JPS6331517A - セラミツクフイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミックフィルタに関する。

［従来の技術］ 含塵ガスからの除塵を目的とするフィルタとしては、一
般にはバグフィルタが使用されている。バグフィルタは
主としてはガラス繊維製の炉布などからできているため
、使用温度としては２５０℃程度が上限である。

より高温の含塵ガスからの除塵にはセラミックフィルタ
を使用するものが提案されており、その一部は実用化さ
れているが、必ずしも工業的に確立された技術になって
はいない、その理由は、一つには集塵システムが必ずし
も完成されたものでないこともあるが、他方には、セラ
ミックフィルタがその目的に充分耐用しうるものでない
ことにもある。

本出願人はすでに特開昭５９−２２５７２１号などにお
いて工業的な集裏装置を提案しているが、このような集
塵装置において致命的な問題となるのは粉塵によるフィ
ルりの目づまりである。−般的には、集塵時の通ガス方
向とは逆の方向にガスを流す逆洗によって、集塵時にフ
ィルタに付着した粉塵を除去する方法が採られるが、長
期間使用していくうちに、粉塵のうちの微粒子がセラミ
ックフィルタの気孔内部に入り込んで逆洗によっても除
去されなくなり、通気抵抗を上昇させ、やがては目づま
りを起こして致命的な問題となる。

この原因について種々検討調査した結果、従来のセラミ
ックフィルタの気孔組織に問題があることが判明した。

すなわち、従来のセラミックフィルタは、例えば特開昭
５５−１３７０２１号に提案されているように、粒径が
比較的揃ったセラミック粒子がガラス質などの結合材で
結合された組織になっており、気孔径が比較的均一な、
すなわち平均気孔径を中心にその両側の比較的狭い範囲
に大部分の気孔径が分布しているといった気孔組織とな
っている。こうした気孔組織を有する従来のセラミック
フィルタは、一定粒径以上の粉塵粒子が気孔が入り込み
にくいという点ではそれなりの効果を示すが、その一定
粒径以下の粉塵粒子は気孔に入り込みやすく、したがっ
て小さい粒径の粉塵粒子を含有する含塵ガスには、対応
して小さい平均気孔径を有するフィルタが使われる。

しかし小さい平均気孔径を有するフィルタは、一般に通
気抵抗が大きく、工業用集塵装置として利用するには、
大きな吸引負圧を宥する排気ブロワを用いたとしてもフ
ィルタの大きな通気抵抗ゆえに通気が困難となったり、
困難でないまでも動力費用が大きくなる難点がある。

例えば、鉄鋼業の高炉や転炉からの高温排ガスはより大
きな粒径の粉塵粒子とともに代表粒径１μ■以下の粉塵
粒子を含んでいることが多く、これらの粉塵を捕集する
ためには、従来技術によれば、平均気孔径が数μｍ〜１
０μ−程度のセラミックフィルタが必要であった。

しかし数μ票〜１０μｍ程度の平均気孔径を有するセラ
ミックフィルタは、気孔率が４５％程度に達するもので
も通気抵抗は大きい、すなわち、バグフィルタでは一般
に１〜２　ｃｔａ／ｓのガス流速が採用されることに鑑
み、セラミックフィルタでは３〜８　ｃｒｓ／ｓのガス
流速を採用することが望ましいが、この場合、上記した
数μｍ〜ｌＯμ鳳の平均気孔径のセラミックフィルタで
は容易に１０００＋ｓｍＡｇといった大きな通気抵抗値
に達してしまい、工業的な集塵装置として利用しがたい
。

そこで実用的に許容しうる低通気抵抗とするためには、
平均気孔径が２０〜１００μｍ程度であるセラミックフ
ィルタの採用が考えられる。しかし従来技術によるこう
したセラミックフィルタは、前述の如く、粒径の揃った
セラミック粒子から構成されていて気孔径が比較的均一
であるとともに、フィルタの表面から裏面へ連通ずる連
続気孔においてガス流路の径の変化も小さい、そのため
、まず第一には数μｍ以下の粉塵粒子がフィルタ組織内
に侵入し、フィルタを通過してしまい、集塵効果が悪い
、第二に、このような粉塵粒子がフィルタ組織内に侵入
したまま、途中で閉塞を起こし、逆洗によっても除去さ
れないで目づまりするという重大な欠陥を招く。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解
消しようとするものであり、すなわち、小さな粒径の粉
塵粒子をも充分に除塵することができるとともに、通気
抵抗も充分に小さなセラミックフィルタを提供するもの
である。

本発明の他の目的は、１μｍ以下の微細粉塵粒子をも充
分に除塵できる低通気抵抗のセラミックフィルタを提供
しようとするものである。

本発明のさらに他の目的は、流体流速をさほど低下させ
ることなく低通気抵抗で小さな粒径の粉塵粒子を充分に
除塵できるセラミックフィルタを提供しようとするもの
である。

本発明のさらにまた他の目的は、充分な機械的強度を有
し、あるいは高温の含塵流体に適用しうる。低通気抵抗
にして、かつ、小さな粒径の粉塵粒子を充分に除塵でき
るセラミックフィルタを提供しようとするものである。

本発明の別の目的は、以下の記述によっても、明らかに
されるものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のセラミックフィルタは、気孔率が３０〜５０容
積％の範囲にあり、平均気孔径の１／２以下の気孔径を
宥する気孔の容積が、全気孔の容積の３％以上であるこ
とを特徴とする。

以下１図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

本発明のセラミックフィルタは、典型的にはコージライ
ト、β−スボジュメン、チタン酸アルミニウム、ムライ
ト、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素などか
ら選ばれる一種または二種以上のセラミック粒子が、こ
れと同質にして粒径の小さいセラミック微粉、あるいは
粘度、フリットなどの結合材とともに焼結されてなる。

第２図および第３図から理解できるように、従来のセラ
ミックフィルタにあっては１表面１から裏面２に至るま
で主としてほぼ均一なセラミック粒子から形成されるセ
ラミック部分３の間隙に気孔４が形成されている。そし
てこの気孔４の径はほぼ均一である。これに対し、本発
明のセラミックフィルタの典型例にあっては、粗粒セラ
ミック粒子と微粒セラミック粒子とから形成されるセラ
ミック部分３の間隙に大きな気孔５とともに、小さな気
孔６とが形成されており、その多くが表面１および裏面
２に連通している。

本発明において、大きな気孔５および小さな気孔６を含
めた全気孔がこのセラミ−／クフィルタ全体の体積に占
める割合、すなわち、気孔率は３０〜５０容積％とされ
る。気孔率が３０％より小さいと通気抵抗が著しく大き
くなり、５％より大きいと機械的強度が小さくなり、ど
ちらも実用的でない、この気孔率はより好ましくは３５
容積％以上とされ、また４５容積％以下とするのがより
好ましい、気孔率は例えば、アルキメデス法によって測
定するとよいが、その他の適宜な公知手法によってもよ
い。

また本発明のセラミックフィルタは、平均気孔径の１７
２以下の気孔径を有する気孔の容積が全気孔の容積の３
％以上、より好ましくは５％以上を占める。この点をよ
り具体的に説明すると、後述する実施例のセラミックフ
ィルタは気孔径率が４２容積％であり、平均気孔径は３
２μｍである。したがって平均気孔径の１７２の気孔径
は１８μ■となるが、この実施例のセラミックフィルタ
にあっては、気孔径１６μ麿以下の気孔の容積がさきの
４２容積％の気孔のうちの３％を、さらには５％を超え
て７％を占める０本発明のセラミックフィルタは、この
ように平均気孔径が比較的大きく、なおかつ、全体とし
ての気孔率が大きいので充分低い通気抵抗値が確保でき
るとともに、平均気孔径の１／２以下という小さい気孔
径を示す気孔も、全気孔の容積の３％以上を占めるよう
に多数存在している。こうした小さい気孔径の気孔が小
さな粒径の粉塵粒子の捕集に重要な役割を果していると
考えており、この容積が上記数値％より小さいと、小さ
な粒径の粉塵粒子が充分捕集できなかったり、目づまり
を起こすこととなる。

捕集すべき粉塵粒子の粒径に応じて、本発明のセラミッ
クフィルタの平均気孔径は２０μｍより小であっても、
１００μ■より大であってもよいが、平均気孔径は２０
〜１００μｌの範囲とするのが好ましい、２０μ■より
小であると、フレッシュなセラミックフィルタ自身の通
気抵抗が大きくなり、１００μ麿より大であると、含塵
流体中の数μｍ以下の粉塵粒子がフィルタを通過したり
、フィルタ内に堆積して目づまりしやすくなる。より好
ましくは平均気孔径は２５〜７０μｍとされる。なお、
平均気孔径、気孔径分布などの測定には水銀ポロシメー
タ法が好適であるが、他の適宜な方法で測定してもよい
。

このセラミックフィルタは、含塵流体の性状や処理条件
に応じて種々の形状や厚さのものとすることができるが
、厚さは５〜３ｈｍとするのがよい。５ｍ＋より小さい
と強度面での信頼性が低く、３０ｍｍより大きいと通気
抵抗が大きくなりすぎる。形状は広い平板状などとして
もよいが、通例は中空筒状としてその内外のいずれか一
方に含塵ガス、含塵液体を流し、他方から除塵されたガ
スまたは液体をとりだすのがよい、この中空筒状体とし
て、例えば、内径５０〜２５０ｍｍ　、長さ　５００〜
２０００ｍ層のものが好適に例示でき、これは宥底であ
ってもよいし、無底であってもよい、特に無底中空筒状
である場合には、一方の開放端から筒内に含塵ガスを導
入し、含塵ガスが筒内を流れていく間に、除塵されたガ
スを筒壁の外側に流出させるとともに、筒内壁に付着・
堆積する粉塵を含塵ガス流の慣性を利用して他方の開放
端から排出したり、逆洗時に筒内壁からｔＩｌ離した粉
塵を同様に排出したりすることができる。

本発明のセラミックフィルタは、バグフィルタでは対処
しがたい２５０℃以上、さらには５００℃以上の高温の
含塵流体の処理に好適であるが、２５０°Ｃより低温の
含塵流体の処理に使用しても何等さしつかえない。

［実施例］ 以下に実施例および比較例をもって具体的に本発明を例
示するが、本発明は、かかる実施例に限定されるもので
はない。

実施例 セラミック粒子としてのコージライト骨材（２８メツシ
ユパス、２０Ｇメツシユバスせず）５５重量およびコー
ジライト微粉（２００メツシユパス）３０重量部、結合
剤としての粘土１０重量％およびβ−スボジュメン微粉
（３２５メツシユパス）５重量部、気孔付与剤としての
コークス微粉（４００メツシユバス、１０００メツシユ
パスせず）２５重量部および成形助剤としての有機物バ
インダ適宜量を秤取φ混合し、この混合物をラバープレ
ス法により、焼成後の寸法が内径１４０Ｉ、外径１７ｈ
＋ｓ　、長さ８０（ｌａｖとなるようにパイプ状に成形
した。ついでこの成形体をトンネル炉にて１３２０℃で
焼成し、前記寸法のパイプ焼成体（本実施例中で以下、
単にパイプという）を得た。

得られたパイプの曲げ強度は１８０ｋｇ／ｃｍ２　、ア
ルキメデス法による気孔率は４２容積％であった。また
水銀ポロシメータにより気孔径分布を測定した結果を第
１図に曲線Ｓで示す、これかられかるように、平均気孔
径、すなわち、気孔径対気孔累積容積曲線において全気
孔容積を部分する気孔径は３２μｍであり、さらに１６
μｌ以下の気孔体を有する気孔の容積は全気孔容積の７
％であった。

このパイプ（厚さ１５＋ｓｍ）のフレッシュ時の通気抵
抗は、５ｃｍ／ｓの流速でパイプ内からパイプ外に通過
する室温空気に対して１３０＋ｓｍＡｇであった。

ついでこのパイプをｆ（６ｈｍの長さに切断し、集塵テ
ストに供した。すなわち上部に含塵ガス導入口、下部に
粉塵ホッパ部、側部に清浄ガス導出口を有する缶体内を
上部管板および下部管板で三つの部分にダストタイトに
区画し、両管板の支持孔間に上記パイプを挿通支持する
。パイプと支持孔との間隙は適宜な手段によりダストタ
イトに保たれる。含塵ガス導入口から、所定の含塵ガス
が導入されること、この含塵ガスはパイプ内に流入し、
清浄ガスがパイプ壁を通過してパイプ外に流出して清浄
ガス導出口から導出される。粉塵はパイプ壁を通過せず
、大部分は粉塵ホッパ部に落下するとともに、一部の粉
塵はパイプ内壁に付着する。

含塵ガスとしては４０ｇ／Ｎｍ３の濃度でベンガラ粉塵
を含む３００℃の加熱空気を用いた。ベンガラ粉塵の粒
度分布は１μ■以下１重量％、１〜１０μｍ　７重量％
、１０〜４０μｍ３５重量％、４０〜１００μ厘４８重
量％、１００〜８００μｔｓ　１１重量％であった。含
塵ガスはパイプの内壁から外壁への通過速度が５ｃ＋ａ
／ｓとなるように供給した。逆洗は１０分毎に０．３秒
間のパルス逆洗を２秒間隔で３回行ない、パイプ内壁に
付着したベンガラ粉塵をはらい落とした。

このような集塵テストを連続して１０００時間実施した
が、１０００時間後の通気抵抗は逆洗直前で１３８ｈｍ
Ａｇ　、逆洗直後で３８０ｓｍＡｇであり、この間、導
出された洗浄ガス中には１〜８００μ厖のベンガラ粉塵
は認められず、１μｍ以下のベンガラ粉塵も実質的に認
められなかった。

また、１０００時間連続の上記集塵テスト後のパイプを
切断し、その断面を観察したところ、パイプ内壁から約
１ｍｍの深さまでベンガラ粉塵の侵入が見られたが、そ
れより外側にはベンガラ粉塵は全く観察されなかった。

比較例 セラミック粒子としてのコージライト骨材（１００メツ
シユパス、２００メツシユバスせず）９０重量部、結合
剤としてのβ−スポジュメン微粉（３２５メツシユパス
）１０重量部および成形助剤としての有機物バインダー
適宜量を秤取・混合し、この混合物をラバープレス法に
より焼成後の寸法が内径１４ｈ璽、外径１７０−■、長
さ８００層鵬上次るようにパイプ状に成形した。ついで
この成形体をシリコニット電気炉にて１２８０℃で焼成
し、前記寸法のパイプ焼成体（本比較例中で以下、単に
パイプという）を得た。得られたパイプの曲げ強度は、
１５０ｋｇ／ｃｍ２．アルキメデス法による気孔率は３
２容蹟％であった。また水銀ポロシメータにより気孔径
分布を測定した結果を第１図に曲線Ｒで示す、これから
れかるように、平均気孔径は３４μ腸であり、さらに１
７μｍ以下の気孔径を有する気孔の容積は全気孔容積の
１％以下であった。

このパイプのフレッシュ時の通気抵抗は５Ｃ■／ｓの流
速でパイプ内からパイプ外に通過する室温空気に対して
１４５ｍｍＡｇであった。

ついで、前述の実施例と同一の方法にて集塵テストを実
施した。その結果集塵テスト開始２８時間後には逆洗直
前で８３（１＋＋ｍＡｇ　、逆洗直後で１３１０■ｍＡ
ｇ　、さらに４８時間後には逆洗直前で１０２０■■Ａ
ｇ、逆洗直後で８１０ｔ＋ｓＡｇ　、　７２時間後には
逆洗直前テ１５７０ｍｍＡｇ、逆洗直後テ１４２０ｍｍ
Ａｇ）通気抵抗となり、さらに上昇する傾向にあった。

７２時間連続の上記集塵テスト後のパイプを切断して観
察したところ、ベンガラ粒子がパイプ内壁から深さ５■
程度まで侵入していることが判明した。

［発明の効果］ 本発明によれば、通気抵抗が実用可能なレベルで充分小
さく、しかも数μ厘以下の微小な粉塵が捕集でき、その
上はとんど目づまりしないという優れたセラミックフィ
ルタが提供される。

またセラミック製であるため、バグフィルタでは対処し
えなかった２５０℃以上どころか、５００℃以上、さら
には１０００℃という高温の含塵ガスからの除塵、集塵
も可能であり、さらに、前述した各種の優れた効果も奏
するものであって、工業的な利用価値は多大である。

したがって、例えば、転炉、高炉あるいはキューボラか
らの高温含塵排ガスを冷却することなく除塵でき、除塵
された清浄高温排ガスからは熱交換器やタービンによっ
て有効に熱回収が図れる。さらに、上記以外の各種高温
含塵流体や、２５０℃より低温の含塵流体からの除塵、
集塵に利用できることはいうまでもないし、さらに集め
られた粉塵を再利用するこも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例よび比較例のセラミックフィル
タの気孔径分布を示すグラフであり、第２図は本発明の
セラミックフィルタの典型例の組織を模式的に示す断面
図、第３図は従来のセラミックフィルタの組織を模式的
に示す断面図である。 ３：セラミック部分 ４．５，６：気孔 巣　１　図 灸凡径（μｍ） ８　Ｚ　記

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気孔率が３０〜５０容積％の範囲にあり、平均気孔
   径の１／２以下の気孔径を有する気孔の容積が、全気孔
   の容積の３％以上であることを特徴とするセラミックフ
   ィルタ。 ２、前記平均気孔径が２０〜１００μｍの範囲にある特
   許請求の範囲第１項記載のセラミックフィルタ。 ３、厚さが５〜３０ｍｍの範囲にある特許請求の範囲第
   １項または第２項記載のセラミックフィルタ。 ４、形状が中空筒状である特許請求の範囲第１項、第２
   項または第３項記載のセラミック フィルタ。 ５、２５０℃以上の高温の含塵流体の処理に使用される
   特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項記
   載のセラミックフィルタ。