JPH02274862A - 金属精錬炉内張り耐火物の火炎溶射補修方法 - 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、耐火物の火炎溶射補修方法に関し、さらに詳
しくは窯炉または金属溶渇用炉の内張り耐火物の火炎溶
射補修方法に関する。

【従来の技術】

火炎溶射補修方法については、本発明者等は先に特開昭
６２−１０２０８２号において開示している。これは、
補修用の耐火性酸化物粒子に粒径が５０μｍ以上の易被
酸化性金属または半金属の粒子を配合した混合物を吹付
は材料として、これをＮ２とＣ３Ｆ（、ガスで搬送し、
ノズル吐出口先端部から０２ガスを噴出させ、Ｃ３Ｈ８
−０２火炎の中に、前記混合物を飛行させ、５被酸化性
金属または半金属の粒子の酸化反応熱とＣ３Ｈ８−〇２
ガスの燃焼熱によって耐火性酸化物粒子の表面或は全体
を溶融又は半溶融状態にし、基体補修部に吹付けて付着
層を形成し、耐火物壁の補修部を修復する方法である。 一方特開昭６１−２７５１７０号には、吹付は混合材料
に配合する酸化性粒体の粒径が５０μｍ以下を使用し、
混合物を酸素ガスで搬送する方法を開示されているか、
Ｍｇ０−Ａｌ２２０：Ｉスピネル或はＭｇＯ−ＭｇＯ・
Ａｌ２２０３系の組成となる付着層を生成するには、生
成必要温度が高いため、良好な付着層は得難い。 〔発明が解決しようとする課題１ 例えば転炉、ＲＨ１取鍋、電気炉等のいわゆる金属精錬
炉用の耐火物としては一般にマグネシア質、アルミナ質
、マグクロ質、マグドロ質が用いられており、これらの
材質と親和性を有し互いに密着しやすい性質を有しなが
ら、かつ、耐用性を有する材質であるＭｇ０−Ａｌ２２
０ａスピネルもしくはＭｇＯ−ＭｇＯ・Ａｌ２２０３の
組成のものを火炎溶射によって補修する場合には、前記
補修組成はもともと融点の高い領域にあるため、溶射補
修で期待される耐用性のある良好な付着層を得るのは困
難であった。 本発明は、これらの問題を解決するために提案されたも
のであり、最適な付着層を生成させるための混合物の組
成を明かにすると共に、該混合物の溶射体により、金属
精錬炉内張り耐火物を溶射補修する方法を提供すること
を課題とするものである。 〔課題を解決するための手段Ｊ 金属製錬炉用として高耐用性を有するＭｇＯ・ＡＱ２０
３スピネル或は高ＭｇＯのＭｇＯ−Ｍｇ０−Ａβ２０３
組成の溶射体を得る手段として、次の方法を採った。 ０粒径が５０μｍ以上のアルミニウム５〜２５ｗｔ％と
、アルミナ４０ｗｔ％以下と。 マグネシア３０〜８０ｗｔ％とからなる混合物を、不活
性ガス及び可燃性ガスの混合ガス或は可燃性ガスと共に
支燃性ガス気流中に噴出して補修部に吹付け、該補修部
にアルミナ３０〜７２ｗｔ％及びマグネシア２８〜７０
ｗｔ％の組成からなる補修層を形成する方法である。 ■少なくともＭ　ｇ　Ｏ−Ａ　２２０　ａスピネルとな
るＭｇ０粒及びＡｌ２２０：４粒は、粒径を０、５　ｍ
　ｍ以下にすれば、反応し易（好適である。 ■支燃性ガス中の酸素ガス量が、供給可燃性ガスの理論
燃焼当量と、混合物中のアルミニウムの理論酸化反応当
量の３〜１５倍の量との合計量であれば、付着層の気孔
率を低下させることが可能となり、緻密な付着層を確保
することができる。 ［作用］ 本発明方法は、酸化性粒体が酸化熱を発生すると同時に
、耐火性の酸化物となるアルミニウム粉と、耐火性粒子
にマグネシア或はマグネシアとアルミナの混合物を用い
１両者の混合体をＣ３Ｈ８ガス或はＣ３Ｈ８ガスとＮ２
ガスの混合ガスによってノズル先端まで搬送し、ノズル
先端で０２ガスを噴出、Ｃ３Ｈ８−０２ガスの高温燃焼
火炎により前記混合吹付は材の加熱、吹付けを行う。 この過程で、アルミニウム粉の酸化発熱を用いると共に
アルミニウム粉自身がＡｌ２２０３となるのを利用して
いる。従って、耐火性粒子の溶着は容易となる。 溶着した付着層はＭｇ０−Ａｌ２２０ａスピネルを形成
し、耐溶鋼、耐スラブ性に優れたものとなる。 しかし、第１図に示す、付着層のＭｇＯとＡｇ２Ｏ３の
組成比率とスラグによる溶損指数との関係グラフに見ら
れるように、付着層の組成が、Ｍ　ｇ　Ｏ・Ａ　１２２
０　ａ　スピネルよりＡｌ２２０３の多い組成すなわち
八β２０３が７２重量％を超えると、溶損が大きくなる
。これはＡ１２２０３単味の相が出来るためであり、／
１２０３の含有量はＭｇｏ・Ａβ２０３スピネル組成よ
り小さいものが効果的であることを表わしている。 また、同図で、ＭｇＯを多くした層、すなわちＭｇＯが
７０重量％以上でも溶損が大きくなる。 これは、Ａｌ２０３となる分に全てアルミニウム粉を用
いても、これ以上の高ＭｇＯにするとアルミニウム粉の
配合量が小さくなって溶着し難くなり、得られた層につ
いても気孔率の大きいものとなり耐用性が低下すると考
えられる。 このことから本誌による実用可能な組成範囲はＭｇＯが
２８〜７０重量％、Ａｌ２２０３が３０〜７２重量％と
じたものであり、この中でも特に効果的な組成はＭｇＯ
が４０〜６０重置％にある。 また、吹付材に配合するアルミニウム粉の量の適正値は
、第２図に示したように、窯炉用耐火物とて使用可能な
物性として、付着層の気孔率が２０％以下とした場合に
、その範囲は５〜２５重量％にある。この範囲外の５重
量％より少ない場合は溶着用の熱量が少ないため良好な
付着層が得られず気孔率も高い、一方２５重量％より多
くして、酸化熱発生量を多くした場合には、逆に過溶融
となり層内に発泡性の大きな気泡も多く、それに伴う気
孔率も太き（なり実使用には不適となる。さらに好適な
アルミニウム粉の配合量は１０〜２０重量％にある。 更に、このようなＭｇ０−Ａｌ２２０３スピネルを含む
耐火物の火炎溶射補修では、全Ａｌ２２０ｇをスピネル
化することが高耐用を得るポイントの一つである。 全ＡＪ２２０３をスピネル化するには、耐火材として使
用するＭｇ０粒及びＡ２２０３粒の粒径が重要であるこ
とを見出した。 なお第２図において Ａ曲線は、付着層内組成が ＭｇＯ：　Ａｌ２２０３＝７０　：　３０Ｂ曲線は、付
着層内組成が ＭｇＯ：　Ａｌ２２０３＝５０　：　５０Ｃ曲線は、付
着層内組成が ＭｇＯ：　Ａｌ２２０３＝２８　：　７２である。 第３図は、アルミニウム粉を１５重量％配合し、付着層
がＭｇＯ：　Ａｌ２０３＝ｌ　＋　１となるようにＭｇ
Ｏ１ＡＩ２２０３の粒子を配合した混合物を、原料製造
時篩目を０．２．０．５．０．７．１．０ｍｍとして篩
分け、それぞれの粒径のものを使用して付着層をＸ線鉱
物組成同定したときのａ−Ａｆｆ２０３の強度を示すが
、篩目０．５　ｍ　ｍ以下のものを使用した場合は全部
スピネル化し良好であったが０．７　ｍ　ｍ以上のもの
を使用した場合にはａ−Ａｌ２２０：Ｉが検出されてお
り１期待する耐用性は得難いものである。すなわち耐火
性粒子の全Ａｌ２２０３にはもちろんであるが、ＭｇＯ
についても少なくともＡｌ２０３と当量モル分は０、５
　ｍ　ｍ以下の粒径を使用することが必要である。さら
に、これら耐火性粒子の粒径の影響について第４図、第
５図を用いて説明する。 第４図は、付着層の化学組成が ＭｇＯ：　Ａｌ２２０ａ＝ｌ　：　１ となる吹付材料の組成で、吹付材のＭｇ０粒のうち、付
着層のＡｌ２２０　ａ当量のモル比分については０．５
　ｍ　ｍ以下の粒径を使用し、アルミニウム粉を１５重
量％配合し、吹付材料中ＡＪ２２０３粒子は１．０　ｍ
　ｍ以下である場合で、０．５〜１．０　ｍ　ｍのアル
ミナ粒の含有量を変更した時の付着層内のα−Ａｌ２０
３単相をＸ線鉱物組成同定による強度（ＣＰＳ）で示し
た残量と、製鋼精錬転炉スラグ（Ｓｉ０２：２３％、Ｃ
ａＯ：４９％。 Ｔ−Ｆｅ：１５％が主成分）による高周波誘導炉スラグ
侵食テスト結果をもとにしたスラグ溶損指数を示したグ
ラフである。 配合したＡ４２０３粒が全Ｊ％ｌ　０．５　ｍ　ｍ　ｔ
’はα−Ａｌ２０３は全（検出されておらず、付着層内
のＡｌ２２０３は全てＭｇＯ・へβ２０３スピネルにな
っていることを示している。ところが０、５　ｍ　ｍ以
上の配合量が増加すると共に、α−ＡＪ２２０３の検出
量も増加し、これらの耐スラブ性をみると、α−八へ２
０３の検出が見られなかった。 すなわちアルミナ粒全量に０．５　ｍ　ｍ以下の原料を
使用した場合の付着層を１００にして溶損指数で表わす
と、付着層内のα−Ａｌ２０３１の増加と共に、溶損量
も増大する。このように付着層内にはＡＱ２０３単味で
残留させない付着層にするのが有効であり、吹付材中配
合のＡｇ２Ｏ３粒は０、５　ｍ　ｍ以下を用いることで
高耐用性の溶射補修層が得られる。一方、ＭｇＯ・Ａｌ
２２０３スピネルを形成するにはＡｌ２２０３粒径だけ
でなくＭｇ０粒側の影響がある。 第５図は、ｉｉ？ｉ述した付着層の組成と同様ＭｇＯ：
Ａｌ２ｚＯａ＝ｌ　：　１ となる吹付材料の組成で、吹付材のＡｌ２２０３粒は０
．５　ｍ　ｍ以下のものを配合、アルミニウム粉は１５
重量％を配合、ＭｇＯ粒は、付着層のＡに！２０３＠と
当量分を０．５　ｍ　ｍ以下を全量またはその量の１０
〜４０％を０．５〜１．０ｍｍの大きい粒に置換させて
粒径変化させた時の付着層内Ａｌ２２０３単味層の残量
をＸ線鉱物組成同定によるα−ＡＪ２２０３検出強度（
ＣＰＳ）で表わしたグラフであり、また、この耐スラブ
性についても前述同様の方法で得たスラグ溶損指数のグ
ラフを示している。 含有するＡｌ２２０３全量をＭｇＯ・Ａｌ２２０３スピ
ネルとするのに必要なＭｇＯ粒の内、全量を０、５　ｍ
　ｍ以下とした場合は、ａ−Ａｆｆ２０３の検出は見ら
れない。 しかし、該ＭｇＯ粒の０．５　ｍ　ｍ以下を０、５　ｍ
　ｍ〜１．０　ｍ　ｍ粒に置換し、その量を増加するに
従い、α−ＡＲ２０３の検出量が多くなり、この時のス
ラグ溶損指数も、該Ｍｇ０粒全量を０、５　ｍ　ｍ以下
とした場合の付着層を１００にしたとき、０．５〜１．
０　ｍ　ｍ粒での置換量を増加するに伴い、それらの層
の耐用性は低下する。このように吹付材中のＭｇＯ粒も
、付着層内Ａｆｆ２０３を全量ＭｇＯ−Ａｌ２２０３ス
ピネルにするのに必要な少なくとも当量分だけは０．５
　ｍ　ｍ以下を使用することが、高耐用性のＭｇＯ・Ａ
ｌ２２０３スピネルを含む火炎溶射補修層を得るために
必要である。 アルミニウム粒径を５０μｍ以上とする理由は次の通り
である。 ５被酸化性物質を配合して補修を行う方法については特
公昭４９−４６３６４に開示されており、同方法におい
ては使用する５被酸化性物質は平均粒径が５０μｍより
小さいものを用いるとしており、その理由としては平均
粒径が５０μｍより大きくなると５被酸化性物質の酸化
燃焼性が悪化し、付着層の性状が不良となり、耐用性が
低下するとし、その最適粒径は１０ｇｍ以下の時に好結
果が得られるとある。 しかし同方法のように５０μｍより小さい粒径で、しか
も最適が１０ＩＬｍ以下という非常に微細な粒径体から
成る５被酸化性物質を用いた場合、耐火性物質との混合
あるいは吹付は装置への搬入などの前作業中、また吹付
は操作中に右いても、搬送管内の圧力低下などに起因す
る逆火など、微細な５被酸化性物質の取り扱いにおいて
は、非常な危険が伴う、さらに、同方法においては、吹
付は機への供給は酸素含有ガスで行うものとしており、
操作上の危険はさらに増大する。 本発明は、このような５被酸化性物質の取扱い操作上の
安全性を重視し、５被酸化性物質の平均粒径をできる限
り大きいものを使用して、安全性を向上すると共に、付
着層の基体への接着性はもちろん付着層自身の緻密性を
も向上する作用をなすものである。 補修用の耐火粒子に配合する５被酸化性物質は、取扱い
上の安全を確保する上で５０μｍ以上であれば十分であ
る。このことは前記従来力性に示されているように、酸
素含有ガスと共に加熱された炉内に噴出しても燃焼性が
悪く、使用に不適であるということからも明らかである
。 そして使用する５被酸化性物質の平均粒径を５０μｍ以
上にすることで燃焼性が低下するが、この燃焼性を増大
させるために、材料供給装置より不活性のガスで搬送さ
れた混合気流中に、可燃性ガスを混入し、材料と同時に
０２あるいは空気などの支燃性ガスの噴流中に吐出する
方法を採った。すなわち、まずノズルから吐出直後に可
燃性ガスの着火、燃焼が起こり、直ちに高温の火炎が形
成される。この高温の火炎内に放出された５被酸化性物
質の粒子は直ちに高温に加熱され燃焼し易い状態になる
。このように可燃性ガスの同時噴出を行うことにより、
その火炎を用いることによって、安全性を確保するため
に粒径を大きくし、敢えて燃焼性を低下せしめた分を容
易に補償し、何ら支障をもたらすことなく吹付は補修を
実施することができる。しかも、この可燃性ガスの燃焼
する火炎は、同時に吐出した補修用の耐火性粒子をも加
熱し、その粒子を溶融或は半溶融に至るまでに加熱する
ことも可能で、５被酸化性物質の酸化熱とその溶融した
酸化物と合併し、緻密な付着層ができることは必然と推
察できるところである。もちろん、支燃性ガスとしての
０２または空気の供給量は、噴流中に供給した５被酸化
性物質及び可燃性ガスを完全に燃焼し得る０２の量を供
給することは言うまでもない。 なお、支燃性ガスである０２ガス供給量は、供給する可
燃性ガス（例えばＣ３Ｈ，、アセチレン）と共に、吹付
材中の金属アルミニウムを完全燃焼させるに必要な理論
値よりも多量に用いると緻密な溶射層が得られる０次に
この望ましい０２ガス量について説明する。 第７図はアルミナ質（Ａｆｆ２０３　：　８５重量％、
５ｉ０２　：　１０重量％、その他Ｆｅ２Ｏ３、Ｃａｂ
）の耐火材料粉に平均粒径１００μｍの金属アルミニウ
ム粉をＩＯ重量％配合した場合で。 支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプ
ロパンガスを使用し、配合した金属アルミニウム粉の酸
化反応熱も加え、耐火材料粉１ｋｇ当り、３５００Ｋｃ
ａｌの熱量となるように配合して吹付けた場合において
、供給したプロパンガスの理論燃焼当量の支燃ガスを除
き、金属アルミニウム粉の理論酸化反応当量に対する酸
素ガス量比率と付着層の気孔率との関係を示す。 可燃性ガスであるプロパンガスの理論燃焼当量分の酸素
ガスの他に供給した酸素量が、５被酸化性物質の金属ア
ルミニウム粉の理論酸化反応当量との比率が２以下では
付着層の気孔率が３５％以上で多孔質なものであるが、
この比率が３以上になると、付着層の気孔率が２０％以
下となり緻密な付着層を確保することができる。しかし
その比率が１５を超えると、付着層の気孔率が増して補
修層としての耐用効果がなくなる。 このことからも第７図に示したように、可燃性ガスを利
用すると共に、そのとき５被酸化性物質の酸化反応を促
進するために、その酸化及応当量分の３倍以上１５倍以
下の支燃性ガスを付加することが効果的であることが分
る。 ［実施例］ 本発明法を用いて、ＲＨＨガス装置環流管部耐火物（マ
グクロれんが：６５重量％−Ｍｇ０゜２０重量％−Ｃｒ
２０３．ほかＳ　ｉ　０２Ｆｅ２０３．Ａｌ２２０３．
Ｃａｂ）損傷部に下記の混合物をＮ２ガス６　Ｎ　ｒｄ
　／　Ｈｒと、Ｃ３Ｈ。 １２Ｎｒｎ’／Ｈｒで毎時１５０ｋｇを搬送し、ノズル
先端部で酸素ガス１３ＯＮｒｎ’／Ｈｒ噴流中に吐出し
て吹付補修した。 混合物は。 ■最大粒径が１６０μｍで平均粒径１００μｍのアルミ
ニウムの粒子１５重量％、 ■最大粒径０．５　ｍ　ｍ、平均粒０．０３ｍｍのアル
ミナ質耐火材粒で、 Ａｌ２２０３　：　９６重量％、ほか５ｉ０２、ＣａＯ
ｌＦｅ２０ｇからなる組成のものを２９重量％。 ■最大粒径２．０　ｍ　ｍ、平均粒径０．８　ｍ　ｍで
。 ０、５　ｍ　ｍ以下４０重量％を含むマグネシア質耐火
材粒で、 ＭｇＯ：　９７重量％、ほか５ｉ０２、ＣａＯ１Ｆｅ２
０３からなる組成のものを５６重量％。 以上の三者の配合で構成した。 このときの付着層組成は第６図に示すＭｇ０−Ａｆｆ２
０３系状態図のＭｇＯ：５０重量％、Ａｇ２Ｏ３：　５
０重量％（図中Ｂ点）からなる。 ＲＨＨガス処理を約１０分行った後、吹付用ランスを浸
漬管下部より挿入、前述の損傷部（範囲は高さ方向的０
．３　ｍ　、周囲方向的１．０ｍの局部）に約１０分間
吹付けを実施した。その結果、付着物の基体への接着性
はもちろん緻密性も良好で、また、補修層耐用は、ＲＨ
脱脱ガス処理鋼約１公 時施工実施することによりＲＨ脱ガス耐火物の寿命の向
上を図ることができた。 〔発明の効果］ 特に金属溶湯用炉の内張り耐火物の損傷を本火炎溶射法
で補修するにあたり、本発明の溶射吹付材料を用いるこ
とにより、耐溶湯、耐スラグ性のの補修層を得ることが
可能となり各種類の内張り耐火物の耐用性を大幅に向上
することができる。 このことにより耐火物原単位および原単価の低減に大い
に寄与する。もちろん操業安定への寄与も大きい。 ＭｇＯ・Ａｌ２２０３スピネル或はＭｇＯ・Ａε２０３
スピネルを含むＭｇＯ質の補修層を容易に形成すること
が可能となるので、溶湯炉用内張り耐火物補修の利用範
囲も拡大され、また、高耐用性であることから、同類で
のコスト低減も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、付着層のＭｇＯとＡ［２０３の組成比率とス
ラグによる溶損指数との関係を示すグラフ、第２図は吹
付材中のＡ２粉配合量と付着層の気孔率との関係を示す
グラフ、第３図は吹付材中の耐火性粒子径と付着層内の
Ａｌ２２０３相量との関係を示すグラフ、第４図は吹付
材中Ａｌ２２０３粒に含む０．５〜１．０　ｍ　ｍ粒径
の含有量と付着層のＡｌ２２０３相量とスラグによる溶
損指数の関係を示すグラフ、第５図は、付着層内のへβ
２０３量と当量の大粒径ＭｇＯの重量比と付着層のＡｇ
２Ｏ３量およびスラグによる溶損指数の関係を示すグラ
フ、第６図はＭｇ０−ＡＩ２２０３系の状態図、第７図
は易被酸化性物質酸化反応当量分の酸素ガス量比率と付
着層の気孔率の関係グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃焼して耐火性酸化物を形成する易被酸化性金属粒
   子の１種以上と耐火性酸化物粒子とからなる混合材料を
   溶射して金属精錬炉内張り耐火物を補修する方法におい
   て、 粒径が５０μｍ以上のアルミニウム５〜 ２５ｗｔ％と、アルミナ４０ｗｔ％以下と、マグネシア
   ３０〜８０ｗｔ％とからなる混合物を、不活性ガス及び
   可燃性ガスの混合ガス或は可燃性ガスと共に支燃性ガス
   気流中に噴出して補修部に吹付け、該補修部にアルミナ
   ３０〜７２ｗｔ％及びマグネシア２８〜 ７０ｗｔ％の組成からなる補修層を形成することを特徴
   とする金属精錬炉内張り耐火物の火炎溶射補修方法。 ２　アルミナの粒径が０．５ｍｍ以下で、０．５ｍｍ以
   下の粒径のマグネシアがモル濃度で溶射層のアルミナ含
   有量よりも多いことを特徴とする請求項１記載の方法。 ３　前記支燃性ガス中の酸素ガス量が、前記供給可燃性
   ガスの理論燃焼当量と、前記混合物中のアルミニウムの
   理論酸化反応当量の３〜１５倍の量との合計量であるこ
   とを特徴とする請求項１および２記載の方法。