JP3174179B2 - 溶射材 - 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
などの珪石れんがを用いた炉壁の溶射補修などに使用す
る溶射材（溶射補修材）に関し、詳しくは、熱間で酸素
気流中に噴射し、金属シリコンの燃焼熱により耐火性粉
体を溶融させるようにした溶射材に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】加熱
炉、均熱炉、コークス炉などの窯炉や、タンディッシ
ュ、取鍋などの溶融金属容器などにおいては、使用中
に、その不定形耐火内張り材やれんが壁に局部的損傷が
発生することがある。

【０００３】そして、このような局部的損傷を補修する
方法として、近年、耐火性粉体を高温火炎で溶融し、こ
れを損傷部に噴射する溶射補修法が用いられるに至って
いる。そして、この溶射補修法は、熱間で補修を行うこ
とができるため、母材耐火物（耐火れんがなど）の劣化
が少なく、補修部もち密で強度が高く、かつ母材耐火物
との接着も良好であるという特徴を有している。

【０００４】そして、このような溶射補修法に用いられ
る溶射材としては、例えば、特開昭５６−５４２７６号
公報に開示された溶射材がある。この溶射材は、耐火物
微粉１００重量部に、炭素質固体燃料１０〜６０重量部
と、スラグ粉１〜５０重量部とを混合した材料であり、
酸素気流中に噴射し、炭素質固体燃料の燃焼火炎によっ
て溶射する方式の材料である。

【０００５】しかし、この溶射材においては、スラグ粉
が低融点物質であるため、付着率は高いが、溶射温度が
高くなるとスラグが発泡して溶射層の気孔率が高くな
り、溶射層の強度が低下するという問題点がある。

【０００６】また、特開昭４９−４６３６４号公報に
は、平均粒子径５０μm以下の金属または半金属の少な
くとも１種の固体粒子の燃焼火炎によって溶射する方法
を開示している。

【０００７】しかし、この方法においては、１０μm以
下の金属シリコンを１０重量％以上使用した溶射材を酸
素気流中に噴出して着火させると、爆発的に燃焼すると
ともに、逆火が発生しやすいため、作業者に危険を及ぼ
すという問題点がある。

【０００８】さらに、粒子径の範囲が１０μm〜７５μm
で、平均粒子径が５０μm以下の金属シリコンを２０重
量％以上使用した溶射材は、金属シリコン粉体の流動性
が悪いため、溶射材（粉体）の流動性が悪くなり、脈動
が発生しやすいという問題点がある。そして、溶射材の
供給に脈動が発生すると、溶射火炎が不安定になり、火
炎が極度に小さくなったり、大きくなったりして作業者
にとって危険であるばかりでなく、溶射層の物性が不均
一になり好ましくないという問題点がある。

【０００９】また、特開平４−１３３０８号公報には、
平均粒子径５０μm以下の発熱的酸化性材料（金属シリ
コン、金属アルミニウム）の粒子を不燃性耐火材料の粒
子と混合し、該混合物を一表面に噴射しつつ燃焼させて
その表面上で密着耐火性結集体を形成させる方法が開示
されている。この方法のように、金属シリコン、金属ア
ルミニウムを用いた場合、金属アルミニウムの添加量が
多くなると発熱量が大きくなり、溶射施工体の強度が大
きくなるとともに、接着性も向上するが、逆火が発生し
やすくなるという問題点がある。

【００１０】また、金属アルミニウムの添加量が少な
く、金属粉の合量が２０重量％以下の場合、発熱量が小
さくなるため、耐火性粉体に低融点物質を添加するか、
１０μm以下の耐火性微粉が１０重量％以上になるよう
な粒度構成にしなければ付着率が低下する。しかし、耐
火性粉体中の１０μm以下の微粉の割合が大きくなるに
つれて、粉じんの発生量が多くなり、作業環境を悪化さ
せるという問題点がある。

【００１１】さらに、シリカ質の耐火性粉体に珪石れん
がを作る場合と同様の焼成処理を施したものを用いなけ
れば、未溶融物が残存した場合に、結晶の転位（５７３
℃）に起因して線変化が大きくなり、溶射施工体の剥落
が増大して好ましくないという問題点がある。

【００１２】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、金属シリコンの添加量を多くしても流動性が低下
せず、定量的な供給が可能で、かつ、溶射施工体の強度
が大きく、接着性に優れ、特にコークス炉炭化室などの
珪石れんがを用いた炉壁の補修に好適な溶射材を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者等は、種々の実験検討を行い、下記の知見を
得た。

【００１４】すなわち、コークス炉炭化室などの珪石れ
んがを用いた炉壁を補修する場合、溶射施工体も珪石れ
んがに近い組成を有するもののほうが熱間線膨張率が珪
石れんがと同等になり、温度変化による剥離が少なくて
好ましい。

【００１５】また、完全溶融された溶射施工体では耐熱
スポール性が劣るが、未溶融の耐火物粒子を含む溶射施
工体とすることにより耐熱スポール性を向上させること
ができる。

【００１６】また、未溶融の耐火物粒子としては、珪石
れんがと同一の鉱物組成となるように焼成処理した耐火
物粒子のほうが、繰り返しの熱変化に対して熱間の線変
化が小さく、経時的な剥離損耗が少ない。

【００１７】さらに、固体燃料の燃焼火炎によって溶射
する方式の溶射材で溶射施工体を珪石れんがと同等の組
成とするためには、固体燃料に金属シリコンを用いるほ
うが、燃焼によってシリカが生成されるため有利であ
る。

【００１８】また、金属シリコン粉末は、粉体としての
流動性が悪く、多量に添加すると溶射材の粉体流動性を
低下させ、溶射材を定量的に供給することが困難になる
が、リン状黒鉛粉、疎水性シリカ微粉、ヒドロキシアパ
タイト粉、及びボロンナイトライド粉などの、粉体流動
性を向上させる粉体（流動促進剤）添加することによ
り、金属シリコン粉末を多量に含有する溶射材の流動性
を向上させることができる。

【００１９】発明者等は、このような知見に基づいて、
さらに、実験、検討を行い、この発明を完成した。

【００２０】すなわち、この発明の溶射材は、酸素気流
中に熱間供給し、金属シリコンの燃焼熱によって耐火性
粉体を溶融させる溶射材において、金属シリコン２０〜
４０重量％（但し、粒径１０μm以下のもの５〜１０重
量％、粒径１０〜２５０μmのもの１５〜３０重量％）
と、リン状黒鉛粉、疎水性シリカ微粉、ヒドロキシアパ
タイト粉、及びボロンナイトライド粉からなる群より選
ばれる少なくとも１種０．０１〜３．０重量％を含有
し、かつ、残部が、焼成処理された耐火性粉体（但し、
粒径１０μm以下の微粉の割合が該耐火性粉体の１０重
量％以下）であることを特徴とする。

【００２１】この発明の溶射材において、粒径が１０μ
m以下の金属シリコンは着火性と火炎の持続性に寄与
し、５重量％以上用いることが必要であるが、１０重量
％以上使用すると逆火や爆発的な燃焼が発生するという
安全上の問題点がある。したがって、粒径が１０μm以
下の金属シリコンの使用量は、５〜１０重量％の範囲に
あることが好ましい。

【００２２】また、高強度で、耐熱スポール性に優れた
溶射施工体を得るためには、完全に溶融された溶射施工
体に未溶融の耐火物粒子を含む複合体とすることが必要
である。このため、金属シリコンの添加量を２０重量％
以上とし、発熱量を大きくして耐火物粒子が強固に溶着
した溶射施工体とすることが好ましい。

【００２３】しかし、金属シリコンの添加量が４０重量
％を越えると耐火物の未溶融粒子が少なくなりすぎて、
耐熱スポール性が低下する。

【００２４】したがって、金属シリコンの添加量は２０
〜４０重量％の範囲にあることが好ましい。

【００２５】また、金属シリコン粉末は、粉体としての
流動性が極めて悪く、金属シリコンを２０重量％以上用
いた場合、流動性が悪くなり、溶射材の供給量に脈動が
発生しやすく、定量的な供給を行うことができなくなる
ことがあるため、流動促進剤として、リン状黒鉛粉、疎
水性シリカ微粉、ヒドロキシアパタイト粉、及びボロン
ナイトライド粉からなる群より選ばれる少なくとも１種
を０．０１〜３．０重量％（単独使用の場合、具体的に
は、リン状黒鉛粉０．５重量％以上、疎水性シリカ微粉
０．０１重量％以上、ヒドロキシアパタイト粉０．１重
量％以上、ボロンナイトライド粉０．１重量％以上）を
添加することが必要である。なお、これらの流動促進剤
を３重量％以上添加すると、溶射施工体内への流動促進
剤の残存の影響が大きくなるため好ましくない。ただ
し、残存の影響がない用途には、それ以上添加しても問
題はない。

【００２６】さらに、この発明の溶射材においては、耐
火性粉体として、熱処理を施した耐火性粉体を用いるこ
とが好ましい。これは、昇温時に結晶転位による膨張の
ため、亀裂が発生することを防止するためである。

【００２７】

【実施例】以下、この発明の実施例を比較例とともに示
してその特徴とするところをさらに詳しく説明する。

【００２８】金属シリコン、珪石焼成処理粉、珪石粉
（比較例の試料調製用）リン状黒鉛粉、ヒドロキシアパ
タイト粉、疎水性シリカ微粉、ボロンナイトライド粉
を、表１に示すような組成になるように配合して実施例
１〜４、及び比較例１〜３の溶射材を調製し、これを、
コークス炉の珪石れんがを用いた炉壁に溶射して、溶射
時の供給量の脈動の有無を調べるとともに、溶射施工体
の物性（気孔率、曲げ強さ、圧縮強さ）、及び６００℃
の壁面に溶射した場合における壁面への接着強さを測定
した。その結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１に示すように、流動促進剤を添加して
いない比較例１の溶射材の場合、溶射時に供給量の脈動
が認められ、溶射状態は不安定であった。その結果、比
較例１の溶射材を用いた溶射施工体は強度が低く、気孔
率も高くなっている。また、６００℃の壁面に溶射した
場合における接着強度が低く、剥離しやすい溶射層とな
っている。

【００３１】また、比較例２，３は、金属シリコンの使
用量が少ないため、強度が低く、気孔率も高くなってい
る。また、比較例１と同様、６００℃の壁面に溶射した
場合における接着強度が低く、剥離しやすい溶射層とな
っている。

【００３２】これに対して、実施例１〜４の溶射材は、
粉体の流動性を良くするために、リン状黒鉛粉、ヒドロ
キシアパタイト粉、疎水性シリカ微粉、ボロンナイトラ
イド粉などの流動促進剤を用いているので、金属シリコ
ンを２６重量％配合しているにもかかわらず、溶射時に
脈動の発生が全く認められなかった。

【００３３】また、実施例１〜４の溶射材は、溶射時に
供給量の脈動がなく、定量的に溶射剤の供給が行われ、
溶射状態が安定しているため、溶射施工体の物性（気孔
率、曲げ強さ、圧縮強さ）及び壁面への接着強さのいず
れについても比較例１〜３よりも優れている。

【００３４】なお、この発明の溶射材は、上記実施例に
限定されるものではなく、金属シリコンの含有量やその
粒度分布、流動促進剤の組合せや添加割合、耐火性粉体
の組成などに関して、この発明の要旨の範囲内におい
て、種々の変形、応用を加えることができる。

【００３５】

【発明の効果】上述のように、この発明の溶射材は、金
属シリコン２０〜４０重量％（但し、粒径１０μm以下
のもの５〜１０重量％、粒径１０〜２５０μmのもの１
５〜３０重量％）と、リン状黒鉛粉、疎水性シリカ微
粉、ヒドロキシアパタイト粉、ボロンナイトライド粉か
らなる群より選ばれる少なくとも１種０．０１〜３．０
重量％を含有するとともに、残部を、焼成処理された耐
火性粉体（但し、粒径１０μm以下の微粉の割合が該耐
火性粉体の１０重量％以下）としているので、流動性を
良好に保持して、脈動のない供給（溶射）を可能にする
ことができるとともに、溶射施工体の強度や接着性を向
上させることができる。

【００３６】なお、製鉄所のコークス炉には、築炉後相
当な年数が経過したものがあり、珪石れんがを用いた炭
化室の炉壁などは補修を必要としている。しかし、珪石
れんがを冷却すると熱変化により、亀裂が入り損傷が大
きくなることから、冷却することができない。したがっ
て、その補修には、熱間施工が可能な溶射補修法が有利
である。

【００３７】この発明の溶射材は、そのような用途（コ
ークス炉炭化室などの珪石れんがを用いた炉壁の補修）
に用いる溶射材として好適であり、この発明の溶射材を
用いることにより施工体の寿命を延すことが可能にな
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 秀雄 兵庫県赤穂市中広字東沖1576番地の２ 川崎炉材株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−36063（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−215768（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−70052（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−330931（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−102082（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/66 F27D 1/16 C23C 4/00 - 4/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素気流中に熱間供給し、金属シリコン
   の燃焼熱によって耐火性粉体を溶融させる溶射材におい
   て、 金属シリコン２０〜４０重量％（但し、粒径１０μm以
   下のもの５〜１０重量％、粒径１０〜２５０μmのもの
   １５〜３０重量％）と、リン状黒鉛粉、疎水性シリカ微
   粉、ヒドロキシアパタイト粉、及びボロンナイトライド
   粉からなる群より選ばれる少なくとも１種０．０１〜
   ３．０重量％を含有し、かつ、 残部が、焼成処理された耐火性粉体（但し、粒径１０μ
   m以下の微粉の割合が該耐火性粉体の１０重量％以下）
   であることを特徴とする溶射材。