JP2023181228A - Powder for thermal spraying - Google Patents

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Hiroshi Yamaguchi
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Abstract

To provide a powder for thermal spraying that exhibits excellent reactivity during thermal spraying and also excels in the adhesive strength of the thermal-sprayed body.SOLUTION: Disclosed is a powder for thermal spraying which is prepared by blending oxygen with a blend containing particles of raw silica stone or particles of raw silica sand and metal particles and used in a thermal spraying method where the blend is melted by an exothermic oxidation reaction of the metal particles and sprayed onto an application object, wherein the powder for thermal spraying contains 70-92 mass% of the particles of raw silica stone or the particles of raw silica sand and 8-22 mass% of the metal particles, the metal particles contain 90 mass% or over of Si metal, and the particles of raw silica stone or the particles of raw silica sand are composed of a mineral containing 90 mass% or over of silica and 0.40-5.00 mass% of potassium.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、溶射材用粉末に関する。 The present invention relates to powder for thermal spray materials.

コークス炉などの窯炉は、珪石れんがなどの耐火物で構成されている。窯炉の炉壁は、操業時の温度変化によって亀裂が生じたり、窯炉に加熱対象物を出し入れする際の摩擦や外力によって摩耗したり破損することがある。 Kilns such as coke ovens are made of refractory materials such as silica bricks. The walls of a kiln may crack due to temperature changes during operation, or may be worn or damaged by friction or external force when objects to be heated are taken in and out of the kiln.

窯炉を補修する際には、以下の特許文献1に示すように、溶射法が用いられる。この方法では、耐火性微粒子と金属粒子と結晶化促進剤との混合物を、酸素と共に高温の被補修体に吹き付けて、金属粒子の酸化発熱反応により前記混合物を溶融させて被補修体に溶着させる。 When repairing a kiln, a thermal spraying method is used, as shown in Patent Document 1 below. In this method, a mixture of refractory fine particles, metal particles, and a crystallization accelerator is sprayed together with oxygen onto a hot object to be repaired, and the mixture is melted and welded to the object by an oxidative exothermic reaction of the metal particles. .

特許第4493404号公報Patent No. 4493404

特許文献1においては、耐火性粒子は未焼成の珪石又は珪砂であり、金属粒子は金属シリコンであり、結晶化促進剤はナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩のうち1種又は複数を含むとされている。 In Patent Document 1, the refractory particles are unfired silica stone or silica sand, the metal particles are metal silicon, and the crystallization promoter contains one or more of sodium salt, potassium salt, and lithium salt. ing.

本発明者が検証したところ、カリウム塩、又はナトリウム塩を添加した溶射材用粉末においては、溶射材用粉末の反応性、及び溶射体の接着強度が十分ではなかった。また、溶射した際に、吹き付けた溶射材用粉末が吹き付けた箇所から弾かれることによる溶射材用粉末のロス(以下、リバウンドロスという。)が大きかった。 The present inventor verified that the reactivity of the thermal spray material powder and the adhesion strength of the thermal spray body were not sufficient in the thermal spray material powder to which potassium salt or sodium salt was added. Further, during thermal spraying, there was a large loss of thermal spray material powder (hereinafter referred to as rebound loss) due to the sprayed powder being repelled from the sprayed location.

本発明は、溶射した際における溶射材用粉末の反応性、及び前記溶射体の接着強度において優れた溶射材用粉末を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a powder for a thermal spray material that is excellent in reactivity when thermally sprayed and in adhesive strength of the thermal spray body.

生珪石の粒子又は生珪砂の粒子と金属粒子とを含有する混合物と、酸素とを混合し、金属粒子の酸化発熱反応により前記混合物を溶融させて被施工対象物に吹き付ける溶射法に用いる溶射材用粉末であり、溶射材用粉末は、生珪石の粒子又は生珪砂の粒子70~92質量%と、金属粒子8~22質量%とを含有し、前記生珪石の粒子又は生珪砂の粒子は、シリカを90質量%以上含有し、カリウムを0.40~5.00質量%含有する鉱物である溶射材用粉末により、上記の課題を解決する。 A thermal spraying material used in a thermal spraying method in which a mixture containing raw silica stone particles or raw silica sand particles and metal particles is mixed with oxygen, the mixture is melted by an exothermic reaction of oxidation of the metal particles, and the mixture is sprayed onto a workpiece. The powder for thermal spraying material contains 70 to 92% by mass of raw silica stone particles or raw silica sand particles and 8 to 22 mass% of metal particles, and the raw silica stone particles or raw silica sand particles contain The above-mentioned problems are solved by a powder for thermal spraying material, which is a mineral containing 90% by mass or more of silica and 0.40 to 5.00% by mass of potassium.

シリカを主たる構成成分として含有し、カリウムを人為的に添加するのではなく、カリウムを不純物として含有する鉱物に由来する生珪砂の粒子又は生珪石の粒子と、金属粒子とを含有する溶射材用粉末においては、溶射材用粉末の反応性、形成される溶射体の接着強度において優れたものとなることを発見したことに基づいて、本発明に到達したものである。 For thermal spray materials that contain silica as a main constituent, particles of raw silica sand or grains of raw silica stone derived from minerals containing potassium as an impurity, and metal particles, without artificially adding potassium. The present invention was achieved based on the discovery that the powder for thermal spraying material has excellent reactivity and adhesive strength of the formed thermal sprayed body.

上記の溶射材用粉末によれば、以下の条件で試験片を作製し、当該試験片について以下の方法で求めた線熱膨張率が、-0.300~+0.300%の範囲内に収まる溶射体を得ることができる。前記試験片は、溶射材用粉末に酸素を供給して400℃の環境下で溶射して、縦40mm、横160mm、及び厚み40mmの方形のブロック状としたものであり、前記線熱膨張率は、前記試験片を溶射により作製した後冷却することなく400℃で6時間静置し、その後400℃から4℃/分の速度で1200℃に至るまで昇温し、1200℃で24時間維持し、400℃に至るまで1℃/分の速度で冷却し、その間の線熱膨張率をJIS R 2207-1の方法に基づいて測定する。 According to the above powder for thermal spray materials, a test piece was prepared under the following conditions, and the coefficient of linear thermal expansion of the test piece was determined by the following method, and fell within the range of -0.300% to +0.300%. A sprayed body can be obtained. The test piece was made into a rectangular block with a length of 40 mm, a width of 160 mm, and a thickness of 40 mm by supplying oxygen to powder for thermal spraying material and thermal spraying in an environment of 400°C. After the test piece was prepared by thermal spraying, it was left at 400°C for 6 hours without cooling, and then the temperature was raised from 400°C to 1200°C at a rate of 4°C/min, and maintained at 1200°C for 24 hours. Then, it is cooled at a rate of 1°C/min until it reaches 400°C, and the coefficient of linear thermal expansion during that time is measured based on the method of JIS R 2207-1.

上記の溶射材用粉末によれば、以下の条件で試験片を作製し、当該試験片について以下の方法で求めた剪断接着強度が、1.8~3.0MPaである溶射体を得ることができる。ブロック状の珪石煉瓦を電気炉に入れて、600℃まで加熱し、前記珪石煉瓦に設定した縦50mm、かつ横65mmの方形の領域に対して溶射材用粉末を溶射し、前記領域に厚み20mmの溶射体を形成し、当該溶射体を冷却することなく、600℃で3時間維持して試験片とし、前記試験片を、600℃から3℃/分の速度で1200℃まで昇温し、1200℃で24時間維持し、その後1℃/分の速度で600℃まで徐冷して、600℃で3時間維持する工程を1サイクルとして、当該加熱サイクルを計5回繰り返し、前記試験片を冷却することなく、600℃の環境下において、前記試験片の位置を固定し、厚み2cmの溶射体の側方から荷重速度68N/秒で押し棒を当てて、溶射体の接着面を横方向にずれさせる方向に荷重を掛けて、溶射体が破断した時の荷重(N)を測定し、剪断接着強度(MPa)を求める。 According to the above powder for thermal spraying material, it is possible to obtain a thermal sprayed body having a shear adhesive strength of 1.8 to 3.0 MPa when a test piece is prepared under the following conditions and the shear adhesive strength of the test piece is determined by the following method. can. A block-shaped silica brick is placed in an electric furnace, heated to 600°C, and a thermal spraying powder is sprayed onto a rectangular area of 50 mm in length and 65 mm in width set on the silica brick to a thickness of 20 mm. forming a sprayed body, maintaining the sprayed body at 600°C for 3 hours without cooling to obtain a test piece, raising the temperature of the test piece from 600°C to 1200°C at a rate of 3°C/min, One cycle consisted of maintaining the temperature at 1200°C for 24 hours, then gradually cooling it at a rate of 1°C/min to 600°C, and maintaining it at 600°C for 3 hours.The heating cycle was repeated 5 times in total, and the test piece was heated. Without cooling, in an environment of 600°C, the position of the test piece was fixed, and a push rod was applied from the side of the 2 cm thick thermal sprayed body at a loading rate of 68 N/sec, so that the adhesive surface of the thermal sprayed body was moved in the lateral direction. A load is applied in the direction of displacement, and the load (N) when the sprayed body breaks is measured, and the shear adhesive strength (MPa) is determined.

本発明によれば、溶射した際における溶射材用粉末の反応性、及び前記溶射体の接着強度において優れた溶射材用粉末を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a powder for a thermal spray material that is excellent in reactivity when thermally sprayed and in adhesive strength of the thermal spray body.

実施例1に係る溶射材用粉末を溶射して作成した試験片、実施例1に係る溶射材用粉末を溶射して作製した試験片を所定の温度サイクルで焼成した試験片3、珪石煉瓦から切り出した試験片1及び試験片2、それぞれについて、温度変化と線熱膨張率との関係をまとめたグラフである。A test piece prepared by thermal spraying the thermal spray material powder according to Example 1, a test piece 3 obtained by firing the test piece prepared by thermal spraying the thermal spray material powder according to Example 1 at a predetermined temperature cycle, and a silica brick. It is a graph summarizing the relationship between temperature change and linear thermal expansion coefficient for each of cut out test piece 1 and test piece 2. 実施例1に係る溶射材用粉末を溶射して作製した試験片、比較例1に係る溶射材用粉末を溶射して作製した試験片、それぞれを所定の温度サイクルで温度変化させた後で測定した剪断接着強度(MPa)を示すグラフである。A test piece prepared by spraying the thermal spray material powder according to Example 1 and a test piece prepared by thermal spraying the thermal spray material powder according to Comparative Example 1 were measured after changing the temperature in a predetermined temperature cycle. It is a graph showing the shear adhesive strength (MPa).

以下、本発明を実施するための形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の溶射材用粉末の限られた実施形態に過ぎず、本発明の技術的範囲は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated. The embodiments shown below are only limited embodiments of the powder for thermal spray material of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the embodiments shown below.

[第1実施形態]
本実施形態の溶射材用原料粉末は、生珪石の粒子又は生珪砂の粒子と金属粒子とを含有する混合物と、酸素とを混合し、金属粒子の酸化発熱反応により前記混合物を溶融させて被施工対象物に吹き付ける溶射法に用いる溶射材用粉末であり、溶射材用粉末は、生珪石の粒子又は生珪砂の粒子70~92質量%と、金属粒子8~22質量%とを含有し、前記金属粒子は、金属Siを90質量%以上含むものであり、前記生珪石の粒子又は生珪砂の粒子は、シリカを90質量%以上含有し、カリウムを0.40~5.00質量%含有する鉱物である。なお、上記のカリウムの含量は、生珪石の粒子、又は生珪砂の粒子に含まれるカリウム分を、カリウム原子の含量に換算した含量のことである。カリウムの含量の上限は、2.00質量%以下であることがより好ましい。
[First embodiment]
The raw material powder for thermal spray material of this embodiment is obtained by mixing a mixture containing raw silica stone particles or raw silica sand particles and metal particles with oxygen, and melting the mixture by an oxidation exothermic reaction of the metal particles. A thermal spraying material powder used in a thermal spraying method for spraying onto a construction target, the thermal spraying material powder containing 70 to 92% by mass of raw silica stone particles or raw silica sand particles and 8 to 22% by mass of metal particles, The metal particles contain 90% by mass or more of metal Si, and the raw silica stone particles or raw silica sand particles contain 90% by mass or more of silica and 0.40 to 5.00% by mass of potassium. It is a mineral that In addition, the above-mentioned potassium content is the content obtained by converting the potassium content contained in the particles of raw silica stone or particles of raw silica sand into the content of potassium atoms. The upper limit of the potassium content is more preferably 2.00% by mass or less.

例えば、カリウムをKOとして含有する場合は、KOを0.48~6.03質量%含有する生珪石の粒子又は生珪砂の粒子を使用することが好ましい。KOの含量の上限は、2.41質量%以下であることが好ましい。 For example, when potassium is contained as K 2 O, it is preferable to use raw silica stone particles or raw silica sand particles containing 0.48 to 6.03% by mass of K 2 O. The upper limit of the content of K 2 O is preferably 2.41% by mass or less.

上記溶射材用原料粉末においては、カリウムは、生硅石の粒子又は生珪砂の粒子に、不純物として含有され、カリウム塩の形態で添加されるものではない。また、上記溶射材用原料粉末においては、カルシウム塩、及びナトリウム塩の形態で添加されるものではない。 In the above raw material powder for thermal spraying material, potassium is contained as an impurity in the particles of silica stone or particles of silica sand, and is not added in the form of potassium salt. In addition, in the raw material powder for thermal spray materials, calcium salts and sodium salts are not added.

溶射材用粉末は、生珪石の粒子又は生珪砂の粒子を含有する。生珪石の粒子又は生珪砂の粒子は、例えば、鉱物として産出する生珪石を破砕することにより得ることができるし、川砂のように粒径が小さい状態で産出する生珪砂をそのまま使用してもよいし、川砂のように粒径が小さい状態で産出する生珪砂を破砕して用いてもよい。生珪石の破砕物、生珪砂、又は生珪砂の破砕物は、篩掛けにより分級してもよい。 The thermal spray material powder contains particles of raw silica stone or particles of raw silica sand. Particles of raw silica stone or particles of raw silica sand can be obtained, for example, by crushing raw silica stone produced as a mineral, or raw silica sand produced in a small particle size state such as river sand can be used as is. Alternatively, raw silica sand produced in a small particle size state such as river sand may be crushed and used. The crushed raw silica stone, raw silica sand, or crushed raw silica sand may be classified by sieving.

生珪石の粒子又は生珪砂の粒子は、シリカを90質量%以上含有し、カリウムを0.40~5.00質量%含有する鉱物を使用する。鉱物という場合には、産出した鉱物、すなわち、産出した硅石又は珪砂を、破砕したものが含まれるものとする。上記のシリカの含量は、92質量%以上であることがより好ましい。上記のシリカの含量の上限値は、97質量%以下であることがより好ましい。 As the raw silica stone particles or the raw silica sand particles, a mineral containing 90% by mass or more of silica and 0.40 to 5.00% by mass of potassium is used. When referring to minerals, it includes crushed produced minerals, that is, produced silica stone or silica sand. The content of the above-mentioned silica is more preferably 92% by mass or more. The upper limit of the silica content is more preferably 97% by mass or less.

生珪石の粒子又は生珪砂の粒子は、未焼成の珪石の粒子又は未焼成の珪石の粒子のことである。生珪石の粒子又は生珪砂の粒子は、主たる結晶相がクォーツである。例えば、生硅石の粒子又は生珪砂の粒子に含まれるシリカのうち、90質量%以上がクォーツであることが好ましく、95質量%以上がクォーツであることがより好ましい。この場合の上限値は、100質量%以下である。 The particles of raw silica stone or the particles of raw silica sand refer to particles of unfired silica stone or particles of unfired silica stone. The main crystalline phase of raw silica stone particles or raw silica sand particles is quartz. For example, it is preferable that 90% by mass or more of the silica contained in the particles of raw silica stone or the particles of raw silica sand be quartz, and more preferably 95% by mass or more be quartz. The upper limit in this case is 100% by mass or less.

詳細な機構は不明であるが、鉱物中に不純物としてカリウムを所定量含有したシリカが主体の生珪石の粒子又は生珪砂の粒子を、金属粒子と共に、溶射材用粉末に含有させることにより、溶射材用粉末の反応性、肉盛性能、溶射体の気孔率、及び溶射体の接着強度が向上し、溶射材のリバウンドロスが少なくなる。 The detailed mechanism is unknown, but by including raw silica stone particles or raw silica sand particles, which are mainly composed of silica containing a predetermined amount of potassium as an impurity in minerals, together with metal particles, thermal spraying The reactivity of the material powder, the build-up performance, the porosity of the sprayed material, and the adhesive strength of the sprayed material are improved, and the rebound loss of the sprayed material is reduced.

公知の溶射材用粉末においては、結晶化を促進する成分として、ナトリウム塩、カリウム塩、又はリチウム塩が、鉱物の不純物としてではなく、溶射材用粉末に意図的に添加されることがある。詳細な機構は不明であるが、ナトリウム塩、カリウム塩、又はリチウム塩が、鉱物の不純物としてではなく、溶射材用粉末に含まれると、溶射材用粉末の反応性や接着強度等の物性が著しく低下する。このため結晶化を促進させる成分は、配合しないことが好ましく、配合するにしても0.2質量%以下とすることが好ましい。 In known powders for thermal spray materials, sodium salts, potassium salts, or lithium salts are sometimes intentionally added to powders for thermal spray materials as components that promote crystallization rather than as mineral impurities. Although the detailed mechanism is unknown, when sodium salts, potassium salts, or lithium salts are included in thermal spray powders rather than as mineral impurities, the physical properties such as the reactivity and adhesive strength of thermal spray powders are affected. Significantly decreased. Therefore, it is preferable not to include a component that promotes crystallization, and even if it is included, it is preferably at most 0.2% by mass.

生珪石の粒子又は生珪砂の粒子としては、CaOなどのカルシウム系の不純物、Feなどの鉄系の不純物、NaOなどのナトリウム系の不純物、又はMgOなどのマグネシウム系の不純物が少ないものを使用することが好ましい。例えば、Ca原子の含量に換算した際のカルシウムの含量が、0.50質量%以下のものを好適に使用することができる。また、Fe原子の含量に換算した際の鉄の含量が、0.50質量%以下のものを好適に使用することができる。また、Na原子の含量に換算した際のナトリウムの含量が、0.50質量%以下のものを好適に使用することができる。また、Mg原子の含量に換算した際のマグネシウムの含量が、0.20質量%以下のものを好適に使用することができる。これらの不純物の下限値は、いずれもそれぞれの原子に換算した含量が0質量%以上である。 The particles of raw silica stone or the particles of raw silica sand contain calcium-based impurities such as CaO, iron-based impurities such as Fe 2 O 3 , sodium-based impurities such as Na 2 O, or magnesium-based impurities such as MgO. It is preferable to use less. For example, a material having a calcium content of 0.50% by mass or less when converted to a Ca atom content can be suitably used. Moreover, those having an iron content of 0.50% by mass or less when converted to the content of Fe atoms can be suitably used. Moreover, those having a sodium content of 0.50% by mass or less when converted to the content of Na atoms can be suitably used. Moreover, those having a magnesium content of 0.20% by mass or less when converted to the content of Mg atoms can be suitably used. The lower limit of these impurities is such that the content of each of them in terms of atoms is 0% by mass or more.

例えば、カルシウム系の不純物がCaOである場合は、CaOの含量が、0.70質量%以下のものを使用することが好ましい。例えば、ナトリウム系の不純物が、NaOである場合は、NaOの含量が0.67質量%以下のものを使用することが好ましい。例えば、鉄系の不純物がFeである場合は、Feの含量が0.71質量%以下のものを使用することが好ましい。これらの不純物の下限値は、いずれも0質量%以上である。 For example, when the calcium-based impurity is CaO, it is preferable to use one with a CaO content of 0.70% by mass or less. For example, when the sodium-based impurity is Na 2 O, it is preferable to use one with a Na 2 O content of 0.67% by mass or less. For example, when the iron-based impurity is Fe 2 O 3 , it is preferable to use one containing 0.71% by mass or less of Fe 2 O 3 . The lower limit values of these impurities are all 0% by mass or more.

生珪石の粒子又は生珪砂の粒子は、Alなどのアルミニウム系の化合物を含有するものであることが好ましく、Al原子の含量に換算した際のアルミニウムの含量が0.90~7.00質量%、又は0.90~1.80質量%含有することが好ましい。 The particles of raw silica stone or the particles of raw silica sand preferably contain an aluminum-based compound such as Al 2 O 3 , and the aluminum content when converted to the content of Al atoms is 0.90 to 7. The content is preferably 0.00% by mass or 0.90 to 1.80% by mass.

アルミニウム系の化合物がAlである場合は、Alの含有量が1.70~3.40質量%のものを使用することが好ましい。 When the aluminum-based compound is Al 2 O 3 , it is preferable to use one having an Al 2 O 3 content of 1.70 to 3.40% by mass.

金属粒子は、金属粒子は金属Siを主成分とすることが好ましい。この場合、主成分とは、金属粒子に含まれる金属Siが90質量%以上であるこという。金属粒子に含まれる金属Siの上限値は、不可避不純物を除けば、100質量%以下である。 The metal particles preferably contain metal Si as a main component. In this case, the main component means that metal Si contained in the metal particles is 90% by mass or more. The upper limit of the metal Si contained in the metal particles is 100% by mass or less, excluding inevitable impurities.

溶射材用粉末には、スピネル、MgOなどのマグネシウムを含む粒子を含有するようにしてもよい。マグネシウムは、例えば、スピネル、MgOなどのマグネシウムの酸化物として含まれることが好ましい。マグネシウム分を含む粒子を含ませることで、溶射材の接着強度をさらに向上させることが可能である。マグネシウム分を含む粒子の含量は、マグネシウム原子に換算した含量が、0~10質量%となるようにすることが好ましく、0~5質量%となるようにすることがより好ましく、1~3質量%となるようにすることがさらに好ましい。 The thermal spray material powder may contain particles containing magnesium such as spinel and MgO. Preferably, magnesium is included as a magnesium oxide such as spinel or MgO. By including particles containing magnesium, it is possible to further improve the adhesive strength of the thermal spray material. The content of particles containing magnesium is preferably such that the content in terms of magnesium atoms is 0 to 10% by mass, more preferably 0 to 5% by mass, and 1 to 3% by mass. %.

生珪石の粒子又は生珪砂の粒子の粒径の範囲は、例えば、50~3500μm、又は50~2000μmのものを使用することができる。金属粒子の粒径の範囲は、例えば、0.1~100μmのものを使用することができる。金属粒子の粒径の範囲は、例えば、0.1~75μmとしてもよい。上述のように、溶射材用粉末にマグネシウムを含む粒子を配合する場合において、当該粒子の粒径の範囲は、例えば、50~3500μm、又は50~2000μmにすることができる。なお、本明細書における粒径は、篩による分級による。 The particle size of raw silica stone particles or raw silica sand particles can be, for example, 50 to 3500 μm or 50 to 2000 μm. The particle size of the metal particles used may be, for example, 0.1 to 100 μm. The particle size range of the metal particles may be, for example, 0.1 to 75 μm. As described above, when particles containing magnesium are blended into the thermal spray material powder, the particle size range of the particles can be, for example, 50 to 3500 μm or 50 to 2000 μm. Note that the particle size in this specification is based on classification using a sieve.

溶射材用粉末に含まれる生珪石の粒子又は生珪砂の粒子の割合は、70~92質量%とする。溶射材用粉末に含まれる生珪石の粒子又は生珪砂の粒子の割合は、73~90質量%としてもよいし、75~85質量%としてもよい。 The proportion of raw silica stone particles or raw silica sand particles contained in the powder for thermal spraying material is 70 to 92% by mass. The proportion of raw silica stone particles or raw silica sand particles contained in the powder for thermal spraying material may be 73 to 90% by mass, or 75 to 85% by mass.

溶射材用粉末に含まれる金属粒子の割合は、8~22質量%とする。溶射材用粉末に含まれる金属粒子の割合は、14~20質量%とすることがより好ましい。 The proportion of metal particles contained in the powder for thermal spraying material is 8 to 22% by mass. The proportion of metal particles contained in the powder for thermal spraying material is more preferably 14 to 20% by mass.

上記の溶射材用粉末は、圧縮酸素を利用して溶射材用粉末を圧送し、酸素と溶射材用粉末とを混合して、炉熱を利用して溶射材用粉末に含まれる金属粒子と酸素とを酸化させる公知の溶射機を使用して、被施工対象物に対して吹き付けることができる。被施工対象物は、特に限定されるものではないが、例えば、コークス炉などの窯炉の炉壁、炉底、炉の天井などの構造物が挙げられる。 The above powder for thermal spraying is produced by pumping the powder for thermal spraying using compressed oxygen, mixing the oxygen and the powder for thermal spraying, and then using furnace heat to combine the powder with metal particles contained in the powder for thermal spraying. The spray can be sprayed onto the workpiece using a known thermal spraying machine that oxidizes with oxygen. The object to be applied is not particularly limited, and examples thereof include structures such as the wall, bottom, and ceiling of a kiln such as a coke oven.

上記の溶射材用粉末によれば、例えば、以下のような特性を有する溶射体を得ることができる。例えば、後述する方法で求めた肉盛性が480~550ccの溶射体を得ることができる。また、例えば、後述する方法で求めた気孔率が13%以下の緻密な溶射体を得ることができる。気孔率の下限値は特に限定されないが、例えば、7質量%以上である。また、例えば、後述する方法で求めた焼成による気孔率の変化が0.1~2.0%である溶射体を得ることができる。また、例えば、後述する方法で求めた剪断接着強度が1.8MPa以上、又は2.2MPa以上の高い溶射体を得ることができる。剪断接着強度の上限値は、特に限定されないが、例えば、3.0MPa以下、又は2.6MPa以下である。また、例えば、所定の温度サイクル1回の後に測定した場合、及び所定の温度サイクル5回の後に測定した場合の両時において前記剪断接着強度を得ることができる。また、例えば、後述する方法で求めたリバウンドロスが55%以下の溶射体を得ることができる。リバウンドロスの下限値は、特に限定されるものではないが、例えば、45%以上である。 According to the above-mentioned powder for thermal spray material, it is possible to obtain a thermal spray body having the following characteristics, for example. For example, it is possible to obtain a thermal sprayed body with build-up properties of 480 to 550 cc determined by the method described below. Further, for example, a dense thermal sprayed body having a porosity of 13% or less as determined by the method described later can be obtained. The lower limit of the porosity is not particularly limited, but is, for example, 7% by mass or more. Further, for example, it is possible to obtain a thermal sprayed body in which the change in porosity due to firing determined by the method described later is 0.1 to 2.0%. Furthermore, it is possible to obtain a thermal sprayed body having a high shear adhesive strength of 1.8 MPa or more, or 2.2 MPa or more, determined by the method described below, for example. The upper limit of the shear adhesive strength is not particularly limited, but is, for example, 3.0 MPa or less, or 2.6 MPa or less. Further, for example, the shear adhesive strength can be obtained both when measured after one predetermined temperature cycle and when measured after five predetermined temperature cycles. Further, for example, it is possible to obtain a thermal sprayed body having a rebound loss of 55% or less as determined by the method described later. The lower limit value of rebound loss is not particularly limited, but is, for example, 45% or more.

上記の溶射材用粉末によれば、後述する方法で求めた線熱膨張率の範囲が-0.300~+0.300の範囲に収まる溶射体を得ることができる。 According to the above-mentioned powder for thermal spraying material, it is possible to obtain a thermal sprayed body whose coefficient of linear thermal expansion, determined by the method described later, falls within the range of -0.300 to +0.300.

アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、又はカリウムを含有する化合物の量を、各原子の量に換算する際には、原子量として以下の数値を使用する。アルミニウムは27、カルシウムは40、マグネシウムは25、鉄は56、ナトリウムは23、カリウムは39、酸素は16である。その他の原子量については、日本化学会原子量専門委員会が公開している原子量表(2021)に記載の原子量の小数点第1位の値を四捨五入して用いる。 When converting the amount of a compound containing aluminum, calcium, magnesium, iron, sodium, or potassium into the amount of each atom, the following numerical values are used as the atomic weight. Aluminum is 27, calcium is 40, magnesium is 25, iron is 56, sodium is 23, potassium is 39, and oxygen is 16. For other atomic weights, use the atomic weight values listed in the Atomic Weight Table (2021) published by the Chemical Society of Japan's Atomic Weight Expert Committee (2021), rounded to the first decimal place.

アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、又はカリウムを含有する化合物の量(B)を、各原子の量(A)に換算する際には、以下により、計算する。Aの値は、小数点第3位の値を四捨五入した値とする。
A=B×(C/D)
ただし、Aは、各原子の量(質量%)(換算値)であり、
Bは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、又はカリウムを含有する化合物の量(質量%)であり、
Cは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、又はカリウムの原子量に、組成式中に示されるアルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、又はカリウムの個数を乗じた数値であり、
Dは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、又はカリウムを含有する化合物の式量である。
When converting the amount (B) of a compound containing aluminum, calcium, magnesium, iron, sodium, or potassium into the amount (A) of each atom, the calculation is performed as follows. The value of A is the value obtained by rounding off the value to the third decimal place.
A=B×(C/D)
However, A is the amount (mass%) (converted value) of each atom,
B is the amount (% by mass) of a compound containing aluminum, calcium, magnesium, iron, sodium, or potassium;
C is a value obtained by multiplying the atomic weight of aluminum, calcium, magnesium, iron, sodium, or potassium by the number of aluminum, calcium, magnesium, iron, sodium, or potassium shown in the composition formula,
D is the formula weight of the compound containing aluminum, calcium, magnesium, iron, sodium, or potassium.

以下、溶射材用粉末の実施例を挙げる。以下に挙げる実施例は、溶射材用粉末の限られた例に過ぎず、本発明の技術的範囲は、例示した実施例に限定されるものではない。 Examples of thermal spraying material powders are listed below. The examples listed below are only limited examples of powders for thermal spray materials, and the technical scope of the present invention is not limited to the illustrated examples.

[実施例1]
表2に記載の化学組成と、表3に記載した鉱物組成を有しており、天然鉱物に由来する生珪砂1を破砕して、その後、篩分けすることにより製造された生珪砂の粒子と、不可避不純物を除いたSiの含量が100質量%である金属粒子とを、表1に記載の割合で混合して、実施例1に係る溶射材用粉末を得た。生珪砂1の粒径の範囲は、75μm以上、かつ850μm未満である。金属粒子の粒径の範囲は、0.5μm以上、かつ50μm以下である。なお、表1における空白のセルは、配合量又は含量がゼロであることを示す。他の表においても同様とする。
[Example 1]
Particles of raw silica sand having the chemical composition listed in Table 2 and the mineral composition listed in Table 3, produced by crushing raw silica sand 1 derived from natural minerals and then sieving. , and metal particles having a Si content of 100% by mass excluding unavoidable impurities were mixed in the proportions shown in Table 1 to obtain a thermal spray material powder according to Example 1. The particle size range of the raw silica sand 1 is 75 μm or more and less than 850 μm. The particle size range of the metal particles is 0.5 μm or more and 50 μm or less. Note that blank cells in Table 1 indicate that the blending amount or content is zero. The same applies to other tables.

[実施例2]
実施例1で使用した生珪砂1を、表2に記載された化学組成と表3に記載された鉱物組成とを有しており、天然鉱物に由来する生珪砂4を破砕して、その後、篩分けすることにより製造されたものに変更した点以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係る溶射材用粉末を作製した。生珪砂4の粒径の範囲は、106μm以上、かつ850μm未満である。
[Example 2]
The raw silica sand 1 used in Example 1 has the chemical composition listed in Table 2 and the mineral composition listed in Table 3, and the raw silica sand 4 derived from natural minerals is crushed, and then, A thermal spray material powder according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the powder was changed to one produced by sieving. The particle size range of the raw silica sand 4 is 106 μm or more and less than 850 μm.

[実施例3]
実施例1で使用した生珪砂1を、表2に記載された化学組成と表3に記載された鉱物組成とを有しており、天然鉱物に由来する生珪砂2を破砕して、その後、篩分けすることにより製造されたものに変更した点以外は、実施例1と同様にして、実施例3に係る溶射材用粉末を作製した。生珪砂2の粒径の範囲は、75μm以上、かつ850μm未満である。
[Example 3]
The raw silica sand 1 used in Example 1 has the chemical composition listed in Table 2 and the mineral composition listed in Table 3, and the raw silica sand 2 derived from natural minerals is crushed, and then, A thermal spray material powder according to Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the powder was changed to one produced by sieving. The particle size range of the raw silica sand 2 is 75 μm or more and less than 850 μm.

[実施例4]
実施例1で使用した生珪砂1を、表2に記載された化学組成と表3に記載された鉱物組成とを有しており、天然鉱物に由来する生珪砂3に変更した点以外は、実施例1と同様にして、実施例4に係る溶射材用粉末を作製した。生珪砂3の粒径の範囲は、106μm以上、かつ850μm未満である。
[Example 4]
Except that the raw silica sand 1 used in Example 1 was changed to raw silica sand 3, which has the chemical composition listed in Table 2 and the mineral composition listed in Table 3, and is derived from natural minerals. In the same manner as in Example 1, a thermal spray material powder according to Example 4 was produced. The particle size range of the raw silica sand 3 is 106 μm or more and less than 850 μm.

[実施例5]
実施例1で使用した生珪砂1の量を78質量%に変更し、マグネシウム粒子として粒径の範囲が150~1700μmのスピネルを5質量%配合した点以外は、実施例1と同様にして、溶射材用粉末を作製した。使用したスピネルの化学組成を表4に示す。
[Example 5]
In the same manner as in Example 1, except that the amount of raw silica sand 1 used in Example 1 was changed to 78% by mass, and 5% by mass of spinel with a particle size range of 150 to 1700 μm was blended as magnesium particles, A powder for thermal spraying material was produced. Table 4 shows the chemical composition of the spinel used.

[比較例1]
実施例1で使用した生珪砂1を、表3に記載された化学組成と表3に記載された鉱物組成とを有する珪石レンガ屑に変更した点以外は、実施例1と同様にして、比較例1に係る溶射材用粉末を作製した。珪石レンガ屑は、コークス炉で使用されていた珪石煉瓦を破砕したものであり、粒径の範囲は、150μm以上、かつ850μm未満である。
[Comparative example 1]
Comparison was carried out in the same manner as in Example 1, except that the raw silica sand 1 used in Example 1 was changed to silica brick waste having the chemical composition and mineral composition listed in Table 3. A thermal spray material powder according to Example 1 was produced. The silica brick waste is obtained by crushing silica bricks used in coke ovens, and the particle size range is 150 μm or more and less than 850 μm.

[比較例2]
実施例1で使用した生珪砂1を、表2に記載された化学組成と表3に記載された鉱物組成とを有しており、天然鉱物に由来する生珪砂5に変更した点以外は、実施例1と同様にして、比較例2に係る溶射材用粉末を作製した。生珪砂5の粒径の範囲は、150μm以上、かつ1700μm未満である。
[Comparative example 2]
Except that the raw silica sand 1 used in Example 1 was changed to raw silica sand 5, which has the chemical composition listed in Table 2 and the mineral composition listed in Table 3, and is derived from natural minerals. In the same manner as in Example 1, a thermal spray material powder according to Comparative Example 2 was produced. The particle size range of the raw silica sand 5 is 150 μm or more and less than 1700 μm.

[比較例3]
実施例1で使用した生珪砂1を、表2に記載された化学組成と表3に記載された鉱物組成とを有しており、天然鉱物に由来する生珪砂6に変更した点以外は、実施例1と同様にして、比較例3に係る溶射材用粉末を作製した。生珪砂6の粒径の範囲は、150μm以上、かつ1700μm未満である。
[Comparative example 3]
Except that the raw silica sand 1 used in Example 1 was changed to raw silica sand 6, which has the chemical composition listed in Table 2 and the mineral composition listed in Table 3, and is derived from natural minerals. In the same manner as in Example 1, a thermal spray material powder according to Comparative Example 3 was produced. The particle size range of the raw silica sand 6 is 150 μm or more and less than 1700 μm.

[比較例4]
比較例2の溶射材用粉末の全質量の1質量%に相当するKCOをさらに配合した点以外は比較例2と同様にして、比較例4に係る溶射材用粉末を作製した。
[Comparative example 4]
A thermal spraying material powder according to Comparative Example 4 was produced in the same manner as Comparative Example 2 except that K 2 CO 3 corresponding to 1% by mass of the total mass of the thermal spraying material powder of Comparative Example 2 was further blended.

[比較例5]
比較例2の溶射材用粉末の全質量の1質量%に相当するCaCOをさらに配合した点以外は比較例2と同様にして、比較例5に係る溶射材用粉末を作製した。
[Comparative example 5]
A thermal spray material powder according to Comparative Example 5 was produced in the same manner as Comparative Example 2, except that CaCO 3 corresponding to 1% by mass of the total mass of the thermal spray material powder of Comparative Example 2 was further blended.

[比較例6]
比較例2の溶射材用粉末の全質量の1質量%に相当するNaCOをさらに配合した点以外は比較例2と同様にして、比較例6に係る溶射材用粉末を作製した。
[Comparative example 6]
A thermal spray material powder according to Comparative Example 6 was produced in the same manner as Comparative Example 2, except that Na 2 CO 3 corresponding to 1% by mass of the total mass of the thermal spray material powder of Comparative Example 2 was further blended.

Figure 2023181228000002
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Figure 2023181228000003
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Figure 2023181228000004
Figure 2023181228000004

Figure 2023181228000005
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[原料の化学的組成と鉱物組成]
表2に記載した各生珪砂又は珪石レンガ屑の化学組成と、表4に示したスピネルの化学組成とは、JIS R2216に準拠して、蛍光X線分析より測定した。測定は、RigakuのZSX primusIIを使用した。表3に記載した各生珪砂又は珪石レンガ屑の鉱物組成は、JIS K0131に準拠して、X線回折による回折強度を測定した。表3の数値は、各結晶相の存在比率(質量%)を示す。また、表3に記載した結晶化度は以下により、算出した。
結晶化度=結晶に由来するX線回析強度の面積÷(結晶に由来する回析強度の面積+非結晶に由来する回析強度の面積)×100-100
[Chemical composition and mineral composition of raw materials]
The chemical composition of each raw silica sand or silica brick waste listed in Table 2 and the chemical composition of spinel shown in Table 4 were measured by fluorescent X-ray analysis in accordance with JIS R2216. Rigaku's ZSX primusII was used for measurement. The mineral composition of each raw silica sand or silica brick waste listed in Table 3 was determined by measuring the diffraction intensity by X-ray diffraction in accordance with JIS K0131. The numerical values in Table 3 indicate the abundance ratio (mass %) of each crystal phase. Moreover, the crystallinity degree described in Table 3 was calculated as follows.
Crystallinity = Area of X-ray diffraction intensity originating from crystals ÷ (Area of diffraction intensity originating from crystals + Area of diffraction intensity originating from amorphous) x 100-100

[溶射体の物性評価]
次に、上記の各実施例と各比較例の溶射材用原料粉末を用いて、以下の条件で溶射を行い、形成された溶射体について、物性評価を実施した。
[Evaluation of physical properties of sprayed material]
Next, thermal spraying was carried out under the following conditions using the raw material powders for thermal spray materials of each of the above-mentioned Examples and Comparative Examples, and the physical properties of the formed thermal spray bodies were evaluated.

溶射前の準備として、バーナー炉の中に耐火煉瓦を上下2段に重ねて配置し、バーナー炉内の温度が600℃、前記耐火煉瓦の表面温度が500℃になるまで加熱した。その後、公知の溶射機を用いてランスの先端から圧縮酸素と共に、上記の各実施例又は各比較例の溶射材用粉末を、前記加熱された耐火煉瓦の継ぎ目部分に対して吹き付けた。溶射の条件は次の通りである。溶射機が吐出する酸素の流量は28Nm/時間であり、溶射材用粉末の吐出量は、80kg/時間である。溶射機のランスの長さは2mであり、溶射用原料粉末をランスに供給するホースの長さは10mである。ランスの先端から吐出された溶射材用粉末に含まれる金属粒子は、炉熱によって、供給された酸素と反応して、酸化される。溶射材用粉末2.0kgを吹き切った後、溶射体が付着した耐火煉瓦を炉外に取り出して自然冷却し、溶射体の物性を評価した。 In preparation for thermal spraying, refractory bricks were arranged in two layers, one above the other, in a burner furnace, and heated until the temperature inside the burner furnace reached 600°C and the surface temperature of the refractory bricks reached 500°C. Thereafter, using a known thermal spraying machine, the thermal spray material powder of each of the above examples or comparative examples was sprayed together with compressed oxygen from the tip of a lance onto the joint portion of the heated refractory bricks. The conditions for thermal spraying are as follows. The flow rate of oxygen discharged by the thermal spraying machine was 28 Nm 3 /hour, and the discharge amount of powder for thermal spray material was 80 kg/hour. The length of the lance of the thermal spraying machine is 2 m, and the length of the hose that supplies the raw material powder for thermal spraying to the lance is 10 m. The metal particles contained in the thermal spray material powder discharged from the tip of the lance react with the supplied oxygen and are oxidized by the furnace heat. After blowing off 2.0 kg of thermal spray material powder, the refractory brick to which the thermal spray material was attached was taken out of the furnace and allowed to cool naturally, and the physical properties of the thermal spray material were evaluated.

評価した物性は、溶射体のリバウンドロス、気孔率、焼成後の気孔率、及び肉盛性である。また、溶射の作業中には、溶射材用粉末の反応性を評価した。各物性の評価法は、以下の通りである。さらに、形成された各溶射体について、上記のJIS R2216に準拠した蛍光X線分析より、化学組成を求めた。この結果を表6に示す。なお、比較例4ないし比較例6に係る溶射材用粉末は、反応性が悪く、測定用の溶射体が得られなかった。 The physical properties evaluated were rebound loss, porosity, porosity after firing, and build-up properties of the sprayed body. Additionally, during the thermal spraying process, the reactivity of the thermal spray powder was evaluated. The evaluation method for each physical property is as follows. Furthermore, the chemical composition of each formed sprayed body was determined by fluorescent X-ray analysis in accordance with the above JIS R2216. The results are shown in Table 6. In addition, the thermal spray material powders according to Comparative Examples 4 to 6 had poor reactivity, and no thermal spray bodies for measurement could be obtained.

Figure 2023181228000006
Figure 2023181228000006

[反応性]
溶射を行う際には、吹付用のランスを動かして、溶射材を吹き付ける場所を変えながら作業を行う。溶射材用粉末の質が悪いと、ランスを動かした際に、反応(反応光)がノズルの動きに追従しないことがある。反応がノズルの動きに追従しない場合は、未反応の溶射材用粉末が被施工対象物に吹き付けられることになり、溶射体が形成されない。また、金属粒子の酸化反応によって生じる反応が脈動を起こすように明暗の変化を生じる。反応が脈動を起こすように変化すると、溶射材用粉末の溶け具合が不均一になる。この現象は、溶射材用粉末が、熱と供給された酸素とによって、酸化反応しやすいか否かに依存する。本明細書では、その反応のしやすさを反応性と呼ぶ。反応性を評価するために、バーナー炉内に設置した前記耐火煉瓦に対して吹付機のランスから溶射材を吹き付けて、反応がノズルの動きに対して適切に追従するか否か、反応に脈動が生じるか否かを、目視で確認した。評価は二重丸、丸、三角、バツの4段階で行い、先に記載したものほど反応性がよい。
[Reactivity]
When performing thermal spraying, the spraying lance is moved to change the location where the thermal spraying material is sprayed. If the quality of the thermal spray powder is poor, the reaction (reaction light) may not follow the movement of the nozzle when the lance is moved. If the reaction does not follow the movement of the nozzle, unreacted thermal spray material powder will be sprayed onto the workpiece, and no thermal spray body will be formed. In addition, the reaction caused by the oxidation reaction of the metal particles causes a change in brightness and darkness as if it were pulsating. If the reaction changes in a pulsating manner, the degree of melting of the thermal spray material powder becomes uneven. This phenomenon depends on whether or not the thermal spray material powder is susceptible to oxidation reactions due to heat and supplied oxygen. In this specification, the ease of reaction is referred to as reactivity. In order to evaluate the reactivity, spraying material was sprayed from the lance of the sprayer onto the refractory bricks installed in the burner furnace, and the pulsation of the reaction was checked to see if the reaction properly followed the movement of the nozzle. It was visually confirmed whether or not this occurred. Evaluation is performed in four stages: double circle, circle, triangle, and cross, and the higher the level, the better the reactivity.

[リバウンドロス]
次式により、吹き付けた溶射材のうち前記耐火煉瓦に付着せずに喪失したものの割合、すなわちリバウンドロス(%)を求めた。
R=100-(A÷B×100)
ただし、Rはリバウンドロス(%)であり、Aは前記耐火物に対して付着した溶射体の質量(g)であり、Bは前記耐火煉瓦に対して吹き付けた溶射材用粉末の総量(g)である。具体的には、Bは2000gである。Aは、溶射体を吹き付けた後の前記耐火煉瓦の質量(g)から溶射体を吹き付ける前の前記耐火煉瓦の質量(g)を差し引くことにより求めた。
[Rebound loss]
The proportion of the sprayed material that was lost without adhering to the refractory bricks, that is, the rebound loss (%) was determined using the following formula.
R=100-(A÷B×100)
However, R is the rebound loss (%), A is the mass (g) of the spray material attached to the refractory, and B is the total amount (g) of the spray material powder sprayed onto the refractory. ). Specifically, B is 2000g. A was determined by subtracting the mass (g) of the refractory brick before spraying the thermal spraying material from the mass (g) of the refractory brick after spraying the thermal spraying material.

[気孔率、嵩比重]
溶射体が付着した前記各耐火煉瓦から溶射体のみをダイヤモンドカッターで切り出した。切り出した溶射体から並形煉瓦半切の大きさの試験片を2個切り出す。濡れた試験片を110℃に設定した乾燥機に入れて24時間乾燥させた。乾燥させた試験片を常温になるまで放置し、JISR2205の方法に準拠して気孔率と嵩比重を求めた。なお、質量計は、0.1g単位まで測定できるものを使用した。
[Porosity, bulk specific gravity]
From each of the refractory bricks to which the thermal sprayed material was attached, only the thermal sprayed material was cut out using a diamond cutter. Cut out two test pieces the size of half a standard brick from the cut out thermal sprayed body. The wet test piece was placed in a dryer set at 110°C and dried for 24 hours. The dried test piece was left to stand until it reached room temperature, and the porosity and bulk specific gravity were determined according to the method of JISR2205. The mass meter used was one capable of measuring to the nearest 0.1 g.

[焼成後の気孔率]
上記の方法により気孔率を測定した2個の試験片を、電気炉により1200℃で24時間にわたって焼成する。焼成後の試験片について、上記と同様のJISR2205に準拠した方法で焼成後の気孔率を求めた。
[Porosity after firing]
The two test pieces whose porosity was measured by the above method are fired in an electric furnace at 1200° C. for 24 hours. Regarding the test piece after firing, the porosity after firing was determined by the same method as above based on JISR2205.

[気孔率の変化]
上記で求めた焼成後の気孔率の値から、焼成前の気孔率の値を差し引いて求めた気孔率の差を、気孔率の変化(%)とする。
[Change in porosity]
The difference in porosity obtained by subtracting the porosity value before firing from the porosity value after firing determined above is defined as the change in porosity (%).

[肉盛性]
上述のJISR2205に準拠して求めた嵩比重と、上述の前記耐火煉瓦に付着した溶射体の質量(A)(g)から、次式により、肉盛性(cc)を求めた。
V=A÷C
ただし、Vは溶射材を2kg吹付けた際の肉盛性(cc)であり、Aは前記耐火煉瓦に付着した溶射体の質量(g)であり、Cは上記の方法で求めた嵩比重である。肉盛性とは、換言すると被施工対象物に付着した溶射体の体積である。
[Build-up properties]
The build-up property (cc) was determined by the following formula from the bulk specific gravity determined in accordance with JISR2205 and the mass (A) (g) of the sprayed material adhered to the firebrick described above.
V=A÷C
However, V is the build-up property (cc) when 2 kg of thermal spray material is sprayed, A is the mass (g) of the thermal spray material attached to the refractory brick, and C is the bulk specific gravity determined by the above method. It is. In other words, build-up property is the volume of the thermal sprayed material attached to the object to be applied.

[剪断接着強度]
次に、以下の方法により、上記の各実施例に係る溶射材用粉末を溶射して形成した溶射体と、上記の各比較例に係る溶射材用粉末を溶射して形成した溶射体とについて、剪断接着強度を求めた。
[Shear adhesive strength]
Next, we will discuss the thermal sprayed bodies formed by thermal spraying the thermal spray material powders according to each of the above examples and the thermal spray bodies formed by thermal spraying the thermal spray material powders according to each of the above comparative examples by the following method. , the shear adhesive strength was determined.

ブロック状の珪石煉瓦を電気炉に入れて、600℃まで加熱する。前記珪石煉瓦1片に対して500gの溶射材用粉末を溶射する。溶射の条件は、上述と同様である。溶射時には、耐熱性の型枠で溶射材を吹き付ける領域以外の部分をマスキングし、縦50mm、かつ横65mmの方形の領域に溶射材用粉末を溶射する。溶射により前記領域には、厚み20mmの溶射体が形成される。溶射体が付着した溶射直後の珪石煉瓦を冷却することなく、600℃で3時間維持する。この溶射体が付着した珪石煉瓦を試験片とする。この温度管理された試験片を3℃/分の速度で1200℃まで昇温して、1200℃で24時間維持する。その後、1℃/分の速度で600℃まで徐冷して、600℃で3時間維持する。600℃の環境下において、溶射体が付着した珪石煉瓦の位置を固定し、厚み2cmの溶射体の側方から押し棒を当てて、溶射体の接着面を横方向にずれさせる方向に荷重を掛けて、溶射体が破断した時の荷重(N)を測定した。当該荷重を基に、次式により剪断接着強度(MPa)を求めた。押し棒による荷重速度は、68N/秒である。溶射体の接着面積は、上述の通り、50mm×65mmを平方メートルに換算した値である。
剪断接着強度(MPa)=破断時の荷重(N)÷溶射体の接着面積(m2)×10-6
A block-shaped silica brick is placed in an electric furnace and heated to 600°C. 500 g of powder for thermal spraying material is thermally sprayed onto one piece of the silica brick. The thermal spraying conditions are the same as described above. During thermal spraying, the area other than the area to be sprayed with the thermal spraying material is masked using a heat-resistant formwork, and the thermal spraying powder is sprayed onto a rectangular area measuring 50 mm in length and 65 mm in width. A sprayed body having a thickness of 20 mm is formed in the area by thermal spraying. The silica brick immediately after spraying with the sprayed material attached is maintained at 600°C for 3 hours without cooling. The silica brick to which this thermal sprayed material is attached is used as a test piece. This temperature-controlled test piece is heated to 1200°C at a rate of 3°C/min and maintained at 1200°C for 24 hours. Thereafter, it was slowly cooled down to 600°C at a rate of 1°C/min and maintained at 600°C for 3 hours. In an environment of 600℃, the position of the silica brick to which the sprayed material was attached was fixed, and a push rod was applied from the side of the sprayed material with a thickness of 2 cm to apply a load in a direction that caused the adhesion surface of the sprayed material to shift laterally. The load (N) at which the sprayed body broke was measured. Based on the load, the shear adhesive strength (MPa) was determined by the following formula. The loading speed by the push rod is 68 N/sec. As mentioned above, the adhesion area of the thermal spray body is a value obtained by converting 50 mm x 65 mm into square meters.
Shear adhesive strength (MPa) = Load at break (N) ÷ Adhesive area of thermal sprayed body (m 2 ) × 10 -6

各実施例、各比較例の溶射材用粉末ごとに評価した溶射体のリバウンドロス、気孔率、焼成後の気孔率、肉盛性、剪断接着強度、溶射材用粉末の反応性を、表1に示す。なお、表1において、剪断接着強度について2.46以上と記載した個所は、測定装置の検出限界である2.46MPa以上の剪断接着強度を記録したことを示す。 Table 1 shows the rebound loss, porosity, porosity after firing, build-up properties, shear adhesive strength, and reactivity of the thermal spray material powder evaluated for each powder for thermal spray material in each example and each comparative example. Shown below. In Table 1, the locations where the shear adhesive strength is described as 2.46 or more indicate that the shear adhesive strength was recorded at 2.46 MPa or more, which is the detection limit of the measuring device.

表1の記載から明らかなように、実施例1ないし実施例5の溶射材用粉末により形成された溶射体は、比較例1ないし比較例6の溶射材用粉末により形成された溶射体に比して、反応性、肉盛性、気孔率、焼成後の気孔率、加熱による気孔率の変化、剪断接着強度、及びリバウンドロスの各性能においてより優れていることがわかる。 As is clear from the description in Table 1, the thermal spray bodies formed using the thermal spray material powders of Examples 1 to 5 are comparable to the thermal spray bodies formed using the thermal spray material powders of Comparative Examples 1 to 6. It can be seen that the performance is superior in reactivity, build-up properties, porosity, porosity after firing, change in porosity due to heating, shear adhesive strength, and rebound loss.

実施例1ないし5の溶射材用粉末は、反応性、溶射の作業性等において優れている。 The thermal spraying material powders of Examples 1 to 5 are excellent in reactivity, thermal spraying workability, and the like.

実施例1ないし5の溶射材用粉末は、反応性において優れているので、未反応の溶射材用粉末が被施工対象物に吹き付けられるといった事態が生じにくい。実施例1ないし5の溶射材用粉末によれば、気孔率の低い緻密な溶射体が得られる。気孔率の低さと、溶射体の強度には相関がある。また、気孔率が低い溶射体では、浸炭などの経時変化が生じにくい。実施例1ないし5の溶射材用粉末で形成した溶射体では、焼成後の気孔率の変化が低く抑えられている。操業による熱変化に伴う、気孔率の変化が低く抑えられることがわかる。実施例1ないし5の溶射材用粉末によれば、高い接着強度を有する溶射体が得られる。操業中に溶射体に応力が作用した際に、溶射体が簡単に剥離するといった事態が生じにくい。 Since the thermal spray material powders of Examples 1 to 5 have excellent reactivity, a situation in which unreacted thermal spray material powders are sprayed onto the workpiece is unlikely to occur. According to the thermal spray material powders of Examples 1 to 5, dense thermal spray bodies with low porosity can be obtained. There is a correlation between low porosity and the strength of the sprayed material. In addition, thermal sprayed bodies with low porosity are less susceptible to changes over time such as carburization. In the thermal spray bodies formed with the thermal spray material powders of Examples 1 to 5, changes in porosity after firing are suppressed to a low level. It can be seen that changes in porosity due to thermal changes due to operation are suppressed to a low level. According to the thermal spray material powders of Examples 1 to 5, thermal spray bodies having high adhesive strength can be obtained. When stress is applied to the thermal sprayed body during operation, the thermal sprayed body is unlikely to easily peel off.

[線熱膨張率]
次に、実施例1の溶射材用粉末を溶射して得た所定寸法の溶射体からなる試験片と、コークス炉の炉壁として使用された後の珪石煉瓦から切り出した所定寸法の試験片1と、前記コークス炉とは別のコークス炉の炉壁として使用された後の珪石煉瓦から切り出した所定寸法の試験片2と、上記の実施例1に係る溶射材用粉末で作製した試験片を所定の温度サイクルで焼成した試験片3とについて、JIS R 2207-1の方法に基づいて、以下の点については、試験方法を変更して線熱膨張率を求めた。
[Coefficient of linear thermal expansion]
Next, a test piece consisting of a thermal spray body of a predetermined size obtained by thermal spraying the powder for thermal spray material of Example 1 and a test piece 1 of a predetermined size cut from a silica brick after being used as a furnace wall of a coke oven were prepared. A test piece 2 of a predetermined size cut out from a silica brick after being used as the oven wall of a coke oven other than the coke oven, and a test piece made with the thermal spray material powder according to Example 1 above. Regarding test piece 3 fired at a predetermined temperature cycle, the coefficient of linear thermal expansion was determined based on the method of JIS R 2207-1, with the following changes in the test method.

実施例1の各試験片については、型枠に対して実施例1及び実施例6に係る各溶射材用粉末を、バーナー炉内の温度を変更した点以外は上記と同様の条件によって、溶射して所定寸法の溶射体を形成し、溶射体を型から外すことより作製した。なお、溶射の条件は、バーナー炉内の温度を400℃とした点以外は、上記の溶射と同一の条件により行った。 For each test piece of Example 1, each thermal spray material powder according to Example 1 and Example 6 was sprayed onto the mold under the same conditions as above except that the temperature in the burner furnace was changed. A thermally sprayed body with predetermined dimensions was formed, and the thermally sprayed body was removed from the mold. The thermal spraying conditions were the same as those for the thermal spraying described above, except that the temperature inside the burner furnace was 400°C.

試験片1は、コークス炉の炉壁として使用されていた珪石煉瓦から所定のサイズの試験片を所定寸法に切り出すことにより作製した。試験片2は、前記コークス炉とは別のコークス炉の炉壁として使用されていた珪石煉瓦から所定寸法に切り出すことにより作製した。 Test piece 1 was produced by cutting a test piece of a predetermined size into a predetermined dimension from a silica brick used as a wall of a coke oven. Test piece 2 was produced by cutting into a predetermined size a silica brick that had been used as the oven wall of a coke oven other than the coke oven.

試験片3は、実施例1に係る溶射材用粉末を溶射して作製した試験片を、冷却することなく、400℃で6時間維持し、その後400℃から4℃/分の速度で1200℃に至るまで昇温し、1200℃で24時間維持し、400℃に至るまで1℃/分の速度で冷却することにより作製した。 Test piece 3 was prepared by thermally spraying the powder for thermal spray material according to Example 1, maintained at 400°C for 6 hours without cooling, and then heated from 400°C to 1200°C at a rate of 4°C/min. The temperature was raised to 1200°C, maintained at 1200°C for 24 hours, and cooled at a rate of 1°C/min until it reached 400°C.

上記の試験片の大きさは、いずれも、縦40mm、横160mm、厚み40mmの方形のブロック状とした。 The size of each of the above test pieces was a rectangular block with a length of 40 mm, a width of 160 mm, and a thickness of 40 mm.

実施例1に係る試験片、並びに試験片3については常温からの焼成ではなく、溶射直後の熱間状態又は焼成後の熱間状態を維持したまま400℃の炉内で6時間各試験片を静置し、以下の加熱条件で加熱して、変位検出器で測定した値から線熱膨張率を求めた。変位検出器は、可視光投影方式(カメラ:キーエンス製のCV-035C、画像センサ:キーエンス製のCV-5000)とした。珪石煉瓦から切り出した試験片1及び試験片2についても、同様に、400℃の炉内で6時間静置し、以下の加熱条件で加熱して、線熱膨張率を求めた。 For the test pieces according to Example 1 and test piece 3, instead of firing from room temperature, each test piece was heated in a furnace at 400°C for 6 hours while maintaining the hot state immediately after thermal spraying or the hot state after firing. The sample was left standing and heated under the following heating conditions, and the coefficient of linear thermal expansion was determined from the value measured with a displacement detector. The displacement detector was of a visible light projection type (camera: CV-035C manufactured by Keyence Corporation, image sensor: CV-5000 manufactured by Keyence Corporation). Test pieces 1 and 2 cut out from silica bricks were similarly left standing in a 400°C furnace for 6 hours, heated under the following heating conditions, and their linear thermal expansion coefficients were determined.

加熱条件は、次の通りである。上述の400℃で6時間維持した各試験片を、4℃/分の速度で1200℃まで昇温させて、1200℃で24時間維持した。その後、炉内の温度を1℃/分の速度で400℃まで降下させた。線熱膨張率は、30秒に1度の間隔で測定する。 The heating conditions are as follows. Each test piece that had been maintained at 400°C for 6 hours was heated to 1200°C at a rate of 4°C/min and maintained at 1200°C for 24 hours. Thereafter, the temperature inside the furnace was lowered to 400°C at a rate of 1°C/min. The coefficient of linear thermal expansion is measured at intervals of once every 30 seconds.

各試験片について、温度変化と線熱膨張率の関係をまとめたグラフを図1に示す。図1から明らかなように、実施例1に係る溶射用原料粉末で構成した試験片と、実施例1に係る溶射材用粉末を溶射して作製した試験片を所定の温度サイクルで焼成した試験片3とにおいては、温度を400℃から1200℃の範囲で変化させた場合における線熱膨張率が-0.300~+0.300の範囲に収まる。この線熱膨張率の変化は、使用済みの珪石煉瓦から切り出した試験片1の線熱膨張率の変化に近似し、別の使用済みの珪石煉瓦から切り出した試験片2の線熱膨張率の変化と近似する。一方、比較例1の溶射用原料粉末で構成した溶射体は、前記試験片1の線熱膨張率の範囲を大きく逸脱した。実施例1の溶射用原料粉末で構成した試験片と、実施例1に係る溶射材用粉末を溶射して作製した試験片を所定の温度サイクルで焼成した試験片3とにおいては、コークス炉の構成材として多用される珪石煉瓦と線熱膨張率の特性が近似している。このため、珪石煉瓦と溶射体とで加熱又は冷却に伴う膨張率の差に起因する溶射体の剥離、損傷が生じにくい。 FIG. 1 shows a graph summarizing the relationship between temperature change and linear thermal expansion coefficient for each test piece. As is clear from FIG. 1, a test piece made of the thermal spray raw material powder according to Example 1 and a test piece prepared by thermal spraying the thermal spray material powder according to Example 1 were fired at a predetermined temperature cycle. For piece 3, the linear thermal expansion coefficient falls within the range of -0.300 to +0.300 when the temperature is varied in the range of 400°C to 1200°C. This change in the coefficient of linear thermal expansion approximates the change in the coefficient of linear thermal expansion of test piece 1 cut from a used silica brick, and the change in the coefficient of linear thermal expansion of test piece 2 cut from another used silica brick. Approximate change. On the other hand, the thermal spray body made of the raw material powder for thermal spraying of Comparative Example 1 significantly deviated from the linear thermal expansion range of Test Piece 1. The test piece made of the raw material powder for thermal spraying of Example 1 and the test piece 3 prepared by thermally spraying the powder for thermal spraying material of Example 1 and calcined at a predetermined temperature cycle were tested in a coke oven. Its linear thermal expansion coefficient is similar to that of silica brick, which is often used as a constituent material. For this reason, the thermal sprayed body is less likely to peel off or be damaged due to the difference in expansion coefficient due to heating or cooling between the silica brick and the thermal sprayed body.

[温度変化後の接着強度]
次に、実施例1に係る溶射材用粉末を溶射して形成した溶射体と、比較例1に係る溶射材用粉末を溶射して形成した溶射体とについて、所定の温度サイクルで加熱と冷却を繰り返した際における剪断接着強度を求めた。温度サイクルは、600℃から1200℃に3℃/分の速度で加熱して、1200℃で24時間維持し、その後、600℃に1℃/分の速度で降下させて600℃で3時間維持する。これを1サイクルとして、計5サイクルの温度変化を実施する。試験片の作製方法と、剪断接着強度の測定方法とは、上記と同様である。なお、実施例1、実施例6、及び比較例1に係る溶射材用粉末の溶射後においては、溶射を行った直後の珪石煉瓦を600℃で3時間維持し、冷却することなく、上記の温度サイクルで温度変化させた。上記の温度サイクルで温度を変化させた後の各試験片について、冷却することなく600℃の環境下で、上記と同様の方法により、溶射体が破断した時の荷重を測定した。当該荷重を基に剪断接着強度(MPa)を求めた。
[Adhesive strength after temperature change]
Next, the thermal sprayed body formed by thermal spraying the thermal spray material powder according to Example 1 and the thermal sprayed body formed by thermal spraying the thermal spray material powder according to Comparative Example 1 were heated and cooled in a predetermined temperature cycle. The shear adhesive strength was determined when the process was repeated. The temperature cycle was to heat from 600°C to 1200°C at a rate of 3°C/min and maintain at 1200°C for 24 hours, then decrease to 600°C at a rate of 1°C/min and maintain at 600°C for 3 hours. do. This is regarded as one cycle, and a total of five cycles of temperature change are performed. The method for preparing the test piece and the method for measuring shear adhesive strength are the same as described above. In addition, after the thermal spraying of the powder for thermal spraying material according to Example 1, Example 6, and Comparative Example 1, the silica brick immediately after thermal spraying was maintained at 600°C for 3 hours, and the above-mentioned method was applied without cooling. The temperature was changed using a temperature cycle. For each test piece after changing the temperature in the above temperature cycle, the load at which the sprayed body broke was measured in an environment of 600° C. without cooling, by the same method as above. The shear adhesive strength (MPa) was determined based on the load.

図2に、実施例1及び比較例1に係る溶射材用粉末を使用して形成した溶射体についての、1サイクル後の溶射体の剪断接着強度と、5サイクル後の溶射体の剪断接着強度を示す。図2に示したように、実施例1に係る溶射体用原料粉末を溶射して得た溶射体では、装置の検出限界である2.46MPa以上の剪断接着強度を記録したが、グラフの表記上は2.46MPaとしている。 Figure 2 shows the shear adhesive strength of the sprayed bodies after one cycle and the sheared adhesive strength of the sprayed bodies after five cycles for the sprayed bodies formed using the thermal sprayed powders according to Example 1 and Comparative Example 1. shows. As shown in FIG. 2, the thermal sprayed body obtained by thermal spraying the raw material powder for thermal sprayed bodies according to Example 1 recorded a shear adhesive strength of 2.46 MPa or more, which is the detection limit of the device. The pressure above is 2.46MPa.

図2に示したように、実施例1に係る溶射材用粉末で構成した溶射体においては、前記加熱サイクルを1回経た後、及び前記加熱サイクルを5回経た後のいずれの計測においても、検出限界である2.46MPaを越える剪断接着強度を維持していた。一方、比較例1に係る溶射材用粉末で構成した溶射体においては、前記加熱サイクルを5回経た後の剪断接着強度(0.31MPa)は、前記加熱サイクルを1回経た後の剪断接着強度(0.81MPa)に比して、大きく低下していた。この結果から、実施例1の溶射材用粉末によれば、繰り返される熱変動に対しても接着強度が低下しない溶射体を得ることができることがわかる。

As shown in FIG. 2, in the thermal spray body made of the thermal spray material powder according to Example 1, in both measurements after one heating cycle and after five heating cycles, The shear adhesive strength exceeded the detection limit of 2.46 MPa. On the other hand, in the thermal spray body made of the powder for thermal spray material according to Comparative Example 1, the shear adhesive strength (0.31 MPa) after passing through the heating cycle 5 times is the shear adhesive strength after passing through the heating cycle once. (0.81 MPa), it was significantly lower. From these results, it can be seen that the thermal spray material powder of Example 1 can provide a thermal sprayed body whose adhesive strength does not decrease even under repeated thermal fluctuations.

Claims (4)

生珪石の粒子又は生珪砂の粒子と金属粒子とを含有する混合物と、酸素とを混合し、金属粒子の酸化発熱反応により前記混合物を溶融させて被施工対象物に吹き付ける溶射法に用いる溶射材用粉末であり、
溶射材用粉末は、生珪石の粒子又は生珪砂の粒子70~92質量%と、金属粒子8~22質量%とを含有し、
前記金属粒子は、金属Siを90質量%以上含むものであり、
前記生珪石の粒子又は生珪砂の粒子は、シリカを90質量%以上含有し、カリウムを0.40~5.00質量%含有する鉱物である溶射材用粉末。
A thermal spraying material used in a thermal spraying method in which a mixture containing raw silica stone particles or raw silica sand particles and metal particles is mixed with oxygen, the mixture is melted by an exothermic reaction of oxidation of the metal particles, and the mixture is sprayed onto a workpiece. It is a powder for
The powder for thermal spraying material contains 70 to 92% by mass of raw silica stone particles or raw silica sand particles and 8 to 22% by mass of metal particles,
The metal particles contain 90% by mass or more of metal Si,
The particles of raw silica stone or the particles of raw silica sand are minerals containing 90% by mass or more of silica and 0.40 to 5.00% by mass of potassium, which is a powder for a thermal spray material.
溶射材用粉末は、
結晶化を促進する成分の含有量が0~0.2質量%であり、
前記成分は、ナトリウム塩、カリウム塩、又はリチウム塩である請求項1に記載の溶射材用粉末。
Powder for thermal spraying material is
The content of the component that promotes crystallization is 0 to 0.2% by mass,
The thermal spray material powder according to claim 1, wherein the component is a sodium salt, potassium salt, or lithium salt.
溶射材用粉末は、以下の条件で試験片を作製し、当該試験片について以下の方法で求めた線熱膨張率が、-0.300~+0.300%の範囲内に収まる溶射体を形成するものである請求項1又は2に記載の溶射材用粉末:
前記試験片は、溶射材用粉末に酸素を供給して400℃の環境下で溶射して、縦40mm、横160mm、及び厚み40mmの方形のブロック状としたものであり、
前記線熱膨張率は、前記試験片を溶射により作製した後冷却することなく400℃で6時間静置し、その後400℃から4℃/分の速度で1200℃に至るまで昇温し、1200℃で24時間維持し、400℃に至るまで1℃/分の速度で冷却し、その間の線熱膨張率をJIS R 2207-1の方法に基づいて測定する。
For the thermal spray material powder, a test piece is prepared under the following conditions, and the linear thermal expansion coefficient of the test piece determined by the following method forms a thermal spray body that falls within the range of -0.300 to +0.300%. The powder for thermal spray material according to claim 1 or 2, which is:
The test piece was made into a rectangular block with a length of 40 mm, a width of 160 mm, and a thickness of 40 mm by supplying oxygen to thermal spray material powder and thermal spraying in an environment of 400 ° C.
The coefficient of linear thermal expansion was determined by preparing the test piece by thermal spraying, leaving it at 400°C for 6 hours without cooling, and then increasing the temperature from 400°C to 1200°C at a rate of 4°C/min. ℃ for 24 hours, cooled at a rate of 1° C./min until it reaches 400° C., and the coefficient of linear thermal expansion during that time is measured based on the method of JIS R 2207-1.
溶射材用粉末は、以下の条件で試験片を作製し、当該試験片について以下の方法で求めた剪断接着強度が、1.8~3.0MPaである溶射体を形成するものである請求項1ないし3のいずれかに記載の溶射材用粉末:
ブロック状の珪石煉瓦を電気炉に入れて、600℃まで加熱し、前記珪石煉瓦に設定した縦50mm、かつ横65mmの方形の領域に対して溶射材用粉末を溶射し、厚み20mmの溶射体を形成し、当該溶射体を冷却することなく、600℃で3時間維持して試験片とし、
前記試験片を、600℃から3℃/分の速度で1200℃まで昇温し、1200℃で24時間維持し、その後1℃/分の速度で600℃まで徐冷して、600℃で3時間維持する工程を1サイクルとして、当該加熱サイクルを計5回繰り返し、前記試験片を冷却することなく、600℃の環境下において、前記試験片の位置を固定し、厚み2cmの溶射体の側方から荷重速度68N/秒で押し棒を当てて、溶射体の接着面を横方向にずれさせる方向に荷重を掛けて、溶射体が破断した時の荷重(N)を測定し、剪断接着強度(MPa)を求める。
A claim that the powder for thermal spraying material forms a thermal sprayed body having a shear adhesive strength of 1.8 to 3.0 MPa, which is obtained by preparing a test piece under the following conditions and determining the shear adhesive strength of the test piece using the following method. Powder for thermal spray material according to any one of 1 to 3:
A block-shaped silica brick is placed in an electric furnace and heated to 600°C, and thermal spraying powder is sprayed onto a rectangular area of 50 mm in length and 65 mm in width set on the silica brick to form a 20 mm thick thermal sprayed body. was formed, and the sprayed body was maintained at 600°C for 3 hours without cooling to form a test piece,
The test piece was heated from 600°C to 1200°C at a rate of 3°C/min, maintained at 1200°C for 24 hours, and then slowly cooled to 600°C at a rate of 1°C/min. The heating cycle was repeated a total of 5 times, with the process of maintaining the temperature as one cycle, and the position of the test piece was fixed in an environment of 600°C without cooling the test piece, and the side of the thermal sprayed body with a thickness of 2 cm was Apply a push rod from the opposite direction at a loading rate of 68 N/sec to apply a load in a direction that shifts the adhesion surface of the sprayed body in the lateral direction, measure the load (N) when the sprayed body breaks, and measure the shear adhesive strength. Find (MPa).
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