JPH1054516A

JPH1054516A - ガス化炉バーナ

Info

Publication number: JPH1054516A
Application number: JP22438496A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Harada; 良夫原田; Tatsuo Minazu; 竜夫水津; Toshio Tsujino; 敏男辻野; Kotaro Katagiri; 光太郎片桐; Yutaka Itonaga; 裕糸永
Original assignee: UBE AMMONIA KOGYO KK; Tocalo Co Ltd; Ube Industries Ltd
Current assignee: UBE AMMONIA KOGYO KK; Tocalo Co Ltd; Ube Corp
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高温還元性雰囲気中での耐久性を大幅に改善
した特に化石燃料のガス化炉に用いられるガス化炉バー
ナを提供する。【解決手段】耐熱鋼または耐熱合金製バーナ基材の表
面、すなわちバーナチップ先端部分に形成された水冷ジ
ャケットの先端面部にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちか
ら、少なくとも２種を含む合金材料、またはこれにＹ、
Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添加した
合金材料を溶射法によって厚さ５０〜１０００μｍ、気
孔率０．３〜８％の範囲にアンダーコート３４を施工す
る。その後、アンダーコート３４の上にＹ₂Ｏ₃、Ｃａ
Ｏ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも１種を含む
ＺｒＯ₂系セラミックスを溶射法によって厚さ３０〜１
０００μｍ、気孔率８〜２０％の範囲にトップコート３
６を被覆させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガス化炉バーナに係
り、特に石炭、石油などの化石燃料の燃焼用に適用する
のに好適なガス化炉バーナに関するものであり、同様な
燃焼雰囲気に暴露される金属製部材にも適用可能なバー
ナ技術である。

【０００２】

【従来の技術】従来、酸素含有気体等のガス化剤を用い
て、石炭あるいは石油コークスなどの固定炭素質原料を
ガス化する方式として、固体炭素質原料を湿式粉砕して
スラリー化した後、ガス化炉内に供給し、これをガス化
剤の酸素により部分酸化して、一酸化炭素および水素を
主成分とする可燃性ガスを生成させるプロセスとしてテ
キサコ法が広く行われている（特開昭５４−１５９０３
号公報、特開昭５５−６５２９６号公報、特開昭５６−
１６５９２号公報、特開昭５８−２０８３８６号公報な
ど）。このプロセスでは、固体炭素質原料のスラリーが
酸素含有ガスとともにバーナにより反応炉に噴霧され、
反応温度が９８０〜１９００℃、反応圧力が１０〜２５
０Kg/cm²の条件下におかれた炉内で、固体燃料の部分酸
化反応が行われるのである。

【０００３】図２はテキサコ法による化石燃料のガス化
装置の系統図である。化石燃料のスラリーを攪拌機１に
より攪拌しつつ一時貯溜するタンク２を備え、このタン
ク２からポンプ３により燃料スラリーをガス化炉バーナ
４に供給するようにしている。ガス化炉バーナ４では、
スラリーを化石燃料の理論燃焼酸素量の４０〜６０％の
量の酸素とともにガス化炉５に噴霧し、１２５０〜１４
５０℃の温度、２０〜８０気圧の炉内圧力下でガス化
（部分酸化）される。ガス化炉５の下部には急冷室６が
設けられ、反応室７とスロート部８により連通されてい
る。反応室７で発生したガスは急冷室６の水中に吹き込
まれ、水面上部に設けられた排出口９から取り出すよう
にしている。

【０００４】ところで、従来のこの種のガス化炉バーナ
では、バーナチップの先端が反応室７内に臨まれ、高温
還元性ガスに晒される。このため、輻射熱や炉壁からの
熱伝導によりバーナチップが高温となるため、先端部を
冷却するようにしており、図３に示すように、冷却ジャ
ケット１０によりバーナチップ先端部を囲み、冷却導管
をバーナ周囲に巻回して冷却水を流して冷却する構造と
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のガス化炉バーナでは、次のような問題点を抱えてい
たものである。（１）、現在の化石燃料を燃焼するガス化炉バーナは、
環境の高熱や燃焼炎の輻射熱の影響を受ける一方、バー
ナ部材の過熱を防止するために行われている冷却水作用
によって大きな熱歪が発生する。この状態が長時間続い
たり高温被曝と冷却が繰り返し行われるとバーナ部材に
熱疲労亀裂が発生するとともに、これが成長して部材が
甚だしく損耗し、その機能を早期に消失する。（２）、バーナ部材が環境の高温と燃焼ガス成分による
還元性雰囲気下における高温腐食作用によって、浸炭、
脱炭、硫化、酸化などの現象によって損耗する。またこ
れらの現象の発生によって耐熱疲労性が著しく低下す
る。

【０００６】このようなことから、従来のガス化炉バー
ナではチップ先端エッジに放射状のクラックが入る等の
問題があり、ガス化炉バーナの耐久性の向上を図ること
が課題となっていた。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に着目し、耐
久性を大幅に改善することができるようにしたガス化炉
バーナを提供することを目的としている。また、特に化
石燃料のガス化炉にて還元性雰囲気中に用いられる場合
にも耐久性を向上させることができるガス化炉バーナを
提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るガス化炉バーナは、第１に化石燃料ス
ラリを部分酸化してガス化するためのガス化炉バーナで
あって、耐熱鋼または耐熱合金製バーナ基材の表面にＣ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちから、少なくとも２種を含
む合金材料、またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｂな
どを少なくとも１種を添加した合金材料を溶射法によっ
てアンダーコートを施工した後、その上にＹ₂Ｏ₃、Ｃａ
Ｏ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも１種を含む
ＺｒＯ₂系セラミックスを溶射法によってトップコート
を被覆させたことを特徴とするものである。

【０００９】第２には、耐熱鋼または耐熱合金製バーナ
基材の表面にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちから少なく
とも２種を含む合金材料、またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｃｅ、Ｓｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添加した材
料を用いて厚さ５０〜１０００μｍ、気孔率０．３〜８
％の範囲にアンダーコートを溶射施工し、その上にＹ₂
Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも１
種を含むＺｒＯ₂系セラミックスを溶射法によってトッ
プコートを被覆させたことを特徴としている。

【００１０】また、第３には、耐熱鋼または耐熱合金製
バーナ基材の表面にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちか
ら、少なくとも２種を含む合金材料、またはこれにＹ、
Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｅ、Ｓｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添
加した材料を用いて溶射法によってアンダーコート施工
した後、その上に被覆するＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、
ＭｇＯのなかから少なくとも１種を含むＺｒＯ₂系セラ
ミックスのトップコートが厚さ３０〜１０００μｍ、気
孔率８〜２０％の範囲にあることを特徴としている。

【００１１】また、耐熱鋼または耐熱合金製バーナ基材
の表面にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちから、少なくと
も２種を含む合金材料、またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｓｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添加した合金材料を溶
射法によって厚さ５０〜１０００μｍ、気孔率０．３〜
８％の範囲にアンダーコートを施工した後、その上にＹ
₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも
１種を含むＺｒＯ₂系セラミックスを溶射法によって厚
さ３０〜１０００μｍ、気孔率８〜２０％の範囲にトッ
プコートを被覆させたことを特徴とするものである。

【００１２】更に具体的には、化石燃料スラリを部分酸
化してガス化するためのガス化炉バーナであって、バー
ナ先端部に耐熱鋼または耐熱合金製バーナ基材により水
冷ジャケットを形成し、この水冷ジャケットの先端表面
にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちから、少なくとも２種
を含む合金材料、またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｉ、
Ｂなどを少なくとも１種を添加した合金材料を溶射法に
よってアンダーコートを施工した後、その上にＹ₂Ｏ₃、
ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも１種を
含むＺｒＯ₂系セラミックスを溶射法によってトップコ
ートを被覆させるとともに、前記アンダーコートが厚さ
５０〜１０００μｍ、気孔率０．３〜８％の範囲に溶射
施工され、前記トップコートが厚さ３０〜１０００μ
ｍ、気孔率８〜２０％の範囲に溶射施工されたことを特
徴とするものである。

【００１３】

【作用】ガス化炉は、石炭あるいは石油コークスなどの
化石燃料に水を添加したスラリーを理論燃焼酸素量の４
０〜６０％の量で燃焼させ、ＣＯとＨ₂を製造するもの
であるが、この炉内雰囲気を構成するガス成分の種類
は、酸化性ガス（Ｈ₂Ｏ、Ｏ₂、ＣＯ₂）、還元性ガス
（ＣＯ、Ｈ₂）、非酸化性ガス（Ｎ₂）が混在する非常に
複雑な雰囲気となっている。しかも、これらの性質の異
なるガス種が不規則に発生するとともに、不均等に分布
し、さらに全体としてはＣＯ、Ｈ₂を主成分とする還元
環境を構成している。このような環境下において、従
来、酸化性雰囲気下で使用されているＭＣｒＡｌＸ合金
被膜が耐熱、耐高温腐食性を発揮するか否か明らかでな
かったが、本発明の実施によってはじめてＭＣｒＡｌＸ
合金被膜の適用が可能であるとの結果が得られた。この
ように、全体として還元性雰囲気下にあるガス化炉にお
いて、ＭＣｒＡｌＸ合金被膜が優れた保護作用を示した
理由は、含有量の少ないＨ₂Ｏ、Ｏ₂、ＣＯ₂などの酸化
性ガスと接触した際に、すばやくＣｒ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃の
保護膜を生成し、その後ＣＯ、Ｈ₂などの還元性ガスと
接触しても、その破壊作用を防止するものと考えられ
る。

【００１４】また、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯ
を添加したＺｒＯ₂のトップコートは加熱、冷却に伴う
急激な体積変化を添加物により結晶構造を部分的に安定
して優れた断熱効果を与えるものである。

【００１５】上記構成に加えて、トップコートに気孔率
が８〜２０％となるように設定することにより、加熱−
冷却の繰返しによるセラミックス特有の熱衝撃性に弱い
欠点を補い、長期間にわたってトップコートとしての遮
熱効果を発揮させることができる。したがって、ガス化
炉バーナにおける特に冷却ジャケット部にて発生し易い
熱疲労亀裂の成長防止効果が極めて高い構造となってい
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明に係るガス化炉バーナを示してお
り、同図（１）はバーナ縦断面、同図（２）は要部拡大
断面図である。このガス化炉バーナ２０は、中心軸部に
形成される第１酸素流路２２と、この酸素流路２２の周
囲に同心円状に形成された化石燃料スラリー通路２４
と、更にその周囲にやはり同心円状に形成された第２酸
素流路２６とを有している。最外周の第２酸素流路２６
を形成しているノズルチップ外套２８の先端部外周には
ドーナツリング状の水冷ジャケット３０を形成し、ここ
に冷却水を通流させるようにしている。水冷ジャケット
３０には図３に示したようにノズルチップ外套２８の周
囲に巻回される水管３２が接続され、同時にノズルチッ
プ外套２８の外周面部分の冷却をなすようにしている。

【００１７】本発明は、上記バーナ２０のチップ先端面
を構成している前記水冷ジャケット３０における炉に対
面している先端面部分にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうち
から、少なくとも２種を含む合金材料、またはこれに
Ｙ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添加
した合金材料を溶射法によってアンダーコート３４を施
工した後、その上にＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯ
のなかから少なくとも１種を含むＺｒＯ₂系セラミック
スを溶射法によってトップコート３６を被覆させてなる
溶射被膜３８を形成したものである。そして、特にトッ
プコート３６は気孔率が８〜２０％の多孔質溶射被膜と
するとともに、アンダーコート３４はそれより低い０．
３〜８％の気孔率を有する孔質被膜としたものである。

【００１８】ここで、このようなガス化炉バーナ２０が
使用される環境の熱的および腐食的影響を述べた後、こ
れに対処するために採用した耐熱性および耐高温腐食性
に優れる溶射被覆３８の施工プロセスと、その作用機構
について述べる。

【００１９】（Ａ）バーナが使用される環境石炭や石油などの化石燃料を燃焼するガス化炉バーナ２
０は、燃焼炎による高温被曝とともに燃焼ガス成分によ
る腐食作用を受ける。すなわち、前者は化石燃料の燃焼
熱および燃焼炎の輻射熱が主体であり、通常１０００〜
１５００℃（石油ガス化の場合は１０００〜１４００
℃、石油コークスガス化の場合は１３００〜１５００
℃）の高熱を受ける。このため、ガス化炉バーナ２０は
耐熱鋼、耐熱合金などの高級金属材料によって製造され
る一方、内部からガス化炉バーナ２０を冷却する方式が
採用されている。

【００２０】このように表面が高熱に曝され、内部が冷
却されているガス化炉バーナ２０では内外の温度差に起
因する大きな熱歪が発生し、この状態が長時間継続され
たり、ガス化炉バーナ２０の運転と停止が繰返されると
ガス化炉バーナ２０に亀裂が発生するとともに、これが
成長してバーナ部材を破損することとなる。ガス化炉バ
ーナ２０を構成する耐熱鋼や耐熱合金は、高温で長時間
使用するだけでも各種の金属間化合物の析出とその成長
などによって延性が低下してくるので、亀裂の発生は一
層容易となる。

【００２１】一方、高温の燃焼ガス成分によるガス化炉
バーナ２０の腐食作用は化石燃料の燃焼条件によって大
きな影響を受け、一般に完全燃焼ガス中では酸化反応が
主体となり、不完全燃焼ガス中では浸炭現象が優先す
る。後者の浸炭現象は耐熱鋼や耐熱合金中に必須の添加
金属として存在するＣｒと優先的に結合して炭化物を形
成するため、耐熱性の低下はもとより耐高温腐食性、さ
らには延性の低下を来し、亀裂の発生を誘発することと
なる。化石燃焼ガス中に不純物として硫黄化合物が含ま
れているときは、完全燃焼ガス中ではＳＯ₂、ＳＯ₃など
の硫黄酸化物、不完全燃焼ガス中ではＨ₂Ｓ、ＣＯＳな
どの硫黄化合物として存在する。特に後者の硫黄化合物
は強い硫化腐食作用を有し、ガス化炉バーナ２０の亀裂
部に多量に認められていることから、亀裂発生とその成
長にも大きな影響を与えているものと考えられる。

【００２２】（Ｂ）本発明の溶射皮膜は、次のような溶
射材料によるアンダーコート３４とトップコ−ト３６を
施工することによって、ガス化炉バーナ２０が運転中に
受ける高熱と高温腐食作用を防止するものである。以
下、本発明の溶射皮膜の施工プロセス順に説明する。

【００２３】アンダーコート３４の施工アンダーコート材料としてＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのう
ちから少なくとも２種を含む合金を溶射材料として用
い、ガス化炉バーナ２０の先端面を構成している水冷ジ
ャケット３０の先端表面に、溶射法によって５０〜１０
００μｍ厚に施工する。このアンダーコートの目的は、
ガス化炉バーナ２０の燃焼ガスによる腐食作用を防ぐと
ともに、ガス化炉バーナ２０と良好な密着性を発揮さ
せ、さらに後工程のＺｒＯ₂系セラミックスのトップコ
ート３６との結合性をも向上させるものである。このた
め、５０μｍより薄いと耐高温腐食性が十分でなく、ま
た１０００μｍより厚くするとアンダーコート３４自体
の機械的強度が劣化するので得策でない。

【００２４】また、アンダーコート３４の耐高温腐食性
の点から気孔率を０．３〜８．０％の範囲に調整するの
がよい。大気中の溶射で、０．３％以下の気孔率を得る
ことは技術的に困難であり、また８％以上の気孔率では
十分な耐高温腐食性が得られない。本発明で使用できる
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうち、少なくとも２種以上を
含む合金の成分としては次の範囲にあるものが好適であ
る。Ｃｏ：０〜７０ｗｔ％Ｎｉ：０〜７５ｗｔ％Ｃｒ：５〜７０ｗｔ％Ａｌ：１〜２９ｗｔ％

【００２５】また、上記合金に添加するＹ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｓｉ、Ｂ成分量は、次の範囲にあることが好まし
い。Ｙ：０〜５ｗｔ％Ｈｆ：０〜ｌ０ｗｔ％Ｔａ：１〜２０ｗｔ％Ｓｉ：０．１〜１４ｗｔ％Ｂ：０．１〜１ｗｔ％

【００２６】なお、上記成分の作用機構は概略次の通り
であり、本発明のアンダーコート３４は、燃焼ガスによ
る酸化反応（主としてＨ₂Ｏ、Ｏ₂、ＣＯ₂など）はもと
より還元成分（Ｈ₂、Ｃ、ＣＯ）が存在したり、硫黄化
合物（ＳＯ₂、Ｈ₂Ｓ、ＣＯＳなど）が含まれていてもそ
れぞれのガス成分の腐食作用に対しても高い抵抗力を発
揮するものである。Ｃｏ、Ｎｉ：金属単体は勿論、Ａｌと金属間化合物を形
成してアンダーコートの機械的強度を向上させるととも
に、高い耐浸炭性能を発揮する。Ｃｒ、Ａｌ：僅かな酸素、Ｈ₂Ｏ存在下でもＣｒ₂Ｏ₃、
Ａｌ₂Ｏ₃のような保護性酸化膜を生成して耐酸化性を向
上させる。還元性雰囲気下においても環境の遮断性に優
れている。Ｙ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｂ：Ｃｒ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃などの
保護性酸化膜を機械的に補強して、その寿命延長に効果
がある。

【００２７】アンダーコート３４の施工に用いる溶射法
としては、プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法、爆発
溶射法が適しており、またプラズマ溶射の溶射環境とし
て大気中または非酸化性ガス中さらに減圧中のいずれも
成膜可能である。

【００２８】トップコート３６の施工トップコ−ト材料としてＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、Ｍ
ｇＯのうち、少なくとも１種以上を５〜３０ｗｔ％含む
ＺｒＯ₂系セラミックスを用いて、プラズマ溶射法によ
って３０〜１０００μｍ厚に施工する。Ｙ₂Ｏ₃、Ｃａ
Ｏ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯなどの添加成分量が５ｗｔ％より
少ない場合には、主成分のＺｒＯ₂が１０００〜１１０
０℃の高温帯を通過（加熱する場合も冷却時でも）する
際、大きな体積変化を伴う結晶の変態によって破壊され
易く、また３０ｗｔ％以上添加しても破壊防止効果が少
ないうえ、耐熱性が劣化するからである。

【００２９】トップコート３６の目的は、遮熱作用によ
ってガス化炉バーナ２０の過熱を防ぐことにある。すな
わち、ＺｒＯ₂は高融点（２，７００℃）かつ熱伝導率
が低いため、環境の熱を遮断してガス化炉バーナ２０の
上昇を防止するのに好都合である。ただ、金属に比較す
ると脆いため、気孔率８〜２０％の多孔質皮膜として、
加熱・冷却の繰返しによる熱衝撃に弱い欠点を補うよう
に工夫した。気孔率が８％より少ない場合は、耐熱衝撃
性が低く２０％以上より多い場合には熱遮蔽効果が少な
くなるので好ましくない。

【００３０】なお、アンダーコート３４の気孔率は０．
３〜８．０％、トップコート３６の気孔率は８〜２０％
に設定するが、これは溶射条件を調整することにより任
意に設定でき、例えば溶射材料粉末の粒度、溶射ガンと
基材との距離を変更することによって調整できる。ま
た、プラズマ溶射の場合には、プラズマ作動ガスを変更
すること等でも調整可能である。

【００３１】以上、詳述したようにアンダーコート３４
はガス化炉バーナ２０の高温腐食を防ぐとともにトップ
コート３６との密着性を向上させることにあり、またト
ップコート３６は主として熱遮蔽作用によってアンダー
コート３４およびガス化炉バーナ２０の過熱を防止する
ことにあり、両皮膜の存在によって熱疲労に起因するガ
ス化炉バーナ２０の亀裂発生および高温の燃焼ガスによ
る腐食作用を防止するものである。

【００３２】

【実施例】

（第１実施例）本実施例では、トップコートのＺｒＯ₂
に添加するＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯ酸化物の
耐熱衝撃性能を調査した。

【００３３】（１）テストピースの製作ＳＵＳ３０４鋼（幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ５
ｍｍ）の板状試験片をＡｌ₂Ｏ₃を用いてブラスト処理し
た後、プラズマ溶射法によって６２．７ｗｔ％Ｃｏ−２
９ｗｔ％Ｃｒ、６ｗｔ％Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｙ−１．８
％Ｓｉ合金を１５０μｍ厚のアンダ−コ−トを施工し
た。その後、８−２４ｗｔ％のＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ
₂、ＭｇＯを含むＺｒＯ₂系セラミックスを３００μｍに
プラズマ溶射法によってトップコートを形成した。

【００３４】なお、比較例としてアンダーコートは本発
明と同じ合金を用いて１５０μｍ厚に施工し、トップコ
ートのみ３〜５ｗｔ％のＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、Ｍ
ｇＯを含むＺｒＯ₂系セラミックスを３００μｍ厚に施
工した。

【００３５】（２）熱衝撃試験方法上記の試験片を１０７０℃に保持した電気炉中に１５分
間加熱した後、室内に取り出し、圧縮空気を吹き付けて
２００℃まで冷却した。この操作を１０回繰返し、トッ
プコートの剥離状況を調査した。

【００３６】（３）試験結果試験結果を表１に要約した。この結果から明らかなよう
に比較例の試験片（Ｎｏ．５〜８）は、１回目からトッ
プコートが剥離（Ｎｏ．６）し、長いものでも３回目
（Ｎｏ．８）で局部剥離が発生した。これに対し、本発
明の試験片は１０回の繰返しでも健全な状態を維持して
おり、良好な耐熱衝撃性を有することが明らかとなっ
た。

【００３７】

【表１】（備考）（１）アンダーコー卜欄およびトップコート欄の数字はｗｔ％を示す（２）トップコートの気孔率は８〜１５％の範囲にある。

【００３８】（第２実施例）次に、溶射被膜３８を図１
に示した実機バーナ２０に対しアンダーコート３４とト
ップコート３６を施工した。その概要は下記の通りであ
る。

【００３９】バーナ２０の水冷ジャケット３０の先端外
表面の基材に対し、プラズマ溶射法により３６．２ｗｔ
％Ｃｏ―３２．８ｗｔ％Ｎｉ―２１．５ｗｔ％Ｃｒ―
９．０ｗｔＡｌ―０．５ｗｔ％Ｙ合金により、厚さ３０
０μｍ、気孔率３．１％となるようにアンダーコート３
４を施工した。

【００４０】次いで、上記アンダーコート３４の表面
に、８ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−９２ｗｔ％ＺｒＯ₂合金をプラ
ズマ溶射法により、厚さ３００μｍ、気孔率１２．０％
となるようにトップコート３６を施工した。

【００４１】このようにして得られたバーナ２０を用い
て石炭ガス化処理を行ったところ、トップコート３６の
多孔質８ＹＺの気孔部分でクラックが停止し、アンダー
コート３４へのクラックの影響がなかった。これは、熱
応力による応力集中を各孔で吸収してクラックがトップ
コート自体に入りにくくするとともにアンダーコートへ
クラックが入ることを阻止し、空孔による熱伝導率が低
下して耐熱衝撃性が改善したためと思われる。

【００４２】（第３実施例）本実施例では、トップコー
トの気孔率とアンダーコートとの密着性の関係について
調査した。

【００４３】（１）テストピースの製作ＳＵＳ３０４鋼（幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ８
ｍｍ）の板状試験片をＡｌ₂Ｏ₃を用いてブラスト処理し
た後、プラズマ溶射法によって、３０．２ｗｔ％Ｎｉ−
３９．５ｗｔ％Ｃｏ−２１．０ｗｔ％Ｃｒ−８．５ｗｔ
％Ａｌ−０．８ｗｔ％Ｙ合金を１７０μｍ厚のアンダー
コートを施工した。その後、８ｗｔ％Ｙ2Ｏ₃−９２ｗｔ
％ＺｒＯ₂および１０ｗｔ％ＣｅＯ₂−９０ｗｔ％ＺｒＯ
₂セラミックスをプラズマ溶射法によって３００μｍ厚
のトップコートを施工した。トップコートを形成するに
際し、溶射距離、溶射材料の粒径、溶射距離などを変化
させることによってトップコートの気孔率を８％〜４０
％の範囲に調整した。

【００４４】（２）熱衝撃試験方法第１実施例の衝撃試験条件と同じ要領で実施した。

【００４５】（３）試験結果試験結果を表２に要約した。この結果から明らかなよう
に、気孔率の大きい比較例のトップコート８ｗｔ％Ｙ₂
Ｏ₃−９２ｗｔ％ＺｒＯ₂（Ｎｏ．３、４）および１０ｗ
ｔ％ＣｅＯ₂−９０ｗｔ％ＺｒＯ₂（Ｎｏ．７、８）はい
ずれも剥離しないか、また剥離しても極めて局部的であ
るなど耐熱衝撃性は比較的良好であった。

【００４６】しかし、気孔率が大きいため気孔部を通し
て内部へ侵入した高温の空気によってアンダーコートが
過度に酸化され、大きく盛り上がるほど変形しているの
が認められた。したがって、気孔率を８％〜２０％の範
囲に調整した本発明のトップコート（Ｎｏ．１、２、
５、６）は、良好な密着性と同時にアンダーコートの酸
化を防止する作用を示し、優れた耐熱衝撃性を発揮する
ことがわかった。

【００４７】

【表２】なお、アンダーコート欄およびトップコート組成欄の数
字はｗｔ％を示す。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、耐熱鋼
または耐熱合金製バーナ基材の表面にＣｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ａｌのうちから、少なくとも２種を含む合金材料、
またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｂなどを少なくと
も１種を添加した合金材料を溶射法によってアンダーコ
ートを施工した後、その上にＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、Ｃｅ
Ｏ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも１種を含むＺｒＯ₂系
セラミックスを溶射法によってトップコートを被覆させ
た構成とし、また、トップコートを８〜２０％の気孔率
の多孔質トップコートとしたので、特に化石燃料スラリ
を部分酸化してガス化するためのガス化炉バーナに用い
た場合の耐熱性の改善が見られると共に、還元性雰囲気
中における耐腐食性の改善効果が高く、バーナ寿命を大
幅に延長させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス化炉バーナの構造説明を示す
断面図である。

【図２】化石燃料のガス化プロセスの説明図である。

【図３】従来のガス化炉バーナの側面図および要部拡大
断面図である。

【符号の説明】

２０ガス化炉バーナ２２第１酸素流路２４化石燃料スラリー流路２６第２酸素流路２８バーナチップ外套３０水冷ジャケット３２水管３４アンダーコート３６トップコート３８溶射被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田良夫兵庫県神戸市東灘区深江北町４丁目13番４号トーカロ株式会社内 (72)発明者水津竜夫兵庫県神戸市東灘区深江北町４丁目13番４号トーカロ株式会社内 (72)発明者辻野敏男山口県宇部市西本町１丁目12番32号宇部興産株式会社宇部本社内 (72)発明者片桐光太郎山口県宇部市西本町１丁目12番32号宇部興産株式会社宇部本社内 (72)発明者糸永裕山口県宇部市大字藤曲2575番地宇部アンモニア工業有限会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化石燃料スラリを部分酸化してガス化す
るためのガス化炉バーナであって、耐熱鋼または耐熱合
金製バーナ基材の表面にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうち
から、少なくとも２種を含む合金材料、またはこれに
Ｙ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添加
した合金材料を溶射法によってアンダーコートを施工し
た後、その上にＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのな
かから少なくとも１種を含むＺｒＯ₂系セラミックスを
溶射法によってトップコートを被覆させたことを特徴と
する耐熱性および耐高温腐食性に優れるガス化炉バー
ナ。
【請求項２】耐熱鋼または耐熱合金製バーナ基材の表
面にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちから少なくとも２種
を含む合金材料、またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｅ、
Ｓｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添加した材料を用いて
厚さ５０〜１０００μｍ、気孔率０．３〜８％の範囲に
アンダーコートを溶射施工し、その上にＹ₂Ｏ₃、Ｃａ
Ｏ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも１種を含む
ＺｒＯ₂系セラミックスを溶射法によってトップコート
を被覆させたことを特徴とする耐熱性および耐高温腐食
性に優れるガス化炉バーナ。
【請求項３】耐熱鋼または耐熱合金製バーナ基材の表
面にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちから、少なくとも２
種を含む合金材料、またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃ
ｅ、Ｓｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添加した材料を用
いて溶射法によってアンダーコート施工した後、その上
に被覆するＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのなかか
ら少なくとも１種を含むＺｒＯ₂系セラミックスのトッ
プコートが厚さ３０〜１０００μｍ、気孔率８〜２０％
の範囲にあることを特徴とする耐熱性および耐高温腐食
性に優れるガス化炉バーナ。
【請求項４】耐熱鋼または耐熱合金製バーナ基材の表
面にＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌのうちから、少なくとも２
種を含む合金材料、またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓ
ｉ、Ｂなどを少なくとも１種を添加した合金材料を溶射
法によって厚さ５０〜１０００μｍ、気孔率０．３〜８
％の範囲にアンダーコートを施工した後、その上にＹ₂
Ｏ₃、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも１
種を含むＺｒＯ₂系セラミックスを溶射法によって厚さ
３０〜１０００μｍ、気孔率８〜２０％の範囲にトップ
コートを被覆させたことを特徴とする耐熱性および耐高
温腐食性に優れるガス化炉バーナ。
【請求項５】化石燃料スラリを部分酸化してガス化す
るためのガス化炉バーナであって、バーナ先端部に耐熱
鋼または耐熱合金製バーナ基材により水冷ジャケットを
形成し、この水冷ジャケットの先端表面にＣｏ、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ａｌのうちから、少なくとも２種を含む合金材
料、またはこれにＹ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｂなどを少な
くとも１種を添加した合金材料を溶射法によってアンダ
ーコートを施工した後、その上にＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、Ｃｅ
Ｏ₂、ＭｇＯのなかから少なくとも１種を含むＺｒＯ₂系
セラミックスを溶射法によってトップコートを被覆させ
るとともに、前記アンダーコートが厚さ５０〜１０００
μｍ、気孔率０．３〜８％の範囲に溶射施工され、前記
トップコートが厚さ３０〜１０００μｍ、気孔率８〜２
０％の範囲に溶射施工されたことを特徴とする耐熱性お
よび耐高温腐食性に優れるガス化炉バーナ。