JP3982647B2

JP3982647B2 - 火炎溶射材

Info

Publication number: JP3982647B2
Application number: JP23098897A
Authority: JP
Inventors: 始笠原; 富士夫福谷; 角一村上; 寛明久保
Original assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: JPH1171183A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着性および耐食性に優れた塩基性質の火炎溶射材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転炉、溶解炉、ＡＯＤ炉、取鍋、タンデッシュ、真空脱ガス炉などの工業窯炉の内張り損傷部を火炎溶射法で補修することが行われている。この補修方法は、耐火物微粉末を高速・高温の火炎中に通し、溶融または半溶融状態にして損傷部分に溶射するものである。この火炎溶射法によると、緻密かつ高強度の補修体組織が形成され、優れた補修効果が得られる。
【０００３】
従来、この火炎溶射に使用される溶射材として、ＭｇＯ−ＣａＯ系の塩基性質が提案されている。例えば特開昭６３−１０７８７３号公報には、石灰質クリンカー、マグネシアクリンカー及びスラグを配合した材質が、特開昭６３−１０７８７２号公報には、特定量のＦｅ₂Ｏ₃を含有した石灰質クリンカー及びマグネシアクリンカー（必要によりスラグを添加）を配合した材質が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
塩基性質の溶射材は火炎溶射材の中でも耐食性が特に優れており、従来材質の主流となっている。しかし、その反面、塩基性質原料の融点が高いことから接着性（被補修面に対する接着強度）に劣る欠点がある。そこで、従来は低融点物質であるスラグの配合によって、接着性の向上を図っている。
【０００５】
接着性の面でスラグの配合は不可欠である。前記したように、特定量のＦｅ₂Ｏ₃を含有した石灰質クリンカーを使用することも提案されているが、スラグと組み合わせて使用しない限り、接着性は十分なものではない。しかし、スラグの配合は同時に溶射材の耐食性の低下を招くことから、十分な接着性を得るだけの量を添加することはできない。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑み、接着性と耐食性に優れた塩基性質溶射材を提供することを目的として成されたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
請求項１の発明に係る溶射材は、Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ 成分を含む焼結カルシア−マグネシアクリンカーを５〜４０ｗｔ％、焼結マグネシアクリンカー及び／又は電融マグネシアを３０〜７０ｗｔ％、スラグを１０〜５０ｗｔ％、の割合で配合しており、前記Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ を含む焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、化学成分で、ＣａＯ：３５〜８０ｗｔ％、ＭｇＯ：１８〜６３ｗｔ％、Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ ：２〜７ｗｔ％、を含んでいると共に、前記ＣａＯとＭｇＯとの合量が９３ｗｔ％以上になっている。
請求項２の発明では、Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ 成分を含む焼結カルシア−マグネシアクリンカーを５〜４０ｗｔ％、焼結マグネシアクリンカー及び／又は電融マグネシアを３０〜７０ｗｔ％、スラグを１０〜５０ｗｔ％、他の耐火原料としてのクロム鉱又はアルミナ又はシリカ又はアルミナ−シリカ又はジルコン又はジルコニア又はスピネル又は炭素又は炭化物又は窒化物又は酸化リチウム又はチタニア又はシリコンを３０ｗｔ％以下、の割合で配合しており、前記焼結カルシア−マグネシアクリンカーは請求項１と同じ組成になっている。
【０００８】
本発明によれば、従来材質に比べて接着性及び耐食性に優れた塩基性質溶射材を得ることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、本発明で使用する焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、Ｆｅ₂Ｏ₃成分を２〜７ｗｔ％を含んでいるが、Ｆｅ₂Ｏ₃を含むことで、溶射材に同時に配合された溶剤としてのスラグとのなじみが良くなって、溶射材の接着性が向上すると考えれらる。
【０００９】
クリンカーに特定量のＦｅ₂Ｏ₃成分を含ませることによって接着性の向上を図る点は、前記特開昭６３−１０７８７２号公報に示された石灰質クリンカーと同じ考え方である。しかし、石灰質クリンカーの場合、その主成分であるＣａＯがＦｅ₂Ｏ₃と反応し、ＣａＯ・Ｆｅ₂Ｏ₃、２ＣａＯ・Ｆｅ₂Ｏ₃あるいはＣａＯ・２Ｆｅ₂Ｏ₃などの低融点物質を生成し、骨材自身の耐食性の低下をもたらし、そのために溶射材の耐食性が大幅に低下する。
【００１０】
これに対し本発明で使用する焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、成分中にＣａＯに比べて融点の高いＭｇＯを１８〜６３ｗｔ％含むことで、Ｆｅ₂Ｏ₃に起因した低融点物質の生成が抑制される。その結果、耐食性を低下させることなく、Ｆｅ₂Ｏ₃を含むことによる接着性の向上を図ることができる。
ところで、通常の焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、ＭｇＯの熱膨張係数が大きいことで、スポーリングによるハクリ損傷を生じる問題がある。溶射材の施工体は緻密質であることから、熱膨張によるスポーリングは顕著である。これに対して本発明で使用する焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、Ｆｅ₂Ｏ₃成分による熱衝撃緩衝作用によって、耐スポーリング性の低下を防止する効果もある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、化学成分で、ＣａＯ：３５〜８０ｗｔ％、ＭｇＯ：１８〜６３ｗｔ％、Ｆｅ₂Ｏ₃：２〜７ｗｔ％、を含んでおり、かつ、前記ＣａＯとＭｇＯの合量が９３ｗｔ％以上であり、更に、この焼結カルシア−マグネシアクリンカーを溶射材中に５〜４０ｗｔ％含んでいる。
本発明で使用する前記焼結カルシア−マグネシアクリンカーの化学成分の割合は溶射材の特性に影響する。すなわち、ＣａＯが３５ｗｔ％未満またはＭｇＯが６３ｗｔ％を超えた場合は溶射材の耐スラグ浸透性および耐スポーリング性に劣る。ＭｇＯが１８ｗｔ％未満またはＣａＯが８０ｗｔ％を超えた場合は耐食性および耐消化性に劣る。前記のＣａＯとＭｇＯの合量が９３ｗｔ％未満では耐食性に劣る。
【００１２】
また、本発明で使用する前記焼結カルシア−マグネシアクリンカーの化学成分において、Ｆｅ₂Ｏ₃の割合が２ｗｔ％未満では接着性に劣り、７ｗｔ％を超えると耐食性に劣る。Ｆｅ₂Ｏ₃ の範囲は、２〜７ｗｔ％である。
焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、合成品と天然品がある。合成品は海水等から得た水酸化マグネシウムに消石灰を加えて製造されるが、本発明で使用する焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、Ｆｅ₂Ｏ₃成分の添加でＦｅ₂Ｏ₃が２〜７ｗｔ％の範囲になるように調整する。天然品の製造はドロマイト鉱を焼結して製造されるが、本発明で使用するものはこれにＦｅ₂Ｏ₃成分を添加し、Ｆｅ₂Ｏ₃が２〜７ｗｔ％の範囲になるように調整する。焼結温度は合成品、天然品ともに約１７００〜２０００℃が好ましい。
【００１３】
前記の焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、付着性および耐食性の効果を持つが、これのみでは耐食性が不十分である。本発明では、耐食性付与のために、焼結マグネシアクリンカー及び／又は電融マグネシアを組み合わせる。焼結マグネシアクリンカーあるいは電融マグネシアは、ＭｇＯ純度が高いことが好ましいが、高純度品は価格が高いので、ＭｇＯ純度が８５ｗｔ％以上のものの中から経済性などを考慮して使用する。
【００１４】
スラグの種類は転炉スラグ、高炉スラグ、電気炉スラグ、脱硫スラグなどがあり、これらの中から選択使用する。化学成分的にはＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃などを主成分とする。溶射材に占める割合は、１０ｗｔ％未満では付着性に劣り、５０ｗｔ％を超えると耐食性が低下する。
前記した焼結カルシア−マグネシアクリンカーと焼結マグネシアクリンカー及び／又は電融マグネシアとスラグとに加えて、他の耐火原料を３０ｗｔ％以下の範囲で配合してもよい。その具体例は、クロム鉱、アルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ、ジルコン、ジルコニア、スピネル、炭素、炭化物、窒化物、酸化リチウム、チタニア、シリコンである。
【００１５】
溶融助剤として、スラグ以外にもオリビン、ワラストナイトなどを組合せ使用してもよい。しかし、スラグとの合量において１０〜５０ｗｔ％の範囲を超えないことが必要である。以上の各配合物の粒径は、従来の溶射材と同様、ノズルからの噴出性、火炎による溶融性などを考慮して１ｍｍ以下、好ましくは平均５０〜１５０μｍとする。
溶射方法は従来どおり、プロパンガス、アセチレン、水素、灯油などを燃料とする溶射機を用いて行う。本発明の火炎溶射材は、例えば転炉、溶解炉、ＡＯＤ炉、取鍋、タンデッシュ、真空脱ガス炉、混銑車、電気炉、焼却炉、誘導炉、加熱炉などの工業窯炉の内張り形成、内張りに対する被覆又は補修の他、耐火物品の形成、被覆、補修などにも使用できる。
【００１６】
【実施例】
表１は、実施例および比較例で使用した各配合物の化学成分を示すものである。表２は、実施例および比較例の溶射材の配合組成とその試験結果である。図１は、表２に示す実施例１の配合組成の溶射材をベースとし、配合組成中の焼結カルシア−マグネシアクリンカーのＦｅ₂Ｏ₃成分のみを変化させ、焼結カルシア−マグネシアクリンカー中のＦｅ₂Ｏ₃成分と溶射材の接着性との関係を示したグラフである。
【００１７】
溶射にはいずれもプロパン−酸素の火炎溶射装置を使用した。火炎温度は最高温度部位で約２５００℃であった。溶射材は平均粒径８８〜９０μｍに調整し、３Ｋｇ／ｍｉｎの速度で火炎中に供給した。被溶射面は、表面温度を約１２００℃に加熱したＭｇＯ−Ｃ質レンガの垂直壁とした。表２に示す試験は、溶射体を溶射面に付着した状態で切り出し、以下に示す方法で行った。
【００１８】
接着性；１２００℃の電気炉内で溶射面と溶射材とのせん断強度を求めた。
耐食性；溶射体を回転侵食して溶損寸法を求めた。侵食剤は鋼片と転炉スラグを重量比１：１で組合せたものとした。
耐スポーリング性；溶射体を電気炉中で１５００℃×２０ｍｉｎ加熱後、強制的に空冷し、亀裂発生の状況を目視により観察した。
【００１９】
実機試験；ＭｇＯ−Ｃ質レンガで内張りした１００ｔ転炉を火炎溶射で補修し、その後の耐用チャージ数を求めた。その際、溶射材の火炎中への供給速度は、３５〜４５Ｋｇ／ｍｉｎとした。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
図１のグラフから、焼結カルシア−マグネシアクリンカー中のＦｅ₂Ｏ₃が接着性の向上に効果があることが確認できる。また、表２に示す試験結果のとおり、本発明実施例は接着性、耐食性および耐スポーリング性を兼ね備え、実機試験においては優れた補修効果が得られた。
これに対し、Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量が本発明の限定範囲より少ない合成焼結マグネシア−カルシアクリンカーを配合した比較例１と、Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量が本発明の限定範囲より少ない天然焼結マグネシア−カルシアクリンカーを配合した比較例２は、接着性及び耐スポーリング性に劣る。Ｆｅ₂Ｏ₃添加の焼結カルシアクリンカーを配合した比較例３、スラグの割合が多過ぎる比較例４、Ｆｅ₂Ｏ₃添加の合成焼結マグネシア−カルシアクリンカーの割合が多過ぎる比較例５は、いずれも耐食性に劣る。
また、Ｆｅ₂Ｏ₃添加の天然焼結マグネシア−カルシアクリンカーの割合が少ない比較例６は、接着性に劣る。Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量が本発明の限定範囲より多い天然焼結マグネシア−カルシアクリンカーを配合した比較例７は、接着性には優れるが、耐食性に劣る。
【００２３】
【発明の効果】
以上の実施例の試験結果が示すように、本発明によると、接着性、耐食性及び耐スポーリング性を兼ね備えた溶射材を得ることができる。その結果、例えば各種溶融金属用窯炉の補修材として本発明の溶射材を使用すれば、炉の耐用性の向上による補修工数および補修材の低減、さらには炉の稼動率向上などの効果を得ることができ、きわめて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼結カルシア−マグネシアクリンカー中に占めるＦｅ₂Ｏ₃成分の割合と溶射材の接着性との関係を示したグラフである。

Claims

Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ 成分を含む焼結カルシア−マグネシアクリンカーを５〜４０ｗｔ％、焼結マグネシアクリンカー及び／又は電融マグネシアを３０〜７０ｗｔ％、スラグを１０〜５０ｗｔ％、の割合で配合しており、
前記Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ を含む焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、化学成分で、ＣａＯ：３５〜８０ｗｔ％、ＭｇＯ：１８〜６３ｗｔ％、Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ ：２〜７ｗｔ％、を含んでいると共に、前記ＣａＯとＭｇＯとの合量が９３ｗｔ％以上である、
火炎溶射材。
Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ 成分を含む焼結カルシア−マグネシアクリンカーを５〜４０ｗｔ％、焼結マグネシアクリンカー及び／又は電融マグネシアを３０〜７０ｗｔ％、スラグを１０〜５０ｗｔ％、他の耐火原料としてのクロム鉱又はアルミナ又はシリカ又はアルミナ−シリカ又はジルコン又はジルコニア又はスピネル又は炭素又は炭化物又は窒化物又は酸化リチウム又はチタニア又はシリコンを３０ｗｔ％以下、の割合で配合しており、
前記Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ 成分を含む焼結カルシア−マグネシアクリンカーは、化学成分で、ＣａＯ：３５〜８０ｗｔ％、ＭｇＯ：１８〜６３ｗｔ％、Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ ：２〜７ｗｔ％、を含んでいると共に、前記ＣａＯとＭｇＯとの合量が９３ｗｔ％以上である、
火炎溶射材。