JP2783085B2 - 耐火材料の溶射方法 - Google Patents

耐火材料の溶射方法

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JP2783085B2
JP2783085B2 JP4255831A JP25583192A JP2783085B2 JP 2783085 B2 JP2783085 B2 JP 2783085B2 JP 4255831 A JP4255831 A JP 4255831A JP 25583192 A JP25583192 A JP 25583192A JP 2783085 B2 JP2783085 B2 JP 2783085B2
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英邦 伊藤
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誠 沼沢
隆雄 山崎
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/16Making or repairing linings increasing the durability of linings or breaking away linings
    • F27D1/1636Repairing linings by projecting or spraying refractory materials on the lining
    • F27D1/1642Repairing linings by projecting or spraying refractory materials on the lining using a gunning apparatus
    • F27D1/1647Repairing linings by projecting or spraying refractory materials on the lining using a gunning apparatus the projected materials being partly melted, e.g. by exothermic reactions of metals (Al, Si) with oxygen
    • F27D1/1652Flame guniting; Use of a fuel

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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)

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方法に
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方法に関
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。
【0004】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。
【0005】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。さらに、炉体の構造上、コークス炉では操業
負荷の変更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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】火炎溶射法では付着状
態を改善するため低融物(フラックスあるいはスラグ)
を配合し、付着率の高い補修層を形成する手法がとられ
ているが、テルミット反応法は、要補修域の温度あるい
は予熱状態によって溶射材料の溶融状態が異なり、付着
率が変動し易いという難点があり、特に着火の持続が大
きく左右されることから十分な補修ができないという問
題がある。
【0007】すなわち、従来のテルミット反応法に基づ
く耐火材料の溶射方法では、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溶射ノズルより吐出さ
せており、溶射フレームの形成に重要な酸素ガス量につ
いても明確には定められていないため、以下に記載する
問題点を有している。
【0008】(1) 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るため着火が安定せず、溶射の
安定維持が困難である。 (2) 不活性ガスを含む粉体搬送を行うので、過剰なガス
量により着火が不安定となり易い。 (3)酸素量が不足し、着火できない場合が生じる。 (4) ガス中湿分により逆火が発生し、安全性に問題があ
る。 (5) 過剰なガスにより、着火フレームの熱量がガス濃度
の上昇に消費され、耐火性粒子の溶融効率を低下させ
る。
【0009】この発明は、従来の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耐火材料の溶射方法
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方法を提案しよう
とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明者は、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、さらに逆火の発生を回避し得る補修を可能
とすることを目的として、種々検討を重ねた結果、粉体
と該粉体を輸送するガスとの混合比に一定の適性範囲が
あり、同時に溶射材料の溶融を向上する上でガス総量、
酸素分圧量に所要の粉体量に応じた一定量が存在するこ
とを見い出した。また、使用するガス中の湿分を除去す
ることにより、大幅に逆火が減少するとともに、輸送配
管での安定輸送を確保できることにより着火不良、補修
中の消火が完全になくなり、良好な施工が可能となるこ
とを知見した。
【0011】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、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方法であって、前記
粉体重量と総ガス重量との比を0.5〜2.9とするこ
とを特徴とし、また、前記粉体搬送ガス気流中の酸素濃
度を21〜73%の範囲に調整することを特徴とする耐
火材料の溶射方法である。ここで、総ガス重量とは、粉
体搬送ガスと酸素ガスとのガス重量の総和をいう。
【0012】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機を採用したの
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。
【0013】粉体を構成する耐火性粒子としては、例え
ばSiO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。
【0014】この発明において、粉体重量と総ガス重量
との比(固気比)を0.5〜2.9と限定したのは、
0.5未満では粉体の溶融状態は良好であるが、流速の
低い状態で溶融粒子が付着積層しポーラスな補修層が形
成され易く、他方、2.9を超えると、溶融粒子のノズ
ル出口での拡散が激しく、失火し易くなり、溶融粒子の
付着域が広がり亀裂等損傷部位を的確に補修できなくな
るためである。なお、この粉体重量と総ガス重量との比
は、1.08〜1.45の範囲で粉体の切出量を操作す
ることによって極めて安定した溶射が行われることを確
認している。
【0015】また、粉体搬送ガス気流中の酸素濃度を2
1〜73%の範囲に限定したのは、所要の着火性と付着
性を確保するためである。すなわち、21%未満では酸
素不足により溶射の成立が困難であり、他方、73%を
超えると着火溶融性は一般に良好となるが、所要施工量
に対して粉体の供給を制御するので、過剰な酸素ガスは
むしろNOxの生成等に消費され、溶融に寄与せず、か
えって逆火の危険性を増長するためである。
【0016】
【実施例】図1はこの発明方法を実施するための溶射機
の一例を示す概略図で、1は混合室、2は溶射ノズル、
3は粉体搬送ガス導入配管、4は酸素ガス導入配管であ
る。
【0017】すなわち、上記溶射機は溶射ノズル2の吐
出口前に設けられた混合室1において、粉体搬送ガス導
入配管3より導入され粉体と酸素ガス導入配管4より導
入される純酸素ガスが均一に混合されて、溶射ノズル2
より流出する構造となっている。
【0018】この発明では、粉体重量と総ガス重量との
比を前記の通り0.5〜2.9に設定して混合室1に送
給する。また、粉体搬送ガス気流中の酸素濃度は、前記
の通り21〜73%の範囲に調節する。
【0019】なお、粉体の搬送ガスと酸素ガス量とは、
望ましくは1:3.1〜1:1.5の流量比となるよう
に調整する。すなわち、酸素の割合が1.5未満の場合
は、燃焼に要する酸素量が不足し補修困難となり、他
方、3.1を超えると必要十分な金属粉の燃焼を達成で
きるものの、過剰なガス流速により着火の維持が困難と
なって溶射ノズルの移動に伴って消失し補修不可能とな
るためである。
【0020】一方、逆火の危険性を回避するには、ガス
中の水分を除去することが必須であるため、搬送ガスの
露点を調節する。調節温度としては5〜14℃が好まし
いが、パージ不活性ガス配管を含め配管元にはミストセ
パレーターを付設し、常温下の湿度1%以下で操作でき
るよう、湿分管理する必要がある。すなわち、これら配
管系は耐熱用水冷ジャケットや冷却配管系統の一部ある
いは全部が隣接するためである。
【0021】純酸素気流と粉体搬送ガス気流とをそれぞ
れ別ラインで送給する構造となし、ノズル吐出口前にガ
スと粉体とを均一に混合する混合室を備えた図1に示す
溶射機を用い、表1に示すガス設定条件でAl粉1%、
Si粉12%を金属粉として含むシリカ質材料を320
g/minで送給して溶射テストを行った結果を、従来
法と比較して表1に併せて示す。本実施例では、溶射ノ
ズルの走行速度を0.9〜1.1m/minで操作し、
溶射距離は40〜45mmの範囲となるように自動運転
を行った。また、被溶射壁は、950℃に保温されたプ
ロパンガス炉で、溶射施工体は幅20mm、長さ1.3
mのビード状のもので、施工条件によって付着状況が異
なるため、ビード高さは5〜15mmの範囲で変化し
た。表1の結果より、本発明法により溶射状況、施工状
態共に優れていることが明らかである。
【0022】
【表1】 材料付着指数:溶射距離170mmでの付着率を100
とした場合の比較値を指数で表示した値。( )は本発
明の範囲外を示す。
【0023】実施例2 本発明法により実施例1と同じ溶射機を用い、表2に示
す溶射条件および施工条件でコークス炉中央部を補修
し、その補修状況を長期にわたり追跡調査した結果を、
従来法により同コークス炉窯口部を補修した場合と比較
して表2に併せて示す。溶射材料は実施例1と同じもの
を使用した。
【0024】表2の結果より明らかなごとく、従来法の
Gでは酸素濃度不足により着火不良が多く発生し、また
Hでは酸素量過剰により逆火が頻発し、コークス炉窯口
部を安全にかつ効率よく補修できなかった。また、従来
法のFでは固気比が高すぎるため失火し易く、着火不良
が増大した。これに対して、本発明法ではA、Bにおい
てそれぞれ僅かに着火不良が、Dにおいては僅かに逆火
が発生しただけで、従来法に比べ安全性、補修効率共に
向上し、壁面亀裂の発生、生長が窯口部より顕著なコー
クス炉中央部を良好に補修することができた。
【0025】
【表2】
【0026】
【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
補修中の消火等がなくなるとともに、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法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、安全にかつ的確に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】この発明方法を実施するための溶射機の一例を
示す概略図である。
【符号の説明】
1 混合室 2 溶射ノズル 3 粉体搬送ガス導入配管 4 酸素ガス導入配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沼沢 誠 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 山崎 隆雄 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 (56)参考文献 特表 平4−502937(JP,A) 特公 平1−56831(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 4/00 - 6/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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方法であって、前記粉体重量と総
    ガス重量との比を0.5〜2.9とし、粉体搬送ガス気
    流中の酸素濃度を21〜73%の範囲に調整することを
    特徴とする耐火材料の溶射方法。
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