KR102086142B1 - 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로에 관한 것으로서, 연소기가 구비되어 알루미늄 용탕을 가열하는 가열실과, 상부에 재활용 알루미늄을 투하하는 경량물 투입구가 형성되고 상기 가열실과 제1채널에 의해 연통되어 상기 가열실로부터 유입된 알루미늄 용탕과 투하된 알루미늄을 교반수단에 의해 용융실로 보내는 순환실과, 측면에 고철이 포함된 재활용 알루미늄을 투입하는 중량물 투입구가 형성되고 투입된 알루미늄이 용탕에 침적된 상태에서 용해되며 상기 가열실과 연통된 제2채널을 통해 알루미늄 용탕을 상기 가열실로 보내는 용융실을 포함하여 이루어지는 알루미늄 용해로에 있어서, 상기 용융실의 바닥에는 상기 순환실의 바닥보다 낮게 형성되어 알루미늄 용탕의 흐름에 영향을 받지 않는 고철침강부가 구비되어, 알루미늄 용탕이 순환되는 동안 알루미늄에 포함된 고철이 상기 고철침강부에 가라앉도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로{aluminum melting furnace with scrap iron separating structure}

본 발명은 알루미늄 용해로에 관한 것으로서, 보다 알루미늄 상세하게는 고철이 포함된 알루미늄을 용해 시킬 때 고철을 따로 분리할 수 있는 구조를 가진 알루미늄 용해로에 관한 것이다.

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.

알루미늄 용해로는 알루미늄을 일정한 크기로 성형한 인고트 또는 스크랩을 대략 1000 ~ 1100℃ 정도의 고열로 용해시키는 설비이다.

통상 용해로에서 용융된 알루미늄 용탕은 보온로 등에 저장하면서, 필요시 용탕이송래들로 운송하고, 몰드에 부어 다이캐스팅이나 주물판재용 알루미늄 제품을 생산한다.

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 이루어지기 때문에, 용탕의 상, 하부온도 편차가 심하여 용탕 하부의 온도를 적정온도까지 높이기까지에는 많은 열량이 필요하고, 용해시간이 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.

이를 해결하도록 종래에 알루미늄 칩을 침적 용해할 수 있는 용해로가 제시된 바 있다.

그러나 압축칩 덩어리는 바로 용해되지 않고 일부는 다시 떠올라 용탕 표면에 떠다니게 된다.

이는 산소와 접촉하여 산화를 유발하고 다시 침전시키거나 용탕 표면에서 용해시킬 수밖에 없다.

이를 방지하기 위해 전처리 설비인 로타리 킬른을 설치하여, 압축하지 않고 이물질을 태우거나 걸러낸 후 컨베이어를 통해 자동으로 로에 투입된다.

그리고 또 다른 용해 대상인 기계부품(일명 '기계철')이 투입되는 재활용 알루미늄의 경우 볼트, 너트 등과 같은 다양한 고철이 포함될 수밖에 없는데, 실제 고철이 알루미늄이 용해될 때 함께 용해되어 순수한 알루미늄 용탕에 불순물이 포함된다.

즉, 기존 종래기술에 의한 알루미늄 용해로는 내부에서 고철을 따로 분리하기 어려운 구조이다.

- 대한민국 등록특허 10-1530700(2015.6.16) "알루미늄 용해로"

이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고철이 포함된 알루미늄을 용해하는 용융실의 바닥에 고철이 가라앉을 수 있는 고철침강부를 형성시켜 고철을 분리할 수 있는 구조를 가진 알루미늄 용해로를 제공하는 것이다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로는, 연소기가 구비되어 알루미늄 용탕을 가열하는 가열실과, 상부에 재활용 알루미늄을 투하하는 경량물 투입구가 형성되고 상기 가열실과 제1채널에 의해 연통되어 상기 가열실로부터 유입된 알루미늄 용탕과 투하된 알루미늄을 교반수단에 의해 용융실로 보내는 순환실과, 측면에 고철이 포함된 재활용 알루미늄을 투입하는 중량물 투입구가 형성되고 투입된 알루미늄이 용탕에 침적된 상태에서 용해되며 상기 가열실과 연통된 제2채널을 통해 알루미늄 용탕을 상기 가열실로 보내는 용융실을 포함하여 이루어지는 알루미늄 용해로에 있어서, 상기 용융실의 바닥에는 상기 순환실의 바닥보다 낮게 형성되어 알루미늄 용탕의 흐름에 영향을 받지 않는 고철침강부가 구비되어, 알루미늄 용탕이 순환되는 동안 알루미늄에 포함된 고철이 상기 고철침강부에 가라앉도록 한다.

여기서, 상기 용융실의 출구와 고철침강부 사이에는 고철 또는 재를 수거할 수 있도록 경사수거로가 경사지게 형성될 수 있다.

이때, 상기 순환실과 용융실의 바닥 높이 차이로 인해 형성되는 단턱에는 경사단이 형성될 수 있다.

그리고 상기 제2채널은 상기 순환실의 바닥보다 높이 위치하는 것이 바람직하다.

또 상기 용융실의 출구 측에는 출구를 통해 상기 고철침강부에 잔존하는 고철 또는 재를 긁어 수거할 수 있는 스킴머가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 용융실의 측면에는 잔탕을 배출하기 위한 잔탕출탕구가 형성되고, 상기 가열실의 측면에는 용탕을 배출하기 위한 용탕출탕구가 형성될 수 있다.

한편, 상기 교반수단은 임펠라, 용탕펌프 또는 전자기 교반기(EMS) 중의 어느 하나일 수 있다.

더불어 상기 용융실의 천장에는 소금을 투입하는 솔트투입구가 더 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따르면, 종래 고철이 포함된 알루미늄을 그대로 녹이면 알루미늄 용탕에 불순물이 포함될 수밖에 없었으나 본 발명에서 고철침강부를 구비함으로써 용탕의 흐름에 영향을 받지 않는 공간을 형성시켜 용탕에 포함된 고철을 별도로 분리, 수거할 수 있다.

따라서, 알루미늄 용탕의 순도가 크게 향상되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로의 구조를 나타내는 평면도
도 2은 도 1에 도시된 본 발명의 측면도
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 정면도
도 4는 본 발명의 고철침강부에서의 용탕흐름도

이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 2은 도 1에 도시된 본 발명의 측면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 정면도를 나타낸다.

본 발명은 알루미늄 칩이나 캔과 같이 알루미늄 제품 생산이나 가공시 발생하는 알루미늄 칩이나 재활용 가능한 알루미늄 제품과 같은 재활용 알루미늄을 용융시키되, 함께 포함되는 고철을 분리할 수 있는 구조를 가진 알루미늄 용해로에 관한 것으로서, 크게 가열실(100), 순환실(200), 용융실(300) 및 용융실(300)에 형성된 고철침강부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 가열실(100)에 대해 설명한다.

2상기 가열실(100)은 알루미늄 용탕이 액체상태로 유지하도록 수용된 알루미늄 용탕을 지속적으로 가열하는 공간이다.

상기 가열실(100)에의 측면에는 연소기(140)가 구비되어 내부의 알루미늄 용탕을 소정의 온도(약 660 ~ 740℃)로 가열하고 분위기 온도는 1150℃를 유지한다.

상기 연소기(140)는 화염을 분출되도록 작동하고, 도시된 바와 같이 한 쌍이 구비될 수 있는데, 바람직한 것은 축열식 버너를 사용한다.

상기 가열실(100)은 완전히 밀폐되어야 하나, 일측에 용탕을 배출하는 용탕출탕구(150)가 형성된다. 상기 용탕출탕구(150)는 실린더에 의해 작동하는 개폐밸브가 구비된다.

그리고 상기 가열실(100)의 타측에는 상기 가열실(100)을 개폐하는 가열실 도어(160)가 구비될 수 있다. 상기 가열실 도어(160)는 상하 슬라이딩 방식으로 개폐되도록 작동할 수 있다.

또 상기 한 쌍의 축열식 버너 사이에는 가스 배출을 위한 연돌(170)이 구비된다.

중요한 것은 상기 가열실(100)은 상기 순환실(200) 및 용융실(300)과 격벽(130)에 의해 분리되지만 각각 제1채널(110)과 제2채널(120)에 의해 연통된다.

즉, 상기 제1채널(110)은 상기 순환실(200)과 연통되는 통로이고, 상기 제2채널(120)은 용융실(300)과 연통되는 통로이다.

다음으로 상기 순환실(200)에 대해 설명한다.

상기 순환실(200)은 상기 가열실(100)과 격벽(130)에 의해 인접하게 구비되고, 내부에 용탕 순환을 위해 회전 구동하는 교반수단(210)이 구비된다.

상기 순환실(200)은 상기 제1채널(110)에 의해 상기 가열실(100)과 연통되고, 상기 교반수단(210)의 작동에 의해 상기 제1채널(110)을 통해 상기 가열실(100)로부터 용탕이 유입된다.

상기 교반수단(210)을 중심으로 유입되는 용탕이 원활하게 순환하도록 상기 순환실(200)의 모서리 지점에 곡면 형상의 순환유도벽(240)이 형성된다. 상기 순환유도벽(240)은 상기 제1채널(110)의 일측으로부터 연장되어 부드럽게 이어지도록 형성됨이 바람직하다.

그리고 상기 제1채널(110)의 타측에는 상기 교반수단(210)에 의해 순환되는 용탕이 역류하여 상기 제1채널(110)로 다시 유입되는 것을 방지하도록 역류차단블록(250)이 부착될 수 있다.

또 상기 순환실(200)의 상부에는 알루미늄 칩이나 캔과 같이 상대적으로 가볍고 철이 포함되지 아니한 재활용 알루미늄을 투하할 수 있는 경량물 투입구(260)가 형성된다.

따라서, 상기 경량물 투입구(260)를 통해 투하된 재활용 알루미늄과 용탕이 상기 순환실(200)에서 혼합되어 상기 용융실(300)로 흘러가게 된다.

참고로, 상기 교반수단(210)은 도 1과 3에 도시된 바와 같이 회전 및 승강 가능하게 구비될 수 있다. 즉, 상기 교반수단(210)는 회전암(220)의 단부에 설치되고, 상기 회전암(220)은 승강포스트(230)에 의해 승강 구동된다.

그리고 상기 교반수단(210)은 임펠라, 용탕펌프 또는 전자기 교반기(EMS)와 같은 것을 사용할 수 있다.

전자기 교반기는 EMS(Electromagnetic Stirrer)라고 하며, 용탕 금속에 강한 자기장을 가하여 교반할 수 있는 장치이다.

다음으로 상기 용융실(300)에 대해 설명한다.

상기 용융실(300)은 상기 순환실(200)과 별도의 구획벽 없이 동일한 공간에 구비되는 것으로 상기 순환실(200)에서 순환, 공급되는 고철이 포함된 알루미늄이 용탕에 침적된 상태로 용해가 이루어지는 공간이다.

상기 용융실(300)은 상기 제2채널(120)에 의해 상기 가열실(100)과 연통되어 알루미늄이 용융된 용탕이 상기 제2채널(120)을 통해 상기 가열실(100)로 보내어진다.

따라서, 전체적으로 용탕은 가열실(100), 제1채널(110), 순환실(200), 용융실(300), 제2채널(120), 가열실(100) 순서로 순환된다.

그리고 상기 용융실(300)의 측면에 고철이 포함된 재활용 알루미늄을 투입하는 중량물 투입구(340)가 형성된다. 고철이 포함된 재활용 알루미늄은 다양한 기계장치에 사용되는 알루미늄 재질의 부품을 적절한 크기로 파쇄한 것으로 볼트, 너트와 같은 철 성분이 섞여 있다. 따라서, 상기 중량물 투입구(340)를 통해서는 상대적으로 무거운 재활용 알루미늄이 투입되도록 한다.

한편, 상기 용융실(300)의 천장에는 소금을 투입하는 솔트 투입구(350)가 더 구비될 수 있다. 상기 솔트 투입구(350)를 통해 용탕에 분말 형태의 소금을 투하하게 되는데, 소금은 용탕의 슬래그 포밍을 억제할 수 있다.

소금의 낙하지점은 상기 교반수단에서 일정거리 이내(1000mm)가 되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 순환실(200) 내부로 낙하되게 하여 슬래그의 표면에 낙하되도록 한다.

중요한 것은, 본 발명에서 상기 용융실(300)의 바닥에는 알루미늄에 섞여 투입된 고철을 따로 분리할 수 있도록 고철침강부(400)가 형성된다.

도 4는 본 발명의 고철침강부에서의 용탕흐름도를 나타낸다. 여기서, 화살표는 용탕의 흐름을 의미한다.

상기 고철침강부(400)는 용융실(300) 바닥이 상기 순환실(200)의 바닥보다 낮게 형성되는 것이다.

상기 순환실(200)에서 이송되는 용탕의 흐름이 상기 용융실(300)에서도 연속적으로 이어지게 되는데, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 고철침강부(400) 영역에서는 용탕의 흐름이 정체된다.

즉, 상기 고철침강부(400)에서는 흐름이 약해지거나 유동 정체가 발생한다.

그리고 상기 용융실(300)과 고철침강부(400)는 온도차가 발생하는데, 유동이 정체되는 고철침강부(400)의 온도가 더 낮다.

따라서, 용탕에 포함된 고철은 비중이 상대적으로 커서, 상기 용융실(300)의 흐름에서 이탈하여 상기 고철침강부(400)로 가라앉게 된다. 상기 고철침강부(400)에서는 유동이 정체되므로 가라앉은 고철(s)들은 이동하지 못하고 머물게 된다.

또 상기 고철침강부(400)의 온도가 상대적으로 낮으므로 고철침강부에 머물게 되는 고철(s)은 용융되지 않는 것이다.

이와 같이 고철이 포함된 알루미늄을 용해로에 투입하기 전에 미리 고철을 분리하지 않아도 용융 과정 중에 상기 고철침강부(400)에서 분리될 수 있으므로 이렇게 모인 고철들은 이후 스킴머(500)를 사용하여 수거하면 된다.

이때, 상기 고철침강부(400)로부터 상기 용융실(300)의 출구까지 상향 경사지게 경사수거로(410)가 형성될 수 있다.

상기 경사수거로(410)는 상기 고철침강부(400)에 모인 고철(s) 또는 재를 스킴머(500)를 사용하여 긁어 수거할 수 있도록 구비된다.

그리고 상기 경사수거로(410) 맞은편 측, 다시 말해서, 상기 순환실(200)과 용융실(300)의 경계부분에는 경사단(420)이 형성된다. 상기 경사단(420)은 상기 순환실(200)과 용융실(300)의 바닥 높이가 차이 나므로 형성되는 단턱에 형성되어 단이 지지 않도록 경사지게 형성된다.

따라서, 상기 스킴머(500)로 상기 경사단(420)을 따라 고철이나 재의 잔여물 없이 완전히 긁어낼 수 있기 위함이다.

더불어 상기 용융실(300)의 측면에는 상기 용융실(300)에 남게 되는 잔여 용탕(잔탕)을 배출하기 위한 잔탕출탕구(310)가 형성될 수 있다.

그리고 상기 잔탕출탕구 하측에 잔탕받이(330)이 구비된다.

한편, 상기 제2채널(120)은 상기 용융실(300)의 바닥에 인접하게 형성되기보다 바닥에서 이격되어 일정 높이에 형성될 수 있다. 상기 용융실(300) 바닥에 인접하게, 다시 말해서 상기 고철침강부(400) 구역에 형성되면 상기 고철침강부(400)에 모인 고철들이 상기 제2채널(120)로 유입될 가능성이 커지기 때문이다.

더 바람직한 것은 상기 제2채널(120)은 상기 순환실(200)의 바닥보다 높이 위치하는 것이 좋을 것이다.

이것은 상기 순환실(200)의 바닥의 높이에서 용탕의 흐름이 형성되므로 용탕의 흐름과 바로 연통되도록 하면 용탕이 바로 상기 제2채널(120)로 빠져나갈 수 있으며, 상기 고철침강부(400)에 영향을 거의 주지 않게 된다.

또 상기 순환실(200)과 용융실(300)의 천장과 측벽 상부는 내화물(r) 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

종래에는 순환실(200)과 용융실(300) 내의 열기와 미세한 알루미늄 가루 등이 집진기로 바로 배출되었으나 본 발명에서 내화물(r) 구조를 더 구비함으로써 상기 순환실(200)과 용융실(300) 내의 직접적인 기류로 인한 열방출과 미세한 알루미늄 가루 등이 집진기로 직접 유입되는 것을 방지할 뿐 아니라 집진기의 화재를 예방하는 효과가 있다. 그리고 수율을 향상시킨다.

부가적으로 상기 용융실(300)의 출구 측에 스킴머(500)가 구비될 수 있다.

상기 스킴머(500)는 고철(s)과 재를 긁어 수거하기 위한 장비로서, 전후진 가능하게 구비되는 수거암(510)과, 상기 수거암(510)의 단부에 회전 가능하게 결합되는 수거삽(520)을 포함해서 구성될 수 있다. 상기 스킴머(500)는 외부에서 작업자가 별도로 조정하도록 설치된다.

그리고 상기 용융실의 출구는 용융실 도어(320)에 의해 개폐될 수 있다.

이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 가열실 110 : 제1채널
120 : 제2채널 130 : 격벽
140 : 연소기 150 : 용탕출탕구
160 : 가열실 도어 170 : 연돌
200 : 순환실
210 : 교반수단 220 : 회전암
230 : 승강포스트 240 : 순환유도벽
250 : 역류차단블록 260 : 경량물 투입구
300 : 용융실 310 : 잔탕출탕구
320 : 용융실 도어 330 : 잔탕받이
340 : 중량물 투입구 350 : 솔트 투입구
400 : 고철침강부
410 : 경사수거로 420 : 경사단
500 : 스킴머
510 : 수거빔 520 : 수거삽
r : 내화물 s : 고철

Claims (9)

1. 연소기가 구비되어 알루미늄 용탕을 가열하는 가열실과, 상부에 재활용 알루미늄을 투하하는 경량물 투입구가 형성되고 상기 가열실과 제1채널에 의해 연통되어 상기 가열실로부터 유입된 알루미늄 용탕과 투하된 알루미늄을 교반수단에 의해 용융실로 보내는 순환실과, 측면에 고철이 포함된 재활용 알루미늄을 투입하는 중량물 투입구가 형성되고 투입된 알루미늄이 용탕에 침적된 상태에서 용해되며 상기 가열실과 연통되고 상기 순환실의 바닥보다 높이 위치하는 제2채널을 통해 알루미늄 용탕을 상기 가열실로 보내는 용융실을 포함하여 이루어지는 알루미늄 용해로에 있어서,
   상기 용융실은 상기 순환실과 동일한 공간에 구비되고, 상기 용융실의 바닥에는 상기 순환실의 바닥보다 낮게 형성되어 알루미늄 용탕의 흐름에 영향을 받지 않는 고철침강부가 구비되어, 알루미늄 용탕이 순환되는 동안 알루미늄에 포함된 고철이 상기 고철침강부에 가라앉도록 하며,
   상기 용융실의 출구와 고철침강부 사이에는 고철 또는 재를 수거할 수 있도록 경사수거로가 경사지게 형성되고, 상기 순환실과 용융실의 경계에 형성되는 단턱에는 경사단이 형성되는 것을 특징으로 하는 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 용융실의 출구 측에는 출구를 통해 상기 고철침강부에 잔존하는 고철 또는 재를 긁어 수거할 수 있는 스킴머가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 용융실의 측면에는 잔탕을 배출하기 위한 잔탕출탕구가 형성되고,
   상기 가열실의 측면에는 용탕을 배출하기 위한 용탕출탕구가 형성되는 것을 특징으로 하는 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 교반수단은 임펠라, 용탕펌프 또는 전자기 교반기(EMS) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 용융실의 천장에는 소금을 투입하는 솔트 투입구가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 순환실과 용융실의 천장과 측벽 상부는 내화물(r) 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고철 분리구조를 가진 알루미늄 용해로.

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