KR100966806B1 - 알루미늄 용탕 중 철(Ｆｅ) 제거 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 용탕 중 철 성분을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Mn을 첨가하여 Fe-Mn계 금속간 화합물을 제조한 뒤 전자기력으로 교반하여 원심력을 이용하여 철 성분을 제거하여 청정상태의 알루미늄 용탕을 공급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 용탕 중의 철 제거 장치는 철 성분이 포함된 알루미늄을 용융시키는 용해로; 상기 용해로 내부에 위치하고 하부에 출탕구를 구비하고 있는 도가니: 상기 용해로 둘레에 위치하여 알루미늄 용탕을 회전 교반시킬 수 있는 전자기 교반장치; 상기 도가니 하부 출탕구에 연결되어 청정 알루미늄 용탕을 배출시킬 수 있는 노즐; 및 상기 노즐에서의 청정 알루미늄 출탕량을 조절할 수 있는 스토퍼을 포함하는 것을 특징으로 한다.

알루미늄, 철(Fe) 제거, 재활용, Mn, melt

Description

알루미늄 용탕 중 철(Ｆｅ) 제거 장치 및 그 방법{Apparatus for elimination of iron in Aluminum melt and method there of}

본 발명은 알루미늄 용탕 중 철 성분을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 Mn을 첨가하여 Fe-Mn계 금속간 화합물을 제조한 뒤 전자기력으로 교반하여 원심력을 이용하여 철 성분을 제거하여 청정상태의 알루미늄 용탕을 공급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄 스크랩 내에는 여러 가지 불순물이 함유되어 있으며 특히 철(Fe)은 알루미늄에 고용도가 적어 Al-Fe, Al-Fe-Si인 침상형태의 금속간 화합물을 형성하여 Al의 유동성, 충진성, 그리고 기계적 성질을 저하 시키는 주된 원인으로 되는 등 알루미늄의 상업적 이용과 재활용에 있어서 가장 치명적인 영향을 미친다. 이러한 문제점을 해결하고자 다양한 철 제거 방법이 개발되어 왔다.

종래의 철 제거 방법에는 고체 스크랩 상태에서 자석을 이용하여 분리하는 기술이 있으나 알루미늄과 철 성분이 압착되어있거나 볼트형태로 박혀있기 때문에 제거하기 어려운 문제가 있다.

또한 용탕 중에 용해되어있는 철 성분을 Mn을 첨가하여 구상의 금속간 화합 물로 정출시킨 후 침강시켜 제거하는 기술이 있으나 이 경우에는 침강속도가 느려 장시간 동안 용탕을 유지시켜야 하는 문제가 있다. 편석법에 의한 분리의 경우에는 665℃의 알루미늄 용탕에서 Fe의 고용도가 1.8 wt%Fe 이기 때문에 1.8 wt%이상인 Fe는 FeAl₃ 상으로 정출되어 비중차로 인하여 침강하나 더 많은 양의 Fe를 제거해야하고 효율도 낮은 문제점이 있다.

이상과 같은 문제점을 개선하기 위한 방법으로 직류 전자기력에 의한 금속간 화합물 제거 방법이 대한민국 공개특허 특2002-0036124에 기재되어 있다. 상기 공개특허에 기재된 기술은 제거 효율이 높으나 직류전기를 인가하기 위한 전극이 필요하고 용탕이 흐르는 관(channel)을 이용하여야 하기 때문에 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 철 성분을 다량 함유한 알루미늄 용탕에 Mn을 첨가하여 구상의 금속간 화합물을 정출시킨 후 용탕을 전자기력으로 교반하여 원심력으로 금속간화합물을 도가니 벽면으로 분리한 후 청정용탕을 용해로 하부로 출탕하여 알루미늄 용탕중의 철 성분을 분리하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 용탕 중의 철 제거 장치는 철 성분이 포함된 알루미늄을 용융시키는 용해로; 상기 용해로 내부에 위치하고 하부에 출탕구를 구비하고 있는 도가니: 상기 용해로 둘레에 위치하여 알루미늄 용탕을 회전 교반시킬 수 있는 전자기 교반장치; 상기 도가니 하부 출탕구에 연결되어 청정 알루미늄 용탕을 배출시킬 수 있는 노즐; 및 상기 노즐에서의 청정 알루미늄 출탕량을 조절할 수 있는 스토퍼을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기 교반장치는 코일발열과 용해로 열에 의해 손상되지 않도록 냉각수 라인을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 알루미늄 용탕 중의 철 제거 방법은 철 성분이 포함된 알루미늄 용해로에서 용융시키는 단계; 상기 용융된 철 성분이 포함된 알루미늄에 망간을 첨가하여 Fe-Mn계 금속간 화합물을 정출시키는 단계; 상기 용융된 알루미늄과 Fe-Mn계 금속간 화합물이 포함된 용탕을 전자기 교반에 의해 원심력으로 회전시켜 알루미늄 용탕으로 부터 Fe-Mn계 금속간 화합물을 분리시키는 단계; 및 상기 금속간 화합물이 분리된 청정 알루미늄 용탕을 용해로 하부로 출탕시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기 교반장치의 주파수는 3~200Hz 의 범위인 것을 특징으로 한다. 상기 Fe-Mn계 금속간 화합물을 분리시키는 단계는 상기 알루미늄과 Fe-Mn계 금속간 화합물 간의 비중차이에 의해 상기 금속간 화합물이 도가니 벽면으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해서 알루미늄 용탕 중의 철 성분의 제거효율이 향상되고, 보다 간편한 장치로 인하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 각각의 구성요소를 기술하기 위하여 설명되었지만, 각각의 구성요소는 이 같은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 이러한 용어들은 단지 소정의 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위 해서 사용되었을 뿐이다.

도면들에 있어서, 각각의 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되게 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 용탕 중의 철 성분 제거 장치의 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이 전자기교반장치(1) 내부에 철 성분을 포함하는 알루미늄을 용융시킬 수 있는 용해로(2)와 용해로(2) 내부에 도가니(3)가 설치되어있다. 용해로에서 가해진 열에 의해서 철 성분을 포함하는 알루미늄을 용융 상태로 만들 수 있다. 도가니(3)에 철 성분이 함유되어 있는 알루미늄을 용융시킨 후 Mn을 첨가하여 알루미늄 용탕중에 포함되어 있는 철 성분을 금속간 화합물로 용탕 내에 정출시킨다. 상기 정출된 금속간 화합물(4)은 비중이 용탕보다 크기 때문에 전자기 교반에 의한 원심력으로 도가니 벽면 측으로 이동하여 하부로 침강하게 된다. 도가니 하부과 연결되어 있는 노즐(6)을 통하여 청정 알루미늄 용탕을 몰드에 공급할 수 있다. 청정알루미늄 출탕시에 노즐(6) 상부에 위치하는 스토퍼(5)를 수직방향으로 상하로 이동시키면서 출탕량을 조절할 수 있다. 또한 금속간 화합물이 몰드(7)로 주입되는 것을 방지할 수 있다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 용탕 중의 철 성분 제거 방법의 공정 순서도 이다. 철 성분이 포함되어 있는 알루미늄을 도가니에 투입하여 용해로에서 가해지는 열로 용융시키는 단계(S1)로 개시된다. 용융된 철 성분이 포함되어 있는 알루미늄에 Mn을 투입하여 제거하고자 하는 철 성분과 반응시켜 Fe-Mn계 금속간 화합물을 정출시키는 단계(S2)를 거치게 된다. 금속화합물 정출단계(S2)에서 정출된 금속간 화합물은 그 비중이 알루미늄의 비중보다 크기때문에 하부로 침강하게 된다. 다만 침강속도가 느려 보다 신속하게 분리할 필요가 있다. 정출된 금속간 화합물을 신속하게 분리하기 위해서 전자기 교반기에 의해 회전으로 도가니 측면으로 이동하여 측면 하부로 침강시키는 금속간 화합물 분리단계(S3)를 거치게 된다. 금속간 화합물 분리단계(S3)를 마치고 나면 도가니(3) 중심부에는 용융상태의 청정 알루미늄만이 남게 되고 스토퍼(5)를 상승시켜 노즐(6)을 통해 몰드(7)로 청정 알루미늄을 출탕시키는 단계(S4)를 거쳐 알루미늄 용탕 중의 철 성분을 제거하게 된다.

이하 실시예를 통해 본발명에 대해 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

직경 100mm, 높이 200mm인 도가니와 직경 150mm, 높이 350mm인 용해로, 내경 230mm, 높이 200mm인 전자기 교반 장치로 구성된 장치를 이용하여 Fe가 2 중량% 함유된 알루미늄을 용해한 후 1 중량%의 Mn을 첨가하여 적정온도에서 5분간 교반한 후 하부 도가니에 청정 알루미늄을 받았다. 응고 후 성분을 분석한 결과 철의 농도가 0.1% 이하임을 확인하였다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 용탕 중의 철 성분 제거 장치의 개략도이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 용탕 중의 철 성분 제거 방법의 공정순서도이다.

<도면의 주요 부분에 따른 부호의 설명>

1: 전자기교반장치 2: 용해로

3: 도가니 4: 금속간 화합물

5: 스토퍼 6: 노즐

7: 몰드

Claims (5)

1. 철 성분이 포함된 알루미늄을 용융시키는 용해로;

   상기 용해로 내부에 위치하고 하부에 출탕구를 구비하고 있는 도가니;

   상기 용해로 둘레에 위치하여 상기 용융된 철 성분이 포함된 알루미늄을 회전 교반시킬 수 있는 전자기 교반장치;

   상기 도가니 하부 출탕구에 연결되어 청정 알루미늄 용탕을 몰드에 배출시킬 수 있는 노즐; 및

   상기 노즐에서의 청정 알루미늄 출탕량을 조절할 수 있는 스토퍼을 포함하는 알루미늄 용탕 중의 철 제거 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전자기 교반장치는 코일발열과 용해로 열에 의해 손상되지 않도록 냉각수 라인을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕 중의 철 제거 장치.
3. 철 성분이 포함된 알루미늄 용해로에서 용융시키는 단계;

   상기 용융된 알루미늄에 망간을 첨가하여 Fe-Mn계 금속간 화합물을 정출시키는 단계;

   상기 용융된 알루미늄과 Fe-Mn계 금속간 화합물이 포함된 용탕을 전자기 교반장치에 의해 원심력으로 회전시켜 알루미늄 용탕으로 부터 Fe-Mn계 금속간 화합물을 분리시키는 단계;

   상기 Fe-Mn계 금속간 화합물이 분리된 청정 알루미늄 용탕을 용해로 하부로 출탕시키는 단계를 포함하는 알루미늄 용탕 중 철 제거 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전자기 교반장치의 주파수는 3~200Hz 의 범위인 것을 특징으로하는 알루미늄 용탕 중 철 제거 방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 Fe-Mn계 성분을 가지는 금속간 화합물을 분리시키는 단계는 상기 알루미늄과 금속간 화합물 간의 비중차이에 의해 상기 금속간 화합물이 도가니 벽면으로 이동하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕 중 철 제거방법.

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