(57)【要約】【課題】  廃棄物を燃焼溶融しスラグ化する炉において、炉内壁を構成する耐火材の溶融スラグに対する耐食性を向上することを目的とする。【解決手段】  耐火性主材９５〜９９．５ mass％（酸化アルミニウム、またはマグネシアスピネルとから構成される）と結合材０．５〜５ mass％を含む耐火材であって、イオン半径の大なるアルカリ元素Ｒを含むアルミン酸アルカリ（ＲＡｌＯ２；Ｒ＝カリウム、ルビジウム、セシウム）を外掛けで５〜２５重量％添加材として含む炉内壁用耐火材。ここで、マグネシアスピネルとは、ＭｇＡｌ２Ｏ４結晶を含み、ＭｇＯ成分を５．７〜３８．５重量％含み、かつＭｇＯ成分とＡｌ２Ｏ３成分の合計が９５重量％以上あるものをいう。【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニウム又はマグネシアスピネルから構成される耐火主材９５〜９９．５ mass％と結合材０．５〜５ mass％を含む耐火材であって、アルミン酸アルカリ（ＲＡｌＯ２；Ｒ＝カリウム、ルビジウム、セシウム）を外掛けで５〜２５重量％含有してなる炉内壁用耐火材。ここで、マグネシアスピネルとは、ＭｇＡｌ２Ｏ４結晶を含み、ＭｇＯ成分を５．７〜３８．５重量％含み、かつＭｇＯ成分とＡｌ２Ｏ３成分の合計が９５重量％以上あるものをいう。
【請求項２】
前記結合材がアルミナセメント又は乳酸アルミニウムである請求項１記載の炉内壁用耐火材。
【請求項３】
廃棄物を焼却処理して生じる灰分を加熱して溶融スラグとする溶融炉であって、請求項１又は２に記載の炉内壁用耐火材を炉壁材として用いた廃棄物燃焼溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内壁用耐火材に関するものであり、かつ、廃棄物（家庭やオフィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄物、廃プラスチック、カーシュレッダー・ダスト、電子機器、化粧品などの産業廃棄物など、可燃物を含むもの）を焼却処理して生ずる灰分を加熱して溶融スラグとする溶融炉であって、該炉内壁用耐火材を炉壁材として用いて内面を構成した廃棄物燃焼溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物は例えば廃棄物処理装置を用いて処理される。この廃棄物処理装置において、例えば、廃棄物は、熱分解反応器に搬送されて熱分解され、乾留ガスと不揮発性の熱分解残留物とになり、熱分解残留物が燃焼溶融炉に導入されて溶融され、スラグとして取り出されることになる。
【０００３】
例えば、都市ごみ等の一般廃棄物や廃プラスチック等の可燃物を含む廃棄物の処理装置の一つとして、廃棄物を熱分解反応器に入れて低酸素雰囲気下で加熱して熱分解し、熱分解ガス（乾留ガス）と主として不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成し、この熱分解ガスと熱分解残留物とを排出装置において分離し、さらに熱分解残留物を不活性雰囲気下の冷却装置で冷却して後、分離装置に供給して熱分解カーボンを主体とする燃焼性成分と、例えば金属や陶器、砂利などの不燃焼性成分とに分離し、燃焼性成分を分際して粉体とし、この粉砕された燃焼性成分と前記した熱分解ガスとを燃焼溶融炉に導いて燃焼させ、生じた燃焼灰をその燃焼熱により加熱して溶融スラグとなし、この溶融スラグは耐火材で覆われた炉内面を伝って流下し、排出部から外部に排出して冷却固化させるようにした廃棄物処理装置が知られている（特公平６−５６２５３号公報）。
【０００４】
炉内壁用耐火材は鉄鋼、非鉄、セメント、ガラス、窯業など高温処理を必要とする工業の窯炉やボイラ、廃棄物焼却炉などに使用される。溶融スラグと接触する環境での使用においては、酸素分圧、アルカリ分圧などの気相側環境と共に溶融スラグの関与する過酷な高温腐食も考慮する必要がある。
【０００５】
一般に、酸素分圧の高い場合においては酸化物系耐火物が使用される。空気で燃焼溶融する廃棄物処理での酸化物系耐火物の場合、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３（アルミナ）を主体とする中性耐火物、または、アルミナと酸化マグネシウムＭｇＯ（マグネシア）との化合物マグネシアスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４が選ばれることがある（特開２００４−２１７５１７号公報、特開２００２−１２８５７３号公報）。
【０００６】
しかしながら溶融スラグは、塩基度が低く、また塩素やイオウなどの酸化性ガスが共存するため、アルミナやマグネシアなどの耐火材成分の溶解度が高いことに加え、これらの溶解成分のスラグ中の濃度増加に際し粘性が特段増加しない。従って、これらの耐火材のスラグ中への溶解が継続的に進行し、耐火材が減肉するので、耐火材の耐食性が悪化してしまう。
【特許文献１】特公平６−５６２５３号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７５１７号
【特許文献３】特開２００２−１２８５７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、廃棄物を燃焼溶融してスラグ化する炉の壁に用いて炉内壁を構成した場合でも溶融スラグ中に溶解しにくくして、溶融スラグに対する耐食性を向上させた炉内壁用耐火材、および該耐火材を炉壁材として用いた廃棄物燃焼溶融炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、酸化アルミニウム又はマグネシアスピネルから構成される耐火主材９５〜９９．５ mass％と結合材０．５〜５ mass％を含む耐火材であって、アルミン酸アルカリ（ＲＡｌＯ２；Ｒ＝カリウム、ルビジウム、セシウム）を外掛けで５〜２５重量％含有してなる炉内壁用耐火材を要旨とする。ここで、マグネシアスピネルとは、ＭｇＡｌ２Ｏ４結晶を含み、ＭｇＯ成分を５．７〜３８．５重量％含み、かつＭｇＯ成分とＡｌ２Ｏ３成分の合計が９５重量％以上あるものをいう。
【０００９】
また、本発明は、廃棄物を焼却処理して生ずる灰分を加熱して溶融スラグとする溶融炉であって、上記炉内壁用耐火材を炉壁材として用いた廃棄物燃焼溶融炉を要旨とする。
【００１０】
本発明では、アルミン酸アルカリ（ＲＡｌＯ２；Ｒ＝カリウム、ルビジウム、セシウム）を用いており、このアルミン酸アルカリではカリウム、ルビジウム、セシウムのようなイオン半径の大なるアルカリ元素Ｒを含んでいるため、Ｒ陽イオン−酸素間引力が小さく、溶融スラグ中への耐火材の溶解に際し系の塩基度を上昇させるため、アルミナが網目形成酸化物として挙動する割合が高くなり、アルミニウムイオンと酸素イオンが無機高分子鎖を形成する。そのため、溶融スラグの粘性が高まり、耐火材から溶融スラグへの物質移動速度が低下する。従って、耐火材の耐食性が向上することになる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明によれば、アルミン酸アルカリ（ＲＡｌＯ２；Ｒ＝カリウム、ルビジウム、セシウム）を用いたために、廃棄物を燃焼溶融してスラグ化する炉の壁に用いて炉内壁を構成した場合でも溶融スラグ中に溶解しにくくしてスラグ粘性を高め、溶融スラグに対する耐食性を向上させた炉内壁用耐火材、および該耐火材を炉壁材として用いた廃棄物燃焼溶融炉を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の炉内壁用耐火材は、酸化アルミニウムまたはマグネシアスピネルから構成される耐火性主材９５〜９９．５ mass％と結合材０．５〜５ mass％を含む耐火材であって、アルミン酸アルカリ（ＲＡｌＯ２；Ｒ＝カリウム、ルビジウム、セシウム）を外掛けで５〜２５重量％含有してなる。ここで、マグネシアスピネルとは、ＭｇＡｌ２Ｏ４結晶を含み、ＭｇＯ成分を５．７〜３８．５重量％含み、かつＭｇＯ成分とＡｌ２Ｏ３成分の合計が９５重量％以上あるものをいう。
【００１３】
マグネシアスピネルは、マグネシアとアルミナをＭｇＯ：２３〜６０％、
Ａｌ２Ｏ３：４０〜７７％の範囲になるように混合した原料混合物を焼成する方法、または、該原料混合物を電気溶融法により溶融し、冷却、粉砕した後、整粒する方法などで作製される。
【００１４】
結合材としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルミナセメント、乳酸アルミニウム等を挙げることができる。
【００１５】
ここで、アルミン酸アルカリの含有量が５重量％より少ないと、溶融スラグの粘性向上の効果が発現しない。また、その含有量が２５重量％より多いと、炭酸ガスや水分の吸収による不安定性が現れ、実用性が消失する。
【００１６】
このようにしてなる本発明の炉内壁用耐火材を廃棄物燃焼溶融炉のような炉の炉壁材として用いる場合には、該耐火材の不定形物、または焼結物を用いて内壁面を構成すればよい。
【００１７】
必要に応じて、分散剤又は硬化調整剤を加えてもよい。
【００１８】
硬化調整剤には、硬化促進剤と硬化遅延剤とがあり、硬化促進剤としては、炭酸カリウム等が好ましく使用でき、硬化遅延剤としては、シュウ酸、ホウ酸等が好ましく使用できる。
【実施例１】
【００１９】
（実施例１）
母材をアルミナおよび／又はマグネシアスピネルとし、添加材としてアルミン酸カリウムを、また結合材として乳酸アルミニウムを用い、表１に示す組成１〜組成４のような配合で混合、成形、焼結し、丸棒状試料を作製した。これを、表３に示す組成の実機採取スラグに浸漬し腐食させる試験を行った。所定の温度・時間の浸漬の後、試料を切断し、実験前後の外径の変化から腐食量を求めた。その結果、表１に示すような腐食指標が得られた。ここで、腐食指標は、同一温度で焼結したアルミナにおける同一腐食条件での減肉量を１００とし、各試料の減肉量の相対値で示す。この指標が小さい程、耐食性が高い。
【００２０】
（実施例２）
アルミン酸アルカリとして、アルミン酸ルビジウムを用いることを除いて実施例１と同様の試験を行った。その結果、表１の組成５の欄に記述したような耐食性能が得られた。この耐食性能は、表２に示すアルミナ単独や、マグネシアスピネル単独の場合より優れており、本アルミン酸材料が溶融スラグ粘性を高めたことに起因するものと解釈される。
【００２１】
（実施例３）
アルミン酸アルカリとして、アルミン酸セシウムを用いることを除いて実施例１と同様の試験を行った。その結果、表１の組成６の欄に記述したような耐食性能が得られた。この耐食性能は、表２に示すアルミナ単独や、マグネシアスピネル単独の場合より優れており、本アルミン酸材料が溶融スラグ粘性を高めたことに起因するものと解釈される。
【００２２】
（比較例１）
母材をアルミナ又はマグネシアスピネルとし、アルミン酸アルカリを添加しないことを除いて実施例１と同様の試験を行った。その結果を表２に示す。
【００２３】
表１、表２の比較から、アルミン酸アルカリを添加した試料において、優れた耐食性能が認められた。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
【表３】
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