KR101997348B1 - Method and apparatus for refining metal - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 정련 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 금속 정련 방법은 불순물 원소를 포함하는 용융 금속과 상기 용융 금속 상에 부유하는 슬래그를 포함하는 금속 용탕을 준비하는 단계; 상기 용융 금속에 캐소드를 접촉시키고, 상기 슬래그에 애노드를 접촉시켜, 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 정련 영역을 정의하는 단계; 상기 정련 영역 내에서 상기 불순물 원소를 상기 용융 금속과 상기 슬래그 사이의 계면으로 이동시키는 단계; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 제 1 전력을 인가하여, 상기 계면으로 이동된 상기 불순물 원소를 이온화시키는 단계; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 인가된 제 2 전력에 의해 이온화된 불순물 원소를 상기 슬래그를 통해 상기 애노드로 이동시켜 상기 이온화된 불순물 원소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. The present invention relates to a metal refining method and apparatus, comprising the steps of: preparing a molten metal containing an impurity element and a molten metal containing slag floating on the molten metal; Contacting the cathode with the molten metal and contacting the anode with the slag to define a refining zone between the cathode and the anode; Moving the impurity element in the refining zone at an interface between the molten metal and the slag; Applying a first electric power between the anode and the cathode to ionize the impurity element moved to the interface; And removing the ionized impurity element by moving the impurity element ionized by the second power applied between the anode and the cathode to the anode through the slag.

Description

금속 정련 방법 및 장치{Method and apparatus for refining metal}[0001] METHOD AND APPARATUS FOR REFINING METAL [0002]

본 발명은 금속 제련 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 금속 정련 방법 및 장치에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal smelting technique, and more particularly, to a metal smelting method and apparatus.

용융 환원 또는 정련 공정 중의 용융 금속 중 용해되어 있는 합금 원소가 용존 산소(O), 황(S), 탄소(C), 질소(N), 인(P) 같은 불순물 원소와 반응함으로써, 비금속 개재물(inclusion)이 생성될 수 있으며, 이는 용융 금속의 응고 과정 중에 성장 및 편석을 통하여 금속 합금의 품질을 저하시키는 문제를 유발시킬 수 있다. 이러한 금속의 용융 환원 및 정련 공정에 있어서 발생되는 상기 비금속 개재물의 제거는 일반적으로 슬래그 정련을 통하여 이루어질 수 있다. The alloy element dissolved in the molten metal during the melt reduction or refining process reacts with the impurity element such as dissolved oxygen (O), sulfur (S), carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) inclusion may be generated, which may cause problems of degrading the quality of the metal alloy through growth and segregation during the solidification process of the molten metal. Removal of the nonmetallic inclusions generated in the melting and reducing and refining processes of such metals can generally be accomplished through slag refining.

그러나, 상기 슬래그 정련 방법은 물질 이동을 증가시키기 위한 교반을 수반해야 하며, 상기 교반에 따라 슬래그가 용융 금속으로 혼입될 수 있을 뿐만 아니라, 용융 금속의 온도 하강으로 인한 에너지 손실에 따른 제조 비용의 증가를 초래할 수 있다. 더욱이, 상기 슬래그 정련 방법을 거친 용강 중에서도 일정 수준의 용존 산소는 존재하고 되고, 특히, 용융 금속과 접하는 도가니의 벽체 부분에 용존 산소가 집적되는 경향이 있어 벽체를 따라 형성된 비금속 개재물은 종래의 슬래그 정련 방법으로 제거가 불가능하다는 한계가 있다. 또한, 종래의 슬래그 정련 방법으로는 용융 금속 내의 비금속 개재물을 생성하는 불순물 원소의 농도를 일정하게 조절하는 것이 어려울 수 있으며, 다양한 불순물 원소에 대한 정련 가능한 원소의 개수가 제한적일 수 있다. However, the slag refining method is accompanied by stirring to increase the mass transfer. In addition to the mixing of the slag with the molten metal by the stirring, the increase in the manufacturing cost due to the energy loss due to the temperature lowering of the molten metal ≪ / RTI > In addition, a certain level of dissolved oxygen exists in the molten steel subjected to the slag refining process, and in particular, dissolved oxygen tends to accumulate in the wall portion of the crucible in contact with the molten metal, and nonmetallic inclusions formed along the wall are subjected to conventional slag refining There is a limitation that it can not be removed by the method. In addition, in the conventional slag refining method, it may be difficult to uniformly control the concentration of the impurity element that produces the nonmetallic inclusions in the molten metal, and the number of refractable elements to various impurity elements may be limited.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 전기 화학적 정련 기법 같은 다양한 방법들이 대두되고 있는 실정이나, 현재에 이르기까지 이를 근원적으로 해결할 수 있는 방법은 제시되고 있지 않다. Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, various methods such as an electrochemical refining technique are emerging, but a method for fundamentally solving the problems until now is not suggested.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래의 정적인 화학적 슬래그 정련 기술의 한계를 극복하기 위해서, 용융 금속 내에서 비금속 개재물을 생성하는 불순물 원소를 제거하거나, 상기 용융 금속 내의 다양한 불순물 원소의 농도를 조절할 수 있는 금속 정련 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to overcome the limitations of conventional static chemical slag refining techniques by removing impurity elements that produce nonmetallic inclusions in molten metal, And to provide a metal refining method capable of adjusting the concentration.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 금속 정련 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a metal refining apparatus having the above-described advantages.

본 발명의 실시예에 따르면, 불순물 원소를 포함하는 용융 금속과 상기 용융 금속 상에 부유하는 슬래그를 포함하는 금속 용탕을 준비하는 단계; 상기 용융 금속에 캐소드를 접촉시키고, 상기 슬래그에 애노드를 접촉시켜, 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 정련 영역을 정의하는 단계; 상기 정련 영역 내에서 상기 불순물 원소를 상기 용융 금속과 상기 슬래그 사이의 계면으로 이동시키는 단계; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 제 1 전력을 인가하여, 상기 계면으로 이동된 상기 불순물 원소를 이온화시키는 단계; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 인가된 제 2 전력에 의해 이온화된 불순물 원소를 상기 슬래그를 통해 상기 애노드로 이동시켜 상기 이온화된 불순물 원소를 제거하는 단계를 포함하는 금속 정련 방법이 제공될 수 있다. 상기 이온화시키는 단계는, 상기 제 1 전력에 의해, 상기 캐소드로부터 방출되는 전자에 의해 상기 불순물 원소가 환원되는 제 1 전기 화학적 반응을 통해 수행될 수 있다. 상기 이온화된 불순물 원소를 제거하는 단계는, 상기 제 2 전력에 의해, 상기 애노드와 상기 이온화된 불순물 원소 사이의 제 2 전기 화학적 반응을 통해 수행될 수 있다. 상기 불순물 원소는 산소이고, 상기 애노드는 탄소를 포함하며, 상기 제 2 전기 화학적 반응은, 상기 산소의 음이온과 상기 탄소의 반응에 의해 일산화 탄소 또는 이산화 탄소 기체를 형성하는 단계; 및 상기 일산화 탄소 기체를 배출시키는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a molten metal, comprising the steps of: preparing a molten metal containing an impurity element and a molten metal containing slag floating on the molten metal; Contacting the cathode with the molten metal and contacting the anode with the slag to define a refining zone between the cathode and the anode; Moving the impurity element in the refining zone at an interface between the molten metal and the slag; Applying a first electric power between the anode and the cathode to ionize the impurity element moved to the interface; And removing the ionized impurity element by moving the impurity element ionized by the second power applied between the anode and the cathode to the anode through the slag. The ionizing may be performed through the first electrochemical reaction in which the impurity element is reduced by electrons emitted from the cathode by the first power. The step of removing the ionized impurity element may be performed by the second electric power through a second electrochemical reaction between the anode and the ionized impurity element. Wherein the impurity element is oxygen, the anode comprises carbon, and the second electrochemical reaction comprises: forming carbon monoxide or carbon dioxide gas by reaction of the anion of the oxygen with the carbon; And discharging the carbon monoxide gas.

본 발명의 실시예에서, 애노드와 상기 캐소드 사이에 상기 제 1 전력 또는 제 2 전력을 인가하기 전에, 상기 용융 금속과 상기 슬래그 간에 화학적 평형을 달성하는 단계를 더 포함될 수 있다. 상기 화학적 평형은 상기 용융 금속 내의 불순물의 농도를 화학적 평형에 도달시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전력은 교류 전력 또는 직류 전력일 수 있다. In an embodiment of the present invention, before applying the first power or the second power between the anode and the cathode, achieving chemical equilibrium between the molten metal and the slag may be further included. The chemical equilibrium may comprise the step of bringing the concentration of impurities in the molten metal to chemical equilibrium. The power may be AC power or DC power.

본 발명의 실시예에서, 상기 슬래그는, 상기 불순물 원소에 대하여 이온 전도성을 갖는 전해질로서 이용할 수 있다. 상기 슬래그는 SiO2, CaO, MgO, CaF2, Al2O3, FeO, Na2O, MnO, TiO2 중에서 적어도 하나 이상을 포함하며, 1,000 ℃ 이상의 온도에서 상기 이온 전도성을 갖는다. 상기 불순물 원소는 탄소(C), 질소(N), 황(S), 산소(O), 인(P) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 용융 금속과 상기 슬래그 사이의 계면으로의 상기 불순물 원소의 이동은 확산, 대류, 교반 또는 이들의 조합으로 수행될 수 있다. In the embodiment of the present invention, the slag can be used as an electrolyte having an ionic conductivity with respect to the impurity element. The slag contains at least one of SiO 2 , CaO, MgO, CaF 2 , Al 2 O 3 , FeO, Na 2 O, MnO and TiO 2 and has the ionic conductivity at a temperature of 1,000 ° C. or higher. The impurity element may include carbon (C), nitrogen (N), sulfur (S), oxygen (O), phosphorous (P) or combinations thereof. The movement of the impurity element at the interface between the molten metal and the slag may be performed by diffusion, convection, stirring, or a combination thereof.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 불순물 원소를 포함하는 용융 금속과 상기 용융 금속 상에 부유하는 슬래그를 포함하는 금속 용탕을 수용하는 전해조; 상기 전해조 내에 수용되는 상기 용융 금속과 접촉하는 캐소드; 상기 전해조 내에 수용되는 상기 슬래그와 접촉하는 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 전력을 인가하기 위한 전원 모듈을 포함하며, 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 정련 영역이 정의되며, 상기 정련 영역 내에서 상기 불순물 원소가 상기 용융 금속과 상기 슬래그 사이의 계면으로 이동되고, 상기 전원 모듈에 의해 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 인가되는 상기 전력을 통해서, 상기 계면으로 이동된 상기 불순물 원소가 이온화되고, 상기 슬래그를 통해 상기 이온화된 불순물 원소가 상기 애노드로 이동되어 제거되는 금속 정련 장치가 제공될 수 있다. 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 전력을 인가하는 동안에, 상기 캐소드로부터 방출되는 전자에 의해 상기 불순물 원소가 환원되는 제 1 전기 화학적 반응을 통해 이온화가 수행된다. 상기 애노드와 상기 이온화된 불순물 원소 사이의 제 2 전기 화학적 반응을 통해 상기 이온화된 불순물 원소가 제거된다. 상기 불순물 원소는 산소이고, 상기 애노드는 탄소를 포함하며, 상기 제 2 전기 화학적 반응은, 상기 산소의 음이온과 상기 탄소의 반응에 의해 일산화 탄소 기체를 형성하는 것을 포함하며, 상기 일산화 탄소 기체를 배출시키는 가스 배출부가 더 포함될 수 있다. 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 전력을 인가하기 전에, 상기 용융 금속과 상기 슬래그 간에 화학적 평형이 달성될 수 있다. 상기 용융 금속은 상기 캐소드로서 작용하며, 상기 애노드는 전극봉 형태로 상기 슬래그와 접촉될 수 있다. 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 인가되는 전력의 세기에 따라, 상기 용융 금속 내의 불순물 원소의 농도가 조절될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is provided an electrolytic cell comprising: an electrolytic bath containing a molten metal containing an impurity element and a molten metal containing slag floating on the molten metal; A cathode in contact with the molten metal contained in the electrolytic bath; An anode in contact with the slag received in the electrolytic bath; And a power module for applying power between the cathode and the anode, wherein a refining area is defined between the cathode and the anode, and wherein the impurity element in the refining area is an interface between the molten metal and the slag The impurity element moved to the interface is ionized through the electric power applied between the cathode and the anode by the power module and the ionized impurity element is moved to the anode through the slag A metal refining apparatus to be removed can be provided. During the application of electric power between the anode and the cathode, ionization is performed through a first electrochemical reaction in which the impurity element is reduced by electrons emitted from the cathode. The ionized impurity element is removed through a second electrochemical reaction between the anode and the ionized impurity element. Wherein the impurity element is oxygen, the anode comprises carbon, and the second electrochemical reaction includes forming a carbon monoxide gas by reaction of the anion of the oxygen with the carbon, and discharging the carbon monoxide gas A gas discharge unit may be further included. Chemical equilibrium can be achieved between the molten metal and the slag before power is applied between the anode and the cathode. The molten metal acts as the cathode, and the anode can be in contact with the slag in the form of an electrode. The concentration of the impurity element in the molten metal can be adjusted according to the intensity of electric power applied between the anode and the cathode.

본 발명의 실시예에 따르면, 불순물 원소에 대하여 이온 투과성을 갖는 용융 슬래그를 전해질로 사용하는 전기 화학 반응을 이용함으로써, 용융 금속 내에서 비금속 개재물을 생성시키는 다양한 불순물 원소를 제거할 수 있으며, 외부 전원을 이용한 전기 에너지 및 전자기장 인가를 통해 목표 불순물 원소의 용융 금속 내 농도를 일정하게 제어할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, by using the electrochemical reaction using the molten slag having the ion permeability for the impurity element as the electrolyte, various impurity elements which generate the nonmetallic inclusions in the molten metal can be removed, The concentration of the target impurity element in the molten metal can be constantly controlled through the application of the electric energy and the electromagnetic field.

또한, 제어가 용이한 전기적 에너지를 통하여 용융 금속 내에 불순물을 제거함으로써, 금속 제품의 높은 화학적 청정도 증가 및 공정 안정성을 향상 시킬 수 있다. In addition, by removing impurities in the molten metal through electrical energy that is easy to control, high chemical cleanliness of the metal product can be increased and process stability can be improved.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 금속 정련 장치를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 금속 정련 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 정련 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 시간에 따른 용융 금속 내의 황의 농도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 시간에 따른 용융 금속 내의 산소의 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인가 전압에 따른 용융 금속 내의 불순물의 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
1A and 1B are views showing a metal refining apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A to 2E are views for explaining a metal refining method according to an embodiment of the present invention.
3A to 3E are views for explaining a metal refining method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a graph showing changes in concentration of sulfur in molten metal with time according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a graph showing changes in concentration of oxygen in molten metal with time according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing changes in concentration of impurities in molten metal according to an applied voltage according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, The present invention is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

도면에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Like numbers refer to like elements in the drawings. Also, as used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of any of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used herein are used to illustrate the embodiments and are not intended to limit the scope of the invention. Also, although described in the singular, unless the context clearly indicates a singular form, the singular forms may include plural forms. Also, the terms "comprise" and / or "comprising" used herein should be interpreted as referring to the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements and / And does not exclude the presence or addition of other features, numbers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 명세서에서 기판 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 기판 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 기판 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다.Reference herein to a layer formed "on" a substrate or other layer refers to a layer formed directly on top of the substrate or other layer, or may be formed on intermediate or intermediate layers formed on the substrate or other layer Layer. ≪ / RTI > It will also be appreciated by those skilled in the art that structures or shapes that are "adjacent" to other features may have portions that overlap or are disposed below the adjacent features.

본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.As used herein, the terms "below," "above," "upper," "lower," "horizontal," or " May be used to describe the relationship of one constituent member, layer or regions with other constituent members, layers or regions, as shown in the Figures. It is to be understood that these terms encompass not only the directions indicated in the Figures but also the other directions of the devices.

이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들 (및 중간 구조들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다.In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views schematically illustrating ideal embodiments (and intermediate structures) of the present invention. In these figures, for example, the size and shape of the members may be exaggerated for convenience and clarity of explanation, and in actual implementation, variations of the illustrated shape may be expected. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions shown herein. In addition, reference numerals of members in the drawings refer to the same members throughout the drawings.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 금속 정련 장치를 도시한 도면이다. 1A and 1B are views showing a metal refining apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 금속 정련 장치(10)는 불순물 원소를 포함하는 용융 금속(LM)과 용융 금속(LM) 상에 부유하는 슬래그(MS)를 포함하는 금속 용탕(MM)을 수용하는 전해조(EE), 전해조(EE) 내에 수용되는 용융 금속(LM)과 접촉하는 캐소드(E2), 전해조(EE) 내에 수용되는 용융 슬래그(MS)와 접촉하는 애노드(E1) 및 캐소드(E2)와 애노드(E1) 사이에 전력을 인가하기 위한 전원 모듈(PM)을 포함할 수 있다. 1A and 1B, the metal refining apparatus 10 includes a molten metal (LM) containing an impurity element and a molten metal (MM) containing slag MS suspended on the molten metal (LM) A cathode E2 in contact with the molten metal LM contained in the electrolyzer EE and an anode E1 and a cathode E2 in contact with molten slag MS contained in the electrolyzer EE, And a power module (PM) for applying power between the anode (E1) and the anode (E1).

본 발명의 실시예에서 캐소드(E2)와 애노드(E1) 사이에 정련 영역이 정의되며, 상기 정련 영역 내에서 상기 불순물 원소가 용융 금속(LM)과 슬래그(MS) 사이의 계면으로 이동될 수 있다. 또한, 전원 모듈(PM)에 의해 캐소드(E2)와 애노드(E1) 사이에 인가되는 전력을 통해서, 상기 계면으로 이동된 상기 불순물 원소가 이온화되고, 슬래그(MS)를 통해 상기 이온화된 불순물 원소가 애노드(E1)로 이동되어 제거될 수 있다. 애노드(E1)와 캐소드(E2) 사이에 전력을 인가하는 동안에, 캐소드(E2)로부터 방출되는 전자(EC)에 의해 상기 불순물 원소가 환원되는 제 1 전기 화학적 반응을 통해 이온화가 수행될 수 있으며, 애노드(E1)와 상기 이온화된 불순물 원소 사이의 제 2 전기 화학적 반응을 통해 상기 이온화된 불순물 원소가 제거될 수 있다. In the embodiment of the present invention, a refining region is defined between the cathode E2 and the anode E1, and the impurity element can be moved to the interface between the molten metal LM and the slag MS in the refining region . The impurity element moved to the interface is ionized through the power applied between the cathode E2 and the anode E1 by the power module PM and the ionized impurity element through the slag MS Can be moved to the anode E1 and removed. Ionization can be performed through the first electrochemical reaction in which the impurity element is reduced by the electrons EC emitted from the cathode E2 while power is applied between the anode E1 and the cathode E2, The ionized impurity element can be removed through a second electrochemical reaction between the anode (E1) and the ionized impurity element.

일 실시예에서, 용융 금속(LM)은 캐소드(E2)로서 작용하며, 애노드(E1)는 전극봉 형태로 슬래그(MS)와 접촉될 수 있다. 애노드(E1)가 전극봉 형태로 구성될 때, 적어도 하나 이상의 애노드로서 사용되는 전극 봉 의 종단 일부분이 슬래그(MS)에 침습될 수 있다. In one embodiment, the molten metal LM acts as the cathode E2 and the anode El can be in contact with the slag MS in the form of an electrode. When the anode E1 is configured in the form of an electrode rod, a portion of the end of the electrode rod used as at least one anode can be infiltrated into the slag MS.

또한, 애노드(E1)와 캐소드(E2) 사이에 인가되는 전력의 세기에 따라, 용융 금속(LM) 내의 불순물 원소의 농도가 조절될 수 있다. 예컨대, 하기 도 5의 결과처럼, 애노드(E1)와 캐소드(E2) 사이에 인가되는 전력의 세기에 커질수록 불순물 원소의 이온화 성분들이 많아져 불순물 원소의 농도가 낮아지고, 반면 애노드(E1)와 캐소드(E2) 사이에 인가되는 전력의 세기에 작아질수록 불순물 원소의 이온화 성분들이 적어져 불순물 원소의 농도가 높아질 수 있다. Also, the concentration of the impurity element in the molten metal (LM) can be adjusted depending on the intensity of electric power applied between the anode (E1) and the cathode (E2). For example, as shown in FIG. 5, as the electric power applied between the anode E1 and the cathode E2 increases, the ionization components of the impurity element increase and the concentration of the impurity element decreases. On the other hand, As the intensity of the electric power applied between the cathodes E2 becomes smaller, the ionization components of the impurity element become smaller and the concentration of the impurity element becomes higher.

본 발명에서는 캐소드(E2)와 전력 모듈(PM)을 연결하는 리드선(Lead wire)은 정련하려는 금속의 용융 온도 이상의 고온에서 안정한 전도체를 사용하고, 전해질로서 이용되는 슬래그(MS)는 해당 온도에서 용융 상태로서 안정하게 이온 전도성을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. In the present invention, the lead wire connecting the cathode E2 and the power module PM uses a conductor which is stable at a high temperature not lower than the melting temperature of the metal to be refined and the slag MS used as the electrolyte is melted And may include a composition having stable ion conductivity as a state.

또한, 본 발명에서, 용융 금속(LM) 내부의 불순물 원소의 정련 메커니즘을 고려하여 양극의 분극 방향이 결정될 수 있다. 예를 들어, 용융 금속(LM) 내부의 황(S)을 제거하는 전기 화학적 반응의 경우, 황은 전자 두개를 받아 황 이온이 되는 환원 반응을 통해 제거되기 때문에 용융 금속(LM)과 접촉하는 전극의 경우 캐소드로 결정되며, 반대 극은 애노드로 결정될 수 있다. 또는, 불순물 원소가 전자 두개를 제공하여 양이온이 되는 산화 반응을 통해 제거되기 때문에 용융 금속(LM)과 접촉하는 전극의 경우 애노드로 결정되며, 반대 극은 캐소드로 결정될 수 있다. Further, in the present invention, the polarization direction of the anode can be determined in consideration of the refining mechanism of the impurity element in the molten metal (LM). For example, in the case of an electrochemical reaction in which sulfur (S) in molten metal (LM) is removed, sulfur is removed through a reduction reaction that becomes a sulfur ion by receiving two electrons, The cathode may be determined, and the opposite electrode may be determined as the anode. Alternatively, since the impurity element is removed through an oxidation reaction that provides two electrons to become a cation, it is determined as an anode in the case of an electrode contacting with the molten metal (LM), and the opposite electrode can be determined as a cathode.

예컨대, 상기 불순물 원소가 산소이고, 애노드(E1)는 탄소 성분을 포함할 때, 전기 화학적 반응에 의해 상기 산소의 음이온과 상기 탄소의 반응에 의해 일산화 탄소 기체가 형성될 수 있다. For example, when the impurity element is oxygen and the anode (E1) contains a carbon component, a carbon monoxide gas may be formed by the reaction of the carbon with the anion of the oxygen by an electrochemical reaction.

일 실시예에서, 전해조(EE)는 도가니(CC) 내부의 일부 영역이거나, 전해조(EE)가 도가니(CC) 내부에 배치되어, 전해조(EE)의 외벽과 도가니(CC)의 외벽이 접촉될 수 있다. 도가니(CC)는 탄소 성분으로 구성될 수 있으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 또한, 도가니(CC)는 후술한 발열체(HE)로부터의 열이 전해조(EE)로 전달되도록 열전도성을 가질 수 있다. 발열체(HE)는 칸탈 가열 요소(Kanthal Heating Element)를 포함할 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 다양한 가열 요소가 이용될 수 있다.In one embodiment, the electrolyzer EE is a part of the interior of the crucible CC or the electrolyzer EE is disposed inside the crucible CC so that the outer wall of the electrolyzer EE is in contact with the outer wall of the crucible CC . The crucible (CC) may be composed of a carbon component, but the present invention is not limited thereto. Further, the crucible CC may have thermal conductivity so that the heat from the heating element HE, which will be described later, is transferred to the electrolytic bath EE. The heating element HE may include a Kanthal Heating Element, but the present invention is not limited thereto and various heating elements may be used.

본 발명의 실시예에서, 전해조(EE)가 도가니(CC) 내부의 중앙 부분에 위치하도록, 전해조(EE)를 지지하는 내화 보조물(RS) 그리고 도가니(CC)의 상부를 덮는 스텐레스 갭(Stainless Steel Cap)(SC)이 더 포함될 수 있다. 스텐레스 갭(SC)은 냉각수 인입구(WI)와 냉각수 배출구(WO)와 연결되며, 가스 인입구(GI)와 가스 배출구(GO)와도 연결될 수 있다. In the embodiment of the present invention, the refractory auxiliary material RS supporting the electrolytic bath EE and the stainless steel (stainless steel) pipe covering the upper part of the crucible CC are arranged so that the electrolytic bath EE is located at the central portion inside the crucible CC. Cap) (SC) may be further included. The stainless gap SC is connected to the cooling water inlet WI and the cooling water outlet WO and can also be connected to the gas inlet GI and the gas outlet GO.

본 발명의 일시예에서, 전기 에너지 인가 전 용융 슬래그(MS)와 용융 금속(LM) 간에 화학적 평형이 달성되도록, 전기 에너지 인가 전에 가스 인입구(GI)를 통해서 일산화 탄소(CO) 가스가 전해조(EE) 내부로 공급될 수 있다. 또한, 이온화된 불순물 원소와 애노드 사이의 전기 화학적 반응을 통해 형성된 가스(예: 일산화 탄소 또는 이산화 탄소 기체)는 가스 배출부(GO)를 통해 외부로 배출될 수 있다. In one example of the present invention, carbon monoxide (CO) gas is introduced into the electrolytic bath (EE) through the gas inlet (GI) before electrical energy is applied so that chemical equilibrium is achieved between molten slag (MS) ). ≪ / RTI > Further, the gas (for example, carbon monoxide or carbon dioxide gas) formed through the electrochemical reaction between the ionized impurity element and the anode can be discharged to the outside through the gas discharge portion GO.

다시 도 1b를 참조하면, 전기 화학적 반응을 일으키기 위해 전해조(EE)을 구성한 후 외부의 전력 모듈(PM)와 연결하여, 전기적 에너지 및 전자기장을 전해조(EE)에 인가할 수 있다. 인가된 전기적 에너지 및 전자기장은 용융 금속(LM)과 슬래그(MS) 사이의 계면에서 불순물 원소의 전기 화학적 정련 반응을 유도하여 국부적 전기 화학적 평형을 달성할 수 있다. Referring again to FIG. 1B, an electrolytic bath EE may be configured to generate an electrochemical reaction, and then an electric energy and an electromagnetic field may be applied to the electrolytic bath EE by connecting the electrolytic bath to an external power module PM. The applied electrical and electromagnetic fields can induce an electrochemical refining reaction of the impurity element at the interface between the molten metal (LM) and the slag (MS) to achieve local electrochemical equilibrium.

따라서, 용융 금속(LM) 내의 불순물 원소의 농도는 전력 모듈(PM)을 통해 인가되는 전기적 에너지 및 전자기장에 의해 제어될 수 있으며, 종래 슬래그 정련 반응 이외에도 전기 화학적 에너지 및 전자기장을 새로운 반응 구동력으로 사용함으로써, 공정 중 제어가 용이하며 종래에 화학적 정련 반응에 필요한 첨가물(예컨대, CaO, 탈산제 등)사용의 절감이 가능하다. 또한, 본 발명은 전기 화학적 국부 평형 기법을 통하여 용융 금속(LM) 내에 불순물 원소를 슬래그 상으로 제거할 수 있다. 또한, 슬래그를 이용한 전기 화학적 정련 기법의 경우 슬래그(MS)의 이온 전도성을 갖는 다양한 불순 원소에 대하여 적용 가능하며, 외부 전원을 이용한 전기 에너지 및 전자기장 인가를 통해 불순물 원소의 용융 금속(LM) 내 농도를 일정하게 제어할 수 있다. 본 발명의 전기 화학적 국부 평형 기법을 이용한 금속 정련 기술에 따르면, 전기적 에너지를 통하여 용융 금속내에 불순물 원소를 제거함으로써, 금속 제품의 높은 화학적 청정도 증가 및 공정 안정성을 향상 시킬 수 있다. Therefore, the concentration of the impurity element in the molten metal LM can be controlled by the electric energy and the electromagnetic field applied through the power module PM. In addition to the conventional slag refining reaction, by using the electrochemical energy and the electromagnetic field as a new reaction driving force , It is easy to control during the process, and it is possible to reduce the use of additives (for example, CaO, deoxidizing agent, etc.) conventionally required for the chemical refining reaction. Further, the present invention can remove the impurity element in slag form in molten metal (LM) through an electrochemical local equilibrium technique. In addition, the electrochemical refining method using slag can be applied to various impurity elements having ion conductivity of slag (MS), and it is possible to apply the electric energy and the electromagnetic field using an external power source to the concentration of the impurity element in the molten metal Can be constantly controlled. According to the metal refining technique using the electrochemical local equilibrium technique of the present invention, by removing the impurity element in the molten metal through electrical energy, the chemical cleanliness of the metal product can be increased and the process stability can be improved.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 금속 정련 방법을 설명하기 위한 도면이다. 2A to 2E are views for explaining a metal refining method according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 철강 공정 중 전해조(EE) 내부에 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)를 포함하는 용융 금속(LM)과 용융 금속(LM) 상에 부유하는 용융 슬래그(MS)를 포함하는 금속 용탕(MM)이 생성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 전해조(EE) 내부에서 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)를 제거하거나 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)의 농도를 제어하기 위한 전기 화학 반응을 일으키기 위해서, 용융 금속(LM)에 캐소드(E2)가 접촉되고, 슬래그(MS)에 애노드(E1)가 접촉될 수 있으며, 본 발명에서 캐소드(E2)와 애노드(E1) 사이에 전기 화학 반응이 발생하는 정련 영역(SR)이 정의될 수 있다. Referring to FIG. 2A, a molten metal LM containing impurity elements IM1, IM2, IM3 and IM4 and a molten slag MS floating on the molten metal LM are placed in an electrolytic cell EE of a steel process. The molten metal (MM) containing the molten metal can be produced. In one embodiment of the present invention, an electrochemical reaction for removing the impurity elements IM1, IM2, IM3, and IM4 in the electrolytic bath EE or for controlling the concentrations of the impurity elements IM1, IM2, IM3, and IM4 The cathode E2 may be brought into contact with the molten metal LM and the anode E1 may be brought into contact with the slag MS and an electrochemical reaction may occur between the cathode E2 and the anode E1 A refining region SR can be defined.

일 실시예에서, 애노드(E1)는 슬래그(MS)의 적어도 일부 또는 전체 표면 상에 접촉될 수 있고, 유사하게, 캐소드(E2)는 용융 금속(LM)의 적어도 일부 또는 전체 표면 상에 접촉될 수 있다. 다른 구현에 있어서, 용융 금속(LM) 자체가 캐소드(E2)로서, 이용되거나 작용할 수 있다. 또는, 슬래그(MS) 자체가 애노드(E1)로서, 이용되거나 작용할 수도 있다. In one embodiment, the anode E1 may be contacted on at least a portion or the entire surface of the slag MS and, similarly, the cathode E2 may be contacted on at least a portion or the entire surface of the molten metal LM . In another embodiment, molten metal (LM) itself can be used or act as cathode E2. Alternatively, the slag MS itself may be used or operated as the anode El.

본 발명의 실시예에서, 정련 영역(SR) 내에서 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)는 물질 이동을 통해서 용융 금속(LM)과 슬래그(MS) 사이의 계면(IF1)으로 이동될 수 있다. In the embodiment of the present invention, the impurity elements IM1, IM2, IM3 and IM4 in the refining region SR can be moved to the interface IF1 between the molten metal LM and the slag MS through mass transfer have.

슬래그(MS)는 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)에 대하여 이온 전도성을 갖는 전해질로서 이용되며, SiO2, CaO, MgO, CaF2, Al2O3, FeO, Na2O, MnO, TiO2 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 슬래그(MS)는 이들에 제한되지 않는다. 예컨대, 슬래그(MS)는 불순물 원소에 대하여 이온 전도성을 갖는 전해질로서, 이용될 수 있는 것이면 모두 가능하다. 또한, 슬래그(MS)는 저온보다 1,000 ℃ 이상의 고온에서 더 높은 이온 전도성을 가질 수 있다. Slag (MS) is used as an electrolyte having ion conductivity with respect to the impurity element (IM1, IM2, IM3, IM4 ), SiO 2, CaO, MgO, CaF 2, Al 2 O 3, FeO, Na 2 O, MnO, TiO 2 may include at least one or more of the However, the slag MS is not limited thereto. For example, the slag MS can be used as long as it can be used as an electrolyte having an ionic conductivity with respect to an impurity element. In addition, the slag MS can have a higher ionic conductivity at a temperature higher than 1,000 DEG C above the low temperature.

불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)는 탄소(C), 질소(N), 황(S), 산소(O), 인(P), 규소(Si), 망간(Mn) 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 물질 이동은 확산, 열전달에 의한 대류, 교반 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)의 종류 및 개수 그리고 상기 물질 이동의 종류는 이들에 제한되지 않는다. The impurity elements IM1, IM2, IM3 and IM4 may be carbon, nitrogen, sulfur, oxygen, phosphorus, silicon, manganese, And the mass transfer may include diffusion, convection by heat transfer, agitation, or a combination thereof. However, in the embodiment of the present invention, the types and the number of the impurity elements IM1, IM2, IM3, IM4 and the kind of the substance movement are not limited thereto.

본 발명에서, 한 종류의 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)가 용융 금속(LM) 내에 포함되거나 다양한 종류의 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)가 용융 금속(LM) 내에 포함될 수 있다. 또한, 애노드(E1)는 불순물 원소의 종류에 따라, 애노드(E1)의 종류도 결정될 수 있다. 예컨대, 산소(O)를 제거하거나 농도를 제어하기 위해서, 애노드(E1)는 탄소 성분을 포함하고, 질소(N)를 제거하거나 농도를 제어하기 위해서, 애노드(E1)는 질소와 반응하여 질산화 가스를 생성할 수 있는 성분을 포함하고, 황(S)를 제거하거나 농도를 제어하기 위해서, 애노드(E1)는 황과 반응하여 황산화 가스를 생성할 수 있는 성분을 포함하고, 탄소(C)를 제거하거나 농도를 제어하기 위해서, 애노드(E1)는 탄소와 반응하여 탄산화 가스를 생성할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 인(P)의 경우,

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가 슬래그 내에서 안정한 이온상으로 존재하기 때문에, 다른 불순물 원소들과 다르게 산화 반응을 통해서 제거될 수 있다. 이때, 인가 전압은 다른 불순물 원소(S, O, N, C)의 인가 전압과 반대 방향으로 제공될 수 있다. 예컨대, 인(P)의 경우, E1은 캐소드가 되고, E2는 애노드가 될 수 있다. In the present invention, one kind of impurity element IM1, IM2, IM3, IM4 may be contained in the molten metal LM or various kinds of impurity elements IM1, IM2, IM3, IM4 may be contained in the molten metal LM have. The type of the anode E1 can also be determined depending on the kind of the impurity element in the anode E1. For example, in order to remove oxygen or control the concentration, the anode E1 contains a carbon component, and in order to remove or control the concentration of nitrogen (N), the anode E1 reacts with nitrogen, (E1) comprises a component capable of reacting with sulfur to produce a sulfur dioxide gas, and the carbon (C) is reacted with sulfur In order to remove or control the concentration, the anode (E1) may contain a component capable of reacting with carbon to produce carbon dioxide gas. In the case of phosphorus (P)
Figure 112017104969078-pat00001
Is present in the stable ionic phase in the slag, it can be removed through an oxidation reaction differently from other impurity elements. At this time, the applied voltage may be provided in the opposite direction to the applied voltage of the other impurity element (S, O, N, C). For example, in phosphorus (P), E1 may be the cathode and E2 may be the anode.

도 2b를 참조하면, 애노드(E1)와 캐소드(E2) 사이에 제 1 전력(PS1)이 인가되어, 계면(IF1)으로 이동된 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)이 이온화될 수 있다. 여기서, 이온화된 불순물 원소는 IM1+, IM2+, IM3+, IM4+으로 정의한다. 상기 이온화는 캐소드(E2)로부터 방출되는 전자들(EC)에 의해 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)가 환원되는 제 1 전기 화학적 반응(CR1)을 통해 수행될 수 있다. 제 1 전기 화학적 반응(CR1)은 하기 화학식 1로 정의될 수 있다. Referring to FIG. 2B, the first power PS1 is applied between the anode E1 and the cathode E2, and the impurity elements IM1, IM2, IM3, and IM4 moved to the interface IF1 may be ionized . Here, the ionized impurity element is defined as IM1 + , IM2 + , IM3 + , and IM4 + . The ionization may be performed through a first electrochemical reaction (CR1) in which impurity elements IM1, IM2, IM3 and IM4 are reduced by electrons EC emitted from the cathode E2. The first electrochemical reaction (CR1) may be defined by the following formula (1).

화학식 1Formula 1

Figure 112017104969078-pat00002
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Figure 112017104969078-pat00003
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Figure 112017104969078-pat00004
Figure 112017104969078-pat00004

Figure 112017104969078-pat00005
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Figure 112017104969078-pat00006
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도 2c를 참조하면, 애노드(E1)와 캐소드(E2) 사이에 인가된 제 2 전력(PS2)에 의해 이온화된 불순물 원소(IM1+, IM2+, IM3+, IM4+)는 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)에 대하여 이온 전도성을 갖는 전해질로서 이용되는 슬래그(MS)를 통해 애노드(E1)로 이동될 수 있다. 이때, 이온화된 불순물 원소(IM1+, IM2+, IM3+, IM4+)는 슬래그(MS)와 애노드(E1) 사이의 계면(IF2)에 존재하게 된다. The impurity elements IM1 +, IM2 +, IM3 +, and IM4 + ionized by the second power PS2 applied between the anode E1 and the cathode E2 are connected to the impurity elements IM1, IM2, IM3, IM4) to the anode (E1) through the slag (MS) used as an electrolyte having ionic conductivity. At this time, the ionized impurity elements IM1 + , IM2 + , IM3 + and IM4 + are present at the interface IF2 between the slag MS and the anode E1.

도 2d를 참조하면, 이온화된 불순물 원소(IM1+, IM2+, IM3+, IM4+)를 제거하도록, 제 2 전력(PS2)에 의해, 애노드(E1)와 이온화된 불순물 원소(IM1+, IM2+, IM3+, IM4+) 사이의 제 2 전기 화학적 반응(CR2)이 수행될 수 있다. 예컨대, 불순물 원소는 산소(O)이고, 애노드(E1)가 탄소 원소(C)를 포함할 때, 제 2 전기 화학적 반응(CR2)은, 하기 화학식 2의 산소의 음이온(O2-)과 탄소(C)의 반응에 의해 일산화 탄소(CO) 또는 이산화 탄소(CO2) 기체가 형성될 수 있다. Referring to Figure 2d, the ionized impurity element (IM1 +, IM2 +, IM3 +, IM4 +), a second power (PS2), an anode (E1) and the ionized impurity element (IM1 + by to remove, IM2 + , IM3 + , IM4 + ) can be performed. For example, the impurity element is oxygen (O) and, when the anode (E1) comprise a carbon element (C), the second electrochemical reaction (CR2) is, to the anion of the oxygen of the general formula 2 (O 2-) and carbon Carbon monoxide (CO) or carbon dioxide (CO2) gas can be formed by the reaction of step (C).

화학식 2(2)

Figure 112017104969078-pat00007
Figure 112017104969078-pat00007

일 실시예에서, 불순물 원소는 황(S)이고, 애노드(E1)가 탄소 원소(C)를 포함할 때, 제 2 전기 화학적 반응(CR2)은, 하기 화학식 3의 황의 음이온(S2-)는 탄소 전극봉과 반응없이 황 기체로 형성될 수 있다.In one embodiment, when the impurity element is sulfur (S) and the anode (E1) comprises a carbon element (C), the second electrochemical reaction (CR2) It can be formed into a sulfur gas without reacting with the carbon electrode.

화학식 3(3)

Figure 112017104969078-pat00008
Figure 112017104969078-pat00008

일 실시예에서, 불순물 원소는 질소(N)이고, 애노드(E1)가 탄소 원소(C)를 포함할 때, 제 2 전기 화학적 반응(CR2)은, 하기 화학식 4의 질소의 음이온(N3-)과 탄소 전극봉과 반응없이 질소 기체로 형성될 수 있다.In one embodiment, when the impurity element is nitrogen (N) and the anode (E1) comprises a carbon element (C), the second electrochemical reaction (CR2) comprises an anion of nitrogen (N3-) And nitrogen gas without reacting with the carbon electrode.

화학식 4Formula 4

Figure 112017104969078-pat00009
Figure 112017104969078-pat00009

또 다른 실시예에서, 불순물 원소가 인(P) 또는 탄소(C) 인 경우, 애노드와 불순물 원소(P, C)의 이온상과의 산화 반응에 의해 불순물 원소가 제거될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에서 화학식 2에 기초한 자유 산소 이온 O2-가 탄소 전극봉과 반응하여 CO 가스를 생성하는 제 2 전기 화학적 반응(CR2)이 다른 제 2 전기 화학적 반응(CR2)보다 우세하게 일어날 수 있다. In another embodiment, when the impurity element is phosphorus (P) or carbon (C), the impurity element can be removed by an oxidation reaction between the anode and the ion phase of the impurity element (P, C). Preferably, in the present invention, the free oxygen ions O 2- is based on formula (2) a second electrochemical reaction (CR2) to produce a CO gas react with the carbon electrode can take place predominantly other than the second electrochemical reaction (CR2) have.

일 실시예에서, 제 1 전력(PS1)과 제 2 전력(PS2)은 교류 전력 또는 직류 전력일 수 있다. 또한, 제 1 전력(PS1)과 제 2 전력(PS2)은 동일한 전력이며, 제 1 전력(PS1)은 제 2 시간보다 앞선 제 1 시간에 인가되는 전력이고 제 2 전력(PS2)은 상기 제 2 시간에 인가되는 전력일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 전력(PS1)과 제 2 전력(PS2)은 서로 다른 크기를 갖는 전력이며, 제 1 전력(PS1)은 제 2 시간보다 앞선 제 1 시간에 인가되는 전력이고 제 2 전력(PS2)은 상기 제 2 시간에 인가되는 전력일 수 있다. 예컨대, 제 1 전력(PS1)은 제 2 전력(PS2)보다 높거나 낮을 수 있다. 또는 제 1 전력(PS1)은 직류 전력이고 제 2 전력(PS2)은 교류 전력일 수 있다. 반대로, 제 1 전력(PS1)은 교류 전력이고 제 2 전력(PS2)은 직류 전력일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이들에 제한되지 않으며, 도 2b에서 제 1 전기 화학적 반응(CR1)의 속도와 도 2d에서의 제 2 전기 화학적 반응(CR2)의 속도를 고려하여, 제 1 전력(PS1)과 제 2 전력(PS2)이 결정될 수 있다. In one embodiment, the first power PS1 and the second power PS2 may be AC power or DC power. The first power PS1 and the second power PS2 are the same power and the first power PS1 is a power applied at a first time preceding the second time and the second power PS2 is a power applied to the second Lt; / RTI > may be the power applied over time. In another embodiment, the first power PS1 and the second power PS2 are powers having different magnitudes, the first power PS1 is a power applied at a first time preceding the second time, (PS2) may be the power applied at the second time. For example, the first power PS1 may be higher or lower than the second power PS2. Or the first power PS1 may be DC power and the second power PS2 may be AC power. Conversely, the first power PS1 may be AC power and the second power PS2 may be DC power. However, the present invention is not limited thereto, and the first power (PS1) and the second power (PS2) may be selected in consideration of the speed of the first electrochemical reaction (CR1) and the speed of the second electrochemical reaction The second power PS2 can be determined.

이후, 도 2e를 참조하면, 제 2 전기 화학적 반응(CR2)에 의해 생성된 불순물 원소의 기체들은 가스 배출구(GO)를 통해 배출됨으로써, 용융 금속(LM) 내의 불순물 원소가 제거되거나 용융 금속(LM) 내의 불순물 원소의 농도가 제어될 수 있다. 2E, gases of the impurity element produced by the second electrochemical reaction (CR2) are discharged through the gas outlet GO, whereby the impurity element in the molten metal LM is removed or the molten metal LM ) Can be controlled.

애노드(E1)와 캐소드(E2) 사이에 인가된 제 2 전력(PS2)에 의해 이온화된 불순물 원소(IM1+, IM2+, IM3+, IM4+)는 슬래그(MS)를 통해 계면(IF1)에서 슬래그(MS)와 애노드(E1) 사이의 계면(IF2)으로 이동되어 제거될 수 있다. The impurity elements IM1 + , IM2 + , IM3 + , IM4 + ionized by the second electric power PS2 applied between the anode E1 and the cathode E2 are supplied to the interface E1 via the slag MS Can be moved to and removed from the interface IF2 between the slag MS and the anode E1.

본 발명의 일 실시예에서, 애노드(E1)와 캐소드(E2) 사이에 제 1 전력(PS1) 또는 제 2 전력(PS2)이 인가되기 전에, 용융 금속(LM)과 슬래그(MS) 간에 화학적 평형이 달성될 수 있다. 여기서, 상기 화학적 평형은 용융 금속(LM) 내의 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)의 농도를 화학적 평형에 도달시키는 것을 의미한다. In one embodiment of the present invention, before the first power PS1 or the second power PS2 is applied between the anode E1 and the cathode E2, chemical equilibrium between the molten metal LM and the slag MS Can be achieved. Here, the chemical equilibrium means that the concentrations of the impurity elements IM1, IM2, IM3 and IM4 in the molten metal LM reach chemical equilibrium.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 정련 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3A to 3E are views for explaining a metal refining method according to another embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3e의 다섯 단계는 전술한 도 2a 내지 도 2e의 다섯 단계와 동일한 동작으로써, 모순되지 않는 한, 전술한 도 2a 내지 도 2e의 다섯 단계에 대한 설명을 참조할 수 있다. The five steps of FIGS. 3A to 3E are the same as the five steps of FIG. 2A to FIG. 2E described above, and the description of the five steps of FIG. 2A to FIG.

도 3a 내지 도 3e에서 애노드(E1)가 봉 형태로 되어, 봉의 적어도 일부가 슬래그(MS)에 침습되어 전기 화학적 반응이 일어나는 것인 반면에, 도 2a 내지 도 2e에서는 애노드(E1)가 슬래그(MS)의 표면 상에 배치되어 전기 화학적 반응이 일어나는 것이다. 3A to 3E, the anode E1 is in the form of a rod, and at least a part of the rod is infiltrated into the slag MS to cause an electrochemical reaction, whereas in FIGS. 2A to 2E, the anode E1 is slag MS) so that an electrochemical reaction takes place.

전술한 바와 같이, 슬래그(MS)를 통하여 용융 금속(LM) 내의 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)는 다섯 단계를 통해서 제거될 수 있다. 첫번째 단계는, 용융 금속(LM) 내부의 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)가 물질 이동을 통하여 용융 금속(LM)과 슬래그(MS) 사이의 계면으로 이동하는 단계이다. 여기서, 용융 금속(LM)의 교반에 의하여 이동 속도가 결정 될 수 있다. 두번째 단계는, 용융 금속(LM)과 슬래그(MS) 사이의 계면에서 발생하는 제 1 전기 화학적 반응이다. 세번째 단계는 슬래그(MS)의 이온 전도도에 따라 이온화된 불순물 원소(IM1+, IM2+, IM3+, IM4+)가 이동하는 단계이다. 네번째 단계는 슬래그(MS)와 애노드(E1)(예: 흑연 전극봉) 사이의 계면에서 발생하는 제 2 전기 화학적 반응 단계이다. 이때, 발생한 전자는 전기 화학적 회로를 통하여 이동한다. 마지막 다섯번 단계는, 제 2 전기 화학적 반응을 통하여 생성된 흡착된 기체 가스가 탈착하여 제거되는 반응이다. 이와 같은 다섯 단계의 반응을 통하여 용융 금속(LM) 내부의 불순물 원소(IM1, IM2, IM3, IM4)가 전기 화학적 국부 평형 기법으로 제거 가능하다. 발명에서, 상기 전기 화학적 국부 평형 기법은 용융 금속과 슬래그 사이 계면에서 발생되는 국부적인 평형으로서, 종래의 용융 금속과 슬래그 사이에 계면에서 형성되는 화학적 평형이 아닌 전기를 인가함에 따라 슬래그의 물성이 변경되지 않지만 계면에서의 전기 화학적 평형에 의해 불순물이 추가적으로 이동하는 현상을 통해 정련능을 향상시키는 기법을 의미한다. As described above, the impurity elements IM1, IM2, IM3 and IM4 in the molten metal LM through the slag MS can be removed through five steps. The first step is to move the impurity elements IM1, IM2, IM3 and IM4 in the molten metal LM to the interface between the molten metal LM and the slag MS through mass transfer. Here, the moving speed can be determined by stirring the molten metal (LM). The second step is the first electrochemical reaction that occurs at the interface between the molten metal (LM) and the slag (MS). In the third step, ionized impurity elements (IM1 + , IM2 + , IM3 + , IM4 + ) move according to the ion conductivity of the slag (MS). The fourth step is a second electrochemical reaction step occurring at the interface between the slag MS and the anode E1 (e.g. graphite electrode). At this time, the generated electrons move through the electrochemical circuit. The last five steps are reactions in which the adsorbed gaseous gas produced through the second electrochemical reaction is desorbed and removed. The impurity elements IM1, IM2, IM3 and IM4 in the molten metal LM can be removed by an electrochemical local equilibrium method through these five steps. In the invention, the electrochemical local equilibrium technique is a local equilibrium generated at the interface between the molten metal and the slag. As the electric power is applied instead of the chemical equilibrium formed at the interface between the conventional molten metal and the slag, the physical properties of the slag are changed But it means a technique of improving the refining ability through the phenomenon that the impurities are further moved by the electrochemical equilibrium at the interface.

실험예Experimental Example

전기 에너지 인가 전 용융 슬래그(MS)와 용융 금속(LM) 간에 화학적 평형이 달성되도록, 전기 에너지 인가 전에 약 1500 ℃에서 일산화 탄소(CO) 가스를 전해조 내부로 300mL/min의 속도로 일정하게 공급한다. 이는 하기 수학식 X의 평형 반응을 통하여 용융 슬래그(MS)와 용융 금속(LM) 사이의 계면에서 산소 분압을 일정하게 유지하여 용융 금속(LM) 내의 불순물의 농도를 화학적 평형에 도달시킬 수 있다. Prior to the application of electric energy, carbon monoxide (CO) gas is supplied constantly at a rate of 300 mL / min into the electrolytic cell at about 1500 ° C. before electrical energy is applied so that chemical equilibrium is achieved between molten slag (MS) and molten metal (LM) . This allows the concentration of impurities in the molten metal (LM) to reach chemical equilibrium by maintaining the oxygen partial pressure constant at the interface between the molten slag (MS) and the molten metal (LM) through the equilibrium reaction of the following formula (X).

수학식 1Equation 1

Figure 112017104969078-pat00010
Figure 112017104969078-pat00010

여기서, k는 평형 상수이며, T는 용융 금속의 절대 온도이다.Where k is the equilibrium constant and T is the absolute temperature of the molten metal.

불순물에 대한 이온 전도성을 같는 슬래그로서, 실리콘 산화물(SiO2), 칼슘 산화물(CaO), 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 슬래그를 이용하였고, 용융 금속(LM) 내의 불순물 원소로서, 황(S)과 산소(O)를 이용하였으며, 전기 에너지로서, 직류 전압이 이용되었다. Slag containing silicon oxide (SiO2), calcium oxide (CaO) and aluminum oxide (Al2O3) was used as the slag having the same ion conductivity with respect to the impurities. The slag containing sulfur (S) and Oxygen (O) was used, and DC voltage was used as electric energy.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 시간에 따른 용융 금속 내의 황의 농도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 시간에 따른 용융 금속 내의 산소의 농도 변화를 나타낸 그래프이다. FIG. 4A is a graph showing changes in concentration of sulfur in molten metal with time according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a graph showing changes in concentration of oxygen in molten metal with time according to an embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 초기 화학적 평형에 도달 후 용융 금속 내 황 농도는 대략 636ppm 이고, 1 V의 전기 에너지를 인가한 시점으로부터 황의 농도는 지속적으로 감소하여 18 시간 후에 대략 292 ppm에 도달되었다. Referring to FIG. 4A, the sulfur concentration in the molten metal after reaching the initial chemical equilibrium was approximately 636 ppm, and the sulfur concentration continuously decreased from the point of application of 1 V of electric energy, reaching approximately 292 ppm after 18 hours.

도 4b를 참조하면, 초기 화학적 평형에 도달 후 용융 금속내 산소 농도는 대략 71.3 ppm 이고, 1 V의 전기 에너지를 인가한 시점으로부터 산소의 농도는 지속적으로 감소하여 14 시간 후에 대략 15.3 ppm에 도달되었다. Referring to FIG. 4B, the oxygen concentration in the molten metal after reaching the initial chemical equilibrium was approximately 71.3 ppm, and the concentration of oxygen continuously decreased from the point of application of 1 V of electric energy, reaching approximately 15.3 ppm after 14 hours .

전기 화학 반응을 통한 슬래그와 용융 금속 계면의 국부적 평형은 비교적 빠른 시간에 도달하는 것으로 알려져 있지만, 도 4a의 시험 결과 같이 오랜 시간이 걸린 이유는 전술한 불순 원소의 제거 소 반응 단계 중 물질 이동에 관련된 첫번째와 세번째 단계 때문인 것으로 판단된다. 따라서, 첫번째 단계 또는 세번째 단계에서 물리적 교반을 동반한다면 좀 더 빠른 시간에 불순물 제거가 가능할 수 있다. It is known that the local equilibrium of slag and molten metal interface through electrochemical reaction reaches relatively fast time, but the reason for the long time like the test result of FIG. 4A is that the above- This is probably due to the first and third steps. Thus, impurities can be removed more quickly if physical stirring is carried out in the first or third stage.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인가 전압에 따른 용융 금속 내의 불순물의 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing changes in concentration of impurities in molten metal according to an applied voltage according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 1 V의 전기 에너지 인가 시 황과 산소의 농도는 각각 대략 292 ppm과 대략 71.3ppm 이고, 2 V 전기 에너지 인가 시 황과 산소의 농도는 각각 대략 205ppm과 대략 49 ppm으로 나타났다. 인가되는 전기 에너지가 증가할수록 더욱 이온화가 활발하게 일어나 용융 금속내 불순물(예: 황 또는 산소)의 농도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 인가되는 전력의 크기에 따라, 상기 용융 금속 내의 불순물 원소의 농도가 조절될 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, when 1 V of electric energy is applied, the concentrations of sulfur and oxygen are about 292 ppm and about 71.3 ppm, respectively, and the concentrations of sulfur and oxygen are about 205 ppm and about 49 ppm, respectively, . As the applied electric energy increases, the ionization becomes more active and the concentration of the impurities (for example, sulfur or oxygen) in the molten metal decreases. That is, it can be confirmed that the concentration of the impurity element in the molten metal can be controlled according to the magnitude of the applied electric power.

본 발명은 불순물 원소 성분(예 C, N, S, O, P)을 임계 수준 이하로의 제어를 통한 고강도 소재의 가공성 및 합금 설계능을 극대화하기 위해서 전기 화학적 국부 평형 기법을 이용한 정련 기술을 포함한다. 본 발명의 전기 화학적 국부 평형 기법은 종래의 슬래그 정련 기법과 비하여 전기 에너지를 사용함으로써 종래에 비해 공정 중 제어가 용이하고 공정이 안정할 뿐 아니라 추가적인 용융 금속의 오염을 줄일 수 있으며, 용융 금속의 청정도를 향상시킬 수 있다. 또한, 불순물 원소에 대한 이온 투과성을 갖는 용융 슬래그를 전해질로 사용함으로써, 다양한 불순물 원소를 제거하거나 불순물의 농도 제어가 가능하다.  The present invention includes a refining technique using an electrochemical local equilibrium technique in order to maximize the workability and alloy design capability of a high strength material through control of the impurity element component (eg, C, N, S, O, P) do. The electrochemical local equilibrium technique of the present invention uses electric energy as compared with the conventional slag refining method, so that it is easier to control during the process than the conventional method, and the process is stable, and additionally the contamination of molten metal can be reduced, Can be improved. Further, by using molten slag having ion permeability to an impurity element as an electrolyte, it is possible to remove various impurity elements or to control the concentration of impurities.

또한, 본 발명에 의하면, 용융 금속내 불순물 원소를 전기적 에너지 및 전자기장을 인가하여 제어할 수 있으며, 종래 슬래그 정련 반응 이외에도 상기 전기 화학적 에너지 및 상기 전자기장을 새로운 반응 구동력으로 이용함으로써, 종래에 화학적 정련 반응에 필요한 첨가물(CaO, 탈산제 등) 사용의 절감이 가능하다. According to the present invention, impurity elements in molten metal can be controlled by applying electric energy and an electromagnetic field. In addition to the conventional slag refining reaction, by using the electrochemical energy and the electromagnetic field as a new reaction driving force, It is possible to reduce the use of additives (CaO, deoxidant, etc.)

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.

10: 금속 정련 장치
LM: 용융 금속
MS: 슬래그
MM: 금속 용탕
EE: 전해조
E2: 캐소드,
E1: 애노드
PM: 전원 모듈
10: Metal refining device
LM: Molten metal
MS: slag
MM: molten metal
EE: electrolytic bath
E2: cathode,
E1: anode
PM: Power module

Claims (18)

전해조 내에 불순물 원소를 포함하는 용융 금속과 상기 용융 금속 상에 부유하는 슬래그를 포함하는 금속 용탕을 준비하는 단계;
상기 전해조 내에 수용되는 상기 용융 금속에 캐소드 및 애노드 중 어느 하나의 제 1 전극을 접촉시키고, 상기 슬래그와 상기 용융 금속 사이의 계면 상에 정련 영역이 정의되고 상기 정련 영역 밖의 상기 용융 금속 측에 상기 제 1 전극을 이격 배치시키는 단계;
상기 전해조 내에 수용되는 상기 슬래그에 상기 캐소드 및 상기 애노드 중 다른 하나의 제 2 전극을 접촉시키는 단계;
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 제 1 전력을 인가하여, 상기 계면으로 이동된 상기 불순물 원소를 이온화시키는 단계; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가된 제 2 전력에 의해 이온화된 불순물 원소를 상기 슬래그를 통해 상기 제 2 전극으로 이동시켜 상기 이온화된 불순물 원소를 제거하는 단계를 포함하는 금속 정련 방법.
Preparing a molten metal containing an impurity element in the electrolytic bath and a molten metal containing slag floating on the molten metal;
A first electrode of the cathode and the anode is brought into contact with the molten metal contained in the electrolytic bath, and a refining region is defined on the interface between the slag and the molten metal, and the molten metal outside the refining region, Spacing one electrode apart;
Contacting the cathode and the second electrode of the other one of the anodes with the slag received in the electrolytic bath;
Applying a first electric power between the first electrode and the second electrode to ionize the impurity element moved to the interface; And
And moving the impurity element ionized by the second power applied between the first electrode and the second electrode to the second electrode through the slag to remove the ionized impurity element.
제1항에 있어서,
상기 이온화시키는 단계는,
상기 제 1 전력에 의해, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 상기 캐소드로부터 방출되는 전자에 의해 상기 불순물 원소가 환원되는 제 1 전기 화학적 반응을 통해 수행되는 금속 정련 방법.
The method according to claim 1,
The ionizing step comprises:
Wherein the impurity element is reduced by electrons emitted from the cathode among the first electrode and the second electrode by the first electric power through a first electrochemical reaction.
제1항에 있어서,
상기 이온화된 불순물 원소를 제거하는 단계는,
상기 제 2 전력에 의해, 상기 제 2 전극과 상기 이온화된 불순물 원소 사이의 제 2 전기 화학적 반응을 통해 수행되는 금속 정련 방법.
The method according to claim 1,
The step of removing the ionized impurity element includes:
And performing the second electrochemical reaction between the second electrode and the ionized impurity element by the second electric power.
제3항에 있어서,
상기 불순물 원소는 산소이고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 상기 애노드는 탄소를 포함하며,
상기 제 2 전기 화학적 반응은, 상기 산소의 음이온과 상기 탄소의 반응에 의해 일산화 탄소 또는 이산화 탄소 기체를 형성하는 단계; 및
상기 일산화 탄소 기체를 배출시키는 단계를 포함하는 금속 정련 방법.
The method of claim 3,
Wherein the impurity element is oxygen, and the anode of the first electrode and the second electrode includes carbon,
The second electrochemical reaction may include: forming carbon monoxide or carbon dioxide gas by reaction of the carbon with the anion of the oxygen; And
And discharging the carbon monoxide gas.
제1항에 있어서
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 상기 제 1 전력 또는 제 2 전력을 인가하기 전에, 상기 용융 금속과 상기 슬래그 간에 화학적 평형을 달성하는 단계를 더 포함하는 금속 정련 방법.
The method of claim 1, wherein
Further comprising the step of achieving chemical equilibrium between the molten metal and the slag before applying the first power or the second power between the first electrode and the second electrode.
제5항에 있어서
상기 화학적 평형은 상기 용융 금속 내의 불순물의 농도를 화학적 평형에 도달시키는 단계를 포함하는 금속 정련 방법.
The method of claim 5, wherein
Wherein the chemical equilibrium includes the step of reaching a chemical equilibrium concentration of impurities in the molten metal.
제1항에 있어서
상기 전력은 교류 전력 또는 직류 전력인 금속 정련 방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the power is AC power or DC power.
제1항에 있어서,
상기 슬래그는, 상기 불순물 원소에 대하여 이온 전도성을 갖는 전해질로서 이용하는 금속 정련 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the slag is used as an electrolyte having an ionic conductivity with respect to the impurity element.
제8항에 있어서,
상기 슬래그는 SiO2, CaO, MgO, CaF2, Al2O3, FeO, Na2O, MnO, TiO2 중에서 적어도 하나 이상을 포함하며, 1,000 ℃ 이상의 온도에서 상기 이온 전도성을 갖는 금속 정련 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the slag contains at least one of SiO 2 , CaO, MgO, CaF 2 , Al 2 O 3 , FeO, Na 2 O, MnO and TiO 2 and has the ionic conductivity at a temperature of 1,000 ° C. or higher.
제1항에 있어서
상기 불순물 원소는 탄소(C), 질소(N), 황(S), 산소(O), 인(P) 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 정련 방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the impurity element comprises carbon (C), nitrogen (N), sulfur (S), oxygen (O), phosphorus (P) or a combination thereof.
제1항에 있어서
상기 용융 금속과 상기 슬래그 사이의 계면으로의 상기 불순물 원소의 이동은 확산, 대류, 교반 또는 이들의 조합으로 수행되는 금속 정련 방법.
The method of claim 1, wherein
Wherein the movement of the impurity element at the interface between the molten metal and the slag is performed by diffusion, convection, stirring, or a combination thereof.
불순물 원소를 포함하는 용융 금속과 상기 용융 금속 상에 부유하는 슬래그를 포함하는 금속 용탕을 수용하는 전해조;
상기 전해조 내에 수용되는 상기 용융 금속과 접촉하고, 상기 슬래그와 상기 용융 금속 사이의 계면 상에 정련 영역이 정의되고 상기 정련 영역 밖의 상기 용융 금속 측에 이격 배치되는 캐소드 및 애노드 중 어느 하나의 제 1 전극;
상기 전해조 내에 수용되는 상기 슬래그와 접촉하는 상기 캐소드 및 상기 애노드 중 다른 하나의 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하기 위한 전원 모듈을 포함하며,
상기 전원 모듈에 의해 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가되는 상기 전력을 통해서, 상기 계면으로 이동된 상기 불순물 원소가 이온화되고, 상기 슬래그를 통해 상기 이온화된 불순물 원소가 상기 제 2 전극으로 이동되어 제거되는 금속 정련 장치.
An electrolytic bath containing a molten metal containing an impurity element and a molten metal containing slag floating on the molten metal;
A first electrode, which is in contact with the molten metal accommodated in the electrolytic bath and has a refining region defined on an interface between the slag and the molten metal and spaced apart from the molten metal outside the refining region, ;
A second electrode in the other of the cathode and the anode that is in contact with the slag received in the electrolytic bath; And
And a power module for applying power between the first electrode and the second electrode,
The impurity element moved to the interface is ionized through the electric power applied between the first electrode and the second electrode by the power module, and the ionized impurity element is transferred to the second electrode through the slag A metal refining apparatus which is moved and removed.
제12항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 상기 전력을 인가하는 동안에, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 상기 캐소드로부터 방출되는 전자에 의해 상기 불순물 원소가 환원되는 제 1 전기 화학적 반응을 통해 이온화가 수행되는 금속 정련 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein during the application of the electric power between the first electrode and the second electrode, ionization is performed through a first electrochemical reaction in which the impurity element is reduced by electrons emitted from the cathode among the first electrode and the second electrode Is performed.
제12항에 있어서,
상기 제 2 전극과 상기 이온화된 불순물 원소 사이의 제 2 전기 화학적 반응을 통해 상기 이온화된 불순물 원소가 제거되는 금속 정련 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the ionized impurity element is removed through a second electrochemical reaction between the second electrode and the ionized impurity element.
제13항에 있어서,
상기 불순물 원소는 산소이고, 상기 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 상기 애노드는 탄소를 포함하며,
상기 제 2 전기 화학적 반응은, 상기 산소의 음이온과 상기 탄소의 반응에 의해 일산화 탄소 기체를 형성하는 것을 포함하며,
상기 일산화 탄소 기체를 배출시키는 가스 배출부를 더 포함하는 금속 정련 장치.
14. The method of claim 13,
Wherein the impurity element is oxygen, and the anode of the first electrode and the second electrode includes carbon,
Wherein the second electrochemical reaction comprises forming a carbon monoxide gas by reaction of the carbon with an anion of the oxygen,
And a gas discharging portion for discharging the carbon monoxide gas.
제12항에 있어서
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하기 전에, 상기 용융 금속과 상기 슬래그 간에 화학적 평형이 달성되는 금속 정련 장치.
The method of claim 12, wherein
Wherein chemical equilibrium is achieved between the molten metal and the slag before power is applied between the first electrode and the second electrode.
제12항에 있어서,
상기 용융 금속은 상기 제 1 전극으로서 작용하며,
상기 제 2 전극은 전극봉 형태로 상기 슬래그와 접촉되는 금속 정련 장치.
13. The method of claim 12,
The molten metal serving as the first electrode,
And the second electrode is in contact with the slag in the form of an electrode.
제12항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가되는 전력의 세기에 따라, 상기 용융 금속 내의 불순물 원소의 농도가 조절되는 금속 정련 장치.

13. The method of claim 12,
Wherein a concentration of the impurity element in the molten metal is adjusted according to an intensity of electric power applied between the first electrode and the second electrode.

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