JP2009107865A

JP2009107865A - 溶射材料

Info

Publication number: JP2009107865A
Application number: JP2007279923A
Authority: JP
Inventors: Haruo Mitsui; 春雄三井; Norio Isoo; 典男磯尾; Takumi Okamoto; 巧岡本; Toru Taniguchi; 亨谷口; Takeshiro Eguchi; 武士郎江口; Toshihiko Kondo; 敏彦近藤
Original assignee: JFE Refractories Corp
Current assignee: JFE Refractories Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】近年のコークス炉は、使用条件の過酷化や炉寿命の長期延命化といった課題があり、操業に支障をきたさないように限られた時間で早く溶射補修でき、操業異常による温度上昇にも耐えうるようにすることにある。
【解決手段】耐火性粒子、金属粒子の混合物を酸素と共に高温の被補修体に吹き付け、金属粒子の酸化発熱反応により混合物を溶融させて被補修体に溶着させるもので、耐火性粒子は２ｍｍ以下の粒子径で、耐火度がＳＫ２０〜３０で、ＳｉＯ₂が１０〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が７０〜９０重量％のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料を４０重量％以上用い、金属粒子は粒子径が１５０μｍ以下の金属シリコンを配合するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、工業炉、金属溶融容器の耐火物損耗部位の補修に使用する溶射材料であり、その材料に含まれる金属粒子の酸化発熱反応により耐火性粒子、低融点粒子を溶融し、被補修体に溶着させる溶射材料に関するものである。

製鉄所のコークス炉は、建設してから２０年以上のものが多く、特に炭化室の壁の補修が必要である。操業しながら補修する技術として溶射補修法がある。溶射補修法には、プラズマ溶射、レーザー溶射、火炎溶射があるが、大掛かりな装置が必要である。

一方、テルミット反応等の金属粉の酸化燃焼反応熱で耐火粒子を溶融させ、補修面に溶着させる方法がある。この方法は、金属粒子と耐火粒子の混合物を酸素で高熱の補修面に吹き付け、金属粒子の酸化反応熱で耐火粒子を溶融し、溶着させる方式であるため、装置が簡易である特徴を有する。

操業休止時間、すなわち補修時間が限られているため、限られた人員でコークス炉の炭化室を溶射補修するとき、できるだけ短時間で補修作業ができることが望ましい。また、コークス炉の炭化室の操業温度は、１０００〜１３００℃であるが、まれに１４００℃近くまで上昇することがある。このとき溶射材の耐火物粒子に耐火度がＳＫ１１ぐらいのもの（例としてコーディライト）を使用していると、溶射補修したものが溶融し、流れ落ち、補修した機能が損なわれる。

特公平５−２１８６５号公報、特開平５−１７２３７号公報では、珪石系の耐火材料を使用しているので溶射施工体が緻密になり、補修時間がかかる。また、特開２０００−１５９５７９号公報では耐火度の低いコーディライト（耐火度ＳＫ１１）を使用しているので、１４００℃近くまで上昇したとき、溶射補修したものが軟化または溶融して流れ落ち、補修箇所が補修できていない状態になる。
特公平５−２１８６５号公報特開平５−１７２３７号公報特開２０００−１５９５７９号公報

近年のコークス炉は、使用条件の過酷化や炉寿命の長期延命化といった課題があり、操業に支障をきたさないように溶射補修をする必要が増している。溶射作業は、操業時間の合間にするので限られた時間で早く溶射補修できることが必要であり、操業異常による温度上昇にも耐えうることも重要な課題である。

本発明は、上記のような点に鑑みたもので、上記の課題を解決するために、耐火性粒子、金属粒子の混合物を酸素と共に高温の被補修体に吹き付け、金属粒子の酸化発熱反応により混合物を溶融させて被補修体に溶着させることを特徴とする溶射材料であって、耐火性粒子は２ｍｍ以下の粒子径で、耐火度がＳＫ２０〜３０で、ＳｉＯ₂が１０〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が７０〜９０重量％のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料を４０重量％以上用い、金属粒子は粒子径が１５０μｍ以下の金属シリコンを配合することを特徴とする溶射材料を提供するにある。

また、発火点が３００℃以上、８００℃以下である炭素系粉末または金属粉末または炭素系粉末と金属粉末の混合物を０．１〜５重量％以下で着火促進剤として添加することを特徴とする溶射材料を提供するにある。

さらに、平均粒径が０．２μｍ以下であるシリカ超微粉末を０．１〜５重量％以下で粉体流動化促進剤として添加することを特徴とする溶射材料を提供するにある。

本発明の溶射材料は、耐火性粒子、金属粒子の混合物を酸素と共に高温の被補修体に吹き付け、金属粒子の酸化発熱反応により混合物を溶融させて被補修体に溶着させることを特徴とする溶射材料であって、耐火性粒子は２ｍｍ以下の粒子径で、耐火度がＳＫ２０〜３０、ＳｉＯ₂が１０〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が７０〜９０重量％のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料を４０重量％以上用い、金属粒子は粒子径が１５０μｍ以下の金属シリコンを配合することによって、着火性がよく、燃焼性もよくて、脈動が少ない良好な肉盛の溶射ができ、補修時間を短縮できる良好な溶射性能を有する。

また、発火点が３００℃以上、８００℃以下である炭素系粉末または金属粉末または炭素系粉末と金属粉末の混合物を０．１〜５重量％以下で着火促進剤として添加することによって、着火性が良くて、爆発の危険性を防げて、安全性よく施工できる。

さらに、平均粒径が０．２μｍ以下であるシリカ超微粉末を０．１〜５重量％以下で粉体流動化促進剤として添加することによって、材料の流動性がよくてホッパータンクから円滑に切り出せ、かつ脈動が少ない良好な溶射ができる。

本発明の溶射材料は、耐火性粒子、金属粒子の混合物を酸素と共に高温の被補修体に吹き付け、金属粒子の酸化発熱反応により混合物を溶融させて被補修体に溶着させることを特徴とする溶射材料であって、耐火性粒子は２ｍｍ以下の粒子径で、耐火度がＳＫ２０〜３０、ＳｉＯ₂が１０〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が７０〜９０重量％のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料を４０重量％以上用い、金属粒子は粒子径が１５０μｍ以下の金属シリコンを配合することを特徴としている。

加熱炉にれんがパネルを入れて置き、溶射実験装置で溶射材を溶射し、そのときの付着率と溶射体の気孔率を調べた結果、耐火材に耐火度がＳＫ２０〜３０でＳｉＯ₂ が１０〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が７０〜９０重量％のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料を使用すると、付着率、気孔率ともに大きくなり、短時間で溶射補修ができることが判明した。

耐火性粒子は、耐火度がＳＫ２０〜３０で、ＳｉＯ₂が１０〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が７０〜９０重量％のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料を４０重量％以上使用することを特徴とするが、４０重量％以下の使用では付着率が大きくならなく、好ましくは６０重量％以上使用することが望ましい。耐火度がＳＫ２５〜３０のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料としては、一般にロー石原料がある。また、９００〜１２００℃程度で焼成されたものが望ましいが、この限りではない。

耐火性粒子に耐火度がＳＫ２０以下のものを用いると、コークス炉の操業で１４００℃ぐらいになったとき補修体が溶融して流れ落ちてしまい、補修施工体の機能が損なわれる。耐火物粒子に耐火度がＳＫ３０以上のもののみを用いると、溶射補修時の肉盛性が小さく、補修時間を短縮できない。

ＳｉＯ₂が１０重量％以下で、Ａｌ₂Ｏ₃が９０重量％以上のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料は、耐火度３０が以上になってしまうものがほとんどであり、好ましくない。ＳｉＯ₂が３０重量％以上で、Ａｌ₂Ｏ₃が７０重量％以下のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料も、耐火度が３０以上になってしまうものがほとんどであり、好ましくない。

耐火性粒子の粒度は、２ｍｍ以下とし、４２５μｍ以上が１０重量％以下で、かつ４２５〜２０００μｍが１０〜６０重量％とし、７５μｍ以下が１０重量％以下で、７５〜４２５μｍがその残りであることが望ましい。７５μｍ以下が１０重量％以上であると、材料を溶射するときに脈動し、良好な溶射ができない。４２５μｍ以上のものが６０重量％以上あると、リバウンドが大きく、ロスが多くなり、好ましくない。

金属シリコン粒子は、その添加量が１０〜３０重量％であって、金属シリコン粒子の粒度は１５０μｍ以下とし、７５μｍ以上が１０重量％以下で、２０μｍ以下が５〜１５重量％で、２０〜７５μｍがその残りであることが望ましい。金属シリコン粒子の添加量が１０重量％以下であると、燃焼反応が弱く、耐火性粒子が溶融しなく、良好な溶射ができない。添加量が３０重量％以上であると、材料を溶射したとき、燃焼反応が強くなりすぎ、溶射体が流れ落ち、良好な溶射ができない。

また、金属シリコン粒子の粒度で７５μｍ以上のものは、燃焼反応が弱く好ましくないため、金属シリコン粒子の１０重量％以下でなければならない。２０μｍ以下が金属シリコン粒子の５重量％以下でも燃焼反応が弱くなり、好ましくない。２０μｍ以下が金属シリコン粒子の１５重量％以上では、材料を溶射したとき、燃焼反応が強くなりすぎ、溶射体が流れ落ち、良好な溶射ができない。

着火促進剤は、被溶射体、すなわちコークス炉では炭化室壁面の温度が８００℃以下である場合、溶射材料に添加される。発火点が３００〜６００℃である炭素系粉末または金属粉または炭素系粉末と金属粉の混合物からなることを特徴とし、その添加量は外掛けで０．１〜５重量％であることが好ましい。着火促進剤の発火点が６００℃以上であると、壁面温度が８００℃以下の場合、溶射開始時に発火しにくい。発火点が３００℃以下であると、爆発の危険が大きくなり安全上好ましくない。また、その添加量が外掛けで５重量％以上であっても、爆発の危険が大きくなり、安全上好ましくない。その添加量が外掛けで０．１重量％以下では、着火性向上の効果がない。

炭素系粉末としては、コークス粉（発火点：４００〜６００℃）、木炭粉（発火点＝３２０〜４００℃）、コーンスターチ粉（発火点：４７０℃）等があげられ、金属粉末としてはアルミニウム粉（発火点：６４５℃）、マグネシウム粉（発火点：５２０℃）、マンガン粉（発火点：４５０℃）、バナジウム粉（発火点：５００℃）、鉄粉（発火点＝３１５〜３２０℃）等があげられる。

７５μｍ以下の金属シリコンを１０重量％以上添加する場合、ホッパータンクに溶射材料を入れて切り出すときに、棚吊りによって良好に切り出せなく、脈動が発生し、良好な溶射ができない。これを防止するため、粉体流動化促進剤を添加する。粉体流動化促進剤は、平均粒径が０．２μｍ以下であるシリカ超微粉末が望ましく、添加量は０．１〜５重量％が望ましい。５重量％以上では、高価格になる割に流動化促進の効果が増加しない。０．１重量％以下では、流動化促進の効果がない。

溶射に使用する主な原料の耐火度と軟化温度を表１に示す。また、図１に示す実験装置での実験結果を表１および表２、表３に示す。

表１耐火度と軟化温度

表２実施例

表３比較例

付着率×気孔率を肉盛指数とすると、図２に示すように、ろう石・焦宝石（シャモット）材質が最も良い結果となった。また、実施例７と比較例１１をＡ製鉄所コークス炉で各１００ｋｇテストした結果、実施例７は、付着性がよくて、溶射補修の作業時間が約２０％短くなった。また、実施例７は、リバウンドが少なく、良好な耐用性を示した。

比較例１４についても、Ａ製鉄所コークス炉でテストした結果、比較例１１よりも溶射補修の作業時間が約１５％短くなったが、操業時に炉内温度が１４００℃ぐらいになったとき、補修体が溶融し、流れ落ちる現象が見られた。

表２のように本発明は、Ａ製鉄所コークス炉でテストした結果、補修時間が約２０％くらい短くなり、かつ高耐用を示し、また溶射性、着火性、燃焼性が良好で、付着率も高く、施工体も耐用性よく良好であった。

本発明の溶射実験方法の説明図、同上の実施例と比較例の耐火材質と肉盛指数の比較図。

Claims

耐火性粒子、金属粒子の混合物を酸素と共に高温の被補修体に吹き付け、金属粒子の酸化発熱反応により混合物を溶融させて被補修体に溶着させることを特徴とする溶射材料であって、
耐火性粒子は２ｍｍ以下の粒子径で、耐火度がＳＫ２０〜３０で、ＳｉＯ₂が１０〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が７０〜９０重量％のＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃原料を４０重量％以上用い、金属粒子は粒子径が１５０μｍ以下の金属シリコンを配合することを特徴とする溶射材料。
溶射材料に発火点が３００℃以上、８００℃以下である炭素系粉末または金属粉末または炭素系粉末と金属粉末の混合物を０．１〜５重量％以下で着火促進剤として添加することを特徴とする請求項１に記載の溶射材料。
平均粒径が０．２μｍ以下であるシリカ超微粉末を０．１〜５重量％以下で粉体流動化促進剤として添加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶射材料。