(57)【要約】本発明は、スクラップ金属、特にアルミニウムスクラップの合金に依存した分別のための方法に関し、本方法では、組成分析がスクラップ片（６）上で実行され、スクラップ片（６）上で実行される測定を用いて、スクラップ片（６）の表面領域における局所組成についての表面組成情報（５０）が決定され、体積の観点からスクラップ片（６）の組成についての関連する体積組成情報（６６）が、測定を用いて決定された表面組成情報（５０）および所与の割り当てルール（６４）に依存してスクラップ片（６）へ割り当てられる。本発明は、スクラップ金属、特にアルミニウムスクラップを分別するための装置（２）にも関し、装置（２）は、ある数量のスクラップ片を搬送するように設計されたコンベヤ（４）を有し、コンベヤ（４）上で搬送されるスクラップ片（６）上で組成分析を実行するように設計された分析デバイス（８）であって、スクラップ片（６）の組成分析は、スクラップ片（６）の表面領域における局所組成についての表面組成情報（５０）を測定を用いて決定することを含む分析デバイス（８）を有し、かつ制御デバイス（１２）であって、各ケースにおいて体積の観点からスクラップ片（６）の組成についての関連する体積組成情報（６６）を、測定を用いて決定された表面組成情報（５０）および所与の割り当てルール（６４）に依存して、分析デバイス（８）によって分析されたスクラップ片（６）へ割り当てるように設計された制御デバイス（１２）を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクラップ金属、特にアルミニウムスクラップの合金に依存した分別のための方法であって、
−  組成分析がスクラップ片（６）上で行われ、前記スクラップ片（６）の表面領域における局所組成についての表面組成情報（５０）が前記スクラップ片（６）上の測定によって決定され、
−  バルク中の前記スクラップ片（６）の組成に関連するバルク組成情報（６６）が、測定によって決定された前記表面組成情報（５０）および所定の割り当てルール（６４）に応じて前記スクラップ片（６）へ割り当てられる、
方法。
【請求項２】
−  ある数量のスクラップ片（６）が提供され、
−  組成分析が前記数量のスクラップ片からの複数のスクラップ片（６）上でそれぞれ実行されて、前記それぞれのスクラップ片（６）の表面領域における局所組成についての表面組成情報（５０）が前記それぞれのスクラップ片（６）上の測定を用いて決定され、
−  前記バルク中の前記それぞれのスクラップ片（６）の前記組成に関連するバルク組成情報（６６）が、測定によって決定された前記表面組成情報（５０）および所定の割り当てルール（６４）に応じて前記それぞれのスクラップ片（６）へ割り当てられる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スクラップ片（６）は、前記関連するバルク組成情報（６６）に応じて分別されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
関連するバルク組成情報（６６）が、測定によって決定された前記表面組成情報（５０）および所定の割り当てルール（６４）に応じて前記スクラップ片（６）へ割り当てられ、バルク組成情報（６６）は、測定によって決定された前記表面組成情報（５０）および前記所定の割り当てルール（６４）に応じて複数の所定のバルク組成情報（７０ａ〜ｂ）から選択されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
１つの所定の表面組成情報（６８ａ〜ｂ）が前記１つの所定のバルク組成情報（７０ａ〜ｂ）へそれぞれ割り当てられ、前記複数の所定のバルク組成情報（７０ａ〜ｂ）からの前記１つのバルク組成情報（６６）の選択は、前記測定された表面組成情報（５０）と前記所定の表面組成情報（６８ａ〜ｂ）との比較によって生じることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記組成分析において、前記スクラップ片（６）の表面領域における前記局所組成についての表面組成情報（５０）が決定され、前記表面領域は、前記スクラップ片（６）の表面から既知の深さへ、特に２〜１０μｍの範囲内の深さへ延びることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記組成分析は、分光分析、特にレーザ誘起プラズマ分光法（ＬＩＢＳ）または蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）を備えることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
測定によって決定される前記表面組成情報（５０）は、前記スクラップ片の少なくとも２つの合金成分の含有量の値を備えることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記スクラップ片（６）は、組成分析が前記スクラップ片（６）上で行われる前に分離されることを特徴とする、請求項２〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
金属スクラップ、特にアルミニウムスクラップの分別のための装置（２）であって、好ましくは、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法を、
−  ある数量のスクラップ片を搬送するように構成されたコンベヤ（４）と、
−  前記コンベヤ（４）上で搬送されるスクラップ片（６）の組成分析を行うように構成された分析デバイス（８）であって、スクラップ片（６）の組成分析は、前記スクラップ片（６）の表面領域における局所組成についての表面組成情報（５０）の測定を用いた決定を備える、前記分析デバイス（８）と、
−  制御デバイス（１２）であって、バルク中の前記スクラップ片（６）の組成に関連するバルク組成情報（６６）を、測定によって決定された前記表面組成情報（５０）および所定の割り当てルール（６４）に応じて、前記分析デバイス（８）によって分析された前記スクラップ片（６）へそれぞれ割り当てるように構成された、前記制御デバイス（１２）と、
を用いて実行するための装置（２）。
【請求項１１】
前記制御デバイス（１２）によってスクラップ片（６）へそれぞれ割り当てられた、前記バルク組成情報（６６）に応じて前記スクラップ片（６）を分別するように構成された分別デバイス（２０）をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記分析デバイス（８）は、分光分析器（１０）、特に、レーザ誘起プラズマ分光法（ＬＩＢＳ）または蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）のための分析デバイスを備えることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
スクラップ片（６）をそれらが前記分析デバイス（８）へ供給される前に分離するように構成された分離デバイスをさらに備える、請求項１０〜１２の何れか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記コンベヤ（４）上で搬送されるスクラップ片（６）の位置を検出するように構成された検出デバイス（２８）をさらに備え、前記制御デバイスは、前記分析デバイス（８）および／または前記分別デバイス（１２）をスクラップ片（６）の検出位置に応じて制御するように構成された、請求項１０〜１３の何れか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記制御デバイス（１２）は、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法の実施を制御するように構成されることを特徴とする、請求項１０〜１４の何れか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクラップ金属、特にアルミニウムスクラップの合金に依存した分別のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術においては、アルミニウムの分別またはリサイクルは、いくつかの方法ステップを通して生じる。これらは、通常、様々なアルミニウムスクラップの収集、スクラップの機械的処理およびスクラップのその後の冶金的利用を含む。
【０００３】
資源効率的なリサイクルのためには、スクラップの機械的処理が、冶金的利用方法の質的要件を満たすアルミニウムスクラップ製品を生成すべきである。このために、先行技術では種々の処理ステップが実行されるが、しかし、これらのステップは、スクラップの等級または合金組成による限られた分別を許容するに過ぎない。
【０００４】
機械的処理は、通常、スクラップの一段階または多段階の破砕、それに続く様々な分別ステップによって実行される。分別ステップは、例えば、磁気分離器、空気分離、渦電流分離、例えばＸ線透過または蛍光、誘導、レーザ誘起プラズマ分光法（ＬＩＢＳ）（独：laserinduzierte Plasmaspektroskopie，英：laser-induced breakdown spectroscopy）もしくは近赤外分析（ＮＩＲ）によるセンサベースの分別を用いた、鉄および非鉄金属の分離をもたらす。これらの分別ステップの手順の組み合わせは、スクラップの異なるアルミニウム等級への、すなわち、特にそれらの合金組成に応じた分別を許容する。
【０００５】
様々なアルミニウム合金を合金固有に分別するためには、個々のスクラップ片の１つ以上の合金元素が決定されなければならない。このために、通常はレーザ誘起プラズマ分光法（ＬＩＢＳ）または蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）のためのシステムが用いられる。これらのシステムを用いて生成された分析結果が所与の合金組成と比較されて、それぞれのスクラップ片が適切な合金組成へ割り当てられる。例えば、スクラップ片の分析の間に５％のＭｇ含有量が決定されるならば、このスクラップ片がＭｇ５合金へ割り当てられる。
【０００６】
しかしながら、スクラップ片の分析にも係わらず、アルミニウムスクラップの程々に良好な合金固有の分別しか達成できないことがわかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような背景に対して、本発明の目的は、スクラップのより良好な分別を許容する、金属スクラップ、特にアルミニウムスクラップを分別するための方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、金属スクラップ、特にアルミニウムスクラップの合金に依存した分別のための方法であって、組成分析がスクラップ片上で行われて、スクラップ片の表面領域における局所組成についての表面組成情報がスクラップ片上の測定によって決定され、バルク中のスクラップ片の組成に関連するバルク組成情報が測定によって決定された表面組成情報および所定の割り当てルールに応じてスクラップ片へ割り当てられる方法によって、少なくとも部分的に、達成される。
【０００９】
本方法においては、組成分析がスクラップ片上で行われ、スクラップ片の表面領域の局所組成についての表面組成情報がスクラップ片上の測定によって決定される。
【００１０】
表面組成情報は、特に、合金元素、例えば、Ｍｇ、Ｍｎ、ＳｉまたはＦｅの群のうちの１つ以上の合金元素の含有量に関する値および／または値の範囲を含む。
【００１１】
表面組成情報は、スクラップ片の表面領域における局所組成についての情報を備える。本ケースでは、スクラップ片の表面領域は、スクラップ片の表面近くの体積であると理解される。表面に敏感な測定方法、例えば、ＬＩＢＳまたはＸＲＦは、限られた分析深さを有し、それゆえに、スクラップ片の表面と分析深さとの間の表面近くの体積においてのみ材料の組成を分析する。表面組成情報は、このように、かかる表面に敏感な測定方法を用いて測定されてよい組成情報にのみ対応する。
【００１２】
先行技術においては、スクラップ片を所定の合金組成と比較してこれらの合金組成のうちの１つと関連付けるために、かかる分析方法によって、例えば、ＬＩＢＳまたはＸＲＦによって決定された組成情報が用いられる。
【００１３】
しかしながら、本発明の範囲内で認識されたのは、用いられる分析方法がスクラップ片の実際の全体組成からずれるかもしれない分析結果を提供するので、この手順は、誤解につながりかねないということである。
【００１４】
実際に、スクラップ片の材料中における偏析および拡散効果に起因して、表面近くの組成は、いくつかのケースではバルク中のスクラップ片全体の実際の組成とは部分的に著しく異なりかねない。特に、偏析および拡散効果は、スクラップ片の表面上での個々の合金元素の元素固有の濃縮につながる。さらに悪いことには、偏析および拡散効果は、個々の元素に対して著しく異なる。
【００１５】
例えば、Ｍｇ含有量がバルク中で０.５重量％である低合金化アルミニウム合金では、表面近くのＭｇ濃縮が発生し、従って、表面におけるＭｇ含有量は、バルク中における実際のＭｇ含有量より１０倍高い。
【００１６】
スクラップ片の表面近くの組成分析は、その場合にはスクラップ片の実際の組成に一致しない結果を提供し、結果として誤解につながる。例えば、表面において測定された高いＭｇ含有量のために、低合金化Ｍｇ０．５合金が誤って高合金化Ｍｇ５合金に割り当てられ、それに応じて不正確に分別されるであろう。
【００１７】
原理的に、侵入深さは、レーザ支援による方法ではレーザ出力を増加させることによって増加しうる。しかしながら、ある侵入深さからは、ＬＩＢＳ分析のために十分な光が、レーザビームによって生成されたクレータからスクラップ片表面にもはや透過せず、従って、分析深さが依然として制限される。そのうえ、レーザビームによって作り出されるクレータは、深い所よりスクラップ片表面における方が通常は広い。例えば、クレータは、円錐形であってよい。結果として、材料の大部分がこの領域から蒸発するので、ＬＩＢＳ分析は、表面近くの信号によって支配される。
【００１８】
この知識に基づいて、本明細書に記載される方法のケースでは、バルク中のスクラップ片の組成に関連するバルク組成情報が、測定を用いて決定された表面組成情報および所定の割り当てルールに応じて、分析されたスクラップ片へ割り当てられる。スクラップ片を、先行技術において先述の誤解につながる組成分析の測定結果に専ら基づいて合金へ割り当てる代わりに、測定によって決定された表面組成情報が、バルク中のスクラップ片の実際の組成を特徴づける、割り当てルールによって割り当てられたバルク組成情報に基づいてスクラップ片へ割り当てられる。
【００１９】
特に、表面組成情報とこの表面組成情報に関連するバルク組成情報とは互いに少なくとも部分的に異なる。
【００２０】
例えば、５％のＭｇ含有量を示す表面組成情報が０．５％のＭｇ含有量を有するバルク組成情報へ割り当てられてもよい。結果として、表面近くのＭｇ含有量の増加につながる、スクラップ成分における偏析および拡散効果がこの割り当てでは考慮され、従って、スクラップ片がさらに適切に利用され、特に分別されてよい。
【００２１】
このような仕方で、金属スクラップ、特にアルミニウムスクラップの分別における信頼性および効率が改善されうる。特に、元素固有の偏析および拡散効果を考慮に入れた分析結果がスクラップ片に関して達成される。
【００２２】
投入されるスクラップの組成および測定される合金元素の数に依存して、個々のスクラップ片の合金固有の評価または割り当てがこのように実行されてよい。これが、次に、例えば、異なる合金のスクラップ片を互いに分離するための分別基準として用いられてよい。そのうえ、例えば、特に高いまたは特に低い含有量の特定の合金元素を有するスクラップ片を分離するために、個々の元素に対する分別基準として分析結果を用いることが可能である。
【００２３】
特に、バルク組成情報は、合金元素、例えば、合金Ｍｇ、Ｍｎ、ＳｉまたはＦｅの群の１つ以上の含有量の値および／または値の範囲を含む。
【００２４】
上記の目的は、金属スクラップ、特にアルミニウムスクラップの分別のための装置であって、好ましくは、上記の方法を、ある数量のスクラップ片を搬送するように構成されたコンベヤと、コンベヤ上で搬送されるスクラップ片の組成分析を行うように構成された分析デバイスであって、スクラップ片の組成分析は、スクラップ片の表面領域における局所組成についての表面組成情報の測定を用いた決定を備える分析デバイスと、制御デバイスであって、バルク中のスクラップ片の組成に関連するバルク組成情報を、測定によって決定された表面組成情報および所定の割り当てルールに応じて、分析デバイスによって分析されたスクラップ片へそれぞれ割り当てるように構成された制御デバイスとを用いて実行するための装置によって、本発明に従って少なくともさらに部分的に達成される。
【００２５】
装置は、ある数量のスクラップ片を搬送するように設計されたコンベヤを備える。コンベヤは、例えば、コンベヤベルトであってよい。コンベヤを用いて、スクラップ片がデバイスを通して、特に材料入口から分析デバイスへ、搬送されてよく、従って、材料入口においてコンベヤ上へ投入されたスクラップ片が分析デバイスへ搬送されて、そこで分析されてよい。
【００２６】
装置は、コンベヤ上で搬送されるスクラップ片の組成分析を実行するように構成された分析デバイスをさらに備える。コンベヤデバイスが、例えば、コンベヤベルトであれば、分析デバイスは、特に、コンベヤベルト上で搬送されるスクラップ片を検査するためにコンベヤベルトの上方に配置された分析器を備えてよい。
【００２７】
分析デバイスによってスクラップ片上で行うことができる組成分析方法は、スクラップ片の表面領域における局所組成についての表面組成情報を測定によって決定するステップを備える。従って、スクラップ片の全組成は、分析デバイスによって検出されないが、その表面上のスクラップ片の組成が検出される。言い換えれば、スクラップ成分の表面組成分析は、分析デバイスを用いて、好ましくは所定の分析深さで行われる。
【００２８】
装置は、制御デバイスをさらに備える。特に、制御デバイスは、マイクロプロセッサおよびそれと関連するメモリを備えてよく、メモリは、マイクロプロセッサによるその実行がデータの処理および／または装置の制御につながる命令を備える。
【００２９】
制御デバイスは、バルク中のスクラップ片の組成に関連するバルク組成情報を、測定によって決定された表面組成情報および所定の割り当てルールに応じて、分析デバイスによって分析されたスクラップ片へそれぞれ割り当てるように構成される。例えば、ある関数が制御デバイスのメモリに記憶されてよく、その関数は、定義されたアルゴリズムを用いることによって、表面組成情報からの合金成分の含有量の値から、バルク組成情報に対する合金組成の含有量の値を算出する。アルゴリズムは、特に、偏析および拡散効果から生じる表面区域における合金元素の増加または減少を補償するように定義される。例えば、アルゴリズムは、拡散および偏析効果に起因して表面におけるＭｇ含有量がバルクに比例して増加する係数による、表面組成情報からのＭｇ含有量の除算を備えてよく、それによって割り当てられることになるバルク組成情報のＭｇ含有量を決定する。
【００３０】
個々の実施形態が装置および方法の両方にそれぞれ用いられてよい、装置および方法の様々な実施形態が以下に記載される。そのうえ、個々の実施形態は、所望通りに互いに組み合わされてもよい。
【００３１】
方法の第１の実施形態では、ある数量のスクラップ片が提供され、組成分析がその数量のスクラップ片からの複数のスクラップ片上でそれぞれ実行されて、それぞれのスクラップ片の表面領域における局所組成についての表面組成情報がそれぞれのスクラップ片上の測定を用いて決定され、バルク中のそれぞれのスクラップ片の組成に関連するバルク組成情報が、測定によって決定された表面組成情報および所定の割り当てルールに応じてそれぞれのスクラップ片へ割り当てられる。このような仕方で、ある数量のスクラップ片がスクラップ片の精度（すなわち、単一粒の精度）分解能で迅速かつ信頼性高く分析されてよい。特に、ある数量のスクラップがこのように信頼性高く特徴づけられてよい。例えば、その数量のスクラップの正確な組成が決定されてよい。このような仕方で決定された組成は、次に、例えば、炉装入プログラムのため、またはスクラップ送出を制御するために用いられてよい。そのうえ、割り当てられたバルク組成情報に基づいてスクラップ片が分別されてよい。
【００３２】
例えば、スクラップ片がそれを経由して組成分析を行うための位置へ搬送されるコンベヤベルトを経由して、その数量のスクラップ片が提供されてもよい。好ましくは、スクラップ片は、例えば、コンベヤベルト上で逐次的に搬送されることによって個々のスクラップ片が互いに空間的に分離されるように、組成分析を行う前に分離される。これは、個々のスクラップ片の分析および個々のスクラップ片へのそれぞれのバルク組成情報の割り当てを容易にする。従って、装置は、好ましくは、スクラップ片の分析前にそれらを分離するように構成された分離デバイスを有する。
【００３３】
方法のさらなる実施形態において、スクラップ片は、割り当てられたバルク組成情報に応じて分別される。ある数量のスクラップ片が提供されたときに、その数量のスクラップ片からのスクラップ片がそれぞれ割り当てられたバルク組成情報に応じて適宜に分別される。対応するデバイスの実施形態では、これは、制御デバイスによってスクラップ片へそれぞれ割り当てられた、バルク組成情報に応じてスクラップ片を分別するように構成された分別デバイスを備える。
【００３４】
本方法において決定されるスクラップ片のバルク組成情報は、測定された表面組成情報よりかなり信頼性高くスクラップ片の実際のバルク組成を特徴付け、従って、スクラップ片を合金固有に分別するためにそのバルク情報が直接に用いられてよい。特に、いくつかの合金をもつスクラップ片を含んだある数量のスクラップ片がこのような仕方で分別されてよい。
【００３５】
分別デバイスは、特に、スクラップ片がそれを経由して分別デバイスへ搬送される材料供給装置と、材料供給部を経由して供給されたスクラップ片をスクラップ片にそれぞれ関連するバルク組成情報に応じて割り当てる分別機と、分別されたスクラップ片がその材料排出装置を用いて分別デバイスから排出される少なくとも２つの材料排出装置のうちの１つとを有してよい。
【００３６】
方法のさらなる実施形態においては、関連するバルク組成情報が、測定によって決定された表面組成情報および所定の割り当てルールに応じてスクラップ片へ割り当てられ、バルク組成情報は、測定を用いて決定された表面組成情報および所定の割り当てルールに応じて複数の所定のバルク組成情報から選択される。
【００３７】
例えば、割り当てルールは、制御デバイスのメモリに記憶されてよく、その割り当てルールは、各ケースにおいて表面組成情報に対する合金領域を表面組成情報に対する複数の所定の合金領域へ関連付ける。具体的には、表面組成情報に対する合金領域と、バルク組成情報に対する合金領域との間の関連付けは、バルク組成情報に対する合金領域における合金のスクラップ片が、分析装置を用いて分析されたときに、表面組成情報にそれぞれ割り当てられた合金領域における表面組成情報を示すようにそれぞれ選択される。測定によって決定された表面組成情報に対して、次に、バルク組成情報に対する特定の所定の合金領域が選択されてよく、この合金領域が、測定によって決定された表面組成情報がその一部になる、表面組成情報に対する所定の合金領域へ割り当てられる。
【００３８】
このために、測定によって決定された表面組成情報が、特に、表面組成情報に対する個々の合金領域と比較される。従って、方法の別の実施形態では、１つの所定の表面組成情報がその１つの所定のバルク組成情報へそれぞれ割り当てられ、複数の所定のバルク組成情報からのその１つのバルク組成情報の選択は、測定された表面組成情報とその１つの所定の表面組成情報との比較によって生じる。
【００３９】
バルク組成情報に対して選択された合金領域が、次に、対応するスクラップ片へバルク組成情報として割り当てられてよい。
【００４０】
割り当てルールまたは表面組成情報に対する合金領域、バルク組成情報に対する合金領域、および相互へのそれぞれの割り当ては、本明細書に記載される方法を行う前に、例えば、典型的なスクラップ片の層状組成分析を用いて、例としてグロー放電発光分光法（ＧＤＯＥＳ）を用いて適用されてよい。
【００４１】
ＧＤＯＥＳ分析は、スクラップ片の深さに依存した組成を提供し、この組成は、偏析および拡散効果に起因してどのバルク組成がどの表面組成に現れるかの決定を許容する。この分析の結果は、関連するバルク組成情報が、測定された表面組成情報へ割り当てられることを許容する。特に、この分析の結果は、割り当てルールまたは表面組成情報に対する合金領域、およびバルク組成情報に対する合金領域、ならびに相互へのそれぞれの割り当てを定義するために用いられてよい。
【００４２】
このような仕方で、むしろ綿密なＧＤＯＥＳ分析の結果は、特にＬＩＢＳまたはＸＲＦを用いた、本明細書に記載される方法でのスクラップ片のより迅速な分析の結果を解釈するために用いられてよい。特に、アルミニウム合金の偏析および拡散効果がＧＤＯＥＳによって十分な精度で決定されてよい。種々の表面深さにおける元素含有量を表す分析結果が、次に、対応する割り当てルールの定義を通じて、例えば、ＬＩＢＳシステムの測定結果の評価のためのデータベースを構成してよく、そのＬＩＢＳシステムが次にその後の分別のために用いられる。
【００４３】
ＬＩＢＳシステムの（分別のための）表面測定結果をこのような仕方で達成されたＧＤＯＥＳ分析の結果へ割り当てることによって、正確な合金の分別を可能にする、個々のスクラップ片の著しくより正確な元素分析を達成できる。
【００４４】
割り当てルールは、測定によって決定された表面組成情報を関連するバルク組成情報へ割り当てるために、個々の合金元素とそれら固有の偏析および拡散効果との間の相関関係も考慮してよい。特に、割り当てルールは、２つの合金元素の含有量の比、例えば、アルミニウム合金のＭｇ含有量のＭｎ含有量に対する比に応じて割り当てを行ってもよい。このような仕方で、特定の合金の表面組成情報、特にＧＤＯＥＳ測定からの分析値を得るため、従って、バルク中のスクラップ片の組成についてのバルク組成情報を割り当てるために、例えば、ＬＩＢＳシステムのレーザを通じて決定された分析深さにおいてＬＩＢＳシステムによって決定された含有量の比が指紋として実用的に用いられてよい。
【００４５】
方法の別の実施形態では、組成分析において、スクラップ片の表面領域における局所組成についての表面組成情報が決定され、表面領域は、スクラップ片の表面から既知または所定の深さ（分析の深さ）へ、例えば、１〜１００μｍ、特に１〜１０μｍの範囲内の深さへ延びる。ＬＩＢＳを用いるときには、深さは、例えば、レーザ出力および／または特定のレーザのタイプの選択によって調整されてよい。レーザのタイプおよび／またはレーザ出力を設定することによって、分析の深さが固定され、それゆえに既知であってよい。従って、割り当てルールは、好ましくは、予め知られているかまたは所定の分析深さに応じて選択されてよい。
【００４６】
レーザのタイプを選ぶことによって、レーザ出力および／またはレーザのために用いられる光学系、レーザビームのフットプリント、すなわち、スクラップ片表面上のレーザビームのスポットサイズ、および／またはレーザビームによってスクラップ片表面に作り出されるクレータの形状が予め決定されてよい。従って、割り当てルールは、好ましくは、予め知られているかもしくは所定のフットプリントおよび／または予め知られているかもしくは所定のクレータ形状に応じて選択される。例えば、レーザビームは、スクラップ片表面に円筒形、円錘形または球形のクレータを作り出すことが考えられる。円筒形のクレータのケースでは、異なる深さからの信号がＬＩＢＳ測定の全体的な結果にほぼ等しく寄与する。深さ方向に先細になる円錐形のクレータについては、クレータの表面近くの区域がＬＩＢＳ測定の全体的な結果を支配する。クレータ形状を考慮に入れることによって、それゆえに、バルク組成情報のより良好な割り当てを達成できる。
【００４７】
分析深さが予め知られているので、バルク組成情報の、測定によって決定された表面組成情報への信頼性のより高い割り当てが生じうる。例えば、上記のように、スクラップ片の深さに依存した組成を提供する、割り当てルールを定義するためにＧＤＯＥＳ分析が実行されるならば、深さに依存した組成を表面から予め知られている分析深さまで平均または積分することによって、ＬＩＢＳ測定において決定される表面組成情報が決定されてよい。加重平均または積分によって、クレータ形状が考慮に入れられてよい。このような仕方で、既知の組成のスクラップ片に関するＬＩＢＳ測定の測定結果が予測され、従って、適切な割り当てルールを定義できる。
【００４８】
方法のさらなる実施形態において、組成分析は、分光分析、特にレーザ誘起プラズマ分光法（ＬＩＢＳ）または蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）を備える。対応するデバイスの実施形態において、分析デバイスは、分光分析デバイス、特に、レーザ誘起プラズマ分光法（ＬＩＢＳ）または蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）のための分析デバイスを備える。スクラップ元素の表面組成情報は、分光分析を通じて迅速に測定されてよい。レーザ誘起プラズマ分光法および蛍光Ｘ線分析は、表面組成情報を迅速に信頼性高く測定するのに特に適した方法であることがわかっている。両方の方法が表面に敏感であり、すなわち、スクラップ片の表面領域においてのみ組成を決定しうるので、ＬＩＢＳまたはＸＲＦ測定に応じた即座の分別には問題がある。本明細書に記載される方法または本明細書に記載されるデバイスを用いれば、スクラップ片の信頼性の高い合金割り当てのために今やＬＩＢＳおよびＸＲＦ測定が用いられてよい。
【００４９】
方法のさらなる実施形態において、測定によって決定される表面組成情報は、スクラップ片の少なくとも２つの合金成分の含有量の値を備える。例えば、表面組成情報は、合金元素Ｍｇ、Ｍｎ、ＳｉまたはＦｅのうちの２つ以上の含有量の値を含んでよい。バルク組成情報の表面組成情報への割り当ては、スクラップ片の１つより多い合金成分を分析するときに信頼性が高くなることがわかった。他方、表面組成情報を信頼性高く割り当てるには最大で４つの合金成分数で通常は十分であり、従って、表面組成情報は、好ましくは、スクラップ片の最大で４つの合金成分の含有量の値を含む。結果として、分析デバイスを用いて決定された測定値の評価が簡略化され、より短時間で実行されうる。
【００５０】
方法の別の実施形態では、あの数量からの個々のスクラップ片に対して組成分析および分別を行うことによって、その数量のスクラップ片が合金に依存して分別される。従って、ある数量のうちの複数のスクラップ片が、それぞれ決定された組成分析に応じて合金に依存して分別される。
【００５１】
別の実施形態では、スクラップ片は、組成分析がスクラップ片上で行われる前に分離される。対応する装置の実施形態では、この装置は、スクラップ片をそれらが分析デバイスへ供給される前に分離するように構成された分離デバイスを備える。分離を通じて、スクラップ片は、所定の順序を有し、その順序でスクラップ片が装置を通して搬送される。選択されたバルク組成情報のそれぞれのスクラップ片への割り当ては、それゆえにスクラップ片の順序に対応する順序をバルク組成情報へ単に割り当てることによって行われてよい。スクラップ片を分別するために、制御デバイスは、次に、分別デバイスをバルク組成情報に応じた所定の順序で制御してよい。スクラップ片の順序は、デバイスを通して輸送される間にできるだけ変化しないままなので、このように各スクラップ片は、このスクラップ片にそれぞれ割り当てられたバルク組成情報に従って分別されてよい。
【００５２】
さらなる実施形態において、装置は、コンベヤ上で搬送されるスクラップ片の位置を検出するように設計された検出デバイスを備え、制御デバイスは、分析デバイスおよび／または分別デバイスをスクラップ片の検出位置に応じて制御するように構成される。検出デバイスは、例えば、コンベヤ上のスクラップ片の位置を検出するためにカメラまたはレーザスキャナを備えてよい。
【００５３】
検出されたスクラップ片の位置に応じて分析デバイスを制御することによって、正確な組成分析が行われうる。例えば、このような仕方で、分析のために用いられるレーザビームが精密にスクラップ片に向けられてよい。
【００５４】
分別デバイスは、検出されたスクラップ片の位置に応じて制御されるので、正確な分別が行われうる。例えば、風力分別では、標的とするスクラップ片に特定の部分的な流れを与えるために、エアブラストがそれに向けられてよい。
【００５５】
特に、スクラップ片が装置を通して搬送される順序も検出デバイスを用いて検出されてよい。上記のように、これは、バルク組成情報の割り当ておよびスクラップ片の分別を容易にする。
【００５６】
装置のさらなる実施形態において、制御デバイスは、前述の方法またはその実施形態の実施を制御するように構成される。好ましくは、制御デバイスは、プロセッサと命令を含んだ関連するメモリとを備え、プロセッサ上での命令の実行が上記のような方法またはその実施形態を実施する。このような仕方で、装置へ供給されたスクラップ片が合金固有に分別される、実質的に自動的なデバイスの動作が可能である。
【００５７】
方法および装置のさらなる利点および特徴は、添付図面が参照される実施形態の以下の記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による装置の実施形態を示す。
【図２】図１の装置の分析デバイスを示す。
【図３】バルク組成情報の割り当てを示す。
【図４】測定された深さに依存した組成情報の例を示す。
【図５】本発明による方法の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、金属スクラップ、特にアルミニウムスクラップの分別のための本発明による装置の実施形態を略図で示す。装置２は、分離デバイス３とコンベヤベルトの形態のコンベヤ４とを備え、分離デバイス３によって分離されたスクラップ片６は、コンベヤベルトで装置２を通して搬送されてよい。装置２を通してのスクラップ片６の搬送は、図１では矢印で示された材料の流れ７によって表される。
【００６０】
そのうえ、装置２は、コンベヤ４上で搬送されるスクラップ片６上で組成分析を実行するように構成された分析デバイス８を有する。このために、分析デバイス８は、例えば、レーザ誘起プラズマ分光法のための分析器であってよい分光分析器１０を備える。
【００６１】
分析器１０を用いて、分析されるスクラップ片６の表面領域における局所組成についての表面組成情報が測定によって決定されてよい。かかる分析が図２と関連して以下にさらに詳細に説明される。
【００６２】
そのうえ、装置２は、装置２を制御するように構成された制御デバイス１２を有する。このために、制御デバイス１２は、特に、マイクロプロセッサ１４とそれに接続されたメモリ１６とを備え、メモリ１６は、プロセッサにおけるその実行が装置２の制御をもたらす命令を含む。
【００６３】
分析器１０は、分析器１０によって決定されたスクラップ片６の表面組成情報を制御デバイス１２へ送信するために、データ接続部１８を経由して制御デバイス１２へ接続される。
【００６４】
そのうえ、制御デバイス１２は、表面組成情報と関連するバルク組成情報を、データ接続部１８を経由して受信された表面組成情報およびメモリ１６に記憶された所定の割り当てルールに応じて選択し、そのバルク組成情報を分析器１０によって分析されたスクラップ片へ割り当てるように設計される。バルク組成情報の選択が図４と関連して以下にさらに詳細に説明される。バルク組成情報の、それぞれ関連するスクラップ片６への割り当ては、例えば、スクラップ片６の順序に対応する順序をバルク組成情報へ割り当てることによってもたらされてよい。スクラップ片６は、分離デバイス３によって分離され、それゆえに装置２によって特定の順序で逐次的に搬送されるので、曖昧さのない割り当てをこのように達成できる。
【００６５】
装置２は、スクラップ片６をそれぞれ割り当てられたバルク組成情報に応じて分別するように構成された分別デバイス２０も有する。スクラップ片６の分別は、図１では材料の流れ７の２つの部分的な流れ２２および流れ２４への分割によって概略的に示される。材料の流れ７が、例えば、最大０．５重量％のＭｇ含有量および／またはＭｎ含有量をもつ低合金化アルミニウム合金、ならびに例えば、２重量％超のＭｇ含有量および／またはＭｎ含有量をもつ高合金化アルミニウム合金のスクラップ片を含むならば、その場合には、材料の流れ７からのスクラップ片６の分別が分別デバイス２０によってもたらされてよく、その関連するバルク組成情報が低いＭｇ含有量およびＭｎ含有量を示すスクラップ片は、第１の部分的な流れ２２へ割り当てられ、残りの高合金化スクラップ片は、第２の部分的な流れ２４へ割り当てられる。
【００６６】
スクラップ片６を部分的な流れ２２、２４のうちの１つへ割り当てるために、図１に示される分別デバイス２０は、閉じた位置（実線）と開いた位置（破線）との間で動かされてよい制御可能なフラップ２６を有する。フラップ２６が閉じた位置にあるときに、コンベヤベルト４上で搬送されるスクラップ片６は、部分的な流れ２２へ割り当てられる。しかしながら、フラップ２６が開いた位置にあるときには、スクラップ片６は、第２の部分的な流れ２４へ進む。制御可能なフラップ２６は、材料の流れ７を部分的な流れ２２、２４へ選択的に分割するための仕方の簡単な一例に過ぎない。スクラップ片６を分別するための他の手段が代わりに提供されてもよい。例えば、個々のスクラップ片が、短くて強い空気バーストでそれぞれの部分的な流れへ搬送されることによって、２つの部分的な流れ２２、２４のうちの１つへ風力で割り当てられてもよい。
【００６７】
そのうえ、装置２は、コンベヤ４上のスクラップ片６の位置を検出できるカメラの形態の検出デバイス２８も有する。例えば、カメラの代わりにレーザスキャナが用いられてもよい。
【００６８】
次に装置２の動作が記載される。
【００６９】
ある数量のスクラップ片６が分離デバイス３中へ導入されて、そこで分離され、従って、スクラップ片６は、一定の順序で逐次的にコンベヤ４上に乗り、装置を通してこの順序で輸送される。
【００７０】
分離されたスクラップ片６が検出デバイス２８により逐次的に検出されて、それによってスクラップ片６の順序が検出される。
【００７１】
個々のスクラップ片が次に分析デバイス８中で分析されて、制御デバイス１２は、分析の間に決定された表面組成情報と所定の割り当てルールとに基づいて関連するバルク組成情報を選択し、これらをそれぞれのスクラップ片６へ割り当てる。バルク組成情報の割り当ては、本ケースでは、検出されたスクラップ片６のシーケンスをバルク組成情報へ割り当てることによって実行される。
【００７２】
分別デバイス２０では、スクラップ片６がそれぞれ割り当てられたバルク組成情報に応じて次に２つの部分的な流れ２２、２４のうちの１つへ各々供給される。このような目的で、検出デバイス２８を用いて検出されたスクラップ片６のシーケンスに基づいて、フラップ２６へどのスクラップ片６が近づくかが決定され、スクラップ片が正しい部分的な流れ２２、２４へ供給されるように、フラップ２６がこのスクラップ片６に割り当てられたバルク組成情報に応じて制御される。
【００７３】
このような仕方で、材料の流れ７からの種々のアルミニウム合金の効果的な分離が可能である。スクラップ片へ割り当てられたそれぞれのバルク組成情報に基づく分離は、誤解を回避し、結果として、個々のスクラップ片の純粋な分別を許容する。
【００７４】
図１では、２つの部分的な流れ２２、２４が例示される。もちろん、材料の流れ７は、２つより多い部分的な流れに分割されてもよい。
【００７５】
分別デバイス２０は、図１では分析デバイス８から空間的に分離したユニットとして示される。しかしながら、分別デバイス２０および分析デバイス８が空間的に重なってもよい。例えば、スクラップ片８の分別が分析の直後に生じてもよい。
【００７６】
図２は、図１からの装置２の分析デバイス８の概略図を示す。この実施形態における分析器１０は、レーザ誘起プラズマ分光法のための分析器である。分析器１０は、そのパルスレーザビーム３２がコンベヤベルト４上で搬送されるスクラップ片６に作用を及ぼしうる、レーザ源３０を備える。入射レーザビーム３２は、スクラップ片６の表面上の小さい体積３４を蒸発させて、それをプラズマ３６へイオン化する。これは、スクラップ片表面に対応するクレータを作り出す。プラズマ３６のブレークダウンの際には、体積３４に含まれた合金元素に特徴的な光３８が放出される。この例示的な実施形態では、体積３４またはその体積に対応するクレータが円錐形状を有する。クレータまたは体積３４の断面は、従って、深さに伴って減少し、その結果、光３８は、主として体積３４の最上層によって支配される。
【００７７】
分析器１０は、光３８を取り込み、それを光ガイド４２を経由して分光計４４へ送るための光学系４０を有し、光３８のスペクトル分布は、分光計４４を用いて分析されてよい。分光計へ接続された評価デバイス４６は、次に、測定されたスペクトル分布から体積３４の組成を算出する。レーザビーム３２は、調整されたレーザ出力に応じて、典型的に１〜１０μｍの範囲内の、一定の侵入深さ４８を有するに過ぎないので、評価デバイス４６は、表面組成情報５０、すなわち、スクラップ片材料の表面近くの体積についての組成情報を送出する。表面組成情報５０は、図２では「表面」に対して「Ｏ」とラベル付けされ、様々な合金元素（Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｕなど）の重量％単位の含有量を含む。装置２では、この表面組成情報５０がさらなる処理のためにデータ接続部１８を経由して制御デバイス１２へ送られる。
【００７８】
図３は、制御デバイス１２が、関連するバルク組成情報を分析デバイス８によって測定された表面組成情報５０へどのように割り当てるかを概略的に示す。
【００７９】
まず初めに、制御デバイス１２は、第１のステップ６０において、分析デバイス８によって測定された表面組成情報５０を受信する。
【００８０】
第２のステップ６２において、制御デバイス１２は、関連するバルク組成情報６６を表面組成情報５０およびメモリ１６に記憶された割り当てルール６４に応じて選択する。このために、本例における割り当てルール６４は、表を備え、同表では表面組成情報に対する複数の合金領域６８ａ、６８ｂなどへ、バルク組成情報に対する関連する合金領域７０ａ、７０ｂが各ケースにおいて割り当てられる。図中に数値で示される合金領域は、例示的である。
【００８１】
制御デバイス１２は、表面組成情報５０を表面組成情報に対する合金領域６８ａ、６８ｂと比較して、その比較から表面組成情報に対する適切な合金領域、本例では合金領域６８ａを選択する。この合金領域と関連するバルク組成情報に対する合金領域７０ａが、その場合には、表面組成情報５０へ割り当てられたバルク組成情報６６を表し、分別デバイス２０は、このバルク組成情報６６によって制御される。
【００８２】
関連するバルク組成情報６６を表面組成情報５０に対して選択し、分別デバイス２０を表面組成情報５０の代わりにバルク組成情報６６に応じて制御することによって、分析デバイス８によりスクラップ片６の表面上で決定された組成が、偏析および拡散効果に起因して、スクラップ片６の実際のバルク組成からずれることが考慮される。これは、体積組成に基づくスクラップ片の信頼性のより高い合金固有の分別を許容する。
【００８３】
例えば、分別されることになるスクラップ片に対する割り当てルールを決定するために、好ましくは、スクラップ片のどのバルク組成がどの表面組成に反映されるかが調べられる。例えば、装置２へ供給される前に、ある数量のスクラップ片、例えば、分別されることになるスクラップの数量から、個々の試料片が採取されてよく、それらの個々の試料片に対して、一方では表面組成、および他方では体積組成が分析される。次に、この分析において表面組成とバルク組成との間で決定された関係から割り当てルール６４が定義されてよい。
【００８４】
試料片の分析は、例えば、グロー放電発光分光法（ＧＤＯＥＳ）によって調べられてよい。この方法では、試料片がＤＣプラズマ中の陰極として用いられる。
【００８５】
陰極スパッタリングを通じて、試料片の表面から材料が層ごとに逐次的に除去され、除去された原子が、プラズマ中で分光学的に調べることができる、特徴的な光を放出する。このような仕方で、試料の組成が深さに応じて分析されてよい。
【００８６】
図４は、２つのスクラップ片上のＧＤＯＥＳ分析の測定結果を含む図を示す。同図は、合金化元素Ｍｇの例を用いたスクラップ片の深さに依存した組成を示す。横座標は、μｍ単位の深さ、すなわち、スクラップ片の表面からスクラップ片の体積への距離を示す。縦座標は、対応する深さにおける重量％単位の局所的なＭｇ含有量を示す。
【００８７】
第１の分析スクラップ片は、ＡＡ５ＸＸＸタイプのアルミニウム合金からなった。水平線（ａ）は、発光分光法（ＯＥＳ）によって決定された、スクラップ片の平均Ｍｇ含有量を示す。ＯＥＳでは、スパークが材料中へより深く侵入し、従って、平均組成に対応する値を提供する。典型的に、ＯＥＳによってバルク組成の非常に正確な値を測定できる。測定曲線（ｂ）は、ＧＤＯＥＳによって決定されたスクラップ片の深さに依存したＭｇ含有量を示す。
【００８８】
第２の分析スクラップ片は、ＡＡ６ＸＸＸタイプのアルミニウム合金からなった。水平線（ｃ）は、順次、発光分光法（ＯＥＳ）によって決定されたスクラップ片の平均Ｍｇ含有量を示す。曲線（ｄ）は、ＧＤＯＥＳによって決定されたスクラップ片の深さに依存したＭｇ含有量を示す。
【００８９】
スクラップ片のまさに表面における（０μｍ〜およそ０．５μｍにおける）Ｍｇ含有量は、偏析および拡散効果によって大幅に増加し、それぞれの平均Ｍｇ含有量を明確に上回ることが図からわかるであろう。より深い所では、Ｍｇがここから表面へ拡散したために、Ｍｇ含有量が急に低下し、調べられたおよそ０．５μｍ〜５μｍの深さの範囲で平均Ｍｇ含有量を下回りさえする。
【００９０】
図４に示される測定結果は、例えば、スクラップ送出を分別するための対応する割り当てルール６４を、例えば、定義するために用いられてよい。特に、あるスクラップ片に対してバルク中のどのＭｇ含有量が表面組成情報の特定のＭｇ含有量に対応するかがこの図から推測されてよい。
【００９１】
曲線（ｂ）または曲線（ｄ）からの深さに依存したＭｇ含有量を、０μｍからレーザビーム３２の侵入深さ４８の深さの範囲内で積分または平均することによって、Ｍｇ含有量が決定されてよく、そのＭｇ含有量が図２に示される分析デバイス８を用いた測定から線（ａ）または線（ｃ）に沿った体積含有量をもたらす。レーザビーム３２の侵入深さ４８は、本質的にレーザ出力に依存し、従って、一定のレーザ出力では既知である。例えば、レーザ出力を調整することによって侵入深さ４８が５μｍに設定されるならば、特に、ＧＤＯＥＳ分析から含有量を０μｍおよび５μｍの間で平均することによって表面組成情報のＭｇ値が算出されてよい。好ましくは、平均または積分は、レーザビームのフットプリントおよび／またはスクラップ片表面においてレーザビームにより作り出されるクレータの形状を考慮に入れることを可能にするために、重み付きで実行される。例えば、図２に示される円錐形のクレータでは、好ましくは、表面近くの含有量が相応にさらに大きく重みを付けられる。
【００９２】
これらおよび対応する分析をさらなる合金元素に用いて、割り当てルール６４の表面組成情報に対する合金領域６８ａ、６８ｂなど、およびバルク組成情報に対する関連する合金領域７０ａ、７０ｂなどがこのように決定されてよい。
【００９３】
図４における図は、分別デバイス２０を制御するために分析デバイス８によって測定されたＭｇ含有量を、割り当てルール６４を考慮に入れないで、直接に用いることがスクラップ片の組成に関するかなりの誤解につながるであろうということも示す。
【００９４】
図５は、図１に示される装置２を用いた本発明による方法の例示的な実施形態を示す。
【００９５】
方法の第１のステップ８０では、スクラップ片６がコンベヤ４によって分析デバイス８へ供給されて、そこで組成分析を受ける。このために、個々のスクラップ片が分析器１０によってパルスレーザビーム３２に供され、結果として生じた発光からそれぞれの表面組成情報５０が決定される。
【００９６】
方法の第２のステップ８２では、制御デバイス１２が割り当てルール６４を用いて表面組成情報５０ごとに関連するバルク組成情報６６を選択し、これをそれぞれのスクラップ片６へ割り当てる。
【００９７】
第３のステップ８４では、それぞれのスクラップ片６がバルク組成情報６６に応じて分別されるように制御デバイス１２が分別デバイス２０を制御し、すなわち、本例では、それぞれのスクラップ片６が２つの部分的な流れ２２または流れ２４のうちの１つへ割り当てられる。
【００９８】
上記の例示的な実施形態からわかるように、記載された装置および記載された方法を用いて改善されたスクラップ片の合金固有の分別を達成できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2019520968.tif 000009
2019520968.tif 000010
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