JPS5836669A - 耐火材料溶射方法及び装置 - Google Patents

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】 この発明は耐火ブロック及び例えばｌｉＩ鉱炉やｆｌａ
威炉または加熱炉に使用する他の基材を補修する方法及
び装置に関する。

１１を大’）４二ング、例えは炭化炉、特にコークス炉
または金属処理炉、取鍋、キル／、ンーキンタヒッ・ト
及ヒｌ１１ｔＩａｌｌ＆：おける煉瓦檀み、または被覆
は非常な高温度で課せられる磨耗、荷重及び応力により
腐食または亀裂を生ずる。このような炉をそつ場で補修
することが鑓ましいことは長年にわたって知られてきた
。炉は作動温度よりはるかに低い温度に放冷させないこ
とが多くの巻金に重要である。さもなければ重大な損傷
が生じてしばしば炉の完全な損失を生ずる。

この同層な解決するために溶射法として知られる技術が
確立され、この技術はランスから溶融またはＩＩ＃した
耐火材料粒子な炉中の補修を必要とする一区域へ吹付け
、前記粒子をそれらの補修置所へ蓄積させることからな
る。英国におけるこの技術の最初の方式は酸素中でシリ
カの粉末を運び、５／スの先端で燃料としてのア七テレ
ンな供給することからなる方式であると信じられる。こ
の方式は補修が極めて運（、有意量の耐火性材料が蓄積
するのには長時間な要し、かなりの危害があることが理
解されよう。これらの危害については以下に一層ＩＦＰ
Ｊｆｉｌに述べる。

時針文献により多くの提案がされているが、工業的状態
または稼動状態にさえ到達したものは、あったとしても
それらのうちの幾つかにすぎない、英国特許＄１１３４
ダコＪ号は燃料ガス流中に耐火粉末を同伴させ、次にこ
の燃料ガスな酸化性ガスにより燃焼するためにバーナー
に送ることからなる先行技術の提案ｋｌ！明している。

そしてこの英国特許第ｔｈｒｄｌ１１３号は耐大粉末な
輸送するために圧縮ガスを使用する代りに粉末な液体燃
料、好適には軽質燃料油中で輸送している。主として装
置に関するものであるが、他の提案は英国特許＃Ｉｑデ
１０ダ６号においてされ、この特許は耐火粉末材料Ｉｋ
ｒＩＩ素中で輸送し、燃料ガスとしてプロパンをこれに
供給することなＩｓ案している。

先行技術における提案のうちで備かに異った試みは容易
に酸化される金属元素な使って耐火粉末ｔｌ′融解する
のに必要な熱の全部または一部を供給することである。

米国特許＃１１７弘イターコ号はマグネシウム、アルン
ニウムまたはケイ素のような元素とＭｇＯ、ＡＪ、０．
またはｓｉｏ、　　）ような下話性耐火充填材との混合
物を酸化することによって耐火材料の造形体の形成に間
するものである。便宜には、このような元素の酸化反応
生成物はそれら自体が耐火讃化物であることである。更
に最近になって、英国特許＠　１３ηＳｆ参号及び＃Ｉ
に５ｓａｔｑｚ号は溶射装置及び非常に小平′１ＩＩｊ
社径（！　Ｏ１１ｍ　以下）の容易に酸化される元素と
少くとも１種の他の物質とを使用する方法に関するもの
である。粉末混合物は好ましくは繊素富化空気中を、更
に好ましくは酸素中をランスに運ばれ、ランスから噴射
後に粉末混合物は重大される。非常に多（の実験研究の
後で酸化性元素は平均粒子径が、ｙ　ｏμｍ　以下、好
ましくは７０μｍ　以下でなければならないことが知見
されたと云われる。このような小粒子径、従って付随す
る大比表面積は迅速な酸化及び前記他の物質の融解また
は表面部の融解のための熱の放出を促進する。この方法
及び装置には偶発事故の危険があると云われ、従って、
もし逆火の危険があるなら安全状態を確立するための自
動安全装置付き装置を使用するのが好ましい。

さて今やこの柵の危険が極めて現実的なものであること
が判明した。酸素中でのこの種の混合物の火焔伝播速度
は普通のガス速度よりかなり大きいから、逆火は常に存
在する危険ｒある。

更に、酸化性元素の粒子径が非常に小さいことは、非常
に大比表面積であるために逆火の危険が増大するのに加
えて、ランスの先端から粒子が放出されるのに比して非
常に早期に着火されるという結果゛を生ずる。この早期
の着火はランスの先端上または先端内で耐火材を生成さ
せ、ガスの流れを閉塞するに至る。この方法及び装置は
１痢的使用を可能にするものであるが、専同家の、経験
あるチームのオペレータを使用しているにも拘らず補修
作業がしばしば逆火状態の生成により、またランスの閉
塞により中断されることが判明した。

この発明は上述の欠点を解決した方法及び装置を提供す
るものである。従って、この発明は細かく分割した耐火
−化物と、燃焼して容易に耐火酸化物を生ずる一種また
はそれ以上の細かく分割した金属または半金属元素との
混合物を比較的不活性ガスによって部分または完全流動
状態において貯槽中に保持し、前記混合物を比較的不活
性なキャリヤガスのジェット流中同伴させることによっ
て前記混合物を前記中ヤリャガス流中に計量導入しくキ
ャリヤガス中に分散した混合物をランスに供給し、前記
混合物の出口の近くでランスに充分な酸素な供給して混
合物中の元素なＩｌ焼させることからなる、耐火材料の
鯵射法を提供するものである。

この発明はまた、耐火材料の貯槽、前記材料を前記貯槽
中で部分または完全流動状態となすための手段、前記材
料な比較的不活性なキャリヤガスのジェット流中に同伴
させることによって前記貯槽から前記材料を計量供給す
るための手段、混合物なランスに運ぶための手段、及び
キャリヤガス中の前記材料の出口近（でう／スに酸素を
供給するための手段を備えてなる、耐火材料の溶射装置
をも提供するものである。

キャリヤガスのジェット流は材料貯槽に設けられた軸方
向が心合わせされた導入配管及び排出配管の間に放出さ
れ、これらの配管は好ましくは貯槽の底部の上部に取付
けられ、好ましくは実質上貯槽の中心に設けられる。装
置のオペレータの要求によって中ヤリャガス中への材料
の同伴導入量（取入鰍）を変化させるために導入配管と
排出配管との間の関ｌＩを調節できることが特に好まし
い、しかし、ジェット流を供給するための他の配列も使
用でき、これらのうちには、特に、ジェット流に直角に
１個所またｉｔそれ以上の個所で耐火材料な供給するペ
ンチエリ−装置が含まれる。このようなべ／デュリ装置
は貯槽の外部に取付ゆられる。

比較的不活性なキャリヤガス中に運はねた材料はランス
に直接供給してもよいが、それをランスに供給する前に
材料／ガス混合物な比較的不活性なガスの第コの供給ガ
スと混合するのが好ましい。

耐火酸化物と金属または半金属元素との混合物は酸化後
の化学組成が煉瓦、炉ライニング、耐火ブロックなどの
補修されるものの化学組成と実質上同じ化学組成である
ものが好ましい。

耐火材料の用途によって、酸性の煉瓦、ブロックまたは
ｍｉｉから塩基性の煉瓦、ブロックまたは塗鋏にわたっ
て変化する、かなりの範囲の耐火酸化物が使用されるこ
とが判明した０通常使用される耐火材料は、Ｚｒ８１０
．　　及びＺｒＯ，のような他の耐火酸化物またはスピ
ネルのような錯体酸化物のそれぞれ少量と共に、主とし
てシリカ、アル電すまたは！ダネサイトからなる。補修
される方の材料の材質を分析すること、及び簡単な試行
錯誤法によって満足な溶射材料を生ずるのに必要な酸化
性元素の割合な確立して同じ最終組成を生じさせること
は比較的簡単な事柄である。混合物は個々の目的のため
に所望により少量の他の成分を含んでいてもよく、例え
ば摩耗に対して高抵抗性の材料及び／またはより熱伝導
度のよい材料な与える粒子な含んでいてもよい。しかし
、他方、補修部はそれが結合する煉瓦等と同じ化学組成
のものであるが、親の耐火材料とは興なる物理的特性の
もので、通常親の耐火材料より一層耐摩耗性が大きく、
一般に丈夫であることが事実判明−した。

耐火酸化物の便宜な給源は粉砕した煉瓦または補修しよ
うとする耐火材と同じ組成の耐火材である０例えば炭化
炉ではいわゆるセミ−シリカまたはシリカ煉瓦が使用さ
れる。このような材料は一般に補修が所望される場所ま
たは工場で入手できる。粉末ケイ素、アルｉニウム及び
マグネシウムは種々の公称粒径のものが商業的に入手で
きる。一般に、混合物の粒径は厳密な制限はないが、コ
ストが安いだけでなく大きな粒子から熱をより緩除に放
出する方がランス先端の閉塞の問題な回避するのに寄与
すると信じられるから／ｊ−μＩｌｌまでの粒径ｆｉｌ
ａＨの酸化性元素ＴＩｋ使用するのが好適である。粉末
ケイ素及びアルｉニウムな使用する時の適当な粒径は一
層　０ＯＢＢメツシユで、耐火酸化物は前記元素粒子寸
法より天き表粒径、例えば−〇ｍｌ　ｍｍのものが便宜
である。しかし、特にもしより大きな粒子径が亀裂の寸
法に一層よく合っていたり、補修すべき耐火材の物理的
性質に合致した時にはより大きな粒子径のものも使用で
きる。

発明者らの実験結果によれば耐火材と酸化性元素との混
合物は空気中では燃焼しないが、材料な輸送するために
この発明によればより不活性なガスナ使用することによ
って一層太き彦安全性と信頼性とが得られることがわか
った。適当な比較的不活性なガスには窒素、ヘリウム、
二醗化炭嵩、酸素減少空気、それらと空気との混合物が
含まれる。もしこのような比較的不活性なガスを貯槽中
で材料の部分または完全流動化に使用すれば金属または
牛金属粒子の反応性にも拘らず粉塵虐発型の危険はほと
んどなくなる。材料の移動な容易にするには充分なガス
材料中ｔｔ通れば材料の改善された供給及び計量の利益
を達成するために完全な流動は必要ではない。

材料を計量するために比較的不活性なガスの第１供給Ｉ
ｋ使用し、更に材料を分散しそれをう／スヘ輸送するた
めに比較的不活性ガスの第コ供給を使用することによっ
てこの発明の方法による操作にすぐれた制御性と融通性
とが与えられる。Ｉ！！Ｉに、これは低流速の材料な使
用してランスで燃焼焔に着火するのを容易にし、この材
料の流速は次に基体の補修用に適した流速に増大するこ
とができる。また、これは比較的粒大な粒子の輸送なも
容易にする。

比較的不活性なガス中で運ばれる混合物の量は代表的に
は操作圧力下のガスｓｏｂ中θ、／ｋｌＦｌｉｉ度であ
り、１分当り約０．１　ｋｇの流速が代表的な値で、こ
れは例えば炭化炉の補修に便宜な値であるが、より大き
い流速も使用できるが混合物の装入ＩＩｋ−オペレータ
が制御するのに不利な効果を及ぼす。

使用するガスはボンベま九はタンクから、戚は配管によ
）供給できる０例えば空気が充分に乾燥していて材料貯
槽中で或は装置中の他の場所で材料がケーキ化する問題
を回避できるなら圧縮空気の配管を使用でき石。

ガス中の上述の好適な量の混合物に供給される酸素の量
は補修区域の温度に依存するが約コニｌの酸素：全キャ
リヤガスの体積中の量である０元素の連続的燃焼を支持
するのに充分な酸素が供給されるならば純酸素を使用す
る必要はない。

酸素供給管は、第１ガス供給流中に分散された材料がラ
ンスから出る時に酸素の「皮」で覆われているように１
第１供給管の周りに取付は丸管状マニホルドに接続する
のが好ましい、しかし、他Ｏガス流構造を使用でき、渦
巻流のパターンを一発させるのが有利である。

酸素を取扱う時には安置のために、酸素または酸素富化
ガスと接触する全金属管継手は軟鋼製のものではなく、
ヒ素不含銅、不銹鋼または黄銅製のものを使用するのが
好ましい。

適当な混合物の組成と、キャリヤガス流速と、酸素流速
とが得られれはランスから放出されゐジェット流すなわ
ち噴霧流は炉の熱い壁と接触して、或は火焔と接触して
容易に着火する。ジェット流すなわち噴霧流は直ちに耐
火材料の火焔噴霧化し、炉中の磨食区域または亀袈区域
上に火焔噴霧が接触すると該区域に衝突する耐火材料を
溶融させ、溶融またけ焼結した粒子を該区域上に被覆蓄
積させ、炉壁と耐火被覆蓄積物との間に非常に強固な結
合が生ずる。過度に局部的に集中した耐火材料の被覆の
えめに被覆が剥離脱落するのを避ける九めに火焔噴霧を
補修区域を徐々に横切って移動させるのが好ましい。

混合物の燃焼は、酸素と混合物の充分な混合が達成され
る距離であるランスの先端から若干の距離の間は起らな
いことが判明した。これは耐火材料の蓄積によってラン
スの先端が著しくふさがれることを防止し、連続操作を
容易に行うことを可能となす。

高温積項中、例えば炭化炉中の深部で長時間ランスを使
用するなら、う／スを冷却するのが有利であることを理
解されたい、これは供給管と熱的に接触した管またはコ
イルを通して水を循積させるか、或は強制空気冷却また
は強制ガス冷却によって達成できる。

以下に示例のためのこの発明による装置を示す図を参照
してこの発明を説明する。

溶接粉末ｌの装入原料を材料貯槽コに保持させる。この
貯槽コは溶接粉末装入原料を再装入する九めに容Ｊ％Ｋ
１１ｌｌ＜ことができる、貯槽の底から近いところに、
しかし底から離れて圧縮窒素の導入配管Ｊ及び圧縮窒素
排出配管すを備え、これらの配管は軸心が心合わせされ
ていて、それらの端部間に間１１１ｊを区画する０間隙
ｊはその長さを排出配管中でガス中に懸濁（分散）され
九溶接粉末の供給速度をオペレータ４１節できるように
貯槽の外側に取付けられた簡単な機械的配列によって、
調節できる。圧縮窒素６のボンベ及び圧縮酸素りのボン
ベ（これらは運搬可能な支持体上に置くのが便宜であり
、これらは耐火材料貯槽での該材料保持のために使用し
てもよいし、使用しなくてもよい）から弁１１流を指示
器例えばロータメータ？、窒素配管１０及び酸素配管／
／を通って窒素及び酸素を供給する０両配管は共に、ラ
ンスのオペレーターがガス供給流速について実質上完全
な制御ができるように、一般に／＆で示されるランスの
近くの弁ｌコ及び１３により制御される。酸素配管は手
握りの混合室／１（これはランスの一部である）中に酸
素を直接供給する。窒素の一部は貯槽コの下の室／Ａへ
供給され、底部に設けられた多数の孔を通って溶接粉末
／（装入原料／）を部分的に流動化する。窒素のジェッ
ト流は制御された量の溶接粉末を取込んで排出配管亭を
通って分散状態で混合室／ｊへ運ぶ、混合室へ取外し可
能にランス／１りを嵌合さね、これは炉、キルン、取鍋
などの補修しようとする個所へ届くように、また費求さ
れる能力によって選定することができる。

高１度及び低温＆（約１００℃）基体を補修する笑際の
試験でオペレーターは数分間訓練し九だけで補修を効果
的に実施できることが判明した。減圧弁ｔを導通状態と
した後で窒素配管中の弁Ｉコを調節して混合室ｉｓへの
溶接粉末輸送適度を変える。酸素配管中の弁／Ｊの開腹
を次に調節することＫよってオペレーターは火焔噴−操
作中の溶接粉末の燃焼状態を最適なものとなすことがで
きる。ロータメータｔはオペレータが溶射操作を監視で
きるように窒素及び酸素の流速を指示するのに役立つ、
ロータメータｔＩ４ちろん一般に適当であることが判つ
九窒素及び酸素の流速を中央の区域に明瞭に示すように
選ばれるが、窒素及び酸素の流速は同じでなくてよいこ
とは明らかである。

これらの弁の機能及び位置に関連した重要な要件は緊急
事Ｉｍまたは緊急事態が予測された場合にオペレーター
ＪＲ聞的に溶射操作を停止できることである。

１袈が入った、或は摩食したセず−シリカ耐火煉瓦壁に
対する代表的補修材の組成はアルミニウム　　　　　　
デミ量− ケイ素　　　　　　　　　３１重量−１及び粉砕したセ
ンシリカ耐火煉瓦　　６０重量−である、金属元素は１
０−か−／　００　ＢＢＳＫ粉砕し、上記煉瓦は０．１
ｍｍ以下に粉砕する。溶接粉末の反応性は混合物中の上
２−シリカの割合を変えるととＫよって変えることがで
きる。他の適当な溶接粉末はケイ素／Ｊ−、アルミニラ
ムチ嚢及びシリカｔ−一からなる。

この発明の一実施例では導入配管及び排出配管間の間隙
は１１ｍｍ（／／弘インチ）　Ｋ設定され、供給制御弁
は／、ＯＪｋバール（ｔ、ｏ　ｚ　ｋＩＩ／♂（ｉｓｐ
−１））の導入ゲージ圧で窒素流速が約１０１／分にな
るように調節される０次いで酸素の供給なｉ、ｉ　０４
１パール〔へ／コゆ／儂”　（ｚａｐｓｉ）　）のゲー
ジ圧すなわち窒素の圧力より僅かに加圧し九圧力で７ｏ
ｏｌ１分輸゛送するように設定する。これらの条件下で
粉末の輸送速度はｉｏｏ〜／Ｊｏｌ／分程度であり、こ
れはホッパ（貯槽）の容量が１時とすれば１時間の実溶
接（溶射）操作時間を与える。２ンスから放出され声粉
末噴鐸は熱（２００℃）炭化炉壁と接触することによっ
て着火し、火焔噴霧とな夛、これは補修個所に向はラレ
るとそこにガラス様の固体を析出してその表面に化学的
に結合する。

この発明の装置は比較的簡単で信頼性が高く、熟練した
オペレーター及び熟練した日常のメンテナンスを必要と
せず、特に操作が安全であると信じられる。非常に携帯
しゃすい装置が低価格で造ることができ、従って欠陥個
所が更に傷む前にそれを補修する丸めの装置を個々の現
場ととに備えることを可能となす。

これは大部分の従来の工業的溶射法と着るしく異なる点
であり、従来の溶射法は熟練したオペレーターのチーム
を必要とするのである。この既知の方法は溶接粉末（溶
射粉末）が酸素中で輸送されてい九から細心な注意と多
くの安全上の注意とを必要とし九のである。

更Ｋｌｉ来技術はコストの点から、必要な補修をするま
でに多くの欠陥個々をためておくのが普通性われてい友
ことである。

既知の装置に比較してこの発明の装置は供給粒子の分離
沈降すなわち粒１１による分離を生ずることなくランス
への信頼性ある粒子の供給を行う機械的に簡単な装置を
提供する４のである。

さらに−人のオペレーターが上賃尾結果が得られる補修
作業を行うのに必要なすべてのパラメータを制御できる
。このことは−人のオペレーターが安全操業に必要なす
べてのパラメータを容ＪＩＫ１１ｇｌｌｌでき、他のオ
ペレーターとの連絡に頼らなくてもよいことを意味する
０例えば別の火焔で耐火材料の噴霧に着火すれば冷温基
体上にこの発明の方法及び装置を使用して補修を行うこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明による装置の概略説明図である。 図中：

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　細かく分割した耐火酸化愉と混合した細かく分割し
   た金属元素または半金属元素を燃焼することによって耐
   火材料を溶射する方法であって、前記混合物を耐火材料
   貯槽中で比較的不活性なガスによって完全流動状態また
   は部分流動状態に保ち、混合物を比較的不活性な中ヤリ
   ャガスのジェット流中に同伴させることによって前記キ
   ャリヤガス中に計量導入し、同伴された混合物をランス
   に供給し、う／スからの混合物の出口に近いところでラ
   ンスに充分な酸素な供給して前記元素な燃焼させること
   を特徴とする、耐火材料の溶射方法。 １　キャリヤガスのジェット流を耐火材料貯槽中に設け
   られた軸心が心合わせされた導入配管及び排出配管間に
   放出する特許請求の範囲第１項記載の方法。 １　混合物のキャリヤガス流中への取込量を導入配管及
   び誘出配管の間の間歇な調節することによって行う特許
   請求の範囲第一項記載の方法。 ｌｌ　　＋ヤリャガスに同伴される混合物の量がキャリ
   ヤガス１０１中約０．／　’Ｑｌである特許請求の範■
   嬉１項またはＩＩＪ項または第３項記載の方法。 ｊ　ａ金物の流速が約ｏ、ｉψ努である特許請求の職層
   ＩＩ１項ないし第参項のいずれかに記載の方法。 ４　キャリヤガスが窒素、ヘリウム、二酸化炭素、酸素
   減少空気、それらと空気との混合物から選はれる特許請
   求の範囲第１項ないし第１項のいずれかに記載の方法。 ｆ　今ヤリャガスが空気で、約コニ／Ｆ）ＩＩ素：空気
   の体積比の酸素をａｍ支持のために供給する特許請求の
   ＊ｓｉ嬉６項記載の方法。 ｌ　ランスな通って耐火材料を溶射するための装置にお
   いて、蒙装置が耐火材料貯槽、貯槽中で耐大材料な完全
   または部分流動化するための手段、比較的不活性なガス
   のジェット流中に耐火材料を同伴することによって貯槽
   から耐火材料を装置するための手段、同伴した耐火材料
   をランスへ輸送するための手段、及びランスの出口の近
   くに酸素な供給するための手段を備えることな特許とす
   る、耐火材料溶射装置。 ！　キャリヤガスのジェット流が材料貯槽内で細心が心
   合わせされたキャリヤガス導入配管及び排出配管の間に
   放出されるように配列されてなる特許請求のｗｔｍｍｇ
   項記載の装置。 ｈ２　　導入配管と排出配管との間の間腋が、キャリヤ
   ガス中への耐火材料の取込み量を変えるように、関節で
   きるｑ＃＃？請求のｍ置第２項記載の装置。 ｌｌ　　耐火材料を流動させるガスの供給量と、キャリ
   ヤガス中に耐火材料を同伴させるためのガスの供給量と
   が別々に制御可能である特許請求の範ＶＳ＊を項ないし
   第１０項のいずれかに記載の装置。