JPH10122544A

JPH10122544A - 焼却残渣の溶融炉における溶融境界層の制御方法

Info

Publication number: JPH10122544A
Application number: JP29962096A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Samejima; 良二鮫島; Koutarou Katou; 考太郎加藤; Hiroshi Katayama; 博史片山; Toru Kawabata; 徹川端
Original assignee: KAWASOU DENKI KOGYO KK; Takuma Co Ltd
Current assignee: KAWASOU DENKI KOGYO KK; Takuma Co Ltd
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【目的】都市ごみや、産業廃棄物あるいは汚泥等を焼
却処理した際に生成された焼却残渣を溶融せしめる焼却
残渣の溶融炉において、湯抜きが必要な時期を的確に判
断し、効率的な湯抜きを可能とした溶融金属レベルの測
定方法及び制御方法を提供する。【構成】処理灰等の被溶融物を溶融し、炉底から溶融
金属層と溶融スラグ層を順次形成せしめ、溶融スラグを
炉外へ溢出せしめるようにした焼却残渣の溶融炉におい
て、溶融金属層と溶融スラグ層の界面レベルを検出する
ことにより溶融金属層の層厚を測定し、前記層厚が適正
かどうかを判断した後、所定層厚を超えていれば、溶融
金属層の少なくとも一部を炉外へ出湯する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみや、産業
廃棄物あるいは汚泥等を焼却処理した際に焼却残渣とし
て生成された焼却灰や飛灰等の処理灰を炉内で溶融せし
め、そこから溶融スラグを採取するための焼却残渣の溶
融炉において、溶融金属レベル又は溶融塩層厚の状態を
制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市ごみや、産業廃棄物あるいは
汚泥等の焼却炉から排出される焼却灰や飛灰（以下処理
灰という）の減容化及び無害化を図るため、処理灰の溶
融固化処理法が注目されており、現実に実用に供されて
いる。処理灰は、溶融固化することにより、重金属等の
有害物質の溶出を防止すると共に、その容積を１／２〜
１／３に減少し、最終埋立処理場の延命等を可能にする
ばかりか、溶融スラグの再利用が可能になるからであ
る。

【０００３】そこで、処理灰等の被溶融物を溶融固化処
理するための方法としては、通常、プラズマ溶融炉、ア
ーク溶融炉、電気抵抗炉等を使用し、電気エネルギーに
より被溶融物を溶融した後に固化する方法と、表面溶融
炉、旋回溶融炉、コークスベッド炉等を使用し、燃料の
燃焼エネルギーにより被溶融物を溶融した後に固化する
方法が多く利用されており、都市ごみ焼却設備に発電設
備が併置されている場合は、前者の電気エネルギーを用
いる方法を採用し、一方、発電設備が併置されていない
場合は、後者の燃焼エネルギーを用いる方法を採用する
のが一般的である。

【０００４】図１は、本発明が対象とする焼却残渣の溶
融炉の１例として、ごみ焼却処理設備に併置されるプラ
ズマ溶融炉の従来例を例示しており、処理灰等の被溶融
物１は、コンテナ２に貯えられ、スクリューコンベヤ等
の供給装置３により炉体４の炉内へ連続的に投入され
る。炉体４は、１８００度Ｃ以上の高温に耐える耐火材
により形成されると共に、その外周を断熱材で覆われて
おり、更に、その外部に水冷ジャケットを設けられる場
合がある。

【０００５】炉体４には、炉頂部からほぼ垂直に挿入さ
れ炉内の被溶融物との間に一定の距離を保つ黒鉛主電極
５（マイナス極）と、炉底に設置された炉底電極６（プ
ラス極）との間に、直流電源装置７から供給された約６
００〜１０００kw／灰ton のプラズマ電流が流され、そ
こで発生するプラズマアークによる高温の熱によって、
処理灰等の被溶融物１は、約１４００度Ｃ〜１８００度
Ｃに加熱されて溶融状態のスラグとなる。

【０００６】炉内を還元性雰囲気とするため、窒素ガス
供給装置９から窒素ガスを炉内に供給する。図示のよう
に、窒素ガスは、主電極５及びスタート電極８を貫通し
た中空孔を介して炉内に供給される。

【０００７】処理灰（被溶融物）が溶融すると、揮発成
分や炭素は一部酸化し、一酸化炭素を含んだガスとな
り、一方、鉄を始めとする金属、ガラス、砂等の不燃性
成分は溶融状態となる。前記ガスは、流出口１０の上部
を経て燃焼室１１に入り、そこで、燃焼空気ファンによ
り送入された燃焼用空気によって未燃焼分を完全燃焼せ
しめられた後、燃焼室から排気され、冷却された後、フ
ィルタを経て煙突に導かれる。

【０００８】以下、溶融金属層と溶融スラグ層の境界を
例にとって説明する。被溶融物１には、焼却灰、シリ
カ、アルミナ、カルシアや、鉄等が含まれているため、
これが炉内で溶融されると、シリカ、アルミナ、カルシ
アを主成分とする溶融スラグが上方に浮上すると共に、
鉄を主成分とする溶融金属が下方に沈下し、炉底から溶
融金属層Ｍ１と溶融スラグ層Ｍ２を順次形成し、分離さ
れた２層を形成する。そして、溶融スラグ層Ｍ２は、流
出口１０から連続的に溢出し、水を満たしたスラグ水冷
槽１２に落下して水砕スラグとなり、搬出コンベヤ１３
により容器１４に送られる。尚、流出口１０には前記燃
焼室１１が臨んでいるので、溢出する溶融スラグが該流
出口１０の部分で冷却固化して流路を塞ぐことはなく、
スラグ水冷槽１２に好適に落下される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、溶融さ
れた被溶融物１は、炉内に溶融金属層Ｍ１と溶融スラグ
層Ｍ２を形成し、溶融スラグ層Ｍ２の湯面近傍に設けら
れた流出口１０から溶融スラグを連続的に溢出する。

【００１０】然しながら、溶融金属層Ｍ１は、炉底に蓄
積したまま次第にその層厚を増すため、該溶融金属層Ｍ
１と溶融スラグ層Ｍ２の界面を次第に上昇する。ところ
が、正常運転を支障なく継続するためには、溶融スラグ
層Ｍ２の層厚が少なくとも１００mm程度よりも厚く形成
されていることが必要である。さもなくば、コンテナ２
から投入された被溶融物１が良好に溶融されず、スラグ
成分と金属成分が未溶融のまま溢出したり、分離されな
いまま流出口１０から溢出する虞れがある。

【００１１】このため、溶融金属層Ｍ１の炉底からの層
厚が所定層厚を超え、その結果、溶融スラグ層Ｍ２の層
厚が減じたときは、該溶融金属層Ｍ１の少なくとも一部
を炉外へ排出する湯抜きを行わなければならない。

【００１２】前記湯抜きの頻度は、炉内に投入した被溶
融物１の量と、該被溶融物である焼却灰や飛灰の成分分
析値により推算した金属量と、炉内の溶融金属蓄積可能
量から、計算により概略決定することが可能であり、従
来技術では、このような計算値に基づいて湯抜きのタイ
ミングを決定しているのが現状である。

【００１３】ところが、被溶融物１は、ごみや廃棄物に
由来するものであるため、その焼却灰や飛灰に含まれる
金属の質や量が必ずしも一定でなく、時には大きな変動
もあるので、溶融金属の炉内蓄積量を正確に求めること
は至難である。その結果、安全率を考慮に入れて湯抜き
のタイミングを早めたり頻繁に湯抜きを行う必要がある
が、湯抜き作業時には操業運転を停止しなければならな
いから、勢い稼働効率が低下してしまうことになる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記に鑑み、
湯抜きが必要な時期を的確に判断し、効率的な湯抜きを
可能とした焼却残渣の溶融炉における溶融境界層の制御
方法を提供するものであり、その第一の手段として構成
したところは、炉内に投入した処理灰等の被溶融物を溶
融することにより炉内に溶融金属層、溶融スラグ層、溶
融塩層等が形成される溶融炉において、溶融スラグを炉
外へ連続して出湯せしめる場合、前記溶融金属層と溶融
スラグ層の界面及び／又は溶融スラグ層と溶融塩層の境
界のレベルを検出し、該検出レベルに基づいて各層の炉
底からの層厚を測定する測定行程と、前記溶融金属層又
は溶融塩層の層厚が所定層厚を超えるか否かを判断する
判断行程と、所定層厚を超えていると判断したとき、前
記溶融金属層又は溶融塩層の少なくとも一部を炉外へ出
湯する出湯行程とから成る点にある。

【００１５】また、本発明が第二の手段として構成した
ところは、前記測定行程において、スラグ湯面検出電極
Ｅ１と金属湯面検出電極Ｅ２を備えた１本のプローブを
昇降手段により炉内に挿入し、前記スラグ湯面検出電極
Ｅ１が上部雰囲気から溶融塩層の湯面及び／又は溶融塩
層と溶融スラグ層の境界に達したとき、該電極Ｅ１によ
り該湯面及び／又は該界面を検知し、前記金属湯面検出
電極Ｅ２が溶融スラグ層を通過した後に溶融スラグ層と
溶融金属層の界面に達したとき、該電極Ｅ２により該界
面のレベルを検知することを特徴とし、前記金属湯面検
出電極Ｅ２が溶融スラグ層を通過するまでは該電極Ｅ２
にスラグが付着しないように該電極を被覆材により被覆
せしめ、その後、該電極Ｅ２が溶融金属層に達した後に
前記被覆材を除去せしめる点にある。

【００１６】また、本発明が第三の手段として構成した
ところは、前記測定行程において、前記被覆材により被
覆された金属湯面検出電極Ｅ２を溶融スラグ層を通過せ
しめた後に、更にプローブを下降して該電極Ｅ２を溶融
金属層中に浸漬し、該溶融金属層中で前記被覆材を溶失
せしめた後、プローブを上昇して該電極Ｅ２が溶融金属
層と溶融スラグ層の境界に達したとき該境界のレベルを
検知する点にある。

【００１７】更に、本発明が第四の手段として構成した
ところは、前記測定行程において、前記被覆材が高温で
溶失し且つ溶失中にガスを発生する素材により形成され
て成る点にある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の好適
な実施形態を詳述する。

【００１９】図２に示すように、本発明に係る溶融金属
レベルの制御方法を実施するため、炉体４は、頂壁にプ
ローブ挿入孔１５を設けると共に、側壁の炉底近傍部に
タップホール１６を設けている。前記プローブ挿入孔１
５は、開閉自在な蓋１５ａを備えていることが望まし
い。

【００２０】図６に示すように、前記タップホール１６
は、通常、マッド材１７等で栓をされており、炉内の溶
融物が炉外に排出しないようになっている。炉内の溶融
金属Ｍ１を炉外に出湯させる時には、図６（Ａ）に示す
ように、前記マッド材１７を、油圧式又は空気圧式の開
孔機１８を作動させることによって、タップホール１６
内に充填されているマッド材１７を掘削し、炉内の溶融
金属Ｍ１を炉外へ出湯させることができる。該溶融物の
出湯を終了させる時には、図６（Ｂ）に示すように、油
圧式又は空気圧式のマッドガン１９を作動させることに
よって、再びタップホール１６内にマッド材１７を充填
させ、炉内の溶融物の出湯を停止させる。前記開孔機及
びマッドガンの作動は、油圧式の場合は、油圧ポンプ２
１の発停及び電磁弁の開閉で行わせ、空気圧式の場合
は、コンプレッサ２０の発停及び電磁弁の開閉で行わせ
る。本発明に係る溶融金属レベルの制御方法を実施した
設備は、コンプレッサ２０を用いた空気圧式の開孔機１
８と、油圧ポンプ２１を用いた油圧式のマッドガン１９
を利用している。

【００２１】前項で述べた炉内溶融金属の炉外への出湯
方法は、本発明の１実施例として例示した設備での方法
であり、他にジュール熱を利用した方法や炉体を傾動さ
せる方法がある。

【００２２】ジュール熱を利用することによる出湯方法
（図示せず）は、炉内の溶融金属を、炉外へ出湯させる
時に、タップホール電極と主電極との間で通電し、その
ジュール熱により、タップホール内の凝固金属を溶融せ
しめ、タップホールを開孔し、炉内の溶融金属を炉外へ
出湯させる。該溶融金属の出湯を終了させる時には、タ
ップホール電極と主電極の電気回路を開き、炉底電極と
主電極の電気回路を閉じて、通常の溶融運転に移行す
る。尚、このような方法は、特願平８−９５１０８号
（出願人：株式会社タクマ、発明の名称：電気溶融炉及
び電気溶融炉に於ける溶融金属の抜出し方法）で述べて
いる。

【００２３】炉体を傾動させることによる出湯方法（図
示せず）は、炉内の溶融金属を上層の溶融スラグと共
に、スラグ流出口より溢流させ、炉外へ出湯させる。炉
体を傾動させる時は、油圧式又は電動モータを作動させ
ることにより行う。油圧式の場合には、油圧ポンプの発
停及び電磁弁の開閉によって、油圧シリンダを作動さ
せ、炉体の傾動を行わせる。電動モータを使用する場合
には、電動モータの発停によって、ボールネジ等を回転
させ、炉体を傾動させる。出湯を終了させる時には、炉
体の傾動を元に戻すだけで良い。

【００２４】本発明に係る出湯工程は、前述のような従
来から利用されている、開孔機とマッドガンを使用する
方法と、炉体を傾動させる方法と、ジュール熱を利用す
る方法の何れから選択しても良い。

【００２５】炉に関するそれ以外の構成は、図１に基づ
く上述の構成と同様であり、同じ構成部分は図１と同じ
符号で示している。

【００２６】図２に示す操業状態において、上述したよ
うに、炉体４の炉内には、供給装置から処理灰等の被溶
融物が連続的に投入され、主スイッチ１９をオン状態と
し、主電極５からのプラズマアークの高温の熱（輻射
熱）によって被溶融物を溶融する。被溶融物の溶融体
は、溶融スラグを上方に浮上せしめる一方、溶融金属を
下方に沈下し、炉底から溶融金属層Ｍ１と溶融スラグ層
Ｍ２を順次形成し、分離された２層を形成する。そし
て、溶融スラグ層Ｍ２は、流出口１０から連続的に溢出
せしめられる。尚、この操業状態において、タップホー
ル１６が閉塞状態であることはいうまでもない。

【００２７】操業の経過に伴い、溶融金属層Ｍ１は次第
にその層厚を増し、該溶融金属層Ｍ１と溶融スラグ層Ｍ
２の界面Ｌを次第に上昇する。既に述べたように、正常
運転を支障なく継続するためには、溶融スラグ層Ｍ２の
層厚が１００mm程度以上でなければならず、随時、操業
中に前記界面Ｌを測定する必要がある。

【００２８】そこで、界面Ｌが上昇すると考えられる時
間的間隔に基づいて、図３及び図４に示すように、レベ
ルプローブ２０により界面Ｌのレベルを測定する。

【００２９】レベルプローブ２０は、図７に示すよう
に、長尺の耐熱性に優れた紙管から成るプローブ本体２
１の先端にセンサーユニット２２を設けている。

【００３０】前記センサーユニット２２は、セラミック
ス等から成る皿状フランジ２３付きのケーシング２４を
有し、先端に、被接触物の抵抗変化を感知する一対のス
ラグ湯面検出電極Ｅ１、Ｅ１と、同様に、被接触物の抵
抗変化を感知する一対の金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２を
突出せしめている。これらの電極は、耐火セメント２５
に埋入することにより皿状フランジ２３に植設され、各
電極のリード線をケーシング２４の尾端に設けたコネク
タ２６に導いている。

【００３１】前記金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２は、被覆
材２７により被覆されており、該被覆材２７は、高温で
短時間のうちに溶失すると共に、溶失中にガスを発生す
る素材により形成されている。このような性質の素材
は、例えば、樹脂、ゴム、薄い紙管、紙又は布テープの
一つ又は複数から選ぶことができ、その他、同様の性質
を有するものであれば、如何なる材質を使用しても良
い。また、被覆形態は、電極Ｅ２の全面を被覆すること
が望ましいが、電極Ｅ２の先端を含む部分的被覆として
も良い。但し、部分的被覆の場合、少なくとも電極Ｅ２
の先端から基端に向けて３mm以上の領域を被覆すること
が必要である。

【００３２】前記被覆材２７は、レベル測定時のプロー
ブの下降速度にもよるが、下降速度が約６ｍ／分である
とき、通常、溶融スラグ層の通過時間は１秒未満である
から、１０００度Ｃ以上の高温下において１〜３秒程度
で溶失することが好ましい。この溶失時間は、被覆材２
７の材質選択から決定できる他、厚みによっても決定す
ることが可能であり、例えば、前述したような樹脂、ゴ
ム、薄い紙管、紙又は布テープの場合、厚みを０．２mm
〜３．０mmの範囲内で設定することにより目的を達する
ことができる。

【００３３】尚、本発明において、被覆材の「溶失」と
は、必ずしも溶けて失われる現象面に限定する意味では
なく、焼失ないし燃失のような高温下において消失する
種々の態様を含む趣旨である。

【００３４】前述したプローブ本体２１は、図示省略し
た昇降装置によりプローブ挿通孔１５を介して炉内に昇
降自在に挿入され、炉内の上部雰囲気から溶融物に向け
て下降し浸漬された後、上昇して溶融物から引上げられ
る。その間、抵抗変化により電極が反応する毎に昇降距
離を距離計により測定される。

【００３５】コネクタ２６にはプラグが挿着され、電極
が反応した抵抗変化を外部の電圧計Ｖ１及びＶ２により
検出する。この際、電極は、図８（Ａ）に示すような４
線式の電気回路を構成するのが良い。尚、図８（Ｂ）
は、本発明のプローブに対する比較例であり、２線式の
回路を示している。

【００３６】本発明がプローブ２０の実施形態として採
用する４線式の回路は、図８（Ａ）に示すように、スラ
グ湯面検出電極Ｅ１、Ｅ１の一組と、金属湯面検出電極
Ｅ２、Ｅ２の一組について構成されるそれぞれの回路
が、当該一組における一対の電極に定電流を供給する２
本のリード線と、当該一組における一対の電極により感
知される抵抗値の変化に反応する電圧計Ｖを接続するた
めの２本のリード線を有し、合計４本のリード線（図
中、各リード線の抵抗をＲL1、ＲL2、ＲL3、ＲL4で示し
ている）を有する（但し二組の電極について合計すると
８本になる）。

【００３７】そこで、プローブを下降することにより、
スラグ湯面検出電極Ｅ１、Ｅ１が溶融スラグの湯面に接
し、スラグの抵抗Ｒ₁を感知すると、電圧計Ｖ１は、Ｖ
１＝Ｒ₁（Ω）×定電流（Ａ）として反応する。同様
に、金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２が溶融金属の湯面に接
し、該金属の抵抗Ｒ₂を感知すると、電圧計Ｖ２は、Ｖ
２＝Ｒ₂（Ω）×定電流（Ａ）として反応する。この
際、電圧計Ｖ１及びＶ２の内部抵抗が大きいため、該電
圧計と電極を結ぶ回路の電流は０に近くなり、線抵抗Ｒ
L2、ＲL3の抵抗はほとんど無視できる。

【００３８】これに対して、図８（Ｂ）に示す比較例に
おける２線式回路の場合は、スラグ湯面検出電極Ｅ１、
Ｅ１の一組と、金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２の一組につ
いて構成されるそれぞれの回路が、当該一組における一
対の電極に定電流を供給するための２本のリード線をそ
のまま利用することにより、当該一組における一対の電
極により感知される抵抗値の変化に反応する電圧計Ｖが
接続されている。従って、合計２本のリード線（図中、
各リード線の抵抗をＲL1、ＲL2で示している）だけを有
する（但し二組の電極について合計すると４本にな
る）。

【００３９】そこで、比較例として示す２線式回路にお
いては、スラグ湯面検出電極Ｅ１、Ｅ１がスラグの抵抗
Ｒ₁を感知すると、電圧計Ｖ１は、Ｖ＝（Ｒ₁（Ω）＋
ＲL1（Ω）＋ＲL2（Ω））×定電流（Ａ）として反応す
る。同様に、金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２が溶融金属の
抵抗Ｒ₂を感知すると、電圧計Ｖ２は、Ｖ２＝（Ｒ
₂（Ω）＋ＲL1（Ω）＋ＲL2（Ω））×定電流（Ａ）と
して反応する。

【００４０】このため、２線式回路とした比較例では、
線抵抗ＲL1、ＲL2の影響を直接に受けるため、測定対象
物の抵抗Ｒ₁、Ｒ₂の変化に応じた電圧計のシャープな
反応が期待し難く、また、電圧計の反応が、変化する抵
抗の差にそのまま対応した顕著な差として現れ難い。し
かも、通常、線抵抗ＲL1、ＲL2は、温度変化により抵抗
値を変化する。従って、比較例のような２線式回路より
も、上記実施形態のような４線式回路の方が優れてい
る。

【００４１】図８は、プローブ２０を用いて行った測定
行程を示しており、図９（Ａ）に示すように、プローブ
は、昇降装置により下降されると、該プローブの先端
を、炉内の上部雰囲気から溶融塩層Ｍ３を通じて溶融ス
ラグ層Ｍ２に進入せしめられ、そのまま下降して溶融ス
ラグ層Ｍ２を通過した後、溶融金属層Ｍ１に進入して浸
漬され、そこで停止し、数秒間（例えば１〜２秒）の停
止状態の後、上昇せしめられる。このとき、プローブ先
端は、溶融金属層Ｍ１の中から溶融スラグ層Ｍ２に戻さ
れ、更に溶融塩層Ｍ３を通過して上部雰囲気に引上げら
れる。

【００４２】そこで、前記プローブを昇降する１サイク
ルの間に、溶融塩層Ｍ３と溶融スラグ層Ｍ２の境界（溶
融スラグの湯面レベル）の検出と、溶融スラグ層Ｍ２と
溶融金属層Ｍ１の境界（界面レベル）の検出とが行われ
る。

【００４３】図９（Ｂ）は、スラグ湯面検出電極Ｅ１、
Ｅ１が感知した抵抗変化に基づく電圧計Ｖ１の反応を示
している。即ち、電圧計Ｖ１は、プローブが上部雰囲気
中にある間、高電圧値を示すが、スラグ湯面検出電極Ｅ
１、Ｅ１が溶融塩層を通過して溶融スラグ層Ｍ２の湯面
に触れると、電圧値を急激に低下する。そこで、この電
圧低下を溶融スラグの湯面レベルとして距離計により記
録する。ところで、スラグ湯面検出電極Ｅ１、Ｅ１は、
溶融スラグ層Ｍ２に浸漬された後、瞬時のうちにスラグ
の付着を受け、付着後はノイズを発生しつつ電圧計Ｖ１
の反応に乱れを生じる。然しながら、スラグ湯面検出電
極Ｅ１、Ｅ１は、溶融スラグ層の湯面レベルを検出する
ことにより役割を果たしたので、スラグの付着によりそ
れ以後は正常に機能しなくても差し支えない。

【００４４】これに対して、図９（Ｃ）は、金属湯面検
出電極Ｅ２、Ｅ２が感知した抵抗変化に基づく電圧計Ｖ
２の反応を示している。金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２
は、被覆材２７により被覆されているので、溶融スラグ
層Ｍ２に進入しても、電圧計Ｖ２は電圧低下を示さな
い。即ち、被覆材２７が金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２を
被覆している限り、電圧計Ｖ２は、該電極Ｅ２、Ｅ２が
上部雰囲気中にあるときと同じ値の高電圧値を示してい
る。

【００４５】被覆材２７は、プローブの下降により溶融
スラグ層Ｍ２に浸入すると、ガス発生により激しくボイ
リングを生起する。従って、金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ
２が溶融スラグ層Ｍ２を通過する間、該電極Ｅ２、Ｅ２
とスラグの間を該被覆材２７又はガスにより絶縁し、ス
ラグの付着を防止する。そして、プローブの先端が溶融
スラグ層Ｍ２を通過して溶融金属層Ｍ１に浸漬せしめら
れ、そこで下降を停止されるまで、被覆材７は溶失を進
行しながらも、金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２を被覆して
いる。プローブの下降を停止すると、被覆材７の溶失完
了により、金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２が露出され、溶
融金属層Ｍ１に触れるや否や、電圧値を急激に低下す
る。即ち、絶縁に近い抵抗状態の下で示されていた高電
圧値が、導電性の良好な溶融金属の低い抵抗値により、
急激に電圧値を低下する。

【００４６】そこで、プローブが上昇されると、金属湯
面検出電極Ｅ２、Ｅ２は、溶融金属層Ｍ３から溶融スラ
グ層Ｍ２に移行する際、その抵抗変化を感知するので、
電圧計Ｖ２は、溶融金属の低い抵抗値により示されてい
た低電圧値を、スラグの高い抵抗値により示される電圧
値にまで急激に上昇せしめる。そこで、この電圧上昇を
溶融金属層Ｍ１の湯面レベル（溶融金属層と溶融スラグ
層の界面レベル）として距離計により記録する。尚、金
属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２は、上昇時に溶融スラグ層Ｍ
２に進入すると、直ちにスラグの付着を受け、付着後は
ノイズを発生しつつ電圧計Ｖ２の反応に乱れを生じる
が、以上の各行程により本発明が目的とするレベル測定
は完了し、溶融金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２は、溶融金
属層の湯面レベル（界面レベル）を検出することにより
役割を果たしたので、スラグの付着によりそれ以後は正
常に機能しなくても差し支えない。

【００４７】前述のスラグ湯面検出電極Ｅ１、Ｅ１及び
金属湯面検出電極Ｅ２、Ｅ２の反応は、検知器２８（図
３及び図４参照）により検知し記録され、このような測
定作業により測定された溶融スラグ層Ｍ２のレベルと、
界面Ｌのレベルを情報として、溶融スラグ層Ｍ２の層厚
が計測され、同時に、溶融金属層Ｍ１の層厚が相対的に
計測される。従って、溶融スラグ層Ｍ２の層厚が前述し
た１００mm程度以上の条件を満たしているかどうか、換
言すれば、溶融金属層Ｍ１の層厚が所定層厚を超えるま
で過成長したかどうかを判断する。

【００４８】もしも、溶融金属層Ｍ１の層厚が所定層厚
を超える過成長状態であると判断されるときは、図５及
び図６（Ａ）に示すように、被溶融物の炉内への供給を
停止すると共に、開孔機１８の圧縮空気源であるコンプ
レッサ２０及びマッドガン１９の油圧源である油圧ポン
プ２１を作動させ、出湯工程の運転準備を行う。次に、
溶融炉への通電を停止し、開孔機１８を電磁弁あるいは
電動弁の開閉で動作させ、タップホール１６内に充填さ
れているマッド材１７を掘削し、貫通すれば、開孔機を
退避させ、炉内の溶融金属を炉外へ出湯させる。該溶融
金属の出湯を停止させる時期は、出湯時間から判断して
も良く、あるいは出湯した溶融金属を受ける容器２２の
重量変化から判断しても良い。溶融金属の出湯を停止さ
せる時には、マッドガン１９を準備位置まで移動させ、
マッドガン１９内に充填されているマッド材をマッドガ
ン油圧配管の電磁弁を開閉させることによって、油圧シ
リンダを動作させ、タップホール１６内にマッド材１７
を充填させ、充填が終了すれば、マッドガンを退避させ
る。この溶融金属の出湯の終了により、再び溶融炉への
通電を開始し、被溶融物の炉内への供給を開始し、正常
運転に復帰する。尚、溶融金属の出湯に際しては、ブザ
ー、ランプ、その他の警報により、作業者に告知するこ
とが好ましい。

【００４９】以上のような炉内の溶融金属レベルを制御
する方法は、その骨子を図１０にフローチャートで示し
ており、全行程又は行程一部をコンピュータ制御の下に
自動化することができる。尚、上記実施形態において
は、開孔機とマッドガンを使用することにより、タップ
ホール１６を介して溶融金属の出湯を行う場合を説明し
たが、勿論、ジュール熱を利用する方法又は炉体を傾動
させる方法により、炉内の溶融金属を出湯させても良
い。

【００５０】ところで、上記実施形態において、レベル
プローブ２０に設けたスラグ湯面検出電極と界面検出電
極は、何れも抵抗変化を検出するものであり、溶融スラ
グ層Ｍ２と溶融金属層Ｍ１の間における電気抵抗値の差
に基づいて作動する。即ち、溶融スラグ層Ｍ２は、被溶
融物によっては湯面に溶融塩層を有するが、溶融塩、溶
融スラグ、溶融金属の比抵抗はそれぞれ、２５０〜５０
０μΩ・cm、１〜１０Ω・cm、１５０μΩ・cmと大きな
差があるので、これを利用することにより界面Ｌのレベ
ル測定が可能である。

【００５１】このような抵抗は、抵抗（Ω）＝比抵抗
（Ω・cm）×電極間の距離（cm）／電極間断面積（c
m²）により表され、例えば、一対の電極間の距離を８m
m、各電極の直径をφ３mm、各電極の突出量を１２mmと
した実施例の場合、抵抗（Ω）は、溶融スラグが２．２
２２〜２２．２２２Ω、溶融金属が３３３μΩのように
顕著な差を有するので、その結果、上述のようなレベル
検出を確実に行なうことができる。

【００５２】然しながら、本発明において、スラグ湯面
のレベル検出と界面Ｌのレベル検出のためのセンサー
は、実施形態のような抵抗式センサーの他、透磁率の差
を利用した電磁コイル式としても良い。更には、抵抗変
化を検出する電極式とインダクタンス変化を検出する電
磁コイル式の複合センサーとしても良く、要するに、ス
ラグ湯面のレベルと界面Ｌのレベルを電気的に検出でき
るものであれば良い。

【００５３】因みに、図面に基づき説明した上記実施形
態においては、溶融金属を出湯することにより溶融スラ
グ層を適切な層厚に制御するための方法について説明し
たが、本発明は、溶融塩層の層厚を測定し、該溶融塩層
が所定層厚を超える場合、該溶融塩を炉外へ出湯せしめ
るために実施することもできる。この場合、プローブ２
０のスラグ湯面検出電極Ｅ１は、溶融塩層Ｍ３の湯面に
接したとき電気抵抗値の変化により検出器２８を反応せ
しめ、その後、溶融塩層Ｍ３を通過して溶融スラグ層Ｍ
２の湯面に接したとき電気抵抗値の変化により検出器２
８を反応せしめるので、この２点の検出に基づいて溶融
塩層Ｍ３の層厚を測定することが可能である。そして、
溶融塩層Ｍ３が所定層厚を超えると判断したときは、該
溶融塩層に臨んで炉壁に設けたタップホールを介して溶
融塩を炉外へ出湯するように構成すれば良く、該タップ
ホールは、溶融金属を出湯せしめるように構成した上記
実施形態の場合と同様に、常時はタップホール内にマッ
ド材を充填せしめ、溶融塩の出湯に際しては、該タップ
ホール内のマッド材を開孔機により掘削し、溶融塩を出
湯させるように構成すれば良い。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、処理灰等の被溶融物を
溶融し、炉底から溶融金属層と溶融スラグ層を順次形成
せしめ、溶融スラグ層の湯面近傍の流出口を介して溶融
スラグを炉外へ溢出せしめるようにした焼却残渣の溶融
炉において、溶融金属層Ｍ１と溶融スラグ層Ｍ２の界面
Ｌのレベルを測定することにより、溶融金属層Ｍ１の層
厚が所定層厚を超えるか否かを判断し、所定層厚を超え
ていると判断したときには、被溶融物の炉内への供給を
停止して、前記溶融金属層の少なくとも一部を炉外へ出
湯するものであるから、従来のように頻繁に操業停止し
て湯抜き作業を行うという非効率性はなく、測定により
溶融金属層Ｍ１の所定層厚が超えていることが確認され
たときにのみ操業停止して湯抜きを行うことができるの
で、換言すれば、溶融金属層Ｍ１が適正レベルである場
合はそのまま操業を継続すれば良いので、極めて効率的
に、しかも、常に適正な溶融金属レベルの下で溶融スラ
グの採取を行うことが可能になる。

【００５５】また、本発明によれば、１本のプローブに
スラグ湯面検出電極Ｅ１と金属湯面検出電極Ｅ２の二種
類の電極を設け、プローブを下降して溶融物に浸漬する
に際し、前者により溶融スラグ層Ｍ２の湯面レベルを検
知すると共に、後者により溶融金属層Ｍ３の湯面レベル
（溶融金属層と溶融スラグ層の界面Ｌ）を検知するとい
うように、役割を分担せしめたものであるから、それぞ
れのレベルの正確な測定が可能になる。そして、何より
も本発明によれば、金属湯面検出電極Ｅ２が、溶融スラ
グ層Ｍ２を通過中は、該電極Ｅ２の表面にスラグが付着
しないように被覆材２７で被覆されており、溶融スラグ
層Ｍ２を通過後は、被覆材２７が除去されて該電極Ｅ２
を露出するように構成しているので、１本のプローブを
昇降する１回のテストで、溶融スラグ層Ｍ２の湯面レベ
ルと溶融金属層Ｍ１の湯面レベルを正確に測定できると
いう優れた効果を奏する。

【００５６】特に、本発明によれば、スラグ湯面検出電
極Ｅ１が溶融スラグ層Ｍ２に触れて該湯面レベルを検出
したときから、プローブ２０を下降し、金属湯面検出電
極Ｅ２が溶融スラグ層Ｍ２を通過して溶融金属層Ｍ１に
到達するまでの間、被覆材２７がガスを発生しつつ激し
くボイリングすることにより、スラグを跳ね退けなが
ら、該電極Ｅ２とスラグの間を絶縁するので、該電極Ｅ
２をスラグの付着から好適に保護することができる。そ
して、溶融金属層Ｍ１に浸漬せしめた状態では、被覆材
２７が溶失を完了し、金属湯面検出電極Ｅ２の表面を露
出するので、その後、プローブ２０を引上げれば、該電
極Ｅ２が抵抗値の小さい溶融金属から相対的に抵抗値の
大きいスラグへと移行する際の抵抗変化を感知し、溶融
金属層Ｍ１の湯面レベル（溶融金属層と溶融スラグ層の
界面Ｌ）の正しい検出を可能とし、精度の高い測定と誤
りのない判定を保証する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が対象とする焼却残渣の溶融炉の１例を
示す説明図である。

【図２】本発明の１実施形態における操業状態を示す断
面図である。

【図３】本発明の１実施形態における測定行程のうち、
溶融スラグ層の湯面レベル検出行程を示す断面図である

【図４】本発明の１実施形態における測定行程のうち、
溶融金属層と溶融スラグ層の界面レベル検出行程を示す
断面図である

【図５】本発明の１実施形態における出湯行程を示す断
面図である。

【図６】タップホールの開閉方法の１例を示しており、
（Ａ）はマッド材を掘削することによりタップホールを
開孔せしめる方法を示す説明図、（Ｂ）はマッド材を充
填することによりタップホールを閉塞せしめる方法を示
す説明図である。

【図７】本発明に使用するプローブの１実施形態を示し
ており、（Ａ）はプローブ本体の先端近傍部を示す一部
破断側面図、（Ｂ）は同プローブの先端を示す正面図で
ある。

【図８】前記プローブにおける電極の回路図であり、
（Ａ）は本発明の実施形態として採用した４線式回路を
示す回路図、（Ｂ）は比較例として対比する２線式回路
を示す回路図である。

【図９】本発明の１実施形態における測定行程を示して
おり、（Ａ）はプローブの昇降サイクルを示す説明図、
（Ｂ）はスラグ湯面検出電極に基づく電圧変化を示す波
形図、（Ｃ）は溶融金属湯面検出電極に基づく電圧変化
を示す波形図である。

【図１０】本発明の１実施形態をコンピュータ制御等に
より行う場合の手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１被溶融物３供給装置４炉体５主電極６炉底電極７直流電源装置１０流出口１５プローブ挿入孔１６タップホール１７マッド材１８開孔機１９マッドガン２０レベルプローブ２１プローブ本体２７被覆材Ｅ１スラグ湯面検出電極Ｅ２溶融金属湯面検出電極Ｍ１溶融金属層Ｍ２溶融スラグ層Ｌ溶融金属層と溶融スラグ層の界面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２７Ｄ 19/00 Ｆ２７Ｄ 19/00 Ｚ 21/00 21/00 Ｎ (72)発明者片山博史大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機工業株式会社内 (72)発明者川端徹大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉内に投入した処理灰等の被溶融物を溶
融することにより炉内に溶融金属層、溶融スラグ層、溶
融塩層等が形成される溶融炉において、溶融スラグを炉
外へ連続して出湯せしめる場合、前記溶融金属層と溶融
スラグ層の界面及び／又は溶融スラグ層と溶融塩層の境
界のレベルを検出し、該検出レベルに基づいて各層の炉
底からの層厚を測定する測定行程と、前記溶融金属層又は溶融塩層の層厚が所定層厚を超える
か否かを判断する判断行程と、所定層厚を超えていると判断したとき、前記溶融金属層
又は溶融塩層の少なくとも一部を炉外へ出湯する出湯行
程とから成ることを特徴とする焼却残渣の溶融炉におけ
る溶融境界層の制御方法。
【請求項２】スラグ湯面検出電極Ｅ１と金属湯面検出
電極Ｅ２を備えた１本のプローブを昇降手段により炉内
に挿入し、前記スラグ湯面検出電極Ｅ１が上部雰囲気から溶融塩層
の湯面及び／又は溶融塩層と溶融スラグ層の境界に達し
たとき、該電極Ｅ１により該湯面及び／又は該界面を検
知し、前記金属湯面検出電極Ｅ２が溶融スラグ層を通過
した後に溶融スラグ層と溶融金属層の界面に達したと
き、該電極Ｅ２により該界面のレベルを検知することを
特徴とし、前記金属湯面検出電極Ｅ２が溶融スラグ層を通過するま
では該電極Ｅ２にスラグが付着しないように該電極を被
覆材により被覆せしめ、その後、該電極Ｅ２が溶融金属
層に達した後に前記被覆材を除去せしめることを特徴と
する請求項１に記載の焼却残渣の溶融炉における溶融境
界層の制御方法。
【請求項３】前記被覆材により被覆された金属湯面検
出電極Ｅ２を溶融スラグ層を通過せしめた後に、更にプ
ローブを下降して該電極Ｅ２を溶融金属層中に浸漬し、
該溶融金属層中で前記被覆材を溶失せしめた後、プロー
ブを上昇して該電極Ｅ２が溶融金属層と溶融スラグ層の
境界に達したとき該境界のレベルを検知することを特徴
とする請求項２に記載の焼却残渣の溶融炉における溶融
境界層の制御方法。
【請求項４】前記被覆材が高温で溶失し且つ溶失中に
ガスを発生する素材により形成されて成ることを特徴と
する請求項２又は３に記載の焼却残渣の溶融炉における
溶融境界層の制御方法。