JPH09286671A

JPH09286671A - 窯炉の補修材料

Info

Publication number: JPH09286671A
Application number: JP8105267A
Authority: JP
Inventors: Yuji Narita; 雄司成田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】テルミット法に好適な窯炉の補修材料の提供。【解決手段】(1) 金属粉の燃焼反応熱を熱源とする材料
であって、金属粉は、Mg又はMg系合粉の核、この核の周
囲の合成樹脂コーティング層、更にこの層の周囲に付着
させたSi又はSi系合金粉のリム層を有し、粒径を調整し
た造粒物であるもの。 (2)耐火性粉末と上記(1) の金属粉とからなる材料であ
って、耐火性粉末は、MgO を主要な成分とする塩基性骨
材97〜78％と、ZrO₂、Cr₂O₃もしくはSiO₂系の化合物中
の１種以上の添加剤、又は溶射雰囲気で前記酸化物を生
成する材料中の１種以上の添加剤３〜22％とからなるも
の。【効果】優れた補修効果が得られる。窯炉の操業効率が
高まると共に、各種炉材や窯炉の損傷に則した多様な溶
射補修が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の加熱炉や反
応炉（以下、窯炉という）の内壁面に発生した損傷部位
を溶射により肉盛補修する材料に関し、特に金属粉の酸
化燃焼熱を熱源とするテルミット火炎溶射法に好適な補
修材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼製造プロセスでは各種の窯炉が用い
られている。これらの窯炉では長時間の連続運転を要
し、内張り耐火物の寿命を延長するために稼働中の熱間
雰囲気下で炉の内壁面などを補修する場合がある。従
来、炉内損傷が発見された場合の修復には、結合剤とし
て無機系バインダー（例えばリン酸塩）と水とを配合し
た粉末状の不定形耐火物を吹き付ける、いわゆる湿式吹
付法が用いられている。

【０００３】しかし、このような不定形耐火物を用いる
湿式吹付法の場合には、例えば含有水分に起因する弊害
のために付着性が十分ではなく、その結果、補修回数が
多くなるなど、適確な炉命の延命を図ることができな
い。

【０００４】このため最近になって、前記要補修部分に
耐火材料を溶射する各種の技術が開発され、採用される
ようになってきた。

【０００５】すなわち、転炉などで用いられる可燃性燃
料火炎溶射法（例えば特公昭６０−４６０６２号公
報）、ガラス炉などで用いられる、耐火性粉末と混合し
た金属粉（例えばＳｉ粉）を酸素気流中で搬送して赤熱
状態の炉壁面に噴射し、燃焼火炎をつくる一種のテルミ
ット反応熱火炎溶射法（例えば特公昭４９−４６３６４
号公報、以下テルミット法と略記する）、またはコーク
ス炉などで用いられる、ガスプラズマジェットを利用す
るプラズマ火炎溶射法などがある。これらの溶射補修方
法では水を用いないので、いずれも優れた補修効果を示
している。

【０００６】これらの溶射補修方法は、それぞれ熱源に
顕著な特徴を有し、これらの特性に適合した窯炉を対象
として実施されている。しかし同時に、これらの特性は
用途の拡大の上で種々の制約を内在しているとも言え
る。例えば、従来の燃料ガスを用いる火炎溶射法では、
施工対象に応じて火炎（フレーム）寸法を短尺化させる
と施工能力の小容量化へと短絡し易く、装置自体の抜本
的改造を要する。それのみならず、製鋼プロセスで用い
られる窯炉の中で中規模施工の対象となる壁面は、炉体
形状が複雑な個所にある場合が多く、火炎寸法の制約が
生じ、施工が困難である。中でも出鋼口などの円筒形状
の内面部を施工する場合、適用範囲が限られて補修効果
は小さくなり、他方ではユーティリティーが小型化せ
ず、相対的に補修の経済性は劣る。

【０００７】従来のプラズマ火炎溶射法では、補修域
（施工量）を拡大する場合、電気と水（冷却）系統での
付帯設備の大型化をもたらし、この方法は既存の工場内
での使用には不向きである。

【０００８】他方、従来のテルミット法では高融点のＳ
ｉ粉（融点：１４５０℃）を用いるため、円滑なフレー
ムの形成（着火）と維持とがなされるためには、要補修
域が１０００℃以上の予熱状態となっていることが必要
である。本発明者は、便法として低融点Ａｌ粉またはＭ
ｇ粉を用いることを試みたが、着火反応が急激で危険が
多く、そのままでは全く使用に耐えなかった。

【０００９】ところで、製鋼炉はコークス炉と異なっ
て、操業が終了して内容物（溶鋼、スラグ）が排出され
ると炉体に熱源が存在せず、時間の経過とともに急激な
炉内温度の低下が生ずる。通常、製鋼炉は１６００〜１
７００℃の温度範囲で操業されているが、出鋼または出
湯などの後に補修の準備を開始して溶射施工に着手する
ときには、多くの場合、要補修域の温度は大半が１００
０℃を下まわり、局部的には６００℃程度に低下してい
る場合が生じ得る。

【００１０】例えば、真空脱ガス炉の浸漬管は、操業が
終了した後は大気中に露出され、急速に冷却する。取鍋
ではそのコップ形状から明らかなように、排滓が終了し
た後、急激な上昇気流が生じ、熱放散が起こる。逆に転
炉は密閉性のルツボ形態であるため、炉全体としての冷
却は緩慢である。しかし、その一方、出鋼作業の要であ
り、熱間補修が必須である出鋼口（通常、１５０〜３０
０ｍｍφ）の内筒部分の冷却は速く、通常の溶射補修を
施工してもその効果は全く得られない。

【００１１】他方、補修材料については、従来の火炎溶
射法の場合を例にとると、上記の理由から転炉では短時
間大量施工を志向し、スラグなどの低融点物を配合して
付着効率を高めている。しかし、操業温度の過酷化に伴
って補修による肉盛層そのものの耐用性の低下は顕著と
なっており、従来の溶射補修材料では汎用性に欠けるの
が実態となっている。

【００１２】従来のテルミット法における補修材料で
は、Ｓｉを熱源としているため、これを多量に使用する
と窯炉内にＳｉＯ₂ダストが沈積し、補修による肉盛層
（溶射体）内に遊離したＳｉＯ₂相も形成される。この
結果、炉材としての耐食性が損われるとともに鋼中のＳ
ｉのピックアップの要因になり、鋼の溶製における真空
脱ガスなどの下工程段階では致命的な汚染が発生する。
本発明者は、Ａｌ粉を熱源とするテルミット法の補修材
料の適用も試みたが、これは燃焼性能および安全上の問
題から全く使用に耐えなかった。

【００１３】以上のように、従来の溶射法および補修材
料では、付帯設備、熱源の特性または材料組成の各問題
からさまざまな利害得失があり、十分な改良がなされて
いない。特に、補修材料の視点から検討しても、従来技
術の範ちゅうでは個々の要補修域に対して必要かつ十分
な施工が実現できる材料は未だ存在せず、実質的には旧
来の吹付補修に終始し、著しく経済性を損っているのが
現状である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、製鋼炉補
修の各種ニーズに対応すべく、材料や施工方法について
種々検討を重ねて来た。

【００１５】さらに、前述の現状に鑑み、特にテルミッ
ト法は他の方法と異なって付帯設備が簡便で既存の製鋼
工場などに導入し易いという機動性に再度着目し、テル
ミット法で用いる補修材料の欠点を解消すべく、実地に
検討を推進した。この結果、以下の〜の問題点を抽
出した。

【００１６】従来の補修材料中の熱源はＳｉである。
このＳｉは、融点が１０００℃を大きく上まわる金属種
であり、着熱および着火の性能を上げるために５０μｍ
未満での微粒子領域のものを用いている。しかし、Ｓｉ
微粒子が凝集しやすいため長期の保存には耐え得ず、か
つＳｉ微粒子が配合材料中で偏析し、火炎形成を悪化さ
せる。

【００１７】６００℃以下の低融点の金属粉は、着火
性に問題はないものの広い粒径域で発火性を有し、粒径
域を厳密に制約すると経済性を著しく損なう高価なもの
となる。

【００１８】一方、Ａｌ粉のように低硬度で延性に富
むものは微細粒化しやすく、気流搬送の管内に付着して
フラッシュバックを引き起こす要因となり、全く使用に
耐えない。

【００１９】また、Ｍｇ粉および一部のＭｇ合金粉で
は、比較的硬度が高いものがあるが、急激に燃焼反応さ
せると２０００℃を遙かに超える高融点のヒューム（例
えばＭｇＯヒューム）となって飛散し、溶射補修に寄与
する割合が極めて低くなり、そのままでは使用できな
い。

【００２０】例えば、特開昭６０−１６１３７９号公
報では、前述の偏析、凝集、飛散および微細化の諸現象
を解消すべく、ＣＭＣなどの有機糊剤や水ガラスなどの
無機系接着剤を用いて粒子形態の異なる原料粉末を造粒
している。しかし、これらでは接着剤などが分解、気化
する過程でＨ₂Ｏが発生して熱ロスが大きくなり、所期
の良好な溶射状態は得られない。

【００２１】本発明は上記〜の問題点を解決するた
めになされたものである。本発明の目的は、テルミット
法で用いる補修材料を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)および(2) の補修材料にある。

【００２３】(1)含有する金属粉の燃焼反応熱を主要な
熱源とし、窯炉の溶射補修で用いる材料であって、金属
粉は、ＭｇまたはＭｇ系合粉の核、この核の周囲の合成
樹脂のコーティング層、さらにこのコーティング層の周
囲に前記合成樹脂をバインダーとして付着させたＳｉま
たはＳｉ系合金粉のリム層を有し、かつ粒径を調整した
造粒物であることを特徴とする窯炉の補修材料。以下、
本発明の第１の補修材料という。

【００２４】(2)耐火性粉末と上記(1) の金属粉とから
なる、窯炉の溶射補修で用いる材料であって、耐火性粉
末は、ＭｇＯを主要な成分とする塩基性骨材：９７〜７
８重量％と、ＺｒＯ₂系、Ｃｒ₂Ｏ₃系もしくはＳｉＯ
₂系の化合物中の１種以上の添加剤、または溶射雰囲気
でこれらの酸化物を生成する材料中の１種以上の添加
剤：３〜２２重量％とからなることを特徴とする窯炉の
補修材料。以下、本発明の第２の補修材料という。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の補修材料は、テル
ミット反応の主要な熱源となる金属粉として、Ｍｇまた
はＭｇ系合金（以下、Ｍｇ系金属種という）と、Ｓｉま
たはＳｉ系合金（以下、Ｓｉ系金属種という）とを用い
る。望ましいＭｇ系合金はＭｇ−Ａｌなど、望ましいＳ
ｉ系合金はＳｉ−Ｃａ、Ｓｉ−Ａｌなどである。Ｍｇ−
Ａｌ、Ｓｉ−ＡｌなどのＡｌ含有合金を用いる場合は、
溶射時のフレームの着火の安定性や溶射体の性状を良好
なものとする観点から、さらにＡｌ含有量が１０重量％
未満のものとするのが望ましい。

【００２６】金属の種類を前記のように限定した理由
は、次のとおりである。

【００２７】Ｍｇ系金属種は、従来の熱源であるＳｉよ
りも融点が低く、反応性に富む。Ｍｇは、もちろん酸化
してＭｇＯを形成するが、補修材料の系内のＭｇをとり
まく成分を取り込んでＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ−Ｃ
ａＯまたはＭｇＯ−ＳｉＯ₂など（補修材料中に何らか
も目的でＣｒ₂Ｏ₃が含まれている場合には、ＭｇＯ−
Ｃｒ₂Ｏ₃も形成される）を含む極めて耐火性に富む多
成分系の酸化物となって溶射体を形成する。このような
酸化物は、特にこの溶射体におけるマトリックス領域の
耐食性を著しく向上させる。

【００２８】これに対し、単体Ｓｉ粉は燃焼した後、単
一のＳｉＯ₂層を形成しやすく、耐火性ひいては耐食性
を大幅に低下させる。単体Ａｌ粉は着火の点ではＭｇと
同様に良好とは言え、軟質素材であることから原材料の
混合または気流搬送時に微細粒化して凝集し、逆火の危
険性が増し、大量配合の点からは実用性に欠ける。球状
化処理したＡｌ粉では、それ自体逆火の危険性は低くな
るが、一方で酸化膜で皮膜が形成されることにより球状
化されているため、着火しにくい。Ｚｒ粉は、常温下で
自然発火するため使用できない。Ｃｒ粉は、酸化燃焼し
た後の酸化物では耐食性が良好とは言え、酸化物ヒュー
ムから６価クロムが生成しやすく、労働衛生上好ましく
ない。さらに、Ｃｒ粉の着火温度はＳｉ粉のそれよりも
高く、溶射の際の燃焼反応の調整役をはたすことができ
ない。

【００２９】以上のように各種金属粉の特性を勘案する
と、Ｍｇ系金属種粉と従来の安価なＳｉ系金属種粉との
組合せにより、後述の望ましいＭｇ／Ｓｉ比とするの
が、着火、反応速度、反応熱の総量および到達温度の点
で所要の溶射状態を得る上で好適である。

【００３０】本発明の第１の補修材料中の金属粉は、Ｍ
ｇ系金属種粉の核と、この核の周囲の合成樹脂のコーテ
ィング層と、さらにこのコーティング層の周囲に前記合
成樹脂をバインダーとして付着させたＳｉ系金属種粉の
リム層を有し、かつ粒径を調整した造粒物（以下、擬似
粒子という）である。

【００３１】合成樹脂は、前記の核の周囲のコーティン
グ層であるとともに、このコーティング層の周囲にＳｉ
系金属種粉のリム層を形成させる際のＳｉ系金属種粉の
バインダーでもある。

【００３２】Ｍｇ系金属種粉およびＳｉ系金属種粉は、
それぞれ別に粒度調整を施し、一定比率で配合するのが
望ましい。

【００３３】Ｍｇ系金属種粉の粒径の望ましい範囲は２
０〜２００μｍである。２０μｍ未満では、後述する擬
似粒子の形態としてもヒュームとなって溶射に寄与しな
い。

【００３４】一方、２００μｍを超えると、Ｍｇ系金属
種粉は燃焼した後に微細なＭｇＯ粒の凝集層を溶射体内
に形成し、溶射体が強度面で脆くなる。

【００３５】Ｓｉ系金属種粉の粒径の望ましい範囲は１
〜１００μｍである。１μｍ未満では、後述する擬似粒
子の形態としてもヒュームとなって溶射に寄与しない。
一方、１００μｍを超えるとＳｉ系金属種粉は溶射フレ
ーム中で燃焼し尽くせず、例えばＳｉ相を溶射体中に形
成させ、耐食性などもの面から溶射体の性状を劣化させ
る。粒径の条件としては、例えばＳｉ粉を用いる場合に
は平均粒径を１０μｍ程度、Ｃａ−Ｓｉ合金（例えばＣ
ａ含有量：３０重量％）粉を用いる場合には平均粒径を
４０μｍ程度とするのが最も好適である。

【００３６】このような粒径差は、実験検討からはＳｉ
およびＳｉ−Ｃａの融点の高低差で決定できるが、いず
れも１〜１００μｍの粒径範囲で調整し、前述のＭｇ系
金属種と粒径域が異なるように混合するのが望ましい。

【００３７】前記のＭｇ系金属種とＳｉ系金属種との配
合における望ましい一定比率の範囲は、Ｍｇ／Ｓｉ比
（重量比）で２〜０．２である。この比が２を超える
と、燃焼反応が激しい上に熱量不足をもたらし、熱源と
しての金属粉の配合比率が高くなり、実用性に劣る補修
材料となる。一方、０．２未満ではＭｇ配合の効果がな
く、溶射の際の付着性が低下する。

【００３８】擬似粒子とする場合の望ましい合成樹脂
は、アルキル系、例えばアクリル樹脂または一部のエポ
キシ樹脂などの合成樹脂のうちで、３００〜４８０℃の
範囲に熱分解点を有し、かつ前記の核となるＭｇ系金属
種粉のコーティング層およびその周囲にＳｉ系金属種粉
のリム層を形成させるバインダーとして作用する機能を
有するものである。芳香族系の環式樹脂（例えばフェノ
ール樹脂およびフラン樹脂）は、補修材料の投射時の熱
分解過程で多量のＨ₂ＯまたはＣＯ₂を生成し、無視で
きない溶射熱源のロスをもたらす。ピッチなどの瀝青物
質も同様であるとともに、熱分解点が３００℃未満であ
るために、コーティング層が軟化しやすく、気流搬送に
耐え得ない。

【００３９】擬似粒子の製造は次のように行う。まず、
Ｍｇ系金属種すなわち低融点で比較的粗粒の金属種粉の
表面を、有機溶媒で溶解した合成樹脂溶液で一様に濡ら
し、Ｍｇ系金属種を核として合成樹脂のコーティング層
を形成させる。次いで、Ｓｉ系金属種すなわち高融点で
比較的細粒の金属種粉を添加して混合し、前記の合成樹
脂をバインダーとして、細粒のＳｉ系金属種粉が前記の
コーティング層の周囲にリム層を形成するように付着さ
せて造粒し、擬似粒子とする。

【００４０】有機溶媒の種類は特に限定しないが、望ま
しいのはアルコール類である。主として取扱いの容易さ
または衛生面から、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）
がよい。エタノールは優れた溶解性を示すが、防火の面
で問題があり、工業的利用には不向きである。

【００４１】造粒の手段としては、転動型造粒機を用い
てＭｇ系金属種粉の粒子を旋回運動させながら、合成樹
脂溶液を噴射してＭｇ系金属種粉の表面を合成樹脂溶液
で一様に濡らす方法が最もよい。ちなみに、混合−押出
し造粒機による場合では、均一な造粒状態（擬似粒子形
態状）を得ても、合成樹脂と粉体粒子との間に濃淡が生
じ、合成樹脂が多く消費される上に、擬似粒子の燃焼性
が低下する。

【００４２】コーティング層の厚さは、厳密な測定は困
難であるが、溶媒が気化した後の固形分量、すなわち合
成樹脂を溶媒に溶解して調整する前の合成樹脂の配合量
により、造粒処理する金属種粉の粒径の大小に対応して
調整する。この好適な調整範囲は、金属種粉の量に対す
る合成樹脂の固形分の重量％でいうと１．２〜３．０％
である。１．２重量％未満では溶射時のフラッシュバッ
クの頻度が極度に高まって危険である。一方、３．０重
量％を超えると溶射時の合成樹脂の熱分解に時間を費や
し、着火が遅れ、溶射自体に支障が生ずる。

【００４３】擬似粒子の粒径調整の望ましい範囲は３０
〜３００μｍ程度である。この調整方法には、厳密には
篩い分けを用いるのが望ましいが、前述の造粒機によれ
ば、旋回速度と合成樹脂の添加後の旋回時間とで所要の
粒径の擬似粒子を収率よく得ることができる。

【００４４】本発明の第１の補修材料全体に対する擬似
粒子形態状とした金属粉の配合率の望ましい範囲は、１
０〜２５重量％程度である。その余は塩基性骨材および
添加剤を含む耐火性粉末とするのが望ましい。

【００４５】前記のような擬似粒子形態状とした金属粉
を配合した場合には、従来の補修材料のように着火剤と
して少量のＡｌ粉を配合する必要がなく、その分、逆火
の危険性を回避することができる。さらに、補修材料中
での金属粉の凝集または異なる物性の金属粉の単なる組
み合せ混合の場合における偏析および偏在がなくなると
ともに、輸送管内での酸素気流中の湿分との接触および
静電気の発生から解放される。

【００４６】本発明の第２の補修材料は、耐火性粉末
と、本発明の第１の補修材料において擬似粒子とした金
属粉とからなるものである。この耐火性粉末の一つは、
ＭｇＯを主要な成分とする塩基性骨材：９７〜７８重量
％と、ＺｒＯ₂系、Ｃｒ₂Ｏ₃系もしくはＳｉＯ₂系の
化合物中の１種以上の添加剤：３〜２２重量％とからな
るものである。他の一つは、上記の塩基性骨材：９７〜
７８重量％と、溶射雰囲気で上記の酸化物を生成する材
料中の１種以上の添加剤：３〜２２重量％とからなるも
のである。

【００４７】補修材料の主原料である耐火性粉末を構成
する骨材として、塩基性耐火物を用いた製鋼炉などの窯
炉に対応すべく塩基性材料を用いることは当然である。
したがって、本発明の第２の補修材料においても、耐火
性粉末を構成する骨材の材質や組成は特に限定しない。
しかし、ＣａＯ、ＭｇＯまたはＣｒ₂Ｏ₃もそれぞれ単
独で使用可能であるが、これらは耐火性が高いため不完
全溶融を起こしやすく、Ａｌ₂Ｏ₃と異なって付着性は
極端に低下する。または、例えばＭｇＯの配合量が多い
と溶射の際に得られる液滴は低粘稠性で、施工壁面上で
流動固化しやすいために、気泡を多量に内包して低強度
の溶射体を形成させやすい。

【００４８】ゆえに、耐火性粉末を構成する塩基性骨材
として望ましい材質は、ＣａＯ−ＭｇＯ、ＭｇＯ−Ｃｒ
₂Ｏ₃またはＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系の化合物であり、こ
れらを用いて骨材の成分はＭｇＯが主要なものとなるよ
うにするのが適切である。すなわち、施工性などからの
必要性に応じて、これらに付随する形で種々の耐火性粉
末を添加し、本発明の第２の補修材料とするが理想であ
る。

【００４９】耐火性粉末中の塩基性骨材が９７重量％を
超えると、後述する配合効果がなくなる。一方、７８重
量％未満では、特に製鋼炉に適用した場合に溶射体の耐
食性が著しく低下する。

【００５０】耐火性粉末を構成する上記の塩基性骨材の
粒径の望ましい範囲は、溶射時に溶融して施工面に付着
する状態を考慮すると５０μｍ〜２０００μｍ未満であ
る。

【００５１】粒径が２０００μｍ以上になると付着性の
低下を招き、一方、５０μｍ未満になると液滴がスプラ
ッシュにもなり、付着率に寄与しない。加えて、５０μ
ｍ以下の粒径域が補修材料全体に対して２０重量％を超
えると、施工壁面でリバウンドした補修材料中の微粒体
はフレーム中で噴霧状態を形成し、着火が持続できなく
なる。ゆえに、付着性をさらに向上させるためには、塩
基性骨材の粒径の範囲は７５〜１５００μｍとするのが
より望ましい。

【００５２】耐火性粉末を構成する前記の添加剤は、溶
射時の補修材料の液滴状態における粘稠性を調整し、施
工壁面での付着および流動状態を保つ、つまり低粘稠性
の液滴を高粘性化させ、施工壁面に積層させるために用
いる。

【００５３】添加剤としては、ＺｒＯ₂系、Ｃｒ₂Ｏ₃
系もしくはＳｉＯ₂系の化合物中から１種以上を適宜選
んだもの、または溶射雰囲気で上記の酸化物を生成する
材料中から１種以上を適宜選んだものを用いる。前者の
化合物は、ジルコン砂（ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂）およびア
ルミナ・クロミアセラミックの粒などである。後者の材
料は、ＳｉＣおよびＣｒ₂Ｃ₃などの炭化物、ＳｉＮな
どの窒化物もしくはＳｉおよびＣｒの炭窒化物である。
例えば、単一成分としてＡｌ₂Ｏ₃を添加すると、前記
の高粘性化は望めない。ＴｉＯ₂またはＴｉＮでは粘性
の調整は可能であるが、融点が低く、耐食性に劣る。

【００５４】耐火性粉末中における添加剤の配合率の範
囲は３〜２２重量％とする。２２重量％を超えると、良
好な緻密性すなわち低気孔性の溶射体は得られても、補
修材料は、化学組成上、耐火性または耐食性が著しく低
下し、使用に耐えないものとなる。一方、３重量％未満
では添加剤としての効果が得られない。

【００５５】添加剤の粒径の望ましい範囲は、前述の骨
材の場合と同様に５０μｍ〜２０００μｍ未満、さらに
望ましいのは７５〜１５００μｍである。

【００５６】補修材料全体に対する擬似粒子形態状とし
た金属粉の配合率は、組み合わせる耐火性粉末の耐火性
などによって変わるが、望ましい範囲は同様に１０〜２
５重量％、さらに望ましいのは１２〜１７重量％であ
る。耐火性粉末のうちの塩基性骨材として融点が２２０
０℃程度のＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系のスピネルを用いて
も、７．５重量％の配合で溶射時に補修材料の着火はで
きるが、溶融状態の保持は全く困難となり、溶射できる
状態に到らない。しかし、１０重量％以上、さらに望ま
しくは１２重量％以上の配合率とすれば、円滑な溶射が
可能である。一方、２５重量％を上回ると溶射時にスプ
ラッシュの発生が激しくなり、安全上からの別の問題が
顕在化する。

【００５７】以上のように、テルミット法による溶射で
用いる補修材料の熱源として、従来のＳｉ粉やＡｌ粉に
替えて、Ｍｇ系金属種粉とＳｉ系金属種粉との組合わせ
からなる金属粉を適切な擬似粒子としたものを用いるこ
とによって、補修材料を着火と燃焼との二つの要素で制
御することが可能である。また、ジルコン砂、ＳｉＣな
どの添加剤を適切に添加した場合には、溶射時に生成す
る液滴の粘稠性や流動性を調整することもでき、より着
火の安定性が優れ、かつ緻密で付着性の良好な溶射が可
能な塩基性耐火物の組成の補修材料が得られる。特に、
熱源としてＭｇ系金属種を配合したことにより、特に壁
面温度の変動が著しい製鋼炉においては作業性の良好な
溶射施工が可能であり、しかも着火を制御し得ることで
作業の安全性も向上する。

【００５８】

【実施例】

（試験１）本発明例では、骨材として粒径を１．５〜
０．１５ｍｍに調整したスピネル粉（ＭｇＯ：３０重量
％、Ａｌ₂Ｏ₃：７０重量％）、添加剤として粒径を
１．５〜０．１５ｍｍに調整したＳｉＣ粉またはジルコ
ン砂、金属粉として粒径を５０〜１４９μｍに調整した
Ｍｇ粉および粒径を２０〜３０μｍに調整したＳｉ粉と
アクリル樹脂溶解液（濃度：１０％、溶媒：ＩＰＡ）と
を用いて平均粒径を１２０μｍの擬似粒子としたものを
配合した溶射補修材料を製造した。

【００５９】比較例では、添加剤を用いずに、骨材とし
て上記のスピネル粉、金属粉として平均粒径が１０μｍ
のＳｉ粉およびＡｌ粉で擬似粒子としないものを配合し
た溶射補修材料を製造した。

【００６０】従来例では、市販のコークス炉用の溶射補
修材料を用いた。

【００６１】表１に上記の各補修材料の組成を示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】これらの溶射補修材料を用いて、まず、雰
囲気温度を調整した実験炉の内壁面に溶射し、施工性お
よび溶射体または吹付体（以下、両者を総称して付着体
という）の性状を評価した。施工性の評価は付着重量、
付着体の性状の評価は内質の調査によった。溶射施工条
件は次のとおりとした。

【００６４】ノズル径：７．５ｍｍφ 溶射距離：５５ｍｍ材料送給量：１０ｋｇ／ｈｒ酸素量：１０Ｎｍ³／ｈｒ調査結果を表１に併せて示す。

【００６５】表１から明らかなように、本発明例が、施
工性および付着体の性状のいずれにおいても極めて優れ
ている。ただし、本発明例においては、軽度ではあるが
スプラッシュの発生傾向が認められた。

【００６６】次いで、表１に示す本発明例２の溶射補修
材料および骨材としてＡｌ₂Ｏ₃：７２％級の従来の吹
付補修材を用い、７０ton ＶＡＤ用取鍋炉のスラグライ
ン近傍のアークスポット損傷部（Ａｌ₂Ｏ₃質）を対象
とする実炉溶射および湿式吹付け試験を行い、耐用回数
を調査した。

【００６７】ただし、本発明例２の場合の金属粉は、粒
径５０〜１４９μｍのＭｇ粉、粒径２０〜３０μｍのＳ
ｉ粉、アクリル樹脂溶液（濃度：１０％、溶媒：ＩＰ
Ａ）を用い、平均粒径１００μｍの擬似粒子としたもの
を配合した。

【００６８】実炉試験の際の溶射施工条件は次のとおり
とした。

【００６９】ノズル径：１９ｍｍφ 溶射距離：４５〜６５ｍｍ材料送給量：９０ｋｇ／ｈｒ酸素量：３５〜４０Ｎｍ³／ｈｒ壁面温度：６８０〜１０１０℃ 施工時間：３０ｍｉｎこの結果、耐用回数は、比較例では３〜４チャージに対
し、本発明例では１５〜２５チャージに向上した。この
ように、本発明例では炉体の寿命を延ばすとともに、炉
修回数の削減によりメインテナンス費用の低減が可能と
なった。

【００７０】（試験２）表２に示す配合により、本発明
例および比較例の溶射補修材料を製造し、まず、前記の
実験炉の内壁面（壁温度：８００〜８５０℃）に溶射し
て着火状況を観察した。

【００７１】

【表２】

【００７２】ただし、本発明例および比較例の場合の金
属粉は、粒径５０〜１００μｍのＭｇ粉および粒径１０
０〜２００μｍのＭｇ−Ａｌ粉を９：１に配合したＭｇ
−Ａｌ系粉末と、平均粒径１０μｍのＳｉ粉とを用い、
樹脂の種類および濃度を変えて擬似粒子としたものとし
た。

【００７３】次いで、上記の溶射補修材料を用いて、事
前に実験炉で観察した着火状況の良否および３５０ton
転炉出鋼後の時間経過を考慮し、この転炉の出鋼孔にお
けるスリーブれんが（ＭｇＯ−Ｃ系）の中央部の内壁面
に、厚さ１５〜２５ｍｍ、幅７０〜１００ｍｍ、長さ６
５０ｍｍで溶射し、従来例では表２に示す焼付け材を用
いて、それぞれ耐用回数、付着体の性状を調査した。

【００７４】表２に結果を併せて示す。表２の「壁温」
とは、長さ１３５０ｍｍの出鋼孔におけるスリーブれん
が内筒のほぼ中央部を光温度計で計測した温度である。

【００７５】この結果、耐用回数は、本発明例では比較
例の溶射補修材料および従来例の焼付け材よりも向上し
た。このように、アクリル樹脂の場合または添加剤とし
てＡｌ₂Ｏ₃粉を含まない場合には、溶射時のフレーム
の着火状態が安定し、良好な性状の溶射体を得ることが
でき、スリーブれんがの耐用性も向上した。

【００７６】

【発明の効果】本発明の溶射補修材料では、従来の湿式
吹き付けおよび焼付けなどの補修材、または従来のＳｉ
粉を熱源とした溶射材料などと比較して、優れた補修効
果が得られる。この結果、窯炉の操業効率が高まるとと
もに、各種炉材や窯炉の損傷に則した多様な溶射補修が
可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】含有する金属粉の燃焼反応熱を主要な熱源
とし、窯炉の溶射補修で用いる材料であって、金属粉
は、ＭｇまたはＭｇ系合粉の核、この核の周囲の合成樹
脂のコーティング層、さらにこのコーティング層の周囲
に前記合成樹脂をバインダーとして付着させたＳｉまた
はＳｉ系合金粉のリム層を有し、かつ粒径を調整した造
粒物であることを特徴とする窯炉の補修材料。
【請求項２】耐火性粉末と請求項１に記載の金属粉とか
らなる、窯炉の溶射補修で用いる材料であって、耐火性
粉末は、ＭｇＯを主要な成分とする塩基性骨材：９７〜
７８重量％と、ＺｒＯ₂系、Ｃｒ₂Ｏ₃系もしくはＳｉ
Ｏ₂系の化合物中の１種以上の添加剤、または溶射雰囲
気でこれらの酸化物を生成する材料中の１種以上の添加
剤：３〜２２重量％とからなることを特徴とする窯炉の
補修材料。