JP2007071509A - 電気溶融炉の炉底電極構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電気溶融炉に投入する電力が大きくなっても、溶湯プールを深くすることなく、溶湯プール全域を均一な温度に維持できるようにする。
【解決手段】 天井壁1Aを貫通する主電極2と底壁1Cに設けた炉底電極4との間に直流電源により電圧を印加してアーク14を発生させ、当該アーク14により炉内の被溶融物を溶融処理する電気溶融炉に於いて、底壁1Cの主電極2直下に位置する部分に非導電性耐火物10を配設すると共に、底壁1Cの非導電性耐火物10周囲に導電性耐火物11aを配設して非導電性耐火物10の周囲全域を炉底電極4となし、主電極2から非導電性耐火物10周囲の炉底電極4へ向ってアーク14を発生させる。
【選択図】 図1
【解決手段】 天井壁1Aを貫通する主電極2と底壁1Cに設けた炉底電極4との間に直流電源により電圧を印加してアーク14を発生させ、当該アーク14により炉内の被溶融物を溶融処理する電気溶融炉に於いて、底壁1Cの主電極2直下に位置する部分に非導電性耐火物10を配設すると共に、底壁1Cの非導電性耐火物10周囲に導電性耐火物11aを配設して非導電性耐火物10の周囲全域を炉底電極4となし、主電極2から非導電性耐火物10周囲の炉底電極4へ向ってアーク14を発生させる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、都市ごみや産業廃棄物等のごみ焼却炉から排出された焼却残渣や飛灰等の被
溶融物を溶融処理する電気溶融炉に係り、特に、天井壁に設けた主電極と底壁(炉底)に設けた炉底電極との間に直流電源により電圧を印加してアークを発生させ、当該アークにより被溶融物を溶融処理するようにした電気溶融炉の炉底電極構造に関するものである。
溶融物を溶融処理する電気溶融炉に係り、特に、天井壁に設けた主電極と底壁(炉底)に設けた炉底電極との間に直流電源により電圧を印加してアークを発生させ、当該アークにより被溶融物を溶融処理するようにした電気溶融炉の炉底電極構造に関するものである。
近年、都市ごみ等の焼却炉から排出された焼却残渣や飛灰等の被溶融物の減容化及び無害化を図るため、被溶融物の溶融固化処理法が注目され、現実に実用に供されている。何故なら、被溶融物は溶融固化することにより、その容積を1/2〜1/3に減らすことができると共に、重金属等の有害物質の溶出防止や溶融スラグの再利用、最終埋立て処分場の延命等が可能になるからである。
而して、前記被溶融物の溶融処理には、電気エネルギーによって被溶融物を溶融処理する電気溶融炉が利用されている。
従来、この種の電気溶融炉としては、炉の天井壁に設けた主電極と炉の底壁(炉底)に設けた炉底電極との間に直流電源により電圧を印加してアークを発生させ、当該アークにより炉内に投入された被溶融物を溶融処理するようにした電気溶融炉(直流アーク炉)が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
従来、この種の電気溶融炉としては、炉の天井壁に設けた主電極と炉の底壁(炉底)に設けた炉底電極との間に直流電源により電圧を印加してアークを発生させ、当該アークにより炉内に投入された被溶融物を溶融処理するようにした電気溶融炉(直流アーク炉)が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
前記電気溶融炉は、図3及び図4に示す如く、耐火物等により形成された天井壁20A、周壁20B及び底壁20C(炉底)から成る溶融炉本体20と、天井壁20Aに貫通状に配設した主電極21と、天井壁20Aに貫通状に配設したスタート電極22と、底壁20C全域に配設した導電性耐火物製の炉底電極23(又は底壁20の主電極直下位置に配設した金属ピン製や金属丸棒製の炉底電極)等から成り、直流電源を利用して主電極21から炉底電極23へ向けてアーク24を発生させ、当該アーク24の発生熱により炉内に投入された焼却残渣や飛灰等の被溶融物を溶融処理するように構成されている。
即ち、この電気溶融炉によれば、周壁20Bに形成した被溶融物供給口25から被溶融物供給装置26(スクリューフィーダー)により炉内へ供給された被溶融物は、主電極21から炉底電極23へ向って発生するアーク24の発生熱により溶融点を越える温度にまで加熱されて高温液体状の溶融物となり、底壁20C上方に溶湯プール27を形成する。この溶湯プール27は、被溶融物中に鉄を始めとする金属類やシリカを始めとするスラグ成分が多く含まれているため、比重差によって上方に位置する溶融スラグ層27aと溶融スラグ層27aの下方に位置する溶融メタル層27bとから成る。
前記溶融スラグは、周壁20Bに形成した溶融スラグ出滓口28から順次オーバーフローし、スラグ出湯樋29を流下して冷却水を貯留した水冷槽内へ落下排出され、ここで水冷されて水砕スラグとなる。
又、溶融メタルは、電気溶融炉の運転時間の経過と共に順次底壁20Cに残留・堆積し、溶融メタル層27bの液面が上昇してその厚さが増加することになる。この溶融メタル層27bの液面が上昇すると、溶融スラグに溶融メタルが混合して排出され、スラグの品質が低下する等の問題が発生するため、周壁下部に設けたタップホール(メタル抜き出し口)を間欠的に開孔し、ここから溶融メタルを抜き出して溶融メタル層27bの厚さが所定の厚さを超えないようにしている。
更に、炉内で発生した排ガスは、天井壁20Aに形成した排ガス排出口30から排出され、排ガス処理装置等を経て大気中へ放出されている。
又、溶融メタルは、電気溶融炉の運転時間の経過と共に順次底壁20Cに残留・堆積し、溶融メタル層27bの液面が上昇してその厚さが増加することになる。この溶融メタル層27bの液面が上昇すると、溶融スラグに溶融メタルが混合して排出され、スラグの品質が低下する等の問題が発生するため、周壁下部に設けたタップホール(メタル抜き出し口)を間欠的に開孔し、ここから溶融メタルを抜き出して溶融メタル層27bの厚さが所定の厚さを超えないようにしている。
更に、炉内で発生した排ガスは、天井壁20Aに形成した排ガス排出口30から排出され、排ガス処理装置等を経て大気中へ放出されている。
ところで、上述した電気溶融炉に於いては、電流の大部分が電気抵抗の小さい電極21,23間の最短部分を流れる傾向にあり、主に主電極21から炉底電極23までの距離が短い部位に向けてアーク24が発生する。そのため、底壁20Cの上方に形成される溶湯プール27は、主電極21の直下が高温となり、主電極21より離れた部位が低温となる。
このように、溶湯プール27の一部の領域が高温になると、溶湯プール27の下に位置する炉底電極23も局部的に高温になり、炉底電極23の耐久性が低下すると云う問題がある。
このように、溶湯プール27の一部の領域が高温になると、溶湯プール27の下に位置する炉底電極23も局部的に高温になり、炉底電極23の耐久性が低下すると云う問題がある。
又、この電気溶融炉に於いては、主電極21と溶湯プール27面(溶融スラグ層27aの液面)との距離を調整することによって電圧を制御しており、規模の大きな炉であっても、前記距離は規模の小さな炉と変わらない。つまり、規模の大きな電気溶融炉の場合には、炉への投入電力が大きくなるが、電圧が同じであるために大電流を流す必要がある。そのため、溶湯プール27の温度の均一化が困難になって被溶融物を高能率で溶融させ難くなると共に、炉底電極23の主電極21直下に位置する部分が局部的に加熱されて炉底電極23の耐久性が低下することになる。
そこで、この問題を解決するため、この種の電気溶融炉に於いては、溶湯プール27の深さを深くして溶湯を対流せしめ、溶湯プール27全域の温度を均一化することが行われている。
しかし、溶湯プール27の深さを深くした場合には、電気溶融炉自体が大型化することになり、操業中の炉の重量が大重量になると共に、溶湯を冷却する際や炉壁を冷却する際に冷媒量を多く確保する必要が生じ、冷却設備等の各設備の容量を大きくしなければならないと云う問題があった。
特開平9−229559号公報
特開平9−280536号公報
特開平11−108330号公報
しかし、溶湯プール27の深さを深くした場合には、電気溶融炉自体が大型化することになり、操業中の炉の重量が大重量になると共に、溶湯を冷却する際や炉壁を冷却する際に冷媒量を多く確保する必要が生じ、冷却設備等の各設備の容量を大きくしなければならないと云う問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は電気溶融炉に投入する電力が大きくなっても、溶湯プールを深くすることなく、溶湯プール全域を均一な温度に維持できるようにした電気溶融炉の炉底電極構造を提供することにある。
上記目的を達成する為に、本発明は、天井壁を貫通する主電極と底壁に設けた炉底電極との間に直流電源により電圧を印加してアークを発生させ、当該アークにより炉内の被溶融物を溶融処理する電気溶融炉に於いて、底壁の主電極直下に位置する部分に非導電性耐火物を配設すると共に、底壁の非導電性耐火物周囲に導電性耐火物を配設して非導電性耐火物の周囲全域を炉底電極となし、主電極から非導電性耐火物周囲の炉底電極へ向ってアークを発生させるようにしたことに特徴がある。
本発明の電気溶融炉の炉底電極構造は、天井壁を貫通する主電極の直下位置の底壁部分に非導電性耐火物を配設すると共に、その非導電性耐火物周囲の底壁部分に導電性耐火物を配設して非導電性耐火物の周囲全域を炉底電極としているため、アークが主電極から底壁の非導電性耐火物周囲に設けた炉底電極へ向って発生することになる。即ち、アークが主電極の直下位置を除く底壁の広範囲に亘って発生するため、底壁上の溶湯プール全域が均一な温度に維持されると共に、炉底電極が局部的に加熱されると云うことがない。
その結果、本発明の炉底電極構造を用いれば、大容量の電気溶融炉に於いても、溶湯プールの深さを深くする必要がなく、操業中の炉の重量を軽減することができると共に、炉壁を冷却する際に冷媒量が少なくて済み、冷却設備等の各設備の容量を小さくすることができる。又、炉底電極が局部的に加熱されるのを防止することができるで、炉底電極の耐久性の向上を図れる。
その結果、本発明の炉底電極構造を用いれば、大容量の電気溶融炉に於いても、溶湯プールの深さを深くする必要がなく、操業中の炉の重量を軽減することができると共に、炉壁を冷却する際に冷媒量が少なくて済み、冷却設備等の各設備の容量を小さくすることができる。又、炉底電極が局部的に加熱されるのを防止することができるで、炉底電極の耐久性の向上を図れる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1及び図2は本発明の実施の形態に係る炉底電極構造を用いた電気溶融炉を示し、当該電気溶融炉は、都市ごみや産業廃棄物等のごみ焼却炉から排出された焼却残渣や飛灰等の被溶融物を溶融処理するものであり、溶融炉本体1、主電極2、スタート電極3及び炉底電極4等から構成されている。
図1及び図2は本発明の実施の形態に係る炉底電極構造を用いた電気溶融炉を示し、当該電気溶融炉は、都市ごみや産業廃棄物等のごみ焼却炉から排出された焼却残渣や飛灰等の被溶融物を溶融処理するものであり、溶融炉本体1、主電極2、スタート電極3及び炉底電極4等から構成されている。
前記溶融炉本体1は、天井壁1Aと周壁1Bと炉底電極4に構成された底壁1Cとから成り、その周壁1Bの対向する位置には、炉内へ焼却残渣や飛灰等の被溶融物を投入するための被溶融物供給口5と、炉内の溶融スラグをオーバーフローさせる溶融スラグ出滓口6とが夫々形成されている。
又、溶融炉本体1の天井壁1Aには、主電極2が昇降可能に挿通される主電極貫通穴7と、スタート電極3が昇降可能に挿通されるスタート電極貫通穴8と、炉内で発生した排ガスを排出するための排ガス排出口9とが夫々形成されている。
又、溶融炉本体1の天井壁1Aには、主電極2が昇降可能に挿通される主電極貫通穴7と、スタート電極3が昇降可能に挿通されるスタート電極貫通穴8と、炉内で発生した排ガスを排出するための排ガス排出口9とが夫々形成されている。
尚、溶融炉本体1の天井壁1A、周壁1B及び底壁1Cは、高温に耐えられる耐火物及びその外側を覆う鋼板製のケーシング等で構成されている。例えば、天井壁1Aは、耐食性及び耐熱性に優れたアルミナ系耐火物により、又、周壁1Bは、耐食性及び耐熱性に優れたカーボン系耐火物やSiC系耐火物により、更に、底壁1Cは、耐浸食性等に優れたカーボン系耐火物やクロム系耐火物等により夫々形成されており、天井壁1A、周壁1B及び底壁1Cの各耐火物の外側は鋼板製のケーシング及びケーシングで形成された冷却ジャケット(水冷ジャケットや空冷ジャケット)で覆われている。
前記主電極2は、天井壁1Aの中心部に形成した主電極貫通穴7に昇降自在に挿入支持されており、溶湯の液面との距離を一定距離に保つように昇降操作されるようになっている。この主電極2は、直流電源(図示省略)の陰極に接続されている。
又、スタート電極3は、天井壁1Aの外周縁部に形成したスタート電極貫通穴8に昇降自在に挿入支持されており、先端部が炉内の上方に位置する待機位置(放電停止位置)と先端部が炉内の下方に位置するスタート位置(放電位置)とに亘って昇降操作されるようになっている。このスタート電極3は、直流電源(図示省略)の陽極に接続されている。
尚、主電極2は、中空軸状に形成されており、その中空部から炉内へ窒素ガス等の不活性ガスを供給し、炉内を還元性雰囲気に保持するように工夫されている。
又、スタート電極3は、天井壁1Aの外周縁部に形成したスタート電極貫通穴8に昇降自在に挿入支持されており、先端部が炉内の上方に位置する待機位置(放電停止位置)と先端部が炉内の下方に位置するスタート位置(放電位置)とに亘って昇降操作されるようになっている。このスタート電極3は、直流電源(図示省略)の陽極に接続されている。
尚、主電極2は、中空軸状に形成されており、その中空部から炉内へ窒素ガス等の不活性ガスを供給し、炉内を還元性雰囲気に保持するように工夫されている。
そして、前記炉底電極4は、底壁1Cの主電極2直下に位置する部分に非導電性耐火物10を配設すると共に、非導電性耐火物10の周囲に導電性耐火物11aを配設することにより構成されており、底壁1Cの非導電性耐火物10の周囲全域が炉底電極4となっている。
即ち、炉底電極4は、直流電源の陽極に導電材12(ブスバー、ケーブル)を介して接続された金属円板製の集電板13と、集電板13上に導電性耐火物11aを配設することにより形成され、主電極2直下に位置する部分に円形の凹部11bを形成した導電性耐火物層11とから構成されており、導電性耐火物層11の凹部11bには、非導電性耐火物10が導電性耐火物層11の上面と面一になるように配設されている。
尚、非導電性耐火物10には、断熱性及び耐浸食性等に優れたアルミナ系耐火物等が使用されている。又、導電性耐火物11aには、導電性及び耐浸食性等に優れたカーボン系耐火物やマグネシア−カーボン系耐火物等が使用されている。
即ち、炉底電極4は、直流電源の陽極に導電材12(ブスバー、ケーブル)を介して接続された金属円板製の集電板13と、集電板13上に導電性耐火物11aを配設することにより形成され、主電極2直下に位置する部分に円形の凹部11bを形成した導電性耐火物層11とから構成されており、導電性耐火物層11の凹部11bには、非導電性耐火物10が導電性耐火物層11の上面と面一になるように配設されている。
尚、非導電性耐火物10には、断熱性及び耐浸食性等に優れたアルミナ系耐火物等が使用されている。又、導電性耐火物11aには、導電性及び耐浸食性等に優れたカーボン系耐火物やマグネシア−カーボン系耐火物等が使用されている。
以上のように構成された電気溶融炉に於いては、被溶融物の溶融処理を開始するに当たっては、先ず、主電極2とスタート位置に下降させたスタート電極3とに通電させて両電極2,3間に電流を発生させ、これにより炉内の被溶融物を溶融させる。これは、主電極2と炉底電極4の間に非導電性の溶融物が介在するため、運転開始時に於いては、主電極2と炉底電極4との間にアーク14を発生させ得ないからである。
炉内の被溶融物が溶融して導電性が上昇すると、スタート電極3を待機位置に上昇させたうえ、主電極2と炉底電極4との間に直流電源により所定の電圧を印加して両電極2,4間にアーク14を発生させ、当該アーク14の発生熱により被溶融物供給装置15から炉内へ供給された被溶融物を溶融する。
そして、主電極2と炉底電極4との間に発生するアーク14により被溶融物が順次溶融されて行くと、炉内の底壁1C上に溶湯プール16が形成される。この溶湯プール16は、被溶融物中に鉄を始めとする金属類やシリカを始めとするスラグ成分が多く含まれているため、比重差によって上方に位置する溶融スラグ層16aと溶融スラグ層16aの下方に位置する溶融メタル層16bとから成る。
前記溶融スラグは、周壁1Bに形成した溶融スラグ出滓口6から順次オーバーフローし、スラグ出湯樋17を流下して冷却水を貯留した水冷槽内へ落下排出され、ここで水冷されて水砕スラグにされる。
又、溶融メタルは、その液面が所定の高さ位置まで上昇したら、周壁1B下部に設けたタップホール(図示省略)を開孔してここから溶融メタルを抜き出し、溶融メタル層16bの厚さが所定の厚さを超えないようにしている。
更に、炉内で発生した排ガスは、天井壁1Aに形成した排ガス排出口9から排出され、排ガス処理装置(図示省略)等を経て大気中へ放出されている。
又、溶融メタルは、その液面が所定の高さ位置まで上昇したら、周壁1B下部に設けたタップホール(図示省略)を開孔してここから溶融メタルを抜き出し、溶融メタル層16bの厚さが所定の厚さを超えないようにしている。
更に、炉内で発生した排ガスは、天井壁1Aに形成した排ガス排出口9から排出され、排ガス処理装置(図示省略)等を経て大気中へ放出されている。
上述した電気溶融炉によれば、主電極2直下位置の底壁1C部分に非導電性耐火物10を配設し、その非導電性耐火物10の周囲全域に導電性耐火物11aを配設して炉底電極4としているため、アーク14が主電極2から主電極2直下に配設した非導電性耐火物10周囲に形成した炉底電極4へ向って発生することなる。即ち、アーク14が主電極2の直下位置を除く底壁1Cの広範囲に亘って発生するため、底壁1C上の溶湯プール16全域が均一な温度に維持されると共に、炉底電極4が局部的に加熱されると云うことがない。
その結果、大容量の電気溶融炉に於いても、溶湯プール16の深さを深くしなくても、溶湯プール16全域の温度を均一に維持することができ、操業中の炉の重量を軽減することができる。又、炉内の溶湯量を少なくできるため、炉壁を冷却する際に冷媒量が少なくて済み、冷却設備等の各設備の容量を小さくすることができる。更に、炉底電極4が局部的に加熱されるのを防止することができるで、炉底電極4の耐久性の向上を図れる。
その結果、大容量の電気溶融炉に於いても、溶湯プール16の深さを深くしなくても、溶湯プール16全域の温度を均一に維持することができ、操業中の炉の重量を軽減することができる。又、炉内の溶湯量を少なくできるため、炉壁を冷却する際に冷媒量が少なくて済み、冷却設備等の各設備の容量を小さくすることができる。更に、炉底電極4が局部的に加熱されるのを防止することができるで、炉底電極4の耐久性の向上を図れる。
1Aは天井壁、1Cは底壁、2は主電極、4は炉底電極、10は非導電性耐火物、11aは導電性耐火物、14はアーク。
Claims (1)
- 天井壁を貫通する主電極と底壁に設けた炉底電極との間に直流電源により電圧を印加してアークを発生させ、当該アークにより炉内の被溶融物を溶融処理する電気溶融炉に於いて、底壁の主電極直下に位置する部分に非導電性耐火物を配設すると共に、底壁の非導電性耐火物周囲に導電性耐火物を配設して非導電性耐火物の周囲全域を炉底電極となし、主電極から非導電性耐火物周囲の炉底電極へ向ってアークを発生させるようにしたことを特徴とする電気溶融炉の炉底電極構造。
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