JP2010285641A - Thermal spraying material, structure having thermal sprayed layer and rotary disk type drier apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶射材料、及び同溶射材料で母材表面に溶射層を形成した構造体、並びに同溶射材料でディスク表面に溶射層を形成した回転ディスク型乾燥装置に関するものである。 The present invention relates to a thermal spray material, a structure in which a thermal spray layer is formed on the surface of a base material using the thermal spray material, and a rotating disk type drying apparatus in which the thermal spray layer is formed on the disk surface with the thermal spray material.
従来より、液状廃棄物や液状汚泥などは、廃棄を容易なものとするため或いは飼料や肥料などとして有効に利用するために、乾燥装置で乾燥処理を施して含水率を低減させている。 Conventionally, liquid waste, liquid sludge, and the like have been subjected to a drying process with a drying device to reduce the water content in order to facilitate disposal or to effectively use as feed or fertilizer.
この液状廃棄物や液状汚泥などの被乾燥物を乾燥処理するための乾燥装置としては、各種の乾燥装置が開発されてきているが、その中でも、省スペースで短時間に被乾燥物を乾燥させることができる回転ディスク型乾燥装置が用いられてきている。 Various drying devices have been developed as drying devices for drying such liquid waste and liquid sludge. Among them, the drying materials are dried in a short time in a small space. Rotating disk type dryers that can be used have been used.
この回転ディスク型乾燥装置は、加熱したディスクを回転させるとともに、ディスクの表面に被乾燥物を吐出して、被乾燥物をディスクの表面で乾燥させ、被乾燥物の乾燥によってディスクの表面に付着した付着物を表面に押圧したスクレーパで掻き取るように構成している(たとえば、特許文献1参照。)。 This rotating disk type drying device rotates a heated disk, discharges the material to be dried onto the surface of the disk, dries the material to be dried on the surface of the disk, and adheres to the surface of the disk by drying the material to be dried. The adhered material is scraped off with a scraper pressed against the surface (see, for example, Patent Document 1).
上記従来の回転ディスク型乾燥装置は、液状の被乾燥物を省スペースで短時間で乾燥処理することができるとともに、被乾燥物の乾燥によって生じた乾燥物をディスクの付着物として容易に回収することができるものである。 The above conventional rotating disk type drying apparatus can dry a liquid to-be-dried material in a short time in a space-saving manner, and easily collects the dried material generated by drying the to-be-dried material as a deposit on the disk. It is something that can be done.
そのため、レアメタルを含有する産業廃液からレアメタルを回収して有効に再利用するための固液分離装置として上記回転ディスク型乾燥装置を活用することが望まれている。 Therefore, it is desired to utilize the rotating disk type drying device as a solid-liquid separation device for recovering and effectively reusing rare metal from industrial waste liquid containing rare metal.
ところが、レアメタル含有廃液は、半導体製品として使用されたレアメタルを含有した廃液であり、半導体製品の製造時に使用されるエッチング液などの強腐食性の廃液となっている。 However, the rare metal-containing waste liquid is a waste liquid containing a rare metal used as a semiconductor product, and is a highly corrosive waste liquid such as an etchant used in manufacturing a semiconductor product.
そのため、上記従来の回転ディスク型乾燥装置を用いてレアメタル含有廃液を処理した場合には、レアメタル含有廃液と接触するディスクの表面が腐食してしまうおそれがあった。 Therefore, when the rare metal-containing waste liquid is treated using the conventional rotating disk type drying apparatus, the surface of the disk that comes into contact with the rare metal-containing waste liquid may be corroded.
そこで、本発明者は、従来の回転ディスク型乾燥装置で使用されるディスクの耐腐食性能を向上させてレアメタル含有廃液の処理にも適用できるようにすることを目的として、ディスクの表面に溶射層を形成するための溶射材料について研究開発を行い、本発明を成すに到った。 Therefore, the present inventor aims to improve the corrosion resistance performance of the disk used in the conventional rotating disk type drying apparatus and to apply it to the treatment of the waste liquid containing rare metal, and sprayed layer on the surface of the disk. Research and development have been conducted on a thermal spray material for forming the film, and the present invention has been achieved.
請求項1に係る本発明では、タングステンカーバイト粉末を主材料とし、ハステロイ粉末を混入した溶射材料において、表面に金属皮膜を形成したハステロイ粉末を含有させることにした。
In the present invention according to
また、請求項2に係る本発明では、前記請求項1に記載の溶射材料を母材の表面に溶射して、構造体の母材の表面に溶射層を形成することにした。
Moreover, in this invention which concerns on
また、請求項3に係る本発明では、加熱したディスクを回転させるとともに、ディスクの表面に被乾燥物を吐出して、被乾燥物をディスクの表面で乾燥させ、被乾燥物の乾燥によってディスクの表面に付着した付着物を表面に押圧したスクレーパで掻き取るように構成した回転ディスク型乾燥装置において、ディスクの表面に前記請求項1に記載の溶射材料を溶射して溶射層を形成することにした。
According to the third aspect of the present invention, the heated disk is rotated, the material to be dried is discharged onto the surface of the disk, and the object to be dried is dried on the surface of the disk. In a rotating disk type drying apparatus configured to scrape off deposits adhered to the surface with a scraper pressed against the surface, the sprayed material according to
本発明では、母材の表面に形成した溶射層の耐腐食性能を向上させることができ、回転ディスク型乾燥装置のディスクの表面に溶射層を形成することで、レアメタル含有廃液等の強腐食性の廃液をも乾燥処理することができる。 In the present invention, it is possible to improve the corrosion resistance performance of the sprayed layer formed on the surface of the base material, and by forming the sprayed layer on the surface of the disk of the rotating disk type drying apparatus, strong corrosion resistance such as rare metal-containing waste liquid The waste liquid can also be dried.
以下に、本発明の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、本発明に係る溶射材料を溶射して溶射層を形成した構造体として回転ディスク型乾燥装置のディスクに適用した場合について説明する。 The specific configuration of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, a case will be described in which the thermal spray material according to the present invention is applied to a disk of a rotary disk type drying apparatus as a structure in which a thermal spray layer is formed.
回転ディスク型乾燥装置1は、各種の構造のものが知られているが、図1及び図2に模式的に示すように、ケーシング2に中空円筒状の回転軸3を回転自在に取付けるとともに、回転軸3に中空円板状のディスク4を取付け、回転軸3の中空部とディスク4の中空部とを連通している。これにより、回転ディスク型乾燥装置1は、回転軸3の中空部からディスク4の中空部に加熱蒸気を対流させることで、ディスク4の表面を加熱するようにしている。
The rotary disk
また、回転ディスク型乾燥装置1は、回転軸3に駆動モータ5を連動連結している。これにより、回転ディスク型乾燥装置1は、ディスク4を図1において時計回りに回転するようにしている。
In the rotary disk
また、回転ディスク型乾燥装置1は、ケーシング2に投入パイプ6を取付けるとともに、ケーシング2の内側下部に貯留タンク7を形成し、投入パイプ6と貯留タンク7とを連通連結し、貯留タンク7にポンプ8を介してノズル9を接続し、ノズル9をディスク4の表面に向けて配置している。これにより、回転ディスク型乾燥装置1は、投入パイプ6から貯留タンク7に供給した被乾燥物をポンプ8で汲み上げてノズル9からディスク4の表面に向けて吐出(噴霧)するようにし、また、ディスク4から流れ落ちた被乾燥物を貯留タンク7に回収するようにしている。
Further, the rotary disk
また、回転ディスク型乾燥装置1は、スクレーパ10をディスク4の表面に押圧させた状態で配置し、スクレーパ10の下方に回収ホッパー11を形成し、回収ホッパー11に排出パイプ12を連通連結している。これにより、回転ディスク型乾燥装置1は、ディスク4の表面で被乾燥物が乾燥することでディスク4の表面に付着した乾燥物(付着物)をスクレーパ10で掻き落とし、排出パイプ12から回収するようにしている。
Further, the rotary disk
このように、回転ディスク型乾燥装置1では、加熱したディスク4を回転させるとともに、ディスク4の表面に被乾燥物を吐出して、被乾燥物をディスク4の表面で乾燥させ、被乾燥物の乾燥によってディスク4の表面に付着した付着物をディスク4の表面に押圧したスクレーパ10で掻き取って回収するように構成している。
As described above, in the rotating disk
そして、従来においては、ディスク4の表面にタングステンカーバイト粉末を主材料としクロム粉末とニッケル粉末とを含有する溶射材料(たとえば、WC-17Cr-17Ni)を高速ガス溶射装置で溶射してディスク4の表面に溶射層を形成していた。
Conventionally, a thermal spray material (for example, WC-17Cr-17Ni) containing tungsten carbide powder as a main material and containing chromium powder and nickel powder is sprayed on the surface of the
一般的な液状の廃棄物であれば、上記溶射層でも耐腐食性能を有しており、実用上の問題はない。しかし、近年、レアメタル含有廃液からレアメタルを回収して有効に再利用するために上記回転ディスク型乾燥装置1を利用することが望まれており、強腐食性のレアメタル含有廃液を乾燥処理する場合には、ディスク4の溶射層の耐腐食性能をさらに向上させる必要がある。
If it is a general liquid waste, even the above-mentioned sprayed layer has corrosion resistance, and there is no practical problem. However, in recent years, in order to recover rare metals from rare metal-containing waste liquids and to effectively reuse them, it has been desired to use the rotating disk
そこで、ディスク4の溶射層の耐腐食性能について試験を行った。
Therefore, a test was conducted on the corrosion resistance performance of the sprayed layer of the
耐腐食性能の試験としては、JIS G0573で定められているステンレス鋼の腐食試験溶液である65%硝酸液を使用した。また、65%硝酸液では、処理対象のレアメタル含有廃液との相違が大きいため、よりレアメタル含有廃液に近い試験溶液として、金属を腐食させる代表的な塩酸と硝酸と硫酸とを混合した混合酸液(ここでは、塩酸10%、硝酸5%、硫酸5%、塩化第二鉄6%を混合した混合液)を使用することにした。また、回転ディスク型乾燥装置1では、被乾燥物をアルカリ性にpH調整して処理しているために、硝酸液、混合酸液ともに苛性ソーダを添加してpH9に調整したものを用いることにした。
As a test for corrosion resistance, a 65% nitric acid solution, which is a corrosion test solution for stainless steel specified in JIS G0573, was used. Also, the 65% nitric acid solution has a large difference from the waste liquid containing the rare metal to be treated. Therefore, as a test solution closer to the rare metal-containing waste solution, a mixed acid solution in which typical hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid that corrode metals are mixed (Here, a mixture of 10% hydrochloric acid, 5% nitric acid, 5% sulfuric acid, and 6% ferric chloride) was used. Further, in the rotary disk
また、通常の耐腐食性能の試験では、試験片に外力を加えずに無応力状態で試験するが、上記回転ディスク型乾燥装置1では、ディスク4の表面にスクレーパ10を押圧しており、ディスク4に応力が作用した状態となっている。
Further, in the normal corrosion resistance test, the test piece is tested in an unstressed state without applying an external force. In the rotating disk
そのため、耐腐食性能の試験としては、図3に示すように、表面に溶射層13を形成したチタン製の試験片14を支持棒15を介して上下一対の挟持具16,17で挟持し、ボルト18とナット19で締付けることで試験片14に所定の応力を作用させることにした。作用させる応力としては、一般的な材料の機械的性質を判定するときに使用される歪2000μεが発生する応力とした。具体的には、試験片14の歪と締付けトルクとの関係を測定し、歪2000μεが発生する締付けトルク(ここでは、締付けトルク4Nm)で試験片14を締付けることにした。なお、比較試験として、締付けトルク0Nm(無応力状態)と締付けトルク2Nmのものについても試験を行った。
Therefore, as a corrosion resistance test, as shown in FIG. 3, a
そして、本発明では、耐腐食性能の試験として、試験片14を65%硝酸液又は混合酸液からなるテスト液に所定の応力を作用させた状態で20日間浸漬し、浸漬前後の溶射層13の重量の減少量(腐食重量)を測定し、その比率(減少比率)で評価することにした。その評価としては、減少比率が300ppmを超える場合は、実用上の問題があるとして×と評価し、減少比率が300ppm以下の場合は、実用上の問題がないとして○と評価し、特に減少比率が200ppm以下の場合は、耐腐食性能に著しく優れるとして◎と評価した。
In the present invention, as a test for corrosion resistance, the
まず、タングステンカーバイト粉末を主材料とし17%のクロム粉末と17%のニッケル粉末とを含有する溶射材料(WC-17Cr-17Ni)を試験片14の表面に高速ガス溶射装置で溶射して溶射層13を形成し、これを試料No.1として耐腐食性能の試験を行った。
First, a thermal spray material (WC-17Cr-17Ni) containing tungsten carbide powder as the main material and containing 17% chromium powder and 17% nickel powder is sprayed onto the surface of the
その結果、表1に示すように、いずれの場合にも溶射層13の減少比率が300ppmを超えるものであり、実用上の問題があるものと評価された。
As a result, as shown in Table 1, the reduction ratio of the sprayed
そこで、本発明者は、タングステンカーバイト粉末を主材料としクロム粉末とニッケル粉末とを含有する溶射材料よりも耐腐食性能を有すると考えられる溶射材料として、タングステンカーバイト粉末を主材料としハステロイ粉末を含有する溶射材料に注目した。ここで、ハステロイ(ヘインズ社の登録商標)とは、ニッケルを主成分とする合金であってモリブデンやクロムや鉄などを含むものであり、ここでは、ハステロイBやハステロイCなどと称されるものの総称を表している。 Therefore, the present inventor has used tungsten carbide powder as a main material and hastelloy powder as a thermal spray material considered to have corrosion resistance performance compared to a thermal spray material containing tungsten carbide powder as a main material and containing chromium powder and nickel powder. Attention was focused on thermal spraying materials containing. Here, Hastelloy (registered trademark of Haynes Co., Ltd.) is an alloy containing nickel as a main component and containing molybdenum, chromium, iron, or the like. Here, it is referred to as Hastelloy B or Hastelloy C. Represents a generic name.
そして、耐腐食性能に優れる溶射材料として知られるタングステンカーバイト粉末を主材料とし30%ハステロイ粉末を含有する溶射材料(WC-30HST)を試験片14の表面に高速ガス溶射装置で溶射して溶射層13を形成し、これを試料No.2として耐腐食性能の試験を行った。
Thermal spraying is performed by spraying a thermal spray material (WC-30HST) containing tungsten carbide powder, which is known as a thermal spraying material with excellent corrosion resistance, and containing 30% Hastelloy powder on the surface of the
その結果、表1に示すように、締付けトルク0Nmの無応力状態では耐腐食性能に改善が見られるものの、使用状態に近い締付けトルク4Nmとした場合には、溶射層13の減少比率が300ppmを超えており、実用上の問題があるものと評価された。
As a result, as shown in Table 1, although the corrosion resistance performance is improved in the no-stress state with a tightening torque of 0 Nm, the reduction ratio of the sprayed
そのため、本発明者は、上記のタングステンカーバイト粉末を主材料としハステロイ粉末を含有する溶射材料について検討を重ね、ハステロイ粉末の表面を金属皮膜で被覆してハステロイ粉末の表面を凹凸のない滑らかな球面に形成したものを用いてみた。 Therefore, the present inventor has repeatedly studied a thermal spray material containing the above-mentioned tungsten carbide powder as a main material and containing hastelloy powder, and covering the surface of the hastelloy powder with a metal film to make the surface of the hastelloy powder smooth without unevenness. I tried using a spherical surface.
すなわち、タングステンカーバイト粉末を主材料とし22.2%のハステロイ粉末と10%の金属皮膜で被覆したハステロイ粉末とを含有する溶射材料(WC-22.2HST+10HST)を試験片14の表面に高速ガス溶射装置で溶射して溶射層13を形成し、これを試料No.3として耐腐食性能の試験を行った。
In other words, a spray material (WC-22.2HST + 10HST) containing tungsten carbide powder as the main material and containing 22.2% hastelloy powder and 10% metal film coated with high-speed gas spray on the surface of
その結果、表1に示すように、使用状態に近い締付けトルク4Nmとした場合であっても溶射層13の減少比率が300ppm以下であり、実用上の問題がないものと評価された。なお、金属皮膜したハステロイ粉末が全体の5%以上であればほぼ同様の結果が得られ、含有するハステロイ粉末の全部を金属皮膜で被覆してもよく、含有するハステロイ粉末の一部を金属皮膜で被覆したものでもよい。
As a result, as shown in Table 1, the reduction ratio of the
以上に説明したように、本発明では、表面に金属皮膜を形成したハステロイ粉末を含有する溶射材料を用いることで、溶射層の耐腐食性能を向上させることができた。そのため、回転ディスク型乾燥装置1のディスク4の表面に溶射層を形成することで、レアメタル含有廃液等の強腐食性の廃液をも乾燥処理することができる。
As described above, in the present invention, the corrosion resistance performance of the thermal sprayed layer can be improved by using the thermal spray material containing the Hastelloy powder having a metal film formed on the surface. Therefore, by forming a sprayed layer on the surface of the
1 回転ディスク型乾燥装置 2 ケーシング
3 回転軸 4 ディスク
5 駆動モータ 6 投入パイプ
7 貯留タンク 8 ポンプ
9 ノズル 10 スクレーパ
11 回収ホッパー 12 排出パイプ
13 溶射層 14 試験片
15 支持棒 16,17 挟持具
18 ボルト 19 ナット
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11
13
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