JPH11281048A

JPH11281048A - 溶融炉

Info

Publication number: JPH11281048A
Application number: JP8519498A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ogawa; 裕二小川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】長寿命かつ高強度の溶融炉を提供する。【解決手段】複数の耐火レンガ１１を積み重ねた耐火レ
ンガ列を並設して被溶融物を入れる炉本体２を構成し、
各耐火レンガ列間に１２００℃における曲げ強度が６Ｋ
ｇ／ｃｍ²以上のセラミックス質焼結体からなる目地止
め材１２を挿着した溶融炉１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はたとえばゴミ焼却炉
やゴミ焼却灰再処理溶融炉等に使用する溶融炉に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、地方自治体で使用している焼成炉
において、燃やされた後の未燃分の焼却灰は最終処分場
にて埋められていたが、立地条件がきびしくなり、場所
の確保がむずかしくなってきた。

【０００３】しかも、ダイオキシンやフロン等の有毒汚
染物質の無害化は法律や条例できびしく規制されるよう
になってきた。そのために、焼却灰や飛灰を回収し、こ
れを再溶融して、有害物質を無害化する溶融炉が、近
年、ますます求められている。

【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程度にまで体積を小さくすることができ、さらに
ダイオキシン等の有害汚染物質を熱分解にて無害化でき
る等により、このような溶融炉での高温加熱処理法が有
望視されている。

【０００５】溶融炉を用いた加熱処理によれば、炉内に
焼却灰を入れ、１３００〜１６００℃に加熱することで
焼却灰が溶融するが、これに伴って金属元素が蒸発す
る。そして、この金属元素を取り出し、冷却装置で急冷
し、これによって凝縮させた微粒子をフィルタ等で回収
し、金属濃縮物として回収する。

【０００６】ダイオキシンやフロン等の有毒物質につい
ては熱破壊され、無害化されたガスとしてガス処理装置
を経て大気中へ放出される。また、炉内の残存物はスラ
グ状顆粒として取り出され、有効利用もしくは処分され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような溶融炉を構
成する炉本体はマグネシア質やクロミア質等の耐火レン
ガが用いられるが、これを積み上げた各耐火レンガ列間
にマグネシア、カルシア等のセメントであるドロマイト
モルタルを充填している。

【０００８】しかしながら、１４００〜１５００℃にま
で高められた灰やスラグによって、とくに耐火レンガの
目地部が浸食され、各耐火レンガ列の間に徐々に隙間が
でき、最終的に破損し、これによって溶融炉の寿命が著
しく短くなっている。しかも、被溶融物が漏れること
で、火災、人身事故等が発生しやすい。

【０００９】また、未燃分の焼却灰および煙に含まれる
飛灰が漏れ、これらに含まれる重金属成分やダイオキシ
ン、フロン等の有毒元素が問題となる。

【００１０】したがって本発明の目的はかかる破損が生
じない高強度の溶融炉を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融炉は、複数
の耐火レンガを積み重ねた耐火レンガ列を並設して被溶
融物を入れる炉本体を構成し、各耐火レンガ列間に１２
００℃における曲げ強度が６Ｋｇ／ｃｍ²以上のセラミ
ックス質焼結体からなる目地止め材を挿着したことを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図５により詳述する。図１は前記目地止め材の斜視図、
図２は本発明の溶融炉（電気抵抗式溶融炉）の縦断面
図、図３は炉本体の横断面図、図４は図３における切断
面線Ｘ−Ｘによる断面図である。また、図５は浸漬試験
をおこなうための炉の断面概略図である。

【００１３】図２の電気抵抗式溶融炉１において、２は
円筒容器状の炉本体、２ａは炉本体２に設けたスラグ出
湯口、３は炉本体２内の底に設けた黒鉛と窒化珪素で構
成したカーボンレンガである。４は炉本体２の外周に配
した水冷ジャケットであり、４ａは給水口、４ｂは排水
口であって、水を給水口４ａから入れ、排水口４ｂより
出すように循環させ、これによって外部に熱が漏れない
ように保護するとともに、温度制御をおこなう。５は加
熱用ヒーター電極、６は加熱用ヒーター電極５を貫通さ
せた天井耐火物、７ａは飛灰投入口、７ｂは排ガス口で
ある。

【００１４】上記構成の電気抵抗式溶融炉１を用いて下
記のように溶融させる。炉本体２内に前記被溶融物とし
ての焼却灰８を飛灰投入口７ａから入れる。この焼却灰
８はゴミを焼却炉で焼いたときに飛散する細かい灰であ
り（飛灰と呼ばれる）、さらには灰塵等を電気集塵機、
バグフィルタ等で集めたものである。この焼却灰８には
ダイオキシン、有害重金属等が含まれる。

【００１５】そして、この被溶融物に加熱用ヒーター電
極５を挿入し、電圧印加し、１３００〜１６００℃に加
熱すると、被溶融物がジュール熱により溶融され、主成
分の比重差により主としてＮａ、Ｋ、Ｃｌ、ＳＯ₃から
なる溶融塩９と、主としてＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ
Ｏからなる溶融スラグ１０に別れる。そして、このよう
な溶融を繰り返しおこなって、順次被溶融物を作りだし
たり、あるいはバッチ式に投入と取り出しを繰り返す。

【００１６】この溶融における炉内は酸化雰囲気でよ
く、排ガス口７ｂから出る排ガスの温度は５００〜７０
０℃、溶融塩９の温度は１０００〜１４００℃、溶融ス
ラグ１０の温度は１４００〜１５００℃程度である。

【００１７】上記溶融によれば、焼却灰８に含有された
金属元素が蒸発し、排ガス口７ｂから出るが、この金属
元素を取り出し、別途設けた冷却装置で急冷し凝縮させ
て微粒子とし、これをフィルタ等で回収して金属濃縮物
として回収する。また、ダイオキシンやフロン等の有毒
物質は熱破壊され、無害化されたガスは排ガス口７ｂか
ら出て、バグフィルタと集塵機と加熱装置からなるガス
処理装置を経て大気中へ放出する。さらにまた、炉本体
２内の残存物は溶融スラグとして取り出し、温度を下げ
ることで固化させ、これを粉砕し、スラグ状顆粒とし、
そして、有効利用または処分する。

【００１８】しかしながら、このような溶融をおこなう
と、溶融塩９は粘性が低いので炉本体２に浸透しやす
く、しかも、腐食成分が多いので、従来の炉本体であれ
ば、腐食されやすい。

【００１９】これに対する本発明の炉本体２において
は、図３および図４に示すように、各耐火レンガ１１間
に、とくに耐火レンガ１１を積み重ねた各耐火レンガ列
間に１２００℃における曲げ強度が６Ｋｇ／ｃｍ²以上
の目地止め材１２を挿着する。図１に２個の目地止め材
１２を積み上げた場合を示す。

【００２０】この炉本体２は耐火レンガ１１をマトリッ
クス状に積み重ねた壁体で構成され、この壁体でもって
円筒状を成している。そして、積み重ねた耐火レンガ１
１の列間に目地止め材１２を挿入しているが、さらに積
み重ねた各耐火レンガの間に目地止め材１２を挿入して
もよい。ただし、各耐火レンガ１１をマトリックス状に
積み重ねるに当たって、目地止め材１２を使用しない箇
所、すなわち積み重ねた各耐火レンガの間については、
接着剤を用いないで接合させ、外側から金属枠で締め上
げて固定する。

【００２１】上記目地止め材１２は耐火レンガ列の間に
配し、固定するものであって、その形状は板状もしくは
棒状であればよい。図１に示すようなクサビ状の目地止
め材１２にすると、円筒状の壁体に適合し外れないの
で、脱落防止という点で望ましい。

【００２２】上記構成の炉本体２においては、耐火レン
ガ１１の寸法は１１６×１１６×２３０ｍｍであり、１
１６×１１６ｍｍの各辺の面が溶融炉の内部に向くよう
に積み上げる。そして、積み上げた耐火レンガ１１の列
の間に目地止め材１２を積み重ねる。目地止め材１２は
接着剤で固定してもよいが、炉が加熱されるまでの固定
である。

【００２３】目地止め材１２は図１に示すとおり、たと
えば平板状の矩形サイズが５８×１１５ｍｍであり、さ
らにａを１０ｍｍ、ｂを１５ｍｍにしたクサビ状であ
る。そして、ｂサイズ面を挿入先にすることで、ａサイ
ズ面が溶融炉内に対する露出面となる。

【００２４】また、目地止め材１２については、図１に
示すように段差を設けて、順次積み上げる構造にする
と、焼成時の変形、加工性等の点で優れる。そして、こ
れらの目地止め材１２の間にはドロマイト等の無機接着
剤を用いて接合させるとよい。

【００２５】さらにまた、ｂ／ａの比率を１．１＜ｂ／
ａ＜１．９に、好適には１．２≦ｂ／ａ≦１．８にする
とよい。ｂ／ａが１．１以下の場合には耐火レンガ１１
の配列に対するはめ込み強度が低下し、脱落しやすくな
る。ｂ／ａが１．９以上になると、カケ、チッピングが
発生しやすくなり、また、焼成時に十分に焼結せず、全
体で同じ密度とならず、その不均一な焼結性によって溶
融使用温度にまで上昇するとクラック等が発生しやす
い。

【００２６】目地止め材１２の高温曲げ強度について
は、１２００℃で６Ｋｇ／ｃｍ²以上、好適には１０Ｋ
ｇ／ｃｍ²以上にするとよく、この範囲にするとクラッ
クが発生しなくなる。そして、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄等のセラミックス焼結体で構成し、それぞれの
純度を９９．０重量％以上、９８．０重量％以上、８８
重量％以上にするとよく、これによって１２００℃で６
Ｋｇ／ｃｍ²以上の高温曲げ強度が容易に達成できる。

【００２７】このようなセラミックス焼結体は、ガラス
成分が多く含まれると焼結温度が低下する傾向にあるの
で、高純度の材質を使用するとよい。そこで、ガラス成
分をできるだけ少なくして、高純度化させるとよい。さ
らにガラス成分が含まれることで、浸食されやすくな
り、強度低下を引き起こす。

【００２８】Ａｌ₂Ｏ₃のガラス成分はＳｉ、Ｎａ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｆｅ等の化合物であり、全体に対し１．０重
量％未満、好適には０．５重量％未満にするとよい。Ｓ
ｉＣのガラス成分はＮａ、Ｃａ、Ｆｅ等の化合物であ
り、全体に対し２．０重量％未満、好適には１．０重量
％未満にするとよい。Ｓｉ₃Ｎ₄のガラス成分はＡｌ、
Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｗ等の化合物であり、全体に
対し１２重量％未満、好適には１０重量％未満にすると
よい。

【００２９】目地止め材１２を作製するには、その焼成
温度を１５００℃以上にするとよく、これによって溶融
炉にて使用でき（実際の最大使用温度は約１４００℃程
度）、さらに緻密な焼結体となって、上述のような高純
度特性が得られ、耐熱性が向上する。耐熱性のない目地
止め材１２を使用した場合、使用中にクラック等が発生
し、劣化しやすい。

【００３０】また、目地止め材１２については、結晶粒
界が欠けると浸食されやすくなり、それを防ぐために目
地止め材１２の露出面の面粗さをＲａ１０μｍ以下、好
適には１μｍ以下にするとよく、この範囲にすると脱粒
されなくなり、耐浸食性が向上するという点で望まし
い。

【００３１】

【実施例】つぎに本発明の実施例を述べる。（例１）目地止め材１２をＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）焼結
体により構成し、その純度および曲げ強度を変えたクサ
ビ形の各種目地止め材１２（５８×１１５ｍｍ、ａ＝１
０ｍｍ、ｂ＝１５ｍｍ）を試料Ｎｏ．１〜１１として作
製した。そして、図２の溶融炉１において、図３および
図４に示す炉本体２（耐火レンガ１１の寸法：１１６×
１１６×２３０ｍｍ）に装着し、飛灰に対するクラック
の発生を調べた。

【００３２】この試験には溶融炉１を４８時間稼働さ
せ、次いで目地止め材１２を取り出し、浸透液に浸し、
その後に軽く水洗し、乾燥し、照明下において目視でチ
ェックした。この浸透液にレッドチェック液（赤色浸透
液）を用いた場合には白色光線下でチェックし、ザイク
ロ液（黄色蛍光液）を用いた場合には紫外線光線下でチ
ェックする。

【００３３】上記曲げ強度については、１２００℃にお
ける値をＪＩＳ−Ｒ１６０１にしたがって求めた。

【００３４】

【表１】

【００３５】同表から明らかなとおり、１２００℃にお
ける曲げ強度が６．０ｋｇ／ｃｍ²以上である試料Ｎ
ｏ．６〜７、９〜１１については、クラックが発生しな
いことがわかる。

【００３６】（例２）表２に示すような各種材質のクサ
ビ形の目地止め材１２（５８×１１５ｍｍ、ａ＝１０ｍ
ｍ、ｂ＝１５ｍｍ）を作製し（試料Ｎｏ．１２〜試料Ｎ
ｏ．１８）、溶融炉から発生した飛灰に対する耐食性を
テストした。なお、各試料の１２００℃における曲げ強
度はいずれも６Ｋｇ／ｃｍ²にした。

【００３７】このテストには図３に示すようなアルミナ
製るつぼに各試料と浸食剤（飛灰３００ｇ）を入れ、シ
リコニット電気炉で１４００℃×４８時間の加熱試験を
おこなった。図３のアルミナ製るつぼにおいて、１３は
アルミナるつぼ本体、１４はアルミナるつぼ本体１３上
に載置したＭｇＯ質レンガ、１５は試料、１６は浸食剤
である。

【００３８】耐食性テストは浸食の最大深さでもってあ
らわし、これはダイヤルゲージによって測定した。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２から明らかなとおり、試料Ｎｏ．１２
〜試料Ｎｏ．１５については、いずれも浸食剤に対する
浸食量が少ないことがわかる。これに対し、試料Ｎｏ．
１７と試料Ｎｏ．１８では著しく多い。ちなみに試料Ｎ
ｏ．１７の耐火レンガの成分はＡｌ₂Ｏ₃：８９．９４
重量％、ＳｉＯ₂：１．０２重量％、ＣａＯ：１．１６
重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃：０．０４重量％、ＭｇＯ：７．８
４重量％であり、試料Ｎｏ．１８のドロマイトの成分は
Ａｌ₂Ｏ₃：０．８重量％、ＳｉＯ₂：０．９重量％、
ＣａＯ：５７．２重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃：１．１重量％、
ＭｇＯ：４０．０重量％である。

【００４１】（例３）表３に示すようにＳｉＣからなる
クサビ形の目地止め材１２であって、５８×１１５ｍｍ
のサイズに対し、さらにａとｂを幾とおりにも変えた各
種試料（試料Ｎｏ．１９〜試料Ｎｏ．２７）を作製し
た。

【００４２】

【表３】

【００４３】次いで図２に示す溶融炉１の炉本体２（耐
火レンガ１１の寸法：１１６×１１６×２３０ｍｍ）に
装着し、そして、溶融炉１を４８時間稼働させ、目地止
め材１２を取り出し、飛灰に対するクラックの発生を
（例１）に示す方法でもって調べ、さらに脱落の発生状
態も確かめたところ、表３に示すような結果が得られ
た。

【００４４】この表から明らかなとおり、試料Ｎｏ．１
９、２０のようにｂ／ａが小さいと脱落しており、試料
Ｎｏ．２５〜２７のようにｂ／ａが大きいとクラックが
発生した。

【００４５】（例４）（例３）のテストにおいて、Ｓｉ
Ｃからなるクサビ形の目地止め材１２に代えて、Ａｌ₂
Ｏ₃（純度：９９．９重量％）からなるクサビ形の目地
止め材１２を用いて、表４に示すとおり５８×１１５ｍ
ｍのサイズに対し、さらにａとｂを幾とおりにも変えた
各種試料（試料Ｎｏ．２８〜試料Ｎｏ．３４）を作製し
た。

【００４６】

【表４】

【００４７】これらの材質であってもｂ／ａが小さいと
脱落し、ｂ／ａが大きいとクラックが発生したことがわ
かる。

【００４８】（例５）（例３）のテストにおいて、Ｓｉ
Ｃからなるクサビ形の目地止め材１２に代えて、Ａｌ₂
Ｏ₃（純度：９９重量％）からなるクサビ形の目地止め
材１２を用いて、表５に示すとおり５８×１１５ｍｍの
サイズに対し、ａとｂを幾とおりにも変えた各種試料
（試料Ｎｏ．３５〜試料Ｎｏ．４１）を作製した。

【００４９】

【表５】

【００５０】これらの材質であっても試料Ｎｏ．３５の
ようにｂ／ａが小さいと脱落し、試料Ｎｏ．４０、４１
のようにｂ／ａが大きいとクラックが発生した。

【００５１】（例６）（例３）のテストにおいて、Ｓｉ
Ｃからなるクサビ形の目地止め材１２に代えて、Ｓｉ₃
Ｎ₄（純度：８９．０重量％）からなるクサビ形の目地
止め材１２を用いて、表６に示すとおり５８×１１５ｍ
ｍのサイズに対し、さらにａとｂを幾とおりにも変えた
各種試料（試料Ｎｏ．４２〜試料Ｎｏ．４８）を作製し
た。

【００５２】

【表６】

【００５３】これらの材質であっても試料Ｎｏ．４２の
ようにｂ／ａが小さいと脱落し、試料Ｎｏ．４７、４８
のようにｂ／ａが大きいとクラックが発生した。

【００５４】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更や改良等は何ら差し支えない。たとえば、表面
溶融炉、プラズマ式溶融炉等の高温となり炉壁に大きな
負荷をかけるものとなる。

【００５５】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の溶融炉によれ
ば、被溶融物を入れる炉本体を耐火レンガを積み重ねて
構成し、各耐火レンガ列間に１２００℃における曲げ強
度が６Ｋｇ／ｃｍ²以上のセラミックス質焼結体からな
る目地止め材を挿着したことで、耐火レンガの目地部が
浸食されなくなり、これによって破損しなくなり、長寿
命かつ高強度の溶融炉が提供できた。

【００５６】また、本発明の溶融炉を使用することで、
被溶融物が漏れなくなり、火災、人身事故等が発生しな
くなり、さらに飛灰の漏れ、ダイオキシン、フロン等の
有毒元素の課題も解消された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶融炉に使用する目地止め材の斜視図
である。

【図２】本発明の溶融炉の縦断面図である。

【図３】本発明溶融炉の炉本体の横断面図である。

【図４】図３における切断面線Ｘ−Ｘによる断面図であ
る。

【図５】浸漬試験をおこなうための炉の断面概略図であ
る。

【符号の説明】

１電気抵抗式溶融炉２炉本体３カーボンレンガ５加熱用ヒーター電極７ａ飛灰投入口８焼却灰９溶融塩１０溶融スラグ１１耐火レンガ１２目地止め材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の耐火レンガを積み重ねた耐火レンガ
列を並設して被溶融物を入れる炉本体を構成し、各耐火
レンガ列間に１２００℃における曲げ強度が６Ｋｇ／ｃ
ｍ²以上のセラミックス質焼結体からなる目地止め材を
挿着した溶融炉。