JP2000180072A - Plasma melting furnace body - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma melting furnace body for reducing the amount of consumption of a cathode for performing plasma arc discharge. SOLUTION: A plasma melting furnace body 10 is provided with a furnace lid part 110 with a cathode 50 for performing plasma arc discharge 3a and a furnace bottom part 130 with an anode 60 that opposes the cathode 50 and is also provided with a furnace chamber part 140 for storing a melted object being melted by plasma arc discharge 3a or Joule heat generation. The plasma melting furnace body 10 is provided with the furnace lid part 110 made of a sculptured surface shape for avoiding the reflection of radiation heat from a plasma jet 3c being generated by the plasma arc discharge 3a to the cathode 50.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物焼却炉から
排出する焼却灰又は飛灰等を溶融しスラグ化するプラズ
マ溶融炉に使用するプラズマアーク放電用電極の長寿命
化に関する。The present invention relates to extending the life of a plasma arc discharge electrode used in a plasma melting furnace which melts incinerated ash or fly ash discharged from a waste incinerator and converts it into slag.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の前記プラズマ溶融炉本体の概略構
成を図５に示す。下水汚泥、都市ゴミ又は産業廃棄物等
の廃棄物焼却炉及び事業用火力発電プラント等の燃焼炉
から排出される焼却灰又は飛灰２は、プラズマ溶融炉本
体１に投入して、プラズマアーク放電３a又はジュール
発熱３ｂにより溶融される。溶融物は、溶融スラグ４
ａ、溶融メタル４ｂ、排ガス等からなる。2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a schematic configuration of a conventional plasma melting furnace main body. The incineration ash or fly ash 2 discharged from a waste incinerator such as sewage sludge, municipal garbage or industrial waste, and a combustion furnace such as a commercial thermal power plant is charged into a plasma melting furnace main body 1 and subjected to plasma arc discharge. It is melted by 3a or Joule heat 3b. Molten slag 4
a, molten metal 4b, exhaust gas and the like.

【０００３】従来のプラズマ溶融炉は、前記溶融物を貯
留するために、炉蓋部１１、炉側部１２及び炉底部１３
により円筒形状に形成されたプラズマ溶融炉本体１を有
している。炉蓋部１１には、その頂部を貫通し、陰極５
が上下昇降可能に垂設されている。また、炉底部１３に
は、陰極５に対向した陽極６が配設されている。プラズ
マ溶融炉本体１に囲まれた炉蓋部１４に、前記溶融物が
貯留している。従来のプラズマ溶融炉本体１は、開放型
であり、炉室部１４の雰囲気は大気７と同じである。ま
た、陰極５の代表的な材料として人造黒鉛が用いられて
おり、前記黒鉛の酸化消耗を防ぐために、導電性酸化防
止層が提案されている（特開平７−２６８２５０、特開
平７−１３０４６５、特公平４−６０３１４、特公平２
−２５８７７）。In a conventional plasma melting furnace, a furnace lid 11, a furnace side 12 and a furnace bottom 13 are used to store the melt.
Has a plasma melting furnace main body 1 formed into a cylindrical shape. The furnace lid 11 penetrates the top, and the cathode 5
Is vertically suspended so as to be able to move up and down. Further, an anode 6 facing the cathode 5 is provided on the furnace bottom 13. The molten material is stored in a furnace cover 14 surrounded by the plasma melting furnace main body 1. The conventional plasma melting furnace body 1 is of an open type, and the atmosphere in the furnace chamber 14 is the same as the atmosphere 7. In addition, artificial graphite is used as a typical material of the cathode 5, and a conductive antioxidant layer has been proposed in order to prevent the graphite from being oxidized and consumed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-268250 and 7-130465; Tokiko 4-60314, Tokiko 2
-25877).

【０００４】前記溶融物のうち、溶融メタル４ｂは比重
が重いため、炉底部１３に沈降する。溶融スラグ４ａは
溶融物の上層を形成した後、スラグ出滓口８より外部へ
溢れ出ることにより、炉室部１４に貯留している溶融ス
ラグ４ａの温度及び溶融スラグ表面４ｃの液面は一定に
保たれる。炉室部１４で生成された排ガスは図示してい
ない排ガス処理装置により有害物質の除去を行い、外気
へ放出される。[0004] Among the above-mentioned melts, the molten metal 4b is settled on the furnace bottom 13 because of its high specific gravity. After forming the upper layer of the molten material, the molten slag 4a overflows from the slag discharge port 8, so that the temperature of the molten slag 4a stored in the furnace chamber 14 and the liquid level of the molten slag surface 4c are constant. Is kept. Exhaust gas generated in the furnace chamber 14 is subjected to removal of harmful substances by an exhaust gas treatment device (not shown), and is discharged to the outside air.

【０００５】プラズマ溶融の原理は、陰極５と陽極６の
間に直接電流を通じ、陰極５と溶融スラグ表面４ｃの間
に発生するプラズマアーク放電３ａによる約１０，００
０℃以上の熱源と、溶融スラグ４ａ内のジュール発熱３
ｂにより、焼却灰又は飛灰２を溶融するものである。こ
こで、プラズマアーク放電３ａの加熱は、具体的には、
大気７中の空気がプラズマアーク放電のエネルギーを受
けてプラズマ化する事で生成される約１０，０００℃以
上の高温で、かつ流速約１００ｍ／ｓｅｃ以上の高速の
プラズマジェットを溶融スラグの表面に吹き付けること
により、スラグを加熱するものである。一方、スラグは
常温では非導電性であるが、数１００℃以上になると導
電性となり、通電によりジュール発熱３ｂする。また、
焼却灰又は飛灰２の融点は約１，３００℃、焼却灰又は
飛灰２の含有金属の融点は約１，５００℃であり、溶融
スラグ４ａ及び溶融金属４ｂは前述の融点以上の温度と
なっている。そのため、プラズマ溶融炉本体１は、炉室
部１４の周囲を耐火材で囲み、耐火材の外側に構造材を
設けた構造としているのが一般的である。また、陰極５
の先端と溶融スラグ表面４ｃとの間のアーク長が長く、
入力電流値が高いほど、放電電圧が上昇し、投入電力が
上昇するため、プラズマアーク放電３ａによる加熱量が
増加する。さらに、溶融スラグが厚く、入力電流値が高
いほど、溶融スラグ４ａ内での電位差が上昇し、投入電
力が上昇するため、溶融スラグ４ａ内のジュール発熱３
ｂによる加熱量が増加する。[0005] The principle of plasma melting is that a direct current is passed between the cathode 5 and the anode 6 and about 10,000 by a plasma arc discharge 3a generated between the cathode 5 and the molten slag surface 4c.
0 ° C or higher heat source and Joule heating 3 in molten slag 4a
By b, the incineration ash or fly ash 2 is melted. Here, the heating of the plasma arc discharge 3a is, specifically,
A high-temperature plasma jet of about 10,000 ° C. or more and a high-speed plasma jet of a flow rate of about 100 m / sec or more generated on the surface of the molten slag by the air in the atmosphere 7 being converted into plasma by receiving the energy of the plasma arc discharge is applied to the surface of the molten slag. The slag is heated by spraying. On the other hand, the slag is non-conductive at room temperature, but becomes conductive at a temperature of several hundred degrees Celsius or more, and generates Joule heat 3b when energized. Also,
The melting point of the incinerated ash or fly ash 2 is about 1,300 ° C., the melting point of the metal contained in the incinerated ash or fly ash 2 is about 1,500 ° C., and the molten slag 4a and the molten metal 4b have a temperature higher than the above-mentioned melting point. Has become. Therefore, the plasma melting furnace main body 1 generally has a structure in which the periphery of the furnace chamber portion 14 is surrounded by a refractory material, and a structural material is provided outside the refractory material. In addition, the cathode 5
The arc length between the tip of the slag and the molten slag surface 4c is long,
As the input current value increases, the discharge voltage increases and the applied power increases, so that the amount of heating by the plasma arc discharge 3a increases. Further, as the molten slag is thicker and the input current value is higher, the potential difference in the molten slag 4a increases and the input power increases, so that the Joule heat 3 in the molten slag 4a increases.
The amount of heating by b increases.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図６に示すように、陰
極５は、炉室部１４の大気７中のプラズマアーク放電３
ａによるプラズマジェット３ｃ（約１０，０００℃以
上）からの輻射熱を受けて赤熱状態となり、炉室部１４
のＯ_２と反応して酸化消耗する。陰極５を人造黒鉛製電
極とした場合は、焼却灰又は飛灰２の溶融処理量１トン
当たり、陰極５が約４．５ｋｇ以上消耗する（実測値）
問題があった。As shown in FIG. 6, a cathode 5 is provided with a plasma arc discharge 3 in an atmosphere 7 in a furnace chamber 14.
a from the plasma jet 3c (approximately 10,000 ° C. or higher) to a red heat state, and the furnace chamber 14
Reacts with O ₂ and is oxidized and consumed. When the cathode 5 is an artificial graphite electrode, about 4.5 kg of the cathode 5 is consumed per ton of the incinerated ash or fly ash 2 melted (actual value).
There was a problem.

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、陰極５の消耗量の少ないプラズマ溶融炉
本体の提供を目的とするものである。The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a plasma melting furnace main body in which the consumption of the cathode 5 is small.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、プラズマアーク放電をする
ための陰極を備えた炉蓋部及び該陰極に対向した陽極を
備えた炉底部を有し、プラズマアーク放電又はジュール
発熱により溶融された溶融物を貯留するための炉室部を
有するプラズマ溶融炉本体において、前記プラズマアー
ク放電により生成されるプラズマジェットからの輻射熱
が前記陰極に反射するのを回避するような曲面形状から
なる前記炉蓋部を有することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a furnace cover having a cathode for performing plasma arc discharge and a furnace having an anode opposed to the cathode. In the plasma melting furnace main body having a bottom and having a furnace chamber for storing a melt melted by plasma arc discharge or Joule heat, radiant heat from a plasma jet generated by the plasma arc discharge is applied to the cathode. It is characterized by having the furnace lid having a curved surface shape that avoids reflection.

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の炉
蓋部の全体形状が半球に近い曲面形状であり、該曲面形
状の垂直断面が円、楕円、双曲線若しくは放物線又はそ
れらの組み合わせからなることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, the entire shape of the furnace lid according to the first aspect is a curved surface shape close to a hemisphere, and the vertical cross section of the curved surface shape is a circle, an ellipse, a hyperbola, a parabola, or a combination thereof. It is characterized by becoming.

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明をより効果的に実施するために、前記陰極の支
持部材内部を冷却する構造を有することを特徴とする。A third aspect of the present invention is characterized in that a structure for cooling the inside of the support member of the cathode is provided in order to more effectively implement the first or second aspect of the invention.

【００１１】請求項４の発明は、請求項１乃至３記載の
発明をより効果的に実施するために、陰極の内部にガス
の通路を有することを特徴とする。A fourth aspect of the present invention is characterized in that a gas passage is provided inside the cathode in order to more effectively implement the first to third aspects of the present invention.

【００１２】請求項５の発明は、プラズマアーク放電を
するための陰極を備えた炉蓋部及び該陰極に対向した陽
極を備えた炉底部を有し、プラズマアーク放電又はジュ
ール発熱により溶融された溶融物を貯留するための炉室
部を有するプラズマ溶融炉本体において、前記炉室部の
酸素濃度が１％以下であることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a furnace lid having a cathode for performing a plasma arc discharge and a furnace bottom having an anode opposed to the cathode, wherein the furnace is melted by the plasma arc discharge or Joule heat. In the plasma melting furnace main body having a furnace chamber for storing a melt, the oxygen concentration in the furnace chamber is 1% or less.

【００１３】請求項６の発明は、請求項１乃至４記載の
発明をより効果的に実施するために、前記炉室部の酸素
濃度が１％以下であることを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in order to more effectively implement the first to fourth aspects of the present invention, the oxygen concentration in the furnace chamber is 1% or less.

【００１４】請求項７の発明は、プラズマアーク放電を
するための陰極を備えた炉蓋部及び該陰極に対向した陽
極を備えた炉底部を有し、プラズマアーク放電又はジュ
ール発熱により溶融された溶融物を貯留するための炉室
部を有するプラズマ溶融炉本体において、前記陰極の表
面を耐熱性、耐酸化性、導電性を有する材料でコーティ
ングしたことを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a furnace lid having a cathode for performing a plasma arc discharge and a furnace bottom having an anode opposed to the cathode, wherein the furnace is melted by the plasma arc discharge or Joule heat. In a plasma melting furnace main body having a furnace chamber for storing a melt, the surface of the cathode is coated with a material having heat resistance, oxidation resistance, and conductivity.

【００１５】請求項８の発明は、請求項７記載の発明を
より効果的に実施するために、前記耐熱性、耐酸化性、
導電性を有する材料がＴａ、Ｍｏ、Wであることを特徴
とする。[0015] The invention of claim 8 provides the above heat resistance, oxidation resistance, and so on in order to carry out the invention of claim 7 more effectively.
The conductive material is Ta, Mo, or W.

【００１６】請求項９の発明は、請求項１乃至６記載の
発明をより効果的に実施するために、前記陰極の表面を
耐熱性、耐酸化性、導電性を有する材料でコーティング
したことを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, the surface of the cathode is coated with a material having heat resistance, oxidation resistance and conductivity in order to more effectively implement the inventions of the first to sixth aspects. Features.

【００１７】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１ないし図３に示す実施例に基づいて説明する。ただ
し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形
状、その相対的位置等は特に特定的な記載がない限り
は、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単
なる説明にすぎない。図１は本発明の実施形態の一つを
示す。プラズマ溶融炉本体１０は、プラズマアーク放電
３ａをするための陰極５０を備え垂直断面が半円である
半球状の炉蓋部１１０及び陰極５０に対向した陽極６０
を備え垂直断面が半円である半球状の炉底部１３０によ
り、プラズマアーク放電３ａ又はジュール発熱３ｂによ
り溶融された溶融物を貯留するための全体として球形状
を形成している閉ざされた炉室部１４０から構成されて
いる。陰極５０の代表的な材料は、人造黒鉛である。図
２に示すように、プラズマアーク放電３ａによるプラズ
マジェット３ｃからの輻射熱が、陰極５０に反射するの
を回避するような曲面形状に炉蓋部１１０が形成されて
いる。そのため、陰極５０の側面を加熱し、赤熱させ急
速に酸化消耗することを防止できる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the embodiments shown in FIGS. However, the dimensions, shapes, relative positions, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative, unless otherwise specified. . FIG. 1 shows one embodiment of the present invention. The plasma melting furnace main body 10 includes a hemispherical furnace lid 110 having a cathode 50 for performing the plasma arc discharge 3a and having a semicircular vertical section, and an anode 60 facing the cathode 50.
A closed furnace chamber forming a generally spherical shape for storing the melt melted by the plasma arc discharge 3a or the Joule heat 3b by the hemispherical furnace bottom 130 having a semicircular vertical section and having It comprises a unit 140. A typical material of the cathode 50 is artificial graphite. As shown in FIG. 2, the furnace lid 110 is formed in a curved shape so as to prevent radiant heat from the plasma jet 3 c due to the plasma arc discharge 3 a from being reflected on the cathode 50. For this reason, it is possible to prevent the side surface of the cathode 50 from being heated and red-heated, and from being rapidly oxidized and consumed.

【００１８】炉蓋部１１０の形状は、図３に示すよう
に、垂直断面が円に限らず、垂直断面が楕円、双曲線、
放物線など又はそれらの組み合わせからなり、プラズマ
アーク放電３ａによるプラズマジェット３ｃからの輻射
熱が前記陰極５０に反射しないように形成されている半
球に近い曲面形状であってもよい。炉蓋部１１０以外の
炉底部１３０等は、任意の形状でよい。例えば、炉底部
１３０は、スラグ出滓口８０の近傍を除いて炉蓋部１１
０を形成する曲面形状の水平断面と同一の水平断面を有
し、炉底部１３０の形状が水平断面で炉蓋部１１０と面
対称であるような曲面形状から構成することができる。
また、図４に示すように、炉蓋部１１０は半球又は前記
の半球に近い曲面形状で、炉底部１３０は平面形状、炉
側部１２０が円筒形状で構成されていてもよい。炉蓋部
１１０の形状が、プラズマアーク放電３ａによるプラズ
マジェット３ｃからの輻射熱を炉蓋部１１０に具備され
ている陰極５０に反射しないように形成されているた
め、炉蓋部１１０により反射されたプラズマジェット３
ｃの輻射熱が陰極５０の側面を加熱し、赤熱させ急速に
酸化消耗することを防止できる。さらに、炉蓋部１１０
により反射されたプラズマジェット３ｃの輻射熱は、ス
ラグ出滓口８０へ向かう溶融スラグ表面４ｃを加熱し、
溶融スラグ４ａを凝固させないようにして、流れをスム
ーズにできる。As shown in FIG. 3, the shape of the furnace cover 110 is not limited to a circular vertical cross section, but may be elliptical, hyperbolic,
It may be formed of a parabola or the like or a combination thereof, and may have a curved shape close to a hemisphere formed so that radiant heat from the plasma jet 3c by the plasma arc discharge 3a is not reflected on the cathode 50. The furnace bottom 130 and the like other than the furnace lid 110 may have any shape. For example, the furnace bottom 130 is provided with the furnace lid 11 except for the vicinity of the slag outlet 80.
The furnace bottom 130 may have a horizontal cross-section that is the same as the horizontal cross-section of the curved surface forming 0, and the furnace bottom 130 may have a horizontal cross-section that is plane-symmetric with the furnace lid 110.
As shown in FIG. 4, the furnace lid 110 may have a hemisphere or a curved shape close to the above-mentioned hemisphere, the furnace bottom 130 may have a planar shape, and the furnace side 120 may have a cylindrical shape. Since the shape of the furnace lid 110 is formed so as not to reflect the radiant heat from the plasma jet 3c by the plasma arc discharge 3a to the cathode 50 provided in the furnace lid 110, the shape was reflected by the furnace lid 110. Plasma jet 3
The radiant heat of (c) heats the side surface of the cathode 50 and causes the cathode 50 to become red-hot, thereby preventing rapid oxidation and consumption. Further, the furnace cover 110
The radiant heat of the plasma jet 3c reflected by the slag heats the molten slag surface 4c toward the slag outlet 80,
The flow can be made smooth by not solidifying the molten slag 4a.

【００１９】炉蓋部１１０に垂設されている陰極５０
は、冷却構造５２を有する支持部材５１及び冷却構造５
４を有する支持部材５３により支持されている。冷却材
は、冷却材供給設備により支持部材５１、５３の内部の
冷却構造５２、５４に供給し、回収される。支持部材５
１、５３の冷却構造５２、５３は、支持部材５１、５３
の内部に冷却流路を形成する以外に、支持部材５１、５
３の外部に冷却配管を固着する構造が考えられる。Cathode 50 suspended from furnace lid 110
The supporting member 51 having the cooling structure 52 and the cooling structure 5
4 is supported by a support member 53 having the same. The coolant is supplied to the cooling structures 52 and 54 inside the support members 51 and 53 by the coolant supply equipment, and is collected. Support member 5
The cooling structures 52 and 53 of the support members 51 and 53
In addition to forming a cooling channel inside the support members 51 and 5,
A structure in which a cooling pipe is fixed to the outside of 3 is conceivable.

【００２０】支持部材５１は、陰極５０が炉蓋部１１０
を貫通する頂部において、陰極５０の先端と溶融スラグ
表面４ｃとの間のアーク長を移動調整するための摺動機
構を有している。また、漏電防止のために、支持部材５
１は炉蓋部１１０に絶縁スリーブを介して結合され、か
つ冷却構造５２と冷却材供給設備は絶縁ホースを介して
接続されている。冷却材は支持部材５１と冷却材供給設
備の間の電気絶縁性を確保するために、純水を用いてい
るが、他の絶縁性冷却材であっても良い。支持部材５１
と陰極５０の結合構造は、金属接触又は高温用グランド
パッキンを介した構造としている。そのため、支持部材
５１を冷却構造５２により冷却する事により、前記結合
構造を介して、陰極５０を冷却することができ、陰極５
０の赤熱による急速な酸化消耗を防止することができ
る。The supporting member 51 is configured such that the cathode 50 is
Has a sliding mechanism for moving and adjusting the arc length between the tip of the cathode 50 and the molten slag surface 4c at the top portion passing through. Further, in order to prevent a short circuit,
1 is connected to the furnace lid 110 via an insulating sleeve, and the cooling structure 52 and the coolant supply equipment are connected via an insulating hose. As the coolant, pure water is used in order to secure electric insulation between the support member 51 and the coolant supply equipment, but other insulating coolants may be used. Support member 51
The connection structure between the cathode and the cathode 50 is a structure via a metal contact or a high-temperature gland packing. Therefore, by cooling the supporting member 51 by the cooling structure 52, the cathode 50 can be cooled through the coupling structure, and the cathode 5 can be cooled.
It is possible to prevent rapid oxidation consumption due to red heat of 0.

【００２１】陰極５０にアークプラズマ発生用の電力を
通電するために、支持部材５３と陰極５０との結合構造
は、金属接触構造としている。陰極５０と支持部材５３
の間の電気接触抵抗を低減するために、支持部材５３が
陰極５０を把持する力を強化し、かつ支持部材５３の表
面粗さを陰極５０の表面性状に合わせて調整してある。
支持部材５３は、陰極５０の先端と溶融スラグ表面４ｃ
との間のアーク長を移動調整するための昇降装置にも結
合されている。支持部材５３と冷却材供給設備の間の電
気絶縁性を確保するために、支持部材５３の冷却構造５
４と冷却材供給設備は絶縁ホースを介して接続され、か
つ冷却材は純水を用いている。該純水は、他の絶縁性冷
却材であっても良い。支持部材５３を冷却構造５４によ
り冷却する事により、支持部材５３と陰極５０の前記結
合構造を介して陰極５０を冷却することができ、陰極５
０の赤熱による急速な酸化消耗を防止することができ
る。In order to supply electric power for generating arc plasma to the cathode 50, the connecting structure between the support member 53 and the cathode 50 is a metal contact structure. Cathode 50 and support member 53
In order to reduce the electrical contact resistance during the above, the force with which the support member 53 grips the cathode 50 is enhanced, and the surface roughness of the support member 53 is adjusted according to the surface properties of the cathode 50.
The supporting member 53 is provided between the tip of the cathode 50 and the molten slag surface 4c.
And an elevator for moving and adjusting the arc length between them. In order to ensure electrical insulation between the support member 53 and the coolant supply equipment, the cooling structure 5
4 and the coolant supply equipment are connected via an insulating hose, and the coolant uses pure water. The pure water may be another insulating coolant. By cooling the supporting member 53 by the cooling structure 54, the cathode 50 can be cooled through the above-described coupling structure of the supporting member 53 and the cathode 50, and the cathode 5 can be cooled.
It is possible to prevent rapid oxidation consumption due to red heat of 0.

【００２２】また、陰極５０の内部に設けた貫通穴５５
に、所定量のプラズマ生成用ガスを連続的に制御して注
入している。前記プラズマ生成用ガスは、貫通穴５５を
通過する時点では室温であるため、陰極５０を冷却する
ことができ、陰極５０の赤熱による急速な酸化消耗を防
止することができる。Also, a through hole 55 provided inside the cathode 50 is provided.
, A predetermined amount of plasma generating gas is continuously controlled and injected. Since the plasma generating gas is at room temperature when passing through the through-hole 55, the cathode 50 can be cooled, and rapid oxidation consumption due to red heat of the cathode 50 can be prevented.

【００２３】陰極５０から吹き出したプラズマ生成用ガ
スは、陰極５０と陽極６０の間でプラズマアーク放電３
ａにより生成された１０，０００℃以上の高温状態のプ
ラズマジェット３ｃとなり、体積膨張により１００ｍ／
ｓｅｃ以上の流速で溶融スラグ表面４ｃに吹き付けられ
る。陰極５０は、プラズマジェット３ｃから直接輻射熱
を受けて消耗するが、前記プラズマ生成用ガスの流量及
び入力電力を制御することにより、プラズマジェット３
ｃの温度が必要以上に上昇しないようにすることができ
る。ここで、プラズマアーク放電３ａの直流電流による
電子の流れは陰極５０より溶融スラグ表面４ｃに向か
い、陰極５０が前記電子による物理的な照射（スパッタ
リング）を受けて急速に消耗することはない。さらに、
プラズマジェット３ｃを構成する高温のプラズマ生成用
ガスも陰極より溶融スラグ表面に向かい、陰極側がプラ
ズマジェット３ｃの物理的な照射（スパッタリング）を
受けて急速に消耗することはない。The gas for plasma generation blown out from the cathode 50 is a plasma arc discharge 3 between the cathode 50 and the anode 60.
a is a plasma jet 3c in a high temperature state of 10,000 ° C. or more generated by a
It is sprayed on the molten slag surface 4c at a flow rate of at least sec. Although the cathode 50 is consumed by directly receiving radiant heat from the plasma jet 3c, the cathode 50 is consumed by controlling the flow rate and input power of the plasma generating gas.
The temperature of c can be prevented from rising more than necessary. Here, the flow of electrons due to the DC current of the plasma arc discharge 3a goes from the cathode 50 to the molten slag surface 4c, and the cathode 50 is not rapidly consumed by the physical irradiation (sputtering) by the electrons. further,
The high-temperature plasma generating gas constituting the plasma jet 3c also moves toward the surface of the molten slag from the cathode, and the cathode side is not rapidly consumed by the physical irradiation (sputtering) of the plasma jet 3c.

【００２４】炉室部１４０は、炉蓋部１１０、炉底部１
３０などにより形成されているプラズマ溶融炉本体１０
により、周囲を囲まれ密封されている。大気成分より酸
素ガスを窒素製造装置（ＰＳＡ）により除去して得られ
る窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスを炉室部１４０内
部に注入し、かつ炉室部１４０内部の圧力を約―２０〜
約―４９０Ｐａ（約−２〜約―５０ｍｍＨ_２Ｏ）として
大気に対して負圧としている。そのため、炉室部１４０
内部では、窒素ガスとアルゴンガスの成分比が約９９：
１となり、酸素濃度は常に１％以下とすることができ、
陰極５０の酸化消耗を防止できる。The furnace chamber 140 includes a furnace cover 110, a furnace bottom 1
30 and the like, a plasma melting furnace body 10
Is surrounded and hermetically sealed. A mixed gas of nitrogen gas and argon gas obtained by removing oxygen gas from atmospheric components by a nitrogen producing apparatus (PSA) is injected into the furnace chamber 140, and the pressure inside the furnace chamber 140 is reduced to about -20 to
The pressure is about −490 Pa (about −2 to about −50 mmH ₂ O), which is a negative pressure with respect to the atmosphere. Therefore, the furnace chamber 140
Inside, the composition ratio of nitrogen gas and argon gas is about 99:
1, the oxygen concentration can always be 1% or less,
Oxidation consumption of the cathode 50 can be prevented.

【００２５】さらに、陰極５０の代表的な材料である人
造黒鉛の表面にＴａをコーティングすることにより、Ｔ
ａの耐熱性、耐酸化性、導電性により、陰極５０の酸化
消耗を低減できる。Further, by coating the surface of artificial graphite which is a typical material of the cathode 50 with Ta,
Due to the heat resistance, oxidation resistance, and conductivity of “a”, the oxidative consumption of the cathode 50 can be reduced.

【００２６】次に、プラズマ溶融炉本体1０への物質の
流れを以下に示す。プラズマ溶融炉本体１０を構成して
いる炉蓋部１１０又は炉側部１２０に設けた投入口よ
り、炉室部１４０の溶融スラグ４ａ中に所定量の焼却灰
又は飛灰２が連続的に制御されて投入される。焼却灰又
は飛灰２の投入により溶融スラグ表面４ｃが上昇し、高
温の溶融スラグ４ａがスラグ出滓口８０から連続的にプ
ラズマ溶融炉本体１０の外へ溢れ出て、かつ炉室部１４
０内部に発生した高温の排ガスもスラグ出滓口８０から
排出されることにより、溶融スラグ４ａの温度及び表面
は一定に保たれ、定常運転が可能となる。Next, the flow of the substance into the plasma melting furnace main body 10 will be described below. A predetermined amount of incinerated ash or fly ash 2 is continuously controlled in the molten slag 4a of the furnace chamber 140 from an inlet provided in the furnace lid 110 or the furnace side portion 120 constituting the plasma melting furnace main body 10. It is thrown in. The molten slag surface 4c rises due to the introduction of the incineration ash or fly ash 2, and the high-temperature molten slag 4a continuously overflows from the slag discharge port 80 to the outside of the plasma melting furnace main body 10, and the furnace chamber 14
The high-temperature exhaust gas generated inside 0 is also discharged from the slag slag port 80, whereby the temperature and surface of the molten slag 4a are kept constant, and a steady operation becomes possible.

【００２７】図１に示す本発明の実施例では、人造黒鉛
製の陰極５０の消耗量は、焼却灰又は飛灰２の溶融処理
量１トン当たり、約０．７ｋｇ以下であり、前述の従来
例によるものの１／６以下（実測値）であった。In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the amount of consumption of the artificial graphite cathode 50 is about 0.7 kg or less per ton of the incinerated ash or fly ash 2 to be melted. The value was 1/6 or less (actually measured value) of the example.

【００２８】[0028]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1又は請求
項２記載の発明によれば、プラズマ溶融炉本体を構成す
る炉蓋部の形状が、プラズマアーク放電によるプラズマ
ジェットからの輻射熱を該炉蓋部に具備されている陰極
に反射しないように形成されているため、該炉蓋部によ
り反射されたプラズマジェットの輻射熱が該陰極の側面
を加熱し、赤熱させ急速に酸化消耗することを防止でき
る。さらに、前記炉蓋部により反射されたプラズマジェ
ットの輻射熱は、スラグ出滓口へ向かう溶融スラグ表面
を加熱し、該溶融スラグを凝固させないようにして、流
れをスムーズにすることができる。As described in detail above, according to the first or second aspect of the present invention, the shape of the furnace lid constituting the plasma melting furnace main body is such that the radiant heat from the plasma jet by the plasma arc discharge is reduced. Since it is formed so as not to be reflected by the cathode provided in the furnace lid, the radiant heat of the plasma jet reflected by the furnace lid heats the side of the cathode, causing the cathode to glow red and rapidly oxidize and consume. Can be prevented. Furthermore, the radiant heat of the plasma jet reflected by the furnace lid heats the surface of the molten slag toward the slag discharge port, so that the molten slag is not solidified and the flow can be smooth.

【００２９】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１又は２記載の発明の効果に加えて、前記陰極の支持
部材を冷却する事により、前記陰極と支持部材の結合構
造を介して該陰極を冷却することができ、該陰極の赤熱
による急速な酸化消耗を防止することができる。According to the third aspect of the present invention, in addition to the effects of the first or second aspect of the present invention, by cooling the support member of the cathode, the structure of the cathode and the support member can be reduced. Thus, the cathode can be cooled, and rapid oxidation consumption due to red heat of the cathode can be prevented.

【００３０】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１乃至３記載のいずれかの発明の効果に加えて、前記
陰極内部に設けられた貫通穴に室温のガスを流すため、
該陰極を冷却することができ、該陰極の赤熱による急速
な酸化消耗を防止することができる。According to the fourth aspect of the invention, in addition to the effects of any one of the first to third aspects, a room temperature gas is supplied to the through hole provided inside the cathode.
The cathode can be cooled, and rapid oxidative consumption due to red heat of the cathode can be prevented.

【００３１】また、請求項５又は６記載の発明によれ
ば、請求項１乃至４記載のいずれかの発明の効果に加え
て、前記炉室部内部の酸素濃度は常に１％以下とするこ
とができ、前記陰極の酸化消耗を防止できる。According to the fifth or sixth aspect of the present invention, in addition to the effects of any one of the first to fourth aspects, the oxygen concentration in the furnace chamber is always 1% or less. Oxidization of the cathode can be prevented.

【００３２】また、請求項７乃至９記載の発明によれ
ば、請求項１乃至６記載のいずれかの発明の効果に加え
て、前記陰極の表面を耐熱性、耐酸化性、導電性を有す
る材料でコーティングしたことにより、前記陰極の酸化
消耗を低減できる。According to the invention of claims 7 to 9, in addition to the effect of any of the inventions of claims 1 to 6, the surface of the cathode has heat resistance, oxidation resistance and conductivity. By coating with a material, the oxidative consumption of the cathode can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施形態を示すプラズマ溶融炉
本体の垂直断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of a plasma melting furnace main body showing a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の効果の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an effect of the present invention.

【図３】本発明の第２の実施形態を示すプラズマ溶融炉
本体の垂直断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view of a plasma melting furnace main body showing a second embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第３の実施形態を示すプラズマ溶融炉
本体の垂直断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view of a plasma melting furnace main body showing a third embodiment of the present invention.

【図５】従来のプラズマ溶融炉本体の垂直断面図であ
る。FIG. 5 is a vertical sectional view of a conventional plasma melting furnace main body.

【図６】従来のプラズマ溶融炉本体の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of a conventional plasma melting furnace main body.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ プラズマ溶融炉本体 ５０ 陰極 ５１ 支持部材 ５３ 支持部材 ５５ 貫通穴 ６０ 陽極 １１０ 炉蓋部 １２０ 炉側部 １３０ 炉底部 １４０ 炉室部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma melting furnace main body 50 Cathode 51 Support member 53 Support member 55 Through-hole 60 Anode 110 Furnace lid part 120 Furnace side part 130 Furnace bottom part 140 Furnace chamber part

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】プラズマアーク放電をするための陰極を備
えた炉蓋部及び該陰極に対向した陽極を備えた炉底部を
有し、プラズマアーク放電又はジュール発熱により溶融
された溶融物を貯留するための炉室部を有するプラズマ
溶融炉本体において、 前記プラズマアーク放電により生成されるプラズマジェ
ットからの輻射熱が前記陰極に反射するのを回避するよ
うな曲面形状からなる前記炉蓋部を有することを特徴と
するプラズマ溶融炉本体。A furnace lid having a cathode for plasma arc discharge and a furnace bottom having an anode opposed to the cathode for storing a molten material melted by plasma arc discharge or Joule heat. In the plasma melting furnace main body having a furnace chamber portion for having a furnace lid portion having a curved surface shape to avoid radiant heat from a plasma jet generated by the plasma arc discharge is reflected on the cathode. Characteristic plasma melting furnace body. 【請求項２】前記炉蓋部の全体形状が半球に近い曲面形
状であり、該曲面形状の垂直断面が円、楕円、双曲線若
しくは放物線又はそれらの組み合わせからなることを特
徴とする請求項１記載のプラズマ溶融炉本体。2. The method according to claim 1, wherein the whole shape of the furnace lid is a curved surface shape close to a hemisphere, and a vertical section of the curved surface shape is a circle, an ellipse, a hyperbola, a parabola, or a combination thereof. Plasma melting furnace body. 【請求項３】前記陰極の支持部材内部を冷却する構造を
有することを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ
溶融炉本体。3. The plasma melting furnace body according to claim 1, further comprising a structure for cooling the inside of the support member of the cathode. 【請求項４】前記陰極の内部にガスの通路を有すること
を特徴とする請求項１乃至３のプラズマ溶融炉本体。4. The plasma melting furnace body according to claim 1, further comprising a gas passage inside said cathode. 【請求項５】プラズマアーク放電をするための陰極を備
えた炉蓋部及び該陰極に対向した陽極を備えた炉底部を
有し、プラズマアーク放電又はジュール発熱により溶融
された溶融物を貯留するための炉室部を有するプラズマ
溶融炉本体において、 前記炉室部の酸素濃度が１％以下であることを特徴とす
るプラズマ溶融炉本体。5. A furnace lid having a cathode for performing plasma arc discharge, and a furnace bottom having an anode opposed to the cathode, for storing a molten material melted by plasma arc discharge or Joule heat. A plasma melting furnace main body having a furnace chamber portion for use, wherein the oxygen concentration in the furnace chamber portion is 1% or less. 【請求項６】前記炉室部の酸素濃度が１％以下であるこ
とを特徴とする請求項１乃至４記載のプラズマ溶融炉本
体。6. The plasma melting furnace body according to claim 1, wherein the oxygen concentration in the furnace chamber is 1% or less. 【請求項７】プラズマアーク放電をするための陰極を備
えた炉蓋部及び該陰極に対向した陽極を備えた炉底部を
有し、プラズマアーク放電又はジュール発熱により溶融
された溶融物を貯留するための炉室部を有するプラズマ
溶融炉本体において、 前記陰極の表面を耐熱性、耐酸化性、導電性を有する材
料でコーティングしたことを特徴とするプラズマ溶融炉
本体。7. A furnace lid having a cathode for performing a plasma arc discharge and a furnace bottom having an anode opposed to the cathode for storing a melted material by plasma arc discharge or Joule heat. A plasma melting furnace main body having a furnace chamber portion for coating, wherein the surface of the cathode is coated with a material having heat resistance, oxidation resistance, and conductivity. 【請求項８】前記陰極の表面を耐熱性、耐酸化性、導電
性を有する材料でコーティングしたことを特徴とする請
求項１乃至６記載のプラズマ溶融炉本体。8. The plasma melting furnace body according to claim 1, wherein the surface of the cathode is coated with a material having heat resistance, oxidation resistance, and conductivity. 【請求項９】前記耐熱性、耐酸化性、導電性を有する材
料がＴａ、Ｍｏ、Wであることを特徴とする請求項７及
び８記載のプラズマ溶融炉本体。9. The plasma melting furnace body according to claim 7, wherein the material having heat resistance, oxidation resistance, and conductivity is Ta, Mo, or W.