JPH03204590A - 窯炉内面のコーティング方法 - 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、鉄崎製造プロセスにおける、種々のの窯炉内
面のコーティング方法に関するものであり、さらに詳し
くは、内張耐火物を補強し、溶鋼の清浄度の維持向上に
有効な、窯炉内面のコーティング方法に関する。

（従来の技術） 最近、鉄鋼製造プロセスでは連続鋳造の著しい普及や鋼
の高級化の要求が高まってきた。例えば、取鍋において
は一部精錬工程を受は持つ等使用条件が変化して内張り
の高級化が進んできた。また、タンデイツシュにおいて
は連々指数の増大による材質の高級化と共に、調質向上
のため炉内に堰や介在物吸着フィルターを設置する等炉
材、形態面での変化も著しくなってきた。

また、省力化の観点から耐火物の不定形化や施工の機械
化が進み、高アルミナ質や塩基性質の不定形化が上記の
炉においても実施されるようになってきた。特に、タン
デイツシユにおいては内張りの表面にＭｇＯのコーテイ
ング材を塗布し、使用初期の剥離防止を図っている。

しかし、−Ｃに不定形耐火物では焼成煉瓦と異なって組
織の結合状態が無機系水溶性バインダによる化学結合で
あるため、焼結した結合状態に比較して、熱的衝撃ある
いは機械的衝撃に弱く剥離が生じ易い。このため、綱の
清浄度を確保するという観点からは好ましい状況ではな
く、本発明者らは溶射によるコーティングに着目した。

鉄鋼プロセスにおける、表面処理技術としての溶射は、
例えば製鋼炉では転炉等での湿式吹付法の代替技術とし
て発展してきた。この溶射方法は、主に次のように分類
できる。

■コークス等の固形燃料、ＬＰＧ　、灯油等の気体ある
いは液体燃料を熱源とする火炎法、 ■Ｓ１あるいはへＱ等の金属粉によるテルミット反応熱
を利用する方法、 ■プラズマ炎を用いる方法 の三つである。これらの溶射方法は従来の湿式方法に比
較して壁面を過冷却しないため、接着強度が優れ、耐用
性が高まると考えられている。

しかし、■に示す燃料燃焼方式では火炎温度を高くする
ことが困難なため、２０００℃を越える融点の高い耐火
物原料を使用することができず、溶射被膜の耐久性が高
いものにはなりにくい。

また、■に示すテルミット反応熱を利用する方法は、コ
ークス炉等の酸性耐火物には有効であるが、塩基性炉へ
の適用は困難であり、しかも、テルミット反応に伴って
多量にＳｉＯ２を生成するため鋼質清浄化の要請にもと
るものである。

これに対して、■に示すプラズマ炎による方法では容易
に１ｏｏｏｏ　’ｃを越える融点の高い耐火物原料を使
用することができる。

以」二〇こ述べたような観点から、すでに特開昭５８５
５３８４号公報あるいは特開昭５８−８５０９０号公報
により開示されるような、水プラズマ溶射を用いた溶射
方法が実験室的に検討されている。しかし、これらの内
容は種々の可能性を示唆するだけであり、最近の不定形
化した取鍋やＣＣ用タンデインシュに対する具体的な適
用の要件、条件等については何ら言及されていない。こ
のことは他方式についても同様であり、これらの炉の構
造と機能との違いにその要因が求められる。

例えば、取鍋あるいはタンデイツシュは、従来は精錬工
程と鋳造工程とを接続する溶鋼の中継工程として位置づ
けられ、これらは取扱いの容易さやメンテナンスの容易
さ等に重点をおいて設計され、使用されていた。具体的
には、第４図（ａ）および第４図（ｂ）に示すように、
その断面はコンブ状を呈し、鉄皮内面にパーマとウェア
とが各−層で形成された構造を有する。他の窯炉、例え
ば転炉に比べて外形寸法に対する内張りの相対的厚さは
極めて薄く、熱放散量が大きい。特に熱損失を補う熱源
を有さない熱放散型の窯炉と言える。また、一部炉蓋で
熱放散を軽減する場合もあるが、例えばＲＨ炉のように
熱的に密閉度合の大きい炉に比べると、やはり熱的に開
放型の炉であると言える。

（発明が解決しようとする課題） このように、取鍋あるいはタンデイツシュは、他の炉と
異なって熱的に苛酷な条件下で使用されている。したが
って、前述の溶射方法では、施工時における内張り表面
の温度（以下、予熱温度）の高低で、補修効率、補修層
（以下、「コーティング層」という。）の性状あるいは
補修される内張り面での損傷発生の頻度が大きく変化す
るとみられる。そこで、鋼の清浄度の確保に適合した材
料を用いて、熱的作用を考慮したコーティング方法を確
立する必要がある。そこで、本発明者らは前述の溶射法
について、その問題点を明らかにするため、さらに検討
した。

その結果、溶鋼用取鍋あるいはタンデインシュ等窯炉の
内張り、特に不定形施工した内壁面に高融点で耐火性に
優れたコーティングを施すことは、溶鋼に接した際の耐
食性および清浄度の確保の上では有効であるが、未だ適
切なコーティング方法方法が確立されていないというこ
とがわかった。

すなわち、従来のコーティング方法には、■不定形内張
り材に対する湿式の塗布あるいは吹付を行う方法では、
受鋼時の剥離は防止できず、効果は一過性であること、 ■従来の転炉等での火炎法による溶射補修法の場合、材
料の融点は２０００℃未満であるため、耐火性が低く、
また多量にＳｉＯ□を含むため、侵食性が劣ること、 ■従来の溶射補修の対象炉と異なり、熱放散型の炉では
壁面の温度が１０００”Ｃ以下に低下し易く、施工材の
付着率の低下を招き、かつ得られるコーティング層はポ
ーラスで付着力の低いものとなり易いこと、 ■相対的に薄壁の熱放散型の炉では、施工時の受熱も鉄
皮から放散し易く、コーティング層は背面で冷却され、
剥離する場合があること、■一般に鋼質の清浄度を保持
するものとして、鵠２０３−５ｉＯ２系より塩基性系が
良好であるが、融点が２６００’ＣのＣａＯを効率よく
コーティングさせる方法がないこと、さらには、 ■コーティング頻度と作業性とを勘案すると、コーティ
ング層の効果を持続させるための層厚は経験的に少なく
とも１０ｍｍ以上を要することという■ないし■に列記
した問題があり、その解決が望まれていたのである。

ここに、本発明の目的は、鉄鋼製造プロセスにおいて用
いる鉄鋼用窯炉、特に取鍋あるいはタンデイツシュの内
張り壁面に耐食性に優れたコーティング層を提供するこ
とができる窯炉内面のコーティング方法に関するもので
あり、溶射によって内張り耐火物を補強し、溶鋼の清浄
度を従来よりも向上させることができる窯炉内面のコー
ティング方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記課題を解決するため、種々検討を重
ねた結果、本発明者らの開示した特開昭６０−１７６８
８号公報に記載されている窯炉の炉壁補修装置を一部改
造して水プラズマガンを搭載し、容量２．５ｔｏｎのタ
ンデイツシュで水プラズマ溶射施工実験を行った結果、
以下に示す知見■〜■を得た。すなわち ■粒径１１以下のカルシアクリンカ−もしくは石灰石あ
るいはこれらの混合物である耐火粉末を、施工面の表面
温度を５００　’Ｃ以上として水プラズマ溶射すると容
易に、耐火性の高いＣａＯ系のコーティング層を効率的
に得ることができるとともに、コーティング層の剥離を
防止することができること、 ■上記耐火粉末に低融点のカルシウム系化合物を添加す
るとコーティング層の付着率が増大し、同時にコーティ
ング層は緻密化すること、■従来は、施工の前後にバー
ナー予熱しながら炉Ｉ　（ＡＱ２０３系耐火プランケッ
ト）で熱放散を抑制していたが、内張り構造の一部に、
すなわちウェアの表面もしくは背面に断熱層を設けると
コーティング層の剥離が完全に回避できること、および ■上記■ないし■の条件下で延べ１Ｑｔｏｎの溶鋼通過
後にも侵食は全くなく、若干の介在物低減効果が認めら
れたこと、 である。

そこで、これらの知見に基づいて、本発明者らはさらに
検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

ここに本発明の要旨とするところは、’１ｔＪｔＦＡを
受容する窯炉内張りにプラズマ溶射することによる窯炉
内面のコーティング方法であって、予めうエアの表面も
しくは背面に厚さが１０〜３０１Ｍｌ１１である耐火断
熱層を設け、施工表面の温度が５００℃以上である状態
で水プラズマを熱源に用いて耐火粉末を溶射することを
特徴とする窯炉内面のコーティング方法である。

また、上記の本発明においては、前記耐火粉末は、カル
シアクリンカ−もしくは石灰石あるいはこれらの混合物
に、ＣａＦ２、ＣａＣＮ２、ＣａＣｌ２あるいはＣａ（
ＮＯ３）ｚの１種もしくは２種以上のカルソウム化合物
を１０〜２０重量％添加してなる耐火粉末であることが
好適である。

（作用） 以下、本発明を作用効果とともに詳述する。なお、本明
細書においては、特にことわりがない限り、［％Ｊは［
重量％Ｊを意味するものとする。

まず、本発明において水プラズマを使用する理由は以下
の如くである。すなわち、プラズマ火炎は温度、気流の
速度が１００００℃あるいは３００ｍ／ｓｅｃ以上であ
り、火炎法より一部高いエネルギー密度の大きい熱源で
あるため、融点が２０００℃を越え、耐火性に優れるＣ
ａＯ等の酸化物を効率よく溶融させて、１０Ｉ［１ｆｆ
１以上のコーティング層厚を確保することができるから
である。特に、水プラズマ溶射法は他の熱源より処理量
とランニングコストとの比較では１）１０以下となり、
経済性の点でも極めて有利である。

なお、水プラズマ溶射を行うための装置の構成は、従来
から用いられているガスプラズマ装置と全く同一でよく
、異なるのはプラズマトーチの構造である。このトーチ
では、カーボンで作られた陰極およびＣｕで作られた陽
極の間で発生させる直流アークにより水蒸気を電離して
プラズマジェットを作る。水冷用の水とこのプラズマジ
ェットとの間には隔膜があり、この膜を通りアークによ
り加熱された水蒸気が通過し、直流アークを囲む渦流と
なり、これが電離してプラズマジェットを形成する構造
となっている。

また、溶射施工時には、被覆される内張り壁は５００℃
以ト、望ましくは８００℃以上に温度保持されていなけ
ればならない。５００℃未満では、液滴状に吹付けられ
る溶射材料からこの熱が内張りに吸熱されてしまうため
、接着力の低い多孔質なコーティング層が形成されるた
めに、受綱時のコーティング層の剥離を防止できないと
ともに、溶射材料の付着率も低下するからである。

さらに、内張りのウェアの内部もしくは背面には予め断
熱材を設けて鉄皮からの熱放散を防止する。具体的には
、断熱材の厚さは１０〜３０１ｎＩ１１であることが有
効である。１０ｍｍ未満では断熱による効果はなく　、
３０ｍｍ超では蓄熱損失を大きくするからである。

また、断熱材は、耐火性の材料であることが必要であり
、具体的には熱伝導率が例えば０．５Ｋｃａｌ／ｍ−ｈ
ｒ−”Ｃ以下であるＭｇＯ５ｉｆｔ、八Ｑ２０３−３ｉ
ｆｔ、ＣａＯ−３ｉｎ２系の材料を例示することができ
る。

なお、このような耐火断熱層を設ける方法は何ら制限を
要するものではなく、内張材と同材質系の耐火モルタル
を塗布し、背面側（鉄皮側）ライニングに接着し、乾燥
、予熱すればよい。

すなわち、本発明は、例えば、取鍋においては第１図の
如くにウニアルパーツ間に断熱層を設け、タンデイツシ
ュにおいては、第２図の如くにウェア内面側に断熱層を
設けた状態でコーティング施工すなわち溶射処理を行う
。

また、ウェア層が使用に耐え得る十分な厚さを維持でき
ている間は、当然ながら稼働の途中くりかえし溶射を実
施する。

このようにして、炉材コスト面で有利であると同様に、
熱的にも極めて有効な施工を達成できる。

なお、溶射する耐火粉末としては、純度が９０％以１−
のカルシアクリンカ−（Ｃａｂ）　もしくは石灰石（Ｃ
ａＣＯ，）　　あるいはこれらの混合物を主剤として用
いることが好適である。具体的には電融ＣａＯクリンカ
ー、石灰石あるいは生石灰を用いることが例示される。

コーティング層の耐食性を高めるために、耐火粉末中の
５１０２、へＱ２０３あるいはＦｅ酸化物の含有量は１
０％未満であることが望ましい、詩に、５ｉＯｚは２Ｃ
ａＯ・ＳｉＯ□を生成して粉化し易く、１％以下である
のが望ましい。さらに、本発明にかかる耐火粉末におい
ては、これらカルシウム系主剤にカルシウム系化合物を
添加し、溶射の施工性を向上させることが必要である。

カルシウム系化合物として具体的には、ＣａＰ２（融点
：１３７３　’Ｃ）　、ＣａＣＮｔ（融点：１３００℃
）、ＣａＣｌ２（融点ニア７４℃）　、Ｃａ（ＮＯ３）
ｚ：（融点：５６１’Ｃ）を添加する。

これら化合物の１種もしくは２種以上を混合したものを
１０〜２０％の範囲で前記カルシウム系主剤に添加した
ものを溶射材料として用いることが望ましい。これらに
はいずれも低融点で未溶融の粒子を付着させる効果があ
り、また、熱分解され易く、水プラズマ中で小径のＣａ
Ｏ液滴を生成し、コーティング層の付着性を高めるとい
う性質がある。

したがって、添加量が１０％未満であると添加効果は不
十分であり施工の作業性を低下させるおそれがあり、一
方２０％を越えると、ＮＯｘあるいはハロゲンガスを多
量に発生し、これらがコーティング層中に含まれること
となって、多孔質で脆弱なコーティング層を形成するこ
とになってしまうおそれがあるからである。

さらに、本発明を実施例を用いて詳述するが、これはあ
くまでも本発明を例示するものであり、これにより本発
明が限定されるものではない。

実施例ｌ ＳｉＣ抵抗体を熱源とする電気炉で６５０℃に予熱した
５００ｘ５００　ｍｍの中アルミナ質レンガ壁面（ウェ
ア）に、第１表に示す配合構成の材料を厚さ２５ｍｍま
で水プラズマ溶射し、３０分間熱間保持し、５’Ｃ／ｍ
ｉｎの速度で室温まで冷却して切断加工により、３０Ｘ
７０Ｘ１８０（ｍｍ）のサンプルを得た。

なお、本例はコーティング層の性能評価のためのもので
、耐火断熱層を設けなかったが、加熱後一定温度で施工
しており、同等の機能は確保された状態で溶射を行った
。

第１表 これらのサンプルをるつぼ状に張合わせ、高周波誘導炉
で２５ｋｇの溶鋼を１６５０℃ｌ２ｈｒ保持して侵食テ
ストを行った。結果を第２表にまとめζ示す。

なお、第２表中の比較例の溶射材料は、７０％級アルミ
ナ質レンガである。

第２表 この結果、従来例に比し、本発明に係る溶射層では見掛
気孔率に比して、侵食量は極めて低く、優れた耐食性を
有することが判る。

また、各サンプルの稼動面近傍（〜５　ｍｍ）をエネル
ギー分散型Ｘ線アナライザーで微細構造観察を行った結
果から、骨材間のマトリックス部にＡＱ、Ｓｉの集積（
濃度増加）が見られた。これに対し、従来材では、５ｉ
Ｏｚの溶出が著しく相対的に八Ｑが多いが、大半はＦｅ
と共通した領域に分布してスピネルを形成していた。

実施例２ 次に、壁面の予熱温度とコーティング層の性状との関係
についての調査試験を行った。

ＳｉＣ抵抗体を熱源とする電気炉で均熱した５００Ｘ５
００ｍｍの中アルミナ質レンガ壁面に第１表の配合構成
の■材を、溶射前の壁面の予熱温度を種々変更して水プ
ラズマ溶射し、溶射前の予熱温度と付着量と、得られた
コーティング層の嵩比重とを求めた。なお、供試レンガ
背面に高アルミナモルタルで固定した耐火断熱層を２５
ｍｍ設け、溶射時に炉型源を切り放熱状態とした。粉体
の供給量は３０ｋｇ／ｈｒで一定とした。水プラズマガ
ンの作動条件は、出力３００ｋｗ　、溶射距離２５０　
ｍｍ、ガン走行速度４　ｍ／ｍｉｎとし、厚さ１５ｍｍ
まで被覆される時間を測定した結果を第３図に示す。

この結果、付着率（付着重量／総供給量、但し、５００
℃付着重量比を１として基準とする）は予熱温度５００
℃前後で急激に変化し高温はど良好であり、特に嵩比重
の比較から、予熱温度が低い場合、多孔質で脆弱なコー
ティング層しか得られないことが判る。

したがって、本発明において、施工表面の温度が５００
℃以上であることが有効である。

実施例３ 容量が２．５　ｔｏｎの舟型タンデイノンユと３０ｔｏ
ｎの′Ｆ字型スラブＣＣ用タンデインシュの片側壁面に
本発明Ｑこかかる窯炉内面のコーティング方法を適用し
、アルミキルド鋼を鋳込んだ。築炉施工内容は以Ｆの手
順である。すなわち、通常のソヤモノト系（Ａｔ！、０
．４０％）のパーマを内張すし、内張り母材のウェア部
として約６５ｍｍ厚さで中アルミナ質流込み材（へＱｚ
Ｏ＋　５１％）を内張すし、養生後３００゛Ｃまで昇温
し乾燥させた。

サラに、２．５　ｔｏｎタンデイノンユにおいては、内
壁全面にアルミナ系モルタルで耐火断熱層を設け、５０
０℃まで再昇温させた。用いたボードは厚さ３０ＩＩｌ
１ｗで熱伝導率０．５　ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ−’Ｃ（ａ
ｔ　３５０℃）のもので、ＭｇＯ−へＱｚＯ３質（Ｍｇ
Ｏ：３Ｑ％、ＡＱｚＯｘ：８％、曲げ強度：５５ｋｇｆ
／ｃｍ２）である。５００℃で３ｈｒ昇温後、一方の壁
面に第１表中のＡ材を厚さ１０〜１５ｍｍまで水プラズ
マ溶射した。さらに、もう一方の壁面にＭｇＯ５ｉＯｚ
系繊維を添加したコーテイング材（ＭｇＯ−８６％、Ｓ
ｉＯ□６％）を吹付けし、１１５０’Ｃまで昇温しで、
事例１とした。

一方、３Ｑｔｏｎクンデイツシユにおいては一方の壁面
に上記ボードを施工し、５００　’Ｃに昇熱後、第１表
中のＥ材を溶射施工し、さらにもう一方の壁面にＭｇＯ
−ＣａＯ系材料を火炎溶射した。施工後、直ちに１１５
０℃まで昇温しで、事例２とした。

鋳込回数は各３回とし、侵食状況と介在物の析出状況を
比較した。結果を第３表にまとめて示す。

なお、侵食状況は、鋳込終了後侵食深さ（ｍｍ）と鋳込
１８Ｔｈｌ　（ｔｏｎ）の比を求め、事例１の従来例の
結果（ｍｍ／１ｏｎ）を１００とした指数で示した。ま
た、鋼の清浄度は、ＪＩＳ　Ｇ　０５５５により非金属
介在物量を測定した結果により表示した。

なお、３Ｑｔｏｎタンデインンユでは異なる鋳込日別の
差を比較し、２，５ｔｏｎタンデイノソユでは水プラズ
マ溶射の有無で差を求めた。

第３表からも明らかなように、本発明により、鉄鋼用窯
炉、詩に取鍋あるいはタンデインシュの内張り壁面に耐
食性に優れた、窯炉内面のコーティング方法、具体的に
は、溶射によって内張り耐火物を補強し、溶鋼の清浄度
を従来よりも向上させることが可能な、窯炉内面のコー
ティング方法を提供することができたことがわかる。

（発明の効果） 以上のように、本発明により、コーティング施工された
窯炉は従来法に比較して、受鋼時のコーティング層の剥
離もなく、高融点のＣａＯのコーティング層を形成する
ことができるため、耐食性において著しく優れているこ
とが判る。また、溶射材料である耐火粉末にＣａ系化合
物を添加することにより付着率および付着力を向上させ
ることもできる。

さらに、これにより、溶鋼の清浄度を高めることもでき
る。

かかる効果を有する本発明の意義は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明を実施して得た溶鋼受容
容器の略式断面図； 第３図は、本発明の実施例における、コーティング層の
付着率または嵩比重に及ばず壁面予熱温度の関係を示す
グラフ：および 第４図（ａ）および第４図（ｂ）は、それぞれ従来の溶
鋼受容容器を示す略式断面図であり、第４図（ａ）は取
鍋を、また第４図（ｂ）はタンデイツシュをそれぞれ示
す略式断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶鋼を受容する窯炉内張りにプラズマ溶射するこ
   とによる窯炉内面のコーティング方法であって、予めウ
   ェアの表面もしくは背面に厚さが１０〜３０ｍｍである
   耐火断熱層を設け、施工表面の温度が５００℃以上であ
   る状態で水プラズマを熱源に用いて耐火粉末を溶射する
   ことを特徴とする窯炉内面のコーティング方法。
2. （２）前記耐火粉末は、カルシアクリンカーもしくは石
   灰石あるいはこれらの混合物に、ＣａＦ＿２、ＣａＣＮ
   ＿２、ＣａＣｌ＿２あるいはＣａ（ＮＯ＿３）＿２の１
   種もしくは２種以上のカルシウム化合物を１０〜２０重
   量％添加してなる耐火粉末である請求項１記載の窯炉内
   面のコーティング方法。