JP2001099574A - 金属精錬炉出鋼口曲面壁の溶射補修方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】壁面耐火物の熱的スポーリングによる損傷防止
と溶射材料の補修壁面耐火物への接着性を向上させ均一
な被覆層で効率よく補修する、金属精錬炉出鋼口曲面壁
の補修法。 【解決手段】同軸多重管バーナーの第１経路から支燃性
ガスと、第２経路からの可燃性ガスとを、４：１〜７：
１の割合で噴射し火炎を形成して金属精錬炉出鋼口壁面
上残留物の溶解除去を行い、直ちに、若しくは前記火炎
で補修壁面耐火物温度を９００℃以上に加熱後、第１経
路の支燃性ガスと第２経路の搬送ガスによる溶射材料と
第３経路の支燃性ガスとを噴出し発火させるとともに、
溶射材料を補修壁面耐火物に吹付ける。溶射材料はＣ
ａ：Ｓｉの重量比率が２５：６５〜３５：５５の粒径
０．１４７ｍｍ以下の合金粉末５〜１２重量％と、粒径
１〜０．２ｍｍのマグネシアと粒径１〜０．２ｍｍのマ
グネシアラムの重量比率が４．５：１〜２．５：１の耐
火性粉末８８〜９５重量％との混合物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種金属精錬炉の
出鋼口における曲面壁の溶射による補修方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶射による補修は不定形耐火物の
湿式吹付けや乾燥吹付け補修に代わってコークス炉、金
属精錬炉、電気炉等に実用化されてきている。例えば、
特公平２−２９９５７号公報、特公平２−４５１１０号
公報には、耐火性酸化物粒子と容易に酸化され得る物質
すなわち易被酸化性物質又は半金属を溶射する方法とし
て、可燃性ガスの燃焼熱により、耐火性粒子の表面或い
は全体を溶融又は半溶融状態にして基体補修部を修復
し、更に、易被酸化性物質自身が酸化熱を発生すると同
時に耐火性溶融酸化物となり、溶融又は半溶融した耐火
性粒子の表面部に融着させて付着層を形成することが示
されている。しかし、この場合、易被酸化性物質が耐火
性溶融酸化物として残存することは、完全な発熱力を引
き出せていないばかりか、不完全溶融の易被酸化性物質
が耐火性酸化物粒子への溶融付着層中に残留し、使用中
に酸化反応で熱膨張して緻密な補修体が得られにくいと
いう問題がある。

【０００３】また、特公昭５８−６８６９号公報には、
熱源が酸素とプロパンによって、スラグと地金を除去し
た後、耐火物粉末の溶射吹付けを行う溶融金属容器のラ
イニングの補修方法が開示されている。しかし、この場
合は、耐火物粉末の溶融に際して、熱源である酸素とプ
ロパンを大量に消費し、しかも効果的な溶射被覆層は得
られ難く耐食性、耐スポーリング性も十分ではないとい
う欠点がある。

【０００４】また、溶射材料としては、特開平５−１７
２３７号公報で、耐火材に発熱材として合金粉末を添加
することが開示されている。具体的には、合金粉末は粒
度が３〜１００μｍで使用量が５〜２０重量％で、耐火
材は粒径が０．０５〜０．８ｍｍのものを使用して、７
００℃に加熱した珪石れんがに適用した例が示されてい
るが、どの程度の範囲で、この溶射材料が適用できるか
は不明である。

【０００５】上記従来の溶射による補修を金属精錬炉の
出鋼口における曲面壁の溶射補修に適用する場合には、
補修箇所が狭く、高熱の溶湯流に曝されているためにス
ラグ、地金の付着が多く、補修材料による素早い補修を
行うのは困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、熱源
として可燃性ガス及び金属粉末を使用する溶射によっ
て、金属精錬炉出鋼口曲面壁を補修する際、壁面耐火物
の熱的スポーリングによる損傷防止と溶射材料の補修壁
面耐火物への接着性を向上させ均一な被覆層で効率良く
補修することが可能な条件を見い出すことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、可燃性ガスと
金属粉末を熱源とする金属精錬炉出鋼口曲面壁の溶射補
修方法であって、Ｃａ：Ｓｉの重量比率が２５：６５〜
３５：５５である粒径０．１４７ｍｍ以下の合金粉末を
５〜１２重量％と、粒径１〜０．２ｍｍのマグネシアと
粒径１〜０．２ｍｍのマグネシアライムの重量比率が
４．５：１〜２．５：１である耐火性粉末を８８〜９５
重量％とを混合した溶射材料を、外側から支燃性ガス供
給用第１経路と、可燃性ガス及び不活性ガスからなる搬
送ガスによる溶射材料供給用第２経路と、中心部に合金
粉末酸化発熱用支燃ガス供給第３経路をそれぞれ独立し
て持つ同軸多重管バーナーを用いて溶射するに際して、
前記同軸多重管バーナーの第１経路から支燃性ガスと、
第２経路からの可燃性ガスとを、それぞれの混合比を
４：１〜７：１の割合で噴射し火炎を形成して金属精錬
炉出鋼口壁面上残留物の溶解除去を行い、直ちに、若し
くは前記火炎で補修壁面耐火物温度を９００℃以上に加
熱後、第１経路の支燃性ガスと第２経路の搬送ガスによ
る溶射材料と第３経路の支燃性ガスとを噴出し発火させ
るとともに、溶射材料を補修壁面耐火物に吹付け、付着
時に可燃性ガスの熱と金属粉末の酸化発熱を利用して耐
火性粉末の溶融により補修することを特徴とする。

【０００８】本発明で合金粉末を、Ｃａ：Ｓｉの含有比
率が２５：６５〜３５：５５の合金粉末としたのは、着
火性を上げるためである。Ｃａ自体は自然発火性物質及
び禁水性物質として消防法でも指定されているように、
発火しやすく取り扱いに問題がある。また、Ｓｉは自然
発火性物質及び禁水性物質には該当せず、比較的取り扱
いやすいが、着火温度が７６０℃と高いため金属精錬炉
出鋼口曲面壁補修時のように、狭くて限られた着火源と
しては問題がある。そこで両者の長所を活かし、Ｃａと
Ｓｉの成分含有比を検討し、補修壁面耐火物の温度が９
００℃程度でも５３０℃前後で安定した着火性能を持つ
組成の合金粉末を選定した。粒径は熱量を大きくするこ
とを考えて０．１４７ｍｍ以下とした。使用量は５重量
％未満では耐火性粉末のマグネシア及びマグネシアライ
ムの溶融熱源としては不十分であり、１２重量％を越え
ると溶融熱源としては十分であるが、合金粉末の使用量
が増加することで、耐火性粉末と混合した溶射材料の粒
度構成が悪くなり、流動性が低下し、粉体タンクからの
材料切り出し状態が悪くなる。

【０００９】耐火性粒子を８８〜９５重量％で、粒径１
〜０．２ｍｍのマグネシアと粒径１〜０．２ｍｍのマグ
ネシアライムで比率を４．５：１〜２．５：１で混合し
たのは、マグネシアとマグネシアライムの気孔率が３５
％で、耐火度は１７５０℃となり、金属精錬炉溶湯温度
が１５００〜１６５０℃に対し十分な耐火度である１７
００℃以上を得ることができるためである。また、マグ
ネシアの粒度構成については、１〜０．２ｍｍの中で、
更に、１〜０．５ｍｍと０．５未満〜０．２ｍｍに分
け、５．５：１．５〜４．５：２．５の比率で用いると
溶融性及び付着率面から好ましい状態となる。

【００１０】本発明に使用するバーナーは、例えば、特
開平１０−２９８７３２号に開示されているような、中
心部から燃焼用酸素ガスを供給第１流路、次に燃焼用金
属粉体及び溶射原料粉体の混合粉体を燃料ガスと共に供
給する第２流路、外側が第２番目の燃焼用酸素ガスの供
給用第３流路を持つ同軸多重管バーナーを応用して使用
することができる。

【００１１】本発明におけるバーナー外側にある第１経
路から噴出させる支燃用ガスとしては、酸素、空気等が
あり、残留物を除去する際及び溶射材料を吹付けて溶融
させる際の可燃性ガスの燃焼性を高めるために使用され
る。

【００１２】溶射材料の搬送ガスである可燃性ガスとし
ては、プロパンガス、プロピレンガス、アセチレンガス
等、また、不活性ガスは窒素、へリウムガス、アルゴン
ガス等がありそれらの中から組み合わせて、例えば流量
でそれぞれプロパンガス３Ｎｍ³／１時間・窒素ガス１
２Ｎｍ³／１時間の割合で混合された状態となる。可燃
性ガスの使用は発熱源としてであり、不活性ガスの使用
は金属粉末を含有する溶射材料の輸送中に発生する発火
防止の安全性を考慮しているためである。

【００１３】なお、本発明の場合、バーナー先端から補
修壁面までの距離が短く、搬送ガス中の可燃性ガスの火
炎では耐火性粉末は加熱された状態で溶融するまでには
至らず、補修壁面に到達時点で第１経路からの支燃性ガ
ス及び第３経路からの金属粉末発熱用支燃ガスと第２経
路からの加熱された耐火性粉末と金属粉末の酸化発熱が
一体となって溶融付着させるために重要である。

【００１４】本発明においては、補修壁面耐火物のスポ
ーリング防止、及び溶射材料の接着性を高めるため、前
記バーナーを用いた火炎で金属精錬炉出鋼口壁面上残留
物の溶解除去後直ちに、或いは、９００℃より補修箇所
の温度が下がった場合、前記火炎を用いて９００℃以上
に好ましくは９００〜１３００℃程度の範囲で加熱後溶
射吹付けを行う。すなわち、残留物が補修部位と耐火性
粉末との間に介在すると、両者の界面或いは残留物の内
部から剥離が発生するための除去である。また、補修部
位の温度が９００℃に満たない場合は、溶射する補修材
の付着性が低下するのみならず、溶射開始後の急激な温
度負荷により、補修壁面耐火物のスポーリングによる損
傷を引き起こす原因となるからである。

【００１５】金属精錬炉出鋼口壁面上残留物の溶解除去
を行う火炎に使用する支燃性ガス及び可燃性ガスとの混
合比率については、４：１より低い場合、すなわち支燃
性ガス量が少ないと、曲面上残留物を瞬時に溶融するに
必要な１８００〜２２００℃の火炎温度が得られず、溶
融時間を多く必要とすることになる。また、７：１より
高い比率で支燃性ガス量が多すぎると、過剰支燃性ガス
により火炎で溶融させている部位を冷却し、残留物の溶
融除去ができなくなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例によ
って説明する。

【００１７】以下表１〜表５に、本発明の規定条件に沿
って実施例及び比較例を示す。

【００１８】各表における耐火性粉末は、粒度１〜０．
２ｍｍで純度９８％のマグネシアと粒度１〜０．２ｍｍ
でマグネシア含有率４０％のマグネシアライムを使用し
た。火炎用ガスで第１経路からの支燃性ガス（酸素）対
第２経路からの可燃性ガス（プロパン）の比率を６．
７：１で混合し、２０Ｎｍ³：３Ｎｍ³／１時間の量を吐
出、溶射材料の搬送に際しては、前記可燃性ガスのプロ
パンと第２経路から不活性ガスとして窒素を１２Ｎｍ³
／１時間を合わせて使用、金属粉末支燃性用ガスには酸
素を１５Ｎｍ³／１時間の量を用い、９００℃の補修壁
面で三つの経路からの吐出が一体になるように火炎と共
に溶射材料を吹付け、溶融付着させた。溶射施工体の耐
火度はＪＩＳ法に準ずる。なお、被施工体としての基材
にはＭｇＯ−Ｃを使用した。

【００１９】付着率は、ＭｇＯ−Ｃの基材に付着した付
着量として、全吐出材料と飛散落下した材料の差で計測
した付着割合による。

【００２０】接着強度は溶射施工体と被施工体との専断
強度により評価した。

【００２１】粉体流動性は、粉体吐出時の脈動の様子に
より、脈動がみられない場合は〇、吐出に脈打つ様な状
態が継続して有る場合は×で評価した。

【００２２】粉体詰まりは、粉体吐出が限りなく不可能
になる状態を目視より観察し、止まることなく吐出され
た場合は〇、吐出が途切れたり、完全に停止状態となっ
たものは×とした。

【００２３】粉塵は、外観により基材周辺の発塵状態か
ら、溶射施工体が確認できる場合は〇、確認できない状
態は×とした。

【００２４】粉体溶融性は、溶射施工体のカット面を観
察し、完全溶融は〇、未溶融物が残留している場合を×
とした。

【００２５】表１は、耐火性粉末でマグネシアとマグネ
シアライムの使用量を変化させた場合の溶射施工体での
品質調査結果を示す。Ｃａ−Ｓｉ合金粉末はＣａ純度３
０％、Ｓｉ純度６０％で粒径は０．１４７ｍｍ以下のも
のを使用した。

【００２６】

【表１】 表１によると、比較例１のようにマグネシアライム量が
多くなると、溶射施工体の耐火度が低くなり、接着強度
も低下して耐用性に問題がある。比較例２のようにマグ
ネシアの使用量が増加すると耐火度は上昇するが、溶融
性が悪く付着率は低下する。また、金属精錬炉出鋼口壁
面の溶射施工体表面を溶湯が通過する際に被熱する溶射
施工体の耐火度は、溶湯より高温の１７００℃以上必要
である。これに対し、適正比率で４．５：１〜２．５：
１の範囲である実施例１，２，３，４が良いことが分か
る。なお、実施例４は実施例１のマグネシアの粒度構成
を５．５：１．５〜４．５：２．５の比率内で区別して
配合した例であり、耐火度の上昇と溶融性が良くなった
ため付着率が向上した。

【００２７】表２は、表１のＣａ−Ｓｉ合金粉末と同様
のＣａ純度３０％、Ｓｉ純度６０％で粒径は０．１４７
ｍｍ以下のものの使用量を変化させた場合の溶射施工体
での品質調査結果を示す。マグネシア及びマグネシアラ
イムの耐火性粉末使用量は実施例１の比率に準じて適応
させた。

【００２８】

【表２】 表２において、本発明の規制範囲に該当する実施例１，
５，６はいづれも良い結果を示した。

【００２９】比較例３でＣａ−Ｓｉ合金粉末の使用量を
３重量％とした場合、溶射施工体の耐火度は１７４０℃
と高いが、耐火性粒子を溶融させるため可燃性ガスと効
率良く使用する熱源としては不足しており、そのため粉
塵発生が多く付着率が低下し、また接着率も低下してい
る。

【００３０】比較例４では、Ｃａ−Ｓｉ合金粉末が１５
重量％と多い場合、溶射施工体の耐火度は１６８０℃と
なり必要耐火度の１７００℃より低く十分ではない。ま
た、合金粉末が多くなると耐火度を低下させるととも
に、溶射施工体中にＣａ−Ｓｉ合金粉末が残留して存在
することとなり、この残留金属粉末の異常膨張で接着性
も低下した。試験中の作業性をみると、金属粉末が３重
量％程度の場合、被施工体に当たった火炎中の耐火性粒
子が明らかに溶融・付着していないことが確認でき、１
５重量％になると、粉末粒度が細かいことにより粉体の
詰まりが発生し、流動性にも支障をきたす原因になって
いる。

【００３１】表３は、使用する粒径０．１４７ｍｍ以下
のＣａ−Ｓｉ合金粉末の含有純度を変化させた場合の溶
射施工体での品質調査結果を示す。マグネシア及びマグ
ネシアライムの耐火性粉末は実施例１と同一のものを使
用した。また、比較例７はＣａ−Ｓｉ合金粉末の粒径が
０．１４７ｍｍより大きいもので、純度はＣａが３０
％，Ｓｉは６０％のものを使用した。

【００３２】

【表３】 表３において、実施例１，７，８は何れも良好な結果が
得られたのに対し、比較例５のようにＳｉ純度を８０％
にすると、着火温度の高いＳｉが多いため金属粉末の燃
焼性が低下し、耐火性粉末の溶融性が低下し、基材に対
する付着率も低下した。また、溶射施工体内の残留Ｓｉ
の影響から基材との接着性も低下した。比較例６のよう
にＣａ純度を４０％に増やした場合、金属粉末の燃焼性
が強すぎ、熱源による着火直後の逆火が発生し、溶射施
工体を得ることができなかった。比較例７は、耐火度は
良いが金属粉末の粒径が０．１４７ｍｍよりも大きいた
め、瞬時的な燃焼性が悪く付着率も低下している。これ
は一般的に、比表面積が小さい単味、合金を含む金属粉
末は、継続的な燃焼性はあるものの、瞬時の燃焼性が悪
いとすることに起因していると考えられる。

【００３３】表４は、火炎に使用する可燃性ガスと支燃
性ガスの混合比率を変化させた例での溶射施工体の品質
調査結果示す。可燃性ガスは純プロパン、支燃性ガスは
純酸素である。マグネシアとマグネシアライムの混合比
率は３．５：１である。Ｃａ−Ｓｉ合金粉末は、粒径
０．１４７ｍｍ以下で純度はＣａが３０％、Ｓｉは６０
％を１０重量％のものを使用した。なお、実施例９は実
施例１の溶射材料をそのまま流用した。

【００３４】

【表４】 表４によると、実施例９，１０は理想的な混合比率であ
る４：１〜７：１の範囲内で火炎２０００℃以上の温度
となり、金属粉末の燃焼性が良く、粉体溶融性にも優れ
発塵も発生もなく付着率、接着強度も良好であった。

【００３５】比較例８で可燃性ガスと支燃性ガスの混合
比率を１：３とした場合、形成された火炎を熱源とし、
配合中の金属粉末の燃焼性で耐火性粉末をある程度溶融
することは可能なものの金属粉末を過不足なく燃焼させ
るための熱源としては不足している。そのため、付着率
も本発明の実施例と比較して半分程度であり、作業性か
らみても、粉体溶融性が悪かった。

【００３６】比較例９では、可燃性ガスと支燃性ガスの
混合比率を１：８とした場合、形成された火炎は過剰酸
素のためにそのＯ₂で火炎温度を低下させ、金属粉末酸
化発熱用酸素で金属粉末を過不足なく燃焼させるのに対
し、補修部位の冷却により、耐火性粉末と金属粉末から
なる溶射材料の溶融、燃焼を妨げて吹き飛ばしが生じ、
粉塵発生が多くなり、比較例８よりも更に付着率は低下
した。

【００３７】表５は、基材（被溶射施工体）の温度を変
化させた品質調査結果を示す。使用した溶射材料は表４
と同じ条件とした。

【００３８】基材への加熱方法は第１経路の支燃性ガス
と第２経路可燃性ガスで指定温度まで加熱し、その後、
第２経路に不活性ガスにより送り込まれた溶射材料を可
燃性ガスと共に搬送吐出し、溶射材料中の金属粉末を燃
焼させるために第３経路からの支燃性ガスである純酸素
を吐出、溶射材料を溶融付着させ基材表面に溶射施工体
を形成させた。

【００３９】

【表５】 表５において、基材温度を９００℃以上に加熱した実施
例１０，１１は基材に亀裂発生もなく、溶射材料の付着
性及び接着性も良好であった。

【００４０】比較例１０〜１３では、基材温度が１００
〜７００℃程度であると、事前に加熱されていても、溶
射時の金属粉末燃焼による熱負荷で基材自体に亀裂が発
生することが確認された。

【００４１】

【発明の効果】本発明の、金属精錬炉出鋼口曲面壁を溶
射補修において、熱源として可燃性ガス及び金属粉末を
使用するに際し、補修箇所が狭く、補修バーナー先端か
ら補修壁面までの距離が短いと言う制限された条件の中
で、高熱に曝されて、スラグ、地金の付着が多い補修箇
所における補修壁面耐火物の冷却をおさえ、熱的スポー
リングによる損傷防止と、溶射材料の補修壁面耐火物へ
の接着性を向上させ、均一な被覆層で効率良く補修する
ことが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池部 哲則 千葉県木更津市築地７番地の１ 黒崎窯業 株式会社不定形事業部木更津不定形工場内 (72)発明者 松尾 正孝 福岡県北九州市八幡西区東浜町１番１号 黒崎窯業株式会社不定形事業部八幡不定形 工場内 (72)発明者 成田 雄司 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 岡田 誠司 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 佐藤 三男 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K031 AA04 AB07 AB08 CB31 CB42 DA01 EA01 EA11 EA12 4K051 AA01 AA02 AA05 AA06 LA04 LA11

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可燃性ガスと金属粉末を熱源とする金属精
   錬炉出鋼口曲面壁の溶射補修方法であって、 Ｃａ：Ｓｉの重量比率が２５：６５〜３５：５５である
   粒径０．１４７ｍｍ以下の合金粉末を５〜１２重量％
   と、粒径１〜０．２ｍｍのマグネシアと粒径１〜０．２
   ｍｍのマグネシアライムの重量比率が４．５：１〜２．
   ５：１である耐火性粉末を８８〜９５重量％とを混合し
   た溶射材料を、外側から支燃性ガス供給用第１経路と、
   可燃性ガス及び不活性ガスからなる搬送ガスによる溶射
   材料供給用第２経路と、中心部に合金粉末酸化発熱用支
   燃ガス供給第３経路をそれぞれ独立して持つ同軸多重管
   バーナーを用いて溶射するに際して、 前記同軸多重管バーナーの第１経路から支燃性ガスと、
   第２経路からの可燃性ガスとを、それぞれの混合比を
   ４：１〜７：１の割合で噴射し火炎を形成して金属精錬
   炉出鋼口壁面上残留物の溶解除去を行い、 直ちに、若しくは前記火炎で補修壁面耐火物温度を９０
   ０℃以上に加熱後、第１経路の支燃性ガスと第２経路の
   搬送ガスによる溶射材料と第３経路の支燃性ガスとを噴
   出し発火させるとともに、溶射材料を補修壁面耐火物に
   吹付け、付着時に可燃性ガスの熱と金属粉末の酸化発熱
   を利用して耐火性粉末の溶融により補修する金属精錬炉
   出鋼口曲面壁の溶射補修方法。