JPH0229957B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は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湯用炉の内張り耐火物の熱
間補修方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の火炎溶射補修技術として特公昭49−
46364に記述される方法は次の通りである。

修復すべき炉壁材質と同様な組成を有する補修
用耐火材粉粒を用い、この耐火材粉粒に、金属粉
粒を配合する。この金属粉粒を酸素で燃焼させた
ときの発熱を利用すると共に、金属粉粒自身も酸
化物となり耐火物体を形成する。

この方法では以下の問題がある。

(1) 通常、耐火材を溶射補修する場合の供給熱量
は、例えば次の文献、 製鉄研究No.305、1981、「コークス炉の溶射
補修」 鉄と鋼No.4vol69、1983、「溶射装置の開発
と溶射条件の検討」 に示されるように、材質により若干差はあるも
のの、5000〜8000kcal／Kgであるのに対し、同
方法は、金属粉粒を20〜30重量％含有した場合
でも2000〜3000kcal／Kgであり、その熱量はガ
スあるいは固体の燃料を用いるときの1/2程度
であるため、全体の耐火材粉粒を溶融あるいは
半溶融の状態にするには熱量が小さ過ぎる。こ
のため、緻密で強固な付着層を得るのは困難に
なる。これに対し、熱量を大きくするのに金属
粉粒の量を増加する手段も考えられるが、吹付
け材の単価の上昇に伴い、所栓コスト低下を目
的とする補修には不向きになる。

(2) さらに同方法では、使用する金属粉粒は50μ
ｍより小さい大きさで、かつ酸素によつて搬送
することになつているが、通常金属粉粒の特に
徴粉の場合、安全な取扱いをすることが難し
く、特化則第２類に属するものが殆どである。
にもかかわらず、同方法は酸素によつて搬送す
る機構をとつているため、さらに危険増大をも
たらし、極めて不安全な作業を強いられること
になる。

(3) また、耐火材と混合した金属粉の酸化発熱を
利用するため、基体に予熱を施す工程を取るこ
とが困難で、補修部基体は局部的に急激な加
熱、さらに終了時においては、急激な冷却状態
を課せられることとなり、熱的スポーリング損
傷を起こす原因になることは勿論、基体表面の
温度が低い場合には補修材の接着性が劣ること
になり、補修層の耐用性が劣るものとなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

易被酸化性物質粉粒を配合した吹付け材を用い
る溶射補修においては以下のことが重要となる。

(1) 安全操業 (2) コスト低減 (3) 易被酸化性物質粉粒の燃焼性向上 (4) 補修部基体および吹付け補修層の熱的スポー
リング損傷防止 (5) 吹付け補修層の基体への接着性向上 (6) 吹付け補修層の緻密化 本発明はこのような問題点を解決した火炎溶射
補修方法を提供することを目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するため技術手段を
講じた。

(a) 安全性向上とコスト低減化については、使用
する易被酸化性物質の平均粒径を50μｍ以上に
する (b) スポーリング損傷の防止については、基材の
予熱および補修層の徐冷を行う。この予熱およ
び徐冷用には、ガス火炎を用いる。

(c) 接着性を向上するには、吹付けの火炎および
耐火材粉粒の溶融状態も重要であるが、補修部
基体の温度が高いことも重要である。この基体
の予熱については上記(b)の基体予熱を利用する
ことができる。

(d) 補修層自身の緻密性を向上する方法として
は、吹付け材が基体に到着するまでに、耐火材
粒子は溶融あるいは半溶融状態になり、また、
易被酸化性物質の粒子は完全に酸化反応を終了
することが必要で、このために、吹付け材吐出
と同時に可燃性ガスを吐出あるいは噴出し、吹
付け材吐出と同時にガス炎を形成し、この火炎
熱により、易被酸化性物質粉粒の燃焼性を良く
し、また、耐火材粒子が溶融あるいは半溶融状
態になるのを助ける。

本発明方法は以上の技術手段を綜合し、補修用
の耐火性酸化物質粒子に易被酸化性の金属または
半金属粒子を配合したものを、ランスノズルより
可燃性ガスと同時に、支燃性ガスの中に吐出し、
易被酸化性物質の酸化反応による熱と可燃性ガス
の燃焼熱によつて、耐火性粒子の表面あるいは全
体を溶融または半溶融状態にして、基体補修部に
吹付けを行い、付着層を形成し、耐火物壁の補修
部を修復する。このとき易被酸化性物質自身は酸
化熱を発生すると同時に、耐火性溶融酸化物とな
り、溶融あるいは半溶融した耐火性粒子の表面部
と融着し、付着層を形成する。

次に、上記本発明方法は、第１図に示すよう
な、混合耐火材料を供給しランスより溶射して耐
火物を補修する装置であつて、前記混合耐火材料
を搬送する不活性ガス供給手段と、前記耐火材料
搬送ガスに可燃性ガスを供給する手段と、前記耐
火材料を含有する混合ガスを吐出するノズルと支
燃性ガス吐出ノズルとを有するランスそを備えた
火炎溶射補修装置によつて実施することができ
る。

〔作用〕 易被酸化性物質を配合して補修を行う方法につ
いては前述の特公昭49−46364に開示されており、
同方法においては使用する易被酸化性物質の粒度
は平均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50μｍより大きくなる
と易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10μｍ以下のときに好結果が得られ
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10μｍ以下という非常に徴細な
粒径体から成る易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け装置への搬入な
どの前作業中、また吹付け操作中においても、搬
送管内の圧力低下などに起因する逆火など、微細
な易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、吹付け
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、このような易被酸化性物質の取扱い
操作上の安全性を重視し、易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易被酸化性物質
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方法に示
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。

そして使用する易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
の燃焼性を増大するために、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、材料と同時に酸素あるいは空気など
の支燃性ガスの噴流中に吐出する方法を採つた。
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易被酸化
性物質の粒子は直ちに高温に加熱されて着火し、
続いて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、その火炎溶射
を用いることによつて、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
付け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、その粒子を溶融あ
るいは半溶融に至るまでに加熱することも可能
で、易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
としての酸素または空気の供給量は、噴流中に供
給した易被酸化性物質および可燃性ガスを完全に
燃焼し得る酸素の量を供給することは言うまでも
ない。

以上のような方法により吹付け補修をより安全
なものにするため易被酸化性物質の粒径はより大
きいものを使用するのが望ましいが、粒径が大き
くなるに従つて、付着率が低下し、付着層の性状
は劣化する。これを防止するため、可燃性ガスの
供給量を多くする手段もあるが、可燃性ガスの供
給量を多くすることはコスト上昇を招くので好ま
しくない。

そこで、これらの関係について種々実験を行つ
た。その結果の例を第２図から第５図までに示
す。

第２図は金属アルミ粉の平均粒径とそのときの
溶射材料の付着率との関係を示すグラフで、Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの曲線は、プロパンからの熱量が
吹付材料１Kg当り、それぞれ０、250、500、
1000、1500kcalの場合を示す。

可燃性ガスであるC₃H₈で、吹付材料１Kg当り
500kcalを加えた曲線Ｃの場合には、金属アルミ
の平均粒径が120μｍ程度までは付着率が良く、
可燃性ガスを混入しない場合の平均粒径20μｍを
使用したときに匹敵している。

さらに使用する金属アルミの平均粒径を大きく
した場合には、120μｍを境として急に付着率が
低下する。

このことから安全な取扱いを行う上で、可燃性
ガスの混入により、易被酸化性物質の使用に適す
る平均粒径は50μｍ〜120μｍにあると言える。

また第３図は金属アルミ粉の平均粒径が80μｍ
のものを使用し、C₃H₈混入による熱量を吹付材
料１Kg当り1000kcalにして金属アルミの配合比率
を変化した場合の付着率を示した。この場合は、
金属アルミ粉の配合量が10重量％まで付着率は急
激に上昇し、それ以降は大きな変化を示さない。
このことから易被酸化性物質の配合量は10重量％
以上であれば効果が発揮され、さらに多い程効果
はあるものの、吹付け材単価の上昇を伴い、メリ
ツトを失うことになるので、易被酸化性物質の配
合適正量は10〜30重量％とする。

また第４図には第２図に示した各付着層の気孔
率の変化、そして第５図は第３図に示したときの
各付着層の気孔率を示した。第４図中の曲線Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは第２図中の曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅに対応する。第４図、第５図のいずれも付
着率との対応が良くできている。

以上のことから易被酸化性物質の平均粒径を50
〜120μｍ、好ましくは60〜100μｍとすることに
より、安全でかつ付着層の緻密性、基体への接着
性が十分保たれたものとなることが分つた。

このような関係については、ここに示した金属
アルミ粉以外の場合においても、例えば金属シリ
コン粉を珪石質耐火材と共に吹付けたとき、ある
いは金属アルミ粉と金属シリコン粉の混合物をム
ライトと共に吹付けた場合、同様なものが得られ
た。

その他に、本発明で易被酸化性物質について好
結果を得たものとしては、Mg、Mn、FeMn、
SiMn、CaSi、FeSi、FeCr、CaC₂などがあり、
これらの一種もしく数種の物質を含むものであつ
た。

また、このときの耐火材料としては、シリカ、
アルミナ、ムライトの他に、シヤモツト系、ジル
コン、ジルコニア、マグネシア、マグクロなど
で、この場合に付着層の目標組成に合わせて易被
酸化性物質を配合することにより目的を達成する
ことができる。

また、以上の方法において、可燃性ガスを混入
する機構は、易被酸化性物質の着火および燃焼性
を向上したり、また耐火性物質の加熱を行い付着
層の性状を良好にするばかりではなく、吹付け材
吐出前に、可燃性ガスだけを吐出し、酸素との燃
焼火炎を形成し、基体の補修部およびその周辺を
徐々に加熱することができる。このように加熱を
施すことによつて、吹付けの際に急激に、かつ大
量の熱が基体に噴出されることによる基体の熱的
スボーリング損傷を防止することができる。さら
にこのように加熱された基体の表面は、その直後
に開始される耐火材吹付けの接着性を大いに有利
にする。

次に同機構は吹付け補修が終了した時点で、補
修部を徐々に冷却する方法も行うことができるた
めに、補修後の急冷によるスポーリング損傷を防
止することもできる。

可燃性ガスとしてプロパンの他にアセチレン、
プロピレン、プタンなど通常工業的に使用されて
いる可燃性ガスを用いても同等の好成果が得られ
ており、安全性、コスト、燃焼性などの観点か
ら、種々の条件に合わせてこれらを使用すること
ができる。可燃性ガスの供給は、搬送ガス経路中
のどこでもよく、安全性、操作性からランス手前
が好ましい。

また、搬送ガス自体に可燃性ガスを用いること
も可能である。

〔実施例〕

第１図に示す装置を用いて100t溶鋼取鍋の炉底
注湯孔羽口れんが（高アルミナ質）の損傷部に、
次の混合物を毎時60Kgを酸素噴流中に吐出して吹
付け補修した。

混合物は最大粒径120μｍで平均粒径が80μｍの
アルミニユームの粒子と、最大粒径500μｍのア
ルミナ質耐火材粒で、Al₂O₃：87重量％、他
SiO₂、CaO、Fe₂O₃から成る耐火性粒子とを、重
量比で20：80に混合した。また取鍋はあらかじめ
C₃H₈の火炎により1400℃程度に予熱した。

N₂ガスで吹付け材を搬送する配管内にC₃H₈を
毎時6.0m³混入し、支燃用の酸素はランスノズル
の先端から毎時37.5m³を噴出して上記吹付け補修
を10分間行つた結果、基体および付着層の熱的な
スポーリング損傷もなく、付着層の基体への接着
性も良好であつた。

このようにして補修した後、平均温度1650℃、
100tの溶鋼を受鋼し、連続鋳造での鋳込みを行つ
た。

この作業に６チヤージ連続して使用することが
できた。

これまで、取鍋の補修で特に困難とされていた
羽口近傍の補修を熱間でしかも、高純度かつ緻密
な付着層で補修できるようになつたことは炉寿命
延長および安全操業の上でメリツトが大きい。

〔発明の効果〕 窯炉あるいは金属溶湯用炉の内張り耐火物の損
傷部を本発明による火炎溶射法によつて補修する
ことにより、その基体質に近い組成で、しかも基
体への接着および付着層の緻密性において優れた
補修層の形成が可能となり、各種炉の内張り耐火
物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位の低減に大いに寄与
する。また操業安定への寄与も大きい。

粒径の大きい易被酸化性物質を使用することが
可能になつたことにより、補修作業に関する安全
の向上が図られ、作業性が向上し、さらにコスト
も低減されたことにより同補修方法の利用範囲も
拡大される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の材料搬送、可燃性ガ
ス、支燃性ガスおよび冷却水の系統図、第２図、
第４図はアルミナ質耐火材80重量％と金属アルミ
ニウム粉20重量％の粒径を変化させた場合の付着
率と気孔率をの関係を示すグラフ、第３図、第５
図は、粒径を80μｍとしたもので、添加熱量
1000kcal一定で、金属アルミニウム粉の配合比を
変えたときの付着率と気孔率との関係を示すグラ
フである。 １……基体、２……補修部、３……ランス、４
……吹付け材吐出口（ノズル部）、５……材料タ
ンク、６……材料搬送ガス（N₂など）、７……支
燃性ガス（O₂など）、８……可燃性ガス（プロパ
ンなど）、９……材料搬送ガス用開閉バルブ、１
０……材料搬送用開閉バルブ、１１……支燃性ガ
ス用開閉バルブ、１２……可燃性ガス用開閉バル
ブ、１３……耐火材料、１６……ランス冷却用
水、１７……ランス冷却排水、１８……ランス冷
却用水開閉バルブ、１９……ランス冷却排水開閉
バルブ、２０……制御器。

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
   金属または半金属の粒子の１種以上と耐火性酸化
   物粒子とからなる混合耐火材料を溶射して耐火物
   を補修する方法において、 前記金属または半金属粒子の平均粒径を50〜
   120μｍとし、前記混合耐火材料を不活性ガスお
   よび可燃性ガスの混合ガスと共に、支燃性ガス気
   流中に噴出し、補修部に吹付けることを特徴とす
   る火炎溶射補修方法。