WO2010090339A1

WO2010090339A1 - 硬化肉盛溶接複合ワイヤ、これを用いたシンターケーキ支持スタンド、及び下方吸引式焼結機

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Publication number: WO2010090339A1
Application number: PCT/JP2010/052005
Authority: WO
Inventors: 伊藤洋平; 誠柚木山; 松本利徳
Original assignee: Nippon Steel Corp; Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Nippon Steel Corp; Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2011-08-04
Also published as: JP2010201506A; BRPI1007911B1; BRPI1007911A2; JP5544182B2

Abstract

　スタンドの取替え周期を延ばしてスタンドの長寿命化を図り、ひいては焼結鉱製造における生産性向上に寄与することができる、低炭素鋼フープと充填材からなる、下方吸引焼結機に用いるシンターケーキ支持スタンド用硬化肉盛溶接複合ワイヤであって、質量％で、（Ａ）Ｃ：３～６％、（Ｂ）Ｓｉ：０．８～２％、（Ｃ）Ｃｒ：２０～３０％（Ｄ）Ｍｏ：４～８％を含有し、さらに、（Ｅ）Ｎｂ：３～８％、かつ、Ｂ：０．４％以下（０を含む）、（Ｆ）Ｎｂ：８％以下（０を含む）、かつ、Ｂ：０．２～０．４％のいずれかを含有し、残部がＦｅ、Ｍｎ、及び、不可避的不純物からなることを特徴とする。

Description

硬化肉盛溶接複合ワイヤ、これを用いたシンターケーキ支持スタンド、及び下方吸引式焼結機

　本発明は、製鉄所における製銑工程に供する焼結鉱を製造する下方吸引式焼結機に用いるシンターケーキ支持スタンド（以下、適宜「スタンド」と記す。）用硬化肉盛溶接複合ワイヤ、これを用いたシンターケーキ支持スタンド、及び下方吸引式焼結機に関する。

　下方吸引式焼結機による焼結鉱の製造において、焼結塊（シンターケーキ）が自重で圧縮されることによる通気性の悪化を防止し、生産性を向上させる方法として、断面が台形で、高さが２００~４００ｍｍの板状支持部材（スタンド）を、原料充填層に埋設するように垂直に立てて、焼結パレットの進行方向と平行に配設する方法がある。
　特許文献１には、スタンドの形状、及び、配置方法を改良し、通気性と排鉱性を改善する方法が開示されている。
　特許文献２には、スタンドの適切な材料として、特殊鋳鋼を採用してスタンドの寿命を延長させる手法が開示されている。
　特許文献３には、スタンドの上部ブレード部の稜線部、及び／又は、側面部に耐摩耗肉盛溶接を施すことによって、スタンドの寿命のさらなる延長を実現する手法が開示されている。
　焼結パレット内の焼結原料層を焼結する工程で、焼結層内に配設されるスタンドが劣化する形態としては、操業上の熱サイクルに起因する割れの発生及び進行のほかに、高温の酸化及び／又は硫化雰囲気において、スタンドが焼結鉱と擦れ合うことによって生じる腐食及び摩耗があげられる。
　特許文献４には、スタンドの劣化を防止し、寿命を向上させるために、スタンドの上部ブレード部の側面における上側頂部から、面積で高々５０％までの範囲を、あらかじめ、片面あたり厚さ２~１０ｍｍ減肉（スキンカット）し、該減肉（スキンカット）部に肉盛溶接を施して、減肉部を消滅させる方法が開示されている。特許文献４に記載の方法は、スタンドの延命対策として、一定の効果をあげている。

特開平９−４９８１号公報特開平９−４１０９８号公報特開２００２−１３８７６号公報特開２００６−１１８７６９号公報

　特許文献４に記載の方法で用いられるのは、一般的な高クロム鋳鉄系硬化肉盛溶接複合ワイヤである。一般的な高クロム鋳鉄系硬化肉盛溶接複合ワイヤは、１０ｍｍ以上の厚みで肉盛金属の性能を発揮するように設計されている。
　しかし、一般的な高クロム鋳鉄系硬化肉盛溶接複合ワイヤは、スタンド専用の肉盛材料ではないので、肉盛部の高温雰囲気での耐摩耗性、耐腐食性に優れたものではない。
　本発明は、硬化肉盛溶接複合ワイヤの成分組成を、スタンド用に最適化することによって、肉盛部の高温雰囲気での耐摩耗性、耐腐食性を向上させ、スタンドの寿命を長くすることで、スタンドの取替え周期を長くし、焼結鉱製造における生産性向上に寄与することができるスタンドを提供することを目的とする。

　本発明者らは、高温雰囲気で優れた耐磨耗性、耐腐食性を有する、スタンド用硬化肉盛複合ワイヤの成分組成について、鋭意検討を行った。その結果、耐磨耗性、耐腐食性を向上させる成分組成を見出した。
　本発明は、上記知見に基づきなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
　（１）低炭素鋼フープと充填材からなり、
　質量％で、次の成分（Ａ）~（Ｄ）：
　（Ａ）Ｃ　：３~６％、
　（Ｂ）Ｓｉ：０．８~２％、
　（Ｃ）Ｃｒ：２０~３０％
　（Ｄ）Ｍｏ：４~８％
を含有し、さらに、次の成分（Ｅ）~（Ｆ）：
　（Ｅ）Ｎｂ：３~８％、かつ、Ｂ：０．４％以下（０を含む）、
　（Ｆ）Ｎｂ：８％以下（０を含む）、かつ、Ｂ：０．２~０．４％
のいずれかを含有し、残部がＦｅ、Ｍｎ、及び、不可避的不純物からなることを特徴とする下方吸引焼結機に用いるシンターケーキ支持スタンド用硬化肉盛溶接複合ワイヤ。
　（２）下方吸引式焼結機の焼結パレット上に配設され、焼結鉱製造時にシンターケーキを支持するブレード部と、焼結パレットに取り付けるための台座部とを備えるシンターケーキ支持スタンドにおいて、
　ブレード部の上縁部を減肉して形成した減肉部に、前記（１）の硬化肉盛溶接複合ワイヤを肉盛溶接したことを特徴とするシンターケーキ支持スタンド。
　（３）前記（２）のシンターケーキ支持スタンドが配設された焼結パレットを備えたことを特徴とする下方吸引式焼結機。

　本発明の硬化肉盛溶接複合ワイヤで肉盛溶接したスタンドによれば、硬化肉盛溶接複合ワイヤを肉盛溶接したブレード上部が、優れた耐摩耗性及び耐腐食性を発揮するよう補強されるので、スタンドの寿命が飛躍的に延びる。その結果、焼結鉱製造における生産性が向上する。

　図１は、シンターケーキ支持スタンド素材の斜視図である。
　図２は、図１のスタンド素材に肉盛溶接をした後のスタンドの平面図である。
　図３は、図２のブレード部の部分断面図である。

　以下、本発明の硬化肉盛溶接複合ワイヤで肉盛溶接したスタンドについて図１~図３を参照しながら説明する。
　スタンドＳは、下方吸引式焼結機による焼結鉱製造時に、焼結パレット内の焼結原料層の通気性を確保するために、焼結パレット上に装着されて、シンターケーキを支持する部材である。
　スタンドＳは、ステンレス鋳鋼（ＳＣＳ２）、オーステナイト系鋳鋼、又は、フェライト系及びオーステナイト系の二相系鋳鋼の材質で形成されており、シンターケーキを支持するブレード部１と、パレット台車に取り付けるための台座部２とから構成されている。
　ブレード部１の中央下部に記した矢印は、シンターケーキの進行方向を示す。
　ブレード部１は、焼結原料層の下層の通気性を維持するためにシンターケーキを支持するので、シンターケーキと接触する部分となる上縁部、すなわち、略台形状の上辺部と両斜辺部とを補強する必要がある。
　そのため、ブレード部１の上縁部、及び、両面（図２の手前側の面と奥側の面）がスキンカットされて減肉部３が形成され、減肉部３に、ブレード部１の補強のため、低炭素鋼フープと充填材からなる複合ワイヤを肉盛溶接することにより、溶接金属４（図２の斜線部）が形成されている。
　溶接金属４は、ブレード部１の中央付近で、進行方向手前側の肉盛部分が増えるように段差をつけて形成されている。
　低炭素鋼フープには、ＪＩＳ　Ｇ３１４１に規定されている、冷間圧延鋼帯ＳＰＣＣを用いる。
　低炭素鋼フープを筒状としたものに、複合ワイヤの成分が（Ａ）Ｃ：３~６％、（Ｂ）Ｓｉ：０．８~２％、（Ｃ）Ｃｒ：２０~３０％、（Ｄ）Ｍｏ：４~８％を含有し、さらに、（Ｅ）Ｎｂ：３~８％、かつ、Ｂ：０．４％以下（０を含む）、（Ｆ）Ｎｂ：８％以下（０を含む）、かつ、Ｂ：０．２~０．４％のいずれかを含有し、残部がＦｅ、Ｍｎ、及び、不可避的不純物となるように、充填材の量を調整し充填する。不可避的不純物は、例えば、Ｐ、Ｓ等である。なお、「％」は「質量％」を意味する（以下、同じ）。
　充填材としては、上記必要成分が含まれるフェロアロイ、カーバイト等を適宜用いる。
　各成分の数値限定範囲は、以下の理由による。
　Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂ等の炭化物形成元素と結合して、高硬度の炭化物を析出し、耐摩耗性の向上に寄与する。ステンレス鋳鋼からのＣの浸入も考慮して、炭化物の析出と肉盛部の剥離の観点から、Ｃの含有量は３~６％とする。
　Ｓｉは、溶接時の脱酸に有効な元素である。０．８％以下の添加では、脱酸が不十分となり、他の元素の析出による耐摩耗性向上、耐腐食性向上の効果を十分に得ることができない。２％よりも多いと、溶接金属の靱性が低下する傾向がある。したがって、Ｓｉの含有量は、０．８~２％とする。
　Ｃｒは、Ｃと結合し高硬度のＣｒ炭化物を析出し、耐摩耗性を向上させる。さらに、Ｃｒ炭化物によって耐腐食性も向上する。溶接金属のＣｒ含有量が２０％未満では、析出する炭化物量が少ないので、十分な耐摩耗性を得ることができず、３０％を超えると、析出する炭化物量が過多となるので、溶接金属が脆化する。したがって、ステンレス鋳鋼からのＣｒの浸入も考慮して、Ｃｒの含有量は、２０~３０％とする。
　Ｍｏは、炭化物を形成し、高温雰囲気での耐摩耗性を向上させてマトリックスの靱性、耐腐食性を向上させる。４％未満の添加では、十分な特性を得ることができない。８％を超えて添加しても、添加の効果が飽和するだけである。したがって、Ｍｏの含有量は、４~８％とする。
　Ｎｂは、炭素との親和性が高く炭化物を形成し、高温雰囲気での耐摩耗性を向上させる元素である。３％未満の添加では、炭化物の析出量が少なく十分な効果を得ることができない。８％を超えて添加しても、添加の効果が飽和するだけである。したがって、Ｎｂの含有量は、３~８％とする。
　Ｂは、高硬度のほう化物を析出し、マトリックスを硬化させ耐摩耗性を向上させる元素である。また、Ｂは、クロムカーバイト等の炭化物の析出を助長する元素でもある。０．２％未満の添加では、添加の効果が得られない。０．４％を超えて添加すると、溶接金属の靱性が劣化し、溶接作業性が著しく低下する。したがって、Ｂの含有量は、０．２~０．４％とする。
　なお、ＮｂとＢは、共に耐摩耗性を向上させる元素であり、いずれか一方が上記の含有量であれば、もう一方はその上限を超えない範囲で添加すればよい。
　すなわち、ＮｂとＢの含有量は、（Ｅ）Ｎｂ：３~８％、かつ、Ｂ：０．４％以下（０を含む）、又は、（Ｆ）Ｎｂ：８％以下（０を含む）、かつ、Ｂ：０．２~０．４％のいずれかを満たせばよい。
　本発明の硬化肉盛溶接複合ワイヤの残部は、Ｆｅ、Ｍｎ、及び、不可避的不純物である。
　Ｆｅ及びＭｎは、複合ワイヤに用いられる低炭素鋼フープ、充填材に含まれるため、必然的に含有される。
　Ｍｎの含有量は、充填材として用いるフェロアロイ等から持ち込まれる量であれば、スタンドの耐磨耗性及び耐腐食性には影響しないため、特に規定しない。ただし、Ｍｎの含有量が多すぎると、コストアップの要因となるので、３％以下とすることが好ましく、さらに好ましくは、１％以下とする。
　以上の成分を含有する充填材と低炭素鋼フープからなる複合ワイヤを、肉盛溶接して補強したブレード部１は、耐摩耗性及び耐腐食性に優れたものとなる。
　また、減肉部３に、補強部分となる溶接金属４を、スタンド素材より張り出さないように形成することにより、排鉱抵抗を少なくしているので、ブレード部１の耐摩耗性がより向上する。
　また、溶接金属４を、進行方向先側よりも進行方向手前側の肉盛部分が増えるように、段差をつけて形成することにより、焼結鉱と接触する側の肉盛部分が、より増えるので、ブレード部１の耐摩耗性及び耐腐食性がさらに向上する。
　その結果、本発明の硬化肉盛溶接複合ワイヤで肉盛溶接したスタンドは、一般的な高クロム鋳鉄系硬化肉盛複合ワイヤで肉盛溶接したスタンドと比べ、スタンドの寿命が長くなり、スタンドの取替え周期を長くすることができるので、焼結鉱製造における生産性が向上する。

　図１と同じ形状のスタンド素材のブレード部１に、図２及び図３に示すように、表１に示す肉盛材Ａ~Ｐで肉盛溶接し、溶接金属４を形成した。
　肉盛材Ａは、スタンドの溶接金属を形成する肉盛溶接材として、従来から使用されている、高クロム鋳鉄系の硬化肉盛複合ワイヤである。
　肉盛材Ｂ~Ｎは、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、及び、Ｂを含有する充填材と低炭素鋼フープとからなる複合ワイヤである。
　肉盛材Ｏは、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｂを含有する充填材と低炭素鋼フープとからなる複合ワイヤである。
　肉盛材Ｐは、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及び、Ｎｂを含有する充填材と低炭素鋼フープとからなる複合ワイヤである。
　ブレード部１に形成した減肉部３の厚さは３ｍｍとした。幅は、図２中のａを１５０ｍｍ、ｂを２００ｍｍ、ｃを２０ｍｍとした。
　減肉部に対して、表１に示す成分組成の肉盛材で、減肉厚さと同等の３ｍｍの厚さで肉盛溶接して、１６種類のスタンドを試作した。これらのスタンドを、下方吸引式焼結機の焼結パレットに装着した。
　使用した焼結機は、パレット幅５ｍ、有効面積６６０ｍ^２、焼結原料厚７００ｍｍであり、パレット速度は４ｍ／分で、生産効率は３２ｔ／ｍ^２である。
　スタンドを設置してから半年ごとに、摩耗減高さの測定、及び、損傷状況の確認を行った。使用開始から２年後までの結果を表２に示す。
　摩耗減高さとは、高さ方向における減肉長さ、すなわち、スタンドの台座部から上辺までの高さの減少度合いである。

　表１中、肉盛材Ｂ、Ｋ、Ｏ、及び、Ｐが、本発明例である。
　肉盛材Ａは、スタンドの溶接金属を形成する肉盛溶接材として従来使用されている、高クロム鋳鉄系の硬化肉盛複合ワイヤである。
　肉盛材Ｃは、Ｃ量が本発明で規定する下限値に満たない、比較例である。
　肉盛材Ｄは、Ｃ量が本発明で規定する上限値を超えた、比較例である。
　肉盛材Ｅは、Ｓｉ量が本発明で規定する下限値に満たない、比較例である。
　肉盛材Ｆは、Ｓｉ量が本発明で規定する上限値を超えた、比較例である。
　肉盛材Ｇは、Ｃｒ量が本発明で規定する下限値に満たない、比較例である。
　肉盛材Ｈは、Ｃｒ量が本発明で規定する上限値を超えた、比較例である。
　肉盛材Ｉは、Ｍｏ量が本発明で規定する下限値に満たない、比較例である。
　肉盛材Ｊは、Ｍｏ量が本発明で規定する上限値を超えた、比較例である。
　肉盛材Ｌは、Ｎｂ量が本発明で規定する上限値を超えた、比較例である。
　肉盛材Ｍは、Ｃ量が本発明で規定する上限値を超えた、比較例である。
　肉盛材Ｎは、Ｓｉ量が本発明で規定する下限値に満たず、かつ、Ｂ量が本発明で規定する上限値を超えた、比較例である。
　肉盛材Ｑは、Ｎｂ量が本発明で規定する下限値に満たず、かつ、Ｂ量が本発明で規定する下限値に満たない、比較例である。
　肉盛材Ｒは、Ｎｂ量が本発明で規定する下限値に満たず、かつ、Ｂ量が本発明で規定する上限値を超えた、比較例である。
　表２中、摩耗大は、取付時の高さに対し７０ｍｍ超の摩耗があったものを意味し、摩耗中は、取付時の高さに対し３０~７０ｍｍの摩耗があったものを意味し、摩耗小は、取付時の高さに対し３０ｍｍ未満の摩耗があったものを意味する。
　表２に示す結果からわかるように、図１に示す素材形状のブレード部に、本発明の肉盛材である肉盛材Ｂ、Ｋ、Ｏ、Ｐを、図２及び図３に示す要領で肉盛溶接して溶接金属を形成したものは、耐摩耗性及び耐腐食性に優れ、従来のスタンドの摩耗減高さに対して約４倍の寿命となっていることがわかる。
　なお、肉盛材Ｊは、Ｍｏ量が本発明で規定する上限値を超えているが、肉盛材Ｊを肉盛溶接して溶接金属を形成したものは、発明例と同様に、耐摩耗性及び耐腐食性に優れている。これは、Ｍｏを多量に添加しても、Ｍｏの添加の効果が飽和するだけであり、耐摩耗性及び耐腐食性に悪影響を与えないからである。
　しかし、肉盛材Ｊは、Ｍｏが多量に添加されているのでコスト高となる。よって、肉盛材Ｊは、本発明の範囲には含まれない。
　また、肉盛材Ｌは、Ｎｂ量が本発明で規定する上限値を超えているが、肉盛材Ｌを肉盛溶接して溶接金属を形成したものは、発明例と同様に、耐摩耗性及び耐腐食性に優れている。これは、Ｎｂを多量に添加しても、Ｎｂの添加の効果が飽和するだけであり、耐摩耗性及び耐腐食性に悪影響を与えないからである。しかし、肉盛材Ｌは、Ｎｂが多量に添加されているのでコスト高となる。よって、肉盛材Ｌは、本発明の範囲には含まれない。

　本発明のシンターケーキ支持スタンド用硬化肉盛溶接複合ワイヤを用いれば、製鉄所における製銑工程に供する焼結鉱を製造する下方吸引式焼結機に用いるスタンドの耐摩耗性及び耐腐食性が向上する。
　焼結機には、多数のスタンドが配設されるので、本発明の硬化肉盛溶接複合ワイヤを用いたスタンドを採用することにより、スタンドの寿命が長くなり、スタンド入替えコストの低減を図ることができる。
　よって、本発明によれば、多大な経済的効果を得ることができる。

　１　ブレード部
　２　台座部
　３　減肉部
　４　溶接金属
　Ｓ　スタンド

Claims

　低炭素鋼フープと充填材からなり、
　質量％で、次の成分（Ａ）~（Ｄ）：
　（Ａ）Ｃ　：３~６％、
　（Ｂ）Ｓｉ：０．８~２％、
　（Ｃ）Ｃｒ：２０~３０％
　（Ｄ）Ｍｏ：４~８％
を含有し、さらに、次の成分（Ｅ）~（Ｆ）：
　（Ｅ）Ｎｂ：３~８％、かつ、Ｂ：０．４％以下（０を含む）、
　（Ｆ）Ｎｂ：８％以下（０を含む）、かつ、Ｂ：０．２~０．４％
のいずれかを含有し、残部がＦｅ、Ｍｎ、及び、不可避的不純物からなることを特徴とする下方吸引焼結機に用いるシンターケーキ支持スタンド用硬化肉盛溶接複合ワイヤ。
　下方吸引式焼結機の焼結パレット上に配設され、焼結鉱製造時にシンターケーキを支持するブレード部と、焼結パレットに取り付けるための台座部とを備えるシンターケーキ支持スタンドにおいて、
　ブレード部の上縁部を減肉して形成した減肉部に、請求項１に記載の硬化肉盛溶接複合ワイヤを肉盛溶接したことを特徴とするシンターケーキ支持スタンド。
　請求項２に記載のシンターケーキ支持スタンドが配設された焼結パレットを備えたことを特徴とする下方吸引式焼結機。