溶射方法
【課題】着火の発現のしやすさ、及び着火状態の安定性を損なうことなく、従来よりも逆火を生じにくくした溶射技術を提供する。
【解決手段】易燃焼性粉体（第１の粉体）と耐火性粉体（第２の粉体）とを各々別個に準備する。易燃焼性粉体は、不活性ガス（第１のキャリアガス）によって、第１の粉体搬送ラインを通して被施工箇所に吹き付ける。耐火性粉体は、酸素ガス（第２のキャリアガス）によって、第２の粉体搬送ラインを通して被施工箇所に吹き付ける。各粉体の吹き付けは、第１の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／第２の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］の比が０．０５以上、かつ第１のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］／第２のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］の比が０．７以下となる条件を満たすように行う。
【解決手段】易燃焼性粉体（第１の粉体）と耐火性粉体（第２の粉体）とを各々別個に準備する。易燃焼性粉体は、不活性ガス（第１のキャリアガス）によって、第１の粉体搬送ラインを通して被施工箇所に吹き付ける。耐火性粉体は、酸素ガス（第２のキャリアガス）によって、第２の粉体搬送ラインを通して被施工箇所に吹き付ける。各粉体の吹き付けは、第１の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／第２の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］の比が０．０５以上、かつ第１のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］／第２のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］の比が０．７以下となる条件を満たすように行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉等の易燃焼性粉体とシリカ粉等の耐火性粉体とを用いた溶射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばコークス炉の内壁における損耗箇所を溶射によって補修することが行なわれている。溶射は、補修すべき炉壁の材質と同等な耐火性をもつ耐火性粉体を用い、これにＡｌ粉等の金属粉を混ぜた混合粉体を、酸素ガスを主体としたキャリアガスによって炉壁に吹き付けることにより行なう（例えば、特許文献１及び２参照）。この方法によると、混合粉体が炉壁に到達する過程で、混合粉体中の金属粉と、キャリアガス中の酸素ガスとの接触によって金属粉体が燃焼し、この燃焼熱で耐火性粉体が溶融して、炉壁に耐火性粉体の溶融付着層が形成される。金属粉の一部も酸化物となって炉壁に付着し、耐火性粉体と共に溶射施工体を形成する。
【０００３】
なお、キャリアガス中にプロパンガス等の燃料ガスも含有させることにより、耐火性粉体を溶融させるのに必要な熱量の一部を、この燃料ガスの燃焼熱からも得るようにした溶射方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
ところで、金属は、粉体化して比表面積を増大させると、その酸化反応の速度が大きくなるため、空気中でも容易に燃焼するようになる。このため、金属粉の燃焼で生じた火焔が混合粉体の搬送ホース内に逆戻りするいわゆる逆火現象を防止することが検討されてきている。上記溶射装置においても、キャリアガスの流速をそのガス中での火焔の伝播速度に応じて設定したり、キャリアガスに不活性ガスを含有させたりすることにより、逆火の発生は防止しており、安全性については既に充分に確立されているが、逆火を一層生じにくくすることができれば、業界に与える利益は大である。
【０００５】
特許文献４は、逆火を生じにくくすることを課題としたもので、この技術では、中心から外方に向けて順に互いに独立して形成された第１〜第３の流路よりなる三重管構造のノズルを用いる。中心の第１の流路からは、耐火性粉体を酸素ガスによって噴出させる。中間の第２の流路からは、耐火性粉体と金属粉との混合粉体を、Ｎ２ガスと燃料ガスとの混合ガスによって噴出させる。外側の第３の流路からは、酸素ガスのみを噴出させる。この技術によると、金属粉と酸素ガスとを別系統により投入するため、逆火を生じにくくすることができる。
【特許文献１】特開平８−１０９４６１号公報
【特許文献２】特公平１−５６８３１号公報
【特許文献３】特公平２−２９９５７号公報
【特許文献４】特許第３１８９７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献４の溶射技術は、逆火を生じにくくすることはできるが、着火性の向上を図ることに関して改善の余地を残していることが判った。ここで、着火性とは、着火の発現のしやすさ、及び着火状態の安定性の度合いをいう。着火性が良好でない場合、金属粉が充分に燃焼されず、未燃焼の金属粉によって発塵が増大するだけでなく、耐火性粉体の溶融が不充分となることに起因して溶射施工体の品質低下等をも招くこととなる。
【０００７】
本発明の目的は、着火性を損なうことなく、従来よりも逆火を生じにくくした溶射技術を提供することにある。本発明の他の目的は、品質の良好な溶射施工体を形成することができる溶射技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの観点によれば、（ａ）易燃焼性粉体を主体とした第１の粉体、及び耐火性粉体を主体とした第２の粉体を各々別個に準備する工程と、（ｂ）第１の粉体を、不活性ガスを主体とした第１のキャリアガスによって、第１の粉体搬送ラインを通して被施工箇所に吹き付けると同時に、第２の粉体を、支燃性ガスを主体とした第２のキャリアガスによって、前記第１の粉体搬送ラインとは独立した第２の粉体搬送ラインを通して前記被施工箇所に吹き付ける工程であって、第１の粉体搬送ラインによる第１の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／第２の粉体搬送ラインによる第２の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］の比が０．０５以上、かつ第１の粉体搬送ラインを流れる第１のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］／第２の粉体搬送ラインを流れる第２のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］の比が０．７以下となる条件を満たす工程とを含む溶射方法が提供される。
【０００９】
本明細書において、「易燃焼性粉体」とは、支燃性ガスとの接触によって燃焼反応を起こすことができる粉体のことをいい、例えば金属粉や炭素粉等がこれに該当する。ここで「金属粉」とは、金属元素よりなる粉末は勿論、Ｓｉ粉も含む概念とする。本明細書において、「耐火性粉体」とは、易燃焼性粉体の燃焼熱によって溶融し、消失することなく被施工箇所に到達することができる粉体をいう。本明細書において、「支燃性ガス」とは、可燃物を燃やすためのガスをいい、具体的には酸素ガスがこれに該当する。本明細書において、「Ｎｍ３」は、常温（約２０℃）１気圧下での気体の体積を表すものとする。
【００１０】
前記第１の粉体に占める易燃焼性粉体の割合は、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６５質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上である。前記第２の粉体に占める耐火性粉体の割合は、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上である。前記第１のキャリアガスに占める不活性ガスの割合は、好ましくは７０体積％以上、より好ましくは８０体積％以上、より好ましくは９０体積％以上である。また、前記第１のキャリアガスに占める支燃性ガスの割合は、好ましくは１０体積％以下、より好ましくは５体積％以下、最も好ましくは０体積％である。前記第２のキャリアガスに占める支燃性ガスの割合は、好ましくは８５体積％超、より好ましくは９０体積％以上、より好ましくは９５体積％以上である。
【００１１】
前記工程（ｂ）では、第１の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／第１のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］の比［ｋｇ／Ｎｍ３］、及び第２の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／第２のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］の比［ｋｇ／Ｎｍ３］が、それぞれ１０以下となる条件をさらに満たすことが好ましい。
【００１２】
前記工程（ｂ）では、第２の粉体搬送ラインへの第２の粉体の供給は停止したままで、第１の粉体搬送ラインに第１の粉体及び第１のキャリアガスを流し、かつ第２の粉体搬送ラインには第２のキャリアガスを流し、この状態で着火を発現させた後に、第２の粉体搬送ラインへの第２の粉体の供給を開始することが好ましい。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、不活性ガス供給源に上流側端部が接続される第１の粉体搬送ラインと、該第１の粉体搬送ライン内に易燃焼性粉体を主体とする第１の粉体を供給する易燃焼性粉体供給機と、支燃性ガス供給源に上流側端部が接続される第２の粉体搬送ラインと、該第２の粉体搬送ライン内に耐火性粉体を主体とする第２の粉体を供給する耐火性粉体供給機と、前記第１の粉体搬送ラインの下流側端部に接続された内管、及び前記第２の粉体搬送ラインの下流側端部に接続された外管よりなる二重管構造をもつノズルとを備えた溶射装置も提供される。前記ノズルは、その前記各粉体が噴出する噴出口にて、外管の内径／内管の内径の比が１．２５以上となるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
易燃焼性粉体及び不活性ガスと、耐火性粉体及び支燃性ガスとが、相互に独立した粉体搬送ラインを流れるので、一つの粉体搬送ライン内で易燃焼性粉体と支燃性ガスとが接触することを回避できる。このため、従来よりも逆火を生じにくくすることができる。第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量、及び第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量を上記範囲に規定することにより、燃料ガスは使用しないか、又はその使用量を最小限に抑えつつ、着火性を向上できるとともに、耐火性粉体の溶融不足等を防止して、品質の良好な溶射施工体を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による溶射装置の概略図である。第１の粉体搬送ライン１は、一端部（上流側端部）が不活性ガス供給源２に接続され、他端部（下流側端部）がノズル３に接続されている。第１の粉体搬送ライン１の途中に、易燃焼性粉体供給機４が接続されている。易燃焼性粉体供給機４と不活性ガス供給源２との間の第１の粉体搬送ライン１上には、第１の流量調整バルブ５が設けられている。
【００１６】
不活性ガス供給源２は、第１の粉体搬送ライン１に、第１のキャリアガスとしての不活性ガスを供給する。不活性ガスとしては、例えばＮ２ガスやＣＯ２ガスの他、ＡｒやＨｅ等の希ガスが挙げられる。コストの面では、Ｎ２ガスが好ましい。
【００１７】
易燃焼性粉体供給機４は、第１の粉体としての易燃焼性粉体Ａを蓄える気密なタンク４ａと、タンク４ａ内の易燃焼性粉体Ａを第１の粉体搬送ライン１内に供給し、かつその供給量を調整することができるとともに、供給、非供給の切り替えも自在なフィーダ４ｂとを備える。タンク４ａは、ライン６によって不活性ガス供給源２と接続されている。このライン６を通して供給される不活性ガスでタンク４ａ内が密封されることにより、タンク４ａ内で易燃焼性粉体Ａが酸化することを防止できる。
【００１８】
易燃焼性粉体Ａとしては、例えば、Ｓｉ粉、Ｍｇ粉、Ｃａ−Ｓｉ粉、Ａｌ−Ｍｇ質粉、Ｆｅ−Ｓｉ質粉、Ｃａ−Ｓｉ−Ｍｇ質粉、Ｆｅ粉、Ａｌ粉、Ｚｒ粉、Ｎｉ粉、Ｍｇ−Ｓｉ粉、Ｍｎ粉、Ｆｅ−Ｍｎ粉、Ｓｉ−Ｍｎ粉、Ｆｅ−Ｓｉ質粉、若しくはＣａＣ２粉等、又はこれらを組み合わせた金属粉が挙げられる。なお、上記Ｓｉ粉としては、純度９８％程度のいわゆる金属Ｓｉ粉が好ましい。易燃焼性粉体Ａは、例えば粒径１０μｍ以上、１５μｍ以下に粒度調整される。
【００１９】
第２の粉体搬送ライン７は、一端部（上流側端部）が支燃性ガス供給源８に接続され、他端部（下流側端部）がノズル３に接続されている。第２の粉体搬送ライン７の途中に、耐火性粉体供給機９が接続されている。耐火性粉体供給機９と支燃性ガス供給源８との間の第２の粉体搬送ライン７上には、第２の流量調整バルブ１０が設けられている。
【００２０】
支燃性ガス供給源８は、第２の粉体搬送ライン７内に、第２のキャリアガスとしての支燃性ガス、具体的には酸素ガスを供給する。
【００２１】
耐火性粉体供給機９は、第２の粉体としての耐火性粉体Ｂを蓄えるタンク９ａと、このタンク９ａ内の耐火性粉体Ｂを第２の粉体搬送ライン７内に供給し、かつその供給量を調整することができるとともに、供給、非供給の切り替えも自在なフィーダ９ｂとを備える。タンク９ａ内はガスで保圧するようにしてもよいが、必ずしもそうする必要はなく、またタンク９ａは気密構造を有していなくてもよい。
【００２２】
耐火性粉体Ｂの材質は、被施工箇所Ｓの材質に応じて選択される。一例を挙げるとすれば、耐火性粉体Ｂとしては、例えばシリカ、アルミナ、ムライト、シャモット、カルシア、ドロマイト、ジルコン、ジルコニア、マグネシア、及びマグクロ等から選択される１種以上の粉体を用いることができる。耐火性粉体Ｂは、例えば２ｍｍ以下に粒度調整される。
【００２３】
上記溶射装置を用いた溶射方法の手順を説明する。以下に説明する手順は、オペレータによる手動操作によって行われてもよいが、図示しない制御手段によって流量調整バルブ５及び１０、並びにフィーダ４ｂ及び９ｂを制御することにより自動的に行われるようにしてもよい。
【００２４】
まず、第２の粉体搬送ライン７への耐火性粉体Ｂの供給は停止したままで、第１の粉体搬送ライン１に易燃焼性粉体Ａ及び第１のキャリアガス（不活性ガス）を供給し、かつ第２の粉体搬送ライン７に第２のキャリアガス（酸素ガス）を流す。このとき、第２のキャリアガス（酸素ガス）の供給の開始時点は、易燃焼性粉体Ａ及び第１のキャリアガス（不活性ガス）の供給開始の後であることが好ましい。
【００２５】
この状態で着火を発現させる。着火の発現には種火を用いてもよいが、被施工箇所Ｓの温度が例えば６００℃以上の場合には、種火を用いなくても、被施工箇所Ｓの熱で着火を発現させることができる。着火は、第２の粉体搬送ライン７を通して吹き付けられる第２のキャリアガス（酸素ガス）によって、第１の粉体搬送ライン１を通して吹き付けられる易燃焼性粉体Ａが燃焼し、火焔が形成されることにより発現する。
【００２６】
耐火性粉体Ｂの供給を停止しているので、易燃焼性粉体Ａの燃焼熱が耐火性粉体Ｂに奪われることを回避でき、着火を発現しやすくすることができる。しかも、易燃焼性粉体Ａは第１の粉体搬送ライン１を流れ、第２のキャリアガス（酸素ガス）は第２の粉体搬送ライン７を流れるため、一つの粉体搬送ライン内で両者が接触することを回避でき、従来よりも逆火を生じにくくすることができる。
【００２７】
着火が発現した後に、第２の粉体搬送ライン７への耐火性粉末Ｂの供給を開始する。易燃焼性粉体Ａ及び耐火性粉体Ｂがノズル３から被施工箇所Ｓに到達する過程で、易燃焼性粉体Ａの燃焼熱により耐火性粉体Ｂが溶融し、被施工箇所Ｓに耐火性粉体Ｂの溶融付着層が形成される。また、易燃焼性粉体Ａの一部も酸化物となって被施工箇所Ｓに付着し、耐火性粉体Ｂと共に溶射施工体１１を形成する。
【００２８】
ここで、粉体Ａ及びＢの吹き付けを可能とするためには、粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／キャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］で定義される固気比［ｋｇ／Ｎｍ３］は、粉体搬送ライン１及び７の各々において自ずとある値以下に制限される。固気比が高すぎると、キャリアガスに対して粉体の量が多すぎることになり、粉体搬送ラインの詰まりを招くからである。粉体搬送ライン１及び７の各々における固気比の目安を挙げるとすれば、その値は例えば１０［ｋｇ／Ｎｍ３］以下であり、好ましくは４［ｋｇ／Ｎｍ３］以下であり、より好ましくは２．５［ｋｇ／Ｎｍ３］以下である。
【００２９】
なお、易燃焼性粉体Ａは耐火性粉体Ｂよりも粒度が細かいため、第１の粉体搬送ライン１の方が、第２の粉体搬送ライン７よりも詰まりや脈動を生じやすい。そこで、第１の粉体に、易燃焼性粉体よりも比重及び／又は粒度の大きな粉体をライン閉塞防止用粉体として、好ましくは３０質量％未満の割合で添加しておくことにより、上記固気比［ｋｇ／Ｎｍ３］の設定と相まって第１の粉体搬送ライン１の詰まり防止効果をより高めることができる。
【００３０】
一方、固気比［ｋｇ／Ｎｍ３］が小さすぎると、粉体搬送ライン１及び７の詰まりは生じないが、キャリアガスに対して粉体の量が少なすぎることになり、使用するガスのロスが増えるか又は溶射施工体を形成する能率が悪化する。このため、溶射中は、粉体搬送ライン１及び７の各々における固気比［ｋｇ／Ｎｍ３］は、例えば０．０３以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。
【００３１】
さらに、本実施形態では、着火性の向上を図るため、溶射中において、下記条件（ｉ）及び（ｉｉ）が満たされるように、流量調整バルブ５及び１０、並びにフィーダ４ｂ及び９ｂを制御する。この制御は図示しない制御手段によって行われるようにしてもよい。
【００３２】
（ｉ）第１の粉体搬送ライン１による第１の粉体（易燃焼性粉体Ａ）の送給量［ｋｇ／ｈ］／第２の粉体搬送ライン７による第２の粉体（耐火性粉体Ｂ）の送給量［ｋｇ／ｈ］の比は、０．０５以上とする。この値が０．０５未満であると、第１の粉体（易燃焼性粉体Ａ）の燃焼で生じる熱量のうち第２の粉体（耐火性粉体Ｂ）に奪われる熱量が多くなりすぎるため、着火性の低下を招く。着火性のさらなる向上の観点からは、この値は０．１以上であることが好ましく、０．１２５以上であることがより好ましく、０．２以上であることがより好ましい。
【００３３】
なお、この条件（ｉ）の比の値には特に上限は設けなくてもよいが、この値が大きすぎると、溶射施工体１１の大部分を形成する第２の粉体（耐火性粉体Ｂ）の送給量が少なく、溶射の能率が低下する場合がある。溶射の能率の向上の観点からは、この値は、例えば１５以下であることが好ましく、１０以下であることがより好ましい。
【００３４】
（ｉｉ）第１の粉体搬送ライン１を流れる第１のキャリアガス（不活性ガス）の流量［Ｎｍ３／ｈ］／第２の粉体搬送ライン７を流れる第２のキャリアガス（酸素ガス）の流量［Ｎｍ３／ｈ］の比は、０．７以下とする。この値が０．７を超えると、ノズル３外において酸素ガスの濃度が低くなりすぎるため、着火性の低下を招く。着火性のさらなる向上の観点からは、この値は０．４以下であることが好ましく、０．３５以下であることがより好ましい。
【００３５】
なお、第１のキャリアガス（不活性ガス）の流量が０では第１の粉体（易燃焼性粉体Ａ）を送給することができなくなってしまうため、この条件（ｉｉ）の比の値は自ずと０よりも大きな値に制限される。この値の下限の目安を挙げるとすれば、この値は、例えば０．０５以上であることが好ましく、０．１以上であることがより好ましい。
【００３６】
上記条件（ｉ）及び（ｉｉ）を満たすことにより、第１のキャリアガスに燃料ガスを含めなくても、良好な着火性を得ることができる。例えば、コークス炉や転炉等の窯炉の内壁面の補修は、狭い空間内で行うことが必要であり、しかも熱間で行われることが多いため、燃料ガスの供給ラインを省略できることにより、ノズルの取り回し性を良好にでき、かつ装置構成のコンパクト化が図れることの意義は大きい。
【００３７】
図２は、図１に示したノズル３の断面図である。ノズル３は、内管３ａと外管３ｂとよりなる二重管構造をもつ。内管３ａに、図１の第１の粉体搬送ライン１が接続され、外管３ｂに、図１の第２の粉体搬送ライン７が接続される。
【００３８】
外管３ｂと内管３ａとの間から酸素ガスと耐火性粉体とを噴出させる場合、それらは図２中、破線で示すように拡散しながら伝播するため、内管３ａの中心軸の延長線Ｌ上に、酸素ガス及び耐火性粉体の濃度が相対的に高い領域Ｒが形成される。内管３ａから易燃焼性粉体を噴出させると、易燃焼性粉体をもらすことなく領域Ｒに吹き付けることが可能となるため、ノズル３外での耐火性粉体及び酸素ガスと、易燃焼性粉体との混ざりを良好にすることができ、耐火性粉体の溶融不足の防止及び着火性の向上が図られる。
【００３９】
なお、内管３ａに第２の粉体搬送ライン７を接続し、外管３ｂに第１の粉体搬送ライン１を接続してもよいが、上述のように内管３ａに第１の粉体搬送ライン１を接続し、外管３ｂに第２の粉体搬送ライン７を接続した方が、着火性が良好になりやすいことが確認されている。この理由は、必ずしも定かでないが、前者の場合は、耐火性粉体の粒子よりも軽い易燃焼性粉体の粒子は火焔の外側に拡散しやすく、火焔の部分において易燃焼性粉体の濃度が充分に確保されにくくなることに原因すると考えられる。
【００４０】
本実施形態によると、内管３ａに第１の粉体搬送ライン１を接続し、外管３ｂに第２の粉体搬送ライン７を接続したことと、上記条件（ｉ）及び（ｉｉ）を満たすこととが相まって、二重管構造をもつノズルを用いて良好な着火性を得ることができる。このため、三重管構造のノズルを必須とする従来技術（例えば、特許文献４参照）に比べると、ノズルの構成の簡素化及びコンパクト化も図られるという利点もある。
【００４１】
ところで、耐火性粉体と易燃焼性粉体とはノズル３から噴出した直後は殆ど混ざり合っていないが、被施工箇所に近づくに従って両者の混ざり合いの度合いが高まる。耐火性粉体と易燃焼性粉体とが充分に混ざり合う位置の、ノズル３噴出口からの距離は、外管３ｂの内径Ｙ／内管３ａの内径Ｘの比に依存する。即ち、Ｙ／Ｘが小さすぎたり、大きすぎたりすると、耐火性粉体と易燃焼性粉体とが充分に混ざり合う位置の、ノズル３噴出口からの距離が遠くなる。
【００４２】
オペレータがノズル３を保持する場合、ノズル３から被施工箇所までの間隔が変動することがあるため、耐火性粉体と易燃焼性粉体とが充分に混ざり合う位置の、ノズル３からの距離が遠すぎると、両者が充分に混ざり合わないまま被施工箇所に到達してしまうことが考えられる。また、狭い空間内で溶射補修を行う場合等は、ノズル３から被施工箇所までの距離を充分に確保できない場合がある。そこで、このような場合にも耐火性粉体と易燃焼性粉体とが充分に混ざり合った状態で被施工箇所に到達できるようにするために、Ｙ／Ｘは１．２５以上とすることが好ましく、１．３以上とすることがより好ましい。また、Ｙ／Ｘは５以下とすることが好ましく、４以下とすることがより好ましい。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、上記実施形態では、第１のキャリアガスとして不活性ガスのみを用いたが、第１のキャリアガスは燃料ガスを含んでもよい。燃料ガスとしては、プロパン、ブタン等のアルカン、プロピレン等のアルケン、アセチレン等のアルキン、その他、製鉄所のコークス炉ガスや転炉ガス等が挙げられる。プロパン、ブタン、プロピレン、ブチレン等の低級炭化水素は液化してＬＰＧとして用いることが実用的である。
【００４４】
また、上記実施形態では、第１の粉体として易燃焼性粉体を用いたが、第１の粉体は、耐火性粉体を含んでもよい。但し、耐火性粉体の量が３０質量％を超えると、この耐火性粉体により易燃焼性粉体の燃焼熱の伝播が阻害され、着火不良や発塵増大を招きやすくなるため、第１の粉体に占める耐火性粉体の割合は３０質量％以下であることが好ましい。
【００４５】
また、上記実施形態では、二重管構造をもつノズル３を用いたが、二重管構造をもつノズルを用いなくても溶射は可能である。例えば、第１の粉体搬送ラインに接続される管と第２の粉体搬送ラインに接続される管とが外接して並んだノズルを用いてもよい。この他、種々の設計変更が可能なことは当業者に自明であろう。
【実施例】
【００４６】
表１に、図１の溶射装置を用いて溶射実験を行った場合の実験条件と評価結果を示す。各実施例及び比較例は、外管の内径／内管の内径の比を１．２５としたノズルを用い、このノズルの噴出口と被施工箇所との距離を５０ｍｍ〜７０ｍｍに保った状態で、第１の粉体及び第２の粉体を合計で３ｋｇ吹き付けた。いずれの実施例及び比較例も、コークス炉の炉口耐火物の補修を想定して、溶射対象物にはシャモット質煉瓦を採用した。
【００４７】
なお、実施例２〜６及び比較例１〜６において、第１の粉体を構成する粉体のうち易燃焼性粉体以外の粉体は、シリカ粉とした。第２の粉体には、いずれの実施例及び比較例においても、シリカ粉１００質量％を用いた。
【表１】
【００４８】
以下、表１の各評価項目について説明する。なお、逆火については、いずれの実施例及び比較例においても発生することがなかったため、評価項目から外した。
【００４９】
着火性：着火の発現のしやすさ及び着火の安定性について、○・・・速やかに着火でき、かつノズルを施工面に沿って移動させても着火状態を安定して維持できた、△・・・着火はできたが着火に相当の時間を要し、ノズルを移動させた場合に着火状態が不安定となった、×・・・着火できなかったか又は着火はできたが途中で失火した、の三段階で評価した。なお、着火性は、熱間施工を想定して溶射対象の煉瓦を約８００℃に熱しておいた場合と、常温施工を想定して常温（約２０℃）に保っておいた場合との２つの場合について評価した。後者の場合は、着火の発現に種火を用いた。
【００５０】
付着率：ノズルからの第１の粉体及び第２の粉体の噴出量Ａと、被施工箇所からの第１の粉体又は第２の粉体の跳ね返り量Ｂとから、（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００を算出し、この値を、上記熱間施工を想定した場合と、上記常温施工を想定した場合とでそれぞれ求め、それらを平均して付着率とした。なお、表１中の「−」は着火できなかったために付着率を測定できなかったことを示す。
【００５１】
実施例１〜７は、いずれも燃料ガスを使用していないにも関わらず、良好な着火性が得られ、また付着率も良好であり、粉塵の発生を防止できて良好な作業環境を保つことができた。さらに、得られた溶射施工体の品質も良好であった。なお、同一の実験条件によっても、着火性や付着率に多少のばらつきが生じることはあるが、実施例１〜７の実験条件によると、概ね良好な評価結果が得られる。
【００５２】
比較例１及び２は、実施例７に対する比較例であり、それぞれ第１の粉体の送給量、第２の粉体の送給量以外の条件は、実施例７と同じである。比較例１及び２は、いずれも着火性及び付着率に劣る。これは、比較例１及び２は、第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量が、それぞれ０．０３、０．０４と低いことに原因する。第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量を０．０５とした実施例７、及び第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量が０．０５を超える他の実施例１〜６で良好な着火性が得られていることを考慮すると、良好な着火性を得るためには、第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量の値は、０．０５以上であることが必要と考えられる。
【００５３】
比較例３及び４は、実施例５に対する比較例であり、それぞれ第１のキャリアガスの流量、第２のキャリアガスの流量以外の条件は、実施例５と同じである。比較例３及び４は、いずれも着火性に劣る。これは、比較例３及び４は、第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量が、それぞれ０．９、０．８と高いことに原因する。第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量を０．６７とした実施例５、及び第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量を０．６７未満とした他の実施例１〜４、及び６で良好な着火性が得られていることを考慮すると、良好な着火性を得るためには、第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量は、０．７以下、好ましくは０．６７以下であることが必要と考えられる。
【００５４】
比較例５及び６は、それぞれ実施例１、６に対する比較例であり、第１の粉体に占める易燃焼性粉体の割合以外の条件は、それぞれ実施例１、６と同じである。比較例５及び６は、第１の粉体に占める易燃焼性粉体の割合が低すぎるため、着火性が極めて悪い。なお、このような場合に着火性を得るためには、第１のキャリアガス中に４０体積％以上の燃料ガスを含めることが必要であった。良好な着火性を得るためには、第１の粉体が易燃焼性粉体を主体としたものであることが必要である。第１の粉体に占める易燃焼性粉体の割合は、５０質量％超であることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の溶射方法は、例えばコークス炉、熱風炉、溶鉱炉、混銑炉、転炉、脱ガス炉、電気炉、廃棄物溶融炉等の炉、又は溶銑鍋、混銑車、溶鋼鍋、取鍋、タンディッシュ等の溶融金属容器、その他の耐火物で構成された設備における損耗部、目地切れ部、又は剥落部等の補修に特に好適に利用することができる。また、補修のみならず、耐火ライニングの形成自体にも利用することができる。さらに、本発明は、耐火物以外の技術分野においても、表面肉盛加工や皮膜の形成等に広く利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】一実施形態による溶射装置の概略図。
【図２】図１の溶射装置におけるノズルの断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１…第１の粉体搬送ライン、２…不活性ガス（第１のキャリアガス）の供給源、３…ノズル、３ａ…内管、３ｂ…外管、４…易燃焼性粉体供給機、４ａ…タンク、４ｂ…フィーダ、５…第１の流量調整バルブ、６…ライン、７…第２の粉体搬送ライン、８…支燃性ガス（第２のキャリアガス）の供給源、９…耐火性粉体供給機、９ａ…タンク、９ｂ…フィーダ、１０…第２の流量調整バルブ、１１…溶射施工体、Ｓ…被施工箇所、Ａ…易燃焼性粉体（第１の粉体）、Ｂ…耐火性粉体（第２の粉体）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉等の易燃焼性粉体とシリカ粉等の耐火性粉体とを用いた溶射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばコークス炉の内壁における損耗箇所を溶射によって補修することが行なわれている。溶射は、補修すべき炉壁の材質と同等な耐火性をもつ耐火性粉体を用い、これにＡｌ粉等の金属粉を混ぜた混合粉体を、酸素ガスを主体としたキャリアガスによって炉壁に吹き付けることにより行なう（例えば、特許文献１及び２参照）。この方法によると、混合粉体が炉壁に到達する過程で、混合粉体中の金属粉と、キャリアガス中の酸素ガスとの接触によって金属粉体が燃焼し、この燃焼熱で耐火性粉体が溶融して、炉壁に耐火性粉体の溶融付着層が形成される。金属粉の一部も酸化物となって炉壁に付着し、耐火性粉体と共に溶射施工体を形成する。
【０００３】
なお、キャリアガス中にプロパンガス等の燃料ガスも含有させることにより、耐火性粉体を溶融させるのに必要な熱量の一部を、この燃料ガスの燃焼熱からも得るようにした溶射方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
ところで、金属は、粉体化して比表面積を増大させると、その酸化反応の速度が大きくなるため、空気中でも容易に燃焼するようになる。このため、金属粉の燃焼で生じた火焔が混合粉体の搬送ホース内に逆戻りするいわゆる逆火現象を防止することが検討されてきている。上記溶射装置においても、キャリアガスの流速をそのガス中での火焔の伝播速度に応じて設定したり、キャリアガスに不活性ガスを含有させたりすることにより、逆火の発生は防止しており、安全性については既に充分に確立されているが、逆火を一層生じにくくすることができれば、業界に与える利益は大である。
【０００５】
特許文献４は、逆火を生じにくくすることを課題としたもので、この技術では、中心から外方に向けて順に互いに独立して形成された第１〜第３の流路よりなる三重管構造のノズルを用いる。中心の第１の流路からは、耐火性粉体を酸素ガスによって噴出させる。中間の第２の流路からは、耐火性粉体と金属粉との混合粉体を、Ｎ２ガスと燃料ガスとの混合ガスによって噴出させる。外側の第３の流路からは、酸素ガスのみを噴出させる。この技術によると、金属粉と酸素ガスとを別系統により投入するため、逆火を生じにくくすることができる。
【特許文献１】特開平８−１０９４６１号公報
【特許文献２】特公平１−５６８３１号公報
【特許文献３】特公平２−２９９５７号公報
【特許文献４】特許第３１８９７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献４の溶射技術は、逆火を生じにくくすることはできるが、着火性の向上を図ることに関して改善の余地を残していることが判った。ここで、着火性とは、着火の発現のしやすさ、及び着火状態の安定性の度合いをいう。着火性が良好でない場合、金属粉が充分に燃焼されず、未燃焼の金属粉によって発塵が増大するだけでなく、耐火性粉体の溶融が不充分となることに起因して溶射施工体の品質低下等をも招くこととなる。
【０００７】
本発明の目的は、着火性を損なうことなく、従来よりも逆火を生じにくくした溶射技術を提供することにある。本発明の他の目的は、品質の良好な溶射施工体を形成することができる溶射技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの観点によれば、（ａ）易燃焼性粉体を主体とした第１の粉体、及び耐火性粉体を主体とした第２の粉体を各々別個に準備する工程と、（ｂ）第１の粉体を、不活性ガスを主体とした第１のキャリアガスによって、第１の粉体搬送ラインを通して被施工箇所に吹き付けると同時に、第２の粉体を、支燃性ガスを主体とした第２のキャリアガスによって、前記第１の粉体搬送ラインとは独立した第２の粉体搬送ラインを通して前記被施工箇所に吹き付ける工程であって、第１の粉体搬送ラインによる第１の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／第２の粉体搬送ラインによる第２の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］の比が０．０５以上、かつ第１の粉体搬送ラインを流れる第１のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］／第２の粉体搬送ラインを流れる第２のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］の比が０．７以下となる条件を満たす工程とを含む溶射方法が提供される。
【０００９】
本明細書において、「易燃焼性粉体」とは、支燃性ガスとの接触によって燃焼反応を起こすことができる粉体のことをいい、例えば金属粉や炭素粉等がこれに該当する。ここで「金属粉」とは、金属元素よりなる粉末は勿論、Ｓｉ粉も含む概念とする。本明細書において、「耐火性粉体」とは、易燃焼性粉体の燃焼熱によって溶融し、消失することなく被施工箇所に到達することができる粉体をいう。本明細書において、「支燃性ガス」とは、可燃物を燃やすためのガスをいい、具体的には酸素ガスがこれに該当する。本明細書において、「Ｎｍ３」は、常温（約２０℃）１気圧下での気体の体積を表すものとする。
【００１０】
前記第１の粉体に占める易燃焼性粉体の割合は、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６５質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上である。前記第２の粉体に占める耐火性粉体の割合は、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上である。前記第１のキャリアガスに占める不活性ガスの割合は、好ましくは７０体積％以上、より好ましくは８０体積％以上、より好ましくは９０体積％以上である。また、前記第１のキャリアガスに占める支燃性ガスの割合は、好ましくは１０体積％以下、より好ましくは５体積％以下、最も好ましくは０体積％である。前記第２のキャリアガスに占める支燃性ガスの割合は、好ましくは８５体積％超、より好ましくは９０体積％以上、より好ましくは９５体積％以上である。
【００１１】
前記工程（ｂ）では、第１の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／第１のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］の比［ｋｇ／Ｎｍ３］、及び第２の粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／第２のキャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］の比［ｋｇ／Ｎｍ３］が、それぞれ１０以下となる条件をさらに満たすことが好ましい。
【００１２】
前記工程（ｂ）では、第２の粉体搬送ラインへの第２の粉体の供給は停止したままで、第１の粉体搬送ラインに第１の粉体及び第１のキャリアガスを流し、かつ第２の粉体搬送ラインには第２のキャリアガスを流し、この状態で着火を発現させた後に、第２の粉体搬送ラインへの第２の粉体の供給を開始することが好ましい。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、不活性ガス供給源に上流側端部が接続される第１の粉体搬送ラインと、該第１の粉体搬送ライン内に易燃焼性粉体を主体とする第１の粉体を供給する易燃焼性粉体供給機と、支燃性ガス供給源に上流側端部が接続される第２の粉体搬送ラインと、該第２の粉体搬送ライン内に耐火性粉体を主体とする第２の粉体を供給する耐火性粉体供給機と、前記第１の粉体搬送ラインの下流側端部に接続された内管、及び前記第２の粉体搬送ラインの下流側端部に接続された外管よりなる二重管構造をもつノズルとを備えた溶射装置も提供される。前記ノズルは、その前記各粉体が噴出する噴出口にて、外管の内径／内管の内径の比が１．２５以上となるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
易燃焼性粉体及び不活性ガスと、耐火性粉体及び支燃性ガスとが、相互に独立した粉体搬送ラインを流れるので、一つの粉体搬送ライン内で易燃焼性粉体と支燃性ガスとが接触することを回避できる。このため、従来よりも逆火を生じにくくすることができる。第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量、及び第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量を上記範囲に規定することにより、燃料ガスは使用しないか、又はその使用量を最小限に抑えつつ、着火性を向上できるとともに、耐火性粉体の溶融不足等を防止して、品質の良好な溶射施工体を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による溶射装置の概略図である。第１の粉体搬送ライン１は、一端部（上流側端部）が不活性ガス供給源２に接続され、他端部（下流側端部）がノズル３に接続されている。第１の粉体搬送ライン１の途中に、易燃焼性粉体供給機４が接続されている。易燃焼性粉体供給機４と不活性ガス供給源２との間の第１の粉体搬送ライン１上には、第１の流量調整バルブ５が設けられている。
【００１６】
不活性ガス供給源２は、第１の粉体搬送ライン１に、第１のキャリアガスとしての不活性ガスを供給する。不活性ガスとしては、例えばＮ２ガスやＣＯ２ガスの他、ＡｒやＨｅ等の希ガスが挙げられる。コストの面では、Ｎ２ガスが好ましい。
【００１７】
易燃焼性粉体供給機４は、第１の粉体としての易燃焼性粉体Ａを蓄える気密なタンク４ａと、タンク４ａ内の易燃焼性粉体Ａを第１の粉体搬送ライン１内に供給し、かつその供給量を調整することができるとともに、供給、非供給の切り替えも自在なフィーダ４ｂとを備える。タンク４ａは、ライン６によって不活性ガス供給源２と接続されている。このライン６を通して供給される不活性ガスでタンク４ａ内が密封されることにより、タンク４ａ内で易燃焼性粉体Ａが酸化することを防止できる。
【００１８】
易燃焼性粉体Ａとしては、例えば、Ｓｉ粉、Ｍｇ粉、Ｃａ−Ｓｉ粉、Ａｌ−Ｍｇ質粉、Ｆｅ−Ｓｉ質粉、Ｃａ−Ｓｉ−Ｍｇ質粉、Ｆｅ粉、Ａｌ粉、Ｚｒ粉、Ｎｉ粉、Ｍｇ−Ｓｉ粉、Ｍｎ粉、Ｆｅ−Ｍｎ粉、Ｓｉ−Ｍｎ粉、Ｆｅ−Ｓｉ質粉、若しくはＣａＣ２粉等、又はこれらを組み合わせた金属粉が挙げられる。なお、上記Ｓｉ粉としては、純度９８％程度のいわゆる金属Ｓｉ粉が好ましい。易燃焼性粉体Ａは、例えば粒径１０μｍ以上、１５μｍ以下に粒度調整される。
【００１９】
第２の粉体搬送ライン７は、一端部（上流側端部）が支燃性ガス供給源８に接続され、他端部（下流側端部）がノズル３に接続されている。第２の粉体搬送ライン７の途中に、耐火性粉体供給機９が接続されている。耐火性粉体供給機９と支燃性ガス供給源８との間の第２の粉体搬送ライン７上には、第２の流量調整バルブ１０が設けられている。
【００２０】
支燃性ガス供給源８は、第２の粉体搬送ライン７内に、第２のキャリアガスとしての支燃性ガス、具体的には酸素ガスを供給する。
【００２１】
耐火性粉体供給機９は、第２の粉体としての耐火性粉体Ｂを蓄えるタンク９ａと、このタンク９ａ内の耐火性粉体Ｂを第２の粉体搬送ライン７内に供給し、かつその供給量を調整することができるとともに、供給、非供給の切り替えも自在なフィーダ９ｂとを備える。タンク９ａ内はガスで保圧するようにしてもよいが、必ずしもそうする必要はなく、またタンク９ａは気密構造を有していなくてもよい。
【００２２】
耐火性粉体Ｂの材質は、被施工箇所Ｓの材質に応じて選択される。一例を挙げるとすれば、耐火性粉体Ｂとしては、例えばシリカ、アルミナ、ムライト、シャモット、カルシア、ドロマイト、ジルコン、ジルコニア、マグネシア、及びマグクロ等から選択される１種以上の粉体を用いることができる。耐火性粉体Ｂは、例えば２ｍｍ以下に粒度調整される。
【００２３】
上記溶射装置を用いた溶射方法の手順を説明する。以下に説明する手順は、オペレータによる手動操作によって行われてもよいが、図示しない制御手段によって流量調整バルブ５及び１０、並びにフィーダ４ｂ及び９ｂを制御することにより自動的に行われるようにしてもよい。
【００２４】
まず、第２の粉体搬送ライン７への耐火性粉体Ｂの供給は停止したままで、第１の粉体搬送ライン１に易燃焼性粉体Ａ及び第１のキャリアガス（不活性ガス）を供給し、かつ第２の粉体搬送ライン７に第２のキャリアガス（酸素ガス）を流す。このとき、第２のキャリアガス（酸素ガス）の供給の開始時点は、易燃焼性粉体Ａ及び第１のキャリアガス（不活性ガス）の供給開始の後であることが好ましい。
【００２５】
この状態で着火を発現させる。着火の発現には種火を用いてもよいが、被施工箇所Ｓの温度が例えば６００℃以上の場合には、種火を用いなくても、被施工箇所Ｓの熱で着火を発現させることができる。着火は、第２の粉体搬送ライン７を通して吹き付けられる第２のキャリアガス（酸素ガス）によって、第１の粉体搬送ライン１を通して吹き付けられる易燃焼性粉体Ａが燃焼し、火焔が形成されることにより発現する。
【００２６】
耐火性粉体Ｂの供給を停止しているので、易燃焼性粉体Ａの燃焼熱が耐火性粉体Ｂに奪われることを回避でき、着火を発現しやすくすることができる。しかも、易燃焼性粉体Ａは第１の粉体搬送ライン１を流れ、第２のキャリアガス（酸素ガス）は第２の粉体搬送ライン７を流れるため、一つの粉体搬送ライン内で両者が接触することを回避でき、従来よりも逆火を生じにくくすることができる。
【００２７】
着火が発現した後に、第２の粉体搬送ライン７への耐火性粉末Ｂの供給を開始する。易燃焼性粉体Ａ及び耐火性粉体Ｂがノズル３から被施工箇所Ｓに到達する過程で、易燃焼性粉体Ａの燃焼熱により耐火性粉体Ｂが溶融し、被施工箇所Ｓに耐火性粉体Ｂの溶融付着層が形成される。また、易燃焼性粉体Ａの一部も酸化物となって被施工箇所Ｓに付着し、耐火性粉体Ｂと共に溶射施工体１１を形成する。
【００２８】
ここで、粉体Ａ及びＢの吹き付けを可能とするためには、粉体の送給量［ｋｇ／ｈ］／キャリアガスの流量［Ｎｍ３／ｈ］で定義される固気比［ｋｇ／Ｎｍ３］は、粉体搬送ライン１及び７の各々において自ずとある値以下に制限される。固気比が高すぎると、キャリアガスに対して粉体の量が多すぎることになり、粉体搬送ラインの詰まりを招くからである。粉体搬送ライン１及び７の各々における固気比の目安を挙げるとすれば、その値は例えば１０［ｋｇ／Ｎｍ３］以下であり、好ましくは４［ｋｇ／Ｎｍ３］以下であり、より好ましくは２．５［ｋｇ／Ｎｍ３］以下である。
【００２９】
なお、易燃焼性粉体Ａは耐火性粉体Ｂよりも粒度が細かいため、第１の粉体搬送ライン１の方が、第２の粉体搬送ライン７よりも詰まりや脈動を生じやすい。そこで、第１の粉体に、易燃焼性粉体よりも比重及び／又は粒度の大きな粉体をライン閉塞防止用粉体として、好ましくは３０質量％未満の割合で添加しておくことにより、上記固気比［ｋｇ／Ｎｍ３］の設定と相まって第１の粉体搬送ライン１の詰まり防止効果をより高めることができる。
【００３０】
一方、固気比［ｋｇ／Ｎｍ３］が小さすぎると、粉体搬送ライン１及び７の詰まりは生じないが、キャリアガスに対して粉体の量が少なすぎることになり、使用するガスのロスが増えるか又は溶射施工体を形成する能率が悪化する。このため、溶射中は、粉体搬送ライン１及び７の各々における固気比［ｋｇ／Ｎｍ３］は、例えば０．０３以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。
【００３１】
さらに、本実施形態では、着火性の向上を図るため、溶射中において、下記条件（ｉ）及び（ｉｉ）が満たされるように、流量調整バルブ５及び１０、並びにフィーダ４ｂ及び９ｂを制御する。この制御は図示しない制御手段によって行われるようにしてもよい。
【００３２】
（ｉ）第１の粉体搬送ライン１による第１の粉体（易燃焼性粉体Ａ）の送給量［ｋｇ／ｈ］／第２の粉体搬送ライン７による第２の粉体（耐火性粉体Ｂ）の送給量［ｋｇ／ｈ］の比は、０．０５以上とする。この値が０．０５未満であると、第１の粉体（易燃焼性粉体Ａ）の燃焼で生じる熱量のうち第２の粉体（耐火性粉体Ｂ）に奪われる熱量が多くなりすぎるため、着火性の低下を招く。着火性のさらなる向上の観点からは、この値は０．１以上であることが好ましく、０．１２５以上であることがより好ましく、０．２以上であることがより好ましい。
【００３３】
なお、この条件（ｉ）の比の値には特に上限は設けなくてもよいが、この値が大きすぎると、溶射施工体１１の大部分を形成する第２の粉体（耐火性粉体Ｂ）の送給量が少なく、溶射の能率が低下する場合がある。溶射の能率の向上の観点からは、この値は、例えば１５以下であることが好ましく、１０以下であることがより好ましい。
【００３４】
（ｉｉ）第１の粉体搬送ライン１を流れる第１のキャリアガス（不活性ガス）の流量［Ｎｍ３／ｈ］／第２の粉体搬送ライン７を流れる第２のキャリアガス（酸素ガス）の流量［Ｎｍ３／ｈ］の比は、０．７以下とする。この値が０．７を超えると、ノズル３外において酸素ガスの濃度が低くなりすぎるため、着火性の低下を招く。着火性のさらなる向上の観点からは、この値は０．４以下であることが好ましく、０．３５以下であることがより好ましい。
【００３５】
なお、第１のキャリアガス（不活性ガス）の流量が０では第１の粉体（易燃焼性粉体Ａ）を送給することができなくなってしまうため、この条件（ｉｉ）の比の値は自ずと０よりも大きな値に制限される。この値の下限の目安を挙げるとすれば、この値は、例えば０．０５以上であることが好ましく、０．１以上であることがより好ましい。
【００３６】
上記条件（ｉ）及び（ｉｉ）を満たすことにより、第１のキャリアガスに燃料ガスを含めなくても、良好な着火性を得ることができる。例えば、コークス炉や転炉等の窯炉の内壁面の補修は、狭い空間内で行うことが必要であり、しかも熱間で行われることが多いため、燃料ガスの供給ラインを省略できることにより、ノズルの取り回し性を良好にでき、かつ装置構成のコンパクト化が図れることの意義は大きい。
【００３７】
図２は、図１に示したノズル３の断面図である。ノズル３は、内管３ａと外管３ｂとよりなる二重管構造をもつ。内管３ａに、図１の第１の粉体搬送ライン１が接続され、外管３ｂに、図１の第２の粉体搬送ライン７が接続される。
【００３８】
外管３ｂと内管３ａとの間から酸素ガスと耐火性粉体とを噴出させる場合、それらは図２中、破線で示すように拡散しながら伝播するため、内管３ａの中心軸の延長線Ｌ上に、酸素ガス及び耐火性粉体の濃度が相対的に高い領域Ｒが形成される。内管３ａから易燃焼性粉体を噴出させると、易燃焼性粉体をもらすことなく領域Ｒに吹き付けることが可能となるため、ノズル３外での耐火性粉体及び酸素ガスと、易燃焼性粉体との混ざりを良好にすることができ、耐火性粉体の溶融不足の防止及び着火性の向上が図られる。
【００３９】
なお、内管３ａに第２の粉体搬送ライン７を接続し、外管３ｂに第１の粉体搬送ライン１を接続してもよいが、上述のように内管３ａに第１の粉体搬送ライン１を接続し、外管３ｂに第２の粉体搬送ライン７を接続した方が、着火性が良好になりやすいことが確認されている。この理由は、必ずしも定かでないが、前者の場合は、耐火性粉体の粒子よりも軽い易燃焼性粉体の粒子は火焔の外側に拡散しやすく、火焔の部分において易燃焼性粉体の濃度が充分に確保されにくくなることに原因すると考えられる。
【００４０】
本実施形態によると、内管３ａに第１の粉体搬送ライン１を接続し、外管３ｂに第２の粉体搬送ライン７を接続したことと、上記条件（ｉ）及び（ｉｉ）を満たすこととが相まって、二重管構造をもつノズルを用いて良好な着火性を得ることができる。このため、三重管構造のノズルを必須とする従来技術（例えば、特許文献４参照）に比べると、ノズルの構成の簡素化及びコンパクト化も図られるという利点もある。
【００４１】
ところで、耐火性粉体と易燃焼性粉体とはノズル３から噴出した直後は殆ど混ざり合っていないが、被施工箇所に近づくに従って両者の混ざり合いの度合いが高まる。耐火性粉体と易燃焼性粉体とが充分に混ざり合う位置の、ノズル３噴出口からの距離は、外管３ｂの内径Ｙ／内管３ａの内径Ｘの比に依存する。即ち、Ｙ／Ｘが小さすぎたり、大きすぎたりすると、耐火性粉体と易燃焼性粉体とが充分に混ざり合う位置の、ノズル３噴出口からの距離が遠くなる。
【００４２】
オペレータがノズル３を保持する場合、ノズル３から被施工箇所までの間隔が変動することがあるため、耐火性粉体と易燃焼性粉体とが充分に混ざり合う位置の、ノズル３からの距離が遠すぎると、両者が充分に混ざり合わないまま被施工箇所に到達してしまうことが考えられる。また、狭い空間内で溶射補修を行う場合等は、ノズル３から被施工箇所までの距離を充分に確保できない場合がある。そこで、このような場合にも耐火性粉体と易燃焼性粉体とが充分に混ざり合った状態で被施工箇所に到達できるようにするために、Ｙ／Ｘは１．２５以上とすることが好ましく、１．３以上とすることがより好ましい。また、Ｙ／Ｘは５以下とすることが好ましく、４以下とすることがより好ましい。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、上記実施形態では、第１のキャリアガスとして不活性ガスのみを用いたが、第１のキャリアガスは燃料ガスを含んでもよい。燃料ガスとしては、プロパン、ブタン等のアルカン、プロピレン等のアルケン、アセチレン等のアルキン、その他、製鉄所のコークス炉ガスや転炉ガス等が挙げられる。プロパン、ブタン、プロピレン、ブチレン等の低級炭化水素は液化してＬＰＧとして用いることが実用的である。
【００４４】
また、上記実施形態では、第１の粉体として易燃焼性粉体を用いたが、第１の粉体は、耐火性粉体を含んでもよい。但し、耐火性粉体の量が３０質量％を超えると、この耐火性粉体により易燃焼性粉体の燃焼熱の伝播が阻害され、着火不良や発塵増大を招きやすくなるため、第１の粉体に占める耐火性粉体の割合は３０質量％以下であることが好ましい。
【００４５】
また、上記実施形態では、二重管構造をもつノズル３を用いたが、二重管構造をもつノズルを用いなくても溶射は可能である。例えば、第１の粉体搬送ラインに接続される管と第２の粉体搬送ラインに接続される管とが外接して並んだノズルを用いてもよい。この他、種々の設計変更が可能なことは当業者に自明であろう。
【実施例】
【００４６】
表１に、図１の溶射装置を用いて溶射実験を行った場合の実験条件と評価結果を示す。各実施例及び比較例は、外管の内径／内管の内径の比を１．２５としたノズルを用い、このノズルの噴出口と被施工箇所との距離を５０ｍｍ〜７０ｍｍに保った状態で、第１の粉体及び第２の粉体を合計で３ｋｇ吹き付けた。いずれの実施例及び比較例も、コークス炉の炉口耐火物の補修を想定して、溶射対象物にはシャモット質煉瓦を採用した。
【００４７】
なお、実施例２〜６及び比較例１〜６において、第１の粉体を構成する粉体のうち易燃焼性粉体以外の粉体は、シリカ粉とした。第２の粉体には、いずれの実施例及び比較例においても、シリカ粉１００質量％を用いた。
【表１】
【００４８】
以下、表１の各評価項目について説明する。なお、逆火については、いずれの実施例及び比較例においても発生することがなかったため、評価項目から外した。
【００４９】
着火性：着火の発現のしやすさ及び着火の安定性について、○・・・速やかに着火でき、かつノズルを施工面に沿って移動させても着火状態を安定して維持できた、△・・・着火はできたが着火に相当の時間を要し、ノズルを移動させた場合に着火状態が不安定となった、×・・・着火できなかったか又は着火はできたが途中で失火した、の三段階で評価した。なお、着火性は、熱間施工を想定して溶射対象の煉瓦を約８００℃に熱しておいた場合と、常温施工を想定して常温（約２０℃）に保っておいた場合との２つの場合について評価した。後者の場合は、着火の発現に種火を用いた。
【００５０】
付着率：ノズルからの第１の粉体及び第２の粉体の噴出量Ａと、被施工箇所からの第１の粉体又は第２の粉体の跳ね返り量Ｂとから、（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００を算出し、この値を、上記熱間施工を想定した場合と、上記常温施工を想定した場合とでそれぞれ求め、それらを平均して付着率とした。なお、表１中の「−」は着火できなかったために付着率を測定できなかったことを示す。
【００５１】
実施例１〜７は、いずれも燃料ガスを使用していないにも関わらず、良好な着火性が得られ、また付着率も良好であり、粉塵の発生を防止できて良好な作業環境を保つことができた。さらに、得られた溶射施工体の品質も良好であった。なお、同一の実験条件によっても、着火性や付着率に多少のばらつきが生じることはあるが、実施例１〜７の実験条件によると、概ね良好な評価結果が得られる。
【００５２】
比較例１及び２は、実施例７に対する比較例であり、それぞれ第１の粉体の送給量、第２の粉体の送給量以外の条件は、実施例７と同じである。比較例１及び２は、いずれも着火性及び付着率に劣る。これは、比較例１及び２は、第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量が、それぞれ０．０３、０．０４と低いことに原因する。第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量を０．０５とした実施例７、及び第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量が０．０５を超える他の実施例１〜６で良好な着火性が得られていることを考慮すると、良好な着火性を得るためには、第１の粉体の送給量／第２の粉体の送給量の値は、０．０５以上であることが必要と考えられる。
【００５３】
比較例３及び４は、実施例５に対する比較例であり、それぞれ第１のキャリアガスの流量、第２のキャリアガスの流量以外の条件は、実施例５と同じである。比較例３及び４は、いずれも着火性に劣る。これは、比較例３及び４は、第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量が、それぞれ０．９、０．８と高いことに原因する。第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量を０．６７とした実施例５、及び第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量を０．６７未満とした他の実施例１〜４、及び６で良好な着火性が得られていることを考慮すると、良好な着火性を得るためには、第１のキャリアガスの流量／第２のキャリアガスの流量は、０．７以下、好ましくは０．６７以下であることが必要と考えられる。
【００５４】
比較例５及び６は、それぞれ実施例１、６に対する比較例であり、第１の粉体に占める易燃焼性粉体の割合以外の条件は、それぞれ実施例１、６と同じである。比較例５及び６は、第１の粉体に占める易燃焼性粉体の割合が低すぎるため、着火性が極めて悪い。なお、このような場合に着火性を得るためには、第１のキャリアガス中に４０体積％以上の燃料ガスを含めることが必要であった。良好な着火性を得るためには、第１の粉体が易燃焼性粉体を主体としたものであることが必要である。第１の粉体に占める易燃焼性粉体の割合は、５０質量％超であることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の溶射方法は、例えばコークス炉、熱風炉、溶鉱炉、混銑炉、転炉、脱ガス炉、電気炉、廃棄物溶融炉等の炉、又は溶銑鍋、混銑車、溶鋼鍋、取鍋、タンディッシュ等の溶融金属容器、その他の耐火物で構成された設備における損耗部、目地切れ部、又は剥落部等の補修に特に好適に利用することができる。また、補修のみならず、耐火ライニングの形成自体にも利用することができる。さらに、本発明は、耐火物以外の技術分野においても、表面肉盛加工や皮膜の形成等に広く利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】一実施形態による溶射装置の概略図。
【図２】図１の溶射装置におけるノズルの断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１…第１の粉体搬送ライン、２…不活性ガス（第１のキャリアガス）の供給源、３…ノズル、３ａ…内管、３ｂ…外管、４…易燃焼性粉体供給機、４ａ…タンク、４ｂ…フィーダ、５…第１の流量調整バルブ、６…ライン、７…第２の粉体搬送ライン、８…支燃性ガス（第２のキャリアガス）の供給源、９…耐火性粉体供給機、９ａ…タンク、９ｂ…フィーダ、１０…第２の流量調整バルブ、１１…溶射施工体、Ｓ…被施工箇所、Ａ…易燃焼性粉体（第１の粉体）、Ｂ…耐火性粉体（第２の粉体）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）易燃焼性粉体を主体とした第１の粉体、及び耐火性粉体を主体とした第２の粉体を各々別個に準備する工程と、
（ｂ）第１の粉体を、不活性ガスを主体とした第１のキャリアガスによって、第１の粉体搬送ラインを通して被施工箇所に吹き付けると同時に、第２の粉体を、支燃性ガスを主体とした第２のキャリアガスによって、前記第１の粉体搬送ラインとは独立した第２の粉体搬送ラインを通して前記被施工箇所に吹き付ける工程であって、第１の粉体搬送ラインによる第１の粉体の送給量／第２の粉体搬送ラインによる第２の粉体の送給量の比が０．０５以上、かつ第１の粉体搬送ラインを流れる第１のキャリアガスの流量／第２の粉体搬送ラインを流れる第２のキャリアガスの流量の比が０．７以下となる条件を満たす工程と
を含む溶射方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）では、前記第１の粉体搬送ラインに接続された内管と、前記第２の粉体搬送ラインに接続された外管とよりなる二重管構造をもつノズルを用いて、前記各粉体を被施工箇所に吹き付ける請求項１に記載の溶射方法。
【請求項３】
前記ノズルが、その粉体が噴出する噴出口にて、外管の内径／内管の内径の比が１．２５以上となるように構成されている請求項２に記載の溶射方法。
【請求項４】
前記第１のキャリアガスに占める燃料ガスの割合が、２０体積％未満である請求項１〜３のいずれかに記載の溶射方法。
【請求項１】
（ａ）易燃焼性粉体を主体とした第１の粉体、及び耐火性粉体を主体とした第２の粉体を各々別個に準備する工程と、
（ｂ）第１の粉体を、不活性ガスを主体とした第１のキャリアガスによって、第１の粉体搬送ラインを通して被施工箇所に吹き付けると同時に、第２の粉体を、支燃性ガスを主体とした第２のキャリアガスによって、前記第１の粉体搬送ラインとは独立した第２の粉体搬送ラインを通して前記被施工箇所に吹き付ける工程であって、第１の粉体搬送ラインによる第１の粉体の送給量／第２の粉体搬送ラインによる第２の粉体の送給量の比が０．０５以上、かつ第１の粉体搬送ラインを流れる第１のキャリアガスの流量／第２の粉体搬送ラインを流れる第２のキャリアガスの流量の比が０．７以下となる条件を満たす工程と
を含む溶射方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）では、前記第１の粉体搬送ラインに接続された内管と、前記第２の粉体搬送ラインに接続された外管とよりなる二重管構造をもつノズルを用いて、前記各粉体を被施工箇所に吹き付ける請求項１に記載の溶射方法。
【請求項３】
前記ノズルが、その粉体が噴出する噴出口にて、外管の内径／内管の内径の比が１．２５以上となるように構成されている請求項２に記載の溶射方法。
【請求項４】
前記第１のキャリアガスに占める燃料ガスの割合が、２０体積％未満である請求項１〜３のいずれかに記載の溶射方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２８４７０７（Ｐ２００７−２８４７０７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０９９８７（Ｐ２００６−１０９９８７）
【出願日】平成１８年４月１２日（２００６．４．１２）
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１２日（２００６．４．１２）
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
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