炉盖清洗装置及炉盖的清洗方法
本申请主张基于2018年12月28日申请的日本专利申请第2018-246868号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种炉盖清洗装置及炉盖的清洗方法。
背景技术
已知有一种清洗炼焦炉的炉盖的技术。本申请人在专利文献1中公开了一种具备喷射高压水的喷嘴单元的炉盖清洗装置。该炉盖清洗装置具备喷嘴单元，所述喷嘴单元包括：腔室，从一端侧注入高压水，在另一端侧设置有流出口；及转子，容纳在腔室中且具有管状喷嘴，转子在腔室内通过自力进行旋转，并从管状喷嘴喷射高压水。通过该结构，从管状喷嘴喷射的高压水的着水点圆环状旋转。
专利文献1：日本特开2014-234466号公报
伴随炼焦炉的使用，焦油或沥青等附着物堆积在封闭炼焦炉的开口的炉盖上。若附着物过度堆积，则其夹在炉盖与开口之间而降低它们之间的气密性。因此，优选及时清洗炉盖，尤其清洗刃形边缘(knife-edge)的周边而去除附着物。
但是，由于在清洗炉盖的期间无法使用该炉盖，因此要求高效地清洗炉盖而缩短炉盖的清洗时间。
发明内容
本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的之一在于提供一种能够高效地清洗炼焦炉的炉盖的炉盖清洗装置。
为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的炉盖清洗装置具备向炼焦炉的炉盖的被清洗部喷射清洗用液体的液体喷射部。液体喷射部具有单一的喷嘴。喷嘴的前端部内径在1mm以上且2mm以下的范围内，并且喷嘴通过液体的压力而围绕相对于液体喷射部的轴线在10°以上且20°以下的范围内倾斜的另一轴线进行旋转，该炉盖清洗装置构成为，将从喷嘴的前端到被清洗部为止的距离保持在100mm以上且200mm以下的范围内。
另外，以上构成要件的任意组合或在方法、系统等之间相互替换本发明的构成要件或表述也作为本发明的实施方式而有效。
根据本发明，其目的之一在于提供一种能够高效地清洗炼焦炉的炉盖的炉盖清洗装置。
附图说明
图1是概略地表示第1实施方式所涉及的炉盖清洗装置的一例的示意图。
图2是表示图1的炉盖清洗装置的液体喷射部的立体图。
图3是表示图1的炉盖清洗装置的液体喷射部和炉盖的截面的图。
图4是示意地表示图1的炉盖清洗装置的液体喷射部和被清洗部的侧视图。
图5是表示图1的炉盖清洗装置的液体喷射部的侧剖视图。
图6是表示图1的炉盖清洗装置的喷嘴保持架和喷嘴前端部的侧剖视图。
图7是表示图1的炉盖清洗装置的从喷嘴到被清洗部为止的距离与清洁力之间的关系的曲线图。
图8是表示图1的炉盖清洗装置的从喷嘴到被清洗部为止的距离与清洁力之间的关系的另一曲线图。
图中：10-喷嘴，10c-喷嘴前端部，10e-空心部，20-液体喷射部，22-外壳，24-喷嘴保持架，30-支承机构，40-旋转铣刀，80-炉盖，80b-被清洗部，82-绝热部，84-盖主体，86-刃形边缘，100-炉盖清洗装置。
具体实施方式
本发明人等从炉盖清洗效率的观点出发研究了炉盖清洗装置，发现将清洗水施以被清洗部的每单位面积的撞击力(以下，称为“清洁力”)提高到一定程度以上即可有效地清洗炉盖。后面叙述的实施方式是根据该研究结果而为了提高清洁力而创作出的。以下，对实施方式的详细结构进行说明。
以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行说明。在实施方式及变形例中，对相同或等同的构成要件及部件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，为了便于理解，适当放大或缩小表示各附图中的部件的尺寸。并且，在各附图中，省略对实施方式的说明并不重要的部件的一部分。
并且，包含第1、第2等编号的术语用于说明多种构成要件，但是，该术语仅用于将一个构成要件区分于另一构成要件的目的，该术语并不用于限定构成要件。
[第1实施方式]
以下，参考图1～图8，对第1实施方式所涉及的炉盖清洗装置100的结构进行说明。图1是概略地表示使用炉盖清洗装置100清洗炉盖80的状态的示意图。图2是表示炉盖清洗装置100的液体喷射部20的立体图。图3是表示炉盖清洗装置100的液体喷射部20和炉盖80的水平截面的图。
为了便于说明，如图1所示，定义将水平方向上的一个方向设为X轴方向、将与X轴正交的水平方向上的另一个方向设为Y轴方向、将与X轴方向及Y轴方向正交的铅垂方向设为Z轴方向的XYZ直角坐标系。有时还将X轴方向称为左右方向，将Y轴方向称为前后方向，将Z轴方向称为上下方向。这种方向的概念并不限制炉盖清洗装置100的姿势，炉盖清洗装置100可以以任意姿势使用。
炉盖清洗装置100是用于去除附着在对未图示的炼焦炉的炭化室的开口进行开闭的炉盖80上的粉尘或焦油等附着物的清洗装置。若粉尘或焦油等堆积，则关闭炉盖80后的气密性下降，可能会出现气体泄露到外部或外部气体流入等情况。因此，优选及时清洗炉盖80。
如图1及图3所示，炉盖80具有：绝热部82，由砖等制成；盖主体84，覆盖炉开口的周围；及刃形边缘86，密封盖主体84的外周。盖主体84为沿左右及上下方向延伸的壁状的部分。绝热部82从盖主体84的左右方向上的中央区域沿前后方向突出。在盖主体84的绝热部82的左右两侧设置有铅垂部84b。在盖主体84的铅垂部84b与绝热部82之间的连接部设置有气道84g。附着物Dt主要堆积在盖主体84的铅垂部84b、气道84g、刃形边缘86的前端86b及绝热部82。
如图1所示，本实施方式的炉盖清洗装置100主要包括旋转铣刀40、液体喷射部20及支承机构30。旋转铣刀40有时还称作螺纹铣刀，其用于去除炉盖80的绝热部82的附着物。旋转铣刀40被未图示的驱动机构支承，并且沿绝热部82的外周移动并去除其移动范围内的附着物。旋转铣刀40可以对应于绝热部82的两侧面、下表面及上表面而设置有多个。另外，关于绝热部82的上表面，由于附着物的量较少，因此可以代替旋转铣刀40而利用刮刀来进行附着物的去除。
如图3所示，液体喷射部20朝向包括从盖主体84的铅垂部84b到气道84g及刃形边缘86的前端86b的区域喷射高压的液体Cw，从而去除它们的附着物Dt。以下，对盖主体84的铅垂部84b、气道84g及刃形边缘86的前端86b等统称为“清洗对象”，尤其，将高压液体被喷射的部分称为“被清洗部”。
喷射的高压液体Cw只要是适于清洗的液体即可，在本实施方式中为高压水Cw。另外，液体喷射部20有时还被称为高压水喷射旋转枪。
接着，参考图1，对高压水的路径进行说明。关于高压水，高压水泵62对存储在水槽60中的清洗用水进行加压，并经由高压水切换用阀座64及各高压水配管66供给到液体喷射部20。高压水配管66例如可以为软管。
如图2所示，液体喷射部20包括喷嘴10、包围筒状的腔室22c的空心筒状的外壳22、及设置在外壳22的上游侧且供高压水配管66连接的配管连结部26。在图2中，以透视方式示出了外壳22。在液体喷射部20中，高压水从配管连结部26注入到腔室22c。喷嘴10在腔室22c内按照箭头B所示方向旋转的同时喷射高压水。从喷嘴10喷射出的高压水通过喷嘴保持架24的中心孔向外部喷出(如箭头D)。通过喷嘴10的旋转，喷射的高压水的着水点也如箭头C所示旋转。
如图3所示，液体喷射部20被支承机构30所支承，并且一边沿绝热部82的周围上下或左右移动，一边去除其移动范围内的附着物Dt。液体喷射部20可以包括沿绝热部82的两侧面上下移动的液体喷射部及沿绝热部82的上下表面左右移动的液体喷射部。在以下说明中，对上下移动的液体喷射部进行说明，但左右移动的液体喷射部也与其相同。
如图3所示，支承机构30支承左右一对液体喷射部20。支承机构30具有：基底部30b，在绝热部82的正面侧左右延伸；及一对臂部30c，从基底部30b的两端朝向盖主体84延伸以使绝热部82夹在一对壁部30c之间。一对液体喷射部20固定在一对臂部30c。
还参考图4。图4是示意地表示液体喷射部20和被清洗部80b的侧视图。如该图所示，液体喷射部20可以以稍微向下倾斜的姿势喷射高压水Cw。此时，通过高压水的朝下的分力，能够向下冲刷浮起的附着物。支承机构30驱动液体喷射部20沿上下方向移动。并且，支承机构30驱动液体喷射部20朝向盖主体84的铅垂部84b(前方)伸出或朝向后方后退。支承机构30以使喷嘴10的喷嘴前端部10c到被清洗部80b为止的距离Ld保持在规定的范围内的方式支承液体喷射部20。
还参考图5及图6，对液体喷射部20的详细结构进行说明。图5是表示液体喷射部20的侧剖视图。图6是表示喷嘴保持架24和喷嘴前端部10c的侧剖视图。液体喷射部20具有单一的喷嘴10。并且，液体喷射部20还具有外壳22、配管连结部26及喷嘴保持架24。外壳22为包围筒状的腔室22c的空心筒状的部件，在腔室22c中容纳有喷嘴10。配管连结部26为设置在外壳22的上游侧且供高压水配管66连接的部分。喷嘴保持架24为设置在腔室22c的下游侧的环状部件。喷嘴保持架24具有从上游侧贯穿到下游侧的中心孔24c及设置在上游侧的凹部24d。凹部24d具有容纳喷嘴10的下游侧的研钵形状。
如图5所示，喷嘴10为旋转自如地容纳在外壳22内的空心管状的部件。喷嘴10具有下游侧的喷嘴前端部10c、上游侧的喷嘴基端部10d及连接喷嘴前端部10c与喷嘴基端部10d的中间部10b。在喷嘴前端部10c、喷嘴基端部10d及中间部10b设置有从上游侧贯穿到下游侧的空心部10e。
喷嘴10的中间部10b的上游侧的一部分被外壳22的周壁22f引导成旋转自如。喷嘴10的下游侧的喷嘴前端部10c被喷嘴保持架24的凹部24d引导成旋转自如。喷嘴10通过高压水的压力围绕相对于液体喷射部20的轴线La倾斜角度θn的另一轴线Lb进行旋转。高压水在喷嘴10的空心部10e中从上游侧流向下游侧，并从喷嘴前端部10c喷射。
在液体喷射部20中，在从轴线La偏移的位置形成有使高压水从配管连结部26流入腔室22c的通路22e。通过如此配置通路22e，流入到腔室22c内的高压水进行旋转而形成漩涡。通过使高压水进行旋转，喷嘴10也进行旋转。由于喷嘴10的喷嘴前端部10c被喷嘴保持架24的凹部24d所支承且喷嘴10的上游侧被外壳22的周壁22f所支承，因此喷嘴10进行在旋转轴倾斜的状态下进行旋转并且进行自转的旋进运动。通过使喷嘴10进行旋进运动，喷射的高速水的着水点以描绘圆的方式旋转。
接着，对喷嘴10的喷嘴前端部10c的前端部内径Dn进行说明。根据本发明人等的研究，若前端部内径Dn过小，则喷射的水量变少，会导致清洁力下降。并且，若前端部内径Dn过大，则喷射的水量过多，高压水泵62的容量会变得不足，无法得到所需的水压，从而会导致清洁力下降。据此，在本实施方式中，喷嘴10的喷嘴前端部10c的前端部内径Dn设定在1mm以上且2mm以下的范围内。已确认到通过设在该范围内能够得到实用的清洁力。
接着，对喷嘴10的轴线Lb相对于液体喷射部20的轴线La的倾斜角度θn进行说明。根据本发明人等的研究，若倾斜角度θn过小，则着水范围变窄，气道84g的里侧和刃形边缘86的一部分有时无法得到充分的清洗。并且，若倾斜角度θn过大，则喷嘴10的旋转变得不稳定。据此，在本实施方式中，倾斜角度θn设定在10°以上且20°以下的范围内。已确认到通过设在该范围内能够得到实用的清洁力。例如，倾斜角度θn为15°。
接着，对喷嘴10的转速进行说明。根据本发明人等的研究，若喷嘴10的转速小于1000rpm，则着水轨迹的密度变小，清洁力会下降。并且，若转速较低，则喷射的高压水的旋转方向上的动量减少，会导致剥落附着物的能力下降。据此，在本实施方式中，以使喷嘴10的转速成为1000rpm以上的方式设定外壳22或喷嘴10的形状。
接着，如上所述，对前端部内径Dn＝1mm以上且2mm以下、倾斜角度θn＝10°以上且20°以下且喷嘴10的转速设定为1000rpm以上时的清洁力进行说明。图7及图8是表示该设定状态下的喷嘴10的前端到被清洗部80b为止的距离Ld与清洁力Fp之间的关系的曲线图。图7表示前端部内径Dn＝1.5mm的情况，图8表示前端部内径Dn＝1.05mm的情况。在这些曲线图中，横轴表示距离Ld，纵轴表示清洁力Fp。
图7及图8中还示出了为了有效地清洗炉盖而推荐的清洁力Fr。清洁力Fr是本发明人等通过实验而求出的。已确认到若清洁力Fr＝2.0kgf/平方毫米以上，则能够充分地清洗气道84g及刃形边缘86。并且，在这些曲线图中还示出了将高压水的水压Pw分别设为实用范围内的30MPa、40MPa、50MPa这三个阶段时的清洁力Fp。
如图7所示，在前端部内径Dn＝1.5mm的情况下，若距离Ld为200mm以下，则在三个阶段中的水压均能够达到推荐的清洁力Fr以上。并且，如图8所示，在前端部内径Dn＝1.05mm的情况下，若距离Ld为200mm以下，则40MPa、50MPa这两个阶段的水压能够达到推荐的清洁力Fr以上。据此，从喷嘴10的前端到被清洗部80b为止的距离Ld优选为200mm以下。
如图8所示，在前端部内径Dn＝1.05mm的情况下，若距离Ld为150mm以下，则在三个阶段中的水压均能够达到推荐的清洁力Fr以上。因此，从喷嘴10的前端到被清洗部80b位置的距离Ld更优选为150mm以下。
虽然在图7及图8中并未示出，但确认到在前端部内径Dn＝2.0mm的情况下，清洁力变得更高，而在距离Ld为200mm以下时，在三个阶段中的水压均达到推荐的清洁力Fr以上。
另外，根据本发明人等的研究，明确了如下情况：若距离Ld大到超过200mm，则高压水的着水范围变得过宽，超过气道84g和刃形边缘86而被浪费的比例增加，高压水会直接撞击绝热部82的砖，会导致砖容易破裂。据此，距离Ld也优选为200mm以下。
接着，对从喷嘴10的前端到被清洗部80b为止的距离Ld较小的情况进行说明。根据本发明人等的研究，明确了如下情况：若距离Ld过小，则着水范围变窄，气道84g的里侧和刃形边缘86的一部分无法得到充分的清洗。尤其，若距离Ld小于100mm，则只能清洗气道84g和刃形边缘86的一半以下。因此，距离Ld优选为100mm以上。
接着，对上述结构的本实施方式的炉盖清洗装置100的作用及效果进行说明。
炉盖清洗装置100具备向炼焦炉的炉盖80的被清洗部80b喷射清洗用液体的液体喷射部20，液体喷射部20具有单一的喷嘴10。喷嘴10的前端部内径Dn在1mm以上且2mm以下的范围内，并且所述喷嘴10通过液体的压力而围绕相对于液体喷射部20的轴线在10°以上且20°以下的范围内倾斜的另一轴线进行旋转。炉盖清洗装置100构成为，将从喷嘴10的前端到被清洗部80b为止的距离Ld保持在100mm以上且200mm以下的范围内。
根据该结构，即使将距离Ld设为较大的100mm以上且200mm以下的范围，也能够实现所期望的清洁力。由于距离Ld为100mm以上，因此能够扩大着水范围而有效地清洗气道84g和刃形边缘86的大部分。由于距离Ld为200mm以下，因此减少超过气道84g和刃形边缘86而被浪费的高压水，从而增加高压水的供给余地。并且，减小高压水直接撞击到绝热部82的砖的比率，能够防止砖的损伤。其结果，能够有效地清洗炼焦炉的炉盖80。
炉盖清洗装置100可以构成为，将从喷嘴10的前端到被清洗部80b为止的距离Ld保持在150mm以下。此时，即使在高压水的水压较低的情况下也能够实现所期望的清洁力，因此可以使用小型且小容量的泵。并且，减小高压水直接撞击到绝热部82的砖的比率，能够防止砖的损伤。其结果，能够有效地清洗炼焦炉的炉盖80。
喷嘴10的转速可以设定为1000rpm以上。此时，与设定为低转速的情况相比，着水轨迹的密度变高，清洁力得到提高。并且，喷射的高压水的旋转方向上的动量得到增加，从而提高剥落附着物的能力。
[第2实施方式]
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。本发明的第2实施方式为炉盖清洗方法。该方法为从液体喷射部20向炼焦炉的炉盖80的被清洗部80b喷射清洗用液体从而清洗该炉盖80的清洗方法。液体喷射部20具有单一的喷嘴10，该喷嘴10的前端部内径Dn在1mm以上且2mm以下的范围内，并且该喷嘴10通过液体的压力而围绕相对于液体喷射部20的轴线在10°以上且20°以下的范围内倾斜的另一轴线进行旋转。从喷嘴10的前端到被清洗部80b为止的距离根据前端部内径Dn及供给到喷嘴10的液体的压力而设定在清洁力成为2kgf/平方毫米以上的范围内。
根据第2实施方式，由于清洁力为2kgf/平方毫米以上，因此能够有效地清洗炼焦炉的炉盖80。
[第3实施方式]
接着，对本发明的第3实施方式进行说明。本发明的第3实施方式也为炉盖清洗方法。该方法为从液体喷射部向炼焦炉的炉盖的刃形边缘的被清洗部喷射清洗用液体从而清洗该炉盖的清洗方法。液体喷射部具有单一的喷嘴，所述喷嘴为具有1mm以上且2mm以下的范围的内径的喷嘴，并且所述喷嘴在相对于该液体喷射部的轴线在10°以上且20°以下的范围内倾斜的状态下通过液体的压力进行旋转。在该清洗方法中，使喷嘴以1000rpm以上的转速旋转，并且将从喷嘴的前端到被清洗部为止的距离保持在100mm以上且200mm以下的范围内，从而进行清洗。
根据第3实施方式，即使将距离Ld设为较大的100mm以上且200mm以下的范围，也能够实现所期望的清洁力。由于距离Ld为100mm以上，因此能够扩大着水范围而有效地清洗气道84g和刃形边缘86的大部分。由于距离Ld为200mm以下，因此减少超过气道84g和刃形边缘86而被浪费的高压水，从而增加高压水的供给余地。并且，减小高压水直接撞击到绝热部82的砖的比率，能够防止砖的损伤。其结果，能够有效地清洗炼焦炉的炉盖80。
以上，对本发明的实施方式的例子进行了详细说明。上述实施方式均只是实施本发明的具体例。实施方式的内容并不用于限定本发明的技术范围，在不脱离技术方案中所规定的发明的思想的范围内，能够进行构成要件的变更、追加、删除等多种设计变更。在上述实施方式中，关于能够进行这种设计变更的内容，标注了“实施方式的”、“在实施方式中”等标记而进行了说明，但是，并不意味着没有这种标记的内容就不允许进行设计变更。并且，标注在附图中的截面上的阴影线并不限定标注有阴影线的对象的材质。
以下，对变形例进行说明。在变形例的附图及说明中，对与实施方式相同或等同的构成要件及部件标注相同的符号。适当省略与实施方式重复的说明，重点对与实施方式不同的结构进行说明。
在实施方式的说明中，示出了支承机构30使液体喷射部20相对于铅垂部84b沿前后方向伸出或后退的例子，但本发明并不只限定于此。支承机构使液体喷射部沿前后方向伸出或后退并不是必须的，支承机构也可以不具有沿前后方向驱动的机构。
在实施方式的说明中，示出了高压的液体为高压水的例子，但本发明并不只限定于此。高压的液体也可以是添加有清洗剂的清洗液，还可以包含与水不同的溶剂。
上述变形例也具有与上述实施方式相同的作用及效果。
上述实施方式与变形例的任意组合也作为本发明的实施方式而有效。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各个实施方式及变形例各自的效果。
