(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体の底壁部にベースメタルが収容されるとともに、天壁部にプラズマトーチが配置されたプラズマ式灰溶融炉におけるベースメタルの湯面検出装置であって、
前記プラズマトーチをプラズマ放電により先端部が消耗される電極とし、前記プラズマトーチを炉底まで下降させるトーチ昇降装置と、前記プラズマトーチの位置を検出する昇降位置検出装置と、前記炉壁部に設けられてベースメタルに導通される接地電極と、直流電源装置から印加された検出用電圧に基いて前記プラズマトーチと接地電極との間の抵抗値を検出する抵抗計、または電位差を検出する電圧計と、前記プラズマトーチの炉壁部への過剰押付けを規制する下降規制装置とを具備し、前記抵抗計の抵抗値または電圧計の電位差の変化に基き、プラズマトーチと炉底部の当接位置を基準として、ベースメタルの湯面レベルを検出するように構成した
ことを特徴とするプラズマ式灰溶融炉におけるベースメタルの湯面検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のベースメタルの湯面検出装置を使用して、ベースメタルの湯面レベルを検出するに際し、
プラズマトーチを下降してベースメタルに没入させ下端部を炉底部に当接させてこの時の加熱源供給電極の高さを検出し、前記プラズマトーチとベースメタルとの間の抵抗値または電位差を検出しつつ加熱源供給電極を上昇させ、前記プラズマトーチがベースメタルから抜き出されて加熱源供給電極とベースメタルとの間の抵抗値または電位差が大きくなった位置をベースメタルの湯面位置として、加熱源供給電極の炉底部からの上昇距離を検出することにより、炉底部を基準としてベースメタルの湯面レベルを検出する
ことを特徴とするプラズマ式灰溶融炉におけるベースメタルの湯面検出方法。
【請求項３】
請求項１記載のベースメタルの湯面検出装置を使用して、ベースメタルの湯面レベルを検出するに際し、
プラズマトーチとベースメタルとの間の抵抗値または電位差を検出しつつ加熱源供給電極を下降し、
前記プラズマトーチとベースメタルとの間の抵抗値または電位差が小さくなった位置をベースメタルの湯面位置としてこの時の加熱源供給電極の高さを検出し、
さらに前記プラズマトーチをベースメタルに没入させてその下端部を炉底部に当接させ、前記湯面位置から炉底部までの加熱源供給電極の下降距離を検出することにより、炉底部を基準としてベースメタルの湯面レベルを検出する
ことを特徴とするプラズマ式灰溶融炉におけるベースメタルの湯面検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマトーチを備えたプラズマ式溶融炉において、灰などの被溶融物中に含有されるメタル分により増加するベースメタルを排出する時期を知るために、ベースメタルの湯面レベルを検出するベースメタルの湯面検出装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の加熱源供給電極を備えた電気式溶融炉、たとえばプラズマ式灰溶融炉において、灰中に含有されるメタル分により増加するベースメタルを排出するために、炉の稼働時間すなわち灰溶融量に基づいて設定されたタイマーによるレベル制御やロードセルによるレベル制御により、ベースメタルの排出作業を行っていた。しかし、溶融する灰によっては含有するメタル量が均一でないと正確な湯面検知ができないため、本発明者等は、特開平８−３２０１１１号公報により、次のようなベースメタルの湯面検出方法を提案した。
【０００３】
すなわち、検出部材（プラズマ発生用黒鉛電極）を下降させて溶融スラグ、ベースメタルに没入させ、検出部材とベースメタルとの電位差を検出する。すると、検出部材と溶融スラグとが接触しない状態では電位差が極めて大きく、接触すると幾分小さくなり、さらに検出部材がベースメタルに接触すると電位差が極めて小さくなる。したがって、排滓口から落下排出される溶融スラグの表面を基準として、この溶融スラグの表面からベースメタルの接触位置までの検出部材の下降距離、すなわち高さを検出することにより、ベースメタルの湯面レベルを検知するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記検出方法は、溶融スラグの表面を基準としているが、溶融スラグの表面レベルは、溶融スラグの表面張力により排滓口から溶融スラグが連続して流れず断続的になるため、約２０ｍｍ程度の変化がある。また排滓口の堰部の強制冷却により溶融スラグの温度が変化して表面にできる凝固層であるセルフコーティング層の厚さが変化する結果、その表面レベルが約３０ｍｍ程度変化する。これにより合計で５０ｍｍ程度の変化が生じる。したがって、溶融スラグの表面を基準とするベースメタルの湯面レベルは検出誤差が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、ベースメタルの湯面レベルを正確に検出できるプラズマ式灰溶融炉におけるベースメタルの湯面検出装置および方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の請求項１記載の湯面検出方法は、炉本体の底壁部にベースメタルが収容されるとともに、天壁部にプラズマトーチが配置されたプラズマ式灰溶融炉におけるベースメタルの湯面検出装置であって、前記プラズマトーチをプラズマ放電により消耗される電極とし、前記プラズマトーチを炉底まで下降させるトーチ昇降装置と、前記プラズマトーチの位置を検出する昇降位置検出装置と、前記炉壁部に設けられてベースメタルに導通される接地電極と、直流電源装置から印加された検出用電圧に基いて前記プラズマトーチと接地電極との間の抵抗値を検出する抵抗計、または電位差を検出する電圧計と、前記プラズマトーチの炉壁部への過剰押付けを規制する下降規制装置とを具備し、前記抵抗計の抵抗値または電圧計の電位差の変化に基き、プラズマトーチと炉底部の当接位置を基準として、ベースメタルの湯面レベルを検出するように構成したものである。
【０００７】
上記構成によれば、下降規制装置により、プラズマトーチの下端部が炉底部に接触した際の過剰な圧力によりプラズマトーチが破損するのを防止しつつ、この炉底部を基準として、ベースメタルと接地電極との間に介在されるベースメタルやスラグなどの抵抗値または電位差に基いてベースメタルの湯面を求め、炉底部の位置を基準としてプラズマトーチの昇降距離から湯面位置を決定するので、ベースメタルの湯面を精度よく検出することができる。また、プラズマトーチに先端部が放電により減耗される電極が使用されていても問題がない。これにより、ベースメタルの適正な排出時期を知ることができる。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載のベースメタルの湯面検出装置を使用して、ベースメタルの湯面レベルを検出するに際し、プラズマトーチを下降してベースメタルに没入させ下端部を炉底部に当接させてこの時の加熱源供給電極の高さを検出し、前記プラズマトーチとベースメタルとの間の抵抗値または電位差を検出しつつ加熱源供給電極を上昇させ、前記プラズマトーチがベースメタルから抜き出されて加熱源供給電極とベースメタルとの間の抵抗値または電位差が大きくなった位置をベースメタルの湯面位置として、加熱源供給電極の炉底部からの上昇距離を検出することにより、炉底部を基準としてベースメタルの湯面レベルを検出するものである。
【０００９】
上記方法によれば、炉底部を基準として、プラズマトーチがベースメタルから抜き出される間に溶融スラグが介在されることによりベースメタルと検出部材の抵抗値または電位差が大きくなる位置をベースメタルの湯面とし、炉底部の位置を基準としてプラズマトーチの上昇距離を検出することで湯面位置を決定するので、プラズマトーチに先端部が放電により減耗される電極が使用されていても、ベースメタルの湯面を精度よく検出することができ、ベースメタルの適正な排出時期を知ることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のベースメタルの湯面検出装置を使用して、ベースメタルの湯面レベルを検出するに際し、プラズマトーチとベースメタルとの間の抵抗値または電位差を検出しつつ加熱源供給電極を下降し、前記プラズマトーチとベースメタルとの間の抵抗値または電位差が小さくなった位置をベースメタルの湯面位置としてこの時の加熱源供給電極の高さを検出し、さらに前記プラズマトーチをベースメタルに没入させてその下端部を炉底部に当接させ、前記湯面位置から炉底部までの加熱源供給電極の下降距離を検出することにより、炉底部を基準としてベースメタルの湯面レベルを検出するものである。
【００１１】
請求項３記載の方法によれば、上記請求項２紀記載の方法と同様の効果を奏するとともに、上記方法のようにベースメタル中からプラズマトーチを持ち上げた場合には、ベースメタルの粘性により表面張力の作用でプラズマトーチにベースメタルが同伴されるため、誤差が大きくなり易いのに対して、プラズマトーチを没入する場合には粘性による誤差はほとんどない。また、プラズマ式灰溶融炉では、起動時にプラズマトーチを一旦ベースメタルに接触してアークを発生させる。このため、湯面検出後のプラズマトーチの上昇途中から連続して起動動作に移れ、炉の運転をスムーズに行うことができる。
【００１２】
【実施の形態】
以下、本発明に係るベースメタルレベル検出装置を備えたプラズマ式灰溶融炉の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示すように、架台１上には、支持ピン２ａを中心に傾動シリンダ２ｂにより傾動可能なベースメタル排出用傾動装置２を介して炉本体３が配設されている。この炉本体３の底壁部３ａにはベースメタル４を収容するメタル収容部が形成されている。また、炉本体３の前壁部３ｂには、炉本体３のベースメタル４上に焼却灰Ａを投入する灰供給口６が形成され、この灰供給口６の入口に臨んで灰供給ホッパ７と灰プッシャー８とが設けられている。また炉本体３の後壁部３ｃには、ベースメタル４上で溶融された溶融スラグＦＳを排出するスラグ排出口９が形成され、スラグ排出口９の下部に溶融スラグＦＳを水冷して水砕スラグＷＳを生成するスラグ冷却装置１１が配設されている。１２はスラグ排出口９に対抗して設けられた予熱バーナである。
【００１４】
炉本体３の上部は水冷ジャケット１３で覆われると共に、天壁部３ｄにたとえば２個のトーチ挿入口１４Ａ，１４Ｂが前後方向に所定距離離れて形成され、灰供給口６側のトーチ挿入口１４Ａに加熱源供給電極である陽極トーチ（以下プラズマトーチという）１５Ａが、スラグ排出通路９側のトーチ挿入口１４Ｂに加熱源供給電極である陰極トーチ（以下プラズマトーチという）１５Ｂがそれぞれ垂下されている。これら両プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂには安価な黒鉛電極が使用され、下端部のプラズマ放電による消耗に対応して下降させベースメタル４との距離を所定に保持するトーチ昇降装置１６にそれぞれ支持されている。
【００１５】
さらに両プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂには直流電源装置１７が接続されるとともに、作動ガス供給装置１８が接続され、両プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂ内を通して炉本体３内に作動ガス（たとえば窒素ガス）を供給するように構成されている。１９は一方の側壁部３ｅに形成された排ガス排出口で、排ガス処理装置に接続される。
【００１６】
前記トーチ昇降装置１６は、図２に示すように、炉本体３上またはその近傍に立設されたマスト２１にガイドローラ２２ａを介して昇降自在に片持ち支持された昇降アーム２２と、昇降アーム２２の先端部に設けられた電極把持装置２３と、マスト２１の上端部に配設されて昇降アームを昇降駆動する昇降駆動装置２４とで構成されている。この昇降駆動装置２４は、先端部が昇降アーム２２に連結された索体２４ａをガイドシーブ２４ｂを介して巻き取る昇降ウインチ２４ｃにより構成され、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂの下降限を検出して過剰押し付けによる破損を防止する下降規制装置２５が設けられている。
【００１７】
また昇降アーム２２には、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂに作動電力を供給する電源ケーブル２６と作動ガスを供給する作動ガスホース２７が接続され、またマスト２１に沿って取り付けられたラック２８ａに噛合するピニオン２８ｂの回転数を検出するロータリエンコーダ２８ｃからなる昇降位置検出装置２８が設けられている。
【００１８】
前記下降規制装置２５は、ガイドシーブ２４ｂを上方に付勢するシーブ付勢具と、負荷の軽減によるガイドシーブ２４ｂの浮き上がりを検知する浮上検出器２５ａと、この浮上検出器２５ａの検出信号に基づいて昇降ウインチ２４ｃを停止する制御器２５ｂとを具備し、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂの下端部が炉底部３ａに接触した際の過剰な圧力によりプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂおよびその接続部が破損するのを防止している。
【００１９】
なお、このトーチ昇降装置１６はプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂおよび昇降アーム２２の自重を利用したものであるが、昇降機構に油圧シリンダやねじ式ジャッキ装置を使用したものでは、下降規制装置として駆動軸にトルクリミッターを介在させ、トルクリミッターの検出信号により昇降を停止するものでもよい。
【００２０】
この炉本体１には、メタル排出の起動時期を検知するために、ベースメタル４の湯面レベルＭＬを検出するベースメタルレベル検出装置３１が設けられている。このベースメタルレベル検出装置３１は、検出部材として使用するプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂと、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂを底壁部３ａまで下降させる前記トーチ昇降装置１６と、トーチの位置を検出する昇降位置検出装置２８と、底壁部３ａに配設されてベースメタル４と導通されるとともにアースされた接地極３２と、電源ケーブル２６に介装されてベースメタル４とプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂとの電位差および抵抗値を検出する電圧計３３と抵抗計３４とで構成される。
【００２１】
つぎにベースメタル４の湯面レベルＭＬの第１の検出方法を図３を参照して説明する。
１．起動後、所定量の灰Ａが供給されて溶融処理され、ベースメタル４が増加すると、焼却灰の投入を停止するとともに、灰溶融用電力の供給を停止して炉を停止させる。そして図３（ａ）に示すように、プラズマトーチ（たとえば陽極トーチ）１５Ａを下降して溶融スラグＦＳからのベースメタル４中に没入させ、下端部を炉底壁３ａに接触させて停止する。この時、下降規制装置２５が働くため、プラズマトーチ１５Ａが当接による過剰な荷重で破損することはない。そして湯面レベルＭＬの検出の基準となるこの当接位置の高さが昇降位置検出装置２８により検出される。
【００２２】
２．ついで図３（ｂ）に示すように、直流電源装置１７からプラズマトーチ１５Ａと接地極３２との間に湯面レベルの検出用電圧を印加し、トーチ昇降装置１６によりプラズマトーチ１５Ａをゆっくりと上昇させながら、抵抗計３４によりベースメタル４すなわち接地極３２とプラズマトーチ１５Ａとの抵抗値を検出する。この時の抵抗値は、ベースメタル４が導体であるためきわめて小さい。
【００２３】
３．そしてプラズマトーチ１５Ａをさらに上昇して、図３（ｃ）に示すように、ベースメタル４中から溶融スラグＦＳ中に移動すると、溶融スラグＦＳの抵抗により、その抵抗値が大きくなる。この抵抗値の変化により、プラズマトーチ１５Ａがベースメタル４から抜き出されたのが検知され、昇降位置検出装置２８によりプラズマトーチ１５Ａのこの高さ位置を検出することにより、基準となる底壁部３ａからベースメタル４の湯面レベルＭＬまでの上昇距離Ｈを正確に検知する。この上昇距離Ｈは、プラズマトーチ１５Ａが消耗することがあっても正確に検出できる。
【００２４】
４．ついで他方のプラズマトーチ（たとえば陰極トーチ）１５Ｂを同様に駆動して湯面レベルＭＬを検出する。これは、計測の基準となる底壁部３ａはベースメタル４と接触しており殆ど消耗もないが、その消耗も考慮し、かつ測定回数および測定位置を変化させることにより、測定誤差をなくしてより高精度に湯面レベルＭＬを検出するためである。
【００２５】
５．そしてベースメタル４の湯面レベルＭＬからベースメタル４の適正な排出時期を知り、排出時期になると灰の供給を停止し、ベースメタル排出用傾動装置２を起動して炉本体３を傾動させ、スラグ排出口９から溶融スラグＦＳを排出し、続いてベースメタル４を排出する。
【００２６】
さらにベースメタル４の湯面レベルＭＬの第２の検出方法を図４を参照して説明する。
１．起動後、所定量の灰Ａが供給されて溶融処理され、ベースメタル４が増加すると、焼却灰の投入を停止するとともに、灰溶融用電力の供給を停止して炉を停止させる。そして図４（ａ）に示すように、直流電源装置１７からプラズマトーチ１５Ａと接地極３２との間に湯面レベルの検出用電圧を印加し、トーチ昇降装置１６によりプラズマトーチ１５Ａをゆっくりと下降させながら、抵抗計３４により接地極３２とプラズマトーチ１５Ａとの抵抗値を検出する。プラズマトーチ１５Ａと溶融スラグＦＳが接触していない時の抵抗値はきわめて大きく、次いでプラズマトーチ１５Ａが溶融スラグＦＳに接触すると、溶融スラグＦＳの抵抗により抵抗計３４に検出される抵抗値が小さくなる。
【００２７】
２．ついで図４（ｂ）に示すように、プラズマトーチ１５Ａをさらに下降しベースメタル４に接触させると、ベースメタル４が導体であるため、抵抗計３４の抵抗値がきわめて小さくなる。この抵抗値の変化によりプラズマトーチ１５Ａがベースメタル４に接触したのが検知され、昇降位置検出装置２８によりこのときのプラズマトーチ１５Ａの高さ位置が検出される。
【００２８】
３．さらに図４（ｃ）に示すように、プラズマトーチ１５Ａがさらに下降され底壁部３ａに接触されて下降が停止される。この時のプラズマトーチ１５Ａの高さ位置が昇降位置検出装置２８により検出される。そしてこの基準となる底壁部３ａからベースメタル４の湯面レベルＭＬまでの下降距離Ｈから湯面レベルＭＬが検出される。なおこの時、下降規制装置２５が働き、プラズマトーチ１５Ａが底壁部３ａへの当接による過剰な荷重で破損することはない。
【００２９】
４．ついで他方のプラズマトーチ（たとえば陰極トーチ）１５Ｂを同様に駆動して湯面レベルＭＬを検出する。
５．そしてベースメタル４の湯面レベルＭＬからベースメタル４の適正な排出時期を知り、排出時期になると灰の供給を停止し、ベースメタル排出用傾動装置２を起動して炉本体３を傾動させ、スラグ排出口９から溶融スラグＦＳを排出し、続いてベースメタル４を排出する。
【００３０】
上記第２の方法によれば、第１の方法と同様の効果を奏することができる。また、上記第１の方法のようにベースメタル４中からプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂを持ち上げた場合には、ベースメタル４の粘性により表面張力の作用でプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂにベースメタル４が同伴されて持ち上げられるため、計測誤差が大きくなり易い。しかし、第２の方法では、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂをベースメタル４に没入するため、ベースメタル４の粘性による誤差はほとんどない。また、プラズマ式灰溶融炉では、通常、起動時にプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂをベースメタル４に接触させてアークを発生させる。このため、第１の方法では、ベースメタル４の上方に一旦上昇させたプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂを再度下降してベースメタル４に接触らさせる必要があるが、第２の方法では、計測後、ベースメタル４からプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂを抜き出す途中で、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂに起動電力を供給してベースメタル４から抜き出されると同時にアークを発生させることができる。したがって、計測動作に連続して起動を行うことができ、炉の運転をスムーズに行うことができる。
【００３１】
なお、上記第１，第２の方法で抵抗値で出湯面レベルを検出したが、直流電源装置に基準電圧発生回路を設け、この基準電圧発生回路からプラズマトーチ１５Ａと接地極３２との間に基準電圧を印加して電圧計３３によりその電位差を計測し、その変化によりベースメタル４の湯面レベルＭＬを検出することもできる。
【００３２】
また、上記実施の形態では、プラズマ式溶融炉としたが、アーク炉など加熱源供給電極を使用するものであれば、容易に適用できる。またプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂを黒鉛製としたが、これに限るものではなく、特に放電等により先端部が消耗する場合であっても有効である。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の湯面検出装置によれば、下降規制装置により、プラズマトーチの下端部が炉底部に接触した際の過剰な圧力によりプラズマトーチが破損するのを防止しつつ、この炉底部を基準として、ベースメタルと接地電極との間に介在されるベースメタルやスラグなどの抵抗値または電位差に基いてベースメタルの湯面を求め、炉底部の位置を基準としてプラズマトーチの昇降距離から湯面位置を決定するので、ベースメタルの湯面を精度よく検出することができる。また、プラズマトーチに先端部が放電により減耗される電極が使用されていても問題がない。これにより、ベースメタルの適正な排出時期を知ることができる。
【００３４】
請求項２記載の湯面検出方法によれば、ベースメタルが接してほとんど侵食も無く変化の無い炉底部を基準として、プラズマトーチがベースメタルから抜き出される間に溶融スラグが介在されることによりベースメタルと検出部材の抵抗値または電位差が大きくなる位置をベースメタルの湯面とし、炉底部の位置を基準としてプラズマトーチの上昇距離を検出することで湯面位置を決定するので、プラズマトーチに先端部が放電により減耗される電極が使用されていても、ベースメタルの湯面を精度よく検出することができ、ベースメタルの適正な排出時期を知ることができる。
【００３５】
また請求項３記載の湯面検出方法によれば、請求項１記載の方法と同様の効果を奏するとともに、上記方法のようにベースメタル中からプラズマトーチを持ち上げた場合には、ベースメタルの粘性により表面張力の作用でプラズマトーチにベースメタルが同伴されるため、誤差が大きくなり易いのに対して、プラズマトーチを没入するためには粘性による誤差はほとんどない。また、プラズマ式灰溶融炉では、起動時に電極を一旦ベースメタルに接触してアークを発生させる。したがって、この方法を用いることにより、湯面検出後の電極の上昇動作中から連続して起動動作に移れ、炉の運転をスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るベースメタルレベル検出装置を備えたプラズマ式灰溶融炉の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】同トーチ昇降装置を示す側面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ湯面レベルの第１の検出手順を示す炉本体底部の縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ湯面レベルの第２の検出手順を示す炉本体底部の縦断面図である。
【符号の説明】
２    ベースメタル排出用傾動装置
３    炉本体
３ａ  底壁部
４    ベースメタル
９    スラグ排出口
１５Ａ，１５Ｂ  プラズマトーチ
１６    トーチ昇降装置
１７    直流電源装置
２４    昇降駆動装置
２５    下降規制装置
２６    電源ケーブル
２８    昇降位置検出装置
３１    ベースメタル湯面検出装置
３２    接地極
３３    電圧計
３４    抵抗計
【図１】
0003585344.tif 000002
【図２】
0003585344.tif 000003
【図３】
0003585344.tif 000004
【図４】
0003585344.tif 000005