JP6619901B1 - 溶射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大量噴射を行う場合において、付着性の低下、吐出導管の摩耗及び逆火の発生を抑制できる溶射方法を提供する。【解決手段】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方法において、エジェクター３０の噴出ノズル３２から噴出するキャリアガスの流量を３０（Ｎｍ３／ｈ）以上、噴出ノズル３２から噴出されるキャリアガスの流速を６０２（ｍ／ｓ）以上１１８０（ｍ／ｓ）以下、吐出導管３３の流路内の混合物の流速を６３（ｍ／ｓ）以上２８３（ｍ／ｓ）以下、噴射手段４０の噴射口４１と吐出導管３３のストレート部の断面積の比（噴射手段の噴射口の断面積／吐出導管のストレート部の断面積）を１以上４以下とする。【選択図】図１

Description

本発明は、テルミット溶射法による溶射方法に関する。

従来、テルミット溶射法により耐火組成物を形成する溶射装置として、耐火性粉体（耐火性骨材）と可燃性粉体（例えば、金属粉末）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燃焼（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噴出し、エジェクター内で原料粉体とキャリアガスとを混合し、混合した混合物を搬送経路の導管（吐出導管）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。

特許第５８１４６９９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粉体の噴射量を多く噴射（大量噴射）することが必要である。しかし、本発明者らが特許文献１の溶射装置を用いて大量噴射の試験を行ったところ、以下の（１）から（３）の問題があることがわかった。
（１）大量噴射を行う場合、必然的に噴射量が多くなるので、リバウンドロスにより、被施工面に対する原料粉体の付着性（以下、単に「付着性」という。）が低下する。
（２）大量噴射を行う場合、混合物が搬送経路の導管（吐出導管）に接触する頻度も高くなり、吐出導管が摩耗する。
（３）大量噴射を行うために、噴射手段の噴射口の断面積を大きくすると、噴射口から噴射される混合物の流速が低くなり、逆火（混合物の搬送方向と逆方向へ発火が進む現象）を生じる危険性が高くなる。
なお、本発明において「大量噴射」とは、原料粉体の噴射量が概ね１００ｋｇ／ｈ以上のことをいう。

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、付着性の低下、吐出導管の摩耗及び逆火の発生を抑制できる溶射方法を提供することにある。

本発明者らが試験及び検討を重ねた結果、「キャリアガスの流量」、「噴出ノズルから噴出されるキャリアガスの流速」、「吐出導管の流路内の混合物の流速」及び「噴射手段の噴射口と吐出導管のストレート部の断面積の比（噴射手段の噴射口の断面積／吐出導管のストレート部の断面積）」の４つのパラメータが前記課題を解決するために特に重要なパラメータであることを知見し、これらのパラメータの適切な範囲を特定することで本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の一観点によれば、次の溶射方法が提供される。
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を用いる溶射方法において、
前記原料粉体の噴射量は１００ｋｇ／ｈ以上であり、
前記溶射装置は、
前記原料粉体を貯蔵し当該原料粉体を払い出す払出口を有する貯蔵手段と、
加圧されたキャリアガスの流れにより前記払出口から前記原料粉体を吸入し、前記キャリアガスと前記原料粉体とを混合し前記混合物とするエジェクターと、
前記エジェクターにより生成された前記混合物を噴射する噴射手段とを備え、
前記エジェクターは、
前記払出口に連通する内部空間を有する容器部と、
加圧された前記キャリアガスを先端から前記内部空間に噴出する噴出ノズルと、
前記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とを備え、
前記キャリアガスの流量は３０（Ｎｍ^３／ｈ）以上であり、
前記噴出ノズルから噴出されるキャリアガスの流速は６０２（ｍ／ｓ）以上１１８０（ｍ／ｓ）以下であり、
前記吐出導管の流路内の混合物の流速は６３（ｍ／ｓ）以上２８３（ｍ／ｓ）以下であり、
前記噴射手段の噴射口と前記吐出導管のストレート部の断面積の比（前記噴射手段の噴射口の断面積／前記吐出導管のストレート部の断面積）は１以上４以下であることを特徴とする溶射方法。

本発明によれば、大量噴射を行う場合において、付着性の低下、吐出導管の摩耗及び逆火の発生を抑制できる。

本発明の溶射方法に用いる溶射装置の一例を示す概念図（断面図）。

図１に、本発明の溶射方法に用いる溶射装置の一例を概念的に示している。
この溶射装置は、原料粉体１０を貯蔵する貯蔵手段としてのホッパー２０と、エジェクター３０と、噴射手段４０とを備える。

原料粉体１０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２０は、その底部に原料粉体１０を払い出す払出口２１を有する。
エジェクター３０は、加圧されたキャリアガス（酸素ガス）の流れにより払出口２１から原料粉体１０を吸入し、キャリアガスと原料粉体１０とを混合し混合物とする。
噴射手段（噴射ノズル）４０は、エジェクター３０の出側と水平移送管５０及びゴムホース６０を介して接続されており、エジェクター３０により生成された前記混合物を先端の噴射口（ノズル孔）４１から噴射する。なお、水平移送管５０は省略することができ、エジェクター３０の出側にゴムホース６０を直接接続してもよい。

次に、エジェクター３０の構成を詳細に説明する。エジェクター３０は、ホッパー２０底部の払出口２１に連通する内部空間を有する容器部３１と、加圧されたキャリアガスを先端から容器部３１の内部空間に噴出する先細りの噴出ノズル３２と、容器部３１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３３とを備える。すなわち、容器部３１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３２先端の噴出口（ノズル孔）から吐出導管３３の一端（基端）に向けて高速で噴出し、それによって容器部３１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３１の内部空間には垂直移送管７０を介してホッパー２０の払出口２１が連通している。このためエジェクター３０は、加圧されたキャリアガスの流れにより払出口２１から原料粉体１０を容器部３１の内部空間に吸入し、噴出ノズル３２先端の噴出口（ノズル孔）から噴出するキャリアガスと原料粉体１０とが容器部３１の内部空間にて混合され混合物となる。
なお、このエジェクター３０において吐出導管３３は、流路の断面積が一定のストレート部のみからなるが、ストレート部の入側及び出側に絞り部や拡張部を設けてもよい。

ここで、このエジェクター３０において、容器部３１の内部空間は、吐出導管３３側へ行くにつれて混合物の流路の断面積が減少する絞り部３１ａを有する。そして、この絞り部３１ａ内の空間領域に噴出ノズル３２の先端部（噴出口（ノズル孔））が位置している。このような構成とすることで、エジェクター効果を高めることができ、大量噴射を実現しやすくなる。

この溶射装置を使用して溶射する際には、まず、ホッパー２０の払出口２１から原料粉体１０を払い出す（払出工程）。次いで、ホッパー２０の払出口２１に垂直移送管７０を介して連通する内部空間を有するエジェクター３０の容器部３１に原料粉体１０を導き（導入工程）、この導入工程により導かれた原料粉体１０をエジェクター３０におけるキャリアガスの流れにより吸入して（吸入工程）、原料粉体１０とキャリアガスとを混合する（混合工程）。そして、混合工程により混合された混合物を、吐出導管３３の流路に沿って搬送し（搬送工程）、その搬送された混合物を噴射手段４０により噴射し（噴射工程）、噴射された混合物を燃焼させて耐火組成物を形成する（形成工程）。

以上のようなエジェクター方式の溶射装置を用いる本発明の溶射方法は、以下の要件１〜４を満たすことを特徴とする。
要件１：キャリアガスの流量は３０（Ｎｍ^３／ｈ）以上であること。
要件２：噴出ノズルから噴出されるキャリアガスの流速は６０２（ｍ／ｓ）以上１１８０（ｍ／ｓ）以下であること。
要件３：吐出導管の流路内の混合物の流速は６３（ｍ／ｓ）以上２８３（ｍ／ｓ）以下であること。
要件４：噴射手段の噴射口と吐出導管のストレート部の断面積の比（噴射手段の噴射口の断面積／吐出導管のストレート部の断面積）は１以上４以下であること。

前記要件１に関し、キャリアガスの流量が３０（Ｎｍ^３／ｈ）未満であると、原料粉体の搬送能力が足りず、大量噴射を実現できない。一方、キャリアガスの流量の上限は、大量噴射の観点からは特に限定されないが、現実的には８０（Ｎｍ^３／ｈ）程度とすることができる。
キャリアガスの流量の好ましい範囲は、４０（Ｎｍ^３／ｈ）以上７０（Ｎｍ^３／ｈ）以下である。
なお、本発明において「キャリアガスの流量」とは噴出ノズルから噴出されるガスの流量のことをいう。すなわち、図１の溶射装置において噴出ノズル３２以外の部分、例えばゴムホース６０からキャリアガスと同成分のガス（酸素ガス）を導入することがあるが、噴出ノズル３２以外の部分から導入されるガスの流量は、「キャリアガスの流量」には含まれないものとする。

前記要件２に関し、噴出ノズルから噴出されるキャリアガスの流速（以下、単に「キャリアガスの流速」という。）が６０２（ｍ／ｓ）未満であると、十分なエジェクター効果が得られず、大量噴射を実現できない。一方、キャリアガスの流速が１１８０（ｍ／ｓ）超であると、大量噴射は可能であるが、キャリアガスの流速が速くなることで原料粉体の搬送流速が速くなり、吐出導管内の摩耗が大きくなる。
キャリアガスの流速の好ましい範囲は、６９９（ｍ／ｓ）以上１１４８（ｍ／ｓ）以下である。
なお、キャリアガスの流速は、噴出ノズルの噴出口（ノズル孔）の断面積とキャリアガスの流量とから計算により求めることができる。

前記要件３に関し、吐出導管の流路内の混合物の流速が６３（ｍ／ｓ）未満であると、エジェクターによる原料粉体の吸入量が足りなくなり、大量噴射を実現できない。一方、吐出導管の流路内の混合物の流速が２８３（ｍ／ｓ）超であると、吐出導管内の摩耗が生じやすい。
吐出導管の流路内の混合物の流速の好ましい範囲は、７２（ｍ／ｓ）以上１７２（ｍ／ｓ）以下である。
なお、吐出導管の流路内の混合物の流速は、吐出導管のストレート部の断面積とキャリアガスの流量とから計算により求めることができる。

要件４に関し、噴射手段の噴射口と吐出導管のストレート部の断面積の比（「噴射手段の噴射口の断面積／吐出導管のストレート部の断面積」、以下、単に「断面積比」という。）が１未満であると、噴射手段の噴射口から噴射される混合物の流速が大きくなりすぎて、リバウンドロスにより付着性が低下する。また、噴射手段の噴射口における圧損が大きくなるので、混合物の噴射量が低下して、大量噴射を実現できない。一方、断面積比が４超であると、噴射手段の噴射口から噴射される混合物の流速が小さくなりすぎて、逆火を生じやすい。
断面積比の好ましい範囲は、１．４以上２．３以下である。
なお、「噴射手段の噴射口の断面積」とは噴射口の開口面積のことであり、噴射口が複数ある場合は、全ての噴射口の開口面積の合計とする。また、「吐出導管のストレート部の断面積」とは、吐出導管の流路方向に直交する断面における、吐出導管のストレート部の断面積のことである。
図１の溶射装置では、噴射手段４０の噴射口４１、吐出導管３３（ストレート部）の断面はいずれも円形としたが、楕円形や矩形など円形以外の形状とすることもできる。すなわち、噴射手段の噴射口、吐出導管のストレート部がいずれの形状であっても、断面積比が要件４に規定の範囲内であればよい。

以上のとおり、本発明の溶射方法は前記要件１〜４を全て満たすことで、大量噴射を行う場合において、付着性の低下、吐出導管の摩耗及び逆火の発生を抑制できる。

図１の溶射装置にて表１に示す各溶射条件にて溶射試験を行い、それぞれ噴射量（ｋｇ／ｈ）、付着性、吐出導管の摩耗、及び逆火の有無について評価を行い、これらの評価結果に基づき総合評価を行った。なお、溶射試験では、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（混合物）を噴射した。
前記各評価項目の評価方法は、以下のとおりである。

＜噴射量（ｋｇ／ｈ）＞
ホッパー２０に貯蔵されている原料粉体の重量減少率から噴射量（ｋｇ／ｈ）を求めた。噴射量が１００（ｋｇ／ｈ）以上の場合、大量噴射を実現できるとして○（良）、１００ｋｇ／ｈ未満の場合、大量噴射を実現できないとして×（不可）とした。

＜付着性＞
原料粉体の総噴射量（ｋｇ）と常温下でのリバウンドロス（ｋｇ）から、原料粉体の付着率を求め、比較例１の付着率を１００として指数化して評価した。具体的には、付着率（指数）が１１０超を○（良）、１００超１１０以下を△（可）、１００以下を×（不可）とした。

＜吐出導管の摩耗＞
溶射試験後、吐出導管の摩耗状態を目視で観察し、○、△、×の３段階で相対評価した。すなわち、○、△、×の順で吐出導管の摩耗量が小さいということである。

＜逆火の有無＞
溶射試験を繰り返し１００回行い、逆火の発生が０回の場合を○（良）、１回の場合を△（可）、２回以上の場合を×（不可）とした。

＜総合評価＞
前記各評価が全て○の場合を○（良）、×はないが少なくとも一つ△がある場合を△（可）、少なくとも一つ×がある場合を×（不可）とした。

表１に示す実施例１〜７は、いずれも本発明の前記要件１〜４を全て満たすもので、噴射量、付着性、吐出導管の摩耗及び逆火の有無の評価に×（不可）はなく、総合評価も○（良）又は△（可）であり、良好な結果が得られた。

これに対して、比較例１はキャリアガスの流量が少ない例で、原料粉体の搬送能力が足りず、大量噴射を実現できなかった。

比較例２はキャリアガスの流速が低い例で、十分なエジェクター効果が得られず、大量噴射を実現できなかった。
一方、比較例３はキャリアガスの流速が高い例で、吐出導管の摩耗量が大きくなった。

比較例４は吐出導管の流路内の混合物の流速が低い例で、エジェクターによる原料粉体の吸入量が足りなくなり、大量噴射を実現できなかった。
一方、比較例５は吐出導管の流路内の混合物の流速が高い例で、吐出導管の摩耗量が大きくなった。

比較例６は断面積比が小さい例で、噴射手段４０の噴射口４１から噴射される混合物の流速が大きくなりすぎて、リバウンドロスにより付着性が低下した。また、噴射手段４０の噴射口４１における圧損が大きくなった結果、噴射量が低下して大量噴射を実現できなかった。
一方、比較例７は断面積比が大きい例で、噴射手段４０の噴射口４１から噴射される混合物の流速が小さくなり、逆火が発生しやすくなった。

１０ 原料粉体
２０ ホッパー（貯蔵手段）
２１ 払出口
３０ エジェクター
３１ 容器部
３１ａ 絞り部
３２ 噴出ノズル
３３ 吐出導管
４０ 噴射手段（噴射ノズル）
４１ 噴射口（ノズル孔）
５０ 水平移送管
５０ａ ライニング層
６０ ゴムホース
７０ 垂直移送管

Claims (3)

1. 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を用いる溶射方法において、
   前記原料粉体の噴射量は１００ｋｇ／ｈ以上であり、
   前記溶射装置は、
   前記原料粉体を貯蔵し当該原料粉体を払い出す払出口を有する貯蔵手段と、
   加圧されたキャリアガスの流れにより前記払出口から前記原料粉体を吸入し、前記キャリアガスと前記原料粉体とを混合し前記混合物とするエジェクターと、
   前記エジェクターにより生成された前記混合物を噴射する噴射手段とを備え、
   前記エジェクターは、
   前記払出口に連通する内部空間を有する容器部と、
   加圧された前記キャリアガスを先端から前記内部空間に噴出する噴出ノズルと、
   前記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とを備え、
   前記キャリアガスの流量は３０（Ｎｍ^３／ｈ）以上であり、
   前記噴出ノズルから噴出されるキャリアガスの流速は６０２（ｍ／ｓ）以上１１８０（ｍ／ｓ）以下であり、
   前記吐出導管の流路内の混合物の流速は６３（ｍ／ｓ）以上２８３（ｍ／ｓ）以下であり、
   前記噴射手段の噴射口と前記吐出導管のストレート部の断面積の比（前記噴射手段の噴射口の断面積／前記吐出導管のストレート部の断面積）は１以上４以下であることを特徴とする溶射方法。
2. 前記容器部の内部空間は、前記吐出導管側へ行くにつれて混合物の流路の断面積が減少する絞り部を有し、
   前記絞り部内の空間領域に前記噴出ノズルの先端部が位置している、請求項１に記載の溶射方法。
3. 前記キャリアガスの流量は４０（Ｎｍ^３／ｈ）以上７０（Ｎｍ^３／ｈ）以下であり
   前記キャリアガスの流速は６９９（ｍ／ｓ）以上１１４８（ｍ／ｓ）以下であり、
   前記吐出導管の流路内の混合物の流速は７２（ｍ／ｓ）以上１７２（ｍ／ｓ）以下であり、
   前記噴射手段の噴射口と前記吐出導管のストレート部の断面積の比（前記噴射手段の噴射口の断面積／前記吐出導管のストレート部の断面積）は１．４以上２．３以下である、請求項１又は２に記載の溶射方法。

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