開孔閉塞装置
【課題】開孔作業状態と閉塞作業状態とを切り替えられる開孔閉塞装置を提供する。
【解決手段】出銑口を開孔、閉塞する開孔閉塞装置１であって、マッド材Ｍを収容する内部空間１１および内部空間に連通する第一の開口１２、第二の開口１３が形成されたケーシング１０と、内部空間に配置されケーシングの内面とマッド材を収容する収容空間１４を形成する隔離面２１ａと、隔離面を移動させる圧力発生部２０と、一端が第一の開口を形成する縁部から離間した状態で配置され、隔離面を貫通し、他端側の開口が第二の開口に連通するガイド管３０と、炉壁を穿孔する穿孔部４１と、穿孔部に着脱可能に接続される着脱機構５１を有し穿孔部をガイド管の軸線Ｃ１回りに回転させる回転駆動部５０と、着脱機構をガイド管の軸線方向に移動させる進退駆動部６０とを備え、穿孔部および着脱機構の少なくとも一方は、ガイド管に挿通できる形状に形成されている。
【解決手段】出銑口を開孔、閉塞する開孔閉塞装置１であって、マッド材Ｍを収容する内部空間１１および内部空間に連通する第一の開口１２、第二の開口１３が形成されたケーシング１０と、内部空間に配置されケーシングの内面とマッド材を収容する収容空間１４を形成する隔離面２１ａと、隔離面を移動させる圧力発生部２０と、一端が第一の開口を形成する縁部から離間した状態で配置され、隔離面を貫通し、他端側の開口が第二の開口に連通するガイド管３０と、炉壁を穿孔する穿孔部４１と、穿孔部に着脱可能に接続される着脱機構５１を有し穿孔部をガイド管の軸線Ｃ１回りに回転させる回転駆動部５０と、着脱機構をガイド管の軸線方向に移動させる進退駆動部６０とを備え、穿孔部および着脱機構の少なくとも一方は、ガイド管に挿通できる形状に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の炉壁に出銑口を開孔するとき、および、この出銑口を閉塞するときに用いる開孔閉塞装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄設備の中で、鉄鉱石に含まれる酸素を還元して鉄を取り出す設備である高炉では、銑鉄が製造される。高炉における炉底の湯溜まり部に溜まる溶銑（溶融した銑鉄）は、湯溜まり部横の炉壁に設けられた出銑口から取り出される。溶銑の取り出しは、空圧式もしくは油圧式の開孔機を使用して、錐ロッドを前後進・打撃・回転動作させることにより、出銑口に充填されている閉塞材を開孔することにより行われる。溶銑を取り出した後は、マッドガンを使用して、マッド材と呼ばれる粘土状の耐火物を出銑口に充填して焼成させて出銑口を閉塞する。
このように、出銑口の開孔作業および閉塞作業には、それぞれ専用の装置を使用している。
【０００３】
出銑口の開孔作業と閉塞作業とにそれぞれ専用の装置を用いると、装置を設置するためのスペースを必要とするだけでなく、それぞれの装置に対して購入費やメンテナンス費が必要となる。開孔装置と閉塞装置とを一体化すると設置スペースと設備コストの問題が解消できるため、様々な開孔閉塞装置が検討されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１に記載された開閉装置は、穿孔ドリルおよび押出しロッドを駆動するドリフターと、穿孔ドリルの先端側を支持するとともにマッド材が装填される充填筒とを備えている。この開閉装置により開孔するときには、先端側が充填筒により支持された穿孔ドリルの基端をドリフターに接続し、ドリフターにより穿孔ドリルを穿孔ドリルの軸方向に振動させるとともにこの軸回りに回転させることで、出銑口を形成する。そして、閉塞するときには、穿孔ドリルを取り外してから押出しロッドの基端をドリフターに接続し、充填筒に充填されたマッド材を押出しロッドの先端で充填筒の前方に押し出すことで、出銑口にマッド材を充填している。
【０００５】
この開閉装置によれば、ドリフターが穿孔ドリルおよび押出しロッドの両方を駆動できるため構造を簡略化することができるとともに、ドリフターと充填筒とが同軸上に配設されているので、装置の設置スペースをコンパクト化できるという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−４６２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の開閉装置では、閉塞時には充填筒内にマッド材が充填されているが、開孔時にはこのマッド材を取り除いてから充填筒で支持した穿孔ドリルで開孔していた。このため、開孔作業と閉塞作業とを切り替えるのに多大な労力を要していた。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、開孔作業状態と閉塞作業状態とを容易に切り替えることができる開孔閉塞装置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】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の開孔閉塞装置は、高炉の炉壁を貫通する出銑口を開孔するとともに前記出銑口を閉塞する開孔閉塞装置であって、前記出銑口を閉塞するためのマッド材を収容する内部空間、および前記内部空間に連通する第一の開口、第二の開口が形成されたケーシングと、前記内部空間に配置され、前記ケーシングの内面とともに前記マッド材を収容する収容空間を形成する隔離面と、前記隔離面を移動させて前記収容空間に収容された前記マッド材に圧力を作用させる圧力発生部と、前記収容空間に設けられ、一端が前記第一の開口内に前記第一の開口を形成する縁部の少なくとも一部から離間した状態で配置され、他端側の開口が前記第二の開口に連通するガイド管と、前記炉壁を穿孔するための穿孔部と、前記穿孔部の基端部に着脱可能に接続される着脱機構を有し、前記穿孔部を前記ガイド管の軸線回りに回転させる回転駆動部と、前記着脱機構を前記ガイド管の軸線方向に移動させる進退駆動部と、を備え、前記穿孔部および前記着脱機構の少なくとも一方は、前記ガイド管に挿通できる形状に形成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の開孔閉塞装置では、出銑口を閉塞するときには、穿孔部および着脱機構の少なくとも一方をガイド管内に配置した閉塞作業状態にして、圧力発生部により隔離面を移動させて収容空間に収容されたマッド材に圧力を作用させることで、マッド材を第一の開口から押し出して出銑口にマッド材を充填する。
一方で、出銑口を開孔するときには、ケーシングの収容空間にマッド材を収容した状態で、穿孔部をガイド管から先端側に突出させた開孔作業状態にする。そして、回転駆動部により穿孔部をガイド管の軸線回りに回転させつつ、進退駆動部により穿孔部を炉壁に押し付けて出銑口を形成する。ケーシングの収容空間において、穿孔部はガイド管内に配置されているため、穿孔部をマッド材の影響を抑えて容易に回転、進退させることができる。
【００１１】
また、上記の開孔閉塞装置において、前記圧力発生部は、先端面が前記隔離面とされたピストンを油圧により駆動する油圧シリンダであり、前記ピストンは、前記ケーシングの前記内部空間に配置されるとともに自身の軸線方向に貫通孔が形成され、前記ガイド管は、前記ピストンの前記貫通孔に挿通されていることがより好ましい。
また、上記の開孔閉塞装置において、前記ガイド管に挿通できる棒状に形成されるとともに基端部が前記着脱機構に着脱可能に接続され、前記ガイド管の前記一端側の開口から前記マッド材が前記ガイド管内に入るのを抑える封止部を備え、前記穿孔部は前記ガイド管に挿通できる棒状に形成されていることがより好ましい。この場合、着脱機構に穿孔部を取り付けることで開孔作業状態となり、着脱機構に封止部を取り付けて封止部をガイド管内に配置することで閉塞作業状態となる。
【００１２】
また、上記の開孔閉塞装置において、前記封止部の先端は、略棒状に形成され前記出銑口の内径より小さい外径に設定された閉塞栓の基端に着脱可能とされていることがより好ましい。この場合、着脱機構に封止部を取り付け、さらに封止部の先端に閉塞栓の基端を取り付ける。この状態で、ケーシングの第一の開口を出銑口に連通させ、進退駆動部により閉塞栓を出銑口内の炉内側まで移動させ、圧力発生部により出銑口にマッド材を充填する。封止部を閉塞栓から取り外してから所定時間経過すると、マッド材が焼成され出銑口が閉塞される。
また、上記の開孔閉塞装置において、前記ガイド管に挿通できる棒状に形成され、両端に前記穿孔部および前記着脱機構がそれぞれ着脱可能な延長体を備えることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明において、請求項１に記載の開孔閉塞装置によれば、ケーシングの収容空間にマッド材を収容した状態であっても、回転駆動部および進退駆動部により穿孔部を駆動することで、出銑口を形成することができる。したがって、ガイド管に対する穿孔部の位置を変えるだけで、開孔作業状態と閉塞作業状態とを容易に切り替えることができる。
請求項２に記載の開孔閉塞装置によれば、圧力発生部として油圧シリンダを用いることで、前記特許文献に記載されたドリフターなどの他の圧力発生装置に比べて、収容空間内のマッド材に高い圧力を作用させることができる。また、ガイド管の軸線回りの全周において、第一の開口に向けてピストンにより圧力を作用させることで、マッド材を第一の開口から効果的に押し出すことができる。
【００１４】
請求項３に記載の開孔閉塞装置によれば、開孔作業状態と閉塞作業状態との切り替えを容易に行うとともに、封止部によりマッド材がガイド管内に入るのを抑えることができる
請求項４に記載の開孔閉塞装置によれば、閉塞後に出銑口を開孔するときに、閉塞栓の炉内側の端部まで削孔すれば開孔するとほぼ分かっているので、開孔時において出銑口を容易に開孔することができる。
請求項５に記載の開孔閉塞装置によれば、着脱機構から穿孔部の先端までの長さを調節することで、様々な炉壁の厚さに対応して出銑口を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の開孔閉塞装置の一部を破断した側面図である。
【図２】同開孔閉塞装置の動作を説明する出銑口を開孔するときの側面断面図である。
【図３】同開孔閉塞装置の動作を説明する出銑口を閉塞するときの側面断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の開孔閉塞装置の一部を破断した側面図である。
【図５】同開孔閉塞装置の要部の一部を破断した側面図である。
【図６】同開孔閉塞装置の動作を説明する出銑口を閉塞するときの側面断面図である。
【図７】同開孔閉塞装置で用いられる閉塞栓の変形例の側面断面図である。
【図８】同開孔閉塞装置の動作を説明する出銑口を閉塞するときの側面断面図である。
【図９】本発明の変形例の開孔閉塞装置における開孔作業状態の一部を破断した側面図である。
【図１０】本発明の変形例の開孔閉塞装置における閉塞作業状態の一部を破断した側面図である。
【図１１】本発明の変形例の開孔閉塞装置における要部の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る開孔閉塞装置の第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。図１に示すように、本開孔閉塞装置１は、高炉１００の炉壁１０１を貫通する出銑口１０２（図２参照）を開孔するとともに、マッド材Ｍにより出銑口１０２を閉塞する装置である。
本実施形態の開孔閉塞装置１は、マッド材Ｍを収容する内部空間１１が形成されたケーシング１０と、内部空間１１に収容されたマッド材Ｍに圧力を作用させる油圧シリンダ（圧力発生部）２０と、内部空間１１に設けられたガイド管３０と、炉壁１０１に設けられたマッド材の焼成物Ｍ１を穿孔するための穿孔ロッド（穿孔部）４１と、穿孔ロッド４１の基端４１ａに着脱可能に接続される着脱機構５１を有する回転駆動部５０と、着脱機構５１をガイド管３０の軸線Ｃ１方向に移動させる進退駆動部６０とを備えている。
【００１７】
ケーシング１０は、油圧シリンダ２０が作用させる圧力にも耐えられるように、鋼材などで一定の剛性を有するように形成されている。ケーシング１０の先端側には第一の開口１２が、基端側には第二の開口１３が、それぞれ内部空間１１に連通するように形成されている。
油圧シリンダ２０は、ケーシング１０の内部空間１１における基端側に取り付けられている。油圧シリンダ２０には、油圧シリンダ２０内のオイルの量を調節する不図示の流入口、および流出口が設けられている。
油圧シリンダ２０にはピストン２１が取り付けられている。ピストン２１の外周面と油圧シリンダ２０の内周面との間には、ピストン２１と油圧シリンダ２０との間を水密に保持するための不図示のシール部材が設けられている。ピストン２１の先端面２１ａは隔離面とされ、ケーシング１０の内面とともにマッド材Ｍを収容する収容空間１４を形成する。前述のマッド材Ｍは、ケーシング１０の内部空間１１に形成された収容空間１４に収容されている。
ピストン２１および油圧シリンダ２０には、ピストン２１の軸線Ｃ２方向に貫通孔２１ｂ、２０ａがそれぞれ形成されている。
ピストン２１および油圧シリンダ２０は、軸線Ｃ２が第一の開口１２から第二の開口１３に向かう方向に延びるように配置されている。ピストン２１の先端側の外周面は、ケーシング１０の内面に摺接するように構成されている。
このように構成された油圧シリンダ２０およびピストン２１は、油圧シリンダ２０内のオイル量を調節することで、ピストン２１をガイド管３０にそって移動させることができる。
【００１８】
ガイド管３０は、たとえば鋼管などで形成されている。ガイド管３０は、一端３１が第一の開口１２内に配置され、ピストン２１の貫通孔２１ｂおよび油圧シリンダ２０の貫通孔２０ａを挿通し、他端３２が第二の開口１３に達するとともに他端３２側の開口が第二の開口１３に連通するように配置されている。本実施形態では、ガイド管３０の一端３１は、第一の開口１２の中央部に、すなわち、第一の開口１２を形成する縁部から離間した位置に配置されている。
ガイド管３０の外周面とピストン２１の貫通孔２１ｂの内周面との間は、不図示のシール部材によりピストン２１が摺動可能となるように水密にシールされている。このため、ガイド管３０とピストン２１との間にマッド材Ｍが入るのが防止されている。
【００１９】
穿孔ロッド４１は、ガイド管３０に挿通できる棒状に形成されている。すなわち、穿孔ロッド４１は、外径がガイド管３０の内径より小さく設定されている。穿孔ロッド４１の先端には、炉壁１０１を穿孔するための穿孔ビッド４１ｂが設けられている。
開孔閉塞装置１は、穿孔ロッド４１と同様に着脱機構５１に着脱可能に接続される封止ロッド（封止部）４５を備えている。封止ロッド４５は、ガイド管３０に挿通できる棒状に形成されるとともに、外径がガイド管３０の内径よりわずかに小さく設定されている。後述するように、封止ロッド４５は、穿孔ロッド４１とは異なり、ガイド管３０に対して速い速度で移動させることはないので、封止ロッド４５とガイド管３０との隙間を小さく設定することができる。
このため、ガイド管３０内に封止ロッド４５を挿通したときに、ガイド管３０の一端３１側の開口からマッド材Ｍがガイド管３０内に入るのを抑えることができる。
穿孔ロッド４１および封止ロッド４５の長さは、ガイド管３０およびケーシング１０の軸線Ｃ１方向の長さより長く設定されている。
【００２０】
回転駆動部５０は、不図示の回転駆動モータを有していて、ガイド管３０を通して着脱機構５１に接続された穿孔ロッド４１をガイド管３０の軸線Ｃ１回りに回転させることができる。着脱機構５１としては、公知のチャック機構などを好適に用いることができる。
進退駆動部６０は、軸線Ｃ１に平行に延びるガイドレール６１と、ガイドレール６１の基端側に取り付けられ、内蔵する不図示の進退駆動モータによりガイドレール６１に平行にスライド可能とされたスライダー６２とを有している。進退駆動部６０は、進退駆動モータを駆動させることで、着脱機構５１に接続された穿孔ロッド４１および封止ロッド４５を軸線Ｃ１方向に移動させることができる。
前述のケーシング１０は、ガイドレール６１の先端側に固定されている。
【００２１】
次に、以上のように構成された開孔閉塞装置１の動作について説明する。
出銑口１０２を開孔するときには、ガイド管３０に挿通させた穿孔ロッド４１の基端４１ａを着脱機構５１に接続し、開孔閉塞装置１を開孔作業状態にする。このとき、ケーシング１０の収容空間１４にマッド材Ｍを収容していてもよい。
そして、ケーシング１０の第一の開口１２から先端側に穿孔ビッド４１ｂを突出させた状態で、炉壁１０１に対してガイド管３０の軸線Ｃ１を位置決めする。図２に示すように、回転駆動部５０により穿孔ロッド４１を軸線Ｃ１回りに回転させつつ、進退駆動部６０により穿孔ロッド４１を炉壁１０１に押し付けながら軸線Ｃ１方向に移動させることで、炉壁１０１に出銑口１０２を形成する。このとき、穿孔ロッド４１を軸線Ｃ１方向に急速に前後させることにより、炉壁１０１に打撃を与えることができる。
出銑口１０２を形成した後は、高炉１００内の溶銑Ｌを取り出す間、出銑口１０２の近傍から開孔閉塞装置１を退避させておく。
【００２２】
高炉１００から出銑口１０２を通して一定量の溶銑を取り出した後で、出銑口１０２を閉塞する。このとき、図３に示すように、着脱機構５１から穿孔ロッド４１を取り外し、ガイド管３０に挿通させた封止ロッド４５の基端を着脱機構５１に接続し、開孔閉塞装置１を閉塞作業状態にする。
高炉１００の炉壁１０１にケーシング１０を押し付けて出銑口１０２と第一の開口１２とを連通させた状態で、油圧シリンダ２０によりピストン２１を介してマッド材Ｍに圧力を作用させることで、ケーシング１０の収容空間１４に収容されたマッド材Ｍを第一の開口１２から押し出して出銑口１０２にマッド材Ｍを充填する。このとき、封止ロッド４５は外径がガイド管３０の内径よりわずかに小さく設定されているため、マッド材Ｍがガイド管３０内に入りにくくなっている。
充填した後で所定時間経過すると、マッド材Ｍが焼成され出銑口１０２が閉塞される。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態の開孔閉塞装置１によれば、出銑口１０２を閉塞するときには、封止ロッド４５をガイド管３０内に配置することによりマッド材Ｍがガイド管３０内に入るのを抑えた閉塞作業状態にする。そして、油圧シリンダ２０により収容空間１４内のマッド材Ｍに圧力を作用させることで、ケーシング１０に収容されたマッド材Ｍを第一の開口１２から押し出して出銑口１０２にマッド材Ｍを充填する。
一方で、出銑口１０２を開孔するときには、ケーシング１０にマッド材Ｍを収容した状態で封止ロッド４５を取り外し、ガイド管３０を通して穿孔ロッド４１を着脱機構５１に取り付けた開孔作業状態にする。そして、回転駆動部５０により穿孔ロッド４１をガイド管３０の軸線Ｃ１回りに回転させつつ、進退駆動部６０により穿孔ロッド４１を炉壁１０１に押し付けて出銑口１０２を形成する。
【００２４】
このように、ケーシング１０の収容空間１４内にマッド材Ｍを収容した状態であっても、穿孔ロッド４１を着脱機構５１に取り付けて回転駆動部５０および進退駆動部６０により穿孔ロッド４１を駆動することで、出銑口１０２を形成することができる。したがって、穿孔ロッド４１および封止ロッド４５を着脱機構５１に着脱することで、開孔状態と閉塞状態とを容易に切り替えることができる。
また、ケーシング１０の収容空間１４において、穿孔ロッド４１はガイド管３０内に配置されているため、穿孔ロッド４１がケーシング１０内のマッド材Ｍに接触するのが防止され、穿孔ロッド４１をマッド材Ｍの影響を抑えて容易に回転、進退させることができる。
【００２５】
本実施形態の開孔閉塞装置１では、圧力発生部として油圧シリンダ２０を用い、ガイド管３０はピストン２１の貫通孔２１ｂに挿通されている。圧力発生部として油圧シリンダ２０を用いることで、前記特許文献に記載されたドリフターなどの他の圧力発生装置に比べて、収容空間１４内のマッド材Ｍに高い圧力を作用させることができる。
また、ガイド管３０の軸線Ｃ１回りの全周において、第一の開口１２に向けてピストン２１により圧力を作用させることで、マッド材Ｍを第一の開口１２から効果的に押し出すことができる。
開孔および閉塞のいずれの場合であっても、ガイド管３０の軸線Ｃ１上で作業を行うため、一度開孔した後での閉塞時の位置決めが容易となり、作業性を向上させることができる。
【００２６】
なお、本実施形態の開孔閉塞装置１では、封止ロッド４５を備えず、閉塞作業時にはガイド管３０内に穿孔ロッド４１を配置するようにしてもよい。ガイド管３０内にマッド材Ｍが入った場合であっても、そのマッド材Ｍを穿孔ロッド４１で削り出すことができるからである。
また、封止部として、封止ロッド４５に代えて、ガイド管３０の一端３１に装着されるキャップを用いて、マッド材Ｍがガイド管３０内に入るのを防止してもよい。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４から図８を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４に示すように、本実施形態の開孔閉塞装置２は、前記第１実施形態の開孔閉塞装置１において、封止ロッド４５に代えて封止ロッド７１を備えている。
この封止ロッド７１は、図５に示すように、前述の封止ロッド４５に対して先端７１ａの形状のみが異なる。封止ロッド７１の先端７１ａには、雄ネジなどの接続部７１ｂが設けられている。この接続部７１ｂが略棒状に形成された閉塞栓１１０の基端１１０ａに設けられた雌ネジなどの被接続部１１０ｂと螺合することで、封止ロッド７１が閉塞栓１１０と着脱可能に接続するように構成されている。
【００２８】
閉塞栓１１０の外径は、出銑口１０２およびガイド管３０の内径より小さく設定されている。閉塞栓１１０の長さは、出銑口１０２の長さ以上に設定されていることが好ましい。
閉塞栓１１０は、たとえば、アルミナ、ろう石、炭化珪素、耐火粘土などからなるマッド材を焼成した耐火物により形成されている。
【００２９】
次に、以上のように構成された開孔閉塞装置２の動作について説明する。なお、出銑口を開孔するときの動作は、前述の開孔閉塞装置１の動作と同一なので説明を省略する。
出銑口１０２を閉塞するときには、着脱機構５１から穿孔ロッド４１を取り外す。そして、先端７１ａに閉塞栓１１０を接続させた封止ロッド７１をガイド管３０に挿通させ、封止ロッド７１の基端を着脱機構５１に接続し、開孔閉塞装置２を閉塞作業状態にする。
なお、このとき、閉塞栓１１０をガイド管３０内に配置し、閉塞栓１１０の先端がガイド管３０から先端側に突出しないようにしておく。
【００３０】
図６に示すように、高炉１００の炉壁１０１にケーシング１０を押し付けて、出銑口１０２と第一の開口１２とを連通させる。進退駆動部６０により封止ロッド７１を先端側に移動させて閉塞栓１１０を出銑口１０２内に送り出しながら、油圧シリンダ２０によりピストン２１を介してマッド材Ｍに圧力を作用させることで、収容空間１４内のマッド材Ｍを第一の開口１２から押し出して出銑口１０２に注入する。このとき、マッド材Ｍよりも閉塞栓１１０を先行させて出銑口１０２内に挿入することが好ましい。
閉塞栓１１０を出銑口１０２内の所定の位置に配置した後で、さらにマッド材Ｍを注入する。これにより、閉塞栓１１０の外周面と出銑口１０２の内周面との間の全周にわたりマッド材Ｍが充填される。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の開孔閉塞装置２によれば、開孔作業状態と閉塞作業状態とを容易に切り替えることができる。
さらに、閉塞後に出銑口１０２を開孔するときに、閉塞栓１１０の先端に対応する位置まで削孔すれば開孔するとほぼ分かっているので、開孔時において出銑口１０２を容易に開孔することができる。
閉塞栓１１０がケーシング１０の第一の開口１２を通過するまでマッド材Ｍに接触しないため、閉塞栓１１０をマッド材Ｍとは独立させた状態で、ケーシング１０内から外部に送り出しやすくすることができる。
【００３２】
なお、本実施形態の開孔閉塞装置２では、閉塞栓１１０以外にも、図７に示すような閉塞栓１２０を用いることができる。閉塞栓１２０は、パイプ１２１と、パイプ１２１の内部空間に配置された充填部材１２２とを有している。
パイプ１２１は、管状に形成された管状部本体１２３と、管状部本体１２３の外径より大きく形成された大径部１２４とを有している。大径部１２４は、管状部本体１２３の一端１２３ａに配置され、この一端１２３ａから離間するほど拡径するように形成されている。管状部本体１２３の他端の内周面には、封止ロッド７１の接続部７１ｂに螺合する雌ネジである被接続部１２３ｂが形成されている。
パイプ１２１を形成する材料としては、たとえば、鉄鋼などの金属を用いることができる。
充填部材１２２は、マッド材Ｍの焼成物よりも柔らかい、焼成した耐火物により形成されている。充填部材１２２としては、たとえば、アルミナ、ろう石、炭化珪素、耐火粘土などからなるマッド材を焼成した耐火物を用いることができるが、この耐火物は、前述のマッド材Ｍの焼成物よりも柔らかくなるように調節されている。
【００３３】
以上のように構成された閉塞栓１２０を開孔閉塞装置２の封止ロッド７１に接続して閉塞作業を行うと、以下のようになる。
すなわち、図８に示すように、出銑口１０２から炉内側Ｄ１に閉塞栓１２０を大径部１２４の長さ程度突出させた状態で、マッド材Ｍを出銑口１０２と閉塞栓１２０との間に流す。これにより、閉塞栓１２０の外周面と出銑口１０２の内周面との間の全周にわたりマッド材Ｍが充填されるとともに、大径部１２４に沿って流れたマッド材Ｍが炉壁１０１の炉内側Ｄ１側の面に沿って流れの向きを変えられることで、マッド材Ｍが出銑口１０２の炉内側Ｄ１側の開口近傍に配置される。
【００３４】
閉塞栓１２０をこのように構成することで、マッド材Ｍが流れる力を大径部１２４でより確実に受け、閉塞栓１２０をより容易に炉内側Ｄ１に押し出すことができる。また、マッド材Ｍが大径部１２４に沿って流れることでマッド材Ｍが炉壁１０１の炉内側Ｄ１の面に沿って流れやすくなり、このマッド材Ｍにより出銑口１０２の炉内側Ｄ１の部分を溶銑Ｌから効果的に保護することができる。
また、穿孔ロッド４１により、マッド材Ｍの焼成物よりも柔らかい充填部材１２２を掘削することで、炉壁１０１に出銑口１０２をさらに容易に形成することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、閉塞栓１１０の外径はガイド管３０の内径より大きく設定されていてもよい。閉塞栓１１０全体がガイド管３０から先端側に突出した状態でも、閉塞栓１１０を出銑口１０２内に挿入できるからである。
封止ロッド７１と閉塞栓１１０とを接続するために、接続部７１ｂとして雄ネジ、被接続部１１０ｂとして雌ネジを用いたが、凹凸構造などの他の嵌合構造を適宜用いることができる。
また、前記変形例では、炉壁１０１が充分に厚く形成されている場合などには、閉塞栓１２０に大径部１２４は備えられていなくてもよい。
【００３６】
以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
たとえば、前記第１実施形態の開孔閉塞装置１では、図９に示すように、回転駆動部５０に代えて、ガイド管３０に挿通できる棒状の着脱機構５６を有する回転駆動部５５を備えてもよい。この場合、開孔作業状態においては、穿孔ロッド４１に代えて、軸線Ｃ１方向の長さが穿孔ロッド４１よりも短い穿孔部４３が着脱機構５６に接続されることになる。
同様に、閉塞作業状態においては、封止ロッド４５に代えて、図１０に示すように、軸線Ｃ１方向の長さが封止ロッド４５よりも短い封止部４７が着脱機構５６に接続されることになる。
前記第２実施形態の開孔閉塞装置２においても、同様に構成することができる。
【００３７】
また、前記第１実施形態および第２実施形態では、開孔閉塞装置が、図１１に示すように、ガイド管３０に挿通できる棒状に形成され、両端に穿孔ロッド４１および着脱機構５１がそれぞれ着脱可能な延長体７６を備えてもよい。
このように構成することで、着脱機構５１から穿孔ロッド４１の先端までの長さを調節することができ、様々な炉壁１０１の厚さに対応して出銑口１０２を形成することができる。
【００３８】
前記第１実施形態および第２実施形態では、圧力発生部として油圧シリンダ２０を用いた。しかし、マッド材Ｍに作用させる圧力が比較的小さい場合には、空圧シリンダなどを用いることができる。
ガイド管３０の一端３１は、ケーシング１０の第一の開口１２を形成する縁部の少なくとも一部から離間した状態に配置されていればよい。このように構成されていれば、マッド材Ｍを第一の開口１２から押し出すことができる。
なお、前記第１実施形態および第２実施形態では、進退駆動部６０に加えて、穿孔ロッド４１や着脱機構５６を軸線Ｃ１方向に急速に移動させてマッド材の焼成物Ｍ１を打撃する機構を備えてもよい。
【００３９】
前記第１実施形態および第２実施形態では、ガイド管３０の他端３２が第二の開口１３に達するように構成した。しかし、この構成は必須ではない。ガイド管３０の他端３２は、最も基端側に配置されたときのピストン２１の先端面２１ａより基端側まで延びるように構成されていればよい。このように構成することで、ピストン２１とガイド管３０との間にマッド材Ｍが入るのを防止することができる。
ガイド管３０内を移動する穿孔ロッド４１および着脱機構５６が、ガイド管３０の軸線Ｃ１に対してずれるのを防止したり、ガイド管３０と擦れるのを防止したりするために、ガイド管３０の内周面に穿孔ロッド４１および着脱機構５６を支持するベアリングなどを設けてもよい。
本発明の開孔閉塞装置は、製鉄設備の高炉、およびその他の溶解炉において、溶銑などの内容物を取り出す際の作業に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１、２ 開孔閉塞装置
１０ ケーシング
１１ 内部空間
１２ 第一の開口
１３ 第二の開口
１４ 収容空間
２０ 油圧シリンダ（圧力発生部）
２１ ピストン
２１ａ 先端面（隔離面）
２１ｂ 貫通孔
３０ ガイド管
４１ 穿孔ロッド（穿孔部）
４３ 穿孔部
４５、７１ 封止ロッド（封止部）
４７ 封止部
５０、５５ 回転駆動部
５１、５６ 着脱機構
６０ 進退駆動部
７６ 延長体
１００ 高炉
１０１ 炉壁
１０２ 出銑口
１１０、１２０ 閉塞栓
Ｃ１、Ｃ２ 軸線
Ｍ マッド材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の炉壁に出銑口を開孔するとき、および、この出銑口を閉塞するときに用いる開孔閉塞装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄設備の中で、鉄鉱石に含まれる酸素を還元して鉄を取り出す設備である高炉では、銑鉄が製造される。高炉における炉底の湯溜まり部に溜まる溶銑（溶融した銑鉄）は、湯溜まり部横の炉壁に設けられた出銑口から取り出される。溶銑の取り出しは、空圧式もしくは油圧式の開孔機を使用して、錐ロッドを前後進・打撃・回転動作させることにより、出銑口に充填されている閉塞材を開孔することにより行われる。溶銑を取り出した後は、マッドガンを使用して、マッド材と呼ばれる粘土状の耐火物を出銑口に充填して焼成させて出銑口を閉塞する。
このように、出銑口の開孔作業および閉塞作業には、それぞれ専用の装置を使用している。
【０００３】
出銑口の開孔作業と閉塞作業とにそれぞれ専用の装置を用いると、装置を設置するためのスペースを必要とするだけでなく、それぞれの装置に対して購入費やメンテナンス費が必要となる。開孔装置と閉塞装置とを一体化すると設置スペースと設備コストの問題が解消できるため、様々な開孔閉塞装置が検討されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１に記載された開閉装置は、穿孔ドリルおよび押出しロッドを駆動するドリフターと、穿孔ドリルの先端側を支持するとともにマッド材が装填される充填筒とを備えている。この開閉装置により開孔するときには、先端側が充填筒により支持された穿孔ドリルの基端をドリフターに接続し、ドリフターにより穿孔ドリルを穿孔ドリルの軸方向に振動させるとともにこの軸回りに回転させることで、出銑口を形成する。そして、閉塞するときには、穿孔ドリルを取り外してから押出しロッドの基端をドリフターに接続し、充填筒に充填されたマッド材を押出しロッドの先端で充填筒の前方に押し出すことで、出銑口にマッド材を充填している。
【０００５】
この開閉装置によれば、ドリフターが穿孔ドリルおよび押出しロッドの両方を駆動できるため構造を簡略化することができるとともに、ドリフターと充填筒とが同軸上に配設されているので、装置の設置スペースをコンパクト化できるという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−４６２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の開閉装置では、閉塞時には充填筒内にマッド材が充填されているが、開孔時にはこのマッド材を取り除いてから充填筒で支持した穿孔ドリルで開孔していた。このため、開孔作業と閉塞作業とを切り替えるのに多大な労力を要していた。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、開孔作業状態と閉塞作業状態とを容易に切り替えることができる開孔閉塞装置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】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の開孔閉塞装置は、高炉の炉壁を貫通する出銑口を開孔するとともに前記出銑口を閉塞する開孔閉塞装置であって、前記出銑口を閉塞するためのマッド材を収容する内部空間、および前記内部空間に連通する第一の開口、第二の開口が形成されたケーシングと、前記内部空間に配置され、前記ケーシングの内面とともに前記マッド材を収容する収容空間を形成する隔離面と、前記隔離面を移動させて前記収容空間に収容された前記マッド材に圧力を作用させる圧力発生部と、前記収容空間に設けられ、一端が前記第一の開口内に前記第一の開口を形成する縁部の少なくとも一部から離間した状態で配置され、他端側の開口が前記第二の開口に連通するガイド管と、前記炉壁を穿孔するための穿孔部と、前記穿孔部の基端部に着脱可能に接続される着脱機構を有し、前記穿孔部を前記ガイド管の軸線回りに回転させる回転駆動部と、前記着脱機構を前記ガイド管の軸線方向に移動させる進退駆動部と、を備え、前記穿孔部および前記着脱機構の少なくとも一方は、前記ガイド管に挿通できる形状に形成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の開孔閉塞装置では、出銑口を閉塞するときには、穿孔部および着脱機構の少なくとも一方をガイド管内に配置した閉塞作業状態にして、圧力発生部により隔離面を移動させて収容空間に収容されたマッド材に圧力を作用させることで、マッド材を第一の開口から押し出して出銑口にマッド材を充填する。
一方で、出銑口を開孔するときには、ケーシングの収容空間にマッド材を収容した状態で、穿孔部をガイド管から先端側に突出させた開孔作業状態にする。そして、回転駆動部により穿孔部をガイド管の軸線回りに回転させつつ、進退駆動部により穿孔部を炉壁に押し付けて出銑口を形成する。ケーシングの収容空間において、穿孔部はガイド管内に配置されているため、穿孔部をマッド材の影響を抑えて容易に回転、進退させることができる。
【００１１】
また、上記の開孔閉塞装置において、前記圧力発生部は、先端面が前記隔離面とされたピストンを油圧により駆動する油圧シリンダであり、前記ピストンは、前記ケーシングの前記内部空間に配置されるとともに自身の軸線方向に貫通孔が形成され、前記ガイド管は、前記ピストンの前記貫通孔に挿通されていることがより好ましい。
また、上記の開孔閉塞装置において、前記ガイド管に挿通できる棒状に形成されるとともに基端部が前記着脱機構に着脱可能に接続され、前記ガイド管の前記一端側の開口から前記マッド材が前記ガイド管内に入るのを抑える封止部を備え、前記穿孔部は前記ガイド管に挿通できる棒状に形成されていることがより好ましい。この場合、着脱機構に穿孔部を取り付けることで開孔作業状態となり、着脱機構に封止部を取り付けて封止部をガイド管内に配置することで閉塞作業状態となる。
【００１２】
また、上記の開孔閉塞装置において、前記封止部の先端は、略棒状に形成され前記出銑口の内径より小さい外径に設定された閉塞栓の基端に着脱可能とされていることがより好ましい。この場合、着脱機構に封止部を取り付け、さらに封止部の先端に閉塞栓の基端を取り付ける。この状態で、ケーシングの第一の開口を出銑口に連通させ、進退駆動部により閉塞栓を出銑口内の炉内側まで移動させ、圧力発生部により出銑口にマッド材を充填する。封止部を閉塞栓から取り外してから所定時間経過すると、マッド材が焼成され出銑口が閉塞される。
また、上記の開孔閉塞装置において、前記ガイド管に挿通できる棒状に形成され、両端に前記穿孔部および前記着脱機構がそれぞれ着脱可能な延長体を備えることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明において、請求項１に記載の開孔閉塞装置によれば、ケーシングの収容空間にマッド材を収容した状態であっても、回転駆動部および進退駆動部により穿孔部を駆動することで、出銑口を形成することができる。したがって、ガイド管に対する穿孔部の位置を変えるだけで、開孔作業状態と閉塞作業状態とを容易に切り替えることができる。
請求項２に記載の開孔閉塞装置によれば、圧力発生部として油圧シリンダを用いることで、前記特許文献に記載されたドリフターなどの他の圧力発生装置に比べて、収容空間内のマッド材に高い圧力を作用させることができる。また、ガイド管の軸線回りの全周において、第一の開口に向けてピストンにより圧力を作用させることで、マッド材を第一の開口から効果的に押し出すことができる。
【００１４】
請求項３に記載の開孔閉塞装置によれば、開孔作業状態と閉塞作業状態との切り替えを容易に行うとともに、封止部によりマッド材がガイド管内に入るのを抑えることができる
請求項４に記載の開孔閉塞装置によれば、閉塞後に出銑口を開孔するときに、閉塞栓の炉内側の端部まで削孔すれば開孔するとほぼ分かっているので、開孔時において出銑口を容易に開孔することができる。
請求項５に記載の開孔閉塞装置によれば、着脱機構から穿孔部の先端までの長さを調節することで、様々な炉壁の厚さに対応して出銑口を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の開孔閉塞装置の一部を破断した側面図である。
【図２】同開孔閉塞装置の動作を説明する出銑口を開孔するときの側面断面図である。
【図３】同開孔閉塞装置の動作を説明する出銑口を閉塞するときの側面断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の開孔閉塞装置の一部を破断した側面図である。
【図５】同開孔閉塞装置の要部の一部を破断した側面図である。
【図６】同開孔閉塞装置の動作を説明する出銑口を閉塞するときの側面断面図である。
【図７】同開孔閉塞装置で用いられる閉塞栓の変形例の側面断面図である。
【図８】同開孔閉塞装置の動作を説明する出銑口を閉塞するときの側面断面図である。
【図９】本発明の変形例の開孔閉塞装置における開孔作業状態の一部を破断した側面図である。
【図１０】本発明の変形例の開孔閉塞装置における閉塞作業状態の一部を破断した側面図である。
【図１１】本発明の変形例の開孔閉塞装置における要部の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る開孔閉塞装置の第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。図１に示すように、本開孔閉塞装置１は、高炉１００の炉壁１０１を貫通する出銑口１０２（図２参照）を開孔するとともに、マッド材Ｍにより出銑口１０２を閉塞する装置である。
本実施形態の開孔閉塞装置１は、マッド材Ｍを収容する内部空間１１が形成されたケーシング１０と、内部空間１１に収容されたマッド材Ｍに圧力を作用させる油圧シリンダ（圧力発生部）２０と、内部空間１１に設けられたガイド管３０と、炉壁１０１に設けられたマッド材の焼成物Ｍ１を穿孔するための穿孔ロッド（穿孔部）４１と、穿孔ロッド４１の基端４１ａに着脱可能に接続される着脱機構５１を有する回転駆動部５０と、着脱機構５１をガイド管３０の軸線Ｃ１方向に移動させる進退駆動部６０とを備えている。
【００１７】
ケーシング１０は、油圧シリンダ２０が作用させる圧力にも耐えられるように、鋼材などで一定の剛性を有するように形成されている。ケーシング１０の先端側には第一の開口１２が、基端側には第二の開口１３が、それぞれ内部空間１１に連通するように形成されている。
油圧シリンダ２０は、ケーシング１０の内部空間１１における基端側に取り付けられている。油圧シリンダ２０には、油圧シリンダ２０内のオイルの量を調節する不図示の流入口、および流出口が設けられている。
油圧シリンダ２０にはピストン２１が取り付けられている。ピストン２１の外周面と油圧シリンダ２０の内周面との間には、ピストン２１と油圧シリンダ２０との間を水密に保持するための不図示のシール部材が設けられている。ピストン２１の先端面２１ａは隔離面とされ、ケーシング１０の内面とともにマッド材Ｍを収容する収容空間１４を形成する。前述のマッド材Ｍは、ケーシング１０の内部空間１１に形成された収容空間１４に収容されている。
ピストン２１および油圧シリンダ２０には、ピストン２１の軸線Ｃ２方向に貫通孔２１ｂ、２０ａがそれぞれ形成されている。
ピストン２１および油圧シリンダ２０は、軸線Ｃ２が第一の開口１２から第二の開口１３に向かう方向に延びるように配置されている。ピストン２１の先端側の外周面は、ケーシング１０の内面に摺接するように構成されている。
このように構成された油圧シリンダ２０およびピストン２１は、油圧シリンダ２０内のオイル量を調節することで、ピストン２１をガイド管３０にそって移動させることができる。
【００１８】
ガイド管３０は、たとえば鋼管などで形成されている。ガイド管３０は、一端３１が第一の開口１２内に配置され、ピストン２１の貫通孔２１ｂおよび油圧シリンダ２０の貫通孔２０ａを挿通し、他端３２が第二の開口１３に達するとともに他端３２側の開口が第二の開口１３に連通するように配置されている。本実施形態では、ガイド管３０の一端３１は、第一の開口１２の中央部に、すなわち、第一の開口１２を形成する縁部から離間した位置に配置されている。
ガイド管３０の外周面とピストン２１の貫通孔２１ｂの内周面との間は、不図示のシール部材によりピストン２１が摺動可能となるように水密にシールされている。このため、ガイド管３０とピストン２１との間にマッド材Ｍが入るのが防止されている。
【００１９】
穿孔ロッド４１は、ガイド管３０に挿通できる棒状に形成されている。すなわち、穿孔ロッド４１は、外径がガイド管３０の内径より小さく設定されている。穿孔ロッド４１の先端には、炉壁１０１を穿孔するための穿孔ビッド４１ｂが設けられている。
開孔閉塞装置１は、穿孔ロッド４１と同様に着脱機構５１に着脱可能に接続される封止ロッド（封止部）４５を備えている。封止ロッド４５は、ガイド管３０に挿通できる棒状に形成されるとともに、外径がガイド管３０の内径よりわずかに小さく設定されている。後述するように、封止ロッド４５は、穿孔ロッド４１とは異なり、ガイド管３０に対して速い速度で移動させることはないので、封止ロッド４５とガイド管３０との隙間を小さく設定することができる。
このため、ガイド管３０内に封止ロッド４５を挿通したときに、ガイド管３０の一端３１側の開口からマッド材Ｍがガイド管３０内に入るのを抑えることができる。
穿孔ロッド４１および封止ロッド４５の長さは、ガイド管３０およびケーシング１０の軸線Ｃ１方向の長さより長く設定されている。
【００２０】
回転駆動部５０は、不図示の回転駆動モータを有していて、ガイド管３０を通して着脱機構５１に接続された穿孔ロッド４１をガイド管３０の軸線Ｃ１回りに回転させることができる。着脱機構５１としては、公知のチャック機構などを好適に用いることができる。
進退駆動部６０は、軸線Ｃ１に平行に延びるガイドレール６１と、ガイドレール６１の基端側に取り付けられ、内蔵する不図示の進退駆動モータによりガイドレール６１に平行にスライド可能とされたスライダー６２とを有している。進退駆動部６０は、進退駆動モータを駆動させることで、着脱機構５１に接続された穿孔ロッド４１および封止ロッド４５を軸線Ｃ１方向に移動させることができる。
前述のケーシング１０は、ガイドレール６１の先端側に固定されている。
【００２１】
次に、以上のように構成された開孔閉塞装置１の動作について説明する。
出銑口１０２を開孔するときには、ガイド管３０に挿通させた穿孔ロッド４１の基端４１ａを着脱機構５１に接続し、開孔閉塞装置１を開孔作業状態にする。このとき、ケーシング１０の収容空間１４にマッド材Ｍを収容していてもよい。
そして、ケーシング１０の第一の開口１２から先端側に穿孔ビッド４１ｂを突出させた状態で、炉壁１０１に対してガイド管３０の軸線Ｃ１を位置決めする。図２に示すように、回転駆動部５０により穿孔ロッド４１を軸線Ｃ１回りに回転させつつ、進退駆動部６０により穿孔ロッド４１を炉壁１０１に押し付けながら軸線Ｃ１方向に移動させることで、炉壁１０１に出銑口１０２を形成する。このとき、穿孔ロッド４１を軸線Ｃ１方向に急速に前後させることにより、炉壁１０１に打撃を与えることができる。
出銑口１０２を形成した後は、高炉１００内の溶銑Ｌを取り出す間、出銑口１０２の近傍から開孔閉塞装置１を退避させておく。
【００２２】
高炉１００から出銑口１０２を通して一定量の溶銑を取り出した後で、出銑口１０２を閉塞する。このとき、図３に示すように、着脱機構５１から穿孔ロッド４１を取り外し、ガイド管３０に挿通させた封止ロッド４５の基端を着脱機構５１に接続し、開孔閉塞装置１を閉塞作業状態にする。
高炉１００の炉壁１０１にケーシング１０を押し付けて出銑口１０２と第一の開口１２とを連通させた状態で、油圧シリンダ２０によりピストン２１を介してマッド材Ｍに圧力を作用させることで、ケーシング１０の収容空間１４に収容されたマッド材Ｍを第一の開口１２から押し出して出銑口１０２にマッド材Ｍを充填する。このとき、封止ロッド４５は外径がガイド管３０の内径よりわずかに小さく設定されているため、マッド材Ｍがガイド管３０内に入りにくくなっている。
充填した後で所定時間経過すると、マッド材Ｍが焼成され出銑口１０２が閉塞される。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態の開孔閉塞装置１によれば、出銑口１０２を閉塞するときには、封止ロッド４５をガイド管３０内に配置することによりマッド材Ｍがガイド管３０内に入るのを抑えた閉塞作業状態にする。そして、油圧シリンダ２０により収容空間１４内のマッド材Ｍに圧力を作用させることで、ケーシング１０に収容されたマッド材Ｍを第一の開口１２から押し出して出銑口１０２にマッド材Ｍを充填する。
一方で、出銑口１０２を開孔するときには、ケーシング１０にマッド材Ｍを収容した状態で封止ロッド４５を取り外し、ガイド管３０を通して穿孔ロッド４１を着脱機構５１に取り付けた開孔作業状態にする。そして、回転駆動部５０により穿孔ロッド４１をガイド管３０の軸線Ｃ１回りに回転させつつ、進退駆動部６０により穿孔ロッド４１を炉壁１０１に押し付けて出銑口１０２を形成する。
【００２４】
このように、ケーシング１０の収容空間１４内にマッド材Ｍを収容した状態であっても、穿孔ロッド４１を着脱機構５１に取り付けて回転駆動部５０および進退駆動部６０により穿孔ロッド４１を駆動することで、出銑口１０２を形成することができる。したがって、穿孔ロッド４１および封止ロッド４５を着脱機構５１に着脱することで、開孔状態と閉塞状態とを容易に切り替えることができる。
また、ケーシング１０の収容空間１４において、穿孔ロッド４１はガイド管３０内に配置されているため、穿孔ロッド４１がケーシング１０内のマッド材Ｍに接触するのが防止され、穿孔ロッド４１をマッド材Ｍの影響を抑えて容易に回転、進退させることができる。
【００２５】
本実施形態の開孔閉塞装置１では、圧力発生部として油圧シリンダ２０を用い、ガイド管３０はピストン２１の貫通孔２１ｂに挿通されている。圧力発生部として油圧シリンダ２０を用いることで、前記特許文献に記載されたドリフターなどの他の圧力発生装置に比べて、収容空間１４内のマッド材Ｍに高い圧力を作用させることができる。
また、ガイド管３０の軸線Ｃ１回りの全周において、第一の開口１２に向けてピストン２１により圧力を作用させることで、マッド材Ｍを第一の開口１２から効果的に押し出すことができる。
開孔および閉塞のいずれの場合であっても、ガイド管３０の軸線Ｃ１上で作業を行うため、一度開孔した後での閉塞時の位置決めが容易となり、作業性を向上させることができる。
【００２６】
なお、本実施形態の開孔閉塞装置１では、封止ロッド４５を備えず、閉塞作業時にはガイド管３０内に穿孔ロッド４１を配置するようにしてもよい。ガイド管３０内にマッド材Ｍが入った場合であっても、そのマッド材Ｍを穿孔ロッド４１で削り出すことができるからである。
また、封止部として、封止ロッド４５に代えて、ガイド管３０の一端３１に装着されるキャップを用いて、マッド材Ｍがガイド管３０内に入るのを防止してもよい。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４から図８を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４に示すように、本実施形態の開孔閉塞装置２は、前記第１実施形態の開孔閉塞装置１において、封止ロッド４５に代えて封止ロッド７１を備えている。
この封止ロッド７１は、図５に示すように、前述の封止ロッド４５に対して先端７１ａの形状のみが異なる。封止ロッド７１の先端７１ａには、雄ネジなどの接続部７１ｂが設けられている。この接続部７１ｂが略棒状に形成された閉塞栓１１０の基端１１０ａに設けられた雌ネジなどの被接続部１１０ｂと螺合することで、封止ロッド７１が閉塞栓１１０と着脱可能に接続するように構成されている。
【００２８】
閉塞栓１１０の外径は、出銑口１０２およびガイド管３０の内径より小さく設定されている。閉塞栓１１０の長さは、出銑口１０２の長さ以上に設定されていることが好ましい。
閉塞栓１１０は、たとえば、アルミナ、ろう石、炭化珪素、耐火粘土などからなるマッド材を焼成した耐火物により形成されている。
【００２９】
次に、以上のように構成された開孔閉塞装置２の動作について説明する。なお、出銑口を開孔するときの動作は、前述の開孔閉塞装置１の動作と同一なので説明を省略する。
出銑口１０２を閉塞するときには、着脱機構５１から穿孔ロッド４１を取り外す。そして、先端７１ａに閉塞栓１１０を接続させた封止ロッド７１をガイド管３０に挿通させ、封止ロッド７１の基端を着脱機構５１に接続し、開孔閉塞装置２を閉塞作業状態にする。
なお、このとき、閉塞栓１１０をガイド管３０内に配置し、閉塞栓１１０の先端がガイド管３０から先端側に突出しないようにしておく。
【００３０】
図６に示すように、高炉１００の炉壁１０１にケーシング１０を押し付けて、出銑口１０２と第一の開口１２とを連通させる。進退駆動部６０により封止ロッド７１を先端側に移動させて閉塞栓１１０を出銑口１０２内に送り出しながら、油圧シリンダ２０によりピストン２１を介してマッド材Ｍに圧力を作用させることで、収容空間１４内のマッド材Ｍを第一の開口１２から押し出して出銑口１０２に注入する。このとき、マッド材Ｍよりも閉塞栓１１０を先行させて出銑口１０２内に挿入することが好ましい。
閉塞栓１１０を出銑口１０２内の所定の位置に配置した後で、さらにマッド材Ｍを注入する。これにより、閉塞栓１１０の外周面と出銑口１０２の内周面との間の全周にわたりマッド材Ｍが充填される。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の開孔閉塞装置２によれば、開孔作業状態と閉塞作業状態とを容易に切り替えることができる。
さらに、閉塞後に出銑口１０２を開孔するときに、閉塞栓１１０の先端に対応する位置まで削孔すれば開孔するとほぼ分かっているので、開孔時において出銑口１０２を容易に開孔することができる。
閉塞栓１１０がケーシング１０の第一の開口１２を通過するまでマッド材Ｍに接触しないため、閉塞栓１１０をマッド材Ｍとは独立させた状態で、ケーシング１０内から外部に送り出しやすくすることができる。
【００３２】
なお、本実施形態の開孔閉塞装置２では、閉塞栓１１０以外にも、図７に示すような閉塞栓１２０を用いることができる。閉塞栓１２０は、パイプ１２１と、パイプ１２１の内部空間に配置された充填部材１２２とを有している。
パイプ１２１は、管状に形成された管状部本体１２３と、管状部本体１２３の外径より大きく形成された大径部１２４とを有している。大径部１２４は、管状部本体１２３の一端１２３ａに配置され、この一端１２３ａから離間するほど拡径するように形成されている。管状部本体１２３の他端の内周面には、封止ロッド７１の接続部７１ｂに螺合する雌ネジである被接続部１２３ｂが形成されている。
パイプ１２１を形成する材料としては、たとえば、鉄鋼などの金属を用いることができる。
充填部材１２２は、マッド材Ｍの焼成物よりも柔らかい、焼成した耐火物により形成されている。充填部材１２２としては、たとえば、アルミナ、ろう石、炭化珪素、耐火粘土などからなるマッド材を焼成した耐火物を用いることができるが、この耐火物は、前述のマッド材Ｍの焼成物よりも柔らかくなるように調節されている。
【００３３】
以上のように構成された閉塞栓１２０を開孔閉塞装置２の封止ロッド７１に接続して閉塞作業を行うと、以下のようになる。
すなわち、図８に示すように、出銑口１０２から炉内側Ｄ１に閉塞栓１２０を大径部１２４の長さ程度突出させた状態で、マッド材Ｍを出銑口１０２と閉塞栓１２０との間に流す。これにより、閉塞栓１２０の外周面と出銑口１０２の内周面との間の全周にわたりマッド材Ｍが充填されるとともに、大径部１２４に沿って流れたマッド材Ｍが炉壁１０１の炉内側Ｄ１側の面に沿って流れの向きを変えられることで、マッド材Ｍが出銑口１０２の炉内側Ｄ１側の開口近傍に配置される。
【００３４】
閉塞栓１２０をこのように構成することで、マッド材Ｍが流れる力を大径部１２４でより確実に受け、閉塞栓１２０をより容易に炉内側Ｄ１に押し出すことができる。また、マッド材Ｍが大径部１２４に沿って流れることでマッド材Ｍが炉壁１０１の炉内側Ｄ１の面に沿って流れやすくなり、このマッド材Ｍにより出銑口１０２の炉内側Ｄ１の部分を溶銑Ｌから効果的に保護することができる。
また、穿孔ロッド４１により、マッド材Ｍの焼成物よりも柔らかい充填部材１２２を掘削することで、炉壁１０１に出銑口１０２をさらに容易に形成することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、閉塞栓１１０の外径はガイド管３０の内径より大きく設定されていてもよい。閉塞栓１１０全体がガイド管３０から先端側に突出した状態でも、閉塞栓１１０を出銑口１０２内に挿入できるからである。
封止ロッド７１と閉塞栓１１０とを接続するために、接続部７１ｂとして雄ネジ、被接続部１１０ｂとして雌ネジを用いたが、凹凸構造などの他の嵌合構造を適宜用いることができる。
また、前記変形例では、炉壁１０１が充分に厚く形成されている場合などには、閉塞栓１２０に大径部１２４は備えられていなくてもよい。
【００３６】
以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
たとえば、前記第１実施形態の開孔閉塞装置１では、図９に示すように、回転駆動部５０に代えて、ガイド管３０に挿通できる棒状の着脱機構５６を有する回転駆動部５５を備えてもよい。この場合、開孔作業状態においては、穿孔ロッド４１に代えて、軸線Ｃ１方向の長さが穿孔ロッド４１よりも短い穿孔部４３が着脱機構５６に接続されることになる。
同様に、閉塞作業状態においては、封止ロッド４５に代えて、図１０に示すように、軸線Ｃ１方向の長さが封止ロッド４５よりも短い封止部４７が着脱機構５６に接続されることになる。
前記第２実施形態の開孔閉塞装置２においても、同様に構成することができる。
【００３７】
また、前記第１実施形態および第２実施形態では、開孔閉塞装置が、図１１に示すように、ガイド管３０に挿通できる棒状に形成され、両端に穿孔ロッド４１および着脱機構５１がそれぞれ着脱可能な延長体７６を備えてもよい。
このように構成することで、着脱機構５１から穿孔ロッド４１の先端までの長さを調節することができ、様々な炉壁１０１の厚さに対応して出銑口１０２を形成することができる。
【００３８】
前記第１実施形態および第２実施形態では、圧力発生部として油圧シリンダ２０を用いた。しかし、マッド材Ｍに作用させる圧力が比較的小さい場合には、空圧シリンダなどを用いることができる。
ガイド管３０の一端３１は、ケーシング１０の第一の開口１２を形成する縁部の少なくとも一部から離間した状態に配置されていればよい。このように構成されていれば、マッド材Ｍを第一の開口１２から押し出すことができる。
なお、前記第１実施形態および第２実施形態では、進退駆動部６０に加えて、穿孔ロッド４１や着脱機構５６を軸線Ｃ１方向に急速に移動させてマッド材の焼成物Ｍ１を打撃する機構を備えてもよい。
【００３９】
前記第１実施形態および第２実施形態では、ガイド管３０の他端３２が第二の開口１３に達するように構成した。しかし、この構成は必須ではない。ガイド管３０の他端３２は、最も基端側に配置されたときのピストン２１の先端面２１ａより基端側まで延びるように構成されていればよい。このように構成することで、ピストン２１とガイド管３０との間にマッド材Ｍが入るのを防止することができる。
ガイド管３０内を移動する穿孔ロッド４１および着脱機構５６が、ガイド管３０の軸線Ｃ１に対してずれるのを防止したり、ガイド管３０と擦れるのを防止したりするために、ガイド管３０の内周面に穿孔ロッド４１および着脱機構５６を支持するベアリングなどを設けてもよい。
本発明の開孔閉塞装置は、製鉄設備の高炉、およびその他の溶解炉において、溶銑などの内容物を取り出す際の作業に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１、２ 開孔閉塞装置
１０ ケーシング
１１ 内部空間
１２ 第一の開口
１３ 第二の開口
１４ 収容空間
２０ 油圧シリンダ（圧力発生部）
２１ ピストン
２１ａ 先端面（隔離面）
２１ｂ 貫通孔
３０ ガイド管
４１ 穿孔ロッド（穿孔部）
４３ 穿孔部
４５、７１ 封止ロッド（封止部）
４７ 封止部
５０、５５ 回転駆動部
５１、５６ 着脱機構
６０ 進退駆動部
７６ 延長体
１００ 高炉
１０１ 炉壁
１０２ 出銑口
１１０、１２０ 閉塞栓
Ｃ１、Ｃ２ 軸線
Ｍ マッド材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の炉壁を貫通する出銑口を開孔するとともに前記出銑口を閉塞する開孔閉塞装置であって、
前記出銑口を閉塞するためのマッド材を収容する内部空間、および前記内部空間に連通する第一の開口、第二の開口が形成されたケーシングと、
前記内部空間に配置され、前記ケーシングの内面とともに前記マッド材を収容する収容空間を形成する隔離面と、
前記隔離面を移動させて前記収容空間に収容された前記マッド材に圧力を作用させる圧力発生部と、
前記収容空間に設けられ、一端が前記第一の開口内に前記第一の開口を形成する縁部の少なくとも一部から離間した状態で配置され、他端側の開口が前記第二の開口に連通するガイド管と、
前記炉壁を穿孔するための穿孔部と、
前記穿孔部の基端部に着脱可能に接続される着脱機構を有し、前記穿孔部を前記ガイド管の軸線回りに回転させる回転駆動部と、
前記着脱機構を前記ガイド管の軸線方向に移動させる進退駆動部と、
を備え、
前記穿孔部および前記着脱機構の少なくとも一方は、前記ガイド管に挿通できる形状に形成されていることを特徴とする開孔閉塞装置。
【請求項２】
前記圧力発生部は、先端面が前記隔離面とされたピストンを油圧により駆動する油圧シリンダであり、
前記ピストンは、前記ケーシングの前記内部空間に配置されるとともに自身の軸線方向に貫通孔が形成され、
前記ガイド管は、前記ピストンの前記貫通孔に挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の開孔閉塞装置。
【請求項３】
前記ガイド管に挿通できる棒状に形成されるとともに基端部が前記着脱機構に着脱可能に接続され、前記ガイド管の前記一端側の開口から前記マッド材が前記ガイド管内に入るのを抑える封止部を備え、
前記穿孔部は前記ガイド管に挿通できる棒状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の開孔閉塞装置。
【請求項４】
前記封止部の先端は、略棒状に形成され前記出銑口の内径より小さい外径に設定された閉塞栓の基端に着脱可能とされていることを特徴とする請求項３に記載の開孔閉塞装置。
【請求項５】
前記ガイド管に挿通できる棒状に形成され、両端に前記穿孔部および前記着脱機構がそれぞれ着脱可能な延長体を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の開孔閉塞装置。
【請求項１】
高炉の炉壁を貫通する出銑口を開孔するとともに前記出銑口を閉塞する開孔閉塞装置であって、
前記出銑口を閉塞するためのマッド材を収容する内部空間、および前記内部空間に連通する第一の開口、第二の開口が形成されたケーシングと、
前記内部空間に配置され、前記ケーシングの内面とともに前記マッド材を収容する収容空間を形成する隔離面と、
前記隔離面を移動させて前記収容空間に収容された前記マッド材に圧力を作用させる圧力発生部と、
前記収容空間に設けられ、一端が前記第一の開口内に前記第一の開口を形成する縁部の少なくとも一部から離間した状態で配置され、他端側の開口が前記第二の開口に連通するガイド管と、
前記炉壁を穿孔するための穿孔部と、
前記穿孔部の基端部に着脱可能に接続される着脱機構を有し、前記穿孔部を前記ガイド管の軸線回りに回転させる回転駆動部と、
前記着脱機構を前記ガイド管の軸線方向に移動させる進退駆動部と、
を備え、
前記穿孔部および前記着脱機構の少なくとも一方は、前記ガイド管に挿通できる形状に形成されていることを特徴とする開孔閉塞装置。
【請求項２】
前記圧力発生部は、先端面が前記隔離面とされたピストンを油圧により駆動する油圧シリンダであり、
前記ピストンは、前記ケーシングの前記内部空間に配置されるとともに自身の軸線方向に貫通孔が形成され、
前記ガイド管は、前記ピストンの前記貫通孔に挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の開孔閉塞装置。
【請求項３】
前記ガイド管に挿通できる棒状に形成されるとともに基端部が前記着脱機構に着脱可能に接続され、前記ガイド管の前記一端側の開口から前記マッド材が前記ガイド管内に入るのを抑える封止部を備え、
前記穿孔部は前記ガイド管に挿通できる棒状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の開孔閉塞装置。
【請求項４】
前記封止部の先端は、略棒状に形成され前記出銑口の内径より小さい外径に設定された閉塞栓の基端に着脱可能とされていることを特徴とする請求項３に記載の開孔閉塞装置。
【請求項５】
前記ガイド管に挿通できる棒状に形成され、両端に前記穿孔部および前記着脱機構がそれぞれ着脱可能な延長体を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の開孔閉塞装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１９３３１（Ｐ２０１２−２１９３３１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６４００（Ｐ２０１１−８６４００）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
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