(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎａ回収炉に燃焼用の空気を供給する空気ノズルであって、Ｎａ２Ｓと接触する部分の少なくとも一部が、Ｃｒを２５重量％〜４０重量％の範囲内、Ａｌを１０重量％〜２０重量％の範囲内で含み残部Ｎｉ及び不可避不純物からなり、その平均粒径が１０μｍ〜５００μｍである耐食性合金粉末を用いてプラズマ肉盛溶接法により１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに被覆されたものであることを特徴とする空気ノズル。
【請求項２】
Ｎａ回収炉に燃焼用の空気を供給する空気ノズルであって、Ｎａ２Ｓと接触する部分の少なくとも一部に、Ｃｒを２５重量％〜４０重量％の範囲内、Ａｌを１０重量％〜２０重量％の範囲内で含み残部Ｎｉ及び不可避不純物からなり、その平均粒径が１０μｍ〜５００μｍである耐食性合金粉末を用いてプラズマ肉盛溶接法により１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに被覆された金属板が装着されたものであることを特徴とする空気ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性合金および耐食部材に関するものであり、特にＣｒとＡｌとを含むＮｉ基合金からなる耐食性合金、およびこの耐食性合金が被覆された耐食部材、特にＮａ回収炉に用いられる空気ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
製紙工場などで排出されるＮａ含有廃液（以下、「黒液」という）からＮａを回収するために、ソーダ回収ボイラなどのＮａ回収炉が用いられる。このＮａ回収炉の一例を図５に示す。図５においてこのＮａ回収炉１００は、黒液を燃焼分解する火炉１１０を有し、この火炉１１０内には燃料となるチップ洗浄後の黒液１を供給する黒液バーナ１２と、燃焼用空気２を供給する空気ノズル１１３と、火炉内で生成したスメルト（Ｎａを含む溶融物）３を排出するスメルト排出口１４と、排出される燃焼ガスと熱交換する熱交換器１５と、熱交換された排ガス４を排出するガス排出口１６とを有している。このＮａ回収炉１００では、スメルト３はスメルト排出口１４から炉外の水を張った溶解槽１７に排出され、この溶解槽１７から回収されるようになっている。
従来、火炉１１０内に取付けられている突出する空気ノズル１１３としては、Ｃｒを１７重量％程度含有するＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレス鋼や、Ｃｒをそれぞれ１８重量％程度および２５重量％程度含有するＳＵＳ３０４およびＳＵＳ３１０などのオーステナイト系ステンレス鋼が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年Ｎａ回収炉１００はエネルギー効率の向上が望まれており、蒸気条件の高温高圧化や燃料となる黒液１の高濃度化が検討実施され、火炉１１０の熱負荷が上昇するなど、腐食環境が厳しくなる傾向がみられる。この場合、生成したスメルト３は８００℃以上の溶融状態となっており、しかもＮａ2Ｓ を多量に含むことから極めて腐食性が強い。そこで、Ｎａ回収炉１００の長期運転を可能とするためには、スメルト排出口１４以外からのスメルト３の漏洩を極力回避しなければならない。スメルト３の漏洩が生じる可能性がある部位としては、空気ノズル１１３が挙げらる。これは、空気ノズル１１３がスメルト３に近接して配置されているため、スメルトが空気ノズル１１３に接触し、この空気ノズルを腐食して孔をあける可能性が大きいからである。また、この空気ノズル１１３は一旦腐食すると補修が困難であり、生産性を著しく阻害していた。
本発明は前記の課題を解決するためになされたものであって、従ってその目的は、部材、特に前記Ｎａ回収炉の空気ノズルにおけるスメルトに起因する腐食を防止してメンテナンス性を向上させることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、Ｎａ回収炉に燃焼用の空気を供給する空気ノズルであって、Ｎａ２Ｓと接触する部分の少なくとも一部が、Ｃｒを２５重量％〜４０重量％の範囲内、Ａｌを１０重量％〜２０重量％の範囲内で含み残部Ｎｉ及び不可避不純物からなり、その平均粒径が１０μｍ〜５００μｍである耐食性合金粉末を用いてプラズマ肉盛溶接法により１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに被覆されたものであることを特徴としている。
ＣｒおよびＡｌを特定割合で含むＮｉ基合金は、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉの相乗効果によって特に前記Ｎａ回収炉の空気ノズルにおけるスメルトによる腐食に対して極めて高い耐性を有することがわかった。
【０００５】
前記耐食性合金において、Ｃｒは、前記環境における耐食性を向上させる成分であり、特に溶融状態の前記スメルトによる腐食を考慮した場合、合金中の含有割合は２５重量％〜４０重量％の範囲内とする必要がある。２５重量％未満では合金の耐食性が充分に発現せず、４０重量％を越えると靭性が劣化し、溶接施工後に割れが発生しやすくなる。
【０００６】
前記耐食性合金において、Ａｌは、前記環境における耐食性を向上させる成分であり、特に溶融状態の前記スメルトによる腐食を考慮した場合、合金中の含有割合は１０重量％〜２０重量％の範囲内とする必要がある。１０重量％未満では合金の耐食性が充分に発現せず、２０重量％を越えると靭性が劣化する他溶接施工後に割れが発生しやすいなどの問題があり好ましくない。
【０００７】
また、合金がＣｒとＡｌとのみからなりＮｉを含まない場合、例えばＣｒが２０重量％以下程度のＡｌ基合金では融点が低いために前記空気ノズルに付着する８００℃程度のスメルトによって溶融し使用不可となる。逆にＣｒが２０重量％以上のＣｒ基合金では極めてもろい材料となり、溶接施工時などに簡単に割れてしまい使用できない。
【０００８】
本発明はまた、Ｎａ2Ｓ と接触する部分の少なくとも一部が、前記耐食性合金で被覆された耐食部材を提供する。
例えば前記Ｎａ回収炉における空気ノズルのように、Ｎａ2Ｓ と接触する部材で、従来フェライト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼が使用されていた部材は、Ｎａ2Ｓ と接触する部分の少なくとも一部を本発明の前記耐食性合金で被覆すれば、この部材の耐食性を著しく向上させることができ、従って装置全体のメンテナンス性を向上させることができる。
【０００９】
部材を前記耐食性合金で被覆する方法は、特に限定されるものではないが、プラズマ肉盛溶接法によることが好ましい。
プラズマ肉盛溶接法は、基材の表面に前記耐食性合金の粉末をプラズマにより発生する熱を利用して溶融させ肉盛溶接する方法である。この方法によれば、前記耐食性合金の融点が極めて高いにも係わらず、基材の上に耐食性を確保するに充分な厚さと均一性とを有する耐食性合金層を形成することができる。
【００１０】
前記プラズマ肉盛溶接法に用いる耐食性合金粉末の平均粒径は、１０μm 〜５００μm の範囲内であることが好ましい。平均粒径が１０μm 未満では、微小粒子同士が結合して形状が不均一な粗大粒子を形成するので好ましくなく、平均粒径が５００μm を越えると、粒子の溶融が不十分となり好ましくない。
【００１１】
耐食性合金層の厚さは１mm〜１０mmの範囲内とすることが好ましい。厚さが１mm未満では耐食寿命が短く、１０mmを越えると成膜時や溶接時などに割れを生じやすくなり好ましくない。
耐食性合金を被覆する部位は、部材の内で特に腐食が激しい部分に限定してもよい。例えば前記Ｎａ回収炉の空気ノズルの場合は、管の内面にのみ耐食性合金層を形成してもよい。これは、火炉からの輻射熱により空気ノズル内面の温度が上昇し腐食環境が特に厳しくなるからである。
耐食性合金を被覆する基材としては、耐熱性および耐食性合金との接着性の観点から、オーステナイト系ステンレス鋼またはＮｉ基合金などが特に好ましい。
【００１２】
請求項２に係る発明は、Ｎａ回収炉に燃焼用の空気を供給する空気ノズルであって、Ｎａ２Ｓと接触する部分の少なくとも一部に、Ｃｒを２５重量％〜４０重量％の範囲内、Ａｌを１０重量％〜２０重量％の範囲内で含み残部Ｎｉ及び不可避不純物からなり、その平均粒径が１０μｍ〜５００μｍである耐食性合金粉末を用いてプラズマ肉盛溶接法により１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに被覆された金属板が装着されたものであることを特徴としている。
この場合には、既設の部材の腐食が激しい部位に後付けで耐食性合金層を形成することができ、また耐食性合金層に亀裂などが発生しても、腐食は後付けした金属板にとどまって部材本体に進展しにくいので、部材の腐食に対する信頼性が向上する。更に必要なら耐食性合金を被覆した金属板を着脱可能とし、この金属板のみを交換することにより、部材の耐食寿命を著しく延長することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により図面を用いて説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の耐食部材が用いられたＮａ回収炉の一例を示している。図１において、このＮａ回収炉１０は、製紙工場などで排出されるＮａ含有廃棄物からＮａを回収するための装置であって、Ｎａ含有廃棄物を燃焼分解する火炉１１を有し、この火炉１１内には燃料となる黒液１を供給する黒液バーナ１２と、燃焼用の空気２を供給する空気ノズル１３と、火炉内で生成したスメルト（Ｎａを含む溶融物）３を排出するスメルト排出口１４と、排出される燃焼ガスと熱交換する熱交換器１５と、熱交換された排ガス４を排出するガス排出口１６とを有している。
【００１４】
このＮａ回収炉１０において、空気ノズル１３は図２（ａ）（ｂ）に示すように、火炉１１の側壁１８を外部から内部に貫通して設けられた断面方形のノズルであり、外部側は図示しない空気ブロアに連結され、外部側から火炉１１内部に向けて空気２が噴射されるようになっている。
この空気ノズル１３は、基材がオーステナイト系ステンレス鋼で作成され、その内壁には耐食性合金からなる被覆層２０が形成されている。この耐食性合金は、Ｃｒを３２．１重量％、Ａｌを１４．０重量％、Ｎｉを５３．９重量％含むＮｉ基合金からなり、被覆層２０は、この耐食性合金の平均粒径２００μm の粉末を用い、プラズマ肉盛溶接法により３mmの厚さに形成されている。
【００１５】
このＮａ回収炉１０では、黒液１の燃焼によって８００℃以上の温度に加熱され、これに含まれるＮａ2ＳＯ4やＮａ2ＣＯ3などが還元され、Ｎａ2Ｓを主体とするスメルトが生成し、スメルト排出口１４から炉外の水を張った溶解槽１７に排出され、この溶解槽１７からソーダ分が回収される。
【００１６】
火炉１１の底部に生成したスメルトは腐食性の強いＮａ2Ｓ などを多量に含んでいる。そしてこのスメルトは、火炉１１の下部に配設された前記空気ノズル１３に接触する。しかしこのＮａ回収炉１０の空気ノズル１３は、高温となるために特に腐食を受け易い内壁が前記耐食性合金によって被覆されているので、長期間にわたって腐食せず、従ってスメルト３の漏洩が防止される。
【００１７】
（実施形態２）
この実施形態は、空気ノズルの構成が異なる以外は実施形態１と同様である。実施形態２において用いられる空気ノズルは、図３（ｃ）に示すように、空気ノズル３０の基体３１と、この基体３１の内壁を覆って装着された２体の内壁部材３２，３３とからなっている。
【００１８】
基体３１は、図３（ａ）に示すように断面方形のノズルであり、図５に示した既成のＮａ回収炉における空気ノズル１１３と同様にオーステナイト系ステンレス鋼で作成されている。
内壁部材３２，３３はそれぞれ、図３（ｂ）に示すように、基体３１の内壁に密着して基体内壁を軸心に沿って上下に２分割する断面コ字形の部材であり、この内壁部材３２，３３には、それぞれの内壁を覆って耐食性合金からなる被覆層３４，３４が形成されている。この被覆層３４，３４は、Ｃｒを３９．６重量％、Ａｌを１８．１重量％、Ｎｉを４２．３重量％含むＮｉ基合金の平均粒径２００μm の粉末を用い、プラズマ肉盛溶接法により３mmの厚さに形成されている。
この内壁部材３２，３３は溶接部３５によって基体３１に固定されている。
【００１９】
この空気ノズル３０は、既設のＮａ回収炉における耐食性に乏しい空気ノズルの内壁に、内壁部材３２，３３を溶接などにより装着すれば形成できるので、既設のＮａ回収炉の耐食性を簡易に改善することができる。
【００２０】
（試験例）
腐食試験
表１に示す組成の合金をプラズマ肉盛溶接法により成形し、５mm×５mm×６０mmの供試材（実施例１〜実施例８、および比較例１〜比較例６）を作成した。また、従来からＮａ回収炉の空気ノズルとして一般的に用いられてきたＳＵＳ３１０（符号１５）およびＳＵＳ４３０（符号１６）を参照材とした。
【００２１】
【表１】
0003917789.tif 000002
【００２２】
試験は図４に示すように、ルツボ７中のスメルト３に供試材５を一部浸漬して行った。試験温度は８００℃で大気中で試験を行った。また、スメルト３は Ｈ2Ｓなどのガスを放出して組成が変化するので、１hr毎に更新を行った。また、試験時間は５hrとした。試験の前後に、長手方向（６０mm）に沿って１０mmピッチで板厚を測定し、その変化が最大となった点の板厚差をもって侵食量（μm ）とした。なお、計測の基準点を定めるため、試料の一端をＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックコーティング６で保護した。試験結果を表１に示す。
この結果から、実施例１〜実施例８の合金はスメルトによる侵食量が少なく耐食性に優れていることがわかる。
また、実施例１〜実施例８の合金材においては、別途に実施した溶接施工試験において、溶接施工後の割れも認められなかった。比較例２および比較例３は腐食試験において侵食量は少なかったものの、溶接施工試験において割れが認められた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の耐食性合金は、Ｃｒを２５重量％〜４０重量％の範囲内、Ａｌを１０重量％〜２０重量％の範囲内で含むＮｉ基合金からなるものであるので、この耐食性合金で被覆された部材は、特にＮａ2Ｓ の腐食に対して耐性が高く、Ｎａ回収炉に燃焼用の空気を供給する空気ノズルなどをこの耐食性合金で被覆するとき、スメルトに対する耐食性が高まり、信頼性に優れエネルギー効率の良好なＮａ回収炉を提供することができる。また、本発明によりＮａ回収炉の空気ノズルのメンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発明の耐食部材を用いたＮａ回収炉の概念図。
【図２】  本発明の耐食部材の一例を示す（ａ）正面図、（ｂ）縦断面図。
【図３】  本発明の耐食部材の他の一例を示す横断面図であり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ部分要素を示し（ｃ）は組立状態を示す。
【図４】  腐食試験方法を示す概念図。
【図５】  従来のＮａ回収炉の概念図。
【符号の説明】
１：黒液
２：空気
３：スメルト
４：排ガス
１０：Ｎａ回収炉
１１：火炉
１２：黒液バーナ
１３：空気ノズル
１４：スメルト排出口
１５：熱交換器
１６：ガス排出口
１７：溶解槽
１８：側壁
３０：空気ノズル
３１：基体
３２，３３：内壁部材
３４：被覆層
３５：溶接部
【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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