KR101711362B1

KR101711362B1 - 알루미늄 용해로

Info

Publication number: KR101711362B1
Application number: KR1020150029943A
Authority: KR
Inventors: 윤수현
Original assignee: 윤수현
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2017-03-02
Also published as: CN107407522A; KR20160107031A; JP2018511776A; CN107407522B; WO2016140503A1; JP6572325B2

Abstract

본 발명에 따른 알루미늄 용해로는, 알루미늄 용탕을 가열하는 가열 유닛을 구비하는 가열실; 및 용탕에 선회 하강하는 와류를 생성하는 와류 유닛, 플럭스를 와류에 투입하는 플럭스 공급 유닛, 및 알루미늄 스크랩을 와류에 투입하는 원재료 공급 유닛을 구비하는 용해실을 포함한다.
이러한 본 발명에 의하면, 플럭스가 비금속 개재물(介在物, Inclusions)을 선택적으로 포획하여 생성된 블랙 드로스를 와류를 통해 구형으로 결집하여 구형 블랙 드로스를 형성함으로써, 블랙 드로스에 포함된 알루미늄 메탈의 양을 줄일 수 있어 알루미늄 용해 회수율을 증대시킬 수 있다. 또한, 드로스에 함유된 알루미늄을 회수하기 위한 별도의 드로스 재처리 과정이 필요치 않으므로, 드로스의 재처리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

Description

알루미늄 용해로{Aluminum melting furnace}

본 발명은 알루미늄 스크랩을 용해할 수 있는 알루미늄 용해로에 관한 것이다.

자동차, 가전 제품 및 건축용 자재 등으로 사용되고 있는 많은 알루미늄 부품은 알루미늄 주조 장치를 이용하여 제조한다. 이러한 알루미늄 주조 장치에 알루미늄 용탕을 공급하는 것이 알루미늄 용해로이다. 알루미늄 용해로는 알루미늄 스크랩을 고열로 용해시키는 장치이다.

종래의 알루미늄 용해로는, 알루미늄 용탕을 가열하는 버너를 구비하는 승온실, 승온실로부터 배출된 알루미늄 용탕을 펌핑하는 용탕 펌프를 구비하는 용탕 교반실, 및 상기 용탕 교반실로부터 배출된 알루미늄 용탕에 알루미늄 압축칩 덩어리가 장입시키는 장입실을 포함한다(한국 등록특허공보 제10-1425572호, 2014.07.31.공고)

여기서, 알루미늄 압축칩 덩어리는, 알루미늄 괴라고도 하며, 알루미늄 제품의 생산이나 가공 시 많이 발생하는 다수의 알루미늄 칩을 압축한 것이다. 그런데, 알루미늄 압축칩 덩어리는 알루미늄 칩을 압축하는 과정에서 다수의 공극을 함유하게 된다. 따라서, 종래 알루미늄 용해로는, 알루미늄 용탕에 투입된 알루미늄 압축칩 덩어리의 중심부까지 열이 잘 전달되지 못해 용해 효율이 떨어지고, 알루미늄 압축칩 덩어리가 알루미늄 용탕의 표면으로 부상되어 대기와 접촉됨으로써 알루미늄 산화물이 생성되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 알루미늄 용해로는, 상술한 문제점을 해결하기 위하여 용탕 교반실에서 펌핑된 후 장입실로 전달된 알루미늄 용탕에 알루미늄 압축칩 덩어리를 투입하지만, 이러한 경우에도 알루미늄 압축칩 덩어리의 낮은 비중으로 인해 여전히 알루미늄 압축칩 덩어리가 알루미늄 용탕에 부유된 상태로 용해가 진행된다. 따라서, 종래의 알루미늄 용해로는, 용해 효율이 떨어지고, 알루미늄 산화물의 생성량이 많아 순수 알루미늄의 용해 회수율이 떨어진다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 알루미늄 스크랩의 용해 효율을 높일 수 있도록 구조를 개선한 알루미늄 용해로를 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 알루미늄 산화물의 발생량을 줄일 수 있도록 구조를 개선한 알루미늄 용해로를 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 순수 알루미늄의 용해 회수율을 높일 수 있도록 구조를 개선한 알루미늄 용해로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 용해로는, 알루미늄 용탕을 가열하는 가열 유닛을 구비하는 가열실; 및 상기 용탕에 선회 하강하는 와류를 생성하는 와류 유닛, 플럭스를 상기 와류에 투입하는 플럭스 공급 유닛, 및 알루미늄 스크랩을 상기 와류에 투입하는 원재료 공급 유닛을 구비하는 용해실을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 플럭스 공급 유닛은, 상기 원재료 공급 유닛이 상기 와류에 상기 알루미늄 스크랩을 투입하기 이전에, 상기 플럭스를 상기 와류에 미리 투입하여 상기 용탕의 표면에 용융 플럭스층을 형성하며, 상기 원재료 공급 유닛은, 상기 용융 플럭스층이 형성된 이후에, 상기 용융 플럭스층을 통과하도록 상기 알루미늄 스크랩을 상기 와류에 투입하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 플럭스 공급 유닛과 상기 원재료 공급 유닛은, 상기 용융 플럭스층이 형성된 이후에 상기 플럭스와 상기 알루미늄 스크랩을 상기 와류에 동시 또는 이시에 각각 투입하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 와류 유닛은, 상기 용탕의 개재물이 상기 플럭스에 포획되어 형성된 블랙 드로스를 상기 와류를 통해 반복적으로 하강 및 부상시켜, 상기 블랙 드로스가 구형으로 결집된 구형 블랙 드로스를 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 용해실은, 구형 블랙 드로스를 상기 와류로부터 분리하는 분리 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 와류 유닛은, 상기 용탕에 침지되는 일단, 및 상기 용탕의 외부로 연장되는 타단을 갖는 회전축; 및 상기 일단에 결합되는 교반 임펠러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 용탕을 가속하여 상기 용탕에 유동력을 부여하는 가속 유닛을 구비하며, 상기 가열실과 상기 용해실 사이에 마련되는 유동력 부여실을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 가속 유닛은, 상기 용탕을 펌핑하는 용탕 펌프를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 가열실은 상기 용탕을 상기 유동력 부여실에 전달하는 제1 유동 통로를 더 구비하고, 상기 용해실은 상기 용탕을 상기 가열실로 전달하는 제2 유동 통로를 더 구비하고, 상기 유동력 부여실은 상기 용탕을 상기 용해실로 전달하는 제3 유동 통로를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 가열실은, 상기 제1 유동 통로 및 상기 제2 유동 통로와 연결된 부분을 제외한 나머지 부분이 외부와 차단된 밀폐 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 알루미늄 스크랩은, 미리 정해진 크기를 갖는 알루미늄 칩인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 플럭스는, 염화나트륨(NaCl)과 염화칼륨(KCl)이 동일한 중량부로 혼합된 혼합물 93-97 중량부 및 빙정석류(Cryolite, Potassium Cryolite) 3-7 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 알루미늄 용해로는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은, 와류를 통해 알루미늄 스크랩을 알루미늄 용탕에 신속히 장입시킴으로써, 알루미늄 산화물의 발생량을 감소시킬 수 있다.

둘째, 본 발명은, 플럭스가 비금속 개재물(介在物, Inclusion)을 선택적으로 포획하여 생성된 블랙 드로스를 와류를 통해 구형으로 결집하여 구형 블랙 드로스를 형성함으로써, 블랙 드로스에 포함된 알루미늄 메탈의 양을 줄이고 순수 알루미늄의 용해 회수율을 증대시킬 수 있다. 또한, 본 발명은, 드로스에 함유된 알루미늄을 회수하기 위한 별도의 드로스 재처리 과정이 필요치 않으므로, 드로스의 재처리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

셋째, 본 발명은, 구형 블랙 드로스가 용해실의 알루미늄 용탕을 덮은 상태로 알루미늄 스크랩의 용해 작업을 수행할 수 있으므로, 용해실의 알루미늄 용탕이 구형 블랙 드로스에 의해 덮이지 않은 상태로 알루미늄 스크랩의 용해 작업을 수행하는 경우에 비해 보온 효과가 뛰어나 알루미늄 용탕의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은, 알루미늄 용탕의 온도가 상승된 상태로 알루미늄 스크랩의 용해 작업을 수행할 수 있으므로, 알루미늄 스크랩의 용해 효율을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 용해로의 개념도.
도 2는 도 1의 용해실과 유동력 부여실의 단면도.
도 3은 도 1의 용해실에서 구형 블랙 드로스가 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3의 과정을 통해 형성된 구형 블랙 드로스의 단면도.
도 5는 도 1의 용해실에 수용된 알루미늄 용탕의 표면에 구형 블랙 드로스가 부유된 상태를 나타내는 용해실의 평면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 용해로의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 용해로(1)는, 알루미늄 용탕(M)이 가열되는 가열실(10), 알루미늄 스크랩(A)과 플럭스(F)가 각각 알루미늄 용탕(M)에 투입되는 용해실(20), 및 알루미늄 용탕(M)에 유동력을 부여하는 유동력 부여실(30)을 포함한다.

알루미늄 용해로(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내화물 재질을 갖는 벽체들에 의하여 구획된 다수의 공간들을 구비한다. 가열실(10), 용해실(20) 및 유동력 부여실(30)은 각각, 알루미늄 용해로(1)의 다수의 공간들 중 어느 하나의 공간에 다른 공간들과 독립된 상태로 마련된다.

가열실(10)은, 알루미늄 용탕(M)을 미리 정해진 온도로 가열하기 위한 공간이며, 후술할 용해실(20)의 제2 유동 통로(29)와 연통되어 용해실(20)로부터 알루미늄 용탕(M)을 전달받는다. 가열실(10)은 열손실이 최소화될 수 있도록 후술할 제1 유동 통로(16) 및 제2 유동 통로(29)와 연결된 부분을 제외한 나머지 부분은 외부와 차단된 밀폐 구조로 형성된다.

가열실(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄 용탕(M)을 가열하는 가열 유닛(12), 알루미늄 용탕(M)을 알루미늄 용해로(1)의 외부로 배출하기 위한 출탕구(14), 및 가열실(10)에 수용된 알루미늄 용탕(M)을 유동력 부여실(30)로 전달하기 위한 제1 유동 통로(16)를 포함한다.

가열 유닛(12)은, 알루미늄 용탕(M)을 미리 정해진 온도로 가열하기 위한 장치이다. 가열 유닛(12)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열 유닛(12)은 가열실(10)을 구획하는 벽체들에 설치되는 버너일 수 있다.

알루미늄 용탕(M)의 가열 온도는 특별히 한정되지 않는다. 알루미늄 용탕(M)의 온도는 가열실(10)에 설치된 온도 센서(미도시)에 의하여 측정될 수 있다. 가열 유닛(12)은, 온도 센서로부터 알루미늄 용탕(M)의 온도를 입력받아, 알루미늄 용탕(M)을 미리 정해진 가열 온도로 가열할 수 있다.

출탕구(14)는, 가열실(10)에서 가열된 알루미늄 용탕(M)을 알루미늄 용해로(1)의 외부로 배출하기 위한 출구를 제공한다. 출탕구(14)는, 알루미늄 주조물을 제조하기 위한 알루미늄 주조 장치와 연결되거나 또는 알루미늄 용탕(M)을 이송하기 위한 용탕 이송 용기와 연결될 수 있다. 출탕구(14)에는, 출탕구(14)를 선택적으로 개폐하는 개폐 밸브(18)가 설치될 수 있다.

제1 유동 통로(16)는, 가열실(10)에 수용된 알루미늄 용탕(M)을 유동력 부여실(30)로 전달하기 위한 통로를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 유동 통로(16)는 가열실(10)과 유동력 부여실(30)을 구획하는 벽체가 관통되어 형성되며, 알루미늄 용탕(M)은 제1 유동 통로(16)를 통해 유동력 부여실(30)로 유입된다.

도 2는 도 1의 용해실과 유동력 부여실의 단면도이며, 도 3은 도 1의 용해실에서 구형 블랙 드로스가 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3의 과정을 통해 형성된 구형 블랙 드로스의 단면도이다.

용해실(20)은, 플럭스(F)와 알루미늄 스크랩(A)을 알루미늄 용탕(M)에 투입하기 위한 공간이며, 후술할 유동력 부여실(30)의 제3 유동 통로(34)와 연통되어 알루미늄 용탕(M)을 유동력 부여실(30)로부터 전달받는다.

용해실(20)은, 플럭스(F)와 알루미늄 스크랩(A)을 알루미늄 용탕(M)에 투입할 수 있도록 상면의 적어도 일부분이 개방된 개방 구조로 형성되되, 가열실(10)보다 상대적으로 작은 용적을 갖도록 형성된다. 즉, 용해실(20)은, 알루미늄 스크랩(A)을 용해실(20)에 투입하여 용해 작업을 수행할 수 있도록 개방 구조로 형성되되, 열손실을 줄일 수 있도록 가열실(10)보다 상대적으로 작은 용적을 갖도록 형성되는 것이다.

용해실(20)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 용탕(M)에 선회 하강하는 와류(V)를 생성하는 와류 유닛(21), 플럭스(F)를 와류(V)에 투입하는 플럭스 공급 유닛(23), 알루미늄 스크랩(A)을 와류(V)에 투입하는 원재료 공급 유닛(25), 및 용해실(20)에 수용된 알루미늄 용탕(M)을 가열실(10)로 전달하기 위한 제2 유동 통로(29)를 포함한다.

와류 유닛(21)은, 용해실(20)에 수용된 알루미늄 용탕(M)에 선회 하강하는 와류(V)를 형성하기 위한 부재이며, 적어도 일부분이 알루미늄 용탕(M)에 침지되도록 용해실(20)에 설치된다. 와류 유닛(21)에 의하여 생성된 와류(V)와 제3 유동 통로(34)를 통해 용해실(20)로 유입되는 알루미늄 용탕(M)의 유동이 직접적으로 대면할 경우에는, 알루미늄 용탕(M)의 유동이 방해받을 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 와류 유닛(21)은 제3 유동 통로(34)와 일직선 상에 위치하지 않도록 용해실(20)의 일측에 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

와류 유닛(21)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 용탕(M)에 침지되는 하단과, 알루미늄 용탕(M)의 외부로 연장되어 구동 모터(미도시)와 축 결합되는 상단을 갖는 회전축(21a), 및 회전축(21a)의 하단에 축 결합되는 교반 임펠러(21b)를 포함한다. 구동 모터가 구동되면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 교반 임펠러(21b)가 회전축(21a)을 중심으로 회전함으로써 용해실(20)에 수용된 알루미늄 용탕(M)에는 회전축(21a)을 중심으로 선회 하강하는 와류(V)가 생성된다.

플럭스 공급 유닛(23)은, 외부의 플럭스 공급원(미도시)으로부터 공급된 플럭스(F)를 용해실(20)에 수용된 알루미늄 용탕(M)에 투입하기 위한 장치이다. 플럭스(F)는, 알루미늄보다 비중이 작은 혼합염으로서, 알루미늄 스크랩(A)의 비금속 개재물과 친화력이 높은 재질로 형성된다.

플럭스 공급 유닛(23)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 와류 유닛(21)에 의하여 생성된 와류(V)에 플럭스(F)를 투입한다. 그러면, 플럭스(F)는 와류(W)에 의해 알루미늄 용탕(M)에 신속하게 장입되어 용해된 후 용해실(20)에 고르게 퍼질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 플럭스 공급 유닛(23)은 와류(V)가 아닌 알루미늄 용탕(M)의 다른 부분에 플럭스(F)를 투입할 수도 있다.

플럭스(F) 투입 시기는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 플럭스 공급 유닛(23)은, 원재료 공급 유닛(25)이 와류(V)에 알루미늄 스크랩(A)을 투입하기 이전에 플럭스(F)를 와류(V)에 미리 투입할 수 있다. 그러면, 플럭스(F)는 와류(V)에 의해 선회 하강하면서 알루미늄 용탕(M)에 장입되어 용해된다. 그런데, 플럭스(F)는 알루미늄에 비해 상대적으로 작은 비중을 가지므로, 알루미늄 용탕(M)에 용해된 플럭스(F)는 알루미늄 용탕(M)의 표면으로 부상하여 알루미늄 용탕(M)의 표면에 용융 플럭스층, 즉, 염용측을 형성한다. 이러한 용융 플럭스층은, 알루미늄 용탕(M) 및 알루미늄 용탕(M)에 투입된 알루미늄 스크립(A)이 대기 중의 산소와 접촉되는 것을 차단하여, 알루미늄 산화물의 발생량을 줄일 수 있다.

한편, 원재료 공급 유닛(25)에 의해 알루미늄 스크랩(A)의 투입이 시작되면, 플럭스 공급 유닛(23)은 원재료 공급 유닛(25)과 동시 또는 이시에 플럭스(F)를 와류(V)에 투입할 수 있다. 즉, 알루미늄 스크랩(A)의 투입이 시작된 이후에도 플럭스(F)는 알루미늄 스크랩(A)의 공급 추이에 맞추어 계속적 또는 단속적으로 공급되는 것이다.

플럭스(F)는 이를 이용하여 포획하고자 하는 비금속 개재물의 양과 동일한 양이 공급되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 플럭스(F)의 공급량은 알루미늄 스크랩(A)의 공급량과 알루미늄 스크랩(A)의 종류에 따라 조절될 수 있다. 즉, UBCs 스크랩(알루미늄 폐캔 스크랩)과 같이 도료 기타 다량의 비금속 개재물을 포함하는 알루미늄 스크랩(A)이 공급되는 경우에는 플럭스(F)의 공급량이 증가되고, 순도가 높은 알루미늄 스크랩(A)이 공급되는 경우에는 플럭스(F)의 공급량이 감소될 수 있다.

원재료 공급 유닛(25)은, 외부의 원재료 공급원(미도시)으로부터 공급된 알루미늄 플럭스(F)를 용해실(20)에 수용된 알루미늄 용탕(M)에 투입하기 위한 장치이다. 알루미늄 스크랩(A)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 알루미늄 스크랩(A)은 직경이 5cm 이하인 알루미늄 칩일 수 있다. 알루미늄 스크랩(A)의 직경이 큰 경우에는 열 전달율이 떨어지므로, 상대적으로 직경이 작은 알루미늄 칩이 공급되는 것이다. 이러한 알루미늄 칩은, 예를 들어, 알루미늄 압축물과 같은 알루미늄 스크랩들을 파쇄하거나 가공하여 제조할 수 있다.

원재료 공급 유닛(25)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 와류 유닛(21)에 의하여 생성된 와류(V)에 알루미늄 스크랩(A)을 투입한다. 그러면, 알루미늄 스크랩(A)은 와류(V)에 의해 선회 하강하면서 알루미늄 용탕(M)에 신속히 장입되어 용해될 수 있으므로, 알루미늄 용탕(M)에 장입된 알루미늄 스크랩(A)과 대기의 접촉이 더욱 효과적으로 차단됨으로써 알루미늄 산화물의 발생량을 더욱 줄일 수 있다.

알루미늄 스크랩(A)의 투입 시기는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 원재료 공급 유닛(25)은, 알루미늄 용탕(M)의 표면에 용융 플럭스층이 형성된 이후에 알루미늄 스크랩(A)의 공급을 시작할 수 있다. 그러면, 알루미늄 스크랩(A)은, 알루미늄 용탕(M)의 표면에 용융 플럭스층이 형성된 상태로 알루미늄 용탕(M)에 장입될 수 있다. 이로 인해, 알루미늄 용탕(M)에 장입된 알루미늄 스크랩(A)과 대기의 접촉이 더욱 효과적으로 차단되므로, 알루미늄 산화물의 발생량을 더욱 줄일 수 있다.

한편, 알루미늄 스크랩(A) 중의 비금속 개재물(介在物, Inclusions)은, 알루미늄 스크랩(A)이 알루미늄 용탕(M)에 장입되어 용해될 때, 용융 알루미늄과 응집되는 성질을 갖는다. 그런데, 용융 알루미늄과 응집된 비금속 개재물은 부피가 증가되어 알루미늄보다 낮은 비중을 가지므로, 알루미늄 용탕(M)의 표면으로 부상된다. 또한, 알루미늄 용탕(M)의 표면으로 부상된 비금속 개재물은, 알루미늄 용탕(M)의 표면에 형성된 용융 플럭스층과 만나게 된다. 그러면, 용융 플럭스층의 플럭스(F)가 비금속 개재물을 선택적으로 포획하여, 플럭스(F)에 비금속 개재물이 포획된 블랙 드로스(B₁)가 형성된다.

또한, 블랙 드로스(B₁)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 와류(V)에 의해 선회 하강하다가 와류(V)의 하단에 도달하면 와류(V)로부터 이탈되며, 그 다음에는 알루미늄 용탕(M)의 표면으로 부상된 후 다시 와류(V)의 흡입력에 의해 와류(V)에 합류된다. 따라서, 블랙 드로스(B₁)는, 이러한 과정을 통해 알루미늄 용탕(M)의 표면에서 생성된 다른 블랙 드로스(B₁)와 결합된다. 이러한 과정이 반복되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 블랙 드로스(B₁)가 구형으로 결집된 구형 블랙 드로스(B₂)가 형성된다. 즉, 와류 유닛(21)은, 와류(V)를 통해 블랙 드로스(B₁)를 반복적으로 하강 및 부상시킴으로써, 다수의 블랙 드로스(B₁)가 구형으로 결집된 구형 블랙 드로스(B₂)를 형성하는 것이다.

구형 블랙 드로스(B₂)는, 블랙 드로스(B₁)가 알루미늄 용탕(M)을 하강 및 부상하기를 반복하면서 점진적으로 형성되므로, 이러한 하강 및 부상 과정 없이 일회적으로 형성되는 일반적인 블랙 드로스에 비해 비금속 개재물의 제거 성능이 뛰어나다. 이로 인해, 구형 블랙 드로스(B₂)를 형성할 경우에는 일반적인 블랙 드로스를 형성하는 경우에 비해 드로스의 알루미늄 함유율을 저감시킬 수 있다. 즉, 일반적인 블랙 드로스, 예를 들어, 종래의 알루미늄 폐캔 용해 공정에서 화이트 드로스가 플럭스 처리되어 형성된 블랙 드로스는 약 50% 이상의 알루미늄 함유율을 가지나, 구형 블랙 드로스(B₂)는 약 10% 이하의 알루미늄의 함유율을 갖는다. 따라서, 구형 블랙 드로스(B₂)를 형성함으로써, 순수 알루미늄의 용해 회수율을 향상시키고, 드로스에 포획된 알루미늄을 회수하기 위한 드로스 재처리 과정을 생략하여 재처리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

한편, 구형 블랙 드로스(B₂)를 형성하기 위해서는, 용융 플럭스층을 형성함과 동시에 비금속 개재물을 선택적으로 포획 가능한 특성을 갖는 플럭스가 공급되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 플럭스(F)는, 염화나트륨(NaCl)과 염화칼륨(KCl)이 동일한 중량부로 혼합된 혼합물 93-97 중량부 및 빙정석류(Cryolite, Potassium Cryolite) 3-7 중량부를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 플럭스(F)는, NaCl 47.5 중량부, KCl 47.5 중량부 및 KAlF₄ 5 중량부를 포함할 수 있다.

제2 유동 통로(29)는, 알루미늄 스크랩(A)이 용해된 알루미늄 용탕(M)을 가열실(10)로 전달하기 위한 통로를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 유동 통로(29)는 용해실(20)과 가열실(10)을 구획하는 벽체가 관통되어 형성되며, 알루미늄 용탕(M)은 제2 유동 통로(29)를 통해 가열실(10)로 유입된다.

다음으로, 유동력 부여실(30)은, 알루미늄 용탕(M)이 가열실(10)과 용해실(20) 사이를 순환할 수 있도록 알루미늄 용탕(M)에 유동력을 부여하기 위한 공간이며, 가열실(10)의 제1 유동 통로(16)와 연통되어 알루미늄 용탕(M)을 가열실(10)로부터 전달받는다. 유동력 부여실(30)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열실(10)의 제1 유동 통로(16)와 용해실(20) 사이에 설치된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 유동력 부여실(30)은 용해실(20)의 제2 유동 통로(29)와 가열실(10) 사이에 설치될 수도 있다.

유동력 부여실(30)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 용탕(M)을 가속하여 알루미늄 용탕(M)에 유동력을 부여하는 가속 유닛(32), 및 유동력이 부여된 알루미늄 용탕(M)을 용해실(20)로 전달하는 제3 유동 통로(34)를 포함한다.

가속 유닛(32)은, 적어도 일부분이 알루미늄 용탕(M)에 침지되도록 유동력 부여실(30)에 설치된다. 가속 유닛(32)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 가속 유닛(32)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 유동력 부여실(30)의 외부에 마련된 구동 모터(미도싱)로부터 구동력을 제공받으며, 유동력 부여실(30)에 수용된 알루미늄 용탕(M)을 펌핑할 수 있는 용탕 펌프일 수 있다.

제3 유동 통로(34)는, 가속 유닛(32)에 의하여 유동력이 부여된 알루미늄 용탕(M)을 유동실로 전달하기 위한 통로를 제공한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 유동 통로(34)는 유동력 부여실(30)과 용해실(20)을 구획하는 벽체의 하부가 가속 유닛(32)의 임펠러와 대면하도록 관통되어 형성되며, 알루미늄 용탕(M)은 제3 유동 통로(34)를 통해 용해실(20)로 유입된다.

한편, 본 명세서에서는 가열실(10)과 용해실(20) 사이에 가속 유닛(32)을 구비한 유동력 부여실(30)이 마련되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 용해실(20)의 와류 유닛(20)은 와류(V)를 형성함으로써 알루미늄 용탕(M)을 승하강시킴과 동시에 알루미늄 용해로(1)를 순환하기 위한 유동력을 알루미늄 용탕(M)에 부여할 수 있으므로, 유동력 부여실(30)과 이에 마련된 가속 유닛(32)은 생략 가능하다.

도 5는 도 1의 용해실에 수용된 알루미늄 용탕의 표면에 구형 블랙 드로스가 부유된 상태를 나타내는 용해실의 평면도이다.

와류(V)에 의해 형성된 구형 블랙 드로스(B₂)의 개수가 많아지면, 와류(V)에 의한 구형 블랙 드로스(B₂)의 하강 및 부상 작용이 약화되어 구형 블랙 드로스(B₂)의 형성 효율이 감소될 우려가 있다. 이를 해결하기 위하여, 용해실(20)은, 미리 정해진 기준치 이상의 직경을 갖는 구형 드로스를 와류(V)부터 분리하는 분리 유닛(27)을 더 포함할 수 있다.

분리 유닛(27)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 용탕(M)의 표면에 부유된 구형 블랙 드로스(B₂)를 와류(V)로부터 먼 쪽으로 끌어당길 수 있는 형상을 갖는 분리판(27a), 및 분리판(27a)을 이동시키기 위한 구동 장치(미도시)와 분리판(27a)을 연결하는 연결봉(27b)을 포함한다. 여기서, 구동 장치는, 용해실(20)의 외부에 마련된 작업 차량인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 분리 유닛(27)이 마련됨에 따라, 미리 정해진 기준치 이상으로 커진 구형 블랙 드로스(B₂)를 분리판(27a)을 이용해 와류(V)로부터 먼 쪽으로 끌어당겨 와류(V)로부터 이탈시킬 수 있다. 따라서, 구형 블랙 드로스(B₂)가 밀집됨으로 인해 구형 블랙 드로스(B₂)의 형성 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 분리 유닛(27)은, 구형 블랙 드로스(B₂)를 퍼내어 외부로 배출하는 기능도 함께 수행할 수 있다.

한편, 분리 유닛(27)을 이용해 구형 블랙 드로스(B₂)를 와류(V)로부터 먼 쪽으로 끌어낸 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 알루미늄 용탕(M)의 표면은 와류(V)로부터 이탈된 구형 블랙 드로스(B₂)로 덮혀진다. 그러므로, 용해실(20)에 수용된 알루미늄 용탕(M)은 그 표면을 덮은 구형 블랙 드로스(B₂)에 의하여 대기와 차단되며, 구형 블랙 드로스(B₂)는 상면의 적어도 일부분이 개방된 개방 구조를 갖는 용해실(20)에 수용된 알루미늄 용탕(M)에 대한 보온 효과를 지니게 된다. 따라서, 구형 블랙 드로스(B₂)에 의하여 알루미늄 용탕(M)의 열 손실이 최소화됨으로써, 알루미늄 용탕(M)이 구형 블랙 드로스(B₂)에 의해 덮이지 않은 경우에 비해 알루미늄 용탕(M)의 온도가 상승된다.

종래의 알루미늄 용해로는 일반적으로 용해실에 수용된 알루미늄 용탕(M)의 온도가 약 700 ℃ 이하인 것에 비해 알루미늄 용해로(1)는 용해실(20)에 수용된 알루미늄 용탕(M)의 온도가 약 730 ℃ 이상으로 상승될 수 있다. 이로 인해, 알루미늄 용해로(1)는, 종래의 알루미늄 용해로에 비해 알루미늄 스크랩(A)의 용해 효율이 더욱 향상될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 알루미늄 용해로 10 : 가열실
12 : 가열 유닛 14 : 출탕구
16 : 제1 유동 통로 18 : 개폐 밸브
20 : 용해실 21 : 와류 유닛
23 : 플럭스 공급 유닛 25 : 원재료 공급 유닛
27 : 분리 유닛 29 : 제2 유동 통로
30 : 유동력 부여실 32 : 가속 유닛
34 : 제3 유동 통로 M : 알루미늄 용탕
V : 와류 A : 알루미늄 스크랩
F : 플럭스 B₁ : 블랙 드로스
B₂ : 구형 블랙 드로스

Claims

알루미늄 용탕을 가열하는 가열 유닛을 구비하는 가열실; 및
상기 용탕에 선회 하강하는 와류를 생성하는 와류 유닛, 플럭스를 상기 와류에 투입하는 플럭스 공급 유닛, 및 알루미늄 스크랩을 상기 와류에 투입하는 원재료 공급 유닛을 구비하는 용해실을 포함하며;
상기 플럭스 공급 유닛은, 상기 원재료 공급 유닛이 상기 와류에 상기 알루미늄 스크랩을 투입하기 이전에, 상기 플럭스를 상기 와류에 미리 투입하여 상기 용탕의 표면에 용융 플럭스층을 형성하고,
상기 원재료 공급 유닛은, 상기 용융 플럭스층이 형성된 이후에, 상기 용융 플럭스층을 통과하도록 상기 알루미늄 스크랩을 상기 와류에 투입하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 스크랩은, 적어도 일부가 알루미늄 폐캔 스크랩(UBCs)인 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제1항에 있어서,
상기 플럭스 공급 유닛과 상기 원재료 공급 유닛은, 상기 용융 플럭스층이 형성된 이후에 상기 플럭스와 상기 알루미늄 스크랩을 상기 와류에 동시 또는 이시에 각각 투입하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제1항에 있어서,
상기 와류 유닛은, 상기 용탕의 개재물이 상기 플럭스에 포획되어 형성된 블랙 드로스를 상기 와류를 통해 반복적으로 하강 및 부상시켜, 상기 블랙 드로스가 구형으로 결집된 구형 블랙 드로스를 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제4항에 있어서,
상기 용해실은, 구형 블랙 드로스를 상기 와류로부터 분리하는 분리 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제1항에 있어서,
상기 와류 유닛은,
상기 용탕에 침지되는 일단, 및 상기 용탕의 외부로 연장되는 타단을 갖는 회전축; 및
상기 일단에 결합되는 교반 임펠러를 구비하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제1항에 있어서,
상기 용탕을 가속하여 상기 용탕에 유동력을 부여하는 가속 유닛을 구비하며, 상기 가열실과 상기 용해실 사이에 마련되는 유동력 부여실을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제7항에 있어서,
상기 가속 유닛은, 상기 용탕을 펌핑하는 용탕 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제7항에 있어서,
상기 가열실은 상기 용탕을 상기 유동력 부여실에 전달하는 제1 유동 통로를 더 구비하고,
상기 용해실은 상기 용탕을 상기 가열실로 전달하는 제2 유동 통로를 더 구비하고,
상기 유동력 부여실은 상기 용탕을 상기 용해실로 전달하는 제3 유동 통로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제9항에 있어서,
상기 가열실은, 상기 제1 유동 통로 및 상기 제2 유동 통로와 연결된 부분을 제외한 나머지 부분이 외부와 차단된 밀폐 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 스크랩은, 미리 정해진 크기를 갖는 알루미늄 칩인 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.
제1항에 있어서,
상기 플럭스는, 염화나트륨(NaCl)과 염화칼륨(KCl)이 동일한 중량부로 혼합된 혼합물 93-97 중량부 및 빙정석류 3-7 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용해로.