KR860000043B1

KR860000043B1 - 알루미늄 제조용 전해조의 라이닝 방법

Info

Publication number: KR860000043B1
Application number: KR7904534A
Authority: KR
Inventors: 수몽 베노아; 후돌트 제라드
Original assignee: 죠셉 산라빌레; 알루미늄 페치니
Priority date: 1979-12-20
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1986-01-30
Also published as: KR830001388A

Abstract

내용 없음.

Description

알루미늄 제조용 전해조의 라이닝 방법

본 발명은 전해조를 라이닝하는 방법으로서, 특히 용융빙적식에 용해된 알루미나를 전기분해하여 알루미늄을 제조하게 되는 전해조의 라이닝 방법에 관한 것이다.

알루미늄 제조용 전해조는 길이가 5-8m, 폭이 2-4m인 금속박스 형태로 되어있으며, 그 바닥에는 18-42cm정도의 두께로 열 및 전기적으로 절연되는 내화재로 라이닝되어 알루미늄이나 불소화 생성물이 침투되지 않도록 되어있으며, 그 위에는 생성된 융체 알루미늄과 직접 접촉하는 "음극블록"조립체(본 전해조의 음극)가 설치된다.

또, 박스의 측벽 라이닝부와 상기 음극블록 사이에 형성된 모서리 부분의 공간에는 알루미늄의 화학작용 및 1000℃ 정도의 불소화욕(fluorinated bath)의 화학작용에 저항력이 있는 재료로서 라이닝해야 한다.

이와같은 라이닝은 높은 응력에 견딜 수 있는 높은 기계적강도, 배킹(baking)시의 치수의 안전성, 통상의 콘크리트와 같은 보강제를 수용할 수 있는 능력, 전해욕 및 금속에 의한 산화 및침식에 대한 저항력등과 같은 여러가지 특성을 구비해야 한다.

위와같은 라이닝 작업은 피치나 코우크스를 주성분으로 하는 라이닝 페이스트(lining paste) 또는 루우트(lute)라는 물질을 고온에서 설치하여 탬핑(tamping)함으로써 실시되기 때문에, 일반적으로 "라이닝" 또는 "루우팅"이라고 한다.

상기 라이닝 작업시 불완전한 부분이 생기면 이 불완전한 부분을 통해 금속이나 용융빙정석이 누설하여 전해조의 수명을 단축시키는 원인이 되므로 상기 라이닝 작업과 그 라이닝(패킹)재료의 품질에 상당한 주의를 기울여야 한다.

본 발명의 라이닝 방법은 "탄소를 함유하지 않는"(이하, "비탄소성"이라 함)결합제와, 적어도 일부가 "탄소를 함유한"(이하, "탄소성"이라 함) 재료로 구성된 골재로 형성된 재료를 사용하는 것에 그 요지를 두고 있다.

현재까지는, 전해액 및 융체알루미늄과 직접 접촉하여 사용할 수 있는 재료는 탄소성 재료와 공업용으로 사용하기에는 너무 비싼 질화붕소와 같은 특수재료 정도로 제한되어 왔으나, 놀랍게도 완전히 탄소성재료가 아니더라도 라이닝(패킹)재료로 사용할 수 있다는 것을 알게 되었는데, 특히 유압에 의해서 응고되거나 화학적으로 응고되는 세멘트에 무연탄, 양극 및 음극폐기물, 못쓰게 된 전해조를 분해하여 회수한 탄소물질 등과 같은 일부 또는 전부가 탄소성 재료인 골재를 혼합하여 형성된 콘크리트를 라이닝(패킹)재료로 사용할 수 있으며, 또 기대하는 특성을 얻기 위해서는 골재내의 탄소성 재료의 양이 최소한 5%는 되어야 한다는 것이 관찰되었다.

또, 콘크리트의 생성온도 및 콘크리트의 기공율은 가능한 낮아야 하므로 함습능(water retention capacity)이 낮은 세멘트 즉, CaO와 같이 내화성의 감소 및 함습능에 영향을 끼치는 원소의 함량이 적은 세멘트를 사용하여 콘크리트를 형성하는 것이 바람직한데, 특히 프랑스공화국 특허 2,359,090호에 기재된 바와같은 화학적 응고세멘트가 적당하다. 이 세멘트는 칼슘모노-알루미네이트(calcium-monoaluminte)와 칼슘디-알루미네이트(di-dluminate)를 주성분으로 하는 세멘트로부터 선택된 25 내지 30중량%의 알루미늄 세멘트, 0.01 내지 0.1㎛ 크기의 입자로 된 35 내지 40중량%의 석영유리, 1 내지 100㎛ 크기의 입자로 된 블랙코런덤이나 실리코 알루미늄 내화재의 불활성 충전물의 혼합물로 된 세멘트이며, 또한 이 세멘트는 10 내지 15%정도의 CaO가 함유되어 있다. 이 밖에도 석회함량이 적은 세멘트이면 본 발명을 실시하는데 모두 쓰일 수 있다.

전술한 바와같이, 골재는 그 일부만을 탄소성 재료로 구성하거나 또는 골재전체를 탄소성 재료로 구성할 수 있는데, 일부만을 탄소성 재료로 구성할 경우, 나머지 비탄소성 재료부분은 블랙코런덤(black corundum)이나 실리코-알루미늄과 같은 적절한 열전도도, 비교적 낮은 전기전도도, 융체알루미늄 및 전해액에의 적절한 저항력 등을 구비한 내화재로 구성하는 것이 바람직하다.

또, 종래와 같이 거푸집(shuttering) 속으로 바이브로탬핑(vibro-tamping)하거나 주입(pouring)하는 방법에 의해 본 콘크리트를 형성할 수도 있으나, 소정의 형상과 치수를 구비하는 블록으로 제작한 다음, 가열하여 수분을 제거하고 고화시킨 후, 통상의 벽돌쌓기 방법으로 전해조에 시설하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예에 관해 설명한다.

[실시예 1]

상기 프랑스공화국 특허 2,359,090호에 따른 석회함량이 적은 세멘트 15%와, 입자의 크기기 아래와 같은 분포를 하는 하소된 무연탄 85%로 구성된 혼합물에 건조상태의 상기 혼합물 1톤당 60 1의 물을 첨가하였다.

하소된 무연탄의 입도분포

2 내지 44mm : 41% 0.5 내지 1mm : 13%

약 2mm : 16% 0.5mm : 30%

다음에, 이 콘크리트를 사용하여 알루미늄 제조용 전해조의 벽과 경사면을 라이닝하기 위한 블록을 제작하였다. 제작된 블록 한개의 중량은 약 200kg정도이고, 그 단면이 사다리꼴인 각주 형상으로서 본 블록에는 두개의 손잡이용 후크가 형성되어 있는데, 이 후크는 나중에 블로우토치(blow torch)를 사용하여 제거된다.

다음은 상기 블록을 450℃로 가열한 후 측정한 결과이다.

체적질량 ……1.77 내지 1.79

파괴저항력……5000 내지 6000daN/cm²

기공율……3.5 내지 7%

20 내지 1000℃에서의 열팽창계수……4.3×10^-6

화학조성(중량%)

다음은 상기 블록을 950℃로 가열한 후 측정한 결과이다.

체적질량……1.68

파괴저항력……3500daN/cm²

전기전도도……측정불가(사실상 0)

400℃에서의 열전도도……λ=2.5 내지 3(Kcal/m.h℃(종래의 라이닝 페이스트는 λ=3.1이었음)

다음에 블록을 전해조에 설치하고, 코우크스와 피치를 주원료로 한 종래의 라이닝 페이스크(paste)로 마무리 작업하였는데, 고온의 라이닝 페이스트를 탬핑(tamping)하여 수행하는 종래의 라이닝 작업에 비해 약 30%의 작업시간이 절약되었고, 이러한 방법으로 제작된 전해조는 수개월동안 가능한 후에도 아무런 손상이 없었다.

본 발명의 라이닝 방법은 전기분해에 의한 알루미늄 제조용 전해조를 라이닝하는데 사용되는 외에도, 다른 어떤 형태의 전기로에도 사용할 수 있는 라이닝 방법이다.

Claims

전기로, 특히 용융빙정석에 용해된 알루미나를 전기분해하여 알루미늄을 제조하게 되는 전해조를 라이닝하는 방법에 있어서, 25 내지 30중량%의 알루미늄 세멘트, 0.01 내지 0.1㎛ 크기의 입자로 된 30 내지 40%의 석영유리, 1 내지 100㎛ 크기의 입자로 된 30 내지 45%의 블랙코런덤이나 실리코 알루미늄 내화재의 불활성 충전물 및 10 내지 15%의 CaO로 구성된, 낮은 함습능 및 응고후 기공율이 적은 세멘트를 형성하는 단계(a), 적어도 5중량%는 무연탄, 양극 및 음극폐기물, 못쓰게 된 전해조를 분해하여 회수한 탄소물질 등과 같은 탄소성 재료로 구성되고, 나머지는 블랙코런덤이나 실리코 알루미늄과 같은 비탄소성 재료로 구성된 골재를 상기 세멘트 15%에 대해 85%의 비율로 혼합하는 단계(b), 건조상태의 상기 혼합물에 대해 6% 이하의 물을 첨가하는 단계(c), 이렇게 얻어진 콘크리트를 직접 노에 라이닝하거나 블록으로 만들어서 400℃ 이상의 온도로 가열한 후 노에 라이닝하는 단계(d)로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 제조용 전해조의 라이닝 방법.