JP3737568B2 - アルミニウム、アルミニウムの廃材と残材とを溶融精錬する装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前段に定義するような種類の回転式ドラム炉でアルミニウムと、アルミニウムを含有する廃材と残材とを溶融精錬する方法及びこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムと、アルミニウムを含有する廃材と残材とが、回転式ドラム炉と呼ばれる回転環状炉内で溶融精錬され、溶融精錬される材料はいわゆる装入端部から装入装置の助けをかり回転式ドラム炉に装入される。この目的のために、先ず炉の扉が、装入する前に炉口から旋回開放され、次に扉は炉を適切に旋回閉鎖する。その後、扉に取り付けられたバーナーが操作される。しかしながら、溶融精錬バーナーが装入扉に配置されているので、装入扉が不用な空気の侵入を確実に防止して満足に気密封止することは非常に困難である。
【０００３】
溶融精錬工程中に発生する廃ガスは、排気ダクトにより装入扉の反対側の炉の端部で炉内から引き抜かれる。炉ガスとバーナー廃ガスとの流れの方向はすなわち同一で且つ平行である。
しかしながら侵入空気が炉に入ることができるので、この方法は、この侵入する空気により溶融精錬工程で生じる廃ガス容量と廃ガス容量中の酸素分圧とが増加する欠点を有する。
【０００４】
例えば、紙、プラスチック、ゴムなどのような有機物部分が溶融精錬される材料中に存在する場合、揮発温度に到達したときにこれらが熱分解し、そして酸素が不足する場合に、未燃焼炭化水素として炉から排気ダクトを通って引き抜かれる。
通常使用されるガス洗浄装置は、酸性廃ガス成分を結合させるために、冷却機と、石灰、石灰水和物等の注入装置とを含んでなるが、その後布フィルターではこれらの炭化水素を完全に除去することはできない。さらに、上記方法の欠点は、廃棄空気と一緒に周囲環境に炭化水素が放出されることである。
【０００５】
ドイツ特許第４１１５２６９Ａ１号に、炉内で金属を溶融精錬する方法を記載していて、金属が炉の第一の位置に配置された１次バーナーにより加熱され、そして、廃ガスが第２の位置で炉から取り除かれ、その位置に２次バーナーが設けられ放出廃ガスを燃焼し同時に金属も加熱する。
しかしながら、この方法は、一次バーナーに加えてさらにバーナーを使用する必要があり、且つ追加されたバーナーにより、廃ガス容量が増加するという欠点を有する。さらに、この炉扉は不用空気の侵入を防ぐことができない。
【０００６】
ヨーロッパ特許第０４７５１２８Ａ１号には、溶融精錬される金属が炉内で燃焼バーナーで昇温される方法が示され、廃ガスは燃焼バーナーから炉の排気ダクトへと実質的に流れ、且つ、酸素の豊富なガスが好ましくは酸素ランスまたは酸素注入バーナーによって炉内に導入され、それによって、燃焼バーナーのガスの振動運動と酸素の豊富ガスの振動運動とは互いに同一方向でなく平行でない。
【０００７】
この方法は欠点があり、例えば、酸素ランスまたは酸素注入バーナーのような付加的な装置を、炉内に酸素の豊富なガスを導入するために、炉に設けることが必要である。燃焼バーナーと酸素注入バーナーが、これらのガスの振動運動の方向に対向する効果を達成するために、炉の反対側の端部に配置された場合、燃焼バーナーは装入扉に設けられるが、これが侵入する不用空気の進入を気密にすることを困難する理由となる。これが廃ガス容量を増加する上記欠点を生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記欠点を持たなくて、アルミニウム、アルミニウムを含有する廃材と残材との溶融精錬により生じる廃ガス容量を著しく減少する装置を提供すること、及びその方法を実施するための装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的は、回転式ドラム炉（１）でアルミニウムと、アルミニウムを含有する廃材と残材とを溶融精錬する方法であって、ａ） 回転式ドラム炉（１）の一端部で、装入原料（６）が前記回転式ドラム炉（１）に出し入れされること、ｂ） 装入扉（２）の前記一端部と対向する前記回転式ドラム炉（１）の他端部で、廃ガス（８）が排気されること、及びｃ） 燃料及び酸素を含有するガスが、バーナー（３）を通って前記炉（１）へと導入されること、を含んでなり、ｄ）前記燃料及び酸素を含有する前記ガスが、それらの排気端部で前記回転式ドラム炉（１）に導入され、且つ前記回転式ドラム炉（１）内で燃焼されることを特徴とする方法によって達成することができる。
【００１０】
さらに、この目的は、回転式ドラム炉（１）でアルミニウムと、アルミニウムを含有する廃材と残材とを溶融精錬する装置であって、ａ） 回転式ドラム炉（１）の一端部が、前記装入原料（６）のための扉を含み、ｂ） 前記装入扉（２）の前記一端部と対向する前記回転式ドラム炉（１）の他端部に、排気ダクト（４）が配置され、且つｃ） 前記装入原料（６）を溶融精錬する溶融精錬バーナーが、前記炉に配置されことを含んでなり、ｄ） 前記溶融精錬バーナー（３）が、前記排気ダクト（４）を有する前記回転式ドラム炉（１）の他端部に配置することを特徴とする装置によって達成することができる。
【００１１】
従属請求項は、本発明の適切な実施態様に向けられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明によって達成される利点は次の機能様式を基にしている。すなわち、回転式ドラム炉のバーナーが、炉口のように排気ダクトに対して同一の端部に、すなわち装入扉に対して反対側の端部に配置されるので、バーナーガス及び炉廃ガスの流れの方向は平行且つ反対方向である。
【００１３】
このバーナーの配置によって、装入扉としての炉扉とバーナー支持との先の二重機能を止めることができ、装入扉として専用に使用できる。したがって、この扉は気密封止する形状にすることができ、すなわち、炉は侵入空気の進入を完全に気密にすることができる。
侵入空気から炉を気密にすることにより、排気ダクトを通って流れる廃ガスの容量が減量される。約７９％の比率で窒素を含有する空気に対して純酸素は、実質的に廃ガス容量の減量と著しく高い火炎温度の低下とが可能であり、この利点を有する酸素バーナーを使用したときに特に有効である。またこの利点は、提案された方法において維持される。すなわち、炉が一定真空圧力で操作される場合、炉扉の気密封止によって、炉内に進入する侵入空気の容量は、炉の内側と比較して炉の外側を支配的する比較的高い圧力のために、先に示した方法のように増加することはない。
【００１４】
炉内のバーナーの配列によりさらに付加される利点は、炎の流れの方向と酸素の流れの方向とが炉から排気ダクトに向かう廃ガス流れの方向と交差する。そこで、溶融精錬中に作られた炭化水素は、バーナーによってその後焼却することができ、且つ得られた遊離エネルギーは溶融精錬工程と廃ガスの有毒成分の減少のとに使用することができる。
【００１５】
さらに炉内のバーナーのこの配列により付加される利点は、装入中に遊離された有毒物質は、その後連続して操作するバーナーによっていつか焼却することができる。
本発明により、炉内ガスの流速度を減少することによる付加的利点は、廃ガスの容量を減少することにより達成できるので、炉から放出される粉塵成分が実質的に減少される。また、これは消滅される溶融精錬塩の減少を生じるので、天井に張られた塩とガスが蒸発するガス空間との間の境界層は、低速度のガス流によってほとんど引き剥がされない。さらに、炉中の廃ガスの停滞時間は、廃ガス中に含有される有毒物質が良好に燃焼されるので余り長くない。
【００１６】
好ましい実施態様において、その後廃ガスの容量を少なくするため及び空気バーナーより高い炎温度にするために、酸素バーナーが溶融精錬バーナーとして使用される。
好ましくは、炉の回転運動及び／またはバーナー燃料容量は装入材料に適合させる。回転運動により装入材料の新しい表面が繰り返し現れので、蒸発した炭化水素容量を変動することができ、且つ種々の量の装入材料は溶融精錬のために種々の量のエネルギーを必要とする。
【００１７】
装入口を与える回転式ドラム炉の装入扉は、不用の空気が炉内に侵入するので、気密封止すことが特に好ましい。この配置において、扉は炉と共に回転可能にするように炉に配置される。炉のこの最適な気密により、従来達成できなかった燃料効率も達成される。
本発明の特に好ましい実施態様において、廃ガス測定装置が排気ダクトに設けられるので、炉の排気パイプを通して流れるガスの関数として、具体的に、炭化水素の濃度の関数として、燃料及び燃焼空気または燃焼酸素の容量を制御することを可能になる。廃ガス測定装置は光学手段が特に好ましい。
【００１８】
好ましくは、例えば、溶融精錬が炉を開放することなく、すなわち、炉からガスの出入りができないように、空気の進入を完全に気密にするゲート方式を介して炉の装入は連続的に実施される。好ましくは溶融精錬バーナーは、炉内に比較的長く延びる炎を発生するので、バーナーからさらに離れて位置する溶湯は十分な熱の供給を受ける。この方法の主な利点は、説明されるようにその形状において、バーナーが１次バーナーの機能と２次バーナーの機能とを組み合わすことである。
【００１９】
【実施例及び発明の効果】
本発明を、添付された図面を参照して好ましい実施態様について、次に詳細に説明する。図１はアルミニウム、アルミニウムの廃材及び残材を溶融精錬する本発明の装置の縦断面を示し、本発明にしたがう方法を実施することができる。
環状の形状をした回転式ドラム炉１の内側に、装入原料６が配置される。回転式ドラム炉１の二つの端部はテーパー形状となっている。一方の端部に装入扉２が設けられ、それを通って装入原料６は炉内に導入され、または炉外に取り出される。装入時点のその端部で、装入扉が気密封止した回転式ドラム炉１に連結することができる。
【００２０】
装入扉２の端部と反対側の回転式ドラム炉１の端部に、溶融精錬バーナー３が設けられる。溶融精錬バーナー３は廃ガス口７に位置し、排気ダクト４は廃ガス口に連結し、溶融精錬で生じた排ガスの出口を可能にする。廃ガス熱流の中に位置するので、溶融精錬バーナー３は熱腐食から保護されている。排気ダクト４に廃ガス測定装置５が配置され、廃ガス中の炭化水素の濃度を測定する。
【００２１】
回転式ドラム炉１の装入扉２は、それらの操作中に炉と一緒に回転する。溶融精錬バーナー３及び排気ダクト４は、反対側の端部に回転しない状態で配置される。しかしながら、
溶融精錬工程においては、バーナー３が炉１内に向かって広がる炎を発生する。炎により熱が与えられため、装入原料６は炉１の連続回転により溶融精錬されので、程度の差はあるが原料は一貫した溶融精錬が達成される。
【００２２】
排気ダクト４に配置された廃ガス測定装置５は、廃ガス中に含有する例えば炭化水素のような物質の濃度を確定して、関知された濃度の関数としてバーナー３に供給される燃焼に必要な燃料及び／または燃焼空気または酸素の容量を調整する。それによって、燃料の燃焼及び炭化水素の燃焼から得られた炉内に発生したエネルギーが一定に維持されるので、溶融精錬工程が確実に均質連続性を維持され、且つ溶融精錬工程から生じる廃ガス中の有毒物質はいつかは燃焼されるので最小にすることができる。
【００２３】
溶融精錬工程の開始時に、まず装入原料６中に存在し、炉１内に高炭化水素濃度を生じる有機物部分が熱分解される。炉に入るより多くの酸素量がバーナー３を通って供給された燃料容量を燃焼するに必要であるので、これがバーナー３を化学量論を越えて初期に操作される理由である。この追加酸素でもって、炉１内に存在する炭化水素が燃焼されるので、排気ダクト４の廃ガス測定装置５によって測定されたそれらの濃度は減少する。
【００２４】
廃ガス測定装置５によって確立される炭化水素の還元による装入原料６の有機物部分の揮発完了時に、バーナー３は再び化学量論的に操作され、或いはバーナー３を通って供給される燃料は炉１内で増加し且つ装入原料６の溶融精錬は素早く達成きるような追加出力で化学量論的を僅かに下回って操作されるので、アルミニウムの損失を避けるために炉１内の酸素濃度は少しになる。
【００２５】
例えば炭化水素のような溶融精錬中の熱分解で生じる有毒物質の濃度は、他の物質中で炉１の回転速度に依存し、すなわち、廃ガス測定装置５により、炉１の回転速度は調整することができるので、さらに有毒物質量を最小限にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はアルミニウム、アルミニウムの廃材及び残材を溶融精錬する本発明の装置の縦断面を示し、本発明にしたがう方法を実施することができる。
【符号の説明】
１…回転式ドラム炉
２…装入扉
３…バーナー
４…排気ダクト
５…廃ガス測定装置
６…装入原料
７…廃ガス口
８…廃ガス

Claims (11)

1. ａ） 回転式ドラム炉（１）の一端部で、装入原料（６）が装入扉（２）を通って前記回転式ドラム炉（１）に導入すること、
   ｂ） 前記装入原料（６）が、前記回転式ドラム炉(１)から取り出されること、
   ｃ） 燃料及び酸素を含有するガスが、前記回転式ドラム炉(１)の他端部に配置するバーナー（３）を通って前記炉（１）へと導入されること、及び前記回転式ドラム炉(１)内で燃焼すること、
   ｄ） 前記回転式ドラム炉（１）の他端部で、廃ガス（８）が排気されること、
   ｅ） 前記装入扉（２）が前記回転式ドラム炉（１）から前記装入原料（６）を取り出すために使用すること、
   ｆ） 前記バーナー（３）が前記回転式ドラム炉（１）の排気端部に配置されこと、及び、
   ｇ） 前記排気端部が前記装入扉に対向していること、
   を含んでなるアルミニウムと、アルミニウムを含有する廃材と残材とを溶融精錬する方法であって、
   ｈ） 有機物が前記装入原料（６）に含まれ、前記装入原料（６）を精錬する際に、熱分解により炭化水素のような有毒物質を生じること、
   ｉ） 前記廃ガスに含まれる前記有毒物質の濃度が、排気ダクト（４）内の廃ガス測定装置（５）である光学的方法によって測定されること、
   ｊ） 前記バーナー（３）の燃焼空気または燃焼純酸素との容量及び燃料の容量の少なくとも一つが、装入原料（６）の性質と品質との関数または溶融精錬工程で生じる前記廃ガス中の炭化水素濃度の関数として調整されること、
   を特徴とする一つのバーナーのみを有する回転式ドラム炉（１）でアルミニウムと、アルミニウムを含有する廃材と残材とを溶融精錬する方法。
2. 少なくとも８０％の酸素含有量を有するガスが、酸素を含有する前記ガスとして使用される請求項１記載の方法。
3. 前記回転式ドラム炉（１）の連続装入を保証する請求項１または２記載の方法。
4. 酸素が前記炉（１）に連続的に供給される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記炉の回転運動が、装入原料（６）の性質と量との関数として調整される請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記廃ガス中の炭化水素濃度が光学的方法により測定される請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ａ） 回転式ドラム炉（１）の一端部が、装入原料（６）のための扉を含み、
   ｂ） 装入扉（２）の一端部と対向する前記回転式ドラム炉（１）の他端部に、排気ダクト（４）が配置され、
   ｃ） 前記装入原料（６）を溶融精錬する溶融精錬バーナーが、前記炉に配置されことを含んでなり、
   ｄ） 前記溶融精錬バーナー（３）が、前記排気ダクト（４）を有する前記回転式ドラム炉（１）の他端部に配置され、且つ
   ｅ） 廃ガス測定装置（５）である光学的方法が、前記排気ダクト（４）に配置されること、
   を特徴とする回転式ドラム炉（１）でアルミニウムと、アルミニウムを含有する廃材と残材とを溶融精錬する装置。
8. 前記溶融精錬バーナー（３）が酸素バーナーである請求項７に記載の装置。
9. 前記炉（１）の前記装入扉（２）が、気密封止する形状である請求項７または８に記載の装置。
10. 前記装入扉（２）が、前記炉とともに回転可能であるように前記炉（１）に配置される請求項７〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記廃ガス測定装置（５）が、光学センサーを含んでなる請求項７〜１０のいずれか１項に記載の装置。

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