JP4427715B2

JP4427715B2 - 耐火材及び耐火炉

Info

Publication number: JP4427715B2
Application number: JP2003326631A
Authority: JP
Inventors: 修廣田; 吉成加藤
Original assignee: 修廣田
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: JP2005089267A

Description

本発明は、耐火材、特に耐火炉の内張りに適した耐火材及び当該耐火炉に関するものである。

周知の通り、可燃性廃棄物は、一旦数百℃環境下で焼却した後にその残渣灰を耐火炉を用いてバーナーやプラズマで直接1,500 ℃以上の高温で加熱したり、電気抵抗加熱法や誘導加熱法で1,500 ℃以上の高温で加熱したりして、スラグ化する処理により、減容化，安定化，安全化及び資源化することが検討されている。

従来、高温域（1,500 〜1,800 ℃）で使用可能な高温耐火炉に用いる耐火材としては、例えば、網目状のウレタンに安定型ジルコニア（ZrO₂）スラリーをコーティングしかつ焼成・焼結してなる高温炉用ジルコニアポーラス耐火物が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−３３３２７９号公報

可燃性廃棄物の減容化，安定化，安全化及び資源化を達成するには、前記スラグ化処理を2,200 ℃以上の高温度で処理するのが効率的であるが、2,200 ℃以上の高温域において亀裂・破損しない安定した炉体内張り用の耐火材は未だ存在せず、SiC レンガ等の使用により1,600 ℃前後にて処理されているのが実情である。このため、可燃性廃棄物の可及的な減容化が達成できず、また、ダイオキシン等の有害物質を分解できないという問題点があった。

そこで、本発明者は、減容化効果が高く、しかも、ダイオキシン等の有害物質が生成しない2,200 ℃以上の高温に耐えうる耐火材を得ることを技術的課題として、その具現化をはかるべく、試行錯誤的な研究・実験を重ねた結果、ジルコニア（ZrO₂）と二酸化珪素（SiO₂）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、酸化鉄（Fe₂O₃）、酸化カルシウム（CaO）、酸化ナトリウム（Na₂O）、酸化カリウム（K₂O）及び酸化マグネシウム（MgO）を主成分とする骨材とを用いて製造した耐火材が、2,300 〜2,580 ℃の高温に耐えることができ、亀裂・破損しないという刮目すべき知見を得、前記技術的課題を達成したものである。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって解決できる。

即ち、本発明に係る耐火材は、80〜95重量％のジルコニアと、70重量％の二酸化珪素、15重量％の酸化アルミニウム、2.2 重量％の酸化鉄、3.5 重量％の酸化カルシウム、3.0 重量％の酸化ナトリウム、2.5 重量％の酸化カリウム及び1.0 重量％の酸化マグネシウムを主成分とする火山灰とからなる耐火温度2,300〜2,580℃において亀裂・破損しない耐火材である。

また、本発明に係る耐火材は、80〜95重量％のジルコニアと、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム及び酸化マグネシウムを主成分とする鹿児島県鹿児島郡桜島町南岳で採取した火山灰とからなる耐火温度2,300〜2,580℃において亀裂・破損しない耐火材である。

さらに、本発明に係る耐火炉は、前記いずれかの耐火材を炉体内に内張りしてなるものである。

本発明によれば、2,300 〜2,580 ℃の高温に耐える耐火材を提供できるから、当該耐火材を耐火炉の内張りに用いれば、前記スラグ化処理を減容化効果が高く、しかも、ダイオキシン等の有害物質が生成しない2,300 〜2,580 ℃の高温域において実施することができる。

従って、本発明の産業上利用性は非常に高いといえる。

本実施の形態に係る耐火材は、ジルコニア（ZrO₂）と、二酸化珪素（SiO₂）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、酸化鉄（Fe₂O₃）、酸化カルシウム（CaO）、酸化ナトリウム（Na₂O）、酸化カリウム（K₂O）及び酸化マグネシウム（MgO）を主成分とする骨材とを含有している。ジルコニア（ZrO₂）の含有量は80〜95重量％とすれば、経験上2,300 〜2,580 ℃の高温域においても耐熱性やスラグに対する耐溶損性が高く、亀裂・破損が生じないので、好ましい。ジルコニア（ZrO₂）の含有量が80重量％未満では、耐火温度が低下し、95重量％を越えれば、耐熱衝撃性が低下するので、好ましくない。

前記骨材は、SiO₂、Al₂O₃ 、Fe₂O₃ 、CaO 、Na₂O、K₂O 及びMgO を主成分して含んでいれば、火山灰や軽石であってもよい。当該火山灰や軽石を使用する場合は、成分構成が、少なくとも70重量％前後のSiO₂、15重量％前後のAl₂O₃ 、2.2 重量％前後のFe₂O₃ 、3.5 重量％前後のCaO 、3.0 重量％前後のNa₂O、2.5 重量％前後のK₂O 及び1.0 重量％前後のMgO となっているものを用いるのがよい。これらの数値は、日本各地の火山灰を採取して試行錯誤を重ねた結果、鹿児島県鹿児島郡桜島町南岳で採取した火山灰を用いて耐火材を製造して試験に供したところ、2,300 〜2,580 ℃の高温に耐えうることを確認したものである。

次に、製造方法について説明する。

ZrO₂80〜95重量％と、70重量％のSiO₂、15重量％のAl₂O₃ 、2.2 重量％のFe₂O₃ 、3.5 重量％のCaO 、3.0 重量％のNa₂O、2.5 重量％のK₂O 及び1.0 重量％のMgO を主成分とする鹿児島県鹿児島郡桜島町南岳で採取した火山灰５〜20重量％と、所望量のアクリル系樹脂とを混練し、次いで、得られた混練物を金型に投入して油圧プレスにて成形後、酸化雰囲気中で焼成して耐火材を得る。

本実施の形態では、2,300 〜2,580 ℃の高温域においても亀裂・破損が発生しない耐火材を得ることができ、減容化効果の高い、ダイオキシン等の有害物質の発生しない耐火炉の炉体内張り用耐火材を提供することができる。

カルシア（CaO ）安定化ジルコニア原料80重量％と、鹿児島県鹿児島郡桜島町南岳で採取した70重量％のSiO₂、15重量％のAl₂O₃ 、2.2 重量％のFe₂O₃ 、3.5 重量％のCaO 、3.0 重量％のNa₂O、2.5 重量％のK₂O 及び1.0 重量％のMgO を主成分とする火山灰20重量％と、これらの混合物100 重量部に対してアクリル系樹脂を10重量部加えて混練した。次いで、この混練物を金型に投入して室温，圧力 300kgf/cm²の環境下にて油圧プレスして成形後、温度1,800 ℃の酸化雰囲気中にて焼成して耐火材を得た。

当該耐火材を耐火炉の炉体内張り材として使用し、該炉内温度を2,300 ℃まで昇温させ、この温度を２時間維持させ、これを100 回繰り返した。その結果、炉体内張り材に亀裂や破損は見られなかった。また、前記炉内温度にて可燃性廃棄物を焼却したが、排ガス中にダイオキシンは検出されなかった。可燃性廃棄物の減容化率は 99.99％であった。

カルシア（CaO ）安定化ジルコニア原料を85重量％、鹿児島県鹿児島郡桜島町南岳で採取した70重量％のSiO₂、15重量％のAl₂O₃ 、2.2 重量％のFe₂O₃ 、3.5 重量％のCaO 、3.0 重量％のNa₂O、2.5 重量％のK₂O 及び1.0 重量％のMgO を主成分とする火山灰を15重量％とした外、実施例１と同様にして耐火材を得た。

当該耐火材を耐火炉の炉体内張り材として使用し、該炉内温度を2,450 ℃まで昇温させ、この温度を２時間維持させ、これを100 回繰り返した。その結果、炉体内張り材に亀裂や破損は見られなかった。また、前記炉内温度にて可燃性廃棄物を焼却したが、排ガス中にダイオキシンは検出されなかった。可燃性廃棄物の減容化率は 99.99％であった。

カルシア（CaO ）安定化ジルコニア原料を95重量％、鹿児島県鹿児島郡桜島町南岳で採取した70重量％のSiO₂、15重量％のAl₂O₃ 、2.2 重量％のFe₂O₃ 、3.5 重量％のCaO 、3.0 重量％のNa₂O、2.5 重量％のK₂O 及び1.0 重量％のMgO を主成分とする火山灰を５重量％とした外、実施例１と同様にして耐火材を得た。

当該耐火材を耐火炉の炉体内張り材として使用し、該炉内温度を2,580 ℃まで昇温させ、この温度を２時間維持させ、これを100 回繰り返した。その結果、炉体内張り材に亀裂や破損は見られなかった。また、前記炉内温度にて可燃性廃棄物を焼却したが、排ガス中にダイオキシンは検出されなかった。可燃性廃棄物の減容化率は 99.99％であった。

実施例１乃至３で得た各耐火材の稼働面側表面に炭素成分99％の黒鉛材を黒鉛モルタルにより接合させて還元雰囲気中1,800 ℃にて熱処理して耐火材を得た。

なお、前記各実施例において、炉体内張り材の亀裂や破損は目視により観察し、ダイオキシンはガスクロマトグラフィー／質量分析法により測定し、減容化率は処理前後の質量により算出した。

比較例

カルシア（CaO ）安定化ジルコニア原料79重量％と鹿児島県鹿児島郡桜島町南岳で採取した70重量％のSiO₂、15重量％のAl₂O₃ 、2.2 重量％のFe₂O₃ 、3.5 重量％のCaO 、3.0 重量％のNa₂O、2.5 重量％のK₂O 及び1.0 重量％のMgO を主成分とする火山灰21重量％、また、前記ジルコニア原料70重量％と前記火山灰30重量％、また、前記ジルコニア原料96重量％と前記火山灰４重量％とした外、前記実施例１と同様にして各耐火材を得た。

当該各耐火材を耐火炉の炉体内張り材として使用し、該炉内温度を2,300 ℃まで昇温させ、この温度を２時間維持させ、これを100 回繰り返した。その結果、各炉体内張り材には亀裂や破損が見られた。

本発明の耐火材は、2,300 〜2,580 ℃の高温域での使用を必要とする耐火炉の炉体内張り用耐火材に最適である。

Claims

80〜95重量％のジルコニアと、70重量％の二酸化珪素、15重量％の酸化アルミニウム、2.2 重量％の酸化鉄、3.5 重量％の酸化カルシウム、3.0 重量％の酸化ナトリウム、2.5 重量％の酸化カリウム及び1.0 重量％の酸化マグネシウムを主成分とする火山灰とからなる耐火温度2,300〜2,580℃において亀裂・破損しない耐火材。
80〜95重量％のジルコニアと、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム及び酸化マグネシウムを主成分とする鹿児島県鹿児島郡桜島町南岳で採取した火山灰とからなる耐火温度2,300〜2,580℃において亀裂・破損しない耐火材。
請求項１又は請求項２記載の耐火材を炉体内に内張りしてなる耐火炉。