(57)【要約】【課題】溶融スラグ中の電流分布を均一化して溶融効率を高める。【解決手段】炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極４と炉底に配置された円板状の炉底電極５との間に直流電流が通電され、炉内に装入された焼却灰３を溶融して溶融スラグ７を生成する焼却灰溶融炉において、導電性の粉粒体１５を炉内に装入する導電粉装入機構１６を設け、導電性の粉粒体１５を溶融スラグ７の表面のフォーミングスラグ層１３に添加する。焼却灰３と接触する溶融スラグ７の表面に導電性の粉粒体１５を強制的に添加して電流通路１９をつくることにより、溶融スラグ表面から溶融メタル層８にほぼ垂直に直流電流を流し、溶融効率が向上させるとともに金属酸化物の還元反応を促進する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極と炉底に配置された円板状の炉底電極とを備え、前記炉上電極と炉底電極との間に直流電流が通電されることにより、炉内に装入された焼却灰を溶融して溶融スラグを生成する焼却灰溶融炉において、
導電性の粉粒体を炉内に装入する導電粉装入機構を設け、この導電粉装入機構により前記導電性の粉粒体を前記溶融スラグの表面に装入するようにしたことを特徴とする焼却灰溶融炉。
【請求項２】
前記導電性の粉粒体を前記溶融スラグのフォーミングスラグ層上に装入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の焼却灰溶融炉。
【請求項３】
前記導電性の粉粒体としてコークス粉を装入することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の焼却灰溶融炉。
【請求項４】
前記導電性の粉粒体として無機質還元剤を装入することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の焼却灰溶融炉。
【請求項５】
炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極と炉底に配置された円板状の炉底電極とを備え、前記炉上電極と炉底電極との間に直流電流が通電されることにより、炉内に装入された焼却灰を溶融して溶融スラグを生成する焼却灰溶融炉において、
前記炉底電極の表面に凹凸を形成したことを特徴とする焼却灰溶融炉。
【請求項６】
炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極と炉底に配置された円板状の炉底電極とを備え、前記炉上電極と炉底電極との間に直流電流が通電されることにより、炉内に装入された焼却灰を溶融して溶融スラグを生成する焼却灰溶融炉において、
前記炉底電極に軸方向に貫通する多数の穴をあけたことを特徴とする焼却灰溶融炉。
【請求項７】
炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極と炉底に配置された円板状の炉底電極とを備え、前記炉上電極と炉底電極との間に直流電流が通電されることにより、炉内に装入された焼却灰を溶融して溶融スラグを生成する焼却灰溶融炉において、
前記炉上電極を自焼成電極用ペーストを自焼成して形成したことを特徴とする焼却灰溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、都市ごみや産業廃棄物、下水汚泥あるいは汚染土壌等の焼却処分から生じる焼却灰や焼却飛灰を溶融する直流電気抵抗式の焼却灰溶融炉に関し、詳しくは溶融効率を向上させるための手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記した焼却灰などを埋め立て処分に代えて電気溶融炉で還元溶融し、溶融スラグを結晶化して建築資材などに再利用するとともに、メタルを有価物として分離する技術が開発されており、この技術については例えば特許文献１に記載されている。上記溶融炉としては熱効率の高い電気抵抗式が適しており、特に直流抵抗式溶融炉は安定した静かな溶解が得られ、溶融スラグとメタルとの比重分離が進みやすい。
【０００３】
図５は直流抵抗式溶融炉の従来構成を示す縦断面図である。図５において、直立した炉体１に原料装入装置２から装入された焼却灰３は、炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極４と炉底に配置された円板状の炉底電極５との間に直流電源６から通電される直流電流のジュール熱で溶融され、溶融スラグ７を生成する。焼却灰３には還元剤（炭素粉等）が配合されており、還元された焼却灰中の金属酸化物は溶融メタル８となって溶融スラグ７から分離し、溶融炉の下層に沈降する。
【０００４】
溶融スラグ７は上部の取出口９から取り出され、図示しない鋳型に鋳込まれる。溶融メタル８は、炉底部の取出口１０から取り出される。炉体１の上面は炉蓋１１により閉じられ、炉蓋１１の排気口１２から炉内ガスが図示しない排ガス処理装置に排出される。ここで、溶融スラグ７はガス成分の蒸発に伴い泡が立ち、表層部に泡立ち層（フォーミングスラグ層）１３を生じる。溶融スラグ７は焼却灰３により炉内雰囲気から遮断され、金属酸化物は添加された還元剤によりフォーミングスラグ層１３で還元溶融される。
【特許文献１】特開平９−１９６５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５において、炉体１の炉壁耐火物１ａ（なお、１ｂは鉄皮）及び炉上電極４は炭素材からなり、鉄材からなる炉底電極５は炉底の導電性不定形耐火物１４内に埋設されている。図６は、炉上電極４、炉底電極５、溶融スラグ７、溶融メタル８及び導電性不定形耐火物１４の抵抗率（Ωｃｍ）及び導電性不定形耐火物１４の抵抗率を１としたときの各抵抗率の倍率を示したものである。図６の関係から、炉内を流れる電流の分布は図６に矢印で示したようになるが、溶融スラグ中の電流は電気抵抗が小さい炉上電極４と炉底電極５との間の距離が最短となる炉中心部に集中し、図示の通り炉上電極４の先端から溶融メタル層に向かう傘型に流れる。そのため、溶融スラグ中の電流は部分的に偏在し、その結果として焼却灰３の溶融効率が悪かった。
【０００６】
一方、図５において、炉底電極５は溶融スラグ７や溶融メタル８と直接接触することはなく、導電性不定形耐火物１４で機械的に遮断されている。その場合、炉底電極５と導電性不定形耐火物１４との間の導電性を高めるためには、それらをできるだけ電気的に緊密に接触させ、また接触面積を増やすことが肝要である。また、炉上電極４の直径は一般に炉内径の１／１０程度と小径であり、電流はその先端から溶融メタル８に向かって直線的ないしは放物線状に流れるため溶融スラグ内に拡がり難い。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、溶融スラグ中の電流分布を均一化するとともに炉底電極の導電性を高め、溶融効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極と炉底に配置された円板状の炉底電極とを備え、前記炉上電極と炉底電極との間に直流電流が通電されることにより、炉内に装入された焼却灰を溶融して溶融スラグを生成する焼却灰溶融炉において、導電性の粉粒体を炉内に装入する導電粉装入機構を設け、この導電粉装入機構により前記導電性の粉粒体を前記溶融スラグの表面に装入するようにするものである（請求項１）。
【０００９】
請求項１の発明は、焼却灰と接触する溶融スラグの表面に導電性の粉粒体を強制的に添加して電流通路をつくるもので、これにより溶融スラグ表面から溶融メタル層にほぼ垂直に直流電流が流れるようになり、溶融効率が高まるとともに金属酸化物の還元反応も促進される。
【００１０】
請求項１の発明において、前記導電性の粉粒体は前記溶融スラグのフォーミングスラグ層上に装入するようにするのがよい（請求項２）。フォーミングスラグ層は泡立っているため、フォーミングスラグ層上の導電性の粉粒体は横方向に広がりやすく、広範な電流通路が得られやすい。ただし、導電性粉粒体の広がりは、炉上電極と炉壁との間の絶縁性が保てる範囲に制限する。前記導電粉にはコークス粉（請求項３）あるいは無機質還元剤（請求項４）を用いるのがよい。
【００１１】
また、この発明は、炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極と炉底に配置された円板状の炉底電極とを備え、前記炉上電極と炉底電極との間に直流電流が通電されることにより、炉内に装入された焼却灰を溶融して溶融スラグを生成する焼却灰溶融炉において、前記炉底電極の表面に凹凸を形成し（請求項５）、あるいは前記炉底電極に軸方向に貫通する多数の穴をあけるものとする（請求項６）。炉底電極の表面に凹凸を形成したり、炉底電極に多数の穴をあけたりすることにより、接触面積が増えるとともに炉底電極と導電性不定形耐火物との密着が緊密になり導電性が良好になる。
【００１２】
また、この発明は、炉内の上部中心に配置された棒状の炉上電極と炉底に配置された円板状の炉底電極とを備え、前記炉上電極と炉底電極との間に直流電流が通電されることにより、炉内に装入された焼却灰を溶融して溶融スラグを生成する焼却灰溶融炉において、前記炉上電極を自焼成電極用ペーストを自焼成して形成するものとする（請求項７）。炉内には溶融スラグや炉内生成ガスの熱が存在し、また電極自体も電気抵抗熱を発生する。そこで、自焼成電極用ペーストを鋼板製の円筒体に入れ、上記した炉内の熱で自焼成して炉上電極を形成すれば、溶融スラグ表面を広範囲に覆えるような大径の電極を得ることが容易となり、それにより溶融スラグ内の電流を均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、溶融スラグを流れる電流の分布が改善され、また炉底電極周りの導電性が高まる結果、焼却灰の溶融効率が向上し、電力原単位が低下してランニングコストの低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜図４に基づいて、この発明の実施の形態を説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。
【実施例１】
【００１５】
図１は、この発明の実施例１を示す焼却灰溶融炉の縦断面図である。図１において、図５の従来技術と相違するのは、導電性の粉粒体１５を炉内に装入する導電粉装入機構１６が設けられている点である。導電粉装入機構１６は炉蓋１１の上方に開口するホッパ１７と、ホッパ１７から炉蓋１１を貫通してフォーミングスラグ層１３の上面に達する装入筒１８とからなり、この導電粉装入機構１６は複数基、例えば４基が等ピッチで環状に配置されている。導電性の粉粒体１５にはコークス粉あるいは無機質還元剤（例えば圧縮したアルミ缶）が用いられる。
【００１６】
導電性の粉粒体１５は導電粉装入機構１６により、図示溶融炉の運転立ち上げ後、焼却灰３が溶融して溶融スラグ７を生成し、フォーミングスラグ層１３が生じた段階で、その上面に装入される。この粉粒体１５は溶融スラグ７の表面で水平方向に拡散し、図１に示すように平板な電流通路１９を形成する。この電流通路１９は溶融スラグ７と比べ導電性が１桁以上高い。そのため、炉上電極４の先端から流れる電流は電流通路１９に拡がり、図１に矢印で示すように溶融スラグ７内をほぼ垂直に溶融メタル層８に向かって流れる。その結果、溶融スラグ７内の電流分布は均一化され、焼却灰３の溶融効率が向上するとともに、フォーミングスラグ層１３での金属酸化物の還元溶融が促進される。なお、装入された粉粒体１５は強い還元作用を示し、コークス粉の場合は最終的にＣＯとして排ガスとともに排出され、無機質還元剤の場合はスラグ内に酸化物を生成する。
【実施例２】
【００１７】
図２及び図３は、この発明の実施例２を示すもので、各図の（Ａ）は炉底電極の平面図、（Ｂ）は側面図である。まず、図２において、炉底電極５の表面はサンドブラストで荒削りされ、微小な凹凸が形成されている。このように凹凸を形成することにより、表面積が増えるとともに導電性不定形耐火物１４との接触を緊密にして導電性を高めることができ、その結果として溶融スラグ７内の電流分布の均一化を図ることができる。電極表面に凹凸を形成するには、図２（Ｃ）に示す矩形断面、同（Ｄ）に示す波形断面、同（Ｅ）に示す鋸歯状断面等の歯形５ａを格子状に設けてもよい。一方、図３は、炉底電極５に軸方向に貫通する多数の穴５ｂをあけたものである。このような多数の穴５ｂによっても、炉底電極５の表面積を増やし、導電性不定形耐火物１４との接触を緊密にすることができる。
【実施例３】
【００１８】
図４は、この発明の実施例３を示す溶融炉の要部縦断面図である。図４において、炉上電極４は、自焼成電極用ペーストの自焼成で形成されている。すなわち、炉上電極４は当初、図示のような鋼板製の円筒体２０に自焼成電極用ペースト２１が充填されて構成される。次いで、通電により溶融スラグ７が生成されると、自焼成電極用ペースト２１は炉内の溶融スラグ７の熱や炉内生成ガスの熱、電極自体の電気抵抗熱で自焼成され炉上電極４が形成される。円筒体２０の底部（２点鎖線部分）は焼成の初期過程で溶け落ち、電極先端が図示の通り露出する。このような電極形成によれば、円筒体２０を例えば炉内径の１／３程度の大径に構成しておくことにより、スラグ表面を広範囲に覆えるような広い端面の炉上電極４が得られ、溶融メタル層との間に流れる電流の均一化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施例１を示す焼却灰溶融炉の縦断面図である。
【図２】この発明の実施例２を示し、（Ａ）は焼却灰溶融炉の炉底電極の平面図、（Ｂ）〜（Ｅ）はその側面図である。
【図３】この発明の実施例２の異なる態様を示し（Ａ）は焼却灰溶融炉の炉底電極の平面図、（Ｂ）その縦断面図である。
【図４】この発明の実施例３を示す焼却灰溶融炉の要部縦断面図である。
【図５】従来例を示す焼却灰溶融炉の縦断面図である。
【図６】溶融炉構成部材の抵抗率の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
３    焼却灰
４    炉上電極
５    炉底電極
７    溶融スラグ
８    溶融メタル
１３    フォーミングスラグ層
１５    導電性の粉粒体
１６    導電粉装入機構
２０    円筒体
２１    自焼成電極用ペースト
【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】
2005321121.tif 000007
【図６】
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