JPH11209184A

JPH11209184A - 溶射補修材料

Info

Publication number: JPH11209184A
Application number: JP10008677A
Authority: JP
Inventors: Toru Miwa; 徹三輪; Hirofumi Taketomi; 洋文武富; Hiroshi Takenaka; 宏竹中; Toshihiko Akizuki; 俊彦秋月; Yoshiaki Osaki; 義明大崎
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1999-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、気孔率が低く、熱間耐摩耗
性に優れ、圧縮強度や熱間剪断接着強度が高く、且つ耐
熱衝撃性が優れた溶射体を提供することができる溶射補
修材料を提供することにある。【解決手段】本発明の溶射補修材料は、耐火性酸化物
粉体と易被酸化性金属粉体からなる溶射補修材料におい
て、耐火性酸化物粉体としてシャモットとコージライト
の混合粉体を用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コークス炉の壁面
に発生した目地割れ、亀裂、煉瓦の剥離、摩耗等の損傷
部分を補修するための溶射補修材料に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】溶射補修としては、酸素−プロパン等の
火炎を利用する火炎溶射法やプラズマ溶射法等が知られ
ている。火炎溶射法として、例えば特開昭５６−５９６
７９号公報には、金属珪素あるいは５５％以上珪素成分
を含有する合金の一種もしくは二種以上混合したものを
５〜５０％及びアルミニウムを５〜２０％を含有し、残
部が酸化物溶射材料からなることを特徴とする炉壁補修
用溶射材料が開示されており、更に、該公報には、溶射
材料がムライト、シリカフラワー、ロー石、ガラス屑、
粘土等の耐火材料に、金属珪素、フェロシリコン、カル
シウムシリコン、アルミニウム粉のような金属粉末から
なるものであることも記載されている。

【０００３】また、特公昭６１−４７９０号公報には、
本質的にＳｉＯ₂４５〜７０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃１５〜４
０重量％及びＭｇＯ１〜２５重量％からなる低膨張性火
炎溶射材料が開示されている。また、該公報に記載され
ている火炎溶射材料を構成する耐火材料は珪石、珪砂、
珪酸鉱、アルミナ、ムライト、シャモット、ロウ石、コ
ージライト、スピネル、オリビン、マグネシア等の１種
または２種以上を組み合わせて使用することが開示され
ている。この火炎溶射材料は、溶射材粉末を溶射ガン先
端の火炎中で半溶融状態で炉壁へ接着し、炉壁上にコー
ジライト(２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂)の溶射膜
を形成するものであり、コージライトを形成するために
火炎溶射材料の組成をコージライトの組成、即ち、Ｓｉ
Ｏ₂４５〜７０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃１５〜４０重量％及び
ＭｇＯ１〜２５重量％の範囲内とするものである。

【０００４】更に、特公平３−９１８５号公報には、Ｓ
ｉＯ₂９３.９〜９９.６重量％、Ａｌ₂Ｏ₃１.５重量％以
下、ＣａＯ２.０重量％以下、Ｆｅ₂Ｏ₃１.０重量％以下
及びＮａ₂Ｏ０.４〜２重量％からなる高シリカ質溶射材
料が開示されている。

【０００５】また、特開平８−２１０７８３号公報に
は、溶射して耐火物を補修する、耐火性酸化物粉体の一
種以上と燃焼して耐火性酸化物を形成する易被酸化性金
属粉体の一種以上との混合粉体とからなる火炎溶射補修
材料であって、耐火性酸化物粉体の粒径範囲分布率が
１.２未満で、耐火性酸化物粉体の積算質量分率の１０
％にあたる粒径が、０.５ｍｍ以下の粒径の易被酸化性
金属粉体の積算質量分粒径の２０〜５０％にあたる粒径
の範囲にあり、かつ易被酸化性金属粉体の最大粒径が、
耐火性酸化物粉体の積算質量分率の９０％にあたる粒径
以下とすることを特徴とする火炎溶射補修材料が開示さ
れている。また、該公報には、易酸化性金属粒子とし
て、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、ＳｉＭｎ、ＣａＳｉ、Ｆ
ｅＳｉ、ＦｅＭｎ、ＦｅＣｒ、ＣａＣ₂等が例示されて
おり、また、耐火性酸化物粒子としては、シリカ、アル
ミナ、ムライト、シャモット系、ジルコン、ジルコニ
ア、スピネル、マグネシア、マグクロ等が例示されてい
る。

【０００６】しかし、上述の火炎溶射法は、その溶射装
置が極めて大掛かりとなる欠点を有している。その点、
Ａｌ、Ｓｉ等の金属粉末の燃焼熱を利用する溶射法(以
下、「金属溶射法」と記載する)は装置が簡便で取り扱
い易い特徴を有する。ここで、金属溶射法は火炎溶射法
とは溶射方法、装置、使用するガス、発生する熱量等が
異なるため、生成する溶射体の形態も異なってくる。

【０００７】金属溶射法に関して、例えば特開平３−６
０４７２号公報には、酸性化ガス及び耐火物及び燃料粉
末の混合物を表面に投射し、燃料を燃焼させて耐火物粉
末が少なくとも部分的に溶融または軟化されるようにな
るに充分な熱を発生させ、凝集耐火物塊体がその表面に
対して漸進的に付着させるセラミック溶接法において、
燃料粉末を全混合物の１５重量％以下の割合で存在さ
せ、燃料粉末がアルミニウム、マグネシウム、クロム及
びジルコニウムから選択した少なくとも２種の金属を含
有し、耐火物粉末の重量で少なくとも２種の金属を含有
し、耐火物粉末の重量で少なくとも主部分がマグネシ
ア、アルミナ及び酸化第二クロムの１種以上からなり、
若し存在するとき、耐火物粉末中に存在するシリカ及び
酸化カルシウムのモル割合が下記式：

【数１】［ＳｉＯ₂］％≦０.２＋［ＣａＯ］％を満足することを特徴とするセラミック溶接法が開示さ
れている。

【０００８】また、特公平４−１３３０８号公報には、
平均粒子径５０μ以下の発熱的酸化性材料の粒子を不燃
性耐火材料の粒子と混合し該混合物を一表面に噴射しつ
つ燃焼させて該表面上で密着耐火性結集体を形成せしめ
ることならびに前記酸化性材料がケイ素とアルミニウム
からなり、アルミニウムが全混合物の１２重量％以下の
量で存在せしめられ、アルミニウム及びケイ素が合計量
で全混合物の２０重量％をこえぬ量で存在せしめられる
ことを特徴とする耐火性結集体の製造方法が開示されて
いる。

【０００９】更に、特公平５−２１８６５号公報には、
耐火性粒体と酸化性粒体との混合物を表面に溶射し、酸
化性粒体を酸素と発熱反応させて耐火性粒体の少なくと
も表面を軟化または溶融させるに充分な熱を発生させ、
それにより耐火物を表面上に成形するようにした耐火体
成形方法において、混合物として溶射する流体の粒度
を、耐火性粒体の８０％及び２０％粒径の平均が酸化性
粒体の８０％及び２０％粒径の平均よりも大きく、耐火
性粒体の８０％及び２０％粒径の平均が２.５ｍｍ以下
であり、酸化性粒体の８０％及び２０％粒径の平均が５
０μｍ以下であり、耐火性粒体の粒径範囲分布率が１.
２以上でかつ１.９以下であり、酸化性粒体の粒径範囲
分布率が１.４以下であることを特徴とする耐火体形成
方法が開示されている。また、該公報には、耐火性粒体
(耐火性酸化物粉体)がシリマナイト、ムライト、ジルコ
ン、シリカ、ジルコニア、アルミナ、マグネシアであ
り、酸化性粒体(易被酸化性金属粉体)が、シリコン、ア
ルミニウム、ジルコニウムであることが開示されてい
る。

【００１０】また、特公平５−１７２３７号公報には、
耐火材に発熱材として合金粉末を単独または金属粉末と
併用して添加することを特徴とする熔射材料が開示され
ている。また、該公報には、耐火材として、天然、合成
あるいは酸性、中性、塩基性の各種のものが使用できる
ことや、合成粉末として、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａ
ｌ−Ｃａ、Ｍｇ−Ｃａ、Ｃａ−Ｓｉ等を、金属粉末とし
て、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｆｅ等を使
用できることが記載されている。

【００１１】上述のように、従来の金属溶射法において
は、耐火性酸化物粉体としてシリカ、アルミナ、ジルコ
ニア、シリマナイト、ムライト、ジルコン等の高融点を
もち、かつ熱膨張率の大きな材料が用いられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような高
融点の耐火性酸化物粉体を金属溶射法に用いた場合、プ
ラズマ溶射法や酸素−プロパン等の火炎溶射法等のよう
に充分な熱量を発生可能な方法とは異なり、未溶融の部
分が発生し、得られる溶射体は気孔率が大きくなってし
まう。そのため、該溶射体は耐摩耗性や圧縮強度が低
く、耐久性が悪い結果となる。また、同時に補修する煉
瓦面への接着性も悪いため、剥離の問題も発生し易い。
特に、コークス炉のコークスサイドは１０００℃に加熱
されたコークスが押し出されてくるため、摩耗や剥離に
よる煉瓦の損傷が激しく、金属溶射法による補修が行わ
れているが、従来の溶射材料では耐久性が低いため、損
傷が発生する度に頻繁に金属溶射法による補修を反復し
て行う必要があるのが現状である。

【００１３】更に、従来の溶射材料に使用されている耐
火性酸化物粉体は熱膨張率が比較的大きいため、炉内温
度の上昇や降下に伴う温度変化によって溶射体の膨張、
収縮が発生し、亀裂や剥離を起こし易い。特に、コーク
ス炉窯口付近は扉の開閉による温度変化が激しく、従来
特に耐久性が悪い箇所であった。

【００１４】従って、本発明の目的は、気孔率が低く、
熱間耐摩耗性に優れ、圧縮強度や熱間剪断接着強度が高
く、且つ耐熱衝撃性が優れた溶射体を提供することがで
きる溶射補修材料を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に係る溶射
補修材料は、耐火性酸化物粉体と易被酸化性金属粉体か
らなる溶射補修材料において、耐火性酸化物粉体として
シャモットとコージライトの混合粉体を用いることを特
徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の金属溶射法に使用するた
めの溶射補修材料は、耐火性酸化物粉体としてシャモッ
トとコージライトの混合粉体を用いるところに特徴があ
り、これによって良好な溶射体が得られる。これは、コ
ージライトの融点が１４６０℃と、ＳｉＯ₂の融点(１７
１３℃)、Ａｌ₂Ｏ₃の融点(２０５４℃)、ＭｇＯの融点
(２８２５℃)に比べ比較的低く、ガラス化し易いためと
思われる。即ち、金属溶射法による熱量では充分溶融し
きれない従来使用されているような耐火性酸化物粉体同
志の隙間を、ガラス化したコージライトで充填すること
によって、得られる溶射体の気孔率を低下して緻密化で
きるものと思われる。また、溶射体の気孔率が低下して
緻密化することによって、溶射体の耐摩耗性や圧縮強度
が向上して耐久性を向上することもできる。

【００１７】なお、コージライトは２ＭｇＯ・２Ａｌ₂
Ｏ₃・５ＳｉＯ₂の組成を有し、コージライトはＳｉＯ₂
−Ａｌ₂Ｏ₃質耐火材料からなるコークス炉窯口炉壁煉瓦
の表面と部分的に溶融することによって接着し易く、更
に、ガラス化したコージライトが炉壁煉瓦の隙間を埋め
るために接着性が向上して耐剥離性が良好となる。

【００１８】また、コージライトは陶磁器などに使用さ
れる低熱膨張材料として知られており、耐火性酸化物粉
体として用いることで溶射体の気孔率が低下するにも拘
わらず、耐熱衝撃性は向上する。そのため、炉内温度の
変化に対しても亀裂や剥離が抑制される。

【００１９】上述のような特性を有するコージライトと
シャモットからなる混合粉体を金属溶射法に使用するた
めの溶射補修材料の耐火性酸化物粉体として使用する
と、融点が従来の耐火性酸化物粉体に比べて比較的低
く、金属溶射法によってガラス化し、しかも、得られる
溶射体は実炉における使用温度には充分対応でき且つ緻
密化しても剥離や亀裂が起き難い溶射体を提供すること
ができる。

【００２０】次に、シャモットとコージライトの混合粉
体における各成分の配合割合はシャモット７０〜９０重
量％、コージライト１０〜３０重量％の範囲内である。
ここで、コージライトの配合割合が１０重量％未満で
は、生成するガラス量が少ないために充分な気孔率の低
下とそれに伴う熱間接着強度、圧縮強度、熱間耐摩耗性
の向上が得られず、更に、コージライトが少ないと、得
られる溶射体の熱膨張率が大きくなり、それに伴って耐
熱衝撃性が悪く、亀裂や剥離が生じ易くなるために好ま
しくない。一方、コージライトの配合割合が３０重量％
を超えるとガラスの生成量が多くなり過ぎ、熱間耐摩耗
性が低下するために好ましくない。

【００２１】また、本発明に使用するシャモットはＡｌ
₂Ｏ₃含有量が３０〜６０重量％の範囲内にあることが好
ましい。これは本発明の溶射補修材料を例えばシャモッ
ト煉瓦よりなるコークス炉の炉壁の補修に使用する際
に、シャモットのＡｌ₂Ｏ₃含有量が上記範囲内にある時
には良好な熱間接着強度が得られるが、Ａｌ₂Ｏ₃含有量
が３０重量％未満または６０重量％を超えると熱間接着
強度が低下する傾向にあるために好ましくない。

【００２２】また、本発明の溶射補修材料に使用される
易被酸化性金属粉末としては金属Ｓｉが好ましい。な
お、耐火性酸化物粉体と易被酸化性金属粉末の配合割合
は、耐火性酸化物粉体に対して外掛で易被酸化性金属粉
末１０〜２５重量％、好ましくは１５〜２０重量％の範
囲内である。易被酸化性金属粉末の配合割合が１０重量
％未満では溶射時に充分な熱量が得られないために好ま
しくなく、また、２５重量％を超えると溶射時にフラッ
シュバックが起こり易く、危険であるために好ましくな
い。

【００２３】

【実施例】以下に本発明の実施例を記載して本発明の溶
射補修材料を更に説明する。実施例１まず、本発明品及び比較品を作成する際に使用したシャ
モット粉体及びコージライト粉体の成分分析値を表１に
示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示すシャモット粉体Ａ〜Ｆ(粒度＝
ほぼ０.０５〜１ｍｍ)並びにコージライト粉体(粒度＝
ほぼ０.０５〜１ｍｍ)を表２に記載する割合で混合して
種々の混合粉体を得、これらの混合粉体に対して外掛で
１５重量％の易被酸化性金属粉末として粒径０.２ｍｍ
以下の金属Ｓｉ粉末を添加し、それを混合機で２０分間
乾式混合して本発明品及び比較品の溶射補修材料を作成
した。次に、得られた本発明品及び比較品の溶射補修材
料を６００℃に加熱したシャモット煉瓦表面に溶射し、
冷却後溶射体を切り出し、ＪＩＳＲ２２０５に基づき
見掛気孔率の測定を行った。なお、溶射体はシャモット
煉瓦表面に厚さ７０ｍｍで形成されていた。また、熱間
耐摩耗性を測定するために、同様の溶射体を作成し、溶
射体表面を酸素−プロパンバーナーで１０００℃に加熱
後、予め９００℃に加熱しておいた粒度０.５〜１.４ｍ
ｍのアルミナ粒３ｋｇを吹き付け、その時の摩耗容積を
測定した。更に、圧縮強度を測定するために、本発明品
及び比較品の溶射補修材料を６００℃に加熱したシャモ
ット煉瓦に溶射し、冷却後、６０×６０×６０ｍｍの試
験片を切り出し、ＪＩＳＲ２２０６に基づき耐圧試験
機による圧縮強度の測定を行った。なお、溶射体はシャ
モット煉瓦表面に厚さ８０ｍｍで形成されていた。ま
た、本発明品３、４、６及び９並びに比較品１４、１
５、１６、１７及び２０の溶射補修材料を６００℃に加
熱したシャモット煉瓦表面に溶射し、冷却後長辺の中央
部が接合面となるように４０×４０×８０ｍｍの試験片
を切り出し、熱衝撃試験を行った。試験条件は１０００
℃に加熱した電気炉中に２０分間保持後、２０℃の大気
中に１０分間放冷する工程を反復して接合面から剥離す
るまでの熱衝撃回数を最大６０回まで求め、耐熱衝撃性
の判定を行った。なお、溶射体はシャモット煉瓦表面に
厚さ６０ｍｍで形成されていた。得られた測定結果を表
２に併記する。

【００２６】

【表２】

【００２７】上記測定結果より、まず、見掛気孔率に関
してはコージライト量が１０重量％未満では溶射体の気
孔率の大幅な低下は認められないものの、１０重量％以
上では気孔率の急激な低下が認められ、コージライトの
溶融により緻密な溶射体が得られることが確かめられ
た。また、熱間耐摩耗性に関しても、コージライト量が
１０重量％以上で、溶射体の気孔率の低下によるものと
思われる向上が認められた。ただし、コージライト量が
３０重量％を超えるとガラス量が増え過ぎるためか熱間
耐摩耗性は低下した。更に、圧縮強度はコージライト添
加量の増加に伴い向上した。また、耐熱衝撃性に関し
て、コージライトの添加によって大幅な向上が認められ
た。ここで、溶射体の気孔率が低下すると耐熱衝撃性は
低下するのが一般的な傾向であるが、ガラス化により緻
密化している成分が、低膨張材料であるコージライトで
あるために逆に耐熱衝撃性も向上したものと考えられ
る。

【００２８】実施例２上記実施例１と同様の原料を使用してシャモット８０重
量％、コージライト２０重量％よりなる混合粉体を作成
し、更に、金属Ｓｉ粉末を外掛で１５重量％添加して２
０分間乾式混合することにより本発明品及び比較品の溶
射補修材料を作成した。次に、得られた本発明品及び比
較品の溶射補修材料を６００℃に加熱したシャモット煉
瓦上に内径６８ｍｍφ、厚さ５ｍｍの金枠を置き、その
中に溶射を行い、直ちに接着面に対して平行に力を加え
て金枠ごと溶射体が剥離する力を測定し、熱間剪断接着
強度とした。測定結果を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３より、熱間剪断接着強度は、シャモッ
トのＡｌ₂Ｏ₃含有量が３０重量％未満または６０重量％
を超えると低下した。これはシャモット及びコージライ
トからなる混合粉体とシャモット煉瓦との反応性による
ものと思われる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、金属溶射法に使用するた
めの溶射補修材料において、耐火性酸化物粉体にシャモ
ットとコージライトの混合粉体を用いることで、気孔率
が低く緻密な溶射体を得ることができ、また、気孔率が
低いために熱間耐摩耗性にも優れ、更に、圧縮強度や熱
間剪断接着強度も高い溶射体を得ることができる。更
に、溶射体の気孔率が低いにも拘わらず、耐熱衝撃性も
優れたものとなる。これらのことから、本発明の溶射補
修材料を使用して金属溶射法によりコークス炉を補修す
ることにより、炉寿命の大幅な延長が期待できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹中宏岡山県邑久郡長船町服部477−23 (72)発明者秋月俊彦岡山県備前市伊部1931 (72)発明者大崎義明岡山県備前市鶴海2891−５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火性酸化物粉体と易被酸化性金属粉体
からなる溶射補修材料において、耐火性酸化物粉体とし
てシャモットとコージライトの混合粉体を用いることを
特徴とする溶射補修材料。
【請求項２】シャモットとコージライトの混合粉体
は、シャモット７０〜９０重量％、コージライト１０〜
３０重量％の配合割合を有する、請求項１記載の溶射補
修材料。
【請求項３】シャモットは、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が３０〜
６０重量％の範囲内にある、請求項１または２記載の溶
射補修材料。