JPH10103642A - 耐熱耐食性保護管 - Google Patents
耐熱耐食性保護管Info
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- JPH10103642A JPH10103642A JP8258152A JP25815296A JPH10103642A JP H10103642 A JPH10103642 A JP H10103642A JP 8258152 A JP8258152 A JP 8258152A JP 25815296 A JP25815296 A JP 25815296A JP H10103642 A JPH10103642 A JP H10103642A
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- Japan
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- protective tube
- mgo
- less
- ceramics
- resistant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】耐熱性、耐食性に優れ長期間良好に使用するこ
とができる耐熱耐食性保護管１を得る。 【解決手段】５０モル％以下のＭｇＯと、５０モル％以
上のＡｌ2 Ｏ3 を主成分とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2
Ｏ3 の少なくとも一種以上の結晶相を有するセラミック
スにより、先端を封止した管状体の耐熱耐食性保護管を
形成する。
とができる耐熱耐食性保護管１を得る。 【解決手段】５０モル％以下のＭｇＯと、５０モル％以
上のＡｌ2 Ｏ3 を主成分とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2
Ｏ3 の少なくとも一種以上の結晶相を有するセラミック
スにより、先端を封止した管状体の耐熱耐食性保護管を
形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ焼却炉や、ゴ
ミ焼却灰再処理溶融炉等の溶融炉、その他の各種炉等に
於いて、ヒーターやセンサー等を保護するための保護管
に関する。
ミ焼却灰再処理溶融炉等の溶融炉、その他の各種炉等に
於いて、ヒーターやセンサー等を保護するための保護管
に関する。
【０００２】
【従来の技術】家庭、会社から捨てられたゴミは地方自
治体の焼却炉で燃やされ、その未燃分の焼却灰及び煙に
含まれる飛灰（含有元素；Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｋ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｎａ、Ｓ）には、重金属成分やダ
イオキシン、フラン等の有毒元素が含まれている。
治体の焼却炉で燃やされ、その未燃分の焼却灰及び煙に
含まれる飛灰（含有元素；Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｋ、Ｍｎ、Ｃｌ、Ｎａ、Ｓ）には、重金属成分やダ
イオキシン、フラン等の有毒元素が含まれている。
【０００３】これまでは、地方自治体の焼却炉で燃やさ
れた後の未燃分の焼却灰は、最終処分場にそのまま埋め
られていたが、立地条件も厳しくなり、場所の確保が難
しくなっている。加えて、ダイオキシンやフラン等の有
毒汚染物質の無害化は法律や条例でかなり厳しく規制さ
れつつあるため、焼却灰、飛灰を回収し、これを再溶融
することにより有害物質を無害化する溶融炉の必要性が
年々高まっている。
れた後の未燃分の焼却灰は、最終処分場にそのまま埋め
られていたが、立地条件も厳しくなり、場所の確保が難
しくなっている。加えて、ダイオキシンやフラン等の有
毒汚染物質の無害化は法律や条例でかなり厳しく規制さ
れつつあるため、焼却灰、飛灰を回収し、これを再溶融
することにより有害物質を無害化する溶融炉の必要性が
年々高まっている。
【０００４】焼却炉で燃やされた後の未燃分の焼却灰
は、高温加熱処理でスラグ化すれば、焼却灰の１／２
〜１／４程度に体積を小さくすることができ、ダイオ
キシン等の有害汚染物質を高熱で分解して無害化でき
る、等の理由により、この溶融炉での高温加熱処理法が
有望視されているのである。
は、高温加熱処理でスラグ化すれば、焼却灰の１／２
〜１／４程度に体積を小さくすることができ、ダイオ
キシン等の有害汚染物質を高熱で分解して無害化でき
る、等の理由により、この溶融炉での高温加熱処理法が
有望視されているのである。
【０００５】溶融炉での加熱処理工程を図２に示すよう
に、溶融炉１２内に焼却灰１１を入れ、電熱源である加
熱用ヒーター２で１３００〜１６００℃に加熱すると、
焼却灰１１が溶融して含有する金属元素１３が蒸発す
る。この金属元素１３を取り出して冷却装置（不図示）
で急冷し凝縮させて微粒子とし、これをフィルタ１５等
で回収して金属濃縮物１６を回収する。一方ダイオキシ
ンやフラン等の有毒物質は熱破壊され、無害化されたガ
ス１７はガス処理装置を経て大気中へ放出される。ま
た、溶融炉１２内の残存物はスラグ（ガラス）状顆粒１
８として取り出され、有効利用または処分されるように
なっている。
に、溶融炉１２内に焼却灰１１を入れ、電熱源である加
熱用ヒーター２で１３００〜１６００℃に加熱すると、
焼却灰１１が溶融して含有する金属元素１３が蒸発す
る。この金属元素１３を取り出して冷却装置（不図示）
で急冷し凝縮させて微粒子とし、これをフィルタ１５等
で回収して金属濃縮物１６を回収する。一方ダイオキシ
ンやフラン等の有毒物質は熱破壊され、無害化されたガ
ス１７はガス処理装置を経て大気中へ放出される。ま
た、溶融炉１２内の残存物はスラグ（ガラス）状顆粒１
８として取り出され、有効利用または処分されるように
なっている。
【０００６】この溶融炉１２には、加熱用ヒーター２と
温度管理のための熱電対３が必要であるが、溶融した焼
却灰１１は溶融炉１２内で溶融スラグ、溶融塩、あるい
はその蒸気成分として存在するため、これらの物質から
加熱用ヒーター２または熱電対３を保護する必要があ
る。
温度管理のための熱電対３が必要であるが、溶融した焼
却灰１１は溶融炉１２内で溶融スラグ、溶融塩、あるい
はその蒸気成分として存在するため、これらの物質から
加熱用ヒーター２または熱電対３を保護する必要があ
る。
【０００７】そこで、耐熱性・耐食性に優れたセラミッ
クス製の保護管１で加熱用ヒーター２や熱電対３を覆う
ことが行われている。上記保護管１の材質としては例え
ば特開昭５１−７１３１２号公報に示されるように、Ｍ
ｇＯ−ＺｒＳｉＯ2 −Ａｌ2Ｏ3 の複合セラミックスが
使用されている。
クス製の保護管１で加熱用ヒーター２や熱電対３を覆う
ことが行われている。上記保護管１の材質としては例え
ば特開昭５１−７１３１２号公報に示されるように、Ｍ
ｇＯ−ＺｒＳｉＯ2 −Ａｌ2Ｏ3 の複合セラミックスが
使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ゴミ焼却に
より発生する灰分を再加熱処理する際、灰に含まれるＣ
ｄ、Ｐｂ、Ｚｎ等の金属元素類やダイオキシン、フラン
等の有害汚染物質を分解するため、電熱により１３００
〜１６００℃で加熱溶融処理を行い無害化するが、溶融
炉１２で使用する保護管１は、焼却灰１１が溶けてでき
る溶融塩、溶融スラグ、あるいは蒸気等にさらされるこ
とになる。そのため、これら成分中のＳｉ、Ａｌ、Ｆ
ｅ、Ｃａ、Ｎａは保護管１を成すセラミックス中に徐々
に侵入、浸食し、次第にセラミックスが変質して強度劣
化を起こすことから、クラックを生じたり、破損が生じ
やすくなって、長期にわたり使用できるものではなかっ
た。
より発生する灰分を再加熱処理する際、灰に含まれるＣ
ｄ、Ｐｂ、Ｚｎ等の金属元素類やダイオキシン、フラン
等の有害汚染物質を分解するため、電熱により１３００
〜１６００℃で加熱溶融処理を行い無害化するが、溶融
炉１２で使用する保護管１は、焼却灰１１が溶けてでき
る溶融塩、溶融スラグ、あるいは蒸気等にさらされるこ
とになる。そのため、これら成分中のＳｉ、Ａｌ、Ｆ
ｅ、Ｃａ、Ｎａは保護管１を成すセラミックス中に徐々
に侵入、浸食し、次第にセラミックスが変質して強度劣
化を起こすことから、クラックを生じたり、破損が生じ
やすくなって、長期にわたり使用できるものではなかっ
た。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
５０モル％以下のＭｇＯと、５０モル％以上のＡｌ2Ｏ
3 を主成分とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2 Ｏ3 の少なく
とも一種以上の結晶相を有するセラミックスにより、先
端を封止した管状体の耐熱耐食性保護管を形成したこと
を特徴とする。
５０モル％以下のＭｇＯと、５０モル％以上のＡｌ2Ｏ
3 を主成分とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2 Ｏ3 の少なく
とも一種以上の結晶相を有するセラミックスにより、先
端を封止した管状体の耐熱耐食性保護管を形成したこと
を特徴とする。
【００１０】また本発明は、上記主成分を成すＡｌ2 Ｏ
3 とＭｇＯの合計１００重量部に対し、ＳｉＯ2 、Ｃａ
Ｏ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純物成分を合計５重量
部以下含有し、平均結晶粒径２μｍ以上、気孔率３％以
下のセラミックスにより耐熱耐食性保護管を形成したこ
とを特徴とする。
3 とＭｇＯの合計１００重量部に対し、ＳｉＯ2 、Ｃａ
Ｏ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純物成分を合計５重量
部以下含有し、平均結晶粒径２μｍ以上、気孔率３％以
下のセラミックスにより耐熱耐食性保護管を形成したこ
とを特徴とする。
【００１１】即ち、本発明は、耐熱耐食性保護管を成す
セラミックスとして、種々検討を行った結果、ＭｇＯス
ピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）及び又はＡｌ2 Ｏ3 を主成分
とすれば良いことを見出した。
セラミックスとして、種々検討を行った結果、ＭｇＯス
ピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）及び又はＡｌ2 Ｏ3 を主成分
とすれば良いことを見出した。
【００１２】例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 等を主成分と
する非酸化物セラミックスでは、酸化雰囲気中（大気
中）１５００℃以上の温度に曝すと、Ｓｉ、Ｃａ、希土
類元素等の焼結助剤成分がガラス化して分解を始め、変
質するため、耐熱性が悪く、保護管の材質として不適当
である。一方、酸化物でもＺｒＯ2 を主成分とするもの
では、１５００℃以上の高温に曝されると相変態を起こ
して強度劣化を生じることから、保護管として不適当で
ある。またＭｇＯは、特定の条件下では、耐熱性、耐食
性ともに優れているが、雰囲気中や灰分中に微量な水分
が存在すると、これと激しく反応を起こして水酸化マグ
ネシウムを形成し、耐食性が著しく低下するため、水分
が存在する溶融炉では保護管として不適当である。
する非酸化物セラミックスでは、酸化雰囲気中（大気
中）１５００℃以上の温度に曝すと、Ｓｉ、Ｃａ、希土
類元素等の焼結助剤成分がガラス化して分解を始め、変
質するため、耐熱性が悪く、保護管の材質として不適当
である。一方、酸化物でもＺｒＯ2 を主成分とするもの
では、１５００℃以上の高温に曝されると相変態を起こ
して強度劣化を生じることから、保護管として不適当で
ある。またＭｇＯは、特定の条件下では、耐熱性、耐食
性ともに優れているが、雰囲気中や灰分中に微量な水分
が存在すると、これと激しく反応を起こして水酸化マグ
ネシウムを形成し、耐食性が著しく低下するため、水分
が存在する溶融炉では保護管として不適当である。
【００１３】これらに対し、ＭｇＯスピネル（ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 ）又はＡｌ2 Ｏ3 を主成分とするセラミックス
は、融点が２０００℃以上と極めて高く、１５００〜１
６００℃の高温中でも安定した耐熱性、耐食性を有して
おり、保護管として最適な材料である。
2 Ｏ4 ）又はＡｌ2 Ｏ3 を主成分とするセラミックス
は、融点が２０００℃以上と極めて高く、１５００〜１
６００℃の高温中でも安定した耐熱性、耐食性を有して
おり、保護管として最適な材料である。
【００１４】なお、ＭｇＯスピネルとはＭｇＡｌ2 Ｏ4
で表され、理論定比はＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 がモル比１：
１、重量比で２８．６：７１．４で結合した化合物のこ
とである。そして、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組成比率を種
々に変更すると、理論定比ではＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶のみ
が存在するが、理論定比よりもＭｇＯを多くするとＭｇ
Ｏ＋ＭｇＡｌ2 Ｏ4 の二相結晶構造となり、一方理論定
比よりもＡｌ2 Ｏ3 を多くするとＡｌ2 Ｏ3 ＋ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 の二相結晶構造となる。
で表され、理論定比はＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 がモル比１：
１、重量比で２８．６：７１．４で結合した化合物のこ
とである。そして、ＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 の組成比率を種
々に変更すると、理論定比ではＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶のみ
が存在するが、理論定比よりもＭｇＯを多くするとＭｇ
Ｏ＋ＭｇＡｌ2 Ｏ4 の二相結晶構造となり、一方理論定
比よりもＡｌ2 Ｏ3 を多くするとＡｌ2 Ｏ3 ＋ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 の二相結晶構造となる。
【００１５】これらの各結晶構造を有するセラミックス
について、種々実験を行ったところ、結晶構造中にＭｇ
Ｏが存在するものでは、たとえＭｇＡｌ2 Ｏ4 との複合
結晶構造となっていても、上述した理由により耐食性が
悪くなることを見出した。
について、種々実験を行ったところ、結晶構造中にＭｇ
Ｏが存在するものでは、たとえＭｇＡｌ2 Ｏ4 との複合
結晶構造となっていても、上述した理由により耐食性が
悪くなることを見出した。
【００１６】したがって、ＭｇＯスピネルの理論定比よ
りもＭｇＯを多くしてはならず、このような理由から、
本発明では保護管を成すセラミックスの主成分の組成比
をＭｇＯ５０モル％以下、Ａｌ2 Ｏ3 ５０モル％以上と
限定し、さらにはＭｇＯ／Ａｌ2 Ｏ3 のモル比を１以下
としたのである。なお、この組成を重量比で表すと、Ｍ
ｇＯ２８．６重量％以下、Ａｌ2 Ｏ3 ７１．４重量％以
上、ＭｇＯ／Ａｌ2 Ｏ3 の重量比を０．４０以下とな
る。
りもＭｇＯを多くしてはならず、このような理由から、
本発明では保護管を成すセラミックスの主成分の組成比
をＭｇＯ５０モル％以下、Ａｌ2 Ｏ3 ５０モル％以上と
限定し、さらにはＭｇＯ／Ａｌ2 Ｏ3 のモル比を１以下
としたのである。なお、この組成を重量比で表すと、Ｍ
ｇＯ２８．６重量％以下、Ａｌ2 Ｏ3 ７１．４重量％以
上、ＭｇＯ／Ａｌ2 Ｏ3 の重量比を０．４０以下とな
る。
【００１７】また、本発明のセラミックスでは、ＭｇＯ
スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）とＡｌ2 Ｏ3 の少なくとも
一種以上の結晶相を含むが、具体的には、ＭｇＡｌ2
Ｏ4のみの結晶構造、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ＋Ａｌ2 Ｏ3 の
二相結晶構造、Ａｌ2 Ｏ3のみの結晶構造、のうちい
ずれかの結晶構造をとることが好ましい。そして、上記
以外の結晶相、特にＭｇＯの結晶相は実質的に存在しな
いことが好ましい。
スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）とＡｌ2 Ｏ3 の少なくとも
一種以上の結晶相を含むが、具体的には、ＭｇＡｌ2
Ｏ4のみの結晶構造、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ＋Ａｌ2 Ｏ3 の
二相結晶構造、Ａｌ2 Ｏ3のみの結晶構造、のうちい
ずれかの結晶構造をとることが好ましい。そして、上記
以外の結晶相、特にＭｇＯの結晶相は実質的に存在しな
いことが好ましい。
【００１８】なお、ここで、上記結晶相は、Ｘ線回折に
より容易に分析することができ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ
2 Ｏ3 の少なくとも一種以上の結晶相を含むとは、これ
らの一種以上の結晶相のピークが存在することを意味す
る。また、上記以外の結晶相、特にＭｇＯの結晶相が実
質的に存在しないとは、これらの結晶相のピークが全く
存在しないか、仮に存在していたとしても測定中で最大
のピークの高さの１０％以下であることを言う。
より容易に分析することができ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ
2 Ｏ3 の少なくとも一種以上の結晶相を含むとは、これ
らの一種以上の結晶相のピークが存在することを意味す
る。また、上記以外の結晶相、特にＭｇＯの結晶相が実
質的に存在しないとは、これらの結晶相のピークが全く
存在しないか、仮に存在していたとしても測定中で最大
のピークの高さの１０％以下であることを言う。
【００１９】さらに、溶融炉において、灰成分中のＳ
ｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ等の浸食元素は保護管を成
すセラミックス中の結晶粒界中に浸食してセラミックス
を腐食し変質させる。そのため、本発明では保護管を成
すセラミックスとして、上記主成分１００重量部に対し
て、ＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純
物成分を合計５重量部以下とすることによって、結晶粒
界を構成するガラス成分を少なくし、浸食元素の侵入を
防止するようにした。
ｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ等の浸食元素は保護管を成
すセラミックス中の結晶粒界中に浸食してセラミックス
を腐食し変質させる。そのため、本発明では保護管を成
すセラミックスとして、上記主成分１００重量部に対し
て、ＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純
物成分を合計５重量部以下とすることによって、結晶粒
界を構成するガラス成分を少なくし、浸食元素の侵入を
防止するようにした。
【００２０】なお、不純物成分を５重量部以下とするた
めには、予め高純度のＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 の一次原料を
使用するとともに、製造工程において不純物の混入を防
止すれば良い。
めには、予め高純度のＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 の一次原料を
使用するとともに、製造工程において不純物の混入を防
止すれば良い。
【００２１】また、本発明では、保護管を成すセラミッ
クスの平均結晶粒径を２μｍ以上とし、気孔率を３％以
下としたことを特徴とする。これは、平均結晶粒径が２
μｍ未満であると浸食元素が粒界に侵入した場合、結晶
間の粒界部強度が弱まり母材から結晶が脱離して浸食が
進行しやすく、この現象が繰り返し進むとスルーホール
発生等により著しく保護管寿命を低下させるためであ
る。また、気孔率が３％を超えると、セラミックスに存
在する気孔に浸食元素が入り込みやすくなり、粒界へ侵
入するよりも格段に速い速度でセラミックス中に侵入し
て、著しく腐食を促すためである。
クスの平均結晶粒径を２μｍ以上とし、気孔率を３％以
下としたことを特徴とする。これは、平均結晶粒径が２
μｍ未満であると浸食元素が粒界に侵入した場合、結晶
間の粒界部強度が弱まり母材から結晶が脱離して浸食が
進行しやすく、この現象が繰り返し進むとスルーホール
発生等により著しく保護管寿命を低下させるためであ
る。また、気孔率が３％を超えると、セラミックスに存
在する気孔に浸食元素が入り込みやすくなり、粒界へ侵
入するよりも格段に速い速度でセラミックス中に侵入し
て、著しく腐食を促すためである。
【００２２】なお、セラミックスの平均結晶粒径は、テ
ストピースを焼成温度より１００℃低い温度でサーマル
エッチングするか、腐食性薬品に一定時間浸食させるケ
ミカルエッチングを施した後、ＳＥＭ写真を基にしてコ
ード法で測定する。具体的には、１０００倍のＳＥＭ写
真を２枚用意し、それぞれ任意の３本の線を引いたと
き、この線に横切る粒子の数で線の長さを割った値によ
って求める。
ストピースを焼成温度より１００℃低い温度でサーマル
エッチングするか、腐食性薬品に一定時間浸食させるケ
ミカルエッチングを施した後、ＳＥＭ写真を基にしてコ
ード法で測定する。具体的には、１０００倍のＳＥＭ写
真を２枚用意し、それぞれ任意の３本の線を引いたと
き、この線に横切る粒子の数で線の長さを割った値によ
って求める。
【００２３】また、気孔率は、アルキメデス法で求めた
吸水率と嵩比重を乗じることによって求める。
吸水率と嵩比重を乗じることによって求める。
【００２４】これらの平均結晶粒径や気孔率は、出発原
料の粒径や焼成条件等によって自由に調整することがで
きる。
料の粒径や焼成条件等によって自由に調整することがで
きる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を説明す
る。
る。
【００２６】図１に示すように、本発明の保護管１は、
先端を封止した管状体であり、全体が５０モル％以下
（２８．６重量％以下）のＭｇＯと、５０モル％以上
（７１．４重量％以上）のＡｌ2 Ｏ3 を主成分とし、Ｍ
ｇＯ／Ａｌ2 Ｏ3 のモル比を１以下（重量比を０．４０
以下）とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2 Ｏ3 の少なくとも
一種以上の結晶相を有するセラミックスにより形成して
ある。
先端を封止した管状体であり、全体が５０モル％以下
（２８．６重量％以下）のＭｇＯと、５０モル％以上
（７１．４重量％以上）のＡｌ2 Ｏ3 を主成分とし、Ｍ
ｇＯ／Ａｌ2 Ｏ3 のモル比を１以下（重量比を０．４０
以下）とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2 Ｏ3 の少なくとも
一種以上の結晶相を有するセラミックスにより形成して
ある。
【００２７】また、このセラミックスは、主成分を成す
Ａｌ2 Ｏ3 とＭｇＯの合計１００重量部に対し、ＳｉＯ
2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純物成分を合
計５重量部以下含有し、平均結晶粒径２μｍ以上、気孔
率３％以下となっている。
Ａｌ2 Ｏ3 とＭｇＯの合計１００重量部に対し、ＳｉＯ
2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純物成分を合
計５重量部以下含有し、平均結晶粒径２μｍ以上、気孔
率３％以下となっている。
【００２８】この保護管１は、図２に示すように、ゴミ
焼却灰再処理用の溶融炉１２中にて加熱用ヒーター２や
熱電対３を覆うように設置し、これらを保護することが
できる。この時、保護管１を成す前述のセラミックス
は、耐熱性、耐食性が高いことから長期間安心して使用
することができる。
焼却灰再処理用の溶融炉１２中にて加熱用ヒーター２や
熱電対３を覆うように設置し、これらを保護することが
できる。この時、保護管１を成す前述のセラミックス
は、耐熱性、耐食性が高いことから長期間安心して使用
することができる。
【００２９】また、保護管１の肉厚ｔについては、耐熱
衝撃性や加熱効率の点からは薄い方が好ましいが、保護
性や製造上の点からは厚い方が好ましく、これらの点か
ら肉厚ｔは３ｍｍ以上とすることが好ましい。さらに、
必要に応じて部分的に肉厚ｔを経なさせることも可能で
ある。
衝撃性や加熱効率の点からは薄い方が好ましいが、保護
性や製造上の点からは厚い方が好ましく、これらの点か
ら肉厚ｔは３ｍｍ以上とすることが好ましい。さらに、
必要に応じて部分的に肉厚ｔを経なさせることも可能で
ある。
【００３０】なお、本発明の保護管１は、上述したゴミ
焼却灰再処理用の溶融炉１２に限らず、金属溶融炉等の
さまざまな溶融炉において、ヒーターや各種センサー等
を保護するための保護管として用いることができる。あ
るいはゴミ焼却炉、セラミックス等の焼成炉等の各種炉
や、その他の高温腐食性雰囲気となるような装置にも好
適に用いることができる。
焼却灰再処理用の溶融炉１２に限らず、金属溶融炉等の
さまざまな溶融炉において、ヒーターや各種センサー等
を保護するための保護管として用いることができる。あ
るいはゴミ焼却炉、セラミックス等の焼成炉等の各種炉
や、その他の高温腐食性雰囲気となるような装置にも好
適に用いることができる。
【００３１】
【実施例】実験例１ ゴミ焼却灰再処理溶融炉内環境を想定し、さまざまなセ
ラミックスとゴミ焼却灰との反応試験を行った。
ラミックスとゴミ焼却灰との反応試験を行った。
【００３２】先ず焼却灰として、主成分がＡｌ、Ｃａ、
Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｌ等から
なる焼却灰を焼却炉より回収し、乾式加圧成形により直
径１２ｍｍ×１ｍｍで重さ０．３ｇのタブレットを作製
した。
Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｌ等から
なる焼却灰を焼却炉より回収し、乾式加圧成形により直
径１２ｍｍ×１ｍｍで重さ０．３ｇのタブレットを作製
した。
【００３３】次に、表１に示すように、各種セラミック
スで直径３０ｍｍ×厚み１０ｍｍの大きさで、焼却灰タ
ブレットを入れるための直径１３ｍｍ×深さ１ｍｍの座
繰り穴を備えた試験片を作製した。各セラミックス材に
ついて、以下に示すように特性値を測定し、反応試験を
行った。
スで直径３０ｍｍ×厚み１０ｍｍの大きさで、焼却灰タ
ブレットを入れるための直径１３ｍｍ×深さ１ｍｍの座
繰り穴を備えた試験片を作製した。各セラミックス材に
ついて、以下に示すように特性値を測定し、反応試験を
行った。
【００３４】結晶相 Ｘ線回折装置を用い、条件は、Ｃｕの管球を用いて電圧
５０ｋＶ、電流２００ｍＡとし、測定範囲は２θ＝１０
〜９０°で、フルスケール３×１０4 〜１０×１０4 ｃ
ｐｓとして分析した。その結果、分析された結晶相を、
ＭｇＡｌ2 Ｏ4はＳ（ｓｐｉｎｅｌ）、ＭｇＯはＰ（ｐ
ｅｒｉｃｌａｃｅ）、Ａｌ2 Ｏ3 はＣ（ｃｏｒｕｎｄｕ
ｍ）で示した。
５０ｋＶ、電流２００ｍＡとし、測定範囲は２θ＝１０
〜９０°で、フルスケール３×１０4 〜１０×１０4 ｃ
ｐｓとして分析した。その結果、分析された結晶相を、
ＭｇＡｌ2 Ｏ4はＳ（ｓｐｉｎｅｌ）、ＭｇＯはＰ（ｐ
ｅｒｉｃｌａｃｅ）、Ａｌ2 Ｏ3 はＣ（ｃｏｒｕｎｄｕ
ｍ）で示した。
【００３５】不純物 ＩＣＰ分析により、ＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ
2 Ｏ3 成分について定量分析を行い、これらの成分の合
計量を求めた 平均結晶粒径 破断面のＳＥＭ写真を５００〜１０００倍程度で撮影
し、この写真からコード法を用いて測定した。
2 Ｏ3 成分について定量分析を行い、これらの成分の合
計量を求めた 平均結晶粒径 破断面のＳＥＭ写真を５００〜１０００倍程度で撮影
し、この写真からコード法を用いて測定した。
【００３６】嵩比重、気孔率、曲げ強度 ＪＩＳの規定に基づいて試験、測定した。なお曲げ強度
は３点曲げ強度とした。
は３点曲げ強度とした。
【００３７】反応試験 それぞれの試験片の座繰り穴に焼却灰タブレットを置
き、大気中１５５０℃で５０時間の熱処理を行った。そ
の後、各試験片について、外観を目視し、溶融あるいは
クラックの有無を調べた。また各試験片を切断し研磨し
た断面について、５０〜２００倍程度のＳＥＭでクラッ
クの有無を調べ、波長分散型ＥＰＭＡ分析装置で、加速
電圧１５ｋＶ、プローブ電流２．０×１０-7Ａで、Ｓ
ｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋの各元素の検出を行い、マッ
ピング形式で出力した後、これらの元素の拡散深さ（反
応層）を調べた。
き、大気中１５５０℃で５０時間の熱処理を行った。そ
の後、各試験片について、外観を目視し、溶融あるいは
クラックの有無を調べた。また各試験片を切断し研磨し
た断面について、５０〜２００倍程度のＳＥＭでクラッ
クの有無を調べ、波長分散型ＥＰＭＡ分析装置で、加速
電圧１５ｋＶ、プローブ電流２．０×１０-7Ａで、Ｓ
ｉ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋの各元素の検出を行い、マッ
ピング形式で出力した後、これらの元素の拡散深さ（反
応層）を調べた。
【００３８】これらの結果は表１、２に示す通りであ
る。なお、表２中において、クラック、溶融、反応層が
あるものは×、ないものは○で示した。
る。なお、表２中において、クラック、溶融、反応層が
あるものは×、ないものは○で示した。
【００３９】これらの結果から、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、
ＺｒＯ2 （Ｎｏ．２０〜２２）では溶融またはクラック
が発生しており、保護管として不適当であることが確認
された。
ＺｒＯ2 （Ｎｏ．２０〜２２）では溶融またはクラック
が発生しており、保護管として不適当であることが確認
された。
【００４０】一方、Ａｌ2 Ｏ3 とＭｇＯを主成分とする
セラミックスでも、組成比が本発明の範囲外のもの（Ｎ
ｏ．１〜３）ではＭｇＯの結晶相が存在し、灰成分との
反応層が生じた。また、組成比が範囲内のものであって
も、不純物量が５重量部以上や結晶粒径が２μｍ未満の
もの（Ｎｏ．９、１３、１７〜１９）では、反応層や溶
融、クラック等が生じた。
セラミックスでも、組成比が本発明の範囲外のもの（Ｎ
ｏ．１〜３）ではＭｇＯの結晶相が存在し、灰成分との
反応層が生じた。また、組成比が範囲内のものであって
も、不純物量が５重量部以上や結晶粒径が２μｍ未満の
もの（Ｎｏ．９、１３、１７〜１９）では、反応層や溶
融、クラック等が生じた。
【００４１】これらに対し、Ｎｏ．４〜８、１０〜１
２、１４〜１６に示すＭｇＯスピネル又はＡｌ2 Ｏ3 を
主成分とするセラミックスでは、溶融やクラックの発生
はなく、焼却灰成分との反応層も認められないことか
ら、保護管として好適に使用できることがわかる。
２、１４〜１６に示すＭｇＯスピネル又はＡｌ2 Ｏ3 を
主成分とするセラミックスでは、溶融やクラックの発生
はなく、焼却灰成分との反応層も認められないことか
ら、保護管として好適に使用できることがわかる。
【００４２】なお、本発明実施例中、Ｎｏ．４とＮｏ．
１６のＸ線回折チャート図をそれぞれ図３、４に示すよ
うに、いずれもＭｇＡｌ2 Ｏ4 又はＡｌ2 Ｏ3 の結晶層
のピークしか存在せず、その他の結晶層のピークは存在
しなかった。
１６のＸ線回折チャート図をそれぞれ図３、４に示すよ
うに、いずれもＭｇＡｌ2 Ｏ4 又はＡｌ2 Ｏ3 の結晶層
のピークしか存在せず、その他の結晶層のピークは存在
しなかった。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】実験例２ 本発明実施例として表１、２中のＮｏ．４とＮｏ．１６
のセラミックス、比較例としてＮｏ．３のセラミックス
を用いて、外径１８０ｍｍ、内径１６０ｍｍ、長さ８０
０ｍｍ、肉厚ｔが１０ｍｍの図１に示す保護管１を作製
し、図２に示すゴミ焼却灰再処理用の溶融炉１２で実機
試験を行い、再処理温度１５００℃における寿命を確認
した。なお、寿命は、実環境に曝したとき、腐食により
保護管１にクラックまたはスルーホール等が発生するま
での時間で表した。
のセラミックス、比較例としてＮｏ．３のセラミックス
を用いて、外径１８０ｍｍ、内径１６０ｍｍ、長さ８０
０ｍｍ、肉厚ｔが１０ｍｍの図１に示す保護管１を作製
し、図２に示すゴミ焼却灰再処理用の溶融炉１２で実機
試験を行い、再処理温度１５００℃における寿命を確認
した。なお、寿命は、実環境に曝したとき、腐食により
保護管１にクラックまたはスルーホール等が発生するま
での時間で表した。
【００４６】結果を表３に示す。比較例のＭｇＯ＋Ｍｇ
Ｏスピネルを主体とするセラミックスからなる比較例で
は、１０００時間の寿命であった。これに対し、ＭｇＯ
スピネルまたはＡｌ2 Ｏ3 を主成分とするセラミックス
からなる本発明実施例では２０００時間以上と寿命を長
くできることが確認された。
Ｏスピネルを主体とするセラミックスからなる比較例で
は、１０００時間の寿命であった。これに対し、ＭｇＯ
スピネルまたはＡｌ2 Ｏ3 を主成分とするセラミックス
からなる本発明実施例では２０００時間以上と寿命を長
くできることが確認された。
【００４７】
【表３】
【００４８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、５０モル
％以下のＭｇＯと、５０モル％以上のＡｌ2 Ｏ3 を主成
分とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2 Ｏ3 の少なくとも一種
の結晶相を有するセラミックスにより、先端を封止した
管状体の耐熱耐食性保護管を形成し、特に上記主成分を
成すＡｌ2 Ｏ3 とＭｇＯの合計１００重量部に対し、Ｓ
ｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純物成分
を合計５重量部以下含有し、平均結晶粒径２μｍ以上、
気孔率３％以下のセラミックスにより形成したことによ
って、耐熱性、耐食性に優れることから長期間良好に使
用することが出来る。特に、ゴミ焼却灰再処理用の溶融
炉に用いれば、焼却灰中に含まれる金属元素の浸食を防
止し、寿命を長くすることができる。
％以下のＭｇＯと、５０モル％以上のＡｌ2 Ｏ3 を主成
分とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2 Ｏ3 の少なくとも一種
の結晶相を有するセラミックスにより、先端を封止した
管状体の耐熱耐食性保護管を形成し、特に上記主成分を
成すＡｌ2 Ｏ3 とＭｇＯの合計１００重量部に対し、Ｓ
ｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純物成分
を合計５重量部以下含有し、平均結晶粒径２μｍ以上、
気孔率３％以下のセラミックスにより形成したことによ
って、耐熱性、耐食性に優れることから長期間良好に使
用することが出来る。特に、ゴミ焼却灰再処理用の溶融
炉に用いれば、焼却灰中に含まれる金属元素の浸食を防
止し、寿命を長くすることができる。
【図１】本発明の耐熱耐食性保護管を示す断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の耐熱耐食性保護管を用いるゴミ焼却灰
再処理装置を示す概略図である。
再処理装置を示す概略図である。
【図３】本発明の耐熱耐食性保護管を構成するセラミッ
クスのＸ線回折チャート図である。
クスのＸ線回折チャート図である。
【図４】本発明の耐熱耐食性保護管を構成するセラミッ
クスのＸ線回折チャート図である。
クスのＸ線回折チャート図である。
１：保護管 ２：加熱用ヒーター ３：熱電対 １１：焼却灰 １２：溶融炉 １３：金属元素 １５：フィルター １６：重金属濃縮物 １７：ガス １８：スラグ顆粒
Claims (2)
- 【請求項１】５０モル％以下のＭｇＯと、５０モル％以
上のＡｌ2 Ｏ3 を主成分とし、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 とＡｌ2
Ｏ3 の少なくとも一種の結晶相を有するセラミックスに
より、先端を封止した管状体を形成したことを特徴とす
る耐熱耐食性保護管。 - 【請求項２】上記主成分を成すＡｌ2 Ｏ3 とＭｇＯの合
計１００重量部に対し、ＳｉＯ2 、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、
Ｆｅ2 Ｏ3 等の不純物成分を合計５重量部以下含有し、
平均結晶粒径２μｍ以上、気孔率３％以下のセラミック
スにより形成したことを特徴とする請求項１記載の耐熱
耐食性保護管。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8258152A JPH10103642A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 耐熱耐食性保護管 |
| DE1997617226 DE69717226T2 (de) | 1996-09-30 | 1997-09-29 | Hitze- und korrosionsbeständiges Schutzrohr |
| EP19970116859 EP0832862B1 (en) | 1996-09-30 | 1997-09-29 | Heat- and corrosion-resisting protection tube |
| US08/940,239 US6093461A (en) | 1996-09-30 | 1997-09-30 | Heat-and corrosion-resisting protection tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8258152A JPH10103642A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 耐熱耐食性保護管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10103642A true JPH10103642A (ja) | 1998-04-21 |
Family
ID=17316254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8258152A Pending JPH10103642A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 耐熱耐食性保護管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10103642A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003004540A (ja) * | 2001-06-19 | 2003-01-08 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 焼却炉用の熱電対保護管 |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP8258152A patent/JPH10103642A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003004540A (ja) * | 2001-06-19 | 2003-01-08 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 焼却炉用の熱電対保護管 |
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