KR200385368Y1 - 동 전해정련용 음극판의 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 동 전해정련용 음극판(Cathode)의 결합구조에 관한 것으로, 그 목적은 음극판의 현수성(懸垂性)을 향상시켜 순동의 채집효율과 내구성을 극대화하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 전해조 내에서 조동으로 이루어진 양극(Anode) 사이에 배치되는 스테인레스재의 전착판과, 상기 전착판 상측에 배치되는 행거로 이루어진 동 전해정련용 음극판(Cathode)에 관한 것으로,

상기 동 전해정련용 음극판의 전착판은 상기 전해조 내에 투입되는 본체 상단에 양측으로 길게 연장된 결합부가 형성되며;

상기 행거는 상기 결합부 양측에 대칭형으로 배치되어 브레이징 접합된다.

이에 따라, 전착판 상단에 길게 형성된 결합부의 양측에 2개의 행거를 대칭형으로 배치하고, 브레이징 접합하므로서, 열변형이 거의 발생하지 않아 음극판의 현수성을 향상시키고, 순동의 채집효율과 내구성을 향상시킨 이점이 있다.

Description

동 전해정련용 음극판의 결합구조{ASSEMBLE EQUIPMENT OF CATHODE PLATE FOR COPPER ELECTROLYTIC DISSOCIATION}

본 고안은 동 전해정련용 음극판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전착판 상측에 길게 결합부를 형성하고, 이 결합부의 단면상 양측으로 동재질의 행거를 대칭형으로 배치하여 브레이징 접합하므로서, 현수성과 내구성을 향상시킨 동 전해정련용 음극판의 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로 동 전해정련용 음극판에 대해서는 여러 가지가 개시되어 있다.

예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이 본 출원인에 의해 출원되어, 1998년 09월 28자 실용신안 제 0132295호로 등록된 동 전해정련용 음극판(ME)(이하, 음극판"이라 칭한다.)이 그 대표적인 것으로, 그 내용은 다음과 같다.

도시한 바를 참조 하면, 종래의 음극판(ME)은 행거(HG)와 전착판(MP)으로 이루어진다.

행거(HG)는 동파이프(CP) 내에 스테인레스 재질의 강봉(RB)을 삽입한 상태로, 상기한 강봉(RB)의 하측길이방향으로 후술하는 전착판(MP)의 상단이 끼워질 수 있도록 요홈(YH)이 형성되어 있다.

이 요홈(YH)의 하측, 다시 말해, 동 파이프(CP)의 하측에 상기 요홈(YH) 보다 큰 길이와 폭을 갖는 전착판 삽입용 연결구멍(JH)이 길이방향으로 형성되어 있다.

전착판(MP)은 스테인레스 재질의 판재로서, 상단이 상기한 강봉(RB)에 길이방향으로 형성된 요홈(YH)에 삽입되어 1차로 스테인레스 재질끼리 미그용접(Mig Weld)하므로서 접합되고, 그 용접 비이드(Bead) 상부에 동 파이프(CP)에 형성된 전착판 삽입용 연결구멍(JH)과 티그용접(Tig Welding)하여 고정하는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 음극판은 전착판의 일단이 삽입될 수 있도록 소정깊이를 갖는 연결구멍을 형성하기 위해 밀링을 통한 기계가공이 완료되고 나서, 용접작업이 이루어지므로, 제작이 어려운 문제가 있었다.

또한, 상기한 기계가공 후, 시행하는 용접작업도 1차적으로 스테인레스 강봉과 전착판을 용접하고 나서, 2차적으로 동파이프와 전착판을 용접함으로서, 용접공수(Man Hour)가 증가하며 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 스테인레스 강봉과 전착판, 동 파이프와 전착판을 용접하는 과정에서 용접부에 열변형이 발생하여 현수성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 인발로 형성된 동 파이프와 스테인레스 강봉 사이에는 틈새가 발생하여 도전성(導電性)이 저하되므로, 동의 채집효율이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 상기한 각 용접부에 미세한 결함, 즉, 핀홀(Pin Hole) 또는 크랙(Crack)이 발생하면, 전해조 내부에서 발생하는 황산가스에 의해 용접부가 부식되며 내구성이 떨어지는 문제가 있었다.

본 고안은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 음극판의 전착판과 행거의 장착시 열변형이 거의 발생하지 않도록 하여 현수성(懸垂性)과 내구성을 향상시키는데 있다.

또한, 본 고안의 또 다른 목적은 향상된 현수성과 도전성에 의해 순동의 채집효율을 극대화한 음극판을 널리 공급하는데 있다.

또한, 본 고안의 또 다른 목적은 행거와 전착판 접합부의 결함이 거의 없도록 하여 음극판의 수명을 연장하는데 있다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 고안은,

전해조 내에서 조동으로 이루어진 양극(Anode) 사이에 배치되는 스테인레스재의 전착판과. 상기 전착판 상측에 배치되는 행거로 이루어진 동 전해정련용 음극판(Cathode)에 관한 것으로,

상기 전착판은 상기 전해조 내에 투입되는 본체 상단에 양측으로 길게 연장된 결합부가 형성되며;

상기 행거는 상기 결합부 양측에 대칭형으로 배치되어 브레이징 접합된 것을 특징으로 한다.

또한, 전착판 결합부의 하측은 상기 행거의 하측보다 8~12mm 상측에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 전착판은 상기 결합부의 하측과 상기 행거 사이에 삽입되는 동 재질의 스페이서를 더 포함한다.

이하, 첨부한 예시도를 참조로 하여 본 고안에 따른 동 전해정련용 음극판의 결합구조 하나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 전해조 내에 배치된 양극판과 본 고안에 따른 음극판의 배열을 모식적으로 보인 일측면도이고, 도 3은 본 고안에 따른 음극판의 결합구조를 발췌하여 보인 분해사시도이고, 도 4는 본 고안에 따른 음극판의 결합이 완료된 상태의 외형을 보인 사시도이고, 도 5는 본 고안에 따른 음극판의 작용, 효과를 보인 참고사시도이다.(이하, 설명 편의상 종래의 구성과 동일한 구성은 동일 명칭을 붙여 설명하되, 부호만 달리 붙여 설명한다.)

본 고안에 따른 동 전해정련용 음극판(10)(이하, "음극판"이라 칭한다.)의 결합구조에 대해 설명하기 전에 본 고안에 따른 음극판(10)이 적용될 동 전해정련 공정에 대해 간략히 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 조동내의 주요한 불순물을 제거한 상태의 전기동을 생산하는 전해조(1)(Commercial Cell)내에는 양극판(5)(Anode,정제 조동)과 음극판(10)(Cathode, 종판)이 장입된다.

음극판(10)과 양극판(5) 사이의 거리, 즉, 극간거리("P"표시부위)는 대체로 98mm로 배열되며, (+),(-)극의 버스 바(2)(Bus Bar)에 각각 올려져 있다.

따라서, (+)극 전기는 황산구리(CuSO₄)가 주성분인 전해액(3)을 통과해서 (-)극으로 흐른다. 이때, (+)극에 있는 양극(5)중의 구리(Cu)를 (-)극인 음극판(10), 즉, 종판으로 전착한다.

전해액(3)은 각 전해조(1)에 연속적이고 일정량이 흐르도록 설계되어 있어, 이에 필요한 설비를 구비하며, 전해액(3)의 온도유지를 위하여 도시하지 않은 열교환기와 첨가제 투입을 위한 설비가 구비된다.

전해액(3)중 일부는 정액공정으로 빼내어(Bleeding) 동 성분 제거 및 불순물을 제거 한다

이와 같은 과정에서 전해액(3)으로 사용되는 황산구리에서 다량의 황산가스가 발생하며, 이 황산가스는 종래 음극판(10)의 전착판과 행거의 용접부에 형성된 핀홀 또는 용접부 크랙등의 결함이 있으면, 치명적인 부식을 유발시키는 문제를 야기하기도 하였다.

이에 본 고안에서는 상기한 바와 같이, 접합부의 결함 없는 동 전해정련용 음극판(10)의 결합구조에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 3 내지 도 5를 참조 하면, 본 고안에 따른 동 전해정련용 음극판(10)은 스테인레스재질의 전착판(11)과, 동 재질의 행거(13)로 대별된다.

전착판(11)은 본체(11a)와 결합부(12)로 이루어진다.

본체(11a)는 사각형상의 스테인레스(Stainless)판으로 이루어지며, 상부중간부분에는 행거용 홀(11aa)이 형성되며, 이 본체(11a)의 상단에는 양측으로 길게 결합부(12)가 형성되어 있다.(행거용 홀(11aa)은 종래와 동일하므로, 설명을 생략한 다.)

이와 같은, 본체(11) 상측에 마련된 결합부(12)를 사이에 두고 양측 대칭형 으로 동(銅)재질의 행거(13)가 설치되어 있다.

행거(13)의 상단과 양단은 상기한 결합부(12)와 동일한 레벨로 맞춰진 상태이며, 하단은 결합부(12)의 하단 보다 하부로 돌출되어 결합부(12)의 하단과 행거의 하단은 단차(C)가 형성되어 있는 상태이다.

상기한 바와 같이, 행거(13)의 하단과 결합부(12) 하단에 단차가 형성된 이유는, 전해조 양측에 배치된 음극(-) 버스 바(Bus Bar)에 접촉할 때, 기계적으로 스테인레스보다 다소 무른 성질을 갖는 동(銅)이 찌그러지는 현상에 따라 스테인레스가 접촉하며 전기적결함을 일으키는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기한 행거(13)의 하단과 결합부(12) 하단간의 단차(C)는 8~12mmm 정도를 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 바와 같은, 행거(13)와 결합부(12)간의 단차(C) 내에는 도 4에 도시한 바와 같이, 동 재질의 스페이서(15)를 추가하는 것은 당 업계의 제조기술로서 얼마든지 용이하게 변형하여 실시가 가능하다.

이와 같이, 행거(13)와 동일재질인 스페이서(15)를 상기한 행거(13) 사이에 배치하므로서, 스테인레스재질의 결합부(12)의 하단이 전해조(1)의 버스 바(2)에 접촉하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 스테인레스 재질의 결합부(12)와 동 재질의 행거(13) 및 스페이서(15)의 장착은 브레이징(Brazing)접합으로 이루어지는데, 브레이징(Brazing)접합에 대해 간략히 설명한다.

브레이징(Brazing)이란 450℃ 이상에서 접합하고자 하는 모재는 상하지 않고 용가재(Filler Metal)에 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술로서, 450℃이상의 액상선 온도(Liquidus Temperature)를 가진 용가재를 사용하며 모재의 고상선 온도(Solidus Temperature) 이하의 열을 가하여 두 모재를 접합하는 방법이다.

용가재(Filler Metal)를 가지고 접합하는 방법은 크게 웰딩(Welding)과 브레이징(Brazing), 솔더링(Soldering)으로 나눌 수 있다. 흔히 웰딩을 용접으로, 브레이징을 경납땜으로, 솔더링을 연납땜으로 말하기도 한다.

상기 3가지 공법의 차이는 솔더링은 450℃ 이하의 온도에서 용융되는 용가재를 가지고 접합하는 방법을 칭하며, 용접과 브레이징은 450℃ 이상의 온도에서 행하여지나, 용접은 접합하고자 하는 모재의 용융점 이상에서 접합하는 방법이며, 브레이징은 모재의 용융점 이하에서 용가재의 용융으로서만 접합이 이루어지기 때문에 행거(13)와 전착판(11) 결합부(12)의 열변형은 거의 없으므로, 현수성이 좋아진다.

또한, 브레이징한 접합부의 인장강도(Tensile Strenth)가 모재보다 강하며, 본 고안의 전착판(11) 재질인 스테인리스강의 경우 브레이징 접합부가 130,000PSI 이상의 인장강도를 갖게끔 설계가 가능하다.

나아가, 접합부는 그라인딩이나 줄질 등 기계적인 가공을 할 필요가 없으므로 깨끗하고, 기밀성과 내부식성 등 다양한 특성이 우수하다.

도 5를 참조하면, 상기한 바와 같은 이점에 의해, 전해조(1) 내에서도 곧은 상태를 유지할 수 있으므로, 현수성이 향상되며, 전해조(1) 상측에 마련된 버스 바(2)에 동재질로 이루어진 행거(13)만 접촉하고, 스테인레스 재질의 결합부(12)는 접촉하지 않으므로 전해정련중 발생할 수 있는 전기적결함을 원천적으로 예방하였다.

본 고안은 상술한 특정 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 용이하게 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구항 기재의 범위내에 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 동 전해정련용 음극판의 결합구조에 의하면, 브레이징 접합 후, 별도의 후처리가공을 하지 않으므로, 음극판의 생산성을 향상시킨 효과가 있다.

또한, 전착판 상측의 결합부와 행거의 장착시 열변형이 거의 발생하지 않아 현수성(懸垂性)을 향상시킴과 동시에 행거와 전착판 접합부에 틈새가 없으므로 도전성을 향상시키므로서, 순동의 채집효율을 극대화한 효과가 있다.

또한, 행거와 전착판 접합부의 강도를 향상시키므로서, 내구성을 향상시킨 동 전해정련용 음극판을 널리 공급한 효과가 있다.

도 1은 종래의 음극판을 보인 사시도이고,

도 2는 전해조 내에 배치된 양극판과 본 고안에 따른 음극판의 배열을 모식적으로 보인 일측면도이고,

도 3은 본 고안에 따른 음극판의 결합구조를 발췌하여 보인 분해사시도이고,

도 4는 본 고안에 따른 음극판의 결합이 완료된 상태의 외형을 보인 사시도이고,

도 5는 본 고안에 따른 음극판의 작용, 효과를 보인 참고사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10; 음극판 11;전착판

12;결합부 13;행거

15;스페이서

Claims (3)

1. 전해조 내에서 조동으로 이루어진 양극(Anode) 사이에 배치되는 스테인레스재의 전착판과. 상기 전착판 상측에 배치되는 행거로 이루어진 동 전해정련용 음극판(Cathode)에 있어서,

   상기 전착판은 상기 전해조 내에 투입되는 본체 상단에 양측으로 길게 연장된 결합부가 형성되며;

   상기 행거는 상기 결합부 양측에 대칭형으로 배치되어 브레이징 접합된 것을 특징으로 하는 동 전해정련용 음극판의 결합구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전착판 결합부의 하측은 상기 행거의 하측보다 8~12mm 상측에 배치된 것을 특징으로 하는 동 전해정련용 음극판의 결합구조.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 전착판은 상기 결합부의 하측과 상기 행거 사이에 삽입되는 동 재질의 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동 전해정련용 음극판의 결합구조.