JP3393002B2 - 電気溶融炉 - Google Patents
電気溶融炉Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】都市ごみや産業廃棄物は、焼
却処理によって無害化及び減容化した上、その焼却残滓
を埋立投棄することにより処理されているが、焼却残滓
や燃焼排ガスから集塵，除去された煤塵等には、重金属
やダイオキシン等の有害物質が含まれているため、埋立
投棄後に環境汚染を生じる虞れがある上、埋立地の確保
も困難になりつつあり、実務上様々な問題を生じてい
る。そこで、近時においては、焼却残滓や煤塵等を溶融
固化することにより、その無害化と一層の減容化を図る
方策が取られている。本発明は、このような焼却残滓や
煤塵等を溶融処理するためのアーク炉等の電気溶融炉に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の電気溶融炉においては、
一般に、図３又は図４に示す如く、炉の天井壁２１に貫
通支持させた主電極２３と炉の底壁２２ａ，２２ｂに設
けた炉底電極２５ａ，２５ｂとの間で溶湯２４を介して
アークを発生させることによって、焼却残滓や燃焼排ガ
スから集塵，除去された煤塵等の被溶融物を溶融処理す
るように構成されている。 【０００３】而して、図３に示す第１従来炉では、炉底
電極２５ａが非導電性耐火材で構成される底壁２２ａに
貫通保持させた金属製のピンや丸棒等で構成されてお
り、図４に示す第２従来炉では、炉底電極２５ｂが底壁
２２ｂで構成されている。すなわち、図４に示す如く、
底壁２２ｂを集電板２６と導電性耐火材層２７と耐食性
耐火材層２８とからなる３層構造となすと共に、耐食性
耐火材層２８にこれを貫通して導電性耐火材層２７に接
触する多数の導電部材（金属製のピンや丸棒等からな
る）２９…を埋設して、これらが全体として炉底電極２
５ｂを構成するように工夫してある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、廃棄灰を溶
融して得られる溶湯２４は、ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃ
ａＯ，Ｆｅ2 Ｏ3 等のスラグ成分を含む他、Ｎａ，Ｋ，
Ｃａ，Ｃｌ，ＳＯ4 ，ＣＯ3 等の塩成分やＰｂ，Ｚｎ，
Ｃｄ，Ｈｇ等の重金属等を含んでおり、極めて強い侵食
性を有する。 【０００５】したがって、第１従来炉では、炉底電極２
５ａが、溶湯２４に接触する耐火材層２２ａに、その表
面に露出する状態で貫通されているため、両者２２ａ，
２５ａ間の隙間から溶湯２４（特に、溶湯２４に含まれ
るＰｂ等の低粘性低融点金属）が滲入する虞れがあり、
電極２５ａ及び耐火材層２２ａを侵食，損傷させたり、
極端な場合には、炉底２２ａからの脱湯や電極２５ａの
脱落を生じる虞れがある。さらに、非導電性耐火材層２
２ａにひびがはいると、これに溶湯２４中の導電性金属
が侵入して、電極２５ａとの間に絶縁不良を生じる等、
炉運転上からも種々の問題が生じる。 【０００６】一方、第２従来炉では、溶湯２４に直接接
触する底壁上面部分２８を耐食性耐火材で構成している
ことから、溶湯２４による底壁侵食を防止でき、底壁全
体を電極２５ｂに構成していることとも相俟って、上記
した問題を生じない。しかし、導電性に優れた耐火材は
同時に熱伝導率の高いものでもあることから、底壁２２
ｂを熱伝導率の高い導電性耐火材層２７を含む積層構造
としている以上、どうしても底壁２２ｂからの放熱量が
多くなり、炉の熱効率が頗る悪くなる。また、底壁２２
ｂ上に沈降する溶融金属が、底壁２２ｂからの放熱によ
る冷却効果により、固化する虞れがある。勿論、第１従
来炉と同様に、耐火材以外の異物である導電部材２９…
が、溶湯２４が接触する耐火材層２８に、その表面に露
出した状態で埋設されているから、溶湯２４が滲入して
炉材２８や導電部材２９…を損傷させる虞れがある。 【０００７】本発明は、上記した問題をすべて解決し
て、長期に亘って良好な溶融処理を行いうる電気溶融炉
を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本願発明は、炉の底壁全
体を、最下部に位置する集電板と、集電板上に形成した
断熱材層と、断熱材層上に形成した導電性及び溶湯に対
する耐侵食性に優れたカーボン系耐火材からなる導電性
耐火材層と、複数個の断面がＩ型又はコ型を呈し且つ前
記断熱材層の厚さよりも大きな高さ寸法を有する鋼製部
材を相互に接触させた状態で並列状に配列して前記断熱
材層の内部に埋設され、前記各鋼製部材の上片により形
成された一連の上面部を前記導電性耐火材層へ、また、
各鋼製部材の下片により形成された一連の下面部を前記
集電板へ接当させることにより、導電性耐火材層と集電
板とを通電可能に接続する鋼製導電体と、から成る炉底
電極に構成したことを発明の基本構成とするものであ
る。 【０００９】而して、炉底電極の上面部分は、侵食性の
強い高温の溶湯と接触するものの、耐侵食性に優れた導
電性耐火材層で構成されており、しかも導電性耐火材層
には第１及び第２従来炉における如き耐火材以外の異物
やこれを保持しておくための穴が全く存在しないことか
ら、溶湯中の低粘性で低融点の溶融金属が滲入するよう
なことがなく、炉底電極ないし底壁が溶湯滲入により侵
食，損傷される等の問題は生じない。 【００１０】しかも、炉底電極を構成する底壁が上下２
層構造をなし、その上層部分は熱伝導性の高い導電性耐
火材層で構成されているものの、その下層部分は断熱材
層で構成されていることから、底壁全体としての放熱
は、これを必要以上に厚くせずとも、効果的に抑制され
ることなる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
及び図２に基づいて具体的に説明する。 【００１２】図１に示す電気溶融炉である直流アーク炉
１において、２は炉壁、３は主電極、４はスタート電
極、５は炉底電極である。 【００１３】炉壁２は、図１に示す如く、円筒状の周壁
６と天井壁７と後述する如く炉底電極に構成された底壁
５とからなる。周壁６には、焼却残滓等の被溶融物８ａ
の供給口９と、炉１の直径方向において被溶融物供給口
９と直対向する位置に位置する溶湯８の排出口１０と、
底壁５の上面近傍位に位置するタップホール１１と、が
穿設されている。供給口９は被溶融物８ａの供給源（図
示せず）に接続されていて、被溶融物８ａを適宜の定量
供給装置１２により炉１内に定量的に連続供給させうる
ようになっている。排出口１０は、炉１内の溶湯８を溢
流排出させると共に炉１内の排ガス８ｂを排出させるた
めのもので、水砕スラグ生成用冷却水槽等のスラグ処理
系１３ａ及び二次燃焼室等の排ガス処理系１３ｂに接続
されている。タップホール１１は、必要に応じて、底壁
５上に沈降する溶融金属を取り出すべく開口できるよう
になっている。すなわち、炉１内での溶融処理の進行に
伴い溶湯８は比重差により上下２層に分離される（比重
の軽いスラグ層と比重の重い溶融金属層とに分離され
る）が、タップホール１１を開口させることにより、溶
融金属のみを取り出しうるようになっている。なお、周
壁６及び天井壁７は、溶湯８に対する耐食性，耐熱性，
断熱性に優れた非導電性の耐火材で構成されている。 【００１４】主電極３は、図１に示す如く、炉１の中心
部に配して天井壁７に貫通支持されている。この主電極
３は、従来炉におけると同様に、炉１内の液位（溶湯８
の液面位置）に応じて昇降操作されるようになってい
る。なお、主電極３は、直流電源（図示せず）の陰極に
接続されている。 【００１５】スタート電極４は、図１に示す如く、天井
壁７に傾斜状に貫通支持されており、先端部を炉１内に
突出させない待機位置（図１実線位置）と先端部を主電
極３の先端部に近接させた状態で炉１内に垂下突出する
スタート位置（図１鎖線位置）とに亘って昇降操作され
るようになっている。なお、スタート電極４は、前記直
流電源の陽極に接続されている。また、主電極３及びス
タート電極４は中空軸状のものとされていて、その中空
部から窒素ガスを供給して、炉１内を還元雰囲気に保持
するように工夫されている。 【００１６】炉底電極５は、図１に示す如く、炉１の底
壁全体で構成されており、集電板１５上に形成した断熱
材層１６と、断熱材層１６上に形成された導電性耐火材
１７と、断熱材層１６に埋設された導電体１８とからな
る。 【００１７】集電板１５は、図１に示す如く、炉壁２の
下面部に設けられた金属円板であり、前記直流電源の陽
極に接続されている。 【００１８】断熱材層１６は、断熱性に優れた耐火材で
構成されている。一般には、例えばハイアルミナ系の耐
火材で構成しておくことが好ましい。 【００１９】導電性耐火材層１７は、導電性及び溶湯８
に対する耐侵食性に優れた耐火材で構成されている。特
に、耐侵食性については、溶湯８つまり被溶融物８ａの
性状を考慮することが必要である。導電性耐火材層１７
の構成材としては、このような導電性及び耐侵食性に優
れたものであれば、これを任意に選定することができる
が、一般には、カーボン系耐火材（カーボン煉瓦，カー
ボンペースト）を使用することが好ましい。 【００２０】導電体１８は、図１に示す如く、断熱材層
１６に埋設されていて、集電板１５と導電性耐火材層１
７とを通電可能に接続する金属体である。具体的には、
導電体１８は、図１及び図２（Ａ）に示す如く、複数の
金属製（例えば鉄製）のコ字形部材１８1 …を並列状に
連結してなり、該部材１８1 …の上下片で構成される一
連の上下面部１８ａ，１８ｂが導電性耐火材層１７の下
面及び集電板１５の上面に全面的ないし略全面的に接触
されている。なお、導電体１８の構成は任意であり、上
記したものの他、図２（Ｂ）〜（Ｄ）に例示するものが
考えられる。すなわち、図２（Ｂ）に示す導電体１８
は、金属製のＩ字形部材１８2 …を並列状に連結して、
該部材１８2 …の上下片で構成される一連の上下面部１
８ａ，１８ｂが導電性耐火材層１７の下面及び集電板１
５の上面に全面的ないし略全面的に接触するようになっ
ている。また、図２（Ｃ）に示す導電材１８は、金属製
のＬ字形部材１８3 …を並列状に連結して、部材１８3
…の下片で構成される一連の下面部１８ｂが集電板１５
の上面に全面的ないし略全面的に接触すると共に、部材
１８3 …の下端部が導電性耐火材層１７の下面に部分的
に接触するようになっている。また、図２（Ｄ）に示す
導電材１８は、図２（Ｃ）に示すものを上下逆にして使
用したもので、金属製の倒立Ｌ字形部材１８4 …の上片
で構成される一連の上面部１８ａが導電性耐火材層１７
の下面に全面的ないし略全面的に接触すると共に、部材
１８3 …の下端部が集電板１５の上面に部分的に接触す
るようになっている。このように、導電体１８の上下部
は、導電性耐火材層１７ないし集電板１５に全面的ない
し略全面的に接触させておいても（図２（Ａ）（Ｂ）参
照）、部分的に接触させておいても（図２（Ｃ）（Ｄ）
参照）、何れでもよく、要は、導電体１８により集電板
１５と導電性耐火材層１７とが電気的に接続されればよ
いのである。したがって、両者１５，１７間を電気的に
接続できる限りにおいて、導電体１８ないしその構成部
材１８1 ，１８2 ，１８3 ，１８4 の形状は任意であ
り、上記以外にも種々のものを使用することができる。
特に、導電体１８は、同一形状の部材１８1 ，１８2 ，
１８3 ，１８4 を連結したものとせず、異形部材を組み
合わせて構成したものでもよい。但し、導電体１８を、
導電性耐火材層１７ないし集電板１５に全面的ないし略
全面的に接触する一連の上下面部１８ａ，１８ｂを有す
るものとしておけば、導電性耐火材層１７ないし集電板
１５との間に一部隙間が生じている場合にも、両者１
５，１７間の通電性が充分に確保されることになる。換
言すれば、炉底電極５としての機能上、導電体１８と導
電性耐火材層１７ないし集電板１５との間に部分的な隙
間があっても何らの支障がなく、それだけ底壁５の施工
を容易に行いうることになる。 【００２１】以上のように構成された直流アーク炉１に
あっては、溶融処理を開始するに当たっては、まず、主
電極３とスタート位置に下降させたスタート電極４とに
通電させて両電極３，４間にアークを発生させ、これに
より炉１内の被溶融物８ａを溶融させる（図１鎖線参
照）。これは、主電極３と炉底電極５との間に導電性の
溶湯８が介在せず、非導電性の被溶融物８ａが介在する
にすぎない運転開始状態においては、両電極３，５間に
アークを発生させ得ないからである。 【００２２】しかる後、炉１内に溶湯８が生じると、ス
タート電極４を待機位置に上昇させた上、主電極３と炉
底電極５とに所定の電圧を印加させて両電極３，５間に
アーク（プラズマ放電）を発生させた状態で、被溶融物
８ａを定量供給装置１２により炉１内に連続供給させつ
つ、被溶融物８ａの溶融処理を開始する（図１実線参
照）。 【００２３】そして、主電極３と炉底電極５との間に発
生するアークによる加熱により被溶融物８ａが溶融され
るに従って、溶湯８が排出口１０からスラグ処理系１３
ａへと順次溢流排出されていくと共に、炉１内の排ガス
８ｂも排出口１０から排ガス処理系１３ｂへと排出され
ていく。 【００２４】このとき、炉１の底壁５の上面部分が全面
的に導電性耐火材層１７で構成されており、この導電性
耐火材層１７が導電体１８を介して集電板１５に電気的
に接続されていることから、底壁をなす炉底電極５と主
電極３との間には良好にアークが発生されることにな
り、被溶融物８ａの溶融処理が効果的に行われることに
なる。なお、被溶融物８ａの溶融は、一般に、直流電源
から６００〜１０００ＫＷ（被溶融物１トン当たり）を
供給して、これによるアーク熱により被溶融物８ａを１
４００〜１８００℃に加熱することによって行なわれ
る。 【００２５】そして、炉底電極５の上面部分は、侵食性
の強い高温の溶湯８と接触するものの、耐侵食性に優れ
た導電性耐火材層１７で構成されており、しかも導電性
耐火材層１７には第１及び第２従来炉における如き耐火
材以外の異物やこれを保持しておくための穴が全く存在
しないことから、溶湯８中の低粘性で低融点の溶融金属
が滲入するようなことがなく、炉底電極５ないし底壁が
溶湯滲入により侵食，損傷される等の問題は生じない。
したがって、炉底電極５ないし炉底（底壁）を含めた炉
１の耐久性を大幅に向上させることができる。 【００２６】しかも、炉底電極５を構成する底壁が上下
２層構造をなし、その上層部分は熱伝導性の高い導電性
耐火材層１７で構成されているものの、その下層部分は
断熱材層１６で構成されていることから、底壁全体とし
ての放熱は、これを必要以上に厚くせずとも、効果的に
抑制されることなる。したがって、第２従来炉とは炉１
の底壁全体を炉底電極５に構成している点で共通するに
も拘わらず、第２従来炉における問題（放熱による熱効
率低下，溶融金属の冷却固化等）は全く生じない。勿
論、底壁５を必要以上に厚くしておく必要がないことか
ら、炉１全体の重量化も可及的に回避することができ
る。 【００２７】なお、本発明は上記した形態に限定される
ものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲にお
いて適宜に改良，変更することができる。例えば、炉壁
２は一般に１６００〜１８００℃の高温に耐え得る耐火
材で構成されており、且つその外周面は適宜の断熱材カ
バーで被覆されているが、必要に応じて、その断熱材カ
バーを更に水冷ジャケットで囲繞するようにしてもよ
い。また、炉底電極５を冷却ファン等により空冷させる
ようにすることも可能であるが、炉底電極５が上述した
如く放熱抑制構造とされているため、かかる空冷手段を
設けることは必ずしも必要ない。 【００２８】 【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の電気溶融炉にあっては、炉底電極ないし炉底が溶湯
により侵食されたり損傷されたりすることなく、その耐
久性を大幅に向上させることができる。しかも、炉底か
らの脱湯を生じず、炉底からの放熱を可及的に抑制，防
止し得て、溶融金属の固化等の問題を生じることなく、
炉の熱効率を大幅に向上させることができる。したがっ
て、本発明によれば、冒頭で述べた如き従来炉における
問題をすべて解決することができ、焼却残滓等の被溶融
物の溶融処理を、長期に亘って効率良く効果的に行なう
ことができる。
却処理によって無害化及び減容化した上、その焼却残滓
を埋立投棄することにより処理されているが、焼却残滓
や燃焼排ガスから集塵，除去された煤塵等には、重金属
やダイオキシン等の有害物質が含まれているため、埋立
投棄後に環境汚染を生じる虞れがある上、埋立地の確保
も困難になりつつあり、実務上様々な問題を生じてい
る。そこで、近時においては、焼却残滓や煤塵等を溶融
固化することにより、その無害化と一層の減容化を図る
方策が取られている。本発明は、このような焼却残滓や
煤塵等を溶融処理するためのアーク炉等の電気溶融炉に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の電気溶融炉においては、
一般に、図３又は図４に示す如く、炉の天井壁２１に貫
通支持させた主電極２３と炉の底壁２２ａ，２２ｂに設
けた炉底電極２５ａ，２５ｂとの間で溶湯２４を介して
アークを発生させることによって、焼却残滓や燃焼排ガ
スから集塵，除去された煤塵等の被溶融物を溶融処理す
るように構成されている。 【０００３】而して、図３に示す第１従来炉では、炉底
電極２５ａが非導電性耐火材で構成される底壁２２ａに
貫通保持させた金属製のピンや丸棒等で構成されてお
り、図４に示す第２従来炉では、炉底電極２５ｂが底壁
２２ｂで構成されている。すなわち、図４に示す如く、
底壁２２ｂを集電板２６と導電性耐火材層２７と耐食性
耐火材層２８とからなる３層構造となすと共に、耐食性
耐火材層２８にこれを貫通して導電性耐火材層２７に接
触する多数の導電部材（金属製のピンや丸棒等からな
る）２９…を埋設して、これらが全体として炉底電極２
５ｂを構成するように工夫してある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、廃棄灰を溶
融して得られる溶湯２４は、ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃ
ａＯ，Ｆｅ2 Ｏ3 等のスラグ成分を含む他、Ｎａ，Ｋ，
Ｃａ，Ｃｌ，ＳＯ4 ，ＣＯ3 等の塩成分やＰｂ，Ｚｎ，
Ｃｄ，Ｈｇ等の重金属等を含んでおり、極めて強い侵食
性を有する。 【０００５】したがって、第１従来炉では、炉底電極２
５ａが、溶湯２４に接触する耐火材層２２ａに、その表
面に露出する状態で貫通されているため、両者２２ａ，
２５ａ間の隙間から溶湯２４（特に、溶湯２４に含まれ
るＰｂ等の低粘性低融点金属）が滲入する虞れがあり、
電極２５ａ及び耐火材層２２ａを侵食，損傷させたり、
極端な場合には、炉底２２ａからの脱湯や電極２５ａの
脱落を生じる虞れがある。さらに、非導電性耐火材層２
２ａにひびがはいると、これに溶湯２４中の導電性金属
が侵入して、電極２５ａとの間に絶縁不良を生じる等、
炉運転上からも種々の問題が生じる。 【０００６】一方、第２従来炉では、溶湯２４に直接接
触する底壁上面部分２８を耐食性耐火材で構成している
ことから、溶湯２４による底壁侵食を防止でき、底壁全
体を電極２５ｂに構成していることとも相俟って、上記
した問題を生じない。しかし、導電性に優れた耐火材は
同時に熱伝導率の高いものでもあることから、底壁２２
ｂを熱伝導率の高い導電性耐火材層２７を含む積層構造
としている以上、どうしても底壁２２ｂからの放熱量が
多くなり、炉の熱効率が頗る悪くなる。また、底壁２２
ｂ上に沈降する溶融金属が、底壁２２ｂからの放熱によ
る冷却効果により、固化する虞れがある。勿論、第１従
来炉と同様に、耐火材以外の異物である導電部材２９…
が、溶湯２４が接触する耐火材層２８に、その表面に露
出した状態で埋設されているから、溶湯２４が滲入して
炉材２８や導電部材２９…を損傷させる虞れがある。 【０００７】本発明は、上記した問題をすべて解決し
て、長期に亘って良好な溶融処理を行いうる電気溶融炉
を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本願発明は、炉の底壁全
体を、最下部に位置する集電板と、集電板上に形成した
断熱材層と、断熱材層上に形成した導電性及び溶湯に対
する耐侵食性に優れたカーボン系耐火材からなる導電性
耐火材層と、複数個の断面がＩ型又はコ型を呈し且つ前
記断熱材層の厚さよりも大きな高さ寸法を有する鋼製部
材を相互に接触させた状態で並列状に配列して前記断熱
材層の内部に埋設され、前記各鋼製部材の上片により形
成された一連の上面部を前記導電性耐火材層へ、また、
各鋼製部材の下片により形成された一連の下面部を前記
集電板へ接当させることにより、導電性耐火材層と集電
板とを通電可能に接続する鋼製導電体と、から成る炉底
電極に構成したことを発明の基本構成とするものであ
る。 【０００９】而して、炉底電極の上面部分は、侵食性の
強い高温の溶湯と接触するものの、耐侵食性に優れた導
電性耐火材層で構成されており、しかも導電性耐火材層
には第１及び第２従来炉における如き耐火材以外の異物
やこれを保持しておくための穴が全く存在しないことか
ら、溶湯中の低粘性で低融点の溶融金属が滲入するよう
なことがなく、炉底電極ないし底壁が溶湯滲入により侵
食，損傷される等の問題は生じない。 【００１０】しかも、炉底電極を構成する底壁が上下２
層構造をなし、その上層部分は熱伝導性の高い導電性耐
火材層で構成されているものの、その下層部分は断熱材
層で構成されていることから、底壁全体としての放熱
は、これを必要以上に厚くせずとも、効果的に抑制され
ることなる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
及び図２に基づいて具体的に説明する。 【００１２】図１に示す電気溶融炉である直流アーク炉
１において、２は炉壁、３は主電極、４はスタート電
極、５は炉底電極である。 【００１３】炉壁２は、図１に示す如く、円筒状の周壁
６と天井壁７と後述する如く炉底電極に構成された底壁
５とからなる。周壁６には、焼却残滓等の被溶融物８ａ
の供給口９と、炉１の直径方向において被溶融物供給口
９と直対向する位置に位置する溶湯８の排出口１０と、
底壁５の上面近傍位に位置するタップホール１１と、が
穿設されている。供給口９は被溶融物８ａの供給源（図
示せず）に接続されていて、被溶融物８ａを適宜の定量
供給装置１２により炉１内に定量的に連続供給させうる
ようになっている。排出口１０は、炉１内の溶湯８を溢
流排出させると共に炉１内の排ガス８ｂを排出させるた
めのもので、水砕スラグ生成用冷却水槽等のスラグ処理
系１３ａ及び二次燃焼室等の排ガス処理系１３ｂに接続
されている。タップホール１１は、必要に応じて、底壁
５上に沈降する溶融金属を取り出すべく開口できるよう
になっている。すなわち、炉１内での溶融処理の進行に
伴い溶湯８は比重差により上下２層に分離される（比重
の軽いスラグ層と比重の重い溶融金属層とに分離され
る）が、タップホール１１を開口させることにより、溶
融金属のみを取り出しうるようになっている。なお、周
壁６及び天井壁７は、溶湯８に対する耐食性，耐熱性，
断熱性に優れた非導電性の耐火材で構成されている。 【００１４】主電極３は、図１に示す如く、炉１の中心
部に配して天井壁７に貫通支持されている。この主電極
３は、従来炉におけると同様に、炉１内の液位（溶湯８
の液面位置）に応じて昇降操作されるようになってい
る。なお、主電極３は、直流電源（図示せず）の陰極に
接続されている。 【００１５】スタート電極４は、図１に示す如く、天井
壁７に傾斜状に貫通支持されており、先端部を炉１内に
突出させない待機位置（図１実線位置）と先端部を主電
極３の先端部に近接させた状態で炉１内に垂下突出する
スタート位置（図１鎖線位置）とに亘って昇降操作され
るようになっている。なお、スタート電極４は、前記直
流電源の陽極に接続されている。また、主電極３及びス
タート電極４は中空軸状のものとされていて、その中空
部から窒素ガスを供給して、炉１内を還元雰囲気に保持
するように工夫されている。 【００１６】炉底電極５は、図１に示す如く、炉１の底
壁全体で構成されており、集電板１５上に形成した断熱
材層１６と、断熱材層１６上に形成された導電性耐火材
１７と、断熱材層１６に埋設された導電体１８とからな
る。 【００１７】集電板１５は、図１に示す如く、炉壁２の
下面部に設けられた金属円板であり、前記直流電源の陽
極に接続されている。 【００１８】断熱材層１６は、断熱性に優れた耐火材で
構成されている。一般には、例えばハイアルミナ系の耐
火材で構成しておくことが好ましい。 【００１９】導電性耐火材層１７は、導電性及び溶湯８
に対する耐侵食性に優れた耐火材で構成されている。特
に、耐侵食性については、溶湯８つまり被溶融物８ａの
性状を考慮することが必要である。導電性耐火材層１７
の構成材としては、このような導電性及び耐侵食性に優
れたものであれば、これを任意に選定することができる
が、一般には、カーボン系耐火材（カーボン煉瓦，カー
ボンペースト）を使用することが好ましい。 【００２０】導電体１８は、図１に示す如く、断熱材層
１６に埋設されていて、集電板１５と導電性耐火材層１
７とを通電可能に接続する金属体である。具体的には、
導電体１８は、図１及び図２（Ａ）に示す如く、複数の
金属製（例えば鉄製）のコ字形部材１８1 …を並列状に
連結してなり、該部材１８1 …の上下片で構成される一
連の上下面部１８ａ，１８ｂが導電性耐火材層１７の下
面及び集電板１５の上面に全面的ないし略全面的に接触
されている。なお、導電体１８の構成は任意であり、上
記したものの他、図２（Ｂ）〜（Ｄ）に例示するものが
考えられる。すなわち、図２（Ｂ）に示す導電体１８
は、金属製のＩ字形部材１８2 …を並列状に連結して、
該部材１８2 …の上下片で構成される一連の上下面部１
８ａ，１８ｂが導電性耐火材層１７の下面及び集電板１
５の上面に全面的ないし略全面的に接触するようになっ
ている。また、図２（Ｃ）に示す導電材１８は、金属製
のＬ字形部材１８3 …を並列状に連結して、部材１８3
…の下片で構成される一連の下面部１８ｂが集電板１５
の上面に全面的ないし略全面的に接触すると共に、部材
１８3 …の下端部が導電性耐火材層１７の下面に部分的
に接触するようになっている。また、図２（Ｄ）に示す
導電材１８は、図２（Ｃ）に示すものを上下逆にして使
用したもので、金属製の倒立Ｌ字形部材１８4 …の上片
で構成される一連の上面部１８ａが導電性耐火材層１７
の下面に全面的ないし略全面的に接触すると共に、部材
１８3 …の下端部が集電板１５の上面に部分的に接触す
るようになっている。このように、導電体１８の上下部
は、導電性耐火材層１７ないし集電板１５に全面的ない
し略全面的に接触させておいても（図２（Ａ）（Ｂ）参
照）、部分的に接触させておいても（図２（Ｃ）（Ｄ）
参照）、何れでもよく、要は、導電体１８により集電板
１５と導電性耐火材層１７とが電気的に接続されればよ
いのである。したがって、両者１５，１７間を電気的に
接続できる限りにおいて、導電体１８ないしその構成部
材１８1 ，１８2 ，１８3 ，１８4 の形状は任意であ
り、上記以外にも種々のものを使用することができる。
特に、導電体１８は、同一形状の部材１８1 ，１８2 ，
１８3 ，１８4 を連結したものとせず、異形部材を組み
合わせて構成したものでもよい。但し、導電体１８を、
導電性耐火材層１７ないし集電板１５に全面的ないし略
全面的に接触する一連の上下面部１８ａ，１８ｂを有す
るものとしておけば、導電性耐火材層１７ないし集電板
１５との間に一部隙間が生じている場合にも、両者１
５，１７間の通電性が充分に確保されることになる。換
言すれば、炉底電極５としての機能上、導電体１８と導
電性耐火材層１７ないし集電板１５との間に部分的な隙
間があっても何らの支障がなく、それだけ底壁５の施工
を容易に行いうることになる。 【００２１】以上のように構成された直流アーク炉１に
あっては、溶融処理を開始するに当たっては、まず、主
電極３とスタート位置に下降させたスタート電極４とに
通電させて両電極３，４間にアークを発生させ、これに
より炉１内の被溶融物８ａを溶融させる（図１鎖線参
照）。これは、主電極３と炉底電極５との間に導電性の
溶湯８が介在せず、非導電性の被溶融物８ａが介在する
にすぎない運転開始状態においては、両電極３，５間に
アークを発生させ得ないからである。 【００２２】しかる後、炉１内に溶湯８が生じると、ス
タート電極４を待機位置に上昇させた上、主電極３と炉
底電極５とに所定の電圧を印加させて両電極３，５間に
アーク（プラズマ放電）を発生させた状態で、被溶融物
８ａを定量供給装置１２により炉１内に連続供給させつ
つ、被溶融物８ａの溶融処理を開始する（図１実線参
照）。 【００２３】そして、主電極３と炉底電極５との間に発
生するアークによる加熱により被溶融物８ａが溶融され
るに従って、溶湯８が排出口１０からスラグ処理系１３
ａへと順次溢流排出されていくと共に、炉１内の排ガス
８ｂも排出口１０から排ガス処理系１３ｂへと排出され
ていく。 【００２４】このとき、炉１の底壁５の上面部分が全面
的に導電性耐火材層１７で構成されており、この導電性
耐火材層１７が導電体１８を介して集電板１５に電気的
に接続されていることから、底壁をなす炉底電極５と主
電極３との間には良好にアークが発生されることにな
り、被溶融物８ａの溶融処理が効果的に行われることに
なる。なお、被溶融物８ａの溶融は、一般に、直流電源
から６００〜１０００ＫＷ（被溶融物１トン当たり）を
供給して、これによるアーク熱により被溶融物８ａを１
４００〜１８００℃に加熱することによって行なわれ
る。 【００２５】そして、炉底電極５の上面部分は、侵食性
の強い高温の溶湯８と接触するものの、耐侵食性に優れ
た導電性耐火材層１７で構成されており、しかも導電性
耐火材層１７には第１及び第２従来炉における如き耐火
材以外の異物やこれを保持しておくための穴が全く存在
しないことから、溶湯８中の低粘性で低融点の溶融金属
が滲入するようなことがなく、炉底電極５ないし底壁が
溶湯滲入により侵食，損傷される等の問題は生じない。
したがって、炉底電極５ないし炉底（底壁）を含めた炉
１の耐久性を大幅に向上させることができる。 【００２６】しかも、炉底電極５を構成する底壁が上下
２層構造をなし、その上層部分は熱伝導性の高い導電性
耐火材層１７で構成されているものの、その下層部分は
断熱材層１６で構成されていることから、底壁全体とし
ての放熱は、これを必要以上に厚くせずとも、効果的に
抑制されることなる。したがって、第２従来炉とは炉１
の底壁全体を炉底電極５に構成している点で共通するに
も拘わらず、第２従来炉における問題（放熱による熱効
率低下，溶融金属の冷却固化等）は全く生じない。勿
論、底壁５を必要以上に厚くしておく必要がないことか
ら、炉１全体の重量化も可及的に回避することができ
る。 【００２７】なお、本発明は上記した形態に限定される
ものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲にお
いて適宜に改良，変更することができる。例えば、炉壁
２は一般に１６００〜１８００℃の高温に耐え得る耐火
材で構成されており、且つその外周面は適宜の断熱材カ
バーで被覆されているが、必要に応じて、その断熱材カ
バーを更に水冷ジャケットで囲繞するようにしてもよ
い。また、炉底電極５を冷却ファン等により空冷させる
ようにすることも可能であるが、炉底電極５が上述した
如く放熱抑制構造とされているため、かかる空冷手段を
設けることは必ずしも必要ない。 【００２８】 【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の電気溶融炉にあっては、炉底電極ないし炉底が溶湯
により侵食されたり損傷されたりすることなく、その耐
久性を大幅に向上させることができる。しかも、炉底か
らの脱湯を生じず、炉底からの放熱を可及的に抑制，防
止し得て、溶融金属の固化等の問題を生じることなく、
炉の熱効率を大幅に向上させることができる。したがっ
て、本発明によれば、冒頭で述べた如き従来炉における
問題をすべて解決することができ、焼却残滓等の被溶融
物の溶融処理を、長期に亘って効率良く効果的に行なう
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気溶融炉の一例を示す縦断側面
図である。 【図２】導電体を示す要部の斜視図である。 【図３】第１従来炉を示す縦断側面図である。 【図４】第２従来炉を示す縦断側面図である。 【符号の説明】 １…直流アーク炉（電気溶融炉）、２…炉壁、３…主電
極、５…炉底電極（炉の底壁）、８…溶湯、８ａ…被溶
融物、１５…集電板、１６…断熱材層、１７…導電性耐
火材層、１８…導電体。
図である。 【図２】導電体を示す要部の斜視図である。 【図３】第１従来炉を示す縦断側面図である。 【図４】第２従来炉を示す縦断側面図である。 【符号の説明】 １…直流アーク炉（電気溶融炉）、２…炉壁、３…主電
極、５…炉底電極（炉の底壁）、８…溶湯、８ａ…被溶
融物、１５…集電板、１６…断熱材層、１７…導電性耐
火材層、１８…導電体。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
// Ｂ０９Ｂ 3/00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｌ
(72)発明者 麻生 知宣
兵庫県尼崎市金楽寺町２丁目２番33号
株式会社タクマ内
(56)参考文献 特開 平６−207788（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−29061（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F27B 3/02
F27B 3/08
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 炉の底壁全体を、最下部に位置する集電
板と、集電板上に形成した断熱材層と、断熱材層上に形
成した導電性及び溶湯に対する耐侵食性に優れたカーボ
ン系耐火材からなる導電性耐火材層と、複数個の断面が
Ｉ型又はコ型を呈し且つ前記断熱材層の厚さよりも大き
な高さ寸法を有する鋼製部材を相互に接触させた状態で
並列状に配列して前記断熱材層の内部に埋設され、前記
各鋼製部材の上片により形成された一連の上面部を前記
導電性耐火材層へ、また、各鋼製部材の下片により形成
された一連の下面部を前記集電板へ接当させることによ
り、導電性耐火材層と集電板とを通電可能に接続する鋼
製導電体と、から成る炉底電極に構成したことを特徴と
する電気溶融炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03530496A JP3393002B2 (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 電気溶融炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03530496A JP3393002B2 (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 電気溶融炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09229559A JPH09229559A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3393002B2 true JP3393002B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=12438055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03530496A Expired - Fee Related JP3393002B2 (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 電気溶融炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3393002B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4283035B2 (ja) * | 2003-05-13 | 2009-06-24 | 株式会社荏原製作所 | 溶融炉及びプラズマアークの再着火方法 |
| JP4965890B2 (ja) * | 2006-04-24 | 2012-07-04 | 株式会社タクマ | 電気溶融炉の操業制御方法 |
-
1996
- 1996-02-23 JP JP03530496A patent/JP3393002B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09229559A (ja) | 1997-09-05 |
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