(57)【要約】      （修正有）【課題】コークス炉の炉底の補修面を損傷させることなく平滑で水平な施工体を形成し、高接着強度で耐用に優れる炉底補修材料の提供。【解決手段】ＳｉＯ２質の耐火性粉末と燃焼材としての金属粉末と生石灰粉末の混合物を主原料とし、酸素とともに吹き付けて被補修面を補修する溶射法に使用する炉底補修材料。前記、生石灰粉末の含有量は、主原料の全量に対して２２〜４０質量％で、その粒子径は、炉底補修材料全体において、３５５μｍより大きい粒子が５質量％以下、７５μｍ以下の粒子が７〜２０質量％、残部が７５〜３５５μｍの粒子であり、生石灰粉末中に含有するＣａＯ成分の質量割合（純度）は、一般的に９０〜９９％以上である炉底補修材。ＳｉＯ２質の耐火性粉末は、主原料の全量に対して、４０〜６８質量％であり、金属粉末は、金属シリコン粉末を使用したとき、主原料の全量に対して１０〜２０質量％とすることが好ましい、炉底補修材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２質の耐火性粉末と燃焼剤としての金属粉末と生石灰粉末よりなる主原料を含み、酸素とともに吹き付けて被補修面を補修する溶射法に使用する炉底補修材料であって、
前記主原料の全量に対して３５５μｍより大きい粒子が５質量％以下、７５μｍ以下の粒子が７〜２０質量％、残部が７５〜３５５μｍの粒子である生石灰粉末を２２〜４０質量％含有することを特徴とする炉底補修材料。
【請求項２】
前記耐火性粉末を、前記主原料の全量に対して４０〜６８質量％、
前記金属粉末としての金属シリコン粉末を、前記主原料の全量に対して１０〜２０質量％含有する、請求項１に記載の炉底補修材料。
【請求項３】
点火促進剤として、鉄粉、マンガン粉、バナジウム粉、マグネシウム粉、チタン粉、あるいはこれらの合金の粉末から選ばれる少なくとも１種を、前記主原料の全量に対して外掛けで主原料の０．１〜１．５質量％、さらに添加した、請求項１又は請求項２に記載の炉底補修材料。
【請求項４】
燃焼補助剤として、遷移金属酸化物を、前記主原料の全量に対して外掛けで０．３〜２．０質量％、さらに添加した、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炉底補修材料。
【請求項５】
前記燃焼補助剤が酸化スカンジウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、過酸化リチウム、過酸化カルシウム、過酸化マグネシウム、過酸化ストロンチウム、過酸化バリウムから選ばれる少なくとも１種である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炉底補修材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業窯炉の炉底の補修材料に関し、特に、金属粉末の酸化反応熱を利用して耐火性粉末を溶融する粉末状補修材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は石炭を乾留してコークスを製造する炉である。コークス炉の乾留室の大きさは、高さ約５ｍ、長さ約１５ｍ、幅４５〜５０ｃｍであり、その両端、すなわち高さ５ｍ、幅４５〜５０ｃｍの部分をコークス炉炉蓋で封じている。石炭の乾溜が完了すると、両側の炉蓋は解放され、その片側から押し出し機によってコークスを押し、他端からコークスが取り出される。その後、炉蓋を閉め、新しい石炭を装入して乾留する。このサイクルが1日に約1回行われる。
【０００３】
コークス炉の炉底は、水平で幅４５〜５０ｃｍ、長さ約１５ｍの平板状の形状をしている。
【０００４】
コークス炉の炉底はコークスの押出時に掛かるせん断応力の影響で摩耗したり、原料の石炭の装入時の急激な温度変化や衝撃によりスポールしたりして凹みが大きくなる傾向にあり、凸凹が大きくなるとコークスの押出し時の抵抗が大きくなり、押しだせなくなる事態（押し詰まりという）を避けるために操業と操業の合間の短い時間を利用した補修を繰り返しながら操業している。
【０００５】
操業を継続しながら炉底補修を実施する技術として溶射補修法、粉末補修材で直接補修する乾式法、粉末補修材を水と混合して補修する湿式方などがある。
【０００６】
溶射補修法は、近年では金属の酸化発熱反応を利用した溶射法が一般的に利用されている。例えば、特許文献１〜３では、金属粉末（燃焼剤）と耐火性粉末の混合物を酸素で搬送し、高温の補修面に吹き付ける溶射材料についての記載がある。吹き付けられた混合物は、補修面からの受熱により起こる金属粉末の酸化発熱反応により耐火性組成物を形成するとともに溶融し、補修面に付着する。
【０００７】
乾式法は、例えば、特許文献４に記載されており、シリカ、アルミナを主成分とする粉末に、粉末状フリットと顆粒状低融点化合物の２種の融剤を含有する補修材を、３５０℃から６００℃の炭化室炉床耐火物表面の凹部に敷き込んだ後、水平かつ平坦に均す補修方法と記載されている。
【０００８】
湿式法は、例えば、特許文献５に記載されており電融アルミナなどの耐火骨材にフリット、シリカ微粉、リン酸塩を混合し水と混練してスラリー状にすることで強度を増大させて摩耗を抑制することが記載されている。
【０００９】
一般に、コークス炉の稼働温度は９００℃〜１３００℃であるため、常温から６００℃程度までの熱膨張係数が大きいが、７００℃以上における熱膨張係数がほぼゼロの珪石れんがが使用されている。このような珪石れんがの特性上、表面温度が急激に下がると熱衝撃により亀裂が入って損傷することになる。従って、補修は熱間で行うことでれんがの表面温度を下げないことが好ましく、溶射法は熱間補修の一種として広く利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−２７５１７０号公報
【特許文献２】特許第４４６４８０４号
【特許文献３】特開２００９−１２０４０６号公報
【特許文献４】特開２００７−１４５８９０号公報
【特許文献５】特開２００４−１６８５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記、従来のコークス炉炉底補修に用いられる材料は、コークス炉炉底補修材料に求められる上記の各種の特性のすべてを十分に満足できるものではない。特に、コークス炉炉底補修においては、補修後の表面ができるだけ水平であり、著しい凸凹を形成しないものであることが望ましい。
【００１２】
特許文献１が開示する溶射材料は、耐火性基質と類似した化学組成を有する材料を有する溶着層を含むことが望ましいとしており、コークス炉の炉底の場合は珪石質となる。珪石質を主体とした溶射材では、溶射時の温度に比較して十分に融点が低くなく組成的に粘性が高くなるため平滑にならないばかりか、水平に仕上げるのも困難であり、炉底補修には向かない。
【００１３】
また、特許文献２が開示する溶射材料は、垂直面である炉壁補修用途の溶射材料であるため、炉壁に付着後は付着部位に保持する設計となっている。したがって、同材質で炉底を溶射すると、溶射箇所に付着した材料がその場で固着することになり、平滑で水平にならないため、炉底補修には向かない。
【００１４】
特許文献４が開示するコークス炉炭化室炉床の粉末補修材は、３５０℃から６００℃に放冷して、凹部に敷きこんだ後、水平かつ平坦に均して施工すると記載されている。この方法は施工時間そのものを短くできるが、放冷するまで待つ必要あり、操業と操業の合間の限られた時間での補修には向かないばかりか、窯中央部を３５０℃から６００℃まで放冷していると窯口付近は２００℃以下になり、珪石れんがが急激に収縮することで亀裂が入る事態になり、補修するどころか損傷させることになる。また、実施例には９００℃で溶融させることが記載されているが、実際の操業では１０００℃以上になることもあるため施工体の融点が下がり過ぎて、押しだされるコークスとともに剥がれ落ちると考えられる。また、押出し時のせん断応力に耐えるために十分な接着強度が必要と考えられるが、当該特許文献４には３６ｃｍ２の接着面積に対して最大２０３ｋｇｆの接着強度であることが記載されており、接着面積で割った時の接着強度は０．５５ＭＰａであり、十分な強度とは言い難い。
【００１５】
特許文献５が開示するコークス炉炉床用耐火物は、スラリー状の補修用材料をコークス炉炉床の損傷部に流し込むことにより、炉床を平滑にすることが可能としているが、水分が蒸発することで炉底の珪石れんがの熱を奪って３００℃以下にまで冷却されると、当該珪石れんがが急激に収縮することで亀裂が入る事態になり、損傷する可能性があり、好ましくない。
【００１６】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、被施工面を損傷させることなく平滑で水平な施工体を形成することができ、かつ高接着強度で耐用に優れる炉底補修材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、ＳｉＯ２質の耐火性粉末と金属粉末と生石灰粉末の混合物を主原料とし、酸素とともに吹き付けて被補修面を補修する溶射法に使用する炉底補修材料を前提とする。
【００１８】
前記、生石灰粉末の含有量は、主原料の全量に対して２２〜４０質量％で、その粒子径は、炉底補修材料全体において、３５５μｍより大きい粒子が５質量％以下、７５μｍ以下の粒子が７〜２０質量％、残部が７５〜３５５μｍの粒子である。生石灰粉末中に含有するＣａＯ成分の質量割合（純度）は、一般的に９０〜９９％以上である。
【００１９】
前記、ＳｉＯ２質の耐火性粉末は、前記主原料の全量に対して、４０〜６８質量％であり、金属粉末は、金属シリコン粉末を使用したとき、主原料の全量に対して１０〜２０質量％とすることができる。
【００２０】
更に、点火促進剤として、金属シリコン粉末の酸化反応に必要な初期の熱量を補助する機能を有する金属粉末を添加することができる。当該、金属粉末は主原料の全量に対して外掛けで０．１〜１．５質量％である。このような金属粉末としては、例えば、鉄粉、マンガン粉、バナジウム粉、マグネシウム粉、チタン粉、あるいはこれらの合金の粉末等を好適に使用することができる。これらの金属粉末は、単体で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２１】
また、燃焼補助剤として、炉底補修材の燃焼中に酸素を供給して被施工体上で、燃焼剤である金属シリコン粉末を酸化させる機能を有する金属酸化物を、主原料の全量に対して外掛けで０．３〜２．０質量％、さらに配合することができる。このような金属酸化物としては、例えば、遷移金属酸化物、特に、第一遷移金属酸化物（酸化スカンジウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅）やアルカリ土類金属過酸化物（過酸化リチウム、過酸化カルシウム、過酸化マグネシウム、過酸化ストロンチウム、過酸化バリウム）を好適に使用することができる。なお、これらの金属酸化物は、単体で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、被施工面を損傷させることなく平滑で水平な施工体を形成することができ、かつ高接着強度で耐用に優れる炉底補修材料を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜確認試験＞
炉底を冷却せずに補修出来る方法として溶射タイプの補修方法を採用する。さらに炉底補修に必要な特性としては、施工後に炉底が平滑かつ水平になることが要求される。このために、溶射材料が融け広がったときの液体が自由表面に近い面となる特性を付与する必要がある。そこで、ＳｉＯ２質の耐火骨材原料にＣａＯを高純度に含有する生石灰粉末を適用することで融点を低下させるとともに、溶融時の粘性低下を図ることにした。
【００２４】
先ず、反応が速く粘性低下に有利に働くと考えて粒度が７５μｍ以下の生石灰粉末を適用し、含有量を徐々に増やす試験を行い、含有量が２０質量％までは、付着部位で保持され融け広がらないことを確認した。これは、特許文献２の実施例のカルシア質粉（ＣａＯ割合は９６．９７％）が２０質量％含有する溶射材料が垂直面である炉壁の補修材として成立することと一致している。
【００２５】
さらに含有量を増やし、含有量が２２質量％以上、４０質量％以下で粘性が低下し、含有量が４０質量％より多くなると再び融け広がらなくなることが分かった。また、２０質量％を超えると燃焼の継続性が著しく低下し、満足に施工できるものにはならなかった。これは、ＳｉＯ２質の耐火骨材と生石灰粉末が反応して溶融が速く進むことで単位時間当たりの溶融吸熱量が増えて、燃焼を継続するための熱量の供給が不足するためと考えられる。
【００２６】
そこで、ＳｉＯ２質の耐火骨材と生石灰粉末の反応を適度に遅らせるために生石灰粉末の粒度を粗くして適用する試験を実施し、粘性が低下しながらも燃焼継続性が損なわれない生石灰粉末の含有量と粒子径を特定するに至った。
【００２７】
＜実施の形態＞
（原理）
本発明に係る炉底補修材料は、ＳｉＯ２質の耐火性粉末と金属粉末と生石灰粉末の混合物（以下、ＳｉＯ２質の耐火性粉末と金属粉末と生石灰粉末の混合物を主原料という。）に特性を制御するために各種微量の添加物が加えられたものである。
【００２８】
ＳｉＯ２とＣａＯのそれぞれの融点は、１６５０℃と２８５０℃であるが、ケイ酸カルシウム鉱物となるとＣａＯ割合で４５質量％から６５質量％の組成で１５５０℃以下まで融点が下がり、組成によっては１４００℃近くまで融点が下がる。またＣａイオンのＳｉＯ２ネットワークへの導入により高温での粘性の低下に繋がる。したがって、溶射施工時の融液中のＣａＯ割合が４５質量％から６５質量％程度になるように調整することで、粘性低下効果が得られ、融け広がることで平滑かつ水平な施工体が得られる。
【００２９】
ただし、本発明に掛かる炉底補修材の施工では、金属シリコンの酸化反応によりＳｉＯ２成分が生成されたり、ＳｉＯ２質の耐火骨材粒子の一部が跳ね返ったりするため、主原料中のＣａＯ割合を４５質量％から６５質量％にしても、融液中のＣａＯ割合とは一致しない。そこで、実際の施工後の組成を調査することで、融液中のＣａＯが４５質量％から６５質量％になる主原料中の生石灰粉末の含有量を特定した。
【００３０】
試験結果より、主原料中の生石灰粉末の含有量は、２２質量％から４０質量％とすることが好ましい。より好ましくは、２６質量％から３６質量％である。
【００３１】
生石灰粉末の粒子径は、炉底補修材料全体において、３５５μｍより大きい粒子が５質量％以下、７５μｍ以下の粒子が７〜２０質量％、残部を７５μｍより大きく３５５μｍ以下の粒子とすることが好ましい。より好ましくは、３５５μｍより大きい粒子が１．０質量％以下、７５μｍ以下の粒子が１０〜１７質量％である。粒子径が３５５μｍより大きい生石灰粉末の配合量が多くなるとＳｉＯ２質の耐火骨材粒子との反応が進まず溶融性が低下するため、５質量％以下とすることが好ましい。粒子径が７５μｍ以下の生石灰粉末が７質量％未満である場合も、ＳｉＯ２質の耐火骨材粒子との反応が遅くなり溶融性が低下するため好ましくない。
【００３２】
逆に、粒子径が７５μｍ以下の生石灰粉末が２０質量％を超えると、ＳｉＯ２質の耐火骨材粒子との反応が速すぎて、単位時間当たりの溶融吸熱量が大きくなり、燃焼を継続するための熱量の供給が間に合わなくなり、燃焼継続性が著しく低下し施工が満足に出来なくなるため好ましくない。生石灰粉末中に含有するＣａＯ成分の質量割合（純度）は、一般的に９０〜９９％以上のものがあり、本試験では純度９６％の生石灰を用いた。
【００３３】
以下、生石灰以外の成分について詳述する。
【００３４】
（耐火性粉末）
上述のように、本発明に係る炉底補修材料は、ＳｉＯ２質の耐火性粉末と金属粉末と生石灰粉末の混合物を主原料とする。当該ＳｉＯ２質の耐火性粉末には、珪石、珪石れんが粉、溶融シリカ等を用途に応じて用いることができる。特に限定されないが、耐火性粉末の最大粒子径は２０００μｍ以下であることが好ましい。最大粒子径が２０００μｍより大きいと、施工時に大きい粒子が跳ね返るため被施工体への付着が困難となり、溶射効率が低下する。
【００３５】
（金属粉末）
本発明に係る炉底補修材料では、燃焼剤としての金属粉末が配合される。燃焼剤は、燃焼後に上述の耐火性粉体を結合する結合相を形成する酸化物となる。例えば、補修対象である被施工体がＳｉＯ２主体である珪石れんがからなる場合、当該燃焼剤として金属シリコン粉末を使用することができる。
【００３６】
主原料の全量に対して、金属シリコン粉末の添加量は１０質量％以上、２０質量％以下であり、好ましくは１３質量％以上、１７質量％以下である。
【００３７】
添加量が１０質量％より少ないと、燃焼反応が弱くなり燃焼の継続性と被施工体への付着が著しく悪化するため、炉底補修材料として成立しない。また、添加量が２０質量％を超えると、燃焼による発熱量が多くなり高温になりすぎる。その結果、炉底損傷部を施工する際にノズル先端が過熱されることで、ノズル先端で反応が開始し施工を中断する事態になるため、炉底補修を満足に行えない。金属シリコン粉末に含まれる金属Ｓｉ成分の質量割合（Ｓｉ純度）は問わないが、一般的には９０％〜９８％以上のものが使用される。
【００３８】
金属粉末の粒子径は、炉底補修材料全体において、７５μｍ以上が５質量％以下、２０μｍ以下が３〜１４質量％、残部を２０μｍより大きく７５μｍ未満とすることが好ましい。より好ましくは、７５μｍ以上が３．０質量％以下、２０μｍ以下が５〜１２質量％である。粒子径が７５μｍ以上の金属粉末は、燃焼反応が弱く、配合量が多くなると燃焼継続性が低下するため、５質量％以下とすることが好ましい。２０μｍ以下の金属粉末が３質量％未満である場合も、燃焼反応が弱くなり燃焼継続性が低下するため好ましくない。２０μｍ以下の金属粉末が１４質量％を超えると、粉体流動性が低下して脈動を引き起こして逆火の危険性が大きくなるため好ましくない。
【００３９】
（点火促進剤）
本発明に係る炉底補修材料では、金属シリコン粉末の酸化反応に必要な初期の熱量を補助する機能を有する金属粉末の点火促進剤を必要に応じて配合できる。点火促進剤を配合することにより、被施工体温度が８００℃以下の比較的低温である場合でも、溶射開始時の点火を促進することができる。
【００４０】
このような金属粉末としては、例えば、鉄粉、マンガン粉、バナジウム粉、マグネシウム粉、チタン粉、あるいはこれらの合金の粉末等を好適に使用することができる。これらの金属粉末は、単体で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。点火促進剤は発火点が３００〜８００℃であれば使用できるが、発火点が４００℃以下である鉄粉が最も好ましく使用できる。
【００４１】
点火促進剤を添加する場合の添加量は、主原料の全量に対して外掛けで０．１以上１．５質量％以下であることが好ましい。添加量が０．１質量％未満であると、点火促進剤の添加効果（点火促進効果）が十分得られなくなる。一方、添加量が１．５質量％より多いと、爆発や逆火等の作業上の危険性が高まるため好ましくない。また、点火促進剤として金属粉末の粒子径は１００μｍ以下であることが好ましい。粒子径が１００μｍより大きいと反応性が乏しくなり、点火促進の効果が得られなくなるからである。
【００４２】
（燃焼補助剤）
本発明に係る炉底補修材料では、炉底補修材料の燃焼中に酸素を供給して、被施工体上で、燃焼剤である金属シリコン粉末を酸化させる機能を有する燃焼補助剤を必要に応じて配合することができる。燃焼補助剤は、金属シリコンに付着していると、被施工体に付着した際の受熱により酸素供給源となる金属酸化物の粉末からなる。
【００４３】
このような金属酸化物としては、例えば、遷移金属酸化物、特に、第一遷移金属酸化物（酸化スカンジウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅）を好適に使用することができる。これらの金属酸化物は、金属シリコンに付着していると、被施工体上における燃焼中に自身の酸化数を低下させることで金属シリコンを酸化する。燃焼剤である金属シリコン粉末が酸化されるため、被施工体上での燃焼が継続されることになる。なお、これらの金属酸化物は、単体で添加されてもよく、２種以上が組み合わされて添加されてもよい。金属シリコン粉末を効率よく酸化させる観点からは、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が、金属シリコン粉末が酸化されて生成したＳｉＯ２ガラスに固溶した場合に酸素透過速度を上昇させる効果もあるため特に好適に使用できる。
【００４４】
燃焼補助剤を添加する場合の添加量は、主原料の全量に対して外掛けで０．３以上２．０質量％以下である。添加量が０．３質量％より少ないと燃焼剤の燃焼継続効果が少なくなる。また、添加量が２．０質量％より多いと、不純物が多くなり、組成が変化し過ぎて熱膨張特性等の設計特性が発揮できなくなるため好ましくない。また、金属酸化物粉末の粒子径は１００μｍ以下であることが好ましい。粒子径が１００μｍより大きいと反応性が乏しくなり、燃焼の継続性を向上する効果が得られなくなる。
【００４５】
（その他の添加物）
上述の各成分に加えて、流動性改善や鉱物組成の調整を目的として、ヒュームドシリカや、マグネシウム、鉄から選択された元素の酸化物、炭化物、窒化物などを添加することもできる。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例及び比較例を提示して、本発明の炉底補修材料を説明する。
【００４７】
表１、表２に示す配合割合で炉底補修材料を作成し、各炉底補修材料を使用した溶射施工により形成した施工体を評価した。各炉底補修材料で使用したＳｉＯ２質の耐火性粉末は珪石れんが粉である。各炉底補修で使用した金属シリコン粉末のＳｉ純度は９７％である。各炉底補修材料で使用した生石灰粉末の純度は９６％である。なお、ＳｉＯ２質の耐火性粉末の粒子径、生石灰粉末及び金属シリコン粉末の粒子径は、表１、表２中に示している。
【００４８】
炉底補修の作業性として、点火性、燃焼継続性、付着率についての評価や、施工体物性として凸凹を測定し平滑性に関して評価するために、各炉底補修材料１ｋｇを、炉の中の床面に配置した２３０×２３０×３０ｍｍの珪石質れんがに平面状に吹き付けて施工体Ａを作成した。
【００４９】
また施工体特性として被施工体との接着強度を評価するために、各炉底補修材料３.５ｋｇを炉の中の床面に、１７０×１７０×３０ｍｍの囲いを設けた２３０×２３０×３０ｍｍ珪石質れんがに吹付けることで施工体Ｂを作成し、室温まで徐冷した後に、１００×１００ｍｍの大きさに切出して供試した。
【００５０】
何れの施工も、エジェクタ式の溶射装置を用いて、搬送ガスは純度１００％の酸素とし、流量は２９Ｎｍ３／ｈとした。材料供給速度は９０〜９５ｋｇ／ｈとした。ランスは２ｍのものを使用し、先端ノズル径はφ２１ｍｍとし、炉の中の雰囲気温度を約１０００℃に加熱した後、炉を開放し、れんがの表面温度が約８００℃に冷却されたときに行った。
【００５１】
各炉底補修による施工体に関する各評価の結果は、表１、表２中に記載している。
【００５２】
点火性は、溶射施工開始時に点火するまでの時間と燃焼状態を目視観察することで評価した。「◎」は３秒未満で点火し材料が付着し始めたことを示し、「○」は３秒以上６秒未満で点火し材料が付着し始めたことを示し、「△」は６秒以上１０秒未満で点火し材料が付着し始めたことを示している。
【００５３】
燃焼継続性は、溶射施工時の失火の状態を目視観察することで評価した。「◎」はランス走査速度を早くしても失火の気配がなく燃焼時の光が強いまま燃焼が継続したことを示し、「○」は失火の気配がなく燃焼時の光が強いまま燃焼が継続したがランス走査速度を早くすると失火しそうになったことを示し、「△」は燃焼を継続させるためにランス走査速度をやや落とす必要があったことを示し、「●」はランス走査速度を早くしても失火の気配がなかったが、燃焼時の光が非常に強く、燃焼による発熱量が多くなることによりノズル先端が過熱されることで、ノズル先端で反応が開始することが懸念されたことを示す。
【００５４】
平滑性は、施工体Ａの施工面の中央部３０ｍｍ×３０ｍｍの範囲を３Ｄ解析により最凹部と最凸部の差を測定することで評価した。「◎」は凹凸が１．０ｍｍ未満であったことを示し、「○」は凹凸が１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ未満で合ったことを示し、「△」は凹凸が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ未満で合ったことを示し、「×」は凹凸が２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ未満で合ったことを示し、「××」は凹凸が４．０ｍｍ以上６．０ｍｍ未満で合ったことを示している。
【００５５】
付着率は、溶射試験後に被施工Ａの施工前後の被施工体の重量変化と、先端ノズルから吐出した炉底補修の重量に対する当該付着質量の割合を算出した。
【００５６】
接着強度は、被施工面上の施工体Ｂから切り出した試料の施工体部にせん断応力を掛けて剥離させて、剥離した時に観測された荷重を接着面積で割ることで算出した。
【００５７】
表１に示す各実施例は、珪石れんが粉からなる耐火性粉末、金属シリコン粉末および生石灰粉末からなる主原料１００質量％において、金属シリコン粉末の含有量が１０〜２０質量％であり、生石灰粉末の含有量が、２２〜４０質量％である配合である。
【００５８】
また、点火促進剤である粒子径が１００μｍ以下の鉄粉、燃焼補助剤である粒子径が１００μｍ以下の酸化第二鉄（酸化鉄（III））粉末を、適宜、添加している。なお、鉄粉、酸化第二鉄粉末の添加量は、主原料全量に対する外掛けで規定している。以下、各配合について簡単に説明する。
【００５９】
実施例１〜実施例３及び実施例７〜実施例８は、生石灰粉末の配合量をそれぞれ変更している。実施例４〜実施例６及び実施例９〜実施例１１は、実施例３の配合において、生石灰粉末の粒度、酸化第二鉄粉末の配合量、鉄粉の配合量、珪石れんが粉の粒度配合、をそれぞれ変更している。実施例１２〜実施例１３は、実施例３の配合において、珪石れんが粉と金属シリコン粉末との配合割合をそれぞれ変更している。
【００６０】
表１に示すように、いずれも点火性、燃焼継続性、平滑性、付着率、接着強度の各評価項目において、良好な結果が得られていることが理解できる。
【００６１】
続いて、表２に示す比較例について説明する。比較例１は、実施例１〜実施例３及び実施例７〜実施例８の配合との対比において生石灰粉末を含有していない（配合量ゼロ）配合である。この配合では、溶融不足になり平滑性が低下した。
【００６２】
比較例２〜比較例３は、実施例３との対比において、生石灰粉末の配合量を変更している。比較例２は生石灰の配合量が適正量より少ない場合であり、溶融不足になって平滑性が低下した。また、比較例３は適正量より多い場合であり、溶融不足になり平滑性が低下した。
【００６３】
比較例４〜比較例６は、実施例３との対比において、生石灰粉末の粒度を変更している。比較例４は生石灰の粒度が適正より粗い粒度分布に偏った場合であり、溶融不足になって平滑性が低下した。また、比較例５〜比較例６は適正より細かい粒度分布に偏った場合であり、燃焼継続性が著しく低下し、付着率も低下した。
【００６４】
以上のように、炉底補修材料を、ＳｉＯ２質の耐火性粉末と、燃焼剤としての金属粉末と、生石灰粉末で構成し、生石灰粉末粒度と含有量を適正にすることにより、平滑で接着強度の高い施工体を形成しながら、十分な燃焼継続性を有することができる。これにより、炉底損傷部の凸凹を、被施工面を損傷させることなく平滑かつ水平で強固な補修ができるため作業性や施工品質が向上する。その結果、作業時間が不要に長時間になることを抑制でき、かつ押詰まりリスクが低減し補修頻度も低減されるため施工コストの上昇を防止することができる。また、施工作業者が高温で粉塵の多い環境に曝される時間が不要に長時間になることもない。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明したように、本発明に係る炉底補修材料は、平滑かつ水平に施工でき、接着強度に優れるため、コークス炉炭化室の炉底補修などに使用する補修部材として有用である。