(57)【要約】【課題】転炉排ガス処理設備における排ガス通路を構成する冷却器の排ガス通路側の壁面に保護被膜を形成するについて、殊に排ガスに含まれている塩素イオンや硫化水素などの腐食性ガスが保護被膜内に侵入しないように、気孔のない保護被膜を冷却器壁面に形成させる被膜形成方法を工夫すること。【解決手段】転炉排ガスを冷却して安全に集塵器に導く排ガス通路を構成する冷却器の排ガス通路側の壁面に保護被膜を形成するについて、上記冷却器壁面の錆を除去すると共にブラスト処理を施し、当該冷却器壁面に、Ｎｉ基、Ｃｏ基などの自溶合金粉末を高圧・超高速溶射ガンにより７８０ｍ／ｓ〜１２００ｍ／ｓの溶射速度で溶射して、０．１ｍｍ〜１ｍｍの被膜を形成し、上記被膜を約１，０４０℃の温度で溶融させて冷却器壁面に溶着させること。【選択図】  図５
2005008921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉排ガス処理設備の排ガス通路を構成する冷却器の排ガス通路側の壁面に被膜を形成する方法において、
上記冷却器壁面の錆を除去すると共にブラスト処理を施し、
当該冷却器壁面に、Ｎｉ基、Ｃｏ基などの自溶合金粉末を高圧・超高速溶射ガンにより７８０ｍ／ｓ〜１２００ｍ／ｓの溶射速度で溶射して、０．０３ｍｍ〜１ｍｍの被膜を形成し、
上記被膜を約１，０４０℃の温度で溶融させて冷却器壁面に溶着させることを特徴とする転炉排ガス処理設備における冷却器の保護被膜の形成方法。
【請求項２】
転炉排ガス処理設備における冷却器の保護被膜であって、Ｎｉ基あるいはＣｏ基の自溶合金粉末を７８０ｍ／ｓ〜１２００ｍ／ｓの超高速で噴射して形成した、厚さ０．０３ｍｍ〜１ｍｍの保護被膜。
【請求項３】
被膜を約１，０４０℃の温度で溶融させて冷却器壁面に溶着させたものであって、被膜緻密度が９８％以上の高硬度である請求項２の保護被膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、製鋼工場の転炉から発生する高温排ガスを冷却して安全に集塵器に導く排ガス通路を構成する冷却器において、当該冷却器を排ガスに含まれる多量のダストや塩素イオン、硫化水素などの腐食性ガスから保護するための耐摩耗性および耐腐食性に優れた被膜を、冷却器に形成するに関するものであり、その耐久性を著しく向上させることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
転炉の排ガス処理設備における排ガス通路は、転炉から排出される温度が約１，４５０℃〜１，８００℃で、しかも、ダスト（鉄粉）や塩素イオン（Ｃｌ−  ）、硫化水素（Ｈ２  ＳＯ４  ）など腐食性ガスを多量に含む排ガスを冷却して安全に集塵器に導く冷却器の機能を持つものである。
この排ガスに含まれるダストや塩素イオン、硫化水素などの腐食性ガスは、上記冷却器を構成する鉄製の水管を摩耗、腐食させるなどして、水管の肉厚を減肉させるもので、この減肉が損傷の原因になっている。
そこで、上記水管を減肉から守るために、排ガス通路側の水管表面に耐摩耗性、耐腐食性の被膜を形成する必要がある。
従来は、この被膜を水管表面に形成するのに、特公平４−８００８９号公報に記載されているように、上記水管表面に、Ｃ＝０．０３〜０．３％、Ｓｉ＝０．２〜１．２％、Ｍｎ＝０．３〜２．６％、Ｎｉ＝０．１〜６．０％、Ｃｒ＝８．０〜１５．０％、Ｍｏ＝０．０５〜４．０％、Ｖ＝０．１〜３．０％、残部Ｆｅの成分からなる金属粉末をプラズマジェット溶射法等で溶射して、その水管表面に厚み０．５〜１．５ｍｍの保護被膜を形成している。
しかし、上記従来技術は、水管表面の被膜で排ガス中のダストによる摩耗を防止できるが、その被膜は、水管表面に２００ｍ／ｓ〜４８０ｍ／ｓ程度の噴射速度で金属粉末を順次溶射しながら積層して形成されたものであるから、溶射被膜密度は８８〜９２％程度と比較的高いが、溶射される粒子が水管表面上に溶射されている粒子に衝突する際、溶射する粒子の押圧力が弱いために、既に溶射されている粒子間にできている気泡を潰すまでに至らず、それが気孔として残り、その結果、その気孔率が８〜１２％と非常に高いものである。そのために、この気孔から排ガスに含まれている塩素イオン、硫化水素などの腐食性ガスが侵入して水管表面に達し、そこから水管の腐食が進行してしまうという問題がある。
また、上記従来技術は、金属粉末を溶射するだけのものであるので、被膜と水管との結合部分が冶金的に結合されておらず、そのために被膜が水管表面から剥離し易いと言う問題もある。
【０００３】
また、上記従来技術を改良したものが、特開２００２ー１４６５０８号公報に記載されている。このものは、転炉排ガス処理設備の排ガス通路を構成する冷却器の水管表面に、Ｃｒ＝１５％以下、Ｆｅ＝８％以下、Ｃｕ＝４％以下、Ｂ＝１〜３％、Ｓｉ＝１．５〜６％、Ｗ＝２％以下、Ｃ＝１％以下、残部がＮｉ材料の金属粉末を、超音速フレーム溶射などの粉末式溶射法で溶射することにより、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の厚さで保護被膜を形成するものである。
そして、水管表面に溶射された被膜は、８５０℃〜１，０８０℃の温度で１秒以上保持して固液共存状態にして、被膜内にＣｒ硼化物やＣｒ炭化物などの硬質成分を析出させ、被膜内を緻密化させて耐腐食性の向上を図るものであり、加熱させることで水管と被膜との界面を合金化して密着力が高められ、これによって耐剥離性が向上したものである。
しかし、この従来技術は、溶射速度が６３０ｍ／ｓ〜７８０ｍ／ｓであるので、溶射された粒子が水管表面に溶射されている粒子に衝突した際、その衝突による押圧力が粒子間の気泡を充分に潰すほどのもではなく、依然として溶射による粒子間の気泡が被膜内に気孔として残り（図４の被膜の一部顕微鏡写真参照）、この気孔から腐食性ガスが浸入して水管を腐食させてしまうという問題が残されており、その結果、保護被膜の耐剥離性も必ずしも十分ではない。
以上のように、従来技術では、保護被膜内にできる気孔から腐食性ガスが浸入し、冷却器を腐食させてしまうなど保護被膜の剥離原因が依然として残っているので、冷却器を構成する水管の減肉防止のための防護機能を長期間に亘って維持することは出来ない。
【０００４】
【特許文献】特開平４−８００８９号公報
【特許文献】特開２００２−１４６５０８号公報
【０００５】
【解決しようとする課題】
この発明は、転炉排ガス処理設備における排ガス通路を構成する冷却器の排ガス通路側の壁面に保護被膜を形成するについて、殊に排ガスに含まれている塩素イオンや硫化水素などの腐食性ガスが保護被膜内に侵入しないように、気孔のない保護被膜を冷却器壁面に形成させる被膜形成方法を工夫することをその課題とするものである。
【０００６】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段１】
この発明の上記課題を解決するための手段は、転炉排ガスを冷却して安全に集塵器に導く排ガス通路を構成する冷却器の排ガス通路側の壁面に保護被膜を形成するについて、次の（イ）〜（ハ）によるものである。
（イ）上記冷却器壁面の錆を除去し、壁面を粗くする下地処理を施すこと、
（ロ）当該冷却器壁面に、Ｎｉ基、Ｃｏ基などの自溶合金粉末を高圧・超高速溶射ガンにより７８０ｍ／ｓ〜１２００ｍ／ｓの溶射速度で溶射して、０．０３ｍｍ〜１ｍｍの被膜を形成すること、
（ハ）上記被膜を約１，０４０℃の温度で溶融させて冷却器壁面に溶着させることである。
【０００７】
【作用】
転炉排ガスを冷却して安全に集塵器に導く排ガス通路を構成する冷却器の壁面に、ＪＩＳ規格の、Ｎｉ基あるいはＣｏ基の自溶合金粉末を７８０ｍ／ｓ〜１２００ｍ／ｓの超高速の溶射速度で噴射して０．０３ｍｍ〜１ｍｍ程度の被膜を作り、この被膜を約１，０４０℃の温度で加熱して再溶融させて被膜を作るものであるから、壁面に溶射される自溶合金粉末の粒子が予め壁面に溶射されている粒子に強い押圧力で衝突し、粒子間にできている気泡が全て潰されて気孔のない被膜になる。さらに、被膜の硬度が非常に高くなって被膜の摩耗速度も遅いものとなる。
また、保護被膜の加熱処理により当該被膜と冷却器を構成する鉄製の水管表面との界面が冶金的結合を起し、それによって密着結合力が強くなって剥離性が向上する。
なお、溶射速度が７８０ｍ／ｓ未満では壁面の溶射被膜硬度が低く、緻密度も低いので、７８０ｍ／ｓ以上である必要がある。他方、溶射速度の上限は、溶射可能で、０．０３ｍｍ〜１ｍｍの厚さの被膜を形成し得る速度であり、技術的には１２００ｍ／ｓまでは可能である。
また、被膜の厚さが０．０３ｍｍ未満では、溶射被膜が形成されず、１ｍｍを大きく越えると、溶射被膜に割れが入り易くなる。
さらに、加熱して再溶融させるための加熱温度「上記約１，０４０℃」は、９４０℃〜１，２２０℃が最適であり、９４０℃未満では、溶射被膜が未溶融となり、１，２２０℃を越えると、溶融被膜の結合が乏しくなる。
【０００８】
【実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１は、製鋼工場に設置されている転炉排ガス処理設備を概念的に示す側面図である。
この転炉排ガス処理設備は、転炉１の吹錬時に発生する１，４５０℃〜１，８００℃程度の高温排ガスを処理するものである。
この排ガスには、３０μｍ程度の小粒径のダストや１００μｍ以上の大きな粒径のダストが混在しており、さらに、排ガスには、塩素イオンや硫化水素などの腐食性ガスが含まれている。このために、上記排ガス処理設備の排ガス通路として設けられる冷却器の水管１０がダストによって摩耗したり、腐食性ガスによって腐食するなど、その取り扱いが非常に厄介なものとなっている。
この排ガス処理設備の冷却器９は、転炉１の炉口２の上方部に冷却器機能を持たせたスカート３、下部フード４、上部フード５、輻射部６で構成されており、これらは、鉄製の水管で構成されている。そして、この排ガス通路である冷却器９には、輻射部６の後方に一次集塵器７、二次集塵器８が設けられており、この集塵器７，８により冷却された排ガスに含まれるダストを捕集するようにしている。
ところで、上記排ガス処理設備には、転炉１から排ガスと一緒に溶鋼やのろなどが一緒に吹き上げられてくるので、これらが付着しにくいように、特にスカート３及びフード４，５はメンブレン構造にしてある。ダストに含まれている１００μｍ以上の大きな粒径のものが、上部フード５辺りで排ガスの流れから分離して、上記メンブレン構造のフード部４，５の壁面を転炉に向かって滑り落ちてくる。そのために、フード４，５などの摩耗は激しい。
また、鉄製の水管表面は、排ガスに含まれるダストで摩耗してしまうこと、塩素イオンや硫化水素で腐食してしまうことから、その摩耗や腐食から保護するための被膜を鉄製の水管表面に形成して寿命を延長させることによって、新品との交換や補修作業が大幅に削減される。
【０００９】
次に、この発明の上記冷却器の壁面に被膜を形成する被膜形成作業手順を図５を参照しながら説明する。
この保護被膜は、冷却器９の排ガス通路側の壁面に高圧・超高速溶射ガンを用いて自溶合金の溶射粉末を溶射して所定厚さの被膜を形成し、この被膜を加熱溶融させて冶金的に結合させたものである。
上記溶射粉末は、ＪＩＳ規格のＮｉ基合金やＣｏ基合金の自溶合金からなるもので、その成分は、Ｎｉ基合金は、Ｃｒ＝０〜２０％、Ｂ＝１〜４．５％、Ｓｉ＝１．５〜５％、Ｃ＝０〜１．１％、Ｃｏ＝１％以下、Ｍｏ＝４％以下、Ｃｕ＝４％以下、Ｆｅ＝５％以下、残部がＮｉであり、Ｃｏ基合金は、Ｎｉ＝０〜３０％、Ｃｒ＝１６〜２４％、Ｂ＝１．５〜３％、Ｓｉ＝１．５〜４．５％、Ｃ＝１．５％以下、Ｍｏ＝７％以下、Ｗ＝０〜１５％、Ｆｅ＝５％以下、残部がＣｏである。
そして、上記自溶合金の溶射粉末を冷却器９の壁面、即ち、冷却器９を構成する鉄製の水管１０、フィン１１の表面に溶射するに当たり、まず、転炉排ガス通路側の水管１０、フィン１１の表面をブラスト処理してその錆を除去し、壁面を粗くし、表面積を大きくする下地処理を行う。
次いで、素地処理した水管１０、フィン１１の表面に、高圧・超高速溶射ガンにより半溶融状になった溶射粉末を７８０ｍ／ｓ以上の噴射速度で厚さが０．０３ｍｍ〜１ｍｍの範囲での所定の目標値になるまで連続的に溶射して被膜１２を形成する。この場合、上記噴射速度は個々の実施条件、実施状況に応じて異なるが、コストと効率の関係等からして７８０ｍ／ｓ〜９００ｍ／ｓが実際的である。しかし、技術的には１２００ｍ／ｓまでは可能である。
また、被膜１２の厚さは、個々の場合の具体的な目的に適う値に適宜選択すればよい。
さらに、この被膜１２を約１，０４０℃の温度にバーナーによって加熱してこれを加熱溶融させ、水管１０、フィン１１に冶金的結合させる。この場合の被膜温度については、被膜の溶融状況を目視で確認しながら適宜加減する。
この被膜形成方法によることで、保護被膜は被膜緻密度が９８％以上の高硬度のものになる。
さらに、溶射される粒子が予め水管１０およびフィン１１の表面に溶射されている溶射粉末に衝突したときの押圧力が強いので、粒子間にできた気泡の殆どが潰され、気孔は殆ど残らない（図３参照）。
また、被膜１２と水管１０、フィン１１とは、約１，０４０℃の温度で再加熱して溶融されるために、被膜に存在する粒子間の結合と、水管１０、フィン１１の表面と被膜１２とが冶金的に結合され、被膜１２が緻密化されて硬度が高まり、また、被膜１２と水管１０、フィン１１の表面との界面の合金化により密着結合力が非常に高まって、耐剥離性が著しく向上される。
そして、その耐久性は、上記従来技術による保護被膜よりも耐摩耗性及び耐食性が優れた被膜が得られる。
【００１０】
【効果】
この発明は、転炉排ガス処理設備の排ガス通路を構成する冷却器について、この冷却器の排ガス通路側の壁面の錆やスケールを取り除き、壁面を粗くする下地処理をした後、その冷却器壁面にＮｉ基あるいはＣｏ基などの自溶合金粉末材料を超高速度で溶射して被膜を作り、この被膜を冷却器と共に約１，０４０℃の温度で再加熱し、被膜を溶融させて保護被膜を形成するものであるので、この冷却器壁面は、緻密で硬度が高くなって、ダストなどによる摩耗がなくなり、且つ気孔のない保護被膜を形成することができ、塩素イオンや硫化水素の腐食性ガスが被膜内に侵入することがなく、その結果、冷却器の腐食が著しく低減される。また、冷却器壁面に対して被膜は相互拡散して完全な冶金的結合されるので、水管から剥離することはない。したがって、水管表面が排ガス通路側に露出することはないので耐摩耗性、耐食性が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、転炉排ガス処理設備の概念的な側面図である。
【図２】は、図１のＡ−Ａ拡大断面図である。
【図３】（ａ）はこの発明の冷却器壁面に形成した被膜の一部平面の顕微鏡写真であり、（ｂ）はその断面の顕微鏡写真である。
【図４】（ａ）は従来の粉末溶射法によって冷却器壁面に形成した被膜の一部平面の顕微鏡写真であり、（ｂ）はその断面の顕微鏡写真である。
【図５】は、被膜形成作業手順のフロー図である。
【符号の説明】
１：転炉
２：炉口
３：スカート
４：下部フード
５：上部フード
６：輻射部
７：一次集塵器
８：二次集塵器
９：冷却器
１０：水管
１１：フィン
１２：被膜
【図１】
2005008921.tif 000003
【図２】
2005008921.tif 000004
【図３】
2005008921.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月29日(2003.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【作用】
転炉排ガスを冷却して安全に集塵器に導く排ガス通路を構成する冷却器の壁面に、ＪＩＳ規格の、Ｎｉ基あるいはＣｏ基の自溶合金粉末を７８０ｍ／ｓ〜１２００ｍ／ｓの超高速の溶射速度で噴射して０．０３ｍｍ〜１ｍｍ程度の被膜を作り、この被膜を約１，０４０℃の温度で加熱して再溶融させて被膜を作るものであるから、壁面に溶射される自溶合金粉末の粒子が予め壁面に溶射されている粒子に強い押圧力で衝突し、粒子間にできている気泡が殆ど潰されて、気孔は殆ど残らない被膜になる。さらに、被膜の硬度が非常に高くなって被膜の摩耗速度も遅いものとなる。
また、保護被膜の加熱処理により当該被膜と冷却器を構成する鉄製の水管表面との界面が冶金的結合を起し、それによって密着結合力が強くなって剥離性が向上する。
なお、溶射速度が７８０ｍ／ｓ未満では壁面の溶射被膜硬度が低く、緻密度も低いので、７８０ｍ／ｓ以上である必要がある。他方、溶射速度の上限は、溶射可能で、０．０３ｍｍ〜１ｍｍの厚さの被膜を形成し得る速度であり、技術的には１２００ｍ／ｓまでは可能である。
また、被膜の厚さが０．０３ｍｍ未満では、溶射被膜が形成されず、１ｍｍを大きく越えると、溶射被膜に割れが入り易くなる。
さらに、加熱して再溶融させるための加熱温度「上記約１，０４０℃」は、９４０℃〜１，２２０℃が最適であり、９４０℃未満では、溶射被膜が未溶融となり、１，２２０℃を越えると、溶融被膜の結合が乏しくなる。


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2005008921.tif 000008
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2005008921.tif 000009