JP3336213B2 - 耐熱耐食性保護管 - Google Patents
耐熱耐食性保護管Info
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- JP3336213B2 JP3336213B2 JP35120696A JP35120696A JP3336213B2 JP 3336213 B2 JP3336213 B2 JP 3336213B2 JP 35120696 A JP35120696 A JP 35120696A JP 35120696 A JP35120696 A JP 35120696A JP 3336213 B2 JP3336213 B2 JP 3336213B2
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- Japan
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- pores
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- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ焼却炉や、ゴ
ミ焼却灰再処理溶融炉等の溶融炉、その他の各種炉等に
於いて、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。
ミ焼却灰再処理溶融炉等の溶融炉、その他の各種炉等に
於いて、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、Na、S)には、重金属成分やダ
イオキシン、フラン等の有毒元素が含まれている。
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、Na、S)には、重金属成分やダ
イオキシン、フラン等の有毒元素が含まれている。
【0003】これまでは、地方自治体の焼却炉で燃やさ
れた後の未燃分の焼却灰は、最終処分場にそのまま埋め
られていたが、立地条件も厳しくなり、場所の確保が難
しくなっている。加えて、ダイオキシンやフラン等の有
毒汚染物質の無害化は法律や条例でかなり厳しく規制さ
れつつあるため、焼却灰、飛灰を回収し、これを再溶融
することにより有害物質を無害化する溶融炉の必要性が
年々高まっている。
れた後の未燃分の焼却灰は、最終処分場にそのまま埋め
られていたが、立地条件も厳しくなり、場所の確保が難
しくなっている。加えて、ダイオキシンやフラン等の有
毒汚染物質の無害化は法律や条例でかなり厳しく規制さ
れつつあるため、焼却灰、飛灰を回収し、これを再溶融
することにより有害物質を無害化する溶融炉の必要性が
年々高まっている。
【0004】焼却炉で燃やされた後の未燃分の焼却灰
は、高温加熱処理でスラグ化すれば、 焼却灰の1/2〜1/4程度に体積を小さくすること
ができ、ダイオキシン等の有害汚染物質を高熱で分解
して無害化できる、等の理由により、この溶融炉での高
温加熱処理法が有望視されているのである。
は、高温加熱処理でスラグ化すれば、 焼却灰の1/2〜1/4程度に体積を小さくすること
ができ、ダイオキシン等の有害汚染物質を高熱で分解
して無害化できる、等の理由により、この溶融炉での高
温加熱処理法が有望視されているのである。
【0005】溶融炉での加熱処理工程を図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11が溶融して含有する金属元素13が蒸発す
る。この金属元素13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、これをフィルタ15等
で回収して金属濃縮物16を回収する。一方ダイオキシ
ンやフラン等の有毒物質は熱破壊され、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12内の残存物はスラグ(ガラス)状顆粒1
8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。
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11が溶融して含有する金属元素13が蒸発す
る。この金属元素13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、これをフィルタ15等
で回収して金属濃縮物16を回収する。一方ダイオキシ
ンやフラン等の有毒物質は熱破壊され、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12内の残存物はスラグ(ガラス)状顆粒1
8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。
【0006】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。
【0007】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。
【0008】
【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
に侵入、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
に侵入、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。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
セラミックスからなる先端を封止した管状体からなる耐
熱耐食性保護管において、上記セラミックスの少なくと
も外表面層に存在するポアの平均径が20μm以下、ポ
ア占有率が10%以下、ポアのアスペクト比(長径/短
径の比)が5以下であることを特徴とする。
セラミックスからなる先端を封止した管状体からなる耐
熱耐食性保護管において、上記セラミックスの少なくと
も外表面層に存在するポアの平均径が20μm以下、ポ
ア占有率が10%以下、ポアのアスペクト比(長径/短
径の比)が5以下であることを特徴とする。
【0010】即ち、本発明では、保護管への金属元素の
浸食が主にポアから発生することを見出し、保護管に存
在するポアを平均径20μm以下と小さくするととも
に、ポア占有率10%以下となるように量を少なくする
ことによって、腐食を減らしたものである。しかも、本
発明では、ポアのアスペクト比を5以下とすることによ
って、ポアを丸い形状としてポアの表面積を小さくし、
上記金属元素の浸食を少なくしたものである。
浸食が主にポアから発生することを見出し、保護管に存
在するポアを平均径20μm以下と小さくするととも
に、ポア占有率10%以下となるように量を少なくする
ことによって、腐食を減らしたものである。しかも、本
発明では、ポアのアスペクト比を5以下とすることによ
って、ポアを丸い形状としてポアの表面積を小さくし、
上記金属元素の浸食を少なくしたものである。
【0011】さらに本発明では、上記セラミックスが、
Al2 O3 、MgAl2 O4 の少なくとも一種の結晶相
を有することを特徴とする。即ち、これらのセラミック
スは特に耐熱性、耐食性に優れており、さらに寿命を長
くすることができる。
Al2 O3 、MgAl2 O4 の少なくとも一種の結晶相
を有することを特徴とする。即ち、これらのセラミック
スは特に耐熱性、耐食性に優れており、さらに寿命を長
くすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を説明す
る。
る。
【0013】図1(a)に示すように、本発明の保護管
1は、セラミックスからなる先端を封止した管状体であ
り、円筒状の側面部と半球状の先端封止部が滑らかな曲
面で連続した形状となっている。
1は、セラミックスからなる先端を封止した管状体であ
り、円筒状の側面部と半球状の先端封止部が滑らかな曲
面で連続した形状となっている。
【0014】そして、この保護管1は、例えば図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、本発明の保護管1は、
耐熱性、耐食性が高いことから長期間安心して使用する
ことができる。
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、本発明の保護管1は、
耐熱性、耐食性が高いことから長期間安心して使用する
ことができる。
【0015】また、上記保護管1を成すセラミックスの
少なくとも外表面層に存在するポアは、平均径が20μ
m以下、ポア占有率が10%以下、ポアのアスペクト比
が5以下となっている。即ち、本発明の保護管1は、全
体にわたって存在するポアが上記範囲内となるか、また
は保護管1の外表面層のみについてポアが上記範囲内と
なってれば良い。
少なくとも外表面層に存在するポアは、平均径が20μ
m以下、ポア占有率が10%以下、ポアのアスペクト比
が5以下となっている。即ち、本発明の保護管1は、全
体にわたって存在するポアが上記範囲内となるか、また
は保護管1の外表面層のみについてポアが上記範囲内と
なってれば良い。
【0016】後者の具体的な例としては、図1(b)に
示すように、保護管1の外表面層1aのみをポアが上記
範囲となるようにして耐食性を向上し、内表面層1bは
ポアの多い多孔質体として耐熱性を向上させることもで
きる。このような二重構造の保護管1は、例えば予め内
表面層1bを成す多孔質体で管状体を作製し、その表面
にスラリーを塗布して焼成することによって得ることが
できる。
示すように、保護管1の外表面層1aのみをポアが上記
範囲となるようにして耐食性を向上し、内表面層1bは
ポアの多い多孔質体として耐熱性を向上させることもで
きる。このような二重構造の保護管1は、例えば予め内
表面層1bを成す多孔質体で管状体を作製し、その表面
にスラリーを塗布して焼成することによって得ることが
できる。
【0017】ここで、ポアの平均径を20μm以下、ポ
ア占有率を10%以下としたのは、ポアの最大径が20
μmを超えるかまたはポア占有率が10%を超えると、
浸食元素が容易にセラミックス中に侵入し、保護管1の
寿命を著しく低下させるためである。
ア占有率を10%以下としたのは、ポアの最大径が20
μmを超えるかまたはポア占有率が10%を超えると、
浸食元素が容易にセラミックス中に侵入し、保護管1の
寿命を著しく低下させるためである。
【0018】つまり、Si,Al,Fe,Ca,Na等
の浸食元素は、通常セラミックスの結晶粒界から侵入
し、結晶粒界部を劣化させ、粒界強度を弱めて母材から
結晶が離脱するなどして浸食が進行していくが、その浸
食経路中にポアが存在すると、ポアの空間中は浸食元素
が自由に移動可能となる。そのため、ポアの平均径が2
0μmを超えるかまたはポア占有率が10%を超える
と、上記浸食元素の侵入速度が著しく速くなり、保護管
の寿命が格段に悪くなるのである。また、セラミックス
中のポアが大きく、多くなるとセラミックス自体の強度
が低下するという問題も生じる。
の浸食元素は、通常セラミックスの結晶粒界から侵入
し、結晶粒界部を劣化させ、粒界強度を弱めて母材から
結晶が離脱するなどして浸食が進行していくが、その浸
食経路中にポアが存在すると、ポアの空間中は浸食元素
が自由に移動可能となる。そのため、ポアの平均径が2
0μmを超えるかまたはポア占有率が10%を超える
と、上記浸食元素の侵入速度が著しく速くなり、保護管
の寿命が格段に悪くなるのである。また、セラミックス
中のポアが大きく、多くなるとセラミックス自体の強度
が低下するという問題も生じる。
【0019】これに対し、上述したように、保護管1を
成すセラミックスに存在するポアの平均径を20μm以
下、ポア占有率を10%以下としておけば、上記浸食元
素の侵入を遅くし寿命を長く維持できる。
成すセラミックスに存在するポアの平均径を20μm以
下、ポア占有率を10%以下としておけば、上記浸食元
素の侵入を遅くし寿命を長く維持できる。
【0020】また、本発明では、保護管1を成すセラミ
ックスに存在するポアのアスペクト比を5以下と規定し
たことを特徴とする。ここでポアのアスペクト比とは、
ポアの断面形状における最も長い距離を長径、最も短い
距離を短径として、 アスペクト比=長径/短径 で算出した値である。したがって、同一体積のポアが存
在した場合、アスペクト比が小さいほどポアが丸いこと
を意味しており、上記浸食元素の移動量を少なくできる
のである。そして、ポアのアスペクト比が5を超えると
浸食元素の移動量が大きくなって著しく保護管1の寿命
が格段に悪くなるため、アスペクト比を5以下と規定し
た。
ックスに存在するポアのアスペクト比を5以下と規定し
たことを特徴とする。ここでポアのアスペクト比とは、
ポアの断面形状における最も長い距離を長径、最も短い
距離を短径として、 アスペクト比=長径/短径 で算出した値である。したがって、同一体積のポアが存
在した場合、アスペクト比が小さいほどポアが丸いこと
を意味しており、上記浸食元素の移動量を少なくできる
のである。そして、ポアのアスペクト比が5を超えると
浸食元素の移動量が大きくなって著しく保護管1の寿命
が格段に悪くなるため、アスペクト比を5以下と規定し
た。
【0021】例えば、図3にアスペクト比が1.2のポ
ア(黒い部分)の模式図を示し、図4にアスペクト比が
6.6のポア(黒い部分)の模式図を示す。図4のよう
にポアのアスペクト比が5を超えたものでは、ポア中の
浸食元素の移動量が大きくなるが、図3のようにアスペ
クト比が5以下のポアであれば、全体に丸い形状とな
り、浸食元素の移動量を少なくすることができる。
ア(黒い部分)の模式図を示し、図4にアスペクト比が
6.6のポア(黒い部分)の模式図を示す。図4のよう
にポアのアスペクト比が5を超えたものでは、ポア中の
浸食元素の移動量が大きくなるが、図3のようにアスペ
クト比が5以下のポアであれば、全体に丸い形状とな
り、浸食元素の移動量を少なくすることができる。
【0022】なお、本発明においてポアの平均径、ポア
占有率、ポアのアスペクト比は以下のようにして測定す
る。
占有率、ポアのアスペクト比は以下のようにして測定す
る。
【0023】まず、保護管1の任意の外表面を鏡面研磨
した後、金属顕微鏡と画像解析装置からなるポア率測定
装置を用いて、測定面積2.25×105 μm2 を倍率
200倍にて測定し、この範囲内におけるポアの平均径
と、この面積中のポア占有率を測定する。また、同じ鏡
面研磨した表面を電子顕微鏡(SEM)で1000倍に
拡大した写真を撮り、この写真から任意のポアを10個
選び、それぞれ長径と短径を測定してアスペクト比を算
出し、10個の平均値により求める。
した後、金属顕微鏡と画像解析装置からなるポア率測定
装置を用いて、測定面積2.25×105 μm2 を倍率
200倍にて測定し、この範囲内におけるポアの平均径
と、この面積中のポア占有率を測定する。また、同じ鏡
面研磨した表面を電子顕微鏡(SEM)で1000倍に
拡大した写真を撮り、この写真から任意のポアを10個
選び、それぞれ長径と短径を測定してアスペクト比を算
出し、10個の平均値により求める。
【0024】なお、ポアの平均径、ポアの占有率、ポア
のアスペクト比は、保護管1を成すセラミックスの焼成
条件によって決定され、上記範囲内となるような条件で
焼成すれば良い。
のアスペクト比は、保護管1を成すセラミックスの焼成
条件によって決定され、上記範囲内となるような条件で
焼成すれば良い。
【0025】次に、本発明の保護管1を成すセラミック
スとしては、さまざまなものを用いることができるが、
特にAl2 O3 、MgOスピネル(MgAl2 O4 )、
又はMgOを主成分とするものが好ましい。
スとしては、さまざまなものを用いることができるが、
特にAl2 O3 、MgOスピネル(MgAl2 O4 )、
又はMgOを主成分とするものが好ましい。
【0026】より好ましくは、50モル%以下(28.
6重量%以下)のMgOと、50モル%以上(71.4
重量%以上)のAl2 O3 を主成分とし、MgO/Al
2 O3 のモル比を1以下(重量比を0.40以下)と
し、MgAl2 O4 とAl2 O3 の少なくとも一種以上
の結晶相を有するセラミックスを用いる。
6重量%以下)のMgOと、50モル%以上(71.4
重量%以上)のAl2 O3 を主成分とし、MgO/Al
2 O3 のモル比を1以下(重量比を0.40以下)と
し、MgAl2 O4 とAl2 O3 の少なくとも一種以上
の結晶相を有するセラミックスを用いる。
【0027】また、この主成分を成すAl2 O3 とMg
Oの合計100重量部に対し、SiO2 、CaO、Na
2 O、Fe2 O3 等の不純物成分を合計5重量部以下含
有し、平均結晶粒径2μm以上、気孔率3%以下とする
ことが好ましい。
Oの合計100重量部に対し、SiO2 、CaO、Na
2 O、Fe2 O3 等の不純物成分を合計5重量部以下含
有し、平均結晶粒径2μm以上、気孔率3%以下とする
ことが好ましい。
【0028】これらのMgOスピネル(MgAl
2 O4 )又はAl2 O3 を主成分とするセラミックス
は、融点が2000℃以上と極めて高く、1500〜1
600℃の高温中でも安定した耐熱性、耐食性を有して
おり、保護管1として最適な材料である。
2 O4 )又はAl2 O3 を主成分とするセラミックス
は、融点が2000℃以上と極めて高く、1500〜1
600℃の高温中でも安定した耐熱性、耐食性を有して
おり、保護管1として最適な材料である。
【0029】なお、MgOスピネルとはMgAl2 O4
で表され、理論定比はMgOとAl2 O3 がモル比1:
1、重量比で28.6:71.4で結合した化合物のこ
とである。そして、MgOとAl2 O3 の組成比率を種
々に変更すると、理論定比ではMgAl2 O4 結晶のみ
が存在するが、理論定比よりもMgOを多くするとMg
O+MgAl2 O4 の二相結晶構造となり、一方理論定
比よりもAl2 O3 を多くするとAl2 O3 +MgAl
2 O4 の二相結晶構造となる。
で表され、理論定比はMgOとAl2 O3 がモル比1:
1、重量比で28.6:71.4で結合した化合物のこ
とである。そして、MgOとAl2 O3 の組成比率を種
々に変更すると、理論定比ではMgAl2 O4 結晶のみ
が存在するが、理論定比よりもMgOを多くするとMg
O+MgAl2 O4 の二相結晶構造となり、一方理論定
比よりもAl2 O3 を多くするとAl2 O3 +MgAl
2 O4 の二相結晶構造となる。
【0030】また、上記セラミックスでは、MgOスピ
ネル(MgAl2 O4 )とAl2 O3 の少なくとも一種
以上の結晶相を含むが、この結晶相は、X線回折により
容易に分析することができ、MgAl2 O4 とAl2 O
3 の少なくとも一種以上の結晶相を含むとは、これらの
一種以上の結晶相のピークが存在することを意味する。
ネル(MgAl2 O4 )とAl2 O3 の少なくとも一種
以上の結晶相を含むが、この結晶相は、X線回折により
容易に分析することができ、MgAl2 O4 とAl2 O
3 の少なくとも一種以上の結晶相を含むとは、これらの
一種以上の結晶相のピークが存在することを意味する。
【0031】さらに、溶融炉において、灰成分中のS
i、Al、Fe、Ca、Na等の浸食元素は保護管1を
成すセラミックス中の結晶粒界中に浸食してセラミック
スを腐食し変質させる。そのため、保護管1を成すセラ
ミックスとして、上記主成分100重量部に対して、S
iO2 、CaO、Na2 O、Fe2 O3 等の不純物成分
を合計5重量部以下とすれば、結晶粒界を構成するガラ
ス成分を少なくし、浸食元素の侵入を防止することがで
きる。
i、Al、Fe、Ca、Na等の浸食元素は保護管1を
成すセラミックス中の結晶粒界中に浸食してセラミック
スを腐食し変質させる。そのため、保護管1を成すセラ
ミックスとして、上記主成分100重量部に対して、S
iO2 、CaO、Na2 O、Fe2 O3 等の不純物成分
を合計5重量部以下とすれば、結晶粒界を構成するガラ
ス成分を少なくし、浸食元素の侵入を防止することがで
きる。
【0032】なお、不純物成分を5重量部以下とするた
めには、予め高純度のMgO、Al2 O3 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。
めには、予め高純度のMgO、Al2 O3 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。
【0033】また、上記セラミックスの平均結晶粒径を
2μm以上とすることが好ましい。これは、平均結晶粒
径が2μm未満であると浸食元素が粒界に侵入した場
合、結晶間の粒界部強度が弱まり母材から結晶が脱離し
て浸食が進行しやすく、この現象が繰り返し進むとスル
ーホール発生等により著しく保護管寿命を低下させるた
めである。この平均結晶粒径は、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。
2μm以上とすることが好ましい。これは、平均結晶粒
径が2μm未満であると浸食元素が粒界に侵入した場
合、結晶間の粒界部強度が弱まり母材から結晶が脱離し
て浸食が進行しやすく、この現象が繰り返し進むとスル
ーホール発生等により著しく保護管寿命を低下させるた
めである。この平均結晶粒径は、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。
【0034】さらに、保護管1の肉厚tはについては、
耐熱衝撃性や熱効率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3mm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り、例えば球面状の
先端封止部の肉厚を他の部分よりも大きく形成しておく
こともできる。
耐熱衝撃性や熱効率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3mm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り、例えば球面状の
先端封止部の肉厚を他の部分よりも大きく形成しておく
こともできる。
【0035】以上詳述した本発明の保護管1は、図2に
示すように、ゴミ焼却灰再処理用の溶融炉12中にて好
適に使用できるが、その他に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等を保護する
ための保護管として用いることができる。あるいはゴミ
焼却炉、セラミックス等の焼成炉等の各種炉や、その他
の高温腐食性雰囲気となるような装置にも好適に用いる
ことができる。
示すように、ゴミ焼却灰再処理用の溶融炉12中にて好
適に使用できるが、その他に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等を保護する
ための保護管として用いることができる。あるいはゴミ
焼却炉、セラミックス等の焼成炉等の各種炉や、その他
の高温腐食性雰囲気となるような装置にも好適に用いる
ことができる。
【0036】
【実施例】実施例1 ゴミ焼却灰溶融炉内の環境を想定し、Al2 O3 及びM
gOスピネルを主成分とするセラミックスからなる試料
を作製し、ゴミ焼却灰との反応試験を行った。
gOスピネルを主成分とするセラミックスからなる試料
を作製し、ゴミ焼却灰との反応試験を行った。
【0037】まず、焼却灰として、成分がAl,Ca,
Mg,Na,K,Si,Fe,Cl等からなる焼却灰を
焼却炉より回収し、乾式加圧成形機により直径12mm
×厚み1mmで重さ0.3gのタブレットを作製した。
Mg,Na,K,Si,Fe,Cl等からなる焼却灰を
焼却炉より回収し、乾式加圧成形機により直径12mm
×厚み1mmで重さ0.3gのタブレットを作製した。
【0038】次に、表1に示す各種組成のセラミックス
で、直径30mm×厚み10mmで、焼却灰タブレット
を入れるための座繰り穴(直径13mm×深さ1mm)
を有するタブレット試験片を作製した。なお、No.4
〜12では、MgAl2 O4の結晶相のみを有し、組成
は同一であるが、焼結性や原料一次粒径の異なる材料を
混合することにより、ポア径等の異なるものを作製し
た。
で、直径30mm×厚み10mmで、焼却灰タブレット
を入れるための座繰り穴(直径13mm×深さ1mm)
を有するタブレット試験片を作製した。なお、No.4
〜12では、MgAl2 O4の結晶相のみを有し、組成
は同一であるが、焼結性や原料一次粒径の異なる材料を
混合することにより、ポア径等の異なるものを作製し
た。
【0039】各試験片について、結晶相、嵩比重、気孔
率、曲げ強度、ポア平均径、ポア占有率、ポアアスペク
ト比を測定した。
率、曲げ強度、ポア平均径、ポア占有率、ポアアスペク
ト比を測定した。
【0040】ここで、結晶相については、X線回折装置
を用い、条件は、Cuの管球を用いて電圧50kV、電
流200mAとし、測定範囲は2θ=10〜90°でフ
ルスケール3×104 〜10×104 cpsとして分析
した。また、嵩比重、気孔率、曲げ強度はJIS法に基
づいて試験、測定した。
を用い、条件は、Cuの管球を用いて電圧50kV、電
流200mAとし、測定範囲は2θ=10〜90°でフ
ルスケール3×104 〜10×104 cpsとして分析
した。また、嵩比重、気孔率、曲げ強度はJIS法に基
づいて試験、測定した。
【0041】さらに、ポア平均径、ポア占有率について
は、試験片の表面を鏡面研磨した後、金属顕微鏡と画像
解析装置からなるポア率測定装置を用いて、測定面積
2.25×105 μm2 を倍率200倍にて測定し、こ
の範囲内におけるポアの平均径と、この面積中のポア占
有率を測定した。また、ポアアスペクト比については、
同じ鏡面研磨した表面を電子顕微鏡(SEM)で100
0倍に拡大した写真を撮り、この写真から任意のポアを
10個選び、それぞれ長径と短径を測定してアスペクト
比を算出し、10個の平均値により求めた。
は、試験片の表面を鏡面研磨した後、金属顕微鏡と画像
解析装置からなるポア率測定装置を用いて、測定面積
2.25×105 μm2 を倍率200倍にて測定し、こ
の範囲内におけるポアの平均径と、この面積中のポア占
有率を測定した。また、ポアアスペクト比については、
同じ鏡面研磨した表面を電子顕微鏡(SEM)で100
0倍に拡大した写真を撮り、この写真から任意のポアを
10個選び、それぞれ長径と短径を測定してアスペクト
比を算出し、10個の平均値により求めた。
【0042】次に、各試験片の座繰り穴に焼結灰タブレ
ットを置き、大気中1550℃で50時間の熱処理を加
えた。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、研磨した断面についてSEM(50〜2
00倍)でクラックの有無を調べるとともに、EPMA
分析装置で、加速電圧15kV、プローブ電流2.0×
10-7Aで、Si,Fe,Ca,Na,Kの各元素の検
出を行いマッピング形式で出力した後、これらの元素の
拡散深さを測定して反応層の有無を調べた。
ットを置き、大気中1550℃で50時間の熱処理を加
えた。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、研磨した断面についてSEM(50〜2
00倍)でクラックの有無を調べるとともに、EPMA
分析装置で、加速電圧15kV、プローブ電流2.0×
10-7Aで、Si,Fe,Ca,Na,Kの各元素の検
出を行いマッピング形式で出力した後、これらの元素の
拡散深さを測定して反応層の有無を調べた。
【0043】これらの結果は表1、2に示す通りであ
る。なお、表2中において、クラック・溶融、反応層に
ついては有るものを×、ないものを○で表した。
る。なお、表2中において、クラック・溶融、反応層に
ついては有るものを×、ないものを○で表した。
【0044】この結果より、ポア平均径、ポア占有率、
ポアアスペクト比のいずれかが本発明の範囲外であるも
の(No.1〜3,10〜12,15)は、反応層が発
生しており、浸食元素が侵入しやすいことがわかる。こ
れに対し、本発明の実施例(No.4〜9,13,1
4,16)では、溶融・クラックはなく、焼却灰成分と
の反応層も認められず、溶融炉の保護管1として好適に
使用できることがわかる。
ポアアスペクト比のいずれかが本発明の範囲外であるも
の(No.1〜3,10〜12,15)は、反応層が発
生しており、浸食元素が侵入しやすいことがわかる。こ
れに対し、本発明の実施例(No.4〜9,13,1
4,16)では、溶融・クラックはなく、焼却灰成分と
の反応層も認められず、溶融炉の保護管1として好適に
使用できることがわかる。
【0045】
【表1】
【0046】
【表2】
【0047】実施例2 本発明実施例として表1中No.4、16の材質を用
い、比較例として表1中No.12の材質を用い、それ
ぞれ外径180mm、内径160mm、肉厚tが10m
m、長さ800mmの図1に示す保護管1を作製した。
この保護管1を図2に示すゴミ焼却灰溶融炉12で実機
試験を行い、温度1500℃における寿命を調べた。な
お、寿命は、腐食により保護管1にクラック又はスルー
ホール等が発生するまでの時間である。
い、比較例として表1中No.12の材質を用い、それ
ぞれ外径180mm、内径160mm、肉厚tが10m
m、長さ800mmの図1に示す保護管1を作製した。
この保護管1を図2に示すゴミ焼却灰溶融炉12で実機
試験を行い、温度1500℃における寿命を調べた。な
お、寿命は、腐食により保護管1にクラック又はスルー
ホール等が発生するまでの時間である。
【0048】結果を表3に示すように、本発明の保護管
1を用いれば、ゴミ焼却灰溶融炉において2000時間
にわたって使用可能であることが実証された。
1を用いれば、ゴミ焼却灰溶融炉において2000時間
にわたって使用可能であることが実証された。
【0049】
【表3】
【0050】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、セラミッ
クスからなる先端を封止した管状体からなる耐熱耐食性
保護管において、上記セラミックスの少なくとも外表面
層に存在するポアの平均径が20μm以下、ポア占有率
が10%以下、ポアのアスペクト比(長径/短径の比)
が5以下であることによって、耐熱性、耐食性を高くし
て長期間良好に使用するこができる。
クスからなる先端を封止した管状体からなる耐熱耐食性
保護管において、上記セラミックスの少なくとも外表面
層に存在するポアの平均径が20μm以下、ポア占有率
が10%以下、ポアのアスペクト比(長径/短径の比)
が5以下であることによって、耐熱性、耐食性を高くし
て長期間良好に使用するこができる。
【0051】特に、本発明の保護管を、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、長期間にわたって安全に使用すること
ができる。
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、長期間にわたって安全に使用すること
ができる。
【図1】(a)(b)は本発明の耐熱耐食性保護管を示
す断面図である。
す断面図である。
【図2】本発明の耐熱耐食性保護管を用いるゴミ焼却灰
再処理装置を示す概略図である。
再処理装置を示す概略図である。
【図3】耐熱耐食性保護管を成すセラミックスのポアの
形状を示す模式図である。
形状を示す模式図である。
【図4】耐熱耐食性保護管を成すセラミックスのポアの
形状を示す模式図である。
形状を示す模式図である。
1:保護管 2:加熱用ヒーター 3:熱電対 11:焼却灰 12:溶融炉 13:金属元素 15:フィルター 16:重金属濃縮物 17:ガス 18:スラグ顆粒
Claims (2)
- 【請求項1】セラミックスからなる先端を封止した管状
体であって、上記セラミックスの少なくとも外表面層に
に存在するポアの平均径が20μm以下、ポア占有率が
10%以下、ポアのアスペクト比(長径/短径の比)が
5以下であることを特徴とする耐熱耐食性保護管。 - 【請求項2】上記セラミックスが、Al2 O3 、MgA
l2 O4 の少なくとも一種の結晶相を有することを特徴
とする請求項1記載の耐熱耐食性保護管。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35120696A JP3336213B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 耐熱耐食性保護管 |
DE69717226T DE69717226T2 (de) | 1996-09-30 | 1997-09-29 | Hitze- und korrosionsbeständiges Schutzrohr |
EP19970116859 EP0832862B1 (en) | 1996-09-30 | 1997-09-29 | Heat- and corrosion-resisting protection tube |
US08/940,239 US6093461A (en) | 1996-09-30 | 1997-09-30 | Heat-and corrosion-resisting protection tube |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35120696A JP3336213B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 耐熱耐食性保護管 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10194821A JPH10194821A (ja) | 1998-07-28 |
JP3336213B2 true JP3336213B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=18415774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35120696A Expired - Fee Related JP3336213B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-12-27 | 耐熱耐食性保護管 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3336213B2 (ja) |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35120696A patent/JP3336213B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10194821A (ja) | 1998-07-28 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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