KR20080076035A - 알루미늄 스크랩 용해 방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 알루미늄 스크랩을 용해하는 방법과 장치에 관한 것이다.

본 발명의 알루미늄 스크랩 용해 방법은, 알루미늄 잉고트, 알루미늄 칩과 2차 분쇄 저급 스크랩, 공정 스크랩, 순수 저급 스크랩을, 각각 각각 분리 용해하는 단계와; 잉고트 용탕과 칩 용탕과 혼합한 후 스크랩 용탕과 재혼합하는 단계와; 혼합 용탕에 합금원소를 첨가하여 불순물을 금속간 화합물로 침강시키는 단계로 이루어지며, 이를 위한 장치는, 트윈 챔버 구조의 주용해로(21)와; 칩 용해로(22) 및 유도 가열로(23) 등으로 구성된다.

본 발명의 알루미늄 스크랩 용해 방법은, 용해 및 정제 효율이 향상되며, 결과적으로는, 알루미늄 합금의 생산 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

알루미늄, 알루미늄 합금, 용해로, 유도 가열로, 알루미늄 칩, 스크랩

Description

알루미늄 스크랩 용해 방법과 그 장치{Processing method and equipment for making aluminum alloy from aluminum scrap}

도 1은 본 발명 일실시예 장치의 구성도.

도 2는 저급 스크랩 선별 장치의 구성도.

도 3은 본 발명 일실시예를 구성하는 칩 용해로의 구조도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

10. 저급 스크랩 선별 장치 11. 1차 분쇄기

12. 마그네틱 세퍼레이터 13. 2차 분쇄기

14. 에디커런트 세퍼레이터 20. 용해 장치

21. 주용해로 21A. 잉고트 용해로

21B. 스크랩 용해로 22. 칩 용해로

22A. 전자기유도교반기 23. 유도 가열로

30. 합금화 장치 31. 홀딩로

32. 오버플로우 유로

C. 가스 커튼 F. 필터

M. 용탕 S. 저급 스크랩

S1. 순수 저급 스크랩 S2. 혼합 저급 스크랩

본 발명은, 건축자재나 캔 등으로 사용되었던 각종 성분의 알루미늄 스크랩, 알루미늄 가공 과정에서 발생되는 공정 스크랩과 알루미늄 잉고트 등을 함께 용해하는 방법과 그 장치에 관한 것이다.

알루미늄은 철강 다음으로 많이 사용되고 있는 금속으로서, 가벼우면서 내식성과 가공성이 좋으며 전기 및 열 전도도가 높을 뿐 아니라 Cu, Mg, Si, Zn, Mn, Ni 등의 원소와 다양한 종류의 고강도, 고내식성 합금을 만들어 항공기, 가정용품, 건축, 차량, 기계, 전기, 전자 등 가정과 산업 전분야에 걸쳐 사용되고 있다.

상기와 같은 알루미늄은 크게 주조용 알루미늄과 가공용 알루미늄으로 구분되며, 가공용 알루미늄은 다시 합금 원소에 따라 분류되는 바, 1000번대는 99.00wt% 이상의 알루미늄을 함유한 순수 알루미늄, 2000번대는 Al-Cu계 합금, 3000번대는 Al-Mn계 합금, 4000번대는 Al-Si계 합금, 5000번대는 Al-Mg계 합금, 6000번대는 Al-Mg-Si계 합금, 7000번대는 Al-Zn-Mg계 합금으로 분류, 표시하는 방법이 널리 사용되고 있다.

상기와 같은 알루미늄은 재활용이 비교적 용이한 금속이기는 하나, 사용 용 도에 따라 그 성분계가 다르기 때문에 재활용에 문제가 있는 바, 각종 건축자재, 캔 등으로 사용되었던 알루미늄 스크랩(이하에서 "저급 스크랩"이라 한다.)을 재활용하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

회수된 저급 스크랩은, 사용되었던 용도에 따라 그 자체가 다양한 성분 조성을 가지고 있으며, 그 표면에는 각종 표면처리층이나 인쇄층이 피복되어 있을 뿐 아니라, 함께 사용되었던 볼트, 너트 등의 철 성분이나 합성수지 등 각종 불순물이 섞여 있는 상태로서, 저급 스크랩을 활용하기 위해서는 우선 저급 스크랩 중에 혼합된 철 성분을 선별해야만 하는 바, 철 성분의 선별에는 마그네틱 세퍼레이터(magnetic separator)가 사용되고 있다.

즉, 저급 스크랩을 분쇄한 후 마그네틱 세퍼레이터를 통과시키게 되면, 저급 스크랩에 혼합되어 있던 철 성분이 분리된다.

그러나, 상기와 같이 철 성분을 분리 제거한 저급 스크랩에는 여전히 비철 성분, 예를 들어, 플라스틱 등과 같은 각종 합성수지류 등이 혼합되어 있으나, 그 이상 저급 스크랩만을 선별하기가 매우 어렵다.

그리고, 상기와 같은 저급 스크랩은 용해시 합성수지 등에 의해 매연을 포함한 배출가스 발생량이 과다할 뿐 아니라, 드로스가 다량 발생되면서 알루미늄 회수율을 떨어뜨리게 됨으로써, 생산성 저하와 함께 제조 비용이 상승된다.

또한, 종래의 저급 스크랩 재활용에서는 최종적으로 순 알루미늄 잉고트를 제조하는 것이 일반적이었는 바, 저급 스크랩의 성분 중 알루미늄을 제외한 다른 성분들이 모두 불순물의 역할을 하게 되기 때문에 많은 단계의 정제 과정이 필요로 되어 생산성이 더욱 저하하게 될 뿐만 아니라, 정제 기술이 부족할 경우에는 다량의 불량이 발생하게 되는 위험이 있다.

그 외에, 알루미늄 용탕의 정제는, 용탕에 합금원소를 첨가하여 불순물과 함급원소를 금속간 화합물로 형성시켜 침강시키는 방법으로 이루어지며, 정제된 용탕은 틸팅 방식에 의해 용탕 전체가 홀딩로로 옮겨진 후 성분 조정을 행하거나 주조를 하였는 바, 침강되었던 금속간 화합물 등이 홀딩로로 유입될 수 있으며, 용탕 전체가 옮겨지는 배치식 작업이기 때문에 정제 효율성이 떨어지게 된다.

그리고, 알루미늄 가공 공정에서 발생하는 비교적 큰 공정 스크랩의 경우에는 재활용에 큰 문제가 없으나, 절단 공정 등에서 발생하는 알루미늄 칩은 건조된 상태로 용해로에 투입되나 투입 과정에서 다량이 산화됨으로써 그 회수율이 낮을 뿐 아니라, 건조되지 않은 칩이 투입되는 경우에는 투입시 폭발 등의 위험이 있을 뿐만 아니라 용탕 내의 수소 가스 함량을 증가시킴으로써 주조시 기포가 발생되면서 제품 불량을 초래할 수도 있는 등 알루미늄 칩의 재활용에 문제가 있다.

본 발명은 저급 스크랩을 용해하는 종래의 방법이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 저급 스크랩과 함께 공정 스크랩 및 알루미늄 잉고트 등을 함께 사용하여 이를 효율적으로 용해하는 방법과 이를 위한 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 하나의 로이나 격벽에 의해 용해실이 두부분으로 분리되는 트윈 챔버 구조의 주용해로에 의해 달성된다.

본 발명의 알루미늄 스크랩 용해 방법과 장치는, 각종 스크랩과 잉고트를 효율적으로 용해하여 최종적으로는 알루미늄 합금을 제조하기 위한 장치로서, 본 발명의 용해 방법과 장치가 효과적으로 적용되기 위해서는 알루미늄 스크랩의 선별은 물론, 알루미늄 가공 공정에서 발생되는 작은 크기의 알루미늄 칩 용해도 함께 이루어져야 하는 바, 알루미늄 스크랩의 선별 단계에서부터 알루미늄 합금 제조 단계까지 전체 프로세스를 살펴보기로 한다.

본 발명의 알루미늄 스크랩 용해 방법을 위한 전처리 단계는, 각종 건축자재, 캔 등으로 사용되었던 알루미늄 스크랩 즉, 저급 스크랩을 선별하는 공정은, 회수된 저급 스크랩에서 각 종 이물질을 분리 게거하는 공정으로서,

캔 등과 같이 인쇄층만이 피복된 비교적 순수한 알루미늄 합금으로만 이루어지며 철 성분이 적은 순수 저급 스크랩과, 건축 자재와 같이 각종 불순물이 섞여 있는 혼합 저급 스크랩으로 선별하는 단계와;

혼합 저급 스크랩을 1차 분쇄하는 단계와;

1차 분쇄된 저급 스크랩을 마그네틱 세퍼레이터에 통과시키는 단계와;

2차 분쇄 단계와;

2차 분쇄된 저급 스크랩을 에디커런트(eddy current) 세퍼레이터에 통과시키는 단계 등으로 이루어진다.

즉, 1차 분쇄된 저급 스크랩에 혼합되어 있는 철 성분 등과 같이 자성체 특성을 가진 불순물을 마그네틱 세퍼레이터의 자력으로 분리 제거한 후 이를 재분쇄하여 철 성분이 분리된 상태에서 2차 분쇄된 저급 스크랩에 혼합되어 있는 비철 성분을 제거하는 과정이다.

이때, 상기와 같은 분쇄 및 선별 과정을 거치게 되는 저급 스크랩 중 비교적 철 성분이 적으며 대부분 알루미늄으로 이루어진 순수 저급 스크랩은, 분쇄 및 그 이후의 선별 단계를 거치지 않고 용해 공정으로 직접 투입되며, 분쇄된 후 자력과 에디 커런트 등에 의한 선별 과정을 거치게 되는 혼합 저급 스크랩은, 건축자재, 예를 들어, 창호 프레임 등과 같이 철 성분, 합성수지 등이 함께 사용되는 알루미늄 합금 제품 스크랩이다.

본 발명의 알루미늄 스크랩 용해 방법을 위한 공정은, 용해 단계와 혼합 단계 및 정제 단계로 이루어지는 바, 알루미늄 잉고트를 용해하는 잉고트 용해로, 공정 스크랩을 용해하는 스크랩 용해로, 순수 저급 스크랩을 용해하는 유도 가열로, 알루미늄 가공 공정에서 발생된 알루미늄 칩과 분쇄된 상태인 혼합 저급 스크랩을 용해하는 칩 용해로를 이용하여 잉고트, 저급 스크랩, 공정 스크랩, 칩 등을 각각 분히 용해한 후 혼합 정제하는 공정이다.

이때, 잉고트 용해로와 스크랩 용해로는 서로 붙어있는 트윈 챔버 구조이며, 칩 용해로는 잉고트 용해로 및 스크랩 용해로와 연결되는 구조로서, 잉고트 용해로의 용탕은 칩 용해로를 거쳐 스크랩 용해로로 이동하며, 유도 가열로에서 용해된 순수 저급 스크랩 용탕은 곧 바로 스크랩 용해로로 투입되는 바, 모든 용탕이 스크 랩 용해로에서 혼합된 후 정제 단계를 거치게 된다.

이때, 순수 저급 스크랩은 유도 가열에 의해 가열 용해되나, 용해 효율을 높이기 위하여 버너가 함께 사용될 수도 있으며, 순수 저급 스크랩 용탕은, 메쉬 필터가 설치된 경사 유로를 통하여 스크랩 용해로로 투입되는 바, 용해되지 않은 순수 저급 스크랩 중의 철 성분은 상기의 메쉬 필터에 의해 걸러지게 된다.

그리고, 칩 용해로의 원료 투입구 즉, 칩 용해로의 상단 개방부에는 아르곤이나 질소 가스 등과 같은 불활성 가스를 이용한 가스 커튼이 적용되는 바, 용해로 내부로의 공기 유입이 차단되기 때문에 투입되는 칩의 산화가 방지되어 회수율이 향상된다.

상기와 같이 잉고트 용탕과 칩 용탕 및 스크랩 용탕 등의 혼합 용탕에 Mn, Cr 등의 합금원소를 첨가함으로써 불순물 등을 금속간 화합물로 형성 침전시키는 방법을 통하여 스크랩 용해로 내에서 용탕의 정제가 이루어진다.

상기와 같이 용탕의 정제가 이루어진 후 거치게 되는 합금화 공정은, 스크랩 용해로에서 정제된 용탕을 홀딩로에 받은 후 홀딩로에서 성분 조정을 하는 과정으로서, 스크랩 용해로에서 홀딩로로 주입되는 용탕을 틸팅 방식이 아닌 오버플로우 방식으로 이동시키는 것이 바람직하다.

즉, 틸팅 방식으로 정제된 용탕을 홀딩로에 주입하는 경우 정제 과정에서 침강되었던 금속간 화합물이 홀딩로로 유입됨으로써, 재 정제 과정이 필요로 될 수도 있는 바, 스크랩 용해로에서 정제된 용탕이 오버플로우 되어 홀딩로로 이동되도록 함으로써 스크랩 용해로 내에서 침강된 금속간 화합물 등의 불순물이 홀딩로로 유 입되지 않게 된다.

이때, 스크랩 용해로에서 홀딩로로 연결되는 오버플로우 유로(流路)에, 용탕 내에 있을 수도 있는 불순물을 걸러주기 위한 세라믹 필터가 설치되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 선별, 용해, 합금 등의 순차적인 공정들 중 하나인 용해 과정을 위한 본 발명의 방법을 구현하기 위한 장치들을 도면에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 본 발명 일실시예 장치의 구성도를, 도 2에 저급 스크랩 선별 장치의 구성도를, 도 3에 본 발명 일실시예 장치를 구성하는 칩 용해로의 구조도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 저급 스크랩 선별 장치(10)는, 1차 분쇄기(11)와; 마그네틱 세퍼레이터(12)와; 2차 분쇄기(13)와; 에디커런트 세퍼레이터(14) 등으로 구성되며, 저급 스크랩(S) 중 순수 저급 스크랩(S1)이 분리된 혼합 저급 스크랩(S2)은, 상기의 각 장치를 순차적으로 통과하면서 마그네틱 세퍼레이터(12)에서 철 성분이, 에디커런트 세퍼레이터(14)에서 비철 성분이 각각 차례로 분리 제거된다.

용해 장치(20)는, 하나의 로이나 격벽에 의해 용해실이 두부분으로 분리되는 트윈 챔버 구조의 주용해로(21)와; 유로에 의해 주용해로(21)의 양측과 연결되는 칩 용해로(22)와; 유도 가열로(23) 등으로 구성되며, 주용해로(21)는 잉고트 용해로(21A)와 스크랩 용해로(21B)가 한 몸체로 결합된 구조이다.

즉, 주용해로(21)의 분리된 두 용해실 중 일측이 잉고트 용해로(21A)가 되 고, 타측이 스크랩 용해로(21B)가 되며, 유도 가열로(23)는 메쉬 필터(도면 미도시)가 설치된 경사 유로에 의해 스크랩 용해로(21B)에 연결된다.

그리고, 상기 칩 용해로(22)의 개방된 상단부 즉, 투입구에는 가스 커튼(C)이 형성됨으로써, 외부 공기의 유입이 차단되며, 그 외측 하부에는 전자기유도교반기(22A)가 구비되어 칩 용해로(22) 내부의 용탕(M)을 교반하여 주게 된다.

즉, 칩 용해로(22)의 내부에서는 보텍스(vertex) 용해가 이루어지면서 드로스의 형성이 억제된다.

합금화 장치(30)는, 홀딩로(31)와; 용해 장치(20) 중의 스크랩 용해로(21B)의 상부와 홀딩로(31)의 상부를 연결하며, 세라믹 필터(F)가 설치된 오버플로우 유로(32) 등으로 구성된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 스크랩 용해 방법과 장치는, 다양한 크기의 저급 스크랩 및 크기가 작은 칩의 회수율이 향상되며, 정제된 용탕이 오버플로우 방식에 홀딩로로 넘어가기 때문에 정제 효율이 좋아지고, 최종적으로는 스크랩을 이용하여 순수 알루미늄 잉고트가 아닌 알루미늄 합금을 제조함으로써 스크랩의 재활용성이 높아짐은 물론, 합금 생산 비용의 절감이 가능한 장점이 있다.

Claims (4)

1. 알루미늄 스크랩 등을 용해하는 알루미늄 스크랩 용해 방법에 있어서,

   알루미늄 잉고트, 알루미늄 칩과 2차 분쇄 저급 스크랩, 공정 스크랩, 순수 저급 스크랩을, 잉고트 용해로, 칩 용해로, 스크랩 용해로 및 유도 가열로에서 각각 분리 용해하는 단계와;

   잉고트 용해로의 용탕을 칩 용해로에 이동하여 칩 용해로 용탕과 섞어 스크랩 용해로로 투입하는 동시에 유도 가열로 용탕을 스크랩 용해로에 주입 혼합하는 단계와;

   혼합 용탕에 합금원소를 첨가하여 불순물을 금속간 화합물로 침강시키는 단계와;

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩 용해 방법.
2. 격벽에 의해 잉고트 용해로(21A)와 스크랩 용해로(21B)로 분리되는 트윈 챔버 구조의 주용해로(21)와;

   유로에 의해 양 측이 용해로(21A)와 스크랩 용해로(21B)에 각각 연결되는 칩 용해로(22)와;

   스크랩 용해로(21B)에 연결되는 유도 가열로(23)와;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩 용해 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 유도 가열로(23)는,

   메쉬 필터가 설치된 경사 유로에 의해 스크랩 용해로(21B)와 연결되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩을 이용한 알루미늄 합금 제조 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 용해 장치(20)를 구성하는 칩 용해로(22)의 원료 투입구에는 가스 커튼이 구비되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스크랩을 이용한 알루미늄 합금 제조 장치.

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