(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性粒子、金属粒子、結晶化促進剤の混合物を酸素と共に高温の被補修体に吹き付け、金属粒子の酸化発熱反応により混合物を溶融させて被補修体に溶着させてなる溶射材料であって、
耐火性粒子が未焼成の珪石または珪砂で、４２５〜２０００μｍが３０〜６０重量％で、７５μｍ以下が１０重量％以下で、７５〜４２５μｍがその残りであり、
金属粒子が金属シリコンで、その添加量が１０〜３０重量％であって、２０〜３００μｍが５〜５０重量％で、２μｍ以下が１０〜４０重量％で、２〜２０μｍがその残りであり、
結晶化促進剤がナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩の１種または複数を含み、その添加量は０．３〜１０重量％であることを特徴とする溶射材料。
【請求項２】
耐火性粒子は、ＳｉＯ2 が９０重量％以上で、かつＡｌ2 Ｏ3 が１０重量％以下の高ＳｉＯ2 組成の原料を使用する未焼成の珪石または珪砂であることを特徴とする請求項１に記載の溶射材料。
【請求項３】
耐火性粒子の粒度は６００μｍ以上が1O重量％以下を配合することを特徴とする請求項１または２に記載の溶射材料。
【請求項４】
金属シリコン粒子はその粒度に１５０μｍ以上が１０重量％以下を配合することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の溶射材料。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の溶射材料に、発火点が２００℃以上、８００℃以下である炭素系粉末を１０重量％以下で、着火促進剤として添加することを特徴とする溶射材料。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の溶射材料に、平均粒径が０．２μｍ以下であるシリカ粉末を５重量％以下で、粉体流動化促進剤として添加することを特徴とする溶射材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業炉、金属溶融容器等の耐火物損耗部位の補修等に使用する溶射材料に関するものであり、特にその材料に含まれる金属粒子の酸化発熱反応により耐火性粒子、低融点粒子を溶融し、被補修体に溶着させて、工業炉、金属溶融容器等の中でも、特に珪石れんがを使用しているコークス炉炭化室の補修に適する溶射材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所のコークス炉は、建設してから２０年以上のものが多く、特に炭化室の壁の補修が必要である。操業しながら補修する技術として溶射補修法がある。溶射補修法には、プラズマ溶射、レーザー溶射、火炎溶射があるが、大掛かりな装置が必要である。
【０００３】
一方、テルミット反応等の金属粉の酸化燃焼反応熱で耐火性粒子を溶融させ、補修面に溶着させる方法がある。この方法は、金属粒子と耐火性粒子の混合物を酸素で高熱の補修面に吹き付け、金属粒子の酸化反応熱で耐火性粒子を溶融し、溶着させる方式であるため、装置が簡易である特徴を有する。
【０００４】
従来の耐火性粒子としては、熱的な安定を図るため焼成された耐火性粒子を用いるのが一般的であり、特公平５−２１８６５号公報では耐火性粒体の少なくともいくらかが、ケルビン温度で表した融点の０．７倍を超える温度まで前もって焼成されたものを使用することが提案されている。また、特開平７−２３７９７９号公報では珪石または珪砂とジルコンの混合物を、特開２０００−１５９５７９号公報では焼成珪石とコーチディライトの混合物を使用することが提案されている。
【０００５】
また、金属粒子としては、金属シリコン単一ではなく、金属アルミニウム、Ｍｇ−Ａｌ合金、Ｃａ−Ｓｉ合金等が２種以上混合されたものを用いるのが一般的であった。たとえば、特公平５−２１８６５号公報では金属シリコンに金属アルミニウム、Ｍｇ−Ａｌ合金等が混合されたものを用い、特開２０００−１５９５７９号公報では金属シリコンに金属アルミニウム、Ｍｇ−Ａｌ合金、Ｃａ−Ｓｉ合金等が混合されたものを用いることが提案されている。
【特許文献１】特公平５−２１８６５号公報
【特許文献２】特開平７−２３７９７９号公報
【特許文献３】特開２０００−１５９５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年のコークス炉は、使用条件の過酷化や炉寿命の長期延命化といった要求があり、従来の補修材より長寿命化が要求される。特に、コークス炉の炭化室は冷たい石炭粉を入れ、それを蒸し焼きにしてコークスにするため、加熱冷却が繰り返される。
【０００７】
コークス炉の炭化室に使用されている珪石れんがと補修材の熱膨張を近似させることで、長期間使用時のれんが面からの剥離損耗を抑制できるが、溶射直後は材料が溶融してガラス化しているので、これが結晶化するとき膨張があり、その膨張がれんがと補修材の接着強度を低下させる。これを防止または抑制するためには溶射と同時に結晶化させることが重要課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記のような点に鑑みたもので、上記の課題を解決するために、耐火性粒子、金属粒子、結晶化促進剤の混合物を酸素と共に高温の被補修体に吹き付け、金属粒子の酸化発熱反応により混合物を溶融させて被補修体に溶着させてなる溶射材料であって、耐火性粒子が未焼成の珪石または珪砂で、４２５〜２０００μｍが３０〜６０重量％で、７５μｍ以下が１０重量％以下で、７５〜４２５μｍがその残りであり、金属粒子が金属シリコンで、その添加量が１０〜３０重量％であって、２０〜３００μｍが５〜５０重量％で、２μｍ以下が１０〜４０重量％で、２〜２０μｍがその残りであり、結晶化促進剤がナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩の１種または複数を含み、その添加量は０．３〜１０重量％であることを特徴とする溶射材料を提供するものである。
【０００９】
また、耐火性粒子は、ＳｉＯ2 が９０重量％以上で、かつＡｌ2 Ｏ3 が１０重量％以下の高ＳｉＯ2 組成の原料を使用する未焼成の珪石または珪砂であることを特徴とする溶射材料を提供するものである。
【００１０】
また、耐火性粒子の粒度は６００μｍ以上が1O重量％以下を配合することを特徴とする溶射材料を提供するものである。
【００１１】
さらに、金属シリコン粒子はその粒度に１５０μｍ以上が１０重量％以下を配合することを特徴とする溶射材料、提供するものである。
またさらに、発火点が２００℃以上、８００℃以下である炭素系粉末を１０重量％以下で、着火促進剤として添加する溶射材料、平均粒径が０．２μｍ以下であるシリカ粉末を５重量％以下で、粉体流動化促進剤として添加する溶射材料をそれぞれ提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、耐火性粒子が未焼成の珪石または珪砂で、金属粒子が金属シリコン、結晶化促進剤がナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩の１種または複数を含むことによって、炉壁のれんがとの熱膨張率を一致させることができ、かつ耐火性粒子を溶融させ、結晶化を促進して良好な施工体を得ることができる。
【００１３】
また、耐火性粒子は、ＳｉＯ2 が９０重量％以上で、かつＡｌ2 Ｏ3 が１０重量％以下の高ＳｉＯ2 組成の原料を使用する未焼成の珪石または珪砂であることによって、炉壁れんがとの熱膨張を一致できて良好な施工体を得ることができる。
【００１４】
そして、耐火性粒子の粒度は、４２５〜２０００μｍが３０〜６０重量％とし、７５μｍ以下が１０重量％以下で、７５〜４２５μｍがその残りとすることによって、材料を脈動しないようにして良好に溶射でき、またリバウンドロスも少なく溶射することができる。
耐火性粒子の粒度が６００μｍ以上のものは粒として残存し、溶射施工体の結晶化を阻害するので、６００μｍ以上が1O重量％以下であることが望ましい。
【００１５】
また、金属シリコン粒子は、その添加量が１０〜３０重量％であって、２０〜３００μｍが５〜５０重量％で、２μｍ以下が１０〜４０重量％で、２〜２０μｍがその残りとすることによって、燃焼反応よく耐火性粒子を溶融できて、良好な溶射を行うことができる。
金属シリコン粒子は粒度が１５０μｍ以上のものは燃焼反応が弱く好ましくないため、１５０μｍ以上の金属シリコン粒子は１０重量％以下に配合して燃焼反応を強くできる。
【００１６】
さらに、結晶化促進剤は、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩の１種または複数からなり、その添加量は０．３〜１０重量％とすることによって、結晶化の促進をはかれ、良好な施工体を得ることができる。
【００１７】
さらに、発火点が２００℃以上、８００℃以下である炭素系粉末を１０重量％以下で、着火促進剤として添加することによって、タイミングよく溶射開始時に着火できて、上記のように良好に溶射することができる。
【００１８】
またさらに、平均粒径が０．２μｍ以下であるシリカ粉末を５重量％以下で、粉体流動化促進剤として添加することによって、溶射材料の粉体流動化を促進できて良好に溶射処理がはかれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の溶射材料は、耐火性粒子、金属粒子、結晶化促進剤の混合物を酸素と共に高温の被補修体に吹き付け、金属粒子の酸化発熱反応により混合物を溶融させて被補修体に溶着させる溶射材料であって、耐火性粒子が未焼成の珪石または珪砂で、４２５〜２０００μｍが３０〜６０重量％で、７５μｍ以下が１０重量％以下で、７５〜４２５μｍがその残りであり、金属粒子が金属シリコンで、その添加量が１０〜３０重量％であって、２０〜３００μｍが５〜５０重量％で、２μｍ以下が１０〜４０重量％で、２〜２０μｍがその残りであり、結晶化促進剤がナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩の１種または複数を含み、その添加量は０．３〜１０重量％であることを特徴としている。
【発明が解決しようとする手段】
【００２０】
溶射材料を炉壁の珪石れんがとの熱膨張を適合させることにより、加熱冷却による補修れんが面からの剥離を抑制し、耐用性の向上を図ることができるが、溶射による熱で耐火性粒子が溶融されてガラス化すると、珪石れんがとの熱膨張を適合させることができない。そのため、これを防止する手段としては、溶射と同時に補修材を結晶化させることが重要である。
【００２１】
耐火性粒子には、ＳｉＯ2 が９０重量％以上で、かつＡｌ2 Ｏ3 が１０重量％以下の高ＳｉＯ2 組成の原料を使用することを特徴とするが、好ましくはＳｉＯ2 が９５重量％以上で、かつＡｌ2 Ｏ3 が５重量％以下の高ＳｉＯ2 組成の原料を使用するのが望ましい。Ａｌ2 Ｏ3 が１０重量％以上になると結晶化を阻害し、炉壁れんがとの熱膨張が一致しなくなる。この耐火性粒子の原料としては、未焼成の珪石、珪砂があげられる。
【００２２】
耐火性粒子の粒度は、４２５〜２０００μｍが３０〜６０重量％で、７５μｍ以下が１０重量％以下で、７５〜４２５μｍがその残りであることが望ましい。７５μｍ以下が１０重量％以上であると材料を溶射するときに脈動し、良好な溶射ができない。また、６００μｍ以上のものは粒として残存し、溶射施工体の結晶化を阻害するので１０重量％以下であることが望ましい。４２５μｍ以上のものが６０重量％以上あるとリバウンドが大きく、ロスが多くなって好ましくない。
【００２３】
金属シリコン粒子は、その添加量が１０〜３０重量％であって、金属シリコン粒子の粒度は２０〜３００μｍが５〜５０重量％で、２μｍ以下が１０〜４０重量％で、２〜２０μｍがその残りであることが望ましい。金属シリコン粒子の添加量が１０重量％以下であると、燃焼反応が弱く、耐火性粒子が溶融しなく、良好な溶射ができない。添加量が３０重量％以上であると、材料を溶射したとき、燃焼反応が強くなりすぎ、溶射体が流れ落ち、良好な溶射ができない。
【００２４】
また、金属シリコン粒子の粒度で１５０μｍ以上のものは燃焼反応が弱く好ましくないため、金属シリコン粒子の１０重量％以下でなければならない。２０〜３００μｍが金属シリコン粒子の５０重量％以上でも燃焼反応が弱くなり好ましくない。２０〜３００μｍが金属シリコン粒子の５重量％以下では脈動が大きくなり、良好な溶射ができない。２μｍ以下のものが金属シリコン粒子の１０重量％以下のときも燃焼反応が弱くなり好ましくない。また、２μｍ以下のものが金属シリコン粒子の４０重量％以上であると、材料を溶射したとき、燃焼反応が強くなりすぎ、溶射体が流れ落ち、良好な溶射ができない。
【００２５】
結晶化促進剤としては、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩の１種または複数からなることを特徴とする。結晶化促進剤の添加量は、０．３〜１０重量％が好ましく、０．３重量％より少ないと結晶化促進の効果が小さく、10重量％より多いと溶射の際に溶射体が流れ落ち、良好な施工体が得られない。ナトリウム塩としては、炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム、カリウム塩としては塩化カリウム、リチウム塩としては炭酸リチウム等があげられる。
【００２６】
着火促進剤は、被溶射体の温度が９００℃以下である場合の溶射補修時に用いられる溶射材料に添加される。発火点が２００〜８００℃である炭素系粉末からなることを特徴とし、その添加量は外掛けで１０重量％以下であることが好ましい。着火促進剤の発火点が８００℃以上であると、壁面温度が９００℃以下の場合、溶射開始時に着火しない。発火点が２００℃以下であると爆発の危険が大きくなり、安全上好ましくない。
【００２７】
着火促進剤が金属アルミニウムでは、溶射施工体にＡｌ2 Ｏ3 が入り結晶化を阻害する。金属マグネシウムは、爆発の危険性が大きくなり、安全上好ましくない。炭素系粉末の方が燃焼性が良く、施工体に残留しないので好ましい。添加量が外掛けで10重量％以上であると、溶射体に炭素系粉末が残留し、がラス化を阻害するので好ましくない。炭素系粉末としては、コークス粉、木炭粉等があげられる。
【００２８】
粉体流動化促進剤は、シリカ系粉末が望ましく、粒径は平均粒径が０．２μｍ以下であることが好ましい。その添加量は５重量％以下が望ましい。図２（ａ）のように漏斗に材料を投入し、ストッパー棒を引き抜き、振動１Ｇを加えてその排出時間を測定する方法で測定した結果、図２（ｂ）のように５重量％以上では流動化促進の効果が増加しない。２重量％以下がより好ましいことが分かる。また、アルミナ系では結晶化を阻害するため好ましくない。平均粒径の小さい金属粉、炭素系粉は、爆発の危険性が増し、安全上好ましくない。シリカ系粉末としてはヒューム状のシリカ粉末等があげられる。
【実施例】
【００２９】
Ａ製鉄所のコークス炉でのテスト結果を表１および表２に示す。実施例１と比較例１２と珪石れんがの熱間線膨張率を図１に示す。実施例１は、珪石れんがと同等の熱間線膨張率を示し、加熱冷却による剥離に対して優れている。実施例５に粉体流動化促進剤を添加し、粉体流動性の評価として有効である排出時間の関係を図２（ｂ）に示す。粉体流動化促進剤の添加量が増えるほど、排出時間が短くなり流動性が向上したが、５重量％以上ではその効果がさらに向上しない。表１のように実施例のものは、吐出性、着火性、燃焼性、接着性が良好で、溶射作業性がよいもので、施工体の物性がよいことからコークス炉での使用結果、高寿命を示している。
【００３０】
表１  実施例の特性表
【表１】
0004493404.tif 000002
【００３１】
表２  比較例の特性表
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例と比較例、珪石れんがの熱膨張率の比較図、
【図２】流動体の排出時間の測定方法の説明図（ａ）および粉体流動化促進剤の添加量と排出時間の関係図（ｂ）。
【図１】
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【図２】
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