(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極およびアノード電極がそれぞれ昇降装置を介して昇降自在に設けられた炉本体と、上記両電極に直流電圧を印加する電源装置と、上記電源装置および昇降装置を制御する運転制御装置とを有するツイントーチ式プラズマ溶融炉であって、
上記カソード電極およびアノード電極に印加する電圧極性を切り替えるための極性切替手段を具備し、
且つ上記運転制御装置に、初期着火運転か再着火運転かを判断する運転状態判断部および上記極性切替手段による電圧極性の切替時期を判断する極性切替時期判断部を具備するとともに、
初期着火運転時である場合、または再着火運転時で被溶融物の温度が低い場合に、上記極性切替時期判断部からの切替指示により、上記極性切替手段にて通常運転時に印加される電圧極性とは反対極性の電圧を印加するように構成したことを特徴とするツイントーチ式プラズマ溶融炉。
【請求項２】
炉本体にカソード電極およびアノード電極が設けられたツイントーチ式プラズマ溶融炉における運転方法であって、
アノード電極を被溶融物上に接触させるとともにカソード電極と被溶融物との間にプラズマアークを発生させるシングルモードにて溶融を開始した後、両電極にてプラズマアークを発生させるツインモードに移行する際に、電極に印加する電圧極性を切り替えることを特徴とするツイントーチ式プラズマ溶融炉の運転方法。
【請求項３】
シングルモードによる初期着火運転時において、出滓口側に配置されるカソード電極に正極の電圧を印加して仮アノード電極として溶融を開始するとともに、ツインモードへの移行時に、上記仮アノード電極が下降した場合またはアノード電圧を検出した場合に、両電極に印加する電圧極性を切り替えることを特徴とする請求項２に記載のツイントーチ式プラズマ溶融炉の運転方法。
【請求項４】
シングルモードによる再着火運転時において、出滓口側に配置されるカソード電極に正極の電圧を印加して仮アノード電極とし且つアノード電極に負極の電圧を印加して仮カソード電極として溶融を開始するとともに、ツインモードへの移行時に、上記仮カソード電極におけるアークが安定した場合に、両電極に印加する電圧極性を切り替えることを特徴とする請求項２に記載のツイントーチ式プラズマ溶融炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ツイントーチ式プラズマ溶融炉およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ツイントーチ式プラズマ溶融炉において、運転を開始する場合、まず電極を被溶融物に接触させておき、通電した後、カソード電極をゆっくり引き上げてプラズマアークを発生させることにより、シングルモードにて溶融を開始し、その後、アノード電極を引き上げて、ツインモードに移行していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シングルモードからツインモードに運転を切り替える際に、アノード電極側でのプラズマアークが不安定になり、運転稼動に際して時間を要するという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、プラズマ溶融の運転開始を安定した状態で行い得るツイントーチ式プラズマ溶融炉およびその運転開始方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のツイントーチ式プラズマ溶融炉は、カソード電極およびアノード電極がそれぞれ昇降装置を介して昇降自在に設けられた炉本体と、上記両電極に直流電圧を印加する電源装置と、上記電源装置および昇降装置を制御する運転制御装置とを有するツイントーチ式プラズマ溶融炉であって、上記カソード電極およびアノード電極に印加する電圧極性を切り替えるための極性切替手段を具備し、且つ上記運転制御装置に、初期着火運転か再着火運転かを判断する着火状態判断部および上記極性切替手段による電圧極性の切替時期を判断する極性切替時期判断部を具備するとともに、初期着火運転時である場合、または再着火運転時で被溶融物の温度が低い場合に、上記極性切替時期判断部からの切替指示により、上記極性切替手段にて通常運転時に印加される電圧極性とは反対極性の電圧を印加するように構成したものである。
【０００６】
また、本発明のツイントーチ式プラズマ溶融炉の運転方法は、炉本体にカソード電極およびアノード電極が設けられたツイントーチ式プラズマ溶融炉における運転方法であって、アノード電極を被溶融物上に接触させるとともにカソード電極と被溶融物との間にプラズマアークを発生させるシングルモードにて溶融を開始した後、両電極にてプラズマアークを発生させるツインモードに移行する際に、電極に印加する電圧極性を切り替える方法であり、
また上記運転方法におけるシングルモードによる初期着火運転時において、出滓口側に配置されるカソード電極に正極の電圧を印加して仮アノード電極として溶融を開始するとともに、ツインモードへの移行時に、上記仮アノード電極が下降した場合またはアノード電圧の上昇を検出した場合に、両電極に印加する電圧極性を切り替える方法であり、
さらに上記運転方法におけるシングルモードによる再着火運転時において、出滓口側に配置されるカソード電極に正極の電圧を印加して仮アノード電極とし且つアノード電極に負極の電圧を印加して仮カソード電極として溶融を開始するとともに、ツインモードへの移行時に、上記仮カソード電極におけるアークが安定した場合に、両電極に印加する電圧極性を切り替える方法である。
【０００７】
上記各プラズマ溶融炉およびその運転方法によると、カソード電極およびアノード電極に印加する電圧極性を切り替えるようにしたので、例えば溶融炉の初期着火運転時または再着火運転時で被溶融物の温度が低い場合に、通常運転時に印加される電圧極性とは反対の電圧を印加することにより、すなわち溶融がそれ程進行しないアノード電極側を、溶融し易いカソード電極として運転を行うことにより、運転開始時にアノード電極側で発生していた溶融不良状態、例えばプラズマアーク暴れ、電極の被溶融物に対する固着状態の発生を防止し得る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるツイントーチ式プラズマ溶融炉およびその運転方法を、図１〜図３に基づき説明する。
【０００９】
まず、図１に基づき、ツイントーチ式プラズマ溶融炉の概略構成について説明する。
このプラズマ溶融炉における溶融室１ａを有する炉本体１の一方には被溶融物、例えば灰を投入するための灰投入口２が設けられるとともに、他方には溶融物である溶融スラグＳを取り出すための出滓口３が設けられている。また、炉本体１の上壁部の出滓口３寄り位置には、例えば黒鉛により形成された棒状のカソード電極４が、また上壁部の灰投入口２寄り位置には、同じく黒鉛により形成された棒状のアノード電極５が、それぞれの昇降装置６，７により昇降自在に設けられ、またこれら両電極４，５間に電力を供給するための直流電源装置８が具備されるとともに、この電源装置８から両電極４，５に供給する電力（電圧、電流）および各電極４，５の昇降動作の制御を行う運転制御装置９が具備されている。
【００１０】
上記各昇降装置６，７については、図面上、簡単にボックスとして描いているが、具体的には、各電極４，５と平行にそれぞれ立設された支柱部材と、これら各支柱部材に例えばモータ駆動によりそれぞれ昇降自在に設けられた昇降体と、これら各昇降体から突設されてそれぞれ対応する電極を把持する把持用アームとから構成されており、昇降体が昇降することにより、把持用アームを介して、各電極４，５が昇降される。
【００１１】
なお、このプラズマ溶融炉においては、各電極における電圧制御は、各電極の昇降量（正確には、溶融スラグの表面からの高さ）を調節することにより行われる。
【００１２】
また、上記運転制御装置９には、図２に示すように、少なくとも、各電極４，５の昇降装置６，７を制御して各電極４，５の高さ位置を調節する電極高さ調節部１１と、各電極４，５に印加する電圧を調節するとともにこの調節された電圧を上記電極高さ調節部１１に出力する電圧調節部１２と、上記電源装置８から各電極４，５に高電圧を供給する電気回路（電気配線）１３の途中に設けられて印加する電圧極性を切り替えるための極性切替スイッチ（極性切替手段）１４と、この極性切替スイッチ１４に切替信号を出力するための極性切替指示部１５とが具備されている。
【００１３】
なお、電源装置８における各電極４，５に対する印加電圧の電圧信号（カソード電圧，アノード電圧）が、電圧調節部１２に入力されているが、この電圧信号を電圧調節部１２に入力する電圧信号入力回路１６の途中にも、上記極性切替指示部１５からの切替指示信号により、その信号線を切り替えるための電圧信号切替スイッチ（電圧信号切替手段）１７が設けられている。なお、図２中、１８，１９は、各電極４，５の昇降量すなわち昇降高さ位置を検出するための高さ位置検出部であり、具体的には、各昇降装置６，７に設けられた昇降体の昇降量を検出するエンコーダなどが用いられる。また、図示しないが、カソード電極におけるアーク状態を電圧を介して検出するカソード電圧判定部が設けられている。
【００１４】
そして、さらに運転制御装置９には、上記両電極４，５を制御してプラズマアークによる灰溶融を自動的に行うための自動運転制御部（例えば、自動運転プログラム）が具備されている。
【００１５】
ところで、本発明の要旨が運転開始を行う箇所にあるため、この自動運転制御部の内、運転開始方法を、図３に示すフローチャートに基づき、運転制御装置の構成と併せて説明する。
【００１６】
この自動運転制御部における運転開始部分には、大きく分けて、運転を最初から立ち上げる初期着火運転（コールドスタートともいう）と、溶融運転中に、何らかの原因により一旦停止した後、運転を再開する再着火運転（ホットスタートともいう）とがある。
【００１７】
まず、ステップ１に示すように、運転開始状態判断部２１にて、運転開始の状態が初期着火運転か再着火運転かが判断される。具体的には、運転開始から現時点までの経過時間が、予め設定された初期着火判定時間を超えているか否かが判断される。この初期着火判定時間は、炉（電極）への電源投入時間であり、初期着火運転か再着火運転かを判断し得る時間であればよく、例えば比較的短い時間に設定されている。
【００１８】
一方、運転開始からの経過時間が初期着火判定時間内である場合、すなわち運転開始時、または運転開始から殆ど時間が経っていないと判断されると、ステップ２に示すように、電極極性判断部２２にて、出滓口３側の電極がカソード電極であるか否かが判断される。
【００１９】
この電極極性判断部２２にて、出滓口３側の電極がカソード電極であると判断された場合には、ステップ３に進み、極性切替指示部１５からの指示により、極性切替スイッチ１４が作動されて極性の切替え（極性の反転）が行われる。すなわち、本来のカソード電極（以下、実カソード電極ともいう）が仮のアノード電極（以下、仮アノード電極ともいう）にされるとともに、本来のアノード電極（以下、実アノード電極ともいう）が仮のカソード電極（以下、仮カソード電極ともいう）にされるとともに、これら仮電極の極性が記憶部に記憶される。なお、現時点での電極の極性は、例えば操作盤（または制御盤）などに表示されており、オペーレータが確認できるようにされている。
【００２０】
そして、ステップ４に進み着火が行われる。すなわち、電源装置８により、直流高電圧が両電極４，５に印加される。
なお、ステップ２で、出滓口３側の電極がカソード電極ではなく、アノード電極（仮アノード電極）であると判断された場合には、そのまま、ステップ４の着火に進む。
【００２１】
着火が行われた後は、ステップ５に示すように、極性切替時期判断部２３にて、仮極性にされた両電極４，５を元の実極性に戻してもよいか否かの切替タイミングの判断が行われる。すなわち、シングルモードからツインモードへの切替時期の判断が行われる。
【００２２】
具体的には、高さ位置検出部１８を介して、仮アノード電極４の下降量が検出され、この下降量に基づき判断される。
このように、切替タイミングすなわち仮アノード電極での被溶融物の溶融状態を、仮アノード電極の昇降量で判断するのは下記の理由による。
【００２３】
すなわち、アノード電極部にて、被溶融物であるメタルが溶融すると、殆どの場合、その表面が下がる（メタルが固体状態で且つ積み重ねられている場合には、メタル間に隙間が生じており、溶融すると隙間に入り込むため、その表面が下がる）とともに、常に、アノード電極がメタルに接触するように、すなわちアノード電圧がゼロとなるようにゼロボルト制御されているため、アノード電極が下がるからである。したがって、このアノード電極の下降が検出されると、アノード電極部での溶融がある程度進んでいることが分かる。
【００２４】
この極性切替時期判断部２３にて、仮アノード電極４の下降が検出されて当該仮アノード電極部でのメタルの溶融が進んだと判断されると、ステップ６に進み、極性切替指示部１５からの指示により極性切替スイッチ１４が作動されて、極性が元の実極性に切り替えられる。そして、この後、通常の運転に入ることになる。なお、ステップ５で、切替タイミングでないと判断された場合には、切替タイミングの条件が検出されるまでその状態が維持される。
【００２５】
一方、運転開始状態判断部２１（ステップ１）にて、運転開始からの経過時間が初期着火判定時間を超えていると判断された場合、すなわち炉の運転が行われていたと考えられて今回の運転が再着火であると判断されると、ステップ７に示すように、再着火判断部２４にて、電力が遮断された時から現時点までの経過時間が再着火判定時間を超えているか否か、すなわち電力遮断時からの経過時間により被溶融物の冷え程度（溶融状態）が判断される。なお、この再着火判定時間についても、初期着火判定時間と同様に、炉本体の大きさ等に基づき経験により決定される。
【００２６】
そして、再着火判定時間を超えており、被溶融物の温度が低下していると判断された場合には、ステップ８に示すように、電極極性判断部２５（ステップ２で説明した電極極性判断部２２と同一の判断部であってもよい）で、ステップ２と同様に、出滓口３側の電極がカソード電極であるか否かが判断される。
【００２７】
この電極極性判断部２５にて、カソード電極４であると判断された場合には、ステップ９に進み、極性切替指示部１５からの指示により極性切替スイッチ４が作動されて、仮アノード電極への極性の切り替えが行われるとともに、この仮極性の状態が記憶部に記憶される。その後、ステップ１０に進み、電源装置８により両仮電極への電圧の印加が、すなわち着火が行われる。
【００２８】
着火が行われると、ステップ１１に示すように、カソード電圧判定部２６に進み、仮カソード電極の電圧が安定しているか否かが判断され、安定していると判断された場合には、上記初期着火運転にて説明したステップ６に進み、両仮電極の極性が切り替えられて元の実極性に戻された後、通常の運転に入る。
【００２９】
ところで、このカソード電圧判定部２６では、電圧の時間変動である電位傾度が算出されて、この電位傾度が所定範囲にあるか否かにより判断されるが、例えばアーク暴れでは、電位傾度がゼロに近づくため、このゼロに近づいた後、所定の電位傾度が検出された場合に、カソード電圧が安定していると判断される。
【００３０】
なお、ステップ１１で、カソード電圧が安定していないと判断された場合には、安定するまでそのままの状態が維持される。
また、ステップ８の電極極性判断部２５にて、出滓口３側の電極がカソード電極（実電極）ではなく、アノード電極（仮電極）であると判断された場合には、ステップ１０の着火に進む。
【００３１】
さらに、ステップ７の再着火判断部２４にて、再着火判定時間を超えていないと判断された場合、すなわち被溶融物が冷えておらず暖かい状態であると判断された場合には、ステップ１２に示すように、電極極性判断部２７（ステップ２で説明した電極極性判断部２２と同一の判断部であってもよい）に進み、出滓口３側の電極がカソード電極（実電極）であるか否かが判断される。
【００３２】
このステップ１２にて、カソード電極であると判断された場合には、ステップ１３に進み、着火（再着火）が行われた後、通常の運転に入る。
なお、カソード電極でないと判断された場合には、ステップ１４にて、電圧極性が切り替えられた後、着火されて通常の運転に入る。
【００３３】
このように、溶融炉の初期着火運転時または再着火運転時で被溶融物の温度が低い場合に、極性切替時期判断部からの切替指示により、極性切替手段を介して通常運転時に印加される電圧極性とは反対極性の電圧を印加するようにしたので、すなわち溶融がそれ程進行しないアノード電極側を、溶融し易いカソード電極として運転を行うようにしたので、従来、アノード電極側で発生していた溶融不良状態、すなわちプラズマアーク暴れ、電極の被溶融物に対する固着状態の発生が防止され、したがってプラズマアークが安定した状態で且つ迅速に溶融運転を立ち上げることができるので、信頼性が高いプラズマ溶融炉を提供することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明のプラズマ溶融炉およびその運転方法によると、カソード電極およびアノード電極に印加する電圧極性を切り替えるようにしたので、例えば溶融炉の初期着火運転時または再着火運転時で被溶融物の温度が低い場合に、通常運転時に印加される電圧極性とは反対の電圧を印加することにより、すなわち溶融がそれ程進行しないアノード電極側を、溶融し易いカソード電極として運転を行うことにより、従来、運転開始時にアノード電極側で発生していた溶融不良状態、例えばプラズマアーク暴れ、電極の被溶融物に対する固着状態の発生が防止され、したがってプラズマアークが安定した状態で且つ迅速に溶融運転を立ち上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るツイントーチ式プラズマ溶融炉の概略全体構成を示す図である。
【図２】同プラズマ溶融炉における運転制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】同プラズマ溶融炉における運転制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１      炉本体
２      灰投入口
３      出滓口
４      カソード電極
５      アノード電極
６，７  昇降装置
８      電源装置
９      運転制御装置
１１      電極高さ調節部
１２      電圧調節部
１４      極性切替スイッチ
１５      極性切替指示部
２１      運転開始状態判断部
２２      電極極性判断部
２３      極性切替時期判断部
２４      再着火判断部
２５      電極極性判断部
２６      カソード状態判断部
２７      電極極性判断部
【図１】
0003894746.tif 000002
【図２】
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【図３】
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