JP2011038721A

JP2011038721A - メタルケースライニング

Info

Publication number: JP2011038721A
Application number: JP2009187197A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Fukumaru; 茂福丸; Katsunori Kakihara; 勝徳柿原; Masanori Haneki; 正則繁益
Original assignee: Ariake Ceramic Constructions Co Ltd; AGC Ceramics Co Ltd
Current assignee: Ariake Ceramic Constructions Co Ltd; AGC Ceramics Co Ltd
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】廃棄物の焼却炉等の焼却炉や金属溶解炉等の炉の内壁、あるいは煙道などの内壁に取り付けられ、溶融飛灰の付着、堆積を効果的に防止でき、また、溶融飛灰の付着、堆積が生じた場合でも、除去作業を容易に行なうことのできる、炉や、煙道などの内壁用ライニングを提供する。
【解決手段】炉や煙道の内壁に取り付けられるライニングであって、中空で金属製の四角柱状体と、前記四角柱状体内部の一方の側に配備されている断熱材層と、前記四角柱状体内部の他方の側に配備されているＳｉＣを成分に含む耐火材層とからなり、前記四角柱状体の内部が前記断熱材層と耐火材層との二層構造によって充填されていることを特徴とするメタルケースライニング。
【選択図】図１

Description

この発明は、廃棄物の焼却炉等の焼却炉や金属溶解炉等の炉の内壁、あるいは煙道などの内壁に取り付けられるライニングに関し、特に、炉あるいは煙道の内側に向かう面及び、炉あるいは煙道の外側に向かう面を除く４面が金属板で囲まれているメタルケースライニングに関する。

廃棄物の焼却炉等の焼却炉や金属溶解炉等の炉の内壁、あるいは煙道などの内壁には排ガス中に含まれる飛散灰や低融点のガス状物質（以下、本発明において、これらなどを総称して「溶融飛灰」ということがある）が付着、堆積する。これを放置すると煙道が閉鎖してしまう等の問題がある。

例えば、図５に例示するように８００℃〜９００℃程度の高温になるキルン３０を備えた溶解炉の場合、垂直方向の煙道３１の内壁や、これから水平方向に分岐して左右のサイクロン３３ａ、３３ｂに通じる水平方向の煙道３２の内壁、また水平方向の煙道３２の天井面３２ａなどに溶融飛灰が付着する。例えば、アルミニュームを加熱溶解している金属溶解炉ではアルミニュームが大量に付着する。

そこで、煙道３１の上下左右方向に多数形成されている作業口兼覗き窓３４ａ、３４ｂを所定の期間ごとに開け、煙道３１等の内壁に高圧水を吹き付けて溶融飛灰を除去する作業が行なわれている。この作業は非常に危険であり、また非常に効率の悪いものであった。

一方、ＳｉＯ_２とＳｉＣとを成分に含む煙道の内張り耐火物によって、溶融飛灰が炉の内壁や煙道内壁に付着することを抑制する提案も行われている（例えば、特許文献１）。

特開２００２−２６５２５８号公報

この発明は、廃棄物の焼却炉等の焼却炉や金属溶解炉等の炉の内壁、あるいは煙道などの内壁に取り付けられ、溶融飛灰の付着、堆積を効果的に防止でき、また、溶融飛灰の付着、堆積が生じた場合でも、除去作業を容易に行なうことができる、炉や、煙道などの内壁用ライニングを提供することを目的にしている。

請求項１の発明は、
炉や煙道の内壁に取り付けられるライニングであって、
中空で金属製の四角柱状体と、
前記四角柱状体内部の一方の側に配備されている断熱材層と、
前記四角柱状体内部の他方の側に配備されているＳｉＣを成分に含む耐火材層と
からなり、
前記四角柱状体の内部が前記断熱材層と耐火材層との二層構造によって充填されている
ことを特徴とするメタルケースライニング
である。

請求項２記載の発明は、
前記断熱材層及び前記耐火材層は、
水分を添加して混練した不定形断熱材を前記四角柱状体内に流し込んで成形した断熱材層及び、
水分を添加して混練したＳｉＣを成分に含む不定形耐火材を前記四角柱状体内に流し込んで成形したＳｉＣを成分に含む耐火材層
であることを特徴とする請求項１記載のメタルケースライニング
である。

この発明によれば、廃棄物の焼却炉等の焼却炉や金属溶解炉等の炉の内壁、あるいは煙道などの内壁に取り付けられ、溶融飛灰の付着、堆積を効果的に防止でき、また、溶融飛灰の付着、堆積が生じた場合でも、除去作業を容易に行なうことのできる、炉や、煙道などの内壁用ライニングを提供できる。

（ａ）本発明のメタルケースライニングを構成する中空で金属製の四角柱状体の一例を表わす斜視図、（ｂ）本発明のメタルケースライニングの一例の内部構造を説明する断面図。本発明のメタルケースライニングが炉の内壁に取り付けられてライニングが形成された状態の一例を説明する側面図。（ａ）本発明のメタルケースライニングを構成する中空で金属製の四角柱状体の他の例を表わす斜視図、（ｂ）本発明のメタルケースライニングを構成する中空で金属製の四角柱状体の更に他の例を表わす斜視図。図３（ａ）、（ｂ）の異なる形状・大きさの四角柱状体を用いて調製した異なる形状・大きさの本発明のメタルケースライニングを複数個用い、炉の内壁の上下左右方向に隣接させて取り付けて、本発明による炉及び煙道の内壁用ライニングを形成した状態の一例を説明する正面図。炉や煙道の内壁の一例を説明する概念図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

本発明のメタルケースライニング１は、廃棄物の焼却炉等の焼却炉や金属溶解炉等の炉の内壁、あるいは煙道などの内壁に取り付けられ、溶融飛灰の付着・堆積防止に用いられる。

メタルケースライニング１は中空で金属製の四角柱状体２と、当該四角柱状体２の内部に二層構造で充填されている耐火材層１０と断熱材層１１とからなる。

断熱材層１１は四角柱状体２の内部の一方の側に配備されている。また、耐火材層１０はＳｉＣを成分に含むものであって、四角柱状体２の内部の他方の側に配備されている。

中空で金属製の四角柱状体２は、例えば、薄い鉄製（厚さ：０．５〜４．０ｍｍ）で、長さ（Ｌ）：２２０〜２４０ｍｍ、高さ（Ｈ）：１２０〜１４０ｍｍ、幅（Ｗ）：１２０〜１４０ｍｍ程度の大きさを有する。

本発明のメタルケースライニング１において、耐火材層１０は、水分を添加して混練したＳｉＣを成分に含む不定形耐火材を四角柱状体２内に流し込んで成形している。また、断熱材層１１は、水分を添加して混練した不定形断熱材を四角柱状体２内に流し込んで成形している。

耐火物を鉄板で囲んだメタルケースライニングは、不焼成煉瓦、結合煉瓦では従来から存在していた。しかし、本願発明のように、不定形断熱材や不定形耐火材を鉄板で囲んだものはあまり例が無かった。

本発明によれば、中空で金属製の四角柱状体２が型材の役割を果たし、前述したように、水分を添加して混練した不定形断熱材および、水分を添加して混練したＳｉＣを成分に含む不定形耐火材をそれぞれ四角柱状体２内に流し込み、成形することにより、四角柱状体２の内部を、断熱材層１１と耐火材層１０という二層構造で簡単に充填することができる。

本発明のメタルケースライニング１は、炉や、煙道などの内壁に配置されているプレヒーター鉄板、等の鉄板２０に、四角柱状体２の一方の端を点溶接して取り付けることができる。例えば、内部に断熱材層１１が充填されている側の端部４ａ、６ａを図２に符号２２で示すように点溶接して取り付ける。

これによって、炉や煙道の内壁を構築した際にメタルケースライニング１が脱落することを効果的に防止できる。

このようにして、本発明のメタルケースライニング１を、図４に示すように、炉や煙道の内壁の上下左右方向に隣接させて複数個取り付け、炉や煙道の内壁用ライニングを形成することができる。

この場合、図３（ａ）、（ｂ）図示のように、異なる形状・大きさの四角柱状体１２ａ、１２ｂを用いて異なる形状・大きさのメタルケースライニングを調製し、これを種々に組み合わせ、図４図示のように、炉などの内壁の上下左右方向に隣接させて取り付け、本発明による炉及び煙道の内壁用ライニングを形成することができる。

四角柱状体２を鉄製にした場合、炉の使用時に炉や煙道の内壁面温度が９００℃程度にまで上昇すると、鉄製の上下の壁６、４、左右の壁３、５がそれぞれ隣接するメタルケースライニング１の下側の壁４、上側の壁６、右側の壁５、左側の壁３と溶着し、隣接する複数のメタルケースライニング１が一体化されて、図４図示のように炉や煙道の内壁全面に形成された本発明の内壁用ライニング全体としての強度を高めることができる。

また、前述したように、内部に断熱材層１１が充填されている側の端部４ａ、６ａを炉や煙道などの内壁に配置されている鉄板２０に点溶接により取り付けるので、断熱材層１１と耐火材層１０という二層構造における断熱材層１１が炉の外側に配備される。そこで、焼却炉や金属溶解炉等の炉の熱効率を高めることができる。

一方、炉や煙道の内側に向かう側にはＳｉＣを成分に含む耐火材層１０が配備されている。ＳｉＣは濡れにくく、溶融飛灰の付着、堆積を抑制することができる。

前記のように、本発明のメタルケースライニング１では、炉の外側に向かう側に断熱材層１１、炉の内側に向かう側に耐火材層１０という二層構造が採用されているが、この二層構造は、中空で金属製の四角柱状体２の内部に充填されている。そして、四角柱状体２は、内部に断熱材層１１が充填されている側の端部４ａ、６ａを符号２２で示すように点溶接することによって炉や煙道などの内壁に配置されている鉄板２０に取り付けられている。

そこで、例えば、図２図示のように、本発明のメタルケースライニング１が取り付けられている鉄板２０の炉の外側に向かう側の面にバイブレーター２１を配備し、振動を与えると、その振動を減衰させることなしに耐火材層１０の内側面に伝えることができる。

これにより、本発明のメタルケースライニング１における耐火材層１０の内側面に溶融飛灰２３が付着した場合であっても、バイブレーター２１によって振動を付与することにより、簡単に付着物を除供することができる。

なお、前述したように、廃棄物の焼却炉等の焼却炉や金属溶解炉等の炉などにおいては、煙道などの内壁に高圧水を吹き付けて溶融飛灰を除去することが行われている。本発明のメタルケースライニング１を用いて前述したように炉や煙道の内壁全面にライニングを形成した場合、従来と同じように高圧水を吹き付けて溶融飛灰の除去を行うことも可能である。

この場合、炉の内側に向かう側の耐火材層１０と、炉の外側に向かう側で炉の熱効率を高める役割を果たしている断熱材層１１との境界に、高圧水を吹き付けて溶融飛灰の除去を行う際の衝撃で、亀裂が入るおそれがある。本発明のメタルケースライニング１では、水分を添加して混練したＳｉＣを成分に含む不定形耐火材および、水分を添加して混練した不定形断熱材を中空で金属製の四角柱状体２の中に流し込んで耐火材層１０と断熱材層１１とを成形し、金属製の四角柱状体２の中に耐火材層１０と断熱材層１１との二層構造が充填される構造になっており、金属製の四角柱状体２で耐火材層１０と断熱材層１１とを囲んでいる。そこで、高圧水を吹き付けて溶融飛灰の除去を行う際の衝撃で耐火材層１０と断熱材層１１との境界に亀裂が入ることを抑制できる構造になっている。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を説明する。

（四角柱状体の作製）
薄い鉄製（厚さ：１．６ｍｍ）を用いて、下側の壁４、右側の壁５、上側の壁６、左側の壁３を備えている中空の四角柱状体２を準備した（図１（ａ））。サイズは、長さ（Ｌ）：２３０ｍｍ、高さ（Ｈ）：１３０ｍｍ、幅（Ｗ）：１３０ｍｍとした。

なお、水分を添加して混練した不定形断熱材や、水分を添加して混練したＳｉＣを成分に含む不定形耐火物を内部に流し込んで成形する断熱材層１１、耐火材層１０が炉の内側に向けて抜け出すことがないように、耐火材層１０が形成される側の内壁面に、ストッパー用の突起７ａ、７ｂを形成した。

（断熱材層の形成）
四角柱状体２の開口９を下側にし、開口８が上側に向いた状態にする。

不定形断熱材としてＣＡ−１３Ｓ（ＡＧＣセラミックス（株）製）を用い、これに添加水量１４％（質量）で水分を添加し、ミキサーにて混練した（混練時間３分）。これを開口８から四角柱状体２の半分程度が埋まるまで四角柱状体２内に充填し、振動を加えながら成形した。

（耐火材層の形成）
水分を添加して混練した不定形断熱材が上記のように一方の側の内部に流し込まれた状態の四角柱状体２を、引き続き開口８側を上に向かせて立たせておいた。

５０ｋｇのＤＲＹＳＩＣ−８５（ＡＧＣセラミックス（株）製）に対し、主成分にＳｉＣを５０％以上含み、長さ２０ｍｍ、繊維直径１４μｍのＳｉＣ系無機繊維５００本からなる繊維束を有機系結合剤（エポキシ樹脂）を用いて束ねたＳｉＣ繊維チョップを、外掛けで１質量％配合した。

ここで用いたＤＲＹＳＩＣ−８５（ＡＧＣセラミックス（株）製）は以下の組成を有するもので、少なくともＳｉＣを含む不定形耐火調合物である。

（ＤＲＹＳＩＣ−８５の組成）
ＳｉＣ：８３％
ＳｉＯ_２：６％
Ａｌ_２Ｏ_３：９％
Ｆｅ_２Ｏ_３：０．５％
その他：１．５％

前記のＳｉＣ繊維チョップには、日本カーボン（株）製の商品名「ニカロン」を用いた。「ニカロン」は、成分：ＳｉＣ：５６質量％、Ｃ：３２．０質量％、Ｏ：１２．０質量％、長さ２０ｍｍ、繊維直径１４μｍのＳｉＣ系無機繊維５００本からなる繊維束を有機系結合剤（エポキシ樹脂）を用いて束ねたものである。

これを添加水量５％（質量）でミキサーにて混練した（混練時間：４分）。

こうして準備したＳｉＣ繊維分散不定形耐火組成物を、前記四角柱状体２の開口８から四角柱状体２内に充填し、振動を加えながら成形した。

その後、７００℃で４時間、乾燥炉で乾燥させた。

こうして、四角柱状体２の内部の一方の側に断熱材層１１、他方の側に耐火材層１０という二層構造が充填されている本発明のメタルケースライニング１を準備した。

なお、図１（ｂ）図示の形態では、四角柱状体２の長手方向の長さＬの半分程度の部分にまで断熱材層１１を形成しているが、四角柱状体２内において断熱材層１１を形成する領域の大きさは、本発明のメタルケースライニングが使用される焼却炉や金属溶解炉等の炉の熱効率を考慮して種々に定めることができる。例えば、四角柱状体２の長手方向の長さＬの３／４の領域に断熱材層１１が形成され、残りの１／４の領域に耐火材層１０が形成されるようにすることもできる。

前記で調製したＳｉＣ繊維分散不定形耐火組成物は、前述したＤＲＹＳＩＣ−８５（ＡＧＣセラミックス（株）製）のように、少なくともＳｉＣを含む不定形耐火調合物に、主成分にＳｉＣを５０％以上含み、長さ１０ｍｍ〜１００ｍｍ、繊維直径５μｍ〜２５μｍのＳｉＣ系無機繊維複数本からなる繊維束を有機系結合剤（例えば、エポキシ樹脂）を用いて束ねたＳｉＣ繊維チョップを、当該不定形耐火調合物の０．１乃至３質量％混合し、水を加えて混練して準備することができる。

これを乾燥、固化させて成形してなる耐火材層１０は、主成分にＳｉＣを５０％以上含み、繊維直径５μｍ〜２５μｍ、繊維長５０μｍ〜２，０００μｍ、アスペクト比５乃至２００であるＳｉＣ系無機繊維からなるモノフィラメントが、水和反応によって構成された結合部（マトリックス）に分散されているものになっている。耐火材層１０は、このようにＳｉＣ系無機繊維からなるモノフィラメントで分散強化された素材であるので、弾塑性破壊靱性が大幅に改良されており、耐熱衝撃性に優れた繊維強化複合不定形耐火物成形体である。

ここで、前記のＤＲＹＳＩＣ−８５（ＡＧＣセラミックス（株）製）に例示される、少なくともＳｉＣを含む不定形耐火調合物は、ＳｉＣの他に、この技術分野で公知の不定形耐火物を調合したものにすることができる。例えば、ＳｉＣの他に、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ムライト、マイクロシリカ、アルミナセメントなどが混合されているものとすることができる。

なお、前記で不定形耐火調合物が少なくともＳｉＣを含むものとしたのは、不定形耐火調合物とＳｉＣ繊維チョップとを混ぜ、水を加えて混練した際に、ＳｉＣ系無機繊維が、不定形耐火調合物中のＳｉＣ粒子により破断され、繊維長が短くなり、１本ずつのモノフィラメントとなって、結合部（マトリックス）に分散することを考慮したものである。

更に、耐火材層１０の骨材部に少なくともＳｉＣが含有されていることによって、ＳｉＣの優れた耐熱性を発揮させるという観点からである。また、濡れにくいＳｉＣを使用することによって、溶融飛灰の付着、堆積を抑制するという観点からである。

なお、不定形耐火調合物にＳｉＣが含まれている割合は、耐火材層１０における骨材部全体に対して、ＳｉＣが少なくとも１５質量％を下回らないようにすることが好ましい。ＳｉＣ繊維チョップとを混ぜ、水を加えて混練した際、繊維が所要の長さに破断されるために好適であるという理由からである。

このようにして成形した耐火材層１０は、優れた弾塑性破壊靱性と、耐熱衝撃性を発揮できる。

また、濡れにくいＳｉＣを含んでいることにより、溶融飛灰の付着、堆積を抑制することができる。

（炉の内壁への取り付け）
図２図示のように、炉の内壁に配置されている鉄板２０（プレヒーター鉄板）の内壁面に、メタルケースライニング１の断熱材層１１が充填されている側の端部４ａ、６ａを点溶接２２により取り付けた。

複数個のメタルケースライニング１を図２図示のように、上下に隣接させ、また、図４図示のように、上下左右に隣接させて取り付けた。これによって、炉の内壁全面に、各メタルケースライニング１の耐火材層１０が炉の内側に向かっているライニングを形成した。

図４は、図３（ａ）、（ｂ）のように、大きさ、形状が異なる中空で鉄製の四角柱状体１２ａ、１２ｂを準備し、これを用いて上記のようにして調製した大きさ、形状が異なる本発明のメタルケースライニングを複数個用い、炉などの内壁の上下左右方向に隣接させて取り付け、本発明による炉及び煙の内壁用ライニングを形成した状態を説明する正面図である。

大きさ、形状が異なる複数個のメタルケースライニングを適宜に配置することにより、炉や煙道の内壁全面を覆うことができる。なお、図４中、符号１４で示している部分はキャスタブル耐火物で被覆した部分である。

なお、図３（ａ）図示の四角柱状体１２ａでは、右側の壁５、左側の壁３の内壁面にもストッパー用の突起１３ａ、１３ｂが形成されている。

このようなストッパー用の突起は、中空の四角柱状体２、１２ａ、１２ｂ内の耐火材層１０が形成される部分だけでなく、断熱材層１１が形成される部分にも設けることができる。

前記のようにして図４図示の如くに構成した本発明のメタルケースライニング１を用いたライニングによれば、各メタルケースライニング１内に充填されているＳｉＣを含んでいる耐火材層１０が炉の内側に向かっているため、図２に符号２３で示す溶融飛灰の付着、堆積が少なくてすんだ。

また、鉄板２０（プレヒーター鉄板）外側面に取り付けておいたバイブレータ２１を作動させて各メタルケースライニング１に振動を与えることにより、メタルケースライニング１の炉内側の面に付着、堆積していた溶融飛灰２３を安全、かつ簡単に除去することができた。

以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態、実施例を説明したが、本発明はこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

１メタルケースライニング
２四角柱状体
４ａ、６ａメタルケースライニングの端部
１０耐火材層
１１断熱材層
２０鉄板（炉の内壁に配置されているプレヒーター鉄板）
２１バイブレーター
２２点溶接部

Claims

炉や煙道の内壁に取り付けられるライニングであって、
中空で金属製の四角柱状体と、
前記四角柱状体内部の一方の側に配備されている断熱材層と、
前記四角柱状体内部の他方の側に配備されているＳｉＣを成分に含む耐火材層と
からなり、
前記四角柱状体の内部が前記断熱材層と耐火材層との二層構造によって充填されている
ことを特徴とするメタルケースライニング。
前記断熱材層及び前記耐火材層は、
水分を添加して混練した不定形断熱材を前記四角柱状体内に流し込んで成形した断熱材層及び、
水分を添加して混練したＳｉＣを成分に含む不定形耐火物を前記四角柱状体内に流し込んで成形したＳｉＣを成分に含む耐火材層
であることを特徴とする請求項１記載のメタルケースライニング。