(57)【要約】【課題】都市ごみ焼却灰の溶融スラグを球形状に鋳込んで結晶化させる鋳型を温度ムラを生じさせることなく均一に加熱し結晶化品質の向上を図る。【解決手段】耐火材料からなる鋳型材の内部に形成された球形状の鋳込み空間４に焼却灰の溶融スラグが鋳込まれるとともに、外部から加熱される球形鋳型１において、鋳型材中に鋳込み空間４と同心に球形状の金属殻６を埋め込む。これにより、バーナによる鋳型１の加熱に場所により火力差が生じた場合に、高温に加熱された部分の熱を熱伝導性の高い金属殻６を介して低温部に導き、ムラのない均一な加熱を実現することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火材料からなる鋳型材の内部に球形状の鋳込み空間を有し、この鋳込み空間に焼却灰の溶融スラグが鋳込まれるとともに、外部から加熱される球形鋳型において、
前記鋳型材中に前記鋳込み空間と同心に、球形状の金属殻を埋め込んだことを特徴とする球形鋳型。
【請求項２】
前記金属殻に多数の小穴をあけたことを特徴とする請求項1記載の球形鋳型。
【請求項３】
前記鋳型材の外側に前記金属殻を誘導加熱する加熱コイルを設けたことを特徴とする請求項1記載の球形鋳型。
【請求項４】
前記加熱コイルを前記金属殻の垂直な中心軸に対して軸対称の円形コイルとして形成したことを特徴とする請求項３記載の球形鋳型。
【請求項５】
前記金属殻の中心を通る水平面の上下４５度の方向位置に、互いにアンペア回数の等しい前記加熱コイルをそれぞれ水平に配置し、前記金属殻の中心を通る水平面位置に、前記上下４５度の方向位置の加熱コイルのほぼ１／４のアンペア回数の前記加熱コイルを水平に配置したことを特徴とする請求項４記載の球形鋳型。
【請求項６】
前記金属殻の中心を通る水平面の上下４５度の方向位置に、互いに巻き数の等しい複数巻きの第１及び第２の２つの前記加熱コイルを水平にそれぞれ配置し、前記第１の加熱コイルのほぼ１／２の巻き数を有し、かつ前記第１の加熱コイルよりも小径の第３の前記加熱コイルを前記第１の加熱コイルと同一水平面内に配置し、前記第２の加熱コイルのほぼ１／２の巻き数を有し、かつ前記第２の加熱コイルよりも小径の第４の前記加熱コイルを前記第２の加熱コイルと同一水平面内に２個配置し、前記金属殻の中心を通る水平面位置に前記第１及び第２の加熱コイルのほぼ１／４の巻き数を有する第５の前記加熱コイルを水平に配置し、前記各加熱コイルを互いに直列に接続したことを特徴とする請求項５記載の球形鋳型。
【請求項７】
前記金属殻を鉄材で形成したことを特徴とする請求項３記載の球形鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可燃性ごみの焼却灰を溶融して減容化・無害化する焼却灰溶融処理システムに関し、特に焼却灰を溶融した後、金属成分を分離した溶融スラグを球形状に鋳込んで結晶化するのに用いる球形鋳型に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみは大部分が焼却処分され、生じた焼却灰は最終処分場に埋立て処分されているが、最終処分場の埋立て可能残余年数が切迫しており、新規立地も難しくなってきている。このような背景の下に、焼却灰を溶融処理して減容化・無害化するとともに、溶融スラグを結晶化して建築資材などに再利用し、同時に有価物としてメタルを分離する焼却灰溶融処理システムが開発され、これについては例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
焼却灰の溶融スラグは、焼却灰溶融炉から取り出した後、鋳型に鋳込むが、スラグの融点は1300℃位で、溶融スラグ温度は1400〜1600℃と高温になるため、鋳型には高温に耐え得る材料が必要である。耐熱材料としては高融点金属材料もあるが、加工性や価格の点で問題があるため、鋳型にはアルミナやマグネシウムクロムなどの耐火材料を用いるのがよい。また、溶融スラグを結晶化するには、600℃程度に予熱した鋳型に溶融スラグを鋳込み、スラグ温度が1100℃から500〜600℃になるまで数時間かけて徐冷し、徐冷中も600℃程度に加熱する必要がある。この鋳型の加熱には、プロパンガスバーナを用いて加熱する方法がある。
【特許文献１】特開２００３−２１３１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
溶融スラグの鋳型材には上記の通り耐火材料が適しているが、耐火材料は熱伝導性が悪いため、バーナ加熱した場合に場所により加熱ムラが生じる。鋳型に温度ムラがあると、溶融スラグが結晶化しても温度の違いにより結晶が異なったり、また熱ひずみが残ったりし、これを構造材に使う場合に機械的強度が不十分になる問題があった。また、バーナ加熱には、ガス燃焼に基づく排気ガスの問題がある。
【０００５】
この発明の課題は、例えば河川の護岸に用いる擁壁材として、溶融スラグを球形状に鋳込むための鋳型を温度ムラを生じさせることなく均一に加熱し、結晶化品質の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は、耐火材料からなる鋳型材の内部に球形状の鋳込み空間を有し、この鋳込み空間に焼却灰の溶融スラグが鋳込まれるとともに、外部から加熱される球形鋳型において、前記鋳型材中に前記鋳込み空間と同心に、球形状の金属殻を埋め込むものとする（請求項１）。
【０００７】
この請求項１の発明によれば、鋳型材中に鋳込み空間と同心に球形状の金属殻を埋め込むことにより、バーナなどで鋳型を加熱して場所により火力差を生じた場合に、高温に加熱された部分の熱を熱伝導性の高い金属殻を介して低温部に導きムラのない均一な加熱を実現することができる。
【０００８】
請求項１の発明において、前記金属殻に多数の小穴をあけるとよく、これによりこの小穴を通して金属殻の内側と外側の耐火材料を一体化させ、鋳型の構造的な強化を図ることができる（請求項２）。
【０００９】
請求項１の発明において、前記鋳型材の外側に前記金属殻を誘導加熱する加熱コイルを設ければ、バーナに代えて誘導加熱方式で鋳型を加熱することができ、バーナ加熱に伴う火災や排ガス処理の問題を解消することができる（請求項３）。
【００１０】
請求項３の発明において、前記加熱コイルは前記金属殻の垂直な中心軸に対して軸対称の円形コイルとして形成するのがよく（請求項４）、これにより金属殻に発生する周方向の損失（発生熱量）を均一にすることができる。
【００１１】
請求項４の発明において、前記円形コイルとして前記金属殻の中心を通る水平面の上下４５度の方向位置に、互いにアンペア回数の等しい前記加熱コイルをそれぞれ水平に配置し、前記金属殻の中心を通る水平面位置に、前記上下４５度の方向位置の加熱コイルのほぼ１／４のアンペア回数の前記加熱コイルを水平に配置するとよい（請求項５）。これにより、金属殻の高さ方向の単位体積当りの発生損失を均一にすることができる。
【００１２】
請求項５の発明において、前記金属殻の中心を通る水平面の上下４５度の方向位置に、互いに巻き数の等しい複数巻きの第１及び第２の２つの前記加熱コイルを水平にそれぞれ配置し、前記第１の加熱コイルのほぼ１／２の巻き数を有し、かつ前記第１の加熱コイルよりも小径の第３の前記加熱コイルを前記第１の加熱コイルと同一水平面内に配置し、前記第２の加熱コイルのほぼ１／２の巻き数を有し、かつ前記第２の加熱コイルよりも小径の第４の前記加熱コイルを前記第２の加熱コイルと同一水平面内に２個配置し、前記金属殻の中心を通る水平面位置に前記第１及び第２の加熱コイルのほぼ１／４の巻き数を有する第５の前記加熱コイルを水平に配置し、前記各加熱コイルを互いに直列に接続することができる（請求項６）。
【００１３】
請求項３の発明において、前記金属殻を鉄材で形成すれば、高透磁率により金属殻の厚みを薄くでき、結果として鋳型の重量を軽減できる（請求項７）。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、鋳型材中に金属殻を埋め込むことにより、温度ムラを解消して熱ひずみのない高品質の結晶が得られ、また誘導加熱方式を採用して排ガスのない安全・高効率の鋳型加熱が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態を示す鋳型の縦断面図、図２は図１における金属殻の分解斜視図である。図１において、アルミナやマグネシウムクロムなどの耐火材料からなる鋳型１は円柱状に形成され、上型２と下型３とに上下２分割構成されている。鋳型１の内部中心には、球形状の鋳込み空間４が形成され、上型２には鋳込み空間４の垂直な中心軸に沿って、鋳込み空間４に通じる注湯口５が設けられている。
【００１６】
ここで、鋳型材中には、金属薄板からなる球形状の金属殻６が鋳込み空間４と同心に埋め込まれている。金属殻６は鋳型１の分割面に沿って上下に２分割され、上下の半球状部が上型２及び下型３にそれぞれ埋め込まれている。金属殻６の材質としては銅や鉄が用いられ、銅の方が鉄よりも熱伝導性はよいが、後述するように金属殻６を誘導加熱する場合には透磁率の高い鉄が適している。その場合、図２に示すように、金属殻６に多数の小穴６ａをあければ、鋳型１をアルミナやマグネシウムクロムなどの耐火材料のキャスティング（流し込み）で作る際に、金属殻６の内側と外側の耐火材料を小穴６ａを通して一体化し、鋳型１を構造的に強化することができる。
【００１７】
図示鋳型１は、例えば火力の強いプロパンガスバーナにより外部から加熱され、600℃程度に予熱された状態で、溶融された焼却灰から金属成分が分離された1400℃以上のスラグが注湯口５を介して鋳込み空間４に鋳込まれる。この溶融スラグは、引き続き600℃程度に加熱された鋳型１内で500〜600℃まで徐冷され、その間に結晶化される。その場合、図示鋳型１によれば、場所によるバーナ火力差により比較的高温に加熱された部分と低温に加熱された部分とが生じても、高温部分の熱は熱伝導性の高い金属殻６により低温部分に導かれて温度ムラが解消される。
【００１８】
図３は、鋳型材の外側に金属殻を誘導加熱する加熱コイルを設けた実施の形態を示すものである。加熱コイルは金属殻の垂直な中心軸に対して軸対称の円形コイルとして形成するのがよく、これにより金属殻に発生する周方向の損失（発生熱量）を均一にすることができるが、発明者は更に研究を進めた結果、金属殻の中心を通る水平面の上下４５度の方向位置に、互いにアンペア回数の等しい加熱コイルをそれぞれ水平に配置し、金属殻の中心を通る水平面位置に、前記した上下４５度の方向位置の加熱コイルのほぼ１／４のアンペア回数の加熱コイルを水平に配置すると均一性の高い加熱が得られることを見出した。図２に、その具体的な一例を示す。
【００１９】
すなわち、図３において、金属殻６の中心を通る水平面の上下４５度の方向位置に、互いに巻き数の等しい複数巻き（図示は４巻き）の第１及び第２の２つの加熱コイル７及び８を水平にそれぞれ配置し、第１の加熱コイル７の１／２の巻き数（図示は２巻き）を有し、かつ第１の加熱コイル７よりも小径の第３の加熱コイル９を第１の加熱コイル７と同一水平面内に配置し、第２の加熱コイル８の１／２の巻き数（図示は２巻き）を有し、かつ第２の加熱コイル８よりも小径の第４の加熱コイル１０を第２の加熱コイル８と同一水平面内に２個配置し、金属殻６の中心を通る水平面位置に第１及び第２の加熱コイル７，８の１／４の巻き数（図示は１巻き）を有する第５の加熱コイル１１を水平に配置し、各加熱コイル７〜１１を互いに直列に接続するものである。
【００２０】
このような図３の鋳型１において、加熱コイル７〜１１に高周波電流を通流すると、その磁束が鎖交することにより金属殻６に誘導電流が流れる。その結果、金属殻６は抵抗損により発熱し、鋳型１は金属殻６からの熱伝導により加熱される。この誘導加熱方式はバーナ加熱のような排ガスや火災の発生の問題がない。また、図示の通りコイル配置に工夫を加えることにより、金属殻６の高さ方向における単位体積当りの発生損失を均一とし、溶融スラグのより高品質な結晶化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態を示す鋳型の縦断面図である。
【図２】図１における金属殻の分解斜視図である。
【図３】この発明の異なる実施の形態を示す鋳型の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    鋳型
２    上型
３    下型
４    鋳込み空間
５    注湯口
６    金属殻
６ａ  小穴
７〜１１    加熱コイル
【図１】
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【図２】
2005081607.tif 000004
【図３】
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