JPH10182255A - 耐火物の火炎溶射補修材料およびその補修方法 - Google Patents

耐火物の火炎溶射補修材料およびその補修方法

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JPH10182255A
JPH10182255A JP8343726A JP34372696A JPH10182255A JP H10182255 A JPH10182255 A JP H10182255A JP 8343726 A JP8343726 A JP 8343726A JP 34372696 A JP34372696 A JP 34372696A JP H10182255 A JPH10182255 A JP H10182255A
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JP
Japan
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flame
refractory
repair
sio
sprayed
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JP8343726A
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English (en)
Inventor
Yasumasa Fukushima
康雅 福島
Etsuro Udagawa
悦郎 宇田川
Masato Kumagai
正人 熊谷
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温域でも軟化せず、内壁耐火物との接着性
がよく、かつ耐スポーリング性に優れる溶射補修層、補
修材料およびその補修方法を提供する。 【解決手段】 主要化学組成が重量%で、70<SiO2<8
5、10≦(Al2O3 +MgO )≦30、かつ 0.9≦(Al2O3 /M
gO )≦3.0 の範囲にある耐火物の火炎溶射補修材料を
使用する。また、耐火性酸化物粉体に、易被酸化性金属
を30重量%以下混合した火炎溶射補修材料を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業用炉の内壁を
熱間状態で補修する火炎溶射補修材料およびその補修方
法に関し、さらに詳しくは、SiO2(シリカ)、Al2O
3 (アルミナ)、MgO(マグネシア)を主要成分とする
耐火物で形成された熱間状態のコークス炉、高炉、製鋼
窯炉等の内壁損傷部に、耐火物粉末、また、それと金属
との混合物を、噴射ノズルを用い火炎溶射補修する火炎
溶射補修材料およびその補修方法に関する。
【0002】
【従来の技術】工業用炉、特に製鋼設備のコークス炉、
高炉、製鋼窯炉等の築炉構造物は、乾留石炭、溶銑、溶
鋼、スラグ等の溶融物質を内部に保持するので、内壁に
使用される耐火物は通常1000℃以上の温度にさらされ、
さらにコークスの押し出し、溶銑・溶鋼の注湯、貯留、
排出等を行う際には、それら内壁の耐火物の温度は著し
く変化する。
【0003】したがって、それら内壁の耐火物は、単に
溶融物が浸潤して溶損するだけでなく、熱スポーリング
による亀裂や剥離等の損傷が発生する。このため、種々
の損傷要因に対処するため、設計あるいは築炉段階にお
いては、適切な材質の耐火物を選択する必要があるが、
一炉代の延命を図るためには、稼働期間の中間段階で補
修することが重要になっている。
【0004】この補修方法として、耐火物損傷部に熱間
で補修材料を吹き付ける火炎溶射補修が行われている。
火炎溶射補修は、修復すべき内壁耐火物とほぼ同様な組
成である補修用耐火物粉体、あるいはそれと易被酸化性
金属との混合物を火炎溶射補修材料とし、耐火物粉体は
可燃ガスの燃焼熱により溶融し、また易被酸化性金属は
それ自身の燃焼によって発熱して酸化物となり耐火物粉
体と共に耐火物損傷部の表面に溶射補修層を形成して行
う。
【0005】特に、コークス炉は連続操業のため、改修
時以外は炉温を下げることができず、熱間での補修が必
須であり、火炎溶射補修の施工が有効である。火炎溶射
補修方法は、例えば特公平2−45110 号公報に示される
ように、粉末状の耐火性酸化物と易被酸化性金属を、可
燃性物質及び可燃性ガスに混合し支燃性ガス中に供給
し、燃焼火炎の熱によりその耐火性酸化物を溶融し、ま
た易被酸化性金属を溶融、酸化して、瞬時に炉の内壁の
損傷部に吹き付けて内壁耐火物表面で凝固させ溶射補修
層を形成する乾式方法である。
【0006】このように溶射補修層は一度溶融して補修
層を形成するので、従来の湿式吹き付け法、すなわちあ
らかじめ水分と吹き付け材を混合し泥漿化した材料をタ
ンクから吹き付ける方法で得た耐火物に比べ、緻密で均
質なので、使用に際して高品質を保ち、耐用性が格段に
高いという特徴を有している。このような火炎溶射補修
方法に使用される溶射材料としては、例えば特公昭61−
4790号公報に示されるように、シリカ(SiO2)45〜70重
量%、アルミナ(Al2O 3 )15〜40重量%、マグネシア
(MgO )10〜25重量%とからなるSiO2−Al2O3 −MgO 系
溶射材料がある。この溶射材料の特徴は、炉壁れんが上
にコーディエライト(2MgO ・2Al2O3 ・5SiO2)の溶
射補修層を形成するので、その溶射補修層が低融点のた
めに溶射材料の接着歩留りが高く、かつ溶射補修層の熱
間接着強度及び曲げ強度も従来の溶射補修層と比較して
遜色なく、かつコーディエライトの熱間熱膨張率が従来
材料の1/2〜1/4と低いために耐スポーリング性が
向上したという点にある。
【0007】しかしながら、この方法では溶射補修層が
低融点であるため、コークス炉内壁の最高温度が1300℃
なので溶射補修層が軟化する欠点がある。コークス炉で
は、コークスの排出の際に炭化室内のコークスを片側の
側壁から反対の側壁まで、押し出し機により数mから数
十m押し出すため、炉壁とコークス、押し出し機との接
触により炭化室内壁の摩耗が生じ、その際に溶射補修層
が軟化してしまうと押し詰まり等の工程トラブルが生じ
るという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の問題
に鑑み、コークス炉の高温稼働温度域でも軟化せず、内
壁耐火物との接着性がよく、かつ耐スポーリング性にも
優れる溶射補修材料及びその補修方法を提供するために
なされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために様々な組成の溶射材料について検討、
試験を重ねた結果、下記の手段に想到した。すなわち、 (1) 耐火性酸化物粉体の混合粉からなる火炎溶射補修材
料であって、該補修材料がSiO2、Al2O3 、MgO からな
り、これら酸化物が重量%で、70<SiO2<85、10≦(Al
2O3 +MgO )≦30、かつ 0.9≦(Al2O3 /MgO )≦3.0
の範囲にあることを特徴とする耐火物の火炎溶射補修材
料。
【0010】(2) 上記(1) 記載の火炎溶射補修材料にさ
らに金属シリコン、金属アルミニウム、金属マグネシウ
ムおよびそれらの合金のうち1種類もしくは2種類以上
を合計で30重量%以下になるように添加した耐火物の火
炎溶射補修材料。 (3) 上記(1) 記載の火炎溶射補修材料を用いて、SiO2
Al2O3 、MgO が重量%でつぎの範囲に入る火炎溶射補修
層。
【0011】70<SiO2<85、10≦(Al2O3 +MgO )≦3
0、かつ 0.9≦(Al2O3 /MgO )≦3.0 (4) 上記(2) に記載の火炎溶射補修材料を可燃性ガスと
共に酸素含有支燃性ガス気流中に噴射して、炉内壁面に
上記(3) 記載の耐火物の火炎溶射補修層を形成する耐火
物の火炎溶射補修方法。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明によれば、溶射補修層の鉱
物相をクリストバライトやトリジマイトといったシリカ
相及びコーディエライト相とすることができ、このため
コークス炉稼働温度域でも軟化せず、しかも内壁耐火物
との接着性がよく、熱膨張率も内壁耐火物とほぼ同じで
あるので、緻密な溶射補修層を形成することができる。
【0013】コーディエライトはその融点が1545℃と高
温であるが、コーディエライトの初晶温度はSiO2−Al2O
3 −MgO 系状態図より1345℃であり、また初晶温度の化
学組成は状態図よりSiO2:Al2O3 :MgO =62:18:20で
ある。この初晶温度の化学組成点に近いコーディエライ
ト組成は初晶温度での液相生成率が高い。しかし、現実
には溶射材料中には必ず不純物が混入しているため、初
晶温度以下で液相が生成してしまう。そのために初晶温
度以下でも軟化が生じる。その結果、コーディエライト
を主要成分とする溶射補修層ではその溶射材の不純物に
影響され、その軟化温度は1300℃以下になることもあ
り、コークス炉の稼働温度域内で軟化してしまう。
【0014】そこで、不純物の影響によって液相生成が
増加しないように、その初晶温度の化学組成よりも遠く
し、SiO2が析出するような化学組成にすることにより、
初晶温度での液相生成率を低下させ、その軟化温度を高
めることができる。しかしながら、SiO2が多すぎると軟
化温度が上昇する一方、溶射時に凝固した溶射補修層に
ガラス化したSiO2相が多くなってしまう。このため、コ
ークス炉の稼働温度域内でガラス→結晶の相変態が起こ
るため、その時体積膨張が生じ、溶射補修層と内壁耐火
物との膨張率の相異による溶射補修層は剥離・落下して
しまう。
【0015】SiO2の含有量を、70<SiO2<85と定めたの
は上記の理由による。すなわち、SiO2を70重量%以下と
すると初晶温度での液相生成率が大きくなり、溶射補修
層の軟化温度が低下してしまう。一方、SiO2を85重量%
以上とすると溶射補修層中でガラス化したSiO2相が多く
なり、コークス炉の稼働温度域内でガラス→結晶の相変
態が起こるため、その時体積膨張が生じ、溶射補修層と
内壁耐火物との膨張率の差異により溶射補修層は剥離・
落下してしまう。
【0016】Al2O3 とMgO の比率を 0.9≦(Al2O3 /Mg
O )≦3.0 としたのは、 0.9よりも小さければ、溶射補
修層の鉱物層にSiO2、コーディエライトの他にフォルス
テライト(2MgO ・SiO2)が析出してしまうためであ
る。このフォルステライトは熱膨張率の大きな物質であ
るために、コークス炉の稼働時の炉内温度の上昇降下の
際に内壁耐火物の膨張率の差異による溶射補修層は剥離
・落下してしまう。
【0017】また、Al2O3 とMgO の比率を(Al2O3 /Mg
O )≦3.0 としたのは、 3.0よりも大きければ、溶射補
修層の鉱物層にSiO2、コーディエライトの他にムライト
(3Al2O3 ・2SiO2)が析出してしまうためである。こ
のムライトも熱膨張率の大きな物質であるために、フォ
ルステライトの場合と同様に内壁耐火物との膨張率の差
異により溶射補修層は剥離・落下してしまう。
【0018】溶射補修層中のAl2O3 とMgO については、
SiO2との3元系においてSiO2相、コーディエライト相を
形成する程度存在すれば良いため、(Al2O3 +MgO )で
10以上、30以下の範囲が好適である。本発明において、
溶射補修材料として使用する耐火性酸化物粉体について
は、けい石、アルミナ、マグネシア、スピネル、フォル
ステライト、ろう石、シャモット、シリマナイト、ムラ
イト等、シリカ(SiO2)相及びコーディエライト(2Mg
O ・2Al2O3 ・5SiO2)相の成分を構成するものをいず
れか1種類以上の金属を含むことで良い。これらを混合
した混合物が請求項1に示す成分組成のものを使用して
溶射補修することにより、請求項3に示す溶射補修層を
形成することができる。
【0019】また、易被酸化性金属については、Si、A
l、Mg、MgAl等、SiO2及び2MgO ・2Al2O3 ・5SiO2
成分を構成するものをいずれか1種類以上を含めば良
い。この易被酸化性金属は火炎溶射する際に、酸化発熱
して溶射補修材料の溶融に寄与すると共に、それ自身が
酸化物として溶射補修層の一部となる。易被酸化性金属
は酸化して溶射補修層を形成するので、易被酸化性金属
が酸化した酸化物と耐火性酸化物粉体と混合したときの
各酸化物の重量%が請求項3の範囲に収まるように易被
酸化性金属の配合を決めることができる。
【0020】溶射補修材料の中にこれら易被酸化性金属
を30重量%超配合すると酸化発熱量の増加によって溶射
補修層の緻密性、内壁耐火物への接着性は向上するもの
の溶射補修材料の着火性が高くなり、溶射補修操作中の
搬送配管の圧力変動による逆火などの危険性が増すとと
もに、かつこれら金属はコスト的にも高いため溶射補修
材料費の増加を招くので、配合上限は30重量%とする。
【0021】また、耐火性酸化物粉体の粒径は好ましく
は 1.0mm以下とすることにより、溶射補修層の緻密性、
補修すべき内壁耐火物への接着性がさらに向上する。易
被酸化性金属の粒径は好ましくは 0.5mm以下とすること
により、易被酸化性金属の燃焼を促進でき、溶射補修層
の緻密性、補修すべき内壁耐火物への接着性がさらに向
上する。
【0022】以上、本発明によれば、コークス炉稼働温
度域でも軟化せず、しかも内壁耐火物との接着性が良
く、両者の熱膨張率の差異がなく、緻密な溶射補修層を
形成することができる。
【0023】
【実施例】表1に示した組成の溶射補修材を、溶射速
度:50kg/h、プロパン流量:10Nm3/h 、酸素流量:100N
m3/hの溶射条件に従って、内壁温度 750℃のけい石耐火
物に溶射し溶射補修層を形成した。耐火物−溶射補修層
の接着強度は、いずれも1200℃でせん断試験して求めた
が、熱処理前では溶射補修層にガラス相が存在し、熱処
理後ではそれらが結晶化していた。また、熱膨張係数は
コークス炉稼働温度域700〜1300℃の平均値である。
【0024】表1に示すように、実施例は比較例と比較
して、クリストバライト、トリジマイト、コーディエラ
イトの3鉱物相のみが析出した溶射補修層では軟化温度
が高く、接着強度や気孔率が優れている他、溶射補修層
の熱膨張係数がコークス炉炭化室耐火物の熱膨張係数
(1×10-5 1/K)とほぼ等しくなるため、コークス炉稼
働中の炉内温度変化に対して、内壁耐火物と溶射補修層
が同様に膨張、収縮するために、剥離、落下の心配がな
い。また、金属粉末を添加した場合でも、耐火物粉末の
みの場合と同等の結果が得られた。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】工業用炉の内壁を熱間補修する火炎溶射
技術において、本発明によると炉の稼働温度域において
も軟化することなく、内壁耐火物との接着性が良く、か
つ熱膨張率の差異がほとんどない、耐スポーリング性の
優れる、緻密な溶射補修層が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例および比較例の溶射材料組成を示した3
元状態図。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐火性酸化物粉体の混合粉からなる火炎
    溶射補修材料であって、該補修材料がSiO2、Al2O3 、Mg
    O からなり、これら酸化物が重量%で、 70<SiO2<85、 10≦(Al2O3 +MgO )≦30、 かつ 0.9≦(Al2O3 /MgO )≦3.0の範囲にあることを
    特徴とする耐火物の火炎溶射補修材料。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の火炎溶射補修材料にさら
    に金属シリコン、金属アルミニウム、金属マグネシウム
    およびそれらの合金のうち1種類もしくは2種類以上を
    合計で30重量%以下になるように添加した耐火物の火炎
    溶射補修材料。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の火炎溶射補修材料を用い
    て、SiO2、Al2O3 、MgO が重量%でつぎの範囲に入る火
    炎溶射補修層。 70<SiO2<85、 10≦(Al2O3 +MgO )≦30、 かつ 0.9≦(Al2O3 /MgO )≦3.0
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の火炎溶射補修材料を可
    燃性ガスと共に酸素含有支燃性ガス気流中に噴射して、
    炉内壁面に請求項3記載の耐火物の火炎溶射補修層を形
    成する耐火物の火炎溶射補修方法。
JP8343726A 1996-12-24 1996-12-24 耐火物の火炎溶射補修材料およびその補修方法 Pending JPH10182255A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006098029A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Kurosaki Harima Corp 工業窯炉補修用溶射材

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006098029A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Kurosaki Harima Corp 工業窯炉補修用溶射材

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