JPH03138324A - アルミニウム湯あかからの金属アルミニウムの回収用組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は湯あかからの遊離アルミニウムの回収に関す
る。詳述すれば、この発明は、回転炉、プラズマトーチ
ランプ、および前記回転炉とプラズマアークトーチの操
作の連動と自動制御の監視制御システムとから成るアル
ミニウム湯あかからの金属アルミニウムの回収用組立体
に関する。この発明は前記組立体を使用してアルミニウ
ム湯あかからの金属アルミニウムの回収法も含む。

（従来の技術） アルミニウム塊を注型などの目的で炉で溶融する時、定
期的にたとえばスキミングまたは同様の作業によって除
去する必要のある湯あかが溶融アルミニウムの液面に形
成する。除去湯あかには遊離アルミニウムと同様に、酸
化アルミニウムたとえばボーキサイトやその他の金属お
よび金属塩なとえばマグネシウムやリチウムが相当量、
処理されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の種類
により含まれている。この湯あかにはまた、前記湯あか
を処理する方法により若干の窒化物や塩化物が含まれる
ものと考えられる。

業界ては、経済的理由で、遊離アルミニウム、酸化アル
ミニウムやその他、湯あかからの副産物的金属の使用可
能な形での回収が重大であることが認められている。し
かし、これらの物質の湯あかからの回収も、とりわけ湯
あかの性質およびアルミニウムの反応性のため困難であ
ることも容認されている。典型的回収法においては、湯
あかを通常炉内で高温溶融することである。しかし、高
温では、湯あか、特に湯あか中の遊離アルミニウムが酸
化を受は易く、そのうえ、空気の存在においては一般に
発火や燃焼の傾向があるアルミニウムの燃焼はアルミニ
ウムの回収の相当量を減少させることである。

湯あかの処理とアルミニウム回収の効率に関連する問題
の解決には湯あかを塩融剤の存在において誘導炉での加
熱が提案されてきた。

（発明が解決しようとする課Ｍ） 米国特許第３．６７６、１０５号において、塩融剤の使
用を教示しているが、溶融剤は遊離アルミニウムの凝塊
を形成させる傾向を有し高価につくので、好ましくない
し、また前記塩融剤が逆に水浸出の傾向があるのでアル
ミニウムから分離する必要があり、これは環境問題に結
びつく。

１９８９年９月１８日付の米国特許出願４０８．３８８
号では遊離アルミニウムと酸化アルミニウムをアルミニ
ウム湯あかから、プラズマアークトーチを、好ましくは
アークガスとして空気を供給し、塩融剤の付加なしに用
いて高温回転炉で湯あかを加熱することから成る回収方
法を記述している。意外にも、プラズマガンまたはトー
チからのプラズマエネルギーで加熱する回転炉の使用が
塩融剤を必要とすることなく遊離アルミニウムを、湯あ
か残留物の分離により凝塊形成させることがわがっな。

始動時における前記プラズマトーチまたはガンを溶融中
の装填材料に直接向けて、それに引続き前記装填湯あか
を炉壁により間接加熱するため、装填物に直接向けるよ
りもむしろ炉壁に向けることが好ましい。湯あかのこの
間接加熱は窒素をプラズマトーチアークガスとして使用
する時、窒化処理効果を削減低下させるか、もしくは空
気をプラズマトーチアークガスとして使用する時、酸化
物の形成を削減低下させる。好ましくは、回転炉に遊離
アルミニウムの出湯と前記炉から固体残留物の除去に有
利である可傾機構を備えることである。

本発明者等はまたプラズマエネルギーで加熱される同転
炉を使用中、湯あかに初期に存在するか、あるいは湯あ
か処理中に形成される酸化アルミニウムが前記炉壁に付
着して炉を裏打ちすることをさらに見出した。前記酸化
物よりも低温で溶融する遊離アルミニラｊ＼は付着裏打
ちの内側に凝塊形成し、その場合それは炉を可傾式にし
て炉から容易に除去できる。前記付着酸化アルミニウム
を定期的、たとえば毎運転後、または２もしくは３運転
後に炉壁から除去する必要がある。

前記米国特許出願がさらに示すように、回転炉中の湯あ
かの初期処理と溶融遊離アルミニウムの除去後に、炉中
の非金属成分を酸化ガスたとえば酸素で操作するプラズ
マアークトーチでの加熱によって酸化させて、前記非金
属成分を実質的に純粋の金属酸化物に転化させることが
望ましいものとなる。リンドセイばかによる方法におい
ては、工程中の種々の段階が自動的に順序決定されかつ
制御されることが好ましい。

この発明の目的は、回転炉およびプラズマアークトーチ
の同時制御と相互関係づける監視制御システムを湯あか
処理工程作業の所望順序全体に亘って提供することであ
る。

（課題を解決するための手段） この発明において、前記監視システムは湯あか処理工程
で検出され、前記システムの逐次作業を打込むマイクロ
処理装置に記憶させた要素の組合わせを利用する。これ
らの要素にはアークガスとしての窒素で操作する時、水
素ガスの発生と、処理される湯あかの溶融温度と、処理
される湯あかの装填重量と、炉排出物中の種々の化学薬
品または成分などが含まれる。

（作用） 従って、監視制御システムに使用されるマイクロ処理装
置が給電、給水およびアークガス供給の調節と制御を含
むプラズマアークトーチ操作の一連の事象と作業を、炉
の回転と傾斜に必要な液圧と、補充ガスの炉への供給、
ガスの順序に従った排気と同様回分操作のサイクル時間
などを含む回転炉の機能の連続制御と同時に起こる連続
ベースでの検出、指示および制御の能力が必要である。

そのうえ、前記監視制御システムにはなにか異常性のあ
る場合に前記システムの運動停止する安全性管理特性を
備えることになる。この発明のこれらさまざまの特性を
、好ましい実施例の添付図面を参照しながら説明する。

（実施例） 第１図を参照して、湯あかを計量して、炉１０に装填す
る。前記湯あかの炉への装填後、プラズマアークトーチ
３０を炉の所定位置に導入して湯あかを加熱して溶融状
態にする。溶融遊離アルミニウムを回収する。炉から回
収された約９９％の酸化アルミニウムであるダストをバ
ッグハウスに通す。

炉壁に形成するスラグまたは残留物を炉から掻取るが、
好ましくはそれを別の湯あかを加えて炉に装填するか、
もしくは、以下この明細書で明らかにするように、プラ
ズマトーチで処理して有用な非金属生成物（ＮＨＰ’Ｓ
）を提供することである。

第２および第３図に示すように、好ましい炉は可傾式回
転炉である。このように、炉はレール１５上を電動機（
図示せず）付きベルト１６と滑車１８によって駆動され
る枠１４上の回転ドラム１２から成る。

さらに第２および第３図に示すように、トーチ３０を支
持する前記ドラムを転心２０の周りに傾斜させ、好まし
くは、空気圧シリンダーにより作動させて遊離溶融アル
ミニウムを都合よく回収する。

プラズマトーチ３０を炉１０のカバー２６内に移動自在
に位置決めする。枠１４上のトーチを空気シリンダー３
４の所定位置に垂直に出入移動させる。炉の所定位置に
入ると直ちに、トーチを空気圧シリンダー３８の作動に
より転心３６のまわりの炉域全面をカバーするため炉内
を前後に揺動させることが可能になる。トーチをドラム
１２と関係なく位置決めしてドラムの回転を可能にする
。

この発明による監視制御システムを利用して、全作業を
計算機により自動的に制御できる。第５図に示す第１プ
ロセス制御機構において、ＥＧＡカラーモニター、２０
　ＨＢ　ＨＤＤと７２０　ＫＢＦＤＯ鍵盤、プリンター
、および２基の変復調装置つきＩＢ）ｌ互換性Ａ丁工業
用計算機を、電力、給水およびアークガスのプラズマト
ーチへの供給を別々ではあるが同時に制御するプロセス
制御装置に連動させる。同時に、同一プロセス制御装置
は回転炉の液圧補充ガス供給および排ガス・ダスト除去
を制御する。

第６図に示すプロセス制御機構は第５図に示されるプロ
セス制御機構とは２つのプロセス制御装置を使用する点
で主として異なる。このシステムの問題解決は、別々の
プロセス制御装置がプラズマアークトーチの機能と回転
炉の機能を制御するのでこのように単純化される。この
２つのプロセス制御装置は順番にデータ記録計器によっ
て互いに連動される。

第７図に示すプロセス制御機構は第５図の機構の一部と
第６図の機構の一部を効率的に組合わせたものである。

運転中に、第５．６および７図のおのおのの監視制御機
構が炉とプラズマトーチシステムとを結合させて全溝あ
か処理工程を制御するよう設計されている。このシステ
ムは湯あかの炉への装填と共に運転されるよう設定され
ている。作業周期中、前記監視制御システムはそのメモ
リーバンクにあるものと測定プロセス変数で作動する。

検出される装填量が初期検出の装填量と全く同一である
場合、計算機はこのような装填量に先に使用された諸作
業条件を選択することになる。検出値が先に検出したも
のと同一ではないが、先に検出された２つの装填量の間
の場合、計算機系は作業パラメーターをそれに従って算
出して調整する。たとえば、計算機での算出値が先の装
填量に接近している場合、計算機は初期の装填量の作業
条件に調整することになる。全く異なる場合、計算機は
それが調整を必要とする信号を出して、調整が行われる
まで停止することになる。計算機は再作動させてから再
び続行する必要がある。それ故、計算機系は単独で作動
し、すべての要素が正常である限り、作業の全順序を通
して続行することとなる。

面記要素が異常である場合、計算機系には助けが必要で
、調整と再作動が行われた後にのみ続行する。

第８図は略図で種々の監視計算機制御機能の調整できる
入力変数および出力変数の双方を示す。

これらの機能は、湯あか処理工程で現れる測定作業変数
に基いてマイクロ処理装置に設定される。

制御に必要で重要な作業変数のいくつかの実例は次の通
り： （１）炉排気筒で試料として時々採取された水素は１０
００　ｐｐｍを士別るが、バッチが出湯できる状態にな
るとそれは２０　ｐｉ）ｍ以下に下落する。

（２）アークガスとして窒素で操作する時、溶融温度は
６５０℃に到達後、緩やかに上昇し始めるが、７００℃
の温度で急速上昇を再開し、７００℃から７５０℃まで
の上昇には炉の２または３回転すなわち１乃至２分間し
かかからない。

（３）断続的回転の場合、炉排気筒温度は着実に上昇し
て、溶融が６５０℃乃至８５０℃の温度で始まる時、ピ
ークに達するか、もしくは、炉が間断なく回転する時、
温度は緩やかに上昇し、１０００℃に達して下降する。

この下降の後、温度はピークに達するまで再度上昇し、
その後、バ・ンチが出湯可能になる時急速に下落する。

（４）回分重量はバッチの溶融開始まで減少もしくは僅
かの増量を伴うが安定し、温度はほぼ６５０℃に達する
。これを過ぎると、急速な重量増加があって、バッチは
、空気操作時のもとの重量よりほぼｉｏｏ乃至１５０ボ
ンド（約４５．３６乃至６８．０４眩）、窒素操作で５
０乃至１００ポンド（約２２．６８乃至４５．３６ｍ）
の増量がある時、出湯が可能になる。

（５）排気筒ガス分析ではバッチの出湯が可能になる時
点で鋭い変化が見られる。

（発明の効果） この発明により使用するシステムもしくは組立体にはロ
ードセルを設置して、出湯量および残留物の除去量の算
出と記録をする必要がある。この数値は計算機に戻して
入力して処理方程式の調整ができる。各実験からのデー
タと関連する熱識別番号の記録機構と、炉の回転角度の
監視機構と、炉圧と排気圧の監視機構と、荷重制御とイ
ンターフェースで連結する出湯位置の制御機構、および
アークガス中で酸素と窒素を補充空気・酸素・窒素の添
加によりブレンドする機構が特定の湯あかの必要性いか
んによって計算機に備わることが望ましい。このブレン
ドはトーチを通すかもしくは炉中でのいずれかで調整で
きる。これと同じ制御が炉中の材料のアルゴンガスシー
ルを調整して予定の時間で起こる反応を止めることがで
きる。計算機にはまた、電圧、アンペア数、電源、ガス
流量と水量、排ガスと水の温度、人出の両温度、ガスエ
ンタルピー、トーチと給電の電気的および熱損失の双方
、トーチ効率、ガスおよび水の圧力、それにトーチガス
圧を含むすべての通常トーチ機能の監視機構が備わるこ
とが好ましい。計算機番こはさらに、付加圧力がトーチ
と、入口と出口との間の平均水残量とを監視できる機構
と同様に、炉中におけるトーチ位置の調整およびドアー
を閉鎖してトーチを取り外した孔の封止ができる機構が
備わることが好ましい。また第２マイクロ処理装置を相
互連結して危険警報と運転停止の冗長にあたり、前記三
者間の自動通信と比較とを提供する機構と同様にトーチ
作動の場合の緊急運転停止状態において電源を接地する
ことと、トーチを炉から引き出し、かつ炉に多量のアル
ゴンを注入する機構を備えることもできる。緊急状態に
あって水入口と水出口の閉鎖機構と、バ・フグハウス温
度とパラメーターを監視してそれに関する警報を提供し
て前記バッグハウスを通る流量の調節機構を備えること
もできる。このような諸機構の組合わせを、それに適し
た要素の組合わせに基きマイクロ処理装置に設定すると
直ちに、湯あかの炉への初期装填と、正しい位置へのト
ーチの下降と、プラズマトーチの始動とプラズマトーチ
の炉ドラム１２への案内とを含む全プロセスの完全自動
制御が可能であり、また電力、冷却水および空気アーク
ガスのトーチ３０への供給と、炉ドラム１２の回転もす
べてマイクロ処理装置により制御される。装填物を加熱
して溶融状態にする時、炉壁に向けられたプラズマトー
チで加熱を１時間継続する。その後、マイクロ処理装置
はトーチを引込め、溶融アルミニウムを炉ドラムの傾斜
により排出させるよう指示する。炉に残存し、かつ混合
金属酸化物またはくおよび）金属窒化物と同様、少量の
塩化アルミニラ１１、窒化マグネシウムおよびトラップ
アルミニウムから成る残留耐火材のような生成物を制御
プラズマ酸化に暴露できる。このようにして、マイクロ
処理装置は残留耐火材のような生成物をプラズマ炉シス
テムで処理して、それによってプラズマトーチアークガ
スを切換え、酸素または蒸気で利用して残留物の酸化を
指示する。結果として出来る副生成物を引続き炉から除
去する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のフローチャート、第２図はこの発明
の工程に用いられる好ましい回転炉、プラズマアークト
ーチおよび供給系の略図、第３図は第２図に示された炉
とプラズマトーチの側面図、第４図はこの発明に用いら
れるプラズマアークトーチの略横断面図、第５図は第１
プロセス制御機１（Ｉ）を示す図、第６図は修正プロセ
ス制御機構（ＩＩ）を示す図、第７図はまた別のプロセ
ス制御機構（ＩＩＩ）を示す図、第８図はプラズマアー
クトーチと回転炉の監視計算機制御装置機能をブロック
形式で示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）炉、（ｂ）プラズマトーチおよび（ｃ）監
   視制御システムから成り、前記制御システムを前記炉と
   前記トーチのおのおのと相互接続し、またそれには前記
   炉と前記トーチの選んだ機能の同時制御機構が含まれる
   ことを特徴とするアルミニウム湯あかからの金属アルミ
   ニウムの回収用組立体。
2. （２）前記炉には液圧機構と、補充ガス機構および前記
   炉の排ガス制御の機構とが備わり、かつこれらの機構の
   おのおのを前記制御システムにより制御することを特徴
   とする請求項１による組立体。
3. （３）前記トーチには前記トーチへの電力と、前記トー
   チへの水および前記トーチへのアークガス制御の機構と
   が備わり、かつこれらの機構のおのおのを前記制御シス
   テムにより制御することを特徴とする請求項１または２
   による組立体。
4. （４）前記監視制御システムにはマイクロ処理装置が備
   わることを特徴とする請求項１または２または３による
   組立体。