JP2001343108A - 溶融炉およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラグの排出性に優れ、被溶融物の材質に制
限がなく、かつ排出される溶融スラグの品質管理ができ
る溶融炉およびその運転方法の提供。 【解決手段】 被溶融物１が投入される炉本体２と、該
炉本体２に配設され、溶融後の溶融スラグが排出される
スラグ排出口３と、前記炉本体２を誘導加熱する炉本体
誘導加熱手段４、６と、前記スラグ排出口３を誘導加熱
するスラグ排出口誘導加熱手段７、９と、該スラグ排出
口誘導加熱手段７、９と前記炉本体誘導加熱手段４、６
とを独立して制御する制御手段とを備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶融炉およびその運
転方法に関わり、特にスラグの排出性に優れ、被溶融物
の材質に制限がなく、かつ排出される溶融スラグの品質
管理ができる溶融炉およびその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、廃棄物の処理方法として、単に焼
却するだけではなく、焼却灰を減容、無害化することも
要求されるようになってきている。ここで焼却灰とは、
焼却炉の炉底から排出される主灰と脱塵装置から排出さ
れる飛灰とに大別されるが、ダイオキシンや有害重金属
は主に飛灰に含まれている。このため溶融処理は主に飛
灰に対し必要とされる処理である。

【０００３】一方、焼却灰の塩基度（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ_２）は主灰が１以下、飛灰は３〜５位とされている。
一般的に被溶融物の塩基度が１前後であると融点が低い
ため溶融しやすく、しかも炉材の耐久性もよい。したが
って、塩基度が３〜５と高い飛灰の溶融は炉材の耐久性
の点でも問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、飛灰はダイ
オキシンや重金属を含むため特別管理廃棄物に指定され
ており、埋め立てをするには溶融などの中間処理をする
必要がある。中間処理で得られる溶融物を基準を満足す
るように無害化させるには溶融時間を管理したり未処理
の灰が排出されないように注意することが重要である。

【０００５】廃棄物溶融炉として、特開平９−２０６７
９７にはＺｒＢ_２製の炉本体からなる汚泥溶融固化装置
が提案されている。しかしながら、提案された装置では
排出口がなく溶融物の排出を完全に行うことは難しいた
め残留物が多い。そして、連続的に溶融処理ができない
ので、処理量などに大きな制約がある他、作業性が悪い
などの問題があった。

【０００６】また、特開平１１−８２９５３には、カー
ボン質ライニングによる誘導炉、カーボン質ストーカお
よび溶融物の排出制御のためのバルブを設けた処理炉が
提案されている。しかしながら、カーボンは空気中では
酸化され長期耐用が困難なことや、機械式バルブで溶融
物の排出を制御するため、詰まりや作動不良などの問題
があった。

【０００７】排出口のある溶融炉であって、排出口の加
熱が重油、灯油又はＬＰＧなどを燃料としたバーナーで
行われる場合には、燃料費に加えて、排ガスが発生す
る。このため、排ガス等の処理にコストがかかるほか、
排ガス処理設備のための敷地を要するなど経済的ではな
かった。また、場合によってはこれらの保守作業のため
の人手を確保する必要もあった。

【０００８】更に、特開平７−１２７８２６には、ノズ
ルの周りに誘導加熱のコイルを備えて溶融メタルを誘導
加熱する方法が提案されている。しかしながら、一般廃
棄物の焼却灰の様に金属の割合が少ない灰の場合は加熱
することができないという問題があった。

【０００９】更に、特開平８−６１６４５には、金属製
排出口を誘導加熱する溶融炉が提案されている。しかし
ながら、この方法では炉本体の加熱を炉内電極と炉底電
極の間で通電することで行うため、被溶融物の材質など
によって通電状態が変化し安定した溶融ができない、電
極の損耗が激しいなどの問題がある。

【００１０】更に、炉本体の加熱とスラグ排出口の加熱
を独立して制御出来ない装置の場合には、廃棄物が溶融
し流動状態になるとすぐに排出口から排出されることが
あり、溶融スラグが環境基準に満たないことがあった。

【００１１】この点を回避するため、排出口を冷却して
スラグが排出しないようにした上で溶融炉本体の加熱を
行う。そして、一定時間以上溶融した後に、排出口をバ
ーナー等で加熱してスラグを排出する方法が取られた
が、バーナーなどによる排出口の加熱ではスラグの温度
の制御が正確でなく、また手間がかかり、通常は人間が
運転状態を管理する必要があった。また、バーナーや排
ガス処理用の設備を付加する必要があった。

【００１２】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、スラグの排出性に優れ、被溶融物の材質
に制限がなく、かつ排出される溶融スラグの品質管理が
できる溶融炉およびその運転方法を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このため本発明（請求項
１）は、被溶融物が投入される炉本体と、該炉本体に配
設され、溶融後の溶融スラグが排出されるスラグ排出口
と、前記炉本体を誘導加熱する炉本体誘導加熱手段と、
前記スラグ排出口を誘導加熱するスラグ排出口誘導加熱
手段と、該スラグ排出口誘導加熱手段と前記炉本体誘導
加熱手段とを独立して制御する制御手段とを備えて構成
した。

【００１４】炉本体には被溶融物が投入される。スラグ
排出口は、この炉本体に配設されており、溶融後の溶融
スラグを排出する。炉本体誘導加熱手段は炉本体を誘導
加熱する。スラグ排出口誘導加熱手段はスラグ排出口を
誘導加熱する。制御手段では、スラグ排出口誘導加熱手
段と前記炉本体誘導加熱手段とを独立して制御する。

【００１５】炉本体誘導加熱手段の制御と、スラグ排出
口誘導加熱手段の制御を別々に行うことで、未溶融の灰
や環境基準に満たないスラグの排出を最適に制御でき
る。よって排出するスラグの品質を管理できる。

【００１６】また、スラグ排出口内のスラグの温度低下
によるスラグ排出口の詰まりを簡便に防止できる。また
電気導電性のある材料でスラグ排出口を製作すると、非
導電性のスラグであっても溶融でき被溶融物に制限がな
い。

【００１７】また、本発明（請求項２）は、前記炉本体
及び／又は前記スラグ排出口の材料がＺｒＢ_２（ホウ化
ジルコニウム）を５０〜９８質量％含むことを特徴とす
る。

【００１８】炉本体やスラグ排出口の材質がＺｒＢ_２を
含んだ材料であると、塩基度が１から大きくずれるよう
な被溶融物であっても事前に塩基度を１近くに調整する
ことなく、直接溶融でき、簡便で経済的な溶融ができ
る。また耐久性も優れた溶融炉を提供できる。

【００１９】更に、本発明（請求項３）は、前記スラグ
排出口を閉塞させるプラグ材を備え、該プラグ材は前記
スラグ排出口誘導加熱手段により溶融されることで前記
スラグ排出口より吐出可能であることを特徴とする。

【００２０】炉本体に被溶融物を投入する前にプラグ材
をスラグ排出口に詰める。このプラグ材は、スラグ排出
口誘導加熱手段により溶融されることでスラグ排出口よ
り吐出可能である。

【００２１】以上により、被溶融物が溶融されることな
くスラグ排出口より吐出されることを防止できる。被溶
融物のロット毎に完全にスラグ排出し、溶融炉内の残ス
ラグをできるだけ少なくして運転可能である。

【００２２】更に、本発明（請求項４）は、請求項１〜
３のいずれか１項に記載の溶融炉の運転方法であって、
前記被溶融物を前記炉本体内に投入後、該炉本体を誘導
加熱して前記被溶融物を溶融させ、その後前記スラグ排
出口を誘導加熱して溶融スラグを排出させることを特徴
とする。

【００２３】以上により、スラグ排出口内にスラグを残
さないようにできる。

【００２４】更に、本発明（請求項５）は、請求項１又
は請求項２記載の溶融炉の運転方法であって、前記溶融
スラグが前記スラグ排出口の少なくとも一部に残ってい
る状態で、該スラグ排出口の誘導加熱を停止させ、該停
止と同時又はその後に前記炉本体の誘導加熱を停止させ
ることを特徴とする。

【００２５】以上により、スラグ排出口内に溶融スラグ
が残った状態で加熱が停止し固まる。溶融スラグをスラ
グ排出口の内部に残した状態で終了することで、次に被
溶融物を投入したときに被溶融物がそのままスラグ排出
口から出ることを防止できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。本発明の第１実施形態である溶融炉１０の概
略断面図を図１に示す。図１において、被溶融物１の投
入された炉本体２の底部中央には、スラグを排出するた
めのスラグ排出口３が配設されている。但し、炉本体２
とスラグ排出口３は一体成型されてもよい。

【００２７】そして、炉本体２の周囲には溶融炉本体用
誘導コイル４が巻回されている。この溶融炉本体用誘導
コイル４は、ケーブル５を介して溶融炉本体用誘導加熱
電源６に接続されている。

【００２８】一方、スラグ排出口３の周囲にはスラグ排
出口用誘導コイル７が巻回されている。このスラグ排出
口用誘導コイル７は、ケーブル８を介してスラグ排出口
用誘導加熱電源９に接続されている。

【００２９】また、溶融炉本体用誘導加熱電源６及びス
ラグ排出口用誘導加熱電源９の投入、遮断を操作するこ
とで、溶融炉本体用誘導コイル４及びスラグ排出口用誘
導コイル７に対する電力供給を制御する図示しない制御
回路が配設されている。

【００３０】かかる構成において、スラグ排出口３の取
付け位置は、炉本体２の底部でも側面部でも可能であ
る。しかしながら、図１に示すように、炉本体２の底部
に垂直下方に向けて取付けられるとスラグの排出性の点
で好ましい。

【００３１】また、炉本体２は耐火物であれば特に限定
されないが、導電性を有するものであると誘導加熱でき
るため好ましい。

【００３２】炉本体２がＺｒＢ_２を５０〜９８質量％
（以下、単に％と略す）含むと耐食性が良好である。従
って、被溶融物１の塩基度を事前に概ね１近くに成分調
整しなくとも耐久性に優れ、作業性が向上するためさら
に好ましい。

【００３３】なお、ＺｒＢ_２の含有量が５０％未満であ
ると炉本体２の導電性が低くなり、炉本体自身を効率よ
く加熱させることができず、加熱に時間がかかり実用的
でない。また、ＺｒＢ_２の含有量が９８％を超えると耐
酸化性が低下するため好ましくない。

【００３４】スラグ排出口３も耐火物であれば特に限定
されないが、導電性を有するものであると誘導加熱でス
ラグ排出口３そのものを発熱させることができるため好
ましい。

【００３５】このようにスラグ排出口３そのものを発熱
できると、家庭からの一般廃棄物のような金属成分をほ
とんど含まないものでもそのまま誘導加熱でき、廃棄物
の種類に関わらず誘導加熱ができるため汎用性が高い。

【００３６】スラグ排出口３がＺｒＢ_２を５０〜９８％
含むと、スラグ排出口３が導電性を有し、かつ耐久性に
も優れるため溶融炉１０の長期使用が可能となりさらに
好ましい。

【００３７】ＺｒＢ_２の含有量が５０％未満であるとス
ラグ排出口３の導電性が低くなるためスラグ排出口３自
身を加熱させることができない。また、ＺｒＢ_２の含有
量が９８％を超えると耐酸化性が低下するため好ましく
ない。

【００３８】本溶融炉１０には溶融炉本体用誘導コイル
４、溶融炉本体用誘導加熱電源６とスラグ排出口用誘導
コイル７、スラグ排出口用誘導加熱電源９をそれぞれ独
立して配設している。このため、それぞれの回路を独立
して制御可能である。またこの誘導加熱としては、通常
の高周波誘導加熱が使用できる。

【００３９】炉本体２は溶融炉本体用誘導コイル４、溶
融炉本体用誘導加熱電源６により、自らが発熱するかま
たは炉内部に黒鉛などの発熱体を装填することで廃棄物
である被溶融物１を加熱溶融できる。被溶融物１は図示
しない供給装置により溶融炉１０に供給される。

【００４０】一方、スラグ排出口３はスラグ排出口用誘
導コイル７、スラグ排出口用誘導加熱電源９により加熱
可能である。なお、溶融炉本体用誘導コイル４、溶融炉
本体用誘導加熱電源６とスラグ排出口用誘導コイル７、
スラグ排出口用誘導加熱電源９は図１ではそれぞれ１式
となっているが複数に分割して構成してもよい。

【００４１】被溶融物１を溶融炉本体用誘導コイル４に
より加熱し、溶融状態を確認し、所定時間の経過後にス
ラグ排出口用誘導コイル７を作動させ溶融スラグを排出
する。排出された溶融スラグは、図示しないスラグ冷却
装置で受けられる。

【００４２】次に、本発明の第１実施形態である溶融炉
１０の運転方法について説明する。図２には標準的な溶
融方法を示す。溶融炉本体用誘導コイル４とスラグ排出
口用誘導コイル７とは独立に制御する。

【００４３】図２において、被溶融物１である廃棄物を
Ｔ１で炉本体２内に投入後、Ｔ２で炉本体２の溶融炉本
体用誘導加熱電源６を作動させ溶融を開始する。このと
きスラグ排出口３は加熱しない。所定時間経過後、Ｔ３
でスラグ排出口用誘導コイル７を作動させ、スラグ排出
口３を加熱し溶融スラグを排出する。

【００４４】溶融スラグの排出を確認後、Ｔ４で炉本体
２の溶融炉本体用誘導加熱電源６とスラグ排出口３のス
ラグ排出口用誘導加熱電源９を切ることによりスラグ排
出口３内にスラグを残さないようにできる。

【００４５】また、図３には溶融炉の運転方法の別例を
示す。図３において、溶融スラグが溶融炉本体内部に残
っている段階のＴ５でまずスラグ排出口３のスラグ排出
口用誘導加熱電源９を切り、次にＴ６で炉本体２の溶融
炉本体用誘導加熱電源６を切る。

【００４６】これにより、スラグ排出口３内に溶融スラ
グが残った状態で加熱が停止し固まる。炉本体２の溶融
炉本体用誘導加熱電源６はスラグ排出口３のスラグ排出
口用誘導加熱電源９と同時にスイッチを切ってもよい
が、好ましくは後でスイッチを切ることにより溶融炉１
０内面に付着したスラグを炉本体２底部まで落としてお
くことができる。

【００４７】スラグをスラグ排出口３の内部に残したま
ま停止することで、次に廃棄物や灰などの被溶融物１を
投入したときに廃棄物がそのままスラグ排出口３から出
ることを防止できる。

【００４８】さらに、上記のようなバッチ処理の他に、
連続的に被溶融物１を供給し、かつ炉本体２の溶融スラ
グのレベルを一定に保ったまま溶融スラグを排出でき
る。

【００４９】これらのことから炉本体２の溶融炉本体用
誘導加熱電源６とスラグ排出口３のスラグ排出口用誘導
加熱電源９とを独立して制御することによりスラグの品
質を維持でき、またより経済的な運転ができる。

【００５０】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。本発明の第２実施形態は、溶融する廃棄物のロッ
ト毎に完全にスラグ排出し溶融炉１０内の残スラグをで
きるだけ少なくして運転するものである。本発明の第２
実施形態である溶融炉の概略断面図を図４に示す。な
お、図１と同一要素のものについては同一符号を付して
説明は省略する。

【００５１】図４において、スラグ排出口３の上部には
予め環境に有害な成分を含まない材質のプラグ材１１が
投入されている。プラグ材１１は必要に応じて被溶融物
１より融点の高いものを選定する。プラグ材１１の形状
としては角張ったものでもよいが球形に近いものほどプ
ラグ材１１の使用量を少なくできるため好ましい。

【００５２】プラグ材１１の材質が粘土状であると形状
に自由度があるためスラグ排出口３に押し込んで使用す
ることもできるためさらに好ましい。図５には、スラグ
排出口３の加熱によりプラグ材１１が溶かされ、スラグ
排出口３より垂下、吐出される様子を示す。

【００５３】かかる構成によれば、適当なプラグ材１１
を選定し、かつ、炉本体２とスラグ排出口３の加熱を独
立して制御することによりスラグ溶融処理時間や溶融温
度等を任意に調整することもできる。

【００５４】

【実施例】炉本体２として導電性のあるＺｒＢ_２を９０
％以上含んだセラミックスのるつぼ（外径１６０ｍｍ、
内径１４０ｍｍ、高さ１４０ｍｍ）を使用し、るつぼの
底部にスラグ排出口３として、ＺｒＢ_２を９７％含んだ
セラミックスのパイプ焼結体（外径５０ｍｍ、内径３４
ｍｍ、長さ５０ｍｍ）を取り付けた。

【００５５】溶融炉本体用誘導加熱電源６は、出力６０
ｋＷ、周波数３ｋＨｚ、スラグ排出口用誘導加熱電源９
は、出力３０ｋＷ、周波数３ｋＨｚ、のものをそれぞれ
使用した。

【００５６】溶融炉本体用誘導コイル４には、内径３３
０ｍｍ、高さ２５０ｍｍの誘導コイルを用い、スラグ排
出口用誘導コイル７には、内径９５ｍｍ、高さ７０ｍｍ
の誘導コイルを用いた。スラグ排出口３のパイプ内部に
はあらかじめスラグを溶融固化させておいた。

【００５７】この構成で、焼却炉から採取された飛灰
２．６ｋｇを炉本体２に入れ、まず溶融炉本体用誘導加
熱電源６のスイッチを入れた。約２０分経過後に溶融炉
１０内の溶融スラグの温度は１４００℃に上昇し溶融状
態になった。この状態で１０分間溶融状態を保持したが
スラグ排出口３から溶融スラグは出てこなかった。

【００５８】この後、スラグ排出口３のスラグ排出口用
誘導加熱電源９を入れたところ、約２分でスラグ排出口
３用セラミックスの温度は１５００℃を超え溶融スラグ
が流れ出た。約２分ですべての溶融スラグが排出し、ス
ラグ排出口３内には溶融スラグの閉塞はなかった。

【００５９】次に、上記と同様に焼却炉から採取された
飛灰２．６ｋｇを炉本体２に入れて溶融させた後、スラ
グ排出口３のスラグ排出口用誘導加熱電源９を入れ、ス
ラグ排出口３から溶融スラグが出始めてすぐに同電源を
切った。すると、約３０秒後に溶融スラグの流れが悪く
なり１分３０秒後に溶融スラグは流れなくなった。

【００６０】このとき、炉本体２の底部には溶融スラグ
が残っていた。このようにスラグ排出口３のスラグ排出
口用誘導加熱電源９を溶融スラグが排出し終わる前に切
ることにより、スラグ排出口３内部に溶融スラグを残し
たまま停止できた。

【００６１】これらの溶融作業の後で炉本体２とスラグ
排出口３を目視点検したが、割れ等は無く、またスラグ
排出口３を切断し断面の状況を調べたがスラグによる浸
食は認められなかった。また、スラグは水砕されたが、
スラグ中の有害物質量を確認するため溶出試験をおこな
ったが目標基準を満足していることを確認した。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、炉
本体誘導加熱手段の制御と、スラグ排出口誘導加熱手段
の制御を別々に行うことで、未溶融の灰や環境基準に満
たないスラグの排出を最適に制御できる。よって排出す
るスラグの品質を管理できる。

【００６３】また、炉本体やスラグ排出口の材質がＺｒ
Ｂ_２を含んだ材料であると、塩基度が１から大きくずれ
るような被溶融物であっても事前に塩基度を１近くに調
整することなく、直接溶融でき、簡便で経済的な溶融が
できる。また耐久性も優れた溶融炉を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態である溶融炉の概略断
面図

【図２】 本発明の第１実施形態である溶融炉の運転方
法の一例

【図３】 本発明の第１実施形態である溶融炉の運転方
法の別例

【図４】 本発明の第２実施形態である溶融炉の概略断
面図

【図５】 プラグ材が溶かされ、スラグ排出口より吐出
される様子を示す図

【符号の説明】

１ 被溶融物 ２ 炉本体 ３ スラグ排出口 ４ 溶融炉本体用誘導コイル ５、８ ケーブル ６ 溶融炉本体用誘導加熱電源 ７ スラグ排出口用誘導コイル ９ スラグ排出口用誘導加熱電源 １０ 溶融炉 １１ プラグ材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｂ 14/06 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｌ ３０３Ｋ Ｆターム(参考） 3K061 AA16 AB03 AC03 BA03 CA15 DA12 DA14 NB01 NB07 NB27 4D004 AA37 AB03 AB07 AC04 CA29 CB02 CB33 DA02 DA06 4K046 AA01 BA10 CA03 CB06 CD02 CE05 DA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶融物が投入される炉本体と、該炉本
   体に配設され、溶融後の溶融スラグが排出されるスラグ
   排出口と、前記炉本体を誘導加熱する炉本体誘導加熱手
   段と、前記スラグ排出口を誘導加熱するスラグ排出口誘
   導加熱手段と、該スラグ排出口誘導加熱手段と前記炉本
   体誘導加熱手段とを独立して制御する制御手段とを備え
   たことを特徴とする溶融炉。
2. 【請求項２】 前記炉本体及び／又は前記スラグ排出口
   の材料がＺｒＢ_２（ホウ化ジルコニウム）を５０〜９８
   質量％含む請求項１記載の溶融炉。
3. 【請求項３】 前記スラグ排出口を閉塞させるプラグ材
   を備え、該プラグ材は前記スラグ排出口誘導加熱手段に
   より溶融されることで前記スラグ排出口より吐出可能で
   ある請求項１又は請求項２記載の溶融炉。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶
   融炉の運転方法であって、前記被溶融物を前記炉本体内
   に投入後、該炉本体を誘導加熱して前記被溶融物を溶融
   させ、その後前記スラグ排出口を誘導加熱して溶融スラ
   グを排出させることを特徴とする溶融炉運転方法。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２記載の溶融炉の運
   転方法であって、前記溶融スラグが前記スラグ排出口の
   少なくとも一部に残っている状態で、該スラグ排出口の
   誘導加熱を停止させ、該停止と同時又はその後に前記炉
   本体の誘導加熱を停止させる溶融炉運転方法。