JP3936150B2 - Molten metal automatic extraction device for melting furnace and operation method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業廃棄物やごみ焼却炉からの焼却残渣、飛灰等の被溶融物の溶融処理技術に関するものであり、溶融炉の炉底に溜まった溶融メタルを抜き出す為のタップホールの開孔及び閉塞を自動的に行い、溶融炉からの溶融メタルの抜き出しやタップホールの閉塞を簡単に安全且つスムーズに行えるようにした溶融炉の溶融メタル自動抜出し装置及びその運転方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、都市ごみ等の焼却炉から排出される焼却残渣や飛灰(以下被溶融物と云う)の減容化及び無害化を図る為、被溶融物の溶融固化処理法が注目され、現実に実用に供されている。被溶融物は溶融固化することにより、その容積を1/2〜1/3に減らすことができると共に、重金属等の有害物質の溶出防止や溶融スラグの再利用、最終埋立処分場の延命等が可能になるからである。
【0003】
而して、前記被溶融物の溶融固化処理方法には、アーク溶融炉やプラズマアーク炉、電気抵抗炉等の電気式溶融炉を使用し、電気エネルギーによって被溶融物を溶融した後、これを水冷若しくは空冷により固化する方法と、表面溶融炉や旋回溶融炉、コークスベッド炉等の燃焼式溶融炉を使用し、燃料の燃焼エネルギーによって被溶融物を溶融した後、これを水冷若しくは空冷により固化する方法とが多く利用されて居り、都市ごみ焼却処理設備に発電設備が併置されている場合には、前者の電気エネルギーを用いる方法が、又、発電設備が併置されていない場合には、後者の燃焼エネルギーを用いる方法が夫々多く採用されている。
【0004】
図6は従前のごみ焼却処理設備に併置した直流アーク放電黒鉛電極式プラズマ溶融炉の一例を示すものであり、図6に於いて、30は被溶融物Wのホッパ、31は被溶融物Wの供給装置、32は溶融炉本体、33は黒鉛主電極、34は黒鉛スタート電極、35は炉底電極、36は炉底冷却ファン、37は直流電源装置、38は不活性ガス供給装置、39は溶融スラグ流出口、40はタップホール、41は二次燃焼室、42は二次燃焼用空気ファン、43は助燃バーナ、44は排ガス冷却ファン、45はバグフィルター、46は誘引通風機、47は煙突、48は溶融飛灰コンベア、49は飛灰溜め、50はスラグ水冷槽、51はスラグ搬出コンベア、52はスラグ溜め、53はスラグ冷却水冷却装置である。
【0005】
而して、焼却残渣や飛灰等の被溶融物Wはホッパ30に貯えられ、供給装置31により溶融炉本体32内へ連続的に供給される。溶融炉本体32には、炉頂部より垂直且つ昇降可能に挿入され、その先端と被溶融物Wとの間に一定の距離を設けた黒鉛主電極33(−極)と、炉底に設置された炉底電極35(+極)とが設けられて居り、両電極33,35間に印加された直流電源装置37(容量約600〜1000KW/T・被溶融物)の直流電圧(200V〜350V)によりプラズマアーク電流が流れ、これによって被溶融物Wが1300℃〜1600℃に加熱され、順次溶融スラグSとなる。
【0006】
尚、溶融前の被溶融物Wは導電性が低い為、溶融炉の始動時には黒鉛スタート電極34を溶融炉本体32内へ挿入してこれを+電極とし、これと黒鉛主電極33間へ通電することにより被溶融物Wが溶融するのを待つ。そして、被溶融物Wが溶融すると、その導電性が上昇する為、黒鉛スタート電極34を炉底電極35へ切り換える。
【0007】
一方、前記溶融炉本体32の内部は、黒鉛主電極33等の酸化を防止する為に還元性雰囲気に保持されて居り、その為にPSA窒素製造装置等の不活性ガス供給装置38から窒素ガス等の不活性ガスG′が、中空筒状に形成した黒鉛主電極33及び黒鉛スタート電極34の中空孔を通して、溶融炉本体32内へ連続的に供給されている。
【0008】
尚、不活性ガスG′を黒鉛主電極33や黒鉛スタート電極34の中空孔を通して溶融炉本体32内へ供給する構成とするのは、▲1▼プラズマ放電領域を濃厚な不活性ガスG′により充満させた方が、プラズマアークの発生や安定性等の所謂プラズマ放電性が良好になると考えられること、及び▲2▼黒鉛主電極33や黒鉛スタート電極34の消耗がより少なくなると考えられること、等の理由によるものである。
【0009】
又、前記溶融炉本体32の炉底は、炉底冷却ファン36からの冷風(空気)により空冷され、これによって炉底電極35近傍の過度な温度上昇が防止されている。
更に、溶融炉本体32そのものは、高温に耐える耐火材及びそれを覆う断熱材等により構成されて居り、必要に応じて断熱材の外部に水冷ジャケットが設けられている。
【0010】
前記被溶融物Wの溶融によって、その内部に存在した揮発成分や炭素の酸化により起生した一酸化炭素等は、ガス体G(以下排ガスと云う)となると共に、鉄等の金属類やガラス、砂等の不燃性成分を含む被溶融物Wは、プラズマアーク放電による発生熱を供給されることによりその溶融点(1200℃〜1250℃)を越える約1300℃〜1600℃の高温度にまで加熱され、流動性を有する液体状の溶融スラグSとなる。
【0011】
前記溶融スラグSは、溶融スラグ流出口39より連続的に溢れ出し、冷却水を満したスラグ水冷槽50内へ落下することにより水砕スラグS′となり、スラグ搬出コンベア51によってスラグ溜め52へ排出される。
又、溶融炉を停止する際には、溶融スラグSの底部レベルに設けたタップホール40より湯抜きを行い、溶融炉本体32内は空状態にされる。
【0012】
一方、前記排ガスG(ガス体)は、溶融スラグ流出口39の上部空間から二次燃焼室41内に入り、ここで二次燃焼用空気ファン42により送入されて助燃バーナ43によって加熱された二次燃焼用空気が加えられることにより、内部の未燃分が完全に燃焼される。
又、二次燃焼室41内で完全燃焼した排ガスGは、排ガス冷却ファン44からの冷却空気によって冷却され、バグフィルター45を経て誘引通風機46により煙突47へ排出される。そして、バグフィルター45で捕捉された溶融飛灰Eは、溶融飛灰コンベア48により飛灰溜め49へ送られる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したアーク放電黒鉛電極式プラズマ溶融炉を用いて被溶融物Wを連続的に溶融処理すると、炉内へ連続的に供給された被溶融物Wは、炉内で順次溶融されて溶融スラグSとなり、溶融スラグ流出口39から溢流して炉外へ排出されるが、被溶融物W中に含まれている鉄等のメタル成分は、溶融メタルMとなり、溶融スラグSとの比重差により炉底に残留・堆積して溶融メタルMの層を形成することになる。
【0014】
炉底に溜まった溶融メタルMは、溶融炉の運転時間の経過と共にその層の厚みが増加し、レベル(溶融スラグSと溶融メタルMの境界面)が上昇することになる。この溶融メタルMのレベルが上昇すると、溶融スラグSと溶融メタルMが混合した状態で溶融スラグ流出口39から排出されたり、或いはプラズマアークが不安定になると云う問題がある。
その為、従前のプラズマ溶融炉に於いては、溶融炉の周壁に設けたタップホール40を間欠的に開孔し、ここから溶融メタルMを抜き出して溶融メタルMの層の厚さが所定の厚さを越えないようにしている。
【0015】
而して、前記タップホール40は、通常粘土等のマッド材を充填することにより閉塞されて居り、溶融メタルMの抜き出しを行う場合には、開孔機を用いてタップホール40内に充填したマッド材に孔を開け、タップホール40を開孔するようにしている。即ち、タップホール40の開孔作業は、開孔機のロッド(先端にビットを備えている)を前進操作、打撃・回転操作、後退操作することにより行われている。
【0016】
然し乍ら、開孔機の操作は作業者が全て手動で行うようにしている為、開孔機の操作に慣れや経験を積む必要があり、タップホール40の開孔作業は極めて難しい作業となっている。然も、この作業は、一般に極めて劣悪な作業環境下(高温下)に於ける作業である為、常に危険性を伴う作業である。
又、タップホール40の開孔を何回も行っていると、マッド材の中にスラグやメタルが固化した状態で残っていることがある。この場合、開孔機を用いてタップホール40を開孔すると、ロッドが固化しているスラグやメタルに引っ掛かって前後進しなくなることがある。
更に、タップホール40の開孔時に切削塊が発生し、これがタップホール40内に残ってしまうことがあり、ロッドの後退や溶融メタルMの抜き出しに支障を来すこともある。
そのうえ、開孔機のロッドを炉内の溶融メタルMの層に突っ込んでから引き抜くと、ロッドの先端部やビットが溶けてしまうこともあり、又、長時間ロッドを停止していると、タップホール40内で溶融メタルMが固化してしまい、ロッドの引き抜きや溶融メタルの抜き出しを行えないばかりでなく、次回の開孔が困難になると云う問題がある。
このように、溶融炉内の溶融メタルMを抜き出すには、タップホール40のスムーズな開孔が必要であり、開孔機のロッドの操作に熟練を要すると云う問題があった。
【0017】
一方、溶融メタルMの抜き出しが完了すれば、マッドガンを用いて開孔されたタップホール40内にマッド材を充填し、これを閉塞するようにしている。即ち、タップホール40の閉塞作業は、出湯している溶融メタルMが溶融スラグSに変わった時点で、マッドガンの前進操作、マッド材の押出し操作、マッドガンの後退操作をすることにより行われている。
【0018】
然し乍ら、マッドガンの操作も作業者が全て手動で行っているうえ、タップホール40の閉塞のタイミングも作業者が目視で決定している為、作業者には相当の熟練が要求されることになり、タップホール40の閉塞作業も極めて難しい作業となっている。
【0019】
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、溶融炉のタップホールの開孔及び閉塞を自動的に行い、熟練技能者でなくても、溶融炉からの溶融メタルの抜き出しやタップホールの閉塞を簡単に安全且つスムーズに行えるようにした溶融炉の溶融メタル自動抜出し装置及びその運転方法を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本発明の請求項1に記載の発明は、先端にビットを設けた前後進並びに打撃・回転可能なロッドを備え、溶融炉内に溜まった溶融メタルを抜き出すタップホール内に充填したマッド材を前記ロッドにより切削除去してタップホールを開孔する開孔機と、マッド材充填室を形成した前後進可能なマッドガン本体及びマッド材充填室内のマッド材をタップホール側へ押し出すマッド材押出しシリンダを備え、開孔されたタップホール内にマッド材を加圧充填してタップホールを閉塞するマッドガンと、開孔機のロッドを前進させつつ打撃・回転させて溶融炉のタップホール内に充填したマッド材を順次切削除去し、マッド材の切削除去中にロッドの回転圧力が設定圧力まで上昇したらロッドを一旦後退させ、又、ロッドの回転圧力が設定圧力まで下降したらロッドを再度前進させつつ打撃・回転させてタップホール内のマッド材を順次切削除去し、そして、ロッドがタップホールを所定位置まで開孔したらロッドを前後進させてタップホール内の切削塊を排出し、その後、ロッドが溶融メタルの出湯する位置までタップホールを開孔したら、ロッドが素早くタップホールの外まで後退するように前記開孔機を駆動制御すると共に、溶融メタルの抜き出しが終了したら、マッドガン本体をタップホールと対向状態になる閉鎖位置へ移動させてタップホールの入口に当接させ、その後、マッドガン本体のマッド材充填室内に充填しているマッド材をマッド材押出しシリンダによりタップホール内へ圧入してタップホールを閉塞するように前記マッドガンを駆動制御する制御装置とを具備したことに特徴がある。
【0021】
本発明の請求項2に記載の発明は、溶融炉にタップホール内を流れる流体が溶融メタルから溶融スラグに変わったことを検出するメタル・スラグ検出器を設け、メタル・スラグ検出器からの検出信号に基づいて制御装置によりマッドガンを作動させる構成としたことに特徴がある。
【0022】
本発明の請求項3に記載の発明は、制御装置により開孔機を作動させ、そのロッドを前進させつつ打撃・回転させて溶融炉のタップホール内に充填したマッド材を順次切削除去し、マッド材の切削除去中にロッドの回転圧力が設定圧力まで上昇したらロッドを一旦後退させ、又、ロッドの回転圧力が設定圧力まで下降したらロッドを再度前進させつつ打撃・回転させてタップホール内のマッド材を順次切削除去し、そして、ロッドがタップホールを所定位置まで開孔したらロッドを前後進させてタップホール内の切削塊を排出し、その後、ロッドによりタップホールを完全に開孔して溶融炉内の溶融メタルを抜き出し、溶融メタルの抜き出しが終了したら制御装置によりマッドガンを作動させ、マッドガン本体のマッド材充填室内に充填しているマッド材をマッド材押出しシリンダによりタップホール内へ圧入してタップホールを閉塞するようにしたことに特徴がある。
【0023】
本発明の請求項4に記載の発明は、メタル・スラグ検出器によりタップホール内を流れている流体が溶融メタルから溶融スラグに変わったことを検出し、これに基づいて制御装置によりマッドガンを作動させて開孔されたタップホールを閉塞するようにしたことに特徴がある。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1乃至図4は本発明の実施の形態に係る溶融メタル自動抜出し装置1を示し、当該溶融メタル自動抜出し装置1は、プラズマ溶融炉の溶融炉本体2の周壁下部位置に設けたタップホール3に対向するように配置され、タップホール3の開孔及び閉塞を自動的に行えるようにしたものであり、タップホール3を開孔する開孔機4と、タップホール3を閉塞するマッドガン5と、開孔機4及びマッドガン5を所定方向へ移動させる移動支持機構6と、タップホール3内を流れる流体の種類を検出するメタル・スラグ検出器7と、開孔機4、マッドガン5及び移動支持機構6を夫々自動制御する制御装置8とから構成されている。
尚、プラズマ溶融炉の溶融炉本体2は、図6に示したプラズマ溶融炉の溶融炉本体と同様構造に構成されている為、ここではその詳細な説明を省略する。
【0025】
前記開孔機4は、溶融炉本体2の炉底に溜まった溶融メタルMを抜き出す際に、タップホール3内に充填したマッド材9を切削除去してタップホール3を開孔するものであり、図1及び図2に示す如く、移動支持機構6のスライドフレーム26の下面側に固定され、タップホール3と平行なガイドセル10と、ガイドセル10の下面側に前後方向(図2の左右方向)へ水平移動自在に支持されたドリフターベッド11と、ガイドセル10の下方位置に前後方向へ水平移動可能で且つタップホール3と平行に配置され、先端にビット12を備えると共にタップホール3に対向可能なロッド13と、ドリフターベッド11に設けられ、ロッド13に打撃力及び回転力を与えるドリフター14と、ガイドセル10に設けられ、ドリフターベッド11を前後動させてロッド13を前後進させる駆動装置15とから構成されている。
又、駆動装置15は、ガイドセル10の両端部に設けたスプロケット15aと、両スプロケット15aに巻き回され、ドリフターベッド11に連動連結されたチェーン(図示省略)と、チェーンを周回させるフィードモータ15bとから成り、フィードモータ15bによりチェーンを周回させると、ドリフターベッド11が前後動し、これに伴ってロッド13及びドリフター14が前後進するようになっている。
尚、この開孔機4は、図示していないがタップホール3の開孔時にロッド13の先端からブローを行えるように構成されている。
【0026】
前記マッドガン5は、開孔したタップホール3内に粘土等のマッド材9を加圧充填してタップホール3を閉塞するものであり、図1及び図3に示す如く、移動支持機構6のスライドフレーム26の下面側に固定され、タップホール3と平行なガイド部材16と、ガイド部材16の下面側に前後方向(図3の左右方向)へ水平移動自在に支持されたベッド17と、ベッド17の先端部にタップホール3と平行に設けられ、粘土等のマッド材9が充填されるマッド材充填室18aを有すると共にタップホール3に対向可能なマッドガン本体18と、ベッド17に設けられ、マッド材充填室18aに充填されたマッド材9を前方(図3の左方向)へ押し出すマッド材押出しシリンダ19と、ガイド部材16に設けられ、ベッド17を前後動させてマッドガン本体18を前後進させるマッドガンスライドシリンダ20と、ガイド部材16の先端部上面側にリンク21を介して上下方向へ揺動自在に設けられ、溶融炉本体2の周壁外面に設けたバー2aに係脱自在に係止されてマッド材9の押出し時の反力を支えるフック22と、ガイド部材16の先端部上面側に設けられ、フック22を上下方向へ揺動させるフックシリンダ23とから構成されている。
【0027】
前記移動支持機構6は、開孔機4及びマッドガン5を支持してこれらを所定の位置へ水平移動させるものであり、図1乃至図3に示す如く、水平姿勢で且つタップホール3に対して直交状に配置された一対のスライドレール24と、スライドレール24に複数のガイドローラ25を介して走行自在に支持され、タップホール3に対して直交する方向(図1の上下方向)へ水平移動可能なスライドフレーム26と、スライドフレーム26をスライドレール24に沿って移動させるスライドシリンダ27とから構成されて居り、前記スライドフレーム26には、上述した開孔機4及びマッドガン5が夫々取り付けられている。
従って、移動支持機構6は、スライドフレーム26をスライドレール24に沿って移動させることによって、開孔機4及びマッドガン5をタップホール3と直交する方向(図1の上下方向)へ同期的に移動させることができる。
【0028】
そして、前記開孔機4及びマッドガン5は、上述した移動支持機構6によって、開孔機4のロッド13とマッドガン5のマッドガン本体18とがタップホール3と非対向状態になる退避位置(図4(A)の位置)と、開孔機4のロッド13がタップホール3と対向状態になると共にマッドガン5のマッドガン本体18がタップホール3と非対向状態になる開孔位置(図4(B)の位置)と、マッドガン5のマッドガン本体18がタップホール3と対向状態になると共に開孔機4のロッド13がタップホール3と非対向状態になる閉塞位置(図4(C)の位置)とに亘って水平移動するようになっている。
【0029】
前記メタル・スラグ検出器7は、タップホール3内を流れている流体が溶融メタルMから溶融スラグSに変わったことを検出するものであり、マッド材9に対向状に埋設された一対の極7aと、両極7aにリード線を介して接続された検出器本体(図示省略)とから成り、両極7a間にはある電場が構成されるようになっている。
【0030】
而して、今、タップホール3が開孔され、両極a間に溶融メタルM(溶融メタルM100%)の流れがあると、図4(A)に示すような電場を構成し、シグナル(V)は図4(C)のaに示すように小さく現れる。
又、溶融メタルMに溶融スラグSが混入(比重差により溶融メタルMはタップホール3内の下方、溶融スラグSはタップホール3内の上方を流れる)して来ると、電場は図4(B)に示すように変化し、シグナル(V)は図4(C)のbに示すように大きくなる。
従って、このシグナル(V)の変化でタップホール3内を流れる流体が溶融メタルMから溶融スラグSに変わったことを検出することができる。即ち、シグナル(V)の変化は、検出器本体で連続的に測定されて居り、シグナル(V)の大きさが規定値以上になると、タップホール3内の流体が溶融メタルMから溶融スラグSに変わったと判断され、後述する制御装置8へ検出信号が発信される。
【0031】
尚、この実施の形態に於いては、メタル・スラグ検出器7に、一対の極a及び検出器本体から成る検出器を使用するようにしたが、他の実施の形態に於いては、メタル・スラグ検出器7に従来公知の輝度検出器(図示省略)を使用し、溶融メタルMと溶融スラグSの輝度を検出することによって、タップホール3内を流れる流体が溶融メタルMから溶融スラグSに変わったことを検出するようにしても良い。
【0032】
前記制御装置8は、開孔位置にある開孔機4のロッド13が順序立てて作動するように開孔機4のドリフター14及び駆動装置15(フィードモータ15b)を夫々自動制御し、又、メタル・スラグ検出器7からの検出信号が入力されると、閉塞位置にあるマッドガン5が順序立てて作動するようにマッドガン5のマッドガンスライドシリンダ20、マッド材押出しシリンダ19及びフックシリンダ23を夫々自動制御し、更に、開孔機4及びマッドガン5が退避位置、開孔位置及び閉塞位置を夫々取るように移動支持機構6のスライドシリンダ27を自動制御するものである。
【0033】
即ち、開孔機4のドリフター14及び駆動装置15は、開孔機4が開孔位置に移動すると、ロッド13が前進すると共に、予め設定した位置よりロッド13が打撃・回転及びブローを開始し、ロッド13によるマッド材9の切削除去中にロッド13の回転圧力が設定圧力(例えば160kg/cm2 )まで上昇したらロッド13が一旦後退し、又、ロッド13の回転圧力が設定圧力(例えば140kg/cm2 )まで下降したらロッド13が再度前進し、そして、ロッド13がタップホール3を設定位置まで開孔したら、ロッド13が前記設定位置とタップホール3の入口との間を往復動し、更に、ロッド13が溶融メタルMが出湯する位置までタップホール3を開孔したら、ロッド13が素早くタップホール3の外まで後退するように、制御装置8により駆動制御されている。
【0034】
前記マッドガン5のマッドガンスライドシリンダ20、マッド材押出しシリンダ19及びフックシリンダ23は、マッドガン5が閉塞位置に移動してメタル・スラグ検出器7からの検出信号が制御装置8に入力されると、マッドガン5全体が前進すると共に、マッドガン本体18の先端がタップホール3の入口に当接した時点でマッドガン5が停止し、次に、フック22が溶融炉本体2の周壁外周面に設けたバー2aに係止されるように揺動し、そして、フック22が溶融炉本体2のバー2aに係止されたら、マッド材押出しシリンダ19がマッド材充填室18a内に充填したマッド材9をタップホール3内へ押し出し、その後、フック22が溶融炉本体2のバー2aから外れるように揺動すると共に、マッドガン5全体が最初の位置へ後退するように、制御装置8により駆動制御されている。
【0035】
前記移動支持機構6のスライドシリンダは、開孔機4及びマッドガン5が退避位置にあるときに開孔開始の外部信号(例えば溶融炉本体2に設けられて溶融メタルMと溶融スラグSの境界面を検出するレベル検出器からの検出信号)が制御装置8に入力されると、開孔機4が図4(A)に示す退避位置から図4(B)に示す開孔位置へ移動し、又、開孔機4によるタップホール3の開孔が終了したら、マッドガン5が図4(B)に示す位置から図4(C)に示す閉塞位置へ移動し、更に、マッドガン5によるタップホール3の閉塞が終了したら、開口機4及びマッドガン5が図4(C)に示す位置から図4(A)に示す退避位置へ移動するように、制御装置8により駆動制御されている。
【0036】
尚、マッドガン5によるタップホール3内へのマッド材9の充填時間は、タップホール3内に残存する溶融メタルMや溶融スラグSが固化しないうちにこれらをマッド材9によって溶融炉本体2内へ押し戻せるように設定されている。
又、マッドガン5には、タップホール3内の溶融メタルMや溶融スラグSを溶融炉本体2内へ押し戻せるだけの圧力及びマッド材9の容量が具備されていることは勿論である。
【0037】
次に、上述した溶融メタル自動抜出し装置1を用いてプラズマ溶融炉のタップホール3の開孔作業及び閉塞作業を行う場合について説明する。
【0038】
溶融炉本体2内へ供給された焼却残渣や飛灰等の被溶融物は、プラズマアーク放電による熱エネルギーにより溶融点を越える温度にまで加熱され、高温液体状の溶融スラグSとなる。
又、溶融スラグSの中で、被溶融物中に含まれていた鉄等の金属類は、溶融メタルMとなり、比重差により溶融スラグSから分離して下方に沈殿して炉底に層状に溜まる。
【0039】
溶融炉本体2の炉底に溜まった溶融メタルMの層が厚くなると、開孔開始の外部信号が制御装置8へ入力され、これにより移動支持機構6が作動して退避位置にある開孔機4を開孔位置へ移動させる。
【0040】
開孔機4が開孔位置へ移動すると、開孔機4のロッド13が前進すると共に、予め設定した位置に於いて打撃・回転及びブローが開始され、タップホール3内に充填したマッド材9を順次削り取って行く。
このとき、ロッド13の回転圧力が設定圧力(例えば160kg/cm2 )まで上昇したらロッド13が一旦後退し、又、ロッド13の回転圧力が設定圧力(例えば140kg/cm2 )まで低下したらロッド13が再度前進しながら打撃・回転されてタップホール3内のマッド材9を引き続き削り取って行く。
その結果、ロッド13は、タップホール3内を無理に前進すると云うことがなく、タップホール3内のマッド材9を無理なく削り取って行くことができる。
【0041】
ロッド13がタップホール3を所定位置まで開孔したら、ロッド13の先端がタップホール3の入口の位置まで後退する動作を数回繰り返し、タップホール3内にある切削塊をタップホール3外へ排出してタップホール3内をクリーニングする。
【0042】
タップホール3内のクリーニングが終了したら、ロッド13が更に前進しつつ打撃・回転されてタップホール3を完全に開孔し、その後、素早くタップホール3の外まで後退する。
これによって、開孔されたタップホール3から溶融炉本体2の炉底に溜まった溶融メタルMが順次抜き出されて行く。このとき、タップホール3内を流れる流体の種類がメタル・スラグ検出器7により継続して検出されている。
【0043】
溶融メタルMの抜き出しが開始されてから所定の時間が経過すると、制御装置8により移動支持機構6が作動してマッドガン5を閉塞位置へ移動させる。
【0044】
そして、メタル・スラグ検出器7がタップホール3内の流体が溶融メタルMから溶融スラグSに変わったことを検出すると、この検出信号が制御装置8へ入力され、制御装置8によりマッドガン5が作動される。
即ち、マッドガン5全体が前進してマッドガン本体18の先端をタップホール3の入口に当接させると共に、フック22が溶融炉本体2の周壁外周面に設けたバー2aに係止される。
【0045】
フック22が溶融炉本体2のバー2aに係止されると、炉内の溶融スラグSがタップホール3外へ流出する前にマッド材押出しシリンダ19がマッド材充填室8a内に充填したマッド材9をタップホール3内へ圧入し、タップホール3内に残っている溶融スラグS等をマッド材9により内へ押し戻してタップホール3を閉塞する。これによって、抜き出された溶融メタルMに溶融スラグSが混入するのを防止することができる。
【0046】
マッド材9がタップホール3内へ圧入されてタップホール3が完全に閉塞されると、フック22が溶融炉本体2のバー2aから外れると共に、マッドガン5全体が後退し、最後に開孔機4及びマッドガン5が移動支持機構6により退避位置へ移動する。
【0047】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明は、タップホールを開孔する開孔機のロッドの前後進並びに打撃・回転の作動とタップホールを閉塞するマッドガンの前後進並びにマッド材の押し出しの作動とが制御装置により順序立てて行われるようにしている。即ち、開孔機及びマッドガンを制御装置により自動制御して溶融炉のタップホールの開孔並びに閉塞が全て自動で行われるようにしている。その結果、粉塵が舞い上がったり、高温の溶融メタルが排出される極めて劣悪な作業現場で、目視確認による手作業(高度の熟練を要する作業)や危険な作業を行う必要もなく、熟練技能者でなくても、溶融炉からの溶融メタルの抜き出しやタップホールの閉塞を簡単に安全且つスムーズに行うことができる。
又、本発明は、ロッドによるマッド材の切削除去中に、ロッドの回転圧力が設定圧力まで上昇したらロッドが一旦後退し、又、ロッドの回転圧力が設定圧力まで低下したらロッドが再度前進するようにしている為、ロッドは無理なくタップホール内を前進することができ、マッド材の切削除去を円滑且つスムースに行うことができる。
更に、本発明は、タップホールの開孔時にロッドを前後進させてタップホール内の切削塊をタップホール外へ排出するようにしている為、ロッドの後退や溶融メタルの抜き出しに支承を来すと云うこともない。
そのうえ、本発明は、メタル・スラグ検出器によりタップホール内を流れる流体が溶融メタルから溶融スラグに変わったことを検出し、これに基づいて制御装置によりマッドガンを作動させて開孔されたタップホールを閉塞するようにしている為、抜き出した溶融メタルに溶融スラグが混入するのを防止することができ、高品質の溶融メタルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る溶融メタル自動抜出し装置の平面図である。
【図2】溶融メタル自動抜出し装置の一部(マッドガン)を省略した側面図である。
【図3】溶融メタル自動抜出し装置の一部(開孔機)を省略した側面図である。
【図4】溶融メタル自動抜出し装置の開口機及びマッドガンと溶融炉本体のタップホールとの位置関係を示す概略説明図である。
【図5】メタル・スラグ検出器の概略説明図である。
【図6】従前のプラズマ溶融炉の説明図である。
【符号の説明】
1は溶融メタル自動抜出し装置、2は溶融炉本体、3はタップホール、4は開孔機、5はマッドガン、7はメタル・スラグ検出器、8は制御装置、9はマッド材、12はビット、13はロッド、18はマッドガン本体、18aはマッド材充填室、19はマッド材押出しシリンダ、Sは溶融スラグ、Mは溶融メタル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a melting treatment technique for melting waste such as industrial waste, incineration residue from waste incinerators, fly ash, etc., and opening a tap hole for extracting molten metal collected at the furnace bottom of the melting furnace. The present invention relates to an apparatus for automatically extracting molten metal from a melting furnace and a method for operating the same, which automatically perform holes and blockages, and can perform extraction of molten metal from a melting furnace and blockage of tap holes easily and smoothly.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to reduce the volume and detoxify incineration residue and fly ash (hereinafter referred to as melted material) discharged from incinerators such as municipal waste, melting and solidifying treatment methods of melted materials have attracted attention. It is used for practical use. By melting and solidifying the material to be melted, the volume can be reduced to 1/2 to 1/3, and the elution of harmful substances such as heavy metals, the reuse of molten slag, the extension of the life of the final landfill site, etc. Because it becomes possible.
[0003]
Thus, in the melting and solidifying method of the material to be melted, an electric melting furnace such as an arc melting furnace, a plasma arc furnace, an electric resistance furnace or the like is used. Using a method of solidification by water cooling or air cooling, and a combustion melting furnace such as a surface melting furnace, a swirl melting furnace, a coke bed furnace, etc., melt the material to be melted by the combustion energy of the fuel, and then solidify it by water cooling or air cooling If the power generation equipment is juxtaposed with the municipal waste incineration facility, the former method using electric energy is used. If the power generation equipment is not juxtaposed, the latter is used. Many methods using the combustion energy of each are employed.
[0004]
FIG. 6 shows an example of a DC arc discharge graphite electrode type plasma melting furnace that is installed in a conventional waste incineration equipment. In FIG. 6, 30 is a hopper for the melt W, 31 is a melt W , 32 is a melting furnace main body, 33 is a graphite main electrode, 34 is a graphite start electrode, 35 is a furnace bottom electrode, 36 is a furnace bottom cooling fan, 37 is a DC power supply device, 38 is an inert gas supply device, 39 Is a molten slag outlet, 40 is a tap hole, 41 is a secondary combustion chamber, 42 is a secondary combustion air fan, 43 is an auxiliary burner, 44 is an exhaust gas cooling fan, 45 is a bag filter, 46 is an induction fan, 47 Is a chimney, 48 is a molten fly ash conveyor, 49 is a fly ash reservoir, 50 is a slag water cooling tank, 51 is a slag carry-out conveyor, 52 is a slag reservoir, and 53 is a slag cooling water cooling device.
[0005]
Thus, the to-be-melted material W such as incineration residue and fly ash is stored in the
[0006]
Since the melted material W before melting has low conductivity, when starting the melting furnace, the graphite start electrode 34 is inserted into the melting furnace
[0007]
On the other hand, the inside of the melting furnace
[0008]
The inert gas G ′ is supplied into the melting furnace
[0009]
Further, the furnace bottom of the melting furnace
Furthermore, the melting furnace
[0010]
The carbon monoxide and the like generated by the oxidation of the volatile component and carbon present in the melted material W becomes a gas body G (hereinafter referred to as exhaust gas), and metals such as iron and glass The to-be-melted material W containing incombustible components such as sand is heated to a high temperature of about 1300 ° C. to 1600 ° C. exceeding its melting point (1200 ° C. to 1250 ° C.) by being supplied with heat generated by plasma arc discharge. The liquid molten slag S is heated and has fluidity.
[0011]
The molten slag S continuously overflows from the
When the melting furnace is stopped, hot water is removed from the
[0012]
On the other hand, the exhaust gas G (gas body) enters the
The exhaust gas G completely combusted in the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the melt W is continuously melted using the above-described arc discharge graphite electrode type plasma melting furnace, the melt W continuously supplied into the furnace is sequentially melted and melted in the furnace. Although it becomes slag S, it overflows from the
[0014]
The thickness of the layer of the molten metal M accumulated in the furnace bottom increases with the lapse of the operation time of the melting furnace, and the level (interface between the molten slag S and the molten metal M) increases. When the level of the molten metal M increases, there is a problem that the molten slag S and the molten metal M are mixed and discharged from the
Therefore, in the conventional plasma melting furnace, the
[0015]
Thus, the
[0016]
However, since all the operations of the hole opening machine are performed manually by the operator, it is necessary to get used to and experience the operation of the hole opening machine, and the hole opening work of the
In addition, if the
Further, a cutting lump is generated when the
In addition, if the rod of the hole puncher is pushed into the molten metal M layer in the furnace and then pulled out, the tip of the rod and the bit may melt, and if the rod is stopped for a long time, the tap There is a problem that the molten metal M is solidified in the
Thus, in order to extract the molten metal M in the melting furnace, a smooth opening of the
[0017]
On the other hand, when the extraction of the molten metal M is completed, the mud material is filled in the
[0018]
However, since all the operations of the mud gun are manually performed by the operator and the timing for closing the
[0019]
The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to automatically open and close the tap hole of the melting furnace, and from the melting furnace, even if it is not a skilled technician. An object of the present invention is to provide an apparatus for automatically extracting molten metal from a melting furnace and a method for operating the apparatus, which can perform extraction of molten metal and clogging of tap holes easily and safely.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to
[0021]
According to a second aspect of the present invention, a metal slag detector for detecting that the fluid flowing in the tap hole is changed from molten metal to molten slag is provided in the melting furnace, and detection from the metal slag detector is performed. The present invention is characterized in that the mud gun is operated by the control device based on the signal.
[0022]
The invention according to claim 3 of the present invention operates the hole opening machine by the control device, and strikes and rotates the rod while moving the rod forward to sequentially remove the mud material filled in the tap hole of the melting furnace, When the rod's rotational pressure rises to the set pressure during cutting and removal of the mud material, the rod is temporarily retracted.When the rod's rotational pressure falls to the set pressure, the rod is moved forward while striking and rotating again. The mud material is cut and removed one after another, and when the rod opens the tap hole to the predetermined position, the rod is moved forward and backward to discharge the cut lump in the tap hole, and then the tap hole is completely opened by the rod. The molten metal in the melting furnace is extracted, and when the molten metal has been extracted, the mud gun is operated by the control device and filled into the mud material filling chamber of the mud gun body. It is characterized in that so as to close the tap hole that mud material was pressed into the tap hole by the mud material extrusion cylinders.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, the metal slag detector detects that the fluid flowing in the tap hole has changed from molten metal to molten slag, and based on this, the control device operates the mud gun. The feature is that the tapped hole opened is closed.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 4 show a molten metal
Since the
[0025]
When the molten metal M collected in the furnace bottom of the melting furnace
The
Although not shown, the opening machine 4 is configured to be able to blow from the tip of the
[0026]
The
[0027]
The moving
Therefore, the
[0028]
Then, the opening machine 4 and the
[0029]
The
[0030]
Thus, when the tap hole 3 is opened and there is a flow of molten metal M (molten metal M 100%) between the two poles a, an electric field as shown in FIG. ) Appears small as shown in a of FIG.
When molten slag S is mixed into molten metal M (the molten metal M flows downward in the tap hole 3 and the molten slag S flows upward in the tap hole 3 due to the difference in specific gravity), the electric field is as shown in FIG. ) And the signal (V) increases as shown in FIG. 4C.
Therefore, it can be detected that the fluid flowing in the tap hole 3 is changed from the molten metal M to the molten slag S by the change of the signal (V). That is, the change in the signal (V) is continuously measured by the detector body, and when the magnitude of the signal (V) exceeds a specified value, the fluid in the tap hole 3 is transferred from the molten metal M to the molten slag S. Is detected, and a detection signal is transmitted to the
[0031]
In this embodiment, the
[0032]
The
[0033]
That is, the
[0034]
The mud
[0035]
The slide cylinder of the moving
[0036]
The time for filling the
Of course, the
[0037]
Next, the case where the opening operation | work of the tap hole 3 of a plasma melting furnace and the obstruction | occlusion operation | work are performed using the molten metal
[0038]
A material to be melted such as incineration residue or fly ash supplied into the
Further, in the molten slag S, metals such as iron contained in the melted material become molten metal M, which separates from the molten slag S due to the difference in specific gravity and settles downward and forms a layer on the furnace bottom. Accumulate.
[0039]
When the layer of molten metal M accumulated in the furnace bottom of the
[0040]
When the hole punching machine 4 moves to the hole opening position, the
At this time, the rotational pressure of the
As a result, the
[0041]
When the
[0042]
When the cleaning of the inside of the tap hole 3 is completed, the
As a result, the molten metal M accumulated at the bottom of the melting furnace
[0043]
When a predetermined time has elapsed after the extraction of the molten metal M is started, the
[0044]
When the metal /
That is, the
[0045]
When the
[0046]
When the
[0047]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention is directed to the forward / backward movement of the rod of the punching machine that opens the tap hole, the operation of striking / rotating, the forward / backward movement of the mud gun that closes the tap hole, and the extrusion of the mud material. The operation is performed in sequence by the control device. In other words, the opening machine and the mud gun are automatically controlled by the control device so that the tap holes of the melting furnace are all automatically opened and closed. As a result, there is no need to perform manual work (work that requires a high degree of skill) or dangerous work by visual confirmation in a very poor work site where dust rises or high-temperature molten metal is discharged. Even without this, the extraction of the molten metal from the melting furnace and the closure of the tap hole can be performed safely and smoothly.
In addition, the present invention is such that during the removal of the mud material by the rod, the rod is temporarily retracted when the rod rotational pressure rises to the set pressure, and the rod is advanced again when the rod rotational pressure falls to the set pressure. Therefore, the rod can move forward in the tap hole without difficulty, and the mud material can be removed and removed smoothly and smoothly.
Furthermore, in the present invention, when the tap hole is opened, the rod is moved forward and backward to discharge the cutting lump in the tap hole to the outside of the tap hole, so that support is provided for the backward movement of the rod and the extraction of the molten metal. Not to say.
Moreover, the present invention detects that the fluid flowing in the tap hole is changed from the molten metal to the molten slag by the metal slag detector, and based on this, the tap hole opened by operating the mud gun by the control device. Therefore, it is possible to prevent the molten slag from being mixed into the extracted molten metal, and a high-quality molten metal can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an apparatus for automatically extracting molten metal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view in which a part (mud gun) of a molten metal automatic extraction device is omitted.
FIG. 3 is a side view in which a part (opening machine) of the molten metal automatic extraction device is omitted.
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a positional relationship between an opening machine and a mud gun of a molten metal automatic extraction device and a tap hole of a melting furnace main body.
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of a metal slag detector.
FIG. 6 is an explanatory view of a conventional plasma melting furnace.
[Explanation of symbols]
1 is an automatic molten metal extraction device, 2 is a melting furnace body, 3 is a tapped hole, 4 is an opening machine, 5 is a mud gun, 7 is a metal slag detector, 8 is a control device, 9 is a mud material, and 12 is a bit. , 13 is a rod, 18 is a mud gun body, 18a is a mud material filling chamber, 19 is a mud material extrusion cylinder, S is a molten slag, and M is a molten metal.
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