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 |
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Family
ID=18401028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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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 |
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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
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Publication number | Publication date |
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JPH10194820A (ja) | 1998-07-28 |
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