KR850000853B1 - 용융금속 정련장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용융금속 정련장치

제1도는 본 발명의 장치에 대한 계략적인 평면도.

제2도는 제1도의 2-2선으로 절단한 단면도.

제3도는 본 발명의 장치에서 유입실에 대한 내부구조도.

제4도는 본 발명의 장치에서 배출실에 대한 내부구조도.

제5도는 본 발명의 장치에서 회전자의 날개에 대한 평면도.

본 발명은 용융금속을 정련하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은 장치는 일반적으로 용융금속 특히, Al, Mg, Cu, Zn, Sn, Pb 및 그 합금을 정련하는데 이용 하는 것으로서, 1973년 7월 3일자 미합중국특허 제 3,743,263호에 계재된 장치를 개선한 것이다.

상기 특허에 발표된 장치에서 수행되는 기본공정은 스퍼징(sparging) 가스가 극히 미세한 기포형상으로서 융체전체에 분산되며, 수소는 기포에 흡착됨으로서 융체로부터 제거되고, 다른 비금속불순물은 부력에 의해 부유물층으로 상승한다. 융체내에 상당한 난류를 유발시키는 회전잔가스분산기를 사용함으로서 스퍼징가스를 융체에 분산시키고 상기난류에 의해 작은 비금속입자가 큰 입자로 응집되며, 응집된 입자는 가스기포에 의해 융체표면으로 떠오른다. 또한 상기와 같은 난류에 의해 스퍼징가스와 융체가 철저하게 혼합됨으로서 용기내부에서의 침전물 및 산화물의 형성이 방지된다. 융체표면에 떠오른 비금속불순물과 함께 장치에서 제거되며, 기포에 흡착된 수소는 스퍼징가스와 함께 장치를 빠져나간다.

상기와 같은 공정을 수행하기 위해 본 발명에 관련된 시스템에서는 정련될 금속이 유입실(또는 V자흠)을 통해 제 1정련실로 흐른 후, 배플(baffle)을 넘어 제2정련실로 흐르고, 각각의 정련실에는 자체의 회전가스 분산기를 갖추고 있다. 용융금속은 출구튜브로 들어가서 배출실을 통과하며, 공간을 유효하게 이용하기 위해 배출실과 유입실은 정련장치의 같은 쪽 끝에 나란히 위치하게 된다. (상기한 미합중국 특허 제3,743,263호의 제4도 및 제5도 참조) 상기와 같은 배열에 의해 장치의 크기를 비교적 소형화시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 소형시스템은 지금까지 양호하게 사용되고 있으며, 시간당 60000lb의 최대정련용량을 갖는다. 그러나 더 높은 정련속도로 필요로 하지만 기존시스템을 대형화 예를들어 3개의 정련실 및 3개의 회전가스 분산기로된 시스템을 수용해야 하는 공간이 문제시 된다. 보조공간을 갖추고 있는 다른 설비에서도 각각의 정련실에 대한 보다 높은 정련용량을 추구하고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 장치의 크기를 적절히 증가시켜 정련용량을 높이거나 또는 각 정련실에 대한 정련용량을 상승시킬 수 있도록 기존의 정련장치를 개선하기 위한 것이다.

유입실과 배출실을 갖추고 있으며, 유입실에 직렬로 인접연결된 제1정련실과 배출실에 직렬로 인접연결된 제2정련실등과 같이 유입실과배출사이에서 배플(baffli)에 의해 분리된 적어도 두개의 직렬연결된 정련실 및 부유물 제거실을 구비하고 있는 용기와 각 정련실의 거의 중심부에 위치하여 있으며, 상단에 구동 수단을 갖춘 축과 축하단에 부착된 회전자로 구성되어 있고, 그 상단부는 정련실의 상부에 하단부는 정련실의 하부에 위치하고 있는 가회전스 분산기로 구성되어 있는 용융금속 정련장치에서, 본 발명에 딸 용융금속이 유입실의 바닥에서 제1정련실의 바닥으로 그리고 제2정련실으 상부로부터 배출실의 상부로 연속하여 흐를 수 있도록 유입실과 배출실을 위치시키며, 서로 일정간격 떨어진 제1배플(baffle)과 제2배플로 구성되어 있고, 제 1배플은 용기의 입구쪽에 그리고 제2배플은 용기의 출구쪽에 위치하며, 제1정련실의 상부로부터 제1배플의 상부를 넘어 제1배플과제2플사이의 공간으로 그리고 제2배플의 밑을 따라 제2정련실의 바닥으로 용융금속이 흐를 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 소형시스템은 유입실, 제1부유물제거실, 제1정련실, 제2정련실, 배출실 및 제2부유물제거실을 갖춘 용기로서 유입실과 제1정련실을 분리시키는 배플(i), 제1정련실과 제2정련실을 분리시키는 배플(ii), 제2정련실실과 제2부유물제거실을 분리시키는 배플(iii), 제2부유물 제거실과 배출실을 분리시키는 배플(ⅳ) 및 제1정련실과 제1부유물 제거실을 분리시키는 배플(ⅴ)이 있어 융체가 하나의 격실로부터 다른 격실로 흐르도록하며, 각 정련실의 거의 중심부에 위치한 회전가스 분산기는 상단에 구동수단을 갖춘 축과 축하단에 부착된 회전자로 구성되어 있고, 분산기의 상단은 정련실의 상부에 그리고 하단은 정련실의 하부에 위치하여 있는 용융금속 정련장치로서, 배플(i)은 유입실의 바닥에서 부터 제1정련실의 바닥으로 융체가 흐를 수 있도록 위치하며, 배플(ii)은 서로 일정간격으로 유지되어 있는 제1배플과 제2배플로 구성되어 제1정련실의 상부로부터 제1배플의 상단을 넘어 제1및 제2배플 사이의 공간으로 그리고 제2배플 밑을 통해 제2정련실의 바닥부로 융체가 흐를 수 있도록 위치하고, 배플(iii)은 제 2정련실의 상부로부터 제2부유물 제거실의 상부로 융체가 흐를 수 있도록 위치하며, 배플(ⅳ)은 제2부유물 제거실의 하부에서부터 배출실의 하부로 융체가 흐를 수 있도록 위치하고, 배플(Ⅴ)은 제1정련실의 상부로부터 제1부츄물 제거실의 상부로 그리고 제1부유물 제거실의 바닥에서부터 제1정련실의 바닥으로 융체가 흐를 수 있도록 위치한다.

상기와 같은 개선을 위한 첫번째 단계는 종래의 소형장치에 있어서 그 정련용량을 제한 시켰던 요인이 무엇인가를 알아야 한다. 그러한 제한은 시스템을 통과하는 용융금속의 허용낙차에 의한 것으로 판명되었다. 여기에서 "낙차(head drop)"는 용융금속이 입구에서 시스템으로 들어갈 때의 높은 융체높이와 금속이 출구에서 시스템을 빠져나갈 때의 낮은 융체 높이간의 차이를 말한다. 최대용량 60000lb/hr에서 상기 낙차는 약 2내지 3인치이다. 소형자장치의 구조에서는 상기보다 큰 낙차로서 최대용량에서나 또는 그 이상으로 가동시키기가 불가능한 것은 아니지만 매우 어렵게 된다. 낙차가 큼으로 인해서 출구에서의 융체높이가 강하되면 유속이 높아짐으로서 융체위에 떠있는 부유물이 정련된 금속흐름에 혼합될 가능성이 높아진다. 또한 높은 융체흐름으로 인한 유출속도의 증가도 부유물이 융체에 혼합될 가능성을 가중시킨다. 높은 융체유속은 주로 유출튜브에서의 유체마찰을 상승시킴으로서 낙차가 더 커진다. 그리고 융체의 유속이 높으면 같은 정도의 정련도를 얻기 위해 보다 높은 가스분산기의 회전속도와 보다 높은 스퍼징가스의 유량을 필요로하게 되고, 상기와 같은 회전속도와 가스유량도 낙차를 상승시킨다. 따라서 문제해결은 낙차를 제한시키는 방법을 찾아서 그로부터 발생하는부정적인 인자를 극복하는데에 있는 것으로 나타났다.

또한 종래의 소형장치에서는 제2정련실로부터 제1정련실로 상당량의 융체가 역류하여 혼합되기 때문에 그 정련용량이 제한된다. 회전가스 분산기가 회전속도, 가스유량, 노즐 및 격실의 크기등의 일정한 조입조건에서 입자를 제거하는 속도는 존재하는 입자의 농도에 비례한다. 동일 조건하에서 수소 제거 속도는 수소함량의 제곱에 비례한다. 이와같은 상황에서 두개 또는 그 이상의 회전가스 분산기를 같춘 시스템은 각 분산기가 개별적인 정련실에 위ㅊ하여 융체가 단지 한 방향으로만흐르도록 배치될 때 그 정련용량이 성취된다. 즉 본 발명에서와 같이 목적하는 유동형상이 제1정련실로부터 제2정련실까지 이어진다면 제2정련실로부터 제1정련실의 역류가 필수적으로 제거되어야 한다. 이러한 현상은 많은 연속 유동조업에서 알려진 바와같이 "지체(staging)" 효과라고 한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도와 제2도에 도시된 본 발며의 정련장치는 4개의 외벽(20)과 바닥벽(21) 및 6개의 개별적인 격실을 분리시키는 내벽(22,23)과 배플(baffle)을 갖춘 장방형용기로 구성된다. 일반적으로 외벽(20)과 바닥벽(21)은 외부에서 내측으로 향에 내화절연체, 가열소자가 내장된 방, 주철쉘 및 공기에 노출되지 않는 부분에 라이닝된 흑연판과나머지부분에 라이닝된 탄화규소등 여러겹으로 만들어진다. 상기 여러겹으로 된 구조는 공지의 것이므로 도시하지 않았다. 또한 밀폐시스템을 유지하기 위한 덮개(24)를 구성할 수도 있으며, 배플 또는 배플판은 흑연 또는 탄화규소가 바람직하다. 융체의 경로에서 유입부는 립(lip) (30)과 배플(2)을 포함하는 유입실(1)로 구성되고, 배출부는 립(31)을 포함한 배출실(15)과 배플(12,14) 및 부유물 제거실(13)로 구성된다.

융체의 흐름은 화살표로 표시되어 있다.

립(30)을 넘어 유입실(1)로 들어간 용융금속은 배플(2)의 및을 통해 제1정련실(3)로 들어가며, 배플(2)의 구조는 제3도에서와 같이 용융금속이 통과하도록 되어 있다. 제1정련실(3)에서 용융금속은 회전가스 분산기(4)와 마주치게 되어 전술한 정련공정이 진행된다. 융체표면위로 상승하여 축적된 부유물은 배플(5)을 넘어 부유물 제거실(6)에서 부유물이 걷어지고, 나머지 융용금속은 배플(5)의 아래를 지나 정련실(3)로 되돌아온다. 유입실(1)과 부유물 제거실(6)은 완전히 분리되어 있다. 용융금속은 배플(7)을 넘어 배플(7)과 배플(9)사이의 공간(8)으로 들어가며, 배플(9)의 밑을 통해 제2정련실(10)로 들어감으로서 회전가스 분산기(11)와 접촉하여 더욱 정련된다.

표면에 떠있는 부유물과 함께 융체는 제2정련실(10)에서부터 배플(12)을 넘어 부유물제거실(13)의 상부로 진행한다. 부유물 제거실(13)에서 부유물이 제거된 융체는 배플(14) 밑을 따라 배출실(15)로 들어간 후, 립(31)을 넘어 시스템으로부터 빠져나간다. 융체의 움직임에 있어서 배출실(15)은 정련실(10)에 직접적으로연결되어 있지 않음을 주의해야 한다.

배플(5,7,12)은 부유물층을 걷어서 제거하고 정련실(3,10)이 벽을 깨끗하게 할 수 있도록 가능한 높게하는 것이 바람직하다. 정상적으로 시스템이 휴지상태 즉 정련공정이 진행되지 않을 때 융체의 높이는 유입실(1)의 립(30) 또는 배출실(15)의 립이높이이거나 또는 그 이상으로 낮아진다. 본 명세서에서는 상기와 같은 상태를 "휴지높이(idle level)"로 기술한다. 배플(5,7,12)의 높이는 상기 높이보다 약간 낮게 예를 들어 약1.5인치 정도 낮게함으로서 부유물이 정련시로부터 부율물 제거실로 자유롭게 움직일 수 있도록 한다. 배플 (5,914)의 하단부와 용기의 바닥벽(21) 사이의 거리는 융체흐름이 방해받지 않도록 충분히 일반적으로 약 6인치 정도로 한다.

배플(7)과 배플(9)간의 거리, 즉 공간(8)의 폭은 조업경험에 따라 다르지만 용기의 바닥벽(21)에서 배플(9) 하단부까지 거리의 약

이다. 배플(9)은 용기의 상단까지 연장되어 있으며, 배플(2,14)은 물론 유입실(1)과 부유물제거실(6)사이 배출실(15)과 정련실(10) 사이의 공벽(22,23)도 마찬가지이다.

본 발명의 장치는 시스템을 통한 융체의 유속을 적어도 100%정도 상승시킬 수 있음은 물론 회전자의 회전속도와 종래와 같이 가스유량을 증가시킴으로 상정련도를 높일 수도 있다. 또한 낙차가 제거 즉 1인치 이하이기 때문에 유속, 회전속도, 가스 유량등을 여러가지로 조합하여 가동할 수 있다.

장치가 세개이상이 정련실로 구성될 경우, 첫번째 정련실과 마지막 정련실 사이의 중간 정련실의 측면 도는 상부통로를 부유물제거 및 세척에 이용한다. 중간정련실의 구조는 배플(7,9)의 조합이 정련실의 양쪽에 각각 위치하는 것을 제외하고는 동일하다. 따라서 각 정련실의 입구는 바닥근방에 출구는 상부근방에 위치한다.

[실시예]

다음 칫수에 따라 전술한 장치를 제작하였다.

(1) 회전자(제5도)의 직경 : 7.5인치

회전자(제5도)의 두께 : 27/16

회전자 날개의 크기(8개) : 길이 1.25인치, 폭 1인치(8개)

(2) 회전자의 위치 : 회전자의 하단과 정련실 바닥벽 간의 거리 5인치

(3) 두 정련실의 크기 : 폭 23인치, 길이 29인치

(3) 정련중 정련실의 융체깊이 : 29인치

(5) 유입실의 크기 : 폭 4인치, 길이11인치

(6) 배출실의 크기 : 폭 6인치, 길이 11인치

(7) 배플(2,9,14)의 개구높이 : 6인치

(8) 배플(7)과 배플(9) 사이의 공간폭 : 3인치

물을 사용한 상기 장치의 조업조건(water) (model)

(1) 용융 알루미늄 유량과 동일한 물의 유량 : 120,0000lb/hour

(2) 회전자의 회전속도 : 550r.p.m.

(3) 각 회전자이 대한 가스(질소)유량 : 6CFM(6ft³/minute)(용융알루미늄의 온도까지 가열되면 가스는 3배로 팽창됨으로 실제 유량은 18CFM)

(4) 장치에 유입되는 물은 6내지 8ppm의 용해산소를 함유·회전가스 분산기의 스퍼징가스의 작용으로 용융 금속에서 비금속불순물과 수소가 제거되는 것과 마찬가지로 용해산소의 일부가 제거됨. 유입흐름과 배출흐름의 산소함량을 측정.

(결과)

(1) 배출실의 액체높이는 유입실과 거의 동일하였으며, 회전자의 회전속도와 가스유량을 벽화시킴으로서 상대적액체 높이를 변화시킬 수 있었다. 본 예에서 가스유량을 증가시키면 유입실에 비해 배출실의 액체높이가 상승하면, 회전자의 회전속도를 높이면 상기와 반대효과가 얻어진다. 실제로 수평흐름을 얻어내거나 또는 유입실의 액체높이보다 약간 높거나 낮은 배출실에서의 액체높이를 얻기 위해 회전자의 회전속도와 가스유량을 변화시키는 것은 간단한 일이다.

(2) 60,000lb/hr의 용융알루미늄 유량과 동일한 물의 유량으로서 최대정련 속도로 가동할때, 물로부터 제거되는 산소를 기준으로 측정된 정련도는 두 개의 회전분산기를 갖춘 소형시스템에서와 동일하다

Claims (1)

1. 유입실(1)과 배출실(15)을 갖추고 있으며, 유입실에 직렬로인접 연결된 제1정렬실(3)과 배츨실에 직렬로 인접연결된 제2정련실(10)동과 같이 유입실과 배출실사이에서 배플에 의해 분리된 적어도 두 개의 직렬연결된 정련실 및 부유물 제거실을 구비하고 있는 용기와 각 정련실의 거의 중심부에 위치하여 있으며, 상단에 구동수단을 갖춘 축과 축하단에 부착된 회전자로 구성되어 있고, 그 상단부는 정련실의 상부에 그리고 하단부는 정련실의 하부에 위치하고 있는 회전 가스분산기(4,11)로 구성되어 있는 용융금속 정련장치에서, 용융금속이 유입실의 바닥에서 제1정련실의 바닥으로 그리고 제2정련실의 상부로부터 배출실의 상부로 연속하여 흐르 수 있도록 유입실과 배출실을 위치시키며, 서로 일정간격 떨어진 제1배플 (7)과 제2배플로 구성되어 있고, 제1배플은 용기의 입구쪽에 그리고 제2배플은 용기의출구쪽에 위치하여 제1정련실의 상부로부터 제1배플은 상단을 넘어 제1배플과 제2배플 사이의 공간(8)으로 그리고 제1배플의 밑을 따라 제2정련실의 바닥으로 용융금속이 흐르도록 한 것을 특징으로하는 용융금속정련장치.

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