JPH11310453A - 高温耐熱材ならびにこれを用いた高温炉用炉材および耐熱保護管 - Google Patents
高温耐熱材ならびにこれを用いた高温炉用炉材および耐熱保護管Info
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- JPH11310453A JPH11310453A JP10118938A JP11893898A JPH11310453A JP H11310453 A JPH11310453 A JP H11310453A JP 10118938 A JP10118938 A JP 10118938A JP 11893898 A JP11893898 A JP 11893898A JP H11310453 A JPH11310453 A JP H11310453A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】優れた耐熱・耐食性が得られ、これによって長
期間にわたって使用できる高温耐熱材を提供する。 【解決手段】金属やスラグの溶融炉等の高温炉における
炉壁等を構成する炉材を、MgAl2 O4 および/また
はAl2 O3 の多結晶からなり、SiO2 、CaO、N
a2 O、Fe2 O3 などのガラス成分が5重量%以下
(0を含まず)である焼結体でなしたり、もしくはMg
Al2 O4 および/またはAl2 O3 の多結晶からな
り、さらにCr2 O3 またはCeO2 を3〜90重量%
の比率で添加してなる焼結体で構成する。
期間にわたって使用できる高温耐熱材を提供する。 【解決手段】金属やスラグの溶融炉等の高温炉における
炉壁等を構成する炉材を、MgAl2 O4 および/また
はAl2 O3 の多結晶からなり、SiO2 、CaO、N
a2 O、Fe2 O3 などのガラス成分が5重量%以下
(0を含まず)である焼結体でなしたり、もしくはMg
Al2 O4 および/またはAl2 O3 の多結晶からな
り、さらにCr2 O3 またはCeO2 を3〜90重量%
の比率で添加してなる焼結体で構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高温耐熱材に関する
ものであり、たとえば焼却灰溶融炉や金属溶融炉等の炉
壁や天井を形成する高温炉用炉材、あるいは各種炉等に
おいてヒータやセンサ等を保護するための耐熱保護管に
関するものである。
ものであり、たとえば焼却灰溶融炉や金属溶融炉等の炉
壁や天井を形成する高温炉用炉材、あるいは各種炉等に
おいてヒータやセンサ等を保護するための耐熱保護管に
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。
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。
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。
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。
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。
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】上記溶融炉を構成する炉壁には、気孔率1
0〜20%程度のアルミナ系、マグネシア系、クロミア
系、カーボン系あるいはこれらの複合系でもって構成し
た低純度セラミックスの耐火炉材が使用されている。こ
れによってスラグとの接触による炉材の損傷、とくにス
ラグ出口付近(出湯口)の激しい損傷を防ぐようにして
いる。
0〜20%程度のアルミナ系、マグネシア系、クロミア
系、カーボン系あるいはこれらの複合系でもって構成し
た低純度セラミックスの耐火炉材が使用されている。こ
れによってスラグとの接触による炉材の損傷、とくにス
ラグ出口付近(出湯口)の激しい損傷を防ぐようにして
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような高温炉用炉材は耐熱性、耐熱衝撃性に優れている
が、その反面、基本的には多孔体であり、そのために焼
却灰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、これら成分中のSi、Al、Fe、Ca、
Na等が炉材をな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、これにより、強度が
劣化し、クラックを生じ、破損が生じることで、長期間
にわたって使用することができなかった。
ような高温炉用炉材は耐熱性、耐熱衝撃性に優れている
が、その反面、基本的には多孔体であり、そのために焼
却灰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、これら成分中のSi、Al、Fe、Ca、
Na等が炉材をな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、これにより、強度が
劣化し、クラックを生じ、破損が生じることで、長期間
にわたって使用することができなかった。
【0009】また、溶融炉には加熱用ヒータと温度管理
のための熱電対を設けるが、これらの耐熱保護管につい
ても同様に高強度を有し、クラック等が発生しない長期
信頼性のものが求められていた。
のための熱電対を設けるが、これらの耐熱保護管につい
ても同様に高強度を有し、クラック等が発生しない長期
信頼性のものが求められていた。
【0010】本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究に努
めた結果、炉材や保護管をなすセラミックスとして、M
gOスピネル(MgAl2 O4 )またはAl2 O3 を主
成分とし、さらにSiO2 、CaO、Na2 O、Fe2
O3 などのガラス成分の最大含有量を規定したり、ある
いはCr2 O3 またはCeO2 を添加することで、優れ
た耐熱・耐食材になることを見出した。
めた結果、炉材や保護管をなすセラミックスとして、M
gOスピネル(MgAl2 O4 )またはAl2 O3 を主
成分とし、さらにSiO2 、CaO、Na2 O、Fe2
O3 などのガラス成分の最大含有量を規定したり、ある
いはCr2 O3 またはCeO2 を添加することで、優れ
た耐熱・耐食材になることを見出した。
【0011】本発明は上記知見により完成されたもので
あり、その目的は長期間使用することができる高温耐熱
材を提供することにある。
あり、その目的は長期間使用することができる高温耐熱
材を提供することにある。
【0012】本発明の他の目的は長期信頼性の高温炉用
炉材および耐熱保護管を提供することにある。
炉材および耐熱保護管を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の高温耐熱材はM
gAl2 O4 および/またはAl2 O3 の多結晶からな
り、SiO2 、CaO、Na2 O、Fe2 O3 などのガ
ラス成分が5重量%以下(0を含まず)である焼結体、
もしくはMgAl2 O4 および/またはAl2O3 の多
結晶からなり、さらにCr2 O3 またはCeO2 を3〜
90重量%の比率で添加してなる焼結体で構成したこと
を特徴である。
gAl2 O4 および/またはAl2 O3 の多結晶からな
り、SiO2 、CaO、Na2 O、Fe2 O3 などのガ
ラス成分が5重量%以下(0を含まず)である焼結体、
もしくはMgAl2 O4 および/またはAl2O3 の多
結晶からなり、さらにCr2 O3 またはCeO2 を3〜
90重量%の比率で添加してなる焼結体で構成したこと
を特徴である。
【0014】本発明の高温炉用炉材は金属やスラグの溶
融炉等の高温炉における炉壁等を本発明の高温耐熱材で
構成したことを特徴である。
融炉等の高温炉における炉壁等を本発明の高温耐熱材で
構成したことを特徴である。
【0015】本発明の他の耐熱保護管は先端を封止した
管状体を本発明の高温耐熱材で構成したことを特徴であ
る。
管状体を本発明の高温耐熱材で構成したことを特徴であ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の高温耐熱材は、たとえば
高温炉用炉材や耐熱保護管等に応用でき、以下、図1〜
図3でもって高温炉用炉材を述べ、さらに図4に耐熱保
護管を示す。
高温炉用炉材や耐熱保護管等に応用でき、以下、図1〜
図3でもって高温炉用炉材を述べ、さらに図4に耐熱保
護管を示す。
【0017】図1は溶融炉での加熱処理の概要であり、
図2(a)は本発明の高温炉用炉材を用いた溶融炉の縦
断面図、(b)は(a)中の断面線X−Xによる部分断
面図である。図3は本発明の高温炉用炉材の斜視図であ
る。
図2(a)は本発明の高温炉用炉材を用いた溶融炉の縦
断面図、(b)は(a)中の断面線X−Xによる部分断
面図である。図3は本発明の高温炉用炉材の斜視図であ
る。
【0018】図1においては、溶融炉1内に焼却灰2を
入れ、加熱源である電極3でアークを発生させると、焼
却灰2はプラズマ輻射熱とジュール熱とで1400〜1
600℃となり、溶融スラグとなる。このような加熱溶
融によりダイオキシンやフランなどの有毒汚染物質は熱
破壊されるが、その過程にて発生した無害化されたガス
4は、バグフィルタやセラミックスフィルターを経て大
気中に放出される。また、溶融炉1内の残存物はスラグ
とメタルに分離するが、スラグ5は水砕化装置または空
冷装置を通ってガラス状顆粒として取り出され、有効利
用または最終処分される。
入れ、加熱源である電極3でアークを発生させると、焼
却灰2はプラズマ輻射熱とジュール熱とで1400〜1
600℃となり、溶融スラグとなる。このような加熱溶
融によりダイオキシンやフランなどの有毒汚染物質は熱
破壊されるが、その過程にて発生した無害化されたガス
4は、バグフィルタやセラミックスフィルターを経て大
気中に放出される。また、溶融炉1内の残存物はスラグ
とメタルに分離するが、スラグ5は水砕化装置または空
冷装置を通ってガラス状顆粒として取り出され、有効利
用または最終処分される。
【0019】図2のように多数の炉材6を配置した溶融
炉1によれば、各炉材6を前記のような焼結体でもって
構成し、面aが内側となるように環状に並べ、外側を金
属材(たとえば一般構造用鋼や耐熱鋼など)からなる外
壁7で固定してある。
炉1によれば、各炉材6を前記のような焼結体でもって
構成し、面aが内側となるように環状に並べ、外側を金
属材(たとえば一般構造用鋼や耐熱鋼など)からなる外
壁7で固定してある。
【0020】溶融炉1を構成する炉壁はスラグ5に接触
するため、とくにスラグ面やスラグ出口付近(出湯口)
は炉材の損傷が激しいことから、この例では、スラグ5
の上面の近傍のみを本発明の炉材6で構成し、炉底8や
他の部分の内壁はアルミナ系セラミックスなどからなる
従来の炉材9を配置してある。なお、これら従来の炉材
9を本発明の炉材に置き換えてもよい。
するため、とくにスラグ面やスラグ出口付近(出湯口)
は炉材の損傷が激しいことから、この例では、スラグ5
の上面の近傍のみを本発明の炉材6で構成し、炉底8や
他の部分の内壁はアルミナ系セラミックスなどからなる
従来の炉材9を配置してある。なお、これら従来の炉材
9を本発明の炉材に置き換えてもよい。
【0021】上記のような炉材をセラミックスで構成す
るに当たり、非酸化物系と酸化物系とに区別すると、S
iC、Si3 N4 等を主成分とする非酸化物セラミック
スの炉材では、酸化雰囲気中(大気中)1500℃以上
の温度にさらすと、Si、Ca、希土類元素などの焼結
助剤成分がガラス化し、分解し、これによって変質し、
その結果、耐熱性に劣っていた。
るに当たり、非酸化物系と酸化物系とに区別すると、S
iC、Si3 N4 等を主成分とする非酸化物セラミック
スの炉材では、酸化雰囲気中(大気中)1500℃以上
の温度にさらすと、Si、Ca、希土類元素などの焼結
助剤成分がガラス化し、分解し、これによって変質し、
その結果、耐熱性に劣っていた。
【0022】一方、酸化物セラミックスの炉材において
は、ZrO2 を主成分とするセラミックスを使用する
と、高純度の原料を使用しても、1500℃以上の高温
に曝されると相変態を起こし、これにより、強度が劣化
していた。また、MgOを主成分とするセラミックスを
使用した場合には、特定の条件下では、耐熱性・耐食性
ともに優れるが、雰囲気中や灰分中に微量な水分が存在
すると、これと激しく反応を起こし、水酸化マグネシウ
ムが形成され、そのために耐食性が著しく悪化し、実質
的に水分が存在する条件下での溶融炉には不適である。
は、ZrO2 を主成分とするセラミックスを使用する
と、高純度の原料を使用しても、1500℃以上の高温
に曝されると相変態を起こし、これにより、強度が劣化
していた。また、MgOを主成分とするセラミックスを
使用した場合には、特定の条件下では、耐熱性・耐食性
ともに優れるが、雰囲気中や灰分中に微量な水分が存在
すると、これと激しく反応を起こし、水酸化マグネシウ
ムが形成され、そのために耐食性が著しく悪化し、実質
的に水分が存在する条件下での溶融炉には不適である。
【0023】これに対し、本発明の炉材6については、
MgOスピネルまたはAl2 O3 を含む高緻密な多結晶
セラミックスでもって構成する。このセラミックスであ
れば、融点が2000℃以上ときわめて高く、1500
〜1600℃の高温中でも安定した耐熱性・耐食性を有
しており、炉材として最適な材料である。なお、従来の
アルミナ系セラミックスの炉材では気孔率が大きく、そ
のためスラグ中のSi、Al、Fe、Ca、Na成分に
対する耐食性が不十分であるために長期間にわたって使
用することができず、寿命が短く、それ自体の肉厚が減
耗する。
MgOスピネルまたはAl2 O3 を含む高緻密な多結晶
セラミックスでもって構成する。このセラミックスであ
れば、融点が2000℃以上ときわめて高く、1500
〜1600℃の高温中でも安定した耐熱性・耐食性を有
しており、炉材として最適な材料である。なお、従来の
アルミナ系セラミックスの炉材では気孔率が大きく、そ
のためスラグ中のSi、Al、Fe、Ca、Na成分に
対する耐食性が不十分であるために長期間にわたって使
用することができず、寿命が短く、それ自体の肉厚が減
耗する。
【0024】MgOスピネルはMgAl2 O4 で表さ
れ、理論定比はMgOとAl2 O3 がモル比1:1で結
合した化合物であり、重量比で、MgO28.6重量
%、Al2 O3 71.4重量%で結合した化合物であ
る。
れ、理論定比はMgOとAl2 O3 がモル比1:1で結
合した化合物であり、重量比で、MgO28.6重量
%、Al2 O3 71.4重量%で結合した化合物であ
る。
【0025】MgOとAl2 O3 の組成比率を幾とおり
にも変えると、理論定比ではMgAl2 O4 結晶のみが
存在するが、理論定比よりMgOを多く含有させるとM
gO+MgAl2 O4 の二相結晶構造となる。他方、A
l2 O3 を多く含有させるとAl2 O3 +MgAl2 O
4 の二相結晶構造となる。
にも変えると、理論定比ではMgAl2 O4 結晶のみが
存在するが、理論定比よりMgOを多く含有させるとM
gO+MgAl2 O4 の二相結晶構造となる。他方、A
l2 O3 を多く含有させるとAl2 O3 +MgAl2 O
4 の二相結晶構造となる。
【0026】したがって、主成分であるMgOスピネル
および/またはAl2 O3 の多結晶セラミックスについ
ては、重量比でMgOを28.6重量%以下、Al2 O
3 を71.4重量%以上含有させることで、(1)Mg
Al2 O4 のみの結晶構造、(2)MgAl2 O4 +A
l2 O3 の二相結晶構造、(3)Al2 O3 のみの結晶
構造という3とおりの結晶構造が存在する。なお、これ
らの結晶相は、X線回折により分析する。
および/またはAl2 O3 の多結晶セラミックスについ
ては、重量比でMgOを28.6重量%以下、Al2 O
3 を71.4重量%以上含有させることで、(1)Mg
Al2 O4 のみの結晶構造、(2)MgAl2 O4 +A
l2 O3 の二相結晶構造、(3)Al2 O3 のみの結晶
構造という3とおりの結晶構造が存在する。なお、これ
らの結晶相は、X線回折により分析する。
【0027】また、(1)〜(3)の各結晶構造は炉材
の主成分として高融点、高温安定性、優れた耐熱性・耐
食性があるが、さらに結晶粒界を構成するガラス成分に
ついては、溶融塩、溶融スラグなどに含まれる浸食元素
(Si、Al、Fe、Ca、Na等)でもって、もっと
も容易に侵入・浸食されやすいことから、そのガラス成
分をできるだけ少なくするのがよい。すなわち、ガラス
成分であるSiO2 、CaO、Na2 O、Fe2 O3 な
どを5重量%以下、好適には0.5重量%以下にすると
よい。
の主成分として高融点、高温安定性、優れた耐熱性・耐
食性があるが、さらに結晶粒界を構成するガラス成分に
ついては、溶融塩、溶融スラグなどに含まれる浸食元素
(Si、Al、Fe、Ca、Na等)でもって、もっと
も容易に侵入・浸食されやすいことから、そのガラス成
分をできるだけ少なくするのがよい。すなわち、ガラス
成分であるSiO2 、CaO、Na2 O、Fe2 O3 な
どを5重量%以下、好適には0.5重量%以下にすると
よい。
【0028】このような不純物成分を5重量%以下とす
るために、あらかじめ高純度のMgO、Al2 O3 の一
次原料を使用したり、あるいは製造工程において不純物
の混入を防止するとよい。ただし、不可避的に混入され
るものである。
るために、あらかじめ高純度のMgO、Al2 O3 の一
次原料を使用したり、あるいは製造工程において不純物
の混入を防止するとよい。ただし、不可避的に混入され
るものである。
【0029】本発明の他の炉材として、MgOスピネル
またはAl2 O3 の多結晶セラミックスに対し、さらに
Cr2 O3 またはCeO2 を添加し、これにより、スラ
グに対する濡れ性が下がり、スラグの浸透を防ぎ、耐食
性を高めたことが特徴である。すなわち、焼結体全体当
たりCr2 O3 またはCeO2 を3〜90重量%、好適
には1〜50重量%添加し、結晶粒界に存在させること
で、スラグに対する濡れ性を低下させ、その結果、スラ
グの浸透を防ぎ、耐食性を向上させる。
またはAl2 O3 の多結晶セラミックスに対し、さらに
Cr2 O3 またはCeO2 を添加し、これにより、スラ
グに対する濡れ性が下がり、スラグの浸透を防ぎ、耐食
性を高めたことが特徴である。すなわち、焼結体全体当
たりCr2 O3 またはCeO2 を3〜90重量%、好適
には1〜50重量%添加し、結晶粒界に存在させること
で、スラグに対する濡れ性を低下させ、その結果、スラ
グの浸透を防ぎ、耐食性を向上させる。
【0030】このような本発明の炉材を作製するには、
焼成温度を1600〜1750℃、好適には1700〜
1750℃という高い温度に設定し、さらにこの温度に
より焼成時間を2〜10時間にまで長くすることで、結
晶径を大きく発達させ、これによってさらに耐食性を向
上させるとよい。
焼成温度を1600〜1750℃、好適には1700〜
1750℃という高い温度に設定し、さらにこの温度に
より焼成時間を2〜10時間にまで長くすることで、結
晶径を大きく発達させ、これによってさらに耐食性を向
上させるとよい。
【0031】かくして本発明の炉材によれば、MgOス
ピネルまたはAl2 O3 の結晶相で高融点、高温安定
性、優れた耐熱性・耐食性となし、さらにガラス成分を
5重量%以下にしたり、もしくはCr2 O3 やCeO2
を結晶粒界に存在させて、スラグに対する濡れ性を低下
させ、溶融塩、溶融スラグなどに含まれる浸食元素に対
する侵入・浸食を防いでいる。
ピネルまたはAl2 O3 の結晶相で高融点、高温安定
性、優れた耐熱性・耐食性となし、さらにガラス成分を
5重量%以下にしたり、もしくはCr2 O3 やCeO2
を結晶粒界に存在させて、スラグに対する濡れ性を低下
させ、溶融塩、溶融スラグなどに含まれる浸食元素に対
する侵入・浸食を防いでいる。
【0032】つぎに図4に示す耐熱保護管10について
は、前記電極3などの加熱用ヒータや、温度管理のため
の熱電対を溶融スラグ等やその蒸気成分に対し保護する
ためのものである。この耐熱保護管10は先端を封止し
た管状体をなし、この内部にヒータやセンサを入れ、こ
れらを保護し、長期間にわたって使用に供することがで
きる。
は、前記電極3などの加熱用ヒータや、温度管理のため
の熱電対を溶融スラグ等やその蒸気成分に対し保護する
ためのものである。この耐熱保護管10は先端を封止し
た管状体をなし、この内部にヒータやセンサを入れ、こ
れらを保護し、長期間にわたって使用に供することがで
きる。
【0033】
【実施例】(例1)ゴミ焼却灰に対する溶融炉内の環境
を想定し、さまざまなセラミックス材料からなる炉材を
製作し、ゴミ焼却灰との反応試験をおこなった。
を想定し、さまざまなセラミックス材料からなる炉材を
製作し、ゴミ焼却灰との反応試験をおこなった。
【0034】焼却灰として、成分がAl、Ca、Mg、
Na、K、Zn、Pb、Si、Fe、Cl等からなる焼
却灰を焼却炉より回収し、乾式加圧成形機を用いて直径
12mm×厚さ1mm、重さ0.3gのタブレットを作
製した。
Na、K、Zn、Pb、Si、Fe、Cl等からなる焼
却灰を焼却炉より回収し、乾式加圧成形機を用いて直径
12mm×厚さ1mm、重さ0.3gのタブレットを作
製した。
【0035】つぎに、表1と表2に示すようにMgOと
Al2 O3 との混合組成を重量%でもって規定し、さら
にCr2 O3 やCeO2 を焼結体全体に対する重量%で
もって含有し、そして、乾式加圧成形し、その後、大気
雰囲気中1600℃〜1750℃の温度で焼成し、直径
30mm×厚さ10mmのタブレット試験片を試料N
o.1〜21として作製した。また、試料No.22は
ジルコニア、試料No.23は炭化珪素、試料No.2
4は窒化珪素の各セラミックスでもって構成した。
Al2 O3 との混合組成を重量%でもって規定し、さら
にCr2 O3 やCeO2 を焼結体全体に対する重量%で
もって含有し、そして、乾式加圧成形し、その後、大気
雰囲気中1600℃〜1750℃の温度で焼成し、直径
30mm×厚さ10mmのタブレット試験片を試料N
o.1〜21として作製した。また、試料No.22は
ジルコニア、試料No.23は炭化珪素、試料No.2
4は窒化珪素の各セラミックスでもって構成した。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】そして、各試料に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)を形成
し、その後に以下のとおり各種特性を測定した。
るための座繰り穴(直径13mm×深さ1mm)を形成
し、その後に以下のとおり各種特性を測定した。
【0039】結晶相はX線回折装置を使用し、Cu管球
を用いて電圧50kV、電流200mAにして、測定範
囲2θ=10゜〜90゜でもってフルスケール3×10
4 〜10×104 cpsとして分析した。メインピーク
を表中に示すと、MgAl2O4 はS、Al2 O3 は
C、MgOはPにて示す。
を用いて電圧50kV、電流200mAにして、測定範
囲2θ=10゜〜90゜でもってフルスケール3×10
4 〜10×104 cpsとして分析した。メインピーク
を表中に示すと、MgAl2O4 はS、Al2 O3 は
C、MgOはPにて示す。
【0040】不純物については、SiO2 、CaO、N
a2 O、Fe2 O3 からなるガラス相として存在する
が、これらをICP分析によって定量分析した。
a2 O、Fe2 O3 からなるガラス相として存在する
が、これらをICP分析によって定量分析した。
【0041】結晶粒径は、破断面のSEM写真を500
倍〜1000倍程度で撮影し、この写真からコード法を
用いて測定し、さらに嵩比重、気孔率はJIS法に基づ
いて測定した。
倍〜1000倍程度で撮影し、この写真からコード法を
用いて測定し、さらに嵩比重、気孔率はJIS法に基づ
いて測定した。
【0042】これらの測定結果も表1および表2に示
す。
す。
【0043】また、各試料に対し、曲げ強度、溶融およ
びクラック、反応試験を測定し、さらに総合評価をおこ
なったところ、表3および表4に示すとおりの結果が得
られた。
びクラック、反応試験を測定し、さらに総合評価をおこ
なったところ、表3および表4に示すとおりの結果が得
られた。
【0044】
【表3】
【0045】
【表4】
【0046】曲げ強度(3点)はJIS法に基づいて測
定した。
定した。
【0047】反応試験については、各試料のセラミック
ス試験片の座繰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、その後、各試験
片について外観を目視で観察し、さらに溶融あるいはク
ラックの有無を調べた。クラックについては、各試験片
を切断し、研磨した断面について、SEM写真(50倍
〜200倍程度)で有無を調べた。そして、クラックや
溶融が存在する場合には×、これらが確認されなかっ
た場合には○にて示す。
ス試験片の座繰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、その後、各試験
片について外観を目視で観察し、さらに溶融あるいはク
ラックの有無を調べた。クラックについては、各試験片
を切断し、研磨した断面について、SEM写真(50倍
〜200倍程度)で有無を調べた。そして、クラックや
溶融が存在する場合には×、これらが確認されなかっ
た場合には○にて示す。
【0048】また、波長分散型EPMA分析装置を用い
て、加速電圧15kV、プローブ電流2.0×10-7A
でもって、Si、Fe、Ca、Na、Kの各元素の検出
をおこない、マッピング形式で出力し、その後、これら
元素の拡散深さ(反応層)を調べた。反応層が1mm以
下のものは○、1mmを越えるものについては、×
で示す。
て、加速電圧15kV、プローブ電流2.0×10-7A
でもって、Si、Fe、Ca、Na、Kの各元素の検出
をおこない、マッピング形式で出力し、その後、これら
元素の拡散深さ(反応層)を調べた。反応層が1mm以
下のものは○、1mmを越えるものについては、×
で示す。
【0049】さらに総合評価として○は極微小な反応
層があるが、実用的に差し支えない場合であり、×は
相当に劣化しており、実用的でない場合を示す。
層があるが、実用的に差し支えない場合であり、×は
相当に劣化しており、実用的でない場合を示す。
【0050】これらの結果から、試料No.4、5、
6、7、8、9、10、12、13、14、16、1
7、18、19に示すような本発明の炉材においては、
溶融やクラックの発生はなく、焼却灰成分との反応層も
認められず、炉材として問題なく使用できることがわか
る。また、試料No.5、6のようにCr2 O3 、Ce
O2 を添加した場合には、さらに反応層が小さくなり、
耐食性が向上することがわかる。
6、7、8、9、10、12、13、14、16、1
7、18、19に示すような本発明の炉材においては、
溶融やクラックの発生はなく、焼却灰成分との反応層も
認められず、炉材として問題なく使用できることがわか
る。また、試料No.5、6のようにCr2 O3 、Ce
O2 を添加した場合には、さらに反応層が小さくなり、
耐食性が向上することがわかる。
【0051】これに対し、炉材をSiC、Si3 N4 、
ZrO2 で構成すると、溶融またはクラックが発生して
いることから、炉材としては不適当である。さらに試料
No.1、2、3のようにMgOの比率が高くなると反
応層が顕著になり、ガラス相の含有量が多い試料No.
11、15、20、21では溶融やクラックが発生した
り、反応層が顕著になっていることがわかる。
ZrO2 で構成すると、溶融またはクラックが発生して
いることから、炉材としては不適当である。さらに試料
No.1、2、3のようにMgOの比率が高くなると反
応層が顕著になり、ガラス相の含有量が多い試料No.
11、15、20、21では溶融やクラックが発生した
り、反応層が顕著になっていることがわかる。
【0052】(例2)例1の試料No.5、6にて添加
したCr2 O3 やCeO2 に代えて、表5に示すように
TiO2 、NiO、La2 O3 を使用し、その他をまっ
たく同じにして試料No.25〜27を作製した。
したCr2 O3 やCeO2 に代えて、表5に示すように
TiO2 、NiO、La2 O3 を使用し、その他をまっ
たく同じにして試料No.25〜27を作製した。
【0053】
【表5】
【0054】これら各試料について、同様に強度等を測
定したところ、表6に示すような結果が得られた。
定したところ、表6に示すような結果が得られた。
【0055】
【表6】
【0056】表から明らかなとおり、本発明のようにC
r2 O3 やCeO2 を使用することで優れた耐熱・耐食
性の炉材になることがわかる。
r2 O3 やCeO2 を使用することで優れた耐熱・耐食
性の炉材になることがわかる。
【0057】(例3)例1の試料No.12に対し、表
7に示すようにCr2 O3 、CeO2 、TiO2 、Ni
O、La2 O3 を使用し、その他をまったく同じにして
試料No.28〜32を作製した。
7に示すようにCr2 O3 、CeO2 、TiO2 、Ni
O、La2 O3 を使用し、その他をまったく同じにして
試料No.28〜32を作製した。
【0058】
【表7】
【0059】これら各試料について、同様に強度等を測
定したところ、表8に示すような結果が得られた。
定したところ、表8に示すような結果が得られた。
【0060】
【表8】
【0061】表から明らかなとおり、本発明のようにC
r2 O3 やCeO2 を使用することで優れた耐熱・耐食
性の炉材になることがわかる。
r2 O3 やCeO2 を使用することで優れた耐熱・耐食
性の炉材になることがわかる。
【0062】(例4)例1の試料No.19に対し、表
9に示すようにCr2 O3 、CeO2 、TiO2 、Ni
O、La2 O3 を使用し、その他をまったく同じにして
試料No.33〜37を作製した。
9に示すようにCr2 O3 、CeO2 、TiO2 、Ni
O、La2 O3 を使用し、その他をまったく同じにして
試料No.33〜37を作製した。
【0063】
【表9】
【0064】これら各試料について、同様に強度等を測
定したところ、表10に示すような結果が得られた。
定したところ、表10に示すような結果が得られた。
【0065】
【表10】
【0066】表から明らかなとおり、本発明のようにC
r2 O3 やCeO2 を使用することで優れた耐熱・耐食
性の炉材になることがわかる。
r2 O3 やCeO2 を使用することで優れた耐熱・耐食
性の炉材になることがわかる。
【0067】(例5)試料No.5をベースにして、さ
らにCr2 O3 添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・
耐食性を同様に測定したところ、表11に示すような結
果が得られた。
らにCr2 O3 添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・
耐食性を同様に測定したところ、表11に示すような結
果が得られた。
【0068】
【表11】
【0069】この表から明らかなとおり、Cr2 O3 の
添加量が3重量%未満では反応層が顕著になり、90重
量%を越えると難焼結材となり、気孔率が大きくなりす
ぎ、耐食性が悪くなった。
添加量が3重量%未満では反応層が顕著になり、90重
量%を越えると難焼結材となり、気孔率が大きくなりす
ぎ、耐食性が悪くなった。
【0070】(例6)試料No.6をベースにしてCe
O2 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食性を
同様に測定したところ、表12に示すような結果が得ら
れた。この表から明らかなとおり、CeO2 の添加量が
3重量%未満では反応層が顕著になり、90重量%を越
えると難焼結材となり、気孔率が大きくなりすぎ、耐食
性が悪くなった。
O2 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食性を
同様に測定したところ、表12に示すような結果が得ら
れた。この表から明らかなとおり、CeO2 の添加量が
3重量%未満では反応層が顕著になり、90重量%を越
えると難焼結材となり、気孔率が大きくなりすぎ、耐食
性が悪くなった。
【0071】
【表12】
【0072】(例7)試料No.28をベースにしてC
r2 O3 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食
性を同様に測定したところ、表13に示すような結果が
得られた。同様にCr2 O3 の添加量が3重量%未満で
は反応層が顕著になり、90重量%を越えると難焼結材
となり、気孔率が大きくなりすぎ、耐食性が悪くなっ
た。
r2 O3 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食
性を同様に測定したところ、表13に示すような結果が
得られた。同様にCr2 O3 の添加量が3重量%未満で
は反応層が顕著になり、90重量%を越えると難焼結材
となり、気孔率が大きくなりすぎ、耐食性が悪くなっ
た。
【0073】
【表13】
【0074】(例8)試料No.29をベースにしてC
eO2 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食性
を同様に測定したところ、表14に示すような結果が得
られた。同様にCeO2 の添加量が3重量%未満では反
応層が顕著になり、90重量%を越えると難焼結材とな
り、気孔率が大きくなりすぎ、耐食性が悪くなった。
eO2 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食性
を同様に測定したところ、表14に示すような結果が得
られた。同様にCeO2 の添加量が3重量%未満では反
応層が顕著になり、90重量%を越えると難焼結材とな
り、気孔率が大きくなりすぎ、耐食性が悪くなった。
【0075】
【表14】
【0076】(例9)試料No.33をベースにしてC
r2 O3 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食
性を同様に測定したところ、表15に示すような結果が
得られた。同様にCr2 O3 の添加量が3重量%未満で
は反応層が顕著になり、90重量%を越えると難焼結材
となり、気孔率が大きくなりすぎ、耐食性が悪くなっ
た。
r2 O3 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食
性を同様に測定したところ、表15に示すような結果が
得られた。同様にCr2 O3 の添加量が3重量%未満で
は反応層が顕著になり、90重量%を越えると難焼結材
となり、気孔率が大きくなりすぎ、耐食性が悪くなっ
た。
【0077】
【表15】
【0078】(例10)試料No.34をベースにして
CeO2 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食
性を同様に測定したところ、表16に示すような結果が
得られた。同様にCeO2 の添加量が3重量%未満では
反応層が顕著になり、90重量%を越えると難焼結材と
なり、気孔率が大きくなりすぎ、耐食性が悪くなった。
CeO2 の添加量を幾とおりにも変えて、耐熱性・耐食
性を同様に測定したところ、表16に示すような結果が
得られた。同様にCeO2 の添加量が3重量%未満では
反応層が顕著になり、90重量%を越えると難焼結材と
なり、気孔率が大きくなりすぎ、耐食性が悪くなった。
【0079】
【表16】
【0080】
【発明の効果】以上のとおり、本発明の高温耐熱材にお
いては、MgAl2 O4 および/またはAl2 O3 の多
結晶からなり、SiO2 、CaO、Na2 O、Fe2 O
3 などのガラス成分が5重量%以下である焼結体でなし
たり、あるいはMgAl2 O4および/またはAl2 O
3 の多結晶からなり、さらにCr2 O3 またはCeO2
を3〜90重量%の比率で添加してなる焼結体でなした
ことで、優れた耐熱・耐食性が得られ、これによって長
期間にわたって使用できる高温炉用炉材や耐熱保護管が
提供できた。
いては、MgAl2 O4 および/またはAl2 O3 の多
結晶からなり、SiO2 、CaO、Na2 O、Fe2 O
3 などのガラス成分が5重量%以下である焼結体でなし
たり、あるいはMgAl2 O4および/またはAl2 O
3 の多結晶からなり、さらにCr2 O3 またはCeO2
を3〜90重量%の比率で添加してなる焼結体でなした
ことで、優れた耐熱・耐食性が得られ、これによって長
期間にわたって使用できる高温炉用炉材や耐熱保護管が
提供できた。
【図1】溶融炉での加熱処理の概要説明図である。
【図2】(a)は本発明の高温炉用炉材を用いた溶融炉
の縦断面図、(b)は(a)中の断面線X−Xによる部
分断面図である。
の縦断面図、(b)は(a)中の断面線X−Xによる部
分断面図である。
【図3】本発明の高温炉用炉材の斜視図である。
【図4】本発明の耐熱保護管材の断面図である。
1 溶融炉 2 焼却灰 3 電極 4 ガス 5 スラグ 6、9 炉材 7 外壁 8 炉底 10 耐熱保護管
Claims (3)
- 【請求項1】MgAl2 O4 および/またはAl2 O3
の多結晶からなり、SiO2 、CaO、Na2 O、Fe
2 O3 などのガラス成分が5重量%以下(0を含まず)
である焼結体、もしくはMgAl2 O4 および/または
Al2 O3 の多結晶からなり、さらにCr2 O3 または
CeO2 を3〜90重量%の比率で添加してなる焼結体
で構成した高温耐熱材。 - 【請求項2】金属やスラグの溶融炉等の高温炉における
炉壁等を請求項1の高温耐熱材で構成した高温炉用炉
材。 - 【請求項3】先端を封止した管状体を請求項1の高温耐
熱材で構成した耐熱保護管。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10118938A JPH11310453A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 高温耐熱材ならびにこれを用いた高温炉用炉材および耐熱保護管 |
US09/300,648 US6227127B1 (en) | 1998-04-28 | 1999-04-27 | Furnace material, heat resisting protection tube and protective member using the same sintered material |
DE19919401A DE19919401A1 (de) | 1998-04-28 | 1999-04-28 | Gesintertes Material, Ofenmaterial und hitzebeständiges Schutzrohr sowie Schutzelement unter Verwendung desselben |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10118938A JPH11310453A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 高温耐熱材ならびにこれを用いた高温炉用炉材および耐熱保護管 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11310453A true JPH11310453A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14748954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10118938A Withdrawn JPH11310453A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 高温耐熱材ならびにこれを用いた高温炉用炉材および耐熱保護管 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11310453A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009107917A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-05-21 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | 多結晶性モノリシックアルミン酸マグネシウムスピネル |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP10118938A patent/JPH11310453A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009107917A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-05-21 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | 多結晶性モノリシックアルミン酸マグネシウムスピネル |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20050221 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050223 |