の割断刃が突き刺さる。そして、環状部材は、ホルダに対して遊嵌状態で設けられているので、ホルダが回転しても環状部材は回転せず、ホルダに与えられた打撃力のみがスリーブ煉瓦の残部に伝達する。これにより、スリーブ煉瓦の残部を、複数の割断刃にてスリーブ煉瓦の軸方向に沿って縦に割断できる。したがって、例えば、転炉などの溶融金属容器において、外周面がテーパ状に形成された羽口のスリーブ煉瓦に対して、作業者が別途のブレーカーなどにてスリーブ煉瓦の残部を除去せずとも、穿孔工具にて一度に全て除去することができるので、穿孔動作を迅速かつ高効率で行うことができる。
【００３２】
請求項４に記載の本発明のスリーブ煉瓦の交換装置によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の上記穿孔工具と同様に、穿孔工具の寿命を延ばすことができ、かつ、作業時間を短縮化できる。さらに、穿孔工具がスリーブ煉瓦側から余分な外力を受けないので、穿孔工具に打撃力を与えるドリフターユニットの負荷をも低減でき、このため、交換装置全体の寿命を延ばすことができる。そして、工具ブームおよびスリーブブームが傾動フレームに設けられているので、例えば、一度工具ブームで芯出しすればスリーブブームで再び芯出しする必要がなくなるため、作業時間を短縮できる。また、高温状態のスリーブ煉瓦に対して、作業者が別途のブレーカーで破砕除去することなく、穿孔工具にて高速かつ高精度で除去でき、更に、スリーブブームにて新たなスリーブ煉瓦を挿入することができる。このため、スリーブ煉瓦を容易かつ迅速に交換することができる。
例えば、転炉などの溶融金属容器において、出鋼終了後の高温状態のスリーブ煉瓦に対しても容易かつ迅速に交換作業を実施できるので、転炉の稼働率が低減することを防ぐことができる。また、従来のように、高温状態の転炉におけるスリーブ煉瓦の交換作業を作業者が直接行わずに済むので、作業者の安全性を確保することができる。
【００３３】
請求項５に記載の本発明によれば、スリーブ煉瓦の交換作業において、作業者の足場を確保することができ、作業状況に合わせて好適な作業位置に調整できる。例えば、断崖状の空間に配置された転炉のような溶融金属容器に対して作業を行う場合でも、交換装置を断崖状の地面縁まで配置しさらに作業デッキを伸張させれば、足場となる地面がないところでも作業者の足場を確保することができる。
【００３４】
請求項６に記載の本発明によれば、スリーブ煉瓦の交換作業において、例えば、上部からの落下物より作業者を保護することができる。したがって、作業中の作業者の安全を確保することができる。
【００３５】
請求項７に記載の本発明によれば、例えば、揚重装置として転炉底部の治具などを吊り下げ可能なフックを備えたホイストを用いた場合、当該フックに当該治具を吊り下げて、これを作業者の作業の邪魔にならない場所まで移動すれば、交換作業をスムーズに行うことができる。
【００３６】
請求項８に記載の本発明によれば、例えば、芯出装置により、芯の位置を目で確認しながら作業できるので高精度に芯出しすることができる。これにより、スリーブ煉瓦を高精度に穿孔することができ、さらに新たなスリーブ煉瓦を穿孔後に形成された孔に正確に挿入することができる。特に、光線軸をスリーブ煉瓦の軸心に一致させれば、横行架台をスライドするだけで工具ブームおよびスリーブブームのそれぞれの軸心をスリーブ煉瓦の軸心に一致させることができるので、スリーブ煉瓦の交換動作を迅速かつ容易に行うことができる。
【００３７】
請求項９に記載の本発明のスリーブ煉瓦の交換方法によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の上記穿孔工具と同様に、穿孔工具の寿命を延ばすことができ、かつ、作業時間を短縮化できる。そして、熱間にて、穿孔の初期段階ではスリーブ煉瓦を高速で切削することができ、さらに、穿孔の終期段階から貫通時まではスリーブ煉瓦および地金を共に切削できる。特に、不規則な形状の地金を切削する場合においても、穿孔工具にて軸ぶれすることなく高精度に切削することができる。このように、従来の作業のように終期段階がネックにならず、別途のブレーカーでの破砕除去の必要もない。したがって、一つの穿孔工具にて地金を避けることなく一度にスリーブ煉瓦の穿孔作業を行うことができるので、時間のロスが無く高効率であり、結果として転炉の操業時間を長く確保することができる。
【００３８】
請求項１０に記載の本発明のスリーブ煉瓦の交換方法によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の上記穿孔工具と同様に、穿孔工具の寿命を延ばすことができ、かつ、作業時間を短縮化できる。そして、熱間にて、転炉の底部に残存する容器内残存物およびスリーブ煉瓦を一度の動作で穿孔できるので、従来のようにスリーブ煉瓦の穿孔後、作業者がジェットランスやブレーカーなどを用いて容器内残存物を破砕していた構成に比べて、非常に安全でありかつ作業効率を大幅に向上できる。したがって、羽口におけるスリーブ煉瓦の交換を短時間で完了することができ、結果として転炉の操業時間を長く確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（１）第１実施形態
以下に、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るスリーブ煉瓦の交換装置を模式的に示した側面図であり、図２はその平面図である。
【００４０】
(1-1)スリーブ煉瓦の交換装置１の全体構成
図１および２において、交換装置１は、高温状態の転炉における出鋼孔のスリーブ煉瓦を、打撃により穿孔・除去し、新たなスリーブ煉瓦に交換する装置である。
この交換装置１は、台車１０と、横行架台２０と、旋回テーブル３０と、傾動フレーム４０と、工具ブーム５０と、スリーブブーム６０と、芯出装置７０と、駆動源８０と、穿孔工具９０とを備えている。そして、交換装置１は、穿孔工具９０および後述するスリーブ支持具６１を三次元空間の任意の方向に移動可能としている。
【００４１】
台車１０は、図１に示すように、フレーム部１１、および、このフレーム部１１を移動させる移動部１２を備え、転炉の外側を前後移動可能とされている。なお、以下において、台車１０の前進方向を前方向、台車１０の後退方向を後方向、台車１０の前進方向に対して右を右方向、台車１０の前進方向に対して左を左方向と称して説明する。
【００４２】
フレーム部１１は、図１に示すように、例えば、略矩形状の底部１１１、この底部の四隅に立設された複数の支柱１１２、および、これら支柱１１２の上端部に連結された天井部１１３を備えた構造である。このようなフレーム部１１には、作業デッキ１３と、保護屋根１４と、ホイスト１５（揚重装置）とが設けられている。
【００４３】
移動部１２は、図示を省略したが、フレーム部１１底部の前後端部に回転可能に設けられるスプロケットおよびアイドラと、これらスプロケットおよびアイドラに巻装されるクローラを備えた走行装置として構成され、スプロケットに設けられる油圧モータによって駆動されることにより、フレーム部１１を前後方向に走行させる。
【００４４】
作業デッキ１３は、図１および２に示すように、台車１０における底部１１１の前方において、前後方向に沿って伸縮可能で、かつ、上下方向に移動可能に設けられている。この作業デッキ１３は、後述するスリーブ煉瓦の交換作業において、作業者の足場として利用できるようになっている。
【００４５】
保護屋根１４は、図１および２に示すように、台車１０における天井部１１３の前方において、前方向へ向けて張り出した状態で設けられており、この保護屋根の前方には前後方向に沿って伸縮可能なガード１４１（前方部）が設けられている。このガード１４１により、後述するスリーブ煉瓦の交換作業において、上部からの落下物より作業者を保護することが可能となっている。
【００４６】
ホイスト１５は、図１に示すように、保護屋根１４の前方かつ下側において、前後左右方向に横行可能に設けられている。このようなホイスト１５は、フック１５１に転炉の炉底カバーや治具などの対象物を吊り下げて、当該対象物を上下させると共に前後左右方向に移動可能としている。
【００４７】
横行架台２０は、図２に示すように、台車１０の底部１１１上に設けられた４つのスライド軸受２１、および、これらスライド軸受２１に支持されて左右方向に沿って延びたスライド軸２２を介して、底部１１１上にて左右方向に横行自在に設けられている。そして、底部１１１上に設けられた横行シリンダ２３の作動により、横行架台２０と共に当該架台上に積載された各装置が横行可能とされている。
【００４８】
旋回テーブル３０は、横行架台２０の上方において旋回可能に設けられた略円状のテーブルである。そして、旋回モータ３１（図１参照）の作動により、旋回テーブル３０と共に当該テーブル上に積載された各装置が旋回可能になっている。
【００４９】
傾動フレーム４０は、旋回テーブル３０の上方に設けられ、工具ブーム５０およびスリーブブーム６０を傾動可能に支持する。
すなわち、傾動フレーム４０は、図１に示すように、旋回テーブル３０の上方に取り付けられた本体部４１と、この本体部４１に傾動ピン４２，４３を介して傾動可能に連結された傾動シリンダ４４，４５と、これら傾動シリンダ４４，４５のそれぞれの上端に取り付けられたブーム連結ロッド４６，４７とを備えている。ブーム連結ロッド４６，４７は互いに平行に配設され、これらブーム連結ロッド４６，４７上には工具ブーム５０およびスリーブブーム６０が所定の間隔を置いて互いに平行に取り付けられている。これにより、ブーム連結ロッド４６，４７に直交する状態で取り付けられた工具ブーム５０およびスリーブブーム６０が、傾動シリンダ４４，４５のいずれか一方の作動により傾動可能となり、また、傾動シリンダ４４，４５の双方同時の作動により昇降可能となっている。
【００５０】
工具ブーム５０は、傾動フレーム４０の動作により、スリーブブーム６０と共に一体に上下動および傾動が可能とされている。このような工具ブーム５０は、図１に示すように、先端に穿孔工具９０が取り外し可能な状態で取り付けられるドリフターロッド５１と、このドリフターロッド５１の基端側に設けられたドリフターユニット５２と、このドリフターユニット５２を内部に収容するドリフターフレーム５３と、ドリフターフレーム５３を前進後退させる工具ブーム用シリンダ５４と、を備えている。
【００５１】
ドリフターロッド５１は、先端側が円筒状とされ、その内周面に雌ねじが螺設されている（図３参照）。この雌ねじには、穿孔工具９０の後述するホルダ９１が螺合されるようになっている。
ドリフターユニット５２は、ドリフターロッド５１の軸方向に沿う打撃力、および、ドリフターロッド５１の軸を中心とした回転力を、ドリフターロッド５１を介して穿孔工具９０に付与する。このドリフターユニット５２による打撃力は例えば８８０Ｊとされ、その打撃数は例えば２８００ｂｐｍとされている。また、ドリフターユニット５２による回転力は例えば４９００〜９８００Ｎ・ｍとされ、その回転数は例えば４０〜８０ｍｉｎ−１とされている。
工具ブーム用シリンダ５４は、ドリフターロッド５１の軸方向に沿ってドリフターフレーム５３を前進後退させることにより、穿孔工具９０を前進後退させることが可能となっている。
【００５２】
スリーブブーム６０は、傾動フレーム４０の動作により、工具ブーム５０と共に一体に上下動および傾動が可能とされている。このようなスリーブブーム６０は、図２に示すように、先端にて交換用のスリーブ煉瓦Ｓを保持可能なスリーブ支持具６１と、このスリーブ支持具６１の基端側を保持するスリーブ挿入フレーム６２と、このスリーブ挿入フレーム６２を前進後退させるスリーブブーム用シリンダ６３とを備えている。
【００５３】
スリーブ支持具６１は、図２に示すようなスリーブ煉瓦Ｓの貫通孔に挿入可能な突起状に形成される構成や、スリーブ煉瓦Ｓの端部を把持する図示しない把持機構を備えた構成などが採用可能である。
スリーブブーム用シリンダ６３は、スリーブ挿入フレーム６２を介してスリーブ支持具６１を前進後退させ、これにより、スリーブ煉瓦Ｓが前進後退可能となっている。
【００５４】
芯出装置７０は、工具ブーム５０およびスリーブブーム６０のそれぞれの軸心を結ぶ面内、すなわち、例えば図２に示すように、ブーム連結ロッド４６における工具ブーム５０とスリーブブーム６０との中間位置に設けられている。そして、この芯出装置７０は、工具ブーム５０およびスリーブブーム６０のそれぞれの軸心と平行する芯出し用のレーザービームを照射可能とされている。これにより、後述するスリーブ煉瓦の交換作業において、芯出装置７０の光線軸と穿孔対象のスリーブ煉瓦の軸心とを一致させれば、横行架台２０を左右方向にスライドさせることにより、工具ブーム５０およびスリーブブーム６０のそれぞれの軸心と当該スリーブ煉瓦の軸心とが一致するようになっている。
【００５５】
駆動源８０は、例えばディーゼルエンジンなどであり、図１および図２に示すように、台車１０の底部１１１の後方に設けられている。この駆動源８０の前方かつ底部１１１上には、駆動源８０からの動力伝達により作動する油圧ポンプ８１が設けられている。この油圧ポンプ８１から図示しない配管を介して供給される油圧により、移動部１２や、作業デッキ１３、ガード１４１、ホイスト１５、横行シリンダ２３、旋回モータ３１、傾動シリンダ４４，４５、工具ブーム５０、スリーブブーム６０などの各部が駆動可能とされている。
【００５６】
(1-2)穿孔工具９０の構成
次に、穿孔工具９０の具体的な構成について図面に基づいて説明する。図３は本実施形態における穿孔工具を示す側断面図であり、図４はその平面図である。
【００５７】
穿孔工具９０は、転炉の内外を貫通する出鋼孔を形成する筒状のスリーブ煉瓦を、打撃により穿孔して除去する工具である。この穿孔工具９０は、図３に示すように、ホルダ９１と、複数の外周側ビット９２と、複数の内周側ビット９３と、複数の側面ビット９４とを備えている。
【００５８】
ホルダ９１は、図３に示すように、例えばＳ４５Ｃ（ＪＩＳ）などの金属材などにて、略円筒状に形成され、また、当該円筒状の先端部（図中右端）に向けて漸次拡径されて、この先端部が肉厚板状の打撃面部９１１にて閉塞された形状となっている。
【００５９】
このホルダ９１の外周面における基端側（図中左端側）には、工具ブーム５０におけるドリフターロッド５１の雌ねじ５１１に螺合可能な雄ねじ９１２が形成されている。当該螺合により、ドリフターロッド５１とホルダ９１の中心軸とが一致するようになっている。そして、ホルダ９１は、ドリフターユニット５２からの打撃力によりホルダ９１の中心軸方向（打撃面部９１１の法線方向）に沿って振動し、ドリフターユニット５２からの回転力によりホルダ９１の中心軸（打撃面部９１１の法線方向の軸）周りに回転可能とされている。
【００６０】
打撃面部９１１は、筒状のスリーブ煉瓦と対向して、当該スリーブ煉瓦に該筒状の軸方向に沿って打撃力を与える面部となる。この打撃面部９１１の外周端部９１３はホルダ９１の軸方向に略直交する平面状に形成され、外周端部９１３の内側（打撃面部９１１の略中央）には皿状に窪んだ凹面部９１４が形成されている。
【００６１】
また、打撃面部９１１には、図４に示すように、放射状に広がる複数の排出溝部９１５が形成されている。そして、ホルダ９１には、打撃面部９１１の外周縁で略直交する側面部９１６が設けられている。この側面部９１６には、上記排出溝部９１５と連続して、ホルダ９１の軸方向に沿った複数の排出溝部９１７が形成されている。これら排出溝部９１５，９１７により複数のビット植設領域９１８が区画形成されている。また、これら複数の排出溝部９１５，９１７に沿って、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時に発生するスリーブ煉瓦の亀裂片が排出されるようになっている。なお、図４では、ホルダ９１には排出溝部９１５，９１７がそれぞれ８つ形成されてビット植設領域９１８も８つ形成された構成となっているが、排出溝部およびビット植設領域の数はこれに限定されずいずれの数としてもよく、さらには排出溝部が設けられない構成としてもよい。
【００６２】
さらに、ホルダ９１における複数のビット植設領域９１８には、それぞれ所定の位置に冷媒噴出口９１９が形成されている。この冷媒噴出口９１９はホルダ９１の内部と連通しており、ホルダ９１の内周基端側から供給された冷却水などの冷媒が打撃面部９１１に向けて供給されるようになっている。これにより、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時に発生する高熱により、打撃面部９１１や、外周側ビット９２、内周側ビット９３、側面ビット９４が破壊されることを防ぐようになっている。
【００６３】
外周側ビット９２の具体的な構成について図面に基づいて説明する。図５は、外周側ビットを示す斜視図である。
外周側ビット９２は、打撃によりスリーブ煉瓦に亀裂を生じさせるビットであり、それぞれのビット植設領域９１８の外周端部９１３側に複数本ずつ植設されている。このような外周側ビット９２は、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト粉末（Ｃｏ）をバインダーとして加えた超硬合金にて、図５に示すように基端側が略円柱状に形成され、かつ、先端側は、先端に稜線部９２１が形成された略楔形状とされている。これにより、スリーブ煉瓦の穿孔時に、当該楔形における稜線部９２１にてスリーブ煉瓦に直線状の切れ込みを形成して破砕し、スリーブ煉瓦と転炉との間に地金が存在する場合でもこの地金を切り込んで破砕可能になっている。
【００６４】
さらに、外周側ビット９２先端の稜線部９２１は平坦化されている。このような外周側ビット９２において、例えば外周側ビット９２の基端側の径Ａ１が１５ｍｍ程度である場合、稜線部９２１の幅寸法Ａ２は２〜３ｍｍ程度とされることが好ましい。また、例えば外周側ビット９２の基端側の径Ａ１が比較的大きくて、２０ｍｍ程度とされた場合、稜線部９２１の幅寸法Ａ２は７〜８ｍｍ程度とされることが好ましい。つまり、外周側ビット９２の基端側の径Ａ１に対する稜線部９２１の幅寸法Ａ２の比（Ａ２／Ａ１）は、０．１〜０．４とされることが好ましい。
このような寸法とすることで、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時に、外周側ビット９２先端の稜線部９２１とスリーブ煉瓦との当接面積が大となり、スリーブ煉瓦の当接部に対して一度の衝撃動作で複数本の亀裂を生じさせることが可能となる。
そして、上記比Ａ２／Ａ１が０．１より小さい場合、外周側ビット９２先端の稜線部９２１が鋭利であり、外周側ビット９２先端の稜線部９２１とスリーブ煉瓦との当接面積が小となるので、スリーブ煉瓦の当接部に対して一度の衝撃動作で１本の亀裂のみしか発生させることができない。
一方、上記比Ａ２／Ａ１が０．４よりも大きな場合、外周側ビット９２先端の稜線部９２１とスリーブ煉瓦との当接面積が大き過ぎて、スリーブ煉瓦に良好に亀裂を生じさせることができない。
【００６５】
そして、外周側ビット９２は、図３，４に示すように、各ビット植設領域９１８の外周端部９１３側に複数本設けられたビットのうち、最外周側の外周側ビット９２は外方へ向けて開く状態に植設されており、これより内側の外周側ビット９２はホルダ９１の軸方向に略沿う状態に植設されている。これにより、スリーブ煉瓦に良好に亀裂を生じさせることが可能となる。
また、これら外周側ビット９２は、ホルダ９１の回転接線方向に稜線部９２１が倣うように配置されている。これにより、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時には、外周側ビット９２にて、円筒状のスリーブ煉瓦の内周面をスリーブ煉瓦の周方向に沿って切り崩す状態となり、スリーブ煉瓦の切削効率が向上するようになっている。
【００６６】
内周側ビット９３の具体的な構成について図面に基づいて説明する。図６は、内周側ビットを示す斜視図である。
内周側ビット９３は、外周側ビット９２の打撃により生じたスリーブ煉瓦の亀裂片を、凹面部９１４の中央側に押し込むビットであり、それぞれのビット植設領域９１８における複数の外周側ビット９２の内側かつ凹面部９１４の外周端部側に複数本ずつ植設されている。このような配置とすることで、内周側ビット９３の先端は、外周側ビット９２の先端よりもホルダ９１の基端側に位置する状態となる。これにより、外周側ビット９２の打撃により生じたスリーブ煉瓦の亀裂片が、凹面部９１４の中央側に向けて傾斜し、内周側ビット９３によりさらに当該亀裂片を凹面部９１４の中央側に向けて押し込むことが可能となる。
【００６７】
このような内周側ビット９３は、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト粉末（Ｃｏ）をバインダーとして加えた超硬合金にて、図６に示すように基端側が略円柱状に形成され、かつ、先端側が円錐台状に形成されており、さらに内周側ビット９３の先端が平坦化されている。このような内周側ビット９３において、内周側ビット９３の基端側の径Ｂ１に対する先端部の径Ｂ２の比（Ｂ２／Ｂ１）は、上記外周側ビット９２の場合と同様に０．１〜０．４とされることが好ましい。
【００６８】
側面ビット９４の具体的な構成について図面に基づいて説明する。図７は、側面ビットを示す斜視図である。
側面ビット９４は、図３，４に示すように、それぞれのビット植設領域９１８における側面部９１６に１つずつ植設されている。このような側面ビット９４は、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト粉末（Ｃｏ）をバインダーとして加えた超硬合金にて、図７に示すように基端側が略角柱状に形成され、かつ、先端側は、ホルダ９１の軸方向（打撃面部９１１の法線方向）に稜線部９４１が延びる略楔形状に形成されている。これにより、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時に、スリーブ煉瓦と転炉との間に地金が存在する場合でも、スリーブ煉瓦の軸方向に沿って当該地金に切り込むので、ホルダ９１の軸ぶれを防ぐガイドとして機能するようになっている。また、当該地金やスリーブ煉瓦との摩擦により、ホルダ９１の側面部９１６が損耗することを防止している。
【００６９】
ここで、上記外周側ビット９２、内周側ビット９３および側面ビット９４のホルダ９１への植設部について、図面に基づいて説明する。図８は、ビットの植設部を模式的に示す側断面図である。なお、図８では、内周側ビット９３の植設部のみを例示してあるが、外周側ビット９２および側面ビット９４の植設部についても同様の構成となっている。
【００７０】
図８において、ホルダ９１には、内周側ビット９３が植設される植設孔９３１と、この植設孔９３１周りに拡開形成されたテーパ穴９３２とが形成されている。そして、内周側ビット９３は、植設孔９３１に挿入されて、溶接によりテーパ穴９３２に溶接金属９３３が充填されることにより固定されている。これにより、各ビットのホルダ９１に対する固着状態が安定なものとなる。このため、内周側ビット９３は、８００〜１０００℃の温度環境下でも破損することなく使用可能となっている。
【００７１】
(1-3)転炉の出鋼孔におけるスリーブ煉瓦の交換作業
次に、上記交換装置１を用いて転炉の出鋼孔におけるスリーブ煉瓦を熱間で交換する作業について、図面に基づいて説明する。図９は、出鋼孔のスリーブ煉瓦の交換方法を説明するためのフローチャートである。図１０は、転炉、および、この転炉における出鋼孔のスリーブ煉瓦を穿孔する交換装置を模式的に示す側断面図である。
【００７２】
転炉における出鋼孔のスリーブ煉瓦を交換する作業は、以下に示す工程を経て実施される。まず、図１０に示すように、移動部１２を駆動して交換装置１を転炉Ｔ前の所定の位置に配置する（ステップＳ１０１）。
次に、保護屋根１４のガード１４１を転炉Ｔに向けて前進させる（ステップＳ１０２）。
そして、作業デッキ１３を前進昇降して作業者の足場を確保する（ステップＳ１０３）。
【００７３】
この後、交換対象であるスリーブ煉瓦Ｓの筒状の軸心と一致するように、芯出装置７０にてレーザービームを照射して芯出しを行う（ステップＳ１０４）。具体的には、芯出装置７０にてレーザービームを照射しながら、横行架台２０による横行動作、旋回テーブル３０による旋回動作、および、傾動フレーム４０による傾動・昇降動作を行い、レーザービームの軸心をスリーブ煉瓦Ｓの軸心に一致させる。これに連動して、工具ブーム５０およびスリーブブーム６０が横行、旋回、傾動および昇降し、姿勢が調整される、すなわち、横行架台２０を横行させるだけで工具ブーム５０およびスリーブブーム６０（図１および２参照）のそれぞれの軸心がスリーブ煉瓦Ｓの軸心と一致する状態となる。
【００７４】
芯出しが完了した後、横行架台２０を横行させて工具ブーム５０の軸心をスリーブ煉瓦Ｓの軸心と一致させて位置決めを行う（ステップＳ１０５）。
そして、ドリフターユニット５２（図１参照）を駆動して穿孔工具９０に打撃力および回転力を付与すると共に、工具ブーム用シリンダ５４（図１参照）を駆動して穿孔工具９０を前進させて、スリーブ煉瓦Ｓの穿孔を開始する。
穿孔の初期段階では、穿孔工具９０の打撃および回転によりスリーブ煉瓦Ｓを穿孔する（ステップＳ１０６）。すなわち、穿孔工具９０の打撃が主体となって、スリーブ煉瓦Ｓの内周面が拡大される状態に切削される。
穿孔の終期段階から貫通時までは、穿孔工具９０の打撃の頻度を低減させ、かつ、回転主体で穿孔工具９０を繰り返し前進後退させて、スリーブ煉瓦Ｓを穿孔する（ステップＳ１０７）。なお、これらステップＳ１０６およびＳ１０７のスリーブ煉瓦Ｓの穿孔動作については、後程詳述する。
【００７５】
そして、スリーブ煉瓦Ｓの穿孔動作が終了したら、工具ブーム用シリンダ５４を駆動して穿孔工具９０を出鋼孔Ｔ１より抜き出す（ステップＳ１０８）。
この後、スリーブブーム６０のスリーブ支持具６１（図２参照）に交換用のスリーブ煉瓦Ｓを装着し、横行架台２０を横行させてスリーブブーム６０を穿孔後の孔に正対させる（ステップＳ１０９）。
さらに、スリーブブーム用シリンダ６３を前進させて交換用のスリーブ煉瓦Ｓを当該孔に挿入する（ステップＳ１１０）。
【００７６】
スリーブ煉瓦Ｓの挿入後、スリーブブーム用シリンダ６３を後退させてスリーブ支持具６１を抜き出し、保護屋根１４のガード１４１および作業デッキ１３を転炉Ｔから後退させる（ステップＳ１１１）。
そして、移動部１２を駆動して交換装置１を移動させて（ステップＳ１１２）、一連の出鋼孔Ｔ１におけるスリーブ煉瓦Ｓの交換作業が終了する。
【００７７】
(1-4)スリーブ煉瓦の穿孔動作
図９におけるステップＳ１０６およびＳ１０７のスリーブ煉瓦Ｓの穿孔動作について、図面に基づいて説明する。図１１は、穿孔工具の穿孔動作を模式的に示す側断面図である。
【００７８】
一般に、転炉Ｔの出鋼孔Ｔ１（図１０参照）は、一定の径寸法で転炉Ｔの内側から外側までを貫通した円孔であり、この出鋼孔Ｔ１に内包されるスリーブ煉瓦Ｓは、図１１に示すように円筒状に形成されている。そして、転炉Ｔの度重なる使用により、転炉Ｔの内側に対向するスリーブ煉瓦Ｓの一端側と、これに対向する出鋼孔Ｔ１との間には溶融物が侵入して、主成分が鉄の地金Ｊが形成される。
なお、スリーブ煉瓦Ｓの穿孔は、転炉Ｔの稼動停止時間を短縮するためにも、転炉Ｔの温度が稼動時よりも若干降温した１０００℃程度の高温状態で行われることが好ましい。
また、スリーブ煉瓦Ｓを新たに交換する際は、スリーブ煉瓦Ｓおよび当該地金Ｊを全て除去する必要がある。このスリーブ煉瓦Ｓの除去は、穿孔工具９０にて全て切削除去することや、穿孔工具９０にて内周面を拡大する状態に切削して残部を作業者がブレーカーなどで削除することにより行われる
【００７９】
図９におけるステップＳ１０６の穿孔初期では、スリーブ煉瓦Ｓの一端側（図１１中左側）を切削することになる。この場合、スリーブ煉瓦Ｓにおける煉瓦質の当該一端側に対して、主に穿孔工具９０で打撃力を加え、緩やかに穿孔工具９０を回転させることにより、スリーブ煉瓦Ｓが切削される。
【００８０】
具体的には、穿孔工具９０の打撃により、各外周側ビット９２にてスリーブ煉瓦Ｓに複数の亀裂を生じさせ、そして、内周側ビット９３にて外周側ビット９２の打撃により生じたスリーブ煉瓦Ｓの亀裂片Ｓ１を、凹面部９１４の中央側に押し込む。なお、破砕された亀裂片Ｓ１は前方の転炉Ｔの中へまたは排出溝部９１５，９１７を通って後方の転炉Ｔの外部へ排出され、一度砕かれた亀裂片Ｓ１がスリーブ煉瓦Ｓを破砕している部分へ再び押し込まれることが少ない。
これにより、穿孔時における穿孔工具９０の軸ぶれが少なくなり、また従来のように回転力を主体として穿孔していた構成に比べて、スリーブ煉瓦の穿孔時間が短縮される。
さらに、穿孔時には、穿孔工具９０の各部がスリーブ煉瓦Ｓより受けるダメージは少ないので、穿孔工具９０自体の破損や交換装置１側の破損が殆ど無い。特に、転炉が高温状態（例えば１０００℃）となっている場合でも、外周側ビット９２、内周側ビット９３および側面ビット９４がホルダ９１へ図８に示す植設法にて取り付けられているので、当該高温環境においても抜け落ちることなく穿孔工具９０の切削能力が低下することがない。
【００８１】
図９におけるステップＳ１０７の穿孔終期から貫通時までは、スリーブ煉瓦Ｓの一端側（図１１中右側）を切削することになるので、煉瓦質のスリーブ煉瓦Ｓおよび地金Ｊの双方を同時に切削しなければならない。この場合、穿孔工具９０の打撃の頻度を低減させ、かつ、回転主体で穿孔工具９０を繰り返し前進後退させることにより、スリーブ煉瓦Ｓおよび地金Ｊの双方が切削される。
【００８２】
ここで、地金Ｊは、穿孔時において、スリーブ煉瓦Ｓのように亀裂が生じて破壊が進行するものと異なり、弾塑性変形挙動を示す。特に、転炉が高温状態（例えば１０００℃）となっているので、地金Ｊの塑性変形量が大であっても材料が断絶しない高粘性状態となっている。このため、穿孔工具９０にて回転力を加えかつ穿孔工具９０を繰り返し前進後退させることにより切削が好適に進行する。一方、穿孔工具９０にて打撃力を主体的に加えても地金Ｊの切削が進行しない。
【００８３】
この際、外周側ビット９２は先端に稜線部９２１が形成された略楔形状とされているので、ホルダ９１の回転に伴って外周側ビット９２が地金Ｊに切り込み、穿孔工具９０全体が軸ぶれすることなく地金Ｊの切削が進行する。また、側面ビット９４は、スリーブ煉瓦Ｓの軸方向に沿って地金Ｊに切り込み、ホルダ９１の軸ぶれを防ぐガイドとして機能する。これにより、スリーブ煉瓦Ｓを高精度で切削・除去することが可能となる。
【００８４】
(1-5)穿孔工具、スリーブ煉瓦の交換装置および交換方法の効果
上記第１実施形態における穿孔工具９０、交換装置１およびスリーブ煉瓦の交換方法によれば、以下に示す効果を奏することができる。
【００８５】
(1-5-1)穿孔工具９０は、ホルダ９１と、複数の外周側ビット９２と、複数の内周側ビット９３とを備えている。ホルダ９１は、筒状のスリーブ煉瓦を該筒状の軸方向に沿って打撃するための打撃面部９１１を有し、この打撃面部９１１の略中央には凹面部９１４が形成されている。外周側ビット９２は、打撃面部９１１の外周端部９１３に植設され、打撃によりスリーブ煉瓦に亀裂を生じさせる。内周側ビット９３は、複数の外周側ビット９２の内側かつ凹面部９１４の外周端側に植設され、外周側ビット９２の打撃により生じたスリーブ煉瓦の亀裂片Ｓ１を、凹面部９１４の中央側に押し込む。
これにより、一度砕かれた亀裂片Ｓ１はスリーブ煉瓦Ｓを破砕している部分へ再び押し込まれることが少なくなる。このため、穿孔工具９０の軸ぶれが少なくなり、スリーブ煉瓦Ｓに対して高精度で穿孔できる。また、外周側ビット９２および内周側ビット９３はそれぞれスリーブ煉瓦Ｓの切削と押し出しの別々の機能を有し、かつ、一度砕かれた亀裂片Ｓ１が切削の障害になることもないので、余分な外力を受けることもなくスムーズに切削できる。これにより、迅速にスリーブ煉瓦Ｓを削孔することができ、さらに、穿孔工具９０の各部が受けるダメージを極力減らすことができる。このため、穿孔工具９０の寿命を延ばすことができ、穿孔工具９０の取り替え回数を減少できる。さらに、ドリフターユニット５２などの穿孔工具９０に打撃力を与える装置側の負荷をも低減できるので、交換装置１の寿命を延ばすことができる。また、穿孔に要する時間を短縮できることから、スリーブ煉瓦Ｓの交換に当って、全体の作業時間を短縮化できる。これにより、当該スリーブ煉瓦を交換するために転炉の操業を停止しておく期間が短くて済むので、結果として転炉の操業時間を長く確保することができる。
なお、破砕された亀裂片Ｓ１は前方の転炉Ｔの中へまたは排出溝部９１５，９１７を通って後方の転炉Ｔの外部へ排出される。
【００８６】
(1-5-2)外周側ビット９２および内周側ビット９３の先端を平坦化している。
これにより、スリーブ煉瓦の穿孔時に、各ビットの先端とスリーブ煉瓦との当接面積が大となり、スリーブ煉瓦の当接部に対して一度の衝撃動作で複数本の亀裂を生じさせることができる。このため、外周側ビット９２および内周側ビット９３のそれぞれの先端部が早期に損耗してしまうことを防ぐことができると共に、穿孔速度を向上できる。したがって、穿孔工具９０の寿命を延ばすことができ、かつ、作業時間を短縮化できる。結果として、スリーブ煉瓦を交換するために転炉の操業を停止しておく期間が短くなり、転炉の操業時間を長く確保することができる。
【００８７】
(1-5-3)外周側ビット９２は、先端に稜線部９２１が形成された略楔形状とされている。
これにより、スリーブ煉瓦の穿孔時に、当該楔形における稜線部９２１にてスリーブ煉瓦に直線状の切れ込みを形成して破砕し、スリーブ煉瓦と転炉との間に地金が存在する場合でもこの地金を切り込んで破砕することができる。このため、スリーブ煉瓦の穿孔速度を向上でき、かつ、穿孔工具９０が軸ぶれすることなく精密な穿孔を実現できる。そして、従来のように、スリーブ煉瓦を除去した後に残った地金に対して、作業者が別途ブレーカーにより除去作業を行う必要もないので、作業時間を大幅に短縮できる。
【００８８】
(1-5-4)ホルダ９１は、打撃面部９１１の法線方向の軸周りに回転し、外周側ビット９２は、このホルダ９１の回転接線方向に稜線部９２１が倣うように配置されている。
これにより、スリーブ煉瓦の穿孔時には、外周側ビット９２にて、円筒状のスリーブ煉瓦の内周面をスリーブ煉瓦の周方向に沿って切り崩すことができ、スリーブ煉瓦の切削効率をさらに向上できる。
【００８９】
(1-5-5)ホルダ９１は、打撃面部９１１の外周縁で交差する側面部９１６を有し、この側面部９１６には、打撃面部９１１の法線方向に稜線部９４１が延びる略楔形状の側面ビット９４が植設されている。
これにより、スリーブ煉瓦の穿孔時に、スリーブ煉瓦と転炉との間に地金が存在する場合でも、スリーブ煉瓦の軸方向に沿って側面ビット９４が当該地金に切り込むので、ホルダ９１の軸ぶれを防ぐことができる。このため、穿孔の精度を向上させることができる。また、側面ビット９４にて、当該地金やスリーブ煉瓦との摩擦により、ホルダ９１の側面部９１６が損耗することを防止できる。このため、穿孔工具９０の寿命をさらに延ばすことができる。
【００９０】
(1-5-6)外周側ビット９２、内周側ビット９３および側面ビット９４のうち、少なくともいずれかのビットは、該ビットが植設される植設孔９３１周りに拡開形成されたテーパ穴９３２に溶接によって溶接金属９３３が充填されて固定されている。
これにより、高温においても各ビットのホルダ９１に対する良好な固着状態を得ることができる。特に、各ビットの材料として、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト粉末（Ｃｏ）をバインダーとして加えた超硬合金を用いることにより、８００〜１０００℃の温度環境下でも良好な固着状態を得ることができる。このため、高温環境においても破損することなく繰り返して使用できる。また、高温環境ではスリーブ煉瓦や地金が脆弱な状態となっており、かつ、各ビットの固着状態も安定しているので、高効率で穿孔作業を行うことができる。したがって、穿孔工具９０の寿命を延ばすことができ、かつ、作業時間を短縮化できる。
【００９１】
(1-5-7)交換装置１は、台車１０と、横行架台２０と、旋回テーブル３０と、傾動フレーム４０と、工具ブーム５０およびスリーブブーム６０とを備えている。工具ブーム５０には、穿孔工具９０が取り付けられて、当該穿孔工具９０を前進後退させる工具ブーム用シリンダ５４と、当該穿孔工具９０に振動力および回転力を与えるドリフターユニット５２とが設けられている。スリーブブーム６０には、先端にて交換用のスリーブ煉瓦Ｓを保持するスリーブ支持具６１と、このスリーブ支持具６１が取り付けられたスリーブ挿入フレーム６２と、このスリーブ挿入フレーム６２を前進後退させるスリーブブーム用シリンダ６３とが設けられている。
このように、工具ブーム５０およびスリーブブーム６０が傾動フレーム４０に設けられているので、例えば、一度工具ブーム５０で芯出しすればスリーブブーム６０で再び芯出しする必要がなくなるため、作業時間を短縮できる。
また、出鋼終了後の高温状態のスリーブ煉瓦を作業者が別途のブレーカーで破砕除去することなく、穿孔工具９０にて高速かつ高精度で除去することができ、更にスリーブブーム６０にて新たなスリーブ煉瓦を挿入することができる。このため、スリーブ煉瓦を容易かつ迅速に交換することができ、炉の稼働率が低減することを防ぐことができる。さらに、従来のように、高温状態の転炉におけるスリーブ煉瓦の交換作業を作業者が直接行わずに済むので、作業者の安全性を確保することができる。
そして、穿孔工具９０がスリーブ煉瓦側から余分な外力を受けないので、穿孔工具９０に打撃力を与えるドリフターユニット５２の負荷をも低減でき、このため、交換装置１の寿命を延ばすことができる。
【００９２】
(1-5-8)台車１０の前方かつ下方には、台車１０の移動方向に伸縮可能で、かつ、上下方向に移動可能な作業デッキ１３が設けられている。
これにより、スリーブ煉瓦の交換作業において、作業者の足場を確保することができ、作業状況に合わせて好適な作業位置に調整できる。特に、断崖状の空間に配置された転炉のような溶融金属容器に対して作業を行う場合、交換装置１を断崖状の地面縁まで配置しさらに作業デッキ１３を伸張させれば、足場となる地面がないところでも作業者の足場を確保することができる。
【００９３】
(1-5-9)台車１０の前方かつ上方には、台車１０の前方へ向けて張り出した保護屋根１４が設けられており、この保護屋根の前方には台車１０の移動方向に伸縮可能なガード１４１が設けられている。
これにより、スリーブ煉瓦の交換作業において、上部からの落下物より作業者を保護することができる。したがって、作業中の作業者の安全を確保することができる。
【００９４】
(1-5-10)保護屋根１４の前方かつ下側には、台車１０の移動方向と直交する方向に横行可能なホイスト１５が設けられている。
これにより、ホイスト１５は、フック１５１に移動の対象物となる転炉の治具などを吊り下げて、当該治具を上下左右方向に移動させて作業者の作業の邪魔にならない場所まで移動すれば、交換作業をスムーズに行うことができる。
【００９５】
(1-5-11)交換装置１は、工具ブーム５０およびスリーブブーム６０のそれぞれの軸心を含む面上に、各軸心と平行な芯出し用の光線を照射する芯出装置７０を備えている。この芯出装置７０により、芯の位置を目で確認しながら作業できるので高精度に芯出しすることができる。
これにより、スリーブ煉瓦を高精度に穿孔することができ、さらに新たなスリーブ煉瓦を穿孔後に形成された孔に正確に挿入することができる。特に、光線軸をスリーブ煉瓦の軸心に一致させれば、横行架台２０をスライドするだけで工具ブーム５０およびスリーブブーム６０のそれぞれの軸心をスリーブ煉瓦の軸心に一致させることができるので、スリーブ煉瓦の交換動作を迅速かつ容易に行うことができる。
【００９６】
(1-5-12)転炉Ｔにおける出鋼孔Ｔ１を形成する筒状のスリーブ煉瓦Ｓを熱間で交換する。具体的には、スリーブ煉瓦Ｓの軸心と一致するように、光線を照射して芯出しを行って、工具ブーム５０の姿勢を調整する。そして、初期段階では穿孔工具９０の打撃および回転によりスリーブ煉瓦Ｓを穿孔し、終期段階から貫通時までは穿孔工具９０の打撃の頻度を低減させ、かつ、回転主体で穿孔工具９０を繰り返し前進後退させて、スリーブ煉瓦Ｓを穿孔する。さらに、横行架台２０を横行させてスリーブブーム６０を穿孔後の孔に正対させ、交換用のスリーブ煉瓦Ｓを挿入する。
これにより、熱間にて、穿孔の初期段階ではスリーブ煉瓦Ｓを高速で切削することができ、さらに、穿孔の終期段階から貫通時まではスリーブ煉瓦Ｓおよび地金Ｊを共に切削できる。特に、不規則な形状の地金Ｊを切削する場合においても、穿孔工具９０にて軸ぶれすることなく高精度に切削することができる。このように、従来の作業のように終期段階がネックにならず、別途のブレーカーでの破砕除去の必要もない。したがって、一つの穿孔工具９０にて地金Ｊを避けることなく一度にスリーブ煉瓦の穿孔作業を行うことができるので、時間のロスが無く高効率であり、結果として転炉の操業時間を長く確保することができる。
【００９７】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。なお、本実施形態に係るスリーブ煉瓦の交換装置は、上記第１実施形態と穿孔工具９０の構成のみが異なり、その他の構成については同様である。このため、同様の構成については説明および図示を適宜省略する。
【００９８】
(2-1)穿孔工具９０Ａの構成
穿孔工具９０Ａの具体的な構成について図面に基づいて説明する。図１２は本実施形態における穿孔工具を示す側断面図であり、図１３はその平面図である。
【００９９】
穿孔工具９０Ａは、転炉の内外を貫通する羽口における筒状のスリーブ煉瓦を、打撃により穿孔して除去する工具である。この穿孔工具９０Ａは、図１２に示すように、ホルダ９１Ａと、複数の外周側ビット９２Ａと、複数の内周側ビット９３Ａと、複数の側面ビット９４Ａと、環状部材９５とを備えている。
【０１００】
ホルダ９１Ａは、図１２に示すように略円筒状に形成され、また、当該円筒状の先端部（図中右端）が径大となっており、この先端部が肉厚板状の打撃面部９１１Ａにて閉塞された形状となっている。
このホルダ９１Ａの外周面における基端側（図中左端側）には、工具ブーム５０におけるドリフターロッド５１の雌ねじ５１１に螺合可能な雄ねじ９１２Ａが形成されている。
【０１０１】
打撃面部９１１Ａは、筒状のスリーブ煉瓦と対向して、当該スリーブ煉瓦に該筒状の軸方向に沿って打撃力を与える面部となる。この打撃面部９１１Ａの外周端部９１３Ａは面取りされてホルダ９１Ａの軸方向と交差するテーパ面となっている。この外周端部９１３Ａの内側（打撃面部９１１Ａの略中央）には皿状に窪んだ凹面部９１４Ａが形成されている。
【０１０２】
また、ホルダ９１Ａには、打撃面部９１１Ａの外周縁で略直交する側面部９１６Ａが設けられている。この側面部９１６Ａには、ホルダ９１Ａの軸方向に沿った複数の排出溝部９１７Ａが形成されている。この排出溝部９１７Ａに沿って、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時に発生するスリーブ煉瓦の亀裂片が排出されるようになっている。
【０１０３】
さらに、ホルダ９１Ａにおける打撃面部９１１Ａには、それぞれ所定の位置に冷媒噴出口９１９Ａが形成されている。この冷媒噴出口９１９Ａはホルダ９１Ａの内部と連通しており、ホルダ９１Ａの内周基端側から供給された冷却水などの冷媒が打撃面部９１１Ａに向けて供給されるようになっている。これにより、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時に発生する高熱により、打撃面部９１１Ａや、外周側ビット９２Ａ、内周側ビット９３Ａ、側面ビット９４Ａが破壊されることを防ぐようになっている。
【０１０４】
外周側ビット９２Ａは、打撃によりスリーブ煉瓦に亀裂を生じさせるビットであり、図１２，１３に示すように、外周端部９１３Ａおよび凹面部９１４Ａの外周端側に複数本植設されている。これら外周側ビット９２Ａのうち、外周端部９１３Ａに植設された外周側ビット９２Ａは、外方へ向けて開く状態に植設されており、凹面部９１４Ａの外周端側に植設された外周側ビット９２Ａは、ホルダ９１Ａの軸方向に略沿う状態に植設されている。これにより、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時に、スリーブ煉瓦に良好に亀裂を生じさせることが可能となる。
【０１０５】
また、外周側ビット９２Ａは、図５に示すような略円柱状に形成され、当該円柱状の先端側は、先端に稜線部９２１が形成された略楔形状とされている。そして、外周側ビット９２Ａは、ホルダ９１Ａの回転接線方向に稜線部９２１が倣うように配置されている。
なお、この外周側ビット９２Ａは、図５に示す上記第１実施形態における外周側ビット９２と同材質にて同形状に形成されている。
【０１０６】
内周側ビット９３Ａは、外周側ビット９２Ａの打撃により生じたスリーブ煉瓦の亀裂片を、凹面部９１４Ａの中央側に押し込むビットであり、図１２，１３に示すように、複数の外周側ビット９２Ａの内側かつ凹面部９１４Ａに複数植設されている。特に、内周側ビット９３Ａは、羽口における肉厚のスリーブ煉瓦に対応させるために、凹面部９１４Ａの中央側にまで設けられている。
このような配置とすることで、内周側ビット９３Ａの先端は、外周側ビット９２Ａの先端よりもホルダ９１Ａの基端側に位置する状態となる。これにより、外周側ビット９２Ａの打撃により生じたスリーブ煉瓦の亀裂片を、凹面部９１４Ａの中央側に向けて押し込むことが可能となる。
なお、この内周側ビット９３Ａは、図６に示す上記第１実施形態における内周側ビット９３と同材質にて略同形状に形成されている。
【０１０７】
側面ビット９４Ａは、図１２，１３に示すように、側面部９１６Ａから外周端部９１３Ａに跨って複数植設されている。この側面ビット９４Ａは、図７に示すような略角柱状に形成され、当該角柱状の先端はホルダ９１Ａの軸方向（打撃面部９１１Ａの法線方向）に稜線部が延びる略楔形状に形成されている。
なお、この内周側ビット９３Ａは、図６に示す上記第１実施形態における内周側ビット９３と同材質にて形成されている。
また、上記外周側ビット９２Ａ、内周側ビット９３Ａおよび側面ビット９４Ａの植設部の構成は、上記第１実施形態における図８に示した植設部と同様の構成である。
【０１０８】
環状部材９５は、金属材料などにて環状に形成され、ホルダ９１の打撃基端側（図１２中左端側）に、該ホルダ９１に対して遊嵌状態で設けられている。この環状部材９５の外周面には、刃先がホルダ９１の軸方向（打撃方向）に沿って延びて、残存したスリーブ煉瓦を割断する割断刃９５１が所定間隔を置いて複数設けられている。これにより、後述するスリーブ煉瓦の穿孔時に、残存するスリーブ煉瓦を好適に破砕することが可能となる。なお、図１３では割断刃９５１は４つ設けられているが、これに限定されず、２つ以上であればいずれの数でもよい。
【０１０９】
(2-2)転炉の羽口におけるスリーブ煉瓦の交換作業
次に、上記交換装置１を用いて転炉の羽口におけるスリーブ煉瓦を熱間で交換する作業について、図面に基づいて説明する。図１４は、羽口のスリーブ煉瓦の交換方法を説明するためのフローチャートである。図１５は、転炉、および、この転炉における羽口のスリーブ煉瓦を穿孔する交換装置を模式的に示す側断面図である。
【０１１０】
転炉Ｔにおける羽口Ｔ２のスリーブ煉瓦を交換する作業は、以下に示す工程を経て実施される。まず、図１５に示すように、移動部１２を駆動して交換装置１を転炉Ｔ前の所定の位置に配置する（ステップＳ２０１）。
次に、保護屋根１４のガード１４１を転炉Ｔの外面と近接する位置まで伸張させる（ステップＳ２０２）。そして、作業デッキ１３を前進昇降して作業者の足場を確保する（ステップＳ２０３）。このようにして作業者の作業環境を確保する。
【０１１１】
この後、転炉Ｔの底部に設けられた部材、例えば炉底カバー、配管、スリーブ受金物などを取り外して、これらをホイスト１５により搬出する（ステップＳ２０４）。
当該底部の部材の搬出後、交換対象であるスリーブ煉瓦Ｓの筒状の軸心と一致するように、芯出装置７０にてレーザービームを照射して芯出しを行う（ステップＳ２０５）。
芯出し後、横行架台２０を横行させて工具ブーム５０の軸心をスリーブ煉瓦Ｓの軸心と一致させて位置決めを行う（ステップＳ２０６）。
そして、ドリフターユニット５２（図１参照）を駆動して穿孔工具９０Ａに打撃力および回転力を付与すると共に、工具ブーム用シリンダ５４（図１参照）を駆動して穿孔工具９０Ａを前進させて、スリーブ煉瓦Ｓを穿孔する（ステップＳ２０７）。さらに、穿孔工具９０Ａを前進させて、転炉Ｔの炉底に溜まったスラグなどの容器内残存物をも穿孔する（ステップＳ２０８）。なお、このステップＳ２０７，Ｓ２０８における穿孔動作については後程詳述する。
【０１１２】
そして、スリーブ煉瓦Ｓの穿孔動作が終了したら、工具ブーム用シリンダ５４を駆動して穿孔工具９０Ａを羽口Ｔ２より抜き出す（ステップＳ２０９）。
この後、スリーブブーム６０のスリーブ支持具６１（図２参照）に交換用のスリーブ煉瓦Ｓを装着し、横行架台２０を横行させてスリーブブーム６０を穿孔後の孔に正対させる（ステップＳ２１０）。
さらに、スリーブブーム用シリンダ６３を前進させて交換用のスリーブ煉瓦Ｓを当該孔に挿入する（ステップＳ２１１）。そして、スリーブブーム用シリンダ６３を後退させてスリーブ支持具６１を抜き出しておく。
【０１１３】
ここで、転炉Ｔの炉底に複数の羽口Ｔ２が設けられている場合において、交換対象となるスリーブ煉瓦がまだ残っているか否かを判断し（ステップＳ２１２）、交換対象となるスリーブ煉瓦がまだ残っている場合は、上記ステップＳ２０５の処理を実施する。この場合、作業者が作業を行い易い位置に作業デッキ１３を適宜昇降させて、作業者の足場を確保することが好ましい。
【０１１４】
一方、ステップＳ２１２において、交換対象となるスリーブ煉瓦が残っていない場合は、転炉Ｔの底部における炉底カバー、配管、スリーブ受金物などをホイスト１５を利用して取り付ける（ステップＳ２１３）。そして、保護屋根１４のガード１４１および作業デッキ１３を転炉Ｔから後退させる（ステップＳ２１４）。
この後、移動部１２を駆動して交換装置１を移動させて（ステップＳ２１５）、一連の羽口Ｔ２におけるスリーブ煉瓦Ｓの交換作業が終了する。
【０１１５】
(2-3)スリーブ煉瓦の穿孔動作
図１４におけるステップＳ２０７およびＳ２０８の穿孔動作について、図面に基づいて説明する。図１６は、穿孔工具９０Ａによる穿孔動作を模式的に示す側断面図である。
【０１１６】
一般に、転炉Ｔの羽口Ｔ２は、転炉の外側から内側へ向けて漸次径小となるテーパ状に、転炉の外側から内側までを貫通形成した円孔である。このような羽口Ｔ２は、通常、転炉Ｔの底部に複数設けられており、これら羽口Ｔ２を介して酸素その他のガスが転炉Ｔ内部に導入される。
この羽口Ｔ２に内包されるスリーブ煉瓦Ｓは、図１６に示すような肉厚の略円筒状で、その外周面は一端側から他端側へ向けて漸次径小となるテーパ状に形成されている。
また、通常、使用後の転炉Ｔ内部の炉底には、転炉Ｔの稼動時に発生したスラグなどの容器内残存物Ｔ３が貯留されて固化している。この容器内残存物Ｔ３により羽口Ｔ２が塞がれているので、スリーブ煉瓦Ｓを新たに交換する際は、穿孔工具９０Ａにてスリーブ煉瓦Ｓを全て切削除去し、さらに、転炉Ｔ内部へのガス導入を可能とするためにも容器内残存物Ｔ３をも穿孔し貫通させておく必要がある。
なお、スリーブ煉瓦Ｓの穿孔は、転炉の稼動停止時間を短縮するためにも、転炉の温度が稼動時よりも若干降温した１０００℃程度の高温状態で行われることが好ましい。
【０１１７】
穿孔前は、図１６（Ａ）に示すように、スリーブ煉瓦Ｓの内部にノズル管Ｔ４が嵌入されている。そして、作業者によりノズル管Ｔ４が引き抜かれ、図１６（Ｂ）に示す状態となる。なお、ノズル管Ｔ４を引き抜かずに、穿孔工具９０Ａにてスリーブ煉瓦Ｓおよびノズル管Ｔ４の双方を切削除去してもよい。
【０１１８】
そして、図１６（Ｃ）に示すように、図１４におけるステップＳ２０７のスリーブ煉瓦Ｓの穿孔段階では、スリーブ煉瓦Ｓに対して、主に穿孔工具９０Ａで打撃力を加え、緩やかに穿孔工具９０Ａを回転させることにより削孔する。
【０１１９】
具体的には、穿孔工具９０Ａの打撃により、各外周側ビット９２Ａにてスリーブ煉瓦Ｓに複数の亀裂を生じさせ、そして、内周側ビット９３Ａにて外周側ビット９２Ａの打撃により生じたスリーブ煉瓦Ｓの亀裂片Ｓ１を、凹面部９１４Ａの中央側に押し込む。特に、複数の内周側ビット９３Ａのうち一部は、凹面部９１４Ａの中央側にまで設けられているので、当該内周側ビット９３Ａにて肉厚のスリーブ煉瓦Ｓの内周側が切削される。なお、破砕された亀裂片Ｓ１は前方の転炉Ｔの中へまたは排出溝部９１７Ａを通って後方の転炉Ｔの外部へ排出され、一度砕かれた亀裂片Ｓ１がスリーブ煉瓦Ｓを破砕している部分へ再び押し込まれることが少ない。
さらに、外周側ビット９２Ａおよび内周側ビット９３Ａにより切削された後に残存したスリーブ煉瓦Ｓに対して、環状部材９５の複数の割断刃９５１が突き刺さる。そして、環状部材９５は、ホルダ９１に対して遊嵌状態で設けられているので、ホルダ９１が回転しても環状部材９５は回転せず、ドリフターユニット５２からの打撃力のみをスリーブ煉瓦Ｓの残部に伝達する。これにより、スリーブ煉瓦Ｓの残部は、複数の割断刃９５１にてスリーブ煉瓦Ｓの軸方向に沿って縦に割断される。以上にて、テーパ状に形成された肉厚のスリーブ煉瓦Ｓに対しても、短時間で効率良く穿孔・除去を行うことができる。
【０１２０】
スリーブ煉瓦Ｓを貫通した後、穿孔工具９０Ａは容器内残存物Ｔ３に達する。そして、図１６（Ｂ）に示すように、図１４におけるステップＳ２０８の容器内残存物Ｔ３の穿孔段階では、容器内残存物Ｔ３に対して、主に穿孔工具９０Ａで打撃力を加え、穿孔工具９０Ａを回転させることにより、容器内残存物Ｔ３を穿孔する。
この場合、転炉Ｔが高温状態（例えば１０００℃）で、容器内残存物Ｔ３が比較的軟化している必要があり、このような状態の容器内残存物Ｔ３に対して穿孔工具９０Ａは効果的に機能する。なお、外周側ビット９２Ａ、内周側ビット９３Ａおよび側面ビット９４Ａはホルダ９１Ａへ図８に示す植設法にて取り付けられているので、当該高温環境下でも抜け落ちることなく、穿孔工具９０Ａの切削能力が低下することがない。
【０１２１】
(2-4)穿孔工具９０Ａ、スリーブ煉瓦の交換装置および交換方法の効果
上記第１実施形態における穿孔工具９０Ａ、交換装置１およびスリーブ煉瓦の交換方法によれば、上記(1-5-1)〜(1-5-11)に示す効果に加えて、以下に示す効果を奏することができる。
【０１２２】
(2-4-1)ホルダ９１Ａは、打撃面部９１１Ａの法線方向の軸周りに回転し、ホルダ９１Ａの打撃基端側には、該ホルダ９１Ａに対して遊嵌状態で環状部材９５が設けられている。そして、環状部材９５の外周面には、刃先が打撃方向に沿って延びて、残存したスリーブ煉瓦を割断する割断刃９５１が設けられている。
ここで、穿孔工具９０Ａによる穿孔動作において、外周側ビット９２Ａおよび内周側ビット９３Ａにより切削された後に残存したスリーブ煉瓦Ｓに対して、環状部材９５の複数の割断刃９５１が突き刺さる。そして、環状部材９５は、ホルダ９１に対して遊嵌状態で設けられているので、ホルダ９１が回転しても環状部材９５は回転せず、ドリフターユニット５２からの打撃力のみをスリーブ煉瓦Ｓの残部に伝達する。これにより、スリーブ煉瓦Ｓの残部を、複数の割断刃９５１にてスリーブ煉瓦Ｓの軸方向に沿って縦に割断できる。したがって、外周面がテーパ状に形成された羽口Ｔ２のスリーブ煉瓦Ｓに対して、作業者が別途のブレーカーなどにてスリーブ煉瓦Ｓの残部を除去せずとも、穿孔工具９０Ａにて一度に全て除去することができるので、穿孔動作を迅速かつ高効率で行うことができる。
【０１２３】
(2-4-2)転炉Ｔにおける羽口Ｔ２を形成する筒状のスリーブ煉瓦Ｓを熱間で交換する。具体的には、作業デッキ１３および保護屋根１４のガード１４１を転炉Ｔの外面と近接する位置まで伸張して作業環境を確保する。そして、転炉の底部に設けられた部材を取り外してホイスト１５により搬出する。さらに、スリーブ煉瓦Ｓの軸心と一致するように、光線を照射して芯出しを行って、工具ブーム５０の姿勢を調整する。そして、穿孔工具９０Ａの打撃および回転によりスリーブ煉瓦Ｓおよび溶融金属容器内の容器内残存物Ｔ３を穿孔する。この後、横行架台２０を横行させてスリーブブーム６０を穿孔後の孔に正対させ、交換用のスリーブ煉瓦Ｓを挿入する。
これにより、熱間にて、転炉Ｔの底部に残存する容器内残存物Ｔ３およびスリーブ煉瓦Ｓを一度の動作で穿孔できるので、従来のようにスリーブ煉瓦の穿孔後、作業者がジェットランスやブレーカーなどを用いて容器内残存物Ｔ３を破砕していた構成に比べて、非常に安全でありかつ作業効率を大幅に向上できる。したがって、羽口Ｔ２におけるスリーブ煉瓦Ｓの交換を短時間で完了することができ、結果として転炉の操業時間を長く確保することができる。
【０１２４】
(2-4-3)複数の内周側ビット９３Ａのうち一部は、凹面部９１４Ａの中央側にまで設けられている。
これにより、当該内周側ビット９３Ａにてスリーブ煉瓦Ｓの内周側を切削することができるので、肉厚の羽口Ｔ２におけるスリーブ煉瓦Ｓに対して好適に穿孔できる。
【０１２５】
（３）実施形態の変形
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【０１２６】
すなわち、例えば、前記実施形態では、本発明の穿孔工具および交換装置を用いて、転炉の出鋼孔または羽口のスリーブ煉瓦を交換する構成を例示したが、これに限らない。すなわち、転炉以外の溶融金属容器であって、当該溶融金属容器の内外を貫通する孔部を形成する筒状のスリーブ煉瓦であれば、いずれのものにも適用できる。
【０１２７】
前記実施形態では、外周側ビット９２，９２Ａの先端を図５に示す略楔形状とし、内周側ビット９３，９３Ａの先端を図６に示す紡錘状にするとしたが、これに限らない。すなわち、外周側ビットおよび内周側ビットは、同一形状のビットを用いてもよい。この場合、用いるビットの種類が少なくて済むので穿孔工具を安価に製造できる。また、これらビット先端の形状は、円錐状や角錐状などいずれの形状としてもよい。さらに外周側ビット９２，９２Ａおよび内周側ビット９３，９３Ａの先端が平坦化されているとしたが、いずれも平坦化されていない、あるいは、一部のビットのみが平坦化されている構成としてもよい。これらの場合でも、前記実施形態と同様に、穿孔工具を高寿命化できかつ作業時間を短縮化できる。
【０１２８】
前記第１実施形態において、外周側ビット９２は、ホルダ９１の回転接線方向に稜線部９２１が倣うように配置されているとしたが、これに限らない。すなわち、例えば、図１７に示した穿孔工具９０Ｂのように、外周側ビット９２がホルダ９１の回転径方向に稜線部９２１が倣うように配置されている構成としてもよい。ここで、図１７は、第１実施形態における穿孔工具の変形例を示す平面図であり、稜線部９２１の向き以外は図４に示す第１実施形態の穿孔工具９０と同様の構成となっている。このような穿孔工具９０Ｂによれば、上記第１実施形態における上記(1-5-1)〜(1-5-3)、(1-5-5)および(1-5-6)の効果に加え、次の効果を奏することができる。すなわち、外周側ビット９２はホルダ９１の回転径方向に稜線部９２１が倣うように配置されているので、これにより、スリーブ煉瓦の穿孔時には、外周側ビット９２にて、円筒状のスリーブ煉瓦の内周面をスリーブ煉瓦の径方向に沿って切り崩すことができ、スリーブ煉瓦の切削効率をさらに向上できる。
【０１２９】
前記実施形態では、穿孔工具９０，９０Ａに側面ビット９４，９４Ａを設ける構成としたが、これら側面ビットを設けない構成としてもよい。このような場合、部材点数が小さなものとなるので、穿孔工具を安価に製造できる。また、側面ビット９４，９４Ａの形状や配置も、図３，４や図１２，１３に示すものに限らない。
【０１３０】
前記第２実施形態において、穿孔工具９０Ａに環状部材９５を設ける構成としたが、前記第１実施形態の穿孔工具９０に当該環状部材９５を設ける構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスリーブ煉瓦の交換装置を模式的に示す側面図である。
【図２】前記実施形態に係るスリーブ煉瓦の交換装置を模式的に示す平面図である。
【図３】前記実施形態における穿孔工具を示す側断面図である。
【図４】前記実施形態における穿孔工具を示す平面図である。
【図５】前記実施形態における外周側ビットを示す斜視図である。
【図６】前記実施形態における内周側ビットを示す斜視図である。
【図７】前記実施形態における側面ビットを示す斜視図である。
【図８】前記実施形態におけるビットの植設部を模式的に示す側断面図である。
【図９】前記実施形態における出鋼孔のスリーブ煉瓦の交換方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】前記実施形態における転炉、および、この転炉における出鋼孔のスリーブ煉瓦を穿孔する交換装置を模式的に示す側断面図である。
【図１１】前記実施形態における穿孔工具の穿孔動作を模式的に示す側断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る穿孔工具を示す側断面図である。
【図１３】前記実施形態における穿孔工具を示す平面図である。
【図１４】前記実施形態における羽口のスリーブ煉瓦の交換方法を説明するためのフローチャートである。
【図１５】前記実施形態における転炉、および、この転炉における羽口のスリーブ煉瓦を穿孔する交換装置を模式的に示す側断面図である。
【図１６】前記実施形態における穿孔工具の穿孔動作を模式的に示す側断面図であり、（Ａ）は穿孔前における羽口のノズル管が装着された状態であり、（Ｂ）は穿孔前における羽口のノズル管を外した状態であり、（Ｃ）はスリーブ煉瓦を穿孔している状態であり、（Ｄ）は炉内残留物を穿孔している状態である。
【図１７】前記第１実施形態における穿孔工具の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１…交換装置
１０…台車
１１…フレーム部
１１１…底部
１１２…支柱
１１３…天井部
１２…移動部
１３…作業デッキ
１４…保護屋根
１４１…ガード（前方部）
１５…ホイスト（揚重装置）
１５１…フック
２０…横行架台
２１…スライド軸受
２２…スライド軸
２３…横行シリンダ
３０…旋回テーブル
３１…旋回モータ
４０…傾動フレーム
４１…本体部
４２，４３…傾動ピン
４４，４５…傾動シリンダ
４６，４７…ブーム連結ロッド
５０…工具ブーム
５１…ドリフターロッド
５２…ドリフターユニット
５３…ドリフターフレーム
５４…工具ブーム用シリンダ
６０…スリーブブーム
６１…スリーブ支持具
６２…スリーブ挿入フレーム
６３…スリーブブーム用シリンダ
７０…芯出装置
８０…駆動源
８１…油圧ポンプ
９０，９０Ｂ…穿孔工具
９１…ホルダ
９１１…打撃面部
９１２…雄ねじ
９１３…外周端部
９１４…凹面部
９１５…排出溝部
９１６…側面部
９１７…排出溝部
９１８…ビット植設領域
９１９…冷媒噴出口
９２…外周側ビット
９２１…稜線部
９３…内周側ビット
９３１…植設孔
９３２…テーパ穴
９３３…溶接金属
９４…側面ビット
９４１…稜線部
９０Ａ…穿孔工具
９１Ａ…ホルダ
９１１Ａ…打撃面部
９１２Ａ…雄ねじ
９１３Ａ…外周端部
９１４Ａ…凹面部
９１６Ａ…側面部
９１７Ａ…排出溝部
９１９Ａ…冷媒噴出口
９２Ａ…外周側ビット
９３Ａ…内周側ビット
９４Ａ…側面ビット
９５…環状部材
９５１…割断刃
Ｊ…地金
Ｓ…スリーブ煉瓦
Ｓ１…亀裂片
Ｔ…転炉
Ｔ１…出鋼孔
Ｔ２…羽口
Ｔ３…容器内残存物
Ｔ４…ノズル管
【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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【図１６】
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【図１７】
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