コークス炉炭化室の炉壁補修方法
【課題】溶射補修後の溶射施工体の耐用性を向上でき、溶射施工体の炉壁からの剥落と寿命バラツキを抑制する。
【解決手段】本発明のコークス炉炭化室の炉壁補修方法は、溶射施工前に、溶射材料が炉壁３に対して溶着して形成される溶射施工体３１と炉壁３との間の剪断強さτが、炉壁３を構成する耐火物の強度よりも大きい強度を確保できるように、溶射施工時の溶射ノズル２０の移動速度Ｖ、溶射材料の供給量Ｑ、及び損傷部４の表面温度Ｔの適正条件を決定しておき、溶射施工時に、上記適正条件を満たすように、損傷部４の表面温度Ｔに応じて溶射ノズル２０の移動速度Ｖ及び溶射材料の供給量Ｑを設定して、溶射施工を行うことを特徴とする。
【解決手段】本発明のコークス炉炭化室の炉壁補修方法は、溶射施工前に、溶射材料が炉壁３に対して溶着して形成される溶射施工体３１と炉壁３との間の剪断強さτが、炉壁３を構成する耐火物の強度よりも大きい強度を確保できるように、溶射施工時の溶射ノズル２０の移動速度Ｖ、溶射材料の供給量Ｑ、及び損傷部４の表面温度Ｔの適正条件を決定しておき、溶射施工時に、上記適正条件を満たすように、損傷部４の表面温度Ｔに応じて溶射ノズル２０の移動速度Ｖ及び溶射材料の供給量Ｑを設定して、溶射施工を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉炭化室の炉壁に発生した凹状損傷部の溶射補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉の炭化室の炉壁は、煉瓦等の耐火物で構成されている。この耐火物は、経時劣化により損傷し、炉壁に凹状の損傷部が発生する。この炉壁損傷が進行すると、乾留したコークスの炉壁損傷部への食い込み等により、炭化室からコークスを押し出す際の押出負荷の増大、押し詰まりの原因となり、ひいては炉体寿命の短命化に繋がる。
【０００３】
上記炉壁損傷部を補修するために、一般的には、炉内圧を調整し、炉頂の装入孔から粉体を吹き込むドライシール法が採用されているが、補修効果の維持時間は非常に短い。このため、炉壁損傷部に溶射材料を吹き付けて溶射補修する方法も行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、炉壁損傷部の位置をＸＹ軸平面座標で特定して、溶射補修する方法が提案されている。しかし、当該特許文献１には、溶射施工体が炉壁から剥離し難く、溶射施工体の耐用性を高めることが可能な溶射方法については具体的に記載されていない。
【０００５】
また、特許文献２には、炭化室の炉壁損傷部を溶射補修するに際し、損傷深さが大きい場合には、該炉壁損傷部を複数層に区分し、溶射ノズルの補修動作パターンを変更しつつ、最も深い下層から順次溶射補修を行って、損傷部を埋め戻す方法が記載されている。また、特許文献２においては、溶射材料の接着強度及び溶射施工体の耐用性を高めるために、炉壁面と溶射ノズルとの距離を常に一定に保持することも提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の溶射補修方法では、炉壁損傷部がお椀状の凹部を１箇所だけ有する場合には、連続的に溶射施工できるものの、炉壁損傷部が大きく凹凸して２箇所以上の凹部を有する場合には、連続的に溶射施工できないという問題がある。即ち、後者の場合には、まず、最初の１箇所の凹部を溶射した後に、一旦、溶射ノズルからの溶射材料の吹き付けを中断し、次の凹部の吹き付け開始点に溶射ノズルをセットし直して、再度、溶射材料の吹き付けを開始しなければならい。このため、溶射補修に煩雑な作業を伴うだけでなく、溶射補修に要する時間が長くなるため、炭化室の炉壁が冷却され、スポーリングが発生して健全箇所の耐火物をも損傷する恐れがあった。
【０００７】
上記特許文献２の問題を解決するため、特許文献３には、炉壁損傷部を複数層に区分して溶射するに際し、炉壁損傷部の一端側から他端側まで連続して溶射を行い、損傷深さに応じて溶射ノズルの移動速度を可変させて溶射層厚を調整する方法が提案されている。このような連続的な溶射施工により、炉壁が冷却されることなく、損傷部の平坦化も図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３２２３５４号公報
【特許文献２】特開平７−１２６６３５号公報
【特許文献３】特開２００６−６３２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本願発明者が検討した結果、特許文献３記載の従来の溶射補修方法では、場合によっては、溶射補修で形成された溶射施工体が炉壁から剥落することがあり、溶射施工体の高耐用化の観点からは、改善の余地があることが分かった。
【００１０】
即ち、上部従来の溶射補修方法では、補修箇所の平坦化を最優先に考慮し、損傷深さに応じて溶射ノズルの移動速度を自由に調整することで、所望の溶射層厚を得ることを実現している。しかし、このように平坦化を重視した溶射補修方法であると、自ずと、炉壁損傷部のうち浅い部位を溶射補修する時には、深い部位を補修する時と比べて、溶射ノズルの移動速度が速くなる。このため、溶射ノズルの移動速度が過度に速くなったときには、溶射ノズルが放射する火炎により溶射材料が十分に加熱されないため、炉壁に吹き付けられた溶射材料が未溶融又は半溶融となる現象が起きてしまう。この結果、当該未溶融又は半溶融の溶射材料が固化した箇所を起点として、溶射施工体の剥離が発生し、溶射施工体の耐用性が極端に低下したり、溶射施工体の寿命バラツキが大きくなったりすることが分かった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶射補修後の溶射施工体の耐用性を向上でき、溶射施工体の炉壁からの剥落と寿命バラツキを抑制することが可能な、新規かつ改良されたコークス炉炭化室の炉壁補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述のように、特許文献３記載の溶射補修方法であっても、場合によっては溶射施工体の剥落が発生することがあり、本願発明者は、その原因を鋭意検討した。その結果、単位時間当たりの溶射材料の供給量（材料供給速度）、溶射施工時の溶射ノズルの移動速度、及び被溶射体（炉壁の耐火物）の温度が、適正条件の範囲から外れると、溶射施工体の剥落が生じ、逆に、これらが適正条件の範囲内に収まると、溶射施工体の剥落が生じないことを見出して、以下の本発明を為すに至った。
【００１３】
即ち、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、コークス炉炭化室の炉壁の仕上面と溶射ノズルとの距離を一定に保ちながら、前記炉壁の損傷部に沿って前記溶射ノズルを往復移動させ、前記溶射ノズルから溶射材料を吹き付けることによって、前記損傷部を溶射補修する炉壁補修方法において、溶射施工前に、前記溶射材料が前記炉壁に対して溶着して形成される溶射施工体と前記炉壁との間の剪断強さが、前記炉壁を構成する耐火物の強度よりも大きい強度を確保できるように、溶射施工時の前記溶射ノズルの移動速度、前記溶射材料の供給量、及び前記損傷部の表面温度の適正条件を決定しておき、溶射施工時に、前記適正条件を満たすように、前記損傷部の表面温度に応じて前記溶射ノズルの移動速度及び前記溶射材料の供給量を設定して、溶射施工を行うことを特徴とする、コークス炉炭化室の炉壁補修方法が提供される。
【００１４】
溶射施工時に、前記炉壁の仕上面と前記溶射ノズルとの距離に応じて、前記溶射材料の供給量を設定し、前記設定された溶射材料の供給量及び前記損傷部の表面温度に応じて、前記適正条件により定まる前記溶射ノズルの移動速度の上限値以下の範囲内で、前記損傷部の損傷深さに対応する前記溶射ノズルの移動速度パターンを設定し、前記設定された溶射ノズルの移動速度パターンに従って、前記損傷部に沿って前記溶射ノズルを往復移動させながら、前記設定された溶射材料の供給量で前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて、前記損傷部を溶射補修するようにしてもよい。
【００１５】
前記損傷部の損傷形態に基づいて、前記損傷部を溶射補修するための溶射施工回数を１回又は複数回に決定し、前記複数回の溶射施工では、１回目の溶射施工により、前記損傷部のうち前記最深部を含む第１の領域を溶射補修し、２回目以降の溶射施工により、前記損傷部のうち前記第１の領域よりも広い第２の領域を溶射補修するようにしてもよい。
【００１６】
前記損傷形態は、前記損傷部の最深部の深さと、前記損傷部のエッジ部近傍の深さとの高低差を含み、前記高低差に基づいて、前記損傷部を溶射補修するための溶射施工回数を決定し、前記高低差が閾値未満である場合に、溶射施工回数を１回に決定し、前記高低差が閾値以上である場合に、溶射施工回数を複数回に決定するようにしてもよい。
【００１７】
前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けずに、前記溶射ノズルから放射される火炎を用いて前記損傷部を予熱した後に、前記損傷部に対して前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて前記損傷部を溶射補修するようにしてもよい。
【００１８】
前記損傷部の予熱温度は１０００℃以上であるようにしてもよい。
【００１９】
前記適正条件は、溶射施工前に予めオフラインで決定されるようにしてもよい。
【００２０】
前記溶射ノズルは、粉末状の前記溶射材料を噴射する材料噴射口と、前記材料噴射口の周囲に配された複数の火炎放射口とを有し、前記各火炎放射口の火炎放射軸線同士が交差する交差位置は、前記材料噴射口の材料噴射軸線上にあるようにしてもよい。
【００２１】
前記溶射施工前に予め、前記損傷部の位置と損傷深さを計測し、１回の溶射施工では、前記損傷部を損傷深さ方向に複数層に区分し、前記複数層のうち下層から順次、前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて最上層まで溶射補修し、前記各層は前記損傷部の一端側から他端側まで連続するように区分され、かつ、前記各層の層数は前記損傷部の最深部の深さにより決定され、前記炉壁の仕上面と前記溶射ノズルとの距離を一定に保ちながら、前記溶射ノズルを前記損傷部の一端側から他端側にかけてジグザグ状の移動軌跡で連続的に移動させて、前記損傷部に対して前記溶射材料を吹き付けるようにしてもよい。
【００２２】
上記構成によれば、溶射ノズルの移動速度、溶射材料の供給量、及び損傷部の表面温度の適正条件を予め決定しておき、この適正条件の範囲内で溶射施工を行う。これにより、溶射ノズルから吹き付けられる溶射材料の溶融性を向上させることができるので、溶射施工体と炉壁損傷部とが強固に溶着し、溶射施工体と炉壁損傷部との間の剪断強さが、炉壁を構成する耐火物の強度よりも大きい強度を確保できる。従って、溶射施工体の耐用性を高めて、炉壁からの剥離を防止できるので、溶射施工体の耐用寿命を大幅に延長し、寿命バラツキを抑制できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、溶射補修後の溶射施工体の耐用性を向上でき、溶射施工体の炉壁からの剥落と寿命バラツキを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶射補修装置を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る溶射ノズルを示す縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図３】同実施形態に係る溶射ノズルによる炉壁補修状況を示す模式図である。
【図４】同実施形態に係る溶射材料の補修面への付着状態を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係る溶射施工試験の態様を示す正面図である。
【図６】同実施形態に係るノズル移動速度の上限値と材料供給量との関係を示すグラフである。
【図７】同実施形態に係る凹状損傷部を計測したＸＹ座標平面図である
【図８】同実施形態に係る凹状損傷部の溶射補修状態を示す断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。
【図９】同実施形態に係る炉壁補修方法を示すフローチャートである。
【図１０】図９のＳ１７０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】図９のＳ１８０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る炉壁補修方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例に係る溶射施工試験により得られたノズル移動速度Ｖと溶射層厚Ｄの関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例に係る溶射補修試験により補修された損傷部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
［１．溶射補修装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る溶射補修装置について説明する。図１は、本実施形態に係る溶射補修装置を示す模式図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る溶射補修装置１０は、コークス炉１の炭化室２の炉壁３に生じた損傷を溶射補修するための装置である。炭化室２の内部は、例えば３５０〜４００ｍｍ程度の幅狭の細長い空間であるため、炉壁３を補修するために、溶射補修装置１０は、炭化室２の内部に装入可能な大きさ及び形状を有し、遠隔操作で溶射補修が行える機構を備えている。
【００２８】
なお、炭化室２の炉壁３における損傷としては、壁面が凹状に陥没した凹状損傷部４（（以下、単に「損傷部４」という場合もある。）や、炉壁３を構成する耐火物（煉瓦）の縦目地部の損傷や煉瓦の亀裂により生じる亀裂状損傷部５等がある。これらの損傷を放置すると、炉壁３の平坦度の悪化により、炭化室２内からコークスを押し出す際の押出負荷の増大や、押し詰まりの原因となり、また、亀裂状損傷部５から黒鉛が漏れ出す等の問題が生じる。
【００２９】
従って、定期的に又は必要に応じて、炭化室２内に溶射補修装置１０を装入して、炉壁３に生じた凹状損傷部４や亀裂状損傷部５を確認し、これら損傷部を補修する必要がある。なお、炭化室２内に溶射補修装置１０を装入するときには、炭化室２の一端に設けられた炉蓋７が開放され、当該装入後に炉蓋７を閉塞して、炭化室２内の炉壁温度の低下が防止される。
【００３０】
図１に示すように、溶射補修装置１０は、進退方向移動機構１１と、上下方向旋回機構１２と、左右方向旋回機構１３と、冷却装置１４と、カメラ１５と、レーザープロフィールメータ１６と、はつり機１７と、コントローラ１８と、溶射装置１９と、溶射ノズル２０（溶射バーナ）とを備える。
【００３１】
進退方向移動機構１１は、溶射補修装置１０を炭化室２内でその奥行き方向（ｘ方向）に移動させる機構である。上下方向旋回機構１２は、進退方向移動機構１１の先端部分に設けられ、カメラ１５、レーザープロフィールメータ１６、はつり機１７及び溶射ノズル２０を上下方向に旋回させる機構である。左右方向旋回機構１３は、上下方向旋回機構１２のさらに先端部分に設けられ、カメラ１５、レーザープロフィールメータ１６、はつり機１７及び溶射ノズル２０を左右方向に旋回させる機構である。
【００３２】
溶射補修装置１０は、これらの移動機構１１及び旋回機構１２、１３により、カメラ１５、レーザープロフィールメータ１６、はつり機１７及び溶射ノズル２０を、炉壁３に接近又は離隔させたり、炉壁３の壁面方向に沿って上下左右に移動させたりすることができる。
【００３３】
冷却装置１４は、溶射補修装置１０を外部から冷却する装置である。該冷却装置１４は、配管１４ａを介して溶射補修装置１０に冷却水を供給し、さらに溶射補修装置１０内で冷却水を循環させることで、炭化室２内で溶射補修装置１０が高温にならないように冷却する。
【００３４】
カメラ１５は、ＣＣＤカメラ等の撮像装置で構成され、炉壁３の壁面を撮像して炉壁３の状態を観察するための装置である。このカメラ１５により撮像された壁面の画像は、不図示の表示装置に表示される。かかるカメラ１５により、炉壁３の壁面に沿った上下左右方向のＸ位置及びＹ位置における損傷状態や、炉壁３に対するカーボン付着状態を、コークス炉１外から観察することができる。
【００３５】
レーザープロフィールメータ１６は、溶射施工対象である炉壁３の壁面と溶射ノズル２０との間の距離を計測する距離計の一例である。このレーザープロフィールメータ１６により、凹状損傷部４における損傷深さや、亀裂状損傷部５におえる亀裂深さ等を測定することができる。
【００３６】
コントローラ１８は、溶射補修装置１０の動作を制御する機能を有する。カメラ１５、レーザープロフィールメータ１６から出力されるイメージシグナル、プロフィールシグナルは、炉外に配置されるコントローラ１８により解析される。コントローラ１８は、当該解析結果に基づいて、溶射補修装置１０の駆動を制御する。
【００３７】
はつり機１７は、炉壁３の壁面をはつる（削り取る）ための装置である。このはつり機１７は、炉壁３の損傷状態に応じて、壁面上の煉瓦屑や、付着物を除去するために用いられる。
【００３８】
溶射装置１９は、例えば、ガスボンベ、溶射材料粉供給装置、ガス供給装置等（図示せず。）を備え、溶射補修装置１０の先端の溶射ノズル２０に溶射材料と火炎放射用の燃料とを供給する。火炎放射用の燃料は、例えば、ＬＰＧ、燃焼酸素、粉体キャリア酸素などである。上記溶射装置１９及び冷却装置１４における仕様例を以下に示す。
【００３９】
ＬＰＧ ：０．１ＭＰａにて、１５Ｎｍ３／ｈｒ
燃焼酸素 ：０．５ＭＰａにて、６０Ｎｍ３／ｈｒ
粉体キャリア酸素 ：０．５ＭＰａにて、６Ｎｍ３／ｈｒ
溶射ノズル用冷却水 ：４０リットル／ｍｉｎ（浄水）
【００４０】
溶射ノズル２０は、炉壁３に対して溶射材料を溶射するための装置であり、炉壁３に対して粉末状の溶射材料８を吹き付ける機能と、溶射材料を溶融させるための火炎９を放射するバーナー機能とを有する（図３参照。）。この溶射ノズル２０は、溶射装置１９から供給された燃料を燃焼させて炉壁３に向けて火炎９を放射しながら、同じく溶射装置１９から供給された溶射材料８を炉壁３に対して吹き付ける。これにより、火炎９により溶融された状態の溶射材料８が炉壁３の壁面に溶射され、これが固化することで、壁面上に溶射施工体が形成される。
【００４１】
ここで、図２、図３を参照して、本実施形態に係る溶射ノズル２０の構成について詳述する。図２は、本実施形態に係る溶射ノズル２０を示す縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。図３は、本実施形態に係る溶射ノズル２０による炉壁補修状況を示す模式図である。
【００４２】
なお、以下では、溶射ノズル２０として、上記凹状損傷部４を溶射補修するための溶射ノズルの例について詳述するが、本実施形態に係る溶射補修装置１０は、当該凹状損傷部４の補修用の溶射ノズルに換えて、亀裂状損傷部５の補修用の溶射ノズルを取り付けることも可能である。
【００４３】
図２に示すように、溶射ノズル２０（溶射バーナー）は、その中央に配置されて粉末状の溶射材料を噴射する材料噴射口２２と、この材料噴射口２２の周囲に環状に配列された複数の火炎放射口２３を備える。
【００４４】
詳細には、溶射ノズル２０は、円板状体から構成され、この円板状体の略中央に１つの材料噴射口２２が形成されている。この材料噴射口２２の材料噴射軸線Ａ１は、円板状体の面外法線方向に向いている。かかる材料噴射口２２は、ノズル内部の流路２２ａを介して上記溶射装置１９と連通している。このため、溶射装置１９から流路２２ａを通じて供給された粉末状の溶射材料は、材料噴射口２２から前方に噴射される。
【００４５】
また、材料噴射口２２の周囲には、当該材料噴射口２２を囲むように環状に配列された複数の火炎放射口２３が複数列形成されている。図示の例では、火炎放射口２３は、材料噴射口２２の中心から外側に向かって３列形成されている。具体的には、最内周側の列２４Ａに１２個の内側火炎放射口２３Ａが環状に配列され、その外側の列２４Ｂに１２個の中側火炎放射口２３Ｂが環状に配列され、最外周側の列２４Ｃに１２個の外側火炎放射口２３Ｃが環状に配列されている。
【００４６】
これら各火炎放射口２３は、ノズル内部の流路２３ａを介して上記溶射装置１９と連通している。このため、溶射装置１９から単管（図示せず。）を通じて供給された燃料（例えばＬＰＧと燃焼酸素）は混合された上で、複数の流路２３ａに分岐され、環状に配された複数の火炎放射口２３から分散して放射される。
【００４７】
また、上記各火炎放射口２３の火炎放射軸線Ａ２は、材料噴射軸線Ａ１上で相互に交差しており、当該交差位置は、材料噴射軸線Ａ１上において材料噴射口２２から距離Ｍの位置である。材料噴射軸線Ａ１を間に挟む任意の２つの火炎放射軸線Ａ２は、交差角θで交差している。
【００４８】
本実施形態では、上記材料噴射口２２から交差位置までの距離Ｍは、１５０〜２００ｍｍの範囲内、例えば２００ｍｍに設定されており、交差角θは１０°以下に設定されている。また、材料噴射軸線Ａ１と火炎放射軸線Ａ２との成す角は、例えば５°以下である。また、上記のような凹状損傷部４の補修用の溶射ノズル２０の仕様例は以下の通りである。
【００４９】
材料噴射口の孔径 ：８ｍｍ
溶射材料の噴射速度 ：３３．２Ｎｍ／ｓｅｃ
材料噴射口の孔径 ：２．６ｍｍ
内側火炎放射口列の直径：２２ｍｍｍ
中側火炎放射口列の直径：２８ｍｍｍ
外側火炎放射口例の直径：３６ｍｍｍ
火炎放射口の総数 ：３６個
交差距離Ｍ ：２００ｍｍ
【００５０】
上記構成の溶射ノズル２０によれば、中央の材料噴射口２２から粉末状の溶射材料が炉壁３に向けて噴射されるとともに、その周囲の多数の火炎放射口２３から燃料が炉壁３に向けて噴射される。この際、当該燃料が引火して燃焼するため、図３に示すように、当該複数の火炎放射口２３から火炎９が放射され、この火炎９の熱により、中央の材料噴射口２２から噴射された溶射材料８が溶融し、溶融した溶射材料８が炉壁３に溶着する。この結果、図４に示すように、炉壁３の壁面（溶射面）上には、溶射材料８が山状に盛り上がって付着する。
【００５１】
また、上記のように本実施形態に係る凹状損傷部４の補修用の溶射ノズル２０では、図３に示したように材料噴射口２２及び複数の火炎放射口２３を配置し、材料噴射軸線Ａ１と複数の火炎放射軸線Ａ２を相互に交差させている。かかる配置により、溶射ノズル２０の移動速度Ｖ（バーナー送り速度）及び溶射距離Ｌ０が一定である条件下では、図４に示すように、炉壁３の壁面（溶射面）に付着した山状の溶射材料８は、その裾野の幅Ｗと高さＲが安定した形状をなすことができる。従って、当該溶射材料８の裾野の幅Ｗと高さＲが安定すれば、溶射補修前に所望の溶射層厚を得るために必要な溶射条件（溶射材料の供給量Ｑや溶射ノズル２０の移動速度Ｖ等）を正確に求めることが可能となる。
【００５２】
ところで、コークス炉１の炭化室２の炉幅は例えば４００ｍｍ程度であり、当該炭化室２の内部で炉壁３に対して垂直方向に溶射補修しなければならない。凹状損傷部４の溶射補修に際しては、溶射施工体が凹状損傷部４の微妙な凹凸に対して倣う追従性と、溶射材料の高い付着歩留まりが必要である。このため、壁面に沿って直線方向に溶射ノズル２０を移動させた時に、壁面上に形成される溶射施工体の形状が、安定しており、かつ幅狭の鋭角な三角形状の断面形状を成す必要がある。
【００５３】
そこで、本実施形態に係る凹状損傷部４の補修用の溶射ノズル２０においては、各火炎放射口２３の火炎放射軸線Ａ２の交差位置を、材料噴射口２２から１５０〜２５０ｍｍだけ離れた範囲に調整している。即ち、図３に示したように、交差距離Ｍが１５０〜２５０ｍｍである。これにより、炉壁３の壁面に対して、鋭角な三角形状を成す断面を有する溶射施工体を形成することができる。
【００５４】
なお、上記距離Ｍが１５０ｍｍ未満では、壁面に対して鋭角な三角形状の溶射施工体を安定して形成し難くなる。一方、上記距離Ｍが２５０ｍｍを超えると、一般的な炭化室２においては、補修対象の壁面と対向する他方の壁面に溶射ノズル２０の後端が接触してしまい、上記距離Ｍを確保することができない。しかも、壁面に対して広幅の溶射施工を行うことにより、溶射施工体が凹状損傷部４の微妙な凹凸に追従することが困難となるおそれがある。
【００５５】
さらに、上記距離Ｍを比較的大きい距離１５０〜２５０ｍｍに設定することで、炉壁３の壁面に対して遠距離から狭い範囲に溶射材料を吹き付けることできるので、溶射材料を厚く吹き付けて、凹状損傷部４を平坦化する補修に好適である。
【００５６】
また、上記溶射ノズル２０において、複数の火炎放射軸線Ａ２の交差角θが１０°以下であることが好ましい。交差角θが１０°を超えると、吹き付けられる溶射材料の広がりが大きくなり、壁面に対して鋭角な三角形状の溶射施工体を安定して形成し難くなる。
【００５７】
また、本実施形態に係る溶射ノズル２０で使用する溶射材料としては、炭化室２の炉壁３を構成する耐火物（煉瓦）の原料構成に応じた原料を用いればよい。例えば、溶射材料としては、珪石粉末を主原料とし、粒径が０．２ｍｍ以下、シリカ（ＳｉＯ２）含有量が９５質量％以上、耐火温度が１６５０℃程度の溶射材料を用いればよい。これにより、溶射施工体の膨張挙動を、熱間容積安定性に優れたものとすることができる。
【００５８】
以上、本実施形態に係る溶射補修装置１０及び溶射ノズル２０の構成について詳述した。かかる溶射補修装置１０及び溶射ノズル２０より、以下に説明するとおり、コークス炉１の炭化室２の炉壁３に発生した凹状損傷部４を好適に溶射補修することができる。
【００５９】
［２．炉壁補修方法の概要］
次に、本実施形態に係る炉壁３に生じた凹状損傷部４を溶射補修する炉壁補修方法の概要について説明する。
【００６０】
本実施形態に係る炉壁補修方法は、粉末状の溶射材料８を火炎９で溶融させながら被溶射体（炉壁３の凹状損傷部４の耐火物）の表面に固着させて溶射施工体を形成し、該凹状損傷部４を補修する溶射補修方法である。本実施形態では、炉壁３に対する溶射施工体の接着剪断強さτに着目し、溶射施工時の各種の溶射条件を適正条件に設定することで、当該接着剪断強さτが被溶射体である耐火物自身の引張強度よりも大きくなるようにすることを特徴としている。
【００６１】
なお、剪断強さは、試料が剪断荷重により破壊されるときの荷重であり、剪断荷重を断面積で除した値で示される。本実施形態に係る接着剪断強さτは、溶射施工体３１が剪断荷重により被溶射体３０から剥離するときの荷重を、溶射施工体３１と被溶射体３０の接着面積で除して求められる。また、炭化室２の炉壁３を構成する耐火物（煉瓦）の強度は、材質によって異なるが、例えば、炭化室２の炉壁３を構成する珪石煉瓦の引張強度は、例えば１．５〜３．５ＭＰａ程度であり、曲げ強度の約１／３程度である。
【００６２】
本願発明者が、炉壁３からの溶射施工体の剥離性に関し鋭意研究したところ、以下の知見が得られた。即ち、溶射距離Ｌ０と火炎燃焼条件が一定の条件下においては、炉壁３の耐火物に対する溶射施工体の接着剪断強度τは、溶射施工時の溶射ノズル２０の移動速度Ｖ（以下、ノズル移動速度Ｖという。）、溶射ノズル２０からの溶射材料の供給量Ｑ（以下、材料供給量Ｑという。）、及び被溶射体である炉壁３の損傷部４の表面温度Ｔ（以下、壁面温度Ｔという。）に大きく依存する。そして、溶射施工時に溶射材料が良好な溶融状態を確保できた場合には、溶射施工体の接着剪断強さτは例えば１．５ＭＰａ以上を有し、被溶射体である耐火物自身の強度よりも強くなる。このため、溶射補修後に、当該溶射施工体が耐火物から脱落する際は、溶射施工体内部が破壊するのではなく、耐火物内部で破壊が生じて、耐火物の一部と共に溶射施工体が脱落することとなる。
【００６３】
従って、上記接着剪断強さτが耐火物自身の強度となるように、溶射条件（ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔの条件）の適正条件を定め、当該適正条件の範囲内で溶射補修を行えば、溶射施工体の剥離、脱落が起こり難く、溶射施工体寿命のバラツキを抑制しつつ、該溶射施工体の平均寿命を大きく延長することが可能になる。
【００６４】
ところが、特許文献３記載の従来の炉壁補修方法では、補修箇所に形成される溶射施工体の平坦性を重視しすぎるあまり、上記適正条件や、溶射材料の溶融性については考慮されていなかった。つまり、当該従来の炉壁補修方法では、補修箇所の平坦性の観点から、凹状損傷部４を損傷深さ方向に区分した各層の溶射補修時に所望の溶射層厚を得るため、ノズル移動速度Ｖを比較的広い範囲内で自由に可変としていた。このため、凹状損傷部４の損傷深さが浅い箇所では、薄い溶射層厚を得るために、ノズル移動速度Ｖを非常に高速にしており、このため、溶射材料が火炎９で十分に溶融せず、未溶融又は半溶融の状態となっていた。この結果、当該未溶融又は半溶融の溶射材料が溶着した箇所の強度が低下し、当該箇所を起点として溶射施工体が炉壁３から簡単に剥離・脱落してしまい、溶射施工体の耐用性が低下し、短寿命化していた。
【００６５】
そこで、本実施形態に係る炉壁補修方法では、まず、溶射施工前に予めオフラインで、溶射ノズル２０用いた溶射施工試験を行い、溶射材料が良好に溶融し、強固に耐火物に固着できるような、溶射施工の適正条件の範囲を決定しておく。この適正条件は、上記溶射施工体の接着剪断強さτが耐火物自身の強度よりも大きい強度（例えば１．５ＭＰａ以上）を確保できるような、壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの相関を示す条件範囲である。
【００６６】
次いで、実際の溶射施工時に、上記壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの適正条件を満たすように、壁面温度Ｔに応じて、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖ等の溶射条件を設定して、当該設定した溶射条件で溶射施工を行う。
【００６７】
具体的には、溶射施工時にまず、溶射仕上面４０（図８参照。）と溶射ノズル２０先端との距離（即ち、溶射距離Ｌ０）に応じて、材料供給量Ｑを設定する。溶射仕上面４０（炉壁仕上面に相当する。）は、炉壁３の凹状損傷部４を溶射補修したときの理想的な仕上面であり、健全な炉壁３の壁面と面一である。また、本明細書において、溶射距離Ｌ０は、溶射ノズル２０の先端から当該溶射仕上面４０までの距離（基準溶射距離：図４、図８に示す距離Ｌ０）であり、溶射ノズル２０の先端から凹状損傷部４内の実際の補修位置までの距離（実際の溶射距離：図８に示す距離Ｌ）ではない。
【００６８】
次いで、上記設定された材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じて、上記適正条件により定まるノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下の範囲内で、溶射施工時の溶射ノズル２０の移動軌跡におけるノズル移動速度パターンを設定する。凹状損傷部４の損傷形態に応じて、複数種類のノズル移動速度パターンが予め定められている。溶射施工時には、当該複数種類のノズル移動速度パターンの中から、実際の凹状損傷部４の損傷形態に合わせて、最適な１つのノズル移動速度パターンが選択されて、設定される。
【００６９】
その後、上記設定された溶射ノズル２０の移動速度パターンに従って、溶射ノズル２０を凹状損傷部４に沿ってジグザグ状の移動軌跡で移動させながら、上記設定された材料供給量Ｑで溶射ノズル２０から溶射材料を吹き付けて、凹状損傷部４を溶射補修する。このとき、補修箇所の平坦性を得るために、凹状損傷部４の各位置の損傷深さに応じて、ノズル移動速度Ｖを変化させ、当該各位置に対する溶射層厚を調整する。
【００７０】
上記ノズル移動速度パターンは、凹状損傷部４の損傷深さＨに応じたノズル移動速度Ｖの変化パターンを意味し、例えば、損傷深さＨの所定区間ごとに、当該区間に適したノズル移動速度Ｖを定めたものである（後述の表３を参照）。上記適正条件を満たすように、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じてノズル移動速度パターンを適切に設定することで、溶射材料の溶融性を向上させ、適切に溶融した状態の溶射材料を用いて凹状損傷部４を補修できる。これにより、凹状損傷部４に溶射材料を適切に溶着させ、凹状損傷部４に溶着した溶射施工体と壁面との間の接着剪断強さτを十分に確保できる。よって、補修箇所の平坦性を確保しつつ、溶射補修後に時間が経過しても、溶射施工体が炉壁３から剥離・脱落することを抑制でき、溶射施工体の耐用性の向上及び長寿命化を実現でき、寿命バラツキを抑制できる。
【００７１】
［３．溶射施工の適正条件］
次に、本実施形態に係る炉壁補修方法において、溶射施工体の耐用性を向上できる溶射施工の適正条件について詳細に説明する。
【００７２】
まず、上記適正条件を求めるために行った溶射施工試験について説明する。図５に示すように、溶射補修装置１０の実機と同一仕様の溶射ノズル２０を用いて、一定の燃焼条件下にて、壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑを変化させながら、熱間における溶射試験を行った。
【００７３】
この溶射試験では、上述した溶射ノズル２０から被溶射体３０に溶射材料を溶射して、被溶射体３０の表面上に溶射施工体３１を形成した。被溶射体３０としては、炉壁３を構成する珪石煉瓦を用いた。溶射材料としては、ＬＦＣ５０２（黒崎播磨株式会社製）を用い、材料供給量Ｑを２０ｋｇ／ｈｒとした。また、溶射ノズル２０に供給する燃料ガスとしては、ＬＰＧを用い、当該ＬＰＧの供給圧を０．１ＭＰａ、供給量を１５Ｎｍ３／ｈｒとした。また、溶射ノズル２０の先端から被溶射体３０までの溶射距離Ｌ０は２００ｍｍとした。
【００７４】
さらに、溶射ノズル２０の燃焼条件を一定とした条件下で、壁面温度Ｔ（被溶射体３０の溶射面３０ａの温度）、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑを以下のように複数段階で変化させて、これら溶射条件が異なる複数種類の溶射施工体３１を形成した。
【００７５】
また、上記のような形成された溶射施工体３１に治具３２を取り付け、当該治具３２を介して上方から溶射施工体３１に対して、溶射面３０ａと平行な方向に剪断荷重を加え、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の接着剪断強さτを測定した。この際、当該剪断荷重を徐々に増加させ、被溶射体３０から溶射施工体３１が剥落したときの荷重を溶射施工体３１の溶着面積で除した値を、接着剪断強さτとした。
【００７６】
上記溶射試験結果を表１に示す。表１の数値は、上記のように壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑを様々に変えて形成された溶射施工体３１の接着剪断強さτ［ＭＰａ］を示している。
【００７７】
【表１】
【００７８】
表１に示すように、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔが一定条件下では、ノズル移動速度Ｖが大きくなるほど、接着剪断強さτが小さくなっている。従って、ノズル移動速度Ｖを小さくした方が、溶射材料の溶融性が高まるため、接着剪断強さτを確保し、溶射施工体３１の耐用性を向上できることが分かる。
【００７９】
また、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖが一定条件下では、壁面温度Ｔが低くなるほど、接着剪断強さτが小さくなる傾向がある。特に、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ超であるときには、この傾向が顕著になる。従って、溶射施工時の壁面温度Ｔを高くした方が、溶射材料の溶融性が高まるため、接着剪断強さτを確保し、溶射施工体３１の耐用性を向上できることが分かる。
【００８０】
さらに、壁面温度Ｔ及びノズル移動速度Ｖが一定条件下では、材料供給量Ｑが少なくなるほど、接着剪断強さτが小さくなる傾向がある。特に、材料供給量Ｑが２５ｋｇ／ｈｒであるときには、接着剪断強さτが大幅に低下している。従って、溶射施工時の溶射ノズル２０からの材料供給量Ｑを少なくした方が、溶射材料の溶融性が高まるため、接着剪断強さτを確保し、溶射施工体３１の耐用性を向上できることが分かる。
【００８１】
また、表１には、各溶射試験において、溶射施工体３１が被溶射体３０から剥離したときの剥離形態Ａ〜Ｃも示してある。ここで、剥離形態Ａ〜Ｃについて説明する。
【００８２】
剥離形態Ａは、被溶射体３０（煉瓦）の内部で破壊が生じ、溶射施工体３１が被溶射体３０の一部とともに剥離した状態である。この剥離形態Ａが発生するのは、溶射施工体３１が被溶射体３０に強固に溶着している場合であり、溶射施工が非常に良好であることを意味する。この場合、溶射時に溶射材料が十分に溶融していたため、溶射材料の成分が被溶射体３０内部に拡散して、両者が強固に溶着したものと考えられる。
【００８３】
剥離形態Ｂは、溶射施工体３１と被溶射体３０との界面で当該溶射施工体３１が剥離したが、被溶射体３０の端部も部分的に欠損し、剥離した溶射施工体３１に付着していた状態である。この剥離形態Ｂが発生するのは、溶射施工体３１が被溶射体３０に溶着しているが、溶着力が弱い場合であり、溶射施工があまり良くないことを意味する。この場合、溶射時に溶射材料が溶融しているものの、溶射材料の成分が被溶射体３０内部にあまり拡散せず、両者の溶着力が低下したものと考えられる。
【００８４】
剥離形態Ｃは、溶射施工体３１に荷重を加えたときに、溶射施工体３１と被溶射体３０との界面で当該溶射施工体３１が剥離しており、被溶射体３０の端部は健全であり、欠損がなかった状態である。この剥離形態Ｃが発生するのは、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の溶着力が非常に弱い場合であり、溶射施工が不良であることを意味する。この場合、溶射時に溶射材料が半溶融又は未溶融の状態であったため、溶射材料の成分が被溶射体３０内部にほとんど拡散せず、両者の溶着力が非常に低下したものと考えられる。
【００８５】
ここで、上記の接着剪断強さτと剥離形態Ａ〜Ｃとの関係について考察する。表１に示すように、接着剪断強さτが大きいほど剥離形態Ａとなりやすく、接着剪断強さτが小さいほど剥離形態Ｃとなりやすい。具体的には、接着剪断強さτが１．５ＭＰａ以上である場合には、剥離形態Ａとなり、τが０．６ＭＰａ超、１．５ＭＰａ未満である場合には、概ね剥離形態Ｂとなり、τが０．６ＭＰａ以下である場合には、概ね剥離形態Ｃとなる。また、壁面温度Ｔが極端に低い６００℃である場合を除き、８００℃以上であるときには、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ未満である場合に、溶着状態が非常に良好な剥離形態Ａないしはある程度良好な剥離形態Ｂとなり、溶着状態が悪い剥離形態Ｃにはならない。
【００８６】
従って、上記の溶射試験結果によれば、溶射施工時にノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔを適正条件の範囲内に設定すれば、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の溶着強度を高めて、溶射施工体３１の剥離を抑制できるといえる。そして、表１に示すように、被溶射体３０からの溶射施工体３１の剥離形態が、上記剥離形態Ａ、少なくとも剥離形態Ｂとなるように、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔを設定すれば、溶射施工体３１の耐用性を向上できることが分かる。
【００８７】
次に、図６を参照して、被溶射体３０の強度以上の溶射施工体３１の接着剪断強さτを確保可能なノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔの適正条件について、より詳細に説明する。
【００８８】
上記と同様にして溶射試験を行い、溶射距離Ｌ０が１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍである場合についてそれぞれ、溶射施工体３１が被溶射体３０から上記剥離形態Ａで剥離するようなノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔの適正条件を求めた。この結果を図６に示す。図６のグラフは、各壁面温度Ｔ（６００℃〜１１００℃）に関し、溶射施工体３１の接着剪断強さτを確保可能なノズル移動速度Ｖの上限値Ｖｍａｘと材料供給量Ｑとの関係を表している。また、以下の表２は、図６のデータを示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】
図６及び表２に示すように、溶射距離Ｌ０が何れの場合も、壁面温度Ｔが一定条件下では、材料供給量Ｑが多くなるほど、ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘが小さくなっている。例えば、図６（ｂ）に示すように、溶射距離Ｌ０＝２００ｍｍ、壁面温度Ｔ＝８００℃である条件下では、材料供給量Ｑが１５ｋｇ／ｈｒである場合には、ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘは６．０ｍ／ｍｉｎであるが、Ｑが２０ｋｇ／ｈｒである場合には、Ｖｍａｘは３．０ｍ／ｍｉｎに低下している。
【００９１】
溶射距離Ｌ０が何れの場合も、材料供給量Ｑが一定条件下では、壁面温度Ｔが低くなるほど、ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘが小さくなっている。例えば、図６（ｂ）に示すように、溶射距離Ｌ０＝２００ｍｍ、材料供給量Ｑ＝２０ｋｇ／ｈｒである条件下では、壁面温度Ｔが１０００℃及び１０００℃である場合には、ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘは７．５ｍ／ｍｉｎであるが、Ｔが８００℃ｋｇ／ｈｒである場合には、Ｖｍａｘは３．０ｍ／ｍｉｎに低下している。
【００９２】
このように、溶射施工体３１の接着剪断強さτを確保可能なノズル移動速度上限値Ｖｍａｘは、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じて増減する。このように、ノズル移動速度Ｖの適正条件は、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じて決定される。例えば、図６（ｂ）に示す領域Ａは、壁面温度Ｔ＝８００℃である場合の材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖの適正条件の範囲を示す。
【００９３】
以上、溶射施工体３１の耐用性を向上可能な壁面温度Ｔ、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖの適正条件について詳細に説明した。実際の溶射施工では、かかる適正条件を満たすように、壁面温度Ｔに応じて材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖを設定すればよい。例えば、壁面温度Ｔ及び材料供給量Ｑに応じて、溶射施工時の実際のノズル移動速度Ｖを、図６に示すノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下に設定すればよい。これにより、溶射ノズル２０から溶射される溶射材料を好適に溶融させて被溶射体３０に強固に溶着させることができるので、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の接着剪断強さτを所望値以上に確保できる。従って、高耐用性の溶射施工体３１を形成できるので、溶射施工体３１の剥離を抑制して、溶射施工体３１の寿命を延長できる。
【００９４】
［４．溶射施工の詳細］
次に、図７、図８を参照して、本実施形態に係る炉壁補修方法における溶射施工方法について詳述する。図７は、本実施形態に係る凹状損傷部４を計測したＸＹ座標平面図である。図８は、本実施形態に係る凹状損傷部４の溶射補修状態を示す断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。なお、図８（ａ）は、図８（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【００９５】
本実施形態に係る炉壁補修方法は、炭化室２の炉壁３を構成する耐火物に発生した凹状損傷部４、特に、図７、図８に示すように内部に大きな凹凸を有する凹状損傷部４（以下、単に損傷部４という。）を連続的に溶射補修するものである。図７、図８に示す損傷部４は、３箇所の凹部４１、４２、４３を有しており、このうち中央の凹部４２が最も深く、当該凹部４２の最深部の深さ（即ち、凹状損傷部４の凹凸の最深部の深さ）がＨＭである。
【００９６】
この損傷部４を複数層に区分して溶射補修する際、最下層の補修を行う時に、上記の特許文献２記載の方法では、１箇所の凹部４１の補修を終了してから他の箇所の凹部４２、４３に移るときに、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹付けを中断し、次の凹部４２、４３の吹付開始点に溶射ノズル２０をセットして、溶射を再開していた。しかし、かかる方法であると、溶射の中断・再開という煩雑な作業を伴うだけでなく、溶射補修に要する時間が長くなって、炭化室の炉壁が冷却され、スポーリングが発生して健全箇所の耐火物をも損傷する恐れがあった。
【００９７】
そこで、本実施形態では、特許文献３記載の方法と同様に、損傷部４の最下層５１から最上層５４の溶射仕上面４０までの補修を効率的に行うために、少なくとも各層５１〜５４の溶射補修では、溶射ノズル２０からの溶射材料の溶射を中断せずに、連続的に溶射施工を行う。
【００９８】
このためには、図８（ａ）に示すように、炉壁３の損傷部４の一端側４４から他端側４５の範囲において、ＸＹ座標平面の各位置の損傷深さＨに応じて、１層当たりの溶射層厚Ｄを調整する。例えば、損傷深さＨが深い位置では、１層当たりの溶射層厚Ｄを厚くし、一方、損傷深さＨが浅い位置では、１層当たりの溶射層厚Ｄを薄くする。これにより、損傷部４の少なくとも一端側４４から他端側４５に至るまで、各層５１〜５４とも連続して溶射補修することが可能になり、しかも、溶射仕上面４０も平坦にすることが可能である。なお、溶射仕上面４０は、健全な炉壁３の壁面３４と同一レベルとなることが好ましい。
【００９９】
このように各位置の溶射層厚Ｄを損傷深さＨに応じて変えて、各層を連続的に溶射施工するためには、凹状損傷部４の形状及び大きさを正確に計測した上で、当該損傷部４を損傷深さ方向に複数層に区分するときの層数ｋと、各層の溶射層厚Ｄを適切な値に決定することが要求される。以下にその方法について詳述する。
【０１００】
まず、溶射補修装置１０に設けられたレーザー距離計、例えば、レーザープロフィールメータ１６を用いて、補修対象となる炭化室２の炉壁３の凹状損傷部４を計測する。そして、溶射補修装置１０のコントローラ１８により、当該レーザープロフィールメータ１６の計測値を処理して、図７に示すような等高線を用いた３次元座標図を求める。そして、この３次元座標図から損傷部４の各座標位置の損傷深さＨ及び最深部の深さＨＭ（例えば、ＨＭ＝４０ｍｍ）を読みとる。
【０１０１】
次に、コントローラ１８によるシミュレーションによって、凹状損傷部４を複数層に区分するときの層数ｋと、各層の各位置での溶射層厚Ｄを決定する。この層数ｋと、溶射層厚Ｄは、例えば、各位置の損傷深さＨ、最深部の深さＨＭ、溶射ノズル２０の許容最低移動速度Ｖｍｉｎ、溶射ノズル２０による材料供給量Ｑ、及び溶射距離Ｌに対応するリバンドロス量等に基づいて決定される。
【０１０２】
補修対象領域である凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数層に区分するときの層数ｋは、当該凹状損傷部４の最深部の深さＨＭに応じて決定されることが好ましい。そして、当該層数ｋと、損傷部４のＸＹ座標平面における各位置の損傷深さＨに応じて、各層の当該各位置における溶射層厚Ｄを決定すればよい。実際の溶射施工において、溶射ノズル２０からの材料供給量Ｑが一定である場合、各層の溶射層厚Ｄを厚く施工するためには、ノズル移動速度Ｖを遅くし、一方、各層の溶射層厚Ｄを薄く施工するためには、ノズル移動速度Ｖを速くすればよい。
【０１０３】
しかし、溶射ノズル２０を往復移動させて広範囲を溶射する場合には、図８（ｂ）に示すように、溶射ノズル２０の移動軌跡５０は、所定のピッチｐのジグザク状になる。このため、溶射ノズル２０の移動速度Ｖが遅過ぎると、補修面に溶射された溶射材料の広がり（図４に示したような山状に付着した溶射材料８の裾野の幅Ｗ）が極端に広くなり、裾野同士が重なって平滑な溶射仕上面４０が得られなくなる。
【０１０４】
このため、溶射仕上面４０の平坦度に悪影響を与えないように、ノズル移動速度Ｖを許容最低移動速度Ｖｍｉｎ（ノズル移動速度下限値）以上に設定する必要がある。そして、当該許容最低移動速度Ｖｍｉｎで得られる溶射層厚Ｄが、溶射層厚の上限値Ｄｍａｘとなる。
【０１０５】
そこで、各層の溶射層厚Ｄが上限値Ｄｍａｘ以下となるように、凹状損傷部４の最深部の深さＨＭに基づいて、層数ｋを決定することが好ましい。図８の例では、最深部の深さＨＭに応じて、損傷部４が損傷深さ方向（ｚ方向）に４つの層５１〜５４に区分されている（層数ｋ＝４）。即ち、３＊Ｄｍａｘ＜ＨＭ＜４＊Ｄｍａｘであるため、層数ｋ＝４に決定されている。これにより、溶射補修時に、許容最低移動速度Ｖｍｉｎ以上のノズル移動速度Ｖを確保して、溶射仕上面４０の平坦度を維持しつつ、必要最小限の層数ｋで損傷部４全体を補修できる。
【０１０６】
また、溶射材料を溶射した際に、該溶射材料が補修面に付着せずに飛散する現象（いわゆるリバンドロス）が生じ、そのリバンドロス量が、実際の溶射距離Ｌに応じて異なる場合がある。この場合には、このリバンドロス量を加味して層数ｋ及び溶射層厚Ｄを決定することが好ましい。
【０１０７】
そして、上記決定された層数ｋ、及びＸＹ座標平面の各位置の損傷深さＨに応じて、各層の各位置での溶射層厚Ｄが決定され、さらに、この各位置の溶射層厚Ｄに応じて、溶射層厚Ｄを溶射施工するときのノズル移動速度Ｖのパターンが設定される。この際、溶射ノズル２０の移動速度パターンの決定の作業性を簡素化するためには、ノズル移動速度パターンが各層で同等になるように、各層の溶射層厚Ｄを調整してもよい。
【０１０８】
つまり、損傷部４の大きさは損傷状況に応じて種々様々であるが、損傷部４が大きい場合には、例えば１ｍ２程度の平面積がある。そして、溶射ノズルの移動軌跡５０は、図８（ｂ）に示すようにジグザク状のパターンである。従って、各層当たりの溶射ノズル２０の移動距離の総延長は、例えば５０〜７０ｍに達する場合もある。更に、前記の様に、ＸＹ座標平面の各位置の損傷深さＨも種々様々であり、これに対応してノズル移動速度Ｖを調整しなければならない。これらのことから、全ての層で同一のノズル移動速度パターンに設定することが好ましい。これにより、ノズル移動速度Ｖの設定の作業性を良好にすることが可能となる。
【０１０９】
例えば、図８（ａ）の例では、凹状損傷部４のＸＹ座標平面の各位置が損傷深さＨに応じて３つの領域に分類され、当該各領域の損傷深さＨに応じてノズル移動速度Ｖが３段階で設定されている。ノズル移動速度Ｖは、損傷深さＨが浅い領域ではＶ１に、やや深い領域ではＶ２に、深い領域ではＶ３に設定されている（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）。
【０１１０】
また、例えばラバー溶射（溶射材料を溶融した状態で補修面に吹き付ける溶射方式）のように、溶射ノズル２０から凹状損傷部内の補修位置までの実際の溶射距離Ｌ（＝Ｌ０＋Ｈ）が異なっても、同一の溶射層厚Ｄが得られる場合には、損傷部４の損傷深さＨに応じて各層とも均等な溶射層厚Ｄとし、各層とも同じ層厚パターンにすればよい。
【０１１１】
一方、例えばテルミット溶射（テルミット反応を利用した溶射）のように、溶射ノズル２０から補修面までの実際の溶射距離Ｌ（＝Ｌ０＋Ｈ）により溶射材料のリバンドロス量が異なって、１回の溶射により形成される溶射層厚Ｄが異なる場合がある。この場合、一般的には、実際の溶射距離Ｌが長くなればなるほど、リバンドロス量が多くなり、形成される溶射層厚Ｄが薄くなる傾向にあり、リバンドロス量は、実際の溶射距離Ｌに基づいて決定される。従って、図８（ａ）に示すように、実際の溶射距離Ｌに起因するリバンドロス量を加味して、各層５１、５２、５３、５４、・・・の溶射層厚Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、・・・を決定することが好ましい。
【０１１２】
具体的には、まず、損傷部４の最深部の深さＨＭ、溶射ノズル２０の許容最低移動速度Ｖｍｉｎ、材料供給量Ｑ、及びリバンドロス量に基づいて、損傷部４の最深部における最下層５１の溶射層厚Ｄ１を求める。例えば、最深部までの実際の溶射距離Ｌが１２０ｍｍ（＝Ｌ０＋ＨＭ＝８０ｍｍ＋４０ｍｍ）である場合、当該溶射距離Ｌに対応するリバンドロス量を求める。そして、このリバンドロス量、許容最低移動速度Ｖｍｉｎ（例えば、２０ｍｍ／ｓｅｃ）、及び材料供給量Ｑ（例えば２０ｋｇ／ｈｒ）に基づいて、最下層５１の層厚Ｄ１を決定する。
【０１１３】
次に、最深部における最下層５１の上の２番目の層５２の溶射層厚Ｄ２を求める。２番目の層５２に対する溶射距離は最下層５１の溶射層厚Ｄ１分だけ短くなっている。そこで、この短くなった溶射距離Ｌ（＝Ｌ０＋ＨＭ−Ｄ１）に対応するリバンドロス量を求め、当該求めたリバンドロス量に基づき、上記最下層５１と同様にして２番目の層５２の溶射層厚Ｄ２を求める。この様に、順次短くなる溶射距離Ｌに応じてリバンドロス量を変更して、最深部の位置における各層５３、５４、・・・の溶射層厚Ｄ３、Ｄ４、・・・を逐次求める。
【０１１４】
そして、最下層５１〜最上層５４の溶射層厚Ｄの和（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋・・・）が最深部の深さＨＭと等しくなるまで、ノズル移動速度Ｖを変えて繰り返しシミュレーションし、層数ｋ（例えば４層）とその各層の溶射層厚Ｄ１〜Ｄｋを決定する。そして、当該決定された溶射層厚Ｄ１〜Ｄｋと材料供給量Ｑに基づき、最深部の位置において各層を溶射施工するときのノズル移動速度Ｖをそれぞれ求める。
【０１１５】
次に、最深部以外の各位置において、上記決定された最深部の層数ｋに基づき、上記最深部と同様にして各層の溶射層厚Ｄを求める。つまり、最深部以外の各位置の損傷深さＨ、上記層数ｋ、許容最低移動速度Ｖｍｉｎ、材料供給量Ｑ、及びリバンドロス量に基づき、上記区分した４層における各々の位置の溶射層厚Ｄ及びノズル移動速度Ｖを決定する。この際、上記最深部で求めた各層のノズル移動速度Ｖを基準として、順次、ノズル移動速度Ｖを速くし、４層の溶射層厚の和（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋・・・）がその位置の損傷深さＨと等しくなるまで繰り返しシミュレーションして、各層の溶射層厚Ｄとノズル移動速度Ｖを決定する。
【０１１６】
また、このように溶射層厚Ｄ及びノズル移動速度Ｖを求める上記ＸＹ座標平面上の各位置のピッチは、例えば、損傷深さＨが５〜２０ｍｍ（更に好ましくは１０〜１５ｍｍ）だけ変化する範囲内の距離とすることが好ましい。図８の例では、当該ピッチを１５ｍｍとし、ノズル移動速度Ｖ１の範囲を損傷深さＨが１５ｍｍ以下の領域、速度Ｖ２の範囲を損傷深さＨが１５ｍｍ超、３０ｍｍ以下の領域、速度Ｖ３の範囲を損傷深さＨが３０ｍｍ超の領域とした（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３）。
【０１１７】
例えば、図８の例では、層数ｋは４層であり、最深部における最下層５１の層厚Ｄ１は６ｍｍ、その上の層５２の層厚Ｄ２は８ｍｍ、更にその上の層５３の層厚Ｄ３は１１ｍｍ、最上層５４の層厚Ｄ４は１４ｍｍに決定されている。これにより、各層とも一端側４４から他端側４５まで連続した層に区分できた。そして、この４層を損傷深さＨに応じて溶射補修するときのノズル移動速度Ｖ１〜Ｖ３は各々、例えば、Ｖ１＝４０ｍｍ／ｓ、Ｖ２＝３０ｍｍ／ｓ、Ｖ３＝１５ｍｍ／ｓとした。
【０１１８】
また、上記では、各層のノズル移動速度パターンを同一のパターンに設定する例について説明したが、かかる例に限定されず、層別にノズル移動速度パターンを設定してもよい。上述したように、本実施形態に係る炉壁補修方法では、溶射材料の溶融性及び溶射施工体３１の耐用性を確保するために、上記の壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの適正条件を満たすように、ノズル移動速度パターンを設定する。この際、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じてノズル移動速度Ｖの上限値Ｖｍａｘ（許容最高移動速度）が定まり、ノズル移動速度パターンにおけるノズル移動速度Ｖを当該ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下に設定する必要がある。
【０１１９】
従って、上記のように各層とも同一のノズル移動速度パターンに設定したときに、目標の溶射層厚Ｄを得るためのノズル移動速度Ｖが上限値Ｖｍａｘ超となってしまう場合には、上記適正条件を満たすことを優先して、各層で異なるノズル移動速度パターンに設定することが好ましい。これにより、溶射ノズル２０から溶射される溶射材料の溶融性と、損傷部４に形成された溶射施工体３１の耐用性を向上できる。
【０１２０】
次に、図８を参照して、上記設定されたノズル移動速度パターンで、溶射ノズル２０を凹状損傷部４に沿った移動軌跡５０で移動させながら、上記決定された層数ｋ、溶射層厚Ｄの各層を溶射施工する手順について説明する。
【０１２１】
図８（ｂ）に示すように、まず、凹状損傷部４の一端側４４の下側の溶射開始点Ａ上に溶射ノズル２０を配置し、この溶射開始点Ａから溶射施工を開始する。この溶射施工では、溶射仕上面４０と溶射ノズル２０との距離（溶射距離Ｌ０）を一定に保ちながら、溶射ノズル２０を、凹状損傷部４の一端側４４から他端側４５にかけてジグザグ状の移動軌跡５０で連続的に移動させて、上記凹状損傷部４を補修するための最下層５１を形成する。
【０１２２】
つまり、溶射ノズル２０を、実線で示すジグザグ状の移動軌跡５０で、損傷部４の下側から上側にかけて移動させながら、当該溶射ノズル２０から溶射材料を損傷部４の補修面に向けてＺ方向に吹き付けて、最下層５１を形成する。図示の例のジグザグ状の移動軌跡５０では、溶射ノズル２０を損傷部４の一端側４４から他端側４５にかけて水平方向（Ｘ軸方向）に直線状に移動させた後に、所定ピッチｐだけ垂直方向（Ｙ軸方向）にずらして折返し、今度は他端側４５から一端側４４にかけて水平方向に直線状に移動させている。このときの折返しのピッチｐは、上記のように、補修面に吹き付けられた溶射材料の裾野の幅Ｗに応じて決定される。また、溶射材料が凹状損傷部４の外縁からはみ出すことを防止するために、往路の移動軌跡５０は、凹状損傷部４の外縁よりも所定のエリア余裕代ａだけ内側を通るように配置されている。
【０１２３】
そして、溶射ノズル２０が損傷部４の一端側４４の上側の終点Ｂ上に達すると、当該終点Ｂの近傍の移動軌跡５０’上の始点Ｃに溶射ノズル２０を移動させる。次いで、溶射ノズル２０を、破線で示すジグザグ状の移動軌跡５０’で、損傷部４の上側から下側にかけて移動させながら、当該溶射ノズル２０から溶射材料を損傷部４の最下層５１の上に吹き付けて、次の２番目の層５２を形成する。この復路の移動軌跡５０’（破線）は、上記往路の移動軌跡５０（実線）の間の中心を通るように設定されている。また、当該復路の折返しピッチｐも、往路の折返しピッチｐと同一である。また、復路の移動軌跡５０’は、凹状損傷部４の外縁よりも、上記往路の所定のエリア余裕代ａも大きいエリア余裕代ｂだけ内側を通るように配置されており、溶射材料のはみ出しを防止できる。
【０１２４】
その後、溶射ノズル２０が損傷部４の他端側４５の下側の終点Ｄ上に達すると、当該終点Ｄの近傍の移動軌跡５０上の始点Ｅに溶射ノズル２０を移動させ、再び上記実線で示すジグザグ状の移動軌跡５０に沿って溶射施工を行い、次の３番目の層５３を形成する。
【０１２５】
以上のようなジグザグ状の移動軌跡５０、５０’での溶射施工を繰り返すことで、最下層５１から最上層５４まで溶射材料の吹き付けを中断することなく、連続的に溶射施工を行って、凹状損傷部４の補修を完了する。
【０１２６】
この際、移動軌跡５０、５０’上におけるノズル移動速度Ｖは、上記のように設定されたノズル移動速度パターンに従って制御されており、ＸＹ座標平面上の各位置の目標の溶射層厚Ｄに応じて、上記Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘの範囲内で増減する。かかる溶射施工により、溶射材料の溶融性を高めて、溶射施工体３１の耐用性を向上できるとともに、溶射仕上面４０の平坦度を維持できる。
【０１２７】
［５．炉壁補修方法のフロー］
次に、図９を参照して、本実施形態に係る炉壁補修方法の作業フローについて説明する。図９は、本実施形態に係る炉壁補修方法を示すフローチャートである。
【０１２８】
図９に示すように、まず、図１に示した溶射補修装置１０をコークス炉１の炭化室２内に装入する（Ｓ１００）。次いで、溶射補修装置１０に設けられたＣＣＤカメラ等のカメラ１５を用いて、炭化室２の炉壁３の壁面を撮像して、炉壁３の損傷の有無を確認する（Ｓ１１０、Ｓ１２０）。溶射補修装置１０を操作する作業員は、カメラ１５により撮像された画像を見て、炉壁３に損傷（凹状損傷部４、亀裂状損傷部５等）が存在するか否かを確認し、損傷が認められた場合には、その損傷位置を把握する。一方、炉壁３の何れの箇所にも損傷が存在しない場合には、当該炭化室２の補修作業を終了する。以下の工程では、炉壁３に凹状損傷部４が存在する場合の作業フローについて説明する。
【０１２９】
凹状損傷部４の存在が確認された場合には、溶射補修装置１０に設けられたレーザープロフィールメータ１６により、凹状損傷部４のプロフィール（位置、形状、損傷深さ等）を計測する（Ｓ１３０）。例えば、当該レーザープロフィールメータ１６による計測結果を処理して、図７に示したような凹状損傷部４の３次元座標図を作成する。
【０１３０】
次いで、作業員は、Ｓ１３０のレーザープロフィール計測結果に基づいて、凹状損傷部４の損傷形態を確認する（Ｓ１４０）。ここで、凹状損傷部４の損傷形態（損傷プロフィール）とは、凹状損傷部４の損傷形状、損傷範囲、各位置の損傷深さＨ、最大損傷深さ（最深部の損傷深さＨＭ）等を含む。例えば、凹状損傷部４の損傷範囲は、所定面積（例えば０．５ｍ２）以上であるか否かを確認する。凹状損傷部４の面積が０．５ｍ２以上である場合には、溶射範囲が広範囲となり、溶射施工に時間を要することになるので、作業員の確認を要する。また、凹状損傷部４の面積が０．５ｍ２以上である場合には、溶射仕上面４０の平坦精度をより高めるために、損傷形態によっては、溶射範囲を複数領域に分割（例えば２分割）して溶射施工してもよい。
【０１３１】
また、Ｓ１４０では、凹状損傷部４の損傷形状も確認する。例えば、凹状損傷部４の損傷形状が、お椀型形状であるか、すり鉢型形状であるかを確認する。このように凹状損傷部４の損傷形状を確認することで、後述するＳ１６０で損傷形状に応じて溶射施工回数を決定することが可能となる。
【０１３２】
次いで、温度計（図示せず。）により、炉壁３の凹状損傷部４の壁面温度Ｔを測定する（Ｓ１５０）。上述したように、壁面温度Ｔに応じて、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖの適正条件が変化するので、本Ｓ１５０にて、補修対象の凹状損傷部４の壁面温度Ｔを予め測定しておく。なお、温度計は、例えば放射温度計であり、溶射補修装置１０に設置された放射温度計により壁面温度Ｔを自動測定してもよいし、作業員が放射温度計を用いて壁面温度Ｔを手動で測定してもよい。
【０１３３】
その後、Ｓ１３０、Ｓ１４０で計測及び確認された凹状損傷部４の損傷形態に基づいて、溶射施工回数を設定する（Ｓ１６０）。上述したように凹状損傷部４の損傷形態とは、凹状損傷部４の損傷形状、最深部の損傷深さＨＭ、各位置の損傷深さＨやその高低差等を含む。本実施形態では、損傷形態として、凹状損傷部４の最深部の損傷深さＨＭとエッジ部近傍の深さＨＮとの高低差ΔＨ（後述する図１４参照。）に基づいて、溶射施工回数を決定する。この場合、高低差ΔＨが所定の閾値未満である場合（即ち、損傷形状がお椀型形状である場合）に、溶射施工回数を１回に決定し、高低差ΔＨが閾値以上である場合（即ち、損傷形状がすり鉢型形状である場合）に、溶射施工回数を複数回（例えば２回）に決定する。なお、１回の溶射施工とは、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断することなく、溶射開始から溶射終了まで連続的に溶射材料を溶射する施工を意味する。
【０１３４】
ここで、凹状損傷部４の損傷形態に応じて溶射施工回数を変更することの技術的意義について説明する。以下では、凹状損傷部４の損傷形態として、凹状損傷部４の損傷形状表す高低差ΔＨを用い、当該高低差ΔＨに応じて溶射施工回数を変更する例について説明する。
【０１３５】
凹状損傷部４の損傷形状がお椀型形状である場合、凹状損傷部４のエッジ部（外縁部分）近傍でも十分な損傷深さがある。このため、溶射施工時に、当該お椀型損傷部のエッジ部を、相対的に遅いノズル移動速度Ｖで補修したとしても、当該エッジ部が溶射施工体により盛り上がらず、当該エッジ部の溶射仕上面４０の平坦度が低下しない。
【０１３６】
一方、凹状損傷部４の損傷形状がすり鉢型形状である場合、当該すり鉢型損傷部のエッジ部を、相対的に遅いノズル移動速度Ｖで補修すると、当該エッジ部が溶射施工体により過剰に盛り上がり、当該エッジ部の溶射仕上面４０の平坦度が悪化する。逆に、当該すり鉢型損傷部のエッジ部を、相対的に速いノズル移動速度Ｖで補修すると、当該エッジ部に対する溶射施工体の接着力が弱くなり、当該弱い部位を起点として溶射施工体が剥離する危険が生じる。
【０１３７】
そこで、凹状損傷部４の損傷形状がすり鉢形状である場合、Ｓ１６０で溶射施工回数を複数回に設定し、溶射施工を複数回に分ける。これによって、凹状損傷部４のエッジ部と溶射施工体との接着剪断力を高めて、溶射施工体が上記剥離形態Ａ（表１参照）となることを確保しつつ、エッジ部を含めた溶射施工体の溶射仕上面４０の平坦度を±１０ｍｍの範囲に収まるようにすることができる。
【０１３８】
具体的には、まず第１回目の溶射施工により、すり鉢型損傷部の最深部周辺を局部的に溶射補修してから、２回目の溶射施工で、すり鉢型損傷部の全体を溶射補修する。これにより、２回目の溶射施工において、過度に遅くも速くもない適切なノズル移動速度Ｖで、すり鉢型損傷部のエッジ部を溶射補修することができる。従って、すり鉢型損傷部のエッジ部と溶射施工体との接着剪断強度を確保して、エッジ部の溶射施工体の耐用性を高めつつ、当該エッジ部に溶射された溶射施工体が過剰に盛り上がることを防止して、当該エッジ部の平坦精度も向上できる。例えば、エッジ部における溶射施工体の溶射仕上面４０の平坦度を±１０ｍｍの範囲に収めて、溶射施工体の平坦精度を確保できるので、炭化室２からコークスを払い出すときに、溶射施工体により押出負荷の増大を招かないようにできる。
【０１３９】
一方、凹状損傷部４の損傷形状がお椀型形状である場合、１回の溶射施工で当該お椀型損傷部の全体を溶射補修すればよい。これにより、お椀型損傷部のエッジ部の耐用性及び平坦精度の双方を確保しつつ、溶射施工時間を短縮できる。
【０１４０】
上記のように凹状損傷部４の損傷形状（例えば、お椀型形状であるか或いはすり鉢型形状であるか）を表す指標としては、凹状損傷部４の最深部の損傷深さＨＭと凹状損傷部４のエッジ部近傍の深さＨＮとの高低差ΔＨが有用である。凹状損傷部４のエッジ部近傍の深さＨＮは、例えば、凹状損傷部４のエッジ（外縁）から１０ｍｍだけ内側の位置における損傷深さＨであり（図１４参照。）、凹状損傷部４のエッジ部の断崖の落差を表す。そして、当該エッジ部近傍の深さＨＮと最深部の損傷深さＨＭとの高低差ΔＨは、凹状損傷部４の損傷形状が、お椀型形状であるか或いはすり鉢型形状であるかを好適に表す。
【０１４１】
即ち、凹状損傷部４の損傷形状がお椀型形状であれば、エッジ部近傍の深さＨＮは十分深くなり、最深部の損傷深さＨＭに対する高低差ΔＨは小さくなる。一方、凹状損傷部４の損傷形状がすり鉢型形状であれば、ＨＮは相対的に浅くなり、ＨＭに対する高低差ΔＨは大きくなる。従って、計測した高低差ΔＨが、予め定めた閾値未満であれば、凹状損傷部４の損傷形状がお椀型形状であると推定でき、ΔＨが当該閾値以上であれば、凹状損傷部４の損傷形状がすり鉢型形状であると推定できる。なお、閾値は、例えば、ＨＭの１／３の値に設定してもよい。
【０１４２】
そこで、本実施形態では、上記高低差ΔＨを用いて凹状損傷部４の損傷形状を推定し、推定した損傷形状に応じて、溶射施工回数を決定する（Ｓ１６０）。しかし、本発明は、かかる例に限定されず、凹状損傷部４の損傷形態として、例えば、損傷範囲、各位置の損傷深さＨ、最深部の損傷深さＨＭ等といったその他の指標を用いて、溶射施工回数を決定してもよい。例えば、最深部の損傷深さＨＭのみを用いる場合には、ＨＭが３０ｍｍ未満の場合には、溶射施工回数を１回とし、ＨＭが３０ｍｍ以上の場合には、溶射施工回数を複数回としてもよい。ただし、損傷形状がお椀型形状である場合には、ＨＭが３０ｍｍ以上であっても、溶射施工回数を１回としても構わない。
【０１４３】
以上のようなＳ１６０にて、溶射施工回数が１回に設定された場合には、１回の溶射施工により凹状損傷部４の全体の溶射補修を行い、補修作業を完了する（Ｓ１７０）。一方、上記Ｓ１６０にて、溶射施工回数が複数回に設定された場合には、凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数の領域に区分し、複数回の溶射施工により凹状損傷部４の各領域をそれぞれ溶射補修して、補修作業を完了する（Ｓ１８０）。以下では、２回の溶射施工で凹状損傷部４を溶射補修する例について説明するが、最深部の深さＨＭが大きい場合には、凹状損傷部４を損傷深さ方向に３以上の領域に区分し、３回以上の溶射施工で凹状損傷部４を溶射補修してもよい。
【０１４４】
ここで、図１０を参照して、１回の溶射施工による溶射補修作業（Ｓ１７０）について詳細に説明する。図１０は、図９のＳ１７０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【０１４５】
図１０に示すように、１回の溶射施工により凹状損傷部４を溶射補修する際には、まず、溶射仕上面４０と溶射ノズル２０の先端との距離（溶射距離Ｌ０）を設定する（Ｓ１７１）。溶射距離Ｌ０は、炭化室２の炉幅、溶射ノズル２０のバーナーの燃焼能力、及び溶射ノズル２０の設置スペース等に応じて、適正距離に設定される。上述したように、一般的な炭化室２の炉幅は例えば３５０〜４００ｍｍ程度であり、この炉幅内に溶射ノズル２０を設置して、溶射距離Ｌ０を確保しなければならない。また、鋭角な三角形状を成す断面を有する溶射施工体を形成するためには、ある程度大きい溶射距離Ｌ０を確保する必要もある。従って、溶射距離Ｌ０は、例えば１５０〜２００ｍｍの範囲に設定される。本実施形態に係る溶射距離Ｌ０は、２００ｍｍを基準として、２５０ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍの中から選択される。
【０１４６】
次いで、上記Ｓ１７１で設定された溶射距離Ｌ０に応じて、単位時間当たりに溶射ノズル２０から凹状損傷部４に吹き付けられる溶射材料の供給量（材料供給量Ｑ）を設定する（Ｓ１７２）。上記Ｓ１７１で溶射距離Ｌ０が決定すれば、溶射ノズル２０から当該溶射距離Ｌ０内で溶融可能な溶射材料の量が必然的に決定する。従って、材料供給量Ｑは、上記溶射距離Ｌ０に応じて、溶射材料が溶融可能な供給量に設定され、Ｌ０が大きいほど、Ｑは多い量に設定可能である。本実施形態では、例えば、Ｌ０＝２５０ｍｍである場合には、Ｑ＝２５又は２０ｋｇ／ｈｒに設定され、Ｌ０＝２００ｍｍである場合には、Ｑ＝２０ｋｇ／ｈｒに設定され、Ｌ０＝１５０ｍｍである場合には、Ｑ＝１５ｋｇ／ｈｒに設定される。
【０１４７】
さらに、上記Ｓ１７２で設定された材料供給量Ｑ、及びＳ１５０で測定された壁面温度Ｔに応じて、上記接着剪断強さτを確保できる適正条件を満たすようにノズル移動速度パターンが設定される（Ｓ１７３）。上述したように、ノズル移動速度パターンは、凹状損傷部４の損傷深さＨの区間ごとに定められたノズル移動速度Ｖの変化パターンである。ノズル移動速度Ｖが、上述したＶ、Ｑ及びＴの適正条件（図６等参照。）により定まるノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下となるように、ノズル移動速度パターンが設定される。ノズル移動速度ＶをＶｍａｘ以下とすることで、溶射ノズル２０から凹状損傷部４に吹き付けられた溶射材料が十分に溶融して、凹状損傷部４上に高耐用性の溶射施工体３１を形成できる。
【０１４８】
上述したように、凹状損傷部４の損傷形態に応じて、損傷深さＨの区間ごとのノズル移動速度Ｖをパターン化することで、複数種類のノズル移動速度パターンが予め設定されている。これら複数種類のノズル移動速度パターンはいずれも、上記適正条件を満たすように予め設定されている。そして、本工程Ｓ１７３では、当該複数種類のノズル移動速度パターンの中から、Ｓ１３０で計測された実際の凹状損傷部４の損傷形態に合わせて、最適な１つのノズル移動速度パターンが選択される。選択された１つのノズル移動速度パターンは、凹状損傷部４の損傷深さＨの区間とノズル移動速度Ｖとを対応付けたテーブルとして保存され、次の溶射補修工程Ｓ１７４で参照される。
【０１４９】
その後、上記Ｓ１７１〜Ｓ１７３で設定した溶射条件で、凹状損傷部４を溶射補修する（Ｓ１７４）。具体的には、まず、図８で示したように、凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数層５１〜５４に区分し、各層の溶射補修を行う。この際、上記Ｓ１７１で設定された溶射距離Ｌ０を維持しながら、上記Ｓ１７３で設定されたノズル移動速度パターンに従って、溶射ノズル２０を、凹状損傷部４に沿ってジグザグ状の移動軌跡５０、５０’で移動させる（図８参照。）。そして、当該溶射ノズル２０の移動とともに、溶射ノズル２０から凹状損傷部４に対して、上記Ｓ１７２で設定された材料供給量Ｑで溶射材料を連続的に吹き付ける。これにより、凹状損傷部４内に、上記図８に示した溶射材料の各層５１〜５４を最下層５１から順に形成して、凹状損傷部４が溶射補修される。
【０１５０】
次いで、レーザープロフィールメータ１６により、Ｓ１７４で溶射補修された後の凹状損傷部４のプロフィールを計測し、補修された溶射仕上面４０の平坦度等を確認する（Ｓ１７５）。
【０１５１】
以上、図１０を参照して、１回の溶射施工により凹状損傷部４全体を溶射補修する方法について説明した。凹状損傷部４内の凹凸のギャップがさほど大きくない場合には、上記適正条件を満たす材料供給量Ｑ、ノズル移動速度Ｖを、比較的容易に設定可能である。従って、この場合には、１回の溶射施工で凹状損傷部４を溶射補修することが好ましく、これにより、溶射補修作業の迅速性、簡便性を実現できる。
【０１５２】
次に、図１１を参照して、２回の溶射施工による溶射補修作業（Ｓ１８０）について詳細に説明する。図１１は、図９のＳ１８０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【０１５３】
凹状損傷部４の凹凸のギャップが激しい場合には、この凹状損傷部４の全体を１回の連続した溶射施工で行おうとすると、上記壁面温度Ｔ、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖを上記適正条件の範囲内に収めることが難しくなる。これは、材料供給量Ｑが一定である条件下では、非常に薄い溶射層厚Ｄを実現するためには、ノズル移動速度Ｖを非常に高速にせざるを得ず、ノズル移動速度Ｖがノズル移動速度上限値Ｖｍａｘを超えてしまうからである。一方、無理にノズル移動速度ＶをＶｍａｘ以下にすると、損傷深さＨが浅い位置における溶射層厚Ｄが目標厚よりも厚くなり、この結果、補修箇所の平坦度が低下してしまう。
【０１５４】
ところが、凹状損傷部４の深部領域のみを予め溶射補修して、凹状損傷部４の損傷深さＨのギャップを低減しておけば、その後の浅部領域の溶射補修では、各層の溶射層厚Ｄをある程度大きくすることができるので、ノズル移動速度Ｖをノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下に収めることが可能となる。
【０１５５】
そこで、図１１に示すフローでは、凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数の領域、例えば、深部領域（第１の領域）と浅部領域（第１の領域）からなる２つの領域に区分し、まず、深部領域に対して１回目の溶射施工を行った後に、浅部領域に対して２回目の溶射施工を行う。深部領域（第１の領域）は、浅部領域（第２の領域）よりも深く狭い領域であるので、浅部領域の面積は深部領域の面積よりも広い。このように、凹状損傷部４を２つの領域に区分し、２段階で溶射補修することで、上記損傷深さＨのギャップに起因する諸問題を解決することができる。以下にこの溶射補修の手順について詳述する。
【０１５６】
図１１に示すように、まず、凹状損傷部４の深部領域に対する１回目の溶射施工（Ｓ１８４）を行うために、溶射距離Ｌ０の設定（Ｓ１８１）、材料供給量Ｑの設定（Ｓ１８２）、ノズル移動速度パターンの設定（Ｓ１８３）を行う。これらＳ１８１〜Ｓ１８３の溶射条件の設定方法は、上述した図１０のＳ１７１〜Ｓ１７３と同様であるので、詳細説明は省略する。
【０１５７】
次いで、凹状損傷部４の深部領域を溶射補修するための１回目の溶射施工を行う（Ｓ１８４）。具体的には、凹状損傷部４の深部領域に対して、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断することなく、連続した溶射施工を行い、当該深部領域を溶射補修する。かかる１回目の溶射施工でも、凹状損傷部４の深部領域を複数層に区分し、図８に示した溶射補修方法と同様に、ジグザグ状の移動軌跡５０、５０’で溶射ノズル２０を移動させて、各層の溶射補修を連続的に行う。ただし、凹状損傷部４全体を溶射補修する場合と比べ、凹状損傷部４の深部領域のみを溶射補修する場合は、補修面積が小さくなる。かかる１回目の溶射施工が終了した後には、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断する。
【０１５８】
その後、レーザープロフィールメータ１６により、上記深部領域が補修された凹状損傷部４のプロフィール（位置、形状、損傷深さ等）を計測し、当該補修後の凹状損傷部４の３次元座標図を作成する（Ｓ１８５）。作業員は、かかるレーザープロフィール計測結果に基づいて、凹状損傷部４の深部領域の補修状態を確認できる。
【０１５９】
次いで、上記Ｓ１８２で設定された材料供給量Ｑ、及びＳ１５０で測定された壁面温度Ｔに応じて、上記接着剪断強さτを確保できる適正条件を満たすように、ノズル移動速度パターンを再設定する（Ｓ１８６）。上記Ｓ１７３と同様にして、凹状損傷部４の浅部領域を補修するための移動軌跡５０、５０’上におけるノズル移動速度Ｖが、上述したＶ、Ｑ及びＴの適正条件（図６等参照。）により定まるノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下となるように、ノズル移動速度パターンが設定される。
【０１６０】
この際、凹状損傷部４の深部領域が予め補修済みであるので、凹状損傷部４全体を１回で溶射補修する場合と比べて、ＸＹ座標平面上の溶射位置の違いによる損傷深さＨのギャップを低減することができる。従って、当該浅部領域を溶射補修するための層数ｋを低減して、各層の溶射層厚Ｄを比較的大きくできるので、各溶射位置でのノズル移動速度Ｖをノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以内に収めることが容易となる。
【０１６１】
次いで、凹状損傷部４の浅部領域を溶射補修するための２回目の溶射施工を行う（Ｓ１８７）。具体的には、上記Ｓで深部領域が補修された凹状損傷部４の浅部領域に対して、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断することなく、連続した溶射施工を行い、当該深部領域を溶射補修する。かかる２回目の溶射施工でも、凹状損傷部４の深部領域を複数層に区分し、図８に示した溶射補修方法と同様に、ジグザグ状の移動軌跡５０、５０’で溶射ノズル２０を移動させて、各層の溶射補修を連続的に行う。かかる２回目の溶射施工が終了した後には、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断する。
【０１６２】
次いで、レーザープロフィールメータ１６により、Ｓ１８４及びＳ１８７で溶射補修された後の凹状損傷部４のプロフィールを計測し、補修された溶射仕上面４０の平坦度等を確認する（Ｓ１８８）。
【０１６３】
以上、図１１を参照して、２回の溶射施工により凹状損傷部４の深部領域と浅部領域を２段階で溶射補修する方法について説明した。凹状損傷部４内の凹凸のギャップが大きい場合には、上記のように凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数の領域に区分して、複数回の溶射施工を行う。この際、１回目の溶射施工では、凹状損傷部４の深部をある程度補修し、その後、２回目の溶射施工では、補修対象の凹状損傷部４の全範囲を補修して、当該全範囲を平坦化する。
【０１６４】
これにより、１回目の溶射施工で凹状損傷部４の損傷深さＨのギャップを低減しておくことができるので、２回目以降の溶射施工では、層数ｋを低減して、各層の溶射層厚Ｄをある程度大きくすることができる。このため、各層の溶射層厚Ｄとノズル移動速度Ｖの自由度を高めることができるので、各々の溶射施工において、ノズル移動速度Ｖを上記適正条件の範囲内に容易に収めることが可能となる。従って、凹状損傷部４内の凹凸のギャップが大きい場合であっても、ノズル移動速度Ｖを適正条件に設定できるので、溶射材料の溶融性を高めて、溶射施工体３１の耐用性を向上できる。さらに、凹状損傷部４を補修したときの溶射仕上面４０の平坦度も向上することができ、例えば、当該平坦度を±５ｍｍの範囲内にすることができる。
【０１６５】
［６．炉壁補修方法の別のフロー］
次に、図１２を参照して、本発明の第２の実施形態に係る炉壁補修方法の作業フローについて説明する。図１２は、第２の実施形態に係る炉壁補修方法を示すフローチャートである。
【０１６６】
溶射材料の溶融性は、被溶射体３０（炉壁３の耐火物）の表面の温度（即ち、壁面温度Ｔ）によっても影響を受けるので、壁面温度Ｔに応じて溶射施工体３１の接着力は大きく変化する。本願発明者が、予めオフラインで調査したところ、上記表１及び図６に示したように、壁面温度Ｔが１０００℃である場合には、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑ等の溶射条件の適正範囲は、ほぼ一定となることが分かった。この理由は、壁面温度Ｔが１０００℃であると、溶射施工時に溶射材料と耐火物（煉瓦）の共通成分であるＳｉＯ２成分が相互拡散し、溶射施工体３１と被溶射体（耐火物）との間で、固相反応で強固な結合体を形成するためである。従って、凹状損傷部４の壁面温度Ｔを１０００℃以上に予熱してから溶射補修を行うことで、耐用性に優れ、寿命バラツキが小さい溶射施工体３１を形成できる。
【０１６７】
そこで、第２の実施形態に係る炉壁補修方法では、溶射施工を行う前に、炉壁３の耐火物の温度（壁面温度Ｔ）を測定し、壁面温度Ｔが１０００℃未満である場合には、１０００℃以上となるように、溶射ノズル２０から放射される火炎９を用いて凹状損傷部４の壁面を１０００℃以上に予熱してから、溶射補修することを特徴としている。以下に、その作業フローを説明する。
【０１６８】
図１２に示すように、まず、溶射補修装置１０をコークス炉１の炭化室２内に装入し（Ｓ２００）、カメラ１５を用いて、炭化室２の炉壁３の壁面を撮像して、炉壁３の損傷の有無を確認する（Ｓ２１０、Ｓ２２０）。次いで、レーザープロフィールメータ１６により、凹状損傷部４のプロフィールを計測し（Ｓ２３０）、当該計測結果に基づいて、凹状損傷部４の損傷範囲、各位置の損傷深さＨ、最深部の損傷深さＨＭ、損傷形状等を確認する（Ｓ２４０）。これらＳ２００〜Ｓ２４０の工程は、図９に示した第１の実施形態のＳ１００〜Ｓ１４０と同様であるので、詳細説明は省略する。
【０１６９】
次いで、放射温度計により炉壁３の凹状損傷部４の壁面温度Ｔを測定し（Ｓ２５０）、測定した壁面温度Ｔが１０００℃以上であるか否かを判定する（Ｓ２５２）。この結果、測定した壁面温度Ｔが１０００℃以上であれば、予熱を行わない。一方、測定した壁面温度Ｔが１０００℃未満であれば、壁面温度Ｔが１０００℃以上となるように凹状損傷部４を予熱し（Ｓ２５４）、再度、壁面温度Ｔを測定して（Ｓ２５０）、壁面温度Ｔが１０００℃以上であるか否かを確認する（Ｓ２５２）。
【０１７０】
ここで、Ｓ２５４の予熱処理は、防熱板で熱遮蔽しながら、溶射ノズル２０から溶射材料を噴射せずに、溶射ノズル２０のバーナーから火炎９を噴出させて、凹状損傷部４の壁面を加熱する。このように、別途の加熱装置を使わずに、溶射ノズル２０を用いて溶射ノズル２０を予熱することで、簡便かつ迅速に予熱処理を実行できる。
【０１７１】
その後、第１の実施形態と同様にして、溶射施工回数を設定した上で（Ｓ２６０）、１回若しくは２回の溶射施工を行う（Ｓ２７０、Ｓ２８０）。
【０１７２】
かかるＳ２７０、Ｓ２８０での溶射施工では、壁面温度Ｔが１０００℃以上であるので、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑ等の溶射条件を比較的自由に設定することが可能となる。つまり、上記表１に示したように、壁面温度Ｔが１０００℃、１１００℃である場合には、同一溶射条件で得られる溶射施工体３１の接着剪断強さτは、ほぼ一定である。また、上記図６に示したように、壁面温度Ｔが１０００℃、１１００℃である場合には、耐火物の強度以上の接着剪断強さτを確保できるノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの適正条件の範囲もほぼ一定となる。さらに、壁面温度Ｔが１０００℃以上である場合は、壁面温度Ｔが８００℃以下である場合と比べて、当該適正条件の範囲が大幅に拡大している。
【０１７３】
従って、壁面温度Ｔを１０００℃以上に予熱することで、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの適正条件の範囲を大幅に拡げて、比較的自由度の高い溶射条件下で溶射施工を行うことが可能となる。
【０１７４】
また、壁面温度Ｔが１０００℃以上の条件下で溶射施工を行うことで、溶射材料と炉壁３の耐火物の間で共通成分（ＳｉＯ２成分）を相互拡散させて、両者を強固に結合させることができる。従って、耐用性に優れ、寿命バラツキが小さい溶射施工体３１を形成することができる。
【０１７５】
［７．まとめ］
以上、本発明の好適な実施形態に係る溶射補修装置１０と、これを用いたコークス炉炭化室の炉壁補修方法について説明した。本実施形態によれば、溶射施工前に予めオフラインで、溶射施工体３１と炉壁３との間の接着剪断強さτが、炉壁３を構成する耐火物（被溶射体３０）の強度よりも大きい強度を確保できるように、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔの適正条件を決定しておく。そして、当該適正条件を満たすように、壁面温度Ｔに応じて材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖを設定する。
【０１７６】
これにより、溶射施工時に、接着剪断強さτが耐火物の強度以上（例えば１．５ＭＰａ以上）を確保できるノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下のノズル移動速度Ｖで溶射ノズル２０を移動させ、凹状損傷部４を区分した各層を溶射施工できる。このため、溶射ノズル２０から凹状損傷部４に吹き付けられる溶射材料を十分に溶融させることができるので、溶射施工体３１と凹状損傷部４の壁面とを強固に溶着させることができる。従って、広範囲の凹状損傷部４を、その周囲の炉壁３の壁面レベルから乖離することなく、効果的に平坦化できるとともに、耐用性の高い溶射施工体３１を形成でき、炉壁３からの溶射施工体３１の剥離を防止できる。よって、溶射施工体３１の寿命バラツキを抑え、溶射施工体３１の耐用平均寿命を大幅に延長することができ、補修頻度を大きく削減できる、
【実施例】
【０１７７】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例はあくまで本発明の効果を実証するために行った例に過ぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１７８】
（ａ）溶射施工試験
上記図１〜図３に示した溶射補修装置１０及び溶射ノズル２０を用いて溶射施工試験を行い、ノズル移動速度Ｖと溶射層厚Ｄとの関係を求めるとともに、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の接着剪断強さτを測定し、τが１．５ＭＰａ以上となるノズル移動速度Ｖを求めた。この試験における溶射条件は以下の通りである。
【０１７９】
被溶射体 ：珪石煉瓦（炉壁３の母材）
溶射材料の材質 ：ＳｉＯ２質
溶射材料の溶融温度 ：１６５０℃、
溶射距離Ｌ０ ：２００ｍｍ
溶射ノズルの噴射角度：壁面に対して垂直
材料供給量Ｑ ：２０ｋｇ／ｈｒ
壁面温度Ｔ ：１０００℃
【０１８０】
上記溶射施工試験により得られたノズル移動速度Ｖと溶射層厚Ｄの関係を図１３に示す。図１３に示すように、ノズル移動速度Ｖと溶射層厚Ｄは負の相関があり、ノズル移動速度Ｖが速くなるほど、溶射層厚Ｄは薄くなっている。また、種々のノズル移動速度Ｖで溶射施工したときの溶射施工体３１の接着剪断強さτを求めたところ、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ以下である場合には、溶射施工体３１の接着剪断強さτが１．５ＭＰａ以上となることが分かった。また、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ以下である場合には、溶射施工体３１を被溶射体３０から剥離したときに、被溶射体３０の内部で破壊が生じ（上記剥離形態Ａ）、溶射施工体３１が被溶射体３０に強固に溶着していることが分かった。一方、ノズル移動速度Ｖが８ｍ／ｍｉｎ以上である場合には、被溶射体３０に溶射された溶射材料は未溶融又は半溶融の状態となり、被溶射体３０との界面で溶射施工体３１が剥離し（上記剥離形態Ｂ、Ｃ）、溶射施工体３１の溶着力が低いことが分かった。従って、上記溶射条件では、接着剪断強さτを確保できるノズル移動速度Ｖの適正条件の範囲は、７．５ｍ／ｍｉｎ以下であることが分かった。
【０１８１】
（ｂ）溶射補修試験
さらに、上述した溶射施工試験と同一の溶射条件で、コークス炉１の炭化室２の炉壁３に形成された凹状損傷部４の溶射補修試験を行い、凹状損傷部４に形成された溶射施工体３１の平坦度と耐用寿命を測定した。
【０１８２】
本発明の実施例１、２では、上述した本発明の実施形態に係る溶射補修方法を用いて、ノズル移動速度Ｖを７．５ｍ／ｍｉｎ以下に制限して溶射補修を行った。また、比較例１、２として、上記特許文献３記載の従来の溶射補修方法を用いて、ノズル移動速度Ｖを制限することなく溶射補修を行った。
【０１８３】
また、補修対象の凹状損傷部４の形状としては、図１４に示すように、お椀型形状とすり鉢型形状の損傷部を用いた。両形状とも最深部の損傷深さＨＭは５０ｍｍであるが、溶射位置による損傷深さＨのギャップは、お椀型損傷部よりも、すり鉢型損傷部の方が大きい。また、溶射施工時において、図８（ｂ）に示した往路及び復路エリア余裕代ａ、ｂは、１０ｍｍとし、折返しピッチｐは７ｍｍとした。
【０１８４】
【表３】
【０１８５】
表３に、実施例１、２及び比較例１、２の溶射施工条件と、各施工でのノズル移動速度パターンを示す。表３に示すように、実施例１及び比較例１では、損傷深さＨのギャップが小さいお椀型損傷部に対する溶射施工回数を１回としたのに対し、実施例２では、損傷深さＨのギャップが大きいすり鉢型損傷部に対する溶射施工回数を２回とした。実施例２では、図１４に示すように、１回目の溶射施工ですり鉢型損傷部の深部のみを局所的に補修し、２回目の溶射施工ですり鉢型損傷部の浅部全体を補修した。なお、比較例２では、すり鉢型損傷部であるにもかかわらず、溶射施工回数を１回とした。
【０１８６】
また、表３に示すように、凹状損傷部４を損傷深さＨに応じて複数の領域に区分し、各領域に対してノズル移動速度Ｖを割り当てることで、ノズル移動速度パターンを設定した。この際、損傷深さＨが５ｍｍごとに凹状損傷部４の領域を区分した。
【０１８７】
実施例１、２に係るノズル移動速度パターンでは、損傷深さＨにかかわらず、ノズル移動速度Ｖを７．５ｍ／ｍｉｎ（ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ）以下に制限し、損傷深さＨが浅い箇所（Ｈ≦２５ｍｍ）でも、上限値Ｖｍａｘである７．５ｍ／ｍｉｎとした。一方、比較例１、２に係るノズル移動速度パターンでは、損傷深さＨが浅い箇所（Ｈ≦２０ｍｍ）では、薄い溶射層厚Ｄを得るために、ノズル移動速度Ｖを７．５ｍ／ｍｉｎ超に設定した。例えば、比較例１、２では、損傷深さＨが５〜１０ｍｍの領域に対して１５ｍ／ｍｉｎという非常に高速のノズル移動速度Ｖで溶射施工した。
【０１８８】
なお、表３には、実施例１、２及び比較例１、２の溶射施工において、実際に使用したノズル移動速度Ｖの範囲も示してある。実施例１では、お椀型損傷部の損傷深さＨが１０ｍｍ以上の領域に対して溶射施工した。これに対して、実施例２では、１回目の溶射施工で、すり鉢型損傷部の損傷深さＨが２５ｍｍ以上の深部領域に対して溶射施工し、２回目の溶射施工で、当該損傷部の損傷深さＨが１０ｍｍ以上の領域に対して溶射施工した。
【０１８９】
【表４】
【０１９０】
表４に、上記溶射補修試験結果を示す。比較例１、２の従来の溶射補修方法では、補修箇所の平坦性の確保と溶射作業効率を重視していたため、損傷深さＨが浅い部位に対してはノズル移動速度Ｖを８〜１２ｍ／ｍｉｎと高い範囲に設定していた。このため、比較例１、２では、表４に示すように、溶射施工体３１の耐用寿命は、平均で１２ヶ月、最長で１８ヶ月、最短で２ヶ月であり、耐用寿命が相対的に短く、寿命バラツキも大きかった。この理由は、損傷部の浅い部位を溶射補修する際に、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ超と速すぎたため、溶射材料が未溶融又は半溶融の状態となり、溶着力が低下したからと考えられる。
【０１９１】
一方、本発明の実施例では、損傷部の形態によって、１回の溶射施工でお椀型損傷部の全体を溶射補修する場合（実施例１）と、すり鉢型損傷部の補修範囲を拡大しながら２回の溶射施工で分割補修する場合（実施例３）とを使い分けている。そして、実施例１、２のいずれの場合も、溶射施工体３１が１．５ＭＰａ以上の接着剪断強さτを確保できる適正条件の範囲内でノズル移動速度Ｖを制御した。このため、実施例１、２では、表４に示すように、比較例１、２と同等の平坦性を確保しつつ、全ての溶射施工体３１の耐用寿命が３６ヶ月以上と大幅に延長されている。そして、上記溶射補修試験から３６ヶ月を過ぎた現在でも、溶射施工体３１が剥離に至ったものは皆無であり、溶射施工体３１の平均寿命を大幅に延長できることが明らかとなった。
【０１９２】
以上、添付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したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１９３】
１ コークス炉
２ 炭化室
３ 炉壁
４ 凹状損傷部
８ 溶射材料
９ 火炎
１０ 溶射補修装置
１１ 進退方向移動機構
１２ 上下方向旋回機構
１３ 左右方向旋回機構
１４ 冷却装置
１５ カメラ
１６ レーザープロフィールメータ
１７ はつり機
１８ コントローラ
１９ 溶射装置
２０ 溶射ノズル
２２ 材料噴射口
２３ 火炎放射口
３０ 被溶射体
３１ 溶射施工体
４０ 溶射仕上面
４１、４２、４３ 凹部
５０、５０’ 移動軌跡
５１、５２、５３、５４ 層
Ｖ ノズル移動速度
Ｑ 材料供給量
Ｔ 壁面温度
Ｌ０ 溶射距離
Ｄ 溶射層厚
Ｖｍａｘ ノズル移動速度上限値
ｋ 層数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉炭化室の炉壁に発生した凹状損傷部の溶射補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉の炭化室の炉壁は、煉瓦等の耐火物で構成されている。この耐火物は、経時劣化により損傷し、炉壁に凹状の損傷部が発生する。この炉壁損傷が進行すると、乾留したコークスの炉壁損傷部への食い込み等により、炭化室からコークスを押し出す際の押出負荷の増大、押し詰まりの原因となり、ひいては炉体寿命の短命化に繋がる。
【０００３】
上記炉壁損傷部を補修するために、一般的には、炉内圧を調整し、炉頂の装入孔から粉体を吹き込むドライシール法が採用されているが、補修効果の維持時間は非常に短い。このため、炉壁損傷部に溶射材料を吹き付けて溶射補修する方法も行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、炉壁損傷部の位置をＸＹ軸平面座標で特定して、溶射補修する方法が提案されている。しかし、当該特許文献１には、溶射施工体が炉壁から剥離し難く、溶射施工体の耐用性を高めることが可能な溶射方法については具体的に記載されていない。
【０００５】
また、特許文献２には、炭化室の炉壁損傷部を溶射補修するに際し、損傷深さが大きい場合には、該炉壁損傷部を複数層に区分し、溶射ノズルの補修動作パターンを変更しつつ、最も深い下層から順次溶射補修を行って、損傷部を埋め戻す方法が記載されている。また、特許文献２においては、溶射材料の接着強度及び溶射施工体の耐用性を高めるために、炉壁面と溶射ノズルとの距離を常に一定に保持することも提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の溶射補修方法では、炉壁損傷部がお椀状の凹部を１箇所だけ有する場合には、連続的に溶射施工できるものの、炉壁損傷部が大きく凹凸して２箇所以上の凹部を有する場合には、連続的に溶射施工できないという問題がある。即ち、後者の場合には、まず、最初の１箇所の凹部を溶射した後に、一旦、溶射ノズルからの溶射材料の吹き付けを中断し、次の凹部の吹き付け開始点に溶射ノズルをセットし直して、再度、溶射材料の吹き付けを開始しなければならい。このため、溶射補修に煩雑な作業を伴うだけでなく、溶射補修に要する時間が長くなるため、炭化室の炉壁が冷却され、スポーリングが発生して健全箇所の耐火物をも損傷する恐れがあった。
【０００７】
上記特許文献２の問題を解決するため、特許文献３には、炉壁損傷部を複数層に区分して溶射するに際し、炉壁損傷部の一端側から他端側まで連続して溶射を行い、損傷深さに応じて溶射ノズルの移動速度を可変させて溶射層厚を調整する方法が提案されている。このような連続的な溶射施工により、炉壁が冷却されることなく、損傷部の平坦化も図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３２２３５４号公報
【特許文献２】特開平７−１２６６３５号公報
【特許文献３】特開２００６−６３２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本願発明者が検討した結果、特許文献３記載の従来の溶射補修方法では、場合によっては、溶射補修で形成された溶射施工体が炉壁から剥落することがあり、溶射施工体の高耐用化の観点からは、改善の余地があることが分かった。
【００１０】
即ち、上部従来の溶射補修方法では、補修箇所の平坦化を最優先に考慮し、損傷深さに応じて溶射ノズルの移動速度を自由に調整することで、所望の溶射層厚を得ることを実現している。しかし、このように平坦化を重視した溶射補修方法であると、自ずと、炉壁損傷部のうち浅い部位を溶射補修する時には、深い部位を補修する時と比べて、溶射ノズルの移動速度が速くなる。このため、溶射ノズルの移動速度が過度に速くなったときには、溶射ノズルが放射する火炎により溶射材料が十分に加熱されないため、炉壁に吹き付けられた溶射材料が未溶融又は半溶融となる現象が起きてしまう。この結果、当該未溶融又は半溶融の溶射材料が固化した箇所を起点として、溶射施工体の剥離が発生し、溶射施工体の耐用性が極端に低下したり、溶射施工体の寿命バラツキが大きくなったりすることが分かった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶射補修後の溶射施工体の耐用性を向上でき、溶射施工体の炉壁からの剥落と寿命バラツキを抑制することが可能な、新規かつ改良されたコークス炉炭化室の炉壁補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述のように、特許文献３記載の溶射補修方法であっても、場合によっては溶射施工体の剥落が発生することがあり、本願発明者は、その原因を鋭意検討した。その結果、単位時間当たりの溶射材料の供給量（材料供給速度）、溶射施工時の溶射ノズルの移動速度、及び被溶射体（炉壁の耐火物）の温度が、適正条件の範囲から外れると、溶射施工体の剥落が生じ、逆に、これらが適正条件の範囲内に収まると、溶射施工体の剥落が生じないことを見出して、以下の本発明を為すに至った。
【００１３】
即ち、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、コークス炉炭化室の炉壁の仕上面と溶射ノズルとの距離を一定に保ちながら、前記炉壁の損傷部に沿って前記溶射ノズルを往復移動させ、前記溶射ノズルから溶射材料を吹き付けることによって、前記損傷部を溶射補修する炉壁補修方法において、溶射施工前に、前記溶射材料が前記炉壁に対して溶着して形成される溶射施工体と前記炉壁との間の剪断強さが、前記炉壁を構成する耐火物の強度よりも大きい強度を確保できるように、溶射施工時の前記溶射ノズルの移動速度、前記溶射材料の供給量、及び前記損傷部の表面温度の適正条件を決定しておき、溶射施工時に、前記適正条件を満たすように、前記損傷部の表面温度に応じて前記溶射ノズルの移動速度及び前記溶射材料の供給量を設定して、溶射施工を行うことを特徴とする、コークス炉炭化室の炉壁補修方法が提供される。
【００１４】
溶射施工時に、前記炉壁の仕上面と前記溶射ノズルとの距離に応じて、前記溶射材料の供給量を設定し、前記設定された溶射材料の供給量及び前記損傷部の表面温度に応じて、前記適正条件により定まる前記溶射ノズルの移動速度の上限値以下の範囲内で、前記損傷部の損傷深さに対応する前記溶射ノズルの移動速度パターンを設定し、前記設定された溶射ノズルの移動速度パターンに従って、前記損傷部に沿って前記溶射ノズルを往復移動させながら、前記設定された溶射材料の供給量で前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて、前記損傷部を溶射補修するようにしてもよい。
【００１５】
前記損傷部の損傷形態に基づいて、前記損傷部を溶射補修するための溶射施工回数を１回又は複数回に決定し、前記複数回の溶射施工では、１回目の溶射施工により、前記損傷部のうち前記最深部を含む第１の領域を溶射補修し、２回目以降の溶射施工により、前記損傷部のうち前記第１の領域よりも広い第２の領域を溶射補修するようにしてもよい。
【００１６】
前記損傷形態は、前記損傷部の最深部の深さと、前記損傷部のエッジ部近傍の深さとの高低差を含み、前記高低差に基づいて、前記損傷部を溶射補修するための溶射施工回数を決定し、前記高低差が閾値未満である場合に、溶射施工回数を１回に決定し、前記高低差が閾値以上である場合に、溶射施工回数を複数回に決定するようにしてもよい。
【００１７】
前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けずに、前記溶射ノズルから放射される火炎を用いて前記損傷部を予熱した後に、前記損傷部に対して前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて前記損傷部を溶射補修するようにしてもよい。
【００１８】
前記損傷部の予熱温度は１０００℃以上であるようにしてもよい。
【００１９】
前記適正条件は、溶射施工前に予めオフラインで決定されるようにしてもよい。
【００２０】
前記溶射ノズルは、粉末状の前記溶射材料を噴射する材料噴射口と、前記材料噴射口の周囲に配された複数の火炎放射口とを有し、前記各火炎放射口の火炎放射軸線同士が交差する交差位置は、前記材料噴射口の材料噴射軸線上にあるようにしてもよい。
【００２１】
前記溶射施工前に予め、前記損傷部の位置と損傷深さを計測し、１回の溶射施工では、前記損傷部を損傷深さ方向に複数層に区分し、前記複数層のうち下層から順次、前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて最上層まで溶射補修し、前記各層は前記損傷部の一端側から他端側まで連続するように区分され、かつ、前記各層の層数は前記損傷部の最深部の深さにより決定され、前記炉壁の仕上面と前記溶射ノズルとの距離を一定に保ちながら、前記溶射ノズルを前記損傷部の一端側から他端側にかけてジグザグ状の移動軌跡で連続的に移動させて、前記損傷部に対して前記溶射材料を吹き付けるようにしてもよい。
【００２２】
上記構成によれば、溶射ノズルの移動速度、溶射材料の供給量、及び損傷部の表面温度の適正条件を予め決定しておき、この適正条件の範囲内で溶射施工を行う。これにより、溶射ノズルから吹き付けられる溶射材料の溶融性を向上させることができるので、溶射施工体と炉壁損傷部とが強固に溶着し、溶射施工体と炉壁損傷部との間の剪断強さが、炉壁を構成する耐火物の強度よりも大きい強度を確保できる。従って、溶射施工体の耐用性を高めて、炉壁からの剥離を防止できるので、溶射施工体の耐用寿命を大幅に延長し、寿命バラツキを抑制できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、溶射補修後の溶射施工体の耐用性を向上でき、溶射施工体の炉壁からの剥落と寿命バラツキを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶射補修装置を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る溶射ノズルを示す縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図３】同実施形態に係る溶射ノズルによる炉壁補修状況を示す模式図である。
【図４】同実施形態に係る溶射材料の補修面への付着状態を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係る溶射施工試験の態様を示す正面図である。
【図６】同実施形態に係るノズル移動速度の上限値と材料供給量との関係を示すグラフである。
【図７】同実施形態に係る凹状損傷部を計測したＸＹ座標平面図である
【図８】同実施形態に係る凹状損傷部の溶射補修状態を示す断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。
【図９】同実施形態に係る炉壁補修方法を示すフローチャートである。
【図１０】図９のＳ１７０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】図９のＳ１８０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る炉壁補修方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例に係る溶射施工試験により得られたノズル移動速度Ｖと溶射層厚Ｄの関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例に係る溶射補修試験により補修された損傷部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
［１．溶射補修装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る溶射補修装置について説明する。図１は、本実施形態に係る溶射補修装置を示す模式図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る溶射補修装置１０は、コークス炉１の炭化室２の炉壁３に生じた損傷を溶射補修するための装置である。炭化室２の内部は、例えば３５０〜４００ｍｍ程度の幅狭の細長い空間であるため、炉壁３を補修するために、溶射補修装置１０は、炭化室２の内部に装入可能な大きさ及び形状を有し、遠隔操作で溶射補修が行える機構を備えている。
【００２８】
なお、炭化室２の炉壁３における損傷としては、壁面が凹状に陥没した凹状損傷部４（（以下、単に「損傷部４」という場合もある。）や、炉壁３を構成する耐火物（煉瓦）の縦目地部の損傷や煉瓦の亀裂により生じる亀裂状損傷部５等がある。これらの損傷を放置すると、炉壁３の平坦度の悪化により、炭化室２内からコークスを押し出す際の押出負荷の増大や、押し詰まりの原因となり、また、亀裂状損傷部５から黒鉛が漏れ出す等の問題が生じる。
【００２９】
従って、定期的に又は必要に応じて、炭化室２内に溶射補修装置１０を装入して、炉壁３に生じた凹状損傷部４や亀裂状損傷部５を確認し、これら損傷部を補修する必要がある。なお、炭化室２内に溶射補修装置１０を装入するときには、炭化室２の一端に設けられた炉蓋７が開放され、当該装入後に炉蓋７を閉塞して、炭化室２内の炉壁温度の低下が防止される。
【００３０】
図１に示すように、溶射補修装置１０は、進退方向移動機構１１と、上下方向旋回機構１２と、左右方向旋回機構１３と、冷却装置１４と、カメラ１５と、レーザープロフィールメータ１６と、はつり機１７と、コントローラ１８と、溶射装置１９と、溶射ノズル２０（溶射バーナ）とを備える。
【００３１】
進退方向移動機構１１は、溶射補修装置１０を炭化室２内でその奥行き方向（ｘ方向）に移動させる機構である。上下方向旋回機構１２は、進退方向移動機構１１の先端部分に設けられ、カメラ１５、レーザープロフィールメータ１６、はつり機１７及び溶射ノズル２０を上下方向に旋回させる機構である。左右方向旋回機構１３は、上下方向旋回機構１２のさらに先端部分に設けられ、カメラ１５、レーザープロフィールメータ１６、はつり機１７及び溶射ノズル２０を左右方向に旋回させる機構である。
【００３２】
溶射補修装置１０は、これらの移動機構１１及び旋回機構１２、１３により、カメラ１５、レーザープロフィールメータ１６、はつり機１７及び溶射ノズル２０を、炉壁３に接近又は離隔させたり、炉壁３の壁面方向に沿って上下左右に移動させたりすることができる。
【００３３】
冷却装置１４は、溶射補修装置１０を外部から冷却する装置である。該冷却装置１４は、配管１４ａを介して溶射補修装置１０に冷却水を供給し、さらに溶射補修装置１０内で冷却水を循環させることで、炭化室２内で溶射補修装置１０が高温にならないように冷却する。
【００３４】
カメラ１５は、ＣＣＤカメラ等の撮像装置で構成され、炉壁３の壁面を撮像して炉壁３の状態を観察するための装置である。このカメラ１５により撮像された壁面の画像は、不図示の表示装置に表示される。かかるカメラ１５により、炉壁３の壁面に沿った上下左右方向のＸ位置及びＹ位置における損傷状態や、炉壁３に対するカーボン付着状態を、コークス炉１外から観察することができる。
【００３５】
レーザープロフィールメータ１６は、溶射施工対象である炉壁３の壁面と溶射ノズル２０との間の距離を計測する距離計の一例である。このレーザープロフィールメータ１６により、凹状損傷部４における損傷深さや、亀裂状損傷部５におえる亀裂深さ等を測定することができる。
【００３６】
コントローラ１８は、溶射補修装置１０の動作を制御する機能を有する。カメラ１５、レーザープロフィールメータ１６から出力されるイメージシグナル、プロフィールシグナルは、炉外に配置されるコントローラ１８により解析される。コントローラ１８は、当該解析結果に基づいて、溶射補修装置１０の駆動を制御する。
【００３７】
はつり機１７は、炉壁３の壁面をはつる（削り取る）ための装置である。このはつり機１７は、炉壁３の損傷状態に応じて、壁面上の煉瓦屑や、付着物を除去するために用いられる。
【００３８】
溶射装置１９は、例えば、ガスボンベ、溶射材料粉供給装置、ガス供給装置等（図示せず。）を備え、溶射補修装置１０の先端の溶射ノズル２０に溶射材料と火炎放射用の燃料とを供給する。火炎放射用の燃料は、例えば、ＬＰＧ、燃焼酸素、粉体キャリア酸素などである。上記溶射装置１９及び冷却装置１４における仕様例を以下に示す。
【００３９】
ＬＰＧ ：０．１ＭＰａにて、１５Ｎｍ３／ｈｒ
燃焼酸素 ：０．５ＭＰａにて、６０Ｎｍ３／ｈｒ
粉体キャリア酸素 ：０．５ＭＰａにて、６Ｎｍ３／ｈｒ
溶射ノズル用冷却水 ：４０リットル／ｍｉｎ（浄水）
【００４０】
溶射ノズル２０は、炉壁３に対して溶射材料を溶射するための装置であり、炉壁３に対して粉末状の溶射材料８を吹き付ける機能と、溶射材料を溶融させるための火炎９を放射するバーナー機能とを有する（図３参照。）。この溶射ノズル２０は、溶射装置１９から供給された燃料を燃焼させて炉壁３に向けて火炎９を放射しながら、同じく溶射装置１９から供給された溶射材料８を炉壁３に対して吹き付ける。これにより、火炎９により溶融された状態の溶射材料８が炉壁３の壁面に溶射され、これが固化することで、壁面上に溶射施工体が形成される。
【００４１】
ここで、図２、図３を参照して、本実施形態に係る溶射ノズル２０の構成について詳述する。図２は、本実施形態に係る溶射ノズル２０を示す縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。図３は、本実施形態に係る溶射ノズル２０による炉壁補修状況を示す模式図である。
【００４２】
なお、以下では、溶射ノズル２０として、上記凹状損傷部４を溶射補修するための溶射ノズルの例について詳述するが、本実施形態に係る溶射補修装置１０は、当該凹状損傷部４の補修用の溶射ノズルに換えて、亀裂状損傷部５の補修用の溶射ノズルを取り付けることも可能である。
【００４３】
図２に示すように、溶射ノズル２０（溶射バーナー）は、その中央に配置されて粉末状の溶射材料を噴射する材料噴射口２２と、この材料噴射口２２の周囲に環状に配列された複数の火炎放射口２３を備える。
【００４４】
詳細には、溶射ノズル２０は、円板状体から構成され、この円板状体の略中央に１つの材料噴射口２２が形成されている。この材料噴射口２２の材料噴射軸線Ａ１は、円板状体の面外法線方向に向いている。かかる材料噴射口２２は、ノズル内部の流路２２ａを介して上記溶射装置１９と連通している。このため、溶射装置１９から流路２２ａを通じて供給された粉末状の溶射材料は、材料噴射口２２から前方に噴射される。
【００４５】
また、材料噴射口２２の周囲には、当該材料噴射口２２を囲むように環状に配列された複数の火炎放射口２３が複数列形成されている。図示の例では、火炎放射口２３は、材料噴射口２２の中心から外側に向かって３列形成されている。具体的には、最内周側の列２４Ａに１２個の内側火炎放射口２３Ａが環状に配列され、その外側の列２４Ｂに１２個の中側火炎放射口２３Ｂが環状に配列され、最外周側の列２４Ｃに１２個の外側火炎放射口２３Ｃが環状に配列されている。
【００４６】
これら各火炎放射口２３は、ノズル内部の流路２３ａを介して上記溶射装置１９と連通している。このため、溶射装置１９から単管（図示せず。）を通じて供給された燃料（例えばＬＰＧと燃焼酸素）は混合された上で、複数の流路２３ａに分岐され、環状に配された複数の火炎放射口２３から分散して放射される。
【００４７】
また、上記各火炎放射口２３の火炎放射軸線Ａ２は、材料噴射軸線Ａ１上で相互に交差しており、当該交差位置は、材料噴射軸線Ａ１上において材料噴射口２２から距離Ｍの位置である。材料噴射軸線Ａ１を間に挟む任意の２つの火炎放射軸線Ａ２は、交差角θで交差している。
【００４８】
本実施形態では、上記材料噴射口２２から交差位置までの距離Ｍは、１５０〜２００ｍｍの範囲内、例えば２００ｍｍに設定されており、交差角θは１０°以下に設定されている。また、材料噴射軸線Ａ１と火炎放射軸線Ａ２との成す角は、例えば５°以下である。また、上記のような凹状損傷部４の補修用の溶射ノズル２０の仕様例は以下の通りである。
【００４９】
材料噴射口の孔径 ：８ｍｍ
溶射材料の噴射速度 ：３３．２Ｎｍ／ｓｅｃ
材料噴射口の孔径 ：２．６ｍｍ
内側火炎放射口列の直径：２２ｍｍｍ
中側火炎放射口列の直径：２８ｍｍｍ
外側火炎放射口例の直径：３６ｍｍｍ
火炎放射口の総数 ：３６個
交差距離Ｍ ：２００ｍｍ
【００５０】
上記構成の溶射ノズル２０によれば、中央の材料噴射口２２から粉末状の溶射材料が炉壁３に向けて噴射されるとともに、その周囲の多数の火炎放射口２３から燃料が炉壁３に向けて噴射される。この際、当該燃料が引火して燃焼するため、図３に示すように、当該複数の火炎放射口２３から火炎９が放射され、この火炎９の熱により、中央の材料噴射口２２から噴射された溶射材料８が溶融し、溶融した溶射材料８が炉壁３に溶着する。この結果、図４に示すように、炉壁３の壁面（溶射面）上には、溶射材料８が山状に盛り上がって付着する。
【００５１】
また、上記のように本実施形態に係る凹状損傷部４の補修用の溶射ノズル２０では、図３に示したように材料噴射口２２及び複数の火炎放射口２３を配置し、材料噴射軸線Ａ１と複数の火炎放射軸線Ａ２を相互に交差させている。かかる配置により、溶射ノズル２０の移動速度Ｖ（バーナー送り速度）及び溶射距離Ｌ０が一定である条件下では、図４に示すように、炉壁３の壁面（溶射面）に付着した山状の溶射材料８は、その裾野の幅Ｗと高さＲが安定した形状をなすことができる。従って、当該溶射材料８の裾野の幅Ｗと高さＲが安定すれば、溶射補修前に所望の溶射層厚を得るために必要な溶射条件（溶射材料の供給量Ｑや溶射ノズル２０の移動速度Ｖ等）を正確に求めることが可能となる。
【００５２】
ところで、コークス炉１の炭化室２の炉幅は例えば４００ｍｍ程度であり、当該炭化室２の内部で炉壁３に対して垂直方向に溶射補修しなければならない。凹状損傷部４の溶射補修に際しては、溶射施工体が凹状損傷部４の微妙な凹凸に対して倣う追従性と、溶射材料の高い付着歩留まりが必要である。このため、壁面に沿って直線方向に溶射ノズル２０を移動させた時に、壁面上に形成される溶射施工体の形状が、安定しており、かつ幅狭の鋭角な三角形状の断面形状を成す必要がある。
【００５３】
そこで、本実施形態に係る凹状損傷部４の補修用の溶射ノズル２０においては、各火炎放射口２３の火炎放射軸線Ａ２の交差位置を、材料噴射口２２から１５０〜２５０ｍｍだけ離れた範囲に調整している。即ち、図３に示したように、交差距離Ｍが１５０〜２５０ｍｍである。これにより、炉壁３の壁面に対して、鋭角な三角形状を成す断面を有する溶射施工体を形成することができる。
【００５４】
なお、上記距離Ｍが１５０ｍｍ未満では、壁面に対して鋭角な三角形状の溶射施工体を安定して形成し難くなる。一方、上記距離Ｍが２５０ｍｍを超えると、一般的な炭化室２においては、補修対象の壁面と対向する他方の壁面に溶射ノズル２０の後端が接触してしまい、上記距離Ｍを確保することができない。しかも、壁面に対して広幅の溶射施工を行うことにより、溶射施工体が凹状損傷部４の微妙な凹凸に追従することが困難となるおそれがある。
【００５５】
さらに、上記距離Ｍを比較的大きい距離１５０〜２５０ｍｍに設定することで、炉壁３の壁面に対して遠距離から狭い範囲に溶射材料を吹き付けることできるので、溶射材料を厚く吹き付けて、凹状損傷部４を平坦化する補修に好適である。
【００５６】
また、上記溶射ノズル２０において、複数の火炎放射軸線Ａ２の交差角θが１０°以下であることが好ましい。交差角θが１０°を超えると、吹き付けられる溶射材料の広がりが大きくなり、壁面に対して鋭角な三角形状の溶射施工体を安定して形成し難くなる。
【００５７】
また、本実施形態に係る溶射ノズル２０で使用する溶射材料としては、炭化室２の炉壁３を構成する耐火物（煉瓦）の原料構成に応じた原料を用いればよい。例えば、溶射材料としては、珪石粉末を主原料とし、粒径が０．２ｍｍ以下、シリカ（ＳｉＯ２）含有量が９５質量％以上、耐火温度が１６５０℃程度の溶射材料を用いればよい。これにより、溶射施工体の膨張挙動を、熱間容積安定性に優れたものとすることができる。
【００５８】
以上、本実施形態に係る溶射補修装置１０及び溶射ノズル２０の構成について詳述した。かかる溶射補修装置１０及び溶射ノズル２０より、以下に説明するとおり、コークス炉１の炭化室２の炉壁３に発生した凹状損傷部４を好適に溶射補修することができる。
【００５９】
［２．炉壁補修方法の概要］
次に、本実施形態に係る炉壁３に生じた凹状損傷部４を溶射補修する炉壁補修方法の概要について説明する。
【００６０】
本実施形態に係る炉壁補修方法は、粉末状の溶射材料８を火炎９で溶融させながら被溶射体（炉壁３の凹状損傷部４の耐火物）の表面に固着させて溶射施工体を形成し、該凹状損傷部４を補修する溶射補修方法である。本実施形態では、炉壁３に対する溶射施工体の接着剪断強さτに着目し、溶射施工時の各種の溶射条件を適正条件に設定することで、当該接着剪断強さτが被溶射体である耐火物自身の引張強度よりも大きくなるようにすることを特徴としている。
【００６１】
なお、剪断強さは、試料が剪断荷重により破壊されるときの荷重であり、剪断荷重を断面積で除した値で示される。本実施形態に係る接着剪断強さτは、溶射施工体３１が剪断荷重により被溶射体３０から剥離するときの荷重を、溶射施工体３１と被溶射体３０の接着面積で除して求められる。また、炭化室２の炉壁３を構成する耐火物（煉瓦）の強度は、材質によって異なるが、例えば、炭化室２の炉壁３を構成する珪石煉瓦の引張強度は、例えば１．５〜３．５ＭＰａ程度であり、曲げ強度の約１／３程度である。
【００６２】
本願発明者が、炉壁３からの溶射施工体の剥離性に関し鋭意研究したところ、以下の知見が得られた。即ち、溶射距離Ｌ０と火炎燃焼条件が一定の条件下においては、炉壁３の耐火物に対する溶射施工体の接着剪断強度τは、溶射施工時の溶射ノズル２０の移動速度Ｖ（以下、ノズル移動速度Ｖという。）、溶射ノズル２０からの溶射材料の供給量Ｑ（以下、材料供給量Ｑという。）、及び被溶射体である炉壁３の損傷部４の表面温度Ｔ（以下、壁面温度Ｔという。）に大きく依存する。そして、溶射施工時に溶射材料が良好な溶融状態を確保できた場合には、溶射施工体の接着剪断強さτは例えば１．５ＭＰａ以上を有し、被溶射体である耐火物自身の強度よりも強くなる。このため、溶射補修後に、当該溶射施工体が耐火物から脱落する際は、溶射施工体内部が破壊するのではなく、耐火物内部で破壊が生じて、耐火物の一部と共に溶射施工体が脱落することとなる。
【００６３】
従って、上記接着剪断強さτが耐火物自身の強度となるように、溶射条件（ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔの条件）の適正条件を定め、当該適正条件の範囲内で溶射補修を行えば、溶射施工体の剥離、脱落が起こり難く、溶射施工体寿命のバラツキを抑制しつつ、該溶射施工体の平均寿命を大きく延長することが可能になる。
【００６４】
ところが、特許文献３記載の従来の炉壁補修方法では、補修箇所に形成される溶射施工体の平坦性を重視しすぎるあまり、上記適正条件や、溶射材料の溶融性については考慮されていなかった。つまり、当該従来の炉壁補修方法では、補修箇所の平坦性の観点から、凹状損傷部４を損傷深さ方向に区分した各層の溶射補修時に所望の溶射層厚を得るため、ノズル移動速度Ｖを比較的広い範囲内で自由に可変としていた。このため、凹状損傷部４の損傷深さが浅い箇所では、薄い溶射層厚を得るために、ノズル移動速度Ｖを非常に高速にしており、このため、溶射材料が火炎９で十分に溶融せず、未溶融又は半溶融の状態となっていた。この結果、当該未溶融又は半溶融の溶射材料が溶着した箇所の強度が低下し、当該箇所を起点として溶射施工体が炉壁３から簡単に剥離・脱落してしまい、溶射施工体の耐用性が低下し、短寿命化していた。
【００６５】
そこで、本実施形態に係る炉壁補修方法では、まず、溶射施工前に予めオフラインで、溶射ノズル２０用いた溶射施工試験を行い、溶射材料が良好に溶融し、強固に耐火物に固着できるような、溶射施工の適正条件の範囲を決定しておく。この適正条件は、上記溶射施工体の接着剪断強さτが耐火物自身の強度よりも大きい強度（例えば１．５ＭＰａ以上）を確保できるような、壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの相関を示す条件範囲である。
【００６６】
次いで、実際の溶射施工時に、上記壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの適正条件を満たすように、壁面温度Ｔに応じて、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖ等の溶射条件を設定して、当該設定した溶射条件で溶射施工を行う。
【００６７】
具体的には、溶射施工時にまず、溶射仕上面４０（図８参照。）と溶射ノズル２０先端との距離（即ち、溶射距離Ｌ０）に応じて、材料供給量Ｑを設定する。溶射仕上面４０（炉壁仕上面に相当する。）は、炉壁３の凹状損傷部４を溶射補修したときの理想的な仕上面であり、健全な炉壁３の壁面と面一である。また、本明細書において、溶射距離Ｌ０は、溶射ノズル２０の先端から当該溶射仕上面４０までの距離（基準溶射距離：図４、図８に示す距離Ｌ０）であり、溶射ノズル２０の先端から凹状損傷部４内の実際の補修位置までの距離（実際の溶射距離：図８に示す距離Ｌ）ではない。
【００６８】
次いで、上記設定された材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じて、上記適正条件により定まるノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下の範囲内で、溶射施工時の溶射ノズル２０の移動軌跡におけるノズル移動速度パターンを設定する。凹状損傷部４の損傷形態に応じて、複数種類のノズル移動速度パターンが予め定められている。溶射施工時には、当該複数種類のノズル移動速度パターンの中から、実際の凹状損傷部４の損傷形態に合わせて、最適な１つのノズル移動速度パターンが選択されて、設定される。
【００６９】
その後、上記設定された溶射ノズル２０の移動速度パターンに従って、溶射ノズル２０を凹状損傷部４に沿ってジグザグ状の移動軌跡で移動させながら、上記設定された材料供給量Ｑで溶射ノズル２０から溶射材料を吹き付けて、凹状損傷部４を溶射補修する。このとき、補修箇所の平坦性を得るために、凹状損傷部４の各位置の損傷深さに応じて、ノズル移動速度Ｖを変化させ、当該各位置に対する溶射層厚を調整する。
【００７０】
上記ノズル移動速度パターンは、凹状損傷部４の損傷深さＨに応じたノズル移動速度Ｖの変化パターンを意味し、例えば、損傷深さＨの所定区間ごとに、当該区間に適したノズル移動速度Ｖを定めたものである（後述の表３を参照）。上記適正条件を満たすように、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じてノズル移動速度パターンを適切に設定することで、溶射材料の溶融性を向上させ、適切に溶融した状態の溶射材料を用いて凹状損傷部４を補修できる。これにより、凹状損傷部４に溶射材料を適切に溶着させ、凹状損傷部４に溶着した溶射施工体と壁面との間の接着剪断強さτを十分に確保できる。よって、補修箇所の平坦性を確保しつつ、溶射補修後に時間が経過しても、溶射施工体が炉壁３から剥離・脱落することを抑制でき、溶射施工体の耐用性の向上及び長寿命化を実現でき、寿命バラツキを抑制できる。
【００７１】
［３．溶射施工の適正条件］
次に、本実施形態に係る炉壁補修方法において、溶射施工体の耐用性を向上できる溶射施工の適正条件について詳細に説明する。
【００７２】
まず、上記適正条件を求めるために行った溶射施工試験について説明する。図５に示すように、溶射補修装置１０の実機と同一仕様の溶射ノズル２０を用いて、一定の燃焼条件下にて、壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑを変化させながら、熱間における溶射試験を行った。
【００７３】
この溶射試験では、上述した溶射ノズル２０から被溶射体３０に溶射材料を溶射して、被溶射体３０の表面上に溶射施工体３１を形成した。被溶射体３０としては、炉壁３を構成する珪石煉瓦を用いた。溶射材料としては、ＬＦＣ５０２（黒崎播磨株式会社製）を用い、材料供給量Ｑを２０ｋｇ／ｈｒとした。また、溶射ノズル２０に供給する燃料ガスとしては、ＬＰＧを用い、当該ＬＰＧの供給圧を０．１ＭＰａ、供給量を１５Ｎｍ３／ｈｒとした。また、溶射ノズル２０の先端から被溶射体３０までの溶射距離Ｌ０は２００ｍｍとした。
【００７４】
さらに、溶射ノズル２０の燃焼条件を一定とした条件下で、壁面温度Ｔ（被溶射体３０の溶射面３０ａの温度）、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑを以下のように複数段階で変化させて、これら溶射条件が異なる複数種類の溶射施工体３１を形成した。
【００７５】
また、上記のような形成された溶射施工体３１に治具３２を取り付け、当該治具３２を介して上方から溶射施工体３１に対して、溶射面３０ａと平行な方向に剪断荷重を加え、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の接着剪断強さτを測定した。この際、当該剪断荷重を徐々に増加させ、被溶射体３０から溶射施工体３１が剥落したときの荷重を溶射施工体３１の溶着面積で除した値を、接着剪断強さτとした。
【００７６】
上記溶射試験結果を表１に示す。表１の数値は、上記のように壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑを様々に変えて形成された溶射施工体３１の接着剪断強さτ［ＭＰａ］を示している。
【００７７】
【表１】
【００７８】
表１に示すように、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔが一定条件下では、ノズル移動速度Ｖが大きくなるほど、接着剪断強さτが小さくなっている。従って、ノズル移動速度Ｖを小さくした方が、溶射材料の溶融性が高まるため、接着剪断強さτを確保し、溶射施工体３１の耐用性を向上できることが分かる。
【００７９】
また、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖが一定条件下では、壁面温度Ｔが低くなるほど、接着剪断強さτが小さくなる傾向がある。特に、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ超であるときには、この傾向が顕著になる。従って、溶射施工時の壁面温度Ｔを高くした方が、溶射材料の溶融性が高まるため、接着剪断強さτを確保し、溶射施工体３１の耐用性を向上できることが分かる。
【００８０】
さらに、壁面温度Ｔ及びノズル移動速度Ｖが一定条件下では、材料供給量Ｑが少なくなるほど、接着剪断強さτが小さくなる傾向がある。特に、材料供給量Ｑが２５ｋｇ／ｈｒであるときには、接着剪断強さτが大幅に低下している。従って、溶射施工時の溶射ノズル２０からの材料供給量Ｑを少なくした方が、溶射材料の溶融性が高まるため、接着剪断強さτを確保し、溶射施工体３１の耐用性を向上できることが分かる。
【００８１】
また、表１には、各溶射試験において、溶射施工体３１が被溶射体３０から剥離したときの剥離形態Ａ〜Ｃも示してある。ここで、剥離形態Ａ〜Ｃについて説明する。
【００８２】
剥離形態Ａは、被溶射体３０（煉瓦）の内部で破壊が生じ、溶射施工体３１が被溶射体３０の一部とともに剥離した状態である。この剥離形態Ａが発生するのは、溶射施工体３１が被溶射体３０に強固に溶着している場合であり、溶射施工が非常に良好であることを意味する。この場合、溶射時に溶射材料が十分に溶融していたため、溶射材料の成分が被溶射体３０内部に拡散して、両者が強固に溶着したものと考えられる。
【００８３】
剥離形態Ｂは、溶射施工体３１と被溶射体３０との界面で当該溶射施工体３１が剥離したが、被溶射体３０の端部も部分的に欠損し、剥離した溶射施工体３１に付着していた状態である。この剥離形態Ｂが発生するのは、溶射施工体３１が被溶射体３０に溶着しているが、溶着力が弱い場合であり、溶射施工があまり良くないことを意味する。この場合、溶射時に溶射材料が溶融しているものの、溶射材料の成分が被溶射体３０内部にあまり拡散せず、両者の溶着力が低下したものと考えられる。
【００８４】
剥離形態Ｃは、溶射施工体３１に荷重を加えたときに、溶射施工体３１と被溶射体３０との界面で当該溶射施工体３１が剥離しており、被溶射体３０の端部は健全であり、欠損がなかった状態である。この剥離形態Ｃが発生するのは、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の溶着力が非常に弱い場合であり、溶射施工が不良であることを意味する。この場合、溶射時に溶射材料が半溶融又は未溶融の状態であったため、溶射材料の成分が被溶射体３０内部にほとんど拡散せず、両者の溶着力が非常に低下したものと考えられる。
【００８５】
ここで、上記の接着剪断強さτと剥離形態Ａ〜Ｃとの関係について考察する。表１に示すように、接着剪断強さτが大きいほど剥離形態Ａとなりやすく、接着剪断強さτが小さいほど剥離形態Ｃとなりやすい。具体的には、接着剪断強さτが１．５ＭＰａ以上である場合には、剥離形態Ａとなり、τが０．６ＭＰａ超、１．５ＭＰａ未満である場合には、概ね剥離形態Ｂとなり、τが０．６ＭＰａ以下である場合には、概ね剥離形態Ｃとなる。また、壁面温度Ｔが極端に低い６００℃である場合を除き、８００℃以上であるときには、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ未満である場合に、溶着状態が非常に良好な剥離形態Ａないしはある程度良好な剥離形態Ｂとなり、溶着状態が悪い剥離形態Ｃにはならない。
【００８６】
従って、上記の溶射試験結果によれば、溶射施工時にノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔを適正条件の範囲内に設定すれば、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の溶着強度を高めて、溶射施工体３１の剥離を抑制できるといえる。そして、表１に示すように、被溶射体３０からの溶射施工体３１の剥離形態が、上記剥離形態Ａ、少なくとも剥離形態Ｂとなるように、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔを設定すれば、溶射施工体３１の耐用性を向上できることが分かる。
【００８７】
次に、図６を参照して、被溶射体３０の強度以上の溶射施工体３１の接着剪断強さτを確保可能なノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔの適正条件について、より詳細に説明する。
【００８８】
上記と同様にして溶射試験を行い、溶射距離Ｌ０が１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍである場合についてそれぞれ、溶射施工体３１が被溶射体３０から上記剥離形態Ａで剥離するようなノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔの適正条件を求めた。この結果を図６に示す。図６のグラフは、各壁面温度Ｔ（６００℃〜１１００℃）に関し、溶射施工体３１の接着剪断強さτを確保可能なノズル移動速度Ｖの上限値Ｖｍａｘと材料供給量Ｑとの関係を表している。また、以下の表２は、図６のデータを示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】
図６及び表２に示すように、溶射距離Ｌ０が何れの場合も、壁面温度Ｔが一定条件下では、材料供給量Ｑが多くなるほど、ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘが小さくなっている。例えば、図６（ｂ）に示すように、溶射距離Ｌ０＝２００ｍｍ、壁面温度Ｔ＝８００℃である条件下では、材料供給量Ｑが１５ｋｇ／ｈｒである場合には、ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘは６．０ｍ／ｍｉｎであるが、Ｑが２０ｋｇ／ｈｒである場合には、Ｖｍａｘは３．０ｍ／ｍｉｎに低下している。
【００９１】
溶射距離Ｌ０が何れの場合も、材料供給量Ｑが一定条件下では、壁面温度Ｔが低くなるほど、ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘが小さくなっている。例えば、図６（ｂ）に示すように、溶射距離Ｌ０＝２００ｍｍ、材料供給量Ｑ＝２０ｋｇ／ｈｒである条件下では、壁面温度Ｔが１０００℃及び１０００℃である場合には、ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘは７．５ｍ／ｍｉｎであるが、Ｔが８００℃ｋｇ／ｈｒである場合には、Ｖｍａｘは３．０ｍ／ｍｉｎに低下している。
【００９２】
このように、溶射施工体３１の接着剪断強さτを確保可能なノズル移動速度上限値Ｖｍａｘは、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じて増減する。このように、ノズル移動速度Ｖの適正条件は、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じて決定される。例えば、図６（ｂ）に示す領域Ａは、壁面温度Ｔ＝８００℃である場合の材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖの適正条件の範囲を示す。
【００９３】
以上、溶射施工体３１の耐用性を向上可能な壁面温度Ｔ、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖの適正条件について詳細に説明した。実際の溶射施工では、かかる適正条件を満たすように、壁面温度Ｔに応じて材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖを設定すればよい。例えば、壁面温度Ｔ及び材料供給量Ｑに応じて、溶射施工時の実際のノズル移動速度Ｖを、図６に示すノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下に設定すればよい。これにより、溶射ノズル２０から溶射される溶射材料を好適に溶融させて被溶射体３０に強固に溶着させることができるので、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の接着剪断強さτを所望値以上に確保できる。従って、高耐用性の溶射施工体３１を形成できるので、溶射施工体３１の剥離を抑制して、溶射施工体３１の寿命を延長できる。
【００９４】
［４．溶射施工の詳細］
次に、図７、図８を参照して、本実施形態に係る炉壁補修方法における溶射施工方法について詳述する。図７は、本実施形態に係る凹状損傷部４を計測したＸＹ座標平面図である。図８は、本実施形態に係る凹状損傷部４の溶射補修状態を示す断面図（ａ）、平面図（ｂ）である。なお、図８（ａ）は、図８（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【００９５】
本実施形態に係る炉壁補修方法は、炭化室２の炉壁３を構成する耐火物に発生した凹状損傷部４、特に、図７、図８に示すように内部に大きな凹凸を有する凹状損傷部４（以下、単に損傷部４という。）を連続的に溶射補修するものである。図７、図８に示す損傷部４は、３箇所の凹部４１、４２、４３を有しており、このうち中央の凹部４２が最も深く、当該凹部４２の最深部の深さ（即ち、凹状損傷部４の凹凸の最深部の深さ）がＨＭである。
【００９６】
この損傷部４を複数層に区分して溶射補修する際、最下層の補修を行う時に、上記の特許文献２記載の方法では、１箇所の凹部４１の補修を終了してから他の箇所の凹部４２、４３に移るときに、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹付けを中断し、次の凹部４２、４３の吹付開始点に溶射ノズル２０をセットして、溶射を再開していた。しかし、かかる方法であると、溶射の中断・再開という煩雑な作業を伴うだけでなく、溶射補修に要する時間が長くなって、炭化室の炉壁が冷却され、スポーリングが発生して健全箇所の耐火物をも損傷する恐れがあった。
【００９７】
そこで、本実施形態では、特許文献３記載の方法と同様に、損傷部４の最下層５１から最上層５４の溶射仕上面４０までの補修を効率的に行うために、少なくとも各層５１〜５４の溶射補修では、溶射ノズル２０からの溶射材料の溶射を中断せずに、連続的に溶射施工を行う。
【００９８】
このためには、図８（ａ）に示すように、炉壁３の損傷部４の一端側４４から他端側４５の範囲において、ＸＹ座標平面の各位置の損傷深さＨに応じて、１層当たりの溶射層厚Ｄを調整する。例えば、損傷深さＨが深い位置では、１層当たりの溶射層厚Ｄを厚くし、一方、損傷深さＨが浅い位置では、１層当たりの溶射層厚Ｄを薄くする。これにより、損傷部４の少なくとも一端側４４から他端側４５に至るまで、各層５１〜５４とも連続して溶射補修することが可能になり、しかも、溶射仕上面４０も平坦にすることが可能である。なお、溶射仕上面４０は、健全な炉壁３の壁面３４と同一レベルとなることが好ましい。
【００９９】
このように各位置の溶射層厚Ｄを損傷深さＨに応じて変えて、各層を連続的に溶射施工するためには、凹状損傷部４の形状及び大きさを正確に計測した上で、当該損傷部４を損傷深さ方向に複数層に区分するときの層数ｋと、各層の溶射層厚Ｄを適切な値に決定することが要求される。以下にその方法について詳述する。
【０１００】
まず、溶射補修装置１０に設けられたレーザー距離計、例えば、レーザープロフィールメータ１６を用いて、補修対象となる炭化室２の炉壁３の凹状損傷部４を計測する。そして、溶射補修装置１０のコントローラ１８により、当該レーザープロフィールメータ１６の計測値を処理して、図７に示すような等高線を用いた３次元座標図を求める。そして、この３次元座標図から損傷部４の各座標位置の損傷深さＨ及び最深部の深さＨＭ（例えば、ＨＭ＝４０ｍｍ）を読みとる。
【０１０１】
次に、コントローラ１８によるシミュレーションによって、凹状損傷部４を複数層に区分するときの層数ｋと、各層の各位置での溶射層厚Ｄを決定する。この層数ｋと、溶射層厚Ｄは、例えば、各位置の損傷深さＨ、最深部の深さＨＭ、溶射ノズル２０の許容最低移動速度Ｖｍｉｎ、溶射ノズル２０による材料供給量Ｑ、及び溶射距離Ｌに対応するリバンドロス量等に基づいて決定される。
【０１０２】
補修対象領域である凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数層に区分するときの層数ｋは、当該凹状損傷部４の最深部の深さＨＭに応じて決定されることが好ましい。そして、当該層数ｋと、損傷部４のＸＹ座標平面における各位置の損傷深さＨに応じて、各層の当該各位置における溶射層厚Ｄを決定すればよい。実際の溶射施工において、溶射ノズル２０からの材料供給量Ｑが一定である場合、各層の溶射層厚Ｄを厚く施工するためには、ノズル移動速度Ｖを遅くし、一方、各層の溶射層厚Ｄを薄く施工するためには、ノズル移動速度Ｖを速くすればよい。
【０１０３】
しかし、溶射ノズル２０を往復移動させて広範囲を溶射する場合には、図８（ｂ）に示すように、溶射ノズル２０の移動軌跡５０は、所定のピッチｐのジグザク状になる。このため、溶射ノズル２０の移動速度Ｖが遅過ぎると、補修面に溶射された溶射材料の広がり（図４に示したような山状に付着した溶射材料８の裾野の幅Ｗ）が極端に広くなり、裾野同士が重なって平滑な溶射仕上面４０が得られなくなる。
【０１０４】
このため、溶射仕上面４０の平坦度に悪影響を与えないように、ノズル移動速度Ｖを許容最低移動速度Ｖｍｉｎ（ノズル移動速度下限値）以上に設定する必要がある。そして、当該許容最低移動速度Ｖｍｉｎで得られる溶射層厚Ｄが、溶射層厚の上限値Ｄｍａｘとなる。
【０１０５】
そこで、各層の溶射層厚Ｄが上限値Ｄｍａｘ以下となるように、凹状損傷部４の最深部の深さＨＭに基づいて、層数ｋを決定することが好ましい。図８の例では、最深部の深さＨＭに応じて、損傷部４が損傷深さ方向（ｚ方向）に４つの層５１〜５４に区分されている（層数ｋ＝４）。即ち、３＊Ｄｍａｘ＜ＨＭ＜４＊Ｄｍａｘであるため、層数ｋ＝４に決定されている。これにより、溶射補修時に、許容最低移動速度Ｖｍｉｎ以上のノズル移動速度Ｖを確保して、溶射仕上面４０の平坦度を維持しつつ、必要最小限の層数ｋで損傷部４全体を補修できる。
【０１０６】
また、溶射材料を溶射した際に、該溶射材料が補修面に付着せずに飛散する現象（いわゆるリバンドロス）が生じ、そのリバンドロス量が、実際の溶射距離Ｌに応じて異なる場合がある。この場合には、このリバンドロス量を加味して層数ｋ及び溶射層厚Ｄを決定することが好ましい。
【０１０７】
そして、上記決定された層数ｋ、及びＸＹ座標平面の各位置の損傷深さＨに応じて、各層の各位置での溶射層厚Ｄが決定され、さらに、この各位置の溶射層厚Ｄに応じて、溶射層厚Ｄを溶射施工するときのノズル移動速度Ｖのパターンが設定される。この際、溶射ノズル２０の移動速度パターンの決定の作業性を簡素化するためには、ノズル移動速度パターンが各層で同等になるように、各層の溶射層厚Ｄを調整してもよい。
【０１０８】
つまり、損傷部４の大きさは損傷状況に応じて種々様々であるが、損傷部４が大きい場合には、例えば１ｍ２程度の平面積がある。そして、溶射ノズルの移動軌跡５０は、図８（ｂ）に示すようにジグザク状のパターンである。従って、各層当たりの溶射ノズル２０の移動距離の総延長は、例えば５０〜７０ｍに達する場合もある。更に、前記の様に、ＸＹ座標平面の各位置の損傷深さＨも種々様々であり、これに対応してノズル移動速度Ｖを調整しなければならない。これらのことから、全ての層で同一のノズル移動速度パターンに設定することが好ましい。これにより、ノズル移動速度Ｖの設定の作業性を良好にすることが可能となる。
【０１０９】
例えば、図８（ａ）の例では、凹状損傷部４のＸＹ座標平面の各位置が損傷深さＨに応じて３つの領域に分類され、当該各領域の損傷深さＨに応じてノズル移動速度Ｖが３段階で設定されている。ノズル移動速度Ｖは、損傷深さＨが浅い領域ではＶ１に、やや深い領域ではＶ２に、深い領域ではＶ３に設定されている（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）。
【０１１０】
また、例えばラバー溶射（溶射材料を溶融した状態で補修面に吹き付ける溶射方式）のように、溶射ノズル２０から凹状損傷部内の補修位置までの実際の溶射距離Ｌ（＝Ｌ０＋Ｈ）が異なっても、同一の溶射層厚Ｄが得られる場合には、損傷部４の損傷深さＨに応じて各層とも均等な溶射層厚Ｄとし、各層とも同じ層厚パターンにすればよい。
【０１１１】
一方、例えばテルミット溶射（テルミット反応を利用した溶射）のように、溶射ノズル２０から補修面までの実際の溶射距離Ｌ（＝Ｌ０＋Ｈ）により溶射材料のリバンドロス量が異なって、１回の溶射により形成される溶射層厚Ｄが異なる場合がある。この場合、一般的には、実際の溶射距離Ｌが長くなればなるほど、リバンドロス量が多くなり、形成される溶射層厚Ｄが薄くなる傾向にあり、リバンドロス量は、実際の溶射距離Ｌに基づいて決定される。従って、図８（ａ）に示すように、実際の溶射距離Ｌに起因するリバンドロス量を加味して、各層５１、５２、５３、５４、・・・の溶射層厚Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、・・・を決定することが好ましい。
【０１１２】
具体的には、まず、損傷部４の最深部の深さＨＭ、溶射ノズル２０の許容最低移動速度Ｖｍｉｎ、材料供給量Ｑ、及びリバンドロス量に基づいて、損傷部４の最深部における最下層５１の溶射層厚Ｄ１を求める。例えば、最深部までの実際の溶射距離Ｌが１２０ｍｍ（＝Ｌ０＋ＨＭ＝８０ｍｍ＋４０ｍｍ）である場合、当該溶射距離Ｌに対応するリバンドロス量を求める。そして、このリバンドロス量、許容最低移動速度Ｖｍｉｎ（例えば、２０ｍｍ／ｓｅｃ）、及び材料供給量Ｑ（例えば２０ｋｇ／ｈｒ）に基づいて、最下層５１の層厚Ｄ１を決定する。
【０１１３】
次に、最深部における最下層５１の上の２番目の層５２の溶射層厚Ｄ２を求める。２番目の層５２に対する溶射距離は最下層５１の溶射層厚Ｄ１分だけ短くなっている。そこで、この短くなった溶射距離Ｌ（＝Ｌ０＋ＨＭ−Ｄ１）に対応するリバンドロス量を求め、当該求めたリバンドロス量に基づき、上記最下層５１と同様にして２番目の層５２の溶射層厚Ｄ２を求める。この様に、順次短くなる溶射距離Ｌに応じてリバンドロス量を変更して、最深部の位置における各層５３、５４、・・・の溶射層厚Ｄ３、Ｄ４、・・・を逐次求める。
【０１１４】
そして、最下層５１〜最上層５４の溶射層厚Ｄの和（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋・・・）が最深部の深さＨＭと等しくなるまで、ノズル移動速度Ｖを変えて繰り返しシミュレーションし、層数ｋ（例えば４層）とその各層の溶射層厚Ｄ１〜Ｄｋを決定する。そして、当該決定された溶射層厚Ｄ１〜Ｄｋと材料供給量Ｑに基づき、最深部の位置において各層を溶射施工するときのノズル移動速度Ｖをそれぞれ求める。
【０１１５】
次に、最深部以外の各位置において、上記決定された最深部の層数ｋに基づき、上記最深部と同様にして各層の溶射層厚Ｄを求める。つまり、最深部以外の各位置の損傷深さＨ、上記層数ｋ、許容最低移動速度Ｖｍｉｎ、材料供給量Ｑ、及びリバンドロス量に基づき、上記区分した４層における各々の位置の溶射層厚Ｄ及びノズル移動速度Ｖを決定する。この際、上記最深部で求めた各層のノズル移動速度Ｖを基準として、順次、ノズル移動速度Ｖを速くし、４層の溶射層厚の和（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋・・・）がその位置の損傷深さＨと等しくなるまで繰り返しシミュレーションして、各層の溶射層厚Ｄとノズル移動速度Ｖを決定する。
【０１１６】
また、このように溶射層厚Ｄ及びノズル移動速度Ｖを求める上記ＸＹ座標平面上の各位置のピッチは、例えば、損傷深さＨが５〜２０ｍｍ（更に好ましくは１０〜１５ｍｍ）だけ変化する範囲内の距離とすることが好ましい。図８の例では、当該ピッチを１５ｍｍとし、ノズル移動速度Ｖ１の範囲を損傷深さＨが１５ｍｍ以下の領域、速度Ｖ２の範囲を損傷深さＨが１５ｍｍ超、３０ｍｍ以下の領域、速度Ｖ３の範囲を損傷深さＨが３０ｍｍ超の領域とした（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３）。
【０１１７】
例えば、図８の例では、層数ｋは４層であり、最深部における最下層５１の層厚Ｄ１は６ｍｍ、その上の層５２の層厚Ｄ２は８ｍｍ、更にその上の層５３の層厚Ｄ３は１１ｍｍ、最上層５４の層厚Ｄ４は１４ｍｍに決定されている。これにより、各層とも一端側４４から他端側４５まで連続した層に区分できた。そして、この４層を損傷深さＨに応じて溶射補修するときのノズル移動速度Ｖ１〜Ｖ３は各々、例えば、Ｖ１＝４０ｍｍ／ｓ、Ｖ２＝３０ｍｍ／ｓ、Ｖ３＝１５ｍｍ／ｓとした。
【０１１８】
また、上記では、各層のノズル移動速度パターンを同一のパターンに設定する例について説明したが、かかる例に限定されず、層別にノズル移動速度パターンを設定してもよい。上述したように、本実施形態に係る炉壁補修方法では、溶射材料の溶融性及び溶射施工体３１の耐用性を確保するために、上記の壁面温度Ｔ、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの適正条件を満たすように、ノズル移動速度パターンを設定する。この際、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔに応じてノズル移動速度Ｖの上限値Ｖｍａｘ（許容最高移動速度）が定まり、ノズル移動速度パターンにおけるノズル移動速度Ｖを当該ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下に設定する必要がある。
【０１１９】
従って、上記のように各層とも同一のノズル移動速度パターンに設定したときに、目標の溶射層厚Ｄを得るためのノズル移動速度Ｖが上限値Ｖｍａｘ超となってしまう場合には、上記適正条件を満たすことを優先して、各層で異なるノズル移動速度パターンに設定することが好ましい。これにより、溶射ノズル２０から溶射される溶射材料の溶融性と、損傷部４に形成された溶射施工体３１の耐用性を向上できる。
【０１２０】
次に、図８を参照して、上記設定されたノズル移動速度パターンで、溶射ノズル２０を凹状損傷部４に沿った移動軌跡５０で移動させながら、上記決定された層数ｋ、溶射層厚Ｄの各層を溶射施工する手順について説明する。
【０１２１】
図８（ｂ）に示すように、まず、凹状損傷部４の一端側４４の下側の溶射開始点Ａ上に溶射ノズル２０を配置し、この溶射開始点Ａから溶射施工を開始する。この溶射施工では、溶射仕上面４０と溶射ノズル２０との距離（溶射距離Ｌ０）を一定に保ちながら、溶射ノズル２０を、凹状損傷部４の一端側４４から他端側４５にかけてジグザグ状の移動軌跡５０で連続的に移動させて、上記凹状損傷部４を補修するための最下層５１を形成する。
【０１２２】
つまり、溶射ノズル２０を、実線で示すジグザグ状の移動軌跡５０で、損傷部４の下側から上側にかけて移動させながら、当該溶射ノズル２０から溶射材料を損傷部４の補修面に向けてＺ方向に吹き付けて、最下層５１を形成する。図示の例のジグザグ状の移動軌跡５０では、溶射ノズル２０を損傷部４の一端側４４から他端側４５にかけて水平方向（Ｘ軸方向）に直線状に移動させた後に、所定ピッチｐだけ垂直方向（Ｙ軸方向）にずらして折返し、今度は他端側４５から一端側４４にかけて水平方向に直線状に移動させている。このときの折返しのピッチｐは、上記のように、補修面に吹き付けられた溶射材料の裾野の幅Ｗに応じて決定される。また、溶射材料が凹状損傷部４の外縁からはみ出すことを防止するために、往路の移動軌跡５０は、凹状損傷部４の外縁よりも所定のエリア余裕代ａだけ内側を通るように配置されている。
【０１２３】
そして、溶射ノズル２０が損傷部４の一端側４４の上側の終点Ｂ上に達すると、当該終点Ｂの近傍の移動軌跡５０’上の始点Ｃに溶射ノズル２０を移動させる。次いで、溶射ノズル２０を、破線で示すジグザグ状の移動軌跡５０’で、損傷部４の上側から下側にかけて移動させながら、当該溶射ノズル２０から溶射材料を損傷部４の最下層５１の上に吹き付けて、次の２番目の層５２を形成する。この復路の移動軌跡５０’（破線）は、上記往路の移動軌跡５０（実線）の間の中心を通るように設定されている。また、当該復路の折返しピッチｐも、往路の折返しピッチｐと同一である。また、復路の移動軌跡５０’は、凹状損傷部４の外縁よりも、上記往路の所定のエリア余裕代ａも大きいエリア余裕代ｂだけ内側を通るように配置されており、溶射材料のはみ出しを防止できる。
【０１２４】
その後、溶射ノズル２０が損傷部４の他端側４５の下側の終点Ｄ上に達すると、当該終点Ｄの近傍の移動軌跡５０上の始点Ｅに溶射ノズル２０を移動させ、再び上記実線で示すジグザグ状の移動軌跡５０に沿って溶射施工を行い、次の３番目の層５３を形成する。
【０１２５】
以上のようなジグザグ状の移動軌跡５０、５０’での溶射施工を繰り返すことで、最下層５１から最上層５４まで溶射材料の吹き付けを中断することなく、連続的に溶射施工を行って、凹状損傷部４の補修を完了する。
【０１２６】
この際、移動軌跡５０、５０’上におけるノズル移動速度Ｖは、上記のように設定されたノズル移動速度パターンに従って制御されており、ＸＹ座標平面上の各位置の目標の溶射層厚Ｄに応じて、上記Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘの範囲内で増減する。かかる溶射施工により、溶射材料の溶融性を高めて、溶射施工体３１の耐用性を向上できるとともに、溶射仕上面４０の平坦度を維持できる。
【０１２７】
［５．炉壁補修方法のフロー］
次に、図９を参照して、本実施形態に係る炉壁補修方法の作業フローについて説明する。図９は、本実施形態に係る炉壁補修方法を示すフローチャートである。
【０１２８】
図９に示すように、まず、図１に示した溶射補修装置１０をコークス炉１の炭化室２内に装入する（Ｓ１００）。次いで、溶射補修装置１０に設けられたＣＣＤカメラ等のカメラ１５を用いて、炭化室２の炉壁３の壁面を撮像して、炉壁３の損傷の有無を確認する（Ｓ１１０、Ｓ１２０）。溶射補修装置１０を操作する作業員は、カメラ１５により撮像された画像を見て、炉壁３に損傷（凹状損傷部４、亀裂状損傷部５等）が存在するか否かを確認し、損傷が認められた場合には、その損傷位置を把握する。一方、炉壁３の何れの箇所にも損傷が存在しない場合には、当該炭化室２の補修作業を終了する。以下の工程では、炉壁３に凹状損傷部４が存在する場合の作業フローについて説明する。
【０１２９】
凹状損傷部４の存在が確認された場合には、溶射補修装置１０に設けられたレーザープロフィールメータ１６により、凹状損傷部４のプロフィール（位置、形状、損傷深さ等）を計測する（Ｓ１３０）。例えば、当該レーザープロフィールメータ１６による計測結果を処理して、図７に示したような凹状損傷部４の３次元座標図を作成する。
【０１３０】
次いで、作業員は、Ｓ１３０のレーザープロフィール計測結果に基づいて、凹状損傷部４の損傷形態を確認する（Ｓ１４０）。ここで、凹状損傷部４の損傷形態（損傷プロフィール）とは、凹状損傷部４の損傷形状、損傷範囲、各位置の損傷深さＨ、最大損傷深さ（最深部の損傷深さＨＭ）等を含む。例えば、凹状損傷部４の損傷範囲は、所定面積（例えば０．５ｍ２）以上であるか否かを確認する。凹状損傷部４の面積が０．５ｍ２以上である場合には、溶射範囲が広範囲となり、溶射施工に時間を要することになるので、作業員の確認を要する。また、凹状損傷部４の面積が０．５ｍ２以上である場合には、溶射仕上面４０の平坦精度をより高めるために、損傷形態によっては、溶射範囲を複数領域に分割（例えば２分割）して溶射施工してもよい。
【０１３１】
また、Ｓ１４０では、凹状損傷部４の損傷形状も確認する。例えば、凹状損傷部４の損傷形状が、お椀型形状であるか、すり鉢型形状であるかを確認する。このように凹状損傷部４の損傷形状を確認することで、後述するＳ１６０で損傷形状に応じて溶射施工回数を決定することが可能となる。
【０１３２】
次いで、温度計（図示せず。）により、炉壁３の凹状損傷部４の壁面温度Ｔを測定する（Ｓ１５０）。上述したように、壁面温度Ｔに応じて、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖの適正条件が変化するので、本Ｓ１５０にて、補修対象の凹状損傷部４の壁面温度Ｔを予め測定しておく。なお、温度計は、例えば放射温度計であり、溶射補修装置１０に設置された放射温度計により壁面温度Ｔを自動測定してもよいし、作業員が放射温度計を用いて壁面温度Ｔを手動で測定してもよい。
【０１３３】
その後、Ｓ１３０、Ｓ１４０で計測及び確認された凹状損傷部４の損傷形態に基づいて、溶射施工回数を設定する（Ｓ１６０）。上述したように凹状損傷部４の損傷形態とは、凹状損傷部４の損傷形状、最深部の損傷深さＨＭ、各位置の損傷深さＨやその高低差等を含む。本実施形態では、損傷形態として、凹状損傷部４の最深部の損傷深さＨＭとエッジ部近傍の深さＨＮとの高低差ΔＨ（後述する図１４参照。）に基づいて、溶射施工回数を決定する。この場合、高低差ΔＨが所定の閾値未満である場合（即ち、損傷形状がお椀型形状である場合）に、溶射施工回数を１回に決定し、高低差ΔＨが閾値以上である場合（即ち、損傷形状がすり鉢型形状である場合）に、溶射施工回数を複数回（例えば２回）に決定する。なお、１回の溶射施工とは、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断することなく、溶射開始から溶射終了まで連続的に溶射材料を溶射する施工を意味する。
【０１３４】
ここで、凹状損傷部４の損傷形態に応じて溶射施工回数を変更することの技術的意義について説明する。以下では、凹状損傷部４の損傷形態として、凹状損傷部４の損傷形状表す高低差ΔＨを用い、当該高低差ΔＨに応じて溶射施工回数を変更する例について説明する。
【０１３５】
凹状損傷部４の損傷形状がお椀型形状である場合、凹状損傷部４のエッジ部（外縁部分）近傍でも十分な損傷深さがある。このため、溶射施工時に、当該お椀型損傷部のエッジ部を、相対的に遅いノズル移動速度Ｖで補修したとしても、当該エッジ部が溶射施工体により盛り上がらず、当該エッジ部の溶射仕上面４０の平坦度が低下しない。
【０１３６】
一方、凹状損傷部４の損傷形状がすり鉢型形状である場合、当該すり鉢型損傷部のエッジ部を、相対的に遅いノズル移動速度Ｖで補修すると、当該エッジ部が溶射施工体により過剰に盛り上がり、当該エッジ部の溶射仕上面４０の平坦度が悪化する。逆に、当該すり鉢型損傷部のエッジ部を、相対的に速いノズル移動速度Ｖで補修すると、当該エッジ部に対する溶射施工体の接着力が弱くなり、当該弱い部位を起点として溶射施工体が剥離する危険が生じる。
【０１３７】
そこで、凹状損傷部４の損傷形状がすり鉢形状である場合、Ｓ１６０で溶射施工回数を複数回に設定し、溶射施工を複数回に分ける。これによって、凹状損傷部４のエッジ部と溶射施工体との接着剪断力を高めて、溶射施工体が上記剥離形態Ａ（表１参照）となることを確保しつつ、エッジ部を含めた溶射施工体の溶射仕上面４０の平坦度を±１０ｍｍの範囲に収まるようにすることができる。
【０１３８】
具体的には、まず第１回目の溶射施工により、すり鉢型損傷部の最深部周辺を局部的に溶射補修してから、２回目の溶射施工で、すり鉢型損傷部の全体を溶射補修する。これにより、２回目の溶射施工において、過度に遅くも速くもない適切なノズル移動速度Ｖで、すり鉢型損傷部のエッジ部を溶射補修することができる。従って、すり鉢型損傷部のエッジ部と溶射施工体との接着剪断強度を確保して、エッジ部の溶射施工体の耐用性を高めつつ、当該エッジ部に溶射された溶射施工体が過剰に盛り上がることを防止して、当該エッジ部の平坦精度も向上できる。例えば、エッジ部における溶射施工体の溶射仕上面４０の平坦度を±１０ｍｍの範囲に収めて、溶射施工体の平坦精度を確保できるので、炭化室２からコークスを払い出すときに、溶射施工体により押出負荷の増大を招かないようにできる。
【０１３９】
一方、凹状損傷部４の損傷形状がお椀型形状である場合、１回の溶射施工で当該お椀型損傷部の全体を溶射補修すればよい。これにより、お椀型損傷部のエッジ部の耐用性及び平坦精度の双方を確保しつつ、溶射施工時間を短縮できる。
【０１４０】
上記のように凹状損傷部４の損傷形状（例えば、お椀型形状であるか或いはすり鉢型形状であるか）を表す指標としては、凹状損傷部４の最深部の損傷深さＨＭと凹状損傷部４のエッジ部近傍の深さＨＮとの高低差ΔＨが有用である。凹状損傷部４のエッジ部近傍の深さＨＮは、例えば、凹状損傷部４のエッジ（外縁）から１０ｍｍだけ内側の位置における損傷深さＨであり（図１４参照。）、凹状損傷部４のエッジ部の断崖の落差を表す。そして、当該エッジ部近傍の深さＨＮと最深部の損傷深さＨＭとの高低差ΔＨは、凹状損傷部４の損傷形状が、お椀型形状であるか或いはすり鉢型形状であるかを好適に表す。
【０１４１】
即ち、凹状損傷部４の損傷形状がお椀型形状であれば、エッジ部近傍の深さＨＮは十分深くなり、最深部の損傷深さＨＭに対する高低差ΔＨは小さくなる。一方、凹状損傷部４の損傷形状がすり鉢型形状であれば、ＨＮは相対的に浅くなり、ＨＭに対する高低差ΔＨは大きくなる。従って、計測した高低差ΔＨが、予め定めた閾値未満であれば、凹状損傷部４の損傷形状がお椀型形状であると推定でき、ΔＨが当該閾値以上であれば、凹状損傷部４の損傷形状がすり鉢型形状であると推定できる。なお、閾値は、例えば、ＨＭの１／３の値に設定してもよい。
【０１４２】
そこで、本実施形態では、上記高低差ΔＨを用いて凹状損傷部４の損傷形状を推定し、推定した損傷形状に応じて、溶射施工回数を決定する（Ｓ１６０）。しかし、本発明は、かかる例に限定されず、凹状損傷部４の損傷形態として、例えば、損傷範囲、各位置の損傷深さＨ、最深部の損傷深さＨＭ等といったその他の指標を用いて、溶射施工回数を決定してもよい。例えば、最深部の損傷深さＨＭのみを用いる場合には、ＨＭが３０ｍｍ未満の場合には、溶射施工回数を１回とし、ＨＭが３０ｍｍ以上の場合には、溶射施工回数を複数回としてもよい。ただし、損傷形状がお椀型形状である場合には、ＨＭが３０ｍｍ以上であっても、溶射施工回数を１回としても構わない。
【０１４３】
以上のようなＳ１６０にて、溶射施工回数が１回に設定された場合には、１回の溶射施工により凹状損傷部４の全体の溶射補修を行い、補修作業を完了する（Ｓ１７０）。一方、上記Ｓ１６０にて、溶射施工回数が複数回に設定された場合には、凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数の領域に区分し、複数回の溶射施工により凹状損傷部４の各領域をそれぞれ溶射補修して、補修作業を完了する（Ｓ１８０）。以下では、２回の溶射施工で凹状損傷部４を溶射補修する例について説明するが、最深部の深さＨＭが大きい場合には、凹状損傷部４を損傷深さ方向に３以上の領域に区分し、３回以上の溶射施工で凹状損傷部４を溶射補修してもよい。
【０１４４】
ここで、図１０を参照して、１回の溶射施工による溶射補修作業（Ｓ１７０）について詳細に説明する。図１０は、図９のＳ１７０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【０１４５】
図１０に示すように、１回の溶射施工により凹状損傷部４を溶射補修する際には、まず、溶射仕上面４０と溶射ノズル２０の先端との距離（溶射距離Ｌ０）を設定する（Ｓ１７１）。溶射距離Ｌ０は、炭化室２の炉幅、溶射ノズル２０のバーナーの燃焼能力、及び溶射ノズル２０の設置スペース等に応じて、適正距離に設定される。上述したように、一般的な炭化室２の炉幅は例えば３５０〜４００ｍｍ程度であり、この炉幅内に溶射ノズル２０を設置して、溶射距離Ｌ０を確保しなければならない。また、鋭角な三角形状を成す断面を有する溶射施工体を形成するためには、ある程度大きい溶射距離Ｌ０を確保する必要もある。従って、溶射距離Ｌ０は、例えば１５０〜２００ｍｍの範囲に設定される。本実施形態に係る溶射距離Ｌ０は、２００ｍｍを基準として、２５０ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍの中から選択される。
【０１４６】
次いで、上記Ｓ１７１で設定された溶射距離Ｌ０に応じて、単位時間当たりに溶射ノズル２０から凹状損傷部４に吹き付けられる溶射材料の供給量（材料供給量Ｑ）を設定する（Ｓ１７２）。上記Ｓ１７１で溶射距離Ｌ０が決定すれば、溶射ノズル２０から当該溶射距離Ｌ０内で溶融可能な溶射材料の量が必然的に決定する。従って、材料供給量Ｑは、上記溶射距離Ｌ０に応じて、溶射材料が溶融可能な供給量に設定され、Ｌ０が大きいほど、Ｑは多い量に設定可能である。本実施形態では、例えば、Ｌ０＝２５０ｍｍである場合には、Ｑ＝２５又は２０ｋｇ／ｈｒに設定され、Ｌ０＝２００ｍｍである場合には、Ｑ＝２０ｋｇ／ｈｒに設定され、Ｌ０＝１５０ｍｍである場合には、Ｑ＝１５ｋｇ／ｈｒに設定される。
【０１４７】
さらに、上記Ｓ１７２で設定された材料供給量Ｑ、及びＳ１５０で測定された壁面温度Ｔに応じて、上記接着剪断強さτを確保できる適正条件を満たすようにノズル移動速度パターンが設定される（Ｓ１７３）。上述したように、ノズル移動速度パターンは、凹状損傷部４の損傷深さＨの区間ごとに定められたノズル移動速度Ｖの変化パターンである。ノズル移動速度Ｖが、上述したＶ、Ｑ及びＴの適正条件（図６等参照。）により定まるノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下となるように、ノズル移動速度パターンが設定される。ノズル移動速度ＶをＶｍａｘ以下とすることで、溶射ノズル２０から凹状損傷部４に吹き付けられた溶射材料が十分に溶融して、凹状損傷部４上に高耐用性の溶射施工体３１を形成できる。
【０１４８】
上述したように、凹状損傷部４の損傷形態に応じて、損傷深さＨの区間ごとのノズル移動速度Ｖをパターン化することで、複数種類のノズル移動速度パターンが予め設定されている。これら複数種類のノズル移動速度パターンはいずれも、上記適正条件を満たすように予め設定されている。そして、本工程Ｓ１７３では、当該複数種類のノズル移動速度パターンの中から、Ｓ１３０で計測された実際の凹状損傷部４の損傷形態に合わせて、最適な１つのノズル移動速度パターンが選択される。選択された１つのノズル移動速度パターンは、凹状損傷部４の損傷深さＨの区間とノズル移動速度Ｖとを対応付けたテーブルとして保存され、次の溶射補修工程Ｓ１７４で参照される。
【０１４９】
その後、上記Ｓ１７１〜Ｓ１７３で設定した溶射条件で、凹状損傷部４を溶射補修する（Ｓ１７４）。具体的には、まず、図８で示したように、凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数層５１〜５４に区分し、各層の溶射補修を行う。この際、上記Ｓ１７１で設定された溶射距離Ｌ０を維持しながら、上記Ｓ１７３で設定されたノズル移動速度パターンに従って、溶射ノズル２０を、凹状損傷部４に沿ってジグザグ状の移動軌跡５０、５０’で移動させる（図８参照。）。そして、当該溶射ノズル２０の移動とともに、溶射ノズル２０から凹状損傷部４に対して、上記Ｓ１７２で設定された材料供給量Ｑで溶射材料を連続的に吹き付ける。これにより、凹状損傷部４内に、上記図８に示した溶射材料の各層５１〜５４を最下層５１から順に形成して、凹状損傷部４が溶射補修される。
【０１５０】
次いで、レーザープロフィールメータ１６により、Ｓ１７４で溶射補修された後の凹状損傷部４のプロフィールを計測し、補修された溶射仕上面４０の平坦度等を確認する（Ｓ１７５）。
【０１５１】
以上、図１０を参照して、１回の溶射施工により凹状損傷部４全体を溶射補修する方法について説明した。凹状損傷部４内の凹凸のギャップがさほど大きくない場合には、上記適正条件を満たす材料供給量Ｑ、ノズル移動速度Ｖを、比較的容易に設定可能である。従って、この場合には、１回の溶射施工で凹状損傷部４を溶射補修することが好ましく、これにより、溶射補修作業の迅速性、簡便性を実現できる。
【０１５２】
次に、図１１を参照して、２回の溶射施工による溶射補修作業（Ｓ１８０）について詳細に説明する。図１１は、図９のＳ１８０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【０１５３】
凹状損傷部４の凹凸のギャップが激しい場合には、この凹状損傷部４の全体を１回の連続した溶射施工で行おうとすると、上記壁面温度Ｔ、材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖを上記適正条件の範囲内に収めることが難しくなる。これは、材料供給量Ｑが一定である条件下では、非常に薄い溶射層厚Ｄを実現するためには、ノズル移動速度Ｖを非常に高速にせざるを得ず、ノズル移動速度Ｖがノズル移動速度上限値Ｖｍａｘを超えてしまうからである。一方、無理にノズル移動速度ＶをＶｍａｘ以下にすると、損傷深さＨが浅い位置における溶射層厚Ｄが目標厚よりも厚くなり、この結果、補修箇所の平坦度が低下してしまう。
【０１５４】
ところが、凹状損傷部４の深部領域のみを予め溶射補修して、凹状損傷部４の損傷深さＨのギャップを低減しておけば、その後の浅部領域の溶射補修では、各層の溶射層厚Ｄをある程度大きくすることができるので、ノズル移動速度Ｖをノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下に収めることが可能となる。
【０１５５】
そこで、図１１に示すフローでは、凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数の領域、例えば、深部領域（第１の領域）と浅部領域（第１の領域）からなる２つの領域に区分し、まず、深部領域に対して１回目の溶射施工を行った後に、浅部領域に対して２回目の溶射施工を行う。深部領域（第１の領域）は、浅部領域（第２の領域）よりも深く狭い領域であるので、浅部領域の面積は深部領域の面積よりも広い。このように、凹状損傷部４を２つの領域に区分し、２段階で溶射補修することで、上記損傷深さＨのギャップに起因する諸問題を解決することができる。以下にこの溶射補修の手順について詳述する。
【０１５６】
図１１に示すように、まず、凹状損傷部４の深部領域に対する１回目の溶射施工（Ｓ１８４）を行うために、溶射距離Ｌ０の設定（Ｓ１８１）、材料供給量Ｑの設定（Ｓ１８２）、ノズル移動速度パターンの設定（Ｓ１８３）を行う。これらＳ１８１〜Ｓ１８３の溶射条件の設定方法は、上述した図１０のＳ１７１〜Ｓ１７３と同様であるので、詳細説明は省略する。
【０１５７】
次いで、凹状損傷部４の深部領域を溶射補修するための１回目の溶射施工を行う（Ｓ１８４）。具体的には、凹状損傷部４の深部領域に対して、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断することなく、連続した溶射施工を行い、当該深部領域を溶射補修する。かかる１回目の溶射施工でも、凹状損傷部４の深部領域を複数層に区分し、図８に示した溶射補修方法と同様に、ジグザグ状の移動軌跡５０、５０’で溶射ノズル２０を移動させて、各層の溶射補修を連続的に行う。ただし、凹状損傷部４全体を溶射補修する場合と比べ、凹状損傷部４の深部領域のみを溶射補修する場合は、補修面積が小さくなる。かかる１回目の溶射施工が終了した後には、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断する。
【０１５８】
その後、レーザープロフィールメータ１６により、上記深部領域が補修された凹状損傷部４のプロフィール（位置、形状、損傷深さ等）を計測し、当該補修後の凹状損傷部４の３次元座標図を作成する（Ｓ１８５）。作業員は、かかるレーザープロフィール計測結果に基づいて、凹状損傷部４の深部領域の補修状態を確認できる。
【０１５９】
次いで、上記Ｓ１８２で設定された材料供給量Ｑ、及びＳ１５０で測定された壁面温度Ｔに応じて、上記接着剪断強さτを確保できる適正条件を満たすように、ノズル移動速度パターンを再設定する（Ｓ１８６）。上記Ｓ１７３と同様にして、凹状損傷部４の浅部領域を補修するための移動軌跡５０、５０’上におけるノズル移動速度Ｖが、上述したＶ、Ｑ及びＴの適正条件（図６等参照。）により定まるノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下となるように、ノズル移動速度パターンが設定される。
【０１６０】
この際、凹状損傷部４の深部領域が予め補修済みであるので、凹状損傷部４全体を１回で溶射補修する場合と比べて、ＸＹ座標平面上の溶射位置の違いによる損傷深さＨのギャップを低減することができる。従って、当該浅部領域を溶射補修するための層数ｋを低減して、各層の溶射層厚Ｄを比較的大きくできるので、各溶射位置でのノズル移動速度Ｖをノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以内に収めることが容易となる。
【０１６１】
次いで、凹状損傷部４の浅部領域を溶射補修するための２回目の溶射施工を行う（Ｓ１８７）。具体的には、上記Ｓで深部領域が補修された凹状損傷部４の浅部領域に対して、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断することなく、連続した溶射施工を行い、当該深部領域を溶射補修する。かかる２回目の溶射施工でも、凹状損傷部４の深部領域を複数層に区分し、図８に示した溶射補修方法と同様に、ジグザグ状の移動軌跡５０、５０’で溶射ノズル２０を移動させて、各層の溶射補修を連続的に行う。かかる２回目の溶射施工が終了した後には、溶射ノズル２０からの溶射材料の吹き付けを中断する。
【０１６２】
次いで、レーザープロフィールメータ１６により、Ｓ１８４及びＳ１８７で溶射補修された後の凹状損傷部４のプロフィールを計測し、補修された溶射仕上面４０の平坦度等を確認する（Ｓ１８８）。
【０１６３】
以上、図１１を参照して、２回の溶射施工により凹状損傷部４の深部領域と浅部領域を２段階で溶射補修する方法について説明した。凹状損傷部４内の凹凸のギャップが大きい場合には、上記のように凹状損傷部４を損傷深さ方向に複数の領域に区分して、複数回の溶射施工を行う。この際、１回目の溶射施工では、凹状損傷部４の深部をある程度補修し、その後、２回目の溶射施工では、補修対象の凹状損傷部４の全範囲を補修して、当該全範囲を平坦化する。
【０１６４】
これにより、１回目の溶射施工で凹状損傷部４の損傷深さＨのギャップを低減しておくことができるので、２回目以降の溶射施工では、層数ｋを低減して、各層の溶射層厚Ｄをある程度大きくすることができる。このため、各層の溶射層厚Ｄとノズル移動速度Ｖの自由度を高めることができるので、各々の溶射施工において、ノズル移動速度Ｖを上記適正条件の範囲内に容易に収めることが可能となる。従って、凹状損傷部４内の凹凸のギャップが大きい場合であっても、ノズル移動速度Ｖを適正条件に設定できるので、溶射材料の溶融性を高めて、溶射施工体３１の耐用性を向上できる。さらに、凹状損傷部４を補修したときの溶射仕上面４０の平坦度も向上することができ、例えば、当該平坦度を±５ｍｍの範囲内にすることができる。
【０１６５】
［６．炉壁補修方法の別のフロー］
次に、図１２を参照して、本発明の第２の実施形態に係る炉壁補修方法の作業フローについて説明する。図１２は、第２の実施形態に係る炉壁補修方法を示すフローチャートである。
【０１６６】
溶射材料の溶融性は、被溶射体３０（炉壁３の耐火物）の表面の温度（即ち、壁面温度Ｔ）によっても影響を受けるので、壁面温度Ｔに応じて溶射施工体３１の接着力は大きく変化する。本願発明者が、予めオフラインで調査したところ、上記表１及び図６に示したように、壁面温度Ｔが１０００℃である場合には、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑ等の溶射条件の適正範囲は、ほぼ一定となることが分かった。この理由は、壁面温度Ｔが１０００℃であると、溶射施工時に溶射材料と耐火物（煉瓦）の共通成分であるＳｉＯ２成分が相互拡散し、溶射施工体３１と被溶射体（耐火物）との間で、固相反応で強固な結合体を形成するためである。従って、凹状損傷部４の壁面温度Ｔを１０００℃以上に予熱してから溶射補修を行うことで、耐用性に優れ、寿命バラツキが小さい溶射施工体３１を形成できる。
【０１６７】
そこで、第２の実施形態に係る炉壁補修方法では、溶射施工を行う前に、炉壁３の耐火物の温度（壁面温度Ｔ）を測定し、壁面温度Ｔが１０００℃未満である場合には、１０００℃以上となるように、溶射ノズル２０から放射される火炎９を用いて凹状損傷部４の壁面を１０００℃以上に予熱してから、溶射補修することを特徴としている。以下に、その作業フローを説明する。
【０１６８】
図１２に示すように、まず、溶射補修装置１０をコークス炉１の炭化室２内に装入し（Ｓ２００）、カメラ１５を用いて、炭化室２の炉壁３の壁面を撮像して、炉壁３の損傷の有無を確認する（Ｓ２１０、Ｓ２２０）。次いで、レーザープロフィールメータ１６により、凹状損傷部４のプロフィールを計測し（Ｓ２３０）、当該計測結果に基づいて、凹状損傷部４の損傷範囲、各位置の損傷深さＨ、最深部の損傷深さＨＭ、損傷形状等を確認する（Ｓ２４０）。これらＳ２００〜Ｓ２４０の工程は、図９に示した第１の実施形態のＳ１００〜Ｓ１４０と同様であるので、詳細説明は省略する。
【０１６９】
次いで、放射温度計により炉壁３の凹状損傷部４の壁面温度Ｔを測定し（Ｓ２５０）、測定した壁面温度Ｔが１０００℃以上であるか否かを判定する（Ｓ２５２）。この結果、測定した壁面温度Ｔが１０００℃以上であれば、予熱を行わない。一方、測定した壁面温度Ｔが１０００℃未満であれば、壁面温度Ｔが１０００℃以上となるように凹状損傷部４を予熱し（Ｓ２５４）、再度、壁面温度Ｔを測定して（Ｓ２５０）、壁面温度Ｔが１０００℃以上であるか否かを確認する（Ｓ２５２）。
【０１７０】
ここで、Ｓ２５４の予熱処理は、防熱板で熱遮蔽しながら、溶射ノズル２０から溶射材料を噴射せずに、溶射ノズル２０のバーナーから火炎９を噴出させて、凹状損傷部４の壁面を加熱する。このように、別途の加熱装置を使わずに、溶射ノズル２０を用いて溶射ノズル２０を予熱することで、簡便かつ迅速に予熱処理を実行できる。
【０１７１】
その後、第１の実施形態と同様にして、溶射施工回数を設定した上で（Ｓ２６０）、１回若しくは２回の溶射施工を行う（Ｓ２７０、Ｓ２８０）。
【０１７２】
かかるＳ２７０、Ｓ２８０での溶射施工では、壁面温度Ｔが１０００℃以上であるので、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑ等の溶射条件を比較的自由に設定することが可能となる。つまり、上記表１に示したように、壁面温度Ｔが１０００℃、１１００℃である場合には、同一溶射条件で得られる溶射施工体３１の接着剪断強さτは、ほぼ一定である。また、上記図６に示したように、壁面温度Ｔが１０００℃、１１００℃である場合には、耐火物の強度以上の接着剪断強さτを確保できるノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの適正条件の範囲もほぼ一定となる。さらに、壁面温度Ｔが１０００℃以上である場合は、壁面温度Ｔが８００℃以下である場合と比べて、当該適正条件の範囲が大幅に拡大している。
【０１７３】
従って、壁面温度Ｔを１０００℃以上に予熱することで、ノズル移動速度Ｖ及び材料供給量Ｑの適正条件の範囲を大幅に拡げて、比較的自由度の高い溶射条件下で溶射施工を行うことが可能となる。
【０１７４】
また、壁面温度Ｔが１０００℃以上の条件下で溶射施工を行うことで、溶射材料と炉壁３の耐火物の間で共通成分（ＳｉＯ２成分）を相互拡散させて、両者を強固に結合させることができる。従って、耐用性に優れ、寿命バラツキが小さい溶射施工体３１を形成することができる。
【０１７５】
［７．まとめ］
以上、本発明の好適な実施形態に係る溶射補修装置１０と、これを用いたコークス炉炭化室の炉壁補修方法について説明した。本実施形態によれば、溶射施工前に予めオフラインで、溶射施工体３１と炉壁３との間の接着剪断強さτが、炉壁３を構成する耐火物（被溶射体３０）の強度よりも大きい強度を確保できるように、ノズル移動速度Ｖ、材料供給量Ｑ及び壁面温度Ｔの適正条件を決定しておく。そして、当該適正条件を満たすように、壁面温度Ｔに応じて材料供給量Ｑ及びノズル移動速度Ｖを設定する。
【０１７６】
これにより、溶射施工時に、接着剪断強さτが耐火物の強度以上（例えば１．５ＭＰａ以上）を確保できるノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ以下のノズル移動速度Ｖで溶射ノズル２０を移動させ、凹状損傷部４を区分した各層を溶射施工できる。このため、溶射ノズル２０から凹状損傷部４に吹き付けられる溶射材料を十分に溶融させることができるので、溶射施工体３１と凹状損傷部４の壁面とを強固に溶着させることができる。従って、広範囲の凹状損傷部４を、その周囲の炉壁３の壁面レベルから乖離することなく、効果的に平坦化できるとともに、耐用性の高い溶射施工体３１を形成でき、炉壁３からの溶射施工体３１の剥離を防止できる。よって、溶射施工体３１の寿命バラツキを抑え、溶射施工体３１の耐用平均寿命を大幅に延長することができ、補修頻度を大きく削減できる、
【実施例】
【０１７７】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例はあくまで本発明の効果を実証するために行った例に過ぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１７８】
（ａ）溶射施工試験
上記図１〜図３に示した溶射補修装置１０及び溶射ノズル２０を用いて溶射施工試験を行い、ノズル移動速度Ｖと溶射層厚Ｄとの関係を求めるとともに、被溶射体３０に対する溶射施工体３１の接着剪断強さτを測定し、τが１．５ＭＰａ以上となるノズル移動速度Ｖを求めた。この試験における溶射条件は以下の通りである。
【０１７９】
被溶射体 ：珪石煉瓦（炉壁３の母材）
溶射材料の材質 ：ＳｉＯ２質
溶射材料の溶融温度 ：１６５０℃、
溶射距離Ｌ０ ：２００ｍｍ
溶射ノズルの噴射角度：壁面に対して垂直
材料供給量Ｑ ：２０ｋｇ／ｈｒ
壁面温度Ｔ ：１０００℃
【０１８０】
上記溶射施工試験により得られたノズル移動速度Ｖと溶射層厚Ｄの関係を図１３に示す。図１３に示すように、ノズル移動速度Ｖと溶射層厚Ｄは負の相関があり、ノズル移動速度Ｖが速くなるほど、溶射層厚Ｄは薄くなっている。また、種々のノズル移動速度Ｖで溶射施工したときの溶射施工体３１の接着剪断強さτを求めたところ、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ以下である場合には、溶射施工体３１の接着剪断強さτが１．５ＭＰａ以上となることが分かった。また、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ以下である場合には、溶射施工体３１を被溶射体３０から剥離したときに、被溶射体３０の内部で破壊が生じ（上記剥離形態Ａ）、溶射施工体３１が被溶射体３０に強固に溶着していることが分かった。一方、ノズル移動速度Ｖが８ｍ／ｍｉｎ以上である場合には、被溶射体３０に溶射された溶射材料は未溶融又は半溶融の状態となり、被溶射体３０との界面で溶射施工体３１が剥離し（上記剥離形態Ｂ、Ｃ）、溶射施工体３１の溶着力が低いことが分かった。従って、上記溶射条件では、接着剪断強さτを確保できるノズル移動速度Ｖの適正条件の範囲は、７．５ｍ／ｍｉｎ以下であることが分かった。
【０１８１】
（ｂ）溶射補修試験
さらに、上述した溶射施工試験と同一の溶射条件で、コークス炉１の炭化室２の炉壁３に形成された凹状損傷部４の溶射補修試験を行い、凹状損傷部４に形成された溶射施工体３１の平坦度と耐用寿命を測定した。
【０１８２】
本発明の実施例１、２では、上述した本発明の実施形態に係る溶射補修方法を用いて、ノズル移動速度Ｖを７．５ｍ／ｍｉｎ以下に制限して溶射補修を行った。また、比較例１、２として、上記特許文献３記載の従来の溶射補修方法を用いて、ノズル移動速度Ｖを制限することなく溶射補修を行った。
【０１８３】
また、補修対象の凹状損傷部４の形状としては、図１４に示すように、お椀型形状とすり鉢型形状の損傷部を用いた。両形状とも最深部の損傷深さＨＭは５０ｍｍであるが、溶射位置による損傷深さＨのギャップは、お椀型損傷部よりも、すり鉢型損傷部の方が大きい。また、溶射施工時において、図８（ｂ）に示した往路及び復路エリア余裕代ａ、ｂは、１０ｍｍとし、折返しピッチｐは７ｍｍとした。
【０１８４】
【表３】
【０１８５】
表３に、実施例１、２及び比較例１、２の溶射施工条件と、各施工でのノズル移動速度パターンを示す。表３に示すように、実施例１及び比較例１では、損傷深さＨのギャップが小さいお椀型損傷部に対する溶射施工回数を１回としたのに対し、実施例２では、損傷深さＨのギャップが大きいすり鉢型損傷部に対する溶射施工回数を２回とした。実施例２では、図１４に示すように、１回目の溶射施工ですり鉢型損傷部の深部のみを局所的に補修し、２回目の溶射施工ですり鉢型損傷部の浅部全体を補修した。なお、比較例２では、すり鉢型損傷部であるにもかかわらず、溶射施工回数を１回とした。
【０１８６】
また、表３に示すように、凹状損傷部４を損傷深さＨに応じて複数の領域に区分し、各領域に対してノズル移動速度Ｖを割り当てることで、ノズル移動速度パターンを設定した。この際、損傷深さＨが５ｍｍごとに凹状損傷部４の領域を区分した。
【０１８７】
実施例１、２に係るノズル移動速度パターンでは、損傷深さＨにかかわらず、ノズル移動速度Ｖを７．５ｍ／ｍｉｎ（ノズル移動速度上限値Ｖｍａｘ）以下に制限し、損傷深さＨが浅い箇所（Ｈ≦２５ｍｍ）でも、上限値Ｖｍａｘである７．５ｍ／ｍｉｎとした。一方、比較例１、２に係るノズル移動速度パターンでは、損傷深さＨが浅い箇所（Ｈ≦２０ｍｍ）では、薄い溶射層厚Ｄを得るために、ノズル移動速度Ｖを７．５ｍ／ｍｉｎ超に設定した。例えば、比較例１、２では、損傷深さＨが５〜１０ｍｍの領域に対して１５ｍ／ｍｉｎという非常に高速のノズル移動速度Ｖで溶射施工した。
【０１８８】
なお、表３には、実施例１、２及び比較例１、２の溶射施工において、実際に使用したノズル移動速度Ｖの範囲も示してある。実施例１では、お椀型損傷部の損傷深さＨが１０ｍｍ以上の領域に対して溶射施工した。これに対して、実施例２では、１回目の溶射施工で、すり鉢型損傷部の損傷深さＨが２５ｍｍ以上の深部領域に対して溶射施工し、２回目の溶射施工で、当該損傷部の損傷深さＨが１０ｍｍ以上の領域に対して溶射施工した。
【０１８９】
【表４】
【０１９０】
表４に、上記溶射補修試験結果を示す。比較例１、２の従来の溶射補修方法では、補修箇所の平坦性の確保と溶射作業効率を重視していたため、損傷深さＨが浅い部位に対してはノズル移動速度Ｖを８〜１２ｍ／ｍｉｎと高い範囲に設定していた。このため、比較例１、２では、表４に示すように、溶射施工体３１の耐用寿命は、平均で１２ヶ月、最長で１８ヶ月、最短で２ヶ月であり、耐用寿命が相対的に短く、寿命バラツキも大きかった。この理由は、損傷部の浅い部位を溶射補修する際に、ノズル移動速度Ｖが７．５ｍ／ｍｉｎ超と速すぎたため、溶射材料が未溶融又は半溶融の状態となり、溶着力が低下したからと考えられる。
【０１９１】
一方、本発明の実施例では、損傷部の形態によって、１回の溶射施工でお椀型損傷部の全体を溶射補修する場合（実施例１）と、すり鉢型損傷部の補修範囲を拡大しながら２回の溶射施工で分割補修する場合（実施例３）とを使い分けている。そして、実施例１、２のいずれの場合も、溶射施工体３１が１．５ＭＰａ以上の接着剪断強さτを確保できる適正条件の範囲内でノズル移動速度Ｖを制御した。このため、実施例１、２では、表４に示すように、比較例１、２と同等の平坦性を確保しつつ、全ての溶射施工体３１の耐用寿命が３６ヶ月以上と大幅に延長されている。そして、上記溶射補修試験から３６ヶ月を過ぎた現在でも、溶射施工体３１が剥離に至ったものは皆無であり、溶射施工体３１の平均寿命を大幅に延長できることが明らかとなった。
【０１９２】
以上、添付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したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１９３】
１ コークス炉
２ 炭化室
３ 炉壁
４ 凹状損傷部
８ 溶射材料
９ 火炎
１０ 溶射補修装置
１１ 進退方向移動機構
１２ 上下方向旋回機構
１３ 左右方向旋回機構
１４ 冷却装置
１５ カメラ
１６ レーザープロフィールメータ
１７ はつり機
１８ コントローラ
１９ 溶射装置
２０ 溶射ノズル
２２ 材料噴射口
２３ 火炎放射口
３０ 被溶射体
３１ 溶射施工体
４０ 溶射仕上面
４１、４２、４３ 凹部
５０、５０’ 移動軌跡
５１、５２、５３、５４ 層
Ｖ ノズル移動速度
Ｑ 材料供給量
Ｔ 壁面温度
Ｌ０ 溶射距離
Ｄ 溶射層厚
Ｖｍａｘ ノズル移動速度上限値
ｋ 層数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉炭化室の炉壁の仕上面と溶射ノズルとの距離を一定に保ちながら、前記炉壁の損傷部に沿って前記溶射ノズルを往復移動させ、前記溶射ノズルから溶射材料を吹き付けることによって、前記損傷部を溶射補修する炉壁補修方法において、
溶射施工前に、前記溶射材料が前記炉壁に対して溶着して形成される溶射施工体と前記炉壁との間の剪断強さが、前記炉壁を構成する耐火物の強度よりも大きい強度を確保できるように、溶射施工時の前記溶射ノズルの移動速度、前記溶射材料の供給量、及び前記損傷部の表面温度の適正条件を決定しておき、
溶射施工時に、前記適正条件を満たすように、前記損傷部の表面温度に応じて前記溶射ノズルの移動速度及び前記溶射材料の供給量を設定して、溶射施工を行うことを特徴とする、コークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項２】
溶射施工時に、前記炉壁の仕上面と前記溶射ノズルとの距離に応じて、前記溶射材料の供給量を設定し、
前記設定された溶射材料の供給量及び前記損傷部の表面温度に応じて、前記適正条件により定まる前記溶射ノズルの移動速度の上限値以下の範囲内で、前記損傷部の損傷深さに対応する前記溶射ノズルの移動速度パターンを設定し、
前記設定された溶射ノズルの移動速度パターンに従って、前記損傷部に沿って前記溶射ノズルを往復移動させながら、前記設定された溶射材料の供給量で前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて、前記損傷部を溶射補修することを特徴とする、請求項１に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項３】
前記損傷部の損傷形態に基づいて、前記損傷部を溶射補修するための溶射施工回数を１回又は複数回に決定し、
前記複数回の溶射施工では、１回目の溶射施工により、前記損傷部のうち前記最深部を含む第１の領域を溶射補修し、２回目以降の溶射施工により、前記損傷部のうち前記第１の領域よりも広い第２の領域を溶射補修することを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項４】
前記損傷形態は、前記損傷部の最深部の深さと、前記損傷部のエッジ部近傍の深さとの高低差を含み、
前記高低差に基づいて、前記損傷部を溶射補修するための溶射施工回数を決定し、前記高低差が閾値未満である場合に、溶射施工回数を１回に決定し、前記高低差が閾値以上である場合に、溶射施工回数を複数回に決定することを特徴とする、請求項３に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項５】
前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けずに、前記溶射ノズルから放射される火炎を用いて前記損傷部を予熱した後に、前記損傷部に対して前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて前記損傷部を溶射補修することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項６】
前記損傷部の予熱温度は１０００℃以上であることを特徴とする、請求項５に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項７】
前記適正条件は、溶射施工前に予めオフラインで決定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項８】
前記溶射ノズルは、粉末状の前記溶射材料を噴射する材料噴射口と、前記材料噴射口の周囲に配された複数の火炎放射口とを有し、
前記各火炎放射口の火炎放射軸線同士が交差する交差位置は、前記材料噴射口の材料噴射軸線上にあることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項９】
前記溶射施工前に予め、前記損傷部の位置と損傷深さを計測し、
１回の溶射施工では、
前記損傷部を損傷深さ方向に複数層に区分し、前記複数層のうち下層から順次、前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて最上層まで溶射補修し、
前記各層は前記損傷部の一端側から他端側まで連続するように区分され、かつ、前記各層の層数は前記損傷部の最深部の深さにより決定され、
前記炉壁の仕上面と前記溶射ノズルとの距離を一定に保ちながら、前記溶射ノズルを前記損傷部の一端側から他端側にかけてジグザグ状の移動軌跡で連続的に移動させて、前記損傷部に対して前記溶射材料を吹き付けることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項１】
コークス炉炭化室の炉壁の仕上面と溶射ノズルとの距離を一定に保ちながら、前記炉壁の損傷部に沿って前記溶射ノズルを往復移動させ、前記溶射ノズルから溶射材料を吹き付けることによって、前記損傷部を溶射補修する炉壁補修方法において、
溶射施工前に、前記溶射材料が前記炉壁に対して溶着して形成される溶射施工体と前記炉壁との間の剪断強さが、前記炉壁を構成する耐火物の強度よりも大きい強度を確保できるように、溶射施工時の前記溶射ノズルの移動速度、前記溶射材料の供給量、及び前記損傷部の表面温度の適正条件を決定しておき、
溶射施工時に、前記適正条件を満たすように、前記損傷部の表面温度に応じて前記溶射ノズルの移動速度及び前記溶射材料の供給量を設定して、溶射施工を行うことを特徴とする、コークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項２】
溶射施工時に、前記炉壁の仕上面と前記溶射ノズルとの距離に応じて、前記溶射材料の供給量を設定し、
前記設定された溶射材料の供給量及び前記損傷部の表面温度に応じて、前記適正条件により定まる前記溶射ノズルの移動速度の上限値以下の範囲内で、前記損傷部の損傷深さに対応する前記溶射ノズルの移動速度パターンを設定し、
前記設定された溶射ノズルの移動速度パターンに従って、前記損傷部に沿って前記溶射ノズルを往復移動させながら、前記設定された溶射材料の供給量で前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて、前記損傷部を溶射補修することを特徴とする、請求項１に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項３】
前記損傷部の損傷形態に基づいて、前記損傷部を溶射補修するための溶射施工回数を１回又は複数回に決定し、
前記複数回の溶射施工では、１回目の溶射施工により、前記損傷部のうち前記最深部を含む第１の領域を溶射補修し、２回目以降の溶射施工により、前記損傷部のうち前記第１の領域よりも広い第２の領域を溶射補修することを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項４】
前記損傷形態は、前記損傷部の最深部の深さと、前記損傷部のエッジ部近傍の深さとの高低差を含み、
前記高低差に基づいて、前記損傷部を溶射補修するための溶射施工回数を決定し、前記高低差が閾値未満である場合に、溶射施工回数を１回に決定し、前記高低差が閾値以上である場合に、溶射施工回数を複数回に決定することを特徴とする、請求項３に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項５】
前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けずに、前記溶射ノズルから放射される火炎を用いて前記損傷部を予熱した後に、前記損傷部に対して前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて前記損傷部を溶射補修することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項６】
前記損傷部の予熱温度は１０００℃以上であることを特徴とする、請求項５に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項７】
前記適正条件は、溶射施工前に予めオフラインで決定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項８】
前記溶射ノズルは、粉末状の前記溶射材料を噴射する材料噴射口と、前記材料噴射口の周囲に配された複数の火炎放射口とを有し、
前記各火炎放射口の火炎放射軸線同士が交差する交差位置は、前記材料噴射口の材料噴射軸線上にあることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【請求項９】
前記溶射施工前に予め、前記損傷部の位置と損傷深さを計測し、
１回の溶射施工では、
前記損傷部を損傷深さ方向に複数層に区分し、前記複数層のうち下層から順次、前記溶射ノズルから前記溶射材料を吹き付けて最上層まで溶射補修し、
前記各層は前記損傷部の一端側から他端側まで連続するように区分され、かつ、前記各層の層数は前記損傷部の最深部の深さにより決定され、
前記炉壁の仕上面と前記溶射ノズルとの距離を一定に保ちながら、前記溶射ノズルを前記損傷部の一端側から他端側にかけてジグザグ状の移動軌跡で連続的に移動させて、前記損傷部に対して前記溶射材料を吹き付けることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−６４０８３（Ｐ２０１３−６４０８３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４３０９（Ｐ２０１１−２０４３０９）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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