JPH01215768A - シリカ質炉壁補修用溶射材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主に鉄鋼用窯炉および金属溶湯用容器の使用
中に発生する目地切れ、亀裂、煉瓦の、１ＡｌＪ離等の
局部的な炉壁損傷部を不活性ガスのプラズマ溶射によっ
て補修する際に使用する溶射材料に関するものである。

（従来の技術） 従来、加熱炉、コークス炉等の窯炉、およびタンデイツ
シュ、取鍋等の金属溶湯用容器では、使用の途中で炉壁
に局部的な損傷が発生した場合には、耐火材料を吹き付
けて補修し、再使用することが一般的であり、この場合
に使用する結合剤としては、無機バインダーと水とを配
合したものを使用していた。

しかし、最近では前記の要補修部分に耐火材を溶射する
技術が採用されるようになった。すなわち、可燃性ガス
の燃焼炎中に耐火材料を投入する火炎溶射法（例えば特
公昭６０−４６０６２号公報）、耐火粉末に配合した金
属粉あるいは炭素粉をＯｔ気流中で搬送、燃焼させて火
炎をつくる一種のテルミット反応法（例えば特公昭４９
−４６３６４号公報）、およびガスプラズマジェットに
よるプラズマ法（例えば特開昭５６−５９６７９号公報
）等である。

これら溶射法は従来の湿式法とは異なり、水分に起因し
た弊害がなく、優れた補修効果を示した。

しかし、高融点の材料で補修する目的から、前二者の溶
射法は付着性の点で必ずしも満足できる状態ではなかっ
た。すなわち、火炎法では低融点物質（フラックスある
いはスラグ）を配合し、耐火性の低い補修層を形成させ
ている。また、チルミント法では要補修域の温度、いわ
ば補修上の予熱状態によって溶融状態が異なり、付着率
の変動が大きいからである。一方、プラズマ法ではプラ
ズマの保有する超高温（１００００Ｋ以上）と高速の特
性により、高耐火性で密着性状の優れた補修が可能であ
る。

本発明者はこのプラズマ法で上記開示の材料を用いて炉
壁補修を行い、従来以上の耐用性のあることを確認した
。しかしながら、例えばコークス炉（珪石煉瓦壁）にお
いて、損傷程度に応じて施工速度を増加させた場合は必
ずしも安定した耐用性が得られなかった。すなわち、添
加金属粉中のＳｉが高融点であるため、溶射時の液滴の
流動性が不十分で施工能率をたかめることができなかっ
たからである。

また、溶鋼用取鍋（ロウ石煉瓦壁）に施工した場合、使
用過程においてスラグ成分の影言で補修層中の金属相は
、酸化変質の過程で粉化されて組織が劣化する。

このような状況において本発明者はこれらの先行技術の
問題を解決するために種々研究を行った。

その結果、従来のＳｉをベースとした単体金属主体の混
合粉ではなく、Ａｌ−Ｍｇ合金属が有効で、しかも、こ
れらが溶射直後には耐火′＋！ｌＪＭｉ織中のマトリッ
クス部に相当する結合促進剤の役割を果たすように、骨
材部に相当する溶射材料中の酸化物粒子として、シリカ
（ＳｉＯ□）相の粉体が適当との結論に至った。

（発明が解決しようとする課題） 従来のプラズマ法による溶射補修材料中に配合した金属
粉は溶射後稼動過程で高融点酸化物に変化し、強力な結
合作用を有する。しかし、この金属粉はＳｉ　（融点７
１４１０℃）主体の混合粉であるため、補修面上での液
滴の流動性が不十分で、Ａｔ量を多くすると溶射後変質
過程でムライ）（３Ａ１ｔＯ。

・２ＳｉＯ□）の偏析が多くなる。このため、炉稼動過
程での熱的変化により、膨張収縮の差から微小クランク
が発生し易く、耐用性が劣っていた。

また、とくにＣａ−３ｉ粉を多量に用いた場合、補修層
中の金属相は酸化変質の過程で溶融スラグと接触すると
、２　ＣａＯ・５ｉＯｚ、ｈなり易＜、Ａｌ粉が多い場
合には、Ａｌ２ｏｚ−Ｃａｂ−Ｓｉ０ｇ系で低融点化し
易くなり、耐食性が劣る。

このように、従来の金属粉では付着性状を向上させる一
方で、施工後の耐用性を確保するための配合調整が困難
な場合が多（、溶射施工に多大な労力を要する。一方、
耐火骨材中のＡｌ２ｏｓ分とＡｌに起因するＡｌｇ（１
＋分の生成量の点で、施工後の変質過程でムライトＩの
偏析が生ずる場合もあり、補修層全体の耐火性や耐熱衝
撃性が著しく劣ることも判明した。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明者は溶射時の施工能率を高め、金属相の
酸化過程での有害な二次的変質を回避することを目的と
して材料検討を進めた結果、石英質の珪砂および非晶質
の溶融石英の１種または２種から成る酸化物粒子に、粒
径が５０〜１５０μｍで、八Ｉ／Ｍｇが重量比で８０／
２０〜２０／８０のへ１−Ｊｉｇ合金粉を２〜１５重量
％配合したシリカ質炉壁補修用溶射材料を要旨とする発
明をするに至った。本発明は高純度の５ｉＯｚ相よりな
る酸化物粒子と、施工後酸化過程で塩基性酸化物になる
Ａｌ−Ｍｇ合金粉を配合することで、溶射時の液滴の流
動性が改善され、付着率が高まることに基いてなされた
。また、溶射時の加熱−半溶融若しくは／及び溶融−付
着−非晶質化の過程で、主成分骨材も石英質もしくはす
でに非晶質化したＳｉＯ□の方が付着率の点で有利であ
った。

更に、配合した合金粉は酸化してスピネルを形成し易く
、主成分のＳｉＯ□に対し反応性に冨み、施工時の付着
促進作用と共に、強固なマトリックスを形成する結合作
用を有する。とくに、合金粉添加の場合に効果が大きく
、ＡｌとＭｇ粉の混合では、溶融や反応性の差から、マ
トリックスに偏析が生じ易いことも判明した。

（作　　用） 本発明において耐火骨材として珪砂もしくは溶融石英粉
を用いる理由は以下の如くである。

すなわち、溶射直後非晶質化した骨材から二次豹変質で
よく分散されてムライトが生成するには、総Ａ１□０．
量が２０重量％以下−望ましくは１０重量％以下が必要
である。また、溶射時に非晶質化するＳｉｎｇの変質を
より低温度で低熱量供給で効率的に行わせるためには、
トリジマイトやクリストバライト相の珪石や仮焼珪砂よ
りも石英や非晶質Ｓｔｏｗの方が有利である。

本発明においてＡｌ−Ｍｇ合金粉を用いる理由は以下の
如くである。

すなわち、Ａｌ−Ｍｇ系合金の融点は４００〜５５０℃
で、Ｓｉを含む金属混合粉より低融点で、溶射の液滴の
流動性が促進される。このため、施工の付着率が向上し
、補修層の気孔は細孔径化が良くなって緻密な組織とな
るからである。　Ａｌ−Ｍｇ合金のＡｌ／Ｍｇの重量比
率は、純度９０重量％以上で２０／８０〜８０／２０の
範囲が望ましい。Ａ１もしくはＰＩｇ量が８０重量％を
超えると付着率は高まるが、５ｉ（ｈ　　ＡｈＯユ系化
合物の偏在が多く所期の目的を達しない。あるいは、Ｍ
ｇＯの偏在が多く補修層全体の耐火性が著しく低下する
などの弊害が多いからである。

Ａｌ−Ｍｇ合金の配合量は２〜１５重量％でなければな
らない。２重量％未満では、付着率の低下が著しく、１
５重景％を超えると溶射体全体の融点が低くなるが、酸
化過程でＳｉＯ□との反応が進み、耐火性が著しく低下
するからである。

配合するＡｌ−Ｍｇ合金の粒度は、粒径５ｏ〜１５０μ
ｍの範囲が望ましい。５０μｍ未満では溶射時にプラズ
マによる気化、プラズマにまきこまれる空気による酸化
が著しく所期の目的を達成できないからである。また、
１５０μｍを超えると、補修施工体中に形成される金属
相が巨大化し、部分的にはＳｉＯ□系酸化物と互層をつ
くり易くなり、補修効果が低下するからである。

このように、ＳｉＯ□粒子に適正量、適正量のＡｌ−Ｍ
ｇ合金粉を配合した溶射材料を用いると、溶融もしくは
半溶融化した酸化物にＡｌ−Ｍｇ系金属相は良く濡れ易
くなり、流動性と付着性に富む施工が達成され、補修層
はマトリックスにスピネルを含む強固な耐火物組織に変
化する。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

珪砂、溶融石英、珪石、ロウ石を耐火性酸化物粒子に用
い、組成比の異なるＡｌ　−Ｍｇ、　Ｓｉ　−Ｃａ、　
ＳｉおよびＡｌ等の粉末を任意に選択してなる本発明に
係る溶射材と比較材とを製造した。

１次ガスＡｒ流量に対し、２次ガスのＮ２流量を５の流
量比でプラズマジェットを作動させ、８５０〜９８０Ａ
の出力電流として１０００℃に予熱したロウ石煉瓦に対
し、一定重量の材料を溶射した。基材の形状は中３０Ｘ
１００ｍｍで、φ３０ｗｍの片側側面に１５〜２０ｍの
厚みに溶射体を積み上げたものを１０００℃に保温した
まま剥離させ、接着強度を測定した。

すなわち、添付図面に示すように試料１を固定し、母材
２と溶射体３との接合界面４を境界として抗力Ｆを作用
させ、剥離する剪断応力を求めた。なお図中５は試料１
の受台である。

抗折後の溶射体３をとり出し、水銀圧入式のポロシメー
ターで気孔径分布を測定し、平均気孔径を算出した。

測定結果を下記表に示す。なお、性状調査結果は、従来
のＳｉ系粉末での溶射体の性状を１００とした指数で比
較表示した。とくに、平均気孔径は、コークス炉用珪石
煉瓦の気孔径を１００　、Ｔｈした指数で比較表示した
。

表 上記表から明らかなように、本発明の溶射材料は、従来
の材料に比較して、付着性が高く、平均気孔径の改善が
著しく、付着性がすぐれていることがわかる。このため
、補修層として剥離しにくく、効率の良いかつ耐食性に
優れた性状で、炉命の延長を図ることができる効果を示
す。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、石英質の珪砂および非晶
質の溶融石英の１種または２種から成る酸化物粒子に、
粒径が５０〜１５０μｍで、Ａｌ／Ｍｇが重！鋒比で８
０／２０〜２０／８０のＡｌ−Ｍｇ合金粉を２〜１５重
ｎｔ％配合したものである為、付着率が高く、従って補
修層として剥離しに（＜、効率良く施工が行える。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明溶射材料と従来材料との接着強度を測定す
る方法を示した図面である。 １は試料、２は母材、３は溶射体、４は接合界面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）石英質の珪砂および非晶質の溶融石英の１種また
   は２種から成る酸化物粒子に、粒径が５０〜１５０μｍ
   で、Ａｌ／Ｍｇが重量比で８０／２０〜２０／８０のＡ
   ｌ−Ｍｇ合金粉を２〜１５重量％配合したことを特徴と
   するシリカ質炉壁補修用溶射材料。