JP3215016B2 - 溶融炉用保護管 - Google Patents
溶融炉用保護管Info
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
- Incineration Of Waste (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ焼却灰再処理
溶融炉等の溶融炉において、ヒーターやセンサー等を保
護するための保護管に関する。
溶融炉等の溶融炉において、ヒーターやセンサー等を保
護するための保護管に関する。
【０００２】
【従来の技術】家庭、会社から捨てられたゴミは地方自
治体の焼却炉で燃やされ、その未燃分の焼却灰及び煙に
含まれる飛灰（含有元素：Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｋ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｓ）は廃棄物処理法改正によりそ
の処理基準に基づいて、再処理溶融炉で無害化され最終
処分または有効利用される。
治体の焼却炉で燃やされ、その未燃分の焼却灰及び煙に
含まれる飛灰（含有元素：Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｋ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｓ）は廃棄物処理法改正によりそ
の処理基準に基づいて、再処理溶融炉で無害化され最終
処分または有効利用される。
【０００３】この再処理工程を図２に示すように、溶融
炉１２内に焼却灰１１を入れ、電熱源である加熱用ヒー
ター２で１３００〜１６００℃に加熱すると、焼却灰１
１が溶融して金属元素１３が蒸発する。この金属元素１
３を取り出して冷却装置（不図示）で急冷し凝縮させて
微粒子とし、これをバグフィルタ１５で回収して重金属
濃縮物１６を回収する。一方無害化されたガス１７はガ
ス処理装置を経て大気中へ放出される。また、溶融炉１
２内の残存物はガラス顆粒１８として取り出され、有効
利用または処分されるようになっている。
炉１２内に焼却灰１１を入れ、電熱源である加熱用ヒー
ター２で１３００〜１６００℃に加熱すると、焼却灰１
１が溶融して金属元素１３が蒸発する。この金属元素１
３を取り出して冷却装置（不図示）で急冷し凝縮させて
微粒子とし、これをバグフィルタ１５で回収して重金属
濃縮物１６を回収する。一方無害化されたガス１７はガ
ス処理装置を経て大気中へ放出される。また、溶融炉１
２内の残存物はガラス顆粒１８として取り出され、有効
利用または処分されるようになっている。
【０００４】この溶融炉１２には、加熱用ヒーター２と
温度管理のための熱電対３が必要であるが、溶融した焼
却灰１１は溶融炉１２内で溶融スラグ、溶融塩、あるい
はその蒸気成分として存在するため、これらの物質から
加熱用ヒーター２または熱電対３を保護する必要があ
る。
温度管理のための熱電対３が必要であるが、溶融した焼
却灰１１は溶融炉１２内で溶融スラグ、溶融塩、あるい
はその蒸気成分として存在するため、これらの物質から
加熱用ヒーター２または熱電対３を保護する必要があ
る。
【０００５】そこで、耐熱性・耐食性に優れたセラミッ
クス製の保護管１で加熱用ヒーター２や熱電対３を覆う
ことが行われている。上記保護管１の材質としては例え
ば特開昭５１−７１３１２号公報に示されるように、Ｍ
ｇＯ−ＺｒＳｉＯ2 −Ａｌ2Ｏ3 の複合セラミックスが
使用されている。
クス製の保護管１で加熱用ヒーター２や熱電対３を覆う
ことが行われている。上記保護管１の材質としては例え
ば特開昭５１−７１３１２号公報に示されるように、Ｍ
ｇＯ−ＺｒＳｉＯ2 −Ａｌ2Ｏ3 の複合セラミックスが
使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ゴミ焼却に
より発生する灰分を再加熱処理する際、灰に含まれるＣ
ｄ、Ｐｂ、Ｚｎ等の金属元素類やダイオキシン、フラン
等の有害汚染物質を分解するため、電熱により１３００
〜１６００℃で加熱溶融処理を行い無害化するが、溶融
炉１２で使用する保護管１は、焼却灰１１が溶けてでき
る溶融塩、溶融スラグ、あるいは蒸気等にさらされるこ
とになる。そのため、これら成分中のＳｉ、Ａｌ、Ｆ
ｅ、Ｃａ、Ｎａは保護管１を成すセラミックス中に徐々
に浸食し、次第にセラミックスが変質して強度劣化を起
こすことから、クラックを生じたり、破損が生じやすく
なって、長期にわたり使用できるものではなかった。
より発生する灰分を再加熱処理する際、灰に含まれるＣ
ｄ、Ｐｂ、Ｚｎ等の金属元素類やダイオキシン、フラン
等の有害汚染物質を分解するため、電熱により１３００
〜１６００℃で加熱溶融処理を行い無害化するが、溶融
炉１２で使用する保護管１は、焼却灰１１が溶けてでき
る溶融塩、溶融スラグ、あるいは蒸気等にさらされるこ
とになる。そのため、これら成分中のＳｉ、Ａｌ、Ｆ
ｅ、Ｃａ、Ｎａは保護管１を成すセラミックス中に徐々
に浸食し、次第にセラミックスが変質して強度劣化を起
こすことから、クラックを生じたり、破損が生じやすく
なって、長期にわたり使用できるものではなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、ＭｇＯまたはＭｇＯスピネル（ＭｇＡｌ
2Ｏ4）を９５．８重量％以上含有し、残部がＳｉＯ2、
ＣａＯ、Ｎａ2Ｏ等のガラス成分からなり、平均結晶粒
径２μｍ以上、気孔率３％以下であるセラミックスによ
り、先端の閉じた管状体を形成して溶融炉用保護管とし
たものである。
題に鑑み、ＭｇＯまたはＭｇＯスピネル（ＭｇＡｌ
2Ｏ4）を９５．８重量％以上含有し、残部がＳｉＯ2、
ＣａＯ、Ｎａ2Ｏ等のガラス成分からなり、平均結晶粒
径２μｍ以上、気孔率３％以下であるセラミックスによ
り、先端の閉じた管状体を形成して溶融炉用保護管とし
たものである。
【０００８】即ち、本発明は、保護管を成すセラミック
スとして、ＭｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分するこ
とを特徴とする。
スとして、ＭｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分するこ
とを特徴とする。
【０００９】例えばＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 等を主成分とす
る非酸化物セラミックスでは大気中１５００℃以上での
耐熱性が悪く、またＡｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 を主成分とす
るセラミックスでは高純度原料を使用しても耐食性に問
題があり、特にＺｒＯ2 を主成分とするセラミックスは
１５００℃以上の高温にさらされると相変態を起こして
強度劣化を生じることから、保護管材料としては不適当
である。これらに対し、酸化物セラミックス中でも、Ｍ
ｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分とするセラミックス
は、それぞれ融点が２８００℃、２１３５℃と融点が極
めて高いことから耐熱性、耐食性に優れ、保護管として
最適である。
る非酸化物セラミックスでは大気中１５００℃以上での
耐熱性が悪く、またＡｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 を主成分とす
るセラミックスでは高純度原料を使用しても耐食性に問
題があり、特にＺｒＯ2 を主成分とするセラミックスは
１５００℃以上の高温にさらされると相変態を起こして
強度劣化を生じることから、保護管材料としては不適当
である。これらに対し、酸化物セラミックス中でも、Ｍ
ｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分とするセラミックス
は、それぞれ融点が２８００℃、２１３５℃と融点が極
めて高いことから耐熱性、耐食性に優れ、保護管として
最適である。
【００１０】なおＭｇＯスピネルとは、ＭｇＡｌ2 Ｏ4
で表され、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 がモル比１：１で結合し
た化合物のことである。
で表され、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 がモル比１：１で結合し
た化合物のことである。
【００１１】そして、本発明では主成分を成すＭｇＯま
たはＭｇＯスピネルの含有量（以下純度という）を９５
重量％以上とし、残部を成すＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2
Ｏ等のガラス成分の合計量を５重量％以下としたことを
特徴とする。
たはＭｇＯスピネルの含有量（以下純度という）を９５
重量％以上とし、残部を成すＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2
Ｏ等のガラス成分の合計量を５重量％以下としたことを
特徴とする。
【００１２】即ち、溶融炉において、灰成分中のＳｉ、
Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ等の浸食元素は保護管を成すセ
ラミックスの結晶粒界中に優先的に侵入してセラミック
スを腐食し変質させる。そのため、ＭｇＯまたはＭｇＯ
スピネルを主成分とし、純度を９５重量％以上とすれ
ば、結晶粒界を構成するＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ等
のガラス成分を少なくし、浸食元素が侵入しにくくなる
のである。
Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ等の浸食元素は保護管を成すセ
ラミックスの結晶粒界中に優先的に侵入してセラミック
スを腐食し変質させる。そのため、ＭｇＯまたはＭｇＯ
スピネルを主成分とし、純度を９５重量％以上とすれ
ば、結晶粒界を構成するＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ等
のガラス成分を少なくし、浸食元素が侵入しにくくなる
のである。
【００１３】なお、純度を９５重量％以上とするために
は、予め高純度の一次原料を使用するとともに、製造工
程において不純物の混入を防止すれば良い。
は、予め高純度の一次原料を使用するとともに、製造工
程において不純物の混入を防止すれば良い。
【００１４】また、本発明では、保護管を成すセラミッ
クスの平均結晶粒径を２μｍ以上としたことを特徴とす
るが、これは平均結晶粒径が２μｍ未満であると浸食元
素が著しく侵入して変質を促しやすくなるためである。
即ち、本発明では結晶粒径を大きくすることによって結
晶粒界のガラス成分を少なくし、上記と同様の理由によ
り浸食元素の進入を防止するようにしたものである。
クスの平均結晶粒径を２μｍ以上としたことを特徴とす
るが、これは平均結晶粒径が２μｍ未満であると浸食元
素が著しく侵入して変質を促しやすくなるためである。
即ち、本発明では結晶粒径を大きくすることによって結
晶粒界のガラス成分を少なくし、上記と同様の理由によ
り浸食元素の進入を防止するようにしたものである。
【００１５】さらに、本発明では、気孔率を３％以下と
したことを特徴とするが、これは気孔率が３％を超える
と、浸食元素が著しく侵入して変質を促しやすくなるた
めである。
したことを特徴とするが、これは気孔率が３％を超える
と、浸食元素が著しく侵入して変質を促しやすくなるた
めである。
【００１６】なお、上記平均結晶粒径や気孔率は、出発
原料の粒径や焼成条件等によって自由に調整することが
できる。
原料の粒径や焼成条件等によって自由に調整することが
できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を説明す
る。
る。
【００１８】図１に示すように、本発明の保護管１は、
先端の閉じた管状体であり、全体がＭｇＯまたはＭｇＯ
スピネルを９５重量％以上含み、平均結晶粒径２μｍ以
上、気孔率３％以下のセラミックスから成っている。
先端の閉じた管状体であり、全体がＭｇＯまたはＭｇＯ
スピネルを９５重量％以上含み、平均結晶粒径２μｍ以
上、気孔率３％以下のセラミックスから成っている。
【００１９】この保護管１は、図２に示すように、ゴミ
焼却灰再処理用の溶融炉１２中にて加熱用ヒーター２や
熱電対３を覆うように設置し、これらを保護することが
できる。この時、保護管１を成すＭｇＯまたはＭｇＯス
ピネルを主成分とするセラミックスは、耐熱性、耐食性
が高いことから長期間安定して使用することができる。
焼却灰再処理用の溶融炉１２中にて加熱用ヒーター２や
熱電対３を覆うように設置し、これらを保護することが
できる。この時、保護管１を成すＭｇＯまたはＭｇＯス
ピネルを主成分とするセラミックスは、耐熱性、耐食性
が高いことから長期間安定して使用することができる。
【００２０】また、保護管１の肉厚ｔについては、耐ヒ
ートショック性や加熱効率等の点からは薄い方が好まし
いが、保護性や製造上の点からは厚い方が好ましく、一
般に肉厚ｔは５ｍｍ以上とすることが好ましい。さら
に、部分的に肉厚ｔを変化させることも可能である。
ートショック性や加熱効率等の点からは薄い方が好まし
いが、保護性や製造上の点からは厚い方が好ましく、一
般に肉厚ｔは５ｍｍ以上とすることが好ましい。さら
に、部分的に肉厚ｔを変化させることも可能である。
【００２１】なお、本発明の保護管１は、上述したゴミ
焼却灰再処理用の溶融炉１２に限らず、金属溶融炉等の
さまざまな溶融炉において、ヒーターや各種センサーを
保護するための保護管として用いることができる。
焼却灰再処理用の溶融炉１２に限らず、金属溶融炉等の
さまざまな溶融炉において、ヒーターや各種センサーを
保護するための保護管として用いることができる。
【００２２】
【実施例】実験例１ ゴミ焼却灰再処理溶融炉内環境を想定し、さまざまなセ
ラミックス材料とゴミ焼却灰との反応試験を行った。
ラミックス材料とゴミ焼却灰との反応試験を行った。
【００２３】まず焼却灰として、主成分がＳｉ、Ａｌ、
Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｌ等からなる
焼却灰を焼却炉より回収し、乾式加圧成形により直径１
２ｍｍ×１ｍｍで重さ０．３ｇのタブレットを作製し
た。
Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｌ等からなる
焼却灰を焼却炉より回収し、乾式加圧成形により直径１
２ｍｍ×１ｍｍで重さ０．３ｇのタブレットを作製し
た。
【００２４】次に、表１、表２に示す各種セラミックス
で直径３０ｍｍ×厚み１０ｍｍの試験片を作製し、各試
験片には焼却灰タブレットを入れるための座ぐり穴（直
径１３ｍｍ×深さ１ｍｍ）を形成した。
で直径３０ｍｍ×厚み１０ｍｍの試験片を作製し、各試
験片には焼却灰タブレットを入れるための座ぐり穴（直
径１３ｍｍ×深さ１ｍｍ）を形成した。
【００２５】それぞれの試験片の座ぐり穴に焼却灰タブ
レットを置き、大気中１５５０℃で５０時間の熱処理を
加えた。
レットを置き、大気中１５５０℃で５０時間の熱処理を
加えた。
【００２６】その後、各試験片について外観を目視で観
察し、溶融あるいはクラックの有無を調べた。また、各
試験片を切断した断面について、ＳＥＭでクラックの有
無を調べ、ＥＰＭＡ分析でＳｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋ
の各元素の検出を行い、これらの元素の反応層の有無を
調べた。
察し、溶融あるいはクラックの有無を調べた。また、各
試験片を切断した断面について、ＳＥＭでクラックの有
無を調べ、ＥＰＭＡ分析でＳｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋ
の各元素の検出を行い、これらの元素の反応層の有無を
調べた。
【００２７】これらの結果は表１、２に示す通りであ
る。なお、これらの表において、クラック、溶融、反応
層が有るものは×、無いものは○で表した。
る。なお、これらの表において、クラック、溶融、反応
層が有るものは×、無いものは○で表した。
【００２８】これらの結果から、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2
では溶融・クラックが発生し、焼却灰中の金属元素との
反応層も存在するため、保護管用材料としては不適であ
った。また、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 は、熱処理試験後完全
に溶融している事が確認されたため、同様に不適であっ
た。
では溶融・クラックが発生し、焼却灰中の金属元素との
反応層も存在するため、保護管用材料としては不適であ
った。また、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 は、熱処理試験後完全
に溶融している事が確認されたため、同様に不適であっ
た。
【００２９】これらに対し、Ｎｏ．５，７に示す純度９
９重量％のＭｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分とする
セラミックスでは、溶融・クラックの発生は無く、焼却
灰中の金属元素との反応層も認められないことから、保
護管材料として問題無く使用できることがわかる。
９重量％のＭｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分とする
セラミックスでは、溶融・クラックの発生は無く、焼却
灰中の金属元素との反応層も認められないことから、保
護管材料として問題無く使用できることがわかる。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】実験例２ 次に、ＭｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分とするセラ
ミックスの純度、平均結晶粒径、気孔率を種々変更させ
て、実験例１と同し反応試験を実施した。
ミックスの純度、平均結晶粒径、気孔率を種々変更させ
て、実験例１と同し反応試験を実施した。
【００３３】結果を表３、４に示す。この結果より、Ｍ
ｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分とするセラミックス
で、純度９５重量％以上、平均結晶粒径２μｍ以上、気
孔率３％以下としたものは、溶融やクラックがなく、焼
却灰中の金属元素との反応層も無いことから保護管とし
て好適に使用できることがわかる。
ｇＯまたはＭｇＯスピネルを主成分とするセラミックス
で、純度９５重量％以上、平均結晶粒径２μｍ以上、気
孔率３％以下としたものは、溶融やクラックがなく、焼
却灰中の金属元素との反応層も無いことから保護管とし
て好適に使用できることがわかる。
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】実験例３ 比較例として表１中Ｎｏ．２のＡｌ2 Ｏ3 、本発明実施
例として表３中Ｎｏ．４のＭｇＯ、及び表４中Ｎｏ．２
７のＭｇＯスピネルを用いて、外径１８０ｍｍ、内径１
６０ｍｍ、肉厚ｔが１０ｍｍ、長さ８００ｍｍの図１に
示す保護管１を製作し、図２に示すゴミ焼却灰再処理用
の溶融炉１２で使用試験を行い、再処理温度１５００℃
における寿命を確認した。
例として表３中Ｎｏ．４のＭｇＯ、及び表４中Ｎｏ．２
７のＭｇＯスピネルを用いて、外径１８０ｍｍ、内径１
６０ｍｍ、肉厚ｔが１０ｍｍ、長さ８００ｍｍの図１に
示す保護管１を製作し、図２に示すゴミ焼却灰再処理用
の溶融炉１２で使用試験を行い、再処理温度１５００℃
における寿命を確認した。
【００３７】結果を表５に示すように、本発明の保護管
を用いれば、ゴミ焼却灰再処理用の溶融炉において２０
００時間に渡って使用可能である事が実証された。
を用いれば、ゴミ焼却灰再処理用の溶融炉において２０
００時間に渡って使用可能である事が実証された。
【００３８】
【表５】
【００３９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ＭｇＯ
またはＭｇＡｌ2Ｏ4を９５．８重量％以上含有し、残部
がＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｎａ2Ｏ等のガラス成分からなり、
平均結晶粒径２μｍ以上、気孔率３％以下であるセラミ
ックスにより、先端の閉じた管状体を形成して溶融炉用
保護管としたことによって、耐熱性、耐食性に優れるこ
とから長期間良好に使用することができます。
またはＭｇＡｌ2Ｏ4を９５．８重量％以上含有し、残部
がＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｎａ2Ｏ等のガラス成分からなり、
平均結晶粒径２μｍ以上、気孔率３％以下であるセラミ
ックスにより、先端の閉じた管状体を形成して溶融炉用
保護管としたことによって、耐熱性、耐食性に優れるこ
とから長期間良好に使用することができます。
【００４０】特に、ゴミ焼却灰再処理用の溶融炉に用い
れば、焼却灰中に含まれる金属元素の浸食を防止し、寿
命を長くすることができる。
れば、焼却灰中に含まれる金属元素の浸食を防止し、寿
命を長くすることができる。
【図１】本発明の溶融炉用保護管を示す断面図である。
【図２】ゴミ焼却灰再処理装置を示す概略図である。
１：保護管 ２：加熱用ヒーター ３：熱電対 １１：焼却灰 １２：溶融炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/00 - 35/22 C04B 35/42 - 35/49 C04B 35/62 - 35/632
Claims (1)
- 【請求項１】ＭｇＯまたはＭｇＡｌ 2 Ｏ 4 を９５．８重量
％以上含有し、残部がＳｉＯ 2 、ＣａＯ、Ｎａ 2 Ｏ等のガ
ラス成分からなり、平均結晶粒径２μｍ以上、気孔率３
％以下であるセラミックスにより、先端の閉じた管状体
を形成したことを特徴とする溶融炉用保護管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19385195A JP3215016B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 溶融炉用保護管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19385195A JP3215016B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 溶融炉用保護管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0940453A JPH0940453A (ja) | 1997-02-10 |
| JP3215016B2 true JP3215016B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=16314814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19385195A Expired - Fee Related JP3215016B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 溶融炉用保護管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3215016B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0832862B1 (en) * | 1996-09-30 | 2002-11-20 | Kyocera Corporation | Heat- and corrosion-resisting protection tube |
| US6227127B1 (en) | 1998-04-28 | 2001-05-08 | Kyocera Corporation | Furnace material, heat resisting protection tube and protective member using the same sintered material |
-
1995
- 1995-07-28 JP JP19385195A patent/JP3215016B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0940453A (ja) | 1997-02-10 |
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