带有一体化废气处理的碎屑干燥机的制作方法

本示例性实施例涉及带有一体化废气处理的碎屑干燥机。它与废金属预结合(submergence，下沉)设备结合得到特定应用，且将特别参考其进行描述。然而，应明白，本示例性实施例也可适用于其它类似应用。

本公开涉及用于废品处理的方法，特别是被水、油和油质冷却剂污染的金属废品，并涉及用于实施这种方法的装置。

当加工金属时，大量的废品以微粒或碎屑的方式自动产生，例如填料、车削屑、切屑(boring，打孔产生的屑)、加工废料。在金属(例如，铝和铝合金)加工中，可采用油或含油冷却液。因此，加工的碎屑将被油污染。在典型的情况中，以重量百分比计，切屑和车削屑将包括2％到20％切削油。

然而，考虑到基础材料的成本，废切屑、削屑和碎屑的回收是可取的。然而，材料中的高湿气和烃含量会产生熔炉内湿膨胀或爆炸的危险状态。此外，烃含量将产生污染、熔接损耗和过多的烟尘。因此，出于所有实际目的，材料直接引入到熔融金属环境中几乎是不可行的。

已进行各种尝试以通过从材料中除去湿气和碳氢化合物来克服上述问题。用于碎屑的一个回收过程是碎屑的洗涤，随后是干燥过程。洗涤器将基本上溶解碳氮化合物，使得碎屑某种程度上没有碳氢化合物但仍湿气重。然后干燥湿料。溶剂用于除去涂油碎屑中的油的效果良好。然而，这是成本很高的方法且从环境的角度看是不可取的。可替换地，离心机可在一定程度上除去烃含量和水。然而，这可是一项费时且成本很高的过程。作为进一步的替换物，已经研发了热力干燥机，其使用多种方式来利用热空气加热产品。然而，至今，这些系统效率低且不是特别环保。

本公开提供了改进的热力干燥机装置的描述，以提供具有非常低的碳氢化合物和水含量的废料。

技术实现要素：

在下文中概述本公开的各种细节以提供基本的理解。该发明内容不是本公开的广义综述，且既不旨在确定本公开的某些元件，也不旨在描述本公开的范围。更确切地说，该发明内容的主要目的是在下文中提出的更详细描述之前以简化形式提出本公开的一些概念。

根据第一实施例，提供了用于从金属碎屑中除去碳氢化合物和/或湿气的干燥机。干燥机包括顶部和基部。顶部包括细长管状室，该管状室包括废料输送机。基部包括燃烧器、热交换器、高温VOC消除室和用于使加热的气体返回到顶部的排气口。顶部被配置成接收入口处的金属碎屑并将金属碎屑运输到出口，同时接收来自基部的加热的空气。

根据第二实施例，提供了用于从金属碎屑中除去碳氢化合物和湿气中的至少一种的干燥机。干燥机包括顶部和基部。顶部包括细长管状室，该管状室具有入口端和出口端以及在入口端和出口端之间延伸的螺旋输送机。基部包括接收来自顶部的废气的入口部分和用于将废气运输至加热器的集气室(plenum)，所述加热器增加废气的温度以获得超热废气。也提供了热交换器，其接收过热废气并将热量转移到处理气体。

根据第三实施例，提供了用于从金属碎屑中除去碳氢化合物和/或湿气的干燥机。干燥机包括顶部和基部。顶部包括细长管状室，该管状室包括废料输送机。基部包括燃烧器、热交换器和高温VOC消除室，其中来自顶部的废气被接收在基部中并通过VOC消除室内的燃烧器加热，以获得超热气体。超热气体引入热交换器的第一侧，外部空气引入热交换器的第二侧。设备被配置成接收入口处的金属碎屑并将金属碎屑运输到出口，同时接收来自基部的热交换器的加热的外部空气。

附图说明

图1是主题的碎屑干燥机的代表性实施例的示意图；

图2是主题的碎屑干燥机的第一实施例的透视图(部分以虚线示出)；

图3是图2的碎屑干燥机的部分以横截面示出的分解侧面正视图；

图4是替换性碎屑干燥机实施例的透视图(部分以虚线示出)；

图5是图4的碎屑干燥机的部分以横截面示出的侧面正视图；

图6是图2至图5的设备的顶部的端视图；

图7是碎屑干燥机的进一步的替换性实施例的部分以横截面示出的透视图；

图8是图7的喷射进给盘的端视图；

图9是图8的喷射进给盘的侧视平面图；

图10是可调整的排气区的示意图；且

图11是碎屑干燥机的进一步的替换性实施例的以横截面示出的侧面正视图。

具体实施方式

现在参考图1，示出本碎屑干燥机的示意性描述。潮湿的碎屑被计量送入干燥机中，在所述干燥机中它们经由螺旋输送机在热喷射上输送。碎屑干燥至例如少于0.1％剩余湿气以用于传送到诸如LOTUSS(可购自华盛顿州斯波坎市的派罗特克公司)等废料预结合设备。来自干燥过程的废气被吸入热交换器中，在所述热交换器中废气在氧化器中加热至至少约1400°F以使得消除VOC。随着该空气穿过热交换器，该空气然后冷却且然后排放到大气。同时，新鲜空气穿过热交换器的另一侧，在所述热交换器中新鲜空气加热至约600-800°F且然后被吹到螺旋输送机中的碎屑中。

在某些实施例中，引入从诸如金属熔炼炉等工厂中的位置获得的废热是有利的。例如500°F的废热可以刚好在空气引入后燃烧器室上游引入。此外，在进气和引入后燃烧器室之间的气流通道中利用热交换器是有用的，热交换器通过废料加热。这些是获得预加热的空气源的有效装置，使得气体加热器需要较少的燃烧实现VOC消除温度。

在某些实施例中，包括工艺风扇和热交换器之间的旁通以提供改进的温度控制并允许系统调节是有利的。此外，以这种方式，空气的温度和流速传送到碎屑干燥床是可行的。

在某些实施例中，旋风收集器可用于收集来自穿过正在干燥的碎屑后的处理空气的灰尘。旋风可依靠惯性收集和/或也可包括过滤器。通常，可以采用具有约1/32”(英寸)和3/4”(英寸)之间的直径的孔隙的金属过滤器。此外，尽管为了细粒收集，图1中描述了手推车，但是可采用滚筒或其它封闭容器也是可行的。在封闭容器的情况下，包括传感器以提供容器达到几乎全满的状态的警告是有利的。例如，可以包括浆轮传感器。

现在参考图2，描述了开环干燥机组件。特别地，干燥机组件1包括上单元3和下单元5。上单元3构成碎屑进给器部件，下单元5构成加热的空气供应装置。

现在参考图3，更详细描述干燥机组件。上单元3由细长管7组成，所述细长管7具有包括废料入口9的第一端和包括出口11的第二端。马达13对输送机螺旋15供以动力，所述输送机螺旋15将通过入口9引入的废料运输到出口11。盖元件17覆盖在细长管7上面并提供适于干燥机收集废气的头部空间19，所述干燥机废气通过入口21排放并循环到下单元5。

下单元5包括鼓风机23，其接收来自出口21的废气。废气通过鼓风机23被强制经过加热器25并被强制进入挥发性有机成分(VOC)去除区27中。在该区中VOC通过加热至约1400°F或更高来消除。VOC去除区27中产生的超热气体进入热交换器29并在热交换器中冷却，且经由排气管道31离开下单元5到大气中。

外部空气经由入口33和鼓风机35引入到下单元5。外部空气穿过室36并引入到形成下单元5的外部区域的集气室37中。有利地，集气室37生成与外部环境的温度障碍。集气室37与热交换器29，特别是与热交换器的含有过热废气的侧面相对的一侧流体连通。在这点上，外部空气通过热交换器29循环并在热交换器中加热。集气室37包括被布置成与上单元3中的入口41、41’配合的一对出口39、39’并提供加热的(例如，800°F或更高)外部空气以用于碎屑处理。

在操作中，潮湿的碎屑被计量送入干燥机中，在所述干燥机中它们经由螺旋输送机被输送经过热空气。鼓风机单元23和25可允许热空气以高速度被引入上单元3中，诸如，超过10％。碎屑可以干燥至0.1％含湿量。来自上单元的废气被吸入下单元中，在所述下单元中该废气在例如VOC被消除的氧化器区中加热至1400°F或更高。随着该“清洁”空气穿过热交换器，该空气被冷却并然后释放到大气。同时，横跨热交换器的另一侧馈送的新鲜空气加热至600-800°F，然后被吹到正通过螺旋输送机运输的碎屑中。

干燥机组件1是有利的，因为含油或湿气的碎屑引起熔接损耗、熔化质量差、维护费用较高以及潜在的环境/健康/安全问题。干燥机组件1可结合Pyrotek LOTUSS系统用于最佳能效和用于自身的碎屑加工的熔化回收。特别地，本干燥机组件可以与美国专利6,217,823的废料预结合设备一起使用，所述专利以参考的方式并入此处。当然，本干燥机组件的使用不限于与Pyrotek LOTUSS系统一起使用。

参考图6，上单元3的定向被描述示出上单元出口11并显示输送机螺旋15和细长管7之间的优选不对称关系。在某些设计中，输送机螺旋被定向成相比顶面45更接近管7的底面43是有利的。螺旋输送机速度在适当的停留时间内可容易调整以实现最佳干燥和高能效。

现在参考图4和图5，提供了闭环干燥机配置101。该实施例是有益的，因为再生式热流可节省40％或更多的能量使用。在闭环配置101中，上单元103通常被配置成与上述开环配置中相同。然而，下单元105不同地被配置。干燥机废气从上单元103中的出口121进给到鼓风机107。废气从鼓风机107进入热交换器109的第一端108并行进到下单元105的远端110。除了穿过热交换器109外，废气优选穿过形成下单元105的外表面的集气室112，以使得下单元105的外表面处于相对较低的温度。远端110包括加热器111，其使VOC消除室113中的温度增加至升高的温度，诸如1400°F或更多。来自废气的超热空气然后从VOC消除室转移到热交换器109的相对侧，由此废气的温度随其靠近VOC消除室113而增加，且超热气体的温度在其经由出口115和入口117重新引入上单元103之前降低。

参考图4B，示出四叶形驱动输送机螺旋轴连接的使用。连接可以包括4个凹侧壁部分680以及连接侧壁部分的4个圆角700。此外，虽然邻近上单元103的排出端的轴末端可以固定到旋转支撑机构，驱动端可具有适于与联接器配合的形状，所述联接器允许径向和轴向热膨胀。此外，轴的纵向端和联接器的闭合端之间可以提供间隙。类似地，四叶形联接器在与轴的接合点处径向提供膨胀区域。作为一个实例，联接器和轴系配合组件在美国专利5,634,770中描述，所述专利以参考的方式并入本文。

现在参考图7至图9，描述了替换性实施例碎屑干燥机201。在所述实施例中，示出上单元203的替换版本。在该实施例中，提供了多个排气出口205。此外，碎屑进给细长管206由一对半圆形槽207和209组成。细长管206经由入口210接收废料碎屑。

具体参考图8和图9，应注意的是，来自下单元211的热空气(参见图8的箭头)经由多个通路213沿边缘215进入槽207和209。平板217(气刀)邻近边缘215弯曲或焊接。与边缘215相对的板217的区域可以包括相对于各自的槽207和209的间隙。以这种方式，通道219在每个各自的板217和其与喷射通路221相关联的槽207或209之间形成，所述喷射通路221与边缘215处的附接点相对地形成。因此，通过下单元211传送的热空气引导到各自的通道219中，通过间隙221离开以用于高速度传送至废料进给。以这种方式，高温空气的增加速度的流提供在经过废料进给中。在某些实施例中，上边缘215和板217之间的相交点可以完全密封。例如，喷射通路221可以为连续的或可被点焊间歇地中断。

现在返回具体参考图7，应注意的是，下单元211可包括壳体外部301以及偶尔可能需要清洁的内部高温VOC消除室体303。因此，内部VOC消除室体303可以经由包括螺旋或螺栓305的协作配合元件固定到外部壳体301。VOC消除室体303也可以配备有与壳体301相互作用的多个轮307，以使得在除去螺旋305时，VOC消除室体303可以滑动地从外部壳体301中除去。这可以便于VOC消除室313的清洁。

可以包括膨胀接头314以容纳外部壳体301和内部高温VOC消除室体303之间的热膨胀的差异。此外，应注意的是，提供包围高温VOC消除室体303的绝缘层316，以防止存在于集气室318中的空气过热。

也应注意的是，图7的实施例已经配备有设置在VOC消除室313内的过滤器元件311(诸如泡沫陶瓷过滤器)。以这种方式，可防止VOC消除室313的加热的空气内所含的污染物进入诸如热交换器315或上废料处理室211等系统的剩余部分。

图7也提供了碎屑干燥机201与废料预结合室319的关联的图示，所述废料预结合室被示出与熔融金属泵321相关联。这些部件会存在于如熟练技术人员熟知的炉料井和/或泵井中，或以其它方式与所述炉料井和/或泵井相关联。

现在转向图10，提供了本公开的额外方面。可调整的挡板401可包括在废料处理室211中。特别地，可调整的挡板401可以位于上单元203中并包围排气出口403。可以在可调整的挡板401内提供滑动机构405或熟练技术人员熟知的其它机构，以提供通路孔405的大小控制从而进一步控制加热的空气从处理室211转移到排气出口403中的速率。

现在参考图11，描述了替换性燃烧器系统500。在该实施例中，热交换器构成包围高温室503的集气室501。VOC包含空气经由入口505引入到系统500，从燃烧器509施加到燃烧器室507处再到所述燃烧器室507中。处理的空气在室503内向后循环以用于经由出口511排到大气。通过风扇513被强制进入集气室501的空气在室503周围循环并加热至所需温度，以用于经由通路515引入碎屑中。集气室501可为螺旋通路环绕室503的形式以增加停留时间。此外，室503的外表面可由波纹的或其它粗糙的表面515形成以增加集气室501内的空气的表面积暴露。

在这点上，应注意的是，整个系统为包含单元，通过适当地控制并整合其各种可调整的特征，期望的碎屑温度和气流速度可以通过所述包含单元控制。更特别地，应注意的是，通过整合排气扇、过程气体扇、气体供应和/或挡板元件的控制，系统变得高度可控。为了维持例如800°F的理想化的碎屑温度，系统通过改变风扇速度、排气进给以及燃烧器输出而可调整。

此外，通过改变加热器的可操作率以及设备内的气流的速度，VOC消除室内的温度可以控制。类似地，维持在稍微负性和中性之间的气流是期望的。这可以通过适当地平衡干燥机排气扇操作速度、新鲜空气进气扇(如果存在)操作速度，以及出口挡板实现。

在这点上，在碎屑干燥机的各个位置中提供带有温度的相关监测的3PID环路控制是可取的。例如，如果碎屑温度测得太低，加热器的可操作率可自动增加，和/或挡板可某种程度上闭合以为较高温度气体提供较大的停留时间。类似地，可设想，挡板和风扇可链接，以提供系统内的合适的压力变化并提供气体循环的有效率。

最后，应注意的是，该系统也可适用于来自工厂环境的其它位置的废热用作进入碎屑干燥机中的升高的温度气体的来源。

在操作中，潮湿的碎屑被计量送入干燥机中，在所述干燥机中它们经由螺旋输送机输送；碎屑可以干燥至0.1％或更低的含湿量。来自干燥过程的废气被吸入热交换器中，在所述热交换器中该废气预加热至800°F，然后进入VOC被消除的配备氧化器的燃烧器中。随着空气横跨热交换器传回来，空气然后冷却并返回到碎屑以用于干燥。过多的清洁空气排气可从氧化器抽出到大气。

本干燥机是有利的，因为其将废料中的有机接触减少至0.1％或更少。这是重要的，因为污染引起的熔接损耗通常为1％有机物＝2％熔接损耗。

如下面的表格所示，在此行业中存在加工条件的大的变化。干燥机利用现实世界中遇到的各种废料类型来评价，并显示实现废料污染的低成本降低的优异能力。

样品测试：

本公开的干燥机是有利的，因为其在带有约600和800BTU/lb之间或更少的能效的综合的热氧化器中处理干燥过程期间的废料中的污染。该设备简单且易于安装，从而允许铸造操作加工它们自己的材料，而不是运送至二级处理器。本热交换器系统的使用也允许空气高速度流到碎屑以用于优化的强制对流。设计的进一步益处是使用相对较冷的空气包围热氧化器，引起仅需要隔光(在常规的氧化器上，vs.8-12”)的系统。此外，在图5的闭环实施例中，本干燥机在允许良好的污染去除但防止处理的铝废料氧化的约8％或更低的氧水平处运行。

已经参考优选实施例描述示例性实施例。显而易见，在阅读并理解前述详细描述时其他人将想到修改和变化。应当理解的是，示例性实施例被理解为包括所有这种修改和变化，只要它们落在所附权利要求或其等效物的范围内。