(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性粉体及び可燃性粉体を含む原料粉体と、支燃性のキャリアガスとを混合した混合物を噴射し燃焼させて耐火組成物を形成する溶射装置であって、
前記原料粉体を貯蔵し当該原料粉体を払い出す払出口を有する貯蔵手段と、
加圧されたキャリアガスの流れにより前記払出口から前記原料粉体を吸入し、前記キャリアガスと前記原料粉体とを混合し前記混合物とするエジェクターと、
前記エジェクターにより生成された前記混合物を噴射する噴射手段とを備え、
前記エジェクターは、
前記払出口に連通する内部空間を有する容器部と、
加圧された前記キャリアガスを先端から前記内部空間に噴出する噴出ノズルと、
前記内部空間に一端が連通し前記混合物を流路に沿って前記一端から他端へ導く吐出導管とを備え、
前記吐出導管の流路を形成する内面の少なくとも一部が、樹脂又はゴムで構成されてなる溶射装置。
【請求項２】
前記樹脂又はゴムは、導電性を有する請求項１に記載の溶射装置。
【請求項３】
前記吐出導管は前記流路の断面積が一定のストレート部を有し、前記ストレート部の内径が８ｍｍ以上１２ｍｍ以下であり、
かつ、前記噴出ノズルの先端のノズル孔径が２ｍｍ以上４ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の溶射装置。
【請求項４】
耐火性粉体及び可燃性粉体を含む原料粉体と、支燃性のキャリアガスとを混合した混合物を噴射し燃焼させて耐火組成物を形成する溶射方法であって、
前記原料粉体を貯蔵する貯蔵手段の払出口から前記原料粉体を払い出す払出工程と、
前記貯蔵手段の払出口に連通する内部空間を有する容器部へ前記払出口から払い出された前記原料粉体を導く導入工程と、
前記導入工程により導かれた前記原料粉体をキャリアガスの流れにより吸入する吸入工程と、
前記吸入された原料粉体と前記キャリアガスとを混合する混合工程と、
前記混合工程により混合された混合物を、内面の少なくとも一部が樹脂又はゴムで構成された吐出導管の流路に沿って搬送する搬送工程と、
前記搬送工程により搬送された混合物を噴射する噴射工程と、
前記噴射工程により噴射された混合物を燃焼させて耐火組成物を形成する形成工程とを含む溶射方法。
【請求項５】
前記樹脂又はゴムとして、導電性を有するものを使用する請求項４に記載の溶射方法。
【請求項６】
前記吸入工程では、先端のノズル孔径が２ｍｍ以上４ｍｍ以下である噴出ノズルにより噴出されたキャリアガスの流れにより前記原料粉体を吸入し、
前記搬送工程では、前記吐出導管に設けられた、内径一定のストレート部の内径が８ｍｍ以上１２ｍｍ以下の条件下で搬送する請求項４又は５に記載の溶射方法。
【請求項７】
前記原料粉体として、０．１ｍｍ以下の粒子が１０質量％以上である原料粉体を使用する請求項４〜６のいずれかに記載の溶射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火組成物を形成するための溶射装置及び溶射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐火組成物を形成するための溶射技術として、可燃性粉体（例えば、金属粉末）と耐火性粉体（耐火性骨材）とを含む原料粉体を、支燃性のキャリアガス（酸素ガス）によって搬送し噴射して着火溶融することで耐火組成物を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
かかる溶射技術においては、原料粉体とキャリアガスとを混合した混合物を吐出導管の流路に沿って下流側に導くが、従来、吐出導管は耐摩耗性等を考慮して金属（ステンレス鋼）で形成するのが一般的であり、原料粉体と吐出導管との摩擦により発火が生じやすいという問題がある。
【０００４】
上記特許文献１においては、吐出導管に、一端から下流に行くにつれて流路の断面積が単調減少する絞り部と、上流から他端に行くにつれて流路の断面積が単調増加する拡張部とを形成することにより、吐出導管の摩耗を防ぐ技術が記載されている。しかし、特許文献１には、吐出導管の材質は特に記載されていない。吐出導管が従来一般的な金属製であれば、依然として原料粉体と吐出導管との摩擦により発火が生じやすいという問題が残る。
【０００５】
また、発火が生じた場合、原料粉体の搬送方向と逆方向へ発火が進む現象（逆火）が生じる。逆火を防ぐためには、逆火によって燃焼が進む速度（燃焼速度）よりも原料粉体を搬送する搬送速度が上回る必要がある。上記特許文献２には、逆火が生じた場合に、原料粉体がホッパーへ吹き上げないように、ホッパーからの原料粉体移送路に外気連通部を設ける技術は記載されているが、逆火そのものを防ぐ技術については記載されてない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７５８１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、原料粉体と吐出導管との摩擦による発火の発生を防止できるようにすることにある。
【０００８】
他の課題は、仮に発火が発生したとしても逆火の発生を防止できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の溶射装置は、耐火性粉体及び可燃性粉体とを含む原料粉体と、支燃性のキャリアガスとを混合した混合物を噴射し燃焼させて耐火組成物を形成する溶射装置であって、前記原料粉体を貯蔵し当該原料粉体を払い出す払出口を有する貯蔵手段と、加圧されたキャリアガスの流れにより前記払出口から前記原料粉体を吸入し、前記キャリアガスと前記原料粉体とを混合し前記混合物とするエジェクターと前記エジェクターにより生成された前記混合物を噴射する噴射手段とを備え、前記エジェクターは、前記払出口に連通する内部空間を有する容器部と、加圧された前記キャリアガスを先端から前記内部空間に噴出する噴出ノズルと、前記内部空間に一端が連通し前記混合物を流路に沿って前記一端から他端へ導く吐出導管とを備え、前記吐出導管の流路を形成する内面の少なくとも一部が、樹脂又はゴムで構成されてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の溶射方法は、耐火性粉体及び可燃性粉体とを含む原料粉体と、支燃性のキャリアガスとを混合した混合物を噴射し燃焼させて耐火組成物を形成する溶射方法であって、前記原料粉体を貯蔵する貯蔵手段の払出口から前記原料粉体を払い出す払出工程と、前記貯蔵手段の払出口に連通する内部空間を有する容器部へ前記払出口から払い出された前記原料粉体を導く導入工程と、前記導入工程により導かれた前記原料粉体をキャリアガスの流れにより吸入する吸入工程と、前記吸入された原料粉体と前記キャリアガスとを混合する混合工程と、前記混合工程により混合された混合物を、内面の少なくとも一部が樹脂又はゴムで構成された吐出導管の流路に沿って搬送する搬送工程と、前記搬送工程により搬送された混合物を噴射する噴射工程と、前記噴射工程により噴射された混合物を燃焼させて耐火組成物を形成する形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、吐出導管の流路を形成する内面の少なくとも一部を構成する樹脂又はゴムとしては、静電気による発火を防止する点から導電性を有するものを使用することが好ましい。
【００１２】
また、本発明においては、原料粉体の搬送速度を上げて逆火の発生を防止する点から、吐出導管における内径一定のストレート部の内径は８ｍｍ以上１２ｍｍ以下とし、噴出ノズルの先端のノズル孔径は２ｍｍ以上４ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
更に本発明においては、吐出導管の摩耗を抑制する点から、原料粉体としては、０．１ｍｍ以下の粒子が１０質量％以上である原料粉体を使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、吐出導管の流路を形成する内面の少なくとも一部を、樹脂又はゴムで構成したことにより、原料粉体と吐出導管との摩擦による発火（火花）の発生を防止することができる。
【００１５】
また、吐出導管のストレート部の内径及び噴出ノズルのノズル孔径を上記のように限定することで、原料粉体の搬送速度を上げることができ、逆火の発生を防止することができるとともに、原料粉体の吐出量も所望量以上を確保することができる。
【００１６】
更に、原料粉体としては、０．１ｍｍ以下の粒子が１０質量％以上である原料粉体を使用することで、吐出導管の摩耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の溶射装置の一実施形態を示す要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の溶射装置の一実施形態を示す要部の断面図である。
【００１９】
図１に示す溶射装置は、原料粉体１０を貯蔵する貯蔵手段としてのホッパー２０と、エジェクター３０と、噴射手段４０とを備える。
【００２０】
原料粉体１０は、可燃性粉体（例えば、金属粉末）と耐火性粉体（耐火性骨材）とを含んでなる。好ましくは、０．１ｍｍ以下の粒子が１０質量％以上となる粒度構成とする。その理由は後述する。
【００２１】
ホッパー２０は、その底部に原料粉体１０を払い出す払出口２１を有する。エジェクター３０は、加圧されたキャリアガス（酸素ガス）の流れにより払出口２１から原料粉体１０を吸入し、キャリアガスと原料粉体１０とを混合し混合物とする。噴射手段４０は、エジェクター３０の出側と水平移送管５０及びゴムホース６０を介して接続されており、エジェクター３０により生成された前記混合物を噴射する。なお、水平移送管５０は省略することができ、エジェクター３０の出側にゴムホース６０を直接接続してもよい。
【００２２】
次に、エジェクター３０の構成を詳細に説明する。エジェクター３０は、ホッパー２０底部の払出口２１に連通する内部空間を有する容器部３１と、加圧されたキャリアガスを先端から容器部３１の内部空間に噴出する先細りの噴出ノズル３２と、容器部３１の内部空間に一端が連通し前記混合物を流路に沿って前記一端から他端へ導く吐出導管３３とを備える。すなわち、容器部３１の内部空間において、キャリアガスは、先細りの噴出ノズル３２先端のノズル孔から吐出導管３３の一端（基端）に向けて高速で噴出し、それによって容器部３１の内部空間を負圧（ここでは大気圧よりも低い圧力）にする。一方、容器部３１の内部空間には垂直移送管７０を介してホッパー２０の払出口２１が連通している。このためエジェクター３０は、加圧されたキャリアガスの流れにより払出口２１から原料粉体１０を容器部３１の内部空間に吸入し、噴出ノズル３２先端のノズル孔から噴出するキャリアガスと原料粉体１０とが容器部３１の内部空間にて混合され混合物となる。
【００２３】
本発明においては、エジェクター３０において、特に吐出導管３３と原料粉体１０との摩擦による発火の発生を防止するため、吐出導管３３の流路を形成する内面の少なくとも一部を樹脂又はゴムで構成する。図１の実施形態では、吐出導管３３の内面全体及び容器部３１の内面全体、すなわち、エジェクター３０の内面全体を樹脂又はゴムで構成している。具体的には、吐出導管３３及び容器部３１の全体を樹脂又はゴムで構成している。このうち、吐出導管３３は外管３３ａに内管３３ｂを嵌め込んだ二重管構造としており、内管３３ｂが消耗したら、その内管のみを交換できるようにしている。なお、吐出導管３３は、二重管構造としたがこれに限定されるものではなく、一重管構造としてもよい。
【００２４】
また、本実施形態においては、水平移送管５０の流路を形成する内面も、その全体を樹脂又はゴムで構成している。具体的には、水平移送管５０の内面に樹脂又はゴムをライニングしてライニング層５０ａを形成している。更に本実施形態においては、水平移送管５０のライニング層５０ａとゴムホース６０とを突き合わせて接合している。すなわち、本実施形態では、エジェクター３０及びその下流側の流路の内面は全て樹脂又はゴムで形成し、金属が露出しないようにしている。これにより、原料粉体とその流路の内面との摩擦による発火（火花）の発生を確実に防止できる。
【００２５】
ただし、原料粉体とその流路の内面との摩擦による発火が最も発生しやすいのは、吐出導管３３部分であるので、本発明では、吐出導管３３の内面の少なくとも一部を樹脂又はゴムで構成することを要件とする。吐出導管３３の内面の全てを樹脂又はゴムで構成することが好ましいが、内面の一部であっても従来に比べ有意性をもって発火の発生を抑制できる。吐出導管３３の内面に一部を樹脂又はゴムで構成する場合、吐出導管３３のうちでも容器部３１側に近い部分において摩擦による発火が発生しやすいので、吐出導管３３の基端（容器部３１側の一端）から少なくとも１５０ｍｍ程度の範囲は樹脂又はゴムで構成することが好ましい。
【００２６】
本発明において、流路の内面を構成する樹脂又はゴムの種類は特に限定されないが、樹脂としては塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート、メチルペンテン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、ゴムとしては天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。
【００２７】
また、本発明で使用する樹脂又はゴムは導電性を有することが好ましい。これは、原料粉末との摩擦により静電気が溜まり、発火の原因となることを防止するためである。導電性の程度としては、その体積固有抵抗が１０８Ω・ｍ未満であることが好ましい。このような導電性樹脂は、樹脂に導電性粒子を分散させることで得ることができ、例えば導電性ポリエチレンが挙げられる。また、導電性ゴムは、絶縁性の弾性高分子（ゴム）に導電性粒子を分散させることで得ることができ、例えばニトリルゴムが挙げられる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、エジェクター３０の吐出導管３３及び容器部３１の全体を樹脂又はゴムで形成することで、その流路の内面を樹脂又はゴムで構成するようにしたが、上述の水平移送管５０と同様に流路の内面に樹脂又はゴムをライニングしてもよい。
【００２９】
以上のとおり、本発明では、吐出導管３３の流路を形成する内面の少なくとも一部を樹脂又はゴムで構成する。樹脂又はゴムで構成された流路の内面は、従来の金属製の流路の内面に比べ物理的には摩耗しやすい。この摩耗を抑制するため、本発明では原料粉末として、０．１ｍｍ以下の粒子が１０質量％以上である粒度構成のものを使用することが好ましい。このように０．１ｍｍ超の粗粒の割合を制限することで、流路の内面が樹脂又はゴムで構成されていたとしてもその摩耗を抑制することができる。
【００３０】
本発明では、吐出導管３３の流路を形成する内面の少なくとも一部を樹脂又はゴムで構成することで、摩擦による発火の発生を防止しようとしているが、発火は摩擦以外に外部の火種等によっても生じうるし、摩擦による発火の可能性もゼロではない。そこで、本発明の好ましい実施形態では、仮に発火が発生したとしても逆火（原料粉体の搬送方向と逆方向へ発火が進む現象）の発生を防止する手段を講じる。逆火を防ぐためには、上述のとおり。逆火によって燃焼が進む速度（燃焼速度）よりも原料粉体を搬送する搬送速度が上回る必要がある。この点から本発明では、吐出導管３３における内径一定のストレート部の内径を８ｍｍ以上１２ｍｍ以下とし、噴出ノズル３２先端のノズル孔径を２ｍｍ以上４ｍｍ以下とすることが好ましい。吐出導管３３のストレート部の内径が１２ｍｍ超あるいはノズル孔径が４ｍｍ超では原料粉末の搬送速度が遅くなるので、逆火を防ぐことは困難であり、原料粉体の搬送不良の要因にもなる。吐出導管３３のストレート部の内径及びノズル孔径が大きくても、キャリアガスの流量を増やせば原料粉末の搬送速度を上げることは可能であるが、キャリアガスの流量を増やしすぎると原料粉末を噴射施工したときのリバウンドロスが大きくなるので、キャリアガスの流量は制限される。したがって、吐出導管３３のストレート部の内径は１２ｍｍ以下、ノズル孔径は４ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３１】
一方、吐出導管３３のストレート部の内径が８ｍｍ未満では原料粉体の詰まりが生じやすくなり搬送性が悪化するとともに、原料粉体の搬送量（吐出量）も低下する。また、噴出ノズル３２先端のノズル孔径が２ｍｍ未満では、十分なキャリアガスの流量が確保できず、搬送性が悪化するとともに、キャリアガス（酸素ガス）不足で着火不良の要因にもなる。
【００３２】
なお、本実施形態において吐出導管３３はストレート部のみからなるが、ストレート部の入側及び出側に上記特許文献１のような絞り部や拡張部を設けてもよい。
【００３３】
以上の溶射装置を使用して溶射する際には、まず、ホッパー２０の払出口２１から原料粉体１０を払い出す（払出工程）。次いで、ホッパー２０の払出口２１に垂直移送管７０を介して連通する内部空間を有するエジェクター３０の容器部３１に原料粉体１０を導き（導入工程）、この導入工程により導かれた原料粉体１０をエジェクター３０におけるキャリアガスの流れにより吸入して（吸入工程）、原料粉体１０とキャリアガスとを混合する（混合工程）。そして、混合工程により混合された混合物を、内面の少なくとも一部が樹脂又はゴムで構成された吐出導管３３の流路に沿って搬送し（搬送工程）、その搬送された混合物を噴射手段４０により噴射し（噴射工程）、噴射された混合物を燃焼させて耐火組成物を形成する（形成工程）。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
図１の溶射装置にて試験を行い、発火の有無を確認した。試験では、耐火性粉体としてシリカ（ＳｉＯ２）：８５質量％と可燃性粉体として金属Ｓｉ：１５質量％とからなる原料粉体（０．１ｍｍ以下の粒子：２０質量％）を用い、０．５ＭＰａのキャリアガス（酸素ガス）を流すことで原料粉体を噴射した。エジェクター３０としては、導電性ポリエチレンで構成したものとニトリルゴムで構成したものを使用した。ゴムホース６０の長さは１０ｍとした。ゴムホース６０としては、静電気による発火要因を消すため導電性のものを使用した。
【００３５】
原料粉体を１０ｋｇ単位で搬送し、これを５回実施して、発火の有無を目視で確認した。発火しやすい箇所は吐出導管３３の出口付近であり、発火が発生すれば、火花はゴムホース６０内を進み、噴射手段４０付近で確認される。
【００３６】
試験の結果、エジェクター３０を導電性ポリエチレンで構成したもの、ニトリルゴムで構成したもののいずれにおいても、５回とも発火の発生は確認されなかった。
【００３７】
比較例として、図１の溶射装置において、エジェクター３０をステンレス鋼で構成したものとＳＳ鋼で構成したものについて、上記と同様の試験を行った。その結果、いずれの比較例も発火の発生が確認された。
【００３８】
（実施例２）
図１の溶射装置において、吐出導管３３のストレート部の内径、及び噴出ノズル３２先端のノズル孔径を変化させて試験を行い、逆火の防止性能を確認した。原料粉体は実施例１と同じであり、キャリアガス（酸素ガス）の圧力条件も実施例１と同じである。ゴムホース６０の長さ及び材質は実施例１と同じである。試験は、エジェクター３０を導電性ポリエチレンで構成し、ゴムホース６０を強制的に燃焼させて、逆火の有無を目視で確認した。
【００３９】
試験結果を表１に示す。
【表１】
0005814699.tif 000002
【００４０】
表１に示すとおり、吐出導管３３のストレート部の内径が８ｍｍ以上１２ｍｍ以下であって、噴出ノズル３２先端のノズル孔径が２ｍｍ以上４ｍｍ以下である実施例Ａ〜Ｈは、いずれも逆火は確認されず、原料粉体の搬送性も良好であり、吐出導管３３からの原料粉体の吐出量にも問題はなかった。
【００４１】
一方、吐出導管３３のストレート部の内径が８ｍｍ以上１２ｍｍ以下、あるいは噴出ノズル３２先端のノズル孔径が２ｍｍ以上４ｍｍ以下という本発明の好ましい条件を外れる実施例Ｉ〜Ｍでは強制発火させると逆火が確認された。ただし、この試験では強制発火させた場合の逆火の有無を確認したものであり、本発明の第一の課題である発火を防止するという観点からは、実施例Ｉ〜Ｍもその課題を解決できるものである。
【００４２】
なお、実施例Ｉ〜Ｍにおいては原料粉体の搬送性においても若干の問題が見られた。すなわち、実施例Ｉでは、ノズル孔径が小さいためキャリアガスの流量が不足し、ゴムホース６０で搬送不良の傾向が見られた。実施例Ｊでは、ノズル孔径が大きいためキャリアガスの流速が小さくなり、エジェクター３０の吐出導管３３内で原料粉末が滞留傾向となった。実施例Ｋでは、吐出導管３３の内径が小さいため、吐出導管３３内で原料粉末が滞留傾向となった。実施例Ｌ及びＭでは、吐出導管３３の内径が大きいため吐出導管３３内の流速が小さくなり、吐出導管３３内で原料粉末が滞留傾向となった。ただし、これらの搬送性の問題は、実際の施工では許容し得る範囲である。
【００４３】
（実施例３）
図１の溶射装置において、原料粉末の粒度構成を変化させて試験を行い、吐出導管３３の摩耗量を調査した。エジェクター３０としては導電性ポリエチレンで構成したものを用いた。キャリアガス（酸素ガス）の圧力条件、並びにゴムホース６０の長さ及び材質は実施例１と同じである。
【００４４】
試験結果を表２に示す。
【表２】
0005814699.tif 000003
【００４５】
表２に示すとおり、原料粉体に占める０．１ｍｍ以下の粒子の割合を１０質量％以上とすることで、吐出導管３３の摩耗量を低減できる。これは、０．１ｍｍ超の粗粒による吐出導管３３の摩耗が低減されるからである。また、吐出導管３３に摩耗が生じたとしても、０．１ｍｍ以下の粒子が吐出導管３３の摩耗部分に入り込むことにより、０．１ｍｍ以下の粒子が吐出導管３３をコーティングする役割を担い、吐出導管３３の摩耗が低減されるためである。
【００４６】
なお、吐出導管３３の摩耗の結果より、０．１ｍｍ以下の粒子の割合は２０質量％以上であれば好ましく、３０質量％以上であればより好ましい。
【００４７】
なお、耐火性粉体は、シリカ質粉のみを使用するものとしたがこれに限定されるものではない。例えば、耐火性粉体は、シリカ質粉、カルシア質粉、アルミナ−シリカ質粉、アルミナ質粉、カルシア−シリカ質粉、コーデェライト粉、マグネシア質粉から選ばれる１種又は２種以上を使用することとしてもよい。
【００４８】
また、可燃性粉体は、金属Ｓｉを使用することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、可燃性粉体は、Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ合金を使用することとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の溶射技術は、コークス炉、転炉、溶解炉、ＡＯＤ炉、取鍋、タンデッシュ、真空脱ガス炉、混銑車、電気炉、焼却炉、誘導炉、加熱炉、ガラス炉などの可燃性金属粉体含有溶射が使用される工業窯炉等に利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  原料粉体
２０  ホッパー（貯蔵手段）
２１  払出口
３０  エジェクター
３１  容器部
３２  噴出ノズル
３３  吐出導管
３３ａ  外管
３３ｂ  内管
４０  噴射手段
５０  水平移送管
５０ａ  ライニング層
６０  ゴムホース
７０  垂直移送管  
【図１】
0005814699.tif 000004