KR20220120833A - 알루미늄 광재 재활용 공정 - Google Patents

알루미늄 광재 재활용 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 광재 재활용 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 자동 가공장치에 서 배출되는 알루미늄칩을 이동시키면서 세척, 분쇄하여 회수율을 높일 뿐만 아니라, 칩용해로에서 쉽게 용해되 도록 하여 알루미늄칩의 재활용도를 높일 수 있는 등의 효과가 발생하는 알루미늄 광재 재활용 공정에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 알루미늄칩 자동집하, 이동 및 용해시스템에 의하면, 집하컨베이어벨트에 의해서 다수개의 가공장치로부터 알루미늄칩이 자동으로 집하호퍼로 이송되기 때문에 전자동으로 알루미늄칩의 재활용이 이루어질 수 있고, 이송장치를 절삭유를 통해서 워터슬라이드 방식으로 빠르게 이송되면서 가열도 되 기 때문에 세척효과도 있으면서 동시에 이송이 빠르게 이루어지며, 원심분리 및 회전건조장치를 통과하면서 절 삭유가 제거되고, 동시에 이물질도 제거되어서 순도 높은 알루미늄칩이 용탕으로 유입될 수 있으며, 폐열을 이 용하여 회전건조장치가 가열되기 때문에 보온로 또는 용해로에 투입되는 알루미늄칩의 온도차가 적어져서 열효 율을 높일 수 있고, 전자동으로 이루어질 수 있어서 알루미늄칩의 재활용비용이 현저히 줄어드는 효과가 발생한 다.

Description

알루미늄 광재 재활용 공정{Aluminum slag recycling process}
본 발명은 알루미늄칩 자동집하, 이동 및 용해시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 자동 가공장치에서 배출되는 알루미늄칩을 이동시키면서 세척, 분쇄하여 회수율을 높일 뿐만 아니라, 칩용해로에서 쉽게 용해되도록 하여 알루미늄칩의 재활용도를 높일 수 있는 등의 효과가 발생하는 알루미늄 광재 재활용 공정에 관한 것이다.
알루미늄(aluminium)은 붕소족 원소의 하나로 원소기로 Al을 사용하고 원자번호 13, 원자량 26.98인 은백색의 연하고 가벼운 고체금속이다. 상기 알루미늄은 기계적성질이 우수하고, 용융점이 660.2℃로 비교적 낮기 때문에 오늘날의 산업에서 많이 사용되고 있고, 특히, 차량의 무게를 줄이면서도 가공성을 높이기 위해서 자동차 바퀴용 휠을 알루미늄으로 대체하 고 있다. 종래에 알루미늄을 활용하기 위해서는 용해로를 활용하는데, 알루미늄 용해로는 알루미늄을 일정한 형태로 성형 한 인고트를 용해하여 알루미늄 용탕을 만들고, 이러한 알루미늄 용탕을 사출기에 넣어서 일정한 형태로 가공하 여 사출하고, 열처리하여 1차제품을 완성한다. 상기와 같이 1차제품을 완성한 상태에서 완성된 형태의 완제품을 만들기 위해서는 가공기에서 가공하여야 하는 데, 최근에는 자동으로 가공하는 상기 사출기에서 일정한 형태가 완성된 알루미늄 제품은 필요한 여러가지 후가공을 거치는데, 컴퓨터수치제어 자동가공장치(Computer Numerical Control machine, 이하, 'CNC 장치'라 함)를 통해서 1차제품을 가공하여 완 제품을 만든다. 상기 CNC장치는 1차제품을 가공할 때 필요없는 부분을 깎아내거나 홀을 뚤어서 완제품을 형성하는데, 많은 양의 절삭유를 투입하게 되고, 많은 양의 알루미늄칩이 발생하게 된다. 상기 알루미늄칩은 알루미늄의 재료로 재활용할 수 있으므로, 절삭유를 배출한 상태에서 용해로로 넣거나, 보온 로에 넣어서 재활용하고 있다. 그러나, 이러한 과정이 연속적으로 자동으로 이루어지지 않고, 알루미늄칩과 함께 절삭유 및 찌꺼기 등이 용해 로로 동시에 투입되어 용탕의 질을 떨어뜨리고, 회수율이 떨어지는 등의 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 대한민국 특허청 등록특허공보 제0872659호에는 가공칩 재활용장치가 개시되어 있다. 종래의 가공칩 재활용 장치는 도1과 같이 가공장치와 관로를 통해 연결되고, 다수의 열선이 장착된 집하장과, 상기 관로 후단부에 형성된 배수구에 장착되는 필터와, 내부에 장착되는 스크류와 선단부에 다수로 장착되는 분사노즐과, 다수로 설치된 열선으로 구성되어 상기 이동장치에 연결되는 용해로를 포함하여 구성된다.
그러나, 종래의 가공칩 재활용 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다. (1) 가공장치로부터 모아진 알루미늄칩은 집하장까지 가지고 올 때 지게차와 로더를 이용하는데 공장내 빈번한 장치의 운용으로 안전성이 떨어지고, 작업이 어렵다. (2) 알루미늄칩을 이송하는데 많은 에너지와 시간이 소요된다. (3) 절삭유가 많이 포함된 상태에서 용해로로 투입되기 때문에 용탕의 순도가 떨어지게 된다. (4) 알루미늄칩이 냉각된 상태에서 용탕으로 투입되기 때문에 용탕과의 온도차에 의해서 용탕의 온도가 많이 떨 어지게 되어 열효율이 낮다. (5) 알루미늄칩을 재활용하는데 많은 인력이 필요하기 때문에 재활용하는데 비용이 크게 상승한다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 다수개의 가공장치의 끝단에 절삭유를 포함한 알루미늄칩이 집하 컨베이어벨트에 의해서 집하호퍼로 이송되고, 상기 집하호퍼로부터 절삭유를 포함한 알루미늄칩을 이송장치를 통해서 이송하여 분쇄장치로 이송되며,상기 분쇄장치에서 분쇄된 알루미늄칩을 절삭유와 이물질을 제거하는 원 심분리장치로 이송되고, 상기 원심분리장치에서 분리된 알루미늄칩을 건조하여 하여 재활용할 수 있도록 하는 회전건조장치로 이송하며, 상기 회전건조장치를 통과한 순수한 알루미늄칩을 칩용해로로 투입하도록 형성되는 일반적인 알루미늄칩 자동집하, 이동 및 용해시스템에 있어서, 상기 집하호퍼로 이송되는 알루미늄칩은 다수개의 가공장치에서 집하 컨베이어벨트를 통해서 연속적으로 이송집하되고, 상기 이송장치는 경사지도록 형성되는 원형관의 내주연에 경사진 방향으로 다수개의 노즐이 띠형상으로 설치되 는 노즐분사장치가 일정간격으로 형성되며, 상기 회전건조장치는 칩용해로의 폐열을 이용하여 가열하여 배출되는 알루미늄칩의 온도를 상승시킬 수 있도록 형성되고, 상기 칩용해로에는 용탕와류형성장치가 형성되어 용탕와류내부로 건조된 알루미늄칩이 투입되도록 형성되는 것 을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 알루미늄칩 자동집하, 이동 및 용해시스템에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다. (1) 집하컨베이어벨트에 의해서 다수개의 가공장치로부터 알루미늄칩이 자동으로 집하호퍼로 이송되기 때문에 전자동으로 알루미늄칩의 재활용이 이루어질 수 있다. (2) 이송장치를 절삭유를 통해서 워터슬라이드 방식으로 빠르게 이송되면서 가열도 되기 때문에 세척효과도 있 으면서 동시에 이송이 빠르게 이루어진다. (3) 원심분리 및 회전건조장치를 통과하면서 절삭유가 제거되고, 동시에 이물질도 제거되어서 순도 높은 알루미 늄칩이 용탕으로 유입될 수 있다. (4) 폐열을 이용하여 회전건조장치가 가열되기 때문에 보온로 또는 용해로에 투입되는 알루미늄칩의 온도차가 적어져서 열효율을 높일 수 있다. (5) 전자동으로 이루어질 수 있어서 알루미늄칩의 재활용비용이 현저히 줄어든다.
도1은 종래의 알루미늄칩 재활용장치의 개념도.
본 발명은 다수개의 가공장치의 끝단에 절삭유를 포함한 알루미늄칩(5)이 집하컨베이어벨트(7)에 의해서 집하호퍼(100)로 이송되고, 상기 집하호퍼(100)로부터 절삭유를 포함한 알루미늄칩(5)을 이송장치(200)를 통해서 이송 하여 분쇄장치(300)로 이송되며,상기 분쇄장치(300)에서 분쇄된 알루미늄칩(5)을 절삭유와 이물질을 제거하는 원심분리장치(400)로 이송되고, 상기 원심분리장치(400)에서 분리된 알루미늄칩(5)을 건조하여 하여 재활용할 수 있도록 하는 회전건조장치(500)로 이송하며, 상기 회전건조장치(500)를 통과한 순수한 알루미늄칩(5)을 칩용 해로(610)로 투입하도록 형성되는 일반적인 알루미늄칩 자동집하, 이동 및 용해시스템에 있어서, 상기 집하호퍼(100)로 이송되는 알루미늄칩은 다수개의 가공장치에서 집하컨베이어벨트를 통해서 연속적으로 이 송집하되고, 상기 이송장치는 경사지도록 형성되는 원형관의 내주연에 경사진 방향으로 다수개의 노즐이 띠형상으로 설치되 는 노즐분사장치가 일정간격으로 형성되며, 상기 회전건조장치(500)는 칩용해로의 폐열을 이용하여 가열하여 배출되는 알루미늄칩의 온도를 상승시킬 수 있 도록 형성되고, 상기 칩용해로(610)에는 용탕와류형성장치(600)가 형성되어 용탕와류내부로 건조된 알루미늄칩이 투입되도록 형성된다. 상기 집하호퍼(100)는 집하컨베이어벨트(7)의 말단에 형성되는데, 상기 집하컨베이어벨트(7)는 절삭유와 알루미늄칩(5)이 함께 이송될 수 있도록 관형상으로 형성될 수 있다. 상기 집하컨베이어벨트(7)의 관로상에는 다수개의 가공장치(3)로부터 배출될 수 있는 배출구(3a)와 연결되고, 상기 배출구(3a)는 자연구배에 의해서 집하컨베이어벨트(7)로 유입될 수 있도록 형성된다. 상기 집하호퍼(100)에는 승강방식의 컨베이어벨트가 형성되는데, 이는 이송장치(200)를 경사지도록 형성하여 긴 거리를 이동하 수 있도록 형성되기 때문에 투입구쪽이 높기 때문에 채용된다. 상기 이송장치(200)는 원통형의 몸체(201)와; 상기 몸체(201)에 일정간격으로 형성되는 노즐분사장치(210)로 구성된다. 상기 몸체(201)의 내부에서는 절삭유와 함께 투입되는 알루미늄칩(5)이 절삭유 슬라이드(slide) 방식으로 절삭유를 계속 흘러내려서 이송이 용이하도록 한다. 이는 가공장치(10)와 용해로 혹은 보온로까지의 거리가 매우 멀기 때문에(가공장치는 제품을 만들기 위한 거의 마지막 작업이고, 제품의 재료(ingot)를 만들기 위해 인고트를 녹이는 용해로는 처음작업이므로 두 장치간의 거 리가 매우 멀다), 이송장치(200)는 절삭유 슬라이드 방식으로 비교적 무게가 있는 알루미늄칩(5)을 빠르고 막힘없이 전달하도록 형성된다. 상기 이송장치(10)에 형성되는 노즐분사장치(210)는 몸체(201)의 외주연에 링형태의 관로(230)가 형성되고, 상 기 관로(230)에는 몸체(201)의 내부로 관통되는 다수개의 노즐(211)이 형성된다. [0043] 상기 노즐(211)은 몸체(201)의 내주연에 형성되되, 진행방향으로 노즐(211)의 토출부가 향하도록 형성된다. 상기 노즐분사장치(210)의 관로(230)에는 연통되는 분사용배관(240)이 형성되는데, 상기 분사용배관(240)은 절삭유공급장치(250)에 연결된다. 상기 절삭유공급장치(250)는 다수개의 탱크(270)가 형성되고, 상기 각 탱크(270)의 내부에는 수평하게 이격된 상,하부격판(271,272)이 형성된다. 상기 탱크(270)의 내부에는 각각 부력통(275a)의 상부에 리드(275b)가 형성되고, 상기 리드(275b)의 상단에는 패킹(275c)이 형성되는 절삭유공급밸브(275)가 형성된다. 상기 절삭유공급밸브(275)의 패킹(275c)은 상부격판(271)의 가운데에 형성되는 홀을 개폐할 수 있도록 형성된다. 상기 패킹(275c)은 원뿔형으로 형성되어, 상부격판(271)에 형성되는 홀(절삭유가 유입되는 홀)을 계폐할 수 있도록 형성된다. 상기 탱크(270)의 상,하부격판(271,272)의 사이의 부분에는 압축공기유입관(275d)이 연결된다. 상기 압축공기유입관(275d)은 타단이 압축펌프(290)가 형성되어 공기압을 주입할 수 있도록 형성된다. 상기 상부격판(271)은 주연부가 탱크(270)의 상단 내주연에 고정되고, 하부격판(271)은 주연부를 따라 상하이송 가능하도록 형성되고, 가운데에 리드(275b)가 통과될 수 있도록 형성된다. 상기 각 탱크(270)에서는 절삭유유출배관(245)가 형성되고, 상기 분사용배관(240)과 연결된다. 상기 이송장치(200)의 끝단에는 절삭유분리장치(260)가 형성되는데, 상기 절삭유분리장치(260)는 가운데에 거름 망(262)이 형성되어 하부에 절삭유만 쌓이게 되고, 알루미늄칩(5)은 컨베이어에 의해서 분쇄장치(300)로 이송된 다. 상기 각 탱크(270)의 상부에는 절삭유분리장치(260)과 일단이 연결되는 절삭유보충관(265)이 각각 연결된다. 즉, 상기 절삭유공급장치(250)는 분사용배관(240)으로 절삭유를 공급할 때 운용비용과 효율을 높이면서도 동일 한 압력분포로 공급하기 위해서, 각 탱크(270)의 상,하부격판(271,272)으로 공기압을 불어넣으면 하부격판(272)이 탱크(270) 내부의 절삭유를 눌러서 절삭유유출배관(245)로 밀어 올릴 수 있도록 형성된다. 상기와 같이 절삭유가 밀어올려지면 분사용배관(240)내부에는 동일한 압력으로 절삭유가 노즐을 통해서 배출되어, 절삭유슬라이드가 잘 만들어져서 알루미늄칩(5)의 이송이 원활하고도 빠르게 이송될 수 있다. 상기 분쇄장치(300)는 크라샤(chusher)라고 불리는 파쇄장치로, 회전형, 진동형 등 다양하게 제공되나, 알루미늄칩(5)을 분쇄하는 칩크라샤를 사용하여 분쇄한다.
상기 분쇄장치(300)의 회전통에는 고압으로 스팀을 분사하는데, 이는 용해로의 폐열을 이용하여 만든 스팀을 사 용한다. 상기와 같이 스팀을 분사하면서 알루미늄칩(5)을 분쇄하면 묻어있던 절삭유와 불순물이 대부분 떨어져 나오게 되어 알루미늄칩(5)의 재활용도를 높일 수 있다. 상기 원심분리장치(400)는 회전하는 원통에 분쇄장치(300)에서 분쇄된 알루미늄칩(5)과 스팀에 의해서 분리된 절삭유 등의 불순물을 회전분리하는 장치이다. 상기 원심분리장치(400)에도 분쇄장치(300)에서와 같이 스팀을 회전방향으로 분사하면서 원심분리하면 보다 순 수한 알루미늄칩(5)을 얻을 수 있고, 알루미늄칩(5)의 온도가 100도 가까이 상승한 상태에서 회전건조장치(50 0)로 이송하게 된다. 상기 회전건조장치(500)는 로터리킬른(Rotary Kiln)이라는 장치를 사용하는데, 상기 로터리킬른은 회전원통 내에 원료를 투입하고 열풍 또는 화염을 그 속에 투입시켜 가열하는 형식이다. 상기 회전건조장치(500)에서 사용하는 연료는 용해로에서 배출되는 폐열을 이용하게 된다. 상기 회전건조장치(500)를 통과하면서 알루미늄칩(5)은 완전히 건조되면서 온도가 상승하게 된다. 상기 용탕와류형성장치(600)는 보온로 또는 칩용해로(610)에 포함되는 장치로 칩용해로(610)의 내부에 회전하는 로터유니트가 용탕와류를 만들 수 있도록 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 알루미늄칩 자동집하, 이동 및 용해시스템에 의하면, 집하컨베이어벨트에 의해서 다수개의 가공장치로부터 알루미늄칩이 자동으로 집하호퍼로 이송되기 때문에 전자동으로 알루미늄칩의 재활용이 이루어질 수 있고, 이송장치를 절삭유를 통해서 워터슬라이드 방식으로 빠르게 이송되면서 가열도 되 기 때문에 세척효과도 있으면서 동시에 이송이 빠르게 이루어지며, 원심분리 및 회전건조장치를 통과하면서 절 삭유가 제거되고, 동시에 이물질도 제거되어서 순도 높은 알루미늄칩이 용탕으로 유입될 수 있으며, 폐열을 이 용하여 회전건조장치가 가열되기 때문에 보온로 또는 용해로에 투입되는 알루미늄칩의 온도차가 적어져서 열효 율을 높일 수 있고, 전자동으로 이루어질 수 있어서 알루미늄칩의 재활용비용이 현저히 줄어드는 효과가 발생한 다. 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백 하다.
5 : 알루미늄칩 7 : 집하컨베이어벨트
10 : 가공장치 100 : 집하호퍼
200 : 이송장치 201 : 몸체
210 : 노즐분사장치 211 : 노즐
230 : 관로 240 : 분사용배관
245 : 절삭유유출배관 250 : 절삭유공급장치
260 : 절삭유분리장치 262 : 거름망
265 : 절삭유보충관 270 : 탱크
271 : 상부격판 272 : 하부격판
275 : 절삭유공급밸브
275a: 부력통 275b: 리드
275c: 패킹 275d: 압축공기유입관
290 : 압축펌프 300 : 분쇄장치

Claims (1)

  1. 다수개의 가공장치의 끝단에 절삭유를 포함한 알루미늄칩(5)이 집하컨베이어벨트(7)에 의해서 집하호퍼(100)로 이송되고, 상기 집하호퍼(100)로부터 절삭유를 포함한 알루미늄칩(5)을 이송장치(200)를 통해서 이송하여 분쇄 장치(300)로 이송되며,상기 분쇄장치(300)에서 분쇄된 알루미늄칩(5)을 절삭유와 이물질을 제거하는 원심분리장 치(400)로 이송되고, 상기 원심분리장치(400)에서 분리된 알루미늄칩(5)을 건조하여 하여 재활용할 수 있도록 하는 회전건조장치(500)로 이송하며, 상기 회전건조장치(500)를 통과한 순수한 알루미늄칩(5)을 칩용해로(610) 로 투입하도록 형성되되, 상기 집하호퍼(100)로 이송되는 알루미늄칩은 다수개의 가공장치에서 집하컨베이어벨트를 통해서 연속적으로 이 송집하되고, 상기 이송장치는 경사지도록 형성되는 원형관의 내주연에 경사진 방향으로 다수개의 노즐이 띠형상 으로 설치되는 노즐분사장치가 일정간격으로 형성되며, 상기 회전건조장치(500)는 칩용해로의 폐열을 이용하여 가열하여 배출되는 알루미늄칩의 온도를 상승시킬 수 있도록 형성되고, 상기 칩용해로(610)에는 용탕와류형성장 치(600)가 형성되어 용탕와류내부로 건조된 알루미늄칩이 투입되도록 형성되는데, 상기 이송장치는 몸체(201)와 노즐분사장치(210)로 구성되어, 상기 노즐분사장치(210)는 몸체(201)의 외주연에 링형태의 관로(230)가 형성되고, 상기 관로(230)에는 몸체(201)의 내부로 관통되는 다수개의 노즐(211)이 형성 되며, 또, 상기 노즐분사장치(210)에는 다수개의 탱크(270)와; 상기 각 탱크(270)의 내부에는 수평하게 이격된 상,하 부격판(271,272)과; 상기 각 탱크(270)의 내부에는 부력통(275a)의 상부에 리드(275b)와; 상기 리드(275b)의 상 단에는 패킹(275c)이 형성되는 절삭유공급밸브(275)로 형성되는 절삭유공급장치(250)가 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 광재 재활용 공정.
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