JPH04145945A - 窒素酸化物還元用鋼材およびその製造方法 - Google Patents

窒素酸化物還元用鋼材およびその製造方法

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JPH04145945A
JPH04145945A JP2268747A JP26874790A JPH04145945A JP H04145945 A JPH04145945 A JP H04145945A JP 2268747 A JP2268747 A JP 2268747A JP 26874790 A JP26874790 A JP 26874790A JP H04145945 A JPH04145945 A JP H04145945A
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JP
Japan
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steel
steel material
reduction
layer
oxide scale
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JP2268747A
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English (en)
Inventor
Shigeru Tokura
戸倉 茂
Nobuo Otsuka
伸夫 大塚
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

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、火力発電ボイラ、焼結炉、ガラス溶融炉、コ
ークス炉などの固定発生源から排出される窒素酸化物の
還元に対し、ずくれた触媒作用を有すると共に耐久性、
経済性にも優れた窒素酸化物還元用鋼材およびその製造
方法に関する。
(従来の技術) 従来、ボイラ等では排ガス浄化の一環として窒素酸化物
(NOx)の除去処理が行われている。
NOx除去法としてはアンモニア(Nil:l)による
接触還元法が主流であるが、その際用いられる触媒はい
ずれも金属塩がら製造された粉末体であり、これを保持
するための担体を必要とする。現在は主として、TiO
□担体(触媒講座第7巻基本工業触媒反応■講談社(1
985年7月10日発行)参照)もしくはA l 20
3担体(特開平1−159034号公報)に担持された
V2O5触媒が用いられている。従って、この接触還元
法においては、排ガスにN(13を加えるための装置を
設けなければならない。さらに触媒、担体を収納し、そ
の中を排ガスが通過できるように構成した反応器を煙道
内に組み込まなければならないが、この触媒、担体はと
もにセラミックスであるため成形加工が難しく、大きな
設備費を必要とする。
また一般に、触媒および担体は、高温(300〜400
’C)の、亜硫酸ガス(s02)や炭酸ガス(CO2)
等を含みかつ多量のダストを含有する腐食性の強いガス
にさらされるため、触媒活性が優れていることに加え、
機械的強度、耐高温腐食性、耐摩耗性等にも優れている
ことが必要である。しかし、従来開発されている触媒は
これらの点を十分に満足しておらず、そのため、燃焼方
法を改善してNOxの発生を抑える燃焼制御法と、前述
の接触還元法による排ガス中のNOx除去とを併用して
、排出されるNOxを低減させているのが現状である。
(発明が解決しようとする課題) 現用(D T i O2を担体とするv205触媒(V
205/Ti0z触媒)は90%以上の高い脱硝率を有
する高性能触媒であるが、ボイラの排ガスは通常多量の
ダストを含むため、ダストによる触媒の摩耗、1員傷並
びにダストの主成分であるアルカリ金属酸化物の(=1
着による活性の劣化等の問題点を有している。特に、石
炭焚きボイラの場合のようにダスト分の多い排ガスの場
合には、触媒に耐摩耗性を付与するため、成形法や担体
基材の横側等を含め、種々の対策が講じられている(前
掲の触媒講座第7巻参照)。
しかしながら、担体として、耐SOx性に優れるTiO
□を主として使用する必要があるため、耐摩耗性の向上
には限界がある。そのため、ダストによる摩耗、ダスト
の付着による活性の劣化を防ぎ得ず、3〜6年毎に触媒
を交換する必要があり、コストが嵩むという問題がある
。TiO7は、セラミックスであるため本質的に機械的
衝撃に弱いという欠点もある。
また、ボイラの起動および停止時には脱硝装置の触媒反
応器中を流れる排ガス流が変動するが、ガス流の変動が
激しい場合には触媒同士が接触し、摩耗、損傷する場合
がある。従って、触媒の担体としては、本質的に脆いセ
ラミックスなどではなく、耐SOx性に優れた安価で強
靭な鉄鋼材料を用いることができれば最良と考えられる
が、従来の技術では安価な鉄鋼材料の表面に触媒活性の
大きい成分を密着性よく付着させる技術は未だ確立され
ていない。
本発明は、上記の問題に鑑み、安価で強靭な材料を触媒
の担体としてJ!11い、その表面に触媒活性の大きい
成分が密着性よく形成されている鋼材およびそのような
鋼材の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丁段) 本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討を
重ねた結果、鋼表面に生成した酸化スケールの一部、も
しくは全部を還元性雰囲気で還元すると、還元により生
じた鋼中成分の金属微粒子が表面に露出した状態になり
、この金属微粒子の存在する表面が優れたNOx還元用
触媒として作用することを見いだした。
本発明はこの知見に基づいてなされたもので、その要旨
は下記■の窒素酸化物還元用鋼材および■のその鋼材の
製造方法にある。
■ 表面に、金属微粒子の層が形成されていることを特
徴とする窒素酸化物還元用鋼材。
■ 鋼材表面に、酸化スケール層を形成させ、次いでこ
の酸化スケール層に対して還元処理を施すことを特徴と
する前記■記載の窒素酸化物還元用鋼材の製造方法。
第1図は前記■の発明の窒素酸化物還元用鋼材の断面の
一例の模式図である。同図においで、1は母材、2は母
材1の表面に形成されている酸化スケール層、3は酸化
スケール層2の一部が還元されて生じた金属微粒子の層
である。酸化スケール層2の全部が還元されて、母材l
の表面に直接金属微粒子層3が存在する状態であっても
よい。
母材1とは、鉄系材料で、炭素鋼、低合金鋼、フェライ
ト系高クロム鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等、お
よびこれらの鋼の表面にTi、■、Nb、、Cr、 M
n、 W、 Ta、へl、Si等の金属元素を、例えば
従来用いられている粉末浸透法により拡散浸透させた材
料であって、管、棒、板などの構造部材をいう。
酸化スケール層2は鋼材の組成によってその組成が異な
り、例えば炭素鋼や低合金鋼ではFezO,。
やFe+04を主体とするスケールが、また、オーステ
ナイト系ステンレス鋼ではFeの酸化物の他にCrz(
hやNiOも生成する。また、拡散浸透処理により鋼表
面に■やTi等の金属を拡散浸透させた材料では、それ
らの金属の酸化物が生成する。
酸化スケール層2の表面に形成されている金属微粒子層
3は、酸化スケール層2の組成に応して異なるFe、 
Ni、 Cr等の微粒子であって、排気ガス気相との接
触面積を多くする点から粒径は小さければ小さいほど好
ましいが、酸化−還元処理υ−9で得られる粒径は数百
人〜lltm程度である。
前記■の発明は、■の窒素酸化物還元用鋼+1を製造す
る方法である。
鋼材の表面に酸化スケール層を形成さ−lるための酸化
処理方法としては、大気中あるいは水蒸気中で加熱する
等、通常行われる処理方法を用いればよい。具体的には
、耐高温酸化性に劣る炭素鋼や低合金鋼については、5
00〜700°CXI〜5時間の比較的低温・短時間の
、また耐高温酸化性に優れる高合金鋼については、70
0〜]000°C×1〜10時間の比較的高温・長時間
の大気中加熱で所要の酸化スケールを生成させることが
できる。
酸化スケール層に還元処理を施して金属微粒子の層を生
成させるには、処理雰囲気を11□やCO等の還元性ガ
スを用いてコン1−ロールし、加%Hすればよい。この
場合、NiやFe等の比較的還元され易い酸化物につい
ては、例えばI+ 2 / II□0(気体)−10/
1(体積比)のような露点の高い1]2雰囲気中で60
0〜800°Cに、また、Crや1等の還元され難い酸
化物については、露点を十分低くした112雰囲気中で
800〜1000°Cにそれぞれ加熱するごとによって
、それらの金属粒子を生成させることができる。
(作用) 本発明の窒素酸化物還元用鋼材は、その表面に酸化スケ
ールの還元により生成した金属微粒子が形成されており
、それによってNOx還元触媒機能が付与される。なお
、鋼表面に生成させる酸化スケールは極く薄くてよく、
その厚さは特に限定する必要はない。何故なら、触媒反
応に寄与する金属微粒子は、排ガスと接触する鋼の最表
面にある金属微粒子であるからである。
酸化スケールの安定性は使用する鉄鋼材料の種類によっ
て大きく異なるため、前記のように、酸化処理温度およ
び時間は材料に応して異なる。還元処理によって鋼表面
に露出する金属微粒子も、用いる鉄鋼材料の組成によっ
て異なる。例えば炭素鋼、低合金鋼では、Fe微粒子が
主体であるが、ステンレス鋼ではFeだげでなく、旧、
Cr等の金属微粒子も形成させることができる。また拡
散浸透処理と組み合わせて、■やTiのような通常鉄鋼
+A料にはあまり含まれていない金属の微粒子を優先的
に多量に形成させるこ七もできる。この拡散浸透処理材
を対象とする場合は、前記第1図の母材1と酸化スケー
ル層2の境界に拡散浸透金属の合金層が介在するので、
拡散浸透処理を行わない場合に比べ酸化スケール層の密
着性が良好になる。
工場や発電所のボイラ排ガス中のNOxを除去するため
に本発明の窒素酸化物還元用鋼材を使用する際は、これ
らの鋼材、すなわち仮、管等を煙道内に取り付け、これ
ら板、管等の表面が排ガスと十分に接触するように構成
してやればよく、従来のような高価な反応器を煙道内に
組の込む必要はなくなる。また現状の脱硝装置内のハニ
カム型セラミックス触媒の代わりに、本発明の鋼製細径
チューブの束を取り付けることにより、十分な脱硝性能
が得られ、かつ耐SOx性、耐摩耗を向上させることが
できる。
(実施例1) 市販の炭素tliil (STB42)、低合金鋼(S
TBA24)、フェライト系ステンレスm(sus4]
0)、オーステナイト系ステンレス鋼(S11S304
)および5TBA24にTi、 MnあるいはZrを、
また、5US304に■、Cr、、NbあるいはANを
それぞれ拡散浸透させた管(直径40mm、長さ600
 mm、肉厚8 mm)に対し、第1表に示すような条
件で酸化処理および還元処理を施した。なお、拡散浸透
処理では鋼材を(拡散させる金属粉末80wt、%−A
 l 20a20wt0%−Nl14CIV、2wt、
%(ただし、Nll4tlは金属粉末とA E zCh
の総量に対する比)〕の組成の拡散剤中に埋め込み、1
(2雰囲気中1050°Cで10時間加熱する処理を行
った。
この管をNOx還元試験用管4として第2図に示す試験
装置に取り付け、NOxを含む混合ガスを流した。次い
でヒーター5により加熱し、所定の温度でN113ガス
を添加し、管4通過後のNOx量を測定した。混合ガス
の組成を第2表に示す。なお、比較のため、従来の技術
の市販VzOs/TiO□触媒、酸化処理のみを施した
5TB42(No、12)と5tlS304 (No、
]3)および無処理の5LIS304 (No、14)
についても同様の試験を行った。
測定結果を第1表に併せて示す。本発明例においてはい
ずれの場合も市販のVJs/TiO□触媒と同様に20
0°C以上で高い脱硝率を示した。
1;)冒 (実施例2) 実施例1で用いた酸化処理および還元処理を施したオー
ステナイト系ステンレス鋼(sus304)の管に対し
て第3表に示す条件でフライアッシュによる高温摩耗試
験を行った後、これをNOx還元試験用管として第2図
の装置に取り付け、実施例1と同じ条件でNOx還元試
験を行った。
測定結果を第4表に示す。本発明例(SUS304)で
は高温摩耗試験後もきわめて高い脱硝率を示した。
第 表 (発明の効果) 本発明の鋼材は、良好なNOx還元機能を有し、従来の
セラミックス担体に担持された触媒に比べ、耐摩耗性に
優れる。この鋼材は、鋼板、鋼管等の表面に酸化スケー
ルを形成させた後還元処理を施す本発明方法により容易
に製造することが可能で、実用的価値は非常に太きU′
)。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の窒素酸化物還元用鋼材の断面の拡大
模式図である。 第2図は、実施例で用いたNOx還元試験装置の構成を
示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)表面に、金属微粒子の層が形成されていることを
    特徴とする窒素酸化物還元用鋼材。
  2. (2)鋼材表面に、酸化スケール層を形成させ、次いで
    この酸化スケール層に対して還元処理を施すことを特徴
    とする請求項(1)記載の窒素酸化物還元用鋼材の製造
    方法。
JP2268747A 1990-10-05 1990-10-05 窒素酸化物還元用鋼材およびその製造方法 Pending JPH04145945A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111266597A (zh) * 2020-03-23 2020-06-12 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 金属钒粉的制备方法

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