JP2009287863A - 加熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱処理装置の回転炉において、外部から加熱して、スクラップ材の可燃物が安定して燃焼する雰囲気温度に制御すると共に、燃焼に必要な酸素を適当に供給して、回転炉内部を通過するガス量を大幅に低減し、装置の小型化や稼働経費の節減を図る。
【解決手段】回転しながらスクラップ材を加熱する回転加熱炉と、回転加熱炉にスクラップ材を供給するスクラップ材供給口と、回転加熱炉に外気及び再燃焼ガスを導入する供給ガス通路と、回転加熱炉で加熱処理したスクラップ材を排出する排出口と、回転加熱炉内で発生した反応ガスを排出するガス排出口と、ガス排出口から排出された反応ガスを加熱して無害化する再燃焼装置と、再燃焼装置で処理した再燃焼ガスを前記供給ガス通路に循環供給する再燃焼ガス通路及びバイパス通路とからなる加熱処理装置で、別途回転加熱炉を加熱する誘導加熱式外部加熱装置を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、使用済みアルミ缶や油の付着したアルミ金属屑など、多様な金属スクラップを、回転ドラム型の炉で加熱処理して、該金属スクラップ材表面に付着した樹脂被膜や印刷塗膜、その他の種々の不要可燃物を焼却除去し、再利用可能な資源とするための加熱処理装置に関するものである。

従来、飲料用容器としてアルミ缶などが多用されている。そして、資源の再利用の観点から、使用済みのアルミ缶等を回収し、これをアルミニウム製品の原材料としてリサイクルするシステムが構築されている。また、他の金属類についても同様に、リサイクルシステムが構築されている。

このようなリサイクルの手段として、例えばアルミ缶を例にとれば、回収したアルミ缶等を解砕機やシュレッダー等で粉砕する工程、磁選機で鉄片などを回収する工程、さらにデラッカー装置等で表面に残留する樹脂被膜や印刷塗膜を除去処理する工程、処理されたアルミニウム片を造粒する工程又は溶解する工程等からリサイクル処理が構成される。

このリサイクル処理工程のうち、表面に残留する樹脂被膜や印刷塗膜を除去処理する工程におけるデラッカー装置の一例として、密閉した炉室を形成した回転炉に金属スクラップを供給すると共に、ガス循環装置を介して回転炉内に高温のガスを循環、供給し、前記金属スクラップを加熱処理してその表面の樹脂被膜や印刷塗膜などの不要可燃物を除去する装置が知られている。

例えば、特許文献１に記載された「熱処理装置」は、主にアルミスクラップ材を回転炉に入れて熱処理する装置で、回転炉から出たガスをアフターバーナー器で再燃焼させ、そのガスの一部を回転炉に循環して加熱源とする２次燃焼ガス循環方式を採用し、回転炉と同軸上に入り口ダクトを設けて回転炉を二重構造とし、循環ガスを往復させて熱損失を減少させ、作業効率を高めたものである。

また、特許文献２に記載された「金属スクラップの除染装置」は、同様に、２次燃焼ガス循環方式を採用したもので、循環ガスをロータリーキルン（回転炉）に流通させるが、アルミスクラップ中の可燃物熱量が多いとき、炉内に冷却水を噴射してその過熱を抑制するようにしたものである。

特許第３６８０１２７号公報 特許第２５２４６６５号公報

しかしながら、このような２次燃焼ガス循環方式においては、回転炉の加熱源は基本的に高温の循環ガスの吹き込みによるものであり、金属スクラップ材に含まれる可燃物の燃焼による回転炉内の熱量変動が加味されると、その回転炉内の温度変動に対しての管理や制御が困難となる。

即ち、例えばアルミニウムの融点はおよそ６６０℃であるが、炉内温度が４００℃以下であればカーボンがアルミ片に付着残留し、およそ５５０℃でカーボン残留がほとんどなくなるが酸素濃度等の条件によりその温度帯域は狭くなる。そのため、かかる温度帯域に回転炉内を制御する必要があるが、現状では可燃物の変動に対する即応性等の制御が難しい。

また、回転炉内への吹き込み温度を６００℃とし、２次燃焼炉の出口温度を８００℃とすると、可燃物の燃焼に必要な酸素を供給するための常温の外気と混合する場合、上記温度帯域を維持するためには外気の約３倍の循環ガスが必要となる。このため、ガス送風機やガス通路を大型化する必要があると共に、２次燃焼バーナーで循環ガスを昇温するための燃料消費量が増大し、その全体構成に多大な経費を要するものであった。

ここで、この種加熱処理装置の熱収支について考察すると、アルミ片を少なくとも５００℃に昇温する熱量と、約３％含まれる水分を蒸発させるために必要な熱量の合計量に対して、スクラップ材に含まれる可燃物が燃焼して発生する熱量は、その０．８〜２倍程度の範囲であることが経験的に知られている。また、その他に、回転炉において、循環ガスの昇温に必要な熱量や、外周から放熱される熱量なども考慮する必要があり、これら全体の熱収支を効率的に管理、制御しなければならない。

本発明は、これらの現状に鑑み、回転炉において、外部から加熱することで、スクラップ材に含まれる可燃物が安定して燃焼する雰囲気温度に制御すると共に、その燃焼に必要な酸素を適当に供給することで、前記従来の２次燃焼ガス循環方式に対して、回転炉の内部を通過するガスの量を大幅に低減するようにして、装置の小型化や稼働経費の節減を図ることを目的としている。

この場合、スクラップ材に含まれる可燃物の燃焼熱量を回転炉の主要供給熱とすることで省エネルギー化を図り、また、不足熱量や変動熱量については、外部熱源の加熱熱量の制御、又は、外部加熱と給気温度の制御、さらに、回転炉からの放熱量の制御等によって補うことにより、最適な温度帯域を維持するようにすることを目的とする。さらに、その熱量の制御は、変動に対して即応性の高い構成で対応するようにすることを目的とする。

また、併せて、回転炉内の酸素分布を適宜制御することで、処理後のアルミ片に付着するカーボンの除去を効率的に行えるようにすることも目的とする。さらに、回転炉内への酸素供給量を抑制することで、溶解時の歩留まり低下の原因である酸化アルミの発生をなくすことを目的とする。

上記種々の課題を解決するため、本発明は、請求項１に係る発明として、回転しながら金属スクラップ材を加熱する回転加熱炉と、前記回転加熱炉に金属スクラップ材を供給するスクラップ材供給口と、前記回転加熱炉に外気及び再燃焼ガスを導入する供給ガス通路と、前記回転加熱炉で加熱処理した金属スクラップ材を排出する排出口と、前記回転加熱炉内で発生した反応ガスを排出するガス排出口と、このガス排出口から排出された反応ガスを加熱して無害化する再燃焼装置と、この再燃焼装置で処理した再燃焼ガスを前記供給ガス通路に循環供給する再燃焼ガス通路及びバイパス通路とからなる加熱処理装置であって、別途、上記回転加熱炉を外部から加熱する誘導加熱式外部加熱装置を設けて加熱処理装置を構成するという手段を採用した。

そして、請求項２に係る発明として、上記構成の加熱処理装置において、回転加熱炉内における金属スクラップ材の昇温熱量及び水分の蒸発昇温熱量、排出ガスの排ガス熱量、回転加熱炉からの放熱量、金属スクラップ材の燃焼熱量、供給ガス通路から供給される給気ガス熱量の全体の熱収支を計算し、この熱量が金属スクラップ材の不要可燃物を燃焼除去するに必要な熱量に不足する場合に、その不足熱量を上記外部加熱装置からの加熱熱量で補うと共に、各熱量の変動を回転加熱炉の内部及び外表面並びに排出ガスの１つ以上複数の温度変化を計測し、回転加熱炉内の温度が設定温度範囲に入るように上記外部加熱装置からの加熱熱量を制御するという手段を採用した。

また、請求項３に係る発明として、上記請求項１又は請求項２記載の加熱処理装置において、給気送風機で外気を取り込み、給気した外気を分岐部で分岐し、一方は熱交換弁を経由して上記再燃焼装置から出る再燃焼ガス通路との交叉部に設けた第１熱交換器で再燃焼ガスと熱交換して昇温し、他方は給気弁を経由し、両者を合流部で混合して供給ガス通路から回転加熱炉に供給するものであり、前記給気送風機の風量及び前記熱交換弁と給気弁の開度を調節することで給気ガスの熱量を制御可能とし、上記回転加熱炉における熱収支の増減を制御するという手段を採用した。

また、請求項４に係る発明は、上記請求項１から請求項３のいずれか１項記載の加熱処理装置において、上記バイパス通路に設けたバイパス弁を閉じて再燃焼ガスが循環しないようにし、外気のみ供給ガス通路から回転加熱炉に導入するという手段を採用した。

また、請求項５に係る発明としては、上記請求項１又は請求項２記載の加熱処理装置において、上記回転加熱炉において、円筒回転体を外板で覆って両者間に送風通路を形成し、この送風通路に外気を導入して円筒回転体から放熱させるようにしたものであって、外気の導入量を調整することにより放熱量を調整可能とし、上記回転加熱炉における熱収支の増減を制御するという手段を採用した。

また、請求項６に係る発明として、上記請求項１から請求項５のいずれか１項記載の加熱処理装置において、上記外部加熱装置は加熱コイルを有する複数の外部加熱源からなり、誘導加熱によって上記回転加熱炉の円筒回転体を直接加熱するものであって、円筒回転体は金属製で内部に断熱材を持たず金属スクラップ材と接する構造で、円筒回転体の表面温度を放射温度計によって測定し、その測定温度に応じて外部加熱源の加熱熱量を制御するという手段を採用した。

また、請求項７に係る発明として、上記請求項１から請求項６のいずれか１項記載の加熱処理装置において、上記供給ガス通路を分岐部で分岐し、少なくとも一方の下流空気供給管は円筒回転体の終端まで伸び、終端側の金属スクラップ材に給気するという手段を採用した。

また、請求項８に係る発明として、上記請求項１から請求項７のいずれか１項記載の加熱処理装置において、上記回転加熱炉において、円筒回転体を外板で覆うと共に仕切り板で上部空間と下部空間に分割し、さらに上部空間を縦板で分割して複数の上部送風空間を形成し、それぞれの上部送風空間に個別に外気を導入して個々に放熱量を調整可能とすると共に、個々の上部送風空間に対応して円筒回転体の長手方向に複数の外部加熱源を設け、各外部加熱源の加熱熱量と各上部送風空間の放熱量を調整して円筒回転体の長手方向で各部毎に温度制御可能とするという手段を採用した。

また、請求項９に係る発明として、上記請求項１から請求項８のいずれか１項記載の加熱処理装置において、上記回転加熱炉において、供給ガス量を抑制して、アルミスクラップ材の可燃物を不完全燃焼させ、回転加熱炉からの排ガス中の一酸化炭素濃度を３％以上にするという手段を採用した。

上記請求項１及び請求項２に係る発明は、別途、誘導加熱式外部加熱装置を設け、各部の熱量の熱収支を計算した上で、金属スクラップ材の加熱処理に必要な熱量のうち、不足熱量を外部加熱装置によって補うようにしたものであるから、金属スクラップ材に含まれる不要可燃物が安定して燃焼する雰囲気温度に制御することが可能となるものである。

また、請求項３に係る発明によれば、外気の一部を再燃焼ガスを用いて昇温するものであるので、不要可燃物の燃焼に必要な酸素を高温で供給することが可能であり、回転炉内で熱不足の場合に適量の熱を供給することができ、さらに熱交換器を通った再燃焼ガスの温度を下げることができる。

また、請求項４に係る発明によれば、回転加熱炉や再燃焼装置を流れるガス量を少なくできるので、装置全体の小型化と供給エネルギーの削減をすることができる。

また、請求項５に係る発明は、送風通路を形成して円筒回転体から放熱させるようにしたので、これによっても回転加熱炉における熱収支の増減を制御することができ、可燃物の燃焼熱の増大に伴い放熱量を増す制御が可能となるものである。

また、請求項６に係る発明は、誘導加熱によって円筒回転体を直接加熱するようにしたので、加熱熱量を直接制御することが可能であり、また、熱量変動に素早く対応できるものである。

また、請求項７に係る発明は、終端側の金属スクラップ材にも給気するようにしたので、該部での酸素濃度が低下することを防止することが可能となり、金属スクラップ材の残留カーボンの除去効率を向上できるものである。

また、請求項８に係る発明によれば、円筒回転体を複数に区分して各部毎に温度制御可能としたものであるから、円筒回転体内において、個々の場所で不要可燃物の焼却に必要な最適の温度に維持できるようになった。

また、請求項９に係る発明によれば、回転加熱炉からの排ガス中の一酸化炭素濃度を３％以上になるようにアルミスクラップ材の可燃物の一部を不完全燃焼させ、酸化アルミの発生がないようにするものである。

そして、本装置によれば、金属スクラップ材に含まれる可燃物の燃焼熱量を回転加熱炉の主要供給熱とすることで省エネルギー化を図り、また、不足熱量や変動熱量については、外部加熱源の加熱熱量の制御、又は、外部加熱と給気温度の制御、さらに、回転炉からの放熱量の制御等によって補うことにより、最適な温度帯域を維持することができるので、金属スクラップ材を最適の状態で加熱処理して、その表面に付着した樹脂被膜や印刷塗膜、その他の種々の不要可燃物を焼却除去し、再利用可能な資源とすることができ、資源の再利用に多大な貢献をすることができる。

以下、本発明に係る加熱処理装置の好ましい実施形態を、添付した図面に従って説明する。

図１は、本発明装置の全体の概略を示す、構成回路図である。図において、１は回転加熱炉であり、内部に投入した金属スクラップ材を回転しながら加熱処理し、表面の不要可燃物を焼却除去して排出するものである。この基本的構成は従来公知のものであるが、その詳細構成については後述する。２はスクラップ材供給装置で、使用済みアルミ缶等を所定の大きさに解砕してなる金属スクラップ材を上記回転加熱炉１の一方端（入口端）に設けたスクラップ材供給口１ａから内部に供給するものである。３は外部加熱装置で、上記回転加熱炉１の円筒回転体（後述）を誘導加熱で外部から加熱するものである。４は排出口で、上記回転加熱炉１の他方端（出口端）に設けられ、加熱処理された金属スクラップ材は、ここから排出される。

５は上記回転加熱炉１の入口端から導入する供給ガス通路で、外気及び下述する再燃焼ガスを上記回転加熱炉１に供給するものであり、これらのガスは回転加熱炉１内における加熱処理によって発生し、或いは反応したガスと共に（以下、「反応ガス」という）、出口端のガス排出口６から排出される。排出された反応ガスは、サイクロン分離器７によってダスト等の不純固形物が除去され、循環送風機８を介して再燃焼装置９に導入される。

再燃焼装置９では、燃料供給装置１０から重油やＬＰＧ等の化石燃料をバーナ１１に送って燃焼させ、反応ガスをこの再燃焼装置９内に２秒以上滞留させることにより、その燃焼熱（例えば８００度以上）で反応ガスを無害化する。このバーナ１１の燃焼に必要な空気は、バーナ空気弁１２を経由して外気が供給される。また、再燃焼装置での反応ガスの未燃物の燃焼や分解に必要な空気は、再燃焼空気弁１３を経由して外気が供給される。

再燃焼装置９で無害化された再燃焼ガスは、再燃焼ガス通路１４を通り、第１熱交換器１５及び第２熱交換器１６を経由して温度を低下させ、さらに集塵機１７で除塵した後、排気塔（図示せず）から大気に排出される。なお、集塵機１７に導入する再燃焼ガスの温度を低下させる手段としては、上記熱交換器によるもののほか、常温の外気を混入させたり、水を噴射して低下させる手段もある。

また、再燃焼装置９で無害化された再燃焼ガスの一部は、再燃焼ガス通路１４の途中の分岐部１８で分岐し、バイパス弁１９を経由してバイパス通路２０及び合流部２１を通って前記供給ガス通路５に合流し、上記回転加熱炉１に循環供給する。このように、高温の再燃焼ガスを回転加熱炉１に循環して供給することにより、同時に上記外部加熱装置３で回転加熱炉１を加熱することと相俟って、始動時の回転加熱炉１の予熱時間を短縮することができ、省エネルギー化を図ることができる。

次に、上記回転加熱炉１へ外気を供給する手段としては、給気送風機２２で外気を取り込み、給気した外気を分岐部２３で一旦分岐し、一方は、熱交換弁２４を経由し、上記第１熱交換器１５で再燃焼ガスと熱交換して昇温し、他方は、給気弁２５を経由し、両者を合流部２６で再び混合して回転加熱炉１に供給するようにしている。このように混合した空気の温度は上記熱交換弁２４と給気弁２５のそれぞれの弁の開度調整によって制御可能であり、また風量は、給気送風機２２の回転数調整により制御可能であり、回転数制御と弁の開度調整を併用して行うことも可能である。なお、上記熱交換弁２４と給気弁２５は、一つの混合弁で代用することも可能である。

熱交換弁２４を全開にし、給気弁２５を全閉にすると、混合する空気の温度が上昇するので、風量が同じであれば、混合後の空気（供給ガス）の熱量が増加し、回転加熱炉１内の可燃物燃焼に必要な空気比を１前後に下げることにより、ガス排出口６から持ち出される熱量は減少する。このとき、上記バイパス弁１９を閉じて再燃焼ガスが循環合流しないようにすれば、回転加熱炉１や再燃焼装置９を流れるガス量を少なくできる。これにより、装置全体の小型化と供給エネルギーの削減をすることができる。

また、上記バーナ空気弁１２及び再燃焼空気弁１３を介して、上記バーナ１１及び再燃焼装置９にそれぞれ供給する空気は、送風機２７で外気を給気し、第２熱交換器１６で再燃焼ガスと熱交換して昇温する。これにより、再燃焼装置９における燃料の消費量の削減を図ることができる。また、昇温した空気の一部は、分岐部２８で分岐し、排気弁２９を経由して大気に排出する。これにより、第２熱交換器１６における熱交換率が高まり、これを通過する再燃焼ガスの温度をさらに低下させて集塵機１７に導入できる。

なお、上記バーナ１１及び再燃焼装置９にそれぞれ供給する空気については、上記バーナ空気弁１２、再燃焼空気弁１３、及び、排気弁２９のそれぞれの弁開度調整、さらに送風機２７の風量調整、または両方の調整によって、その風量と温度を制御することが可能である。また、送風機はバーナ空気弁１２の経路と、再燃焼空気弁１３の経路のそれぞれに個別に設けてもよく、外気を上記第２熱交換器を介さずに直接給気することも可能である。さらに、第１熱交換器１５と第２熱交換器１６とを一体とし、給気送風機２２と送風機２７を一台に減らし、一台の送風機で外気を給気した後に分岐し、一方は熱交換器を通り昇温し、その後回転加熱炉１側と再燃焼装置９側へ分岐することも可能である。

なお、図示しないが、上記各弁や送風機等は適宜な制御装置に接続されており、各所に適宜配置されたセンサー等の検知情報をもとに、その開度や風量が制御されることで、装置全体が所望の稼働状態となるようにしているものである。

次に、上記回転加熱炉１の詳細について、図２及び図３に従って説明する。

図２において、回転加熱炉１は、回転する円筒状の円筒回転体３０と、その両端に回転せずに固定して配置した始端固定蓋３１と終端固定蓋３２から構成され、各固定蓋３１、３２はそれぞれ始端シール部３３及び終端シール部３４によって気密性を保持しつつ装着されている。また、円筒回転体３０は、少なくとも４個所に設ける支持ローラ３５、３５・・で回転可能に支持され、適宜な駆動モータ（図示せず）により支持ローラ３５の一つを回転させることにより、軸回りに回転させる。その他、ギアやチェーンを使用する公知の手段で直接回転させてもよい。

なお、円筒回転体３０は、軸方向で始端側（材料供給側）が高くなるように、所定の傾斜角度を有して支持されている。これは、自身の回転により内部のスクラップ材料が自然に終端側に移動するようにしたものである。

次に、スクラップ材供給装置２は、スクラップ材（Ｓ）を貯留、供給する供給ホッパ３６と、供給モータ３７で回転させてスクラップ材を搬送する供給スクリュー装置３８、および、上記始端固定蓋３１を貫通して設けられる供給シュータ３９からなり、上記供給モータ３７の回転数を制御することでスクラップ材（Ｓ）の供給量を制御し、上記始端固定蓋３１に設けたスクラップ材供給口１ａから、供給シュータ３９のシューター出口を介して円筒回転体３０内にスクラップ材（Ｓ）が一定量ずつ供給される。また、円筒回転体３０内にはガスが充満しているので、供給ホッパ３６の方へガスが逆流することを防止するため、例えば、供給シュータ３９の途中にダンパ開閉機構からなるガス封止部４０を設ける。

なお、上記供給スクリュー装置３８に代えて、ロータリーバルブやピストン押出方法により、スクラップ材を搬送することも可能であり、また、上記供給スクリュー装置３８を直接、上記始端固定蓋３１に取り付けてもよい。さらに、上記スクラップ材供給装置２は、上記構成に限定するものではなく、上記始端固定蓋３１に設けたスクラップ材供給口１ａを介して円筒回転体３０内にスクラップ材（Ｓ）を供給できるものであれば、その構成は問わない。

続いて、外部加熱装置３は、上記円筒回転体３０の外側下方の長手方向に、複数台の外部加熱源４１、４１・・を設けてなり、円筒回転体を外部から加熱する。この外部加熱源４１は、それぞれに所定の設定温度を設けて温度制御することにより、入口側から出口側にかけて所定の温度勾配を設けることが可能である。これにより、円筒回転体３０内におけるスクラップ材（Ｓ）の位置に応じて、即ち加熱処理の度合いに応じて、最適の加熱温度を設定できる。

円筒回転体３０内で加熱処理されたスクラップ材（Ｓ）は、排出口４から排出されるが、排出シュータ４２を通り、排出コンベヤ４３で溶解炉等の次工程に搬送する。また、排出シュータ４２からガスが流出することを防止するため、例えば、排出シュータ４２の途中にダンパ開閉機構からなるガス封止部４４を設ける。なお、終端固定蓋３２には、ガス排出口６が設けられ、円筒回転体３０内のガスを排気し、前述の通り、サイクロン分離器７等を介して再燃焼装置９に送られることになる。

円筒回転体３０は外板４５で覆い、両者間を送風通路４６としている。また、外板４５の始端側には送風入口４７を設け、終端側には送風出口４８を設ける。そして、送風入口から放熱用送風機４９を介して外気を導入し、送風通路４６を通って送風出口４８から逃がすことで、円筒回転体３０から放熱させる。この風量の調整により、放熱量の増減を制御できる。なお、送風入口４７及び送風出口４８には、それぞれダンパ５０、５１を設け、送風しないときの熱放散を抑制する。

なお、送風入口と送風出口の位置を逆にし、終端側から放熱用送風機を介して外気を導入するようにしてもよい。また、送風通路４６を、長手方向に複数に区切って設け、それぞれに放熱用送風機を設けたり、それぞれにダクトを設けこれを切り換えるようにして、上記区切った送風通路毎に放熱を制御するようにしてもよい。

次に、上記円筒回転体３０に空気を供給する構成について説明すると、供給ガス通路５から円筒回転体３０に導入される空気は、分岐部５２で分岐され、一方は、円筒回転体３０の始端側で、始端固定蓋３１を貫通して設けた上流空気供給管５３の先端に円周方向に複数設けられる空気供給口５４から円周方向に拡散して供給される。他方は、円筒回転体３０の終端方向に、同様に始端固定蓋３１を貫通して設けた下流空気供給管５５を通り、該下流空気供給管の長手方向に複数設けた空気供給口５６からスクラップ材（Ｓ）の近傍に供給する。これにより、円筒回転体３０の終端側の空気の偏流やスクラップ材の近傍で酸素濃度が低下することを防止し、スクラップ材の残留カーボンの除去効率を向上できるものである。なお、供給する空気の量は、各空気供給管５３、５５にそれぞれ設ける調整弁５７、５８の弁開度調整で制御できる。また、個別に送風機を設けてもよい。

また、終端側の空気供給量を多くする手段としては、例えば、下流空気供給管５５に設ける空気供給口５６の数を中流部分より下流部分を多くしたり、下流空気供給管５５を複数本、設けることが考えられる。

次に、５９は高圧の窒素ガスを充填したガスタンクで、上記終端固定蓋３２を貫通して設けたガス管６０の先端にガス噴射口６１を設け、ガス管６０の途中に設けたガス弁６２を開いて円筒回転体３０内に窒素ガスを噴射し、円筒回転体３０内のスクラップ材（Ｓ）の表面の可燃物の異常火災の消火や、火炎の縮小を行うものである。なお、窒素ガスに代えて特定のガスを噴射するようにし、その特定ガスの雰囲気中でスクラップ材を加熱するようにすることもできる。

続いて、図３は上記回転加熱炉１の断面図である。円筒回転体３０の内周面にはスクラップ材（Ｓ）を掬い上げる複数のリフタ６３、６３・・が配置され、図の矢印に示す回転方向では、スクラップ材（Ｓ）は円筒回転体３０の右下方向に集まり、その一部がリフタ６３で上部まで持ち上げられて落下する。円筒回転体３０は所定の傾斜角度を有しているので、その回転につれて、スクラップ材（Ｓ）は、上昇、落下を繰り返してかき混ぜられつつ、終端側に移動する。

また、円筒回転体３０は外板４５で覆い、その内側には断熱材６４が取り付けられている。円筒回転体３０と外板４５の間には空間があり、水平内側方向に突出して設ける仕切り板６５で上部空間６６と下部空間６７に分割し、上部空間６６は上述した送風通路４６とすることができる。上述したように、この送風通路４６には、送風入口４７から放熱用送風機を介して外気を導入し、送風通路４６を通って送風出口４８から逃がすことで、円筒回転体３０から放熱させる。送風入口４７及び送風出口４８には、それぞれダンパ５０、５１を設け、送風しないときの熱放散を抑制している。

誘導加熱方式の外部加熱装置３としては、主に高周波誘導加熱方式を採用し、円筒回転体３０の下部外側周面に数ｃｍの間隙空間６８を離して複数の外部加熱源４１を設け、その構造としては、内部に銅が主成分の加熱コイル６９を有し、水冷または空冷の冷却装置７０で冷却する。加熱コイル６９に所定電流を流すことにより、円筒回転体３０に誘導電流が生じ、発熱して加熱できる。なお、円筒回転体３０の表面温度を、放射温度計７１を用いて、非接触で温度測定するようにしている。

誘導加熱方式の外部加熱装置では、円筒回転体３０の材質は鉄またはステンレス製が望ましく、コイル電流の操作により誘導加熱出力を制御するようにすれば、円筒回転体３０自体を直接加熱してその昇温量を正確に制御することができる。この場合、スクラップ材（Ｓ）と円筒回転体３０の内面は直接金属接触しているので、高温雰囲気の気体からの熱伝達に比べて伝熱性が良好であり、表面可燃物の燃焼熱量の変動に対して、従来の電気ヒータや２次燃焼ガス循環方式のものと比較して、制御対応速度が速く、制御性が極めて高い。

続いて、図４は、上記回転加熱炉の別の実施形態を示すもので、円筒回転体３０の熱制御をより精密にできるようにしたものである。ここでは、供給ガスを終端固定蓋３２側から導入し、ガス排出口６を始端固定蓋３１側に設ける構成を採用している。かかる構成でも、基本動作は同じである。そして、外部加熱源４１を円筒回転体３０の長手方向に複数列設すると共に、それと対応して、上記円筒回転体３０と外板４５の間の上部空間６６を縦板７２、７２・・で複数（図では４つ）に分割して、上部送風空間７３、７３・・を設ける。各上部送風空間７３の一側面又は両側面には外気給気口７４、７４・・を設ける一方、天上面に排気ダクト７５、７５・・を設け、該排気ダクト７５の端部に設ける排気ファン７６を駆動して外気を各上部送風空間７３に導入する。このとき、各排気ダクト７５にはそれぞれ調整弁７７を設けてその風量を制御する。これにより、各上部送風空間７３毎に放熱量を調整することが可能となる。つまり、円筒回転体３０の始端側と終端側とでは可燃物の燃焼度合いが異なり発熱量も異なるので、各外部加熱源４１の発熱量及び各上部送風空間の放熱量を調整することにより、各部でスクラップ材の可燃物の焼却に最適な温度に維持できる。例えば、使用済みアルミ缶を加熱処理する場合には、円筒回転体３０の温度を５５０℃以下に保つように制御することが考えられる。

続いて、上記構成の加熱処理装置の稼働について図１、図２、図３にそって説明する。始動時には、供給ガス通路５に合流するバイパス通路２０のバイパス弁１９を開き、高温の再燃焼ガスを円筒回転体３０内に循環させ、同時に、円筒回転体３０を外部加熱装置３で加熱する。円筒回転体３０の内部温度がスクラップ材の可燃物の自己着火温度（例えば４００℃）に達すると、バイパス弁１９を閉じて再燃焼ガスの循環をやめ、スクラップ材を供給シューター３９から供給すると共に、外気を給気送風機２２より円筒回転体３０内に給気する。これにより、スクラップ材の可燃物は自己着火し、可燃物の燃焼が円筒回転体３０内で始まる。このとき、円筒回転体３０内に、着火用の種火バーナ（図示せず）を設置して、可燃物の着火温度を下げることも可能であり、この場合、失火防止にもなる。始動時には再燃焼ガスを円筒回転体３０内に循環させずに、再燃焼ガスと熱交換して昇温した外気を循環して円筒回転体３０内を加熱することも可能である（図示せず）。

円筒回転体３０の内部の可燃物の燃焼状態や全体の加熱状態は、円筒回転体３０から排出される反応ガスの酸素濃度を酸素計７８で測定し、さらに、内部の温度は、円筒回転体３０内の各所に配置される熱電対等からなる複数の温度センサー７９、７９・・で計測する。それぞれの測定値は図示しない制御装置に入力され、該制御装置で各所の送風機や弁を操作し熱量や風量を調整して温度制御を行う。

次に、上記回転加熱炉の温度制御を熱収支の観点から見てみると、出熱Ｑout はスクラップ材等の固形物の昇温熱量Ｑ１と、スクラップ材に含まれる水分等の蒸発昇温熱量Ｑ２と、排出される排ガス熱量Ｑ３と、円筒回転体からの放熱量Ｑ４であり、入熱Ｑinは、スクラップ材の可燃物の燃焼熱量Ｑ５と、外部加熱量Ｑ６と、給気ガス熱量Ｑ７である。ここで、材料の性状によって変動量が大きいのは、可燃物の燃焼熱量Ｑ５と、蒸発昇温熱量Ｑ２であり、熱量の制御が容易で可変に制御できる熱量は、外部加熱量Ｑ６と、給気ガス熱量Ｑ７と、放熱量Ｑ４である。

出熱に対して、外部加熱量Ｑ６のみの範囲で制御できる場合（Ｑout＝Ｑ５＋Ｑ６） は、外部加熱量Ｑ６の制御のみで行う制御方法と、給気ガス熱量Ｑ７を増して外部加熱量Ｑ６を減らしてエネルギー消費量を減らす制御方法がある。出熱に対して、外部加熱量Ｑ６のみでは入熱不足になる場合（Ｑout＞Ｑ５＋Ｑ６） は、給気ガス熱量Ｑ７で補う。さらに不足する場合は、再燃焼ガスの一部をバイパス弁１９を開いて供給ガス通路５に流して給気ガス熱量Ｑ７を補う。一方、スクラップ材の可燃物の燃焼熱量Ｑ５が出熱以上になった場合（Ｑout＜Ｑ５） は、放熱送風機４９で送風して放熱量Ｑ４を増加させる制御を行い出熱を増す。さらに燃焼熱量Ｑ５が多い場合は、材料の供給量を減少させて対応する。このように、熱収支を考慮して、制御装置で各所の弁等を制御すれば、回転加熱炉の熱管理を有効に行うことができ、歩留まりの高いスクラップ材の加熱処理が可能となるのである。

アルミスクラップ材の可燃物の燃焼では、回転加熱炉１への供給ガス中の酸素量を抑制して、ガス排出口６の反応ガス中の一酸化炭素濃度を３％以上になるように一部のアルミスクラップ材の可燃物を不完全燃焼させ、溶解炉での歩留まり低下の原因となる酸化アルミの発生をなくすことができ、燃焼熱量Ｑ５を減少させることができる。さらに、反応ガス量は増すが、バイパス弁１９を開けて外気の給気と混合し、回転加熱炉１内への供給ガスの酸素濃度を１５％以下にして、不完全燃焼させることも可能である。

なお、スクラップ材の付着残留カーボンの量は、上記制御手段によってスクラップ材の到達温度又は酸素供給量、又は両方を適宜制御することによって、任意にコントロールすることができる。

本発明に係る加熱処理装置の全体の概略を示す構成回路図である。 回転加熱炉の詳細図である。 回転加熱炉の断面図である。 回転加熱炉の他の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１ 回転加熱炉
１ａ スクラップ材供給口
２ スクラップ材供給装置
３ 外部加熱装置
４ 排出口
５ 供給ガス通路
６ ガス排出口
９ 再燃焼装置
１４ 再燃焼ガス通路
１５ 第１熱交換器
１９ バイパス弁
２０ バイパス通路
２２ 給気送風機
２３ 分岐部
２４ 熱交換弁
２５ 給気弁
２６ 合流部
３０ 回転円筒体
４１ 外部加熱源
４５ 外板
４６ 送風通路
５２ 分岐部
５５ 下流空気供給管
６５ 仕切り板
６６ 上部空間
６７ 下部空間
７２ 縦板
７３ 上部送風空間

Claims (9)

1. 回転しながら金属スクラップ材を加熱する回転加熱炉と、前記回転加熱炉に金属スクラップ材を供給するスクラップ材供給口と、前記回転加熱炉に外気及び再燃焼ガスを導入する供給ガス通路と、前記回転加熱炉で加熱処理した金属スクラップ材を排出する排出口と、前記回転加熱炉内で発生した反応ガスを排出するガス排出口と、このガス排出口から排出された反応ガスを加熱して無害化する再燃焼装置と、この再燃焼装置で処理した再燃焼ガスを前記供給ガス通路に循環供給する再燃焼ガス通路及びバイパス通路とからなる加熱処理装置であって、別途、上記回転加熱炉を外部から加熱する誘導加熱式外部加熱装置を設けたことを特徴とする加熱処理装置。
2. 回転加熱炉内における金属スクラップ材の昇温熱量及び水分の蒸発昇温熱量、排出ガスの排ガス熱量、回転加熱炉からの放熱量、金属スクラップ材の燃焼熱量、供給ガス通路から供給される給気ガス熱量の全体の熱収支を計算し、この熱量が金属スクラップ材の不要可燃物を燃焼除去するに必要な熱量に不足する場合に、その不足熱量を上記外部加熱装置からの加熱熱量で補うと共に、各熱量の変動を回転加熱炉の内部及び外表面並びに排出ガスの１つ以上複数の温度変化を計測し、回転加熱炉内の温度が設定温度範囲に入るように上記外部加熱装置からの加熱熱量を制御する請求項１記載の加熱処理装置。
3. 給気送風機で外気を取り込み、給気した外気を分岐部で分岐し、一方は熱交換弁を経由して上記再燃焼装置から出る再燃焼ガス通路との交叉部に設けた第１熱交換器で再燃焼ガスと熱交換して昇温し、他方は給気弁を経由し、両者を合流部で混合して供給ガス通路から回転加熱炉に供給するものであり、前記給気送風機の風量及び前記熱交換弁と給気弁の開度を調節することで給気ガスの熱量を制御可能とし、上記回転加熱炉における熱収支の増減を制御する請求項１又は請求項２記載の加熱処理装置。
4. 上記バイパス通路に設けたバイパス弁を閉じて、初期昇温時以外は再燃焼ガスが循環しないようにし、外気のみ供給ガス通路から回転加熱炉に導入する請求項１から請求項３のいずれか１項記載の加熱処理装置。
5. 上記回転加熱炉において、円筒回転体を外板で覆って両者間に送風通路を形成し、この送風通路に外気を導入して円筒回転体から放熱させるようにしたものであって、外気の導入量を調整することにより放熱量を調整可能とし、上記回転加熱炉における熱収支の増減を制御する請求項１又は請求項２記載の加熱処理装置。
6. 上記外部加熱装置は加熱コイルを有する複数の外部加熱源からなり、誘導加熱によって上記回転加熱炉の円筒回転体を直接加熱するものであって、円筒回転体は金属製で内部に断熱材を持たず金属スクラップ材と接する構造で、円筒回転体の表面温度を放射温度計によって測定し、その測定温度に応じて外部加熱源の加熱熱量を制御する請求項１から請求項５のいずれか１項記載の加熱処理装置。
7. 上記供給ガス通路を分岐部で分岐し、少なくとも一方の下流空気供給管は円筒回転体の終端まで伸び、終端側の金属スクラップ材に給気する請求項１から請求項６のいずれか１項記載の加熱処理装置。
8. 上記回転加熱炉において、円筒回転体を外板で覆うと共に仕切り板で上部空間と下部空間に分割し、さらに上部空間を縦板で分割して複数の上部送風空間を形成し、それぞれの上部送風空間に個別に外気を導入して個々に放熱量を調整可能とすると共に、個々の上部送風空間に対応して円筒回転体の長手方向に複数の外部加熱源を設け、各外部加熱源の加熱熱量と各上部送風空間の放熱量を調整して円筒回転体の長手方向で各部毎に温度制御可能とする請求項１から請求項７のいずれか１項記載の加熱処理装置。
9. 上記回転加熱炉において、供給ガス量を抑制して、アルミスクラップ材の可燃物を不完全燃焼させ、回転加熱炉からの排ガス中の一酸化炭素濃度を３％以上にする請求項１から請求項８のいずれか１項記載の加熱処理装置。

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