JPH02138461A - バナジウム耐食性コーテイング部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電所のボイラ等の重・原油燃焼ガスと
接触する個所に用いる部材に関する。

〔従来の技術〕

重・原油を燃料とする火力発電所のボイラーや加熱炉等
においては、最高使用温度が９００ＣＴｖこ達する場合
があり、主要な設備部材としては耐熱用鋳造鋼やステン
レス鋼が使用されている。

然るに、火力発電所のボイラー等では電・原油を主な燃
料としているので、燃料中に含まれるノくナジウムが酸
化バナジウム、主に安定な五酸化バナジウム（ｖＯ）と
なって燃焼灰の中に含有されることになる。

こ（Ｄ燃焼灰は燃焼ガスに運ばれて、火力発電設備等の
ボイラーから排気経路にかけての金属部材表面に堆積し
、その中に含まれるｖ２ｏ、は約９００Ｃに達する使用
温度により加熱され、約６７０　ｔ：で溶融して金目部
材中に拡散する。その結果、燃焼灰ないし燃焼ガスと接
触する金属部材は／＜ナジウムの拡散によるバナジウム
アタックと称される激しい腐食を受ける。

尚、酸化バナジウムにはｖＯ以外にｖＯなど数種類が存
在するが、いずれも酸化されて安定なりＯになりやすい
上、ｖＯ以外は融点が１０００Ｃ以上と火力発電設備等
の最高使用温度約９００Ｃヲ超えるので、バナジウムア
タックの原因とならない。

耐食性を高めるため、表面にクロムの拡散層を形成した
火力発電設備用の金属部材も知られているが、まだバナ
ジウムアタックを効果的に防止するに致っていない現状
である。

又、表面に耐食性に優れたセラミック等のコーティング
処理を施し、バナジウムアタックを防止することも検討
されているが、バナジウムの拡散を防止するに足る膜厚
やピンホールのないコーティング膜が得られず、実用に
致っていない。

これらはいずれもバナジウムと反応しない物質で金属部
材の表面を改質させる又は被覆することにより、耐食性
を高める方向での実施或いは検討であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の如く、従来の火力発電設備等ではバナジウムの拡
散による激しい腐食のため、設備用金属部材の寿命が短
く、はぼ−年毎に設備用金属部材を交換しなければなら
なかった。又、設備用金属部材を交換するためには設備
の稼働を一定期間停止せねばならず、そのため運転効率
が低下するという問題があった。

本発明はこのような従来の事情に鑑み、火力発電所のボ
イラー等の重・原油を使用する設備の燃焼ガスに接触す
る金属部材について、バナジウムの拡散による腐食（バ
ナジウムアタック）を有効に抑制することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明においては、重・原油
燃料を用いる設備の燃焼ガスと接触する金属部材の表面
を五酸化Ｉくナジウムと反応しにくい物質で覆うのでは
なく、五酸化バナジウムと積極的に反応する物質をコー
ティングすることにより、該設備の最高使用温度よりも
高融点の化合物を生成させ、生成した化合物を固体であ
らしめることによりバナジウムの金属部材中への拡散を
抑制しようとすることを特徴とする全く新たな発想に基
ずくものである。

五酸化バナジウムと反応することにより該設備の最高使
用温度よりも高融点の化合物を生成する物質としては、
周期律表の１族元素の酸化物、炭化物、又は窒化物など
があり、これらの中でも酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及
び酸化カルシウム（Ｃａｂ）が安価で入手しやすいうえ
、ｖＯと反応しやすく且つ反応の結果１０００　Ｃを超
える高融点の化合物が得られるので特に好ましい。

これらの物質のコーティング層の形成には、イオンブレ
ーティング、Ｐ　ｖ　Ｄ、　ａ　ｖ　Ｄ又４１溶射等の
任意の方法を用いることが出来る。

尚、火力発電設備などの燃焼ガスと接触する金属部材と
しては、バーナーインペラー、過熱器、再熱管などがあ
り、これらの金属部材自体は通常の如く耐熱用鋳造漠や
ステンレス渭などで作製して良い。

〔作用〕

五酸化バナジウムと反応することにより火力発電設備な
どの最高使用温度（約９００Ｃ）よりも高融点の化合物
を生成する物質として、例えばＭｇＯを用いた場合につ
いて、説明する。

第１図にＣｏｒｒｏｓｉｏｎ　５ｃｉｅｎｃｅ　（１９
８３）　、’Ｖｏｌ、　２３、Ｐ１３９〜１４９より引
用したＭｇＯとｖ２０．の状態図を示す。この状態図に
おいて横軸の左端はｖ２０６が１００％、右端はＭｇＯ
が１００％である。状態図からもｖｏ　の融点が約６７
０　Ｃであることが判る。Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ｖ）がＯから
次第に増加するにつれて融点は徐々に下がって０．１付
近で共晶点となり、更にＭｇ／　（Ｍｇ　＋　’Ｖ）を
増加させると化合物は高融点化していくことが判る。

ＭｇＯコーティング層上に燃焼灰が堆積すると、燃焼灰
中に含まれるＶＯが溶融してコーチイング層のＭｇＯと
反応し、化合物を形成する。この化合物は、Ｍ；／（Ｍ
ｇ＋ｖ）が０．５又は０．６の時それぞれＭｇ　Ｖ　Ｏ
又はＭｇ　Ｖ　Ｏとなり、これらは共に融２２７　　　
　　　　　　３２ｇ 点が１１００　Ｃ以上の化合物で、火力発電設備の金属
部材が曝される最高温度約９０００よりも高融点である
。従って、これらの化合物は融液化することがなく固体
のま＼であるため、バナジウムの金属部材内部への拡散
を著しく抑制することかでさ、バナジウムの拡散による
腐食（バナジウムアタック）を防止できる。

同様に、ＣａＯのコーティング層ではＣ！ａ　Ｖ　Ｏが
生成するなど、周期律表のＢ族元素の酸化物、炭化物又
は窒化物ではいずれも９００Ｃよりも高融点の化合物が
生成し、上記と同じ作用を奏する。

コーティング層は、堆積燃焼灰中のｖＯと反応すること
により腐食を抑制するため、基本的に厚いほど長期に亘
り有効となる。しかし、一般的にコーティング層は厚膜
化するほど大きな応力を持ち、亀裂や剥離の原因となる
。従って、ＭｇＯやＣａＯなどのコーティング層の好ま
しい層厚は０．１μｍないし５ｍｍの範囲である。

こわらのコーティング層はＰＶＤ又はＣｖＤで形成した
場合には緻密であるため比較的薄くとも有効であるが、
溶射にて形成した場合は疎であるから比較的厚くする必
要がある。

〔実施例〕

空気供給用のバーナ一部品であるバーナーインペラー（
直径２５０＠１１．厚さ５０１１１１）をＳＵＳ　３１
０　Ｓで作製し、この表面にイオンブレーティング法に
より層厚５μｍのＭｇＯを被覆した。このイオンブレー
ティングでは、成膜室を２Ｘ１０＝ｔｏｒｒまで真空排
気した後Ｎ　５　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒの酸素プラズマ
中で蒸発源のＭｇＯを電子ビームにて蒸発させ、５００
ｒに加熱したバーナーインペラーの表面にＭｇＯを蒸Ｍ
Ｗ度０．５μｍ／ｍｉｎでコーティングした。

このＭｇＯコーティング層（層厚５μｍ）を有するバー
ナーインペラーを火力発電設備のバーナーに取付け、通
常の如く最高使用温度約９０００で運転を行なったとこ
ろ、−年経過後においても、表面に反応生成物の若干の
形成が認められたものの、形状や機能上の重要な事項に
は全く支障は認められず、まだ交換することなく引き続
き使用可能であった。

しかし、ＭｇＯコーティング層のない従来のバーナーイ
ンペラーは、上記と同様の条件で使用した場合、−年経
過後にはバナジウムの拡散による腐食（バナジウムアタ
ック）によって形状が大きく変化し、交換が必要であっ
た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バナジウムの拡散による火力発電設備
などの金属部材の腐食（バナジウムアタック）を効果的
に防止できる。

依って、火力発電設備などの金属部材の寿命を伸ばすこ
とができ、その交換頻度を減らして、設備の効率的な運
転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭｇＯとｖＯの状態図である。 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重・原油燃料を用いる設備の燃焼ガスと接触する
   金属部材の表面に、五酸化バナジウムと反応することに
   より該設備の最高使用温度よりも高融点の化合物を生成
   する物質のコーティング層を有することを特徴とするバ
   ナジウム耐食性コーティング部材。
2. （２）五酸化バナジウムと反応することにより該設備の
   最高使用温度よりも高融点の化合物を生成する物質が、
   周期律表のII族元素の酸化物、炭化物、又は窒化物であ
   る請求項（１）記載のバナジウム耐食性コーティング部
   材。
3. （３）五酸化バナジウムと反応することにより該設備の
   最高使用温度よりも高融点の化合物を生成する物質が、
   酸化マグネシウム、又は酸化カルシウムである請求項（
   １）又は（２）に記載のバナジウム耐食性コーティング
   部材。