JP4464752B2 - 付着防止方法 - Google Patents
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Description
本発明は、付着防止方法に関するものであり、特に石炭灰や溶融ガラスが金属表面に付着するのを防止する灰付着防止方法に関するものである。
表面に物質が付着するのを防止する方法としては、例えば、煉瓦等のコークス炉の炉壁にガラス層を形成して、炉壁に石炭灰等の灰が付着するのを防ぐ技術が特開平８−１２０２７６号公報（特許文献１）等に示されている。しかしながら、火力発電所等で用いるボイラ内に配置される蒸気管（ボイラ内蒸気管）のような金属材料の部材に石炭灰等の灰が付着するのを防止する技術については、従来より提案されていなかった。
特開平８−１２０２７６号公報
したがって、ボイラ内蒸気管等のような金属材料からなる部材に石炭灰が付着した場合には、蒸気管の伝熱性が低下するため、短期間で定期的に石炭灰を除去する清掃を行わなくてはならず、メンテナンスが面倒であった。また、清掃中は、ボイラの運転を停止しなければならなかった。
本発明の目的は、火力発電所等で用いるボイラ内蒸気管等のような金属材料からなる部材に石炭灰等の灰が付着するのを防止する付着防止方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、金属材料からなる部材に溶融ガラスが付着するのを防止する付着防止方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、ボイラ内蒸気管に石炭灰等の灰が付着するのを防止できるボイラを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、石炭灰や溶融ガラスが金属表面に付着するのを防止できるコーティング層を形成できる溶射用材料を提供することにある。
本発明は、付着防止方法を改良の対象とする。本発明では、金属からなる部材（以下、単に金属部材という）の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、金属部材に未燃炭素からなる灰が付着するのを防止する。また、Ｓｉの代わりにＡｌ：２〜９重量％を用いることもできる。また、Ｓｉの代わりにＳｉとＡｌとの混合物：４〜９重量％を用いることもできる。なお、ここでいう「金属」とは、単体の金属及び合金の両方を含んでいる。また、「残部が実質的にＮｉからなる」とは、不可避不純物等の物質を除いた残部がＮｉからなるという意味である。
また、上記組成のコーティング層を形成することにより、金属部材に溶融ガラスが付着するのを防止することができる。このような付着防止方法は、ガラス製造工程で用いる金型や金属製器具等への溶融ガラスの付着防止に適用することができる。
本発明のように、Ｎｉ−Ｃｒ基合金でコーティング層を形成すると、金属部材表面に灰または溶融ガラスが付着するのを有効に防止することができる。これは、Ｎｉ−Ｃｒ基合金により、金属部材表面の酸化を防ぐことができるため、金属部材表面に凹凸ができにくくなり、灰または溶融ガラスの付着防止を図ることができるものと考えられる。Ｍｏは、Ｎｉ−Ｃｒ基合金に固溶して、基合金を強化して、高温強度を増すとともに、不動態特性を改善し、耐食性を向上させる役割を果たす。Ｆｅは、Ｎｉ−Ｃｒ基合金の地を安定化させるとともに不動態特性の改善効果があり、耐食性を改善する役割を果たす。Ｗは、Ｍｏと同様の効果があり、局部的耐腐食性を向上させる役割を果たしている。
特に本発明では、Ｓｉ及びＡｌの少なくとも一つを所定量加えるため、金属部材の耐酸化性を効果的に高めることができる。ＳｉまたはＡｌの量が２重量％を下回ったり、ＳｉとＡｌとの混合物の量が４重量％を下回ると、十分な耐酸化性を得ることができない。Ｓｉ、Ａｌ及びＳｉとＡｌとの混合物の量がそれぞれ９重量％を上回るとコーティング層が脆弱化する。
本発明の付着防止方法は、種々の部材の付着防止に適用できる。例えば、火力発電所等で用いるボイラ内蒸気管からなる金属部材に、ボイラ内蒸気管を加熱するために石炭を燃焼して生じた石炭灰が付着するのを防止するのに用いることができる。本発明の付着防止方法では、コーティング層の伝熱性が比較的高いので、このようなボイラ内蒸気管からなる金属部材に用いた場合でも、コーティング層による伝熱性の低下を防ぐことができる。また、本発明の付着防止方法では、コーティング層の厚みを薄くしてもある程度の付着防止効果を得ることができるので、コーティング層の厚みを薄くできる。これによっても、コーティング層による伝熱性の低下を防ぐことができる。
コーティング層は、種々の方法で形成することができる。特に金属部材に溶射することによりコーティング層を形成すれば、短時間で簡単且つ確実にコーティング層を形成することができる。
コーティング層は、その表面を研磨して、平坦化するのが好ましい。このようにすれば、灰または溶融ガラスの付着を更に少なくできる。また、コーティング層の表面を研磨した後に、コーティング層の表面を加熱して、表面に酸化皮膜からなる保護層を形成すれば、この保護層によりコーティング層の腐食の進行を防ぐことができる。
本発明の付着防止方法を適用するボイラは、ボイラ内蒸気管を内部に配置し、ボイラ内蒸気管内に蒸気を発生させる。そして、ボイラ内蒸気管は、その表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金からなるコーティング層が形成されている。また、Ｓｉの代わりにＡｌ：２〜９重量％を用いる。また、Ｓｉの代わりにＳｉとＡｌとの混合物：４〜９重量％を用いる。
本発明の付着防止方法で用いるコーティング層の形成に用いる溶射用材料は、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金からなる。また、Ｓｉの代わりにＡｌ：２〜９重量％を用いる。また、Ｓｉの代わりにＳｉとＡｌとの混合物：４〜９重量％を用いる。溶射用材料は粉末でもよいし、線材でもよい。
本発明によれば、Ｎｉ−Ｃｒ基合金でコーティング層を形成するので、金属部材の表面に灰または溶融ガラスが付着するのを有効に防止することができる。そのため、ボイラ内蒸気管の付着防止に用いた場合には、石炭灰を除去する清掃回数を少なくでき、ボイラ等の運転停止の回数も少なくできる。また、灰の付着を防止できることにより、金属部材の伝熱効率を向上させることができる。特に本発明では、Ｓｉ及びＡｌの少なくとも一つを所定量加えるため、金属部材の耐酸化性を効果的に高めることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本例の付着防止方法を実施する火力発電所のボイラの概略を示している。ここで簡単にボイラの構造を説明する。図１に示すように、ボイラは、炉体１と燃焼用バーナ３と第１〜第３の過熱器５，７，９とを有している。炉体１は、上下方向に延びる第１及び第２の筒状体１１，１３と、第１及び第２の筒状体１１，１３を上方で連通した状態で連結して横方向に延びる連結体１５とを有している。燃焼用バーナ３は、第１の筒状体１１の下方に配置されており、石炭を燃料とする火炎を第１の筒状体１１内に放出している。
第１〜第３の過熱器５，７，９は、いずれも連結体１５内に配置されている。第１の過熱器５を例にして過熱器の構造を説明すると、図２に詳細に示すように、過熱器５は、複数のボイラ内蒸気管１７が組み合わされて構成されている。ボイラ内蒸気管１７は、耐熱鋳鋼やオーステナイト系ステンレス材の横断面が円形の管からなり、上下方向に延びる第１及び第２の管部１７ａ，１７ｂと、第１及び第２の管部１７ａ，１７ｂを連結して横方向に延びる連結管部１７ｃとを有している。
本ボイラでは、燃焼用バーナ３から火炎が放出されると、図１の矢印Ａに示すように、第１の筒状体１１から連結体１５及び第２の筒状体１３に熱が伝わるとともに、排気ガスが流れる。この熱により、過熱器５，７，９の各ボイラ内蒸気管１７内の水が蒸発し、蒸発した蒸気が図示しない発電タービンを回転して発電を行う。しかしながら、排気ガス中に含まれる微粉炭の燃えかすである石炭灰がボイラ内蒸気管１７の表面に付着すると、ボイラ内蒸気管１７への熱伝導性が低下する。そこで、本実施の形態の灰付着防止方法では、図２及び図３に示すように、溶射用材料（線材）を用いて溶射により金属部材を構成するボイラ内蒸気管１７の表面に５０〜３００μｍの厚みのコーティング層１９を形成する。溶射用材料としては、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金からなる溶射用材料、または、Ｓｉの代わりにＡｌ：２〜９重量％を用いた溶射用材料、または、Ｓｉの代わりにＳｉとＡｌとの混合物：４〜９重量％を用いた溶射用材料を用いる。次に、コーティング層１９の表面を研磨してから、コーティング層１９の表面を５００℃で１２０分間加熱して、表面に酸化皮膜からなる保護層を形成した。本例では、エメリー紙、グリーンカーボン、ジルコニア等の砥石を用いて表面粗さ調整を行った。また、最終的な表面粗さは十点平均粗さで１０〜３０μｍであった。
次に、本コーティング層の組成による灰付着除去の効果を確認する試験を行った。まず、下記の表１に示す組成の円筒材料（厚み２．３ｍｍ、外径３１．８ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）からなる金属部材をそれぞれ作った。そして、図４に示すように、円筒材料３１を内部を水冷できるプローブ３３に装着した。そして、これをバーナ３５、微粉炭供給器３７を備えた微粉炭燃焼炉３９内に配置して炉内の温度を１３００℃に調整して燃焼を行った。なお、微粉炭の燃焼を完結した条件で溶融灰を付着させるため、微粉炭供給器３７と円筒材料３１と間の距離Ｌは、十分な長さ（１３５０ｍｍ）となっている。なお、符号３３は水冷器であり、燃焼炉３９の内径Ｄは１２０ｍｍの寸法を有している。そして、燃焼後、１０分、２０分、３０分の石炭灰付着量を調べた。測定結果は表１に併せて示している。
表１より、本発明の組成に含まれる実施例１〜３の組成の円筒材料は、比較例１〜１０の組成の円筒材料に比べて石炭灰の付着量を少なくできるのが分かる。特に比較例１〜４の結果より、Ｓｉ及びＡｌの少なくとも一つの量が少ない場合には、付着量が多くなるのが分かる。
次に、図５に示すように、９００℃と９５０℃の各窒素雰囲気中において、上述の実施例１〜３及び比較例１〜８の組成からなる金属板５１の上に常温で直径２ｍｍの溶融ガラス５３を載せて、金属板材料５１と溶融ガラス５３との接触角を測定した。測定結果は表２に示している。
表２より、実施例１〜３の組成の金属板材料は、比較例１〜８の組成の金属板材料に比べて接触角が大きいのが分かる。即ち、実施例１〜３の組成の金属板材料は、比較例１〜８の組成の金属板材料に比べて溶融ガラスのぬれ性が低く、溶融ガラスが付着し難いのが分かる。
１ 炉体
３ 燃焼用バーナ
５，７，９ 第１〜第３の過熱器
１７ ボイラ内蒸気管
１９ コーティング層
３ 燃焼用バーナ
５，７，９ 第１〜第３の過熱器
１７ ボイラ内蒸気管
１９ コーティング層
Claims (16)
- 金属からなる部材の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、前記部材に未燃炭素からなる灰が付着するのを防止する付着防止方法。
- 金属からなる部材の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ａｌ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、前記部材に未燃炭素からなる灰が付着するのを防止する付着防止方法。
- 金属からなる部材の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、ＳｉとＡｌとの混合物：４〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、前記部材に未燃炭素からなる灰が付着するのを防止する付着防止方法。
- 前記部材がボイラ内蒸気管からなり、
前記灰が前記ボイラ内蒸気管を加熱するために石炭を燃焼して生じた石炭灰である請求項１〜３のいずれか一つに記載の付着防止方法。 - 金属からなる部材の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、前記部材に溶融ガラスが付着するのを防止する付着防止方法。
- 金属からなる部材の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ａｌ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、前記部材に溶融ガラスが付着するのを防止する付着防止方法。
- 金属からなる部材の表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、ＳｉとＡｌとの混合物：４〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金によりコーティング層を形成して、前記部材に溶融ガラスが付着するのを防止する付着防止方法。
- 前記コーティング層は、前記部材に溶射することにより形成する請求項１〜７のいずれか一つに記載の付着防止方法。
- 前記コーティング層を形成した後に前記コーティング層の表面を研磨して、前記コーティング層の表面を平坦化する請求項１〜８のいずれか一つに記載の付着防止方法。
- 前記コーティング層の表面を研磨した後に、前記コーティング層の前記表面を加熱して、前記表面に酸化皮膜からなる保護層を形成する請求項９に記載の付着防止方法。
- ボイラ内蒸気管を内部に配置し、前記ボイラ内蒸気管内に蒸気を発生させるボイラにおいて、
前記ボイラ内蒸気管は、その表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金からなるコーティング層が形成されていることを特徴とするボイラ。 - ボイラ内蒸気管を内部に配置し、前記ボイラ内蒸気管内に蒸気を発生させるボイラにおいて、
前記ボイラ内蒸気管は、その表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ａｌ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金からなるコーティング層が形成されていることを特徴とするボイラ。 - ボイラ内蒸気管を内部に配置し、前記ボイラ内蒸気管内に蒸気を発生させるボイラにおいて、
前記ボイラ内蒸気管は、その表面に、Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、ＳｉとＡｌとの混合物：４〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金からなるコーティング層が形成されていることを特徴とするボイラ。 - Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ｓｉ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金からなる溶射用材料。
- Ｃｒ：２１〜２５重量％、Ｍｏ：１２〜１４重量％、Ｆｅ：６重量％以下、Ｗ：１〜３重量％、Ａｌ：２〜９重量％を含有し、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ基合金からなる溶射用材料。
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