JPH06501521A - スクラップからの金属再生 - 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】 スクラップからの金属再生 本発明は、スクランプからの金属再生に関する。

スクラップから金属を再生すること、例えば銅線から銅、タイヤから鉄、アルミ ニウム製のかんや容器からアルミニウムを再生することが、ますます一般的にな ってきている。

典型的なものとしては、スクランプを炉の中で加熱し、必要な金属を残すように して不要な物質を蒸発及び／または部分的に燃焼させ、上記金属を溶解してその 炉の底に流す。それらの蒸気化及び部分的に燃焼される物質は、一般的に、後に 焼却炉で燃焼されるときに大部分の炭化水素が二酸化炭素と水蒸気に変換される 金属に付着しているプラスティック、油、塗料及びグリースから排出される毒々 しい黒煙のちととなる。その気体は、微粒子等の物質を除去するためにフィルタ ーにかけられ、及び／または不純物が取り除かれ、残留汚染物質と共に大気中に 飛散される。

近年、大気中への放出が許される汚染物質の許容レベルは減少し、このことが、 より多くの割合の炭化水素を除去するために焼却炉で使用する燃料をさらに必要 とさせ、また、より効率的なフィルター及び／または不純物除去装置が必要とな ってきている。

本発明の好適実施例の目的は、少なくとも、全体での再生工程に必要な燃料の量 、及び大気中に放出される全体の気体の量を減少し、装置全体の大きさを縮小す ることである。

本発明によれば、スクラップから金属を再生する装置であって、その装置は炉と 該炉から排出される煙を燃焼する焼却炉から成り、上記炉は乾燥炉床室と浴室を 有し、上記装置はさらに酸素または酸素濃度を高めた気体の供給源と上記酸素ま たは酸素濃度を高めた気体を上記焼却炉へ運ぶ手段とを有し、上記焼却炉から発 せられた少なくとも大部分の気体が上記浴室に導き入れられることを特徴とする 装置が提供される。

上記焼却炉から発せられるわずかな割合の気体は、大気中に直接飛散されること がある。

しかしながら、好ましくは、上記焼却炉から発せられるすべての気体が上記浴室 に導き入れられる。

有益な点として、上記装置が、上記乾燥炉床室から上記焼却炉へ煙を吹き流すフ ァンを有する。

好ましくは、上記ファンが、焼却炉への煙の吹き流しを制御する可変速のモータ ーに接続される。代わりにあるいは追加的に、焼却炉への煙の吹き流しを制御す る制御バルブを設けてもよい。

もし望むのであれば、上記焼却炉を浴室まで広げてもよく、また、上記焼却炉が 浴室の一体部として構成するようにしてもよい。

好ましくは、上記浴室に排出管を設け、さらに好ましくはその排出管を上記浴室 の最も下流に設ける。

燃料（一般的には天然ガス、例えばメタンガス）の要求を満たすことに加えて、 毒々しい黒煙中の炭化水素を酸素と共に燃焼させる必要があるとき、装置にその 酸素を供給しなければならない。

有益な点として、炉の中、あるいは焼却炉から炉へ高温の燃焼ガスを運ぶ管の中 に設けられる酸素センサにより酸素の流入が制御される。

上記センサにおける酸素レベルは、燃焼率を制限及び制御できるように、好まし くは、０〜２１％体積の間に保たれる。

もし望むのであれば、焼却炉が炉の唯一の熱源であっても、あるいは主熱源であ ってもよい。

酸素または酸素濃度を高めた気体の適当な供給源は、液体酸素及び吸収により生 成される酸素濃度を高めた気体である。前者の場合、装置は液体酸素を入れてお くタンクと蒸気化装置を有する。後者の場合、分子ふるい吸収剤を用いた吸収ユ ニットを利用してもよい。

本発明をよりよく理解するために、そのひとつとして、ここで本発明に伴う図面 に言及しておく。

図１は、従来のアルミニウム再生装置の概要流れ系統図である。

図２は、本発明のアルミニウム再生装置の一実施例の概要流れ系統図である。

図３は、図２に概要的に示した装置の水平断面図である。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線での図である。

図５は、図３のＶ−Ｖ線での図である。

図６は、図３に示した焼却炉の拡大横断面図である。

図７は、図６の焼却炉の端面図である。

図１には、符号１で表される従来の装置が示されており、その装置は、油を入れ るかん、グリースの容器、缶ビールのかん等、その大部分が塗料が塗られていた りプラスチインクで覆われていたりするアルミニウムスクラップからアルミニウ ムを再生する。

スクラップアルミニウムがバッチ式炉２の乾燥炉床室１１に置かれ、バーナー３ から発せられ炉２の浴室１２へ点火し化学量論的な比率の空気と天然ガスを燃焼 する高温ガスにより加熱される。その熱が乾燥炉床室１１内のアルミニウムを溶 解し、それと同時に、プラスチック、油、グリース、塗料等を蒸気化及び部分的 に燃焼させ、毒々しい黒煙として管４を介して炉２から放出される。

パイプ５を介して管４に空気が加えられ、その気体混合物は焼却炉６へ流入し、 そこで管７を介して導かれる化学量論的な比率の空気と天然ガスの燃焼により焼 却される。

管５を介して注入される空気の量は、試行錯誤によって決められる。この空気の うちいくらかは、２次空気として炉２に直接流入し、炉床の燃焼を制御する。

実際問題として、炉２から常時前々しい黒煙が発せられるわけではないが、加熱 作業が開始されてから、スクランプの種類によっていずれ発せられる。上記煙が いつ放出されるかその正確な時間がわからないので、１回の全バッチ作業におい て燃焼に必要な空気の最大量を注入することが常套手段となっている。

焼却されたガスは、最終的に約８５０°Ｃで管８を介して焼却炉６から放出され 、微粒子等の物質を除去するためにフィルターにかけられた後に大気中に飛散さ れる。

典型的な装置において比較する目的で、バーナー３はハツチごとに１単位体積の 天然ガスと９．５単位体積の空気を装置に注入するものとする。この場合、バー ナー７は、０．２７単位体積の天然ガスと２．６単位体積の空気を注入し、また 、パイプ５を介して１０．５単位体積の空気が注入される。全排出は、２３．８ ７単位体積である。典型的なものとして、１トンのアルミニウムを再生するのに 天然ガスからの熱が２０４６　ＫＷ必要である。

次に、図２には、本発明の装置が示されている。符号１０１で表される装置は、 乾燥炉床室１１２及び浴室１１１を有する炉１０２から成る。ファン１０９は、 未燃炭化水素の毒々しい黒煙を管１０４を介して焼却炉１０６へ運ぶように設け られ、炉１０２へ直接排出するようにされている。排出管１１０は、浴室１１１ の最も下流に位置している。

使用時には、化学量論的な比率の酸素と天然ガスのが管１０７を介して焼却炉１ ０６へ供給される。その酸素と天然ガスを、管１０４から流入する煙及びパイプ １０５から流入する酸素と混合する。それらすべてが燃焼して高温で清浄な排出 ガスを生成し、そのガスは炉１０２の浴室１１１へ導かれる。

その清浄な排出ガスの一部は、浴室１１１の最も下流の排出管１１０より（フィ ルタを介して）大気中へ飛散され、残りのガスは、炉１０２の乾燥炉床室１１２ 内のスクラップ上を通り抜け、そこでアルミニウムを溶解し、不要なプラスチッ ク、油、グリース、塗料を蒸気化及び部分的に燃焼して毒々しい黒煙として管１ ０４を介して炉１０２から発する。

図２に示される構成は、いくつかの優れた効果を持っている。特に、産業用純酸 素を酸化剤として使用すること、及び、スクラップ中の可燃物質やそこから出る 煙及び蒸気の寄与を考慮にいれないでも炉からの排出ガスの熱を再利用すること が図１に示した装置に比べてかなりの量の必要燃料を削減できることなどである 。

第２の効果は、固体廃物（例えば、ゴム、プラス千ツク汚染物質、蒸気化された 油やグリース及び塗料、炭素煙粒子）の燃焼によって生成される熱に関し、この 熱は炉１０２にも直接供給される。従来技術においては、この熱は浪費されるか 水を加熱するために使われていた。

実際問題として、再利用される金属といっしょになっている可燃廃品物質の熱的 な価値に関して述べると、管１０７を介して供給される燃料をさらに削減でき、 あるいはサイクルの一部で供給を断つことも可能で、その結果、図１の装置と比 べて全体として少なくとも６０％の燃料消費を削減可能となる。したがって、絶 対的最小燃料消費を達成するためには、可燃廃品物質をスクランプ金属の加える ことが効果的となるであろう。

第３の効果は、全排気放出量及び排気物中の不純物濃度に関する。第１に、焼却 炉１０６は装置１０１の唯一の熱源として働き、空気よりもむしろ酸素を使用す るので、再利用される煙に応してではあるが、焼却炉１０６内の温度を比較的高 温（３０００°Ｃまで）にすることができる。高温にするほど、より短時間に、 そしてより完全に不純物を燃焼させる。一般↓こ、焼却炉１０６内の温度は１０ ００　’Ｃから２０００°Ｃであり、典型的な例としては１７００°Ｃである。

第２に、毒々しい黒煙を再利用することにより、排気ガスの量が、焼却炉１０６ に導き入れられるメタンと酸素の量と実質的に等しくなる。このことが、フィル タの負荷を従来技術に比べて約１／１８に減らし、また、必要とする煙突のサイ ズを小さくする。

焼却炉１０６内の温度が高いことが望ましい一方で、浴室内の溶解金属の温度は 、その溶解金属が許容範囲をこえる割合で蒸気化してしまうような温度に達して はならない。

図１に示した装置と比較すると、バ・ンチ処理毎に管１０７を介して０．４単位 体積の天然ガスが供給される。この天然ガスは、完全燃焼するのに０．８単位体 積の酸素を必要とする。続いて、炉から管１０４を介して運ばれてきた７、５単 位体積の高温排気ガスと混合される。

その煙と炭化水素蒸気を燃焼するために、管１０５を介して約１０％の過剰酸素 を使用し、全体として０．８８単位体積の酸素を供給する。この酸素の供給は、 適切に２つの流れに分けられ、管１０５を介する流れは直接焼却炉１０６に導き 入れられる。

したがって、焼却炉１０６から放出される量と、炉１０２へ流入する量の合計は 、８．７８単位量となる。排気管１１０を介して装置から排気される量は、装置 に加えられる燃料と酸素の量、すなわち１，２８単位量（ＮＴＰ；室温・通常圧 力において）である。

このため、図１と図２に示された２つの装置の間の比較をすると、排気量の比率 が１．２８：２３．８７、すなわち、排気量が従来の装置に比べてわずか５．４ ％になる。

この新装置の代表的な燃料消費は、１トンのアルミニウムを再生するのに、約８ １８ＫＷであり、これはスクラップ金属中の可燃物質及び蒸気化された炭化水素 による熱エネルギーを考慮に入れていない値である。

次に、図３．４．５を参照にし、同図において装置１０１は、浴室１１１及び乾 燥炉床室１１２を含む炉１０２を有している。

使用時において、スクランプアルミニウムは乾燥炉床室１１２に搬入される。フ ァン１０９は、装置１０１内の残留ガスの排出を開始する。天然ガスがパイプ１ １４を介して導き入れられ、焼却炉１０６内で空気中に存在する酸素とともに燃 焼される。その後、酸素が天然ガスに対して化学量的な比率でパイプ１０７を介 して導き入れられる。焼却炉１０６から発せられる約１７００°Ｃの高温排気ガ スが、先ずそこの内張り耐火壁を加熱じながら浴室１１１を通り抜け、はんの一 部のみが排気管１１０及び保存炉１１５を介して大気中に排出される。残りの大 部分のガス：よ乾燥炉床室１１２を通り抜−す、そこでスクラップアルミニウム を加熱する。その後、高温ガスは管１０４を通り抜シナ、ファン１０９により焼 却炉１０６へ再び送られる。過剰酸素が、予め設定されているプログラムに従っ て、パイプ１０５を介して導き入れられる。この酸素は、スクラップ中の可燃物 質と反応させるために導き入れられる。浴室１１１内のモニターが、酸素台を量 を監視している。

所定時間後、アルミニウムに付着していたプラスチング、グリース、油、塗料が ７気化及び部分的に燃焼しはじめる。

これらが管１０４を通り抜ける毒々しい黒煙のもととなり、パイプ１０５を介し て供給される酸素とともに焼却炉１０６内で完全に燃焼される。

乾燥炉床室１１２内のアルミニウムが溶解すると、そのアルミニウムは約８００ ″Ｃに加熱されている浴室１１１に流れ込む。酸化アルミニウムがその表面に浮 遊し、その浮きかすをす（うことが出来る。そのアルミニウム自身、必要時に保 存炉１１５に流入する。

浴室１１１は毒々しい黒煙を産する物質をほとんどあるいは全く含んでいないの で、浴室１１１と乾燥炉床室１１２の間の浴室１１１の端部で排気管１１０は処 分可能であると考えられる。このことが排気ガス中の熱を出来るかぎり利用し、 そのガス中の不燃不純物を酸化させることができる時間を最大にする。

次に、図６，７を参照し、同図において、焼却炉１０６は、軸Ｘ−Ｘのまわりに 同心円的に配置されたシリンダ１１６．１１７，１１８を有している。図７に示 すように、天然ガス（メタン）がシリンダ１１８に接線方向に導き入れられ、酸 素ががシリンダ１１７に接線方向に導き入れられる。天然ガスと酸素は混合して シリンダ１１６に流入し、そこで管１０４からの煙と（もしあれば）パイプ１０ ５からの酸素と混合する。このようにして生成された混合物は、焼却炉１０６内 で燃焼して高温（１７００°Ｃ）で清浄な排気ガスを炉１０２へ供給する。

もし望むのであれば、再利用されるガスの割合を管１０４に設けられたバルブ１ ２０で調節するようにしてもよい。

代わりに、または追加的に、それ自身の電動モニターを制御するインバータによ り、再利用されるガスの割合を変化するようにし、順次、その装置を制御するプ ログラマブル論理コントローラー（不図示）により制御されるようにしてもよい 。

再利用されるガスの割合を変化することにより、焼却炉１０６から発せられる高 温排気ガスの温度は、溶解する金属の種類に適するように、高再利用率の１００ ０°Ｃから低再利用率の３０００　’Ｃまでの範囲で調節できる。容易に蒸気化 する細かい金属のけずりくず等の場合は、より低い温度が適し、したがって少量 の産量が得られる。

前述したように、酸素の供給は、ハノチェ程全体では適切に変化される。好適実 施例において、最初の段階での酸素の供給は、開始時に必要とされる燃料の２倍 の量に固定される。戻ってくる排気ガスの温度が上昇するにつれて、炉中の温度 を保ために必要な燃料の量は減少する。燃料の流入が減ると、過剰酸素が、減少 した分の燃料が放出していた熱量と等しい熱量を供給するために再利用する流入 物中の十分な可燃物質の燃焼を保つことができるようにする。

すると、熱平衡に達するまで、あるいは可燃物質が消費されて炉の温度を保つた めに燃料が必要になるまで燃料の供給はさらに減少する。

その酸素の供給が焼却炉１０６において装置に流入するので、燃料と煙の燃焼は 乾燥炉床室上での燃焼よりも優先的になる。

より洗練された制御装置においては温度センサが設けられ、浴室１１１内の液体 状になっている金属の温度を検出する。その温度が所望の温度を上回った場合に は、パイプ１０７を介して流入する酸素の量は減少される。このことにより、浴 室１１１内の酸素レベルが低下し、そのレベル低下はモニタによって検出される 。そのモニタからの信号が、焼却炉１０６への天然ガスのの供給を減らし、化学 量論的燃焼をおこなうような比率の酸素と燃料に従って、予めプログラムされた 酸素量が供給可能となる。

もし、モニタで検出される酸素濃度が所望の値よりも低かったとすると、存在す る可燃物質の過剰が明らかなので、燃料の供給はさらに減少される。同様に、モ ニタで検出される酸素濃度が所望の値よりも高かったとすると、燃料の供給は増 加される。

本発明の重要性を評価するために見積もりを取ると、従来技術の小型の装置を提 供するためには約１００万英国ボンドかかると思われる。同等の働きの、図３〜 ７に基づく装置は、わずか３５万英国ボンドしかかからない。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成５年１月６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．炉（１０２）及び該炉（１０２）からの煙を焼却する焼却炉（１０６）から 成るスクラップから金属を再生する装置（１０１）において、前記炉（１０２） は乾燥炉床室（１１２）及び浴室（１１１）とを有し、前記装置（１０１）がさ らに酸素または高酸素濃度気体の供給源、及び前記酸素または高酸素濃度気体を 前記焼却炉（１０６）へ搬送する手段（１０５，１０７）を有し、前記焼却炉（ １０６）から発せられた気体のうち少なくとも大部分が前記浴室（１１１）へ導 き入れられることを特徴とするスクラップから金属を再生する装置。 ２．前記焼却炉（１０６）から発せられたすべての気体が前記浴室（１１１）へ 導き入れられることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．前記乾燥炉床室（１１２）から前記焼却炉（１０６）へ煙を吹き流すファン （１０９）を有することを特徴とする請求項１または２記載の装置。 ４．前記ファン（１０９）が可変速モーターに接続されていることを特徴とする 請求項３記載の装置。 ５．使用時に前記焼却炉（１０６）への煙の流れを制御するための制御バルブ（ １２０）を含むことを特徴とする請求項３または４記載の装置。 ６．前記焼却炉（１０６）が前記浴室（１１１）の一体部を構成することを特徴 とする請求項１，２，３，４、または５記載の装置。 ７．排気管（１１０）が前記浴室（１１１）る最下流端の前記浴室（１１１）内 に設けられたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５、または６記載の装置 。 ８．前記排気管（１１０）が前記浴室（１１１）の最下流端に設けられたことを 特徴とする請求項７記載の装置。 ９．前記炉（１０２）内または前記焼却炉（１０６）から前記炉（１０２）へ高 温燃焼ガスを搬送する管（１０４）内における酸素濃度を決定するセンサと、該 センサに応答して前記焼却炉（１０６）への酸素流入を制御する手段とを有する ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７、または８記載の装置。 １０．前記焼却炉（１０６）が前記炉（１０２）に対する唯一のまたは主要な熱 供給源であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８、または ９に記載の装置。 １１．液体酸素を保存するタンクと、酸素または高酸素濃度気体を前記焼却炉（ １０６）へ搬送する手段（１０５，１０７）に接続されて蒸気化装置とを有する ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９、または１０記載 の装置。