(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素骨材に金属Ｓｉと炭素を混合して成形し、かつ酸化防止剤としてＳｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃのいずれか或いはすべてを含み、非酸化雰囲気で焼成された、ＳｉＣを９０ｗｔ％以上含む自己焼結型の耐火物を、溶融スラグとガス雰囲気との境界線付近に位置する炉本体の内周壁に配置し、前記耐火物の上部であって、ガス雰囲気中の炉本体の内周壁に酸化物系耐火物を配置し、前記耐火物と前記酸化物系耐火物との間にＳｉＣ９０ｗｔ％以上の目地材を充填していることを特徴とする溶融炉の耐火構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物等の焼却灰及び事業用火力発電プラント等の焼却炉から排出される焼却灰を溶融する溶融炉の耐火構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物等の焼却灰は、その資源化、減容化及び無害化を図るために、灰溶融炉によって溶融され、溶融スラグ及び溶融メタルとして取り出されている。
すなわち、このような溶融炉を使用して炉本体内で焼却灰を溶融するには、例えば、ごみ焼却炉から排出された焼却灰を各種搬送手段及び供給手段等を経て炉本体内に投入し、投入された焼却灰を高温プラズマで溶融する。溶融炉内で生成された溶融スラグ及び溶融メタルは、出滓口から出滓樋を通って排出され、コンベヤを介してスラグピット及びメタルピットに導かれ、種々の利用に供されることになる。
【０００３】
ところで、上記溶融炉の炉本体の内周壁は、高温に晒されることから耐火構造となっており、溶融スラグとガス雰囲気との境界線であるスラグラインの位置には、煉瓦の耐火物が配置されている。また、煉瓦の上部であって、ガス雰囲気中でも、気相部煉瓦の耐火物が配置されている。
このようなスラグライン位置煉瓦及びガス雰囲気に位置する煉瓦としては、比較的少ない量のＳｉＣを含む素材を酸化雰囲気で焼成したものが用いられている。なお、炉本体の外周部は、スタンプ及び鉄皮を介して設けられた水冷ジャケットにより覆われ、この水冷ジャケットの内部を流通する冷却水によって炉本体の外周部を冷却している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の溶融炉の耐火構造では、スラグ部耐火物においてＳｉＣ量の少ない耐火物中に元々存在していたＳｉＯ２及び焼成中にＳｉＣが酸化して生成したＳｉＯ２が溶融スラグと反応して大きな侵食を受けていた。また、スラグ部耐火物中のＳｉＣ量が少ないと、熱伝導性が低く、冷却効果が十分でないので、侵食を助長していた。
一方、従来の気相部耐火物としてはＳｉＣ量の多いものを用いると、排ガスによる酸化がスラグ部耐火物の侵食よりも高速で進行するため、その下のスラグ部耐火物が上方及び横方向から二面加熱を受け、耐火物温度が上昇して侵食が加速することが予想された。
【０００５】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳｉＣ量の多い耐火物の使用により熱伝導率が向上し、冷却効果の高まりによって寿命が延び、溶融スラグなどに対する炉本体の耐食性向上を図ることが可能な溶融炉の耐火構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の有する課題を達成するために、本発明においては、炭化ケイ素骨材に金属Ｓｉと炭素を混合して成形し、かつ酸化防止剤としてＳｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃのいずれか或いはすべてを含み、非酸化雰囲気で焼成された、ＳｉＣを９０ｗｔ％以上含む自己焼結型の耐火物を、溶融スラグとガス雰囲気との境界線付近に位置する炉本体の内周壁に配置し、前記耐火物の上部であって、ガス雰囲気中の炉本体の内周壁に酸化物系耐火物を配置し、前記耐火物と前記酸化物系耐火物との間にＳｉＣ９０ｗｔ％以上の目地材を充填している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に係る耐火構造が適用された溶融炉を示す概略断面図である。本実施形態のプラズマ灰溶融炉１は、図１に示す如く、有底円筒状に形成された耐火構造の炉本体２を有しており、該炉本体２の下部側面には、溶融スラグ３、溶融メタル４及び排ガス５を排出する出滓口６と下り傾斜の出滓樋７が設けられている。溶融スラグ３は、溶融炉１の炉本体２から出滓口６を経て溢れ出るオーバフロー方式で排出されるようになっている。
また、炉本体２の上下部中央には、図示しない直流電源装置に接続される主電極８及び炉底電極９が配設され、主電極８には図示しない窒素ガス発生装置から窒素ガスが送給されるように構成されており、投入された焼却灰を高温プラズマ１０で加熱することによって溶融するようになっている。このため、炉本体２の出滓口６と反対側の上部側面には、廃棄物などの焼却灰を炉本体２内に投入する灰投入口等（図示せず）が設けられている。
【０００９】
上記炉本体２の内周壁は、溶融スラグ３とガス雰囲気１１との境界線であるスラグラインＬの高さ位置付近に設けられるスラグ部煉瓦１２や、該スラグ部煉瓦１２の上部に設置される気相部煉瓦１３などの耐火物を周方向に沿って隙間なく多数個配置し、かつ積み重ねることによって構成されており、上下及び周方向の隣接する煉瓦同士間には目地材（モルタル）１４が充填されている。そして、炉本体２の外周部は、充填材のスタンプ１５及び鉄皮を介して設けられた水冷ジャケット１６によって覆われており、この水冷ジャケット１６の内部を流通する冷却水によって炉本体２の外周部が冷却されている。
【００１０】
上記スラグ部煉瓦１２は、高温（１４００〜１６００゜Ｃ）の溶融スラグ３と接触する箇所に設けられている。そのため、スラグ部煉瓦１２としては、ＳｉＣ９０ｗｔ％以上、好ましくはＳｉＣ９５ｗｔ％が含まれ、かつ非酸化雰囲気で焼成された自己結合型（セルフボンディング）、或いは窒化ケイ素結合型の耐火物が用いられている。ＳｉＣ量が９０ｗｔ％以下であると、溶融スラグ３に対する耐食性が十分でなく、炉本体２の冷却効果も不十分となる。
【００１１】
窒化ケイ素結合型は、炭化ケイ素骨材に金属Ｓｉを混合して成形すると共に、窒素雰囲気中で加熱し、Ｓｉ３Ｎ４を形成して結合材とする方法である。自己焼結型は、炭化ケイ素骨材に金属Ｓｉと炭素を混合して成形すると共に、非酸化雰囲気中（カーボンブリーズと一緒に耐火物を焼成する場合も含む）で加熱し、ＳｉＣを形成する方法である。
しかも、スラグ部煉瓦１２間の目地材１４は、ＳｉＣ９０ｗｔ％以上のモルタルで形成されている。なお、酸化防止剤として、Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃのいずれか、或いはすべてを含む。
【００１２】
また、上記気相部煉瓦１３は、ガス雰囲気１１中の排ガス５と接触する箇所にクロムなどを含む酸化物系耐火物が用いられている。本実施形態のプラズマ溶融炉１では、灰がスラグ内を流れる電流のジュール発熱によって溶融するため、スラグは灰の溶融温度である１２５０℃以上（１４００〜１６００℃程度）であり、耐火物表面温度は１０００〜１１００℃程度であったことになる。また、炉内は還元雰囲気で、雰囲気温度はスラグ温度よりも低い１０００〜１３００℃程度であった。スラグはオーバフローで出滓されるため、出滓状況によって数十ｍｍ程度上下することもあるが、液面は基本的には一定である。
【００１３】
本発明の実施形態に係る溶融炉１の耐火構造では、炉本体２の内周壁を構成する耐火物のうち、溶融スラグ３の高温に晒されるスラグラインＬ付近に、ＳｉＣ９０ｗｔ％以上を含み、非酸化雰囲気で焼成した自己結合型或いは窒化結合型のスラグ部煉瓦１２が配置され、スラグ部煉瓦１２の上部で排ガス５の影響を受けるガス雰囲気１１中に酸化物系耐火物の気相部煉瓦１３が配置されているため、溶融スラグ３及び排ガス５に対する耐食性を向上させることができる。
この結果は、図２及び３で示されている。図２は、スラグ部煉瓦１２についてＳｉＣ含有量が増大した場合の侵食グラフを示したものであり、試験温度が１２５０℃、１３００℃、１４００℃及び１５００℃のいずれの場合も、ＳｉＣ含有量が９０ｗｔ％以上であると、侵食量が低減していることが分かる。また、図３は、気相部についてＳｉＣとＣｒ２Ｏ３を比較した侵食データを示したものであり、ＳｉＣ系耐火物よりもクロムなどを含む酸化物系耐火物の方が侵食量は小さく、気相部煉瓦１３としては、後者のクロムなどを含む酸化物系耐火物を用いた方が良いことが分かる。
しかも、本実施形態の耐火構造では、スラグ部煉瓦１２の存在により溶融スラグ３に対する濡れ性が悪くなり、溶融スラグ３の浸透を抑制すると共に高硬度であるため、高硬度が増してスラグ流動に対する耐磨耗性を高く、炉本体２の耐久性向上を図ることができる。
また、本実施形態の耐火構造では、ＳｉＣ量の多い耐火物を用いているため、熱伝導性の向上に伴い冷却効果を高めることができると共に、炉本体２の寿命を延ばすことができる。しかも、スラグ部煉瓦１２間には、ＳｉＣ９０ｗｔ％以上の目地材１４が充填されているため、目地材１４の損傷によって溶融スラグ３がこれら煉瓦の間に侵入するのを防ぎ、炉本体２の耐久性をより一層向上させることができる。
【００１４】
以上、本発明の実施形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態では、プラズマ灰溶融炉１の炉本体２に適用したが、本発明の耐火構造は、プラズマ灰溶融炉以外の抵抗溶融炉、アーク式溶融炉などの溶融炉に適用しても良い。
【００１５】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る溶融炉の耐火構造は、炭化ケイ素骨材に金属Ｓｉと炭素を混合して成形し、かつ酸化防止剤としてＳｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃのいずれか或いはすべてを含み、非酸化雰囲気で焼成された、ＳｉＣを９０ｗｔ％以上含む自己焼結型の耐火物を、溶融スラグとガス雰囲気との境界線付近に位置する炉本体の内周壁に配置し、前記耐火物の上部であって、ガス雰囲気中の炉本体の内周壁に酸化物系耐火物を配置し、前記耐火物と前記酸化物系耐火物との間にＳｉＣ９０ｗｔ％以上の目地材を充填しているので、熱伝導率が向上し、冷却効果が高まると共に、溶融スラグに対する耐食性及び耐摩耗性が向上し、炉本体の寿命を延ばすことができると共に、溶融スラグによる目地材の損傷を避けることが可能となり、溶融スラグがスラグ部の耐火物間に侵入するのを防ぎ、炉本体の耐久性をより一層向上させることができる。しかも、本発明の耐火構造によれば、スラグ部の耐火物が上方および横方向の二面から加熱を受けて温度上昇して加速度的に侵食されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る耐火構造が適用された溶融炉を示す断面図である。
【図２】スラグ部の耐火物について、ＳｉＣ含有量と侵食量との関係を示す侵食グラフである。
【図３】気相部について、ＳｉＣとＣｒ２Ｏ３を比較した場合の侵食量を示す線図である。
【符号の説明】
１  プラズマ灰溶融炉
２  炉本体
３  溶融スラグ
４  溶融メタル
１１  ガス雰囲気
１２  スラグ部煉瓦
１３  気相部煉瓦
１４  目地材
Ｌ  スラグライン
【図１】
0003712621.tif 000002
【図２】
0003712621.tif 000003
【図３】
0003712621.tif 000004