JP2706333B2 - High temperature processing equipment for materials - Google Patents
High temperature processing equipment for materialsInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、都市ゴミ，下水汚泥スラッジ，一般廃棄物
等の産業廃棄物を焼却する焼却炉やこれら廃棄物の焼却
灰を溶融処理する溶融炉、さらには製鉄所の高炉，転
炉，各種溶銑処理炉等の物質の高温処理装置に関し、特
にその炉壁部材の耐腐食性・耐侵食性の改良に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an incinerator for incinerating industrial waste such as municipal waste, sewage sludge, and general waste, and a melting method for melting and processing incinerated ash of these wastes. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-temperature processing apparatus for materials such as furnaces, blast furnaces, converters, and various types of hot metal processing furnaces of steelworks, and more particularly to improvement of corrosion resistance and erosion resistance of furnace wall members.
都市ゴミ，下水汚泥スラッジ，一般廃棄物等の産業廃
棄物を処分する場合は、そのまま埋め立てたり、また上
記産業廃棄物を焼却して焼却灰とした後、埋め立てたり
している。また、石炭を燃料とするボイラ，キルン，工
業炉等から排出される石炭灰もその大部分は埋め立て処
分されている。When disposing of industrial waste such as municipal garbage, sewage sludge, and general waste, the landfill is used as it is, or the industrial waste is incinerated into incinerated ash and then reclaimed. Most of the coal ash emitted from coal-fired boilers, kilns, industrial furnaces, etc., is also landfilled.
しかし、近年、上記産業廃棄物の排出量が年々増大し
ていることから、埋め立て地の確保が困難になってきて
おり、しかもこれらの埋め立てられた廃棄物からの有害
物質の流出による二次公害が懸念されており、この埋め
立て処分は困難になっている。However, in recent years, the amount of industrial waste discharged has been increasing year by year, and it has become difficult to secure landfill sites. In addition, secondary pollution caused by spillage of harmful substances from these landfill wastes has been increasing. This has made landfill disposal difficult.
そこで、上記焼却灰，石炭灰（以下灰と称す。），及
び下水汚泥スラッジ等の産業廃棄物を溶融スラグ化した
後、冷却固化させる溶融処理方法が注目されている。こ
の溶融処理することにより上記産業廃棄物の処分量の減
容化，有害物質の固定化ができ、埋め立てに利用できる
とともに、上記溶融スラグを土木，建築材料等に有効に
利用できる。Therefore, attention has been paid to a melting method in which industrial waste such as the incinerated ash, coal ash (hereinafter, referred to as ash), and sewage sludge is converted into molten slag, and then cooled and solidified. By performing this melting treatment, the volume of disposal of the industrial waste can be reduced and harmful substances can be fixed, so that it can be used for landfill and the molten slag can be effectively used for civil engineering, building materials and the like.
上記産業廃棄物を溶融する場合、そのほとんどはコー
クス，電気，各種燃料，マイクロ波等の熱源を利用した
高温溶融が採用されており、この溶融物を高温に保持す
る溶融炉が不可欠である。この溶融炉は、炉内を高温に
保持し、かつ熱損失を最小限にする必要があることか
ら、炉殻を構成する鉄板の内側に耐火物が施工されてい
る。Most of the above-mentioned industrial waste is melted at a high temperature using a heat source such as coke, electricity, various fuels and microwaves, and a melting furnace for maintaining the melt at a high temperature is indispensable. In this melting furnace, since it is necessary to keep the inside of the furnace at a high temperature and minimize heat loss, a refractory is installed inside an iron plate constituting the furnace shell.
ところで、上記溶融炉においては、被溶融物の中にさ
まざまな物質が含まれていることから、これらの物質が
高温条件下で上記耐火物と反応して侵食し易いという問
題がある。その結果、溶融炉の操業をしばしば休止して
炉壁を補修したり、あるいは予備の溶融炉と切り換えて
運転したりする必要があり、補修コスト，設備費が上昇
する。従って、上記耐火物の寿命の延長は非常に重要な
課題となっている。By the way, in the above-mentioned melting furnace, since various substances are contained in the material to be melted, there is a problem that these substances easily react with the above-mentioned refractory under high-temperature conditions and are eroded. As a result, it is necessary to frequently stop the operation of the melting furnace to repair the furnace wall, or to operate the furnace by switching to a spare melting furnace, thereby increasing repair costs and equipment costs. Therefore, extending the life of the refractory is a very important issue.
このため従来は、上記溶融炉の炉壁には比較的寿命の
長い耐火物を、一般に市販されている各種耐火物の中か
ら選択して採用している。例えば最も耐食性が良いとさ
れているマグネシア・クロミア（MgO・Cr2O3）系耐火物
等である。For this reason, conventionally, a refractory having a relatively long life has been selected from various types of refractories which are commercially available for the furnace wall of the melting furnace. For example, magnesia-chromia (MgO.Cr 2 O 3 ) based refractory, which is considered to have the best corrosion resistance, is used.
しかしながら、上述のように耐火物の中から最適のも
のを選択する従来の方法では侵食速度を十分に抑制する
ことは困難であり、炉壁の寿命はあまり延長できないと
いう問題点がある。However, as described above, it is difficult to sufficiently suppress the erosion rate by the conventional method of selecting the optimum one from the refractories, and there is a problem that the life of the furnace wall cannot be extended much.
ここで、本件発明者は、上記耐火物の寿命延長を実現
するために、一般に市販されているさまざまな耐火物を
使用して各被溶融物の溶融試験を行ったところ、いずれ
の耐火物においても侵食を抑制することは非常に難しい
という結論を得た。Here, the present inventor conducted a melting test of each of the materials to be melted using various commercially available refractories to extend the life of the refractories. Also concluded that controlling erosion is very difficult.
その原因としては２つあり、１つは、都市ゴミ，下水
汚泥などは、それぞれ発生場所によって成分が異なり、
また同一処理場に持ち込まれる都市ゴミ等であっても、
その処理日によって成分変動があることから、これらの
条件に合わせて耐火物を選定するのは困難であるという
点である。There are two causes. One is that the components of municipal garbage and sewage sludge differ depending on where they are generated.
In addition, even if it is urban garbage brought into the same treatment plant,
It is difficult to select a refractory according to these conditions because the components vary depending on the treatment date.
もう１つは、耐火物も溶融スラグ等の被溶融物も主構
成成分は略同種類の酸化物であるという点である。The other is that the main constituent components of both the refractory material and the material to be melted such as molten slag are substantially the same type of oxide.
詳述すれば、耐火物の溶融スラグによる侵食のメカニ
ズムような、固体の液体中への溶解反応は、界面反応律
速、あるいは界面反応層を通しての物質移動，即ち、拡
散律速のいずれかに支配されていると考えられる。そし
てこのうち耐火物と溶融スラグとの反応は、主として後
者の拡散律速によるものが多いとされている。Specifically, the dissolution reaction of a solid into a liquid, such as the mechanism of erosion of a refractory by molten slag, is governed by either the interface reaction rate control or mass transfer through the interface reaction layer, that is, diffusion control. It is thought that it is. It is said that the reaction between the refractory and the molten slag is mainly due to the latter diffusion control.
例えば代表的なAl2O3・SiO2系耐火物が、代表的なス
ラグ組成であるCaO,SiO2・Al2O2・MgO系スラグによって
腐食・侵食を受ける反応のメカニズムは、耐火物とスラ
グとの間に生ずる反応層、つまり両者の界面に生成する
境界層を通して耐火物構成元素イオン及びスラグ構成元
素イオンの相互拡散が律速段階となっており、境界層の
両側での濃度差が反応の駆動力となっていると言われて
いる。従って耐火物構成元素の溶融スラグ中での溶解度
が大きいほど、また境界層の厚さが薄いほど、さらに温
度が高いほど、浸食速度は大きくなる。For example a typical Al 2 O 3 · SiO 2 based refractories, typical slag having a composition CaO, the mechanism of the reaction to undergo corrosion and erosion by SiO 2 · Al 2 O 2 · MgO -based slag, and refractory The interdiffusion of refractory constituent element ions and slag constituent element ions is a rate-determining step through the reaction layer generated between the slag, that is, the boundary layer formed at the interface between the two, and the concentration difference on both sides of the boundary layer reacts. It is said to be the driving force of. Therefore, the higher the solubility of the refractory constituent elements in the molten slag, the thinner the boundary layer, and the higher the temperature, the higher the erosion rate.
ここで高炉スラグや下水汚泥スラグについてその組成
を見てみると、これらは共にSiO2，Al2O3,CaO,Fe2O3を
基本組成とする混合物からなり、少量のTiO2,MnO,MgO,P
2O5，Na2O，K2Oその他腐食性の強いS,V2O5などを含有し
ている。従って基本的には耐火物も溶融スラグもほぼ同
種類の酸化物が主構成成分であるため、侵食性は溶融ス
ラグ中の各構成元素の溶解度が大きいほど速くなる。Here, looking at the composition of blast furnace slag and sewage sludge slag, they all consist of a mixture with a basic composition of SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, Fe 2 O 3 and a small amount of TiO 2 , MnO, MgO, P
Contains 2 O 5 , Na 2 O, K 2 O and other highly corrosive S, V 2 O 5, etc. Accordingly, since the refractory and the molten slag are basically composed of oxides of substantially the same type, the erosion becomes faster as the solubility of each constituent element in the molten slag increases.
またここに示す境界層とは、固体表面近傍の局部的に
粘性が高い液相である場合がほとんどであるから、高炉
スラグ樋のように絶えず新鮮なスラグが流動して接触し
ている場合や、あるいはスラグ事態が絶えず攪拌を受け
ている場合には、境界層の生成は望めないため、マグネ
シア・クロミア（MgO・Cr2O3）ですら上述の腐食・侵食
のメカニズムにより侵食は止むことなく進行することに
なる。この結果、既存の耐火物ではどれをもってしても
極めて短い寿命となる。Also, the boundary layer shown here is almost always a locally viscous liquid phase near the solid surface, so that fresh slag flows and contacts constantly like a blast furnace slag gutter. If the slag situation is constantly agitated, the formation of a boundary layer cannot be expected, so even magnesia chromia (MgO · Cr 2 O 3 ) cannot stop erosion due to the above-mentioned corrosion and erosion mechanism. Will progress. As a result, any existing refractory has a very short life.
本発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、処理室内の内壁が高温の燃焼ガス雰囲気中での
腐食・侵食性の強いスラグとの接触により損傷を受ける
のを抑制することができ、これにより補修コスト，設備
費等を低減することのできる物質の高温処理装置を得る
ことを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and it is an object of the present invention to prevent the inner wall of a processing chamber from being damaged by contact with highly corrosive and corrosive slag in a high-temperature combustion gas atmosphere. It is an object of the present invention to obtain a high-temperature processing apparatus for a substance, which can reduce repair costs, equipment costs, and the like.
本発明に係る物質の高温処理装置は、内壁を耐火物で
構成した処理室内で物質の焼却処理あるいは溶融処理を
行う物質の高温処理装置において、上記処理室内壁の、
少なくとも高温物質あるいは高温雰囲気が直接接触する
部分の耐火物を耐火金属部材とし、該耐火金属部材の組
成をクロム単体あるいはクロム中にW,Mo,Nb,Ta,Vの一種
または二種以上を重量比30％以下の含有率で含むクロム
合金としたことを特徴としている。The high-temperature processing apparatus for a substance according to the present invention is a high-temperature processing apparatus for performing a substance incineration process or a melting process in a processing chamber in which an inner wall is made of a refractory material;
At least the refractory at a portion where the high-temperature substance or the high-temperature atmosphere is in direct contact is used as a refractory metal member, and the composition of the refractory metal member is chromium alone or one or more of W, Mo, Nb, Ta, V in chromium. It is characterized in that it is a chromium alloy containing 30% or less of the content.
以下本発明において上記構成を採用した理由を詳細に
説明する。Hereinafter, the reason why the above configuration is employed in the present invention will be described in detail.
本件発明者は、溶融炉等の炉壁に用いる耐火部材が上
記のような高温の燃焼ガス雰囲気中で高い耐腐食性・耐
侵食性を持つためには、溶融炉等の稼働中に剥離，離散
しにくい皮膜を高温状態で自己生成して溶融スラグと直
接接することを回避し、しかも該皮膜に亀裂が発生して
もこれを自己修復する機能を持つことが望ましいと考え
た。そしてこのような機能を持つものとして金属材料に
着眼し、各種金属材料について種々のスラグとの反応性
を研究した結果、現在実用化されている耐熱部材には全
く存在しない新しい耐火金属部材として、クロム及びク
ロム基合金が極めて効果的であることを発見した。そし
て実機プラントでの実験の結果、クロム合金が既存の各
種耐火物のなかで最も長寿命とされているマグネシア・
クロミア系耐火物に比べ100倍以上も長寿命で従来の耐
火物に代わる画期的な金属材料であることを実証した。In order for the refractory member used for the furnace wall of a melting furnace or the like to have high corrosion resistance and erosion resistance in a high-temperature combustion gas atmosphere as described above, the refractory member must be separated during operation of the melting furnace or the like. It was thought that it would be desirable to have a function of avoiding direct contact with the molten slag by self-generating a coating that is difficult to separate at high temperature and directly repairing the crack even if the coating is cracked. And as a result of studying the reactivity of various metal materials with various slags with a focus on metal materials as having such a function, as a new refractory metal member that does not exist at all in heat-resistant members currently in practical use, Chromium and chromium-based alloys have been found to be very effective. As a result of experiments at the actual plant, the chromium alloy has the longest life of magnesia
It has been demonstrated that it is a revolutionary metal material that replaces conventional refractories by more than 100 times longer than chromia refractories.
またこの耐火金属部材を長寿命化するには、上記皮膜
が徐々に生成し、いつも薄く基材に密着していることが
望ましく、この点からクロム原子の拡散を抑制すること
がこの長寿命化の要求を満足することを発見した。さら
に原子半径がクロムより大きく、かつ耐熱性がクロム以
上の元素であるW,Mo,Nb,Ta,Vの一種を単独で、あるいは
これら金属の二種以上を複合的にクロムに添加すれば一
層効果的であることも発見した。ただしこれらの元素は
高温では酸化されやすく、また揮発しやすいため、多量
の添加は却って耐侵食性を悪化させ材料の寿命を短くす
る。このため後述する性能試験の結果から、上記単独あ
るいは複合添加量の上限を30wt％とした。In order to extend the life of the refractory metal member, it is desirable that the above-mentioned film is gradually formed and is always in close contact with the base material. From this point, it is necessary to suppress the diffusion of chromium atoms to extend the life. To satisfy the demands of. Further, if one of W, Mo, Nb, Ta, and V, which is an element having an atomic radius larger than that of chromium and has heat resistance higher than that of chromium, alone or in combination of two or more of these metals, is added to chromium. I also found it to be effective. However, since these elements are easily oxidized and volatilized at high temperatures, the addition of a large amount rather deteriorates the erosion resistance and shortens the life of the material. Therefore, based on the results of the performance test described later, the upper limit of the single or composite addition is set to 30 wt%.
この結果、具体的な耐火金属部材の組成は、W,Mo,Nb,
Ta,Vの一種または２種以上を０〜30wt％を含み、残りが
クロム及び不可避不純物からなるクロム合金（第１の合
金組成）とすることができる。As a result, the specific composition of the refractory metal member is W, Mo, Nb,
A chromium alloy (first alloy composition) containing 0 to 30% by weight of one or more of Ta and V, and the remainder consisting of chromium and unavoidable impurities can be used.
さらにこの第１の合金組成を持つ耐火金属部材に生成
する皮膜をさらに密着性の高いもの、即ち剥離しにくい
ものにするために、Zr,Hf,Y,Ce,Laの一種を単独で、あ
るいは二種類以上を複合的に追加添加すればよいことを
見出した。なおこの追加添加は単独あるいは複合に関わ
らずその効果に変化はなく、また後述の実験結果からそ
の上限を5wt％とした。Furthermore, in order to make the film formed on the refractory metal member having the first alloy composition more adherent, that is, hard to peel off, one of Zr, Hf, Y, Ce, and La is used alone or It has been found that two or more types may be additionally added in a complex manner. The effect of this additional addition did not change irrespective of whether it was used alone or in combination, and the upper limit was set to 5 wt% based on the experimental results described later.
この結果耐火金属部材のさらなる組成は、W,Mo,Nb,T
a,Vの一種または二種以上を０〜30wt％含み、さらにZr,
Hf,Y,Ce,Laのうち一種又は二種以上を０〜5wt％含み、
残りがクロム及び不可避不純物からなるクロム合金（第
２の合金組成）とすることができる。As a result, the further composition of the refractory metal member is W, Mo, Nb, T
a, V contains one or more of 0 to 30 wt%, and further contains Zr,
One or more of Hf, Y, Ce, and La are included in an amount of 0 to 5 wt%,
The remainder may be a chromium alloy (second alloy composition) composed of chromium and unavoidable impurities.
またここでいう耐熱合金は、上記のような高温で使用
中に自己生成型，自己修復機能型の酸化物皮膜を生成す
る機能を有するものであればよく、クロムそのものでも
充分な耐腐食性・耐侵食性を持つことが実験で実証でき
た。このため上記耐火金属部材の組成は第1,第２の合金
組成の代わりにクロム単体としてもよい。The heat-resistant alloy used herein may be any material that has a function of forming a self-generated or self-healing function type oxide film during use at a high temperature as described above. Experiments have demonstrated that it has erosion resistance. Therefore, the composition of the refractory metal member may be chromium alone instead of the first and second alloy compositions.
そして本件発明者は、上述のような鋭意研究の結果、
このような金属材料を用いて炉壁を構成する、あるいは
耐火物煉瓦の炉内露出面を被覆してやれば、その腐食や
侵食を抑止できることに想到し、本発明を成したもので
ある。And, as a result of the above-mentioned earnest research,
The present invention has been made based on the idea that corrosion and erosion can be suppressed by forming a furnace wall using such a metal material or covering an in-furnace exposed surface of a refractory brick.
この発明においては、処理室内壁の、少なくとも高温
物質あるいは高温雰囲気が直接接触する部分の耐火物を
耐火金属部材とし、かつ上記耐火金属部材をクロム単体
あるいは上記第1,第２の合金組成のクロム合金から構成
したので、この耐火金属部材は高温の燃焼ガス雰囲気中
で、剥離，離散しにくい皮膜を自己生成して溶融スラグ
と直接接することを回避し、しかも該皮膜に亀裂が発生
した場合にはこれを自己修復することとなり、これによ
り該耐火金属部材自体も保護されることとなる。また耐
火物煉瓦の表面を耐火金属部材で被覆することにより耐
火物煉瓦が該耐火金属部材により保護される。この結果
上記処理室内壁の腐食・侵食を抑制してその寿命を著し
く向上することができる。In the present invention, the refractory of at least a portion of the inner wall of the processing chamber which is in direct contact with the high-temperature substance or the high-temperature atmosphere is a refractory metal member, and the refractory metal member is chromium alone or chromium of the first and second alloy compositions Since the refractory metal member is made of an alloy, the refractory metal member avoids direct contact with the molten slag by self-generating a film which is hard to peel and separate in a high-temperature combustion gas atmosphere, and furthermore, when a crack occurs in the film. Self-repairs, thereby protecting the refractory metal member itself. In addition, by covering the surface of the refractory brick with a refractory metal member, the refractory brick is protected by the refractory metal member. As a result, corrosion and erosion of the inner wall of the processing chamber can be suppressed, and the life thereof can be significantly improved.
以下、本発明の実施例を図について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図ないし第３図は本発明の一実施例による物質の
高温処理装置を説明するための図であり、ここでは該処
理装置の一例として焼却灰，石炭灰の溶融処理装置を挙
げている。FIGS. 1 to 3 are views for explaining a high-temperature processing apparatus for a substance according to an embodiment of the present invention. Here, a melting apparatus for incinerated ash and coal ash is given as an example of the processing apparatus. .
図において、１は焼却灰，石炭灰の溶融処理装置であ
る。この処理装置１は、垂直縦型の溶融炉２と、該溶融
炉２に貯蔵びん3aに収容された灰を圧縮空気3bにより気
流輸送する供給装置３と、上記溶融炉２に燃焼空気を供
給する燃焼空気供給装置４と、溶融炉２からの排ガスの
廃熱を回収し、上記燃焼空気を余熱する熱交換器５と、
該熱交換器５からの低温排ガス中の未処理灰を捕集する
集塵装置６とから構成されている。In the figure, reference numeral 1 denotes a melting apparatus for incinerated ash and coal ash. The processing apparatus 1 includes a vertical and vertical melting furnace 2, a supply apparatus 3 for pneumatically transporting ash contained in a storage bottle 3 a in the melting furnace 2 by compressed air 3 b, and supplying combustion air to the melting furnace 2. A combustion air supply device 4, a heat exchanger 5 for recovering waste heat of exhaust gas from the melting furnace 2 and preheating the combustion air,
A dust collector 6 for collecting untreated ash in the low-temperature exhaust gas from the heat exchanger 5.
上記溶融炉２は、燃焼室Ａが形成された円筒状の炉本
体７の上端部に燃料流入部８をフランジ接続し、下端部
にスラグ収容部９を接続するとともに、上記炉本体７の
下部に排ガス流出部7aを形成して構成されている。In the melting furnace 2, a fuel inflow portion 8 is flange-connected to an upper end portion of a cylindrical furnace body 7 in which a combustion chamber A is formed, and a slag storage portion 9 is connected to a lower end portion. An exhaust gas outflow portion 7a is formed at the bottom.
上記燃料流入部８にはバーナタイル8aが形成され、こ
れには助燃バーナ10が装着されている。この助燃バーナ
10には、固気二相流供給管11及び燃料供給管12aが接続
されており、該燃料供給管12aの延長端は燃料ガス（コ
ークス炉ガス）供給装置12に接続されている。また、上
記固気二相流供給管11にはＴ字管型のエジェクタ13が接
続されており、該エジェクタ13には上記灰供給装置３の
灰供給管3c、及び上記熱交換器５により予熱された燃焼
空気を供給する燃焼空気供給管4bが接続されており、こ
の燃焼空気供給管4bの延長端は上記熱交換器５を通って
ブロア4aに接続されている。上記エジェクタ13は、気流
輸送された灰を予め燃焼空気中に混合して固気二相流と
して上記バーナ10に供給するように構成されており、こ
の固気二相流はバーナ10の先端部に配設された旋回羽根
（図示せず）によって旋回を与えられて燃焼室Ａ内に噴
射されるようになっている。A burner tile 8a is formed in the fuel inflow section 8, and an auxiliary burner 10 is mounted on the burner tile 8a. This burner burner
A solid-gas two-phase flow supply pipe 11 and a fuel supply pipe 12a are connected to 10, and an extended end of the fuel supply pipe 12a is connected to a fuel gas (coke oven gas) supply device 12. A T-tube type ejector 13 is connected to the solid-gas two-phase flow supply pipe 11, and the ejector 13 is preheated by the ash supply pipe 3c of the ash supply device 3 and the heat exchanger 5. A combustion air supply pipe 4b for supplying the burned combustion air is connected, and an extended end of the combustion air supply pipe 4b is connected to the blower 4a through the heat exchanger 5. The ejector 13 is configured to mix the ash transported by airflow into the combustion air in advance and supply it to the burner 10 as a solid-gas two-phase flow. Is swirled by a swirling vane (not shown) disposed in the combustion chamber A and injected into the combustion chamber A.
また、上記排ガス流出部7aには、熱交換器５の排ガス
導入部5aが接続されており、これの排出部5bには集塵装
置６が接続されている。また、この集塵装置６は誘引フ
ァン6aを介して煙突14に接続されている。An exhaust gas introduction portion 5a of the heat exchanger 5 is connected to the exhaust gas outflow portion 7a, and a dust collector 6 is connected to the exhaust portion 5b. The dust collecting device 6 is connected to a chimney 14 via an induction fan 6a.
さらに、上記燃焼室Ａの下方にはスラグ収容部９のス
ラグポット9aが位置しており、これには出滓口9bが突出
形成されている。これにより上記ポット9a内に捕集され
た溶融スラグは出滓口9bから抽出され冷却固化装置15に
回収される。また上記スラグ収容部９の内壁9cは耐火壁
部材18から構成されている。Further, a slag pot 9a of the slag accommodating portion 9 is located below the combustion chamber A, and a slag port 9b is formed to project therefrom. Thereby, the molten slag collected in the pot 9a is extracted from the slag port 9b and collected by the cooling and solidifying device 15. The inner wall 9c of the slag housing 9 is made of a fire-resistant wall member 18.
上記溶融炉２の炉本体７には、炉殻を構成する鉄皮7b
の最外周に冷却ジャケット16が形成されており、該冷却
ジャケット16の下部には冷却水流入口16aが、上部には
流出口16bがそれぞれ形成されている。そして、上記炉
本体７の鉄皮7bの内周面には、耐火壁部材18を内張りし
て炉壁17が構成されている。なお、上記冷却水ジャケッ
ト16は必ずしも必要なものではなく、上記炉壁17を厚く
して非水冷構造にしてもよくまたセルフクーリング構造
にしてもよい。A furnace shell 7b constituting a furnace shell is provided on the furnace body 7 of the melting furnace 2.
A cooling jacket 16 is formed at the outermost periphery of the cooling jacket 16, and a cooling water inlet 16a is formed at a lower portion of the cooling jacket 16 and an outlet 16b is formed at an upper portion thereof. A furnace wall 17 is formed by lining a refractory wall member 18 on the inner peripheral surface of the iron shell 7b of the furnace body 7. The cooling water jacket 16 is not always necessary, and the furnace wall 17 may be thickened to have a non-water-cooled structure or a self-cooling structure.
またここで、この炉壁17及び上記スラグ収容部内壁9c
の耐火壁部材18は、第３図に示すように耐火物煉瓦19
と、その表面に接合された耐火合金板20とから構成され
ている。Here, the furnace wall 17 and the inner wall 9c
The refractory wall member 18 is made of a refractory brick 19 as shown in FIG.
And a refractory alloy plate 20 bonded to the surface thereof.
また耐火物煉瓦19と耐火合金板20との接合は耐火合金
板20の裏面には断面視台形の接合用リブ20aを形成して
おき、耐火物煉瓦19を上記耐火合金板３の裏面に上記接
合用リブ3aが煉瓦２内に埋め込まれるよう形成すること
により行っている。For joining the refractory brick 19 and the refractory alloy plate 20, a joining rib 20a having a trapezoidal cross section is formed on the back surface of the refractory alloy plate 20, and the refractory brick 19 is attached to the back surface of the refractory alloy plate 3. This is performed by forming the joining rib 3 a so as to be embedded in the brick 2.
上記耐火物煉瓦19はAl2O3，SiO2,SiC,MgO,CaO,Cr2O3
などの混合物からなり、また上記耐火合金板20はW,Mo,N
b,Ta,Vの一種または二種以上を０〜30％を含み、残りが
クロム及び不可避不純物からなる第１合金組成となって
いる。The refractory brick 19 is made of Al 2 O 3 , SiO 2 , SiC, MgO, CaO, Cr 2 O 3
Etc., and the refractory alloy plate 20 is made of W, Mo, N
The first alloy composition includes 0 to 30% of one or more of b, Ta, and V, and the remainder includes chromium and unavoidable impurities.
次に作用効果について説明する。 Next, the operation and effect will be described.
このような溶融炉では、コークス炉ガス及び所定温度
に予熱された燃焼空気を助燃バーナ10から溶融炉２内に
吹き込んで燃焼させ、この炉壁17が灰の溶融温度より50
〜100℃程度高くなるように保持する。例えば石灰灰の
場合は1550℃，下水汚泥焼却灰の場合は1400℃に保持す
る。次にこの状態で、灰供給装置３により所定量づつ灰
の気流輸送を行う。すると上記灰は、エジェクタ13内で
燃焼空気に均一に混入され、この燃焼空気と灰とが混合
された固気二相流は、バーナ10の旋回羽根（図示せず）
によって強い旋回流が与えられて燃焼室Ａ内に均一に噴
射される。これにより上記灰は螺旋を描き、かつ遠心力
により炉壁17に衝突しながら急速燃焼されることとな
り、しかる後溶融スラグ化してスラグポット9a内に落下
し、出滓口9bから冷却固化装置15に収容される。一方排
ガスは、流出通路7aを通って熱交換器５に進入し、ここ
で廃熱回収された後、集塵装置６で排ガス中の未処理灰
が捕集され、清浄された後煙突14から放出される。In such a melting furnace, coke oven gas and combustion air preheated to a predetermined temperature are blown from the auxiliary burner 10 into the melting furnace 2 and burned.
The temperature is kept so as to be about 100 ° C. higher. For example, keep it at 1550 ° C for lime ash and 1400 ° C for sewage sludge incineration ash. Next, in this state, the ash supply device 3 performs pneumatic transport of the ash by a predetermined amount. Then, the ash is uniformly mixed into the combustion air in the ejector 13, and the solid-gas two-phase flow in which the combustion air and the ash are mixed forms a swirling blade (not shown) of the burner 10.
As a result, a strong swirling flow is given and the fuel is uniformly injected into the combustion chamber A. As a result, the ash draws a spiral and rapidly burns while colliding with the furnace wall 17 due to centrifugal force. To be housed. On the other hand, the exhaust gas enters the heat exchanger 5 through the outflow passage 7a, where the waste heat is recovered. After that, the untreated ash in the exhaust gas is collected by the dust collecting device 6, and is cleaned, and then is discharged from the chimney 14. Released.
ここで上記灰を溶融処理する場合、この灰の中にさま
ざまな物質が含まれていることから、従来装置ではこれ
らの物質が炉壁と反応して侵食し易く、その部分の寿命
が短いという問題があった。これに対して、本実施例で
は、溶融炉２の炉壁17を、耐火壁部材18,つまり表面を
耐火合金板20で被覆した耐火物煉瓦19で構成したので、
該耐火物煉瓦19と溶融スラグとは直接接触することはな
い。また該耐火合金板20は高温の燃焼ガス雰囲気中で、
剥離，離散しにくい皮膜を自己生成し、しかも該皮膜に
亀裂が発生してもこれを自己修復する。このため耐火合
金板20も溶融スラグと直接接することはない。Here, when melting the ash, since various substances are contained in the ash, in the conventional apparatus, these substances easily react with the furnace wall and erode, and the life of the part is short. There was a problem. On the other hand, in the present embodiment, the furnace wall 17 of the melting furnace 2 is made of the refractory wall member 18, that is, the refractory brick 19 whose surface is covered with the refractory alloy plate 20.
The refractory brick 19 does not directly contact the molten slag. The refractory alloy plate 20 is heated in a high-temperature combustion gas atmosphere.
It self-generates a film that is difficult to peel and separate, and self-repairs even if a crack occurs in the film. Therefore, the refractory alloy plate 20 also does not directly contact the molten slag.
従って、炉壁部材が受ける腐食あるいは侵食による損
傷を大きく低減することができ、これにより炉壁の寿命
を大幅に延長できる。この結果、補修頻度を削減できる
から、運転コスト，設備費を低減できる。Therefore, damage due to corrosion or erosion of the furnace wall member can be greatly reduced, and the life of the furnace wall can be greatly extended. As a result, the frequency of repairs can be reduced, so that operating costs and equipment costs can be reduced.
次に、上記クロム及びクロム基合金の耐腐食性及び耐
侵食性について実機プラントにより試験した結果を別紙
の表と第４図のグラフとで説明する。Next, the results of tests on the corrosion resistance and erosion resistance of the chromium and the chromium-based alloy by an actual plant will be described with reference to a table on a separate sheet and a graph shown in FIG.
試験には、表に示す組成のクロム基合金の試験片（試
料No.1〜38）と、比較材料としての、この種の耐火物で
最も耐食性に優れているといわれていいるマグネシア・
クロミア煉瓦（試料No.39）とを用いた。そして試験方
法は、これらの試験片を真空溶解し、鋳魂から切り出し
た試験片を加熱炉を用い、温度1500℃で200時間溶融ス
ラグ中で浸漬試験を実施するというものである。また耐
腐食性，耐侵食性の評価は、試験後の試験片の肉厚減少
量（片面）を測定して行った。In the test, a chromium-based alloy specimen (sample Nos. 1 to 38) with the composition shown in the table was used as a comparative material.
Chromia brick (Sample No. 39) was used. The test method is such that these test pieces are melted in vacuum, and the test pieces cut from the casting soul are subjected to an immersion test in a molten slag at a temperature of 1500 ° C. for 200 hours using a heating furnace. The corrosion resistance and erosion resistance were evaluated by measuring the thickness reduction (one side) of the test specimen after the test.
なお、上記加熱炉には、下記の組成範囲からなる溶融
状態の合成スラグを連続的に供給する流動床タイプの加
熱炉を用いている。The heating furnace is a fluidized bed type heating furnace that continuously supplies synthetic slag in the molten state having the following composition range.
スラグ組成；SiO2＝10〜40％，Al2O3＝５〜20％ Fe2O3＝０〜20％,CaO＝10〜40％ TiO2＝0.2〜３％，P2O5＝３〜25％ MgO＝１〜７％，Na2O＝0.3〜５％ K2O＝0.2〜３％ Ｓ＝0.3〜５％ V2O5＝0.2〜３％ 第４図は横軸にクロム以外の金属（非クロム金属）の
含有率（重量％）を、縦軸（対数目盛）に肉厚減少量
（mm）を取り、上記各試料片の非クロム金属の含有率と
肉厚減少量との関係を示したものである。図中〜、
及び は上記第１、及び第２の合金組成の内で肉厚減少量が0.
5mmよりはるかに小さい優良なもの（発明合金）、 は第１の合金組成外で肉厚減少量が0.5〜10mmと大きい
もの（比較合金）、 は第２の合金組成外で肉厚減少量が0.5〜1.0mm程度とや
や大きいもの（比較合金）を示している。また、 はマグネシア・クロミア（対比材）を示している。なお
Ｘは添加金属の最適重量比の範囲を示している。Slag composition; SiO 2 = 10~40%, Al 2 O 3 = 5~20% Fe 2 O 3 = 0~20%, CaO = 10~40% TiO 2 = 0.2~3%, P 2 O 5 = 3 ~25% MgO = 1~7%, except chromium Na 2 O = 0.3~5% K 2 O = 0.2~3% S = 0.3~5% V 2 O 5 = 0.2~3% Figure 4 is a horizontal axis The metal (non-chromium metal) content (% by weight) is plotted on the vertical axis (logarithmic scale), and the thickness reduction (mm) is plotted on the vertical axis. This shows the relationship. ~
as well as Means that the wall thickness reduction amount of the first and second alloy compositions is 0.
Excellent product (invention alloy) much smaller than 5mm, Is a material having a large thickness reduction of 0.5 to 10 mm outside the first alloy composition (comparative alloy), Indicates a material (comparative alloy) having a slightly large thickness reduction of about 0.5 to 1.0 mm outside the second alloy composition. Also, Indicates magnesia chromia (comparative material). X indicates the range of the optimum weight ratio of the added metal.
表中の各欄は、それぞれ左から順に、試験片の試料N
o.,第４図のグラフ上での対応点，クロム含有率（重量
％），非クロム金属の含有率（重量％），追加添加金属
の含有率（重量％），試験後の試料片面の肉厚減少量
（mm）を示している。Each column in the table indicates the sample N of the test piece in order from the left.
o., Corresponding points on the graph of Fig. 4, chromium content (% by weight), non-chromium metal content (% by weight), additional additive metal content (% by weight), The thickness reduction (mm) is shown.
この表から分かるように、一部を除いてクロム合金あ
るいはクロム単体ではマグネシア・クロミアに比べて肉
厚減少量が桁違いに小さくなっており、特に第１及び第
２の合金組成、つまりクロム合金中の非クロム金属の含
有量が30wt％以下であれば、肉厚減少量が0.3mm以下と
なっていることがわかる。As can be seen from this table, the thickness reduction of the chromium alloy or chromium alone is orders of magnitude smaller than that of magnesia chromia except for some parts, and especially the first and second alloy compositions, that is, the chromium alloy It can be seen that when the content of non-chromium metal therein is 30 wt% or less, the thickness reduction amount is 0.3 mm or less.
また第２の合金組成の方が第１の合金組成より肉厚減
少量が少なく、耐腐食性・耐侵食性に優れていることが
分かる。Also, it can be seen that the second alloy composition has a smaller amount of thickness reduction than the first alloy composition and is superior in corrosion resistance and erosion resistance.
なお、上記実施例では溶融炉７の炉壁17とスラグ吸収
部内壁19cを共に耐火壁部材18で構成したが、耐火壁部
材18を用いるのは直接溶融スラグが接触する部分，つま
り内壁19cのスラグポット9a,出滓口9bのみでもよい。In the above embodiment, the furnace wall 17 of the melting furnace 7 and the inner wall 19c of the slag absorbing portion are both formed of the refractory wall member 18. However, the refractory wall member 18 is used for a portion where the molten slag is in direct contact, that is, of the inner wall 19c. Only the slag pot 9a and the slag port 9b may be used.
また、上記実施例では耐火合金板20の接合用リブ20a
を断面視台形形状としているが、これは第３図（ｂ）に
示すように断面視長方形形状として該接合用リブ20aの
一部にズレ防止用の穴20bを形成するようにしてもよ
い。In the above embodiment, the joining rib 20a of the refractory alloy plate 20 is used.
Is formed in a trapezoidal shape in cross section, but may be formed in a rectangular shape in cross section as shown in FIG. 3 (b), and a hole 20b for preventing displacement is formed in a part of the joining rib 20a.
また、上記実施例では耐火合金板20の組成を第１の合
金組成としたが、これは第２の合金組成，つまりW,Mo,N
b,Ta,Vの一種または二種以上を０〜30％含み、さらにZ
r,Hf,Y,Ce,Laのうち一種又は二種以上を０〜５％含み、
残りがクロム及び不可避不純物からなるクロム合金とし
てもよい。この場合耐火合金板20の表面に自己生成され
る皮膜の密着性が高まり、実験結果に示すように第１の
合金組成に比べさらに耐腐食性及び耐侵食性を向上する
ことができる。In the above embodiment, the composition of the refractory alloy plate 20 is the first alloy composition, but this is the second alloy composition, that is, W, Mo, N
Contains 0 to 30% of one or more of b, Ta, V, and Z
r, Hf, Y, Ce, contains one or more of two or more of 0 to 5%,
The remainder may be a chromium alloy composed of chromium and unavoidable impurities. In this case, the adhesion of the self-generated film on the surface of the refractory alloy plate 20 is enhanced, and the corrosion resistance and erosion resistance can be further improved as compared with the first alloy composition as shown in the experimental results.
また上記実験結果の優良合金（試料No.1）からも分
かるように、クロム単体でも充分な耐腐食性及び耐侵食
性を持っているため、上記実施例の上記耐熱合金板20の
組成はクロム合金組成に代えてクロム単体としてもよ
い。Further, as can be seen from the superior alloy (sample No. 1) obtained from the above experimental results, the chromium alone has sufficient corrosion resistance and erosion resistance. Chromium alone may be used instead of the alloy composition.
また、耐火合金板20は耐火物に代って高性能、長寿命
の金属耐熱部材としても使用することができ、この場合
鋳造のままの状態で利用することが経済的にも好ましい
が、一部長尺寸法の部材については、従来一般的に採用
されているカプセル材，シース材とともに通常の圧延，
あるいはプレス鍛造などによって製造し提供することも
可能である。In addition, the refractory alloy plate 20 can be used as a high-performance, long-life metal heat-resistant member instead of a refractory. In this case, it is economically preferable to use the as-cast state as it is. For parts with long dimensions, normal rolling and encapsulation and sheath materials are generally used.
Alternatively, it can be manufactured and provided by press forging or the like.
また上記実施例では、炉壁を構成する耐火物として耐
火物煉瓦と耐火合金板とを組み合わせたものを示した
が、耐火物は耐火合金板のみから構成してもよい。Further, in the above-described embodiment, a combination of a refractory brick and a refractory alloy plate is shown as a refractory constituting a furnace wall. However, the refractory may be composed of only a refractory alloy plate.
さらに、上記実施例では、旋回流式溶融炉を例にとっ
て説明したが、本発明の物質の高温処理装置は勿論これ
に限られるものではなく、要は高温酸化物溶湯などを扱
う処理装置の処理室内壁であればいずれにも適用でき
る。Further, in the above embodiment, the swirling flow type melting furnace was described as an example. However, the high-temperature processing apparatus for the substance of the present invention is not limited to this, and the processing of the processing apparatus for handling high-temperature oxide molten metal is essential. It can be applied to any indoor wall.
〔発明の効果〕 以上のようにこの発明に係る物質の高温処理装置によ
れば、その処理室の内壁を耐火金属部材で構成し、かつ
該耐火金属部材をクロム単体あるいはクロム中にW,Mo,N
b,Ta,Vの一種または二種以上を重量比30％以下の含有率
で含むクロム合金としたので、高温雰囲気中で該耐火金
属部材が皮膜を自己生成することとなり、この皮膜によ
り耐火金属部材自体と溶融スラグとの接触も避けること
ができる。また耐火物煉瓦の表面を耐火金属部材で被覆
することにより耐火物煉瓦と溶融スラグとの接触を回避
することができる。これにより処理室の内壁が受ける腐
食あるいは侵食による損傷を大きく低減して内壁の寿命
を大幅に延長できる。この結果、装置の補修頻度を削減
できるから、運転コスト，設備費を低減できる効果があ
る。 [Effects of the Invention] As described above, according to the high-temperature processing apparatus for a substance according to the present invention, the inner wall of the processing chamber is made of a refractory metal member, and the refractory metal member is made of chromium alone or W, Mo in chromium. , N
Since the chromium alloy contains one or more of b, Ta, and V at a weight ratio of 30% or less, the refractory metal member self-generates a film in a high-temperature atmosphere. Contact between the member itself and the molten slag can also be avoided. Further, by covering the surface of the refractory brick with a refractory metal member, contact between the refractory brick and the molten slag can be avoided. This greatly reduces the damage caused by corrosion or erosion on the inner wall of the processing chamber, and can greatly extend the life of the inner wall. As a result, since the frequency of repairing the apparatus can be reduced, there is an effect that the operating cost and the equipment cost can be reduced.
第１図ないし第３図は本発明の一実施例による焼却灰，
石炭灰の溶融処理装置を説明するための図であり、第１
図は該処理装置の概略構成図、第２図は該処理装置の溶
融炉を示す断面図、第３図（ａ）は上記溶融炉に用いる
耐火壁部材の構造を示す斜視図、第３図（ｂ）は上記耐
火壁部材の耐火合金板と耐火物煉瓦との接合構造の変形
例を示す斜視図、第４図は本発明の効果の根拠となる実
験結果をグラフで示す図である。 図において、１は溶融処理装置（高温処理装置）、２は
溶融炉（処理室）、9cはスラグ収容部内壁、17は炉壁
（処理室内壁）、18は耐火壁部材、19は耐火物煉瓦、20
は耐熱合金板（耐熱金属部材）である。 なお図中同一符号は同一または相当部分を示す。1 to 3 show incineration ash according to one embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram for explaining a coal ash melting processing apparatus, and FIG.
Fig. 2 is a schematic configuration diagram of the processing apparatus, Fig. 2 is a cross-sectional view showing a melting furnace of the processing apparatus, Fig. 3 (a) is a perspective view showing a structure of a refractory wall member used in the melting furnace, and Fig. 3. (B) is a perspective view showing a modification of the joint structure between the refractory alloy plate and the refractory brick of the refractory wall member, and FIG. 4 is a graph showing experimental results which are the basis of the effect of the present invention. In the figure, 1 is a melting processing apparatus (high-temperature processing apparatus), 2 is a melting furnace (processing chamber), 9c is an inner wall of a slag storage section, 17 is a furnace wall (processing chamber wall), 18 is a refractory wall member, and 19 is a refractory. Brick, 20
Is a heat-resistant alloy plate (heat-resistant metal member). In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
焼却処理あるいは溶融処理を行う物質の高温処理装置に
おいて、上記処理室内壁の、少なくとも高温物質あるい
は高温雰囲気が直接接触する部分の耐火物を耐火金属部
材とし、該耐火金属部材の組成をクロム単体あるいはク
ロム中にW,Mo,Nb,Ta,Vの一種または二種以上を重量比30
％以下の含有率で含むクロム合金としたことを特徴とす
る物質の高温処理装置。1. A high-temperature processing apparatus for incinerating or melting a substance in a processing chamber having an inner wall made of a refractory material, wherein at least a portion of the inner wall of the processing chamber which directly contacts a high-temperature substance or a high-temperature atmosphere. The material is a refractory metal member, and the composition of the refractory metal member is chromium alone or one or two or more of W, Mo, Nb, Ta, V in chromium in a weight ratio of 30.
A high-temperature processing apparatus for a substance, characterized in that it is a chromium alloy containing at a content of not more than 10%.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1295598A JP2706333B2 (en) | 1989-11-14 | 1989-11-14 | High temperature processing equipment for materials |
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