JPS5916199B2 - 溶融処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は種々の金属や無機物を溶融処理するようにし
た装置、詳しくは溶融用の容器力・らの汚染を望まない
金属や無機物等をプラズマ、アーク電極、誘導加熱等の
加熱手段で溶融させる場合に用いることのできる溶融処
理装置に関するものである。

尚この種の溶融処理装置としては活性金属等のインゴッ
ト製造用溶解炉、下水汚泥等スラッジ溶融処理炉、ごみ
焼却残渣溶融処理炉、原子力廃棄物の溶融固化処理炉等
がある。

従来の′この種の溶融処理装置にあって容器内で金属や
無機物を溶融させ、溶融によりできた溶湯を上記の容器
を頃けることによってその容器の側方に備えられた出湯
部力・ら注ぎ出すようにしたものは、容器を傾動させる
為に専用の空間を大きくとってしまったり、り槽・すな
傾動機構が必要になったりする欠点がある。

又鋳型への出湯に際し雰囲気を外気と遮断するのが困難
となる欠点もある。

又その他のものとしては容器の底部に形成さｎた孔をノ
ズルで開閉したり、吸引管を用いて真空吸引又は電磁ポ
ンプによる移送を行なったり、容器の側壁に出湯用の透
孔な形成すると共に出湯を行ないたい場合にはその透孔
内の凝固物を破壊し、又その出湯の停止を行なう場合に
は透孔内に凝固物を形成して出湯の停止を行なう等、種
々の方法が提案されている。

し力・しこれらの方法は夫々、ノズルの消耗が激しくそ
のノズルの消耗で溶湯が汚染されたり、吸引管が消耗し
その消耗により湯が汚染されたり、透孔内の凝固物を破
壊する場合に透孔１で破壊してし１う危険があったり、
出湯口の広さを任意にとることができない等の欠点があ
る。

そこで本発明は上述の欠点を除くようにしたもので、出
湯を極めて簡易に行なうことができ、又その場合出湯量
や湯の流出の勢いの設定を任意に行ない得るようにした
溶融処理装置を提供しようとするものである。

以下本願の実施例を示す図面について説明する。

アーク式廃棄物溶融処理炉を示す第１図及び第２図にお
いて、１は炉体で、周知乃至は公知の耐火材で形成され
ている。

この炉体１の下部部分を本件明細書中ではルツボとも称
する。

５は炉体１の側壁の一部に備えさせた出滓用の凹部を示
し、その底面５ａは後述の溶融スラグ６０ａの湯面より
も低くなっており、普だその底面５ａは後述の固化した
状態のセルフコーティングスラグ６０ｂ（可溶性の固体
）の存置が可能な受雷部となっている。

５１は凹部５に連続させて形成された出滓孔を示す。

上部凹部５及び出滓孔５１には、図示さｎるような水冷
管５２．５３が必要により備えられて、そｎらの部分で
のスラグ６０ｂの固化を確実ならしめ、溶融体６０ａの
流出を阻止させ得るようにさｎる。

尚溶融体６０ａの流出阻止をより確実ならしめる為に、
出滓孔５１に炉体の外側からスタンプ材が詰め込まれる
場合もある。

５４は炉体１の上部開口を閉ざす為の炉蓋を示す。

５５は投入口、５６は排ガスダクトで、排ガス処理装置
に接続されろ。

５１は加熱用のアーク電極で、黒鉛で形成しである。

次に１４はプラズマトーチで、受雷部５ａ上のスラグ６
０ｂの上面を漕力・して出滓用の湯道を形成する為のも
のであり、傾動支持装置５８によって矢印方向へ向けて
の傾動を自在に構成さｎている。

このトーチ１４は出滓孔５１内のスラグをも溶かし得る
ようになっているが、その溶融は炉体外に備える別りト
ーチによって行なっても良い。

また出滓孔５１に詰められたスタンプ材への穿孔は周知
のタッピングマシンで行なっても良い。

６１は容器で、その中に貯えられた水の中に上記デカ・
ら出滓された溶融体が落とし込箇れて、その溶融体を細
粒化させ得るようにしである。

上記構成のものにあっては、炉体１内の空間の底部でベ
ースメタルが周知の如く溶解された状態において、投入
口５５７）−ら種々の廃棄物例えば下水汚泥の乾燥ケー
キ、汚泥焼却残渣、ごみ焼却残渣等が炉体１内に投入さ
ｎ、それらの廃棄物は電極５７７１１−ら生ずるアーク
によって加熱される。

すると有機物はガスとなってダク）５６７）−ら排出さ
れ、無機物は溶融して溶融スラグ６０ａとなる。

尚溶融したもののうちの炉の周囲に位置するものは固化
してセルフコーティングスラグ６０ｂの層を形成し、炉
体の浸蝕を防止する。

上記のようにして形成さｎた溶融スラグ６０ａの出滓は
次の第３図、第４図に示されたものと同様に行なわｎる
為、その説明は後に譲る。

尚有機物を多量に含む廃棄物を処理した場合にはバッチ
出滓が、無機物が主体の廃棄物を処理した場合には連続
出滓がなされる。

次に第３図及び第４図において、１は炉体を示す。

この炉体１において、２はルツボで、鋼、銅等の金属材
料で形成され、その内部には冷却体（例えば冷却水）を
流通させてこのルツボを冷却する為の流通路３が形成さ
れている。

４はルツボ２の内面に付設した内張を示し、耐火物を用
いて形成されている。

５はルツボにおける側壁の一部に形成した出湯用の凹部
を示す。

この凹部５の底部はルツボ内の溶湯の予定湯面即ち第４
図に示される溶湯１３の湯面よりも低くなっており、又
との凹部５の上側は第３図に明示されるように開口状態
となっている。

次に６は上記炉体１に付設した出湯樋を示し、ルツボ２
に固定した外殻７及びその内面に備えさせた内張８と力
・ら成っている。

尚第４図に示す如く外殻７はルツボ２と同様に冷却体の
流通部を備えており、また内張８は前記内張４と同様の
物が用いられている。

９は流下孔を示す。

次に１１は炉体１の内側に装入された被溶解材、１２は
スカル、１３は溶湯を夫々示す。

次に１４は炉体１の上方に備えらｎたプラズマトーチを
示し、第４図に示されるようにプラズマアーク１５を炉
体１内の溶湯１３、出湯用凹部５、出湯樋６の上面、或
いは流下孔９を介して更に下方へ向けて吹出し得るよう
、第２図に示される矢印方向への傾動を自在に、ルツボ
２に付設した図示外の支持機構によって支持されている
。

１７は周知の鋳型を示す。

上記構成のものにあっては、炉体１の内側に入れらｎた
被溶解材１１が図示されたプラズマアークチ１４７：ｌ
−らのアーク１５或いはその他必要に応じて多数用いら
する他のプラズマトーチ力・らのアークにより加熱され
る。

すると被溶解材が半溶融状態となる層すなわちスカル１
２及び溶湯１３が周知のように夫々図示されるような形
態で形成され、また内張４の内面に近接する被溶解材１
１は図示されるような状態で残存する。

この場合第４図に示されろように出湯用凹部５゛の底面
は受雷部５ａとなってその上にはスカル１２が堰の形で
存在し、出湯用凹部５カ・らの溶湯１３の流出を阻止す
る。

尚本件明細書中においては上記出湯用凹部５における受
留面５ａの上に堰の形で存在するスカルを可溶性固体２
０とも呼ぶ。

次に溶湯１３を出湯用凹部５カ・ら流出させて鋳型１１
に注ぎ込もうとする場合には、第４図にイの状態で存在
するトーチ１４を口に示されるように傾動させてアーク
１５を出湯用凹部５に存在する可溶性固体２０の上面に
照射し、その可溶性固体２０の上面を出湯方向（出湯樋
６の持出方向即ち第４図における右方向）に向けて漕力
・してそこに湯道を形成する。

またプラズマトーチ１４を更にハに示されるように向け
てアーク１５を出湯樋６にも向けて照射し、出湯樋６の
湯道に存在する部分のスカルを除去、予熱する。

このようにすることによって、炉体１内の溶湯１３は可
溶性固体２０の上面に形成ａｎだ湯道を通って出湯樋６
に流出し、その出湯樋６の湯道な通つそ流下孔９７：ｌ
−ら鋳型１１の中に流下する。

上記の場合において口及びハに示されるようにして出湯
用凹部５或いは出湯樋６に存在するスカルにプラズマア
ーク１５を照射する場合、その照射時間を調節したり或
いはプラズマアークの強さを調節することによって、上
記可溶性固体２０の上面や出湯樋６に形成さｎる湯道の
深きを深くしたり浅くしたりすることができ、又トーチ
１４から吹出されるアーク１５を広がらせたり、或いは
トーチ１４を出湯方向とは直交する方向（第４図におい
て紙面と垂直な方向）に僅力・ずつ移動させながら口、
ハに示さｎるように複数回往復傾動させろことによって
、上記湯道の幅を広げることもできる。

このようにすることによって溶湯１３の出湯量を調節し
たり出湯の勢いを調節することができる。

次に上記のような出湯を停止する場合には、出湯用凹部
５において可溶性固体２０の上面に形成さｔている湯道
に粒状の疑固作用材例えば被溶解材１１と同種の物を存
置させたり、或いはその湯道に冷却棒即ち棒体の中に冷
却用流体を流通させることによって冷却されている棒を
存置させる。

すると湯道を流通する溶湯は冷却されて疑固し、その疑
固物即ちスカル１２（可溶性固体２０）によって上記溶
湯１３の流出が停止する。

次に本願の異なる実施例を示す第５図について説明する
。

内部が気密状態となるように構成された炉本体１ｅは、
上部炉体と下部炉体と力・ら上下に二分可能に構成しで
ある。

上部炉体は上部炉殻２１ａを以って構成されており、又
下部炉体は下部炉殻２１ｂをもって構成されている。

下部炉殻２１ｂにおけるルツボ部２ｅの内部を覆う様に
した内張４ｅとしては炭素質レンガとも呼ばれる黒鉛質
酸化物（その組成は１０〜３０％が黒鉛で残部がアルミ
ナやマグネシアである）が用いである。

こｎは後述の加熱装置としてプラズマトーチを用いるた
めに、下部炉殻２１ｂと溶湯１３ｅとの間での通電を可
能にする目的で用いられている。

２２は下部炉殻２１ｂの一部に備えさせた出湯部を示す
。

２３は出湯部２２の外殻に付設した冷却棒を示し、図示
外の装置によって矢印方向に進退し得る様に構成しであ
る。

この冷却棒２３は図示される様に２重管構造となってお
り、通水口２４及び２５を介して内部に冷却用の流体（
例えば冷却水）が通される様になっている。

２６は下部炉殻２１ｂの下側に備えらｎた電磁コイルを
示し、溶湯１３ｅの攪拌とプラズマアークの方向制御の
ために備えらｎている。

次に２７は上部炉殻２１ａの中央部にほぼ鉛直状に備え
らｎた案内筒を示し、その内径は溶融用の容器３０を１
個宛挿通可能な寸法に形成されている。

又その長さは溶融用の容器３０を複数個縦列状に装入し
得る長さに形成しである。

又この案内筒２７の軸芯は図示される様に前記溶湯１３
ｅを向く状態にされて、案内筒２７の下端２７ａが溶湯
１３ｅと対向する様にしである。

尚下端２７ａと溶湯１３ｅとの間の距離は容器３０の１
個の長さよりも短くしである。

２８は案内筒２１の上端に備えられた閉鎖装置を示し、
図示外のシリンダにより矢印方向に移動させ得る様にし
た扉２９によって装入口３１を開閉し得る様に構成しで
ある。

次に３２はプラズマトーチで、支持装置３３によって矢
印方向への進退を自在に取り付けられている。

このプラズマトーチ３２は案内筒２７の軸芯を中心とす
る円周上に複数個が必要に応じて配設される。

次に、プラズマトーチ１４ｅの支持装置３４／ｒｉ炉殻
２１ａに固定された支持体３５を備えろ。

支持体３５の内面は球面となっており、その内側には外
面が球面となった転動体３６が備えられ、この転動体３
６にプラズマトーチ１４ｅが取り付けられて、プラズマ
トーチ１４ｅの矢印方向への傾動が可能となっている。

３７／ｒｉトーチ１４ｅの傾動装置を示す。

上部炉殻２１ａに取付けたフレーム３８には軸受３９，
３９によって回転軸４０が正逆回転自在に取付けである
。

回転軸４０の周面には螺旋溝が形成されており、これに
はトーチ１４ｅに取付けた移動子４１が螺合している。

従って軸４０を正逆回転させることによってトーチ１４
ｅを矢印方向に往復傾動させることができる。

４２は上部炉殻２１ａの上部に形成さｎだ排気口を示す
。

４３は上部炉殻２１ａに備えられた炉内状況監視装置を
示し、案内筒２γに形成された縦長の開口部４４を介し
て、溶湯１３ｅ（廃棄物）の溶融状態及び案内筒２７内
への容器３０の装入状態を監視出来る様になっている。

４５は下部炉殻２１ｂに備えらｎた監視装置を示し、出
湯用凹部５ｅの状況を監視出来る様になっている。

上記構成のものにあっては、閉鎖装置２８の扉２９が開
かれて、放射性廃棄物が詰められた容器３０が装入口３
１力・ら多数個縦列状に案内筒２７の内部に装入される
。

この様に容器３０が装入された状態においては、その下
端の容器３０が溶湯１３ｅに漬力・つた状態となり、そ
の上に更に複数の容器３０が積み重なった状態となって
いる。

尚上記容器装入後は、閉鎖装置２８の装入口３１１／′
ｉ。

扉２９によって閉ざされろ。

この様な状態において下端に存在する容器３０及びその
内部の放射性廃棄物は、溶湯１３ｅ７１・らの加熱及び
プラズマトーチ１４ｅ 、３２力・ら放出されるプラズ
マアークによる加熱を受けて溶融する。

そしてその溶融が進むにつれて下端部に存在する容器３
０及びその内部の廃棄物の内未溶融の部分は、上記容器
３０の自重により、及びその容器よりも上方に存在する
他の容器に押されろことにより下方に進み、常に未溶融
の部分がその下端力・ら溶湯１３ｅに漬けられた状態と
なる。

従って容器３０及びその内部の廃棄物の溶融は切れ目な
く連続的に行なわれろ。

なお上記溶融操作の場合、電磁コイル２６の磁界によっ
て溶湯１３ｅを攪拌したり或いはプラズマトーチ１４ｅ
、３２．’）・ら放出されろプラズマアークの向きを適
切に制御して、上記の様な溶融か適切に行なわれる様に
されろ。

上記の様な操作によって出来た溶湯１３ｅ／／ｉ前述と
同様にしてその取り出しが行なわれる。

取り出された溶湯１３ｅは、保管用の容器内に取ってそ
こで固化させたり、ブロック状に固化させたり、或いは
粒状化させる管種々の固化手段によって固化される。

次に上記溶湯１３ｅの流出を停止させる場合は、プラズ
マトーチ１４ｅを元に戻すと共に、通水口２４．２５を
介して冷却用の流体が流通させられている冷却棒２３を
出湯用凹部５ｅに向けて進出させ、その冷却棒２３の先
端を凹部５ｅに存在する溶湯の中に挿入する。

するとその溶湯は固化し、前記の様な溶湯の流出が停止
する。

上記の様な廃棄物の溶融作業中において廃棄物力・ら発
生したガス（放射能を帯びた粒子を含むガス）及びプラ
ズマトーチ３２，１４ｅ７！Ｊ・ら放出さｆＬナガ玄は
、排気口４２を介して図示外のオフガス処理装置に導力
・れそこで浄化される。

なお、機能上前図のものと同−又は均等構成と考えられ
る部分には、前回と同一の符号にアルファベットのｅを
付して重複する説明を省略した。

以上のようにこの発明にあっては、ルツボ２に出湯用凹
部５を備えさせ、またそこに存置させた可溶性固体２０
を溶かし７て湯道を形成し得ろようにしたプラズマトー
チ１４をも備えさせるものであろ刀・ら、ルツボ２内の
溶湯１３を出湯させる場合、ルツボ２を傾動させたりす
る必要なく、上記可溶性固体をプラズマトーチ１４で溶
かすだけで簡易に出湯を行ない得る効果がある。

し力・もその出湯の場合、上記凹部５は上方が開口して
おり、その上方開口部力・らプラズマトーチ１４によっ
て上記可溶性固体２０の上面を出湯方向に向けて溶かし
て湯道を形成し得るようにしてあろ力・ら、湯道の幅も
しくは深さまたはその両方を任意の大きさに形成するこ
とができ、出湯量あるいは湯の流出の勢いを任意に設定
し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図はアーク式廃
棄物溶融処理炉の略示縦断面図、第２図は同要部拡大図
、第３図は溶融処理装置の部分斜視図（出湯状態を示す
）、第４図は第１図におけるｒＶ−ＴＶ線位置の断面図
（出湯停止状態を示す）、第５図は異なる実施例を示す
縦断面図。 ２・・・・・・ルツボ、５・・・・・・出湯用凹部、１
３・・・・・・溶湯、２０・・・・・・可溶性固体、１
４・・・・・・プラズマトーチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上部を開口させ、力・つ内部に溶湯を入れ得るよう
   にしたルツボの側壁の一部には、ルツボ内に入れられる
   溶湯の予定湯面よりも低い位置に底部を有し力・つ上方
   を開口させた出湯用凹部を備えさせ、し力・も上記出湯
   用凹部には該凹部力・らの溶湯の流出を阻止するように
   した可溶性固体の存置を可能に構成した受部面を備えさ
   せ、一方上記ルツボには上記出湯用凹部の受部面に存置
   させた可溶性固体の上面を出湯方向に向けて溶かしてそ
   こに湯道を形成し得るようにしたプラズマトーチを付設
   したことを特徴とする溶融処理装置。