KR100413327B1 - 알루미늄,알루미늄폐재 및 잔재를 용융제련하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄과, 알루미늄 함유 폐재(廢材) 및 잔재(殘材)를 용융 제련하는 방법 및 이 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 방법에서는 회전식 드럼로로부터 장입 원료를 상기 로의 일단부를 통해 각각 도입 및 추출시키는 단계를 포함한다. 배기 덕트와 용융 제련 버너는 장입 도어의 반대측에 있는 회전식 드럼로의 단부에 배치되며, 폐가스 측정 장치가 용융 제련 방법의 개방 또는 밀봉 제어에 사용된다.

Description

알루미늄, 알루미늄 폐재 및 잔재를 용융 제련하는 방법{METHOD AND APPARATUS FOR SMELTING ALUMINUM, SCRAP AND REMAINDERS CONTAINING ALUMINUM}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 설명된 종류의 회전식 드럼로(爐)로, 알루미늄과, 알루미늄 함유 폐재(廢材) 및 잔재(殘材)를 용융 제련하는 방법 및 이방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

알루미늄과, 알루미늄 함유 폐재 및 잔재는 소위 회전식 드럼로라고 불리는 회전하는 원통형 로 내에서 제련되는데, 제련 대상 재료는 소위 장입 단부로부터 장입 장치의 도움을 빌어 회전식 드럼로에 장입된다. 이러한 목적을 위해 먼저, 장입 전에 로의 도어가 로 포트(port)로부터 선회 개방되고, 다음에 도어는 로를 적절히 선회 폐쇄한다. 그 후, 도어에 배치된 버너가 작동된다. 그러나, 용융 제련 버너가 장입 도어에 배치되어 있기 때문에, 장입 도어가 불필요한 공기의 침입을 확실하게 방지하고 만족할 정도로 기밀 밀봉하는 것은 매우 곤란하다.

용융 제련중에 발생하는 폐가스는 배기 덕트에 의해 장입 도어의 반대측에 있는 로의 단부에서 로 내로부터 방출된다. 따라서, 로 가스와 버너 폐가스의 유동 방향은 동일하고 또한 평행하다.

그러나, 침입 공기가 로 내로 유입될 수 있기 때문에, 이 방법은 침투하는 공기에 의해 용융 제련 공정에서 생기는 폐가스의 용량과 폐가스의 용량 중 산소 분압이 증가하는 단점이 있다.

만일, 제련 대상 재료 중에 종이, 플라스틱, 고무, 페인트 등의 유기물 성분이 존재한다면, 이들은 휘발 온도에 도달할 때에 열분해하며, 산소가 부족할 때에는 배기 덕트를 통해 불연소된 탄화수소로서 로를 빠져나가게 된다.

산성 폐가스 성분들 및 천 필터를 결합시키기 위해서 냉각기와, 석회, 석회수합물 등의 주입 장치를 포함하는, 통상적으로 사용되는 가스 세정 시스템은 이들 탄화수소를 완전히 제거할 수 없다. 따라서, 상기 방법의 결점은, 폐기 공기와 함께 주위 환경에 탄화수소가 방출된다는 것이다.

로 내에서 금속을 용융 제련하는 방법으로서, 독일 특허 제41 15 269 A1호에 설명된 방법은 로의 제1 위치에 배치된 일차 버너에 의해 금속이 가열되며, 방출 폐가스를 연소시키는 동시에 금속을 가열하도록 이차 버너가 설치되어 있는 로의 제2 위치에서 폐가스가 배출된다.

그러나, 이 방법은 일차 버너 이외에 다른 버너를 추가로 사용해야 하고, 또한 추가된 버너에 의해 폐가스의 용량이 증가되는 단점을 갖는다. 더욱이, 로 도어는 불필요한 공기의 침입을 막을 수 없다.

유럽 특허 제 0 475 128 A1호에 공지된 방법은 용융 제련 대상 재료를 로 내에서 연소 버너로 가열하고, 폐가스를 연소 버너로부터 로의 배기 덕트로 실질적으로 유동시키며, 바람직하게는 산소 랜스(lance) 혹은 산소 주입 버너를 사용하여 산소가 풍부한 가스를 로 내로 도입시키는 방법으로서, 여기서 화염 버너로부터의 가스의 진동 운동과 산소가 풍부한 가스의 진동 운동은 서로 동일한 방향도 아니고 평행한 방향도 아니다.

이 방법은 로 내에 산소가 풍부한 가스를 도입하기 위해, 산소 랜스 혹은 산소 주입 버너와 같은 부가적인 장치를 로 내에 설치하는 것을 필요로 하는 단점이 존재한다. 연소 버너와 산소 주입 버너가 이들의 가스의 진동 운동 방향으로 대향하는 효과를 달성하기 위해, 로의 반대측의 단부에 배치된 경우, 연소 버너는 장입 도어에 설치되지만, 이는 침입하는 불필요한 공기의 진입을 기밀로 하는 것을 곤란하게 하는 이유가 된다. 이것은 폐가스 용량을 증가시키는 전술한 단점을 유발한다.

본 발명의 목적은 전술된 단점들을 배제한 방법으로서 특히, 알루미늄, 알루미늄 함유 폐재 및 잔재의 용융 제련에 의해 생기는 폐가스 용량을 현저히 감소하는 방법을 제공하는 것이며, 이 방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구범위 제1항에 개시된 특징을 갖는 방법을 구현함으로써 성취될 수 있다.

종속항들은 본 발명의 적절한 실시 형태를 대상으로 하고 있다.

본 발명에 의해서 달성되는 장점은 다음의 작동 방식을 기초로 하고 있다. 즉, 회전식 드럼로의 버너가, 로의 포트와 같이 배기 덕트에 대하여 동일한 단부에, 즉 장입 도어에 대하여 반대측의 단부에 배치되기 때문에, 버너 가스 및 로 폐가스가 흐르는 방향은 평행하고 또 반대 방향이다.

이러한 버너의 배치에 의해, 로 도어가 장입 도어와 버너 지지부로서의 이중기능을 하지 않을 수 있게 되었으며, 장입 도어 전용으로 사용할 수 있게 되었다. 따라서, 도어는 이제 기밀한 밀봉이 이루어지도록 구성될 수 있으며, 그에 따라 침입 공기의 유입으로부터 완전하게 로를 밀봉할 수 있다.

침입 공기로부터 로를 밀봉시킴으로써 배기 덕트를 통해 흐르는 폐가스의 용량이 감량된다. 약 79 %의 비율로 질소를 함유하는 공기에 대하여 순수 산소는 실질적으로 폐가스 용량의 감량과 현저하고 높은 화염 온도의 저하가 가능하고, 이러한 이점을 갖는 산소 버너를 사용할 때 특히 효과적이다. 이러한 장점은 또한 로가일정한 진공 압력으로 작동된다면 제안된 방법에서도 유효한데, 그것은 공지된 방법에 의한 기존의 경우와 같이, 로 도어의 기밀한 밀봉에 의해서 상대적으로 상승된 압력이 외부보다 우세하게 되어 로 내로 유입하는 침입 공기의 용량이 증가되지 않기 때문이다.

로 내의 버너의 배열에 의해 또한 부가되는 장점은 화염의 유동 방향 및 그에 따른 산소의 유동 방향이 로로부터 배기 덕트로 향하는 폐가스의 유동 방향과 교차되는 것이다. 용융 제련 중에 생기는 탄화수소는 버너에 의해 후속하여 소각할 수 있어, 얻어진 유리(遊離) 에너지는 용융 제련 공정과 폐가스의 유독 성분의 감소에 사용할 수 있다.

또한, 로 내의 버너의 배열에 의해 부가되는 장점은 장입 중에 유리된 유독물질은 그 후 연속하여 조작하는 버너에 의해 언젠가 소각할 수 있다는 것이다.

본 발명에 따라 로 내 가스의 유속을 감소시킴으로써 얻게 되는 부가적인 장점은 폐가스의 용량을 감소함으로써 달성할 수 있기 때문에 로로부터 방출되는 먼지량이 실질적으로 감소된다. 이것은 또한 소멸되는 용융 제련염의 감소를 야기하기 때문에, 염 표면층과 가스가 증발하는 가스 공간 사이의 경계층은, 저속도의 가스류로 인해, 찢겨져 개방되는 회수가 줄어들게 된다. 부언하면, 폐가스가 로 내에 정체하는 시간이 길기 때문에 폐가스에 함유된 유독 물질은 보다 잘 연소될 수 있다.

바람직한 일실시예에서, 나중에 폐가스의 용량을 적게 하기 위해 그리고 공기 버너보다 높은 화염 온도로 하기 위해 산소 버너가 용융 제련 버너로서 사용된다.

로의 회전 운동 및/또는 버너 연료의 용량은 장입 재료에 대한 함수로서 적절하게 선택되는 것이 바람직한데, 그 이유는 회전 운동에 의해 새로운 표면이 반복적으로 유리됨으로써 증발한 탄화수소 용량이 변동할 수 있고, 또 장입 재료의 양이 다르면 용융 제련을 위해 필요한 에너지의 양이 다르기 때문이다. 바람직하게는, 드럼로의 회전 운동(회전 속도 및 방향)은 장입 원료(6)의 특성 및 양의 함수로서 설정된다. 상기 드럼로의 회전 운동(회전 속도 및 방향)은 유독 물질의 측정된 농도의 함수로서 설정되어도 좋다.

장입 포트를 부여하는 회전식 드럼로의 장입 도어의 형상은, 불필요한 공기가 로 내에 침입하지 않도록, 기밀하게 밀봉되도록 하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 형상에 있어서, 상기 도어는 로와 함께 회전 가능하도록 로에 배치된다. 이렇게 로가 최적으로 밀봉됨으로써 이전에 얻을 수 없었던 연료 효율도 달성된다.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 폐가스 측정 장치가 배기 덕트에 설치되기 때문에, 로의 배기 파이프를 통해 흐르는 가스의 함수로서, 구체적으로 탄화수소의 농도의 함수로서 연료 및 연소 공기 또는 연소 산소의 용량을 제어하는 것이 가능하게 된다. 폐가스 측정 장치로는 광학 수단이 특히 바람직하다.

바람직하게는, 용융 제련이 로를 개방하지 않고 연속하도록, 즉 로로부터 가스가 출입을 할 수 없도록, 예컨대 탕구 시스템(gating system)을 통해, 로의 장입은 연속적으로 실시된다. 용융 제련 버너는 로 내에 비교적 길게 연장하는 화염을 만들어내어, 버너로부터 보다 멀리 있는 용융물도 충분한 열공급을 받게 된다. 상기 방법의 주요한 장점은 상기 버너가 전술한 형상 그 자체로 일차 버너의 기능과 2차 버너의 기능을 조합하고 있다는 점이다.

도 1은 알루미늄, 알루미늄 폐재 및 잔재를 용융 제련하는 본 발명의 장치의 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 회전식 드럼로

2 : 장입 도어

3 : 용융 제련 버너

4 : 배기 덕트

5 : 폐가스 측정 장치

6 : 장입 원료

7 : 폐가스 포트

이제부터 첨부된 도면을 참조로 한 바람직한 실시예를 가지고 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1은 알루미늄, 알루미늄 폐재 및 잔재를 용융 제련하는 본 발명의 장치의 종단면을 예시하고 있으며, 이 장치를 통해 본 발명의 방법이 수행된다.

원통형의 회전식 드럼로(1)의 내측에 장입 원료(6)가 배치된다. 회전식 드럼로(1)의 양단부는 테이퍼진 형상으로 되어 있다. 그 중 일단부에 장입 도어(2)가 설치되며, 그 장입 도어를 통해 장입 원료(6)가 로 내에 도입되거나 또는 로 밖으로 추출된다. 장입이 종료되는 시점에서 장입 도어는 회전식 드럼로에 기밀하게 밀봉된 상태로 연결된다.

용융 제련 버너(3)는 장입 도어(2)의 반대편에 있는 회전식 드럼로(1)의 단부에 설치된다. 용융 제련 버너(3)는 폐가스 포트(7)에 위치되며 배기 덕트(4)는 용융 제련으로 생긴 배기 가스가 빠져나갈 수 있도록 폐가스 포트에 연결된다. 제련 버너(3)는 폐가스의 열류 속에 위치하기 때문에 열부식으로부터 보호되어 있다. 폐가스 내의 탄화수소의 농도를 측정할 수 있는 폐가스 측정 장치(5)가 배기 덕트(4)에 배치된다.

회전식 드럼로(1)의 장입 도어(2)는 드럼로의 조작 중에 드럼로와 함께 회전한다. 그러나, 장입 도어의 맞은편 단부에 있는 제련 버너(3)와 배기 덕트(4)는 회전되지 않게 배치된다.

용융 제련 공정에서는, 버너(3)가 드럼로(1) 내부를 향해 넓어지는 화염을 발생한다. 장입 원료(6)는 로(1)의 연속적인 회전과 함께 화염으로 가해진 열에 의해 제련되기 때문에 원료로부터의 일관된 용융 제련이 달성된다. 이러한 일관된 용융 제련을 달성하기 위해, 상기 드럼로(1)에는 에너지 또는 산소가 연속적으로 공급되는 것이 바람직하다.

이 용융 제련 공정에서 발생하는 폐가스는 폐가스 포트(7)를 통해 배기 덕트(4)로 도입되어, 그것에 의해 폐가스는 용융 제련 버너(3)의 화염을 통과하여 유동하기 때문에, 예컨대 탄화수소 같은 폐가스에 함유된 유독 물질이 연소될 수 있다.

배기 덕트(4)에 배치된 폐가스 측정 장치(5)는 폐가스에 함유된 예컨대 탄화수소와 같은 물질의 농도를 측정하여, 그 측정된 농도의 함수로서 버너(3)에 공급되는 연소에 필요한 연료 및/또는 연소 공기 또는 산소의 용량을 조정하여, 연료의 연소 및 탄화수소의 연소로부터 얻어진 로 내에 발생한 에너지가 일정하게 유지되기 때문에 용융 제련 공정에서의 균질 연속성을 확실하게 하고 또한 용융 제련 공정에서 생기는 폐가스 내의 유독 물질을 최소화시킨다.

용융 제련 공정을 개시함에 있어, 우선 장입 원료(6) 중에 존재하며 로 내의 탄화수소 농도 증가를 유발하는 유기물 부분이 열분해 된다. 이것이, 버너(3)를 통해 공급되는 양의 연료를 연소하는 데 필요한 것보다 다량의 산소량이 로(1) 내에 들어가도록, 버너(3)를 초기에 초화학양론적으로 조작하는 이유이다. 추가 산소에 의해 로(1) 내에 존재하는 탄화수소가 연소되기 때문에, 배기 덕트(4)의 폐가스 측정 장치(5)에 의해 측정된 이들의 농도는 감소한다. 바람직하게는, 상기 산소 함유 가스로는 80 % 이상의 산소 함량을 갖는 가스가 사용되는 것이 좋다.

폐가스 측정 장치(5)에 의해서 탄화수소의 함량의 감소에 의해 확인되는 장입 원료(6)의 유기 성분의 휘발 완료시, 버너(3)는 다시 화학양론적으로 조작되거나, 혹은 추가 출력으로 약간 화학양론 미만으로 조작되어, 버너(3)를 통한 연료 이용성은 로(1) 내에서 증가하고, 장입 원료(6)의 용융 제련은 신속히 달성되어, 알루미늄의 손실을 피하기 위해 로(1) 내의 산소 농도는 다소 감소된다.

예컨대 탄화수소와 같은 용융 제련중의 열분해로 생기는 유독 물질의 체적 농도는, 다른 물질보다 로(1)의 회전 속도에 의존하므로, 폐가스 측정 장치(5)에 의해, 로(1)의 회전 속도는 유독물 질량이 최소화되도록 조정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 알루미늄과, 알루미늄 함유 폐재 및 잔재의 용융 제련시, 폐가스 발생을 현저히 감소하고, 또한 폐가스의 유독 성분 함량을 감소시키는 효과를 얻는다.

Claims (8)

1. 단 하나의 버너를 구비한 회전식 드럼로(1)에서 알루미늄과, 알루미늄 함유 폐재 및 잔재를 용융 제련하는 방법으로서,

   a) 상기 회전식 드럼로(1)의 일단부에서, 장입 도어(2)를 통해 상기 회전식 드럼로(1)에 장입 원료(6)를 도입하는 단계와,

   b) 상기 회전식 드럼로(1)의 일단부에 배치된 버너(3)를 통해 상기 회전식 드럼로(1)에 연료 및 산소 함유 가스를 도입하고, 상기 드럼로(1) 내에서 연소시키는 단계와,

   c) 상기 회전식 드럼로(1)의 일단부로부터 폐가스를 배기하는 단계와,

   d) 장입 원료(6)를 상기 회전식 드럼로(1)로부터 추출하는 단계

   를 포함하며,

   상기 장입 도어(2)는 상기 회전식 드럼로(1)로부터 상기 장입 원료(6)를 추출하는 데에 사용되며,

   상기 버너(3)는 회전식 드럼로(1)의 배기 단부에 배치되며,

   상기 배기 단부는 상기 장입 도어(2)의 반대측에 있는 것인 용융 제련 방법에 있어서,

   장입 원료(6)에는 유기 성분이 존재하며,

   배기 덕트(4)에서 폐가스에 함유된, 용융 제련 동안의 유기 성분의 열분해에 의한 유독 물질의 농도가 측정되며,

   연소 가스 및 연소 산소의 체적 또는 상기 버너(3)용 연료의 체적은 상기 유독 물질의 측정된 농도의 함수로서 설정되는 것을 특징으로 하는 용융 제련 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 산소 함유 가스로는 80 % 이상의 산소 함량을 갖는 가스가 사용되는 것을 특징으로 하는 용융 제련 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전식 드럼로(1)의 장입은 연속으로 실시되는 것을 특징으로 하는 용융 제련 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 드럼로(1)에는 에너지 또는 산소가 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융 제련 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 드럼로의 회전 운동(회전 속도 및 방향)은 장입 원료(6)의 특성 및 양의 함수로서 설정되는 것을 특징으로 하는 용융 제련 방법.
6. 제1항에 있어서, 연소 공기 및 연소 산소의 체적 또는 상기 버너(3)의 연료의 체적은 장입 원료(6)의 특성 및 양의 함수로서 설정되는 것을 특징으로 하는 용융 제련 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 드럼로의 회전 운동(회전 속도 및 방향)은 유독 물질의 측정된 농도의 함수로서 설정되는 것을 특징으로 하는 용융 제련 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 드럼로(1)의 상기 장입 도어(2)는 상기 드럼로(1)와 함께 밀봉 폐쇄된 상태로 회전되는 것을 특징으로 하는 용융 제련 방법.