特開 2023-142271 溶融炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142271

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】溶融炉

(51)【国際特許分類】

   F27D 1/04 20060101AFI20230928BHJP

   F23G 5/00 20060101ALI20230928BHJP

   F23G 5/24 20060101ALI20230928BHJP

   F23M 5/00 20060101ALI20230928BHJP

   F27D 1/00 20060101ALI20230928BHJP

   F23J 1/00 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

F27D1/04 Z

F23G5/00 115Z

F23G5/00 115B

F23G5/24 B

F23M5/00 A

F27D1/00 D

F23J1/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022049091

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000220767

【氏名又は名称】東京窯業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124419

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 敬也

(74)【代理人】

【識別番号】100162293

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 久生

(72)【発明者】

【氏名】後藤 康夫

(72)【発明者】

【氏名】小原 学

【テーマコード（参考）】

3K161

4K051

【Ｆターム（参考）】

3K161AA24

3K161CA05

3K161DA74

3K161EA01

3K161EA02

3K161EA06

3K161EA08

3K161GA12

3K161GA19

3K161HA71

3K161HA73

4K051AA03

4K051AB03

4K051AB05

4K051BB02

(57)【要約】

【課題】溶融炉の処理物の中に銅やアルミニウム等の低融点の金属が含まれている場合でも、それらの低融点の金属やスラグが炉底部の耐火レンガの目地部を通って奥まで侵入する事態を高い精度で防止することが可能な溶融炉を提供する。
【解決手段】溶融炉１は、所定の大きさの有底円筒状に形成された外殻鉄皮６の内部に、所定の厚みの側壁２および底壁３を形成したものである。そして、溶融炉１の炉底部には、周囲の耐火ブロックより平面の面積が大きく外周に堰を備えた凹状の一体耐火物である周堰付大型プレキャストブロック４が埋設されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃棄物あるいは廃棄物の焼却灰を溶融させるための溶融炉であって、
炉底部に、耐火レンガを組み付けることによって底壁が設けられているとともに、
その底壁中に、
外周に堰を備えた凹状に形成されており、かつ、周囲に組み付けられた耐火レンガより平面の面積を大きくしてなる周堰付大型一体耐火物が埋設されていることを特徴とする溶融炉。

【請求項2】

前記周堰付大型一体耐火物が、プレキャストブロックであることを特徴とする請求項１に記載の溶融炉。

【請求項3】

前記周堰付大型一体耐火物の凹状部分にポーラス状耐火物層が形成されていることを特徴とする請求項１、または２に記載の溶融炉。

【請求項4】

前記ポーラス状耐火物層の厚みが、前記周堰付大型一体耐火物の堰の高さと同一であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の溶融炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、廃棄物もしくは廃棄物の焼却灰を溶融させるために用いられる誘電加熱式あるいはガスバーナー式等の工業炉（すなわち、溶融炉）に関するものである。

【背景技術】

【0002】

廃棄物は焼却され、その焼却灰は、最終的に埋立地等に投棄されるが、埋立地等の投棄場所が限られているため、投棄する前の焼却灰を小容量化することが望まれている。そのため、廃棄物の焼却灰を溶融させるための溶融炉が広く用いられている。また、そのような溶融炉としては、有底円筒状の金属容器（外殻鉄皮）の周面の内部に、耐火レンガを組み付けることによって一定の厚みの円筒状の側壁を形成するとともに、金属容器の炉底部に、耐火レンガを“あじろ積み”等の施工方法により組み付けることにより底壁を形成してなる誘電加熱式やガスバーナー式のものが知られている。

【0003】

また、廃棄物もしくは廃棄物の焼却灰を溶融させるための溶融炉の中には、安価な構成により、焼却灰中に含まれる重金属、塩素等の有害物質による炉底部の損傷、短期間での消耗を防止すべく、底壁を、耐熱性、耐摩耗性等に優れた耐火材の耐火レンガからなる第一の層と、当該第一の層より低廉な耐火材の耐火レンガからなる第二の層との二層構造としたものも知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－１３２２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１の如き従来の溶融炉においては、有害物質による耐火レンガの損傷や短期間での消耗を抑制できるものの、溶融炉の処理物の中に銅、アルミ等の低融点の金属が含まれていると、それらの低融点金属の溶融物やスラグが底壁の耐火レンガ同士の間の目地部（通常、モルタルやキャスタブルによって形成されている）を通って奥まで侵入して、金属容器を損傷させてしまう事態が生じ得る。

【0006】

また、そのような事態を防止するために、底壁中に、大型のプレキャストブロックを配置して一定の領域の目地をなくす方法も採り得るが、かかる方法では、大型プレキャストブロック上に堆積した低融点金属の溶融物やスラグが水平に移動して（横に流れて）大型プレキャストブロックの側面の目地部から奥まで侵入する事態を防ぐことができない。

【0007】

本発明の目的は、上記従来の溶融炉が有する問題点を解消し、溶融炉の処理物の中に銅やアルミニウム等の低融点金属が含まれている場合でも、それらの低融点金属の溶融物やスラグが炉底部の耐火レンガの目地部を通って奥まで侵入する事態を高い精度で防止することが可能で実用的な溶融炉を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の内、請求項１に記載された発明は、廃棄物あるいは廃棄物の焼却灰を溶融させるための溶融炉であって、炉底部に、耐火レンガを組み付けることによって底壁が設けられているとともに、その底壁中に、外周に堰を備えた凹状に形成されており、かつ、周囲に組み付けられた耐火レンガより平面の面積を大きくしてなる周堰付大型一体耐火物が埋設されていることを特徴とするものである。

【0009】

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記周堰付大型一体耐火物が、プレキャストブロックであることを特徴とするものである。

【0010】

請求項３に記載された発明は、請求項１、または２に記載された発明において、前記周堰付大型一体耐火物の凹状部分にポーラス状耐火物層が形成されていることを特徴とするものである。

【0011】

請求項４に記載された発明は、請求項１～３のいずれかに記載された発明において、前記ポーラス状耐火物層の厚みが、前記周堰付大型一体耐火物の堰の高さと同一であることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0012】

請求項１に記載の溶融炉は、外周に堰を備えた凹状の周堰付大型一体耐火物が炉底部に配置されているため、処理物の中に銅やアルミニウム等の低融点金属が含まれている場合でも、それらの低融点金属の溶融物やスラグを周堰付大型一体耐火物上に堰き止めて外部に漏洩させないので、低融点金属の溶融物やスラグが炉底部の耐火レンガの目地部を通って奥まで侵入する事態を効果的に防止することができ、外殻鉄皮の損傷等の事態を防止することができる。

【0013】

請求項２に記載の溶融炉は、周堰付大型一体耐火物がプレキャストブロックであるため、新規に築炉する際やメンテナンスの際の現場での作業を容易なものとすることができる。また、周堰付大型一体耐火物が耐久性に優れており、長期間に亘って使用できるため、メンテナンスの回数を低く抑えることが可能となる。

【0014】

請求項３に記載の溶融炉は、周堰付大型一体耐火物の凹状部分にポーラス状耐火物層が形成されているため、低融点金属の溶融物やスラグが周堰付大型一体耐火物上でポーラス状耐火物層に吸着される（ポーラス状耐火物層の気孔中に溜め込まれる）ので、低融点金属の溶融物やスラグが炉底部の耐火レンガの目地部を通って奥まで侵入する事態をきわめて効果的に防止することができる。また、ポーラス状耐火物層は、周堰付大型一体耐火物とともに耐火レンガの中に埋設された状態になっており、損傷しにくいため、長期間に亘って取り替える必要がない。

【0015】

請求項４に記載の溶融炉は、ポーラス状耐火物層の厚みが、プレキャストブロックの堰の高さと同一であるため、炉底部に耐火ブロックを組み付ける（築炉する）場合でも、周堰付大型一体耐火物の周囲の耐火ブロックを切削したりする必要がないので、容易に築炉作業を進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】溶融炉を示す説明図（中心を通る鉛直面で切断した鉛直断面図）である。

【図2】底壁の周堰付大型プレキャストブロックの設置部分（埋設部分）を示す説明図である。

【図3】周堰付大型プレキャストブロックを示す説明図である（ａは正面図であり、ｂは平面図であり、ｃはポーラス状耐火物層を分離した状態の斜視図である）。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る溶融炉の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

【0018】

＜溶融炉の構造＞
図１，２は、溶融炉を示したものであり、溶融炉１は、所定の大きさ（たとえば、内径＝約２，０００ｍｍφ×高さ＝約２，０００ｍｍ）の有底円筒状に形成された外殻鉄皮６の内部に、所定の厚みの側壁２および底壁３を形成したものである。

【0019】

側壁２は、外殻鉄皮６の周面の上部の内側において、アルミナ－クロム質系の耐火材によって所定の形状（扁平な円筒体を中心軸に対する放射方向に分割した形状等）に形成された複数の耐火レンガを組み付けることによって所定の厚みの中空円筒状に形成されている。そして、組み付けられた側壁２と外殻鉄皮６との間には不定形耐火物（キャスタブル材）が充填されている。また、側壁２には、内部に溜まったスラグ等を外部へ排出するための出滓口（図示せず）、廃棄物や焼却灰を投入するための投入口（図示せず）等が設けられている。

【0020】

一方、底壁３は、上層３ａと下層３ｂとの二層構造になっている。底壁３の上層３ａは、耐熱性、耐摩耗性、耐侵食性に優れた耐火材（たとえば、アルミナ－クロム質、アルミナカーボン、炭化珪素、クロムマグネシア）によって所定の形状（扁平な円筒体を中心軸に対する放射方向に分割した形状等）に形成された複数の耐火レンガを、“あじろ積み”や“リング積み”等の施工方法により中心から外殻鉄皮６の方向へ多層に組み付けることによって、所定の厚みの円板状に形成されている。

【0021】

また、底壁３の下層３ｂは、底壁３の上層３ａを構成するプレキャストブロックより小型で、上層３ａを構成する耐火レンガより低廉な耐火材（たとえば、アルミナ質の耐火材）によって形成された複数の耐火レンガを、“あじろ積み”や“リング積み”等の施工方法により中心から外殻鉄皮６の方向へ多層に組み付けることによって、所定の厚みの円板状（中心部を下向きに膨出させた曲面状）に形成されている。なお、底壁３の上層３ａを構成するプレキャストブロックと、底壁３の下層３ｂを構成する耐火レンガとは、熱膨張率が略等しくなっている。そして、その底壁３の下層３ｂの中心（軸心付近のやや上側）には、周堰付大型一体耐火物である周堰付大型プレキャストブロック４が設けられている。

【0022】

＜周堰付大型プレキャストブロックの構造＞
図３は、周堰付大型プレキャストブロック４を示したものであり、周堰付大型プレキャストブロック４は、アルミナ系の耐火材（たとえば、７０～９５質量％のアルミナと５～３０質量％のマグネシアとからなるもの）によって一体的に形成されたものである。そして、所定の厚みを有する略正方形状の平板部４ａの外周に、一定の高さおよび一定の厚みを有する外周堰４ｂが、その板面を平板部４ａと直交させるように設けられている。

【0023】

また、周堰付大型プレキャストブロック４の外周堰４ｂの高さは、平板部４ａの厚みと略同一になっている（すなわち、周堰付大型プレキャストブロック４の高さは、平板部４ａの厚みの略２倍になっている）。さらに、周堰付大型プレキャストブロック４の左右の幅は、底壁３の下層３ｂ（周堰付大型プレキャストブロック４の周囲）に組み付けられる耐火レンガの左右の幅の整数倍（たとえば、１３倍）になっており、周堰付大型プレキャストブロック４の奥行きは、底壁３の下層３ｂ（周堰付大型プレキャストブロック４の周囲）に組み付けられる耐火レンガの奥行きの整数倍（たとえば、２６倍）になっている。加えて、周堰付大型プレキャストブロック４の高さ（平板部４ａの厚み＋外周堰４ｂの高さ）は、底壁３の下層３ｂ（周堰付大型プレキャストブロック４の周囲）に組み付けられる耐火レンガの高さの整数倍（たとえば、２倍）になっている。

【0024】

さらに、周堰付大型プレキャストブロック４の内部（外周堰で閉塞された部分）には、ポーラス状耐火物層５が形成されている。当該ポーラス状耐火物層５は、アルミナ、マグネシア系の耐火材を主成分とし、意図的に気孔を持たせる配合とし、プレス成型することによって形成されており、平均気孔径１００μｍ前後の無数の気孔が形成されている。

【0025】

＜溶融炉の作用＞
上記の如く構成された溶融炉１は、図示しない加熱装置（バーナーあるいは誘電加熱装置等）を利用して内部の温度を上昇させることによって、廃棄物や廃棄物を焼却した後の焼却灰（図１におけるＣ）を溶融させることができる。また、そのように廃棄物等を溶融させる際に、銅やアルミニウム等の低融点金属が含まれている場合や溶融後にスラグが発生した場合には、それらの低融点金属の溶融物やスラグが底壁３の上層３ａの目地から下方へ侵入する事態が起こり得るが、そのような場合でも、それらの低融点金属の溶融物やスラグの大部分は、周堰付大型プレキャストブロック４の上に堰き止められて、ポーラス状耐火物層５の気孔中に溜め込まれる。したがって、周堰付大型プレキャストブロック４の下側に、低融点金属の溶融物やスラグが漏れ出す事態が生じない。

【0026】

＜溶融炉による効果＞
溶融炉１は、上記の如く、炉底部に、耐火レンガを組み付けることによって底壁３が設けられているとともに、その底壁３中に、外周に堰を備えた凹状に形成されており、かつ、周囲に組み付けられた耐火レンガより平面の面積を大きくしてなる周堰付大型一体耐火物である周堰付大型プレキャストブロック４が埋設されている。したがって、処理物の中に銅やアルミニウム等の低融点金属が含まれている場合でも、それらの低融点金属の溶融物やスラグを周堰付大型プレキャストブロック４の上に堰き止めて外部に漏洩させない。したがって、溶融炉１によれば、低融点金属の溶融物やスラグが炉底部の耐火レンガの目地部を通って奥まで侵入する事態を効果的に防止することができ、外殻鉄皮６の損傷等の事態を防止することができる。

【0027】

また、溶融炉１は、周堰付大型一体耐火物である周堰付大型プレキャストブロック４がプレキャストされた一体物であるため、新規に築炉する際やメンテナンスの際の現場での作業を容易なものとすることができる。また、周堰付大型プレキャストブロック４が耐久性に優れており、長期間に亘って使用できるため、メンテナンスの回数を低く抑えることが可能となる。

【0028】

また、溶融炉１は、周堰付大型プレキャストブロック４の凹状部分にポーラス状耐火物層５が形成されているため、低融点金属の溶融物やスラグが周堰付大型プレキャストブロック４の上でポーラス状耐火物層５に吸着される（ポーラス状耐火物層５の気孔中に溜め込まれる）ので、低融点金属の溶融物やスラグが炉底部の耐火レンガの目地部を通って奥まで侵入する事態をきわめて効果的に防止することができる。

【0029】

さらに、溶融炉１は、ポーラス状耐火物層５の厚みが、周堰付大型プレキャストブロック４の高さ（平板部４ａの厚み＋外周堰４ｂの高さ）と同一であるため、炉底部に耐火ブロックを組み付ける（築炉する）場合でも、周堰付大型プレキャストブロック４の周囲の耐火ブロックを切削したりする必要がないので、容易に築炉作業を進めることができる。加えて、溶融炉１においては、メンテナンスの際に、周堰付大型プレキャストブロック４が健全な状態であれば（損傷等がなければ）、ポーラス状耐火物層５のみ取り替えて再使用に供することも可能である。

【0030】

＜溶融炉の変更例＞
本発明に係る溶融炉は、上記した実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、外殻鉄皮、側壁、底壁、周堰付大型一体耐火物等の材質、形状、大きさ等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

【0031】

たとえば、本発明に係る溶融炉は、上記実施形態の如く、炉底部の底壁内に、周堰付大型プレキャストブロックを敷設したものに限定されず、炉底部の底壁内に、築炉現場で不定形耐火物(キャスタブル等)を用いて外周に堰を設けた周堰付大型一体耐火物を施工したもの等に変更することも可能である。さらに、本発明に係る溶融炉は、上記実施形態の如く、周堰付大型一体耐火物の形状が平面視正方形状であるものに限定されず、周堰付大型一体耐火物の形状が平面視長方形状であるものや平面視円形状であるもの等に変更することも可能である。

【0032】

また、本発明に係る溶融炉は、上記実施形態の如く、ポーラス状耐火物層は、一つで周堰付大型一体耐火物の内部の空間を満たすものに限定されず、複数個で周堰付大型一体耐火物の内部の空間を満たすものや、築炉現場で不定形耐火材で周堰付大型一体耐火物の内部の空間を満たしてスタンプしたもの等でも良い。

【0033】

また、本発明に係る溶融炉は、上記実施形態の如く、炉底部の底壁を二層構造にしたものに限定されず、単層構造にしたものや三層以上の多層構造にしたものでも良い。また、上記実施形態の如く、炉底部の底壁の上層を耐熱性、耐摩耗性、耐侵食性に優れた耐火材によって形成し、下層を上層の耐火材より低廉な耐火材によって形成したものや、周堰付大型一体耐火物をアルミナ系の耐火材によって形成したものに限定されず、底壁の耐火レンガ、周堰付大型一体耐火物やポーラス状耐火物層の形成材料を必要に応じて適宜変更することができる。

【産業上の利用可能性】

【0034】

本発明に係る溶融炉は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、廃棄物や廃棄物の焼却灰を溶融させるための工業炉として好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0035】

１・・溶融炉
２・・側壁
３・・底壁
３ａ・・上層
３ｂ・・下層
４・・周堰付大型一体耐火物
４ａ・・板状部
４ｂ・・外周堰
５・・ポーラス状耐火物層

【図1】

【図2】

【図3】