KR100549789B1

KR100549789B1 - 분말 재료의 유리화를 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100549789B1
Application number: KR1019997012029A
Authority: KR
Inventors: 라브로막심; 붸뎅벵썽; 귀아르브뤼노; 피노디디에
Original assignee: 유로-플라즈마; 쏘시에떼 아노님 데코노미 믹스트 코미노테르 드제스티옹; 아에로스파시알 마트라
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2006-02-07
Also published as: US6532768B1; JPH11128882A; ATE208743T1; WO1998058882A1; EP0991598B1; AU729180B2; BR9810058A; TW440549B; ZA985362B; AU8219798A; FR2764877B1; EP0991598A1; KR20010014001A; FR2764877A1; DE69802533T2; JP3142818B2; CA2294072A1; CA2294072C; ES2167914T3; DE69802533D1

Abstract

본 발명은 분말 재료의 유리화를 위한 방법과 상기 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다. 그 방법은, 용융로(1)의 용융 구역 내부로 투입 수단(7)에 의해 분말 재료를 투입하고, 분말 재료는 용융액(4)을 얻기 위해 그 내부에서 플라즈마 토치(11)에 의해 용융되며, 용융액은 수평 성분을 포함하는 방향을 따라 출탕 구역을 거쳐 용융로로부터 제거되는 단계로 이루어진다. 그리고, 용융액은 상기 출탕 구역을 거쳐, 실질적으로 상기 수평 성분을 따라, 그리고 상기 용융 구역에 대해 상기 용융로 내부로 재료를 투입하는 수단의 반대편으로 오버플로우됨으로써 상기 용융로로부터 제거된다.

Description

분말 재료의 유리화를 위한 방법 및 장치{Method for the vitrification of a powder substance and device therefor}

본 발명은 프랑스의 소코제스트 코포레이션(Socogest corporation)의 후원하에, 프랑스의 에어로스파틸 코포레이션(Aweospatiale corporation)에 의해 제공된 지원 및 기술적 투입과 프랑스 보르도(Bordeaux) 시의회에 의해 제공된 기금으로 유로플라즈마 코포레이션(Europlasma corporation)에 의해 개발되었다.

본 발명은 분말 재료를 위한 연속적인 유리화 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 예를 들면, 금속, 특히 수은, 카드뮴, 납 등과 그들의 염과, 석면을 함유하는 어떤 형태의 고체 폐기물 또는 잔유물, 특히 입자 분말 또는 미립자 물질을 유리화에 의해 불활성화 시키도록 고안된 것이며, 일반적으로 말하자면 상기 유독성 폐기물의 처리와 제거에 관한 현재의 또는 미래의 법령하에서 파괴되거나, 변환되거나 또는 재생 또는 저장을 위해 포집되어야 하는 중금속 또는 다른 유독성 물질을 함유하는 어떠한 분말 또는 미립자로 된 물질도 유리화에 의해 불활성화 시키도록 고안된 것이다.

분말 재료는, 예를 들면 생활 쓰레기, 산업 폐기물 또는 병원 폐기물의 소각으로부터 발생할 수 있다. 따라서, 이하에서 본 발명은 생활 쓰레기, 특히, 보일러 먼지, 비산재 그리고 이러한 폐기물의 소각 연기를 중화시키고 처리하기 위해 사용되는 필터 덩어리의 소각 잔류물을 불활성의 고체 잔유물로 만들기 위한 적용예로서 설명될 것이다.

본 발명의 방법 또는 장치는 또한 바람직하게는 폐기물 소각으로부터 발생하는 연기와 가스를 처리하기 위한 시스템을 포함하는 기존의 표준 소각 센터 내에 구성 장비로서 합체하기에 적합한 잇점을 가진다. 소각 센터와 본 발명의 방법과 장치를 포함하는 구성 장비의 결합은 "무 폐기물(zero waste)" 소각 설비를 구성한다.

생활 쓰레기의 소각은 고체 쓰레기와 폐가스 또는 소각 연기의 두가지 유형의 유출물을 발생시킨다.

고체 쓰레기는 쓰레기의 무기물 부분을 구성하며, 그리고 알칼리 금속 산화물과 같은 특정 금속과 산화물의 존재와 알칼리성 토양에 기인하여 알칼리성 특성을 가진다. 고체 쓰레기는 보일러 먼지와 탄재(clinker)이다. 어떤 유형의 탄재, 예를 들면 역청(bitumen)은 법령에 의해 비독성으로 취급되고 소정 기간이 지나면 위험성 없이 사용될 수 있다. 반면에, 보일러 먼지는 중금속과 그들의 염을 함유하므로 매우 유독한 분말 물질이며, 일단 안정화 하였어도 후처리를 위해 보호 구역내에서 주의 깊은 저장을 필요로 한다.

가스상태의 폐기물은 SO₂ 및 CO₂와 같은 가스 상태의 산 무수물과 함께 HCl 및 HF와 같은 산성의 가스의 존재에 기인하여 대략 산성의 특성을 갖는다. 그것은 또한 중금속과 그 염 그리고 비산재(fly-ash)와 같은 고체 소각 잔유물과 같은 유독 한 성분을 함유한다. 가스 또는 연기 유출물은 대기중에 배출되기 전에 그 산성을 중화시키기 위해 여과되고 처리되어야 하며, 금속과 그 염을 응축하여야 하고, 그리고 비산재를 포집하여야 한다. 유출물의 습식 중화는 여과 덩어리로 알려진 응집된 분말 또는 미립자로 된 물질을 발생시킨다.

비산재와 여과 덩어리의 결합은 REFIOM으로 알려진 생활 쓰레기 소각 연기의 정화 잔유물을 포함한다.

이 REFIOM과 상술한 보일러 먼지는 현재 "최종 쓰레기"로 간주되는 물질을 구성한다. 그들은 실리카 및 알루미나와 같은 유리화할 수 있는 성분과 위에서 언급한 중금속과 그 염과 같은 높은 온도에서 휘발성이며 유독성 물질인 금속염을 함유한다.

이 쓰레기 내의 금속염, 중금속 그리고 그 염은 물에 녹을 수 있으며 빗물에 의해 쉽게 운반되어 토양과 지하수 내에 분산된다. 장기간 대략 안정하며 대략 녹을 수 있는 다른 물질도 빗물에 의해 분산되는 것은 동일한 사실이다.

따라서 이러한 물질들은 특히 침출에 의해 중요한 오염원을 구성한다. 그러므로 그 물질들의 성질과 조성은 그들이 고체, 광물, 유리화할 수 있는 특수한 산업 폐기물(SIW)로 분류되는 것을 정당화시키고 그리고 그들이 특수한 폐기물 저장 센터 내에서 안정화되거나 또는 저장되도록 요구하는 법령에 지배를 받는다.

현 시점에서, 유리화는 이러한 물질들 또는 소각 쓰레기를 저장 또는 재생하기 위해 불활성으로 만드는 가장 확실한 방법으로 보인다.

이러한 물질들은 1300℃ 이상의 온도일 때 용융액을 형성하기 위해 액화되는 실리카와 알루미나를 함유한다. 이 용융액이 냉각될 때 이것은 중금속을 효과적으로 포집하는 조직으로서 작용하는 결정화된 또는 고상의 무정질의 유리질 물질을 형성한다.

다양한 방법들과 기술들이 이미 이러한 형태의 분말 재료를 유리화시키는 것에 대해 개발되어 왔다. 기술들은 주로 사용되는 가열수단에 있어서 차이가 있다.

분말 재료들은 통상적으로 주울 효과(Joule effect)와 전기 아아크를 이용한 전기 수단에 의해 유리화 된다. 가스 또는 연료유를 사용하는 화석 연료(Fossil fuel)시스템들 역시 개발되었다.

예를 들면, 문서 WO-A-92/15532는 화학 쓰레기와 그밖의 재료들로부터 비산재를 처리하는 것에 대한 유리화 장치를 기술하고 있다. 이 문서에서 기술되고 있는 가열 수단은 전극들 또는 가스 버너이다. 전극들은 전류가 재와 화학 쓰레기를 통해 직접적으로 흐를수 있게 하여 주울 효과에 의해 재료들을 용융시키게 한다. 가스 버너는 대류에 의해 재를 용융시킨다.

그러나, 재료를 가열하기 위해 주율 효과를 사용하는 것은 수많은 결점들을 안고 있다. 이것은 제어할 수 없는 용융 과정을 발생시키는데, 여기서 유리화하는 재료 안에서 열의 분포가 재료의 다양한 화학적 성분에 의존하여 도달되는 온도가 균일한 용융을 제공하기에는 종종 너무 낮다. 더욱이, 이러한 형태의 가열은 용융로의 설계에 있어서 기술적인 문제점들을 야기시키게 되는 유리화될 수 없는 슬래그의 형성을 야기시키고, 최종적으로 유리화된 생산물의 품질을 떨어뜨린다. 이러한 형태 의 가열을 사용할 때 상기한 결점들을 극복하기 위해 종종 첨가제들이 요구된다. 불행스럽게도, 이러한 첨가제들은 용융의 열적 균형에 관해 역효과를 야기시키고, 유리화 처리 비용을 증가시킨다.

더욱이, 주울 효과를 사용하는 어떤 시스템들은, 유리화되는 재료들이 차가울 때에는 전기가 흐르지 않는 경우에는 추가적인 용융로 기동(start-up)수단이 필요하다.

문서 WO-A-95/17981은 전기 아크 유리화 수단에 의해 비산재를 처리하는 장치를 기술하고 있다. 이 장치에서는 재가 전극을 이루고 있는 도관(conduit)을 경유하여 용융로로 유입된다. 중력은 재를 용융로의 바닥과 전극의 자유단(free end) 사이에 생성된 전기 아크를 통과하여 용융로의 개구단으로부터 바닥으로 이동시킨다. 재는 그 결과 급속하게 가열되고, 용융된다. 전기 아크는 그 궤적이 부분적으로 재의 내부에 있고 부분적으로는 재 바깥에 있는 아크의 발생으로 인해 야기되는 주울 효과, 방사 및 대류의 조합에 의해 용융시킨다.

전기 아크 수단에 의한 가열 또한 어떤 수많은 결점 예컨대 과도하게 불안정한 융용 과정을 제어해야 하는 어려움, 아크의 방사 때문에 용융로의 설계에 있어서의 기술적인 문제점들 및 탄소/산소/염소 화합물의 형성으로부터 야기되는 상당히 유독한 가스의 생성과 같은 결점들을 갖고 있다.

화석연료로 가동되는 용융로들은 높은 연소 가스 유속의 요구, 종종 불충분한 열전도율을 갖는 것, 탄소/산소/염소 화합물의 형성으로부터 야기되는 유독한 연기의 생성과 같은 결점을 안고 있다.

위에서 기술된 에너지원들을 사용하는 것은 높은 에너지 소비를 갖는것과, 유리화를 위해 요구되는 높은 온도를 얻도록 하기 위해 불충분한 유리화의 열적 평형을 제공하는 것 뿐만아니라, 이것들의 일부는 취급을 요하는 유독한 가스 유출물의 심각한 방출을 야기시키는 것과 같은 단점들을 안고 있다. 더욱이, 얻어진 유리화된 재료는 균일하지 않고, 수많은 구조적인 결점들을 가지며, 얻어진 유리화된 제품을 쉽게 깨어지게 함과 아울러 침출을 저지하는 능력을 상당히 감소시키게 하는 용융되지 않은 분말 재료와 입자들의 덩어리를 포함한다.

최근에는, 분말 재료의 유리화를 위한 플라즈마 아크 가열 방법들이 개발되었다. 플라즈마 아크 방법은 용융 구역으로 공급되는 에너지의 제어를 보다 잘할 수 있게 하고, 특히 토치 내에서 가스들의 혼합물이 적절한 열화학적 조건들을 얻는 것을 가능하게 할 때 용융 구역으로 공급되는 에너지의 제어를 보다 잘할 수 있게 한다.

플라즈마 토치는 폭 넓은 적용과 사용을 제공하기 때문에, 유리화 공정중에 열화학적 반응들에 의해 형성되는 유독한 가스의 양도 줄이는 장점을 갖는다.

특허 출원 FR-A-2 708 217호에는 플라즈마 토치를 사용하여 분말화된 쓰레기를 불활성화시키기 위한 방법과 함께 그 방법을 실행하기 위한 장치에 대해 기술하고 있다.

이 문서에 기술되어 있는 방법은 생활 쓰레기를 소각하는 것으로부터 또는 동일 쓰레기의 소각 연기로부터 분말 잔류물을 이끌어내어 용융로안으로 끌어들이고, 플라즈마 토치 수단에 의해 잔류물을 용융시키는 것으로 이루어져 있다.

이 방법은, 플라즈마 아크가 용융로 내의 잔류물 용융액과 토치 사이에 유지되고, 또한 반응 구역 내에서는 플라즈마와 처리될 원료 사이에 유지되며, 토치는 원료 덩어리에 의해 영구히 덮여지는 것과 같이 토치를 조작한다는 사실에 그 특징이 있다. 처리될 원료 잔류물은 중력에 의해 용융로 내로 유입되고, 토치의 더 낮은 부분은 상기 잔류물에 의해 영구히 덮혀지며 용융된 생산물은 중력에 의해 용융로의 바닥을 통해 외부로 흐른다.

이 문서에서 기술된 방법은, 소각 재의 처리를 위한 것으로, 염은 용융로의 장기간의 연속적인 작동에 대해 해롭기 때문에 용융로 내에 염 껍질들이 형성되는 것을 피하기 위해 재의 탈염소를 우선적으로 요구하는 용융 방법에 영향을 준다.
문서 WO-A1-97/18415는 쓰레기의 분해,용융 및 유리화를 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 쓰레기를 용융하기 위해 쓰레기에 대해 수직으로 작용하는 플라즈마 토치의 형태로 열원을 가진 용융로를 구비한다. 용융된 재료는 주입 가스에 의해 교반되고 균질화 되며, 이는 용융액에 회전 운동을 부여하는 효과를 가진다. 그리고 그 모체(matrix)는 용융로의 최하단부를 통해 용융로로부터 제거된다.

본 발명의 목적은 독성 화합물과 특히 중금속과 그 염을 포함하는 분말 재료를 유리화함으로써 불활성으로 만들기 위해 고안된 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

특히, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 분말 재료 용융 방법의 유효한 제어와 무정질의 유리 또는 결정화된 재료의 생산을 가능하게 하며, 이는 특수한 산업 폐기물의 저장, 또는 예를 들면 건설 재료로서 그들의 재사용에 적용될 수 있는 모든 표준을 만족시킨다.

본 발명에 따른 방법은 분말 재료의 연속적인 유리화 방법이다. 상기 분말 재료는 투입 수단에 의해 용융로의 용융 구역 내부로 첨가되고, 용융액을 얻기 위해 용융로 내에서 적어도 하나의 플라즈마 토치에 의해 용융되며, 그리고 용융액은 출탕 구역 내에서 용융로로부터 추출된다. 상기 재료는 수평 성분을 포함하는 방향으로 측방으로부터 상기 용융 구역 내부에 투입되며, 그리고, 상기 용융액은 상기 출탕 구역을 거쳐, 대략 상기 수평 성분을 따라 그리고 상기 용융 구역에 대해 상기 재료를 용융로 내부로 투입하는 수단으로부터 멀어지도록 오버플로우됨으로써 상기 용융로로부터 제거된다.

"투입(injection)"이란 용어는 본 발명의 설명과 첨부된 청구범위에서 편의를 위해 사용된다. 본 발명의 방법에 따라 사용될 수 있는 분말 재료를 투입한다는 뜻의 다양한 의미로 씌어짐으로써, 이 용어는 가압하에서 용융 구역으로의 분말 재료의 투입에 한정되지 않으며, 가압력 없이 용융구역으로의 분말 재료의 투입도 명백하게 포함할 수 있다는 것은 쉽게 이해될 것이다.

상기 용융액은 바람직하게는 상기 출탕 구역 내에서 상기 용융액의 냉각에 의해 얻어지는 무정형의 유리질 또는 결정질의 재료로 오버플로우 및 인발됨으로써 용융로로부터 제거된다.

상기 분말 재료는 어떠한 형태의 고체 쓰레기 또는 잔유물, 특히 독성 물질, 예를 들면 금속, 예를 들면 수은, 카드뮴, 납 등과 그 염과 같은 중금속을 함유하는 분말 또는 미립자로 이루어진 재료일 수 있다. 그리고, 상기 분말 재료는 일반적으로 저장 또는 재생이 가능하도록 유리화에 의해 불활성으로 만들어야 하는 금속 또는 다른 독성 물질을 함유하는 분말 또는 미립자로 이루어진 어떠한 재료도 될 수 있다.

상기 분말 재료는 넓은 범위의, 예를 들면 1㎛ 에서 수 ㎜ 까지, 예를 들면 대략 5㎜까지의 입자 크기를 포함하는 미립자로 구성된다.

상기 분말 재료는 수평 성분을 포함하는 방향으로 용융로의 용융 구역 내부에 측방으로부터 투입되며, 상기 방향은 아래방향으로, 즉 용융액쪽으로 향하는 수직 성분을 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 방법을 따르면, 분말 재료를 용융로 내부로 투입하는 수평 및 수직 성분은 조절될 수 있으며, 그리고 분말 재료는 용융액의 위에 또는 그 내부에 투입될 수 있다. 이러한 유형의 방법은 초기의 열전달을 쉽게한다. 즉, 분말 재료가 용융로 내부의 용융액 위에 또는 그 내부에 투입되는 즉시 용융액과 분말 재료 사이에 열전달이 일어난다. 그리고 분말 재료가 용융액으로부터 예를 들면 분말 재료의 용융으로부터 발생되는 연기와 가스를 배출 및/또는 처리하기 위한 장치 내부로 빠져나가거나 또는 용융액에 의해 덮여지지 않은 용융로의 내화물 내부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 상기 용융 구역 내에 용융되지 않은 분말의 과도한 축적이 없도록 용융 구역 내부로 투입되는대로 분말 재료를 용융한다.

재료가 용융액 위로, 즉 용융액의 표면 위로 투입될 때, 과도한 분말 재료 또는 용융액이 용융액에 의해 덮여지지 않은 용융 구역으로 벗어나는 것을 피하도록 한다.

분말 재료는 바람직하게는 용융액의 표면에 대해 대략 0 내지 90°의 각도로 용융로 내부로 투입된다. 바람직한 각도는 용융액의 표면에 대해 10 내지 45°이다. 분말 재료는 바람직하게는 용융액 내부로 투입된다.

본 발명의 방법에 따르면 투입은, 예를 들면 스크루 또는 푸셔(pusher)가 갖추어진 투입기 또는 공기압 투입기에 의해 성취되며, 공기압 투입기가 바람직하다.

공기압 투입기가 사용될 때에는, 분말 재료는 저밀도 또는 고밀도 모드에서 투입될 수 있다. 분말 재료의 이송 또는 투입의 저밀도 또는 고밀도 모드는 사용되는 이송 가스 내의 고체의 비율로 정의되며 구별된다. 일반적으로 말해서, 저밀도 모드는 1 ㎏의 이송 가스가 0.01과 15 ㎏ 사이의 고체를 운반하며, 고밀도 모드는 1 ㎏의 이송 가스가 15와 200 ㎏ 사이의 고체를 운반하거나 투입한다.

본 발명에 따르면, 공기압 투입기를 사용하여 투입할 때에는, 용융 구역 내부로의 분말 재료의 투입은 이송 가스 내의 분말 재료의 비율을 조절함으로써 제어될 수 있으며, 그리고 1 ㎏의 이송 가스에 대해 5 내지 50 ㎏의 분말 재료, 바람직하게는 1 ㎏의 이송 가스에 대해 5 내지 50 ㎏의 분말 재료의 비율로 성취될 수 있다. 후자의 비율은 고밀도 모드의 공기압 투입으로 기술된다.

본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 따른 고밀도 모드의 공기압 투입은 투입 속도에 의존하여 사실상 연속적이거나, 비연속적이거나, 파상적이거나 또는 펄스형인, 또는 피스톤 모드로 분말 재료의 투입을 제공할 수 있다.

이러한 유형의 투입은 용융액으로부터 예를 들면 연기와 가스의 배출 및/또는 처리를 위한 장치 내부로 날아가는 분말 재료의 양을 제한하며, 과도한 이송 가스의 유속을 제한하고 용융액 외부로의 재료의 분산을 피하면서 용융되는 분말 재료의 열적 균형의 최적화를 가능하게 한다.

본 발명의 방법에 따르면 용융 구역 내부로의 분말 재료의 투입은 분말 재료 가 투입되는 곳에서 유속을 설정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 설정은 변할 수 있으며 특히, 용융로의 용융 구역 내의 용융액의 부피, 용융 구역 및 출탕 구역내의 용융액의 수위, 토치의 출력률, 용융로 외부로의 오버플로우 및 인발 그리고 분말 재료의 성질에 의존할 수 있다.

분말 재료 투입의 수직 및 수평 방향의 조절에 의해, 그리고/또는 용융액 위로 또는 내부로의 투입의 조절에 의해, 그리고/또는 공기압 투입시 이송 가스 내의 분말 재료의 비율 조절에 의해, 그리고/또는 용융로의 용융 구역으로의 투입 속도의 조절에 의해 분말 재료의 투입을 제어하는 것은 용융 구역 내에서 용융되지 않은 분말 재료의 분산 및/또는 축적을 피할 수 있도록 수행되어야 한다. 이는 전술한 투입된 재료와 용융액 사이의 최초의 열전달을 최적화하고, 용융 구역 내에서 분말 재료가 날아가는 것을 막고, 그리고 바람직하게는 용융로 내에서 대략 분말 재료 투입의 수평 성분의 방향으로 용융액이 이동하도록 하기 위한 것이다.

분말 재료는 용융 구역 내부로 투입되며, 여기에서 플라즈마 토치에 의해 용융되어 용융액이 얻어진다.

용융 구역은 바람직하게는 원통 형상이다. 그러나 어떠한 다른 형상, 즉 타원형, 장방형, 직사각형 등의 본 발명의 방법에 적합한 형상을 가질 수 있다.

용융 구역이 내화물을 포함할 때에는, 용융액과 접촉하는 용융 구역 내의 내화물은 바람직하게는 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 유리질 또는 결정질 재료의 6가의 크롬에 의한 어떠한 오염도 피하기 위해 크롬이 배제된다.

용융 구역과 출탕 구역의 내화물은 예를 들면 알루미나계 재료일 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 플라즈마 토치는 바람직하게는 비이송성 아크 플라즈마 토치이다. 이러한 유형의 토치의 예는 예를 들면, 특허 출원 FR-A-2 735 941호, FR-A-2 735 940호 및 FR-A-2 735 939호에서 기술된다.

본 발명의 방법에 따르면, 하나 또는 그 이상의 플라즈마 토치가 사용될 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 플라즈마 토치는 본 발명의 방법에 적합한 어떠한 가열 수단에 의해서도 대체될 수 있다.

플라즈마 토치는 DC 전기적 아크에 의해 공기를 가열함으로써 4000℃ 정도의 고온에서 공기의 흐름을 제공하는 장치이다. 이 온도에서 공기는 부분적으로 이온화되며, 이것은 플라즈마의 특징이다. 비이송성 아크 플라즈마 토치는 더 나아가 전기적 아크가 플라즈마 토치 내측에서 일어나며 생성된 플라즈마는 토치 외부로 흐르게 되는 특징이 있다.

이 실시예에서 사용되는 공기는 산소 또는 산소가 풍부한 공기와 같은 다른 플래즈미드(plasmid) 가스에 의해 교체될 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 가열 수단으로서 플라즈마 아크 토치를 사용하며 플래즈미드 가스 즉, 공기 또는 산소를 선택하는 잇점은 토치에 의해 공급되는 산소가 중금속을, 우수한 중금속 포집률을 제공하는 높은 용융점을 갖는 산화물로 변환하는 것이다.

본 발명의 방법에 따라 비이송성 아크 플라즈마 토치를 사용하는 또 다른 잇점은 용융액의 온도가 2500℃ 이하인 플라즈마 흐름을 제공하고, 그에 의하여 중금 속의 증발을 제한한다는 것이다.

비이송성 아크 플라즈마 토치를 사용하는 또 다른 잇점은 실시예에서 기술된다.

본 발명의 방법에 따르면, 비이송성 아크 플라즈마 토치는 플라즈마가 대략 용융 구역 내의 용융액의 중심쪽으로 흐르도록 아래방향으로 지향된다. 중심으로 모아진 흐름은 용융액이 용융로의 벽에 튀김으로써 조기 마모 구역을 발생시키는 위험을 제한한다.

본 발명에 따르면, 플라즈마 토치의 출력률뿐만 아니라 그 높이 및 용융액의 표면에 대한 각도가 제어될 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 비이송성 아크 플라즈마 토치는 아래방향을 향하며 그 입사 각도는 플라즈마가 대략 분말 재료가 투입되는 방향으로 흐르도록 제어될 수 있다. 이 각도는 용융액의 표면에 대해 대략 45 내지 90°가 될 수 있는데, 90°는 토치에 의해 생성되는 플라즈마의 수직 하향 흐름이다.

용융 구역 내부로 흐르는 플라즈마의 출력은 1300 내지 1500℃ 사이의 바람직한 온도의 용융액을 얻기 위해 제어될 수 있다. 플라즈마 토치의 출력률과 용융 구역 내에서의 그 높이는 용융 구역 내에서의 용융액의 부피와 높이에 관련하여 제어되며, 이것은 플라즈마 흐름에 인접한 내화물을 보호하고 가열을 최적화하기 위한 것이다. 이것은 또한 분말 재료의 투입, 용융액의 인발 및 용융액의 온도에 관련하여 제어된다.

용융액의 온도는 용융로 내부로 투입되는 분말 재료를 완전히 용융시킬 수 있 도록 충분히 높아야 한다. 그러나, 분말 재료의 용융시의 열적 균형을 최적화할 수 있도록 그리고 에너지의 손실을 피할 수 있도록 너무 높아서는 않된다. 이 온도는 또한 분말 재료에 의존한다.

전술한 분말 재료의 투입은 재료가 플라즈마 흐름에 의해 빗나감이 없이 용융액에 접촉하자마자 곧 용융액 내에 포집될 수 있도록 플라즈마 흐름에 의존하지 않는다. 그에 의하여 용융되지 않은 잉여 입자들이 용융로의 덮여지지 않은 벽 상으로 또는, 예를 들면 연기와 가스를 포집하기 위한 그리고 재료를 용융하기 위한 장치 내부로 흩어지는 것이 제한된다.

본 발명의 방법이 이송성 아크 플라즈마 토치를 사용하여 실시될 때 그리고 분말 재료가 차가운 상태에서 도전성이 없을 때에는, 이송성 아크 플라즈마 토치는 비이송성 아크 플라즈마 토치와 결합되거나 비이송성 아크 플라즈마 토치에 의해 보조될 수 있다. 비이송성 아크 플라즈마 토치는 본 방법의 시작 단계에서 분말 재료를 용융하며, 그 다음에는 이송성 아크 플라즈마 토치가 단독으로 작동된다.

본 발명의 방법은 분말 재료의 낮은 점도의 용융액을 생산한다. 용융액의 낮은 점도로 인해, 높은 점성의 플라즈마 흐름은 용융액의 표면을 왜곡시킨다. 이 왜곡은 용융액의 왜곡되지 않은 수위와 비교하여 용융액의 표면에서 대략 10㎝의 침하를 발생시킨다. 이 변형은 다음의 효과를 가진다. 플라즈마와 용융액 사이의 표면적이 증가함에 따라 열전달이 향상되며, 용융액 내에서 그 균일성을 향상시키고 이에 따라 얻어진 유리화된 재료의 품질을 향상시키는 유체역학적 운동이 생성된다.

본 발명의 방법의 본래의 특징의 하나는 비이송성 아크 플라즈마 토치에 의해 공급되는 유동 플라즈마의 충격력을 이용한다는 것이다.

본 발명의 방법에 따르면, 용융액과 접촉하는 용융 구역은 예를 들면 용융액과 접촉하는 용융 구역을 냉각시키는 냉각수 회로에 의해 냉각될 수 있으며, 이는 용융로의 용융액 내에 잠겨진 내화물의 수명을 증가시키도록 고안된 보호용 자동-도가니(auto-crucible) 모드 내에서 작동되도록 한다.

본 발명의 방법에 따르면, 자동-도가니는 용융 구역과 출탕 구역의 내화물 재료와 호환할 수 있는 재료, 즉 내식성과 함께 높은 온도에서 상기 내화물 재료와 동일한 특성을 갖는 재료로 만들어지며, 또한 용융로 내에 형성될 수 있다. 상기 호환할 수 있는 재료는, 예를 들면 분말 재료가 용융되는 동안 고상을 유지할 수 있도록 용융로 내부로 투입되는 분말 재료의 용융점보다 높은 용융점을 가질 수 있다. 이 재료는, 예를 들면 Al₂O₃, CaO 및 SiO₂의 혼합물일 수 있다.

자동 도가니는 높은 온도에서 부식성 재료가 내화물 벽으로 이동하는 것을 제한하고 그리고 그들을 그곳에 고정시킴으로써 용융액에 의해 덮여진 용융 구역의 내화물의 화학적 부식을 제한하도록 고안된다.

얻어진 용융액은 상기 출탕 구역으로, 분말 재료가 용융로 내부로 투입되는 대략 수평 성분의 방향을 따라 그리고 전술한 용융 구역에 대해 용융로 내부로 분말 재료를 투입하는 수단의 반대 방향으로 오버플로우 됨으로써 출탕 구역을 거쳐 용융로로부터 제거된다.

따라서 분말 재료의 투입은 대략 용융액이 용융로 외부로 흘러나가는 반대 방 향이 된다. 특히, 이러한 배치는 용융로 내부에서 재료가 보내는 시간을 조절할 수 있게 하며, 용융액을 균질화 할 수 있게 한다.

본 발명의 방법에 따르면, 용융로의 출탕 구역을 거쳐 용융로 외부로 오버플로우되는 용융액은 냉각 수단, 예를 들면 중력하에서의 용융액의 경로를 따라 용융로 외부에 설치되는 냉각 스크린에 의해 냉각된다.

본 발명의 방법에 따르면, 용융액의 오버플로우는 예를 들면 용융액의 오버플로우 수위를 예를 들면 이동 가능하며 조절 가능한 오버플로우 차단부재에 의해조절함으로써 제어될 수 있다. 오버 플로우 차단부재는 용융로의 출탕 구역의 단부에 용융 구역과 대향하여 즉, 용융액이 용융로 외부로 흘러 나오는 곳에 설치된다.

본 발명의 방법에 따르면, 출탕 구역으로부터 오버플로우 되는 용융액은 유리화된 재료로 인발될 수 있다.

이러한 용융액의 인발은 예를 들면 용융액을 용융로의 출탕 구역으로부터 용융로 외부로 연속적으로 인발하여 유리화된 또는 결정화된 재료로 냉각하는 냉각된 롤러를 가진 압연기에 의해 수행될 수 있다.

용융액이 냉각된 롤러를 가진 압연기에 의해 인발되는 경우에 본 발명의 방법의 잇점은 인발 롤러들 사이의 간격을 조절함으로써 유리화된 재료의 치수를 수정하는 것이 가능하다는 것이다. 뿐만 아니라 인발 롤러들의 형상을 조절함으로써 유리화된 재료의 형상을 재생을 위한 섹터(sector)에 적합하도록 수정할 수 있다. 예를 들면 냉각된 롤러를 가진 압연기를 사용하여 인발과 냉각을 결합시킨 본 방법의 또 다른 잇점은 유리질의 또는 결정화된 재료를 얻기 위해 요구되는 기계적 성질에 의 존한 유리화 또는 결정화 과정에 영향을 미치도록 롤러의 냉각이 제어될 수 있다는 것이다.

용융액의 인발은 용융 구역 내의 용융액의 수위가 대략 일정하게 유지되도록 출탕 구역 내의 용융액의 수위와 용융 구역 내의 용융액의 수위와 그리고 분말 재료의 투입과 관련하여 주어진 인발 속도 또는 주어진 오버플로우 속도로 수행된다. 용융액의 인발 속도의 제어는 용융로 내부에서 재료가 용융된 상태로 머무는 시간을 조절함으로써 분말 재료의 용융 과정을 최적화하는 것을 가능하게 한다. 이에 따라 고밀도이며 균일하고 용융되지 않은 분말 재료의 덩어리를 포함하지 않는 유리질의 재료를 얻게 되며, 에너지의 손실을 피하게 된다.

본 발명에 따르면, 분말 재료의 용융 구역은 알려진 수단, 예를 들면 용융액의 출탕 구역 내에 위치한 레지스터와 가스 및 연기 추출 환기장치에 의해 약간 음압 상태로 유지될 수 있다. 이러한 약간의 음압은 유독할 수 있는 가스와 연기가 용융로 내의 틈새 또는 용융액이 오버플로우되는 출탕 구역을 거쳐 용융로 외부로 누설되는 것을 방지한다.

본 발명의 방법에 따르면, 용융 구역의 용융액의 수위는 바람직하게는 용융 구역 내에서 일정하며, 그리고, 예를 들면 하나의 토치가 사용되고 용융 구역의 직경이 대략 1500㎜, 바람직하게는 300㎜인 경우에 용융액의 수위는 바람직하게는 100 내지 500㎜ 정도이다.

더 나아가, 예를 들면, 대략 1500㎜의 직경을 갖는 용융로 내에서, 용융액의 표면에 대해 450 내지 950㎜의 토치 높이와 500 내지 1500㎜의 용융 구역의 높이가 바람직하며, 본 발명의 방법에 따른 분말 재료의 투입 속도는 시간당 100 내지 700㎏의 재료의 속도로, 바람직하게는 시간당 300 내지 700㎏의 분말 재료의 속도로 조절된다. 더 나아가, 이러한 치수와 투입 속도에서, 토치 높이가 대략 450 내지 950㎜인 경우에 플라즈마 토치의 출력률은 대략 150 내지 700㎾로 조절될 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 재료가 용융로 내에 용융된 상태로 남아 있는 시간은, 분말 재료의 투입으로부터 오버플로우 및/또는 인발까지의 시간으로 측정되며, 적어도 30분 바람직하게는 대략 60분이다.

본 발명의 방법에 따르면, 용융로 내부로의 분말 재료의 투입은, 분말 재료의 수직 및 수평 투입 방향을 조절함으로써 그리고/또는 용융액 위로 또는 내부로의 투입의 조절에 의해 그리고/또는 투입 속도의 조절에 의해 그리고/또는 이송 가스 내의 재료의 비율을 조절함으로써 제어될 수 있다. 플라즈마 토치는, 용융 구역 내의 그 높이를 조절함으로써 그리고 플라즈마가 용융액 위로 흐르는 곳에서의 높이를 조절함으로써 그리고 용융로 내의 토치의 각도를 조절함으로써 그리고 토치의 출력률을 조절함으로써 제어될 수 있다. 용융액의 오버플로우는, 예를 들면 이동 가능하며 조절 가능한 차단부재를 조절함으로써 제어될 수 있으며, 그리고 용융액의 인발은, 예를 들면 용융액이 인발되는 곳에서의 속도를 조절함으로써 제어될 수 있다. 이것은 용융액 인발 수단의 냉각 제어와 결합될 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 용융로 내부로의 분말 재료의 투입과 플라즈마 토치와 용융액의 인발은 바람직하게는 제어된다.

본 발명의 방법에 따른 조절은, 예를 들면 용융로 내부로의 분말 재료의 투입 과 용융액의 인발을 제어함으로써 용융 구역 및/또는 출탕 구역 내의 용융액의 수위가 대략 일정하게 유지되도록 설계된다.

출탕 구역 내의 용융액의 수위는, 예를 들면, 용융액의 수위를 제어하는 제어 루프에 의해 일정한 수위로 유지될 수 있다. 이 제어 루프는 출탕 구역내의 용융액의 수위를 위한 최적의 값을 그 기본적인 데이터로 가질 수 있다. 용융액의 세 개의 영역이, 예를 들면 아래와 같이 정의될 수 있다.

높은 영역에서는 출탕 구역 내의 용융액의 수위가 너무 높게 된다. 이 높은 영역 내의 용융액의 수위의 값은 상기 제어 루프에 의해 오버플로우 수단, 예를 들면 오버플로우 차단부재의 조절 및/또는 용융액의 인발 속도, 예를 들면 압연기의 롤러의 회전 속도를 제어하여, 수위가 높아질수록 오버플로우도 높아지도록, 즉 오버 플로우 차단부재가 낮아지도록 하며, 그리고/또는 용융액의 인발, 즉 압연기의 롤러의 회전 속도가 빨라지도록 한다. 그러나 분말 재료의 투입은 일정하게 유지된다.

중간 영역은 출탕 구역 내의 용융액의 수위가 대략 용융로 내부로의 분말 재료의 투입과 용융로 외부로의 용융된 재료의 인발 사이의 균형을 이루는 용융 구역 내에서의 최적의 용융 과정을 위해 요구되는 최적의 수위에 있다. 오버플로우 및/또는 인발과 투입 속도는 이 제어 루프에 의해 그리고 용융 구역에서의 최적의 용융 과정을 위해 요구되는 용융액의 수위를 위해 설정된 바에 따라 일정하게 유지된다.

낮은 영역에서는 출탕 구역 내의 용융액의 수위가 너무 낮게 된다. 이 영역 내의 용융액의 수위의 값은 상기 제어 루프에 의해 투입되는 분말 재료의 양을 제어 하여, 용융액의 수위가 낮아질수록 투입되는 분말 재료의 양이 증가하도록 한다. 이 낮은 영역에서, 오버플로우 및/또는 인발 속도는 일정하게 그리고 용융 구역 내에서의 최적의 용융 과정을 위해 최초 설정된 바와 같이 유지된다.

출탕 구역 및/또는 용융 구역 내의 용융액의 수위는 용융액 수위 탐침, 예를 들면 광전지(photoelectric cell), 부표 등을 사용하여 측정될 수 있다.

용융로 내부로의 분말 재료의 투입 속도와, 플라즈마 토치의 출력률과, 용융액의 인발을 제어하는 것은 모두 용융 구역 내에 잔류하는 시간을 제어하며 조절된 최적의 열적 균형을 제공하는 동시에 용융 과정을 최적화하고 용융되지 않은 분말 재료의 덩어리가 배제된 균일한 용융액과 균일한 높은 품질의 유리질 재료의 산출을 보장한다.

본 발명의 방법에 따른 조절은, 예를 들면 용융로 내부로의 분말 재료의 투입의 제어와 플라즈마 토치의 출력 및/또는 높이를 제어함으로써 용융액과 출탕 구역의 온도를 대략 일정하게 유지하도록 설계될 수 있다.

용융액과 출탕 구역의 온도는, 예를 들면, 이 온도들을 제어하는 제어 루프에 의해 대략 일정하게 유지될 수 있다. 이 제어 루프는 출탕 구역 내의 용융액의 온도를 위한 최적의 값을 기초적인 데이터로 가질 수 있다.

이 조절의 목적은 상기 제어 루프에 의해 분말 재료가 용융로 내부로 투입되는 곳에서의 속도, 출탕 구역 내의 용융액의 온도 및 출탕 구역의 온도와 관련하여 비이송성 아크 플라즈마 토치의 출력률을 제어하는 것이다. 토치의 출력률은 용융로 내에서의 열 손실을 보상하고 투입된 분말 재료를 모두 용융하기에 충분하여야 한 다.

용융액의 온도는 용융로의 용융 구역 및/또는 출탕 구역 내의 용융액 내부 및/또는 위에 위치한 온도 탐침에 의해 측정될 수 있다.

몇몇의 상황이 가능한데, 예를 들면, 만약 용융액과 출탕 구역의 온도가 너무 높은 경우, 즉 요구되는 최적의 온도 이상인 경우에는 제어 루프는 토치의 출력률을 감소하도록 명령하고, 만약 용융액과 출탕 구역의 온도가 너무 낮은 경우, 즉 요구되는 최적의 온도 이하인 경우에는 제어 루프는 토치의 출력률을 증가시키도록 명령하며, 만약 용융액의 온도가 너무 낮고 출탕 구역의 온도가 너무 높은 경우에는 제어 루프는, 예를 들면 경고를 발하게 된다. 이 상황에서의 조절은 토치의 출력률의 감소와 예를 들면 분말 재료의 투입 속도의 증가와 용융액의 인발 속도의 증가와 함께 용융액 인발 수단 내에 위치한 가열 수단의 작동을 명할 수 있다.

본 발명의 방법에 따른 조절은, 예를 들면 플라즈마 토치의 높이를 조절함으로써 용융 구역이 대략 일정한 온도로 유지되도록 설계될 수 있다.

용융 구역의 온도는, 예를 들면 용융 구역의 온도를 제어하는 제어 루프에 의해 대략 일정한 온도로 유지될 수 있다.

이 조절의 목적은 상기 제어 루프에 의해 용융액에 의해 덮여진 용융로의 내화물 내에 응력을 유발함이 없이 토치/프라즈마 열 전달을 제어하는 것이다. 이 조절에서 작용하는 인자들은 (통상 분말 재료의 투입 속도와 관련하여 제어되는) 토치의 출력률, 용융액에 의해 덮여진 용융 구역의 온도 및 예를 들면, 주어진 플라즈마 토치 출력률에서 용융 구역 내의 용융액에 대한 토치의 높이이다. 용융액에 의해 덮 여진 용융 구역의 온도는, 예를 들면 용융로의 벽면상에 또는 그 내부에, 바람직하게는 용융 구역 내의 대략 플라즈마가 흘러 나오는 토치의 선단부에 설치되는 온도 탐침에 의해 측정된다. 용융액의 표면에 대한 토치의 높이는 플라즈마가 흘러 나오는 선단부에서 용융액에 의해 덮여진 용융로 벽의 과열을 피하는 동시에 용융액으로의 에너지의 전달을 최적화하기 위해 제어된다.

투입, 토치 및 오버플로우 및/또는 용융액의 인발을 통제하는 조절과 제어 루프는 본 발명의 방법에 따라 바람직하게는 동시에 사용된다.

본 발명의 방법에 따르면, 분말 재료의 용융은 연기와 가스를 발생시키기 때문에, 상기 연기와 가스는 높은 온도로 용융로로부터 추출된다.

발생된 가스는, 예를 들면 다이옥신, 퓨란 및 중금속 염을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 비이송성 아크 플라즈마 토치와 연기 및 가스가 높은 온도에서 쉽게 추출될 수 있도록 하는 "개방된 용융조(open bath)" 구성의 사용과 관련된 또 다른 잇점을 가진다.

더 나아가, 본 발명의 방법에 따르면, 예를 들면 연기를 처리하기 위한 추출용 환기장치와 대기 중으로 배출되는 유독성 가스를 제거하기 위해 용융 구역을 출탕 구역으로부터 부분적으로 분리시키는 레지스터에 의해 용융 구역은 대기압과 비교하여 약간 낮은 압력하에서 유지될 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 이러한 연기와 가스는 대략 1500℃로 추출되며, 이는 용융로의 벽면에 부식성 염이 응축되는 것을 없앤다. 이러한 염은 본 방법의 장기간의 생산 조업에 해가 될 수 있다. 용융 구역 내의 용융액의 잔류 시간(이 온도 에서 대략 2초)에 기인하여, 다이옥신과 퓨란은 분해되어 잔류한다.

용융로로부터 추출되는 연기와 가스는 포집되고 예를 들면 물을 사용하여 급냉각된다. 물은 연기와 가스를 용융로의 출구 냉각 장치 내에서 냉각시키는 작용을 한다. 이것은 다이옥신과 퓨란이 재형성되는 것을 방지한다.

본 발명의 방법에 따르면, 추출되는 연기와 가스는 쓰레기 소각 설비 내에서 사용되는 것과 같은 폐가스의 처리를 위한 표준 장치 내에서 처리되어 중화될 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 방법은 생활 쓰레기의 소각을 위한 기존의 표준 공정과 함께 연계되어 사용될 수 있으며, 본 발명의 방법으로부터 발생하는 연기와 가스도 폐가스의 처리를 위한 표준 공정, 예를 들면 상기 생활 쓰레기 소각 공정과 함께 연계되어 처리될 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 하나 또는 그 이상의 첨가제가 분말 재료와 같이 동시에 용융로 내부로 투입될 수 있다. 이 첨가제들은, 예를 들면 용융로 내에서 용융액의 미끄러짐이나 유동성을 증대시키거나, 더 나은 용융액 균일성을 부여하거나, 또는 유리질 조직이나 첨가제들의 혼합물의 형성을 촉진시키기 위해 고안될 수도 있다.

본 발명은 또한 상술한 본 발명의 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 분말 재료의 연속적인 유리화를 위한 장치로서, 분말 재료 용융 구역과 용융된 재료를 위한 출탕 구역을 가지는 용융로와, 적어도 하나의 분말 재료 투입 수단과, 적어도 하나의 플라즈마 토치와, 적어도 하나의 용융액 오버플로우 수단을 포함하며, 상기 분말 재료 투입 수단은 상기 용융 구역의 측면에 있으며, 수평 성분을 포함하는 투입방향들 중 하나를 향하며, 상기 출탕 구역(들)은 대략 상기 수평 성분을 따라 위치하며 상기 용융 구역에 대해 대략 상기 투입 수단으로부터 멀어지는 쪽에 있으며, 상기 출탕 구역(들)은 상기 용융 구역의 오버플로우 구역이며 제1 단부와 제2 단부를 포함하며, 상기 출탕 구역(들)의 제1 단부는 용융 구역과 접촉하며, 상기 출탕 구역(들)의 제2 단부는 상기 용융액 오버플로우 수단과 접촉하며, 상기 오버플로우 수단은 상기 대략 수평 방향들 중 하나로 용융액이 오버플로우되도록 위치한다.

본 발명에 따르면, 상기 장치는 또한 상기 용융액 오버플로우 수단에 결합된 용융액을 인발하기 위한 하나 또는 그 이상의 수단을 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 플라즈마 토치는 바람직하게는 비이송성(non-transferring) 아크 플라즈마 토치이다.

본 발명에 따르면, 상기 용융로의 용융 구역은 예를 들어 장공형, 타원형, 직사각형, 원형 등 본 발명의 방법에 적합한 어떠한 형상이라도 무방하나, 바람직하게는 원통형상을 가지며, 상기 용융액은 상기 원통형상의 원형부분에 위치되는 것이 바람직하다.

상기 용융 구역은 바람직하게는 알루미나로 만들어진 내화물을 포함할 수도 있으며, 그 용융 구역 내에서 용융에에 의해 덮여지지 않은 내화물은 고온에서 상기 용융액의 6가 크롬 오염과 분말 재료가 녹기 시작할 때 방출되는 가스나 연기의 오 염을 야기시키는 크롬이 배제된다. 용융액에 의해 덮이지 않는 용융 구역 내의 내화물 즉, 분말 재료가 용융되기 시작할 때 발생되는 가스들이나 연기에 노출될 내화물은, 그 열저항 특히 열충격을 증대시키기 위하여 알루미나에 의해 만들어 질 수 있으며 소량의 크롬을 함유할 수도 있다. 상기 내화물은 바람직하게는 다층구조를 가진다.

본 발명의 장치에 따르면, 상기 투입 수단은 예를 들어 공기압 투입 장치 또는 스크루나 푸셔가 구비된 공기압 투입장치일 수도 있다. 상기 투입 수단은 바람직하게는 공기압 투입장치이다.

본 발명에 따르면, 상기 투입 수단은 바람직하게는 용융로의 용융 구역 옆에 배치되며, 수평 성분을 포함하는 투입 방향을 향하며, 또한 아래쪽으로 방향지어진 수직 성분을 포함할 수도 있다.

예를 들면, 상기 투입수단은 분말 재료를 용융액의 표면에 대해 0 내지 90°의 각도로 투입하도록 배치되며, 바람직하게는 용융액의 표면에 대해 10 내지 45°의 각도로 투입하도록 배치된다.

본 발명에 따르면, 상기 투입 수단은 예를 들어 내화물에 의해 보호된 금속튜브 형상을 가지는 란스(lance)형태로 용융 구역 내로 연장될 수도 있다. 투입기는 분말 재료를 용융액의 내부로 또는 용융액 위로 투입하도록 조절될 수도 있다.

상기 분말 재료를 용융로 내로 투입하기 위한 란스는 바람직하게는 용융로 내에서 재료의 투입 속도에 상응하는 내경을 가진다. 예를 들어, 350kg/hour의 분말 재료 투입 속도에 대하여, 본 발명의 상술한 일 실시예의 예에서 기술한 바와 같 이, 상기 란스의 직경은 20mm일 수도 있다.

본 발명에 따른 투입 수단은, 분말 재료의 투입 속도, 및/또는 이송 가스 내의 재료의 비율, 및/또는 분말 재료의 수직 및/또는 수평 투입 방향, 및/또는 용융액 표면 또는 용융액 내부로의 투입과 관련하여 조절될 수 있다.

본 발명의 장치는 하나 또는 그 이상의 이송성 아크 플라즈마 토치 및/또는 비이송성 아크 플라즈마 토치들을 포함할 수도 있다.

분말 재료가 냉각 상태에서 도전성이 없을 때에는, 이송성 아크 플라스마 토치는 예를 들어 비이송성 아크 플라즈마 토치와 결합될 수도 있으며, 후자는 용융 과정을 시작할 때 사용된다.

이 플라즈마 토치들은 예를 들어, 가열수단으로서의 버너에 의해 대체되거나 보조될 수도 있다.

플라즈마 토치는 바람직하게는 내화물로 만들어진 덮개에 의해 보호된다. 이 내화물 덮개는 고온의 내화물 벽들과 차가운 토치 사이에서의 열전달과 관련하여 열의 손실을 제한하며 그에 따라 분말 재료의 용융 도중에 만들어진 염이 차가운 토치의 표면에 재응축되는 것을 방지하는 역할을 행한다. 이러한 형태의 재응축은 토치의 유지보수 및 긴급조치를 위한 분해를 더 어렵게 만든다.

토치는, 예를 들어 그 토치가 수직으로 및/또는 수평으로 이동되어 상기 용융액에 대한 위치가 최적화될 수 있도록, 이동 가능한 브라켓 상에 장착될 수도 있다.

본 발명의 장치에 따르면, 플라즈마 토치는, 그 토치의 출력률, 용융액에 대 한 토치의 높이 및 용융액의 표면에 대한 토치의 각도에 관하여 제어될 수 있다.

예를 들면, 용융로의 용융 구역의 직경이 대략 1500mm이고 분말 재료는 1300 내지 1500℃에서 용융되며 용융깊이는 100 내지 500mm인 경우에, 플라즈마 토치의 출력률은 150∼700kW 바람직하게는 대략 600kW로 설정될 수 있으며, 토치의 높이는 용융액 상방으로 450 내지 950mm 바람직하게는 700mm로 설정될 수 있으며, 플라즈마 토치의 각도는 45 내지 90°바람직하게는 90°로 설정될 수도 있다.

본 발명의 장치에 따르면, 용융액 오버플로우 수단은, 예를 들어 출탕 구역의 제2 단부에 배치된 오버플로우 차단부재일 수도 있다. 이 오버플로우 차단부재는, 용융액의 오버플로우 수위가 조절될 수 있도록 이동 및 조절 가능할 수도 있다.

본 발명의 장치에 따르면, 상기 오버플로우 수단은 용융로로부터 오버플로우되는 용융액을 유리화 또는 결정화된 재료로 냉각시키기 위하여 냉각 스크린들과 결합될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 오버플로우 장치는 용융액 인발 수단에 의해 대체되거나 또는 용융액 인발 수단과 결합될 수도 있다.

본 발명의 장치에 따르면, 상기 인발 수단은 예를 들어 압연 장치 또는 냉각된 롤러를 가지는 압연기일 수도 있다.

이러한 형태의 압연기는, 상기 롤러들의 회전속도의 제어에 의해 용융액 인발 속도가 제어될 수 있다는 잇점을 가진다. 상기 롤러들의 회전 속도는 예를 들어 그 롤러들을 냉각시키기 위한 시스템과 결부될 수도 있다. 따라서, 용융된 재료의 인발 속도가 높을 때, 롤러 냉각 제어시스템은 롤러들이 더욱 냉각되도록 명령함으로 써 유리화된 재료에 일정한 품질을 부여한다.

더 나아가, 압연기는 형성되는 결정화된 또는 유리화된 재료를 가이드하고 교정할 수 있는 잇점을 가진다.

본 발명의 일 실시예에서 출탕 구역은, 용융로가 음압상태로 유지되도록, 용융 구역을 출탕 구역으로부터 격리시키는 레지스터를 포함할 수도 있다. 이 음압은 예를 들어, 분말 재료가 용융되기 시작할 때 발생되는 연기나 가스의 처리를 위한 추출용 환기장치에 의해 얻어질 수 있다. 이 음압은, 분말 재료가 용융되기 시작할 때 발생되는 연기나 가스에 포함되어 있는 유독 물질이 출탕 구역을 통해 대기로 배출되거나 또는 용융로 내에서 누설되는 것을 방지한다. 상기 레지스터는 고정될 수도 있으며 이동될 수도 있다.

상기 레지스터는 또한 용융로 출구에서 용융액의 균일한 유속을 제공할 수도 있다.

본 발명의 장치에 따르면, 상기 용융로는 또한, 분말 재료가 용융되기 시작할 때 발생되는 가스와 연기를 배출시키기 위한 송기관을 포함할 수도 있다. 이 송기관은 바람직하게는 연기와 가스를 용융로의 용융 구역 또는 출탕 구역 내의 용융액과 접촉함이 없이 추출할 수 있도록 배치된다.

추출용 송기관은, 예를 들면 전술한 추출용 환기장치에 연결될 수 있다.

본 발명의 장치에 따르면, 분말 재료 투입 수단, 플라즈마 토치 및 용융액 인발 수단은 적어도 하나의 제어 루프(loop)에 의해 제어된다.

예를 들면, 분말 재료를 용융로 내부로 투입하기 위한 수단과 용융액 인발 수 단 및/또는 오버플로우 수단은 용융로 내의 용융액의 수위를 조절하는 제어 루프에 의해 조절될 수 있다.

용융로, 즉 용융로의 용융 구역 및/또는 출탕 구역 내의 용융액 수위의 제어 루프는, 예를 들면, 용융로의 용융 구역 및/또는 출탕 구역 내의 용융액의 수위에 관련하여 용융로 내부로의 분말 재료의 투입 및/또는 용융 구역의 용융액의 오버플로우 조절 및/또는 용융로 외부로의 용융액의 인발의 조절을 명령하는 제어 시스템으로 구성될 수 있다.

용융액의 수위는 용융액의 용융 구역 및/또는 출탕 구역 내에 위치하는 탐침에 의해 측정된다.

예를 들면, 출탕 구역 내의 용융액의 수위가 미리 정해진 값보다 높을 때에는, 제어 루프는, 예를 들면 압연기에 의해 인발이 수행될 때, 분말 재료의 투입 속도는 일정하게 유지하면서 롤러의 속도를 증가시킴으로써 보다 빠른 용융액의 인발을 명령할 수 있다.

예를 들면, 출탕 구역 내의 용융액의 수위가 미리 정해진 값보다 낮을 때에는, 제어 루프는 보다 빠른 용융로 내부로의 분말 재료의 투입 속도와 일정한 용융액의 인발 속도를 명령할 수 있다.

예를 들면, 용융액의 수위가 대략 일정하고 미리 정해진 값과 동일할 때에는, 제어 루프는 일정한 투입 및 인발 속도를 명령할 수 있다.

용융로 내부로 분말 재료를 투입하는 수단과 토치의 출력률은 용융액과 출탕 구역의 온도를 제어하는 제어 루프에 의해 조절될 수 있다.

용융액 온도 제어 루프는, 예를 들면, 용융액 및/또는 출탕 구역의 온도에 관련하여 용융로 내부로의 분말 재료의 투입 속도의 조절과 플라즈마 토치의 출력 조절을 제어하는 제어 시스템으로 구성될 수 있다.

용융액의 온도는 용융액에 의해 덮여진 용융 구역 및/또는 출탕 구역 내에 위치하는 탐침에 의해 측정될 수 있다.

예를 들면, 용융액의 온도가 너무 높을 때에는, 제어 루프는 토치의 출력률의 저하를 명령할 수 있으며, 반대로, 용융액의 온도가 너무 낮을 때에는 제어 루프는 토치의 출력률의 증대를 명령할 수 있다.

용융로 내의 토치의 높이는 용융 구역의 온도를 조절하는 제어 루프에 의해 제어될 수 있다.

용융 구역 온도 제어 루프는, 예를 들면, 출탕 구역의 온도와 관련하여 토치의 높이 조절을 명령하는 제어 시스템으로 구성될 수 있다.

용융액에 의해 덮여진 용융 구역의 온도는 용융액에 의해 덮여진 용융로의 벽 내부 또는 위에, 바람직하게는 플라즈마가 흘러 나오는 토치의 선단부에 인접하여 위치되는 온도 탐침에 의해 측정될 수 있다.

예를 들면, 토치의 출력률과 분말 재료의 투입 속도가 일정한 상태에서, 온도 탐침에 의해 측정된 용융 구역 온도가 미리 정해진 값보다 높을 때에는, 제어 루프는 토치의 높이를 높이도록 명령할 수 있다.

용융로 내의 용융액의 수위, 용융액과 출탕 구역의 온도, 그리고 용융 구역의 온도를 제어하는 제어 루프들은 따로 또는 동시에 사용될 수 있다. 그들은 바람직하 게는 동시에 사용된다.

본 발명의 장치는 상술한 바와 같이 사용될 수 있으며 또는 예컨데 생활 쓰레기 소각 설비와 함께 연계되어 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 장치는 바람직하게는 생활 쓰레기의 소각에 의해 발생되는 폐가스를 처리하기 위한 수단을 포함하는 생활 쓰레기 소각 설비와 합체될 수 있다.

이러한 구성에서 본 발명에 따른 장치는 생활 쓰레기의 소각에 의해 발생되는 분말 재료의 연계 처리를 위해 사용될 수 있으며 그리고 분말 재료의 용융에 의해 발생되는 연기와 가스는 상기 생활 쓰레기 소각 설비의 가스와 연기의 처리를 위한 장치를 사용하여 연계되어 처리된다.

본 발명의 특징과 잇점은 다음의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다. 그 설명은 비한정적인 실시예에 관한 것이며 첨부된 도면들을 참조한다.

도 1은 본 발명에 따른 분말 재료를 위한 연속적인 유리화 장치의 상세 단면도이며,

도 2는 본 발명에 따른 분말 재료를 위한 연속적인 유리화 장치의 수평 단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 용융액 인발 수단을 관통하는 확대 단면도이며,

도 4는 본 발명에 따른 분말 재료를 위한 연속적인 유리화 장치의 전체적인 단면도이며,

도 5는 용융로 내부로 분말 재료를 투입하기 위한 스크루 형태의 투입 장치의 단면도이다.

도 1 내지 도 4에서, 동일한 참조부호는 본 발명에 따른 장치의 도시된 실시예의 동일한 구성요소를 가리킨다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 방법의 실시예를 실행하기 위한 장치의 수직 단면과 수평 단면을 보여준다.

이러한 도면에서, 상기 장치는 분말 재료를 용융하기 위한 용융 구역(3)과 용융액(4)을 위한 출탕 구역(5)을 구비하는 용융로(1)를 포함한다. 상기 장치는 또한 분말 재료를 용융로 내부로 투입하기 위한 수단(7)과, 비이송형 아크 플라즈마 토치(11)와, 용융액 오버플로우 수단(17)을 구비한다.

용융 구역(3)은 원형이며 그리고 외부의 금속 덮개(19)와 주로 알루미나로 이루어진 내부의 다층 내화물 구조(21)로 구성된 벽에 의해 둘러싸여 있다. 용융액과 접촉하거나 접촉할 가능성이 있는 내화물은 상기 용융액의 6가 크롬에 의한 오염과 분말 재료가 용융되기 시작함에 따라 발생되는 연기를 처리하기 위해 사용되는 물에 의한 오염을 피하기 위해 크롬이 배제된다.

용융액과 접촉하지 않는 내화물은 내열성, 특히 열충격성을 향상시키기 위해 소량의 크롬을 함유할 수 있다.

용융액(4)과 접촉하는 용융 구역(3)의 내화물의 화학적 부식을 제한하기 위하여, 냉각수 회로(23)를 설치함으로써 열 장벽이 생성된다. 이러한 열 장벽은 용융액(4) 내에 자동-도가니(auto-crucible)를 형성시킨다. 이것은 부식성의 물질을 자동-도가니 내에 잡아둠으로써 그것들이 내화물 내부로 이동하는 것을 제한한다.

용융 구역(3)의 내경은 1500㎜이며, 용융 구역(3)의 높이는 950㎜이다.

용융액(4)과 접촉하는 용융 구역(3)은 용기로 묘사되고, 로의 측면은 벽으로 묘사되며, 로의 상부는 둥근 천장으로 묘사된다.

투입 수단(7)은 공기압 투입기(7a)이며, 분말 재료의 투입은 고밀도 모드에서 이송 가스와 함께 이루어진다. 투입기(7a)는 분말 물질을 용융로 내부로 이송하는 금속 튜브(7b) 또는 란스(lance)에 의해 연장된다. 이 란스(7b)는 내화물(7c)에 의해 용융로 내부에서 보호된다.

투입 수단(7)은 분말 재료가 용융액(4)의 위에 또는 그 내부에 투입되도록 제어될 수 있으며, 다양한 수평 및 수직 성분을 포함해 밑으로 지향될 수 있도록 그 투입 방향이 조절될 수 있다.

도 1 및 도 2에서, 참조부호 7은 분말 재료를 용융액(4) 내부에 투입하기 위한 공칭 위치를 가리키며, 참조부호 9는 분말 재료를 용융액(4) 위에 투입하기 위해 선택 가능한 위치의 일례를 가리킨다. 도 1의 각도 α는 수평 점선으로 도시된 용융액(4)의 표면에 대해 분말 재료를 용융 구역 내부로 투입하기 위해 선택 가능한 투입 방향이 이루는 각도를 가리킨다. 선택 가능한 방향의 각도 α는 투입 수단(7)의 공칭 투입 방향 각도(미도시)보다 작다.

장치(1)는 또한 비이송성 아크 플라즈마 토치(11)를 구비한다. 이 토치는 특허 출원 FR-A-2 735 941호, FR-A-2 735 940호 및 FR-A-2 735 939호에 개시된 유형의 것이다. 이 플라즈마 토치는 냉각 장치(미도시)와 내화물 덮개(13)를 구비한다. 내 화물 덮개(13)는 높은 온도의 용융로의 내화물 벽과 냉각된 플라즈마 토치 사이의 열전달에 기인한 열 손실을 제한하는 작용을 한다. 따라서 상기 내화물 덮개는 본 발명의 방법의 전체적인 에너지 균형을 향상시키는 작용을 한다.

이 내화물은 또한 용융 과정 동안 생성되는 가스와 연기로부터 염이 토치의 차가운 표면 상에 재응축되는 것을 막는 작용을 하며, 염의 재응축은 유지 및/또는 비상 조치를 위한 토치의 분해를 어렵게 할 수 있다.

토치(11)는 이를 수직으로 이동 가능하게 하는 브라켓에 설치되며, 이에 따라 용융액에 대해 그 위치를 조절함으로써 가열을 최적화한다.

도 1에서, 각도 β는, 본 발명의 방법의 변형예에 따라, 상술한 수직 위치에 대해 비이송성 아크 플라즈마 토치의 선택 가능한 위치가 이루는 각도이다.

플라즈마 토치에 부가하여, 기술된 장치는 용융로의 측면 또는 벽에 설치되는 부스터 버너(미도시)를 포함할 수 있다. 이 버너는 선택적으로 사용되며 본 방법에서 휴지 단계 동안 용융로를 일정한 온도로 유지하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 내화물에 가해지는 열 충격을 피하고 분말 재료를 용융된 상태로 유지하기 위한 것이며, 이에 의해 공정이 즉시 재시작 될 수 있다.

투입 수단(7)으로부터 용융 구역(3)의 반대측에 있는 출탕 구역(5)은 상기 용융 구역(3)으로부터 용융액(4)이 오버플로우 되는 구역이다. 상기 출탕 구역(5)은 제1 및 제2 단부를 구비하며, 출탕 구역(5)의 제1 단부는 용융 구역(3)과 접촉하게 되고, 출탕 구역의 제2 단부는 용융액(4)의 오버플로우 수단(17)과 접촉하게 된다.

용융액 오버플로우 수단(17)은 수직으로 조절될 수 있는 가동 차단부재이다. 이것은 용융 구역과 출탕 구역 내의 용융액(4)의 오버플로우 수위를 제어하고 조절하기 위해 사용된다.

상기 용융액 오버플로우 수단은 용융로로부터 출탕 구역을 거쳐나오는 용융액을 인발하는 냉각된 롤러를 가지는 압연기에 의해 보충되거나 그리고/또는 대체될 수 있다. 이러한 압연기의 유형은 도 3에서 참조부호 37로 도시되어 있다. 이 도면에서 출탕 구역(5)은 이동 및 조절 가능한 용융액(4) 오버플로우 수단(17)과 압연기(37)에 연결된다. 상기 압연기(39)는 출탕 구역을 경유하여 오버플로우 수단을 넘쳐 흐르는 용융액(4)을 용융로 외부로 인발하는 냉각된 회전 롤러들(39)을 구비한다.

또한 도 3에 도시된 장치는 냉각 스크린(41)과, 압연기 및 오버플로우 차단부재의 높이를 조절하기 위한 장치(43)를 구비한다. 상기 냉각 스크린(41)은 용융액(4)을 냉각시킴으로써 무정형의 유리질(47) 또는 결정화된 물질로 변태되는 것을 도와준다. 부가하여, 회전 롤러들은 그 속도와 냉각이 조절될 수 있으며, 이에 의해 용융액의 인발을 제어하는 것이 가능하게 된다.

도 1에서, 장치(1)의 출탕 구역은 또한 분말 재료가 용융되기 시작함에 따라 발생되는 가스와 연기를 통풍관(25)을 통해 추출하는 환기장치(미도시)에 의해 용융로 내의 음압이 유지되도록 출탕 구역으로부터 용융 구역을 분리하는 레지스터(27)를 구비한다.

또한 본 발명자는, 이 레지스터는 용융액과 용융되지 않은 재료 사이의 열 교환을 강제함으로써 용융되지 않은 분말 재료를 제거하는데 도움을 준다는 점에 주목 하였다. 따라서 이것은 최종적으로 유리화된 생산물의 품질 향상에 기여하게 된다.

상기 장치는 또한 출탕 구역 내의 용융액의 온도를 제어하기 위해 사용되는 온도 탐침(29)과, 대략 플라즈마가 토치 외부로 흐르게 되는 구역에서 용융 구역 내의 용융액에 의해 덮여진 내화물의 온도를 제어하기 위해 사용되는 온도 탐침들(31)과, 출탕 구역 내에 위치하는 온도 탐침들(33)과, 출탕 구역 내의 용융액 수위 탐침(35)을 구비한다. 상기 용융액 수위 탐침은 용량성 효과를 사용하여 접촉없이 동작한다.

도 1에서, 참조부호 4a는 플라즈마 토치로부터의 플라즈마의 흐름에 기인한 용융 구역 내의 용융액의 표면 변형을 가리킨다. 이 변형은 플라즈마와 용융액 사이의 열교환 표면을 증가시키며 용융 구역 내의 용융액의 균일성을 향상시킨다.

도 1에 도시된 장치는 또한 세 개의 제어 루프(미도시), X, Y 및 Z를 구비한다.

루프 X로 알려진 제1 제어 루프는 용융로 내의 용융액의 수위를 제어한다. 이 제어 루프는, 출탕 구역(5) 내의 용융액(4)의 수위에 관련하여 분말 재료를 용융로(1) 내부로 투입하는 수단(7)과, 용융액 오버플로우 수단(17)과, 용융로 내부의 용융액을 인발하는 수단(37)을 제어하기 위해 고안되었다. 제어 루프 X는 용융액 수위 탐침(35)에 의해 수집된 용융액(4)의 수위에 관련된 데이터를 접수하여, 그리고 이 데이터에 비추어, 투입 수단(7)을 제어함으로써 분말 재료의 높거나 낮은 투입 속도를 선택하고 그리고/또는 차단부재(17)의 위치를 제어함으로써 높거나 낮은 용융액의 오버플로우를 선택하고 그리고/또는 압연기의 회전 롤러(39)의 높거나 낮 은 회전 속도를 선택함으로써 압연기(37)에 의한 용융액의 높거나 낮은 인발 속도를 선택하는 작용을 하며, 이에 따라 출탕 구역(5) 내의 용융액(4)의 수위가 대략 일정하게 즉, 용융액의 깊이가 300 내지 500㎜ 사이에서 유지된다.

루프 Y로 알려진 제2 제어 루프는 용융액과 출탕 구역의 온도를 제어한다. 이 제어 루프는 용융로 내에 분말 재료를 투입하는 수단(7)과 토치(11)의 출력률을 제어한다.

제어 루프 Y는 출탕 구역(5) 내의 용융액(4)의 온도 탐침(29)과 출탕 구역(5) 내의 온도 탐침(33)에 의해 수집된 출탕 구역 내의 용융액(4)의 온도와 관련된 데이터를 수집하여, 그리고 이 데이터에 비추어, 토치(11)의 높거나 낮은 출력률 및/또는 높거나 낮은 분말 재료의 투입 속도를 선택하는 작용을 하며, 이에 따라 용융액과 출탕 구역의 온도가 대략 일정하게, 즉 1300 내지 1500℃ 사이에서 유지된다.

루프 Z로 알려진 제3 제어 루프는 용융 구역(3)의 온도를 제어한다. 이 제어 루프는 용융로 내의 토치의 높이를 제어한다. 제어 루프 Z는 용융액에 의해 덮여진 용융 구역 내의 온도 탐침(31)에 의해 수집된 데이터를 접수하여 보다 높거나 또는 보다 낮은 토치 높이를 선택하는 작용을 하며, 이에 따라 용융 구역 내의 온도는 대략 일정하게 즉, 1300 내지 1500℃ 사이에서 유지된다.

용융 구역 내에서 용융액의 수위가 300 내지 500㎜인 경우에 토치의 높이는 450 내지 1000㎜ 사이이다.

도 4는 도 1 내지 도 3에서 기술된 본 발명의 실시예에 대한 일반적인 단면도 이다.

이 도면은 분말 재료가 용융되기 시작함에 따라 발생되는 연기와 가스를 추출하기 위한 송기관(26)과, 토치(11)를 지지하는 조절 가능한 브라켓(12)과, 이 실시예에서 본 발명에 따른 장치를 지탱하는 구조물(49)을 함께 보여준다.

이 실시예에서 용융로의 처리 용량은 분말 재료 및 첨가제를 합하여 고밀도 모드에서 시간당 150과 400㎏ 사이에서 변할 수 있다.

이 실시예에서 투입되는 분말 재료는 생활 쓰레기를 소각하는 동안 발생되는 연기의 처리로부터 유래한다.

350 ㎏/hour의 공칭 유속을 얻기 위하여 고밀도 모드에서 이송 가스의 유속은 12 Nm³/hour 이다. 고밀도 모드에서 분말 재료를 이송하는 가스의 경우, Nm³/hour 또는 통상 시간당 입방 미터라는 단위는 통상의 온도 및 압력 조건 하에서 측정된 이송 가스 유속을 말한다.

용융로 내측의 투입 란스는 20㎜의 내경을 가지며, 이 직경은 분말 재료를 용융로 내부로 투입하는 속도에 따라 선택된다.

투입된 분말 재료의 광물 부분으로 구성된 용융액은, 투입 속도의 대략 70에서 75%인 100과 300 ㎏/hour 사이의 유속을 가진다. 그리고 용융액은 분당 0.8과 4 미터 사이의 속도로 오버플로우됨으로써 용융로를 빠져 나가 압연기로 흐르며, 압연기는 이것을 성형하고 냉각시킴으로써 150 내지 200㎜의 폭과 4 내지 8㎜의 두께를 가지는 유리질 또는 결정화된 재료의 스트립(strip)을 생산한다.

플라즈마 토치(11)는 분말 재료를 용융할 수 있는 정도의 크기가 된다. 이것은 대략 175와 700 ㎾ 사이에서 변하는 조절 가능한 출력률을 가진다.

이 실시예에서 플라즈마의 흐름은 아래로 향하며 용융액으로부터의 토치 간격을 용융액과의 열 전달이 최적화 되도록 설정한다. 이 간격은 대략 450과 950 ㎜ 사이에서, 바람직하게는 700 ㎜로 선택될 수 있다.

시스템으로 들어가는 분말 재료가 대략 350 ㎏/hour의 일정한 유속을 가지도록 하기 위해, 용융은 350과 700 ㎾ 사이의 토치 출력률을 필요로 하며, 이는 첫째로 시스템으로 들어가는 재료의 변할 수 있는 화학적 조성에 의존하며, 둘째로 연속적인 생산 조업 중에 발생하는 용융로에서의 열손실의 증가에 의존한다. 이러한 조건 하에서 용융을 위해 요구되는 출력은 대략 1 ㎾h/㎏ 과 1.75 ㎾h/㎏ 사이에서 변할 수 있다.

용융 구역에서 용융액의 공칭 깊이는 300㎜이다. 온도는 용융 구역에서 대략 1300 내지 1500℃로 유지되며 출탕 구역에서 1250 내지 1300℃로 유지된다.

분말 재료의 용융시에 발생되는 연기의 온도는 용융로 내부로 투입되는 분말 재료가 시간당 350㎏인 경우 300과 400㎥/hour 사이의 유속에서 1500℃이다. Nm³/hour의 단위는 분말 재료가 용융되기 시작함에 따라 발생되는 가스와 연기의 유속을 통상의 온도 및 압력 조건(273。K, 101325 Pa) 하에서 측정하여 시간당 입방 미터로 나타낸 흐름 속도를 말한다.

인발되기 위해 용융로 외부로 오버플로우되는 용융액은 용융로를 벗어남에 따 라 냉각된다. 이 지점에서 용융액은 그 조성이 CaO-Al₂O₃-SiO₂ 시스템의 상태도의 유리질 구역에 해당하는 유리화된 제품이 되며, 그 구역 내에서는 용융점이 위에서 주어진 조건하에서 비교적 낮다. 게다가, 유리화된 생산물의 조성은 높은 수준의 가수분해 저항성과, 이에 따라 예를 들면, 도로 건설을 위한 딱딱한 코어로 재생하기에 적합하도록 하는 장기간의 특성을 제공한다. 예를 들면, 본 실시예에서 처리되는 생활 쓰레기의 소각에 의해 생산되는 분말 재료 내의 CaO, Al₂O₃ 및 SiO₂ 의 평균 백분율은 각각 37%, 16% 및 34% 이다.

분말 재료의 투입이 중지되었을 때, 용융로의 온도는 플라즈마 토치를 사용하여 유지될 수 있다. 본 발명자는 온도를 유지하는 이 방법을 "토치 대기 모드"라고 칭하였다.

플라즈마 토치는 따라서 분말 재료의 투입이 중지되었을 때 용융로의 온도를 유지하기 위한 에너지원으로 사용될 수 있다. 이 모드에서, 토치는 단지 용융로와 용융액의 온도를 유지하기 위해 필요한 에너지만 공급하며, 그것은 통상 175와 250 ㎾ 사이이다. 이러한 작동 모드는 내화물이 열충격에 영향을 받는 것을 방지하며, 토치가 평균적인 온도 값뿐만 아니라 재(ash)가 주위 온도로 투입될 때 불가피한 온도 기울기도 유지하는 부가적인 잇점을 가지도록 한다.

본 발명의 변형된 실시예에서, 본 장치는 분말 재료를 용융로 내부로 투입하는 수단을 제외하고는 위에서 기술된 바와 같다. 이 변형례에서 사용되는 투입 수단은 스크루 형태의 투입기이다. 이 스크루 형태의 투입기는 분말 재료가 용융액 위로 투입되도록 용융로 내에 위치한다.

도 5는 이 실시예에서 사용되는 스크루 형태의 투입기의 개략적인 도면이다. 이 도면에서 투입기의 참조부호는 50이다. 이것은 스크루(52), 모터(54) 및 분말 재료를 스크루(52)로 공급하는 호퍼(56)을 구비한다.

분말 재료를 용융로(1) 내부로 투입하기 위해 사용되는 상기 스크루(52)는 용융액(4)의 표면에 대해 5 내지 20°의 각도로 기울어진 연속된 아르키메데스 스크루이다. 스크루 형태의 투입기(50)는 화살표 60으로 개략적으로 표시된 냉각수 회로에 의해 냉각되는 금속 덮개(58)로 둘러싸여 있다. 상기 스크루(52)는 그 길이가 400㎜ 이며 냉각된 덮개를 포함하여 90㎜의 직경을 가지고, 그리고 스크루의 축과 용융로 내측벽의 교차점은 대략 용융액(4)의 150㎜ 위에 있다. 스크루 형태의 투입기(50)의 단부는 용융로(1)의 벽을 관통한다.

용융 구역으로의 분말 재료의 투입은 순차적으로 연결된 두 개의 스크루에 의해 조절된다. 제1 스크루(도 5에 도시되지 않음)는 용융로의 외부에 위치하며 스크루의 속도를 변화시킴으로써 (화살표 62로 개략적으로 표시된) 분말 재료의 유속을 변화시키기 위해 사용된다. 제2 스크루(52)는 용융로에 연결되며 분말 재료를 용융로 내부로 투입하기 위해 일정한 속도로 작동한다.

분말 재료를 용융로 내부로 투입하는 스크루는 용융액의 표면에 대해 5 내지 30°의 각도, 바람직하게는 5 내지 10°의 각도로 기울어져 있다. 이 스크루는 분말 재료를 용융액으로부터 5와 50㎝ 사이의 거리를 두고 용융액의 위로 투입한다. 10 내지 20㎝의 거리를 사용하면 우수한 결과가 얻어진다. 스크루의 회전 속도를 조절 함에 의해, 이 투입 수단은 분말 재료의 투입이 연속적이거나 또는 비연속적이 되도록 할 수 있다. 이 형태의 투입은 또한 분말 재료가 예를 들면 가스 및 연기의 처리 장치 내부로 날아가는 것을 제한하며, 용융시의 열 균형을 최적화한다.

분말 재료의 투입은 대략 시간당 1200 ㎏의 재료까지의 속도로 조절될 수 있다. 이 조절은 변할 수 있으며 특히 용융로의 용융 구역과 출탕 구역 내의 용융액의 부피에 의존하며, 토치와 용융로 외부로의 용융액의 오버플로우 및 인발의 출력률에 의존한다.

재료를 투입하는 스크루 형태의 방법은 다음의 특징들을 가진다.

분말 재료를 투입하기 위해 기계적 압출 수단을 사용하는 잇점은 장치에서 분말 재료로 이루어진 고체 물질의 연속적인 배출로 보여질 수 있다.

장치를 작동시키기 위해 사용되는 가스가 사용되지 않거나 또는 그 양이 최소화되는 것은 처리 전에 날아가는 잉여 재료의 양을 감소시킨다.

상술한 조건 하에서, 시간당 300 내지 700 ㎏의 분말 재료를 투입하는 것은 최종적으로 유리화된 생산물에 관하여 우수한 결과를 가져다 준다.

Claims

분말 재료를 유리화하기 위한 연속적인 방법으로서:

상기 분말 재료는 투입 수단에 의해 용융로의 용융 구역 내부로 투입되고, 여기에서 상기 분말 재료는 용융액을 얻기 위해 플라즈마 토치에 의해 용융되며, 그리고 상기 용융액은 출탕 구역을 거쳐 상기 용융로로부터 제거되고, 상기 재료는 수평 성분을 포함하는 방향으로 상기 용융 구역 내에 측방으로부터 투입되며, 상기 용융액은 상기 출탕 구역을 거쳐, 대략 상기 수평 성분을 따라, 그리고 상기 용융 구역에 대해 상기 재료를 상기 용융로 내부로 투입하는 수단으로부터 멀어지도록 오버플로우됨으로써 상기 용융로로부터 제거되며, 상기 플라즈마 토치는 비이송성 아크 플라즈마 토치(non-transferring arc plasma torch)인 것을 특징으로 하는 분말 재료를 유리화하기 위한 연속적인 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용융액은 상기 출탕 구역을 거쳐 오버플로우 및 인발에 의해 상기 용융로로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 재료를 상기 용융로 내부로 투입하는 방향은 아래로 향하는 수직 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용융로 내부로의 상기 재료의 투입과 상기 용융액의 오버플로우는 상기 출탕 구역 내에서 용융액의 수위가 대략 일정하게 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 용융로 내부로의 상기 재료의 투입과 상기 용융액의 인발은 상기 출탕 구역 내에서 용융액의 수위가 대략 일정하게 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 용융로 내부로의 상기 재료의 투입과 상기 토치의 출력률은 상기 용융액과 상기 용융 구역의 온도가 대략 일정하게 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 토치의 높이는 상기 용융 구역의 온도가 일정하게 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 용융로 내부로의 상기 재료의 투입, 상기 플라즈마 토치, 상기 오버플로우 및 상기 용융액의 인발은 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 재료는 상기 용융액 내부에 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 재료는 상기 용융액의 위에 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 분말 재료가 투입되는 방향의 수평 및 수직 성분은 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 재료는 이송 가스를 사용하는 고밀도 모드에서 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용융 구역은 대략 원통 형상인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용융액은 1300 내지 1500℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용융액과 접촉하는 상기 용융 구역은 자동-도가니 작용을 위해 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용융 구역에 대해 상기 플라즈마가 대략 상기 용융액의 중심부 위로 흐르도록 상기 플라즈마 토치는 아래방향으로 지향되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 용융액은 상기 용융액을 유리화된 재료로 인발하는 냉각된 롤러를 가진 장치에 의해 인발되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 인발된 유리화된 재료는 압연되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 분말 재료의 용융은 1200℃ 내지 1500 ℃ 의 온도에서 추출되는 연기와 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 분말 재료의 용융은 상기 용융로로부터 추출되어 수집되고 냉각되는 연기와 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용융로 내에서 상기 용융액의 유동성과 미끄러짐을 증대시키고, 더 나은 용융 균일성을 제공하며, 또는 유리질 조직의 형성이 쉽도록 하기 위한 하나 또는 그 이상의 첨가제 또는 상기 첨가제의 혼합물이 상기 분말 재료와 동시에 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
분말 재료를 위한 연속적인 유리화 장치로서:

상기 분말 재료를 용융하기 위한 용융 구역(3)과 용융된 재료를 위한 출탕 구역(5)을 포함하는 용융로(1);

상기 분말 재료를 투입하기 위한 적어도 하나의 수단(7);

적어도 하나의 비이송성 아크 플라즈마 토치(11); 및

용융액(4)을 오버플로우시키기 위한 적어도 하나의 수단(17);을 구비하며,

상기 분말 재료를 투입하기 위한 수단은 상기 용융로의 용융 구역의 측방에 있으며 수평 성분을 포함하는 투입 방향을 따라 지향되고,

상기 출탕 구역은 대략 상기 수평 성분을 따라 위치하고 상기 용융 구역에 대해 상기 투입 수단으로부터 다소 떨어져 있으며, 상기 출탕 구역은 상기 용융 구역의 오버플로우 구역에 있고 제1 및 제2 단부를 구비하며, 상기 출탕 구역의 상기 제1 단부는 상기 용융 구역과 접촉하고, 상기 출탕 구역의 상기 제2 단부는 상기 용융액 오버플로우 수단과 접촉하며, 상기 오버플로우 수단은 대략 수평 방향으로 상기 용융액을 오버플로우시키도록 위치되는 것을 특징으로 하는 분말 재료를 위한 연속적인 유리화 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 장치는, 상기 오버플로우 수단에 연결되며 상기 용융액을 인발하기 위한 수단(37)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 분말 재료를 투입하기 위한 수단은 아래로 향하는 수직 성분을 포함하는 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 분말 재료를 상기 용융로 내부로 투입하기 위한 수단과 상기 용융액을 인발하기 위한 수단은 상기 용융로 내의 상기 용융액의 수위를 조절하는 제어 루프에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 분말 재료를 상기 용융로 내부로 투입하기 위한 수단과 상기 용융액 오버플로우 수단은 상기 용융로 내의 상기 용융액의 수위를 조절하는 제어 루프에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 분말 재료를 상기 용융로 내부로 투입하기 위한 수단과 상기 토치의 출력률은 상기 용융액과 상기 출탕 구역의 온도를 조절하는 제어 루프에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 용융로 내의 상기 토치의 높이는 상기 용융 구역의 온도를 조절하는 제어 루프에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 분말 재료를 투입하기 위한 수단, 상기 플라즈마 토치, 상기 용융액 오버플로우 수단 및 상기 용융액 인발 수단은 적어도 하나의 제어 루프에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 투입 수단은 고밀도 모드에서 작동하는 공기압 투입 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 투입 수단은 스크루 형태의 투입기인 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 플라즈마 토치는 내화물 재료로 만들어진 덮개(13)에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 인발 수단은 냉각된 롤러를 가진 박판 장치(laminating apparatus)인 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 용융로는 연기와 가스를 추출하기 위한 송기관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 분말 재료는 기존의 생활 쓰레기 소각 설비와 연계되어 처리되며, 상기 분말 재료의 용용 중에 그 내부에서 발생되는 가스와 연기는 상기 생활 쓰레기 소각 설비의 가스와 연기를 처리하기 위한 장치와 연계되어 처리되는 것을 특징으로 하는 장치.