JPH10272317A - Porous material with high corrosion resistance at high temperature, and filter for high temperature exhaust gas - Google Patents

Porous material with high corrosion resistance at high temperature, and filter for high temperature exhaust gas

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JPH10272317A
JPH10272317A JP7963197A JP7963197A JPH10272317A JP H10272317 A JPH10272317 A JP H10272317A JP 7963197 A JP7963197 A JP 7963197A JP 7963197 A JP7963197 A JP 7963197A JP H10272317 A JPH10272317 A JP H10272317A
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porous material
temperature
porous
exhaust gas
gas
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Ryutaro Motoki
龍太郎 元木
Atsushi Funakoshi
淳 船越
Takashi Nishi
隆 西
Takahiro Kitagawa
貴宏 北川
Akira Kosaka
晃 小阪
Hideo Fujita
秀雄 藤田
Takahiro Gama
隆弘 蒲
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Kubota Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous material with a high corrosion resistance at a high temperature, and useful as a filter for removing corrosion substances such as fly ash from an exhaust gas from a refuse incinerator. SOLUTION: This porous material has a porous sintered metal body as a base, and the surface and the inner faces of the opened voids in the base inside are coated with a ceramic coating. The base is produced by hydroisostatic pressure sintering at a low temperature under a low pressure, and the ceramic coating is formed by chemical evaporation. As the material of the ceramic coating, for example, oxides such as Al2 O3 , carbides such as SiC, nitrides such as Si3 N4 , borides such as TiB, and silicides such as MoSi are preferable and the thickness of the coating is several μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ等の廃棄物の
焼却炉から発生する排ガスなどの高温腐食性排ガスから
飛灰等の腐食性物質を濾去するためのフィルタ等として
有用な耐高温腐食性にすぐれた多孔質材に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-temperature resistant material useful as a filter for filtering out corrosive substances such as fly ash from high-temperature corrosive exhaust gas such as exhaust gas generated from an incinerator of waste such as refuse. It relates to a porous material excellent in corrosiveness.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、エネルギの有効利用・多様化促進
の観点から、ごみ等の廃棄物の焼却余熱を利用した廃棄
物発電技術等の開発が推進されている。廃棄物焼却炉の
高温の排ガスから熱エネルギを回収する廃熱回収システ
ムは、廃熱ボイラ,スーパーヒータ,集塵器,ガス処理
塔などからなる。廃熱ボイラで、排ガスと水管内の水と
の熱交換により飽和蒸気を発生し、飽和蒸気はスーパー
ヒータに送り込まれ、更に排ガスと熱交換して高温高圧
の過熱蒸気に変換される。過熱蒸気は、蒸気タービンに
供給され、発電に利用される。廃熱ボイラ,スーパーヒ
ータを経由した排ガスは、集塵器でダストを除去され、
ガス処理塔で塩化水素,窒素酸化物,硫黄酸化物等を除
去されたのち大気中に放出される。
2. Description of the Related Art In recent years, from the viewpoint of promoting effective use and diversification of energy, development of waste power generation technology and the like utilizing residual heat from incineration of waste such as refuse has been promoted. A waste heat recovery system for recovering thermal energy from high-temperature exhaust gas from a waste incinerator comprises a waste heat boiler, a super heater, a dust collector, a gas treatment tower, and the like. In the waste heat boiler, saturated steam is generated by heat exchange between the exhaust gas and water in the water pipe, and the saturated steam is sent to the super heater, and further heat-exchanged with the exhaust gas to be converted into high-temperature, high-pressure superheated steam. The superheated steam is supplied to a steam turbine and used for power generation. Exhaust gas that has passed through the waste heat boiler and super heater is dedusted by the dust collector,
After removal of hydrogen chloride, nitrogen oxides, sulfur oxides, etc. in the gas treatment tower, it is released into the atmosphere.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ごみ焼却炉から発生す
る高温排ガスは、高濃度の塩素(約500 〜2000ppm )を
含有し、また排ガス中の飛灰には、ナトリウム,カリウ
ム,カルシウム等の塩基性塩(NaCl,KCl,Na
2 SO4 等)が多量に含まれている。このため、高温に
おいて強い腐食環境となり、上記廃熱回収システムの構
成部材の腐食損傷が問題となる。廃熱回収システムの発
電効率を高めるには、スーパーヒータでの過熱蒸気をよ
り高温化することが必要であるが、熱交換パイプの腐食
防止の点から、管壁温度を比較的低温度(約320 ℃程
度) に抑えざるを得ず、従って管内の蒸気温度は高々30
0 ℃程度にとどまっている。
The high-temperature exhaust gas generated from a refuse incinerator contains a high concentration of chlorine (about 500 to 2000 ppm), and fly ash in the exhaust gas contains bases such as sodium, potassium and calcium. Salt (NaCl, KCl, Na
2 SO 4 ). For this reason, it becomes a strong corrosive environment at high temperature, and there is a problem that the components of the waste heat recovery system are corroded and damaged. In order to increase the power generation efficiency of the waste heat recovery system, it is necessary to raise the temperature of the superheated steam in the super heater. However, in order to prevent corrosion of the heat exchange pipe, the temperature of the pipe wall must be relatively low (about (About 320 ° C), and the steam temperature in the pipe is at most 30.
It stays around 0 ° C.

【0004】上記廃熱回収システムの部材の腐食を抑制
防止するには、排ガス流路の上流側でガス中の腐食性物
質を除去してやればよいが、ごみ焼却炉から発生する排
ガスは著しく高温(例えば800 〜950 ℃) であるため、
従来より高温集塵用として使用されているガラスファイ
バ濾布や金属繊維等からなるバグフィルタでは、耐熱性
が不足し、使用に耐え得ない。上記排ガスの高温に耐え
得る耐熱性フィルタとして、セラミックスフィルタや、
耐熱金属の多孔質焼結材などを使用することも考えられ
るが、セラミックスフィルタは、熱衝撃,機械衝撃,熱
応力等で破壊されることあり、安定使用を保証し難く、
他方耐熱金属の多孔質材では、脆性の問題はない反面、
飛灰に含まれる塩類等に対する十分な腐食抵抗性を確保
することが困難である。本発明は、ごみ等廃棄物焼却炉
の排ガスの飛灰除去用フィルタ等として有用な、耐高温
腐食性および靱性を備えた多孔質材を提供するものであ
る。
In order to suppress and prevent corrosion of the members of the waste heat recovery system, corrosive substances in the gas may be removed on the upstream side of the exhaust gas passage, but the exhaust gas generated from the refuse incinerator has a remarkably high temperature ( (Eg, 800-950 ° C)
A bag filter made of glass fiber filter cloth, metal fiber, or the like, which has been conventionally used for high-temperature dust collection, has insufficient heat resistance and cannot be used. As a heat resistant filter that can withstand the high temperature of the exhaust gas, a ceramics filter,
It is conceivable to use a porous sintered material of heat-resistant metal, but ceramic filters can be broken by thermal shock, mechanical shock, thermal stress, etc., and it is difficult to guarantee stable use.
On the other hand, a porous material made of a heat-resistant metal has no brittleness problem,
It is difficult to ensure sufficient corrosion resistance to salts and the like contained in fly ash. The present invention provides a porous material having high-temperature corrosion resistance and toughness, which is useful as a filter for removing fly ash from exhaust gas from waste incinerators such as refuse.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の多孔質体は、耐
熱金属からなる多孔質焼結体に化学蒸着処理を施して、
その表面および開気孔の内表面をセラミックス皮膜で被
覆したことを特徴としている。
The porous body of the present invention is obtained by subjecting a porous sintered body made of a refractory metal to a chemical vapor deposition treatment.
It is characterized in that its surface and the inner surface of the open pores are covered with a ceramic film.

【0006】セラミックスは一般に、高温強度にすぐれ
ると共に、塩類との濡れ性も低く、卓抜した高温腐食抵
抗性を示す。金属は靱性を有するものの、塩類との濡れ
性がよく、耐熱耐食合金であっても、高温環境での塩類
の付着と著しい腐食を避け得ない。本発明の多孔質体
は、金属の多孔質焼結体を基体としていることにより、
排ガス用フィルタ等の構成部材として必要な靱性を有
し、その表面および開気孔(貫通気孔)の内面がセラミ
ックス皮膜で被覆されていることにより、高温排ガス中
の塩類等の腐食物質に対する高度の腐食抵抗性を備えて
いる。
In general, ceramics have excellent high-temperature strength, low wettability with salts, and exhibit excellent high-temperature corrosion resistance. Although the metal has toughness, it has good wettability with salts, and even if it is a heat-resistant and corrosion-resistant alloy, it cannot avoid the adhesion of salts and significant corrosion in a high-temperature environment. The porous body of the present invention has a porous metal sintered body as a base,
High toughness against corrosive substances such as salts in high-temperature exhaust gas due to having the toughness required as a component of exhaust gas filters and the like and the surface and the inner surface of open pores (through pores) are coated with a ceramic film. Has resistance.

【0007】図1は本発明の多孔質体の断面を模式的に
示している。(1)は基体である多孔質金属焼結体を構
成する耐熱金属粒子、(2)は化学蒸着により形成され
たセラミックス皮膜である。セラミックス皮膜(2)
は、基体の外表面およびその内部を貫通する開気孔
(3)の表面を被覆し、高温腐食性排ガスと基体との接
触を遮断して基体を高温腐食から保護する。また、セラ
ミックス皮膜の塩類との濡れ性が低いことは、排ガス用
フィルタの用途において、飛灰等の凝着を抑制防止し、
逆洗処理によるフィルタの再生を容易化する。
FIG. 1 schematically shows a cross section of the porous body of the present invention. (1) is a heat-resistant metal particle constituting a porous metal sintered body as a substrate, and (2) is a ceramic film formed by chemical vapor deposition. Ceramic coating (2)
Covers the outer surface of the substrate and the surface of the open pores (3) penetrating the inside thereof, and shields the substrate from high-temperature corrosion by blocking contact between the high-temperature corrosive exhaust gas and the substrate. In addition, the low wettability of the ceramic film with salts prevents the adhesion of fly ash and the like in exhaust gas filter applications,
Facilitates filter regeneration by backwashing.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】基体(多孔質金属焼結体)を構成
する耐熱金属の材種は、多孔質材の具体的な用途・使用
環境条件に応じて適宜選択される。ごみ焼却炉の排ガス
用フィルタでは、例えば、ボイラ用炭素鋼・合金鋼、ま
たステンレス鋼,耐熱鋼,Ni系/Co系耐熱合金(イ
ンコネル,ハステロイ,ステライト等)などであり、こ
のほか高融点金属であるクロム等も好適である。基体の
気孔率,気孔径などは、金属粒子径や焼結処理条件によ
り任意に制御される。ごみ焼却炉の排ガス用フィルタで
は、例えば平均気孔径は約30〜70μm,気孔率は約
15〜40%である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The type of heat-resistant metal constituting a substrate (porous metal sintered body) is appropriately selected according to the specific use and environmental conditions of the porous material. Exhaust gas filters for refuse incinerators include, for example, carbon steels and alloy steels for boilers, stainless steels, heat-resistant steels, Ni-based / Co-based heat-resistant alloys (Inconel, Hastelloy, Stellite, etc.). And the like are also suitable. The porosity and pore diameter of the substrate are arbitrarily controlled by the metal particle diameter and the sintering conditions. In an exhaust gas filter of a refuse incinerator, for example, the average pore diameter is about 30 to 70 μm, and the porosity is about 15 to 40%.

【0009】多孔質の基体の外表面およびその内部を貫
通する開気孔の表面を被覆するセラミックスは、酸化
物,炭化物,窒化物,硼化物,珪化物など、広範囲の選
択が可能である。特に、ごみ焼却炉の排ガスのように塩
素ガスが存在し、かつ,Na,K,Ca等の塩基性塩を
含む飛灰が混在した高温ガス用フィルタのセラミックス
皮膜としては、酸化物としてアルミナ(Al2 3 ) や
サイアロン(SiAlNO),炭化物として炭化珪素
(SiC),窒化物として窒化珪素(Si3 4 ),硼
化物として硼化チタン(TiB2 ),珪化物として珪化
モリブデン(MoSi)等の被膜が好適である。これら
のセラミックス皮膜の厚さは数μm(約1〜5μm程
度)であってよい。
The ceramics covering the outer surface of the porous substrate and the surface of the open pores penetrating the inside thereof can be selected from a wide range such as oxides, carbides, nitrides, borides and silicides. In particular, as a ceramic film of a high-temperature gas filter in which chlorine gas is present, such as exhaust gas from a refuse incinerator, and in which fly ash containing basic salts such as Na, K, and Ca is mixed, alumina (as an oxide) Al 2 O 3 ), sialon (SiAlNO), silicon carbide (SiC) as a carbide, silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a nitride, titanium boride (TiB 2 ) as a boride, and molybdenum silicide (MoSi) as a silicide. Are preferred. The thickness of these ceramic films may be several μm (about 1 to 5 μm).

【0010】本発明の多孔質体は、金属粉末を焼結原料
とし、基体である多孔質金属焼結体を形成する焼結処
理、および化学蒸着によりセラミックス皮膜を形成する
工程により製造される。 〔多孔質金属焼結体の製造〕金属粉末の焼結処理は、熱
間静水圧加圧焼結処理(HIP処理)を適用するのが好
ましい。HIP処理によれば、形状やサイズの如何に拘
らず、均質な多孔質焼結体を得ることができる。HIP
処理は次のA法またはB法により好適に達成される。 A法: 金属粉末をカプセルに封入し、低温・低圧力のH
IP処理を施す。 B法: 金属粉末を加圧成形し、その圧粉体をカプセルに
封入することなく、HIP処理する。
[0010] The porous body of the present invention is manufactured by sintering a metal powder as a sintering raw material to form a porous metal sintered body as a base, and forming a ceramic film by chemical vapor deposition. [Production of Porous Metal Sintered Body] For the sintering of metal powder, it is preferable to apply hot isostatic pressing sintering (HIP). According to the HIP treatment, a homogeneous porous sintered body can be obtained regardless of the shape and size. HIP
The treatment is suitably achieved by the following Method A or Method B. Method A: Encapsulate metal powder in a capsule and use H at low temperature and low pressure.
Perform IP processing. Method B: A metal powder is molded under pressure, and HIP treatment is performed without encapsulating the compact.

【0011】まず、A法(低温低圧HIP処理)につい
て説明すると、HIP処理を低温低圧処理とするのは、
高緻密質の焼結製品を製造する通常のHIP処理と異な
って、焼結体をフィルタ等に必要な多孔体(例えば、気
孔率: 約15〜40%,気孔径:約30〜70μm)とするため
である。金属粉末のカプセル封入も、通常のHIP処理
における真空(減圧)封入に代え、常圧(必要ならば、
N 2,Ar等の不活性雰囲気)のもとに行うことができる。
このHIP処理は、好ましくは、温度: 0.35〜0.85mpK
〔但し,mpK は金属粉末の融点(絶対温度)〕、圧力:
5 〜150 MPaに調整される。低温低圧のHIP処理で
得られる多孔質焼結体は、所望により、粒子間結合を強
化するための熱処理(強化熱処理)に付される。処理温
度は、約0.6 〜0.95mpK の範囲が適当であり、これによ
り焼結体の多孔性を損なわずに、焼結体の機械強度を高
めることができる。熱処理はHIP装置内において、静
水圧媒体の加圧作用を解除した状態で行うこともでき
る。
First, the method A (low-temperature low-pressure HIP processing) will be described.
Unlike ordinary HIP processing for producing high-density sintered products, the sintered body is made into a porous body (for example, porosity: about 15 to 40%, pore diameter: about 30 to 70 μm) necessary for a filter or the like. To do that. The encapsulation of the metal powder is also replaced with the vacuum (reduced pressure) encapsulation in the normal HIP process.
N2 , Ar, etc.).
The HIP treatment is preferably performed at a temperature of 0.35 to 0.85 mpK.
[However, mpK is the melting point of metal powder (absolute temperature)], pressure:
It is adjusted to 5 to 150 MPa. The porous sintered body obtained by the low-temperature low-pressure HIP treatment is subjected to a heat treatment (strengthening heat treatment) for strengthening the interparticle bonding, if desired. The processing temperature is suitably in the range of about 0.6 to 0.95 mpK, whereby the mechanical strength of the sintered body can be increased without impairing the porosity of the sintered body. The heat treatment can be performed in the HIP device in a state where the pressurizing action of the hydrostatic medium is released.

【0012】他方、B法(圧粉体のカプセルフリーHI
P処理)による場合の圧粉体は、一軸プレス成形,押出
成形,冷間静水圧プレス成形(CIP成形)等により形
成されるが、均質性の点からCIP成形によるのが好ま
しい。焼結体を多孔質体とするのに必要な圧粉体の相対
密度は、約95%以下(約30〜95%)であり、成形
加圧力は例えば50〜250MPaである。
On the other hand, the method B (compacted capsule-free HI
The green compact in the case of (P treatment) is formed by uniaxial press molding, extrusion molding, cold isostatic pressing (CIP molding), or the like, but is preferably formed by CIP molding from the viewpoint of homogeneity. The relative density of the green compact required to make the sintered body porous is about 95% or less (about 30 to 95%), and the molding pressure is, for example, 50 to 250 MPa.

【0013】圧粉体のHIP処理は、圧粉体に圧力媒体
(Ar,N2 等の不活性ガス)が接触した状態で行われ
る。処理温度は約0.7〜0.95mpK (mpK は前記と
同義),加圧力は約5〜150MPaの範囲に調整され
る。この処理条件は、高緻密質焼結体を目的とする通常
のHIP処理とほぼ同じであるが、通常のHIP処理と
異なって、静水圧媒体の圧力作用が、圧粉体の表面に作
用すると同時に、開気孔を介してその内部にも作用す
る。このため、圧粉体の多孔性を損なわずに、粒子同士
の焼結を行わせ、機械強度・靱性の高い焼結体に焼き上
げることができる。従って、この場合は上記A法におけ
るHIP処理後の強化熱処理は特に必要としない。
The HIP treatment of the green compact is performed in a state where a pressure medium (an inert gas such as Ar or N 2 ) is in contact with the green compact. The processing temperature is adjusted to about 0.7 to 0.95 mpK (mpK is as defined above), and the pressure is adjusted to about 5 to 150 MPa. This processing condition is almost the same as the normal HIP processing for the purpose of high-density sintered body. However, unlike the normal HIP processing, when the pressure action of the hydrostatic medium acts on the surface of the green compact. At the same time, it acts on the interior through the open pores. For this reason, the particles can be sintered together without impairing the porosity of the green compact, and can be baked into a sintered body having high mechanical strength and toughness. Therefore, in this case, the strengthening heat treatment after the HIP treatment in the above method A is not particularly required.

【0014】〔化学蒸着によるセラミックス皮膜の形
成〕HIP焼結体として形成された多孔質金属焼結体
は、化学蒸着の前処理として、表面および開気孔内の付
着汚染物(油脂,スケール,水分等)の除去処理が施さ
れる。その処理は、金属材の清浄化処理として公知の各
種方法(酸洗,電解酸洗,アルカリ脱脂,溶剤脱脂,電
解脱脂,超音波洗浄等)から、焼結体の金属材種や付着
汚染物の種類等に応じた適当な浄化処理が適用される。
清浄化処理後、表面および開気孔内を十分に乾燥したう
え、化学蒸着処理に付す。
[Formation of Ceramic Coating by Chemical Vapor Deposition] The porous metal sintered body formed as a HIP sintered body has a surface and an open contaminant (oil, scale, moisture) as a pretreatment for chemical vapor deposition. Etc.). The treatment can be performed by various methods known as cleaning treatment of metal materials (such as pickling, electrolytic pickling, alkali degreasing, solvent degreasing, electrolytic degreasing, ultrasonic cleaning, etc.), and the metal material type and adhered contaminants of the sintered body. Appropriate purification processing is applied according to the type and the like.
After the cleaning treatment, the surface and the inside of the open pores are sufficiently dried and then subjected to a chemical vapor deposition treatment.

【0015】化学蒸着は、原料ガスとしてハロゲン化
物,硫化物,水素化物等を含む調整されたガスまたはガ
ス混合物の熱化学反応により、皮膜組成を被処理物上に
成膜するものであり、形成される皮膜は密着性が高くか
つ緻密である。原料ガスを被処理物(多孔質金属焼結
体)の開気孔内に流入させることにより、開気孔の内面
をも緻密なセラミックス皮膜で被覆することができる。
蒸着処理は、通常の化学蒸着装置を使用して行うことが
でき、原料ガスが開気孔に十分に流入する時間を与えれ
ばよく、また被処理物の開気孔の入口側と出口側とに適
当な差圧を与え、原料ガスの開気孔内への流入を促進す
ることにより、効率的に処理を達成することができる。
In chemical vapor deposition, a film composition is formed on an object to be processed by a thermochemical reaction of a regulated gas or a gas mixture containing a halide, sulfide, hydride or the like as a raw material gas. The resulting film has high adhesion and is dense. By flowing the raw material gas into the open pores of the workpiece (porous metal sintered body), the inner surface of the open pores can also be covered with the dense ceramic film.
The vapor deposition process can be performed using a normal chemical vapor deposition apparatus, and it is sufficient that the raw material gas has sufficient time to flow into the open pores, and is suitable for the inlet side and the outlet side of the open pores of the object to be processed. By applying an appropriate pressure difference and promoting the flow of the raw material gas into the open pores, the processing can be efficiently achieved.

【0016】図2は、上記蒸着処理装置の一例を模式的
に示している。(10)は反応容器、(11)はヒー
タ、(12)は原料ガス供給管、(W)は反応容器内に
装入された被処理物である。この例における被処理物
(多孔質金属焼結体)は中空円筒体であり、反応容器
(10)内の台(13)に直立載置され、その頂部端面
に蓋材(14)が被せられ、蓋材(14)には中空円筒
体の内側空間に連通する排気管(15)が接続されてい
る。反応容器(10)内は原料ガス供給管(12)から
供給される原料ガスで満たされ、被処理物(W)はヒー
タ(11)により所定温度に加熱保持される。反応容器
(10)内の原料ガスは、被処理物(W)の開気孔を透
過して内側空間に流入する。これにより被処理物(W)
は、外側と内側の表面および開気孔の内面の全体に原料
ガスが接触し化学蒸着による皮膜形成が行われる。
FIG. 2 schematically shows an example of the above-mentioned vapor deposition processing apparatus. (10) is a reaction vessel, (11) is a heater, (12) is a source gas supply pipe, and (W) is an object to be treated charged in the reaction vessel. The object to be treated (porous metal sintered body) in this example is a hollow cylindrical body, which is placed upright on a table (13) in a reaction vessel (10), and a top end face is covered with a lid member (14). An exhaust pipe (15) communicating with the inner space of the hollow cylindrical body is connected to the lid (14). The inside of the reaction vessel (10) is filled with a source gas supplied from a source gas supply pipe (12), and the workpiece (W) is heated and maintained at a predetermined temperature by a heater (11). The raw material gas in the reaction vessel (10) permeates through the open pores of the workpiece (W) and flows into the inner space. Thereby, the object to be processed (W)
In the method, the raw material gas comes into contact with the outer and inner surfaces and the entire inner surface of the open pores to form a film by chemical vapor deposition.

【0017】原料ガス組成および蒸着処理温度は、形成
しようとするセラミックス皮膜の材種に応じて調節され
る。例えば、アルミナ皮膜(Al2 O 3 ) の化学蒸着処理
は、塩化アルミニウム(AlCl3 ) ,二酸化炭素(CO2 )
および水素 (H 2 ) からなる混合ガスを原料ガスとし、
処理温度を約1000℃として行われる。窒化珪素皮膜(Si
3 N 4 ) は、四塩化珪素(SiCl 4 ) とアンモニア (N
H3 ) との混合ガスを使用し、処理温度を約1200℃とし
て成膜することができ、炭化珪素皮膜(SiC )は、SiCl
4とプロパン(C3 H 8 ) の混合ガスを使用し、処理温度
を約1200℃として成膜される。また、硼化チタン被膜
(TiB 2 ) は、四塩化チタン(TiCl 4 ) と三塩化硼素(BC
l3 ) との混合瓦斯を使用し、処理温度を約1150℃とし
て成膜することができる。このほか、被処理物(多孔質
金属焼結体)の合金元素と原料ガスとの反応によりセラ
ミックスを成膜することもでき、例えば、被処理物が、
Mo含有合金(ニッケルクロムモリブデン合金等)から
なる焼結体である場合において、SiCl 4を原料ガスと
し、約1000℃で処理することにより、珪化モリブデン(M
oSi)のセラミックス皮膜を形成することができる。
The composition of the raw material gas and the temperature of the vapor deposition treatment are adjusted according to the type of the ceramic film to be formed. For example, chemical vapor deposition of an alumina film (Al 2 O 3 ) is performed using aluminum chloride (AlCl 3 ), carbon dioxide (CO 2 )
And a mixed gas consisting of hydrogen and hydrogen (H 2 ) as a source gas,
The treatment is performed at a processing temperature of about 1000 ° C. Silicon nitride film (Si
3 N 4 ) is composed of silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and ammonia (N
H 3 ) can be used to form a film at a processing temperature of about 1200 ° C. The silicon carbide film (SiC)
Using a mixed gas of 4 and propane (C 3 H 8 ), a film is formed at a processing temperature of about 1200 ° C. Also, titanium boride coating
(TiB 2 ) is titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and boron trichloride (BC
l 3 ) can be used to form a film at a processing temperature of about 1150 ° C. In addition, a ceramic film can be formed by a reaction between an alloy element of an object to be processed (porous metal sintered body) and a raw material gas.
In the case of a sintered body made of an Mo-containing alloy (nickel-chromium molybdenum alloy or the like), by using SiCl 4 as a raw material gas and treating at about 1000 ° C., molybdenum silicide (M
oSi) ceramic film can be formed.

【0018】なお、金属とセラミックスとは一般に熱膨
張係数が異なるので、その熱膨張率の差異により、基体
(多孔質金属焼結体)とセラミックス皮膜との界面の密
着強度を十分に確保することが困難であるような場合に
は、セラミックス皮膜を、材種の異なる複数層からなる
積層構造とし、膜厚方向に熱膨張率の勾配をもたせるよ
うにすればよい。例えば、ステンレス鋼等の多孔質焼結
体を被処理物とし、これにAl2 O 3 被膜を成膜する場合
において、例えば第1層としてTiC 皮膜を形成し、中間
層としてTiN 被膜を積層し、そのうえにAl2 O 3 被膜を
積層成膜することにより、熱望膨張率の勾配が緩和さ
れ、基体に対する皮膜の密着強度が高められる。この積
層構造は、化学蒸着処理における原料ガスの切り換え,
処理温度の調整操作により容易に形成することができ
る。
Since metals and ceramics generally have different coefficients of thermal expansion, the difference in the coefficient of thermal expansion ensures that the adhesive strength at the interface between the substrate (porous metal sintered body) and the ceramic film is sufficiently ensured. In such a case, the ceramic film may have a laminated structure including a plurality of layers of different material types, and have a gradient of the coefficient of thermal expansion in the film thickness direction. For example, when a porous sintered body of stainless steel or the like is to be processed and an Al 2 O 3 film is formed thereon, for example, a TiC film is formed as a first layer and a TiN film is laminated as an intermediate layer. By laminating an Al 2 O 3 film thereon, the gradient of the thermal expansion coefficient is reduced, and the adhesion strength of the film to the substrate is increased. This laminated structure can be used to switch the source gas during chemical vapor deposition,
It can be easily formed by adjusting the processing temperature.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

〔1〕基体(多孔質金属焼結体)の製造 (1)焼結原料: アトマイズ粉末(平均粒径: 200 μm) (2)HIP処理および熱処理 処理温度: 0.56 mpK(mpK は金属粉末の融点,絶対温
度) 加圧力: 100 MPa , 処理時間: 3 Hr HIP処理後、圧力媒体の加圧作用を解除し、HIP装
置内で強化熱処理を行う。処理温度: 0.85 mpK ,処理時
間: 10 Hr 該熱処理後、カプセルを機械加工で除去し、多孔質金属
焼結体を得る。焼結体は、中空円筒体(外径: 100, 肉
厚: 2, 長さ: 300, mm )であり、いずれも、気孔率:
約28%,平均孔径: 約70μmである。
[1] Production of substrate (porous metal sintered body) (1) Sintering raw material: atomized powder (average particle size: 200 μm) (2) HIP treatment and heat treatment Treatment temperature: 0.56 mpK (mpK is the melting point of metal powder) (Absolute temperature) Pressure: 100 MPa, Processing time: 3 Hr After the HIP processing, the pressurizing action of the pressure medium is released and the strengthening heat treatment is performed in the HIP apparatus. Treatment temperature: 0.85 mpK, treatment time: 10 Hr After the heat treatment, the capsule is removed by machining to obtain a porous metal sintered body. The sintered body is a hollow cylindrical body (outer diameter: 100, wall thickness: 2, length: 300, mm), and all have a porosity:
About 28%, average pore size: about 70 μm.

【0020】〔2〕セラミックス皮膜の形成 (1)図2に示す化学蒸着装置により基体にセラミックス
の蒸着膜を形成し、多孔質材を得る。処理時間は、開気
孔内の皮膜厚が約1〜3μm(多層膜の場合は合計層
厚)となるように調整した。 アルミナ(Al 2 O 3 ) 膜: AlCl3 - CO2 -H2 ガス, 処理
温度 1000 ℃ 炭化珪素(SiC) 膜: SiCl 4 -C 3 H 8 ガス, 処理温度 1
000 ℃ 窒化珪素(Si 3 N 4 ) 膜: SiCl 4-NH 3 ガス, 処理温度
1200 ℃ 硼化チタン(Ti B 2 ) 膜:TiCl 4 -BCl3 ガス, 処理温度
1150 ℃ 珪化モリブデン(MoSi)膜: SiCl 4ガス, 処理温度 1000
℃ 炭化チタン(TiC) 膜: TiCl 4 -CH 4 -H 2 ガス, 処理温
度 1200 ℃ 窒化チタン(TiN) 膜: TiCl 4-N2 -H2 ガス, 処理温度 9
00℃
[2] Formation of Ceramic Coating (1) A ceramic deposited film is formed on a substrate by a chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 2 to obtain a porous material. The treatment time was adjusted so that the film thickness in the open pores was about 1 to 3 μm (total layer thickness in the case of a multilayer film). Alumina (Al 2 O 3 ) film: AlCl 3 -CO 2 -H 2 gas, processing temperature 1000 ℃ Silicon carbide (SiC) film: SiCl 4 -C 3 H 8 gas, processing temperature 1
000 ℃ Silicon nitride (Si 3 N 4 ) film: SiCl 4 -NH 3 gas, processing temperature
1200 ° C Titanium boride (Ti B 2 ) film: TiCl 4 -BCl 3 gas , processing temperature
1150 ℃ Molybdenum silicide (MoSi) film: SiCl 4 gas, processing temperature 1000
℃ Titanium carbide (TiC) film: TiCl 4 -CH 4 -H 2 gas , processing temperature 1200 ℃ Titanium nitride (TiN) film: TiCl 4 -N 2 -H 2 gas , processing temperature 9
00 ℃

【0021】〔3〕供試多孔質体の特性 (1)曲げ強度測定 JIS B1601 に規定の三点曲げ曲げ試験による(スパン距
離: 30 mm ,試験温度: 常温)。
[3] Properties of the test porous body (1) Bending strength measurement A three-point bending test specified in JIS B1601 (span distance: 30 mm, test temperature: normal temperature).

【0022】(2)濾過試験 下記の混合ガス(実炉ガス標準組成)と灰(実缶灰を粉
砕処理した粉末,粒径10 μm以下) からなるガスを、
多孔質材(中空円筒体)の外側から内側空間に透過させ
る。濾過試験前後の多孔質材の重量変化から飛灰の捕捉
量を求める。 混合ガス: NO 100ppm, SO 2 50ppm, HCl 1000ppm, CO 1
00ppm, CO 2 10ppm, O 2 10%, H2 O 20%, N2 Bal 。 灰の組成: Al 3.8, Si 5.07, Fe 1.72, Na 6.43, K 7.7
7, Ca 14.2, Mg 1.56,Pb 0.78, Zn 1.95, Total S 13.4
5, Total Cl 2.06, H2 O 0.43 (mass %) 。 ガス中の灰の濃度: 5 gr/ Nm3 ガス流量: 500 cm 3 /min 試験温度: 700 ℃ 試験時間: 96 Hr
(2) Filtration test The following mixed gas (actual furnace gas standard composition) and ash (actual
Crushed powder, particle size 10 μm or less)
Permeate the porous material (hollow cylinder) from outside to inside space
You. Fly ash capture from weight change of porous material before and after filtration test
Find the quantity. Mixed gas: NO 100ppm, SOTwo50ppm, HCl 1000ppm, CO 1
00ppm, COTwo10ppm, O Two10%, HTwoO 20%, NTwoBal. Ash composition: Al 3.8, Si 5.07, Fe 1.72, Na 6.43, K 7.7
7, Ca 14.2, Mg 1.56, Pb 0.78, Zn 1.95, Total S 13.4
5, Total Cl 2.06, HTwoO 0.43 (mass%). Ash concentration in gas: 5 gr / NmThree Gas flow: 500 cmThree / min Test temperature: 700 ° C Test time: 96 Hr

【0023】(3)逆洗試験 供試多孔質材に捕捉された飛灰を逆洗除去し、逆洗前後
の多孔質材の重量変化から逆洗の難易を評価する。逆洗
処理は、加圧空気(5 kgf/mm 2, 常温)を使用し、電磁
弁の開閉操作(開放時間 0.1sec)により、5回反復実
施。
(3) Backwashing test Fly ash trapped in the test porous material is backwashed and removed, and the difficulty of backwashing is evaluated based on the change in weight of the porous material before and after backwashing. The backwashing process was repeated 5 times using pressurized air (5 kgf / mm 2 , room temperature) and opening and closing the solenoid valve (opening time 0.1 sec).

【0024】表1中、各実施例の「A」と「B」(A:
セラミックス皮膜を有しない比較例,B: セラミックス
皮膜が蒸着形成された発明例)の基体の製造条件および
多孔性状(気孔率,平均気孔径等)は実質的に同一であ
る。「濾過・逆洗試験」欄の数値は、供試多孔質材の飛
灰重量を、Aの多孔質材(セラミックス皮膜なし)の濾
過試験における飛灰捕捉重量を「1」とする比率で示し
ている。「飛灰捕捉量」欄は、その数値が大きい程、飛
灰の濾過効率が高く、「逆洗後の飛灰残量」欄は、その
数値が小さい程、逆洗によるフィルタの再生が容易であ
ることを示している。
In Table 1, "A" and "B" (A:
The production conditions and the porosity (porosity, average pore diameter, etc.) of the substrate of the comparative example having no ceramic film and B: the invention example in which the ceramic film was formed by vapor deposition) were substantially the same. The numerical value in the column of “Filter / Backwash Test” indicates the fly ash weight of the test porous material as a ratio of “1” to the fly ash capture weight in the filtration test of the porous material A (without a ceramic film). ing. In the column "Amount of fly ash trapped", the larger the value, the higher the efficiency of fly ash filtration. In the column "Remaining amount of fly ash after backwashing", the smaller the value, the easier the filter regeneration by backwashing Is shown.

【0025】表1に示したように、セラミックス皮膜を
有しない多孔質材A(比較例)と、それを有する多孔質
材B(発明例)とを比較すると、両者は濾過部材として
必要な機械強度を有すると共に、排ガス濾過処理におけ
る飛灰の濾過効率もほぼ同等であるが、濾過処理後の逆
洗処理・再生の難易に大きな差異がある。すなわち、多
孔質材では、逆洗処理を施しても、捕捉された飛灰の大
部分がそのまま残留しているのに対し、多孔質材Bは、
ほぼ全量が逆洗処理で洗い落とされ、使用前の清浄な状
態に回復している。この差異は、多孔質材Aでは、飛灰
が多孔質体の表面(金属表面)と反応して凝着し、他方
多孔質材Bはセラミックス皮膜により、飛灰との反応お
よびその凝着が抑制防止されていることによる。飛灰の
凝着堆積はフィルタの目詰まりを引き起こす。発明例の
多孔質材Bは、セラミックス皮膜の効果により、多孔質
材Aと異なって、飛灰の腐食作用とそれに伴う飛灰の凝
着が阻止され、逆洗処理による再生が容易であり、良好
な濾過機能を安定に維持することができる。
As shown in Table 1, a comparison between the porous material A having no ceramic film (Comparative Example) and the porous material B having the same (Inventive Example) shows that both of the mechanical members required as a filtering member were used. While having strength, the filtration efficiency of fly ash in the exhaust gas filtration is almost the same, but there is a great difference in the difficulty of backwashing / regeneration after the filtration. That is, in the porous material, even if the backwashing treatment is performed, most of the captured fly ash remains as it is, whereas the porous material B is
Almost all of them have been washed away by backwashing, and have been restored to a clean state before use. The difference is that in the porous material A, the fly ash reacts and adheres to the surface (metal surface) of the porous body, while the porous material B reacts and adheres to the fly ash by the ceramic film. It is because suppression is prevented. Fly ash deposits cause filter clogging. The porous material B of the invention example is different from the porous material A due to the effect of the ceramic film, in which the corrosive action of fly ash and the accompanying deposition of fly ash are prevented, and regeneration by backwashing is easy, A good filtration function can be stably maintained.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の多孔質材は、基体を構成する金
属の靱性と基体の金属表面を被覆するセラミックス皮膜
による耐高温腐食性とを兼備しているので、例えばごみ
焼却炉から発生する飛灰等の腐食性物質を含む高温排ガ
スの濾過フィルタとして有用であり、排ガスからの飛灰
の濾過により、ごみ焼却炉の廃熱回収システムにおける
廃熱ボイラやスーパーヒータ等の構成部材の腐食損傷を
抑制防止し、廃熱回収システムの運転の安定化に奏効す
る。また高温運転が可能となり、過熱蒸気の高温高圧化
により、発電効率を大きく高めることが可能となる。本
発明の多孔質材はこのほか、ごみ焼却炉に使用される空
気予熱器など、耐高温腐食性を要求される各種機器の構
成部材として有用である。
Since the porous material of the present invention has both the toughness of the metal constituting the substrate and the high-temperature corrosion resistance of the ceramic film covering the metal surface of the substrate, it is generated from, for example, a refuse incinerator. Useful as a filter for filtering high-temperature exhaust gas containing corrosive substances such as fly ash.Corrosion damage of components such as waste heat boilers and super heaters in waste heat recovery systems of refuse incinerators by filtering fly ash from exhaust gas. This is effective in stabilizing the operation of the waste heat recovery system. Also, high-temperature operation becomes possible, and power generation efficiency can be greatly increased by increasing the temperature and pressure of the superheated steam. In addition, the porous material of the present invention is useful as a constituent member of various devices requiring high-temperature corrosion resistance, such as an air preheater used in a refuse incinerator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の多孔質材を模式的に示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a porous material of the present invention.

【図2】基体(多孔質金属焼結体)に対するセラミック
ス皮膜の化学蒸着処理の模式的説明図である。
FIG. 2 is a schematic illustration of a chemical vapor deposition process of a ceramic film on a substrate (porous metal sintered body).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1: 基体(多孔質金属焼結体)の金属粒子 2: セラミックス皮膜 3: 開気孔 10: 反応容器: 11: ヒータ 12: 原料ガス供給配管 13: 台 14: 蓋材 15: 排気配管 W: 基体 1: Metal particles of a substrate (porous metal sintered body) 2: Ceramic film 3: Open pores 10: Reaction vessel: 11: Heater 12: Source gas supply pipe 13: Table 14: Lid 15: Exhaust pipe W: Substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北川 貴宏 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 小阪 晃 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 藤田 秀雄 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 蒲 隆弘 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Takahiro Kitagawa 1-1-1, Nakamiya Oike, Hirakata City, Osaka Prefecture Inside Kubota Hirakata Plant Co., Ltd. (72) Akira Kosaka 1-1, Nakamiya Oike, Hirakata City, Osaka Prefecture No. 1 Inside Kubota Hirakata Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Hideo Fujita 1-1-1 Nakamiya Oike, Hirakata City, Osaka Prefecture Inside Co., Ltd. Kubota Hirakata Manufacturing Co., Ltd. No. 1 in the Kubota Hirakata Plant

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 耐熱金属からなる多孔質焼結体に化学蒸
着処理を施して、その表面および開気孔の内面をセラミ
ックス皮膜で被覆したことを特徴とする耐高温腐食性に
すぐれた多孔質材。
1. A porous material excellent in high-temperature corrosion resistance, characterized in that a porous sintered body made of a heat-resistant metal is subjected to a chemical vapor deposition treatment, and its surface and inner surfaces of open pores are coated with a ceramic film. .
【請求項2】 セラミックスは、酸化物,炭化物,窒化
物,硼化物,または珪化物からなることを特徴とする請
求項1に記載の耐高温腐食性にすぐれた多孔質材。
2. The porous material excellent in high-temperature corrosion resistance according to claim 1, wherein the ceramic is made of an oxide, carbide, nitride, boride or silicide.
【請求項3】 酸化物が、アルミナまたはサイアロン,
炭化物が炭化珪素,窒化物が窒化珪素,硼化物が硼化チ
タン,珪化物が珪化モリブデンであることを特徴とする
請求項2に記載の耐高温腐食性にすぐれた多孔質材。
3. The method according to claim 1, wherein the oxide is alumina or sialon,
3. The porous material having excellent high-temperature corrosion resistance according to claim 2, wherein the carbide is silicon carbide, the nitride is silicon nitride, the boride is titanium boride, and the silicide is molybdenum silicide.
【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれか1項
に記載の多孔質材からなる高温排ガス用フィルタ。
4. A high temperature exhaust gas filter comprising the porous material according to claim 1. Description:
JP7963197A 1997-03-31 1997-03-31 Porous material with high corrosion resistance at high temperature, and filter for high temperature exhaust gas Pending JPH10272317A (en)

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JP2020168625A (en) * 2015-02-13 2020-10-15 インテグリス・インコーポレーテッド Coatings for enhancement of properties and performance of substrate articles and apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020168625A (en) * 2015-02-13 2020-10-15 インテグリス・インコーポレーテッド Coatings for enhancement of properties and performance of substrate articles and apparatus
US12018382B2 (en) 2015-02-13 2024-06-25 Entegris, Inc. Coatings for enhancement of properties and performance of substrate articles and apparatus

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