KR100432826B1 - 동 및 동합금의 용해 및 용탕 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동(인탈산동, 타프피치동, 무산소동 : 이하 동이라 칭한다) 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치에 관한 것으로서, 특히 회전로의 바닥면에 회전로 내부로 가스를 공급할 수 있도록 하는 가스공급모듈을 형성하고, 용탕의 산화, 탈산, 정련을 위한 각기 다른 가스를 저장하고 있는 복수의 탱크를 구비하며, 상기 각각의 탱크에서 배출되는 가스가 가스공급모듈을 통해 회전로 내부의 용탕으로 공급되도록 하여 용탕의 산화, 탈산, 정련 과정이 가스반응에 의해 자동으로 이루어지도록 함과 동시에 산소버너 또는 가스버너를 이용하여 용해작업을 수행토록 하므로서, 버너의 연료 연소효율을 극대화시켜 용해시간의 단축 및 생산성 향상, 원가절감, 소음발생방지 등의 효과를 기대할 수 있도록 하고, 또한 용탕의 산화, 탈산, 정련 공정을 가스반응방법에 의해 구현함에 따라 작업시간을 단축시키고, 각 공정의 효율을 극대화시켜 최종 생산되는 빌렛의 성분 및 도전율이 균일해지도록 하여 품질을 향상시키고, 생산공정이 단순화되어 작업성이 향상되도록 한 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치에 관한 것이다.

Description

동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치{Melting and solution processing device for copper}

본 발명은 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치에 관한 것으로서, 특히 버너의 연료 연소효율을 극대화시켜 용해시간의 단축 및 생산성 향상, 원가절감, 소음발생방지 등의 효과를 기대할 수 있도록 하고, 또한 용탕의 산화, 탈산, 정련 공정을 가스반응방법에 의해 구현함에 따라 작업시간을 단축시키고, 각 공정의 효율을 극대화시켜 최종 생산되는 빌렛의 성분 및 도전율이 균일해지도록 하고, 생산공정이 단순화되어 작업성이 향상되도록 한 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 봉형태의 빌렛을 제조할 때에는 타프피치 동을 용해시킨 후 용탕처리하여 생산하고 있다.

즉, 공기를 매개체로 하여 벙커C유나 정제유 등의 연료를 연소시켜 그 열원으로서 동스크랩을 녹여 용해시키고, 용해물을 산화, 탈산 반응을 통하여 정련시킨 다음 숯으로 용탕피복을 하여 용탕표면처리를 행하므로서 산화가 방지되도록 한 후 주조하여 빌렛을 생산하는 것이다.

도 1 내지 도 5 는 종래의 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치를 도시한 것으로서,

동 및 동합금의 용해 및 용탕을 위해 원통형으로 형성되고 그 일측에 입구(4)와 출구(5)가 각각 형성되어 있는 회전로(1)가 구비되고, 이 회전로(1)의 일측에는 일정 크기의 드로스 처리구(6)가 형성되며, 타측에는 공기를 매개물로 하여 연료를 연소시켜 회전로(1) 내부의 동스크랩을 용해시키는 버너(2)가 설치되어 있으며,

상기 입구(4)의 상측으로는 버너(2)의 연소 과정에서 발생하는 불연소가스의 배출을 위한 덕트(7)가 설치되고, 이 덕트(7)의 도중에는 불연소가스에 포함되어 있는 이물질들을 걸러주는 집진필터(8)가 형성되어 있다.

상기 버너(2)에는 연소에 필요한 공기를 공급해주는 브로워(3)가 연결되어 있다.

이와같이 구성된 종래 기술의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 재료가 되는 동스크랩을 입구(4)를 통해 회전로(1) 내에 장입시킨 후 벙커C유 또는 정제유, 경유 등을 이용하여 버너(2)를 구동시켜 동스크랩을 용해시킨다.

이때, 브로워(3)를 가동시켜 버너(2)에 공기가 공급되도록 하여 상기 연료의 연소가 원활히 이루어지도록 하며, 동스크랩이 용해되는 과정에서 발생하는 버너(2)의 불완전연소 가스는 입구(4)를 통해 배출되는 덕트(7)를 통해 외부로 배출되고, 이과정에서 집진필터(8)를 통해 이물질이 걸러진다.

상기와같이 버너(2)를 이용하여 동스크랩을 일정시간 가열하면 동스크랩이 모두 녹아 용해물, 즉, 용탕이 형성된다.

회전로(1) 내에 용탕이 형성되면 도 2 와같이 입구(4)를 통해 별도의 에어공급파이프를 투입하여 용탕의 산화를 위한 에어를 공급하여 용탕이 산화(산화과정)되도록 하고, 산화가 완료되면 에어공급파이프를 제거한 후 도 3 과같이 C, O, H가 주성분인 생소나무를 용탕에 집어넣어 용탕 내의 산소를 제거하게 된다(탈산과정).

용탕 내의 산소가 적정 수준으로 감소하면 용탕의 표면에 도 4 와같이 숯을 피복하여 용탕의 추가 산화를 막아주면서 용탕의 온도가 적정온도일때 출구(5)를 통해 배출시켜 도 5 와같은 빌렛을 주조하게 되는 것이다.

그러나, 상기 설명과같은 종래 기술은 다음과 같은 여러가지 문제점을 가지고 있다.

1). 버너(2)의 연료로서 벙커C유 또는 정제유, 경유 등을 사용하기 때문에 버너의 연소효율이 40%에 지나지 않아 동스크랩을 용해시켜 용탕으로 만드는데 소요되는 시간이 매우 길어지게되고, 버너(2) 구동시 공기 공급을 위한 브로워(3)가 동작하게되므로 소음이 커지게되며, 버너(2)의 불완전 연소로 인한 집진필터의 수명이 단축되고, 불완전 연소된 가스가 대기중으로 방출됨에 따른 환경적인 문제가 발생하는 문제점이 대두되고 있다.

2). 산화공정시 작업자가 별도의 에어공급파이프를 회전로(1) 내부로 밀어넣어야만 하기 때문에 그 작업이 매우 힘들어지고, 에어공급파이프의 일부분이 용탕 내부로 침투해야만 하므로 스틸파이프(에어공급파이프)가 동에 의해 용해되어 전기전도도를 해치는 Fe 성분이 용탕 내에 다량 분포하게되며, 또한 도 2 에 도시된 바와같이 에어공급파이프를 통해 공급되는 에어에 의해 산화가 이루어지기 때문에 에어공급파이프를 중심으로 한 일정반경에 한해서 산화구역이 형성되고 회전로의 가장자리에는 에어가 공급되지 못하는 비산화구역이 형성되게되어 용탕의 산화작용이골고루 이루어지지 못하는 문제점이 발생하고 있다.

3). 탈산공정시 작업자가 생소나무를 회전로(1) 내부에 집어넣어 탈산공정을 실시하기 때문에 도 3 과같이 생소나무가 접하는 부분에서만 국부적으로 탈산반응이 이루어지게되고 그 이외의 영역에서는 탈산이 이루어지지 않는 비환원구역이 형성되어 용탕의 균일한 탈산이 이루어지지 않게되는 문제점이 발생하고 있으며, 탈산재료인 생소나무를 구입하기가 어려울뿐만 아니라 환경적인 측면에서 역행하게 되는 문제점이 발생하고 있다.

4). 또한 산화, 탈산 공정이 전체적으로 균일하게 이루어지지 않기 때문에 도 4 에 도시된 바와같이 용탕 상하부의 온도편차가 심해지고, 이에의해 주조시 주조실패가 발생하는 빈도가 증가하게되며, 주조도중 온도가 낮은 부위의 용탕이 배출될때 주조실패를 방지하기위하여 배출되는 용탕의 온도가 재가열시켜야 하므로 이때 사용되는 경유의 소모손실량이 증가할 뿐만 아니라 용탕 내의 산소량 및 가스량이 증가하여 주조되는 제품의 기계적성질 및 도전율이 나빠지는 문제점이 발생하고 있었다.

5). 도 5 는 종래기술로서 생산된 빌렛을 여러부분(A~E)에서 절단하여 도전율, 성분분포도 등을 실험한 결과 각각의 절단부분에서의 도전율이 96%~101%로서 서로 상이하였고, 성분분포 또한 각 부분에서 서로 상이하게 나타나고 있음을 확인할 수 있었으며, 종래기술에서 상기와같은 문제점을 해결하기 위해서는 값이 비싼 전기동이나 Berry 등급의 원재료를 사용할 수 밖에 없는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 회전로의 바닥면에 회전로 내부로 가스를 공급할 수 있도록 하는 가스공급모듈을 형성하고, 용탕의 산화, 탈산, 정련을 위한 각기 다른 가스를 저장하고 있는 복수의 탱크를 구비하며, 상기 각각의 탱크에서 배출되는 가스가 가스공급모듈을 통해 회전로 내부의 용탕으로 공급되도록 하여 용탕의 산화, 탈산, 정련 과정이 가스반응에 의해 자동으로 이루어지도록 함과 동시에 산소버너 또는 가스버너를 이용하여 용해작업을 수행토록 하므로서, 버너의 연료 연소효율을 극대화시켜 용해시간의 단축 및 생산성 향상, 원가절감, 소음발생방지 등의 효과를 기대할 수 있도록 하고, 또한 용탕의 산화, 탈산, 정련 공정을 가스반응방법에 의해 구현함에 따라 작업시간을 단축시키고, 각 공정의 효율을 극대화시켜 최종 생산되는 빌렛의 성분 및 도전율이 균일해져 품질이 향상되도록 하고, 생산공정이 단순화되어 작업성이 향상되도록 한 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 1 은 종래의 동합금 용탕 처리장치를 보인 도면.

도 2 는 종래의 장치에 의한 용탕산화과정을 보인 도면.

도 3 은 종래의 장치에 의한 용탕 탈산과정을 보인 도면.

도 4 와 도 5 는 종래기술에 대한 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 6 은 본 발명의 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치를 보인 도면.

도 7 은 본 발명에 의해 주조된 빌렛을 일예를 보인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 회전로, 11: 버너,

12: 입구, 13: 출구,

14: 가스공급모듈, 15: 구멍,

20: 제 1 탱크, 21: 제 2 탱크,

22: 제 3 탱크, 23: 기화기,

24: 가스공급관, 25: 버너연결관,

30~34: 밸브

도 6 과 도 7 은 상기 목적달성을 위한 본 발명을 도시한 것으로서, 이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 구성을 설명하면,

동 및 동합금의 용해 및 용탕을 위해 원통형으로 형성되고, 그 일측에 입구(12)와 출구(13)가 각각 형성되어 있는 회전로(10)와, 상기 회전로(10)에 설치되며 회전로(10) 내부에 투입된 동스크랩을 가열하는 버너(11)를 포함하여 구성된것에 있어서,

용탕의 산화를 위한 산소를 저장하는 제 1 탱크(20)와;

용탕의 탈산을 위한 LPG 또는 LNG를 저장하는 제 2 탱크(21)와;

용탕의 정련을 위한 N₂또는 Ar 가스를 저장하는 제 3 탱크(22)와;

회전로(1)의 바닥면에 일정간격으로 형성되고, 그 상측으로는 각각의 탱크(20~22)로부터 공급되는 가스를 회전로(10) 내부의 용탕으로 공급하기 위한 미세한 구멍(15)들이 형성되어 있는 다수의 가스공급모듈(14)과;

상기 각각의 가스공급모듈(14)과 제 1 내지 제 3 탱크(20~22)를 연결하여 각각의 탱크(20~22)에서 배출되는 가스가 가스공급모듈(14)로 공급되도록 하는 가스공급관(24)과;

상기 가스공급관(14)의 입구측에 설치되고, 작업자의 조작에 의해 개폐되어 각각의 탱크(20~22)에서 배출되는 가스가 회전로(1)로 공급되도록 하는 제 1 내지 제 3 밸브(30~32); 로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 제 1 탱크(20)와 제 2 탱크(21)를 버너(11)에 연결하여 상기 제 1 및 제 2 탱크(20,21)에서 배출되는 산소와 LNG 또는 LPG 가스가 버너(11)로 공급되도록 하여 버너(11)의 연소효율이 향상되도록 하는 버너 연결관(25)을 더 구성하고, 상기 버너 연결관(25)의 도중에 사용자의 조작에 따라 개폐되는 제 4 및 제 5 밸브(33,34)를 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가스공급모듈(14)은 상측은 좁고 하측은 넓은 형태의 원추형으로형성하여 회전로(10)의 바닥면에 손쉽게 착탈할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

미설명된 도면부호 23은 제 2 탱크(21)에서 배출되는 LNG 또는 LPG가스를 기체상태로 변환시키는 기화기를 나타내며, 도면부호 26은 가스공급관(24)과 버너연결관(25)을 통과하는 가스가 일정한 압력을 유지하면서 공급되도록 하는 레귤레이터를 나타낸다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리공정은 용해→산화→탈산→정련→주조 공정으로 이루어지므로 각각의 공정에 대해 설명한다.

◆ 용해공정 ◆

용해공정은 동스크랩을 가열하여 용탕으로 만드는 과정이다.

먼저 입구(12)를 통해 일정양의 동스크랩을 회전로(10) 내부에 투입하고, 제 4 밸브(33)와 제 5 밸브(34)를 개방시켜 제 1 탱크(20)의 산소와 제 2 탱크(21)의 탈산용가스(LNG 또는 LPG)가 버너연결관(25)을 통해 버너(11)로 공급되도록 한다.

이상태에서 버너(11)를 점화시키면 공급되는 산소와 탈산용가스가 연소되면서 그 화염에 의해 회전로(10) 내부의 동스크랩이 용해되어 용탕이 만들어진다.

상기와같이 버너(11)의 연료로서 산소와 LNG 또는 LPG를 사용하게되면 버너(11)의 연소효율이 약 90~95% 로 상승하게되어 용탕이 만들어지는 시간을 단축할 수 있고, 불완전연소가스의 발생량이 현저히 감소함에 따라 집진필터의 수명을 연장시킬 수 있게된다.

◆ 산화공정 ◆

용탕이 만들어지면 산화공정에 돌입한다.

작업자는 제 4 밸브(33)와 제 5 밸브(34)를 닫은 후 제 1 밸브(30)를 개방시켜 제 1 탱크(20)의 산소(O₂)가 가스공급관(24)을 통해 다수의 가스공급모듈(14)에 공급되도록 하는데, 이때 가스공급관(24)을 통과하는 산소는 레귤레이터(26)에 의해 일정압력을 유지한 상태로 공급되며, 가스공급모듈(14)의 미세한 구멍(15)을 통해 회전로(10)내부로 공급된다.

상기 구멍(15)은 회전로(10) 내부의 용탕은 구멍(15)을 통과하지 못하지만 각각의 탱크(20~22)에서 배출되는 가스들은 이 구멍(15)을 통과할 수 있는 크기로 형성하는 것이 바람직하다.

상기와같이 다수의 미세한 구멍을 통해 산소가 용탕으로 공급되면 용탕의 전체 면적에 대해 산소가 균일하게 공급되므로서 용탕의 전체면적이 골고루 산화되는 효과를 기대할 수 있게된다.

또한, 종래와같이 별도의 에어공급파이프를 용탕 내부에 집어넣지 않아도 되므로 용탕에 철(Fe) 성분이 녹아 스며드는 현상을 방지할 수 있게된다.

산화공정은 용탕 내부에 산소가 약 7000~10000ppm 에 이르기 까지 실시된다.

◆ 탈산(환원)공정 ◆

산화공정이 완료되면 용탕 내부의 산소 제거를 위한 탈산공정을 실시한다.

제 1 밸브(30)를 닫아준 후 제 2 밸브(31)를 열어서 제 2 탱크(21)에 저장되어있는 탈산용가스, 즉, LNG 또는 LPG가 가스공급모듈(14)을 통해 용탕에 골고루공급되도록 한다.

탈산가스로서 LNG 또는 LPG를 사용하는 이유는 상기 가스의 주성분이 C₃H₈이므로 탄소(C) 성분이 용탕의 산소(O₂)와 결합되면서 탈산작용을 일으키게 되므로 상기 가스를 사용한다.

상기 설명과같이 용탕 내부로 탈산용가스를 일정시간 동안 계속해서 공급하게되면 용탕내부의 산소와 탈산용가스의 탄소가 반응을 일으켜 탈산이 이루어지게되며, 이러한 탈산동작은 용탕내의 산소농도가 200~400ppm이 될때까지 진행된다.

본 발명에 의하면, 종래와같이 회전로 내부에 생소나무를 집어넣지 않아도 되므로 그만큼 작업시간이 단축될뿐만 아니라 탈산반응이 용탕의 전체 면적에 대해 균일하게 진행되므로 후에 생산되는 제품(빌렛)의 전기전도도와 기계적성질을 보장할 수 있게된다.

◆ 정련공정 ◆

정련공정은 탈산공정을 마친 용탕의 내부에 포함되어있는 이물질을 제거하는 공정이다.

작업자는 제 2 밸브(31)를 닫아준 후 다시 제 3 밸브(32)를 열어주어 제 3 탱크에 저장되어있는 N₂또는 Ar 가스가 가스공급모듈(14)을 통해 용탕으로 공급되도록 한다.

상기 N₂또는 Ar 가스를 용탕으로 공급하게 되면, 상기 가스의 기포가 용탕의 하측에서 부터 상측으로 상승하게되는데, 이 과정에서 용탕 내부에 존재하는 이물질의 가스는 상기 기포 내부로 스며들고, 용탕 내부에 존재하는 불순물(비금속개재물)은 기포의 표면에 흡착된다.

따라서, 용탕 내부에 일정양의 N₂또는 Ar 가스를 공급하게되면, 이 가스의 기포가 상승하면서 이물질들을 포집한 후 용탕의 표면에 떠있게 되고, 이때 작업자는 용탕의 표면에 떠있는 이물질들을 걷어 내는 것으로 간단하게 정련과정을 끝마칠 수 있게되는 것이다.

◆ 주조공정 ◆

정련공정이 완료된 후 작업자는 용탕의 표면에 숯을 도포하여 용탕이 더이상 산화되는 것을 방지한 후 용탕의 온도가 적정수준에 도달할 경우 출구(13)를 통해 용탕을 배출시켜 빌렛을 주조한다.

도 7 과같이 본 발명에 의해 최종적으로 생산되는 빌렛을 일정간격(A~E)으로 절단하여 각 구간에서의 도전율을 살펴본 바, 그 도전율이 101~102% IACS 정도로서 매우 균일한 상태를 보이고 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명에 의한 산화, 탈산 공정이 가스 반응에 의해 신속하게 이루어짐에 따라 주조당시의 용탕 온도가 전체적으로 균일하게되어 주조 실패율이 떨어지고, 고순도의 제품을 주조할 수 있게된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 회전로의 바닥면에 회전로 내부로 가스를 공급할 수 있도록 하는 가스공급모듈을 형성하고, 용탕의 산화, 탈산, 정련을위한 각기 다른 가스를 저장하고 있는 복수의 탱크를 구비하며, 상기 각각의 탱크에서 배출되는 가스가 가스공급모듈을 통해 회전로 내부의 용탕으로 공급되도록 하여 용탕의 산화, 탈산, 정련 과정이 가스반응에 의해 자동으로 이루어지도록 함과 동시에 산소버너 또는 가스버너를 이용하여 용해작업을 수행토록 하므로서, 버너의 연료 연소효율을 극대화시켜 용해시간의 단축 및 생산성 향상, 원가절감, 소음발생방지 등의 효과를 기대할 수 있도록 하고, 또한 용탕의 산화, 탈산, 정련 공정을 가스반응방법에 의해 구현함에 따라 작업시간을 단축시키고, 각 공정의 효율을 극대화시켜 최종 생산되는 빌렛의 성분 및 도전율이 균일해지도록 하고, 생산공정이 단순화되어 작업성이 향상되도록 한 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 동 및 동합금의 용해 및 용탕을 위해 원통형으로 형성되고, 그 일측에 입구(12)와 출구(13)가 각각 형성되어 있는 회전로(10)와, 상기 회전로(10)에 설치되며 회전로(10) 내부에 투입된 동스크랩을 가열하는 버너(11)를 포함하여 구성된 것에 있어서,

   용탕의 산화를 위한 산소를 저장하는 제 1 탱크(20)와;

   용탕의 탈산을 위한 LPG 또는 LNG를 저장하는 제 2 탱크(21)와;

   용탕의 정련을 위한 N₂또는 Ar 가스를 저장하는 제 3 탱크(22)와;

   회전로(1)의 바닥면에 일정간격으로 형성되고, 그 상측으로는 각각의 탱크(20~22)로부터 공급되는 가스를 회전로(10) 내부의 용탕으로 공급하기 위한 미세한 구멍(15)들이 형성되어 있는 다수의 가스공급모듈(14)과;

   상기 각각의 가스공급모듈(14)과 제 1 내지 제 3 탱크(20~22)를 연결하여 각각의 탱크(20~22)에서 배출되는 가스가 가스공급모듈(14)로 공급되도록 하는 가스공급관(24)과;

   상기 가스공급관(14)의 입구측에 설치되고, 작업자의 조작에 의해 개폐되어 각각의 탱크(20~22)에서 배출되는 가스가 회전로(1)로 공급되도록 하는 제 1 내지 제 3 밸브(30~32); 로 구성된 것을 특징으로 하는 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   제 1 탱크(20)와 제 2 탱크(21)를 버너(11)에 연결하여 상기 제 1 및 제 2 탱크(20,21)에서 배출되는 산소와 LNG 또는 LPG 가스가 버너(11)로 공급되도록 하여 버너(11)의 연소효율이 향상되도록 하는 버너 연결관(25)을 더 구성하고, 상기 버너 연결관(25)의 도중에 사용자의 조작에 따라 개폐되는 제 4 및 제 5 밸브(33,34)를 형성한 것을 특징으로 하는 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스공급모듈(14)은 상측은 좁고 하측은 넓은 형태의 원추형으로 형성하여 회전로(10)의 바닥면에 손쉽게 착탈할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 동 및 동합금의 용해 및 용탕처리장치.