JP3375722B2 - 焼却灰や焼却飛灰の溶融装置及びその溶融方法 - Google Patents
焼却灰や焼却飛灰の溶融装置及びその溶融方法Info
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- JP3375722B2 JP3375722B2 JP08274194A JP8274194A JP3375722B2 JP 3375722 B2 JP3375722 B2 JP 3375722B2 JP 08274194 A JP08274194 A JP 08274194A JP 8274194 A JP8274194 A JP 8274194A JP 3375722 B2 JP3375722 B2 JP 3375722B2
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- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、廃棄物の焼却灰や焼却
飛灰の溶融装置及びその溶融方法に関するものである。
飛灰の溶融装置及びその溶融方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、都市ゴミ、産業廃棄物、下水汚泥
等の廃棄物は増加の一途をたどっている。廃棄物の処分
方法としては、焼却して減容化する方法が一般的であ
る。焼却処理によって生じた焼却灰および焼却飛灰は埋
め立て処分されている。
等の廃棄物は増加の一途をたどっている。廃棄物の処分
方法としては、焼却して減容化する方法が一般的であ
る。焼却処理によって生じた焼却灰および焼却飛灰は埋
め立て処分されている。
【０００３】しかし、最近では埋立地の不足や埋め立て
に伴う公害が大きな問題になっている。そこで、焼却灰
や焼却飛灰を高温で溶融固化することによって、一層の
減容化を図ると共に、灰を無害化して再利用することが
提案されている。
に伴う公害が大きな問題になっている。そこで、焼却灰
や焼却飛灰を高温で溶融固化することによって、一層の
減容化を図ると共に、灰を無害化して再利用することが
提案されている。
【０００４】実際、焼却灰や焼却飛灰の溶融装置を備え
た幾つかのプラントが稼働段階にある。しかし、灰溶融
物の物性と耐火物に関する研究は充分でなく、通常の炉
壁用耐火物がそのまま溶融炉の内張材として用いられて
いた。また、従来の溶融炉では一般にケーシングを水冷
する構成になっていた。
た幾つかのプラントが稼働段階にある。しかし、灰溶融
物の物性と耐火物に関する研究は充分でなく、通常の炉
壁用耐火物がそのまま溶融炉の内張材として用いられて
いた。また、従来の溶融炉では一般にケーシングを水冷
する構成になっていた。
【０００５】他方、従来の溶融装置ではプラズマトーチ
やバーナー、電気抵抗、コークス混合等の加熱方式が採
用されていた。
やバーナー、電気抵抗、コークス混合等の加熱方式が採
用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
溶融装置では、炉内壁が灰溶融物によって激しく侵食さ
れるため炉は極めて短命であった。灰溶融物が、通常の
炉壁用耐火物に対して極めて強い侵食性を有するからで
ある。また、異物による摩耗や、溶融炉の底部に滞留す
る金属も炉内壁の消耗を早めていた。
溶融装置では、炉内壁が灰溶融物によって激しく侵食さ
れるため炉は極めて短命であった。灰溶融物が、通常の
炉壁用耐火物に対して極めて強い侵食性を有するからで
ある。また、異物による摩耗や、溶融炉の底部に滞留す
る金属も炉内壁の消耗を早めていた。
【０００７】また、ケーシングを水冷すると炉内壁が不
安定になる恐れがあった。溶融した金属は密度が大きく
蓄熱量も大きいため、冷却に時間がかかり簡単に凝固し
ない。このため、溶融炉が損傷して、一度溶融金属が炉
外に流れ出すと容易に止められず、非常に危険であっ
た。
安定になる恐れがあった。溶融した金属は密度が大きく
蓄熱量も大きいため、冷却に時間がかかり簡単に凝固し
ない。このため、溶融炉が損傷して、一度溶融金属が炉
外に流れ出すと容易に止められず、非常に危険であっ
た。
【０００８】このため、溶融装置の耐用寿命を延ばし、
安全性を確保することが強く望まれている。そのために
は、灰溶融物に対する耐侵食性が大きく、かつ耐摩耗性
も有する特別な耐火物で炉内壁を構成しなければならな
い。
安全性を確保することが強く望まれている。そのために
は、灰溶融物に対する耐侵食性が大きく、かつ耐摩耗性
も有する特別な耐火物で炉内壁を構成しなければならな
い。
【０００９】他方、プラズマトーチ、バーナー、コーク
ス混合等の従来の加熱方式では、炎の流速が大きいた
め、灰が吹き飛んで溶融効率が悪かった。また、電気抵
抗による加熱方式では、灰に含まれる金属酸化物によっ
て電極が酸化侵食を受けるため、金属電極の場合にはす
ぐに消耗してしまった。カーボン電極を使用しても、ア
ーク溶融方式の場合には炎で灰が飛散するため、やはり
溶融効率が悪かった。
ス混合等の従来の加熱方式では、炎の流速が大きいた
め、灰が吹き飛んで溶融効率が悪かった。また、電気抵
抗による加熱方式では、灰に含まれる金属酸化物によっ
て電極が酸化侵食を受けるため、金属電極の場合にはす
ぐに消耗してしまった。カーボン電極を使用しても、ア
ーク溶融方式の場合には炎で灰が飛散するため、やはり
溶融効率が悪かった。
【００１０】以上のような従来技術の問題点に鑑み、本
発明の第１の目的は、灰溶融物に対して十分な耐侵食性
を有し、長時間安定した溶融操作が可能な焼却灰や焼却
飛灰の溶融装置を提供することである。
発明の第１の目的は、灰溶融物に対して十分な耐侵食性
を有し、長時間安定した溶融操作が可能な焼却灰や焼却
飛灰の溶融装置を提供することである。
【００１１】本発明の第２の目的は、灰を溶融してスラ
グと金属に分離する溶融操作を長時間安定して継続する
ことができる焼却灰や焼却飛灰の溶融方法を提供するこ
とである。
グと金属に分離する溶融操作を長時間安定して継続する
ことができる焼却灰や焼却飛灰の溶融方法を提供するこ
とである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】第１発明は、廃棄物の焼
却灰や焼却飛灰を溶融するための装置において、溶融炉
内壁の少なくとも底部の一部分にＣ（カーボン）を５重
量％以上含有するカーボン質耐火物を用い、その他の内
壁の少なくとも一部分にＺｒＯ2 を８５重量％以上含有
するジルコニア耐火物を用いて、溶融操作の全期間にわ
たってカーボン質耐火物とジルコニア耐火物の両方が内
壁を構成することを特徴とする溶融装置を要旨としてい
る。
却灰や焼却飛灰を溶融するための装置において、溶融炉
内壁の少なくとも底部の一部分にＣ（カーボン）を５重
量％以上含有するカーボン質耐火物を用い、その他の内
壁の少なくとも一部分にＺｒＯ2 を８５重量％以上含有
するジルコニア耐火物を用いて、溶融操作の全期間にわ
たってカーボン質耐火物とジルコニア耐火物の両方が内
壁を構成することを特徴とする溶融装置を要旨としてい
る。
【００１３】第２発明は、前記溶融装置を使用して、カ
ーボン電極を溶融浴中に埋没して通電し、焼却灰や焼却
飛灰を溶融して、溶融操作の全期間にわたって溶融物が
カーボン質耐火物とジルコニア耐火物の両方に接触する
ことを特徴とする焼却灰や焼却飛灰の溶融方法を要旨と
している。
ーボン電極を溶融浴中に埋没して通電し、焼却灰や焼却
飛灰を溶融して、溶融操作の全期間にわたって溶融物が
カーボン質耐火物とジルコニア耐火物の両方に接触する
ことを特徴とする焼却灰や焼却飛灰の溶融方法を要旨と
している。
【００１４】
【作用】本発明者達の分析によれば、廃棄物の焼却灰及
び焼却飛灰の化学成分は、一般にＳｉＯ2 が１５〜３５
重量％、Ａｌ2 Ｏ3 が１０〜２０重量％、Ｎａ2 Ｏが
２．５〜１５重量％、ＣａＯが５〜４５重量％、ＦｅＯ
及びＦｅ2 Ｏ3 が１〜２０重量％であり、他にＣｄ、Ｚ
ｎ、Ｃｕ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｈｇ等の金属及びＳ、Ｃ
ｌ等の揮発成分が含まれている。
び焼却飛灰の化学成分は、一般にＳｉＯ2 が１５〜３５
重量％、Ａｌ2 Ｏ3 が１０〜２０重量％、Ｎａ2 Ｏが
２．５〜１５重量％、ＣａＯが５〜４５重量％、ＦｅＯ
及びＦｅ2 Ｏ3 が１〜２０重量％であり、他にＣｄ、Ｚ
ｎ、Ｃｕ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｈｇ等の金属及びＳ、Ｃ
ｌ等の揮発成分が含まれている。
【００１５】特に、焼却飛灰は、廃棄物の焼却時に発生
する排ガスをアルカリやアルカリ土類成分剤により処理
した際に生成する灰である。この処理によって、排ガス
中の硫黄酸化物、リン酸化物や塩素ガス等を除去するの
である。従って、焼却飛灰にはアルカリやアルカリ土類
成分、とくにＣａＯがかなり多量に含まれるものと考え
られる。
する排ガスをアルカリやアルカリ土類成分剤により処理
した際に生成する灰である。この処理によって、排ガス
中の硫黄酸化物、リン酸化物や塩素ガス等を除去するの
である。従って、焼却飛灰にはアルカリやアルカリ土類
成分、とくにＣａＯがかなり多量に含まれるものと考え
られる。
【００１６】前述のように、多量のＣａＯが酸化鉄と共
存しているため、焼却灰や焼却飛灰は特異な侵食形態を
示すことになる。また、酸化鉄の一部は還元されて金属
となり、他の金属と共に炉の底部に滞留する。なお、灰
は全体としてみれば１３００〜１４００℃で十分に溶融
状態となる。
存しているため、焼却灰や焼却飛灰は特異な侵食形態を
示すことになる。また、酸化鉄の一部は還元されて金属
となり、他の金属と共に炉の底部に滞留する。なお、灰
は全体としてみれば１３００〜１４００℃で十分に溶融
状態となる。
【００１７】本発明者達は前記分析結果を参照しつつ、
数多くの試験を行って、灰溶融物が各耐火物に及ぼす影
響を丹念に調べた。以下、詳細に述べる。
数多くの試験を行って、灰溶融物が各耐火物に及ぼす影
響を丹念に調べた。以下、詳細に述べる。
【００１８】カーボンを全く含まないＡｌ2 Ｏ3 耐火物
は、灰溶融物中のＣａＯと反応して比較的低温で灰溶融
物中に溶け出すことが判った。Ｃｒ2 Ｏ3 を多く含む耐
火物も、耐火物中のＣｒ2 Ｏ3 がＣａＯやＦｅＯ、Ｆｅ
2 Ｏ3 と反応して低融点化合物を生成し、脆弱化した耐
火物組織内に灰溶融物が深く浸透し、侵食が助長される
ことが判明した。このため、請求項２に記載されている
ように、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量は５重量％以下に抑えるこ
とが望ましいのである。
は、灰溶融物中のＣａＯと反応して比較的低温で灰溶融
物中に溶け出すことが判った。Ｃｒ2 Ｏ3 を多く含む耐
火物も、耐火物中のＣｒ2 Ｏ3 がＣａＯやＦｅＯ、Ｆｅ
2 Ｏ3 と反応して低融点化合物を生成し、脆弱化した耐
火物組織内に灰溶融物が深く浸透し、侵食が助長される
ことが判明した。このため、請求項２に記載されている
ように、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量は５重量％以下に抑えるこ
とが望ましいのである。
【００１９】これに対し、ＺｒＯ2 を多く含む耐火物の
ＺｒＯ2 は、灰溶融物と反応せず灰溶融物への溶解や反
応がほとんど起こらないことが判った。また、ＺｒＯ2
の結晶は硬度が大きく、特に溶融して作製した電鋳耐火
物は組織が緻密であるため、焼結して作製した焼成耐火
物に比べて耐侵食性、耐摩耗性に一層優れていることが
判明した。
ＺｒＯ2 は、灰溶融物と反応せず灰溶融物への溶解や反
応がほとんど起こらないことが判った。また、ＺｒＯ2
の結晶は硬度が大きく、特に溶融して作製した電鋳耐火
物は組織が緻密であるため、焼結して作製した焼成耐火
物に比べて耐侵食性、耐摩耗性に一層優れていることが
判明した。
【００２０】この試験結果に基づき、本発明では、溶融
炉内壁の材料としてジルコニア耐火物を積極的に用いる
構成になっている。すなわち、請求項１に記載のよう
に、溶融炉内壁の底部以外の少なくとも一部分にＺｒＯ
2 を８５重量％以上含有するジルコニア耐火物を用いる
のである。ＺｒＯ2 が８５重量％未満の場合には、十分
な耐侵食性が得られない。ジルコニア電鋳耐火物は、特
殊なガラスに対する耐侵食性に優れ、かつストーン傾向
（侵食された特に耐火物が石となってガラス中に入り込
みガラスの品質を低下させる性質）が特に小さく、物理
的には荷重軟化特性に優れた耐火物である。
炉内壁の材料としてジルコニア耐火物を積極的に用いる
構成になっている。すなわち、請求項１に記載のよう
に、溶融炉内壁の底部以外の少なくとも一部分にＺｒＯ
2 を８５重量％以上含有するジルコニア耐火物を用いる
のである。ＺｒＯ2 が８５重量％未満の場合には、十分
な耐侵食性が得られない。ジルコニア電鋳耐火物は、特
殊なガラスに対する耐侵食性に優れ、かつストーン傾向
（侵食された特に耐火物が石となってガラス中に入り込
みガラスの品質を低下させる性質）が特に小さく、物理
的には荷重軟化特性に優れた耐火物である。
【００２１】ジルコニア耐火物としては、例えばＣａ
Ｏ、ＭｇＯまたはＹ2 Ｏ3 を安定化剤として添加、成形
し、焼成して得た焼成耐火物や、Ｐ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、
アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物を含有するガラス
相を形成している電鋳耐火物等を用いることができる。
また、ジルコニア粒子を粘土などの結合材と共にスタン
プして使用しても良い。ＺｒＯ2 の含有量は前述したよ
うに８５重量％以上、好ましくは９０重量％以上に設定
する。Ａｌ2 Ｏ3 は含有量が多いと成形体の製造が困難
となるので、５重量％以下に抑えるのが好ましい。
Ｏ、ＭｇＯまたはＹ2 Ｏ3 を安定化剤として添加、成形
し、焼成して得た焼成耐火物や、Ｐ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、
アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物を含有するガラス
相を形成している電鋳耐火物等を用いることができる。
また、ジルコニア粒子を粘土などの結合材と共にスタン
プして使用しても良い。ＺｒＯ2 の含有量は前述したよ
うに８５重量％以上、好ましくは９０重量％以上に設定
する。Ａｌ2 Ｏ3 は含有量が多いと成形体の製造が困難
となるので、５重量％以下に抑えるのが好ましい。
【００２２】さて、焼却灰や焼却飛灰が溶融すると、炉
の底部には溶融金属が滞留する。本発明者達はこの溶融
金属が各耐火物に及ぼす影響も詳細に調べた。
の底部には溶融金属が滞留する。本発明者達はこの溶融
金属が各耐火物に及ぼす影響も詳細に調べた。
【００２３】その結果、溶融金属に対しては、ＺｒＯ2
を含む耐火物はアルミナ系およびクロミア系耐火物より
も優れた耐侵食性を有するが、カーボン質耐火物の方が
もっと優れた耐侵食性を有することが判明した。これは
カーボンが溶融金属に対して濡れ難いためである。
を含む耐火物はアルミナ系およびクロミア系耐火物より
も優れた耐侵食性を有するが、カーボン質耐火物の方が
もっと優れた耐侵食性を有することが判明した。これは
カーボンが溶融金属に対して濡れ難いためである。
【００２４】従って、本発明においては、溶融炉内壁の
少なくとも底部の一部分にカーボン質耐火物を用いる構
成になっている。
少なくとも底部の一部分にカーボン質耐火物を用いる構
成になっている。
【００２５】カーボン質耐火物としては、例えば、Ｃが
５重量％以上でＺｒＯ2 が４０〜９５重量％、又は、Ｃ
が５重量％以上でＡｌ2 Ｏ3 が５０〜９５重量％、又
は、Ｃが５重量％以上でＡｌ2 Ｏ3 が１０〜７０重量％
でＳｉＯ2 が５〜４０重量％、又は、Ｃが５重量％以上
でＭｇＯが６０〜９５重量％含まれる組成物を成形・焼
成したカーボン質耐火物が適している。また、これらの
組成物を結合材と共にスタンプして使用しても良い。
５重量％以上でＺｒＯ2 が４０〜９５重量％、又は、Ｃ
が５重量％以上でＡｌ2 Ｏ3 が５０〜９５重量％、又
は、Ｃが５重量％以上でＡｌ2 Ｏ3 が１０〜７０重量％
でＳｉＯ2 が５〜４０重量％、又は、Ｃが５重量％以上
でＭｇＯが６０〜９５重量％含まれる組成物を成形・焼
成したカーボン質耐火物が適している。また、これらの
組成物を結合材と共にスタンプして使用しても良い。
【００２６】カーボン質耐火物の使用効果を高めるため
には、溶融物を完全に還元状態に保つ必要がある。従っ
て、本発明方法では、カーボン電極を使用しかつ電極を
溶融浴中に浸漬させながら通電し溶融する方法が採用さ
れている。本発明方法によれば、アーク溶融の時のよう
にアークによって灰溶融物が飛散してしまうこともな
く、有害な金属酸化物を還元することによって、灰溶融
物をスラグと金属とに容易に分離可能である。なお、モ
リブデン等の金属電極は、灰溶融物中の金属酸化物と容
易に反応し電極の耐用期間を著しく短くしてしまうため
不適当である。
には、溶融物を完全に還元状態に保つ必要がある。従っ
て、本発明方法では、カーボン電極を使用しかつ電極を
溶融浴中に浸漬させながら通電し溶融する方法が採用さ
れている。本発明方法によれば、アーク溶融の時のよう
にアークによって灰溶融物が飛散してしまうこともな
く、有害な金属酸化物を還元することによって、灰溶融
物をスラグと金属とに容易に分離可能である。なお、モ
リブデン等の金属電極は、灰溶融物中の金属酸化物と容
易に反応し電極の耐用期間を著しく短くしてしまうため
不適当である。
【００２７】
【実施例】本発明者等は、焼却灰および焼却飛灰中にＳ
ｉＯ2 、ＣａＯやアルカリ酸化物成分、さらにＦｅＯ、
Ｆｅ2 Ｏ3 などの金属酸化物及び金属が含まれることに
着目し、製鉄用として賞用されているカーボン質耐火物
とガラス溶融に用いられているジルコニア耐火物とを組
み合わせて溶融炉を構成するのが有効であり、特にジル
コニア耐火物としては、ガラス溶融分野で最近注目され
ているジルコニア電鋳耐火物が好ましいことを見出し
た。さらに、本発明者等は、カーボン電極を溶融浴中に
埋没させて溶融物を還元状態にする溶融方法が有効であ
り、この方法によって灰溶融物を飛散させずに溶融する
ことができ、しかも有害な酸化物を金属に還元して炉の
底部に滞留させることによって、スラグと金属を容易に
かつ効果的に分離できることを見出した。
ｉＯ2 、ＣａＯやアルカリ酸化物成分、さらにＦｅＯ、
Ｆｅ2 Ｏ3 などの金属酸化物及び金属が含まれることに
着目し、製鉄用として賞用されているカーボン質耐火物
とガラス溶融に用いられているジルコニア耐火物とを組
み合わせて溶融炉を構成するのが有効であり、特にジル
コニア耐火物としては、ガラス溶融分野で最近注目され
ているジルコニア電鋳耐火物が好ましいことを見出し
た。さらに、本発明者等は、カーボン電極を溶融浴中に
埋没させて溶融物を還元状態にする溶融方法が有効であ
り、この方法によって灰溶融物を飛散させずに溶融する
ことができ、しかも有害な酸化物を金属に還元して炉の
底部に滞留させることによって、スラグと金属を容易に
かつ効果的に分離できることを見出した。
【００２８】特に、本発明者達は、焼却灰及び焼却飛灰
がアルカリ・アルカリ土類成分を５〜６０重量％含んで
いて通常のガラス組成とは異なる特殊な組成を持ってい
ることを考慮し、以下に述べる数多くの試験を行って、
一般のガラス溶解用として使用されている耐火物が焼却
灰や焼却飛灰の溶融装置にそのまま適用できるか否か、
さらに、カーボン質耐火物および前記ガラス溶解用耐火
物が炉の底部に滞留する溶融金属に対して十分な耐侵食
性を持っているか否かについて詳細に検討を行ったので
ある。
がアルカリ・アルカリ土類成分を５〜６０重量％含んで
いて通常のガラス組成とは異なる特殊な組成を持ってい
ることを考慮し、以下に述べる数多くの試験を行って、
一般のガラス溶解用として使用されている耐火物が焼却
灰や焼却飛灰の溶融装置にそのまま適用できるか否か、
さらに、カーボン質耐火物および前記ガラス溶解用耐火
物が炉の底部に滞留する溶融金属に対して十分な耐侵食
性を持っているか否かについて詳細に検討を行ったので
ある。
【００２９】試験方法は、焼却灰および焼却飛灰が溶融
してスラグ状になった時のスラグによる侵食量と、炉の
底部に滞留する溶融金属による侵食量とを同時に判定で
きるようにルツボ法を採用した。
してスラグ状になった時のスラグによる侵食量と、炉の
底部に滞留する溶融金属による侵食量とを同時に判定で
きるようにルツボ法を採用した。
【００３０】まず、供試耐火物からそれぞれ一辺が約１
００×１００×１００ｍｍの立方体を切り出し、その一
面の中央部からコアードリルを用いて直径約５０ｍｍ×
深さ約７５ｍｍの穴を開けてルツボを作製した。次に、
切り出したコアーを約２５ｍｍの厚さに切断してルツボ
の底面に置いた。そして、焼却灰または焼却飛灰をルツ
ボに入れ、上部から加熱して１５００℃の温度に９６時
間保持した。
００×１００×１００ｍｍの立方体を切り出し、その一
面の中央部からコアードリルを用いて直径約５０ｍｍ×
深さ約７５ｍｍの穴を開けてルツボを作製した。次に、
切り出したコアーを約２５ｍｍの厚さに切断してルツボ
の底面に置いた。そして、焼却灰または焼却飛灰をルツ
ボに入れ、上部から加熱して１５００℃の温度に９６時
間保持した。
【００３１】加熱終了後にルツボを半切し、スラグライ
ン部断面における耐火物の溶損深さをノギスで測定し、
スラグライン侵食量とした。さらに、コアー試料の溶損
深さをノギスで測定し、ルツボの底部に滞留した溶融金
属によるボトム侵食量と見なした。なお、ジルコニア耐
火物のボトム侵食量は電鋳耐火物にて試験した。
ン部断面における耐火物の溶損深さをノギスで測定し、
スラグライン侵食量とした。さらに、コアー試料の溶損
深さをノギスで測定し、ルツボの底部に滞留した溶融金
属によるボトム侵食量と見なした。なお、ジルコニア耐
火物のボトム侵食量は電鋳耐火物にて試験した。
【００３２】カーボン質耐火物については酸化雰囲気と
なる部分では、カーボンがガス化して消失することが予
期されるので、高ジルコニア電鋳耐火物でルツボを作
り、ルツボの底部に置く約２５ｍｍの厚さのコアーのみ
をカーボン質耐火物で作製して試験を行った。この試験
に使用した灰の化学組成は表１に示すとおりである。
なる部分では、カーボンがガス化して消失することが予
期されるので、高ジルコニア電鋳耐火物でルツボを作
り、ルツボの底部に置く約２５ｍｍの厚さのコアーのみ
をカーボン質耐火物で作製して試験を行った。この試験
に使用した灰の化学組成は表１に示すとおりである。
【００３３】先ず、Ａｌ2 Ｏ3 を多く含有する耐火物、
たとえばＡｌ2 Ｏ3 系、Ａｌ2 Ｏ3−ＳｉＯ2 系、Ａｌ
2 Ｏ3 系−ＺｒＯ2 −ＳｉＯ2 系、Ａｌ2 Ｏ3 系−Ｃｒ
2 Ｏ 3 系の耐火物について検討を行った。これらの耐火
物はその製法上の如何を問わず、灰溶融物に対する侵食
量が著しく大きく、溶融炉の内壁用耐火物には不向きで
あった。すなわち、これらの耐火物を焼却灰および焼却
飛灰の溶融炉内壁に使用すると、灰溶融物により耐火物
が短期間で侵食又は溶解してしまった。
たとえばＡｌ2 Ｏ3 系、Ａｌ2 Ｏ3−ＳｉＯ2 系、Ａｌ
2 Ｏ3 系−ＺｒＯ2 −ＳｉＯ2 系、Ａｌ2 Ｏ3 系−Ｃｒ
2 Ｏ 3 系の耐火物について検討を行った。これらの耐火
物はその製法上の如何を問わず、灰溶融物に対する侵食
量が著しく大きく、溶融炉の内壁用耐火物には不向きで
あった。すなわち、これらの耐火物を焼却灰および焼却
飛灰の溶融炉内壁に使用すると、灰溶融物により耐火物
が短期間で侵食又は溶解してしまった。
【００３４】そこで、次に、Ａｌ2 Ｏ3 をほとんど含ま
ない耐火物について調べてみた。Ａｌ2 Ｏ3 系を含まな
い耐火物としてはＳｉＯ2 系、Ｃｒ2 Ｏ3 系、ＺｒＯ2
−ＳｉＯ2 系、ＳｎＯ2 系、ＺｒＯ2 系、Ｃｒ2 Ｏ3 −
ＭｇＯ系、ＭｇＯ系の耐火物等がある。
ない耐火物について調べてみた。Ａｌ2 Ｏ3 系を含まな
い耐火物としてはＳｉＯ2 系、Ｃｒ2 Ｏ3 系、ＺｒＯ2
−ＳｉＯ2 系、ＳｎＯ2 系、ＺｒＯ2 系、Ｃｒ2 Ｏ3 −
ＭｇＯ系、ＭｇＯ系の耐火物等がある。
【００３５】ＭｇＯ系とＣｒ2 Ｏ3 −ＭｇＯ系耐火物に
ついては、耐火物中のＭｇＯが溶融ガラスに溶出した
り、ＣａＯと置換することによって耐火物組織が崩れ、
耐侵食性が極めて悪くなるということが知られている。
ＳｉＯ2 系の耐火物も、耐侵食性の面で劣るため採用で
きない。Ｃｒ2 Ｏ3 系の耐火物に関しても、灰溶融物中
のＣａＯ、ＦｅＯやＦｅ2 Ｏ3 と反応して低融点の生成
物をつくり強い侵食を受けることが判った。また、Ｃａ
Ｏと反応した場合、高次酸化クロムを生成することから
環境的問題も生ずる。また、Ｃｒ2 Ｏ3 の電気抵抗が低
いことからジュール熱による加熱が極めて難しく、電気
抵抗炉には採用できない。ＳｎＯ2 系の耐火物はその電
気抵抗の低さと熱的スポーリングに対して弱いことから
使用は困難である。ＺｒＯ2 −ＳｉＯ2 系の耐火物の場
合は、耐火物中のＳｉＯ2 が灰溶融物中に溶解して結晶
形態が変わってしまうことから組織が崩れ、耐侵食性が
極めて低くなるという欠点がある。
ついては、耐火物中のＭｇＯが溶融ガラスに溶出した
り、ＣａＯと置換することによって耐火物組織が崩れ、
耐侵食性が極めて悪くなるということが知られている。
ＳｉＯ2 系の耐火物も、耐侵食性の面で劣るため採用で
きない。Ｃｒ2 Ｏ3 系の耐火物に関しても、灰溶融物中
のＣａＯ、ＦｅＯやＦｅ2 Ｏ3 と反応して低融点の生成
物をつくり強い侵食を受けることが判った。また、Ｃａ
Ｏと反応した場合、高次酸化クロムを生成することから
環境的問題も生ずる。また、Ｃｒ2 Ｏ3 の電気抵抗が低
いことからジュール熱による加熱が極めて難しく、電気
抵抗炉には採用できない。ＳｎＯ2 系の耐火物はその電
気抵抗の低さと熱的スポーリングに対して弱いことから
使用は困難である。ＺｒＯ2 −ＳｉＯ2 系の耐火物の場
合は、耐火物中のＳｉＯ2 が灰溶融物中に溶解して結晶
形態が変わってしまうことから組織が崩れ、耐侵食性が
極めて低くなるという欠点がある。
【００３６】溶融金属に対してはカーボンを含まないＡ
ｌ2 Ｏ3 系耐火物、ＭｇＯ系耐火物、Ｃｒ2 Ｏ3 系耐火
物は、溶融金属特有のメタルダウンウアードドリリング
作用によって強い侵食を受けることが判った。これに対
して、ＺｒＯ2 系耐火物は比重も大きく溶融金属に対し
ても強い耐侵食性を有し十分耐用し、さらに、カーボン
質耐火物の方が優れた耐侵食性を発揮することが判明し
た。これは、カーボンが溶融金属に対して濡れ難い性質
を持っているためである。この性質は耐火物中のカーボ
ン含有量が多い程強くなり、耐火物を構成する他の酸化
物、例えばＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ等の種類には、余り影響
されない。
ｌ2 Ｏ3 系耐火物、ＭｇＯ系耐火物、Ｃｒ2 Ｏ3 系耐火
物は、溶融金属特有のメタルダウンウアードドリリング
作用によって強い侵食を受けることが判った。これに対
して、ＺｒＯ2 系耐火物は比重も大きく溶融金属に対し
ても強い耐侵食性を有し十分耐用し、さらに、カーボン
質耐火物の方が優れた耐侵食性を発揮することが判明し
た。これは、カーボンが溶融金属に対して濡れ難い性質
を持っているためである。この性質は耐火物中のカーボ
ン含有量が多い程強くなり、耐火物を構成する他の酸化
物、例えばＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ等の種類には、余り影響
されない。
【００３７】表２は、試験に用いたＡｌ2 Ｏ3 系耐火物
（比較例１〜５）及びＣｒ2 Ｏ3 系耐火物（比較例６、
７）の化学組成を示している。
（比較例１〜５）及びＣｒ2 Ｏ3 系耐火物（比較例６、
７）の化学組成を示している。
【００３８】表３は、ＺｒＯ2 を８５重量％以上含有す
る電鋳耐火物の４例（実施例１〜４）の化学組成を示し
ている。
る電鋳耐火物の４例（実施例１〜４）の化学組成を示し
ている。
【００３９】表４は、同じくＺｒＯ2 を８５重量％以上
の焼成耐火物の別の４例（実施例５〜８）の化学組成を
示している。
の焼成耐火物の別の４例（実施例５〜８）の化学組成を
示している。
【００４０】表５は、Ｃを５重量％以上含有するカーボ
ン質耐火物の７例（実施例９〜１５）の化学組成を示し
ている。
ン質耐火物の７例（実施例９〜１５）の化学組成を示し
ている。
【００４１】表６には、実施例１〜１３および比較例１
〜７の溶融スラグに対する侵食量と底部に滞留した溶融
金属による侵食量が、それぞれスラグライン侵食量（単
位ｍｍ）およびボトム侵食量（単位ｍｍ）として示され
ている。
〜７の溶融スラグに対する侵食量と底部に滞留した溶融
金属による侵食量が、それぞれスラグライン侵食量（単
位ｍｍ）およびボトム侵食量（単位ｍｍ）として示され
ている。
【００４２】表６の結果から明らかなように、実施例１
〜４の耐火物は、廃棄物の焼却灰および焼却飛灰の溶融
に対しては、ほとんど侵食されなかった。一方、実施例
５〜８のＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、ＣａＯなどで安定化した焼
成ジルコニア耐火物も灰溶融物に対して強い耐侵食性を
示した。しかし、安定化剤が溶融物の中へ溶け込んでし
まうことから電鋳耐火物に比較すると組成的に多少劣る
ことが判った。
〜４の耐火物は、廃棄物の焼却灰および焼却飛灰の溶融
に対しては、ほとんど侵食されなかった。一方、実施例
５〜８のＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、ＣａＯなどで安定化した焼
成ジルコニア耐火物も灰溶融物に対して強い耐侵食性を
示した。しかし、安定化剤が溶融物の中へ溶け込んでし
まうことから電鋳耐火物に比較すると組成的に多少劣る
ことが判った。
【００４３】溶融金属による侵食ではカーボン質耐火物
の侵食が非常に少なかった。ジルコニア耐火物もかなり
耐侵食性があるがカーボン質耐火物と比較すると劣るこ
とが判明した。特にＣｄ、Ｈｇ、Ｐｂなどの重金属を多
く含む焼却飛灰Ａに対してジルコニア耐火物の侵食は大
きかった。カーボン質耐火物が溶融金属の侵食に対して
強いのは、カーボンが金属と濡れ難く反応し難いためで
ある。
の侵食が非常に少なかった。ジルコニア耐火物もかなり
耐侵食性があるがカーボン質耐火物と比較すると劣るこ
とが判明した。特にＣｄ、Ｈｇ、Ｐｂなどの重金属を多
く含む焼却飛灰Ａに対してジルコニア耐火物の侵食は大
きかった。カーボン質耐火物が溶融金属の侵食に対して
強いのは、カーボンが金属と濡れ難く反応し難いためで
ある。
【００４４】比較例のＡｌ2 Ｏ3 耐火物およびＣｒ2 Ｏ
3 耐火物は、金属にかなり侵食された。これは金属の比
重が大きく、アルミナやクロミアなどはジルコニアに比
較して比重が小さいことから、金属と耐火物組織の化学
的な反応が進み置換が進行したためである。
3 耐火物は、金属にかなり侵食された。これは金属の比
重が大きく、アルミナやクロミアなどはジルコニアに比
較して比重が小さいことから、金属と耐火物組織の化学
的な反応が進み置換が進行したためである。
【００４５】前述の実施例１〜８及び比較例１〜７の実
験結果より、ＺｒＯ2 が８５重量％以上の耐火物、又は
ＺｒＯ2 が８５重量％以上でＡｌ2 Ｏ3 が５重量％以下
である耐火物を溶融炉の底部を除く内壁に用い、底部に
はカーボンを５重量％以上含有するカーボン質耐火物を
使用することにより耐用寿命の長い溶融炉が得られるこ
とが判明した。
験結果より、ＺｒＯ2 が８５重量％以上の耐火物、又は
ＺｒＯ2 が８５重量％以上でＡｌ2 Ｏ3 が５重量％以下
である耐火物を溶融炉の底部を除く内壁に用い、底部に
はカーボンを５重量％以上含有するカーボン質耐火物を
使用することにより耐用寿命の長い溶融炉が得られるこ
とが判明した。
【００４６】他方、溶融方法に関しては次のことが判明
した。すなわち、電極としてはカーボン電極が適してお
りカーボン電極を溶融浴中に埋没させながら溶融する電
気抵抗加熱方式が有効である。そして、溶融炉の内壁用
耐火物としては前記溶融炉の溶融灰と接触する側部好ま
しくは灰融液の上表面（スラグライン）と接触する側壁
部、すなわちガラス溶融炉におけるグラスラインに相当
する部分にジルコニア耐火物を用い、溶融金属の滞留す
る底部にはカーボン質耐火物を用いることが有効である
ことが判った。このような構成にすることによって、溶
融炉の寿命を延ばし安定した溶融操作を長時間連続して
続けることができるのである。
した。すなわち、電極としてはカーボン電極が適してお
りカーボン電極を溶融浴中に埋没させながら溶融する電
気抵抗加熱方式が有効である。そして、溶融炉の内壁用
耐火物としては前記溶融炉の溶融灰と接触する側部好ま
しくは灰融液の上表面（スラグライン）と接触する側壁
部、すなわちガラス溶融炉におけるグラスラインに相当
する部分にジルコニア耐火物を用い、溶融金属の滞留す
る底部にはカーボン質耐火物を用いることが有効である
ことが判った。このような構成にすることによって、溶
融炉の寿命を延ばし安定した溶融操作を長時間連続して
続けることができるのである。
【００４７】図１は、本発明による溶融装置の一実施例
を概念的に示す縦断面図である。炉本体１の上部には、
開閉可能な炉蓋２が設定されている。炉本体１の内壁は
次のような耐火物で形成されている。すなわち、溶融金
属６が滞留する底部はカーボン質耐火物３、溶融スラグ
７と接触する側部はジルコニア耐火物４で形成されてい
る。ジルコニア耐火物は、特にスラグライン９の部分に
好適である。炉蓋２には、灰８の投入口１２およびカー
ボン電極５のために孔が設けられている。カーボン電極
５は、炉蓋２を通してスラグに埋没させておく。そし
て、カーボンに通電し、発生するジュール熱で灰を加熱
溶融する。灰に含まれる金属酸化物は、還元され金属と
なって底部に滞留する。溶融スラグはスラグ取出口１０
から排出され、溶融金属６は金属取出口１１から炉外に
排出される。
を概念的に示す縦断面図である。炉本体１の上部には、
開閉可能な炉蓋２が設定されている。炉本体１の内壁は
次のような耐火物で形成されている。すなわち、溶融金
属６が滞留する底部はカーボン質耐火物３、溶融スラグ
７と接触する側部はジルコニア耐火物４で形成されてい
る。ジルコニア耐火物は、特にスラグライン９の部分に
好適である。炉蓋２には、灰８の投入口１２およびカー
ボン電極５のために孔が設けられている。カーボン電極
５は、炉蓋２を通してスラグに埋没させておく。そし
て、カーボンに通電し、発生するジュール熱で灰を加熱
溶融する。灰に含まれる金属酸化物は、還元され金属と
なって底部に滞留する。溶融スラグはスラグ取出口１０
から排出され、溶融金属６は金属取出口１１から炉外に
排出される。
【００４８】以上述べたように、本発明者達は、焼却灰
や焼却飛灰の溶融炉内壁用耐火物として、溶融炉の底部
以外の部分にはジルコニア電鋳耐火物が最適であり、底
部の金属の滞留する部分にはＣを５重量％以上含有する
カーボン質耐火物が最も優れていることを見出したので
ある。本発明の前記特徴事項は、本発明者達が数多くの
体系的な試験を行い、その結果を総合的に分析すること
によって、創到されたものである。なお、本発明は前述
の実施例に限定されず、様々な変形が可能である。
や焼却飛灰の溶融炉内壁用耐火物として、溶融炉の底部
以外の部分にはジルコニア電鋳耐火物が最適であり、底
部の金属の滞留する部分にはＣを５重量％以上含有する
カーボン質耐火物が最も優れていることを見出したので
ある。本発明の前記特徴事項は、本発明者達が数多くの
体系的な試験を行い、その結果を総合的に分析すること
によって、創到されたものである。なお、本発明は前述
の実施例に限定されず、様々な変形が可能である。
【００４９】
【発明の効果】本発明の溶融装置は、焼却灰や焼却飛灰
の加熱溶融による激しい侵食作用や摩耗にも十分に耐
え、化学的及び物理的にも優れた安定性を有している。
従って、長期間使用しても炉内壁の溶損が少なく、十分
な耐久性を有し、従来の溶融装置に比べて炉の寿命が大
幅に長く、実用上極めて有用である。
の加熱溶融による激しい侵食作用や摩耗にも十分に耐
え、化学的及び物理的にも優れた安定性を有している。
従って、長期間使用しても炉内壁の溶損が少なく、十分
な耐久性を有し、従来の溶融装置に比べて炉の寿命が大
幅に長く、実用上極めて有用である。
【００５０】また、本発明方法によれば、灰を溶融して
スラグと金属に分離することができる。つまり、不安定
で有害な金属酸化物を金属として安定化・無害化して取
り出すことができるのである。従って、産業上の利用価
値が非常に大きい。
スラグと金属に分離することができる。つまり、不安定
で有害な金属酸化物を金属として安定化・無害化して取
り出すことができるのである。従って、産業上の利用価
値が非常に大きい。
【図１】本発明による溶融装置の実施例を概念的に示す
縦断面図。
縦断面図。
１ 炉本体
２ 炉蓋
３ カーボン質耐火物
４ ジルコニア耐火物
５ カーボン電極
６ 溶融金属
７ 溶融スラグ
８ 灰
９ スラグライン
１０ スラグ取出口
１１ 金属取出口
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ２３Ｇ 5/44 ＺＡＢ Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ
Ｆ２７Ｄ 1/00 ３０３Ｌ
(72)発明者 土屋 伸二
東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸
重ビル 東芝モノフラックス株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−118522（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−172583（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−241869（ＪＰ，Ａ)
特公 平１−24351（ＪＰ，Ｂ２)
特公 昭64−350（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F27B 3/14
B09B 3/00
B09B 3/00 ZAB
F23G 5/00 115
F23G 5/00 ZAB
F23G 5/44 ZAB
F27D 1/00
Claims (5)
- 【請求項１】 廃棄物の焼却灰や焼却飛灰を溶融するた
めの装置において、溶融炉内壁の少なくとも底部の一部
分にＣ（カーボン）を５重量％以上含有するカーボン質
耐火物を用い、その他の内壁の少なくとも一部分にＺｒ
Ｏ2 を８５重量％以上含有するジルコニア耐火物を用い
て、溶融操作の全期間にわたってカーボン質耐火物とジ
ルコニア耐火物の両方が内壁を構成することを特徴とす
る溶融装置。 - 【請求項２】 前記ジルコニア耐火物のＺｒＯ2 含有量
が８５％以上であり、Ａｌ2 Ｏ3 含有量が５重量％以下
であることを特徴とする請求項１に記載の溶融装置。 - 【請求項３】 前記ジルコニア耐火物が電鋳耐火物であ
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶
融装置。 - 【請求項４】 前記カーボン質耐火物として、Ｃが５重
量％以上でＺｒＯ2が４０〜９５重量％、又は、Ｃが５
重量％以上でＡｌ2 Ｏ3 が５０〜９５重量％、又は、Ｃ
が５重量％以上でＡｌ2 Ｏ3 が１０〜７０重量％でＳｉ
Ｏ2 が５〜４０重量％、又は、Ｃが５重量％以上でＭｇ
Ｏが６０〜９５重量％含まれるカーボン質耐火物を用い
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載
の溶融装置。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶
融装置を使用して、カーボン電極を溶融浴中に埋没して
通電し、焼却灰や焼却飛灰を溶融して、溶融操作の全期
間にわたって溶融物がカーボン質耐火物とジルコニア耐
火物の両方に接触することを特徴とする焼却灰や焼却飛
灰の溶融方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08274194A JP3375722B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 焼却灰や焼却飛灰の溶融装置及びその溶融方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08274194A JP3375722B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 焼却灰や焼却飛灰の溶融装置及びその溶融方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270076A JPH07270076A (ja) | 1995-10-20 |
| JP3375722B2 true JP3375722B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=13782849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08274194A Expired - Lifetime JP3375722B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 焼却灰や焼却飛灰の溶融装置及びその溶融方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3375722B2 (ja) |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP08274194A patent/JP3375722B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07270076A (ja) | 1995-10-20 |
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