JPH04354575A - 溶融スラグの粘度調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ゴミ焼却灰，下水
汚泥焼却灰等の廃棄物焼却灰を溶融処理炉により処理す
る際、炉内に形成される溶融スラグの粘度調整方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、都市ゴミ、下水汚泥、鉱山や
工場等から排出される廃水の処理物等の各種廃棄物は、
焼却炉により焼却して埋め立てるなどして処理されてい
た。しかし、埋め立て用地の確保が困難になってきたこ
と、含有される有害重金属類が地中に溶出し、埋め立て
地周辺を汚染して二次公害を引き起こす恐れがあること
等から電気アーク炉や直接通電式溶融処理炉等により、
溶融処理して固化する方法が提案されている。

【０００３】例えば、電気アーク加熱による溶融処理炉
を用いる方法として、特開昭６２−１７１９４９号公報
に記載された方法が知られている。この方法では、炉底
に形成された金属溶湯表面に廃棄物焼却灰を連続的に投
入して溶融させ、金属溶湯表面に焼却灰中の無機成分を
主成分とする溶融スラグを形成し、この溶融スラグを溶
融処理炉から順次排出して固化させている。またこの方
法では、焼却灰中の金属（例えば鉄分）は沈降して金属
溶湯に取り込まれる。

【０００４】この方法によれば焼却灰の減容率は極めて
大きくなり、これらの埋め立てに必要な用地を減少させ
ることができる。また、焼却灰に含有される有害重金属
類は溶融スラグ中に取り込まれて水に不溶化するので、
埋め立てによる二次公害の問題も解消され、更に固化し
たスラグは土木用の骨材としても利用できる。一方炉底
に沈降した無害金属は固化した後スクラップ原料として
再利用できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記方法では
、溶融スラグの粘度が非常に高くなって流動性が悪化す
ることがあり、場合によっては溶融スラグを溶融処理炉
から排出することが困難となっていた。

【０００６】そこで溶融スラグの温度を上昇させること
によって溶融スラグの粘度を下げ、これによって溶融処
理炉から排出することも可能であるが、溶融スラグの温
度をより高温に上昇させると次のような問題が生じる。 即ち、溶融スラグの温度をより高温に上昇させるために
は溶融処理炉に大量の電力を供給しなければならず、一
方高温の溶融スラグが流動することによって溶融処理炉
を構成する耐火材料の侵食溶損が早められる。また、耐
火材料の侵食溶損が早められるとより頻繁にそのための
補修工事を行わなければならなくなり、その度に溶融処
理炉を休転させなければならない。

【０００７】そこで本発明は、廃棄物溶融処理炉におい
て溶融スラグの温度をより高温に制御することなく溶融
スラグの粘度を調整することを目的としてなされた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１記載の発明は、金属溶湯表面に廃棄
物焼却灰を連続的に投入し、該焼却灰を溶融させて上記
金属溶湯表面に溶融スラグを形成し、該溶融スラグを順
次排出して廃棄物焼却灰を処理する廃棄物溶融処理炉に
おいて、上記溶融スラグに含有される酸化鉄の量を調整
することによって、上記溶融スラグの粘度を調整するこ
とを特徴とする溶融スラグの粘度調整方法、を要旨とし
ており、請求項２記載の発明は、溶融スラグに含有され
る酸化鉄の量を、溶融スラグ全体に占める割合が４〜３
０重量％となるように調整することを特徴とする請求項
１記載の溶融スラグの粘度調整方法、を要旨としている
。

【０００９】

【作用】本願出願人は実験の結果、溶融スラグに含有さ
れる酸化鉄の量が増加するに伴い溶融スラグの粘度が低
下することを見いだした。そこで、請求項１記載の方法
では溶融スラグに含有される酸化鉄の量を調整し、これ
によって溶融スラグの粘度を調整している。

【００１０】また溶融スラグの酸化鉄含有量が４重量％
未満であると、溶融スラグの粘度が３００ポアズを上回
り、溶融スラグを廃棄物溶融処理炉から排出するのが困
難となる。一方酸化鉄含有量が３０重量％を越えると、
上記廃棄物溶融処理炉を構成する耐火材料は酸化鉄との
間に起こる化学反応により侵食溶損されやすくなる。そ
こで請求項２記載の方法では、溶融スラグ中に含まれる
酸化鉄の量を、溶融スラグ全体に占める割合が４〜３０
重量％となるように調整して、溶融スラグに必要な流動
性を与えると共に耐火材料の侵食溶損を抑制している。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例を図面と共に説明する。 先ず図１は、本実施例で使用される廃棄物溶融処理炉（
以下溶融処理炉と略記）１を表す概略構成図である。 炉本体３は高温の溶融物を保持する耐火材料、例えば炭
化珪素を含む高アルミナ質の耐火材料で構築されており
、その上面は炉蓋５で覆われている。炉蓋５には複数の
電極７が貫通し、更に焼却灰投入口９、排気ダクト１１
が設けられている。また、炉本体３の上部側面には空気
供給ダクト１３が設けられている。

【００１２】一方炉本体３の下部側面には炉内に形成さ
れた溶融物を炉外に排出するための排出口１５が設けら
れ、更にその近傍には、排出口１５において該溶融物が
固化した場合の流動性回復のための、溶融開始剤投入口
１７及び補助加熱電極１９が設けられている。尚、補助
加熱電極１９は溶融処理炉１とは別体に設けた揚降装置
２１により排出口１５内で上下動する。

【００１３】この溶融処理炉１は、一般に鉄鋼の製造に
用いられ、電極７に高電流を通電することにより、炉内
に投入された原料等をアーク加熱する所謂アーク炉であ
る。また、排出口１５の下方には水２３を満たした水砕
槽２５が設けられ、更に排出口１５から水砕槽２５に至
る経路は、保護カバー２７によって保温されると共に、
加圧水砕水を噴射するノズル２９が設けられている。

【００１４】このように構成された溶融処理炉１は、都
市ゴミ等の廃棄物焼却灰（以下焼却灰と略記）ａを溶融
処理する場合、以下のように操作される。先ず炉底に鉄
等の無害金属を均一に投入して溶融させ、金属溶湯ｂを
形成する。続いて焼却灰ａを焼却灰投入口９から投入し
て順次溶融させる。尚本実施例の方法では、投入された
焼却灰ａが炉本体３内で占める面積（以下焼却灰ａの被
覆面積と記載）が、上からみた炉本体３内部の耐火材料
構築壁の内側平面面積、即ち溶融処理炉１の溶融有効面
積の８０％以下となるようにする。また炉本体３内には
空気供給ダクト１３から外気が導入されると共に、炉内
で発生するガスが排気ダクト１１を介して炉外に排出さ
れ、これによって炉内は常時酸化性雰囲気に保持されて
いる。

【００１５】このため炉内に投入された焼却灰ａが溶融
するまでは、炉本体３内の金属溶湯ｂはその表面積の２
０％以上が酸化性雰囲気に曝され、一方焼却灰ａが溶融
すると金属溶湯ｂ表面には焼却灰ａ中の無機成分を主成
分とする溶融スラグｃが形成され、この溶融スラグｃは
その表面積の２０％以上が酸化性雰囲気に曝される。ま
た焼却灰ａが溶融すると、焼却灰ａ中の金属分（例えば
鉄分）は沈降して金属溶湯ｂに取り込まれ無害化される
。

【００１６】次に炉本体３内に形成された、溶融スラグ
ｃは１３２０〜１５５０℃の高温に維持され、焼却灰ａ
の連続投入により溶融スラグｃが順次増加し、溶融スラ
グｃのレベルが排出口１５より上面に達すると、排出口
１５から順次排出される。排出口１５から排出された溶
融スラグｃは水砕槽２５に落下するのであるが、排出口
１５から水砕槽２５に至る経路は保護カバー２７によっ
て保温されているので、溶融スラグｃは大気に触れて冷
却されることなく、排出に必要な流動性を保って排出さ
れる。また水砕槽２５に落下する溶融スラグｃは、ノズ
ル２９近傍を通過する際ノズル２９から噴射する加圧水
砕水によって急冷固化し、細粒化する。そして水砕槽２
５の底には細粒の固形スラグ３１が積層される。固形ス
ラグ３１は、図示されないコンベアにより所定の固形ス
ラグ貯留槽に排出される。

【００１７】上述したように、本実施例では焼却灰ａの
被覆面積が溶融処理炉１の溶融有効面積の８０％以下と
なるようにし、かつ空気供給ダクト１３より炉内に外気
を送り込んで炉内を酸化性雰囲気に保持している。また
炉内の金属溶湯ｂと溶融スラグｃとの間では、金属溶湯
ｂ中の金属鉄が酸化して酸化鉄として溶融スラグｃに取
り込まれる反応と、溶融スラグｃ中の酸化鉄が還元され
て金属鉄として金属溶湯ｂ中に取り込まれる反応とが同
時に起こっているが、このように焼却灰ａの被覆面積が
溶融処理炉１の溶融有効面積の８０％以下で、且つ炉内
が酸化性雰囲気の条件下では、溶融スラグｃの酸化鉄含
有量は減少することなく、４〜３０重量％で平衡を保つ
ことが実験により判明した。

【００１８】一方溶融スラグｃの酸化鉄含有量と溶融ス
ラグｃの粘度との間には図２に示す関係が成立すること
も実験により判明している。即ち図に点で示す実測値デ
ータより、溶融スラグｃ中の酸化鉄の重量％と、溶融ス
ラグｃの粘度の対数値との間には、図に直線で示すよう
な一次関係があることが判る。従って、溶融スラグｃの
酸化鉄含有量を調整することにより溶融スラグｃの粘度
を調節できることが判る。また溶融スラグｃの酸化鉄含
有量は、炉内が酸化性雰囲気の状態において上述したよ
うに焼却灰ａの被覆面積を調整することによって調整す
ることができる。尚図２に示す実測値データにおいて、
溶融スラグｃ中の酸化鉄以外の無機成分の含有量は以下
のようであった。

【００１９】 酸化珪素………………４０〜６０重量％アルミナ………
………１５〜２０重量％酸化カルシウム………１０〜１
６重量％酸化マグネシウム……　　１〜　　３重量％酸
化ナトリウム………　　５〜　　９重量％図に示すよう
に溶融スラグｃの酸化鉄含有量が４重量％以上の範囲で
は溶融スラグｃの粘度は略３００ポアズ以下となる。こ
こで、溶融スラグｃの粘度が３００ポアズを越えると溶
融スラグｃの流動性が悪化し、溶融スラグｃを排出口１
５から良好に排出できなくなるが、本実施例では炉内が
酸化性雰囲気の状態において焼却灰ａの被覆面積を調節
して溶融スラグｃの酸化鉄含有量を４重量％以上に保持
しているので、溶融スラグｃの温度をより高温に上昇さ
せることなく良好な流動性を付与して排出口１５から良
好に排出することができる。また、本実施例の溶融処理
炉１では溶融開始剤投入口１７より溶融開始剤を投入し
たり、補助加熱電極１９にて排出口１５付近の溶融スラ
グｃが冷却されるのを防止したりすることにより、溶融
スラグｃを一層良好に排出することができる。

【００２０】一方、溶融スラグｃの酸化鉄含有量が３０
重量％を越えると炉本体３を形成する耐火材料は酸化鉄
との間に起こる化学反応により侵食溶損されやすくなる
が、本実施例では酸化鉄含有量を３０重量％以下に保持
しているので、耐火材料が侵食溶損されるのを抑制する
ことができる。

【００２１】尚上記実施例では、廃棄物溶融処理炉とし
て所謂アーク炉を使用しているが、本発明の方法は他の
サブマージドアーク炉や直接通電式溶融処理炉等種々の
廃棄物溶融処理炉に適用することもできる。また上記実
施例では空気供給ダクト１３より外気を導入して炉内を
酸化雰囲気に保持しているが、または酸化力の強い気体
を導入してもよい。この場合焼却灰ａの被覆面積が溶融
処理炉１の溶融有効面積の８０％以上であっても、溶融
スラグｃの酸化鉄含有量を確保することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の方法
では、溶融スラグに含有される酸化鉄の量を調整するこ
とにより溶融スラグの粘度を調整することができる。従
って、溶融スラグの温度をより高温に上昇させることな
く溶融スラグの粘度を低下させることができる。

【００２３】一方請求項２記載の方法では、溶融スラグ
中に含まれる酸化鉄の量を、溶融スラグ全体に占める割
合が４〜３０重量％となるように調整しているので、溶
融スラグに必要な流動性を与えると共に、廃棄物溶融処
理炉を構成する耐火材料が酸化鉄によって侵食溶損され
るのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例で使用される廃棄物溶融処理炉を
表す概略構成図である。

【図２】図２は溶融スラグの酸化鉄含有量と溶融スラグ
の粘度との関係を表すグラフである。

【符号の説明】

１…廃棄物溶融処理炉　　　　３…炉本体　　　　　　
７…電極　　　　１５…排出口 ａ…廃棄物焼却灰　　　　　　　　ｂ…金属溶湯　　　
　ｃ…溶融スラグ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属溶湯表面に廃棄物焼却灰を連続的
   に投入し、該焼却灰を溶融させて上記金属溶湯表面に溶
   融スラグを形成し、該溶融スラグを順次排出して廃棄物
   焼却灰を処理する廃棄物溶融処理炉において、上記溶融
   スラグに含有される酸化鉄の量を調整することによって
   、上記溶融スラグの粘度を調整することを特徴とする溶
   融スラグの粘度調整方法。
2. 【請求項２】　　溶融スラグに含有される酸化鉄の量を
   、溶融スラグ全体に占める割合が４〜３０重量％となる
   ように調整することを特徴とする請求項１記載の溶融ス
   ラグの粘度調整方法。