(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス流通管鋼材表面にＳｉＯ２  粉末、カオリンバブル及びＮａ２  ＳＯ４  からなる原料粉末混合物を珪酸塩系バインダを用いて付着形成してなることを特徴とする耐熱・防熱性被膜。
【請求項２】
前記原料粉末混合物中のＡｌ２  Ｏ３  ／ＳｉＯ２  のモル比が０．０２〜０．１８９であり、Ｎａ２  ＳＯ４  の混合比率が１０〜３５重量％であることを特徴とする請求項１に記載の耐熱・防熱性被膜。
【請求項３】
前記珪酸塩系バインダとして珪酸ナトリウムを使用し、前記原料粉末混合物と珪酸ナトリウムの混合比率（混合粉末／珪酸ナトリウム：重量比）が２．６〜５．２であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱・防熱性被膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は重油や石炭焚きの発電用ボイラ、ソーダ回収ボイラ、ゴミ焼却ボイラなどの高温伝熱器管表面や煙道の鋼材表面など高温ガス流通管鋼材表面に付着形成させる耐熱・防熱性被膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重油や石炭焚きボイラの伝熱管表面には通常、これらの燃焼灰が付着する。したがって、伝熱管の配置に当たっては燃焼灰が付着することを見込んで設計されている。しかしながら、一部の重油や石炭では予期した程燃焼灰が付着せず伝熱管の管表面が過熱されメタル温度が上昇することがあり、特に伝熱管のベンド部などはこの傾向が顕著となり、過熱によりベンド部伝熱管の寿命を低下させる場合がある。
【０００３】
この対策としてカオウール（商品名）などのシリカ・アルミナ系の耐熱性の断熱布や耐熱セメントで被覆し、前記ベンド部などの過熱を防止する方法がある。しかしこの方法では断熱布の取付け金具の腐食、焼損等での断熱布の脱落があり、また、耐熱セメントは伝熱管との熱膨張の違いによりボイラ停止及び起動時の温度変化での脱落が顕著であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記技術水準に鑑み、従来方法におけるような欠点のない各種ボイラ等の高温部伝熱器管表面や煙道の鋼材表面など高温ガス流通管鋼材表面に付着形成させる耐熱・防熱性被膜を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は高温ガス流通管鋼材表面にＳｉＯ２  粉末、カオリンバブル及びＮａ２  ＳＯ４  からなる原料粉末混合物を珪酸塩系バインダを用いて付着形成してなることを特徴とする耐熱・防熱性被膜である。
【０００６】
本発明の好ましい態様として前記原料粉末混合物中のＡｌ２  Ｏ３  ／ＳｉＯ２  のモル比が０．０２〜０．１８９であり、Ｎａ２  ＳＯ４  の混合比率が１０〜３５重量％である耐熱・防熱性被膜、及び前記珪酸塩系バインダとして珪酸ナトリウムを使用し、前記原料粉末混合物と珪酸ナトリウムの混合比率（原料粉末混合物／珪酸ナトリウム：重量比）が２．６〜５．２である耐熱・防熱性被膜がある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられるカオリンバブルはカオリンを粉砕し、高温熱風焼成、浮遊選鉱、乾燥及び分級の各工程を経て製造される中空粒子であり、一般的な物性は主成分としてＳｉＯ２  を５５〜６０重量％程度、Ａｌ２  Ｏ３  を３８〜４０重量％程度含む平均粒径４５〜２５０μｍの中空粒子である。
このカオリンバブルの組成の１例を表１に、物性の１例を表２に示す。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
【表２】
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【００１０】
耐熱・防熱性被膜を形成させるＳｉＯ２  粉末に中空粒子であるカオリンバブルを添加することにより、その断熱性が向上する。カオリンバブルの添加量は少量でもその添加量に応じた断熱性向上効果が得られるが、形成された耐熱・防熱性被膜の熱伝導率を５００℃の値で１．０ｋｃａｌ／ｍ・℃・ｈｒ以下とするためには原料粉末混合物中のＡｌ２  Ｏ３  ／ＳｉＯ２  のモル比が０．０２以上となるような割合で添加するのが好ましい。なお、モル比が０．１８９を超えると被膜中の空隙が多くなり、粒子間の接着力が弱くなって熱衝撃を受けた際の被膜の剥離が起こりやすくなるので原料粉末混合物中のＡｌ２  Ｏ３  ／ＳｉＯ２  のモル比は０．０２〜０．１８９が好ましい範囲である。
【００１１】
この場合、ＳｉＯ２  粉末にカオリンバブルのみを添加した粉末混合物を珪酸ナトリウムのような珪酸塩系バインダで金属表面に付着形成させた被膜は、金属との熱膨張率の差が大きいため、温度変化により剥離が生じる。そこで、本発明ではＳｉＯ２  粉末とカオリンバブルとの混合物にＮａ２  ＳＯ４  を添加して熱膨張率が金属のそれとほぼ同一になるように調整して原料粉末混合物とする。Ｎａ２  ＳＯ４  の添加量は原料粉末混合物中での割合が１０〜３５重量％となる範囲が好ましい。添加量が１０重量％未満では添加効果が少なく、また、３５重量％を超えると熱膨張率が金属より大きくなり、熱膨張率の違いのため熱衝撃を受けた際の被膜の剥離が起こりやすくなるので好ましくない。
【００１２】
このようにして調製したＳｉＯ２  粉末、カオリンバブル及びＮａ２  ＳＯ４  からなる原料粉末混合物を珪酸塩系バインダ（３０〜５０重量％珪酸ナトリウム水溶液が一般的）と混合し、金属表面に塗布して乾燥させることによって、断熱性が大きく、また、６００℃前後の高温での急熱急冷にも剥離を生じることのない耐熱・防熱性被膜を付着形成させることができる。
【００１３】
バインダの使用量は、例えば珪酸ナトリウムを使用する場合、原料粉末混合物／珪酸ナトリウムの割合が重量比で２．６〜５．２となるような割合とするのが好ましい。使用割合が２．６未満では被膜の密着性が十分でなく、また、５．２を超えると被膜が緻密になりすぎ、昇温時に発泡等が生じ、熱衝撃を受けた際の被膜の剥離が起こりやすくなるので好ましくない。
【００１４】
また、Ｎａ２  ＳＯ４  は珪酸塩系バインダに分散しにくく、直接混合すると凝固してしまうが、ＳｉＯ２  とカオリンバブルとの混合物にＮａ２  ＳＯ４  を添加した原料粉末混合物は珪酸塩系バインダによく分散し、塗布の際、均一にかつ緻密にボイラなどの高温部伝熱器管表面や煙道の鋼材表面などに密着できる。このような作用により、耐熱・防熱性が高く温度変化に対しても剥離が生じない被膜を形成でき、伝熱器管の防熱効果が発揮される。
【００１５】
なお、カオリンバルブと同様の断熱性向上機能を有する配合材としてアルミナバーンやシラスバルーンがあるが、シラスバルーンは高温で粒子の芯の中空が壊れ断熱性が低下する欠点があり実用的でなく、また、アルミナバルーンは高価である。
【００１６】
次に関連する各材料の熱膨張率を表３に示す。表３から分かるようにＳｉＯ２  とカオリンバブルを混合し、珪酸ナトリウムをバインダとして付着形成させたものはフェライト系鋼、オーステナイト系鋼に比して熱膨張率が小さい。これに対して、ＳｉＯ２  とカオリンバブルとの混合物に、さらに熱膨張率が大きいＮａ２  ＳＯ４  を添加して熱膨張率をフェライト系鋼、オーステナイト系鋼の熱膨張率に合わせることにより、高温時においても剥離、脱落などが生じなくなる。
【００１７】
【表３】
0003615899.tif 000004
【００１８】
【実施例】
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
ＳｉＯ２  粉末と、表１に示した組成で平均粒径１７５μｍ（粒度範囲：１５０〜３００μｍ）のカオリンバブルと、Ｎａ２  ＳＯ４  との混合物において、Ｎａ２  ＳＯ４  の添加量は２０重量％で一定としてＳｉＯ２  粉末とカオリンバブルとの配合割合を変えて原料粉末混合物を調製し、バインダとしての５０重量％珪酸ナトリウム水溶液と重量比で１：１の割合で混合したものをフェライト系鋼及びオーステナイト系鋼の表面に塗布後、乾燥して厚さ約１ｍｍの耐熱・防熱性被膜を付着形成させた。なお、バインダとして使用した珪酸ナトリウム水溶液の組成を表４に示す。
【００１９】
【表４】
0003615899.tif 000005
【００２０】
得られた耐熱・防熱性被膜の５００℃での熱伝導率と加熱、急冷後の状況を表５に示した。表５からカオリンバブルを添加することにより添加しないものに比較して熱伝導率を低くすることができ、特にカオリンバブルの添加量が原料粉末混合物中のＡｌ２  Ｏ３  ／ＳｉＯ２  モル比で０．０２〜０．１８９のものは加熱・急冷による剥離もなく優れた特性を有することが分かる。
【００２１】
【表５】
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【００２２】
（実施例２）
原料粉末混合物中のカオリンバブルの混合割合を一定にし、Ｎａ２  ＳＯ４  の混合割合を変えたほかは実施例１と同様に操作し耐熱・防熱性被膜を付着形成させた。
得られた耐熱・防熱性被膜の５００℃での熱伝導率と加熱、急冷後の状況を表６に示した。表６から原料粉末混合物中のＮａ２  ＳＯ４  の割合が１０〜３５重量％のものは加熱・急冷による剥離もなく優れた特性を有することが分かる。
表５からＮａ２  ＳＯ４  の割合が２０重量％と一定のとき、カオリン／ＳｉＯ２  の重量比が０〜１．６７の範囲で剥離なしとの結果が得られているので、表６においてカオリン／ＳｉＯ２  の重量比が０．４３〜１．２の間で変化しているが、この範囲の変化は剥離の直接原因となるほどのものではなく、表６のデータにおける剥離の原因はＮａ２  ＳＯ４  の添加割合による影響と考えられる。
【００２３】
【表６】
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【００２４】
（実施例３）
原料粉末混合物中のＳｉＯ２  粉末、カオリンバブル及びＮａ２  ＳＯ４  の混合割合を一定にし、バインダの３１重量％珪酸ナトリウム水溶液の混合比を変えたほかは実施例１と同様に操作し耐熱・防熱性被膜を付着形成させた。
得られた耐熱・防熱性被膜の５００℃での熱伝導率と加熱、急冷後の状況を表７に示した。表７から原料粉末混合物とバインダ中の珪酸ナトリウムとの混合比が２．６〜５．２の範囲のものは加熱・急冷による剥離もなく優れた特性を有することが分かる。
【００２５】
【表７】
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【００２６】
【発明の効果】
本発明の高温ガス流通管鋼材表面にＳｉＯ２  粉末、カオリンバブル及びＮａ２  ＳＯ４  からなる原料粉末混合物を珪酸塩系バインダを用いて付着形成してなる耐熱・防熱性被膜は、熱伝導率が小さくしかも鋼材に近い熱膨張率を有しており、重油や石炭焚きの発電用ボイラ、ソーダ回収ボイラ、ゴミ焼却ボイラなどの高温伝熱器管表面や煙道の鋼材表面などフェライト系鋼やオーステナイト系鋼などからなる高温ガス流通管鋼材表面に付着形成させる耐熱・防熱性被膜として優れた性能を有している。
本発明の耐熱・防熱性被膜は、これらの高温ガス流通管鋼材表面に付着形成させることによって、伝熱管ベンド部の加熱による寿命の低下を防止することができ、また、伝熱管との熱膨張の違いによりボイラ停止及び起動時などの温度変化による剥離や脱落の恐れがなく、特に熱膨張率の高いオーステナイト系鋼に対しても剥離を生じない優れた密着性を有するものである。
【００２７】
本発明の耐熱・防熱性被膜において、前記原料粉末混合物中のＡｌ２  Ｏ３  ／ＳｉＯ２  のモル比を０．０２〜０．１８９とし、Ｎａ２  ＳＯ４  の混合比率を１０〜３５重量％とすることにより、前記耐熱・防熱性被膜の熱伝導率を５００℃の値で１．０ｋｃａｌ／ｍ・℃・ｈｒ以下とすることができる。
さらに本発明の耐熱・防熱性被膜の特性を高度に発揮させるためには、前記珪酸塩系バインダとして珪酸ナトリウムを使用し、前記原料粉末混合物と珪酸ナトリウムの混合比率（混合粉末／珪酸ナトリウム：重量比）を２．６〜５．２とするのが好ましい。