JPH1160342A

JPH1160342A - 溶射材料

Info

Publication number: JPH1160342A
Application number: JP9210875A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takenaka; 宏竹中; Toshihiko Akizuki; 俊彦秋月; Yoshiaki Osaki; 義明大崎
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-03-02
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JP3103523B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、溶射体の気孔率が低く、熱
間耐摩耗性に優れ、圧縮強度や熱間剪断接着強度の高い
金属溶射法に用いるための溶射材料を提供することにあ
る。【解決手段】本発明の溶射材料は、７５〜９５重量％
の耐火性酸化物粉体及び５〜２５重量％の易被酸化性金
属粉体からなる溶射材料において、耐火性酸化物粉体の
一部としてペタライトを２〜５０重量％使用し、耐火性
酸化物粉体の残部がＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂及びＭ
ｇＯからなる群から選択された１種または２種以上であ
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窯炉及び金属溶湯
用炉の使用中に発生する目地切れ、亀裂、煉瓦の剥離、
摩耗等に対する補修材料として好適な溶射材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶射補修は、プラズマ溶射法や酸素−プ
ロパン等の火炎を利用する火炎溶射法等が知られてい
る。しかし、これらの溶射法は、その溶射装置が極めて
大掛かりとなる欠点を有している。その点、溶射材料中
に配合されたＡｌ、Ｓｉ等の金属粉末の燃焼熱を利用す
る溶射法(以下、これを金属溶射法と称す)は、装置が簡
便で取り扱い易い特徴を有する。

【０００３】金属溶射法に関しては、例えば特公平４−
１３３０８号公報には、平均粒子径５０μｍ以下の発熱
的酸化性材料の粒子を不燃性耐火材料の粒子と混合し該
混合物を一表面に噴射しつつ燃焼させて該表面上で密着
耐火性結集体を形成せしめることならびに前記酸化性材
料がケイ素とアルミニウムからなり、アルミニウムが全
混合物の１２重量％以下の量で存在せしめられ、アルミ
ニウムとケイ素が合計量で全混合物の２０重量％をこえ
ぬ量で存在せしめられることを特徴とする耐火性結集体
の製造方法が開示されている。

【０００４】また、特公平５−２１８６５号公報には、
耐火性粒体と酸化性粒体との混合物を表面に溶射し、酸
化性粒体を酸素と発熱反応させて耐火性粒体の少なくと
も表面を軟化または溶融させるに充分な熱を発生させ、
それにより耐火体を表面上に成形するようにした耐火体
成形方法において、混合物として溶射する粒体の粒度
を、耐火性粒体の８０％および２０％粒径の平均が酸化
性粒体の８０％および２０％粒径の平均よりも大きく、
耐火性粒体の８０％および２０％粒径の平均が２.５ｍ
ｍ以下であり、酸化性粒体の８０％および２０％粒径の
平均が５０μｍ以下であり、耐火性粒体の粒径範囲分布
率が１.２以上でかつ１.９以下であり、酸化性粒体の粒
径範囲分布率が１.４以下であることを特徴とする耐火
体形成方法が開示されている。ここで、前記耐火性粒体
はシリマナイト、ムライト、ジルコン、二酸化ジルコニ
ウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムの１種以上
であることが記載されている。また、前記酸化性粒体
は、シリコン、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニ
ウムの１種以上であることも記載されている。

【０００５】更に、特開平３−６０４７２号公報に、酸
化性ガス及び耐火物及び燃料粉末の混合物を表面に投射
し、燃料を燃焼させて耐火物粉末が少なくとも部分的に
溶融又は軟化されるようになるに充分な熱を発生させ、
凝着耐火物塊体がその表面に対して漸進的に付着させる
セラミック溶射法において、燃料粉末を全混合物の１５
重量％以下の割合で存在させ、燃料粉末がアルミニウ
ム、マグネシウム、クロム及びジルコニウムから選択し
た少なくとも２種の金属を含有し、耐火物粉末の重量で
少なくとも主部分がマグネシア、アルミナ及び酸化第二
クロムの１種以上からなり、若し存在するとき、耐火物
粉末中に存在するシリカ及び酸化カルシウムのモル割合
が下記式：

【数１】［ＳｉＯ₂］％≦０.２＋［ＣａＯ］％を満足することを特徴とするセラミック溶射法が開示さ
れている。

【０００６】また、特開平５−１７２３７号公報には、
耐火性酸化粉体としてＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂を用
い、発熱材としてＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｃ
ａ、Ｍｇ−Ｃａ、Ｃａ−Ｓｉ等の合金粉末を単独で、ま
たは該合金粉末とＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ等の金属粉末を併用してなる溶射材料が開示さ
れている。

【０００７】以上のように、従来の金属溶射法に使用さ
れる溶射材料においては、耐火性酸化粉体としてＳｉＯ
₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、シリマナイト、ムライト、ジル
コン等の高融点で、しかも熱膨張率の大きな材料が用い
られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような高
融点の耐火性酸化粉体を金属溶射法に用いた場合、プラ
ズマ溶射法や酸素−プロパン等の火炎溶射法等充分な熱
量が発生する方法とは異なり、未溶融の部分が発生し、
気孔率の大きな溶射体となる。そのため、耐摩耗性や圧
縮強度が低く、耐久性が悪い結果となる。また、同時に
補修する煉瓦面への接着性も悪いため、剥離の問題も発
生し易い。

【０００９】更に、従来、金属溶射法用の溶射材料に使
用されている耐火性粉体は熱膨張率が比較的大きいた
め、炉内の温度変化によって溶射体の膨張、収縮が発生
し、亀裂や剥離を起こし易い。

【００１０】従って、本発明の目的は、溶射体の気孔率
が低く、熱間耐摩耗性に優れ、圧縮強度や熱間剪断接着
強度の高い金属溶射法に用いるための溶射材料を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、７５〜
９５重量％の耐火性酸化物粉体及び５〜２５重量％の易
被酸化性金属粉体からなる溶射材料において、耐火性酸
化物粉体の一部としてペタライトを２〜５０重量％使用
し、耐火性酸化物粉体の残部がＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚ
ｒＯ₂及びＭｇＯからなる群から選択された１種または
２種以上であることを特徴とする溶射材料を提供するこ
とにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の金属溶射法に使用するた
めの溶射材料は、耐火性酸化物粉体７５〜９５重量％及
び易被酸化性金属粉体５〜２５重量％の基本配合を有す
るものである。

【００１３】本発明の溶射材料においては、配合される
耐火性酸化物粉体として、ペタライトを溶射材料の２〜
５０重量％の量で使用し、残部にＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂及び
ＭｇＯからなる群から選択された１種または２種以上を
使用し、耐火性酸化物粉体を合計量で７５〜９５重量％
使用することにより、得られる溶射体の膨張、収縮によ
る亀裂や剥離がない良好な溶射体が施工することができ
る。

【００１４】これは、ペタライトの融点がＳｉＯ₂(融
点：１７１３℃)、Ａｌ₂Ｏ₃(融点：２０５４℃)、Ｚｒ
Ｏ₂(融点：２６７７℃)、ＭｇＯ(融点：２８２５℃)に
比べて１４００℃と比較的低く、ガラス化し易いためと
考えられる。即ち、金属溶射法に使用される溶射材料に
配合される易被酸化性金属粉末に由来する熱量では充分
溶融しきれないＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ等
の耐火性酸化物粉体同志の隙間をガラス化したペタライ
トが充填することによって、気孔率が低下し緻密化す
る。そのため、耐摩耗性や圧縮強度が向上し、耐久性が
増す。また、ガラス化したペタライトが炉壁煉瓦と反応
し、更に、炉壁煉瓦の隙間を埋めるため、接着性が向上
して耐剥離性が良好となる。

【００１５】なお、ペタライトは陶磁器などに使用する
低熱膨張材料として知られており、耐火性酸化物粉体と
して用いることで溶射体の耐熱衝撃性が向上する。その
ため、炉内温度の変動に対しても亀裂や剥離が抑制され
る。

【００１６】次に、ペタライト量を２〜５０重量％とし
たのは、２重量％未満では生成するガラス量が少ないた
めに充分な添加効果が得られず、５０重量％を超えると
耐摩耗性が低下するために好ましくないとの理由による
ものである。

【００１７】また、本発明の易被酸化性金属粉体として
は周知の金属粉末ならば何でも良いが、特にＳｉを使用
することが好ましい。なお、易被酸化性金属粉体の配合
量は５〜２５重量％の範囲内である。この配合量が５重
量％未満であると、溶射材料に充分な熱量を提供できな
いために好ましくなく、また、２５重量％を超えると溶
射時にフラッシュバックが起こり易くなり危険であるた
めに好ましくない。

【００１８】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明の溶射材料を更
に説明する。実施例表１に記載の配合割合で、ほぼ０.０５〜１ｍｍの粒度
からなる各種耐火性酸化物粉体に、粒径０.７ｍｍ以下
のペタライトと、易被酸化性金属粉体として粒径０.２
ｍｍ以下の金属Ｓｉ粉末とを混合機で乾式混合し、溶射
材料を作成した。これを６００℃に加熱したＳｉＯ₂−
Ａｌ₂Ｏ₃質煉瓦(厚さ：６５ｍｍ)表面に溶射し、冷却す
ることにより溶射体を得た。なお、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃
質煉瓦表面には、厚さ６０ｍｍの溶射体が形成されてい
た。次に、得られた溶射体を４０ｍｍ×４０ｍｍ×４０
ｍｍに切り出し、ＪＩＳＲ２２０５に基づき見掛気孔率
の測定を行った。更に、熱間耐摩耗性を測定するため
に、同様の方法により溶射体(１１４ｍｍ×１１４ｍ
ｍ、厚さ６０ｍｍ)を作成し、溶射体表面を酸素−プロ
パンバーナーで１０００℃に加熱後、予め９００℃に加
熱しておいた粒度０.５〜１.４ｍｍのアルミナ粒３ｋｇ
を吹付け、その時の摩耗容積を測定した。得られた結果
を表１に併記する。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１に記載の結果から、まず見掛気孔率に
関してはペタライト量が２重量％未満では見掛気孔率の
低下は認められないものの、２重量％以上では見掛気孔
率の急激な低下が認められ、緻密な溶射体が得られるこ
とが確かめられた。更に、熱間耐摩耗性に関しても、ペ
タライト量が２重量％以上で見掛気孔率の低下によるも
のと考えられる熱間耐摩耗性の向上が認められた。ただ
し、ペタライト量が５０重量％を超えるとガラス量が増
え過ぎるために熱間耐摩耗性は低下した。

【００２１】実施例２表２に記載する配合割合で、ほぼ０.０５〜１ｍｍの粒
度のＳｉＯ₂粉に、０.７ｍｍ以下のペタライト粉と金属
Ｓｉ粉末を混合し、溶射材料を作成した。これを６００
℃に加熱したＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃質煉瓦(厚さ：６５ｍ
ｍ)に溶射し、冷却することにより溶射体を得た。な
お、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃質煉瓦表面には、厚さ８０ｍｍ
の溶射体が形成されていた。次に、得られた溶射体か
ら、６０ｍｍ×６０ｍｍ×６０ｍｍの試験片を切り出
し、ＪＩＳＲ２２０６に基づき耐圧試験機による圧縮強
度の測定を行った。また、上記配合の溶射材料を６００
℃に加熱したＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃質煉瓦並びに珪石煉瓦
上に内径６８ｍｍφ、厚み５ｍｍ、高さ２０ｍｍの金枠
を置き、その中に溶射を行い、厚さ２０ｍｍの溶射体を
得た。溶射によって昇温したサンプルは表面温度計にて
温度が６００℃まで低下した時に接着面に対して平行に
力を加え、金枠ごと溶射体が剥離する力を測定し、熱間
剪断接着強度とした。測定結果を表２に併記する。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２により、ペタライト添加量の増加によ
り、圧縮強度と熱間剪断接着強度共向上した。更に、熱
間剪断接着強度については、ペタライトの添加により、
珪石煉瓦に対しては勿論のこと、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃質
煉瓦に対しても接着力の大幅な向上が認められた。

【００２４】実施例３実施例２の本発明品１９及び比較品２１の溶射材料を６
００℃に加熱したＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃質煉瓦(厚さ：６５
ｍｍ)の表面に溶射し、冷却することにより溶射体を得
た。なお、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃質煉瓦表面には、厚さ６
０ｍｍの溶射体が形成されていた。次に、長辺の中央部
が接合面となるように４０ｍｍ×４０ｍｍ×長さ８０ｍ
ｍの試験片を切り出し、熱衝撃試験を行った。試験条件
は、１０００℃に加熱した電気炉中に２０分間保持後、
２０℃の大気中に１０分間放冷するサイクルを繰り返し
て接合面から剥離するまでの熱衝撃回数を求め、耐熱衝
撃性の判定を行った。結果を表２に併記する。表２の結
果より、低熱膨張材料として知られているペタライト添
加によって耐熱衝撃性の大幅な向上が認められた。

【００２５】

【発明の効果】以上のように金属溶射法に使用する溶射
材料において、耐火性酸化物粉体にペタライトを用いる
ことで、気孔率が低く、緻密な溶射体が得られた。ま
た、気孔率が低いために熱間耐摩耗性に優れ、圧縮強度
や熱間剪断接着強度も高くなる。更に、気孔率が低くて
も、ペタライトは低膨張材料であるために耐熱衝撃性も
良好である。これらのことから、従来よりも溶射補修に
よる窯炉及び金属溶湯炉の大幅な寿命延長が期待でき
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】７５〜９５重量％の耐火性酸化物粉体及
び５〜２５重量％の易被酸化性金属粉体からなる溶射材
料において、耐火性酸化物粉体の一部としてペタライト
を２〜５０重量％使用し、耐火性酸化物粉体の残部がＳ
ｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂及びＭｇＯからなる群から選
択された１種または２種以上であることを特徴とする溶
射材料。
【請求項２】易被酸化性金属粉体がＳｉである、請求
項１記載の溶射材料。