JPH10332268A - 電気式灰溶融炉におけるベースメタルの湯面検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベースメタルの量を正確に検出する。 【解決手段】 プラズマトーチ１５Ａを下降してベース
メタル４に没入させ下端部を炉底部３ａに当接させてこ
の時のプラズマトーチ１５Ａの高さを検出し、プラズマ
トーチ１５Ａとベースメタル４との電位差を検出しつつ
プラズマトーチ１５Ａを上昇させて、プラズマトーチ１
５Ａがベースメタル４内から溶融スラグＦＳ中に抜き出
された時の、プラズマトーチ１５Ａとベースメタル４と
の電位差の変化を検知してベースメタルの湯面位置と
し、底壁部３ａから湯面位置までのプラズマトーチ１５
Ａの上昇距離を検出してベースメタル４の湯面レベルＭ
Ｌを検出する。侵食や変動の無い底壁部を基準とするこ
とで、放電等により消耗した電極でも正確な湯面レベル
を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱源供給電極を
備えた電気式溶融炉において、灰などの被溶融物中に含
有されるメタル分により増加するベースメタルを排出す
る時期を知るために、ベースメタルの湯面レベルを検出
するベースメタルの湯面検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の加熱源供給電極を備えた電気式溶
融炉、たとえばプラズマ式灰溶融炉において、灰中に含
有されるメタル分により増加するベースメタルを排出す
るために、炉の稼働時間すなわち灰溶融量に基づいて設
定されたタイマーによるレベル制御やロードセルによる
レベル制御により、ベースメタルの排出作業を行ってい
た。しかし、溶融する灰によっては含有するメタル量が
均一でないと正確な湯面検知ができないため、本発明者
等は、特開平８−３２０１１１号公報により、次のよう
なベースメタルの湯面検出方法を提案した。

【０００３】すなわち、検出部材（プラズマ発生用黒鉛
電極）を下降させて溶融スラグ、ベースメタルに没入さ
せ、検出部材とベースメタルとの電位差を検出する。す
ると、検出部材と溶融スラグとが接触しない状態では電
位差が極めて大きく、接触すると幾分小さくなり、さら
に検出部材がベースメタルに接触すると電位差が極めて
小さくなる。したがって、排滓口から落下排出される溶
融スラグの表面を基準として、この溶融スラグの表面か
らベースメタルの接触位置までの検出部材の下降距離、
すなわち高さを検出することにより、ベースメタルの湯
面レベルを検知するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記検出方法
は、溶融スラグの表面を基準としているが、溶融スラグ
の表面レベルは、溶融スラグの表面張力により排滓口か
ら溶融スラグが連続して流れず断続的になるため、約２
０ｍｍ程度の変化がある。また排滓口の堰部の強制冷却
により溶融スラグの温度が変化して表面にできる凝固層
であるセルフコーティング層の厚さが変化する結果、そ
の表面レベルが約３０ｍｍ程度変化する。これにより合
計で５０ｍｍ程度の変化が生じる。したがって、溶融ス
ラグの表面を基準とするベースメタルの湯面レベルは検
出誤差が大きいという問題があった。

【０００５】本発明は、ベースメタルの湯面レベルを正
確に検出できるプラズマ式灰溶融炉におけるベースメタ
ルの湯面検出方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の請求項１記載の発明は、加熱源供給電極を
下降してベースメタルに没入させ下端部を炉底部に当接
させてこの時の加熱源供給電極の高さを検出し、加熱源
供給電極とベースメタルとの間の抵抗値または電位差を
検出しつつ加熱源供給電極を上昇させ、加熱源供給電極
がベースメタルから抜き出されて加熱源供給電極とベー
スメタルとの間の抵抗値または電位差が大きくなった位
置をベースメタルの湯面位置として、加熱源供給電極の
炉底部からの上昇距離を検出することにより、ベースメ
タルの湯面レベルを検出するものである。

【０００７】上記方法によれば、ベースメタルが接して
ほとんど侵食も無く変化の無い炉底部を基準として、加
熱源供給電極がベースメタルから抜き出される間に溶融
スラグが介在されることによりベースメタルと検出部材
の抵抗値または電位差が大きくなる位置をベースメタル
の湯面とし、加熱源供給電極の上昇距離を検出すること
で湯面位置を決定するので、加熱源供給電極に減耗され
る黒鉛電極が使用されていても、ベースメタルの湯面を
精度よく検出することができる。

【０００８】また、請求項２の発明は、加熱源供給電極
とベースメタルとの間の抵抗値または電位差を検出しつ
つ加熱源供給電極を下降し、加熱源供給電極とベースメ
タルとの間の抵抗値または電位差が小さくなった位置を
ベースメタルの湯面位置としてこの時の加熱源供給電極
の高さを検出し、さらに加熱源供給電極をベースメタル
に没入させてその下端部を炉底部に当接させ、前記湯面
位置から炉底部までの加熱源供給電極の下降距離を検出
することにより、ベースメタルの湯面レベルを検出する
ものである。

【０００９】上記方法によれば、上記方法と同様の効果
を奏するとともに、上記方法のようにベースメタル中か
ら電極を持ち上げた場合には、ベースメタルの粘性によ
り表面張力の作用で電極にベースメタルが同伴されるた
め、誤差が大きくなり易いのに対して、電極を没入する
場合には粘性による誤差はほとんどない。また、プラズ
マ式灰溶融炉では、起動時に電極を一旦ベースメタルに
接触してアークを発生させる。このため、湯面検出後の
電極の上昇途中から連続して起動動作に移れ、炉の運転
をスムーズに行うことができる。

【００１０】

【実施の形態】以下、本発明に係るベースメタルレベル
検出装置を備えたプラズマ式灰溶融炉の実施の形態を図
１〜図４に基づいて説明する。

【００１１】図１に示すように、架台１上には、支持ピ
ン２ａを中心に傾動シリンダ２ｂにより傾動可能なベー
スメタル排出用傾動装置２を介して炉本体３が配設され
ている。この炉本体３の底壁部３ａにはベースメタル４
を収容するメタル収容部が形成されている。また、炉本
体３の前壁部３ｂには、炉本体３のベースメタル４上に
焼却灰Ａを投入する灰供給口６が形成され、この灰供給
口６の入口に臨んで灰供給ホッパ７と灰プッシャー８と
が設けられている。また炉本体３の後壁部３ｃには、ベ
ースメタル４上で溶融された溶融スラグＦＳを排出する
スラグ排出口９が形成され、スラグ排出口９の下部に溶
融スラグＦＳを水冷して水砕スラグＷＳを生成するスラ
グ冷却装置１１が配設されている。１２はスラグ排出口
９に対抗して設けられた予熱バーナである。

【００１２】炉本体３の上部は水冷ジャケット１３で覆
われると共に、天壁部３ｄにたとえば２個のトーチ挿入
口１４Ａ，１４Ｂが前後方向に所定距離離れて形成さ
れ、灰供給口６側のトーチ挿入口１４Ａに加熱源供給電
極である陽極トーチ（以下プラズマトーチという）１５
Ａが、スラグ排出通路９側のトーチ挿入口１４Ｂに加熱
源供給電極である陰極トーチ（以下プラズマトーチとい
う）１５Ｂがそれぞれ垂下されている。これら両プラズ
マトーチ１５Ａ，１５Ｂには安価な黒鉛電極が使用さ
れ、下端部のプラズマ放電による消耗に対応して下降さ
せベースメタル４との距離を所定に保持するトーチ昇降
装置１６にそれぞれ支持されている。

【００１３】さらに両プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂに
は直流電源装置１７が接続されるとともに、作動ガス供
給装置１８が接続され、両プラズマトーチ１５Ａ，１５
Ｂ内を通して炉本体３内に作動ガス（たとえば窒素ガ
ス）を供給するように構成されている。１９は一方の側
壁部３ｅに形成された排ガス排出口で、排ガス処理装置
に接続される。

【００１４】前記トーチ昇降装置１６は、図２に示すよ
うに、炉本体３上またはその近傍に立設されたマスト２
１にガイドローラ２１ａを介して昇降自在に片持ち支持
された昇降アーム２２と、昇降アーム２２の先端部に設
けられた電極把持装置２３と、マスト２１の上端部に配
設されて昇降アームを昇降駆動する昇降駆動装置２４と
で構成されている。この昇降駆動装置２４は、先端部が
昇降アーム２２に連結された索体２４ａをガイドシーブ
２４ｂを介して巻き取る昇降ウインチ２４ｃにより構成
され、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂの下降限を検出し
て過剰押し付けによる破損を防止する下降規制装置２５
が設けられている。

【００１５】また昇降アーム２２には、プラズマトーチ
１５Ａ，１５Ｂに作動電力を供給する電源ケーブル２６
と作動ガスを供給する作動ガスホース２７が接続され、
またマスト２１に沿って取り付けられたラック２８ａに
噛合するピニオン２８ｂの回転数を検出するロータリエ
ンコーダ２８ｃからなる昇降位置検出装置２８が設けら
れている。

【００１６】前記下降規制装置２５は、ガイドシーブ２
４ｂを上方に付勢するシーブ付勢具と、負荷の軽減によ
るガイドシーブ２４ｂの浮き上がりを検知する浮上検出
器２５ａと、この浮上検出器２５ａの検出信号に基づい
て昇降ウインチ２４ｃを停止する制御器２５ｂとを具備
し、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂの下端部が炉底部１
ａに接触した際の過剰な圧力によりプラズマトーチ１５
Ａ，１５Ｂおよびその接続部が破損するのを防止してい
る。

【００１７】なお、このトーチ昇降装置１６はプラズマ
トーチ１５Ａ，１５Ｂおよび昇降アーム２２の自重を利
用したものであるが、昇降機構に油圧シリンダやねじ式
ジャッキ装置を使用したものでは、下降規制装置として
駆動軸にトルクリミッターを介在させ、トルクリミッタ
ーの検出信号により昇降を停止するものでもよい。

【００１８】この炉本体１には、メタル排出の起動時期
を検知するために、ベースメタル４の湯面レベルＭＬを
検出するベースメタルレベル検出装置３１が設けられて
いる。このベースメタルレベル検出装置３１は、検出部
材として使用するプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂと、プ
ラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂを炉底部１ａまで下降させ
る前記トーチ昇降装置１６と、トーチの位置を検出する
昇降位置検出装置２８と、底壁部３ａに配設されてベー
スメタル４と導通されるとともにアースされた接地極３
２と、電源ケーブル２６に介装されてベースメタル４と
プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂとの電位差および抵抗値
を検出する電圧計３３と抵抗計３４とで構成される。

【００１９】つぎにベースメタル４の湯面レベルＭＬの
第１の検出方法を図３を参照して説明する。 １．起動後、所定量の灰Ａが供給されて溶融処理され、
ベースメタル４が増加すると、焼却灰の投入を停止する
とともに、灰溶融用電力の供給を停止して炉を停止させ
る。そして図３（ａ）に示すように、プラズマトーチ
（たとえば陽極トーチ）１５Ａを下降して溶融スラグＦ
Ｓからのベースメタル４中に没入させ、下端部を炉底壁
３ａに接触させて停止する。この時、下降規制装置２５
が働くため、プラズマトーチ１５Ａが当接による過剰な
荷重で破損することはない。そして湯面レベルＭＬの検
出の基準となるこの当接位置の高さが昇降位置検出装置
２８により検出される。

【００２０】２．ついで図３（ｂ）に示すように、直流
電源装置１７からプラズマトーチ１５Ａと接地極３２と
の間に湯面レベルの検出用電圧を印加し、トーチ昇降装
置１６によりプラズマトーチ１５Ａをゆっくりと上昇さ
せながら、抵抗計３４によりベースメタル４すなわち接
地極３２とプラズマトーチ１５Ａとの抵抗値を検出す
る。この時の抵抗値は、ベースメタル４が導体であるた
めきわめて小さい。

【００２１】３．そしてプラズマトーチ１５Ａをさらに
上昇して、図３（ｃ）に示すように、ベースメタル４中
から溶融スラグＦＳ中に移動すると、溶融スラグＦＳの
抵抗により、その抵抗値が大きくなる。この抵抗値の変
化により、プラズマトーチ１５Ａがベースメタル４から
抜き出されたのが検知され、昇降位置検出装置２８によ
りプラズマトーチ１５Ａのこの高さ位置を検出すること
により、基準となる底壁部３Ａからベースメタル４の湯
面レベルＭＬまでの上昇距離Ｈを正確に検知する。この
上昇距離Ｈは、プラズマトーチ１５Ａが消耗することが
あっても正確に検出できる。

【００２２】４．ついで他方のプラズマトーチ（たとえ
ば陰極トーチ）１５Ｂを同様に駆動して湯面レベルＭＬ
を検出する。これは、計測の基準となる底壁部３ａはベ
ースメタル４と接触しており殆ど消耗もないが、その消
耗も考慮し、かつ測定回数および測定位置を変化させる
ことにより、測定誤差をなくしてより高精度に湯面レベ
ルＭＬを検出するためである。

【００２３】５．そしてベースメタル４の湯面レベルＭ
Ｌからベースメタル４の適正な排出時期を知り、排出時
期になると灰の供給を停止し、ベースメタル排出用傾動
装置２を起動して炉本体３を傾動させ、スラグ排出口９
から溶融スラグＦＳを排出し、続いてベースメタル４を
排出する。

【００２４】さらにベースメタル４の湯面レベルＭＬの
第２の検出方法を図４を参照して説明する。 １．起動後、所定量の灰Ａが供給されて溶融処理され、
ベースメタル４が増加すると、焼却灰の投入を停止する
とともに、灰溶融用電力の供給を停止して炉を停止させ
る。そして図４（ａ）に示すように、直流電源装置１７
からプラズマトーチ１５Ａと接地極３２との間に湯面レ
ベルの検出用電圧を印加し、トーチ昇降装置１６により
プラズマトーチ１５Ａをゆっくりと下降させながら、抵
抗計３４により接地極３２とプラズマトーチ１５Ａとの
抵抗値を検出する。プラズマトーチ１５Ａと溶融スラグ
ＦＳが接触していない時の抵抗値はきわめて大きく、次
いでプラズマトーチ１５Ａが溶融スラグＦＳに接触する
と、溶融スラグＦＳの抵抗により抵抗計３４に検出され
るし抵抗値が小さくなる。

【００２５】２．ついで図４（ｂ）に示すように、プラ
ズマトーチ１５Ａをさらに下降しベースメタル４に接触
させると、ベースメタル４が導体であるため、抵抗計３
４の抵抗値がきわめて小さくなる。この抵抗値の変化に
よりプラズマトーチ１５Ａがベースメタル４に接触した
のが検知され、昇降位置検出装置２８によりこのときの
プラズマトーチ１５Ａの高さ位置が検出される。

【００２６】３．さらに図４（ｃ）に示すように、プラ
ズマトーチ１５Ａがさらに下降され底壁部３Ａに接触さ
れて下降が停止される。この時のプラズマトーチ１５Ａ
の高さ位置が昇降位置検出装置２８により検出される。
そしてこの基準となる底壁部３Ａからベースメタル４の
湯面レベルＭＬまでの下降距離Ｈから湯面レベルＭＬが
検出される。なおこの時、下降規制装置２５が働き、プ
ラズマトーチ１５Ａが底壁部３Ａへの当接による過剰な
荷重で破損することはない。

【００２７】４．ついで他方のプラズマトーチ（たとえ
ば陰極トーチ）１５Ｂを同様に駆動して湯面レベルＭＬ
を検出する。 ５．そしてベースメタル４の湯面レベルＭＬからベース
メタル４の適正な排出時期を知り、排出時期になると灰
の供給を停止し、ベースメタル排出用傾動装置２を起動
して炉本体３を傾動させ、スラグ排出口９から溶融スラ
グＦＳを排出し、続いてベースメタル４を排出する。

【００２８】上記第２の方法によれば、第１の方法と同
様の効果を奏することができる。また、上記第１の方法
のようにベースメタル４中からプラズマトーチ１５Ａ，
１５Ｂを持ち上げた場合には、ベースメタル４の粘性に
より表面張力の作用でプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂに
ベースメタル４が同伴されて持ち上げられるため、計測
誤差が大きくなり易い。しかし、第２の方法では、プラ
ズマトーチ１５Ａ，１５Ｂをベースメタル４に没入する
ため、ベースメタル４の粘性による誤差はほとんどな
い。また、プラズマ式灰溶融炉では、通常、起動時にプ
ラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂをベースメタル４に接触さ
せてアークを発生させる。このため、第１の方法では、
ベースメタル４の上方に一旦上昇させたプラズマトーチ
１５Ａ，１５Ｂを再度下降してベースメタル４に接触ら
させる必要があるが、第２の方法では、計測後、ベース
メタル４からプラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂを抜き出す
途中で、プラズマトーチ１５Ａ，１５Ｂに起動電力を供
給してベースメタル４から抜き出されると同時にアーク
を発生させることができる。したがって、計測動作に連
続して起動を行うことができ、炉の運転をスムーズに行
うことができる。

【００２９】なお、上記第１，第２の方法で抵抗値で出
湯面レベルを検出したが、直流電源装置に基準電圧発生
回路を設け、この基準電圧発生回路からプラズマトーチ
１５Ａと接地極３２との間に基準電圧を印加して電圧計
３３によりその電位差を計測し、その変化によりベース
メタル４の湯面レベルＭＬを検出することもできる。

【００３０】また、上記実施の形態では、プラズマ式溶
融炉としたが、アーク炉など加熱源供給電極を使用する
ものであれば、容易に適用できる。またプラズマトーチ
１５Ａ，１５Ｂを黒鉛製としたが、これに限るものでは
なく、特に放電等により先端部が消耗する場合であって
も有効である。

【００３１】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明によればプラ
ズマトーチ１５Ａ，１５Ｂ、ベースメタルが接してほと
んど侵食のない炉底部を基準として、加熱源供給電極が
ベースメタルから抜き出されて間に溶融スラグが介在さ
れることによりベースメタルと検出部材の電位差が変化
する位置をベースメタルの湯面とし、加熱源供給電極の
上昇距離を検出することで湯面位置を決定するので、加
熱源供給電極の先端部が放電などにより減耗される黒鉛
電極であっても、ベースメタルの湯面レベルを精度よく
検出することができ、ベースメタルの適正な排出時期を
知ることができる。

【００３２】また、請求項２記載の方法は、請求項１記
載の方法と同様の効果を奏するとともに、上記方法のよ
うにベースメタル中から電極を持ち上げた場合には、ベ
ースメタルの粘性により表面張力の作用で電極にベース
メタルが同伴されるため、誤差が大きくなり易いのに対
して、電極を没入するためには粘性による誤差はほとん
どない。また、プラズマ式灰溶融炉では、起動時に電極
を一旦ベースメタルに接触してアークを発生させる。し
たがって、この方法を用いることにより、湯面検出後の
電極の上昇動作中から連続して起動動作に移れ、炉の運
転をスムーズに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るベースメタルレベル検出装置を備
えたプラズマ式灰溶融炉の実施の形態を示す縦断面図で
ある。

【図２】同トーチ昇降装置を示す側面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ湯面レベルの第１の
検出手順を示す炉本体底部の縦断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ湯面レベルの第２の
検出手順を示す炉本体底部の縦断面図である。

【符号の説明】

２ ベースメタル排出用傾動装置 ３ 炉本体 ３ａ 底壁部 ４ ベースメタル ９ スラグ排出口 １５Ａ，１５Ｂ プラズマトーチ １６ トーチ昇降装置 １７ 直流電源装置 ２４ 昇降駆動装置 ２５ 下降規制装置 ２６ 電源ケーブル ２８ 昇降位置検出装置 ３１ ベースメタル湯面検出装置 ３２ 接地極 ３３ 電圧計 ３４ 抵抗計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ２７Ｄ 21/00 Ｈ０５Ｂ 7/148 Ｂ Ｇ０１Ｆ 23/24 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ Ｈ０５Ｂ 7/148 ３０３Ｌ (72)発明者 坂田 詞郎 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 佐々木 邦夫 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 中村 和範 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 小坂 浩史 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱源供給電極を下降してベースメタル
   に没入させ下端部を炉底部に当接させてこの時の加熱源
   供給電極の高さを検出し、加熱源供給電極とベースメタ
   ルとの間の抵抗値または電位差を検出しつつ加熱源供給
   電極を上昇させ、加熱源供給電極がベースメタルから抜
   き出されて加熱源供給電極とベースメタルとの間の抵抗
   値または電位差が大きくなった位置をベースメタルの湯
   面位置として、加熱源供給電極の炉底部からの上昇距離
   を検出することにより、ベースメタルの湯面レベルを検
   出することを特徴とする電気式灰溶融炉におけるベース
   メタルの湯面検出方法。
2. 【請求項２】 加熱源供給電極とベースメタルとの間の
   抵抗値または電位差を検出しつつ加熱源供給電極を下降
   し、加熱源供給電極とベースメタルとの間の抵抗値また
   は電位差が小さくなった位置をベースメタルの湯面位置
   としてこの時の加熱源供給電極の高さを検出し、さらに
   加熱源供給電極をベースメタルに没入させてその下端部
   を炉底部に当接させ、前記湯面位置から炉底部までの加
   熱源供給電極の下降距離を検出することにより、ベース
   メタルの湯面レベルを検出することを特徴とする電気式
   灰溶融炉におけるベースメタルの湯面検出方法。