JP2001004101A - 水冷パネルセグメント用ユニット部材、及び、保護被覆付水冷パネルセグメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 ボイラー火炉壁パネル用の自溶合金系保
護被覆付水冷パネルセグメントを、歪の少ない形で得る
ことのできる技術の提供。 【解決手段】 上記保護被覆４の形成を、パネルセグメ
ント11の形態に仕立てた母材に対して行うのではなく、
パネル化する前のユニット部材５の段階で済ませておく
構成により、被覆材料の溶融処理に伴う熱歪を僅少に抑
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水熱ボイラーの心
臓部に当る火炉（燃焼室兼熱交換器）のハウジングを形
成するための部材である水冷パネルセグメントを、歪み
の少ない形で得るための技術に関し、具体的には、腐食
や摩耗を防ぐための保護被覆が施された水冷パネルセグ
メントを低歪で製造するのに有用なユニット部材、及
び、該部材を利用して行う、上記セグメントを低歪で製
造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記火炉のハウジングは、火炉を囲うと
いう役割に加えて、火炉からの放散熱を回収する役割を
担っている。このためハウジングの壁パネルには熱回収
用の水路が仕込まれており、この水路を流れ上記放散熱
を吸収して温められた水を、火炉を貫通する主管群（本
来の熱交換用チューブ）に供給する仕組により、熱収支
を向上させている。

【０００３】上記ハウジングの壁パネルは、図10に平面
図を、図11に側断面図を示した方形のパネルセグメント
11を、溶接などにより繋ぎ合わせて形成されている。上
記パネルセグメントは、前記水路を形成するための金属
管11aと、これらを繋ぐ金属板製のウエブ11bとが互い違
いに並んだ構造をしている。

【０００４】火炉のハウジングは、本体はさしたる耐食
性や耐摩耗性を要求されるものではなく、弱酸性の結露
水による湿食に強い低合金鋼を用いる程度の対策で長期
の使用に耐えていた。しかしながら、近年は、ごみ焼却
発電などの展開によって高度の耐食性や耐摩耗性が要求
されるケースが増えて、新たな対策が必要になってき
た。有力な対策の一つとして、Ｎｉ−Ｃｒ基などの自溶
合金系の材料による被覆が挙げられる。上記被覆は、溶
射法などによって上記被覆材料の層を形成し、これに溶
融処理を加えることによって施すことができる。溶融処
理は、被覆を加熱溶融させることにより被覆中の気孔を
追出して、被覆を緻密化させるとともに、下地に融着さ
せる処理である。

【０００５】上記溶融処理は、1000℃に及ぶ高温加熱を
要するものであり、前記水冷パネルセグメントが複雑な
断面形状を有する上、５ｍ前後の長尺のものもあること
から、加熱・冷却に伴って熱歪を生じやすく、これを避
けるために、たとえば、温度分布の十分平坦な加熱炉内
で昇温速度を抑えて均熱加熱するといった、設備コスト
を要し且つ非能率な作業を余儀なくされていた。更に
は、上記のように対策しても、なお、熱歪をmmオーダー
に抑えるのは容易でなかった。しかも、上記熱歪は一方
向に一様に湾曲したような単純な形態のものではなく、
形状矯正には多大な工数を要した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ボイラー火
炉用の水冷パネルセグメントに自溶合金系の被覆を施し
た保護被覆付水冷パネルセグメントの製造に係る上記問
題点に鑑みてなされたものであって、上記被覆の施され
たセグメントを歪の少ない形で得ることのできる技術の
提供を課題とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべくな
された本発明の第一発明の要旨は、金属管の両脇に金属
板製の縦フィンを立設した構造のフィン付管体であっ
て、該フィン付管体の少なくとも片面側の少なくとも金
属管部分の外面に、溶融処理を済ませた自溶合金系の保
護被覆を形成したことを特徴とする水冷パネルセグメン
ト用ユニット部材である。

【０００８】こヽで、金属管の両脇とは、図６に示すよ
うに、金属管１の外周面上に管軸に関して略対称な位置
関係で対峙する稜線対｛1a，1b｝の位置を指しており、
金属管の任意方位の径線上に位置設定されてよい。又、
フィン付管体の片面側とは、図７に示すフィン付管体３
において、図中の矢印Ａ側，Ｂ側のいずれか一方に露呈
する側を指している。図７において、２は金属板製の縦
フィンである。図１，図２は、上記第一発明のユニット
部材５の一例を示したものであって、４は、緻密化され
た自溶合金系の被覆である。

【０００９】次に、第二発明の要旨は、上記第一発明の
ユニット部材５の複数体を、その縦フィン２の先端2aを
継ぎ口として溶接接続してパネル化することを特徴とす
る保護被覆付水冷パネルセグメントの製造方法である。
図３は、上記第二発明によって製造された保護被覆付水
冷パネルセグメント７の一例を示すものであって、隣り
合うユニット部材５の縦フィン２が溶接接続されたウエ
ブ６を有する。

【００１０】ここで、図７に示すフィン付管体３、ない
しは、図１，図２に示す第一発明のユニット部材５は、
図10，図11に示す完成されたセグメント11と異なって、
熱的な異方性の小さい断面形状を有していて均等に加熱
・冷却されやすい。又、縦フィンの先端2aは開放されて
いて金属管１に対する縦フィン２の形状拘束作用が弱
く、前記溶融処理の加熱・冷却過程において温度差が生
じたとしても熱歪を生じにくい。更には、管軸を中心に
回転させながら加熱・冷却することもできる。更に又、
上記歪が長手方向に反った単純な形態のものであること
から、冷間ないし熱間で容易に矯正できるので、更なる
歪の低減が可能である。よって、保護被覆を有する歪の
少ないユニット部材製品が容易に得られる。

【００１１】しかして、上記ユニット部材５の複数体を
溶接接続してパネル化する第二発明の製造方法によれ
ば、隣り合う縦フィン２の先端2aを継ぎ口とする板材間
の溶接を歪が生じないように行うのは容易であるから、
ユニット部材の低い歪レベルを概ね維持した低歪の保護
被覆付水冷パネルセグメントが容易に得られる。又、ユ
ニット部材の歪を溶接による歪が打消す方位関係で溶接
を行うことにより、溶接後の歪を更に軽減できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】水冷パネルセグメントの金属管部
分及び金属板部分の材質は、通常は、炭素鋼，低合金鋼
（Ｃｒ−Ｍｏ鋼など），ステンレス鋼などの鋼材である
が、限定はされない。金属管部分の管体寸法は外径20〜
80×肉厚３〜15（mm）程度、金属板部分の寸法は巾10〜
60×肉厚３〜15（mm）程度である。上記金属管部分と金
属板部分とが夫々５〜20体程度集積されて、図10，図11
に例示したパネルセグメント11（巾１〜２×長さ２〜６
（m）程度）が形成されている。

【００１３】上記水冷パネルセグメントの表面に被覆施
工される自溶合金系の被覆材料としては、フラックス生
成成分であるＢやＳｉを配合して自溶性を付与したＮｉ
−Ｃｒ基合金，Ｃｏ基合金、あるいは、これらに耐摩耗
性向上目的でＷＣなどの硬質セラミックスを配合したサ
ーメット類を例示できる。被覆の厚さは溶融処理後で0.
5〜３mm程度に設定される。

【００１４】図１，図２に例示した本発明第一発明の水
冷パネルセグメント用ユニット部材５の仕様は、求めら
れているパネルセグメントの仕様に対応して設定され
る。即ち、ユニット部材５の縦フィン２の巾を、セグメ
ントの金属板部分の巾の１／２ないしは更に小さく設定
し、縦フィン２の先端2a同志を、直接に又は巾出し材を
介して溶接接続したときに前記ウエブ（図10，図11の11
bに相当）が所定の巾に形成されるようにする。

【００１５】本発明ユニット部材は、図７のフィン付管
体３の表面の所望領域に自溶合金系の保護被覆４を形成
して成るが、高度の耐久性が要求されるのはボイラの内
面側であるから、通常は、ユニット部材の片面側（たと
えば、図４のＡ面側）のみに保護被覆４を形成すればよ
い。但し、被覆施工時の母材表面の高温酸化防止あるい
は製造後の長期防食などの目的で、図４に例示するよう
に裏面側（Ｂ面側）にも保護被覆4′を形成するように
してもよい。この場合、裏面被覆4′は薄膜でもよい。

【００１６】上記被覆４あるいは4′は、ユニット部材
５の、縦フィンを含む全域に形成してもよいが、図２，
図４に例示したように、溶接に供されるフィン２の先端
2aの近傍を未被覆のまヽに残して溶接しやすくしておく
ことが望ましい。但し、ボイラー内での水冷パネルに対
する摩耗などの侵襲作用は、パネルの金属管部分に強く
及ぶので、この部分には必ず被覆が施されていなければ
ならない。よって、図５に示す、金属管部分１のみに被
覆４を形成した態様が未被覆領域形成の許容限度とな
る。

【００１７】以上述べた本発明ユニット部材は、以下の
ようにして製造することができる。先ず、図７の形式の
フィン付管体を用意し、この外面の所望領域に前記自溶
合金系被覆材料の定着層を形成する。定着層形成手段と
しては、溶射法あるいはスラリー塗布法（バインダーを
配合した自溶合金粉体スラリーを塗布した後、分散媒及
びバインダーを加熱などにより逸散させて自溶合金成分
を定着させる）を例示できる。上記定着層は、前記未被
覆領域にマスキング処理を施すなどして、所望領域のみ
に形成する。

【００１８】次に、上記定着層を有するフィン付管体を
被覆材料の融点（固相線）以上の温度に加熱して溶融処
理を施す。溶融処理の加熱温度は、Ｎｉ−Ｃｒ基自溶合
金（ＷＣ入りを含む）の場合で1000〜1250℃程度であ
る。加熱手段としては均一加熱の行いやすい炉加熱ある
いは誘導加熱が推奨される。図８，図９は移動方式の誘
導加熱を例示したものであって、電源装置９から高周波
電流が通電されている誘導子10による電磁誘導によって
フィン付管体３の、主として金属管部分を管周方向に周
回する誘導電流を生じさせて誘導子10の作用区間を加熱
する。しかして、該加熱操作を、誘導子10をフィン付管
体の長手方向に相対移動させることで、フィン付管体の
全長に適用している。フィン付管体３を回転させずに誘
導加熱する場合には、図８に例示したように誘導子をフ
ィン付管体（特に金属管部分）に沿わせた形状とするこ
とにより、効率のよい誘導加熱が行える。又、歪を極小
化するために回転させながら誘導加熱する場合には、図
５に例示したフィン付管体のように、縦フィン２の巾を
小さく設定して（巾の不足分は、パネル化のための溶接
時に前記巾出し材を介在させて補う）誘導子をフィン付
管体になるべく近づけることにより、誘導加熱の効果を
向上させることができる。

【００１９】上述のユニット母材を溶接接続して行う本
発明第二発明の保護被覆付水冷パネルセグメントの製造
方法においては、溶接接続によって新たな歪が生じない
よう、１．溶接入熱、２．ワイヤーの大きさ、３．パス
間の冷却時間、４．部分冷却について考慮する。

【００２０】なお、未被覆部分を有するユニット部材を
用いて製造されたパネルセグメントには、図３の例のよ
うに、ウエブ部分６内に未被覆領域８が残るが、前述の
ように、摩耗などの侵襲作用がウエブ部分には強く及ば
ないので、ウエブ部分には軽度の保護処理が施されゝば
よい。この保護処理としては、低入熱で行える自溶合金
系被覆の薄膜施工、あるいは、耐熱塗膜施工を例示でき
る。上記保護処理は新たな歪形成を伴わずに行える。水
冷パネルのウエブ部分は、万一損傷した場合の補修が金
属管部分に比べて行いやすいので上記保護処理の仕様は
施工性本位で選定されてよい。

【００２１】（実施例）本発明のユニット部材を製作
し、次いで、該部材を溶接接続してパネル化する本発明
方法により、水冷パネルセグメントに仕立てゝ、各段階
での歪レベルを調査した。 ＜ユニット部材仕様＞ ・母材 全長：４ｍ 金属管部分の材料・寸法 ：ＪＩＳ STBA22，外径43mm
×肉厚4.0mm 縦フィン部分の材料・寸法：ＪＩＳ S25C，巾6.0mm×
肉厚5.0mm ・被覆 施工領域：縦フィンの先端部の、巾4.0mmの部分を除
く、表裏面の全域 膜厚（溶融処理後）：Ａ面に1.5mm，Ｂ面に0.3mm 定着層形成方法：ガスフレーム溶射法 溶融処理条件 ：移動方式の誘導加熱を適用して順次10
50℃に加熱 ＜パネルセグメントの製造＞ ・ユニット部材配置数：15体（製品巾：0.82ｍ） ・溶接法：炭酸ガスアーク溶接法 ＜歪レベル（金属管部分の最大高低差）＞ フィン付管体（被覆前）：0.5mm フィン付管体（被覆後）＝本発明ユニット部材：４mm 被覆付パネルセグメント（を溶接接続）＝本発明方
法によるパネルセグメント製品：７mm（の歪を２mmに
矯正した上で、この歪を溶接時の歪発生で打消す方位関
係で溶接したものでは２mm） （以下は比較例） パネルセグメント（を溶接接続）：３mm 被覆付パネルセグメント（にと同仕様の被覆を炉
加熱によって施工）：20mm 上記との歪量の差異に見る通り、本発明パネルセグ
メント製造方法の優位性が、ひいては、本発明ユニット
部材の有用性が明らかである。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、上述のように、自溶合金系の
被覆を有する水冷パネルセグメントを、熱歪の少ない形
で得ることができる技術を提供したものであって、上記
被覆の施工をパネルセグメントの形態に仕立てた母材に
対して行うのではなく、パネル化する前の、未だ溶接接
続されていないユニット部材の段階で済ませておく構成
により、上記熱歪を僅少に抑えた。

【００２３】ごみ問題の解決手段として、前述の高温燃
焼型のごみ焼却発電が有力視されているが、苛酷な腐食
・摩耗条件に耐える装置材料が現実的な価格で得られな
いことが、上記技術の展開を阻んでいた。特に、ボイラ
ー火炉の熱交換用チューブと水冷パネルが難題であった
が、前者については、形状が単純なこともあり、自溶合
金系被覆の利用が既に進んでいる。

【００２４】此度、本発明によって、水冷パネルへの自
溶合金系被覆の利用が有利に行えるようになったことか
ら、ボイラー火炉に係る装置材料問題は払拭された。こ
の例をはじめとして、本発明の産業界及び環境事業に対
する貢献は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一発明の水冷パネルセグメント用ユニット部
材の一例の平面図。

【図２】図１のユニット部材のＡ−Ａ断面図。

【図３】第二発明により製造した水冷パネルセグメント
の一例の断面図。

【図４】表裏に保護被覆を形成した図１，図２のユニッ
ト部材の断面図。

【図５】金属管部分にのみ保護被覆を施した図１，図２
のユニット部材の断面図。

【図６】水冷パネルセグメントを形成する金属管の断面
図。

【図７】水冷パネルセグメントを形成するフィン付管体
の一例の断面図。

【図８】図５のユニット部材を移動方式で誘導加熱する
例の正面図。

【図９】図８のＢ−Ｂ断面図。

【図10】水熱ボイラーの火炉のハウジングに使用する水
冷パネルセグメントの一例を示す平面図。

【図11】図10の水冷パネルセグメントの側断面図。

【符号の説明】

１ 金属管 ２ 縦フィン ３ フィン付管体 ４ 自溶合金系の被覆 ５ ユニット部材 ６ ウエブ ７ 保護被覆付水冷パネルセグメント ８ 未被覆領域 ９ 電源装置 10 誘導子 11 パネルセグメント

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属管の両脇に金属板製の縦フィンを立
   設した構造のフィン付管体であって、該フィン付管体の
   少なくとも片面側の少なくとも金属管部分の外面に、溶
   融処理を済ませた自溶合金系の保護被覆を形成したこと
   を特徴とする水冷パネルセグメント用ユニット部材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のユニット部材の複数体
   を、その縦フィンの先端を継ぎ口として溶接接続してパ
   ネル化することを特徴とする保護被覆付水冷パネルセグ
   メントの製造方法。