神 鋼ファウ

Shinko･Pfaudler.

ー･技 報Reports
Engineering

1L985

目

次

ド

ラ

Vol.29No.2

通巻105号

CONTENTS

1o放射能蓄積抑制対策としての表面処理‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑
Surface

TreatmentforControlingtheAccumulationofRadioactivity

o高圧用メカニカルシール‑‑･･･‑‑･‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑･‑‑‑8
High

Pressure

MechanicalSealoライニンググラス‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑･‑･‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑14
LiningGlassoクライオロックアジテ一夕･‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑･‑･‑‑‑‑‑‑･･21"Cryo‑1ock

Agitatoro低騒音乾湿併用形冷却塔に関する白煙観測結果報告‑‑‑‑‑‑‑･‑･‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑‑‑24
ReportNoise
Observation
for W/D
Coolingof Visible Plumeand Low
ABCシ′ステム‑‑‑‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑27o創エネルギーの実証:ABCsystemTower

has Demonstrated

the Profit of Energy

Production

through

Treatment

Wastewatero=ベルトプレス脱水機〃運転報告‑‑+‑:‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑･‑‑･‑‑‑‑･‑‑‑‑･‑35
Operatingoニューグラス
New

Glass

Reportof "BELTPRESSDEHYDRATOR#9000‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑‑･‑‑･‑･‑･･‑‑･‑40#9000

o社内ニュース‑∴‑‑･･‑‑‑‑‑‑‑‑･･‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑‑･t･‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑=･‑･=42
TOPICS<表紙写真説明>
凝集沈殿･重力炉過(2基),
2床3塔式仝塩脱塩装置(2系列)および海床式ポリシャ(2基)からなるボイラー次給水処理装置を関西電力㈱御坊発電所殿に納入した｡
写真は装置の一部であるイオン交換装置で,600MW発電機(3基)用の超臨界圧ポイヲ(3義)に対して,超高純度の純水を1系列当り50m3/h供給している.
A

boilerfeed watertteatmetlt Systemting of a coagulator, two gravity
primary demineralizerswithtwo

filters,.two

COnSis･train

mixed bed poli･
powershers has been installed at Gobo
station ofThis is a photo of
the I(ansai Electric Company.
exchangeunits of the demineralizer
feed 50m3/h
pertrain of highly pure

which

has
to

super

boilers

MW

ion

Generator.

crificalfor

3 units

600

water

放射能蓄積抑制対策としての表面処理
Surf"eTrec[11men†forControling

Accumdcrrion

1.he

Rc[dio耶Iiyil.yof

技術開発本部和田Koichi

ln

the

power

nuclearofaccum山ation
Surfacetreatment
glasteel⑳

ま

え

が

are

it is necessaryplant,

for savmg

radioactivity
for

very

equipment

techniques

and

to

the
reduceinspection.

of fixed

cost

especiallymaterials,
the accumulation
reducetoeffective

developtoman‑rem

electropolislling
of

耕

Wada

and

radioactivity.

る｡

き原子力発電所においては,一次系機器,配管へのクラックラッドの発生と移行R:ついて数多くの研究があり,メドの付着がそれらの表面線量を上昇させている｡そのためカニズムが次第に明らかになりつつある｡そのメカニズム
はおおよそ次の5つの過程からなると考えられている｡

ほほ年1回の割に実施されている発電所の定期検査時の作業員の個人被ばく量を増加させることVLなる｡それに対1 )炉水による機器材料の腐食(腐食生成物の発生)

し,発電所では,作業員を増員し通常1人で済む作業を22)腐食生成物の機器表面からの放出
3 )腐食生成物の燃料棒表面への付着(腐食生成物の放射･‑3人で交代で実施するなど,個人被はく量の低減を計っている｡このため,作業時間が士曽加し,それに伴なって定期検査期間の増加とコスllの増大をまねいている｡現在

化)4 )燃料棒表面からの放射性腐食生成物の離脱

110万KW級の原子力発電所を1日休ませると約1億円の損失になるといわれており,原子力発電所にとって,5 )放射性腐食生成物の機器表面への付着

1次

この状況を模式図的に表わすと第1図1)のようになる｡

系機器,配管のクラッド蓄積抑制対策はきわめて重大な課

1.1.2

クヲッド低減対策
現在,原子力発電所ではさまぎまな低減対策がとられて題となっている｡

1.放射能抑制対策の現状いる｡

BWRとPWRとでは,炉の形式が異なるため,対策も異なる方法がとられる｡

1.1一次系の放射能抑制対策
原子炉の一次冷却系で発生する不溶性の懸濁物をクラッと呼ばれていた略称である｡
炉水化学上の専門用語として,

1)給水系‑の02の注入
2)低コパル†材の使用

River

ド(CRUD)という｡カナダのAECL所属のCbalk
Chalk
River
Unidentified
研究所で発見され,(沸騰水型)BWRo

1.1.1クヲッドの発生機構

Deposit3 )復水脱塩器の性能向上

4)原子炉浄イヒ系の容量アップ
PWR(加圧水型)

0.45ミクロンのミリポア｡

1 )高耐食材料の使用

フィルタを通過するものをイオン,通過しないものをクラ2)低コバ)I,†材の使用
3 )冷却水のpH調整(7LiOHの添加)ッドと呼んでいる.クラッドの主成分は‑マタイ十(Fe203･nH20)またはマグネタイト(Fe804)型の鉄系酸化物であ

4OutsideDepositedi

products

鈍particle/#M(ron orn＋

一ー‑‑FeNib)補給水中の溶存酸素量の制限㌔㌔

colloid)㌔､≒

St rtlCt uralrneta

M*1汁(Ioll

.̲?

1

ll

PWRに共通する低減対策の考え
方は,材料の腐食を抑制すること(ステンレ

NetltrOI1ス鋼などの使用と冷却水水質の管理),材料

ヾヾ＼oが腐食しても主要放射能源である60Coが少

i‑2FS

e lelllellt

Acct汀aCy

COrrOSionlaye'1nlaryoolalュtNoll‑radioactive○

Purification
system

第1園c)水素ガスの注入BWR,β,γ く‑Cr
radia tionMn■‑‑Coa)プラント起動時の冷却水中の溶存酸素除去操作

Reactorreactorcorrosion

RadioactiveI(ol. 29

1

SchematicNo.

2

diagram(1985/9)of translationand deposition

Mn＋

M*

く〉

◆

of corrosion

なくなるよう紅すること(材料中のコバ)I,Tl
含有量の抑制),および発生したクラブドの除去(除染)である｡■
Ll＋

腐食生成物の移行および堆積モデル

Fig.

)冷却水中の溶存酸素量の抑制

products

神鋼ファウドラー技報

1.2

放射性廃棄物処理系の抑制対策

一次系の稼動中あるいは定検時忙さまぎまな性状形態の放射性廃棄物が発生する｡これ
らは廃棄物処理系をへて処分が行なわれる｡

8㊥

Cathode

Anode

㊨
T

H2

e)

o2

†

Rec

†
M＋

El ectrolyt e×500(S EM)(a)

Mechanically

写真1
Photo.

(b)polisbed

×500(S EM)

第2国ElectTOpOlisbed

Fig.

電解研磨の基本概念図
2

Schematic

1

Observationof SUS304

surfacebyof electropolishing

SEM

一次系から持込まれた放射性核種(主として60Co)は,処至系の機器内に付着沈積し機器を汚染する.これに対し除Residtlal

Pollution

Stlrface

stressgrain

臣を実施することで被はくの低減を計っている｡除染技術
二しては

Beilby
layer

layer

斗

q)
U
てロ

く匂

:高圧水,超音波など〜)化学的手法:酸洗など
i)電気化学的手法:電解研摩などさまざまな技術が開発されている｡

i<∽

Hardness?

亡L)物理的手法.3

diagram

SUS304表面の走査型電子顕徽鏡磯察

Plastic

ー

de‑

:⊃
∽

∈
く⊃
lq

C)
U
亡

Elasticde･formation

放射能抑制対策の中での表面処理効果

前節において述べたようVL,放射能抑制対策が種々実施

Work

hardening
CurVe

【弓
d)

Eon.e

tS

Model

吉ardnessof graintransform
atio ncurマe

写れているo‑次系忙おいては主として水質管理に重点が空かれ,一方廃棄物処理系では汚染は仕方がないとして,)つばら除染技術の方K1重点が置かれているのが現状のよぅである｡一次系むこおいて材料を高耐食性のもの例えばチアンやNi基合金(但しNi中に不純物として多く含まれる)oを除く必要あり)などへの変更は,効果はあるものの経

第3国
Fig･

金属加工表面の構造
3

Structureof worked

surfaceof metal(cross section)

2.2

加エ表面の構造
機械研摩面2)は表面が大気中で削られたり,つぶされ幹匝の面で対応出来ない方策である｡

たり,ならされたりして平面化するため,表面層は酸化を受けることはもちろんのこと,加えられた応力により変形

しかし,通常のステンレス鋼に電解研摩施工すると,放寸肯E蓄積に対し効果のあることが最近の研究で報告されて下数百オンダストロームから数ミクロン(,TLわたって存在し･る｡また電解研摩施工した表面は種々の優れた特性をもら,耐汚染性や洗浄性FL優れていることが明らかになりつ⊃ある｡さらにガラスのように化学的にきわめて安定な材
斗を鋼板表面にコーティングしたグラスチ‑)I,なども汚染
容積抑制と除染ケこ効果を発揮すると考えられている.そこCo以下紅電解研摩とグラスチ‑)I/の概要を述べるとともを受ゅ,母材とはまったく異なる性質を持つ変形層が表面ている｡第3国は金属の表面変形層の状態をモデル的に図示したものであるo表面から母材内部方向忙向かって,順吹,洗動層,破砕結晶,塑性変形,弾性変形という領域が存在している｡機械研摩面の表面層ほ,結晶が激しい加工
変形によって庵端に微細化され,かつ結晶格子に歪を受け

二,それらの汚染特性紅ついての報告も紹介する｡

た状態ケこなっている｡
電解研摩は,一般的に前処理として機械研摩を施工した≡.電解研摩処理の特性

後の最終仕上げ処理として施工されるo電解研摩VLより除

:.1電解研摩の原理
電解研摩とは,電気化学的反応に基づき,外部電流によ去される表面層の厚みほ,通常数十ミクロンであるため,前述の機械研摩の結果生ずる表面変形層が完全に除かれる,て金属表面を平滑および光沢化させる方法である｡その基本的概念図を第2囲に示す.

ことになる.また電解研摩は陽撞での均一溶解反応である

被研摩物を直流電源の陽極に技競し,それを電解液中紅⊂陰庵と相対させ,所定の外部電圧をかけることにより電亮化学反応を強制的に生じさせるo

その結果被研摩物表面⊃微少凹凸(数ミクロン高さの凹凸)を除去し光沢化させ
5.写真1に機械研摩面と電解研摩面の走査型電子顕微鏡(SEM)による観察結:果を示すo
上述のように電解研摩ほ金属表面を無応力状態で数十ミ7ロンの厚みを除去するため,処理された表面の諸特性は由の表面処理法とは異なる特色を持つことが予測される.

ので,被研摩面での酸素の発生と相まって,研摩面は均一な酸化皮膜でおおわれると予想される｡.
2.3

表面の残留応力3)

機械研摩R:より表面虐に生じた残昏麻カが,その後に施工される電解研摩VLよりどのようVL変化するかを調べた｡
SUS

304忙対し稜々の表面加工を行なった表面の残留応力をⅩ線応力測定法により調べた.
X線応力測定法は,Braggの回折条件に基づきⅩ繰回折により結晶面間隔を測定し,その間隔の無応力状態からの変化量から,表面に存在する応力(表面から10ミクロン程度の探さまでに存在す

神鋼ファウドラ‑技報

VTol. 29No.

2

(1985/9)

第1表

Ⅹ巌による残留応力測定

Table

1

Resultsof measured

100

Residual
Surfacetreatment

stressbystress(kg/mm2)

residual

X

ray

#320

￡=ha11bel孟三ine
i autff?nOg
to

♯150

29.

♯150＋ACl)

6

9.6

‑43.

Cr

‑‑亡■･‑

一‑▲｢･････

Ni

一<ト‑

＋

蘇

i

7

＋

‑‑ロ･‑

80

6

‑40.

さ320EP

Fe

60

亡
くプ

=ロ

‡150＋E P2)♯320
蓉320＋A C‑♯320＋E P⊂NOTES〕

5

‑10.

‑

1) Pickling

ll.8

‑39.

6.8

‑63.

7.5

2) Electro

(弓

5

‑19.

.ら
亡
tD
U
⊂]

1

40

8
5

5

ー22.

20

polishing

る応力の平均値)を求めるものである｡測定結果を第1表〉0に示す,者150と#300のパフ研摩とその上VL酸洗または電解研摩施工したものとを比較した｡パフ研摩のパフ目vL平行

第4国

な方向とそれに直角な方向とを測定した｡

Fig.

2

4

8

10

time

(mh)

6

Spattering

12

14

AESによるSUS316の不動態皮膜の組成分析
4

Resultsofsurfaceanalysisbvof SUS316

AES

4.0

パフ研摩では,パフ目むこ平行な方向で引張の残留応力を示し,パフ砿粒の粒度が′J＼さくなるFLつれその値は/トさく

ロ

なる傾向を示す｡

Mechanicallypolishing⊂:コElectropolisbing

パフ研摩の前処理後酸洗あるいは電解研摩施コニしたもの
は,表面層を無応力状態で除去するため測定された残留応
力は内部の応力状態を示すことになるo酸洗の場合除去量

3.0

::
＼

はたかだか1‑2ミクロンであるため,#150パフ研摩のように大きな引張残留応力が存在する場合には圧縮応力忙変化している領域まで除去することは出来ず,わずかに引張

bD

2･0

q,
)

cC
一

己

残留応力を示すことになる｡一方電解研摩では数十ミクロ

⊂)

'誘
くつ

ンという厚みを除去してしまうため,内部に存在していた
圧縮応力領域が現出する｡
2.4

第5図

喜1.0
U

SUS304にお￠ナる
0. 10A硫酸腐食試験

Fig･. 5

不動態皮膜の組成

Resultof corrosion
inof SUS304
boilirlg 0.1% fI2SO4
test

ステンレス鋼の腐食特性は表面に形成されている不動態
皮膜の性状紅左右される｡機械研摩と電解研摩とでほ,不As･R動態皮膜の形成過程が異なっており,その性状もおのずと異なるものと考えられる｡
不動態鼓膜の厚みは通常数十オンダストロームといわれているが,最近になって表面から10′‑100オンブス一口‑
ム程度の深さまでの層を直接分析出来る宇.段がいくつか開発された｡その中で特にオ‑ジュ電子分光法(AES)は

S紅よってSUSAE

316の表面から内部方向への各組成の分布を測定した結果を第4国忙示すo
時間が0′‑4分の間では各組成が変化し,Weight loss
(g/m2)♯320 buff

0. 825

Electropol

ishingっている｡それより内部層でほ母材組成凍度に対し,わずかFL̲Feの減少とCrの濃縮が見られたo
一方電解研摩では,不動態皮膜中忙おいて著しいFeの減少とそれ忙対応2(1985/9)

Of SUSin

bigb

peratu∫e

pure

tem･
water

free)

×250br.

一般に,ステンレス鋼の耐食性はCr量が増加するにつれ向上することが知られており,それほとりもなおさず表

ス鋼は機械研J撃されたものに比較して耐食性の向上が期待

表面部(0分)でFeが異状R:濃縮しCrがほとんど無くな

No.

316

4分以上では各不動態皮膜中の各組成をみると,蕃320パフ研摩のものは

292 Corrosiorl面に形成される不動態皮膜中のCr量が増加するためと理解されている｡以上のことから,電解研摩されたステンレ

0′‑4分の間は不動態皮膜の領域で,それ以上は母材の領域と考えられるoVol.

高湿純水中でのSUS
316の腐食減量

Table

0. 130

Test･ conditiorl : 180oC(Air第2表

スパックl)ング

組成が一定値を示していることから,したCrの凍縮が見られた｡

SR

Treatment

迅速な分析が可能でイオンスパッタl)ング法(表面をごくわずかずつ除去するもの)を併用することで,厚さ方向の組成分布を定量的vL把超することが出来る｡

570oC.

される｡
2.5

耐食性

S US304を0.
1%硫酸の沸騰条件下で腐食試験した結果を第5図vL̲示す3)｡入手ままの材料と,当社において,

570oCの熱処理を施したものとに機械研摩(エメ1)‑#300)と電解研摩(機械研摩後に施工)を施工し,耐食性を比較した｡入手まま及び熱処理材共に電解研摩施工したものがまた高温純水に対する腐耐食性K:優れていることが判るo

神鋼ファウドラー技報

隻量を試験した結果を第2表に示す.
搾研摩処理されたS

第3表#320パフに較べて電US316は約6倍の耐食性を示していsuS304ステンVス鋼の表面条件と不動態皮膜破壊の限界塩素濃度

Table

ら.

3

Jackson4)らは,

S US304の各種表面処理試料FLついて針孔食性を検討し,第3表のような結果を得ている.不動

LB皮膜の破壊に必要な塩素イオン濃度は,電解研摩したもDが最も高く,耐孔食性‑こ優れていることを示している.
L6
応力腐食割れ特性
原子力分野VLおいて一般的な構造材料であるステンt/ス
剛ま,ある特定の環境条件下において応力腐食剤れを生ず
5ことが知られているo特に一次系の配管や機器R:おいて民力腐食割れを生ずると即放射能漏れ事故匠つながり,凍SnrfaceElectropolished

牛で試験した｡結果を第6図に示す｡電解研摩施工するこじにより応力腐食割れ感受性が低下することがわかる.特こ20 kg/mm2以下の低負荷応力では機械研摩と電解研摩(H2SO4S(%)＋H3PO4)

0. 61
0. 50

Fine

(belt) ground(240 grit)

0. 32

Sandbl asted

0. 37(wheel) ground

Coarse
Tests

:

0. 38

Done
starting
passivewith specimens
O.645 volt (H2 scale)in
0.3NH2SO4
at 40oCat

SUS
304ステンレス鋼の表面条件と応力腐食割れ
時間の変化

第4表
Table

4

Variation

timeof time‑to･fract□re, induction
timewithcrack propagation
specimensurfacedition.

Machined

Crack propaga･tion period(min)snrface(8 tests)

El ectropo

and
con‑

Tr(e:t:unr,teo〜hi;冨nSurface. conditionof speclmenS.

Iisb edsurface. (19tests)

25. 7

4.5

21.2

1O4. O

87. 0

17. 0

As

30

こ｡

U

NaCl

condition(240 grit)

ヒでは破断時間に著しい差を生ずることが明らかとなっ
Koh15)はS

per･(hand) groundステンレス鋼を電解研摩処理すると,前述のようVL表面
ウ引張残留応力の緩和と不動態皮膜中のCrの濃縮による酔食性の向上が認められた｡このことはすなわち,耐応力
亮食割れ性の向上も期待出来ることを示しているo
SUS304に.機械研摩(旋盤加工)したものとその上乾

corldition on
304

Fine

賢停止で受けるダメージは大きい｡

きら紅電解研摩したものとを定荷重応力腐食剤れ試験法で式験した｡3)試験液は42%塩化マグネシウムを用い沸騰条

Effect of surface
formanceof SUS･R

570℃･SR

…

o‑‑●

△Tlゝ

▲ ｢

Mechanical▲polishingElectro‑poli血ing

304について磯城研摩後不動態化したもDと摸械研摩後電解研摩したものとを42%;壕化マグネシウ
Lの沸騰落書夜中で試験を行い第4表の結果を得ている｡電揮研摩試料は機械研摩試料の約4倍の寿命を持っていることが示されている｡これは最初に割れが認められるまでの
秀導時間が電解研摩ではきわめて長いためである｡その理

=王≡

20

=
＼

bJ)
.i:

玖
C)
I{

∽

10

白は,前述したように,電解研摩により(∋表面の引豪残留己力が漢和し, (む不動態皮膜が強化されたためであろうと考えられる｡〜. グラステールについて

50

500

1 ()0

1 000

5000

10000

i.1グラステールとは
グラステールとは鋼板にガラスを塗布し約900oCの高温
ご焼成し,鋼板とガラスとが化学的に結合したいわゆる複>材料である｡使用するガラスはその施=上,一般に下引

Fracture‑time

第6図
Fig.

(血)

SUS304跡こおける負荷応力ー破断時間曲線(測定値は3′‑5点の平均)
6

Curve

召ガラスと上引用ガラスの2種に分けられる.下引用ガラlOJ∠

ろは素地金属とガラスとを化学的に十分結合させる役目を
bち,上引用ガラスは耐薬品性のすぐれたガラスでこれにト⇒

of stress･fracttLretime

上り裸器の耐食性が決まる｡
上引用ガラスは一般にケイ酸塩ガラスで,その目的用途
こ応じてさまざまな種類のガラスが開発されている｡例え
ま非晶質中紅結晶を析出分散させて耐衝撃性を強化ガラス(商品名:ヌーセライll)
D何倍も改善した結晶化ガラス6)
二写真2)や,オ‑ステナイ十系ステンレス鋼に施工出来らガラス7)などである.これらのガラスは,従来のライニ/グ用ガラスの耐食性と同等の耐食性を持っている｡
i.2
グラステール機器の製造工程
第7図にグラスチール横幕の製造工程の概要を示す｡素粗金属の表面を清i争にするとともに活性化させ,下引用ガ
ヲスと素地との密着を向上させるため,前処理が必要であ

写真2
PI10tO.

神鋼ファウドラー技報2

ヌーセライトNlユCerlte

1ちg. 29No.

2(1985/9)

80

Design

P: Compression

70

strain

(

of

glass

l■士I

S

60

×

Fabrication

ミ 50
可

S
P re‑tre

a

tment

40

第8国

己
ノ

30

.9
o3

ガラス‑鋼熱膨張収縮曲線

J.J

bD∈コ

coo#iv̲O;〜,o;
Fig.

20

く⊃

Applyillg

ground

coat

glass

8

Tbermal

巨〕
10

and

contractionof glass
200

FiringiOO

TellユperatしIre

Applying

cover

coat

第5表

glass

Table

(oC)

Physicalpropertyof glass and

steel
Basic
Glass

layer

Manufacturing

diagramof glasteel⑳

s

Hardn

ess

Linear

グラスチール機器の製造コニ程
7

Young

温度で焼成が行なわれる｡冷却後こんどは上引用ガラスを施粘し下引用ガラスよりはやや低い温度で焼成される｡上
引ガラスの施工は欠陥が皆無になるまで何回も繰返して実施され,平均約1.5皿程度のガラス厚みが得られる｡
当社ではグラステール機器の焼成のため世界最大級の能力(焼成可能最大容量約250m3)をもつ電気炉を保有している｡この電気炉は,炉内雰囲気をコンピューターにより全自動で制御するS/ステムをそなえているので高品質のグラスチ‑)I,棟器を製造することが可能になっている｡
3.3
グラステールの機械的性質
第5表VLガラス及び鋼の物理的性質を示す｡グラスチー)I,の機械的特性に最も重要な影響を与える要素は線膨張係数である｡一般VLガラスは圧縮に強く引張り紅弱いため,
施=後のガラスに圧縮応力が作用するよう素材金属とガラスとの組合せが決められている｡第8園VL示すガラスー鋼
熱膨張収縮曲線で示すように,ガラスに対しPの大きさの圧縮歪を加えておくことで引張強さを高めている｡この結

expansion(kg/m皿2)80(kg/mm2)

coefficient(10￣6mm/OC)

Steel
4 1′‑/507,(H∇)(50‑400oC)

equipment

る.下引用ガラスは湿式スプレーVLより素地金属表面に施和される｡温風乾燥にて水分を除去した後900/‑850oCのstrengthmodul□sI(kg/mm2)

strengtb

Compression

AssembleFig.

material

二tem

Tensile

第7国

21,

000

110

0. 9ノ‑′1.0

1.4

する時の高さは,通常のガラス単体(厚み約1.5mm)では約10cmであるの忙対し,グラスチ‑)I,面は1mの高さから何度落下させても破損しない｡二ヌ‑セライT.

(結晶化ガラス)の場合は通常のグラスチー/レと比較して4倍以上の衝撃エネ)I,ギ‑ FL耐える｡
2)熱衝撃
グラスチ‑ル試料を所定の温度紅加熱後,冷液中VL投入
した時ガラス表面にクラックを生じる時の試料加熱温度と冷水温度との差(AToC)でグラスチ‑)I,の熱衝撃特性を調べる｡通常このATはその時の機器の温度に左右されるがmax約150oCで,グラスチ‑ルはかなりの勲衝撃に耐える｡

3.4

グラスチールの耐食性

グラステールは,フッ酸を除くすべての有機･無機酸に対し100oCまでの温度で常に安定である｡また大部分の酸に対しその沸点以上の温度でも十分使用することができる｡第9国Rlその一例を示すo4.放射能汚染に対する表面処埋の影響§1で述べたようRl,溶液中の放射能はイオン状あるいクが入る時の応力ほ25‑30kg/cm2と,ほぼ鋼の降伏応力

はコロイド状で存在する｡機器に放射能が蓄積するため忙は,機器表面との物理化学的反応が生じなけれはならなに等しくなる｡
グラスチ‑/1/は過大な衝撃を受けると破壊することがあ
るo 衝撃VLは工具類を落下させた場合のような機械的衝撃と,高温もしくは低温の液体をガラス面に急激忙吹きかけた場合のような熱衝撃とがある｡
1)機械的衝撃
200gの鋼球をある高さから落下させた時ガラス面を破損
No.

2(1985/9)000

600

果,グラスチ‑ルの引張強さ,すなわちガラス面にクラッTrot. 29steel

ガラス及び鋼の物理野性質
54‑5 tillleSof glass

and600

Firillg

Inspection

curve

expansionい｡従って機器表面がイオン状またはコロイド状で存在す
る放射能VL対し,物理化学的に不精性であれは放射能の蓄積は生じないか,もしくは汚染を生じても洗浄により容易忙除去できると考えられる.
また,放射能の発生は一次冷却系における冷却水と磯暑旨酉己管材料との腐食反応によるものであり,機器配管材料の神鋼ファウドラー技報Corrosion
℃

0.20

230

rate

第6表

0:10

放射能汚染と除染に及ぼす表面処理の効果

Table

皿m/y

6

G)mparison
Exposedin
Refuel ing

0.05

200

Levelsforof Contamination
BWR
Fuel Transfer
ChannelSamplesDuringContamination

Level

a

RelativeaI+

S1∬face Finishal Decontaminated

As･Exposed

(勺
>
￠

P.

≡
a.)

As‑Received#1 (HRAP)#1 ＋80･Grit

Wheel

1)I

100

68

76

51

32

ll

ト

Glass

il＋#12
10

20

40

30

♯1＋80‑Grit Flapper

60

%

HNO3
oC
230

50

0.20

0.10

o.o5

Beads

y
1ロJ)/

Ⅶ1eel

32

15

#1＋FlapperWheel＋‡10 Glass Beads

27

10♯1＋ ElectropolishingllHotroll[NOTES]1)＋Anneal＋Pickling

200
め
Ll

≡;
也

第7表

lィ
Q

良

Table

≡
q)

接触角測定結果(測定時の温度28oC)
7

Result1

angle(28oC)

Contact

angle

contactof measuredf<(Utlit‑Degree)

SUS
316
304
shueraf:Centil ￡芸eer巨Glycerin
FSitoynroe:ee,%)ax
EGlycerin
EmsoT.emneer%)af語eer
SUS

00oTmo%

Ⅱ2 SO4

℃

0.20

230

0.10

町50 〜3･8

0.05

mmzn/y

♯150
＋EP

200

♯320

くD
i.ィ
:コ
く弓
〜+
C)

♯320

A

＋EP

≡

115. 5104. 533.3

3.3

109. 5105. 5

32. 2

2.0

74. 1

68. 2

ll.0

1.9

48.

3

46. 0

15.5

1.8

112.

2

102. 8

43. 3

1.3

90. 0

91.5

34. 7

1.0

80. 2

75. 7

16. 5

0.9

55.

0

52. 5

13.

0.9

91.

6

93. 8

32. 5

0.8

79. 0

78. 1

27. 3

0.8

80. 6

63. 7

13.2

0.8

67. 0

61.7

12.8

solvents

diffused

0

q)

ト

♯400
♯400
＋EP
1

00ト冊￣￣￣誌
EClGrasteel ⑧9a)rrosion

15.0

Unablemoasllre

1)%〔NOTES〕1) Unable

第9国各種酸に対するグラスチールの耐食性
Fig.

7.0

0.9

to

data of glasteel⑧ for various

surfacetomeasurebecausetoo

quicklyacids

耐食性を向上させることは発生する放射能を低減すること

汚染性を示している.一般に配管材料やポンプなどはパフ紅つながる.

研摩のような表面加工を行なわず,そのままの状態で使用

近年以上の観点に基づき表面状況と放射能蓄積あるいは添染効果といったデ‑タが発表されているので,ここに紹介する｡

することが多いが,それに電解研摩を施工することで耐汚染性が10倍も向上するということは注目忙値する｡
さらに注目すべきことほ,電解研摩された表面ほ除染に4.1電解研摩処理面と放射能汚染

おいても高い除染係数を示すことである｡第6表の試験はSUS304Lを用いてさま
パテル研究所のAnen8)らは,ざまな表面処理面に対する放射能汚染とその後の除染効果

Waterを調べ第6表のような結果を得ている｡
第6表中の入手ままの素材(HRAP)は,我が国VLおいては,水滴の表面に衝突した後の表面R:対して広がる時の力は6mm以上の板厚のステンレス鋼の表面状態と同等と考ありさら乾永の表面むこ対してのぬれ易さなどがあろうo
第7表9)に水および他の溶媒のステンレス鋼に対する接触(パフ研摩)は我が国のパフ研摩でほ,sprayを用いているが,この場合,水の表面忙対する衝撃力は同一であるため除染係数に差を生ずる要因と考えられる｡このカのパラメ‑クとしては,表面粗さがえられる｡当社での表面粗さの測定例ではHRAP材はRmaxで20′‑30/∠mの値を示し,それを電解研摩した後の
岸80gritのFlapper
Rma又は10′‑15FLm程度であったo
Wheel

on

of glass.

♯100‑120

番ケこ相当し,その表面粗さほ7‑10j皿程度である｡

角の汎定結果を示すが,電解研摩面はパフ研摩面に比べ接触角が′J＼さく水などケこ対してぬれ易いことを示しているo
近年米国の原発では一次冷却系酉己管の応力腐食割れが問るが,それ以外に表面の物理化学的特性も大きな要因であ題となっており配管取替工事が行なわれている｡それに先立ち,各原発において電解研摩処理の評価試験を実施している｡10)ナインマイ)t'ボインTll号機ではステンレス鋼にると考えられる.電解研摩面ほ機械研摩面に比べ約3倍の耐汚染性を示し,入手ままの素材Rl比べると約10倍もの耐機械研摩,電解研摩などの表面処理を実施したものを試験
60Coの付着量を調片として実際の原子炉)I,‑プ内に設け,この結果から推測すると表面粗さは汚染に大きく影響す神鋼ファウドラー技報

VTol. 29

No.

2

(I985/9)cm

uCi/sq

8

ED

̲̲̲

7

As

received

RCT

1

Concrete,1.

モふ

Brick,

Wood
Tile

2.

6

for floor

3. Carbon

5E;
̲‑一■‑一′steel
Stairlless steel
5. Ebonite

4.

10

ij
【q
し=

PbellOlite

6.

/
/

7. DiabaseC〉

l=■■■一■■■/T弓

8.

Textolite

r‑1I<

9.

Enameling

10.

Glass

〜

/

讃

【弓

/

亡

･l･･+

/

〔)
U

1 000

3000

2 000
Exposure

boしIrS

第10国

前処理試験片上の放射能蓄積(Co‑60)

Fig.

Accumtllatiotl

10

Of Co‑60atothe various

surfacelo草

3

conditions

4

5

Ceram

lC

E

Cycle

ベた｡その結果電解研摩処理の付着量が最も少なかったo
またクーパー原発では炉水浄化系の再生熱交換器の上流側
紅各種表面処理を行なった2インチの試験用SUS配管を取付けて放射能の蓄積状況を観察している｡結果を第10国に示すが電解研摩十空気飽和蒸気酸化(600oF

x

150 hr)(R

第11国

5サイクルの汚染‑除染の後の除染係数

Fig.

DF

ll

for various

materials

壊しない｡また衝撃に対してもきわめて強いことが実証されている｡このような特長をもつグラス≠‑ルを放射性廃cTl)の処理は汚染の蓄積が少ない結果となっているo

液などの貯槽等に使用すれば汚染の蓄積も少なくまた除染

RCT社の空気飽和蒸気酸化処理は,ステンレス表面を酸化する際に酸素の供給を抑制し,ち密な酸化皮膜を形成し作業も容易となり,作業者の被ばく低減忙大きく貢献する

ょうとするものと考えられる｡そのための電解研摩処盤面

むの特性をそこなうことなくより厚い皮膜の形成ができ,結果として放射能蓄積が抑制されるのであろうo
当社では1984年FLクーパ‑原発向けの一次系配管のRCについて述べた｡当社は電解研摩施工ケこ対し10年以上の経験を持ち,10‑100m3の圧力容器内面を施=した実績はT処理忙おける電解研摩施工を実施したo本年度もバ‑モ
ソナヤンキー向けの一次冷却系配管の電解研摩施工を受注し現在施工中である｡
電解研摩処理面は第2表忙示したようV‑高温純水中においてきわめて耐食性が良い｡このことは一次冷却系機器表面を電解研摩施工しておくことでクラッドの発生をかなり抑制しうることを示唆している｡また前述のように表面への蓄積も抑制されかつ除染効果も高いことから,電解研摩
処理はきわめて安価できわめて効果の高い放射能低減対策であるといえよう｡
4.2
グラステールと放射能汚染

ものと考えられる｡
ぴす
放射能抑制対策の1つとして,槙器材料の表面処理効果

100台以上にのぼる｡またグラステール機器の製造には30年の経験をもち,施工実績は数知れないoグラスチ‑ル磯若は高圧ガス特定設備に該当する圧力容器として製造されるなど,化学工業界むこおいて広く使用され,その安全性は高く評価されている.原子力分野むこおいても,放射性廃液貯槽として十数年の使用突放があり,また最近でほ化学的再処理プロセスのプロセス機器として使用されたり,放射性廃液処理プロセスの耐酸機器として計画されたりしている｡

以上放射能抑制にきわめて効果的な電解研摩とグラスチ

ジモン11)はさまぎまな材料VLついて放射能除染係数を調ド)I,についてその特性等を述べた｡拙著がユ‑ザむこおける
放射能蓄積抑制対策の一助になれは幸いである｡

べ第11囲に示す結果を得ている｡汚染一除染サイクルを5回繰返してもガラス及び施軸セラミック板の除染係数は100を下廻らずきわめて除染しやすいことを示しているo
これに対しステンレス鋼(おそらく入手ままの状態と推測される)などは5同の汚染一除染の繰返しで除染係数は20程度にとどまっている｡この結果V‑おいて,ガラスはきわめて化学的VL安定で,また表面も滑らかであること,さらに第7表で示されるようVL,水に対する接触角が7度ときわめてぬれ易いことなどが除染係数を高く維持している原因であろうと推測される｡
当社の施工しているグラステールは前述したようV‑機械的強度がきわめて大きく,素地金属の降伏応力以下では破
Vol.

29

No.

2

(1985/9)〔参考文献〕
放射能蓄積抑制対策と除染
1) I SU編
8月, P･80
2)高橋:材料加工(1973),(1976)
20, No･ 3A･ニュ‑ス:Vol1
3)神鋼ファウドラ‑Corrosion,
Vol･27,
No･5(1971), P･203
R.P.JACKSONほか‥
4)
2 (1967), P･ 39
5) a. KOⅢノ‥ Corrosion, Vol. 23, No･
26,
No･ 3 (1982)
6)神鋼ファウドラー･ニュース:Vol･
7)神飼ファウドラ‑技報‥Vol･Transaction
8) R.P.Allenほか:
9)神鋼ファウドラー･ニュ‑ス:Vol･

28, Not

1of ANS,

Vol･ 38
24,(1984)
No･

2(1981), P･621(1980)｢除染･廉葉物管理調査団+報告香10)日本原子刀産業会議:ll) A. D.ジモン=放射能汚典と除染の物理化学,現代=学社

神鋼ファウドラー技報

高圧用

メ

カ

PresstJre

High

カ ル

=

シ ール

Mech{Inicc]l

Se一l
化工株事業部

技術部

化工横設計課元山本Ⅲajime YamamotoAmechanicalsealispressure

operations.

In

days,

these

this

one

of

the

type

of
for

betterpressure

operations,andAccordingly,
tb.e designthemechanicalexperiences

seal
and

experimental

being

developed

wbicb
to

bigb

a

pressuregreaterreactor,bigber
In

this

use

of
field

consideration.
inconsideredforsizes,

arethedesigndiscussed

and
with

our

この材料の組合せは
2)使用圧力および温度
3)鑑拝軸回転数
等むこよって決定されるが,撰動材料には次の諸条件を持っここでは,撹拝機付高圧反応槽用メカニカ/レシー/レの設計及び取扱の上で考慮しなけれはならない基本事項についていることが必要である｡
1)耐食性があること当社が製作している反応機,重合機はたえず耐食性が要て,当社の経験,実験結果より一部紹介する｡
が

shaft

1 )槽内内溶液及びシー)I,液の種類検討が必要である｡

えlargerhightoapplicablestudies.

メカニカルシールは,高圧軸封装置の中で最も信頼性のて高い有用なものである｡最近ほより大型化,高圧化,高性能化の一途を歩んでおり,その選定にあたっては,充分なまforrequlreSbemast

instruments

seal

shaft

performace.
c壬10ice of this sealfeaturesattaclledeffective

is

seal

and

fundamental

thepaper,mostき

求されており,ステンレスの他にグラステール,

当社が取扱う反応機又は重合機の使用圧力範囲は,低圧のものから100kgf/cm2Gを超える高圧のものまで種々多様であるが,反応の高度化に伴い,高圧高温下で操作さっている｡従って槽内液又はガス忙接する部分にほ槽材料
なみの耐食性のある材料が必要である｡

れるケースが増加しているo撹搾機付反応槽の軸封に使用するメカニカルS/‑/＼ステロ

イ,ニッケ/I/,モネ)I,,チタン等の耐食材料がベースとな)I,につ

2)耐摩耗性があること
メカニカ)TIS/‑/レは長時間の連続運転に対しても常に安定したシール性能を発揮させなければならない.従って耐いても,高圧高温仕様VL対して所定の機能を発揮し信頼性の高いものであることほもとより,洩れ許容値,寿命等忙

摩耗性の良否がメカニカ/I,シ‑/I,性能の決定的要因となついてユーザ‑からの要求もより厳しいものになってきている｡

このニーズV‑応えるべく,数々の研究,開発を行い,より信頼性の高い,安心して御使用願えるメカニカ)I/シー)i,の開発,供給に心がけている.第1囲に当社高圧(100kgf/cm2G)用メカニカ)1,シール構造図の一例を示すo
一般にメカ‑カ)t'シー/レを選定するための判断基準の最初のステップとして,圧力P,周速Ⅴ,温度Tがある｡
撹拝横付反応槽用メカニカルシールの場合,低い回転数のダブ/レメカ‑カ)t'シ‑)I,が使用され,シ‑)I,摺動画の潤滑に使用するシ‑)I,液は,強制循環又はジャケット機構等vL
より充分冷却される｡このことから,メカニカルシ‑)I,の構造,材質の選定vL際しては,
Ⅴ,Tの影響は小さく,P叫による所が大きく,高圧用になるにしたがって,構造,材質等について種々の検討,配慮がより必要となってくる｡

1.摺

動

材

料

1.1摺動材料の必要条件
メカニカ/レジ‑ルは摺動面の摩耗に従い軸方向に動くことの出来る回転環(s/‑)I,リング)とS/‑ト受座に固定される固定環(フローティングシーTl)とからなり,それぞれは軸レこ直角な面で接触し相対摺勤している｡この二つの平面を構成する材料を摺動材料と呼び相互に摺動特性のよ

第1図

い材料の組合せで使用される｡

Fig.

南EE用メカニカ)I/シール
1

神鋼ファウドラー技報

Mechanicalseal

for highpressureVol.

operation

29

No.

2

(1985/9)

用する｡

る｡

焼結カーボンは,石油コークス,カーボンブラック,黒3)耐熱性がよく熱放散がよいこと
摺動面では相対壇動することにより摺動熱が発生する｡

鉛等を王昆合し,メ‑)I,ピッチ等をバインダ‑として成形,

例えばサイズ申200,

焼成して作られるが,焼結の際にバインダー中VL含有され

APIOO

kgf/cm2,回転数100

rpmの条件で摩擦係数を0.3とすると約2100kcal/brの発生熱とる揮発物がガス化し多孔質となるため,フェノール樹月旨,なる｡この熱をすみやかV‑摺動部近傍から取り去ってやら

フラン樹月旨等を含有させ不浸透むこして使用する｡
このカ‑ボンの問題点の一つは,ブリスター現象であないと潤滑性が悪化して焼付,熱割れの原因となる｡この除熱はシー)I,液の強制循環又はジャケッ†に通水して行うる｡この原因は,含浸した樹月旨の熱分解とか,カーボンとが,まず摺動材そのものが熱放散R=優れていることが要求

含浸した樹脂の熱膨張差によるものであるとされており,される｡

このブ1)スター現象は,シー)I,液が水の場合には発生しにくく,粘度の高い抽,高温の油又はPV値の高いものに発4)機械的強度が強く変形しVLくい材料であること
摺動;材料には圧力による応力,摺動発熱による応力,回生しやすい｡このような場合は樹脂を含浸しないで密度の転ト/レクによる応力等各種の応力が作用するが,これらの高い等方性材料を用いるか,あるいは高圧でプレス成形し応力によって摺動面にひずみが生じにくい材料でなけれはた高密度の材料を焼結して無含浸で使えは防止出来るのでならない｡

高圧用シー/I,には,この無含浸カーボンが使用される｡

5)気密性があること

もう一つの問題点は,他の金属材斜に比べ機械的強度が1//10以下であるという点である｡このため高圧用VL使用すコーティング材,鋳造材では短くまれVL浸透洩れを経験するが,シールという目的から摺動部以外からの洩れは絶る場合,形状,大きさの配慮及びカーボン材質の選定が大きなボイン†となるo
第1表に代表的なカ‑ボン材料の物

対に許されない｡

性及び機械的性質を示す｡

6)加工性,成形性がよいこと
加工精度rLよってメカニカ)t'シ‑/レの性能が左右され

超硬合金

1.2.2

超硬合金は硬度が高く耐摩耗性に優れ,熱伝導性が良いると言っても過言ではない｡従って要求された精度VL加工するためには,加工性のよい材料が必要となる｡

ため,高圧用メカニカ)I,シー)I,の摺動材として,カ‑ボン

7)自己潤滑性がよく相手材を傷つけないこと
今まで挙げた諸条件を全てかねそろえていても,相対摺との組合せ又は超硬合金同意の組合せで使用される｡
超硬合金とは一般に金属の炭化物をニッケル,クロム,動することにより相手材をかじったり傷をつけたりするよ

コバルト等の金属と共に焼結した複合合金のことでその種類は数多くある｡

うな柑姓の悪い材料では摺動材料としては適さない｡
1.2

摺動材料の種類とその性質

メカニカ/I,シールに使用する超硬合金は強敵性があり硬く熱伝導性のよいタングステンカーバイト(WC)にコバ

撹拝機付高圧反応槽に使用されるもののうち代表的なものについて紹介する｡)I,十をバインダーとしたWC‑Co系の合金が使用されるo
しかしWC‑Co系超硬合金は,バインダーのコバルトが酸に対して耐食性が劣るためアルカ1)には耐えるが強酸ケこ

カーボン

1.2.1

摺動材料でもっともよく使用されているのが,カーボンである｡その理由として,耐食性,自己潤滑性が優れ熱伝導率のよいことが挙げられる｡但し強酸化性流体(硝酸,は使用出来ない｡又シ‑ル液が水の場合でも相手材との摺動部に軽微な,すき間腐食の発生する事が確認されてい濃硫酸,発煙硫酸,次亜塩素酸,臭素等)には耐金的に使る｡これら強酸性液及び水に対してはバインダーを使用しない耐酸超硬と呼ばれる超硬合金を使用する｡

用出来ない｡
カーボンは原材料の種類,焼成上のコ二程,含浸樹月旨の撞類等でその性質は大きく異り,その種類も数多くあるが,この耐酸超硬は,

高圧反応槽用メカニカルシー/レには通常焼結カ‑ボンを使
第1表

カーボンの物理的および磯械的性質

Table

1

Physicalandmechanicalpropertiesof carbon

andSpecificSbor

FlexuralCompress

strengthstreMaterial

graphite

ength

ive

Tensilestrength

ModuhlSOf
elasticity

h ardn ess(kgf/cm 2 )(kgf/cm2)

1. 8‑1. 940‑60

180‑250

1. 65

75

守

600‑800
1500

150

Pbenolic
resin
impregnatedcarbon

74

78

690

1300

Furan resin
impregnated

78
8

100
70

850
700

2300

250

0. 18

1700

230

0. 15

1. 75

85‑90

700

2500

ty

graVl

GraphiteCa∫bon】carbonAcrylic
resin
impregnatedcarbonVol.

WC‑Co系よりも硬さ,熱伝導性が大きく,より高圧高温域での使用に有効な材料である｡第2表に超硬合金の特性を示す.

29

No.

2

(1985/9)

Ther甲aeXpanS1

ton(kgf/cm 2 ) (106kgf/cm2 ) (10￣6/OC)
28‑35

0. 13

神鋼ファウドラー技報

4.4

Tberma1

Max.

conductivity(kcal/
m･br･oC)

working

temperatur(oC)

120‑130

400

20

350

300

200

280

e

超硬合金ほ他の摺動材料と比べ高価であるため単体で使が,前者はア)I,ミナ(A1208),後者ほコーティング組織が叡智で表面荒さが良好な酸化クロム(Cr208)がその代表で召する以外R:金属母材へのコ‑ティング又は金属1)ティーある｡

i‑‑紅保持して使用する場合が多い.これらの代表的な形
沢を第2図に示す｡

セラミックは耐食性,耐摩耗性に優れているが熱伝導率
が他の金属VL比較して低く耐熱衝撃性が悪いため高圧高温

コーティングは超硬の使用量が少ないため最も経済的でぁるが,金属母材がSUSのため熱伝導性が若干劣る.
焼はめ方式は熱歪が摺動面に生じやすい事に注意が必要
であるo

用には不向きである｡
しかし近年の製造技術の発達により従来セラミックの欠点であった熱伝導率,耐熱衝撃性が大きく改善された炭化金属1)ティナー材は超硬合金の熱膨張係数に近けい素(Sic),窒化けい素(Si8N4.)等ニュ‑セラミックが′､,チタン材等を使用する｡
0リングマウン†式は焼ばめの欠点である熱歪は防止出来るが構造的にやや複椎となる.
l.2.3

注目されているo特にメカ‑カ/レジール用としては,耐熱性,耐食性及び耐摩耗性が高く摩擦係数が低くかつPV値が高い炭化けい素(Sic)が高圧用摺動材として使用され実セラミック

績も増えてきている.第3表FLSiCと他の摺動財料の特性

セラミックは単体又は金属にコ‑ティングして使用する

Ff商

Rコ[頑
Sol id第2図Fig.

Coat ing

Shrinkage

0‑ringmount

シ‑ルに使用される超硬合金の形状
2

Shape

第2表
Table

of sealringusing

cementedof cemented

carbidecarbideal1oy

超涙合金の特性2

Properties
Composition

WC

(%)

alloy
Physical

I

芋￡ i

Co

Mechanicalproperties

Thermalexpans ion

Therma1

iE‑dness
担ご∠ヱ9 (kcal/m･hr･ oC)
ERAS
gsrpacvifkc
ity
conduct i▼

Compress

properties

ive

Deflecti▼estrength

馳(kSgT/ncgmt9)

93‑95

5‑7

0

14. 8‑15

90. 3‑91. 5

5

68‑72

540

160‑250

90‑92

8‑10

0

14. 6‑14. 8

89. 5‑90. 5

5.3

60‑65

520

1 80‑270

93‑97

0

3‑7

14. 5‑15. 5

92. 5‑94

4.9

80‑89

400

>70

第3表
Table

摺動材料の耐熱衝撃性
3Thermalspalling

resistanceof rubbing

eaibCiOdneきAlu‑in且
ca∫bide alloy
Co 7%

Vickers'bardness

Young's

2570

1000‑2000

1600

1600

45

38

42

70 ‑77

28

24

42

77

24

500

kgf/mmstrerlgtho't

kgf/mm2

modulusE

kgf/m皿2

4. 2×104

3.8×104

6. 0×104

6. 1×104

3.2 ×104

843. 6

10ー6/OC

4.3

7.0

6.0

6.0

3.2

2.2

cal/crn･s･oC

0, 30

0. 06

0.2

0.2

0 033

0. 358cm･s/cat

14.

3

116

30. 0

30. 0

9 6.0

0.6

46. 6

5.4

23.3

42.0

7.8

530

strength

Thermalexpansion

Thermalconductivity

αKα侶× 10‑6
1ing

Threers:s言ま｡≡a1
cal/cmTher‑alsniilt喜3ne
I Graphite

2

Deflective
Tensilematerial
Cemented

Mater i alJβfitting

spalling･

resistance

‑%

s

I

1

2.

.

95

%
神鋼ファウドラー技報

VTol. 29No.

2

(1985/9)

高圧用の場合はこの歪を最小限におさえるよう形状,大と耐熱衝撃値の比較を示す｡
その他の摺動材料

きさ,01)ングの取付位置等に特をこ注意が払われている.
第6園Qこ形状による耐圧の差を示すが,その中でも特に

2.2.4

上述以外のものでは,ステライll,ニレジスTl,銅合金が使用されている｡これらの中で銅合金は,超硬合金とのkgf/cm2G)回転テス一にて良好な結組合せでの高圧(2000

果を得ている｡

辛が,歪防止に対して効果がある.

2.軸

シ1)ング取付位置の影響が大きく,外圧K:よる受圧面積をより′トさくするため, 01)ングを摺動面近くに取り付ける
又,固定環は特殊形状のものを除いて,シー†受座匠固ル

ー

定され,その背面はシ‑ト受座に密着している｡このためメカニカ)I,シールには摺動部材間でのシ‑/I,と,回転環
及び固定環をそれぞれ事由及シ‑
T･受座vL弾性支持し,洩れを防ぐと共R:一振動牽離する働きをもつ軸シ‑)I/とがあ固定環の背面及びこれが当るシー†受座フラ3'ジ部の仕上精度が重要なポイントとなり,面状態が悪ければ,その影る｡

響が即摺動面部に波及する.納入時,両者の面状態が完全
700

この軸シー)I,忙は,通常,フッ素ゴム,ニトリ)I,ゴム等

560の01)ングを使うが,シー/i,液及び槽内液質,温度紅より,デュポン社製のカルレッツあるいはフッ素樹月旨を使用する場合もある｡
高圧の湯合,回転環の軸シー)i,用0

420
350
280

1)ングのはみ出しFL

210

ついて注意しなけれはならない｡
回転環は適正な摺動面圧を維持するため軸方向への動きが可能な構造となっており,回転環のスムーズな軸方向へ

v

宗篭105

の動きを得るためVLは,回転環と軸との間に適当なすき問が必要であるが,このすき間が必要以上に大きすぎると,第3園に示すようVLO

140

(

V

左遷

1)ングがこのすき間部へ入り込み,

Pro trtlS ioll

‑･‑㌔̲

7｡

† ;;

かみ込み現象を起こし回転環の軸方向作動不良の原因となる｡従ってこのすき間は0リングがはみ出さないものでな

No

シナればならない｡

prod‑usion

28

第4図に0リングのはみ出し中こ対するクl)アランスの限

21

Shore

界値を示す｡これVLよると圧力が高くなる忙従ってすき間を′J＼さくしなければならないが,回転環の構造上必要以上
ケこ/]＼さくする事が出来ない｡したがって高圧用R=は,

70

90

80

14

0

1)

yグ硬度を上げたり,バックアップ1)ングを使用する等の方法をとり,事由とのすき間を確保する｡尚バックアップリ

⊂)
⊂〉
⊂⊃

ング樹質は熱変形の大きい樹脂よりも金属の方がよい｡

3.構

Ab

hardness

こ⊃

N

N

L〇
⊂⊃

⊂)

Ll7

⊂⊃

⊂⊃

,･･一

,一.･･+く⊃

ぐつ･･冒･く⊃ L＋7
N
N

L〇
⊂⊃
m

⊂⊃

⊂⊃p⊂⊃

⊂⊃

⊂⊃
L〇

ぐr?

【‑
仁一
⊂⊃ LO
.rl

｢

⊂⊃

⊂⊃

造

CO
C3
⊂⊃ Lll
1つ
Lつ
⊂)

t=)

⊂⊃ ⊂⊃
yL･+ミニ)
し〇 こロ

｢→

N
CY?
L⊃ r一
仁一 二O

｢r
Tfl
こ⊃ ｢1
CO
I?

1:D

ー‑

⊂>

⊂)

⊂)く⊃

C

く=)

⊂)

Tll

⊂⊃

くこ)
こ⊂) †一
の
く:>
t･･･1

(mm)

ダブルメカ‑カ/1/シールの場合,缶内側及大気側シー)t'differellCe il一Tlle

共シールミ夜圧忙よる外圧を受ける｡回転環,固定環共この外圧の影響で摺動面は第5図に示すようV‑通常は外周当り傾向となる｡この状態で運転すると,摺動面部の油膜が形

a

第4国
Fig.

cotlpleof diallleter

0リングのはみ出しに対するすき間の限界値
4

Limit

of clearance

for protruded

0‑rirlg

成されにくくなるため,異常摩耗,焼付等の原因となりやすい｡特に固定環忙カ‑ボンを使用する場合は,カーボン
Sealの弾性係数は金属の1A:o程度であるため,圧力忙よって生じる歪防止対策の考慮が必要である｡
Seal

rillg

Floatillg

Seat

P

rillg

Shaft

仁

0‑rillg

第3匡1

0リングのはみ出し

第5囲

Fig.

Protrusion

Fig.

3

VTol. 29No.

2

of 0‑ring(1985/9)

圧力による摺動画の歪5

神鋼ファウドラー技報

Deformationof sealing

face dueto pressure

differenceJ+M

Position

aterialFactorof0‑ringthickness

Shape

of

sealingface

Flange

size

Shape
to

easy

deform

Shape
to

.hard
deform第6固Fig.

形状による耐圧の差
6Shape

factors

affectingonpressure

resistanceof floatingseat

で問題なく運転されていたものが,定期点検で,新品のメ

Notcllfor

lubricat̲ioll

カニカルシールと組み替えたが,面の調整,仕上bヂが不十分であったり,行われていなかったことによる密着不良が原因での†ラブルの例もある｡したがって,定期点検等でメカニカルシー/I,を取り替えた時には,両者の面の調整,
仕上げが確実に行われている専の確認が必要である｡

4.

シ

ー

液

ル

ダブルメカニカ)I,シー/レの摺動部発熱の除去と潤滑及び第7園

圧力保持を目的として,シール箱内にシ‑/I,液が供給されFig.

る.供給方法には,加圧筒による封入式とプレッシャ‑ユニッ†忙よる強制循環方式とがあるが,高圧用の場合は,摺動面圧が高く発熱量が大きいため,冷却能力の高い,プ

ハイドロダイナミックS/‑ル
7

Hydrodynamic

seal

q)
I̲l

コ
(勺

レッS/ヤ‑ユニットでの強制循環方式を用いる｡
VG32‑68相当)
シ‑ル液には潤滑性のよい抽(ISO.
がよく使用されるが,他に共液,水,溶剤,グリセリン,
流動パラフィン等が使われることもある｡
このシ‑ル液の選定に際しては,潤滑性が良い事はいうまでもないが,槽内液(ガス)と反応し熱を発生したり,腐食性が増大したり,固形分が生成されたり,あるいは摺動画での半占度が高くなったりしないものであることと,槽

〜.一
d,)

a
[:

l

q)

＼

〔一

L.･●"1

†
､ノ､ノ
第8国
Fig.

Tillle

立上り時の摺動面近傍温度
8Temperattlre

under

the

sealing

face

at

start

up

内液体へのわずかな混入が許容されるものでなけれはならない.又,最近,共液,溶剤等特殊な液をs/‑ル液として使用するケ‑スが増加しているが,上述の検討はもとよ‑40oC低い温度で管理するようにする｡又,シール液の循
環流量の決定は,シー/I,箱のシー)I/液出入口部との温度差

り,そのi夜のs'‑ル液としての摺動特性についても,テスを抽の場合10oC,水の場合3oC程度として計画する｡†を行う等によって把直しておく必要がある｡
高圧用の場合は特にシール液の粘度及び温度管理も重要

5.ならし運転及び再起動運転である｡粘度が高すぎると,面圧が高いために摺動部‑s/

ならし運転によるtラブ)t'があり,ならし運転の良否が,‑ル液が入りにくく,そのため潤滑性が悪くなり,異常発
熱,摩耗,熟割れ等の原因となる｡従って粘度の管理は,
250‑300
タービン油の場合,低圧用で使用する粘度より,Cst低くする必要がある｡又第7国に示すように,摺動面

メカニカ/1,シールの性能,寿命に大きく影響している｡
このならし運転の必要性ほ,メカニカ/1/シー)i,の構造的な面と,摺動材のなじみとからきている｡第8園に立上り時の摺動面近傍温度を測定した一例を示すが,定常状態でに潤滑溝を設け摺動部の回転を利用して,S'‑ル液を強制的に摺動端面部‑導入させるノ＼イドロダイナミック5'‑)I,は摺動面温度は,ほほ一定値忙なるが,立上り時は図の如
く非常R:バラツキが目立ち不安定である｡このような状態も高圧用にほよく使用される｡の時に急激な圧力,回転数の増加を行うと,洩れ,焼付杏,熱割れの原因となり易い｡ならし運転は,摺動面をな

シ‑/i,液温度は,密封状態の完全さと耐久を維持し,蘇歪はもちろん熱膨張による巌合部及び回転環と軸とのすき間の変化を出来るだけ小さくする意味でも極力低い値いに保つ様にした方がよい｡
この温度管理の上限値は,抽のような高沸点液では60o
C,溶剤･水等沸点の低い液では大気圧下での沸点より30
12高圧シールでしばしば問題となるものに,運転開始前のじませ理想的な摺動状態が得られる様に行うためのものであり,その方法は,s'‑)I,液圧を一度に設定値まで昇圧させず,低圧(5kgf/cm2G程度)から段階的に時間をかけ昇圧させ,変速が可能な場合は最低回転数からスタートさせる｡又シー)t'液の温度コン十ロー)t'も必要であり,特に冬伸銅ファウドラー技報

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

場では,シー)I,i夜温度が下がり半占度が高くなっているので,運転前VL所定の精度となるよう加温する方がよい｡
又,パッチ運転等で運転を停止後長時間経過したのち再起動させる場合があるが,このような場合でも運転停止時
間により適当な,ならし運転が必要である｡
再起動時のならし運転ほ,s/‑)1,液の種類,圧力等によって異るが,一般的をこ24時間以内の停止であれは,ならし
運転は新らしく組み込んだ場合に行うステップ的なならし運転を省略してもよいが手廻しで数回廻した後再起動を行う｡停止時間が30日を超えた場合は前述と同要領のならし運転が必要である｡
む

すぴ

以上高圧シ‑)l,に関するごく一部を述べたが,当社200
kgf/cm2G回転テストでは,ダブル塑シールで,洩れ,摩[口

耗,摺動面近傍温度,摺動特性等,満足のいく結果が得られており,この圧力クラスまでは,ダブ/1/メカ‑カ/レS/‑

ルの使用が可能であると判断している｡又これ以上の圧力範囲では,第9図VL̲示す3段シー)I,タイプを採用することD□になるが,プレッS/ヤーユニッ†の圧力コンT.ロールが複雑であるため,現在は槽内圧カと連動させ自動制御出来る
プレッシャーユニッ†を開発し試作中である｡〔参考文献〕
常田:新メカニカルS/‑ルE.マイヤ‑:メカニカルシ‑ル

宗:シールのこくい

第9園
Fig.

Vol.

29

川口ほか:メインテナンス(Jtlly
24.5(1979) P25
大越:潤滑
藤田:寺関滑 24.5 (1979) P31.32

3.殴シール
9

TriplemechanicalNo.

(1985/9)

2

日刊=業新聞社
科学新聞社
技術評論社

seal

古賀:潤滑

神鋼ファウドラー技報

27.ll(1982)

1984)

P42

13

ラ

イ

ン

グ

un;ng

G]cISS￣

グス

フ

化工穐事業部

沢

製品開発室

田

雅

MasamitsuThisreportoutlines

history

theglass of chemicalequipment,
developed者9000

glass.

This

new

is比e

and

tllis

glass
glass

of

our

andalsostandard

provideslining

being

glass

outlinesthefor theusedcharacteristics

insteadof tile tlSual

standard

glass

corrosion

resistanceagainstan acids,

the best

standard
our

of

光

Sawadanewly♯3100, ♯5000
water

and

alkali.

当社設立以来,グラスライニング機器紅用いられてき
た,標準グラスの変遷とそのもつ諸性能,そして,この度開発した新しいグラス者9000VLついて紹介する.

高耐アルカリ性を有す全域高耐食性グラスである｡
ま

え

き

が

あらゆる分野で使用されてきた｡
当社は,グラスライニング業界のリーダー的存在であ

この新しいグラス♯9000は,従来の当社標準グラス者3100,#5000に代わる,標準グラスであり,高耐酸性,高耐水性,

1.

耐水性を有しているので,石油化学,医薬,染料,食品等

約30年前,グラスライニング機器として1号磯を製作して以来,現在に至るまで数多くのグラスライニング機器を製作納入してきている｡その間メーカーとして,グラスラ
イニング機器の中枢部であるグラスの研究むこ絶え間ない努
力をしてきた｡
ライニンググラスは,ど‑カ,試験管などの一般高耐食性ガラスと異なり,耐食性はもとより,母材である鋼との接合性も具備したものでなくてはならない｡加えてユーザ

り,化工機用標準グラスの耐酸性,耐水性において,極限ともいえるような性能をもたせた｡ところが最近では,耐ア)I/カリ性をも向上させたグラス忙対する要望が増えてきた｡そして,今では,酸からアルカリまで全域に十分耐え得る標準グラスでなければならず,新しい時代の標準グラスとして♯9000を開発したo詳細Rlついてほ後述する｡
標準グラスの変遷

2.2

当社が現在まで,標準として使用してきたグラスを,第1表紅示すo
設立時の標準グラス#5300は,SiO2‑B203系ガラスで,†一夕ルアルカリ成分15%の常識的なガラスであった｡特に大きな特長はないが,溶融軟化性をこ優れ,スムースでき
れいな表面状況を示した｡‑･ニ‑ズに庵力応えていくためVLは,優れた機械的強度,その他様々な性能をもったグラスが必要となった｡そうなると一種類のグラスで全ての機能を持たせることは非
常に困費臣であり,自然R:グラスの種類も増えざるを得なく

蓉5900は, ♯5300を改良して,耐熱衝撃性,耐酸性,耐水性を大幅に向上させ,別名耐酸故郷といわれていたグラス
ライニングの位置付けを明確化したグラスであったといえ
る｡

なった｡

本稿では,これらライニンググラスを当社設立当時まで
瀬昇り,整理すると同時に,改めてグラスの特性ケこついて説明しておきたい｡そして最近開発した新しい化工機用標
準グラス♯9000を紹介する｡

享5000
Nuceritc

標準グラス

章800〔)

化学磯暑芳用耐食性ライニング材としてのグラスは,珪酸や湖酸のような酸性成分を主としており,高度の耐酸性,
第1表
Table

標準グラスの使用変遷
1#5900の耐食性を改善した当時として

幸9000

2.当社の化工機用グラス
2.1#6100は,蕃5300,

は画期的なニューグラスであった｡
B208成分の1)ッチな欄珪酸塩ガラスがこの頃までは,Transitionof standard

glass

I
.1;)16()'6570l〇'80'(i5j=5300テ5900､幸6100､き3300き3100､三900O､
Glass

幸3100
h‑ucerite♯710()

23

≠3300

23

き(;100

55

辛5900

58

62

62

10()

草530()100

き5OOO､20%IICl
B.P.
Nucerite

き70OOj=TIOO､≒8000､き8100､

B.P∴

Boiling

第1図
Fig‑.

14

1J.P.

point

;
:

Pしu‑e Water
B.P. Ⅴ.P.

V.P∴

Vapor

4%NaOI1
80℃

L.P∴

phase

L.P.

Liquidphase

標準グラスの腐食比
1

神鋼ファウドラー技報

Corrosion

rates

of standard

glasses

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

主流であったが,より厳しい腐食条件紅耐え得るグラスとして,ZrO2を含む珪酸塩ガラスを,コンピュータを用

いて成分設計を行い,♯3300を完成させた｡このグラスは,耐食性が全体VLわたり非常に大きく向上しただけでなく,ライニングの作業性も優れたバランスの良いものとなった｡

者3100は,日増しに強くなった耐酸性,両手水性への要求に応えるため,特に而.酸,耐水性の向上を狙って研究した
結果,生まれたグラスであり,SiO2成分を最大限に含んでおり,ライニング出来るグラスとして限界ともいえる性能をもたすことが出来た｡
写真1結晶化ガラスの走査型電子顕微鏡写真

一方では,酸,ア)I,カ1)両方の腐食条件紅グラスライニ
ングが用いられるようになり,耐アルカ1)性も具備したグP血oto･1

SEMof crystallized

glass

ラスが必要となった｡そこで開発されたものが♯5000であった｡このグラスは,耐アルカリ用成分として良く知られているZrO2を,ライニング作業性を損なわない範囲で最大量加えたものであり,耐酸性から耐アルカリ性まで,広

00

Glass

範囲の腐食環境に耐えることができるo
しかし,蓉3100並の耐酸性,両手水性を維持して耐アルカl)性も向上させるために,

Cover

SiO2やZrO2の添加量を増す

ことは,作業温度が著しく上昇するのみならず,熱膨摂係数が小さくなり,作業性の悪さによる,機器としての性能低下,例えば,coat

cerite

R部のグラス剥離のし易さというような問
Ground

題が残る｡
新しい標準グラス♯9000は,

coat

Steel

ZrO2の他KL.特殊な成分を加えることによって,これらの問題を全て解決し,耐食性

写真は,#3100の耐酸性,耐水性をもち,かつ耐アルカリ性は#5000より優れた,今後標準として使用していくのにふさ

P血oto.2

2

ヌ‑セライTt♯8000の断面写真
section of nucerite ♯8000

Cross

わしいグラスとなった｡

核形成剤を添加し,それが熱処理されることVLよって,結以上述べたグラスの他に,当社では,耐機械的強度に優れたセラミックライニングとしてtくヌーセライTnという晶が生成される｡ガラスマト1)ックス中に,

Li20‑SiO乏や結晶化ガラスを,撹拝賀,バッフル等のアクセサ1)一類FL

Li20‑A1203‑4SiO4などの,多数の微細な結晶が存在した

標準としてライニングしてきた｡

状態のものである｡｢SA‑72+という言いかえれば,ガラスとセラミックスの中間体であり,名称のヌーセライ十で,1962年から使われ始めた｡その後,ヌーセライ一に標準グラス並の而寸食性を付与させた,特長として,一般に耐衝撃性,耐磨耗性,熱伝導率が通常#7000は別名｢SA‑12+,｢SA‑40+,

万能ヌーセライ下が♯7100であり,現在に至ってはi8000である｡これらの詳細￠こついては,次コ頁で説明する｡
尚これら標準グラスの耐食性の比較を,第1図に示す｡∫ I S及びI

SO規格に準じた耐食試験を行ない,それから得られたデータを♯5300を100として,比に換算し直して表わしている｡棒グラフ中の数値が′J､さいほど,棒グラフのガラスむこ比べて非常紅優れている｡
当社はこれに連れることわずかにして,ライニング用結晶化ガラスを開発し,実黄を積み重ねてきて,現在の膚準
メ‑セライト#8000に至っているo
ヌーセライ十#8000は
写真1のような結晶を含む結晶化ガラスを写真2に示すようなシステムに採用している｡すなわち,上引層が結晶化
ガラスのヌ‑セライ†と,高耐食性グラスの2撞類によっが短かい程,耐食性が優れているということである｡て構成されている｡従ってグラス面への機械的衝撃は,メ

2.3‑セライトの層で食い止め,腐食に対しては,最上層の高耐食性グラスによって保護されるわけである｡このヌーセ

ヌーセライトグラスライニングは通常のグラスに比べ,強化されているため,数倍割れ難くなっており,割れた時のダメージもはるかに小さいが,それでもガラスは割れるというイメー
ジが強い｡そこでtく割れないグラスを〃というニーズに応えて開発したものがヌ‑セライ7.であるo｢ヌーセライトライ十♯8000の主な特長は次の通りである｡
1 )耐衝撃性は一般耐食グラスの約4.5倍
2)万が一破損した場合でも,破損面積が通常グラスに比べて+＼さいので,補修し易い｡(Nucerite)+という語は,当社の登鏡商号であって,ラ

3)耐食性ほ当社標準高耐食グラスと同等

イニング可能な結晶化ガラスを意味している｡

4

結晶化ガラスは,約28年前,アメリカのコー‑ング杜がttパイロセラムというく笥Elれ難い

窯業材料として発表したものであり,一般的にはガラス中FL̲目的に応じた結晶
Vol.

29

No.

2

(1985/9))耐熱衝撃性は当社標準高耐食グラスと同等

5)従来のヌーセライト紅比べ,ライニング施行性が大幅に改良されたので,品質が向上するだけでなく,撹拝巽やバッフ)I,以外の本体への施行も可能忙なった｡

神鋼ファウドラー技報

15

NaO甘/goo

C

1.0
h
＼
∈
f:

0.5

2

6

4

8

10

12

Shock

16

14
energy

20

18

22

幕2園

衝撃エネ/レギ‑とグラス剥離部径との関係

デig. 2

Relation

betweenshock

energy

24

26

28

30

(Nm)

and

15
pl‑I13

10

15

20

25

30

%NaOlipn14

diameterchippedof glass
NaOl‑Iメ‑セライ†#8000とグラス♯3100の落球衝撃試験の比較

>■､

/ 20%

2.0

＼

一夕を第2囲に表わす.
試験方法は,一定の重量,大きさの鋼玉求を,一定の大きEE:のテストピースのグラス側に落下させるものであり,港高さの変位を衝撃エネ)I,ギ‑の大きさに換算した｡
その結果,第1図で明らかなように,♯3100は6Nm

1.0(3の鋼球を20cmの高さから落下させたとき)より,グスの剥離部の径が急VL大きくなるのに対し,ヌーセライ
幸8000は27Nm(90cmの高さ)となり,♯8000の方が衝60(こ対して優れていることが分かるol最近の特殊用途グラス

80

loo

dC

第3囲‡4300の耐食性

I.1超低温用高耐食グラス

Fig.

3

Corrosion

resistance

これまで当社ほ,医薬品製造分野の低温使用向けグラスイニング機器として,使用温度‑80oCまでの要望に対

of #4300ている.特R:低温になるほど向上する傾向がある｡
耐アルカリ用グラス｢蓉4300+
前述したようむこ,主紅酸性成分より成るグラスは,ア/I,てほ,グラスライニング用素地金属紅,;% Ni鋼等の低温圧力容器用鋼板を用いて対処納入して

2.4.2

た｡

カリ溶液忙対してほ,酸に対するほど耐食性は強くなく,
特に温度,濃度の上昇VLは加速度的紅腐食が顕著になるた

SLA33A及びしかし近年,これまでの使用温度180oCより,さらVL
い温度で使用できるグラスライニング機器の必要性が高
そこで素地金属R:,オ‑ステナイll系スってきているoめ,一般に高温,高濃度のアルカ1)性雰囲気中においてンレス鋼を用いたグラスライニング機器を開発すること
よって,節‑200oC迄の使用を可能とした｡

しかしながら金属を嫌う内容物でほ,グラスの必要性が出てくる｡

は,金属材料が多用される｡

このステンレス用高耐食性グラスは素地金属として,蘇当社の#4300は,このような要求Rl応えて,特紅耐ア)I/

振係数が普通のグラスライニング用綱紀比べて,大きい

カリ性を向上させたグラスである.その性能を第3園に示‑ステナイト系ステンレス鋼を用いているため,今迄のうな,ライニンググラス並の熱膨張係数でほ,特に低温

す.上のグラフは年間腐食率と濃度,下のグラフは温度とでの機械的,熟的強度が保持できない｡そのために,熱涙係数を大きくするようなグラス組成になっている点が畏である｡

坂下VLグラス及びグラスライニング機器としての主な性の関係を表わしている｡#4300の主な用途としては以下の通りである｡
1)金属イオンによる汚染を嫌うアルカリ物質
2)金属との接触によって起る変色を錬うアルカ1)物質
3)金属との接触で敏感に影響する高分子のア)i,カl)物
質を記す｡)オーステナイト系ステンレス鋼の前処ヨ墾方法と,専用の下引グラスの開発によって,従来のグラスライ=ング

4)アルカリ填では,缶体金属の酸化,還元が不安定になる場合
耐摩耗性ヌーセライ†と同等の密着度が確認された｡

2.4.3)耐食性は,旧当社標準グラス#6100相当であってJIS
晩格の,化学工業用グラス｢1瞳+として十分使用でき

無数の微細な結晶であり,これらの結晶ほガラスマ†リッ

るものである｡

クス中に適当に分布している.結晶紅はいろいろなものが)使用可能温度は,約‑200oC‑200oCであり,耐熱衝
撃性は,当社棲準グラスと同じである｡

あり,それぞれによって,ヌーセライ†としての機械的,物理的,化学的性質が異なるものである｡)グラスの機械的衝撃強度は,当社標準グラスより優れ｢C20+

前述したように,ヌーセライトの構成成分は,ガラスとヌ‑セライトC20は,通常のグラスFL比べて,耐熱衝撃

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

第2表ロ‑ルカバー材の誘電定数Table.
Wheel
0.8

:

1Veight

2

Dielectric

constantof roll coverMaterial

fI18】

material
Dielectric

constantlOOOgreJ)Natural

SBR

gum

Silicon

gum

3′･‑′
5

Epo〉【y resin

3. 5/､′5

2. 5‑4

0.6

の
∽

Eyp

○

4′‑ノ6

erom

0･4

ゼ

Cbloroprene

ヒd
Q)

1

gum

5′‑8

甘0

a

Standard

6 ′‑′7glass

0.2｢T‑31+

題を解決したグラスライニング製pヨニ計であり,従来のガ
400

20O

600

800

1OOO
r･t)･111･

第4囲
Fig.

4

Abrasion

resistanceof nucerite

ラス膜電極では不可能とされていた条件下においても,pH値の測定を可能にした｡

ヌーセライトC20の耐摩耗性C20耗性を要求される部分に使用している｡標準グラスとの耐pH計は,被測定溶液中の水素イオン括量の大きさに比して,電極部に発生する電位を測定するものであり,電極部のガラスは,必然的に三箆抗値の/J､さなものが要求され磨耗性の比較を第4囲に示す｡この試験はテ‑バーの磨耗試験機により,回転しているテストピースのグラス側に砥る｡メゾンデpHは構造のみならず,
pH測定に必要なす
べての電気的特性と,耐食性を備えた電極用ライニンググ

石を当てて,グラスを強制的に磨耗させる方法である｡縦軸が磨耗によって減少したグラスの重量で,横軸はテスト

3.

性も優れているが,特に耐摩耗性に富んでいるので,耐磨ライニンググラスの評価
今迄述べてきたガラスは,全てライニンググラスであピースの回転数を示している｡
ヌーセライトC20の方が,ラスに大きな特長をもっている｡♯3100より約2倍優れている

ことが理解できる｡
但し施行性,耐食性は標準耐食グラスより劣っているので,使用出来る範囲が狭い｡当社では,ノ‑スリーブタイ
プの撹拝賀の軸頭部にのみ,標準仕様として使っている｡
2.4.4†1)‑メ‑ロ‑ル用グラス｢T‑31+
近年プラスチックフイ)I,ム,
JC,金属箔などの印刷性,
接着性を改良するために,電気処理法の一種として,コロり,常に素地金属との接合性,化学的性能,機械的性能が考慮されている｡このことはグラスライニングの基本原則
であって30年経過しても変わっていない｡但し,それらの評価の方法,精度は年々向上してきている｡以下ケこ現在のライニンググラスの評価について記述する｡
3.1浅留圧縮応力
グラスライニングや珪鄭の,基本原理である,金属とガ
1つは機

ナ放電処理が広く採用されている.グラスライニング製tラスの結合のメカニズムというのは2種類ある｡
械的結合であり,もう1つは化学的結合である｡

リ‑メrロ‑/I,は,このコロナ放電用受ロー)I,として,多くの長所を有しているので,従来の樹月旨製,ゴム製のローを行なって素地忙凹凸を形成するために,その表面で溶融

ルに変わるものとして,非常に脚光を浴びている製品の一種である｡
トリーク‑ロ‑}L,に要求される主な性能としては

前者は素地金属の前処理として,酸洗,サンドブラス†
したグラスが凹部に入り込み,冷却固化することによって,くさび状の結合をするというものである｡
後者については,素地のFeイオンが,グラス中に含まれているCoO,

1)精密な寸法精度
2) 高い硬度で傷が付かない｡

NiO,

MnO等と高温中でFe＋CoO‑FeO十Coなる反応を起こし,鉄珪酸塩の中間体を形成し

3)

高温忙耐え得る.

4)

放電時に発生するオゾンKL̲侵されない｡

結合することを意味している｡

5)6)

常温から高温まで,安定した高い誘電定数を示す｡

このように結合されたグラス自体が,一般のガラス単体

高い耐電圧強度を有する｡

FL比べて,はるかに高強度である理由は,熱膨弓長特性の異なる2種類の物体が,結合,固化したことによってグラス

7)平滑な表面で製品を傷つけない｡

側に内在された残留圧縮応力による｡すなわち,急冷扶作

これらの要求事項FL対して,グラスライニングはほとん
ど満足できるものであるが,なかでも特に,電気的特性,
表面の平滑度を改良したグラスがT‑31である｡
各種のロ‑ルカバー材の誘電定数を第2表に示す.
2.4.5

によって得られる,一般の強化ガラスと同じである｡
ライニングされたグラスが,機械的応力に対して,素fd･金属の降伏点まで割れずに耐えるのは,この残留圧縮応j:に起因する｡
最近のライニンググラスは,平均約20kg/mm2の残留

メゾンデpE電極用グラス

化学工業において,反応の制御等には,一般にpE計が圧縮応力を有するように設計されている｡そして,この侶用いられるが,運転中の反応缶中のpE値を直接測定するを支配する要素としてほ,グラスのライニング厚み,ライことは,熱的,圧力的,機械的K:も非常むこ厳しい条件となり,不可能な場合が多い｡メゾンデpHは,これらの諸間

ニング部の形状もあるが,主として,素地金属とグラスそれぞれの熱膨張特性であることほ前述した通りである｡

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

神鋼ファウドラー技報

1;

Glass: A
bJ3

Stee l

〔:
【:
1=
q)

Glass: B
＼

･り
t･■り

Room

○
節

temp.
tH

1

⊂)

1
I

,‑

U
U

≡
A)

a
Glass

⊂:
0

1a
⊂:
【q
a
〉く
q)

71p

Sp

第6図

く弓

巨

Fig.

q)
A

ト

Upper

no

Max.

LolVer

nO

∂

Temp.

α

∂̀

α′

ライニンググラスの洛南軟化曲線
6Softenr)ing

c町Ve

Of lirling glassstraintensionl
めに,Glassに引張応力(Tensil
stress)が働く.そして,ten‑
転移点付近VLおいて引張応力が最大となる(Max.

StrainSteelよりsion).転移点以下常温までは,はば直線的に,小さな収縮率で冷却されていくo
この時, Glassに働いている応力が,引張から圧縮に変化する温度が侶無歪温度(LoⅥ7er nO Strain
temp.)である｡￣下￣ロ+

このような変化を経て,最終的に常温迄冷却されたGlass
中にはPなる量の圧縮歪が残ること忙なるわけであるoT

第5図下段のグラフは,残留応力と温度の関係を示したもの

D

喜芦

である｡

‑l盲

それでは,グラスライニングVLとって,これらの熱的特

l

十

No

stress‑strainl

性がどのような影響を及ぼすかを考察してみる｡
まずPの値が小さ過ぎると,ライニンググラス中の残留1)>

圧縮応力が′J＼さくなり,機械的,熱的衝撃VL対して弱くなる｡一方大き過ぎると,グラスとしての強度は向上するが,凸部にライニングされた場合,剥離し易くなるo

義
L<

ぎ選

Max.

tensionが大きくなると,焼成を繰り返す際の昇堤,冷却の過程で,一旦ライニングされたグラスが,引張⊥応力忙よって割れることになる｡特車こ昇温時に割れたライ
Temp.

第5国
Fig.

2

ニンググラスが,焼成され,その割れた部分が,再度溶けてふさがり,線状の跡忙なって残った状態を｢ヘヤ‑ライ

ライニンググラスと素地金属の熱的特性
5Therrnal

propertyoflining glass

and

steel

‑ヤーラインはグラスライニングによン+と呼んでいる｡
く見られるものであって,最終的VL‑は欠陥とならない場合

StressISt)･airLMax.
が多いが,作業性という点からみれは問題である｡
tensionは′J＼さいほど良い訳である.同時にあまり高温側

それでは,その残留圧縮応力が内在されるプロセスと,■○VL‑ならないほうが良い｡この理由は,第5園FL̲は図示されていないが,
Steelは冷却過程の約700oC付近において,第5図の上段のグラフは素地金属(Steel)とライニング

結晶構造の変化による異常膨蔓艮が起こる｡この膨張とライー1ラス(Glass)の,常温から500oC付近までの熱膨張曲線

ニンググラスの急激な収縮が重なり合うと,高い確率で割れて,そのまま常温まで冷却されてしまうからである｡
3.3
溶融軟化性

Lの状態でのライニンググラスの熱的特性について説明すL示している｡

一般VL GlassはSteelより熱膨蛋係数が′トさく,転移こ(Tp),軟化点(Sp)が存在することが特長であるo

この.うな特性をもつGlassの粉末がSteel上において,軟化
こ以上の800‑900oCの高温で焼成された後,冷却され,ミ々に粘性が高くなり,著しく高くなる軟化点付近からほじeelと異なったGlass特有の収縮が始まる｡(第5国中段
nostrain temp.))グラフ)この点が高無歪温度(ロpper
テあり,この温度から転移点まで,急激むこ収縮が起こるた

ライニンググラスを焼成する温度は,下引グラスの場合
は,素地金属との密着率が最高になるような,上引グラス
であれば,焼成後のグラス表面が滑らかになり,かつ一定
時間ホ‑)I,ドしても垂れ落ちてしまわないような,溶融軟
化率紅よって決定されるo特に上引グラスの場は,何回も繰り返し,施政,焼成されるので,初回忙焼成された上引グラスが,流動しない様忙毎回少しずつ温度を下げて焼成

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

される｡従って,広い焼成温度範囲であることが望まし
Test

い｡

当社の上引グラスの溶融軟化率は,そのグラス粉末を,?

プレスでブロック状に押しかためて成形したものを,各種温度で焼成し, (ブロックの幅) / (ブロックの高さ)で表

conditions

1) Corrosive

>､

o･2

:

solution

20%Hc
q)

苛o.1

わし評価している｡
第6園ほ,ライニンググラスの溶融軟化率(縦軸)と温2) Testtemp∴3) Testperiod

140o(

=
○

'読
O

度(横軸)の関係の一例を示したグラスである｡

0･旨

4) TestpiecesAll GLU

一般むこ焼成温度での,ライニンググラスの粘度は,常温中の水あめ程度で,105‑106cpであり,溶融軟化率としAの焼成てFで示される範囲とする｡このときのGlass:
Glass:

温度a‑a′,

10

第7園

B.の場合ではb‑b'という範囲となBの方がGlass:

3O

40

:

50

sanples(rrll/c血?)腐食率とⅤ/Sの関係

Fig･

すなわち,

20

V/S

る｡
Glass:

:

481

L一

7

Relation

betweencorrosion

rate

and

V/S

Aより焼成温度範

囲が広く,作業性V‑優れていることが判る｡
ではなく,当社においても独自VL開発した装置を用いて,秦験を行なっている.この試験法を検討した時に,多くの知これらの違いは,主にライニンググラスの酸化物成分の組成によって支配されるものであり,熱膨張特性,耐食性以外R=グラスの成分設計をする際の,重要な条件にな見を得た｡その1つがⅤ/S値と腐食量の関係である｡

る｡

腐食液の量であり,
横である｡

3.4

耐

食

性

酸性溶液の液相部のグラスが,腐食によってミクロンカ

グラスライニングは砿郷と異なり,優れた耐食性を有していなけれはならない.このことはJ‑ダ‑の探さまで浸食されると,腐食液中ケこは,グラスヰ
の各成分が,グラス組成比で,溶出されてくる.つまり主成分であるSiO2が多量に溶出され,腐食液の量次第てI SR4201において規格されている｡それによると,化学工業用として使用されるライニンググラスは,｢1種+に.属するものであり,(≒0.5mm/y),耐は,飽和状態R:なってしまうo
そうなると,時間R:関係75
く腐食が進行しなくなり,得られるデータK信頼性がなく(≒1.1皿皿/y)以なる.一例を第7囲に示す｡

耐食性としては,塩酸と水酸化ナトリウムの試験を義務づ
けているo

耐塩酸性は3.4gr/m2･d
7.2gr/m2･d

Ⅴを∃

Sは腐食されるライニンググラスの両

水酸イヒナトリウム性は,を示す｡当社では,カタログ等において,この年間腐食率48hrの試験の場合,このグラフから明らかなよう忙,
Ⅴ/Sが約20以下紅おいては,溶出したSiO2によって腐食が緩和され,年間腐食率が小さくなっている｡酸性溶拓

で表わす場合が多い｡勿論当社の化工機用ライニンググラ
ISO規格にある耐水性をスは1種に属するものであり,の液相部のグラスの耐食試験を行なう時は,
Ⅴ/Sを20上;上vL‑なるような条件を設定する必要があるということを芳も十分満足している.そして,特忙ある腐食液VL対し年間
腐食率が0.1mm/y以下になるような使用条件下においてしている｡

は｢Aランク+と称し,1年365日を毎日24時間フル運
0.1′‑0.2
転をして,5年以上耐え得ると判断している｡

シ1)カの影響の無いことも確認できたが,この方法におレ

下の腐食率のグラスでなければならないとしている｡
内の数字はI SO規格の場合の表示方法で,年間腐食率(｢Bランク+と称し,
2/‑5年の寿命nm/yの条件では,であろうと推測している.これ以上の厳しい条件では耐食用ライニンググラスとしての使用は｢不適+と考えられ)

Ⅴ/Sが20以下であっても腐食時間が短かければ,溶杜ては,腐食減量が少なく,他の要因による誤差が大きく75
り,適当な試験条件とはいえない｡

4.新しい標準グラス#9000
4.1細000の特長
近年,化学工業界忙もファイン化指向が高まるに伴f3

る｡

耐食性に有効なグラス厚みは,以上のことから,最小値
0.5mmが必要である｡
1.2/‑1.5mmの厚みにライニングしてお一般的には,

い,酸性の腐食条件中に中和･洗浄などの為,ア/I,カ.)恒物質を使用することが増えてきたo
また,1つの機器で乍
種類かの反応を行なうマルチパーパスの機器の要求などカり, Aランクの使用条件であれは,十分に5年以上耐え得あり,アルカ1)性に対しても強いライニンググラスの開票るものである｡

が必要となった｡

3.5

耐食データに及ぼす溶出シリカの影響∫ I S等のライニンググラスの耐食性を評価する場合,
規格R:準じて行なうことは当然であるが,それ以上に実際の使用条件に少しでも近い条件下で試験しておくことが重要なことである.事実,薬液の種類,濃度,温度など紅よって,腐食の形態もずいぶん違うものである｡少なくとち,ライニンググラスとして使用の可否をi矢定し易くする
ため忙は,高温耐食試験は欠かせないものの1つであるo
高温耐食試験紅ついては,何ら定められた方法がある訳
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(1985/9)

この場合,ライニンググラスの耐アルカリ性を向上さ堪るために,最も簡単忙考え出される方法は,グラス中の7
ところがアルカl)成分を発)t'カ1)成分を増すことであるo
すと,相対的に酸性成分が減少し,耐ア/i,カリ性は向上づるが,逆に耐酸性がタ写る結果R=なる.耐酸,耐アルカリfEE
方を向上させることは原理に反し非常に困難なことで凍るo

しかしながら,高耐酸性を維持しつつ耐ア)I,カリ性萎も向上させることがライニンググラスにとって不可欠な勇件となってきた｡

神鋼ファウドラー技報

1J

第3表
Table.

耐食データ
3

Corrosiorl

(oC
date

22

Unit

20%
B.P.

♯3100

HCI
V.P

0, 04

: m/y

20

pBTpe.
wv?tpe.I
I 48b%o6NE?p?
】

0. 01

0. 35

80

ぎ
C)

/!90OO

〔一

♯5000

0. 05

0. 02

0. 25

♯9000

0. 04

0. 01

0. 20

>
半5000

＼

100

ノ､＼.
､＼
､＼
♯3100

80

そこで考えられる成分がZrO2であるoZrO乏FLついて

35

30

25

20

15

(%)

,コンクリーTl補強用耐ア/レカ1)ガラス繊維の,中棟をす成分としてよく知られており,実績も多い｡ライニン
グラス組成にも,このZrO乏を増せは,耐酸性を確持しな

第8国
Fig･

10

5

fI20

fICLそ志

8

9

10

11

12

13

aoI‑I

14

(pH)

債用限界温度曲線(≦0.1mm/y)
8

Temp.

curve

of utilization

limit(≦0.1mm/y)

ら,耐アルカリ性を向上することができる｡最近の耐アカ7)用グラスというのは,この種のガラスVL属するものある｡ ZrO2は耐食性向上紅は,非常に効果的であるが,る温度と,塩酸深度,あるいはアルカリのpH値との関係

面,ガラス溶解温度,焼成温度の上昇,熱膨張係数が小で示したものである｡耐酸,耐水性を追求した♯3100は耐くなることによって,残留圧縮応力が大きくなり過ぎ

ア/レカ1)性が若干劣っているが,最高の耐食性を有している｡,などの問題がある｡そのためにグラスとしては,必然
紅増加量が制約され,ひいては耐食性の向上にも限界がじる｡無理に増加したものでは,作業性の低下により磯として使用中にグラスが剥離するなど,トラブルが発生る可能性が高く,装置としての品質面に問題が残る｡

4.3#9000は,全域において,その他の性能Stress‑Strain

4. 3. 1

♯9000はMax.

tensionが′J＼さくなっている｡このことは前述したように,焼成作業時の昇温,冷却過程でのグ

これら諸問題を全て解決し,作業性は従来の標準グラス

ラスVL加わる引張応力が,小さくなったということであり,紅良好で,かつ耐食性は酸から水,アルカ1)中こ至るまで域において,更に一段と優れたグラスが,新しい標準グ

ヘヤ‑ラインの発生が減少する｡そのため,作業性の向上
により,機器としての品質の向上ケこもつながるものであス#9000である.以下に主な特長をまとめる｡)耐酸,耐水性は最も優れている♯3100同等以上で,耐

る｡

4.3.2

アルカリ性は約2借上回る｡)ライニング中忙有害な分相,結晶化が起こらず,ガラ

4.3.3

スとしての安定性VL富む｡) ‑ヤーライン,毛穴等が少なく,作業性が良い｡

る｡)これらの結果,化学的にも物理的にも優れたグラスラ
イニング機署紬ミ製作でき,寿命の延長につながる｡
耐 食 性

2

∫ I S及びI

SOの規格に準じて,行なった試験結果を

耐熱衝撃性者3100, ♯5000と同等である｡
その他

機械的衝撃性,物理的性能等は従来のグラスと同一であ4.4

用途♯9000は, ♯3100, ♯5000同様,全ての機器への適用も可能であるが,顧客の要望ケこ応えるべく主に,高耐食性を必要とする分野へ利用していく予定である｡
ヌーセライ†

3表にまとめる｡
この結果より,耐酸性(耐塩酸性),耐水性は蓉3100と同紅維持して,耐ア/t'カl)性が大きく向上してしているこが分かる｡ ZrO2を耐ア)I,カ1)の主成分として成し得た
用グラス#5000よりも,全体iこ優れていることも理解でる｡

これらの性能を,更に実用的に表現したグラフを第8図示す｡
このグラフは,各グラスが｢Aランク+として使用出来♯8000の最表層の高耐食性グラスも白色の者3100から白色の肯9000(葬9000P F)に代えることが可能

で,この場合は｢#8100+と呼称される｡

5.

む

す

び

ライニンググラスは耐食性のみならず,作業性を向上させて,最高の状態で仕上げ,機器としての性能を100%発
揮させなければならない｡#9000は,このような奄札怠に立って開発したグラスであり,ユ‑ザ‑･ニ‑ズを完全に満足させるものであると確信する｡

神鋼ファウドラー技報

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(1985/9)

ク ラ イ オ

ロ

ア

ック

ジ テ

タ

‑

‖Cryo･lockりAgifcI†or
化工機事業部

製品開発室

山

崎

恩

威

Tadashige
Yamasaki
化工機事業部
ヰ支術部 設計企画課

松

j京

喜

一

Kiichi Matsubara
神鋼ファウドラー.･サービス株式会社

桑原tlaruhikoThetheCryo‑1ock
impeller
inside

shaft
the
shaft

the

and

vessels.
This reportcryo‑lock

from

has
been
developed
to makeagitatorcanthe shaft. Therefore,
the impeuer
vesselimpener

describes
agitator

by

and

means

to

used

the

features,torque

its

of

be

of

assembly

capacityoftoit possible
be assembled

uShrink

uniquefordisassemblyand彦

removetothefit 3.OintH,althoughconstruction

one‑piece

晴Iくuwabara

glasslinedof theprocedures

joints, etc.

cryo‑lock

グラスチ‑)I,製撹拝棟において,従来一体構造であった
撹群軸と撹拝巽を｢冷しばめ+で結合すること紅よって,両者は分離可能な構造となり,缶内で撹押葉のみの組立分
解が行なえるクライオロックアジテ一夕を開発した.
本稿では,クライオロックアジテ‑クの特長,組立分
解,結合力等について説明する｡
ま

え

が

き

グラステールは,ガラスと鋼(スチール)の複合材料として性

ttはは広い耐食性 , tく非付着性 ,亡く不活性 tt洗浄,
,くく電気絶縁性 などですぐれた特性を持っているが,その材料の特殊性ゆえvL用途が限定されていた｡
当社では,急速に展開するユーザ･ニーズの多様化に対応するため,材料による制約条件を少しでも取除き,グラスライニングの用途広大をはかるベく,日々研究を続けて

写真1クライオロックアジテータ
Photo･I

Cryollockagitatorいる｡

従来グラステール撹拝機の撹拝軸と撹押葉は,一体構造
でしか製作できなかったが,クライオロックアジテ‑クの開発によりグラスチー)Vにおいても金属材料の鑑群機と同様vL,塩拝軸と撹拝巽を分離できる構造とすることができたo(写真1)また,クライオロックアジテ一夕は,全面ガラスで被覆された部品同士を｢冷しばめ+によって,機械的に強固に結合させる新しい接合技術としても評価することができると考えている｡

1.クライオロックの特長
1.1缶内で組立･分離が可能

Fin

baffleクライオロックアジテ一夕は,告内で撹拝賀の取り付け
取り外しができ,第1国R:示すようKL.撹押葉は,マンホ‑ルから出し入れすることができる｡それゆえ,軸封,減速機などの伝動装置部を取り外すことなく
くl容易 に撹群巽の交換ができる｡このことにより次の利点を挙げることが
できる｡

1)

1台のグラスチール政拝磯で数種の撹押葉を準備しておき,内容物等により撹拝巽を取り換えることVLよって,より最適な]党拝を行なうことができる｡
2)また,万一撹粋巽または鑑拝軸が損傷した場合は,撹
弾巽か,撹梓軸のどちらか一方のみの交換ですむ.

第1図1)については,従来のグラステール製撹群機でも対応

Fig･

Vol.

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(1985/9)

神鋼ファウドラ‑技報

クライオロック茂梓翼の抵立IThecryollocl( agitator assembly21Mallhole
Ce11tel･〆ニミ)Ol)elllllg

3)

㌔

Fin

baffleiManhole第3園
Fig･

小ざい髭拝口と大きなマンホー)I/
3

Liqtlid

Sma11eragitator

openingandlargerma血olellitl.Ogell

:l;
lll

第2園
Fig.

;i:

クライオロックアジテータのフローパターン
2

Flowpattembycryo‑lockagitator⊂=

ぎせようと思えばできないことはないが,クライオロック:>は,上記1),

2)共に撹搾翼の交換に要する時間,コス･を大幅に減少させることができる｡
強力な撹拝が可能.2

当社のダラネチrlt,製撹拝巽の大半を占めるファウドラー巽ほ,巽断面がオーバ/レ形3枚後退巽であるが,クライ+ロックアジテ‑タは平板4枚後退巽を棲準としている｡
このクライオロックアジテ‑刻も次忙示すようにファ
7ドラー巽より,より強力な撹群を行なうことができるolJとして3000e濫搾機で撹拝動力を測定した結果より,撹
F動力数Np v‑よって比較すると,
b/d‑0.

クライオロックアジテ‑メ

Np‑1.1(但し, d/D‑0.49,
ここで,

d

:翼スパン

b/d‑0.

Fig.

鑑拝軸に液体窒素を送入
4Liquidnitrogenfed

into hollow

shaft

巽,軸の出し入れに必要な,大きなセンタ‑オープニング

Np‑0.2

ファウドラ‑巽(但し, d/D‑0.73,

第4図

09)

が不要となるので,上鏡のスペースが広くなるため第3園

19)に示すようVLマンホー)I/のサイズを大きくすることができ,また,配管用ノズル数を増すことができる｡

b:栗幅

D:槽径

二なる｡但し,回転数(100R/M),液深(H/D‑1.25),
ヾッフ/レ条件(フィンバッフ/レ1本)ほ同条件である｡
Tp値は槽と巽寸法比,即ち,d/D, b/d等によって異なiが,標準寸法にあっては,クライオロックアジテータのrp値ほ,ファウドラー実のNp値の約5倍である｡撹搾動
プ係数Np値の大′+､のみによって撹拝巽特性を比較するこ二はできないが,クライオロックアジテータ,ファウドラ

ー翼は共vL同じ後退巽で,吐出勇断塑巽といえるので,ク
ティオロックアジテ一夕は,ファウドラー巽より勇断作用
pミ強く,かつ吐出流量を多く必要とする撹拝系一例えど,ガス分散,乳化重合,懸濁重合等‑忙最適であると費えられる.第2図にクライオロックアジテ‑タとフィン

1.4

高耐食性

クライオロックほ,撹拝軸,鑑搾巽とも｢冷しはめ+部
を含めて全面に,今回当社で開発された高耐食性グラス♯8100がライニングされているので,従来のグラスライニ
ング匠増して厳しい腐食環境でも使用できる｡
以上がクライオロックの特長であるが,そのグラスライ
ニングとしての機械的強度,熱的性質(耐熱性,耐熱衝撃性)などは従来のグラステール機器と全く同等である｡

2.クライオロックの分解･組立
クライオロックの主な特長ほ,缶内で撹拝巽の組立,分解が可能なことであり,更にその作業が短時間でしかも簡単ケこ施行することができることも大きな利点である.
次に,宙体vLセッ†された撹拝軸から撹拝巽の取外し(分解)及び,取付け(組立)の手順を示す｡

ヾッフルとの組合せによるフロ‑パターンを示す｡
従来の撹拝巽では,焼成条件等により翼形状において多2.1分:の制約条件があった｡しかし,クライオロックアジテ‑

1)第4国に示すよう忙減速機の中空軸にパイプを撹拝軸zの撹押葉では,多様な形状の撹押葉の製作が可能になる
こめ,ステンレス製撹拝磯で蓄積してきた撹拝翼ノウ‑ウ
ピグラステール製撹拝機R:も応用することが可能である｡
大きなマンホール,多数のノズル取付けが可能■.3

クライオロックアジテータでは,従来一体構造の撹拝!2

解の先端まで挿入し,液体窒素を送入する｡
2)液体窒素によって鑑拝軸は収縮し澄拝軸と巽ボスの接合部がゆるんでくる｡
3)髭拝巽が捜拝軸からすべり,宙底のクッション材FL落下する｡

神鋼ファウドラ‑技報

VTol. 29No.

2

(1985/9)4)撹拝翼をマンホールから取り出す｡
立

二2.2 組

1)新しい撹拝巽をマンホールから入れ,缶底におかれた
タイヤチューブの上VLおろす.
2)撹拝翼を蔑搾軸の真下にセフ7‑し,髭拝軸シこ結露防止等の養生を行なう｡:3 )再び液体窒素を送入後,5分位で撹拝賀ボスが挿入で写真

きる軸径まで撹拝軸が収縮する｡
4 )液体窒素の送入を止め養生を取り外す｡

結合力テスト2

PI10tO.2

Amslertype

testeztmiversal
for frictional:5)タイヤチューブに空気を送入すると,膨らんだタイヤ

forc e

チューブが氏拝賀を持ち上げる｡
6)撹拝巽を撹搾軸R:セットしてその状態を保持する.

Fkg

Tkg･rn'7)撹群軸内の液体窒素が蒸発し,投弾軸が元の寸法に戻ると撹押葉はしっかりと固定される｡
組立vL要する時間は約1時間であるが,上記3‑7まで

10

500

′

000

ほ約15分位で終了するo
このように容易に投弾巽の組立,
分解ができ,しかも缶内での作業に金属工具を使用する必

400

/i＋

要がないので,グラスライニング部への損傷の可能性を最小にしている｡

300/

3.クライオロックアジテータの接合部の圧縮力
5000

と結合力

200

クライオロックアジテ‑タにおいて撹拝軸と撹拝巽とを冷しはめで結合する時,技合部vL̲発生する圧縮力と結合力･について述べるo
いま,外半径r2,内半径がrlである軸に外半径がr8であるボスをしまりばめ代∂で冷しばめ時紅Pmなる冷し

♂

第5図
Fig･

mm

冷しばめに対する摩擦力と結合卜/I,ク5Interference

はめ圧力が生じるとする｡撹拝軸,ボスのガラス部も鋼と偵足しヤング率をEとするとF‑

vsFrictional

force and

Frictional

torque〃PmSと表わせる｡
接合部の摩擦力Fは,写真2VL̲示すようにアムスラー塑

＋2x>d
rl

万能試験機FL鑑拝賀ボスを固定させ,撹拝軸に荷重を加え,撹拝軸とボスにすべりが生じた時の荷重を測定するこ

a

･㊥≒㊨

‑÷(譜･
が成立する｡
rl,

r2,と中こより求めたo
第5図に冷しばめ∂R=対する摩擦力Fをプロッ†した崇r書＋r守 p‑r乏
r…‑rヲ
r8及びEが一定とすると

)

果を示す｡
撹拝†/レクTは,

PtRCC∂

T‑2r2Fとなり,圧力P皿はしまりはめ代∂に比例する｡ゆえに冷しはめ時紅おいて,接合部のガラス忙発生する応力値
紘,撹群軸外径と撹拝賀ボス内径のしまり代∂を一定範囲内にとどめていれば一定値(許容値)を越えることはない.
従って,撹拝軸外径と髭拝巽ボス内径のガラス面寸法をとなる｡

第5図右側の座標軸は撹拝T)レクを示す.
第5固より,撹拝軸と巽ボスの結合部での伝達T7レクT‑320kg･mは,撹群軸の最大塩拝Tl)I,クの約8倍以上てあるが,この結合を保証するためには,しぼりはめ代∂を一定公差範囲内R:仕上げることが必要である｡
当社では,ガラス面に外径,内径のホ‑ニング加工を行

このことからも前記と一定範囲内に仕上げねばならないo同様にガラス面の精密なホ‑ニング加工が必要であるo

なうことによって寸法精度を向上させ表面を滑らかにしてむいるので,接合時の応力によるガラス破損の心配はないo以上,従来のグラスチ‑)I,反応磯のイメージより一段と進んだクライオロックアジチークVL̲ついて概説したが,こまた,ボス部を厚肉円筒とすることVL̲より,ボス外面のガラス紅生じる引張力をも/J＼さくしている｡
撹群トルクケこよって,撹群軸と巽ボス技合部で,すべりすび

れは,高度の焼成技術とグラスの機械加工技術とがあいまが生じるかどうかは接合部の結合力から判断できる｡その結合力は,軸外面のガラスとボス内面のガラスの.撃擦力Fって初めて開発できたものである｡現在,当社ではクライ
オロックアジテータ適用機種を2000e‑10000eまで標準イヒ
しており,また,アンカー巽のクライオロックをも製作しから成り立っている｡摩擦力Fは,ガラス面に生じているている｡今後,しまりはめ圧力Pmをガラス同士の摩擦係数〃,接合部面積S紅よりVol. 29No.

2(1985/9)‑‑ザ各位のニーズに対応するためにも,クライオロックアジテータのバ1)エーS/ヨンとして種々4:撹押葉形式を提供していきたいと考えている｡

神鋼ファウドラ‑技報2;

低額音乾湿併用形冷却塔に関する白煙観測結果報告
Repor†

ofVjsiblecmd

Low

PILImeObseryq†ion

Noise

Cooling

for

W/D

Tower
冷却塔宇美部 技術課
原田
征Seiichinoise

towerin1977,
cooling
been
to ourdelivered

Tbe

え

が

delivery

the

bave

E

first

Since

of

tbree

effectivenessof visible
different
attachments,

withwet/dryhybridwet/drymore

tover
cooling
than70coolingin1974

towerstb̲e bw.

and

both

of

Haradatype

customers.

plume
onto

by
was
tested,abatement
low
tow.ernoise
coolingainstalling
combined

system.

き

ける排出空気の流れは,完全に混合するR:は至らず,僅式部と乾式部を通過した後各部紅近い経路をとり分離した奮

当社の乾湿併用形冷却塔と低騒音型冷却塔の各1号機
1974年と1977年R:納入されて以来,これら2種の納入
賢績総数は既に70基紅蓮している｡

まで放出される傾向がある｡

上記の冷却塔の中から,排出空気の混合効果を高めるた

ニッT･として第2,)に,乾湿併用形と低騒音型を融合した低騒音乾湿併用形
旨却塔に対して付加ユニッ†を取り付けた状況で実施したを確認するためR:白煙観測試験を実施した.

3･付加干ニットの特長〕煙観測の結果を報告する｡

3.1気涜変頁板

1ミ,

そこで,上述のような混合傾向を改良するための付加‑.

気流変更板は第2国に示すように背面(充填材側)から造.構

3, 4囲pyL̲示すものを考案し,その効果

乾湿併用形冷却塔は,冷却塔からの排出空気が過飽和城流入する気流を,角度を持たせたブレード紅衝突させて気さ白煙となる可視ブルームを減少させるために採用される流を分散させ,上昇過程での混合効果を向上させることを)が‑ヨ投的であるが,ここで紹介する冷却塔の場合,騒音亘についても厳しく規制されているためVL,外碗は写真1

目的に,設計したものであるo

内部は第1つように低騒音塑冷却塔と同じVLなっているo
司に示すよう紅片側に湿式部と,反対側FL̲乾式部を設け,両方を別個に通過してきた空気を王昆合させながらファン紅

タッチの可変ピッチにして,取り扱いを簡便にすることが
できる｡
3.2

ヒって排出する,いわゆる対向流式紅なっているo乾式部

角度を適当紅組合わせること忙よって,気流の方向vL対する変更度合いの強弱を調整できるo
プレ‑ドをリンキングバーにより結合して,ワン

案内羽根付ファンスタック

案内羽根付7ァンスタックは,第3図R=示すようFLファ

つ後部FLは湿式運転時における乾式部からの空気の遮断,
乾び乾湿併用運転時における乾式部からの空気量の調節をンにより排出される空気流の旋回方向と同じ方向に,下部から上部‑傾斜した案内羽根を取り付けた円筒で,流入気

亨うために,ダンパーを設置している｡循環水は乾式部を茎由して湿式部vL流入する方式である｡なお,本冷却塔は専用堵の約1/8にスケ‑)I, ･ダウンしたものとなっているoMotorExhaustairFanCasing≡. 白煙観測結果
第1国ほ原形の内部構造を示しているが,この状態紬†T＼.

..‑1t%)A

Inietヽ
/waterinl｡tヾr

ノ′?ea?irIH

ltd＋＋＋A狩

A?＋＋＼A{4W/inn｡｡tub｡bun｡1｡＼D･am｡｡rf｡,｡,ysecti｡nl
写真1

冷却塔の外観Photo.I

A

〜4

view

of test

第1国
tower

Fig.

内部構造
1

Cross

sectionof testtower

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

矛ク
/

十

I
ヽ＼

㌔ ､､＼､〜ミ､ ､＼＼ミ
Plan

､ヽ

ヽヾ＼

ヾ･

｢

㌔ir stream

十

くレ′

For

ll‑et

Opel･ation(Full

Glユide valle

Regulatit】g

operl)
plate

＋

≒モ

For

lTet

/ dry

ol)el￣atioI1/y^/yJy(Ft111 closed)

I/y

第2園
Fig.

2

気流変更板

第3図

案内羽根付スタブク

DamperFig･. 3

Stack

unit

withgnide

第4国
Fig.

vane

吐出口露盤板4

Regulatingplatesforoutletarea

流の上昇側の羽根巾を広くして気流を抑圧して乱れを助長させることにより混合効果を高めるよう設計したものであ
る｡

iJ

,3.3

:､J

L＋

･.

吐出口調整板

吐出口調整板は第4国に示すようにファンスタックの上部に扇形の板を取り付けて,内側への突出した寸法を変化

デL}'l,させることにより吐出口からの上昇気流を部分的に抑圧して混合を向上させるよう設計したものである｡この扇形板
ほ,湿式運転時には全てを外側に向けることにより通常と変わらぬ状態で運転することが可能な構造となっている｡

A.白煙観測時のケース分類
写真

原形状態の湿式運転及び乾湿併用運転時の観測と併せて
̲上言己各ユニットを取り付けた場合ケこついての白煙観測を実施した｡観測ケ‑スは冷却塔の運転状態により次のように

写真

2

Photo.2

ケース1での白煙状態
Plume

Photo.

3

ケース2での白煙状態
3

Plnrnelength(case 2‑1.4m)

length(case 1‑13.Om)‑ii類したo
ケ‑メ･1

原形湿式運転ケース2

原形乾湿併用運転

ケース3

気流変更根付乾湿併用運転

ケース4

吐出口調基板付乾湿併用運転

ケース5

案内羽根付スタック付乾湿併用運転

ケース6

気流変更板及び案内羽根付乾湿併用運転.'5.白煙観測要領及び結果

各ケースケこおける白煙発生状態を,目視及び写真撮影むこより観測することとした｡
白煙観測時は,循環水量を設計値(35m3/h)忙セッTして実施したが,その他の条件は,入口水温30Co‑40oC,
外気温度5oC‑12oC,外気湿球温度‑0.5oC/‑8oCおよび自然風速0‑3.5m/sec.であった｡
VTol. 29No.

2

(1985/9)

写真4

ケース3での白煙状態

写真5

ケース4での白煙

photo･4?claus:e3思
photo･5整e41竺
神鋼ファウドラー技報

25

写真

6

Photo.6

ケース5での白煙状態

写真

7

ケース6での白煙状態

写真

Plume

Photo.

7

PltunePhoto.8

length(case 5‑1.Om)

length8

気流変更板取付状態
Aview

of damper

unit(case 6‑〕m)

第1表
Table
Case
No.

白煙観測結果の評価
1

Evaluationof plume

observation

results

Tb…:v三Bn(SiE:rEdeC(Sin;甲
rate

13.0

20. 0

1.4

7.5

91

0.5

1.0

99

4.0

5.8

92

1.0

1.5

98
100

写真
PI10tO.

9

吐出口調登板取付状態
9A

view. of regulating

写真10
Photo.10

pl ates

室内羽根付スタック取付
状態
A
view
guidevane

各ケ‑ス紅おける白煙発生状怠削ま写真2′‑7の如くで,この時の目視記録は写真vL併記した通りである.これらの写真‑こよっても付加ユニットの混合改良効果は十分確認できるが,各ケ‑スFLおいて温度条件に差があるためベース

of

stack

with

第2表

付加ユニットの冷却性能への影響

Table2

EffectCaseNo.

of additional

units

Coolingon

Cooling
Capac ity

capacity

Remarkを設けて補正する必要があるo付加ユニッ†の取付状定削ま士0

写真8′‑10の通りである｡

6.結果の評価＋0.1oC

6.1白煙観測結果の評価＋1.OoC

5項のデータ及び写真を利用して各ケ‑スKlおける発生
白煙量(長さ)を求め,設計値をベースとして他のケース＋0.4oC

Values
rise

with

plus

mark

mean

temp.

of cold water＋1.3oCにおける温度条件の相違vLついて弊社独自の解析手法を用いて評価すること‑こした｡これにより得られた各ユニットの白煙低減効果紅対する評価はおよそ第1表の如くであり,原形湿式運転時(ケース1)の発生白煙を100%とし

むて他のケ‑スにおける発生白煙を対比したものである.
但し,この評価はあくまでも平均的なものであり,外気

この一連の試験で得た結果について白煙対韓用として限.
足して評価するならば,その効果は大きいと言える｡そのすぴ

条件,特紅湿度が極端紅高い場合紅ついては十分な検討を

反面冷却性能への悪影響もまた大きく,これを改良してよ行うことが必要である｡

り実用的なものVLすることが今後の課題であるo7.混合向上ユニットの冷却性能ヘの影響
白煙観測と併行して実施した冷却性能vL関する計測デ‑
タVLついて検討し,原形乾湿併用運転時(ケース.2)における冷却性能をベ‑スVL̲して対比したのが第2表である.
26

神鋼ファウドラー技報

VTol. 29No.

2

(1985/9)

創エネルギーの実証:

ABCシステム

ABC

1.he

hcJS

systemProducTion

Demonslyc111ed

Energyof

Treo1･menl･

WcJSl.ewc111er†hroLIgh

Profit

王買境装置事業部

東

製品開発室

野

HiroakiAnaerobic
tobiological treatment
Conversion

methane.

tages

is a

than

aerobic

treatment(1) Noenergyconsumption

pollutantsAhigherABC

systemisbySbinko

ABC

This

paper

and

review

が

き

え

an

Pfaudlersystemprovedbeen
operatinghas

まdegree

for

will

of

transfer,sludgeis produced,
in

are

more

slgnificant

converted

advan‑is possible.

treatment

processbyfull‑scale

wastewater

Co.

since

Ltd.

these

advantages
SangyoNagatareduced,treatment

Companythewastewater

methane,substantiallystabilization

anaerobic

discussbrieflymethaneoxygenform
of

Ⅵ7aStelVateratofoffersorganics

to昭:is producedin the(2) Energy
Much
less
biologicalexcess(3)are(4) Nutrient
requirements(5)in whichprocessof organic

宏fligashino

technical

andeconomic

operating

data

of

been

has

Which

developed

treatment

unit

which

1984.
for

considerations

full‑scaleABC

treatment

anaerobic

system.

Complex

嫌気性処理技術は古くより,下水汚泥やし尿の処理,すなわち｢嫌気性消化+として採用されてはいたが,有機性廃水(特に産業廃水)への適用は極めて少なく,生物処理

organic
molecules:
Fats
Protei rlS
Carbobydrates

Exocellularklといえは,活性汚泥法に代表される好気性処理のことをいうのが一般的であった｡

LesscomplexllydrolysIS

enzymatic

forming(Acidbacteria)orgallics

subunits

しかし,嫌気性処理は好気性処理と比べて省エネルギー的であり,構成する微生物相も単純で維持管理の操作パラ

Acid

i,

formingbacteria

メ‑グーもたてやすく,さらに発生するメタンガスが燃料として利用できることから,最近,内外で大きな注目をあびてきている｡嫌気性処理技術をその中心技術とした｢新Volatile
CO2

Bacterial
cells

fatty
＋

acids

Other

fI2

p‑rodtユCtS

らしい夢の水総合再生利用システムを開発する+という国

Bacteri

めるとともに,米国においてパイオニアとして多数の実績
ChemicalCompanyを有するセラ‑‑ズ杜(Celaneselnc.)と技術提携を結び,固定床式嫌気性処理装置AB
Bio
Contact
System)を開発しs/ステム(Anaerobic

Methanek3

家的大型プロジェクトの構想も具体化しつつある｡
当社は,この嫌気性処理に早くから着目し研究開発を進

CH4

al

formingbacteria

＋CO2

ce11s

C

第1国
Fig･

有機物の嫌気分解過程
1

Sequential

anaerobic

biodegradationofacomplexwasteIVater

た｡

本稿では
などを中心にABCシ′ステムの概要を述べることにす1 )嫌気性菌の増殖特性を示し,好気性菌と対比して,嫌気性処理が本質的にエネルギー節約型の方法であること｡
2)嫌気性菌の長所を最大限に生かして工夫された装置でる｡

1.有機物の嫌気分解過程

あるABCシステムは,メタンガスを有効に利用するこ

通常の好気性処理では酸素の存在下で,好気性微生物がとにより,エネルギーを創造する設備であること.

有機物を,炭酸ガスと水までの無機物に分解するが,この過3)ABCシ/ステムの実装置(殿粉製造廃液)でのスター
トアップから本運転までのデータを示し,馴養運転も非
常にスムーズに進行し,維持管理も簡単で,安定した廃水処理とガス発生が実施されていること｡

VTol. 29No.

2

(1985/9)

程で廃水中の有機物の40‑60%は余剰の汚泥に転化する｡
また酸素供給(ばっ気)のため膨大な動力を必要とする｡
これに対して,嫌気性処理は,酸素の無い環境で有機物を微生物が分解し,最終の生成物としてメタンガスと炭神鋼ファウドラ‑技報

27

第1表

嫌気処理の可能な物質

Table

1

Compounds

metabolizedbyacclimatized

Acetaldehyde

EtbanoI

Acrolein

Etbylene

AceticAcetoneEthyl

Acrylicacid

Adipicacid

cultures
01eic

acid
Penta erytbr itot

Pea t

acetatePentanoICorn

acrylate

PhenoI

Straw

Etbyl

anbydride

anaerobic

glycoI

Ferulicacid
Formaldehyde

Pbtbalic
PropanaI

Anil i°e

FormicPropano1

1

Furfural‑amino･2‑propano1
4‑aminobutyric acid
2‑Aminobenzoic

Benzoicacid

Benzylalcohol

acid

acid

ButanoI

kelp

Animalwasteswhey

Pear

Fur anPropylene

GlucoseProtocatecbuic

wastes

PectinglycoIacid

wastesMeatpacking
millingGlutamicacid

ResorcinoI

Corn

Glutaric

acid

Dairy

aci(i
SyringaldebydeRumdistillery

wastesWine

distillery

wastesSyringic

Guar

gtlm

Blltyraldebyde

GlycerolSec butal101‑
Sec･butylamine

Butyl

fle二くanOicacid

SorbicacetatellyaCintbs

Giant

Cheesealcohol

Propionate

acid

stover

Water

acid

lsopropyl

Fumaric

Wood

Butyricacid

Hydroql血on

Butylene

glyceroIlsobutyric

e

acid
1

Ca tecllO1

lsopropano

Citric

Lacticacid

Creso 1

MaleicCro ton a Ideb)′deMetb

Crotonicacid

Diacetone

gulusonic

Dimethoxy

benzoic

Breweryacid

WastesSucroseWater‑soluble

Succinic

Beanblanching

acid

acid
Tert‑ butano 1

Pulp

mill evaporate

1

Vanillic

CokingMethylacetate

Vinyl

acid

MetbylCorn

acid

Methyl∂crylate
ethyl ketone

Methylformate

Sugar

acid

Dietbylene

glycoI
Dimetbylsulfoxide

ano

Nitrobenzene

acid

Pota toンと炭酸ガスに分解される｡酸生成とメタン生成過程は,個々の独立した過程ではなく(加水分解の反応が極めて遅I‑llnaXS

菌体増減:

dd;‑‑(/]‑b)a‑Y･漂‑bx
CODcr:基質一票度:時間t〔mg/β〕〔日〕〔kg‑VSS/kg一除去COD｡r〕

:収率係数

＋ CO皇

Y=

ds
̲̲卓3;̲

であるが,炭酸ガスと水素の反応,あるいはアルコー/レの:増殖速度定数

〔1/日〕

･′∠

メタン転化などの径路も存在することが明らかにされてい
る｡

〟 ̲

〃maxS
Ks十s

:菌体濃度

:最大増殖速度定数〔1/日〕〔mg/e〕:飽和定数〔mg/e〕:菌体減衰速度定数
④式はまた

〔1/日〕

pmax
x

Ks
b

に嫌気性処理は,その処理に長時間(ときには数週間)を要するということで,従来は敬遠されていたが,嫌気性菌の増殖に関するパラメータが測定されるにつれ嫌気性菌は効率の高い増殖特性を有することが,あきらかになってき

Ax‑a･Sr‑b･xとして示されることも多い｡
血:余剰汚泥発生量④･〔kg/日〕

Sr:除去CODcr量〔kg/日〕た｡これらの知見は嫌気性処理を効果的にすすめるのに重

a

要である｡

b

:除去CODcrの汚泥転換率:汚泥自己分解率〔1/日〕

基質(有機物)の分解および菌体の増殖は,一般にMonodの式で示される｡

28

@

ここに

Y

嫌気性薗とくにメタン菌は増殖(生育)速度が遅いため①

y

メタン生成の主たる反応径路は,酢酸からの転化,すな

2.嫌気性菌の増殖特性

sltldge●￣豆言十s●X
霊‑一号.,,xニー‑‑1

わち

嫌気性処理技術の研究,開発が進む中で,個々の有機物

activated

基質除去速度:sの分解性が明確になって来ている｡第1表に嫌気性処理可能な物質のl)スTlを示す｡

wastesYeast
Heat‑treated

い場合を除いて)同時的かつ連続的に進行する｡

CH3COOH→CH4

scouring

Tannerycane

示すoすなわち,酸生成過程において高分子有機物が加水分解を受けて低分子化され,低級脂肪酸などの中間体(メタンの前駆体)になる｡メタン生成過程ではこれらの中間体は,メタン生成菌(i)1下メタン菌という)によって,メタ

pyrolysis

Wool

Bagasse

酸ガスに転化する方法である｡嫌気分解の過程を第1国に

mill

H2･CO

acetatepolymers:

1)アクタ‑中の汚泥量〔kg〕
HenzeとHarremoさsは多数の文献よりデ‑タを整理･E

神鋼ファウドラー技報

Vol･

29

No.

2

(1985/9)

第2表

総合して嫌気性菌の増殖定数を提案し嫌気性菌の増殖定数

Tableている｡この結果を第2表に示す｡＼＼､

2

この裏中のrxは最大CODcr除去速磨(バイオマス当りのCODcr除去速度)

Growthconstants,

parameter

㌔

＼＼＼＼＼

些

rx‑

＼

CultureYma=
Acetic

存在するバイオマス(汚泥)の100%

ific

成のいずれにおいても10‑15

CODc,/kg‑VSS･dである.菌体当りでHalf

substrate removal
35oC
kg COD/(kgVSS･d)rate,

kg VSS/
kg CODacid

1 5?%
10?% VSSiactlVe

2.0

0. 15

1

13

0.4

0. 03

1

13

0.4

o. 18

velocitytconstankg

COD/m3

VSS

ち

7

0,2

a血e

produc ing
bacteria

kg一除去

Ks

active

ing

Meth

rx‑監

Maximtlm

yieldcoeff.

growth
rate
35oC
d￣1

producbacter iaが活性を有するとした場合の最大CODcr除去速度rxは酸生成,メタン生

cultures

Ymax
Maximum

imum

Max
spec

である｡

anaerobic

FLmax

0. 05

̲̲̲̲L̲

CombinedL2

culture

みた場合,メタン菌の酢酸分解速度は決して遅くはない｡酸生成とメタン生成の混合系では,①メタン生成が反応律速となること,㊤か
0.03kg一VSS
つ酸生成菌とメタン菌の収率は,各々0.15,/kg一除去CODcrであることより酸生成菌とメタン菌の菌体量の割合は0. 15/0.03の比率となる｡したがって全体(over

2.2

:

:≡書
宮台

kg‑除去CODcr/kg‑VSS

d

U

0. 03
0.15十0.03

む

I‑･‑

0.15

et

‑

:g ミ
h

･d

∽

忘

IBenjamin

yiibD

(β

除去CODcr/kg‑VSS･d程度である｡この速度は好気性菌=と較ベて低くはない｡

空

=3

0･05

●

0

また好気性の場合では高負荷条件では酸素供給が分解速
度に追いつかず,全体の反応が酸素供給速度で律速されてしまうことになる｡嫌気性では酸素の供給の必要がないの

第2図で,高い有機物負荷をかけることができ,実際的にはCODc.･

Fig･

除去速度は嫌気処理の方が速い｡
次に菌体収率であるが,好気性処理では一般的に0.
0･6kg‑VSS/kg‑除去CODcrであるのに対し,嫌気性菌では,

4‑

McCartyetal.

Frostell

>

e

and

o.10

ぷ
(⊃

al.

Young

(ノつ

TE3 >

となるが,実用的には,
VSS中の約50%が活性を有した菌体であると考えてよいので,一般的には,除去速度は1kg‑

methodUてxrefluxTl一eOretical maximum

一

o･18

･

Dichromate

'て〕
q)
>

プ

し‑

all)の最大CODcr除去速度は13kg‑除去CODcr/kg‑VSS
‑

COD

Note)

Pette

et

al.

⊥‥⊥●J5‑'⊥'l⊥‥⊥●●⊥';!

1.a｡去患

菌体収率
20bserved

yield

processes

coefficientsinanaerobicの範囲であり,特にメタン菌の減衰速度は遅い｡このこと
は嫌気性処理の利点の一つでもある｡すなわち,原水量が03 kg‑VSS/kg‑除去
特にメタン菌において最大値でも0.
CODcrと低い収率である｡酸生成メタン生成全体では第2減少あるいは中断したときには,好気性処理では菌体量(MLSS)が急激㌢こ減少し,通水再開時の負荷ショックなど

図で示すように,高負荷条件(1‑1.5のためにMLSSの維持･管理が非常にむずかしい｡これ

kg‑CODcr/kg‑VSS
kg‑VSS/kg‑除去CODcrであるが,低負荷で･d)では0･18
は0･03‑0･05kg‑VSS/kg‑除去CODcrとより一層低くなる.
収率が低いということは,すなわち
1)バイオマス(余剰汚泥)の発生量が少なく汚泥処分費に対して,嫌気性処理ではスタートアップが好気性よりも若干難しいかも知れないが,一度立上がってしまえは,負荷変動や中断などに強く,保守･維持管理は容易となる｡
特に固定床で菌体量を多く保持しているABCシ′ステムでは安定した処理ができる｡

用が好気性処理より大幅に軽減できること｡
2)バイオマス生体のエネルギー運媒体であるアデノシン
3燐酸(ATP)の生産が少なく,したがって栄養塩の窒素やリンの添加量(必要量)が少なくてよい｡ということを意味する｡(しかし反面,スタートアップ(馴秦)に長時間を要するという欠点にもなる｡)

以上の考察により嫌気性処理の長所を次のようにまとめることができる｡
1 )嫌気性菌の菌体当りのCODcr除去速度は好気性菌の除去速度と同等であり,嫌気性では酸素供給の制限を受けないことにより,より高い有機物負荷をとることができる｡

エネルギーの観点からみると,菌体量当りのCODcr分解
速度が速く,かつ菌体収率が低いということは,基質(有2)はっ気の動力が不要である｡

機成分)の有するエネルギーの大部分が,メタンという有機体に急速に転換され,ガスとして放出されることであり,

3)燃料として利用価値の高いメタンガスを効率よく生産するため,経済性にすぐれる｡

この過程では,はっ気動力も不要ということから非常に効率のよいエネルギー変換がおこなわれていることになる｡

4)汚泥発生量が少なく,汚泥処分費用がやすい｡

さらに菌体減衰速度は(表には示していないが)酸生成菌:

0.1‑0.9〔1/d〕
メタン菌: 0.01‑0.04〔1/d〕

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

5)栄養塩(窒素･リン)の添加量が少なくてすむ｡
このように,嫌気性処理は好気性処理よりも本質的(かつ潜在的に)にエネルギ‑効率の良い,経済性にすぐれた方法であるといえる｡

神鋼ファウドラー技報

29

3.

ABCシステムの経済効果

GasI

以上のような長所を本質的Fこ有する嫌気性処理法であるが,①メタン醗酵を進めるために35oC前後(中温処理)

Effl uent.

に廃水を加温しなければならない点(彰馴養期間が長くかかるという点(彰メタン菌に対する毒性物質が存在する点な

Rock

室紐魂

/ StoneMedia

Porosity‑45%

ど,解決すべき課題が存在しているために実用化が遅れていた｡

この嫌気性処理を好気性の活性汚泥法に対抗できるもの
として,さらに創エネルギーの面で一層有利な方法に発展させる基礎を築いたのが,1960年代のMcCartyやYoung
らの固定床法‥Anaerobic
robic

filterであった｡このAnae‑filterは第3図に示すように,バイオマスを充てん

Influe

第3国物に付着させ高i寮度に保つことによって,菌体収率が低い

嫌気フィルターFig.

嫌気性菌の欠点を取り除き,短時間で嫌気処理が可能であ

T

nt

3

Anaerobic

filter

ることを実証した｡
しかし,このMcCartyらのAnaerobic

filterは空げGas

き率が45%の石英やぎくろ石を使用し,かつ一過式通水で｢ーあったため,過剰バイオマス.̲(汚泥)むこよる目づまりやチ

Eff Iuentャネリングがおこり,処理効率の低下をきたすという欠点

1)act(eRalldolllを有していた｡

I

lnediafilter

ABCシ′ステム(第4図)は,このAnaerobicの欠点を次のような方法でもって克服し,文字通り,嫌気性処理を創エネルギー設備として飛躍的に発展させたものであり,米国において,食品,化学工場など4施設,国内においても,殿粉工場,食肉センター,養豚し尿などの実績を有するに至っている｡

第4国

ABCシ/ステムの概要は別途資料にゆづるが,その特長は,

Fig.

ABCシ′ステムの基本フロー
4ABCsystem1)空げき率95%の特殊プラスチックメディアの使用
2) ｢逆混合効果+をはかるための処理水リサイクルの採用によって,目づまり防止,

500Tn3/d Gas credit
400rrL'/d Gas credit′′′300ml/d.

1)アクタ

pH緩衝効果のゴ曽大,

ミ60000ー流入部での有機酸i紫度の上昇抑制,毒性レベ/レの低下,
援涌虫かく拝効果の増大などをはかると同時に,

J

如

=

′I

の適正量を維持する方法(バイオマス･コントロール)
の確立

<

′

/

J

従来,廃水処理施設は廃水中の汚濁物質を分解･除去す
るのみであり,そのための動力･エネルギーを単に消費するだけであった｡これは環境保全,浄化という点で大きな

ここでは右のような条件での試算結果を示し,

′

30

000

∫

の

O
U

Operatlng/∴/′

郎20000

/

′

′

.I

∫′′
/′

o&j 10000

COSt
Gas

/10Om]/a

bO.i:

cost

300m3/ dcredit200m㍉/ dOperat】ng

cost

1 OOm⊃/.dOperatlTlg

COSt

′

′
′○′

8000

6000

10000

Influent BOD(mg/ど)
ABCシ̀ステム運転費ケーススタディ

第5囲
Fig.

4000

5

Acase

study

of operatingcost<試算条件>

ABCシ/気),蒸気費,脱流剤,中和剤で計算し,人件費,汚泥処

兜水BOD
濃度(mg/の
2 000

ガス発生量
(CH4‑70%)

BOD除
去率(%)

些聖竺/垣墜董卓QP(BkgO/mD野l蒜謡習I ￣￣￣￣盲b
8

O.5

000

麺

6 000

@

80
̲̲̲jq̲̲̲

0.5

8 000

24

80

0.5

4

理･処分費,栄養塩費および償却費用は含んでいない｡
30

Operating∫2000

ステムが,いかに効率的でありエネルギー生産設備であるかを説明する｡原水潰度は活性汚泥法との比較のため,
BODとした｡なお,運転費としてポンプ等の動力費(電cost

4OOm】/ d∫ネルギーの浪費となり不経済的といわざるを得ない｡

回収し有効に利用するという意味において,創エネルギー施設ということができる｡

5OOm8/dOperatlr)g′

役割をはたしているものの,資源･エネルギーの面ではエABCシ/ステムは,廃水を単に処理することにとどまらず,廃水中の有機物をメタンガスに転化してエネルギ‑を

′

′

′

【/〕

によって,処理費用を一層低廉化し,かつ安定した能力を発揮できるようにしたものである｡

credit

′

′′

40000

＼J

J

Gas

20Om)/a

,,I

′′

∫

>ヽ
>

1v

′

′

⊂〉

1)7ククー内バイオマス壊度と空げき率を検知し,そcredit

′

′

;,I

50000

Gas

′′

′

′

＼̲...../

3)加温エネルギー低減のため,処理水熱量の回収
4)

′′

′′

0.5

原水: CODcr‑1.3×BOD

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29

No.

2

(1985/9)l第5図に,廃水量と原水濃度別のABCシ･ステム運転
費および発生するメタンガスの燃料価値をA重油換算額(脱硫していることより)として図示する｡運転費は,水BOD量が同じ場合,60(有機物)溝度が高くなっても,そ'てコれほど大きな増加はない｡これは動力費･蒸気費などは水Q)

量R:よって主として決まってくるからであり,好気性の活性汚泥法のように,除去BOD量に比例してはっ気動力が≡増加することがないからである｡一方,副産物としてのメ

【>
○

L

i⊃
O
Fq

BOD深度

タンガスの燃料価値(ェネ)I,ギ一生産額)は,(除去BOD量)に比例して増加し,原水BOD濃度が3000

50

Q)

40

bJ]

.上く

＼

耕→

mg/e以上では,運転費用を上まわる｡つまり廃水より回収したメタン燃料額はそれを生産し,かつ廃水を処理するに要する費用をおぎなって余りあるということである｡
次に,除去BOD当りの運転費を示す｡第6園には,メタンガスによるエネルギー生産額を考慮しない場合の運転費(廃水処理のみの観点より)を示す｡活性汚泥法では1kgのBODを除去するのに要する費用は,汚泥処分費を

30

〜

∽

Fl ow

C･
U

looms/ d

bD
C
【ロ
ー
Q)

d

200‑300m3/

20

'L

古
10

400‑500m3/d

含まない場合, 30‑50円(2次処理)であり,また廃水深度が増加しても割安にならず,かつ4000ppm以上になる

2000と希釈無しでは,事実上処理不可能である｡嫌気性のAB
Cシ/ステムでは,廃水処理のみの観点からみても運転費は活性汚泥法の同等以下であり省エネタイプの装置であると

Note

:

A

4000

6000

Influent

BOD

from

methanerevenue

8000

10000

(mg/A)
is

gas

not

taken

into accotlnt

いえる｡

第6図

第7園では,運転費用から,メタンガスのエネルギ‑坐Fig.

除去BOD当りの運転費
60perating

cost

BOD

per

removed

産額を差し引いたものである｡廃水BOD2000ppm以上で40はABCシ′ステムは大幅な費用削減が期待でき,また3000
ppm以上では,前述したように燃料として価値を生みだ
すことになる｡
このようにABCシ′ステムでは廃水を処理するのみでな

30
てゴ
q.)

く,燃料(ェネ′レギ‑)を創りだすという意味で創エネル
ギー設備ということができる｡

4.

>
○
(

20

q)
iJ

ABCシステムの産業廃水処理への適用一

⊂】
○
仁q

美施例

10

bβ

長円産業株式会社より受注した｢ABCシ/ステム+による工場廃水処理設備が完成した｡現在,馴養運転を終了し本運転に入っており,本設備の目的であった廃水の安定処
理と省エネ化およぴメタンガスの有効利用が実現され,ユ‑ザ‑(,TLも大いに満足していただいている｡
本設備は固定床式による廃水の嫌気処≡哩装置としてはわ

̲t<
＼

耕
0

一
∽

‑

￣

‑ ‑I‑N‑e‑t‑b‑en‑e‑fi;‑F‑1三こ￣OUlooms/ d

bA
⊂コ

IL
【ロ
ト
q)

10

200‑300m3/

d

400‑‑

500

a

TT13/d(⊃が国で最大規模の実プラントである｡

20

以下に馴養運転の立上がりから本運転までの運転デ‑メについて,その概要を述べる｡
4.1廃水の性状と既設処理施設

4000

2000

処理の対象となる廃水は,′J＼麦粉から殿粉およびグ/レテンを製造する工程より排出し,有機物を多量に含有し,CODcr濃度で,15000‑20000mg/e,日量400‑600m3でInfluent
Note

:

There
a

ある｡

ABCシ/ステム導入以前には,まず沈殿槽で白拍(残留腰粉)をあら取りしたあと,酵母培養槽で好気的にL;()OO

第7囲
Fig･

is a

BOI)

benefitresult of methane

in

80OO

(mg/A

1()00O)the operating

cost

as

production

メタンガス価値を考慮した運転費
70perating

cost

in

considerationofarevenue

fromgas

有機物を低減し,さらに活性汚泥法により処理されていた｡この方法(,TLよると,はっ完動力が膨大で,かつ処理そのものも,殿粉廃水特有のバルキング等の問題もあり,磨水処理の安定化と省エネ･省コスT‑は大きな課題になって
いた｡

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

酵母培養槽にかわって嫌気性処理のAB
Cシ/ステムを導入し,大幅な有機物の分解(80%除去)をはかってメタンガスを回収し,後処理の活性汚泥設備のばっ気量の低減,
余剰汚泥量の減少をはかり,安定した処理を目的とした｡

神鋼ファウドラー技報

βJ

Off

gas

Stearlヽ

Fuel

Neutralizer
AB
Waste

reactor

Surge

tank

water

[E:(isting]
Recycle1･･I

1･1

Effluellt
Iieat
Waste

water

exchanger
Anaerobic

storage

Aeratioll

effluellt

Digested

第8図
Fig･

basin

Settling

basillslし1dge

ABCシ/ステムによる舞水処理フロ‑ダイヤグラム
8Flow

diagramof ABCsystemwastewater

treatmentt1)ABCシ′ステム導入前とガスホ)t'ダ‑に貯蔵され,燃料として有効に利用される｡‑処理水放流廃水‑桓i‑桓車重ト‑桓垂垂車重l
白粕分離

2)

=場の殿粉乾燥やボイラ‑の主要な設計諸元は次の通りである｡

酵母培養による有機物分解(前処理)<処理水量>

ABCミ/ステム馴善道転時期

最大550m8/d

平均500m3/d

く廃水有機物i柴度>

CODcr最大糾‑宴車重い…車重l了;垂車重垂ト処理水放流

20 000mg/e

CODcr平均

16 000mg/♂

<ABl)アクター>
3)

ABCシステム本運転

廃水i面i →FA=Bm161a iil南面哀壷Li処理水放流
酵母処理
槽を転用
4.2

水温
負荷

37oC

CODcr除去率80%1)アクター容量

1 000m3

ばっ気倍縮小IOkg‑CODcr/m3･d<発生ガス>

ABCシステム設備概要

廃水処理設備のフロ‑シートを第8国に示す｡

発生量

3 200Nm3/d

組成CH4

70%

CO乏

ABCシ′ステムの中枢となるABリアクタ‑(Anaero‑bic Bio‑Reactor)は,特殊プラスチックメディアを充填した密閉型構造でその機能は固定床型と一部スラッジブラ
ンケット型を結合した反応槽である.
廃水は循環処理水と混合され,必要に応じて中和剤を添

ガスホルダー
4.3

一30%
1 500m8

スタートアップおよび馴養運転装置の工事完了後,水運転,窒素ガスによるパージ,慕気注入による加温等を実施した｡廃水の一定量を注入しつpH調整し,蒸気により加温された後,ディストl)
ピュータからABl)アクター底部に流入される｡

つ下一水処理場嫌気消化汚泥を投入,処理水質,メタンガス
量を注意深くモニターし,原水量を土曽大していった.本廃ABリアクター内の運転水温は36oC,廃水水温10‑20
oCであるが,特殊な熱交換箸別こより,処理水の熱量を回水の主要な成分は次に示すように収するため,蒸気による加温熱量はl)アクターや配管での2)

放散熱量程度となり非常に少なくてすむ｡またこの殿粉廃水中には十分なる窒素,1)ンが含まれており,特に栄養塩であり,殿粉は2種類の多糖類(アミロース及びアミロペの添加は必要でなかった｡
廃水中の有機物は,メディアに付着保持される嫌気性菌

加水分解はアミロペクチン粒子がゼラチン化されてはじめと技蝕することにより,80‑90%が分解され,最終的にCO2ガスおよび増殖菌体に転換される｡て進行する｡そこで馴養期間中には,活性汚泥の余剰汚泥などをゼラチン化･加水分解を促進させるために適当量投

加し,

CH4,

発生ガスは硫化水素を0.232%含有するため脱硫されたあ

1)殿粉,部分的むこ分解し,例えば乳酸等を含有′J＼麦たんばく,主としてグルテン
3)その他,糖などの炭水化物クチン)を含む｡このうちアミロペクチンの,酵素による入した｡

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

篇9園にスタートアップ時よりの運転結果を週平均値のデータで示す｡

通水開始の初期においては原水量の増加(負荷量の増大)･に対してガス発生量の増加も棲めてスムーズであったが,その後徐々にではあるが,CODcr除去率の低下,ガス発生量の停滞がみられるようになって来た｡

Weeklya＼‑eragedata
L'＼ヽr

Fe｡dfi.､､.A;T(

400〜‑ビ;LrJl

1rt,
Jli(1;iI(ド)fLl ビd●‑●′‑‑●/＋‑4‑●‑●
3()O

｢こプ

/

.ノ

＼
I=

この間,

2()0

1)リアクター内のバイオマス蓄積量の測定

1()02)バイオマスの活性度チェック

O■3)阻害物質混入の有無
4)必須微量元素類の適正化
5)有機酸の分析(:E=.ノ‑･‑‑･‑･‑･‑‑/
CODcrloadillg●一●,.‑.‑‑‑4‑‑●

4

TietL

2

などの検討を通して,馴養運転のこの時期のメタン生成の停滞陵向の主原因が,有機酸の蓄積によるメタン菌‑の一O.I./･‑･‑‑･‑･‑･‑･‑/'
CODcrconcerltratio】1
T】t

ユ5 000

時的な阻害であることが判明した｡そこで廃水の排出が中漸する土･日曜日に井戸水をT)アクターに注入するなどしチaー●‑●‑●‑､●ー‑●‑●一●‑●/●‑●
r●‑●‑●一●‑●一●‑●‑●

1O ()00≡て有機酸レベルを低下させ,‥sick‥な状態にあったメタン菌の活性を回復させた｡有機酸のうち,特にメタン菌へ()t】llt

0()0

(八:t】

土Tt(､TC(】】))●‑●‑●‑●‑●‑●‑●‑●‑●

100･‑･o'}=o'=:こ::.･=Ti蓋=.･:･̲T4･

呂()●､&(o/‑:‑i,i/･‑･ニ=;=･

一･○‑0‑0‑○‑O‑0‑0‑o‑o1･の阻害作用の大きいプロピオン酸とCODcrの相関(処理水)を第10園に示す｡
このような対策をとったあとは順調な立上がりをしめし
基本的に3カ月で馴養運転を完了した｡

r】l】

O‑0‑○‑O･‑a‑O･‑o ‑･○‑0､●‑●‑●‑●‑o‑r‑.‑.

..‑o‑0‑0‑く)

＼L;i
Q＼

ulfjltビrし･tt(0

CODcl‑relllOVal

正月休みの10日間は,廃水の排出もなく,ボイラ‑運転
中断のため蒸気加温もないまま運転を中止していたが,逮Offg;1Srこ1te()n()

水再開後は急速に性能を回復し,運転中止による悪影響はr)川)′へ‑･′､･‑･

ほとんど生じなかった｡

また,前述したように馴養運転中は原水の調整槽が設置

盲されていなかったため,一日のうちの原水濃度の変動も激しく,また土･日曜日には原水が中断するなど,生物処理

三

/

/●

0()()

′

5OO
/●/●‑●./'()00

むこは不利な条件におかれていたが,このように馴善がスム

5OO./‑･,･‑･/ーズに進行したことは,固定床方式によるABCシ/ステム

1Fr

510weck152()25･の性能を実証するものであったと考えている｡
また,廃水はABCシ/ステムにより嫌気処理をされたあOct.

N ()〜,

i)ec,

Jan.

Feゎ.

1f)F;4

Mar

1985と,仕上げ処理として,既設の活性汚泥法により好気処理
されて河川に放流されているが,バルキング等の問題も無くなり,かつ,はっ気動力も大幅に減少し,安定した処理

ABCシ/ステム,実プラントにおける運転結果(殿粉廃水)

Fig･が実施されている｡
4.4
運転･維持管理のパラメーター
現在,安定した木蓮転にはいっているが,

第9国
9

ABC

systemdata

operating

ABCシステムの運転･維持管理が極めて容易であることもまた大きな長所の一つである｡
好気性の活性汚泥法の運転では,ばっ気槽のDO,MLSSの適正化のため,はっ気量･返送汚泥量の調整,
BOD分析など煩雑な操作と熟練を必要とする｡これに対してABCシ′ステムでは,嫌気性菌がメディアに付着保持されているためにバイオマス(汚泥)量の調整は不要であり,またメタン菌の活性度はガス発生量として流量計(積算計)により容易に読みとることができ,時々刻々その状態を把接することができる｡

叫

=p

500

400

=
U
(壬

.望
⊂
O
a
O

Ll

1 000

原水の有機物濃度が大きく変動しない場合においては,
基本的に,原水,処理水の水質分析が不要で,原水量とガス発生量のみにより運転管理をすることが可能である｡
馴養期間をできるだけ短縮化するため,スタートアップ
時より,次の二つのパラメーターについては十分に留意しEffluent

No.

2(1985/9)

000

4000

S･CODcr(anaerobic)(mg/A)

第10図

処理水の溶解性CODc,とプロピオン酸

Fig･

Relationship10た｡

VTol. 29

32000

神鋼ファウドラー技報

acid

betweenconcentrationinsoluble

CODcr

and

propionic

effluentβ∂1)投入CODcr量当りのガス発生率
処理水量の増加を図ることを常に念頭におき,水量増加(CODcr負荷の増大)にみあったガスが発生しているかをチェックする｡本廃水の場合,投入CODcr当りのガス発
生率は, 0.4Nm3/kg‑CODcr程度であった｡現時点では

'｢⊃

⊂
○

〔G
tLO

｢⊃
○

l㍉

J京水濃度の変動パターンが把握できているため,ガス発生量のみをモニターすることにより,

1)アクターの管理をお

U5
a

Il

≡

こなうことが可能となっている｡+

2)処理水の有機酸分析
酸生成菌に比してメタン菌の量が少ない馴養期間中には負荷の増大に対して,酢酸,プロピオン酸などの有機酸が処理水に過剰に残留することが多い｡有機酸が一定壬慕度以

kg‑COT)るが,とりわけ生物膜の付着状態の影響を受ける｡一般的にいえは,付着量が多くかつ大きなフロック状態で生物膜が形成されているとこの許容蹟度は高くなる｡したがって菌体付着量が少ない馴養初期に十分なる注意を払う必要があるが,定常運転になれは,それほど気をつかうこともな
くなるなどの知見も得られた｡
以上のようにABCシ/ステムでは運転状態の把握が容易であり,このことにより管理･対策が非常にたてやすいと
いえる｡
4.5

炭素収支よりみた嫌気分解過程･バイオマス増殖

バイオマスの増殖速度及びリアククー内におけるバイオマス量を求めておくことは,その装置の性能を決定するう
えできわめて重要である｡
ABCシ′ステムではバイオマス量をトレーサー応答などの方法により簡便に測定し,有機物の除去率,ガス発生率との関連を調べ,余剰のバイオマスを排出させる｢バイオマス･コントロール+方法を確立しているo
この設備の運転VL際しては,スタートアップ時点より,
バイオマスがどのように増加していったかを追跡し,微生
物量と除去機能との関係を検討しているが,ここでは,炭素収支より算出したバイオマス増殖式を紹介する｡
l)アクターに流入する炭素は定常状態において,次に示すような収支となる｡④ CH4炭素量(kg/d)
①CO2

//

(kg/d)

†

①
流入炭素量
‑

)

(kg/d)

リアクター檀)処理水,残留有機炭素量(kg/d)

り..1

I

バイオマス増殖式の算定

Fig.

Kineticllcoefficients for substrate
and biomass
growthutilization

パラメ‑メ‑として,次の測定値が得られた｡
バイオマス増殖量する,負荷の増大を一時的にみあわせるなどの対策をとることが必要である｡
有機酸がメタン菌を阻害する濃度は,廃水の性状にもよ

0.3/kg‑Bi(1rTlaSS dre)rl()Ted

第11国

上になると,メタン菌の活性が急速に低下しついにはメタ
ンガスの発生が停止してしまうこともある｡したがって有機酸をモニターし,一定濃度を越えたら,原水を水で希釈

o.2

0.1

Sr‑0.0038x』x=0.073.

すなわち,菌体の収率係数は0.07kg‑VSS/kg除去CODcr
であり,第2章で述べた一般的な嫌気性菌の増殖特性と同程度であった｡
4.6

と

ま

i

め

このABCシ′ステムによる工場廃水処理設備の完成と順̲
調な運転により,次のようなメ1)ットが実現された｡
1)廃棄物から生成したメタンガスを工場の乾燥機やボイ
ラーの燃料として使用｡燃料費の大幅削減｡
2)既設好気性処理装置での動力低減｡
3)余剰汚泥の減量化｡
4)安定した廃水処理と維持管理の省力化｡
これらの経費節減は極めて多大なものであり,廃水処理l̲設備というよりも,生産設備に近い投資効果が生じているとユ‑ザーからも評価されている｡
むすび
嫌気性処理の基本となる嫌気性菌の増殖特性を述べ,嫌気性処理が,エネルギ‑的にも,経済的にも極めて効率的な方法であることを強調した｡この嫌気性処]塑の特長を最大限,生かした装置がABCシ′ステムであり,その実プラントにおける安定した運転状況の一端を紹介した.
ABCシ′ステムの出現により,エネルギーを消費するのみであった廃水処理が,エネ)l/ギー創造設備へと大きく飛‑躍しようとしているが,産業廃水に嫌気性処理を適用しようとする場合に,重要なことは,廃水中の毒性物質がメタ

一ン菌にどのような影響を与えるかをチェックしておく必要‑があるということである｡当社では,阻害･毒性物質の影響を調べる簡易なテスト法を確立し,多くの廃水について
実験･調査を実施している｡次回にはこれらの研究結果について報告したいと考えている｡
嫌気性処理に対する関心および期待が強まっている中で創エネルギー,省エネルギー及び処理の高効率化をさらに追:求し, ABCシ/ステムの適用分野の拡大に注力していき

撃琶→④処‑残留竿cm.:竺,a(ckB,Sdi
たい｡

Organic
Carbon), IC(Inor‑
原水･処理水のTOC(Total
ganic
Carbon),発生ガス量およびそのメタン･炭酸ガス濃度を測定し, l)アクター内に蓄積する炭素量を算出した｡
バイオマスの組成は一般的にC5Ⅲ7NO2と表わされるので,この炭素量の1.88倍(C5H7NO2/C5)をバイオマス量として換算した｡
このバイオマス量とCODcr除去量との相関を求めた｡第11園に示すプロッ十より,前述した@式のバイオマス増殖

34〔参考文献〕
1)

M.

Henze,

2)

P. Harremoes

in

fixed

Sci̲ Tech.

Vol,

water

R.

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Speecetewatertreatment

416A(1983)

神鋼ファウドラー技報

:

film
15,

:

‥AtlaerObic

reactors‑a

pp.

1‑101

‥Anaerobic
nlviron.

treatment

literatureofreview

waste‑

Wat.

(1983)

biotecbnology
Sci. Teclmo1.,

Vol.

29

for industrial vas‑Vol. 17, No.
9,

No.

2

(1985/9)

"ベルト

プ レス脱水機

Operclfing

Reporl･

運転報告

HBELTPRESSof

DEHYDRATORH
環境装置事業部

dewatering

The

Prefecture,

The

was

waste

centertreatedin thistreatment

center

Waste

Water,

therefore

processlng,

ofoily matter

in

after
facility

the

the
and

and

dewatering

newachievedsmoothlyoutlineandadoptedDEfIYDRATOR

operatingthesewagemunicipal
by Shinko‑Pfaudler.

greasydebydrator

PRESS

instaned

food

sea

containsThe

in Tohbu

water

the

Land

facility
recently

the

今回報告する新開発の脱水装置は,下水消化汚泥等を対川

Funakawa

和Fukushima

is

wbicb

performance
run

our

on

developed

new･1ymentionedin 1985･
March

‥BELT

below

and

This

reporthas

beenprovidesdata.

1.3.1汚泥貯留･供給装苛
1985年

二象に福島県いわき市東部浄化センターに採用され,3月に総合試運転を完了したものである｡本浄イヒセンター
ヘの流入下水は,生活排水及び水産加工廃水が主体であり汚泥は油分も含み,特に難脱水の汚泥として,注目されるものであったが,後述する性能を満足することができ,現￣在順調に稼動している｡
本稿では設備の概要及び,総合試運転時のデータを中心

汚泥貯留タンク

30m3×

2槽

汚泥貯留タンク撹拝磯
脱水機汚泥供給ポンプ

5.5kWx2台

3.7kWx

2台
汚泥貯留タンク‑の汚泥受入れは,タンクレベルにより自動的に行なわれる｡タンク内汚泥は沈降堆積防止,濃度均一化のため常時撹拝する｡脱水機汚泥供給ポンプはモ‑メ

ヰこその運転報告をする｡

ー回転数を電気的に可変でき,現場盤にて汚泥供給量計を確認しながら3‑12m3/hまでの任意の流量に設定できる｡

ま

1.3.2

え

が

き

当社では長年にわたる水処理総合プラントメーカ‑としての経験を生かし,天

mainlycomposedof municipal
sewagetreatmentin thethe sludge
generated
be de∇ateredsonoteasily.

conldof test船
Kaz110

Iwaki‑City,

center,

東京技術課

are

facility,

goodcompletion
its operating

treatment

技術部

1967年にDTTドラム塾シックナ‑,￣MRP脱水機を,
1979年に省エネをうたい文句としたRD
P(高圧圧搾ベルトプレス)脱水機を開発し,これまですでFL下水,し尿,産業廃水などの各分野に数多くの実績をもっている｡今回紹介するベルトプt/ス脱水機はこれらの薬品溶解･供給装置
薬品受入れホッパー

200β× 1槽

薬品供給機

0.4kWxl台

薬品溶解タンク

5.5m3×2槽

薬品溶解タンク撹拝機

2.2kWx

2台

1) Primary

shldgePrimary

経験をもとに新たに難脱水性汚泥に対応し得る脱水装置と(写真1)(;ravity
tbi ckener

clarifier

して鋭意研究の結果,開発したものである｡Åna er()bi c
digester2) Excess￣1.脱水設備の概要

Aerati

̀1.1処理対象汚泥
現在当浄化センターは下水及び,し尿処理を行なっており,汚泥発生源としては下記3系統がある｡

acti＼′atedsltldge

thickener

Beltpress
dewatering
type
tlnit

3) Excess1)初沈汚泥llightAnaerobi
d i監ester■2)曝気槽からの余剰汚泥
Fig.

soil

sludgec

第1図･￣3)し尿汚泥
これらから発生する汚泥は既設脱水装置及び今回の新設脱水装置により処理される｡上記3系統より新設脱水装置

Celltrifuge

on

tank

汚泥経路
1

Route

of eachsludgeまでの汚泥処理経路を第1図に示す｡'1.2 処理性能
本ベルトプレス脱水機の処理性能は,日本下水道事業団
機械設備標準仕様書に準じたものであり,次の通りである.
消化汚泥(含水率97%)

汚泥性状
薬琵率

汚泥固形物当り也
120kg/m

ろ過速度0.8%以下･

ケーキ含水率
主要装置

78%以下

1.3

主要装置を述べるに際して,装置の配置を第2図に,処理フロ‑を第3図に示す｡
Vol.

29

No.

2

(1985/9)

薬品溶解設備写真1
Photo.

神鋼ファウドラー技報

1

Polyrner

feederanddissolver35

0.75kWx
2台
薬品受入れホッパーに投入された粉末原体凝集剤は,秦

泥は均一供給装置を経て前濃縮装置へ送られる｡前濃縮装品溶解タンクがLOW￣レベ/レ以下になった時点で自動的に置で重力脱水された汚泥はさらに脱水機本体にて重力脱水

溶解タンクに供給され,一定濃度に溶解される｡薬品供給

一口‑ラー漸圧脱水‑圧搾脱水の各工程を経て含水率78%以下のケーキにまで脱水される｡次に脱水装置の各機器FL

薬品供給ポンプ

脱水工程を第4国に示す｡凝集部にて薬荘凝集された汚ポンプは脱水機汚泥供給ポンプと同様,現場磐にて薬品供給量計を確認しながら6.25‑25e/minまでの任意の流量について記す｡
0･4m3×0.2kWxl台
1)凝集混和槽
1槽
撹拝機
汚泥と薬品を接触混合させ,脱水に適したフロックを生設定できる｡
1.3.3

脱水装置

Cal(e

No･

2 Beltbopperconve),or

P()ll‑I℃er feeder
1'o1ヽ‑nler

AILl･ dnでl･Airh'り･1 Bビ1t L･()ら()i̲)Per

St()rage*,e),orC川)】Llric')111PT･ess()r‑Lli[.

P()1)111er**

dissoITer

FlりCCul乙Iti川1 t之Ink
Dell)て1rat(汁(Belt press

[コ

type)
SludgeF(1n(for (Tco(TorllzatI'on)ill(lsorber(for den(】oriiation)

Sltld geSlu(lgestoragetankstorageP()】),∩‑erfell(I 1)Lllllp

feed

第2図

ptl1111)Fig.

Industrial
storage
tank

配置
2

⊂コ

Sludgedewatering⊂コ

appratuslayoutwatel･t BulkContr()1[コ][

Filterc】()th 1､‑こ1ShlTl.Lrl)tulip(for dehydrat()r)

room

FI

ll'Ⅰ

P
Bl ()woff
1'olymerifeederIrldustrial watel‑
Polymertallk

storageto1)eh＼,dra
Waste

from

Dehydrator

from

No.1

gas

‑t()r

f√
H

to

dissolvel‑

IJoly111eI‑

belt

conveyor

FaIIll

feeder
Dehvdrator

Air

(Belt

press

t),pe)

FlocctllatPll'T(To.

1)tallk

1 Belt1Ic()nveyor
1七1＼‑at e rしl(1(I;1 I(eDrailヽ

Separate(12 Belt→conve)‑ort(̲)ユa王1dfill

plt

1＼'ater

第3園
Fig.

36

h〔)pl)eriollNo.
storage

Cat(e

FI

ll:1

ta11】てSltldge可

1Ⅰ

conlpreSSOr
血Ⅰ

Ads(つrl)er(f()r deodori/atioll)

神鋼ファウドラー技報

処理フロ‑
3

Sludgedewatering

Vol.

29

No.

system2

flow(1985/9)

成させる｡撹拝機は可変速となっており,最適凝集を示す

1.5kWxl台, 2.2kWx

撹拝速度に設定できる.

ケーキ叔送コンベア
ケーキ貯留ホッパー

0.2kWx2)均一供給機
l台
定速回転にて凝集汚泥を前妻棄締ろ布に均一に乗るようにx2台)脱水されたケーキをコンペ7で凝送,ケーキホッパーへ

10m3×

送り出す｡

貯留する｡貯留された脱水ケ‑キは適時†ラックにて搬出

0.4kWx3)前渡縮機l台
凝集汚泥の一次重力脱水を行なう｡ろ布速度は可変速で
普, 0.2‑3.Om/minまでの任意の速度に設定できる｡運処分される｡
1.3.5

ろ布洗浄装置30m3×

1槽

5.5kWx2台

工水貯槽
ろ布洗浄ポンプ

転中は自動的にろ布蛇行修正が行なわれ,万一ろ布異常蛇

l台

1基(開閉装置0.75kW

行,汚泥供給過多の状態になった場合は自動停止する回路が組み込まれている｡
2.2kWxろ布有効幅2.Om,l台
重力脱水‑ローラー漸圧脱水‑圧搾脱水にて含水率78%
0.2ノ‑3.Om/
以下まで脱水する｡ろ布速度は可変速でき,

4)脱水機(写真2)までの任意の速度に設定でき,ろ布張力はろ布緊張装置(写真3)にて左右均等に保たれ,0‑7.5kg/cmまで
minの任意の張力に設定できる｡運転中は自動的iころ布蛇行修正(写真4)が行なわれ,万一ろ布異常蛇行,ろ布切断の状態になった場合は自動停止する回路が組み込まれている｡
1.3.4

ケーキ叔送･貯留装置(写真5)

写真

3

ろ布緊張装置Photo.

3

Filter4

Filter

写真2

ベルトプレス脱水機

写真

Pl10tO.

2

Beltpress

PI10tO.

Flocctllati()ntype

dehydrator

zone

Gravit),dell,aterlng

tensionadjustingcentering

devicecloth

device

蛇行修正装置

4

cloth

ZOne

=
匹亘垂垂コ

1:I

匝]

1･1

Polvnler

ロ亘壷三重萱亘壷コ
Sludge/匝亘亘垂亘亘亘]雫Filter clothh･Ⅰ

Filter cakediscllarge

tension

Cloth

Jacks

centerillg

device

第4図
脱水工程
Fig.

4

DevJaterlng

Presslng

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

Shearillg

Process

ZOlle

ZOne

神鋼ファウドラー技報

β7

前環縮装置及び脱水機のろ布洗浄用加圧水(水量24m3/

は脱水機現場盤でできるほかに,脱水機電気室内地区監視也,水圧4kg/cm2以上)を供給する｡

盤にても操作可能となっている｡このはか地区監視盤では

1.3.6

脱水施設の運転状態,故障発生の有無が集中して監視でき

脱臭装置

吸着塔

乾式上向流直置上帯方式1基

脱臭ファン

0,75kWx

るようになっている｡

l台
脱水機及びケーキ澱送コンベアより発生する臭気を除去

2.運

転

(写真6)
果

結

総合試運転時の脱水機供給汚泥は初沈汚泥＋下水消化汚する｡このため脱水機,ケ‑キ搬送コンベアは全面カバ‑付としてある｡

泥でその性状を第1表に示す｡
運転結果は良好であり計画処理性能であるろ過速度120

1.3.7kg/m･b,ケーキ含水率78%以下を充分満足するものであ

空気供給装置空気圧縮機

2.2kWx7フグ‑クーラー

2台

2台

った｡次にその詳糸田を述べる｡
第1表

1.4

汚泥性状

TatIle2台
脱水機及び薬品供給機‑操作用空気を供給する｡
エアドライヤー

運転操作

脱水機の運転開始及び停止は第5,6図に示すように関連機器との連動運転にて簡単に行える｡また自動運転操作

1

Natureof feedsludgepli;

SS(mg/e):35

TS(mg/e)

;

39100

71 1
300

22 200y̲Ti(rTte̲)̲̲L

1ViTIs‑S‑(0,6)

写真

5

ケーキ澱送･貯留設備

Photo.

5

Belt

conveyor

AUTO‑

6

写真
hopperarid cake

≡

57

i

監視盤

Photo.6

Contorolpanel

START‑UP
AUTO

Sl‑iUTDOll･'N‑

Startingc()Ilditi()llhT
Sltl(lge fee(1ST()PI)u1111)りt(i＼り.1 CoT1＼,CT()rNo

L2‑1 Con＼で)‑りr

RIJN

N‑)

llUN

i)‑2 Convey(:)ど
P()I),nler feedl(UNplu111j

ST()1)′∫一

Fi一ter (･1(lth ＼1p=1l,hill.q.PII‑ill) Ruhr

Lねh ydrこ1tO t‑Urlif()rln

RUN

feederPre‑

RUN

Filter clothcone(lltl‑ator
R口N】r)L' puml)

No.1

Polylller feed
RUN

putTIP

FIoccutatiorlllli:､ertank

ConvLlyり1･STOP1

l＼r;lSh‑STOP

1九､ll〉'dratりt‑

ulif=̀111

STOP[ビe(Ⅰし､rN(). 2‑】 C川1＼'e〉'=I
STOl)

S′n)J

:(()2‑二1'rし･{りIl亡し:nlrLILりI
Srn)I)し､川汀し〉)''l

STO上)

RLT N
Sltld5Ie

feedI)unlP

RUN1)eh),drill()T1)eh＼,dmt()r

STIUTIX)＼V:tT

STARTIUP

第5囲
Fig･

3∂

第6国

自動運転開始ブロック線図
5

Sequenceofautomatic

start

up

Fig.

自動運転停止ブロック緑園
6

神鋼ファウドラー技報

Sequenceof automatic

shut

down

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

第2表

ろ布張力とケーキ含水率

Table

2

Perforrnancedata
between

Relation紬ip
concentrati

for dewateringof waste

.B重
く寸
ゝJ

sludgecloth

tensionandcake‑1iq11id

onitsi,oened

F慧喜怒10)pe;;lttlen,gCapacity

竺苧‑＋‑一三盤+‑cC.0.:E(kg/m ら)
･

77. 8

136

77

Operating

1,0 ‑/‑incons11m･
2 ) Polymer(DS)

136 kg‑*DS/m･h2) Filter cloth speedl.Om/min

U
‑￣⊂‡

76

コ

.g

//

t

7.2

U

74.6

75

｡｡｡diti｡｡

Performance
Afaximllm

data

throllghpllt,

and

rate

of

Cake‑1iq11id

waste

and

sludgeof belt press
betweenpolymercake11iq11i(1dosingconcetltr8tlon

concentration

Filstsreecdloth巳cocnackeen'tlriaqt7tdn

capacity≡(kg/m･h)Operating(m/min)

(%)

0. 6

76. 4

0. 8

77. 8

136

1 )

1

1

1. 0

234

1.2

Operating

kg/cm

77
.a̲垂

) Polymer
ption

78. 8

consum‑i ‑15mm

136 kgDS/m･h2) Filter cloth tension
2.4 kg/cm

V

0.72%

U

(DS)

i ‑13mⅡl(:)
U

condition

was

弓

bad.

76
i ‑llmrn

ぎ

79. 0

(弓

0.72% (DS)*t
0.8Filter2.1薬品注入率
中カチオン系療集剤で良好な凝集を示し,最適薬品注入

率はケーキ含水率,重力脱水部での水切れ状態から判断し

第8図
Fig.

Dewatered

:

cake

1.0

thickness(m/Tn;n)cloth speed

3布速度とケ‑キ含水率8Performance
Relationship(対汚泥固形物当り)であった｡

0.7%

consum･

ption
75
0.6

て,

3) Polymer

V(J

condition

Capacity

1 )

栄

EG

ト･l

*Scraping195

condition
cloth tension

Filter
2.4

2
166

*

Dry‑Solids

:

(%DS)

Performance
Relationshipfor dewatering

*DS

0.8

薬品百三入率とケ‑キ含水率7

最大ろ過速度とケーキ含水率30.7

Polymer

Fig.

第3表

∩.6

bad.

was

第7園

Table

3) Filter cloth tension
2. 4kg/cm,上d(勺

;一三‑:‑し‑‑‑一石‑‑‑‑**s｡r｡｡i｡g

Capacity

1 )

G)
U
⊂

Q)

O181%

ption

l

I(/

condition･}filterandof belt press
betweenc【しke‑1iqtlid

fill,er

cloth

speed

concentration

第7図は薬品注入率を変えた場合のケーキ含水率を示したものであるが,注入率が多くなると若干ではあるがケーキ
含水率は上昇する傾向を示した｡

Feed

Pr()cess

IudgL‑

IDrai□jng乞O1,eト+p,cssing10nCLTl･5,‑ingz{,11e1Vater2.2

ろ布速度

LiqtJidc()ncerlhtit)rl(.0言)

計画ろ過速度の運転では最適ろ布速度は1.Om/minで

I

I
〜17.丁

8

81,;ち

8

75,7

usltldL･e⊂ill(e8{.ニヒ】≡L:L7こ二,1:こ1:Lr:r,'llulnCあった｡(＼1rtf;)

第8図にろ布速度を変えた場合のケ‑キ含水率を示す｡
Operating

一般的にはろ布速度を遅くすることによりケーキ含水率は低下するものであるが,今回運転結果でほ逆にわずかではあるが含水率上昇の傾向を示した｡これはろ布速度を遅く

2.3

第9園

ろ布張力

Capacity82

2)

Filter cloth
Filter cloth

0.65

3)
4 ) Polymer

することにより脱水ケーキ厚さが増え,ケーキ内部の水分がぬけにくくなったためと考えられる｡

condition

1 )

Fig.

speed

3.0

tension1(gDS/m･ ら
m/min
kg/cm

1.09% (DS)consumption

各工程での脱水効果
9Dewatering

efficiencyof eachzone

最適ろ布張力は2′‑3kg/cmであった｡
第2表にろ布摂力を変えた場合の脱水状況を示す｡ろ布弓艮
力を高くすることによりケーキ含水率は低下する反面,ろ布よりのケーキ剥離が悪化しろ布の汚れが激しくなる結果
となった｡
2.4

は第1段目の重力脱水部にて脱離され,2段目のローラー

漸圧脱水部で12%,最終の圧搾脱水部にて残り3%が脱離されて含水率78%以下の脱水ケーキとなっていることがわ

最大処理量

かる｡

第3表はその調査運転結果であるが,計画ケーキ含水率
む

すびの条件では166 kg/m･hのろ過速度での処〕墾が可能であった｡但し単にろ過速度の面からだけみれは200kg/m･h程
度まで処理可能であり,その時のケーキ含水率は79%程度

概要及び初期運転結果を述べたが今後ベルトプレス脱水機となった｡の採用を検討される場合に参考になれは幸いである｡おわ

2.5

各工程での脱水効果
定常運転時における各工程の脱水効果調査結果を第9図に示す｡脱水全工程で汚泥より脱離される水量のうち85%
Vol.

29

No.

2

(1985/9)

以上東部浄化センターにおけるべ/レトプレス脱水機設備

りに本設備の建設,運転に上察し多くの助言や協力をいただ
いたいわき市役所の関係各位に深く感謝の意を表する次第である｡

神鋼ファウドラー技報

39

新製品紹介グ‑

NewGTtISS

#9000

ス

ラ

♯ 9000化工槻事業部

沢

製品開発室
田

Masamitsu
This

wbicb
and

reportoutlines

oursuperlOr

providesdeveloped

newly
COrrOSionこ,化エ磯用ライニンググラス｢#9000+を開発したので,
丈下にその概要を説明する｡
えが光♯9000 glass

resistance

to

acid

alkali.

蓉9000は,盲耐酸性が♯3100と同等またほそれ以上で,かつこの度,当社でほ耐酸性及び耐7)i,カリ性の両方Vt‑優れE

雅Sawada耐アルカリ性を約2倍向上させたグラスであり,#5000より,耐酸,耐アルカ1)性両方が更紅大巾むこ上回ぁるグラスである｡

き

最近の化学工業は,量から質への転換がなされてきてお従って,),高付加価値の製品の生産をこ力を注いでいるotのために使用される原材料,生産設備等も当然品質の向土が要求される.特紅設備VLついては,製品中VL不純物が2.

♯9000の特長
以下KL.主な特長を記述すると

1)耐酸,耐水性は最も優れている♯3100同等以上で,耐アルカリ性は約2倍向上する｡

量入しないよう紅,化学的,機械的FL安定した樹質で長期苛の使用に耐え,また運転が簡単であり,かつメンテナ

2)ライニング中FL有害な構造変化を起さず,ガラスとし/スフリーで汎用性のある機器等が必要不可欠となってき〔いる｡化学工業の設備の心臓部として用いられることのをいグラスライニング機器は,近年特R:幅広い種類の薬液

3)ヘヤ‑ライン,毛穴等が少なく,作業性が良いo:}使用されているo酸性,有機系の薬液以外に,アルカT)
主溶液による腐食環境にもさらされることが多くなってき

4)これらの結果,化学的にも物理的R:も優れたグラスラ
イニング機器の製作が可能となり,長期間の使用vL耐えるよう紅なるQ

3.耐食性♯9000の代表的な薬品vL対する耐食を,第1･.̲0尊9000は,このような時代のニーズに対応するために開岩され, ♯3100, ♯5000より優れた新しい化工機用ライニン
fグラスである｡.

て均質でかつ安定している｡/‑8図に示す.これらのデ‑タは,密封されたグラスライニング製容器に満たされた薬液中への,浸漂実験によって得られたものであり,年間腐食率(mm/y)で表示した｡年間腐食率が0.10mm/y以下の条件での使用であれば,約5年以上は耐♯9000とは

一般に,ガラスは珪酸塩や燐酸塩,蘭酸塩のようKL‑酸性
気分が主成分となり,網目構造を形成している｡ア/レカl)

0.20mm/

えうると推定し,安全に長期間使用可能となる｡

気分は,この網目の中に適当に分布し,修飾イオンと呼ばy以上では,使用可能な期間が短かく,条件を緩和する必要がある｡

Lている.ガラスが酸性の腐食雰囲気にさらされると,そ耐アルカ1)性のグラフを第1,2,3図に示している.ア)中の水素イオンが,ガラス中の修飾イオンである7ルカ)イオンと置換する｡これが酸による腐食の開始である｡

ルカl)溶享夜に対しては,潰度,温度が上昇するR=つれて腐食性は増加する｡
NH3かこ対してはpHllからpH12付近

一方,アルカ1)性の腐食雰囲気中におかれた場合は,酸生成分で形成されている網目が切断され,骨格がくずれ落

で耐食性が最低になるが,それ以上のpli値で無水の状態らることになる.これがア)I,カリ腐食である.腐食性とし⊂は酸よりはるかに苛酷である｡そのため,ガラスの使用

これらのグラフの中で,pH7というのは,純水を意味している｡飽和水蒸気FL対しては,
140oC以下での連続運

よ耐酸性の用途ケこ限られていたのに対してア)I,カリ性の転であれば問題はない｡

毎食液に対しては今迄ガラス以外の金属材料等が使用されpE値を下げれは,急激に耐食性は向上する｡第4図以降の酸液のグラフの左端,濃度0%付近の線が無いのほ,腐食率の急激な変化があり,記入が不可能であることによる｡⊂いた｡当社の化工機用榛準グラス葬3100は,多量の酸性
気分のSiO2に.よって骨格が形成されており,ライニングになれは,完全な耐食性を示す｡

140oC以上であっても,わずかにブラスとして可能な限り,耐酸性を向上させたグラスであ酸性の薬液中匠おいては,弗酸,燐酸を除いたほとんど

5が,ア)I,カl)腐食にさらされる機会も多くなってきたた
わに,♯3100の他紅♯5000を開発し,使用してきたoの酸の全濃度に対して,高い耐食性を示す.特ヰこ高珠度になり無水酸に近づくほど,完全な耐食性を有す｡弗酸の存

耐酸性の向上と耐アルカリ性の向上とは,相反する事項♯5000は耐ア/I,カ1)成分として知らごあり両立は難しいo

在する環境下でのグラスライニング機器の使用は,一般的1ているZrO2を多量に含み,耐酸性を♯3100に近づけ,トつ耐ア)I,カl)性を改良したグラスである｡【oには不可能と考える｡燐酸水溶液はアルカ1)き容液と同様,
濃度,温度が増すことFL̲より腐食性が上がるので注意をする必要がある｡

神鍋ファウドラ‑技報

Vol.

29

No.

2

(1985/9)

?c
160

oc
230

mm/y

mm/y

200

jSj4S
ユ…;∈

…zo;o:;悪霊

第1図

水酸化ナトリウム

Fig.

1

NaOfI

1006

%

p甘

oc

℃

o.20

0.05

0.10

nn/T

230

200｢

mn/)
200

第6国
Fig.
10

20

30

40

50

60

70

80

硫酸
6

H2SO4

7

HNO3

8

CH3COOE

loo

90

%
℃

20

0.10

.

230

100

mln/ y0.05

5j2S':2:≡200

第2国

炭酸ナトリウム

Fig.

160

2

Na2CO3

50
9

10
pfI

℃
200

mm/y

第7図
Fig.

0.20
100
0

10

20

30

40

50

硝酸

60

%

0.10

mm/),

＋

0.05

o.o5

≡喜≡l

loo

第3図

60

Fig.
.50 7

9

10

11

12

3

第8園

アンモニア
NH3

Fig.
O

10

ZO

30

13

‑10

5O

GO

70

80

酢酸

901OO

0/
ノ()

pli

%

1

用

範

囲

17

4.適

Lam/y

能であるが,顧客の需用R:応えるベく主に高耐食性を必要

10

蓉9000は, ♯3100, ♯5000同様,全ての機器への適用も可
℃

o.20

0.10

230

0.05

とする分野へ利用していく予定である｡ヌーセライト♯8000
200の最表層の高耐食性グラスも白色の♯3100から,白色の♯9000 (♯9000PF)に代えることが可能で,この場合は｢#8100+と呼称される.
む

すび♯9000は総合的K･隆能を向上させ,グラスライニング機器
第4囲
Fig.

100o
5

10

15

20

25

%

Vol. 29No.

2(1985/9)

30

35

塩酸
4

HCl

の寿命の延長,利用範囲の拡大を図ったものであり,ヌ‑セライT･者8100とのコンビネーS/ヨンで,今後の化学工業の設備の中枢として,より一層活躍できるものと考える｡

神鋼ファウドラ‑技報

41

社

内

ニ

ス

ー

ュ

TdpICS

これらのはかKL‑ち,動力炉･核燃料開発事業団から委託･.複雑な化学反応も制御
発酵プロセスコントロールシステム
ComplicatedstICCeSSfu11y.
Fermentation

chemicalprocess

canbe

coIltrOled

systemusing

を受ゅ,高い技術評価を得ている電解研磨による放射性金
属廃棄物の除染システム,気液接触反応装置｢ケミカ/レ･キャビテ‑クー+,クライオロック･アジテ一夕ーなども有process

corLtrOI

望事業として,今後とも積極的に展開していく方針である｡

computor

当社は,ニュービジネス事業の育成を積極的紅手がけ,(化学工業日報)

2.エジプト,東南アジア向けなど海外から冷却t･の技術力むこ対して幅広い分野から高い評価を得ると同時塔の大口受注好調

ニ,需要も着実に伸ばしてきている｡当社はグラステール
軌 ステンレスおよび各種耐食金属製,誘導加熱反応･気stined安接触反応などの各種装置,さらには醸造用タンクと,こbig

StlCeS#ul
for

for

orders

Egypt

Sollthandtowerscooling
East Asia.

de‑

当社は, ㈱神戸製鋼所殿,新潟鉄工㈱殿がエジプtlむ羊建

1まで培ってきた技術力をベースに,新規装置類の開発･死売を進め注目されてきているが,発酵プロセスコントロ

設する還元製鉄所向け冷却塔3基を2億円で受注したのをー)t'システムは,その代表選手というべき製品.
当社は,反応機の専門メーカーとして,長年KL.わたって

化学,肥料工蕩へ冷却塔の輸出契約総額25億5000万円をまはじめ,インドネシア,タイ,マレーシアの発電所,石油とめた｡国内の製鉄所,石油化学工場などの設備投資が減蓄積した技術と経験をもとに,ど‑/I,,清酒,ワイン,しとう抽など食品,医薬,ファインケミカル分野へと多くの曳器類を納入しているが,これらの技術力を結集して開発ノたのが,発酵プロセスコソナロ‑)I,i/ステムo
同装置は,ワンル‑プDDC(デジタル調節計),シーケ/サー,デ‑タロガーなどを納めたプロセスコントロー)i,■ヾネルおよびパ‑ソナルコンピュータ‑,CRTディスプ/イ,フロッピ‑ディスク,プ1)ンクーなどを含むオペレ
ークーコンソー)I,からなり,複雑な生化学反応系である発掌プロセスのDO(溶存酸素),
pH,温度などを定値制御
Eたはプログラム制御する.
当社は,同システムについて100e発酵槽を主体とする発孝パイロットプランTlを持っており,各種培養特性,無菌
家持,サニク1)‑エンジニアT)ング,プロセス前後処理,}離･精製など,発酵プラントに必要な各種基礎実験を実包しているが, ①プロセス･コントロールバネルと上位遺発酵プロセスコントロ‑ルシステム

言を行うオペレーター･コンソール忙より操作性能が高い

Fermentation

process

controlsystem

D汎用のパーソナ)I,コンピューターを使用しているため,至済性が非常に高い.

㊥データ処理,制御ア)I,ゴリズム紅iASICが利用できるので,プログラム作成が容易‑と･､った特長がユーザーの間で好評を得ている｡
極低温用ステンレス鋼製グラスライニング機器もニュ‑ヾイオの発展とともに多くの需要が見込まれると考えられ5｡ニューバイオ分野ほ,バイオと化学の組み合わせを要卜るケースが多々あるが,この場合,反応条件を庵低温域ニキープしなければ目的の成果が得られないことがあり,近来のマイナス80度C以上の性能を有する装置のニーズが富まっていた.
当社は,このような医薬品業界などからの要望に応え,
巨地金属にオーステナイT.系ステンレス鋼を用い,またラ(ニング用グラスとして,新しく開発した特殊グラスを施亡することVLよって実に約マイナス200度Cの使用㌢こも耐i.るという画期的な機器を製造,注目されたもので当社とノてもその需要に期待している｡

タイ･電力庁メーモ‑発電所向け冷却塔
Cooling

towers

神鋼ファウドラー技報

for

mae

mob

po∇er

plant

in Thailand.

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29

No.

2

(1985/9)

DF

少しているおりから,今回の大口受注を契機忙4月1日付
で冷却塔輸出課を設置,今後海外への巡回定修サービスも強化し輸出実績の拡大をめざす｡エジフollの還元製鉄所用の冷却塔は,冷却水用と水処理用でこのほど,現地で組み立てられた｡タイ商談はタイ電力庁の石炭火力発電所用で1時間当り16(フッ素系塩ビ)管の使用を始めた｡
超純水の製造コス†は1rr18当り1000円を超える.このため排水を再利用するシステムを開発,当社では社内紅LS
I製造のク1)‑ンルームをつくり,.イオン交換,限昇辞退の機能向上などを含めコス†ダウンの研究も並行して進め･ている｡

000†ン能力4基で契約は約16億円｡インド

ネシア向けはプ)I,タミナの石油化学工場で1時間当りの能力は9 200トンo受注金額は3億円でフ)I,メ‑ンキー方式の受注となっている｡

ウエノ､‑加工,マスク作製,写実製版などLSI製造工
程では超純水による洗浄は不可欠.ウエハ‑上の薬品と徽

マ1/‑シア向けは,ビンツ/レ肥料公社の化学工場に設置,能力は26000トンで受注金額ほ4億5000万円o物,有機物が含有されているとウエノ＼‑むこ組み込まれる酸

粒子を洗い落とすのが目的だが,超純水中にイオン,.微生
LS化膜,多結晶膜,回路などFL̲悪影響を与え,

Iの不良

品を出す｡
.当社ほ,今後国内の需要停滞を輸出でカバーするため海外市場の開拓に力を入れる方針.重点地域は重=業の拡大を積庵化している中国とアセアン諸国で将来は全売り上げ

情報が大容量処理のLS
Iほど回路パターンほ小さくな
り,より純度の高い純水が求められるわけで,当社の超純水

忙占める輸出比率を40%から50%程度まで高める計画とな(日本工業新聞)っている｡

装置では比抵抗17‑18以上(Mβ),微粒子10′‑50(1IT止),坐菌は1

3.微粒子10‑50(1ml)一超純水製造技術を確立
te･れる.すで匠大手半導体メーカ‑の納入実績もあり,今後は新しい技術とアイデアを装置旺盛り込みながら今年度は業

in界s'ェ7.10%確保にチャレyジしている.

Establishedchnalogy
thehighly
‑

10‑50

ptlre

Water

par七iclecount‑10個(100ml)ときわめて純度の高い超純水が得ら

producingperme(日本工業新聞)

4.粉体関連機器を強化一新たに造粒,貯蔵も

water,

当社は, 256キロピッTL,

1メガビットなど超LSI製
造むこ欠かせない超純水製造技術を確立し,積極的な販売活動を行っている｡

Extcndedapplication

ipmerLt‑grain

and

of

powderrelatedequ･storage

LS
Iメーカーが大規模集積回路へと生産を急ピッチで転換,より純度の高い洗浄水を求められる先端産業で需要が伸びているサブミクロン粉砕機など粉体

当社は,エレク†ロニクス,ファインセラミックスなどよう忙なってきたのに対応したもの.装置には‑,二次系

関連機器事業の強化を進めている｡

で処理した水をさら忙高次処理する三次系)I,‑プを加えるなども超純カく''を製造し,品質を維持する技術を随所をこ盛り化工機事業部と技術開発本部の二部門に分かれていた粉体事業を合体し,プロジュクーチJムを発足させたほか,令込んでいる｡

後は①新機種の品ぞろえと機能アップ㊤磯器の単体販売

当社ほ,L 全員が技術者という｢超純水グ/I,‑プ+を設

だけでなく,周辺機器を含めエンジニアリング機能の強化･置,メンテナンスを担当する神鋼ファウドラー環境管理㈱の人員を約10人増強するなど販売,技術開発体制を強化
し, '85年度は15億円の売り上げを目標R=,同市場でのシ④輸出の拡大‑の三つを重点むこ業績アップをはかる｡

ェア拡大をめざしている｡
当社の超純水装置は,一次純水装置と二次純水装置,そド+,二重円錐乾燥混合機｢コニカル･ドライヤー･ブレン
ダ‑+,丸型摂動ふるい機｢スエコ･セパレーター+など.

れWL̲二次装置のユ‑スボイン†周辺忙三次処理のル‑プを当社が扱っている粉体事業関係の機箸別も超微粉砕機,

高分散機｢コボール･ミル+,混合･竜顔機｢SVミキサ

スイスのフ1)‑マ杜から輸入販売している｢コボー/i,･

設けている｡一次は原水を逆浸透装置,脱塩水槽,脱ガス

ミ)i,+は初年度から順調に販売実績をあげ,オランダから塔,イオン交換塔を通して処理,二次系では紫外線殺菌装の技術導入をベ‑スに国産している｢SVミキサ‑+は'80年から現在までに約500台を販売し,'85年度は130台の一置,非再生ポt)シャ,限外炉過装置で純度を高め,三次系
ではさらに限外炉過が逆浸透膜で処理する仕組みで,ユ‑納入が目標となっている｡｢コニカル･ドライヤー･ブレンダー+はイヒ学,薬品業

スポイントから供給する｡
一次系は従来,ボイラに供給する装置と変わらないが二次系では生菌を除去する紫外線殺菌装置に7イ)t'クーをつ汁,限外炉過からさら忙精密処理のできる逆浸透膜への使用も可能なよう設計をし,コンパク十で修理や点検がしや界で採用され,｢スエコ･セパt,一夕ー+も200台を超える実績を残している｡
最近むこなってVTRテープなどR:磁性塗料を均一R:塗っ

すいよう機能性を高めている｡

で隆能を高める必要性紅迫られているエレクTlロニクス業
界や薬品,食品など広範囲な業界で高度な粉体技術が使わ

とくVL製造した≠超純水''の水質が落ちないよう細かい配慮をしているのが最大の特長となっている｡

れはじめておりそれらのニーズに十分対応できる体制づく(日本工業新聞)りを進めている｡

純水は,常に配管内部を循環するようVLし,ユ‑スボイン†のバルブ内に水がたまるのを防ぐ特殊バルブを開発,
洗浄作業の大幅な短縮をはかった｡

5.展示会出品
Exhibitions
5.1.

い,過酸化水素でパイプの内部を洗っ七いたが,新装置では高温(80oC)額菌法にウエートを移すことになり,堤(ポリプロピレン)やPV
ビパイプから耐熱性のあるPP
I(ol. 29No.

2

(1985/9)'85下水道馬
Sewage

また,配管には水のすべりが速くなる特殊塩ビ管を使

works

show

'85

下水道整備の促進をあざすわが国唯一の専門ショー｢'85下水道展が,

5月13日から17日まで,東京･晴海の東京国

際貿易センターで開催された｡

神鋼ファウドラー技報

48

今回ほ,

265社が屋内434,屋外28の合計462/J＼間VLわた000
5日間の会期で延61って最新の製品,技術を披露し,人の来場者があり盛況裡Rl終了した｡
当社は,独自の開発により実績も増えつつある加圧浮上

水処理装置｢ABCシ′ステム+

SilieonlslaIldI85

最新鎖の半導体関連機器を一堂紅集めた｢九州I展+が,柴縮装置のパイロットプランナの実演を中心レこ,
水処理装置としての｢シ/グマデイツチ+

5.2.九州IC総合展/j＼規模下(模型),嫌気性廃(模型),環境装置事業部の納入写真パネルなどを出品展示した｡

C総合一

5月23日から25日まで福岡市博多区の福岡国際センターで開催されたo
わが国の半導体生産の40%強を占め,世界的なI
C生産二基地に変ぼうを遂げている九州地区での本格的な展示会は､はじめての開催で,会期中紅約10000人の来場者があっ.

た｡

当社は,超純水製造R:最適で高性能,省資源型の王昆床武
イオン交換装置｢マックスフロー+の完機,超純水装置の心配管材料,化工株事業部の協力を得て電解研磨仕上げによ.
るパイプ類の実物とパネル資料を出品展示した｡
また,展示会場むこ隣接する福岡サンバレスで開催された記念セミナーでは,環境装置事業部超純水グルー7oから,｢超純水について+のテーマで1時間藷漬し,多数の出庶者から好評を博した｡

インフォ‑メ‑ジョンbformation

当

社

小

間

Sbinko‑Pfaudler's

実演が好評であった｢加圧浮上濃術装置+
Demonstrationof □oating

thickener

room

(模型)
won

(model)popularity(模型) <左>/J＼規模下水処理装置｢ミ/グマデイツチ+
嫌気性廃水処理装置｢ABCシ′ステム+(模型)
rSIGMA
DITCHJ(model) (left) & rABC SYSTEMJ

44

exhibition

マックスフロー(model)

神鋼ファウドヲ‑技報

｢MAX

FLOW+

Vol.

29

No.

2

(1985/9)