KR20180090892A - 금속 스크랩을 재활용하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 스크랩, 특히 알루미늄 스크랩을 재활용하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법에서 상당한 량의 금속 스크랩(14), 특히 알루미늄 스크랩이 복수의 분리된 분할 로트(6a-6l)의 형태로 제공되고, 각각의 분할 로트(6a-6l)에 대해 조성 분석이 실행되고, 상기 조성 분석에 기초한 조성 정보 항목(38a-38l)이 분석된 각각의 분할 로트(6a-6l)와 관련된다. 또한 본 발명은 상기 방법을 실행하기 위한 특별한 수단들을 포함하거나 수단들로 구성된 장치에 관한 것이다.

Description

금속 스크랩을 재활용하는 방법 및 장치
본 발명은 금속 스크랩, 특히 알루미늄 스크랩을 재활용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
알루미늄 스트립의 생산 및 가공 처리에서, 제조 스크랩은 상이한 수집 지점에 축적된다. 이러한 제조 스크랩이 발생하는 제조에서, 제품을 생산하기 위해 다시 용융하는 것에 의해 제조 스크랩을 재활용에 사용하는 것은 바람직하다. 또한 생산 후의 스크랩을 동일한 또는 유사한 합금의 제품을 생산하기 위하여 다시 사용하는 것이 바람직하며, 상기 스크랩의 경우에는 궁극적으로 재활용이 달성된다. 생산 후의 스크랩은 사용, 소비 또는 마모 및 파단을 통해 알루미늄 제품으로부터 발생하는 스크랩일 수 있다. 스크랩은 예를 들어, 프레스 플랜트에 의해 제공될 수 있다.
알루미늄 압연기에서는 일반적으로 상이한 알루미늄 합금들이 가공되기 때문에 서로 다른 합금들의 스크랩이 함께 혼합되는 일이 빈번히 발생한다. 그러나 바람직하게 수행되는 재활용을 위해서는, 이러한 혼합이 배제되어야만 하는데, 왜냐하면 상이한 제조 스크랩이 혼합되는 경우에 합금 원소들에 대한 한계 값이 준수될 수 없기 때문이다.
현재의 선행 기술에 따르면, 혼합을 확인하기 위하여, 축적된 스크랩의 샘플이 취해지고 전형적으로 2 내지 30 개의 샘플이 검사된다. 그러나, 이와 관련하여, 스크랩의 실제 조성에 관한 중대한 통계적인 불확실성이 여전히 존재하는데, 특히 이것은 스크랩의 효율적인 재활용을 위해서는 지나치게 높다.
스크랩의 혼합이 검출되지 않은 채 남아 있는 경우, 이는 최대 100 톤의 전체 용해로 배치(batch) 처리량이 사양을 벗어나는 것으로 이어질 수 있으며, 최악의 경우에는 전부 스크랩이 되게 한다.
이러한 배경 기술을 감안한, 본 발명의 목적은 스크랩의 더욱더 효율적인 재활용이 달성될 수 있는 금속 스크랩, 특히 알루미늄 스크랩의 재활용 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 본 발명에 따라 금속 스크랩, 특히 알루미늄 스크랩을 재활용하기 위한 방법에 의해서 적어도 부분적으로 해결되는데, 본 발명의 방법에서 상당한 양의 금속 스크랩, 특히 알루미늄 스크랩이 다수의 분리된 분할 로트(lot)의 형태로 제공되며, 각각의 분할 로트에 대해 조성 분석이 실행되고 상기 조성 분석에 기초한 조성 정보 항목이 분석된 각각의 분할 로트에 할당된다.
금속 스크랩, 특히 알루미늄 스크랩은 특히 제조 스크랩, 즉 제조 작업 중에 발생하는 스크랩 예를 들어, 알루미늄 압연 스트립의 가장자리 트리밍 작업에서의 트리밍 스크랩일 수 있다.
이 방법에서, 상당한 양의 금속 스크랩, 특히 알루미늄 스크랩이 다수의 분리된 분할 로트의 형태로 제공된다. 분리된 분할 로트들은 서로 분리되어 저장될 수 있고 따라서 별개로 유지될 수 있는, 전체 스크랩의 일부를 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는 분할 로트는 개별적인 패키지의 형태로 제공되는데, 분할 로트의 스크랩은 패킹 용기, 예를 들어 스크랩 용기에 각각 결합된다.
바람직하게는, 제조 작업에서 누적되는 상당한 양의 스크랩이 상이한 스크랩 용기에 할당된다. 특히, 다수의 스크랩 용기가 제공될 수 있으며, 스크랩 용기들은 스크랩의 양으로 차례로 채워진다. 이러한 방식으로 각 경우의 스크랩 용기는 제조 작업 중 특정 시간 간격에 축적된 스크랩을 포함한다.
이 방법에서, 각각의 분할 로트에 대한 조성 분석이 실행된다. 이를 위해, 분할 로트의 스크랩은 특히 스크랩에 함유된 하나 또는 복수의 합금 원소의 비율(함량)을 결정하기 위해 화학 분석을 받게 된다.
분석은 특히 개별 샘플뿐만 아니라 스크랩의 전체 질량에 대해 실행되는데, 이것은 높은 정확도로 이어질 수 있다. 분할 로트의 전체 질량의 분석은 처리 스크랩의 효율적인 재활용이 가능하도록 불순물을 확인하기 위한 것이다.
분석된 각각의 분할 로트에는 조성 분석에 기초한 조성 정보의 항목이 할당된다. 예를 들어, 특정 합금 원소(예컨대, Fe, Si, Mn, Mg 등)의 함량에 대한 값이 분할 로트에 할당될 수 있다.
할당은 예를 들어 스크랩의 분할 로트를 포함하는 스크랩 용기에 라벨을 붙이고 데이터 처리 시스템의 전자 메모리에 분할 로트의 식별 정보를 예를 들어 표에 있는 조성 정보의 관련 항목과 링크하는 것에 의해, 분할 로트에 고유한 식별 정보를 제공함으로써 수행될 수 있다.
스크랩을 재활용하는 경우 상이한 합금들의 혼합을 방지하기 위하여, 스크랩을 수집 지점에서 분리하여 보관하는 것이 바람직하다. 스크랩의 분리는 수집 지점에서 예를 들어 100 내지 2500 kg의 질량을 갖는 작은 분할 로트 또는 패키지에서 발생한다. 그러나, 스크랩의 혼합이 작은 분할 로트 또는 패키지에서 각각 불가능한 것도 아니다. 예를 들어 자동차 산업의 프레스 플랜트로부터의 제조 이후 스크랩은 최대 15,000kg의 큰 분할 로트로 또한 존재할 수 있다.
본 발명은 스크랩을 작은 분할 로트들로 분할하는 것과 분할 로트의 스크랩의 완전한 분석을 결합함으로써 스크랩의 더욱더 효율적인 재활용이 달성될 수 있다는 것을 알아낸 것에 기초한다. 이 방식에서, 이종 스크랩에 의해 오염된 분할 로트가 확인될 수 있고 처리 스크랩의 재활용에 맞추어진 방식에서 배제될 수 있으며, 바람직하게는 다른 합금, 특히 알루미늄 합금에 사용될 수 있다.
제조 작업에서 상이한 합금의 스크랩이 일반적으로 차례로 발생하며 따라서 상이한 합금의 스크랩의 분리는 다수의 스크랩 용기를 차례로 채우는 것에 의해 이미 달성될 수 있기 때문에, 스크랩을 분할 로트로 분할하는 것은 이미 장점을 생성한다는 것이 확인되었다. 그러나, 제조 작업에서 제품 전환이 있는 경우에, 전환 전후의 스크랩 혼합이 개별 스크랩 용기에서 자주 발생한다는 것이 또한 확인되었다. 분할 로트의 완전한 분석을 통해, 이러한 혼합을 확실하게 식별하고 분할 로트의 추가 사용에서 고려할 수 있다.
바람직하게는 분할 로트는 각각의 경우에 500 내지 15,000 kg, 바람직하게는 500 내지 5000 kg, 특히 1000 내지 4000 kg 범위의 질량을 갖는다.
특히 분할 로트의 스크랩 전체가 검사되므로 샘플 기반 분석보다 훨씬 높은 신뢰성이 얻어진다. 분할 로트(또는 용기) 각각에 오염이 확인되면, 이 분할 로트/용기는 바람직하게는 재활용에 공급되지 않고, 오히려 다른 알루미늄 합금을 위해 바람직하게 사용된다. 오염되지 않은 로트/용기가 재활용을 위해 사용될 수 있다. 오염은 분할 로트/용기의 전체 스크랩 양에 대한 개별 합금 원소의 누적 함량을 결정하는 것에 의해서 결정될 수 있다. 조성 분석에서 하나 또는 복수의 합금 원소의 함량이 예를 들어 미리 정해진 문턱값을 초과하는 경우, 오염이 추정되어야만 한다. 어떤 합금 원소들이 초과하지 않아야 하는 것은 스크랩이 재활용되는 제품에 의존한다.
또한, 상기 과제는 본 발명에 따라 전술한 방법을 실행하기 위한 개별적인 수단을 구비하거나 구성하는 장치에 의해서 적어도 부분적으로 해결된다.
본 발명의 방법 및 장치의 상이한 실시예들이 이하에서 설명되며, 각각의 경우에 개별적인 실시예들이 방법뿐만 아니라 장치 모두에 사용될 수 있으며 서로 자유롭게 또한 결합될 수 있다.
제1 실시예에서, 분할 로트의 조성 분석은 상기 분할 로트의 스크랩 전체가 분석 장치로 전달되어 상기 장치에 의해 분석되는 것으로 수행된다. 이 방식에서, 분할 로트의 스크랩이 전체적으로 검사되므로, 예를 들어 샘플 기반 분석에서 발생하는 것과 같은 통계적 불확실성은 본질적으로 발생하지 않는다.
추가의 실시예에서, 조성 분석은 분광 분석, 특히 레이저 유도 분해 분광법(LIBS : laser-induced brakedown spectroscopy), X-선 형광 분석(XRF : X-ray fluorescence analysis) 및/또는 순간 감마선 중성자 활성화 분석(PGNAA : prompt-gamma neutron activation analysis)을 포함한다. 이 방법들은 분할 로트의 스크랩 전체를 분석하기 위하여 특히 적합하다는 것이 밝혀졌다. 레이저 유도 분해 분광법의 경우, 특히 펄스 레이저 빔에 의해 개별 스크랩 입자로부터 재료가 삭마되고, 삭마된 재료에 의해 방출된 빛이 분광학적으로 검사된다. X-선 형광 분석의 경우, 스크랩의 재료는 X-선 방사로 활성화되며 재료에 의해 방출된 빛은 분광학적으로 검사된다. 순간 감마선 중성자 활성화 분석의 경우, 스크랩 재료의 원자핵이 방사 소스로부터의 중성자에 의해 활성화되고 원자 핵에 의해 방출되는 감마선 또는 X-선이 분광학적으로 검사된다. 이 방법들을 통해, 어떤 합금 원소가 스크랩에 어떤 농도로 포함되어 있는지 분석될 수 있다.
추가의 실시예에서, 조성 정보 항목은 분석된 분할 로트의 전체 중량에 대한 적어도 하나의 합금 성분의 중량 비율에 대한 값을 포함한다. 중량 비율에 대한 값은 상대적인 값, 예를 들어 중량%로 나타내는 합금 성분의 함량, 또는 절대적인 값, 예를 들어 kg으로 나타내는 합금 성분의 함량일 수 있다
추가의 실시예에서, 조성 정보 항목은 분할 로트의 중량에 대한 값, 예를 들어, kg으로 나타내는 분할 로트의 중량을 포함한다. 이를 위해, 분할 로트의 중량 측정은 특히 조성 분석 전에, 후에 또는 도중에 수행될 수 있다. 예를 들어, 분할 로트의 스크랩이 컨베이어 벨트에 의해 분석 장치로 이송되는 경우, 스크랩 중량은 벨트 계량기를 통해 결정될 수 있다. 분할 로트의 중량 값은 특히 개별적인 분할 로트가 추가 사용될 수 있는지 결정하기 위해 유용하다.
추가의 실시예에서, 분할 로트들은 각각의 경우에 할당된 조성 정보 항목 및 미리 결정된 할당 규칙의 함수로서 복수의 등급 중 하나에 할당된다. 이 방식에서, 분할 로트들의 분류는 각각의 조성에 의해 달성되므로, 개별적인 분할 로트는 예를 들어 특정 합금 조성의 제품을 제조하기 위하여 맞추어진 방식으로 사용될 수 있다. 등급에 대한 할당은 예를 들어 컴퓨터를 사용하여 실행될 수 있다.
추가의 실시예에서, 적어도 하나의 합금 성분의 중량 비율에 대한 값이 상기 합금 성분에 대해 미리 결정된(predetermined) 범위에 들어 있는, 그러한 분할 로트들 만이 제1 등급으로 할당된다. 예를 들어, 제1 등급은 특정 합금 원소, 예를 들어 Mg의 상한값에 의해 규정될 수 있다. 이를 위한 조성 정보의 항목은 특정 합금 원소의 함량에 대한 값을 포함하는 것이 바람직하다. 합금 원소의 함량이 등급에 의해 미리 결정된 한계 값 미만이면, 각각의 분할 로트는 이 등급으로 할당된다. 반대로, 합금 원소의 함량이 등급에 의해 미리 정해진 한계 값 이상이면, 분할 로트는 이 등급으로에 할당되지 않지만, 적합하다면 다른 등급으로 할당된다.
추가의 실시예에서, 분할 로트는 각각의 경우에 개별적으로 할당된 조성 정보 항목의 함수로서 복수의 미리 결정된 합금 사양 중 하나에 할당된다. 생산 공정에서, 어떤 합금들이 공정에서 처리되고 있는지는 흔히 알려져 있다. 따라서, 생산 공정에서 발생하는 스크랩은 바로 어느 합금이 아니라, 공정에서 사용되는 알려진 합금들 중의 하나라는 것이 예상될 수 있다. 이 정보는 분할 로트들의 더욱 양호한 분석을 달성하기 위하여 본 실시예에서 이용된다. 이러한 목적을 위해, 생산 공정에 사용되는 합금들은 합금 사양으로 미리 결정될 수 있다. 그 다음에, 분석된 분할 로트는 그 조성이 분할 로트의 조성 정보 항목과 일치하는 합금 사양으로 할당될 수 있다. 분할 로트의 조성 정보의 항목이, 예를 들어 특히 낮은 Mg 함량을 나타내는 경우, 나머지 합금 사양들이 높은 Mg 함량을 필요로 한다면, 개별적인 분할 로트는 낮은 Mg 함량을 갖는 합금 사양으로 할당될 수 있다.
추가의 실시예에서, 적어도 제1 합금 성분에 대한 미리 정해진 목표 범위를 갖는 하나 또는 복수의 분할 로트가 복수의 분할 로트로부터 선택되는데, 선택은 분할 로트들이 적어도 제2 합금 성분의 개별적인 함량의 함수로서 복수의 미리 결정된 합금 조성 중 하나에 대한 성분에 할당되고 각각의 분할 로트에 할당된 미리 결정된 합금 조성의 제1 합금 성분이 상기 제1 합금 성분에 대해 미리 정해진 목표 범위 내에 있는 경우에만 선택되는 것으로 실행된다. 합금 성분의 목표 범위는 각각의 합금 성분의 함량이 선택된 분할 로트에 있어야하는 범위를 의미하는 것으로 이해된다.
이 실시예는 합금 생산을 위한 분할 로트를 선택하기 위하여 특히 적합한데, 상기 합금은 예를 들어, 각각의 합금 성분의 요구되는 최대 함량이 검출 한계 이하이기 때문에 제어하기 열악하거나 분석 장치로 충분히 정확하게 분석할 수 없는 합금 성분에 대한 요구를 한다. 본 실시예의 경우, 적절한 분할 로트는 제어하기 어려운 성분인 제1 합금 성분을 통해 직접적으로 결정되는 것이 아니라, 오히려 양호하게 검출가능한 제2 합금 성분을 통해 간접적으로 결정된다. 특히 이것은 원칙적으로 존재하는 합금 조성에 대한 추가 정보를 이용함으로써 가능하다. 생산 공정에서, 처리되는 제품의 합금 조성물은 전형적으로 알려져 있으므로, 발생 스크랩은 스크랩의 조성을 결정하기 위하여 상기 합금 조성물 중 하나로만 할당되어야 한다. 따라서, 특정한(제2) 합금 성분의 특징적인 함량에 의해서, 관련 합금이 추론될 수 있고 관련 합금의 공지된 조성을 통해 특정한(제1) 합금 성분의 함량이 추론될 수 있는데, 제1 합금 성분 자체는 측정하기 곤란한 것이다.
다른 실시예에서, 미리 결정된 등급 또는 미리 결정된 합금 조성에 할당된 분할 로트들이 큰 로트를 형성하도록 결합된다. 이 방식에서, 큰 로트 크기로 인해 경제적으로 저장되거나 운송될 수 있도록, 그 조성과 관련하여 유사하거나 동일한 분할 로트들은 목표하는 방식으로 결합될 수 있다.
추가의 실시예에서, 복수의 분리된 분할 로트는 큰 로트를 복수의 분할 로트로 나누는 것에 의해 제공된다. 큰 로트는 예를 들어 20 톤 이상, 특히 25 톤 이상의 중량을 가질 수 있다. 예를 들어, 스크랩의 대량 공급, 예컨대 25 톤의 스크랩의 큰 로트가 재활용을 위해 준비되어야 한다면, 이러한 큰 로트는 예를 들어 각각 5 톤인 5개 부분으로 나누어질 수 있다. 5개의 분할 로트는 각각의 경우에 전술한 방법에 따라 조성 분석을 받는다. 이 방식에서, 서로 다른 합금의 스크랩이 혼합될 수 있는 큰 로트는 분할 로트로 나누어질 수 있으며, 그 조성은 조성 분석을 통해 각각의 경우 실질적으로 완전히 알게 된다. 큰 로트가 전체로서 용융 노에 공급되는 일은 거의 없기 때문에, 분할 로트의 크기는 바람직하게 배치 처리 공정에 적합하다.
큰 로트의 스크랩이 매우 불균일한 경우, 큰 로트를 복수의 분할 로트로 나누는 것이 특히 유리하다. 큰 로트의 스크랩이, 예를 들어 높은 Cu-함유 합금을 갖는 엔진 블록을 포함하면, 큰 로트의 Cu 함량은 국부적으로 매우 높게 집중되어 있다. 분할 로트로 분할 및 조성 분석이 없이, 큰 로트의 단순히 일부가 채취되어 용융로에 공급되는 경우, 제거된 부분의 Cu 함량은 제거된 부분이 엔진 블록을 포함하는지 여부에 크게 의존한다. 그러므로, 이러한 접근법에서 Cu 함량에 대한 불확실성은 매우 클 것이다. 분할 로트로 분할하고 분할 로트의 실제로 완전한 분석을 통해(샘플 분석만을 하는 대신에), 개별적인 분할 로트의 조성에 대한 불확실성을 상당히 줄일 수 있다.
추가의 실시예에서, 미리 결정된 사양을 갖는 합금의 제조를 위해, 복수의 분할 로트들로부터 적합한 분할 로트의 서브세트(subset)가 선택되고, 상기 복수의 분할 로트들의 각각의 분할 로트는 할당된 조성 정보 항목을 가지며, 합금 조성은 분할 로트에 할당된 조성 정보 항목 및 미리 정해진 사양의 함수로서 얻어진다.
이러한 방식에서, 가능한 한 많은 스크랩을 사용하여 합금 생산을 위한 최적화된 목표 배치(batch)가 제공할 수 있다. 배치 최적화(batch optimisation)를 위한 컴퓨터 알고리즘은 원칙적으로 알려져 있다. 그러나 스크랩의 조성과 관련하여 높은 불확실성으로 인해, 지금까지 그 적용은 문제가 있었다. 스크랩을 분할 로트로 분할하고 할당된 신뢰할 수 있는 조성 정보를 사용함으로써, 배치 최적화가 설명한 방법으로 훨씬 더 신뢰할 수 있게 수행될 수 있다.
추가의 실시예에서, 분할 로트는 얻어질 합금 조성물에 대한 미리 결정된 사양을 갖는 합금의 생산을 위해 선택될 때까지 랜덤 액세스(random access)를 위해 저장된다. 이러한 방식에서, 개별적인 분할 로트는 그 조성에 의존하여 목표에 맞추어진 방식으로 제거되고 특별한 용도로 공급될 수 있다. 분할 로트의 저장은 예를 들어 선반 저장 시스템의 개별 스크랩 용기에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 이루어진 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 알게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 방법을 위한 조성 분석 단계를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 제3 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 제4 실시예를 도시한 도면.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예를 도시한다. 이 방법에서, 생산 공정(2)에서 발생하는 알루미늄 스크랩은 수 개의 스크랩 용기(4a-4c)에 채워지고, 서로 분리된 복수의 분할 로트(6a-6c)의 형태로 제공된다. 도 1에서는, 단지 3개의 분할 로트(6a-6c)만이 예시적으로 도시되어 있지만, 생산 공정(2)에는 통상적으로 상당히 많은 수의 분할 로트가 제공된다.
본 실시예에서, 생산 공정(2)은 알루미늄 스트립(10)을 생산하기 위한 압연 공정(도 1에서 롤 스탠드(8)에 의해 표시된 것)이다. 이러한 압연 공정에서, 특히 트리밍 스크랩(24)은 압연 스트립(10)을 에지 트리밍할 때 트리밍 전단기(12)에서 발생한다. 초기에 비어있는 스크랩 용기(4a-4c)에 트리밍 스크랩(24)이 제공되고, 그 후에 차례로 스크랩(14)으로 채워지며 예를 들어 2톤의 기설정된 무게까지 채워진다.
압연 공정에서, 전형적으로 상이한 합금으로 제조된 제품들이 차례로 압연된다. 합금이 변경될 때, 이것은 스크랩 용기가 트리밍 전단기(12)에서 하나의 합금의 압연 제품으로부터 다른 합금의 압연 제품으로 전이하는 동안 정확하게 변경되지 않으면, 상이한 합금으로 만들어진 스크랩(14)을 하나의 스크랩 용기 내로 보낼 수 있게 된다.
스크랩의 실제 조성은 부분적으로는 샘플 기반 분석에서 상당히 벗어나기 때문에, 분할 로트에서 스크랩을 오직 샘플 기반 검사하는 것은 통계적으로 커다란 부정확성을 초래하는 것이 밝혀졌다. 따라서 알루미늄을 용융할 때, 과거에 용융로는 약 80%만을 스크랩으로 채워서 용융될 수 있었다. 용융 후, 실제 존재하는 합금의 조성을 결정하기 위하여, 그 다음에 용탕의 화학 분석이 요구되었다. 이것은 종종 스크랩의 샘플 기반 분석으로부터 계산된 조성으로부터 상당히 벗어났으므로, 용융로 충전물의 나머지 20%는 합금 조성을 정정하기 위한 소정의 방식으로 채워 져야만 했다.
스크랩이 분할 로트로 제공되며, 이로써 용탕을 위한 소정의 스크랩 양의 선별 맞춤 선택이 가능해지고, 각각의 분할 로트에 대해 조성 분석이 실행되는 본 실시예에서 이러한 문제가 해결된다.
따라서, 도 1의 예시적인 실시예에서 분할 로트(6a-6c)의 공급 후에 분석 단계(16)에서 조성 분석이 실행되고, 분할 로트(6a-6c)를 갖는 용기(4a-4c)가 서로 별개로 분석 장치(18)에 공급되며, 분석 장치로 분할 로트(6a-6c)의 스크랩의 조성이 분석될 수 있다.
도 2는 이러한 분석 단계(16)의 예를 도시한다. 스크랩 용기(4a)의 내용물, 즉 분할 로트(6a)의 스크랩(14)은 바람직하게는 균일하게 컨베이어 벨트(22) 상에 주어지고, 다음에 분석 장치(18)를 통해 연속적으로 수송된다. 이 예에서 분석 장치(18)는 순간 감마선 중성자 활성화 분석을 위한 분석 장치이다. 이를 위해, 분석 장치(18)는 중성자 소스(26), 예를 들어 252Cf와 같은 적절한 방사성 핵종을 갖는데, 이것은 스크랩(14)이 받게 되는 중성자(28)를 제공한다. 원자핵이 각각의 원소에 대한 전형적인 스펙트럼을 갖는 X-선(30)을 방출하도록 중성자(28)가 스크랩(14) 내의 원자핵의 여기를 유도한다. 분광기(32)에서 X-선(30)의 분석에 의해, 스크랩에 함유된 원소 및 그 함량을 추정할 수 있다. 또한, 분석 장치(18)는 분할 로트(6a)로부터의 스크랩(14)의 무게가 결정될 수 있는 벨트 계량기(34)를 갖는다. 분광계(32) 및 벨트 계량기(34)의 분석 결과로부터, 분석 장치(18)는 분할 로트(6a)의 합금 원소의 상대적인 및 절대적인 함량을 신뢰성 있게 결정할 수 있다. 특히 이러한 유형의 분석에서 분석 결과의 신뢰도는 샘플 기반 분석에서와 같이 작은 일부뿐만 아니라 분할 로트(6a)의 전체 스크랩 양을 실제로 분석함으로써 달성된다.
분석 장치(18)에서의 분석 후에, 스크랩(14)은 컨베이어 벨트(22)를 통해 스크랩 용기(36)로 이송되고 추가 사용시까지 상기 용기에 별도로 저장된다. 특히, 초기에는 다른 분할 로트(6a-6c)의 혼합이 발생하지 않는다. 분석 장치(18)의 분석 결과에 기초한 조성 정보(38)의 항목이 스크랩 용기(36)에 다시 수집된 분할 로트(6a)에 할당된다. 조성 정보(38a) 항목은 예를 들어 분할 로트(6a)의 특정 합금 원소들의 절대적인 또는 상대적인 함량 및 분할 로트(6a)의 중량에 대한 값을 포함할 수 있다. 식별 정보(40)는 조성 정보 항목의 할당을 위해, 분할 로트(6a)를 포함하는 스크랩 용기(36)에 할당된다. 이러한 식별 정보(40)는, 예를 들면 바코드 등으로서 스크랩 용기(36)에 적용된다. 도 1, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 분할 로트에 각각 할당된 상기 식별 정보(40)는 라벨 "ID1", "ID2", "ID3" 등으로 기호화된다.
조성 정보(38a)의 항목 및 식별 정보(40)는 분석 장치(18)에 연결된 데이터 처리 시스템(42)에 전송된다. 데이터 처리 시스템은 예를 들어 데이터 처리 시스템(42)의 메모리(44)에 표를 저장하는 것에 의해서 식별 정보(40)를 분할 로트(6a)의 조성 정보(38a)의 항목과 관련시키는데, 표에는 식별 정보(40)가 조성 정보(38a)의 항목과 함께 저장된다.
도 2에 도시된 분석 단계(16)는 도 1의 예시적인 실시예에서 모든 분할 로트(6a-6c)에 대해 실행되므로, 이 단계 후에 조성 정보(38a-38c)의 관련 항목이 각 분할 로트(6a-6c)에 할당된다.
도 1의 방법의 끝에서 조성 정보(38a-38c)의 관련되고 특히 신뢰할 수 있는 항목이 각 분할 로트(6a-6c)에 할당된다는 사실의 결과로서, 이제 분할 로트(6a-6c)가 적합한 용도를 위해 선별 맞춤 방식으로 선택될 수 있다.
도 3은 분할 로트(6a-6c)가 조성 정보(38a-38c)를 통해 특정 용도를 위한 상이한 등급으로 분리되는, 방법의 예시적인 실시예를 도시한다. 이 예시적인 실시예의 방법은 초기에 도 1에 도시되어 있는 분할 로트(6a-6c)에 알루미늄 스크랩의 양을 제공하고, 조성 분석하며 조성 정보(38a-38c)를 각 분할 로트(6a-6c)에 할당하는 단계들을 포함한다.
후속 단계(52)에서, 분할 로트(6a-6c)는 각각의 경우에 조성 정보(38a-38c)의 개별적으로 할당된 항목 및 미리 결정된 할당 규칙의 함수로서 제1 등급(54) 및 제2 등급(56) 중 하나로 할당된다. 이 예에서, 상기 할당은 처음에는 데이터 처리 시스템(42)을 사용하여 단계(52)에서 일어난다.
이 예에서 할당 규칙은 최대 0.1 중량%의 Mg 함량을 갖는 분할 로트가 제1 등급(54)에 할당되고 0.1 중량% 초과의 Mg 함량을 갖는 분할 로트가 제2 등급에 할당되도록 규정된다. 이러한 방식으로, 낮은 Mg 함량의 합금 생산을 위해 제1 등급으로부터의 분할 로트만을 선택함으로써, 그 목적을 위해 맞추어진 방식으로 분할 로트가 선택될 수 있다.
각각의 분할 로트에 각각의 등급을 할당하는 것은 데이터 처리 시스템(42)의 메모리(44)에서 초기에 일어날 수 있다. 추가의 단계(58)에서, 적절한 분할 로트(6a-6c) 또는 분할 로트(6a-6c)가 저장되는 스크랩 용기들에 적절한 식별 정보가 제공될 수 있다. 또한, 등급의 분할 로트는 그 등급에 따라 배열된 분할 로트를 저장함으로써 서로 공간적으로 할당될 수 있다. 하나의 등급의 몇 개의 또는 모든 분할 로트를 결합하여 큰 로트(60)를 형성하는 것도 고려할 수 있다. 따라서, 제1 등급(54)의 분할 로트(6b, 6c)는 공통의 스크랩 용기에 채워지고, 그 후에 예를 들어, 알루미늄 용융 제련 공장에 판매되거나 직접 용융될 수 있다.
도 4는 분할 로트(6a-6c)가 각각의 경우에 소정의 합금 사양을 갖는 데이터 세트(62)뿐만 아니라 조성 정보 항목(38a-38c)을 통해 합금 사양으로 할당되는 방법의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 이 예시적인 실시예의 방법은 초기에 도 1에 도시되어 있는 분할 로트(6a-6c)에 알루미늄 스크랩의 양을 제공하고, 조성 분석하며 조성 정보(38a-38c)를 각 분할 로트(6a-6c)에 할당하는 단계들을 포함한다.
생산 공정(2)에서 처리되는 합금의 합금 사양은 일반적으로 알려져 있다. 상기 정보 항목은 분할 로트(6a-6c)의 분석을 위해 유리하게 사용될 수 있다는 것이 인식되어 왔다.
이러한 목적을 위해, 생산 공정(2) 동안 처리된 합금의 합금 사양은 데이터 세트(62)로 작성되며, 각각의 합금 사양(합금 A, 합금 B 등)에 대한 데이터 세트는 특정 합금 원소(예를 들어 Si, Fe, Mn, Mg 등)의 범위 한계에 대한 정보를 포함한다. 데이터 세트는 데이터 처리 시스템(42)의 메모리(44)에 저장된다.
데이터 처리 시스템(42)은 개별 합금 A, B 등의 합금 원소의 범위 한계와 조성 정보 항목(38a-38c)을 매칭시키고 분할 로트(6a-6c)를 각각의 매칭 합금에 할당하도록 설계된다. 최상의 경우, 할당은 모호하지 않아서 각각의 처리된 조성 정보 항목이 데이터 세트로부터의 오직 하나의 합금과 정확히 일치한다. 데이터 세트로부터의 다수의 합금이 조성 정보의 항목과 일치하면, 데이터 처리 시스템(42)의 프로그램에서 규칙이 실행되어, 이들 중 몇 개의 합금에 적절한 분할 로트가 할당되는지가 결정된다.
도 4에 도시된 예에서, 합금 A의 사양은 예를 들어, 0.05 % 미만의 Mg 함량을 필요로 하는 반면에, 데이터 세트(62) 내의 나머지 합금은 더욱 높은 Mg 함량을 필요로 한다. 이 경우에, 예를 들어 분할 로트(6b)가 합금 A에 분명하게 할당될 수 있다.
할당은 분할 로트의 식별 정보(40)의 링크를 메모리(44) 내의 할당된 합금에 저장하거나 적절한 분할 로트 또는 관련 스크랩 용기에 할당된 합금에 대해 적절한 식별 정보를 적용함으로써 수행될 수 있다.
기존에 알고 있는 정보를 분석에 사용할 수 있기 때문에 개별 분할 로트에 알려진 합금을 할당하면 더욱 양호한 분석이 가능하다. 특히, 이러한 접근 방식은 또한 분석 장치(18)의 검출 문턱값 아래에 있는 특정 합금 원소에 대한 한계를 갖는 합금의 제조를 위한 분할 로트의 신뢰성 있는 분류를 가능하게 한다.
예를 들어, 검출 문턱값보다 낮은 Mg 함량을 갖는, 특히 낮은 Mg 함량을 가진 분할 로트가 필요하며, 그리고 이와 같이 낮은 Mg 함량은 특징적인 Mn 함량을 갖는 합금의 경우에만 발생하는 것을 알고 있다면, Mn 함량을 통해 소정의 합금에 분할 로트를 할당하는 것에 의해서 특징적인 Mn 함량 및 결과적으로 원하는 낮은 Mg 함량을 갖는 적절한 합금의 분할 로트가 선택될 수 있다. 따라서, 이러한 접근 방식은 더욱 잘 검출될 수 있는 제2 합금 원소(여기서는 Mn)를 통한 할당에 의해 제1 합금 원소(여기서는 Mg)에 대한 특정 요건을 갖는 합금의 선택을 가능하게 한다.
도 5는 소정의 목표 합금의 제조를 위해 맞추어진 방식으로 조성 정보 항목(38a-38c)을 통해 분할 로트(6a-6c)가 선택되는 방법의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 이 예시적인 실시예의 방법은 초기에 도 1에 도시되어 있는 분할 로트(6a-6c)에 알루미늄 스크랩의 양을 제공하고, 조성 분석하며 조성 정보(38a-38c)를 각 분할 로트(6a-6c)에 할당하는 단계들을 포함한다.
분할 로트(6a-6c)는 적절한 조성 정보 항목(38d-38l)이 또한 할당되는 추가 분할 로트(6d-6l)를 갖는 저장부(72)에서 개별적으로 액세스 가능하게 저장된다. 조성 정보 항목(38a-381)은 데이터 처리 시스템(42)의 메모리(44)에 저장된다.
소정의 합금 사양(74)을 갖는 특정 합금을 생산하기 위해, 원하는 중량을 갖는 합금 사양(74)이 데이터 처리 시스템(42)에 전송된다. 배치 최적화를 위한 소프트웨어를 사용함으로써, 데이터 처리 시스템(42)은 원하는 합금 사양(74) 및 조성 정보 항목(38a-38l)으로부터 적합한 조성 및 적합한 중량으로 적합한 합금 원소를 가진 분할 로트(6a-6l)의 선택 또는 분할 로트(6a-6l)의 서브세트(76)를 결정하는데, 추가로 각각의 조성에는 개별 분할 로트의 각각의 중량에 대한 값이 포함된다. 이러한 분할 로트(6a-6l)의 선택 또는 분할 로트(6a-6l)의 서브세트(76)는 저장부(72)로부터 취해지며, 예를 들어 제련소에 인도되거나 직접 용융될 수 있는 대형 로트(78)를 형성하도록 결합될 수 있다.
이러한 방식으로, 소정 합금의 제조를 위해 최대 스크랩 사용량으로 맞추어진 최적화된 배치가 달성될 수 있다. 특히, 원하는 합금을 얻기 위하여 용융로는 이러한 방식으로 스크랩으로 완전히 또는 거의 완전히 채워질 수 있다.

Claims (14)

  1. 금속 스크랩, 특히 알루미늄 스크랩을 재활용하는 방법으로서,
    - 상당한 양의 금속 스크랩(14), 특히 알루미늄 스크랩이 복수의 분리된 분할 로트(6a-6l)의 형태로 제공되고,
    각각의 분할 로트(6a-6l)에 대해 조성 분석이 실행되고, 상기 조성 분석에 기초한 조성 정보 항목(38a-38l)이 분석된 각각의 분할 로트(6a-6l)에 할당되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    분할 로트(6a-6l)의 조성 분석은, 상기 분할 로트(6a-6l)의 전체 스크랩(14)이 분석 장치(18)로 전달되고 상기 분석 장치에 의해 분석되는 것으로 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    조성 분석은 분광 분석, 특히 레이저 유도 분해 분광법(LIBS), X-선 형광 분석(XRF) 및/또는 순간 감마선 중성자 활성화 분석(PGNAA)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    조성 정보 항목(38a-38l)은 분석된 분할 로트(6a-6l)의 전체 중량에 대한 적어도 하나의 합금 성분의 중량 비율에 대한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    조성 정보 항목(38a-38l)은 분할 로트(6a-6l)의 중량에 대한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    분할 로트(6a-6l)는 각각의 경우에 개별적으로 할당된 조성 정보 항목(38a-38l) 및 미리 결정된 할당 규칙의 함수로서 복수의 등급(54, 56) 중 하나에 할당되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    적어도 하나의 합금 성분의 중량 비율에 대한 값이 상기 합금 성분에 대한 미리 결정된 범위에 있게 되는 분할 로트(6a-6l)만이 제1 등급(54)에 할당되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    분할 로트(6a-6l)는 각각의 경우에 개별적으로 할당된 조성 정보 항목(38a-38l)의 함수로서 복수의 미리 결정된 합금 사양 중 하나에 할당되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 분할 로트(6a-6l)로부터 적어도 제1 합금 성분에 대한 미리 결정된 목표 범위를 갖는 하나 또는 복수의 분할 로트(6a-6l)가 선택되고, 상기 선택은 분할 로트(6a-6l)가 적어도 제2 합금 성분의 개별적인 함량의 함수로서 복수의 미리 결정된 합금 조성 중 하나에 할당되고, 각각의 분할 로트(6a-6l)에 할당된 미리 결정된 합금 조성의 제1 합금 성분이 상기 제1 합금 성분에 대해 미리 결정된 목표 범위 내에 있을 경우에만 선택되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리 결정된 등급(54, 56) 또는 미리 결정된 합금 조성에 할당된 분할 로트(6a-6l)들은 큰 로트(60, 78)를 형성하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리 결정된 사양을 갖는 합금을 제조하기 위해, 복수의 분할 로트(6a-6l)로부터 적합한 분할 로트(6a-6l)의 서브세트(76)가 선택되고, 복수의 분할 로트의 각각의 분할 로트는 할당된 조성 정보 항목(38a-38l)을 갖고 있으며, 합금 조성은 분할 로트(6a-6l)에 할당된 조성 정보 항목 및 미리 결정된 사양의 함수로서 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    분할 로트(6a-6l)는 얻어질 합금 조성을 위한 미리 결정된 사양을 갖는 합금의 제조하기 위하여 선택될 때까지 랜덤 액서스를 위해 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 분리된 분할 로트(6a-6l)는 큰 로트를 복수의 분할 로트(6a-6l)로 분할하는 것에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위한 개별적인 수단들을 구비하거나 개별적인 수단들로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
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