(57)【要約】【課題】多数の冷却管と各冷却管を連結する連結部材とからなる冷却式排管の表面の全体に自溶合金層を確実に形成するためのフュージング処理方法を提供する。【解決手段】多数の冷却管と各冷却管を連結する連結部材とからなる冷却式排管の表面に自溶合金層を形成するフュージング処理方法であって、前記冷却式配管の内周面に溶射された溶射被膜のうち、冷却管に対応する第１の領域を第１の受熱温度で加熱し、前記第１の領域を除く残りの第２の領域を第１の受熱温度よりも高い第２の受熱温度で加熱して自溶合金層を形成することを特徴とするフュージング処理方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の冷却管と各冷却管を連結する連結部材とからなる冷却式排管の表面に自溶合金層を形成するフュージング処理方法であって、
前記冷却式配管の内周面に溶射された溶射被膜のうち、冷却管に対応する第１の領域を第１の受熱温度で加熱し、前記第１の領域を除く残りの第２の領域を第１の受熱温度よりも高い第２の受熱温度で加熱して自溶合金層を形成することを特徴とするフュージング処理方法。
【請求項２】
前記多数の冷却管は、互いに平行で、かつ、該冷却式排管の周方向又は周方向に直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のフュージング処理方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の受熱温度が、１０５０℃〜１１８０℃の温度範囲内となるように加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載のフュージング処理方法。
【請求項４】
前記溶射被膜を加熱する燃焼バーナを、前記冷却管に平行な方向に前記冷却式排管に対して相対移動させながら、前記溶射被膜を加熱することを特徴とする請求項２又は３に記載のフュージング処理方法。
【請求項５】
前記第１の領域よりも燃焼バーナの本数密度を高くして前記第２の領域を加熱することを特徴とする請求項４に記載のフュージング処理方法。
【請求項６】
前記燃焼バーナの前記冷却式排管に対する相対速度が等速度であることを特徴とする請求項４又は５に記載のフュージング処理方法。
【請求項７】
前記冷却管の流路方向視において、前記連結部材は、前記冷却管の接線方向に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載のフュージング処理方法。
【請求項８】
前記冷却管の流路方向視において、前記連結部材は、連結する各冷却管の中心点を結ぶ線上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載のフュージング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却式排管の表面に溶射された溶射層を熱バーナで加熱して自溶合金層を施すフュージング処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工場の転炉施設においては、転炉排ガスを集めて集塵機に導くために、転炉の上部にスカート、下部フードボイラー、ボイラー及びダクトが設けられている。これらの構造物は、転炉吹錬時高温のガスに曝されるため、鉄鋼製の水冷構造となっている。また、これらの構造物は、溶鋼および副原料として投入される各種鉱石から発生する高温のダストによる著しいエロージョン磨耗を受け、また、鉱石から発生する硫黄、塩素、フッ素などの腐食性ガスおよび高温酸化による高温腐食、さらに間欠的吹錬の繰り返しによる熱応力疲労を受ける。このため、構造物に生じた穴あきや亀裂から冷却水が漏れ出し、高温の溶鋼と水が反応して水蒸気爆発を起こし、重大災害につながる可能性がある。
【０００３】
そこで、これらの構造物に肉盛溶接、メタライジング溶射を施し、構造物を強化する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平４−８００８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、肉盛溶接をする場合、材料が合金鋼、ステンレス鋼などのように鋼ベースの素材に限定されるため、腐食ガスなどに対する耐摩耗性を考慮した材料選択が制限される。これに対して、メタライジング溶射、高速ガス溶射、プラズマ溶射など自溶合金以外の各種溶射の場合、ニッケル合金、セラミック、サーメットなど溶射できる材料の選択枝に幅があるが、接着力が弱く、構造体の熱変形によって、そこから剥離し、割れを起こすおそれがある。
【０００５】
他方、溶射された溶射層を加熱することによって、肉盛溶接レベルの接着力を有する自溶合金層を形成するフュージング処理方法が耐摩耗処理方法の一つとして知られている。
【０００６】
そこで、本発明は、耐摩耗性の高い冷却式排管を得るための好適なフュージング処理方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願発明のフュージング処理方法は、多数の冷却管と各冷却管を連結する連結部材とからなる冷却式排管の表面に自溶合金層を形成するフュージング処理方法であって、前記冷却式配管の内周面に溶射された溶射被膜のうち、冷却管に対応する第１の領域を第１の受熱温度で加熱し、前記第１の領域を除く残りの第２の領域を第１の受熱温度よりも高い第２の受熱温度で加熱して自溶合金層を形成することを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記多数の冷却管は、互いに平行で、かつ、該冷却式排管の周方向又は周方向に直交する方向に配置するのが好ましい。
【０００９】
また、前記第１及び第２の受熱温度が、１０５０℃〜１１８０℃の温度範囲内となるように加熱するのが好ましい。
【００１０】
また、前記溶射被膜を加熱する燃焼バーナを、前記冷却管に平行な方向に前記冷却式排管に対して相対移動させながら、前記溶射被膜を加熱するのが好ましい。
【００１１】
また、前記第１の領域よりも燃焼バーナの本数密度を高くして前記第２の領域を加熱するのが好ましい。
【００１２】
また、前記燃焼バーナの前記冷却式排管に対する相対速度を等速度に設定するとよい。
【００１３】
また、前記冷却管の流路方向視において、前記連結部材を、前記冷却管の接線方向に配置するとよい。
【００１４】
さらに、前記冷却管の流路方向視において、前記連結部材は、連結する各冷却管の中心点を結ぶ線上に配置するとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、転炉施設の全体構成を図示した転炉施設全体図である。
同図において、１は転炉であり、不図示の高炉において生成された銑鉄からカーボンを取り除くために、大量の酸素を炉内に取り込みながら銑鉄を加熱する。転炉１からは、高温の排ガスが排出される。この排ガス内には、転炉１内に鋼および副原料として投入される各種鉱石から発生する高温のダスト、鉱石から発生する硫黄、塩素、フッ素などの腐食性ガスなどが含まれている。
【００１７】
この転炉１から排出された高温の排ガスは、スカート２（冷却式排管）、フード３（冷却式排管）、ボイラー４、ダクト５を経由して集塵機６に導入される。
（適用例１）
まず、図２を参照して、スカート２の構造を説明する。図２（a）はスカート２の径方向に直交する方向の断面斜視図であり、（ｂ）は（a）の矢印Yで示す丸で囲んだ領域を拡大した拡大断面図である。
【００１８】
図２（a）に図示するように、スカート２は蛇腹状の円筒型構造をなしており、外周側に多数の冷却管２１が互いに平行に、かつ、周方向に延びるように配置されており、内周側に各冷却管２１を連結するための連結板２２が配置された構成となっている。
【００１９】
すなわち、図２（ｂ）に図示するように、各冷却管２１には切欠部が形成されており、この切欠部に対して連結板２２を冷却管２１の内周の接線方向に延びるようにして溶接固定している。そして、各連結板２２の端面２２aを溶接により接合して、スカート２を構成している。
【００２０】
冷却管２１内には、冷媒が流れるようになっており、この冷媒の抜熱作用により転炉から排出された高温ガスによって加熱されたスカート２を冷却することができる。冷媒には、熱伝達特性の高い水、ガスなどを用いることができる。
【００２１】
また、スカート２の内周面を構成する連結板２２の表面には、自溶合金溶射層の溶射材料としてJISで規格されたＭＳＦＮｉ５が溶射されている。ＭＳＦＮｉ５は、Cｒ：１５〜２０重量％、Ｂ：３．０〜４．５重量％、Ｓｉ：２．０〜５．０重量％、C：０．５〜１．１重量％、Ｆｅ：５重量％以下、Ｃｏ：１重量％以下、残部がＮｉからなる。
【００２２】
次に、図３を用いて、スカート２の内周面に溶射された溶射材料をバーナで加熱して、自溶合金層を形成するフージング処理方法について説明する。
【００２３】
図３は、本フュージング処理方法を有効に実施するためのフュージング装置の全体図であり、スカートの内側に配置されたフュージング装置を投影して図示している。なお、スカート２の外周面を構成する冷却管２１は、フュージング装置の構造を説明するために省略している。
【００２４】
フュージング装置７を構成するバーナ支持部材７３には、複数の燃焼バーナ７４が上下方向に並設されており。
【００２５】
バーナ支持部材７３は回転駆動モータ７１によって駆動され、回転駆動モータ７１の出力軸は、スカート２の中心軸上に配置されており、該出力軸には上部が水平方向に折れ曲がった回転アーム７２が固定されている。回転アーム７２の先端部には上下方向に延びるバーナ支持部材７３が固定されている。
【００２６】
次に、図４を参照して、バーナ支持部材７３に支持されたバーナ７４の配置について説明する。ここで、図４は、図３の点線で囲んだ領域Ｚの拡大図であり、バーナ７４の配置を図示している。
【００２７】
バーナ７４は、その本数が連結板２２の部位に応じて異なり、冷却管２１に対応する領域Ｂには三本配置され、それ以外の領域Ａ（第２の領域）には二本配置されており、バーナ７４の本数の密度は領域Ｂ（第１の領域）よりも領域Ａのほうが高く設定されている。
【００２８】
このように連結板２２の部位に応じてバーナ７４の本数を変えている理由を説明する。
【００２９】
まず、各バーナの間隔を等しくした均等加熱式のフュージング装置を用いて、溶射層を加熱する実験を行った。
【００３０】
その結果、連結板２２の部位に応じて受熱温度にバラツキがあり、受熱温度の低い領域Ａから溶射層が剥ぎ落ちるという不具合が生じた。
【００３１】
すなわち、スカート２の内周面を構成する連結板２２の一方の面に溶射された溶射層を、均等加熱式のフュージング装置を用いて加熱しながら、連結板２２の温度を測定すると、冷却管２１に対応する領域、つまり板厚方向に冷却管２１が配置された領域Ｂの受熱温度が約１１２０℃であり、冷却管２１に対応しない領域、つまり板厚方向に冷却管２１が配置されていない領域Ａの受熱温度が１０００〜１１００℃であり、受熱温度が１０５０℃以下の加熱部位では、基材との拡散層の形成が不十分となり、溶射層が剥ぎ落ちることがわかった。
【００３２】
そこで、受熱温度が１０５０℃以下の領域、つまり領域Aの受熱温度を高めるために、バーナの出力を上昇させたところ、領域Aから溶射層剥ぎ落ちの不具合はなくなったが、今度は、領域Bの受熱温度が１１８０℃を超えたところで、領域Bから溶射層が溶け落ちるという不具合が生じた。
【００３３】
すなわち、領域A及びBでは、冷却管２１の有無による形状の相違から熱伝達特性が異なるため、均等加熱式のフュージング装置では、加熱温度にむらが生じ、１０５０℃〜１１８０℃の温度範囲に双方の領域の受熱温度を抑えることができなかった。
【００３４】
そこで、本適用例では、領域Ａのバーナ７４の本数の密度を領域Ｂよりも高くして、受熱温度のバラツキを抑制している。
【００３５】
次に、フュージング装置７を用いたフュージング処理方法について説明する。
スカート２の内側にフュージング装置７を配置した状態で、回転駆動モータ７１を駆動して、矢印X方向に回転アーム７２を回転させる。この時、バーナ７４による加熱動作も同時に開始する。
【００３６】
回転駆動モータ７１の回転速度は等速度に設定されており、スカート２の内周面に溶射された溶射層の加熱時間にばらつきが生じないようにしている。これにより、溶射皮膜品質の均質化及びスカート２の歪みが均一になり小さくすることができる。
【００３７】
バーナ７４で加熱された溶射層は、再溶融において合金中のＢやＳｉがＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２となり、他の金属酸化物を硼珪酸ガラスとして溶解浮上させるため、 酸化物の含有が極めて少なくなり、無気孔となる。皮膜の粒子は互いに溶着すると同時に素地金属と相互拡散して、その中間に合金層を形成して溶着する。
【００３８】
このように、領域Ａのバーナ７４の本数密度を領域Ｂよりも高く設定することにより、スカート２の内周面に溶射された溶射層の受熱温度が均等式のフュージング装置を使用した場合よりも抑制され、加熱された溶射層が連結板２２から剥ぎ落ちるのを防止することができる。
【００３９】
これにより、高温のダストや腐食性ガスからスカート２を長期間保護することができ、安全性の高い転炉施設を提供することができる。
【００４０】
（適用例２）
次に、本発明のフュージング処理をフード３に施す例について説明する。
【００４１】
図５はフード３の径方向に直交する方向の断面斜視図である。
【００４２】
フード３は円筒状に形成されており、多数の冷却管３１が径方向に直交する方向に延びるように互いに平行に配置されている。水平方向において隣接する各冷却管３１は連結板３２によって連結されている。この連結板３２は、隣接する冷却管３１の中心点を結ぶ線上に配置されており、冷却管３１の外周面に溶接固定されている。
【００４３】
また、フード３の内周面、つまり、冷却管３１及び連結板３２のフード内側の面には、自溶合金層の母材となる溶射膜が形成されており、その溶射材料については適用例１と同様であるため説明を省略する。
【００４４】
フード３を、均等加熱式のフュージング装置を用いて加熱すると、スカート２と同様に溶射膜が剥ぎ落ちるなどの不具合があることがわかった。
【００４５】
そこで、以下のような方法で、フード３にフュージング処理を施すことにした。図６を参照して、フード３にフュージング処理を施すためのフュージング装置について説明する。
【００４６】
図６は、フード３の内側にフュージング装置８を配置した状態を図示した、平面図である。
【００４７】
同図に示すように、フュージング装置８は、フード３の内側において、フード３の中心を挟んで対向するように二つ配置されている。バーナ支持部材８１には、フード３の内周面に沿って複数のバーナ８２が設けられており、バーナ支持部材８１は不図示の昇降シリンダーによって、上下方向（フード３の径方向に直交する方向）に昇降駆動できるようになっている。
【００４８】
バーナ８２は、連結板３２に対応する領域にのみ配置されており、連結板３２上に溶射された溶射被膜を直接加熱し、残りの領域、すなわち冷却管３１のフード内側の面に溶射された溶射被膜については、直接加熱せずに連結板３２からの熱伝達により加熱する構成となっている。
【００４９】
このように、受熱温度を加熱部位に応じて変更することにより、自溶合金層の定着力が高く、安全性の高い高炉施設を提供することができる。
（変形例）
上述の適用例１及び２では、スカート２又はフード３を固定として、バーナを移動させながら加熱する構成としたが、これとは反対に、バーナを固定として、スカート２又はフード３を移動させながら加熱する構成としてもよい。
【００５０】
また、バーナ７４の数を変更することによって、受熱温度を調整しているが、例えば、バーナの本数を同じにしてバーナから放出されるバーナ熱の温度を加熱部位に応じて変更することにより受熱温度を調整する構成としてもよい。
【００５１】
さらに、自溶合金層の母材として溶射される溶射材料として、ＭＳＦＮｉ１（Cｒ：０〜１０重量％、Ｂ：１．０〜２．５重量％、Ｓｉ：１．５〜３．５重量％、C：０．２５重量％以下、Ｆｅ：４重量％以下、Ｃｏ：１重量％以下、Ｃｕ：４重量％以下、残部がＮｉ）、ＭＳＦＮｉ２（Cｒ：９〜１１重量％、Ｂ：１．５〜２．５重量％、Ｓｉ：２．０〜３．５重量％、C：０．５重量％以下、Ｆｅ：４重量％以下、Ｃｏ：１重量％以下、残部がＮｉ）、ＭＳＦＮｉ３（Cｒ：１０〜１５重量％、Ｂ：２．０〜３．０重量％、Ｓｉ：３．０〜４．５重量％、C：０．４〜０．７重量％、Ｆｅ：５重量％以下、Ｃｏ：１重量％以下、残部がＮｉ）、ＭＳＦＮｉ４（Cｒ：１２〜１７重量％、Ｂ：２．５〜４．０重量％、Ｓｉ：３．５〜５．０重量％、C：０．４〜０．９重量％、Ｆｅ：５重量％以下、Ｃｏ：１重量％以下、Ｍｏ４重量％以下、Ｃｕ４重量％以下、残部がＮｉ）、ＭＳＦＣｏ１（Cｒ：１６〜２１重量％、Ｂ：１．５〜４．０重量％、Ｓｉ：２．０〜４．５重量％、C：１．５重量％以下、Ｆｅ：５重量％以下、Ｍｏ：７．０重量％以下、Ｗ：１０重量％、Ｎｉ：１０〜３０重量％、残部がＣｏ）、ＭＳＦＣｏ２（Cｒ：１９〜２４重量％、Ｂ：２．０〜３．０重量％、Ｓｉ：１．５〜３．０重量％、C：１．５重量％以下、Ｆｅ：５重量％以下、Ｗ：４〜１５重量％、Ｎｉ：０〜１５重量％、残部がＣｏ）を用いてもよい。
【００５２】
また、本発明のフュージング処理方法を転炉の配管に適用した例について説明したが、例えば火力発電所の冷却式排管にも適用することができる。さらに、本発明は、断面が円形以外（例えば、矩形）の冷却式排管にも適用できる。
【００５３】
（実施例１）
以下、実施例を示して、本発明のフュージング処理方法について詳細に説明する。
本実施例では、図４のような接線フィンタイプのスカート２の内周面にフュージング処理を施した。スカート２は、その内径寸法が５２３０ｍｍで、その内径直交方向の寸法が１１１９ｍｍで、その肉厚が６ｍｍであった。スカート２の内周面に溶射される溶射被膜の資材として、ＭＳＦＮｉ５を使用し、該溶射被膜の厚み寸法が５００μｍ以上となるように溶射した。
【００５４】
冷却管は、その流路方向がスカート２の円周方向であり、そのスカート２の内径直交方向の寸法が３８ｍｍであり、その段数が２４であった。
【００５５】
溶射条件は、図３に図示するフレーム溶射機を用い、バーナのガスにはプロピレンガスを使用した。また、バーナの本数密度の比率を、領域A：領域B＝２：１に設定し、バーナの移動速度を４０ｍｍ／minに設定した。
【００５６】
領域A及びBの温度測定は、溶射面を放射温度計で測定し、溶射裏面側にサーモピュアーを配置して測定した。
【００５７】
その結果、領域Aの受熱温度が１１５０℃、領域Bの受熱温度が１１２０℃であった。したがって、領域A及びBの受熱温度が、１０５０℃〜１１８０℃の温度範囲内に属することがわかった。
【００５８】
また、比較例として、各バーナが等間隔で配置された均等加熱式のバーナ装置を用いて、フュージング処理を行った。なお、バーナの間隔以外の条件は、実施例１と同様である。その結果、領域Aの受熱温度が１０００℃、領域Bの受熱温度が１１２０℃であることがわかった。このため、領域Aの受熱温度が低く、領域Aの溶射層の接着が不十分となった。
【００５９】
また、この比較例において、領域Aの受熱温度を１１２０℃に上昇させると、領域Bの受熱温度が１２００°に上昇し、領域Bから溶解した溶射層が垂れ落ちることがわかった。
【００６０】
すなわち、均等加熱式のバーナ装置では、領域A及びBの受熱温度を１０５０℃〜１１８０℃の温度範囲に制限できないが、本実施例では１０５０℃〜１１８０℃の温度範囲に受熱温度を制限でき、確実にフュージング処理を施すことができるということがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】転炉施設の全体図
【図２】（a）がスカートの断面斜視図であり、（ｂ）が（a）の一部を拡大して図示した、スカートの周壁部構造図である。
【図３】適用例１のフュージング装置の全体図
【図４】図３の一部を拡大して図示した拡大図であり、連結板の位置に応じてバーナの本数を変えた状態を図示している。
【図５】フードの断面斜視図である。
【図６】適用例２の平面図。
【符号の説明】
【００６２】
１  転炉
２  スカート
３  フード
４  ボイラー
５  ダクト
６  集塵機
７  ８  フュージング装置
２１  ３１  冷却管
２２  ３２  連結板
７１  回転駆動モータ
７２  回転アーム
７３  ８１  バーナ支持部材
７４  ８２  バーナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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