JPH0791120B2 - シリカ質炉壁補修用溶射材料 - Google Patents
シリカ質炉壁補修用溶射材料Info
- Publication number
- JPH0791120B2 JPH0791120B2 JP63039116A JP3911688A JPH0791120B2 JP H0791120 B2 JPH0791120 B2 JP H0791120B2 JP 63039116 A JP63039116 A JP 63039116A JP 3911688 A JP3911688 A JP 3911688A JP H0791120 B2 JPH0791120 B2 JP H0791120B2
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- JP
- Japan
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- silica
- powder
- spray material
- repair
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- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
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、煉瓦の剥離等の局部的な
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。
中に発生する目地切れ、亀裂、煉瓦の剥離等の局部的な
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、およびタンディッ
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。
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O2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。
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O2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、
テルミッ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。
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、
テルミッ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。
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響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。
用過程においてスラグ成分の影響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
耐火物組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（SiO2）相の粉体が適当との結
論に至った。
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
耐火物組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（SiO2）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: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、Al量を多くすると溶射後変質過程でムラ
イト（3Al2O3・2SiO2）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
クラックが発生し易く、耐用性が劣っていた。
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: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、Al量を多くすると溶射後変質過程でムラ
イト（3Al2O3・2SiO2）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
クラックが発生し易く、耐用性が劣っていた。
また、とくにCa−Si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、2C
aO・SiO2となり易く、Al粉が多い場合には、Al2O3−CaO
−SiO2系で低融点化し易くなり、耐食性が劣る。
金属相は酸化変質の過程で溶融スラグと接触すると、2C
aO・SiO2となり易く、Al粉が多い場合には、Al2O3−CaO
−SiO2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
な場合が多く、溶射施工に多大な労力を要する。一方、
耐火骨材中のAl2O3分とAlに起因するAl2O3分の生成量の
点で、施工後の変質過程でムライト量の偏析が生ずる場
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。
方で、施工後の耐用性を確保するための配合調整が困難
な場合が多く、溶射施工に多大な労力を要する。一方、
耐火骨材中のAl2O3分とAlに起因するAl2O3分の生成量の
点で、施工後の変質過程でムライト量の偏析が生ずる場
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、本発明者は溶射後の施工能率を高め、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、Al/Mgが重量比で80/20〜20/80のAl
−Mg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SiO2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SiO2の方が付着率の点
で有利であった。
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、Al/Mgが重量比で80/20〜20/80のAl
−Mg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SiO2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SiO2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SiO2に対し反応性に富み、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。
く、主成分のSiO2に対し反応性に富み、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。
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的変質で
よく分散されてムライトが生成するには、総Al2O3量が2
0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SiO2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SiO2の方が有利である。
よく分散されてムライトが生成するには、総Al2O3量が2
0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SiO2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SiO2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。
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。AlもしくはMg量が
80重量％を超えると付着率は高まるが、SiO2−Al2O3系
化合物の偏在が多く所期の目的を達しない。あるいは、
MgO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。
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。AlもしくはMg量が
80重量％を超えると付着率は高まるが、SiO2−Al2O3系
化合物の偏在が多く所期の目的を達しない。あるいは、
MgO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、15重量
％を超えると溶射体全体の融点が低くなるが、酸化過程
でSiO2との反応が進み、耐火性が著しく低下するからで
ある。
い。２重量％未満では、付着率の低下が著しく、15重量
％を超えると溶射体全体の融点が低くなるが、酸化過程
でSiO2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50〜150μｍ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SiO2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。
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SiO2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、SiO2粒子に適正量、適正粒のAl−Mg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。
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。
溶融石英、珪石、ロウ石を耐火性酸化粒子に用い、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 の片側側面に15〜20mm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。
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 の片側側面に15〜20mm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。
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とした指数で比較表示した。
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とした指数で比較表示した。
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。
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が重量比で80/20〜20/80の
Al−Mg合金粉を２〜15重量％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くく、効率良
く施工が行える。
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
Al−Mg合金粉を２〜15重量％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くく、効率良
く施工が行える。
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。
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)
- 【請求項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50〜150μ
ｍで、Al/Mgが重量比で80/20〜20/80のAl−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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63039116A JPH0791120B2 (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | シリカ質炉壁補修用溶射材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63039116A JPH0791120B2 (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | シリカ質炉壁補修用溶射材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01215768A JPH01215768A (ja) | 1989-08-29 |
| JPH0791120B2 true JPH0791120B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
ID=12544111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63039116A Expired - Lifetime JPH0791120B2 (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | シリカ質炉壁補修用溶射材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791120B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7179526B2 (en) | 2002-08-02 | 2007-02-20 | 3M Innovative Properties Company | Plasma spraying |
| CN108238808A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-07-03 | 武汉重远炉窑工程技术服务有限公司 | 硅质不定型耐火材料热补料 |
-
1988
- 1988-02-22 JP JP63039116A patent/JPH0791120B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01215768A (ja) | 1989-08-29 |
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