JPS595548B2 - 粉末耐火物溶射成形体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶射によって成形された粉末耐火物溶射成形
体（溶射施工体）に関するものである。

周知のように、溶射技術は、近年、各種鉄鋼・化学工業
窯炉の直接的補修や耐火物の製造法の一つとして採用さ
れつつあり、従来の耐火物にない独特の溶射成形体が有
効に利用され始めている。

これまでの溶射技術は、材料粒子を高温気流中に通過さ
せ、溶融状態としつつ基板に衝突させ、基板に融着させ
ることが前提であったため、溶融し易い比較的微粒子（
２１０μ以下）を使用していた。

従来の溶射技術では、一旦溶融した粒子が次次に緻密で
均一な連続凝固組織を形成するため、成形体は、高強度
で、かつ緻密な組織となる。

しかしながら、このような緻密でかつ均一な組織は、■
耐熱衝撃性に弱い。

■ 溶融粒子が冷却固化する際、収縮による内部熱応力
が発生し、その応力が蓄積することによって成形体の破
壊が起る。

■ この収縮現象は、基板と溶射層の剥離の原因となる
。

等の欠点がある。

これらの欠点は、いずれも溶射成形時の熱歪に起因する
ものであり、側体の面積、厚み等側体が大きくなればな
る程、熱膨張差による破壊が起り易い。

一般に溶射成形体は、凝固開始時点から、熱歪の蓄積に
よる残留歪の分布したものと考えてよく、そのための溶
射成形体の大きさへの制約は太きかった。

本発明者らは、従来の耐火物および耐火物施工体と溶射
施工体の特性を比較検討する過程で溶射技術を使用した
新しい耐火物及び耐火物施工体を見い出すことができた
。

その要旨とするところは、溶融凝固した組織内に未溶融
粒子を混在せしめたことを特徴とする粉末耐火物溶射成
形体にある。

一般に耐火物は、その製造法により、焼成品、不焼成品
、電融鋳造品の３つに分類され、各々の特徴を有する。

例えば焼成、不焼成の耐火レンガ組織は一般に７％以下
の粒子を粒度調整し、バッキングしたもので、開放気孔
が多く、微粒子部分が弱い特徴を保持している。

例えば耐火レンガが外来成分による侵食作用を受ける際
もマトリックスと呼ばれる微粒子部分が優先的に侵食さ
れる。

一方、電鋳耐大物は極めて緻密で、かつ、均一組織であ
るため、高度の耐食性を有するが、加熱冷却の繰り返え
しに対する耐熱衝撃性に弱い欠点があると同時にコスト
的にも非常に高価である。

溶射成形体の組織は、いわば、電鋳レンガに類似した均
一かつ緻密組織を呈する。

本発明は、溶射成形法によって焼成レンガのマドＩＪツ
クスと称される部分を電鋳レンガ並みの均一緻密組織と
したもの、即ち、電鋳レンガ組織内に独立した任意の粗
粒子が任意に分布した全く新しい耐火物あるいは、耐火
物施工体を提供するものである。

本発明による耐火物は、焼成レンガおよび不焼成しンガ
並みの耐熱衝撃性を保持し、かつ、電鋳レンガ並みの耐
食性を有することを特徴とする。

また、従来溶射法では大型の溶射成形体は作り難いとい
う問題点があったが、本発明の骨子である未溶融粒子を
適度に介在せしめることにより、組織内に不均一性をも
たらし、力学的にも組織内に断点を設けることにより熱
歪を緩和し、大型の溶射成形体の成形を可能にした。

本発明による粉末耐火物溶射成形体は、従来法の微粒子
を主体とする溶射成形時に、０．２〜１０朋の耐火性粗
粒子を船体上に連続的に供給して埋没することによって
製造される。

本発明において未溶融粒子とは、この耐火性粗粒子を意
味しており、粗粒子は微粒子と異なって、溶射燃焼炎中
を飛行する間に加熱されても、溶融されていないことに
基づく、この未溶融粗粒子と溶融凝固組織との境界は、
融着した部分と、微細な空隙部から成る。

未溶融粒子と溶融凝固組織との結合力は弱く、溶融凝固
した連続組織を未溶融粗粒子が複雑に分断した組織であ
る。

分断点のクリアランスは、急激な熱変化に耐えるための
膨張吸収式としての作用を示し、複雑に分断されたユニ
ットは互にからみ合った構造となっている。

したがって、得られた組織は全体的には緻密性を損うこ
となく、耐熱衝撃性に優れたものとなっている。

本発明による粉末耐火物溶射成形体の特徴を従来の耐火
物の概念から説明すると、焼成レンガにおいて微粒子か
ら構成されていた耐侵食性に劣るマ） ＩＪラック部が
、本発明では、緻密な溶融凝固組織であり、電鋳品に相
当する高耐食性を示す。

焼成レンガの中粒（０，２１〜１．０％）、粗粒（１〜
１０♂）部分は、本発明では、溶融凝固組織中に均一に
分布している未溶融粒子（０，２〜１０鬼）に相当する
。

したがって、本発明の粉末耐火物溶射成形体の特徴は、
電鋳レンガが保持する緻密さと、焼成レンガが保持する
高耐熱衝撃性の両特性を兼備していることにある。

この意味において、本発明は従来の耐火物あるいは、従
来の溶射組織にみられなかった特性をもつ全く新しいタ
イプの耐火物成形体である。

また本発明の粉末耐火物溶射成形体は、大型の溶射成形
体として製作が可能であり、かつ溶射成形体のソリ、変
形、剥離、及び割れ等の製造上の問題点が解消される。

溶射層は一般に連続した均一組織であるが、これがコー
ルドな粗粒子を含むことも本発明の中に入る。

即ち粗粒子を意図して加熱しなくても溶射の火焔中又は
船体上の焦点に打ち込むことによって従来の微粒子材料
によって船体上に強く被覆接着され積層される。

粗粒子が飛行中に奪う熱量は僅かであり微粒子の溶融に
はあまり影響しない限界があり、今後の溶射捲工の省エ
ネルギーに大きく寄与することも本発明の特徴の一つで
ある。

また熱的条件に敏感な材料、例えば高温で分解もしくは
反応するなどして従来の溶射では溶融不可能であった材
料でも系外粒子として封体に添加することにより溶射可
能となり、従来不可能とされていた異種成分との組合せ
が可能となり溶射可能となる材質が幅広く選択可能であ
る。

成分的にはＳｉＯ２゜５ｉ０２−Ａ４０３５人６０３
昌句０ 、 ＭｇＯ−ＣａＯ。

ＭｇＯ−８ｉＯ２，ＺｒＯ□、ＺｒＯ２−８ｉＯ２，Ｍ
ｇＯ−１２０３等の一般の酸化物系材料は勿論、カーボ
ン、炭化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、サイアロン等の
非酸化物など種々な酸化物、非酸化物、有機物、有機金
属、金属材料等を未溶融粒子として使用することが可能
である。

本発明を実症例により説明する。

実症例 １ 酸素−プロパン燃焼炎による耐火材料の溶射を実験的に
実施し、本発明の未溶融粒子が添加された溶射ブロック
と従来の溶射による溶射ブロック、および市販の電鋳ア
ルミナレンガ、焼成アルミナレンガと比較した。

本発明と従来溶射法において使用した材料は、Ａ／、２
０３９８．５％、８１０２０．３係の化学組成を有する
アルミナ質材料である。

この材料を１０〜０．２１九の粗粒と、０．２１〜０鬼
の微粉の２種類に分級し、そのうち、従来の溶射ブロッ
クには、０．２１〜０への微粉のみを用いた。

本発明の粉末耐火物溶射成形体はｏ、２１ｚ〜０μの微
粉末は、従来通りに溶射し、１０〜０．２１％の粗粒を
船体上に投射することによって得た。

本発明及び比較例の物性測定値を表−１にまとめて示し
た。

表中、耐スラグ性試験には横型回転侵食試験機を用いた
。

試験条件は、回転数２ ｒｐｍ、温度１６００℃、時間
３０時間として、長時間スラグ侵食テストを行なった。

高炉スラグと、転炉スラグを重量比で１：１に調整した
ものを用い、途中で５時間毎にスラグを入れ替えた。

試験終了後のサンプルの侵食量を測定し、焼成アルミナ
レンガの侵食量を基準とし、即ち、侵食指数を１００と
して、他のサンプルとの比較を行なった。

また、耐熱衝撃性は、サンブイ′ル寸法５０ Ｘ ５０
Ｘ ５０ｍｔｎのサンプルを用い、電気炉内に投入、
急熱し、１２００℃に達してから１５分間保持後、電気
炉内から空気中に取り出し、１５分間放冷する操作を１
回の操作とみなし、この操作を繰り返す方法で行なった
。

キレツ発生回数とは、サンプルにヒビが発生するに要し
た操作回数を示す。

また剥落回数とは、サンプルが原形を保てず一部剥落す
るに至った操作回数を示す。

表−１から判るように、３種類の従来品と本発明の溶射
成形体を比較すると各物性値において本発明の溶射成形
体が最良の値は示さないが、耐食性、耐スラグ性の両面
において、優れた特性を示している。

本発明の粉末耐火物溶射成形体の組織を第１図に示す。

図中、斜線で示される部分は、溶融凝固組織１を示し、
微少な密閉気孔２が点在している。

また黒ベタで示される部分は、０．２１〜１０ｒｎｒ／
Ｌの未溶融粒子３を示す。

未溶融粒子３と、溶融凝固組織１との境界は、融着した
部分と微細な空隙部４から成る。

溶融凝固組織の中には未溶融粒子から発した微細なしか
も複雑なパスのマイクロクラック５が認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉末耐火物成形体の組織を示す模式図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 耐大物溶融凝固組織内に耐火物未溶融粒子を混在せ
   しめたことを特徴とする粉末耐火物溶射成形体。