JPH04358584A - 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、上記金属溶湯および上記溶融スラグ表面を酸化
性雰囲気に曝すと共に、上記廃棄物焼却灰が上記溶融ス
ラグ表面を覆う面積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、炉内に大気を導入することによって酸化性雰囲気に
なすと共に、廃棄物焼却灰が溶融スラグ表面を覆う面積
を、廃棄物焼却炉の溶融有効面積の８０％以下となるよ
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、一方、溶融スラグ表面を酸化性雰囲気に曝
すことによって溶融スラグ表面で酸化反応が起こり、溶
融スラグ中に酸化鉄が形成されることを見いだした。そ
こで請求項１記載の方法では、廃棄物焼却灰が金属溶湯
および溶融スラグ表面を覆う面積を調整することによっ
て、溶融スラグに含有される酸化鉄の量を調整し、延い
ては溶融スラグの粘度を調整している。

【００１０】また溶融スラグ中の酸化鉄の含有量が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。そこで請求項２記載の方法では、炉内に
大気を導入することによって酸化性雰囲気になすと共に
、廃棄物焼却灰が金属溶湯および溶融スラグ表面を覆う
面積を、廃棄物焼却炉の溶融有効面積の８０％以下とな
るように調整し、これによって溶融スラグ中の酸化鉄の
含有量が４重量％以上となるようにしている。

【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３ａ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焼却灰ａの投
入量を目視によって調整し、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
となるようにしている。また炉本体３内には空気供給ダ
クト１３から大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る。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が大気に触れて冷
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より炉内に大気
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４重量％以上で平衡を保つことが実験により判
明した。

【００１８】図２は焼却灰ａの酸化鉄含有量と溶融スラ
グｃの酸化鉄含有量との関係を表すグラフである。図に
丸で示す実測値データより明らかなように、焼却灰ａの
被覆面積が溶融有効面積の１００％である場合、即ち炉
内の金属溶湯ｂおよび溶融スラグｃが焼却灰ａによって
完全に被覆されている場合には焼却灰ａの酸化鉄含有量
が９〜１４重量％ある場合でも溶融スラグｃの酸化鉄含
有量は４重量％未満に留まっている。

【００１９】一方図に四角で示す実測値データより明ら
かなように、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％である場合には、溶融スラグｃの酸化
鉄含有量（重量％）と、焼却灰ａの酸化鉄含有量（重量
％）との間には一点鎖線に近似した略正比例の関係があ
ることが判る。都市ゴミ等の廃棄物焼却灰ａには一般に
４．５〜２０重量％の酸化鉄が含まれているので、溶融
スラグｃには４重量％以上の酸化鉄が確保されることに
なる。尚一点鎖線に示す値は、焼却灰ａ中の酸化鉄が１
００％、即ちその量が増減することなく溶融スラグｃ中
に移行した場合を示し、溶融スラグｃの酸化鉄含有量が
焼却灰ａの酸化鉄含有量の約１．０７倍となる。溶融ス
ラグｃの酸化鉄含有量が焼却灰ａの酸化鉄含有量よりも
大きくなるのは、焼却灰ａが熱分解して二酸化炭素等の
ガスを発生し、全体の重量が減少するためと考えられる
。

【００２０】次に溶融スラグｃの酸化鉄含有量と溶融ス
ラグｃの粘度との間には例えば溶融スラグ温度１４００
℃において図３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３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。

【００２１】 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の被覆面積を溶融
処理炉１の溶融有効面積の８０％以下となるようにして
、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。

【００２２】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より大気を導入して炉内を
酸化性雰囲気に保持しているが、更に酸化力の強い気体
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。

【００２３】更に本実施例では焼却灰ａの投入量を目視
によって調整し、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ているが、焼
却灰ａの被覆面積を調整する方法はこの他にも種々考え
ることができる。例えば、炉本体３内にセンサを設けて
焼却灰ａの被覆面積を検出し、焼却灰ａの投入量を自動
制御してもよく、また、開口部の面積が溶融処理炉１の
溶融有効面積の８０％以下となるように設計された耐火
材料製ホッパを炉本体３内に設け、該ホッパ内に焼却灰
ａを投入してもよい。また、焼却灰ａの投入位置を排出
口１５の反対側に偏らせ、溶融スラグｃの露出面を偏ら
せてもよい。

【００２４】

【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、金属溶湯および溶融スラグ表面を酸化性雰囲気に
曝すと共に、廃棄物焼却灰が溶融スラグ表面を覆う面積
を調整することにより、溶融スラグに含有される酸化鉄
の量を調整し、延いては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も
できる。

【００２５】一方請求項２記載の方法では、炉内に大気
を導入することによって酸化性雰囲気になすと共に、廃
棄物焼却灰が溶融スラグ表面を覆う面積を、廃棄物焼却
炉の溶融有効面積の８０％以下となるように調整し、こ
れによって溶融スラグ中の酸化鉄の含有量が４重量％以
上となるようにしているので、溶融スラグに必要な流動
性を与えて廃棄物溶融処理炉から容易に排出されように
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は焼却灰の酸化鉄含有量と溶融スラグの酸
化鉄含有量との関係を表すグラフである。

【図３】図３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、上記金属
   溶湯および上記溶融スラグ表面を酸化性雰囲気に曝すと
   共に、上記廃棄物焼却灰が上記溶融スラグ表面を覆う面
   積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】　　炉内に大気を導入することによって酸
   化性雰囲気になすと共に、廃棄物焼却灰が溶融スラグ表
   面を覆う面積を、廃棄物焼却炉の溶融有効面積の８０％
   以下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。