KR20090010969A - 애노드 냉각 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 애노드 주조 (1) 와 관련된 애노드 (4) 냉각 방법 및 장치에 관한 것으로, 냉각 단계들 사이에서, 냉각 유닛 (5) 에서, 냉각 유닛 (5) 으로부터 애노드 (4) 를 제거하기 전에 적어도 한 번 애노드 표면으로부터 물이 제거된다.

동제련, 애노드, 양극, 구리

Description

애노드 냉각 방법 및 장치{METHOD AND EQUIPMENT FOR COOLING ANODES}

본 발명은 애노드 주조 (anode casting) 와 관련된 애노드 냉각 방법 및 장치에 관한 것이다.

건식 동제련 공정의 제동 단계 (conversion step) 에서 생성된 조동 (blister copper) 은 제련로 (anode furnace) 에서 더욱 정제되어 조동의 황 함량이 낮아진다. 제련로 처리 후에, 주조 몰드 안으로 용융 동이 부어짐으로써 동은 동 애노드로 주조된다. 주조 동 애노드는 동 전기분해에서 99.99% 이상의 동 함량을 갖는 동 캐소드 (cathod) 로 정제된다. 현재, 가장 폭넓게 이용되는 애노드 주조 장치는 회전형 주조테이블을 포함하며, 이 테이블에는 여러 개의, 종종 수 십개의 주조 몰드가 원형으로 배치된다. 일반적으로, 주조테이블에는 냉각 유닛이 제공되며, 이 냉각 유닛에서 부재 (piece) 가 예컨대 물에 의해 주조 몰드에서 냉각된다.

애노드 주조 공장에서, 몰드에 있는 애노드 주물은 그 표면이 충분히 고화되기 전에는 냉각될 수 없다. 온도가 약 1150℃ 인 주조 애노드는 몰드로부터 분리되기 위하여, 일반적으로 약 700 ~ 900℃ 의 온도로 반드시 냉각되어야 한다. 애노드 주조테이블이 회전하는 동안 주조 휠이 정지하는 지점에서 애노드를 냉각 하는 방법이 공지되어 있으며, 이 경우 애노드 표면상으로 냉각수를 분사하기 위하여 애노드 위에 노즐이 배치된다. 또한, 노즐과 관련해서는 냉각 과정에서 형성된 증기를 제거하기 위하여 후드가 배치된다. 애노드는 그 표면이 충분히 응고되었을 때 애노드 표면상으로 워터 제트를 향하게 함으로써 냉각되는 것으로 알려져 있으며, 애노드로 향하는 워터 제트는 애노드 표면에 무해하다. 애노드를 냉각 탱크 안으로 들어내기 전에 애노드로부터 소망하는 열량을 제거할 수 있기 위하여, 주조 능력이 순간적으로 변화하는 동안 주조테이블의 냉각 능력이 냉각수의 분사에 의해 조절될 수 있다. 물 분사는 주조 상황에 따라 제어되며, 주조 공정에서의 방해로 인하여 냉각이 불필요할 경우라면 물 분사가 예컨대 차단될 수 있다.

애노드의 냉각을 촉진하기 위하여 냉각수의 양을 증가시킬 경우 발생하는 문제는 잉여 냉각수에 의해 야기되는 교란 (disturbance) 이다. 제 1 수냉 지점에서 너무 많은 물이 분사되면, 끓는물 효과에 의하여 애노드 표면에 절연 수포층이 형성된다. 이후 물이 가해지는 경우, 형성된 수포층은 냉각수가 애노드 표면상으로 진행하는 것을 방해하고, 분사된 물은 수포층을 보호하는 데만 관여한다. 따라서, 문제점은 애노드가 몰드에 있는 동안 애노드 표면에 축적된 물이 몰드로부터 제거될 수 없으며, 또한 계속 남아서 냉각 절차를 방해한다는 것이다. 냉각 후, 애노드 표면에는 어떠한 물도 남아서는 안 되는데, 그 이유는 남겨진 물이 애노드의 사전 분리를 방해, 즉 애노드가 몰드로부터 들어 올려질 때 물이 애노드 하부로 이동하기 때문이다. 애노드가 몰드로 다시 내려 놓아지면, 애노드 아래쪽 에 남겨진 물이 예컨대 가시성을 방해하는 증기운 (vapor cloud) 을 형성한다.

본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 극복하고 애노드 주조와 관련하여 더욱 효과적인 새로운 애노드 냉각 방법을 실현하는 것이다. 본 발명의 구체적인 목적은 냉각 단계들 사이에서 애노드 표면으로부터 냉각수를 제거함으로써 냉각을 더욱 효과적으로 만드는 것이다. 본 발명의 본질적인 신규한 특징은 부속 특허 청구항으로부터 명백해진다.

본 발명에 따르면, 애노드는 더욱 효과적으로 냉각된다. 본 발명에 따르면, 주조와 관련하여 애노드가 냉각됨으로써 애노드 주조 휠의 몰드에서 용융 금속이 주조되며, 상기 애노드 주조 휠은 몰드 내의 애노드 주물을 애노드 냉각 유닛 안으로 이동시키며, 이 냉각 유닛에서는 적어도 두 단계로 애노드 표면상에 물을 공급하여 애노드가 냉각되며, 냉각 후에는 분리 유닛에서 애노드가 몰드로부터 분리되며, 냉각 단계 사이에서 냉각수는 냉각 유닛으로부터 애노드를 제거하기 전에 적어도 1회 냉각 유닛에서 애노드 표면으로부터 제거된다. 심지어 다량의 냉각수를 가하여도 주조 공정이 방해받지 않는 안전한 범위 내에서 애노드 온도를 유지하기 위하여, 각각의 냉각 단계에서 냉각수의 양이 증가될 수 있다. 본 발명에 따르면, 워터 제트 또는 에어 제트 등의 매개체 (medium agent) 를 이동하는 애노드의 표면상으로 적어도 2개의 노즐에 의해 애노드 표면에 대하여 적절한 각도로, 바람직하게는 20 ~ 50°의 각도로 향하게 함으로써 냉각수가 애노드 표면으로부터 제거된다. 애노드 표면상으로 매개체를 가압함으로써, 매개체는 애노드가 애노드 주조 휠에서 이동하는 동안 애노드 표면에 위치한 잉여 냉각수를 필링 (peel) 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 매개체 제트는 애노드 표면으로부터 적절한 높이에서, 바람직하게는 200 ~ 300mm 의 높이에서 애노드 표면상으로 공급된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 유닛에서, 5개의 냉각 단계에서 애노드 표면으로 냉각수를 공급함으로써 애노드 표면이 냉각되며, 물은 애노드 표면으로부터 적어도 2회 제거된다. 본 발명에 따르면, 냉각수는 주조 휠에 있는 애노드의 회전 방향과 반대 방향으로 애노드 표면으로부터 제거된다. 따라서, 제거된 냉각수는 애노드 주조를 방해하지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 잉여 냉각수를 제거하기 위하여 바람직하게는 10 ~ 120ℓ/min의 유량, 3 ~ 5 bar의 압력으로 물이 애노드 표면상으로 공급된다. 본 발명에 따르면, 장치는 물, 공기 등의 매개체를 애노드 표면상으로 공급하기 위한 적어도 2개의 인접하게 위치한 노즐을 포함하는 탈수 시스템을 포함한다. 유리하게는, 탈수 시스템의 위치는 조정가능하다. 본 발명에 따른 구성이 애노드의 냉각에 사용된다면, 물이 재순환되어 동일한 물이 냉각 및 필링 (peeling) 에 모두 이용될 수 있기 때문에 주조 장치의 비용이 증가하지 않는다. 본 발명의 실시예에 따르면, 장치는 연속적으로 배치된 2개의 탈수 시스템을 포함하며, 이 2개의 탈수 시스템에는 노즐이 적어도 1열로 제공되며, 연속적으로 효과적인 제트 열 사이의 간격은 50 ~ 200mm가 바람직하다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 은 애노드 주조 장치를 나타내며,

도 2 는 A 방향으로 바라본 도 1 의 단면을 나타내며,

도 3 은 본 발명에 따른 애노드 냉각 장치를 나타낸다.

도 1 ~ 도 3 은 본 발명에 따른 애노드 냉각 장치를 나타낸다. 애노드 주조 장치 (1) 는 애노드 주조 휠 (2) 을 포함하며, 이 애노드 주조 휠의 몰드 (3) 에서 애노드 (4) 가 주조된다. 동 등의 용융 금속이 몰드 (3) 에서 주조될 때의 온도는 대략 1150℃ 이다. 애노드가 주조된 후, 애노드는 애노드 주조 휠 (2) 의 회전을 따라 후속 애노드 주조 단계, 즉 냉각 단계로 이송된다. 냉각 유닛 (5) 에서, 애노드를 몰드로부터 분리하기 전에 그 온도를 낮추기 위하여, 애노드 (4) 의 표면 (6) 이 냉각된다. 냉각 유닛 (5) 에는 후드 (7) 가 제공되며, 이 후드를 통해 냉각 과정에서 생성된 증기가 제거된다. 냉각 유닛 (5) 에서 애노드 (4) 의 표면 (6) 위에는 애노드 위에 위치한 상부 워터 제트 (9) 에 의해 냉각수 (8) 가 공급된다. 애노드 주조 휠 (2) 이 회전함에 따라, 필요한 경우 애노드가 후속 냉각 단계로 이송되어 냉각된다. 냉각 유닛을 거친 후에, 애노드는 분리 단계 (10) 를 거치는데, 이 단계에서 애노드는 몰드 (3) 로부터 분리되며, 애노드의 온도는 700 ~ 900℃ 이다. 다음으로, 애노드 (4) 는 냉각 및 정화 단계 (21) 로 더 이송되며 필요에 따라 추가 처리를 받게 된다.

본 발명에 따르면, 냉각 유닛 (5) 에서 실시되는 냉각 단계들 (11 ~ 15) 사이에서 적어도 한 번 애노드 표면 (6) 으로부터 잉여 냉각수가 제거된다. 한 냉각 단계는 상부 워터 제트 (9) 에 의해 애노드 표면상으로 필요한 시간 동안 냉 각수가 분사되는 단계로 이해될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 주조 후에 애노드는 냉각 단계 (11) 로 이송되며, 여기서 애노드 표면 (6) 상으로 냉각수가 분사되어 애노드를 냉각시킨다. 본 실시예에 따르면, 냉각 단계 (11) 후에는 후속 냉각 단계 (12) 에 앞서 애노드 표면으로부터 잉여 냉각수가 제거된다. 냉각수 제거 수단, 즉 탈수 시스템 (16) 은 애노드 주조 휠에 배치된 몰드 (3) 사이에 남겨진 공간에 적어도 부분적으로 위치한다. 물이 애노드 표면으로부터 냉각수를 이탈시키도록, 예컨대 펌프 등에 의해 애노드 표면상으로 물을 가압함으로써 냉각수 (8) 가 애노드 표면 (6) 으로부터 제거된다. 이 장치와 관련하여, 물 연결부 (22) 가 제공되며, 물은 이 연결부로부터 상부 워터 제트 및 탈수 시스템 (16) 양자 모두로 취해질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 물은 애노드 (4) 의 폭을 따라 연장된 파이프 (17) 등에서 가압되며, 나아가 물은 이 파이프를 통해 노즐 (18) 로 공급된다. 노즐, 예컨대 팬 노즐 (fan nozzle) 또는 플랫 노즐 (flat nozzle) 은, 주조 휠에서 예컨대 1 ~ 2 개의 몰드가 한 절차를 수행함에 따라 이동하는 애노드의 표면상으로 제트형태로 바람직하게는 적어도 10 ℓ/min의 유량으로 3 ~ 5 bar의 적절한 압력으로 물을 공급한다. 동시에, 가압된 물에 의해 형성된 수성 커튼 (19) 효과로 인하여, 애노드 표면에 위치한 잉여 물은 애노드의 진행 방향 (20) 에 대하여 애노드 표면 (6) 의 반대측으로 필링 (peel) 된다. 따라서, 애노드 (4) 는 후속 냉각 단계 (12) 전에 거의 건조되며, 냉각수가 가해져 냉각 절차가 더욱 촉진될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 애노드는 5 개의 상이한 냉각 단계 (11 ~ 15) 에서 냉각되며, 이 경우 냉각수는 제 1 냉각 단계 (11) 후, 및 최종 냉각 단계 (15) 후에 냉각 유닛 (5) 으로부터 애노드를 제거하기 직전의 두 단계에서 애노드 표면으로부터 제거된다. 명백하게, 본 발명의 실시예의 범위 내에서는 각각의 수냉 단계 (11 ~ 15) 후에도 애노드 표면으로부터 물이 제거될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수성 커튼 (19) 에 의해 발생한 필링 효과 (peeling effect) 를 가장 유효하게 하기 위하여 물은 거리 (C) 를 두고 애노드 표면상으로 공급되며, 이 거리는 애노드 표면으로부터 200 ~ 300 mm 이다. 냉각수를 효과적으로 제거하기 위한 유리한 해결책은 노즐을 이동하는 애노드의 표면 (6) 에 대하여 20 ~ 50°의 각도 (B) 로 배치하는 것이다.

탈수 시스템 (16) 에서, 노즐 (18) 은 수 개의 열로 물을 공급하도록 배치될 수도 있으며, 이 경우 파이프 (17) 의 개수는 2 개 이상이 될 수도 있다. 필요한 경우, 노즐 (18) 의 일부를 이용에서 배제하고 애노드의 일부만을 위해서 이용할 수도 있다. 도 3 에는 몰드 (3) 에 대한 파이프 (17) 및 노즐 (18) 의 배치방법이 도시되어 있다. 탈수 시스템 (16) 및 상부 워터 제트 (9) 사이의 각도 (D) 는 필링 수성 커튼 (19) 에 의해 제거될 냉각수가 향하는 방향에 따라 가변적이다.

본 발명의 다양한 실시형태는 전술한 실시예로 제한되지 않으며 부속 특허 청구항의 범위 내에서 가변적이라는 것은 당업자에게 명백하다.

Claims (17)

1. 용융 금속이 애노드 주조 휠 (2) 의 몰드 (3) 에서 주조되며, 상기 애노드 주조 휠은 몰드 내의 애노드를 냉각 유닛 (5) 안으로 이동시키며, 이 냉각 유닛에서 적어도 두 단계로 상기 애노드 표면 (6) 상으로 물을 공급하여 상기 애노드 (4) 가 냉각되며, 냉각 후에 분리 유닛 (10) 에서 상기 애노드 (4) 가 상기 몰드로부터 분리되는 애노드 주조 (1) 와 관련된 애노드 (4) 냉각 방법에 있어서,

   상기 냉각 단계 사이에서, 상기 냉각 유닛 (5) 으로부터 상기 애노드 (4) 를 제거하기 전에 적어도 1회 상기 냉각 유닛 (5) 에서 상기 애노드 표면으로부터 냉각수가 제거되는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   매개체 제트 (19) 를 이동하는 상기 애노드의 표면상으로 상기 애노드 표면에 대하여 적절한 각도로, 바람직하게는 20 ~ 50°의 각도 (B) 로 향하게 함으로써 냉각수가 상기 애노드 표면 (6) 으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 매개체 제트 (19) 는 물인 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 매개체 제트 (19) 는 공기인 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 매개체 제트 (19) 는 상기 애노드 (4) 의 상기 표면 (6) 으로부터 적절한 높이 (C) 에서, 바람직하게는 200 ~ 300 mm 높이에서 상기 애노드 표면상으로 공급되는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 매개체 제트 (19) 는 적절한 개수의 노즐 (18), 유리하게는 적어도 2개의 노즐을 통해서 공급되는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각 유닛 (5) 에서, 5개의 냉각 단계 (11 ~ 15) 에서 상기 애노드 표면으로 물을 공급함으로써 상기 애노드 표면 (6) 이 냉각되며, 이 냉각수는 상기 애노드 표면으로부터 적어도 2회 제거되는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   냉각수는 상기 애노드 주조 휠 (2) 에 있는 상기 애노드의 회전 방향 (20) 과 반대 방향으로 상기 애노드 표면으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
9. 제 3 항, 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   물은 바람직하게는 10 ~ 120ℓ/min의 유량, 3 ~ 5 bar의 압력으로 공급되는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 방법.
10. 애노드 주조 휠 (2) 은 용융 금속을 주조할 수 있는 몰드 (3) 를 포함하며, 이 애노드는 냉각 유닛 (5) 으로 더 이송되며, 이 냉각 유닛에서 적어도 두 단계로 상기 애노드 표면상으로 물을 공급하여 상기 애노드가 냉각될 수 있으며, 냉각 후에 상기 애노드 (4) 가 상기 몰드 (3) 로부터 분리될 수 있는, 애노드 주조와 관련된 애노드 (4) 냉각 장치에 있어서,

    상기 장치는 상기 냉각 유닛 (5) 으로부터 상기 애노드를 제거하기 전에 상기 애노드 표면 (6) 으로부터 냉각수를 제거하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 장치는 물 또는 공기 등의 매개체를 상기 애노드 표면 (6) 상으로 공급하기 위한 적어도 2개의 인접하게 위치한 노즐 (18) 을 포함하는 탈수 시스템 (16) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 탈수 시스템 (16) 은 상기 매개체를 상기 노즐 (18) 안으로 이송하기 위한 수단 (17, 22) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 장치.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 탈수 시스템 (16) 은 상기 애노드 주조 휠 (2) 에 제공된 상기 몰드 (3) 사이에 남겨진 공간에 적어도 부분적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 장치.
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 노즐 (18) 은 상기 애노드의 표면 (6) 에 대하여 적절한 각도로, 예컨대 20 ~ 50°의 각도 (B) 로 위치하는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 장치.
15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 냉각 유닛에 제공된 상부 워터 제트 (9) 및 탈수 시스템 (16) 사이의 각도 (D) 는 수평 방향으로 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 장치.
16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 노즐 (18) 은 상기 애노드 표면 (6) 으로부터 수직 방향으로 적절한 거리 (C) 를 두고, 바람직하게는 200 ~ 300 mm 의 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 장치.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 장치는 연속적으로 배치된 2개의 탈수 시스템 (16) 을 포함하며, 이 2개의 탈수 시스템에는 노즐이 적어도 1열로 제공되어, 연속적으로 효과적인 제트 열 사이의 간격은 바람직하게 50 ~ 200mm인 것을 특징으로 하는 애노드 (4) 냉각 장치.

Images