JP2000327437A - 不定形耐火物およびそれを使用した廃棄物溶融炉 - Google Patents
不定形耐火物およびそれを使用した廃棄物溶融炉Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】クロム公害に対応した廃棄物溶融炉用に最適な
耐食性、耐熱衝撃性に優れた不定形耐火物を提供する。 【解決手段】ガラス相を3〜25重量%含む溶融ジルコ
ニア粒子と、アルミナ粒子と、スピネル粒子とを主体と
する耐火性粒子90〜99重量%と、アルミナセメント
を30〜100重量%含有する結合材1〜10重量%か
らなる不定形耐火物。
耐食性、耐熱衝撃性に優れた不定形耐火物を提供する。 【解決手段】ガラス相を3〜25重量%含む溶融ジルコ
ニア粒子と、アルミナ粒子と、スピネル粒子とを主体と
する耐火性粒子90〜99重量%と、アルミナセメント
を30〜100重量%含有する結合材1〜10重量%か
らなる不定形耐火物。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼、非鉄、セメ
ントキルン、ガラス等の各種窯炉、廃棄物溶融処理炉、
焼却炉用に適し、環境問題に対応したクロムを含まない
不定形耐火物に関する。
ントキルン、ガラス等の各種窯炉、廃棄物溶融処理炉、
焼却炉用に適し、環境問題に対応したクロムを含まない
不定形耐火物に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、廃棄物の発生量は増加の一途をた
どり、その処理は大きな社会問題となっている。例え
ば、膨大な量の廃棄物を処理するためには、埋立処分地
を確保する必要がある。また、廃棄物の焼却により発生
する焼却灰や飛灰、および下水汚泥等は処理方法や投棄
場所によっては、二次的公害汚染の誘因ともなる。
どり、その処理は大きな社会問題となっている。例え
ば、膨大な量の廃棄物を処理するためには、埋立処分地
を確保する必要がある。また、廃棄物の焼却により発生
する焼却灰や飛灰、および下水汚泥等は処理方法や投棄
場所によっては、二次的公害汚染の誘因ともなる。
【0003】この対策として、廃棄物の減容化、無害化
または再資源化が望まれており、一つの方策として溶融
法が注目されている。溶融法は、廃棄物中の無機物を溶
融スラグとして取り出し、廃棄物を大幅に減容化する方
法である。廃棄物の溶融法としては、固形廃棄物(生ご
み等)を直接熱分解し溶融処理する方法と、焼却炉で廃
棄物を一次焼却し、生じた焼却灰、飛灰、下水汚泥を二
次溶融する方法とがある。
または再資源化が望まれており、一つの方策として溶融
法が注目されている。溶融法は、廃棄物中の無機物を溶
融スラグとして取り出し、廃棄物を大幅に減容化する方
法である。廃棄物の溶融法としては、固形廃棄物(生ご
み等)を直接熱分解し溶融処理する方法と、焼却炉で廃
棄物を一次焼却し、生じた焼却灰、飛灰、下水汚泥を二
次溶融する方法とがある。
【0004】焼却灰、飛灰および下水汚泥等の化学組成
は、一般にSiO2:15〜45重量%、Al2O3:1
0〜20重量%、CaO:5〜45重量%、Na2O:
1〜15重量%である。この他、焼却灰や飛灰には、C
d、Pb、Zn、Cu、As、Cr、Hg等の有害な金
属も多く含まれている。下水汚泥中には、金属は少ない
がP2O5が5〜15重量%含まれている。さらに揮発成
分としてSやClを含む化合物等が多く含まれている。
は、一般にSiO2:15〜45重量%、Al2O3:1
0〜20重量%、CaO:5〜45重量%、Na2O:
1〜15重量%である。この他、焼却灰や飛灰には、C
d、Pb、Zn、Cu、As、Cr、Hg等の有害な金
属も多く含まれている。下水汚泥中には、金属は少ない
がP2O5が5〜15重量%含まれている。さらに揮発成
分としてSやClを含む化合物等が多く含まれている。
【0005】溶融炉に使用される耐火物の侵食の程度
は、主として炉内に投入される焼却灰、飛灰および下水
汚泥等の溶融スラグの成分、および溶融温度に大きく左
右される。溶融スラグの成分は廃棄物の種類などにより
変動するが、一般にはCaOとSiO2の重量比が、C
aO/SiO2=0.1〜1.5程度である。一方、溶
融処理炉の炉内温度は、1400〜1650℃の高温に
する必要がある。
は、主として炉内に投入される焼却灰、飛灰および下水
汚泥等の溶融スラグの成分、および溶融温度に大きく左
右される。溶融スラグの成分は廃棄物の種類などにより
変動するが、一般にはCaOとSiO2の重量比が、C
aO/SiO2=0.1〜1.5程度である。一方、溶
融処理炉の炉内温度は、1400〜1650℃の高温に
する必要がある。
【0006】このような処理条件に耐える耐火物とし
て、アルミナ質、マグネシア質、シリカ−アルミナ質な
どの耐火材が知られているが、これらは溶融スラグ成分
と反応しやすく、侵食が進行しやすい傾向がある。ま
た、カーボンを含有する耐火物は、溶融スラグ成分との
反応性は低いが、高温域で使用した場合、酸化されて消
耗しやすい。
て、アルミナ質、マグネシア質、シリカ−アルミナ質な
どの耐火材が知られているが、これらは溶融スラグ成分
と反応しやすく、侵食が進行しやすい傾向がある。ま
た、カーボンを含有する耐火物は、溶融スラグ成分との
反応性は低いが、高温域で使用した場合、酸化されて消
耗しやすい。
【0007】このため高耐食性を示す耐火物として、現
在は酸化クロムを含む耐火物が多く用いられており、例
えば、特開昭63−30363、特開平6−32162
8、特開平8−48574、特開平10−81572等
に提案されている。
在は酸化クロムを含む耐火物が多く用いられており、例
えば、特開昭63−30363、特開平6−32162
8、特開平8−48574、特開平10−81572等
に提案されている。
【0008】酸化クロム含有耐火物は、酸化クロムの含
有量が多いほど耐食性がよいが、高温、かつ、アルカリ
等の雰囲気条件下で使用されると、耐火物中の酸化クロ
ムが有害な六価クロムに変化するため、環境汚染問題が
生ずるおそれがある。
有量が多いほど耐食性がよいが、高温、かつ、アルカリ
等の雰囲気条件下で使用されると、耐火物中の酸化クロ
ムが有害な六価クロムに変化するため、環境汚染問題が
生ずるおそれがある。
【0009】また、耐食性の向上を目的とした酸化クロ
ムを含まない耐火物として、特開平7−293851に
電融ジルコニアを主成分とし炭化ケイ素を配合した耐火
物が、特開平7−256229にスピネル質不定形耐火
物が、特許第2808293号にSiCが90重量%以
上で残部がAl、SiおよびFeの酸化物である耐火材
が、それぞれ提案されている。しかし、これら提案され
ている耐火物では、耐食性が充分でない、コストが高
い、施工しにくい、などの問題がある。
ムを含まない耐火物として、特開平7−293851に
電融ジルコニアを主成分とし炭化ケイ素を配合した耐火
物が、特開平7−256229にスピネル質不定形耐火
物が、特許第2808293号にSiCが90重量%以
上で残部がAl、SiおよびFeの酸化物である耐火材
が、それぞれ提案されている。しかし、これら提案され
ている耐火物では、耐食性が充分でない、コストが高
い、施工しにくい、などの問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、廃棄物焼却
炉や溶融炉において使用できる耐食性、耐熱衝撃性に優
れる耐火物であり、かつ、低コストで施工しやすい不定
形耐火物を提供するとともに、有害な六価クロムによる
環境汚染問題を排除することを目的とする。
炉や溶融炉において使用できる耐食性、耐熱衝撃性に優
れる耐火物であり、かつ、低コストで施工しやすい不定
形耐火物を提供するとともに、有害な六価クロムによる
環境汚染問題を排除することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス相を3
〜25重量%含む溶融ジルコニア粒子と、アルミナ粒子
と、スピネル粒子とを主体とする耐火性粒子90〜99
重量%と、アルミナセメントを含有する結合材1〜10
重量%とを含む不定形耐火物であって、耐火性粒子の合
量中、粒径が1.19mm未満のスピネル粒子を10〜
30重量%含有し、結合材中のアルミナセメントの含有
量が30〜100重量%であることを特徴とする不定形
耐火物を提供する。さらに、本発明は、これらの不定形
耐火物から形成された不定形耐火物施工体を炉壁の一部
に使用した廃棄物溶融炉を提供する。
〜25重量%含む溶融ジルコニア粒子と、アルミナ粒子
と、スピネル粒子とを主体とする耐火性粒子90〜99
重量%と、アルミナセメントを含有する結合材1〜10
重量%とを含む不定形耐火物であって、耐火性粒子の合
量中、粒径が1.19mm未満のスピネル粒子を10〜
30重量%含有し、結合材中のアルミナセメントの含有
量が30〜100重量%であることを特徴とする不定形
耐火物を提供する。さらに、本発明は、これらの不定形
耐火物から形成された不定形耐火物施工体を炉壁の一部
に使用した廃棄物溶融炉を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】本明細書で、不定形耐火物とは水
を添加する前の粉体全体をいい、その不定形耐火物から
形成される施工体を不定形耐火物施工体という。本発明
の不定形耐火物(以下、本不定形耐火物という)は、ア
ルミナ粒子と、スピネル粒子と、ガラス相を3〜25重
量%含む溶融ジルコニア粒子と、を主体とする耐火性粒
子を90〜99重量%含有する。
を添加する前の粉体全体をいい、その不定形耐火物から
形成される施工体を不定形耐火物施工体という。本発明
の不定形耐火物(以下、本不定形耐火物という)は、ア
ルミナ粒子と、スピネル粒子と、ガラス相を3〜25重
量%含む溶融ジルコニア粒子と、を主体とする耐火性粒
子を90〜99重量%含有する。
【0013】ここで、溶融ジルコニア粒子とは、ジルコ
ニア原料を電気溶融(以下、電融という)などの方法で
溶融し、再固化して得られたものである、溶融ジルコニ
ア粒子としては、単斜晶のZrO2結晶相を含むものが
好ましく、具体的には以下のものが挙げられる。
ニア原料を電気溶融(以下、電融という)などの方法で
溶融し、再固化して得られたものである、溶融ジルコニ
ア粒子としては、単斜晶のZrO2結晶相を含むものが
好ましく、具体的には以下のものが挙げられる。
【0014】例えば、ジルコンを脱珪して得られた脱珪
ジルコニア、ガラス相を含む単斜晶ジルコニア、さらに
は、ガラス相を含んだ、溶融ジルコニア−溶融アルミナ
系等である。
ジルコニア、ガラス相を含む単斜晶ジルコニア、さらに
は、ガラス相を含んだ、溶融ジルコニア−溶融アルミナ
系等である。
【0015】脱珪ジルコニアは、ZrO2含有量が約9
5重量%であり、単斜晶等のZrO2結晶相と、Si
O2、Fe2O3、TiO2、およびAl2O3等からなるガ
ラス相とを含む。またガラス相を含む単斜晶ジルコニア
は、ZrO2含有量が約94重量%であり、主に単斜晶
からなるZrO2結晶相と、P2O5、Na2O、Al2O3
およびSiO2等からなるガラス相とを含む。このガラ
ス相がZrO2結晶相の周りを被覆している。
5重量%であり、単斜晶等のZrO2結晶相と、Si
O2、Fe2O3、TiO2、およびAl2O3等からなるガ
ラス相とを含む。またガラス相を含む単斜晶ジルコニア
は、ZrO2含有量が約94重量%であり、主に単斜晶
からなるZrO2結晶相と、P2O5、Na2O、Al2O3
およびSiO2等からなるガラス相とを含む。このガラ
ス相がZrO2結晶相の周りを被覆している。
【0016】また、ガラス相を含んだ、溶融ジルコニア
−溶融アルミナは、約40重量%の主に単斜晶からなる
ZrO2結晶相と約40重量%のコランダム結晶相と、
約20重量%のSiO2、Al2O3、およびNa2O等か
らなるガラス相、とを含む。ここで、溶融ジルコニア粒
子としては、ガラス相を3〜25重量%含むことが必要
であり、好ましくは5〜20重量%含むものがよい。ガ
ラス相の含有量が3重量%未満では、ジルコニアの転移
温度における体積変化が充分吸収されず、残留応力の発
生により脆弱化し、また、25重量%より多い場合は、
溶融スラグ、金属、ガラスに対する耐食性や高温強度が
低下する。このように、単斜晶からなるZrO2結晶の
周りに存在しているガラス相は、ジルコニアの転移温度
における体積変化を吸収し、耐火性粒子の崩壊を防止す
る。
−溶融アルミナは、約40重量%の主に単斜晶からなる
ZrO2結晶相と約40重量%のコランダム結晶相と、
約20重量%のSiO2、Al2O3、およびNa2O等か
らなるガラス相、とを含む。ここで、溶融ジルコニア粒
子としては、ガラス相を3〜25重量%含むことが必要
であり、好ましくは5〜20重量%含むものがよい。ガ
ラス相の含有量が3重量%未満では、ジルコニアの転移
温度における体積変化が充分吸収されず、残留応力の発
生により脆弱化し、また、25重量%より多い場合は、
溶融スラグ、金属、ガラスに対する耐食性や高温強度が
低下する。このように、単斜晶からなるZrO2結晶の
周りに存在しているガラス相は、ジルコニアの転移温度
における体積変化を吸収し、耐火性粒子の崩壊を防止す
る。
【0017】一方、MgOやCaO、Y2O3等で安定化
した溶融ジルコニアを耐火性粒子として使用すると、安
定化剤であるMgOやCaO、Y2O3が溶融金属、溶融
スラグ、または、ガラスと反応し脱安定化を起こす。そ
のため、安定化した溶融ジルコニアからなる耐火性粒子
は、転移温度において崩壊し形状を維持できなくなるた
め、不定形耐火物の骨材としては好ましくない。したが
って、安定化した溶融ジルコニアの含有量は少量にとど
めることが好ましい。
した溶融ジルコニアを耐火性粒子として使用すると、安
定化剤であるMgOやCaO、Y2O3が溶融金属、溶融
スラグ、または、ガラスと反応し脱安定化を起こす。そ
のため、安定化した溶融ジルコニアからなる耐火性粒子
は、転移温度において崩壊し形状を維持できなくなるた
め、不定形耐火物の骨材としては好ましくない。したが
って、安定化した溶融ジルコニアの含有量は少量にとど
めることが好ましい。
【0018】本発明における溶融ジルコニア粒子は、例
えば次のようにして得られる。脱珪ジルコニアと、所望
のガラス相を形成しうる成分と、必要によりアルミナ
と、を所定量混合した原料を電融により溶融し、得られ
た溶融物を吹き飛ばして粒状化したり、カーボンの鋳型
に流し込む等した後、冷却する。これを粉砕し、耐火性
粒子として調製する。
えば次のようにして得られる。脱珪ジルコニアと、所望
のガラス相を形成しうる成分と、必要によりアルミナ
と、を所定量混合した原料を電融により溶融し、得られ
た溶融物を吹き飛ばして粒状化したり、カーボンの鋳型
に流し込む等した後、冷却する。これを粉砕し、耐火性
粒子として調製する。
【0019】本発明において、アルミナ粒子としては、
バイヤー法で製造される焼成アルミナや電融法により製
造される電融アルミナなどが使用でき、これらを所定の
粒度に調製したものを用いる。
バイヤー法で製造される焼成アルミナや電融法により製
造される電融アルミナなどが使用でき、これらを所定の
粒度に調製したものを用いる。
【0020】次にスピネル(MgO・Al2O3)粒子
は、通常海水マグネシアとアルミナをMgO:28.3
重量%、Al2O3:71.7重量%の理論組成に混合
し、ロータリキルンで焼成したものや電融で合成したも
のを冷却、粉砕し粒度調製して使用する。
は、通常海水マグネシアとアルミナをMgO:28.3
重量%、Al2O3:71.7重量%の理論組成に混合
し、ロータリキルンで焼成したものや電融で合成したも
のを冷却、粉砕し粒度調製して使用する。
【0021】なお、ペリクレース結晶が析出しているよ
うな、理論組成よりMgOの多いスピネル粒子も使用で
きる。逆に、コランダム結晶が析出しているような、理
論組成よりAl2O3の多いスピネル粒子は、使用中にM
gOと反応してスピネル化膨張を起こし、耐火物に亀裂
が発生することがあるが、添加量を配慮すれば耐火物の
収縮防止に有用である。
うな、理論組成よりMgOの多いスピネル粒子も使用で
きる。逆に、コランダム結晶が析出しているような、理
論組成よりAl2O3の多いスピネル粒子は、使用中にM
gOと反応してスピネル化膨張を起こし、耐火物に亀裂
が発生することがあるが、添加量を配慮すれば耐火物の
収縮防止に有用である。
【0022】本不定形耐火物において、ガラス相を3〜
25重量%含む溶融ジルコニア粒子と、アルミナ粒子
と、スピネル粒子とは、主として骨材部を構成し、耐火
物としての性質を特徴づけるため、できるだけ配合量が
多いことが好ましい。具体的には、耐火性粒子中の、ガ
ラス相を3〜25重量%含む溶融ジルコニア粒子と、ア
ルミナ粒子と、スピネル粒子の合量を85重量%以上と
するのが好ましい。
25重量%含む溶融ジルコニア粒子と、アルミナ粒子
と、スピネル粒子とは、主として骨材部を構成し、耐火
物としての性質を特徴づけるため、できるだけ配合量が
多いことが好ましい。具体的には、耐火性粒子中の、ガ
ラス相を3〜25重量%含む溶融ジルコニア粒子と、ア
ルミナ粒子と、スピネル粒子の合量を85重量%以上と
するのが好ましい。
【0023】また、耐火性粒子中における、ガラス相を
3〜25重量%含む溶融ジルコニア粒子と、アルミナ粒
子と、スピネル粒子の含有割合は、ガラス相を3〜25
重量%含む溶融ジルコニア粒子の含有量が5〜40重量
%、アルミナ粒子およびスピネル粒子の合計の含有量が
60〜95重量%とするのが好ましい。ガラス相を3〜
25重量%含む溶融ジルコニア粒子の含有量が、5重量
%より少ないと溶融ジルコニアの特徴である耐食性が充
分に発揮されず、逆に40重量%より多い場合は、耐熱
衝撃性が悪くなる。
3〜25重量%含む溶融ジルコニア粒子と、アルミナ粒
子と、スピネル粒子の含有割合は、ガラス相を3〜25
重量%含む溶融ジルコニア粒子の含有量が5〜40重量
%、アルミナ粒子およびスピネル粒子の合計の含有量が
60〜95重量%とするのが好ましい。ガラス相を3〜
25重量%含む溶融ジルコニア粒子の含有量が、5重量
%より少ないと溶融ジルコニアの特徴である耐食性が充
分に発揮されず、逆に40重量%より多い場合は、耐熱
衝撃性が悪くなる。
【0024】本発明における耐火性粒子は、その大部分
が不定形耐火物としての骨材部を構成する。通常、種々
の粒度のものが使用できるが、一般的には、10μm〜
20mmの範囲内で適切な粒度の配合を選択するのが好
ましい。
が不定形耐火物としての骨材部を構成する。通常、種々
の粒度のものが使用できるが、一般的には、10μm〜
20mmの範囲内で適切な粒度の配合を選択するのが好
ましい。
【0025】耐火性粒子中、粒径が1.19mm未満の
スピネル粒子を耐火性粒子の合量中、10〜30重量%
含有することが必要である。粒径が1.19mm未満の
スピネル粒子が10重量%未満になると、スピネルの特
徴である耐浸透性や耐熱衝撃性の効果が充分に発揮され
ず、一方、30重量%を超えると浸透性が大きくなり結
果として耐熱衝撃性が低下するためである。
スピネル粒子を耐火性粒子の合量中、10〜30重量%
含有することが必要である。粒径が1.19mm未満の
スピネル粒子が10重量%未満になると、スピネルの特
徴である耐浸透性や耐熱衝撃性の効果が充分に発揮され
ず、一方、30重量%を超えると浸透性が大きくなり結
果として耐熱衝撃性が低下するためである。
【0026】結合材としては、アルミナセメントを30
〜100重量%含有するものを使用する。これにより、
不定形耐火物施工体が、充分な乾燥強度および高温強度
を維持できる。アルミナセメントとしては、一般にカル
シウムアルミネートを主成分とする種々のアルミナセメ
ントが使用できる。
〜100重量%含有するものを使用する。これにより、
不定形耐火物施工体が、充分な乾燥強度および高温強度
を維持できる。アルミナセメントとしては、一般にカル
シウムアルミネートを主成分とする種々のアルミナセメ
ントが使用できる。
【0027】また、結合材としては、アルミナセメント
とともに酸化物微粒子(アルミナセメントを除く、以下
同じ)を用いるのが好ましい。アルミナセメントの一部
を酸化物微粒子で置き換えることにより施工された不定
形耐火物を緻密化し熱間強度、耐食性をより向上でき
る。酸化物微粒子としては、例えば、シリカ微粒子また
はアルミナ微粒子からなるものが挙げられる。酸化物微
粒子の粒径は、10μm以下、特には5μm以下である
のが好ましい。
とともに酸化物微粒子(アルミナセメントを除く、以下
同じ)を用いるのが好ましい。アルミナセメントの一部
を酸化物微粒子で置き換えることにより施工された不定
形耐火物を緻密化し熱間強度、耐食性をより向上でき
る。酸化物微粒子としては、例えば、シリカ微粒子また
はアルミナ微粒子からなるものが挙げられる。酸化物微
粒子の粒径は、10μm以下、特には5μm以下である
のが好ましい。
【0028】本不定形耐火物において、耐火性粒子が9
0〜99重量%含まれるのに対し、結合材は1〜10重
量%含まれる。特には、耐火性粒子を92〜97重量
%、結合材を3〜8重量%を含むものが好ましい。
0〜99重量%含まれるのに対し、結合材は1〜10重
量%含まれる。特には、耐火性粒子を92〜97重量
%、結合材を3〜8重量%を含むものが好ましい。
【0029】本不定形耐火物は、施工に際して所定量の
水を加えて使用するが、耐火性粒子の機能をより有効に
発揮させるためには、分散剤または硬化調節剤を含有す
ることが好ましい。分散剤や硬化調節剤は、不定形耐火
物の作業性を改善、安定させるために添加するものであ
り、任意のものが使用できる。本発明においては、分散
剤として、トリポリリン酸ナトリウム、β−ナフタレン
スルホン酸塩等が好ましく使用できる。分散剤は、不定
形耐火物中に0.02〜0.2重量%含まれるのが好ま
しい。
水を加えて使用するが、耐火性粒子の機能をより有効に
発揮させるためには、分散剤または硬化調節剤を含有す
ることが好ましい。分散剤や硬化調節剤は、不定形耐火
物の作業性を改善、安定させるために添加するものであ
り、任意のものが使用できる。本発明においては、分散
剤として、トリポリリン酸ナトリウム、β−ナフタレン
スルホン酸塩等が好ましく使用できる。分散剤は、不定
形耐火物中に0.02〜0.2重量%含まれるのが好ま
しい。
【0030】また、硬化調節剤としては、硬化促進剤と
硬化遅延剤とがあり、硬化促進剤としては生石灰、炭酸
リチウムが好ましく使用でき、硬化遅延剤としてはシュ
ウ酸、ホウ酸等が好ましく使用できる。なお、15℃未
満の低温ではアルミナセメントの硬化が遅く、30℃を
超えると硬化が早くなるため、硬化調節剤の添加量は施
工時の気温によって調整する必要がある。一般的には、
硬化調節剤は、不定形耐火物中に0.05〜0.2重量
%の範囲で含まれるのが好ましい。なお、分散剤や硬化
調整剤は、耐火性粒子と結合材の混合物にあらかじめ混
ぜておくか、または混練時に加える水に溶解または懸濁
させて添加すればよい。
硬化遅延剤とがあり、硬化促進剤としては生石灰、炭酸
リチウムが好ましく使用でき、硬化遅延剤としてはシュ
ウ酸、ホウ酸等が好ましく使用できる。なお、15℃未
満の低温ではアルミナセメントの硬化が遅く、30℃を
超えると硬化が早くなるため、硬化調節剤の添加量は施
工時の気温によって調整する必要がある。一般的には、
硬化調節剤は、不定形耐火物中に0.05〜0.2重量
%の範囲で含まれるのが好ましい。なお、分散剤や硬化
調整剤は、耐火性粒子と結合材の混合物にあらかじめ混
ぜておくか、または混練時に加える水に溶解または懸濁
させて添加すればよい。
【0031】本不定形耐火物は、施工性に優れ、しかも
耐食性の高い、ガラス相を含む溶融ジルコニア粒子と、
スラグ浸潤を抑制し耐熱衝撃性を向上させる、アルミナ
粒子およびスピネル粒子とを組み合わせたので、緻密で
耐食性や耐熱衝撃性に優れ、浸透性の少ない性質を有す
る。
耐食性の高い、ガラス相を含む溶融ジルコニア粒子と、
スラグ浸潤を抑制し耐熱衝撃性を向上させる、アルミナ
粒子およびスピネル粒子とを組み合わせたので、緻密で
耐食性や耐熱衝撃性に優れ、浸透性の少ない性質を有す
る。
【0032】本不定形耐火物から形成された不定形耐火
物施工体を廃棄物溶融炉壁の少なくとも一部、さらに好
ましくは焼却灰や飛灰の溶融スラグと接触する部分に用
いた場合、焼却灰や飛灰の溶融スラグに含まれるSiO
2、CaO、Al2O3、Fe2O3、Na2O等の成分と反
応するものの、その反応生成物は高融点物質となるた
め、耐食性は低下しにくい。また、アルミナ粒子および
スピネル粒子は、高温下では高い粘性を示すので、溶融
スラグが浸透するのを抑制できる。したがって、本不定
形耐火物は、溶融スラグ等に対する耐浸透性に優れ、結
果として優れた耐食性および耐熱衝撃性を発揮する。
物施工体を廃棄物溶融炉壁の少なくとも一部、さらに好
ましくは焼却灰や飛灰の溶融スラグと接触する部分に用
いた場合、焼却灰や飛灰の溶融スラグに含まれるSiO
2、CaO、Al2O3、Fe2O3、Na2O等の成分と反
応するものの、その反応生成物は高融点物質となるた
め、耐食性は低下しにくい。また、アルミナ粒子および
スピネル粒子は、高温下では高い粘性を示すので、溶融
スラグが浸透するのを抑制できる。したがって、本不定
形耐火物は、溶融スラグ等に対する耐浸透性に優れ、結
果として優れた耐食性および耐熱衝撃性を発揮する。
【0033】
【実施例】以下に本発明の実施例(例1〜例8)および
比較例(例9〜例16)を説明する。例14は、アルミ
ナ粒子、スピネル粒子を含まず、しかも溶融ジルコニア
粒子として安定化ジルコニアを使用した例である。また
例15は、アルミナ質(Al2O3:96重量%、その
他:4重量%)キャスタブルの例であり、例16は、ア
ルミナ−酸化クロム質(Al2O3:84重量%、Cr2
O3:10重量%、その他:6重量%)キャスタブルの
例である。
比較例(例9〜例16)を説明する。例14は、アルミ
ナ粒子、スピネル粒子を含まず、しかも溶融ジルコニア
粒子として安定化ジルコニアを使用した例である。また
例15は、アルミナ質(Al2O3:96重量%、その
他:4重量%)キャスタブルの例であり、例16は、ア
ルミナ−酸化クロム質(Al2O3:84重量%、Cr2
O3:10重量%、その他:6重量%)キャスタブルの
例である。
【0034】表1および表2に示した配合割合となるよ
うに、各原料を秤量し万能ミキサで混合しながら水を添
加し混練物を得た。これを40mm×40mm×160
mmの型にバイブレータで振動をかけながら鋳込み、所
定時間養生し脱型後、110℃にて24時間乾燥して供
試体を得た。原料の配合割合、および得られた供試体の
評価結果を表1および表2に示す。
うに、各原料を秤量し万能ミキサで混合しながら水を添
加し混練物を得た。これを40mm×40mm×160
mmの型にバイブレータで振動をかけながら鋳込み、所
定時間養生し脱型後、110℃にて24時間乾燥して供
試体を得た。原料の配合割合、および得られた供試体の
評価結果を表1および表2に示す。
【0035】なお、表1および表2において、溶融ジル
コニア粒子Aは、ジルコンの脱珪により得られたもの
(脱珪ジルコニア)、溶融ジルコニア粒子Bは、脱珪ジ
ルコニアと、ガラス相とを形成する成分を混合し、アー
ク溶融して得られたもの、溶融ジルコニア粒子Cは、脱
珪ジルコニア、アルミナ、および所望のガラスを形成す
る成分を混合し、アーク溶融して得られたものである。
また、溶融ジルコニアD(安定化品)は、脱珪ジルコニ
アに、MgO:4重量%を添加して安定化したものであ
る。溶融ジルコニア粒子A〜Dの化学成分、結晶形態お
よびガラス相の割合(重量%)は表3のとおりである。
コニア粒子Aは、ジルコンの脱珪により得られたもの
(脱珪ジルコニア)、溶融ジルコニア粒子Bは、脱珪ジ
ルコニアと、ガラス相とを形成する成分を混合し、アー
ク溶融して得られたもの、溶融ジルコニア粒子Cは、脱
珪ジルコニア、アルミナ、および所望のガラスを形成す
る成分を混合し、アーク溶融して得られたものである。
また、溶融ジルコニアD(安定化品)は、脱珪ジルコニ
アに、MgO:4重量%を添加して安定化したものであ
る。溶融ジルコニア粒子A〜Dの化学成分、結晶形態お
よびガラス相の割合(重量%)は表3のとおりである。
【0036】また、これらの各種溶融ジルコニア粒子
は、中粒:0.105mm以上1.19mm未満、微
粒:0.105mm未満として整粒した。添加量が23
〜25重量%までは微粒を配合し、25重量%を超える
場合は微粒と中粒を配合した。
は、中粒:0.105mm以上1.19mm未満、微
粒:0.105mm未満として整粒した。添加量が23
〜25重量%までは微粒を配合し、25重量%を超える
場合は微粒と中粒を配合した。
【0037】アルミナ粒子としては、電融法で製造され
た、化学組成がAl2O397重量%、不純物としてMg
O、TiO2、SiO2、Fe2O3等を3重量%含むもの
を使用した。アルミナ粒子の粒度は、粗粒:1.19m
m以上8mm未満、中粒:0.105mm以上1.19
mm未満として整粒した。添加量が45重量%までは粗
粒を配合し、45重量%を超える場合は、粗粒と中粒を
配合した。
た、化学組成がAl2O397重量%、不純物としてMg
O、TiO2、SiO2、Fe2O3等を3重量%含むもの
を使用した。アルミナ粒子の粒度は、粗粒:1.19m
m以上8mm未満、中粒:0.105mm以上1.19
mm未満として整粒した。添加量が45重量%までは粗
粒を配合し、45重量%を超える場合は、粗粒と中粒を
配合した。
【0038】スピネル粒子としては、理論組成の電融法
で製造されたものを使用した。スピネル粒子の粒度は、
中粒:0.105mm以上1.19mm未満、微粒:
0.105mm未満として整粒した。添加量が25重量
%までは中粒を配合し、25重量%を超える場合は、2
5重量%を超える分を微粒で追加して配合した。
で製造されたものを使用した。スピネル粒子の粒度は、
中粒:0.105mm以上1.19mm未満、微粒:
0.105mm未満として整粒した。添加量が25重量
%までは中粒を配合し、25重量%を超える場合は、2
5重量%を超える分を微粒で追加して配合した。
【0039】耐火性粒子と結合材を合せた粒度の配合割
合が、粗粒45%、中粒25%、微粒30%一定となる
ようにして使用した。結合材であるアルミナセメントと
しては、CaO、Al2O3を主成分とするものであり、
Al2O3含有量が75%、比表面積が6000cm2/
gのものを使用した。またアルミナセメントとともに、
粒径が5μm以下であるアルミナ微粒子(Al2O399
重量%以上)と、粒径が5μm以下であるシリカ微粒子
(SiO295重量%、その他5重量%)を用いた。ま
た、分散剤としてはトリポリリン酸ナトリウムを使用し
た。
合が、粗粒45%、中粒25%、微粒30%一定となる
ようにして使用した。結合材であるアルミナセメントと
しては、CaO、Al2O3を主成分とするものであり、
Al2O3含有量が75%、比表面積が6000cm2/
gのものを使用した。またアルミナセメントとともに、
粒径が5μm以下であるアルミナ微粒子(Al2O399
重量%以上)と、粒径が5μm以下であるシリカ微粒子
(SiO295重量%、その他5重量%)を用いた。ま
た、分散剤としてはトリポリリン酸ナトリウムを使用し
た。
【0040】[評価結果]例1〜例16で得られた供試体
を使用し、表1および表2に示した物性および特性を評
価した。試験項目、測定法は以下のとおりである。嵩比
重は通常の耐火物試験法(JIS R2205準拠)に
より測定した。
を使用し、表1および表2に示した物性および特性を評
価した。試験項目、測定法は以下のとおりである。嵩比
重は通常の耐火物試験法(JIS R2205準拠)に
より測定した。
【0041】曲げ強度Aは、110℃にて24時間熱処
理した後の3点曲げ強度であり、曲げ強度Bは、150
0℃にて3時間、電気炉で焼成した後の3点曲げ強度で
ある。耐熱衝撃性は、1300℃にて3時間焼成した供
試体の焼成品を、1300℃の電気炉中で15分間保持
した後、室温まで急冷するサイクルを繰り返し行い、剥
離にいたるまでの回数を測定した。上記サイクルの回数
は25回を限度として行った。耐熱衝撃性は剥離にいた
るまでの回数が多い方が良好である。なお、25回反復
した時点で剥離がないものは25+と表した。
理した後の3点曲げ強度であり、曲げ強度Bは、150
0℃にて3時間、電気炉で焼成した後の3点曲げ強度で
ある。耐熱衝撃性は、1300℃にて3時間焼成した供
試体の焼成品を、1300℃の電気炉中で15分間保持
した後、室温まで急冷するサイクルを繰り返し行い、剥
離にいたるまでの回数を測定した。上記サイクルの回数
は25回を限度として行った。耐熱衝撃性は剥離にいた
るまでの回数が多い方が良好である。なお、25回反復
した時点で剥離がないものは25+と表した。
【0042】耐食性の試験は以下の方法で行った。供試
体から複数の台形柱状のテストピースを切り出し、研磨
して所定の寸法にし、これを回転ドラム内に内張りし
た。次いで、ドラムを回転させながらドラムの軸線方向
に酸素プロパン炎を吹込み、1600℃に加熱した。1
600℃に保持した状態で、侵食材として、焼却灰およ
び飛灰の合成スラグ(CaO/SiO2(重量比)=
1.0、化学組成は重量比で、Al2O3:16%、Ca
O:32%、SiO2:32%、Fe2O3:8%、K
2O:2%、Na2O:2%、MgO:2%、P2O5:6
%)をドラム内に投入し、6時間回転させた。スラグ
は、30分毎に新しく投入して試験を行った。
体から複数の台形柱状のテストピースを切り出し、研磨
して所定の寸法にし、これを回転ドラム内に内張りし
た。次いで、ドラムを回転させながらドラムの軸線方向
に酸素プロパン炎を吹込み、1600℃に加熱した。1
600℃に保持した状態で、侵食材として、焼却灰およ
び飛灰の合成スラグ(CaO/SiO2(重量比)=
1.0、化学組成は重量比で、Al2O3:16%、Ca
O:32%、SiO2:32%、Fe2O3:8%、K
2O:2%、Na2O:2%、MgO:2%、P2O5:6
%)をドラム内に投入し、6時間回転させた。スラグ
は、30分毎に新しく投入して試験を行った。
【0043】ドラムを冷却後、テストピースを取り出し
て切断し、溶損量(mm)、スラグ浸透深さ(mm)を
テストピースの各部で測定し平均値を求めた。なお、例
17の溶損量を100とした場合の各実施例の溶損量の
比を耐食性指数として算出した。耐食性指数は、小さい
ものが耐食性が良好であることを示す。
て切断し、溶損量(mm)、スラグ浸透深さ(mm)を
テストピースの各部で測定し平均値を求めた。なお、例
17の溶損量を100とした場合の各実施例の溶損量の
比を耐食性指数として算出した。耐食性指数は、小さい
ものが耐食性が良好であることを示す。
【0044】耐酸化性は、40mm×40mm×40m
mの供試体を1500℃にて3時間、電気炉中で酸化さ
せた後、半分に切断し、表面からの酸化層の厚み(m
m)を測定した値である。
mの供試体を1500℃にて3時間、電気炉中で酸化さ
せた後、半分に切断し、表面からの酸化層の厚み(m
m)を測定した値である。
【0045】
【表1】
【0046】
【表2】
【0047】
【表3】
【0048】
【発明の効果】本不定形耐火物は、低コストで施工しや
すく、溶融金属、溶融スラグ、ガラス等に対して優れた
耐食性、耐浸透性、耐熱衝撃性を有する。さらに、酸化
クロムを含まないため、有害な六価クロムが発生するこ
とがない。
すく、溶融金属、溶融スラグ、ガラス等に対して優れた
耐食性、耐浸透性、耐熱衝撃性を有する。さらに、酸化
クロムを含まないため、有害な六価クロムが発生するこ
とがない。
【0049】よって、本不定形耐火物は、廃棄物の焼成
炉や溶融処理炉、鉄鋼、セメント、非鉄等の工業炉に現
在使用されているジルコニア−酸化クロム系、アルミナ
−酸化クロム系、マグネシア−酸化クロム系耐火物と置
き換えることができ、工業的価値は多大である。
炉や溶融処理炉、鉄鋼、セメント、非鉄等の工業炉に現
在使用されているジルコニア−酸化クロム系、アルミナ
−酸化クロム系、マグネシア−酸化クロム系耐火物と置
き換えることができ、工業的価値は多大である。
Claims (8)
- 【請求項1】ガラス相を3〜25重量%含む溶融ジルコ
ニア粒子と、アルミナ粒子と、スピネル粒子とを主体と
する耐火性粒子90〜99重量%と、アルミナセメント
を含有する結合材1〜10重量%とを含む不定形耐火物
であって、耐火性粒子の合量中、粒径が1.19mm未
満のスピネル粒子を10〜30重量%含有し、結合材中
のアルミナセメントの含有量が30〜100重量%であ
ることを特徴とする不定形耐火物。 - 【請求項2】耐火性粒子中、ガラス相を3〜25重量%
含む溶融ジルコニア粒子、アルミナ粒子およびスピネル
粒子の合量が85重量%以上である請求項1に記載の不
定形耐火物。 - 【請求項3】耐火性粒子中、ガラス相を3〜25重量%
含む溶融ジルコニア粒子の含有量が5〜40重量%、ア
ルミナ粒子とスピネル粒子の合計の含有量が60〜95
重量%である請求項1または2に記載の不定形耐火物。 - 【請求項4】ガラス相を3〜25重量%含む溶融ジルコ
ニア粒子が、単斜晶ZrO2結晶相を含む請求項1、2
または3に記載の不定形耐火物。 - 【請求項5】結合材として、粒径10μm以下の酸化物
微粒子を含む請求項1〜4のいずれかに記載の不定形耐
火物。 - 【請求項6】分散剤を不定形耐火物中に0.02〜0.
3重量%含む請求項1〜5のいずれかに記載の不定形耐
火物。 - 【請求項7】分散剤がトリポリリン酸ナトリウムおよび
/またはβ−ナフタレンスルホン酸塩である請求項6に
記載の不定形耐火物。 - 【請求項8】請求項1〜7のいずれかに記載の不定形耐
火物から形成された不定形耐火物施工体を炉壁の少なく
とも一部に使用した廃棄物溶融炉。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11130525A JP2000327437A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 不定形耐火物およびそれを使用した廃棄物溶融炉 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11130525A JP2000327437A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 不定形耐火物およびそれを使用した廃棄物溶融炉 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000327437A true JP2000327437A (ja) | 2000-11-28 |
Family
ID=15036392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11130525A Pending JP2000327437A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 不定形耐火物およびそれを使用した廃棄物溶融炉 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000327437A (ja) |
-
1999
- 1999-05-11 JP JP11130525A patent/JP2000327437A/ja active Pending
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