JPS63267886A - 耐火物の火炎溶射補修方法 - 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、耐火物の火炎溶射補修方法に関し、さらに詳
しくは窯炉または金属溶湯用炉の内張り耐火物の補修方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来の火炎溶射補修技術として特公昭４９−４６３６４
に記述される方法は次の通りである。

修復すべき炉壁材質と同様な組成を有する補修用耐火材
粉粒を用い、この耐火材粉粒に、金属粉粒を配合する。

この金属粉粒を酸素で燃焼させたときの発熱を利用する
と共に、金属粉粒自身も酸化物となり耐火物体を形成す
る。

この方法では以下の問題がある。

■　通常、耐火材を溶射補修する場合の供給熱量は、例
えば次の文献、 ■　製鉄研究Ｎｏ、３０５．１９８１゜ｒコークス炉の
溶射補修１ ■　鉄と鋼Ｎｏ、４　　ｖｏｌ、６９．１９８３ｒ溶射
装置の開発と溶射条件の検討１ に示されるように、材質により若干差はあるものの、５
０００〜８０００ｋｃａ　ｌ／ｋｇであるのに対し、上
記方法は、金属粉粒を２０〜３０重量％含有した場合で
も２０００〜３０００ｋｃａｌ／ｋｇであり、その熱量
はガスあるいは固体の燃料を用いるときの１／２程度で
あるため、全体の耐火材粉粒を溶融あるいは半溶融の状
態にするには熱量が小さ過ぎる。このため、緻密で強固
な耐火物の付着層を得るのは困難になる。これに対し、
熱量を大きくするのに金属粉粒の量を増加する手段も考
えられるが、吹付は材の単価の上昇に伴い、所栓コスト
低下を目的とする補修には不向きになる。

■　さらに同方法では、使用する金属粉粒は５０＃Ｌｍ
より小さい大きさで、かつ酸素によって搬送することに
なっているが、通常金属粉粒は、特に微粉の場合、安全
な取扱いをすることが難しく、特化則第２類に属するも
のが殆どである。にもかかわらず、同方法は酸素によっ
て搬送する機構をとっているため、さらに危険増大をも
たらし、極めて不安全な作業を強いられることになる。

■　また、耐火材と混合した金属粉の酸化発熱を利用す
るため、基体に予熱を施す工程を取ることが困難である
。このことは補修部基体が例えば高温生産物と離脱した
直後の高温状態を保っている時期に補修する必要がある
。補修部基体は局部的に急激な加熱条件にさらされ、さ
らに加熱終了時においては、急激な冷却状態を課せられ
ることとなり、熱的スポーリング損傷を起こす原因にな
ることは勿論、基体表面の温度が低い場合には補修材の
接着性が劣ることになり、補修層の耐用性が劣るものと
なる問題がある。

易被酸化性物質粉粒を配合した吹付は材を用いる溶射補
修においては、安全操業、コスト低減、易被酸化性物質
粉粒の燃焼性向上、補修部基体および吹付は補修層の熱
的スポーリング損傷防止、吹付は補修層の基体への接着
性向上および吹付は補修層の緻密化が重要となる。

本発明者らは、さきにこのような問題点を解決した火炎
溶射補修方法を提案した（特願昭６Ｏ−２３９５０４）
。

その技術手段は次の通りである。

（ａ）　　安全性向上とコスト低減化については、使用
する易被酸化性物質の平均粒径を５０１Ｌｍ以上にする
。

（ｂ）　　スポーリング損傷の防止については、基材の
予熱および補修層の徐冷を行う、この予熱および徐冷用
には、ガス火炎を用いる。

（Ｃ）　　接着性を向上するには、吹付けの火炎および
耐火材粉粒の昇温状態も重要であるが、補修部基体の温
度が高いことも重要である。この基体の予熱については
上記（ｂ）の基体予熱を利用することができる。

（ｄ）　　補修層自身の緻密性を向上する方法としては
、吹付は材が基体に到着するまでに、耐火材粒子は溶融
あるいは半溶融し易い状態に、また、易被酸化性物質の
粒子は酸化反応を起こし易い状態になることが必要で、
このために吹付は材吐出と同時に可燃性ガスを噴出し、
吹付は材吐出と同時にガス炎を形成し、この火炎熱によ
り、易被酸化性物質粉粒の燃焼性を良くし、また、耐火
材粒子が溶融あるいは半溶融状態になるのを助ける。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明方法は以上の技術をさらに発展させたもので、補
修用の耐火性酸化物粒子に易被酸化性の金属または半金
属粒子を配合した材料を、ランスノズルより可燃性ガス
と同時に、支燃性ガスの中に吐出し、可燃性ガスの燃焼
熱によって昇熱し、溶融または半溶融し易い状態になっ
た耐火性粒子を基体補修面において、吹付は材混合物中
の易被酸化性物質が、酸化反応によって自から耐火性溶
融酸化物となると共に発生した酸化熱によって基体補修
部に溶着し、付着層を形成し、耐火物壁の補修部を修復
する技術を確実に遂行するための具体的手段を提供する
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記（ｄ）において、易被酸化性物質の粒子を完全に酸
化反応を終了させるための手段として。

燃焼して耐火性酸化物を形成する５０ｇｍ以上の易酸化
性金属または半金属の粒子の一種以上と耐火性酸化物粒
子とからなる前記混合耐火材料を用い、同時に噴出する
支燃性ガスの供給量を、供給した可燃性ガスの理論燃焼
当量分と、同時に供給した長波酸化性物質の理論酸化反
応当量の３倍以上の量との合計量を供給し、可燃性ガス
の完全燃焼を促進すると共に、さらに過剰の支燃性ガス
によって長波酸化性物質粒子との接触を増加し、同物質
の酸化反応の活性化を促進する。

さらにこの方法において可燃性ガスとして耐火性酸化物
粒子１ｋｇ当り５０００ｋｃａｌ以下の発熱量を有する
可燃性ガスを供給すると極めて好ましい結果を得ること
ができる。

〔作用〕

本発明方法では、長波酸化性物質自身は酸化熱を発生す
ると同時に、耐火性溶融酸化物となり、可燃性ガスの燃
焼火炎によって昇熱され、溶融あるいは半溶融し易い状
態になった耐火性粒子の表面部と融着し、付着層を形成
する。

供給した可燃性ガスの理論燃焼当量分の支燃性ガスと、
同時に供給した長波酸化性物質の理論酸化反応当量の３
倍以上の量の支燃性ガスを同時に噴出することにより、
可燃ガスの完全燃焼および長波酸化性物質の酸化反応を
促進し、吹付は材と基体との接着性および付着層の緻密
性が良好なものを形成する。

長波酸化性物質を配合して補修を行う方法について特公
昭４９−４６３６４においては使用する長波酸化性物質
の粒度は平均５０ｇｍより小さいものを用いるとしてお
り、その理由としては平均５０μｍより大きくなると長
波酸化性物質の酸化燃焼性が悪化し、付着層の性状が不
良となり、耐用性が低下するとし、その最適粒径は１０
μｍ以下のときに好結果が得られるとある。

しかし同方法のように５０１Ｌｍより小さい粒径で、し
かも最適が１０ＪＬｍ以下という非常に微細な粒径体か
ら成る長波酸化性物質を用いた場合、耐火性物質との混
合あるいは吹付は装置への搬入などの前作業中、また吹
付は操作中においても、搬送管内の圧力低下などに起因
する逆火など、微細な長波酸化性物質の取り扱いにおい
ては、非常な危険が伴なう、さらに、同方法においては
、吹付は機への供給は酸素含有ガスで行うものとしてお
り、操作上の危険はさらに増大する。

本発明は、このような長波酸化性物質の取扱い操作上の
安全性を重視し、長波酸化性物質の平均粒径ができる限
り大きいものを使用する。従って安全性が向上すると共
に、付着層の基体への接着性および付着層自身の緻密性
が向上する。

使用する長波酸化性物質の平均粒径を５０１Ｌｍ以上に
することで燃焼性が低下するが、この燃焼性を増大する
ために、混合耐火材料に配合した耐火性粒子１ｋｇ当り
５０００ｋｃａｌ以下、好ましくは２０００〜４０００
ｋｃａｌの燃焼による発熱量を有する可燃性ガスあるい
は不活性ガスと可燃性ガスの混合ガスによって材料供給
装置より搬送した材料と同時に、酸素あるいは空気など
の支燃性ガスの噴流中に吐出する。すなわち、まずノズ
ルから吐出直後に可燃性ガスの着火、燃焼が起こり、直
ちに高温の火炎が形成される。この高温の火炎内に放出
された長波酸化性物質の粒子は直ちに高温に加熱されて
燃焼し易い状態になる。

このとき、供給する可燃性ガスによる燃焼熱量は、前述
したように、通常溶射補修で供給する５０００〜８００
０ｋｃａ　ｌ／ｋｇ（７）ような高い熱量ではないため
、火炎内（ノズルと基体間の火炎）で吹付は材が溶融す
るまでには至らない、この現象について発明者らは、吹
付は中の火炎中（ノズル先端より１００．２００．３０
０ｍｍ）に、水冷された中空ステンレス鋼管を挿入して
飛行中の吹付は材を吸引、捕集して、その粒子を電子顕
微鏡で観察した結果、未吹付は材粒子と何ら形状に差異
は認められなかった実験結果を得ている。しかし、同時
に吹付は材中に配合した該長波酸化性物質は酸化反応を
起こし易い状態になって、同火炎で加熱された補修基体
面に達すると同時に、長波酸化性物質の酸化反応が起こ
り、発熱し、この発熱量が加算され、耐火性物質粒を溶
融あるいは半溶融状態にして溶着する。このように可燃
性ガスの同時噴出を行うことにより、その火炎を用いる
ことによって、安全性を確保するために粒径を大きくし
、敢えて燃焼性を低下せしめた分を容易に補償し、何ら
支障をもたらすことなく吹付は補修を実施することがで
きる。

通常、可燃性ガスあるいは長波酸化性物質粒を燃焼（酸
化）する場合には、これらの燃焼あるいは酸化反応に必
要な当量分の支燃性ガスを供給する。

しかし、窯炉ライニングの火炎溶射補修では、吹付は材
料を同時に供給するために、吐出先端孔（ノズル）は、
火炎を作るためだけの可燃性ガス供給用孔径より大きく
なる。このことは、すなわち可燃性ガスと支燃性ガスの
混合性が低下し、可燃性ガスの完全燃焼を完成するには
、吐出口先端からの距離が長くなり（フレーム長さが長
くなる）、続いて長波酸化性物質を支燃性ガスで燃焼（
酸化）する時点では、支燃性ガスの拡散あるいは周囲雰
囲気ガス（通常は空気）の巻き込みにより、支燃性ガス
雰囲気が希薄になり、長波醸化性物質の燃焼（酸化）が
起こり難くなり、良好な補修層が得られなくなる。

このような実状を打開するために、可燃性ガスの燃焼後
のフレーム雰囲気を高支燃性ガス雰囲気状態、すなわち
供給した可燃性ガスの理論燃焼当量分の支燃性ガスと供
給した吹付は材中の長波酸化性物質の理論酸化反応当量
の３倍以上、好ましくは４〜１５倍の量の支燃性ガスを
合計して供給することにより、基体との接着が密着しか
つ付着性も緻密なものを得た。

長波酸化性物質の平均粒径が５０ｇｍ以上を用いる場合
において、該物質の酸化当量より過剰の支燃性ガスを供
給する方法を、前述特公昭４９−４６３６４によって行
った場合では、長波酸化性物質の粒径が大きくなった分
の酸化反応促進性には何ら効果が認められず、耐火物の
補修は不可能であった。このことからも長波酸化性物質
の平均粒径が５０１Ｌｍ以上からなるものを用いて、操
業の安全性、補修層の耐用性等の向上および低コスト化
を目的とした本発明では、可燃性ガス炎と長波酸化性物
質の酸化反応出量の支燃性ガス過剰添加法が極めて効果
的であると言うことができる。

ただし、本発明においても支燃性ガス供給比率が１５を
越えると、供給した多量の支燃性ガスの顕熱により、長
波酸化性物質を燃焼（酸化）する雰囲気内ガスの温度が
低下するために、第１図に示したように、付着層の気孔
率が大きくなり、脆弱な層となって補修層の耐用性が低
下した。

また、可燃性ガスにより、該混合材料中の耐火性物質１
ｋｇ当り５０００ｋｃａｌを越える熱量を供給した場合
には、これに相当する支燃性ガスを増加すること等が必
要となり、コスト高になるばかりでなく、高熱量供給に
よって、長波酸化性物質および耐火性物質粉粒の溶融物
が吐出口（ノズル）先端部に付着し、ノズル閉塞あるい
はフレームの乱れを発生し易くなり、操業上不適な状態
になるので好ましくない。

さらに１本法において、操業上の危険性が大きいと指摘
した平均５０μｍ未満の長波酸化性物質を配合した場合
には、可燃性ガスと支燃性ガスの燃焼炎熱により、微粉
状の長波酸化性物質が酸化反応し易い状態になり、吐出
口（ノズル）先端で溶融物の付着が著しく、吐出口の閉
塞あるいはフレームの乱れが発生し、良好な補修層が得
られなくなることはもちろん、操業上の危険性が増大す
る。

以上のような方法により吹付は補修をより安全なものに
するため長波酸化性物質の粒径は、より大きいものを使
用するのが望ましいが１粒径が大きくなるに従って、付
着率が低下し、付着層の性状は劣化する。これを防止す
るためには、可燃性ガスの供給量を多くする手段もある
が、この場合可燃性ガスの供給量を多くすることは当然
、支燃性ガスの供給量も多くなり、コスト上昇を招くの
で好ましくない。

これらについての種々実験結果の例を第１図から第３図
に示す。

第１図はアルミナ質（Ａ１２０３８５重量％、５ｉ０２
１０重量％、その他Ｆｅ２Ｏ３、Ｃａｂ）の耐火材料粉
に平均粒径１１００ＩＬの金属アルミニウム粉を１０重
量％配合した場合で、支燃性ガスとして酸素ガスを用い
、可燃性ガスとしてプロパンガスを使用し、配合した金
属アルミニウム粉の酸化反応熱も加え、耐火材料粉１ｋ
ｇ当り、３５００ｋｃａ　ｌの熱量となるように配合し
て吹付けた場合において、供給したプロパンガスの理論
燃焼当量の支燃ガスを除き、金属アルミニウム粉の理論
酸化反応当量に対する酸素ガス量比率と付着層の気孔率
との関係を示す。

可燃性ガスであるプロパンガスの理論燃焼当量分の酸素
ガスの他に供給した酸素量が長波酸化性物質の金属アル
ミニウム粉の理論酸化反応当量との比率が２以下では付
着層の気孔率が３５％以上で多孔質なものであるが、こ
の比率が３以上になると、付着層の気孔率が２０％以下
となり緻密な付着層を確保することができる。しかしそ
の比率が１５を超えると、付着層の気孔率が増して補修
層としての耐用の効果がなくなる。

このことからも第１図に示したように、可燃性ガスを利
用すると共に、そのとき長波酸化性物質の酸化反応を促
進するために、その酸化反応当量分の３倍以上１５倍以
下の支燃性ガスを付加することが効果的であることが分
る。

第２図は、可燃性ガスを供給しない場合、すなわち長波
酸化性物質（この場合は金属アルミニウム粉）の酸素ガ
スによる酸化反応熱のみによって得られた付着層の気孔
率を長波酸化性物質の平均粒径に対して示したものであ
る。金属アルミニウム粉の配合量はＡ、Ｂ、Ｃの曲線で
は、それぞれ１０．１５．２０重量％配合した場合であ
る。金属アルミニウム粉の配合量が大きくなると付着層
の気孔率は確かに小さくなるが、例えば曲線Ｂ、すなわ
ち金属アルミニウムを１５重量％配合した場合でみると
、平均粒径が２０＃Ｌｍ以下では気孔率２０％程度を示
すが、平均粒径が４０μｍ以上になると気孔率は２５％
以上となり、付着層の緻密性を確保するには平均粒径が
２０＃Ｌｍ以下のものを用いなければならないことが分
る。

また、第３図は本発明による長波酸化性物質の平均粒度
と気孔率との関係を示すグラフであって、前述同様にア
ルミナ質耐火粉に金属アルミニウム粉を用い、その平均
粒度を変化させた場合と気孔率の関係を示す、グラフ中
曲線り、Ｅ、Ｆは金属アルミニウム粉を１０重量％配分
したもので、酸化反応当量分の酸素ガス供給比率を６．
０とし、プロパンガスによる供給熱量を耐火材１ｋｇ当
りそれぞれ２０００．３０００．４０００　。

５０００．６０００ｋｃａ　ｌにした場合を示す、可燃
ガスによる供給熱量が４０００ｋｃａｌ／ｋｇまでは緻
密性も増大するが、ｓｏｏ。

ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／　ｋ　ｇを越えると緻密性が低下す
る。これはノズル先端部に溶着物が発生し、フレームの
乱れが起こるためである。また、金属粉の平均粒径が１
６０μｍ以上になると緻密性は大きく劣化する。

このような関係については、ここに示した金属アルミニ
ウム粉以外の場合においても、例えば金属シリコン粉を
珪石質耐火材と共に吹付けたとき、あるいは金属アルミ
ニウム粉と金属シリコン粉の混合物をムライト質耐火材
と共に吹付けた場合、同様なものが得られた。

その他に１本発明で長波酸化性物質について好結果を得
たものとしては、Ｍ　ｇ　、　Ｍ　ｎ　、　Ｆ　ｅＭｎ
、ＳｉＭｎ、ＣａＳｉ　、ＦｅＳｉ　、ＦｅＣｒ、Ｃａ
Ｃ２、ＣａＡＪＬ、ＭｇＡ見などがあり、これらの一種
もしくは数種の物質を含むものであった。

また、このときの耐火材料としては、シリカ、アルミナ
、ムライトの他に、シャモット系、ジルコン、ジルコニ
ア、マグネシア、マグクロなどで、この場合に付着層の
目標組成に合わせて長波酸化性物質を配合することによ
り目的を達成することができる。

また、以上の方法において、可燃性ガスを混入する機構
は、長波酸化性物質の着火および燃焼性を向上したり、
また耐火性物質の加熱を行い付着層の性状を良好にする
ばかりではなく、吹付は材吐出前に、可燃性ガスだけを
吐出し、酸素との燃焼火炎を形成し、基体の補修部およ
びその周辺を徐々に加熱することができる。このように
加熱を施すことによって、吹付けの際に急激に、かつ大
量の熱が基体に噴出されることによる基体の熱的スポー
リング損傷を防止することができる。さらにこのように
加熱された基体の表面は、その直後に開始される耐火材
吹付けの接着性を大いに有利にする。

次に同機構は吹付は補修が終了した時点で、補修部を徐
々に冷却する方法も行うことができるために、補修後の
急冷によるスポーリング損傷を防止することもできる。

可燃性ガスとしてプロパンの他にアセチレン、プロピレ
ン、ブタン等通常工業的に使用されている可燃性ガスを
用いても同等の好成果が得られており、安全性、コスト
、燃焼性などの観点から、種々の条件に合わせてこれら
を使用することができる。

可燃性ガスの供給は、搬送ガス経路中のどこでもよく、
安全性、操作性からランス手前が好ましい。

また、搬送ガス自体に可燃性ガスを用いることも可能で
ある。

〔実施例〕

実施例１ 本発明法を用いて１００を溶鋼取鍋の炉底部、特に受鋼
場当り部れんが（高アルミナ質）の損傷部に、次の混合
物を毎時６０ｋｇ１醜素噴流中に吐出して吹付は補修し
た。

混合物は、 ■　最大粒径が１６０ｇｍで平均粒径が１１００ＩＬの
アルミニウムの粒子、 ■　最大粒径が１１０００ｐのアルミナ質耐火材粒で、 Ａ立２０３：８７重量％ 他５ｉ０２　、ＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３ から成る耐火性粒子、 の二者を重量比で■：■＝１５：８５に混合した。また
補修部はあらかじめＣ３Ｈ，の火炎により１４００℃程
度に予熱した。

Ｎ２ガスで上記吹付は材混合物を搬送する配管内に、Ｃ
３Ｈ８を毎時５．０Ｎｒｎ”すなわち、同時に噴出した
吹付は材混合物中の耐火性粒子１ｋｇ当り２４２５ｋｃ
ａ　１（７）燃焼熱量に当るｃａ　Ｈｅを混入し、支燃
性ガスとして酸素をランスノズルの先端から毎時７ＯＮ
ｍ″、すなわち混入したＣ３Ｈ８の理論燃焼当量分、お
よび供給吹付は材混合物中アルミニウム粉の理論燃焼当
量分の６倍分を噴出して上記吹付は補修を２０分間行っ
た。その結果、基体および付着層の熱的なスポーリング
損傷もなく、付着層の基体への接着性はもちろん付着層
自身の緻密性も良好であった。

実施例２ 前記実施例１と同様の溶鋼取鍋炉底部溶鋼場当り部れん
が損傷箇所を、同実施例１と同様の吹付は材混合物を用
いて補修を実施した。補修部はあらかじめＣ３Ｈ８の火
炎で約１４００℃に加熱し、続いてＣ３Ｈ８ガスを毎時
５．ＯＮｍ″（すなわち、同時に噴出する吹付は材混合
物中の耐火性粒子１ｋｇ当り２４２５ｋｃａｌの燃焼熱
量に相当するＣ３Ｈａ　）で吹付は材混合物を搬送し、
支燃性ガスとして酸素ガスをランスノズルの先端から毎
時７ＯＮｍ″を噴出した中に吹付は材噴流を吐出して、
約２０分間の溶射補修施工を行った。その結果、実施例
１と同様、熱的スポーリング損傷もなく、付着層の接着
性、緻密性も良好であった。

吹付は補修終了後は、吹付は材供給タンク内のＣ３１（
ａをＮ２ガスで十分に置換し、安全の確保に努めた。

（発明の効果〕 窯炉あるいは金属溶湯用炉の内張り耐火物の損傷部を本
発明による火炎溶射法によって補修することにより、そ
の基体材質に近い組成で、しかも基体への接着および付
着層の緻密性において優れた補修層の形成が可能となり
、各種炉の内張り耐火物の耐用性を大幅に向上すること
ができる。

このことにより耐火物原単位および原単価の低減に大い
に寄与する。また操業安定への寄与も大きい。

粒径の大きい長波酸化性物質を使用することが可能にな
ったことにより、補修作業に関する安全の向上が図られ
１作業性が向上し、さらにコストも低減されたことによ
り同補修方法の利用範囲も拡大される。

【図面の簡単な説明】

第１図は長波酸化性物質酸化反応当量分の支燃性ガス比
率と付着層の気孔率の関係を示すグラフ、第２図は可燃
性ガスを供給しないで支燃性ガスだけを供給した場合の
長波酸化性物質の平均粒径と気孔率の関係を示すグラフ
、第３図は長波酸化性物質の平均粒径と可燃性ガス供給
量の影響を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃焼して耐火性酸化物を形成する５０μｍ以上の易
   被酸化性金属または半金属の粒子の１種以上と耐火性酸
   化物粒子とからなる混合耐火材料を不活性ガスおよび可
   燃性ガスの混合ガスまたは可燃性ガスと共に支燃性ガス
   気流中に噴出し溶射して耐火物を補修する方法において
   、 前記供給可燃性ガスの理論燃焼当量と前記 供給易被酸化性金属または半金属の理論酸化反応当量の
   ３倍以上の量との合計量の支燃性ガスを供給することを
   特徴とする耐火物の火炎溶射補修方法。 ２　可燃性ガスとして前記混合耐火材料の耐火性酸化物
   粒子１ｋｇ当り５０００ｋｃａｌ以下の発熱量を有する
   ガスを供給することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の火炎溶射補修方法。