JPS61110895A - 伝熱管 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は伝熱管に関し、詳しくは耐摩耗性に優れた熱交
換器等に使用する伝熱管に関する。

本発明の伝熱管は、流動床ボイラの層内に設置される蒸
発管や、過熱器管及び微粉炭焚ボイラのガス対流部に設
置される過熱器管、再熱器管及び節炭器管等に有利に利
用し得る。

（従来の技術） 流動床ボイラや微粉炭焚ボイラの炉内には、蒸熱管、過
熱器管あるいは再熱器等の熱交換器が設置される。

流動床内は、燃料である石炭と脱硫材である石灰石（０
ａＯＯｓ　）の粒子が混合して流動している。このため
流動床内におかれた熱交換器管は流動粒子によるエロー
ジ目ンを起こす。

また、微粉炭ボイラのガス対流部は、石炭アッシユがガ
ス流にのって流動している。この九め対流部におかれた
熱交換器管は流動粒子による二ローションを引起こす。

現在、ボイラの熱交換器には通産省告示による火力技術
基準で定められた鋼管材料が使用されている。これらは
高温強度や延性等に十分注意が払われた材料であるが、
上述のように固体粒子が流動する環境においては二ロー
ションを生ずる。

このため、これ迄は鋼管表面に硬化肉盛のような溶接肉
盛あるいは自溶合金やＡｚ、ｏｌ粉宋の溶射等の表面処
理を行なっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、溶接肉盛はチューブの歪が大きい。

また溶射は施工法の僅かな差異で性能か変比し易く、更
にコストが高い等の欠点がある。

また、母蓄そのものに硬い材料を使用することは、浴接
性及び加工性の点で問題がある丸め、はとんど不可能に
近い。

本発明の目的は、以上のような現状に鑑み、流動床ボイ
ラや微粉炭焚ボイラ等の炉内に設置され九熱交換器管の
二ローションを防止し、長期間にわたって補修が不要な
伝熱管を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明はｃｒを含む素地合金を構成する元素
の内、Ｃｒとその他１種以上の元素の酸化物より成シ、
かつ素地合金より硬度が大なる酸化物層を、その表面に
形成させた該素地合金管より成る伝熱管である。

一般に、流動する粒子の硬さと、材料硬さの比と、摩耗
量の関係は、第１図に示すとお９である。

すなわち、材料の硬さが流動粒子の硬さを上まわれば摩
耗量は著しく少なくなる。流動床ボイラにおける流動材
は王に石灰石（ｃａａｏ、　）　　である。これは高温
で ＣＩ！ＬＣ０３→ＣａＯ＋ＣＯ８・・・（ｌ）の反応に
より　ＣａＯとなる。ＯａＯは、またＯａＯ＋８０１　
＋　’／２０．　ｇ　０ａ８０４　　・・・１２１の反
応によりａｔ−脱硫するが、反応ｆ′１ａａｏ粒子の表
層のみで行なわれるため、内部はＯａＯのままである。

このＯａＯは硬さがＨｖ４００近くあるために、流動の
際、熱交換器管に衝突する。熱交換器管は硬いものでも
、高々Ｈマ２００程度であるため、容易に摩耗され減肉
するのである。

従って、硬さがＨｖ４００［上の材料にするが、あるい
はこのような材料を表面につけることができれば、優れ
た耐摩耗材を得ることができる。

本発明においては、これ迄の表面処理に代わり通常鋼の
表面に自然発生的に形成される酸化物スケールを耐摩耗
材として積極的に利用するものである。

すなわち、通常鋼の表面に形成される酸化物は一般には
５００℃迄はＦｅ１０４である。これは緻密で素地との
密着性が良く、腐食に対する保５ｊ注が高い。また硬さ
もＨｖ５０．Ｏ〜Ｈｖ５［）Ｏであり、摩耗に対し、良
好な保護被膜となる。

しかし、５ｏｏｃＨ下の温度ではスケールの成長が少な
くスケール厚さは高々１０μ程度にしかならないため、
保護被膜の性能を十分に発揮できない。

一方、スケール厚さを厚くするために、５００℃Ｊａ上
にすれば内側からＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４及びＦｅ１０３の
５増のスケールが生じる。この内Ｎｅｏは内部格子欠陥
が多く容易にスケールは成長するが、保獲注がなく脆い
ため耐摩耗材としては不適当である。

しかし、鋼の成分としてＣｒが含まれるとＦｅ０ｒ１０
４のスピネル型酸化物が形成されるため高温でも緻密な
酸化物層が形成されると共に、ｃｒ　酸化物の形成によ
り、酸化物層の硬さもａＶ５００−Ｈｖ６００となり、
優れた耐摩耗性を得ることができる。また、この酸化物
層は、加熱温度及び時間を適正に選ぶことによって必要
なスケール厚さを得ることができるが、Ｃｒ酸化物を含
む酸化物Ｎ７Ｉを耐摩耗材として使用する場合には、摩
耗抵抗となるに必要な厚さは１０μ以上、好ましくは１
２〜６０μであり、１０μ以下の厚さでは、粒子の衝突
摩耗に対し、十分な耐久寿命を確保できないし、６０μ
を越えると製造が困難で６９、膜が劣化しやすい。

また、Ｃｒの他にＮ１ｔ−含む鋼では、Ｆｅ（ｒ怠０４
の他にＮ１Ｃｒ１Ｏａのスピネル型駿化物が形成される
ため、酸化物層はより−属緻密で、素地との密着性も良
好となるため、耐摩耗性はより一層良好なものとなる。

一般に、ｃｒ、ｏ、　ｔ−含む酸化物層は、これ自身の
成長を抑制するため、通常熱交換器が使用される温度範
囲では、摩耗抵抗として有効な厚さの酸化物層を得るこ
とができない。

本発明における酸化物形成のための好ましい温度は５０
０°５１５００℃の範囲であり１５００℃を越えると材
料劣化のおそれがある。

本発明の伝熱管では、Ｃｒを含有する鋼管を予め高温で
加熱することにより、緻密で硬い酸化物ｍｔ−表面に厚
く形成させるものであり、これにより耐摩耗性の優れた
熱交換器を安価に製作することが可能である。

Ｃｒ　　ｔｌ−含有する鋼としては、通常の例えばＪ工
Ｓ収載のｃｒ含有ステンレス鋼（、Ｔｌ８Ｇ３４６５）
、ｃｒ　　含有合金鋼（ＪよりＧ５４６２）等、一般に
ｃｒ　含有量５０％以下のものが使用できる。

（実施例〉 実施例１ 外径がφ５Ｚ１ｍｓ＋、肉厚が＆Ｏ＋ｗ＋で０ｒｉ９％
含むＣｒ鋼（８ＴＢＡ２６）管を加工して、第２図に示
す蒸発管１を製作し、さらにこれを複数本組合せて第３
因に図示のパネル２を製作した。次に、このパネル２を
大気雰囲気中で９００℃の温度で５Ｈｒの加熱を行なっ
た。この結果、鋼管表面には約２０μ厚さの酸化物層が
形成された。

この酸ｆヒ物層は、内ｆｉｌはＦｅＯ及びｃｒ、ｏｓが
王で、外１はＦｅ、ｏ、及びＦｅ１０４　が王の層で、
硬さはＨｖ５００〜Ｈｖ５５０であった。この後、蒸発
管１のパネル２を、第４図に示す流動床ボイラの流動Ｎ
１３内に設置した。

該ボイラを半年運転した後、一部抜管して調査したとこ
ろ、表面の酸化物層は平均１２μの厚さであった。

さらに半年の運転を経て再度一部抜管して調査したとこ
ろ、管表面の酸化物層は平均３μの厚さで残っており、
酸化被膜の寿命は１年強と推測された。

従って、母材は１年以上にわたって酸化被膜により摩耗
を防ぐことが可能である。

実施例２ 外径がφ５　ＩＩＬ８ｍで肉厚が＆０鰭の１＆５チ０ｒ
−１１％Ｎ１含有のＪ工Ｓ　Ｓｎ２５４７　ＨＴＢ鋼管
ｔ”ｍ工して、第５図に示す過熱器管４を製作した。

この過熱器管４を複数本組合せて第６図に示す過熱器管
パネル５ｆｔ製作し九後、加熱炉を用いて大気雰囲気中
で１，０００℃の＠度で１０Ｈｒの加熱を行なった。こ
の結果、鋼管表面には約１５μ厚さの酸化物層が形成さ
れた。

この酸比物ｒｆＩハ、内層が０ｒｚＯ３、外層はＦｅｏ
　。

ＮｉＯ及びｃ　ｒ！ｏ、の層で、硬さはＨｖ　６００〜
ＨＶ６５０であった。

この後、過熱器管パネル５を、第７図に示す微粉炭焚ボ
イラの火炉上部に設置した。

該ボイラを１年運転した後、一部抜冒して調査した結果
、表面の酸化物層は平均８μの厚さで残ってお・す、酸
化被膜の寿命は約２年と推測された。また、この間母材
自身の減肉はほとんど認められず、酸化被膜の形成によ
り２年の寿命延長が可能となった。

なお実施例２ではｃｒの他にＮ１を含有する鋼管であっ
たが、高価なＮ１の代りにＭｎやＭＯを１部含有させた
ものでも同様に有効である。

（発明の効果） 以上の説明および実施例の結果から明らかなように、本
発明の伝熱管は、二ローションを防止でき、非常に耐摩
耗性に優れ、かつその製造は非常に安価に行える有利な
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、材料硬さと粉体硬さの比と、材料摩耗量の関
係を示すグラフ、 ＷＥ２図は本発明の伝熱管を用いた蒸発管の説明図、 第５図は第２図の蒸発管をパネルとしたものの説明図、 第４図は流動床ボイラに、第５図パネルを設置したもの
の説明図、 ｗＥ５図は本発明の伝熱管を用いた過熱管の説明図、 Ｎ６図は第５図の過熱管をパネルとしたものの説明図、 第７図は微粉末ボイラに第６図のパネルを設置したもの
の説明図である。 復代理人　　内　１）　　明 復代理人　　萩　原　亮　− 亮１図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃｒを含む素地合金を構成する元素の内、Ｃｒとその他
   １種以上の元素の酸化物より成り、かつ素地合金より硬
   度が大なる置化物層を、その表面に形成させた該素地合
   金管より成る伝熱管。