(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン又はカーボン化合物を含み、表面に酸化防止用の釉薬層を有するセラミック製のルツボを加熱昇温する工程において、ルツボの周囲を流れるパージ空気中のＣＯ2又はＣＯの濃度を測定し、その変化によりルツボの表面に微細なクラックまたは剥離が生じる異常を検知することを特徴とするルツボの異常検知方法。
【請求項２】
ルツボを高周波溶融炉により加熱する請求項１記載のルツボの異常検知方法。
【請求項３】
パージ空気をルツボの高さ以下の場所からサンプリングする請求項１記載のルツボの異常検知方法。」
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属やコンクリート等の不燃物を溶融したり、可燃物を燃焼させたうえその焼却灰をそのまま溶融するために用いられるルツボの、加熱昇温工程における異常を検知する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物処理のために金属や不燃物等を高温で溶融したり、可燃性の廃棄物を燃焼させたうえその焼却灰をそのまま溶融するためには、例えば高周波溶融炉の内部にアルミナや炭化珪素等からなるセラミック製のルツボをセットし、周囲の誘導コイルにより誘導加熱する方法が取られている。ルツボはもちろん使用前に検査され、外観上の欠陥のないものだけが用いられる。しかしルツボを１５００℃以上の高温にまで加熱昇温する工程において、熱膨張に起因する大きな引張応力が胴下部に発生する場合があり、胴下部の外表面に局所的なクラックや剥離を生ずることがある。
【０００３】
このような異常は初期においてはごく軽微なものであるが、これを無視してそのまま加熱昇温を続けると、最悪の場合にはルツボ破損に至る可能性がある。そこで本発明者等は、溶融炉の内部にテレビカメラを配置し、ルツボの外観変化を監視する方法を検討した。しかしこの方法には次のような問題があるため、実用化は困難であることが判明した。
▲１▼ルツボとその外周を囲う耐火物との隙間は数ｃｍ程度と狭いため、この隙間からルツボの全周を監視するためには１０本以上の多数のテレビカメラが必要となる。
▲２▼１５００℃以上の高温環境下で安定に作動する耐熱性のカメラの入手が困難である。
▲３▼ルツボ表面は赤熱状態にあるため、外観イメージの変化をテレビカメラで把握することは困難であり、温度カメラを用いたとしても、初期の微小なクラックや剥離は検出できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来の問題点を解決し、加熱昇温工程においてルツボの外表面に微細なクラックや剥離を生じた場合に、直ちに精度よくこれらを検出することができるルツボの異常検知方法を提供するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、カーボン又はカーボン化合物を含み、表面に酸化防止用の釉薬層を有するセラミック製のルツボを加熱昇温する工程において、ルツボの周囲を流れるパージ空気中のＣＯ2又はＣＯの濃度を測定し、その変化によりルツボの表面に微細なクラックまたは剥離が生じる異常を検知することを特徴とするものである。この場合、パージ空気をルツボの高さ以下の場所からサンプリングすることが好ましい。なお、本発明は、ルツボを高周波溶融炉により加熱する場合に用いるに特に適したものである。
【０００６】
本発明のルツボの異常検知方法は、加熱昇温工程においてセラミック製のルツボの表面に微細なクラックや剥離を生じた場合に、ルツボの内部に含まれるカーボン又はカーボン化合物が空気中の酸素と反応してＣＯ2又はＣＯとなることを利用したものである。高温状態においてこの化学変化は瞬時に進むため、パージ空気中のＣＯ2又はＣＯの濃度を測定することにより、非常に精度よくつぼの異常検知を行なうことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を示す。
図１は、高周波溶融炉の内部にルツボ１をセットした状態を示す断面図である。ルツボ１は高温に耐え得るセラミック製であり、昇降台２の上に載せられ、その外周は数ｃｍの間隔で円筒状の耐火物壁３に囲まれている。耐火物壁３の外周には誘導加熱用のコイル（図示せず）が設置され、溶融対象物が装入されたルツボ１を加熱している。
【０００８】
溶融対象物は前記したようにさまざまであるが、金属廃棄物中で最も多い鉄の融点が約１５００℃であるから加熱温度は１５００℃以上とすることが好ましい。しかしルツボ１の強度と発生熱応力の関係から加熱温度を２０００℃以上とすることは好ましくなく、実用運転では最高温度は１６００℃以下とすることが好ましい。なお誘導加熱炉は、周波数が５０〜２００Ｈｚの低周波誘導炉と周波数が５００〜１０ｋＨｚの高周波誘導炉とに大別されるが、電気効率及び溶融速度の点で５００〜１０００Ｈｚの領域が好ましい。
【０００９】
誘導加熱を行なうためには導電性の発熱体が必要であり、溶融しようとする内容物がセラミックスやコンクリート等の非導電性物質である場合を考慮して、セラミック中に黒煙粉末やタールピッチ等のカーボンを含有させた導電性ルツボが一般的に用いられている。この場合のカーボン含有量は３０〜４０％とすることが好ましい。３０％未満では発熱しにくくなって溶融性能が低下し、４０％を超えると強度が低下するからである。
【００１０】
また溶融しようとする内容物が金属を含む導電性物質に限定される場合には、ルツボ１自体を導電性とする必要はないため、ＳｉＣ等のカーボン化合物を含有する炭化物系セラミックが用いられることが多い。本発明は、これらのカーボンを含むセラミック製のルツボ、及びカーボン化合物を含むセラミック製のルツボの何れにも適用できる。なお、導電性、非導電性のいずれのルツボ１の表面にも、高温下での酸化を防止するための釉薬が塗布されているのが普通である。
【００１１】
図１に示すように、耐火物壁３の下部にはパージ空気供給口４が設けられ、ルツボ１の周囲に図示のような上向きのパージ空気流を形成している。このパージ空気は内容物が加熱されて燃焼した際の燃焼ガスが、昇降台２の方向に流入してくることを防止する役割を持つ。
【００１２】
本発明では、このパージ空気をサンプリングノズル５から吸引し、分析計６によりＣＯ2又はＣＯの濃度を測定する。ルツボ１の表面が健全であれば、ＣＯ2濃度は大気中と同じく約３５０ｐｐｍで安定しており、ＣＯ濃度はほぼ０である。しかし加熱昇温工程においてルツボ１の表面にクラックや剥離を生じると、酸化防止用の釉薬層が破れ、パージ空気中の酸素がルツボ１に含まれるカーボン又はカーボン化合物と瞬時に反応してＣＯ2又はＣＯとなる。このため分析計６によりＣＯ2又はＣＯの濃度を測定することにより、ルツボ１の表面の異常を瞬時に検出することが可能となる。
【００１３】
なお実験により確認したところ、加熱温度が６００℃ではＣＯ濃度がＣＯ2濃度よりもきわめて高く、１０００℃ではＣＯ2濃度の方がきわめて高くなることが確認された。ＣＯ濃度とＣＯ2濃度が逆転する温度は８００℃付近である。このため、全温度領域をカバーするためには分析計６としてＣＯ2濃度計及びＣＯ濃度計を用いることが好ましく、８００℃以上の高温領域のみをカバーするだけでよければＣＯ2濃度計のみを用いればよい。
【００１４】
本発明では、サンプリングノズル５の設置位置よりも下方で発生したルツボ１の表面の異常のみを検出することができる。このため、できるだけ広範囲をカバーするためにはサンプリングノズル５の設置位置を高くすることが好ましい。しかしサンプリングノズル５をルツボ１の口部に接近させると、ルツボ１の内部の被溶融物から発生するＣＯ2の影響を受けて誤動作するため、ルツボ１の全高の７割程度の高さ以下とすることが好ましい。なお、前記したようにルツボ１のクラックや剥離は胴下部で発生する可能性が高いので、ルツボ１の口部付近の表面が検出対象から外れても実害はない。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。
カーボンを含むセラミック製導電性ルツボの表面に釉薬を塗布したものを準備し、その内部に金属、保温材、コンクリートを充填し、高周波誘導炉にセットし加熱昇温した。昇温開始後はルツボのパージ空気中のＣＯ2濃度を連続測定した。
昇温開始約６５分後にルツボの温度が約１６５０℃になったときにパージ空気中のＣＯ2濃度が約５００ｐｐｍから４２００ｐｐｍまで急上昇したため、ルツボの温度を下げ溶融操作を停止した。停止後、ルツボの外観調査を行ったところ表面に微細な亀裂が生じていた。亀裂は表面のみであり溶融物の漏洩等は全く無かった。
【００１６】
ルツボを昇温し、温度が８００℃以上となった以降のルツボの温度とＣＯ2濃度の挙動を図２のグラフに示した。ＣＯ2濃度が約８００℃で上昇しはじめるのはルツボ表面のカーボンの燃焼であり、約１１００℃で徐々に低下するのはルツボ表面に塗布した釉薬の焼成による酸化防止効果である。約６５分後に急激にＣＯ2濃度が上昇したのは亀裂発生により釉薬の塗布していない表面が露呈されその部分のカーボンが急激に燃焼したためである。
このように亀裂発生によるＣＯ2濃度の変化は顕著であり、容易に検出することが可能であった。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のルツボの異常検知方法は、ルツボの周囲を流れるパージ空気中のＣＯ2又はＣＯの濃度を測定してその変化によりルツボの表面の異常を検知するので、サンプリングノズル以下の高さであれば、ルツボ表面のどの部分で発生した異常をも迅速かつ確実に検出することができる。しかも本発明の方法は外観検査ではないため、赤熱状態にあるルツボの表面の異常を正確に把握することができるうえ、ルツボの周囲に多数のセンサを配置する必要もないため、設備コストも安価ですむ利点もある。本発明の方法により異常が検出された場合には直ちに昇温停止等の手段を講ずることができるので、ルツボ破損事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】実施例におけるルツボ温度とＣＯ2濃度との変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ルツボ、２  昇降台、３  耐火物壁、４  パージ空気供給口、５  サンプリングノズル、６  分析計
【図１】
0003922623.tif 000002
【図２】
0003922623.tif 000003