JP5473887B2

JP5473887B2 - スメルトスパウト及びその製造方法

Info

Publication number: JP5473887B2
Application number: JP2010286168A
Authority: JP
Inventors: 照正原田; 政彰本田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: JP2012130998A

Description

本発明は、例えば製紙工場におけるソーダ回収ボイラに用いられるスメルトスパウト及びその製造方法に関する。

製紙製造工程では、黒液と称される、主成分がＮａ_２ＳＯ_４の廃液が発生する。黒液は、ソーダ回収ボイラの中で燃焼させられ、燃焼後に残存する溶融物（スメルト）を排出し、ソーダ分を回収する。このとき、スメルトをソーダ回収ボイラの外部に排出するために用いるのが、スメルトスパウトと呼ばれる樋部材である。

ソーダ回収ボイラから排出されるスメルトは約８００℃以上であり、その主成分はＮａ_２Ｓである。このため、スメルトスパウトは、高温・高アルカリという極めて過酷な腐食環境に曝される。そこで、スメルトに曝される部分（内板の表面）に、耐熱性および耐食性に優れた材料からなる被覆層を設けたスメルトスパウトが知られている。

例えば、特許文献１には、炭素含有量が０．０６〜０．１３％、クロム含有量が２０〜２６％の被覆層を肉盛溶接で第１基体（内板）の表面に設けたスメルトスパウトが記載されている。また、スメルトスパウトの内部（第１基体と第２基体の間）に冷却水を流して、スメルトスパウトを冷却することも記載されている。

また、特許文献２には、内部に冷却水を流さなくても高温・高アルカリという腐食環境に耐えられるように、スメルトに直接曝される部分を耐熱耐食性Ｃｒ−Ｎｉ基合金で構成したスメルトスパウトが記載されている。具体的には、耐熱耐食性Ｃｒ−Ｎｉ基合金の鋳造品又は鍛造品で全体が構成されたスメルトスパウトや、耐熱耐食性Ｃｒ−Ｎｉ基合金からなる被覆層で表面が覆われたスメルトスパウトが開示されている。

特開２００３−２１１２８７号公報特開平３−２８７８９０号公報

特許文献１に記載のスメルトスパウトでは、肉盛溶接によって設けた被覆層（肉盛溶接層）に割れが発生し、被覆層が経年劣化することがある。被覆層で発生した割れは、母材である内板に進展するおそれがあり、スメルトスパウトの短寿命化につながる可能性がある。

肉盛溶接によって設けた被覆層（肉盛溶接層）で発生する割れは、製造時における肉盛溶接層の残留応力が一因であると考えられる。
従来のスメルトスパウトは、凹状に湾曲した内板に外板を取り付けてスメルトスパウトの基本構成を有する構造物を作製した後、この構造物の内板の表面に肉盛溶接で被覆層を形成するのが一般的であった。このため、肉盛溶接時に温度上昇した被覆層が常温に戻る際に収縮しようとするが、被覆層が表面に形成された内板は構造物に組み込まれていることから変形することができない（拘束されている）ため、大きな残留応力が被覆層内に発生する。この残留応力は、肉盛溶接後に焼鈍を行っても完全に除去することはできない。製造時におけるこの残留応力によって、被覆層の割れが発生するものと考えられる。
なお、肉盛溶接層（被覆層）の割れ発生の別の原因として、スメルトスパウトの使用時における熱応力も考えられる。すなわち、肉盛溶接によって形成した被覆層は、約８００℃という高温のスメルトと、冷却水によって冷却される内板との間に位置するため、スメルトスパウトの使用時において熱応力が被覆層内に発生し、この熱応力によって被覆層に割れが発生する。
実際には、製造時における肉盛溶接層の残留応力と、スメルトスパウトの使用時における肉盛溶接層の熱応力とが相まって、肉盛溶接層の割れが発生しているものと考えられる。

また、特許文献２に記載のスメルトスパウトでも、肉盛溶接によって被覆層を設ける場合には、被覆層の割れが発生するおそれがある。なお、耐熱耐食性Ｃｒ−Ｎｉ基合金は高価であり、鋳造や鍛造によってスメルトスパウト全体を耐熱耐食性Ｃｒ−Ｎｉ基合金で構成することは難しい。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、肉盛溶接層の割れ発生を抑制し、寿命を向上させたスメルトスパウト及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るスメルトスパウトの製造方法は、肉盛溶接層を表面に有する内板と外板との間に冷却水路が形成されたスメルトスパウトの製造方法であって、平板の表面に肉盛溶接層を形成する肉盛溶接工程と、前記肉盛溶接層が表面に形成された前記平板を焼鈍する焼鈍工程と、凹状に湾曲した内板が得られるように、焼鈍された前記平板に対して曲げ加工を行う曲げ加工工程と、前記内板との間に前記冷却水路が形成されるように、前記内板に前記外板を取り付ける外板取付工程とを備えることを特徴とする。

このスメルトスパウトの製造方法によれば、曲げ加工を行う前の平板の表面に肉盛溶接を行うようにしたので、肉盛溶接時に平板を拘束するものがなく、肉盛溶接層に生じる残留応力を減少可能である。また、多少の残留応力が肉盛溶接層に生じても、焼鈍によって残留応力が解放される。よって、製造時における肉盛溶接層の残留応力に起因する肉盛溶接層の割れ発生を抑制し、スメルトスパウトの寿命を向上させることができる。

上記スメルトスパウトの製造方法は、前記肉盛溶接層の溶接ビードの凸部を除去する凸部除去工程をさらに備えることが好ましい。

肉盛溶接層の割れ発生の直接の原因は、上述のとおり、製造時における肉盛溶接層の残留応力、および、スメルトスパウトの使用時における肉盛溶接層の熱応力であるが、溶接ビードの凸部への応力集中が肉盛溶接層の割れ発生に拍車をかけていると考えられる。
そこで、応力が集中しやすい肉盛溶接層の溶接ビードの凸部を除去することで、残留応力および熱応力によって肉盛溶接層の割れ発生が起きることを抑制できる。よって、スメルトスパウトの寿命をより一層向上させることができる。

この場合、前記凸部除去工程は、前記曲げ加工工程の前に行われ、前記平板の表面の前記肉盛溶接層の溶接ビードの凸部を除去するようにしてもよい。

このように、曲げ加工を行う前の平板の状態で凸部除去工程を行うことで、溶接ビードの凸部を機械加工（切削又は研削）によって容易に除去できる。

本発明に係るスメルトスパウトは、凹状に湾曲しており、肉盛溶接層を表面に有する内板と、前記内板との間に冷却水路が形成されるように、前記内板に取り付けられた外板とを備え、前記内板は、平板の表面に前記肉盛溶接層を形成した後、該平板を焼鈍し、曲げ加工を行うことで作製されていることを特徴とする。

このスメルトスパウトによれば、内板作製時に曲げ加工を行う前の平板の状態で肉盛溶接が行われるので、肉盛溶接時に平板を拘束するものがなく、肉盛溶接層に残留応力が生じにくい。また、多少の残留応力が肉盛溶接層に生じても、焼鈍によって残留応力が解放される。よって、製造時における肉盛溶接層の残留応力に起因する肉盛溶接層の割れ発生を抑制し、スメルトスパウトの寿命を向上させることができる。

上記スメルトスパウトにおいて、前記内板は、前記肉盛溶接層の溶接ビードの凸部が除去されていることが好ましい。

このように、応力が集中しやすい肉盛溶接層の溶接ビードの凸部を除去することで、残留応力および熱応力によって肉盛溶接層の割れ発生が起きることを抑制できる。よって、スメルトスパウトの寿命をより一層向上させることができる。

本発明によれば、曲げ加工を行う前の平板の表面に肉盛溶接を行うようにしたので、肉盛溶接時に平板を拘束するものがなく、肉盛溶接層に残留応力が生じにくい。また、多少の残留応力が肉盛溶接層に生じても、焼鈍によって残留応力が解放される。よって、製造時における肉盛溶接層の残留応力に起因する肉盛溶接層の割れ発生を抑制し、スメルトスパウトの寿命を向上させることができる。

スメルトスパウトの構成例を示す斜視図である。図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。表面に肉盛溶接層が形成された内板を作製する手順を示す図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

［第１実施形態］
図１は、スメルトスパウトの構成例を示す斜視図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図１及び２に示すように、スメルトスパウト１は、主として、凹状に湾曲した内板２及び外板４と、冷却水管６とで構成される。スメルトスパウト１は、ソーダ回収ボイラ（不図示）から排出されたスメルト（ソーダ分の溶融物）が流れる樋部材であり、内板２のスメルトに曝される表面は肉盛溶接層３で覆われている。

また、内板２と外板４との間の空間は、仕切部９によって仕切られて冷却水路８が形成されている。冷却水路８は、冷却水路６に設けられた連通穴（不図示）によって、冷却水管６と連通している。冷却水管６の両端は、それぞれ、冷却水入口１０と冷却水出口１２とを形成している。冷却水入口１０から供給された冷却水は、冷却水管６を介して冷却水路８に流入し、スメルトスパウト１を冷却した後、冷却水出口１２から排出されるようになっている。

肉盛溶接層３の材料は、耐熱性および耐食性を有し、肉盛溶接によって形成可能である限り特に限定されないが、例えば、１８Ｃｒ鋼や２５Ｃｒ鋼等の高クロム鋼を用いることができる。なお、肉盛溶接層３は、後述するように、溶接ビードの凸部が機械加工によって除去されている。

上記構成のスメルトスパウト１は、表面に肉盛溶接層３が形成された湾曲形状の内板２を作製し、この内板２に外板４及び冷却水管６を溶接で取り付けることで製造される。以下、内板２の作製手順について説明した後、この内板２を用いてスメルトスパウト１を製造するまでの過程について述べる。

図３は、表面に肉盛溶接層３が形成された内板２を作製する手順を示す図である。

まず、図３（ａ）に示すように、平板２０の表面に複数の溶接ビード２２によって肉盛溶接層３を形成する。
このとき、溶接ビード２２は、直前に形成した溶接ビード２２と一部が重なるように形成することが好ましい。例えば、図３（ａ）に示すように、左側から右側に向かって順番に溶接ビード２２を形成し、かつ、隣接する溶接ビード２２と一部が重なるように溶接を行ってもよい。あるいは、右側から左側に向かって順番に溶接ビード２２を形成し、かつ、隣接する溶接ビード２２と一部が重なるように溶接を行ってもよい。このように、直前に形成した溶接ビード２２と一部が重なるように溶接ビード２２を形成することで、溶接ビード２２の高さを揃えることができ、後述の機械加工によって除去すべき溶接ビード２２の凸部の量が減る。

このようにして形成した肉盛溶接層３は、肉盛溶接時に平板２０を拘束するものがないので、残留応力が生じにくい。とはいえ、肉盛溶接層３に全く残留応力が生じないわけではないから、肉盛溶接層３が表面に形成された平板２０を焼鈍する。これにより、肉盛溶接層３に生じている多少の残留応力が解放される。
なお、肉盛溶接層３を表面に有する平板２０の焼鈍は、肉盛溶接層３が１８Ｃｒ鋼又は２５Ｃｒ鋼である場合、例えば６７５℃で３０分の条件で行ってもよい。

この後、図３（ｂ）に示すように、平板２０上に形成された肉盛溶接層３の溶接ビード２２の凸部を機械加工（切削又は研削）によって除去する。このように、応力が集中しやすい肉盛溶接層３の溶接ビード２２の凸部を除去することで、肉盛溶接層３の割れ発生が起きることを抑制できる。また、曲げ加工を行う前の平板２０の状態で溶接ビード２２の凸部を除去することで、機械加工（切削又は研削）を容易に行える。
なお、溶接ビード２２の凸部を除去した後の肉盛溶接層３の厚さは、肉盛溶接層３の残留応力をより一層低減する観点から、所定値以下にすることが好ましい。ここでの所定値は、肉盛溶接層３の材質や内板２の形状等によっても異なるが、例えば３ｍｍ程度であってもよい。

次に、図３（ｃ）に示すように、溶接ビード２２の凸部が除去された肉盛溶接層３を表面に有する平板２０を曲げ加工によって湾曲させることで、内板２が得られる。

一方、内板２の作製と並行して、外板４、冷却水管６及びその他の付属品が準備される。
外板４は、内板２に沿って湾曲した板部材であり、曲げ加工によって平板を湾曲させることで得られる。冷却水管６は、曲げ加工によって管材を内板２及び外板４の外形に合わせて湾曲させ、該管材に対する穴開け加工によって、冷却水路８（図２参照）への連通穴を形成することで得られる。また、その他の付属品として、スメルトスパウト１をソーダ回収ボイラのスメルト排出口に取り付けるための支持金物を作製する。
最後に、内板２に外板４、冷却水管６及びその他の付属品を溶接によって取り付ける。これにより、図１及び２に示すスメルトスパウト１が得られる。

以上説明したように、本実施形態では、肉盛溶接層３を表面に有する内板２と外板４との間に冷却水路８が形成されたスメルトスパウト１を、主として、平板２０の表面に肉盛溶接層３を形成する肉盛溶接工程と、肉盛溶接層３が表面に形成された平板２０を焼鈍する焼鈍工程と、凹状に湾曲した内板２が得られるように、焼鈍された平板２０に対して曲げ加工を行う曲げ加工工程と、内板２との間に冷却水路８が形成されるように、内板２に外板４を取り付ける外板取付工程とによって製造する。

本実施形態によれば、曲げ加工を行う前の平板２０の表面に肉盛溶接を行うようにしたので、肉盛溶接時に平板２０を拘束するものがなく、肉盛溶接層３に残留応力が生じにくい。また、多少の残留応力が肉盛溶接層３に生じても、焼鈍によって残留応力が解放される。よって、製造時における肉盛溶接層３の残留応力に起因する肉盛溶接層３の割れ発生を抑制し、スメルトスパウト１の寿命を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

例えば、上述の実施形態では、平板２０上に形成された肉盛溶接層３の溶接ビード２２の凸部を機械加工によって除去する例について説明したが、曲げ加工を行う前の平板２０の表面に肉盛溶接を行うことで肉盛溶接層３の残留応力を低減して肉盛溶接層３の割れ発生を十分に抑制できる場合もあり、溶接ビード２２の凸部を除去することは必ずしも必要ではない。すなわち、溶接ビード２２の凸部を除去することなく、平板２０上に肉盛溶接層３を形成した後、そのまま平板２０の曲げ加工工程に移行してもよい。

１スメルトスパウト
２内板
３肉盛溶接層
４外板
６冷却水管
８冷却水路
９仕切部
１０冷却水入口
１２冷却水出口
２０平板
２２溶接ビード

Claims

肉盛溶接層を表面に有する内板と外板との間に冷却水路が形成されたスメルトスパウトの製造方法であって、
平板の表面に肉盛溶接層を形成する肉盛溶接工程と、
前記肉盛溶接層が表面に形成された前記平板を焼鈍する焼鈍工程と、
凹状に湾曲した内板が得られるように、焼鈍された前記平板に対して曲げ加工を行う曲げ加工工程と、
前記内板との間に前記冷却水路が形成されるように、前記内板に前記外板を取り付ける外板取付工程とを備えることを特徴とするスメルトスパウトの製造方法。
前記肉盛溶接層の溶接ビードの凸部を除去する凸部除去工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスメルトスパウトの製造方法。
前記凸部除去工程は、前記曲げ加工工程の前に行われ、前記平板の表面の前記肉盛溶接層の溶接ビードの凸部を除去することを特徴とする請求項２に記載のスメルトスパウトの製造方法。
凹状に湾曲しており、肉盛溶接層を表面に有する内板と、
前記内板との間に冷却水路が形成されるように、前記内板に取り付けられた外板とを備え、
前記内板は、平板の表面に前記肉盛溶接層を形成した後、該平板を焼鈍し、曲げ加工を行うことで作製されていることを特徴とするスメルトスパウト。
前記内板は、前記肉盛溶接層の溶接ビードの凸部が除去されていることを特徴とする請求項４に記載のスメルトスパウト。