JP6858548B2 - プラズマ溶融システム及びプラズマ溶融方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム、亜鉛等の金属材料（被溶融物）を、プラズマトーチを用いてプラズマ溶融するシステムであって、プラズマ溶融された溶融液の供給を効率良く、迅速に行うことができるプラズマ溶融システム及びプラズマ溶融方法に関する。

一般に、プラズマ溶融装置は被溶融物を収容する溶融槽とプラズマトーチとを備え、プラズマトーチにより生成するプラズマを被溶融物に照射して溶融液（溶湯）を形成する。この場合、溶融槽内には固体の被溶融物と液体の溶融液とが混在している。そして、プラズマ溶融された溶融液を凝固させると溶融槽を損傷させることから、溶融液を凝固させないようにするために、例えば被溶融物であるアルミニウムを溶融させる温度として６００℃以上の加熱を継続しなければならない。

この種のプラズマ溶融炉が例えば特許文献１に開示されている。このプラズマ溶融炉は、廃棄物をアークプラズマにより高温溶融してスラグ化する溶融炉である。そして、スラグ槽が隔壁により主槽と副槽に仕切られるとともに、隔壁には主槽と副槽を連通する連通路が設けられている。前記主槽にはプラズマトーチ及び廃棄物の投入口が設けられ、副槽にはオーバーフローにより溶融したスラグを排出するスラグ排出口が設けられている。さらに、前記連通路はスラグ排出口よりも低位に設けられている。

また、アルミニウム等の金属の溶湯をダイカストマシーンに供給するためのプラズマ溶解装置が特許文献２に開示されている。このプラズマ溶解装置は、複数のルツボと、それら複数のルツボを溶解位置と非溶解位置とに移動させる移動機構と、前記溶解位置において被溶解物を溶解するプラズマトーチとを備えている。具体的には、３つ又は４つのルツボを用いてそれらを回転可能に構成し、溶解位置で被溶解物を溶解し、非溶解位置で金属酸化物の除去、溶湯の排出、被溶解物の投入等の操作が行われるようになっている。

特開２００８−２４９２２０号公報 特開２０１５−６８５７６号公報

前述した特許文献１に記載されている従来構成のプラズマ溶融炉において、主槽内には固体の廃棄物と液体の溶融したスラグとが混在し、スラグの一部が連通路を介して副槽に導かれるようになっている。このため、主槽においては、溶融したスラグを液状に保つためアークプラズマにより主槽内の廃棄物を溶融する高温に維持しなければならないことから、特許文献１に記載のプラズマ溶融炉では、過剰な加熱の継続によってエネルギーの無駄が生ずる。

加えて、液状のスラグはほとんどが固体の廃棄物と一緒に主槽に存在し、その一部が主槽から連通路を介して副槽に順次流入されるように構成されていることから、主槽内に存在する液状のスラグは過昇温状態に晒され、スラグの変質を来たすという問題があった。

また、特許文献２に記載されている従来構成のプラズマ溶解装置では、被溶解物の溶解操作とそれ以外の操作を１系列（１ステージ）で行うことから、溶湯の排出が終了した後に溶解位置のルツボでプラズマ溶解を実施するか、或いは溶湯の排出が終了する前にプラズマ溶解を実施してその状態で待機しなければならない。このため、ダイカストマシーン等への溶湯の供給が滞り、生産速度が遅くなるという問題があった。

そこで、本発明の目的とするところは、溶融液の供給を効率良く、迅速に行うことができるとともに、エネルギーの無駄を抑制でき、かつ溶融液の品質を向上させることができるプラズマ溶融システム及びプラズマ溶融方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ溶融システムは、プラズマトーチにより溶融炉内の被溶融物を溶融するプラズマ溶融システムであって、前記溶融炉を、上部に位置しプラズマトーチに基づくプラズマにより被溶融物を溶融して溶融液を調製するための溶融槽と、下部に位置し前記溶融液を受け入れて液状に保持するための温調槽とで構成し、前記溶融槽は溶融位置と非溶融位置とに回転可能に構成されるとともに、温調槽は溶融液受け入れ位置と溶融液非受け入れ位置とに回転可能に構成され、溶融槽の溶融位置と非溶融位置及び温調槽の溶融液受け入れ位置と溶融液非受け入れ位置が回転位置により決定されるように構成され、溶融位置の溶融槽で溶融された溶融液を溶融液受け入れ位置の温調槽に受け入れ、非溶融位置の溶融槽で溶融のための準備操作を行い、溶融液非受け入れ位置の温調槽で溶融液受け入れのための準備操作を行うように構成されている。

プラズマ溶融方法は、前記溶融位置の溶融槽で被溶融物の溶融操作を行い、調製された溶融液を溶融液受け入れ位置の温調槽に受け入れた後、非溶融位置の溶融槽で溶融のための準備操作を行い、溶融液非受け入れ位置の温調槽で溶融液受け入れのための準備操作を行うものである。

本発明のプラズマ溶融システムによれば、溶融液の供給を効率良く、迅速に行うことができるとともに、エネルギーの無駄を抑制でき、かつ溶融液の品質を向上させることができるという効果を奏する。

実施形態におけるプラズマ溶融システムの主構成を示す断面図。 プラズマ溶融システムにおける溶融槽の回転動作を示す説明図。 プラズマ溶融システムにおける温調槽の回転動作を示す説明図。 （ａ）は温調槽の回転機構を示す平面図、（ｂ）は温調槽の回転機構を示す断面図、（ｃ）は受け皿に温調槽を収容する状態を示す正断面図。 （ａ）は溶融槽の操作と温調槽の操作を１系列で実施した場合の操作時間を示す説明図、（ｂ）は溶融槽の操作と温調槽の操作を２系列で並行して実施した場合の操作時間を示す説明図。 （ａ）は電極を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の６ｂ−６ｂ線における断面図。 （ａ）は支持棒を示す断面図、（ｂ）は支持棒を示す側面図。 プラズマトーチの上下動作及び旋回動作を示す斜視図。 エアブロー装置で溶融槽の周壁の内周面及び支持棒に付着したスラグを除去する状態を示す説明図。 エアブロー装置で温調槽の内周面に付着したスラグを除去する状態を示す説明図。 （ａ）は別例としての溶融槽の回転動作と予熱機構を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の概略正面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、プラズマ溶融システム１０を構成する溶融炉１１は、上部に位置し、プラズマトーチ１２に基づくプラズマにより被溶融物１３を溶融して溶融液１４を調製するための溶融槽１５と、下部に位置し、前記溶融液１４を液状に保持するための温調槽１６とにより構成されている。被溶融物１３は例えばアルミニウム、亜鉛、銅等の金属により略円柱状に形成されている。

前記溶融槽１５は耐火材料により円筒状に形成された周壁１７と、その下端部に配置された電極１８、絶縁体１９及び底板２０よりなる底壁２１とにより構成されている。なお、電極１８、絶縁体１９及び底板２０は、図示しないクランプにより一体的に連結されている。前記温調槽１６は耐火材料により形成されている。この温調槽１６は、四角枠状の基台２２上に支持されている。前記溶融槽１５の底壁２１を構成する電極１８、絶縁体１９及び底板２０には周壁１７の内径と同一の直径を有する連通孔１８ａ、１９ａ、２０ａが設けられ、溶融槽１５で得られた溶融液１４を温調槽１６へ導くようになっている。この連通孔１８ａ、１９ａ、２０ａは、その孔径が被溶融物１３の直径以上となるように設計することが、溶融槽１５からの溶融液１４を円滑に温調槽１６に導く上で好ましい。

前記プラズマトーチ１２は溶融槽１５の上方位置において吊下体２３により吊下げ支持されるとともに、図示しない駆動装置により移動可能な可動部材２４が連結され、上下方向、左右方向及び前後方向に移動可能に構成されている。

例えば、図８に示すように、プラズマトーチ１２は図８の矢印のように上下方向及び水平方向に移動可能であり、渦巻き状に旋回する。そして、プラズマトーチ１２が被溶融物１３の未溶融部にプラズマを照射して被溶融物１３全体を溶融できるようになっている。

図１に示すように、前記電極１８はカーボン等の導電性材料により形成され、溶融槽１５の周壁１７と絶縁体１９との間に配置され、その電極１８とプラズマトーチ１２との間には直流電源２５が接続線２６を介して接続されている。そして、プラズマトーチ１２と電極１８との間に所定の電圧が印加され、被溶融物１３にプラズマを照射するように構成されている。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、前記電極１８は板状に形成され、その電極部２７は円環状をなすとともに、その一部には長四角形状をなす導電性の接続部２８が延出されている。前記電極部２７の内周部には互いに対向する切欠き部２９が一対凹設されている。

図１に示すように、前記溶融槽１５の底壁２１を構成する電極１８の連通孔１８ａの周縁部には被溶融物１３を支持する一対の支持部としての支持棒３０が架設されている。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、これらの支持棒３０は円柱状に形成されるとともに、各支持棒３０の両端部下面には前記電極１８の切欠き部２９に係止される凹状の係止部３１が設けられ、支持棒３０が連通孔１８ａにおいて電極１８に対し安定した状態で配置される。これら一対の支持棒３０上に前記被溶融物１３が支持されている。この支持棒３０は複数本配置されておればよく、３本以上であってもよい。また、支持棒３０としては、その上面に平坦面を形成したものや三角柱状に形成してその側面が上面となるように配置したものであってもよい。

前記支持棒３０はカーボン等の導電性材料で形成され、プラズマトーチ１２によるプラズマ発生のための電極としても機能するように構成されている。このため、被溶融物１３の直下に配置された一対の支持棒３０によりプラズマを被溶融物１３に有効に照射でき、被溶融物１３の溶融を速やかに進めることができる。

前記温調槽１６には、溶融槽１５で溶融された溶融液１４を３０〜１５０℃昇温するための加熱器として高周波誘導加熱器３４が備えられ、温調槽１６内の溶融液１４を液状に保持するようになっている。前記高周波誘導加熱器３４は温調槽１６の下方位置に配置され、交流電源３５からの電力により温調槽１６を加熱するようになっている。前記加熱器としては、高周波誘導加熱器３４以外に直接通電加熱器、電気ヒータ式加熱器、ガス燃焼式加熱器等が用いられる。

図９及び図１０に示すように、前記溶融槽１５及び温調槽１６には、スラグを除去するためのエアブロー装置４０が設けられている。図９に示すように、エアブロー装置４０を構成するエアホース４１先端部のエアノズル４３から溶融槽１５の周壁１７内面にエアが上方から旋回状態で吹き付けられ、周壁１７内面に付着したスラグが除去される。さらに、電極１８の連通孔１８ａを跨ぐ一対の支持棒３０に対してもエアが吹き付けられ、支持棒３０に付着したスラグが除去される。

図１０に示すように、温調槽１６は上下逆にして支持され、下方に配置されたエアノズル４３から温調槽１６内にエアが旋回状態で吹き付けられ、温調槽１６の内面に付着したスラグが除去される。

次に、前記プラズマ溶融システム１０の具体的構成について説明する。
本実施形態のプラズマ溶融システム１０では、溶融槽１５と温調槽１６が２系列（２ステージ）で回転動作し、それぞれ並行して各操作が行われる。

図２に示すように、溶融槽１５は上テーブル４５により図２の反時計方向に回転し、溶融位置１０１、スラグ除去位置１０２、電極交換位置１０３及び被溶融物設置位置１０４にそれぞれ周方向へ９０°間隔をおいて配置される。溶融位置１０１において、溶融槽１５では被溶融物１３がプラズマ溶融され、溶融液１４が調製される。スラグ除去位置１０２において、溶融槽１５内がエアブロー装置４０のエアノズル４３から噴出されるエアによりスラグが除去される。電極交換位置１０３において、電極１８及び支持棒３０が交換される。被溶融物設置位置１０４において、溶融槽１５内に被溶融物１３が挿入されて設置される。

図３に示すように、温調槽１６は下テーブル４６により図３の時計方向に回転し、溶融液受け入れ位置１０５、温調位置１０６、出湯位置１０７及びスラグ除去位置１０８にそれぞれ周方向へ９０°間隔をおいて配置される。溶融液受け入れ位置１０５において、溶融槽１５の底壁２１の連通孔１８ａ、１９ａ、２０ａから溶融液１４が温調槽１６に受け入れられる。溶融液１４の温度は、被溶融物１３が例えばアルミニウムの場合には約６００℃である。温調位置１０６において、温調槽１６が高周波誘導加熱器３４により例えば６０℃昇温されて６６０℃に達し、溶融液１４が液状に保持される。出湯位置１０７において、温調槽１６内の溶融液１４が図示しないダイカストマシーンへ供給される。スラグ除去位置１０８において、温調槽１６が上下逆にした状態でエアブロー装置４０のエアノズル４３から吹き出されるエアにより温調槽１６内のスラグが除去される。

続いて、前記溶融槽１５及び温調槽１６の回転機構について説明する。まず、温調槽１６の回転機構について説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、円環状の枠体４７内には下テーブル４６としての十字状回転部材が図示しない駆動源により回転可能に支持されている。下テーブル４６の各先端部にはそれぞれ円孔４８が透設され、各円孔４８には図４（ｂ）に示す受け皿４９が挿入され、その受け皿４９のフランジ部４９ａが下テーブル４６に係止されている。前記出湯位置１０７及びスラグ除去位置１０８においては円孔４８を外方へ開口する開口部５０が設けられ、受け皿４９が外方へ移動可能になっている。さらに、出湯位置１０７においては、枠体４７に開放部５１が形成され、出湯位置１０７の温調槽１６を外部へ取り出すことができるようになっている。図４（ｃ）に示すように、前記受け皿４９内には温調槽１６が挿入され、保持されるように構成されている。

前記溶融槽１５の回転機構は図示されていないが、温調槽１６の回転機構と同様に構成されている。但し、出湯位置１０７の開口部５０や枠体４７の開放部５１は設けられていない。

図２及び図３に示したように、上テーブル４５と下テーブル４６の回転方向を逆にすることにより、溶融槽１５のスラグ除去位置１０２と温調槽１６のスラグ除去位置１０８を同一位置に設定でき、エアブロー装置４０によるスラグ除去操作を効率良く進めることができる。

次に、前記のように溶融槽１５と温調槽１６を２系列で動作させた場合と、溶融槽１５と温調槽１６を１系列で動作させた場合とを比較して説明する。
図５（ａ）に示すように、溶融槽１５と温調槽１６を１系列で動作させた場合には、溶融槽１５の溶融操作、スラグ除去操作、電極交換操作及び被溶融物設置操作を実施した後、温調槽１６の溶融液受け入れ操作、温調操作、出湯操作及びスラグ除去操作が行われる。このため、全操作時間は、溶融槽１５の各操作時間の合計時間と温調槽１６の各操作時間の合計時間との加算時間となる。

その一方、図５（ｂ）に示すように、溶融槽１５と温調槽１６を２系列で動作させた場合には、溶融槽１５の各操作と温調槽１６の各操作が並行して行われる。そのため、全操作時間は、溶融槽１５の各操作時間の合計時間又は温調槽１６の各操作時間の合計時間のいずれか一方となる。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）は各操作と操作時間を概念的に示したもので、溶融槽１５及び温調槽１６の各操作時間は同じ長さの矢印で示されているが、実際の各操作時間には相違がある。

従って、溶融槽１５と温調槽１６を２系列で動作させた場合の方が１系列で動作させた場合よりも、全操作時間をほぼ半分に短縮することができ、操作効率を格段に高めることができる。

次に、上記のプラズマ溶融システム１０を用いたプラズマ溶融方法について説明する。
図１に示すように、溶融槽１５内には一対の支持棒３０上に被溶融物１３のアルミニウムが支持された状態で、プラズマトーチ１２と電極１８及び支持棒３０との間に直流電源２５から電圧が印加されてプラズマが被溶融物１３に照射され、被溶融物１３が６００℃以上の高温に加熱されて溶融する。被溶融物１３がプラズマ溶融して得られた溶融液１４は液滴として垂れ落ち、溶融槽１５の連通孔１８ａ、１９ａ、２０ａを経て温調槽１６内へ収容される。

図２に示すように、溶融槽１５は溶融位置１０１において被溶融物１３の溶融が終了すると、上テーブル４５の回転によりスラグ除去位置１０２に移され、そこでエアブロー装置４０により溶融槽１５内のスラグが除去される。その後、溶融槽１５は電極交換位置１０３に移され、そこで再使用が難しい電極１８及び支持棒３０が交換される。次いで、溶融槽１５は被溶融物設置位置１０４に移され、その位置で溶融槽１５内に被溶融物１３が挿入され、設置される。

一方、図３に示すように、温調槽１６は溶融液受け入れ位置１０５で溶融液１４を受け入れた後、下テーブル４６の回転により温調位置１０６に移される。この温調槽１６には高周波誘導加熱器３４が設けられ、温調位置１０６で温調槽１６内の溶融液１４が例えば６６０℃に加熱され、液状が維持される。その後、温調槽１６は出湯位置１０７に移され、そこで温調槽１６内の溶融液１４がダイカストマシーンへ注入される。続いて、温調槽１６はスラグ除去位置１０８に移され、そこで上下逆にされた状態でエアブロー装置４０により温調槽１６内のスラグが除去される。

次に、前記のように構成された実施形態のプラズマ溶融システム１０について作用を説明する。
さて、アルミニウム等の被溶融物１３をプラズマ溶融した溶融液１４をダイカストマシーン等へ供給する場合には、溶融炉１１が溶融槽１５と温調槽１６により構成され、それぞれ２系列で並行して独自に回転可能に構成される。

図２に示すように、溶融槽１５は溶融位置１０１と、それ以外の非溶融位置とに移動可能に構成される。図３に示すように、温調槽１６は溶融液受け入れ位置１０５と、それ以外の溶融液非受け入れ位置とに移動可能に構成される。そして、溶融位置１０１の溶融槽１５で被溶融物１３の溶融操作が行われて溶融液１４が調製され、その溶融液１４が溶融液受け入れ位置１０５の温調槽１６に受け入れられる。非溶融位置の溶融槽１５では溶融のための準備操作つまりスラグ除去、電極交換、被溶融物設置等の操作が行われ、溶融液非受け入れ位置の温調槽１６では溶融液１４の受け入れのための準備操作つまり温調操作、出湯操作、スラグ除去操作等の操作が行われる。

このように、溶融槽１５で調製された溶融液１４は溶融槽１５で保持するのではなく、直ちに温調槽１６へ移行され、温調位置１０６の温調槽１６で所定温度まで昇温された状態で待機される。このため、ダイカストマシーン等で要求される温度の溶融液１４を温調槽１６の出湯位置１０７において速やかに出湯することができる。

また、溶融槽１５の各操作と温調槽１６の各操作を、それぞれ同時に並行して行うことができ、溶融槽１５と温調槽１６の各操作を効率的に遂行することができる。
加えて、溶融槽１５で溶融された溶融液１４は直ちに温調槽１６へ移されるため、溶融槽１５内には固体の被溶融物１３のみが実質的に存在し、その被溶融物１３に対してプラズマトーチ１２でプラズマを照射して溶融すればよく、溶融液１４を液状に保つための余分なプラズマエネルギーを必要としない。その一方、温調槽１６では、受け入れられた溶融液１４を所定温度の液状に保持することができ、必要時に直ちに出湯することができる。従って、溶融槽１５において生成した溶融液１４の過昇温を回避することができ、溶融液１４の品質への悪影響を抑制することができる。

以上の実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）この実施形態のプラズマ溶融システム１０では、溶融炉１１が上部の溶融槽１５と、下部の温調槽１６とで構成され、溶融槽１５は溶融位置１０１と非溶融位置とに移動可能に構成されるとともに、温調槽１６は溶融液受け入れ位置１０５と溶融液非受け入れ位置とに移動可能に構成されている。そして、溶融位置１０１の溶融槽１５で溶融された溶融液１４を溶融液受け入れ位置１０５の温調槽１６に受け入れ、非溶融位置の溶融槽１５で溶融のための準備操作を行い、溶融液非受け入れ位置の温調槽１６で溶融液１４の受け入れのための準備操作を行うように構成されている。

このように、溶融槽１５と温調槽１６との２系列で並行して処理操作を進めることができ、さらに溶融槽１５では溶融操作と非溶融操作を別位置で行うことができるとともに、温調槽１６では溶融液受け入れ操作と溶融液非受け入れ操作を別位置で行うことができる。

従って、この実施形態のプラズマ溶融システム１０によれば、溶融液１４の供給を効率良く、迅速に行うことができるとともに、エネルギーの無駄を抑制でき、かつ溶融液の品質を向上させることができる。

（２）前記温調槽１６には、受け入れられた溶融液１４を３０〜１５０℃昇温するための高周波誘導加熱器３４を備えている。このため、要求される温度の溶融液１４を温調槽１６から速やかに出湯することができる。

（３）前記溶融槽１５及び温調槽１６は回転可能に構成され、溶融槽１５の溶融位置１０１と非溶融位置及び温調槽１６の溶融液受け入れ位置１０５と溶融液非受け入れ位置が回転位置により決定される。そのため、溶融槽１５と温調槽１６の回転動作により、各操作を簡単かつ連続的に実施することができる。

（４）前記溶融槽１５の回転方向と温調槽１６の回転方向とが逆方向に設定されている。従って、例えば溶融槽１５のスラグ除去位置１０２と温調槽１６のスラグ除去位置１０８を同位置に設定することができ、スラグ除去操作を同じスラグ除去装置を使用して効率的に行うことができる。

（５）前記溶融槽１５は回転角度が９０°毎に溶融位置１０１と複数の非溶融位置とが設定され、温調槽１６は回転角度が９０°毎に溶融液受け入れ位置１０５と複数の溶融液非受け入れ位置とが設定されている。このため、溶融槽１５を９０°毎回転させて溶融操作及び非溶融操作を定位置で容易に行い、温調槽１６を９０°毎回転させて溶融液受け入れ操作と溶融液非受け入れ操作を定位置で容易に行うことができる。

（６）前記溶融槽１５の非溶融位置は、スラグ除去位置１０２、電極交換位置１０３及び被溶融物設置位置１０４であり、温調槽１６の溶融液非受け入れ位置は、温調位置１０６、出湯位置１０７及びスラグ除去位置１０８である。そのため、溶融槽１５の非溶融位置でスラグ除去操作、電極交換操作及び被溶融物設置操作を行うと同時に、温調槽１６の溶融液非受け入れ位置で温調操作、出湯操作及びスラグ除去操作を並行して行うことができる。

（７）本実施形態のプラズマ溶融方法は、溶融位置１０１の溶融槽１５で被溶融物１３の溶融操作を行い、その溶融液１４を溶融液受け入れ位置１０５の温調槽１６に受け入れた後、非溶融位置の溶融槽１５で溶融のための準備操作を行い、溶融液非受け入れ位置の温調槽１６で溶融液１４の受け入れのための準備操作を行うものである。

従って、溶融槽１５による溶融操作及びその他の操作と、温調槽１６による温調操作及びその他の操作を並行して効率良く進めることができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示すように、この実施例１のプラズマ溶融システム１０においては、溶融炉１１を上部位置の溶融槽１５と下部位置の温調槽１６とで構成した。図２に示すように、溶融槽１５を回転機構により反時計方向へ回転可能に構成し、溶融位置１０１から回転角度９０°毎にスラグ除去位置１０２、電極交換位置１０３及び被溶融物設置位置１０４へ回転させた。一方、図３に示すように、温調槽１６を回転機構により時計方向に回転可能に構成し、溶融液受け入れ位置１０５から回転角度９０°毎に温調位置１０６、出湯位置１０７及びスラグ除去位置１０８へ回転させた。

そして、被溶融物１３としてアルミニウム１ｋｇを用い、溶融位置１０１の溶融槽１５内でプラズマにより被溶融物１３を２０℃から６００℃まで４０秒間加熱して溶融させた。溶融した溶融液１４は、溶融液受け入れ位置１０５の温調槽１６に直ちに収容された。

前記溶融槽１５は、回転されてスラグ除去位置１０２へ移って５秒間でスラグが除去され、さらに電極交換位置１０３へ移動して１５秒間で電極が交換され、被溶融物設置位置１０４で新たな被溶融物１３が２０秒間で設置された。

一方、前記温調槽１６は温調位置１０６へ移動し、被溶融物１３が１０秒間加熱されて６６０〜６８０℃に昇温された後、出湯位置１０７において被溶融物１３が３０秒間で出湯され、その後温調槽１６はスラグ除去位置１０８でスラグが５秒間で除去された。

このように、実施例１のプラズマ溶融システム１０においては、溶融炉１１を溶融槽１５と温調槽１６との上下２段で構成し、２系列で各操作を行ったことから、被溶融物１３の溶融液は溶融槽１５から温調槽１６へ直ちに移され、温調位置１０６の温調槽１６で加熱されて出湯を待つことができる。このため、空になった溶融槽１５は約４０秒後に新たな被溶融物１３の溶融に移行することができる。従って、ダイカストマシーン等へ出湯する溶融液１４を調製するための時間を大幅に短縮できるとともに、プラズマエネルギーの無駄を節約でき、かつ溶融液１４の酸化を抑制してその品質を向上させることができる。

（比較例１）
この比較例１では、前記実施例１において、溶融槽１５及び温調槽１６の各回転機構を省略し、溶融槽１５からの溶融液１４を温調槽１６に受け入れ、その位置で温調槽１６を加熱した後、温調槽１６を傾けて溶融液１４を出湯した。

すなわち、前記溶融槽１５では、被溶融物１３としてアルミニウム１ｋｇを２０℃から６００℃まで４０秒間加熱して溶融液１４を調製した。その溶融液１４を直ちに温調槽１６に受け入れ、そこで温調槽１６を１０秒間加熱し、溶融液を６００℃から６６０〜６８０℃に昇温させた。その後、温調槽１６を傾けてその中の溶融液１４を３０秒間で出湯させた。次いで、前記溶融槽１５のスラグ除去、電極交換及び被溶融物１３の設置を実施例１と同様にして行った。

このように、比較例１においては、温調槽１６が溶融槽１５からの溶融液１４を受け入れる位置で加熱されるとともに、出湯されることから、溶融槽１５で次の被溶融物１３を溶融する操作が前の溶融操作から８０秒を経過した後でなければ実施することができない。このため、温調槽１６から出湯する溶融液１４を調製するための所要時間が長くなり、製造効率が著しく低下する。

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、前記溶融槽１５の非溶融位置における被溶融物設置位置１０４の近傍に予熱用支持台５２を設置し、そこに複数の被溶融物１３を支持してその上方に設けられた予熱器５３により被溶融物１３を予熱し、予熱された被溶融物１３を被溶融物設置位置１０４で溶融槽１５内に設置するように構成してもよい。この場合、被溶融物１３の予熱時間は、上テーブル４５の回転時間に制約されることなく適宜の時間を設定でき、予熱をより長い時間行うことができる。

なお、図２に示す溶融システムにおいて、電極交換位置１０３と被溶融物設置位置１０４との間に予熱位置を設け、そこで被溶融物１３を前記予熱器５３により予熱するように構成してもよい。

前記予熱器５３としては、セラミックスヒータ、赤外線ヒータ等が用いられ、予熱温度としては３００〜５００℃が好ましい。以上のように構成すれば、溶融位置１０１の溶融槽１５において被溶融物１３を溶融するまでに要する時間を短縮することができる。

・前記溶融槽１５の回転方向と温調槽１６の回転方向とが同一となるように構成してもよい。
・前記溶融槽１５の１つの非溶融位置において複数の操作を実施してもよく、温調槽１６の１つの溶融液非受け入れ位置において複数の操作を実施してもよい。

・前記溶融液受け入れ位置１０５の温調槽１６において、溶融液１４を高周波誘導加熱器３４で加熱し、溶融液非受け入れ位置で出湯してもよい。
・前記溶融槽１５の非溶融位置と温調槽１６の溶融液非受け入れ位置における各操作の工程数や時間を適宜変更してもよい。例えば、前記溶融槽１５の非溶融位置において電極交換操作を省略したり、温調槽１６の溶融液非受け入れ位置において酸化物除去操作等の操作を追加したりしてもよい。その場合、溶融槽１５及び温調槽１６の操作時間を同調させるようにすることが望ましい。

１０…プラズマ溶融システム、１１…溶融炉、１２…プラズマトーチ、１３…被溶融物、１４…溶融液、１５…溶融槽、１６…温調槽、１０１…溶融位置、１０２、１０８…スラグ除去位置、１０３…電極交換位置、１０４…被溶融物設置位置、１０５…溶融液受け入れ位置、１０６…温調位置、１０７…出湯位置。

Claims (7)

1. プラズマトーチにより溶融炉内の被溶融物を溶融するプラズマ溶融システムであって、
   前記溶融炉を、上部に位置しプラズマトーチに基づくプラズマにより被溶融物を溶融して溶融液を調製するための溶融槽と、下部に位置し前記溶融液を受け入れて液状に保持するための温調槽とで構成し、前記溶融槽は溶融位置と非溶融位置とに回転可能に構成されるとともに、温調槽は溶融液受け入れ位置と溶融液非受け入れ位置とに回転可能に構成され、溶融槽の溶融位置と非溶融位置及び温調槽の溶融液受け入れ位置と溶融液非受け入れ位置が回転位置により決定されるように構成され、溶融位置の溶融槽で溶融された溶融液を溶融液受け入れ位置の温調槽に受け入れ、非溶融位置の溶融槽で溶融のための準備操作を行い、溶融液非受け入れ位置の温調槽で溶融液受け入れのための準備操作を行うように構成されているプラズマ溶融システム。
2. 前記温調槽には、受け入れられた溶融液を３０〜１５０℃昇温するための加熱器を備えた請求項１に記載のプラズマ溶融システム。
3. 前記溶融槽の回転方向と温調槽の回転方向とが逆方向に設定されている請求項１又は請求項２に記載のプラズマ溶融システム。
4. 前記溶融槽は回転角度が９０°毎に溶融位置と複数の非溶融位置とが設定され、温調槽は回転角度が９０°毎に溶融液受け入れ位置と複数の溶融液非受け入れ位置とが設定されている請求項３に記載のプラズマ溶融システム。
5. 前記溶融槽の非溶融位置は、スラグ除去位置、電極交換位置及び被溶融物設置位置であり、温調槽の溶融液非受け入れ位置は、温調位置、出湯位置及びスラグ除去位置である請求項４に記載のプラズマ溶融システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ溶融システムを用いたプラズマ溶融方法であって、
   前記溶融位置の溶融槽で被溶融物の溶融操作を行い、調製された溶融液を溶融液受け入れ位置の温調槽に受け入れた後、非溶融位置の溶融槽で溶融のための準備操作を行い、溶融液非受け入れ位置の温調槽で溶融液受け入れのための準備操作を行うプラズマ溶融方法。
7. 前記温調槽には加熱器を備え、温調槽に受け入れられた溶融液を３０〜１５０℃昇温する請求項６に記載のプラズマ溶融方法。

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