JP3024971B1 - 粗粒を含有した火炎溶射材 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 従来の溶射装置を用いて単一の粉体噴出孔
から材料を分離させることなく均一に安定吐出し、溶射
時の微粒の溶融性を損なわない様に、かつ、粗粒耐火材
を溶射成形体中に均一に分散させながら付着性の向上
と、耐熱衝撃性、耐食性に優れた成形体を形成する火炎
溶射材を提供する。 【解決手段】火炎溶射材が粒径０．２〜０．８５ｍｍで
成分純度９０％以上のアルミナ質原料或いはマグネシア
質原料の粗粒を１０〜３０重量％と、残部は０．２ｍｍ
未満の微粒により構成し、微粒は前者がアルミナ質原料
とマグネシア質原料を含有、後者はマグネシア質原料と
カルシア−シリカ質原料を含有、これら粗粒と微粒を吐
出時に同時混合させ単一の粉体噴出孔から均一安定吐出
させ溶融した微粒と半溶融状態の粗粒で結合性を高め
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、工業窯炉の耐火ラ
イニングの形成あるいは補修用として用いられる火炎溶
射材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業窯炉の耐火ライニング及び補
修に高温、高速の火炎中に粉末耐火物を通過させて溶融
し、吹き付ける溶射法が利用されるようになった。

【０００３】この溶射技術において使用される粉末耐火
物は、火炎通過中に溶融させる必要性から、溶融しやす
い０．２ｍｍ径未満の比較的微粒を使用してきた。しか
しながら、このような微粒を使用して得た溶射体の組織
は、粉末耐火物が溶融、凝固した緻密組織であるため耐
熱衝撃性に弱い。溶融した耐火物粒子が冷却固化する際
の収縮による組織中の内部熱応力の発生により、溶射成
形体の破壊が起こる等の欠点がある。これらの欠点はい
ずれも溶射成形体形成時の熱歪みに起因するものであ
る。

【０００４】かかる熱歪みを緩和させるための手段とし
て、粉末耐火物の溶融凝固した緻密組織中に未溶融の粗
粒耐火物を存在させ、連続した凝固組織を分断し、空隙
を形成させることが考えられる。例えば、特公昭５９−
５１８５７号公報には、粉体溶射機中に微粒と粗粒を別
々のノズルから噴出させる溶射方法が開示されている。
しかし、この溶射方法では、バーナの構造が複雑化する
上に粗粒が均一に分散し難く、高気孔率になり成形体の
強度が低い欠点が見られた。また、特公昭５９−５５４
８号公報には、成形体中に粒径０．２〜１０ｍｍの粗粒
の未溶融粒子を混在させた、溶射成形体について開示さ
れている。しかし、これについても前述の欠点に加え
て、粒径差が大きすぎることによる材料粒度分布のバラ
ツキ、比重差による粉体搬送時の分離が問題として生じ
る。しかも、成形体として粒径の非常に大きな粗粒が組
織中に混在するため、粗粒とマトリックス境界部に発生
するマイクロクラックが大きくなりすぎて組織間の結合
が低下し、剥離や高気孔率化による成形体の脆弱化につ
ながる。

【０００５】この溶融凝固した緻密組織中に未溶融の粗
粒耐火物を存在させて熱歪みを緩和させる方法における
問題の解決策の一つとしては、バーナ先端の粉体噴出孔
径を大きくし、単一の粉体噴出孔から微粒及び粗粒を吐
出させることが考えられるが、これでは粉体搬送ガス流
速が低下することにより粉体孔詰りや材料の脈動現象が
起きる。そこで、この粉体搬送ガス流速を速くすると、
粉体供給機内の圧力上昇を招くうえに、火炎中の搬送ガ
ス量が過剰となり、火炎を逆に冷却させるため粉体の溶
融性、付着性の低下を招くことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、新規なものに限らず、従来の溶射装置を用
いても、粗粒と微粒との混合耐火材料を単一の粉体噴出
孔から吐出しても、安定した吐出性と、溶射時の微粒の
溶損性を損なわず粗粒を溶射成形体中に均一となる分散
性を付与し、付着性、耐熱衝撃性、耐食性に優れた成形
体を形成する火炎溶射材を得ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、粉末耐火物を
用いた火炎を熱源とする溶射材であって、粒径０．２〜
０．８５ｍｍで成分純度９０％以上のアルミナ質原料或
いはマグネシア質原料の粗粒を１０〜３０重量％と、残
部は０．２ｍｍ未満の微粒により構成し、微粒は前者が
アルミナ質原料を５０〜８０重量％とマグネシア質原料
を１０〜３０重量％含有し、後者はマグネシア質原料１
０〜５０重量％とカルシア−シリカ質原料２０〜４０重
量％含有する。

【０００８】火炎を形成する燃料は、溶射材を火炎通過
中に溶融させるために、燃焼時は高熱を発する必要があ
り、発熱量は、５０００Ｋｃａｌ／ｍ³以上であること
が望ましい。具体的には、プロパン，重油，ＬＰＧ，Ｌ
ＮＧ，プロピレン，アセチレン，エチレン，灯油，ブタ
ン，コークス等であって、酸素等の支燃ガスがバーナ付
近で適度に混合された状態にして吹き出される。

【０００９】耐火材料の粗粒の粒径は、溶射成形体形成
時に、０．２ｍｍ未満の微粒の溶融凝固した緻密組織中
に、表面部のみが溶融した半溶融状態で存在させるため
には０．２〜０．８５ｍｍとする必要がある。つまり、
粗粒表面部分を溶融させて半溶融状態にし、粗粒溶融部
内にもマイクロクラックを発生させ、マトリックス部と
粗粒部の間に発生させるマイクロクラックを微細にする
ことで、マトリックス部と粗粒間の結合を高めるととも
に、耐スポーリング性の向上を図るものである。

【００１０】粗粒の最大粒径が０．８５ｍｍを越えると
粗粒の有する慣性力により、溶射成形体形成時に溶融状
態の溶射成形体への付着性が悪くなり好ましくない。

【００１１】また、０．２ｍｍ未満では溶射時の火炎通
過途中で溶融状態となり、成形体中に高融点の未溶融部
分を有するいわゆる半溶融粒子を存在させることによっ
て得られる、成形体の耐スポーリング性、耐食性等の品
質改善効果が少ない。

【００１２】粗粒を構成する耐火物の主成分の純度は９
０％以上であるのが望ましい。９０％未満であると溶射
火炎中にて溶融し、緻密かつ均一な溶射成形体と同一化
し、粗粒の溶融部分に存在する組織中へのマイクロクラ
ックの発生促進に寄与せず、成形体中の熱歪み緩和能が
不十分となる。同時に、耐火物粉末中のシリカ、酸化鉄
成分などの影響により高気孔率になることから耐食性、
溶射施工体強度の低下の原因となるため好ましくない。

【００１３】また、粗粒は、火炎溶射材中に３０重量％
を超えて使用すると、粗粒のリバウンドが多くなり、粗
粒の付着性にも劣ると同時に粗粒過多により溶融すべき
微粒も火炎通過時或いは溶射成形体形成時に粗粒に熱を
奪われて、微粒自体の溶融性付着性にも劣る。溶射成形
体組織も半溶融粒子が過多となり、マトリックス部が過
剰の未溶融部分で分断され、成形体組織が高気孔率とな
り劣化する。逆に、添加量が１０重量％に満たない場合
には、溶融凝固した成形体組織内に混在する未溶融粒子
の量が少なくなり、成形体の品質改善効果が少ない。

【００１４】本発明のアルミナ−マグネシア質の溶射材
は、粗粒のアルミナ質原料と、微粒のアルミナ質原料及
びマグネシア質原料によって構成される。粗粒のアルミ
ナ質原料は耐スポーリング性、耐食性バランスを取るた
めに他の微粒との膨張差を小さくし、マイクロクラック
の微細化を図るため１０〜３０重量％使用し、取鍋羽口
周り、鋼浴部、湯当り部等比較的熱的変化の大きい部位
での補修に好適に用いられる。この場合、アルミナ質原
料としては電融，焼結，仮焼アルミナ等のＡｌ₂Ｏ₃の純
度が９０％以上のものであれば特に問題はない。９０％
未満になるとＡｌ₂Ｏ₃成分以外のＳｉＯ₂等の不純成分
により溶射成形体中の高気孔率化の原因となる。

【００１５】この際、マグネシア質原料のＭｇＯはＡｌ
₂Ｏ₃と溶射中に反応させアルミナスピネルを生成させる
ことを目的とするため、反応性が高まる様に原料粒度は
０．２ｍｍ未満の微粒とする必要があり、アルミナ質原
料との反応性に合わせ１０〜３０重量％使用される。こ
のマグネシア質原料の過剰使用は溶融性の低下を招くた
め、溶融性を確保しつつ、アルミナスピネルを多く生成
させること、純度の低下により他の不純成分による組織
の高気孔率化を防ぐため等の点から、純度は７０％以上
ある方が良く、原料としては焼結、電融、天然、海水マ
グ等であれば特に問題ない。

【００１６】以上のことから、本発明をアルミナ−マグ
ネシア質に適用した場合には、粒径０．２ｍｍ以上のマ
グネシア質原料を使用すると、微粒アルミナ質原料との
反応性が低下するため非常に好ましくない。即ち、アル
ミナ質原料として、粗粒の他、微粒を使用することは、
溶融性の確保とＭｇＯとの反応の２つを目的を達成でき
る。

【００１７】従って、適正な溶融性の確保の点から、
０．２ｍｍ未満の微粒アルミナ質原料を５０〜８０重量
％で使用する。この０．２ｍｍ未満の微粒アルミナ質原
料を８０重量％より多くすると溶融量が多く成形体の形
成が困難となり、５０重量％未満では逆に材料の溶融性
に最も寄与するＡｌ₂Ｏ₃成分が不足し、材料全体として
も溶融不足になり、溶射成形体と被対象物との溶融結合
が得られず、接着性が劣る上に粗粒のリバウンドも増
え、粗粒の添加効果も期待できなくなる。

【００１８】また、本発明は、マグネシア−カルシア質
の溶射材にも好適に適用できる。マグネシア−カルシア
質溶射材は、塩基性かつ耐火度の高いマグネシア質原料
としてマグネシア粗粒とマグネシア微粒、そしてカルシ
ア−シリカ質原料によって構成され、マグネシア質原料
とカルシア−シリカ質原料を合わせることで、耐食性、
耐火度の向上を同時に達成できる。用途としてはスラグ
が母材表面に付着するケースが殆どである最も耐スラグ
溶損性を必要とする箇所に充てられる。

【００１９】この場合、粗粒としてマグネシア質原料を
使用し、溶射成形体に粗粒の原形を残存させ、粗粒表面
部のみ溶融させた半溶融体とするため粒径を０．２〜
０．８５ｍｍとし、溶融性、付着性、組織のポーラス化
を考慮し、その配合量は１０〜３０重量％が良く、高品
質化が狙える。

【００２０】０．２ｍｍ未満の微粒マグネシア質原料
は、１０〜５０重量％が適量である。微粒のマグネシア
質原料は、その量が少なすぎると耐食性が大きく劣るこ
と、又、多すぎると逆に溶融性に劣り、成形体の高耐火
度化による収縮亀裂の発生の原因となる。マグネシア質
原料としては、アルミナ−マグネシア質材料と同様に焼
結，電融，天然，海水マグ等が使用できるが、そのＭｇ
Ｏの純度としては耐食性を確保するため９０％以上が必
要である。

【００２１】カルシア−シリカ質原料は溶射時の溶融助
剤として使用されるもので、母材又は母材に付着したス
ラグと接着性を向上させるためスラグ成分と類似したも
のを使用する。ＣａＯ成分としては７０重量％以下、Ｃ
ａＯ／ＳｉＯ₂成分比は５以下であれば良い。原料とし
ては例えば転炉スラグ，ＳＵＳスラグ，高炉スラグ，セ
メント原料などがある。ＣａＯ／ＳｉＯ₂成分比が５よ
り大きくなると原料全体の耐火度が高くなるため溶融性
を助長出来なくなる。使用量が２０重量％未満では溶射
材全体の溶融性が不足し、４０重量％より多くなると逆
に過溶融となり、溶射体の耐火度が低下すると共に、Ｓ
ｉＯ₂成分が増すことから耐スポーリング性、耐食性に
劣ることになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、溶
射材としてアルミナ−マグネシア質とマグネシア−カル
シアに本発明を適用した実施例に基づいて説明する。

【００２３】表１は、原料として使用したアルミナ質原
料及びマグネシア質原料の純度、粒径を示す。

【００２４】

【表１】 その他原料としてはマグネシア−カルシア原料としては
ドロマイト原料を、カルシア−シリカ原料としては転炉
スラグを用いた。

【００２５】０．８５〜０．２ｍｍの粗粒の使用につい
ては、０．２ｍｍ未満の微粒と予め混合し溶射を行う方
法で、又、１．５〜０．２ｍｍの粗粒の使用については
０．２ｍｍ未満の微粒とは別のノズルから吐出し、微粒
によって形成された成形体内に打ち込む溶射方法で行っ
た。

【００２６】表２及び表３に本発明及び比較例の溶射成
形体品質値を示す。

【００２７】熱源として、本例においてはプロパン−酸
素の火炎を使用し、条件としてはプロパン１５Ｎｍ³／
ｈ、酸素量は溶射バーナから３００ｍｍ離れた基盤に対
して溶射したものの付着性、耐食性、耐スポーリング性
について以下の方法により調べたものである。

【００２８】付着率：溶射時に供試母材に付着した割合
（重量％）。

【００２９】付着率（％）＝供試母材に付着した重量
（ｇ）／粉体供給量（％）×１００耐食性：スラグ溶射
方式による。

【００３０】溶射成形体に、１７００℃×３分間の条件
にてスラグを吹付。侵食された容積を比較例１をベース
に指数表示。指数が大きいほど耐食性に劣る。

【００３１】耐スポーリング性：溶射成形体作製後、所
定の温度まで空冷し、１７００℃の火炎にて急加熱する
ことを繰返し行い、成形体が１０重量％剥落する迄の回
数によって測定した。

【００３２】本発明の実施例によると、粗粒として０．
８５〜０．２ｍｍの粒径を使用することにより、従来の
粗粒原料添加溶射成形体が有している、成形体組織中の
熱歪に起因する成形体破壊の緩和能及び高耐食性を維持
しつつ、火炎溶射材中の粗粒原料の付着性向上と共に、
溶射材全体の付着性も向上する。

【００３３】比較例においては、溶射法として０．８５
ｍｍ以下の粒子については実施例と同様に組粒と微粒を
予め混合して吹き付ける方法で行い、１．５〜０．２ｍ
ｍ適用品については別のノズルから組粒を吹き付ける方
法で行った。

【００３４】表２は、アルミナ粗粒を使用した、アルミ
ナ−マグネシア質の溶射材の実施例１〜４及び比較例１
〜６である。

【００３５】

【表２】 表２において、比較例１は、付着性は良好であるが粗粒
添加品と比較して耐食性、耐スポーリング性に劣る。

【００３６】又、比較例２，３は実施例と比較してアル
ミナ粗粒の添加量過多及び、溶融性に寄与する０．２ｍ
ｍ未満の微粒アルミナ質原料の添加量の不足により耐食
性は向上するが付着性に劣る。

【００３７】比較例４〜６はアルミナ粗粒径が過大なこ
と、粗粒別添加により均一に粗粒が分布しないことから
実施例と比較して付着性、耐スポーリング性に劣り、耐
食性も格別な向上が得られない。

【００３８】表３は、マグネシア粗粒を使用した、マグ
ネシア−カルシア質の溶射材の実施例５〜８及び比較例
７〜１２を示す。

【００３９】

【表３】 表３において、比較例７は粗粒無添加での場合であっ
て、実施例と比較して耐食性に劣り、比較例８は、粗粒
過剰添加による溶融性の低下、粗粒のリバウンドの増加
を招くため付着性に劣る。

【００４０】又、比較例９，１０はスラグの過剰添加に
より、溶射施工体自体の耐火度が低下し、組織もシリカ
等の不純物の影響で高気孔率化し耐食性、耐スポーリン
グ性が大幅に劣化する。

【００４１】比較例１１，１２は粗粒径が過大なこと、
成形体中の粗粒分布が不均一になることから付着性、耐
スポーリング性に劣り、耐食性も粗粒添加による向上効
果が得られない。

【００４２】

【発明の効果】本発明の火炎溶射材料は以下の効果を奏
する。

【００４３】（１）格別従来の溶射条件を変更すること
なく、溶射成形体形成時の粗粒原料を均一に分散させ、
粗粒の表面部が溶融状態になることで微粒との結合力を
高めて付着性を上げつつ、耐熱衝撃性（耐スポーリング
性）、耐食性に優れた溶射成形体が得られる。

【００４４】（２）火炎溶射によるライニングの強固な
補修効果を上げることができ、工業窯炉の稼働率の向上
及び補修コストの低減効果が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 不定形事業部内 (72)発明者 笠原 始 兵庫県姫路市広畑区富士町１番地 新日 本製鐵株式会社 広畑製鐵所内 (72)発明者 福谷 富士夫 兵庫県姫路市広畑区富士町１番地 新日 本製鐵株式会社 広畑製鐵所内 (56)参考文献 特開 平10−287478（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/66

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末耐火物を用いた火炎を熱源とする溶
   射材であって、粒径が０．２〜０．８５ｍｍの粗粒を１
   ０〜３０重量％と、粒径が０．２ｍｍ未満の微粒である
   アルミナ質原料を５０〜８０重量％とマグネシア質原料
   を１０〜３０重量％含有し、前記粗粒がＡｌ₂Ｏ₃純度９
   ０％以上のアルミナ質原料である粗粒を含有した火炎溶
   射材。
2. 【請求項２】 粉末耐火物を用いた火炎を熱源とする溶
   射材であって、粒径が０．２〜０．８５ｍｍの粗粒を１
   ０〜３０重量％と、粒径が０．２ｍｍ未満の微粒である
   マグネシア質原料を１０〜５０と、カルシア−シリカ質
   原料を２０〜４０重量％を含有し、前記粗粒がＭｇＯ純
   度９０％以上のマグネシア質原料である粗粒を含有した
   火炎溶射材。