(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比でＣａＯ／ＳｉＯ２が０．３〜１．５で且つアルカリ２〜７質量％と塩素を含むスラグを炉内容物とする、廃棄物を溶融減容する廃棄物ガス化溶融炉に内張りされる不定形耐火物であって、化学成分値でＴｉＯ２を２〜４質量％含有する電融アルミナ１０〜８０質量％、残部が炭化珪素を主体とした耐火原料にアルミナセメントおよび分散剤を添加し、且つ耐火原料全体に占める割合で前記電融アルミナのうち９質量％以上を粒径１ｍｍ以下としたことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉用不定形耐火物。
【請求項２】
耐火原料が、さらに揮発シリカを１０質量％以下含む請求項１記載の廃棄物ガス化溶融炉用不定形耐火物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物ガス化溶融炉に使用する不定形耐火物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物処理炉はダイオキシン発生の抑制と、廃棄物のさらなる減容化のために、その操業条件は過酷化の一途をたどっている。例えば、都市ごみ焼却炉の操業温度は従来の８００〜１０００℃から、ダイオキシン発生の抑制を目的として１０００〜１２００℃で行なわれるようになった。また、１４００〜１５００℃あるいは１６００℃以上といった超高温で廃棄物を溶融減容するガス化溶融炉が出現している。
【０００３】
廃棄物処理炉の内張り耐火物は、廃棄物成分からくるナトリウム等のアルカリおよび塩素等の酸による腐食、あるいは廃棄物が溶融したスラグで侵食される。
【０００４】
炉の操業で発生するクリンカー、灰またはスラグの成分は、質量比でＣａＯ／ＳｉＯ２：０．３〜１．５であり、アルカリ含有量は２〜７質量％である。操業温度の上昇によってこのアルカリおよび塩素による腐食・侵食作用は激しくなる。
【０００５】
耐火物の用途としては、例えば製鉄産業における高炉、溶融金属容器等の内張りがある。ここでの耐火物の損耗は溶融金属およびそのスラグである。これに対し、廃棄物処理炉の内張りの損耗は、廃棄物からのナトリウム等のアルカリおよび塩素等の酸、あるいはこれらの成分を含むスラグに原因したものである。また、廃棄物処理炉は内容物全体がクリンカー、灰またはスラグである。
【０００６】
高炉、溶融金属容器の内張り耐火物の損耗もスラグが一因であるが、廃棄物処理炉とはスラグ成分が異なり、しかも高炉、溶融金属容器でのスラグは溶融金属上に浮遊する僅かな量である。したがって、高炉、溶融金属容器と本発明が対象とする廃棄物処理炉とは、耐火物の損耗機構がまったく異なる。
【０００７】
ガス化溶融炉は１６００℃以上の温度でも操業される。この温度は例えば高炉、溶融金属容器等に貯留する溶融金属より高温であり、廃棄物からのナトリウム等のアルカリおよび塩素等の酸による損耗作用はきわめて激しい。
【０００８】
廃棄物処理炉の内張り耐火物は、定形耐火物と不定形耐火物とに大別される。定形耐火物の施工はレンガ積み作業であり、重労働でしかも高度な技術を要することから、不定形耐火物による内張りが汎用されている。
【０００９】
廃棄物処理炉用の不定形耐火物としては、アルミナ質・シリカ−アルミナ質（特開平１１−７９８７１号公報）、アルミナ−炭化珪素質（特開２０００−２０３９５２号公報）、アルミナ−クロミア質（特開平１０−３２４５６２号公報）等が知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のアルミナ質、アルミ−ナシリカ質およびアルミナ−炭化珪素質の不定形耐火物は、近年の廃棄物処理炉の高温操業では十分な耐用性が得られない。また、アルミナ−クロミア質などもクロム含有材質は廃棄物処理炉スラグの浸透防止に効果的である反面、耐火物中の酸化クロムが有害な六価クロムに変化し、環境汚染の原因となるため好ましくない。
【００１１】
本発明は、操業条件が過酷な近年の廃棄物ガス化溶融炉においても十分な耐用性を発揮し、しかも環境汚染の問題が無い不定形耐火物を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、質量比でＣａＯ／ＳｉＯ２が０．３〜１．５で且つアルカリ２〜７質量％と塩素を含むスラグを炉内容物とする、廃棄物を溶融減容する廃棄物ガス化溶融炉に内張りされる不定形耐火物であって、化学成分値でＴｉＯ２を２〜４質量％含有する電融アルミナ１０〜８０質量％、残部が炭化珪素を主体とした耐火原料にアルミナセメントおよび分散剤を添加し、且つ耐火原料全体に占める割合で前記電融アルミナのうち９質量％以上を粒径１ｍｍ以下としたことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉用不定形耐火物である。
【００１３】
廃棄物処理炉用不定形耐火物としてアルミナ−炭化珪素質は前記したように既に公知である。本発明はこのアルミナ−炭化珪素質において、アルミナとして特定量のＴｉＯ２を含有した電融アルミナを使用する。
【００１４】
通常、耐火物原料として使用されるアルミナはＡｌ２Ｏ３純度が高いことが望ましい。ＴｉＯ２はＳｉＯ２等と共に不純物として認識され、耐火物の耐火度、耐食性の低下の原因と考えられている。アルミナ−炭化珪素質不定形耐火物の溶銑・溶鋼に対する耐食性試験において、Ａｌ２Ｏ３純度が低いアルミナは電融品、焼結品を問わず、それを使用した耐火物は耐食性が大きく低下することも事実である。
【００１５】
これに対し廃棄物処理炉の耐火物では、アルミナ−炭化珪素質不定形耐火物において、特定量のＴｉＯ２を含有した電融アルミナの使用によって耐用性が格段に向上する。その理由は以下のとおりと考えられる。
【００１６】
電融アルミナに含有するＴｉＯ２は、他成分であるＡｌ２Ｏ３と反応し、自ずとＴｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系のガラス相を形成する。そして、このＴｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系のガラス相は廃棄物成分からのアルカリあるいは酸の浸透を防止する作用をもつ。
【００１７】
また、炭化珪素は他の耐火原料と反応し難い原料であるが、電融アルミナのＴｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系ガラス相が炭化珪素粒子との焼結に作用して耐火物組織を緻密化する。しかも、例えばＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系のガラス相に比べ、ＴｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系ガラス相は特に１０００℃以上の高温下に安定している。このことも、アルカリあるいは酸の浸透防止に大きく寄与していると考えられる。
【００１８】
本発明の不定形耐火物は、近年のガス化溶融炉においてその真価を発揮する。また、クロム成分を含まないことで環境汚染の問題もない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明では、化学成分値でＴｉＯ２を２〜４質量％含有する電融アルミナを１０〜８０質量％使用する。１０質量％未満での使用では本発明の耐用性の効果が得られない。
【００２１】
ここで使用するＴｉＯ２含有の電融アルミナにおいて、ＴｉＯ２含有量が２質量％未満では本発明の耐用性の効果が得られず、４質量％を超えるとガラス相の生成量が過多となって耐食性に劣る。
【００２２】
このＴｉＯ２含有の電融アルミナのＡｌ２Ｏ３純度は９３質量％以上が好ましい。Ａｌ２Ｏ３およびＴｉＯ２以外の成分としては、不可避的に含有される例えばＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３に、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ等であり、これらは合計量で２．５質量％以下が好ましい。
【００２３】
このＴｉＯ２含有の電融アルミナの製造方法は特に限定されるものではない。例えば、バイヤー法で得た水酸化アルミニウムからの仮焼アルミナにＴｉＯ２源としてルチル型あるいはアナターゼ型のチタニアを添加する、あるいはＴｉＯ２を本発明で限定した範囲内のアルミナ質天然原料を選択使用し、これらを電気炉で溶融し、冷却して結晶化させて製造する。
【００２４】
ＴｉＯ２含有のアルミナであっても、焼結品では本発明の効果が得られない。これは、焼結品の焼成温度が一般に１８００℃〜２０００℃に対し、電融品の溶融温度は２０００℃以上であり、この処理温度の違いから焼結品は電融品に比べてＡｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２系のガラス相の形成量が少ないためと思われる。
【００２５】
このＴｉＯ２含有の電融アルミナを本発明で限定した割合で使用する以上は、他のアルミナを併用してもよい。例えば、焼結アルミナ、ボーキサイト、ムライト、あるいはＴｉＯ２含有量が本発明の範囲より少ない電融アルミナである。また、アルミナの微粉部には微粉として入手し易い仮焼アルミナを使用してもよい。
【００２６】
炭化珪素は耐スラグ性及び耐熱衝撃性の効果をもつ。また、本発明ではＴｉＯ2を含有する電融アルミナとの組み合わせによって耐用性を向上させる。ＳｉＣ純度は特に限定されないが、９０質量％以上のものが好ましい。耐火原料に占める割合は、前記した電融アルミナの残部の主体となるものであり、例えば１５〜９０質量％、さらに好ましくは２０〜９０質量％である。
【００２７】
アルミナ、炭化珪素それぞれの粒度は、耐火物が密充填組織となるように粗粒、微粒に適宜調整する。
【００２８】
本発明の効果を損なわない範囲であれば、耐火原料としてさらにジルコン、ジルコニア、マグネシア、ドロマイト、スピネル、炭素等を組み合わせてもよい。
【００２９】
また、揮発シリカを例えば１０質量％以下、好ましくは１〜８質量％の範囲で組み合わせてもよい。揮発シリカはシリコンまたは珪素合金製造の際の副産物として得られ、シリカフラワーまたはマイクロシリカ等の商品名で市販されている平均５μｍ以下の超微粉である。流し込み施工時の流動性付与と施工体の緻密化に効果がある。
【００３０】
結合剤、分散剤の添加は従来技術と変わりない。また、必要により、Ａｌ、Ｓｉ等の金属粉、有機繊維、硬化調節剤、粗大粒子、乳酸アルミニウム、ガラス、乾燥促進剤等を添加してもよい。
【００３１】
結合剤としては施工体強度の面からアルミナセメントとする。結合剤の添加量は、耐火原料１００質量％に対し外掛けで１〜１０質量％が好ましい。
【００３２】
分散剤は解こう剤とも称され、種々のものが知られている。その種類について何ら限定するものではないが、例えばトリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、クエン酸ソーダ、カルボキシル基含有ポリエーテル系分散剤、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ等が使用される。その添加割合は、耐火原料１００質量％に対する外掛けで０．０１〜０．５質量％が好ましい。
【００３３】
施工には以上の不定形耐火物の配合組成物に水分を外掛け５〜７質量％添加して混練し、型枠を用いて流し込み施工する。流し込みの際には振動を付与して充填を図る。施工後は養生・乾燥させる。
【００３４】
また、炉に直接流し込み施工する他、別の場所で型枠に流し込み施工し、乾燥したプレキャスト品を炉に内張りしてもよい。
【００３５】
【実施例】
以下に本発明実施例およびその比較例を説明する。また、同時に各例の試験結果を示す。表１は各例で使用したアルミナの蛍光Ｘ線分析法（ＪＩＳ  Ｒ２２１６）による化学成分値、表２は本発明実施例、表３はその比較例である。
【００３６】
【表１】
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【表２】
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【表３】
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各例は表に示す不定形耐火物の配合組成物に水分を外掛け５．５質量％添加し、ミキサーにて混練したものを金属製の型枠に流し込んだ。その際、型枠に振動を付与し、充填を促進した。ついで、２４時間養生し、脱型後、１１０℃×２４時間乾燥し、４０×４０×長さ１６０ｍｍの試験片を得た。試験方法以下のとおりである。
【００３７】
かさ比重：ＪＩＳ  Ｒ２２０５に準じて測定した。
【００３８】
曲げ強さ：ＪＩＳ  Ｒ２５５３に準じて測定した。
【００３９】
耐アルカリ性：ＪＩＳ  Ｒ２２１４に準じ、るつぼ形状に成形した試験片に炭酸ソーダ粉末５０ｇ入れ、蓋をした状態で電気炉にて加熱した。加熱条件は１０００℃×５時間と、１５００℃×５時間の二種類とした。
【００４０】
るつぼ型試験片の変化で耐アルカリ性を評価した。◎…変化なし。○…アルカリ成分が僅かに浸潤。△…アルカリ成分の浸潤が大きく、膨張が見られる。×…アルカリ成分との反応でキレツ発生および膨張が著しく、るつぼ形状が変形。
【００４１】
侵食試験：ガス化溶融炉から排出したスラグを溶剤とし、１６５０℃×１０時間での回転侵食試験を行なった。侵食寸法を測定し、比較例１の侵食寸法を１００とした指数で示した。数値が小さいほど耐食性に優れていることを示す。
【００４２】
実機試験：一日あたりのごみ処理量が１００ｔのガス化溶融炉に内張りし、１２ヶ月間の使用後において、損耗速度（ｍｍ／ｍｏｎｔｈ）を測定した。このガス化溶融炉の操業温度は１６００〜１８００℃。また、そのスラグ成分は重量％で、ＳｉＯ２：４２．８、ＣａＯ：３１．７、Ａｌ２Ｏ３：１２．４、Ｆｅ２Ｏ３：４．８、Ｎａ２Ｏ：３．７、（ＣａＯ／ＳｉＯ２：０．７４）であった。
【００４３】
試験結果が示すとおり、本発明の実施例はいずれも耐アルカリ性の試験、耐食性の試験共に優れた結果を示している。また、耐アルカリ性の試験は１０００℃、１５００℃の二種の試験を行なったが、従来材質に相当する比較例１にくらべ、ガス化溶融炉の操業条件を想定した１５００℃での試験においてその効果がより顕著である。
【００４４】
これに対し、ＴｉＯ２を含まない通常の電融アルミナＤを使用した比較例１は、耐アルカリ性において大幅に劣る。ＴｉＯ２を含む電融アルミナＡの使用量が本発明の範囲より少ない比較例２、ＴｉＯ２を含まない通常の焼結アルミナを使用量した比較例３は、いずれも耐アルカリ性および耐食性に劣る。
【００４５】
ボーサイトを使用量した比較例４、アルミナを使用しない比較例５、アルミナの合計量が本発明の範囲内より多い比較例６についても、いずれも耐アルカリ性および耐食性に劣る。
【００４６】
実機試験では、従来のアルミナ−炭化珪素質不定形耐火物に相当する比較例１にくらべ、実施例２、３、９はいずれも溶損速度が小さく、優れた耐用性が得られた。このように、実機試験においても本発明の効果は歴然としている。
【００４７】
【発明の効果】
近年、廃棄物ガス化溶融炉はその高温操業により、耐火物の使用条件が過酷化している。また、耐火物の損耗機構は廃棄物成分からのアルカリ、酸に起因したもので、廃棄物ガス化溶融炉特有のものである。
【００４８】
本発明は以上の実施例の試験結果が示すように、廃棄物ガス化溶融炉用の不定形耐火物として優れた耐用性を発揮する。しかも、クロムを使用しないことから、処理排出物による環境汚染の問題もない。