(57)【要約】【課題】  溶射面側１方向のみからの加熱によってでも熱変形させない自溶性合金のフュージング方法および装置を提供する。【解決手段】  反溶射面側最高到達温度，加熱部位の真裏の反溶射面側の温度を指標として、加熱手段の移動速度、加熱手段の出力、加熱手段と被加熱面との距離の各パラメータのうち一つ以上を制御することによって自溶性合金溶射を施す構造物に一定の熱履歴を与えるととともに、反溶射面側最高到達温度または加熱部位の真裏の反溶射面側の温度と溶射面側の温度との差を一定値以内に管理する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶射面側から自溶性合金層と、前記自溶性合金と構造物素材との合金層と、構造物素材の層とを有している構造物の製造方法において、
構造物の反溶射面側の最高到達温度を指標として溶射面側を前記構造物の軸方向全幅に渡って加熱してフュージングすることを特徴とする構造物の製造方法。
【請求項２】
溶射面側から自溶性合金層と、前記自溶性合金と構造物素材との合金層と、構造物素材の層とを有している構造物の製造方法において、
加熱部位の真裏に位置する反溶射面側の温度を指標として構造物の溶射面側を前記構造物の軸方向全幅に渡って加熱してフュージングすることを特徴とする構造物の製造方法。
【請求項３】
加熱手段の構造物に対する周方向移動速度、加熱手段の出力、加熱手段と被加熱面との距離のいずれか１つ以上を制御してフュージングすることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
構造物が転炉ＯＧスカート、フードまたは排ガスダクトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
溶射面に自溶性合金層を有し、さらにその自溶性合金とダクト素材との合金層を有している構造物を製造する装置または補修する装置において、
構造物の溶射面側を当該構造物の軸方向全幅に加熱する加熱手段と、
前記構造物を挟んで加熱手段に対向して反溶射面側に配置する１対以上の測温手段と、
構造物の周方向へ前記加熱手段を移動させる移動手段と、
前記測温手段から計測された温度を基に加熱手段の出力、前記加熱手段と前記構造物の被加熱面との距離、及び、前記移動手段の移動速度を制御する制御手段からなることを特徴とするフュージング装置。
【請求項６】
構造物が転炉ＯＧスカート、フードまたは排ガスダクトであることを特徴とする請求項５に記載のフュージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉ＯＧ排ガスダクトの製造方法または補修方法に関するものである。また、溶射して使用する自溶性合金のフュージング方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼などの精錬に用いられる転炉は、溶融金属に対して主に酸素ガスを供給し、溶融金属中の不純物、特に炭素を燃焼除去する。一酸化炭素を中心とする転炉排ガスを非燃焼で回収する設備として、ＯＧ排ガス回収装置が用いられている。転炉から排出される排ガスは、転炉炉口に接して配置されたＯＧ排ガスダクトによって集塵機に導かれ、集塵機においてダストを回収し、その後燃料ガスとして再利用される。ＯＧ排ガスダクトは、最下端の転炉炉口と接する部分にスカートが配置され、さらに下部フード・上部フードを経て集塵機に接続する。
【０００３】
転炉精錬中における排ガスの温度は１０００℃以上となり、また転炉炉口を通じた輻射熱が存在するため、ＯＧ排ガスダクト、特にスカートや下部フードにかかる熱負荷が大きいため、ＯＧ排ガスダクトは冷却水が流通するパイプを集合した水冷パネルを形成している。
【０００４】
精錬中における転炉からの排ガスには酸化鉄を主体とするダストが含まれるため、ＯＧ排ガスダクトは排ガスの通過に伴ってダストにより摩耗し、長時間の使用と共に水冷パネルの肉厚が減少する。また、精錬中の転炉からの輻射熱及び高温の排ガスからの熱伝導により、水冷パネルにヒートクラックを生じさせる。さらに、炉口に接するスカートにおいては、精錬中の溶鋼スプラッシュによって溶鋼が付着し、部分的に熱衝撃を受けて損傷を生じる。
【０００５】
一方、従来より、密着力が高く、耐食、耐摩耗性に優れた自溶性合金は、転炉ＯＧ排ガスダクトの内周面において部分的に用いられてきた。
【０００６】
自溶性合金を被覆するには溶射法が知られている。Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ系合金に代表されるいわゆる自溶性合金（Ｂ、Ｓｉなどを含有し、溶融の際にフラックス作用を有する合金）の溶射皮膜では、溶射後に酸素−アセチレン炎などを用いてフュージング処理（溶融処理）を行い、皮膜の緻密化を図ると共に、溶射合金と素材との合金化によって金属結合化を図る手法である。
【０００７】
しかし、円筒形状、または矩形の構造物でかつ大型の構造物にフュージングを施す際には、構造物の熱変形が大きくなってしまっていた。
【０００８】
これに対し、特許文献１では溶射皮膜を施した面の加熱側と反溶射面である裏側を同時に加熱することによって変形を抑制する技術が開示され、この技術によって、転炉ＯＧ排ガスダクトのような円筒形状または矩形形状の大型構造物にフュージングを施すことができるようになった。
【０００９】
しかし、このフュージングする構造物を挟んで相対する向きに設置する加熱装置では、加熱手段を２つ有しており、加熱手段の配置が複雑となるばかりでなく、２つの面をそれぞれ加熱制御することから、出力、加熱手段の移動速度、加熱手段と被加熱面との距離など制御パラメータも加熱面の数だけ必要になり、装置全体のコストについて経済的でないとともにフュージング処理時の制御も煩雑になりざるを得ない問題を抱えていた。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２３１９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前述の課題を鑑み、溶射面側１方向のみからの加熱によってでも熱変形させないフュージング方法および装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明者は、フュージング対象物の加熱断面の温度分布について詳細に解析し、以下の知見が得られた。
（ａ）構造物が厚さ＜＜幅＜長さの直方体形状であるとき、長手方向に端の部分から全幅方向と全厚さ方向にある許容温度範囲の一様に加熱し、長手方向にスキャンするように移動しながら加熱すると問題になるような熱変形や熱応力が生じないこと。また、これを長手方向が周方向になるように丸めれば円筒形状や矩形の筒形状でも同様であることが類推でき、大型円筒形状のフュージングが大型加熱炉なしでも可能であること。
（ｂ）反溶射面側を加熱手段により加熱しなくても、溶射面側の加熱手段の出力を充分大きくし裏面にいたるまで熱伝導により充分加熱することで厚さ方向に一様に加熱したのと同じことになり、熱変形を生じさせる温度勾配を抑制することが可能であること。
（ｃ）反溶射面温度を管理指標として溶射面側加熱手段の出力を反溶射面側に至るまで十分加熱するように調整することで、実用上問題ない熱変形量でフュージング処理できること。
（ｄ）反溶射面温度として、反溶射面（水管外面）の最高温度の測定値、または、溶射面側加熱位置の相対する真裏の温度測定値のいずれかが有効であること。
なお、反溶射面側の温度とは、水管外面を指す。
【００１３】
本発明は上記の知見を基に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）溶射面側から自溶性合金層と、前記自溶性合金と構造物素材との合金層と、構造物素材の層とを有している構造物の製造方法において、構造物の反溶射面側の最高到達温度を指標として溶射面側を前記構造物の軸方向全幅に渡って加熱してフュージングすることを特徴とする構造物の製造方法。
（２）溶射面側から自溶性合金層と、前記自溶性合金と構造物素材との合金層と、構造物素材の層とを有している構造物の製造方法において、加熱部位の真裏に位置する反溶射面側の温度を指標として構造物の溶射面側を前記構造物の軸方向全幅に渡って加熱してフュージングすることを特徴とする構造物の製造方法。
（３）加熱手段の構造物に対する周方向移動速度、加熱手段の出力、加熱手段と被加熱面との距離のいずれか１つ以上を制御してフュージングすることを特徴とする（１）または（２）に記載の製造方法。
（４）構造物が転炉ＯＧスカート、フードまたは排ガスダクトであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）溶射面に自溶性合金層を有し、さらにその自溶性合金とダクト素材との合金層を有している構造物を製造する装置または補修する装置において、構造物の溶射面側を当該構造物の軸方向全幅に加熱する加熱手段と、前記構造物を挟んで加熱手段に対向して反溶射面側に配置する１対以上の測温手段と、構造物の周方向へ前記加熱手段を移動させる移動手段と、前記測温手段から計測された温度を基に加熱手段の出力、前記加熱手段と前記構造物の被加熱面との距離、及び、前記移動手段の移動速度を制御する制御手段からなることを特徴とするフュージング装置。
（６）構造物が転炉ＯＧスカート、フードまたは排ガスダクトであることを特徴とする（５に記載のフュージング装置。
【００１４】
なお、本発明において製造方法は補修方法を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による（１）〜（５）に記載したフュージング方法では、軸方向全幅に渡り一様に加熱するので幅方向での温度差が小さく、熱変形や熱応力を許容範囲内に小さくすることができる。また、反溶射面側最高到達温度，加熱部位の真裏の反溶射面側の温度を指標として、加熱手段の移動速度、加熱手段の出力、加熱手段と被加熱面との距離の各パラメータを制御することによって自溶性合金溶射を施す構造物に一定の熱履歴を与えることができるととともに、反溶射面側最高到達温度または加熱部位の真裏の反溶射面側の温度と溶射面側の温度との差を一定値以内に管理することで熱変形、を小さく抑える効果が得られる。
【００１６】
前述の方法による熱変形抑制効果は、構造物として周囲の部品と干渉の制約が多いことから、従来の片面加熱では自溶性合金溶射のフュージングが適用できなかった転炉ＯＧスカートまたはフードのフュージング方法において最も高い効果が得られる。
【００１７】
また、前述の方法によるフュージング装置によって、自溶性合金とダクト素材との合金層を有する構造物の製造または補修を経済的に実現できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明による方法および装置による、構造体であるＯＧスカート部材の処理状況を模式的に示した図であり（ａ）は平面図，（ｂ）は側面図で一部は断面として示している。このＯＧスカートは鉛直方向を軸方向にするように置かれている。
【００２０】
図２は、水管の円筒形の構造物の断面の一部を示した拡大図であり、内面には自溶性合金溶射層１０がフュージング処理前の状態で水管１に被覆されている。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、ＯＧスカートは水管を積層した円筒構造であり、固定台２の上に積載されている。加熱手段はバーナー３であり回転アーム４によって支持され、回転アーム４は１の円筒構造の中心に配置される回転軸５と連結されている。回転軸５は回転動力元としてのモーター６に接続されており、加熱手段であるバーナー３は矢印のように任意の速度で回転移動できる。また、バーナー３は円筒形の構造物であるＯＧスカートの高さと同じ範囲を同時に加熱できる構造になっている。
【００２２】
加熱手段は円筒形の構造物であるＯＧスカート内面に沿って相対的に移動させる手段であればいかなる方法でも構わないが、重量が比較的軽い回転アームとバーナーを回転させることが、好ましい。
【００２３】
バーナー３と回転アーム４の間には、円筒形の構造物の半径方向にバーナーを移動させることができるスライド機構７を設けて円筒形の構造物の内面とバーナー３間の距離を任意に回転しながら調整できる。
【００２４】
円筒形の構造物の外側には反溶射面側の温度測定用赤外線カメラ８を配置している。また、溶射面側にもフュージング温度測定用の放射温度計９を配置している。これらの温度測定機器は加熱手段の移動とともに移動し常に加熱手段周囲の温度のみ測定できればかまわないが、図１の反溶射面側  温度測定用赤外線カメラ８のように視野の範囲で固定する方式が簡単であり、好ましい。
【００２５】
図３は、反溶射面側の温度測定用赤外線カメラ８による反溶射面側の温度およびフュージング温度測定用の放射温度計９の温度を加熱手段がフュージング開始から１８０°の時点にある場合の温度分布を示したものである。なお、裏面側温度は水管の外面温度であるが、最も、熱変形を反映しやすい水管外面頂部の温度であることが好ましい。Ｔｉは自溶性合金溶射フュージング条件であり一定値である。Ｔｏｍについては、加熱手段の移動速度、加熱手段であるバーナーの出力、バーナーと加熱面との距離によって可変なＴｉよりは低い温度を示す。
【００２６】
図４は図３と同様であるが、図示のＴｏｂは加熱手段位置の真裏の反溶射面側温度を示す。
【００２７】
前述のＴｉとＴｏｍとの差をΔＴとし、またはＴｉとＴｏｂとの差をΔＴとして、加熱手段が移動してもΔＴを一定に保つための、加熱手段の移動速度、加熱手段であるバーナーの出力、バーナーと加熱面との距離にコントロールすることによって、円筒形の構造物の全周に渡って均一な温度履歴を与える。さらにこのΔＴを一定値以下にすることで、熱変形を実用上問題ない値まで低減できる。
【００２８】
構造物の形状精度が良い場合には、一旦定めた、ΔＴを一定に保つための、加熱手段の移動速度、加熱手段であるバーナーの出力、バーナーと加熱面との距離を、調整することなく固定して、フュージング処理を行っても構わない。また、テストによって事前にΔＴを一定に保つための、加熱手段の移動速度、加熱手段であるバーナーの出力、バーナーと加熱面との距離を定めた後、前述の加熱手段を調整することなくフュージング処理を行っても構わない。
【００２９】
前述のΔＴは、小さければ小さいほど熱変形が少なくなるが、実用上許容できる熱変形量になるΔＴを選定してもかまわない。
【００３０】
尚、円筒に限らずいかなる形状の筒型の構造物、あるいは矩形パネルにおいても、同様で、本発明の効果が得られる。
【実施例】
【００３１】
図１に示す、本発明の装置による実施例を説明する。
【００３２】
ＯＧスカートの内径は３０００ｍｍで全高さ５００ｍｍである。図２に示すｈが５０ｍｍとなる水管を用いた。バーナーの熱源にはＬＰＧを用いており、バーナーの加熱幅はＯＧスカートの全高さ５００ｍｍと同等とした。回転速度は電流量によって制御し、バーナーの半径方向のスライドはエアーシリンダーによっておこなった。バーナーの出力はＬＰＧの供給量と支燃料としてのＯ2の供給量（供給圧）を調整することでおこなった。反溶射面側の温度は少なくとも加熱部位の真裏から最高到達温度間での範囲を赤外線画像カメラで領域として測定し、その中でＴｏｂ及びＴｏｍを得た。
【００３３】
前述の装置を用いて、熱変形量が実用上問題ない範囲に納めることができるΔＴ＝Ｔｉ−Ｔｏｂ＝８００℃と定め、常にその値以内になるように各装置を操作してフュージング処理を行った。
【００３４】
その結果、本発明を用いなかった片面加熱でフュージングした場合には、設計値から大きく外れた形状に熱変形してしまい、周囲の装置と接触し、組み立てが不可能であった同形状のＯＧスカートが、周囲との接触もなく、設計どおりの組み立てが可能となった。
【００３５】
また、ΔＴ＝Ｔｉ−Ｔｏｍ＝６００℃と定め、同様にフュージョン処理を行ったが、ΔＴｉ−Ｔｏｂ＝８００℃の場合と同様に同形状のＯＧスカートが、周囲との接触もなく、設計どおりの組み立てが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
これまでの両面加熱では、多大なコストが必要であったが本発明により、前述に示したように、安価な片面加熱であっても、熱変形を実用上問題ないレベルまで低減して水管円筒形の構造物等のフュージング処理を行うことができるようになり、経済的な効果を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による装置を説明する図
【図２】自溶性合金溶射被覆位置を説明する図
【図３】本発明の実施の形態を説明する図
【図４】本発明の実施の形態を説明する図
【符号の説明】
【００３８】
１  水管
２  固定台
３  バーナー
４  回転支持アーム
５  回転軸
６  モーター
７  スライド機構
８  赤外線カメラ
９  放射温度計
１０  自溶性合金溶射皮膜
１１  加熱炎
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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