(57)【要約】【課題】電極の補修作業を不要とすることができる。【解決手段】直流電気抵抗式還元溶融炉は、供給されてくるコールタール１００を被溶融物２００が発生する熱で焼結させることで形成された電極である炉上電極３０及び炉壁耐火物１４を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間に電圧を印加して炉内に収容された被溶融物に電流を通電して、ジュール熱により当該被溶融物を加熱溶融する直流電気抵抗式還元溶融炉において、
一の電極を、炉内の壁部をなすように構成し、供給されてくるコールタールを前記被溶融物が発生する熱で焼結させることで形成したことを特徴とする直流電気抵抗式還元溶融炉。
【請求項２】
他の電極を、炉上に設置した炉上電極とし、供給されてくるコールタールを前記被溶融物が発生する熱で焼結させることで形成したことを特徴とする請求項１記載の直流電気抵抗式還元溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電気抵抗式還元溶融炉に関し、詳しくは、生活ごみの焼却灰や産業廃棄物の焼却灰又は下水汚泥乾燥粉等を溶融すると共に焼却灰等に含まれる重金属類や還元可能な酸化物を溶融還元する直流電気抵抗式還元溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電気抵抗還元溶融炉では、１本の黒鉛電極を炉上部から被溶融物に挿入し、この黒鉛電極と炉底電極との間に電流を通電する方式がとられている（例えば特許文献１参照）。さらに、炉壁耐火物が導電性の炭素質耐火物（例えばカーボンスタンプやカーボンレンガ）を使用する場合もある。
また、直流電気抵抗還元溶融炉には、２本の黒鉛電極を炉上部から被溶融物に挿入し、この２本の電極間電流間に通電する方式もあり、この方式では、炉壁に電流を通電しないようになっている。よって、このような場合、通常は、炉壁耐火物として非導電性のマグネシア・クロムレンガ等を使用している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０９−１９６５７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
課題は以下のようになる。
▲１▼炉壁を構成する耐火物は消耗するため、その耐火物を定期的に補修する必要がある。これでは、直流電気抵抗還元溶融炉の維持に手間がかかるといった問題がある。
【０００５】
▲２▼炉壁を構成する耐火物の寿命を長くしようとした場合、炉壁を水冷却する必要がある。これでは、構造が複雑になるといった問題がある。
▲３▼炉壁からの熱伝導による放熱損失を少なくする必要がある。しかし、前記▲２▼のように同時に路壁を水冷却するような場合には、炉壁からの熱伝導による放熱損失が大きくなる。
【０００６】
なお、前記特許文献１には、炉上部に配置する電極として、ゼーダベルグ電極とされる自焼成の電極を用いることが開示されている。しかし、このような構成にした場合でも、前記▲１▼〜▲３▼項目の課題を解決することはできない。
そこで、本発明は、これらの課題を解決することができる直流電気抵抗式還元溶融炉の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の問題を解決するために、請求項１記載の発明に係る直流電気抵抗式還元溶融炉は、電極間に電圧を印加して炉内に収容された被溶融物に電流を通電して、ジュール熱により当該被溶融物を加熱溶融する直流電気抵抗式還元溶融炉において、一の電極を、炉内の壁部をなすように構成し、供給されてくるコールタールを前記被溶融物が発生する熱で焼結させることで形成している。
【０００８】
また、請求項２記載の発明に係る直流電気抵抗式還元溶融炉は、請求項１記載の発明に係る直流電気抵抗式還元溶融炉において、他の電極を、炉上に設置した炉上電極とし、供給されてくるコールタールを前記被溶融物が発生する熱で焼結させることで形成している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
この実施の形態は、焼却灰中に含まれる酸化重金属を還元溶融しスラグと重金属に分離する還元電気溶融炉やフェロアロイ炉（合金鉄炉）等の直流電気抵抗還元溶融炉である。
【００１０】
図１は、この直流電気抵抗還元溶融炉の構成を示す。この図１に示すように、抵抗還元溶融炉は、大別して炉体１０、炉蓋２０、炉上電極３０及び直流電源４０から構成されている。
炉体１０は、被溶融物２００が収容される本体部１２と、コールタール１００が供給される供給部１３とからなる構造物であり、外部が鋼板製の鉄皮で覆われている。本体部１２は、例えば有底の円筒形状をなしている。本体部１２は、その炉壁及び炉底が耐火物１４，１５により構成されている。以下、炉壁を構成する耐火物を炉壁耐火物１４、炉底を構成する耐火物を炉底耐火物１５という。
【００１１】
炉底耐火物１５は、例えばマグネシア・クロムレンガである。
炉壁耐火物１４は、前記供給部１３から供給されるコールタール１００により形成されたものであり、炉内の溶融熱を利用してコールタール１００を原料として形成されたいわゆる自焼黒鉛耐火物である。この炉壁耐火物１４は、導電性の黒鉛として、直流電気抵抗還元溶融炉において炉壁電極を構成している。この炉壁耐火物１４には、直流電源４０に接続されているコネクタ４１が設置されている。なお、炉壁耐火物１４が自焼黒鉛耐火物であることの理由については後で詳述する。
【００１２】
供給部１３は、本体部１２の上端外周に設けられているとともに、当該本体部１２の炉壁耐火物１４が形成されている部分と連通構造となっている。すなわち、供給部１３は、外部から供給されたコールタール１００を本体部１２に供給可能な形状をなしている。例えば、供給部１３は円筒形状をなしている。
例えば、供給部１３は、図示しない制御部によりコールタール１００の供給量が制御されるようになっている。
【００１３】
炉蓋２０は、前記本体部１２の上部開口部を閉塞する蓋体である。この炉蓋２０の上方には、コールタール１００の供給部２１が設けられている。この供給部２１は、例えば円筒形状をなしている。例えば、この供給部２１は、炉蓋２０又は炉体１０に一体として形成されている。そして、この炉蓋２０の中央部分に、その供給部２１から延びて炉内に貫通するように１本の炉上電極３０が配置されている。
【００１４】
なお、図示しないが、炉蓋２０には、被溶融物を炉体１０内に供給するための被溶融物供給部（供給孔）が形成されている。また、例えば、供給部２１は、図示しない制御部によりコールタール１００の供給量が制御されるようになっている。
炉上電極３０は、全体として円柱形状をなしており、炉体１０内の被溶融物内２００にその先端部が装入されるのに十分な長さを有している。この炉上電極３０は、前記供給部２１から供給されるコールタール１００により形成されたものであり、炉内の溶融熱を利用してコールタール１００を原料として形成されたいわゆる自焼黒鉛電極である。炉上電極３０が自焼黒鉛電極であることの理由については後で詳述する。
【００１５】
この炉上電極３０には、直流電源４０に接続されている電極ホルダ４２が取り付けられている。
直流電気抵抗還元溶融炉は以上のような構成をなしている。次にこの直流電気抵抗還元溶融炉の稼動について説明する。
炉体１０に被溶融物２００を供給した後、直流電源４０により、コネクタ４１と電極ホルダ４２との間に電圧を印加すると、炉上電極３０と炉体１０の炉壁耐火物１４との間に電圧が印加されることで、炉体１０内の被溶融物２００に直流電流が通電される。これにより、被溶融物２００はジュール熱で加熱され、被溶融物２００に酸化重金属が含有されている場合は、還元溶融によりスラグとメタルとが比重分離して、炉底には溶融メタル３００が溜まる。これにより、重金属が導電性であることから、炉上電極３０から炉壁耐火物１４のみならず、炉底にも電流が分流するようになる。そして、直流電気抵抗還元溶融炉を連続運転することで、炉内に放射上に、すなわち炉内全体に均等に電流が流れるようになり、被溶融物２００が均熱溶融するようになる。
【００１６】
このとき、炉上電極３０は、その熱伝導により供給部２１から供給されるコールタール１００により、黒鉛化した電極（黒鉛電極）として形成され、また、炉壁耐火物１４も、供給部１３から供給されるコールタール１００により、黒鉛化した電極（黒鉛電極）として形成されるようになる。このように、炉上電極３０や炉壁耐火物１４は、被溶融物２００の溶融熱を利用して焼結させて、いわゆる自焼黒鉛電極として形成される。
【００１７】
また、このとき、各供給部１３，２１では、電極の形成の度合い或いは電極の消耗の度合いに応じてコールタール１００の供給量が制御されている。すなわち、コールタール１００を連続供給することやその連続供給する量が制御されている。
次に効果を説明する。
【００１８】
通常、直流電気抵抗炉では炉内に正負電極が必要となる。この電極は一般に炉上部に設置された電極と炉底の電極とからなる。そして、これら電極は通常酸化消耗する。
これに対して、本発明では、前述したように、供給されてくるコールタール１００を被溶融物２００が発生する熱で焼結させて形成した炉上電極３０及び炉壁耐火物１４を備えている。これにより、炉上電極３０及び炉壁耐火物１４が酸化消耗するが、コールタール１００を連続的に補充していくことで、その消耗に対応させて炉上電極３０及び炉壁耐火物１４も連続的に形成するようにしている。これにより、従来行っていた電極の消耗に対する定期的な継ぎ足し作業や定期的な補修作業が不要になる。
【００１９】
また、炉壁耐火物１４は、炉壁としての機能を併有するので、炉上電極と対となる電極を炉壁と個別に設ける必要がなくなる。
また、炉壁の寿命を考える必要がなくなるので、炉壁の寿命を延ばすために行っていた水冷却をする必要もない。
また、電極の消耗に対する定期的な継ぎ足し作業や炉壁の消耗に対する定期的な補修作業が不要になることで、その作業のための運転停止も不要になる。
【００２０】
また、前述したように、炉上電極３０及び炉壁耐火物１４は、被溶融物２００が発生する熱で焼結させることで形成される。よって、本来であれば炉外に放熱する熱損失を有効利用して電極を生成することができる。
図２は、この直流電気抵抗還元溶融炉の熱効率を示す。この図２に示すように、炉蓋と炉壁とから熱損失があることがわかる。本発明では、このような本来であれば損失する熱を有効利用して電極を製作することができる。
【００２１】
また、炉上電極３０及び炉壁耐火物１４のカーボンは、還元剤として被溶融物２００中に含まれる酸化重金属の還元反応に寄与するようになる。
また、電極面積を広くとることができるようになるので、電流を炉内全体に分布させることができるようになり、温度分布を均一にして、被溶融物を均一溶融することができるようになる。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施の形態として実現されることに限定されるものではない。
すなわち、前述の実施の形態では、炉上電極３０と炉壁耐火物１４との両方を、供給されてくるコールタール１００を被溶融物２００が発生する熱で焼結させて形成した電極として説明した。しかし、これに限定されるものではなく、少なくとも炉壁耐火物１４だけを、供給されてくるコールタール１００を被溶融物２００が発生する熱で焼結させて形成した電極として形成してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、供給されてくるコールタールを被溶融物が発生する熱で焼結させることで形成された電極を備えたことで、例えば、被溶融物が発生する熱を有効利用することができ、電極の補修作業を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である直流電気抵抗還元溶融炉の構成を示す。
【図２】効果の説明で使用した図である。
【符号の説明】
１０  炉体
１２  本体部
１３  供給部
１４  炉壁耐火物
１５  炉底耐火物
２０  炉蓋
２１  供給部
３０  炉上電極
４０  直流電源
４１  コネクタ
４２  電極ホルダ
１００  コールタール
２００  被溶融物
３００  溶融メタル
【図１】
2004278862.tif 000003
【図２】
2004278862.tif 000004