(57)【要約】【課題】  長期にわたり安定した絶縁性を維持することのできる灰溶融炉電極保護部材を提供する。【解決手段】  溶融炉の電極貫通部に設けられる電極保護部材１５において、耐火物で形成された電極保護部材本体１５Ａの外周面、内周面、下端面に、釉薬を塗布して焼成することにより定着させた釉薬層１５Ｂを設けた。電極保護部材本体１５Ａを形成する耐火物としてアルミナキャスタブルを使用し、釉薬として（電極保護部材の膨張率）±２０％の膨張率を有する釉薬を使用した。【選択図】      図１
2005172286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉に挿入される電極を保護する電極保護部材であって、
耐火物で形成された電極保護部材本体と、前記電極保護部材本体の少なくとも炉内雰囲気に接する面に、釉薬を塗布して焼成することにより定着させた釉薬層と、を有することを特徴とする灰溶融炉電極保護部材。
【請求項２】
前記釉薬層は、前記電極保護部材本体の内周面、外周面および下面上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の灰溶融炉電極保護部材。
【請求項３】
前記電極保護部材本体を形成する耐火物としてアルミナキャスタブルを使用することを特徴とする請求項１または２記載の灰溶融炉電極保護部材。
【請求項４】
前記釉薬の膨張率は、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の灰溶融炉電極保護部材。
（電極保護部材本体の膨張率（％）−２０％）≦（釉薬の膨張率）≦（電極保護部材本体の膨張率（％）＋２０％）
【請求項５】
溶融炉に挿入される電極を保護する電極保護部材の製造方法において、
電極保護部材本体を耐火物で成形し、前記電極保護部材本体の少なくとも炉内雰囲気に接する面に釉薬を塗布し、前記釉薬が塗布された前記電極保護部材本体を１０００〜１４００℃の温度範囲で焼成処理して、前記電極保護部材本体の表面に釉薬層を定着させることを特徴とする灰溶融炉電極保護部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ、下水汚泥、産業廃棄物等の廃棄物を焼却した際に発生する焼却灰を溶融してスラグ化する溶融炉（例えば、電気抵抗溶融炉やプラズマ式溶融炉等）の電極貫通部用の電極保護部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物などの焼却灰は、その資源化、減容化及び無害化を図るために、電気抵抗溶融炉やプラズマアーク式溶融炉によって溶融してスラグ化している。
【０００３】
電気抵抗溶融炉は、溶融スラグを通電することにより生じる電気抵抗熱を用いた溶融炉である。この電気抵抗溶融炉には、炉本体の上部炉蓋に開口した複数の孔から複数の電極が炉本体内部に差し込まれ、電極の先端が炉内の灰および溶融スラグに埋没させられている。電気抵抗溶融炉では、これらの電極に交流電圧を印加することにより、溶融スラグに交流通電して電気抵抗熱を発生させ、溶融スラグの溶融状態を維持するとともに、溶融スラグからの電熱によって灰を加熱溶解するものである。
【０００４】
また、プラズマ式溶融炉は、炉本体の上部炉蓋に開口した複数の孔から直流電源装置に接続されたプラズマ生成用電極が炉本体内部に差し込まれた構造を有し、このプラズマ生成用電極によって高温プラズマを生成し、この高温プラズマによって内部の焼却灰を加熱溶融するように構成されている。
【０００５】
ところで、この種の溶融炉で溶融処理される焼却灰、特に飛灰中には比較的融点が低い塩類が多量に含まれている。そのため、焼却灰を溶融した際には溶融スラグと共に塩化カリウムや塩化ナトリウム等の溶融塩が生成され、その大部分がガス中に揮散して炉内壁などに付着する。このように付着した溶融塩は導電性が高く、電極周辺に付着すると、絶縁不良により炉体にサイド電流が流れるおそれがある。
【０００６】
そこで、従来では、電極付近のサイド電流の発生を防止するため、炉体と電極との間の電極貫通部に電極保護部材が設けられている。
【０００７】
図２はこの種の溶融炉の概略構成を示す図であり、また図３は図２のＡ部の拡大図である。図２に示すように、この溶融炉の炉体１は、耐火材１Ａと、その外側を覆う鉄皮１Ｂとで構成されている。電極３は、炉体１の天井部設けられた電極貫通孔４を介して垂直に貫通配置され、炉体１内部に挿入されている。炉体１の天井部の鉄皮１Ｂは、図３に示すように２層式の水冷ジャケット構造となっている。また、炉体１の天井部に形成された電極貫通孔４には、耐火物成形品でできた電極保護部材５が挿入されている。電極３は、この電極保護部材５を介して炉体１内部に挿入されている。
【０００８】
このように、従来では、主に電極３と炉体１との絶縁性を保つために耐火物成形品よりなる電極保護部材５が設けられているが、耐火物成形品は微小な気孔を有しているため、長時間使用しているうちに前述の溶融塩がその気孔に浸透することにより、電極保護部材の絶縁性が低下するという問題があった。このように電極保護部材５の絶縁性能が落ちると、電極３と炉体１との間に電流が流れたりスパークが発生したりし、この電流やスパークによる発熱により耐火材１Ａや鉄皮１Ｂが溶けてしまう等の問題を有していた。
【０００９】
このような問題の対策として、耐火物で成形された電極保護部材の表面に、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム等の絶縁性粉末を塗布し、耐火物の気孔をそれらの絶縁性粉末で埋めることにより、炉内で発生した塩化物の耐火物内への浸透を防ぎ、絶縁性能の低下を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３５１５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、単に絶縁性粉末を耐火物の表面に塗布しただけでは、高温の長期使用条件下では脱落してしまうおそれがあり、良好な絶縁性能を長期にわたり維持することは困難であった。
【００１２】
本発明は、上記事情を考慮し、長期にわたり安定した絶縁性能を維持することのできる灰溶融炉電極保護部材、及び、その製造方法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】
【００１３】
本発明は、溶融炉の電極貫通部に設けられる灰溶融炉電極保護部材において、耐火物で形成された電極保護部材本体の少なくとも炉内雰囲気に接する面に、釉薬を塗布して焼成することにより定着させた釉薬層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、電極保護部材本体の少なくとも炉内雰囲気に接する面に、釉薬を塗布して焼成することにより定着させた釉薬層が設けられているので、電極保護部材本体の表面が確実にコーティング保護され、電極保護部材本体内への塩化物の侵入を確実に防止することができる。したがって、長期にわたり確実に電極保護部材の絶縁性能を維持することができる。
【００１５】
また、本発明の電極保護部材において、電極保護部材本体の表面に釉薬を塗布し形成された釉薬層は表面に電気を通さないため、電極保護部材の絶縁性能が増す。したがって、電流やスパークの発生による発熱による溶融炉の電極周辺の耐火物や鉄皮の破損を防止することができる。
【００１６】
また、本発明は、釉薬層が電極保護部材本体の内周面、外周面および下面に設けられていることを特徴とする。電極保護部材本体の内周面、外周面および下面に釉薬層を設けることによって炉内雰囲気から確実に電極保護部材本体を保護することが可能となる。
【００１７】
また、本発明では、電極保護部材本体を形成する耐火物としてアルミナキャスタブルを使用することが好ましく、釉薬の膨張率としては、以下の関係式を満たすことが好ましい。
（電極保護部材本体の膨張率（％）−２０％）≦（釉薬の膨張率）≦（電極保護部材本体の膨張率（％）＋２０％）
【００１８】
また、本発明は、電極保護部材本体を耐火物で成形し、前記電極保護部材本体の少なくとも炉内雰囲気に接する面に釉薬を塗布し、前記釉薬が塗布された前記電極保護部材本体を１０００〜１４００℃の温度範囲で焼成処理することにより、前記電極保護部材本体の表面に釉薬層を備えた電極保護部材を得ることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、電極保護部材本体を耐火物で成形した後、その電極保護部材本体の少なくとも炉内雰囲気に接する面に釉薬を塗布し、それを１０００〜１４００℃の温度範囲で焼成処理することにより、電極保護部材本体の表面を釉薬層によってコーティング保護し、電極保護部材本体内への塩化物の侵入を確実に防止することができる。したがって、長期にわたり確実に電極保護部材の絶縁性能を維持することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、耐火物成形品よりなる電極保護部材本体の炉内雰囲気に接する面に、釉薬を塗布して焼成した釉薬層を設けたので、耐火物（電極保護部材本体）内への溶融塩の侵入を確実に防止することができ、長期にわたり安定した絶縁性能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る電極保護部材の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態の電極保護部材１５の装着状態を示す断面図である。
電極保護部材１５は、溶融炉１の天井部に設けられた電極貫通孔４に挿入されて、図示せぬ固定手段により溶融炉１の天井部に固定されている。この電極保護部材１５は、電極３挿通用の電極挿通孔１６を有しており、この電極挿通孔１６を介して、電極３を上下に摺動自在に溶融炉１内部に挿通可能としている。
【００２３】
また、電極保護部材１５の下面１９は、溶融炉１の天井部の下面１Ｃと略同一平面上に配置され、溶融炉１の天井部の下面１Ｃから溶融炉１の内側に突出しないように配置されている。
【００２４】
この電極保護部材１５は、アルミナキャスタブル等の耐火物で形成された電極保護部材本体１５Ａを有している。そして、電極保護部材１５は、電極保護部材本体１５Ａの内周面１７、外周面１８および下面１９（少なくとも一部が炉内雰囲気に接する面）に、本体耐火物の熱膨張に合わせた釉薬を塗布して焼成することにより定着させた釉薬層１５Ｂを有している。この釉薬層１５Ｂは、絶縁性を有し、かつ電極保護部材本体１５Ａ中の気孔を塞ぐように電極保護部材本体１５Ａを覆うことにより、電極保護部材本体１５Ａ内への塩化物の侵入を防止するためのコーディング層として機能する。
【００２５】
本実施形態において、釉薬層１５の原料となる釉薬としては、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3を主体とし、必要に応じて他の耐火原料を加えた釉薬が好適に用いられる。このＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3を主体とし、必要に応じて他の耐火原料を加えた釉薬の化学成分（％）、融点（℃）、熱間線膨張率（％）は、例として表１の通りである。
【００２６】
【表１】
2005172286.tif 000003
【００２７】
この電極保護部材１５は、次のような手順で製造することができる。
【００２８】
（１）まず、電極保護部材本体１５Ａを耐火物で成形する。即ち、アルミナキャスタブル等の耐火物に所定の水分を添加混練し、所定形状の型枠へ振動を与えながら流し込んで硬化した後に、脱枠する。得られた成形品を２００〜１０００℃で乾燥・焼成して電極保護部材本体１５Ａを得る。
【００２９】
（２）次に、電極保護部材本体（耐火物成形品）１５Ａの少なくとも炉内雰囲気に接する内周面１７、外周面１８及び下面１９に、スプレーまたは刷毛により本体耐火物の熱膨張に合わせた釉薬を０．１〜３．０ｍｍ厚で塗布する。
【００３０】
（３）そして、本体耐火物の熱膨張に合わせた釉薬が塗布された電極保護部材本体１５Ａを１０００〜１４００℃（釉薬の溶融温度以上）で焼成処理して、釉薬を釉薬層１５Ｂとして定着させる。これにより、耐火物で成形した電極保護部材本体１５Ａの表面（内周面１７、外周面１８及び下面１９）上に、釉薬を焼成することにより形成した釉薬層１５Ｂが設けられる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の電極保護部材１５は、耐火物で成形した電極保護部材本体１５Ａの表面に、釉薬を焼成して形成した釉薬層１５Ｂが設けられている。したがって、釉薬層１５Ｂによって電極保護部材本体１５Ａの表面がコーティング保護され、電極保護部材本体１５Ａ内への塩化物の侵入を確実に防止することができる。この場合、耐火物の気孔に粉末を埋め込むのとは異なり、一体性のある釉薬層１５Ｂで耐火物（電極保護部材本体１５Ａ）の表面を覆うことが可能となる。したがって、絶縁性の粉末を塗布するような場合とは異なり、コーティング層としての釉薬層１５Ｂが脱落する心配がなく、長期にわたり確実な絶縁性能を維持することができる。
【００３２】
また、本実施形態の電極保護部材１５は、電極保護部材本体１５Ａの表面に釉薬を塗布し形成された釉薬層１５Ｂは表面に電気を通さないため、電極保護部材１５の絶縁性能が増す。したがって、釉薬を塗布していない耐火物成形品よりも絶縁性能が高まり、電流やスパークの発生による発熱により耐火材１Ａや鉄皮１Ｂの溶融を防止することができる。
【００３３】
また、本実施形態の電極保護部材１５は、耐火物として、アルミナキャスタブル等の耐火物から構成されているので、珪石れんがまたはマグネシアれんが等通常用いられる焼成れんがと比べて気孔に溶融塩が浸透しにくく、絶縁性能をより一層高めることが可能である。
【００３４】
また、本実施形態の電極保護部材１５は、溶融炉１の天井部の下面１Ｃと略同一平面上に配置され、溶融炉１の天井部の下面１Ｃから溶融炉１の内側に突出しないように配置されている。したがって、溶融炉１内部の雰囲気熱により直接加熱される部位が下面１Ｃだけであり、先端部が２〜３面加熱される突出型の電極保護部材と比べて、熱応力が加わりにくく、割れや欠落等が発生しにくい。
【実施例】
【００３５】
（実施例）
表１に示すアルミナ・シリカ・カルシア系釉薬を用いて釉薬層を電極保護部材本体表面に形成し、図１に示す電極保護部材を作成した。そして、温度を変えながら、この電極保護部材表面の電気抵抗値を測定した。ここで、電極保護部材本体は、Ａｌ2Ｏ3（８０％）及びＳｉＯ2（２０％）からなり、１０００℃における膨張率０．６０％のものを用いた。
【００３６】
（比較例）
また、比較のため釉薬層を有していない電極保護部材を用意し、この電極保護部材表面の電気抵抗値を測定した。結果を以下の表２に示す。
【００３７】
【表２】
2005172286.tif 000004
【００３８】
表２に示すように、釉薬層を有する電極保護部材の表面の電気抵抗値は、釉薬層を有していない電極保護部材の表面電気抵抗値と比べて大幅に絶縁性能が向上することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】従来の溶融炉の例を示す断面図である。
【図３】図２のＡ部の拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  溶融炉
１Ａ  耐火材
１Ｂ  鉄皮
３  電極
４  電極貫通孔
１５  電極保護部材
１５Ａ  電極保護部材本体
１５Ｂ  釉薬を塗布して焼成することにより定着させた釉薬層
１６  電極挿通孔
１７  電極保護部材本体の内周面
１８  電極保護部材本体の外周面
１９  電極保護部材本体の下面
【図１】
2005172286.tif 000005
【図２】
2005172286.tif 000006
【図３】
2005172286.tif 000007