JP2001201268A - 炉体の耐火物構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストでアンカー効果の高い炉体の耐火物
構造を提供する。 【解決手段】 内壁が耐火材で構成され、その内壁にお
ける少なくとも高温物質が接触する部分に耐火金属板が
付設されている炉体の耐火物構造において、耐火金属板
４６に、その耐火金属板４６に対しアンカー金具４８を
取り付けるためのねじ部を持つアンカー接続部４７が設
けられ、アンカー金具４８がそのアンカー接続部４７に
螺合されることにより耐火金属板４６に固定され、固定
されたアンカー金具４８のアンカー部が、耐火材４５中
に埋設されることにより耐火金属板と耐火材とを剥離不
能に接続し得る形状に構成されていることを特徴とす
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、焼却または溶融処
理が行われる炉体の耐火物構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、製鉄所の高炉、転炉、或いは産業
廃棄物の処理に使用される燃焼炉、燃焼溶融炉の内張り
には、一般的にAl₂O₃・SiO₂系耐火材が使用されてい
る。

【０００３】産業廃棄物を処理する燃焼溶融炉を例に取
って説明すると、燃焼溶融炉ではその前段の例えば熱分
解ガス化炉で発生した可燃性ガス、チャー、灰分が導入
されて例えば1200℃以上の高温燃焼が行われ、灰分を溶
融しスラグとして回収する。このとき、溶融スラグは、
炉の内壁を構築している耐火材と接触してその表面を侵
食する。

【０００４】溶融スラグによる侵食メカニズムは、スラ
グの主成分である酸化物CaO，SiO₂，Al₂O₃，MgO等が、
耐火材の成分とほぼ同種であるために、互いに接触する
耐火材と溶融スラグの温度差によって耐火材構成元素イ
オンとスラグ構成元素イオンの相互拡散が活発になり、
その結果、侵食が進むと考えられている。そして、耐火
材が著しく侵食された場合には耐火材の交換が必要とな
り、それにより、炉体の寿命が短くなる。

【０００５】そこで、本願出願人は、侵食性の強い溶融
スラグと接触する環境下でも腐食・侵食されにくく、炉
体の寿命を延長することのできる耐火部材を先に出願し
ている（特開平3−158434号公報）。

【０００６】同公報に記載の耐火部材は、耐火材とその
表面に接合される耐火金属板とから構成されており、高
温かつ腐食性の雰囲気で溶融スラグが接触する部分につ
いては、クロム単体またはクロム合金からなる耐火金属
板を配置して耐火材表面を保護し、炉体の寿命を延長さ
せることに成功している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記耐火金属板として
採用したクロムは、高強度であり耐腐食性が大きいた
め、腐食性雰囲気下において耐火材を保護するのに好適
である。しかしながら、靭性が乏しくしかも溶接加工を
行なうことができないため加工性に劣る。従って、耐火
金属板と耐火材とを接合するにあたっては、耐火金属板
の裏面に断面台形の比較的単純な形状からなるリブをア
ンカーとして凸条に形成し、一方、耐火材側にはその凸
条リブと対応して凹溝を形成し、その凸条と凹溝を嵌合
することにより耐火金属板を耐火材に固定している。

【０００８】しかしながら、上記した耐火金属板と耐火
材との接合構造では、凸条リブが耐火物煉瓦中に深く延
び出ていないためアンカー効果が低いという問題があ
る。また、凸条リブを切削加工によって形成しようとす
ると、凸条リブ両側の削り代が多くなり経済的でないと
いう問題もある。

【０００９】本発明は以上のような従来の耐火物構造に
おける課題を考慮してなされたものであり、低コストで
アンカー効果の高い炉体の耐火物構造を提供するもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、内
壁が耐火材で構成され、その内壁における少なくとも高
温物質が接触する部分に耐火金属板が付設されている炉
体の耐火物構造において、耐火金属板に、その耐火金属
板に対しアンカー金具を取り付けるためのねじ部を持つ
アンカー接続部が設けられ、アンカー金具がアンカー接
続部に螺合されることにより耐火金属板に固定され、固
定されたアンカー金具のアンカー部が、耐火材中に埋設
されることにより耐火金属板と耐火材とを剥離不能に接
続し得る形状に構成されている炉体の耐火物構造であ
る。

【００１１】請求項２の本発明は、アンカー接続部が、
耐火金属板にねじ止めされる耐火金属製のボスからな
り、そのボスにアンカー金具を螺合するためのねじ部が
備えられている炉体の耐火物構造である。

【００１２】請求項３の本発明は、耐火金属板が、クロ
ム単体またはクロム合金から構成されている炉体の耐火
物構造である。

【００１３】請求項４の本発明は、アンカー金具が、耐
火金属板よりも耐熱温度の低い金属部材から構成されて
いる炉体の耐火物構造である。

【００１４】請求項５の本発明は、上記アンカー部が、
曲げ部を有する棒状部材から構成されている炉体の耐火
物構造である。

【００１５】請求項６の本発明は、上記アンカー部が、
棒状部材と板状部材の組み合わせから構成されている炉
体の耐火物構造である。

【００１６】本発明において、上記耐火材の一具体例と
しては、例えばSiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，Ca0等を主成分と
する扇形またはせり形に成形された従来公知の耐火材が
示される。一方、耐火金属板の一具体例としては、クロ
ム単体またはクロム合金（クロム単体に例えばW，Mo，N
b，Ta，Vのうちの一種または二種以上を含むもの）が示
される。耐火金属板をクロム単体またはクロム合金で構
成したものは、高温雰囲気中で耐火金属板が皮膜を自己
生成し、その皮膜が高温物質、具体的には溶融スラグと
耐火材との直接的な接触を避けるように働くため、炉体
内壁の侵食を著しく低減させることができる。

【００１７】また、アンカー金具が延設される所定深さ
とは、耐火材の断熱厚さの少なくとも１／２以上であ
る。

【００１８】請求項１の本発明に従えば、耐火金属板か
ら延設されるアンカー金具を、耐火金属板とは別部品で
構成したため、アンカー効果を高める形状とする上で自
由度があり、しかも耐火金属板に対してねじ止め固定す
るように構成したため、アンカー効果を高めつつ耐火金
属板を耐火材に確実に接合することができる。それによ
り、本発明の耐火物構造を炉体の垂直内壁面に適用して
も耐火金属板が剥離する虞れがない。

【００１９】上記アンカー金具を耐火金属板に対して直
接ねじ止めし、アンカー金具のねじ部先端が耐火金属板
内面から露出する状態では、高温物質がねじ部に接触し
てアンカー金具を溶損する虞れがある。そこで請求項２
の本発明に従えば、耐火金属製のボスを介してアンカー
金具を耐火金属板に固定するように構成したため、アン
カー金具の溶損を防止することができる。

【００２０】請求項３の本発明に従えば、耐火金属板を
クロム単体またはクロム合金で構成したため、アンカー
効果を高めつつ耐火材の侵食を防止することができる。

【００２１】請求項４の本発明に従えば、アンカー金具
を、耐火金属板よりも耐熱温度の低い金属部材、例えば
ステンレススチールで構成すれば、アンカー効果を高め
る効果を得ながらアンカー金具の熱変形を防止すること
ができる。

【００２２】請求項５の本発明に従えば、棒状部材の曲
げ部がアンカー効果を高めるように作用する。

【００２３】請求項６の本発明に従えば、棒状部材を介
して取り付られている板状部材がアンカー効果を高める
ように作用する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。

【００２５】図１は、本発明に係る炉体の耐火物構造が
適用される燃焼溶融炉及びその燃焼溶融炉を含む廃棄物
処理設備の全体構成を示したものである。

【００２６】同図において、廃棄物としてのごみは一
旦、ごみピット１に貯留され、クレーン１ａによってホ
ッパ１ｂに投入される。ホッパ１ｂから排出されたごみ
は、破砕機１ｃに導入されて細かく破砕され、次いでご
み搬送コンベア１ｄを介して給塵機２に送られ、給塵機
２はごみを熱分解ガス化炉としての流動床炉３に投入す
る。

【００２７】流動床炉３では、空気比0.2〜0.4の条件で
部分燃焼が行われ、砂層温度を500〜600℃に維持した低
温熱分解が行われる。そして投入されたごみのうち炉床
下部より抜き出される不燃物以外はすべて流動床炉３に
直結（下流側に）された燃焼溶融炉４に導かれる。

【００２８】一方、炉床下部から抜き出された不燃物
は、スクリューコンベア５及び振動ふるい６及び図示し
ない磁選機を経て不燃物、非鉄金属、鉄分、流動砂にそ
れぞれ分離され、流動砂以外はリサイクル使用され、流
動砂は流動床炉３の砂層に戻されて再利用される。

【００２９】流動床炉３で発生した灰分を含む熱分解ガ
スは燃焼溶融炉４に導かれ、トータル空気比1.3の条件
下でさらに燃焼される。この燃焼溶融炉４では1200℃以
上の高温燃焼が行われ、灰分を溶融してスラグとして分
離するとともにダイオキシン等のガス中の有害物質が分
解される。７はスラグ排出装置であり、８はスラグを冷
却固化するためのスラグ水さい搬送装置である。

【００３０】この燃焼溶融炉４から排出される溶融炉排
ガスは、廃熱ボイラ１０で熱回収された後、さらにガス
冷却室１１で温度が下げられ、バグフィルタ１２で除塵
される。浄化された排ガスは次いで誘引ファン１３を経
て脱硝装置１４を通り、煙突１５から排出される。

【００３１】上記燃焼溶融炉４では熱分解ガスが一次燃
焼領域４ａへ接線方向に流入し旋回しながら燃焼され、
灰分が壁面に捕集されて溶融スラグ化される。次いで絞
り４ｂを通過した燃焼ガスはスラグ分離部底面４ｃに衝
突し、捕捉しきれなかった微細な灰分を捕集しスラグ化
する。そしてスラグは抜出口４ｄから排出される。

【００３２】図２は、図１のＢ部詳細であり燃焼溶融炉
４における垂直壁部分を拡大して示している。

【００３３】同図において、垂直壁部分における炉壁構
造は、外壁４０と、その外壁４０に沿って形成される耐
火キャスタブル４１ａと、その耐火キャスタブル４１ａ
の内側に多段に積層される複数の耐火物４２とから構成
されている。なお、本実施形態では、炉壁において炉内
温度が高くてスラグ負荷が高く、それにより耐火材が損
傷しやすい範囲に亘って耐火物４２を配置し、それ以外
の炉壁については耐火キャスタブル４１ｂのみの構成と
している。

【００３４】また、４３はフランジであり、そのフラン
ジ４３上に耐火物受け４４が設けられている。一方、最
下段の耐火物４２にはその外側角部に切欠き４２ａが形
成されており、耐火物受け４４と係合した状態で積層さ
れた耐火物４２をフランジ４３上に支持するようになっ
ている。

【００３５】上記各耐火物４２は、耐火材４５とその前
面に接合された耐火金属板４６とを有し、その構成を図
３に示す。

【００３６】図３（ａ）は耐火物４２の平面図であり、
図３（ｂ）は正面図である。耐火材４５は図３（ａ）に
示すようにせり形に成形されており、環状に組み合わさ
れた状態で炉内燃焼により熱膨張すると炉心方向に向け
て楔効果が発生し、各耐火材４５同士を互いに密着させ
るようになっている。この耐火材４５は、例えばSiO₂，
Al₂O₃，Fe₂O₃，Ca0等を主成分とするものである。ま
た、各耐火材４５の接合面には必要に応じてモルタルが
塗布される。

【００３７】一方、耐火金属板４６は、クロム単体また
はクロム合金（例えばクロム単体にW，Mo，Nb，Ta，Vの
うちの一種または二種以上を含むもの）から構成されて
おり、高温雰囲気中で曝されると表面に皮膜を自己生成
し、その皮膜が耐火材と溶融スラグとの直接的な接触を
避けるように機能する。

【００３８】この耐火金属板４６の後面には耐火金属板
４６と同材質からなるボス４７がねじ止めされており、
そのボス４７に対してさらにアンカー金具４８がねじ止
めされている。

【００３９】図４〜図６は、それぞれアンカー金具４
８，ボス４７，耐火金属板４６の部品図である。

【００４０】まず図４において、（ａ）はアンカー金具
４８の平面図、（ｂ）はその右側面図を示している。両
図においてアンカー金具４８はＹ字状の棒状部材（曲げ
部を有する棒状部材）に形成されており、基部４８ａか
ら分岐された２本の枝部４８ｂが、耐火材４５中に深く
埋設されるアンカー部となる。耐火材４５中に埋設され
るアンカー部の延設長さは、耐火材４５の断熱厚さの少
なくとも１／２以上であることが好ましい。上記Ｙ字状
の棒状部材は、耐火金属板４６と耐火材４５とを剥離不
能に接続し得る形状を構成する。

【００４１】また、上記基部４８ａには雄ねじ部４８ｃ
が形成されており、この雄ねじ部４８ｃがボス４７に螺
合するようになっている。このアンカー金具としては、
加工性が高く且つ耐熱温度の高いステンレススチールを
使用することが好ましい。なお、耐火金属板４６に使用
したクロム合金でアンカー金具を構成することも考えら
れるが、クロム合金はもろいため、アンカーとしては強
度が不十分である。

【００４２】図５（ａ）はアンカー接続部としてのボス
４７の正面図、（ｂ）はその右側面図を示している。両
図において、ボス４７はその中心に、上記雄ねじ部４８
ｃが螺合される雌ねじ部４７ａが形成され、その雌ねじ
部４７ａと同軸上にボス４７前面から雄ねじ部４７ｂが
突設されている。また、図５（ｂ）に示すように、ボス
４７の周面の一部には、直線的に切り欠かれた切欠部４
７ｃが平行して形成されており、この切欠部４７ｃは、
耐火材４５中に埋設されたボス４７が回動（矢印Ｄ方
向）または耐火金属板４６に対して緩むことを規制する
ように働く。

【００４３】図６（ａ）は耐火金属板４６の正面図、
（ｂ）はその右側面図を示している。両図において、耐
火金属板４６は長方形部材からなり、その中心に上記ボ
ス４７の雄ねじ部４７ｂが螺合される雌ねじ部４６ａが
形成されている。

【００４４】このように、アンカー金具４８を耐火金属
板４６に直接ねじ止めせず、耐火金属からなるボス４７
を介して耐火金属板４６にねじ止めする構成によれば、
耐火金属板４６とアンカー金具４８の雄ねじ部４８ｃと
の間で熱勾配が発生するためアンカー金具４８を耐火金
属で構成しなくとも耐熱温度の高い金属部材であれば、
炉内からの熱伝導に十分耐えることができる。

【００４５】そして、耐火金属のように靭性の低い部材
を使用する必要がなければ、アンカー金具４８を所望の
形状に加工することが可能になり、それによってアンカ
ー効果を高めることができる。

【００４６】図７は、上記構成を有する耐火物４２を図
１に示したＣ部、すなわち、傾斜壁部分に適用した構成
を示している。同図（ａ）は平面図（図７（ｂ）のＥ−
Ｅ断面図）であり、（ｂ）は正面図である。

【００４７】両図において、傾斜壁部分における炉壁構
造は、外壁５０と、その外壁５０に沿って二層に形成さ
れる断熱ボード５１と、その断熱ボード５１に沿って形
成される断熱キャスタブル５２と、その断熱キャスタブ
ル５２に沿って形成される耐火キャスタブル５３とを有
し、特に溶融スラグが接触する部分については耐火キャ
スタブル５３に代えて耐火物４２が取り付けられてい
る。

【００４８】この耐火物４２は図７（ａ）に示すよう
に、環状に配列されるとともに図７（ｂ）に示すように
所定の高さ（本実施形態では５段）に亘って積層され
る。それにより、炉体内壁に多数の耐火金属板４６で構
成された筒体が形成される。

【００４９】図８は、上記アンカー金具の変形例を示し
たものである。同図（ａ）はアンカー金具６０のアンカ
ー部６０ａがＴ字状（曲げ部を有する棒状部材）に形成
されたものであり、同図（ｂ）はアンカー金具６１のア
ンカー部６１ａがＷ字状（曲げ部を有する棒状部材）に
折曲されたものであり、同図（ｃ）は棒状部材と板状部
材の組み合わせで構成されており、アンカー金具６２の
アンカー部として平板６２ａを溶接したものである。な
お、６０ｂ，６１ｂ，６２ｂはボス４７と螺合される雄
ねじ部である。

【００５０】なお、アンカー金具の形状は、上記実施形
態に示したものに限らず、耐火材４５中に強固に固定で
き、耐火材４５からの耐火金属板４６の剥離を阻止でき
るものであれば任意の形状のものを使用することができ
る。

【００５１】また、本発明の耐火物は上記実施形態で
は、せり形に成形されたもので構成したが、これに限ら
ず扇形であってもよい。

【００５２】また、本発明の耐火物構造は、高温物質と
しての溶融スラグが直接接触する部分に限って適用した
が、これに限らず、高温物質が直接接触しない部分につ
いても炉体の寿命を長くする目的で適用することができ
る。

【００５３】また、本発明の炉体の耐火物構造は、上記
した産業廃棄物処理用の燃焼溶融炉に限らず、製鉄所の
高炉、転炉等にも適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１の本発明によれば、アンカー金具を耐火金属板
とは別部品でアンカー効果の高い形状に構成し、しかも
耐火金属板に対してねじ止め固定するように構成したた
め、アンカー効果を高めつつ耐火金属板と耐火材とを確
実に接合することができる。

【００５５】従って、本発明の耐火物構造を炉体の垂直
内壁面に適用しても、耐火金属板が剥離することを防止
することができる。

【００５６】請求項２の本発明によれば、耐火金属製の
ボスを介してアンカー金具を耐火金属板に固定するよう
に構成したため、アンカー金具の溶損を防止することが
できる。

【００５７】請求項３の本発明によれば、耐火金属板を
クロム単体またはクロム合金で構成したため、アンカー
効果を高めつつ耐火材の侵食を防止することができる。

【００５８】請求項４の本発明によれば、アンカー金具
を、耐火金属板よりも耐熱温度の低い金属部材、例えば
ステンレススチールで構成することにより、アンカー効
果を高める効果を得ながらアンカー金具の熱変形を防止
することができる。

【００５９】請求項５の本発明によれば、棒状部材の曲
げ部がアンカー効果を高める効果を奏する。

【００６０】請求項６の本発明によれば、棒状部材を介
して取り付られている板状部材がアンカー効果を高める
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る耐火物構造からなる燃焼溶融炉を
備えた廃棄物処理設備の構成を示す説明図である。

【図２】燃焼溶融炉の垂直壁に適用された耐火物構造を
示す説明図である。

【図３】（ａ）は耐火物の構成を示す平面図、（ｂ）は
正面図である。

【図４】（ａ）はアンカー金具の構成を示す正面図、
（ｂ）は右側面図である。

【図５】（ａ）はボス部の構成を示す正面図、（ｂ）は
右側面図である。

【図６】（ａ）は耐火金属板の構成を示す正面図、
（ｂ）は右側面図である。

【図７】（ａ）は燃焼溶融炉の垂直壁の構成を示す平面
断面図、（ｂ）は正面断面図である。

【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）はアンカー金具の他の
実施形態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ごみピット ２ 給塵機 ３ 流動床炉 ４ 燃焼溶融炉 ４０ 外壁 ４２ 耐火物 ４５ 耐火材 ４６ 耐火金属板 ４７ ボス ４８ アンカー金具

フロントページの続き (72)発明者 高橋 正光 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式 会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 丸山 智裕 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式 会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 西野 直 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式 会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 島倉 久範 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式 会社神戸製鋼所神戸本社内 Ｆターム(参考） 4K051 AB00 BE03 FA06 KA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内壁が耐火材で構成され、その内壁にお
   ける少なくとも高温物質が接触する部分に耐火金属板が
   付設されている炉体の耐火物構造において、 前記耐火金属板に、その耐火金属板に対しアンカー金具
   を取り付けるためのねじ部を持つアンカー接続部が設け
   られ、前記アンカー金具が前記アンカー接続部に螺合さ
   れることにより前記耐火金属板に固定され、固定された
   前記アンカー金具のアンカー部が、前記耐火材中に埋設
   されることにより前記耐火金属板と前記耐火材とを剥離
   不能に接続し得る形状に構成されていることを特徴とす
   る炉体の耐火物構造。
2. 【請求項２】 前記アンカー接続部が、前記耐火金属板
   にねじ止めされる耐火金属製のボスからなり、そのボス
   に前記アンカー金具を螺合するためのねじ部が備えられ
   ている請求項１記載の炉体の耐火物構造。
3. 【請求項３】 前記耐火金属板が、クロム単体またはク
   ロム合金から構成されている請求項１または２に記載の
   炉体の耐火物構造。
4. 【請求項４】 前記アンカー金具が、耐火金属板よりも
   耐熱温度の低い金属部材から構成されている請求項１〜
   ３のいずれかに記載の炉体の耐火物構造。
5. 【請求項５】 前記アンカー部が、曲げ部を有する棒状
   部材から構成されている請求項１〜４のいずれかに記載
   の炉体の耐火物構造。
6. 【請求項６】 前記アンカー部が、棒状部材と板状部材
   の組み合わせから構成されている請求項１〜４のいずれ
   かに記載の炉体の耐火物構造。