JPH04110448A

JPH04110448A - 脱硝触媒用耐熱鋼

Info

Publication number: JPH04110448A
Application number: JP2231397A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Tokura; 戸倉　茂; Nobuo Otsuka; 伸夫大塚
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-04-10

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、火力発電ボイラ、焼結炉、ガラス溶融炉、コ
ークス炉などの固定発生源から１１１出される窒素酸化
物を除去する優れた触媒作用を有し、かつ、飾１久性、
経済性にも伊れる１ｕｌｌ！　ｎｌ’ｉ触媒用耐熱釦ｊ
に関する。

（従来の技術）従来、ボイラ等では用ガス浄化の一環として窒素酸化物
（以下、ＮＯｘという）の除去処理が行われている。

ＮＯｘ除去法としてはアンモニア（Ｎｌ１１）による接
触還元法が主流であるが、その際用いられる触媒Ｃ↓い
ずれも金属塩から製造された粉末体であり、これを保持
するための担体を必要とする。現在は主として、Ｔｉ０
ｚ担体（触媒講座第７巻基本工業触媒反応（中講談社（
１９８５年７月１０１三ｊ発行）参１１、（（）もしく
はＡ　ｆｆ　２０．担体（特開平１．−１５９０３，１
号公報）に担持されたシア０．触媒が用いられている。

従って、この接触還元法においては、排ガソＱ１電ト）
を加えるための装置を設ＪｌｔＧノれば４１′らない。

さら乙ご触媒、ＩＥＩ体を収納し、その中を挑ガスがｊ
ｍ過できるように構成した反応器を煙道内に絹の込まな
りればならないが、この触媒、担体はともにセラミ・７
クスであるため成形加工が難しく、大きな設備費を必要
とする。

また一般るこ、触媒および担体は、高温（３００〜４０
０’Ｃ）の、亜硫酸ガス（ＳＯ２）や炭酸ガス（ＣＯ２
）等を含みかつ多量のダス１−を含有する腐食性の強い
ガスＱにさらされるため、触媒活性が伊れていることに
Ｊ、ｍえ、機械的強度、耐高温腐食性、面１摩耗性等乙
こもイ憂れていることが必要である。しかし、従来開発
されている触媒はこれらの点を十分に゛満足しておらず
、そのため、燃焼方法を改善して１４０×の発生を抑え
る燃焼制御法と、前述の接触還元法による１、Ｉｌｌガ
ス中のＮＯｘ除去とを併用して、排出されるＮ。

×を低減させているのが現状である。

（発明が解決しよ・うとする課７．！ｆｉ）現用のＴｌ
Ｏ２を担体とするｖ、０５触媒（Ｖ２０５／ＴｌＯ２触
媒）は９０％以上の高いｌＩｔ＋、　ｆｉｌ！ｉ率を有
する高性能触媒であるが、ボイラの排ガスは通常多量の
ダストを含むため、ダスＩ〜による触媒の摩耗、損傷並
びにダスＩ・の主成分であるアルカリ金Ｆｆｌ酸化物の
付着による活性の劣化等の問題点を有している。待に、
石炭焚きボイラの場合のようにダス］・分の多い排ガス
の場合には、触媒に耐＋１耗＋’＋を付ぢするため、成
形法や担体基材の横側等を含め、種々の対策が講じられ
ている（前掲の触媒講座第７巻替ｌ！、＋０゜しかしな
がら、担体として、面ｌＳＯＸ性に優れるＴｌＯ２を主
として使用する必要があり、耐摩耗性の向」二には叩界
がある。そのため、ダストによる＋ｔＸ耗、ダスＩ〜の
イ」着による活性の劣化を防ぎｊ：）ず、３〜６年毎に
触媒を交換する必要があり、コストが嵩むとい・う問題
がある。Ｔ】０．は、セラミ、クスであるため木質的仁
二機械的衝撃に弱いという欠点もある。

また、ボイラの起ｆ）＋お３１、び停止に時にＣＩ脱硝
装置の触媒反応器中を流れる排ガス流が変動するが、ガ
ス流の変動が激しい場合には触媒同士が接触し、摩耗、
損傷する場合がある。従って、触媒の担体よしては、木
質的に■危い７２ラミンクスなと゛で（上なく、耐ＳＯ
ｘ性に優れた安価で強靭な鉄鋼材料を用いることができ
れば最良と考えられるが、従来の技術では安価な鉄鋼材
料の表面乙に触媒活性の大きいｖ２０、を密着性よく了
り着させる技術は未だ確立されていない。

本発明は、上記の問題に鑑み、表面に密着性のよいｖ２
０５を生成さ−１４−るごとができ、かつ、Ｔｉ（］□
のようなセラミックス担体に比べて耐摩耗性に優れた脱
硝触媒用面１熱鋼を提供することをＬＩ的とする。

（課題を解決するための手段）本発明者らは上記の目的を達成するために種々検討を重
ねた結果、■を所定組以上含有する鋼を大気中で酸化処
理すると鋼表面にｖ２０５が生成すること、さらに、こ
の生成したｖ２０５酸化スケールは優れたＮＯｘ還元用
触媒として作用することを見いだした。

ｖ２０５が脱硝触媒として働くこよはすでによく知られ
ていたが、これまでのり、０５はいずれも金属塩から製
造された粉末体であり、これを保持するだめのセラミッ
クス担体を必要としていた。しかし、上記のように鋼の
表面Ｋｌ触媒作用を有するｖ２０．を形成させることが
できれば、鋼はセラミックスに比べてはるかに強靭な担
体として作用し、この鋼を使用した板、管等の構造部上
Ａを用いることにより、工場や発電所のボイラ１ｊ１ガ
ス中のＩｆＯｘ除去が可能となる。例えば、このよ・う
な鋼の板、管等を煙道内に取りイ１け、これら板、管等
の表面が排ガスと十分に接触するように構成すれば従来
のよ・うに高価な反応器を煙道内に組み込む必要はなく
なる。また、現状の脱びｊ装置内のハニカム型セラミッ
クス触媒の代わりに、このような鋼で製作した細径チュ
ーブの束を取り付けるごとにより、十分なＪｌｌＴｈ　
ｌｉ￥ｉ性能がえられ、かつ触媒の面１摩耗性を向−ヒ
させることができる。

本発明は上記のような知見ならびに考え方に基づいてな
されたもので、その要旨は下記■〜■のｎ＋ａ硝触媒用
耐熱鋼にある。以下、合金元素の１％」はすべて重量％
を意味する。

■　Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ　：　２．０％以下、Ｍｎ
　：　２．０％以下、Ｃｒ：１５〜３０％Ｖ：］〜５％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる脱
硝触媒用耐熱鋼。

■　成分元素として、さらにＴｉ　：　０．０１〜２．
０％、Ｚｒ　：　０．０５〜０．３％、Ｎｂ　：　０．
５〜０．０％およびＭｏ　：　０．５〜０．０％の１種
以上を含有する前記■記載の脱硝触媒用面１熱鋼。

■　成分元素として、さらに、それぞれ０．０１〜１％
のＹ、　Ｃｅ、　Ｉ、ａおよびｌｌＦの１種属−にを含
有する前記■記載の脱硝触媒用耐熱鋼。

■　成分元素として、さらに、Ｔｉ　：　０．０１〜２
．０％、χｒ　：　０．０５〜０．３％、旧］　：　０
．５〜０．０％およびＭｏ　：　０．５〜０．０％の］
種以上と、それぞれ０，０１〜１％のＹ、Ｃｅ、Ｌａお
よび］げの１種以上を含有する前記■記載の脱硝触媒用
耐夕、ノ１鋼。

（作用）以下に本発明の鋼を構成する各成分の作用効果と、それ
らの含有量の限定理由を述べる。

Ｃは、耐熱鋼として必要な引張強さを向」ニさせるのに
有効な元素である。しかし、０．３％を超えると固溶化
処理の状態で末固溶の炭化物が残り、高温強度に寄与し
なくなるので、その含有量を０．３％以下とした。

Ｓｉは、脱酸剤として必要であるが、２．０冗を超える
と加工性が悪化するので、その含有量を２，０％以下と
した。

Ｍｎは、脱酸剤として作用し、また不純物であるＳを固
定、無害化するが、２．０％を超えると耐酸化性が悪化
するので、その含有量を２０％以下としノこ。

鼾は、１５％未満では而」酸化性が劣り、３０％を超え
ると高温強度が低下することから、その含有量を１５〜
３０％とした。

■は、１％未満では表面に安定なり２０．スケールが生
成しない。一方、５％を超えると衝撃値が低下すること
から、その含有量を１〜５％とした。

前記■の発明の鋼は、上記の成分以外、残部Ｐｅと不可
避の不純物からなるものである。不純物としてはＰとＳ
の」１限を抑えることが重要である。

ＰおよびＳは、いずれも熱間力ＩＩ　Ｉ性を悪くしたり
、偏析を起ごずなと有害な作用が多いため、Ｐは０．０
４％以下、Ｓは０．０３％以下とするのが好ましく、で
きるたり低く抑えるのがよい。

■の発明の鋼］は、■の発明の釦１に、さらにＴｉ、Ｚ
ｒ、　ＮｂおよびＭｏのうちから選んだ１種属」二の成
分を含有させたものである。

Ｔｉ、１１１］およびＺｒはそれぞれ、０．０１％、０
．５％、０．０５％以上含有させると高温強度特性を改
善するのに有効である。しかし、Ｔｉ　２．０％、Ｎｂ
　０．０％、Ｚｒ　０．３％を超えて含有させると溶接
性、カロエ性を損なうので、それらの含有量は、Ｔｉ：
０９０１〜２．０％、Ｚｒ　：　０．０５〜０．３％、
Ｎｌ＋　：　０．５〜０．０％とした。

Ｎｏは、固溶強化元素として高温強度の向上に有効で、
０．５％以上含有させると効果的である。しかし、３，
０％を超えると加工性が劣化し、組織も不安定になるの
で、その含有量は０５〜０．０％とした。

■の発明の鋼は、■の発明の釦１に、さらにＹ、Ｃｅ、
　Ｌａおよびｌ　ｆのうちからコバんだ１種属−ヒの成
う）を含有さ−ＩＪたちのである。

）！、Ｃｅ、１．ｆ］、１ｌｆ（希土類元素）は、いず
れも０．０１％以」二含有させると表面酸化スケールの
密着性の向上に有効であるが、１％を超えると機械的強
度を損な・うので、それらの含有量はいずれもＯ３旧〜
１％としノこ。

■の発明の鋼は、■の発明の鋼に、さらにＴ１、Ｚｒ、
Ｎ１＋およびＦ′ｌｏのうちから選んだ１種属」二の成
分と、Ｙ、　Ｃｅ、　Ｌ、ａおよびＩｆｆのうちから選
んだ１種属」二の成分を含有させたものである。

なお、本発明の鋼表面にＶ２０．の酸化スケールを生成
させるには、前述した大気雰囲気中で５００’Ｃ以上に
加熱すればよい。ただし、ｌ／２０．の融点（６７゜’
Ｃ）以上で加熱する場合、加熱時間が長いとＶ　２Ｏ、
。

が溶出してしまうから、これを防止するために約１０分
程度の短時間力［ｊ熱に留めるのが望ましい。

（実施例１）１７ｋｇ真空溶解炉で第１表に示す化学組成を有する鋼
を溶製し、直径４０闘、長さ６００ｍｍ、肉厚８ｍｍの
管に加工して供試材とした。この管をＮＯｘＯｘ還元試
験用上１て第１図に示す試験装置に取りイ」け、大気中
６００°Ｃで１１１４間酌化した。生成した酸化被膜の
密着性および耐摩１、を性を第１表に併せ示す。

密着性は、酸化処理後の鋼管表面に、供試＋１と同等以
上の強度を有する桐材からなる直径１０ｍｍの引張り治
具の一端面を、接着剤（ヂバカイギー礼製　商品名：ア
ラルダイトクィック）を用いて接着し、これを引張り試
験して剥離強度を測定した。

また、耐犀耗性は、第３表に示す条件のフライアッシュ
による高温摩耗試験を行って酸化スゲールの滅肉厚さを
測定した。

なお、同表には担体として機能する鋼の組織の安定性の
指標として衝撃値も示した。

次いで、前記の問×還元試験用管１をヒーター２δこよ
り所定の温度に加熱し、アンモニアガス４を添加しつつ
、管１内に１４０×を含む混合ガス３を流し、管を通過
した後のｆｌＯｘｆｉｌを測定した。混合ガス３は第２
表に示す組成を有している。

４１１１定結果を第４表に示す。本発明例においては、
いずれの場合も市販触媒（Ｔ　ｉ　Ｏ２にＶ２Ｏ９を担
持させたもの）を用いた場合と同様に２００’Ｃ以−ヒ
で高い脱硝率を示した。

（実施例２〕実施例］で用いた本発明銅１の竹であって、第３表に示
す条件でのフライアッシュ高温ｒｔ耗試験を行ったもの
を１ｑＯ×還元試験用管１よして前記第１図の装置に取
り付け、実施例１と同し条件でＮＯｘ還元試験を行った
。

測定結果を第５表に示す。本発明例では高温摩耗試験後
もきわめて高い脱硝率を示した。

（以下、余白）第表（発明の効果）本発明の鋼は、良好なＮＯｘ還元機能を有し、従来のセ
ラミックス担体にｉｌｌ持され、た触媒に仕べ、耐摩耗
性に優れる。この発明の鋼を板、管等の構造部利として
使用することにより触媒としての作用をもたせることが
できるので、脱硝装置を小型化でき、実用的価値は非常
に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１および２で用いたＮＯｘ還元試験装
置の構成を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｃ：０．３％以下、Ｓｉ：２．０％以
下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｖ：１
〜５％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物から
なる脱硝触媒用耐熱鋼。
（２）成分元素として、さらに、重量％でＴｉ：０．０
１〜２．０％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｎｂ：０．
５〜３．０％およびＭｏ：０．５〜３．０％の１種以上
を含有する請求項（１）記載の脱硝触媒用耐熱鋼。
（３）成分元素として、さらに、それぞれ０．０１〜１
重量％のＹ、Ｃｅ、ＬａおよびＨｆの１種以上を含有す
る請求項（１）記載の脱硝触媒用耐熱鋼。
（４）成分元素として、さらに、重量％でＴｉ：０．０
１〜２．０％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｎｂ：０．
５〜３．０％およびＭｏ：０．５〜３．０％の１種以上
と、それぞれ０．０１〜１重量％のＹ、Ｃｅ、Ｌａおよ
びＨｆの１種以上を含有する請求項（１）記載の脱硝触
媒用耐熱鋼。