KR20010049173A - 아연 용융물에 잠긴, 축을 중심으로 구동되는 회전 중공 바디에 의해 아연 금속조로부터 화합물을 분리하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
아연 용융물에 잠긴, 축을 중심으로 구동되는 회전 중공 바디에 의해 아연 금속조로부터 화합물을 분리하기 위한 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 아연 용융물에 잠긴, 주축을 중심으로 구동되는 회전 중공 바디에 의해 아연 금속 용액으로부터 화합물을 분리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 방법에 의해 화합물을 함유하는 금속상의 일부가 중력 가속도 이상의 가속에 노출되고, 상기 가속도에 의해 적어도 부분적으로 무거운 및/또는 가벼운 부분으로 분리된다. 고형 화합물이 분리된 용융물은 금속조로 반환되고 의도한 화합물로 부화된 용융물의 일부가 배출된다. 상기 장치는 용융물(1)로 안내되는 회전 중공 바디(2)를 특징으로 한다. 상기 회전 중공 바디(2)는 축을 중심으로 구동될 수 있으며 중공부로 돌출된 이송 수단을 갖는 유입 영역 또는 하부 영역에 배치된다. 상기 회전 중공 바디(2)의 배출 영역 또는 상부 영역의 내벽에는 화합물이 분리된 용융물(14)을 위한 배출 개구(23)가 편심으로 배치되고, 화합물로 부화된 금속 용액을 위한 적어도 하나의 추가 배출 개구(25)가 동심으로 및/또는 배출측에 편심으로 배치된다. 회전 중공 바디(2)의 적어도 하나의 상부 용융물 배출 개구(23, 24)는 상기 회전 중공 바디(2)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징(3)의 배출 영역으로 개방된다.
Description
아연은 419.6℃의 비교적 낮은 용융점을 갖는 금속이며 -0.762 V의 표준 전극 전위를 가지며 -0.447 V를 갖는 철에 비해 더 비금속적이다. 또한, 아연은 산소에 대해 비교적 내구적이다. 왜냐 하면, 아연 표면상에 형성된 아연 산화물층이 산소의 부식으로부터 아연을 보호하기 때문이다. 강철 부분이 아연층으로 코팅되면, 아연은 애노드(anode)로서 작용하고 산화로부터 철을 보호하며, 형성된 아연 산화물이 추가 산화로부터 아연층을 보호한다. 오랫동안의 철 및 강철의 부식 방지가 아연에 의해 이루어질 수 있고, 아연이 1100℃보다 낮은 용융점을 가지기 때문에, 아연 용액에서의 부분 아연 도금은 공기 등에 의한 강철 성분의 부식에 대한 가장 중요한 보호 조치이다.
강철 부재의 아연 도금은 대부분 코팅 형성을 위한 아연 용액 또는 아연 기본 합금 용액이 있는 조에 담금으로써 이루어진다. 금속판이 예를 들어 아연조를 통과하여, 얇고 균일하며 결점이 없는 매끄러운 표면 코팅이 이루어질 수 있다.
아연이 약 7.3 At.-%까지의 통상적인 조온도로 철의 알파(α)-혼정 (mixcrystal)에 용해됨으로써 아연층의 우수한 접착이 보장된다. 다른 한편으로 철은 상기 용융 온도에서 아연에 경미하게 용해되고, 3상 균형이 419.35℃에서 공융(eutectic) 조성: 아연 및 0.021 At.% 또는 0.018 중량-%의 철을 갖는다. 0.3 At-% 또는 0.25 중량-%의 아연 용액에서 철은 예를 들어 530℃의 높은 온도에서 용해된다.
아연 도금조에 철이 부분적으로 접착될 수 있는 철가루로 또는 이와 유사하게 그리고 장치 부분으로 제공되면, 철-아연-혼정, 예를 들어 FeZn3, FeZn7, Fe3Zn10, Fe5Zn21이 형성된다. 이러한 FeZn-혼정은 경우에 따라서 순수 아연보다 무겁고 무거운 아연 또는 소위 "찌꺼기" 또는 "바닥 찌꺼기"로서 잔잔한 아연 도금조의 바닥에 침전된다.
특히 빠른 속도로 아연조를 통과하는 금속판상의 아연 도금 또는 아연 코팅의 품질을 개선하기 위해서, 아연조에 0.1 내지 0.2 중량-%의 알루미늄이 합금될 수 있다. 이 경우에, "바닥 찌꺼기"는 합금에 의한 알루미늄 함유 아연 용융물과 반응 역학적인 상호 작용을 하며, Fe2Al(5-X)ZX구성 및 6×103kg/m3보다 작은 비중량을 갖는 철-알루미늄-아연-혼정이 생성된다.
혼정, 특히 Fe2Al(5-X)ZnX화합물은 아연 도금조에서 금속 슬러지를 형성하며, 아연 도금 처리를 지속적으로 실행할 경우 및 조에 철을 지속적으로 제공할 경우 입자가 더 커지고, 30 um 이상의 직경에 도달하고 덩어리가 생성된다. 경우에 따라서 경단 형태의, 아연 도금조에서의 이러한 굵은 입자는 특히 예를 들어 자동차 산업에서 매끄러운 금속판 밴드의 아연 도금시 표면 결점을 야기하거나 표면의 코팅 품질을 해칠 수 있다.
금속간 화합물로 오염된 아연 도금조를 세척하기 위해서는, 상기 조의 흐름을 가능한 고요하게 한 다음, 상기 화합물로 부화된 표면을 가진 층을 걷어내야 한다. 침전조에서의 상기 방식의 세척을 실행하는 것도 이미 제안되었다.
그러나, 지금까지 공지된 세척 방법은 공통적으로 저효율, 고비용, 장치의 낮은 경제성 및 낮은 생산 안전성 그리고 낮은 생산성의 단점을 갖는다.
본 발명은 금속조(bath)의 아연 용액 또는 아연 기본 합금 용액으로부터 고형 화합물을 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 특히 금속조 예를 들어 아연 도금조의 아연 용융물 또는 아연 기본 합금 용융물로부터 고형 화합물을 분리하기 위한 장치를 포함한다.
끝으로, 본 발명은 아연 도금조 특히 연속 밴드 아연 도금 장치의 화합물 및 산화물 특히 금속간 철화합물을 분리하는데에 대한 본 방법 및 장치의 용도에 관한 것이다.
도 1은 원추형 회전 중공 바디를 갖는 분리 장치를 도시하며,
도 2는 실린더형 회전 중공 바디 및 2개의 용융물 배출 채널을 갖는 분리 장치를 도시하고,
도 3은 고형 화합물이 분리된 용융물을 금속조에 직접 반환하는 분리 장치를 도시한다.
본 발명의 목적은, 지금 까지의 분리 방법의 단점을 없애고 아연 도금조에서 대량의 작업 처리량에서도 현저히 낮은 고형 화합물 함량이 유지될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 아연 도금조 또는 아연조로부터 고형 화합물을 방해받지 않고 경우에 따라서 연속적으로 분리하기 위한 장치를 제조하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 전술한 방식의 방법에서, 화합물을 포함하는, 아연 용융 온도 위에 있는 액체 금속상의 일부를 중력 가속도 이상의 가속에 노출시키고, 적어도 부분적으로 무거운 성분 및/또는 가벼운 성분을 함유하는 분획으로 분리하며, 그 다음 고형 화합물이 분리된 용융물을 금속조에 반환하거나 이러한 조에 세척되어 공급하고 화합물로 부화된 용융물 부분을 배출하고 및/또는 후속 분리 공정에 공급함으로써 달성된다.
본 발명의 추가 목적은 상기 방식의 장치에서, 유입 영역 또는 하부 영역에서 중공부로 돌출하는 이송 수단, 예를 들어 이송 날개 또는 펌프 날개를 가지며 적어도 부분적으로 주축을 중심으로 구동되는 회전 중공 바디가 용융물에 제공될 수 있으며, 상기 회전 중공 바디의 배출 영역 또는 상부 영역의 내벽에 편심으로(eccentric) 고형 화합물이 분리된 용융물을 위한 적어도 하나의 배출 개구가 배치되고, 동심으로 및/또는 배출측에 편심으로 배치된, 화합물로 부화된 금속 용액을 위한 적어도 하나의 추가 배출 개구가 배치되며, 회전 중공 바디의 적어도 하나의 상부 용융물 배출 개구는 상기 회전 중공 바디를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징의 배출 영역으로 이어지며, 상기 하우징 영역이 고형 화합물로 부화된 용융물을 위한 적어도 하나의 배출 채널을 가지며, 경우에 따라서 금속조에 다시 연결되도록 형성되는, 고형 화합물이 분리된 용융물을 위한 추가 배출 채널을 갖는다.
이렇게 이루어진 금속간 화합물의 아연 도금조 세척의 장점은, 상이한 농도의 화합물로 오염된 금속의 높은 가속으로 높은 분리도를 얻으며 이용할 수 있다는 것이다. 빠르고 효과적인 고형 부유 입자, 특히 회전하는 용융물 중심에 있는 Fe2Al(5-X)ZnX의 분리 또는 수집은 당업자에게 놀라운 것이었다. 왜냐 하면, 한편으로 비중량의 차이가 작게 평가되고, 다른 한편으로 입자 크기와 특히 화합물과 금속 용액 사이의 상 경계 응력이 분리에 반작용하기 때문이다. 본 발명에 따른 추가 장점은, 큰 금속간 입자 및 심각한 코팅 품질 저하를 일으킬 수 있는 특히 화합물 덩어리가 알려진 바와 같이 높은 가속도에 의해 효과적으로 모아져서 배출될 수 있다는 것이다.
이 경우, 화합물을 함유하는 용융물에 적어도 중력 가속도의 1.2배, 바람직하게 적어도 2.1배, 특히 10.1배 이상의 원심 가속이 가해질 때, 효과적인 세척 작용이 이루어질 수 있다.
생산성을 높이기 위해, 철 아연 도금 장치, 특히 고형 화합물이 분리된 금속 용액이 반환되는 강철판 아연 도금 장치의 아연(합금)조로부터 오염된 용융물 부분을 중단없이 배출하여 화합물의 분리를 연속적으로 실행하는 것이 바람직하다.
화합물을 함유하는 금속상에 대해 가속도를 증가하는 것에 의한 분리 처리 과정 전에 또는 동안 이 혼합물을 420℃ 내지 480℃의 처리 온도, 바람직하게 429℃ 내지 450℃의 온도로 조절하거나 가열하거나 냉각함으로써, 상기 방법의 세척 효과가 상승될 수 있다. 이에 따라, 금속 용액의 화합물에 대한 낮은 용해성의 조절 및 금속간 상의 입자의 분리 또는 성장이 이루어진다.
본 발명에 따른 장치의 장점은, 회전 중공 바디 중공부의 유입측으로 돌출하는 이송 수단에 의해 상기 회전 중공 바디에서 회전하는 용융물의 유동량 및 압력 상승이 이루어질 수 있다는 것이다. 금속 용액에서의 투입량 및 압력, 이 2가지는 공지된 바와 같이 원심 가속시 금속 용액에서 고형 화합물의 분리 역학 또는 집중 특성에 중요하다. 회전 중공 바디를 통하는 흐름량 및 상기 회전 중공 바디내에 형성된 압력은 이송 수단의 형성에 의해 그리고 배출 개구의 크기에 의해 협력 작용으로 금속간 부분의 최적 분리 조건의 측면에서 조절될 수 있다.
구동을 오프함으로써 장치가 작동되지 않고 올려지면, 전체 내부 공간은 비게 되어, 상기 장치가 추가 세척 작업 없이 다시 사용될 수 있다.
이송 장치에 의해 유발되는 오염된 금속 용융물의 회전은 효과적으로 지원받을 수 있으며, 이에 따라 회전 중공 바디의 내벽이 상기 회전 중공 바디에서의 용융물의 회전 운동을 이송하는 이송 수단 또는 유도 수단을 가질 때, 회전 중공 바디의 종방향 연장부가 짧아질 수 있다.
이 경우, 회전 중공 바디가 하우징부와 협력 작용하는 가속 밀봉 엘리먼트 또는 그와 같은 밀봉 엘리먼트를 가질때, 개별 용융물 배출이 개선된다.
특히 상이한 용융물 온도에 있어 중요한 회전 중공 바디에서의 최적 흐름 그리고 압력을 조절하는데 있어서, 중공 바디의 회전 샤프트의 구동 회전수를 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
도 1에는 아연 도금조(1)에 부분적으로 경사를 이루며 잠기고 하우징(3)에 의해 부분적으로 둘러싸인 회전 중공 바디(2)가 개략적으로 도시된다. 회전 사프트(26)에 의한 구동시 회전 중공 바디(1)에서는 종방향 축을 중심으로 회전 운동이 일어나고, 중공부로 돌출하는 이송 수단(21)은 화합물로 오염된 용융물(11)을 상기 회전 중공 바디(1)에 채워질 때 까지 제공한다. 이송 수단(21)은 경사를 이루며 배치된 이송 날개 또는 펌프 날개 또는 이와 유사하게 작용하는 부재로 구현될 수 있다. 이송 수단(21)의 동축 이동 및/또는 경우에 따라서 제공되는 이송 수단 또는 가이드 수단(22)에 의해, 회전 중공 바디(2)에 제공된, 입자로 오염된 용융물(11)이 추가로 회전되어, 상기 회전에 방사 방향 가속이 작용한다. 몇몇 화합물, 예를 들어 산화물 또는 산화물층 및 철-알루미늄-아연-혼정은 예를 들어 낮은 농도의 아연 기본 합금 용액을 가지며 이에 따라 가속 작용에 의해 축방향으로 밀리며, 그 결과 중공부의 축 영역에서 고형 입자의 집중, 즉 금속 용액에서의 부화(12)가 일어나고, 이에 상반되게 회전 중공 바디(2)의 내벽 영역에는 고형 화합물이 분리된 용융물이 존재한다. 중공 바디(2)의 회전시 이송 수단(21) 및 경우에 따라 캐리어(22)에 의해 중공 바디(2)에서 오염된 용융물(11)의 회전 운동을 지속적으로 제공하고 화합물(12)로 부화된 용융물 부분과 고형 화합물이 분리된 용융물 부분을 형성하며 분리된다. 중공 바디(2)는 그것의 상부 영역에 편심으로 배출 개구(23)를 포함하며, 상기 배출 개구(23)에 의해 중공 바디 내벽에 수집된, 고형 화합물이 분리된 용융물(14)이 배출되고 하우징(3)에 반환되며 배출부(33)에 의해 배출될 수 있다. 축 영역에는 화합물로 부화된 용융물(12)이 잔류하고 이송 수단(21)의 유체정역학적 압력 형성의 결과 상기 화합물로 부화된 용융물이 지속적으로 상부로 밀린다. 회전 중공 바디(2)의 상부 부분은 그것의 내벽에 추가 배출 개구(25)를 가지며, 상기 추가 배출 개구(25)를 통해 화합물로 부화된 용융물(12)이 화합물 집중물(13)을 형성하며 상기 집중물(13)용 배출 채널(32)을 갖는 하우징부로 배출될 수 있다. 하우징(3)내에 형성된, 화합물로 부화된 용융물(12, 13) 및 화합물이 분리된 용융물(14)을 위한 영역은 회전 중공 바디(2)의 회전 밀봉 수단(24)과 상호 작용하는 밀봉 수단(31)에 의해 밀봉될 수 있다. 금속 용융물(1)로부터 화합물을 분리하는 것의 가장 높은 효율 측면에서 회전 중공 바디(2)의 회전수 및 원추형, 이송 수단(21)의 형성 및 배출 개구(23, 25), 횡단면의 크기 및 형태를 유체정역학적으로 서로 매칭하는 것이 바람직하다.
도 2에는 본 발명에 따른 장치의 추가 실시예가 도시된다. 실린더형 회전 중공 바디(2)의 상부 영역은 하우징(3)에 의해 둘러싸이고, 상기 하우징(3)의 외부 표면은 절연층(34)을 갖는다. 화합물이 분리된 용융물(14)을 위한 중공 바디(2)의 배출 개구(23)는 정면 바깥쪽에 배치되고, 이에 비해 정면 중심에는 유입 중공부가 위치하고, 그 다음 부분적으로 중공인 구동 샤프트(26)의 표면에는 화합물로 부화된 용융물을 위한 배출 개구(25)가 위치한다. 회전 밀봉 수단(24) 및 하우징(3)과 연결된 밀봉 수단(31)은 서로 상호 작용하며 고형 화합물로 부화된 금속 용융물(32)과 고형 화합물이 분리된 금속 용융물(14)을 위한 각각의 배출 채널을 분리한다.
도 3은 금속 용융물에 잠긴 실린더형 회전 중공 바디(2)를 개략적으로 도시하며, 이 경우 외부측 배출 개구(23)를 통해 화합물이 분리된 용융물(14)이 금속조 또는 아연 도금조(1)로 직접 반환될 수 있다. 부분적으로 중공인 회전 샤프트 또는 구동 샤프트(26)에서 원심으로 상부로 향하는 배출부(25) 및 뒤에 배치된 배출 개구(24)는 밀봉부(24) 및 절연부(34)를 갖는 배출 채널(32)로 축소되는 하우징(3)으로 화합물로 부화된 용융물(12)을 배출하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 모든 장치는, 회전 중공 바디(2) 및 채널(32, 33)이 회전 구동이 중단되고 아연 도금조로부터 올려진 후 비워질 수 있어서 세척 작업이 필요치 않다는 장점이 있다. 그러나, 바람직하게 공정 단계 동안의 용융물 처리 및/또는 장치의 완전한 세척을 위한 가열 장치 및/또는 냉각 장치가 제공될 수 있다.
Claims (11)
- 금속조의 아연 용액 또는 아연 기본 합금 용액으로부터 고형 화합물을 분리하기 위한 방법에 있어서, 화합물을 함유하는, 아연의 용융 온도 위에 있는 액체 금속상의 일부에 중력 가속도 이상의 가속을 가하고, 적어도 부분적으로 무거운 및/또는 가벼운 성분을 함유하는 부분으로 분리하며, 그 후 고형 화합물이 분리된 용융물을 금속조에 반환하거나 이러한 조에 세척하여 제공하고, 화합물로 부화된 용융물 부분을 배출하고 및/또는 추가 분리 과정으로 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 화합물을 함유하는 용융물에 중력 가속도의 적어도 1.2배, 바람직하게 적어도 2.1배, 특히 10.1배 이상의 가속을 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 화합물이 분리된 금속 용액을 조에 반환하는 철 아연 도금 장치, 특히 강철판 아연 도금 장치의 아연(합금)조로부터 오염된 용융물을 중단 없이 배출하며 화합물의 분리를 연속적으로 실행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물을 함유하는 금속상에 큰 가속을 가하는 것에 의한 분리 처리 전에 또는 분리 처리 동안 상기 혼합물을 420℃ 내지 480℃, 바람직하게 429℃ 내지 450℃의 처리 온도로 세팅하거나 가열하거나 냉각하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 화합물이 분리된 금속 용융물을 금속조에 반환할 때 적어도 부분적으로 혼합물의 연속 분리를 위해, 아연 용액 또는 아연 기본 합금 용액 및 고형 화합물이 담긴 금속조의 일부에 중력 가속도 이상의 가속을 가하는, 특히 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도.
- 아연 용액 또는 아연 기본 합금 용액의 용융물로부터, 특히 이와 유사한 용융물의 금속조 예를 들어 아연 도금조로부터 고형 화합물을 분리하기 위한 장치에 있어서, 유입 영역 또는 하부 영역에서 중공부로 돌출한 이송 수단(21), 예를 들어 이송 날개 또는 펌프 날개를 갖는, 축 중심으로 구동되는 회전 중공 바디(2)가 적어도 부분적으로 상기 용융물(1)내로 삽입되고, 상기 회전 중공 바디(2)가 배출 영역 또는 상부 영역의 내벽에 편심으로 화합물이 분리된 용융물(4)을 위한 적어도 하나의 배출 개구(23) 및 동심으로 및/또는 배출측에 편심으로 배치된, 화합물로 부화된 금속 용액을 위한 적어도 하나의 추가 배출 개구(25)를 가지며, 회전 중공 바디(2)의 적어도 하나의 상부 용융물 배출 개구(23, 24)가 상기 회전 중공 바디(2)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징(3)의 배출 영역으로 이어지며, 상기 하우징 영역이 부화된 용융물을 위한 적어도 하나의 배출 채널(32) 및 경우에 따라서 금속조로 다시 이어지도록 형성된, 부화되지 않은 용융물(14)을 위한 추가 배출 채널을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 6항에 있어서, 회전 중공 바디(2)의 내벽이 상기 회전 중공 바디(2)에서 용융물의 회전 운동을 일으키는 이송 수단 또는 가이드 수단(22)을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 회전 중공 바디(2)가 하우징부와 협력 작용하는 가속 밀봉 부재(24) 또는 이와 유사한 밀봉 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 중공 바디(2)의 회전 샤프트(26)의 구동 회전수가 조절 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하우징(3)의 일부에 열절연부(34)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 아연 또는 아연 기본 합금이 담긴 금속조의 용융물(1)에 적어도 부분적으로 제공된 구동 가능한 회전 중공 바디(2) 및 상기 회전 중공 바디(2)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 화합물로 부화된 용융물을 위한 적어도 하나의 배출 채널을 포함하는 하우징(3)을 가지는, 아연 도금조 특히 연속 밴드 아연 도금 장치의 아연 용액 또는 이와 유사한 아연 기본 합금으로부터 화합물 특히 금속간 철화합물 및 산화물을 분리하기 위한 장치의 용도.
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