蒸発亜鉛回収装置
【課題】スクラップを収容するスクラップ収容室を大気圧状態から高真空状態にする必要がなく、運転時間を短縮させるのに有利な蒸発亜鉛回収装置を提供することを課題とする。
【解決手段】蒸発亜鉛回収装置は、蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容するスクラップ収容室１０をもつ炉体１と、スクラップ収容室１０よりも低温に維持されスクラップ収容室１０から流れた亜鉛蒸気を凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる第１冷却室２０と亜鉛微粒子を捕集する第１捕集部２３とをもつ第１冷却部２と、第１冷却室２０よりも低温に維持され第１冷却室２０から流れたガスを冷却させつつ通過させる第２冷却室３０と亜鉛微粒子を捕集する第２捕集部３３とをもつ第２冷却部３と、スクラップ収容室１０に供給した非酸化性ガスをキャリアガスとして、スクラップ収容室１０、第１冷却室２０および第２冷却室３０の順に流すキャリアガス供給源６とを有する。
【解決手段】蒸発亜鉛回収装置は、蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容するスクラップ収容室１０をもつ炉体１と、スクラップ収容室１０よりも低温に維持されスクラップ収容室１０から流れた亜鉛蒸気を凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる第１冷却室２０と亜鉛微粒子を捕集する第１捕集部２３とをもつ第１冷却部２と、第１冷却室２０よりも低温に維持され第１冷却室２０から流れたガスを冷却させつつ通過させる第２冷却室３０と亜鉛微粒子を捕集する第２捕集部３３とをもつ第２冷却部３と、スクラップ収容室１０に供給した非酸化性ガスをキャリアガスとして、スクラップ収容室１０、第１冷却室２０および第２冷却室３０の順に流すキャリアガス供給源６とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクラップに付着している亜鉛を回収する蒸発亜鉛回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容する真空室をもつ炉体と、真空室を加熱する加熱手段と、真空室の気体を排気させる排気口と、真空室に着脱可能に配置された回収箱とを有する亜鉛回収用の真空処理炉が開示されている。このものによれば、真空室を高真空状態にすれば、沸点以下であっても、亜鉛の蒸発量が飛躍的に増加することに着目している。そして、スクラップを収容した真空室を加熱することにより、真空室に配置されたスクラップに付着されている亜鉛を亜鉛粒子として真空室において蒸発させ、生成させた亜鉛粒子を回収箱に回収させることにしている。
【０００３】
特許文献２には、真空室をもつ真空容器と、真空容器の真空室に配置された誘導溶解炉と、誘導溶解炉の上方に配置された回転可能な円板とを有する蒸発亜鉛回収装置が開示されている。このものによれば、誘導溶解炉に収容したスクラップを溶融して溶銑とすると共に、スクラップに含まれていた亜鉛を蒸発させ、亜鉛粒子として円板に付着させる。その後、亜鉛粒子が付着した円盤を下降させて誘導溶解炉に接近させ、溶銑の熱で亜鉛粒子を融解し、融解した亜鉛を円板の回転で飛ばして捕集樋に捕集させる。
【特許文献１】特開平６−２８７６５８号公報
【特許文献２】特開平７−３４１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記した特許文献１に係る技術によれば、スクラップに付着している亜鉛から蒸発した亜鉛蒸気を亜鉛粒子として回収することができ、産業上有用である。しかしながらスクラップを収容する真空室を大気圧状態から高真空状態にする必要があり、運転時間が長くなる問題がある。特許文献２に係る技術についても、スクラップを収容する真空室を大気圧状態から高真空状態にする必要があり、運転時間が長くなる問題がある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、スクラップを収容するスクラップ収容室を大気圧状態から高真空状態にする必要がなく、運転時間を短縮させるのに有利な蒸発亜鉛回収装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
様相１に係る蒸発亜鉛回収装置は、（ｉ）蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容すると共に６００℃以上に加熱され加熱に伴い前記スクラップの前記亜鉛から亜鉛蒸気を生成させるスクラップ収容室をもつ炉体と、（ｉｉ）前記スクラップ収容室よりも低温に維持され前記スクラップ収容室から流れた前記亜鉛蒸気を凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる第１冷却室と、前記第１冷却室で凝縮された前記亜鉛微粒子を捕集する第１捕集部とをもつ第１冷却部と、（ｉｉｉ）前記第１冷却室よりも低温に維持され前記第１冷却室から流れたガスを冷却させつつ通過させる第２冷却室と、前記第２冷却室で生成または沈下した前記亜鉛微粒子を捕集する前記第２捕集部とをもつ第２冷却部と、（ｉｖ）前記スクラップ収容室に供給した非酸化性ガスを、前記亜鉛蒸気および／または前記亜鉛微粒子を運ぶキャリアガスとして、前記スクラップ収容室、前記第１冷却室および前記第２冷却室の順に流すキャリアガス供給源とを具備することを特徴とする。
【０００７】
蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップが、炉体のスクラップ収容室に収容される。スクラップ収容室は６００℃以上に加熱される。またキャリアガス供給源は、キャリアガスとして非酸化性ガスをスクラップ収容室に供給する。従ってスクラップ収容室が加熱されたとしても、スクラップの酸化は抑制され、スクラップに付着している亜鉛の酸化が抑制される。仮に亜鉛が酸化すると、沸点が過剰に高温化し、単位時間当たりの蒸発量が過少となり、更に、純度が高い金属亜鉛の微粒子が得られない。上記したようにキャリアガスは非酸化性ガスであり、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが例示される。このためスクラップ収容室の酸素濃度が低下し、亜鉛蒸気および／または亜鉛微粒子の酸化が抑えられる。スクラップ収容室における酸素濃度としては、５モル％以下、３モル％以下、更には１モル％以下、０．５モル％以下が好ましい。
【０００８】
本発明において、亜鉛微粒子とは、亜鉛蒸気を含む蒸気が凝縮して生成された微粒子を意味する。亜鉛微粒子の形状、サイズは特に限定されない。亜鉛微粒子は亜鉛の純度が高い方が好ましい。なお、亜鉛微粒子は、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下であることが好ましい。
【０００９】
スクラップ収容室が非酸化性雰囲気の状態において、スクラップ収容室が加熱されると、スクラップに付着している亜鉛から亜鉛蒸気がスクラップ収容室において次第に生成される。スクラップ収容室に供給された非酸化性ガスは、スクラップ収容室の亜鉛蒸気および／または亜鉛微粒子を下流に向けて搬送させるキャリアガスとして機能し、第１捕集部を有する第１冷却部、第２捕集部を有する第２冷却部に亜鉛蒸気および／または亜鉛微粒子を運ぶ。このようにキャリアガスは、スクラップ収容室、第１冷却部の第１冷却室および第２冷却部の第２冷却室の順に流れる。
【００１０】
ここで、第１冷却室はスクラップ収容室よりも低温に維持されている。このため、スクラップ収容室から流れた亜鉛蒸気は第１冷却室において凝縮し、亜鉛微粒子を生成させる。第１冷却室で凝縮されて生成された亜鉛微粒子は、第１冷却部の第１捕集部で捕集される。第２冷却室は、第１冷却室よりも低温に維持される。第２冷却室は、第１冷却室から流れたガスを冷却させつつこれの下流に向けて通過させる。第２冷却室で生成または沈下した亜鉛微粒子は、第２冷却部の第２捕集部で捕集される。あるいは、第１冷却室で凝縮されなかった亜鉛蒸気は、第２冷却室で凝縮して亜鉛微粒子となり、第２冷却部の第２捕集部で捕集される。なお、第１冷却室は空冷構造でも良いし、水冷構造でも良い。第２冷却室は空冷構造でも良いし、水冷構造でも良い。
【００１１】
本様相によれば、スクラップ収容室において生成された亜鉛蒸気は、キャリアガスと共に第１冷却室に搬送されて亜鉛微粒子として冷却され、第１冷却室の第１捕集部で亜鉛微粒子として捕集される。
【００１２】
様相２に係る蒸発亜鉛回収装置によれば、上記様相において、第１冷却室は、第１冷却室に流入したキャリアガスの流速を、第１冷却室への流入直前の流速よりも低下させる流速低下促進部材を有することを特徴とする。流速低下促進部材は、第１冷却室に流入したキャリアガスの流速を、第１冷却室への流入直前の流速よりも低下させる。流速低下促進部材の構造としては、キャリアガスの流速を低下させることができるものであれば、特に限定されず、キャリアガスを衝突させる構造、迷路構造を採用できる。
【００１３】
様相３に係る蒸発亜鉛回収装置によれば、上記様相において、第２冷却室の流路断面積は、第２冷却室を流れるキャリアガスの流速を第１冷却室を流れるキャリアガスの流速よりも増加させるように、第１冷却室の流路断面積よりも小さく設定されており、第２冷却室はキャリアガスの流速を増加させる流速増加室とされていることを特徴とする。この場合、第２冷却室の流路断面積は、第１冷却室の流路断面積よりも小さく設定されている。このため、第２冷却室を流れるキャリアガスの流速は、第１冷却室を流れるキャリアガスの流速よりも増加する。このように第２冷却室はキャリアガスの流速を増加させる流速増加室とされている。第２冷却室の冷却構造は空冷構造でも良いし、水冷構造でも良い。第２冷却室を流れるキャリアガスの流速は、第１冷却室を流れるキャリアガスの流速よりも速いため、第２冷却室を流れるキャリアガスの冷却能を高めるためには、空冷よりも冷却速度が相対的に速い水冷が好ましい。
【００１４】
様相４に係る蒸発亜鉛回収装置によれば、上記様相において、第２冷却室の下流には、亜鉛微粒子とキャリアガスとを遠心力に基づいて分離させる遠心分離室が設けられていることを特徴とする。遠心分離室は、遠心力に基づいて亜鉛微粒子を捕集するために、遠心分離した亜鉛微粒子を捕集する第３捕集部を有することが好ましい。本様相によれば、流速増加室として機能する第２冷却室の下流には遠心分離室が設けられている。遠心分離室では、遠心分離室を流れるキャリアガスの流速が速い方が、亜鉛微粒子に与える遠心力を増加でき、遠心分離性が高い。上記したように第２冷却室（流速増加室として機能）で流速を高めたキャリアガスを遠心分離室に供給すれば、遠心分離室における遠心分離性を高めることができ、遠心分離室における亜鉛微粒子の捕獲性を高めることができる。
【００１５】
様相５に係る蒸発亜鉛回収装置によれば、上記様相において、第２冷却室の下流には、濾過フィルタを有する集塵部が設けられていることを特徴とする。濾過フィルタは、第１捕集部および第２捕集部で捕集されなかった亜鉛微粒子を捕集する。第１濾過フィルタは一般的には耐熱性が低いことが多い。このため高温のキャリアガスを集塵部に直接供給すれば、濾過フィルタの熱劣化を促進させる。このため第１冷却室で冷却され更に第２冷却室で冷却されることにより低温化されたキャリアガスを集塵部に供給すれば、濾過フィルタの熱劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スクラップに付着している亜鉛から蒸発した亜鉛蒸気を亜鉛微粒子として回収することができる。更に本発明によれば、スクラップを収容するスクラップ収容室を大気圧状態から高真空状態にする必要がないため、亜鉛回収に要する運転時間を短縮させることができる。
【００１７】
また、従来技術のように蒸発した亜鉛微粒子を真空中において凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる方式では、凝縮で生成した亜鉛微粒子間が高真空であるため、クーロン力等の影響で亜鉛微粒子同士が凝集し易く、亜鉛粒子のサイズが増大するおそれが高い。更に、高真空状態は、亜鉛蒸気または亜鉛微粒子を浮遊させる浮力が極めて小さいか無いため、亜鉛蒸気または凝縮した亜鉛粒子が直ぐに落下し易く、亜鉛蒸気または亜鉛粒子を捕集部まで搬送させるのが容易ではない。この場合、亜鉛粒子の回収効率が低下するばかりか、回収される亜鉛粒子のサイズが一層増大するおそれがある。
【００１８】
この点本発明によれば、凝縮で生成した亜鉛微粒子をキャリアガスで搬送させるため、亜鉛蒸気または亜鉛微粒子を捕集部まで搬送させることができ、更には、亜鉛微粒子間に存在するキャリアガスにより亜鉛微粒子同士の過剰接近を抑制でき、ひいては亜鉛微粒子同士の過剰凝集を抑制できる。従って、回収される亜鉛微粒子のサイズの微細化に一層貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図１を参照しつつ説明する。図１に示すように、蒸発亜鉛回収装置は、スクラップ収容室１０をもつ炉体１と、第１冷却室２０をもつ第１冷却部２と、第２冷却室３０をもつ第２冷却部３と、遠心分離室４０をもつ遠心分離部４と、集塵室５０をもつ集塵部５とを下流に向けて直列に順に配置して形成されている。
【００２０】
キャリアガス供給源６は、スクラップ収容室１０に供給した非酸化性ガスを、キャリアガスとして、スクラップ収容室１０、第１冷却室２０、第２冷却室３０、遠心分離室４０および集塵室５０の順に流す。なお、集塵室５０には、非酸化性ガスと共に、非酸化性ガス以外のガス（例えば空気）を流すようにしても良い。キャリアガスは、亜鉛蒸気および／または亜鉛微粒子をスクラップ収容室１０からこれの下流に向けて運ぶことができる。キャリアガス供給源６は、非酸化性ガスが装填されたガスタンク６０と、ガスタンク６０とスクラップ収容室１０とを連通させるガス連通路６１と、ガス連通路６１を開閉させるバルブ６２とを備えている。
【００２１】
上記したキャリアガスは、アルゴンガス、窒素ガスが例示されるが、コスト等を考慮すると、窒素ガスが好ましい。従って、スクラップ収容室１０、第１冷却室２０、第２冷却室３０、遠心分離室４０および集塵室５０は、非酸化性雰囲気（窒素ガス雰囲気）とされている。スクラップ収容室１０の内圧は大気圧程度とされている。大気圧を１気圧とすると、スクラップ収容室１０は１．０〜２気圧、１．０〜１．５気圧、殊に１．０〜１．３気圧、１．０〜１．１気圧程度とされている。
【００２２】
炉体１の外側に配置されている加熱装置１１（燃焼バーナ）により、スクラップ収容室１０は加熱される。スクラップ収容室１０は、蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容すると共に６００℃以上に加熱される。具体的には８５０〜９００℃に加熱される。加熱に伴い、スクラップ収容室１０のスクラップの亜鉛から亜鉛蒸気をスクラップ収容室１０の非酸化性雰囲気において生成させる。この場合、亜鉛の酸化亜鉛化は抑えられる。なお、スクラップ収容室１０の上部および第１冷却室２０の上部は、第１連通路２９で連通されている。
【００２３】
図１に示すように、第１冷却部２は、第１冷却室２０を形成する第１筐体２２と、第１冷却室２０で凝縮された亜鉛微粒子を捕集する第１捕集部２３とをもつ。第１捕集部２３は第１冷却室２０の下部に形成されており、邪魔板部材２４の突出部２４ｘが仕切板２３ｍを超えて第１捕集部２３に向けて延設されており、亜鉛微粒子を第１捕集部２３に落下させ易くしている。ここで、第１冷却室２０は、外気に放熱させる空冷構造とされており、冷却速度は水冷よりも遅い。
【００２４】
第１冷却室２０はスクラップ収容室１０よりも低温に維持される。すなわち、第１冷却室２０の温度Ｔ１は２５０〜５５０℃、３００〜５００℃、殊に３００〜４００℃となるように、スクラップ収容室１０の加熱温度、キャリアガスの単位時間あたり流量、第１冷却室２０の放熱面積が設定されている。このため、スクラップ収容室１０から流れた亜鉛蒸気は、第１冷却室２０において凝縮して固相化し、亜鉛微粒子を第１冷却室２０において生成させる。
【００２５】
第１冷却室２０は、複数の流速低下促進部材として機能する邪魔板部材２４を有し、亜鉛蒸気を含むキャリアガスを曲走させるように曲走流路２５を形成する。第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速をＶｆとし、第１冷却室２０への流入直前の流速をＶｉとする。邪魔板部材２４の邪魔板作用により、キャリアガスの流速Ｖｆを流速Ｖｉよりも低下させることができる（Ｖｆ＜Ｖｉ）。邪魔板部材２４の構造は、キャリアガスの流速Ｖｆを流速Ｖｉよりも低下させることができるものであれば、特に限定されず、キャリアガスを衝突させる構造、迷路構造を採用できる。このように第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆを減速させるため、第１冷却室２０における亜鉛蒸気の凝縮時間が良好に確保され、第１冷却室２０において亜鉛微粒子を生成させる時間が良好に確保される。従って、第１冷却部２の第１捕集部２３における捕集効率が良好に確保される。
【００２６】
なお、亜鉛蒸気を凝縮させるにあたり、邪魔板部材２４への衝突作用が亜鉛微粒子生成のトリガーとして機能でき、亜鉛蒸気を凝縮させる凝縮作用を促進させることが期待される。第１冷却室２０で凝縮されて生成された亜鉛微粒子は、落下して第１冷却部２の第１捕集部２３で捕集される。
【００２７】
第２冷却部３は、第２冷却室３０および通水室３１を形成する第２筐体３２と、第２冷却室３０で沈下した亜鉛微粒子を捕集する第２捕集部３３とをもつ。第１冷却室２０の上部と第２冷却室３０の上部とは、第２連通路３９で連通されている。第２捕集部３３は第２冷却室３０の下部に形成されている。第２冷却室３０は、第１冷却室２０よりも低温に維持される。すなわち、第２冷却室３０の温度Ｔ２は７０〜２８０℃、７０〜２００℃、殊に７０〜１００℃となるように、スクラップ収容室１０の加熱温度、キャリアガスの単位時間あたり流量、第２冷却室３０の容積、通水室３１に流す単位時間当たりの通水量が設定されている。第２冷却室３０は、第１冷却室２０から流れたガスを冷却させつつこれの下流に向けて通過させる。第２冷却室３０で沈下した亜鉛微粒子は、第２冷却部３の第２捕集部３３で捕集される。あるいは、第１冷却室２０で凝縮されなかった亜鉛蒸気は、第２冷却室３０において凝縮して亜鉛微粒子となり、第２冷却部３の第２捕集部３３で捕集される。
【００２８】
ここで、第２冷却室３０を流れるキャリアガスの流速Ｖｓを第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆよりも増加させるように、第２冷却室３０の流路断面積は、第１冷却室２０の流路断面積よりも小さく設定されている。従って、第２冷却室３０は、キャリアガスの流速を増加させる流速増加室とされている。この場合、第２冷却室３０の流路断面積Ｓ２は、第１冷却室２０の流路断面積Ｓ１よりも小さく設定されている（Ｓ２＜Ｓ１）。Ｓ２／Ｓ１＝０．９５〜０．４程度、０．９〜０．６程度、０．８〜０．７程度にできる。但しこれに限定されるものではない。
【００２９】
上記したように第２冷却室３０を流れるキャリアガスの流速Ｖｓは、第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆよりも速い。このため、キャリアガスの冷却能力を高めるため、第２冷却室３０の冷却構造は、空冷よりも冷却速度が速い水冷が好ましい。従って、通水室３１は第２冷却室３０に隣設している。第２冷却室３０のうち第２捕集部３３の上方には、流路断面積が増加する拡径流路３８が形成されている。拡径流路３８においてキャリアガスの流速が低下するため、亜鉛微粒子が第２捕集部３３に落下して捕集され易くなる。
【００３０】
遠心分離部４は、遠心分離室４０を形成する筐体４１と、遠心分離室４０に配置されたサイクロン４２と、第３捕集部４３とを有する。第２冷却室３０の上部と遠心分離室４０の上部とは、第３連通路４９で連通されている。第３捕集部４３は筐体４１の下部に形成されており、遠心分離された亜鉛微粒子が第３捕集部４３に沈下する。遠心分離室４０では、遠心分離室４０を流れるガスの流速が速い方が、亜鉛微粒子に作用する遠心力が大きく、遠心分離性が高いといえる。上記したように流速増加室として機能する第２冷却室３０で流速を高めたキャリアガス（亜鉛微粒子を含有）を遠心分離室４０に供給すれば、遠心分離室４０における遠心分離性を高めることができる。故に、遠心分離室４０における亜鉛微粒子の捕獲性を高めることができる利点が得られる。
【００３１】
集塵部５は、集塵室５０をもつ筐体５１と、筐体５１内に配置された濾過フィルタ５２と、筐体５１の下部に配置された第４捕集部５３と、集塵室５０内を吸引させる吸引ポンプ５４（吸引要素）とをもつ。吸引ポンプ５４は、蒸発亜鉛回収装置において第１冷却部２、第２冷却部３および遠心分離部４よりも下流側に配置されており、この結果、スクラップ収納室１０内のキャリアガスを第１冷却部２、第２冷却部３、遠心分離部４、集塵部５を順に移動させ得るようにされている。遠心分離室４０の上部と集塵室５０とは第４連通路５９で連通されている。濾過フィルタ５２は亜鉛微粒子を捕集できるものであり、ガスを透過可能な樹脂または布などを母材としている。濾過フィルタ５２は、第１捕集部２３、第２捕集部３３および第３捕集部４３で捕集されなかった亜鉛微粒子を捕集する。濾過フィルタ５２は樹脂または布などを母材としており、一般的には耐熱性が低いことが多い。このため高温のキャリアガスを集塵部５に直接供給すれば、濾過フィルタ５２の熱劣化を促進させる。このため第１冷却室２０で冷却され更に第２冷却室３０で冷却されたキャリアガスの温度はかなり低くなっている。このように低温化されたキャリアガスを集塵部５に供給すれば、濾過フィルタ５２の熱劣化を抑制することができる。
【００３２】
使用方法について説明する。蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップが、炉体１のスクラップ収容室１０に収容される。スクラップとしては、亜鉛めっき層が鋼板の表面に被覆された亜鉛めっき鋼板の廃棄材が例示される。炉体１のスクラップ収容室１０は６００℃以上に加熱される。加熱温度の上限は１１００℃、１２００℃以下が好ましい。亜鉛蒸気の生成を考慮すると、スクラップ収容室１０の加熱温度は、７００〜１２００℃、７５０〜１１００℃、８５０〜９００℃が好ましい。加熱に伴い、スクラップに付着していた亜鉛から亜鉛蒸気がスクラップ収容室１０において次第に生成される。
【００３３】
スクラップ収容室１０の内圧が大気圧程度となるように、吸引ポンプ５４が吸引作動しているため、亜鉛蒸気はキャリアガスにより第１冷却室２０に運ばれ、邪魔板部材２４に衝突しつつ冷却室２０により冷却され、凝縮して亜鉛微粒子を生成させる。更にキャリアガスは第２冷却室３０、遠心分離室４０を順に流れ、集塵部５に至る。第１冷却室２０において沈下した亜鉛微粒子は、第１捕集部２３にて捕集される。第２冷却室３０において沈下した亜鉛微粒子は、第２捕集部３３にて捕集される。遠心分離室４０において沈下した亜鉛微粒子は、第３捕集部４３にて捕集される。集塵部５において沈下した亜鉛微粒子は、第４捕集部５３にて捕集される。
【００３４】
第１捕集部２３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ１とし、第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ２とし、第３捕集部４３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ３とし、第４捕集部５３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ４とすると、測定データによれば、一般的には、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４の関係とされる。粒子径が大きい方が、重力により沈下し易いためと考えられる。
【００３５】
以上説明したように本実施形態によれば、スクラップに付着している亜鉛から蒸発した亜鉛蒸気を亜鉛微粒子として回収することができる。更に従来技術とは異なり、スクラップを収容するスクラップ収容室１０を大気圧状態から高真空状態にする必要がなく、運転時間を短縮させることができる。また、従来技術とは異なり、本装置は高真空状態を作り出す必要がないことから、メンテナンス性及びランニング低コスト性に優れている。
【００３６】
また、上記した従来技術のように蒸発した亜鉛微粒子を真空中において凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる方式では、凝縮で生成した亜鉛微粒子間が高真空であるため、亜鉛微粒子同士が凝集するおそれがある。この場合、亜鉛粒子のサイズが増大するおそれが高い。更に、真空は浮力が極めて小さいか、無いため、亜鉛蒸気、凝縮した亜鉛粒子が捕集部まで搬送されず、直ぐに落下してしまう。この場合においても亜鉛粒子が粗大化して、亜鉛粒子のサイズが増大するおそれがある。この点本発明によれば、凝縮で生成した亜鉛微粒子間にキャリアガスが存在しているため、亜鉛微粒子同士の過剰接近が抑制され、ひいては亜鉛微粒子同士の凝集が抑制される。この場合、亜鉛微粒子のサイズの微細化に貢献することができる。更にキャリアガスは亜鉛蒸気または亜鉛微粒子を浮遊させる浮力を有する。このため、亜鉛微粒子を捕集部２３，３３，４３まで搬送させることができ、回収効率を高めることができる。
【００３７】
（試験例）
上記した回収装置を用い、実際に試験した。この場合、スクラップ収容室１０の容積を約３ｍ３とした。スクラップ収容室１０に収容したスクラップは、亜鉛鋼板（亜鉛含有量：０．８質量％）の廃棄材であり、４５〜６０ｋｇとした。スクラップ収容室１０の加熱温度は約９００℃とした。スクラップ収容室１０へのキャリアガス（窒素ガス）の供給流量は３ｍ３／時間とした。スクラップ収容室１０の内圧は大気圧程度とした。第１連通路２９、第１冷却室２０、第２冷却室３０、第３冷却室４０の温度を温度センサで測定したところ、第１連通路２９の温度Ｔ０は５００℃以上（８５０℃未満）であり、第１冷却室２０の温度Ｔ１は３００〜４００℃であった。第２冷却室３０の温度Ｔ２は７０〜１００℃であった。第３冷却室４０の温度Ｔ３は５０〜７０℃であった。スクラップ収容室１０の雰囲気は窒素ガスであり、その酸素濃度は０．１モル％であり、スクラップ収容室１０は非酸化性雰囲気であった。
【００３８】
第１捕集部２３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ１とし、第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ２とし、第３捕集部４３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ３とし、第４捕集部５３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ４とすると、測定データによれば、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４の関係とされていた。具体的には、第１捕集部２３で捕集した亜鉛微粒子の平均径は４〜５マイクロメートル、第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の平均径は２〜３マイクロメートル、第３捕集部４３で捕集した亜鉛微粒子の平均径は１〜２マイクロメートル、第４捕集部５３で捕集した亜鉛微粒子の平均径は１マイクロメートル未満であった。
【００３９】
更に、第１捕集部２３で捕集した亜鉛微粒子の捕集量をＷ１とし、第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の捕集量をＷ２とし、第３捕集部４３で捕集した亜鉛微粒子の捕集量をＷ３とすると、測定データによれば、Ｗ２＞Ｗ１の関係，Ｗ２＞Ｗ３の関係であった。このように第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の捕集量が最も大きかった。これは、第１冷却部２の第１冷却室２０は亜鉛蒸気を凝縮させる凝縮室として機能しているため、凝縮室に隣設する下流に相当する第２冷却室３０の第２捕集部３３の捕集量が増加しているためと推察される。
【００４０】
（実施形態２）
図２は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第１冷却室２０には邪魔板部材２４が設けられていない。第１冷却室２０における流路断面積は、第２冷却室３０における流路断面積よりも大きく設定されている。第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆを、第１冷却室２０への流入直前の流速Ｖｉよりも低下させる（Ｖｆ＜Ｖｉ）。このように第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆを低下させるため、第１冷却室２０において亜鉛蒸気から亜鉛微粒子を凝縮させるのに必要とされる時間を良好に確保することができる。ひいては、第１冷却室２０において亜鉛微粒子を生成させる時間を確保することができる。
【００４１】
（実施形態３）
図３は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第１冷却部２および第２冷却部３が設けられているものの、遠心分離部４は設けられていない。遠心分離部４の第４捕集部４３で捕集されるはずの亜鉛微粒子は、集塵部５の第４捕集部５３で捕集される。
【００４２】
（実施形態４）
図４は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第１冷却部２および第２冷却部３が設けられているものの、第１冷却部２および第２冷却部３の双方は、外気で冷却される空冷構造とされている。第２冷却部３は空冷性を高める複数の空冷フィン３ｅをもつ。
【００４３】
（実施形態５）
図５は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第１冷却部２および第２冷却部３が設けられており、第１冷却部２および第２冷却部３は水冷構造とされており、第１冷却部２は通水室２１をもち、第２冷却部３は通水室３１をもつ。
【００４４】
（他の実施形態）
スクラップとして亜鉛めっき鋼板が用いられているが、これに限らず、亜鉛系の鋳物でも良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明はスクラップに付着している亜鉛を回収する分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態１に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【図２】実施形態２に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【図３】実施形態３に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【図４】実施形態４に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【図５】実施形態５に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１は炉体、１０はスクラップ収容室、２は冷却部、２０は第１冷却室、２１は通水室、２３は第１捕集部、３は冷却部、３０は第１冷却室、３３は第２捕集部、４は遠心分離部、４０は遠心分離室、４３は第３捕集部、５は集塵部、５０は集塵室、５２は濾過フィルタ、５３は第４捕集部を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクラップに付着している亜鉛を回収する蒸発亜鉛回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容する真空室をもつ炉体と、真空室を加熱する加熱手段と、真空室の気体を排気させる排気口と、真空室に着脱可能に配置された回収箱とを有する亜鉛回収用の真空処理炉が開示されている。このものによれば、真空室を高真空状態にすれば、沸点以下であっても、亜鉛の蒸発量が飛躍的に増加することに着目している。そして、スクラップを収容した真空室を加熱することにより、真空室に配置されたスクラップに付着されている亜鉛を亜鉛粒子として真空室において蒸発させ、生成させた亜鉛粒子を回収箱に回収させることにしている。
【０００３】
特許文献２には、真空室をもつ真空容器と、真空容器の真空室に配置された誘導溶解炉と、誘導溶解炉の上方に配置された回転可能な円板とを有する蒸発亜鉛回収装置が開示されている。このものによれば、誘導溶解炉に収容したスクラップを溶融して溶銑とすると共に、スクラップに含まれていた亜鉛を蒸発させ、亜鉛粒子として円板に付着させる。その後、亜鉛粒子が付着した円盤を下降させて誘導溶解炉に接近させ、溶銑の熱で亜鉛粒子を融解し、融解した亜鉛を円板の回転で飛ばして捕集樋に捕集させる。
【特許文献１】特開平６−２８７６５８号公報
【特許文献２】特開平７−３４１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記した特許文献１に係る技術によれば、スクラップに付着している亜鉛から蒸発した亜鉛蒸気を亜鉛粒子として回収することができ、産業上有用である。しかしながらスクラップを収容する真空室を大気圧状態から高真空状態にする必要があり、運転時間が長くなる問題がある。特許文献２に係る技術についても、スクラップを収容する真空室を大気圧状態から高真空状態にする必要があり、運転時間が長くなる問題がある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、スクラップを収容するスクラップ収容室を大気圧状態から高真空状態にする必要がなく、運転時間を短縮させるのに有利な蒸発亜鉛回収装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
様相１に係る蒸発亜鉛回収装置は、（ｉ）蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容すると共に６００℃以上に加熱され加熱に伴い前記スクラップの前記亜鉛から亜鉛蒸気を生成させるスクラップ収容室をもつ炉体と、（ｉｉ）前記スクラップ収容室よりも低温に維持され前記スクラップ収容室から流れた前記亜鉛蒸気を凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる第１冷却室と、前記第１冷却室で凝縮された前記亜鉛微粒子を捕集する第１捕集部とをもつ第１冷却部と、（ｉｉｉ）前記第１冷却室よりも低温に維持され前記第１冷却室から流れたガスを冷却させつつ通過させる第２冷却室と、前記第２冷却室で生成または沈下した前記亜鉛微粒子を捕集する前記第２捕集部とをもつ第２冷却部と、（ｉｖ）前記スクラップ収容室に供給した非酸化性ガスを、前記亜鉛蒸気および／または前記亜鉛微粒子を運ぶキャリアガスとして、前記スクラップ収容室、前記第１冷却室および前記第２冷却室の順に流すキャリアガス供給源とを具備することを特徴とする。
【０００７】
蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップが、炉体のスクラップ収容室に収容される。スクラップ収容室は６００℃以上に加熱される。またキャリアガス供給源は、キャリアガスとして非酸化性ガスをスクラップ収容室に供給する。従ってスクラップ収容室が加熱されたとしても、スクラップの酸化は抑制され、スクラップに付着している亜鉛の酸化が抑制される。仮に亜鉛が酸化すると、沸点が過剰に高温化し、単位時間当たりの蒸発量が過少となり、更に、純度が高い金属亜鉛の微粒子が得られない。上記したようにキャリアガスは非酸化性ガスであり、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが例示される。このためスクラップ収容室の酸素濃度が低下し、亜鉛蒸気および／または亜鉛微粒子の酸化が抑えられる。スクラップ収容室における酸素濃度としては、５モル％以下、３モル％以下、更には１モル％以下、０．５モル％以下が好ましい。
【０００８】
本発明において、亜鉛微粒子とは、亜鉛蒸気を含む蒸気が凝縮して生成された微粒子を意味する。亜鉛微粒子の形状、サイズは特に限定されない。亜鉛微粒子は亜鉛の純度が高い方が好ましい。なお、亜鉛微粒子は、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下であることが好ましい。
【０００９】
スクラップ収容室が非酸化性雰囲気の状態において、スクラップ収容室が加熱されると、スクラップに付着している亜鉛から亜鉛蒸気がスクラップ収容室において次第に生成される。スクラップ収容室に供給された非酸化性ガスは、スクラップ収容室の亜鉛蒸気および／または亜鉛微粒子を下流に向けて搬送させるキャリアガスとして機能し、第１捕集部を有する第１冷却部、第２捕集部を有する第２冷却部に亜鉛蒸気および／または亜鉛微粒子を運ぶ。このようにキャリアガスは、スクラップ収容室、第１冷却部の第１冷却室および第２冷却部の第２冷却室の順に流れる。
【００１０】
ここで、第１冷却室はスクラップ収容室よりも低温に維持されている。このため、スクラップ収容室から流れた亜鉛蒸気は第１冷却室において凝縮し、亜鉛微粒子を生成させる。第１冷却室で凝縮されて生成された亜鉛微粒子は、第１冷却部の第１捕集部で捕集される。第２冷却室は、第１冷却室よりも低温に維持される。第２冷却室は、第１冷却室から流れたガスを冷却させつつこれの下流に向けて通過させる。第２冷却室で生成または沈下した亜鉛微粒子は、第２冷却部の第２捕集部で捕集される。あるいは、第１冷却室で凝縮されなかった亜鉛蒸気は、第２冷却室で凝縮して亜鉛微粒子となり、第２冷却部の第２捕集部で捕集される。なお、第１冷却室は空冷構造でも良いし、水冷構造でも良い。第２冷却室は空冷構造でも良いし、水冷構造でも良い。
【００１１】
本様相によれば、スクラップ収容室において生成された亜鉛蒸気は、キャリアガスと共に第１冷却室に搬送されて亜鉛微粒子として冷却され、第１冷却室の第１捕集部で亜鉛微粒子として捕集される。
【００１２】
様相２に係る蒸発亜鉛回収装置によれば、上記様相において、第１冷却室は、第１冷却室に流入したキャリアガスの流速を、第１冷却室への流入直前の流速よりも低下させる流速低下促進部材を有することを特徴とする。流速低下促進部材は、第１冷却室に流入したキャリアガスの流速を、第１冷却室への流入直前の流速よりも低下させる。流速低下促進部材の構造としては、キャリアガスの流速を低下させることができるものであれば、特に限定されず、キャリアガスを衝突させる構造、迷路構造を採用できる。
【００１３】
様相３に係る蒸発亜鉛回収装置によれば、上記様相において、第２冷却室の流路断面積は、第２冷却室を流れるキャリアガスの流速を第１冷却室を流れるキャリアガスの流速よりも増加させるように、第１冷却室の流路断面積よりも小さく設定されており、第２冷却室はキャリアガスの流速を増加させる流速増加室とされていることを特徴とする。この場合、第２冷却室の流路断面積は、第１冷却室の流路断面積よりも小さく設定されている。このため、第２冷却室を流れるキャリアガスの流速は、第１冷却室を流れるキャリアガスの流速よりも増加する。このように第２冷却室はキャリアガスの流速を増加させる流速増加室とされている。第２冷却室の冷却構造は空冷構造でも良いし、水冷構造でも良い。第２冷却室を流れるキャリアガスの流速は、第１冷却室を流れるキャリアガスの流速よりも速いため、第２冷却室を流れるキャリアガスの冷却能を高めるためには、空冷よりも冷却速度が相対的に速い水冷が好ましい。
【００１４】
様相４に係る蒸発亜鉛回収装置によれば、上記様相において、第２冷却室の下流には、亜鉛微粒子とキャリアガスとを遠心力に基づいて分離させる遠心分離室が設けられていることを特徴とする。遠心分離室は、遠心力に基づいて亜鉛微粒子を捕集するために、遠心分離した亜鉛微粒子を捕集する第３捕集部を有することが好ましい。本様相によれば、流速増加室として機能する第２冷却室の下流には遠心分離室が設けられている。遠心分離室では、遠心分離室を流れるキャリアガスの流速が速い方が、亜鉛微粒子に与える遠心力を増加でき、遠心分離性が高い。上記したように第２冷却室（流速増加室として機能）で流速を高めたキャリアガスを遠心分離室に供給すれば、遠心分離室における遠心分離性を高めることができ、遠心分離室における亜鉛微粒子の捕獲性を高めることができる。
【００１５】
様相５に係る蒸発亜鉛回収装置によれば、上記様相において、第２冷却室の下流には、濾過フィルタを有する集塵部が設けられていることを特徴とする。濾過フィルタは、第１捕集部および第２捕集部で捕集されなかった亜鉛微粒子を捕集する。第１濾過フィルタは一般的には耐熱性が低いことが多い。このため高温のキャリアガスを集塵部に直接供給すれば、濾過フィルタの熱劣化を促進させる。このため第１冷却室で冷却され更に第２冷却室で冷却されることにより低温化されたキャリアガスを集塵部に供給すれば、濾過フィルタの熱劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スクラップに付着している亜鉛から蒸発した亜鉛蒸気を亜鉛微粒子として回収することができる。更に本発明によれば、スクラップを収容するスクラップ収容室を大気圧状態から高真空状態にする必要がないため、亜鉛回収に要する運転時間を短縮させることができる。
【００１７】
また、従来技術のように蒸発した亜鉛微粒子を真空中において凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる方式では、凝縮で生成した亜鉛微粒子間が高真空であるため、クーロン力等の影響で亜鉛微粒子同士が凝集し易く、亜鉛粒子のサイズが増大するおそれが高い。更に、高真空状態は、亜鉛蒸気または亜鉛微粒子を浮遊させる浮力が極めて小さいか無いため、亜鉛蒸気または凝縮した亜鉛粒子が直ぐに落下し易く、亜鉛蒸気または亜鉛粒子を捕集部まで搬送させるのが容易ではない。この場合、亜鉛粒子の回収効率が低下するばかりか、回収される亜鉛粒子のサイズが一層増大するおそれがある。
【００１８】
この点本発明によれば、凝縮で生成した亜鉛微粒子をキャリアガスで搬送させるため、亜鉛蒸気または亜鉛微粒子を捕集部まで搬送させることができ、更には、亜鉛微粒子間に存在するキャリアガスにより亜鉛微粒子同士の過剰接近を抑制でき、ひいては亜鉛微粒子同士の過剰凝集を抑制できる。従って、回収される亜鉛微粒子のサイズの微細化に一層貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図１を参照しつつ説明する。図１に示すように、蒸発亜鉛回収装置は、スクラップ収容室１０をもつ炉体１と、第１冷却室２０をもつ第１冷却部２と、第２冷却室３０をもつ第２冷却部３と、遠心分離室４０をもつ遠心分離部４と、集塵室５０をもつ集塵部５とを下流に向けて直列に順に配置して形成されている。
【００２０】
キャリアガス供給源６は、スクラップ収容室１０に供給した非酸化性ガスを、キャリアガスとして、スクラップ収容室１０、第１冷却室２０、第２冷却室３０、遠心分離室４０および集塵室５０の順に流す。なお、集塵室５０には、非酸化性ガスと共に、非酸化性ガス以外のガス（例えば空気）を流すようにしても良い。キャリアガスは、亜鉛蒸気および／または亜鉛微粒子をスクラップ収容室１０からこれの下流に向けて運ぶことができる。キャリアガス供給源６は、非酸化性ガスが装填されたガスタンク６０と、ガスタンク６０とスクラップ収容室１０とを連通させるガス連通路６１と、ガス連通路６１を開閉させるバルブ６２とを備えている。
【００２１】
上記したキャリアガスは、アルゴンガス、窒素ガスが例示されるが、コスト等を考慮すると、窒素ガスが好ましい。従って、スクラップ収容室１０、第１冷却室２０、第２冷却室３０、遠心分離室４０および集塵室５０は、非酸化性雰囲気（窒素ガス雰囲気）とされている。スクラップ収容室１０の内圧は大気圧程度とされている。大気圧を１気圧とすると、スクラップ収容室１０は１．０〜２気圧、１．０〜１．５気圧、殊に１．０〜１．３気圧、１．０〜１．１気圧程度とされている。
【００２２】
炉体１の外側に配置されている加熱装置１１（燃焼バーナ）により、スクラップ収容室１０は加熱される。スクラップ収容室１０は、蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容すると共に６００℃以上に加熱される。具体的には８５０〜９００℃に加熱される。加熱に伴い、スクラップ収容室１０のスクラップの亜鉛から亜鉛蒸気をスクラップ収容室１０の非酸化性雰囲気において生成させる。この場合、亜鉛の酸化亜鉛化は抑えられる。なお、スクラップ収容室１０の上部および第１冷却室２０の上部は、第１連通路２９で連通されている。
【００２３】
図１に示すように、第１冷却部２は、第１冷却室２０を形成する第１筐体２２と、第１冷却室２０で凝縮された亜鉛微粒子を捕集する第１捕集部２３とをもつ。第１捕集部２３は第１冷却室２０の下部に形成されており、邪魔板部材２４の突出部２４ｘが仕切板２３ｍを超えて第１捕集部２３に向けて延設されており、亜鉛微粒子を第１捕集部２３に落下させ易くしている。ここで、第１冷却室２０は、外気に放熱させる空冷構造とされており、冷却速度は水冷よりも遅い。
【００２４】
第１冷却室２０はスクラップ収容室１０よりも低温に維持される。すなわち、第１冷却室２０の温度Ｔ１は２５０〜５５０℃、３００〜５００℃、殊に３００〜４００℃となるように、スクラップ収容室１０の加熱温度、キャリアガスの単位時間あたり流量、第１冷却室２０の放熱面積が設定されている。このため、スクラップ収容室１０から流れた亜鉛蒸気は、第１冷却室２０において凝縮して固相化し、亜鉛微粒子を第１冷却室２０において生成させる。
【００２５】
第１冷却室２０は、複数の流速低下促進部材として機能する邪魔板部材２４を有し、亜鉛蒸気を含むキャリアガスを曲走させるように曲走流路２５を形成する。第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速をＶｆとし、第１冷却室２０への流入直前の流速をＶｉとする。邪魔板部材２４の邪魔板作用により、キャリアガスの流速Ｖｆを流速Ｖｉよりも低下させることができる（Ｖｆ＜Ｖｉ）。邪魔板部材２４の構造は、キャリアガスの流速Ｖｆを流速Ｖｉよりも低下させることができるものであれば、特に限定されず、キャリアガスを衝突させる構造、迷路構造を採用できる。このように第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆを減速させるため、第１冷却室２０における亜鉛蒸気の凝縮時間が良好に確保され、第１冷却室２０において亜鉛微粒子を生成させる時間が良好に確保される。従って、第１冷却部２の第１捕集部２３における捕集効率が良好に確保される。
【００２６】
なお、亜鉛蒸気を凝縮させるにあたり、邪魔板部材２４への衝突作用が亜鉛微粒子生成のトリガーとして機能でき、亜鉛蒸気を凝縮させる凝縮作用を促進させることが期待される。第１冷却室２０で凝縮されて生成された亜鉛微粒子は、落下して第１冷却部２の第１捕集部２３で捕集される。
【００２７】
第２冷却部３は、第２冷却室３０および通水室３１を形成する第２筐体３２と、第２冷却室３０で沈下した亜鉛微粒子を捕集する第２捕集部３３とをもつ。第１冷却室２０の上部と第２冷却室３０の上部とは、第２連通路３９で連通されている。第２捕集部３３は第２冷却室３０の下部に形成されている。第２冷却室３０は、第１冷却室２０よりも低温に維持される。すなわち、第２冷却室３０の温度Ｔ２は７０〜２８０℃、７０〜２００℃、殊に７０〜１００℃となるように、スクラップ収容室１０の加熱温度、キャリアガスの単位時間あたり流量、第２冷却室３０の容積、通水室３１に流す単位時間当たりの通水量が設定されている。第２冷却室３０は、第１冷却室２０から流れたガスを冷却させつつこれの下流に向けて通過させる。第２冷却室３０で沈下した亜鉛微粒子は、第２冷却部３の第２捕集部３３で捕集される。あるいは、第１冷却室２０で凝縮されなかった亜鉛蒸気は、第２冷却室３０において凝縮して亜鉛微粒子となり、第２冷却部３の第２捕集部３３で捕集される。
【００２８】
ここで、第２冷却室３０を流れるキャリアガスの流速Ｖｓを第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆよりも増加させるように、第２冷却室３０の流路断面積は、第１冷却室２０の流路断面積よりも小さく設定されている。従って、第２冷却室３０は、キャリアガスの流速を増加させる流速増加室とされている。この場合、第２冷却室３０の流路断面積Ｓ２は、第１冷却室２０の流路断面積Ｓ１よりも小さく設定されている（Ｓ２＜Ｓ１）。Ｓ２／Ｓ１＝０．９５〜０．４程度、０．９〜０．６程度、０．８〜０．７程度にできる。但しこれに限定されるものではない。
【００２９】
上記したように第２冷却室３０を流れるキャリアガスの流速Ｖｓは、第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆよりも速い。このため、キャリアガスの冷却能力を高めるため、第２冷却室３０の冷却構造は、空冷よりも冷却速度が速い水冷が好ましい。従って、通水室３１は第２冷却室３０に隣設している。第２冷却室３０のうち第２捕集部３３の上方には、流路断面積が増加する拡径流路３８が形成されている。拡径流路３８においてキャリアガスの流速が低下するため、亜鉛微粒子が第２捕集部３３に落下して捕集され易くなる。
【００３０】
遠心分離部４は、遠心分離室４０を形成する筐体４１と、遠心分離室４０に配置されたサイクロン４２と、第３捕集部４３とを有する。第２冷却室３０の上部と遠心分離室４０の上部とは、第３連通路４９で連通されている。第３捕集部４３は筐体４１の下部に形成されており、遠心分離された亜鉛微粒子が第３捕集部４３に沈下する。遠心分離室４０では、遠心分離室４０を流れるガスの流速が速い方が、亜鉛微粒子に作用する遠心力が大きく、遠心分離性が高いといえる。上記したように流速増加室として機能する第２冷却室３０で流速を高めたキャリアガス（亜鉛微粒子を含有）を遠心分離室４０に供給すれば、遠心分離室４０における遠心分離性を高めることができる。故に、遠心分離室４０における亜鉛微粒子の捕獲性を高めることができる利点が得られる。
【００３１】
集塵部５は、集塵室５０をもつ筐体５１と、筐体５１内に配置された濾過フィルタ５２と、筐体５１の下部に配置された第４捕集部５３と、集塵室５０内を吸引させる吸引ポンプ５４（吸引要素）とをもつ。吸引ポンプ５４は、蒸発亜鉛回収装置において第１冷却部２、第２冷却部３および遠心分離部４よりも下流側に配置されており、この結果、スクラップ収納室１０内のキャリアガスを第１冷却部２、第２冷却部３、遠心分離部４、集塵部５を順に移動させ得るようにされている。遠心分離室４０の上部と集塵室５０とは第４連通路５９で連通されている。濾過フィルタ５２は亜鉛微粒子を捕集できるものであり、ガスを透過可能な樹脂または布などを母材としている。濾過フィルタ５２は、第１捕集部２３、第２捕集部３３および第３捕集部４３で捕集されなかった亜鉛微粒子を捕集する。濾過フィルタ５２は樹脂または布などを母材としており、一般的には耐熱性が低いことが多い。このため高温のキャリアガスを集塵部５に直接供給すれば、濾過フィルタ５２の熱劣化を促進させる。このため第１冷却室２０で冷却され更に第２冷却室３０で冷却されたキャリアガスの温度はかなり低くなっている。このように低温化されたキャリアガスを集塵部５に供給すれば、濾過フィルタ５２の熱劣化を抑制することができる。
【００３２】
使用方法について説明する。蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップが、炉体１のスクラップ収容室１０に収容される。スクラップとしては、亜鉛めっき層が鋼板の表面に被覆された亜鉛めっき鋼板の廃棄材が例示される。炉体１のスクラップ収容室１０は６００℃以上に加熱される。加熱温度の上限は１１００℃、１２００℃以下が好ましい。亜鉛蒸気の生成を考慮すると、スクラップ収容室１０の加熱温度は、７００〜１２００℃、７５０〜１１００℃、８５０〜９００℃が好ましい。加熱に伴い、スクラップに付着していた亜鉛から亜鉛蒸気がスクラップ収容室１０において次第に生成される。
【００３３】
スクラップ収容室１０の内圧が大気圧程度となるように、吸引ポンプ５４が吸引作動しているため、亜鉛蒸気はキャリアガスにより第１冷却室２０に運ばれ、邪魔板部材２４に衝突しつつ冷却室２０により冷却され、凝縮して亜鉛微粒子を生成させる。更にキャリアガスは第２冷却室３０、遠心分離室４０を順に流れ、集塵部５に至る。第１冷却室２０において沈下した亜鉛微粒子は、第１捕集部２３にて捕集される。第２冷却室３０において沈下した亜鉛微粒子は、第２捕集部３３にて捕集される。遠心分離室４０において沈下した亜鉛微粒子は、第３捕集部４３にて捕集される。集塵部５において沈下した亜鉛微粒子は、第４捕集部５３にて捕集される。
【００３４】
第１捕集部２３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ１とし、第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ２とし、第３捕集部４３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ３とし、第４捕集部５３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ４とすると、測定データによれば、一般的には、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４の関係とされる。粒子径が大きい方が、重力により沈下し易いためと考えられる。
【００３５】
以上説明したように本実施形態によれば、スクラップに付着している亜鉛から蒸発した亜鉛蒸気を亜鉛微粒子として回収することができる。更に従来技術とは異なり、スクラップを収容するスクラップ収容室１０を大気圧状態から高真空状態にする必要がなく、運転時間を短縮させることができる。また、従来技術とは異なり、本装置は高真空状態を作り出す必要がないことから、メンテナンス性及びランニング低コスト性に優れている。
【００３６】
また、上記した従来技術のように蒸発した亜鉛微粒子を真空中において凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる方式では、凝縮で生成した亜鉛微粒子間が高真空であるため、亜鉛微粒子同士が凝集するおそれがある。この場合、亜鉛粒子のサイズが増大するおそれが高い。更に、真空は浮力が極めて小さいか、無いため、亜鉛蒸気、凝縮した亜鉛粒子が捕集部まで搬送されず、直ぐに落下してしまう。この場合においても亜鉛粒子が粗大化して、亜鉛粒子のサイズが増大するおそれがある。この点本発明によれば、凝縮で生成した亜鉛微粒子間にキャリアガスが存在しているため、亜鉛微粒子同士の過剰接近が抑制され、ひいては亜鉛微粒子同士の凝集が抑制される。この場合、亜鉛微粒子のサイズの微細化に貢献することができる。更にキャリアガスは亜鉛蒸気または亜鉛微粒子を浮遊させる浮力を有する。このため、亜鉛微粒子を捕集部２３，３３，４３まで搬送させることができ、回収効率を高めることができる。
【００３７】
（試験例）
上記した回収装置を用い、実際に試験した。この場合、スクラップ収容室１０の容積を約３ｍ３とした。スクラップ収容室１０に収容したスクラップは、亜鉛鋼板（亜鉛含有量：０．８質量％）の廃棄材であり、４５〜６０ｋｇとした。スクラップ収容室１０の加熱温度は約９００℃とした。スクラップ収容室１０へのキャリアガス（窒素ガス）の供給流量は３ｍ３／時間とした。スクラップ収容室１０の内圧は大気圧程度とした。第１連通路２９、第１冷却室２０、第２冷却室３０、第３冷却室４０の温度を温度センサで測定したところ、第１連通路２９の温度Ｔ０は５００℃以上（８５０℃未満）であり、第１冷却室２０の温度Ｔ１は３００〜４００℃であった。第２冷却室３０の温度Ｔ２は７０〜１００℃であった。第３冷却室４０の温度Ｔ３は５０〜７０℃であった。スクラップ収容室１０の雰囲気は窒素ガスであり、その酸素濃度は０．１モル％であり、スクラップ収容室１０は非酸化性雰囲気であった。
【００３８】
第１捕集部２３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ１とし、第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ２とし、第３捕集部４３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ３とし、第４捕集部５３で捕集した亜鉛微粒子の平均径をＤ４とすると、測定データによれば、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４の関係とされていた。具体的には、第１捕集部２３で捕集した亜鉛微粒子の平均径は４〜５マイクロメートル、第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の平均径は２〜３マイクロメートル、第３捕集部４３で捕集した亜鉛微粒子の平均径は１〜２マイクロメートル、第４捕集部５３で捕集した亜鉛微粒子の平均径は１マイクロメートル未満であった。
【００３９】
更に、第１捕集部２３で捕集した亜鉛微粒子の捕集量をＷ１とし、第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の捕集量をＷ２とし、第３捕集部４３で捕集した亜鉛微粒子の捕集量をＷ３とすると、測定データによれば、Ｗ２＞Ｗ１の関係，Ｗ２＞Ｗ３の関係であった。このように第２捕集部３３で捕集した亜鉛微粒子の捕集量が最も大きかった。これは、第１冷却部２の第１冷却室２０は亜鉛蒸気を凝縮させる凝縮室として機能しているため、凝縮室に隣設する下流に相当する第２冷却室３０の第２捕集部３３の捕集量が増加しているためと推察される。
【００４０】
（実施形態２）
図２は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第１冷却室２０には邪魔板部材２４が設けられていない。第１冷却室２０における流路断面積は、第２冷却室３０における流路断面積よりも大きく設定されている。第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆを、第１冷却室２０への流入直前の流速Ｖｉよりも低下させる（Ｖｆ＜Ｖｉ）。このように第１冷却室２０を流れるキャリアガスの流速Ｖｆを低下させるため、第１冷却室２０において亜鉛蒸気から亜鉛微粒子を凝縮させるのに必要とされる時間を良好に確保することができる。ひいては、第１冷却室２０において亜鉛微粒子を生成させる時間を確保することができる。
【００４１】
（実施形態３）
図３は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第１冷却部２および第２冷却部３が設けられているものの、遠心分離部４は設けられていない。遠心分離部４の第４捕集部４３で捕集されるはずの亜鉛微粒子は、集塵部５の第４捕集部５３で捕集される。
【００４２】
（実施形態４）
図４は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第１冷却部２および第２冷却部３が設けられているものの、第１冷却部２および第２冷却部３の双方は、外気で冷却される空冷構造とされている。第２冷却部３は空冷性を高める複数の空冷フィン３ｅをもつ。
【００４３】
（実施形態５）
図５は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第１冷却部２および第２冷却部３が設けられており、第１冷却部２および第２冷却部３は水冷構造とされており、第１冷却部２は通水室２１をもち、第２冷却部３は通水室３１をもつ。
【００４４】
（他の実施形態）
スクラップとして亜鉛めっき鋼板が用いられているが、これに限らず、亜鉛系の鋳物でも良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明はスクラップに付着している亜鉛を回収する分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態１に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【図２】実施形態２に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【図３】実施形態３に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【図４】実施形態４に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【図５】実施形態５に係り、蒸発亜鉛回収装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１は炉体、１０はスクラップ収容室、２は冷却部、２０は第１冷却室、２１は通水室、２３は第１捕集部、３は冷却部、３０は第１冷却室、３３は第２捕集部、４は遠心分離部、４０は遠心分離室、４３は第３捕集部、５は集塵部、５０は集塵室、５２は濾過フィルタ、５３は第４捕集部を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容すると共に６００℃以上に加熱され加熱に伴い前記スクラップの前記亜鉛から亜鉛蒸気を生成させるスクラップ収容室をもつ炉体と、
（ｉｉ）前記スクラップ収容室よりも低温に維持され前記スクラップ収容室から流れた前記亜鉛蒸気を凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる第１冷却室と、前記第１冷却室で凝縮された前記亜鉛微粒子を捕集する第１捕集部とをもつ第１冷却部と、
（ｉｉｉ）前記第１冷却室よりも低温に維持され前記第１冷却室から流れたガスを冷却させつつ通過させる第２冷却室と、前記第２冷却室で生成または沈下した前記亜鉛微粒子を捕集する前記第２捕集部とをもつ第２冷却部と、
（ｉｖ）前記スクラップ収容室に供給した非酸化性ガスを、前記亜鉛蒸気および／または前記亜鉛微粒子を運ぶキャリアガスとして、前記スクラップ収容室、前記第１冷却室および前記第２冷却室の順に流すキャリアガス供給源とを具備することを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１冷却室は、前記第１冷却室に流入した前記キャリアガスの流速を、前記第１冷却室への流入直前の流速よりも低下させる流速低下促進部材を有することを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第２冷却室の流路断面積は、前記第２冷却室を流れる前記キャリアガスの流速を前記第１冷却室を流れる前記キャリアガスの流速よりも増加させるように、前記第１冷却室の流路断面積よりも小さく設定されており、前記第２冷却室は前記キャリアガスの流速を増加させる流速増加室とされていることを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記第２冷却室の下流には、前記亜鉛微粒子と前記キャリアガスとを遠心力に基づいて分離させる遠心分離室が設けられていることを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記第２冷却室の下流には、濾過フィルタを有する集塵部が設けられていることを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項１】
（ｉ）蒸発可能な亜鉛が付着しているスクラップを収容すると共に６００℃以上に加熱され加熱に伴い前記スクラップの前記亜鉛から亜鉛蒸気を生成させるスクラップ収容室をもつ炉体と、
（ｉｉ）前記スクラップ収容室よりも低温に維持され前記スクラップ収容室から流れた前記亜鉛蒸気を凝縮させて亜鉛微粒子を生成させる第１冷却室と、前記第１冷却室で凝縮された前記亜鉛微粒子を捕集する第１捕集部とをもつ第１冷却部と、
（ｉｉｉ）前記第１冷却室よりも低温に維持され前記第１冷却室から流れたガスを冷却させつつ通過させる第２冷却室と、前記第２冷却室で生成または沈下した前記亜鉛微粒子を捕集する前記第２捕集部とをもつ第２冷却部と、
（ｉｖ）前記スクラップ収容室に供給した非酸化性ガスを、前記亜鉛蒸気および／または前記亜鉛微粒子を運ぶキャリアガスとして、前記スクラップ収容室、前記第１冷却室および前記第２冷却室の順に流すキャリアガス供給源とを具備することを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１冷却室は、前記第１冷却室に流入した前記キャリアガスの流速を、前記第１冷却室への流入直前の流速よりも低下させる流速低下促進部材を有することを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第２冷却室の流路断面積は、前記第２冷却室を流れる前記キャリアガスの流速を前記第１冷却室を流れる前記キャリアガスの流速よりも増加させるように、前記第１冷却室の流路断面積よりも小さく設定されており、前記第２冷却室は前記キャリアガスの流速を増加させる流速増加室とされていることを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記第２冷却室の下流には、前記亜鉛微粒子と前記キャリアガスとを遠心力に基づいて分離させる遠心分離室が設けられていることを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記第２冷却室の下流には、濾過フィルタを有する集塵部が設けられていることを特徴とする蒸発亜鉛回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１７９８２０（Ｐ２００９−１７９８２０Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７４１１（Ｐ２００８−１７４１１）
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]