(57)【要約】【課題】酸化発熱材料の反応熱と誘導加熱の熱を利用することで、中小規模の溶融炉において一般廃棄物又は焼却灰を溶融してスラグ化することが可能な溶融方法を得る。【解決手段】一般廃棄物を焼却した際に発生する焼却灰１を直径５０ｍｍ以下に粉砕して処理物１ａを形成し、この処理物を溶解炉１０内に投入し誘導加熱により３００℃まで加熱して水分を除去し、着火温度が前記誘導加熱による上昇温度よりも高く設定された点火剤が組み込まれ且つ比重が４ｇ／ｃｍ３以上の固形化した酸化発熱材料４１を処理物上部に被せ、この酸化発熱材料を誘導加熱により加熱することで点火剤を着火させ、点火剤から発生する１３００℃以上の熱により、着火温度１１００℃以上の酸化発熱材料に化学反応を開始させて２０００℃以上の温度を発生させることにより処理物を１６００℃以上に加熱して溶融する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般廃棄物を焼却した際に発生する焼却灰を直径５０ｍｍ以下に粉砕して処理物を形成する第１の工程と、
該処理物を溶解炉内に投入し誘導加熱により３００℃まで加熱して水分を除去する第２の工程と、
着火温度が前記誘導加熱による上昇温度よりも高く設定された点火剤が組み込まれ且つ比重が４ｇ／ｃｍ３以上の固形化した酸化発熱材料を前記処理物上部に被せる第３の工程と、
前記酸化発熱材料を誘導加熱により加熱することで前記点火剤を着火させ、点火剤から発生する１３００℃以上の熱により、着火温度１１００℃以上の酸化発熱材料に化学反応を開始させて２０００℃以上の温度を発生させることにより前記処理物を１６００℃以上に加熱して溶融する第４の工程と
を具備する酸化発熱材料を使用する溶融方法。
【請求項２】
前記酸化発熱金属材料の追加投入を行うことにより、溶解炉内を１６００℃以上の温度に維持する第５の工程を有する請求項１に記載の酸化発熱材料を使用する溶融方法。
【請求項３】
誘導加熱と、着火温度が３００℃以上に設定された点火剤が組み込まれ且つ比重が４ｇ／ｃｍ３以上の固形化した酸化発熱材料を誘導加熱により発熱反応させた反応熱とを熱源として成る溶融炉。
【請求項４】
誘導加熱を行う溶融炉に対して、前記溶融炉に焼却灰を投入する焼却灰供給手段と、前記溶融炉に酸化発熱材料を投入する発熱材供給手段とを具備し、前記溶融炉は誘導加熱と酸化発熱材料を誘導加熱により発熱反応させた反応熱とにより溶融処理が行われることを特徴とする溶融炉。
【請求項５】
焼却灰と金属屑片とを混合する混合手段を設け、該混合手段で生成された焼却灰混合物を焼却灰供給手段に投入することを特徴とする請求項４に記載の溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物又は都市ごみを焼却する際に発生した焼却灰を溶融する溶融方法に係り、特に、酸化発熱材料からの発熱を利用して溶融を行う溶融方法及び溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、都市ごみを含む一般廃棄物はごみ収集車により一般家庭から集められ、各自治体等が運営する大型の都市ごみ焼却設備に運ばれて、焼却設備内の焼却炉で重油等の化石燃料を主熱源とした方法により焼却処分されている。
【０００３】
焼却処分後に発生する焼却灰にはクロムや鉛等の有害な重金属が大量に含まれているため、焼却灰の処分方法としては、密閉式廃棄物処分場に埋めるか、化石燃料を利用した高炉タイプの溶融炉又は電気エネルギーを熱源としたアーク式溶融炉等で焼却灰を溶融スラブにして無害化し、道路の骨材等に再利用する等の方法が取られている。
【０００４】
例えば、アーク式溶融炉を用いて焼却灰を処理する場合、図６に示すように、焼却灰１を粉砕装置１００で定められた大きさに粉砕して後、ホッパー２００及びコンベア３００を介して投入装置４００に搬送し、供給装置５００から溶融炉８００内の溶融スラグピット９００に投入する。その後、電源６００から主電極７００と溶融炉８００の間に通電すると、投入された焼却灰１と主電極７００との間でアーク現象が発生してアーク発熱が始まり、このアーク発熱により焼却灰が溶融して１５００℃以上の溶融スラグになる。そして、溶融スラグは溶融スラグピット９００に溜まり、溶融スラグピット９００からオーバーフローした溶融スラグは、水ノズル１０００から吹き付けられた冷水により水砕スラグになる。この水砕スラグはコンベア３００で搬送されてスラグピット１１００に貯蔵され、定期的にスラグピット出口１２００を通じて排出装置１３００から排出されて道路の骨材等に有効利用される。
【０００５】
また、溶融炉８００から発生した排ガスは、排ガスファン１６００の吸引力により減温機１４００に流れ５０℃以下の温度まで冷やされた後、集塵機１５００に流れて粉塵とガスとに分離される。分離された粉塵は集塵機１５００の底に溜まりホッパー２００に戻される。ガスは排ガスファン１６００を通って煙突１７００から大気中に放出される。この際、ガスに可燃成分がある場合は焼却炉等の燃料として再利用し、有毒成分がある場合は有毒成分を除去して無害化したのち大気中に放出される。
【０００６】
最近では、上述の焼却灰の他、一般廃棄物を直接溶融炉に投入する方法も行われ始めている。その溶融装置並びに方法は、上記したものとほぼ同様である。
【０００７】
現在、上述のような溶融炉によって処理されている焼却灰の量は、毎年発生している焼却灰約７７０万トンの内の約５％程度で、大半の焼却灰は密閉式廃棄物埋め立て処分場に埋められているのが現状である。しかし近年、環境問題がクローズアップされ、処分場用の用地確保が難しく、数年以内に埋め立て処分が出来なくなることが予想されており、溶融炉の数を増やして焼却灰のスラグ化を進め、埋め立て処分量を減らすことが急務となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような溶融炉は１５００℃以上という高温度を効率的に発生・維持しながら２４時間の連続運転を行うため、必然的に大型設備にならざるを得ず、一基の溶融炉を建設するためには多大の費用と長い時間が必要となるという問題点があった。
このため、上述のような溶融炉が設置されているのは大都市圏の一部の自治体だけで、いずれも大型都市ごみ焼却設備に隣接して設置されており、隣接した焼却設備で発生した焼却灰の溶融を主に行っているのが現状である。また、これらの溶融炉では、有害物質拡散防止の立場から他所の焼却炉から発生した焼却灰の受け入れはしていない。
【０００９】
なお、現在、自治体及び企業は、１０００基を越す中小の焼却炉を保有しており、これらの焼却炉から発生した焼却灰は埋め立て処分する方法しかないのが現状である。したがって、既存の各焼却炉に隣接してその焼却灰を効率的に溶融する方法の開発が望まれていた。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、酸化発熱材料の反応熱と誘導加熱の熱を利用することで、中小規模の溶融炉において一般廃棄物又は焼却灰を溶融してスラグ化することが可能な溶融方法及び溶融炉を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、酸化発熱材料による発熱に注目し、次の各工程を含むことを特徴としている。
第１の工程として、一般廃棄物を焼却した際に発生する焼却灰を直径５０ｍｍ以下に粉砕して処理物を形成する。
第２の工程として、該処理物を溶解炉内に投入し誘導加熱により３００℃まで加熱して水分を除去する。
第３の工程として、着火温度が前記誘導加熱による上昇温度よりも高く設定された点火剤が組み込まれ且つ比重が４ｇ／ｃｍ３以上の固形化した酸化発熱材料を前記処理物上部に被せる。
第４の工程として、前記酸化発熱材料を誘導加熱により加熱することで前記点火剤を着火させ、点火剤から発生する１３００℃以上の熱により、着火温度１１００℃以上の酸化発熱材料に化学反応を開始させて２０００℃以上の温度を発生させることにより前記処理物を１６００℃以上に加熱して溶融する。
【００１２】
請求項２の発明方法は、請求項１に記載の酸化発熱金属材料を使用する溶融方法において、前記第４の工程の後に、前記酸化発熱金属材料の追加投入を行うことにより、溶解炉内を１６００℃以上の温度に維持する第５の工程を有することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３は、誘導加熱と、着火温度が３００℃以上に設定された点火剤が組み込まれ且つ比重が４ｇ／ｃｍ３以上の固形化した酸化発熱金属材料による反応熱とを熱源として成る溶融炉であることを特徴としている。
【００１４】
請求項４は、誘導加熱を行う溶融炉に対して、前記溶融炉に焼却灰を投入する焼却灰供給手段と、前記溶融炉に酸化発熱金属材料を投入する発熱材供給手段とを具備し、前記溶融炉は誘導加熱と酸化発熱金属材料を誘導加熱により発熱反応させた反応熱とにより溶融処理が行われることを特徴としている。
【００１５】
請求項５は、請求項４の溶融炉において、焼却灰と金属屑片とを混合する混合手段を設け、該混合手段で生成された焼却灰混合物を焼却灰供給手段に投入することを特徴としている。
【００１６】
本発明方法によれば、誘導加熱で一般廃棄物又は焼却灰の水分を除去した後、誘導加熱で酸化発熱材料の発熱反応を開始させその熱を用いて一般廃棄物又は焼却灰を溶融するので、酸化発熱材料を使用することにより中小規模の溶融炉でも大型規模の溶融炉と同じように、高温で溶融スラグを連続的に生成することが可能となる。
【００１７】
また、酸化発熱材料の発熱反応によって生じた１６００℃以上の温度を持つ溶融スラグの溶融状態を、誘導加熱の継続及び酸化発熱材料を追加投入することで維持することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る中小型溶融炉による一般廃棄物又は焼却灰の溶融処理について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の溶融処理で使用される中小型溶融炉設備を示すもので、溶融処理を行う溶融炉１０と、この溶融炉１０に焼却灰を投入する焼却灰投入ホッパー３０及び酸化発熱材料を投入する酸化発熱材料投入ホッパー４０と、焼却灰投入ホッパー３０に焼却灰を供給する焼却灰ホッパー５０とを主要部として構成されている。
【００１９】
焼却灰ホッパー５０には、焼却灰が溶融炉１０内に投入された際に誘導加熱により水分が除去され易いように、焼却灰粉砕装置５１により５０ｍｍ以下の大きさに粉砕された焼却灰（処理物）１ａが供給されるようになっている。
【００２０】
焼却灰投入ホッパー３０を介して溶融炉１０に投入される焼却灰の比重は１．５ｇ／ｃｍ３以上が誘導加熱に適している。この比重の焼却灰中には鉄やアルミニウム等の金属屑片が２０％以上含まれていることから、これら金属が誘導加熱により効率的に加熱され易い性質を有しているからである。
したがって、焼却灰粉砕装置５１により粉砕された焼却灰の比重が１．５ｇ／ｃｍ３以下の場合、比重が１．５ｇ／ｃｍ３以上になるように適量の金属屑片２が金属屑片ホッパー５２より焼却灰ホッパー５０内に添加され、混合用の回転翼５０ａにより混合される。なお、添加する金属屑片２ａの大きさは、焼却灰粉砕装置５１により粉砕された焼却灰１ａの大きさと同じ５０ｍｍ以下としている。
すなわち、焼却灰ホッパー（混合手段）５０には、焼却灰粉砕装置５１により粉砕された焼却灰１ａ及び金属屑片ホッパー５２により金属屑片２ａがそれぞれ投入され、焼却灰ホッパー５０内に装着された回転翼５０ａの回転動作により焼却灰ホッパー５０内の物質を混合するようになっている。焼却灰ホッパー５０の投入口には焼却灰の比重測定器５３が装備され、焼却灰粉砕装置５１から供給される焼却灰１ａの比重を測定するようになっている。
【００２１】
比重測定器５３は一定の容量を持つ箱形の容器で、その中に入れられた焼却灰１ａの重量が測定できるように底部に重量計が装着されて構成されている。焼却灰粉砕装置５１から供給された焼却灰１ａでこの容器が一杯になった時、焼却灰粉砕装置５１から比重測定器５３への焼却灰１ａの供給は止められ、重量計により比重測定器に投入された焼却灰の重量が測定される。そして、測定された重量を比重測定器５３の容量で除した値を焼却灰の比重値としている。重量測定後、比重測定器５３から焼却灰ホッパー５０に焼却灰が投入される。
【００２２】
比重測定器５３は金属屑片ホッパー５２に連動しており、比重の測定値に応じて金属屑片ホッパー５２から金属屑片が焼却灰ホッパー５０に投入され、前記回転翼５０ａにより焼却灰と金属屑片を混合する。
【００２３】
焼却灰ホッパー５０で生成された焼却灰混合物（粉砕された焼却灰のみで比重が１．５以上の場合は焼却灰、金属屑片を添加混合した場合は焼却灰と金属屑片との混合物。以下、焼却灰混合物と記した場合はこの混合物を示す）は随時コンベア５４から焼却灰投入ホッパー（焼却灰供給手段）３０に運ばれて一旦貯蔵される。
【００２４】
焼却灰投入ホッパー３０は先細形状に形成され、その傾斜面内壁に焼却灰混合物の水分含有率を測定するための水分含有率測定器３１が装着されている。
焼却灰投入ホッパー３０に隣接する位置には、酸化発熱材料投入ホッパー（発熱材供給手段）４０が設置されている。酸化発熱材料投入ホッパー４０内は二つの室に区画形成され、一方側に点火剤が組み込まれた酸化発熱材料４１が、他方側に点火剤が組み込まれていない酸化発熱材料４３がそれぞれ貯蔵されている。酸化発熱材料投入ホッパー４０の上方には、酸化発熱材料４を補充するための酸化発熱材料予備ホッパー４５が設置されている。
【００２５】
溶融炉１０内で溶融処理を開始する場合、焼却灰混合物及び酸化発熱材料は焼却灰投入ホッパー３０と酸化発熱材料投入ホッパー４０に挟まれた下端位置に設置されている供給装置３２から溶融炉１０内の溶融スラグピット１１に投入されようになっている。
【００２６】
溶融炉１０の溶融スラブピット１１の周囲には高周波コイル１２が配置されており、高周波電源１３から高周波コイル１２に電気が流れることにより焼却灰への誘導加熱が行われる。
【００２７】
溶融炉１０の側壁には、溶融スラグピット１１内の焼却灰の温度を非接触で測定できる赤外線放射温度計１４が装着され、のぞき窓１５を介して温度の確認が行えるようになっている。
しかし、赤外線放射温度計１４では溶融スラグの温度を測定することはできない。これは、溶融スラグから立ち上がる炎が溶融スラグ表面を覆っているため、直接溶融スラグ表面を見ることができないためである。
【００２８】
この理由から赤外線放射温度計１４は、３００℃の温度確認のみに使用される。なお、この赤外線放射温度と供給装置３２は連動しており、赤外線放射温度が３００℃の温度を測定した時点で、赤外線放射温度１４から供給装置３２に酸化発熱材料４１の投下信号が送られる。また、３００℃の温度確認後、のぞき窓１５の保護のためのぞき窓は閉じられる。
【００２９】
溶融炉１０の下方位置には、オーバーフローした溶融スラグを排出するための排出通路１６が設けられ、排出通路１６下端に装着された水ノズル１７により溶融スラグに冷水を吹き付けて水砕スラグとし、コンベア１８を介して水砕スラグピット１９に貯蔵されるようになっている。貯蔵された水砕スラグは、定期的に水砕スラグピット出口２０を通じて排出装置２１から送り出され、道路の骨材等に有効利用される。
【００３０】
溶融炉１０の上方位置には、発生した排ガスを排出するための装置を構成する減温機２２、集塵機２３、排ガスファン２４，煙突２５が装着されている。減温機２２は排ガスの温度を下げるもので、排ガスファン２４は排ガスを吸引力により減温機２２に流すもので、集塵機２３は排ガスを粉塵とガスとに分離するものである。集塵機２３の底面には、分離された紛塵を焼却灰投入ホッパー３０に戻す通路（図示せず）が連結され、ガスは排ガスファン２４を通って煙突２５から大気中に放出されるようになっている。
この際、ガスに可燃成分がある場合は焼却炉等の燃料として再使用し、有害成分がある場合には有害成分を除去して無害化した後に大気中に放出される。
【００３１】
図２（ａ）（ｂ）は、本発明の溶融処理で使用される酸化発熱材料の構造を示す構造説明図である。
図２（ａ）は、点火剤４２が組み込まれた酸化発熱材料４１を示すもので、円柱形状に形成された酸化発熱材料４１の上面の中央部に点火剤４２が組み込まれている。点火剤４２としては、市販の玩具煙火が使用されている。
図２（ｂ）は、点火剤が組み込まれていない酸化発熱材料４３を示すもので、円柱形状に形成されている。
【００３２】
酸化発熱材料４１，４３は、酸素に対するアルミニウムや珪素の強い親和力を利用した自己発熱材料で、これらの８メッシュ以下の粉体をプレスによる加熱成形により固形化して比重を４ｇ／ｃｍ３以上にしたものである。
【００３３】
固形化して比重を４ｇ／ｃｍ３以上にした酸化発熱材料は、固形物全体を１１００℃以上の温度に加熱しなければ化学反応を開始しないという特性を有している。この特性は、固形化する前の粉体の状態では、紛体の一部だけを１１００℃に加熱すれば化学反応が連鎖的にするため取り扱いに注意が必要であったのに比較して優れている。
また、反応が開始しても２０〜３０秒の時間をかけて除々に発熱反応を起こし、２０００℃以上の温度を発生する特性も有している。
【００３４】
なお、固形化して比重を４ｇ／ｃｍ３以上にした酸化発熱材料は、その成形方法によりいろいろな形状にすることが可能であり、固形品を機械加工して希望の形状にすることもできる。
【００３５】
次に、上述した溶融設備を使用して焼却灰を溶融する手順について、図１及び図３を参照しながら説明する。図３は、中小型溶融炉において誘導加熱と酸化発熱材料を組み合わせて使用した場合の加熱時間と処理物温度の関係図である。
先ず、焼却灰粉砕装置５１で焼却灰１を５０ｍｍ以下の大きさに粉砕する。これは、溶融炉１０内での誘導加熱の際に焼却灰から水分が除去され易くするためである。粉砕された焼却灰は焼却灰ホッパー５０及びコンベア５４を介して焼却灰投入ホッパー３０に運ばれ、供給装置３２から溶融炉１０内の溶融スラブピット１１に投入される。
【００３６】
高周波電源１３から高周波コイル１２に電気が流れると、焼却灰への３００℃までの誘導加熱が始まる。この際、鉄やアルミニウムなどの金属屑片の含有割合が２０％以上の焼却灰は誘導加熱に適している。しかし、これより少ない割合の場合は、誘導加熱の効率が悪くなる。
【００３７】
このため、金属屑片の割合が少ない焼却灰の場合は、金属屑片２が金属屑片ホッパー５２から焼却灰ホッパー５０に添加され、焼却灰ホッパー５０の中で金属屑片が焼却灰の２０％以上の割合になるように混合される。なお、添加する金属屑片２の大きさは粉砕された焼却灰の大きさと同じ５０ｍｍ以下となっている。
【００３８】
焼却灰混合物が誘導加熱により３００℃まで加熱されてその中の水分が完全に除去された後、その上に点火剤が組み込まれている酸化発熱材料４１が供給装置３２から投入される。
なお、投入される点火剤が組み込まれている酸化発熱材料４１の量は、水分を除いた後の焼却灰混合物の予想重量と比熱を元に供給装置３２に組み込まれた計算機により自動的に算出できるようになっている。
【００３９】
例えば、酸化発熱材料４１として比重４ｇ／ｃｍ３以上の酸化鉄とアルミニウムとのテルミット剤を使用し、２０００℃の溶融スラグを得る場合は、酸化発熱材料自体を３００℃から２０００℃の温度まで上げた時、更に生じる余分な発熱量は３１００Ｊ／ｇである。また、焼却灰混合物の３００℃から２０００℃間の平均比熱はいずれも約０．９Ｊ／ｇなので、これを３００℃から２０００℃まで温度を上げるためには、０．９×１７００＝１５３０Ｊ／ｇの熱量が必要である。これより、水分を除いた焼却灰混合物と酸化発熱材料との適正な重量割合は、約１：０．５（１５３０／３１００）となる。
【００４０】
また、投入される酸化発熱材料４１の大きさは、焼却灰混合物の中に入り込まないように、それより大きいものが使用される。
【００４１】
焼却灰混合物の水分含有率は、水分含有率測定器３１を使用することにより焼却灰投入ホッパー３０内で容易に測定できる。これらの理由から、供給装置３２から溶融炉１０に投入される焼却灰混合物の全重量は、その水分含有重量分だけ多くなっている。なお、実際に投入される酸化発熱材料４１の量は、溶融スラグが１６００℃以上で２０００℃以下の温度になるのに見合った量である。
【００４２】
酸化発熱材料４１の投入後も誘導加熱を継続することにより、酸化発熱材料４１の点火剤４２の温度が３５０℃に達した時点で点火剤４２が着火して１３００℃以上の温度が瞬時に発生する。酸化発熱材料４１の着火温度は１１００℃以上なので、点火剤４２の着火とともに酸化発熱材料４１の反応が開始する。この反応により、投入した酸化発熱材料４１と同重量の２０００℃以上の温度を持つ溶融金属が発生して、焼却灰混合物の中に浸透して行きこれを溶融する。
【００４３】
更に誘導加熱を継続することにより、溶融スラグに熱が加わり溶融が助長される。また、誘導加熱の特徴として、誘導電流が鉄などの金属を含む溶融物に作用すると、その溶融金属を対流攪拌させる働きをする。これが相俟って溶融炉１０内の溶融スラブピット１１には、１６００℃以上で２０００℃以下の焼却灰混合物と、酸化発熱材料４１などが溶融した溶融スラグが溜まる。
【００４４】
溶融スラブピット１１に溶融スラグが出来た時点から、焼却灰混合物を順次連続的に投入する。この投入により、溶融スラグの温度は徐々に下がる。この温度が１６００℃になった段階で２０００℃まで再び温度を上げるために必要な量の酸化発熱材料４３を一度に投入する。この時に投入される酸化発熱材料４３は　点火剤が組み込まれていないものを使用する。この投入された酸化発熱材料４３の反応開始温度は酸化発熱材料４１と同じ１１００℃以上なので、１６００℃の溶融スラグの表面に接触した瞬間に反応が開始する。
なお、酸化発熱材料４３の投入量は、溶融スラグピット１１内で１６００℃になった溶融スラグの温度を４００℃上げるのに必要な熱量に見合う量である。これを繰り返すことにより、連続運転を行うことが可能となる。
また、溶融炉１０内の溶融スラグピット１１に溶融スラグが十分溜まれば、金属屑片を添加していない焼却灰や一般廃棄物の投入でも連続運転を行うことができる。
【００４５】
上述した酸化発熱材料４３の投入量は、酸化発熱材料として比重４ｇ／ｃｍ３以上の酸化鉄とアルミニウムとのテルミット剤を使用する場合には次のようになる。
酸化発熱材料自体を１６００℃から２０００℃の温度まで上げた時に生じる余分な発熱量は３８００Ｊ／ｇである。また、１６００℃から２０００℃間の溶融スラグの平均比熱は約１．１Ｊ／ｇであるので、これを４００℃だけ温度を上げるためには１．１×４００＝４４０Ｊ／ｇの熱量が必要である。したがって、溶融炉内の溶融スラグの重量を１０００００ｇとすると、必要な酸化発熱材料の重量は、４４０×１０００００／３８００＝１１５７９ｇとなる。
これらのデータは予め供給装置３２にインプットされており、必要とされる投入量の酸化発熱材料４３は供給装置３２により自動的に行われる。
【００４６】
なお、順次連続的に投入される焼却灰混合物中の水分は１６００℃以上の高温の溶融炉１０では瞬時に酸素と水素に分解され、その後に投入される酸化発熱材料４３の化学反応に影響を与えることはない。
【００４７】
また、焼却灰混合物の溶融温度は約１５００℃であるが、溶融スラグに十分な流動性を与える目的で本溶融炉内の溶融スラグは１６００℃以上の温度に保たれている。
この温度は高周波電源制御装置１３で測定することができる。すなわち、溶融スラグ中に対流が始まると導電率が変化し、この導電率の変化は誘導電流の値に変化を与える。導電率は溶融スラグの温度によって決まるので、予め溶融スラグの温度と誘導電流の変化値との関係を測定しておけば、容易に溶融スラグの温度を高周波電源装置１３から知ることができる。
【００４８】
高周波電源制御装置１３と供給装置３２とは連動しており、溶融スラグの温度が１６００℃に低下した時点で供給装置３２に酸化発熱材料４３の投入信号が送られるように構成されている。
そして、溶融スラグの温度が２０００℃以上の場合は、高周波電源制御装置１３から高周波コイル１２への通電は止められる。これは溶融スラグを２０００℃以上に加熱する必要がないためである。
【００４９】
また、供給装置３２は制御部を有しており、予め入力されたデータに基づいて溶融炉１０内の温度を上昇させるのに必要な量の酸化発熱材料４３が自動的に溶融炉に投入されるようになっている。
【００５０】
溶融炉１０からオーバーフローした溶融スラグは、水ノズル１７から吹き付けられた冷水により水砕スラグになって水砕スラグピット１９に貯蔵され、定期的に水砕スラグピット出口２０を通じて排出装置２１から搬出されて道路の骨材等に有効利用される。
【００５１】
また、溶融炉１０から発生した排ガスは、排ガスファン２４の吸引力により減温機２２に流れ、５０℃以下の温度まで冷やされた後、集塵機２３に流れて粉塵とガスとに分離される。分離された紛塵は集塵機２３の底に溜まり焼却灰投入ホッパー３０に戻される。ガスは排ガスファン２４を通って煙突２５から大気中に放出される。この際、ガスに可燃成分がある場合は、焼却炉等の燃料として再使用し、有毒成分がある場合には有毒成分を除去して無害化したのち大気に放出される。
【００５２】
上述の溶融方法によれば、誘導加熱と酸化発熱材料の反応熱とを組み合わせた溶融方法としているので、焼却灰混合物を誘導加熱のみで１６００℃まで加熱する必要がなく、小型の電源設備で溶融処理を可能とすることができる。
すなわち、溶融炉内を３５０℃まで誘導加熱で加熱し、それ以後は点火剤が着火することで酸化発熱材料から反応熱を生じさせることにより、焼却灰混合物を加熱して溶融を行うので、誘導加熱のみで１６００℃まで加熱しなければならないような大きな電源設備が不要である。
【００５３】
また、この溶融方法によれば、誘導加熱で３５０℃まで温度を上げ、酸化発熱材料の化学反応を起こせば短時間で溶融が終了する。ここで、焼却灰等が誘導加熱により３００℃に温度が上がった時点で酸化発熱材料を投入するのは、焼却灰等の水分の影響を酸化発熱材料が受けないようにするためである。また、点火剤の着火温度を３００℃より５０℃高い３５０℃に設定したのは、供給装置を保護するため、投入中に酸化発熱材料が反応を起こさないようにするためである。
【００５４】
上述した溶融方法に対して、中小型溶融炉の誘導加熱のみ使用の場合の加熱時間と処理物温度の関係図を図４に示す。
誘導加熱だけで溶融を行う場合は、所定の溶融温度まで温度を上げる必要があるため、焼却灰中に金属屑が２０％含まれている場合で、１２時間の加熱時間が必要である。
また、温度上昇後に大量の焼却灰を投入すると温度が下がるために、焼却灰の投入量を多くすることはできない。このため、大きな電気量を長時間使用する割には少ない量の溶融しか出来なかった。
【００５５】
図５は、上記例で使用した中小型溶融炉において、酸化発熱材料のみ使用の場合の加熱時間と処理物温度の関係図である。酸化発熱材料だけで溶融を行う場合は、２０００℃以上の温度が短時間で得られるが、焼却灰等を構成する耐火材料等には必ず水分が数パーセント含まれているため、事前にこれらのもの全ての水分除去が必要となる。これは、酸化発熱材料の化学反応の際、水分が僅かでも存在するとその水分が急膨張を起こして沸騰現象が生じ溶融炉を損傷する場合があるためである。この理由により、酸化発熱材料だけでの溶融は困難である。
【００５６】
本発明方法によれば、誘導加熱を効率的に常温から３５０℃まで行える装置と、酸化発熱材料を組み合わせれば溶融炉を形成することができるので、誘導加熱のみで行う場合のように１６００℃まで加熱しなければならないような大きな電源設備が不要である。
また、短時間で溶融スラブが生成でき、溶融スラブの温度が低下した場合でも酸化発熱材料を投入することにより短時間で高温に戻すことができるので、小さな溶融炉においても大量の溶融スラグを連続的に生成することができ、酸化発熱材料を多く使用すれば焼却灰の処理量を増加させることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、誘導加熱で焼却灰の水分を除去した後、酸化発熱材料を反応させて反応熱により溶融処理を行うので、誘導加熱で高温まで加熱する必要がなく、大型の高周波電源が不要な小型の溶融炉で焼却灰の溶融処理を効率良く行うことができ、大型溶融炉と同じ高温で溶融スラブを生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中小型溶融炉の設備内容を示す設備構成説明図である。
【図２】本発明方法で使用される酸化発熱材料を示すもので、（ａ）は点火剤が組み込まれた酸化発熱材料の斜視説明図、（ｂ）は点火剤が組み込まれていない酸化発熱材料の斜視説明図である。
【図３】中小型溶融炉において本発明方法による誘導加熱と酸化発熱材料を組み合わせて溶融処理を行った場合の時間と処理物温度との関係図である。
【図４】中小型溶融炉において誘導加熱のみを使用して溶融処理を行った場合の時間と処理物温度との関係図である。
【図５】中小型溶融炉において酸化発熱材料のみを使用して溶融処理を行った場合の時間と処理物温度との関係図である。
【図６】従来の電気エネルギーを熱源としたアーク式溶融炉設備の設備構造説明図である。
【符号の説明】
１…焼却灰、　１ａ…焼却灰（処理物）、
２…金属屑片、　２ａ…金属屑片、
１０…溶融炉、　１１…溶融スラグピット、
１２…高周波コイル、　１３…高周波電源制御装置、
３０…焼却灰投入ホッパー（焼却灰供給手段）、　３２…供給装置、
４０…酸化発熱材料投入ホッパー（発熱材供給手段）、
４１…酸化発熱材料、　４２…点火剤、
５０…焼却灰ホッパー（混合手段）、　５１…焼却灰粉砕装置、
５２…金属屑片ホッパー、　５３…比重測定器
【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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