WO2003106907A1

WO2003106907A1 - 溶融炉

Info

Publication number: WO2003106907A1
Application number: PCT/JP2003/007550
Authority: WO
Inventors: 小野　泰史; 東　勝美; 宮岸　佳正; 幸治あべ松
Original assignee: 旭硝子セラミックス株式会社
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2003-12-24
Also published as: AU2003242393A1

Abstract

被溶融物の制限が少なく、溶融物が排出しやすく、また処理能力と耐久性に優れる溶融炉を提供する。本発明の溶融炉は、被溶融物を入れるための、側壁と底部からなる炉体部と、該炉体部に配設され、溶融後の溶融物が排出される貫通穴を有する溶融排出部と、前記炉体部を誘導加熱する誘導加熱部と、を備えた溶融炉であって、前記炉体部の側壁の少なくとも一部が誘導加熱の発熱体で構成され、該発熱体が複数の柱状体からなることを特徴とする。

Description

明細書溶融炉技術分野

本発明は、被溶融物に制限が少なく、溶融物が排出しやすく、処理能力と耐久性に優れる溶融炉およびそれに好適に使用される排出ノズルに関する。背景技術

近年、廃棄物の処理方法として、単に廃棄物を焼却するだけではなく、前記焼却により発生する焼却灰を減容、無害化することも求められている。廃棄物の焼却灰には、有害重金属、放射性物質、感染性物質、ダイォキシン類などの環境汚染物質（以下、総称して環境汚染物質という）が含まれていることが多い。環境汚染物質を含む焼却灰は、特別管理廃棄物に指定されており、一般的な管理型最終処分場に埋め立てるには中間処理により所定レベルまで無害化することが要求される。

中間処理の方法としては、溶融、セメント固化、薬剤処理、酸抽出の 4種類が法的に認められている。なかでも溶融は、減量化、長期安定性またはリサイクル可能性の点から最も有望視されている。これら環境汚染物質を含む焼却灰の溶融処理方式としては、種々の加熱方式が提案されているが、誘導加熱方式は、溶融時に発生する排ガスが少なく、大気への汚染を軽減できる長所がある。

誘導加熱方式による溶融炉は、被溶融物（導電性物質を多く含む）自身を誘導加熱して溶融する方式、被溶融物（非導電性物質を多く含む）の周囲に誘導加熱発熱体を設置する方式（以下、単に発熱体方式という）、前の 2つの方式を混合した方式に大別される。

これらの中で発熱体方式は、被溶融物の材料構成に関係なく溶融できるという長所を有する。しかし、発熱体方式では、誘導加熱で発熱する発熱体（以下、単に発熱体という）自身が被溶融物による侵食や、誘導加熱時に発生する熱応力、熱衝撃による劣化を受けるため、発熱体の耐久性が非常に短いなどの問題がある。また、環境汚染物質を含む焼却灰を溶融により無害化するためには溶融時間、溶融温度などの溶融条件を充分に管理する必要があり、そのためにも発熱体の耐久性確保が重要である。

誘導加熱方式の溶融炉として、特開 2 0 0 1— 2 4 2 2 9 0号公報には放射性廃棄物の焼却溶融処理装置および焼却溶融処理方法が開示されている。すなわち、誘導加熱可能な C一 S i C系、または C— A 1 ₂0₃系発熱体をルツポ本体に使用し、併設する加熱バーナーで対象廃棄物を直接加熱して焼却溶融することにより、ルツポ本体の加熱温度を低くしルツポ本体の酸化や溶湯による浸食の速度を抑制し、ルツポ本体の耐用寿命を改善することが開示されている。

しかし、いわゆる C— S i C、 C一 A 1 ₂0 ₃系発熱体は、基本的にカーボンの耐酸化性が低いために耐久性が非常に短いという問題があるほか、加熱バーナーの使用により排気ガス量が増加し、環境負荷が増加するなどの問題もある。

また、特開平 9 _ 2 0 6 7 9 7号公報には誘導加熱方式の溶融炉を用いた汚泥の溶融固化方法および装置が開示されている。すなわち、乾燥した汚泥や汚泥の焼却灰（以下、汚泥等と略す）を高強度で、高耐食性を有する導電性セラミックス（ホウ化ジルコニウム）からなるルツポに投入し、高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱して前記汚泥等を溶融し、前記汚泥等中に含まれる有害重金属をスラグ中に封じ込めることを特徴とする汚泥の溶融固化方法が開示されている。

しかし、開示された装置では導電性ルツポが有底一体型形状であって、熱衝撃により損傷を受けやすいばかりか、大型のルツポをセラミックスで一体成形するのは難しく、製作費用が高いなどの問題があった。さらには、提案された装置には溶融物の排出口がないため溶融物の排出が不完全で残留物が多い問題もある。また、連続的に溶融処理ができないので、処理量などに大きな制約があるほか、作業性が悪いなどの問題もある。

また、溶融炉に排出口と排出ノズルを設ける方法は排出性に優れ、残留物が少ないなどの長所があるが、通常、溶融炉本体と排出ノズルとは一体物で構成することは難しく、別々に製作し接続や接合（以下、両者を総称して単に接続という ) して使用するため、溶融炉本体と排出ノズルとの接続部でのシール性が重要となる。溶融炉本体と排出ノズルとを接続する方法として、ネジ作用による螺合が提案されている（特開 2 0 0 1 - 2 4 2 2 9 0号公報参照）。提案されている方法では、ノズル端部に形成されるネジ部が正常な場合にはシール性が確保されるが該ネジ部やその周辺に破損が発生すると溶融物が漏れるおそれがある。また、溶融ノズルは耐熱性、耐食性などが要求されることからその材質はセラミックスとされるが、セラミックスは脆性材料であるためネジに加工することは一般に容易ではなく、製作時間、製作費用を要するほか、該ネジも破損しやすく耐久性が不充分となるおそれもある。

本発明は、被溶融物の制限が少なく、溶融物が排出しやすく、また処理能力と耐久性に優れる溶融炉の提供を目的とする。また、本発明の別の目的は、溶融物が排出しやすく、溶融炉との接続が容易で、耐久性があり、しかも該接続部分からの溶融物が漏れないシール性に優れる前記溶融炉に好適な排出ノズルの提供である。発明の開示

本発明は、被溶融物を入れるための、側壁と底部からなる炉体部と、該炉体部に配設され、溶融後の溶融物が排出される貫通穴を有する溶融排出部と、前記炉体部を誘導加熱する誘導加熱部と、を備えた溶融炉であって、前記炉体部の側壁の少なくとも一部が誘導加熱の発熱体で構成され、該発熱体が複数の柱状体からなることを特徴とする溶融炉を提供する。また、本発明の好ましい実施態様では、前記溶融排出部が、溶融物を排出するための貫通穴を有する筒状のノズル本体部と、前記ノズル本体部を溶融炉に接続するための外力を前記ノズル本体部に与える機能とともに前記ノズル本体部に発生する応力を緩和する機能を備える押付手段と、を有する排出ノズルであることを特徴とする溶融炉を提供する。図面の簡単な説明

第 1図は本溶融炉の縦断面図であり、第 2図は第 1図の A— A横断面図である。第 3図は筒状の柱状体の概略図を示す。第 4図は溶融炉に着設された本ノズルの概略縦断面図を、第 5図は第 4図の本ノズル付近を拡大した詳細図。第 6図は第 5図の A— A断面図、第 7図は第 5図の B— B断面図を、それぞれ示す。発明を実施するための最良の形態

本発明の溶融炉（以下、本溶融炉という）は、炉体部と、該炉体部に配設され、溶融後の溶融物が排出される貫通穴を有する溶融排出部（以下、排出ノズルともいう）と、前記炉体部を誘導加熱する誘導加熱部とを備えている。なお、本溶融炉は、必要に応じてさらに炉体部用蓋や溶融排出部用誘導加熱部を備えてもよい。

本溶融炉の実施形態の一例を図 1に示す。図 1は本溶融炉 1 0 0の縦断面図を示す。本溶融炉 1 0 0は、被溶融物を入れる炉体部 1 0と、該炉体部 1 0に配設され、溶融後の溶融物が排出される貫通穴を有する溶融排出部 2 0と、前記炉体部 1 0を誘導加熱する誘導加熱部（以下、誘導加熱部と略す） 3 0とを備える。また、図 2は炉体部 1 0の A— A横断面図を示す。

炉体部 1 0は、側壁 1と底部 2からなるものであれば特に形状に制限がなく、代表的な形状としてはルツポ形状がある。側壁 1と底部 2は一体物としてもよいが、サイズが大きい場合は、別部品とすると製作が容易で経済的であるので好ましい。また、本発明において、炉体部 1 0の側壁 1は、少なくともその一部が誘導加熱部 3 0により発熱する発熱体 4で構成される。発熱体 4は側壁 1の周方向に長軸がおおむね上下方向になるように配置されると被溶融物が溶融されやすいため好ましい。さらに好ましくは発熱体 4が側壁 1の周方向のほぼ全周に渡って長軸がおおむね上下方向になるように配置されていると好ましい。

本発明において発熱体 4は、複数の柱状体 4 aからなる。発熱体 4が複数の柱状体 4 aからなつていないとなんらかの原因で発熱体で破損が発生すると、誘導電流が流れなくなり発熱しないおそれがある。また、発熱体 4を複数の柱状体 4 aで構成することにより加熱時に発生する熱応力を低くし、発熱体の割れや亀裂を防止できる利点もある。なお、発熱体 4を複数の柱状体 4 aで構成し、該柱状体 4 aを高さ方向にさらに分割してもよい。

柱状体 4 aの大きさは、誘導電流の周波数、材料の比抵抗、材料の比透磁率などにより最適な範囲が異なる。 ∑で 8 ₂ 1 0 0質量％ (以下、％と略す）では概略、 2 0〜5 0 mm角または直径 2 0〜5 0 mm位の断面積を有する柱状体とすると効率のよい発熱ができ好ましい。これより断面積が小さすぎると誘導電流が干渉してうまく流れず発熱できない。逆に断面積が大きすぎると発熱体 4を分割した効果が得られにくい。柱状体 4 aの断面形状はできるだけ円に近い方が好ましいが、正方形に近い台形であると発熱体 4を迫り出し構造で組み立てられるためさらに好ましい。柱状体 4 aの個数は、少なくとも 2個以上、好ましくは 6個以上、さらに好ましくは 1 2個以上である。

柱状体 4 aが筒状であると、誘導電流の干渉を極めて少なくでき、発熱効率を落とすことなく軽量化でき、さらに原材料を節約できるため好ましい。筒状の形状としては特に限定されないが、高さ方向に穴を有するものが好ましく、さらには高さ方向に貫通穴を有するものが好ましい。この場合、筒状の柱状体の肉厚を誘導加熱時の浸透深さより大きくすると効率の点で好ましい。 Z r B ₂の場合、 8 mm以上とするのがさらに好ましい。筒状の柱状体 4 aの一例を図 3に示す。図 3中、 4 bは貫通穴を示す。

本発明において、柱状体 4 aと柱状体 4 aとの隙間には図示しない電気絶縁部材を有する。このような電気絶縁部材としては耐熱性、耐食性なども要求されることから、炭化ケィ素系、ジルコニァ系、アルミナ系、マグネシア系、ムライト系、ホウ化ジルコニウム系などのモルタルが好ましく使用される。柱状体 4 a同士の間隔としては、 0 . 1〜 5 mm程度が好ましく、 0 . 5〜2 mmであるとさらに好ましい。間隔が 0 . 1 mmより狭いと高温で電気絶縁性が低下するおそれがある。一方、間隔が 5 mmより離れると柱状体 4 aが小さくなりすぎ発熱量を大きくできず、また耐食性も低下するので好ましくない。

発熱体 4としては、耐食性、耐熱性、導電性を有するセラミックスであれば特に制限されないが、 2 ：6 ₂を9 0〜1 0 0 % (質量％を意味し、断りのない限り以下同じである。）含む焼結体であると、耐食性、耐熱性、導電性のバランスがよいため好ましい。

発熱体 4は、直接、溶融物と接触してもよいが、発熱体 4に内接するように保護層 3を環装すると、発熱体 4を溶融物からの浸食、酸化から防止することができ、発熱体 4の耐久性が向上するため好ましい。このような保護層 3としては、耐食性、耐熱性があり、発熱体より簡単に製作でき、交換しやすいセラミックスであればよい。例えば、 5 0〜1 0 0 %の∑ B ₂を含む不定形耐火物を錶込み施ェして一体物とすると溶融物からの耐食性に優れ、しかも溶融物の湯面など、特に浸食され減肉する部位を部分的に解体し、铸込み施工するなどの補修が容易にでき溶融炉の維持費用が低減できるなど経済性もあるため好ましい。

本溶融炉 1 0 0において、発熱体 4に外接するように断熱層 5を環装すると発熱体 4で発生する熱を溶融炉外に対して断熱できるため好ましい。このような断熱層 5としては、発熱体 4の酸化を抑制し、かつ耐熱性がある、炭化ケィ素質や黒鉛質の粉体を単に充填した充填層などが使用できる。断熱層 5を複層構成、例えば 2層構成とし、発熱体 4側の内層を炭化ケィ素質充填層とし、誘導加熱部 3 0側の外層を実質的にアルミナファイバーなどのセラミックスフアイバーからなる層とすると断熱性に優れるため好ましい。なお、充填層の充填に際しては適宜、バインダー等の接着手段を併用してもよい。

また、本溶融炉 1 0 0において側壁 1は、溶融物と接する側から順に保護層 3 、発熱体 4、断熱層 5の 3層を有すること、すなわち保護層 3に外接するように発熱体 4を環装し、さらに該発熱体 4に外接するように断熱層 5を環装すると好ましい。特に、 Z r B ₂を 5 0〜1 0 0 %含む不定形耐火物で保護層 3を構成し、該保護層 3に外接するように、 Z r B ₂を 9 0〜1 0 0 %含む複数の焼結体からなる柱状体 4 aと該柱状体間にはモルタルを狭装した発熱体 4を構成し、該発熱体 4に外接するように複層で構成された断熱層 5を環装すると熱効率が高く、耐食性もあり、耐久性に優れ、しかもメンテナンス性のよい溶融炉が提供できる。また、本溶融炉 1 0 0において炉体部 1 0の底部 2は、側壁 1と一体構造であつても、図 1のような分割構造でもよい。分割構造の場合は不定形耐火物のプレキャストブロックを組み合わせる方法などがある。底部 2は、溶融物と直接接触するので耐食性に優れるものが好ましく、 Z r B ₂を含む不定形耐火物、焼結体などが挙げられる。例えば、 Z r B ₂を 5 0〜1 0 0 %含む不定形耐火物とすると、底部 2での直接の発熱はあまり期待できないが、耐食性に優れ、複雑形状の成形も容易で、経済性もあるため好ましい。

また、底部 2が、 Z r B ₂を含む焼結体を発熱体とし、側壁 1で前述したような保護層や断熱層を伴うような複層構成であると、底部 2も発熱し効率的な溶融ができ、耐久性も向上するので好ましい。このような複層構成の一例としては、側壁 1で例示したような、溶融物と接触する側から順に、 2 で 8 ₂を5 0〜1 0 0 % 含む不定形耐火物からなる保護層 3、 Z r B ₂を 9 0〜1 0 0 %含む焼結体、炭化ケィ素質や黒鉛質の粉体を単に充填した保護層 3の 3層構造が挙げられる。特に不定形耐火物からなる保護層 3を設けると、溶融物により浸食された場合でも減肉した部位を部分的に解体して簡単に補修でき、溶融炉の維持費用が低減できる効果も期待される。

なお、炉体部 1 0は図示しないケーシングにより保持 ·支持される。ケーシングとしては特に制限されないが通常の溶融炉のケ一シングが使用される。なお、ケーシングが誘導加熱部 3 0の外周部で空気断熱するための構造を有するとさらに好ましい。

本溶融炉 1 0 0において、貫通穴 2 6を有する溶融排出部 2 0は前記炉体部 1 0に配設されるが、配設される位置が下部であると溶融物の排出性の点で好ましい。ここで、炉体部 1 0の下部に配設とは、おおむね炉体部 1 0の側壁 1の下半分か底部 2に溶融物排出口として貫通穴 6を設け、その貫通穴 6と溶融排出部 2 0の貫通穴 2 6とをおおむね一致させるように配設することをいう。被溶融物をできるだけ残さずに排出するためには溶融排出部 2 0を底部 2に配設するのが好ましい。さらに、溶融排出部 2 0を底部 2のほぼ中央に配設すると残留物を少なくできるほかに、底部 2内の熱分布や応力分布が対象になるため壊れにくくなり耐久性も向上する。また溶融排出部を炉体部の側壁に配設すると、溶融物が組成差に起因する比重差で層を形成する場合に、選択的に特定の層を排出できる利点がある。

溶融排出部 2 0としては、貫通穴 2 6が形成されていれば特に制限されるものではないが、耐熱性、耐食性があって、概略筒状であればよい。なお、貫通穴 2 6の途中または、出口部に溶融物を一時的にせき止めるために図示していない開閉機構を設けてもよい。

溶融排出部 2 0が溶融物を排出するための貫通穴を有する筒状のノズル本体部と、前記ノズル本体部を溶融炉に接続するための外力を前記ノズル本体部に与える機能とともに前記ノズル本体部に発生する応力を緩和する機能を備える押付手段と、を有する排出ノズル（以下、本ノズルという）であると好ましい。

本ノズルにおいて、ノズル本体部は貫通穴を有する筒状であれば特に制限されず、円筒パイプ、多角柱パイプなどが例示される。なお、本明細書において筒状とは、溶融物を排出するための貫通穴を有し、貫通穴の長さが貫通穴の円相当直径よりおおむね同等以上の長さを有するものを総称し、一体物に限らず部品を組み立てて構成した物も含むものとする。貫通穴の形状も特に制限されずストレー卜な円柱形、テーパ付き円柱形、ストレートな多角柱、テーパ付き多角柱などが例示される。

本ノズルにおいて、ノズル本体部の少なくとも一部を誘導加熱の発熱体（以下、単に発熱体と略す）で構成すると、ノズル内にある溶融物の状態を固化状態から溶融状態まで任意に制御できるため開閉弁を別途設けなくても溶融物の出湯 · 停止を制御できるため好ましい。発熱体の材料としては耐熱性、耐食性があれば特に制限されないが Z r B ₂を 9 0〜1 0 0質量％含む焼結体であると、耐食性、耐熱性、導電性のバランスがよいため好ましい。

本ノズルの少なくとも一部を発熱体で構成する場合には、発熱体を複数の柱状体で構成すると誘導加熱時に発生する熱応力を低くし、発熱体の割れや亀裂を防止できる利点があるほか、仮に発熱体の一部に破損が発生した場合であっても誘導加熱できる利点もあり好ましい。必要に応じ前記柱状体をさらに高さ方向に分割してもよい。柱状体の断面形状は円形状に近い方が好ましいが、正方形に近い台形であると柱状体を迫りで組み合わせて筒状にできるため好ましい。柱状体で筒状にする場合には柱状体の個数としては少なくとも 2個以上、好ましくは 4個以上とするのがさらに好ましい。柱状体の高さ方向に貫通穴を開けることも可能で、誘導電流の干渉を少なくでき、また軽量化できる利点もある。ノズル本体部が発熱体のほかに保温層、断熱層を有するものであると耐久性が向上するため好ましい。

本ノズルは、ノズル本体部以外に、ノズル本体部を溶融炉に接続するための外カをノズル本体部に与える機能とともにノズル本体部に発生する応力を緩和する機能を備える押付手段を有することを特徴とする。なお、ノズル本体部と溶融炉との接続は、ノズル本体部に形成された貫通穴と溶融炉に形成された排出穴とを連通するようにする。

押付手段としては、ノズル本体部を溶融炉に接続するための外力をノズル本体部に与える機能とともにノズル本体部に発生する応力を緩和する機能を備えるものであれば特に制限されない。本明細書において、螺合のように単に接続するだけのものは押付手段には該当しない。なお、本発明において、少なくともノズル本体部が加熱（昇温時、降温時、保持を問わない）されている間、ノズル本体部に常時外力がかかった状態であることが好ましく、室温下でも外力がかかった状態であるとさらに好ましい。

また、ノズル本体部に発生する応力を緩和する機能とは、何らかの原因でノズル本体部に応力が発生しノズル本体部と溶融炉との接続部での面圧が変化する場合でも面圧を一定範囲に保持できる機能をいう。例えば、固定されているノズル本体部が加熱される場合、熱膨張に起因する応力がノズル本体部に発生し、その分だけ接続部での面圧が上昇するが、その熱膨張分だけ押付手段が収縮できれば接続部の面圧を一定範囲に保持できる。逆に、ノズル本体部の一部に欠落等が発生して接続部での面圧が減少する場合でも押付手段がその欠落等に見合う分だけ膨張できれば接続部での面圧を一定範囲に保持できる。

押付手段が弾性体を含むものであると変位に比例した力が自動的に働くため好ましい。このような弾性体としてはパネやゴム材が挙げられ、これらを単独でまたは併用して使用できる。パネの種類としては特に限定されないが、コイルバネ、板バネ、輪バネ、さらバネ等が例示される。中でもコイルパネであるとバネ定数および許容たわみ量等の設計 ·選定が容易で、入手性にも優れるので特に好ましい。

押付手段としては、シリンダを含むものとすると変位制御との組合わせによつて前記弾性体と同様に使用時に発生する変位を吸収して接続部の面圧を一定範囲に保持でき、しかも長期間使用しても劣化による押付力の減少が少ないため好ましい。シリンダとしては特に制限されないが、空気圧を駆動源とする空気圧シリンダ、油圧を駆動源とする油圧シリンダが挙げられ、なかでも油圧シリンダであると制御が容易でありしかも正確な位置制御ができるため好ましい。なお、押付手段としては、パネなどの弾性体とシリンダとを併用してもよい。以下、図を用いて本ノズルをより詳細に説明する。図 4は溶融炉 9 ONに着設された本ノズル 100 Nの概略縦断面図である。図 5は図 4の本ノズル 10 ON を部分的に拡大した詳細図であり、図 6、図 7は、図 5の A— A断面、上部支持枠 41Nの面内（B— B) 断面をそれぞれ示す。溶融炉 9 ONは、ルツポ状の内面ライニング材 1N、底板 2N、排出穴 3N、筒状の発熱体 4 Nおよび筒状の断熱材 5 Nからなる本体と、該本体を支持するための筒状の耐火材 7 N、ケーシング 8N、架台 9Nと、発熱体 4 Nを誘導加熱するための誘導コイル 6 Nおよび保温用蓋 1 1Nとを有する。なお、誘導コイル 6Nには図示しないが、誘導電源が接続され発熱体の温度制御ができる。

図 5において、本ノズル 10 ONは筒状のノズル本体部 2 ONと、それを溶融炉に着設させるための押付手段 4 ONと、ノズル本体部 2 ONと押付手段 4 ON とをつなぐ連結部 3 ONとからなる。溶融炉 90Nの排出穴3Nと本ノズル10 ONの貫通穴 29 Nとを連通するように、溶融炉 90Nの底板2Nに本ノズル1 0 ONを挿入することで、本ノズル 10 ONと溶融炉 9 ONとが接続される。揷入された本ノズル 10 ONは、ノズル押さえ 1 ONにより支持される。なお、図 4では本ノズルを溶融炉本体の底部に着設したものであるが、溶融炉本体の側壁に着設することもでき、側壁に着設すると溶融物が組成差に起因する比重差で層を形成する場合に、選択的に特定の層だけを排出できる利点がある。

本ノズル 10 ONにおいて、ノズル本体部 2 ONは、貫通穴 29Nが形成された筒状の発熱体 21 N、筒状の保温材 22 N、筒状の断熱材 23 N、さらにその外周部に発熱体 21Nを誘導加熱するための誘導コイル 24 Nの順に内周から配置されて構成され、上部は底板 2 Nの中心部に貫通接続するキャップ 25Nを有し、発熱体 21Nおよび保温材 22 Nと接続される。なお、誘導コイル 24Nには図示しないが、誘導電源が接続され発熱体の温度制御ができる。

発熱体 21Nは、図 6では複数の柱状体 21 a Nからなる。柱状体 21 aNの大きさは、誘導電流の周波数、材料の比抵抗、比透磁率などにより最適な範囲が決められる。柱状体 21 a Nの材質が Z r B₂100 %では、底面が概略 20〜 5 0 mm角の略台形状角柱とすると効率のよい発熱ができ好ましい。

キャップ 25Nは、溶融物と直接接触するので耐食性に優れるものが好ましく、 Z r B₂を含む不定形耐火物、焼結体などが挙げられる。例えば、 Z rB₂を 5 0〜100%含む不定形耐火物とすると、耐食性に優れ、複雑形状の成形も容易で、経済性もあるため好ましい。さらに、キャップ 25Nに Z r B₂を含む不定形耐火物、焼結体を使用する場合は、充分な耐食性が得られるのでキャップ 25N を溶融炉内部まで内面ライニング材 1Nを貫通接続して使用でき、取り付けや、ノズルの交換などが容易となる。キャップ 25 Nを介さずに直接本ノズル 100 Nを底板 2Nに接続させてもよいが、キャップを介することで本ノズル 100 N と溶融炉 90 Nとの接続がシール性よく接合できるため好ましい。

なお、キャップ 25 Nの形状を上向きの先端が小さくなるようにテーパをつけ、底板 2 Nにはそれとは逆テーパの穴を形成して、両者を接続すると、シール性が向上し、効果的な湯漏れ防止ができ、また取り付けや交換も容易にできるため好ましい。特に、テーパのシール面に、モルタル目地を設けることで、さらに良好な湯漏れ防止が可能であり、また、温度変化による変位も緩和できて好ましいまた、保温材 22 Nは、耐食性、耐熱性、耐熱衝撃性を有するものが好ましく、不定形耐火物とすると、複雑形状の成形も容易で、経済性もあるため好ましい。なお、連結部 3 ONは中央部に貫通穴 32 Nが形成されている連結台 31Nからなるがその材質も保温材 22 Nと同様な材料が好ましい。

押付手段 4 ONは、上部支持枠 41 N、支持棒 42N、コイルバネ 43 Nから構成される。図 7では、上部支持枠 41Nが中央に正方形の穴があいた正方形状の枠で、四隅に支持棒 42 Nおよびコイルバネ 43 Nを取り付けた例を示す。ここで、支持棒 42 Nの下端は、ノズル押さえ 1 ONと上下方向に位置調整が可能なように螺合される。支持棒 42Nはフランジ 44Nを有しておりフランジ 44 Nの上にコイルバネ 43N、上部支持枠 41 Nを順に載せて構成される。また、支持棒 42 Nの上端部には図示しないが、適宜、割りピンなどを取り付けると、上部支持枠 41Nと支持棒 42 Nの引き抜けを防止できるためさらに好ましい。上部支持枠 41N、支持棒 42N、コイルバネ 43Nは、金属製のものが好ましく使用できるが、誘導コイル 24Nに近すぎるとの誘導コイル 24N周辺に生ずる誘導磁束の影響を受け発熱することがあるので、非磁性のステンレス等を使用するのが好ましい。また、誘導コイル 2 4 Nによる誘導磁束の影響を避けるために、連結台 3 1 Nの高さを調整して、通常誘導コイル内径程度の距離を離すのが好ましい。上部支持枠 4 1 Nはループ構造であり、誘導磁束がル一プ状に流れ、誘導加熱を受けるため、ループを切る位置に絶縁物などを入れて絶縁するのがよい。

押付手段 4 0 Nによりノズル本体部 2 0 Nおよび連結部 3 0 Nの荷重を受けると同時に、使用時にノズル本体部 2 O Nおよび連結部 3 O Nの加熱 ·冷却による熱膨張 ·熱収縮に起因して発生する変位に追従して、本ノズル 1 0 O Nを支持できる。すなわち、押付手段 4 O Nはコイルバネ 4 3 Nを含むものであるため、出湯時のようにノズル本体部 2 O Nが加熱状態にあると熱膨張により発熱体 2 1 N 、保温材 2 2 Nに熱膨張による伸びが発生するがこれを吸収できるほか、ノズル本体部 2 O Nが出湯、出湯停止を繰り返すことにより、加熱 ·冷却が繰り返される場合でも発熱体 2 1 Nとキャップ 2 5 Nとの接続部、キャップ 2 5 Nと底板 2 Nとのテーパー状接続部分、キャップ 2 5 Nと内面ライニング材 1 Nとの接続部等の面圧を一定範囲に維持することで溶融物の漏れを防止できる。なお、本ノズル 1 0 O Nにおいて、接続部分等の面圧調整はコイルバネ 4 3 Nのパネ定数を適宜設定することで調整できる。

本溶融炉 1 0 0において、炉体部 1 0用誘導加熱部 3 0としては、周知の誘導コイルを卷回し、この誘導コイルは、図示しない誘導加熱電源に接続される。誘導コイルは通常銅パイプなどからなり、内部に冷却水を流す構造であるが、これらパイプの周りにアルミナ質などの不定形耐火物、もしくは耐火性のモルタル等を塗りこむことで、誘導コイルを熱的に保護するのが好ましい。

なお、本溶融炉 1 0 0において、前記溶融排出部 2 0が発熱体 2 4を含むときは、溶融排出部 2 0にも誘導加熱部 3 1を設けることが好ましい。この場合、炉体部 1 0の誘導加熱部 3 0の誘導加熱電源と溶融排出部の誘導加熱部 3 1の誘導加熱電源とが別であると制御しやすいため好ましい。

実施例 1

概略円筒で炉内寸法が直径 1 8 4 mm、高さ 2 4 0 mmであるルツポ形状の溶融炉 1 0 0を準備した。溶融炉 1 0 0の炉体部 1 0の側壁 1は、溶融物と接する側から順に保護層 3、発熱体 4、 2層構成の断熱層 5の合計 4層から構成される。それぞれの層厚さは、保護層 3が 40 mm、発熱体 4が 30 mm、内側の断熱層（以下、断熱内層という）が 35mm、外側の断熱層（以下、断熱外層という ) が 25 mmである。

保護層 3は Z r B₂を 94%と、アルミナセメントを含有するホウ化ジルコニゥム質不定形耐火物に対して外掛で 3 %の水を添加して流し込み成形で施工した。成形後の保護層の物性は、 110°CX 24時間乾燥後で、 J I S R2655に準拠したかさ比重 4. 61、見掛気孔率 1 1. 3%、また J I S R 2553に準拠した圧縮強度が 49 MP aであった。

発熱体 4は断面が台形（上底 27. 7 mm、下底 34. 1 mm、高さ 30 mm ) で長さ 80mmで中心部に直径 16mmの貫通穴 4 bが形成されている、筒状の柱状体 4 aを円周方向に 30個組み合わせてリング形状とし、かつ、これを高さ方向に 3段組み合わせた。前記柱状体 4 aは Z r B₂を 98 %含むホウ化ジルコ二ゥム質焼結体の中実体からなり、同様な方法で測定した、かさ比重 5. 6、圧縮強度が 343MP aであった。柱状体 4 aの間の目地としてホウ化ジルコニゥム質モルタルを各柱状体 4 aに塗布した。柱状体 4 aと柱状体 4 aとの間隔は、約 lmmとした。断熱内層としては純度 98 %で、粒径 5mm以下の炭化ケィ素粒子を充填して使用した。断熱外層としては純度 95%のアルミナファイバーを使用した。

炉体部 10の底部 2は直径 44 OmmX厚さ 6 Ommの略円板状で、保護層 3 と同組成のホウ化ジルコニウム質不定形耐火物を施工して製作した。底部 2の中央には直径 25 mmの貫通穴 6を設け、底部 2の溶融物と接する面には溶融物が排出しやすいように貫通穴 6に対してゆるやかな下り勾配を設けた。また底部 2 のホウ化ジルコニウム質不定形耐火物の炉外側に断熱レンガを配置した。

底部 2の貫通穴 6に接するようにパイプ状の溶融排出部 20を設けた。溶融排出部 20は、内径 25 mm、外径 225 mm、高さ 180 mmの概略円筒パイプである。溶融排出部 20は、溶融物と接する側から順に発熱体 24、断熱層 25 とし、断熱層 25はさらに断熱内層と断熱外層の 2層に分けた。それぞれの層厚さは、発熱体 24が 25mm、断熱内層が 5 Omm, 断熱外層が 25 mmである W

14

発熱体 24は図示しない柱状体 24 aを組み合わせた。柱状体 24 aは、断面が台形（上底 13. 9 mm、下底 42. 7 mm、高さ 25 mm) で長さ 60 mm である。これを円周方向に 6個組み合わせてリング形状とし、かつ、これを高さ方向に 3段組み合わせた。柱状体 24 aの材質や、柱状体 24 a間の目地は、炉体部 10の側壁 1と同材質を使用した。断熱内層としては A 1₂0₃78 %、 S i 0₂20 %および少量のアルミナセメントからなる不定形耐火物に外掛で水を 5. 5%添加して流し込み成形で施工した。不定形耐火物施工体の 1 10°じで24時間乾燥後の特性は、前述した方法で測定して、かさ比重 2. 65、見掛気孔率 1

2 %、圧縮強度 48MP aであった。断熱外層としては純度 95 %のアルミナフアイバーを使用した。

炉体部 10の側壁 1の発熱体用誘導加熱部 30としては、内径 450 mm、高さ 240mmの誘導コイルを使用し、この誘導コイル用に出力 50 kW、周波数

3 kHzの誘導加熱電源を用意した。また、誘導加熱部 20の発熱体用誘導加熱部としては、内径 240mm、高さ 180 mmの誘導コイルを使用し、この誘導コイル用に出力 30 kW、周波数 2. 6 kHzの誘導加熱電源を別途用意した。また、保温用に溶融炉上部には蓋として厚さ 75mmのアルミナファイバーを設置した。

上記の構成を有する溶融炉 100中に、 S i 0₂56. 5%、 C aO 10. 7 % 、 A 1₂0₃7. 9 %、 Na₂06. 3 %、 B₂0₃4. 1 %、および F e ₂0₃ l. 9 %を含む医療廃棄物の焼却灰 10 k gを被溶融物として入れ、溶融試験を実施した。溶融条件は、加熱処理開始から 4時間後に 1400°Cまで昇温し、さらに 1400 で 1時間保持した。なお、溶融排出部 20の貫通穴 26にはあらかじめ上記医療廃棄物の焼却灰を溶融固化させて栓をしておいた。

一方、炉体部を加熱すると同時に溶融排出部 20を誘導加熱し 4時間後に 10 0 O :まで昇温させた。 1000°Cで 1時間保持して溶融排出部 20から溶融した焼却灰が貫通穴 26から出てこないことを確認した。この後、さらに約 10分かけて 1250でまで昇温させたところ貫通穴 26から溶融物が出てきたので、炉体部 10と溶融排出部 20の両方の誘導加熱を停止した。誘導加熱停止後、約 2分間で炉体部 10内の溶融物はすべて排出された。そのままの状態で 10分間放置したところ溶融排出部 20の貫通穴 26は冷却固化した溶融物で閉塞されていた。

さらに、炉体部 10内に前記焼却灰 10 kgを再度投入して上記の溶融処理を 46回繰り返し、 1400ででの保持時間は合計 46時間となった。 46時間保持後の炉体部 10と溶融排出部 20を目視で観察したが亀裂、剥離などの欠陥は見つからなかった。さらに炉体部 10の保護層 3を切断し溶融物による浸食深さを測定したところ、溶融時の湯面付近で約 1. 6mmの浸食が確認された。この浸食量 1. 6mmを溶融時間 46時間で除した単位時間当りの浸食量、すなわち、浸食速度として 0. 035mmZ時間が算出される。この浸食速度をもとに運転可能時間として 40mm厚の保護層が浸食されてなくなるまでの時間を求めたところ約 1 140時間となり、実用的な耐久性があることがわかった。また、貫通穴 26から排出された溶融物の組成を環境庁告示第 46号に準拠した溶融固化物溶出試験により調べたところ、カドミウム、鉛またはその化合物、六価クロム化合物、ヒ素、水銀、セレンのいずれも定量下限以下であり無害化されていることが確認された。

実施例 2

溶融炉 9 ONおよび本ノズル 100 Nは図 4〜図 7に示すものと同様の構成とした。溶融炉 9 ONは、炉内寸法が内径 40 Omm、高さ 800mmであって、内面ライニング材 1 Nが Z r B₂を 94%含むホウ化ジルコニウム質のキャスタブル、発熱体 4Nが Z rB₂を 98 %含むホウ化ジルコニウム質の焼結体からなり、誘導コイル 6 Nを有する。内面ライニング材 1Nには排出穴 3 Nとして直径 27 mmの貫通穴が形成してあり、ほかに、底板 2 Nとして厚み 10 Ommの炭化ケィ素質のキャス夕ブルを準備した。誘導コイル 6Nは、内径 1000mm、高さ 60 Ommの高周波誘導コイルを使用し、出力 200 kW、周波数 3 kHzの誘導加熱電源を別途用意した。

本ノズル 100 Nの発熱体 21 Nとしては、内径 27mm、外形 80mm、高さ 25 Ommであって、円周方向に 4分割また高さ方向に 3分割した、 Z rB₂を 98%含むホウ化ジルコニウム質焼結体の柱状体を組み合わせて使用した。保温材 22Nは、 A 1₂〇₃78 %および S i 0₂20 %の低セメント質不定形耐火物を流し込み成形し、乾燥、焼成したもので厚み 28mm、高さ約 200mmとした。発熱体 2 INと保温材 22 Nの接続部には、熱膨張による変位を吸収するための厚み 1 mmの膨張代を設けた。

断熱材 23Nは、最高使用温度 1500°Cのアルミナファイバで、厚み 25m m、高さ 170mmとした。キャップ 25 Nは上部外径 150 mm、下部外径 1 60mm、高さ 100 mm、中央部に直径 27 mmの貫通穴を有し、下部に発熱体 21 Nの差込部を形成してある。キャップ 25 Nは、 2 8₂を94%含むホゥ化ジルコニウム質不定形耐火物を流し込み成形し、乾燥、焼成して作成した。連結台 31Nは、 A 1₂0₃78 %および S i 0₂20 %の低セメント質不定形耐火物を流し込み成形し、乾燥、焼成したもので、高さ約 150mmの中空円筒としたキャップ 25 Nと底板 2 N、キャップ 25 Nと誘導加熱の発熱体 21N、キヤップ 25 Nと保温材 22 Nとの接続部は、それぞれ約 2 mm程度の目地を設け、目地部にホウ化ジルコニウム質のモルタルを入れて組み付けた。誘導コイル 24 Nは、内径 200mm、高さ 170 mmの高周波誘導コイルを使用し、出力 30 kW、周波数 2. 6 kHzの誘導加熱電源を別途用意した。上部支持枠 41 Nは、枠内を誘導電流が周回しないように SUS 316製アングルを 4分割とし、電気絶縁物を挟んで溶接で一体とした。上部支持枠 41Nの 4隅には、フランジ 4 4 Nを有する S US 316製の支持棒 42 Nを取り付けた。支持棒 42Nの上端部に割りピンを取り付けると、引き抜け防止効果があるため好ましい。

支持棒 42Nの下端部は、ノズル押さえ 1 ONと螺合により上下移動可能に支持し、さらに、バネ定数 4. 5N/mm、最大たわみ量 45 mmの圧縮コイルバネ 43 Nを合計 4個配した。コイルパネ 43 Nは、溶融炉 90 Nへ本ノズル 10 ONを組み付けた際コイルバネ 43 Nにかかるノズル本体部 20N、連結部 30 N、上部支持枠 41 Nの自重合計により約 2 Omm収縮し、これをさらに 2mm 収縮させるように調整し合計で 22mm収縮（押付力換算で 36N) させて押し付けた。

以上の構成で、焼却灰 50 k gを炉本体にいれ、誘導コイル 6Nにて誘導加熱処理し約 4時間後に焼却灰の温度を 1400でとし同温度で 1時間保持して溶融した。被溶融物である焼却灰の化学成分は、 B₂0₃4. l%、 Na₂06. 3 %、 MgO 1. 0%、 A 1₂0₃7. 9 %、 S i 0₂56. 5%、 C aO 10. 7 %、 F e ₂0₃1. 9 %である。

また、排出穴 3 Nおよび貫通穴 29 Nにはあらかじめ焼却灰を溶融固化させておいた。この溶融時、同時に誘導コイル 24Nによりノズル本体部 2 ONの発熱体 21 Nを誘導加熱し約 4時間後に 900 °Cに上げて、さらに 900 °Cで 1時間保持した。この状態で、溶融物排出口から、溶融した焼却灰は出てこなかった。この後、誘導加熱により発熱体 21Nの温度を約 10分かけて 1000°Cまで上げて、溶融物が出始めてすぐに誘導加熱を停止した。すると、約 20分で溶融物が排出され、ノズル本体部の貫通穴 29 Nは固化した溶融物で閉塞した状態となつた。

さらに、焼却灰を再度投入し、誘導炉加熱手段にて加熱処理し約 1時間後に焼却灰の温度を 1400 にあげて溶融したが、ノズル本体部 20 Nの貫通穴 29 Nは固化した溶融物で閉塞した状態となっており、溶融物を保持できた。上記加熱、出湯操作において、コイルバネ 43Nは、最大 2mm収縮し、溶融炉の運転後には、コイルパネ 43 Nは運転前の押し付け状態に復帰していた。また、上記運転後に、本ノズル 10 ONと溶融炉 90 Nとの接続部および本ノズル 100N を目視で観測したが、溶融物の漏れ、亀裂、剥離などの欠陥は見られなかった。

実施例 3

例 2において、焼却灰を再度投入する操作までは例 2と同様にした。焼却灰を再度投入する操作からは以下の熱サイクル運転を行った。焼却灰 50 kgを溶融炉 90Nに再度投入し、誘導コイル 6Nにて誘導加熱処理し約 1時間で 1400 °Cの溶融物とした。同時に誘導コイル 24Nで発熱体 21Nを 900 で約 1時間保持し、保持後約 10分で 1000°Cまで昇温し、同温度で 20分保持しながら溶融物を排出した。排出完了後、誘導コイル 24Nの電源を切って約 10分で発熱体 21 Nの温度を 900°Cに下げた。これを 1サイクルとして 100サイクルの運転を実施した。同運転中および運転後、本ノズル 100Nと溶融炉 90N との接続部および本ノズル 10 ONを目視で観察したが溶融物の漏れ、亀裂、剥離などの欠陥は見られなかった。運転終了後、室温でコイルパネ 4 3 Nは運転前の押し付け状態に復帰しているのが確認された。産業上の利用可能性

本発明によれば、被溶融物の制限が少なく、溶融物が排出しやすく、また処理能力と耐久性に優れる溶融炉が提供される。

本発明で溶融排出部が、溶融物を排出するためのノズル本体部と、該ノズル本体部を溶融炉に接続するための外力をノズル本体部に与える機能とともにノズル本体部に発生する応力を緩和する機能を備える押付手段とを有するノズルである場合には、使用時の加熱 ·冷却による熱膨張 ·熱収縮による変位を吸収して接続部での面圧が一定の範囲に維持できるため接続部での溶融物のシール性に優れる。また、前記のような機能を備える押付手段を有するため、ノズルの一部に破損が生じた場合でも溶融物が漏れにくい。また、ノズル本体部の溶融炉に着設する部分をテーパ形状とすると押付手段との併用により溶融炉への接続が簡易にしかもシール性よくできるためさらに好ましい。

また、本発明でノズル本体部をホウ化ジルコニウムのような導電性があり、しかも耐食性のある材料とすると、上記の長所以外に、特段の開閉弁装置を使用しなくても溶融物の出湯制御ができ、しかも耐久性にも優れる利点がある。

Claims

請求の範囲

I. 被溶融物を入れるための、側壁と底部からなる炉体部と、該炉体部に配設され、溶融後の溶融物が排出される貫通穴を有する溶融排出部と、前記炉体部を誘導加熱する誘導加熱部と、を備えた溶融炉であって、前記炉体部の側壁の少なくとも一部が誘導加熱の発熱体で構成され、該発熱体が複数の柱状体からなることを特徴とする溶融炉。

2. 前記発熱体が前記側壁の周方向に長軸がおおむね上下方向になるように配置されている請求項 1記載の溶融炉。

3. 前記柱状体が筒状である請求項 1または 2記載の溶融炉。

4. 前記柱状体が Z rB₂を 90〜100質量％含む焼結体である請求項 1、 2または 3記載の溶融炉。

5. 前記炉体部の側壁は、溶融物と接する側から順に保護層、発熱体、断熱層の 3層を有する請求項 1、 2、 3または 4記載の溶融炉。

6. 前記保護層は、 Z rB₂を 50〜100質量％含む不定形耐火物である請求項 5記載の溶融炉。

7. 前記溶融排出部が、溶融物を排出するための貫通穴を有する筒状のノズル本体部と、前記ノズル本体部を溶融炉に接続するための外力を前記ノズル本体部に与える機能とともに前記ノズル本体部に発生する応力を緩和する機能を備える押付手段と、を有する排出ノズルである請求項 1〜 6のいずれか記載の溶融炉。

8. 前記押付手段が弾性体を含むものである請求項 7記載の溶融炉。

9. 前記押付手段がシリンダを含むものである請求項 7または 8記載の溶融炉。 10. 前記シリンダが油圧シリンダぉよび/または空気圧シリンダである請求項 9記載の溶融炉。

I I. 前記ノズル本体部の一部が誘導加熱の発熱体で構成される請求項 7、 8、 9または 10記載の溶融炉。

12. 前記発熱体が複数の柱状体を組み合わせたものである請求項 1 1記載の溶融炉。

13. 前記発熱体が長さ方向に複数に分割された請求項 11または 12記載の溶融炉。

1 4. 前記発熱体が Z r B ₂を 9 0〜1 0 0質量％含む焼結体である請求項 i 1 2または 1 3記載の溶融炉。