JP5920586B2 - Diffuser for ejector-type thermal spraying equipment - Google Patents

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Description

本発明は、工業窯炉、特に珪石れんがを使用しているコークス炉炭化室の補修に使用されるエジェクター式溶射装置のデフューザーに関するものである。   The present invention relates to a diffuser of an ejector-type thermal spraying apparatus used for repairing an industrial kiln furnace, particularly a coke oven carbonization chamber using a silica brick.

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 in operation for more than 20 years, and in particular, the walls of the carbonization chamber continue to be operated with repeated repairs.

ここで、上記操業を継続しながら補修する技術として補修材を溶融しながら補修箇所に吹き付ける溶射補修法がある。当該溶射補修法には、例えば、プラズマ溶射、レーザー溶射、火炎溶射が挙げられる。しかしながら、これらの溶射補修法には大掛かりな装置が必要であり、コストがかかる難点がある。   Here, as a technique for repairing while continuing the above-described operation, there is a thermal spray repair method in which a repair material is sprayed on a repair site while melting. Examples of the thermal spray repairing method include plasma spraying, laser spraying, and flame spraying. However, these thermal spray repair methods require a large-scale apparatus and have a costly problem.

そのため、近年、比較的簡易な装置で実現可能な溶射補修法として、金属の酸化発熱反応を利用した溶射方法が利用されている。当該溶射方法は、まず、金属粉末(燃焼剤)と耐火性粉末の混合物(溶射材)を酸素で搬送し、高熱の補修面に吹き付ける。これによって、被補修面からの受熱により金属粉末が酸化発熱反応を起こして燃焼する。そこで発生する熱で上記耐火性粉末を溶融し、併せて生成する金属酸化物とともに耐火性組成物を形成・溶融した溶射体を補修面に付着させるようになっている。当該溶射方法の材料については、例えば、特許文献1、2に開示され、また、その装置については特許文献3に開示されている。   Therefore, in recent years, a thermal spraying method using a metal oxidation exothermic reaction has been used as a thermal spray repair method that can be realized with a relatively simple apparatus. In the thermal spraying method, first, a mixture (a thermal spray material) of a metal powder (combustion agent) and a refractory powder is transported with oxygen and sprayed onto a high-temperature repair surface. As a result, the metal powder undergoes an oxidative exothermic reaction and burns by receiving heat from the surface to be repaired. Then, the above-mentioned refractory powder is melted by the generated heat, and a sprayed body in which a refractory composition is formed and melted together with the metal oxide formed together is adhered to the repair surface. The material for the thermal spraying method is disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2, and the apparatus thereof is disclosed in Patent Document 3.

上記金属の酸化発熱反応を利用した溶射を行う際に、溶射材を補修面に吹き付けるための粉流体輸送手段としてエジェクター式溶射装置が使用される。当該エジェクター式溶射装置は、高速流体をノズルから噴出して、その伴流によって吸引力が発生する現象、すなわちエジェクター効果を利用する。
図1に、エジェクター式溶射装置の模式図を示す。図1に示すように、エジェクター式溶射装置1には、溶射材を粉粒体で貯蔵するホッパー40と、その下側に設けられ、酸素を駆動流体として上記溶射材を吸引・吐出するエジェクター10とからなる。当該エジェクター10の下流側には、通常、ゴムホースが繋がれ、その先端に溶射ランスが接続されている。
上記エジェクター10は、上記酸素を吹き込むためのエジェクターノズル11と、その吐出端が開口し、かつ、上記ホッパー40が開口する吸入室20と、その下流に設けられたデフューザー30とからなる構成となっている。上記デフューザー30は、内径が一旦急激に狭くなる絞り部31と、該絞り部31の内径をそのまま延伸したストレート部32と、該ストレート部32の下流端から内径が次第に大きくなる拡張部33とから構成されている。
When performing thermal spraying using the oxidation exothermic reaction of the metal, an ejector-type thermal spraying apparatus is used as a powder fluid transporting means for spraying the thermal spray material onto the repair surface. The ejector-type thermal spraying apparatus utilizes a phenomenon in which a high-speed fluid is ejected from a nozzle and a suction force is generated by the wake, that is, an ejector effect.
In FIG. 1, the schematic diagram of an ejector type thermal spraying apparatus is shown. As shown in FIG. 1, the ejector-type thermal spraying apparatus 1 includes a hopper 40 that stores thermal spray material in powder form, and an ejector 10 that is provided below and sucks and discharges the thermal spray material using oxygen as a driving fluid. It consists of. A rubber hose is usually connected to the downstream side of the ejector 10, and a thermal spray lance is connected to the tip thereof.
The ejector 10 is composed of an ejector nozzle 11 for injecting oxygen, a suction chamber 20 whose discharge end is opened and the hopper 40 is opened, and a diffuser 30 provided downstream thereof. ing. The diffuser 30 includes a narrowed portion 31 whose inner diameter is suddenly narrowed once, a straight portion 32 obtained by extending the inner diameter of the narrowed portion 31 as it is, and an extended portion 33 whose inner diameter gradually increases from the downstream end of the straight portion 32. It is configured.

上記構成で、上記エジェクターノズル11から上記デフューザー30の絞り部31に向かって酸素ガスを噴出すると、当該酸素ガスは、上記吸引室20にある空気を巻き込み、当該空気を巻き込んだ流れは加速され、その伴流によって周囲は減圧となる。そして、上記ホッパー40に貯蔵された溶射材は、重力と減圧による吸引力で吸引室20に供給され、当該吸入室20内で酸素とが混合される。当該溶射材と酸素との混合物は上記デフューザー30を通り、溶射ランス先端まで搬送される。当該溶射ランス先端から吐出された溶射材は、高温のコークス炉の熱を受け、金属が酸化燃焼し、耐火性粉末を溶融させ、炉壁に付着させることで溶射体が形成される。   In the above configuration, when oxygen gas is ejected from the ejector nozzle 11 toward the throttle portion 31 of the diffuser 30, the oxygen gas entrains the air in the suction chamber 20, and the flow involving the air is accelerated. The surroundings are decompressed by the wake. The thermal spray material stored in the hopper 40 is supplied to the suction chamber 20 by the suction force due to gravity and reduced pressure, and oxygen is mixed in the suction chamber 20. The mixture of the thermal spray material and oxygen passes through the diffuser 30 and is conveyed to the tip of the thermal spray lance. The thermal spray material discharged from the tip of the thermal spray lance receives heat from a high temperature coke oven, the metal oxidizes and burns, melts the refractory powder, and adheres to the furnace wall to form a thermal spray.

当該上記エジェクター式溶射装置1の場合、上記デフューザー30内壁に硬い耐火性粉末が衝突するため、当該デフューザー内壁30が摩耗し、内径が拡大するという問題がある。当該デフューザー30の摩耗は、自身の絞り部31の下流側からストレート部32で発生しやすく、この部分での内径が大きくなると、酸素の流速が低下して吸引力が低下し、溶射材の吐出量が低下する。例えば、内径が約10%拡大すると、同一酸素量での溶射材の輸送量は約10%減少する。   In the case of the ejector-type thermal spraying apparatus 1, since the hard refractory powder collides with the inner wall of the diffuser 30, there is a problem that the inner wall 30 of the diffuser is worn and the inner diameter is enlarged. The wear of the diffuser 30 is likely to occur in the straight portion 32 from the downstream side of the throttle portion 31 of itself, and when the inner diameter in this portion increases, the flow rate of oxygen decreases, the suction force decreases, and the spraying material is discharged. The amount is reduced. For example, when the inner diameter is increased by about 10%, the transport amount of the thermal spray material with the same oxygen amount is reduced by about 10%.

良好な溶射体を形成するためには、輸送される溶射材と供給する酸素量の比を好適な値に保つ必要があり、初期においては、その比が保たれ、設計に従って溶射を行うことができる。ところが、上記デフューザー30内壁の摩耗が起こると、上記の適切な比を保てなくなり、上記デフューザー30の交換が必要となる。
上記交換頻度を少なくするためには、耐摩耗性が高い材料を使用したデフューザー30を使用する必要がある。そこで、特許文献4には、上記デフューザーの形状を改善して、この摩耗を少なくする方法が提案されている。上記デフューザーの内壁形状に注目し、断面積が単調に低下する絞り部と、一定長さのストレート部と、断面積が単調に増加する拡張部とを持たせ、上記ストレート部を長くするという構成である。
この構成を採用することで、耐摩耗性の高いタングステンカーバイドや炭化ホウ素を用いても十分には防止できなかった摩耗を、防止又は減少することができる溶射装置を提供するとし、ステンレス鋼(SUS304)により形成したとしても摩耗は極めて小さくほとんど摩耗は生じないことが明らかになったとしている。
しかしながら、上記ストレート部を長くすると圧損が大きくなり、効率的に溶射材を輸送できないという問題点があった。
In order to form a good thermal spray, it is necessary to keep the ratio of the sprayed material to be transported and the amount of oxygen to be supplied at a suitable value. In the initial stage, the ratio is maintained and spraying can be performed according to the design. it can. However, if the inner wall of the diffuser 30 is worn, the appropriate ratio cannot be maintained, and the diffuser 30 needs to be replaced.
In order to reduce the replacement frequency, it is necessary to use the diffuser 30 using a material with high wear resistance. Therefore, Patent Document 4 proposes a method of reducing the wear by improving the shape of the diffuser. Focusing on the shape of the inner wall of the diffuser, a structure in which the straight part is elongated by having a throttle part in which the cross-sectional area monotonously decreases, a straight part having a fixed length, and an extended part in which the cross-sectional area monotonously increases. It is.
By adopting this configuration, a thermal spraying apparatus capable of preventing or reducing wear that could not be sufficiently prevented even when tungsten carbide or boron carbide having high wear resistance was used was provided. Stainless steel (SUS304 ), The wear is very small and almost no wear occurs.
However, when the straight portion is lengthened, the pressure loss increases, and there is a problem that the sprayed material cannot be transported efficiently.

さらに、最近の傾向としては補修が必要な窯数と補修範囲が拡大したため、補修量が飛躍的に増大し、上記デフューザー内壁の損耗量はそれに比例するように大きくなった。また、補修量の増大に対応として、単位時間当たりの溶射材の吐出量も従来の50kg/h未満から100kg/h以上へと増加されるようになってきた。この単位時間当たりの吐出量の増加によって、上記デフューザー内壁の摩耗も大きくなり、上記特許文献4に開示の構成を採用しても、十分とは言えない状況になってきた。具体的には、ステンレス鋼(SUS304)からなるデフューザーを用いて100kg/hの条件で溶射した際、200kg程度の溶射材の吐出で、内壁摩耗のために当該デフューザーの交換が必要となった。   Furthermore, as a recent trend, the number of kilns that need repair and the repair range have expanded, so the amount of repair has increased dramatically, and the amount of wear on the inner wall of the diffuser has increased proportionally. In response to the increase in the repair amount, the spraying amount of the thermal spray material per unit time has been increased from the conventional less than 50 kg / h to 100 kg / h or more. Due to this increase in the discharge amount per unit time, the wear of the inner wall of the diffuser also increases, and even if the configuration disclosed in Patent Document 4 is adopted, it cannot be said that it is sufficient. Specifically, when spraying was performed at 100 kg / h using a diffuser made of stainless steel (SUS304), it was necessary to replace the diffuser due to inner wall wear by discharging a sprayed material of about 200 kg.

上記耐摩耗性を高めるため、デフューザーの材質を改良することも試みられている。特許文献5には、エジェクターを利用したコールドスプレー用ノズル(デフューザー)について提案されているが、その材質に窒化珪素、炭化ケイ素、ジルコニアなどの高い耐摩耗性を有するセラミックスを用いた実施例が示されており、また、一般的にも使用されている。   In order to improve the abrasion resistance, attempts have been made to improve the material of the diffuser. Patent Document 5 proposes a cold spray nozzle (diffuser) using an ejector, but an example using ceramics having high wear resistance such as silicon nitride, silicon carbide, zirconia, etc. as the material is shown. It is also commonly used.

他方、上記金属の酸化発熱反応を利用した溶射は可燃物質と支燃物質を同一配管で搬送するため、燃焼が逆方向に進む逆火が生じたり、配管内部における流れが攪乱された際の摩擦で生じる火花やスパークによって発火が生じたりする。これらは大きな爆発音を伴う他、損傷した配管によって作業者が怪我をしたり、損傷した配管から噴き出る火炎で作業者がやけどをしたりする可能性があるため、大きな問題となっていた。   On the other hand, thermal spraying using the oxidation exothermic reaction of the metal transports the combustible material and the combustion-supporting material in the same pipe, so there is a backfire in which the combustion proceeds in the reverse direction or the friction when the flow inside the pipe is disturbed. Ignition may occur due to sparks and sparks generated in These are serious problems because they are accompanied by a loud explosion, and the operator may be injured by the damaged pipe, or the operator may be burned by the flame that is ejected from the damaged pipe.

特開2009−120406号公報JP 2009-120406 A 特開2012−188345号特開JP 2012-188345 JP 特開2011−149078号公報JP 2011-149078 A 特開2007−275816号公報JP 2007-275816 A 特開2008−253889号公報JP 2008-253889 A

上記したように、エジェクター式溶射装置では、一方で、デフューザーの耐磨耗性を高めて交換頻度を低減する必要性がある。ところが耐摩耗性の高い材質、例えばセラミック等は体積固有抵抗率が高くなる傾向がある。
他方で、本願が適用される金属の酸化発熱反応を利用した溶射は、上記したように、可燃物質と支燃物質を同一配管で搬送するため、燃焼が逆方向に進む逆火が生じたり、火花やスパークによって発火が生じたりする問題がある。特に、上記のように耐摩耗性の高いセラミック等の材質では体積固有抵抗率が高いため、後述するように静電気が蓄積しやすく、従って火花やスパークによる発火が起こりやすいという問題があった。
As described above, in the ejector-type thermal spraying apparatus, on the other hand, it is necessary to increase the wear resistance of the diffuser and reduce the replacement frequency. However, materials with high wear resistance, such as ceramics, tend to have high volume resistivity.
On the other hand, as described above, the thermal spraying utilizing the oxidation exothermic reaction of the metal to which the present application is applied conveys the combustible material and the combustion-supporting material through the same pipe. There is a problem that ignition is caused by sparks or sparks. In particular, a material such as ceramic having high wear resistance as described above has a high volume resistivity, so that static electricity is likely to accumulate as will be described later, and therefore there is a problem that ignition by sparks or sparks is likely to occur.

本発明では、上記従来技術に鑑みて提案されたものであり、吐出量増加の要求に対して耐摩耗性が高く、しかも逆火の発生を抑えることが可能なエジェクター式溶射装置用のデフューザーを提案することを目的とする。   In the present invention, there has been proposed a diffuser for an ejector-type thermal spraying apparatus that has been proposed in view of the above-described prior art, has high wear resistance with respect to a demand for an increase in discharge amount, and can suppress the occurrence of flashback. The purpose is to propose.

発明者らは、エジェクター式溶射装置においてデフューザー内壁の耐摩耗性を考慮しつつ、逆火の原因を探索した結果、逆火には、主として2つの原因があることを発見した。   The inventors have found that there are mainly two causes of flashback as a result of searching for the cause of flashback while considering the wear resistance of the inner wall of the diffuser in the ejector-type thermal spraying apparatus.

即ち、逆火の一つの原因は、溶射ランス先端での着火であり、その着火によって燃焼が材料輸送用のゴムホース内の溶射材料に拡大して逆火に至る。もう一つの原因は、デフューザー内での発火である。   That is, one cause of backfire is ignition at the tip of the thermal spray lance, and the combustion expands to the thermal spray material in the rubber hose for material transportation and leads to backfire. Another cause is ignition in the diffuser.

さらに、上記デフューザー内での発火原因については、以下の2つの原因があることを見出した。   Furthermore, it has been found that there are the following two causes for the ignition in the diffuser.

第一の原因(1)は、デフューザー内壁を鉄鋼材料のような酸化しやすい材質とした場合、デフューザー内壁への耐火性粒子の衝突によって摩擦熱が発生し、雰囲気の酸素と結合することで酸化燃焼するか、あるいは、摩耗によって剥離した側壁材料に着火するかする。それが原因となり、デフューザー内で発火する。例えば、鉄鋼材料の中では、比較的耐摩耗性の大きい工具鋼SKDを上記デフューザーに使用した場合、溶射開始後、直ちに発火した。尚、上記工具鋼SKDは、デフューザーとしては耐摩耗性が劣り、現実に上記デフューザーに使用できない。   The first cause (1) is that when the inner wall of the diffuser is made of an easily oxidizable material such as a steel material, frictional heat is generated by the collision of the refractory particles to the inner wall of the diffuser and is oxidized by combining with the oxygen in the atmosphere. Either burn or ignite the side wall material that has peeled off due to wear. It causes fire in the diffuser. For example, among steel materials, when tool steel SKD having relatively high wear resistance was used for the diffuser, it ignited immediately after the start of thermal spraying. The tool steel SKD is inferior in wear resistance as a diffuser and cannot actually be used for the diffuser.

第二の原因(2)は、静電気に起因するスパークの発生である。上記デフューザーの導電性が低い場合、当該デフューザー中を流れる耐火性粒子とデフューザー壁との間で摩擦による静電気が発生する。当該デフューザーの導電性が低いと、上記静電気が溜まって、次第に高電圧になる。そして、高電圧になると雰囲気中に放電し、スパークが発生する。これが着火源となり、共存する金属粒子に引火して発火する。例えば、耐摩耗性の高いアルミナセラミックスを上記デフューザーに使用した場合、溶射開始後、直ちに発火した。従って、エジェクター式溶射装置用のデフューザー材質として耐摩耗性の高いセラミックスを適用する場合、体積固有抵抗率を抑えて静電気を外に逃がして高電圧とならない対策を取ることが必要と考えられる。   The second cause (2) is the occurrence of sparks due to static electricity. When the conductivity of the diffuser is low, static electricity due to friction is generated between the refractory particles flowing in the diffuser and the diffuser wall. When the conductivity of the diffuser is low, the static electricity accumulates and gradually becomes a high voltage. And if it becomes a high voltage, it will discharge in an atmosphere and a spark will generate | occur | produce. This becomes an ignition source, and the coexisting metal particles ignite and ignite. For example, when an alumina ceramic with high wear resistance was used for the diffuser, it ignited immediately after the start of thermal spraying. Therefore, when applying highly wear-resistant ceramics as a diffuser material for an ejector-type thermal spraying apparatus, it is considered necessary to take measures to prevent static electricity from escaping to a high voltage by suppressing the volume resistivity.

本発明は、上述のような発見に基づいて行われたものである。即ち、本発明は、体積固有抵抗率が10Ω・cm以下であり、且つ、破壊靭性値が5MPa・m1/2以上であるセラミックスを用いたことを特徴とするエジェクター式溶射装置用のデフューザーである。 The present invention has been made based on the discovery as described above. That is, the present invention provides an ejector-type thermal spraying apparatus using ceramics having a volume resistivity of 10 5 Ω · cm or less and a fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more. It is a diffuser.

本発明によれば、エジェクター式溶射装置用のデフューザーにおいて、吐出量増加の要求に対して耐摩耗性が高く、逆火の発生を抑えることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the diffuser for ejector type thermal spraying apparatuses, it has high abrasion resistance with respect to the request | requirement of discharge amount increase, and it becomes possible to suppress generation | occurrence | production of a backfire.

エジェクター式溶射装置の模式図。The schematic diagram of an ejector type thermal spraying apparatus.

以下に、本発明の画像形成装置の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。   In the following, an embodiment of the image forming apparatus of the present invention will be described for the understanding of the present invention. In addition, the following embodiment is an example which actualized this invention, Comprising: The thing of the character which limits the technical scope of this invention is not.

本発明は、体積固有抵抗率が10Ω・cm以下であり、且つ、破壊靭性値が5MPa・m1/2以上であるセラミックスを用いたことを特徴とするエジェクター式溶射装置用のデフューザーである。 The present invention is a diffuser for an ejector-type thermal spraying apparatus, characterized by using ceramics having a volume resistivity of 10 5 Ω · cm or less and a fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more. is there.

ここで、体積固有抵抗率が10Ω・cm以下である構成を採用すると、上記デフューザー内壁で発生した静電気が、当該デフューザー本体を通じて金属製の保持部材へ流れ、外部へ放散される。そのため、上記デフューザー本体が高電圧とならず、その結果、スパークも発生しない。本発明では、上記体積固有抵抗率が10Ω・cm以下であれば、特に限定は無いが、例えば、上記体積固有抵抗率が10Ω・cm以下であると、効果的に静電気の放散を促進することが出来るため、好ましい。尚、上記体積固有抵抗率とは、導電率(電気伝導率)の逆数であり、導電率が高いときには小さい値となり、導電率が低いときには高い値となる。 Here, when a configuration in which the volume resistivity is 10 5 Ω · cm or less is adopted, static electricity generated on the inner wall of the diffuser flows to the metal holding member through the diffuser body and is diffused to the outside. Therefore, the diffuser body does not become a high voltage, and as a result, no spark is generated. In the present invention, there is no particular limitation as long as the volume resistivity is 10 5 Ω · cm or less. For example, when the volume resistivity is 10 3 Ω · cm or less, static electricity can be effectively dissipated. Can be promoted, which is preferable. The volume resistivity is the reciprocal of the conductivity (electrical conductivity), and is a small value when the conductivity is high and a high value when the conductivity is low.

一方、本発明では、上記体積固有抵抗率が10Ω・cmより高い場合、上記デフューザー壁と耐火性粒子間の摩擦で発生する静電気を十分に外部へ放散できず、当該静電気が上記デフューザー本体に溜まって、高電圧となる。そのため、上記デフューザー内において、酸素気流中でスパークが発生し、当該デフューザー内での発火の原因となり、好ましくない。更に、上記デフューザー内での発火が起こると、それに起因して逆火に至り、作業が中断されるばかりでなく、作業者の安全上の問題となるため、好ましくない。 On the other hand, in the present invention, when the volume resistivity is higher than 10 5 Ω · cm, static electricity generated by friction between the diffuser wall and the refractory particles cannot be sufficiently dissipated to the outside. It accumulates in and becomes a high voltage. Therefore, a spark is generated in the oxygen flow in the diffuser, causing ignition in the diffuser, which is not preferable. Furthermore, if ignition occurs in the diffuser, it results in a backfire, which not only interrupts the work but also causes a safety problem for the worker, which is not preferable.

ここで、上述のように、耐摩耗性が低いデフューザーでは、継続した溶射の使用により、当該デフューザー内壁の摩耗が著しくなり、当該デフューザーの交換頻度が高くなる。そのため、本発明では、上記デフューザーの材質として、耐摩耗性の高いセラミックスを採用する。   Here, as described above, in a diffuser with low wear resistance, wear of the inner wall of the diffuser becomes significant due to continued use of thermal spraying, and the replacement frequency of the diffuser increases. Therefore, in the present invention, ceramics with high wear resistance are employed as the material of the diffuser.

すなわち、破壊靭性値は5MPa・m1/2以上である構成を採用すると、上記デフューザー内径の摩耗が生じ難くなり、当該デフューザーの交換頻度を低下させる。又、セラミックス製のデフューザー内壁の摩耗の原因は、耐火性粒子の衝突による微小破壊と考えられており、破壊靭性が高いと、当該微小破壊が起こりにくくなるため、損耗が起こり難くなる。本発明では、上記破壊靭性値は5MPa・m1/2以上であれば、特に限定は無いが、例えば、上記破壊靭性値は6MPa・m1/2以上であると、効果的に微小破壊の発生を防止することが出来るため、好ましい。 That is, if a structure having a fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more is adopted, wear of the inner diameter of the diffuser becomes difficult to occur, and the replacement frequency of the diffuser is lowered. Further, the cause of wear on the inner wall of the ceramic diffuser is considered to be micro-destruction due to collision of refractory particles. If the fracture toughness is high, the micro-destruction is less likely to occur, and wear is less likely to occur. In the present invention, the fracture toughness value is not particularly limited as long as it is 5 MPa · m 1/2 or more. For example, if the fracture toughness value is 6 MPa · m 1/2 or more, microfracture is effectively prevented. Since generation | occurrence | production can be prevented, it is preferable.

一方、本発明では、上記破壊靭性値は5MPa・m1/2より低い場合、上記微小破壊が頻繁に起こり、損耗が進行し易くなり、好ましくない。 On the other hand, in the present invention, when the fracture toughness value is lower than 5 MPa · m 1/2 , the microfracture frequently occurs and wear tends to progress, which is not preferable.

従って、本発明では、上述のように、上記体積固有抵抗率が10Ω・cm以下として静電気によるスパークの発生を抑えつつ、同時に上記破壊靭性値が5MPa・m1/2以上として微小破壊の発生を防止する、耐摩耗性の高いセラミックス製のエジェクター式溶射装置用のデフューザーである。 Therefore, in the present invention, as described above, the volume resistivity is 10 5 Ω · cm or less to suppress the occurrence of sparks due to static electricity, and at the same time, the fracture toughness value is 5 MPa · m 1/2 or more to prevent microfracture. This is a diffuser for an ejector-type thermal spraying device made of ceramics that prevents generation and has high wear resistance.

ここで、本発明に係るデフューザーの材質は、上記体積固有抵抗率が10Ω・cm以下で、且つ、上記破壊靭性値が5MPa・m1/2以上であるセラミックスであれば、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。上記デフューザーの材質として、例えば、高靱性セラミックスに導電率の高いセラミック粒子を添加することで得られたセラミックスが挙げられる。具体的には、Si、ZrO、SiC、α−SiAlON、β−SiAlON等の破壊靭性値が5MPa・m1/2以上の高靱性セラミックスに、TiC、ZrC、VC、TaC、MoC等の炭化物やTiN、ZrN、VN、TaN、NbN等の窒化物、TiSi、ZrSi、NbSi,MoSi、PtSi等のシリ化物から選ばれる1種または2種以上の導電率の高いセラミック粒子を添加することで得られたセラミックスである。ここで、上記高導電率のセラミック粒子の添加濃度は、例えば、外掛けで5〜40体積%の範囲内が好ましい。 Here, if the material of the diffuser according to the present invention is a ceramic having a volume resistivity of 10 5 Ω · cm or less and a fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more, There is no particular limitation as long as the purpose is not impaired. Examples of the material of the diffuser include ceramics obtained by adding ceramic particles having high conductivity to high toughness ceramics. Specifically, TiC, ZrC, VC, TaC, Mo, and the like are applied to high toughness ceramics having a fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more, such as Si 3 N 4 , ZrO 2 , SiC, α-SiAlON, β-SiAlON. High conductivity of one or more selected from carbides such as 2 C, nitrides such as TiN, ZrN, VN, TaN, NbN, and silicides such as TiSi 2 , ZrSi, NbSi 2 , MoSi 2 , PtSi A ceramic obtained by adding ceramic particles. Here, the additive concentration of the high conductivity ceramic particles is preferably in the range of 5 to 40% by volume, for example.

また、セラミックス材料においては、硬度の高い材料が比較的耐摩耗性が高いと言われており、硬度はビッカース硬度計によって測定されるビッカース硬度によって評価される。本発明に係わるデフューザーにおいては、先に述べた高靱性であることと、体積固有抵抗率が一定値以下であることが肝要であるが、さらに、本発明に係わるデフューザーの材質は、ビッカース硬度が1200以上であることが好ましく、更に、ビッカース硬度が1350以上であると、より好ましい。   Further, in ceramic materials, it is said that a material having high hardness has relatively high wear resistance, and the hardness is evaluated by Vickers hardness measured by a Vickers hardness meter. In the diffuser according to the present invention, it is important that the high toughness described above and the volume resistivity are not more than a certain value, but further, the material of the diffuser according to the present invention has Vickers hardness. The Vickers hardness is preferably 1350 or more, more preferably 1200 or more.

ところで、上記デフューザーの材質として、WC−Co超硬合金を利用することも考えられるが、特許文献4に記載されている通り、上記WC−Co硬合金では、十分な耐摩耗性が得られなかった。その原因は必ずしも明確ではないが、以下のように推定される。即ち、上記WC−Co超硬合金は、Coを焼結助剤としてWC粒子を焼結したものであり、耐摩耗性材料として知られている。上記WC粒子そのものの硬度は高いものの、結合助剤のCoの硬度は低い。そのため、上記WC−Co超硬合金の全体としての材質は、硬度がSi、SiAlON等のセラミックスに比べると低く、そのため、耐摩耗性に劣ったと考えられる。又、結合剤のCoは、鉄鋼材料のように酸化し易く、耐火性粒子の衝突によって微小部分に熱が発生し、当該熱で微小な酸化が進行し、その結果、損耗が全体として大きくなったものと推定される。 By the way, as a material of the diffuser, it may be possible to use a WC—Co cemented carbide, but as described in Patent Document 4, the WC—Co hard alloy cannot provide sufficient wear resistance. It was. The cause is not necessarily clear, but is estimated as follows. That is, the WC-Co cemented carbide is obtained by sintering WC particles using Co as a sintering aid, and is known as an abrasion resistant material. Although the hardness of the WC particle itself is high, the hardness of Co as a binding aid is low. Therefore, the material of the WC-Co cemented carbide as a whole is lower in hardness than ceramics such as Si 3 N 4 , SiAlON, etc., and therefore is considered to be inferior in wear resistance. In addition, Co, which is a binder, is easily oxidized like a steel material, and heat is generated in a minute part by collision of refractory particles, and minute oxidation proceeds with the heat, resulting in an increase in wear as a whole. Estimated.

又、本発明に係るデフューザーを使用するエジェクター式溶射装置は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定はなく、一般的なエジェクター式溶射装置が適用される。ここで、上記エジェクター式溶射装置の溶射量は、ホッパーの容量、エジェクターおよびエジェクターのサイズ、エジェクターからの酸素ガスの噴出量等によって変化するが、一般的には、数十kg/hから2百kg/hの範囲内に設定される。又、上記デフューザーの下流側には、通常、ゴムホースが繋がれ、その先端に溶射ランスが接続される。上記ゴムホースの長さは、特には限定されないが、例えば、数mから数十mの範囲内である。   Moreover, the ejector type thermal spraying apparatus using the diffuser according to the present invention is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and a general ejector type thermal spraying apparatus is applied. Here, the spraying amount of the ejector-type spraying device varies depending on the capacity of the hopper, the size of the ejector and the ejector, the amount of oxygen gas ejected from the ejector, and the like. It is set within the range of kg / h. A rubber hose is usually connected to the downstream side of the diffuser, and a thermal spray lance is connected to the tip of the rubber hose. Although the length of the said rubber hose is not specifically limited, For example, it exists in the range of several m to several dozen m.

以下に実施例および比較例を提示して、本発明に係るエジェクター式溶射装置用のデフューザーを具体的に説明する。   The diffuser for ejector type thermal spraying apparatuses according to the present invention will be specifically described below by presenting examples and comparative examples.

先ず、α−SiAlON(Si:Y:AlN=91:5:4、α−SiAlONとβ−Si複合体)をベースにTiNを外掛けで20体積%添加した材料で作成したデフューザーを実施例1とした。又、α−SiAlONをベースにTiNを外掛けで15体積%添加した材料で作成したデフューザーを実施例2とし、更に、α−SiAlONをベースにTiNを外掛けで10体積%添加した材料で作成したデフューザーを実施例3とした。 First, based on α-SiAlON (Si 3 N 4 : Y 2 O 3 : AlN = 91: 5: 4, α-SiAlON and β-Si 3 N 4 complex), 20% by volume of TiN was externally added. A diffuser made of a material was designated as Example 1. In addition, a diffuser made of α-SiAlON as a base and added with 15% by volume of TiN is used as Example 2, and further, α-SiAlON is used as a base and TiN is added as a material of 10% by volume. This diffuser was designated as Example 3.

一方、デフューザーの材質を金属として、SUS304を用いて作成したデフューザーを比較例1とし、工具鋼SKDを用いて作成したデフューザーを比較例2とした。又、WC−Co超硬合金を用いて作成したデフューザーを比較例3とした。更に、デフューザーの材質をセラミックスとして、α−SiAlONをベースにした(実施例1のTiNを無添加とする)材料で作成したデフューザーを比較例4とし、β−SiAlON(z=0.5)をベースにした材料で作成したデフューザーを比較例5とした。更に、耐摩耗性の高いセラミックスとして、ZrOをベースにした材料で作成したデフューザーを比較例6とし、SiCをベースにした材料で作成したデフューザーを比較例7とし、Alをベースにした材料で作成したデフューザーを比較例8とし、BCをベースにした材料で作成したデフューザーを比較例9とした。 On the other hand, a diffuser made of SUS304 was used as Comparative Example 1 and the diffuser made using tool steel SKD was used as Comparative Example 2 with the diffuser made of metal. Moreover, the diffuser created using WC-Co cemented carbide was set as Comparative Example 3. Further, a diffuser made of a material based on α-SiAlON (with no addition of TiN in Example 1) as a material of the diffuser is set as Comparative Example 4, and β-SiAlON (z = 0.5) is used. A diffuser made of the base material was designated as Comparative Example 5. Further, as a highly wear-resistant ceramic, a diffuser made of a material based on ZrO 2 is set as Comparative Example 6, a diffuser made of a material based on SiC is set as Comparative Example 7, and Al 2 O 3 is used as a base. The diffuser made of the material made was made Comparative Example 8, and the diffuser made of the material based on B 4 C was made Comparative Example 9.

又、溶射試験は、上記作成したデフューザーを通常のエジェクター式溶射装置に装着し、金属Si粉末15質量%と耐火粒子として珪石85質量%とからなる溶射材料を溶射することで行った。ここで、搬送ガスは純度100%の酸素とし、流量は32Nm/hとし、材料供給速度は100kg/hとした。 The thermal spray test was carried out by mounting the diffuser prepared above on a normal ejector-type thermal spraying apparatus and spraying a thermal spray material composed of 15% by mass of metal Si powder and 85% by mass of silica as refractory particles. Here, the carrier gas was oxygen having a purity of 100%, the flow rate was 32 Nm 3 / h, and the material supply rate was 100 kg / h.

ここで、上記作成したデフューザー内における発火の有無の評価は、上記溶射材料2kgを溶射するうちに発火するかどうかを目視で確認することで行った。発火した場合は「有」とし、発火しなかった場合は「無」とした。   Here, the evaluation of the presence or absence of ignition in the created diffuser was performed by visually confirming whether or not the thermal spray material was ignited while spraying 2 kg. When it ignites, it is set as “Yes”, and when it does not ignite, it is set as “None”.

又、上記作成したデフューザー内における当該デフューザー内壁の摩耗量の評価は、絞り部の内径10.0mmのデフューザーを用い、上記溶射材料を50kgの所定量溶射した後のデフューザー内径の変化量(直径の拡大量)を測定することで行った。このデフューザー内径の変化量がデフューザーの損耗量に対応する。上記評価で発火の発生が無く耐摩耗性も比較的良好な材質に関して、200kg溶射(実使用)及び10000kg溶射(実使用)へと通過量を増加させ、その際の内径の変化量を調べた。尚、上述した発火の有無の評価において発火したデフューザーについては本評価(摩耗試験)を行わなかった。又、本評価で所定の溶射量においてデフューザー内径の変化量が著しい場合は、それ以上多量の溶射量で本評価を行わなかった。本評価を行わなかった場合は、「−」とした。   The amount of wear of the inner wall of the diffuser in the created diffuser was evaluated using a diffuser with an inner diameter of 10.0 mm of the throttle portion and the amount of change in the inner diameter of the diffuser after spraying the sprayed material with a predetermined amount of 50 kg (diameter of the diameter). This was done by measuring the amount of enlargement. The amount of change in the inner diameter of the diffuser corresponds to the amount of wear of the diffuser. In the above evaluation, with respect to a material having no ignition and relatively good wear resistance, the passage amount was increased to 200 kg thermal spray (actual use) and 10,000 kg thermal spray (actual use), and the amount of change in inner diameter at that time was examined. . In addition, this evaluation (wear test) was not performed about the diffuser which ignited in the above-mentioned evaluation of the presence or absence of ignition. In addition, when the amount of change in the inner diameter of the diffuser was significant at a predetermined spraying amount in this evaluation, this evaluation was not performed with a larger amount of spraying. When this evaluation was not performed, “−” was given.

表1には、エジェクター式溶射装置のデフューザーの材質を変更させた際の発火の有無、摩耗量の評価結果を示す。   Table 1 shows the evaluation results of the presence or absence of ignition and the amount of wear when the material of the diffuser of the ejector-type thermal spraying device is changed.

表1に示すように、実施例1−3では、いずれも発火が無く、更に、10000kgの現場使用に対応する溶射量であっても磨耗が認められず、良好な耐摩耗性を示すことが理解される。   As shown in Table 1, in Examples 1-3, there is no ignition, and further, no abrasion is observed even at a thermal spraying amount corresponding to 10000 kg on-site use, and good wear resistance is exhibited. Understood.

一方、比較例1では、体積固有抵抗率が十分低いため、発火は認められなかったものの、耐摩耗性が劣り、200kgの溶射量の溶射で内径が2.0mmも拡大している。ここで、下記のSKDが、体積固有抵抗率が低いにも関わらず発火しているのに対して、比較例1に用いたSUSが発火しなかった原因は、材質のSUS材が酸化し難いため、発火源とならなかったものと推定される。又、比較例2では、体積固有抵抗率が十分低かったが、先に説明した通り、溶射開始直後に発火した。更に、比較例3では、体積固有抵抗率が十分低く、発火は無かったが、200kgの溶射量の溶射では、僅かな磨耗が観察された。しかしながら、10000kgの溶射量の溶射(実機溶射)では、内径が当初の10.0mmから1.0mm拡大して11.0mmとなった。その結果、上述のように溶射材料吐出量が約10%低下したため、デフューザー交換の必要が生じた。従って、比較例3では、実施例1−3と比較すると耐摩耗性が不十分であった。   On the other hand, in Comparative Example 1, since the volume resistivity was sufficiently low, no ignition was observed, but the wear resistance was poor, and the inner diameter was increased by 2.0 mm with a spraying amount of 200 kg. Here, the following SKD ignites despite the low volume resistivity, whereas the SUS used in Comparative Example 1 did not ignite because the SUS material is difficult to oxidize. Therefore, it is estimated that it did not become a source of ignition. In Comparative Example 2, the volume resistivity was sufficiently low, but as described above, it ignited immediately after the start of thermal spraying. Further, in Comparative Example 3, the volume resistivity was sufficiently low and there was no ignition, but slight wear was observed in the thermal spraying of 200 kg. However, in the thermal spraying with an amount of 10,000 kg (actual thermal spraying), the inner diameter was increased 1.0 mm from the initial 10.0 mm to 11.0 mm. As a result, as described above, the sprayed material discharge amount was reduced by about 10%, so that it was necessary to replace the diffuser. Therefore, in Comparative Example 3, the wear resistance was insufficient as compared with Example 1-3.

又、比較例4−8では、いずれの場合でも、溶射直後に発火した。これは、比較例4−8のいずれの材質も、体積固有抵抗率が10Ω・cmより高く、静電気によるスパークで発火したものと推定される。 Moreover, in Comparative Example 4-8, in any case, it ignited immediately after spraying. This is presumed that any material of Comparative Example 4-8 had a volume resistivity higher than 10 5 Ω · cm and was ignited by static sparks.

更に、比較例9では、体積固有抵抗率が6.7Ω・cmと小さいため、発火は起こらなかったものの、破壊靱性値が3MPa・m1/2と低かったため、磨耗が観察され、実施例1−3と比較すると耐摩耗性が不十分であった。 Further, in Comparative Example 9, since the specific volume resistivity was as small as 6.7 Ω · cm and no ignition occurred, the fracture toughness value was as low as 3 MPa · m 1/2 , so that wear was observed. Compared with -3, the wear resistance was insufficient.

このように、本発明に係るエジェクター式溶射装置用のデフューザーは、体積固有抵抗率が10Ω・cm以下であり、且つ、破壊靭性値が5MPa・m1/2以上であるセラミックスを用いたことを特徴とする。これにより、吐出量増加の要求に対して耐摩耗性が高く、逆火の発生を抑えることが可能となる。 Thus, the diffuser for an ejector-type thermal spraying apparatus according to the present invention uses ceramics having a volume resistivity of 10 5 Ω · cm or less and a fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more. It is characterized by that. As a result, the wear resistance is high with respect to the demand for increasing the discharge amount, and the occurrence of flashback can be suppressed.

Figure 0005920586
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Figure 0005920586
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本発明は、工業窯炉、特に珪石れんがを使用しているコークス炉炭化室の補修に使用されるエジェクター式溶射装置のデフューザーにおいて、特に、吐出量増加の要求に対して耐摩耗性が高く、逆火の発生を抑えることが可能なエジェクター式溶射装置用のデフューザーとして有用である。   The present invention is a diffuser for an ejector-type thermal spraying device used for repairing an industrial kiln furnace, particularly a coke oven carbonization chamber using a silica brick, and particularly has high wear resistance for the demand for increased discharge amount. It is useful as a diffuser for an ejector-type thermal spraying device that can suppress the occurrence of flashback.

Claims (1)

体積固有抵抗率が10Ω・cm以下であり、且つ、破壊靭性値が5MPa・m1/2以上であるセラミックスを用いたことを特徴とするエジェクター式溶射装置用のデフューザー。
A diffuser for an ejector-type thermal spraying apparatus using ceramics having a volume resistivity of 10 5 Ω · cm or less and a fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more.
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