JP3617012B2

JP3617012B2 - Waste melting furnace

Info

Publication number: JP3617012B2
Application number: JP07437794A
Authority: JP
Inventors: 三男田口; 基勝久米; 学河原
Original assignee: 株式会社ヨータイ
Priority date: 1994-03-17
Filing date: 1994-03-17
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JPH07256229A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は廃棄物の減容処理を行うための溶融炉に関するものである。
【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、その処理対策は環境への影響もあり、大きな社会問題となっている。膨大な廃棄物の発生は埋立処分地の問題があり、また焼却してもその焼却灰の処理と投棄場所によっては二次的公害汚染の誘因ともなる。その対策としては廃棄物の減容化および無害化あるいは再資源化が望まれている。こうした社会的問題を解決するための一つの方策として溶融法が最近注目されている。これは廃棄物中の無機物を溶融スラグとして取り出し、大幅に減容化する方法である。廃棄物の溶融方法としては、固形廃棄物（いわゆる生ゴミ）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、生じた焼却灰を二次溶融する方法とがある。
【０００３】
溶融炉に使用される耐火物の浸食は、主として炉内に投入される焼却灰等の溶融スラグ成分ならびに操業温度に大きく左右される。溶融炉のスラグ成分は廃棄物の種類等により変動するが、一般にＣａＯ／ＳｉＯ_２比は約０．１〜１．５程度であり値が低い傾向にある。また一般に焼却炉の炉内温度は約８００℃程度の比較的低い温度であるが、溶融処理するためには溶融炉の炉内温度を１２００〜１５００℃の高温にする必要がある。
【０００４】
このような処理条件に耐える耐火物としては、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、これらはスラグ成分と反応し易いため、浸食が進行しやすい傾向にある。また、カーボンを含有するものは、スラグ成分との反応性は低いが、高温域で使用した場合、酸化されて消耗する傾向にある。このため高耐食性を示す耐火物として、現在では酸化クロムを含有した耐火材が用いられる場合が多い。酸化クロム含有耐火物の耐食性は酸化クロムの含有量が多いほど良いが、耐火物中の酸化クロムは、高温での使用中などで、条件によっては有害な六価クロムに変化する可能性があり、環境汚染の問題が生じる恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は廃棄物の溶融炉において、耐食性のある耐火物を使用するとともに、有害な六価クロムによる環境汚染の問題を排除することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわる廃棄物の溶融炉は，ＭｇＯ含有量が５〜１０重量％で，ＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３以外の成分が１０重量％以下であり、かつ酸化クロム含量が不可避的量以下であるＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネル質耐火物を，内張りの少なくとも一部に使用したことを特徴とする。また上記ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３系スピネル質耐火物中に、アルミナセメント，超微粉原料および分散剤を配合した不定形耐火物，および前記不定形耐火物をプレキャストブロックとしたものを使用することもできる。
【０００７】
本発明において使用する耐火物中のアルミナ耐火原料としてはＡｌ_２Ｏ_３成分が９５重量％以上の焼成アルミナもしくは電融アルミナが良い。焼成ボーキサイト、ムライト、カイアナイト等もアルミナ質原料の一部として使用できるが、耐火物中のＳｉＯ_２含量が増えると耐食性が低下するので、耐火物中のトータルＳｉＯ_２含量が６重量％以下に収まる範囲の使用量に限らねばならない。
【０００８】
マグネシア耐火原料としては，ＭｇＯ成分が９５重量％以上の焼結もしくは電融品を用いる。マグネシアは熱膨張が著しく大きく，耐スポーリング性を低下させる要因となるため，マトリックスの粒子間隙で熱膨張を吸収させるべく，微粉で配合するのが望ましい。また微粉での配合はアルミナとのスピネル化反応を均一にする効果もある。マグネシアの添加目的は，アルミナとのスピネル化反応によりスラグ浸潤を抑え耐食性を向上させることにある。マグネシア耐火原料の添加量としては、耐火物中のＭｇＯ成分が５〜１０重量％となるように添加するのが良い。即ち、５重量％未満では十分な耐食性が得られず，１０重量％より多い範囲ではスピネル化による膨張が過度となり，組織劣化を起こすので好ましくない。
【０００９】
また、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネル質耐火原料としては、電融品、焼結品のいずれも使用できる。またスピネルを構成するＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３の成分比は理論組成のものである必要はなく、ＭｇＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の重量比が１０／９０〜４０／６０の範囲のものを用いるのが望ましい。スピネルはスラグ中のＦｅＯ，ＭｎＯなどを固溶しスラグ浸透を抑止する効果があるが、ＳｉＯ_２が含有すると、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系の低融物を生成し耐食性が低下するので、ＳｉＯ_２成分の少ないものが好ましい。スピネル耐火原料の添加量としてはスラグ浸透阻止効果と耐スポーリング性を考慮して、耐火物中のトータルＭｇＯ含量が、５〜１０重量％になるように添加するのが良い。
【００１０】
超微粉原料としては、アルミナ、シリカフラワー、耐火粘土、カオリンなどが適用できる。これらの超微粉原料の粒子径が大きくなると、分散剤との併用による減水効果がなくなるので、粒子径は１０μｍ以下とする。添加量としては３〜２０重量％が望ましい。即ち、３重量％未満では十分な流動性は得られず、２０重量％より多く添加すると過焼結によって大きな収縮を起こし、クラック発生の要因となる。また、ＳｉＯ_２を含有する超微粉原料を使用する場合には、耐火物中のトータルＳｉＯ_２含有量が６重量％以下に収まるようにその添加量を制限する必要がある。
【００１１】
アルミナセメントはバインダーとして作用し強度発現のもとになる。添加量としては、０．５〜５重量％が望ましい。即ち、０．５重量％未満では養生後に十分に強度発現せず、５重量％を越えて添加すると十分な可使時間が得られなくなり耐食性低下の要因となる。
【００１２】
分散剤としては、ヘキサメタリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ウルトラポリリン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリカルボン酸塩等が使用できる。添加量としては、０．０１〜０．５重量％の範囲が望ましい。即ち、０．０１重量％未満では、十分な分散効果は得られず、０．５重量％より多く添加すると、粘性が増し添加水量を多くしなければ流動しなくなる。
【００１３】
また耐火物の耐食性、耐スポーリング性等の良好な特性を阻害しない範囲で、さらにファイバー類、金属粉などを添加してもよい。
【００１４】
本発明で使用する耐火物は、以上のような原料を配合して構成されるため、酸化クロム成分が含有されておらず、有害な六価クロムによる環境汚染の問題はない。この耐火物は溶融炉の各部位の構造に応じて、各種レンガやキャスタブルおよびプレキャストブロックに成形して使用する。上記のような耐火物からなる溶融炉の型式としては、廃棄物処理に用いられるものならばいずれでもよく、燃料（ガス、油等）を使用するタイプや電気（アーク、プラズマ、発熱体、誘導加熱等）によって加熱溶融するタイプなどに適用可能である。また本発明の溶融炉を用いて処理される廃棄物とは、一般廃棄物（都市ゴミや汚泥等の生活系廃棄物）および産業系廃棄物（事業系廃棄物）であり、廃棄物を原型のまま、あるいは焼却灰など、どの様な形態にして供給しても差し支えない。
【００１５】
【作用】
本発明に使用される耐火物は、アルミナ耐火原料にスピネル耐火原料、マグネシア耐火原料もしくはこれらを組み合わせて添加することにより、スピネル化をねらった材質である。本材質はおだやかな膨張性とクリープ性を有し、容積安定性に優れ、構造スポールを起こしにくい性能を有する。表１に一般的な廃棄物の化学組成を示す。廃棄物は経済、季節、気象、地理的条件など様々な要因で変化するが、ＳｉＯ_２やＣａＯにＡｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３などが付加されたような組成を呈している。アルミナ−スピネル耐火物を溶融炉に用いた場合、スラグ成分中のＣａＯは反応し、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系化合物となり、高融点物質として消化され、ＦｅＯ等はスピネル格子中に拡散しとらえられ、スピネル結晶をそこなわずに吸収される。また、残余のＳｉＯ_２は高粘性質となり、浸透力が弱まるなどの作用を示し、結果として高い耐食性を示す。
【００１６】
【表１】

【実施例】
表２は各種耐火物と本発明に用いる耐火物の物性値、および焼却灰を用いた浸食試験を行い、耐食性を溶損指数を用いて示したものである。溶損指数は純アルミナ質耐火物を１００として相対表示した。指数の小さいものほど溶損が少なく優れている。
【００１７】
【表２】

【００１８】
試験終了後溶損量を測定し、指数で示した。
【００１９】
【表３】

【発明の効果】
本発明に使用される耐火物は、純アルミナ質、ムライト質、ジルコニア質、ジルコン質に比較して溶損が少なく、耐食性に優れた効果を有している。その中でもＭｇＯとして５％含有する耐火物が最も耐食性に優れている。
【００２０】
【図面の簡単な説明】
【図１】耐火物中のＭｇＯの含有量と溶損指数の関係について示したグラフである。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a melting furnace for performing waste volume reduction treatment.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the amount of waste generated has been steadily increasing, and treatment measures have become a major social problem due to environmental impacts. The generation of a huge amount of waste has a problem in the landfill site, and even if it is incinerated, it may cause secondary pollution depending on the disposal of the incinerated ash and the dumping location. As countermeasures, volume reduction and detoxification or recycling of waste are desired. Recently, the melting method has attracted attention as a measure for solving such social problems. This is a method of taking out inorganic substances from waste as molten slag and greatly reducing the volume. There are two methods of melting waste: a method in which solid waste (so-called garbage) is directly pyrolyzed and melted, and a method in which waste is primarily incinerated in an incinerator and the resulting incinerated ash is secondarily melted. .
[0003]
Erosion of the refractory used in the melting furnace depends largely on the molten slag components such as incinerated ash and the operation temperature that are put into the furnace. Although the slag component of the melting furnace varies depending on the type of waste, etc., the CaO / SiO ₂ ratio is generally about 0.1 to 1.5 and tends to be low. In general, the in-furnace temperature of the incinerator is a relatively low temperature of about 800 ° C., but in order to perform the melting treatment, the in-furnace temperature of the melting furnace needs to be set to a high temperature of 1200 to 1500 ° C.
[0004]
As refractories that can withstand such processing conditions, refractory materials such as alumina, magnesia, silica / alumina, etc. are known, but since they easily react with slag components, erosion tends to proceed easily. is there. In addition, carbon-containing compounds have low reactivity with slag components, but when used in a high temperature range, they tend to be oxidized and consumed. For this reason, as a refractory exhibiting high corrosion resistance, a refractory material containing chromium oxide is often used at present. The corrosion resistance of chromium oxide-containing refractories is better as the content of chromium oxide is higher, but chromium oxide in refractories may change to harmful hexavalent chromium depending on conditions, such as during use at high temperatures. There is a risk of environmental pollution.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to use a refractory having corrosion resistance in a waste melting furnace and to eliminate the problem of environmental pollution due to harmful hexavalent chromium.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The waste melting furnace according to the present invention has a MgO content of 5 to 10% by weight , a component other than MgO and Al ₂ O ₃ is 10% by weight or less, and a chromium oxide content is unavoidable or less. MgO · Al ₂ O ₃ spinel refractory is used for at least part of the lining. Also, the above-mentioned MgO · Al 2 O 3 spinel refractory can be used as an amorphous refractory in which alumina cement, ultrafine powder raw material and dispersant are blended, and the amorphous refractory as a precast block.
[0007]
As the alumina refractory raw material in the refractory used in the present invention, calcined alumina or fused alumina having an Al ₂ O ₃ component of 95% by weight or more is preferable. Firing bauxite, mullite, kyanite, etc. can also be used as a part of the alumina raw material. However, as the SiO ₂ content in the refractory increases, the corrosion resistance decreases, so the total SiO ₂ content in the refractory falls below 6% by weight. Must be limited to range usage.
[0008]
As the magnesia refractory raw material, a sintered or electrofused product having an MgO component of 95% by weight or more is used. Since magnesia has a remarkably large thermal expansion and reduces spalling resistance, it is desirable to mix it with fine powder to absorb thermal expansion in the matrix particle gap. The blending with fine powder also has the effect of making the spinelation reaction with alumina uniform. The purpose of adding magnesia is to improve corrosion resistance by suppressing slag infiltration by a spinelation reaction with alumina. As an addition amount of the magnesia refractory raw material, it is preferable to add so that the MgO component in the refractory is 5 to 10% by weight . That is, if it is less than 5% by weight , sufficient corrosion resistance cannot be obtained, and if it is more than 10% by weight, expansion due to spinel becomes excessive and the structure deteriorates.
[0009]
As the MgO · Al ₂ O ₃ spinel refractory raw material, either an electromelted product or a sintered product can be used. The component ratio of MgO.Al ₂ O ₃ constituting the spinel does not have to be a theoretical composition, and a MgO / Al ₂ O ₃ weight ratio in the range of 10/90 to 40/60 is used. desirable. Spinel has the effect of inhibiting slag permeation by dissolving FeO, MnO, etc. in the slag, but when SiO ₂ is contained, it generates MgO—Al ₂ O ₃ —SiO ₂ based low melt and lowers the corrosion resistance. since, with less SiO ₂ component. The amount of the spinel refractory raw material is preferably added so that the total MgO content in the refractory is 5 to 10% by weight in consideration of the slag penetration preventing effect and the spalling resistance.
[0010]
As the ultrafine raw material, alumina, silica flour, refractory clay, kaolin and the like can be applied. When the particle diameter of these ultrafine raw materials is increased, the water reducing effect due to the combined use with the dispersant is lost, so the particle diameter is set to 10 μm or less. The addition amount is preferably 3 to 20% by weight. That is, if it is less than 3% by weight, sufficient fluidity cannot be obtained, and if it is added in an amount of more than 20% by weight, it causes a large shrinkage due to oversintering and causes cracking. Also, when using micronized raw material containing SiO _2, it is necessary to limit the amount so that the total SiO ₂ content in the refractory falls 6% by weight or less.
[0011]
Alumina cement acts as a binder and provides strength. As addition amount, 0.5 to 5 weight% is desirable. That is, when the amount is less than 0.5% by weight, sufficient strength is not exhibited after curing, and when the amount exceeds 5% by weight, sufficient pot life cannot be obtained, resulting in a decrease in corrosion resistance.
[0012]
As the dispersant, sodium hexametaphosphate, sodium tripolyphosphate, sodium pyrophosphate, sodium ultrapolyphosphate, sodium polyacrylate, polycarboxylate, and the like can be used. The addition amount is preferably in the range of 0.01 to 0.5% by weight. That is, if the amount is less than 0.01% by weight, a sufficient dispersion effect cannot be obtained. If the amount added is more than 0.5% by weight, the viscosity increases, and the fluid does not flow unless the amount of added water is increased.
[0013]
Further, fibers, metal powders, and the like may be added as long as good properties such as corrosion resistance and spalling resistance of the refractory are not impaired.
[0014]
Since the refractory used in the present invention is constituted by blending the above raw materials, it does not contain a chromium oxide component, and there is no problem of environmental pollution due to harmful hexavalent chromium. This refractory is molded into various bricks, castables and precast blocks according to the structure of each part of the melting furnace. Any type of melting furnace made of refractory as described above may be used as long as it is used for waste disposal, and it uses fuel (gas, oil, etc.) or electricity (arc, plasma, heating element, induction). It can be applied to a type that is heated and melted by heating or the like. The waste processed using the melting furnace of the present invention is general waste (domestic waste such as municipal waste and sludge) and industrial waste (business waste). It may be supplied in any form such as incineration ash.
[0015]
[Action]
The refractory used in the present invention is a material intended to be spineled by adding a spinel refractory raw material, a magnesia refractory raw material or a combination thereof to an alumina refractory raw material. This material has gentle expansion and creep properties, excellent volume stability, and performance to prevent structural spalls. Table 1 shows the chemical composition of common waste. Waste varies depending on various factors such as economy, season, weather, and geographical conditions, but has a composition in which Al ₂ O ₃ , Fe ₂ O _{3 and the} like are added to SiO ₂ and CaO. When an alumina-spinel refractory is used in a melting furnace, CaO in the slag component reacts to become a CaO.Al ₂ O ₃ -based compound, which is digested as a high melting point material, and FeO is diffused into the spinel lattice. It is absorbed without losing spinel crystals. Further, the remaining SiO ₂ has a high viscosity and exhibits an action such as a decrease in osmotic force, resulting in high corrosion resistance.
[0016]
[Table 1]

【Example】
Table 2 shows the physical properties of various refractories and the refractories used in the present invention, and erosion tests using incinerated ash, and shows the corrosion resistance using the erosion index. The erosion index was expressed as relative relative to 100 for pure alumina refractories. The smaller the index, the better.
[0017]
[Table 2]

[0018]
After the test, the amount of erosion was measured and indicated as an index.
[0019]
[Table 3]

【The invention's effect】
The refractory used in the present invention has an effect excellent in corrosion resistance with less melting loss as compared with pure alumina, mullite, zirconia, and zircon. Among them, a refractory containing 5% as MgO is most excellent in corrosion resistance.
[0020]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the content of MgO in a refractory and the melting index.

Claims

In a melting furnace in which the CaO / SiO ₂ ratio of the waste slag component to be treated is in the range of 0.1 to 1.2, the MgO content is 5 to 10% by weight and the components other than MgO and Al ₂ O ₃ are 10% by weight. %, And a MgO.Al ₂ O ₃ spinel refractory having an oxidization black soot content of an inevitable amount or less is used for at least part of the lining.