KR101474220B1 - 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용해로의 측부에 위치하고, 알루미늄 압축칩 덩어리가 장입 후 용탕에 침적된 상태에서 용탕 순환에 의하여 용해되는 장입실, 상기 장입실과 연결된 제1터널을 통하여 유입된 용탕을 연소유닛을 이용하여 가열시키는 승온실, 및 상기 승온실과 연결된 제2터널을 통하여 유입된 용탕을 용탕교반유닛을 이용하여 제3터널을 통하여 상기 장입실로 순환시키는 용탕교반실을 포함하고, 장입실, 승온실 및 용탕교반실은 구조적으로 각각 독립된 공간을 가지고 용탕이 제1 터널, 제2 터널 및 제3 터널을 통과하도록 수평적으로 순환시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로를 제공한다.
본 발명에 따르면, 알루미늄 압축단괴가 장입실에 장입되는 즉시 용탕에 침적된 상태에서 용탕펌프에 의한 고속으로 순환하는 용탕과 접촉하여 즉시 용해가 되므로 용해속도를 향상시켜 생산성을 향상시킴과 동시에 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있다.

Description

알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로{Furnace for melting Aluminum Puck by Precipitation}

본 발명은 용해로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 압축칩 덩어리(Puck)를 용해시 용해속도를 향상시킴으로써 생산성 및 에너지 효율을 높일 수 있는 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로에 관한 것이다.

알루미늄 용해로는 알루미늄(Al)을 일정한 크기로 성형한 인고트 또는 스크랩을 대략 850 ~ 1100℃ 정도의 고열로 용해시키는 설비이다. 통상 용해로에서 녹은 알루미늄 용탕은 보온로 등에 담아두면서, 필요시 알루미늄 용탕을 형틀 등에 부어 다이케스팅이나 주물 작업으로 알루미늄 관련 제품을 생산하게 된다. 한편, 근래에 알루미늄을 이용한 알루미늄 합금은 주조성,가공성 및 비강도가 다른 금속보다 우수하여 각종 구조재료와 기계부품으로 널리 사용되고 있으며 , 현재 그 사용량이 점차 증가되고 있는 실정인데, 특히 알루미늄 합금은 비용적인 면에서는 부담이 되지만 초경량의 구조재료나 부품을 생산할 수 있기 때문에, 그 사용이 증대되고 있는 것이다.

그런데, 이와 같은 알루미늄은 통상 용해시 반사로에서 용해되고 있으나, 이와 같은 반사로의 특성상 버너 등을 이용하여 열을 가하여 용탕 내부로의 전도 및 미미하지만 대류에 의한 열전달로 용해가 이루어 지기 때문에, 용탕의 상,하부 온도편차가 심하여 용탕 하부의 온도를 적정온도까지 높이기까지에는 많은 열량이 필요하고, 용해 시간이 길어지는 등 용해 효율면에서 문제가 있었다.

특히, 알루미늄 제품의 생산이나 가공시 특히 많이 발생하는 알루미늄 칩(chip) 및 알루미늄 칩을 압축한 압축칩 덩어리(퍽, Puck)의 재처리를 위한 용해시 알루미늄 칩의 용해가 어렵고, 그 용해 효율 즉, 알루미늄 칩의 실수율이 크게 떨어지는 문제가 있었다. 예를 들어, 알루미늄 칩 및 압축칩 덩어리(퍽, Puck)는 중량이 가볍기 때문에, 용해로의 용탕에 투입되면 바로 용탕으로 침강되지 않고 용탕의 탕면상에서 부유된 상태로 있다가 용해되기 때문에, 알루미늄(Al)은 용해로 분위기가스와 접촉하면서 산화되어 산화물인 알루미나(Al2O3)로 산화되고, 결국 순수 알루미늄의 실수율이 떨어지게 되는 것이다. 또한 종래 알루미늄 용해시 단속조업에서 발생하는 연소실 도어개방, 연소실에 원재료 장입, 용해의 사이클이 끝난 후 다시 연소실 도어개방, 연소실에 원재료 장입, 용해의 사이클을 수없이 반복함으로써 에너지 낭비가 발생하는 문제점이 있다.

따라서 알루미늄 용해시 친환경적이고, 생산성을 향상시켜 에너지를 절약할 수 있는 새로운 알루미늄 용해로가 필요하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 알루미늄 압축칩 덩어리가 장입부에 투입되는 즉시 침적 후 용탕의 순환에 의하여 용해될 수 있는 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 알루미늄 압축칩 덩어리가 장입되는 장입부와 승온실이 완전히 분리되어 버너의 화염이 알루미늄 압축칩 덩어리에 직접 닿지 않음으로써 탄소 및 산화알루미늄의 발생을 방지할 수 있는 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예인 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로는 용해로의 측부에 위치하고, 알루미늄 압축칩 덩어리가 장입 후 용탕에 침적된 상태에서 용탕 순환에 의하여 용해되는 장입실, 상기 장입실과 연결된 제1터널을 통하여 유입된 용탕을 연소유닛을 이용하여 가열시키는 승온실, 및 상기 승온실과 연결된 제2터널을 통하여 유입된 용탕을 용탕교반유닛을 이용하여 제3터널을 통하여 상기 장입실로 순환시키는 용탕교반실을 포함하고, 장입실, 승온실 및 용탕교반실은 구조적으로 각각 독립된 공간을 가지고 용탕이 제1 터널, 제2 터널 및 제3 터널을 통과하도록 수평적으로 순환시키는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 승온실과 장입실이 내화물 벽체로 완벽하게 분리되어 있고, 상기 장입실에 알루미늄 압축칩 덩어리를 장입하고, 상기 승온실에서 버너로 용탕의 온도를 높이는 구조로 되어 있어, 알루미늄 압축칩 덩어리에 버너의 화염이 직접 닿는 것을 공간적으로 차단함으로써 산화알루미늄의 발생을 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다.

또한 알루미늄 압축칩 덩어리가 장입실에 장입되는 즉시 용탕에 침적된 상태에서 용탕펌프에 의한 고속으로 순환하는 용탕과 접촉하여 즉시 용해가 되므로 용해속도를 향상시켜 생산성을 향상시킴과 동시에 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있다.

또한 용탕이 출탕 기준 수위에 도달하는 경우 출탕부를 개방하여 합금로의 수탕부와 연결된 탕도를 통하여 합금로에 연속적으로 공급할 수 있음으로 작업공정을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적용해 시킬 수 있는 용해로의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장입실에 알루미늄 압축칩 덩어리를 장입하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장입실에서 발생할 수 있는 드로스를 수거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로를 이용한 연속적인 용해 처리 공정을 설명하기 위한 공정도이다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 압축칩 덩어리(이하 알루미늄 퍽(Puck)이라 한다)를 침적용해 시킬 수 있는 용해로의 평면도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 용해로(1000)는 내화물 벽체(900)에 의하여 각각 독립적인 공간을 갖는 연소유닛(110)을 이용하여 용탕의 온도를 높이는 승온실(100), 알루미늄 퍽이 장입되는 장입실(200) 및 용탕을 용탕교반유닛(310)을 이용하여 순환시키는 용탕교반실(300)을 포함하며, 용탕은 승온실(100), 장입실(200) 및 용탕교반실(300)을 연결하는 터널(410,420,430)을 통하여 순환될 수 있다.

먼저 장입실(200)은 구조적으로 내화물 벽체(900)에 의하여 승온실(100) 및 용탕교반실(300)과 구조적으로 분리되어 있으며, 진동 피더에 의하여 연속적으로 장입된 알루미늄 퍽을 용탕에 침적시켜 용해시키는 기능을 수행한다. 장입실(200)에 침적된 알루미늄 퍽은 순간적으로 용탕교반실(430)과 연결되는 제3터널(430)을 통하여 고속으로 유입되는 용탕에 접촉하여 용해된다. 따라서 장입실(200)에서 알루미늄 퍽이 장입되어 침적 용해되므로 용해시 산화되어 발생되는 드로스(dross)의 발생을 최소화 할 수 있다.

장입실(200)은 연소유닛(110)이 설치된 승온실(100)과 구조적으로 분리되어 있음으로 장입실(200)에 장입되는 알루미늄 퍽은 연소유닛(110)의 화염과 직접적으로 접촉하지 않음으로 산화알루미늄의 발생을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 장입실(200)의 용탕의 수위는 장입되는 알루미늄 퍽의 양에 비하여 용탕의 깊이가 얕으면 용탕의 온도가 내려가므로, 장입되는 알루미늄 퍽의 장입량 및 용해 속도를 고려하여 장입된 알루미늄 퍽이 충분히 용탕에 침적하여 용해될 정도의 용탕의 기준 수위를 유지해야 한다. 따라서 장입실(200) 용탕의 최소 기준 수위를 유지하기 위하여 알루미늄 퍽(원재료) 장입량, 용해속도, 용탕의 저탕량, 용탕의 출탕량 등의 공정간 균형이 중요하고, 그 중에서도 가장 중요한 요인은 용해능력이다. 설비의 설치공간 및 중요 전용설비의 규격 등을 고려하여 이럴 경우 용해로 대수를 늘여 교번조업을 함으로서 전.후 공정간 균형을 유지할 수 있다.

승온실(100)은 장입실(200)에서 제1터널(410)을 통하여 유입된 용탕이 연소유닛(110)으로부터 분출되는 화염에 의하여 용탕이 순환할 수 있을 정도의 액체상태를 유지할 수 있을 정도로 소정의 온도(약 850 ~ 1100℃)로 상승시키는 기능을 수행한다. 승온실(100)은 외부와 완전히 밀폐된 상태에서 제1터널(410)을 통하여 장입실(200)에서 용해된 용탕이 유입되므로(종래 외부로부터 알루미늄 침 또는 알루미늄 퍽이 직접적으로 투입되지 않음으로) 알루미늄 칩 또는 알루미늄 퍽이 승온실 전면에 부유되어 직접적으로 연소유닛의 화염에 닿아 산화알루미늄이 생성되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 따라서 승온실(100)에 산화알루미늄(알루미늄 드로스)가 발생하지 않음으로 상기 연소유닛(110)은 축열식 버너일 수 있으며, 상기 축열식 버너를 사용하는 경우, 30% ~ 40%의 에너지를 절약할 수 있다.

한편 승온실(100)의 일측면에는 용탕의 수위가 출탕 기준 수위에 도달하는 경우, 합금로와 연결된 탕도를 통하여 용탕을 합금로에 공급하기 위한 출탕부(120)를 포함할 수 있다. 상기 출탕부(120, Tap Stopper)는 공압 또는 유압 실린더에 의한 개폐밸브로 이루어질 수 있다. 승온실의 일측에는 용탕의 수위를 계측할 수 있는 수위센서(미도시)가 설치되어 용탕의 수위가 출탕 기준 수위에 도달하는지 여부를 감지할 수 있다. 즉 알루미늄 퍽의 연속적인 공정을 제어하기 위한 제어부(미도시)는 상기 수위센서로부터 용탕수위값을 입력받아 미리 설정된 출탕 기준 수위에 도달하였는지 판단하고, 출탕 기준 수위에 도달하였다고 판단되면 작업자에게 알리기 위하여 알람을 울리도록 제어할 수 있다. 작업자는 알람 소리를 듣고 출탕을 위하여 실린더 조작버튼을 수동으로 누름으로써 출탕부는 개방되어 용탕은 탕도를 통하여 합금로로 공급된다.

또한 상기 출탕부(120)는 출탕 기준 수위보다 낮게 설치되어 탕도를 통하여 합금로에 용탕을 상시적으로 출탕할 수 있는 제1출탕부(121)와 상기 제1출탕부(121)보다 낮은 위치에 설치되어 승온실에 있는 용탕을 모두 출탕할 수 있는 제2출탕부(122)로 이루어질 수 있다(도 2의 121,122 참조).

용탕교반실(300)은 승온실(100)과 연결된 제2터널(420)을 통하여 유입된 용탕을 용탕교반유닛(310)을 이용하여 장입실(200)과 연결된 제3터널(430)을 통하여 용탕을 유출시킴으로써 용탕이 장입실(200), 승온실(100)을 거쳐 다시 용탕교반실(300)로 순환시키는 힘을 생성하는 기능을 수행한다. 여기서 용탕교반유닛(310)은 세라믹 재질을 갖는 프로펠라형 또는 터빈형의 임펠라를 회전시켜 회전력을 생성하는 용탕펌프일 수 있으며, 용탕펌프의 출구는 제3터널(300)의 입구와 대면하도록 설치될 수 있다. 용탕교반유닛(310)의 회전력에 의하여 용탕은 장입실(200)에 침적된 알루미늄 퍽에 고속으로 접촉되어 알루미늄 퍽을 용해함과 동시에 제1터널(410)을 통하여 승온실(100)로 유입할 수 있다.

즉 본 발명에 따른 용해로(100)는 알루미늄 퍽이 장입실(200)을 통하여 장입 된 후 침적 용해되어 용탕이 각 터널만을 통하여 승온실(100) 및 용탕교반실(300)을 순환하는 구조로 되어 있음으로, 승온실 및 용탕교반실은 원천적으로 외부 공기와 완전히 밀폐되는 구조이다. 이하 알루미늄 퍽이 장입실(200)에 장입되는 과정을 도 2를 통하여 설명하며, 장입실(200)에서 발생될 수 있는 드로스(Dross)를 제거하는 과정에 대하여 도 3을 통하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장입실에 알루미늄 압축칩 덩어리를 장입하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 수평 컨베이어(20), 분배기(30)의 분배구(31)를 통하여 진동 피더(40)에 운반된 알루미늄 퍽(90)은 진동 피더(40)의 진동에 따라 적정량씩 연속적으로 장입실(200)에 장입되어 용탕에 침적 용해된다. 즉 알루미늄 퍽(90)은 진동 피더(40)의 배출구(41)를 통하여 소정의 높이에서 장입되므로 알루미늄 퍽의 무게에 의한 떨어지는 힘에 의하여 장입실(200)의 용탕에 침적이 되며, 연속적으로 순환하는 용탕에 의하여 용해된다.

장입실(200)은 용탕의 온도가 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 열 차단부(400)를 포함할 수 있다. 상기 열 차단부(400)는 알루미늄 퍽(90)을 장입실에 장입하기 위한 진동 피더(40)의 배출구(41)가 삽입되는 공간을 제외하고는 장입실을 외부와 완전히 밀폐할 수 있다. 또한 열 차단부(400)의 상부에는 장입실에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 덕트(duct) 및 댐퍼(damper)로 이루어진 가스배출장치(450)가 설치될 수 있으며, 마찬가지로 승온실(100)의 상부에도 승온실에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 가스배출장치(140)가 설치될 수 있다.

본 발명의 용해로(1000)는 알루미늄 퍽(90)을 진동 피더(40)을 통하여 연속적으로 장입실에 장입하여 침적 용해시킴으로써 종래보다 에너지 낭비를 획기적으로 절감할 수 있다. 즉 종래 승온실 도어 개방 후 원재료를 장입하여 용해시키는 과정을 반복적으로 실시(단속조업)함으로써 에너지가 낭비 및 생산성이 낮아졌으나 본 발명의 용해로(100)는 장입실보다 훨씬 큰 용탕 표면적을 갖는 승온실 도어를 개폐하는 것이 아닌 진동 피더의 배출구가 차지하는 최소한의 공간을 통하여 알루미늄 퍽을 상대적으로 승온실의 용탕 표면적보다 작은 장입실에 장입시킴으로써 에너지 낭비를 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장입실에서 발생할 수 있는 드로스를 수거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 용해로는 장입실(200)에서 발생할 수 있는 드로스를 수시로 제거하여 열전도를 좋게 함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다. 즉 본 발명의 용해로는 승온실(100)보다는 알루미늄 퍽이 장입되는 장입실(200)에서 드로스가 발생하므로, 승온실(100)보다 용탕의 표면적이 훨씬 작은 장입실(200)의 장입실 도어(도 1의 210 참조)를 개방한 후, 지게차(15)에 연결된 드로스 수납판(16)을 통하여 장입실(200) 표면에 떠 있는 드로스(Dross)를 간편하게 제거할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로를 이용한 연속적인 용해 처리 공정을 설명하기 위한 공정도이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 용해로를 이용하여 알루미늄 퍽의 연속적인 용해, 합금용탕 생산 및 공급 공정이 이루어진다. 먼저 용해 공정은 알루미늄 퍽(90)이 지게차 등으로 운반된 후 상향 컨베이어(10), 수평 컨베이어(20)를 통하여 진동 피더(40)로 이송된다. 이후 알루미늄 퍽(90)은 진동 피더(40)의 진동에 따라 적정량씩 연속적으로 장입실(200)에 장입되어 용탕에 침적 용해된다. 용탕은 용탕 펌프(310)의 순환력에 의하여 장입실(200), 승온실(100) 및 용탕교반실을 계속적으로 순환하면서 장입실에 장입된 알루미늄 퍽을 침적상태에서 용해시키며 승온실의 용탕의 수위는 점차적으로 상승하게 된다.

다음으로 합금용탕 생산공정은 승온실의 용탕의 수위가 출탕 기준 수위에 도달하는 경우, 제어부(미도시)는 출탕부(120)를 제어하여 개방함으로써 승온실에 있는 용탕이 탕도(50)를 통하여 합금로(60)로 공급된 후 구리, 마그네슘 등의 금속을 첨가하여 알루미늄 합금용탕이 생산된다. 마지막으로 합금용탕 공급공정은 합금로(60)에서 알루미늄 합금용탕이 생성된 후 알루미늄 합금용탕은 래들리프터(70)를 이용하여 래들(80)에 담겨진 후 다이캐스팅 공정을 진행하기 위하여 이송된다.

즉 본 발명의 용해로(1000)는 알루미늄 퍽을 진동 피더에 의하여 연속적으로 장입실에 공급받아 곧바로 침적 용해시킬 수 있음으로 용해작업이 중단됨이 없이 연속적으로 진행될 수 있으며, 이러한 연속적인 공정을 진행할 수 있음으로 용탕은 승온실의 출탕부의 개방에 따라 합금로에 탕도를 통하여 연속적으로 공급할 수 있음으로 작업공정을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10:상향 컨베이어 15:지게차
16:드로스 수납판 20:수평 컨베이어
30:분배기 40:진동피더
90:알루미늄 퍽 100:승온실
110:연소유닛 120:출탕부
130:승온실 도어 140,450:가스배출장치
200:장입실 210:장입실 도어
300:용탕교반실 310:용탕교반유닛
400:열 차단부 410:제1터널
420:제2터널 430:제3터널
1000:용해로

Claims (1)

1. 용해로의 측부에 위치하고, 알루미늄 압축칩 덩어리가 장입 후 용탕에 침적된 상태에서 용탕 순환에 의하여 용해되는 장입실,
   상기 장입실과 연결된 제1터널을 통하여 유입된 용탕을 연소유닛을 이용하여 가열시키는 승온실, 및
   상기 승온실과 연결된 제2터널을 통하여 유입된 용탕을 용탕교반유닛을 이용하여 제3터널을 통하여 상기 장입실로 순환시키는 용탕교반실을 포함하고,
   장입실, 승온실 및 용탕교반실은 구조적으로 각각 독립된 공간을 가지고 용탕이 제1 터널, 제2 터널 및 제3 터널을 통과하도록 수평적으로 순환시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압축칩 덩어리를 침적 용해할 수 있는 용해로.

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