JP5897958B2

JP5897958B2 - 廃アスベスト溶融用坩堝

Info

Publication number: JP5897958B2
Application number: JP2012078925A
Authority: JP
Inventors: 敬一別森; 山田　真一; 真一山田; 悦夫高木; 山本　勝也; 勝也山本
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Hokuriku Electric Power Co
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Hokuriku Electric Power Co
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013210114A

Description

本発明は、廃アスベスト溶融用坩堝に関し、より詳細には、鉄を主成分として構成されるとともに上端に開口が形成された有底筒状の形態を成し、内部に投入された廃アスベストをアルカリ融剤とともに誘導加熱により溶融させる坩堝に関するものである。

従来、特別管理産業廃棄物の一種である廃アスベストを無害化するための装置（無害化装置）として、該廃アスベストを含む混合材を誘導加熱により溶融させる坩堝を備えたものが知られている。

このような無害化装置に用いられる坩堝は、例えば約１１００℃以上という極めて高温まで加熱して溶融処理を行い得るために、例えば耐熱ステンレス鋼やインコネル材（商品名）のような耐熱性の高い材料で製造されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１６０５１号公報

ところで、上述したような無害化装置では、廃アスベストとアルカリ融剤とを１１００℃以上という極めて高温まで加熱した坩堝内で溶融させた後、該坩堝を傾動させて内部の溶融物を坩堝外に吐出させるが、一部の溶融物は坩堝内に残しておき、坩堝を元の状態に戻して新たな廃アスベスト及びアルカリ融剤を坩堝内に投入して溶融させる処理を繰り返している。つまり、坩堝の内部においては、溶融物が常に滞留しているため、高温酸化やアルカリ腐食による減耗が進行しやすい環境下にある。

このように坩堝の内部に溶融物が常に滞留していることで次のような問題があった。すなわち、耐熱ステンレス鋼のような鉄を主成分とする坩堝を用いた場合、高温酸化及びアルカリ腐食によって坩堝が徐々に減耗してしまい、結果的に坩堝の使用寿命が低下してしまう問題があった。

また、ニッケルを主成分とする坩堝は、高温酸化及びアルカリ腐食には鉄を主成分とする坩堝より耐性を有する一方、溶融物に含まれる硫黄成分と坩堝のニッケル成分とが化学的に反応してニッケル硫化物が生成・蓄積されて硫化腐食が進行し、坩堝の使用寿命が低下してしまう問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みて、鉄を主成分とし、高温酸化やアルカリ腐食に耐性を有し、かつ硫化腐食を低減させて使用寿命の長大化を図ることができる廃アスベスト溶融用坩堝を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る廃アスベスト溶融用坩堝は、鉄を４５質量％含有して主成分として構成されるとともに、上端に開口が形成された有底筒状の形態を成し、内部に投入された廃アスベストをアルカリ融剤とともに誘導加熱により溶融させる坩堝において、クロムが３２質量％以上３４質量％以下、かつニッケルが１９質量％以上２０質量％以下含有されて成ることを特徴とする。

ここで、クロムは、ニッケルと共存して合金組織をオーステナイト化するとともに、材料表面に緻密なＣｒ_２Ｏ_３から成る不動態皮膜を形成し、高温耐食性及び耐酸化性を確保するのに必須の元素である。

また、ニッケルは、材料のオーステナイト相を安定化し、高温強度を向上させるとともに、耐アルカリ性を向上させる元素である。

本発明に係る廃アスベスト溶融用坩堝によれば、クロムが３２質量％以上、かつニッケルが１９質量％以上含有されているので、例えば廃アスベストを溶融させる約１１００℃以上という極めて高温下での酸化（高温酸化）やアルカリ腐食に耐性を有し、かつ溶融物に含まれる硫黄成分による硫化腐食の影響を低減させることができ、これにより使用寿命の長大化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である廃アスベスト溶融用坩堝が適用された誘導加熱炉を模式的に示すもので、一部を断面で示す説明図である。図２は、図１に示した誘導加熱炉の溶融処理を模式的に示す説明図である。図３は、図１に示した誘導加熱炉の吐出処理を模式的に示す説明図である。図４は、図１に示した誘導加熱炉に対する投入処理を模式的に示す説明図である。図５は、実施例１、比較例１〜５の坩堝の主要成分の含有率及び評価を示す図表である。図６は、実施例２、比較例６の坩堝の主要成分の含有率及び評価を示す図表である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る廃アスベスト溶融用坩堝の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である廃アスベスト溶融用坩堝が適用された誘導加熱炉を模式的に示すもので、一部を断面で示す説明図である。

ここで例示する誘導加熱炉１０は、廃アスベストの無害化装置に用いられる溶融手段であり、上面が開口した有底円筒状の炉本体１０ａに、炉蓋体１０ｂが炉本体１０ａの上面開口を閉塞する態様で配設されている。

炉本体１０ａの内部には、坩堝（廃アスベスト溶融用坩堝）１１が配設されており、誘導加熱炉１０（炉本体１０ａ）の側周面の一部には、外方に突出する突出部１２が設けられている。この突出部１２には貫通孔１２ａが設けられており、この貫通孔１２ａには、ロッド状の軸部１２ｂが貫通しており、これにより誘導加熱炉１０は、軸部１２ｂの中心軸回りに傾動可能となっている。

坩堝１１は、上端に開口１１ａが形成された有底筒状のものである。この坩堝１１は、炉本体１０ａ（誘導加熱炉１０）の中央域に配設されており、側部の内面が誘導加熱炉１０の内周面の一部を構成し、かつ底部が誘導加熱炉１０の内底部を構成している。

図には明示しないが、この坩堝１１の外周面は断熱材で覆われているとともに、耐火材が充填されている。また、坩堝１１の外周面から所定の距離だけ離隔した位置に該坩堝１１を巻回する態様で円筒状をなした誘導加熱コイルが継鉄に支持されて配設されている。誘導加熱コイルは、一の電源に接続されて電気回路を構成している。この電源は、数十Ｈｚ〜数ｋＨｚの交流電流を供給するものである。

炉蓋体１０ｂには、出湯口１３、貫通孔１４ａ並びに撹拌機１５が設けられている。出湯口１３は、坩堝１１の内部で溶融させた溶融物を外部に吐出するための開口である。

貫通孔１４ａは、供給フィーダ２０の先端部に連通する供給筒１４を貫通させるためのものである。ここで供給フィーダ２０は、破砕処理済及び乾燥処理済の廃アスベストと、アルカリ融剤とを混合させてなる混合材を坩堝１１（誘導加熱炉１０）に供給するためのものである。

アルカリ融剤は、廃アスベストの溶融温度を降下させるためのもので、例えばアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の炭酸塩、ホウ酸塩等である。

撹拌機１５は、駆動モータ１５ａと、坩堝１１の内部で混合材を撹拌する撹拌ロッド１５ｂとにより構成されるものである。ここで撹拌ロッド１５ｂの形状は特に限定されるものではないが、自身の軸心回りに回転することにより、混合材を下方に押し込むとともに、遠心力により坩堝１１の周囲に向けて押し出すことができるような形状であることが望ましい。

上記坩堝１１の側部は、上記上面開口１１ａを形成するとともに上方に向けて延設された上延部１１ｂを有している。この上延部１１ｂには、周方向に沿ってスリット１１ｃが所定間隔で形成されて成るものである。

ここで、上延部１１ｂにより形成される上面開口１１ａは、炉蓋体１０ｂの貫通孔１４ａを貫通する供給筒１４の下面よりも上方側に位置しており、スリット１１ｃの下端は、供給筒１４の下面よりも下方に位置するよう調整されている。またスリット１１ｃには、耐火物１１ｄが充填されている。

このような坩堝１１は、鉄を主成分とし、クロムが３２質量％以上含有され、かつニッケルが１９質量％以上含有された材料で、より好ましくはニッケルが１９質量％以上含有された材料である。

このように坩堝１１は、クロムが３２質量％以上含有され、かつニッケルが１９質量％以上含有されていることで、後述する実施例から明らかなように、例えば廃アスベストを溶融させる約１１００℃以上という極めて高温下での酸化（高温酸化）やアルカリ腐食に耐性を有し、かつ溶融物に含まれる硫黄成分により硫化腐食の影響を低減させることができる。

上記誘導加熱炉１０においては、供給フィーダ２０から供給筒１４を介して混合材（廃アスベスト＋アルカリ融剤）が供給された後、誘導加熱コイルに交流電流を流して通電状態にし、交番磁束を印加する。

これにより坩堝１１に渦電流が発生し、坩堝１１が渦電流損によるジュール熱で誘導加熱され、坩堝１１の内部に供給された混合材が加熱され、撹拌機１５により撹拌されて、図２に示すように、溶融されることになる。このとき、坩堝１１の側部の上延部１１ｂには周方向に沿ってスリット１１ｃが形成されていることから渦電流が流れにくく、該上延部１１ｂは加熱されにくくなっている。

混合材を溶融させた後、供給フィーダ２０を水平方向に移動させて炉蓋体１０ｂの上方域から退避させ、図３に示すように、誘導加熱炉１０を軸部１２ｂの軸心回りに傾動させることで坩堝１１の内部にある溶融物の一部を出湯口１３から受皿３０に吐出させる。

受皿３０に吐出された溶融物は、図には明示しない排熱回収機構より排熱を回収され、その後に廃棄処理されることになる。

そして、図４に示すように、誘導加熱炉１０（坩堝１１）を元の状態に戻して供給フィーダ２０を水平移動させて貫通孔１４ａを貫通する供給筒１４に連通させ、坩堝１１内に残った溶融物に対して新たな廃アスベスト及びアルカリ融剤を坩堝１１内に投入し、その後に誘導加熱により溶融させる処理を繰り返す。

以上説明したような本実施の形態である坩堝１１によれば、鉄を主成分とし、クロムが３２質量％以上含有され、かつニッケルが１９質量％以上含有された材料であるから、例えば廃アスベストを溶融させる約１１００℃以上という極めて高温下での酸化やアルカリ腐食に耐性を有し、かつ溶融物に含まれる硫黄成分による硫化腐食の影響を低減させることができ、これにより使用寿命の長大化を図ることができる。

以下において本発明の実施例について説明する。

＜実施例１＞
図５に示すように、鉄が４５質量％、ニッケルが２０質量％、クロムが３２質量％含有してなる材料から杯程度の大きさの実施例１の坩堝を製作した。

＜比較例１＞
図５に示すように、鉄が６１質量％、ニッケルが１３質量％、クロムが２４質量％含有してなる材料から実施例１と同程度の大きさの比較例１の坩堝を製作した。

＜比較例２＞
図５に示すように、鉄が５９質量％、ニッケルが１０質量％、クロムが２８質量％含有してなる材料から実施例１と同程度の大きさの比較例２の坩堝を製作した。

＜比較例３＞
図５に示すように、鉄が５３質量％、ニッケルが１６質量％、クロムが２８質量％含有してなる材料から実施例１と同程度の大きさの比較例３の坩堝を製作した。

＜比較例４＞
図５に示すように、鉄が５５質量％、ニッケルが１９質量％、クロムが２４質量％含有してなる材料から実施例１と同程度の大きさの比較例４の坩堝を製作した。

＜比較例５＞
図５に示すように、鉄が５４質量％、ニッケルが１９質量％、クロムが２５質量％含有してなる材料から実施例１と同程度の大きさの比較例５の坩堝を製作した。比較例５は廃アスベストの溶融に従来用いていた耐熱ステンレス鋼である。

＜実施例２＞
図６に示すように、鉄が４５質量％、ニッケルが１９質量％、クロムが３４質量％含有してなる材料から容積６リットル程度の実施例２の坩堝を製作した。

＜比較例６＞
図６に示すように、鉄が５４質量％、ニッケルが１９質量％、クロムが２５質量％含有してなる材料から実施例２と同程度の大きさの比較例６の坩堝を製作した。比較例６は廃アスベストの溶融に従来用いていた耐熱ステンレス鋼である。

［評価試験１］
実施例１、比較例１〜４の坩堝をそれぞれ約１１５０℃に加熱し、加熱した各坩堝の内部に廃アスベストと主成分が同じ材料と、アルカリ融剤とを投入して溶融した。坩堝の内部の溶融物の量が容量限度に達したら、坩堝を傾動させて溶融物の一部を吐出させた。その後、坩堝を元の状態に戻し、内部に残っている溶融物に対して、廃アスベストと主成分が同じ材料と、アルカリ融剤とを新たに投入して、これらを溶融する処理と溶融物の一部を吐出させる処理とを所定時間繰り返し行った。所定時間経過後に、各坩堝の壁面の減耗状況（減肉厚さ）を切断面から測定した。

［評価方法１］
実施例１、比較例１〜５の坩堝の減肉厚さを計測し、比較例５の坩堝の減肉厚さに対する実施例１、比較例１〜４の減肉厚さの比を求め、減肉厚さが比較例５より小さい場合を「○」とし、比較例５を上回る場合を「×」として、図５に併せて示した。

［評価試験２］
実施例２、比較例６の坩堝を廃アスベストの無害化装置を模擬した誘導加熱炉に適用して約１２００℃に加熱し、加熱した坩堝の内部に廃アスベストと主成分が同じ材料と、アルカリ融剤とを投入して溶融した。坩堝の内部の溶融物の量が容量限度に達したら、坩堝を傾動させて溶融物の一部を吐出させた。その後、坩堝を元の状態に戻し、内部に残っている溶融物に対して、廃アスベストと主成分が同じ材料と、アルカリ融剤とを新たに投入して、これらを溶融する処理と溶融物の一部を吐出させる処理とを所定時間繰り返し行った。所定時間経過後に、各坩堝の壁面の減耗状況（減肉状況）を切断面から測定した。

［評価方法２］
実施例２、比較例６の坩堝の減肉厚さを計測し、比較例６の坩堝の減肉厚さに対する実施例２の減肉厚さの比を求め、減肉厚さが比較例６より小さい場合を「○」とし、比較例６を上回る場合を「×」として、図６に併せて示した。

図５に示されるように、評価試験１において実施例１の坩堝のみが比較例５の坩堝に対して減肉厚さを下回った。

また、評価試験２において図６に示されるように、実施例１より更にクロム含有量を増大させた実施例２は比較例６に対する減肉厚さの比が０．５となり、実施例１よりも減耗しにくいことが確認できた。これによりクロムが３２質量％以上含有され、かつニッケルが１９質量％以上含有されていることで、例えば廃アスベストを溶融させる約１１００℃以上という極めて高温下で坩堝が酸化やアルカリ腐食に耐性を有し、かつ溶融物に含まれる硫黄成分による硫化腐食の影響を低減させることができることが明らかである。

以上のように、本発明に係る廃アスベスト溶融用坩堝は、廃アスベストを無害化するための装置（無害化装置）において、該廃アスベストを含む混合材を誘導加熱により溶融させるのに有用である。

１０誘導加熱炉
１０ａ炉本体
１０ｂ炉蓋体
１１坩堝
１１ａ上面開口
１１ｂ上延部
１１ｃスリット
１２突出部
１２ａ貫通孔
１２ｂ軸部
１３出湯口
１４供給筒
１４ａ貫通孔
１５撹拌機
１５ａ駆動モータ
１５ｂ撹拌ロッド
２０供給フィーダ
３０受皿

Claims

鉄を４５質量％含有して主成分として構成されるとともに、上端に開口が形成された有底筒状の形態を成し、内部に投入された廃アスベストをアルカリ融剤とともに誘導加熱により溶融させる坩堝において、
クロムが３２質量％以上３４質量％以下、かつニッケルが１９質量％以上２０質量％以下含有されて成ることを特徴とする廃アスベスト溶融用坩堝。