JP2699778B2 - 溶射補修装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばコークス炉等
の窯炉における内壁面の損傷部分を補修する溶射装置に
係り、より詳しくは酸化性粒子を酸素と反応させて発生
する熱により耐火性粒子を溶融させて溶射する溶射補修
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼製造プロセスにおける各種の加熱
炉、反応炉は周知の通り長期間にわたり連続運転されて
おり、設備の耐久性や寿命を延ばすために稼働中の高温
下で炉体の補修が行われている。この補修方法としては
従来、無機バインダーと水とを配合した結合剤と耐火性
粒子とを混合して吹付ける方式がとられてきたが、最近
では、補修部分に耐火性粒子を溶射する技術が採用され
ている。

【０００３】例えば、可燃ガスの燃焼炎中に耐火性粒子
を投入する火炎溶射法（特公昭６０−４６０６２号公報
等参照）、ガスプラズマジェットによるプラズマ法（特
開昭５６−５９６７９号公報等参照）、耐火粉末と混合
した金属粉あるいは炭素粉を酸素気流中で搬送し熱間雰
囲気に噴射、燃焼させて火炎を形成する一種のテルミッ
ト反応法（特公昭４９−４６３６４号公報参照）等が知
られている。これら溶射法は旧来の湿式法（吹付け方
式）と異なり、水分に起因した弊害がなく、優れた補修
効果が得られる。ただし、補修材料に高融点の材料を用
いるため、火炎溶射法とテルミット反応法の場合は付着
状態の点で必ずしも満足できる状態ではないが、大容量
施工に適している。

【０００４】最近、コークス炉では生産性向上の観点か
ら特定の炉団において生産増をはかる傾斜生産が行われ
ている。このため、操業負荷の大きい炉団で損傷が進行
し、補修時間の短縮を含めた作業効率を高める必要が生
じている。一方、生産性を落したコークス炉では操業負
荷の変更頻度の高いことが要因となって損傷が頻発し、
補修作業量自体が増加してきた。特に、炉齢の進行とと
もに、炉体中央部における壁面亀裂の発生、生長が顕著
となり、新たな補修が必要となってきた。従来、コーク
ス炉の窯口部はテルミット反応法により補修が行われて
いるが、炉中央部の補修にテルミット反応法を適用する
には、コークス炉の操業トラブルの原因とならないよう
に壁面の平滑性を確保する必要があり、損傷部位に対す
る施工量の適正化をはかるには、その補修は容易ではな
い。

【０００５】テルミット反応法に基づく従来の溶射補修
装置は、図２にその一例を示すごとく、直管状の混合室
１、該混合室に開口する粉体搬送ガス導入配管２および
酸素ガス導入配管３と、混合室先端に突設した溶射ノズ
ル４とから構成されており、混合室１において粉体搬送
ガス導入配管２より導入される粉体と酸素ガス導入配管
３より導入される純酸素ガスが混合されて、溶射ノズル
４より吐出する構造となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の溶射補
修装置は、耐火性粒子、酸化性粒子および酸素ガスは単
純な混合状態で、該混合室の管軸方向に突設した溶射ノ
ズルより吐出させる構造であるため、以下に記載する問
題点を有している。

【０００７】(1) 例えばコークス炉の補修に適用する場
合、装炭孔および炭化室炉内幅寸法の制約と逆火への安
全対策の点から形状に大きい制約を生じ、また最良の溶
融状態を得るために常に一定の溶射距離を維持するため
には、溶射ノズル自体の長さを可変構造とする必要があ
り、装置のコンパクト化に支障をきたす。 (2) 粉体と酸素ガスの均一な混合状態を得るために必要
十分な長さ、容積あるいは形状については明確化されて
いないため、溶射ノズルから吐出する粉体とガスとの混
合状態が不安定となり易い。このため着火が安定しない
ばかりでなく、生成するフレームの長さや形状に変動が
生じ、その変動が大きい場合には失火したりする等、溶
射の安定維持に難点がある。 (3) コークス炉の中央部炉壁に生じた亀裂に対し、壁面
の平滑性を損わずに的確に補修することが困難である。

【０００８】この発明は、このような現状にかんがみ
て、テルミット反応法に基づく従来の溶射装置の前記問
題点を解決し、コークス炉等の炉壁補修を十分にかつ効
率よく行うことができる溶射補修装置を提案しようとす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、テルミッ
ト反応法に基づく耐火材料の溶射方法により安定した着
火を確保し、さらに良好かつ安定したフレームが得られ
る溶射装置の構造について種々検討を重ねた結果、混合
室にガスと粉体の混合流体の攪拌室を付帯させることに
よってガスと粉体の良好な混合状態が得られ、さらに溶
射ノズルをＴ字形に配置させることによって、混合室の
小容量化と着火および生成フレームの安定化がはから
れ、良好な施工が可能となることを知見した。

【００１０】この発明は、このような知見に基づいてな
されたもので、その要旨は、金属粉を含む粉体および酸
素ガスとをノズル吐出口前で混合する方式のテルミット
反応を利用した溶射補修装置であって、前記金属粉を含
む粉体および酸素ガスの混合室に酸素流入口が開口し、
該混合室の末端部に前記混合流体の攪拌室を有し、この
攪拌室と混合室との間からＴ字形に分岐する溶射ノズル
を備えたことを特徴とし、また混合室に流入する酸素の
流入角度を混合室の軸心に対して１０〜９０度に設定す
ることを特徴とする溶射補修装置である。

【００１１】

【作用】この発明において、純酸素気流と粉体搬送ガス
気流とをそれぞれ別ラインで溶射ノズルに送給し、該ノ
ズル吐出口前で混合する方式の溶射装置を採用したの
は、逆火あるいはノズルの詰り等のトラブル防止と、粒
子混合粉体およびガスの供給の円滑化を考慮したためで
ある。

【００１２】粉体を構成する耐火性粒子としては、例え
ばＳｉＯ_２純度９５％以上の仮焼珪石と、酸化性粒子と
してＡｌ、Ｓｉ粉を混合したものを用いる。ただし、材
料の発熱速度や溶融速度の良否を考慮して、粒度構成と
しては５００μｍ〜０．５μｍの粒径とするのが好まし
い。

【００１３】この発明における攪拌室は、混合室の末端
部を例えば盲壁とし、この盲壁により作られる空間部で
構成することができる。したがって、混合室内で混合さ
れた粉体とガスの混合流体は、さらに攪拌室の盲壁に衝
突して攪拌されることにより均一に混合される。この攪
拌室で均一に混合されたガスと粉体の混合流体は、混合
室と攪拌室との間からＴ字形に分岐接続した溶射ノズル
から吐出する。

【００１４】また、混合室に流入する酸素の流入角度を
混合室の軸心、すなわち粉体搬送ガス気流の流れ方向に
対して１０〜９０度の範囲に設定することとしたのは、
１０度未満では混合室の内壁に沿って酸素ガスが流れる
ことにより粉体搬送ガス気流との混合が不十分となり、
他方、９０度を超えると酸素ガスが粉体搬送ガス気流の
流れに逆らうことになりガスと粉体の混合が不安定とな
るためである。

【００１５】上記のごとく、混合室の末端部に衝突作用
によって混合流体を攪拌する攪拌室を設け、この攪拌室
と混合室との間から溶射ノズルをＴ字形に分岐接続させ
ることにより、ガスと粉体の均一な混合が得られ、着火
およびフレームが安定する。さらに、混合室に流入する
酸素の流入角度の適正化により、混合室でのガスと粉体
の混合がより一層良好となる。したがって、酸素ガスと
粉体の混合室を小容量化できることにより溶射装置の小
型化がはかられ、溶射距離の短い溶射補修が可能とな
る。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明に係る溶射補修装置の一例を
示す概略図で、１１は混合室、１２は粉体搬送ガス導入
配管、１３は酸素ガス導入配管、１４は溶射ノズル、１
５は攪拌室である。

【００１７】すなわち、混合室１１と攪拌室１５は同一
管体で構成し、混合室１１の末端部を盲壁として攪拌室
１５を設けている。この攪拌室１５と混合室１１との間
（境界部）に溶射ノズル１４をＴ字形に分岐接続してい
る。酸素ガス導入配管１３は粉体搬送ガス導入配管１２
とは別ラインで混合室１１の側壁部に接続されている。
混合室１１の軸芯と酸素ガス導入配管とのなす角度、す
なわち酸素ガス流入角度θは１０〜９０度に設定され
る。なお、酸素ガス導入配管１３の接続位置は特に限定
するものではなく、混合室の側壁の任意位置とする。

【００１８】溶射ノズル１４の吐出口径ａは、材料供給
量によって異なるが、通常５．５ｍｍφ〜１２ｍｍφ、
望ましくは７．５ｍｍφである。例えば、材料供給量が
１５０〜５００ｇ／ｍｉｎの条件下では、５．５ｍｍφ
未満の場合ノズル先端での詰りが生じ易く、他方、１２
ｍｍφを超えると被溶射体のビード幅が２０ｍｍ以上と
大きくなりすぎるばかりでなく、金属粉の拡散が大き
く、着火の持続が困難となる。また、この溶射ノズル１
４の長さｎは、特に限定するものではないが、４０〜２
００ｍｍの範囲が適当である。すなわち、４０ｍｍ未満
ではガス粉体の混合流体が整流とならず、フレームが分
散ぎみとなり付着性が悪くなり、他方、２００ｍｍを超
えると、壁面との十分な距離を確保できず実用的でない
からである。なお、実際には付着率、距離調整の自由
度、フレームの安定性を考慮すると、７０〜９０ｍｍが
好適である。また、この溶射ノズル１４の分岐接続角度
θ_１は特に限定するものではないが、通常は混合室１１
の軸心に対して直角に接続する。

【００１９】混合室１１の直径Ｒは、特に限定するもの
ではないが、通常はノズルの吐出口径ａの１〜１．５倍
程度の大きさを必要とする。これは、Ｒ／ａが１／１未
満では均一な混合が得られにくく、フレームの生成に変
動をきたし、他方、Ｒ／ａが１．５／１を超えると、混
合の均一化に影響をおよぼすことはないが、酸素ガスの
流入位置によってはフレームの生成に変動をきたすため
である。

【００２０】また、攪拌室１５の長さｍは、ノズルの吐
出口径ａより長く、混合室１１の直径Ｒより短くするの
が好ましい。これは、攪拌室１５の長さｍがノズルの吐
出口径ａより短いと、粉体を構成する耐火性粒子（粗
粒）と金属粉（微粒）との分離が生じ、溶射に支障をき
たすからである。特に、攪拌室１５の長さｍが５ｍｍ未
満となると、この攪拌室内壁の摩耗が生じトラブルの原
因となる。他方、攪拌室１５の長さｍを混合室１１の直
径Ｒより長くすると、該攪拌室で材料の滞留が顕著とな
りノズル詰りや逆火の原因となる。

【００２１】混合室１１の長さｌは、構造上酸素ガス流
入角度θによって決まる。すなわち、酸素ガス流入角度
θが１０〜９０度の範囲では、混合室１１の長さｌは通
常９０ｍｍ以下とするのが好ましい。その理由は、９０
ｍｍを超える長さは、粉体とガスの混合には影響はない
が、図面では省略している配管、ノズル冷却ジャケッ
ト、ノズル駆動部等、他の内蔵部品との関係で不要であ
るためである。

【００２２】実施例１ 上記図１に示す溶射補修装置を用い、該装置の混合室長
さ、攪拌室長さ、溶射ノズル長さ、酸素ガス流入角度θ
を種々変えて、９５０℃に予熱した試験炉で溶射テスト
を実施した。本実施例における溶射補修装置の条件を表
１に、溶射結果を表２にそれぞれ示す。表２には比較の
ため、構造同一で、前記各部の長さおよび酸素ガス流入
角度θが好適な値を外れた溶射装置を使用した場合と、
図２に示す従来装置を使用した場合を併せて示す。

【００２３】本実施例では、Ａｌ粉１％、Ｓｉ粉１２％
を金属粉として含むシリカ質材料を用い、溶射装置の走
行速度を１．０ｍ／ｍｉｎで操作し、溶射距離を４５ｍ
ｍ、材料供給量を３２０ｇ／ｍｉｎとし、固気比１．０
〜２．０の範囲で酸素ガス量を調整し、試験炉内壁に長
さ１．３ｍのビードの施工体を形成した。なお、粉体搬
送ガス中の酸素濃度は、別に酸素ガス付加を行なって２
５％一定とした。溶射装置の材質は、ＳＵＳ３０４であ
った。

【００２４】表２の結果より明らかなごとく、攪拌室を
有しない従来の溶射装置では、着火不能のため試験炉内
壁に長さ１．３ｍｍのビードの施工体を形成することが
できなかったのに対し、本発明装置の場合は、混合室、
攪拌室、ノズル長さおよび酸素ガス流入角度θが好適な
値の溶射装置を使用した場合、着火性、付着性、溶射状
況共に良好であった。なお、構造的には同一でも、混合
室、攪拌室、ノズル長さおよび酸素ガス流入角度θが好
適な値を外れた溶射装置を使用した場合には、１．３ｍ
ｍのビードの施工体の形成が困難であった。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】以上説明したごとく、この発明によれ
ば、溶射ノズルから吐出する粉体とガスとの混合状態を
適正にかつ安定化させることができるので、着火不良や
フレームの生成変動を防止することができるのみなら
ず、逆火等のトラブルも皆無となり、溶射を効率よく安
定して行うことができるという優れた効果を奏する。し
たがって、従来のテルミット反応法による溶射補修装置
では十分に補修することができなかったコークス炉の中
央部における亀裂等の損傷に対しても、的確にかつ効率
よく補修することができ、炉の延命に大きく貢献するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る溶射補修装置の一例を示す概略
図である。

【図２】従来の溶射補修装置の一例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１１ 混合室 １２ 粉体搬送ガス導入配管 １３ 酸素ガス導入配管 １４ 溶射ノズル １５ 攪拌室

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属粉を含む粉体および酸素ガスとをノ
   ズル吐出口前で混合する方式のテルミット反応を利用し
   た溶射補修装置であって、前記金属粉を含む粉体および
   酸素ガスの混合室に酸素流入口が開口し、該混合室の末
   端部に前記混合流体の攪拌室を有し、この攪拌室と混合
   室との間からＴ字形に分岐する溶射ノズルを備えたこと
   を特徴とする溶射補修装置。
2. 【請求項２】 混合室に流入する酸素の流入角度を混合
   室の軸心に対して１０〜９０度に設定することを特徴と
   する請求項１記載の溶射補修装置。