JP5767689B2

JP5767689B2 - 溶射装置

Info

Publication number: JP5767689B2
Application number: JP2013256191A
Authority: JP
Inventors: 本田　和寛; 和寛本田; 佳寛笹谷
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: WO2015087642A1; CN105637109A; KR20160038042A; JP2015113490A

Description

本発明は、耐火組成物を形成するための溶射装置に関する。

従来、耐火組成物を形成するための溶射装置として、可燃性粉体（例えば、金属粉末）と耐火性粉体（耐火性骨材）とを含む原料粉体を、支燃性のキャリアガス（酸素ガス）によって搬送し噴射して着火溶融することで耐火組成物を形成する溶射装置が知られている（例えば、特許文献１）。

具体的に特許文献１には、キャリアガスを噴出ノズルによりエジェクター内に導き、エジェクター内で原料粉体とキャリアガスとを混合し、混合した混合物を流路に沿って下流側に導き、噴射手段により混合物を噴射し、噴射した混合物を燃焼させて耐火組成物を形成する技術が記載されている。

また、その他の溶射技術として、フレームガンニング法（火炎溶射法）により耐火物内張を補修する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。具体的に特許文献２には、炉の下方から上方に向かってランスを挿入して溶射を行う技術が記載されている。

特開２０１３−０４３１４１号公報特開昭５８−４３３８５号公報

このような溶射技術においては、目的とする耐火組成物を効率的かつ迅速に形成するために、耐火組成物の元になる原料紛体の噴射量を多く噴射することが必要である。また、原料粉体を多く噴射する際、被施工面におけるヒープ幅は小さく、噴射された原料粉体を被施工面へ平滑に施工する必要がある。ここで、ヒープ幅とは、原料粉体を被施工面に溶射したときにおける被施工面への溶着部の幅の最大長のことをいう。ヒープ幅が大きいほど被施工面の単位面積当たりの溶着量が少なくなるので、ヒープ幅は小さい必要がある。以下、本明細書では、原料粉体の噴射量が多く、ヒープ幅が小さく、平滑な施工を実現する噴射を大量噴射という。大量噴射を行うには、混合物中の原料紛体の割合（以下「固気比」という。）を大きくすることが有効である。しかし、固気比を大きくすると原料粉体同士が摩擦する頻度が高くなり、発火を生じる危険性が高くなる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、大量噴射を行う場合において、発火の発生を防止できる溶射装置を提供することにある。

本発明の一観点によれば、耐火性粉体及び可燃性粉体を含む原料粉体と、支燃性のキャリアガスとを混合した混合物を噴射し燃焼させて耐火組成物を形成する溶射装置であって、前記原料紛体を払い出す払出部を複数有し、それぞれの払出部に、当該払出部から払い出された原料粉体と前記キャリアガスとを混合し前記混合物とする混合物生成手段と、当該混合物生成手段により生成された前記混合物を噴射する噴射手段とを接続してなり、これらの噴射手段は噴射口を２つ有し、当該噴射口の中心間距離が、前記噴射口の内径の１．４倍以上５．３倍以下である溶射装置が提供される。

本発明において前記噴射手段の噴射方向は、前記噴射口の中心間を結ぶ直線に対して５０度以上９５度以下であることが好ましい。

本発明によれば、原料紛体を払い出す払出部を複数設け、各払出部に噴射手段を接続し、かつ各噴射手段の噴射口の配置を適正化したことで、固気比を大きくすることなく大量噴射を行うことができる。また、固気比を大きくする必要がないので、発火の発生を防止できる。

本発明の溶射装置の一実施形態を示す概念図である。溶射機本体の構成例を示す断面図である。噴射手段の噴射口の位置関係を示す説明図である。噴射手段の噴射方向を示す説明図である。本発明の溶射装置の他の実施形態の要部を示す概念図である。ヒープ幅の概念を示す説明図である。

図１は、本発明の溶射装置の一実施形態を示す概念図である。同図の溶射装置は、２台の溶射機本体１０を有し、各溶射機本体１０に、搬送ホース２０及びランス３０を介して噴射手段４０が接続されている。各噴射手段４０は噴射口４１を有する。これらの噴射口４１は水平方向に並列して配置され、その内径は同一である。

図２は、溶射機本体１０の構成例を示す断面図である。同図に示す溶射機本体１０は、原料粉体Ａを貯蔵する貯蔵手段としてのホッパー１１と、混合物生成手段としてのエジェクター１２とを備える。

原料粉体Ａは、可燃性粉体（例えば、金属粉末）と耐火性粉体（耐火性骨材）とを含んでなる。ホッパー１１は、その底部に原料粉体Ａを払い出す払出部１１ａを有する。エジェクター１２は、加圧されたキャリアガス（酸素ガス）の流れにより払出部１１ａから原料粉体Ａを吸入し、キャリアガスと原料粉体Ａとを混合し混合物とする。

エジェクター１２は、ホッパー１１底部の払出部１１ａに連通する内部空間を有する容器部１２ａと、加圧されたキャリアガスを先端から容器部１２ａの内部空間に噴出する先細りの噴出ノズル１２ｂと、容器部１２ａの内部空間に一端が連通し前記混合物を流路に沿って前記一端から他端へ導く吐出導管１２ｃとを備える。すなわち、容器部１２ａの内部空間において、キャリアガスは、先細りの噴出ノズル１２ｂ先端のノズル孔から吐出導管１２ｃの一端（基端）に向けて高速で噴出し、それによって容器部１２ａの内部空間を負圧（ここでは大気圧よりも低い圧力）にする。一方、容器部１２ａの内部空間には垂直移送管１１ｂを介してホッパー１１の払出部１１ａが連通している。このためエジェクター１２は、加圧されたキャリアガスの流れにより払出部１１ａから原料粉体Ａを容器部１２ａの内部空間に吸入し、噴出ノズル１２ｂ先端のノズル孔から噴出するキャリアガスと原料粉体Ａとが容器部１２ａの内部空間にて混合され混合物となる。

この混合物が水平移送管１３を介して搬送ホース２０に供給され、更に図１に示したランス３０を介して噴射手段４０に供給され、噴射手段４０の噴射口４１から被施工面Ｂに向けて噴射される。なお、水平移送管１３は省略することができ、エジェクター１２の出側に搬送ホース２０を直接接続してもよい。

図３は、噴射手段４０の噴射口４１の位置関係を示す説明図である。本発明において、噴射口４１の中心間距離Ｌは、噴射口４１の内径Ｄの１．４倍以上５．３倍以下に設定する。ＬがＤの５．３倍を超えると目的とする大量噴射を実現できない。すなわち、ＬがＤの５．３倍を超えると、各噴射口４１から噴射される原料紛体が被施工面に対して個別に噴射されるのに近い状態となり、大量噴射を実現できない。一方、実機としての設計上の制約から、ＬはＤの１．４倍以上とする。すなわち、実機としての設計上、噴射手段４０を近接して配置することには限界がある。

本発明において各噴射口４１の内径は同一であることが基本である。各噴射口４１の内径が異なると均一な溶射が行えないからである。ただし、溶射の均一性が損なわれない程度であれば、各噴射口４１の内径は若干異なっていてもよい。この場合、噴射口４１の中心間距離Ｌを規定するときに使用する内径Ｄは、各噴射口４１の内径の平均値とすればよい。

同様に溶射の均一性を確保する点から、各噴射口４１は図３に示したように並列配置することが基本である。ただし、その並列の方向は鉛直方向や斜め方向であってもよい。

図４は、噴射手段４０の噴射方向を示す説明図である。本発明において、噴射手段４０の噴射方向は、噴射口４１の中心間を結ぶ直線に対して５０度以上９５度以下であることが好ましい。すなわち、図４に示す角度θが５０度以上９５度以下であることが好ましい。この角度θは、本発明が目的とする大量噴射を実現する点から９０度を超えることは想定されない。ただし、設計上の制約及び製作上の誤差を考慮すると、９５までは許容範囲である。

また、本発明が目的とする大量噴射を実現する点から、角度θは、各噴射口４１から噴射された原料紛体が被施工面Ｂ上において一点に集束するように設定することが好ましい。このための条件は、被施工面までの距離をＲとすると、下記式（１）で表される。
Ｒ＝０．５Ｌ・ｔａｎθ …（１）

ここで、被施工面までの距離Ｒは一般的に５０〜２００ｍｍである。また、噴射口４１の中心間距離Ｌは、噴射口４１の内径Ｄによって変わるが、Ｄは一般的に１０Ａ相当（１２．７ｍｍ）ないし１５Ａ相当（１６．１ｍｍ）である。この場合、噴射口４１の中心間距離Ｌの最大値は１６．１×５．３＝８５．３ｍｍとなり、被施工面までの距離Ｒを最小の５０ｍｍとすると、角度θは上記式（１）より５０度となる。このことから、角度θは５０度以上であることが好ましい。

なお、図１の実施形態では溶射機本体１０を２台設けたが、図５に示すように１台の溶射機本体５０に統合することができる。すなわち、原料粉体Ａを貯蔵する貯蔵手段としてのホッパー５１に２個の払出部５１ａを設け、それぞれの払出部５１ａに混合物生成手段としてのエジェクター５２を接続する。エジェクター５２の構成は図２に示したエジェクター１２と同一でよい。ただし、本発明において混合物生成手段はエジェクターには限定されない。エジェクターは払出部から原料粉末を吸引する作用も有するが、エジェクター以外の混合物生成手段を使用するときは、払出部にテーブルフィーダやスクリューフィーダ等の払出手段を設置することもできる。

図１の溶射装置にて試験を行い、発火の有無を確認するとともに施工体の平滑性及びヒープ幅を評価した。その結果を表１に示す。

試験では、耐火性粉体としてシリカ（ＳｉＯ_２）：８５質量％と可燃性粉体として金属Ｓｉ：１５質量％とからなる原料粉体（０．１ｍｍ以下の粒子：２０質量％）を用い、０．５ＭＰａのキャリアガス（酸素ガス）を流すことで原料粉体を噴射した。なお、比較例１及び比較例２では、図１の溶射装置において一方の溶射機本体１０のみを使用して１個の噴射手段４０から噴射した。

原料紛体の噴射量は、比較例２を除き溶射機本体１台あたり５０ｋｇ／ｈとし、比較例２は１００ｋｇ／ｈとした。噴射手段４０の噴射口４１の内径、噴射口４１の中心間距離、溶射距離（図４で説明した被施工面までの距離Ｒ）、及び噴射角度（図４で説明した角度θ）は表１のとおりである。

発火の有無については、噴射手段４０付近で火花発生の有無を目視で確認した。発火が発生すれば、その火花が搬送ホース２０及びランス３０内を進み、噴射手段４０付近で確認される。

施工体の平滑性については、施工体の凹凸の大きさが３ｍｍ以下であると優良（◎）、３ｍｍ超５ｍｍ以下であると良（○）と評価した。

ヒープ幅とは、図６に示すように噴射手段（噴射ノズル）を一方向に移動しながら溶射したときの被施工面への溶着部の幅の最大長のことをいい、比較例１のヒープ幅を１００として、各例のヒープ幅を指数換算した。このヒープ幅が大きいほど被施工面の単位面積あたりの溶着量が少ないということであり、本試験ではヒープ幅が指数換算値で１５０を超えると大量噴射の効果が得られていないと評価した。

表１に示すとおり、本発明の範囲内にある実施例１〜８は、いずれも発火は確認されず、平滑性も良好であった。また、ヒープ幅は１５０未満であり、大量噴射の効果も得られた。

比較例１は、噴射手段４０が１個、噴射量が５０ｋｇ／ｈであり、大量噴射の例ではない。比較例２は、噴射手段４０が１個で、噴射量を１００／ｋｇに増加させた例であるが、固気比が大きいため発火が生じた。

比較例３は、噴射口４１の中心間距離が大きすぎる例であり、ヒープ幅が１８０となり大量噴射の効果が得られなかった。比較例４は、噴射角度が５０度よりも小さい４４度の例である。この場合、被施工面Ｂに到達する前に、噴射された原料粉体が互いに衝突して飛散する。このため、ヒープ幅は２１０となり大量噴射の効果が得られなかった。

本発明の溶射技術は、コークス炉、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、ガラス炉などの工可燃性金属粉体含有溶射が使用される工業窯炉等に利用可能である。

１０溶射機本体
１１ホッパー
１１ａ払出部
１１ｂ垂直移送管
１２エジェクター（混合物生成手段）
１２ａ容器部
１２ｂ噴出ノズル
１２ｃ吐出導管
１３水平移送管
２０搬送ホース
３０ランス
４０噴射手段
４１噴射口
５０溶射機本体
５１ホッパー
５２エジェクター
Ａ原料紛体
Ｂ被施工面

Claims

耐火性粉体及び可燃性粉体を含む原料粉体と、支燃性のキャリアガスとを混合した混合物を噴射し燃焼させて耐火組成物を形成する溶射装置であって、
前記原料紛体を払い出す払出部を複数有し、
それぞれの払出部に、当該払出部から払い出された原料粉体と前記キャリアガスとを混合し前記混合物とする混合物生成手段と、当該混合物生成手段により生成された前記混合物を噴射する噴射手段とを接続してなり、
これらの噴射手段は噴射口を２つ有し、当該噴射口の中心間距離が、前記噴射口の内径の１．４倍以上５．３倍以下である溶射装置。
前記噴射手段の噴射方向が、前記噴射口の中心間を結ぶ直線に対して５０度以上９５度以下である請求項１に記載の溶射装置。