炉内アルミニウム処理方法
【課題】 酸化アルミニウムの形成を低減する炉内アルミニウム処理方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも１つのバーナーに供給される酸化剤が酸素を１０体積％以上、好ましくは２１体積％以上を含有し、前記酸化剤の流量が実質的に一定になる間にアルミニウム溶湯の酸化が減少する最終段階で、少なくとも１つのバーナーに噴射される燃料の流量が前記雰囲気中または煙道ガス中の金属酸化物一酸化炭素ＣＯmoおよび／または金属酸化物水素Ｈ2moの濃度に従って選択されるか又はその逆に前記濃度が前記燃料流量に従って選択され、この金属酸化物一酸化炭素ＣＯmoおよび／または金属酸化物水素Ｈ2moの濃度は、前記炉内にチャージがないことを除いては、前記測定された種濃度と固有ＣＯとの間の差分として、または前記少なくとも１つのバーナーを持つ炉内の燃料と酸化剤との燃焼によって生じるＨ2種濃度として算出される。
【解決手段】 少なくとも１つのバーナーに供給される酸化剤が酸素を１０体積％以上、好ましくは２１体積％以上を含有し、前記酸化剤の流量が実質的に一定になる間にアルミニウム溶湯の酸化が減少する最終段階で、少なくとも１つのバーナーに噴射される燃料の流量が前記雰囲気中または煙道ガス中の金属酸化物一酸化炭素ＣＯmoおよび／または金属酸化物水素Ｈ2moの濃度に従って選択されるか又はその逆に前記濃度が前記燃料流量に従って選択され、この金属酸化物一酸化炭素ＣＯmoおよび／または金属酸化物水素Ｈ2moの濃度は、前記炉内にチャージがないことを除いては、前記測定された種濃度と固有ＣＯとの間の差分として、または前記少なくとも１つのバーナーを持つ炉内の燃料と酸化剤との燃焼によって生じるＨ2種濃度として算出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内のアルミニウムを処理するための方法に係り、アルミニウムおよび任意に１つ又はそれ以上の塩を含有する材料を炉内に装入し、この材料は酸化剤および燃料を供給される少なくとも１つのバーナーを用いる熱の入力によって溶融され、特にアルミナおよび少なくとも１つの塩を有するスラグで任意に覆われたアルミニウム溶湯を得るために、炉雰囲気中または炉から出ている燃料ガス中の一酸化炭素（ＣＯm）および／または水素（Ｈ2m）の濃度を測定する炉内アルミニウム処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次アルミニウムの溶解の分野において、これは回転炉または反射炉において実施される。この溶解方法が連続していてもよいにもかかわらず、その溶解は通常バッチで実施される。溶融金属がその使用場所に注入される前に、材料は１つ以上の連続したサイクルの炉に装入される。この目的のために、溶融金属は、約７４０℃の温度を有しなければならない。７５０℃より上の温度域では、溶融アルミニウムの酸化率はかなり（ほとんど指数的に）上昇する。溶解サイクル中に、１つは最初の期間を先ず第１に区別することができ、材料が固体であるときに、熱の大量の吸収を許容し、約６６０℃でアルミニウムを溶かす。
【０００３】
使用する炉のタイプにかかわりなく、スラグの存在または液体金属の表面に観察される「ドロス」の存在、塩（塩が使われる場合）の混合物である前記スラグまたはドロス、その混合物は酸化アルミニウムおよび酸化物中に捕捉されたアルミニウムである。
【０００４】
このスラグまたはドロスは、いわゆる「点火ロス（loss on ignition）」とも呼ばれている消失又は酸化する金属の量がアルミニウム製造者のための材料の無視できないロスとして現われる。そのロスは溶解方法の収益性を増やすために最小にされなければならない。この酸化を減らすために、アルミニウムの温度を維持する方法が約７５０℃未満の値で溶解することは公知である。しかし、この方法は経験的である。その理由は、次のことにある。局部酸化を引き起こして、ホットスポットが表面に現われることがあるからである。
【０００５】
他の公知の解決は、オキシダントを有する金属表面の接触を減らすことによって酸化を防ごうとする。
【０００６】
例えば、特許文献１（ＪＰ５３−２２７７０６）は、酸化防止を確実にするために煙道ガス中のＣＯおよびＨ2成分の測定を用いること、非鉄金属の溶解炉内において、設置されるバーナーが９５〜１００％の燃料流量に対するオキシダント流量の比率の範囲にサブ化学量論的モードにおいて操作すること、を提案している。
【０００７】
特許文献２（ＥＰ９６２５４０）は、炉内の金属を溶解するための燃焼方法を記載している。この文献の方法では、液体金属と接触するバーナーの炎よりも上方に、酸素富化ガスを送風する。バーナーは、サブ化学量論的モードにおいて作動し、酸素富化ガスと溶融金属表面との間にシールドを形成する還元炎を生じさせる。
【０００８】
特許文献３（ＵＳ５，５６３，９０３）は、不活性ガスまたは還元性ガスがアルミニウム溶融面と炉の上部に位置する燃焼ゾーンとの間にシールドを形成する方法を記載している。
【０００９】
特許文献４（ＵＳ３，７５９，７０２）は、溶かされる材料の表面より上方でバーナーを移動させ、初期の溶解をオープン・エア中に置く方法を記載している。バーナー炎は、わずかにサブ化学量論的であり、それゆえに還元性である。
【００１０】
全ての方法が、アルミニウムの酸化のリスクが存在するときのみばかりでなく、溶解の持続の全体にわたり適用され、結果への接近を生み出している。その理由は、次のことにある。この知識は当業者にこれまで欠如していた。
【特許文献１】ＪＰ５３−２２７７０６号公報
【特許文献２】ＥＰ９６２５４０号公報
【特許文献３】ＵＳ５，５６３，９０３号公報
【特許文献４】ＵＳ３，７５９，７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の方法は、提起される課題を解決し、酸化アルミニウムの形成を低減するのに役立つものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、少なくとも１つのバーナーに供給される酸化剤が酸素を１０体積％以上、好ましくは２１体積％以上含有し、酸化剤流量が実質的に一定になる間にアルミニウム溶湯の酸化が減少する最終段階で、少なくとも１つのバーナーに噴射される燃料の流量が前記雰囲気中または煙道ガス中の金属酸化物一酸化炭素（ＣＯmo）および／または金属酸化物水素（Ｈ2mo）の濃度に従って選択されるか又はその逆に前記濃度が前記燃料流量に従って選択され、この金属酸化物一酸化炭素および／または金属酸化物水素の濃度（（ＣＯmo）および／または（Ｈ2m））は、前記炉内にチャージがない場合を除いて、前記測定された種濃度と固有ＣＯとの間の差分または前記少なくとも１つのバーナーを持つ炉内の燃料および酸化剤の燃焼によって生じるＨ2種濃度として算出されることを特徴とする。（固有のＣＯおよびＨ2濃度は、バーナーに供給される酸化剤を伴う燃料の燃焼の一方での計算を明らかにすべきであるが、そればかりではなく前記炉の吸気口を介して炉内に入れられて前記燃料と反応する酸化剤についても同様である。）
好ましくは、酸化剤は８８体積％以上のＯ2（好ましくは９５体積％以上のＯ2）を含む。より好ましくは、酸化剤は工業的に純粋な酸素である。
【００１３】
燃料は、いかなる炭化水素もまたは軽いか重い燃料油（バーナーの適切な燃料油スプレー・システムで）であってもよく、天然ガス、メタン、プロパン、その他が、好ましく用いられる。燃料に対する酸素の体積測定比は、１と５との間に、好ましくは１．５と３との間に維持される。
【００１４】
本発明の変形例によれば、金属酸化物一酸化炭素（ＣＯmo）および／または金属酸化物水素（Ｈ2mo）の濃度は、１％と８％との間、好ましくは２％と５％との間、より好ましくは約３体積％の値でこの酸化減少段階の間中を通して実質的に一定に保たれる。
【００１５】
一般に、酸化減少段階（フェーズ）は炭化水素燃焼段階に先行するものである。炭化水素燃焼段階の期間中において、材料に存在する全ての有機化合物が実質的に熱分解によって破壊される。炭化水素燃焼段階は、任意に（しかし必然的ではない）安定化段階に続く。
【００１６】
好ましくは、炭化水素燃焼段階は、（ＣＯm）の値が課されたセットポイント値で安定するときに終了する。これに対して安定化段階は、実質的に一定である酸化剤の一定の（ＣＯm）濃度および酸素濃度で起こる。（安定化段階は、もしあれば固体材料が未だ全て溶解しきれていないが全ての有機化合物が破壊される期間の段階と一致する。）
アルミニウム酸化減少段階は、炉内にアルミニウム含有材料を新たにチャージする再導入で終了するか、またはその使用のポイントに液体アルミニウムを注ぎ出すことによって終了する。本発明によるアルミニウム含有材料は、特に（例えば）アルミニウムのインゴット、アルミニウム部の旋盤ワークからのシェービング、飲料および保存食品の缶、廃棄物、製造スクラップ、ドロス、アルミニウム含有スラグ、そして、一般的にアルミニウムを含んでいるいかなる材料であってもよい。また、本発明は、明らかに液体アルミニウムのための炉に保持される温度に適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、以下の実施形態に限定されるものではないが、添付の図面とともに以下の実施形態からよりよく理解される。
【００１８】
図１は、単一のバーナーを備える炉の概略図であり、煙道ガスの分析およびバーナーの制御を示すブロック図である。
【００１９】
図２はＣＯの模式的なプロット線および、規則のない従来技術に従って、回転する炉の２つの連続したアルミニウム溶解の間の時間の関数としてのＨ2濃度を形どる（ＣＯ）および／または（Ｈ2）を示す特性線図である。
【００２０】
図３は時間の関数として（ＣＯ）および／または（Ｈ2）の変化を示し、本発明の方法の３つのフェーズ（またはサブフェーズ）を例示しているグラフである。
【００２１】
図４はバーナーのＯ2／ＮＧ体積比の関数として、炉に関連するバーナーの金属酸化物一酸化炭素および固有の一酸化炭素ではあるが、各アルミニウム溶解の最終段階（ファイナル・フェーズ）の間には金属が無い、測定一酸化炭素濃度（ＣＯm ）の変化を示す特性線図である。
【００２２】
図１Ａは（横断面の）炉１および本発明の制御システムの概略図、図ｌＢは制御システム（実施例）の詳細を示す概略図である。
【００２３】
バーナー１０は、金属３を加熱して溶融させる火炎２を発生し、液体の形態にする。炉１から出ているガス、特にバーナーから燃焼によって生じる煙道ガス４をダクト１８を介して排出する。ＣＯおよび／またはＨ2検出器５と６（本質的に公知）は、前記煙道ガスのＣＯおよび／またはＨ2濃度を計測するためにそれぞれ設けられている。各検出器５，６からの指示は、動作が後述される制御装置８に接続線によって送られる。バーナー１０は、それぞれバーナーに酸化剤および燃料の適切な流量を分配するための制御弁１２および１１（例えば、質量流量計）を介して酸化剤１３および燃料１４が供給されるようになっている。この流量は接続ライン１５を介して制御装置８によって制御される。接続ライン１７と１６は制御装置８に弁１２および１１の開口部の測定値を送信し、またセンサによって溶融金属３の温度に関するデータを受信する。下図１Ｂに示すように、制御装置８はＣＯ（および／またはＨ2）濃度のセットポイントの調整を有するものである。
【００２４】
センサ５および／または６により制御装置８に送られたＣＯおよび／またはＨ2濃度の測定値が前記セットポイントより高いか又は低いかによって、装置は、煙道ガスの一酸化炭素および／または水素の濃度を増加または減少させるために、酸化剤１３および燃料１４の注入を調整する制御弁１２と１１へ接続ライン１５を介して制御信号を発信する。制御装置８は、更に詳細に図１Ｂに記載されている。制御装置８は、バーナーおよび／または炉での固有の（ＣＯ）および／またはＨ2濃度を記録するリードメモリ４０を有する。（吸気口を）使用する炉のために、これらの値の表は、種々の酸化剤／燃料比、および種々のバーナー容量に一致する。また、接続４３を通って使用されるバーナーのパワーＰのデータ、および、接続４２を通る酸化剤／燃料比（Ｏ2／ＮＧ比）のデータを受信するプロセッサ４１によりメモリ４０を読み込むことができるようになっている。弁または流量計１３，１４に対する制御データは、接続４４および制御ライン１５を通ってプロセッサ４１から送られるようになっている。
【００２５】
本発明の制御システムおよびその方法の動作は、図２〜図４の助けを借りてよりよく理解される。
【００２６】
図２は、本発明を実施することなく、時間の関数として、また燃焼を調整することなく、金属酸化物ＣＯの関数として、炉から出ている煙道ガスのＣＯまたはＨ2の濃度変化を示す。
【００２７】
アルミニウム溶解炉は、先ず最初にアルミニウム廃物、スクラップ等のようなアルミニウム含有材料を装入し、必要に応じて任意に湯面上に塩の溶融層をつくる塩を装入し、これにより金属湯面を酸化から保護する。
【００２８】
図２において、この装入は時間ｔ１で終了する。この時間では、炉から出ている煙道ガスに認められるＣＯおよびＨ2濃度は低く（この図２において用いられる目盛上の約０．０３）、炎燃焼ガスだけに対応している（酸素を伴うＣＨ4のような炭化水素の燃焼により、燃焼が完全な場合は、炎は理想的にはＣＯ2およびＨ2Ｏの混合物を生じる）。
【００２９】
実際には、前記燃焼は、決して完全ではなく、更に水素Ｈ2および一酸化炭素ＣＯを生じる。
【００３０】
装入物（チャージ）の温度が上がるように、有機化合物は、完全な燃焼生成物Ｈ2ＯおよびＣＯ2の他に、追加のＣＯおよびＨ2を生成するために迅速に燃焼される。この結果から明らかなようにＣＯおよびＨ2濃度のピーク３０は、図の時間ｔ2において迅速に到達する。
【００３１】
有機化合物の迅速な熱分解のために、濃度ピーク３０はそれから急速に降下して、時間ｔ3でこの濃度は非常に低くなり、時間ｔ4まで非常に低いままである。濃度は、装入物が炉内に導入される前にそれが有した値と同じ程度の値まで上昇する。装入物溶融段階（フェーズ）は時間ｔ5までで終了する。この第１の溶融後に、第２のアルミニウム装入物が溶かされる。時間ｔ6での炉ドアの開放は、図２に示すように、有機化合物の燃焼のために新たなＨ2およびＣＯピークの前に、湯浴上方の雰囲気の組成に障害を引き起こす。
【００３２】
図３は、本発明による方法の種々のサブフェーズ（第１の溶融、第２の溶融、その他の各々の異なる段階の）を示す。この図は、時間の関数として、炉から出てくる煙道ガスのＣＯ濃度を示すものである。図中の時間ｔ1、ｔ3およびｔ4は図２と同様の意味を有する。曲線はＣＯ濃度を示す。類似の曲線は、パラメータとして煙道ガスの水素濃度を用いて得られる。第１アルミニウム溶融の第１の段階は時間ｔ1とｔ2の間にほぼ位置する。この段階（フェーズ）において、アルミニウム含有材料のチャージのはじめに、金属浴より上方の雰囲気および煙道ガスのＣＯ濃度が突然上昇する。実際には、有機物（油、その他）は本質的に炭素元素および水素元素を含み、それは大気中において利用可能な酸素と反応してＣＯ、ＣＯ2、水素および水蒸気を生成する。この追加の燃料入力は、大気中のＣＯ濃度を迅速に減少させるために補助酸素入力を必要とし、それを「ＣＯセットポイント１」セットポイント値に戻す。（事実ＣＯおよび／またはＨ2濃度をこの下のセットポイント値に下げることは、前記ＣＯおよび／またはＨ2を大気中に存在する酸素とともに反応させて、追加のＮＧ燃料を消費することなく、エネルギーを炉に加えるのに役立つ）。酸化剤流量（酸素の変動量を含む）が増加して、ピーク（わずかに、制御ループを原因として生じるのでＣＯピークから相殺されて）を通過して、それからその初期値１に後退する間において、ＮＧ燃料流量は一定のままとすることができる。酸素流量がその初期値１に戻るときに、これは装入物内で有機化合物の熱分解の第１のステップが終了することを意味する。それゆえに、時間ｔ2はＮＧ燃料および酸化剤Ｏ2が一定の流量で導かれる（バーナー内に）安定化フェーズの開始をしるすことになる。これにより、一定のパワーを装入物に加えて、溶融浴より上方に好ましくは非酸化又はわずかに酸化の雰囲気を発達させる。
【００３３】
本発明によれば、バーナーはアルミニウムの酸化に従って制御され、それは後述する方法によって炉において観測される。
【００３４】
アルミニウムは、以下の反応によってバーナーから燃焼ガスとともに反応する。
【００３５】
２Ａ１＋３ＣＯ2 → Ａｌ2Ｏ3＋３ＣＯ（以下、金属酸化物ＣＯと呼ぶ）
２Ａ１＋３Ｈ2Ｏ → Ａ１2Ｏ3 ＋３Ｈ2（以下、金属酸化物Ｈ2と呼ぶ）
２Ａｌ＋３／２Ｏ2 → Ａ１2Ｏ3
他の残りのものは全て等しい場合に、炉からの煙道ガスの一酸化炭素または水素の見掛け上の状況、または煙道ガス中の一酸化炭素または水素の濃度変化は、アルミニウムの酸化を検出するのに役立つ。
【００３６】
この目的のために、バーナーに供給される酸化剤／燃料比（ＯＦＲ）は、酸化剤については、検出される酸化の関数として制御される。酸化剤は、酸素を含む流体、例えば空気または純粋な酸素であるか、あるいは酸素リッチにされた空気および燃料である。燃料は、例えば、リリース・エネルギー（例えば天然ガス、燃料油、石炭、その他）に酸化剤に存在する酸素と反応しやすい材料を含む流体である。
【００３７】
この制御のために、バーナー（炉内に設けられ、加熱されるチャージが無い状態で、空気の取り入れの計算のために、この空気は炉雰囲気に存在するＣＯとＨ2と反応する）からＣＯおよび／またはＨ2を放出する。バーナーにおいて、炉の煙道ガスおよびバーナーの調整の特徴ある化合物間の相関関係を決定するためにいくつかの酸化剤／燃料比が測定される。したがって、各々のＯＦＲのために、バーナーが加熱される装入物が無い状態で作動するときには、煙道ガスのＣＯとＨ2の比率は公知であり、その固有のＣＯ濃度と固有のＨ2濃度と呼ばれる関係にある。これらの全てのデータは、酸化剤／燃料「Ｏ2／ＧＢ比」および他の必要なパラメータ上のバーナー・パワーＰ．に関するデータを受信するマイクロプロセッサ４１に接続されたメモリ４０（図ｌＢ）に保存される。他の必要なパラメータとは、例えばライン７を通って出てくる（ＣＯm）または（Ｈ2m）の測定値のようなものをいう。また、マイクロプロセッサ４１は、流量計１３および１４に対して制御ライン１５を介して、（ＣＯmo）または（Ｈ2mo）（または関数の）の値に比例する信号をライン４４に送り出す。煙道ガスは、種ＣＯまたはＨ2のうちの少なくとも１つ、ＣＯmまたはＨ2mと呼ばれている測定された値（煙道ガスの全ＣＯまたはＨ2濃度を示すために）のための適切な手段（例えば分析的サンプルを採取するための抽出システムまたはレーザー・ダイオード（ＣＯのための）により射出される放射の吸収を測定するための計測システム）によって連続的に分析される。
【００３８】
ＯＦＲは、（ＣＯm −ＣＯｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）差分を維持するために、または（Ｈ2m−Ｈ2ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）差分が所望レベル（ＣＯまたは金属酸化物Ｈ2セットポイント値）を下回るようにするために調整される。（異なるＣＯm−ＣＯｉｎｔｒｉｎｓｉｃまたはＨ2m−Ｈ2ｉｎｔｒｉｎｓｉｃは、炉雰囲気のアルミニウムとガスとの間の化学反応によってつくられるので、それぞれ「金属酸化物ＣＯ」（ＣＯmo）または「金属酸化物Ｈ2」（Ｈ2mo）と呼ばれている。）
本発明によれば、ＯＦＲは金属酸化物ＣＯおよび／または金属酸化物水素の算出濃度に従って制御され、これらの濃度がアルミニウムの酸化を反映する。
【００３９】
したがって、第１のサブ段階（図３）において、ＮＧ燃料流量は一定であり、酸化剤Ｏ2流量は測定されたトータルＣＯ（セットポイント値の安定化）の関数である。
【００４０】
第２のサブ段階の間において、セットポイント煙道ガスのＣＯ濃度の測定値を考慮することなく、ＮＧおよびＯ2流量がそれぞれのポイントに調整される。
【００４１】
第３のサブ段階の間において、Ｏ2流量は一定であり、ＨＧ流量は、測定されたＣＯとバーナーＯＦＲのためのバーナーの固有のＣＯ値（この値は制御システム８のメモリに保存されている）との差分として算出される化学ＣＯの関数である。
【００４２】
一般に、サブ段階（時間ｔ3およびｔ4）の変化は、関係する段階の間における炉内に噴射されたＮＧの量または酸素の量によって決定される。システムがこのことによりいかなるバーナー・シャットダウンも考慮するので、この解決は好ましいものである。
【００４３】
Ｏ2／ＮＧ容量測定比（ＯＦＲ）が１．５と３との間の範囲内に限って（Ｏ2は酸化剤およびＮＧの酸素の量がいかなる燃料も示すことを示す）保持されることが好ましい。
【００４４】
好ましくは、サブ段階１および３において、第１のサブ段階（セットポイント１）の全ＣＯセットポイントのＣＯおよび／またはＨ2、および第３のサブ段階（セットポイント２）の金属酸化物ＣＯは、パラメータ化されることができる。例えば、約３体積％のＣＯまたは水素のセットポイント値を用いることができる。
【００４５】
図４は、使用したＯＦＲ Ｏ2／ＮＧ容積測定比の関数として、煙道ガスのトータルＣＯ濃度の変化を模式的に示す特性図である。より低いＯＦＲでは、より多いＣＯがバーナーによって発生するのに対して、金属酸化物ＣＯの割り当てはトータルＣＯにおいて減少し、アルミニウムの酸化が減少することを示している。但し、トータルＣＯは増加する。
【００４６】
この結論は明らかに、本発明がどのように完全に従来技術の解決と異なるかについてを示している。その理由は、次のことにある。本発明によれば、煙道ガスのＣＯ（またはＨ2）濃度は容易にドロスの酸化およびそれゆえに量が形成した減少に増やされることができる。それによって点火の金属ロスが低減される。
【００４７】
本発明の変形例によれば、一定のＮＧ燃料流量を維持することが（逆に）可能であり、バーナーの酸化剤注入を調整することができる。これはサイクル時間を長くすることになり、アルミニウムの酸化に対して不適合である。この効果（必要なより多くの熱パワー）は、より高い酸素濃度（好ましくは８８％以上の酸素）を有する酸化剤を使用することによって補償されることができる。他の変形例（主要部としてより複雑な）は、燃料と同様に酸化剤の流量を調整することにある。
【００４８】
同様に、本発明の他の変形例（それはまた、炉への空気取り入れ口（吸気口）が低いときに、良い結果を生むことができる）によれば、バーナーによって生じる固有のＣＯおよび／またはＨ2濃度を決定する際に、およびＣＯとＨ2種のみを考慮する際に、これらの吸気口を無視することにある。
【００４９】
本発明の実施例
先ず、従来のテストの間において、熱分解中に有機化合物もＣＯもＨ2（または非常に取るに足りない量）も出さない約６５トンの材料を炉に装入する。これらの材料は、例えば、塩（ＮａＣｌまたはＫＣ１）またはエナメル、ペンキ、油などが無いアルミニウム合金である。
【００５０】
各バーナー・パワーのために、および特に名目上の溶融パワーのために、または１３ＭＷ、ＣＯm（および／またはＨ2m）濃度は概して１．５と３との間でＯＦＲ比を変えて測定される。これは、固有のＣＯ（および／またはＨ2）濃度（それは本質的に炉のバーナーおよび吸気口の調整に依存する）を与え、次の再読のためにメモリ４０の表に格納される。
【００５１】
上記の通りにチャージしている４−段階（フェーズ）の本発明の実施の間において、塩を再加熱するための最後の段階を除いて、全ての段階（フェーズ）は、３つのサブ段階（サブフェーズ）に分けられる。すなわち、有機化合物燃焼サブ段階、遷移（移行）または安定化のサブ段階、そして最後に酸化減少サブ段階である。サブ段階の変化は、燃料（ここでは天然ガス）の累積量によって決まる。使用する値は、下表において与えられ、炉の初期の審査の間に決定される。第１のサブ段階において、セットポイントＣＯmは、全ての段階（最後を除いて）の１％の値でセットされる。
【００５２】
安定化サブ段階（それは表に示すように実行に非常に不足している）において、燃料および天然ガス流量は固定された値を割り当てられ、したがってＯＦＲ比は変化しない。 １３ＭＷの公称パワーのために、天然ガス流量は１３００Ｓｍ3／ｈに設定され、かつ酸素流量は２５００Ｓｍ3／ｈに設定される。これらは全ての段階（フェーズ）のために設定される。
【００５３】
最後に、第３の酸化物減少サブ段階において、金属酸化物ＣＯ（ＣＯmo）または（Ｈ2mo）セットポイントは１．５％に設定される。
【００５４】
最後に塩を過熱する段階（フェーズ）において、安定化サブ段階（固定された流量、固定されたＯＦＲ）のパラメータが調整される。
【表１】
【００５５】
課されたパラメータの値および方法のための測定の典型的な値を上記に記載した。
【００５６】
（累積値は、上記に示したチャージ量に有効なだけである。）
多くのパラメータの関数として、特に液体アルミニウムの温度、測定されたＣＯmは、２％と１０％との間で粗く変化するのが観測される。第３のサブ段階において、その注ぎ出し温度に近い液体アルミニウムの最小の制御酸化を保証するために、アルミニウムの注ぎ出し（第２のアルミニウムの装入）前に、本発明に従う調整は最小限許容される（１．５）で、かつ高い固有ＣＯ（約８．５％〜９％まで）にバーナー率を近づけようとしている。
【００５７】
比較例（同じ炉における従来技術および本発明）
２７トンの塩および２７トンのアルミニウム廃棄物を１３ＭＷのバーナーを備えた回転炉内に装入した。その装入物を、従来法では２５００Ｓｍ3（従来技術方法）の天然ガス消費で加熱するか、または本発明方法では２５５０Ｓｍ3（本発明による方法）の天然ガス消費で加熱した。それから６５トンのアルミニウム廃棄物を再び装入して、その装入物を天然ガスの３３００Ｓｍ3（従来技術）の消費で加熱するか、または３４００Ｓｍ3（本発明）の消費で加熱した。それから３５トンのアルミニウム廃棄物を再び装入して、その装入物を天然ガスの４６００Ｓｍ3（従来技術）の消費で加熱するか、または４７５０Ｓｍ3（本発明）の消費で加熱した。それから９８トンのアルミニウムを注ぎ出し（従来技術）、また９９トンのアルミニウムを注ぎ出した（本発明）。それから炉内にある塩およびドロスを天然ガスの５３５０Ｓｍ3（従来技術）の消費で加熱するか、または５５００Ｓｍ3（本発明）の消費で加熱した。最後に、炉内に残留するアルミニウムを注ぎ出した。残留アルミニウムの注ぎ出し量は、従来技術および本発明ともに９トンであった。
【００５８】
バーナーの燃焼は、スタック（ＣＯm ）のダクト上に取り付けられたレーザー・ダイオードによって測定されたＣＯの分析により本発明に従って制御された。
【００５９】
従来技術では、酸化剤／燃料比を一定に保ち、これにより温度が制御される場合、このことにより粗くトータルＣＯを一定に保持しておく。
【００６０】
以下の結果は、それから得られたものである（前の適用の本発明の結果）。
【表２】
【００６１】
本発明を実施するこのケースで必要とする追加の燃料の１５０Ｓｍ3が回復されたアルミニウムの値と比べてかなり軽微な余分のコストが現われる。
【００６２】
特定の種類の有機物質の高い濃度を有するチャージのために、第１のサブ段階（有機化合物の燃焼）の間において回復されるエネルギーが第３のサブ段階のために必要な追加の燃料を補償するのに役立つと言及することはまた、重要である。その結果、サイクルの総消費が初期の方法のそれと比べて同等であるか又は低くさえなる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１Ａ】図１Ａは単一のバーナーを備える炉の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは煙道ガスの分析およびバーナーの制御を示すブロック図である。
【図２】図２はＣＯの模式的なプロット線および、規則のない従来技術に従って、回転する炉の２つの連続したアルミニウム溶解の間の時間の関数としてのＨ2濃度を形どる（ＣＯ）および／または（Ｈ2）を示す特性線図である。
【図３】図３は時間の関数として（ＣＯ）および／または（Ｈ2）の変化を示し、本発明の方法の３つのフェーズ（またはサブフェーズ）を例示しているグラフである。
【図４】図４はバーナーのＯ2／ＮＧ体積比の関数として、炉に関連するバーナーの金属酸化物一酸化炭素および固有の一酸化炭素ではあるが、各アルミニウム溶解の最終段階（ファイナル・フェーズ）の間には金属が無い、測定一酸化炭素濃度（ＣＯm ）の変化を示す特性線図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内のアルミニウムを処理するための方法に係り、アルミニウムおよび任意に１つ又はそれ以上の塩を含有する材料を炉内に装入し、この材料は酸化剤および燃料を供給される少なくとも１つのバーナーを用いる熱の入力によって溶融され、特にアルミナおよび少なくとも１つの塩を有するスラグで任意に覆われたアルミニウム溶湯を得るために、炉雰囲気中または炉から出ている燃料ガス中の一酸化炭素（ＣＯm）および／または水素（Ｈ2m）の濃度を測定する炉内アルミニウム処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次アルミニウムの溶解の分野において、これは回転炉または反射炉において実施される。この溶解方法が連続していてもよいにもかかわらず、その溶解は通常バッチで実施される。溶融金属がその使用場所に注入される前に、材料は１つ以上の連続したサイクルの炉に装入される。この目的のために、溶融金属は、約７４０℃の温度を有しなければならない。７５０℃より上の温度域では、溶融アルミニウムの酸化率はかなり（ほとんど指数的に）上昇する。溶解サイクル中に、１つは最初の期間を先ず第１に区別することができ、材料が固体であるときに、熱の大量の吸収を許容し、約６６０℃でアルミニウムを溶かす。
【０００３】
使用する炉のタイプにかかわりなく、スラグの存在または液体金属の表面に観察される「ドロス」の存在、塩（塩が使われる場合）の混合物である前記スラグまたはドロス、その混合物は酸化アルミニウムおよび酸化物中に捕捉されたアルミニウムである。
【０００４】
このスラグまたはドロスは、いわゆる「点火ロス（loss on ignition）」とも呼ばれている消失又は酸化する金属の量がアルミニウム製造者のための材料の無視できないロスとして現われる。そのロスは溶解方法の収益性を増やすために最小にされなければならない。この酸化を減らすために、アルミニウムの温度を維持する方法が約７５０℃未満の値で溶解することは公知である。しかし、この方法は経験的である。その理由は、次のことにある。局部酸化を引き起こして、ホットスポットが表面に現われることがあるからである。
【０００５】
他の公知の解決は、オキシダントを有する金属表面の接触を減らすことによって酸化を防ごうとする。
【０００６】
例えば、特許文献１（ＪＰ５３−２２７７０６）は、酸化防止を確実にするために煙道ガス中のＣＯおよびＨ2成分の測定を用いること、非鉄金属の溶解炉内において、設置されるバーナーが９５〜１００％の燃料流量に対するオキシダント流量の比率の範囲にサブ化学量論的モードにおいて操作すること、を提案している。
【０００７】
特許文献２（ＥＰ９６２５４０）は、炉内の金属を溶解するための燃焼方法を記載している。この文献の方法では、液体金属と接触するバーナーの炎よりも上方に、酸素富化ガスを送風する。バーナーは、サブ化学量論的モードにおいて作動し、酸素富化ガスと溶融金属表面との間にシールドを形成する還元炎を生じさせる。
【０００８】
特許文献３（ＵＳ５，５６３，９０３）は、不活性ガスまたは還元性ガスがアルミニウム溶融面と炉の上部に位置する燃焼ゾーンとの間にシールドを形成する方法を記載している。
【０００９】
特許文献４（ＵＳ３，７５９，７０２）は、溶かされる材料の表面より上方でバーナーを移動させ、初期の溶解をオープン・エア中に置く方法を記載している。バーナー炎は、わずかにサブ化学量論的であり、それゆえに還元性である。
【００１０】
全ての方法が、アルミニウムの酸化のリスクが存在するときのみばかりでなく、溶解の持続の全体にわたり適用され、結果への接近を生み出している。その理由は、次のことにある。この知識は当業者にこれまで欠如していた。
【特許文献１】ＪＰ５３−２２７７０６号公報
【特許文献２】ＥＰ９６２５４０号公報
【特許文献３】ＵＳ５，５６３，９０３号公報
【特許文献４】ＵＳ３，７５９，７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の方法は、提起される課題を解決し、酸化アルミニウムの形成を低減するのに役立つものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、少なくとも１つのバーナーに供給される酸化剤が酸素を１０体積％以上、好ましくは２１体積％以上含有し、酸化剤流量が実質的に一定になる間にアルミニウム溶湯の酸化が減少する最終段階で、少なくとも１つのバーナーに噴射される燃料の流量が前記雰囲気中または煙道ガス中の金属酸化物一酸化炭素（ＣＯmo）および／または金属酸化物水素（Ｈ2mo）の濃度に従って選択されるか又はその逆に前記濃度が前記燃料流量に従って選択され、この金属酸化物一酸化炭素および／または金属酸化物水素の濃度（（ＣＯmo）および／または（Ｈ2m））は、前記炉内にチャージがない場合を除いて、前記測定された種濃度と固有ＣＯとの間の差分または前記少なくとも１つのバーナーを持つ炉内の燃料および酸化剤の燃焼によって生じるＨ2種濃度として算出されることを特徴とする。（固有のＣＯおよびＨ2濃度は、バーナーに供給される酸化剤を伴う燃料の燃焼の一方での計算を明らかにすべきであるが、そればかりではなく前記炉の吸気口を介して炉内に入れられて前記燃料と反応する酸化剤についても同様である。）
好ましくは、酸化剤は８８体積％以上のＯ2（好ましくは９５体積％以上のＯ2）を含む。より好ましくは、酸化剤は工業的に純粋な酸素である。
【００１３】
燃料は、いかなる炭化水素もまたは軽いか重い燃料油（バーナーの適切な燃料油スプレー・システムで）であってもよく、天然ガス、メタン、プロパン、その他が、好ましく用いられる。燃料に対する酸素の体積測定比は、１と５との間に、好ましくは１．５と３との間に維持される。
【００１４】
本発明の変形例によれば、金属酸化物一酸化炭素（ＣＯmo）および／または金属酸化物水素（Ｈ2mo）の濃度は、１％と８％との間、好ましくは２％と５％との間、より好ましくは約３体積％の値でこの酸化減少段階の間中を通して実質的に一定に保たれる。
【００１５】
一般に、酸化減少段階（フェーズ）は炭化水素燃焼段階に先行するものである。炭化水素燃焼段階の期間中において、材料に存在する全ての有機化合物が実質的に熱分解によって破壊される。炭化水素燃焼段階は、任意に（しかし必然的ではない）安定化段階に続く。
【００１６】
好ましくは、炭化水素燃焼段階は、（ＣＯm）の値が課されたセットポイント値で安定するときに終了する。これに対して安定化段階は、実質的に一定である酸化剤の一定の（ＣＯm）濃度および酸素濃度で起こる。（安定化段階は、もしあれば固体材料が未だ全て溶解しきれていないが全ての有機化合物が破壊される期間の段階と一致する。）
アルミニウム酸化減少段階は、炉内にアルミニウム含有材料を新たにチャージする再導入で終了するか、またはその使用のポイントに液体アルミニウムを注ぎ出すことによって終了する。本発明によるアルミニウム含有材料は、特に（例えば）アルミニウムのインゴット、アルミニウム部の旋盤ワークからのシェービング、飲料および保存食品の缶、廃棄物、製造スクラップ、ドロス、アルミニウム含有スラグ、そして、一般的にアルミニウムを含んでいるいかなる材料であってもよい。また、本発明は、明らかに液体アルミニウムのための炉に保持される温度に適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、以下の実施形態に限定されるものではないが、添付の図面とともに以下の実施形態からよりよく理解される。
【００１８】
図１は、単一のバーナーを備える炉の概略図であり、煙道ガスの分析およびバーナーの制御を示すブロック図である。
【００１９】
図２はＣＯの模式的なプロット線および、規則のない従来技術に従って、回転する炉の２つの連続したアルミニウム溶解の間の時間の関数としてのＨ2濃度を形どる（ＣＯ）および／または（Ｈ2）を示す特性線図である。
【００２０】
図３は時間の関数として（ＣＯ）および／または（Ｈ2）の変化を示し、本発明の方法の３つのフェーズ（またはサブフェーズ）を例示しているグラフである。
【００２１】
図４はバーナーのＯ2／ＮＧ体積比の関数として、炉に関連するバーナーの金属酸化物一酸化炭素および固有の一酸化炭素ではあるが、各アルミニウム溶解の最終段階（ファイナル・フェーズ）の間には金属が無い、測定一酸化炭素濃度（ＣＯm ）の変化を示す特性線図である。
【００２２】
図１Ａは（横断面の）炉１および本発明の制御システムの概略図、図ｌＢは制御システム（実施例）の詳細を示す概略図である。
【００２３】
バーナー１０は、金属３を加熱して溶融させる火炎２を発生し、液体の形態にする。炉１から出ているガス、特にバーナーから燃焼によって生じる煙道ガス４をダクト１８を介して排出する。ＣＯおよび／またはＨ2検出器５と６（本質的に公知）は、前記煙道ガスのＣＯおよび／またはＨ2濃度を計測するためにそれぞれ設けられている。各検出器５，６からの指示は、動作が後述される制御装置８に接続線によって送られる。バーナー１０は、それぞれバーナーに酸化剤および燃料の適切な流量を分配するための制御弁１２および１１（例えば、質量流量計）を介して酸化剤１３および燃料１４が供給されるようになっている。この流量は接続ライン１５を介して制御装置８によって制御される。接続ライン１７と１６は制御装置８に弁１２および１１の開口部の測定値を送信し、またセンサによって溶融金属３の温度に関するデータを受信する。下図１Ｂに示すように、制御装置８はＣＯ（および／またはＨ2）濃度のセットポイントの調整を有するものである。
【００２４】
センサ５および／または６により制御装置８に送られたＣＯおよび／またはＨ2濃度の測定値が前記セットポイントより高いか又は低いかによって、装置は、煙道ガスの一酸化炭素および／または水素の濃度を増加または減少させるために、酸化剤１３および燃料１４の注入を調整する制御弁１２と１１へ接続ライン１５を介して制御信号を発信する。制御装置８は、更に詳細に図１Ｂに記載されている。制御装置８は、バーナーおよび／または炉での固有の（ＣＯ）および／またはＨ2濃度を記録するリードメモリ４０を有する。（吸気口を）使用する炉のために、これらの値の表は、種々の酸化剤／燃料比、および種々のバーナー容量に一致する。また、接続４３を通って使用されるバーナーのパワーＰのデータ、および、接続４２を通る酸化剤／燃料比（Ｏ2／ＮＧ比）のデータを受信するプロセッサ４１によりメモリ４０を読み込むことができるようになっている。弁または流量計１３，１４に対する制御データは、接続４４および制御ライン１５を通ってプロセッサ４１から送られるようになっている。
【００２５】
本発明の制御システムおよびその方法の動作は、図２〜図４の助けを借りてよりよく理解される。
【００２６】
図２は、本発明を実施することなく、時間の関数として、また燃焼を調整することなく、金属酸化物ＣＯの関数として、炉から出ている煙道ガスのＣＯまたはＨ2の濃度変化を示す。
【００２７】
アルミニウム溶解炉は、先ず最初にアルミニウム廃物、スクラップ等のようなアルミニウム含有材料を装入し、必要に応じて任意に湯面上に塩の溶融層をつくる塩を装入し、これにより金属湯面を酸化から保護する。
【００２８】
図２において、この装入は時間ｔ１で終了する。この時間では、炉から出ている煙道ガスに認められるＣＯおよびＨ2濃度は低く（この図２において用いられる目盛上の約０．０３）、炎燃焼ガスだけに対応している（酸素を伴うＣＨ4のような炭化水素の燃焼により、燃焼が完全な場合は、炎は理想的にはＣＯ2およびＨ2Ｏの混合物を生じる）。
【００２９】
実際には、前記燃焼は、決して完全ではなく、更に水素Ｈ2および一酸化炭素ＣＯを生じる。
【００３０】
装入物（チャージ）の温度が上がるように、有機化合物は、完全な燃焼生成物Ｈ2ＯおよびＣＯ2の他に、追加のＣＯおよびＨ2を生成するために迅速に燃焼される。この結果から明らかなようにＣＯおよびＨ2濃度のピーク３０は、図の時間ｔ2において迅速に到達する。
【００３１】
有機化合物の迅速な熱分解のために、濃度ピーク３０はそれから急速に降下して、時間ｔ3でこの濃度は非常に低くなり、時間ｔ4まで非常に低いままである。濃度は、装入物が炉内に導入される前にそれが有した値と同じ程度の値まで上昇する。装入物溶融段階（フェーズ）は時間ｔ5までで終了する。この第１の溶融後に、第２のアルミニウム装入物が溶かされる。時間ｔ6での炉ドアの開放は、図２に示すように、有機化合物の燃焼のために新たなＨ2およびＣＯピークの前に、湯浴上方の雰囲気の組成に障害を引き起こす。
【００３２】
図３は、本発明による方法の種々のサブフェーズ（第１の溶融、第２の溶融、その他の各々の異なる段階の）を示す。この図は、時間の関数として、炉から出てくる煙道ガスのＣＯ濃度を示すものである。図中の時間ｔ1、ｔ3およびｔ4は図２と同様の意味を有する。曲線はＣＯ濃度を示す。類似の曲線は、パラメータとして煙道ガスの水素濃度を用いて得られる。第１アルミニウム溶融の第１の段階は時間ｔ1とｔ2の間にほぼ位置する。この段階（フェーズ）において、アルミニウム含有材料のチャージのはじめに、金属浴より上方の雰囲気および煙道ガスのＣＯ濃度が突然上昇する。実際には、有機物（油、その他）は本質的に炭素元素および水素元素を含み、それは大気中において利用可能な酸素と反応してＣＯ、ＣＯ2、水素および水蒸気を生成する。この追加の燃料入力は、大気中のＣＯ濃度を迅速に減少させるために補助酸素入力を必要とし、それを「ＣＯセットポイント１」セットポイント値に戻す。（事実ＣＯおよび／またはＨ2濃度をこの下のセットポイント値に下げることは、前記ＣＯおよび／またはＨ2を大気中に存在する酸素とともに反応させて、追加のＮＧ燃料を消費することなく、エネルギーを炉に加えるのに役立つ）。酸化剤流量（酸素の変動量を含む）が増加して、ピーク（わずかに、制御ループを原因として生じるのでＣＯピークから相殺されて）を通過して、それからその初期値１に後退する間において、ＮＧ燃料流量は一定のままとすることができる。酸素流量がその初期値１に戻るときに、これは装入物内で有機化合物の熱分解の第１のステップが終了することを意味する。それゆえに、時間ｔ2はＮＧ燃料および酸化剤Ｏ2が一定の流量で導かれる（バーナー内に）安定化フェーズの開始をしるすことになる。これにより、一定のパワーを装入物に加えて、溶融浴より上方に好ましくは非酸化又はわずかに酸化の雰囲気を発達させる。
【００３３】
本発明によれば、バーナーはアルミニウムの酸化に従って制御され、それは後述する方法によって炉において観測される。
【００３４】
アルミニウムは、以下の反応によってバーナーから燃焼ガスとともに反応する。
【００３５】
２Ａ１＋３ＣＯ2 → Ａｌ2Ｏ3＋３ＣＯ（以下、金属酸化物ＣＯと呼ぶ）
２Ａ１＋３Ｈ2Ｏ → Ａ１2Ｏ3 ＋３Ｈ2（以下、金属酸化物Ｈ2と呼ぶ）
２Ａｌ＋３／２Ｏ2 → Ａ１2Ｏ3
他の残りのものは全て等しい場合に、炉からの煙道ガスの一酸化炭素または水素の見掛け上の状況、または煙道ガス中の一酸化炭素または水素の濃度変化は、アルミニウムの酸化を検出するのに役立つ。
【００３６】
この目的のために、バーナーに供給される酸化剤／燃料比（ＯＦＲ）は、酸化剤については、検出される酸化の関数として制御される。酸化剤は、酸素を含む流体、例えば空気または純粋な酸素であるか、あるいは酸素リッチにされた空気および燃料である。燃料は、例えば、リリース・エネルギー（例えば天然ガス、燃料油、石炭、その他）に酸化剤に存在する酸素と反応しやすい材料を含む流体である。
【００３７】
この制御のために、バーナー（炉内に設けられ、加熱されるチャージが無い状態で、空気の取り入れの計算のために、この空気は炉雰囲気に存在するＣＯとＨ2と反応する）からＣＯおよび／またはＨ2を放出する。バーナーにおいて、炉の煙道ガスおよびバーナーの調整の特徴ある化合物間の相関関係を決定するためにいくつかの酸化剤／燃料比が測定される。したがって、各々のＯＦＲのために、バーナーが加熱される装入物が無い状態で作動するときには、煙道ガスのＣＯとＨ2の比率は公知であり、その固有のＣＯ濃度と固有のＨ2濃度と呼ばれる関係にある。これらの全てのデータは、酸化剤／燃料「Ｏ2／ＧＢ比」および他の必要なパラメータ上のバーナー・パワーＰ．に関するデータを受信するマイクロプロセッサ４１に接続されたメモリ４０（図ｌＢ）に保存される。他の必要なパラメータとは、例えばライン７を通って出てくる（ＣＯm）または（Ｈ2m）の測定値のようなものをいう。また、マイクロプロセッサ４１は、流量計１３および１４に対して制御ライン１５を介して、（ＣＯmo）または（Ｈ2mo）（または関数の）の値に比例する信号をライン４４に送り出す。煙道ガスは、種ＣＯまたはＨ2のうちの少なくとも１つ、ＣＯmまたはＨ2mと呼ばれている測定された値（煙道ガスの全ＣＯまたはＨ2濃度を示すために）のための適切な手段（例えば分析的サンプルを採取するための抽出システムまたはレーザー・ダイオード（ＣＯのための）により射出される放射の吸収を測定するための計測システム）によって連続的に分析される。
【００３８】
ＯＦＲは、（ＣＯm −ＣＯｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）差分を維持するために、または（Ｈ2m−Ｈ2ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）差分が所望レベル（ＣＯまたは金属酸化物Ｈ2セットポイント値）を下回るようにするために調整される。（異なるＣＯm−ＣＯｉｎｔｒｉｎｓｉｃまたはＨ2m−Ｈ2ｉｎｔｒｉｎｓｉｃは、炉雰囲気のアルミニウムとガスとの間の化学反応によってつくられるので、それぞれ「金属酸化物ＣＯ」（ＣＯmo）または「金属酸化物Ｈ2」（Ｈ2mo）と呼ばれている。）
本発明によれば、ＯＦＲは金属酸化物ＣＯおよび／または金属酸化物水素の算出濃度に従って制御され、これらの濃度がアルミニウムの酸化を反映する。
【００３９】
したがって、第１のサブ段階（図３）において、ＮＧ燃料流量は一定であり、酸化剤Ｏ2流量は測定されたトータルＣＯ（セットポイント値の安定化）の関数である。
【００４０】
第２のサブ段階の間において、セットポイント煙道ガスのＣＯ濃度の測定値を考慮することなく、ＮＧおよびＯ2流量がそれぞれのポイントに調整される。
【００４１】
第３のサブ段階の間において、Ｏ2流量は一定であり、ＨＧ流量は、測定されたＣＯとバーナーＯＦＲのためのバーナーの固有のＣＯ値（この値は制御システム８のメモリに保存されている）との差分として算出される化学ＣＯの関数である。
【００４２】
一般に、サブ段階（時間ｔ3およびｔ4）の変化は、関係する段階の間における炉内に噴射されたＮＧの量または酸素の量によって決定される。システムがこのことによりいかなるバーナー・シャットダウンも考慮するので、この解決は好ましいものである。
【００４３】
Ｏ2／ＮＧ容量測定比（ＯＦＲ）が１．５と３との間の範囲内に限って（Ｏ2は酸化剤およびＮＧの酸素の量がいかなる燃料も示すことを示す）保持されることが好ましい。
【００４４】
好ましくは、サブ段階１および３において、第１のサブ段階（セットポイント１）の全ＣＯセットポイントのＣＯおよび／またはＨ2、および第３のサブ段階（セットポイント２）の金属酸化物ＣＯは、パラメータ化されることができる。例えば、約３体積％のＣＯまたは水素のセットポイント値を用いることができる。
【００４５】
図４は、使用したＯＦＲ Ｏ2／ＮＧ容積測定比の関数として、煙道ガスのトータルＣＯ濃度の変化を模式的に示す特性図である。より低いＯＦＲでは、より多いＣＯがバーナーによって発生するのに対して、金属酸化物ＣＯの割り当てはトータルＣＯにおいて減少し、アルミニウムの酸化が減少することを示している。但し、トータルＣＯは増加する。
【００４６】
この結論は明らかに、本発明がどのように完全に従来技術の解決と異なるかについてを示している。その理由は、次のことにある。本発明によれば、煙道ガスのＣＯ（またはＨ2）濃度は容易にドロスの酸化およびそれゆえに量が形成した減少に増やされることができる。それによって点火の金属ロスが低減される。
【００４７】
本発明の変形例によれば、一定のＮＧ燃料流量を維持することが（逆に）可能であり、バーナーの酸化剤注入を調整することができる。これはサイクル時間を長くすることになり、アルミニウムの酸化に対して不適合である。この効果（必要なより多くの熱パワー）は、より高い酸素濃度（好ましくは８８％以上の酸素）を有する酸化剤を使用することによって補償されることができる。他の変形例（主要部としてより複雑な）は、燃料と同様に酸化剤の流量を調整することにある。
【００４８】
同様に、本発明の他の変形例（それはまた、炉への空気取り入れ口（吸気口）が低いときに、良い結果を生むことができる）によれば、バーナーによって生じる固有のＣＯおよび／またはＨ2濃度を決定する際に、およびＣＯとＨ2種のみを考慮する際に、これらの吸気口を無視することにある。
【００４９】
本発明の実施例
先ず、従来のテストの間において、熱分解中に有機化合物もＣＯもＨ2（または非常に取るに足りない量）も出さない約６５トンの材料を炉に装入する。これらの材料は、例えば、塩（ＮａＣｌまたはＫＣ１）またはエナメル、ペンキ、油などが無いアルミニウム合金である。
【００５０】
各バーナー・パワーのために、および特に名目上の溶融パワーのために、または１３ＭＷ、ＣＯm（および／またはＨ2m）濃度は概して１．５と３との間でＯＦＲ比を変えて測定される。これは、固有のＣＯ（および／またはＨ2）濃度（それは本質的に炉のバーナーおよび吸気口の調整に依存する）を与え、次の再読のためにメモリ４０の表に格納される。
【００５１】
上記の通りにチャージしている４−段階（フェーズ）の本発明の実施の間において、塩を再加熱するための最後の段階を除いて、全ての段階（フェーズ）は、３つのサブ段階（サブフェーズ）に分けられる。すなわち、有機化合物燃焼サブ段階、遷移（移行）または安定化のサブ段階、そして最後に酸化減少サブ段階である。サブ段階の変化は、燃料（ここでは天然ガス）の累積量によって決まる。使用する値は、下表において与えられ、炉の初期の審査の間に決定される。第１のサブ段階において、セットポイントＣＯmは、全ての段階（最後を除いて）の１％の値でセットされる。
【００５２】
安定化サブ段階（それは表に示すように実行に非常に不足している）において、燃料および天然ガス流量は固定された値を割り当てられ、したがってＯＦＲ比は変化しない。 １３ＭＷの公称パワーのために、天然ガス流量は１３００Ｓｍ3／ｈに設定され、かつ酸素流量は２５００Ｓｍ3／ｈに設定される。これらは全ての段階（フェーズ）のために設定される。
【００５３】
最後に、第３の酸化物減少サブ段階において、金属酸化物ＣＯ（ＣＯmo）または（Ｈ2mo）セットポイントは１．５％に設定される。
【００５４】
最後に塩を過熱する段階（フェーズ）において、安定化サブ段階（固定された流量、固定されたＯＦＲ）のパラメータが調整される。
【表１】
【００５５】
課されたパラメータの値および方法のための測定の典型的な値を上記に記載した。
【００５６】
（累積値は、上記に示したチャージ量に有効なだけである。）
多くのパラメータの関数として、特に液体アルミニウムの温度、測定されたＣＯmは、２％と１０％との間で粗く変化するのが観測される。第３のサブ段階において、その注ぎ出し温度に近い液体アルミニウムの最小の制御酸化を保証するために、アルミニウムの注ぎ出し（第２のアルミニウムの装入）前に、本発明に従う調整は最小限許容される（１．５）で、かつ高い固有ＣＯ（約８．５％〜９％まで）にバーナー率を近づけようとしている。
【００５７】
比較例（同じ炉における従来技術および本発明）
２７トンの塩および２７トンのアルミニウム廃棄物を１３ＭＷのバーナーを備えた回転炉内に装入した。その装入物を、従来法では２５００Ｓｍ3（従来技術方法）の天然ガス消費で加熱するか、または本発明方法では２５５０Ｓｍ3（本発明による方法）の天然ガス消費で加熱した。それから６５トンのアルミニウム廃棄物を再び装入して、その装入物を天然ガスの３３００Ｓｍ3（従来技術）の消費で加熱するか、または３４００Ｓｍ3（本発明）の消費で加熱した。それから３５トンのアルミニウム廃棄物を再び装入して、その装入物を天然ガスの４６００Ｓｍ3（従来技術）の消費で加熱するか、または４７５０Ｓｍ3（本発明）の消費で加熱した。それから９８トンのアルミニウムを注ぎ出し（従来技術）、また９９トンのアルミニウムを注ぎ出した（本発明）。それから炉内にある塩およびドロスを天然ガスの５３５０Ｓｍ3（従来技術）の消費で加熱するか、または５５００Ｓｍ3（本発明）の消費で加熱した。最後に、炉内に残留するアルミニウムを注ぎ出した。残留アルミニウムの注ぎ出し量は、従来技術および本発明ともに９トンであった。
【００５８】
バーナーの燃焼は、スタック（ＣＯm ）のダクト上に取り付けられたレーザー・ダイオードによって測定されたＣＯの分析により本発明に従って制御された。
【００５９】
従来技術では、酸化剤／燃料比を一定に保ち、これにより温度が制御される場合、このことにより粗くトータルＣＯを一定に保持しておく。
【００６０】
以下の結果は、それから得られたものである（前の適用の本発明の結果）。
【表２】
【００６１】
本発明を実施するこのケースで必要とする追加の燃料の１５０Ｓｍ3が回復されたアルミニウムの値と比べてかなり軽微な余分のコストが現われる。
【００６２】
特定の種類の有機物質の高い濃度を有するチャージのために、第１のサブ段階（有機化合物の燃焼）の間において回復されるエネルギーが第３のサブ段階のために必要な追加の燃料を補償するのに役立つと言及することはまた、重要である。その結果、サイクルの総消費が初期の方法のそれと比べて同等であるか又は低くさえなる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１Ａ】図１Ａは単一のバーナーを備える炉の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは煙道ガスの分析およびバーナーの制御を示すブロック図である。
【図２】図２はＣＯの模式的なプロット線および、規則のない従来技術に従って、回転する炉の２つの連続したアルミニウム溶解の間の時間の関数としてのＨ2濃度を形どる（ＣＯ）および／または（Ｈ2）を示す特性線図である。
【図３】図３は時間の関数として（ＣＯ）および／または（Ｈ2）の変化を示し、本発明の方法の３つのフェーズ（またはサブフェーズ）を例示しているグラフである。
【図４】図４はバーナーのＯ2／ＮＧ体積比の関数として、炉に関連するバーナーの金属酸化物一酸化炭素および固有の一酸化炭素ではあるが、各アルミニウム溶解の最終段階（ファイナル・フェーズ）の間には金属が無い、測定一酸化炭素濃度（ＣＯm ）の変化を示す特性線図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムおよび任意に１つ又はそれ以上の塩を含有する材料を炉内に装入し、この材料は酸化剤および燃料を供給される少なくとも１つのバーナーを用いる熱の入力によって溶融され、特にアルミナおよび少なくとも１つの塩を有するスラグで任意に覆われたアルミニウム溶湯を得るために、炉雰囲気中または炉から出ている燃料ガス中の一酸化炭素ＣＯmおよび／または水素Ｈ2mの濃度を測定する炉内アルミニウム処理方法において、
少なくとも１つのバーナーに供給される酸化剤が酸素を１０体積％以上、好ましくは２１体積％以上を含有し、
前記酸化剤の流量が実質的に一定になる間にアルミニウム溶湯の酸化が減少する最終段階で、少なくとも１つのバーナーに噴射される燃料の流量が前記雰囲気中または煙道ガス中の金属酸化物一酸化炭素ＣＯmoおよび／または金属酸化物水素Ｈ2moの濃度に従って選択されるか又はその逆に前記濃度が前記燃料流量に従って選択され、この金属酸化物一酸化炭素ＣＯmoおよび／または金属酸化物水素Ｈ2moの濃度は、前記炉内にチャージがないことを除いては、前記測定された種濃度と固有ＣＯとの間の差分として、または前記少なくとも１つのバーナーを持つ炉内の燃料と酸化剤との燃焼によって生じるＨ2種濃度として算出されることを特徴とする炉内アルミニウム処理方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
前記酸化剤は、Ｏ2を８８体積％以上、好ましくは９５体積％以上を含有する。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項の方法において、
前記酸化剤は、工業的に純粋な酸素である。
【請求項４】
請求項１の方法において、
前記燃料は、天然ガス、炭化水素および軽燃料油又は重燃料油のうちから選択される。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項の方法において、
燃料に対する酸素の体積測定率が１および５の間に、好ましくは１．５および３の間に維持される。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項の方法において、
前記酸化減少段階の期間中はずっと金属酸化物一酸化炭素（ＣＯmo）および／または金属酸化物水素（Ｈ2mo）の濃度が１％および８％の間の値、好ましくは２％および５％の間の値、より好ましくは約３％の値に実質的に一定に保たれる。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項の方法において、
前記酸化減少段階は、材料内に存在する全ての有機物が熱分解によって実質的に破壊される間に、炭化水素燃焼段階により先導される。
【請求項８】
請求項７の方法において、
（ＣＯ）mおよび／または（Ｈ2）mの測定値が課されたセットポイント値に安定するときに、前記炭化水素燃焼段階が終了する。
【請求項９】
請求項７又は８のいずれか１項の方法において、
前記安定化段階では測定された（ＣＯ）mおよび／または（Ｈ2）m濃度が一定値に落ち着き、その間に前記バーナー内の酸化剤の流量が実質的に一定になる。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項の方法において、
前記アルミニウム酸化減少段階では前記炉内へのアルミニウム含有材料の新たなチャージの再装入を終わらせる。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項の方法において、
前記（ＣＯ）mはレーザー・ダイオードを使用して測定される。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちの少なくとも１項の方法に従って、前記炉の少なくとも１つのバーナーの燃焼を制御するためにアルミニウム炉内のＣＯを測定するレーザー・ダイオードの使用。
【請求項１】
アルミニウムおよび任意に１つ又はそれ以上の塩を含有する材料を炉内に装入し、この材料は酸化剤および燃料を供給される少なくとも１つのバーナーを用いる熱の入力によって溶融され、特にアルミナおよび少なくとも１つの塩を有するスラグで任意に覆われたアルミニウム溶湯を得るために、炉雰囲気中または炉から出ている燃料ガス中の一酸化炭素ＣＯmおよび／または水素Ｈ2mの濃度を測定する炉内アルミニウム処理方法において、
少なくとも１つのバーナーに供給される酸化剤が酸素を１０体積％以上、好ましくは２１体積％以上を含有し、
前記酸化剤の流量が実質的に一定になる間にアルミニウム溶湯の酸化が減少する最終段階で、少なくとも１つのバーナーに噴射される燃料の流量が前記雰囲気中または煙道ガス中の金属酸化物一酸化炭素ＣＯmoおよび／または金属酸化物水素Ｈ2moの濃度に従って選択されるか又はその逆に前記濃度が前記燃料流量に従って選択され、この金属酸化物一酸化炭素ＣＯmoおよび／または金属酸化物水素Ｈ2moの濃度は、前記炉内にチャージがないことを除いては、前記測定された種濃度と固有ＣＯとの間の差分として、または前記少なくとも１つのバーナーを持つ炉内の燃料と酸化剤との燃焼によって生じるＨ2種濃度として算出されることを特徴とする炉内アルミニウム処理方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
前記酸化剤は、Ｏ2を８８体積％以上、好ましくは９５体積％以上を含有する。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項の方法において、
前記酸化剤は、工業的に純粋な酸素である。
【請求項４】
請求項１の方法において、
前記燃料は、天然ガス、炭化水素および軽燃料油又は重燃料油のうちから選択される。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項の方法において、
燃料に対する酸素の体積測定率が１および５の間に、好ましくは１．５および３の間に維持される。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項の方法において、
前記酸化減少段階の期間中はずっと金属酸化物一酸化炭素（ＣＯmo）および／または金属酸化物水素（Ｈ2mo）の濃度が１％および８％の間の値、好ましくは２％および５％の間の値、より好ましくは約３％の値に実質的に一定に保たれる。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項の方法において、
前記酸化減少段階は、材料内に存在する全ての有機物が熱分解によって実質的に破壊される間に、炭化水素燃焼段階により先導される。
【請求項８】
請求項７の方法において、
（ＣＯ）mおよび／または（Ｈ2）mの測定値が課されたセットポイント値に安定するときに、前記炭化水素燃焼段階が終了する。
【請求項９】
請求項７又は８のいずれか１項の方法において、
前記安定化段階では測定された（ＣＯ）mおよび／または（Ｈ2）m濃度が一定値に落ち着き、その間に前記バーナー内の酸化剤の流量が実質的に一定になる。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項の方法において、
前記アルミニウム酸化減少段階では前記炉内へのアルミニウム含有材料の新たなチャージの再装入を終わらせる。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項の方法において、
前記（ＣＯ）mはレーザー・ダイオードを使用して測定される。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちの少なくとも１項の方法に従って、前記炉の少なくとも１つのバーナーの燃焼を制御するためにアルミニウム炉内のＣＯを測定するレーザー・ダイオードの使用。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００６−５２５４２８（Ｐ２００６−５２５４２８Ａ）
【公表日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０５８６４（Ｐ２００６−５０５８６４）
【出願日】平成１６年３月３０日（２００４．３．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／０５０１３４
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９９４５３
【国際公開日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（５９１０３６５７２）レール・リキード−ソシエテ・アノニム・ア・ディレクトワール・エ・コンセイユ・ドゥ・スールベイランス・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード (438)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年３月３０日（２００４．３．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／０５０１３４
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９９４５３
【国際公開日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（５９１０３６５７２）レール・リキード−ソシエテ・アノニム・ア・ディレクトワール・エ・コンセイユ・ドゥ・スールベイランス・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード (438)
【Ｆターム（参考）】
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