(57)【要約】【課題】溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止が容易で、耐久性に優れる溶融炉用排出ノズルを提供する。【解決手段】溶融炉で溶融された溶融物を排出するための貫通孔を有し、少なくとも一部が誘導加熱の発熱体２１からなる筒状のノズル部２０と、該ノズル部と連接し出湯口３５を備えた固定板３１と、該固定板３１の出湯口の開口面積を可変に調整する開閉板４０とを具備しており、該ノズル部２０の誘導加熱手段による加熱制御、または前記開閉板による出湯口の開口面積制御のいずれか、または両方を用いて行うことにより、溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止を行う。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉で溶融された溶融物を排出するための貫通孔を有し、少なくとも一部が誘導加熱の発熱体からなる筒状のノズル部と、該ノズル部と連接し出湯口を備えた接続部と、該接続部の出湯口の開口面積を可変に調整する流量調整部と、前記ノズル部の誘導加熱手段とを具備することを特徴とする溶融炉用排出ノズル。
【請求項２】
接続部の主要部が、セラミックス、耐火物および黒鉛からなる群から選ばれる１種以上からなる請求項１に記載の溶融炉用排出ノズル。
【請求項３】
接続部の主要部が、電気絶縁性を有する、セラミックスまたは耐火物のいずれか、または両方からなる請求項１または２に記載の溶融炉用排出ノズル。
【請求項４】
発熱体がＺｒＢ２を９０〜１００質量％含む焼結体である請求項１、２または３に記載の溶融炉用排出ノズル。
【請求項５】
流量調整部が、接続部の出湯口と連通する出湯口を備えた固定板と、該固定板と摺動可能に連接し前記出湯口の開口面積を可変に調整する開閉板とからなり、固定板および開閉板が金属構造体、セラミックス、耐火物および黒鉛からなる群から選ばれる１種以上からなる請求項１〜４のいずれかに記載の溶融炉用排出ノズル。
【請求項６】
固定板および／または開閉板が、水冷構造を有する金属構造体である請求項１〜５のいずれかに記載の溶融炉用排出ノズル。
【請求項７】
溶融炉内の溶融物を、少なくとも一部が誘導加熱の発熱体からなる筒状のノズル部に連通する出湯口から、該出湯口の開口面積を流量調整部で可変して排出する方法であって、溶融物の排出の開始、排出の停止および排出量調整を、前記ノズル部の加熱制御と流量調整部による出湯口の開口面積制御のいずれか、または両方を用いることにより行うことを特徴とする溶融物の排出方法。
【請求項８】
ノズル部の誘導加熱を継続または停止した状態で、流量調整部で溶融物の排出量を調整しながら溶融炉内の溶融物を出湯口から排出し、かつ排出される溶融物に見合う被溶融物を溶融炉内に投入し連続的に溶融する請求項７に記載の溶融物の排出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種廃棄物等を溶融する溶融炉の溶融物を排出するための排出ノズルおよび溶融物の排出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物の処理方法として、単に廃棄物を焼却するだけでなく、焼却により発生する焼却灰を減容、無害化することも求められている。廃棄物の焼却灰には、有害重金属、放射性物質、感染性物質、ダイオキシン類などの環境汚染物質（以下、総称して環境汚染物質という）が含まれていることが多い。環境汚染物質を含む焼却灰は、特別管理廃棄物に指定されており、一般的な管理型最終処分場に埋め立てるには、中間処理により所定レベルまで無害化することが要求される。この中間処理の方法としては、溶融、セメント固化、薬剤処理および酸抽出の４種類が法的に認められている。中でも溶融は、減量化、長期安定性またはリサイクルの可能性の点から最も有望視されている。
【０００３】
溶融炉で溶融された溶融物の排出方法としては、溶融炉自体を傾動して排出する方法と、溶融炉自体は固定して炉の底部または側面下部に排出ノズルを設け、この排出ノズルを通して溶融物を排出する方法とがある。前記傾動して排出する方法では、傾動させるための設備が必要であるほか、溶融物の排出が不完全で残留物が多い、連続的な溶融処理が出来ない、処理量に大きな制約がある、作業性が悪い等の問題がある。これに対して排出ノズルによる方法では、溶融炉を傾動させるための設備が不要であり、溶融物の排出を充分にできるため残留物が実質的になく、しかも連続処理ができる等の利点がある。
【０００４】
排出ノズルによる溶融物（スラグ）の排出方法として、例えば特許文献１が知られている。すなわち、溶融炉の炉底に導電性セラミックスからなるスラグ排出口（排出ノズル）を設け、スラグ排出口を誘導加熱により加熱することで、予めスラグ排出口を閉塞させるために、排出口内に便宜的に設けたスラグの固化物を溶融し、溶融炉内部にあるスラグを排出するものである。さらに、この方法によれば、炉内の被溶融物を所定の加熱手段により完全溶融した後に排出を一度に行い、その排出の末期に誘導加熱を停止し排出ノズルに残留したスラグを冷却固化して栓とすることにより、次回に被溶融物を投入したときこの被溶融物が未溶融の状態で流出するのを防止している。
【０００５】
しかしながら、この方法ではスラグの成分、粘性および溶融温度等の条件によって栓の生成が不完全となるために、被溶融物の一部が未溶融の状態で排出されるという問題を有していた。さらに、溶融段階において、溶融炉の上部の被溶融物は、相対的に温度が低く、未溶融の状態である場合があり、このような状態でスラグを排出ノズルにより排出した場合、排出終了段階でこの未溶融物が排出ノズルの中に残留し、その後に未溶融の状態で排出されるという問題を有していた。
そのうえ、この方法は、炉内の被溶融物を溶融した後に排出を一度に行うバッチ式の溶融方法で、スラグの排出量を調整する機能がないため、連続的な運転は困難であった。
【０００６】
また、特許文献２には、排出ノズルによる溶融物の他の排出方法について記載されている。この方法は、溶融炉内の溶融物を炉壁に設けた出湯口から出湯し、該出湯口にその開口面積を変えるためのゲート部材を設け、炉内の溶融物の出湯に伴いゲート部材を昇降させて、出湯口の開口面積を溶融物の出湯量が常に一定になるように制御するものである。しかしながら、ゲート部材で溶融物の排出を停止した後では、溶融物の成分、粘性および溶融温度等の条件によっては、溶融物が排出ノズルや出湯口の中で冷却固化して閉塞することがしばしばあり、その後にゲート部材を開けて排出を行う場合に排出が困難になる等の問題を有していた。
【特許文献１】特開２００１−３４３１０８号公報
【特許文献２】特開平２−１８８４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように従来の排出ノズルでは、排出ノズルにおける溶融物の加熱手段と排出ノズルの開閉手段とを併用しながら溶融物の排出（出湯）を行うようになっていないため、排出ノズル内の溶融物を加熱手段で温度制御しながら排出ノズルの開口を開閉手段で制御して、溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止を行うことが実質的に困難である。このため、溶融物の出湯作業が制約を受けて不具合を生じ、作業性が劣るものである。
【０００８】
本発明の目的は、溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止が容易で、耐久性に優れる溶融炉用排出ノズルおよび溶融物の排出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、溶融炉に設けた誘導加熱の発熱体からなる筒状のノズル部に、出湯口の開口面積を可変に調整させる流量調整部を設けて、ノズル部の誘導加熱手段による加熱制御または流量調整部による出湯口の開口面積制御のいずれか、または両方を用いて、溶融炉内の溶融物の、排出の開始、排出量の調整、排出の停止を行うことができる次の溶融炉用排出ノズルおよび溶融物の排出方法を提供する。
（１）溶融炉で溶融された溶融物を排出するための貫通孔を有し、少なくとも一部が誘導加熱の発熱体からなる筒状のノズル部と、該ノズル部と連接し出湯口を備えた接続部と、該接続部の出湯口の開口面積を可変に調整する流量調整部と、前記ノズル部の誘導加熱手段とを具備することを特徴とする溶融炉用排出ノズル。
（２）接続部の主要部がセラミックス、耐火物および黒鉛からなる群から選ばれる１種以上からなる上記（１）の溶融炉用排出ノズル。
（３）接続部の主要部が、電気絶縁性を有する、セラミックスまたは耐火物のいずれか、または両方からなる上記（１）または（２）の溶融炉用排出ノズル。
（４）発熱体がＺｒＢ２を９０〜１００質量％含む焼結体である上記（１）、（２）または（３）の溶融炉用排出ノズル。
（５）流量調整部が、接続部の出湯口と連通する出湯口を備えた固定板と、該固定板と摺動可能に連接し前記出湯口の開口面積を可変に調整する開閉板とからなり、固定板および開閉板が金属構造体、セラミックス、耐火物および黒鉛からなる群から選ばれる１種以上からなる上記（１）〜（４）のいずれかの溶融炉用排出ノズル。
（６）固定板および／または開閉板が、水冷構造を有する金属構造体である上記（１）〜（５）のいずれかの溶融炉用排出ノズル。
（７）溶融炉内の溶融物を、少なくとも一部が誘導加熱の発熱体からなる筒状のノズル部に連通する出湯口から、該出湯口の開口面積を流量調整部で可変して排出する方法であって、溶融物の排出の開始、排出の停止および排出量調整を、前記ノズル部の加熱制御または流量調整部による出湯口の開口面積制御のいずれか、または両方を用いることにより行うことを特徴とする溶融物の排出方法。
（８）ノズル部の誘導加熱を継続または停止した状態で、流量調整部で溶融物の排出量を調整しながら溶融炉内の溶融物を出湯口から排出し、かつ排出される溶融物に見合う被溶融物を溶融炉内に投入し連続的に溶融する上記（７）の溶融物の排出方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の溶融炉用排出ノズルは、上記したようにノズル部の誘導加熱手段による加熱制御または流量調整部による出湯口の開口面積制御のいずれか、または両方を用いて、溶融炉内の溶融物の、排出の開始、排出量の調整、排出の停止を行うので、溶融物の出湯作業を的確かつ円滑に実施でき作業性が優れている。
【００１１】
また、溶融物の出湯作業をノズル部の誘導加熱手段による加熱制御または流量調整部による出湯口の開口面積制御のいずれか、または両方を用いて行うので、１回の溶融ごとに被溶融物を溶融炉内に投入し、これを繰り返すことにより半連続溶融運転でき、また排出される溶融物に見合う被溶融物を溶融炉内に連続的に投入することにより連続溶融運転が容易にできる。
【００１２】
また、ノズル部に接続部を介して流量調整部を設けることにより、誘導加熱されるノズル部と流量調整部とが接続部の断熱層によって隔置されるので、流量調整部に対するノズル部の電磁誘導加熱の影響およびノズル部に対する流量調整部の冷却の影響を少なくでき、また誘導加熱されるノズル部に流量調整部を電気的に絶縁しかつ誘電磁場の影響を少なくして設置できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において溶融炉は、被溶融物を溶融できるものであれば特に制限はなく、溶融手段および被溶融物の如何を問わない。溶融手段としては、例えば誘導加熱、電気溶融加熱、バーナー加熱等が使用できる。また、被溶融物としては、生活および産業廃棄物の焼却灰、金属、金属合金、ガラス、セラミックスなど高温で溶融処理するものが例示される。
【００１４】
本発明の溶融炉用排出ノズル（以下、本ノズルという）は、該溶融炉の炉底または炉側面の任意の位置に設けられる溶融物の排出孔に合わせて設置可能であり、炉側面に設けるときには、底部に近い側壁の下部に設けるのが好ましい。本ノズルは、溶融炉内の溶融物を排出するための貫通孔を有する筒状のノズル部を具備している。このノズル部の形体は、貫通孔を有する筒状であれば特に制限されず、例えば円筒パイプ、多角柱パイプなどである。また、これらのパイプは軸方向にストレートまたはテーパー（彎曲を含む）つきの何れでもよく、貫通孔の形状も特に制限されず円形、楕円または多角形などのいずれでもよい。本発明において筒状のノズル部は、一体物に限らず複数の部品を組み立てて筒状に構成したノズル部も含んでいる。
【００１５】
本ノズルは、ノズル部の少なくとも一部を誘導加熱の発熱体（以下、単に発熱体という）で構成し、該発熱体によって溶融物を排出するための貫通孔を実質的に形成している。つまり、発熱体の外側に後述する保温層や断熱層を設けてもよい。このようにノズル部の溶融物と接触する貫通孔部を発熱体で形成することにより、溶融物の出湯時にノズル部内の被溶融物を加熱して固化状態から溶融状態にし、溶融炉内の溶融物を排出可能にし、また必要に応じて排出中の溶融物が冷却し固まるのを防止できる。
【００１６】
この発熱体の材料は、耐熱性、耐食性があれば特に制限されないが、ＺｒＢ２を９０〜１００質量％含む焼結体は、耐食性、耐熱性、導電性のバランスが良いため特に好ましい。なお、以下の説明において、特に断りがない限り、％はすべて質量％である。
【００１７】
本ノズルにおいて、上記発熱体の外側には前記したように保温層や断熱層を設けることができる。発熱体の外側に保温層や断熱層を設けると、発熱体による加熱効果が高められる、発熱体が断熱層等で保護されるため耐久性が向上する、などの効果が得られるので好ましい。この場合、保温層と断熱層の一方だけでも効果は得られるが、保温層の上に断熱層を重ねて設けることによって、より大きい効果が得られる。誘導加熱用の誘導コイルはこの断熱層等の外側に捲着される。前記保温層の材質としては、耐熱性、耐熱衝撃性を有する、例えばアルミナ含有の低セメントキャスタブルが好適し、また断熱層の材質としては、アルミナファイバー、シリカファイバー、カーボンファイバー、セラミックスファイバー、等を例示できる。
【００１８】
本ノズルは、上記ノズル部のほかにノズル部の先端部に連接しノズル部の貫通孔と連通する出湯口を備えた接続部と、該接続部の出湯口の開口面積を可変に調整する流量調整部を有している。すなわち、主要部が誘導加熱の発熱体で構成されたノズル部の先端部に、出湯口を備えた接続部を介在して流量調整部が設けられており、誘導加熱手段によるノズル部の加熱制御と流量調整部による出湯口の開口面積制御により出湯作業を行うようになっている。
【００１９】
本ノズルにおいて、前記接続部は中心部に出湯口を有する板状体または環状体で、ノズル部の発熱体と流量調整部の固定板との間に主に断熱層として設けられる。ノズル部が発熱体を有する排出ノズルでは、この接続部は断熱層として重要な役割を持っている。すなわち、この接続部は高温になる発熱体と固定板とに接して設けられており、これら両者を相互に断熱して、急激に冷却されることによって発生する熱応力で発熱体が損傷するのを防止する。さらに、固定板を発熱体から隔置して電気的に絶縁し、かつ発熱体の電磁誘導の影響を回避または軽減できるようにする。したがって、この接続部の主要部は耐熱性、耐熱衝撃性および／または電気絶縁性を有している断熱材で形成するのが好ましい。この断熱材としては、セラミックス、耐火物および黒鉛等が好ましく使用でき、これらからなる群から選ばれる１種以上を使用できる。ここで、セラミックスとは、ファインセラミックス、サーメット等が例示され、耐火物とは結合れんが、不定形耐火物、電融耐火物等が例示され、いずれも黒鉛を部分的に含有した組成物を含む（以下同じ）。
【００２０】
本ノズルの好ましい実施形態において、前記流量調整部は、接続部と連接し出湯口を備えた固定板と、該固定板と共同して出湯口の開口面積を可変に調節する開閉板とから構成できる。この固定板は接続部の前記出湯口に連通する出湯口を有し、該出湯口はノズル部の貫通孔に連通している。この開閉板を固定板に対し摺動可能または開閉可能に取り付けることにより、固定板の出湯口の開口面積を可変（開口、一部開口、閉口）とし、溶融炉内の溶融物の排出作業を行うことができる。
【００２１】
前記固定板は、接続部を介してノズル部の荷重の少なくとも一部を支持し、かつ高温の溶融物や発熱体の影響を受けるので、所望の耐熱性と耐荷重性を有している。また、材質によっては、発熱体を誘導加熱する誘導磁場の影響による発熱にも耐える必要がある。したがって、固定板の材質は、発熱体の温度、溶融物の融点、誘導加熱の強さ等に応じて適宜選定する。具体的には、金属構造体、セラミックス、耐火物および黒鉛からなる群から選ばれる１種以上を使用するのが好ましい。これらの中で、例えば金属構造体は固定板として好適し、特に水冷構造を有する金属構造体は、過熱を防止できるので好ましい。また、この水冷構造としては、内部に冷却媒体が循環される冷却通路を備えるウォタージャケットが好ましい。前記金属構造体は非磁性のステンレスや銅、しんちゅう等とすると、誘導加熱されないので好ましい。
【００２２】
なお、本ノズルにより高温で侵食性の高い溶融物を出湯する場合には、固定板と接続部のそれぞれの出湯口部分、すなわち溶融物と触れる部分を、耐食性が優れている例えばＺｒＯ２質の電融鋳造耐火物やファインセラミックス等で部分的に形成することができる。
【００２３】
前記開閉板としては、摺動機構により固定板に密着して摺動し、固定板の出湯口の開口面積を可変に調整できる形体のものが好ましい。しかし、開閉板の形体は、固定板の出湯口の開口面積を可変に調整できるという目的が得られるものであれば、これに限定されない。また、開閉板の摺動機構は、固定板に摺動レールを取り付けて、開閉板の可動性とシール性を確保できる構造が好ましい。特に、開閉板と固定板や摺動レールとの摺動隙間を調整できる構造とすることにより、開閉板の熱膨張、摺動部の磨耗等に対応できるので好ましく使用できる。
【００２４】
開閉板の摺動は、周知の機械駆動機構により実施できる。機械駆動機構としては、直線駆動機構、リンク機構等が例示されるが、特にリンク機構とすると開閉板の遠隔微調整が容易に実施でき、かつ操作性も優れているので好ましい。開閉板を機械駆動機構で動かし出湯口の開口面積を変えることによって、溶融物の流量を制御できる。具体的には、開閉板を摺動させて、固定板の出湯口と開閉板とで形成される開口部を最大にし出湯口を全開にすること、開閉板を加減して固定板の出湯口を一部開けること、および固定板の出湯口を開閉板で完全に塞ぐことにより、それぞれ溶融物の排出量を最大、溶融物の排出量を可変設定、溶融物の排出を停止できる。
【００２５】
開閉板をこのように摺動させて溶融物の流量を制御する場合、開閉板の形体としては、開閉板に固定板の出湯口に見合うような円形孔を設け、この円形孔を固定板の出湯口に対し相対移動させて流量制御するタイプと、開閉板の先部を固定板の出湯口に対し相対移動させることにより該出湯口の開口面積を変えて流量制御するタイプ（図５参照）とに大別できる。そして、後者のタイプの開閉板では、先部に例えばＶ型または半円型などの切欠部を設けたものが好ましい。実用上で好ましい開閉板は、摺動機構による開閉板の位置の変化に対して、出湯口の開口面積すなわち溶融物の流通断面積の変化が略比例して変化する形体を有するものである。このように開閉板の移動量と溶融物の流通断面積の変化とが略比例していると、溶融物の排出量制御の精度が向上し、かつその排出量調整が容易にできる。開閉板の先部に前記の切欠部を設けるのもかかる理由に基づいている。
【００２６】
開閉板の材質は、発熱体の温度、溶融物の融点、誘導加熱の強さ等により開閉板の使用温度などが異なるので、使用温度や溶融物の種類などに応じて適宜選定できる。具体的には、金属構造体、セラミックス、耐火物および黒鉛からなる群から選ばれる１種以上を使用でき、特に水冷構造を有する非磁性のステンレス製や銅製、しんちゅう製などの金属構造体が好ましく使用できる。なお、金属構造体の水冷構造は、発熱体の温度、溶融物の融点、発熱体の誘導加熱の強さにより、適宜水冷効果の調整が可能である。
【００２７】
本発明の溶融炉用排出ノズルは、前記ノズル部の誘導加熱手段による加熱制御または前記開閉板による出湯口の開口面積制御のいずれか、または両方を用いることで、溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止を行うことを特徴とする。
【００２８】
次に、本発明の溶融炉用排出ノズルによる溶融物の排出方法について図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の溶融炉用排出ノズルによる、半連続溶融運転方法および連続溶融運転方法の一例を概略的に示したものであり、本発明はこれに限定されない。なお、図には説明を分かりやすくするために、ノズル部と、流量調整部を構成する固定板と開閉板のみを記載し、接続部は省略している。
【００２９】
図１、図２には、溶融炉に設置されたノズル部および固定板と摺動可能に連接した開閉板の運転状態を示しており、図中に記載した運転状態は以下の状態を示すものである。
【００３０】
ノズル部では、誘導加熱の発熱体を誘導加熱手段により誘導加熱しない状態を「加熱停止」と記載し、誘導加熱した状態を「加熱」と記載し、以下説明では、これらに関する操作をそれぞれ「加熱停止」操作、「加熱」操作とする。
【００３１】
固定板と摺動可能に連接した開閉板では、固定板の出湯口を開閉板の非開口部で塞ぐ状態を「閉位置」と記載し、固定板の出湯口を開閉板の開口部と一致させる状態を「開位置」と記載し、固定板の出湯口と開閉板の開口部を一部一致させ出湯口の開口面積を適宜変えることで溶融物の流量を制御せしめる状態を「流量調整位置」と記載する。以下説明では、それぞれに関する操作を「閉位置」操作、「開位置」操作、「流量調整位置」操作とする。
本発明の溶融炉用排出ノズルによる半連続溶融運転方法を、図１で順を追って説明する。
【００３２】
初めに、予め本ノズルの貫通孔内部に溶融物の固化物で栓を形成し、この状態で被溶融物を溶融炉に投入して運転を行う。運転は、「加熱停止」操作および「閉位置」操作の状態で行う。（図１（Ａ））
【００３３】
溶融炉の加熱手段で被溶融物を溶融する場合は、「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行う。溶融は、所定の溶融温度に到達後、必要に応じて一定時間溶融温度の維持を行ったのち完了する。（図１（Ｂ））
【００３４】
溶融が完了した後に、「加熱」操作および「開位置」操作を行う。ノズル部の貫通孔内部の栓（溶融物の固化物）は、「加熱」操作により誘導加熱の発熱体が所定の温度に達すると溶融されて排出され、次いで、炉内の溶融物の排出が開始される。なお、「加熱」操作の開始時期は、誘導加熱の発熱体の昇温に時間を要する場合は、「開位置」操作時期よりも早めに実施してもよい。（図１（Ｃ））
【００３５】
溶融物の排出が開始されたら、「加熱」操作および「流量調整位置」操作を行って排出速度（流量）を調整する。溶融物の排出速度は、溶融炉内の溶融物の温度分布、溶融部の湯面高さなどにより変化するので、「流量調整位置」操作により調整できる。なお、流量調整は、本ノズルから出湯された溶融物の質量の時間変化量と、開閉板の摺動量の位置制御を組み合わせて行うことで、より正確に制御できる。（図１（Ｄ））
【００３６】
溶融物の排出完了時は、「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行う。炉内の溶融物は、上部の温度が相対的に低く一部未溶融物があるので、溶融炉内に一部湯を残して排出を完了するのが望ましい。これにより、次いで投入される被溶融物がスムーズに溶融を開始でき、また、炉底面部分の炉内ライニング材の急激な温度低下を防止し耐久性が維持できるなどの点でも優れる。なお、「加熱停止」操作は、溶融物の排出がスムーズであれば、「閉位置」操作よりも早めに実施してもよい。なお、溶融物の炉中残存量は、前記溶融物の質量の時間変化量計測により知るのが好ましい。溶融物の排出完了後には、ノズル部の貫通孔の中は、溶融したスラグで満たされる。（図１（Ｅ））
【００３７】
次の被溶融物の投入時は、「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行う。ノズル部の貫通孔の中は、図１（Ｅ）で炉内に残存させた溶融物の固化物の栓が形成されており、被溶融物が該貫通孔内に混入することなく溶融が可能となる。（図１（Ｆ））
これ以降の運転は、図１（Ｂ）〜図１（Ｆ）までの繰り返しとなる。
【００３８】
次に、本発明の溶融炉用排出ノズルによる連続溶融運転方法の一例を、図２に従って説明する。
初めに予め本ノズルの貫通孔内部に溶融物の固化物で栓を形成し、被溶融物を溶融炉に投入して運転を開始する。運転は、「加熱停止」操作および「閉位置」操作の状態で行う。なお、溶融物の固化物による栓の形成は必須でなく、適宜実施できる。（図２（Ａ））
【００３９】
溶融炉内に所定量の被溶融物を投入して加熱手段で溶融する場合は、「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行う。溶融は、被溶融物を所定の溶融温度に到達せしめ、必要に応じてこの溶融温度の維持を行ったのち完了する。（図２（Ｂ））
【００４０】
溶融が完了した後に、「加熱」操作および「開位置」操作を行う。ノズル部の貫通孔内部の前記栓は炉内の被溶融物が溶融される間に高温の状態に維持されるので、該「加熱」操作により誘導加熱の発熱体が所定の温度に達すると溶融されて排出され、次いで炉内の溶融物の排出が開始される。この場合、「加熱」操作の開始時期は、誘導加熱の発熱体の昇温に時間を要する場合は、「開位置」操作時期よりも早めに実施してもよい。なお、図２（Ａ）の工程において、溶融物の固化物による栓の形成を行わなかった場合において、出湯開始時に未溶融物が混入するときはこれらの未溶融部物を除去し、除去した未溶融物を炉内に再投入して完全に溶融するのが望ましい。（図２（Ｃ））
【００４１】
溶融物の排出が開始されたら、「加熱」操作および「流量調整位置」操作を行って排出速度を調整し、同時に排出速度に同期して炉内へ被溶融物の定量供給を行うことで連続溶融運転を行う。ここで、同期の意味は、被溶融物中の灰分、水分、燃焼揮発成分等の質量減少を予め考慮して、溶融排出量に見合った量の被溶融物を投入することを意味し、実質的には炉内の溶融時のレベルを検知し、概ね一定範囲に維持するように運転するのが望ましい。また、上記被溶融物の定量供給量と、本ノズルによる流量調整の結果得られる排出速度は、被溶融物の組成、融点、性状等と、溶融炉の加熱性能（溶融速度、溶融温度、形状等）から、適宜適正な範囲が選択される。本ノズルの運転方法によれば、上記種々の条件に対応して運転できる。溶融物の排出速度は、溶融炉内の溶融物の温度分布、溶融部の湯面高さなどにより変化するので、「流量調整位置」操作により調整できる。
【００４２】
さらに、連続溶融運転においては、「流量調整位置」操作による排出速度の制御と、被溶融物の定量供給量の制御を同時に実施することが好ましい。流量調整は、本ノズルから出湯された溶融物の時間的変化量と、開閉板の摺動量の位置制御を組み合わせて行うことで、より正確に制御できる。なお、連続溶融運転において、溶融物の組成、融点、性状等によっては「加熱」操作を行わなくとも、出湯が可能な場合もあり、このような場合は、「加熱停止」操作を行って出湯できる。（図２（Ｄ））
【００４３】
連続溶融運転では、基本的に図２（Ｄ）の運転操作を、必要な処理期間実施するものである。さらに、必要な処理期間が経過して溶融運転を停止する場合は、図２（Ｄ）において、前記被溶融物の定量供給を停止した後、「加熱」操作、および、「流量調整位置」操作または「開位置」操作のいずれかを行い、徐々に溶融物を排出して連続運転の湯面レベルを下げる。
【００４４】
溶融物の排出完了時は、「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行う。連続溶融運転で炉内に被溶融物の定量供給を行った場合は、特に上部の温度が低く一部未溶融物があるので、溶融炉内に該未溶融物を残した状態で、排出をいったん終了（図２（Ｅ））し、この状態で溶融炉の加熱手段により未溶融物を完全溶融した後、再度「加熱」操作、「開位置」操作を行うことにより、炉内の溶融物を完全に排出できる。（図２（Ｆ））
【実施例】
【００４５】
以下に本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
図３は、溶融炉の炉壁１０に固定された本ノズルの概略縦断面図である。図４、図５はそれぞれ図３のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ矢視図を、さらに、図６は図５のＣ−Ｃ断面図を示す。
【００４６】
図３において、溶融炉の炉壁１０は、内面ライニング材１１および外面ライニング材１２から構成され、溶融炉内の溶融物を排出するための取出し孔１３を有している。本ノズルの取り付け位置は、本実施例に制約されることなく、溶融炉の底面部、側面部等、溶融炉の出湯を行う取出し孔１３が設けられる任意の位置に選定できる。
【００４７】
本ノズルは、溶融物を排出するための貫通孔２９を有する、少なくとも一部が誘導加熱の発熱体２１からなる筒状のノズル部２０と、該ノズル部２０に連接し出湯口３５を有する接続部３２と、該接続部３２に連接し中心部に接続部の出湯口と連通する出湯口３５を有する固定板３１に、開閉板４０を摺動可能に取り付けしてなる流量調整部３０とからなり、該ノズル部２０の誘導加熱手段による加熱制御または該流量調整部３０の開閉板４０による出湯口３５の開口面積制御のいずれか、または両方を用いて、溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止を行うようになっている。
【００４８】
本ノズルにおいて、ノズル部２０は、貫通孔２９が形成された筒状の発熱体２１、筒状の保温層２２、筒状の断熱層２３、さらにその外周部に発熱体２１を誘導加熱するための誘導コイル２４を内側からこの順で配置して構成されている。このノズル部２０は、発熱体２１および保温層２２の上端に被冠したキャップ２５を便宜的に介して、溶融炉の外面ライニング材１２に貫通孔２９と取出し孔１３とを一致させて取り付けられる。なお、図示しないが誘導コイル２４には誘導電源が接続され、発熱体２１を誘導加熱することによりノズル部の温度制御ができるようになっている。
【００４９】
発熱体２１は、図４に示すように中空円筒形状であり、その長さ寸法および径は誘導電源の周波数、材料の比抵抗、比透磁率などにより最適な範囲に決められる。例えば、発熱体２１の材質がＺｒＢ２１００％では、中空円筒形状の半径方向の厚みが概略２０〜５０ｍｍ，高さが２０ｍｍ以上とすると、効率の良い発熱ができ好ましい。
【００５０】
キャップ２５は溶融物と直接接触するので、耐食性に優れる材質が好ましい。例えば、ＺｒＢ２を５０〜１００％含む不定形耐火物は、耐食性に優れ、複雑形状の成形も容易で、かつ経済性もあるため好ましい。なお、キャップ２５と外面ライニング材１２との接合面には、モルタル目地を設けることで、湯漏れ防止ができる。保温層２２は、耐熱性、耐熱衝撃性を有するものが好ましく、不定形耐火物とすると、複雑形状の成形も容易で、経済性もあるため好ましい。断熱層２３は、使用温度での断熱性能を有し、また、保温層２２と誘導コイル２４との隙間の熱膨張を吸収できるものが好ましく、耐熱性のファイバーやボード等が好ましく使用できる。
【００５１】
本ノズルにおいて固定板３１は、実質的に金属構造体により形成されている。以下、固定板を金属構造体３１として説明する。金属構造体３１は水冷構造を有し、図示しない冷却配管および冷却機構により冷却される。金属構造体３１の材質としては、非磁性のステンレスや、銅、しんちゅうなどが、誘導加熱の影響を受けにくくかつ良好な水冷効果が得られるので好ましい。このような金属構造体３１において、高温の溶融物と直接接触する出湯口３５の周辺は、溶融物に対する耐食性が大きい出湯部材３４で形成できる。この出湯部材の材質としては、耐食性の優れた金属、セラミックス、耐火物等が好ましい。
【００５２】
誘導加熱の発熱体２１と水冷される金属構造体３１との間には、上記接続部３２が設けられている。本ノズルのようにノズル部が発熱体２１を有する排出ノズルでは、この接続部３２は断熱層として重要な役割を持っている。すなわち、この接続部３２は高温になる発熱体２１と水冷される金属構造体３１とに接して設けられており、これら両者を相互に断熱し、急激に冷却されることによって発生する熱応力で発熱体２１が損傷するのを防止し、かつ金属構造体３１の周辺で溶融物が急激に冷却され、凝固物によりノズルが閉塞するのを防止する。接続部３２の材質としては、セラミックス、耐火物および黒鉛等を適宜使用でき、特に該接続部の出湯口３５の周辺は、前記の固定板と同様に出湯部材３３を設け、該出湯部材３３を耐食性の高いセラミックス、耐火物等で形成するのが好ましい。
【００５３】
開閉板４０は、流量調整部３０の金属構造体３１に設置された摺動レール４１によりシール性と摺動性を有して取り付けられ、連結機構４２を介して駆動機構４３により摺動できる。開閉板４０を駆動機構４３で摺動レール４１に沿って動かし、固定板３１に設けた出湯口３５を開口しまたはその一部もしくは全部を開閉板４０で塞ぐことにより、出湯口３５の開口面積を全開、全閉を含み任意に調整できる。
【００５４】
開閉板４０は、金属構造体、セラミックス、耐火物および黒鉛からなる群から選ばれる１種以上で形成でき、特に開閉板４０を水冷構造を有する金属構造体にして冷却すると、金属の酸化や溶融物による侵食などを軽減でき耐久性が得られるので好ましい。開閉板４０を水冷構造とする場合は、図示しない冷却配管および冷却機構により冷却を行う。
【００５５】
本ノズルの支持構造５０は、溶融炉の周辺に設けられた固定部材５２に設置された支持部材５１により固定板３１を固定支持して行う。ここで、支持構造５０は、ノズル部が熱膨張により膨張するので、この長さ変化に追従して、支持部材５１を収縮可能にし、ノズル部への熱応力を緩和しかつ一定の荷重で支持できる構造が好ましい。例えば、支持部材５１をコイルバネ等の弾性体と組み合わせて構成するのが経済性等の点で好ましい。さらに、支持構造５０の構成材料は、通常金属などで構成されるが、誘導コイル２４に近すぎると、誘導コイル２４の周辺に生ずる誘導磁束の影響を受け発熱することがあるので、非磁性のステンレス等を使用するのが好ましい。
【００５６】
（実施例１）
溶融炉の炉壁１０および本ノズルは図３〜６に示すものと同様の構成とした。溶融炉は、高周波誘導加熱式の溶融炉を用い、溶融炉の炉壁１０に取出し孔１３を設けたものを用いた。さらに本ノズルは、溶融炉の架台に接合して設けた固定部材５２より、コイルバネを組み合わせた支持部材５１を介して、熱膨張を吸収可能に該溶融炉の炉壁１０に取り付ける構造とした。
【００５７】
本ノズルのノズル部２０は、発熱体２１として内径３８ｍｍ、外径９２ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円筒形状であってＺｒＢ２を９８％含むホウ化ジルコニウム質焼結体、保温層２２としてアルミナ７８％を含有する低セメントキャスタブルの焼成品、断熱材２３として最高使用温度１５００℃のアルミナファイバー、キャップ２５として取出し孔１３を有するＺｒＢ２を９４％含むホウ化ジルコニウム質不定形耐火物の焼成品をそれぞれ使用した。
誘導コイル２４は、内径２００ｍｍ、高さ１７０ｍｍの高周波誘導コイルを使用し、出力３０ｋＷ、周波数２．６ｋＨｚの誘導加熱電源を別途用意した。
【００５８】
流量調整部３０の固定板３１は、厚み４０ｍｍで水冷構造を有するＳＵＳ３１０製の金属構造体とし、接続部３２は厚み３０ｍｍでＳｉＣ７０％の耐火材とし、前記金属構造体の水冷構造は、内部に複数の冷却通路を設け、図示しない冷却配管および冷却装置により該冷却通路に冷却水を流通させて、冷却水の温度で５０℃を超えないように水冷した。さらに、接続部３２の出湯口周辺には、厚み３０ｍｍで内径３８ｍｍ、外径１００ｍｍの円筒形状で、ＺｒＯ２９４％を含む電融鋳造レンガからなる出湯部材３３を設けた。
【００５９】
開閉板４０は、厚み２５ｍｍで水冷構造を有する銅製の金属構造体とし、前記固定板と同じように内部に複数の冷却通路を設け、該冷却通路に冷却水を通して冷却水の温度で５０℃を超えないように水冷した。
【００６０】
開閉板４０は、流量調整部３０の固定板（金属構造体）３１に取り付けたＳＵＳ３１０製の摺動レール４１に摺動可能かつ密着性を有する精度で取り付け、さらに、開閉板４０の駆動機構４３として油圧シリンダを使用し、その連結機構４２を開閉板４０に連結して、開閉板を開閉できるようにした。開閉板４０の形状は、図５に示すように先部にＶ形状の切欠部４４を有するものとした。
【００６１】
被溶融物としては、化学成分で、Ｂ２Ｏ３  ４．１％、Ｎａ２Ｏ  ６．３％、ＭｇＯ  １．０％、Ａｌ２Ｏ３  ７．９％、ＳｉＯ２  ５６．５％、ＣａＯ  １０．７％、Ｆｅ２Ｏ３  １．９％なる焼却灰を用いた。
【００６２】
上記溶融炉で該被溶融物を図１に示した半連続溶融運転方法によって溶融した。初めに、予め本ノズルの貫通孔内部に溶融物の固化物で栓をした後、「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行い、被溶融物として焼却灰６０ｋｇを溶融炉に投入した。次いで、「加熱停止」操作および「閉位置」操作の状態で、溶融炉の加熱手段で被溶融物を８０分加熱して約１４００℃で溶融した。
【００６３】
溶融が完了した後に、「加熱」操作および「開位置」操作を行った。ここで「加熱」操作は、「開位置」操作時期よりも早めに実施し予め発熱体２１の温度を約７００℃に維持し、「開位置」操作後に誘導加熱の発熱体を誘導加熱により１０００℃／ｈの速度で加熱を行った。ノズル部の貫通孔内部の栓は、その後に発熱体２１の温度が約９００℃に達すると排出され、次いで、炉内の溶融物の排出が開始された。
溶融物の排出が開始されたら、「加熱」操作および「流量調整位置」操作を行い、排出速度を５ｋｇ／分に調整した。
【００６４】
炉内の溶融物は、上部の温度が相対的に低く一部未溶融物があったので、溶融炉内に湯を約１０ｋｇ残して「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行い排出を停止した。このとき、溶融炉の炉壁１０の内面ライニング材１１付近は、溶融物でコーティングされており、溶融物の排出による急激な温度低下が防止された。さらに、排出停止後には、ノズル部の貫通孔の中は溶融したスラグで満たされた。
【００６５】
次に、「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行った状態で、被溶融物を投入した。この時、ノズル部の貫通孔の中は、溶融物の固化物の栓が形成されており、被溶融物の混入はみられなかった。
【００６６】
これ以降、上記溶融の繰り返し運転を４０回行い、焼却灰の溶融を行った。繰り返し運転の各操作において、溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止がスムーズに実施でき、特に、溶融物の排出の開始、排出量の調整における溶融物の閉塞がなく、また溶融物の排出の停止時における溶融物の漏れがないことが確認された。さらに溶融後の溶融物中に未溶融物が含まれないことが判った。
【００６７】
（実施例２）
実施例１と同様の構成の本ノズルおよび被溶融物を用いて、図２に示した連続溶融運転方法にて実施した。初めに、予め本ノズルの貫通孔内部に溶融物の固化物で栓を形成し、次いで「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行い、被溶融物として焼却灰６０ｋｇを溶融炉に投入した。
【００６８】
次いで、「加熱停止」操作および「閉位置」操作を維持し、溶融炉の加熱手段で被溶融物を８０分加熱し約１４００℃で溶融した。溶融が完了した後に、「加熱」操作および「開位置」操作を行った。ここで、「加熱」操作は「開位置」操作の時期よりも早めに実施して予め発熱体２１の温度を約７００℃に維持し、「開位置」操作後に誘導加熱の発熱体を誘導加熱により１０００℃／ｈの速度で加熱を行った。その後、ノズル部の貫通孔内部の栓は発熱体２１の温度が約９００℃に達すると排出され、次いで、炉内の溶融物の排出が開始された。
【００６９】
溶融物の排出が開始されたら、炉内へ被溶融物を０．７５ｋｇ／分でスクリューフィーダーにより定量供給を行い、また同時に、「加熱」操作および「流量調整位置」操作を行い、溶融炉内の湯面高さが溶融物の排出の開始時の高さを維持するように、排出速度を調整し、連続溶融運転を行った。なお、被溶融物の投入量０．７５ｋｇ／分に対して被溶融物中の灰分、水分、燃焼揮発成分等の質量減少があるため、溶融物は投入量の１５％減に相当する排出速度で排出された。なお、ここで、「加熱」操作は、発熱体２１の温度を９００℃に維持するよう誘導加熱を行い、連続運転の期間において発熱体２１の温度が９００℃を超えた場合は、誘導加熱を停止するよう制御を行った。これ以降、上記連続溶融運転を継続して行い被溶融物２０００ｋｇの溶融を行った。
【００７０】
さらに、溶融処理の停止時は、被溶融物の定量供給を停止した後、「加熱」操作を維持したまま「開位置」操作を行い徐々に連続運転の湯面レベルを下げて、溶融物を排出した。連続溶融運転中において、炉内に被溶融物の定量供給を行った場合、炉上部の温度が低く一部未溶融物がみられたので、溶融炉内に湯を１０ｋｇ残して「加熱停止」操作および「閉位置」操作を行い排出をいったん終了した。このとき、溶融炉の炉壁１０の内面ライニング材１１付近は、溶融物でコーティングされており、溶融物の排出による急激な温度低下が防止された。
【００７１】
次に、溶融炉の加熱手段により、未溶融物を完全溶融した後、再度「加熱」操作、「開位置」操作を行い炉内の溶融物を排出した。
本実施例では、上記の運転により焼却灰の溶融を行った。運転の各操作において、溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止がスムーズに実施でき、特に、溶融物の排出の開始、排出量の調整における溶融物の閉塞がなく、また溶融物の排出の停止時における溶融物の漏れがないことが確認された。さらに溶融後の溶融物中に未溶融物は含まれていなかった。
【００７２】
特に、連続溶融の定常運転時においては、被溶融物の定量供給に対して、溶融炉内の湯面高さを溶融開始時の高さに維持するように排出速度を調整することが、「加熱」操作および「流量調整位置」操作により容易に実施することが可能であって、運転費用が安く、操作性に優れることが判った。
【００７３】
さらに、溶融炉内の湯面高さを一定に維持することで、炉内の内面ライニング材への熱衝撃を回避できるので亀裂の発生を防止でき、また、湯面の上部、下部に応じて雰囲気中の酸化還元状態を一定に維持できるので、炉の湯面の上部には特に耐酸化性を有する材料を、湯面の下部には特に耐食性の高い材質を選定使用でき、もって溶融炉の運転費用を安くできるなどの特長が見出された。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、溶融炉の排出用ノズル部の誘導加熱手段による加熱制御、またはノズル部の先部における開閉板による出湯口の開口面積制御のいずれか、または両方を用いて行うことにより、出湯口における溶融物の排出の開始、排出量の調整、排出の停止を的確に行うことができるので、焼却灰などの溶融炉に好ましく使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の溶融炉用排出ノズルによる半連続溶融運転方法の実施例を示す説明図。
【図２】本発明の溶融炉用排出ノズルによる連続溶融運転方法の実施例を示す説明図。
【図３】本発明の好ましい実施形態である溶融炉用排出ノズルの概略縦断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】図３のＢ−Ｂ矢視図。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面図。
【符号の説明】
【００７６】
１０：炉壁                                １１：内面ライニング材
１２：外面ライニング材                    １３：取出し孔
２０：ノズル部                            ２１：発熱体
２２：保温層                              ２３：断熱層
２４：誘導コイル                          ２５：キャップ
２９：貫通孔                              ３０：流量調整部
３１：固定板（金属構造体）                ３２：接続部
３３、３４：出湯部材                      ３５：出湯口
４０：開閉板                              ４１：摺動レール
４２：連結機構                            ４３：駆動機構
４４：切欠部                              ５０：支持構造
５１：支持部材                            ５２：固定部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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