KR890003663B1 - 용융 알루미늄 합금에서의 마그네슘 제거를 위한 염소 처리용 래들 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용융 알루미늄 합금에서의 마그네슘 제거를 위한 염소 처리용 래들

제1도는 본발명에 따른 래들의 중앙 종 단면도.

제2도는 제1도의 선X'X의 횡 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 외부의 금속 케이싱 2 : 내부의 내화 라이닝

3 : 금속 흡입구 4 : 금속 배출구

6 : 내부수직격벽 7 : 공관

8 : 공급부 9 : 처리부

10 : 로우터 14 : 개구

본 발명은 "염소처리"즉, 용융상태에 있는 금속을 염소개스 또는 염소처리된 탄화수소와 같이 염소로 혼합된 그밖의 염소 혼합개스로 처리하여 알루미늄합금에 함유된 마그네슘을 제거하는 용융알루미늄 합금에서의 마그네슘 제거를 위한 염소처리용 래들에 관한 것이다.

알루미늄 판, 알루미늄 빌렛등과 같은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 중간제품은 알루미늄과 빙정식 욕을 직접 전기분해 함으로써 얻은 "1차" 알루미늄을 사용하거나, 스크랩을 재용융 함으로써 얻은 "2차" 알루미늄을 사용하거나, 또는 상기와 같은 두 알루미늄을 혼합하여 함께 사용하여 주조함으로써 제조된다.

2차 알루미늄을 사용하거나 혼합하여 사용할 경우에 있어서, 상기 알루미늄은 불순물로서, 특히, 마그네슘을 수퍼센트의 비율로 함유하는데, 이로인해 통상 금속변태의 연속단계들을 적절히 시행하는데 있어 어려움을 겪는다.

따라서, 상기 불순물을 수백 ppm을 초과하지 않을 정도로 비교적 낮은 수준으로 유지시켜 주기 위해서는 주조를 하기전에 정제를 실시해야 한다.

"데미징"("damagging")법으로 불려지는 현재의 마그네슘 제거법은 다음과 같은 3가지 방법으로 나누어질 수 있다.

3층 전해와 같은 전기화학 방법, 이경우 음극에서 마그네슘이 분리되도록 용융상태로 있는 정제될 금속을 통해 직류가 흐른다.

Alcl₃, AlF₃및 그 밖의 염과 같은 고체용제를 사용하는방법,이 경우 상기의 고체용제는 알루미늄으로부터 마그네슘을 비교적 비중이 낮은 염화물 또는 불화물의 형태로 만들어 욕표면에 부유케 함으로써 마그네슘을 제거하도록 정제될 액상 알루미늄에 혼합된다.

정제될 알루미늄욕에 염소 개스를 불어주는 염소처리법, 이 경우 상기의 염소 개스는 마그네슘과 적저히 반은하여 상기의 알루미늄욕 표면에서 분리되게될 액상 염화물을 생성한다.

상기와 같은 방법들은 각기 저마다의 장점과 단점들을 갖고 있는데, 그중 현재 가장 널리 사용되고 있는 방법은 염소처리 방법이다. 그러나 상기 의 염소처리 방법도 적을 경우 효율이 감속되는 단점이 있다.

상기의 염소처리 방법은 이론상 열역학적으로 마그네슘이 알루미늄보다 염소와의 친화력이 크므로 다음과 같은 반응이 우선적으로 일어나고, M₈＋cl₂→M₈cl₂또 소규모로 형성된 알루미늄 염화물은 스스로 다음과 같은 반응에 의해 "데미징"작용에 기여한다는 사실에 근거를 두고 있다.

2/3Alcl₃＋M₈→2/3Al＋M₈cl₂

그러나, 마그네늄에 비해 Al의 양이 상당히 많기 때문에, 형성된 상기 Alcl₃는 상기의 제 2 반응에 전량이 사용되지 않으며, 또한 M₈농도의 강하정도에 비례하여 그 사용량이 줄어들게된다.

따라서, 이 기술방면의 전문가들은 특히 전술한 반응들에 좀더 적합한 반응장치를 설계해 줌으로써 염소의 사용 효율을 개량시키고자 노력해왔다.

그러므로, 프랑스 특허 제2,200,364호는 각각 회전형 염소주입기를 구비한 다수개의 챔버로 분할되며, 마그네슘을 염소처리하는데 있어 마그네슘 1kg당 3kg정도의 염소를 사용하는 반응기를 설명한다. 그러나, A,].M.E의 금속야금 협회의 1978판 파이트 메탈스에서 설명된 것처럼, 상기와 같은 반응기는 각각 길이가 760내지 1200mm이고 폭이 600mm인 3개의 챔버를 포함할 수 있으므로, 주물공장에 설치될 시 비교적 상당한 지면 면적을 차지하게 되고 또 주물을 비우거나, 소제또는 그밖의 작업을 할때 다루기가 어렵다. 따라서, 초기 자본 투자비가 많은것을 제쳐 놓고서라도 유지비가 상당히 많이드는 단점이 있다.

그러므로, 본 발명의 발명자들은 로우터(rotor)에 의해 방출된 염소처리 가스에 의해 마그네슘을 제거하는 원리를 그대로 이용하면서, 종래의 반응장치에서 나타난 크기 문제및 고정되는 단점을 해결코자 노력한 끝에, 비교적 체적이 적음에도 불구하고 종래의 래들보다 처리용량이 더 크게 래들을 개발하게 되었다.

본 발명인은 많은 실험을 거친 후 종래의 문제점을 해결할 수 있는 유일한 방법은 개스와 용융금속이 가능한 가장 적합한 방법으로 같은 방향으로 흐르게 해줌으로써 개스에 의해 금속 처리하는 것이라고 결론짓게 되었다. 그에따라, 본 발명인은 종래의 방법을 따라 외부의 금속케이싱, 내부의 내화 라이닝, 금속의 흡입구 및 배출구와, 금속이 순환되도록 상기 래들의 바닥과 함께 일정한 공간을 형성하며 또 상기의 래들을 공급부와 염소 처리된 개스를 방사형으로 분사하는 로우터를 수용하는 처리부로 분할하는 내부 수직격벽에 의해 형성되기는 하나, 상기 처리부는 상기의 내부수직 격벽의 바닥을 따라 연장되며 그 중앙에 상기로부터의 축과 동축인 개구가 형성된 수평벽에 의해 그바닥이 밀폐되게 되는 특징으로 갖는 산업용으 공동-흐름 래들을 설계하게 되었다.

따라서, 본 발명은 공급부와 처리부를 분할시켜줄 뿐만 아니나, 염소 처리된 개스를 분사하는 로우터의 축에 적당하게 위치된 개구에 의해 상기 로우터로부터 방사형으로 분사되는 개스의 흐름과 거의 평행한 방향으로 상기 금속을 통과시켜 주는 다수개의 수평벽을 종래의 래들에 합병시키는 것을 포함한다. 이때, 상기와 같은 래들은 공동-흐름 순환 방식을 이루게 해주는 이상적인 조건에 접근한다.

금속과 개스의 흐름의 제2공정 또는 처리부에서 같은 방향으로 일어나는 프랑스 공화국 특허 제 2,200,364호에서 알 수 있는 바와 같이 공동-흐름 순환 그 차체는 이미 종래의 기술에서 사용된 것이 사실이다. 그러나, 상기 기술은 의도적으로 상기의 공동-흐름 순환 방법을 사용한 것이라기 보다는 차라리 어떤 한챔버(chamber)에서 나머지의 챔버로 상기의 금속을 이동시켜주기 편리하도록 사용한 것이다. 상기와 같은 주장을 밑받침할 수 있는 근거로서, 상기 특허가 제2챔버에서의 처리에 관한 고 효율에 대해 전혀 언급이 없었음을 들 수 있다. 따라서, 상기와 같은 순환은 특별한 주의에 의해 일어나지 않고 차라리 상기의 금속이 상기 리액터의 바닥에 평행하게 상기의 쳄버로 흘러들어가기때문에 부정확하게 일어났다.

본 발명인 얻은 결과는, 공동-흐름 순환 방법의 조건들을 효과적으로 구비해 줌으로써, 상기와 같은 순환이 마그네슘 제거 효과를 개선시키는데 본질적인 요소가 된다는 것이다.

각각, 용융금속의 수용 용량이 약 1m³이고 0.5%Mg을 함유하며 10톤/시간의 유속을 갖는 동일한 용융합금을 수용하고 있으며 염소 처리된 개스 흐름 속도가 같은 동일한 형의 로우처를 사용하는 두개의 처리용 래들을 이용하여, 한 래들은 역-흐름 방법으로 작동시키고 그 나머지 래들은 본 발명에 따른 공동-흐름 방법으로 작동시켜 줌으로써, 본 발명인은 최종 마그네슘 함량에 따른 염소이용 효율도가 상기 각각의 순환형에 따라 다음과 같다는 사실을 발견했다.

상기의 결과로부터 종래 기술의 래들보다 크기는 적으나 금속의 유속은 비교적 상당히 빠른 형의 래들에 있어, 비교적 최종 마그네슘 함량이 높은 경우에 있어서는 상기의 순환형의 종류가 큰 의미를 갖지 않지만, 최종 마그네슘 함량이 낮은 경우에 있어서는 상기의 공동-흐름 순환을 사용함으로써 상당히 개선을 가져온다는 사실을 알 수 있다.

본 발명에 따른 랜들이 처리부를 형성하는 수평벽은 바람직하게는 원형의 개구를 갖으나, 그에 한정되지 않고 원형과 비슷한 형상의 개구를 갖일 수도 있다. 중요한 사실은 상기 개구는 상기 금속과 가스의 흐름이 상기 로우터의 축에 대해 균일한 형상으로 분포되게 하여 상기 공동-흐름 순환을 가장 잘 일으킬 수 있게 해주는 형상이어야 한다는 것이다. 상기 개구의 단면적은 가장 바람직한 결과를 가져올 수 있도록 상기 처리부 단면적의 1/10 내지 1/15사이가 바람직하다.

상기의 용융금속을 상기의 개구로 안내해 주는 입장에서 볼때, 공동-흐름 순환의 형상에 해로운 흐름의 혼란을 피하면서 규칙적으로 공급해주기 위해서는 상기의 래들 바닥에 상기 내부 수직격벽의 위치에서는 상기 래들의 폭과 같은 수평면의 폭을 가지나 상기의 개구에 가까와질수록 점차로 좁아져서 마침내 상기 개구의 직경의 폭까지 좁아지는 유체흐름 관을 설비해주는 것이 바람직하다.

방사형으로 분사하는 로우터에 있어서, 상기 로우터의 밑면은 상기 개구와의 간격을 적어도 0.02m 높이로 유지하는 한도내에서는 가능한한 상기 개구에 근접하여 위치되고, 그리고 상기 로우터의 수평 단면적은 상기 개구의 수평 단면적과 비슷하다.

본발명은 로우터로서 유체 흐름관을 갖거나 또는 갖지않는 프랑스공화국 특허 제2,512,067호에서의 로우터와 같은 방사형 개스 분사형의 로우터를 사용할 수 있다. 이때, 상기의 로우터는 마그네슘 함량이 특히 높은 합금을 시간당 수톤의 용량으로 처리해 줄 수 있게끔, 염소 처리된 개스를240kg/시간의 유속으로 유지시켜줄 수 있도록 충분한 갯수의 개스관을 포함해야만 한다.

상기의 염소 처리된 개스로는 순수한 염소 또는 통상 알루미늄의 염소처리에 사용된는 그밖의 염소처리된 유도체를 사용할 수 있다.

본발명에 따른 염소 처리 래들은 작으면서도 간결해야 하므로 프랑스 공화국 특허 제2,514,370호에서 설명한 형의 래들을 사용할 수 있는데, 이에따랄 다음과 같은 장점을 갖으면서 마그네슘을 제거할수 있다. 즉, 주조 작업말기시 간단한 선회운동에 의해 래들에 담긴 금속을 전부 비울 수 있으므로 금속을 손실할 염려가 없을 뿐만 아니라 후속 작업의 금속과 혼합될 염려가 거의 없다.

단지 상기의 선회운동만으로 금속 또는 합금을 순간적으로 교한할 수 있으므로 연속 또는 불연속 주조방법을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 서로 양립하기 어려운 합금을 연속해서 치리해줄 수 있다.

커버의 제거가능한 부분에 의해 처리시 생긴 드로스(dross)또는 스컴(scum)을 쉽게 제거할 수 있으므로 연속해서 장기간 주조 작업을 하는 경우에 특히 적합하다.

상기 처리가 끝나고서 상기의 빈 래들을 길이방향의 선회운동(또는 경우에 따라서 측방향의 선회 운동)에 의해 용이하게 소제할 수 있으므로, 다음에 채워질 금속을 더럽힐 염려가 있는 도로스나 스컴의 나머지 및 굳어진 금속을 제거하기가 쉽다.

독립된 래들 가열 시스템울 가지므로 진행중인 적업을 중단하지 않고서도 교환 및 수선해줄 수 있다.

주조작업을 시작할시 상기 금속을 신속히 가열시킬 수 있다.

사용할 처리제 주입기의 타입에 대해 어떤 제한이 없으므로, 현재 시판되는 어떤 회전형 주입기도 별 어려움 없이 사용할 수 있다.

눈으로의 관찰, 드로스 또는 스컴의 제거, 또는 형성된 마그네슘을 회수할 시 상기 커버를 제거 및 부착 시키는 속도가 빠를다.

디자인이 단순하고 사용되는 재료를 선택하기 때문에 공기및 처리제에 의한 부식의 위험이 적다.

유출 개스를 포집하기 쉽다.

상기의 장점 외에도 상기 커버를 선회및 열고, 닫고 상기 가열 시스템 및 주입기를 제거, 교환 및 설치해주고,주어진 온도에서 상기 래들을 예열 및 유지시켜주는 등의 모든 작동을 자동으로 조정해주는 장점을 가질 수도 있는데, 이때 상기의 작동 공정은 필요한 다양한 안전 측정수단및 금지 수단과 함께 프로그램 되어, 상기 커버, 가열 시스템 및 주입기를 선회운동 및 상-하로 운동시키는 여러가지 잭(Jacks)을 작동시켜 주는 중앙 수압장치를 원격 조정장치에 의해 조정함으로써 조정된다.

이하, 본 발명을 다음의 도면을 참조로한 본 발명의 특정 실시예에 의해 좀더 상세히 설명하겠다.

제1도에 있어서, 본발명에 따른 래들은 외부의 금속 케이싱(1), 내부의 내화 라이닝(2), 구역(5)에서 처리될 금속을 받아 들이는 흡입구(3), 배축구(4), 래들의 마닥과 함께 금속이 흐르도록 공간(7)을 형성하고 또 상기 래들을 공급부(8)과 처리부(10)으로 분할하는 내부 수직 격벽(6)과, 상기의 처리부내에 위치하며 커버(12)위에 배치되는 모터(비도시됨)와 연결된 샤프트(11)에 의해 회전되는 로우터(10)을 포함한다. 상기 처리부(9)는 내부 수직 격벽의 바닥 높이로 연장되며 그 중앙에 축이 상기 로우터의 축과 동축인 개구(14)가 형성된 수평벽(13)에 의해 그 바닥이 밀폐된다.

작동시, 상기 금속은 로우터에 의해 방사형으로 방출되는 가스흐름(16)과 함께 흐르는 금속의 흐름(15)을 따라 상기 개구(14)을 통과한다.

염소처리된 개스의 작용하에서, 정제된 금속이 상기 배출구(4)를 통해 흘러나가는데 비해, 상기 마그네슘은 반응하여 용융상태의 금속용 표면에 축적되어 층(17)을 형성하는 액상 마그네슘 염화물을 형성한다.

제2도는 제1도의 선X'X를 따른 래들의 단면도로서, 외부의 금속 케이싱(1), 내부의 내화 라이닝(2), 공급부(8), 내부 수직격벽(6)과, 금속이 상기 구멍(14)을 향해 흐르도록 해주는 통로(18)의 아우트 라인을 도시 하고 있다.

이하, 본 발명을 다음의 사용 실시예에 의해 좀더 상세히 설명하겠다.

유효 면적이 1m×0.15m인 공급부와 유호 면적이 1m×1m인 처리부와 0.80m의 높이에서 금속을 흡입및 배출 시키는 흡입구 및 배출구를 가지며 유효 높이가 1m인 래들에 중앙에 0.32m 직경의 개구를 갖는 수평벽을 상기 래들 바닥과 0.05의 간격을 두고서 부착시켜 주었다. 그리고, 직경이 0.32m이고 높이가 0.272m이고 구경이 0.0015m인 구멍을 136개 구비하고 있고 회전속도가 250rpm인 로우토를 상기의 수평벽과 0.03m의 간격을 띄면서 상기 개구의 축에 설치시켰다.

상기 처리부 내에서 750 내지 800℃로 유지될 수 있게끔 적당한 온도의 알루미늄 합금과 함께 순수한 염소를 상기의 래들에 공급해 주었다.

사용한금속의 유속과 초기 마그네슘 함량에 따라 얻어진 최종마그네슘 함량, 염소의 유속 및 효율 퍼센트는 다음과 같았다.

상기의 결과로서 유효 용량이 약1m³인 래들을 사용하여 마그네슘을 적합한 수준까지 제거하면서 시간당 약20톤의 알루미늄을 처리하 수 있음을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 마그네슘을 제거하기 위해 용융 상태에 있는 알루미늄 합금을 공동-흐름 방식으로 염소처리할 수도 있도록, 외부의 금속 케이싱(1), 내부의 내화 라이닝(2), 금속 흡입구(3), 금속 배출구(4), 래들의 바닥과 함께 금속이 흐르도록 공간(7)을 형성하며 래들의 하나의 공급부(8)과 염소 처리된 개스를 방사형으로 분사하는 로우터(10)가 배치된 단 하나의 처리부(9)로 분할시키는 내부 수직 격벽(6)을 포함하는 래들에 있어서, 상기의 처리부는 내부 수직 격벽의 바닥 높이로 연장되어 그 중앙에 상기 로우터의 축과 동축인 축을 갖는 개구(14)가 형성된 수평벽(13)에 의해 그 바닥이 밀폐되게 되는 것을 특징으로 하는 용융 알루미늄 합금에서의 마그네슘 제거를 위한 염소 처리용 래들.
2. 제1항에 있어서, 상기 래들이 유효 용량은1m³이하인 것을 특징으로 하는 용융 알루미늄 합금에서의 마그네슘 제거를 위한 염소처리용 래들.
3. 제1항에 있어서, 상기 개구의 단면은 상기 처리부 단며의1/0재지 1/15에 해당하는 것을 특징으로 하는 용융 알루미늄 합금에서의 마그네슘 제거를 위한 염소 처리용 래들.
4. 제1항에 있어서 내부 수직 격벽의 바닥으로부터 상기 개구를 향하는 금속의 흐름을 상기 내부 수직 격벽의 위치에서는 상기 래들의 폭과 같은 수평면의 폭을 가지나 상기 의 개구에 가까와 질수록 점차로 좁아져 마침내 상기 개구이 직경에 해당하는 폭까지 좁아지는 유체 흐름관을 따라 일어나는것을 특징으로 하는 용융 알루미늄 합금에서의 마그네슘 제거를 위한 염소 처리용 래들.
5. 제1항에 있어서, 상기 로우터는 상기 개구의 단면과 유사한 수평단면을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 알루미늄 합금에서의 마그네슘 제거를 위한 염소 처리용 래들.

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