JPH09196573A - 還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炉床広くに略同一電位レベルが形成され、粉
粒状原料を効率よくサブマージドアーク電気溶融する直
流電気溶融炉を実現すること。 【解決手段】 炉壁および炉底に沿うＬ形電極２５が、
その水平部分２５ｂを炉体１ｂに対して放射状となるよ
うに配置される。水平部分２５ｂを覆うようにカーボン
スタンプ２８が形成され、カーボンスタンプ２８および
垂直部分２５ａを覆うように黒鉛ブロック２９が設置さ
れる。炉蓋１ａには、可動電極８から異なる半径方向位
置に開口した原料装入孔２２が設けられ、気密的に原料
７が炉体に均一に装入される。焼却灰にコークスブリー
ズを配合した原料から、還元容易な金属分を溶融還元し
て溶融銑鉄２が生成されると共に、ガス含有量が極めて
少ない人工骨材製造用の溶融スラグ４が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は還元溶融スラグ生成
用の直流電気溶融炉に係り、詳しくは、生活ごみの焼却
灰や産業廃棄物の焼却灰または下水汚泥乾燥粉等を溶融
すると共に焼却灰等に含まれる重金属類や還元可能な酸
化物を溶融還元して除去し、ＳｉＯ₂ 等の鉱物質を主成
分とする溶融スラグを生成する技術分野に属する。そし
て、特に溶融スラグから有害金属を可能な限り含まない
天然岩石に極めて近い組成の人工岩石をコンクリート用
人工骨材として製造するために使用される電気溶融炉に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】家庭から出るごみや産業廃棄物は焼却さ
れ下水汚泥等は乾燥粉とされることによって減容化さ
れ、埋立地等に廃棄される。しかし、投棄地の容量にも
限界があり、ごみ等のより一層の減容化や再資源化の努
力が払われるようになってきている。最近では資源のリ
サイクル化の研究が進み、堆肥化や有価物の回収も行わ
れるようになっている。このようなごみの再資源化には
無害化処理が重要である。特に注目を浴びるようになっ
ているごみ焼却灰や下水汚泥乾燥粉、産業廃棄物焼却灰
等（以下焼却灰という）の溶融スラグから建築資材等を
再生する場合も同様に、再資源化や無害化処理が欠かせ
ない。

【０００３】焼却灰を１，５００℃以上の温度で溶融す
ると、焼却灰中の可燃物が燃焼することによってダイオ
キシンは完全に分解され、重金属類はガラス質のスラグ
中に閉じ込められ、焼却灰は１／３以下に減容される。
なぜなら、焼却灰を溶融すると焼却灰中の無機分は融液
となり、特開平３−２７５１３３号公報に記載されてい
るように、その融液を冷却すると固化スラグとなるから
である。

【０００４】焼却灰等の溶融スラグは路盤材や建築土木
用骨材として使用されたり、成形することによってタイ
ルや装飾品として使用される。建築資材や装飾品等には
無害性や化学的安定性が要求される。溶融スラグを固化
させて無害化・化学的安定化した人工骨材を製造する方
法や装置が種々提案されている。溶融スラグの生成する
装置の代表的なものとして、電気溶融炉，旋回溶融炉，
コークス燃焼還元溶融炉，表面溶融炉等の炉を使用する
ものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】焼却灰は常温時に電気
抵抗が大きいので、焼却灰から溶融スラグを生成するた
めの電気炉の通電が困難となる難点がある。しかし、焼
却灰は高温になると電気抵抗が減少し、焼却灰が溶融す
ると導電性は比較的高くなる特性を有している。焼却灰
に電流を流すと焼却灰の電気抵抗によって発生するジュ
ール熱が、焼却灰の溶融を助長する。ジュール熱によっ
て焼却灰を溶融する電気炉として、後述するサブマージ
ドアーク電気炉がある。

【０００６】電気炉で焼却灰をアーク溶融させる場合、
炉内に下ろされた人造黒鉛電極に適当な電圧をかける
と、電極棒の先端から焼却灰や焼却灰の溶融スラグに向
けて電気アークが飛ぶ。これによって、他の電極棒や予
め形成しておいたベースメタルとの間に電気回路が形成
される。焼却灰をアーク加熱することによって溶融スラ
グを生成する電気炉が、特開平４−３５４５７８号公報
に記載されている。この種の電気炉において、一般的に
アーク放電は３，０００℃ないし５，０００℃の非常に
高温でかつ高速である。アークが周囲のガスを引き込み
ながら焼却灰やスラグと衝突することによって、焼却灰
や焼却灰の溶融スラグの熱伝導性は高くなるので、焼却
灰中の不燃物や金属類も短時間に溶融する。このような
溶融法では焼却灰の組成にかかわらず塩基度調整や融点
降下用の副資材が不要であり、焼却灰の高い減容化も実
現される。

【０００７】従来から使用されている電気炉の出滓口は
常に開口しており、出滓口近傍の部分の損傷が甚だし
く、数ケ月の運転後には一ケ月位の電気炉補修のための
運転休止期間が必要となる。また、溶融スラグは連続的
に排出されるので、スラグ中の酸化鉄含有量を４％ない
し３０％に調整したり、溶融スラグを大気に曝すことに
なり、溶融スラグが酸化性雰囲気に置かれる。このよう
な運転法は通常の電気製鋼法の域をでないものとなって
いる。これに対して、前記したサブマージドアーク電気
炉では、炉内の溶融スラグがいまだ溶融していない焼却
灰によって覆われるので、電気アークと電気抵抗ジュー
ル熱とによってスラグを溶融することができる。

【０００８】電気溶融法以外の前述した旋回溶融炉等を
用いた溶融法においては、燃焼ガス中で焼却灰を溶融す
るため、流出スラグ中に多量のガスが含まれる。一方、
サブマージドアーク電気溶融法では溶融スラグ中へのガ
スの混入がほとんどなく、脱泡処理が必要ないという利
点がある。そのサブマージドアーク炉から排出されたス
ラグから人工骨材を製造するとき、溶融スラグは水冷さ
れたり空冷される。溶融スラグが急激に冷却されるの
で、天然岩石とは異質なスラグ塊が生成される。従っ
て、このような固化スラグは建築資材としての良質なコ
ンクリート用人工骨材とはなり難く、固化スラグは非晶
質（ガラス質）のままで使用することが可能な路盤材や
緑農地化の資材として利用できるにすぎない。

【０００９】溶融スラグを天然岩石に近似したものとす
るためには、スラグを結晶化させてスラグ組織の強化を
図らなければならない。特開平４−１３２６４２号公報
には溶融スラグの冷却速度を幾つかの温度域ごとに変え
る制御方法が開示され、特開平３−２７５５３９号公報
には溶融スラグの成分調整と冷却速度の制御によって結
晶化スラグを生成させる方法が開示されている。これら
の方法は鉱物学的に疑問がある。さらに、固化スラグ中
に有害物質や金属成分を封じ込めることによってスラグ
の安全性を確保しようとしているので、固化スラグ中に
含有される重金属類がいずれは溶出する可能性があり、
スラグの無害化は十分でない。加えて、焼却灰中の金属
資源の回収がなされず、焼却灰の完全な再資源化が阻ま
れる。

【００１０】電気炉は単相や三相の交流電気炉や直流の
電気炉がある。このような電気炉では、運転中に装入原
料から発生する有害ガスを外気と遮断するための炉蓋が
必要である。焼却灰等の原料を運転中順次追加装入して
サブマージドアーク電気溶融法を実現するためには、炉
蓋に装入孔を設けて気密式の粉粒状原料の装入を可能に
しておくと共に、装入された粉粒体の均一な分散を図る
必要がある。

【００１１】三相交流電気炉においては三本の固定され
た電極が存在するので、電極下に形成される溶融ゾーン
は電極ごとに異なったものとなりやすく、装入された焼
却灰の溶融のバランスをとることが容易でない。比重の
小さい電気伝導度の低い粉粒物を原料とした場合に要求
される穏やかな還元溶融は実現されにくく、焼却灰を炉
内で均一に溶融させることが容易でない。

【００１２】単相交流電気炉では常に交流電力が往復す
るので、原料の加熱が局部的となる傾向にある。それゆ
え、比重が小さく電気伝導度の低い粉粒物を静かに還元
溶融することができなく、溶融に多大の時間を要したり
原料を均一に溶融しにくい。直流電気炉の運転制御は交
流電気炉の運転制御よりもシンプルであるという利点が
ある。しかし、炉体に固定した導電体に対してアークが
発生するので、局部加熱となりやすいことは単相交流電
気炉の場合と同じである。それゆえ、可能なかぎり炉床
広く給電して大きい溶融ゾーンを形成させることによ
り、静かで均一な焼却灰の溶融を達成することができる
構造の直流電気炉の出現が望まれる。

【００１３】本発明は上記の問題に鑑みなされたもの
で、その目的は、粉粒状原料の装入を運転中も可能にし
て常時フォーミングスラグを生成させるサブマージドア
ーク電気溶融を実現すること、また、炉床での広範囲に
わたる溶融を電気抵抗ジュール熱によって可能にするた
めに、同一電位レベルを広く保っておくことができる還
元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉を提供することで
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ごみの焼却灰
や下水汚泥乾燥粉等にコークスブリーズが配合された原
料から、還元容易なＦｅ・Ｃｒ・Ｐ等の酸化物を溶融還
元して溶融銑鉄を生成すると共に、ガス含有率が低くＳ
ｉＯ₂ 等を主成分とした溶融スラグを生成することがで
きるサブマージドアーク電気溶融炉に適用される。その
特徴とするところは、図１を参照して、一本の可動電極
８が炉蓋１ａの中央を挿通して垂直に配置される一方、
炉壁および炉底に沿い炉側方から見るとＬ字状をなし、
直流電力を供給するため炉底に沿って炉体中心に向かう
水平部分２５ｂを有したＬ形電極２５が複数本配置され
る。Ｌ形電極２５は純鉄製であって、その垂直部分２５
ａの内部には冷却水が流通する冷却水通路２６ａ，２６
ｂが形成される。炉底には冷却水通路の形成されない水
平部分２５ｂを覆うようにカーボン粉２７を配して突き
固めたカーボンスタンプ２８が施される。そして、その
カーボンスタンプ２８上および垂直部分２５ａを覆う絶
縁耐火物１ｎの内方に、黒鉛ブロック２９が設置されて
いることである。

【００１５】図３に示すように、炉蓋１ａには、可動電
極８から異なる半径方向位置に開口した複数の原料装入
孔２２が設けられると共に、その原料装入孔２２から原
料７を炉体１ｂ内に供給する原料装入装置４０が設置さ
れている。

【００１６】図２にあるように、Ｌ形電極２５の水平部
分２５ｂは真直状となっていることである。

【００１７】図７の（ａ）を参照して、Ｌ形電極２５の
水平部分２５ｂは、炉体１ｂの鉄皮に沿うように延びる
円弧形部２５ｍと、その円弧形部２５ｍの内方に広がる
鉄板で形成されたウエブ２５ｎとを備えるようにしてお
くとよい。

【００１８】ウエブ２５ｎの上面には鉄製の突起２５ｐ
が多数立設されていることが好ましい。

【００１９】ウエブ２５ｎの炉体中心部位は、可動電極
８の直径と略同等もしくはそれより大きい円弧状切欠き
２５ｒが形成されている。

【００２０】図７の（ｂ）に示すように、水平部分２５
ｂを平面矢視で略半円形としておくとよい。

【００２１】図９の（ａ）を参照して、水平部分２５ｂ
は、炉体１ｂが大きい場合に適用しやすくするため、炉
床面を平面矢視で三分割以上とするような部分円弧形と
しておけばよい。

【００２２】図１に示すように、原料装入装置４０はス
クリューフィーダ２１としておけばよい。

【００２３】図５に示すように、原料装入装置４０を密
閉型シュート４１としておいてもよい。

【００２４】密閉型シュート４１の上下に延びる途中に
原料レベル検出器４２が設けられ、その原料検出器４２
が密閉型シュート４１内での原料７の停滞を検出すると
密閉型シュート４１への原料７の送給を停止させる原料
定量切出装置４３が、その密閉型シュート４１に連なる
原料貯蔵ビン３２に設けられていることである。

【００２５】可動電極８を、自焼成電極としておくこと
が好ましい。

【００２６】図１を参照して、炉体１ｂの上部位には、
外気を炉蓋１ａ下で堆積する原料７の上方へ供給する空
気導入管３５が挿設される。

【００２７】炉体１ｂの上部位には、原料７の予熱およ
び炉体１ｂ内で発生した悪臭物質や未燃ガスを、空気導
入管３５により導入された外気を用いて燃焼させるため
の補助バーナ３６が、その先端を炉体１ｂの接線方向と
なるように配置される。そして、可動電極８の炉蓋１ａ
から突出している部分を取り囲む排煙フード３７が炉蓋
１ａに取り付けられていることである。

【００２８】

【発明の効果】本発明の電気溶融炉によれば、炉床を広
く略同一の電位レベルにしておくことができ、比重が小
さく電気伝導度の低い焼却灰等の原料を効率よくしかも
静かに還元溶融することができる。金属酸化物は溶融銑
鉄化して回収され、再資源化も可能となる。溶融スラグ
はフォーミングスラグの形成による電気抵抗ジュール熱
によって効率よく加熱され、ガス含有量の極めて少ない
溶融スラグが得られる。その溶融スラグには不純物や還
元容易な金属成分は除去されており、結晶化させること
により化学的に安定し無害化された緻密なコンクリート
用人工骨材を製造するにふさわしいスラグを得ることが
できる。溶融炉は直流電気炉であり、炉床に広く形成さ
れた導電部分によって広範囲な加熱と安定したアークの
発生が実現され、電気炉の運転制御も容易なものとな
る。フォーミングスラグの生成は電力伝達効率の向上を
促し、電気炉の電力原単位の低減もなされる。原料が炉
運転中も炉内に可及的に分散して装入され、可動電極の
周りに堆積する原料によりサブマージドアーク溶融を維
持することができる。また、Ｌ形電極の採用により、水
平部分への外気の侵入が可及的に抑制されてその酸化が
防止でき、Ｌ形電極の寿命を長く保つことができる。さ
らに、水平部分を覆うカーボンスタンプが侵入空気によ
って焼損することもなく、炉の長期にわたる運転が実現
される。

【００２９】炉蓋に可動電極から異なる半径方向位置に
開口した複数の原料装入孔が設けられていると、原料装
入装置を介して原料が炉運転中も炉内に可及的に分散し
て装入され、可動電極の周りに堆積する原料によりサブ
マージドアーク溶融を維持することができる。

【００３０】Ｌ形電極の水平部分が真直状であると電極
の全体形状がシンプルとなり、炉体に配置しやすくな
る。

【００３１】Ｌ形電極の水平部分が炉体鉄皮に沿うよう
に延びる円弧形部とその円弧形部の内方に広がる鉄板で
形成されたウエブとを備えていると、炉床に広い導電域
が形成され、炉内での均一な加熱が実現される。

【００３２】ウエブの上面に鉄製の突起が多数立設され
ていると、Ｌ形電極の水平部分とその水平部分をカーボ
ン粉で覆って突き固めたカーボンスタンプとの一体性が
高められ、炉床の導電性が可及的に向上する。

【００３３】ウエブの炉体中心部位は、前記可動電極の
直径と略同等もしくはそれより大きい円弧状切欠きが形
成されていると、Ｌ形電極から可動電極への電流のショ
ートパスが抑制されて炉内でのより一層均一な加熱が可
能となる。

【００３４】Ｌ形電極の水平部分を平面矢視で略半円形
としておくと、小さい炉体の場合には、Ｌ形電極の設置
個数を少なくしておくことができる。

【００３５】Ｌ形電極の水平部分を、炉床面を平面矢視
で三分割以上とするような部分円弧形としておくなら
ば、炉体が大きい場合にも炉床に均一な導電性を発現さ
せやすくなる。

【００３６】原料装入装置としてスクリューフィーダを
用いると、運転中も粉粒体原料を気密的に装入して可動
電極を常時原料で覆っておくことができ、サブマージド
アーク溶融の状態を維持しておくことができる。

【００３７】原料装入装置に密閉型シュートを採用する
場合も、原料の気密的な装入が可能となってサブマージ
ドアーク溶融の維持が実現される。このシュートの採用
によれば、原料をホットチャージすることもでき、炉内
での原料の分散がより一層容易となり、かつ、電力原単
位の大幅な改善も可能となる。

【００３８】密閉型シュートに原料レベル検出器を設置
しておくと、密閉型シュートへの原料の送給を停止させ
ることができる。シュート内での原料の過剰な堆積を回
避して、シュートの荷重負担は軽減され、また、短期間
のうちに損耗するのが解消される。

【００３９】ゼーダベルグ電極は酸化物の少ない焼却灰
等の溶融にも十分使用することができ、人造黒鉛電極よ
りも安価であって電極原単位の低減が図られる。

【００４０】炉体の上部位に空気導入管を挿入しておけ
ば、炉内に外気の導入がなされ、未燃ガスや悪臭物質が
燃焼され、炉排ガスの無害化が促進される。

【００４１】空気導入管に補助バーナを臨ませると、未
燃ガス等の燃焼の促進と共に原料の予熱も実現され、電
力原単位の低減が可能となる。その排ガスは排煙フード
から排気され、炉外に漏出するのが防止される。

【００４２】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明である
「還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉」を詳細に説
明する。図６は、ごみの焼却灰や下水汚泥乾燥粉等を溶
融させたスラグからコンクリート用人工骨材を製造する
装置に電気溶融炉を適用した設備例である。この設備に
は、電気溶融炉１のほかにスラグブロック成形鋳型１０
と熱処理炉１４とが備えられる。このような骨材製造設
備で使用される電気溶融炉は、ごみ焼却灰や下水汚泥乾
燥粉または産業廃棄物焼却灰等（以下焼却灰という）に
コークスブリーズが配合された原料から、還元容易な金
属分を溶融還元して溶融銑鉄２を生成すると共に、ガス
含有量が極めて少ない溶融スラグ４を生成することがで
きるようになっている。

【００４３】この電気溶融炉１はサブマージドアーク電
気溶融法による還元溶融機能を有する直流電気炉であ
り、その主たる構成は、図１に示すように、黒鉛ブロッ
ク２９で形成された炉壁および炉底の内部に複数本のＬ
形電極２５を埋め込んだ炉体１ｂと、炉運転中も粉粒状
原料７を気密的に装入できる原料装入装置４０の接続さ
れた炉蓋１ａとからなる。

【００４４】炉蓋１ａにはその中央で昇降する可動電極
８が配置される。炉体１ｂには、図６に示すように、溶
湯溜め部３の溶融銑鉄２を意図的に少し残して排出する
出銑口３ａが設けられる。溶融銑鉄２の上部に滞留した
溶融スラグ４を排出する出滓口５ａも炉体に設けられ、
出滓栓５ｂを抜いて後続工程で必要な量を短時間のうち
に流出させることができる。出滓栓５ｂにガス供給孔５
ｃを設けるなら、溶融処理中に出滓口５ａの近傍の溶融
スラグ４を攪拌するためのガスを送ることができ、出滓
時のスラグ閉塞を防止することができる。

【００４５】図１を参照して、炉体１ｂの鉄皮内面に耐
火物１ｍが積層され、炉底にはカーボン粉を配して突き
固めたカーボンスタンプ２８が形成され、そのカーボン
スタンプ上および絶縁耐火物１ｎの内方に上記した黒鉛
ブロック２９が配置されている。一方、炉蓋１ａは中央
に可動電極８が昇降する孔を備え、その可動電極８から
半径方向に異なる位置で開口する複数の原料装入孔２
２，２２が設けられている。この原料装入孔２２からス
クリューフィーダ２１によって供給された原料７が炉体
内に装入されるようになっている。

【００４６】炉体１ｂに設けられる電極として、０．０
２％Ｃの純鉄鍛造バーであって炉側方から見るとＬ字状
をなすＬ形電極２５が例えば図２の（ｂ）に示すように
４本使用される。この電極２５は、図１に示すように炉
壁に埋設される垂直部分２５ａと炉底に配置される水平
部分２５ｂからなる。垂直部分２５ａは図２の（ａ）に
仮想線で示すように断面が略正方形であり、この垂直部
分２５ａの中に冷却水を流通させる往路２６ａとその内
方に設けられた復路２６ｂとが形成される。

【００４７】Ｌ形電極２５の水平部分２５ｂは仮想線で
示すように断面の幅が狭い長方形であり、図２の（ｂ）
に示すように、炉底に沿い炉体中心に向かって真直状に
延びて配置される。この水平部分２５ｂは図１に示すよ
うにカーボン粉２７で覆われる。カーボン粉は、炉床を
形成するブロックを配置するための平坦面を出しやすく
すると共に導電性を高めるためにスタンピングされる。
このように、Ｌ形電極の水平部分が真直状であると電極
の全体形状がシンプルとなり、炉体に設置しやすくな
る。

【００４８】炉床に滞留する溶融銑鉄２と黒鉛ブロック
２９とカーボンスタンプ２８によって、炉床に広く導電
性のある部分が形成される。複数本のＬ形電極２５から
給電されて可動電極８との間に印加される電圧が炉床部
全体で均一にかかりやすくなる。炉床面に略同一の電位
レベルが形成されると、焼却灰に配合されたコークスブ
リーズによる導電作用および比重が小さい電気伝導度の
低い粉粒状焼却灰の還元溶融に必要な静かな加熱溶融作
用により、原料の迅速で一様な溶融が実現される。後述
するフォーミングスラグの形成による電力伝達効率の向
上に起因して電力消費も著しく低減される。

【００４９】炉蓋１ａには可動電極８が挿入されるが、
投入される焼却灰にはＦｅ系酸化物等の還元すべき酸化
物の含有量が少ないのが一般的であり、電極の消耗量は
少ない。そこで、人造黒鉛電極よりも操作が容易で安価
な自焼成のあるゼーダベルグ電極を採用しておくことが
できる。これによって、電極消費に伴うコストを著しく
低下させることができる。ゼーダベルグ電極はフェロア
ロイ等の生成に使用されるものであるが、薄い鉄製の筒
体に詳細は省くがカーボンペーストを内装したものであ
り、通電するとそれ自体が発生する抵抗熱によって自焼
し固化するものである。このようなゼーダベルグ電極は
公知であるが、サブマージドアーク溶融のための直流電
気炉においては現在まで使用された例がない。

【００５０】電気溶融炉においては、炉床近くにカーボ
ン物質が存在するので還元性雰囲気が保たれ、Ｌ形電極
２５の水平部分２５ｂが高温状態に置かれても酸化する
おそれはない。一方、垂直部分２５ａでは炉内温度が高
くなると空気と接触して酸化するおそれがあるので、上
記のように水冷されている。Ｌ形電極２５はフレキシブ
ル導線３０を経て炉周に配置したコーベル銅板３１と接
続されるので、炉体の熱膨張の影響を受けることなく電
気回路を維持しておくことができる。

【００５１】図３のように炉蓋１ａには装入用の長孔２
２が形成される。図４に示す貯蔵ビン３２の下方のホッ
パ３３に連なるスクリューフィーダ２１の先端で揺動で
きるシュート２１ａが図３に示した長孔２２に臨まされ
る。シュート２１ａおよび長孔２２の近傍を覆うフード
２１ｂ（図３では仮想線で示されている）により、コー
クスブリーズを配合した粉粒体の原料が外部へ飛散しな
いように装入される。各原料装入孔２２を可動電極８か
ら異なった半径方向位置に存在させるなら、シュート２
１ａの首振り動作によって原料が炉体内で分散され、可
動電極８の周囲が原料によって覆われやすくなる。図３
に仮想線で表した二つのスクリューフィーダ２１Ａ，２
１Ａを使用して１２０度間隔の三つのスクリューフィー
ダが配置される場合、長孔の半径方向位置が互いに異な
っていると、原料が一層広くかつ均一に投入される。

【００５２】通常の直流電気炉の運転制御は交流電気炉
の運転制御よりもシンプルである。しかし、直流電気炉
では単相交流電気炉の場合と同様にアークの及ぶ範囲が
局部的となる。Ｌ形電極を採用した電気炉は、通常の直
流電気炉における運転の制御性の良さおよびＬ形電極の
採用による炉床からの広範囲な領域をカバーする給電性
の向上により、炉内での均一な溶融処理が実現されると
いう機能的に優れた利点を備える。

【００５３】原料が下水汚泥乾燥粉を含む場合、その乾
燥粉中の蛋白質系物質の存在により炉内で加熱される際
に悪臭が発生する。焼却灰の場合でも、堆積する原料の
上方空間には、原料の溶融過程で発生したＣＯガスが存
在する。その悪臭物質や未燃ガスを燃焼させるため、図
１に示した炉体上部には空気導入管３５の複数本が放射
状に設置される。炉内の温度上昇に伴う圧力ドラフトが
生じると、吸入された外気によって臭気分やＣＯガスが
自然発火して燃焼される。仮想線で示した補助バーナ３
６を配置しておけば、その燃焼はより一層促進される。

【００５４】補助バーナ３６の火炎が空気導入管３５の
導出口に臨み、かつ、円形の炉体に対して火炎が接線方
向となるようにしておくと、炉内での旋回流の発生を促
して燃焼効率が上がると共に、装入されている原料の予
熱にも寄与する。補助バーナによりエネルギの供給量は
増加するが、未燃ガスを燃焼させる程度であるので全体
的には無視できる量である。それにもかかわらず、上記
のように原料を予熱できることにより電力消費が節減さ
れ、電力原単位の低減も図られる。排ガスは可動電極８
の周囲から排煙フード３７を経て集塵機に送られる。

【００５５】以下に本発明のサブマージドアーク直流電
気炉１を適用したコンクリート用人工骨材の製造設備の
稼働例を説明する。この設備によって焼却灰を還元溶融
する工程と、共晶凝固による一次再結晶の工程と、非晶
質部分の熱処理による二次再結晶の工程とにより、ガス
含有率の極めて低い組織の緻密な良質のコンクリート用
人工骨材としての人工岩石が合成される。

【００５６】焼却灰に予めコークスブリーズを配合した
粉粒状の原料７が、図１に示したスクリューフィーダ２
１，２１と電気溶融炉１の炉蓋１ａの原料装入孔２２を
通して、炉体１ｂに降ろされた可動電極８を覆うように
供給される。焼却灰を還元溶融精錬すると、ＳｉＯ₂ ，
ＣａＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ を主成分とする溶融スラグが生成さ
れる。溶融スラグがＭｇＯを５重量％ないし２０重量％
（以下％と表示する）までの範囲における目標％もしく
はそれに極めて近似した含有％を有して共晶凝固現象を
発現しやすくなるように、フェロニッケル製錬滓もしく
は橄欖石等が、焼却灰を溶融する間にその他の造滓材と
共に焼却灰に添加される。

【００５７】溶融スラグのＭｇＯの目標含有％を５％な
いし２０％までの範囲に選定している理由は、次のとお
りである。ＭｇＯを５％以下にするとＭｇＯの成分調整
域が極めて小さくなる。一方、ＭｇＯを２０％より大き
くするとスラグの溶融温度が高くなって溶解エネルギが
増大する。ＭｇＯを焼却灰に添加すると共に必要に応じ
て若干量の石灰石等が加えられる。この石灰石等を加え
ることにより、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯ
の四元系相平衡状態における共晶点もしくはそれに可能
な限り近似した点で共晶凝固する組成が得られるよう
に、溶融スラグが成分調整される。

【００５８】可動電極８に電流を流し、原料７をサブマ
ージドアーク電気溶融によって２時間ないし３時間溶融
還元する。約１，５００℃の熱によって可燃物が燃焼し
ダイオキシンは分解され、有害なＺｎ等の低沸点物質は
ガス化して排出される。焼却灰の粉粒体は比重が小さく
かつ電気伝導度も低いにもかかわらず、原料中にコーク
スブリーズが配合されているので、そのカーボンにより
原料７の導電性が向上され、焼却灰が溶融される。

【００５９】電気溶融炉１では焼却灰中のＦｅ系酸化物
を還元して溶融銑鉄２が生成され、その溶融銑鉄が溶湯
溜め部３に貯溜される。他の重金属類Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｏ等および還元可能なＰ₂ Ｏ₅ やＡ
ｓ酸化物等は元素Ｐ，Ａｓ等に還元され、これらの元素
は溶融銑鉄２に溶解される。重金属類等を可能な限り含
まない溶融スラグ４が生成され、溶融スラグ４は軽いの
でそれが溶融銑鉄２の上部に滞留する。溶融スラグの滞
留時間を十分に確保すると脱泡が進行し、ガス含有率が
極めて低い溶融スラグ４となる。還元反応によって発生
するＣＯガスは、スラグのフォーミングを促進する。溶
融スラグ４上にフォーミングスラグ１８が形成され、フ
ォーミングスラグと原料層との境界にカーボン浮遊層１
９が発生する。

【００６０】炉体１ｂに降ろされた可動電極８の下部位
は、カーボン浮遊層１９で覆われたフォーミングスラグ
１８に臨む位置となるように制御される。電極の下端か
ら発生したアークは常時原料７やフォーミングスラグ１
８に覆われたサブマージドアークとなる。カーボン浮遊
層１９で発生するアークにより原料７が加熱されるだけ
でなく、フォーミングスラグ１８から溶融銑鉄２に至る
間で発生する電気抵抗ジュール熱によって原料が効率よ
く溶融される。このフォーミングスラグ１８の生成によ
りアークの発生は極めて少ない。電気抵抗ジュール熱に
よる溶融製錬は飛躍的に高い電力伝達効率を示し、電力
原単位が低減する。

【００６１】焼却灰が還元溶融されると、サブマージド
アーク状態を維持させるために、原料７がスクリューフ
ィーダ２１から炉蓋１ａを経て可動電極８の周囲に逐次
追加供給される。図６に示すように、炉床に溜まった溶
融銑鉄２は意図的に少量を残して、出銑口３ａから１日
ないし２日ごとに溶湯受鍋２３に出湯され、鉄源材とし
て別途利用される。

【００６２】溶融スラグ４は溶融銑鉄化した金属成分等
を含まず、溶融スラグの主成分がＳｉＯ₂ ，Ａｌ
₂ Ｏ₃ ，ＣａＯ，ＭｇＯとなる。サブマージドアーク溶
融法の採用によって溶融スラグが溶融銑鉄２上に長時間
滞留されるので、溶融スラグはガスをほとんど含まない
状態となる。従って、爾後的に溶融スラグに脱泡処理を
施す必要がなくなる。溶融スラグ４は出滓口５ａから排
出される。出滓栓５ｂを抜いて例えば２時間ごとに２０
分という短時間のうちに排出される。それゆえ、生成さ
れた溶融スラグを少しずつ連続的に排出する場合に比較
して、出滓時の溶融スラグ４からの熱エネルギの放散量
も可能な限り抑制される。

【００６３】コンベア１１により矢印２０方向へ移動す
るスラグブロック成形鋳型１０に、高い熱エネルギを保
有した溶融スラグ４から熱放散を抑制するように、短時
間のうちに溶融スラグがスラグ受け樋９を通して注入さ
れる。成形鋳型１０は断熱性耐火物で構成されており、
移動している間の溶融スラグの急激な冷却は防止され
る。ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系相
平衡状態における共晶点もしくはそれに可能な限り近似
した点で共晶凝固した鋳造スラグ４Ａが鋳造される。

【００６４】例えば、溶融スラグに含まれるＣａＯが５
％ないし３６％、ＳｉＯ₂ が３８％ないし５５％、Ａｌ
₂ Ｏ₃ が１０％ないし２５％、ＭｇＯが５％ないし２０
％である場合、溶融スラグの共晶点は１，３００℃以下
である。１，５００℃以上の溶融スラグはスラグブロッ
ク成形鋳型１０内において１，３００℃以下まで液状で
降温する。溶融スラグが共晶点の温度になると一斉に全
組成の析出が開始し、「相律」に基づいて全組成が再結
晶するまで温度が保持される。スラグの温度が低下する
ことのない再結晶中は鋳型１０が移動しているコンベア
１１上にある。再結晶が完了しスラグが降温しはじめた
時点で鋳型１０が反転部に到達するようにコンベア１１
の移動速度および搬送距離が定められている。一次再結
晶した鋳造スラグ４Ａは、脱型された時点でも高温を保
っている。

【００６５】一次再結晶した鋳造スラグ４Ａは凝固して
いる。しかし、鋳造スラグは現実には９５％ないし９７
％の再結晶であり、残余は非晶質であって細かいガラス
が点在する。一次再結晶した鋳造スラグは比較的小さな
力を掛けるだけで砕け、その破片は尖ったものとなりや
すい。成形鋳型１０から脱型した鋳造スラグ４Ａは、シ
ュート１３を経て直ちに二点鎖線のように持ち上げられ
た熱処理炉１４の回転炉体１５Ａに装入される。

【００６６】回転炉体１５Ａの内部は加熱バーナ１６Ａ
によって予め加熱されている。回転炉体１５Ａに所定量
の鋳造スラグ４Ａが投入されるとシュート１３は退避
し、回転炉体１５Ａが実線の位置に降ろされ、前後のタ
イヤ１５ｔによって支持された回転炉体１５Ａは、ギヤ
ー１５ｍ，リングギヤー１５ｎの駆動によって矢印１７
の方向へ１ｒｐｍ程度の速度でゆっくりと回転する。加
熱バーナ１６Ａから火炎１６ａを発生させ、耐火壁１５
ａが加熱されると共に鋳造スラグ４Ａの堆積表層が保温
される。炉体１５Ａの回転によって堆積した鋳造スラグ
４Ａの下方へ回り込んだ裏張り耐火壁１５ａに触れたり
火炎に直接触れた鋳造スラグ４Ａは、例えば９００℃の
均一な温度雰囲気に２時間または１，２００℃の温度雰
囲気に１時間保持される。

【００６７】鋳造スラグ４Ａが回転炉体１５Ａに装入さ
れるとき、その表層が８００℃ないし９００℃程度まで
降温している。しかし、鋳造スラグの内部は１，１００
℃ないし１，２００℃の高温である。加熱バーナ１６Ａ
によって得られた１，０００℃の雰囲気中でスラグの内
部熱が外表に向けて伝導し、残余の非晶質部分の再結晶
化が表層部に至るまで達成される。この二次再結晶の際
に鋳造時に生じたスラグの内部歪も除去され、ガス含有
率の極めて低い組織の緻密な再結晶した人工岩石が生成
される。

【００６８】所定の時間が経過すると加熱バーナ１６Ａ
を止める。回転炉体１５Ａを破線のように持ち上げて、
回転炉体をトラニオン軸１５ｂを中心に傾動する。装入
口１５ｃを下方に向けると、天然岩石に極めて近い固化
スラグ２４が排出される。非晶質部分を含まない固化ス
ラグは極めて硬く、固化スラグを破砕しても角が余り立
たず、破砕面に少しの凹凸を呈する程度の均質なものと
なる。コンクリート用人工骨材として使用する場合に
は、固化スラグは適当なサイズに破砕される。

【００６９】このようにして得られた人工岩石２４は、
電気溶融炉１において還元容易な金属分が除去されてお
り、ガス含有量も極めて少なくなっている。電気溶融炉
で溶融スラグに付与された熱エネルギは、「相律」によ
る温度保持作用が貢献して途中での熱消失が少ない状態
で熱処理工程まで迅速に持ち込まれ、再結晶のための熱
エネルギ消費量も大幅に低減される。

【００７０】以上の説明から分かるように、焼却灰等を
還元溶融することによって溶融銑鉄と溶融スラグが生成
される。溶融スラグにはＦｅ系酸化物ならびにその他の
重金属類や還元可能な酸化物類が可能な限り少なくな
り、重金属類の溶出しない無害化された良質のコンクリ
ート用人工骨材が製造される。還元溶融中に生成された
溶融銑鉄は別途利用できるので、金属資源の回収が図ら
れる。

【００７１】ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ の三元系の
場合には、共晶点の範囲が限定される。ＭｇＯを添加し
て四元系に改質すると共晶点の範囲は拡大され、四元系
相平衡状態で共晶凝固可能な溶融スラグが得られる。Ｍ
ｇＯを添加することによって溶融スラグの流動性も改善
され、ＣａＯを過剰に添加することなくスラグ融点を低
下させることができる。したがって、溶融スラグから人
工岩石を合成する工程における溶融スラグの取り扱いが
容易となる。生成された合成岩石は消化性を伴うことな
く、合成岩石の長期間の化学的安定性や機械的強度が確
保される。共晶凝固した一次再結晶スラグを熱処理する
ことによって、僅かな残余非晶質部分が二次再結晶され
るので、天然岩石に極めて近似した人工岩石が合成され
る。

【００７２】焼却灰にはコークスブリーズが配合されて
原料の導電性が高くなり、原料の溶融化が促進されると
共にカーボンによる原料の還元が実現される。焼却灰は
還元性雰囲気で溶融されるので、溶融スラグが炉床部や
出滓部近傍の耐火物を侵蝕させることもなく、炉の耐用
期間は長くなる。加えて、コークスブリーズはフォーミ
ングスラグの発生を促し、電力伝達効率の向上による電
力原単位の低減に大きく寄与する。溶融スラグは溶融銑
鉄上に長時間滞留されるので、滞留中の自然脱泡作用に
よってガス含有率が極めて低くなる。従って、溶融スラ
グの爾後的な脱泡操作が不要となる。

【００７３】溶融スラグは所定時間ごとの短時間出滓と
鋳型への迅速な鋳込みにより、その操作の間での溶融ス
ラグの保有熱エネルギの消散が可能な限り抑制される。
一次再結晶に消費したエネルギの大部分は二次再結晶に
利用される。それゆえ、固化スラグを小粒化しなくて
も、エネルギ消費を低減して再結晶のための加熱エネル
ギ量が低減する。

【００７４】上記の説明において、極めて細かい粉体で
ある焼却灰に予めコークスブリーズを配合した粉粒状の
原料を電気溶融炉に装入している。この操作に代えて、
ＭｇＯが５％ないし２０％までの範囲における目標％も
しくはそれに極めて近似した含有％の溶融スラグとなる
ように粉状のフェロニッケル製錬滓もしくは橄欖石等や
他の副原料を混入させた後に、原料をペレタイザーを用
いてペレットとする場合には、原料を炉体に装入すると
きの取扱が容易となる。このように原料を造粒する段階
でＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＭｇＯの四元系相平
衡状態における共晶点もしくはそれに可能な限り近似し
た点で共晶凝固させることができる組成を有した溶融ス
ラグが得られように原料を予め成分調整しておいてもよ
い。

【００７５】電気溶融炉に装入される原料が焼却灰をす
でに溶融してスラグ化したものであるなら、そのスラグ
を電気溶融炉で還元溶融するに先だち、焼却灰の固化ス
ラグと共にコークスブリーズやＭｇＯ添加材ならびに副
原料を電気溶融炉に装入するようにしてもよい。また、
予め焼却灰の固化スラグにコークスブリーズ，ＭｇＯ添
加材，副原料を配合しておいたうえで装入するか、それ
らをペレットにした後に装入するということもできる。

【００７６】サブマージドアーク溶融炉１は直流電気炉
であり、炉の構造が簡単でコントロールもしやすく、ま
た、電気エネルギの供給も安定する。交流電気炉は一般
に大容量に適しており、しかも、電極間でアークの発生
する方向に偏りが生じたり不安定であり、また、炉内装
入物の堆積表層のみを加熱する傾向にあり、均一な加熱
状態が得られにくい。しかし、Ｌ形電極を採用した本電
気炉においては、通常の直流電気炉における制御性の良
さと、炉床からの広範囲な領域をカバーする給電性の向
上とにより、炉内での均一な溶融処理を実現することが
できる。さらには、粉粒状原料を常時装入することがで
きるスクリューフィーダにより、サブマージドアーク溶
融法による電気炉運転が維持される。

【００７７】図５は、スクリューフィーダに代えて密閉
型シュート４１を原料装入装置４０のために採用した例
である。２つの密閉型シュート４１，４１は可動電極８
から異なった半径方向距離にあるそれぞれの原料装入孔
２２，２２に接続され、炉蓋１ａを介して気密的に装入
することができる。したがって、各シュート４１の先端
のアウトレットパイプ４１ａを揺動させれば、焼却灰等
が炉体内に分散して装入される。焼却灰等の原料が常温
から８０℃程度までなら、シュートとしてフレキシブル
な布製の筒体を使用することができる。

【００７８】上記した常温の原料の場合のみならずホッ
トチャージにおいても、以下のような自動供給制御装置
を設けておくことが好ましい。図５において、密閉型シ
ュート４１の下方部位に原料レベル検出器４２が設けら
れると共に、貯蔵ビン３２には原料定量切出装置４３が
設置される。原料がシュート４１内に大量に堆積して炉
体１ｂに流れ出なくなると、原料レベル検出器４２が原
料の停滞を検出する。その検出信号が原料定量切出装置
４３の制御装置に入力されると原料の切り出しが停止さ
れ、密閉型シュート４１への原料の送給がなくなり、シ
ュート内での原料の過剰な堆積が防止される。これによ
って長いシュート４１の無用なふらつきや消耗が抑制さ
れる。原料レベル検出器は粉粒体が落下する空間に配置
された短い水平な振動板であればよく、振動の有無で原
料の停滞もしくは原料の流落を検出することができる。
原料レベル検出器４２がシュート内に原料の停滞してい
ないことを検出すると、原料定量切出装置４３が作動さ
れ、炉体に原料が装入される。

【００７９】ところで、前述したＬ形電極２５の垂直部
分２５ａの下端に一体化した水平部分２５ｂは直流電力
を供給するためのものであるが、図７の（ａ）に示した
ように、水平部分２５ｂが、炉体の鉄皮に沿うように延
びる円弧形部２５ｍと、その円弧形部２５ｍの主として
内方へ広がる鉄板で形成されたウエブ２５ｎとを備えた
ものとしておいてもよい。円弧形部が平面矢視で略半円
形であると、二つのウエブ２５ｎ，２５ｎによって円い
炉床に広く導電性部分を形成でき、炉内での均一な加熱
が実現される。もちろん、Ｌ形電極の設置個数が少なく
なることから小さい炉体に適したものとなる。

【００８０】上記したウエブ２５ｎの上面には断面が丸
または角状の短い鉄製の突起２５ｐが多数立設され、そ
のウエブ２５ｎの炉体中心部位は図７の（ｂ）中に仮想
線で示す可動電極８の直径と略同等もしくはそれより大
きい実線もしくは破線で表した円弧状切欠き２５ｒが形
成されている。溶接等によってウエブ２５ｎに取り付け
られた鉄棒２５ｐはカーボンスタンプ２８（図８を参
照）との一体性を高め、炉床の導電性を可及的に向上さ
せる。円弧状切欠き２５ｒはＬ形電極２５から可動電極
８への電流のショートパスを抑制して、炉内でのより一
層均一な加熱を実現する。

【００８１】上記したＬ形電極２５は図７の（ｂ）のご
とく、その垂直部分２５ａが水平部分２５ｂの一端に設
けられ、図８に示すように電気溶融炉１に設置したとき
には垂直部分２５ａ，２５ａを近接して配置してそれぞ
れのフレキシブル導線３０，３０を炉壁のほぼ一箇所に
集め、炉周での給電線を一まとめにしておくことがで
き、出銑や出滓操作，炉体の保守作業の妨げとなるのを
回避できる。なお、図７の（ｂ）中に仮想線で示したよ
うに垂直部分２５ａを円弧形部２５ｍの中央に配置して
おいてもよい。

【００８２】炉体が大きい場合には、Ｌ形電極２５の水
平部分２５ｂを平面矢視で略半円形とするよりも、図９
の（ａ），（ｂ）のように、平面矢視で炉床が三分割や
四分割となるような部分円弧形としておけば、炉床に均
一な導電域を発現させやすくなり、均等な電圧分布が炉
床に与えられる。なお、図７の（ａ）に表しているよう
に、ウエブ２５ｎが円弧形部２５ｍの外方に少し延出さ
れていても差し支えない。

【００８３】ちなみに、炉底に電極を配置しておけば十
分であるにもかかわらずＬ形電極２５を採用し、それを
炉壁と炉底とに沿うようにしているのは以下の理由によ
る。炉底に配置した電極をフレキシブル導線と接続する
ために図１に示す水平部分２５ｂの先端を例えば真っ直
ぐに延長し垂直部分２５ａを無くすと、耐火物に覆われ
る延長部分がＬ形電極２５の垂直部分２５ａの長さに比
べて著しく短くなる。したがって、延長部分と耐火物と
の僅かな隙間から極めて僅かといえども外気が侵入する
おそれがある。一方、本Ｌ形電極を採用すると、水平部
分２５ｂへの外気の侵入が可及的に抑制される。

【００８４】すなわち、外気が垂直部分２５ａの上部か
ら侵入しようとしても炉体の保有する熱で侵入空気は上
昇し、水平部分２５ｂに至ることがなくなる。その結
果、水平部分２５ｂの酸化が防止され、電極２５の寿命
を長く保つことができる。さらに、水平部分２５ｂを覆
うカーボンスタンプ２８が侵入空気によって焼損するこ
ともなく、炉の長期にわたる運転が実現される。このこ
とから分かるように、Ｌ形電極２５は完全なＬ字状であ
る必要はないが、水平部分２５ｂからは少なくとも垂直
もしくは傾斜して上方に延びる部分を有した形状となっ
ていて、水平部分２５ｂの近傍を還元性雰囲気に保って
おくことが好ましいからである。

【００８５】ところで、Ｌ形電極２５とフレキシブル導
線３０との接続を図１０の（ａ）や（ｂ）のようにして
おくとよい。まず、垂直部分２５ａの上端部に鉄箱５０
を溶接しておき、溶融したはんだ５１を鉄箱５０に貯え
た状態でフレキシブル導線３０の接続された銅板片５２
の一部を没入させ、はんだを凝固させればはんだと垂直
部分２５ａとの密着が完全となり、Ｌ形電極２５への通
電性を高めておくことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用したサブマージドアーク直流電
気溶融炉の断面図。

【図２】 （ａ）はＬ形電極の拡大断面図であり、
（ｂ）は図１中のII−II線矢視図。

【図３】 図１の平面矢視図。

【図４】 直流電気溶融炉の全体概略構成図。

【図５】 密閉型シュートを採用した電気溶融炉の全体
図。

【図６】 焼却灰から溶融スラグを生成し、結晶化した
コンクリート用人工骨材を製造する設備の一例の全体
図。

【図７】 （ａ）はＬ形電極の他例の斜視図、（ｂ）は
炉底に配置される二つのＬ形電極の平面図。

【図８】 ウエブを備えた二つのＬ形電極を炉底に設置
した電気溶融炉の断面図。

【図９】 （ａ）は炉床面を平面矢視で三分割とした部
分円弧形の水平部分を有するＬ形電極を使用した場合の
炉底への配置図、（ｂ）は炉床面を平面矢視で四分割と
した部分円弧形の水平部分を有するＬ形電極を使用した
場合の炉底への配置図。

【図１０】 （ａ）は垂直部分の上端にはんだ接続部を
形成したＬ形電極の全体図、（ｂ）は垂直部分の上端部
拡大斜視図。

【符号の説明】

１…電気溶融炉（サブマージドアーク直流電気炉）、１
ａ…炉蓋、１ｂ…炉体、１ｎ…絶縁耐火物、２…溶融銑
鉄、４…溶融スラグ、７…原料、８…可動電極、２１，
２１Ａ…スクリューフィーダ、２２…原料装入孔（長
孔）、２５…Ｌ形電極、２５ａ…垂直部分、２５ｂ…水
平部分、２５ｍ…円弧形部、２５ｎ…ウエブ、２５ｐ…
突起（鉄棒）、２５ｒ…円弧状切欠き、２６ａ…往路
（冷却水通路）、２６ｂ…復路（冷却水通路）、２７…
カーボン粉、２８…カーボンスタンプ、２９…黒鉛ブロ
ック、３２…貯蔵ビン、３５…空気導入管、３６…補助
バーナ、３７…排煙フード、４０…原料装入装置、４１
…密閉型シュート、４２…原料レベル検出器、４３…原
料定量切出装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｂ 3/20 Ｆ２７Ｂ 3/20 Ｈ０５Ｂ 7/18 Ｈ０５Ｂ 7/18 Ａ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ごみの焼却灰や下水汚泥乾燥粉等にコー
   クスブリーズが配合された原料から、還元容易なＦｅ・
   Ｃｒ・Ｐ等の酸化物を溶融還元して溶融銑鉄を生成する
   と共に、ガス含有率が低くＳｉＯ₂ 等を主成分とした溶
   融スラグを生成することができるサブマージドアーク電
   気溶融炉であって、 一本の可動電極が炉蓋の中央を挿通して垂直に配置され
   る一方、炉壁および炉底に沿い炉側方から見るとＬ字状
   をなし、直流電力を供給するため炉底に沿って炉体中心
   に向かう水平部分を有したＬ形電極が複数本配置され、 上記Ｌ形電極は純鉄製であって、その垂直部分の内部に
   は冷却水が流通する冷却水通路が形成され、 炉底には、冷却水通路の形成されない上記水平部分を覆
   うようにカーボン粉を配して突き固めたカーボンスタン
   プが施され、 該カーボンスタンプ上および前記垂直部分を覆う絶縁耐
   火物の内方に、黒鉛ブロックが設置されていることを特
   徴とする還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉。
2. 【請求項２】 前記炉蓋には、前記可動電極から異なる
   半径方向位置に開口した複数の原料装入孔が設けられる
   と共に、該原料装入孔から前記原料を炉体内に供給する
   原料装入装置が設置されていることを特徴とする請求項
   １に記載された還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融
   炉。
3. 【請求項３】 前記Ｌ形電極の水平部分は真直状となっ
   ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   された還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉。
4. 【請求項４】 前記Ｌ形電極の水平部分は、炉体の鉄皮
   に沿うように延びる円弧形部と、該円弧形部の内方に広
   がる鉄板で形成されたウエブとを備えることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載された還元溶融スラグ
   生成用の直流電気溶融炉。
5. 【請求項５】 前記ウエブの上面には鉄製の突起が多数
   立設されていることを特徴とする請求項４に記載された
   還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉。
6. 【請求項６】 前記ウエブの炉体中心部位は、前記可動
   電極の直径と略同等もしくはそれより大きい円弧状切欠
   きが形成されていることを特徴とする請求項４に記載さ
   れた還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉。
7. 【請求項７】 前記水平部分は平面矢視で略半円形であ
   ることを特徴とする請求項４に記載された還元溶融スラ
   グ生成用の直流電気溶融炉。
8. 【請求項８】 前記水平部分は、炉体が大きい場合には
   炉床面を平面矢視で三分割以上とするような部分円弧形
   となっていることを特徴とする請求項４に記載された還
   元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉。
9. 【請求項９】 前記原料装入装置はスクリューフィーダ
   であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいず
   れかに記載された還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融
   炉。
10. 【請求項１０】 前記原料装入装置は密閉型シュートで
    あることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれ
    かに記載された還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融
    炉。
11. 【請求項１１】 前記密閉型シュートの上下に延びる途
    中部位には原料レベル検出器が設けられ、該原料レベル
    検出器が前記密閉型シュート内での原料の停滞を検出す
    ると前記密閉型シュートへの原料の送給を停止させる原
    料定量切出装置が、該密閉型シュートに連なる原料貯蔵
    ビンに設けられていることを特徴とする請求項１ないし
    請求項１０のいずれかに記載された還元溶融スラグ生成
    用の直流電気溶融炉。
12. 【請求項１２】 前記可動電極は自焼成電極であること
    を特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記
    載された還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉。
13. 【請求項１３】 前記炉体の上部位に、外気を前記炉蓋
    下で堆積する原料の上方へ供給する空気導入管が挿設さ
    れていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２の
    いずれかに記載された還元溶融スラグ生成用の直流電気
    溶融炉。
14. 【請求項１４】 前記炉体の上部位には、原料の予熱お
    よび炉体内で発生した悪臭物質や未燃ガスを、前記空気
    導入管により導入された外気を用いて燃焼させるための
    補助バーナが、その先端を炉体の接線方向となるように
    配置され、 前記可動電極の炉蓋から突出している部分を取り囲む排
    煙フードが炉蓋に取り付けられていることを特徴とする
    請求項１３に記載された還元溶融スラグ生成用の直流電
    気溶融炉。