JPH0156831B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は耐火ブロツク及び例えば溶鉱炉や焼
成炉または加熱炉に使用する他の基材を補修する
方法及び装置に関する。

耐火ライニング、例えば炭化炉、特にコークス
炉または金属処理炉、取鍋、キルン、ソーキング
ピツト及び燃焼室における煉瓦積み、または被覆
は非常な高温度で課せられる磨耗、荷重及び応力
により腐食または亀裂を生ずる。このような炉を
その場で補修することが望ましいことは長年にわ
たつて知られてきた。炉は作動温度よりはるかに
低い温度に放冷させないことが多くの場合に重要
である。さもなければ重大な損傷が生じてしばし
ば炉の完全な損失を生ずる。この問題を解決する
ために溶射法として知られる技術が確立され、こ
の技術はランスから溶融または焼結した耐火材料
粒子を炉中の補修を必要とする壁区域へ吹付け、
前記粒子をそれらの補修個所へ蓄積させることか
らなる。英国におけるこの技術の最初の方式は酸
素中でシリカの粉末を運び、ランスの先端で燃料
としてのアセチレンを供給することからなる方式
であると信じられる。この方式は補修が極めて遅
く、有意量の耐火性材料が蓄積するのには長時間
を要し、かなりの危害があることが理解されよ
う。これらの危害については以下に一層詳細に述
べる。

特許文献により多くの提案がされているが、工
業的状態または稼動状態にさえ到達したものは、
あつたとしてもそれらのうちの幾つかにすぎな
い。英国特許第1151423号は燃料ガス流中に耐火
粉末を同伴させ、次にこの燃料ガスを酸化性ガス
により燃焼するためにバーナーに送ることからな
る先行技術の提案を説明している。そしてこの英
国特許第1151423号は耐火粉末を輸送するために
圧縮ガスを使用する代りに粉末を液体燃料、好適
には軽質燃料油中で輸送している。主として装置
に関するものであるが、他の提案は英国特許第
991046号においてされ、この特許は耐火粉末材料
を酸素中で輸送し、燃料ガスとしてプロパンをこ
れに供給することを提案している。

先行技術における提案のうちで僅かに異つた試
みは容易に酸化される金属元素を使つて耐火粉末
を融解するのに必要な熱の全部または一部を供給
することである。米国特許第2741922号はマグネ
シウム、アルミニウムまたはケイ素のような元素
とMgO、Al₂O₃またはSiO₂のような不活性耐火
充填材との混合物を酸化することによつて耐火材
料の造形体の形成に関するものである。便宜に
は、このような元素の酸化反応生成物はそれら自
体が耐火酸化物であることである。更に最近にな
つて、英国特許第1330894号及び第1330895号は溶
射装置及び非常に小平均粒径（50μｍ以下）の容
易に酸化される元素と少くとも１種の他の物質と
を使用する方法に関するものである。粉末混合物
は好ましくは酸素富化空気中を、更に好ましくは
酸素中をランスに運ばれ、ランスから噴射後に粉
末混合物は着火される。非常に多くの実験研究の
後で酸化性元素は平均粒子径が30μｍ以下、好ま
しくは10μｍ以下でなければならないことが知見
されたと云われる。このような小粒子径、従つて
付随する大比表面積は迅速な酸化及び前記他の物
質の融解または表面部の融解のための熱の放出を
促進する。この方法及び装置には偶発事故の危険
があると云われ、従つて、もし逆火の危険がある
なら安全状態を確立するための自動安全装置付き
装置を使用するのが好ましい。さて今やこの種の
危険が極めて現実的なものであることが判明し
た。酸素中でのこの種の混合物の火焔伝播速度は
普通のガス速度よりかなり大きいから、逆火は常
に存在する危険である。更に、酸化性元素の粒子
径が非常に小さいことは、非常に広比表面積であ
るために逆火の危険が増大するのに加えて、ラン
スの先端から粒子が放出されるのに比して非常に
早期に着火されるという結果を生ずる。この早期
の着火はランスの先端上または先端内で耐火材を
生成させ、ガスの流れを閉塞するに至る。この方
法及び装置は工業的使用を可能にするものである
が、専問家の、経験あるチームのオペレータを使
用しているにも拘らず補修作業がしばしば逆火状
態の生成により、またランスの閉塞により中断さ
れることが判明した。

この発明は上述の欠点を解決した方法及び装置
を提供するものである。従つて、この発明は細か
く分割した耐火酸化物と、燃焼して容易に耐火酸
化物を生ずる一種またはそれ以上の細かく分割し
た金属または半金属元素との混合物を比較的不活
性ガスによつて部分または完全流動状態において
貯槽中に保持し、前記混合物を比較的不活性なキ
ヤリヤガスのジエツト流中同伴させることによつ
て前記混合物を前記キヤリヤガス流中に計量導入
し、キヤリヤガス中に分散した混合物をランスに
供給し、前記混合物の出口の近くでランスに充分
な酸素を供給して混合物中の元素を燃焼させるこ
とからなる、耐火材料の溶射法を提供するもので
ある。

この発明はまた、耐火材料の貯槽、前記材料を
前記貯槽中で部分または完全流動状態となすため
の手段、前記材料を比較的不活性なキヤリヤガス
のジエツト流中に同伴させることによつて前記貯
槽から前記材料を計量供給するための手段、混合
物をランスに運ぶための手段、及びキヤリヤガス
中の前記材料の出口近くでランスに酸素を供給す
るための手段を備えてなる、耐火材料の溶射装置
をも提供するものである。

キヤリヤガスのジエツト流は材料貯槽に設けら
れた軸方向が心合わせされた導入配管及び排出配
管の間に放出され、これらの配管は好ましくは貯
槽の底部の上部に取付けられ、好ましくは実質上
貯槽の中心に設けられる。装置のオペレータの要
求によつてキヤリヤガス中への材料の同伴導入量
（取入量）を変化させるために導入配管と排出配
管との間の間隙を調節できることが特に好まし
い。しかし、ジエツト流を供給するための他の配
列も使用でき、これらのうちには、特に、ジエツ
ト流に直角に１個所またはそれ以上の個所で耐火
材料を供給するベンチユリー装置が含まれる。こ
のようなベンチユリ装置は貯槽の外部に取付けら
れる。

比較的不活性なキヤリヤガス中に運ばれた材料
はランスに直接供給してもよいが、それをランス
に供給する前に材料／ガス混合物を比較的不活性
なガスの第２の供給ガスと混合するのが好まし
い。

耐火酸化物と金属または半金属元素との混合物
は酸化後の化学組成が煉瓦、炉ライニング、耐火
ブロツクなどの補修されるものの化学組成と実質
上同じ化学組成であるものが好ましい。耐火材料
の用途によつて、酸性の煉瓦、ブロツクまたは塗
装から塩基性の煉瓦、ブロツクまたは塗装にわた
つて変化する、かなりの範囲の耐火酸化物が使用
されることが判明した。通常使用される耐火材料
は、ZrSiO₄及びZrO₂のような他の耐火酸化物ま
たはスピネルのような錯体酸化物のそれぞれ少量
と共に、主としてシリカ、アルミナまたはマグネ
サイトからなる。補修される方の材料の材質を分
析すること、及び簡単な試行錯誤法によつて満足
な溶射材料を生ずるのに必要な酸化性元素の割合
を確立して同じ最終組成を生じさせることは比較
的簡単な事柄である。混合物は個々の目的のため
に所望により少量の他の成分を含んでいてもよ
く、例えば摩耗に対して高抵抗性の材料及び／ま
たはより熱伝導度のよい材料を与える粒子を含ん
でいてもよい。しかし、他方、補修部はそれが結
合する煉瓦等と同じ化学組成のものであるが、親
の耐火材料とは異なる物理的特性のもので、通常
親の耐火材料より一層耐摩耗性が大きく、一般に
丈夫であることが事実判明した。

耐火酸化物の便宜な給源は粉砕した煉瓦または
補修しようとする耐火材と同じ組成の耐火材であ
る。例えば炭化炉ではいわゆるセミ−シリカまた
はシリカ煉瓦が使用される。このような材料は一
般に補修が所望される場所または工場で入手でき
る。粉末ケイ素、アルミニウム及びマグネシウム
は種々の公称粒径のものが商業的に入手できる。
一般に、混合物の粒径は厳密な制限はないが、コ
ストが安いだけでなく大きな粒子から熱をより緩
除に放出する方がランス先端の閉塞の問題を回避
するのに寄与すると信じられるから152μｍまで
の粒径範囲の酸化性元素を使用するのが好適であ
る。粉末ケイ素及びアルミニウムを使用する時の
適当な粒径は−100BSメツシユで、耐火酸化物は
前記元素粒子寸法より大きな粒径、例えば−0.8
mmのものが便宜である。しかし、特にもしより大
きな粒子径が亀裂の寸法に一層よく合つていた
り、補修すべき耐火材の物理的性質に合致した時
にはより大きな粒子径のものも使用できる。

発明者らの実験結果によれば耐火材と酸化性元
素との混合物は空気中では燃焼しないが、材料を
輸送するためにこの発明によればより不活性なガ
スを使用することによつて一層大きな安全性と信
頼性とが得られることがわかつた。適当な比較的
不活性なガスには窒素、ヘリウム、二酸化炭素、
酸素減少空気、それらと空気との混合物が含まれ
る。もしこのような比較的不活性なガスを貯槽中
で材料の部分または完全流動化に使用すれば金属
または半金属粒子の反応性にも拘らず粉塵爆発型
の危険はほとんどなくなる。材料の移動を容易に
するには充分なガス材料中を通れば材料の改善さ
れた供給及び計量の利益を達成するために完全な
流動は必要ではない。

材料を計量するために比較的不活性なガスの第
１供給を使用し、更に材料を分散しそれをランス
へ輸送するために比較的不活性ガスの第２供給を
使用することによつてこの発明の方法による操作
にすぐれた制御性と融通性とが与えられる。特
に、これは低流速の材料を使用してランスで燃焼
焔に着火するのを容易にし、この材料の流速は次
に基体の補修用に適した流速に増大することがで
きる。また、これは比較的粒大な粒子の輸送をも
容易にする。

比較的不活性なガス中で運ばれる混合物の量は
代表的には操作圧力下のガス50中0.1Kg程度で
あり、１分当り約0.1Kgの流速が代表的な値で、
これは例えば炭化炉の補修に便宜な値であるが、
より大きい流速も使用できるが混合物の装入量を
オペレータが制御するのに不利な効果を及ぼす。

使用するガスはボンベまたはタンクから、或は
配管により供給できる。例えば空気が充分に乾燥
していて材料貯槽中で或は装置中の他の場所で材
料がケーキ化する問題を回避できるなら圧縮空気
の配管を使用できる。

ガス中の上述の好適な量の混合物に供給される
酸素の量は補修区域の温度に依存するが約２：１
の酸素：全キヤリヤガスの体積中の量である。元
素の連続的燃焼を支持するのに充分な酸素が供給
されるならば純酸素を使用する必要はない。

酸素供給管は、第１ガス供給流中に分散された
材料がランスから出る時に酸素の「皮」で覆われ
ているように、第１供給管の周りに取付けた管状
マニホルドに接続するのが好ましい。しかし、他
のガス流構造を使用でき、渦巻流のパターンを誘
発させるのが有利である。

酸素を取扱う時には安全のために、酸素または
酸素富化ガスと接触する全金属管継手は軟鋼製の
ものではなく、ヒ素不含銅、不銹鋼または黄銅製
のものを使用するのが好ましい。

適当な混合物の組成と、キヤリヤガス流速と、
酸素流速とが得られればランスから放出されるジ
エツト流すなわち噴霧流は炉の熱い壁と接触し
て、或は火焔と接触して容易に着火する。ジエツ
ト流すなわち噴霧流は直ちに耐火材料の火焔噴霧
化し、炉中の磨食区域または亀裂区域上に火焔噴
霧が接触すると該区域に衝突する耐火材料を溶融
させ、溶融または焼結した粒子を該区域上に被覆
蓄積させ、炉壁と耐火被覆蓄積物との間に非常に
強固な結合が生ずる。過度に局部的に集中した耐
火材料の被覆のために被覆が剥離脱落するのを避
けるために火焔噴霧を補修区域を徐々に横切つて
移動させるのが好ましい。

混合物の燃焼は、酸素と混合物の充分な混合が
達成される距離であるランスの先端から若干の距
離の間は起らないことが判明した。これは耐火材
料の蓄積によつてランスの先端が著しくふさがれ
ることを防止し、連続操作を容易に行うことを可
能となす。

高温環境中、例えば炭化炉中での深部で長時間
ランスを使用するなら、ランスを冷却するのが有
利であることを理解されたい。これは供給管と熱
的に接触した管またはコイルを通して水を循環さ
せるか、或は強制空気冷却または強制ガス冷却に
よつて達成できる。

以下に示例のためのこの発明による装置を示す
図を参照してこの発明を説明する。

溶接粉末１の装入原料を材料貯槽２に保持させ
る。この貯槽２は溶接粉末装入原料を再装入する
ために容易に開くことができる。貯槽の底から近
いところに、しかし底から離れて圧縮窒素の導入
配管３及び圧縮窒素排出配管４を備え、これらの
配管は軸心が心合わせされていて、それらの端部
間に間隙５を区画する。間隙５はその長さを排出
配管中でガス中に懸濁（分散）された溶接粉末の
供給速度をオペレーターが調節できるように貯槽
の外側に取付けられた簡単な機械的配列によつ
て、調節できる。圧縮窒素６のボンベ及び圧縮酸
素７のボンベ（これらは運搬可能な支持体上に置
くのが便宜であり、これらは耐火材料貯槽での該
材料保持のために使用してもよいし、使用しなく
てもよい）から弁８、流量指示器例えばロータメ
ータ９、窒素配管１０及び酸素配管１１を通つて
窒素及び酸素を供給する。両配管は共に、ランス
のオペレーターがガス供給流速について実質上完
全な制御ができるように、一般に１４で示される
ランスの近くの弁１２及び１３により制御され
る。酸素配管は手握りの混合室１５（これはラン
スの一部である）中に酸素を直接供給する。窒素
の一部は貯槽２の下の室１６へ供給され、底部に
設けられた多数の孔を通つて溶接粉末１（装入原
料１）を部分的に流動化する。窒素のジエツト流
は制御された量の溶接粉末を取込んで排出配管４
を通つて分散状態で混合室１５へ運ぶ。混合室へ
取外し可能にランス１７が嵌合され、これは炉、
キルン、取鍋などの補修しようとする個所へ届く
ように、また要求される能力によつて選定するこ
とができる。

高温度及び低温度（約600℃）基体を補修する
実際の試験でオペレーターは数分間訓練しただけ
で補修を効果的に実施できることが判明した。減
圧弁８を導通状態とした後で窒素配管中の弁１２
を調節して混合室１５への溶接粉末輸送速度を変
える。酸素配管中の弁１３の開度を次に調節する
ことによつてオペレーターは火焔噴霧操作中の溶
接粉末の燃焼状態を最適なものとなすことができ
る。ロータメータ９はオペレーターが溶射操作を
監視できるように窒素及び酸素の流速を指示する
のに役立つ。ロータメータはもちろん一般に適当
であることが判つた窒素及び酸素の流速を中央の
区域に明瞭に示すように選ばれるが、窒素及び酸
素の流速は同じでなくてよいことは明らかであ
る。

これらの弁の機能及び位置に関連した重要な要
件は緊急事態または緊急事態が予測された場合に
オペレーターが瞬間的に溶射操作を停止できるこ
とである。

亀裂が入つた、或は摩食したセミ−シリカ耐火
煉瓦壁に対する代表的補修材の組成は アルミニウム ９重量％ ケイ素 31重量％、及び 粉砕したセミシリカ耐火煉瓦 60重量％ である。金属元素は10％が−100BBSに粉砕し、
上記煉瓦は0.8mm以下に粉砕する。溶接粉末の反
応性は混合物中のセミ−シリカの割合を変えるこ
とによつて変えることができる。他の適当な溶接
粉末はケイ素12％、アルミニウム４％及びシリカ
84％からなる。

この発明の一実施例では導入配管及び排出配管
間の間隙は6.4mm（1/4インチ）に設定され、供給
制御弁は1.035バール〔1.05Kg／cm²（15Psi）〕の導
入ゲージ圧で窒素流速が約50／分になるように
調節される。次いで酸素の供給を1.104バール
〔1.12Kg／cm²（16Psi）〕のゲージ圧すなわち窒素
の圧力より僅かに加圧した圧力で100／分輸送
するように設定する。これらの条件下で粉末の輸
送速度は100〜120ｇ／分程度であり、これはホツ
パ（貯槽）の容量が５Kgとすれば１時間の実溶接
（溶射）操作時間を与える。ランスから放出され
た粉末噴霧は熱（800℃）炭化炉壁と接触するこ
とによつて着火し、火焔噴霧となり、これは補修
個所に向けられるとそこにガラス様の固体を析出
してその表面に化学的に結合する。

この発明の装置は比較的簡単で信頼性が高く、
熟練したオペレーター及び熟練した日常のメンテ
ナンスを必要とせず、特に操作が安全であると信
じられる。非常に携帯しやすい装置が低価格で造
ることができ、従つて欠陥個所が更に傷む前にそ
れを補修するための装置を個々の現場ごとに備え
ることを可能となす。これは大部分の従来の工業
的溶射法と著るしく異なる点であり、従来の溶射
法は熟練したオペレーターのチームを必要とする
のである。この既知の方法は溶接粉末（溶射粉
末）が酸素中で輸送されていたから細心な注意と
多くの安全上の注意とを必要としたのである。更
に従来技術はコストの点から、必要な補修をする
までに多くの欠陥個々をためておくのが普通行わ
れていたことである。

既知の装置に比較してこの発明の装置は供給粒
子の分離沈降すなわち粒径による分離を生ずるこ
となくランスへの信頼性ある粒子の供給を行う機
械的に簡単な装置を提供するものである。さらに
一人のオペレーターが上首尾結果が得られる補修
作業を行うのに必要なすべてのパラメータを制御
できる。このことは一人のオペレーターが安全操
業に必要なすべてのパラメータを容易に制御で
き、他のオペレーターとの連絡に頼らなくてもよ
いことを意味する。例えば別の火焔で耐火材料の
噴霧に着火すれば冷温基体上にこの発明の方法及
び装置を使用して補修を行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明による装置の概略説明図である。 図中：１……溶接粉末、２……材料貯槽（貯
槽）、３……圧縮窒素導入配管、４……圧縮窒素
排出配管、５……間隙、６……圧縮窒素ボンベ、
７……圧縮酸素ボンベ、８……弁、９……ロータ
メータ、１０……窒素配管、１１……酸素配管、
１２……弁（窒素用）、１３……弁（酸素用）、１
４……ランス、１５……混合室、１６……室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 細かく分割した耐火酸化物と混合した細かく
   分割した金属元素または半金属元素を燃焼するこ
   とによつて耐火材料を溶射する方法であつて、前
   記混合物を耐火材料貯槽中で比較的不活性なガス
   によつて完全流動状態または部分流動状態に保
   ち、混合物を比較的不活性なキヤリヤガスのジエ
   ツト流中に同伴させることによつて前記キヤリヤ
   ガス中に計量導入し、同伴された混合物をランス
   に供給し、ランスからの混合物の出口に近いとこ
   ろでランスに充分な酸素を供給して前記元素を燃
   焼させることを特徴とする、耐火材料の溶射方
   法。 ２ キヤリヤガスのジエツト流を耐火材料貯槽中
   に設けられた軸心が心合わせされた導入配管及び
   排出配管間に放出する特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３ 混合物のキヤリヤガス流中への取込量を導入
   配管及び排出配管の間の間隙を調節することによ
   つて行う特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ キヤリヤガスに同伴される混合物の量がキヤ
   リヤガス50中約0.1Kgである特許請求の範囲第
   １項または第２項または第３項記載の方法。 ５ 混合物の流速が約0.1Kg／分である特許請求
   の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の方
   法。 ６ キヤリヤガスが窒素、ヘリウム、二酸化炭
   素、酸素減少空気、それらと空気との混合物から
   選ばれる特許請求の範囲第１項ないし第５項のい
   ずれかに記載の方法。 ７ キヤリヤガスが空気で、約２：１の酸素：空
   気の体積比の酸素を燃焼支持のために供給する特
   許請求の範囲第６項記載の方法。 ８ ランスを通つて耐火材料を溶射するための装
   置において、該装置が耐火材料貯槽、貯槽中で耐
   火材料を完全または部分流動化するための手段、
   比較的不活性なガスのジエツト流中に耐火材料を
   同伴することによつて貯槽から耐火材料を計量す
   るための手段、同伴した耐火材料をランスへ輸送
   するための手段、及びランスの出口の近くに酸素
   を供給するための手段を備えることを特徴とす
   る、耐火材料溶射装置。 ９ キヤリヤガスのジエツト流が材料貯槽内で軸
   心が心合わせされたキヤリヤガス導入配管及び排
   出配管の間に放出されるように配列されてなる特
   許請求の範囲第８項記載の装置。 １０ 導入配管と排出配管との間の間隙が、キヤ
   リヤガス中への耐火材料の取込み量を変えるよう
   に、調節できる特許請求の範囲第９項記載の装
   置。 １１ 耐火材料を流動させるガスの供給量と、キ
   ヤリヤガス中に耐火材料を同伴させるためのガス
   の供給量とが別々に制御可能である特許請求の範
   囲第８項ないし第１０項のいずれかに記載の装
   置。