JP3389436B2 - 耐熱耐食性保護管 - Google Patents
耐熱耐食性保護管Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【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。 【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。 【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。 【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。 【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。 【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。 【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。 【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。 【０００９】この問題を解決するために、保護管１の肉
厚を厚くして寿命を長くしようとすると、昇降温時の温
度変化により表層部と内部で温度差が生じ、熱応力で破
壊してしまったり、あるいは保護管１の熱容量が大きく
なりすぎてしまい、炉内の温度制御が困難になるという
問題があった。一方、保護管１の肉厚を薄くすると、上
述したように寿命が著しく低下してしまうという不都合
があった。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
先端を封止したＭｇＯスピネルを主成分とするセラミッ
クスからなる管状体であって、その外径ｄ 1 、内径ｄ 2 、
肉厚tが、 ５≦ｄ 1 ，１≦ｄ 2 , （√ｄ 1 ＋５）／７≦t≦（√ｄ 1 −１．８）／０．３ （いずれも単位はｍｍ） を満たし、上記管状体の先端封止部と側面部が、滑らか
な曲面状に連続するとともに、上記管状体の先端封止部
の肉厚が、側面部の肉厚よりも厚いことを特徴とする耐
熱耐食性保護管を提供する。 【００１１】即ち、種々実験の結果、最適な肉厚の範囲
は保護管の外径に応じて変化し、上述した式を満足する
ように設定しておけば、寿命を長くし熱応力による破壊
を防止できることを見出したのである。 【００１２】また本発明は、上記保護管を成す管状体の
先端封止部と側面部が、滑らかな曲面状に連続している
ことで昇降温時のクラック等の発生を防止する。 【００１３】さらに、本発明は、上記保護管を成す管状
体の先端封止部の肉厚が、側面部の肉厚よりも厚いため
に、天井から釣り下げるような保護管の場合、肉厚を厚
くすると重くなりすぎるが、先端封止部のみを厚くして
おけば、軽量で寿命を長くすることができるのである。 【００１４】また、本発明は、上記保護管を成すセラミ
ックスが、ＭｇＯスピネルを主成分とすることを特徴と
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。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を説明す
る。 【００１６】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１ａと、半球状の先端封止部１ｂが
滑らかな曲面で連続した形状となっている。 【００１７】そして、本発明では、保護管１の外径
ｄ1、内径ｄ2、肉厚tが、 ５≦ｄ1，１≦ｄ2, （√ｄ1＋５）／７≦t≦（√ｄ1−１．８）／０．３ （いずれも単位はｍｍ） を満たすことを特徴とする。 【００１８】ここで、５≦ｄ1，１≦ｄ2としたのは、外
径ｄ1が５ｍｍ未満、又は内径ｄ2が１ｍｍ未満である
と、上記関係式を満たさなくなるとともに、細すぎて実
用的でないためである。なお、本発明の外径ｄ1、内径
ｄ2は常温にて保護管１の開口部近傍で測定した値であ
り、完全な円形でない場合は、互いに直交する二方向で
測定した外径の平均値で求める。 【００１９】また、肉厚ｔの範囲を（√ｄ1＋５）／７
≦t≦（√ｄ1−１．８）／０．３としたのは、肉厚ｔが
（√ｄ1＋５）／７未満であると使用中に腐食しやすい
ために寿命が短くなり、一方肉厚ｔが（√ｄ1−１．
８）／０．３よりも大きくなると昇降温時の表層部と内
部の温度差によりクラック等が生じやすくなるためであ
る。 【００２０】即ち、詳細を後述するように、各寸法を変
化させて種々実験を行ったところ、外径ｄ1を大きくす
るほど最適な肉厚ｔも大きくなり、特に√ｄ1に比例し
て最適な肉厚ｔの範囲が変化することを見出した。そこ
で、実験結果に基づいて肉厚ｔの最適範囲を上記の数式
で表現したのである。 【００２１】なお、上記範囲内であっても、肉厚ｔの大
きいものや大型形状品については、自重が大きいため使
用時の保持方法が難しく、逆に薄いものではハンドリン
グ時の破損の恐れが生じる。そこで、肉厚ｔは、（√ｄ
1＋１）／３≦t≦（√ｄ1−１．４）／０．７の範囲内
にあることが好ましい。 【００２２】また、この肉厚ｔとは、保護管１の開口部
近傍の側面部１ａ又は先端封止部１ｂの中央部にて測定
するが、保護管１の全体にわたって、上記数式の範囲内
となることが好ましい。 【００２３】さらに、本発明の保護管１では、先端封止
部１ｂの肉厚ｔ'を、上記数式の範囲内で側面部１ｂの
肉厚ｔより大きく設定してもよい。即ち、この保護管１
を天井から釣り下げて使用するような場合、全体の肉厚
ｔを厚くすると重量が重くなって炉体に対する負担が増
えるとともに作業性やコストも悪くなる。そこで、最も
耐食性を要求される先端封止部１ｂの肉厚ｔ'のみを厚
くしておき、側面部１ａの肉厚ｔはこれよりも薄くして
おけば、比較的軽量で耐食性を高くできる。 【００２４】例えば、図１（ｂ）に示すように先端封止
部１ｂの中央部のみの肉厚ｔ'を厚くしておけば、取扱
時の破損等を防止することもできる。 【００２５】また、保護管１の側面部１ｂと先端封止部
１ａの間は滑らかな曲面状に連続していることが好まし
い。これは、両者の連続部に角部等があると、この部分
からクラック等が生じやすいためである。なお、滑らか
な曲面状に連続するとは、鋭いエッジ部が存在しないこ
とをいう。 【００２６】さらに、上記先端封止部１ｂの形状は、半
球状に限らずさまざまな形状とすることができる。この
場合、クラック等の発生を防止するために、滑らかな曲
面状あるいは曲面と平面が滑らかに連続した形状として
おけば良い。 【００２７】また、保護管１の開口部の形状はさまざま
なものとすることができる。例えば、図１に示すような
ストレート形状や、治具等に取りつけやすいようにフラ
ンジやねじ部を形成したものや、端部ほど肉厚を厚くし
たもの等でも良い。 【００２８】次に、本発明の保護管１を成すセラミクッ
スとしては、ＭｇＯスピネル（ＭｇＡｌ 2 Ｏ 4 ）を主成分
とするものが用いられる。 【００２９】 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。【００３０】 これらのＭｇＯスピネル（ＭｇＡｌ 2 Ｏ 4 ）
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、１５００〜１６００℃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。【００３１】 なお、ＭｇＯスピネルとはＭｇＡｌ2Ｏ4で
表され、理論定比はＭｇＯとＡｌ2Ｏ3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Ａｌ2Ｏ3の組成比率を種々に変
更すると、理論定比ではＭｇＡｌ2Ｏ4結晶のみが存在す
るが、理論定比よりもＭｇＯを多くするとＭｇＯ＋Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4の二相結晶構造となり、一方理論定比よりもＡ
ｌ2Ｏ3を多くするとＡｌ2Ｏ3＋ＭｇＡｌ2Ｏ4の二相結晶
構造となる。【００３２】 また、上記セラミックスでは、ＭｇＯスピ
ネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）とＡｌ2Ｏ3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、ＭｇＡｌ2Ｏ4とＡｌ2Ｏ3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。【００３３】 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、Ｎａ2Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3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。【００３４】 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、Ａｌ2Ｏ3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。【００３５】 また、上記セラミックスの平均結晶粒径を
２μｍ以上とし、気孔率を３％以下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。また、気孔率が３％を
超えると、セラミックスに存在する気孔に浸食元素が入
り込みやすくなり、粒界へ侵入するよりも格段に速い速
度でセラミックス中に侵入して、著しく腐食を促すため
である。【００３６】 これらの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。【００３７】 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。【００３８】 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。【００３９】 【実施例】ＭｇＯスピネルを主成分とするセラミックス
により、開口部にフランジを有する保護管１を、表１、
２に示すさまざまな寸法で作製した。各保護管１をゴミ
焼却灰再処理溶融炉内にて先端封止部１ｂを溶融スラグ
側に向けた状態で天井より釣り下げ、保護管１の開口部
を炉材でシールし、常温から４８時間で１４００℃まで
昇温し、５００時間保持した後降温する実際の環境下に
曝した。【００４０】 その後、各保護管１の外観チェックを行っ
て、変形、クラックの有無を確認し、それぞれ目視され
るものを×、されないものを○とした。さらに、保護管
１の先端封止部１ｂの中央部を切断し、腐食度合いを目
視で確認するとともに、ＥＰＭＡ分析により腐食深さを
測定した。そして、腐食深さと肉厚との比により表３、
４のように評価を行った。【００４１】 結果は表３、４及び図３に示す通りであ
る。この結果より、肉厚ｔが本発明の範囲よりも小さい
もの（Ｎｏ．１，１０等）では、高温時に自重を支えき
れずに変形したり、腐食が内部まで浸透して破壊するな
どの問題があった。これは、保護管１の一部が浸食され
て腐食し、表層部が膨潤したときの応力に耐えられず、
破壊したものと思われる。【００４２】 一方、肉厚ｔが本発明の範囲よりも大きい
もの（Ｎｏ．４，１３等）では、昇温時に発生したと考
えられるクラック部から浸食が進行していた。【００４３】 さらに、Ｎｏ．６〜９は先端封止部１ｂを
平坦状として側面部１ａとの境界をエッジ状としたもの
であるため、このエッジ部にクラックが発生しており、
保護管１としては不適当であった。【００４４】 これらに対し、先端封止部１ｂを側面１ａ
に滑らかに連続する半球状とし、肉厚ｔを本発明の範囲
内としたものは、いずれも表層部に若干の腐食が見られ
るものの、クラック等は見られず、保護管として充分な
寿命を持つことが確認された。【００４５】 【表１】 【００４６】 【表２】 【００４７】 【表３】 【００４８】 【表４】 【００４９】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、先端を封
止したＭｇＯスピネルを主成分とするセラミックスから
なる管状体であって、その外径ｄ 1 、内径ｄ 2 、肉厚t
が、 ５≦ｄ 1 ，１≦ｄ 2 , （√ｄ 1 ＋５）／７≦t≦（√ｄ 1 −１．８）／０．３ （いずれも単位はｍｍ） を満たし、上記管状体の先端封止部と側面部が、滑らか
な曲面状に連続するとともに、上記管状体の先端封止部
の肉厚が、側面部の肉厚よりも厚く形成 したことによっ
て、熱応力による破壊を防止して寿命を長くすることが
できる。【００５０】 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。
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。 【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。 【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。 【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。 【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。 【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。 【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。 【０００９】この問題を解決するために、保護管１の肉
厚を厚くして寿命を長くしようとすると、昇降温時の温
度変化により表層部と内部で温度差が生じ、熱応力で破
壊してしまったり、あるいは保護管１の熱容量が大きく
なりすぎてしまい、炉内の温度制御が困難になるという
問題があった。一方、保護管１の肉厚を薄くすると、上
述したように寿命が著しく低下してしまうという不都合
があった。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
先端を封止したＭｇＯスピネルを主成分とするセラミッ
クスからなる管状体であって、その外径ｄ 1 、内径ｄ 2 、
肉厚tが、 ５≦ｄ 1 ，１≦ｄ 2 , （√ｄ 1 ＋５）／７≦t≦（√ｄ 1 −１．８）／０．３ （いずれも単位はｍｍ） を満たし、上記管状体の先端封止部と側面部が、滑らか
な曲面状に連続するとともに、上記管状体の先端封止部
の肉厚が、側面部の肉厚よりも厚いことを特徴とする耐
熱耐食性保護管を提供する。 【００１１】即ち、種々実験の結果、最適な肉厚の範囲
は保護管の外径に応じて変化し、上述した式を満足する
ように設定しておけば、寿命を長くし熱応力による破壊
を防止できることを見出したのである。 【００１２】また本発明は、上記保護管を成す管状体の
先端封止部と側面部が、滑らかな曲面状に連続している
ことで昇降温時のクラック等の発生を防止する。 【００１３】さらに、本発明は、上記保護管を成す管状
体の先端封止部の肉厚が、側面部の肉厚よりも厚いため
に、天井から釣り下げるような保護管の場合、肉厚を厚
くすると重くなりすぎるが、先端封止部のみを厚くして
おけば、軽量で寿命を長くすることができるのである。 【００１４】また、本発明は、上記保護管を成すセラミ
ックスが、ＭｇＯスピネルを主成分とすることを特徴と
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。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を説明す
る。 【００１６】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１ａと、半球状の先端封止部１ｂが
滑らかな曲面で連続した形状となっている。 【００１７】そして、本発明では、保護管１の外径
ｄ1、内径ｄ2、肉厚tが、 ５≦ｄ1，１≦ｄ2, （√ｄ1＋５）／７≦t≦（√ｄ1−１．８）／０．３ （いずれも単位はｍｍ） を満たすことを特徴とする。 【００１８】ここで、５≦ｄ1，１≦ｄ2としたのは、外
径ｄ1が５ｍｍ未満、又は内径ｄ2が１ｍｍ未満である
と、上記関係式を満たさなくなるとともに、細すぎて実
用的でないためである。なお、本発明の外径ｄ1、内径
ｄ2は常温にて保護管１の開口部近傍で測定した値であ
り、完全な円形でない場合は、互いに直交する二方向で
測定した外径の平均値で求める。 【００１９】また、肉厚ｔの範囲を（√ｄ1＋５）／７
≦t≦（√ｄ1−１．８）／０．３としたのは、肉厚ｔが
（√ｄ1＋５）／７未満であると使用中に腐食しやすい
ために寿命が短くなり、一方肉厚ｔが（√ｄ1−１．
８）／０．３よりも大きくなると昇降温時の表層部と内
部の温度差によりクラック等が生じやすくなるためであ
る。 【００２０】即ち、詳細を後述するように、各寸法を変
化させて種々実験を行ったところ、外径ｄ1を大きくす
るほど最適な肉厚ｔも大きくなり、特に√ｄ1に比例し
て最適な肉厚ｔの範囲が変化することを見出した。そこ
で、実験結果に基づいて肉厚ｔの最適範囲を上記の数式
で表現したのである。 【００２１】なお、上記範囲内であっても、肉厚ｔの大
きいものや大型形状品については、自重が大きいため使
用時の保持方法が難しく、逆に薄いものではハンドリン
グ時の破損の恐れが生じる。そこで、肉厚ｔは、（√ｄ
1＋１）／３≦t≦（√ｄ1−１．４）／０．７の範囲内
にあることが好ましい。 【００２２】また、この肉厚ｔとは、保護管１の開口部
近傍の側面部１ａ又は先端封止部１ｂの中央部にて測定
するが、保護管１の全体にわたって、上記数式の範囲内
となることが好ましい。 【００２３】さらに、本発明の保護管１では、先端封止
部１ｂの肉厚ｔ'を、上記数式の範囲内で側面部１ｂの
肉厚ｔより大きく設定してもよい。即ち、この保護管１
を天井から釣り下げて使用するような場合、全体の肉厚
ｔを厚くすると重量が重くなって炉体に対する負担が増
えるとともに作業性やコストも悪くなる。そこで、最も
耐食性を要求される先端封止部１ｂの肉厚ｔ'のみを厚
くしておき、側面部１ａの肉厚ｔはこれよりも薄くして
おけば、比較的軽量で耐食性を高くできる。 【００２４】例えば、図１（ｂ）に示すように先端封止
部１ｂの中央部のみの肉厚ｔ'を厚くしておけば、取扱
時の破損等を防止することもできる。 【００２５】また、保護管１の側面部１ｂと先端封止部
１ａの間は滑らかな曲面状に連続していることが好まし
い。これは、両者の連続部に角部等があると、この部分
からクラック等が生じやすいためである。なお、滑らか
な曲面状に連続するとは、鋭いエッジ部が存在しないこ
とをいう。 【００２６】さらに、上記先端封止部１ｂの形状は、半
球状に限らずさまざまな形状とすることができる。この
場合、クラック等の発生を防止するために、滑らかな曲
面状あるいは曲面と平面が滑らかに連続した形状として
おけば良い。 【００２７】また、保護管１の開口部の形状はさまざま
なものとすることができる。例えば、図１に示すような
ストレート形状や、治具等に取りつけやすいようにフラ
ンジやねじ部を形成したものや、端部ほど肉厚を厚くし
たもの等でも良い。 【００２８】次に、本発明の保護管１を成すセラミクッ
スとしては、ＭｇＯスピネル（ＭｇＡｌ 2 Ｏ 4 ）を主成分
とするものが用いられる。 【００２９】 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。【００３０】 これらのＭｇＯスピネル（ＭｇＡｌ 2 Ｏ 4 ）
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、１５００〜１６００℃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。【００３１】 なお、ＭｇＯスピネルとはＭｇＡｌ2Ｏ4で
表され、理論定比はＭｇＯとＡｌ2Ｏ3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Ａｌ2Ｏ3の組成比率を種々に変
更すると、理論定比ではＭｇＡｌ2Ｏ4結晶のみが存在す
るが、理論定比よりもＭｇＯを多くするとＭｇＯ＋Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4の二相結晶構造となり、一方理論定比よりもＡ
ｌ2Ｏ3を多くするとＡｌ2Ｏ3＋ＭｇＡｌ2Ｏ4の二相結晶
構造となる。【００３２】 また、上記セラミックスでは、ＭｇＯスピ
ネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）とＡｌ2Ｏ3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、ＭｇＡｌ2Ｏ4とＡｌ2Ｏ3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。【００３３】 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、Ｎａ2Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3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。【００３４】 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、Ａｌ2Ｏ3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。【００３５】 また、上記セラミックスの平均結晶粒径を
２μｍ以上とし、気孔率を３％以下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。また、気孔率が３％を
超えると、セラミックスに存在する気孔に浸食元素が入
り込みやすくなり、粒界へ侵入するよりも格段に速い速
度でセラミックス中に侵入して、著しく腐食を促すため
である。【００３６】 これらの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。【００３７】 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。【００３８】 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。【００３９】 【実施例】ＭｇＯスピネルを主成分とするセラミックス
により、開口部にフランジを有する保護管１を、表１、
２に示すさまざまな寸法で作製した。各保護管１をゴミ
焼却灰再処理溶融炉内にて先端封止部１ｂを溶融スラグ
側に向けた状態で天井より釣り下げ、保護管１の開口部
を炉材でシールし、常温から４８時間で１４００℃まで
昇温し、５００時間保持した後降温する実際の環境下に
曝した。【００４０】 その後、各保護管１の外観チェックを行っ
て、変形、クラックの有無を確認し、それぞれ目視され
るものを×、されないものを○とした。さらに、保護管
１の先端封止部１ｂの中央部を切断し、腐食度合いを目
視で確認するとともに、ＥＰＭＡ分析により腐食深さを
測定した。そして、腐食深さと肉厚との比により表３、
４のように評価を行った。【００４１】 結果は表３、４及び図３に示す通りであ
る。この結果より、肉厚ｔが本発明の範囲よりも小さい
もの（Ｎｏ．１，１０等）では、高温時に自重を支えき
れずに変形したり、腐食が内部まで浸透して破壊するな
どの問題があった。これは、保護管１の一部が浸食され
て腐食し、表層部が膨潤したときの応力に耐えられず、
破壊したものと思われる。【００４２】 一方、肉厚ｔが本発明の範囲よりも大きい
もの（Ｎｏ．４，１３等）では、昇温時に発生したと考
えられるクラック部から浸食が進行していた。【００４３】 さらに、Ｎｏ．６〜９は先端封止部１ｂを
平坦状として側面部１ａとの境界をエッジ状としたもの
であるため、このエッジ部にクラックが発生しており、
保護管１としては不適当であった。【００４４】 これらに対し、先端封止部１ｂを側面１ａ
に滑らかに連続する半球状とし、肉厚ｔを本発明の範囲
内としたものは、いずれも表層部に若干の腐食が見られ
るものの、クラック等は見られず、保護管として充分な
寿命を持つことが確認された。【００４５】 【表１】 【００４６】 【表２】 【００４７】 【表３】 【００４８】 【表４】 【００４９】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、先端を封
止したＭｇＯスピネルを主成分とするセラミックスから
なる管状体であって、その外径ｄ 1 、内径ｄ 2 、肉厚t
が、 ５≦ｄ 1 ，１≦ｄ 2 , （√ｄ 1 ＋５）／７≦t≦（√ｄ 1 −１．８）／０．３ （いずれも単位はｍｍ） を満たし、上記管状体の先端封止部と側面部が、滑らか
な曲面状に連続するとともに、上記管状体の先端封止部
の肉厚が、側面部の肉厚よりも厚く形成 したことによっ
て、熱応力による破壊を防止して寿命を長くすることが
できる。【００５０】 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。
【図面の簡単な説明】
【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。 【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。 【図３】耐熱耐食性保護管の外径ｄ1と肉厚ｔの関係を
示すグラフである。 【符号の説明】 １：保護管 １ａ：側面部 １ｂ：先端封止部 ｄ1 ：保護管の外径 ｄ2 ：保護管の内径 ｔ ：保護管の肉厚 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
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。 【図３】耐熱耐食性保護管の外径ｄ1と肉厚ｔの関係を
示すグラフである。 【符号の説明】 １：保護管 １ａ：側面部 １ｂ：先端封止部 ｄ1 ：保護管の外径 ｄ2 ：保護管の内径 ｔ ：保護管の肉厚 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
─────────────────────────────────────────────────────
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 - 35/50
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】先端を封止したＭｇＯスピネルを主成分と
するセラミックスからなる管状体であって、その外径ｄ
1、内径ｄ2、肉厚tが、 ５≦ｄ1，１≦ｄ2, （√ｄ1＋５）／７≦t≦（√ｄ1−１．８）／０．３ （いずれも単位はｍｍ） を満たし、上記管状体の先端封止部と側面部が、滑らか
な曲面状に連続するとともに、上記管状体の先端封止部
の肉厚が、側面部の肉厚よりも厚いことを特徴とする耐
熱耐食性保護管。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34903196A JP3389436B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP34903196A JP3389436B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 耐熱耐食性保護管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10194820A JPH10194820A (ja) | 1998-07-28 |
| JP3389436B2 true JP3389436B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=18401028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34903196A Expired - Fee Related JP3389436B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-12-26 | 耐熱耐食性保護管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3389436B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5774626B2 (ja) * | 2013-03-28 | 2015-09-09 | 大光炉材株式会社 | 測温構造及びこれを用いた棚吊り検知方法 |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP34903196A patent/JP3389436B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10194820A (ja) | 1998-07-28 |
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