JP2003083517A - Waste plasma melting method and waste plasma melting device - Google Patents

Waste plasma melting method and waste plasma melting device

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JP2003083517A
JP2003083517A JP2001273864A JP2001273864A JP2003083517A JP 2003083517 A JP2003083517 A JP 2003083517A JP 2001273864 A JP2001273864 A JP 2001273864A JP 2001273864 A JP2001273864 A JP 2001273864A JP 2003083517 A JP2003083517 A JP 2003083517A
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Japan
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plasma
torch
waste
plasma torch
melting
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JP2001273864A
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Japanese (ja)
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Noboru Hanai
昇 花井
Moriji Endo
守二 遠藤
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waste plasma melting method and a waste plasma melting device suitable for it in which the number of maintenances can be decreased and the stable heating and plasma melting operation of waste can be carried out. SOLUTION: In the waste plasma melting method and the waste plasma melting device suitable for performing the waste plasma melting method, the plasma torch has a hollow part passing through the plasma torch and the hollow part is charged with plasma operating gas together with the plasma.

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、焼却炉における焼
却残渣、飛灰などや、製鋼還元粉体スラグ、集塵ダス
ト、煉瓦屑破砕物などの廃棄物の被溶融物をプラズマ火
炎により溶融処理するプラズマ溶解処理方法およびそれ
に好適なプラズマ溶解処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to melting treatment of incineration residue in a incinerator, fly ash, etc., and melted materials of waste such as steel-making reduced powder slag, dust collection dust, and crushed brick waste by plasma flame. And a plasma melting processing apparatus suitable for the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】都市ごみ焼却炉などから排出する焼却残
渣、例えば粒子、フレーク、塊状の廃棄物は、その減容
化(容積を小さくすること)のために、溶融炉において
プラズマ溶解処理処理している。廃棄物のプラズマ溶解
処理の目的で用いる加熱源としては種々の方式がある
が、特開平9−72517号公報などに記載されるよう
なプラズマトーチを用いたプラズマ加熱もその一つであ
る。これはAr等の不活性ガスプラズマを熱源とするも
のであり、その使用するプラズマトーチには、プラズマ
作動ガスとしての不活性ガス、電力、冷却水を供給しか
つ、これらが互いに電気的、機械的に絶縁された構造を
有する金属製プラズマトーチが用いられている。
2. Description of the Related Art Incineration residues discharged from municipal solid waste incinerators, such as particles, flakes, and lump wastes, are subjected to plasma melting treatment in a melting furnace in order to reduce their volume (to reduce the volume). ing. There are various types of heating sources used for the purpose of plasma melting treatment of waste, and plasma heating using a plasma torch as described in JP-A-9-72517 is one of them. This uses an inert gas plasma such as Ar as a heat source. The plasma torch to be used is supplied with an inert gas as plasma working gas, electric power and cooling water, and these are electrically and mechanically connected to each other. A metallic plasma torch having an electrically insulated structure is used.

【0003】そして、廃棄物をプラズマトーチの外部か
ら供給して溶融している。プラズマは物質が電離した高
エネルギー状態にあり、プラズマトーチの形成する20
00〜2500℃のプラズマ火炎(電極間に発生したプ
ラズマの間に空気などのプラズマ作動ガスを通すことに
より発生する火炎)の中に廃棄物を投入するか、溶融炉
の底部に廃棄物を装入して、金属製のプラズマトーチを
用いたプラズマ火炎で溶融している。
Then, the waste is supplied from the outside of the plasma torch and melted. Plasma is in a high-energy state in which substances are ionized, and the plasma torch forms 20
Put the waste into a plasma flame of 00 to 2500 ° C (the flame generated by passing a plasma working gas such as air between the plasma generated between the electrodes) or install the waste at the bottom of the melting furnace. Turn on and melt with a plasma flame using a metal plasma torch.

【0004】従来、プラズマトーチを用いた溶融炉に
は、電極の配置によって、トーチ内に陽極または陰極を
有し、トーチ外(例えば、溶融室の底部に設けられた電
極)に他方の電極を有するトランスファー(trans
fer:転移)型と、一つのトーチ内に陽極および陰極
を有するノントランスファー(non−transfe
r:非転移)型と、直流電源で陽極・陰極を別トーチと
する2本の組合せ金属トーチ型とがある。
Conventionally, a melting furnace using a plasma torch has an anode or a cathode inside the torch, depending on the arrangement of the electrodes, and the other electrode outside the torch (for example, the electrode provided at the bottom of the melting chamber). Having transfer
fer type, and a non-transfer having an anode and a cathode in one torch.
r: non-transition type, and two combined metal torch types in which a DC power source uses separate torches for the anode and cathode.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の金属製プラズマ
トーチを用いる廃棄物プラズマ溶解処理方法や、2本組
合せ金属トーチ型のプラズマトーチを用いた廃棄物プラ
ズマ溶解処理方法においては、下記課題の少なくとも1
つ以上が問題となる。金属製プラズマトーチの構造の複
雑さに起因する課題と、金属トーチの場合には運転の断
続不具合や電極消耗という課題がある。
At least the following problems are encountered in the conventional waste plasma melting treatment method using a metallic plasma torch and the waste plasma melting treatment method using a two-combination metal torch type plasma torch. 1
One or more is a problem. There are problems due to the complexity of the structure of the metal plasma torch, and in the case of the metal torch, there are problems of intermittent operation and electrode consumption.

【0006】先ず金属製プラズマトーチの構造の複雑さ
に起因する課題について説明する。前記金属製プラズマ
トーチを用いた廃棄物の加熱・プラズマ溶解処理装置
は、その高温の達成の面で有効ではあるが、用いられる
金属製プラズマトーチには種々の理由により装置として
安定性に影響を及ぼす課題もあり、廃棄物処理装置とし
ては改善の余地がある。つまり、安定性に欠ける主な原
因は、その金属製プラズマトーチの構造の複雑さにあ
る。前述したように、金属製プラズマトーチには不活性
ガス、電力、冷却水を供給するための構造を有し、これ
らは互いに電気的、機械的に絶縁している必要があるこ
とから、複雑な構造となるのである。粉末材料の蒸発、
溶融、放射性廃棄物などの溶解に用いられる熱プラズマ
装置に関する発明である特開平11−288797号公
報記載の図面を図5に転載して、前記の金属製プラズマ
トーチ構造の複雑さに起因する課題について説明する。
First, a problem caused by the complexity of the structure of the metal plasma torch will be described. The waste heating / plasma melting treatment apparatus using the metal plasma torch is effective in achieving the high temperature, but the stability of the metal plasma torch used as a device is affected by various reasons. There are also issues to be addressed, and there is room for improvement as a waste treatment device. In other words, the main cause of lack of stability is the complexity of the structure of the metal plasma torch. As described above, the metal plasma torch has a structure for supplying an inert gas, electric power, and cooling water, and these are required to be electrically and mechanically insulated from each other, so that a complicated It becomes a structure. Evaporation of powdered material,
FIG. 5 is a reprint of the drawing described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-288787, which is an invention relating to a thermal plasma device used for melting and melting radioactive waste, and the like, which is caused by the complexity of the metal plasma torch structure. Will be described.

【0007】図5において、熱プラズマ発生用のプラズ
マトーチ1は、例えば、石英ガラスで形成された円筒部
材16、該円筒部材16の上部に取り付けられたガスリ
ング17、前記円筒部材16の外側に配置された高周波
コイル18等から形成されている。前記円筒部材16は
二重管構造に形成されており、上部フランジ19と下部
フランジ20との間に取り付けられている。前記ガスリ
ング17の中央部分にはプローブ21が設けられてい
る。該プローブ21の中心部にはその長手方向に開口が
穿たれており、この開口を介して円筒部材16内に、粉
末供給部(図示せず)から被処理用の粉末材料がプラズ
マ作動ガスと共に供給される。前記下部フランジ20は
ベース蓋22を介してチャンバー23上に載置されてい
る。このチャンバー23の上に載っている前記円筒部材
16、ガスリング17、高周波コイル18、上部フラン
ジ19、下部フランジ20、プローブ21及びベース蓋
22等を総称してトーチと呼んでいる。
In FIG. 5, a plasma torch 1 for generating a thermal plasma is, for example, a cylindrical member 16 formed of quartz glass, a gas ring 17 attached to the upper part of the cylindrical member 16, and a cylindrical member 16 outside the cylindrical member 16. The high frequency coil 18 and the like are arranged. The cylindrical member 16 has a double pipe structure, and is mounted between the upper flange 19 and the lower flange 20. A probe 21 is provided at the center of the gas ring 17. An opening is bored in the center of the probe 21 in the longitudinal direction, and the powder material to be processed is supplied from the powder supply unit (not shown) into the cylindrical member 16 through the opening together with the plasma working gas. Supplied. The lower flange 20 is mounted on the chamber 23 via a base lid 22. The cylindrical member 16, the gas ring 17, the high frequency coil 18, the upper flange 19, the lower flange 20, the probe 21, the base lid 22 and the like which are mounted on the chamber 23 are collectively referred to as a torch.

【0008】チャンバー23は排気装置(図示せず)に
より適宜圧力に排気出来るように構成されている。高周
波電源33は、前記高周波コイル18に高周波電力を供
給するものである。なお、チャンバー23を高温から守
り、且つチャンバー23内を高温に保つために、チャン
バー23内壁の回りに耐火保温材24が配設されてい
る。この様な構成の高周波誘導熱プラズマ装置におい
て、プラズマトーチ1のガスリング17を介してプラズ
マ作動ガスを供給すると共に、高周波コイル18に高周
波電力を供給することによりプラズマトーチ1内に熱プ
ラズマを形成する。その後、プローブ21を介して被処
理用粉末材料をプラズマ作動ガスと共に熱プラズマ中に
供給し、粉末材料を蒸発及び溶融させる。この蒸発及び
溶融された材料はチャンバー23内の基板(図示せず)
上に膜状に付着する。
The chamber 23 is constructed so that it can be evacuated to an appropriate pressure by an evacuation device (not shown). The high frequency power supply 33 supplies high frequency power to the high frequency coil 18. In addition, in order to protect the chamber 23 from high temperature and keep the inside of the chamber 23 at high temperature, a fireproof heat insulating material 24 is arranged around the inner wall of the chamber 23. In the high-frequency induction thermal plasma device having such a configuration, the plasma working gas is supplied through the gas ring 17 of the plasma torch 1, and the high-frequency coil 18 is supplied with high-frequency power to form the thermal plasma in the plasma torch 1. To do. Then, the powder material to be processed is supplied into the thermal plasma together with the plasma working gas through the probe 21 to evaporate and melt the powder material. This evaporated and melted material is a substrate (not shown) in the chamber 23.
Adheres in a film on top.

【0009】この様な高周波誘導熱プラズマ装置は、前
記粉末材料の蒸発,溶融による成膜だけではなく、放射
性廃棄物や鉄等の溶解、フロン分解等にも使用され、こ
の様な蒸発,溶融,溶解,分解は前記プラズマトーチ1
内に発生させた1万度前後の誘導熱プラズマによるもの
である。プラズマトーチ1内に約1万度の誘導熱プラズ
マを発生させるので、前記プローブ21,ガスリング1
7,円筒部材16及びベース蓋22内部に冷却水を循環
させ、これらが前記誘導熱プラズマの輻射熱で破損しな
いように構成している。前記の通り、図5に示す金属製
プラズマトーチ1を用いた場合、冷却水を用いるための
構造の複雑化が予想される。以下に冷却水の循環につい
て説明する。
Such a high-frequency induction thermal plasma device is used not only for film formation by vaporization and melting of the powder material, but also for melting radioactive waste, iron, etc., and decomposing CFCs. Plasma torch 1 for melting, dissolving and disassembling
This is due to the induction thermal plasma of about 10,000 degrees generated inside. Since the induction thermal plasma of about 10,000 degrees is generated in the plasma torch 1, the probe 21 and the gas ring 1 are
7. Cooling water is circulated inside the cylindrical member 16 and the base lid 22 so that they are not damaged by the radiant heat of the induction thermal plasma. As described above, when the metallic plasma torch 1 shown in FIG. 5 is used, it is expected that the structure for using the cooling water will be complicated. The circulation of cooling water will be described below.

【0010】図5において、符号25は冷却水を収容し
た循環水用タンク、符号26は冷却器、符号27,28
はポンプである。前記ポンプ27は循環水用タンク25
内の冷却水を吸引し、前記プローブ21,ガスリング1
7,円筒部材16及びベース蓋22の内部に繋がった導
入管29に冷却水を、例えば、3〜4kgf/cm2
度の吐出圧で吐出する。そして、プローブ21,ガスリ
ング17,円筒部材16及びベース蓋22の内部を通過
した冷却水はこれらの内部に繋がった排出管30を通過
して前記循環水用タンク25に戻される。ポンプ28は
循環水用タンク25の冷却水を吸引し、冷却器26に繋
がった管31に吐出する。冷却器26により冷却された
冷却水は管32を通過して前記循環水用タンク25に戻
される。この様にして、前記循環水用タンク25内に収
容された冷却水は常に所定の温度に冷却され、前記プロ
ーブ21,ガスリング17,円筒部材16及びベース蓋
22はこの冷却水の循環により常に冷やされることにな
る。なお、この冷却水は前記高周波電源33にも循環さ
れている。
In FIG. 5, reference numeral 25 is a circulating water tank containing cooling water, reference numeral 26 is a cooler, and reference numerals 27 and 28.
Is a pump. The pump 27 is a circulating water tank 25.
The cooling water inside is sucked, and the probe 21 and the gas ring 1
7, the cooling water is discharged to the introduction pipe 29 connected to the inside of the cylindrical member 16 and the base lid 22 at a discharge pressure of, for example, about 3 to 4 kgf / cm 2 . Then, the cooling water that has passed through the inside of the probe 21, the gas ring 17, the cylindrical member 16 and the base lid 22 is returned to the circulating water tank 25 through the discharge pipe 30 connected to these inside. The pump 28 sucks the cooling water in the circulating water tank 25 and discharges it into a pipe 31 connected to the cooler 26. The cooling water cooled by the cooler 26 passes through the pipe 32 and is returned to the circulating water tank 25. In this way, the cooling water stored in the circulating water tank 25 is always cooled to a predetermined temperature, and the probe 21, the gas ring 17, the cylindrical member 16 and the base lid 22 are constantly cooled by the circulation of the cooling water. Will be chilled. The cooling water is also circulated to the high frequency power supply 33.

【0011】以上、図5を用いて説明したように、従来
の金属製プラズマトーチを用いた廃棄物プラズマ溶解処
理方法においては、幾多の課題が生起することが予想さ
れる。以下に、より詳細に説明する。
As described above with reference to FIG. 5, many problems are expected to occur in the conventional waste plasma melting treatment method using the metallic plasma torch. The details will be described below.

【0012】金属製プラズマトーチ内部には多量の冷却
水が存在するため、水漏れ、最悪の場合は水蒸気爆発と
いった危険性を常に考慮する必要がある。それに加え、
その非常に複雑な構造を構成する各部品、使用に伴い消
耗する部品のメンテナンスも頻繁に必要である。従来の
金属製プラズマトーチは、それぞれの機能を持った多数
の部品で構成しており、加えてトーチ内部には多量の冷
却水を必要としていた。よって、頻繁にメンテナンスを
行なう必要があり、そのメンテナンス自体も複雑で工数
が掛かる課題があった。
Since a large amount of cooling water exists inside the metallic plasma torch, it is necessary to always consider the risk of water leakage and, in the worst case, steam explosion. In addition to that,
It is also necessary to frequently maintain each component that constitutes the extremely complicated structure and the component that is consumed by use. A conventional metal plasma torch is composed of a large number of parts having respective functions, and in addition, a large amount of cooling water is required inside the torch. Therefore, it is necessary to perform frequent maintenance, and the maintenance itself is complicated and requires a lot of man-hours.

【0013】また、廃棄物の加熱に伴う飛沫の影響を受
けやすい。つまり、金属製プラズマトーチの先端部には
種々の機能を持った部品が露出しているため、そのよう
な部分に廃棄物からの飛沫が付着すれば部品相互間の電
気的、機械的な絶縁が破壊され、異常放電、プラズマ作
動ガス流路の閉塞またはガスの流れが乱れる等の不具合
が生じることとなる。これによりプラズマ火炎の不安
定、失火、冷却水漏れ、最悪の場合プラズマトーチの破
損が生じ、それ以前にプラズマ火炎自体を発生させるこ
とが出来ない不着火となる可能性もある。また金属製プ
ラズマトーチの場合、プラズマを発生するトーチ先端部
の損耗が激しく、頻繁なプラズマトーチの交換が必須で
ある。
[0013] Further, it is easily affected by splashes of waste heat. In other words, since parts with various functions are exposed at the tip of the metal plasma torch, if splashes from waste adhere to such parts, electrical and mechanical insulation between parts will occur. Will be destroyed, resulting in problems such as abnormal discharge, blockage of the plasma working gas flow path, and disturbance of the gas flow. As a result, instability of the plasma flame, misfire, coolant leakage, and in the worst case, breakage of the plasma torch may result in non-ignition in which the plasma flame itself cannot be generated before that. Further, in the case of a metal plasma torch, the tip of the torch that generates plasma is heavily worn, and frequent plasma torch replacement is essential.

【0014】従来の金属製プラズマトーチの場合、まず
パイロットアークと呼ばれる種火をプラズマトーチ内部
で発生させ、これをトーチ先端から噴出する。この状態
でトーチ先端部を溶湯面に接近させパイロットアークで
電路を形成させた後、加熱電源電圧を印加してプラズマ
主アークを発生させている。しかしながら、以下に示す
ような理由で安定した着火が実現していなかったのが事
実である。
In the case of the conventional metal plasma torch, a pilot arc called a pilot arc is first generated inside the plasma torch and jetted from the tip of the torch. In this state, the tip of the torch is brought close to the molten metal surface to form an electric path with a pilot arc, and then a heating power supply voltage is applied to generate a plasma main arc. However, it is a fact that stable ignition has not been realized for the following reasons.

【0015】まず、パイロットアークのフレーム形状が
プラズマトーチ先端の電極形状、相対位置関係の影響を
敏感に受けるということである。つまりこれはトーチ先
端部が使用に伴って消耗することによるのであって、特
に定期的なメンテナンスが重要となるに合わせて、これ
に不備があるとパイロットアークが短くなる、偏向する
などの不具合が発生し、溶湯面との電路の形成が完全に
行なえないことになる。
First, the frame shape of the pilot arc is sensitively influenced by the electrode shape at the tip of the plasma torch and the relative positional relationship. In other words, this is because the tip of the torch wears out with use, and especially when regular maintenance is important, if this is not enough, problems such as shortening of the pilot arc and deflection will occur. Therefore, the formation of an electric path with the surface of the molten metal cannot be performed completely.

【0016】また、前述のように金属製プラズマトーチ
はそれぞれの機能を持った多数の部品で構成しており、
先端部はそれらが露出している部分である。そのような
部分に溶湯からの飛沫が付着すれば部品相互の電気的、
機械的な絶縁不良などの不具合が発生し、プラズマトー
チとしての機能をはたさないことになる。これを回避す
るためにはトーチ先端を溶湯面に近づけ過ぎないよう調
節する必要があるが、それに伴ってパイロットアークで
の電路の確保が不確実なものともなり得る。
Further, as described above, the metal plasma torch is composed of a large number of parts having respective functions,
The tips are the parts where they are exposed. If splashes from the molten metal adhere to such parts, the mutual electrical
Problems such as mechanical insulation failure will occur and the function of the plasma torch will not be achieved. In order to avoid this, it is necessary to adjust the tip of the torch so that it does not come too close to the surface of the molten metal, but it may be uncertain to secure the electric path in the pilot arc.

【0017】そして、前述のように従来の金属トーチ内
部には多量の冷却水が供給するため、トーチ破損による
水漏れや水蒸気爆発の危険性を避けるべく、これもまた
トーチ先端を溶湯面に思い切って近づけることが出来な
い、つまり安定した着火やパイロットアークでの電路の
確保が難かった理由である。
As described above, since a large amount of cooling water is supplied to the inside of the conventional metal torch, in order to avoid the risk of water leakage or steam explosion due to damage to the torch, this also requires the torch tip to be on the molten metal surface. This is the reason why stable ignition and securing of electric circuit for pilot arc were difficult.

【0018】他方、廃棄物上面には種々の理由によりス
ラグが浮遊している場合が多々あり、プラズマ溶解処理
に際しスラグを配する必要性もある。このスラグは溶融
状態(溶融温度)や組成によっては電気導電性を有しな
いものもあり、この場合、パイロットアークによる溶湯
面との電路の確保を、スラグを介して行なう必要がある
ことから、特にその確保が難しいものとなる。
On the other hand, the slag is often suspended on the upper surface of the waste for various reasons, and it is necessary to dispose the slag during the plasma melting process. Depending on the molten state (melting temperature) and composition, this slag may not have electrical conductivity. In this case, it is necessary to secure the electric path with the molten metal surface by the pilot arc, so it is especially necessary to It will be difficult to secure it.

【0019】次に、2本組合せ金属トーチ型の場合には
運転の断続不具合、電極消耗という課題について説明す
る。2本組合せ金属ツイントーチの陽極トーチ、陰極ト
ーチの両電極トーチにおけるプラズマ発生現象は、その
特性として、電子が突入する陽極側プラズマは、電子が
放出される陰極側プラズマより不安定となる。従って、
例えば溶融炉の起動時すなわちプラズマの起動時、昇温
時、被溶融物(例えば焼却灰)の投入初期等の溶融炉内
の条件変化が大きい時、陽極側のプラズマアークの発生
を維持することが困難となり、したがって運転が断続的
になるという課題を有していた。また、電子が突入する
陽極トーチの方が、電子が放出される陰極トーチよりも
電極先端が加熱される。したがって、陽極トーチ先端が
高温となり、電極消耗が激しくなるという課題があっ
た。
Next, in the case of the two-piece metal torch type, problems of intermittent operation and electrode consumption will be described. As a characteristic of the plasma generation phenomenon in both the anode torch of the twin metal twin torch and the electrode torch of the cathode torch, the plasma on the anode side into which electrons enter is more unstable than the plasma on the cathode side from which electrons are emitted. Therefore,
For example, when the melting furnace is started, that is, when the plasma is started, when the temperature is raised, or when the conditions inside the melting furnace change significantly such as when the material to be melted (for example, incinerated ash) is initially charged, maintain the generation of the plasma arc on the anode side. However, there is a problem in that driving becomes intermittent and driving becomes intermittent. Further, the tip of the electrode of the anode torch into which the electrons rush is heated more than that of the cathode torch from which the electrons are emitted. Therefore, there is a problem in that the tip of the anode torch becomes hot and the consumption of the electrode becomes severe.

【0020】そこで本発明は、メンテナンス工数を減ら
し、且つ廃棄物の安定した加熱・プラズマ溶解処理操業
が可能な廃棄物プラズマ溶解処理方法ならびにそれに好
適な廃棄物プラズマ溶解処理装置を提供することを目的
とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a waste plasma melting method and a waste plasma melting processing apparatus suitable for the method, which can reduce the number of maintenance steps and can perform stable heating and plasma melting processing operation of waste. And

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明者はプラズマトー
チの見直しを行なった結果、使用するプラズマトーチは
中空部を有し、前記中空部にプラズマ作動ガスと共に非
処理物である焼却炉における焼却残渣、飛灰などや、製
鋼還元粉体スラグ、集塵ダスト、煉瓦屑破砕物などの廃
棄物を装入することよって、処理物が確実にプラズマ火
炎を通過し溶融が確実に行われ、炉内発生ダスト量が減
少出来ることを見出した。加えてプラズマ火炎発生部分
を黒鉛で成形することにトーチ電極消耗や故障の少ない
安定した操業にて廃棄物のプラズマ溶解処理が達成出来
ることを見出した。
As a result of a review of the plasma torch, the present inventor has found that the plasma torch to be used has a hollow portion, and the hollow portion is incinerated in an incinerator which is a non-processed object together with the plasma working gas. By charging residue, fly ash, etc., and waste such as steel-reduced powder slag, dust collection dust, and brick crushed material, the processed material can surely pass through the plasma flame and be melted securely. It was found that the amount of internally generated dust can be reduced. In addition, it was found that by forming the plasma flame generation part with graphite, plasma melting treatment of the waste can be achieved with stable operation with less consumption of the torch electrode and failure.

【0022】本発明は、下記の手段で構成する。括弧
( )内の符号は、添付した図面の符号を参考までに付
記した。 〔手段1〕プラズマトーチ(1)で加熱する廃棄物
(6)のプラズマ溶解処理方法において、前記プラズマ
トーチ(1)がプラズマトーチ内部を貫通する中空部
(2)を有し、該中空部(2)に廃棄物(6)とプラズ
マ作動ガス(7)を装入することを特徴とする廃棄物プ
ラズマ溶解処理方法である。
The present invention comprises the following means. The reference numerals in the parentheses () are added for reference. [Means 1] In the method for plasma-dissolving a waste (6) heated by a plasma torch (1), the plasma torch (1) has a hollow portion (2) penetrating inside the plasma torch, and the hollow portion ( A waste plasma melting treatment method characterized in that the waste (6) and the plasma working gas (7) are charged into 2).

【0023】〔手段2〕プラズマトーチ(1)のプラズ
マ火炎(12)発生部分を黒鉛で形成していることを特
徴とする〔手段1〕記載の廃棄物プラズマ溶解処理方法
である。
[Means 2] The waste plasma melting treatment method according to [Means 1], wherein the plasma flame (12) generation portion of the plasma torch (1) is formed of graphite.

【0024】〔手段3〕内部を貫通する中空部(2)を
有するプラズマトーチ(1)と、底部に前記プラズマト
ーチ(1)に対向配設した対向電極(4)を具備する溶
融炉(3)と、前記対向電極(4)と前記プラズマトー
チ(1)の相対的間隔を可変する移動手段(5)と、前
記中空部(2)に廃棄物(6)とプラズマ作動ガス
(7)を装入する供給手段(8)と、前記プラズマトー
チ(1)に一端を、他端を前記対向電極(4)に接続し
た電源(9)とを具備する廃棄物プラズマ溶解処理装置
である。
[Means 3] A melting furnace (3) comprising a plasma torch (1) having a hollow portion (2) penetrating the inside thereof, and a counter electrode (4) disposed at the bottom so as to face the plasma torch (1). ), A moving means (5) for varying the relative distance between the counter electrode (4) and the plasma torch (1), and a waste material (6) and a plasma working gas (7) in the hollow portion (2). A waste plasma melting treatment apparatus comprising a feeding means (8) to be charged and a power source (9) having one end connected to the plasma torch (1) and the other end connected to the counter electrode (4).

【0025】〔手段4〕前記プラズマトーチ(1)のプ
ラズマ火炎(12)発生部分が黒鉛製である〔手段3〕
に記載の廃棄物プラズマ溶解処理装置である。
[Means 4] The plasma flame (12) generation portion of the plasma torch (1) is made of graphite [Means 3]
The waste plasma melting treatment apparatus described in 1.

【0026】〔手段5〕ガス化燃焼室(34)を付加し
た〔手段3〕または〔手段4〕に記載の廃棄物プラズマ
溶解処理装置である。
[Means 5] The waste plasma melting treatment apparatus according to [Means 3] or [Means 4] in which a gasification combustion chamber (34) is added.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下にプラズマトーチにプラズマ
トーチ内部を貫通する中空部を設けて、この中空部に廃
棄物とプラズマ作動ガスを装入することの効果を説明す
る。まず、廃棄物を中空部に投入することにより、直接
処理物を、高温のプラズマ火炎の中に投入できる。この
為、従来のように火炎先端に外部から粉体などの処理物
を供給する場合のように、プラズマガス流や、炉内上昇
気流、炉集塵ガス流などによる、粉体処理物あるいは処
理物に付着している粉状物の舞い上がり、飛散が少な
く、集塵機へ吸引される補集粉塵量も少ない。又、処理
物が高温の火炎内を通過する為、確実に溶融される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The effect of providing a hollow portion penetrating the inside of the plasma torch in the plasma torch and charging waste and plasma working gas into the hollow portion will be described below. First, by throwing the waste material into the hollow portion, the directly processed material can be thrown into the high temperature plasma flame. Therefore, as in the case of supplying a processed material such as powder from the outside to the flame tip as in the past, the powder processed material or the processed material is treated by the plasma gas flow, the updraft in the furnace, the furnace dust collection gas flow, etc. The dust particles that adhere to the object do not fly up and scatter, and the amount of auxiliary dust collected by the dust collector is also small. Further, since the processed material passes through the high temperature flame, it is surely melted.

【0028】また、本方式はプラズマ熱源の為、供給す
るガス量が、燃料燃焼方式に比べ、格段に少ない。した
がって、炉内装入ガスによる排ガス処理量が少なくてす
み、集塵機設備費、炉布交換等の維持費、補集集塵タ゛スト
後処理費も低減がはかれる。例えば、特開平7―331353
号公報に記載の溶解炉では重油―酸素バーナトーチに製
鋼廃棄物と重油、酸素と共に装入しているが、この方式
の溶解炉では熱源が燃料発熱および、酸化反応熱である
為、供給酸素量および排ガス量が多い。
Since this system uses a plasma heat source, the amount of gas supplied is much smaller than that of the fuel combustion system. Therefore, the amount of exhaust gas treated by the gas entering the furnace interior can be small, and the dust collector facility cost, maintenance cost such as replacement of the furnace cloth, and post-treatment cost of the supplementary dust collection dust can be reduced. For example, JP-A-7-331353
In the melting furnace described in Japanese Patent Publication, a steelmaking waste, heavy oil, and oxygen are charged in a heavy oil-oxygen burner torch, but in this type of melting furnace, the heat source is heat of fuel and heat of oxidation reaction, so the amount of oxygen supplied And the amount of exhaust gas is large.

【0029】以下に、重油−酸素バーナ方式と本発明で
用いるプラズマ熱源方式との排ガス量を比較する。重油
−酸素バーナ方式では燃料完全燃焼に要する供給酸素量
は、燃焼用A重油1kg当たり2.25Nm/kgで
あり、その時の燃焼生成ガスは23.9Nm/kg発
生し、その発熱量は約10000kcal/kgである。従って1
0000Kcal当たりの燃焼排ガス量は23.9Nm3となる。
実際には、他に、処理物に含まれる、C,S、Nなどの
元素の燃焼酸化によるCO、SOx,Noxガスなど
もこれに加わり発生するが、比較の為、A重油だけの完
全燃焼の燃焼排ガスのみで以下比較し論ずる。
Exhaust gas amounts of the heavy oil-oxygen burner system and the plasma heat source system used in the present invention will be compared below. In the heavy oil-oxygen burner system, the amount of oxygen supplied for complete combustion of fuel is 2.25 Nm 3 / kg per kg of A heavy oil for combustion, and the combustion product gas at that time is 23.9 Nm 3 / kg, and the calorific value is It is about 10,000 kcal / kg. Therefore 1
The amount of combustion exhaust gas per 0000 Kcal is 23.9 Nm 3 .
Actually, CO 2 , SOx, Nox gas, etc. due to combustion and oxidation of elements such as C, S, N contained in the treated product are also added to this, but for comparison, only the A heavy oil is used. Only the flue gas of combustion is compared and discussed below.

【0030】一方、本発明による、プラズマ熱源方式の
場合はプラズマガス供給量が空気プラズマ方式で68N
/hrである。トーチ出力範囲60〜300KWで通常
100KWで運転するので、仮に水冷なしの改善を無視
して、電気―熱エネルギ有効変換率50%としても、そ
の時の発熱量は100kw×3600×0.5×860Kcal/kwh=1
54800000kcal/hrである。よって発熱量10000kcal当た
りの供給プラズマガス量は0.005 Nm3となる。よっ
て、両方式による、発熱時に発生する排ガス量の比較で
は、格段に本発明のプラズマ加熱方式が少ない。この結
果、排ガス処理量が少なくてすみ、集塵機設備費、炉布
交換等の維持費、補集集塵タ゛スト後処理費の低減がはかれ
る。
On the other hand, in the case of the plasma heat source system according to the present invention, the plasma gas supply amount is 68 N in the air plasma system.
m 3 / hr. Since the torch output range is 60 to 300 kW and normally operates at 100 kW, even if the improvement without water cooling is ignored and the electric-heat energy effective conversion rate is 50%, the calorific value at that time is 100 kw × 3600 × 0.5 × 860 Kcal. / Kwh = 1
It is 54800000 kcal / hr. Therefore, the supplied plasma gas amount per 10000 kcal of calorific value is 0.005 Nm 3 . Therefore, in comparison of the amount of exhaust gas generated during heat generation by both methods, the plasma heating method of the present invention is significantly less. As a result, it is possible to reduce the amount of exhaust gas to be treated, reduce the dust collector equipment cost, maintenance costs such as furnace cloth replacement, and the auxiliary dust collection dust post-treatment cost.

【0031】加えて、本発明では廃棄物を中空部に投入
することにより、廃物を直接、高温のプラズマ火炎の中
に投入するが、その際、同時に供給するガス量が格段に
少ないプラズマ熱源方式を組み合わせることで、廃棄物
の落下速度を低減することができる。これにより、廃棄
物が高温の火炎中を通過する時間を長く確保することが
出来るようになり、燃料燃焼方式を適用する場合と比
べ、廃棄物を一層確実に溶融することが出来る。
In addition, in the present invention, the waste is directly charged into the high temperature plasma flame by charging the waste into the hollow portion. At that time, the plasma heat source system in which the amount of gas supplied at the same time is significantly small By combining the above, it is possible to reduce the falling speed of the waste. As a result, it becomes possible to secure a long time for the waste to pass through the high temperature flame, and the waste can be more surely melted as compared with the case where the fuel combustion method is applied.

【0032】つぎに、中空を有するプラズマトーチの材
質を黒鉛にすることの効果を説明する。真空中、または
不活性雰囲気での黒鉛の融点3700℃であり、最も融点が
高い。従って黒鉛は、それ自体はプラズマ温度2000〜25
00℃の高温でも溶融しない性質を有している。この黒鉛
を用いることにより、理論上、プラズマトーチの溶融消
耗を防止できる。実際にはプラズマ動作ガスを不活性ア
ルゴンガスや窒素ガス、還元性ガスを用いても消耗が皆
無でない。
Next, the effect of using graphite as the material of the plasma torch having a hollow will be described. The melting point of graphite in vacuum or in an inert atmosphere is 3700 ° C, which is the highest melting point. Therefore, graphite itself has a plasma temperature of 2000-25
It has the property of not melting even at a high temperature of 00 ° C. By using this graphite, it is theoretically possible to prevent melting and consumption of the plasma torch. Actually, even if the plasma working gas is an inert argon gas, a nitrogen gas, or a reducing gas, there is no exhaustion.

【0033】実際に溶融炉で使用すると、黒鉛が高融点
にもかかわらず、トーチが消耗するのは、黒鉛が溶融消
耗するのではなくて、雰囲気ガスや処理物と高温下で化
学反応して、黒鉛トーチが消耗するのである。実用処理
炉では炉内の酸素は皆無にできないためである。また処
理物に含まれる酸素も存在する。従って空気のような酸
化雰囲気の炉内では、黒鉛Cが酸素と反応し炭酸ガスC
となって、電極が消耗する。
When actually used in a melting furnace, the torch is consumed even though the graphite has a high melting point. It is not that the graphite is melted and consumed but that the torch is chemically reacted with the atmospheric gas or the processed material at a high temperature. The graphite torch is exhausted. This is because oxygen cannot be completely eliminated in a practical processing furnace. There is also oxygen contained in the processed material. Therefore, in a furnace having an oxidizing atmosphere such as air, graphite C reacts with oxygen to generate carbon dioxide gas C.
It becomes O 2 and the electrodes are consumed.

【0034】黒鉛の消耗を押さえるのなら、還元雰囲気
が良いが、酸化性雰囲気でも低酸素雰囲気であれば、消
耗量は実用上問題ない。消耗度は炉内雰囲気ガスだけで
なく、処理物元素によっても異なる。つまり処理物が黒
鉛と化学反応する速度や、生成化合物の物性や融点によ
って、プラズマトーチ消耗度合いに差が出るが、金属ト
ーチよりはるかに消耗度が少なく、経済的である。また
トーチ先端の冷却が不要でトーチ構造を簡素にすること
が可能であり、メンテナンス性を格段に向上させること
ができる。メンテナンスフリー化も可能である。
A reducing atmosphere is preferable to suppress the consumption of graphite, but the amount of consumption is practically no problem if the oxidizing atmosphere is a low oxygen atmosphere. The degree of wear varies depending on not only the atmosphere gas in the furnace but also the element of the processed material. That is, the degree of plasma torch wear varies depending on the rate at which the treated material chemically reacts with graphite, the physical properties of the produced compound, and the melting point, but it is much less expensive than a metal torch and is economical. Further, since the torch tip does not need to be cooled, the torch structure can be simplified and the maintainability can be significantly improved. Maintenance-free is also possible.

【0035】本発明に使用するプラズマトーチの場合、
その電極(トーチ)把持部のみを冷却すればよく、その
プラズマトーチ、特にプラズマ火炎発生部分であるトー
チ先端部について冷却水を通す構造が不要である。アー
ク発生による高温域においても溶融することのない黒鉛
を用いたプラズマトーチだからである。そして、その冷
却水を供給する構造省略によるトーチ自体の構造簡素化
によって、基本的にそのプラズマトーチのメンテナンス
は不要となり、例えば黒鉛トーチの酸化等による消耗分
のみを継ぎ足す程度でよい。
In the case of the plasma torch used in the present invention,
It suffices to cool only the electrode (torch) gripping portion, and there is no need for a structure that allows cooling water to pass through the plasma torch, particularly the torch tip portion where plasma flame is generated. This is because it is a plasma torch that uses graphite that does not melt even in a high temperature range due to arc generation. Further, since the structure of the torch itself is simplified by omitting the structure for supplying the cooling water, the maintenance of the plasma torch is basically unnecessary, and for example, only the consumption amount due to oxidation of the graphite torch or the like may be added.

【0036】加えて、プラズマトーチへの冷却水供給が
不要となったことで、熱効率を向上させることができ
る。従来の金属トーチの場合、トーチへの冷却水供給に
よって投入電力の数十%が無駄に消費されることもあっ
たが、本発明のプラズマ溶解処理方法であればこの熱量
を有効に加熱に投入することができる。より具体的に
は、一般的に投入電気エネルギのプラズマ熱エネルギ収
支は、電気ケーブル損失6%、トーチ先端冷却損失40
%、火炎周辺雰囲気昇温49%、プラズマ火炎内処理物
溶解熱5%と言われている(例えば、文献Proceeding
ofATTAC ’88,Osaka, (May,1988、日本高温学会主催
国際シンポジウム講演概要集p113−p118))。本方式
は冷却不要で、この冷却水による熱損失40%相当が、有
効に熱に変換でき熱効率が改善できることになる。
In addition, since it becomes unnecessary to supply cooling water to the plasma torch, the thermal efficiency can be improved. In the case of the conventional metal torch, tens of percent of the input power may be wasted by supplying the cooling water to the torch, but with the plasma melting treatment method of the present invention, this heat amount is effectively input to heating. can do. More specifically, generally, the plasma thermal energy balance of input electric energy is as follows: electric cable loss 6%, torch tip cooling loss 40.
%, Temperature rise in the surrounding atmosphere of the flame 49%, heat of fusion of the processed material in the plasma flame 5% (for example, literature Proceeding
of ATTAC '88, Osaka, (May, 1988, Proceedings of International Symposium hosted by the Society of High Temperature Society of Japan, p113-p118)). This method does not require cooling, and the heat loss equivalent to 40% due to this cooling water can be effectively converted into heat and the thermal efficiency can be improved.

【0037】次に、黒鉛製プラズマトーチを用いた場
合、例えば電極先端を溶湯面または溶湯上部に浮遊する
スラグに浸漬させることが可能であり、安定した着火が
可能かつ、パイロットアークによる電路の確保が不要と
なる。つまり、本発明に使用するプラズマトーチの基本
構造としては、所定のトーチ外観形状を有する黒鉛素材
にプラズマ形成用の例えばArといった不活性ガス流路
を設けるのみであり、冷却水の流路を設ける必要もない
ことから、その先端部に種々の機能を持った部品が露出
する従来の金属製プラズマトーチにて懸念する飛沫付着
による異常放電や冷却水漏れを心配しなくていいからで
ある。
When a graphite plasma torch is used, for example, the tip of the electrode can be immersed in a slag floating on the molten metal surface or the upper portion of the molten metal, stable ignition is possible, and an electric circuit is secured by a pilot arc. Is unnecessary. In other words, the basic structure of the plasma torch used in the present invention is only to provide an inert gas flow path such as Ar for plasma formation in a graphite material having a predetermined torch appearance shape, and to provide a cooling water flow path. Since it is not necessary, there is no need to worry about abnormal electric discharge or cooling water leakage due to droplet adhesion, which is a concern in the conventional metal plasma torch in which parts having various functions are exposed at its tip.

【0038】具体的には、黒鉛製プラズマトーチに加熱
電源電圧を印加した後に先端部を溶湯面または溶湯上部
に浮遊するスラグに浸漬させ、直後に引抜きをして溶湯
面または溶湯上部に浮遊するスラグ面とに適当な距離を
保てば、プラズマ火炎を発生させることができる。これ
によれば電路の確保が確実に行われ、安定したプラズマ
主アークの着火が可能である。
Specifically, after applying a heating power supply voltage to a graphite plasma torch, the tip portion is immersed in a slag floating on the molten metal surface or the molten metal upper portion, and immediately after that, it is drawn and floated on the molten metal surface or the molten metal upper portion. A plasma flame can be generated by maintaining an appropriate distance from the slag surface. According to this, the electric path is surely secured, and stable ignition of the plasma main arc is possible.

【0039】また、プラズマ溶解処理設備に伴う電源装
置側から見れば、従来の金属製プラズマトーチの場合、
前記のような理由によるプラズマ主アークの不着火を回
避するために加熱トランス最高タップの電圧を高く設定
する必要があり、このため金属製のプラズマトーチ本体
およびプラズマ装置全体での電気絶縁を強化する必要が
ある。一方、本発明に使用する黒鉛製のプラズマトーチ
の場合は、トーチの浸漬も可能であり、電路の確保が確
実なため、トランス電圧を低く設定できる。
From the side of the power supply unit associated with the plasma melting treatment equipment, in the case of the conventional metal plasma torch,
In order to avoid the misfire of the plasma main arc due to the reasons mentioned above, it is necessary to set the voltage of the heating transformer maximum tap to be high, which enhances the electrical insulation of the metal plasma torch body and the plasma device as a whole. There is a need. On the other hand, in the case of the graphite plasma torch used in the present invention, the torch can be immersed and the electric path can be secured securely, so that the transformer voltage can be set low.

【0040】以上、本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処
理方法並びに装置において、黒鉛製のプラズマトーチを
用いることの意義を説明した。なお、プラズマトーチは
全体が黒鉛である必要は必ずしも無く、少なくともプラ
ズマ火炎発生部分が黒鉛であれば良い。次に、本発明に
係る廃棄物プラズマ溶解処理方法、装置の動作について
図面を用いて説明する。
The significance of using the graphite plasma torch in the waste plasma melting treatment method and apparatus according to the present invention has been described above. The entire plasma torch does not necessarily have to be graphite, and at least the portion where the plasma flame is generated may be graphite. Next, the operation of the waste plasma melting treatment method and apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0041】本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理装置
を起動する場合を、図1を用いて説明する。図1(a)
に、本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理装置を示す。
溶融炉3の中に、中空部2を有する黒鉛製プラズマトー
チ1が配設され、対向電極4との間で電源9が接続され
る。図1(b)に示すように、溶融炉3内にプラズマ作
動ガス7、たとえば窒素ガスを供給して酸素濃度を2%
以下とし、プラズマトーチ1を下降して対向電極4に接
触する。そして電源9からプラズマトーチ1に溶融電力
を供給する。図1(c)に示すように、プラズマトーチ
1を再び、対向電極4から約5〜10mm上方の準備ア
ーク位置まで上昇して、対向電極4とプラズマトーチ1
との間にプラズマ火炎12を発生する。なお、プラズマ
火炎12が途切れた場合には、再度プラズマトーチ1を
下降して対向電極4に接触した後、再度プラズマトーチ
1を上昇してプラズマ火炎12を発生させる。
The case of activating the waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Figure 1 (a)
1 shows a waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention.
A graphite plasma torch 1 having a hollow portion 2 is arranged in a melting furnace 3, and a power source 9 is connected to the counter electrode 4. As shown in FIG. 1B, a plasma working gas 7, for example, nitrogen gas is supplied into the melting furnace 3 to increase the oxygen concentration to 2%.
As described below, the plasma torch 1 is lowered to contact the counter electrode 4. Then, the fusion power is supplied from the power source 9 to the plasma torch 1. As shown in FIG. 1 (c), the plasma torch 1 is raised again to the preparatory arc position which is about 5 to 10 mm above the counter electrode 4, and the counter electrode 4 and the plasma torch 1 are moved.
A plasma flame 12 is generated between and. When the plasma flame 12 is interrupted, the plasma torch 1 is lowered again to contact the counter electrode 4, and then the plasma torch 1 is raised again to generate the plasma flame 12.

【0042】このプラズマ火炎12によりプラズマトー
チ1下方の対向電極4が溶融され始めたのが確認された
後、プラズマトーチ1が対向電極4から約50mm上方
の加熱アーク位置まで上昇してプラズマ火炎が継続さ
れ、対向電極4および溶融炉3内のガス雰囲気が加熱し
て昇温する。
After it was confirmed that the counter electrode 4 below the plasma torch 1 started to be melted by the plasma flame 12, the plasma torch 1 was lifted up to a heating arc position about 50 mm above the counter electrode 4 and the plasma flame was generated. Continuing, the gas atmosphere in the counter electrode 4 and the melting furnace 3 is heated and the temperature is raised.

【0043】本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理方法
においては、プラズマトーチ1に黒鉛を用いたので、プ
ラズマ火炎12の発生に際してプラズマ作動ガス7の種
類、組成に限定されず、その結果、プラズマ雰囲気も還
元雰囲気のみならず酸化雰囲気での作動も可能であり、
廃棄物処理の可能性を拡大できる。酸化雰囲気にすると
高い有機物含有量の廃棄物等の処理にも支障が無い。
In the waste plasma melting treatment method according to the present invention, since graphite is used for the plasma torch 1, the type and composition of the plasma working gas 7 is not limited when the plasma flame 12 is generated, and as a result, the plasma atmosphere is generated. Can be operated not only in a reducing atmosphere but also in an oxidizing atmosphere,
The possibility of waste treatment can be expanded. The oxidizing atmosphere does not hinder the treatment of wastes with a high organic content.

【0044】プラズマ溶解処理装置を昇温する場合を、
図1(c)を用いて説明する。プラズマトーチ1が対向
電極4に接触するとともに、加熱アーク位置のプラズマ
トーチ1と対向電極4との間にプラズマ火炎12が発生
した状態で、対向電極4の溶融が拡大する。たとえばこ
の時のプラズマトーチの電圧は100〜数100V、電
流は1000Aである。
When raising the temperature of the plasma melting treatment apparatus,
This will be described with reference to FIG. With the plasma torch 1 in contact with the counter electrode 4 and the plasma flame 12 generated between the plasma torch 1 and the counter electrode 4 at the heating arc position, melting of the counter electrode 4 expands. For example, the voltage of the plasma torch at this time is 100 to several hundreds V and the current is 1000A.

【0045】温度計(図示しない)により測定された炉
内雰囲気温度が900℃〜1000℃(900℃は粒
子、フレーク、塊状の廃棄物6が溶融する温度、100
0℃以上は炉壁耐火物が焼損し易くなる温度である)と
なると、プラズマトーチ1直下の対向電極4が溶融し始
めるため、プラズマトーチ1と対向電極4とのクリアラ
ンスが生じはじめてプラズマ火炎12が発生するか、し
ないかの不安定な状態にある。そのためプラズマトーチ
1が数mm上昇して、対向電極4とプラズマトーチ1と
の間にプラズマ火炎12が発生する。このときプラズマ
火炎12が継続された場合には、さらにプラズマトーチ
1が対向電極4の約5〜10mm上方の準備アーク位置
まで上昇する。
The furnace atmosphere temperature measured by a thermometer (not shown) is 900 ° C. to 1000 ° C. (900 ° C. is a temperature at which particles, flakes, and waste 6 are melted, 100
(0 ° C. or higher is a temperature at which the furnace wall refractory is easily burnt out), the counter electrode 4 immediately below the plasma torch 1 begins to melt, and thus the clearance between the plasma torch 1 and the counter electrode 4 begins to occur and the plasma flame 12 It is in an unstable state that occurs or does not occur. Therefore, the plasma torch 1 rises by several mm, and the plasma flame 12 is generated between the counter electrode 4 and the plasma torch 1. At this time, when the plasma flame 12 is continued, the plasma torch 1 further rises to the preparatory arc position which is about 5 to 10 mm above the counter electrode 4.

【0046】このプラズマ火炎12によりプラズマトー
チ1下方の、対向電極4の溶融の広がりが確認された
後、プラズマトーチ1を対向電極4から約50mm上方
の加熱アーク位置まで上昇させてプラズマ火炎12を継
続させ、対向電極4および溶融炉(3)内ガス雰囲気が
加熱昇温する。たとえばこの時のプラズマトーチの電圧
は100〜数100V、電流は1000〜1300A
で、炉内雰囲気温度は約1000℃に保持する。
After this plasma flame 12 confirms the spread of melting of the counter electrode 4 below the plasma torch 1, the plasma torch 1 is raised to a heating arc position about 50 mm above the counter electrode 4 to raise the plasma flame 12. The gas atmosphere in the counter electrode 4 and the melting furnace (3) is continuously heated and heated. For example, the voltage of the plasma torch at this time is 100 to several 100V, and the current is 1000 to 1300A.
Then, the temperature of the atmosphere in the furnace is maintained at about 1000 ° C.

【0047】プラズマ溶解処理装置に粒子、フレーク、
塊状の廃棄物6を投入する場合を図1(d),(e)を
用いて説明する。プラズマトーチ1の電圧は100〜数
100V、電流は1000〜1300Aで、溶融炉3内
の雰囲気温度は約1000℃の状態で、対向電極4が全
域にわたって溶融すると、供給手段8により中空の黒鉛
製プラズマトーチ1の中空部2に粒子、フレーク、塊状
の廃棄物6をプラズマ作動ガス7と共に装入して、対向
電極4上に供給する。図1(e)に示すように、対向電
極4の溶融金属や廃棄物6中の溶融金属により溶融金属
11が溶融炉3の底部に溜まり、その上を溶融スラグ1
0が覆う。溶融スラグ10は、供給手段(図示しない)
により供給するが、一部は廃棄物6が溶融して加わる。
Particles, flakes,
A case where the massive waste 6 is charged will be described with reference to FIGS. When the voltage of the plasma torch 1 is 100 to several hundreds V, the current is 1000 to 1300 A, the ambient temperature in the melting furnace 3 is about 1000 ° C., and the counter electrode 4 is melted over the entire area, the supply means 8 is used to make hollow graphite. Particles, flakes, and lump waste 6 are charged into the hollow portion 2 of the plasma torch 1 together with the plasma working gas 7, and are supplied onto the counter electrode 4. As shown in FIG. 1E, molten metal 11 is accumulated at the bottom of the melting furnace 3 by the molten metal of the counter electrode 4 and the molten metal in the waste 6, and the molten slag 1 is formed on the molten metal 11.
0 covers. The molten slag 10 is supplied by a supply means (not shown).
The waste 6 is partially melted and added.

【0048】なお比較的低温の粒子、フレーク、塊状の
廃棄物6を溶融された対向電極4上に投入すると、一時
的に対向電極4の温度が低下し、かつ溶融スラグ10も
局部的にしか生成されないため、プラズマ火炎電圧が低
下して不安定になる。炉内雰囲気温度が約1000℃に
保持され、次いで加熱アーク位置にあるプラズマトーチ
が対向電極から約100mm上方の溶融プラズマ位置に
上昇する。プラズマ火炎12が継続された場合、炉内雰
囲気温度を約1000℃に保持し、粒子、フレーク、塊
状の廃棄物6の投入を継続する。
When relatively low temperature particles, flakes, and lump waste 6 are put on the melted counter electrode 4, the temperature of the counter electrode 4 is temporarily lowered, and the molten slag 10 is also localized. Since it is not generated, the plasma flame voltage drops and becomes unstable. The ambient temperature in the furnace is maintained at about 1000 ° C., and then the plasma torch at the heating arc position rises to the molten plasma position about 100 mm above the counter electrode. When the plasma flame 12 is continued, the temperature of the atmosphere inside the furnace is maintained at about 1000 ° C., and the particles, flakes, and lump waste 6 are continuously charged.

【0049】またプラズマ火炎12が途切れた場合、粒
子、フレーク、塊状の廃棄物6の投入を停止する。そし
てプラズマトーチ1が下降して対向電極4に接触した
後、プラズマトーチ1のみが準備アーク位置から加熱ア
ーク位置に上昇してプラズマ火炎12を発生し、炉内雰
囲気温度を約1000℃に保持する。例えばこの時のプ
ラズマトーチ1の電圧はアークがプラズマに変わる電圧
で通常100V以上、電流は300〜1000Aであ
る。
When the plasma flame 12 is interrupted, the introduction of particles, flakes, and lump waste 6 is stopped. Then, after the plasma torch 1 descends and comes into contact with the counter electrode 4, only the plasma torch 1 rises from the preparation arc position to the heating arc position to generate the plasma flame 12, and the furnace atmosphere temperature is maintained at about 1000 ° C. . For example, the voltage of the plasma torch 1 at this time is a voltage at which the arc changes into plasma and is usually 100 V or more, and the current is 300 to 1000 A.

【0050】次いで前述と同様にプラズマトーチ1が準
備アーク位置から加熱アーク位置に上昇してプラズマ火
炎12が発生する。そして、正常運転に移行する。な
お、この運転中におけるプラズマトーチ1側のプラズマ
火炎12の長さは、プラズマトーチ1に取り付けた電位
差計(図示しない)により、対向電極4との間で検出す
る電位差に基づき制御する。なお、この時の電位差は、
溶融スラグ10中の電位とプラズマ火炎12電位(ほぼ
プラズマ火炎長に等しい)との合計値となる。
Then, similarly to the above, the plasma torch 1 rises from the preparation arc position to the heating arc position, and the plasma flame 12 is generated. Then, the operation shifts to normal operation. The length of the plasma flame 12 on the plasma torch 1 side during this operation is controlled by a potentiometer (not shown) attached to the plasma torch 1 based on the potential difference detected between the plasma torch 1 and the counter electrode 4. The potential difference at this time is
It is a total value of the potential in the molten slag 10 and the plasma flame 12 potential (approximately equal to the plasma flame length).

【0051】最後に運転を休止する場合を説明する。溶
融スラグ(溶融灰)と対向電極の溶融した一部を、溶融
炉の傾動などにより排出した上で、電源を切るととも
に、各プラズマトーチについては、対向電極との固着を
防止するために、溶融池の液面より、100mm程度以上
上昇させておけばよい。
Finally, the case where the operation is stopped will be described. Melt slag (molten ash) and a part of the melted counter electrode are discharged by tilting the melting furnace, etc., then turn off the power and melt each plasma torch in order to prevent sticking to the counter electrode. It should be raised about 100 mm or more above the surface of the pond.

【0052】本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理装置
において、溶融炉(3)の底部に電気的中性点方式の対
向電極(4)を具備する、ツイントーチ(単相トランス
ファー)方式、トリプルトーチ(3相トランスファー)
方式、及びこのトーチ本数をN倍化(Nは2以上の整
数)した方式、のうちのいずれかが必要に応じて選択採
用できる。
In the waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention, a twin torch (single-phase transfer) type, a triple torch having an electric neutral point type counter electrode (4) at the bottom of the melting furnace (3). (Three-phase transfer)
Any one of a system and a system in which the number of torches is multiplied by N (N is an integer of 2 or more) can be selected and adopted as needed.

【0053】本発明に係る廃棄物プラズマ溶融処理装置
において、プラズマ作動ガス(7)はAr、窒素などの
不活性ガスの他、空気等の酸化性ガスや還元性ガスを、
溶融処理物に応じて選択使用できる。例えば、処理物を
酸化させて溶融する方が、より無害化溶融処理できるな
らば、酸化性プラズマ作動ガスを利用する。又、処理物
の粒度が大きく発熱量を増やす必要が有れば、空気など
の酸化性プラズマガスを用いて、酸化発熱量を増やし、
溶融し易くする事も可能である。より具体的には、例え
ば有毒六価クロムを含む処理物の場合、還元性ガスを用
いた方が、無害化溶融できるので、この場合は還元性ガ
スをプラズマ作動ガスにする事も可能である。
In the waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention, the plasma working gas (7) contains not only an inert gas such as Ar and nitrogen but also an oxidizing gas such as air and a reducing gas.
It can be selected and used according to the melt processed product. For example, if it is possible to perform more detoxifying melting processing by oxidizing and melting the processed material, an oxidizing plasma working gas is used. Also, if the particle size of the processed material is large and it is necessary to increase the heat generation amount, increase the heat generation amount for oxidation by using an oxidizing plasma gas such as air.
It is also possible to make it easy to melt. More specifically, for example, in the case of a treated product containing toxic hexavalent chromium, it is possible to detoxify and melt by using a reducing gas. In this case, it is also possible to use the reducing gas as a plasma working gas. .

【0054】一般的には、プラズマ作動ガスの流量は炉
内処理物から生成されるガス量に比べ少なく、プラズマ
トーチ通過後の溶融処理物は、その後の炉内雰囲気で反
応が促進されるので、炉内雰囲気を酸化、又は還元雰囲
気に調節する。酸化雰囲気は空気流入で容易にできる
が、還元雰囲気は、還元処理材を一緒に投入するか、あ
るいは還元ガスであえるCOの炉内導入や、低酸素雰囲
気での蒸焼きガス化でCO濃度を増やす事で可能であ
る。プラズマトーチを垂直に設置して、処理物をほぼ自
由落下速度でプラズマ作動ガスと共にトーチ先端のプラ
ズマ火炎に導入することも可能であるが、この場合、火
炎通過時間が短時間となる。火炎通過時間を長くして、
火炎内での酸化、あるいは還元反応をより促進する場合
は、トーチを傾けて設置すれば、落下速度が遅くなり、
火炎内反応時間を長くできる。
Generally, the flow rate of the plasma working gas is smaller than the amount of gas generated from the in-furnace processed product, and the reaction of the molten processed product after passing through the plasma torch is promoted in the subsequent in-furnace atmosphere. The furnace atmosphere is adjusted to an oxidizing or reducing atmosphere. The oxidizing atmosphere can be easily made by inflowing air, but the reducing atmosphere increases the CO concentration by introducing a reduction treatment material together, or introducing CO, which is a reducing gas, into the furnace, or by steaming gasification in a low oxygen atmosphere. Things are possible. It is also possible to install the plasma torch vertically and introduce the processed material into the plasma flame at the tip of the torch together with the plasma working gas at a substantially free fall velocity, but in this case, the flame passage time becomes short. Lengthening the flame passage time,
To accelerate the oxidation or reduction reaction in the flame, if the torch is installed tilted, the falling speed becomes slower.
The reaction time in the flame can be extended.

【0055】(実施例1)図2は、本発明に係る廃棄物
プラズマ溶解処理装置の1実施例を示す。溶融炉3には
黒鉛製のプラズマトーチ1が上下動可能に配設され、プ
ラズマトーチ1は対向電極4と電源9とでギャップを有
する電気回路を形成する。プラズマトーチ1の上下動
は、移動手段5で行われる。図2ではプラズマトーチ1
を上下動する場合を図示したが、相対的に変位すれば足
りるので、プラズマトーチ1を固定して溶融炉3を上下
動してもよい。なお、溶融炉3の底部にある溶融金属1
1は、対向電極4のプラズマ放電による熱で溶融されて
形成されるが、最初から適量を溶融炉3の底部に配設し
ておくことも出来る。
(Embodiment 1) FIG. 2 shows an embodiment of a waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention. A plasma torch 1 made of graphite is vertically movable in the melting furnace 3, and the plasma torch 1 forms an electric circuit having a gap between a counter electrode 4 and a power source 9. The moving means 5 moves the plasma torch 1 up and down. In FIG. 2, the plasma torch 1
Although a case where the melting furnace 3 is moved up and down is shown in the drawing, it is sufficient if the displacement is relatively performed, so that the melting furnace 3 may be moved up and down with the plasma torch 1 fixed. The molten metal 1 at the bottom of the melting furnace 3
1 is formed by being melted by the heat generated by the plasma discharge of the counter electrode 4, but an appropriate amount may be provided at the bottom of the melting furnace 3 from the beginning.

【0056】(実施例2)図3は、本発明に係る廃棄物
プラズマ溶解処理装置の別実施例を示す。溶融炉3がほ
ぼ閉容器として形成し、溶融炉3の上部開口に集塵装置
13を設けている。また、溶融金属排出口14から溶融
金属11を、溶融スラグ排出口15から溶融スラグ10
を、溶融炉3を傾動しないで排出できるようにしてい
る。
(Embodiment 2) FIG. 3 shows another embodiment of the waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention. The melting furnace 3 is formed as a substantially closed container, and a dust collector 13 is provided at the upper opening of the melting furnace 3. Further, the molten metal 11 is supplied from the molten metal discharge port 14, and the molten slag 10 is supplied from the molten slag discharge port 15.
Of the melting furnace 3 can be discharged without tilting.

【0057】図4は、以上説明した本発明に係る廃棄物
プラズマ溶解処理装置に、更にガス化燃焼室34を付加
してダイオキシンの処理も容易になるように工夫した別
実施例である。排ガスのダイオキシン対策として、ガス
化燃焼室34でダイオキシン類を高温分解し、その後の
排ガス処理装置で排ガスを急冷し、ダイオキシン類の再
合成を防止して集塵機で飛灰、煤塵を捕集する。
FIG. 4 shows another embodiment in which a gasification combustion chamber 34 is further added to the above-described waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention so as to facilitate the treatment of dioxins. As a measure against dioxin in the exhaust gas, dioxins are decomposed at high temperature in the gasification combustion chamber 34, and the exhaust gas is then rapidly cooled in an exhaust gas treatment device to prevent re-synthesis of dioxins and a fly ash and soot are collected by a dust collector.

【0058】本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理装置
は、前述のとおり、更にガス化燃焼室34を付加してガ
ス化溶融炉とすることもできる。ガス化する為には、処
理物がCOなどの燃焼性ガスとして生成するような燃や
し方(例えば、300〜450℃、低酸素雰囲気で蒸焼き)が
必要で、且つ、燃える元素(例えば炭素を含んだ有機
物)を含む、廃棄物である必要が有る。自治体ゴミは有
機物を含み、初期蒸焼状態でガス化したCOガスがガス
化燃焼室34でブロア空気(酸素)と反応、高温燃焼す
る。
As described above, the waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention can be used as a gasification melting furnace by further adding the gasification combustion chamber 34. In order to gasify, it is necessary to burn the processed product as a combustible gas such as CO (eg, steaming in a low oxygen atmosphere at 300 to 450 ° C.), and a burning element (for example, carbon It must be waste, including organic matter that it contains. Municipal waste contains organic matter, and CO gas that is gasified in the initial steaming state reacts with blower air (oxygen) in the gasification combustion chamber 34 and burns at a high temperature.

【0059】無機物を多く含む焼却灰などは、灰だけで
はガス化しにくいので、他のごみと一緒に混合装入して
ガス化させる必要がある。灰だけでも、プラズマで溶融
するが、必ずガス化しなくても、溶融はできる。ガス化
は、燃焼排ガスの完全燃焼、ダイオキシン分解が2次バ
ーナ無しでやれて、炉内熱量が増やせる利点がある。排
ガス処理も含んだ、実用省エネルギーシステムとしての
プラズマ溶解処理装置が出来る。溶融してスラグ固化だ
けに目的に限定すれば、ガス化でなくても、実施でき
る。
Since incineration ash containing a large amount of inorganic substances is difficult to gasify with ash alone, it is necessary to mix and charge with other trash for gasification. Ashes alone are melted by plasma, but can be melted without being necessarily gasified. Gasification has the advantage that complete combustion of flue gas and dioxin decomposition can be performed without a secondary burner, increasing the amount of heat in the furnace. A plasma melting treatment device as a practical energy-saving system including exhaust gas treatment can be made. If the purpose is limited to melting and solidifying slag, it can be carried out without gasification.

【0060】以上、本発明に係る黒鉛製プラズマトーチ
を用いた廃棄物プラズマ溶解処理方法、装置について説
明した。しかし、本発明の技術的思想は、黒鉛に限定さ
れるものではなく、黒鉛に近い物性(電気伝導性、耐熱
性)を持った金属製プラズマトーチ以外のもの、例えば
導電性サイアロン(sialon)などにも展開でき
る。
The waste plasma melting treatment method and apparatus using the graphite plasma torch according to the present invention have been described above. However, the technical idea of the present invention is not limited to graphite, but other than metallic plasma torches having physical properties (electrical conductivity, heat resistance) similar to graphite, such as conductive sialon. It can also be deployed.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によると、メンテナンス工数を減
らし、且つ廃棄物の安定した加熱・プラズマ溶解処理操
業が可能な廃棄物プラズマ溶解処理方法ならびにそれに
好適な廃棄物プラズマ溶解処理装置の提供ができる。
According to the present invention, it is possible to provide a waste plasma melting treatment method and a waste plasma melting treatment apparatus suitable for it, which can reduce the number of maintenance steps and can perform stable heating and plasma melting treatment operation of waste. .

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

【図1】本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理方法の原
理図である。
FIG. 1 is a principle diagram of a waste plasma melting treatment method according to the present invention.

【図2】本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理装置の1
実施例を示す図である。
FIG. 2 is a waste plasma melting treatment apparatus 1 according to the present invention.
It is a figure which shows an Example.

【図3】本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理装置の別
の実施例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention.

【図4】本発明に係る廃棄物プラズマ溶解処理装置にガ
ス化燃焼室を付加した別実施例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment in which a gasification combustion chamber is added to the waste plasma melting treatment apparatus according to the present invention.

【図5】従来の廃棄物プラズマ溶解処理装置を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a conventional waste plasma melting treatment apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマトーチ、2 中空部、3 溶融炉、4 対
向電極、5 移動手段、6 廃棄物、7 プラズマ作動
ガス、8 供給手段、9 電源、10 溶融スラグ、1
1 溶融金属、12 プラズマ火炎、13 集塵装置、
14 溶融金属排出口、15 溶融スラグ排出口、16
円筒部材、17 ガスリング、18高周波コイル、1
9 上部フランジ、20 下部フランジ、21 プロー
ブ、22 ベース蓋、23 チャンバー、24 耐火保
温材、25 循環水タンク、26 冷却器、27,28
ポンプ、29 導入管、30 排出管、31,32
管、33 高周波電源、34 ガス化燃焼室、
1 plasma torch, 2 hollow part, 3 melting furnace, 4 counter electrode, 5 moving means, 6 waste, 7 plasma working gas, 8 supplying means, 9 power source, 10 molten slag, 1
1 molten metal, 12 plasma flame, 13 dust collector,
14 Molten Metal Discharge Port, 15 Molten Slag Discharge Port, 16
Cylindrical member, 17 gas ring, 18 high frequency coil, 1
9 upper flange, 20 lower flange, 21 probe, 22 base lid, 23 chamber, 24 fireproof heat insulating material, 25 circulating water tank, 26 cooler, 27, 28
Pump, 29 introduction pipe, 30 discharge pipe, 31, 32
Tube, 33 high frequency power supply, 34 gasification combustion chamber,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 7/18 B09B 3/00 303L // C22B 7/00 ZAB Fターム(参考) 3K061 AA16 AB03 AC01 AC03 BA05 CA14 DA12 DA18 DA19 DB11 NB02 NB23 3K084 AA04 AA08 AA12 BA07 4D004 AA36 AA37 AA43 AB07 AC08 CA28 CA29 CA43 CB31 4K001 BA12 BA14 DA01 GA16 GB12─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H05B 7/18 B09B 3/00 303L // C22B 7/00 ZAB F term (reference) 3K061 AA16 AB03 AC01 AC03 BA05 BA05 CA14 DA12 DA18 DA19 DB11 NB02 NB23 3K084 AA04 AA08 AA12 BA07 4D004 AA36 AA37 AA43 AB07 AC08 CA28 CA29 CA43 CB31 4K001 BA12 BA14 DA01 GA16 GB12

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマトーチで加熱する廃棄物プラズ
マ溶解処理方法において、前記プラズマトーチがプラズ
マトーチ内部を貫通する中空部を有し、該中空部に廃棄
物と共にプラズマ作動ガスを装入することを特徴とする
廃棄物プラズマ溶解処理方法。
1. A method for melting waste plasma by heating with a plasma torch, wherein the plasma torch has a hollow portion penetrating the inside of the plasma torch, and the plasma working gas is charged into the hollow portion together with the waste. Characteristic waste plasma melting treatment method.
【請求項2】 前記プラズマトーチのプラズマ火炎発生
部分を黒鉛で成形していることを特徴とする請求項1に
記載の廃棄物プラズマ溶解処理方法。
2. The waste plasma melting treatment method according to claim 1, wherein the plasma flame generation portion of the plasma torch is formed of graphite.
【請求項3】 内部を貫通する中空部を有するプラズマ
トーチと、底部に前記プラズマトーチに対向配設した対
向電極を具備する溶融炉と、前記対向電極と前記プラズ
マトーチの相対的間隔を可変する移動手段と、前記中空
部に廃棄物とプラズマ作動ガスを装入する供給手段と、
前記プラズマトーチに一端を、他端を前記対向電極に接
続した電源とを具備する廃棄物プラズマ溶解処理装置。
3. A plasma torch having a hollow portion penetrating the inside thereof, a melting furnace having a counter electrode provided at the bottom so as to face the plasma torch, and a relative distance between the counter electrode and the plasma torch is variable. Moving means, supply means for charging the hollow portion with waste and plasma working gas,
A waste plasma melting treatment apparatus comprising: a plasma torch having one end and a power source having the other end connected to the counter electrode.
【請求項4】 前記プラズマトーチのプラズマ火炎発生
部分が黒鉛製であることを特徴とする請求項3に記載の
廃棄物プラズマ溶解処理装置。
4. The waste plasma melting treatment apparatus according to claim 3, wherein the plasma flame generating portion of the plasma torch is made of graphite.
【請求項5】 ガス化燃焼室を付加した請求項3または
4に記載の廃棄物プラズマ溶解処理装置。
5. The waste plasma melting treatment apparatus according to claim 3, further comprising a gasification combustion chamber.
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Cited By (2)

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JP2010060229A (en) * 2008-09-05 2010-03-18 Daido Steel Co Ltd Electrode operating method for burned ash melting furnace
CN111495298A (en) * 2020-05-15 2020-08-07 广东先导稀材股份有限公司 Plasma arc magnetic force rotary gasification powder making furnace

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