JP2016079418A - Thermal spray material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属の酸化発熱反応を利用した工業窯炉等の補修に使用される溶射材料に関する。 The present invention relates to a thermal spray material used for repairing an industrial kiln or the like using a metal oxidation exothermic reaction.
工業窯炉や溶融金属容器等においては、その使用に伴って、耐火物からなる内張り等に損傷が発生する。このような損傷に対しては、適宜、補修が実施される。例えば、製鉄所のコークス炉は建設してから20年以上のものが多く、特に、炭化室の壁は補修を繰り返しながら操業を継続している。 In industrial kilns, molten metal containers, and the like, damage is caused to the lining made of refractory material with the use thereof. For such damage, repairs are performed as appropriate. For example, many coke ovens in steelworks have been built for over 20 years, and in particular, the walls of the carbonization chamber continue to be operated with repeated repairs.
操業を継続しながら補修を実施する技術として溶射補修法がある。この溶射補修法には、例えば、プラズマ溶射、レーザー溶射、火炎溶射がある。しかしながら、これらの溶射法には大掛かりな装置が必要である。そのため、近年、比較的簡易な装置で実現可能な、金属の酸化発熱反応を利用した溶射法も利用されている(例えば、特許文献1〜3参照)。この溶射法では、金属粉末(燃焼剤)と耐火性粉末の混合物(溶射材料)を酸素で搬送し、高熱の補修面に吹き付ける。 There is a thermal spray repair method as a technique for performing repairs while continuing operations. Examples of the thermal spray repair method include plasma spraying, laser spraying, and flame spraying. However, these spraying methods require a large apparatus. Therefore, in recent years, a thermal spraying method using a metal oxidation exothermic reaction that can be realized with a relatively simple apparatus is also used (for example, see Patent Documents 1 to 3). In this thermal spraying method, a mixture of metal powder (combustion agent) and refractory powder (spraying material) is transported with oxygen and sprayed onto a hot repair surface.
例えば、特許文献1は、混合物として溶射する粒体の粒子径を、耐火性粒体(シリマナイト、ムライト、ジルコン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等)の80%及び20%粒径の平均が酸化性粒体(シリコン、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム等)の80%及び20%粒径の平均よりも大きく、耐火性粒体の粒径分布範囲率が1.2以上になるようにした溶射材料を開示している。この溶射材料によれば、信頼性及び堅牢性を向上させることができ、高い耐久性を有する耐火性溶着層が実現できるとされている。また、耐火性材料の少なくともいくつかを、ケルビン温度において、温度がその融点の0.7倍を越える前に着火させることで耐火性材料の結晶構造を改善し高品質の溶射耐火性溶着層が形成できるとされている。 For example, Patent Document 1 discloses that the particle diameter of particles sprayed as a mixture is 80% and 20% particle diameter of refractory particles (silimanite, mullite, zircon, silicon dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide, magnesium oxide, etc.). Is larger than the average of 80% and 20% particle diameters of oxidizing particles (silicon, aluminum, magnesium, zirconium, etc.), and the particle size distribution range ratio of the refractory particles is 1.2 or more. A thermal spray material is disclosed. According to this thermal spray material, it is said that reliability and fastness can be improved, and a fire-resistant weld layer having high durability can be realized. In addition, by igniting at least some of the refractory material before the temperature exceeds 0.7 times its melting point at the Kelvin temperature, the crystal structure of the refractory material is improved, and a high-quality sprayed refractory weld layer is formed. It can be formed.
また、特許文献2は、耐火原料粉(マグネシア質粉3〜30質量%、シリカ質粉50〜90質量%)と金属Si粉5〜30質量%を含み、化学成分値で組成全体に占めるMgO成分を1〜25質量%とした溶射材料を開示している。さらに、特許文献3は、耐火原料粉(CaO含有量75質量%超のカルシア質粉2〜25質量%、シリカ質粉50〜90質量%)と金属Si粉5〜30質量%を含む溶射材料を開示している。これらの技術では、マグネシア質粉やカルシア質粉との反応によってシリカ質粉の溶融が促進され、付着性及び接着性が向上するとされている。 Patent Document 2 includes refractory raw material powder (magnesia powder 3 to 30% by mass, siliceous powder 50 to 90% by mass) and metal Si powder 5 to 30% by mass, and MgO occupies the entire composition in terms of chemical component values. The thermal spray material which made the component 1-25 mass% is disclosed. Furthermore, Patent Document 3 discloses a thermal spray material containing refractory raw material powder (2 to 25 mass% of calcia powder having a CaO content exceeding 75 mass%, 50 to 90 mass% of siliceous powder) and 5 to 30 mass% of metal Si powder. Is disclosed. In these techniques, melting of siliceous powder is promoted by reaction with magnesia powder or calcia powder, and adhesion and adhesion are improved.
一方、上述の溶射材料による補修対象の1つであるコークス炉炭化室は、コークスを押出す際に扉を開閉するため、その扉近くでは、例えば、900℃〜1300℃間で炉内温度が変動する。また、炭化室を補修する際には扉を長時間開放するため、炉内温度が400℃近くまで低下することもある。このような大きな温度変動に曝される部位では、被施工体である炉壁の熱膨張率と補修に使用される溶射施工体の熱膨張率が大きく異なると、温度変動によって溶射施工体が炉壁から剥離損耗してしまう。そのため、被施工体である炉壁の熱膨張率と同等の熱膨張率を有する溶射施工体を使用することにより耐用性を確保する必要がある。 On the other hand, the coke oven carbonization chamber, which is one of the objects to be repaired by the above-mentioned sprayed material, opens and closes the door when extruding the coke, so that the furnace temperature is, for example, between 900 ° C. and 1300 ° C. near the door. fluctuate. In addition, when repairing the carbonization chamber, the door temperature is opened for a long time, so that the furnace temperature may decrease to nearly 400 ° C. In parts exposed to such large temperature fluctuations, if the thermal expansion coefficient of the furnace wall, which is the workpiece, and the thermal expansion coefficient of the thermal spraying construction body used for repair are significantly different, It will be worn away from the wall. Therefore, it is necessary to ensure the durability by using a thermal sprayed construction body having a thermal expansion coefficient equivalent to the thermal expansion coefficient of the furnace wall that is the work body.
また、金属の酸化発熱反応を利用した溶射に使用される溶射材料は、金属粉末の酸化により生成される酸化物(結合相)や一部溶融した耐火性粉末がガラス質になっている。このような施工体に含まれるガラス質は、補修施工後の使用中に徐々に結晶化が進行する。この結晶化は膨張を伴うため、施工体が被施工体の補修面から剥離損耗してしまう。 In addition, a thermal spray material used for thermal spraying utilizing the oxidation exothermic reaction of a metal has a vitreous oxide (binding phase) generated by oxidation of metal powder or a partially molten refractory powder. The vitreous contained in such a construction body gradually crystallizes during use after repair construction. Since this crystallization is accompanied by expansion, the construction body is peeled away from the repair surface of the work body.
その対策として、結晶化促進剤を添加し、溶射後速やかに結晶化させること技術が採用されている。例えば、特許文献4は、耐火性粉末(珪石れんがの2000μm以下の粉砕粉が主成分)と酸化性粉体である金属粉末(金属シリコン)とを含有する溶射材料において、結晶化促進剤としてリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩の1種又は複数を溶射材料に対して外掛けで0.3〜5重量%添加すること、及び着火促進剤として、発火点が300〜800℃の炭素系粉末(コークス粉、木炭粉、コーンスターチ粉など)又は金属粉末(鉄粉、マンガン粉、バナジウム粉など)を溶射材料に対して外掛けで0.3〜5重量%添加することを開示している。この溶射材料によれば、コークス炉の炭化室に使用されている珪石れんがと補修材の熱膨張率を近似させることができるため、長期間使用時のれんが面からの剥離損耗を抑制できるとされている。また、結晶化促進剤の添加により溶射と同時に結晶化させることができるため、溶射施工完了後の使用中に材料が膨張を伴って結晶化することを防止でき、れんがと補修材の接着強度低下を防止できるとされている。 As a countermeasure, a technique of adding a crystallization accelerator and crystallizing promptly after spraying is employed. For example, Patent Document 4 discloses a thermal spray material containing a refractory powder (a pulverized powder of silica brick of 2000 μm or less as a main component) and a metal powder (metal silicon) which is an oxidizing powder. Carbon type powder having an ignition point of 300 to 800 ° C. as an ignition accelerator, adding one or more of salt, sodium salt and potassium salt as an external coating to the thermal spray material Coke powder, charcoal powder, corn starch powder, etc.) or metal powder (iron powder, manganese powder, vanadium powder, etc.) is added to the sprayed material in an amount of 0.3 to 5% by weight. According to this thermal spray material, the coefficient of thermal expansion of the silica brick used in the coking chamber of the coke oven and the repair material can be approximated, so that it is possible to suppress delamination wear from the brick surface during long-term use. ing. In addition, since it can be crystallized simultaneously with thermal spraying by adding a crystallization accelerator, it is possible to prevent the material from crystallizing with expansion during use after completion of thermal spraying, and the adhesive strength of bricks and repair materials is reduced. Can be prevented.
また、特許文献5は、結晶化促進剤としてリチウム塩(リチウムの炭酸塩又はリチウムの硫酸塩)を溶射材料に対して外掛けで、酸化物換算で0.3〜1.0質量%添加すること、着火促進剤として金属粉末(鉄粉、マンガン粉、バナジウム粉等)を溶射材料に対して外掛けで1.5質量%未満添加すること、及び燃焼補助剤として金属酸化物(酸化スカンジウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅)を溶射材料に対して外掛けで0.3〜2.0質量%添加することを開示している。この溶射材料によれば、分解時に吸熱して燃焼効率を低下させる硫酸リチウムのようなアルカリ金属塩を結晶化促進剤として添加していても、多量の着火促進剤を添加することなく着火性と燃焼継続性が確保できるため、安全性を確保できるとされている。 Further, Patent Document 5 adds 0.3 to 1.0% by mass in terms of an oxide, as a crystallization accelerator, with a lithium salt (lithium carbonate or lithium sulfate) as an outer coating on the thermal spray material. Addition of metal powder (iron powder, manganese powder, vanadium powder, etc.) as an ignition accelerator to the thermal spray material in an amount of less than 1.5% by mass, and metal oxide (scandium oxide, (Titanium oxide, vanadium oxide, chromium oxide, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide) is disclosed to be added in an amount of 0.3 to 2.0% by mass to the thermal spray material. . According to this thermal spray material, even if an alkali metal salt such as lithium sulfate which absorbs heat during decomposition and lowers combustion efficiency is added as a crystallization accelerator, it can be ignited without adding a large amount of ignition accelerator. It is said that safety can be secured because combustion continuity can be secured.
上述した従来の溶射材料では、結晶化を促進するために、溶射材料にアルカリ金属イオン源が添加される。このようなアルカリ金属イオン源には、特許文献4及び5が開示するように、爆発等の危険性のない安全な化合物であり、工業的にも入手が容易な、塩化アルカリ、炭酸アルカリ、硫酸アルカリ等のアルカリ金属塩が利用されている。しかしながら、アルカリ金属塩は分解時に吸熱するため、400℃程度に温度が低下した扉付近の補修では、アルカリ金属塩を含む溶射材料では、着火が困難であったり、着火した場合でも燃焼の継続が困難であったりする。これに対し、特許文献5は、金属酸化物粉末からなる燃焼補助剤を添加することで、着火性と燃焼継続性とを確保している。しかしながら、特定の条件下では付着性が低下することがあり、その効果は十分に満足できるものではない。 In the conventional thermal spray material described above, an alkali metal ion source is added to the thermal spray material in order to promote crystallization. As disclosed in Patent Documents 4 and 5, such an alkali metal ion source is an alkaline chloride, alkali carbonate, sulfuric acid, which is a safe compound without danger of explosion or the like and is easily available industrially. Alkali metal salts such as alkali are used. However, since the alkali metal salt absorbs heat during decomposition, it is difficult to ignite with the sprayed material containing the alkali metal salt in the repair of the vicinity of the door whose temperature has dropped to about 400 ° C., or the combustion continues even when ignited. It may be difficult. On the other hand, Patent Document 5 secures ignitability and combustion continuity by adding a combustion aid made of metal oxide powder. However, the adhesion may decrease under certain conditions, and the effect is not fully satisfactory.
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、アルカリ金属塩を添加することなく点火性及び燃焼継続性を確保し、かつ耐用性と安全性に優れる溶射材料を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances, and provides a thermal spray material that ensures ignitability and combustion continuity without adding an alkali metal salt and is excellent in durability and safety. For the purpose.
本願発明者らは、まず、従来の結晶化促進剤について考察した。上述のように、従来、結晶化促進剤として、アルカリ金属イオン源が溶射材料に添加されている。アルカリ金属イオンのうち、リチウムイオンは高い結晶化促進効果を得ることができる。これは、イオン半径が小さいためシリカネットワーク内での移動が起こり易く、シリカネットワーク切断による結晶化促進効果が高いためと考えられる。 The inventors of the present application first considered a conventional crystallization accelerator. As described above, conventionally, an alkali metal ion source is added to the thermal spray material as a crystallization accelerator. Among alkali metal ions, lithium ions can obtain a high crystallization promoting effect. This is presumably because the ionic radius is small and thus movement within the silica network is likely to occur, and the crystallization promoting effect by cutting the silica network is high.
このようなアルカリ金属イオン源には、特許文献5が開示するように、爆発などの危険性のない安全な化合物であり、工業的にも入手が容易なアルカリ金属塩が利用されてきた。ここでいう塩とは、酸由来の陰イオンと塩基由来の陽イオンとの化合物であるが、従来の結晶化促進剤は高温で熱分解し、陽イオン由来のLi2Oは残留するのに対し、酸由来の陰イオンは揮発、気散していた。このように、アルカリ金属塩は受熱により分解して吸熱するため、400℃程度に温度が低下した扉付近の補修においては、アルカリ金属塩を含む溶射材料を使用すると、着火が困難であったり、着火した場合でも燃焼の継続が困難であったりした。 As such an alkali metal ion source, as disclosed in Patent Document 5, an alkali metal salt that is a safe compound without danger of explosion or the like and is easily available industrially has been used. The salt here is a compound of an anion derived from an acid and a cation derived from a base, but the conventional crystallization accelerator is thermally decomposed at a high temperature, and the cation-derived Li 2 O remains. On the other hand, the anion derived from the acid was volatilized and diffused. Thus, since the alkali metal salt is decomposed by receiving heat and absorbs heat, in the repair of the vicinity of the door whose temperature has dropped to about 400 ° C., if a thermal spray material containing the alkali metal salt is used, ignition is difficult, Even when ignited, it was difficult to continue combustion.
これに対し、特許文献5では、金属からなる着火促進剤と金属酸化物からなる燃焼補助剤を併用することにより着火性、燃焼継続性を向上させているが、特定の条件下では、アルカリ金属塩の分解時の吸熱に起因して付着率の低下が確認された。 On the other hand, in Patent Document 5, ignitability and combustion continuity are improved by using a combination of an ignition accelerator made of metal and a combustion auxiliary agent made of metal oxide. A decrease in the adhesion rate was confirmed due to the endotherm during decomposition of the salt.
以上の考察から、本願発明者らは、リチウムイオン源として、Liを含有するとともに、熱分解を起こさない化合物であれば、吸熱を発生させることなく溶射によって溶融し、リチウムイオン源として働かせることができるのではないかと考えた。そして、このようなリチウムイオン源の1つとして、リチウムを含有する珪酸塩鉱物に着目した。珪酸塩鉱物には、例えば、スポジュメン(LiAlSi2O6)やペタライト(LiAlSi4O10)等がある。 From the above considerations, the inventors of the present invention can use Li as a lithium ion source, and if it is a compound that does not cause thermal decomposition, it can be melted by thermal spraying without causing endotherm to act as a lithium ion source. I thought I could do it. As one of such lithium ion sources, attention was focused on silicate minerals containing lithium. Examples of the silicate mineral include spodumene (LiAlSi 2 O 6 ) and petalite (LiAlSi 4 O 10 ).
しかしながら、スポジュメンやペタライトは組成中にアルミニウムを含有するため、Al2O3が生成されて膨張特性が被補修面の珪石れんがと乖離することで、剥離損耗することが懸念された。そこで、本願発明者らは、実際に、スポジュメンを添加し、結晶化促進効果と、熱膨張特性の珪石れんがとの一致を検証した。その結果、結晶化促進剤として利用可能であり、また、リチウムの炭酸塩又はリチウムの硫酸塩を添加した場合と比較して付着率が向上することを見出した。また、結晶化促進効果が、特許文献5に示すリチウム塩(リチウムの炭酸塩又はリチウムの硫酸塩)のLi2O換算での添加量より少量で発揮することを見出した。 However, since spodumene and petalite contain aluminum in the composition, there is a concern that Al 2 O 3 is generated and the expansion characteristics deviate from the silica brick on the repaired surface, resulting in delamination wear. Therefore, the inventors of the present application actually added spojumen and verified the coincidence between the crystallization promoting effect and the silica brick of thermal expansion characteristics. As a result, it was found that it can be used as a crystallization accelerator and that the adhesion rate is improved as compared with the case where lithium carbonate or lithium sulfate is added. Further, the inventors have found that the crystallization promoting effect is exerted in a smaller amount than the addition amount of the lithium salt (lithium carbonate or lithium sulfate) shown in Patent Document 5 in terms of Li 2 O.
本願発明者らは、以上のようにして得られた新たな知見に基づいて本発明に至った。まず。本発明は、耐火性粉末と金属粉末を主原料とし、酸素とともに吹き付けて被補修面を補修する溶射法に使用する溶射材料を前提としている。そして、本発明に係る溶射材料は、リチウムを含有する珪酸塩又はリチウムを含有する珪酸塩鉱物を主原料に対して、外掛けで、Li2O換算で0.2〜0.7質量%添加したことを特徴とする。 The inventors of the present application have arrived at the present invention based on the new findings obtained as described above. First. The present invention is premised on a thermal spray material used in a thermal spraying method in which a refractory powder and a metal powder are used as main raw materials and sprayed together with oxygen to repair a repaired surface. The spraying material according to the present invention, addition of a silicate mineral containing silicate or lithium containing lithium to the main raw material, in outer percentage, from 0.2 to 0.7% by mass Li 2 O in terms It is characterized by that.
上記主原料は、耐火性粉末及び金属シリコン粉末を含むことができる。この場合、耐火性粉末を主原料の全量に対して80〜90質量%、金属シリコン粉末を主原料の全量に対して10〜20質量%とすることができる。 The main raw material may include refractory powder and metal silicon powder. In this case, the refractory powder can be 80 to 90 mass% with respect to the total amount of the main raw material, and the metal silicon powder can be 10 to 20 mass% with respect to the total amount of the main raw material.
また、点火促進剤として、鉄粉、マンガン粉、バナジウム粉、マグネシウム粉、チタン粉、あるいはこれらの合金の粉末から選ばれる1種又は2種以上を、さらに添加することもできる。この場合、添加量は、主原料の全量に対して外掛けで0.1〜1.5質量%とすることが好ましい。 Moreover, 1 type, or 2 or more types chosen from the powder of iron powder, manganese powder, vanadium powder, magnesium powder, titanium powder, or these alloys can also be added as an ignition accelerator. In this case, the addition amount is preferably 0.1 to 1.5% by mass based on the total amount of the main raw material.
さらに、燃焼補助剤として、遷移金属酸化物を、さらに添加することもできる。この場合、添加量は、主原料の全量に対して外掛けで0.3〜2.0質量%とすることが好ましい。なお、燃焼補助剤は、酸化スカンジウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅から選ばれる1種又は2種以上とすることができる。 Furthermore, a transition metal oxide can be further added as a combustion aid. In this case, it is preferable that the addition amount is 0.3 to 2.0% by mass with respect to the total amount of the main raw material. In addition, a combustion auxiliary agent can be made into 1 type, or 2 or more types chosen from scandium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, chromium oxide, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide.
本発明によれば、主原料に添加した、リチウムを含有する珪酸塩、リチウムを含有する珪酸塩鉱物は結晶化を促進するが、リチウムの炭酸塩又はリチウムの硫酸塩のように熱分解による燃焼阻害を起こすことはない。その結果、結晶化促進剤としてリチウムの炭酸塩又はリチウムの硫酸塩を添加した場合に比較して付着率が向上し、作業を効率化することができる。また、従来に比べて、点火性、燃焼継続性、耐用性、安全性が低下することもない。 According to the present invention, the silicate containing lithium and the silicate mineral containing lithium added to the main raw material promote crystallization, but combustion by pyrolysis like lithium carbonate or lithium sulfate There is no inhibition. As a result, compared with the case where lithium carbonate or lithium sulfate is added as a crystallization accelerator, the adhesion rate is improved and the operation can be made efficient. In addition, the ignition performance, combustion continuity, durability, and safety are not deteriorated as compared with the prior art.
本発明に係る溶射材料は、耐火性粉末と、燃焼剤としての金属粉末との混合物(以下、耐火性粉末と金属粉末との混合物を主原料という。)に、特性を制御するための添加物を添加することで構成される。本発明では、結晶化促進剤として、Li(リチウム)を含有する珪酸塩(以下、Li含有珪酸塩という。)又はLiを含有する珪酸塩鉱物(以下、Li含有珪酸塩鉱物という。)が添加される。Li含有珪酸塩又はLi含有珪酸塩鉱物を適当量添加することで、結晶化促進効果を得ることができる。また、結晶化促進剤としてLi含有珪酸塩、Li含有珪酸塩鉱物を添加した場合、結晶化促進剤としてリチウムの炭酸塩又はリチウムの硫酸塩を添加した場合と比較して付着率が向上する。 The thermal spray material according to the present invention is an additive for controlling the characteristics of a mixture of a refractory powder and a metal powder as a combustion agent (hereinafter, a mixture of the refractory powder and the metal powder is referred to as a main raw material). It is comprised by adding. In the present invention, a silicate containing Li (lithium) (hereinafter referred to as Li-containing silicate) or a silicate mineral containing Li (hereinafter referred to as Li-containing silicate mineral) is added as a crystallization accelerator. Is done. By adding an appropriate amount of Li-containing silicate or Li-containing silicate mineral, a crystallization promoting effect can be obtained. Moreover, when Li containing silicate and Li containing silicate mineral are added as a crystallization accelerator, the adhesion rate improves compared with the case where lithium carbonate or lithium sulfate is added as a crystallization accelerator.
Li含有珪酸塩としては、例えば、珪酸リチウムを使用することができる。また、Li含有珪酸塩鉱物としては、例えば、スポジュメン(LiAlSi2O6)、ペタライト(LiAlSi4O10)、ユークリプタイト(LiAlSiO3)、レピドライト(LiKAl2F2Si3O9)等を使用することができる。これらの中でも、スポジュメン、ペタライトは工業的に比較的安価に入手可能であり、経済的である。なお、これらの、Li含有珪酸塩、Li含有珪酸塩鉱物は単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 As the Li-containing silicate, for example, lithium silicate can be used. Moreover, as Li-containing silicate minerals, for example, spodumene (LiAlSi 2 O 6 ), petalite (LiAlSi 4 O 10 ), eucryptite (LiAlSiO 3 ), lipidite (LiKAl 2 F 2 Si 3 O 9 ) and the like are used. can do. Among these, spojumen and petalite are economically available industrially and are economical. These Li-containing silicates and Li-containing silicate minerals may be used alone or in combination of two or more.
結晶化促進剤の添加量は、酸化物(Li2O)換算で、主原料の全量に対して外掛けで0.2〜0.7質量%(0.2質量%以上かつ0.7質量%以下)である。より好ましくは、0.24〜0.45質量%(0.24質量%以上かつ0.45質量%以下)である。ここで、主原料の全量は、耐火性粉末と金属粉末とからなる100質量%の混合物を意味する。 The addition amount of the crystallization accelerator is 0.2 to 0.7% by mass (0.2% by mass or more and 0.7% by mass) based on the total amount of the main raw material in terms of oxide (Li 2 O). % Or less). More preferably, it is 0.24-0.45 mass% (0.24 mass% or more and 0.45 mass% or less). Here, the total amount of the main raw material means a 100% by mass mixture of refractory powder and metal powder.
添加量がLi2O換算で0.2質量%未満であると、十分な結晶化促進効果が得られないため好ましくない。一方、添加量がLi2O換算で0.7質量%を超えると、融液中のアルカリ濃度が高くなることで粘性が低下して溶射体が流下するため好ましくない。また、添加量がLi2O換算で0.7質量%を超えると、Li含有珪酸塩に不可避的に含有されるアルミニウムに起因して、溶射層と被補修面の珪石れんがとの熱膨張率の乖離が次第に顕著となるので好ましくない。Liを含有する結晶化促進剤の粒径は特には限定されないが、溶射時に速やかに融解して結合相と混ざるためには最大粒子径が1.0mm以下とすることが望ましい。 If the addition amount is less than 0.2% by mass in terms of Li 2 O, a sufficient crystallization promoting effect cannot be obtained, which is not preferable. On the other hand, if the amount added exceeds 0.7% by mass in terms of Li 2 O, the alkali concentration in the melt increases, so that the viscosity decreases and the sprayed material flows down, which is not preferable. Moreover, when the addition amount exceeds 0.7 mass% in terms of Li 2 O, the thermal expansion coefficient between the sprayed layer and the silica brick on the repaired surface is inevitably contained in the Li-containing silicate. This is not preferable because the divergence of becomes gradually remarkable. The particle size of the crystallization accelerator containing Li is not particularly limited, but it is desirable that the maximum particle size be 1.0 mm or less in order to melt quickly and mix with the binder phase during thermal spraying.
以下、結晶化促進剤以外の成分について詳述する。 Hereinafter, components other than the crystallization accelerator will be described in detail.
(耐火性粉末)
上述のように、本発明に係る溶射材料は、耐火性粉末と金属粉末の混合物に、特性を制御するための添加物を添加することで構成される。当該耐火性粉末には、珪石、珪石れんが粉、溶融シリカ、シャモット、コージエライト等を用途に応じて用いることができる。
(Fireproof powder)
As described above, the thermal spray material according to the present invention is configured by adding an additive for controlling characteristics to a mixture of a refractory powder and a metal powder. As the refractory powder, silica stone, silica brick powder, fused silica, chamotte, cordierite, or the like can be used depending on the application.
特に限定されないが、耐火性粉末の最大粒子径は2000μmであることが好ましい。最大粒子径が2000μmより大きいと、施工時に大きい粒子が跳ね返るため被施工体への付着が困難となり、溶射効率が低下するからである。 Although not particularly limited, the maximum particle size of the refractory powder is preferably 2000 μm. This is because if the maximum particle diameter is larger than 2000 μm, large particles will rebound at the time of construction, making it difficult to adhere to the work piece and lowering the thermal spraying efficiency.
(金属粉末)
本発明に係る溶射材料では、燃焼剤としての金属粉末が配合される。燃焼剤は、燃焼後に上述の耐火性粉体を結合する結合相を形成する酸化物となる。例えば、補修対象である被施工体がシリカ主体である珪石れんがからなる場合、当該燃焼剤として金属シリコン粉末を使用することができる。
(Metal powder)
In the thermal spray material according to the present invention, a metal powder as a combustion agent is blended. A combustion agent turns into an oxide which forms the binder phase which couple | bonds the above-mentioned refractory powder after combustion. For example, when the work object to be repaired is made of silica brick mainly composed of silica, metal silicon powder can be used as the combusting agent.
主原料となる耐火性粉末と金属シリコン粉末の混合物の全量を100質量%としたとき、金属シリコン粉末の添加量は10〜20質量%(10質量%以上かつ20質量%以下)であり、好ましくは13〜17質量%(13質量%以上かつ17質量%以下)である。 When the total amount of the mixture of the refractory powder and the metal silicon powder as the main raw material is 100% by mass, the addition amount of the metal silicon powder is 10 to 20% by mass (10 to 20% by mass), preferably Is 13 to 17% by mass (13 to 17% by mass).
添加量が10質量%より少ないと、燃焼反応が弱くなり燃焼の継続性と被施工体への付着が著しく悪化するため、溶射材料として成立しない。また、添加量が20質量%を超えると、燃焼による発熱量が多く高温になりすぎる。その結果、溶射した材料の粘性が低下して溶射した材料が被施工体から流れ落ちてしまい良好な施工体を得ることができなくなるため、溶射材料として成立しない。金属シリコン粉末に含まれる金属Si成分の質量割合(Si純度)は90%以上であることが好ましい。Si純度が低い場合、シリカの結晶化を阻害するアルミニウムなどの元素が多く含まれることになるため好ましくない。なお、主原料の金属シリコン粉末以外の残部は耐火性粉末である。 If the addition amount is less than 10% by mass, the combustion reaction is weakened, and the continuity of combustion and the adhesion to the workpiece are significantly deteriorated. On the other hand, if the amount added exceeds 20% by mass, the amount of heat generated by combustion is too high and the temperature becomes too high. As a result, since the viscosity of the sprayed material decreases and the sprayed material flows down from the work body and a good work body cannot be obtained, it is not established as a sprayed material. The mass ratio (Si purity) of the metal Si component contained in the metal silicon powder is preferably 90% or more. A low Si purity is not preferable because it contains a large amount of elements such as aluminum that inhibit crystallization of silica. The balance other than the metal silicon powder as the main raw material is refractory powder.
金属粉末の粒子径は、溶射材料全体において、75μm以上が5質量%以下、20μm以下が3〜14質量%(3質量%以上かつ14質量%以下)、残部を20〜75μm(20μmより大きく、かつ75μm以下)とすることが好ましい。より好ましくは、75μm以上が3.0質量%以下、20μm以下が5〜12質量%(5質量%以上かつ12質量%以下)である。粒子径が75μm以上の金属粉末は、燃焼反応が弱く、配合量が多くなると燃焼継続性が低下するため、5質量%以下とすることが好ましい。20μm以下の金属粉末が3質量%未満である場合も、燃焼反応が弱くなり燃焼継続性が低下するため好ましくない。20μm以下の金属粉末が14質量%を超えると、粉体流動性が低下して脈動を引き起こして逆火の危険性が大きくなるため好ましくない。 As for the particle diameter of the metal powder, 75 μm or more is 5% by mass or less, 20 μm or less is 3 to 14% by mass (3% by mass or more and 14% by mass or less), and the remainder is 20 to 75 μm (greater than 20 μm). And 75 μm or less). More preferably, 75 μm or more is 3.0 mass% or less, and 20 μm or less is 5 to 12 mass% (5 mass% or more and 12 mass% or less). The metal powder having a particle size of 75 μm or more has a weak combustion reaction, and the combustion continuity is lowered when the blending amount is increased. Even when the metal powder of 20 μm or less is less than 3% by mass, the combustion reaction becomes weak and the combustion continuity is lowered, which is not preferable. When the metal powder of 20 μm or less exceeds 14% by mass, the powder fluidity is lowered, causing pulsation and increasing the risk of backfire, which is not preferable.
(点火促進剤)
本発明に係る溶射材料では、金属シリコン粉末の酸化反応に必要な初期の熱量を補助する機能を有する金属粉末の点火促進剤を必要に応じて配合できる。点火促進剤を配合することにより、被施工体温度が800℃以下の比較的低温である場合でも、溶射開始時の点火を促進することができる。
(Ignition accelerator)
In the thermal spray material according to the present invention, an ignition accelerator for metal powder having a function of assisting the initial amount of heat necessary for the oxidation reaction of the metal silicon powder can be blended as necessary. By blending the ignition accelerator, it is possible to promote ignition at the start of thermal spraying even when the temperature of the workpiece is a relatively low temperature of 800 ° C. or less.
このような金属粉末としては、例えば、鉄粉、マンガン粉、バナジウム粉、マグネシウム粉、チタン粉、あるいはこれらの合金の粉末等を好適に使用することができる。これらの金属粉末は、単体で添加されてもよく、2種以上が組み合わされて添加されてもよい。点火促進剤は発火点が300〜800℃であれば使用できるが、発火点が400℃以下である鉄粉が特に好ましく使用できる。 As such a metal powder, for example, iron powder, manganese powder, vanadium powder, magnesium powder, titanium powder, or a powder of these alloys can be preferably used. These metal powders may be added alone or in combination of two or more. The ignition accelerator can be used if its ignition point is 300 to 800 ° C, but iron powder having an ignition point of 400 ° C or less can be used particularly preferably.
点火促進剤の添加量は、主原料の全量に対して外掛けで0.1〜1.5質量%(0.1質量%以上かつ1.5質量%以下)であることが好ましい。添加量が0.1質量%未満であると、点火促進剤の添加効果(点火促進効果)が十分得られないため好ましくない。一方、1.5質量%より多いとシリカの結晶化を阻害する上、爆発や逆火などの作業上の危険性が高まるため好ましくない。また、点火促進剤である金属粉末の粒子径は100μm以下であることが好ましい。100μmより大きいと反応性が乏しくなり点火促進の効果が得難くなるからである。 The addition amount of the ignition accelerator is preferably 0.1 to 1.5% by mass (0.1% by mass to 1.5% by mass) based on the total amount of the main raw material. If the addition amount is less than 0.1% by mass, the effect of adding an ignition accelerator (ignition promoting effect) cannot be obtained sufficiently, which is not preferable. On the other hand, if it is more than 1.5% by mass, the crystallization of silica is hindered, and the risk of work such as explosion and flashback increases, which is not preferable. Moreover, it is preferable that the particle diameter of the metal powder which is an ignition accelerator is 100 micrometers or less. This is because if it is larger than 100 μm, the reactivity becomes poor and it becomes difficult to obtain the effect of accelerating ignition.
(燃焼補助剤)
本発明に係る溶射材料では、溶射材料の燃焼中に酸素を供給して、被施工体上で、燃焼材である金属シリコン粉末を酸化させる機能を有する燃焼補助剤を必要に応じて配合することができる。燃焼補助剤は、燃焼剤である金属シリコン(金属粉末)に付着していると、被施工体に付着した際の受熱により酸素供給源となる金属酸化物の粉末からなる。
(Combustion aid)
In the thermal spray material according to the present invention, oxygen is supplied during combustion of the thermal spray material, and a combustion auxiliary agent having a function of oxidizing the metal silicon powder as the combustion material is blended as necessary on the workpiece. Can do. When the combustion auxiliary agent is attached to metal silicon (metal powder) as a combustion agent, the combustion auxiliary agent is made of a metal oxide powder that becomes an oxygen supply source by receiving heat when attached to the workpiece.
このような金属酸化物としては、例えば、遷移金属酸化物、特に、第一遷移金属酸化物(酸化スカンジウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅)を好適に使用することができる。これらの金属酸化物は、金属シリコンに付着していると、被施工体上における燃焼中に自身の酸化数を低下させることで金属シリコンを酸化する。燃焼剤である金属シリコン粉末が酸化されるため、被施工体上での燃焼が継続されることになる。なお、これらの金属酸化物は、単体で添加されてもよく、2種以上が組み合わされて添加されてもよい。金属シリコン粉末を効率よく酸化させる観点では、酸化鉄(Fe2O3)が、金属シリコン粉末が酸化されて生成したシリカガラスに固溶した場合に酸素透過速度を上昇させる効果もあるため特に好適に使用できる。 Examples of such metal oxides include transition metal oxides, particularly first transition metal oxides (scandium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, chromium oxide, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, oxidation Copper) can be preferably used. When these metal oxides adhere to the metal silicon, the metal silicon is oxidized by lowering the oxidation number of the metal oxide during combustion on the workpiece. Since the metal silicon powder that is the combustion agent is oxidized, the combustion on the workpiece is continued. These metal oxides may be added alone or in combination of two or more. From the viewpoint of efficiently oxidizing metal silicon powder, iron oxide (Fe 2 O 3 ) is particularly suitable because it has an effect of increasing the oxygen permeation rate when it is dissolved in silica glass formed by oxidation of metal silicon powder. Can be used for
燃焼補助剤の添加量は、主原料の全量に対して外掛けで0.3〜2.0質量%(0.3質量%以上かつ2.0質量%以下)である。添加量が0.3質量%より少ないと燃焼剤の燃焼継続効果が十分得られないため好ましくない。添加量が、2.0質量%より多いと、不純物が多くなり、組成が変化し過ぎて熱膨張特性などの設計特性が発揮できなくなるため好ましくない。また、金属酸化物粉末の粒子径は100μm以下であることが好ましい。100μmより大きいと反応性が乏しくなり、燃焼の継続性を向上する効果が得られなくなる。 The addition amount of the combustion auxiliary agent is 0.3 to 2.0% by mass (0.3% by mass or more and 2.0% by mass or less) based on the total amount of the main raw material. If the amount added is less than 0.3% by mass, the combustion continuation effect of the combustion agent cannot be obtained sufficiently, which is not preferable. When the addition amount is more than 2.0% by mass, impurities are increased and the composition changes so much that design characteristics such as thermal expansion characteristics cannot be exhibited, which is not preferable. Moreover, it is preferable that the particle diameter of metal oxide powder is 100 micrometers or less. When it is larger than 100 μm, the reactivity becomes poor, and the effect of improving the continuity of combustion cannot be obtained.
(その他の添加物)
上述の各成分に加えて、金属シリコンが溶融した際のSiO2の粘度を低減させて溶射時の層間の一体性を向上させる目的で、純度90%以上のCaO粉末、純度90%以上のMgO粉末の1種以上を、主原料の全量に対して外掛けで4.0質量%を超えない範囲で添加することができる。添加量が4.0質量%を超えると、添加したCaO粉末やMgO粉末に起因する結合相の組成変化が大きくなり、珪石れんがとの熱膨張率の一致が図れなくなるため好ましくない。また、CaO粉末、MgO粉末の粒子径は200μm以下であることが好ましい。200μmを超えると結合相となるシリカと反応しにくく、粘度を低減させて層間の一体性を向上させる効果が期待できなくなるため好ましくない。
(Other additives)
In addition to the above-mentioned components, for the purpose of reducing the viscosity of SiO 2 when metallic silicon is melted and improving the integrity between layers during thermal spraying, CaO powder having a purity of 90% or more, MgO having a purity of 90% or more One or more kinds of powders can be added within a range not exceeding 4.0% by mass based on the total amount of the main raw material. When the addition amount exceeds 4.0% by mass, the composition change of the binder phase due to the added CaO powder or MgO powder becomes large, and it is not preferable because the thermal expansion coefficient cannot be matched with the silica brick. Moreover, it is preferable that the particle diameter of CaO powder and MgO powder is 200 micrometers or less. If it exceeds 200 μm, it is difficult to react with silica as a binder phase, and the effect of reducing the viscosity and improving the integrity between the layers cannot be expected.
また、本発明の効果を阻害しない範囲において、流動性改善や鉱物組成の調整を目的として、ヒュームドシリカや、マグネシウム、カルシウム、鉄から選択された元素の酸化物、炭化物、窒化物などを添加することもできる。結晶化を促進する目的でリチウム等のアルカリ金属の炭酸塩または硫酸塩を添加する必要はないが、添加量が少量であれば、溶射材料の着火性、燃焼継続性及び付着性に及ぼす影響は小さいので、Li含有珪酸塩と併用することは必ずしも妨げない。この場合、アルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属硫酸塩の合計添加量は、主原料の全量に対して外掛けで0.5質量%未満とし、より望ましくは0.2質量%未満とすることが好適である。 In addition, fumed silica and oxides, carbides, nitrides, etc. of elements selected from magnesium, calcium, and iron are added for the purpose of improving fluidity and adjusting the mineral composition within the range not impairing the effects of the present invention. You can also There is no need to add carbonates or sulfates of alkali metals such as lithium for the purpose of promoting crystallization, but if the addition amount is small, the effect on the ignitability, combustion continuity and adhesion of the sprayed material is Since it is small, using together with Li-containing silicate does not necessarily prevent. In this case, the total addition amount of alkali metal carbonate and alkali metal sulfate is less than 0.5% by mass, more preferably less than 0.2% by mass, based on the total amount of the main raw material. It is.
以下に実施例及び比較例を提示して、本発明の溶射材料を説明する。 Examples and comparative examples are presented below to describe the thermal spray material of the present invention.
表1、表2に示す配合割合で溶射材料を作成し、各溶射材料を使用した溶射施工により形成した施工体を評価した。各溶射材料で使用した耐火性粉末は珪石である。また、各溶射材料で使用した金属シリコン粉末のSi純度は97%である。なお、耐火性粉末の粒子径及び金属シリコン粉末の粒子径も、表1、表2中に示している。表1、表2において、「1000−2000」は、1000μmより大きく、かつ2000μm以下を意味する。「600−1000」は、600μmより大きく、かつ1000μm以下を意味する。「200−600」は、200μmより大きく、かつ600μm以下を意味する。「−200μm」は、200μm以下を意味する。また、「75−」は、75μmより大きい、を意味する。「20−75」は、20μmより大きく、かつ75μm以下を意味する。「−20μm」は、20μm以下を意味する。 Thermal spray materials were prepared at the blending ratios shown in Table 1 and Table 2, and construction bodies formed by thermal spraying using the respective thermal spray materials were evaluated. The refractory powder used in each spray material is silica. Further, the Si purity of the metal silicon powder used in each thermal spray material is 97%. The particle diameter of the refractory powder and the particle diameter of the metal silicon powder are also shown in Tables 1 and 2. In Tables 1 and 2, “1000-2000” means greater than 1000 μm and less than or equal to 2000 μm. “600-1000” means greater than 600 μm and less than 1000 μm. “200-600” means greater than 200 μm and less than or equal to 600 μm. “−200 μm” means 200 μm or less. “75−” means greater than 75 μm. “20-75” means greater than 20 μm and less than or equal to 75 μm. “−20 μm” means 20 μm or less.
溶射施工は、各溶射材料4kgを、エジェクタ式の溶射装置を用いて、被溶射体に吹き付けることで実施した。搬送ガスは純度100%の酸素とし、流量は32Nm3/hとした。材料供給速度は95〜105kg/hである。ランスは2mのものを使用し、先端ノズル径はφ14とした。被溶射体として、230×230×30mmのシャモットれんが(耐火度SK36)を炉の中に配置し、炉の中の雰囲気温度を約1000℃に加熱した後、炉を開放し、れんが表面が500〜600℃に冷却されたときに、かまぼこ状に溶射施工を行った。 The thermal spraying was carried out by spraying 4 kg of each thermal spray material on the sprayed body using an ejector-type thermal spraying apparatus. The carrier gas was oxygen having a purity of 100%, and the flow rate was 32 Nm 3 / h. The material supply rate is 95 to 105 kg / h. A lance with a length of 2 m was used, and the tip nozzle diameter was φ14. As a sprayed body, a 230 × 230 × 30 mm chamotte brick (fire resistance SK36) was placed in the furnace, the atmospheric temperature in the furnace was heated to about 1000 ° C., the furnace was opened, and the brick surface was 500 When cooled to ˜600 ° C., thermal spraying was performed in a kamaboko shape.
各溶射材料による施工体について、溶射作業性(点火性、燃焼継続性、付着率)、施工体物性(珪石れんがとの熱膨張率の一致)を評価し、表1、表2中に記載した。 About the construction body by each thermal spray material, thermal spray workability (ignitability, combustion continuity, adhesion rate), construction body physical properties (coincidence of thermal expansion coefficient with silica brick) were evaluated and listed in Table 1 and Table 2. .
点火性は、溶射施工開始時の点火性を、目視観察により評価した。「◎」は速やかに点火し材料が付着し始めたことを示し、「○」は実用上問題のない範囲でやや遅れて点火し材料が付着し始めたことを示し、「△」は点火したものの燃焼が弱かったことを示し、「×」は、点火しないことを示している。 The ignitability was evaluated by visual observation of the ignitability at the start of thermal spraying. “◎” indicates that the material has started to ignite quickly, “○” indicates that the material has begun to ignite with a slight delay within a range where there is no practical problem, and “△” indicates that the material has ignited. It indicates that the combustion of the object was weak, and “x” indicates that ignition is not performed.
燃焼継続性は、溶射施工時の燃焼継続性を、目視観察により評価した。「◎」は失火の気配がなく燃焼時の光が強いまま燃焼が継続したことを示し、「○」は失火の気配がないものの燃焼時の光が弱かったことを示し、「△」は失火しそうになったことを示し、「−」は溶射開始時に点火しなかったために評価できなかったことを示している。 Combustion continuity was evaluated by visual observation of combustion continuity during thermal spraying. “◎” indicates that there was no misfire sign and combustion continued with strong light during combustion, “○” indicates that there was no sign of misfire but the light during combustion was weak, and “△” indicates misfire. “−” Indicates that evaluation could not be performed because ignition was not performed at the start of spraying.
付着率は、溶射試験後に被溶射体に付着した材料を採取して重量を測定し、先端ノズルから吐出した溶射材料の重量に対する当該付着質量の割合を算出している。「−」は溶射開始時に点火しなかった、もしくは失火したために評価できなかったことを示している。 The adhesion rate is obtained by collecting the material adhering to the sprayed object after the thermal spray test, measuring the weight, and calculating the ratio of the adhering mass to the weight of the thermal spray material discharged from the tip nozzle. "-" Indicates that the evaluation could not be performed because ignition was not performed at the start of spraying or misfiring.
珪石れんがとの熱膨張率の一致は、施工体が冷えた状態で、施工体から円柱状の試料を切り出して当該試料の熱間線膨張率を測定し、当該熱間線膨張率と珪石れんがの熱間線膨張率とを400〜1300℃の範囲で比較し、その600℃を起点にしたときの1300℃での乖離具合をもって評価した。「◎」は乖離が0.03%以下であることを示し、「○」は乖離が0.03%より大きく0.15%以下であることを示し、「×」は0.15%より大きく乖離することを示し、「−」は点火しなかったもしくは失火したために施工体が得られずに評価できなかったことを示している。なお、「◎」、「○」は実用上問題のない程度の一致である。 The coincidence of thermal expansion coefficient with silica brick is that when the construction body is cooled, a cylindrical sample is cut out from the construction body and the hot linear expansion coefficient of the sample is measured, and the hot linear expansion coefficient and the quartz brick are measured. Were compared in the range of 400 to 1300 ° C., and evaluated by the degree of divergence at 1300 ° C. when 600 ° C. was the starting point. “◎” indicates that the deviation is 0.03% or less, “○” indicates that the deviation is greater than 0.03% and 0.15% or less, and “×” is greater than 0.15%. “−” Indicates that the construction body was not obtained and could not be evaluated because the ignition was not ignited or misfired. Note that “、” and “◯” are coincident to the extent that there is no practical problem.
表1に示す各実施例は、珪石からなる耐火性粉末と金属シリコン粉末からなる主原料100質量%において、金属シリコン粉末の含有量が10〜20質量%であり、さらに結晶化促進剤として、Li含有珪酸塩又はLi含有珪酸塩鉱物をLi2O換算の外掛けで0.2〜0.7質量%添加した配合である。結晶化促進剤は、粒子径が1000μm以下のスポジュメン、ペタライト、珪酸リチウム、コークリプタイト、レピドライトを単独又は2種組み合わせて使用している。また、層間一体性を向上させる目的で、粒子径が75μm以下の酸化カルシウム粉末(CaO純度は95%)を添加している。さらに、点火促進剤として粒子径が100μm以下の鉄粉、燃焼補助剤として粒子径が100μm以下の酸化第二鉄(酸化鉄(III))粉末を、適宜、添加している。なお、酸化カルシウム粉末、鉄粉、酸化第二鉄粉末の添加量は、主原料全量に対する外掛けで規定している。以下、各配合について簡単に説明する。 In each example shown in Table 1, the content of the metal silicon powder is 10 to 20% by mass in the main raw material 100% by mass composed of the refractory powder made of silica and the metal silicon powder, and further, as a crystallization accelerator, It is a blend in which Li-containing silicate or Li-containing silicate mineral is added in an amount of 0.2 to 0.7% by mass in terms of Li 2 O conversion. As the crystallization accelerator, spodumene, petalite, lithium silicate, cryptite, and lipidoid having a particle size of 1000 μm or less are used alone or in combination. For the purpose of improving interlaminar integrity, calcium oxide powder (CaO purity is 95%) having a particle size of 75 μm or less is added. Further, iron powder having a particle size of 100 μm or less as an ignition accelerator and ferric oxide (iron (III) oxide) powder having a particle size of 100 μm or less are appropriately added as a combustion aid. In addition, the addition amount of a calcium oxide powder, iron powder, and ferric oxide powder is prescribed | regulated by the outer coating with respect to the main raw material whole quantity. Hereinafter, each formulation will be briefly described.
実施例1〜実施例4は、結晶化促進剤としてスポジュメンを添加した配合であり、その配合量をそれぞれ変更している。実施例5〜実施例8は、結晶化促進剤としてペタライトを添加した配合であり、その配合量をそれぞれ変更している。実施例9〜実施例11は、結晶化促進剤として、それぞれ、珪酸リチウム、コークリプタイト、レピドライトを添加した配合であり、その配合量は、Li2O換算で実施例2、実施例6と同等である。実施例12〜実施例15は、結晶化促進剤としてスポジュメン及びペタライトを添加した配合であり、その総配合量をそれぞれ変更している。実施例16は、実施例2の配合において、珪石の粒度配合を変更している。実施例17〜実施例19は、実施例2の配合において、鉄粉及び酸化第二鉄の配合量をそれぞれ変更している。実施例20〜実施例22は、実施例2の配合において、主原料である耐火性粉末と金属シリコン粉末との配合割合をそれぞれ変更している。 Examples 1 to 4 are blends in which spodomen is added as a crystallization accelerator, and the blending amounts thereof are changed. Examples 5 to 8 are blends to which petalite is added as a crystallization accelerator, and the blending amounts thereof are changed. Examples 9 to 11 are blends to which lithium silicate, corcryptite, and lipidoid are added as crystallization accelerators, respectively, and the blending amounts thereof are those in Example 2 and Example 6 in terms of Li 2 O. It is equivalent. Examples 12 to 15 are blends to which spojumen and petalite are added as crystallization accelerators, and the total blend amounts thereof are changed. In Example 16, in the formulation of Example 2, the silica particle size formulation is changed. In Examples 17 to 19, the amounts of iron powder and ferric oxide in the formulation of Example 2 are changed. In Examples 20 to 22, the mixing ratio of the refractory powder, which is the main raw material, and the metal silicon powder in the formulation of Example 2 is changed.
表1に示すように、いずれの実施例も、点火性、燃焼継続性、付着率、珪石れんがとの熱膨張の一致の各評価項目において、良好な結果が得られていることが理解できる。また、各実施例は、リチウムの炭酸塩又はリチウムの硫酸塩を用いた場合(例えば、後述の比較例3〜比較例6参照。)と比較しても付着率が向上する結果が得られた。 As shown in Table 1, it can be understood that in all of the Examples, good results were obtained in each evaluation item of ignitability, combustion continuity, adhesion rate, and coincidence of thermal expansion with silica brick. In addition, in each example, a result in which the adhesion rate was improved was obtained even when compared with the case where lithium carbonate or lithium sulfate was used (for example, see Comparative Examples 3 to 6 described later). .
続いて、比較例について説明する。比較例1及び比較例2は、実施例1〜実施例4の配合において、結晶化促進剤として使用したスポジュメンの添加量を変更している。比較例1は適正量より少ない場合で、珪石れんがとの熱膨張の一致の評価項目において、不一致であった。比較例2は適正量より多い場合で、融液中のアルカリ濃度が高くなり粘性が低下して溶射体が流下した結果、付着率が低下した。また、熱膨張率の不一致も若干大きくなる傾向であった。 Subsequently, a comparative example will be described. In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the amount of spojumen used as a crystallization accelerator in the formulations of Examples 1 to 4 is changed. In Comparative Example 1, the amount was less than the appropriate amount, and there was a disagreement in the evaluation items for the coincidence of thermal expansion with the silica brick. Comparative Example 2 was a case where the amount was larger than the appropriate amount. As a result of the increase in the alkali concentration in the melt, the viscosity decreased, and the sprayed material flowed down, the adhesion rate decreased. Also, the thermal expansion coefficient mismatch tended to be slightly larger.
比較例3〜比較例6は、実施例1〜実施例15及び実施例17〜実施例19の配合において、結晶化促進剤として、Li含有珪酸塩又はLi含有珪酸塩鉱物に代えて、硫酸リチウム・一水和物を添加した配合である。硫酸リチウム・一水和物の添加量は、主原料全量に対してLi2O換算の外掛けで0.47質量%(硫酸リチウムで2.0質量%)である。また、各比較例では、鉄粉及び酸化第二鉄の添加量を変更している。 Comparative Example 3 to Comparative Example 6 are lithium sulfate in place of Li-containing silicate or Li-containing silicate mineral as a crystallization accelerator in the formulations of Examples 1 to 15 and Examples 17 to 19.・ It is a formulation with added monohydrate. The addition amount of lithium sulfate monohydrate is 0.47% by mass (2.0% by mass for lithium sulfate) as an outer cover in terms of Li 2 O with respect to the total amount of the main raw material. Moreover, in each comparative example, the addition amount of iron powder and ferric oxide is changed.
比較例3は、実施例1〜実施例16の配合と同様に、鉄粉と酸化第二鉄をそれぞれ主原料全量に対して外掛けで0.8質量%添加しているが、点火性と燃焼継続性が低下し、付着率も低下した。比較例4は、実施例17の配合と同様に、鉄粉のみを主原料全量に対して外掛けで1.0質量%添加しているが、比較例3に比べて燃焼継続性がさらに低下した。比較例5は、実施例18の配合と同様に、酸化第二鉄のみを主原料全量に対して外掛けで1.5質量%添加しているが、比較例3に比べて点火性がさらに低下した。比較例6は、実施例19の配合と同様に、鉄粉も酸化第二鉄も添加していない配合であるが、溶射開始時に点火がなされなかった。 Comparative Example 3 is similar to the blending of Examples 1 to 16, except that 0.8% by mass of iron powder and ferric oxide are added as outer shells with respect to the total amount of the main raw material. The continuity of combustion decreased and the adhesion rate also decreased. In Comparative Example 4, as with the formulation of Example 17, only iron powder was added in an amount of 1.0% by mass based on the total amount of the main raw material, but the combustion continuity was further reduced as compared with Comparative Example 3. did. In Comparative Example 5, as in the formulation of Example 18, only ferric oxide was added in an amount of 1.5% by mass based on the total amount of the main raw material. Declined. Comparative Example 6 was a formulation in which neither iron powder nor ferric oxide was added as in the formulation of Example 19, but ignition was not performed at the start of thermal spraying.
以上の結果より、耐火性粉末と金属シリコン粉末に、結晶化促進剤として、Li含有珪酸塩又はLi含有珪酸塩鉱物を適量添加することにより、点火性と燃焼継続性に優れ、耐用性と安全性に優れる溶射材料を実現できる。また、従来のリチウムの炭酸塩又はリチウムの硫酸塩を用いた配合と比較して付着率が向上するとともに、より少量の添加により優れた効果を得ることが可能である。また、実施例19から理解できるように、点火促進剤及び燃焼補助剤を添加しない配合であっても、点火性と燃焼継続性に問題のない溶射材料を実現できる。 From the above results, by adding an appropriate amount of Li-containing silicate or Li-containing silicate mineral as a crystallization accelerator to refractory powder and metal silicon powder, it has excellent ignitability and combustion continuity, durability and safety A thermal spray material with excellent properties can be realized. In addition, the adhesion rate is improved as compared with the conventional formulation using lithium carbonate or lithium sulfate, and an excellent effect can be obtained by adding a smaller amount. Further, as can be understood from Example 19, a sprayed material having no problem in ignitability and combustion continuity can be realized even if the formulation does not include an ignition accelerator and a combustion auxiliary agent.
本発明に係る溶射材料は、点火性及び燃焼継続性に優れるとともに、耐用性、安全性、付着性に優れるため、コークス炉炭化室の補修等に使用する溶射部材として有用である。 Since the thermal spray material according to the present invention is excellent in ignitability and combustion continuity, and is excellent in durability, safety and adhesion, it is useful as a thermal spray member used for repairing a coke oven carbonization chamber or the like.
Claims (5)
リチウムを含有する珪酸塩又はリチウムを含有する珪酸塩鉱物を主原料に対して、外掛けで、Li2O換算で0.2〜0.7質量%添加したことを特徴とする溶射材料。 It is a thermal spray material used in a thermal spraying method in which refractory powder and metal powder are used as main raw materials and sprayed with oxygen to repair the repaired surface.
Spray material to a silicate mineral containing silicate or lithium containing lithium to the main raw material, in outer percentage, characterized in that the addition from 0.2 to 0.7% by mass Li 2 O conversion.
耐火性粉末が、主原料の全量に対して80〜90質量%、
金属シリコン粉末が、主原料の全量に対して10〜20質量%
である、請求項1に記載の溶射材料。 The main raw material includes refractory powder and metal silicon powder,
The refractory powder is 80 to 90% by mass with respect to the total amount of the main raw material,
10-20% by mass of metal silicon powder with respect to the total amount of the main raw material
The thermal spray material according to claim 1, wherein
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