JP4494220B2 - スラグの選別および回収機能を有する、アルミニウム塩無添加の回転炉を備えた溶融用プラント - Google Patents

Description

本発明の対象は、金属材料とくにアルミニウムスクラップの溶融用のモジュールプラントであり、該プラントは塩浴を使用しないことを特徴とする回転炉からなり、溶融された金属が球状貯留タンクに直接注入され、溶融スラグの選別回収用装置および清掃装置を有する。

公知のように、合金用インゴットの製造のためのアルミニウムスクラップの溶融は、そして同じアルミニウムインゴットの再溶融もまた、塩浴炉とも呼ばれる、回転炉の中で行われ、その中では海塩（通常、炭酸ソーダ、硝酸塩、および黄酸塩カリウムと混合される）が該炉内で発生された熱によって溶融される。

塩は良好な熱の受容体かつ伝達体であると共に、その添加は溶融状態の金属の酸化を防止する保護剤として有用である。約１０００℃では、それはアルミニウムスクラップの溶融スラグを球状にする作用を行う。これらの炉の主な欠陥は、特にアルミニウムスクラップの溶融過程のスラグに混入された塩含有生成物によって構成される、著しい量の廃物の生成にある。それは、従って、これら廃物の処理の故の問題を生じ、これらの廃物のリサイクルは必ずしも可能ではなく、アルミニウムインゴットの最終価格に大きく影響するので、経済的な点からも都合が良いとは限らない。

本発明の主な目的は、主として、塩浴を用いるアルミニウムの溶融を行う必要のない、一次および二次アルミニウムの溶融用の回転炉を実現し、従来のプラント類の欠点を避けることにある。

本発明の他の目的は、燃料量、作業量、塩材料の使用量および作業の安全条件を改善するよう、溶融の過程を中断させることなく、溶融された金属を球状貯留タンクの中に直接的で連続的な注入を行う、前述の目的に応じた、一次および二次アルミニウムの溶融用の回転炉を実現することである。

本発明の他の目的は、スラグの処分やそのリサイクルに関連するコストに関する利点を発揮するよう、別の場所での以降の処理を必要とせずに、同一プラント中での一体的な溶融のスラグの選別および回収の自動連続システムを、直接有する、前述の目的に応じた、アルミニウムの溶融プラントを得ることである。

本発明の他の目的は、軌道上に乗ることが可能な様々なユニットが、それらの構築および組立、ならびにメンテナンスおよび損耗による交換を容易にするよう、セパラブル（分解可能）であるように、完全にモジュラー化された、前述の目的に応じた、鋳造用インゴット製造用のアルミニウム溶融プラントを得ることである。

本発明の他の目的は、溶融炉の熱エネルギーの浪費を少なくでき、且つそれと同時に煙突の前の重汚染物質からのガスを清浄でき、従来プラントに比して決定的に改善されたプラントの作業者が呼吸する空気の品質を与える、清掃システムを有する、前述の目的に応じた鋳造向けインゴットの製造用のアルミニウム溶融プラントを得ることである。

本発明のさらなる特徴と利点は、目的を示すのみで、限定的ではない、以下の説明および添付の図面により、より明確になるであろう。
図１は、本発明による溶融装置の、三次元的に表わした、一般的観察を示す。
図２は、本発明による溶融装置の、透視断面での、一般的観察を示す。
図３は、本発明による溶融装置の、一般的観察の縦断面図を示す。
図４は、この装置上に実施された流路付きの螺旋要素の一部を、模式的にかつ横方向から見たものを示す。
図５は、長手方向横断面図で、清掃部の配置されたスラグ処理設備と移動軌道を示す。
図６は、模式的に且つ一般的観察において、プラントの或る部品、主として溶融金属の貯留タンクと清掃装置を示す。

図面に従って、一次および二次アルミニウム（スクラップ）の溶融を行う炉は、熱応力に耐える耐火材料で築造された円形断面を有する、円筒状中空の本体（１）により構成され；本体（１）は、一方の端部において、金属スクラップの装入に用いられるポートホール（装入口）（２）によって閉じられており；他方の端部では、それはスクラップの熱炎の入口窓（３）であり、その下方は、図面に図示されるように、平坦なスロット状に作られる、溶融流体の漏出のための穴（４）である。

本体（１）の内径は、装入口（２）がある端部から始まり、溶融金属の漏出穴（４）が位置する端部に至るまで、その長手方向軸に沿って絶えず変化して、水平線上でマイナス方向の傾斜を生ずる。水平線に対する、２つの端部の間の傾斜の差は、炉の長さの直線のメートル当り、２センチメートルである。

炉は、金属構造体によって覆われると共に、金属製支持材（７）上に保持されたスライド部（６）上に乗ってゆっくり移動する、金属製の横断骨組（５）によって、水平位置に保たれる。本体（１）の左右の両端部の上には、単一の排気流路（１０）に連結される煙の掃除用の開口部（８）および（９）がある。

本体（１）の内壁の表面に且つその全長にわたって、それは螺旋要素（１１）であり、その螺旋部は、一番好ましい図示されている形状においては、一定の直径を有し円形断面を有する円筒形状であり、溶融状態にあるスクラップの作用による熱および機械的応力に耐える耐火材料で製作されている。螺旋要素（１１）の螺旋部上および円筒状本体（１）の壁に近い底部側には、好ましい半円状断面を有する複数のギャラリー（通道）または流路（１２）がある。

断熱され且つ窓（１５）が設けられている箱体（１４）の中に適切に収納され、適当な傾斜をつけて作られた、注入流路（１３）が、穴（４）と、ピットの下面に位置する球形貯留鉢（１６）との間に配置される。該鉢（１６）は、同一出願人による国際公開特許WO 02/39044中で適切に説明され特許請求されている。回転継手（１７）は、注入流路（１３）と連続する傾斜をなすように、上記特許中に記載されたものとは異なる形状を有している。

一次および二次アルミニウムの溶融のための、回転炉の実現の好ましい実施例の主な特徴は、次の点である：
外径：５００センチメートル、
内径：３２０センチメートル、
耐火セメントの厚さ：９０センチメートル、
円筒の長さ：１２００センチメートル、
注入の勾配：２４センチメートル、
作業温度：７５０〜８００℃、
供給：メタン、油
消費熱量：生成される液状アルミニウムｋｇ当り、750 Kcal/h。
炉は、ギアモーターによる平均軸廻りに、１〜４回転／分の、遅い回転に保たれる。

溶融プロセスの説明
二次アルミニウムの溶融が好ましい場合には、まず、様々なタイプのアルミニウムスクラップの選択および混合が行われ、その化学組成は希望する合金の化学組成に出来る限り近いものでなければならない。次いで、アルミニウムスクラップは、金属の酸化を防ぐ保護剤としての塩化ナトリウムを添加することなく、装入ポートホール（２）を通って、回転炉の中に装入される。

炉の回転と特殊な内部構造によって、溶融状態にあるスクラップの機械的な再混合が、同時に、該炉の該壁による材料の運搬作用を伴って、行なわれる。金属は徐々に溶融し、液状のアルミニウムが炉の回転と同じ方向に回転し始め；重力が回転による運搬力より大きいので、それは常に炉の下部に位置するようになる。さらに、炉の内部傾斜とつながった、回転運動のために、液状の金属は、本体の螺旋部（１１）に直角に横切って取付けられた細い流路（１２）を通って流れ、最もｌ低い点に置かれた取り出し穴（４）へと連続してスムースに移動する。

液状の金属は、その低い位置のために空気の酸化から保護され、それは、注入流路（１３）を通って、溶融金属が貯留される鉢（１６）に連続して流れるので、熱ガス（その流れは水平であり炉の高い部分に位置する）の流れに直接に飲み込まれることはない。スラグは、高い部分に残って、螺旋体（１１）により保持され、そして、全てのアルミニウムが溶融され球状の鉢に貯留されると、コクリア（蝸牛体）のついた流路を通って装入ポートホールの近くに排出され、溶融の過程を終了する。

流路に入りコクリアによって押出された、スラグは、選別のモジュールに到達し、その中ヘその端部（１８）から入る。選別のモジュールは、３つの中空の金属製同軸円筒によって構成され、一方が他方に挿入され、左端が開放されており、ギア車（２３）を介して金属製支持材（２２）上に接合されたスライド部（２１）の上に位置しゆっくり移動する金属製横断フレーム（２０）とブーム（１９）によって水平位置に維持される。

円筒（２４）および（２５）は、様々なサイズのスラグの流入が可能であるように、第1円筒（２４）上にはより大きな、そして第2円筒（２５）上にはより小さな穴が設けられた、側面を有する。３つの円筒によって構成される全体が、長手軸廻りに低速回転され、スラグがコクリアによって押し出される円筒に沿って進むや否や、スラグの再混合が起こる。スラグはその重量とサイズに応じて第1円筒（２４）から最後の円筒（２６）まで移り進む。

実際に、より小さな直径を有する、第1円筒（２４）においては、スラグは、本質的に、溶融の過程まで殆ど通過しないか又は通過しない材料である、鉄成分、鋼成分、銅成分などで構成され；第2円筒（２５）においては、酸化アルミニウムのスラグであり、一方、第3円筒（２６）においては、それらは本質的に塵埃である。流動しているスラグが、冷却されると共に選別されるという事実は、大変興味深い。このように処理された、スラグ類は、これらの円筒の端部から流出し、各円筒の下部に位置する流路（２７）、（２８）、（２９）中に落ち、そして各流路中に存在するコクリアシステムによって、ほぼ室温で貯留バケツ中に押し出される。

回収された酸化アルミニウムはリサイクルされ溶融の供給チャージに加えられる。

スラグの選別および回収のモジュール中に生ずる排気ガスは全て流路配管を通じてキャップ（頂部）（３０）に運ばれ、外部環境に放出されることはない。

スラグの選別および回収のモジュールが、検査およびメンテナンスのために開放状態にできるように、軌道（３１）上に設置可能である、ユニット類によって構成されている点は、大変重要である。

たとえ図面に示されていなくても、溶融炉もまた、開放状態にできるように、軌道上を移動する車の上に装着されたモジュールになっている。

その他の大きく革新的な点は、２つの別々の流路配管によって構成される清掃装置である。３００℃の最大温度で溶融炉から生ずる、熱ガスは、検査用ポートホール（３４）によってアクセスが可能な地下ピット（３３）にある流路（３２）を通って運ばれる。ガスは、（その熱から生ずる）運動エネルギーによる、ピット（３３）に達することによりそれらが有する膨張による、煙突（３５）によって生ずる圧力損失による、及び管路（３７）の端部（３６）から漏出する高速の空気流により生ずる吸引力による、併在した作用によって、専ら溶融炉から漏出する。

ピット（３３）中で、熱ガスは、膨張のため、温度が低下し、またガス中の汚染物質の最も重い粒子の最初の降下をもたらす。

より低い温度を有するモジュールから漏出するその他のすべてのガスは、排気装置によって管路（３７）まで運ばれ、地下管路（３８）に続き、法律による環境に危険なガスの様々な浄化装置が設けられた煙突（３５）まで続く。

両管路（３２）および（３７）は、ガスの自動通過のための制御バルブ（３９）を備えている。本装置は、前述の利点に加えて、ガスが自然な方法で、燃焼の過程に必要な量においてのみ排出され、ガスの過剰な放出のための余計な量の熱を有しないので、溶融炉におけるエネルギー保存をも実現する。

以上の説明および図示の通り、本発明がその目的を達成していることは明らかである。

斜視図 透視断面での、斜視図 縦断面図 横方向から見た模式図 長手方向横断面図 模式図

符号の説明

（１）：中空円筒体
（２）：装入ポートホール（２）
（４）：溶融金属の漏出用の穴（４）
（１１）：螺旋要素
（１３）：注入流路
（１４）：箱体
（１５）：窓
（１６）：球状貯留鉢
（１７）：回転継手

Claims (15)

1. 塩浴を使用せずにアルミニウムの溶融を行う、螺旋要素（１１）が内部に備えられた、回転炉；
   適切な傾斜を伴って作られ、断熱された箱体（１４）に適切に収納され、窓（１５）および回転継手（１７）を備えた、注入流路（１３）：
   該回転炉の穴（４）と、ピット中の下方の面に位置する球状貯留鉢（１６）との間に位置する窓（１５）、および
   タンク中へ溶融金属を直接的かつ連続的に注入するように、該注入流路（１３）との傾斜の連続性を確保する、回転継手（１７）；
   同一プラント内で直接に融合される溶融スラグの選別および回収を自動的かつ連続的に行う設備；ならびに
   排気ガス用の２つの流路；
   を用いることを特徴とする、スラグの選別および回収の機能を有する、アルミニウムの溶融用プラント。
2. アルミニウムの溶融用の炉が、円形断面を有する、中空円筒体（１）によって構成されており、それが装入ポートホール（２）となる端部から始まり、溶融金属の漏出用の平坦なスロットを有する穴（４）が位置している端部に至るまで、その長手方向軸に沿ってその内径が絶えず変化して水平線上でマイナスの傾斜を生じることを特徴とする、請求項１に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
3. 該炉の水平線上の好ましいマイナスの勾配が、該炉の長さの直線のメートル当り、２センチメートルであることを特徴とする、請求項１および２に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
4. 該炉が、金属製支持材（７）上に保持されたスライド部（６）上に乗ってゆっくり移動する、金属製横断骨組（５）によって、水平位置が保持され；本体（１）の左右の両端部には、単一の排気流路（１０）中へ流れる排気ガスの放出用の開口部（８）および（９）があることを特徴とする、請求項１に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
5. 本体（１）の内壁の表面に全長にわたる螺旋要素（１１）があり、その螺旋部は、一定の直径を有する円形断面を有する円筒状であり、溶融状態のスクラップの作用による熱応力や機械応力に抗する耐火材料で築造され、該壁に近い、円筒部（１）の低い部分には、任意の断面を有する複数のギャラリーまたは流路（１２）を有することを特徴とする、請求項１、２および４に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
6. 該要素（１１）の該螺旋部が、楕円状または多角形状の断面を有することを特徴とする、請求項１および４に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
7. ギャラリーまたは流路（１２）が、半円形状の断面を有することを特徴とする、請求項５に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
8. 前記回転炉から排出されたスラグを選別する回転モジュールが、金属製の中空で同軸に配置された３本の円筒（２４，２５，２６）によって構成され、３本の円筒（２４，２５，２６）の一方の開口よりスラグが入り、他方の開口からスラグが選別されたものが排出され、
   最も小さい内径を有し、側面に穴が設けられた第１の円筒（２４）において、スラグから溶融の過程を通過しない、あるいは殆ど通過しない材料が選別され、２番目の大きさの内径を有し、側面には前記第１の円筒の側面に設けられた穴よりも小さい穴が設けられた第２の円筒（２５）において、スラグから酸化アルミニウムが選別され、
   最も大きい内径を有する第３の円筒（２６）において、スラグから塵埃が選別されることを特徴とする、請求項１に請求された、スラグの選別および回収の機能を有する、アルミニウムの溶融用プラント。
9. 該選別されたスラグが、蝸牛の形状の流路によって該円筒の端部から押出され、円筒の下にそれぞれ位置する流路（２７）、（２８）、（２９）中に流れ落ち、各流路に存在する蝸牛の形状の流路によって、ほぼ室温で貯留バケツ中に押し出されることを特徴とする、請求項１および８に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
10. 該スラグの選別および回収の該モジュールが、検査およびメンテナンスのために開放できるように、軌道（３１）上に設置可能である、ユニットによって構成されることを特徴とする、請求項１、８および９に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
11. アルミニウム溶融において、その化学組成が所望の合金の化学組成に近くなるように、様々なタイプのアルミニウムスクラップの選別および混合が行われる段階；
    該アルミニウムスクラップが、該金属の酸化を防止するための保護剤としての塩化ナトリウムを添加することなしに、装入ポートホール（２）を通って、作動中の該回転炉の中へ投入される段階；
    該炉の該回転とその特殊な内部構造によって、該同一炉の該壁による引きずり作用を伴って、該スクラップおよび該スクラップが溶融されたものの機械的な再混合の作用が得られる段階；
    該スクラップが徐々に溶融し液状となったアルミニウムが、該炉の回転と同じ方向に回転し始め；液状となったアルミニウムは、その重力が該回転による該引きずり力より大きいため、該炉の低い部分に常に位置するようになる段階；
    該炉の内部勾配と関連して、該回転運動によって、該液状となったアルミニウムが、該本体（１１）の螺旋部を横断する方向の小流路（１２）を通って、最も低い位置に設定された取り出し穴（４）の方に連続して流れることになる段階；
    該液状となったアルミニウムは、それが該熱ガスの該流れより極めて低いため、及び注入流路（１３）を通って貯留鉢（１６）中へ連続して流れるため、酸化から保護される段階；
    スラグは、高い部分に残り、螺旋体（１１）によって保持され、装入ポートホール近くに排出され；そこから、スラグを選別する回転モジュールの端部（１８）まで押し出す、蝸牛の形状をした流路に達する段階；
    該スラグは、スラグを選別する回転モジュールにおいてサイズと重量に応じて、不活性な高い溶融点を有する鉄材料、酸化アルミニウム、および塵埃に分けられ、蝸牛の形状をした各流路中へ自動的に導かれ；そこから貯留バケツに流れる段階；
    回収された酸化アルミニウムは、リサイクルされて、溶融の供給チャージと合体される段階、
    溶融の過程が前記各段階からなることを特徴とする、先行請求項に請求された、スラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
12. 該溶融炉から、３００℃の最大温度で、発生する該熱ガスが、地下ピット（３３）の流路（３２）を通って運ばれることを特徴とする、請求項１に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
13. 該ガスが、それらの熱による運動エネルギーの、それらが該ピット（３３）に達した膨張の、該煙突（３５）により生ずる圧力損失の、および該管路（３７）の端部（３６）から漏出する高速の空気流により生ずる吸引力の、併在した作用によって、専ら該溶融炉から漏出することを特徴とする、請求項１および１２に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
14. 該スラグの選別および回収の該モジュールから及び該貯留鉢から漏出する、低い温度を有する、該排気ガスが、排気装置によって該管路（３７）へ運ばれ、次いで、地下流路（３８）に続き、該煙突（３５）まで運ばれることを特徴とする、請求項１に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。
15. 該管路（３２）および（３７）の両方が、該ガスの自動通過用の制御バルブを備えていることを特徴とする、請求項１、１２、１３および１４に記載のスラグの選別および回収の機能を有するアルミニウムの溶融用プラント。

Images