JP2003267791A

JP2003267791A - 廃棄物処理炉用不定形耐火物

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Publication number: JP2003267791A
Application number: JP2002070912A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tsuda; 秀行津田
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: JP4404515B2

Abstract

(57)【要約】【課題】操業条件が過酷な近年の廃棄物処理炉におい
ても十分な耐用性を発揮し、しかも環境汚染の問題が無
い不定形耐火物を提供する。【解決手段】アルミナ5〜85質量％、残部が炭化珪素
を主体とした耐火性原料に結合剤および分散剤を添加
し、且つ前記耐火性原料全体に占める割合で、前記アル
ミナのうち5質量％以上を、化学成分値でＴｉＯ₂を1〜5
質量％含有する電融アルミナとしたことを特徴とする廃
棄物処理炉用不定形耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ焼却炉ま
たはガス化溶融炉等の廃棄物処理炉に使用する不定形耐
火物に関する。

【従来の技術】廃棄物処理炉はダイオキシン発生の抑制
と、廃棄物のさらなる減容化のために、その操業条件は
過酷化の一途をたどっている。例えば、都市ごみ焼却炉
の操業温度は従来の800〜1000℃から、ダイオキシン発
生の抑制を目的として1000〜1200℃で行なわれるように
なった。また、1400〜1500℃あるいは1600℃以上といっ
た超高温で廃棄物を溶融減容するガス化溶融炉が出現し
ている。廃棄物処理炉の内張り耐火物は、廃棄物成分か
らくるナトリウム等のアルカリおよび塩素等の酸による
腐食、あるいは廃棄物が溶融したスラグで侵食される。
炉の操業で発生するクリンカー、灰またはスラグの成分
は、質量比でＣａＯ／ＳｉＯ_２：0.3〜1.5であり、アル
カリ含有量は２〜７質量％である。操業温度の上昇によ
ってこのアルカリおよび塩素による腐食・侵食作用は激
しくなる。耐火物の用途としては、例えば製鉄産業にお
ける高炉、溶融金属容器等の内張りがある。ここでの耐
火物の損耗は溶融金属およびそのスラグである。これに
対し、廃棄物処理炉の内張りの損耗は、廃棄物からのナ
トリウム等のアルカリおよび塩素等の酸、あるいはこれ
らの成分を含むスラグに原因したものである。また、廃
棄物処理炉は内容物全体がクリンカー、灰またはスラグ
である。高炉、溶融金属容器の内張り耐火物の損耗もス
ラグが一因であるが、廃棄物処理炉とはスラグ成分が異
なり、しかも高炉、溶融金属容器でのスラグは溶融金属
上に浮遊する僅かな量である。したがって、高炉、溶融
金属容器と本発明が対象とする廃棄物処理炉とは、耐火
物の損耗機構がまったく異なる。ガス化溶融炉は1600℃
以上の温度でも操業される。この温度は例えば高炉、溶
融金属容器等に貯留する溶融金属より高温であり、廃棄
物からのナトリウム等のアルカリおよび塩素等の酸によ
る損耗作用はきわめて激しい。廃棄物処理炉の内張り耐
火物は、定形耐火物と不定形耐火物とに大別される。定
形耐火物の施工はレンガ積み作業であり、重労働でしか
も高度な技術を要することから、不定形耐火物による内
張りが汎用されている。廃棄物処理炉用の不定形耐火物
としては、アルミナ質・シリカ−アルミナ質（特開平11
−79871号公報）、アルミナ−炭化珪素質（特開2000−2
03952号公報）、アルミナ−クロミア質（特開平10−324
562号公報）等が知られている。

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のアルミ
ナ質、アルミ−ナシリカ質およびアルミナ−炭化珪素質
の不定形耐火物は、近年の廃棄物処理炉の高温操業では
十分な耐用性が得られない。また、アルミナ−クロミア
質などもクロム含有材質は廃棄物処理炉スラグの浸透防
止に効果的である反面、耐火物中の酸化クロムが有害な
六価クロムに変化し、環境汚染の原因となるため好まし
くない。本発明は、操業条件が過酷な近年の廃棄物処理
炉においても十分な耐用性を発揮し、しかも環境汚染の
問題が無い不定形耐火物を提供することを目的とする。

【課題を解決するために手段】本発明は、アルミナ5〜8
5質量％、残部が炭化珪素を主体とした耐火原料に結合
剤および分散剤を添加し、且つ耐火原料全体に占める割
合で前記アルミナのうち5質量％以上を、化学成分値で
ＴｉＯ₂を1〜5質量％含有する電融アルミナとしたこと
を特徴とする廃棄物処理炉用不定形耐火物である。廃棄
物処理炉用不定形耐火物としてアルミナ−炭化珪素質は
前記したように既に公知である。本発明はこのアルミナ
−炭化珪素質において、アルミナとして特定量のＴｉＯ
₂を含有した電融アルミナを使用する。通常、耐火物原
料として使用されるアルミナはＡｌ₂Ｏ₃純度が高いこと
が望ましい。ＴｉＯ₂はＳｉＯ₂等と共に不純物として認
識され、耐火物の耐火度、耐食性の低下の原因と考えら
れている。アルミナ−炭化珪素質不定形耐火物の溶銑・
溶鋼に対する耐食性試験において、Ａｌ₂Ｏ₃純度が低い
アルミナは電融品、焼結品を問わず、それを使用した耐
火物は耐食性が大きく低下することも事実である。これ
に対し廃棄物処理炉の耐火物では、アルミナ−炭化珪素
質不定形耐火物において、特定量のＴｉＯ₂を含有した
電融アルミナの使用によって耐用性が格段に向上する。
その理由は以下のとおりと考えられる。電融アルミナに
含有するＴｉＯ₂は、他成分であるＡｌ₂Ｏ₃と反応し、
自ずとＴｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系のガラス相を形成する。そ
して、このＴｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系のガラス相は廃棄物成
分からのアルカリあるいは酸の浸透を防止する作用をも
つ。また、炭化珪素は他の耐火原料と反応し難い原料で
あるが、電融アルミナのＴｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス相
が炭化珪素粒子との焼結に作用して耐火物組織を緻密化
する。しかも、例えばＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系のガラス相
に比べ、ＴｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス相は特に1000℃以
上の高温下に安定している。このことも、アルカリある
いは酸の浸透防止に大きく寄与していると考えられる。
本発明の不定形耐火物は、近年の都市ごみ焼却炉、ガス
化溶融炉に見られる高温操業においてその真価を発揮す
る。また、クロム成分を含まないことで環境汚染の問題
もない。

【発明の実施の形態】本発発明の不定形耐火物におい
て、耐火原料に占めるアルミナの割合は、5質量％未満
ではアルミナのもつ容積安定性および耐熱性の効果に劣
り、85質量％を超えると炭化珪素の割合が少なくなり、
耐スラグ性・耐熱衝撃性に劣る。さらに好ましくは10〜
80質量％である。アルミナの具体例は、焼結アルミナ、
電融アルミナ、仮焼アルミナ等である。本発明では、耐
火原料全体に占める割合で、アルミナのうち少なくとも
5質量％以上、さらに好ましくは10〜80質量%を、化学成
分値でＴｉＯ₂を1〜5質量％含有する電融アルミナとす
る。5質量％未満での使用では本発明の耐用性の効果が
得られない。ここで使用するＴｉＯ₂含有の電融アルミ
ナにおいて、ＴｉＯ₂含有量が1質量％未満では本発明の
耐用性の効果が得られず、5質量％を超えるとガラス相
の生成量が過多となって耐食性に劣る。ＴｉＯ₂含有量
のさらに好ましい割合は2〜4質量％である。このＴｉＯ
₂含有の電融アルミナのＡｌ₂Ｏ₃純度は93質量％以上が
好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃およびＴｉＯ₂以外の成分として
は、不可避的に含有される例えばＳｉＯ_２、Ｆｅ₂O
₃に、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ₂Ｏ等であり、これらは合計
量で2.5質量％以下が好ましい。このＴｉＯ₂含有の電融
アルミナの製造方法は特に限定されるものではない。例
えば、バイヤー法で得た水酸化アルミニウムからの仮焼
アルミナにＴｉＯ₂源としてルチル型あるいはアナター
ゼ型のチタニアを添加する、あるいはＴｉＯ₂を本発明
で限定した範囲内のアルミナ質天然原料を選択使用し、
これらを電気炉で溶融し、冷却して結晶化させて製造す
る。ＴｉＯ₂含有のアルミナであっても、焼結品では本
発明の効果が得られない。これは、焼結品の焼成温度が
一般に1800℃〜2000℃に対し、電融品の溶融温度は2000
℃以上であり、この処理温度の違いから焼結品は電融品
に比べてＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＯ₂系のガラス相の形成量が少
ないためと思われる。このＴｉＯ₂含有の電融アルミナ
を本発明で限定した割合で使用する以上は、他のアルミ
ナを併用してもよい。例えば、焼結アルミナ、ボーキサ
イト、ムライト、あるいはＴｉＯ₂含有量が本発明の範
囲より少ない電融アルミナである。また、アルミナの微
粉部には微粉として入手し易い仮焼アルミナを使用して
もよい。炭化珪素は耐スラグ性及び耐熱衝撃性の効果を
もつ。また、本発明ではＴｉＯ ₂を含有する電融アルミ
ナとの組み合わせによって耐用性を向上させる。ＳｉＣ
純度は特に限定されないが、90質量％以上のものが好ま
しい。耐火原料に占める割合は、前記したアルミナの残
部の主体となるものであり、例えば15〜95質量％、さら
に好ましくは20〜90質量％である。アルミナ、炭化珪素
それぞれの粒度は、耐火物が密充填組織となるように粗
粒、微粒に適宜調整する。本発明の効果を損なわない範
囲であれば、耐火原料としてさらにジルコン、ジルコニ
ア、マグネシア、ドロマイト、スピネル、炭素等を組み
合わせてもよい。また、揮発シリカを例えば10質量％以
下、好ましくは１〜8質量％の範囲で組に合わせてもよ
い。揮発シリカはシリコンまたは珪素合金製造の際の副
産物として得られ、シリカフラワーまたはマイクロシリ
カ等の商品名で市販されている平均5μｍ以下の超微粉
である。流し込み施工時の流動性付与と施工体の緻密化
に効果がある。結合剤、分散剤の添加は従来技術と変わ
りない。また、必要により、Ａｌ、Ｓｉ等の金属粉、有
機繊維、硬化調節剤、粗大粒子、乳酸アルミニウム、ガ
ラス、乾燥促進剤等を添加してもよい。結合剤としては
アルミナセメント、リン酸塩、珪酸塩、マグネシアセメ
ント等が挙げられるが、施工体強度の面からアルミナセ
メントが好ましい。結合剤の添加量は、耐火原料100質
量％に対し外掛けで1〜10質量％が好ましい。分散剤は
解こう剤とも称され、種々のものが知られている。その
種類について何ら限定するものではないが、例えばトリ
ポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラ
ポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ
酸ソーダ、クエン酸ソーダ、カルボキシル基含有ポリエ
ーテル系分散剤、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソー
ダ、スルホン酸ソーダ等が使用される。その添加割合
は、耐火原料100質量％に対する外掛けで0.01〜0.5質量
％が好ましい。施工には以上の不定形耐火物の配合組成
物に水分を外掛け5〜7質量％添加して混練し、型枠を用
いて流し込み施工する。流し込みの際には振動を付与し
て充填を図る。施工後は養生・乾燥させる。また、炉に
直接流し込み施工する他、別の場所で型枠に流し込み施
工し、乾燥したプレキャスト品を炉に内張りしてもよ
い。

【実施例】以下に本発明実施例およびその比較例を説明
する。また、同時に各例の試験結果を示す。表1は各例
で使用したアルミナの蛍光X線分析法（JIS R2216）によ
る化学成分値、表2は本発明実施例、表3はその比較例で
ある。

【表１】

【表２】

【表３】各例は表に示す不定形耐火物の配合組成物に水分を外掛
け5.5質量％添加し、ミキサーにて混練したものを金属
製の型枠に流し込んだ。その際、型枠に振動を付与し、
充填を促進した。ついで、24時間養生し、脱型後、110
℃×24時間乾燥し、40×40×長さ160ｍｍの試験片を得
た。試験方法以下のとおりである。かさ比重：ＪＩＳＲ2205に準じて測定した。曲げ強さ：ＪＩＳＲ2553に準じて測定した。耐アルカリ性：ＪＩＳＲ2214に準じ、るつぼ形状に成
形した試験片に炭酸ソーダ粉末50ｇ入れ、蓋をした状態
で電気炉にて加熱した。加熱条件は1000℃×5時間と、1
500℃×5時間の二種類とした。るつぼ型試験片の変化で耐アルカリ性を評価した。◎…
変化なし。○…アルカリ成分が僅かにの浸潤。△…アル
カリ成分の浸潤が大きく、膨張が見られる。×…アルカ
リ成分との反応でキレツ発生および膨張が著しく、るつ
ぼ形状が変形。侵食試験：ガス化溶融炉から排出したスラグを溶剤と
し、1650℃×10時間での回転侵食試験を行なった。侵食
寸法を測定し、比較例1の侵食寸法を100とした指数で示
した。数値が小さいほど耐食性に優れていることを示
す。実機試験：一日あたりのごみ処理量が100ｔのガス化溶
融炉に内張りし、12ヶ月間の使用後において、損耗速度
（ｍｍ／month）を測定した。このガス化溶融炉の操業
温度は1600〜1800℃。また、そのスラグ成分は重量％
で、ＳｉＯ₂：42.8、ＣａＯ：31.7、Ａｌ₂Ｏ₃：12.4、
Ｆｅ₂Ｏ₃：4.8、Ｎａ₂Ｏ：3.7、（ＣａＯ／ＳｉＯ₂：0.
74）であった。試験結果が示すとおり、本発明の実施例
はいずれも耐アルカリ性の試験、耐食性の試験共に優れ
た結果を示している。また、耐アルカリ性の試験は1000
℃、1500℃の二種の試験を行なったが、従来材質に相当
する比較例1にくらべ、ガス化溶融炉の操業条件を想定
した1500℃での試験においてその効果がより顕著であ
る。これに対し、ＴｉＯ₂を含まない通常の電融アルミ
ナＤを使用した比較例1は、耐アルカリ性において大幅
に劣る。ＴｉＯ₂を含む電融アルミナＡの使用量が本発
明の範囲より少ない比較例2、ＴｉＯ₂を含まない通常の
焼結アルミナを使用量した比較例３は、いずれも耐アル
カリ性および耐食性に劣る。ボーサイトを使用量した比
較例４、アルミナを使用しない比較例５、アルミナの合
計量が本発明の範囲内より多い比較例6についても、い
ずれも耐アルカリ性および耐食性に劣る。実機試験で
は、従来のアルミナ−炭化珪素質不定形耐火物に相当す
る比較例1にくらべ、実施例２、３、９はいずれも溶損
速度が小さく、優れた耐用性が得られた。このように、
実機試験においても本発明の効果は歴然としている。

【発明の効果】近年、都市ゴミ焼却炉、ガス化溶融炉等
の廃棄物処理炉はその高温操業により、耐火物の使用条
件が過酷化している。また、耐火物の損耗機構は廃棄物
成分からのアルカリ、酸に起因したもので、廃棄物処理
炉特有のものである。本発明は以上の実施例の試験結果
が示すように、廃棄物処理炉用の不定形耐火物として優
れた耐用性を発揮する。しかも、クロムを使用しないこ
とから、処理排出物による環境汚染の問題もない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ5〜85質量％、残部が炭化珪素
を主体とした耐火原料に結合剤および分散剤を添加し、
且つ耐火原料全体に占める割合で前記アルミナのうち5
質量％以上を、化学成分値でＴｉＯ₂を1〜5質量％含有
する電融アルミナとしたことを特徴とする廃棄物処理炉
用不定形耐火物。
【請求項2】耐火原料が、さらに揮発シリカを10質量
％以下含む請求項1記載の廃棄物処理炉用不定形耐火
物。
【請求項3】廃棄物処理用炉が、その操業中に、質量
比でＣａＯ／ＳｉＯ₂：0.3〜1.5の成分を有するクリン
カー、灰またはスラグを発生する炉である請求項1また
は2記載の廃棄物処理炉用不定形耐火物。
【請求項4】廃棄物処理用炉が、都市ごみ焼却炉また
はガス化溶融炉である請求項1、2または3記載の廃棄物
処理炉用不定形耐火物。