JP2005003286A

JP2005003286A - 溶融炉の出湯装置

Info

Publication number: JP2005003286A
Application number: JP2003167942A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Oura; 武大浦; Takeo Ishijima; 武雄石島; Keishin Machida; 敬信町田; Shigeaki Yamashita; 繁昭山下
Original assignee: JFE Engineering Corp; Nissei Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp; Nissei Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】溶湯を安全かつ容易に排出する。
【解決手段】炉壁に設けた排出筒１００の溶湯の流路１１１の周囲に、炉体外部側は水冷方式の誘導加熱コイル１９１を配置し、炉体内部側は空冷方式の誘導加熱コイル１９２を配置して、これら誘導加熱コイル１９１、１９２を、溶湯の流路１１１の周囲に、炉体２内部に対して遠い位置から可及的に近い位置まで配置する。排出筒１００の溶湯の流路１１１上の黒鉛電極２００を装着し、誘導加熱コイル１９１、１９２により誘導加熱して、溶湯の流路１１１を加熱する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却灰（主焼却灰、飛灰）、廃棄物、雑固体、さらに金属などの溶融に使用する溶融炉に備え、炉体内部の溶湯を炉体外部に排出する溶融炉の出湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アーク方式灰溶融炉、プラズマ方式灰溶融炉など、電気溶融方式の溶融炉では、溶融メタルはプラズマアークを安定させるのに必要不可欠であるものの、溶融メタルが溜まり過ぎ、溶融スラグの量が過少になると、焼却灰の溶融に支障をきたすため、溶湯から溶融メタルを必要量だけ抜き出す必要がある。
【０００３】
従来、この種の出湯装置としては、誘導加熱方式を利用した出滓装置が知られている。この出滓装置では、灰溶融炉の炉壁に設けられた排出筒が、被溶融物を通す黒鉛製の筒状発熱材と、その外側を保護材を介して包囲する、誘導加熱コイルを埋め込んだ出滓管とにより構成され、誘導加熱コイルに交流電流を通電することにより発熱材が加熱され、排出筒内に固化した溶融物を溶解して、炉体内部の溶湯を排出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この誘導加熱方式では、一般に、誘導加熱コイルに銅製の水冷管を使用するため、排出筒を炉壁に炉体内部（溶湯の溶融部）に近づけて設けると、炉体周壁の内面が溶湯により侵食され、溶湯が誘導加熱コイルに接触した場合に、水冷管の誘導加熱コイルは水蒸気爆発の危険に晒されることになる。このため、誘導加熱コイルに水冷管を用いる場合には、排出筒を炉体周壁の溶湯に侵食されやすい位置に設けることは難しい。そこで、図５に示すように、炉体の周壁５１に適宜厚みを持たせて溶湯を排出するための排出口（穴）５２を貫通形成し、その外部端に排出筒５３を接続して、排出筒５３の誘導加熱コイル５４を炉体内部から離間する必要がある。他面、このようにすると、排出筒５３内の固化されたメタルを誘導加熱コイル５４により加熱溶融することができるが、周壁５１の排出口５２内に固化されたメタルは炉体内部の溶湯からの熱伝導と排出筒５３内の溶融メタルからの熱伝導とにより加熱する他なく、この炉壁の排出口５２に固化されたメタルを確実に溶融するためには、この加熱できない排出口５２の長さを極力短くする必要がある。
一方、炉体の周壁５１は煉瓦などの耐火物で形成されているが、この周壁５１は、図６に示すように、溶湯の熱や化学反応により侵食される。この溶湯による浸食は溶融メタルよりも溶融スラグの方で激しいことが、耐火物（煉瓦）の傷み具合から明らかであるが、耐火物の材質や炉体内部で溶かされるものによって差があり、いずれにしても炉体周壁５１の浸食は避けられない。そこで周壁５１に対する補修などメンテナンスの間隔を延ばすためには、耐火物の厚さを増加せざるを得ない。ところが、周壁５１の厚みは増すが、既述のとおり排出筒５３の誘導加熱コイル５４は炉体内部に近接して配置できないとなれば、図５から明らかなように、周壁５１の排出口５２の距離は長くなり、この排出口５２の内部は加熱できないから、特に排出口５２の中間部は炉体内部からも排出筒５３からも離れて、この中間部に固化されたメタルは炉体内部の溶湯からの熱伝導と排出筒５３内の溶融メタルからの熱伝導では加熱できない。このため、溶湯の流路は開通されず、炉体内部の溶湯を排出できない。
【０００５】
この対策として、従来は、誘導加熱方式の加熱手段の他に抵抗加熱方式の加熱手段を併用することが提案されている。これは、図７に示すように、炉体の周壁５１の厚みを増大して誘導加熱方式の排出筒５３を炉体内部から離して接続し、炉体の周壁５１の排出口５２の周囲に抵抗加熱を用いるもので、誘導加熱を用いる排出筒５３では、誘導加熱コイル５４を流れる電流による磁界内に存在する磁性物体を加熱することにより、コイル５４と被加熱物との間にある耐火物に関係なく、被加熱物を加熱し、抵抗加熱を用いる部分では、発熱体のコイル５５に電流を流し抵抗発熱によりコイル５５自体を発熱させ、このコイル５５の発熱により耐火物の温度を上昇させることにより、またこの電熱により耐火物への熱の移動を少なくすることにより、被加熱物を昇温し易くして、炉体内部の溶融物と誘導加熱による排出筒５３内の溶融物の両方から非加熱部へ熱を伝導し、この被加熱物を加熱溶融する。また、炉壁の溶湯による浸食により炉壁の厚みが減少し、溶湯が発熱体のコイル５５に接触しても、水蒸気爆発の危険性はない。
この誘導加熱と抵抗加熱の２方式を用いることで、炉壁の厚みを増大させても、炉壁内部の排出口５２の加熱を容易にするとともに、水蒸気爆発の危険をなくして安全を確保することができる（例えば、特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２９７９２１公報
【特許文献２】
特開２００２−１２２３８３公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように誘導加熱方式に抵抗加熱方式を併用した場合、抵抗加熱方式では、コイルを発熱させて耐火物の温度を上昇させるため、この温度の上昇により耐火物の損耗が大きく、耐火物の寿命は短くならざるを得ない。また、抵抗加熱では、被加熱物を直接加熱できないため、被加熱物を効率的に加熱溶融することができない。
本発明はこのような従来の問題を解決するもので、炉壁に設けられた溶湯の排出筒又は排出口の周囲に、炉体内部に対して遠い位置から可及的に近い位置まで、誘導加熱コイルを水蒸気爆発が発生することなく、安全を確保して配置し、溶湯の流路全体の被加熱物を有効に加熱し、被加熱物を効率的に溶融することのできる優れた溶融炉の出湯装置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】
上記目的を達成するために、本発明の溶融炉の出湯装置は、被溶融物を加熱溶融する炉体の炉壁に設けられ、炉体内部の溶湯を炉体外部に排出するための溶湯の流路と、溶湯の流路上の溶湯を加熱する加熱手段とを備え、炉体内部の溶湯を誘導し、炉体外部に排出する溶融炉の出湯装置において、加熱手段は、前記溶湯の流路上に交換可能に配置される黒鉛電極と、前記溶湯の流路の周囲に誘導加熱コイルを巻装配置され、前記溶湯の流路上の黒鉛電極を間接誘導加熱する誘導加熱装置とを備え、前記炉体外部側の溶湯の流路の周囲に配置された誘導加熱コイルと前記炉体内部側の溶湯の流路の周囲に配置された誘導加熱コイルとを異なる冷却方式により構成される。
この構成により、炉壁に設けられた溶湯の排出筒又は排出口などの溶湯の流路の周囲に、異なる冷却方式の誘導加熱コイルが巻装配置され、炉体内部に対して遠い位置に水冷方式の誘導加熱コイルが採用され、炉体内部に対して近い位置に非水冷方式の誘導加熱コイルが採用されることで、誘導加熱コイルを、炉体内部に対して遠い位置から可及的に近い位置まで、水蒸気爆発が発生することなく、安全を確保して配置することができる。すなわち、炉壁が溶湯により浸食され、溶湯が炉体内部側の溶湯の流路の周囲に配置された誘導加熱コイルに接近又は接触しても、この炉体内部側の誘導加熱コイルが非水冷方式により冷却されていることにより、水蒸気爆発の危険はなく、安全を充分に確保することができる。
なお、この炉体内部側の誘導加熱コイルが溶湯に接近した場合は、この誘導加熱コイルと高周波電源との接続を切ってその動作を停止させ、この誘導加熱コイルに溶湯が接触した場合には、そのまま消耗すればよい。炉壁の溶湯による浸食で、溶湯が炉体内部側の誘導加熱コイルに接近又は接触したときには、炉壁の厚みは減少し、炉体内部側の溶湯の流路上の被加熱物は炉体内部の溶湯からの熱伝導と誘導加熱による炉体外部側の溶湯の流路上の被加熱物からの熱伝導とにより、加熱されるため、炉体内部側の誘導加熱コイルによる誘導加熱は不要となる。
また、誘導加熱コイルは全体が冷却されているので、炉体内部のおよそ１３００度の高温環境に隣接していても、各誘導加熱コイルの機能を維持することができ、これによって溶湯の流路上で黒鉛電極を誘導加熱し、溶湯の流路上の溶湯を加熱しながら誘導し、溶湯を溶湯の流路の途中で固化することなしに、確実に排出することができる。この出湯方式によれば、溶湯の流路全体の被加熱物を有効に加熱できるので、被加熱物を効率的に溶融することができる。
さらに、この誘導加熱コイルの冷却により、溶湯の流路の周囲が冷却されるので、溶湯の流路を形成する耐火物（キャスタブル）の劣化などにより耐火物の内部で溶湯の流路から溶湯が漏れ出した場合でも、この溶湯を耐火物の内部で低温の耐火物に接触させて凝固させることができる。
【０００９】
本発明はまた、次のように具体化される。
第１に、前記溶湯の流路は耐火物からなる筒体により形成され、該筒体は炉体の炉壁にその外部から炉体内部に向けて差し込まれた状態に一体的に接続されて、前記溶湯の流路が炉壁に形成された排出口を通じて炉体内部に連通される。
これにより、出湯装置を炉体の炉壁に交換可能に取り付けることができる。
第２に、前記炉体外部側の誘導加熱コイルに水冷方式が採用され、前記炉体内部側の誘導加熱コイルに空冷方式が採用される。
これにより、炉体内部から遠い炉体外部側の誘導加熱コイルを水冷方式により冷却するので、溶湯の流路を形成する耐火物（キャスタブル）の温度の上昇を抑え、さらに、耐火物の劣化により耐火物の内部で溶湯の流路から溶湯が漏れ出した場合でも、この溶湯は耐火物の内部で低温の耐火物に接触して凝固され、出湯装置周囲の作業環境に高度の安全性を確保することができる。また、炉体内部に近い炉体内部側の誘導加熱コイルを空冷方式により冷却するので、溶湯の流路を形成する耐火物（キャスタブル）の温度の上昇を抑え、さらに、炉壁が溶湯により浸食され、溶湯が炉体内部側の誘導加熱コイルに接近又は接触しても、水蒸気爆発の危険はなく、安全を充分に確保することができる。
第３に、前記炉体外部側の誘導加熱コイルは水冷管により形成されて冷却水源に接続され、前記炉体内部側の誘導加熱コイルは空冷管により形成されて冷却空気源に接続される。
これにより、炉体内部から遠い炉体外部側の誘導加熱コイルを水冷管により形成して水冷方式により冷却するので、溶湯の流路を形成する耐火物（キャスタブル）の温度の上昇を抑え、さらに、耐火物の劣化により耐火物の内部で溶湯の流路から溶湯が漏れ出した場合でも、この溶湯は耐火物の内部で低温の耐火物に接触して凝固され、出湯装置周囲の作業環境に高度の安全性を確保することができる。また、炉体内部に近い炉体内部側の誘導加熱コイルを空冷管により形成して空冷方式で冷却するので、溶湯の流路を形成する耐火物（キャスタブル）の温度の上昇を抑え、さらに、炉壁が溶湯により浸食され、溶湯が炉体内部側の誘導加熱コイルに接近又は接触しても、水蒸気爆発の危険はなく、安全を充分に確保することができる。
第４に、前記水冷管に吸引式のポンプが連結され、冷却水源を吸引して、水冷管に冷却水が循環される。
これにより、水冷管に水が吸引されるので、水冷管から万が一水が漏れ出した場合でも、この漏れ出した水もまた吸引により水冷管から排出され、水漏れが水冷管周囲の耐火物に浸透して広がるのを防止することができ、高い安全性を確保することができる。
第５に、前記炉体外部側の誘導加熱コイルと前記炉体内部側の誘導加熱コイルが共通の高周波電源に接続されるとともに、前記炉体外部側の誘導加熱コイルと前記炉体内部側の誘導加熱コイルとの電気的な接続を切り離し、該炉体外部側の誘導加熱コイルのみを高周波電源に接続する切替スイッチが併設される。
これにより、炉壁が溶湯により浸食され、溶湯が炉体内部側の溶湯の流路の周囲に配置された誘導加熱コイルに接近したときに、切替スイッチで炉体内部側の誘導加熱コイルの電源を切断することができる。
第６に、前記炉体外部側の誘導加熱コイルと前記炉体内部側の誘導加熱コイルが共通の高周波電源に接続されるとともに、前記炉体外部側の誘導加熱コイルと前記炉体内部側の誘導加熱コイルとを高周波電源に対して直列接続又は並列接続する切替スイッチを具備する。
これにより、炉壁が溶湯により浸食され、溶湯が炉体内部側の溶湯の流路の周囲に配置された誘導加熱コイルに接近したときに、切替スイッチで炉体外部側の誘導加熱コイルと炉体内部側の誘導加熱コイルとを高周波電源に対して並列接続することにより、炉体内部側の誘導加熱コイルから炉体外部側の誘導加熱コイルを切り離すことができ、炉体内部側の誘導加熱コイルにのみ通電することができる。
第７に、前記溶湯の流路の周囲に、該周囲の温度変化を検出する温度センサを備える。
これにより、溶湯の流路の周囲の温度変化を検出することにより、溶湯の流路周囲の耐火物の冷却状態を把握することができる。
第８に、炉壁の内部で、炉体中心を中心として誘導加熱コイルが配設された位置と略同一円周上の位置に、炉壁の内面が溶湯により侵食され、溶湯が接近することによる該炉壁の温度変化を検出する温度センサを備える。
これにより、炉壁の温度変化を検出することで、炉壁の溶湯の浸食の程度を推定することができ、この炉壁の温度管理により、溶湯が炉体内部側の誘導加熱コイルに接触する前に、誘導加熱コイルの電源を切断することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１乃至図４は本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、１は灰溶融炉であり、プラズマ方式の電気炉として構成され、電極（負極側）を設置された炉体２と、電極（正極側）を垂下された天壁（図示省略）とを備える。炉体２には、その周壁（炉壁）２０に炉底（炉壁）２１から所定の高さに図示されない溶湯の出滓口が形成されている。灰溶融炉１の運転により、焼却灰が１３００℃〜１６００℃の高温で加熱溶融されるとともに、その溶湯の湯面が上昇され、出滓口からオーバーフローすることにより、溶湯６上層の溶融スラグが連続滴下により取り出されるようになっている。
【００１１】
図１において、１０はこの灰溶融炉１の出湯装置で、多層構造の排出筒１００と間接誘導加熱方式の加熱装置（溶湯加熱装置）１９と、排出筒用の複数の温度センサ３１と、炉体炉壁用の温度センサ３２とを備え、排出筒１００が炉体２の周壁２０に接続され、この排出筒１００により炉体２の内部と外部が連通されている。
【００１２】
排出筒１００はそれ自体、溶湯の流路１１１を有する第１の耐火層１１０と、第１の耐火層１１０の周囲に被覆され、第１の耐火層１１０の熱を遮断可能な断熱層１２０と、断熱層１２０の周囲に被覆され、溶湯６を遮断可能な第２の耐火層１３０とにより形成されていて、この排出筒１００自体は発熱体として構成されるものではない。
【００１３】
なお、この排出筒１００の第１の耐火層１１０は強度の高い炭化珪素系の耐火物により略中空円筒状に形成され、溶湯６の高熱（１３００℃〜１６００℃）や被溶融物の膨張による内圧の変化に対して長期間の使用に耐え得る処理が施されている。断熱層１２０は、第１の耐火層１１０の周囲に被覆され、第１の耐火層１１０の熱を遮断可能に形成されている。この断熱層１２０は、断熱性、耐火性、さらに弾力性に優れたセラミックファイバなどの軟質の耐火断熱材により形成され、この軟質の耐火断熱材が第１の耐火層１１０の周面に被せられている。また、この軟質の断熱耐火材の周囲を、さらに硬質の断熱材で被覆してもよい。この場合、硬質の断熱材に耐火性、断熱性に優れたセラミック多孔質チューブが採用され、このセラミック多孔質チューブがセラミックファイバの上から被せ付けられる。第２の耐火層１３０は、断熱層１２０の周囲に被覆され、第１の耐火層１１０から漏れて断熱層１２０からしみ出された溶湯を遮断可能に形成されている。この耐火層１３０は、耐火度、熱伝導度の高いアルミナ系の耐火物により形成され、断熱層１２０の周囲に全体が直方体状又は立方体状のブロックに形成して被せ付けられている。
また、この排出筒１００においては、第１の耐火層１１０と第２の耐火層１３０との間、すなわち断熱層１２０が、第１の耐火層１１０と第２の耐火層１３０との間に蒸気が発生した場合にこの蒸気を排出するための排蒸路になっていて、第２の耐火層１３０中にこの排蒸路と排出筒１００外部とを連通する排蒸路が形成され、その外部排蒸口が第２の耐火層１３０表面に設けられている。この灰溶融炉１では、排蒸手段で蒸気を検知した場合に出湯装置１０の出湯動作を停止する緊急停止装置が併せて設置される。
【００１４】
一方、加熱装置１９は、黒鉛電極２００と、黒鉛電極２００を間接誘導加熱する誘導加熱装置１９０Ｕとを備え、排出筒１００の内層を発熱させるのではなく、排出筒１００内に装着された黒鉛電極２００を加熱する間接誘導加熱方式が採用されている。この加熱装置１９では、黒鉛電極２００は排出筒１００の内部、第１の耐火層１１０の溶湯の流路１１１上に交換可能に配置されている。この場合、黒鉛電極２００は、その外径が排出筒１００の溶湯の流路１１１の内径よりも小さく、その長さが排出筒１００の溶湯の流路１１１の長さよりも長く形成され、その挿入端が炉体２内部付近に達する程度の長さに設定されていて、図示されない搬器により保持されて、排出筒１００の溶湯の流路１１１上に炉体２内部に押し出し可能に挿入されている。なお、この黒鉛電極２００は排出筒１００の溶湯の流路１１１上に抜き差し可能に挿入されていてもよい。このようにして排出筒１００内に黒鉛電極２００が装着され、溶湯の流路１１１の内周面と黒鉛電極２００との間を溶湯の通路とする。
【００１５】
誘導加熱装置１９０Ｕは、誘導加熱コイル１９０と、誘導加熱コイル１９０に通電する高周波電源とを備え、誘導加熱コイル１９０が複数に分割され、各分割部が異なる冷却方式により構成されて、排出筒１００の溶湯の流路１１１の周囲に巻装配置されている。ここで誘導加熱コイル１９０は２分割され、（炉体２内部の溶湯から遠い）炉体２外部側の溶湯の流路１１１の周囲に巻装され、水冷方式が採用される第１のコイル１９１と、（炉体２内部の溶湯に近い）炉体２内部側の溶湯の流路１１１の周囲に巻装され、空冷方式が採用される第２のコイル１９２とにより構成される。なお、この誘導加熱コイル１９０は２分割以上にしてもよく、炉体２の大きさや炉壁の厚さに応じて適宜決定される。
【００１６】
第１のコイル１９１は水冷管により形成され、断熱層１２０の上から巻装され、第２の耐火層１３０の中に埋設されている。ここで、水冷管１９１には銅製の中空パイプが使用される。このパイプは冷却水源として炉体２の周辺に設置された冷却水槽１９３（図２参照）に接続され、パイプ内に冷却水が循環されて水冷される。この場合、水冷管１９１に吸引式のポンプ１９４（図２参照）が連結され、このポンプ１９４により冷却水槽１９３から冷却水が水冷管１９１に吸引されて循環され、冷却水槽１９３に戻し入れられる吸引方式が採用される。また、水冷管１９１には、この水冷管１９１が破損した場合にその周囲の高熱により発生する蒸気の圧力よりも低い圧力、ここでは水道圧程度の水圧で水が通される。なお、この水冷管１９１には、図示されない水温監視装置が接続され、この水冷管１９１内の水の温度が常時監視されていて、予め設定した温度に達すると、水温の上昇を知らせる警報を発するようになっている。このようにして第１のコイル１９１は高周波電源（電源装置１９７）に接続される。
第２のコイル１９２は空冷管により形成され、断熱層１２０の上から巻装され、第２の耐火層１３０の中に埋設されている。ここで、空冷管１９２には耐熱性に優れた例えばステンレス（ＳＵＳ）製の中空パイプが使用される。なお、炉壁の溶湯による浸食により、溶湯が第２のコイル１９２に接近した場合、このコイル１９２周辺の温度は１１００℃〜１２００℃になると推定されることから、このコイル１９２には無冷却で前記温度に耐え得る材質の材料が選定される。このパイプは冷却空気源として炉体２の周辺に設置された圧縮空気用のエアコンプレッサ１９５（図２参照）に接続され、パイプ内に圧縮空気が圧送されて空冷される。なお、このコイル１９２には、パイプの膨張を吸収するため、図３に示すように、パイプの表面が断熱フェルトなどの断熱材１９６で被覆されている。このようにして第２のコイル１９２は高周波電源（電源装置１９７）に接続される。
【００１７】
またここで、第１のコイル１９１と第２のコイル１９２は、図２に示すように、（１台の）共通の電源装置１９７に接続されている。この場合、第１のコイル１９１と第２のコイル１９２に電源装置１９７に対して直列接続又は並列接続を取り得る回路構成とその切替スイッチ１９８が採用されている。なお、第１、第２のコイル１９１、１９２、電源装置１９７間の回路構成は任意であるが、第１のコイル１９１と第２のコイル１９２との電気的な接続を切り離し、第１コイル１９１のみを電源装置１９７に接続する切替スイッチを備えることが好ましい。勿論、第１のコイル１９１と第２のコイル１９２とを各別の電源装置に接続して、個別に制御しても差し支えない。
このようにして誘導加熱コイル１９０は電源装置１９７に接続され、この誘導加熱装置１９０Ｕの通電により排出筒１００内部の黒鉛電極２００が間接誘導加熱され、１６００℃〜１８００℃まで加熱可能である。
【００１８】
図１において、排出筒用の温度センサ３１は、排出筒１００の溶湯の流路１１１の周囲の温度変化を検出するもので、排出筒１００の溶湯の流路１１１の周囲に埋設される。
炉体炉壁用の温度センサ３２は、炉体２の周壁２０内面が溶湯により侵食され、溶湯が接近することによる周壁２０の温度変化を検出するもので、周壁２０又は排出筒１００の内部で、炉体２中心を中心として排出筒１００の第２のコイル１９２が配設された位置と略同一円周上の位置に埋設される。
【００１９】
この出湯装置１０は、排出筒１００が（第２のコイル１９２側を接続端として）炉体２の周壁２０にその外部から炉体２内部に向けて差し込まれた状態に一体的に接続されて、その溶湯の流路１１１が炉体２の周壁２０に形成された排出口２３を通じて炉体２内部に連通される。この場合、炉体２の周壁２０は、溶湯による浸食を考慮して予め決められたメンテナンス間隔が維持できるように、最低限必要な厚さまで増大されているが、排出筒１００を炉体２の周壁２０に（水蒸気爆発が起こり得ない）空冷式の第２のコイル１９２側を炉体２内部に近づけて接続するので、炉体２の周壁２０の排出口２３の長さ（距離）を周壁２０の溶湯による浸食を考慮した上で可及的に短くすることができる。したがって、この排出口２３の長さは可及的に短くなっている。この排出口２３の周囲には誘導加熱コイルが設けられないために、この排出口２３まで通された黒鉛電極２００の挿入端側を誘導加熱により加熱することが期待できず、この非加熱部分は炉体２内部で加熱された溶湯と排出筒１００内で加熱された黒鉛電極２００及び溶湯からの熱伝導に依拠せざるを得ないが、この排出口２３の長さが短くなったことで、この非加熱部分への熱伝導を確実にし、この排出口２３の長さが短くなったことで短時間での出湯を可能にする。
【００２０】
なお、ここでは特に図示していないが、この出湯装置１０には、排出筒１００先端に黒鉛電極２００を押さえ、その飛び出しを防止する押さえ装置が併設される。また、炉体２の周囲で、排出筒１００の出湯口１０１の下方に、排出筒１００から排出された溶湯６を処理する溶湯排出設備が設置される。
【００２１】
次に、この出湯装置１０による灰溶融炉１の出湯方式について図１を用いて説明する。
まず、図示されない制御盤の制御に基いて、灰溶融炉１が運転される。焼却灰供給装置から焼却灰が連続的に炉体２内部に投入されると、焼却灰は徐々に加熱溶融されて、その溶湯６が上層の溶融スラグと下層の溶融メタルとに分離されながら炉体２内部に貯えられ、湯面を徐々に上昇していく。溶湯６の湯面が出滓口まで上がり、オーバーフローすると、上層の溶湯６、すなわち溶融スラグが出滓口から連続滴下により取り出されていく。一方、この焼却灰の連続溶融とともに、溶融メタルが出湯装置１０の排出筒１００へ誘導されていく。
【００２２】
この時点（溶融メタルの誘導時点）で又は灰溶融炉１の運転開始と同時に加熱装置１９が作動され、第１、第２のコイル１９１、１９２が切替スイッチ１９８により電源装置１９７に対して直列接続で、通電されると、排出筒１００内の黒鉛電極２００が誘導加熱され、排出筒１００内の溶湯６の有無に拘わらず、炉体２内部から溶融メタルが排出筒１００へ誘導される。このようにして溶融メタルは排出筒１００内に固化することなしに、確実に進入していく。炉体２内部で溶融メタル層が漸次増加し、そのレベルが上昇していくとともに、炉体２内部から下層の溶融メタルが排出筒１００へ漸次流入し、出湯口１０１に向けて上昇していく。炉体２内部で溶湯６の湯面が出滓口レベルに上がり、排出筒１００内の溶融メタルが出湯口１０１レベルに達して、両者が均衡する。引き続き炉体２内部で溶融メタルが増加されると、これに応じて排出筒１００の出湯口１０１から溶融メタル６２が連続的に滴下され、その下方の溶湯排出設備に入れられる。
【００２３】
なお、溶融メタルの誘導時点では加熱装置１９をОＦＦのままにして、炉体２内部の溶融メタルの層の高さを累積的に増加させていき、例えば溶融メタルの層が予め設定された厚さ（溶融メタルの湯面制限レベル）に達し、溶融スラグの層が予め設定された所定の厚さ（溶融スラグの最小限必要な厚さ）まで減少した時点で、加熱装置をОＮにしてもよい。この場合、排出筒１００上の第１、第２のコイル１９０の通電により、排出筒１００の溶湯の流路１１１上に配置された黒鉛電極２００が誘導加熱され、排出筒１００内（の黒鉛電極２００の周り）に固化されたスラグやメタルが簡単に溶融し、流動化され、炉体２内部から溶融メタルが排出筒１００へ誘導される。同様にして溶融メタルは排出筒１００の内周面と黒鉛電極２００との間を通路にして、排出筒１００内で固化することなしに、排出筒１００の上部出湯口１０１まで導かれ、オーバーフローにより排出され、その下方の溶湯排出設備に入れられることになる。
【００２４】
このようにして、炉体２内部の溶融メタルは一度に所定量が排出されて、炉体２内部の溶融メタルの層が減量調整され、溶融スラグの層の厚さが維持されながら、溶湯６全体の湯面が出滓口の下方に下げられる。この溶融メタルが排出された時点で、排出筒１００上の誘導加熱コイル１９０の通電が止められ、炉体２内部の溶融メタルの流出が停止される。溶融メタルは、排出筒１００の内周面と黒鉛電極２００との間（つまり黒鉛電極２００の周り）で固化されて、これが排出筒１００のストッパーとなる。このような工程が繰り返され、一回の工程ごとに炉体２内部に増加された溶融メタルが一度にまとめて排出され、溶融メタル及び溶融スラグの各層が被溶融物の溶融に適した量と割合に調整される。
【００２５】
この運転中、作動中の第１のコイル１９１は水冷方式により冷却され、第２のコイル１９２は空冷方式により冷却されているので、炉体２内部のおよそ１３００℃の高温環境に隣接していても、各コイル１９１、１９２の機能は良好に維持される。また、これら第１、第２のコイル１９１、１９２で、排出筒１００の溶湯の流路１１１周囲の耐火物（キャスタブル）が２次的に冷却されるので、排出筒１００全体の温度の上昇が抑えられ、さらに、排出筒１００の耐火物の劣化により排出筒１００内部で溶湯の流路１１１から溶湯が漏れ出した場合でも、この溶湯は排出筒１００の内部で低温の耐火物に接触して凝固される。この場合、溶湯の流路１１１の周囲の温度変化は、排出筒用の温度センサ３１により検出される。また、第１のコイル１９１の水冷管に冷却水が吸引式のポンプ１９４で吸引されるので、この水冷管から万が一水が漏れ出した場合でも、この水もまた吸引されて水冷管から水冷管の外部に排出され、水漏れが水冷管周囲の耐火物に浸透して広がることがない。
【００２６】
また、灰溶融炉１の使用の繰り返しにより、図４に示すように、炉壁（炉体２の周壁２０）が溶湯により浸食され、溶湯が第２のコイル１９２に接近したときには、第２のコイル１９２と高周波電源との接続を切ってその動作を停止する。この場合、炉体２の周壁２０の溶湯による浸食で、炉壁の厚みは減少しており、排出筒１００の炉体２内部側の溶湯の流路１１１上の溶融メタルは、炉体２内部の溶湯６からの熱伝導と排出筒１００の誘導加熱による炉体２外部側の溶湯の流路１１１上の溶融メタルからの熱伝導とにより、加熱できるため、第２のコイル１９２による誘導加熱は不要となる。この加熱装置１９の場合、炉体炉壁用の温度センサ３２により、炉体２の周壁２０の温度変化を検出することにより、炉壁の溶湯６による浸食の程度を把握でき、炉壁の損耗が予め定められた位置に達した時点を設定することにより、溶湯６が第２のコイル１９２に接触する前に第２のコイル１９２の電源を確実に切断することができる。この場合、既述の切替スイッチ１９８で第１のコイル１９１と第２のコイル１９２とを電源装置１９７に対して並列接続することにより、電流は抵抗の小さい系統（電源装置１９７と第１のコイル１９１との間）に集中して流れ、抵抗の大きい第２のコイル１９２は電気的に切り離される。
また、炉体２の周壁２０が溶湯６によりさらに浸食され、溶湯６が第２のコイル１９２に達し、接触しても、このコイル１９２に空冷方式が採用されていることから、水蒸気爆発の危険性はない。なお、第２のコイル１９２に溶湯６が接触した場合には、このコイル１９２はそのまま消耗すればよい。
【００２７】
なお、排出筒１００内の黒鉛電極２００は１回の使用で若干の消耗が発生し、数回の使用により徐々に消耗していき、次第に縮径されていく。この黒鉛電極２００は複数回使用され、消耗が進んだ時点で、新たな黒鉛電極と交換される。
【００２８】
このように上記実施の形態によれば、排出筒１００の溶湯の流路１１１の周囲に巻装された誘導加熱コイル１９０が２分割されて、（炉体２内部の溶湯から遠い）炉体２外部側の溶湯の流路１１１の周囲に配置された第１のコイル１９１と、（炉体２内部の溶湯に近い）炉体２内部側の溶湯の流路１１１の周囲に配置された第２のコイル１９２とにより構成され、第１、第２のコイル１９１、１９２がそれぞれ異なる冷却方式により冷却されるので、誘導加熱コイル１９０を、炉壁に接続された排出筒１００の溶湯の流路１１１の周囲に、炉体２内部に対して遠い位置から可及的に近い位置まで、水蒸気爆発を引き起こすことなく、安全を確保して配置することができる。すなわち、炉壁が溶湯により浸食され、溶湯が第２のコイル１９２に接近又は接触しても、このコイル１９２が空冷方式により冷却されているので、水蒸気爆発の危険性はなく、安全を充分に確保することができる。また、溶湯が第２のコイル１９２に接近した場合は、このコイル１９２と高周波電源との接続を切ってその動作を停止させ、このコイル１９２に溶湯が接触した場合には、そのまま消耗してもよい。この場合、炉壁の溶湯による浸食で、炉壁の厚みは減少しており、排出筒１００の炉体２内部側の溶湯の流路１１１上のメタルやスラグは炉体２内部の溶湯からの熱伝導と排出筒１００の誘導加熱による炉体２外部側の溶湯の流路１１１上の溶湯からの熱伝導とにより、加熱することができる。また、この出湯装置１０の場合、炉体２の周壁２０に設けた温度センサ３２により、炉壁の温度変化を検出することにより、炉壁の溶湯による浸食の程度を把握することができ、溶湯が第２のコイル１９２に接近し、第２のコイル１９２に接触する前に第２のコイル１９２の電源を切断することができる。さらに、第１のコイル１９１と第２のコイル１９２とを高周波電源に対して直列接続又は並列接続する切替スイッチ１９８を設けているので、この切替スイッチ１９８で第１のコイル１９１と第２のコイル１９２とを高周波電源に対して並列接続することにより、第２のコイル１９２を高周波電源から簡単に切り離すことができ、高い安全性を確保することができる。
また、第１のコイル１９１は水冷により、第２のコイル１９２は空冷によりそれぞれ冷却されているので、炉体２内部のおよそ１３００度の高温環境に隣接していても、第１、第２のコイル１９１、１９２の機能を維持することができ、これによって排出筒１００内の溶湯の流路１１１上で黒鉛電極２００を誘導加熱し、この排出筒１００の溶湯の流路１１１上の溶湯を加熱しながら誘導し、溶湯を溶湯の流路１１１の途中で固化することなしに、確実に排出することができる。この出湯方式によれば、溶湯の流路１１１全体のメタルやスラグを有効に加熱できるので、メタルやスラグを効率的に溶融することができる。
また、第１のコイル１９１は水冷方式により冷却され、第２のコイル１９２が空冷方式により冷却されることで、排出筒１００全体の温度の上昇が抑えられ、さらに、排出筒１００の耐火物の劣化により排出筒１００の内部で溶湯の流路１１１から溶湯が漏れ出した場合でも、この溶湯は排出筒１００の内部で低温の耐火物に接触して凝固され、出湯装置１０周囲の作業環境に高度の安全性を確保することができる。この場合、排出筒１００の溶湯の流路１１１の周囲に設けた温度センサ３１により、溶湯の流路１１１の周囲の温度変化を検出することができ、溶湯の流路１１１周囲の耐火物の冷却状態を把握することができる。
さらに、第１のコイル１９２は水冷管により形成されて冷却水源に接続され、吸引式のポンプ１９４により冷却水が吸引されるので、万が一水冷管から水が漏れ出した場合でも、この水もまた吸引されて水冷管から外部に排出され、水漏れが水冷管周囲の耐火物に浸透して広がるのを防止することができ、安全性の向上を図ることができる。
また、排出筒１００が炉体２の周壁２０にその外部から炉体２内部に向けて差し込まれた状態に一体的に接続されて、その溶湯の流路１１１が周壁２０に形成された排出口２３を通じて炉体２内部に連通されるので、出湯装置１０を炉体２の炉壁に交換可能に取り付けることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
第１の実施の形態として例示した加熱装置１９を、独立した装置として構成し、既存の各種溶融炉の排出筒又は排出口（溶湯の流路）の周囲に後付けで同様に装着したり、新規の各種溶融炉に排出筒又は排出口（溶湯の流路）を形成するときにその周囲に同様にして装着することができる。このようにして、この加熱装置１９を、既存の溶融炉や新規の溶融炉に採用することにより、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
また、この加熱装置１９の場合、既設の、誘導加熱用耐火物を用いた発熱体としての排出筒が脱炭により、加熱し難くなったり、加熱されなくなった場合に、この排出筒が溶湯の排出路として使用できる限り、このような排出筒にも補助的に利用することができ、同様にして溶湯を排出することができる。
【００３０】
なお、第１、第２の実施の形態において、間接誘導加熱方式に採用する磁性体に、黒鉛電極に代えて丸鋼など金属材料を使用してもよいが、加熱途中に磁性力が弱まるなど特性変化の少ない材料を用いることが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の溶融炉の出湯装置においては、炉壁に設けた排出筒又は排出口の溶湯の流路の周囲に、炉体外部側と炉体内部側とで異なる冷却方式の誘導加熱コイルを巻装配置し、該炉体外部側の誘導加熱コイルに水冷方式を採用し、該炉体内部側の誘導加熱コイルに空冷方式を採用したので、誘導加熱コイルを、溶湯の流路の周囲に、炉体内部に対して遠い位置から可及的に近い位置まで、水蒸気爆発を引き起こすことなく、安全を確保して配置することができる。
また、この出湯装置の場合、誘導加熱方式により溶湯の流路上の黒鉛電極を誘導加熱するので、溶湯の流路上の溶湯を有効に加熱溶融することができ、炉体内部の溶湯を溶湯の流路に誘導して、途中で固化させることなしに、炉体外部に確実に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における灰溶融炉の出湯装置を示す概略断面図
【図２】同出湯装置の誘導加熱装置の構成を示す概略回路図
【図３】同出湯装置の誘導加熱コイル（第２のコイル）の概略断面図
【図４】同出湯装置を設けた炉体の炉壁が溶湯により浸食され、同出湯装置に溶湯が接近する状態を示す概略断面図
【図５】従来の灰溶融炉の出湯装置を示す概略断面図
【図６】同出湯装置を設けた炉体の炉壁が溶湯により浸食された状態を示す概略断面図
【図７】従来の、別の灰溶融炉の出湯装置を示す概略断面図
【符号の説明】
１灰溶融炉
２炉体
２０周壁（炉壁）
２１炉底（炉壁）
２３排出口
６溶湯
１０出湯装置
１００排出筒
１０１出湯口
１１０第１の耐火層
１１１溶湯の流路
１２０断熱層
１３０第２の耐火層
１９加熱装置（溶湯加熱装置）
１９０誘導加熱コイル
１９０Ｕ誘導加熱装置
１９１第１のコイル（水冷管）
１９２第２のコイル（空冷管）
１９３冷却水槽
１９４吸引式のポンプ
１９５エアコンプレッサ
１９６断熱材
１９７電源装置
１９８切替スイッチ
２００黒鉛電極
３１温度センサ
３２温度センサ

Claims

被溶融物を加熱溶融する炉体の炉壁に設けられ、炉体内部の溶湯を炉体外部に排出するための溶湯の流路と、溶湯の流路上の溶湯を加熱する加熱手段とを備え、炉体内部の溶湯を誘導し、炉体外部に排出する溶融炉の出湯装置において、
加熱手段は、
前記溶湯の流路上に交換可能に配置される黒鉛電極と、
前記溶湯の流路の周囲に誘導加熱コイルを巻装配置され、前記溶湯の流路上の黒鉛電極を間接誘導加熱する誘導加熱装置とを備え、
前記炉体外部側の溶湯の流路の周囲に配置された誘導加熱コイルと前記炉体内部側の溶湯の流路の周囲に配置された誘導加熱コイルとを異なる冷却方式により構成されることを特徴とする溶融炉の出湯装置。
前記溶湯の流路は耐火物からなる筒体により形成され、該筒体は炉体の炉壁にその外部から炉体内部に向けて差し込まれた状態に一体的に接続されて、前記溶湯の流路が炉壁に形成された排出口を通じて炉体内部に連通される請求項１に記載の溶融炉の出湯装置。
前記炉体外部側の誘導加熱コイルに水冷方式が採用され、前記炉体内部側の誘導加熱コイルに空冷方式が採用される請求項１又は２に記載の溶融炉の出湯装置。
前記炉体外部側の誘導加熱コイルは水冷管により形成されて冷却水源に接続され、前記炉体内部側の誘導加熱コイルは空冷管により形成されて冷却空気源に接続される請求項１乃至３のいずれかに記載の溶融炉の出湯装置。
前記水冷管に吸引式のポンプが連結され、冷却水源を吸引して、水冷管に冷却水が循環される請求項４に記載の溶融炉の出湯装置。
前記炉体外部側の誘導加熱コイルと前記炉体内部側の誘導加熱コイルが共通の高周波電源に接続されるとともに、前記炉体外部側の誘導加熱コイルと前記炉体内部側の誘導加熱コイルとの電気的な接続を切り離し、該炉体外部側の誘導加熱コイルのみを高周波電源に接続する切替スイッチが併設される請求項１乃至５のいずれかに記載の溶融炉の出湯装置。
前記炉体外部側の誘導加熱コイルと前記炉体内部側の誘導加熱コイルが共通の高周波電源に接続されるとともに、前記炉体外部側の誘導加熱コイルと前記炉体内部側の誘導加熱コイルとを高周波電源に対して直列接続又は並列接続する切替スイッチを具備する請求項１乃至５のいずれかに記載の溶融炉の出湯装置。
前記溶湯の流路の周囲に、該周囲の温度変化を検出する温度センサを備える請求項１乃至７のいずれかに記載の溶融炉の出湯装置。
炉壁の内部で、炉体中心を中心として誘導加熱コイルが配設された位置と略同一円周上の位置に、炉壁の内面が溶湯により侵食され、溶湯が接近することによる該炉壁の温度変化を検出する温度センサを備える請求項１乃至８のいずれかに記載の溶融炉の出湯装置。