KR100236307B1

KR100236307B1 - 주조모래상의불순물을열분해시키고,생성된가스를연소시키기위한방법및장치

Info

Publication number: KR100236307B1
Application number: KR1019940027912A
Authority: KR
Inventors: 로날스파울알프레드구이글라인부리
Original assignee: 조안 엠. 젤사 ; 로버트 지. 호헨스타인 ; 도로시 엠. 보어; 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1999-12-15
Also published as: KR950017004A; CN1108979A; CA2134590C; ES2124830T3; CN1050785C; CA2134590A1; US5363779A; BR9404281A; EP0656236A1; JPH07185734A; EP0656236B1; DE69415133D1; DE69415133T2

Abstract

본 발명은 특별히 배치된 산소-연료 버어너(32)로, 특별한 각도로 있는 축에 대해 회전하는 콘테이너(13)내의 주조 모래상의 불순물을 연소시키는 방법에 관한 것이다. 콘테이너(13)이 축(A)에 대해 회전함에 따라 산소-연료 버어너(32)는 특별한 각도로 불꽃 및 과잉산소를 점화시켜서 불순물의 열분해를 향상시킨다.

과잉산소의 양은 생성된 배출가스가 적어도 2 부피% 산소를 함유하여 불완전 연소 생성물이 콘테이너(13)으로부터 빠져나가는 것을 방지하거나 또는 상당히 최소화시킬 정도의 양이다. 불순물을 열분해시킨 후, 산소-연료 버어너(32)로 부터의 불꽃 및 과잉산소의 점화는 주조 모래의 바닥에서 산화제 분산으로 대체될 수 있다. 콘테이너(13)으로부터의 생성된 배출가스는 후연소로(7), 연도가스 냉각수단(8), 여과장치(9) 및/또는 오염물질 제거수단(11)에서 처리될 수 있다.

Description

주조 모래상의 불순물을 열분해시키고, 생성된 가스를 연소시키기 위한 방법 및 장치

제 1도는 본 발명의 일실시예를 도시한 회전로, 배출가스 산소분석기, 배출가스 연소로, 연소된 배출가스 냉각수단, 여과수단 및 오염물질 제거수단을 포함하는 사용된 모래처리 시스템의 개략도.

제 2도는 본 발명의 일실시예인 산소-연료 버어너를 갖는 회전로를 도시한 단면도.

제 3도는 본 발명의 일실시예인 다공성 플러그를 갖는 회전로를 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 사용된 모래 처리 시스템 3 : 회전로

5 : 산소분석기 7 : 배출가스 연소로

8 : (연소된) 배출가스 냉각수단 9 : 여과수단

11 : 오염물질 제거 수단 13 : 콘테이너

15 : 원형 프레임 17 : 제 1 회전수단

19 : 기부 21 : 제 2 회전수단

23 : 측벽 25 : 전방벽

27 : 입구 29 : 후벽

30 : 다공성 플러그 31 : 출구

32 : 산소-연료 버어너 33 : 외면구조

35 : 피벗핀 37, 39 : 화살표

41 : 재순환물질 42 : 전동수단

43 : 산화제 공급원 45 : 가요성 호오스

본 발명은 주조 모래(foundry sand)상에서 불순물을 열분해(pyrolysis)시키고, 열분해로부터 생성된 가스를 연소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

주조 공업(foundry industry)에서는 용융금속의 주물에 적합한 주형을 생성시키기 위해 실리카, 크롬 철광(chromite) 또는 올리빈 모래(olivine sand)등이 널리 이용된다. 주형을 생성시키는 데에 있어서, 모래는 다양한 결합제(binding agents)와 결합된다. 일반적으로 사용되는 결합제는 아마인유(linsed oil) 및 벤토나이트 등의 천연 결합제, 및 유기 수지(organic resin)등의 화학 결합제이다. 사용되는 결합제의 유형은 소정의 성형 특성에 따라 달라지나, 벤토나이트 및 유기 수지가 널리 이용된다. 대부분의 유기 수지 결합제는 적정 온도가 인가되거나 또는 적정 온도의 인가없이 촉매의 영향하에서 망상 구조(reticular structure)를 형성하는 페놀계 및 푸란계 수지를 기초로 한다.

주조 공업은 결합제 잔류물을 함유한 대용량의 모래를 재순환시킨다.

가장 흔한 방법으로, 사용된 모래는 기계식 마멸처리된 다음, 선별단계(screening step)를 거친후에 재순환된다. 기계식 마멸처리로 매우 미세한 입자로 파쇄된 결합제 잔류물을 제거시키거나 선별한다. 그러나, 이러한 처리 방법은 또한 모래 입자를 파괴시키고 침식시켜서 결합제 잔류물을 함유한 다량의 모래를 제거시키거나 선별한다. 이러한 조작으로 대략 20%의 모래가 손실된다. 즉, 전세계적으로 연간 수백만톤의 모래가 폐기물로서 폐기된다. 처리된 다량의 사용된 모래가 벤토나이트("생사(green sand)"로서 언급됨)을 함유하고, 또한 환경에 무해하다 하더라도, 유기 결합제를 함유하는 사용된 모래와 결합되거나 혼합되는데, 이는 서로 다른 부분의 주형을 제조하기 위해 벤토나이트 및 유기 결합제의 사용하거나, 또는 주조 공업조작의 복잡성에 기인한다. 유기 결합제를 함유한 처리된 사용된 모래는 일반적으로 환경에 유해하다.

재순환 방법과 관련된 비효율성 및 환경적 유해성을 방지하기 위해 유동층을 수반하는 몇가지 모래 재생법(sand reclamation process)이 제안되어 왔다. 이러한 방법들에서는 보조 가열을 위해 전기 또는 천연가스가 사용되는 동시에, 모래에 존재하는 유기 잔류물은 연소시키기 위한 수단으로서 유동 매질(fludizing medium)인 공기가 사용된다. 전술한 방법들은 실제로 동일한 결합제를 갖고 실제로 동일한 입자 크기를 갖는 다량의 모래를 연속 처리하기 위해 유용하다. 그러나, 이는 서로 다른 모래, 즉 서로 다른 입자 크기 및 서로 다른 결합제를 갖는 모래를 연속적으로 또는 혼합물로 처리하는 데에 있어서, 서로 다른 모래에 대해 서로 다른 조작 변수가 필요하기 때문에 비효과적이고 비효율적이다. 더욱이, 사용된 모래 덩어리를 분쇄시켜 유동화된 베드 처리용 미세 메쉬(fine mesh)로 걸러내야 하는 점이 단점이다.

결과적으로 WO 91/08068호에는 주조 모래를 배소시키기 위한 방법이 제안되었다. 초기에 불순물이 함유된 사용된 모래가 회전로에 장입된다. 로는 축에 대해 수직으로부터 약 5 내지 약 15°의 각도로 회전한다. 산소가 모래 배치(sand batch)의 바닥으로 주입되고 모래 배치 전체에 걸쳐 확산된다. 그 사이에, 로의 상단에서 버어너로부터 제공된 불꽃 전면이 노 배치의 상부 표면으로 향한다. 버어너로부터 불꽃이 중단된 후에, 불순물의 완전 연소가 일어날 때까지 불꽃 전면을 점차적으로 하강시키기 위해 산소가 계속해서 주입된다. 그러나, 이러한 열공정은 다음과 같은 단점을 가질 수 있다. 첫째, 모래가 제한된 연소성 불순물을 함유할 경우에, 불꽃 전면은 점차적으로 모래 배치의 바닥쪽으로 향하지 않는다. 상단으로부터의 불꽃 전면은 모래 배치의 바닥쪽으로 향하지 않는다. 상단으로부터의 불꽃 전면은 모래 배치의 상층에 있는 불순물을 연소시킬 수 있지만, 모래 배치의 바닥층까지 도달하지 않을 수 있다. 둘째, 버어너로부터의 불꽃, 즉 불꽃의 끝이 단지 모래 배치의 상층의 일부 영역과 접촉하므로, 바람직한 온도 균일성이 달성되지 않을 수 있다. 모래 배치의 특정부분, 특히 바닥부분은 불꽃 전면에 접촉하지 않을 수 있고, 조작이 완료된 경우에도 여전히 불순물을 함유할 수 있다. 셋째, 불꽃 전면이 하향으로 전진함에 따라 모래 입자가 빠르게 가열되므로 열충격으로 인해 모래 입자가 분할될 수 있다. 예를 들어, 모래 배치의 본체는, 예열되지 않기 때문에 열충격을 받을 수 있다. 마지막으로, 사용된 모래 배치의 층을 통해 확산하는 산소에 대한 주입속도가 모래 배치의 채널링 및 국소적 유동화를 방지하기 위해 매우 낮은 수준으로 유지되기 때문에 부분적으로 열분해된 유기 불순물 및 CO를 함유하는 배출가스가 분위기(atmosphere)로 방출될 수 있다.

본 발명의 목적은 주조 모래 배소 회전로를 빠져나가는 배출가스(off-gas)내의 CO 및 열분해된 유해 유기물질을 감소 또는 제거시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열분해중에 회전로내의 온도 균일성, 즉 회전로 내의 헤드 공간 및 모래 배치의 온도균일성을 조장하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열분해 및 연소시키는 동안 회전로내의 온도를 제어하여 모래 입자의 구조의 변형을 최소화시키는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 회전로를 빠져나가는 배출가스에서 먼지 동반물을 감소시키는 것이다.

본 발명의 부가적 목적은 서로 다른 모래를 효과적으로, 그리고 효율적으로 처리하기 위해 유용한 열공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 부가적 목적은 모래분진 및 먼지등의 처리되어야 하는 사용된 모래를 이러한 폐기가 환경에 무해하도록 처리하고 오염제거시키기 위해 유용한 열공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 부가적 목적은 사용된 모래를 열분해시키고, 체류 시간 중에 생성된 가스를 연소시키기 위해 철 용융 회전로의 사용을 허용하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 목적 및 장점은, 축에 대해 회전가능한 콘테이너 내에서 유기물에 의해 오염된 주조 모래를 배소시키기 위한 방법에 의해 달성되며, 이 방법은

(a) 유기물로 오염된 주조 모래를 콘테이너 내부로 공급하는 단계와,

(b) 축이 수평으로부터 대략 0 내지 ±10°의 각도로 놓여 있도록 콘테이너를 조절하는 단계와, (c) 콘테이너를 축에 대해 회전시키는 단계와, 그리고 (d) 산소 및 배소된 주조 모래를 함유하는 배출 가스를 생성시키기 위해 수평 또는 축으로부터 대략 0 내지 ±30°의 각도에서 상기 콘테이너 내의 과잉산소를 함유한 하나 이상의 불꽃을 점화시키는 단계를 포함한다.

콘테이너내로 도입되는 과잉 산소의 양은, 모래 배치로부터 배출되는 열분해 생성물이 불순물로서 가열되고, 콘테이너 헤드공간에서 완전히 연소되는 정도의 양으로서 이는 콘테이너의 출구를 빠져나가는 배출가스가 적어도 2 체적 %의 산소를 함유할 경우에 달성된다. 배출 가스중의 이러한 소정의 산소 농도는 배출가스 산소분석기로 배출가스의 산소함량을 분석한 후 산소흐름을 조절함으로써 유지된다. 적어도 하나의 불꽃 및 과잉산소를 발생시키기 위해 사용되는 연료 및 대략 25 체적% 이상의 산소농도를 함유하는 산화제의 점화 속도는 재순환물질을 생성시키거나 또는 배출가스 중에서 입자 동반물을 감소시키기 위해 조절된다. 과잉 산소를 함유한 적어도 하나의 불꽃의 점화를 중지시키면, 모래상에 잔류하는 유해 유기물 또는 탄소 잔류물을 완전히 연소시키기 위해 산화제는 주조 모래의 바닥에 분산된다. 사용된 모래상의 유기물을 산소-연료 버어너로 열분해시킨 결과 탄소 잔류물이 생성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 본 발명의 목적 및 장점은 불순물을 함유하는 주조 모래를 배소시킬 수 있는 연소 장치에 의해 달성되며, 이러한 연소 장치는 (a) 적어도 하나의 측벽(23), 입구(27)를 한정하는 적어도 하나의 전방벽(25) 및 출구(31)를 한정하는 적어도 하나의 후벽(29)을 갖는 콘테이너(13), 콘테이너가 축에 대해 회전할 수 있도록 콘테이너를 둘러싸고 지지하기 위한 원형 프레임(13), 원형 프레임에 결합된 콘테이늘 회전시키기 위한 수단 및 원형 프레임에 피봇회전 가능하게 결합된 기부로 구성된 회전로(3), (b) 콘테이너(13) 내부로 산화제를 분배시키기 위한 다공성 플러그(30) 또는 콘테이너 내부에서 불꽃 및 과잉산소를 점화시키기 위한 산소-연료 버어너(32)로 구성된 군으로부터 선택되며, 콘테이너의 입구(27)내에 끼워맞춤되거나 체결되도록 설계된 주조 모래를 연소시키기 위한 수단, 및 (c) 콘테이너(13)의 출구와 유체 연통하고 있는 배출가스 산소분석기(5)를 포함한다.

선택적으로, 후 연소로 등의 배출가스-연소로, 연소된 배출가스 냉각수단, 여과수단, 및 오염물질 제거수단 등의 배출가스에 대한 후처리 시스템이 제공될 수 있다.

본원에 사용되는 용어 "불순물(contaminants)"은 환경에 유해한, 주조 모래상의 화학약품 또는 유기 결합제 등의 성분을 의미한다.

본원에 사용되는 용어 "유기물(organic matter)"은 주조 모래상의 페놀계 수지(phenolic resins) 및 푸란계 수지(furannic resins)등의 유기성분을 의미한다.

본원에 사용되는 용어 "서로 다른 모래"는 서로 다른 결합제를 갖는 모래 또는 여러 입자 크기를 갖는 모래를 의미한다.

본원에 사용되는 용어 "하나 이상의 산소-연료 버어너"는 22 체적% 이상, 바람직하게는 25체적% 이상, 더욱 바람직하게는 50체적%, 이상의 산소농도를 갖는 산화제, 및 연료를 점화시켜서 불꽃을 발생시키는 하나 이상의 버어너를 의미한다.

본원에 사용되는 용어 "과잉 산소(excess oxygen)"는 회전로를 빠져나가는 배출가스가 산소를 함유하게 하기에 충분한 산소의 양을 의미한다.

본원에 사용되는 용어 "체류시간(dwell time)"은 금속을 용융시키기 위해 회전로가 사용되지 않는 기간을 의미한다.

제 1도에는 사용된 모래 처리 시스템(1)이 개략적으로 도시되어 있다.

사용된 모래 처리 시스템(1)은 회전로(3), 산소분석기(5), 배출가스 연소로(7), 연소된 배출가스 냉각수단(8), 여과수단(9), 및 SiO₂등을 제거하기 위한 오염물질 제거 수단(11)을 포함한다. 제 2도 및 제 3도에 도시된 바와같이, 회전로(3)는 일반적으로 콘테이너(13), 원형 프레임(15), 제 1 회전수단(17), 기부(19) 및 제 2 회전수단(21)으로 구성된다. 콘테이너(13)는 적어도 하나의 측벽(23), 입구(27)를 한정하는 적어도 하나의 전방벽(25) 및 출구(31)를 한정하는 적어도 하나의 후벽(29)을 갖는다. 콘테이너(13)의 입구(27)는 다공성 플러그(30) 및 하나 이상의 산소-연료 버어너(32)를 쉽게 합체시키고 쉽게 분리시키도록 설계된다. 콘테이너(13)는 원형 프레임(15)에 의해 자유롭게 회전하도록 둘러싸여 있으며 지지되어 있다. 원형 프레임(15)에는 그 내부 표면상에 로울러가 장착되어 콘테이너 측벽(23)의 외면에 끼워맞춤된 로울링 밴드와 매치된다. 원형 프레임(15)은 기부(19)에 의해 차례로 지지된다. 특히, 기부(19)는 2개의 트러니온과 같은 피봇 핀(35)을 경유하여 원형 프레임(15)에 피봇회전 가능하게 연결된다. 전기모터와 같은 제 1 회전수단(17)이 원형 프레임(15)의 외면에 결합되어 주조 모래 배소 과정중에 화살표(37)의 방향으로 콘테이너(13)를 회전시킬 수 있다. 공기식 또는 전기식 회전장치와 같은 제 2 회전수단(21)은 원형 프레임 트러니온 상에 위치한 전동수단(42)에 의해 화살표(39)의 방향으로 콘테이너(13)를 기울이거나 또는 조정하기 위해 기부(19)에 부착될 수 있다. 이로 인해 콘테이너(13)는 수직면(C)에서 약 180°로 기울어진다.

초기에, 유기 수지 결합제 등의 화학약품 또는 유기물로 오염된 주조 모래의 적어도 일부분이 제공된다. 이러한 모래는 소정의 입자크기로 분쇄된다. 분쇄되었거나 또는 분쇄되지 않은 주조 모래는 호퍼(도시되지 않음)의 사용으로 입구(27)를 통해 콘테이너(13)내에 적재된다. 콘테이너(13)는 내화재, 합금, 강 또는 스테인리스강 등의 화학적 저항성 및 온도 저항성 재료로 제조된다. 특히 콘테이너 외장은 내열성 강으로 만들어지며, 동시에 그 내부 표면에 내화재 내층을 댄다. 콘테이너(13)는 수평면(B)로부터 측정하여 콘테이너(13)의 축(A)이 약 0 내지 약 ±10°, 바람직하게는 0 내지 약 ±5°가 되도록 기울어지거나 조정된다. 콘테이너(13)의 기울어짐 또는 조정은 제 2 회전수단(21)을 작동시킴으로써 이루어진다.

콘테이너(13)를 기울게 한 후 또는 기울이기 전에, 하나 이상의 산소-연료 버어너(32)가 입구(27)내에 삽입된다. 외면구조(33)에 매달리거나 부착될 수 있는 하나 이상의 산소-연료 버어너(32)는 공기식 잭(pneumatic jack)등에 의해 점화위치로 밀어 넣어질 수 있다. 산소-연료 버어너(32)는 입구(27) 내측에 위치된다. 입구(27)를 기밀하게 밀봉시키기 위한 판(34)이 설치되어, 조작중에 과잉 대기공기가 콘테이너(13)에 들어가는 것을 방지한다.

사용되는 하나 이상의 산소-연료 버어너(32)는 불꽃 및 화학양론적 양의 산소보다 약 50 내지 약 180% 더 많은 과잉산소를 제공할 수 있는 임의의 통상적인 산소-연료 버어너일 수 있다. 통상적인 산소-연료 버어너는 일반적으로, 약 22체적% 이상, 바람직하게는 약 25체적% 이상의 산소농도를 갖는 산화재를 점화시키기 위한 적어도 하나의 통로, 및 연료를 점화시키기 위한 적어도 하나의 통로를 갖는다. 산화제 통로(들)는 산소의 화학양론적 양보다 적어도 약 50% 더 많은 양, 바람직하게는 100% 더 많은 양, 예를 들어(연료와 반응하여)불꽃 및 과잉산소를 생성시키기 위해 충분한 양을 점화시킬 수 있어야 한다. 바람직한 산소-연료 버어너는 본원에 참고문헌으로 인용된 앤더슨(Anderson)의 미합중국 특허 제 4,541,796호 및 제 4,907,961호에 기술되고 청구된 것과 같은 흡인 산소-연료 버어너(aspirating oxygen-fuel burners)이다. 이러한 흡인 버어너는 산소통로 및 연료통로가 특별히 설계되어, 특정 속도로 산화제를 점화시킬 때에 재순환물질(41)이 형성되어, 과잉산소가 쉽게 도입될 수 있게 된다. 콘테이너(13)내에서의 재순환물질(41)의 생성은 온도균일성을 증진시키는 것으로 인지되었다.

장착된 산소-연료 버어너(32)는 수평면(B) 또는 축(A)으로부터 약 0 내지 약 ±30°, 바람직하게는 약 0 내지 약 ±10°, 더욱 바람직하게는 약 0 내지 약 ±5°의 각도로 콘테이너내에서 주조 모래의 위로 불꽃이 향하도록 위치한다. 불꽃의 방향이 수평면(B) 또는 축(A)에 더 근접함에 따라 불꽃 에너지가 효율적으로, 그리고 효과적으로 이용되어, 모래 표면위에서 모래 배치로부터 균일하게 방출되는 열분해 가스를 연소시키고, 따라서 콘테이너내에서 완전한 연소 및 온도균일성을 증진시킬 수 있다. 다시 말하면, 콘테이너(13)의 축(A) 또는 콘테이너(13)의 표면에 평행하게 불꽃을 점화시키는 것이 가장 바람직하다. 물론, 이것은 전방벽(25) 내에서 한정된 입구(27)를 콘테이너내의 주조 모래의 표면, 예를 들어 전방벽(25)의 중심 바로 위에 위치시키는 것을 필요로 할 수 있다.

산소-연료 버어너(32)가 적절하게 위치하고 배향되면, 천연가스등의 산화제 및 연료가 산소-연료 버어너(32)에 전달된다. 산소-연료 버어너(32)는 (도시되지 않음)원격조절점화 제어장치를 이용하여 점화되어 산화제의 존재하에 연료를 연소시킴으로써 불꽃을 생성시킬 수 있다. 연료 및 산화제의 점화속도가 조절되어, 생성된 배출가스가 3m/초 이하의 속도로 콘테이너(13)를 빠져나가 먼지동반을 감소 또는 방지하게 된다. 임의적으로, 산화제의 점화속도가 또한 재순환물질(41)을 생성시키도록 조절되어 콘테이너(13)내의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있다. 정상적으로, 산화제는 재순환 물질(41)을 생성시키기 위해 약 200m/초 내지 약 300m/초의 속도에서 점화된다. 사용된 산화제는 22체적% 이상, 바람직하게는 25체적% 이상, 더욱 바람직하게는 50체적% 이상의 산소농도를 갖는다. 공업용 순산소(technically pure oxygen)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

운반되어진 산화제의 양은 산소-연료 버어너(32)가 콘테이너(13)내에서 불꽃 및 과잉산소를 점화시킬 수 있는 정도의 양이다. 정상적으로 과잉산소의 양은 배출가스, 즉 모래 배치로부터 방출된 열분해가스의 연소로부터 생성된 가스가 적어도 약 2 체적% 산소를 함유하게 하거나, 또는 생성된 콘테이너 분위기가 적어도 약 2 체적% 산소를 함유하도록 유도한다. 이러한 배출가스 또는 분위기를 얻기 위해 산소-연료 버어너(32)에 운반되는 산화제의 양은 대표적으로, 불꽃을 생성시키거나 또는 연료를 연소시키기 위해 화학양론적 양보다 약 50% 내지 150% 더 많은 양의 산소를 제공한다. 예를들어, 천연가스 등의 연료는 주조 모래 1톤당 약 15N㎥/hr 내지 약 60N㎥/hr의 유속으로 운반되는 반면, 공업용 순산소 등의 산화제는 주조 모래 1톤당 약 45N㎥/hr 내지 약 240N㎥/hr의 유속으로 전달된다. 운반되는 산화제의 양은 콘테이너 분위기내의 바람직한 산소농도, 즉 적어도 약 2체적% 산소를 함유하는 바람직한 배출가스를 유지시키도록 조절 또는 조정될 수 있다. 초기에 출구(31)를 통해 콘테이너(13)를 빠져나가는 배출가스의 산소농도 또는 콘테이너 분위기의 산소농도는 샘플을 로 밖으로 흡인시키고, 이것을 산화 지르코늄 프로브 등의 프로브 상에 통과시키는 밀접복식 추출분석기(close-coupled extractive analyzer)등의 산소분석기(5)로 분석된다. 공지된 밀접복식 추출분석기는 상표명 "THERMOX" 및 "CASA"로 시판된다. 산소분석기(5)는 출구(31)와 유체 연통되어 있는 도관에 연결되어 배출가스 또는 콘테이너 분위기중의 산소농도 수치를 분석하고 전달할 수 있다. 분석되고 전달되는 농도 수치에 근거하여, 운반되는 산화제의 양은 콘테이너 분위기 또는 배출가스내의 바람직한 산소농도를 유지시키도록 수동 또는 자동으로 조절 또는 조정된다. 바람직하게는, 산화제 운반속도 또는 산화제 점화속도에 대한 조절은 시간 중복(time laps)에 비례하여 이루어지거나 또는 배출가스 산속분석기(5)의 판독으로부터 산소 대 연료비를 조절하는 자동 제어 루프를 이용함으로써 달성된다. 콘테이너 분위기 즉, 배출 가스 내의 산소 농도를 소정의 수치로 유지시킴으로써, 불순물의 불완전 연소 또는 열분해로 생성되는 임의의 유해 생성물이 콘테이너로부터 최대 허용 범위 이하로 배출되는 것을 방지한다. 더욱이, 배출 가스 중의 CO 함량은, 예를들어 최대 허용 범위 이하로 감소된다.

산소-연료 버어너(32)로부터 불꽃을 점화하는 동안, 콘테이너(13)는 수평면(b)(하기에서는 "수평"으로 언급함)으로부터 약 0 내지 ±10°, 바람직하게는 0 내지 약 ±5°의 각도로 있는 축(A)에 대해 회전한다. 콘테이너의 회전속도는 제 1 회전수단(17)을 조절 또는 제어함으로써 조절 또는 조정된다. 콘테이너(13)의 회전속도는 약 5회전/분 미만, 바람직하게는 약 2회전/분 미만으로 유지된다. 일반적으로, 콘테이너(13)의 회전과 함께 불꽃 및 과잉산소의 점화는 약 20 내지 약 40분 동안 수행된다. 처리되는 주조 모래의 양 및 콘테이너(13)의 크기에 따라, 약 20분 미만 또는 40분 이상 동안 불꽃 및 과잉산소를 점화시키고 콘테이너(13)를 회전시키는 것이 가능하다.

불산물이 충분히 열분해되면, 예를 들어 페놀과 같은 유기물이 주조 모래 1톤당 유길물 1㎎이하로 감소되면, 불꽃 및 과잉산소의 점화, 뿐만 아니라 콘테이너(13)의 회전이 중지된다. 점화 및 회전의 지속기간은 조절되어, 중지 지점에서의 온도가 대략 500 내지 약 800℃가 되도록 조절된다.

온도의 조절은 열분해로부터 생성된 임의의 연소되지 않고 잔류하는 부분적으로 열분해된 유해 유기물 또는 임의의 탄소 잔류물의 후속 연소를 향상시킨다. 중지시간에서의 온도는 후속 연속단계에서 연소되어질 잔류 유기물 및 생성된 탄소 잔류물의 양에 반비례한다.

콘테이너의 회전이 중지된 후에, 산소-연료 버어너(32)는 입구(27)로부터 분리된다. 그 다음, 다공성 플러그(30)가 입구(27)내로 삽입되고 나사 고정된다. 플러그가 입구내에 나사고정되지 않는다면, 볼트조임, 결합 또는 부착 등으로 체결되어, 콘테이너(13)의 입구(27)가 기밀하게 밀봉되게 된다. 다공성 플러그(30)는 내화재, 합금, 강 또는 스테인리스강 등의, 화학약품 및 온도저항성 재료로 제조된다. 다공성 플러그(30)는 예를들어 다수의 삽입 금속을 갖은 주조성 내화재의 직조된 블록, 또는 약 0.5 내지 약 3㎜, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1㎜의 내부직경을 갖는 합금 튜브일 수 있다.

다공성 플러그(30)에 가요성 호오스(45)를 경유하여 산화제 공급원(43)이 연결된다. 가요성 호오스(45)는, 바람직하게는 회전 조인트를 사용하여 다공성 플러그(30)의 기저판에 연결된다. 연결시에 산화제는 산화제 공급원(43)으로부터 다공성 플러그(30)에 공급된다. 공급되는 산화제의 양은 임의의 잔류 유기물 또는 탄소 잔류물을 연소시키기 위해, 즉 주조 모래, 유기물 및 탄소 잔류물의 전체 양을 기초로 하여 약 0.5 내지 약 2.0중량%의 유기물 또는 원소탄소를 연소시키기 위해 주조 모래 1톤당 약 40 내지 약 160N㎥/hr의 산소로 조절된다. 산화재가 다공성 플러그(30)로부터 방출됨에 따라, 콘테이너(13)는 제 2 회전수단(21)의 사용으로 콘테이너의 축(A)이 수직면(C)(하기에서는 "수직"으로서 언급됨)로부터 약 ±1 내지 ±30°, 바람직하게는 약 ±5 내지 ±25°의 각도로 기울어지거나 또는 조절된다. 그리고 나서, 다공성 플러그(30)로부터 방출된 산화제는 주조 모래의 바닥으로부터 수직면(C)(하기에서는 "수직"으로써 언급됨)로부터 약 ±1 내지 ±30°, 바람직하게는 약 ±5 내지 ±25°의 각도로 향한다. 다공성 플러그(30)는 모래 배치 전체에 걸쳐 산화제의 효과적인 분산을 발생시켜서 탄소 잔류물상의 좌측을 효과적으로 연소시킨다. 다공성 플러그(30)는 다공성 플러그(30)의 크기가 증가함에 따라 더욱 효과적일 수 있다. 그 동안, 콘테이너(13)는 수직으로부터 약 0 내지 ±30°, 바람직하게는 약 ±5 내지 ±25°의 각도로 위치되어 있는 축(A)에 대해 회전한다. 콘테이너를 축에 대해 특히 바람직하게는 특정 방식으로 다공성 플러그(30)의 사용과 함께 축에 대해 회전시키면 산화제의 분산 및 침투가 향상된다. 다공성 플러그(30) 대신에 다공성 플러그(30)보다 덜 효과적이거나 동등한 임의의 가스 분배기가 사용될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다. 선택적으로, 콘테이너(13)내의 주조 모래를 유동화시키고 연소시키기에 충분한 유속으로 산화제를 송풍시키기 위해 다공성 플러그(30) 대신에 가스 분배기 및 배플이 사용될 수 있다. 이러한 유동화 처리 방법은 콘테이너가 변형되는 것(더 큰 헤드공간, 과도한 먼지동반을 방지하기 위한 수단 등)을 필요로 한다.

산화제는 일반적으로 콘테이너(13)내에서 주조 모래 배치 전체에 걸쳐 분포된다. 산화제는 공기, 산소-부화공기 또는 공업용 순산소일 수 있다.

이러한 산화제는 유기물 또는 탄소 잔류물이 완전히 연소될 때까지, 연속적으로 또는 간헐적으로 콘테이너(13)내에 공급된다. 일반적으로, 산화제 주입속도는 약 600 내지 약 800℃의 최종 온도를 유지시키고 약 15 내지 30분동안 처리를 완결(예를들어, 0.5% 이하의 점화손실)시키도록 조절된다. 전술한 시간 및 최종 온도는 유해 유기물 및 탄소 잔류물의 완전한 연소(예를들어, 0.5% 이하의 점화손실)를 보장한다. 완전 연소시에, 콘테이너(13)는 기울어지고 산화제 흐름은 중지된다. 생성된 고온 처리된 모래가 출구(31)를 통해 유출된다.

예를들어 탄소 잔류물 CO 및 유해 유기물 등의 불순물의 연소과정중에, 배출가스는 콘테이너(13)를 빠져나간다. 배출가스는 배출가스 연소로 (7)에서 처리되어 그 내부에서 일산화탄소 함량 및 유기물(존재한다면) 함량을 더 감소시킨다. 배출가스는 또한, 연소된 배출가스 냉각수단(8)에서 냉각된 후, 여과수단(9)에서 여과되어 그 내부의 모든 먼지 및 미립자를 제거할 수 있다. 더욱이, 흡착제, 게터재료 또는 응축기 단위와 같은 오염물질 처리수단(11)이 사용되어 배출가스를 처리할 수 있다. 배출가스 연소로(7), 연소된 배출가스 냉각수단(8), 여과수단(9) 및 오염물질 제거수단(11)이 배출가스 후처리 수단으로써 단독으로, 또는 여러 순서로 사용될 수 있다. 또한, 배출가스 연소로(7), 연소된 배출가스 냉각수단(8), 여과수단(9) 및 오염물질 제거수단(11)이 사용되지 않을 수도 있다.

지금부터 설명되어질 실시예는 단지 예로서 제시되어 있을 뿐 결코 이들 실시예들로 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

제 2도 및 제 3도에 도시된 회전로(3)를 사용하여, 페놀수지에 의해 오염된 약 1.4톤의 주조 모래를 처리한다. 약 1.4톤의 상기 주조 모래를 콘테이너(13) 내부에 적재된다. 적재된 이후, 산소-연료 버어너(32)를 콘테이너(13)의 입구(27)에 설치한다. 그 다음, 콘테이너를 기울여 콘테이너의 축(c)이 수평으로부터 약 0℃의 각도에 놓이게 한다. 콘테이너(13)가 축에 대해 1회전/분으로 회전함에 따라 산소-연료 버어너(32)가 불꽃 및 과잉산소를 점화시킨다. 불꽃 및 과잉산소는 약 29분 동안 주조 모래 상에서 가열되어 페놀수지를 열분해시킨다. 이 기간 동안 천연가스(연료)는 약 25N㎥/hr에서 산소-연료 버어너로 운반된다. 그러나, 산소를 초기에 약 120N㎥/hr에서 약 5분 동안 운반하고, 계속해서 140N㎥/hr으로 24분 동안 운반한다. 온도 균일성을 증진시키기 위해 재순환물질(41)을 생성시킨다. 공정 종료시 모래는 약 6000℃의 온도로 추정된다. 주조 모래 1톤당 소모되는 연료의 총량은 약 8.6Nm³인 반면, 주조 모래 1톤당 소모되는 산소의 총량은 약 47.1N㎥이다. 이러한 낮은 연료 소모는 주조 모래가 적재될 때 적절하게 균열된 콘테이너(well soaked container)를 이용한 사실에 일부 기인하는 것으로 여겨진다. 즉, 주조 모래는 콘테이너가 철을 용융시키기 위해 사용된 후 1시간 45분후에 적재된다. 더욱이, 콘테이너(13)내의 생성된 배출가스 중의 먼지동반이 최소화된다.

산소-연료 버어너(32)에 의한 페놀 수지의 열분해를 종결시킨 후에, 입구(27)내의 산소-연료 버어너를 다공성 플러그(30)로 교체한다. 다공성 플러그(30)를 입구(27)내에 설치하고 전방벽(25)을 기밀하게 밀봉시킨다. 약 2.76㎜의 내부직경을 갖는 10개의 구리관이 삽입된 주조성 알루미나 내화재의 직조 블록인 상기 다공성 플러그(30)는 가요성 호오스(45)를 통해 산소공급원(43)과 유체연통하여 있다. 콘테이너(13)를 수직으로부터, 즉 수직 위치에서 측정하여 콘테이너(13)의 축(A)이 약 0°의 각도로 놓여 있도록 기울인다. 다공성 플러그(30)에 공급된 산소가 주조 모래의 바닥에 분산됨에 따라 콘테이너(13)를 축(A)에 대해 회전시킨다. 가요성 호오스(45)를 다공성 플러그(30)의 기저판에 끼워맞춤 되도록 하기 위해 어떠한 회전 조인트도 사용되지 않으므로, 콘테이너(13)는 축(A)에 대해 시계방향 및 반시계방향으로 일정하게 회전한다. 이러한 수직 자세에서, 분산된 산소는 주조 모래를 통해 매끄럽게 침투하지 않는다. 결과적으로, 약 2분후에 콘테이너(13)를 다시 기울이게 해서 축(A)이 수직으로부터 약 20°의 각도로 놓이도록, 예를 들어 경사진 위치에 놓이도록 한다. 산소가 일정하게 분산됨에 따라 콘테이너(13)는 축에 대해 시계방향 및 반시계방향으로 일정하게 회전한다. 산소를 초기에 약 103N㎥/hr로 약 3분 동안 도입시킨 후 약 88N㎥/hr로 약 31분 동안 도입시킨다. 주조 모래 1톤당 소모되는 산소의 양은 약 31.4N㎥이다 이러한 처리 종료시에 콘테이너(13)내의 온도는 약 900℃로 추정된다. 처리된후에, 콘테이너(13)를 기울이게 해서, 처리된 주조 모래를 수집 또는 운반수단내로 붓는다. 생성된 모래를 그 페놀 함량 및 구조에 대해 분석한다. 점화손실(LOI : loss on ignition)은 약 0.01%(점화 손실은 처리되어질 사용된 모래의 4.95%로부터 처리된 이후 0.012%로 감소되었다)인 반면, 입자 크기 서열은 모래 구조가 실질적으로 변하지 않음을 제시한다(평균 입도 크기(A.F.S : average finesse size) 지수는 처리 직전에 63.95이지만, 처리후에 61.21임).

지금까지, 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명이 설명되었지만, 본 발명은 결코 이들 실시예로만 제한되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위의 영역 내에서 다양하게 수정 및 변경될 수 있음은 물론이다.

Claims

축에 대해 회전가능한 콘테이너 내에서 유기물로 오염된 주조 모래를 배소시키기 위한 방법에 있어서,

(a) 유기물로 오염된 상기 주조 모래를 상기 콘테이너 내에 공급하는 단계와,

(b) 상기 축이 수평으로부터 0 내지 ±10°의 각도로 놓이도록 상기 콘테이너를 조절하는 단계와,

(c) 상기 콘테이너를 상기 축에 대해 회전시키는 단계, 및

(d) 산소 및 배소된 주조 모래를 함유하는 배출가스를 생성시키기 위해 수평 또는 상기 축으로부터 0 내지 ±30°의 각도에서 상기 콘테이너 내의 과잉산소를 함유한 하나 이상의 불꽃을 점화시키는 단계를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 과잉 산소를 함유한 하나 이상의 불꽃은 수평으로부터 0 내지 ±10°의 각도에서 점화되는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 과잉 산소를 함유한 하나 이상의 불꽃은 상기 축에 평행하게 또는 유기물을 함유하는 상기 주조 모래의 표면에 평행하게 점화되는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 콘테이너를 빠져나가는 상기 배출가스가 2 체적% 이상의 산소를 함유하도록 상기 콘테이너 내의 상기 과잉 산소의 양이 유지되는 방법.
제 1항에 있어서, (e) 산소를 함유하는 상기 배출가스를 분석하는 단계, 및 (f) 상기 배출가스의 산소함량을 기초로 하여 상기 콘테이너내로 도입되는 상기 과잉산소의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 과잉 산소를 함유한 불꽃은 하나 이상의 산소-연료 버어너로부터 25체적% 이상의 산소농도를 갖는 산화제 및 연료를 점화시킴으로써 발생되며, 상기 산화제는 상기 연료를 연소시키거나 또는 상기 불꽃을 생성시키는데 필요한 산소의 함량보다 50체적% 내지 180체적%의 산소를 제공하기에 충분한 속도로 점화되는 25체적% 이상의 산소농도를 갖는 방법.
제 6항에 있어서, 25체적% 이상의 산소농도를 갖는 상기 산화제는 상기 콘테이너 내의 재순환물질을 생성시키기에 충분한 속도에서 점화되는 방법.
제 6항에 있어서, (g) 상기 배출가스를 3m/초 이하의 속도로 유동시키도록 상기 산화제 및 연료의 점화속도를 조절하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, (h) 상기 점화를 중지시키는 단계, 및 (i) 상기 점화손실이 0.05%이하가 될 때까지 상기 주조 모래의 바닥에 산화제를 분산시키는 단계를 더 포함 하는 방법.
제 9항에 있어서, (i) 상기 축이 수직으로부터 ±0 내지 ±30°의 각도로 있도록 상기 콘테이너를 기울이는 단계와, (k) 상기 콘테이너를 상기 축에 대해 회전시키는 단계, 및 (l) 상기 산화제를 상기 주조 모래 1톤당 40 내지 160N㎥/hr의 유속에서 상기 주조 모래의 바닥에 도입시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 9항에 있어서, 상기 산화제는 상기 콘테이너내의 온도를 500 내지 800℃로 조절한 후, 또는 상기 주조 모래상에 존재하는 상기 유해 유기물을 상기 주조 모래 1㎏당 상기 유해 유기물 1㎎ 이하로 감소시킨 후에 상기 산화제를 분산시키는 방법.
제 1항에 있어서, (m) 상기 콘테이너로부터의 상기 배출가스를 배출가스 연소로, 연소된 배출가스 냉각수단, 여과수단 또는 오염물질 제거수단에서 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
불산물을 함유하는 주조 모래를 배소시킬 수 있는 연소 장치에 있어서,

(a) 적어도하나의 측벽(23), 입구(27)를 한정하는 적어도 하나의 전방벽(25), 및 출구(31)를 한정하는 적어도 하나의 후벽(29)을 갖는 콘테이너(13) ; 상기 콘테이너가 축(A)에 대해 회전 가능하도록 상기 콘테이너를 둘러싸고 지지하기 위한 원형 프레임(15) ; 상기 원형 프레임(15)에 결합된 상기 콘테이너를 회전시키기 위한 수단 ; 및 상기 원형 프레임에 피봇회전가능하게 결합된 기부(19)로 구성된 회전로(3),

(b) 상기 콘테이너(13) 내부로 산화제를 분배시키기 위한 다공성 플르그(30) 또는 상기 콘테이너(13)내에서 불꽃 및 과잉산소를 점화시키기 위한 산소-연료 버어너(32)로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 콘테이너의 상기 입구(27)내에 끼워맞춤되거나, 또는 상기 입구(27)에 체결되도록 구성된 주조 모래를 연소시키기 위한 수단, 및

(c) 상기 콘테이너(13)의 상기 출구(31)와 유체 연통하고 있는 배출가스 산소 분석기(5)를 포함하는 연소 장치.