JP6499905B2 - 溶融炉の酸素洗浄装置及び溶融炉の酸素洗浄方法 - Google Patents

Description

本開示は、溶融炉の酸素洗浄装置及び溶融炉の酸素洗浄方法に関する。

廃棄物を溶融させ、溶融スラグを回収するための廃棄物溶融炉が知られている。廃棄物溶融炉の操業においては、炉底部内の酸素洗浄作業が行われる。この作業は、溶融スラグの出湯口から酸素供給パイプを挿入して炉底部内に酸素を供給し、パイプ自体の燃焼熱等によって不完全な溶融部を流動化させるものである。

炉底部内は高温であるため、酸素供給パイプは先端部側から徐々に消耗する。このような条件下にて酸素洗浄を確実に遂行するには、酸素供給パイプの先端部の位置をリアルタイムに検出することが望まれる。これに対し、例えば特許文献１には、マイクロ波を利用して酸素ランスパイプ（酸素供給パイプ）の長さを測定し、これにより当該パイプの先端位置を求めるように構成された酸素洗浄装置が開示されている。

特開２００４−６１１０４号公報

上述した酸素洗浄装置によれば、酸素ランスパイプの先端部の位置を求めることができるものの、その位置がどのような状況下にあるのかを検出できない。このため、炉内状況に応じて酸素洗浄を効率的に遂行するのは難しい。

そこで本開示は、炉内状況に応じて酸素洗浄を効率的に遂行できる酸素洗浄装置及び酸素洗浄方法を提供することを目的とする。

本開示に係る酸素洗浄装置は、溶融炉の炉底部内に酸素を供給するための酸素供給パイプと、酸素供給パイプを保持し、炉底部内に対して進退させるためのパイプ保持部と、酸素供給パイプからパイプ保持部への反力を検出する力センサと、パイプ保持部の位置を検出する位置センサと、酸素供給パイプの長さを検出する長さセンサと、反力に基づいて、酸素供給パイプの先端部の周囲における溶融の程度が十分であるかを判定し、当該溶融の程度が不十分であると判定した場合に、パイプ保持部の位置と酸素供給パイプの長さとに基づいて酸素供給パイプの先端部の位置を求め、当該先端部の位置に対応するように酸素洗浄の対象位置を特定する演算部と、を備える。

この酸素洗浄装置によれば、酸素供給パイプの先端部の周囲における溶融の程度が十分であるかを判定した結果と、酸素供給パイプの先端部の位置を求めた結果とに基づいて、溶融の程度が不十分な位置に対応するように酸素洗浄の対象位置が特定される。従って、炉内状況に応じて酸素洗浄を効率的に遂行できる。

演算部は、酸素供給パイプが炉底部内から後退するときの反力に基づいて、酸素供給パイプの先端部の周囲における溶融の程度が十分であるかを判定してもよい。酸素供給パイプが炉底部内に前進するときには、酸素供給パイプが炉底部内から後退するときに比べて、溶融の程度以外に起因する反力上昇が生じ易い。例えば、酸素供給パイプが炉底部内に前進するときには、酸素供給パイプの先端部が炉内加熱用の固形燃料に衝突することによっても反力上昇が生じ得る。これに対し、酸素供給パイプが炉底部内から後退するときには、溶融の程度以外に起因する反力上昇が生じ難い。従って、酸素供給パイプが炉底部内から後退するときの反力に基づいて、酸素供給パイプの先端部の周囲における溶融の程度が十分であるかを判定することで、酸素洗浄の対象位置をより的確に特定できる。

パイプ保持部を介して酸素供給パイプを炉底部内に対して進退させるアクチュエータと、演算部により酸素洗浄の対象位置が特定される前に、酸素供給パイプを炉底部内に前進させるようにアクチュエータを制御し、反力が大きくなるのに応じて、酸素供給パイプを炉底部内から後退させるようにアクチュエータを制御する進退制御部と、を更に備えてもよい。この場合、酸素供給パイプが炉底部内から後退するときの反力に基づいて溶融の程度を判定する構成において、当該判定を行うための酸素供給パイプの進退操作を自動化できる。従って、酸素洗浄をより効率的に遂行できる。

酸素供給パイプから炉底部内への酸素の供給量を調節する供給調節機構と、演算部により酸素洗浄の対象位置が特定された後に、酸素洗浄の対象位置が特定される前に比べて酸素の供給量を多くするように供給調節機構を制御する供給制御部と、を更に備えてもよい。この場合、特定された対象位置に対する酸素洗浄を自動化できる。従って、酸素洗浄をより効率的に遂行できる。

進退制御部は、演算部により酸素洗浄の対象位置が特定された後に、酸素洗浄の対象位置を含む範囲で酸素供給パイプの先端部を往復させるようにアクチュエータを制御し、供給制御部は、酸素洗浄の対象位置を含む範囲で酸素供給パイプの先端部が往復しているときに、酸素洗浄の対象位置が特定される前に比べて酸素の供給量を多くするように供給調節機構を制御してもよい。この場合、特定された対象位置及びその周辺に対する酸素洗浄を自動化できる。従って、酸素洗浄をより確実に遂行できる。

炉底部内の溶融の程度に関する情報を表示するように構成された表示部を更に備え、演算部は、反力に基づいて炉底部内の溶融の程度を導出し、当該溶融の程度に関する情報を表示部に表示させてもよい。この場合、炉底部内の溶融の程度に関する情報を表示することで、炉底部内の溶融の程度を適正化するための処理を作業者に促すことができる。

炉底部から取り出される溶融物の温度を検出する温度センサを更に備え、演算部は、炉底部内の溶融の程度と、溶融物の温度とに応じて、炉底部内の溶融の程度を高めるための処理内容を導出し、当該処理内容を前記表示部に表示させてもよい。この場合、炉底部内の溶融の程度を高めるのに適切な処理を作業者に促すことができる。

演算部は、予め設定された第一の閾値に比べて炉底部内の溶融の程度が低く、且つ予め設定された第二の閾値に比べて溶融物の温度が高い場合には、廃棄物の融点調節剤の量を調整することを処理内容として導出し、第一の閾値に比べて炉底部内の溶融の程度が低く、且つ第二の閾値に比べて溶融物の温度が低い場合には、炉底部内の温度を高めることを処理内容として導出してもよい。この場合、炉底部内の溶融の程度を高めるのに適切な処理の一例として、溶融物の温度が高い場合には融点調整剤の量を調整することを促し、溶融物の温度が低い場合には炉底部内の温度を高めることを促すことができる。

演算部は、酸素供給パイプの先端部が炉底部内に入り、炉底部外に出るまでの間に検出される反力の平均値を炉底部内の溶融の程度として導出してもよい。この場合、炉底部内の様々な位置において取得された反力の値を用いることで、炉底部内の溶融の程度をより的確に導出できる。

演算部は、酸素供給パイプの先端部が炉底部内に入り、炉底部外に出るまでの間において、酸素供給パイプが炉底部内から後退するときに検出される反力の平均値を炉底部内の溶融の程度として導出してもよい。上述したように、酸素供給パイプが炉底部内から後退するときには、溶融の程度以外に起因する反力上昇が生じ難い。このため、炉底部内の溶融の程度をより的確に導出できる。

本開示に係る酸素洗浄方法は、溶融炉の炉底部内に酸素を供給するための酸素供給パイプと、酸素供給パイプを保持し、炉底部内に対して進退させるためのパイプ保持部と、を用い、酸素供給パイプからパイプ保持部への反力を検出すること、パイプ保持部の位置を検出すること、酸素供給パイプの長さを検出すること、反力に基づいて、酸素供給パイプの先端部の周囲における溶融の程度が十分であるかを判定し、当該溶融の程度が不十分であると判定した場合に、パイプ保持部の位置と酸素供給パイプの長さとに基づいて酸素供給パイプの先端部の位置を求め、当該先端部の位置に対応するように酸素洗浄の対象位置を特定すること、を含む。

酸素供給パイプが炉底部内から後退するときの反力に基づいて、酸素供給パイプの先端部の周囲における溶融の程度が十分であるかを判定してもよい。

パイプ保持部を介して酸素供給パイプを炉底部内に対して進退させるアクチュエータを更に用い、酸素洗浄の対象位置を特定する前に、酸素供給パイプを炉底部内に前進させるようにアクチュエータを制御し、反力が大きくなるのに応じて、酸素供給パイプを炉底部内から後退させるようにアクチュエータを制御することを更に含んでもよい。

酸素供給パイプから炉底部内への酸素の供給量を調節する供給調節機構を更に用い、酸素洗浄の対象位置を特定した後に、酸素洗浄の対象位置を特定する前に比べて酸素の供給量を増やすように供給調節機構を制御することを更に含んでもよい。

酸素洗浄の対象位置を特定した後に、酸素洗浄の対象位置を含む範囲で酸素供給パイプの先端部を往復させるようにアクチュエータを制御することを更に含み、酸素洗浄の対象位置を含む範囲で酸素供給パイプの先端部が往復しているときに、酸素洗浄の対象位置を特定する前に比べて酸素の供給量を多くするように供給調節機構を制御してもよい。

反力に基づいて炉底部内の溶融の程度を導出し、当該溶融の程度を調整する処理を実行することを更に含んでもよい。

炉底部から取り出される溶融物の温度を検出することを更に含み、炉底部内の溶融の程度と、前記溶融物の温度とに応じて、前記炉底部内の溶融の程度を高めるための処理を実行してもよい。

予め設定された第一の閾値に比べて炉底部内の溶融の程度が低く、且つ予め設定された第二の閾値に比べて溶融物の温度が高い場合には、廃棄物の融点調節剤の量を調整することを実行し、第一の閾値に比べて炉底部内の溶融の程度が低く、且つ第二の閾値に比べて溶融物の温度が低い場合には、炉底部内の温度を高めることを実行してもよい。

酸素供給パイプの先端部が炉底部内に入り、炉底部外に出るまでの間に検出される反力の平均値を炉底部内の溶融の程度として導出してもよい。

酸素供給パイプの先端部が炉底部内に入り、炉底部外に出るまでの間において、酸素供給パイプが炉底部内から後退するときに検出される反力の平均値を炉底部内の溶融の程度として導出してもよい。

本開示によれば、炉内状況に応じて酸素洗浄を効率的に遂行できる。

酸素洗浄装置の概略構成を示す模式図である。 コントローラのハードウェア構成図である。 酸素洗浄装置の運転手順を示すフローチャートである。 自動制御の実行手順を示すフローチャートである。 洗浄中における酸素供給パイプの動きを示す模式図である。 洗浄中における酸素供給パイプの動きを示す模式図である。 洗浄中における酸素供給パイプの動きを示す模式図である。 洗浄中における酸素供給パイプの動きを示す模式図である。 炉内状況の表示手順を示すフローチャートである。 炉内状況の導出結果を例示するグラフである。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔酸素洗浄装置〕
図１に示す酸素洗浄装置１は、廃棄物溶融炉の炉底部８の酸素洗浄を行うための装置である。炉底部８は、廃棄物溶融炉の最下部に位置し、廃棄物の溶融により生成された溶融スラグ（溶融物）８１を蓄積する。炉底部８の周壁には、溶融スラグ８１を取り出すための出湯口８ａが設けられている。

溶融スラグ８１は、溶融の程度の低い部分（以下、「不完全な溶融部分」という。）を含む場合がある。酸素洗浄装置１は、酸素供給パイプ２を通して炉底部８内に酸素を供給することにより、酸素供給パイプ２自体の燃焼熱等によって不完全な溶融部分８３を十分に溶融させるための装置である。

酸素洗浄装置１は、酸素供給パイプ２と、酸素供給源３と、パイプ保持部４と、アクチュエータ５と、表示部６と、温度センサ９と、コントローラ１００とを備える。

酸素供給パイプ２は、炉底部８内に酸素を供給するためのものである。酸素供給パイプ２は、その基端部２ｂの周壁に酸素受入口２ｃを有している。

酸素供給源３は、供給管３１を介して酸素供給パイプ２の酸素受入口２ｃに接続されており、酸素受入口２ｃに酸素を供給する。酸素供給源３から酸素受入口２ｃに供給された酸素は、酸素供給パイプ２内を通って酸素供給パイプ２の先端部２ａから吐出される。供給管３１には、供給調節バルブ３２が設けられている。すなわち、酸素洗浄装置１は供給調節バルブ３２を更に備える。供給調節バルブ３２は例えば電磁弁であり、供給管３１内の開度を調節する。これにより、酸素供給源３から酸素受入口２ｃへの酸素の供給量が調節されるので、供給調節バルブ３２は、酸素供給パイプ２から炉底部８内への酸素の供給量を調節する供給調節機構として機能する。

パイプ保持部４は、酸素供給パイプ２を保持し、炉底部８内に対して進退させるためのものである。パイプ保持部４は、第一ブロック４１と、第二ブロック４２と、連結部材４３と、力センサ４４と、長さセンサ４５とを有する。

第一ブロック４１の中心部には、直状の軸線Ｌ１に沿う挿通孔４１ａが形成されている。第二ブロック４２は、軸線Ｌ１に沿って第一ブロック４１に並ぶように配置されており、複数の連結部材４３を介して第一ブロック４１に連結されている。複数の連結部材４３は、軸線Ｌ１を囲むように配置され、それぞれ軸線Ｌ１に沿った棒状を呈する。力センサ４４は、例えばひずみゲージ式のロードセルであり、一本の連結部材４３の途中に設けられている。

第一ブロック４１の挿通孔４１ａには、第二ブロック４２の逆側から酸素供給パイプ２の基端部２ｂが挿通される。挿通孔４１ａに通された基端部２ｂは第二ブロック４２に取り付けられる。すなわち酸素供給パイプ２は、その長手方向が軸線Ｌ１に沿った状態でパイプ保持部４に取り付けられる。酸素供給パイプ２からパイプ保持部４への反力が作用すると、連結部材４３に軸力が生じ、この軸力が力センサ４４により検出される。このため、酸素供給パイプ２からパイプ保持部４への反力を力センサ４４によって検出することが可能である。

長さセンサ４５は、第二ブロック４２に取り付けられた酸素供給パイプ２の基端部２ｂに対向するように配置され、第二ブロック４２に固定されている。長さセンサ４５は、酸素供給パイプ２の長さを検出する。長さセンサ４５は、例えばマイクロ波距離計であり、マイクロ波を出力して酸素供給パイプ２の基端部２ｂに伝播させ、酸素供給パイプ２の先端部２ａから反射して戻ってくるマイクロ波に基づいて酸素供給パイプ２の全長を検出する。

アクチュエータ５は、回転アクチュエータ５１と、駆動ホイール５２と、チェーン５３とを有する。

回転アクチュエータ５１は、例えば電動モータ等の動力源と、減速機とにより構成されている。駆動ホイール５２は、回転アクチュエータ５１の出力軸に固定されている。チェーン５３は、一対の従動ホイール５４Ａ，５４Ｂに架け渡されている。従動ホイール５４Ａ，５４Ｂは、駆動ホイール５２の下方に配置され、上記軸線Ｌ１に沿って並んでいる。チェーン５３のうち、従動ホイール５４Ａ，５４Ｂの上側に位置する部分は、軸線Ｌ１に沿って並ぶ従動ホイール５５Ａ，５５Ｂを介して上側に引き出され、駆動ホイール５２に掛けられている。

チェーン５３のうち、従動ホイール５４Ａ，５４Ｂの下側に位置する部分には、パイプ保持部４の第一ブロック４１が固定されている。このため、回転アクチュエータ５１が駆動ホイール５２を回転させると、チェーン５３に固定された第一ブロック４１が軸線Ｌ１に沿って進退する。

位置センサ５６は、パイプ保持部４の位置の一例として、軸線Ｌ１に沿う方向における第一ブロック４１の位置を検出する。例えば、位置センサ５６は、回転アクチュエータ５１の出力軸に取り付けられたロータリーエンコーダであり、回転アクチュエータ５１の出力軸の回転角度に基づいて第一ブロック４１の位置を検出する。

アクチュエータ５は、酸素供給パイプ２の先端部２ａが炉底部８の出湯口８ａに対向するように配置される。このため、軸線Ｌ１に沿ってパイプ保持部４が進退すると、炉底部８内に対して酸素供給パイプ２が進退する。すなわち、アクチュエータ５は、パイプ保持部４を介して酸素供給パイプ２を炉底部８内に対して進退させる。

なお、以上に例示したアクチュエータ５の構成では、回転アクチュエータ５１の回転をパイプ保持部４の進退に変換するのにチェーン式の機構を用いているが、これに限られない。例えば、チェーン式の機構をボールねじ式の機構に置き換えてもよい。

表示部６は、例えば液晶モニタ等であり、入力に応じて各種情報を表示するように構成されている。

温度センサ９は、例えば熱電対等により構成され、炉底部８の周壁に埋設されている。
温度センサ９は、炉底部８から取り出される溶融スラグ８１の温度を検出する。

コントローラ１００は、各種演算を実行する演算部１１１と、アクチュエータ５を制御する進退制御部１１２と、供給調節バルブ３２を制御する供給制御部１１３とを有する。なお、演算部１１１、進退制御部１１２及び供給制御部１１３は、コントローラ１００の機能的な構成を示すブロックなので、コントローラ１００のハードウェアが必ずしもこれらのブロックに分離している必要はない。

コントローラ１００は、ハードウェア構成として、例えば図２に示す回路１２０を有する。回路１２０は、プロセッサ１２１と、メモリ１２２と、ストレージ１２３と、入出力ポート１２４と、ドライバ１２５とを有する。ドライバ１２５は、アクチュエータ５を駆動するための回路である。入出力ポート１２４は、力センサ４４、長さセンサ４５、位置センサ５６、供給調節バルブ３２、及び表示部６等との間でデータの入出力を行う。入出力ポート１２４は、ドライバ１２５との間でもデータの入出力を行い、例えばアクチュエータ５に対する駆動指令をドライバ１２５に出力する。プロセッサ１２１は、メモリ１２２及びストレージ１２３の少なくとも一方と協働してプログラムを実行することで、演算部１１１、進退制御部１１２及び供給制御部１１３としての機能を構成する。

なお、コントローラ１００のハードウェア構成は、必ずしもプログラムの実行により各種機能を構成するものに限られない。例えばコントローラ１００は、専用の論理回路により又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）によりこれらの機能を構成するものであってもよい。

〔酸素洗浄手順〕
以下、酸素洗浄方法の一例として、酸素洗浄装置１を用いた酸素洗浄手順について説明する。

（酸素洗浄手順の概要）
この酸素洗浄手順は、図３に示すステップＳ０１〜Ｓ０４により構成される。ステップＳ０１では、コントローラ１００による制御に必要なパラメータを作業者が設定する。パラメータとしては、アクチュエータ５による酸素供給パイプ２の送り速度等が挙げられる。ステップＳ０２では、作業者からの指令入力に応じ、コントローラ１００が酸素洗浄装置１の自動運転を実行する。後述するように、コントローラ１００は、ステップＳ０２において、炉底部８内の溶融の程度を導出し、これに関する情報を表示部６に表示させる。ステップＳ０３では、表示部６の表示内容を作業者が確認する。ステップＳ０４では、ステップＳ０３にて確認した内容に基づいて、炉底部８内の溶融の程度を調整する処理を作業者が実行する。

（自動運転の手順）
続いて、ステップＳ０２における酸素洗浄装置１の自動運転手順について詳述する。図４に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ１１〜Ｓ１３を実行する。ステップＳ１１では、進退制御部１１２が、酸素供給パイプ２を炉底部８内に前進させるようにアクチュエータ５を制御する。

ステップＳ１２では、進退制御部１１２が、酸素供給パイプ２からパイプ保持部４への反力を検出するように力センサ４４を制御し、その検出結果を取得する。以下、ステップＳ１２において取得される反力を「前進時反力」という。また、前進時反力の大きさは、その絶対値の大きさを意味する。

ステップＳ１３では、前進時反力が、予め設定された基準反力Ｔ１に比べて大きいか否かを進退制御部１１２が判定する。基準反力Ｔ１は、例えば実験により設定可能である。基準反力Ｔ１は、上記ステップＳ０１において設定されてもよい。

図５及び図６は、前進時反力が基準反力Ｔ１を上回り得る状況を例示している。図５では、炉底部８内においてコークスの塊８２Ａに酸素供給パイプ２の先端部２ａが衝突することで、前進時反力が基準反力Ｔ１を上回る。図６では、炉底部８内において先端部２ａが不完全な溶融部分８３に進入することで、前進時反力が基準反力Ｔ１を上回る。

ステップＳ１３において、前進時反力が基準反力Ｔ１に比べて小さいと判定した場合、コントローラ１００は処理を後述のステップＳ２２に進める。

ステップＳ１３において、前進時反力が基準反力Ｔ１に比べて大きいと判定した場合、コントローラ１００はステップＳ１４〜Ｓ１６を実行する。ステップＳ１４では、進退制御部１１２が、酸素供給パイプ２を炉底部８内から後退させるようにアクチュエータ５を制御する。すなわち、この自動運転手順は、酸素供給パイプ２からパイプ保持部４への反力が大きくなるのに応じて（例えば基準反力Ｔ１を超えるのに応じて）、酸素供給パイプ２を炉底部８内から後退させるようにアクチュエータを制御することを含む。

ステップＳ１５では、演算部１１１が、酸素供給パイプ２からパイプ保持部４への反力を検出するように力センサ４４を制御し、その検出結果を取得する。以下、ステップＳ１５において取得される反力を「後退時反力」という。また、後退時反力の大きさは、その絶対値の大きさを意味する。

ステップＳ１６では、後退時反力が、予め設定された基準反力Ｔ２に比べて大きいか否かを演算部１１１が判定する。基準反力Ｔ２は、例えば実験により設定可能である。基準反力Ｔ２は、上記ステップＳ０１において設定されてもよい。

図５は、後退時反力が基準反力Ｔ２を下回り得る状況を例示しており、図６は、後退時反力が基準反力Ｔ２を上回り得る状況を例示している。図５では、酸素供給パイプ２の先端部２ａの周囲に不完全な溶融部分８３が存在していないので、先端部２ａに作用する粘性抵抗が小さい。このため、後退時反力が基準反力Ｔ２を下回る。図６では、先端部２ａの周囲に不完全な溶融部分８３が存在しているので、先端部２ａに作用する粘性抵抗が大きい。このため、後退時反力が基準反力Ｔ２を上回る。

このように、後退時反力の大きさは、先端部２ａの周囲における溶融の程度に相関する。このため、後退時反力が基準反力Ｔ２に比べて大きいか否かを判定することは、先端部２ａの周囲における溶融の程度が十分であるか否かを判定することの一例に相当する。

ステップＳ１６において、後退時反力が基準反力Ｔ２に比べて小さいと判定した場合、コントローラ１００は処理をステップＳ２１に進める。後述するように、ステップＳ２１では、炉底部８内への酸素供給パイプ２の前進が再開される。このため、図５に例示した状況においては、酸素供給パイプ２がコークスの塊８２Ａよりも深部に前進する（図７参照）。

ステップＳ１６において、後退時反力が基準反力Ｔ２に比べて大きいと判定した場合、コントローラ１００はステップＳ１７〜Ｓ２０を実行する。ステップＳ１７では、演算部１１１が、酸素洗浄の対象位置を特定する。演算部１１１は、第一ブロック４１の位置を検出するように位置センサ５６を制御し、酸素供給パイプ２の長さを検出するように長さセンサ４５を制御し、これらの検出結果に基づいて酸素供給パイプ２の先端部２ａの位置を求める。例えば演算部１１１は、第一ブロック４１の位置から酸素供給パイプ２の基端部２ｂまでの距離を酸素供給パイプ２から減算した値を第一ブロック４１の位置に加算して先端部２ａの位置を算出する。その後演算部１１１は、算出した先端部２ａの位置に対応するように酸素洗浄の対象位置を特定する。例えば演算部１１１は、算出した先端部２ａの位置自体を酸素洗浄の対象位置として特定してもよいし、算出した先端部２ａの位置の近傍を酸素洗浄の対象位置として特定してもよい。

ステップＳ１８では、酸素洗浄の対象位置が特定される前に比べて酸素の供給量を多くするように、供給制御部１１３が供給調節バルブ３２を制御する。

ステップＳ１９では、酸素洗浄の対象位置を含む範囲で酸素供給パイプ２の先端部２ａを往復させるように進退制御部１１２がアクチュエータ５を制御する。このときも、酸素洗浄の対象位置が特定される前に比べて酸素の供給量を多くするように、供給制御部１１３が供給調節バルブ３２を制御する。

ステップＳ１８，Ｓ１９の実行により、先端部２ａの近傍において局所的な燃焼が発生し、その熱によって不完全な溶融部分８３が十分に溶融させられる（図８参照）。

ステップＳ２０では、酸素の供給量を酸素洗浄の対象位置が特定される前の量に戻すように、供給制御部１１３が供給調節バルブ３２を制御する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２１を実行する。ステップＳ２１では、進退制御部１１２が、炉底部８内への酸素供給パイプ２の前進を再開させるようにアクチュエータ５を制御する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２２を実行する。ステップＳ２２では、進退制御部１１２が酸素供給パイプ２の先端部２ａの位置を算出する。進退制御部１１２は、第一ブロック４１の位置を検出するように位置センサ５６を制御し、酸素供給パイプ２の長さを検出するように長さセンサ４５を制御し、これらの検出結果に基づいて先端部２ａの位置を求める。例えば進退制御部１１２は、第一ブロック４１の位置から酸素供給パイプ２の基端部２ｂまでの距離を酸素供給パイプ２の長さから減算した値を第一ブロック４１の位置に加算して先端部２ａの位置を算出する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２３を実行する。ステップＳ２３では、ステップＳ２２において算出された先端部２ａの位置が、予め設定された目標位置に到達したか否かを進退制御部１１２が判定する。目標位置は、例えば、炉底部８内において出湯口８ａの逆側の位置に設定される。目標位置は、上記ステップＳ０１において設定されてもよい。

ステップＳ２３において、先端部２ａが目標位置に到達していないと判定した場合、コントローラ１００は処理をステップＳ０２に戻す。これにより、先端部２ａが目標位置に到達するまで酸素洗浄が継続される。

ステップＳ２３において、先端部２ａが目標位置に到達していると判定した場合、コントローラ１００はステップＳ２４，Ｓ２５を実行する。ステップＳ２４では、酸素供給パイプ２を炉底部８内から引き抜くように、進退制御部１１２がアクチュエータ５を制御する。ステップＳ２５では、演算部１１１が炉内状況を導出し、当該情報を表示部６に表示させる。以上で酸素洗浄装置１の自動運転が完了する。

なお、ステップＳ１２，Ｓ１３においては、一度検出された前進時反力が基準反力Ｔ１を超えているか否かを判定しているが、これに限られない。例えば、一定時間ステップＳ１２を繰り返し、その結果得られた複数の前進時反力の平均値が基準反力Ｔ１を超えているか否かを判定してもよい。ステップＳ１４，Ｓ１５においても、一度検出された後退時反力が基準反力Ｔ２を超えているか否かを判定しているが、これに限られない。例えば、一定時間ステップＳ１４を繰り返し、その結果得られた複数の後退時反力の平均値が基準反力Ｔ２を超えているか否かを判定してもよい。

（炉内状況の表示手順）
続いて、ステップＳ２５における炉内状況の表示手順について詳述する。図９に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、演算部１１１が、炉底部８内における溶融スラグ８１の溶融の程度を導出する。一例として、演算部１１１は、酸素供給パイプ２の先端部２ａが炉底部８内に入り、炉底部８外に出るまでの間に取得された反力の平均値（以下、「炉内反力平均値」という。）を炉底部８内の溶融の程度として導出する。

演算部１１１は、先端部２ａが炉底部８内に入り、炉底部８外に出るまでの間に取得された全ての後退時反力の平均値を炉内反力平均値として導出してもよい。演算部１１１は、先端部２ａが炉底部８内に入り、炉底部８外に出るまでの間に取得された前進時反力及び後退時反力を含む全ての反力の平均値を炉内反力平均値として導出してもよい。演算部１１１は、先端部２ａが炉底部８内に入り、炉底部８外に出るまでの間に取得された後退時反力のうち、予め設定した基準反力を上回った反力の平均値を炉内反力平均値として導出してもよい。この場合の基準反力は、上記基準反力Ｔ２と同じであってもよいし、上記ステップＳ０１において基準反力Ｔ２とは別に設定されてもよい。

次に、コントローラ１００はステップＳ３２を実行する。ステップＳ３２では、演算部１１１が、溶融スラグ８１の温度を検出するように温度センサ９を制御し、その検出結果を取得する。以下、ステップＳ３２において取得される温度を「出湯温度」という。

次に、コントローラ１００はステップＳ３３を実行する。ステップＳ３３では、予め設定された基準反力Ｔ３（第一の閾値）に比べて炉内反力平均値が大きいか否かを判定する。なお、炉内反力平均値が大きいことは、炉底部８内の溶融の程度が低いことに相当する。このため、炉内反力平均値が基準反力Ｔ３に比べて大きいか否かを判定することは、予め設定された第一の閾値に比べて炉底部８内の溶融の程度が低いか否かを判定することの一例に相当する。基準反力Ｔ３は、上記ステップＳ０１において設定されてもよい。

ステップＳ３３において、炉内反力平均値が基準反力Ｔ３に比べて大きいと判定した場合（第一の閾値に比べて炉底部８内の溶融の程度が低いと判定した場合）、コントローラ１００はステップＳ３４を実行する。

ステップＳ３４では、予め設定された基準温度Ｔ４（第二の閾値）に比べて出湯温度が高いか否かを判定する。

ステップＳ３４において、基準温度Ｔ４に比べて出湯温度が高いと判定した場合、コントローラ１００はステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５では、演算部１１１が、廃棄物の融点調節剤の量を調整することを行うべき処理内容として導出する。廃棄物の融点調節剤としては、例えば消石灰が挙げられる。

ステップＳ３４において、基準温度Ｔ４に比べて出湯温度が低いと判定された場合、コントローラ１００はステップＳ３６を実行する。ステップＳ３６では、演算部１１１が、炉底部８内の温度を高めることを行うべき処理内容として導出する。炉底部８内の温度を高めるための具体的な処理内容としては、廃棄物溶融炉の羽口に吹き込まれる酸素量を増やすこと、コークス８２の装入量を増やすこと等が挙げられる。

ステップＳ３３において、基準反力Ｔ３に比べて炉内反力平均値が小さいと判定した場合（第一の閾値に比べて炉底部８内の溶融の程度が高いと判定した場合）、コントローラ１００はステップＳ３７を実行する。ステップＳ３７では、演算部１１１が、行うべき処理内容を「なし」に設定する。

次に、コントローラ１００はステップＳ３８を実行する。ステップＳ３８では、演算部１１１が、炉底部８内の溶融の程度に関する情報を表示部６に表示させる。一例として、演算部１１１は、ステップＳ３１において導出された炉内反力平均値と、ステップＳ３５，Ｓ３６にて導出された処理内容とを表示部６に表示させる。

図１０は、上述した自動運転を１２回実行して得られた炉内反力平均値及び出湯温度を示すグラフである。横軸は、自動運転の実行回数を示している。実線で示す折れ線は、炉内反力平均値の導出結果を示している。破線で示す折れ線は、出湯温度の検出結果を示している。横軸に平行な一点鎖線は、基準反力Ｔ３及び基準温度Ｔ４を示している。このグラフにおいて、炉内反力平均値は、２回目、６回目、８回目、９回目、１０回目及び１１回目において基準反力Ｔ３を上回っている。このうち、２回目、８回目、９回目、１０回目及び１１回目においては、出湯温度も基準温度Ｔ４を上回っているので、廃棄物の融点調節剤の量を調整することが行うべき処理内容として表示される。一方６回目においては、出湯温度は基準温度Ｔ４を下回っているので、炉底部８内の温度を高めることが行うべき処理内容として表示される。１回目、３回目、４回目、５回目、７回目及び１２回目においては、炉内反力平均値が基準反力Ｔ３を下回っているので、行うべき処理内容は表示されない。

以上で炉内状況の表示手順が完了する。ステップＳ３８における表示内容に基づくことで、上記ステップＳ０４では、炉底部８内の溶融の程度と、出湯温度とに応じて、炉底部８内の溶融の程度を高めるための処理が実行される。例えば演算部１１１によりステップＳ３５が実行される場合には、上記ステップＳ０４において廃棄物の融点調節剤の量を調整することが行われる。演算部１１１によりステップＳ３６が実行される場合には、上記ステップＳ０４において炉底部８内の温度を高めることが行われる。

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、酸素洗浄装置１は、炉底部８内に酸素を供給するための酸素供給パイプ２と、酸素供給パイプ２を保持し、炉底部８内に対して進退させるためのパイプ保持部４と、酸素供給パイプ２からパイプ保持部４への反力を検出する力センサ４４と、パイプ保持部４の位置を検出する位置センサ５６と、酸素供給パイプ２の長さを検出する長さセンサ４５と、演算部１１１とを備える。演算部１１１は、反力に基づいて、酸素供給パイプ２の先端部２ａの周囲における溶融の程度が十分であるかを判定し、当該溶融の程度が不十分であると判定した場合に、パイプ保持部４の位置と酸素供給パイプ２の長さとに基づいて酸素供給パイプ２の先端部２ａの位置を求め、当該先端部２ａの位置に対応するように酸素洗浄の対象位置を特定する。

酸素洗浄装置１によれば、先端部２ａの周囲における溶融の程度が十分であるかを判定した結果と、先端部２ａの位置を求めた結果とに基づいて、溶融の程度が不十分な位置に対応するように酸素洗浄の対象位置が特定される。従って、炉内状況に応じて酸素洗浄を効率的に遂行できる。

演算部１１１は、酸素供給パイプ２が炉底部８内から後退するときの反力に基づいて、先端部２ａの周囲における溶融の程度が十分であるかを判定してもよい。酸素供給パイプ２が炉底部内に前進するときには、酸素供給パイプ２が炉底部内から後退するときに比べて、溶融の程度以外に起因する反力上昇が生じ易い。例えば図５にて例示したように、酸素供給パイプ２が炉底部８内に前進するときには、先端部２ａが炉内加熱用の固形燃料に衝突することによっても反力上昇が生じ得る。これに対し、酸素供給パイプ２が炉底部内から後退するときには、溶融の程度以外に起因する反力上昇が生じ難い。従って、酸素供給パイプ２が炉底部８内から後退するときの反力に基づいて、先端部２ａの周囲における溶融の程度が十分であるかを判定することで、酸素洗浄の対象位置をより的確に設定できる。

酸素洗浄装置１は、パイプ保持部４を介して酸素供給パイプ２を炉底部８内に対して進退させるアクチュエータ５と、演算部１１１により酸素洗浄の対象位置が特定される前に、酸素供給パイプ２を炉底部８内に前進させるようにアクチュエータ５を制御し、反力が大きくなるのに応じて、酸素供給パイプ２を炉底部８内から後退させるようにアクチュエータ５を制御する進退制御部１１２と、を更に備えてもよい。この場合、酸素供給パイプ２が炉底部８内から後退するときの反力に基づいて溶融の程度を判定する構成において、当該判定を行うための酸素供給パイプ２の進退操作を自動化できる。従って、酸素洗浄をより効率的に遂行できる。

酸素供給パイプ２から炉底部８内への酸素の供給量を調節する供給調節バルブ３２と、演算部１１１により酸素洗浄の対象位置が特定された後に、酸素洗浄の対象位置が特定される前に比べて酸素の供給量を多くするように供給調節バルブ３２を制御する供給制御部１１３と、を更に備えてもよい。この場合、特定された対象位置に対する酸素洗浄を自動化できる。従って、酸素洗浄をより効率的に遂行できる。

進退制御部１１２は、演算部１１１により酸素洗浄の対象位置が特定された後に、酸素洗浄の対象位置を含む範囲で酸素供給パイプ２の先端部２ａを往復させるようにアクチュエータ５を制御し、供給制御部１１３は、酸素洗浄の対象位置を含む範囲で先端部２ａが往復しているときに、酸素洗浄の対象位置が特定される前に比べて酸素の供給量を多くするように供給制御部１１３を制御してもよい。この場合、特定された対象位置及びその周辺に対する酸素洗浄を自動化できる。従って、酸素洗浄をより確実に遂行できる。

酸素洗浄装置１は、炉底部８内の溶融の程度に関する情報を表示するように構成された表示部６を更に備えてもよく、演算部１１１は、反力に基づいて炉底部８内の溶融の程度を導出し、当該溶融の程度に関する情報を表示部６に表示させてもよい。この場合、炉底部８内の溶融の程度に関する情報を表示することで、炉底部８内の溶融の程度を適正化するための処理を作業者に促すことができる。

酸素洗浄装置１は、炉底部８から取り出される溶融物の温度を検出する温度センサ９を更に備えてもよく、演算部１１１は、炉底部８内の溶融の程度と、溶融物の温度とに応じて、炉底部８内の溶融の程度を高めるための処理内容を導出し、当該処理内容を表示部６に表示させてもよい。この場合、炉底部８内の溶融の程度を高めるのに適切な処理を作業者に促すことができる。

演算部１１１は、予め設定された第一の閾値に比べて炉底部８内の溶融の程度が低く、且つ予め設定された第二の閾値に比べて溶融物の温度が高い場合には、廃棄物の融点調節剤の量を調整することを処理内容として導出し、第一の閾値に比べて炉底部８内の溶融の程度が低く、且つ第二の閾値に比べて溶融物の温度が低い場合には、炉底部８内の温度を高めることを処理内容として導出してもよい。この場合、炉底部８内の溶融の程度を高めるのに適切な処理の一例として、溶融物の温度が高い場合には融点調整剤の量を調整することを促し、溶融物の温度が低い場合には炉底部８内の温度を高めることを促すことができる。

演算部１１１は、酸素供給パイプ２の先端部２ａが炉底部８内に入り、炉底部８外に出るまでの間に検出される反力の平均値を炉底部８内の溶融の程度として導出してもよい。この場合、炉底部８内の様々な位置において取得された反力の値を用いることで、炉底部８内の溶融の程度をより的確に導出できる。

演算部１１１は、先端部２ａが炉底部８内に入り、炉底部８外に出るまでの間において、酸素供給パイプ２が炉底部８内から後退するときに検出される反力の平均値を炉底部８内の溶融の程度として導出してもよい。上述したように、酸素供給パイプ２が炉底部８内から後退するときには、溶融の程度以外に起因する反力上昇が生じ難い。このため、炉底部８内の溶融の程度をより的確に導出できる。

演算部１１１は、先端部２ａが炉底部８内に入り、炉底部８外に出るまでの間において、酸素供給パイプ２が炉底部８内から後退するときに検出される反力のうち、予め設定した基準反力（第三の閾値）を上回った反力の平均値を炉底部８内の溶融の程度として導出してもよい。この場合、不完全な溶融部分８３の多さよりも、当該部分における不完全さの程度に重きをおいて、溶融部内の溶融の程度を導出できる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、炉底部８内の溶融の程度を調整する処理（ステップＳ０４）を自動化してもよい。

１…酸素洗浄装置、２…酸素供給パイプ、２ａ…先端部、４…パイプ保持部、５…アクチュエータ、６…表示部、８…炉底部、９…温度センサ、３２…供給調節バルブ（供給調節機構）、４４…力センサ、４５…長さセンサ、５６…位置センサ、８１…溶融スラグ（溶融物）、１１１…演算部、１１２…進退制御部、１１３…供給制御部。

Claims (18)

1. 溶融炉の炉底部内に酸素を供給するための酸素供給パイプと、
   前記酸素供給パイプを保持し、前記炉底部内に対して進退させるためのパイプ保持部と、
   前記酸素供給パイプから前記パイプ保持部への反力を検出する力センサと、
   前記パイプ保持部の位置を検出する位置センサと、
   前記酸素供給パイプの長さを検出する長さセンサと、
   前記酸素供給パイプが前記炉底部内から後退するときの前記反力に基づいて、前記酸素供給パイプの先端部の周囲における溶融の程度が十分であるかを判定し、当該溶融の程度が不十分であると判定した場合に、前記パイプ保持部の位置と前記酸素供給パイプの長さとに基づいて前記酸素供給パイプの先端部の位置を求め、当該先端部の位置に対応するように酸素洗浄の対象位置を特定する演算部と、を備える溶融炉の酸素洗浄装置。
2. 前記パイプ保持部を介して前記酸素供給パイプを前記炉底部内に対して進退させるアクチュエータと、
   前記演算部により前記酸素洗浄の対象位置が特定される前に、前記酸素供給パイプを前記炉底部内に前進させるように前記アクチュエータを制御し、前記反力が大きくなるのに応じて、前記酸素供給パイプを前記炉底部内から後退させるように前記アクチュエータを制御する進退制御部と、を更に備える請求項１記載の溶融炉の酸素洗浄装置。
3. 前記酸素供給パイプから前記炉底部内への酸素の供給量を調節する供給調節機構と、
   前記演算部により前記酸素洗浄の対象位置が特定された後に、前記酸素洗浄の対象位置が特定される前に比べて酸素の供給量を多くするように供給調節機構を制御する供給制御部と、を更に備える請求項２記載の溶融炉の酸素洗浄装置。
4. 前記進退制御部は、前記演算部により前記酸素洗浄の対象位置が特定された後に、前記酸素洗浄の対象位置を含む範囲で前記酸素供給パイプの先端部を往復させるように前記アクチュエータを制御し、
   前記供給制御部は、前記酸素洗浄の対象位置を含む範囲で前記酸素供給パイプの先端部が往復しているときに、前記酸素洗浄の対象位置が特定される前に比べて酸素の供給量を多くするように前記供給調節機構を制御する、請求項３記載の溶融炉の酸素洗浄装置。
5. 前記炉底部内の溶融の程度に関する情報を表示するように構成された表示部を更に備え、
   前記演算部は、前記反力に基づいて前記炉底部内の溶融の程度を導出し、当該溶融の程度に関する情報を前記表示部に表示させる、請求項１〜４のいずれか一項記載の溶融炉の酸素洗浄装置。
6. 前記炉底部から取り出される溶融物の温度を検出する温度センサを更に備え、
   前記演算部は、前記炉底部内の溶融の程度と、前記溶融物の温度とに応じて、前記炉底部内の溶融の程度を高めるための処理内容を導出し、当該処理内容を前記表示部に表示させる、請求項５記載の溶融炉の酸素洗浄装置。
7. 前記演算部は、予め設定された第一の閾値に比べて前記炉底部内の溶融の程度が低く、且つ予め設定された第二の閾値に比べて前記溶融物の温度が高い場合には、廃棄物の融点調節剤の量を調整することを前記処理内容として導出し、前記第一の閾値に比べて前記炉底部内の溶融の程度が低く、且つ前記第二の閾値に比べて前記溶融物の温度が低い場合には、前記炉底部内の温度を高めることを前記処理内容として導出する、請求項６記載の溶融炉の酸素洗浄装置。
8. 前記演算部は、前記酸素供給パイプの先端部が前記炉底部内に入り、前記炉底部外に出るまでの間に検出される前記反力の平均値を前記炉底部内の溶融の程度として導出する、請求項５〜７のいずれか一項記載の溶融炉の酸素洗浄装置。
9. 前記演算部は、前記酸素供給パイプの先端部が前記炉底部内に入り、前記炉底部外に出るまでの間において、前記酸素供給パイプが前記炉底部内から後退するときに検出される前記反力の平均値を前記炉底部内の溶融の程度として導出する、請求項８記載の溶融炉の酸素洗浄装置。
10. 溶融炉の炉底部内に酸素を供給するための酸素供給パイプと、前記酸素供給パイプを保持し、前記炉底部内に対して進退させるためのパイプ保持部と、を用い、
    前記酸素供給パイプから前記パイプ保持部への反力を検出すること、
    前記パイプ保持部の位置を検出すること、
    前記酸素供給パイプの長さを検出すること、
    前記酸素供給パイプが前記炉底部内から後退するときの前記反力に基づいて、前記酸素供給パイプの先端部の周囲における溶融の程度が十分であるかを判定し、当該溶融の程度が不十分であると判定した場合に、前記パイプ保持部の位置と前記酸素供給パイプの長さとに基づいて前記酸素供給パイプの先端部の位置を求め、当該先端部の位置に対応するように酸素洗浄の対象位置を特定すること、を含む溶融炉の酸素洗浄方法。
11. 前記パイプ保持部を介して前記酸素供給パイプを前記炉底部内に対して進退させるアクチュエータを更に用い、
    前記酸素洗浄の対象位置を特定する前に、前記酸素供給パイプを前記炉底部内に前進させるように前記アクチュエータを制御し、前記反力が大きくなるのに応じて、前記酸素供給パイプを前記炉底部内から後退させるように前記アクチュエータを制御することを更に含む請求項１０記載の溶融炉の酸素洗浄方法。
12. 前記酸素供給パイプから前記炉底部内への酸素の供給量を調節する供給調節機構を更に用い、
    前記酸素洗浄の対象位置を特定した後に、前記酸素洗浄の対象位置を特定する前に比べて酸素の供給量を増やすように供給調節機構を制御することを更に含む請求項１１記載の溶融炉の酸素洗浄方法。
13. 前記酸素洗浄の対象位置を特定した後に、前記酸素洗浄の対象位置を含む範囲で前記酸素供給パイプの先端部を往復させるように前記アクチュエータを制御することを更に含み、
    前記酸素洗浄の対象位置を含む範囲で前記酸素供給パイプの先端部が往復しているときに、前記酸素洗浄の対象位置を特定する前に比べて酸素の供給量を多くするように前記供給調節機構を制御する、請求項１２記載の溶融炉の酸素洗浄方法。
14. 前記反力に基づいて前記炉底部内の溶融の程度を導出し、当該溶融の程度を調整する処理を実行することを更に含む請求項１０〜１３のいずれか一項記載の溶融炉の酸素洗浄方法。
15. 前記炉底部から取り出される溶融物の温度を検出することを更に含み、
    前記炉底部内の溶融の程度と、前記溶融物の温度とに応じて、前記炉底部内の溶融の程度を高めるための処理を実行する、請求項１４記載の溶融炉の酸素洗浄方法。
16. 予め設定された第一の閾値に比べて前記炉底部内の溶融の程度が低く、且つ予め設定された第二の閾値に比べて前記溶融物の温度が高い場合には、廃棄物の融点調節剤の量を調整することを実行し、前記第一の閾値に比べて前記炉底部内の溶融の程度が低く、且つ前記第二の閾値に比べて前記溶融物の温度が低い場合には、前記炉底部内の温度を高めることを実行する、請求項１５記載の溶融炉の酸素洗浄方法。
17. 前記酸素供給パイプの先端部が前記炉底部内に入り、前記炉底部外に出るまでの間に検出される前記反力の平均値を前記炉底部内の溶融の程度として導出する、請求項１４〜１６のいずれか一項記載の溶融炉の酸素洗浄方法。
18. 前記酸素供給パイプの先端部が前記炉底部内に入り、前記炉底部外に出るまでの間において、前記酸素供給パイプが前記炉底部内から後退するときに検出される前記反力の平均値を前記炉底部内の溶融の程度として導出する、請求項１７記載の溶融炉の酸素洗浄方法。

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