JP5379074B2

JP5379074B2 - 耐食性と耐損耗性に優れた電極式電気ボイラ

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Publication number: JP5379074B2
Application number: JP2010120384A
Authority: JP
Inventors: 亘漆原; 潤一郎衣笠
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: JP2011247467A

Description

本発明は、電極を用いた電極式電気ボイラを構成する鋼材に関する。

発電所ならびに一般の工場には、プラントの起動、停止時のタービン軸封部のシール用、設備の加熱用及び保温用あるいは建物内の暖房用として、加熱蒸気を供給する補助ボイラが設けられている。近年、重油使用量の低減および運転保守改善の観点より、従来の重油ボイラに代わり、電気ボイラが使用されるようになってきている。

電気ボイラには大別して２種類あって、ひとつは、特許文献１や特許文献２に示されるように、複数本の蛇行した主にステンレス製の蒸発管によって作用媒体を過熱して蒸気にする“チューブ式”と呼ばれる種類である。そして、もうひとつは、特許文献３や特許文献４に示されるように、缶体内の水（缶水）をノズルヘッダにポンプを介して送って、ノズルから電極に向かってジェット水流を噴射することにより、かかるジェット水流が通電器になって水が加熱昇温されて蒸気を発生させる、いわゆる“電極式”と呼ばれる種類である。

本発明が対象とする電極式電気ボイラの構造を図１に断面で示す。図１において、電極式電気ボイラは、ノズルヘッダ２に多数のノズル３を装着し、ノズルヘッダ２の外周部に対面した上側の電極５、下側の対向電極６、循環ポンプ１０、導水管（送水管）１１、給水口１２、液面計１３、給電部１４、蒸気排出口１５等を、缶体１に装着して構成されている。その為、次のようにして蒸気を発生させることができる。

すなわち、循環ポンプ１０によって缶体１内の水（缶水）７を吸い込み、その吐出し側に接続された導水管１１を経て、矢印８の通り、ノズルヘッダ２へ送る。なお、前記缶水７は、予め給水口１２から缶体１内に供給されるが、その際、液面計１３で監視しながら所定水位まで供給される。

ノズルヘッダ２へ送られてきた缶水は、ノズル３の対面に設置された上側の電極５に噴射されて、ジェット水流４を形成しながら、この上側の電極５に衝突し、衝突後の水流は下側の対向電極６に流下する水流９となって、缶体１の下部に戻る。

この際、上側の電極５には、外部（缶体１外）からの高電圧が給電部１４を経由して印加されている。その為、電極５とノズルヘッダ２とが、ジェット水流４でつながり、ジェット水流４にも高電圧が印加される。この結果、ジェット水流４の内部に、水の電気抵抗によるジュール熱が発生して、水を加温させ、蒸気を発生させることができる。そして、発生した蒸気は、排出口１５に接続されている管路（図示されていない）を経て他所（蒸気使用箇所側）へ送られる。

一方、蒸気にならなかった缶水は、上側の電極５の下部で再度整流され、前記水流９となって、その下方に設置されている対向電極６に接触する。そして、上側の電極５から下側の対向電極間６への下降流９でも、高電圧が印加されるので、蒸気が発生する。従って、ここにおいても蒸気を発生させることができるから、この電極式電気ボイラによると、効率よく蒸気を発生させることができる。

電極式電気ボイラでは、このように二段階に蒸気を発生させることができるが、かかる蒸気の発生量は、インバータで制御された循環ポンプ１０により、ジェット水流４の本数（循環水量）を変化させて無段階で制御される。

このような構成からなる電極式電気ボイラ内の各部材には、成形性や加工性あるいはコスト低減などから、通常は、通常のボイラと同じく、炭素鋼が用いられており、また、通電部材（ノズル３、上側の電極５、下側の対向電極間６）も、導電性の面からも炭素鋼を用いている。

電極式電気ボイラ内の缶水には、導電剤を付与して、この導電性を担保させるが、ボイラ内の各部材の耐食性向上のために、炭素鋼が腐食しにくいアルカリ領域に制御している。耐食性の面からは、さらに、導入缶水には、重金属イオン等の不純物制御や、機械脱気による溶存酸素濃度の極微量制御が行われている。

高電圧が印加されないような重油ボイラ等では、上記対策により、ボイラ内の各部材の耐食性が保持される。ただ、電気ボイラでは、高電圧を印加させるために、前記重油ボイラでは見られない、損耗の問題が生じる。そこで、特許文献５に示される蒸気輸送管路へのミストセパレータの設置や、特許文献６に示されるノズル部の磨耗低減対策、あるいは特許文献７、特許文献８などに示される電極板の腐食を防ぐ改良が従来から行なわれてきた。しかしながら、電極式電気ボイラ内の各部材、特に、通電部材の損耗防止には、これらの対策では未だ不十分である。

このため、ノズルや電極の損耗によって、缶水中の浮遊Ｆｅ化合物量が増加してスパークの原因となったり、ノズルの損耗やノズル出口への浮遊物の堆積により水流や電流が不安定となったりすることが起こりえる。その結果、缶水の廃液量が増大したり、または缶水をリサイクル使用時は負荷が増大したり、ノズルや電極の交換頻度が増大したりすることが課題となっている。

このように、電極式電気ボイラでは、機械的あるいは構造的な対策では、これら部材の耐食性と損耗の問題解決に限界があるため、使用材料面（使用材料側）からの改善も求められている。

これに対して、他のチューブ式などのボイラにおいては、これら耐食性と部材の損耗の問題を解決する場合には、例えば特許文献９や特許文献１０に示されるように、通常の環境では炭素鋼より高耐食性の、ステンレス鋼が用いられることもある。

特開２００４−９２９８９号公報特開平６−３００２０２号公報特開昭６１−２１１６０２号公報特開平３−２０７９０１号公報特開２００２−３１７９０１号公報特開２００２−３１７９０２号公報特開昭６２−２９９６５２号公報特開昭６２−２９９６５３号公報特開平４ー６０３０１号公報特開平１ー２８５７０１号公報

ただ、電極式電気ボイラに、ステンレス鋼を用いると、返って、孔食状に損耗が発生するために、交換頻度が増大するという特殊な問題がある。また、ステンレス鋼以外の材料として、水中での耐食性が一般的に高い、アルミニウム合金やチタン合金でも、高電気抵抗皮膜を形成するため、電極式電気ボイラ用としては不適である。同様に、塗装等の防食皮膜を、鋼上に施すことも、高電気抵抗化のために不可である。また、不溶性材料も、導電性が低下したり、加工性が低下したりするために不適である。

このように、電極式電気ボイラでは、ノズルや電極などの部材の導電性を低下させずに、これら部材の耐食性と損耗の問題を解決するという、難しい課題があり、これまで、この課題解決のための使用材料側、特に炭素鋼材側からの有効な提案は、これまであまりされてない。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、ノズルや電極などの部材の導電性を低下させずに、これら部材の耐食性と損耗の問題を解決した電極式電気ボイラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の耐食性と耐損耗性に優れた電極式電気ボイラの要旨は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．６％、Ｓｉ：０．５％以下（但し０％を含む）、Ｍｎ：０．３〜１．２％、Ｃｒ：０．１〜６．０％、Ｎｉ：０．０２〜１．０％を各々含み、かつ、ＣｒとＮｉとの含有量の比Ｃｒ／Ｎｉが６以上３０以下であり、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材によって構成される通電部材を備えていることである。

本発明者は、電極式電気ボイラにおける損耗現象、特に、通電による溶出損耗につき、改めて、その発生メカニズムを探求した。この結果、電極式電気ボイラでは高電圧を印加するため、表面に強固な不働態皮膜を形成するようなステンレス鋼では、絶縁体であるこの不働態皮膜が電気抵抗になり、この不働態皮膜の絶縁破壊が生じることを知見した。このような不働態皮膜の破壊と、破壊された部位での不働態皮膜の再形成とが、断続的に生じると、通電による溶出損耗が却って孔食状に進む。この結果、電極式電気ボイラでは、電極、対向電極およびノズルなどの通電部材に、耐食性の良い、ステンレス鋼を使用すると、却って局部的な損耗が早く、炭素鋼などの不働態皮膜が不安定な部材よりも寿命が短くなるという、特殊で特異な現象があることを知見した。これは、アノード極性時に安定な皮膜を形成する、アルミニウム合金やチタン合金のような材料でも同様に生じる。

以上のことから、本発明者は、電極式電気ボイラに適する材料は、表面に薄い生成物皮膜や不働態皮膜を形成して溶出反応を低減することにより、部材全体の損耗を抑制する一方で、前記皮膜の絶縁破壊が生じた際に、絶縁破壊位置での再不働態化能が低い（不働態皮膜の再形成能が低い）材料であることを知見して本発明をなした。

このような材料とは、本発明で規定する、低含有量のＣｒとＮｉ量とを互いにバランスさせた低炭素あるいは中炭素鋼である。このような組成および成分量バランスの炭素鋼は、通常のボイラ材料としては、耐食性の点で、これまではむしろ好ましくないとされていた炭素鋼であり、そんな炭素鋼が、電極式電気ボイラとしての耐食性と耐損耗性向上には、逆に最適であることを本発明者らは知見した。

本発明によれば、このような炭素鋼材によって構成される通電部材を備えていることによって、電極式電気ボイラとしての耐食性と耐損耗性を向上させることができる。すなわち、従来の電極式電気ボイラの機械的あるいは構造的な変更、あるいは操業上の変更などを全く加えることなく、また、従来のステンレス鋼やアルミニウム合金あるいはチタン合金材料のように、材料コストや成形および加工コストを増加させることなく、耐食性と耐損耗性を向上させることができる。

本発明電極式電気ボイラの構成を示す断面図である。実施例の損耗試験における治具と試験片形状を示す斜視図である。実施例の損耗試験装置の概要を示す説明図である。

電極式電気ボイラ構造
本発明の電極式電気ボイラ構造は、前段で説明した図１の通りであり、ノズルヘッダ２に多数のノズル３を装着し、ノズルヘッダ２の外周部に対面した上側の電極５、下側の対向電極６、循環ポンプ１０、導水管（送水管）１１、給水口１２、液面計１３、給電部１４、蒸気排出口１５、上部パネル１６等を、缶体１に装着して構成されている。なお、この図１において、その他の装置類として、１７は補助ヒータ、１８は安全バルブ、１９はマンホールなどである。

このような電極式電気ボイラ構成における蒸気の発生機構も、前段で説明した通りである。すなわち、缶体１内の水（缶水）７は、循環ポンプ１０によって、導水管１１を経て、矢印８の通りノズルヘッダ２へ送られる。ノズルヘッダ２へ送られた缶水は、ノズル３より、対面に設置された上側の電極５に噴射されて、ジェット水流４を形成しながら、この上側の電極５に衝突する。この衝突後の水流は下側の対向電極６に流下する水流９となって、缶体１の下部に戻る。

この際、上側の電極５には高電圧が給電部１４を経由して印加され、電極５とノズルヘッダ２とがジェット水流４でつながっているため、ジェット水流４にも高電圧が印加される。この結果、このジェット水流４の内部に、水の電気抵抗によるジュール熱が発生して、水を加温させ、蒸気を発生させる。そして、発生した蒸気は、排出口１５に接続されている管路を経て他所（蒸気使用箇所側）へ送られる。一方、蒸気にならなかった缶水は、上側の電極５の下部で再度整流され、前記水流９となって、その下方に設置されている対向電極６に接触する。そして、この下降流９にも高電圧が印加されるので、水が加温されて蒸気が発生する。従って、この電極式電気ボイラによれば、二段階で効率よく蒸気を発生させることができる。

このような電極式電気ボイラに適する鋼材料は、前記した通り、表面に薄い生成物皮膜や不働態皮膜を形成して溶出反応を低減することにより、部材全体の損耗を抑制する一方で、前記皮膜の絶縁破壊が生じた際に、絶縁破壊位置での再不働態化能が低い（不働態皮膜の再形成能が低い）材料である。

通電部材での溶出反応
電極式電気ボイラにおいて、印加される電圧の大部分はジュール熱発生に用いられる。ただし、通電部材であるノズル３、上側の電極５、下側の対向電極間６などの極近傍では二重電荷層の電荷交換が行われ、さらに、通電部材表面では、アノード極性時に以下の溶出反応が生じていると推定される。
溶出反応 Fe＋2e- ⇒ Fe^２+
水素発生反応 2H_２O＋2e- ⇒2OH^-＋H_２↑

通電部材の損耗現象
上記溶出反応により生じた鉄イオンは、缶水中の鉄イオン量の増大に繋がり、一部は水酸化物イオンと結合して水酸化鉄となる。また、カソード極性時には、酸素発生反応が生じており、缶水中の溶存酸素増大に繋がり、鉄イオンと結合して酸化鉄となる。それら生成物は、静水下であれば、ノズル３や電極５、６の表面に形成して、耐食性を獲得できるが、水流下では容易に表面から脱離し、缶水中を浮遊したり、ノズル出口に流水形状に吸着したりするため、水流や電流が不安定となり、スパークの原因となることもある。

素材鋼材
したがって、このような電極式ボイラに適する素材鋼材は、前記溶出反応を低減するために、表面に薄い生成物皮膜や不働態皮膜を形成することにより、ノズル３や電極５、６などの部材全体の損耗を抑制できる機能を有することが求められる。但し、これら絶縁体である皮膜が大きな電気抵抗になって、皮膜の絶縁破壊が大きく生じ、皮膜の絶縁破壊と、破壊された部位での皮膜の再形成とが、断続的に生じ、通電による、ノズル３や電極５、６などの部材の溶出損耗が、却って孔食状に進まないようにする必要がある。このために、生成する生成物皮膜や不働態皮膜が、ステンレス鋼のような強固な不働態皮膜ではなく、絶縁破壊位置での再生能や再不働態化能が低い鋼材であることが好ましい。すなわち、表面に薄い生成物皮膜や不働態皮膜を形成する機能と、この皮膜の再生能や再不働態化能が低い機能とを合わせて有する鋼材が好ましい。

このような素材鋼材は、上記効果から、図１に示した電極式電気ボイラを構成する部材のうち、ボイラの使用条件の厳しさや要求される性能（効果）の大きさや範囲に応じて、少なくとも通電部材に適用される。それも好ましくは、上側の電極５、対向電極６およびノズル３のうちの１種以上の通電部材に適用される。これらの通電部材では、電極式電気ボイラを構成する部材のうちでも、導電性を低下させずに、部材の耐食性と耐損耗性を向上させる必要性が大きい。また、これら通電部材の中でも、高電圧が印加されないアース側部材である対向電極６およびノズル３に対して、高電圧が印加される電極５への適用を必須とすることが好ましい。勿論、これらの通電部材だけではなく、缶体１、ノズルヘッダ２、循環ポンプ１０、導水管１１、給水口１２、給電部１４、蒸気排出口１５等の電極部材ではない、ボイラ部材にも適用されて良い。

素材鋼材組成
以上説明した機能を有するための、素材鋼材の化学成分組成の限定理由について、以下に説明する。本発明で用いる鋼材の化学成分組成は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．６％、Ｓｉ：０．５％以下（但し０％を含む）、Ｍｎ：０．３〜１．２％、Ｃｒ：０．１〜６．０％、Ｎｉ：０．０２〜１．０％を各々含み、かつ、ＣｒとＮｉとの含有量の比Ｃｒ／Ｎｉが６以上３０以下であり、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる限定された鋼組成とする。なお、元素含有量の単位は全て質量％だが、単に％と表記する場合もある。

電極式電気ボイラを構成する鋼材のうち、少なくとも通電部材（好ましくは、上側の電極５、対向電極６およびノズル３のうちの１種以上の通電部材）を構成する鋼材を、このような限定された鋼組成とすることによって、鋼部材全体の損耗を抑制できる機能と、再生や再不働態化能が低い機能とを合わせて有することができる。すなわち、鋼部材に、表面に薄い生成物皮膜や不働態皮膜を形成することにより、部材全体の損耗を抑制できる機能と、一旦絶縁破壊された場合に、この絶縁破壊位置での再生や再不働態化能が低い機能を合わせて有することができる。この結果、電極式電気ボイラの前記通電部材の導電性を低下させずに、耐食性と耐損耗性を向上させることが可能である。

すなわち、電極式電気ボイラの機械的あるいは構造的な変更、あるいは操業上の変更などを全く加えることなく（操業への影響無く）、各部材の長寿命化が図れる。また、このような低合金量の鋼材であれば、導電性は軟鋼などと遜色がなく、前記通電部材などの導電性を低下させることがなく、材料コストも比較的低く抑えられる。また、ボイラ部材への成形性や加工性も優れている。

ここで、本発明で用いる鋼材は、耐食性や耐損耗性を向上させるために、前記組成に加えて、選択的な添加元素として、更に、Ｍｏ：０．６％以下（但し０％を含まない）、Ｃｕ：０．５％以下（但し０％を含まない）の１種または２種を含有させても良い。これら以外の元素は全て不可避的不純物であり、通常のこの種炭素鋼材の不純物含有量 (許容量) レベルとする。

以下に、本発明で用いる素材鋼材の各元素の含有量と、その限定理由（意義）について、個別に説明する。

Ｃ：０．０５〜０．６％
Ｃは強度向上に寄与する元素であり、ボイラ材料としての十分な強度を確保するには０．０５％以上、好ましくは０．１０％以上以上含有させる。しかし、Ｃ量が多過ぎると、ボイラ材料としての、部材への成形、加工性あるいは部材としての靭性を劣化させるので、０．６％以下、好ましくは０．４％以下、より好ましくは０．２２％以下に抑える。したがって、Ｃ含有量は０．０５〜０．６％、好ましくは０．１０〜０．４％、より好ましくは０．１０〜０．２２％の範囲とする。

Ｓｉ：０．５％以下（但し０％を含む）
Ｓｉは溶製中の鋼の脱酸元素であるとともに、固溶強化による強度向上元素として作用するため、その含有が許容される。しかし、Ｓｉ含有量が多過ぎると粗大介在物が形成して、部材への成形、加工性あるいは部材としての靭性を劣化させる。したがって、Ｓｉ含有量は０．５％以下（但し０％を含む）、好ましくは０．４％以下（但し０％を含む）の範囲とする。

Ｍｎ：０．３〜１．２％
Ｍｎは焼入れ性を高めると共に強度向上に寄与する元素であり、十分な強度と焼入れ性を確保するには０．３％以上、好ましくは０．７％以上含有させる。ただし、Ｍｎ含有量が多すぎると、靭性や耐孔食性を劣化させるので、１．２％以下、好ましくは１．０％以下とする。したがって、Ｍｎ含有量は０．３〜１．２％、好ましくは０．７〜１．０％の範囲とする。

Ｃｒ：０．１〜６．０％
Ｃｒは、鋼材の焼入れ性を高めると共に、靭性、耐食性を向上させる有効な元素であり、それらの作用は０．１％以上含有させることによって、有効に発揮される。Ｃｒは、特に不働態皮膜形成能を高める働きがあり、アルカリ環境下での鋼の不働態化電位域を拡大し、不働態電流を低減できるため、通電のない部材では、Ｃｒ含有量が多いほど不働態皮膜を安定化させ、耐食性を高めることができる。ボイラ材の場合も、Ｃｒの含有により、全体の損耗を抑制することが可能である。しかし、反対に、Ｃｒ含有量が過剰になると、不働態皮膜の形成能が高すぎて、通電による絶縁破壊部にて孔食状に損耗が成長するため、Ｃｒ含有量は６．０％以下、好ましくは２．０％以下、より好ましくは１．５％以下とする。したがって、Ｃｒ含有量は０．１〜６．０％の範囲とし、好ましくは０．１〜２．０％の範囲、より好ましくは０．１〜１．５％の範囲とする。

Ｎｉ：０．０２〜１．０％
Ｎｉは耐食性向上元素として有用な元素であり、アノード反応により生成する酸化鉄・水酸化鉄に濃化して生成皮膜を安定化することから耐食性を向上できる。また、不働態皮膜形成能を高める働きもある。それらの作用を有効に発揮させるに０．０２％以上、好ましくは０．０５％以上含有させる。しかしながら、ボイラ内のような水流下では、流れ誘起腐食が生じて、酸化鉄・水酸化鉄は表面から脱離しやすいため、Ｎｉの生成皮膜安定化効果のみでは損耗を防ぐことが困難である。さらには、Ｎｉ含有量が過剰になると、孔食が激しくなるため、Ｎｉ含有量は１．０％以下、好ましくは０．５％以下とする。したがって、Ｍｏ含有量は０．０２〜１．０％、好ましくは０．０５〜０．５％の範囲とする。

ＣｒとＮｉとの含有量の比Ｃｒ／Ｎｉが６以上３０以下
本発明では、さらに、不働態皮膜形成能や生成皮膜の安定化と、孔食抑制とを両立させるために、ＣｒとＮｉとの含有量の比Ｃｒ／Ｎｉを６以上３０以下、好ましくは７〜２０とする。この比が小さすぎると、ＣｒとＮｉとの含有量ともに多い場合は孔食が発生しやすく、逆に、ともに少ない場合は不働態皮膜形成能が不十分となる。一方、この比が大きすぎると、必然的に、Ｃｒ含有量に対して、Ｎｉ含有量が少なくなって、生成皮膜の安定化を却って損なう。したがって、ＣｒとＮｉとの含有量の比Ｃｒ／Ｎｉは６以上３０以下、好ましくは、６以上２０以下の範囲とする。なお、ボイラ材料としては、従来から、炭素鋼やステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）が用いられるが、いずれも、Ｎｉを添加しないか、あるいは前記Ｃｒ／Ｎｉが共通して５以下である。

Ｍｏ：０．６％以下
Ｍｏは、Ｃｒと同じく不働態皮膜を形成させる働きがあり、通電のない部材ではＭｏ含有量が多いほど不働態皮膜を安定化させ、耐食性を高めることができる。また、全体の損耗を抑制する機能もある。更に、鋼材の焼入れ性を確保して強度、靭性を向上させる効果もある。これらのＭｏの作用を有効に発揮させるためには０．１％以上含有させる。しかし、Ｍｏ含有量が過剰になると、通電による絶縁破壊部にて孔食状に損耗が成長する。またＭｏの添加はコストアップにもなることから、選択的にＭｏを含有させる場合には、Ｍｏ含有量は０．６％以下（但し０％を含まない）の範囲とする。

Ｃｕ：０．５％以下
Ｃｕは鋼中のＳとの反応物であるＣｕＳ生成物の形成作用や、鉄酸化物の非晶質化を促進する作用があり、耐食性を高め、損耗を抑制する機能がある。これらのＣｕの作用を有効に発揮させるためには０．０１％以上含有させる。しかし、Ｃｕ含有量が過剰になると、コストアップとなるので、選択的にＣｕを含有させる場合には、Ｃｕ０．５％以下（但し０％を含まない）、好ましくは０．２％以下（但し０％を含まない）の範囲とする。

その他、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ａｌなどは、製鋼段階で不可避的に混入する不純物元素であって、これらの総量で０．０１〜０．１％程度含まれる。

素材鋼材の製法
このような素材鋼材は、上記組成を満足してさえいれば、前記図１に示した電極式電気ボイラの適用部材形状や、この部材形状への成形、加工方法の選択などに応じて、常法で製造される冷延鋼板や熱延鋼板あるいは鋼鍛造材などから適宜選択して使用できる。

以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。

素材鋼材として、表１に記載の組成の各冷延鋼板を用いて、損耗試験を実施し、耐損耗性や耐食性を評価した。この結果を表２に各々示す。

なお、表１に記載の組成の各冷延鋼板は、共通して、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ａｌなどの不可避的不純物元素を、通常のこの種冷延鋼板のレベルである、これらの総量で０．０３〜０．０５％の範囲で含んでいた。

損耗試験に用いた試験片（サンプル）は、ノズル３側（相当）の試験片として50mm×20mm×1.2mmt、電極６側（相当）の試験片として、60mm×50mm×1.2mmtの形状に、前記各冷延鋼板を切断加工し、ノズル３側試験片の中央部に4mm 径の穴を設けた。そして、それぞれの試験片の表面をエメリー紙にて＃600まで研磨した。

損耗試験は電極式電気ボイラを模擬して次の要領で実施した。まず、図２に示す、アクリルセルにノズル側試験片をセットし、電極側試験片を１０ｍｍの距離を離してノズル側試験片の中央穴と正対させる位置にセットした。アクリルセルの裏面には過剰な水溶液を出す穴がノズル側試験片の中央穴よりも６０ｍｍ高い位置に設けてあり、ノズル側のセルに、リン酸塩の添加でｐＨ１０〜１１に調整した水溶液を連続注入すると、裏面の穴とノズル側試験片の穴の高低差で発生する圧力により、一定の流量にてノズル側試験片の中央穴から水溶液が流出し、電極側試験片に当たって落下する。水溶液はポンプにて循環して使用した。ノズル側試験片、電極側試験片間に、５０Ｈｚサイン波にて交流１００Ｖを印加し、２４ｈｒ保持した。図３に、この損耗試験の模式図を示す。なお、各損耗試験でのノズル側試験片と電極側試験片とは同じ材料とした。

耐損耗性は、試験前後の（１）ノズル側試験片の穴面積増加量（穴面積増加割合：％）、（２）電極側試験片の重量減量（溶出重量割合：％）及び（３）電極側試験片の最大損耗深さ（μｍ）の３種類にて評価した。このうち、（１）、（２）が両試験片の全体の耐損耗性の評価であり、（３）が局部的な孔食状損耗評価である。そして、（１）が１．５０％以下で、（２）が０．２０％以下で、（３）が３０μｍ以下の場合に、電極式電気ボイラへ適用するための耐損耗性や耐食性の評価を良好（合格）とした。表２に各例毎の評価結果を記載する。

表１、２に示す通り、鋼組成や各元素量が本発明範囲内で、各々適量で適切なバランスとされている発明例５、８、１１、１２、１５、１６は、ノズル側の穴面積の増大量が小さく、電極側試験片の溶出重量や最大損耗深さも小さく、電極式電気ボイラの通電部材、特に高電圧が印加される電極５などの部材へ適用できる。そして、高電圧が印加されないアース側部材である対向電極６やノズル３にも、もちろん適用できる。

これに対して、いずれかの元素量が本発明範囲外か、各元素量が本発明範囲内であっても、ＣｒとＮｉとの含有量の比Ｃｒ／Ｎｉが適切なバランス範囲から外れる比較例は、耐損耗性や耐食性が、発明例に比して劣っており、電極式電気ボイラの通電部材、特に高電圧が印加される電極５などの部材へ適用できない。また、高電圧が印加されないアース側部材である対向電極６やノズル３にも適用は難しい。

例えば、Ｃｒ量が多すぎるＮｏ．３、７、１０の比較例は、電極側試験片の最大損耗深さが大きい。この反対に、Ｃｒ量が少なすぎる、Ｎｏ．１、２、６の比較例は、ノズル側の穴面積の増大量が大きい。

また、Ｎｉ量が多すぎるＮｏ．３、７、１４の比較例は、Ｃｒ量も多い場合、電極側試験片の最大損耗深さが大きい。また、Ｃｒ量が少ない場合でも、電極側試験片の最大損耗深さは大きくなる傾向にあり、ノズル側の穴面積の増大量が大きい。この反対に、Ｎｉ量が少なすぎる、Ｎｏ．１、２、４、１０の比較例は、ノズル側の穴面積の増大量が大きく、総じて、電極の溶出重量も大きくなる傾向にある。

更に、ＣｒとＮｉとの含有量の比Ｃｒ／Ｎｉが大きすぎるＮｏ．９、１０の比較例は、ノズル側試験片の穴面積の増大量が大きい。この反対に、Ｃｒ／Ｎｉが小さすぎる、Ｎｏ．３、６、７、１３、１４の比較例は、Ｃｒ量が多い場合は電極側試験片の最大損耗深さが大きい。また、Ｃｒ量が少ない場合、ノズル側試験片の穴面積の増大量が大きい。

したがって、以上の実施例の結果から、本発明の鋼成分組成の、ノズルや電極などの部材の導電性を低下させずに、これら部材の耐食性と耐損耗性を得るための臨界的な意義乃至効果が裏付けられる。

本発明によれば、ノズルや電極などの部材の導電性を低下させずに、これら部材の耐食性と耐損耗性を向上させた電極式電気ボイラを提供できる。このため、発電所ならびに一般の工場向けの電極式電気ボイラとして、好適に用いることができる。

１：缶体、２：ノズルヘッダー、３：ノズル、４：ジェット水流、５：上側の電極、６：下側の対抗電極、７、８、９：缶水、１０：循環ポンプ、１１：導水管、１２：給水口、１３：液面計、１４：給電部、１５：蒸気排出口、１６：上部パネル

Claims

質量％で、Ｃ：０．０５〜０．６％、Ｓｉ：０．５％以下（但し０％を含む）、Ｍｎ：０．３〜１．２％、Ｃｒ：０．１〜６．０％、Ｎｉ：０．０２〜１．０％を各々含み、かつ、ＣｒとＮｉとの含有量の比Ｃｒ／Ｎｉが６以上３０以下であり、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材によって構成される通電部材を備えたことを特徴とする耐食性と耐損耗性に優れた電極式電気ボイラ。
前記鋼材が、更に、Ｍｏ：０．６％以下（但し０％を含まない）、Ｃｕ：０．５％以下（但し０％を含まない）の１種または２種を含有する請求項１に記載の耐食性と耐損耗性に優れた電極式電気ボイラ。
前記通電部材が電極、対向電極およびノズルのうちの１種以上である請求項１または２に記載の耐食性と耐損耗性に優れた電極式電気ボイラ。