(57)【要約】【課題】廃棄物の電気炉による溶融処理において、黒鉛電極の先細り現象が起きた場合であっても、処理効率を高く維持することを可能にする黒鉛電極及びその使用方法を提供する。【解決手段】２以上の黒鉛電極ポール３がニップル４を介して接続されている電気炉用電極２であって、  前記黒鉛電極ポール３は少なくとも一端部に雌ネジ部３ａを有し、  前記ニップル４は両端部に前記雌ネジ部３ａと螺合する雄ネジ部４ａを有し、  前記雌ネジ部３ａと前記雄ネジ部４ａとの螺合により前記黒鉛電極ポール３が互いに接続され、  前記黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）と、前記黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）と、前記ニップル４の長さ（Ｌ2）と、前記ニップル４の最大直径（Ｄ2）とが下記（１）〜（３）の条件：  （１）Ｌ1＞Ｌ2  （２）０＜Ｌ1−Ｌ2≦２Ｄ1  （３）０．３Ｄ1≦Ｄ2≦０．７Ｄ1を満たすことを特徴とする、電気炉用電極。【選択図】図５ａ
2008128543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の黒鉛電極ポール３がニップル４を介して接続されている電気炉用電極２であって、
前記黒鉛電極ポール３は少なくとも一端部に雌ネジ部３ａを有し、
前記ニップル４は両端部に前記雌ネジ部３ａと螺合する雄ネジ部４ａを有し、
前記雌ネジ部３ａと前記雄ネジ部４ａとの螺合により前記黒鉛電極ポール３が互いに接続され、
前記黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）と、前記黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）と、前記ニップル４の長さ（Ｌ2）と、前記ニップル４の最大直径（Ｄ2）とが下記（１）〜（３）の条件：
（１）Ｌ1＞Ｌ2
（２）０＜Ｌ1−Ｌ2≦２Ｄ1
（３）０．３Ｄ1≦Ｄ2≦０．７Ｄ1
を満たすことを特徴とする、電気炉用電極。
【請求項２】
黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）と前記黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）とがＤ1≦Ｌ1≦３Ｄ1の関係を満たしている、請求項１に記載の電気炉用電極。
【請求項３】
ニップル４が、２つの円錐台形を底面で合わせてなる形状を有しており、
前記円錐台形が、その頂面径（ａ）において０．２Ｄ1≦ａ≦０．６Ｄ1の関係を満たし、かつ、
底面径（ｂ）において０．３Ｄ1≦ｂ≦０．７Ｄ1の関係を満たしている（但し、ｂ＞ａである）、請求項１又は２に記載の電気炉用電極。
【請求項４】
黒鉛電極ポール３の雌ネジ部３ａとニップルの雄ネジ部４ａとの螺合部にバインダーが存在している、請求項１〜３のいずれかに記載の電気炉用電極。
【請求項５】
バインダーがカーボンセメントである、請求項４に記載の電気炉用電極。
【請求項６】
請求項１記載の電気炉用電極を備えた電気炉中で廃棄物を電気抵抗加熱して溶融させることを特徴とする、廃棄物の溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃棄物を溶融処理するための電気炉用電極及びそれを用いた廃棄物の溶融処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般廃棄物、産業廃棄物等の各種廃棄物は、一般的には焼却処理され、その際に生じる無機化合物を主成分とする焼却灰は埋め立て処分されている。しかし、近年では、埋め立て処分場の確保が困難であるという問題や、埋め立て処分時又は処分後に有害物質を含む焼却灰が飛散、流出、浸出等することによって引き起こされる環境汚染の問題が懸念されている。
これらの問題に対応して、廃棄物を電気炉で溶融固化する技術が知られている（例えば、特許文献１）。この技術で生ずる溶融固化物（スラグ）は、従来の焼却処理で生ずる焼却灰と比較して無害化かつ減容化されており、資材としてリサイクルもされている。また、この技術は、重金属やダイオキシン等の有害物質を含む汚染土壌を無害化するためにも使用されている。
【０００３】
電気炉を用いた溶融固化とは、被溶融物（廃棄物）中へ没入させた黒鉛電極から当該被溶融物へ電力を負荷し、その際に被溶融物の電気抵抗により発生するジュール熱で被溶融物を加熱（電気抵抗加熱）して溶融させ、その後、炉底に蓄積した溶融物（比重差により溶融スラグ（上部）と溶融金属（下部）とに分離する）を炉外へ取り出して固化する方法である。
廃棄物の溶融処理を行う電気炉用の電極としては、製鉄用電気炉向けに開発されたものをそのまま使用しているのが現状である。現在使用されている電極は、複数の黒鉛電極ポールと当該ポール相互を接続するニップルとから構成され、かつ、電極ポール径「Ｄ」と電極ポール長さ「Ｌ」とが約３．４Ｄ＜Ｌ＜７．３Ｄの関係にあるものである。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−６７３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被溶融物を安定かつ効率的に溶融するためには、被溶融物への電力負荷を最大化かつ安定化することが重要である。そのために、電極の被溶融物への没入深さを大きくすることにより当該電極と被溶融物との接触面積を広く（すなわち、電極−被溶融物間の電気抵抗を小さく）して被溶融物中を流れる電流量を高くし、かつ、電気設備の調整範囲内で最大の電圧を負荷することにより電極から被溶融物へ電力負荷を高く維持することが行われている。
しかしながら、溶融処理の際には黒鉛電極ポールの「先細り」現象が起こる。具体的には、黒鉛電極ポールは溶融スラグとの接触面付近において損耗（この損耗は、被溶融物中に含まれるＦｅＯ等の金属酸化物が電極を構成するＣと反応して電極表面を侵食し、この浸食面が高温下での溶融スラグの流動により更に洗われることによって起こる）を起こすところ、溶融処理の進行（溶融スラグの蓄積）による電極の被溶融物への没入深さの増大に伴い黒鉛電極ポールはその先端部から円柱状に先細りする。黒鉛電極ポールが先細りすると、当該電極と被溶融物との接触面積が小さくなり電極−被溶融物間の電気抵抗が大きくなるので、被溶融物中を流れる電流量が低下し、結果として被溶融物への電力負荷が低下する（電気設備の制約上、供給電圧には上限がある）。電力負荷が低下すると電気抵抗加熱を十分に行えなくなるので、被溶融物の溶融効率が低下する。また、電極と被溶融物との接触面積を拡大しようとして電極の没入量を大きくすると、先細りした黒鉛電極ポールの先端が溶融金属と接触してショート（短絡）を起こす危険性がある。
黒煙電極ポールの先細りに対処するために、電極材料を緻密な材質とすること等の試みがなされたが満足のいくものではなかった。
このような状況下、被溶融物の溶融効率を回復させるために、電気炉の操業を停止して電極を電気炉から取り出し、先細りした黒鉛電極ポール部分を切断するという作業が定期的に行われているが、これは設備稼働率の低下につながる。
したがって、本発明は、廃棄物の電気炉による溶融処理において、黒鉛電極ポールの先細り現象が起きた場合であっても、処理効率を高く維持することを可能にする電気炉用電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、黒鉛電極ポールの先細り現象について詳細に検討したところ、２本の黒鉛電極ポールがニップルで接続されている部分において損耗が進行した場合、当該接続部分から先細りした部分が自然に脱落することを見いだした。
そこで本発明者らは、黒鉛電極ポールの先細りによる自然脱落と先細り現象に伴う電力負荷低下との関係について更に検討を進めたところ、黒鉛電極ポール及びニップルの形状を特定の範囲に設定することにより、先細り現象による電力負荷低下が起こる前に先細り部分を自然脱落させて、電力負荷を一定レベルに維持できることを見いだした。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）２以上の黒鉛電極ポール３がニップル４を介して接続されている電気炉用電極２であって、
前記黒鉛電極ポール３は少なくとも一端部に雌ネジ部３ａを有し、
前記ニップル４は両端部に前記雌ネジ部３ａと螺合する雄ネジ部４ａを有し、
前記雌ネジ部３ａと前記雄ネジ部４ａとの螺合により前記黒鉛電極ポール３が互いに接続され、
前記黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）と、前記黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）と、前記ニップル４の長さ（Ｌ2）と、前記ニップル４の最大直径（Ｄ2）とが下記（１）〜（３）の条件：
（１）Ｌ1＞Ｌ2
（２）０＜Ｌ1−Ｌ2≦２Ｄ1
（３）０．３Ｄ1≦Ｄ2≦０．７Ｄ1
を満たすことを特徴とする、電気炉用電極、並びに、
（２）前記（１）記載の電気炉用電極を備えた電気炉中で廃棄物を電気抵抗加熱して溶融させることを特徴とする、廃棄物の溶融処理方法
に関するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電気炉用電極は、後述する実施例で示されるように、廃棄物の電気炉による溶融処理において黒鉛電極ポールの先細り現象が起きた場合であっても、電気炉設備を停止させることなく安定して連続操業を行うことができ、結果として処理効率を高く維持することができる。したがって、本発明により、環境への負荷の少ない廃棄物の溶融処理をより効率的に行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１ａ及び図１ｂは、本発明の電極を用いた電気炉の縦断面図である（図１ａ：溶融処理前の電気炉；図１ｂ：溶融処理中の電気炉）。電気炉は廃棄物の溶融処理に用いられる。電気炉は、発熱方式として電気抵抗加熱を利用する抵抗炉である。
電気炉１は、密閉型で、ほぼ円筒状の容器の形態をしている。電気炉１には、上壁を通して３本の電極２と、４本の被溶融物供給装置５とが設けられている。電極２は、それぞれ、被溶融物層６へ没入される。溶融処理中、被溶融物層６は未溶融層６ａと溶融スラグ層６ｂと溶融金属層６ｃとに分かれるが、その際、電極２は未溶融層６ａ又は溶融スラグ層６ｂに先端が没入した状態（但し、溶融金属層６ｃには接触しない状態）で保持される。被溶融物供給装置５は、溶融処理中に未溶融層６ａ上に被溶融物を連続的に供給するように、上端に設けられたホッパ切出装置５ａと、その下に設けられたシュート５ｂとから形成されている。図１ｃ（電気炉１の横断面図）に、電極２とシュート５ｂとの配置を示す。また、電気炉１の下部の側壁には溶融金属層６ｃから溶融金属を取り出すための溶融金属取出し口８が設けられ、その反対側の側壁には、溶融金属取出し口８よりも高い位置に溶融スラグ層６ｂから溶融スラグを取り出すための溶融スラグ取出し口１０が設けられている。更に、電気炉１の上壁端部には、溶融処理で生成した気体を取り出すためのガス取出し口１２が設けられている。
【００１０】
本発明の電極２を用いた電気炉１で溶融処理できる廃棄物は、無機化合物を主成分とする廃棄物である。具体的には、一般廃棄物、産業廃棄物、特別管理産業廃棄物及び汚染土壌等が挙げられる。
一般廃棄物の具体例としては、焼却灰及びばいじん、破砕残渣、不燃残渣、し尿焼却残渣並びに汚泥等が挙げられる。
産業廃棄物の具体例としては、がれき類、ガラスくず及び陶磁器くず、金属くず、汚泥、鉱さい、燃え殻並びにばいじん等が挙げられる。
特別管理産業廃棄物の具体例としては、汚泥、鉱さい、燃え殻、ばいじん及び廃石綿等が挙げられる。
汚染土壌の具体例としては、ダイオキシン汚染土や埋立処分場掘起こし物等が挙げられる。
【００１１】
溶融固化処理を、例示としての図１ａ（溶融処理前の電気炉）及び１ｂ（溶融処理中の電気炉）に基づいて説明する。
被溶融物層６へ電極２を没入した後に電力を負荷して溶融処理を開始する。電力負荷量は、最適な溶融処理を許容する電極−被溶融物間の電気抵抗値を維持するように制御する。
溶融処理は、還元剤（例えば、整粒した石炭、コークス、カーボン、グラファイト等)や溶融物の融点を下げるための添加剤(整粒した石灰石、生石灰等)の存在下で行うこともできる。
溶融処理中、被溶融物層６は未溶融層６ａと溶融スラグ層６ｂと溶融金属層６ｃとに分離した状態になるが、その際の電極２の没入深さは、電極の先端部が未溶融層６ａ又は溶融スラグ層６ｂに没入した状態（但し、溶融金属層６ｃには接触しない状態）であり、ニップル４を介して黒鉛電極ポール３が接続されている電極部分２ａ（電極部分２ａについては図５ａ参照）の少なくとも一部分が未溶融層６ａ又は溶融スラグ層６ｂへ没入し、かつ、電気抵抗値が設定値（最適な溶融処理を許容する値）となるように没入深さを制御する。
先細り現象による電極２の先端部の自然脱落の判定は電極−被溶融物間の電気抵抗値（脱落が起こると電気抵抗値が急激に高くなる）に基づいて行い、あらかじめ設定された電気抵抗値への上昇が起きたときに電極の没入操作を行う。先端部が脱落して短くなった電極２は、その後端部から黒鉛電極ポールとニップルとを用いて継ぎ足す。
溶融スラグ層６ｂの溶融スラグは溶融スラグ取出し口１０から炉外へ取り出して固化させる。
溶融金属層６ｃの溶融金属は溶融金属取出し口８から炉外へ取り出して固化させる。
溶融処理時に発生した揮発性の低融点有害物質（鉛や亜鉛等）は、ガス取出し口１２より排出してガス洗浄装置で処理する。
被溶融物の炉内への供給及び電力負荷をそれぞれ連続的に行い、その際、電極２は短くなった時点で継ぎ足しを行うことにより、電気炉を連続稼働させる。
【００１２】
ここで、溶融処理の進行に伴う電極２の先細り現象、先細り部分の脱落、電極の没入、続く継ぎ足しの過程を、図２ａ〜２ｄを用いて詳述する。
図２ａは、溶融処理開始時の電極２を示している。電極２は、３本の黒鉛電極ポール３α、３β及び３γと、３個のニップル４α、４β及び４γとから構成されている。電極２は被溶融物層６へ没入している。
溶融処理が進行すると、被溶融物層６は、未溶融層６ａと溶融スラグ層６ｂと溶融金属層６ｃに分離する。そして、ニップル４αを介して黒鉛電極ポール３αと３βとが接続されている電極部分２ａから電極ポール３αの先端部にかけて先細り現象が起こる（図２ｂ）。
更に先細り現象が進行すると、ニップル４αの下端部で黒鉛電極ポール３αの切断が起こり、黒鉛電極ポール３αの先細り部分が自然脱落する（図２ｃ）。
先細り部分脱落後、黒鉛電極ポール３βを未溶融層６ａと溶融スラグ層６ｂへ没入させ、かつ、電極２の末端部の黒鉛電極ポール３γへ新たに黒鉛電極ポール３δを継ぎ足す。これにより、電気炉を連続稼働させる（図２ｄ）。
【００１３】
溶融スラグを固化して生じたスラグは重金属やダイオキシン等の有害物質を含んでいないので資材としてリサイクルすることができる。具体的には、路盤材、護岸材及び舗装材等に用いることができる。
溶融金属を固化して生じた金属は、金属原料としてリサイクルすることができる。
【００１４】
本発明の電気炉用電極２は、黒鉛電極ポール３とニップル４とから構成される（図５ａ）。以下、黒鉛電極ポール及びニップルについてそれぞれ説明する。
【００１５】
図３ａ〜３ｂは、例示としての黒鉛電極ポール３の断面図を示している。
黒鉛電極ポール３の材料としては、電気炉用電極の材料として一般的に用いられている黒鉛を特に制限なく使用することができる。
尚、黒鉛の代表特性としては、かさ比重、固有抵抗、ヤング率、曲げ強さ、熱膨張係数、灰分量が挙げられる。
黒鉛のかさ比重は、一般的には1.5〜1.8g/cm3、好ましくは1.5〜1.7g/cm3、特に好ましくは1.5〜1.6g/cm3である。かさ比重は、JIS  R  ７２２２−７にしたがい測定することができる。
黒鉛の固有抵抗は、一般的には3.5〜10μΩm、好ましくは5.5〜10μΩm、特に好ましくは8.5〜9.0μΩmである。固有抵抗は、JIS  R  ７２２２−１２にしたがい測定することができる。
黒鉛のヤング率は、一般的には8〜16kN/mm2、好ましくは8〜12kN/mm2、特に好ましくは9〜12kN/mm2である。ヤング率は、JIS  R  ７２２２−１１にしたがい測定することができる。
黒鉛の曲げ強さは、一般的には700〜1400N/cm2、好ましくは700〜1000N/cm2、特に好ましくは700〜900N/cm2である。曲げ強さは、JIS  R  ７２２２−８にしたがい測定することができる。
黒鉛の熱膨張係数は、一般的には0.8〜3.0×10-6/℃、好ましくは2.2〜3.0×10-6/℃、特に好ましくは2.4〜3.0×10-6/℃である。熱膨張係数は、JIS  R  ７２１２−６．１．６にしたがい測定することができる。
黒鉛の灰分量は、一般的には0.5%以下である。灰分量は、JIS  R  ７２１２−６．２．３にしたがい測定することができる。
【００１６】
黒鉛電極ポール３の形状は、当該ポールの断面（Ａ−Ａ断面）の円の直径がその長さ方向にわたって変化しない（一定である）円柱形である。
【００１７】
黒鉛電極ポール３の少なくとも一端部には、ニップルの雄ネジ部と螺合する雌ネジ部３ａが設けられている。雌ネジ部３ａはニップル４の雄ネジ部４ａと螺合して、黒鉛電極ポール３を互いに接続する。雌ネジ部の材質は電極ポールと同じ黒鉛である。
本発明の電極は、黒鉛電極ポールとして、両端部に雌ネジ部３ａを設けた黒鉛電極ポール３（図３ａ）のみから構成してもよい。また、電気炉用電極２の先端部に、一方の端部にのみ雌ネジ部３ａを設けた黒鉛電極ポール３を用いてもよい（図３ｂ）。
【００１８】
黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）と該黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）とがＤ1≦Ｌ1≦３Ｄ1、好ましくは１．２Ｄ1≦Ｌ1≦２．８Ｄ1、特に好ましくは１．５Ｄ1≦Ｌ1≦２．５Ｄ1の関係を満たしていることが好ましい。
ここで、黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）とは、垂直断面である円形面に垂直方向の長さをいう。黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）とは、垂直断面である円形面の直径をいう（図３ａ）。
【００１９】
黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）は、溶融処理を行う際の電気炉用電極の被溶融物への没入深さに応じて決定される。
電極２の被溶融物への没入深さは、未溶融層６ａの厚さ＋溶融スラグ層６ｂの厚さの合計未満（換言すれば、電極２の先端部が溶融金属層６ｃに接触しない深さ）であり、かつ、ニップル４を介して黒鉛電極ポール３が接続されている電極部分２ａ（黒鉛電極ポールの接続部分）の少なくとも一部分が未溶融層６ａ又は溶融スラグ層６ｂへ没入する深さである。かかる没入深さに設定することにより、電極部分２ａで先細り現象を起こしてニップル４の下端部分で黒鉛電極ポールを自然脱落させることができる。
好ましくは、電極２の被溶融物への没入深さは、当該電極を構成する黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）との関係において以下の条件：０＜電極の被溶融物への没入深さ≦４Ｄ1
を満たし、かつ、電極部分２ａ（黒鉛電極ポールの接続部分）の少なくとも一部分が未溶融層６ａ又は溶融スラグ層６ｂへ没入する深さである。
尚、連続稼働中の電気炉１では、溶融スラグ及び溶融金属が炉外へ定期的に排出され、一方で被溶融物が炉内へ定期的に供給されるので、電極２の没入深さの変動が起こる。この場合、変動する被溶融物層の厚さに応じて、電極２の没入深さを、上述の没入深さ範囲内に適宜制御することが好ましい。更に、上述の没入深さ範囲内で、電気抵抗値が設定値（最適な溶融処理を許容する値）となるよう制御することが特に好ましい。
【００２０】
黒鉛電極ポール３は、前述の黒鉛材料を用い、一般的な電気炉用電極の製造方法（例えば、原料（石油コークス及びピッチコークス）を粉砕し、分級してピツチと混合する工程→押出成型工程→焼成工程→加工工程）にしたがい製造することができる。前述の要件を満たしている市販品を使用してもよい。
【００２１】
本発明の電極は、単一種類（すなわち、形状、長さ及び直径が同一）の黒鉛電極ポール３を用いて構成されていてもよく、形状及び／又は長さ及び／又は直径が異なる複数種類の黒鉛電極ポール３を用いて構成されていてもよい。好ましくは、本発明の電極は、単一種類の黒鉛電極ポール３を用いて構成される。
【００２２】
図４ａ〜４ｂは、例示としてのニップル４の断面図を示している（図４ａ：樽型ニップル；図４ｂ：円柱形ニップル）。
ニップル４の構成材料としては、電気炉用電極のニップル材料として一般的に用いられている
材料を特に制限なく使用することができる。具体例としては、人造黒鉛が挙げられる。
【００２３】
ニップル４の形状としては、垂直断面の円の直径がニップルの長さ方向にわたって変化している円錐台形の２つを底面で合わせた形状（樽型）（図４ａ）、及び、ニップルの垂直断面（Ａ−Ａ断面）の円の直径がニップルの長さ方向にわたって変化しない（一定である）円柱形（図４ｂ）が挙げられる。これらの中では樽型ニップルが好ましい。また、樽型ニップルの場合、構成する２つの円錐台形は同一形状であることが好ましい。
【００２４】
ニップル４の両端部には、黒鉛電極ポール３の雌ネジ部３ａと螺合する雄ネジ部４ａが設けられている。雄ネジ部４ａはニップルの雄ネジ部３ａと螺合して、黒鉛電極ポール３を互いに接続する。
【００２５】
ニップル４が、頂面径（ａ）及び底面径（ｂ）を有する円錐台形（ｂ＞ａである）の２つを底面で合わせてなる形状（樽型ニップル）の場合（図４ａ）、好ましくは、円錐台形は、その頂面径（ａ）において０．２Ｄ1≦ａ≦０．６Ｄ1の関係、かつ、底面径（ｂ）において０．３Ｄ1≦ｂ≦０．７Ｄ1の関係を満たし、好ましくは頂面径（ａ）において０．３Ｄ1≦ａ≦０．５Ｄ1の関係、かつ、底面径（ｂ）において０．４Ｄ1≦ｂ≦０．７Ｄ1の関係を満たし、特に好ましくは頂面径（ａ）において０．３５Ｄ1≦ａ≦０．４５Ｄ1の関係、かつ、底面径（ｂ）において０．５５Ｄ1≦ｂ≦０．６５Ｄ1の関係を満たしている。
図４ａの樽型ニップル４を構成する円錐台形が、その頂面径（ａ）において０．２Ｄ1≦ａ≦０．６Ｄ1の関係、かつ、底面径（ｂ）において０．３Ｄ1≦ｂ≦０．７Ｄ1の関係を満たしていると、当該樽型ニップル４を介して黒鉛電極ポール３が接続されている電極部分２ａ（黒鉛電極ポールの接続部分）（図５ａ）で先細り現象が起きたときに、当該電極部分２ａの直径が先細り現象発生前の電極直径Ｄ1の１／２以下に減少する前に、先細り部分を自然脱落させることができる（自然脱落はニップル４の下端部分で起こる）。
【００２６】
ニップル４は、前述のニップル材料を用い、一般的なニップルの製造方法（例えば、原料（石油コークス及びピッチコークス）を粉砕し、分級してピツチと混合する工程→押出成型工程→焼成工程→加工工程）にしたがい製造することができる。前述の要件を満たしている市販品を使用してもよい。
【００２７】
本発明の電気炉用電極２は、２本以上の黒鉛電極ポール３を、ニップル４を介して接続することによって構成される。図５ａ〜５ｂに縦断面図として示す例示としての電気炉用電極２は、３本の黒鉛電極ポール３と３個のニップル４とから構成されている。
【００２８】
電気炉用電極２は、単一種類（すなわち、形状、長さ及び直径が同一）のニップル４を用いて構成されていてもよく（図５ａでは３個の樽型ニップル４を使用）、形状及び／又は長さ及び／又は直径が異なる複数種類のニップル４を用いて構成されていてもよい（図５ｂでは２個の円柱形ニップルと１個の樽型ニップルを使用）。好ましくは、本発明の電極は、単一種類のニップル４を用いて構成される（図５ａ）。
【００２９】
黒鉛電極ポール３とニップル４との接続は、黒鉛電極ポール３の雌ネジ部３ａとニップル４の雄ネジ部４ａとを螺合することにより達成できる（図５ｃ）が、接続部のゆるみ防止や電極−ニップル間の電気抵抗改良を目的として螺合部にバインダーを存在させてもよい。バインダーとしては、カーボンブラック等を含むタイトペーストやカーボンセメント等が挙げられる。バインダーとしてはカーボンセメントが好ましい。バインダーは市販品を使用することができる。
【００３０】
本発明の電極２では、黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）と、黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）と、ニップル４の長さ（Ｌ2）と、ニップル４の最大直径（Ｄ2）とが下記（１）〜（３）の条件を満たしている。このことを、図５ａを用いて説明する。
（１）Ｌ1＞Ｌ2
（２）０＜Ｌ1−Ｌ2≦２Ｄ1
（３）０．３Ｄ1≦Ｄ2≦０．７Ｄ1
【００３１】
条件（１）について
条件（１）は、黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）がニップル４の長さ（Ｌ2）よりも大きいことを意味する。
黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）とは、垂直断面である円形面に垂直方向の長さをいう。
ニップル４の長さ（Ｌ2）とは、垂直断面である円形面に垂直方向の長さをいう。
形状及び／又は直径及び／又は長さにおいて異なる複数種類の黒鉛電極ポール及び／又はニップルを用いて電極を構成する場合は、直接に螺合する関係にある黒鉛電極ポールとニップルとが条件（１）を満たすようにする。
【００３２】
条件（２）について
条件（２）は、２以上の黒鉛電極ポール３がニップル４を介して接続されている電極におけるニップル間隔（Ｌ1−Ｌ2）が、０よりも大きく、かつ、黒鉛電極ポール３の直径を２倍した値（２Ｄ1）以下であることを意味する。好ましくは、０＜Ｌ1−Ｌ2≦１．９Ｄ1であり、特に好ましくは０＜Ｌ1−Ｌ2≦１．８Ｄ1である。尚、ニップル間隔（Ｌ1−Ｌ2）は０．７Ｄ1より大きいと、電極の強度を高くすることができ、かつ、材料コストを低くすることができるので好ましい。
尚、黒鉛電極ポールの直径（Ｄ1）とは、垂直断面である円形面の直径をいう。
形状及び／又は直径及び／又は長さにおいて異なる複数種類の黒鉛電極ポール３及び／又はニップル４用いて電極２を構成するとき、ニップル間隔（Ｌ1−Ｌ2）及び／又は黒鉛電極ポールの直径（Ｄ1）が一意の値とならない場合がある。この場合は、一意とはならないパラメータについて平均値を求め、この平均値が条件（２）を満たすようにする。
ニップル間隔（Ｌ1−Ｌ2）が、黒鉛電極ポールの直径を２倍した値（２Ｄ1）以下であると、電極部分２ａで先細り現象が起きたときに、当該電極部分２ａの直径が先細り現象発生前の電極直径Ｄ1の１／２以下に減少する前に、先細り部分を自然脱落させることができる。
【００３３】
条件（３）について
条件（３）は、ニップル４の最大直径（Ｄ2）が黒鉛電極ポール３の直径を０．３倍した値（０．３Ｄ1）以上、かつ、黒鉛電極ポール３の直径を０．７倍した値（０．７Ｄ1）以下であることを意味する。好ましくは０．４Ｄ1≦Ｄ2≦０．７Ｄ1、特に好ましくは０．５５Ｄ1≦Ｄ2≦０．６５Ｄ1である。
ニップル４の最大直径（Ｄ2）とは、円柱形ニップルの場合は垂直断面である円形面の直径をいい（図４ｂ）、樽型ニップルの場合は当該ニップルにおける最大の円形面の直径、すなわち、底面径ｂをいう。
形状及び／又は直径及び／又は長さにおいて異なる複数種類の黒鉛電極ポール３及び／又はニップル４用いて電極を構成する場合は、直接に螺合する関係にある黒鉛電極ポール３とニップル４とが条件（３）を満たすようにする。
ニップル４の最大直径（Ｄ2）が黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）を０．３倍した値以上（すなわち０．３Ｄ1≦Ｄ2）であると、被溶融物へ没入した電極２の先細りによって被溶融物への電力負荷量が溶融処理を維持できなくなるレベルにまで低下する（このような電力負荷の低下は、先細り現象により黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）が１／２以下へ減少したときに起こる（後述の参考例参照））前に先細り部分を自然脱落させることができる。先細り部分が脱落した後、先細りが起きていない電極部分を被溶融物中へ没入することによって電力負荷を維持することができる。
ニップル４の直径（Ｄ2）が黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）を０．７倍した値以下（すなわちＤ2≦０．７Ｄ1）であると、ニップル４を介して黒鉛電極ポール３が接続されている電極部分２ａ（黒鉛電極ポールの接続部分）（図５ａ）で先細り現象が起きたときに、当該電極部分２ａの直径が先細り現象発生前の電極直径Ｄ1の１／２以下へ減少する前に、先細り部分を自然脱落させることができる（自然脱落は、ニップル４の形状を問わず、ニップル４の下端部分で起こる）。
【００３４】
（実施例）
次に、実施例により本発明の効果を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３５】
実施例
本実施例では、本発明の電極２を備えた電気炉１を用いて廃棄物の溶融固化を行った。
黒鉛電極ポール
市販の黒鉛電極（商品名：人造黒鉛電極；製造者名：旭日炭素（中国））（かさ比重：1.6g/cm3；固有抵抗：8.8μΩm；ヤング率：11.5kN/mm2；曲げ強さ：800N/cm2；熱膨張係数：2.7×10-6/℃；灰分量：0.5%）を使用した。黒鉛電極ポール３の両端部又は一端部には、後述のニップル４の雄ネジ部４ａと螺合する雌ネジ部３ａを設けた（図３ａ及び図３ｂ）。得られた黒鉛電極ポール３は円柱形であり、長さ（Ｌ1）が０．６ｍ、直径（Ｄ1）が０．３ｍであった。したがって、黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）と長さ（Ｌ1）との関係はＬ1＝２Ｄ1であり、Ｄ1≦Ｌ1≦３Ｄ1の関係を満たしていた。
ニップル
黒鉛製ニップル（商品名：人造黒鉛ニップル；製造者名：旭日炭素（中国））を使用した。ニップル４は２つの円錐台形を底面で合わせてなる樽型形状であった（図４ａ）。ニップル４の両端部には、前述の黒鉛電極ポール３の雌ネジ部３ａと螺合する雄ネジ部４ａを設けた。ニップル４の頂面径（ａ）は０．１１７ｍであり、底面径（ｂ）は０．１７８ｍであり、ニップル４の長さ（Ｌ2）は０．２１６ｍであった。したがって、ニップル４の最大直径（Ｄ2）は０．１７８ｍであった。
したがって、ニップル４における頂面径（ａ）と底面径（ｂ）とはｂ＞ａの関係を満たしていた。また、黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）との関係は、ａ＝０．３９Ｄ1、ｂ＝０．５９３３Ｄ1及びＬ2＝０．７２Ｄ1であり、０．２Ｄ1≦ａ≦０．６Ｄ1の関係、かつ、０．３Ｄ1≦ｂ≦０．７Ｄ1の関係を満たしていた。
電気炉用電極
黒鉛電極ポール３の雌ネジ部３ａとニップル４の雄ネジ部４ａとを螺合することにより、ニップル４を介して黒鉛電極ポール３を接続して電気炉用電極２を製造した。バインダーは使用しなかった。１本の電極２は３本の黒鉛電極ポール３と３個のニップル４とから構成されていた（図５ａ）。
したがって、実施例で使用した電極２では、黒鉛電極ポール３の長さ（Ｌ1）は０．６ｍであり、ニップル４の長さ（Ｌ2）は０．２１６ｍであるのでＬ1＞Ｌ2の関係を満たしていた。更に、ニップル間隔（Ｌ1−Ｌ2）は０．３８４ｍ（＝１．２８Ｄ1）であり０＜Ｌ1−Ｌ2≦２Ｄ1の関係を満たしていた。更に、ニップル４の最大直径（Ｄ2）と黒鉛電極ポール３の直径（Ｄ1）との関係はＤ2＝０．５９３Ｄ1であり、０．３Ｄ1≦Ｄ2≦０．７Ｄ1の関係を満たしていた。
電気炉
図１ａ及び１ｂに示す電気炉を使用した。電気炉１のトランス容量は２８００ｋＶＡであった。電気炉１は、密閉型で、ほぼ円筒状の容器の形態をしていた。電気炉１には、上壁を通して３本の電極２と、４本の被溶融物供給装置５とが設けられていた。被溶融物供給装置５は、溶融処理中に、未溶融物層６a上に被溶融物を連続的に供給するように、上端に設けられたホッパ切出装置５ａと、その下に設けられたシュート５ｂとから形成されていた。また、電気炉１の下部の側壁には溶融金属層６ｃから溶融金属を取り出すための溶融金属取出し口８が設けられ、その反対側の側壁には、溶融金属取出し口８よりも高い位置に溶融スラグ層６ｂから溶融スラグを取り出すための溶融スラグ取出し口１０が設けられていた。更に、電気炉１の上壁端部には、溶融処理で生成した気体を取り出すためのガス取出し口１２が設けられていた。
溶融対象物
下記の組成を有する焼却灰を溶融対象の廃棄物（被溶融物）として使用した。
2008128543.tif 000003
＊微量成分は硫黄分、金属酸化物及び重金属酸化物等から構成されていた。
操業方法
５ｔの廃棄物からなる被溶融物層６へ電極２を没入した後に電力を負荷して溶融処理を開始した。電力負荷量は、最適な溶融処理を許容する電極−被溶融物間の電気抵抗値を維持するように自動制御した。
電極２の被溶融物層６への没入深さは０．６９ｍ（黒鉛電極ポールの直径（Ｄ1）（＝０．３ｍ）の２．３倍）であった。尚、溶融処理中、被溶融物層６は未溶融層６ａと溶融スラグ層６ｂと溶融金属層６ｃとに分離した状態になるが、その際の電極２の没入深さは、電極の先端部が溶融スラグ層６ｂに没入した状態（但し、溶融金属層６ｃには接触しない状態）であり、電極部分２ａの少なくとも一部分が未溶融層６ａ又は溶融スラグ層６ｂへ没入し、かつ、電気抵抗値が１２〜１７ｍΩとなるように自動制御した。
先細り現象による電極先端部の脱落の判定は電極−被溶融物間の電気抵抗値（脱落が起こると電気抵抗値が急激に高くなる）に基づいて行い、あらかじめ設定された電気抵抗値への上昇が起きたときに電極の継ぎ足し及び没入操作を行った。先端部が脱落して短くなった電極は、その後端部から黒鉛電極ポールとニップルとを用いて継ぎ足した。
溶融処理は、被溶融物に０〜１質量％の還元剤（コークス)を配合して行った。
溶融スラグ層６ｂの溶融スラグは溶融スラグ取出し口１０から炉外へ取り出して固化させた。
溶融金属層６ｃの溶融金属は溶融金属取出し口８から炉外へ取り出して固化させた。
溶融処理時に発生した揮発性の低融点有害物質（鉛や亜鉛等）は、ガス取出し口１２より排出してガス洗浄装置で処理した。
被溶融物の炉内への供給（連続供給のタイミングは電力負荷量に応じて設定した）、電力負荷及び電極の継ぎ足しをそれぞれ連続的に行うことにより、電気炉を３ヶ月間操業させた。
比較例
電極ポールの長さを（Ｌ1）を１．８ｍとしたこと、及び、電極先端部の脱落に伴う電極の継ぎ足し作業を行わなかったことを除いて、実施例と同様の条件で電気炉の操業を行った。したがって、比較例で使用した電極では、黒鉛電極ポールの直径（Ｄ1）（０．３ｍ）と長さ（Ｌ1）との関係はＬ1＝６Ｄ1であり、Ｄ1＜Ｌ1＜３Ｄ1の関係を満たさなかった。
また、ニップル間隔（Ｌ1−Ｌ2）は１．５８４ｍであり、０＜Ｌ1−Ｌ2≦２Ｄ1の関係も満たさなかった。
比較例では電極の継ぎ足し作業を行わなかったので、電極先端の先細り現象により被溶融物の溶融効率が著しく低下した。この場合、電気炉の操業を停止して電極を電気炉から取り出し、先細りした黒鉛電極ポール部分を切断するという作業（電極切断作業）を行った。
結果
実施例及び比較例について、それぞれ３ヶ月間の操業結果を表１に示す。
表１
2008128543.tif 000004
【００３６】
表１中、設備稼働率（％）とは、下記式：
電気炉が実際に稼働した期間（設備トラブル等による止電期間を除く）／操業期間×１００
で算出される、操業効率の指標をいう。
上記の結果は、本発明の電極２を用いることによって高い設備稼働率を達成できることを示している。このことは、電極切断回数の対比からも理解することができる。
【００３７】
操業状況（負荷推移）は、操業期間（３ヶ月間）中の平均電力消費量（ｋＷ）をいう。単位電力量当たりの処理量はほぼ一定であるので、平均電力消費量が高くなると溶融処理量は高くなる。したがって、上記の結果は、本発明の電極２を用いることによって平均電力消費量を高め、ひいては処理効率を向上させることができることを示している。
【００３８】
上記の結果は、本発明にしたがうと、電極切断作業のための設備停止が無くなり、電気炉負荷、設備稼働率が向上し安定して高効率の操業が維持できることを示している。
【００３９】
参考例
本例では、黒鉛電極ポールの先細りと、電力負荷低下との関係を検討した。
参考例で使用した、電気炉、電極、廃棄物（被溶融物）及び操業方法は比較例と同じであった。尚、電気炉１のトランス容量（設備能力負荷）は２８００ｋＶＡであった。操業中、１日毎に操業を停止して電極２を取り出し、電極形状を調査して、未溶融層６ａと溶融スラグ層６ｂへ没入していた部分における平均直径を測定した。その際、操業停止直前の電力負荷（操業負荷）（ｋＶＡ）を併せて測定した。測定値に基づいて、下記式にしたがい、先細り率及び負荷率を求めた。
先細り率（％）＝(１−電極の没入部分における平均直径／電極直径（規格）*)×１００
*「電極直径（規格）」は、操業開始前の電極直径を示す。
負荷率（％）  ＝操業負荷／設備能力負荷×１００
結果を表２及び図６に示す。
表２
2008128543.tif 000005
【００４０】
上記の結果は、先細り現象により黒鉛電極ポールの直径が１／２（先細り率５０％）になると、電力負荷も操業当初の電力負荷の半分（負荷率５０％）まで低下することを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、電気炉による廃棄物の溶融固化に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】図１ａは、本発明の実施形態である電極を用いた電気炉（溶融処理前）の縦断面図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の実施形態である電極を用いた電気炉（溶融処理中）の縦断面図である。
【図１ｃ】図１ｃは、図１ａ及び１ｂの電気炉の（溶融処理中）の横断面図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明の実施形態である電極の縦断面図（溶融処理前）である。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明の実施形態である電極の縦断面図（溶融処理中）である。
【図２ｃ】図２ｃは、本発明の実施形態である電極の縦断面図（溶融処理中）である。
【図２ｄ】図２ｄは、本発明の実施形態である電極の縦断面図（溶融処理中）である。
【図３ａ】図３ａは、本発明の実施形態である電極を構成する黒鉛電極ポールの断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の実施形態である電極を構成する黒鉛電極ポールの縦断面図である。
【図４ａ】図４ａは、本発明の実施形態である電極を構成する樽型ニップルの側面図及び断面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、本発明の実施形態である電極を構成する円柱形ニップルの側面図及び断面図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明の実施形態である電極の縦断面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明の実施形態である電極の縦断面図である。
【図５ｃ】図５ｃは、本発明の実施形態である電極の拡大縦断面図である。
【図６】図６は、黒鉛電極ポールの先細りと電力負荷低下との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１  電気炉
２  電極
３、３α、３β、３γ、３δ  黒鉛電極ポール
３ａ  雌ネジ部
４、４α、４β、４γ  ニップル
４ａ  雄ネジ部
５  被溶融物供給装置
５ａ  ホッパ切出装置
５ｂ  シュート
６  被溶融物層
６ａ  未溶融層
６ｂ  溶融スラグ層
６ｃ  溶融金属層
８  溶融金属取出し口
１０  溶融スラグ取出し口
１２  ガス取出し口
【図１ａ】
2008128543.tif 000006
【図１ｂ】
2008128543.tif 000007
【図１ｃ】
2008128543.tif 000008
【図２ａ】
2008128543.tif 000009
【図２ｂ】
2008128543.tif 000010
【図２ｃ】
2008128543.tif 000011
【図２ｄ】
2008128543.tif 000012
【図３ａ】
2008128543.tif 000013
【図３ｂ】
2008128543.tif 000014
【図４ａ】
2008128543.tif 000015
【図４ｂ】
2008128543.tif 000016
【図５ａ】
2008128543.tif 000017
【図５ｂ】
2008128543.tif 000018
【図５ｃ】
2008128543.tif 000019
【図６】
2008128543.tif 000020