KR101230611B1

KR101230611B1 - 알루미늄-아연 합금 잉곳의 제조방법 및 제조장치

Info

Publication number: KR101230611B1
Application number: KR1020120068375A
Authority: KR
Inventors: 이태용
Original assignee: 삼보산업(주)
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2013-02-06

Abstract

본 발명은 Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법에 관한 것으로, 격벽을 이용하여 용해로를 버너가 부속된 주용해공간과 버너가 없는 부용해공간으로 구획하는 단계와; 상기 주용해공간에 Al 잉곳을 투입하여 용해하는 단계와; 상기 부용해공간에 Zn 잉곳을 투입하고 상기 Al 잉곳의 용해가 진행됨에 따라 상기 격벽을 점진적으로 상승시켜 Al 용탕을 상기 부용해공간으로 인출하여 상기 Zn 잉곳을 용융시키는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 따라 Al 잉곳과 Zn 잉곳의 전체적 용해시간을 단축시켜 처리효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

알루미늄-아연 합금 잉곳의 제조방법 및 제조장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING Al-Zn ALLOY INGOT}

본 발명은 Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

Al-Zn 합금은 철강 부식의 방지를 위해 도금하는 합금으로 철강에 도포하여 알루미늄과 같은 질감을 느끼도록 한다. 이외에도 Al-Zn 합금은 내식성, 전기전도도 또는 열전도도를 높이기 위한 목적으로 많이 사용되고 있다.

이러한 Al-Zn 합금을 종래 제조과정은 일반적으로, 용해로에 Al 잉곳을 투입하여 용해시킨 다음, 그 Al 용탕에 Zn 잉곳을 투입하여 Al-Zn 합금 용탕을 얻고, 이를 잉곳몰드에 주조하여 최종적으로 Al-Zn 합금 잉곳을 성형하였다.

그런데 이러한 종래의 방법에 따르면, Al 잉곳의 용해와 Zn 잉곳의 용해가 순차적으로 이루어지기 때문에, Al 잉곳의 용해가 진행되는 동안 Zn 잉곳을 대기시켜 기다려야 하므로 비교적 처리시간이 길었다.

또한 Al 용탕에 Zn 잉곳을 투입하여 용해하는 과정에서, 비교적 고온의 용탕에 투입된 Zn 잉곳이 버너의 직접 가열에 노출되어 열산화가 발생할 비율이 높다는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 Al 잉곳과 Zn 잉곳의 전체적 용해시간을 단축시켜 처리효율을 향상시킬 수 있는 Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적은 본 발명의 실시예에 따라, Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법에 있어서, 격벽을 이용하여 용해로를 버너가 부속된 주용해공간과 버너가 없는 부용해공간으로 구획하는 단계와; 상기 주용해공간에 Al 잉곳을 투입하여 용해하는 단계와; 상기 부용해공간에 Zn 잉곳을 투입하고 상기 Al 잉곳의 용해가 진행됨에 따라 상기 격벽을 점진적으로 상승시켜 Al 용탕을 상기 부용해공간으로 인출하여 상기 Zn 잉곳을 용융시키는 단계를 포함하는 Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 Zn 잉곳의 용융단계에서는 상기 주용해공간이 680℃ 내지 760℃의 온도가 유지되고 상기 부용해공간은 650℃ 이하로 유지되도록 상기 주용해공간과 상기 부용해공간 사이의 상기 격벽의 개방도를 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 Al 잉곳의 용해 및 상기 Zn 잉곳의 용해가 완료되면 상기 격벽을 용탕의 표면으로부터 소정 간격을 두고 상승시키고 드로스제거 및 교반을 시행하는 단계를 더 포함하여 Al-Zn 합금 용탕 상부에 존재하는 드로스를 제거하고 교반하는 것이 바람직하다.

해결하고자 하는 다른 과제의 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, Al-Zn 합금 잉곳의 제조장치에 있어서, Al 잉곳과 Zn 잉곳이 투입되어 Al-Zn 합금 용탕이 제조 가능한 용해로와; 상기 용해로를 버너가 부속된 주용해공간과 버너가 없는 부용해공간으로 구획하는 격벽과; 상기 주용해공간과 상기 부용해공간 사이의 상기 격벽의 개방도를 조절하도록 상기 격벽을 상승 또는 하강시키는 격벽승강장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Zn 합금 잉곳의 제조장치에 의해 달성된다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, Al 잉곳과 Zn 잉곳의 전체적 용해시간을 단축시켜 처리효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1(a), 도 1(b), 도 1(c) 및 도 1(d)는 본 발명의 실시예에 따른 Al-Zn 합금 잉곳의 제조장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법의 시간과 온도에 따른 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1(a), 도 1(b), 도 1(c) 및 도 1(d)에 도시된 바와 같이 Al-Zn 합금 용탕 제조장치는 Al-Zn 합금 용탕(520)을 만들기 위한 용해로(100)와, 용해로(100)를 주용해공간(120)과 부용해공간(140)으로 구획하는 격벽(300)과, 상기 격벽(300)에 의해 주용해공간(120)에만 가열시키는 버너(200)로 구성되어 있다.

용해로(100)는 이동가능한 격벽(300)에 의해 주용해공간(120)과 부용해공간(140)으로 구분되는데 주용해공간(120)에는 Al 잉곳(400)이 투입되고, 부용해공간(140)에는 Zn 잉곳(500)이 투입된다.

주용해공간(120)에는 버너(200)가 설치되어 있는데 버너(200)는 주용해공간(120)을 가열시키기 위해 주용해공간(120)의 상부에 설치되어 있다. 경우에 따라서 버너(200)의 개수 및 위치는 변동 가능하다.

버너(200)의 열이 부용해공간(140)에는 직접적으로 닿지 않도록 주용해공간(120)과 부용해공간(140)을 구획하는 격벽(300)이 존재한다. 격벽(300)은 용해로(100)와 마찬가지로 내화재질로 이루어지며, 격벽승강장치(320)를 이용하여 격벽(300)이 상승 또는 하강하도록 구동하여, 주용해공간(120)과 부용해공간(140) 사이의 격벽(300)의 개방도를 조절 가능하다. 격벽(300)에 의해 버너(200)의 열이 부용해공간(140)에 닿지 않기 때문에 부용해공간(140)에 투입되는 Zn 잉곳(500)은 주용해공간(120)에서 인출된 Al 용탕(420)에 용융되어 Al-Zn 합금 용탕(520)이 만들어진다.

Al 잉곳(400)과 Zn 잉곳(500)의 용융이 끝나면 드로스(540)를 제거하며 Al-Zn 합금 용탕(520)을 교반하기 위한 드로스제거장치(600)를 사용한다. 드로스제거장치(600)는 용해로(100)의 상부에서 드로스(540)를 제거하고 Al-Zn 합금 용탕(520)을 교반하여 최종적으로 주조를 위한 Al-Zn 합금 용탕(520)을 만들어낸다.

Al-Zn 합금 잉곳 제조방법의 순서로는 먼저 이동가능한 격벽(300)을 이용하여 용해로(100)를 버너(200)가 부속된 주용해공간(120)과 버너(200)가 없는 부용해공간(140)으로 구획한다. 격벽(300)을 이용하여 구획함으로써 버너(200)의 열은 주용해공간(120) 만을 가열하게 되고 부용해공간(140)에는 버너(200)의 열이 닿지 않게 된다. 이로써 버너(200)의 열에 의해 직접 가열되는 주용해공간(120)의 온도보다 용점이 낮은 Zn 잉곳(500)을 후에 부용해공간(140)에 투입하면 버너의 열에 의한 산화를 줄일 수 있다. 격벽(300)은 주용해공간(120)과 부용해공간(140)을 완전히 차단하지 않고 하부에 소정의 공간을 남겨둔다. 주용해공간(120)은 680℃ 내지 760℃의 온도로 유지되고, 부용해공간(140)은 650℃ 이하의 온도로 유지된다. 부용해공간(140)은 외부에서 접근 가능하도록 오픈되어 있어 열손실이 일어나기 때문에 오픈되어 있지 않은 주용해공간(120)보다 낮은 온도로 유지되고 있다.

다음으로 주용해공간(120)에 Al 잉곳(400)을 투입한다. Al 잉곳(400)도 버너(200)의 열에 의해 산화되지만 대량의 Al 잉곳(400)을 용해하기 위해서는 버너(200)가 설치되어 있는 주용해공간(120)에서 용해되는 것이 바람직하다. Al 잉곳(400)은 처음에는 주용해공간(120)에 존재하지만 용해되면서 생성되는 Al 용탕(420)이 격벽(300) 하부에 마련된 공간을 통해 부용해공간(140)으로 인출된다.

다음으로 Al 용탕(420)이 생성되는 중간에 부용해공간(140)에 Zn 잉곳(500)을 투입한다. Al 잉곳(400)이 버너(200)의 열에 의해 녹기 시작하면 점점 Al 용탕(420)이 부용해공간(140)으로 인출된다. 부용해공간(140)으로 인출된 Al 용탕(420)에 Zn 잉곳(500)이 투입되고 Al 용탕(420)에 의해 Zn 잉곳(500)이 용융된다. 이 단계에서는 주용해공간(120)에 투입된 Al 잉곳(400)이 모두 녹은 후 부용해공간(140)에 Zn 잉곳(500)을 투입하는 것이 아닌 Al 잉곳(400)이 조금씩 녹을 때 Zn 잉곳(500)을 투입하여 동시에 용해한다는 것이 특징이다.

또한, 종래의 기술처럼 Al 잉곳(400)이 모두 용해되어 높은 열용량을 가지고 있는 Al 용탕(420)에 Zn 잉곳(500)을 투입하는 것보다 Al 용탕(420)이 격벽(100) 하부의 공간을 통해 소량씩 흘러들어와 상대적으로 낮은 열용량을 가지고 있는 Al 용탕(420)에 Zn 잉곳(500)을 투입하는 것이 높은 온도에 의한 Zn 잉곳(500)의 산화를 줄일 수 있다.

경우에 따라서 Zn 잉곳(500) 투입단계에서 Zn 잉곳(500)의 투입 분량이나 투입 속도를 이용하여 온도 조절도 가능하다. 예를 들면 Zn 잉곳(500)을 투입하면 Al 용탕(420)의 온도가 낮아지게 되는데 Zn 잉곳(500)을 천천히 또는 소량으로 나누어 투입하게 되면 Al 용탕(420)의 온도가 하강하는 정도가 적지만, Zn 잉곳(500)을 한꺼번에 빠른속도로 투입하면 Al 용탕(420)의 온도가 급격히 하강하게 된다.

다음으로 Al 잉곳(400)의 용해가 진행됨에 따라 격벽승강장치(320)를 구동하여 격벽(300)을 점진적으로 상승시킨다. Al 잉곳(400)의 용해에 의해 생성되는 Al 용탕(420)의 양이 증가할수록 격벽(300)을 점진적으로 상승시켜 주용해공간(120)에서 부용해공간(140)으로 인출되는 Al 용탕(420)의 양을 증가시킨다. Al 용탕(420)이 소량씩 인출되면 부용해공간(140)에 존재하는 Al 용탕(420)이 Zn 잉곳(500)을 용해시키면서 온도가 하강하게 된다. Al 용탕(420)의 온도가 떨어지면 Zn 잉곳(500)을 모두 용해시키지 못할 경우가 생기기 때문에 격벽(300)을 점진적으로 상승시켜 Zn 잉곳(500)이 용해되면서 부용해공간(140)에 존재하는 Al 용탕(420)의 온도가 낮아져도 주용해공간(120)에서 지속적으로 Al 용탕(420)이 공급되어 온도를 유지할 수 있도록 한다. 주용해공간(120)과 부용해공간(140)의 바람직한 온도는 주용해공간(120)이 680℃ 내지 760℃의 온도가 유지되고 부용해공간(140)이 650℃ 이하로 유지되도록 하여 Al 잉곳(400)과 Zn 잉곳(500)의 용해에 문제가 생기지 않도록 한다. 경우에 따라서 부용해공간(140)의 온도가 650℃ 이상으로 상승할 경우 격벽(300)을 하강하여 부용해공간(140)의 온도를 650℃ 이하로 유지시킬 수 있다.

다음으로 Zn 잉곳(500)의 용해가 완료되면 격벽승강장치(320)를 구동하여 격벽(300)을 Al-Zn 합금 용탕(520)의 표면으로부터 소정 간격을 두고 상승시킨다. 격벽(300)을 점진적으로 상승시킬수록 주용해공간(120)과 부용해공간(140)이 이격되는 부분이 점차 줄어들게 되고, 즉 주용해공간(120)과 부용해공간(140) 사이의 격벽(300)의 개방도가 점차 증가하여, 주용해공간(120)과 부용해공간(140)의 온도가 비슷해져서 Zn 잉곳(500)의 용해가 완료될 시점에는 주용해공간(120)과 부용해공간(140)의 온도가 650℃ 이하로 같아진다. 이러한 경우 종래의 기술에서처럼 Al 용탕(420)이 가열되는 온도에서(680℃ 이상) Zn 잉곳(500)이 투입되는 온도(650℃ 이하)로 강하시키는 시간이 따로 걸리지 않아 합금 제조 공정의 시간을 보다 단축하므로 효율적이다.

다음으로 Al-Zn 합금 용탕(520)의 드로스(540) 제거 및 교반을 시행한다. Al-Zn 합금 용탕(520)을 제조시 생성된 불순물이 Al-Zn 합금 용탕(520) 상부에 떠오르게 되는데 이것을 드로스(dross, 540)라고 한다. 이러한 드로스(540)를 드로스제거장치(600)를 이용하여 제거하고, Al-Zn 합금 용탕(520) 상부에서 교반을 시켜 최종적으로 Al-Zn 합금 용탕(520)을 주조하고 Al-Zn 합금 잉곳이 만들어진다.

위에서 설명한 것처럼 대량의 Al 용탕(420)에 Zn 잉곳(500)을 바로 투입하게 되면 Al 용탕(420)의 큰 열용량에 의해 Zn 잉곳(500)이 용해되면서 산화물이 생성되는 정도가 높아지고, 산화물이 많아질 경우 드로스(540) 제거가 힘들어진다. 따라서 격벽(300)에 의해 버너의 열이 차단된 부용해공간(140)에서 적은양의 Al 용탕(420)에 Zn 잉곳(500)을 서서히 녹이면서 적은 열용량에 의해 산화물의 생성을 줄여 드로스(540) 제거를 용이하게 하고 합금 제조 공정의 효율성을 높이도록 한다.

또한, 종래의 기술에서는 680℃ 이상에서 Al 잉곳(400)이 모두 용해되어 Al 용탕(420)이 된 후 바로 Zn 잉곳(500)을 투입하면 Zn 잉곳(500)이 산화될 가능성이 높기 때문에 Al 용탕(420)의 온도를 650℃ 이하로 낮춰 Zn 잉곳(500)을 투입하였다. 이와 같이 Al 잉곳(400)의 용해 완료 후에 Al 용탕(420)의 온도를 낮춰 Zn 잉곳(500)을 투입하게 되면 Al 잉곳(400)이 전부 용해될 때까지 기다리는 시간과 Al 용탕(420)의 온도를 낮추는 데 시간이 소요되어 합금 제조 공정이 효율적이지 못하였다. 하지만 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 680℃ 이상인 주용해공간(120)에서 Al 잉곳(400)을 투입하여 용해하고 용해된 Al 용탕(420)을 격벽(300)에 의해 버너(200)에 의한 직접 가열이 차단된 부용해공간(140)으로 인출하여 650℃ 이하인 부용해공간(140)에 Zn 잉곳(500)을 투입하여 Al 잉곳(400)과 Zn 잉곳(500)을 함께 용해하였기 때문에 종래의 기술보다 합금 주조를 위한 작업 시간을 단축시킬 수 있으며 처리 효율이 보다 증가된다.

도 2에 도시된 그래프를 이용하여 온도에 따른 Al-Zn 합금 잉곳의 제조단계를 보다 자세히 설명하면, 먼저 (0)에서 버너(200)의 열에 의해 용해로(100)의 주용해공간(120)에 가열이 시작된다. 주용해공간(120)은 680℃ 내지 760℃를 유지하도록 지속적으로 가열되며, 도 2에서는 주용해공간이 680℃를 유지하는 경우를 예시한다.

주용해공간(120)을 가열하는 중에 620℃ 정도가 되는 (a)에서 Al 잉곳(400)을 투입하여 용해한다. Al 잉곳(400)이 용해되어 생성된 Al 용탕(420)이 부용해공간(140)으로 인출되면서 부용해공간(140)의 온도가 상승하게 된다.

Al 용탕(420)에 의해 620℃ 정도로 부용해공간(140)의 온도가 상승한 (b)에서 부용해공간(140)에 존재하는 Al 용탕(420)에 Zn 잉곳(500)을 투입하여 Al 잉곳(400)과 Zn 잉곳(500)을 동시에 용해한다. 부용해공간(140)은 650℃ 이하의 온도로만 존재하게 되는데 버너(200)에 의해 직접적으로 가열되지 않을뿐더러 외부에서 접근가능하도록 노출되어 있기 때문에 열손실이 일어나 주용해공간(120)보다 낮은 온도로 이루어진다.

Al 잉곳(400)의 투입이 완료되어 모두 용해된 상태에서 부용해공간(120)에 Zn 잉곳(140)을 계속 투입하게 되면 Al 용탕(420)의 온도가 점점 하강하여 주용해공간(120)과 부용해공간(140)의 온도가 같아져서, 이 상태가 Zn 잉곳(500)이 모두 용해가 완료되는 (c)까지 유지된다. 그후 주용해공간(120)과 부용해공간(140)에 존재하는 Al-Zn 합금 용탕(520)의 온도가 620℃ 이하로 하강하여 (d)에서 주조가 이루어진다.

100: 용해로 120: 주용해공간
140: 부용해공간 200: 버너
300: 격벽 320: 격벽승강장치
400: Al 잉곳 420: Al 용탕
500: Zn 잉곳 520: Al-Zn 합금 용탕
540: 드로스 600: 드로스제거장치

Claims

Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법에 있어서,
격벽을 이용하여 용해로를 버너가 부속된 주용해공간과 버너가 없는 부용해공간으로 구획하는 단계와;
상기 주용해공간에 Al 잉곳을 투입하여 용해하는 단계와;
상기 부용해공간에 Zn 잉곳을 투입하고 상기 Al 잉곳의 용해가 진행됨에 따라 상기 주용해공간에서 상기 부용해공간으로 인출되는 Al 용탕의 양이 증가하도록 상기 격벽을 점진적으로 상승시켜 상기 Al 용탕으로 상기 Zn 잉곳을 용융시키는 단계를 포함하는 Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 Zn 잉곳의 용융단계에서는 상기 주용해공간이 680℃ 내지 760℃의 온도가 유지되고 상기 부용해공간은 650℃ 이하로 유지되도록 상기 주용해공간과 상기 부용해공간 사이의 상기 격벽의 개방도를 조절하는 것을 특징으로 하는 Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 Al 잉곳의 용해 및 상기 Zn 잉곳의 용해가 완료되면 상기 격벽을 용탕의 표면으로부터 간격을 두고 상승시키고 드로스제거 및 교반을 시행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Zn 합금 잉곳의 제조방법.
Al-Zn 합금 잉곳의 제조장치에 있어서,
Al 잉곳과 Zn 잉곳이 투입되어 Al-Zn 합금 용탕이 제조 가능한 용해로와;
상기 용해로를 버너가 부속된 주용해공간과 버너가 없는 부용해공간으로 구획하는 격벽과;
상기 주용해공간과 상기 부용해공간 사이의 상기 격벽의 개방도를 조절하도록 상기 격벽을 상승 또는 하강시키는 격벽승강장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-Zn 합금 잉곳의 제조장치.