KR890004535B1 - Minimum-energy process for carbothermic reduction of alumina - Google Patents

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KR890004535B1
KR890004535B1 KR1019830002262A KR830002262A KR890004535B1 KR 890004535 B1 KR890004535 B1 KR 890004535B1 KR 1019830002262 A KR1019830002262 A KR 1019830002262A KR 830002262 A KR830002262 A KR 830002262A KR 890004535 B1 KR890004535 B1 KR 890004535B1
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밀턴 키비 로버트
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레이놀드즈 메탈스컴페니
할리 헬톤
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/06Radiation therapy using light

Abstract

A carbothermic reduction process for Al prodn. is characterized by producing Al from the material mainly composed of Al oxide and carbon in reduction furnace by carbothermic process. The gas evolved during reduction is made to flow upward through the charged material in the furnace, and in postreaction region, chemical compounds producing or exothermic reaction occurs and the chemical compounds recirculate to the reduction region with the charged material. This process comprises (a) reduction of alumina and slag contg. carbonized Al with enough heat input in the hearth, (b) making of additive Al and gas without reactive C, (c) prodn. of preliminary reduced prodt. by transporting the gas from a and b, (d) Al gaining process.

Description

알루미늄을 제조하기 위한 카보서믹공정Carbothermal process for manufacturing aluminum

제1도는 장입물 진입 제어 장치인 노상 쇼울더(hearth shoulder)를 가진 이동층 샤프트 카보서믹 환원로와, 도식적으로 도시된 폐쇄 재순환시스템에 연결되어 있는 탈탄로의 단면도.1 is a cross-sectional view of a decarburization furnace connected to a moving bed shaft carbothermal reduction furnace having a hearth shoulder as a charge entry control device and a closed recirculation system shown schematically.

제2도는 도식적으로 도시된 폐쇄 재순환시스템의 일부인 탈탄로에 연결되어 있는 제1도의 카보서믹 환원로의 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view of the carbosic reduction furnace of FIG. 1 connected to a decarburization furnace which is part of the schematic recirculation recirculation system.

제3도는 분리된 증기류가 장입물질을 관통하여 병류(parallel) 및 향류(countercurrent)하는 알루미나 및 탄소 혼합물의 분리된 장입칼럼을 가지며 도식적으로 도시되어 있는 폐쇄 재순환시스템의 일부인 탄탈로에 연결된 카보서믹 환원로의 단면도.Figure 3 shows a carbosics connected to tantalum, which is part of a closed recirculation system shown schematically, with a separate charging column of alumina and carbon mixtures in which the separated vapors are parallel and countercurrent through the charging material. Section of the reduction furnace.

제4도는 두 유동층내에 알루미나 및 탄소를 주성분으로 하는 혼합물을 구비한 카보서믹 환원로의 단면도(상기 알루미나 및 탄소를 주성분으로 하는 혼합물은 상기 환원로내로 별도로 배출되며, 또한 노의 증기의 세정기(scrubber)역할을 한다.)4 is a cross-sectional view of a carbosmic reduction furnace having a mixture of alumina and carbon as the main component in the two fluidized beds (the mixture containing the alumina and carbon as the main component is discharged separately into the reduction furnace, and also the scrubber of the furnace steam) I play a role.)

제5도는 노상쇼울더가 구비되어 있지 않고, 최종 탈단로에 연결되어 있으며, 도식적으로 도시된 폐쇄 재순환 시스템의 일부인 이동층카보서믹 환원로의 단면도.5 is a cross-sectional view of a moving bed carbothermal reduction furnace which is not equipped with a subgrade shoulder and which is connected to the final stripping furnace and which is part of the closed recirculation system shown schematically.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 제1차로 12 : 내화벽돌10: first lane 12: refractory brick

13 : 노상 14 : 흑연스터브(stub)13: hearth 14: graphite stub (stub)

15 : 내화라이닝 16 : 내화루프(roof)15: fireproof lining 16: fireproof roof (roof)

16' : 쇼울더 17 : 공간16 ': shoulder 17: space

18 : 전극 19 : 플래넘 및 개구18 electrode 19 plenum and opening

21 : 장입구 22 : 출탕구21: charging slot 22: tapping

23 : 액상슬랙층 24 : 반응성 장입물23 liquid slack layer 24 reactive charges

25 : 액상금속층 28 : 장입칼럼25: liquid metal layer 28: charging column

30 : 제2차로(탄탈로) 31 : 절연체30: second lane (tantalo) 31: insulator

32 : 내측내화라이닝 33 : 장입구32: inside fireproof lining 33: charging opening

34 : 장입 및 출탕구 35 : 생성물 출탕구34: charging and tapping outlet 35: product tapping

36 : 전극 37 : 잭수단36 electrode 37 jack means

38 : 슬랙층 39 : 액상금속층38: slack layer 39: liquid metal layer

40 : 탈탄로 41 : 라인40: decarburization furnace 41: line

42 : 집진장치 44,46 : 라인42: dust collector 44,46: line

48 : 장입물 예비장치 49,51,52 : 라인48: charge reserve device 49, 51, 52: line

50 : 제3차로(마무리로) 62 : 절연성 내화물질50: third furnace (finishing furnace) 62: insulating refractory material

63 : 내측노상 68 : 전극63 inner side image 68 electrode

69 : 전기절연수단 72 : 출탕구69: electrical insulation means 72: tapping hole

73 : 용융슬랙층 74 : 알루미나73: molten slack layer 74: alumina

75 : 용융금속층 76 : 장입물75 molten metal layer 76 charge

118 : 연진분리장치 121,122 : 예빈환원용기118: dust separation apparatus 121,122: reserve bin reduction

123 : 장입물 제어수단123: charging control means

본 발명은 환원로내에서 산화 알루미늄과 탄소를 주성분으로 하는 물질로부터 알루미늄을 생산하는 방법에 관한 것으로서, 상기한 환원로에서는 알루미나와 탄소가 카보서믹공정(carbothermic process)에 의해 반응하여 소량의 탄화알루미늄이 혼입되어 있는 알루미늄이 생성된다.The present invention relates to a method for producing aluminum from a material mainly composed of aluminum oxide and carbon in a reduction furnace, wherein in the reduction furnace, alumina and carbon are reacted by a carbothermic process to produce a small amount of aluminum carbide. This mixed aluminum is produced.

종래의 기술문헌과 특허문헌을 살펴보면 통상적인 알루미늄 제조 방법인 전기분해법과 경쟁할 수 있는 열공정(thermal process)를 개발하기 위한 시도가 많이 있어 왔음을 알수 있다. 종래 기술에서 알루미늄을 생산하는데 있어서 전기 분해법이 아닌 열환원법을 이용하면 이론적으로 많은 유용한 점이 있음이 주지의 사실이다.Looking at the prior art documents and patent documents it can be seen that there have been many attempts to develop a thermal process that can compete with the conventional electrolysis method of aluminum. It is well-known that in the prior art, there is a lot of theoretical advantages in using aluminum heat reduction instead of electrolysis in producing aluminum.

이러한 유용한 점들은 에너지 코스트가 증가 추세에 있는 현상황에서 그 중요성이 더욱 증가하고 있다. 그러나 불행하게도 카보서믹 공정과 같은 대다수의 알루미늄생산 방법들은 순수한 알루미늄을 생산해 내지 못하고 있다.These useful points are of increasing importance in situations where energy costs are on the rise. Unfortunately, most aluminum production methods, such as the carbosmic process, do not produce pure aluminum.

종래의 방법들로는 알루미늄금속과 탄화 알루미늄의 혼합물이 생성되기 때문에 실패하는 것이다. 10-20%의 탄화물 또는 그 이상의 탈화물의 혼합물이 약 1400℃까지 냉각되면, 탄화알루미늄은 세포구조를 형성하여 액상알루미늄을 포획하게 되므로 상기 혼합물을 주입(pouring)시키기가 어려워진다. 그 결과, 전 공정단계를 통해서 극히 높은 온도로 유지하지 않으면 혼합물의 정제작업이 불가능한 것은 아니지만 매우 어렵게 된다.Conventional methods fail because a mixture of aluminum metal and aluminum carbide is produced. When a mixture of 10-20% carbide or more dehydrated is cooled to about 1400 ° C., aluminum carbide forms a cellular structure that traps the liquid aluminum, making it difficult to pour the mixture. As a result, the purification of the mixture is not impossible, but very difficult, unless it is maintained at extremely high temperatures throughout the entire process step.

열공정에 따라 알루미늄을 제조하는데 있어서의 난점은 알루미나를 함유한 광물의 환원을 통한 알루미늄의 형성에 있지않고, 순수한 상태로 알루미늄을 회수하는데 있다. 종래의 기술문헌과 특허문헌에는 알루미늄과 여러가지 탄소 함유 화합물사이에서 발생하는 여러가지 후반응(back reaction)에 대한 이론과 설명이 충분히 설명되어 있다.The difficulty in producing aluminum by the thermal process is not in the formation of aluminum through the reduction of minerals containing alumina, but in recovering aluminum in a pure state. Conventional technical documents and patent documents fully explain the theory and explanation of various back reactions occurring between aluminum and various carbon-containing compounds.

일예로, 미합중국특허 제 3,971,653호는 알루미나 몰분율(N*=Al2O3몰/(Al2O3몰+Al4O3몰))이 2100℃에서 0.85인 슬랙을 사용하고 있으며 환원온도의 슬랙에 Al4C3를 함유한 드로우스(dross)를 재순환하고 있다. 하지만 알루미늄을 생산하는 전체 반응이 알루미나 몰분율 N*=0.85에서 일어나기 때문에 기화에 드는 부하(Vaporization load)가 매우 크고 전력소비량이 매우 크다는 것이다.For example, U.S. Patent No. 3,971,653 uses a slag having an alumina mole fraction (N * = Al 2 O 3 mol / (Al 2 O 3 mol + Al 4 O 3 mol)) of 0.85 at 2100 ° C. and a slag of reduction temperature. The dross containing Al 4 C 3 is recycled. However, the overall reaction to produce aluminum takes place at the alumina mole fraction N * = 0.85, which means that the vaporization load is very large and power consumption is very high.

미합중국특허 제 2,794,032호와, 2,828,961호에는 종래의 전기로에서의 알루미나와 탄소의 화학양론적인 장입물의 카보서믹 환원에서 예측되는 전형적인 결과가 기재되어 있다. 전자의 특허 방법에 의해 제조된 알루미늄은 20-37%의 Al4C3를 함유하며, 후자의 특허 방법에 의해 제조된 알루미늄은 90%의 Al4C3를 함유한다. 이들 두 특허에 기재되어 있는 방법들은 반응 탄소와 탄화알루미늄중의 적어도 하나가 생성된 알루미늄에 항상 접촉하고, 또한 알루미늄이 탄소와 반응하여 탄화물이 그 용해한도까지 용해하는 시간적 여유를 갖기 때문에 사용상 제한을 받는다.U.S. Pat.Nos. 2,794,032 and 2,828,961 describe typical results predicted in carbosmic reduction of stoichiometric charges of alumina and carbon in conventional electric furnaces. The aluminum produced by the former patent method contains 20-37% Al 4 C 3 , and the aluminum produced by the latter patent method contains 90% Al 4 C 3 . The methods described in these two patents limit the usage limitations because at least one of the reacted carbon and aluminum carbide always comes in contact with the produced aluminum and also has the time to allow the aluminum to react with the carbon to dissolve the carbide up to its solubility limit. Receive.

카보서믹 공정으로부터 매우 순수한 알루미늄을 얻는데 있어서의 일반적인 문제점을 해결하는 한가지 방법이 미합중국 특허 제 3,607,221호에 기재되어 있다. 이 특허에 의하면 거의 순수 상태인 알루미늄을 제조할 수는 있지만, 조업 온도가 극히 고온이어서 설비의 구성재료에 문제점을 야기시킬 수 있다. 카보서믹 공정에 의한 매우 순수한 알루미늄을 얻기 위한 다른 방법으로서 미합중국 특허 제 3,929,465호를 또한 들 수 있는데, 여기에서도 카보서믹 공정을 이용하여 매우 순수한 알루미늄을 제조하고는 있지만 탄화알루미늄의 혼입을 방지하기 위해 장입물의 가열방식을 면밀하게 제어해줄 필요가 있다.One method of solving the general problem of obtaining very pure aluminum from carbosmic processes is described in US Pat. No. 3,607,221. According to this patent, it is possible to produce almost pure aluminum, but the operating temperature is extremely high, which can cause problems with the constituent materials of the installation. Another method for obtaining very pure aluminum by carbothermal processes is also described in U.S. Patent No. 3,929,465, which also uses a carbothermal process to produce very pure aluminum but is charged to prevent incorporation of aluminum carbide. It is necessary to closely control the heating method of water.

고순도의 알루미늄을 생산해내기 위한 대부분 종래의 기술은 20-35중량 %의 탄화 알루미늄을 함유한 노의 생성물을 처리하는 방법에 관심을 두어왔다. 따라서 종래의 기술에는 탄화알루미늄의 출입을 감소시키기 위해서 노의 생성물(furnace product)을 금속염으로 플럭싱(fluxing)처리하는 방법이 있다.Most prior art for producing high purity aluminum has been concerned with the process of treating the products of furnaces containing 20-35% by weight of aluminum carbide. Therefore, the prior art has a method of fluxing a furnace product with a metal salt to reduce the entry and exit of aluminum carbide.

불행하게도 용융염은 그렇게 제거된 탄화물과 혼합되므로 용융염으로부터 탄화물을 제거하여 노로 재순환 시키는데 많은 비용이 든다. 위와같은 재순환 단계가 없으면 전력소비량과 노의 치수가 알루미늄 제조에 사용하던 종래의 방법에 비해 경제적이 된다.Unfortunately, the molten salt is mixed with the carbide so removed, which is expensive to remove the carbide from the molten salt and recycle it to the furnace. Without this recirculation step, power consumption and furnace dimensions are more economical than conventional methods used to produce aluminum.

미합중국 특허 제 3,975,187호는 카보서믹공정에 의해 제조된 알루미늄에서 탄화 알루미늄의 함량을 감소시키기 위하여 노의 생성물을 가스로처리하는 공정에 대해 기재하고 있는데, 이와같은 노의 생성물처리에 의해 탄화알루미늄을 알루미나로부터 용이하게 분리시킬 수 있게된다. 이 공정에 의하면 탄화알루미늄의 제조에 부여된 에너지를 보존하는데는 매우 효과적이지만 이 공정에서는 재료의 처리에 수반되는 에너지 손실에 따른 재순환공정이 필요하게 된다.U. S. Patent No. 3,975, 187 describes a process for gas treating a product of a furnace to reduce the content of aluminum carbide in aluminum produced by a carbosmic process. It can be easily separated. This process is very effective in conserving the energy given to the production of aluminum carbide, but this process requires a recycling process due to the energy loss associated with the processing of the material.

미합중국특허 제4,099,959호에 따르면 액상 알루미나 솔랙을 관을 통해 저온영역 및 고온영역으로 교대로 순환 시킴과 동시에 관의 단면적에 반비례되는 관계로 관을 저항 가열시킨다. 저온 영역은 탄화알루미늄을 생성하는데 충분한온 도이다. 폐기가스(off gas)는 탄소만을 수용하고 있는 제1장입물 칼럼을 통과하고, 이어서 알루미늄 옥시카바이드의 부분적인 용해로인하여 점성 장입물을 형성함이 없이 장입물을 예열시기 위해 알루미나만을 수용하는 제2장입물칼럼을 통과하여 일차적으로 세정된다. 저온영역과 고온영역은 N*값이 0.82-0.85인 슬랙의 용융범위내에서 조업된다.According to US Pat. No. 4,099,959, the liquid alumina sock is circulated alternately through the tube into the low temperature region and the high temperature region, and the resistance is heated in a relation that is inversely proportional to the cross-sectional area of the tube. The low temperature region is a temperature sufficient to produce aluminum carbide. The off gas passes through a first charge column containing only carbon and then a second containing only alumina to preheat the charge without forming a viscous charge due to the partial melting of aluminum oxycarbide. It is first washed through the charge column. The low temperature zone and the high temperature zone operate within the melting range of the slag with an N * value of 0.82-0.85.

미합중국특허 제 3,929,456호와 미합중국 특허 제 4,033,757호에는 20%미만의 Al4Cl3, 즉 5-10%의 Al4C3를 함유한 알루미늄을 카보서믹 공정으로 제조하는 방법이 기재되어 있는데, 이 방법은 환원되어질 장입물의 표면의 일부에 개방아아크(open are)를 간헐적으로 가해주는 방법을 포함한다.U.S. Patent No. 3,929,456 and U.S. Patent No. 4,033,757 describe a process for producing aluminum containing less than 20% Al 4 Cl 3 , i.e. 5-10% Al 4 C 3 , by a carbothermal process. Includes a method of intermittently applying open arcs to a portion of the surface of the charge to be reduced.

그러나, 오늘날에는 기술적인면에서 매우 진보되어 약 20%의 탄화알루미늄이 혼입되어 있는 알루미늄을 처리하여 상업적 순도의 알루미늄을 제조할 수 있게 되었다. 예를들어 미합중국 특허 제 4,216,010호에 따르면 (20%이하(예로써, 10%)의 Al4C3를 함유하는 알루미늄을 생산할 수 있는데, 이 방법에는 Al4C3를 함유한 생성물로 반응탄소가 존재하지 않는 상태하에서 알루미늄을 생산하는 종래의 카보서믹 공정에 비해 상업적 경쟁력을 제공함으로써 종래의 기술가운데 가장 우수한 기술로서의 가치가 있는 것이다.Today, however, the technological advances have made it possible to produce aluminum of commercial purity by treating aluminum incorporating about 20% of aluminum carbide. For example, U.S. Patent No. 4,216,010 can produce aluminum containing Al 4 C 3 (less than 20% (e.g. 10%)), which contains Al 4 C 3 as a product containing Al 4 C 3 . It is valuable as the best technology of the prior art by providing commercial competitiveness over the conventional carbothermal process that produces aluminum in the non-existent state.

현재 에너지 비용의 급격한 상승속에 20%이하의 Al4C3를 함유한 알루미늄을 제조하는데 사용하는 방법과는 관계없이 증기화 생성물에 따르는 에너지 손실을 제한시키는데 기술 개발의 촛점을 맞추어야 한다는 것이 명백해진다. 증기화에 따르는 에너지손실은 환원단계 및 탈탄단계에서 생성된 증기의 양과, 때때로 열을 방출하는 후반응에서 회수되어 방출된 열량을 예비환원반응에 사용하도록 시스템내에 공급할 수 있는 증기 양에 따라 달라진다. 또한, 생성 알루미늄의 양과 부산물이 양을 최소화시켜줄 필요가 있는데, 부산물은 그에 수반되는 에너지손실을 최소화하기 위하여 노상으로부터 배출된다. 또한 증기화된 물질을 바람직하지 못한 반응 (예로써, Al4O와 산소의 반응)이 발생하기 전에 환원영역으로 순환시켜주는 것과, 환원영역의 외측에서 형성되는 Al4C3의 비율을 최대화시켜줄 필요가 있다.It is now clear that technology development should be focused on limiting the energy losses associated with vaporization products, regardless of the method used to produce aluminum containing less than 20% Al 4 C 3 at a rapid rise in energy costs. The energy loss due to vaporization depends on the amount of steam produced in the reduction and decarburization stages, and the amount of steam that can be supplied into the system for use in the pre-reduction reaction, with the heat released and recovered from the post-reaction which sometimes releases heat. In addition, the amount of by-product aluminum and by-products need to be minimized, which are emitted from the hearth to minimize the energy losses involved. It also allows the vaporized material to circulate into the reduction zone before undesirable reactions (eg Al 4 O and oxygen reactions) occur, maximizing the proportion of Al 4 C 3 formed outside the reduction zone. There is a need.

미합중국 특허 제 4,216,010호의 공정은 약 2중량 %이상의 탄화알루미늄의 혼입물의 처리에 효과가 있다. 그러나 이미 지적한 바와 같이 특별한 방법, 예를들면 미합중국 특허 제 3,607,221호 및 제 3,929,465호와 같은 특별한 공정이 사용되지 않으면, 종래의 환원로에서 생성된 탄화알루미늄 혼입물의 양을 약 20-35중량 %의 범위가 된다.The process of US Pat. No. 4,216,010 is effective in the treatment of incorporation of aluminum carbide at greater than about 2% by weight. However, as already pointed out, unless special methods are used, for example, US Pat. Nos. 3,607,221 and 3,929,465, the amount of aluminum carbide incorporation produced in a conventional reduction furnace ranges from about 20-35% by weight. Becomes

미합중국특허 제 4,216,010호는 종래이 카보서믹환원로에 의해 생성된 약 10-20중량 %의 탄화알루미늄이 혼입된 알루미늄을 처리하는 방법에 관한 것이다. 그러나 이 방법은 미합중국 특허 제 3,607,221호 및 제 3,292,456호에 기재되어 있는 바와같은 알루미늄 제조에 일차적으로 시용되는 노에서 제조된 약 2-10중량 %의 탄화알루미늄이 혼입된 알루미늄을 처리하는 데도 사용할 수 있다.U.S. Patent No. 4,216,010 relates to a method of treating aluminum incorporating about 10-20% by weight of aluminum carbide conventionally produced by carbosmic reduction reactors. However, this method can also be used to treat aluminum incorporating about 2-10% by weight of aluminum carbide produced in a furnace primarily used for aluminum production, as described in US Pat. Nos. 3,607,221 and 3,292,456. .

상기 미합중국특허 제 4,216,010호의 공정은 탄화 알루미늄이 혼입되어 있는 노의생성물을 다량의 알루미나를 함유한 용융슬랙으로 가열시켜 노의 생성물내의 탄화알루미늄과 슬랙내의 알루미나가 반응하도록 함으로써 탄화알루미늄의 노생성물을 감소시키는 것이다. 여기서 "탄화알루미늄과 슬랙내의 알루미나를 반응하도록한다."라고 함은 여러가지 양식(mode)의 반응을 기술하려는 표현이다. 슬랙내의 알루미나가 노생성물내의 탄화알루미늄사이의 반응은 적어도 2가자종류의 양식이 가능하다. 그러나 반드시 이 2가지 종류의 반응 양식에만 제한되는 것은 아니다.The process of US Pat. No. 4,216,010 reduces the furnace product of aluminum carbide by heating the furnace product in which aluminum carbide is mixed with a molten slag containing a large amount of alumina to react the aluminum carbide in the furnace product with the alumina in the slack. It is to let. Here, "to cause aluminum carbide to react with alumina in the slag" is an expression to describe the reaction of various modes. The reaction between the alumina in the slag and the aluminum carbide in the furnace product can be at least bivalent. However, it is not necessarily limited to these two types of reactions.

위 반응양식 가운데 한가지는"환원양식(reduction mode)"이라고 표현할 수 있는 것으로서, 이는 환원 조건하에서 슬랙내의 알루미나가 노생성물내의 탄화알루미늄 사이의 반응에의해 알루미늄을 생성하는 반응양식이다. 이반응양식을 확인할 수 있는 한가지 방법으로서 일산화탄소의 발생의 여부를 확인하는 방법을 들 수 있다.One of the above reaction modes may be referred to as a "reduction mode", which is a reaction mode in which alumina in slag generates aluminum by reaction between aluminum carbide in the furnace product under reducing conditions. One way to identify this reaction pattern is to check for the occurrence of carbon monoxide.

다른 한 가지 반응양식은"추출양식(rextraction mode)"로 표현할 수 있는 것으로서, 이는 슬랙내의 알루미나와 노생성물내의 탄화알루미늄사이의 반응에 의해 액상알루미늄의 생성과는 반대로 알루미늄 테트라옥시 카바이드와 같은 비금속슬랙 화합물을 생성하는 반응 양식이다.Another reaction mode can be expressed as a "rextraction mode," which is a non-metal slag such as aluminum tetraoxy carbide as opposed to the production of liquid aluminum by the reaction between alumina in the slag and aluminum carbide in the furnace product. It is a reaction mode that produces a compound.

상기한"추출양식"은 "환원양식"과함께 일어날 수도 있다.The above "extraction form" may also occur with the "reduction form".

일반적으로 대기압 하의 환원영역에서의 "환원양식"의 조업에 대해서는 적어도 2050℃의 온도가 필요하다. 어떤 주어진 압력하에서 알루미늄내의 탄화알루미늄의 농도가 감소하면"환원양식"조업에 필요한 온도는 증가하며, 이와 반대로"추출양식"조업은 2050℃미만의 온도에서는 발생할 수 있다.In general, for the operation of the "reduction mode" in the reduction zone under atmospheric pressure, a temperature of at least 2050 ° C is required. Under any given pressure, the decrease in the concentration of aluminum carbide in aluminum increases the temperature required for the "reduction mode" operation, on the contrary, the "extraction mode" operation can occur at temperatures below 2050 ° C.

노의 상부에 장입물칼럼을 지지하는 노상 쇼울더를 형성하는 루프(roof)를 구비한 노는 노상으로 진입하고 있는 장입물의 양을 조절하는 수단을 제공하지만 노상으로 진입하는 장입물의 양을 제어하는 방법이 일반적으로 더 필요하다. 더욱이, 이러한 제어방법에 의하면 다양한 형상의 노에 있어서 노상으로 진입하는 장입물의 양을 제어하는데 매우 유용하다.Furnaces having a roof forming a bed shoulder supporting the charge column at the top of the furnace provide a means of controlling the amount of charge entering the furnace but a method of controlling the amount of charge entering the furnace. Generally more is needed. Moreover, this control method is very useful for controlling the amount of charges entering the hearth in furnaces of various shapes.

본 발명의 목적은 알루미나의 카보서믹 환원에 의해 알루미늄을 제조함과 동시에 증가화에 따른 에너지손실을 예를들면 공급 알루미늄의 10-20%의 증기화에 해당하는 양까지 제한하는 알루미늄 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an aluminum production method for producing aluminum by carbothermal reduction of alumina and at the same time limiting the energy loss due to the increase to, for example, an amount corresponding to 10-20% vaporization of the supplied aluminum. It is.

본 발명의 또 하나의 목적은 진입하는 장입물질의 가스에 대한 통기성을 해치지 않고 다량의 현열(sensible heat), 환원열 및 증기화물질을 회수하기 위해 진입하는 장입물질에 대해 노상으로부터 향류하는 기체를 포집하는 방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a gas that flows from the hearth to the incoming charge to recover a large amount of sensible heat, reducing heat and vaporizing material without impairing the air permeability of the incoming charge. To provide a way to capture.

본 발명의 또 하나의 목적은 소량의 탄화 알루미늄을 함유하는 알루미늄 생성물을 얻을 수 있는 카보서믹 공정에 의한 생산방법을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a production method by a carbothermal process which can obtain an aluminum product containing a small amount of aluminum carbide.

증기와 손실을 제한하기 위한 방법은 기체생성물이 후반응하여 알루미나와 탄화알루미늄을 생성하게 되는 하나이상의 산화제영역 및 예비환원 화합물 영역의 유지를 제공한다. 이 방법은 필요한 후반응이 가능한 분위기를 유지할 수 있도록 사익 후반응 영역내의 액상 소상의 비율(L/S)을 제한하는 공정을 포함한다. 극단적인 경우, 상기 방법은 장입물칼럼의 정상부에만 공급 탄소를 장입하고, 노상에 환원용 알루미나를 장입하는 단계를 포함한다.The method for limiting steam and losses provides for the maintenance of one or more oxidant zones and pre-reduced compound zones where the gaseous product will post-react to produce alumina and aluminum carbide. This method includes the step of limiting the ratio (L / S) of the liquid phase in the tandem post-reaction zone to maintain an atmosphere in which the necessary post-reaction is possible. In extreme cases, the method includes charging feed carbon only at the top of the charge column and charging reducing alumina on the furnace.

증기화 손실을 제한하는 방법에 용융 알루미늄의 생성반응시에 증기화 물질의 생성을 제한하는 단계가 포함된다. 이 단계는 가능한한 환원의 양을 증가시킴과 동시에 환원영역에서 고체탄화알루미늄을 슬랙과 접촉시킨 다음, 노생성물이 탈탄되어 소정양의 탄화물, 바람직하게는 10%이하의 탄화물을 함유할 때까지, 탄화알루미늄과 고용상태의 알루미나를 함유한 슬랙을 분해시킴으로써 환원반응을 종료한다.The method of limiting vaporization loss includes limiting the production of vaporization material in the production of molten aluminum. This step increases the amount of reduction as much as possible while simultaneously contacting the solid aluminum carbide with the slag in the reduction zone, until the furnace product is decarburized to contain a predetermined amount of carbide, preferably less than 10% of carbide. The reduction reaction is terminated by decomposing the slag containing aluminum carbide and solid solution alumina.

본 발명의 일실시예에 있어서, 위의 마지막 단계는 미합중국 특허 제 3,216,010호에 기재된 환원 탈탄화 방법을 이용하는데 그 이유는 슬랙을 분해하는 공정에 의해 슬랙의 조성은, 25%이하의 Al4C3를 함유한 금속과의 평형상태를 유지하는데 필요한 정도로 알루미나가 풍부해지는 조성이되기 때문이다.In one embodiment of the present invention, the last step above uses the reduction decarbonization method described in US Pat. No. 3,216,010, because the composition of the slag is less than 25% Al 4 C by the process of decomposing the slag. This is because the composition becomes rich in alumina to the extent necessary to maintain equilibrium with the metal containing 3 .

선택된 소량의 탄화알루미늄을 함유하는 알루미늄을 생산하기 위한 본 발명의 카보서믹공정에는 다음과 같은 단계들이 포함된다.The carbothermal process of the present invention for producing aluminum containing the selected small amount of aluminum carbide includes the following steps.

A. 고체탄화알루미늄과 탄소를 함유한 혼합물을 알루미나와 탄화알루미늄을 포함한 액상슬랙과 반응시킴과 동시에 탄화알루미늄을 함유한 액상알루미늄을 생성하는데 충분한 열입력(heat input)을 제공하는 단계, B. 반응탄소와 고체 탄화 알루늄이 존재하지 않는 상태에서 상기 슬랙을 분해하여 추가의 알루미늄과 일산화탄소를 생성하는 단계 ; C. 상기 A와 B에서 생성된 가스를 적어도 하나의 영역, 즉 상기 가스가 상기 영역과 반응하여 알루미나와 알루미늄 테트라옥시카바이트 및 탄화알루미늄을 생성하는 영역으로 통과시키는 단계 ; D. 액삭 슬랙과 반응을 위해 상기 의 장입 혼합물에 상기 단계의 C의 생성물을 조합하는 단계 ; E. 상기 단계 B로 부터 소정의 최소량의 탄화알루미늄을 함유하는 알루미늄을 회수한 단계.A. reacting a mixture of solid aluminum carbide and carbon with a liquid slag comprising alumina and aluminum carbide while providing sufficient heat input to produce liquid aluminum containing aluminum carbide, B. reaction Decomposing the slack in the absence of carbon and solid aluminium carbide to produce additional aluminum and carbon monoxide; C. passing the gas produced in A and B into at least one region, ie, the region in which the gas reacts with the region to produce alumina, aluminum tetraoxycarbite and aluminum carbide; D. combining the product of step C with said charge mixture for reaction with axon slack; E. recovering aluminum from step B containing a predetermined minimum amount of aluminum carbide.

상기 단계 E에서 회수된 생성 알루미늄은 통상 4-12%의 Al4C3를 함유한다. 알루미나의 생성에 화학양론적으로 요구되는 알루미나의 일부는 단계 A에 첨가되며, 또 다른 일부는 L/S비와 장입물질의 통기도를 제어하기 위하여 단계 C에 첨가된다. 장입물질을 통과한 후의 상기 가스는 연진(fume)을 함유한 잔류 가스로서 장치로부터 빠져 나가게 된다. 장입물질은 증가가 통과할 수 있는 자입칼럼에 첨가하는 것이 바람직하지만 상기 장입물질을 열전달, 부산물의 반응 및 잔류가스의 분기가 실행될 수 있는 하나이상의 유동층 반응기에 첨가할 수도 있다.The resulting aluminum recovered in step E usually contains 4-12% Al 4 C 3 . Part of the alumina that is stoichiometrically required for the production of alumina is added to step A, and another part is added to step C to control the L / S ratio and the aeration of the charge. The gas after passing through the charge material exits the device as a residual gas containing fume. It is preferred to add the charges to the insert column through which the increase can pass, but the charges can also be added to one or more fluidized bed reactors where heat transfer, reaction of by-products and branching of residual gas can be carried out.

상기 카보서믹 공정에는 또한 다음과 같은 조치들을 선택적으로 취하는 것이 바람직하다.It is also desirable to selectively take the following measures in the carbothermal process.

a) 단계 A와 단계 B의 슬랙에서 반응 탄소를 감소시키기 위하여 단계 A로의 반응제의 진입을 제어하는 조치.a) controlling the entry of the reactants into step A to reduce the reaction carbon in the slack of steps A and B.

b) 미합중국특허 제 4,216,010호에 기재된 바와같은 알루미나와 탄화알루미늄을 감소시키기 위한 공정을 실시하는 조치.b) Take action to reduce the alumina and aluminum carbide as described in US Pat. No. 4,216,010.

c) 탄화알루미늄을 특히 4-10%의 범위로 함유한 알루미늄을 탄소가 조재하지 않는 상태하에서 가열하고, 알루미나를 함유한 슬랙을 가열함으로써 알루미늄내에 용해되어 있는 알루미나와 탄화물 혼입물이 반응케하여"환원양식"의 조업에 적합한 온도에서 알루미늄과 일산화탄소를 더욱 발생시키는 조치.c) by heating aluminum containing aluminum carbide in the range of 4-10% in the absence of carbon, and heating the slag containing alumina to react the alumina dissolved in the aluminum with the carbide mixture. Measures to further generate aluminum and carbon monoxide at temperatures suitable for the operation of "reduction mode".

특히, 본 발명의 방법에 의하며 Al4C3의 카보서믹 환원반응에 의하여 15%이하의 Al4C3를 함유한 알루미늄로의 최종생성물로서의 알루미늄을 생성할 수 있고, 이와 동시에 가스발생에 따른 에너지손실을 전체 노공급 물질내에 포함된 알루미늄의 20%이사의 증기화에 상당하는 수준까지 제한할 수 있다. 본 발명의 방법은 하기 단계를 포함한다.In particular, it is possible to produce the aluminum as the uihamyeo how Al of the invention 4 C 3 of carbonyl seomik final product as containing an Al 4 C 3 of less than 15% by the reduction reaction of aluminum and at the same time energy of the gas generator The loss can be limited to a level equivalent to the vaporization of more than 20% of the aluminum contained in the total furnace feed material. The method of the present invention comprises the following steps.

A. 하기의 단계에 따라 알루미나, 탄소 및 재순환물질을 반응시킴에 의해 20-37중량 %의 Al4C3가 혼입된 알루미늄노의 최초생성물로서 알루미늄을 생성하는 단계, 1)전극, 환원영역상부에 배치된 환원장입물 진입수단, 및 환원영역에 접근할 수 있고 동시에 상기 장입물 진입수단을 우회(bypassing)장입구를 갖는 환원영역을 제공하는 단계, 2) 환원영역내에 80-97중량 %의 Al2O3를 함유한 액상 슬랙층을 형성하는 단계, 3) 알루미늄노의 최초 생성물을 생성하는 대화학 양론적으로 요구되는 알루미나의 일부, 재순환 물질, 탄소를 포함한 공급장입물 혼합물을 준비하는 단계, 4) 장입물 진입 수단에 의해 환원 영역에 연결된 증기와 통기가 가능한 적어도 하나의 후반응 영역을 제공하는 단계, 5) 알루미늄노의 최종 생성물에 화학양론적으로 대략 등량인 탄소를 함유하는 공급장입물 혼합물을 상기 후반응영역으로 부터 환원영역으로 상기 장입물 진입수단을 통해 전달하는 단계, 6)알루미늄노의 최종생성물내에 함유된 알루미늄가 화학양론적으로 대략 등량인 알루미나를 포함하는 대량의 알루미나를, 장입물 진입수단을 통해 슬랙층에 진입한 알루미나의 일부와 조합하여 장입구를 통해 환원영역에 직접 첨가하는 단계, 7) 전극들 사이에 전류 통전시킴에 의해 충분한 열을 발생시켜 노상의 장입물 혼합물이 슬랙층과 반응하도록 하여 슬랙층상에 이 슬랙층과 분리된 액상측으로서의 알루미늄노의 최초 생성물을 생성하도록 하는 댄계 ; B. 후반응 영역에서의 L/S비를 제한하고, 후반응영역에 선택적으로 공급되고 환원영역에 직접 공급되는 공급알루미나의 비율을 변화시켜줌에 의해 상기 후반응영역을 너슬럼핑상태(Non-slumping) 및 증기의 통기가 가능한 상태로 유지하는 단계 ; C. 하기의 단계에 따라 최종로의 생성물을 생성하기 위한 환원반응을 종료시키는 단계, 즉 1) 장입물 진입수단을 작동시켜 환원영역으로 장입혼합물로서의 탄소가 추가로 공급되지 않게 함과 동시에 환원 반응을 계속 진행하는 단계, 및 2) 환원영역에서의 반응온도가 올라갈때까지 슬랙층을 가열 하고, 슬랙이 분해되어 분리된액상층으로서의 최종 알루미늄노의 생성물을 생성하는 단계 ; D. 최종 알루미늄노의 생성물을 제거함으로써 알루미늄 제조 싸이클을 종료하는 단계.A. Producing aluminum as the first product of aluminum furnace containing 20-37% by weight of Al 4 C 3 by reacting alumina, carbon and recycle material according to the following steps, 1) the upper part of the electrode, reduction region Providing a reducing charge entry means disposed in the reducing zone having access to the reducing zone and at the same time bypassing the charge entry means, 2) 80-97% by weight in the reducing zone Forming a liquid slack layer containing Al 2 O 3 , 3) preparing a feedstock mixture comprising a portion of the alumina, recycle material, and carbon, which is stoichiometrically required to produce the initial product of an aluminum furnace. 4) providing at least one post-reaction zone capable of venting the vapor connected to the reduction zone by means of a charge entry means, and 5) adding stoichiometrically equivalent amounts of carbon to the final product of the aluminum furnace. Transferring the containing feedstock mixture from the post-reaction zone to the reduction zone via the charge entry means, 6) a bulk comprising alumina having a stoichiometric approximately equivalent amount of aluminum contained in the final product of aluminum furnace Adding alumina to the portion of the alumina entering the slack layer through the charge entry means directly to the reduction zone through the charge, 7) generating sufficient heat by energizing the current between the electrodes Dangy's charge mixture reacts with the slag layer to produce an initial product of aluminum furnace on the slag layer as a liquid side separated from the slag layer; B. The post-reaction zone is slumped by limiting the L / S ratio in the post-reaction zone and by varying the proportion of feed alumina selectively supplied to the post-reaction zone and directly supplied to the reduction zone. slumping) and keeping the steam aerated; C. terminating the reduction reaction to produce the final product according to the following steps, i.e. 1) by operating the charge entry means so that no further carbon as a charge mixture is supplied to the reduction zone and at the same time the reduction reaction 2) heating the slag layer until the reaction temperature in the reduction zone rises, and the slag is decomposed to produce the product of the final aluminum furnace as a separated liquid phase layer; D. Terminating the aluminum production cycle by removing the product of the final aluminum furnace.

상기 최종 생성물은 마무리 노내에서 처리되어 순수한 알루미늄 생성물과 드로스(dross)를 생성하며, 이 드로스는 스키밍처리(skimming)한다. 다른 방법을 들면, 최종 생성물을 미합중국 특허 제 4,216,010호의 기술에따라 처리하거나, "환원양식"의 온도에서 반소와 알루미늄함유 슬랙이 존재하지 않는 상태하에서 상기 최종 생성물을 단순히 가열함으로써 순수한 알루미늄 생성물과 증기를 생성하고, 생성된 증기는 후반응 영역으로 공급하는 방법도 있다.The final product is processed in a finishing furnace to produce pure aluminum product and dross which is skimmed. Alternatively, the final product may be treated according to the technique of US Pat. No. 4,216,010, or by simply heating the final product in the absence of semi-annealed and aluminum-containing slag at a temperature of "reduction form" to obtain pure aluminum product and steam. There is also a method of producing and supplying the generated steam to the post-reaction zone.

위의 방법은 또한 상기 단계 A의 단계 5)-단계7)을 반복실시하는 단계와 상기 단계 B-단계 D를 부가 생성사이클로 추가하는 단계를 포함한다.The method also includes repeating steps 5) -7) of step A and adding the steps B-D to an additional production cycle.

증기화 생성물에는 Al,Al2O3, 및 CO가 함유되어 있다. 재순환된 물질에는 CO, 및 최종마무리 노로부터 수집된 드로스의 일부 또는 전체로부터 수집된 노의 연진을 포함한다. 연진과 드로스는 탄소, 및 후반응 영역을 통하여 공급된 알루미나의 일부와 혼합시킨 다음, 브리킷(briquetles)를 형성하고, 후반응 영역내에서의 용해를 최소화하기 위해 탄소 코팅을 하는 것이 바람직하다.The vaporization product contains Al, Al 2 O 3 , and CO. Recycled material includes CO, and aeration of the furnace collected from some or all of the dross collected from the finished furnace. The dust and dross are preferably mixed with carbon and a portion of the alumina supplied through the post reaction zone, followed by carbon coating to form briquetles and to minimize dissolution in the post reaction zone.

알루미늄의 생성은 슬랙측에서 몰분율이 0.4-0.6인 복합알루미나를 출발물질로하여 개시되며, 고체 Al4C3가 몰분율이 약 0.775인 알루미나를 함유한 슬랙과 접촉해 있는 동안에 계속실시된다. 상기 생성방법의 정제작업은 액상 알루미늄위에 설치한 전극으로부터 열을 제공하여 상기 알루미늄 층내의 탄화알루미늄이 슬랙층내의 알루미나와 반응하도록 함으로써 슬랙층내의 알루미나 몰분율이 약 0.91-0.93이 되게하고, 알루미늄층이 약 9.5-4%의 탄화알루미늄 및 12%의 알루미나를 함유할 때까지 계속된다.The production of aluminum is initiated on the slag side with composite alumina having a molar fraction of 0.4-0.6 as the starting material and continued while the solid Al 4 C 3 is in contact with the slag containing alumina having a molar fraction of about 0.775. Purification of the production method provides heat from an electrode placed on liquid aluminum to cause aluminum carbide in the aluminum layer to react with alumina in the slack layer so that the mole fraction of alumina in the slack layer is about 0.91-0.93, and the aluminum layer is It continues until it contains about 9.5-4% aluminum carbide and 12% alumina.

장입물 칼럼내의 L/S비율은 후반응 영역의 온도가 2000℃, 바람직하게는 약 1970℃인 경우 27/73 내지 52/48의 범위가 된다.The L / S ratio in the charge column ranges from 27/73 to 52/48 when the temperature of the post reaction zone is 2000 ° C., preferably about 1970 ° C.

상기 후반응 영역은 전극을 둘러싸고 있는 그리고 상기 후반응영역을 수용하는 노상(hearth)이 직상부에 노출되는 단일의 장입물 칼럼으로 구성할 수도 있다. 그러나, 노의 외측에 위치하는 그리고 노상에 이르는 한쌍의 장입구에 연결 되는 한쌍의 자입물 칼럼으로 구성하며, 장입 혼합물을 제1장입물 칼럼에 첨가하고, 탄소와의 혼합비가 중량비로 80:20 내지 90 : 10인 알루미나를 제2장입물 칼럼에 첨가할때 특히 만족스럽다.The post reaction zone may consist of a single charge column surrounding the electrode and in which the hearth that houses the post reaction zone is exposed at the top. However, it consists of a pair of insert columns located outside the furnace and connected to a pair of charge openings leading to the hearth, the charging mixture is added to the first charge column, and the mixing ratio with carbon is 80:20 in weight ratio. Particularly satisfactory when adding alumina having from 90 to 10 to the second charge column.

또한, 장입물 칼럼내에 분말상의 예비반응 화합물을 첨가시킴에 의해 한쌍의 장입물 칼럼내에서 유동층(flukdizedbed)으로서의 후반응영역을 형성하는 것도 가능하다. 제1 및 제2장입물 칼럼은 각각 독립적으로 노상에 배출하지만 증기화 생성물 제1장입물 칼럼내로 진입한 다음, 유동가스로서 제2장입물 칼럼내로 진입한다. 예를들면, 공급알루미나의 약 30% 및 탄소의 전부가 제1장입 칼럼내의 유동층에 첨가되고, 이유동층 내에서 Al4C3로 전환된 경우, 그리고 나머지 공급 알루미나는 제2장입물 칼럼내의 유동층내에서 예열된 다음 노에 첨가된 경우, 제1장입물 칼럼내의 L/S 비는 약 45/55가 된다.It is also possible to form a post reaction zone as a fluidized bed in a pair of charge columns by adding a powdered prereact compound to the charge column. The first and second charge columns each independently discharge into the furnace but enter the vaporization product first charge column and then into the second charge column as flowing gas. For example, about 30% of the feed alumina and all of the carbon are added to the fluidized bed in the first charge column and converted to Al 4 C 3 in the wetting copper bed and the remaining feed alumina is the fluidized bed in the second charge column. When preheated in the furnace and added to the furnace, the L / S ratio in the first charge column is about 45/55.

본 발명의 특징은 미합중국 특허 제 4,099,959호와 비교하여 설명할 수 있다. 상기 특허의 공정은 시스템내의 서로 다른 위치에서 발생하는 조성의 변화를 수반하는 연속공정으로서 N*=0.83-0.85의 좁은 슬랙 조성범위에 걸쳐 금속을 생성하는 것이다. 이 공정은 전체 Al4C3를 슬랙내에서의 환원용으로 생성하며, 슬랙 용액내의 Al4C3와 슬랙내의 용액의 Al2O3를 반응 시킴에 의해 금속을 생성한다. 상기 특허의 공정에서는 탄소와 평행상태에 있는 알루미늄이 20%를 초과하는 탄화 알루미늄을 함유한 생성물을 생성하는 온도에서, 그리고 금속 생성물로부터 탄소만이 장입되어 있는 장입물 예열 칼럼을 통해 증기를 통과 시키는 온도하에서 탄소 액상의 금속 생성물을 접촉유지시킨다. 마지막으로 상기 미합중국 특허 제 4,099,959호의 공정은 액상 슬랙을 하나의 용기로부터 다른 용기로 이동시킨다.Features of the present invention may be described in comparison with US Pat. No. 4,099,959. The patented process is a continuous process involving changes in composition occurring at different locations in the system to produce metal over a narrow slack composition range of N * = 0.83-0.85. This process produces a total Al 4 C 3 for reduction in the slack and produces metal by reacting Al 4 C 3 in the slack solution with Al 2 O 3 of the solution in the slack. The patent process involves passing the vapor through a charge preheating column containing only carbon from the metal product and at a temperature such that the aluminum in parallel with the carbon produces more than 20% aluminum carbide. Under temperature the metal product in the carbon liquid is held in contact. Finally, the process of US Pat. No. 4,099,959 transfers liquid slack from one vessel to another.

이와 반대로, 본 발명의 공정은 그 환원단계 및 탈탄단계가 배치(bath)공정이며, 조성의 변화는 시스템내의 동일 위치에서 서로 다른 시간에 발생한다. 본 발명의 공정은 넓은 범위의 N*즉 0.4-0.94의 N*를 갖는 노상에서 반응물 복합체를 가하여 금속을 생성한다. 본 발명의 공정에서는 장입물 칼럼 내에서 환원용으로 대부분의 Al4C3를 제조한다. 실제로, 환원반응을 위하여 약 67%이하의 알루미나를 노상에 직접첨가하면, 모든 환원 반응용 Al4C3는 장입물칼럼내에서 제조될 수 있다.In contrast, in the process of the present invention, the reduction step and the decarburization step are bath processes, and the change in composition occurs at different times at the same location in the system. The process of the present invention adds the reactant complex in a hearth having a wide range of N *, i.e., N * of 0.4-0.94 to produce metal. In the process of the invention most Al 4 C 3 is produced for reduction in the charge column. In fact, by adding about 67% or less of alumina directly to the hearth for the reduction reaction, all reduction reactions Al 4 C 3 can be prepared in the charge column.

더욱이, 본 발명의 슬랙내의 용액중의 Al2O3와 고체 Al4C3를 반응시킴에 의해 가능한 다량의 금속을 제조할수있다. 위 반응은 노상의 복합체의 N*가 약0.775-0.4인 금속 생성단계의 일부단계 동안에 발생한다.Moreover, as much metal as possible can be produced by reacting Al 2 O 3 and solid Al 4 C 3 in the solution in the slack of the present invention. The reaction occurs during some stages of the metal production stage where the N * of the roadbed complex is about 0.775-0.4.

또한, 본 발명에서는 최종 금속생성 단계 동안 금속 생성물로부터 반응 탄소를 제거하며, 가능한 소량인 2%의 Al4C3출입물을 함유한 금속을 생성한다. 금속의 생성시 발생된 가스는 환원용 탄소와 일부의 알루미나가 장입되어 있는 장입물 예열 칼럼과 장입물 예비환원 칼럼으로 유동한다.The present invention also removes the reaction carbon from the metal product during the final metallization step, producing a metal containing as little as 2% of Al 4 C 3 entry. The gas generated during the production of the metal flows into the charge preheating column and the charge pre-reduction column loaded with reducing carbon and some alumina.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 환원용 알루미나의 약 1/4이 탄소와 함께 장입칼럼에 첨가되며, 약 3/4은 직접 노상(hearth)에 첨가된다.In one embodiment of the invention, about one quarter of the reducing alumina is added to the charge column with carbon and about three quarters is added directly to the hearth.

본 발명에서는 하나의 위치, 즉 제1차 노상에 액상 슬랙을 유지하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to maintain the liquid slack on one position, that is, on the primary furnace.

본 발명의알루미늄 제조방법은 5가지 장치 실시예 (단일 칼럼실시예 3가지, 트윈 칼럼 실시예 1가지 유동층 칼럼실시예 1가지)를 기준으로 하여 설명할 수 있다. 즉, 1) 장입물을 연진, 드로스, 탄소 및 알루미나가 포함된다. 2) 모든 연진, 드로스의 일부 또는 전부, 알루미나의 일부, 및 탄소의 일부 또는 전부를 브리키트(briquette)영태로 치밀하게 혼합한다(유동체와 칼럼 실시예는 제외함).The aluminum production method of the present invention can be described based on five device examples (three single column examples, one twin column example and one fluidized bed column example). That is, 1) the charge contains dust, dross, carbon and alumina. 2) All dust, some or all of the dross, some or all of the alumina, and some or all of the carbon are intimately mixed in briquette mode (except fluid and column examples).

3) 나머지 알루미나 및 나머지 드로스는 환원 영역내의 용융슬랙 층을 수용한 노상에 공급된다.3) The remaining alumina and the remaining dross are fed to the furnace containing the molten slack layer in the reduction zone.

4) 알루미나는 장입 칼럼이 가스통기가 가능한 상태로 유지되도록 하는 동시에 장입칼럼내에 가능한 다량의 Al4C3가 형성될 수 있도록 선택적으로 균형있게 공급된다.4) Alumina is supplied in an optional balance so that the charging column is kept gas ventilated and at the same time as much Al 4 C 3 can be formed in the charging column.

5) 상기 3가지 단일 칼럼 실시예의 경우 장입물은 노상위에 직접 배치된다.5) For the three single column embodiments, the charge is placed directly on the hearth.

6) 트윈 칼럼 실시예 및 유동층 칼럼 실시예의 두칼럼은 노상의 측면 상부에 배치된다.6) Two columns of the twin column embodiment and the fluid bed column embodiment are arranged on top of the side of the hearth.

7) 유동층실시예를 제외한 모든 실시예에 있어서, 노상 내에서 발생한 반응으로부터 생성된 가스는 하나의 장입칼럼 또는 다수의 장입 칼럼에 공급되며, 하향 이동하는 장입물질에 열을 전달하며, 장입물질의 온도는 후반응 영역과 환원영역에 접근해감에 따라 고온이 된다.7) In all examples except fluidized bed examples, the gas produced from the reactions generated in the hearth is supplied to one charge column or multiple charge columns, transferring heat to the downwardly moving charge material, and The temperature becomes high as it approaches the post-reaction zone and the reduction zone.

8) 상기 가스는 장입물질 사이의 틈새를 통과하는 동안에 장입물질에 열을 전달하며, 장입물질의 온도는 후반응 영역과 환원영역에 접근해감에 따라 고온이 된다.8) The gas transfers heat to the charge material while passing through the gap between the charge materials, and the temperature of the charge material becomes high temperature as it approaches the post-reaction zone and the reduction zone.

9) 다수의 후반응 영역내에서 장입물질들과 가스 성분들 사이에 수많은 반응이 발생하고 반응열은 장입물질에 방출된다.9) In a number of post-reaction zones, a number of reactions occur between the charge and gas components and the heat of reaction is released to the charge.

10) 상기 반응의 생성물은 알루미나 생성의 중간 물질인 Al4O4C 및 Al4C3를 포함한다.10) The product of the reaction includes Al 4 O 4 C and Al 4 C 3 which are intermediates of alumina production.

11) 후반응 영역으로부터 방출된 잔류 가스는 이 잔류 가스로 부터 연진을 분리하여 분리된 연진을 장입물 처리 장치로 보내는 장치로 공급된다.11) Residual gas discharged from the post-reaction zone is fed to a device that separates the dust from this residual gas and sends the separated dust to the charge-processing unit.

12) 모든 실시예에 있어서, 생성사이클에 요구되는 다량의 알루미늄을 생성하는데 충분한 양의 탄소 함유물질을 상기 생성사이클의 개시 시점과 초기단계에 노상에 공급한다.12) In all embodiments, a sufficient amount of carbon-containing material is supplied to the furnace at the beginning and in the beginning of the production cycle in order to produce the large amount of aluminum required for the production cycle.

13) 전극이 노상의 액상층과 접촉한 상태로 배치되고, 전극에 전류를 공급하면, 일반적으로 온도는 약 2000°이상까지 상승하지 않고 Al4C3를 형성하는데 사용되는 탄소가 존재하면, 알루미늄금속이 대량 생성되지 않는다.13) When the electrode is placed in contact with the liquid phase in the hearth, and a current is supplied to the electrode, the temperature generally does not rise to about 2000 ° or more, and if carbon is used to form Al 4 C 3 , aluminum is present. No metal is produced in large quantities.

14) 모든 탄소가 반응하고, 온도가 2080℃에 도달하기 직전의 시점에서 노상위의 물질의 N*값은 0.4로 떨어진다.14) All carbons react and at the point just before the temperature reaches 2080 ° C., the N * value of the material on the hearth drops to 0.4.

15) 탄소가 소모된 후, 그리고 온도가 약2080℃에 도달된 후 스랙내의 용액내의 알루미나와 고체 Al4C3가 반응하여 생성된 액상 알루미늄층이 액상 슬랙층 위에 형성된다.15) After carbon is consumed and the temperature reaches about 2080 ° C., a liquid aluminum layer formed by the reaction of alumina and solid Al 4 C 3 in the solution in the slag is formed on the liquid slack layer.

16) 상기 환원 반응은 노상위의 조성물의 N*값이 약 0.775가 될 때까지 계속된다.16) The reduction reaction continues until the N * value of the composition on the hearth is about 0.775.

17) N*값이 약 0.775에서 약 0.91-0.93으로 변화함에 따라서 전극은 유체와 접촉되지 않는 상태로 유지되며, N*값이 0.93에 접근함에 따라 온도는 약 2130℃까지 상승하여 4-10%의 Al4C3를 함유한 액상 알루미늄을 생성한다.17) As the N * value changes from about 0.775 to about 0.91-0.93, the electrode remains in contact with the fluid, and as the N * value approaches 0.93, the temperature rises to about 2130 ° C to 4-10%. Liquid aluminum containing Al 4 C 3 is produced.

18) 이어서, N*값이 약 0.96이 될때까지 제1차로 (알루미나가 공급됨) 또는 제2차로 (알루미나가 공급되고 슬랙은 아루미늄의 유동 방향에 역방향으로 재순환됨)에서"추출모드"의 탈완 반응이 일어난다.18) Then, in the first extraction (alumina is supplied) or in the second (alumina is supplied and the slag is recycled in the reverse direction of the flow of aluminum) until the N * value is about 0.96. Dewanization reaction occurs.

19) 이어서, 상업적 수준의 순도를 가지는 알루미늄을 제조하기 위해 종래의 논내에서 추가 탈탄 반응을 실시한다.19) Subsequently, further decarburization is carried out in conventional rice fields to produce aluminum having a commercial level of purity.

후반응 영역 및 환원영역내에서 발생하는 반응들은 온도 조건에 따라 다음과 같다.The reactions occurring in the post reaction zone and the reduction zone are as follows depending on the temperature conditions.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

본 발명의 방법은 또한 특정한 구역 및 특정한 시간에 장입 칼럼의 정상부에서 발생하는 다음과 같은 단계를 특징으로 ㅎ나다.The method of the present invention is also characterized by the following steps occurring at the top of the charging column at a particular zone and at a particular time.

(단계 Ⅰ) 장입물이 예열된다. 연진 세정기의 미립연진은 세정기로 장입물질로 반송된다. 이 단계에서 발생하는 유일한 화학반응은 Al2O의 산화반응으로서, 이는 장압물 칼럼의 정상부를 떠나 연진 세정기로 진입한다.(Step I) The charge is preheated. Particulate dust in the particulate scrubber is returned to the scrubber as charged material. The only chemical reaction that takes place at this stage is the oxidation of Al 2 O, which leaves the top of the long column and enters the scrubber.

(단계 Ⅱ) 상기 장입물 칼럼의 상부에서, 고체 알루미나와 탄소가 반응하여 Al4O4C를 생성하고 Al2O증기가 상기 반응식 R8에 따라서 반응하며, 상기 반응식 R11에 따라 증기가 탄소와 반응하여 알루미늄 고체 Al4C3를 형성하게 되는 제1차 예비환원 단계가 일어난다.(Step II) At the top of the charge column, solid alumina and carbon react to form Al 4 O 4 C and Al 2 O vapor reacts according to Scheme R 8 , wherein steam is carbon according to Scheme R 11 . The first preliminary reduction step takes place, which reacts with to form an aluminum solid Al 4 C 3 .

(단계 Ⅲ) 상기 장입물 칼럼의 하부에서, 나머지 Al2O3또는 탄소(마지막에 소모됨)가 반응하여 고체 Al4C3를 형성하고, 상기 반응식 R9에 따라 Al2O 증기가 반응하는 제2차 예비환원 단계가 일어난다. Al4C3와 접촉하는 알루미늄 증기는 응결하여 액상 알루미늄이 장입물 칼럼의 바닥부로 부터 장입물과 함게 노상으로 낙하한다.(Step III) At the bottom of the charge column, the remaining Al 2 O 3 or carbon (used at the end) reacts to form a solid Al 4 C 3 , wherein Al 2 O vapor is reacted according to Scheme R 9 . The second preliminary reduction phase takes place. The aluminum vapor in contact with Al 4 C 3 condenses and liquid aluminum falls from the bottom of the charge column with the charge to the hearth.

(단계 Ⅳ) 탄소 및/또는 Al4C3및/또는 Al4O4C 및 또는 Al을 함유한, 장입물 칼럼의 바닥부로 부터 낙하한 장입물이 노상에 또는 슬랙에 첨가된 알루미나와 혼합되는 혼합단계가 발생한다.(Step IV) Charges falling from the bottom of the charge column containing carbon and / or Al 4 C 3 and / or Al 4 O 4 C and or Al are mixed with alumina added to the furnace or to the slack. A mixing step occurs.

상기 슬랙은 조성을 조절하기 위해 그리고 균형있는 금속 생성물을 얻기 위해 전단계에서 노상으로 재순환된 것이다. 반응하지 않은 탄소가 있는 경우 상기 반응식 R4가 발생한다.The slack was recycled to the hearth in the previous step to control the composition and to obtain a balanced metal product. If there is unreacted carbon, the above reaction formula R 4 occurs.

(단계 Ⅴ) 노상위의 환원영역내의 물질은 고체 및 단계 Al4C3의 예비환원 생성물과 혼합된, 일반적으로 N*값이 약 0.77-0.78인 액상 슬랙을 포함한다. 상기 복합물의 조성은 N*값이 약 0.5 약 0.775의 범위로서, 0.4의 N*값에서 시작하여 환원반응이 계속되고 고체 탄화 알루미늄이 상기 조성물에서 없어짐에 따라 약 0.775까지 증가한다.(Step V) The material in the hearth reduction zone comprises a liquid slack, generally having an N * value of about 0.77-0.78, mixed with the solid and the pre-reduced product of step Al 4 C 3 . The composition of the composite has a N * value in the range of about 0.5 to about 0.775, starting at an N * value of 0.4 and increasing to about 0.775 as the reduction reaction continues and solid aluminum carbide is removed from the composition.

(단계 Ⅵ) 전극을 노상위의 금속으로 부터 이격시킨 상태에서 0.775이상의 N*값으로 알루미늄을 생성시키기 위한 탈탄반응이 일어남에 따라 N*값은 미합중국특허 제4,216,010호에 기재된 환원 탈탄 양식에 따르는 소정의 최종값을 가지게 된다. 이 단계는 제1차노의 최종단계가 된다.(Step VI) As the decarburization reaction to produce aluminum with an N * value of 0.775 or more occurs while the electrode is spaced from the metal on the hearth, the N * value is determined according to the reduced decarburization mode described in US Pat. No. 4,216,010. Will have the final value of. This stage is the final stage of the first furnace.

(단계 Ⅶ) "추출양식"의 탈탄단계는 미합중국 특허 제4,216,010호에 정의되어 있는 "추출양식"에 따라 달성된다. 이 탈탄단계를 실행하기 위한 노는, 상기 제1차로로 부터 분리된 노일경우, "디카브노(DECARB Furnace)"로 할수 있다.(Step iii) The decarburization step of the "extraction form" is accomplished according to the "extraction mode" as defined in US Pat. No. 4,216,010. The furnace for carrying out this decarburization step can be "DECARB Furnace" if the furnace is separated from the first lane.

(단계 Ⅷ) 더 한층의 탈탄은 전 단계의 액상 생성물을 두부분, 즉 약간의 알루미늄, 약간의 탄화알루미늄 및 약간의 슬랙성분을 함유한 드로스 부분과 생성물 금속부분으로 분리시킴에 의해 종래의 균열로 작업으로 실행한다.(Step VII) Further decarburization is achieved by conventional cracking by separating the liquid product of the previous stage into two parts, the dross part containing some aluminum, some aluminum carbide and some slack and the product metal part. Run as a job.

미합중국 특허 제3,975,187호에 기재되어 있는 바와같은 노의 생성물의 가스 처리에 의하면 위와 같은 액상 알루미늄 생성물 부분 및/또는 드로스 부분으로의 분리가 촉진되는데, 이를 위해서는 80체적%의 질소, 10체적%의 염소 및 체적 %의 일산화탄소로 구성된 "트라이 가스(Tri-gas)"를 사용하는 것이 특히 유용하다.Gas treatment of the furnace product as described in US Pat. No. 3,975,187 promotes the separation into the liquid aluminum product portion and / or the dross portion as described above, which requires 80% by volume of nitrogen, 10% by volume. It is particularly useful to use "Tri-gas" consisting of chlorine and volume% carbon monoxide.

제1차로의 증기화 손실을 제어할수 있도록 하기 위해 장입물 칼럼의 상부영역내의 액상의 %를 제어하는 제어수단을 제공하는 것은 본원 발명의 주요 목적중의 하나이다. 이를 위한 한 가지 방법은 상기 단계 Ⅷ의 드로스를 제1차로의 노상에 재공급하는 것인데, 이에 의하면 단계 Ⅱ의 마지막에서의 액상의 %가 매우 낮아지긴 하지만, Al2O의 후반응에 의해 방출된 열을 상기 드로스를 가열시키는데 이용할수 없으므로 이 방법은 에너지 손실이 크다.It is one of the main objects of the present invention to provide control means for controlling the% of liquid phase in the upper region of the charge column in order to be able to control the vaporization losses in the primary furnace. One way to do this is to resupply the dross of step VII to the furnace in the first furnace, which is released by the post-reaction of Al 2 O, although the% of the liquid phase at the end of step II is very low. This method has a high energy loss since no heat can be used to heat the dross.

전술한 두가지 단일칼럼 실시예에서 노상의 루프(roof)의 상부면에 의해 형성되는 쇼울더와 같은 노상으로의 탄소 함유 장입물의 진입을 제어하는 수단을 제공하는 것이 본 발명의 중요한 특징이다. 노상의 온도가 2000℃미만인 상태하에서 탄소와 알루미나 양 성분이 모두 존재하는 한 노상내에서 슬랙이 형성되지만 알루미늄은 다량으로 생성되지 못한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 장입물의 진입을 제어하여 단계 Ⅴ가 개시되기 전에 노상이 유리 탄소(free carbon)를 완전히 소모하도록 해야 한다. 상기 노상의 쇼울더는 상기와 같은 장입물의 진입을 제어함과 동시에 증기의 후반응에 의해 유용한 열을 방출시키는 장입물 칼럼을 제공하기 위하여 설치되는 것이다.It is an important feature of the present invention to provide a means for controlling the entry of carbon-containing charges into the hearth, such as a shoulder formed by the upper surface of the roof of the hearth in the two single column embodiments described above. As long as both the carbon and alumina components are present under the temperature of the furnace lower than 2000 ° C., slag is formed in the furnace but aluminum is not produced in a large amount. To solve this problem, the entry of the charges should be controlled so that the hearth completely consumes free carbon before step V begins. The furnace shoulder is installed to provide a charge column which controls the entry of such charges and at the same time releases useful heat by the post reaction of steam.

상기 전극들이 슬랙 또는 단계 Ⅵ에서와 같이 슬랙과 혼합된 장입물질에 접촉해 있으면 온도는 전체 반응 영역에 걸쳐 매우 균일해지면, 또한 환원반응의 진행에 필요한 온도 이상이 되지 않게 된다. 단계 Ⅵ동안의 탈탄반응을 위한 조건을 제공하기 위해 노상위에는 과잉의 알루미늄이 있게 된다. 유리탄소가 존재하는 한 반응 R1및 반응 R3는 진행하게 되며, 이에 의해 온도는 금속의 생성에 필요한 온도 미만인 최소 75℃의 온도까지 제한된다.If the electrodes are in contact with the slag or the charge material mixed with the slack as in step VI, the temperature will be very uniform throughout the entire reaction zone and will not be above the temperature required for the progress of the reduction reaction. In order to provide the conditions for the decarburization during step VI, there is excess aluminum on the hearth. As long as free carbon is present, reaction R 1 and reaction R 3 proceed, whereby the temperature is limited to a temperature of at least 75 ° C. which is below the temperature required for the production of metal.

슬랙 생성 반응에 의한 "사전열 흡수(Preemptive-heat absorption)"와 같은 문제는 개방 아크(open arc)와 같은 수단에 의해 단계에 충분한 과열을 가해주면 해결할수 있다. 그러나 단계 Ⅴ전체에 걸친 개방 아크 환원방식의 증기 생성률은 서부머지 아크(Submerged-arc) 환원방식에 의한 증기 생성률 보다 낮다.Problems such as "preemptive-heat absorption" by the slack-generating reaction can be solved by applying sufficient superheat to the stage by means such as an open arc. However, the steam generation rate of the open arc reduction method throughout step V is lower than that of the submerged-arc reduction method.

이하, 전술한 5가지의 장치 실시예에 대해 설명한다. 제1실시예의 장치는 노상 쇼울더(hearth Shoulder)를 구비한 제1차로를 포함한 장치로서 제1도에 도시한 바와같은 3개의 구성요소로 된 장치이다. 제2실시예의 장치는 제1실시예의 장치가 동일하지만, 제1실시예의 장치와 달리 더 한층의 "환원양식"탈탄반응이 제1차로내에서 실행되며, "추출양식"의 디카브 로가 생략되어 있으며, 정상부의 장입물에 첨가되지 않은 알루미나가 제1차로의 노상에 첨가되며, 제1차로의 노상에 알루미나가 풍부한 액상 슬랙을 제3실시예의 장치는 제3도에 도시된 바와같은 한쌍의 장입물 칼럼을 포함한다. 제4실시예의 장치, 즉 유동층 실시예는 제4도와 같은 유동층 칼럼을 포함한다. 역시 단일 칼럼 실시예인 제5실시예의 장치는 제5도에 도시된 바와같은 이동층 샤프트로를 포함한다. 제3도의 유동층 칼럼을 제외한 모든 장입물 칼럼은 노상으로 부터의 반응 가스의 향류(역방향의 흐름)를 허용하도록 가스의 통기가 가능하게 지지된다.Hereinafter, the above-described five device embodiments will be described. The device of the first embodiment is a device comprising a first lane with a hearth shoulder, which is a three component device as shown in FIG. The apparatus of the second embodiment is the same as the apparatus of the first embodiment, but, unlike the apparatus of the first embodiment, a further "reduction form" decarburization reaction is carried out in the first lane, and the decablo of the "extraction form" is omitted. Alumina, which is not added to the top of the charge, is added to the furnace of the first furnace, and the alumina-rich liquid slag on the furnace of the primary furnace has a pair of devices as shown in FIG. A charge column. The apparatus of the fourth embodiment, ie the fluidized bed embodiment, includes a fluidized bed column as shown in FIG. The apparatus of the fifth embodiment, which is also a single column embodiment, includes a moving bed shaft furnace as shown in FIG. All charge columns except the fluidized bed column of FIG. 3 are supported to allow gas to be vented to allow countercurrent (reverse flow) of the reactant gas from the hearth.

다섯가지의 공정실시에는 상기한 5가지 장치 실시예를 다음과 같이 이용한다.For the five process implementations, the five apparatus embodiments described above are used as follows.

[실시예1]Example 1

탈탄로(디카브로)로 부터 제1도의 제1차로로 슬랙형태의 일부의 알루미나를 향류방향(counter current)으로 공급한다.From the decarburization furnace (Dicabro) to the first lane of FIG. 1, some alumina in the form of slack is supplied in counter current.

[실시예2]Example 2

일부의 알루미나를 제2도의 제1차로의 노상의 환원영역에만 공급한다.Some alumina is supplied only to the reduction zone of the hearth in the first furnace of FIG.

[실시예3]Example 3

전체장 입물을 제3도의 통기가 가능하게 지지되어 있는 트윈 칼럼내로 공급한다.The entire charge is fed into a twin column which is supported for venting in FIG.

[실시예4]Example 4

전체장 입물을 제4도의 유동층식 트윈 칼럼으로 공급한다.The entire charge is fed to the fluidized bed twin column of FIG.

[실시예5]Example 5

일부의 알루미나를 제5도의 제1차로의 노상의 환원영역에 공급한다.A part of alumina is supplied to the reduction zone of the hearth in the first furnace of FIG.

상기 [실시예2]는 [실시예1]과 달리 알루미나가 풍부한 슬랙의 재순환이 필요치 않다.Unlike Example 1, [Example 2] does not require recycling of alumina-rich slacks.

[실시예1]은 3가지 공정을 포함한다. 즉, 제1차로에서 약 9.5%의 Al4C3및 12%의 Al2O3를 함유한 조알루미늄(Crude aluminum)을 생성하고 (제1공정) ; 상기 조알루미늄을 다량의 알루미나가 공급된 탈탄로내에서 탈탄하여 약 2%의 Al4C3및 슬랙을 형성하고 (제2공정) ; 마무리로, 즉 가스플럭싱로(gas fluxing furnace)내에서 탈탄하여 실용적인 순도의 알루미늄 및 드로스를 생성한다(제3공정). "향류"라는 용어는 본 [실시예1]의 경우에 적합한 용어인데, 그것은 탈탄로로 부터 나온 슬랙이 제1차로로 공급되어, 알루미늄의 유동방향에 대해 향류 이동하기 때문에 그러하다.[Example 1] includes three processes. That is, in the first lane, crude aluminum containing about 9.5% Al 4 C 3 and 12% Al 2 O 3 is produced (first step); Decarburizing the crude aluminum in a decarburization furnace supplied with a large amount of alumina to form about 2% of Al 4 C 3 and slag (second step); Finishing, ie, decarburization in a gas fluxing furnace, produces practically pure aluminum and dross (third process). The term "counterflow" is a suitable term in the case of the present [Example 1], because the slack from the decarburization furnace is supplied to the first lane and moves countercurrent to the flow direction of aluminum.

나머지 4개의 실시예 [2][3][4][5]에서는 단지 2가지 공정만이 요구되는데, 그것은 이들 실시예에서는 조알루미늄의 제조화 필요한 탈탄 처리의 일부를 제1차로를 사용하여 실시하기 때문이며, 그에 의해 상기 실시예 [2][3][4]의 경우에는 4-10%의 Al4C3를 함유한 알루미늄을 제조(제1공정)하게 되고, 상기 [실시예5]의 경우에는 약 2%의 Al4C3를 함유한 알루미늄을 제조(제1공정)하게 된다. 또한 탈탄 처리(제2공정)는 [실시예1]의 슬랙 제조법을 제외한 거의 모든 적절한 탈탄법을 사용할수 있다.Only two processes are required in the remaining four examples [2] [3] [4] [5], which in this example use some primary decarburization treatment to produce crude aluminum. Therefore, in Examples [2] [3] [4], aluminum containing 4-10% of Al 4 C 3 was produced (first step). In this case, aluminum containing about 2% of Al 4 C 3 is prepared (first step). As the decarburization treatment (second step), almost all suitable decarburization methods can be used except for the slack production method of [Example 1].

상기 실시예에서는 환원 및 탈탄용 열발생 수단으로 한쌍의 전극(예, 탄소전극)을 사용하였으나 미합중국 특허 제3,153,133호에 기술되어 있는 바와같이 플라즈마 토치도 사용할수 있으며, 이 경우 전극쌍은 음극방 출원(Cathode emitter) 및 플라즈마토치의 양극링 요소를 포함한다.In the above embodiment, a pair of electrodes (for example, carbon electrodes) are used as heat generating means for reduction and decarburization, but a plasma torch may also be used as described in US Pat. No. 3,153,133. (Cathode emitter) and an anodic ring element of the plasma torch.

제1도의 폐쇄 재순환 시스템은 절연체인 내화벽돌(12)로 라이닝되어 있는데 1차로(10)과 탄소노상(3)를 구비하고 있으며, 이 노상(13)은 흑연 스테브(stub)(14)를 통해 전기버스(electrical bus)에 연결된다.The closed recirculation system of FIG. 1 is lined with a refractory brick 12, which is an insulator, comprising a primary furnace 10 and a carbon furnace 3, which is provided with a graphite stub 14. Via an electrical bus.

상기의 내측에는 내화 라이닝(15)와 내측루프(roof)(16)이 형성되어 있으며, 내측루프(16)의 상부면은 쇼울더(16')를 형성하고 있으며, 이 내측루프(16)과 전극(18) 사이에는 공간(17)이 형성되어 있고 기상기 전극(18)은 전기회로의 제2측에 병렬 연결되어 있다.The fire lining 15 and the inner roof 16 are formed in the inner side, and the upper surface of the inner loop 16 forms the shoulder 16 ', the inner loop 16 and the electrode. A space 17 is formed between the 18 and the gas phase electrode 18 is connected in parallel to the second side of the electric circuit.

플레넘 및 개구수단(19)는 일산화탄소를 내측으로 유동시켜 내벽에 알루미늄이 응축하는 것을 방지해 주며, 이에 의해 루프(16)과 노상(13)사이에 전기 단락이 발생하지 않도록 한다. (21)은 출탕구이고, (22)는 장입구이다.The plenum and opening means 19 allow carbon monoxide to flow inward to prevent aluminum from condensing on the inner wall, thereby preventing electrical shorts between the roof 16 and the hearth 13. Numeral 21 is a tapping hole, and numeral 22 is a charging slot.

제2차로(30)은 절연체(31)은, 내부(비탄소질) 내화 라이닝(32), 입상물질을 위한 장입구(33), 제1차로와의 사이에서 액상물질을 이동시키기 위한 출탕 및 장입구(34), 생성물을 출탕하기 위한 출탕구(35)로 구성되어 있다. 전극(36)은 노(30)내의 융체에 열을 가해주기 위한 것이다.In the second lane 30, the insulator 31 has an internal (non-carbonaceous) fireproof lining 32, a charging inlet 33 for particulate matter, and tapping and moving for moving the liquid material between the first lane. The inlet 34 and the tapping-out hole 35 for tapping a product are comprised. The electrode 36 is for applying heat to the melt in the furnace 30.

(37)은 노(30)을 들어올리는 잭수단(jacking means)으로서, 노(30)을 들어올려지면 융체는 출탕 및 장입구(34)로 부터 장입구(21)을 통해 제1차로(10)으로 이송된다. 제1차로의 생성물은 제1차로의 출탕구(22)를 통해 출탕 및 장입구(34)내로 유입된다. 제2차로(30)은 탈탄로(decarb furnace)라고 부른다.37 is a jacking means for lifting the furnace 30, wherein when the furnace 30 is lifted, the melt is pulled from the tapping and charging hole 34 to the first lane 10 through the charging hole 21. Is transferred to). The product of the first lane flows into the tapping and charging hole 34 through the tap opening 22 of the first lane. The second furnace 30 is called a decarb furnace.

집진기장치(42)는 제1차로(10)으로 부터 라인(41)을 통하여 방출된 여진과 잔류 기체를 분리시키기 위한 것으로서, 분리된 연진은 제1차로의 장입물에 첨가될수 있도록 라인(44)를 통해 장입물 예비장치(48)로 이송되며, 청정된 잔류기체는 라인(46)을 통해 대기로 방출된다.The dust collector device 42 is for separating aftershocks and residual gas discharged from the first lane 10 through the line 41, and the separated dust can be added to the charge of the first lane. Is transferred to the charge reserve device 48, and the purified residual gas is discharged to the atmosphere via the line 46.

제3차로(50)은 마무리도(finishing furnace)라고 불리우며, 이것은 종래의 균열로의 형태로서, 장입구, 출탕구 및 융체의 하측에서 플럭싱 기체를 주입시키기 위한 수단을 구비하고 있다. 최종 생성 알루미늄은 라인(51)을 통해 방출되고, 드로스는 라인(52)를 통해 장입물 예비장치(48)로 이송된다.The third furnace 50 is called a finishing furnace, which is in the form of a conventional cracking furnace, and has means for injecting fluxing gas at the lower side of the charging hole, the tapping hole and the melt. The final product aluminum is discharged through line 51 and the dross is transferred via line 52 to charge reserve 48.

장입물 예비장치(48)에서는 코우크스, 알루미나, 연진, 드로스 및 피치를 혼합하여 단광(briquette)형태의 장입물을 제조하여 라인(49)를 통해 제1차로(10)에 보낸다.In the charge preparation device 48, coke, alumina, lead, dross and pitch are mixed to produce a briquette-type charge and sent to the first lane 10 through the line 49.

[실시예 1]Example 1

조성 A와 조성 B로 된 단광형태의 장입물(28)을 제조하였다. 조성 A(미합중국특허 제3,723,093호, 제8면, 제50-65행 참조)는 베이어법(Bayer method)에 따라 제도된 수산화 알루미늄 분말에 600-1000℃의 열을 가하여 알루미나 분말로 변화시킨다음, 100메시의 체를 통과할수 있도록 분쇄한 이 알루미나 분말과 석유코크스 분말을 85 : 15의 중량비로 혼합한 조성이다.The briquettes 28 of the briquettes of the composition A and the composition B were prepared. Composition A (see US Patent Nos. 3,723,093, p. 8, lines 50-65) is transformed into alumina powder by applying 600-1000 ° C heat to aluminum hydroxide powder drawn according to Bayer method, This alumina powder and petroleum coke powder pulverized to pass through a 100 mesh sieve are mixed in a weight ratio of 85:15.

상기 조성 B는 석유 코우크스, 석유 및 콜타르피치, 집진기에 접진된 노의 연진, 마무리로(50)에서 걷어낸 드로스 등으로 제조한 것으로, 이 조성 B의 단광은 노에 장입시키기 저에 800℃로 가열하여 연진을 화염을 제거하였다.The composition B is prepared by petroleum coke, petroleum and coal tar pitch, the dust of the furnace tangled in the dust collector, dross removed from the finishing furnace 50, the briquette of the composition B is 800 The dust was removed by heating to 0 ° C.

제1차로를 정상 조업상태로 가동시키기 위한 조업개시 작업은 다음 방법으로 실행한다.The start-up operation for operating the first lane in the normal operating state is carried out in the following manner.

규소로(silicon furnace)의 조업개시에서와 마찬가지로, 전극으로부터 분쇄 코크스베드에 전류를 통전시켜 노를 가열한다. 규소로의 조업양식에 따라 노상이 적절하게 가열되면 충분한 알루미나를 가하여 노상에 액상층(23)을 형성한다. 액상층(23)의 조성은 80-97중량%의 알루미나를 함유한 알루미나 및 탄화 알루미늄의 융체와 같은 조성이다. 바람직한 조성번위는 85-90%의 Al2O3와 나머지는 Al4C3이다.As in the start of the operation of a silicon furnace, the furnace is heated by energizing a pulverized coke bed from the electrode. When the hearth is properly heated according to the operation mode with silicon, sufficient alumina is added to form the liquid layer 23 on the hearth. The composition of the liquid layer 23 is a composition such as a fusion of alumina and aluminum carbide containing 80 to 97% by weight of alumina. Preferred compositional positions are 85-90% Al 2 O 3 and the remainder Al 4 C 3 .

이 시점에서, 조성 A의 장입물을 첨가하고, 전극을 개방아아크 상태로 상승시켜 약 12인치 깊이의 액상층(23)을 형성한다. 장입물을 더 첨가하면 알루미나도 더 첨가하여 액상층(23)내의 Al2O3: Al4C3의 중량비가 80 : 20-97 : 3(중량부)범위내에 유지되도록 한다. 슬랙층인 액상층(23)을 소정의 깊이로 형성하기 위해서는 단지 조성 A의 단광을 충분히 첨가한다. 상기 슬랙층내의 Al4C3의 함량이 너무 적으면 코우크스를 첨가하여 개방아아크 상태하에서 계속 가열함에 의해 그 함량을 조절할 수 있다.At this point, the charge of composition A is added and the electrode is raised to an open arc to form a liquid layer 23 about 12 inches deep. When the charge is further added, alumina is further added to maintain the weight ratio of Al 2 O 3 : Al 4 C 3 in the liquid layer 23 within the range of 80: 20-97: 3 (parts by weight). In order to form the liquid layer 23 which is a slack layer to a predetermined depth, only the briquette of the composition A is sufficiently added. If the content of Al 4 C 3 in the slack layer is too small, the content can be adjusted by adding coke to continue heating under an open arc state.

원하는 조성의 용융슬랙층이 형성되면 조성 B의 장입물을 공급하여 이 장입물이 루프(16)의 상부에서 전극을 둘러싸도록 함으로써 장입물 칼럼(28)을 형성한다. 이 장입물 칼럼(28)내에서는 증기 생성물이 반응하여 열을 방출하게 된다. 출탕되어질 금속과 화학양론적으로 등가인 장입물 칼럼(28)로부터 나온 일정량의 장입물은 가열되어 슬랙층(23)상에 낙하하여 노상내에서 그리고 노상위에서 반응성 장입물을 형성한다. 이어서 전극을 충분히 하강시켜 액상층과 전기적으로 접촉하도록 하고, 액상층(23)에 전류를 통전시켜 충분한 열을 발생시켜 반응성 장입물(24)가 액상 슬랙층(23)과 반응하게 한다.(후속사이클에서는 이 시점에서 노(30)에서 나온 슬랙을 반응성 장입물(24)에 첨가함.)Once the molten slack layer of the desired composition is formed, a charge of composition B is fed to form a charge column 28 by surrounding the electrode on top of the loop 16. In this charge column 28, vapor products react to release heat. A certain amount of charge from the charge column 28, which is stoichiometrically equivalent to the metal to be tapped, is heated to fall on the slack layer 23 to form a reactive charge in the hearth and on the hearth. Subsequently, the electrode is sufficiently lowered to be in electrical contact with the liquid phase, and a current is supplied to the liquid phase layer 23 to generate sufficient heat so that the reactive charge 24 reacts with the liquid slack layer 23. At this point in the cycle, the slag from the furnace (30) is added to the reactive charge (24).)

환원반응(단계 Ⅴ)이 진행됨에 따라 30-35%의 Al4C3를 함유한 알루미늄이 형성되어 슬랙층(23)위에 분리된 액상 금속층(25)로서 존재한다. 이와 동시에, 소량의 알루미늄 증기와 일산화 알루미늄 기체(Al2O)가 생성된다.As the reduction reaction (step V) proceeds, aluminum containing 30-35% Al 4 C 3 is formed and is present as a liquid metal layer 25 separated on the slack layer 23. At the same time, a small amount of aluminum vapor and aluminum monoxide gas (Al 2 O) are produced.

위의 알루미늄 증기와 일산하 알루미늄기체는 알루미늄생성 반응에 의해 생성된 CO와 혼합하여 발열후 반응이 발생하고 있는 장입물 칼럼(28)을 통하여 상방으로 상승하여 열을 방출하고 화합물을 생성한다. 생성된 화합물을 장입물과 함께 하강하여 온도의 상승에 따라 탄화알루미늄을 생성한다. 상기 기체와 증기는 장입물 칼럼을 통하여 계속적으로 상승하여 냉각되고 장입물 칼럼(28)의 상부에 도달될때까지 반응하며, 나머지 기체는 라인(41)을 통하여 집진장치(42)로 진행하여, 이곳에서 연진이 제거된 청정된 잔류기체는 라인(46)을 통해 외부로 방출된다. 상기 증기의 유반응에 의해 장입물 칼럼(28)내에서 생성된 열은 장입물을 예열시키고, 조성 B의 장입물이 Al4O4C를 생성하도록 하는데 이용된다.The aluminum vapor and the aluminum gas under monoacid are mixed with CO generated by the aluminum production reaction to rise upward through the charge column 28 in which the reaction occurs after exotherm, releasing heat and generating a compound. The resulting compound is lowered with the charge to produce aluminum carbide as the temperature rises. The gas and vapor continue to rise through the charge column to cool down and react until it reaches the top of the charge column 28 and the remaining gas proceeds to line dust collector 42 via line 41 where Clean residual gas from which dust is removed at is discharged to the outside through the line 46. The heat generated in the charge column 28 by the flow of the steam is used to preheat the charge and to cause the charge of composition B to produce Al 4 O 4 C.

장입물 칼럼(28)의 저부 및 루프(16)와 같은 고온부위에서, 조성 B의 장입물은 재순환된 기화생성물과 반응하여 Al4C3를 생성한다.At high temperatures, such as the bottom of the charge column 28 and loop 16, the charge of composition B reacts with the recycled vaporization product to produce Al 4 C 3 .

단계 Ⅴ는 전극이 장입물 또는 융체와 접촉한 상태로 장입물 칼럼(28)내의 거의 모든 반응탄소가 소모될때까지 그리고 노상위의 복합조성물(슬랙+장입물)의 몰분율 N*(Al2O3몰+Al4C3몰))가 약 0.775가 될때까지 계속 진행한다.Step V is followed by the molar fraction N * (Al 2 O 3 ) of the composite composition (slack + charge) on the hearth until almost all the reaction carbon in the charge column 28 has been consumed with the electrode in contact with the charge or melt. Mole + Al 4 C 3 mole)) until about 0.775.

30-35%의 Al4C3를 함유한 단계 Ⅴ의 금속 생성물을 10%의 Al4C3를 함유한 생성물로 변화시키기 위해서는 단계 Ⅵ에 따른 탈탄반응을 이용하는데, 이 탈탄반응은 전극을 액상금속층(25)의 상부로 상승시켜 개방아아크 가열상태로 함으로써 실행된다. 이와같은 개방아아크 가열의 경우에는 전극이 융체와 접촉하여 있을때보다 높은 전압이 필요하지만, 총전력 입력이 전극이 액상층과 접촉한 생태로 진행되는 단계 Ⅴ와 동일하거나 다소 적은 감소된 전류로 작동할수 있는 전압이면 충분하다.To change the metal product of step V containing 30-35% Al 4 C 3 to a product containing 10% Al 4 C 3 , the decarburization reaction according to step VI is used, which desorbs the electrode into the liquid phase. It is performed by raising to the top of the metal layer 25 to bring it into an open arc heating state. This open arc heating requires a higher voltage than when the electrode is in contact with the melt, but the total power input can operate at a reduced current equal to, or somewhat less than, step V where the electrode proceeds to an ecological contact with the liquid layer. Voltage is sufficient.

단계 Ⅵ의 개방아아크 가열은 미합중국 특허 제4,216,010호에 정의되어 있는 환원탈탄방식을 이용하여 슬랙층의 몰분율 N*가 0.91이 될때까지 계속 실시된다.Open arc heating in step VI is continued until the molar fraction N * of the slack layer is 0.91 using reduced decarburization as defined in US Pat. No. 4,216,010.

이 시점에서, 금속내에는 약 9.5%의 Al4C3와 약 12%의 Al2O3를 함유한다. 아아크가 충돌하는 액체 금속부분의 온도는 약 2400℃의 고온이지만 액상 슬랙의 대체적인 온도는 약 2100℃이다. 이들 양 온도는 금속이 슬랙층위에 비혼합성(immiscible)층으로 존재할수 있는 충분한 온도이다.At this point, the metal contains about 9.5% Al 4 C 3 and about 12% Al 2 O 3 . The temperature of the liquid metal portion in which the arc collides is a high temperature of about 2400 ° C., but the temperature of the liquid slack is about 2100 ° C. Both of these temperatures are sufficient to allow the metal to be present as an immiscible layer on the slack layer.

이어서, 금속을 탈탄로(30)으로 이송시켜 단계 Ⅵ를 완성시킨다. 예비환원영역으로 부터 나오는 추가의 Al4C3장입물을 제1차로(10)의 슬랙층상에 낙하시키고, 추가의 재순한 슬랙을 슬랙층위에 첨가시키고, 전극을 노상의 융체와 접촉시킨다음, 단계 Ⅴ를 반복 실시한다.The metal is then transferred to the decarburization furnace 30 to complete step VI. An additional Al 4 C 3 charge from the pre-reduction zone is dropped onto the slack layer of the first lane 10, additional recycled slack is added onto the slack layer, and the electrode is brought into contact with the furnace melt. Repeat step V.

아아크로부터 장입물에 전달되는 열의 세기(Heat Intensity)는 제한해 주어야하며, 그렇게 하지 않으면 기화가 너무 커져서 장입물 칼럼(28)에서의 예열 및 예비환원 반응이 후반응열을 흡수할수 없게된다. 그런 상황이 되면 노가 열적으로 불안정해지고, 반응하지 않은 증기 생성물이 장입물 칼럼의 상부로부터 외부로 분출됨으로써 과잉의 열을 방출하고 유용한 반응물이 방지되게 한다.The heat intensity transferred from the arc to the charge must be limited, otherwise the vaporization will be so large that preheating and pre-reduction reactions in the charge column 28 will not be able to absorb the post reaction heat. In such a situation, the furnace becomes thermally unstable and unreacted vapor product is ejected from the top of the charge column to the outside, releasing excess heat and preventing useful reactants.

제2차로에서는 제1차로의 단계 Ⅵ으로부터 나온 약 9.5%의 Al4C3와 12%의 Al2O3를 함유한 금속이 N*=0.96인 슬랙층(38)의 위에 액상금속층(39)으로서 부상한다. 상기 슬랙층(38)은 또한 15%의 CaO를 함유하며, 약 1650℃의 온도로 조업시 Al4C3-Al금속층보다 밀도가 크고, 이 금속층과 혼합되지 않는 액상이다. 알루미늄 생성물에 화학양론적으로 요구되는 대부분의 알루미나를 탈탄로(30)에 첨가시켜 절연성 커버(cover)를 형성하고, 마침내는 슬랙 즉, 슬랙층(38)내에 진입시켜 미합중국 특허 제4,216,010호의 추출방법에 따라 Al4C3를 금속에서 추출시킨후 슬랙층의 N*값이 0.96을 유지하도록 한다.In the second lane, the liquid metal layer 39 on top of the slack layer 38 with N * = 0.96 of metal containing about 9.5% Al 4 C 3 and 12% Al 2 O 3 from step VI of the first lane. Rises as. The slack layer 38 also contains 15% CaO and is denser than the Al 4 C 3 -Al metal layer when operating at a temperature of about 1650 ° C. and is a liquid phase that does not mix with this metal layer. Most alumina, which is stoichiometrically required for aluminum products, is added to the decarburization furnace 30 to form an insulating cover, and finally into the slack, ie, the slack layer 38, to extract the method of US Pat. No. 4,216,010. After Al 4 C 3 is extracted from the metal to maintain the N * value of the slack layer 0.96.

금속층(39)가 적절히 유동성을 가지며, Al4C3의 농도가 약 2%정도 되었을때 잭수단(37)에 의해 탈탄로(30)을 경사지게 하여 용융금속을 탈탄로(30)의 슬랙층(38)로 부터 마무리로(50)으로 이송시킨다. 제2차로(30)의 단계 Ⅶ의 추출공정시 발생된 슬랙은 제1차로의 노상으로 재순환시켜 장입물 칼럼(28)에서 낙하된 반응성 장입물(24)와 혼합시킨다.When the metal layer 39 has adequate fluidity and the concentration of Al 4 C 3 is about 2%, the decarburization furnace 30 is inclined by the jack means 37 so that the molten metal is slack layer of the decarburization furnace 30 ( 38) to the finishing furnace (50). The slack generated during the extraction process of step VII of the second furnace 30 is recycled to the hearth of the first furnace and mixed with the reactive charge 24 dropped from the charge column 28.

단계 Ⅷ에 따라 단계 Ⅶ의 금속생성물 내에 존재하는 모든 알루미나와 탄화알루미늄이 알루미늄의 표면상에 드로스로서 부상할때까지 트라이 가스(Tri-gas) 또는 기타 통상적으로 사용되어온 알루미늄 플럭싱 기체를 융체내에 취입시켜 정제 작업을 실시한다. 이 정제작업은 약 900℃의 온도에서 발생한다. 부상된 드로스는 스키밍 처리(skimming)하여 지체없이 라인(52)를 통해 장입물 예비장치(48)내의 제1차로 장입용 단광에 혼합시켜 탄화 알루미늄이 가수분해되지 못하게 한다. 이어서, 상업적 순도인 최종 알루미늄 생성물을 마무리로(50)으로 부터 출탕함으로써 단계 Ⅷ의 공정을 완수한다.According to step iii, all the alumina and aluminum carbide present in the metal product of step iv are in the melt with Tri-gas or other commonly used aluminum fluxing gas until it floats as dross on the surface of aluminum. It is blown into and refine | purified. This purification takes place at a temperature of about 900 ° C. The floated dross is skimmed and mixed without delay to the primary charging briquettes in the charge reserve device 48 via line 52 to prevent the aluminum carbide from hydrolyzing. The process of step VII is then completed by tapping the final aluminum product of commercial purity from the finishing furnace 50.

이상 설명한 실시예의 질량수지(mass balance)와 에너지수지(energy balance)로부터 반응단계의 복합물의 단량몰분율이 단계 Ⅱ의 말기의 N*=0.51로부터 단계 Ⅲ의 말기 N*=0(100%Al4C3)까지, 단계 Ⅳ의 말기의 N*=0.468까지, 단계 Ⅴ의 말기의 N*=0.775까지, 단계 Ⅵ의 말기의 N*=0.910까지, 그리고 단계 Ⅶ의 말기의 N*=0.96까지 진행한다는 것을 알수 있다.The molar fraction of the complex of the reaction stage from the mass balance and the energy balance of the embodiment described above is from N * = 0.51 at the end of step II to the end of step III N * = 0 (100% Al 4 C). 3 ) until N * = 0.468 at the end of Step IV, N * == 0.775 at the end of Step V, to N * = 0.910 at the end of Step VI, and N * = 0.96 at the end of Step VII I can see that.

따라서, 장입물 칼럼내의 액상의 %는 단계 Ⅱ의 말기에서 35%이고, 단계 Ⅲ의 말기에서 0%이고, 단계 Ⅳ의 말기에서 46%가 된다.Thus, the% of the liquid phase in the charge column is 35% at the end of step II, 0% at the end of step III and 46% at the end of step IV.

생성된 알루미늄이 100㎏일때, 단계 Ⅵ에서는 12파운드의 Al2O 및 12㎏의 알루미늄 증기가 생성되고, 단계 Ⅴ에서는 38㎏의 Al2O 및 9㎏의 알루미늄 증기가 생성되고, 단계 Ⅳ에서는 14㎏의 Al2O가 생성된다. 단계 Ⅱ 및 단계 Ⅲ에서는 후반응에 의해 48㎏의 Al2O 및 16㎏의 알루미늄 증기가 회수된다. 발생된 열은 단계 Ⅱ 및 단계 Ⅲ의 예비환원반응을 위한 구동원으로서 사용되며, 장입물 칼럼내의 반응에 필요한 순수 공정열은 생성 알루미늄 1㎏당 0.77KWH이다.The resulting aluminum is 100㎏ when, in the step Ⅵ 12 pounds of Al 2 O and 12㎏ aluminum vapor is generated, in step Ⅴ the Al 2 O and Al vapors 9㎏ of 38㎏ is generated, at step 14 Ⅳ Kg of Al 2 O is produced. In steps II and III, 48 kg of Al 2 O and 16 kg of aluminum vapor were recovered by post-reaction. The heat generated is used as a driving source for the pre-reduction reactions of steps II and III, with the pure process heat required for the reaction in the charge column being 0.77 KWH per kilogram of aluminum produced.

단계 Ⅳ, Ⅴ 및 Ⅵ에서 생성된 83㎏의 증기화 생성물의 순수에너지 손실량은 15㎏의 Al2O 및 장입물 칼럼의 상부에서 단계 Ⅱ를 떠나서 4㎏의 알루미늄 증기와 관련된 양이다. 표 Ⅰ에는 8단계 각각에 대한 질량수지 및 에너지 수지가 요약되어 있다.The net energy loss of the 83 kg vaporization product produced in steps IV, V and VI is the amount associated with 4 kg of aluminum vapor leaving step II at the top of the 15 kg Al 2 O and charge column. Table I summarizes the mass balance and energy balance for each of the eight steps.

단계 Ⅶ의 추출작업에서 물질수지를 얻기 위한 개방아아크 가열의 단계 Ⅵ의 생성물에서 허용가능한 최대 Al4C3함량은 약 9.5%이다. 만일 9.5% 이상이고, 단계 Ⅶ의 추출작업이 평형을 이루면, 단계 Ⅶ에 알루미나 장입물을 추가시켜주어야 하며, 제1차로에서 필요하는 양이상의 슬랙이 단계 Ⅶ에서 발생된다. 만일 단계 Ⅵ의 개방아아크 가열 생성물이 9.5% 이하의 Al4C3를 함유하면 단계 Ⅶ의 추출 작업에 요구되는 알루미나 첨가량이 소량이 되고, 따라서, 단계 Ⅳ에 첨가되는 알루미나의 양이 많아지게 된다. 즉 알루미나는 조정 B의 장입물에 첨가되게 된다.The maximum allowable Al 4 C 3 content in the product of step VI of open arc heating to obtain mass balance in the extraction operation of step VII is about 9.5%. If it is above 9.5% and the extraction of step VII is in equilibrium, then the alumina charge must be added to step VII, and more slack is generated in step VII than is needed in the first lane. If the open-arc heating product of step VI contains 9.5% or less of Al 4 C 3 , the amount of alumina added required for the extraction operation of step VII becomes small, thus increasing the amount of alumina added to step IV. That is, alumina is added to the charge of the adjustment B.

단계 Ⅳ의 초기 슬랙양은 단계 Ⅴ에 필요한 알루미나를 제공하기 위해 최소량으로 유지함으로써 단계 Ⅴ의 복합체의 N*값을 가능한한 오랫동안 0.775이하로 유지시켜야 한다.The initial amount of slack in stage IV should be kept to a minimum in order to provide the alumina required for stage V, thereby keeping the N * value of the composite of stage V below 0.775 for as long as possible.

탈탄로 또는 제1차로의 노상에 조성 B의 장입물 대신 알루미나를 첨가하면 단계 Ⅱ에서의 액상의 %가 35%로 감소하는데, 이는 모든 알루미나를 조성 B의 장입물로 첨가했을 경우에는 약 79%가 되는데 비해 매우 낮은 값이다. 조성 B의 장입물내의 탄소함량을 가능한한 높게 유지하고, 드로스로의 알루미나를 피치코우크스로 피복시키면, 단광 상호간에 소결이 덜 발생하고, 장입물 칼럼(28)의 슬럼핑(slump)이 덜 발생함으로써 장입물 칼럼이 증기침투성 상태를 유지할수 있고, 이에 따라 Al2O증기가 장입물 칼럼을 투과하게 되면 후반응이 발생하여 평형상태를 유지함으로써 증기화에 따른 에너지 손실을 최소화할수 있게 된다.The addition of alumina in place of the charge of composition B to the furnace in the decarburization furnace or primary furnace reduces the% of the liquid phase in step II to 35%, which is about 79% when all alumina is added to the charge of composition B. It is very low. Keeping the carbon content in the charge of composition B as high as possible and coating the alumina with dross with pitch coke results in less sintering between briquettes and less slump in the charge column 28. As a result, the charge column can maintain a vapor permeability state, and thus, when Al 2 O vapor permeates the charge column, a post reaction occurs to maintain an equilibrium state, thereby minimizing energy loss due to vaporization.

[실시예 2]Example 2

제2도에 도시된 장치를 사용함과 동시에, 실시예 1의 향류 알루미나 공급체계에서와 같이 단광형태의 장입물 A와 장입물 B를 제조하였으며, 실시예 1과 다른 점은 조성 B의 단광을 형성함에 있어 재순환물질을 피치와 혼합하는 것이다. 환원반응에 필요한 모든 코우크스는

Figure kpo00002
인치메시의 그린(green) 석유코우크스로서 장입된다. 모든 알루미나는 환원 전해조에 장입되는 전형적인 알루미나 입도 분호를 가지는 금속학적 등급의 알루미나로서 장입된다.At the same time as using the apparatus shown in FIG. 2, briquettes A and B in the form of briquettes were prepared as in the countercurrent alumina feed system of Example 1, which differs from Example 1 to form briquettes of composition B. Is to mix the recycle material with the pitch. All coke needed for the reduction reaction
Figure kpo00002
It is charged as green petroleum coke of inch mesh. All aluminas are charged as metallurgical grade aluminas with typical alumina particle size loading into a reducing electrolyzer.

알루미나 향류 공급체계에서와 마찬가지로, 알루미늄 생성사이클의 말기에서 출탕되는 알루미늄을 생성하는데 화학양론적으로 요구되는 (반응되지 않은 코우크스 형태로든 아니면 Al4O4C 및 Al4C3를 함유한 예비환원 화합물 형태로든) 탄소 모두를 제공하기 위하여 루프위의 장입물을 노상에 낙하시킴에 의해 생성사이클을 개시된다. 이어서 추가의 코우크스는 재순환 물질을 장입물 칼럼(28)의 상부에 적절한 수준까지 공급함으로써 후속 생성사이클 동안에 증기화 후반응이 일어나는 영역이 되는 반응영역을 제공한다.As in the alumina countercurrent feed system, pre-reduction (in unreacted coke or Al 4 O 4 C and Al 4 C 3) , which is stoichiometrically required to produce aluminum that is tapping at the end of the aluminum production cycle. The production cycle is initiated by dropping the charge on the loop onto the furnace to provide all of the carbon (in compound form). The additional coke then feeds recycle material to the top of the charge column 28 to an appropriate level to provide a reaction zone in which the post-vaporation reaction takes place during subsequent production cycles.

만일 앞선 생성사이클의 금속과 함께 일부의 슬랙을 출탕시킨 경우에는 슬랙내의 탄소함량을 소정의 조업개시 수준으로 회복시키기 위하여 장입물을 금속의 생성 화학양론적으로 요구되는 양 이상의 추가의 장입물을 낙하시켜야 한다.If some of the slag is tapped together with the metal in the preceding production cycle, the charge is dropped to an additional charge above the amount stoichiometrically required to produce the metal in order to restore the carbon content in the slack to the desired start-up level. You have to.

이어서, 낙하될 예비환원 생성물로 구성된 장입물의 당량 알루미나 함량에 생성사이클의 조업 개시시에 요구되는 슬랙을 보충하는데 요구되는 알루미나를 합한 양 이하의 알루미나를 생성 사이클 동안에 제2도에 도시되어 있는 장입구(21)를 통해 공급함에 의해 출탕되어질 금속을 생성하는데 화학양론적으로 요구되는 알루미나를 제공한다.The charge shown in FIG. 2 during the production cycle is then followed by the addition of alumina below the equivalent of the equivalent alumina content of the charge consisting of the pre-reduced product to be dropped to the alumina required to supplement the slag required at the start of the production cycle. Provided via 21 provides alumina which is stoichiometrically required to produce the metal to be tapped.

전극(18)을 강하시켜 장입물(24)에 접촉시키고, 전극과 노상사이에 전기를 통전한다. 열이 발생됨에 따라 반응하지 않은 탄소는 슬랙과 반응하여 슬랙 용액내에 Al4C3를 생성한다. 탄소가 Al4C3로 변화된후, 온도는 약 2100℃로 상승하고, 금속의 생성이 시작된다. 금속의 생성량이 많으면, 많을수록 그리고 장입구(21)을 통해 공급되는 알루미늄의 양이 많으면 많을수록, 금속은 유동성이 양호해지게 되며, 전극을 저전압 아아크조건이 되도록 상승시켜 줄 필요가 있다. 생성사이클에 필요한 알루미나를 모두 공급하고, 생성사이클시의 환원반응에 필요한 전력을 모두 사용한 시점에서, 금속은 이 금속이 냉각되었을때 4-10%의 Al4C3를 함유하게 되는 정도까지 탈탄된다.The electrode 18 is lowered to contact the charge 24, and electricity is supplied between the electrode and the hearth. As heat is generated, unreacted carbon reacts with the slack to produce Al 4 C 3 in the slack solution. After carbon is changed to Al 4 C 3 , the temperature rises to about 2100 ° C., and the production of metal begins. The greater the amount of metal produced, the greater the amount of aluminum supplied through the charging inlet 21, the better the fluidity of the metal, and the electrode needs to be raised to a low voltage arc condition. When all the alumina required for the production cycle is supplied and all the power for the reduction reaction during the production cycle is used, the metal is decarburized to the extent that it contains 4-10% of Al 4 C 3 when the metal is cooled. .

생성사이클 전체를 통해 노상에는 탄소가 추가로 공급되지 않으며, 증기화 생성물은 장입물 칼럼내에서 후반응 함에 의해 Al4O4C 및 Al4C3의 생성에 필요한 열을 발생한다. 이어서, 이들 물질은 다음 생성 사이클동안 노상위에 낙하된다.No further carbon is supplied to the hearth throughout the production cycle, and the vaporization product is post-reacted in the charge column to generate the heat necessary to produce Al 4 O 4 C and Al 4 C 3 . These materials then fall on the hearth during the next production cycle.

알루미나 향류 공급체계를 채용하지 않는 본 실시예를 이용하는 경우, 탈탄로(40)에서는 4-10%의 Al4C3를 함유하는 제1차로의 생성물을 탈탄시키는데 필요한 것과 같은 특별한 탈탄법을 필요로 하지는 않는다. 그러나, 그 탈탄법은 "추출양식"의 슬랙탈탄법이어서는 안된다. 탈탄로에 추가의 알루미나를 공급하지 않고 Al4C3의 농도가 2% 이하가 되도록 하는 어떠한 탈탄법도 사용할수 있다. 통상, 제1차로의 생성물은 다음의 방법에 의해 탈탄된다. 즉, (a) 순수한 알루미늄으로 희석시킨 다음 기체로 플럭싱 처리(fluxing)하는 방법, (b) 제1차로의 생성물에 염소를 직접 반응시키는 방법, 또는 (c) 전술한 바와같이 반응탄소가 존재하지 않는 용기내에서 제1차로의 생성물을 환원온도까지 단순하 가열하는 방법.When using this embodiment without employing an alumina countercurrent feed system, the decarburization furnace 40 requires a special decarburization method such as that required to decarburize the product of the primary furnace containing 4-10% Al 4 C 3 . It doesn't. However, the decarburization method should not be the slack decarburization method of "extraction mode". Any decarburization method can be used in which the concentration of Al 4 C 3 is 2% or less without supplying additional alumina to the decarburization furnace. Usually, the product of a primary furnace is decarburized by the following method. That is, (a) dilution with pure aluminum followed by fluxing with gas, (b) the reaction of chlorine directly with the product of the primary furnace, or (c) the reaction carbon as described above. A method of simply heating the product of the primary furnace to a reduction temperature in a vessel not to be used.

본 실시예에 따라 제조된 제1차로의 생성물에는 4-10%의 Al4C3와 약 12%의 Al2O3가 함유되어 있는 것이 관찰되었다. 제1차 생성물내에 함유된 알루미나는 생성물내의 Al4C3와 반응하여 Al, Al2O2및 CO를 생성할수 있다. 만약 위의 반응이 반응성 탄소가 존재하지 않는 상태하에서 발생하면 금속은 상기한 (C)의 탈탄법에 따라 탈탄된다.It was observed that the product of the first furnace prepared according to this example contains 4-10% Al 4 C 3 and about 12% Al 2 O 3 . Alumina contained in the primary product may react with Al 4 C 3 in the product to produce Al, Al 2 O 2 and CO. If the above reaction occurs in the absence of reactive carbon, the metal is decarburized according to the decarburization method of (C) above.

[실시예 3]Example 3

외부 장입방법을 채용한 본 실시예는 제3도에 도시되어 있다. 본 실시예는 제1 및 제2실시예와 달리 노내에 장입물 칼럼을 두지 않고, 노의 외부에 하나 이상의 플러그 플로우(plug-flow) 후반응 용기를 설치하고 있다. 각 후반응 용기내에는 장입물 칼럼으로서의 반응성물질이 수용되어 있으며, 이 반응성 물질을 통해 환원 및 탈탄단계시 생성된 증기가 진행하여 후반응을 일으키며, 상기 후반응 용기로부터 예비환원 생성물은 하나이상의 장입물 진입장치에 의해 환원영역으로 공급되므로써 슬랙내의 탄소를 예정된 주기로 소모시킬수 있게된다. 본 실시예의 경우, 2개의 장입물 칼럼을 구비하는 것이 바람직하며, 또한 용기(81,82)에 장입물 전체를 공급해줄 필요가 있다.This embodiment employing an external charging method is shown in FIG. This embodiment, unlike the first and second embodiments, does not have a charge column in the furnace, but installs one or more plug-flow post-reaction vessels outside the furnace. Each post-reaction vessel contains a reactive material as a charge column, through which the vapor generated during the reduction and decarburization step proceeds to cause post-reaction, and the pre-reduced product from the post-reaction vessel is charged with one or more charges. By supplying water to the reduction zone by the water entry device, the carbon in the slag can be consumed at a predetermined cycle. In the case of this embodiment, it is preferable to have two charge columns, and it is necessary to supply the whole charge to the container 81,82.

노(60)은 절연성 내화물(62) 및 내측의 노상(63)과 탄소로된 측면 및 루프라이닝(65)로 구성된다. 노상(63)은 흑연 스터브(stub)(64)를 통하여 전기버스에 연결되어 있다.The furnace 60 is composed of an insulating refractory 62 and a hearth 63 on the inside, and side and roof linings 65 made of carbon. The hearth 63 is connected to the electric bus via a graphite stub 64.

각 전극(68)의 주변에는 전기 절연수단(69)가 설치되어 있으며, 이 절연수단은 일산화탄소 기체가 전극을 따라 하향유동할수 있게 설치되어 있어서 각 전극의 상부의 주변에 알루미늄이 응축되지 않도록 하며, 이에 따라 전극(68)과 노상(63)사이의 단락을 방지한다. (72)는 탕출구를 도시한 것이다. 액상 슬랙층(73)은 알루미늄과 탄화알루미늄을 함유한 액상 금속층(73)의 하부에 위치한다. 전극(68)은 병렬 연결되어 있으며, 액상 금속층(75)와 접촉해 있다. 열은 전극(68)과 노상(63)사이의 슬랙층(73)을 통하여 전류를 통전시킴에 의하여 발생된다.Electrical insulation means 69 is provided around each electrode 68, and the insulation means is installed such that carbon monoxide gas flows downward along the electrode so that aluminum does not condense around the top of each electrode. This prevents a short circuit between the electrode 68 and the hearth 63. 72 shows a hot water outlet. The liquid slack layer 73 is located under the liquid metal layer 73 containing aluminum and aluminum carbide. The electrodes 68 are connected in parallel and are in contact with the liquid metal layer 75. Heat is generated by energizing a current through the slack layer 73 between the electrode 68 and the hearth 63.

용기(81)은 알루미늄 및 일산화알루미늄이 노(60)내에서 생성된 CO와 반응함에 의해 발생되는 열을 이용하여 알루미나를 예열하기 위해 제공되는 용기이며, 용기(82)는 환원 증기화 생성물이 후반응할때 방출되는 열을 이용하여 코우크스, 알루미나 및 재순환 생성물을 함유한 장입물을 예열 및 환원시키기 위해 제공되는 용기이다. 공급수단(83)(84)는 노(60)내에 공급되는 물질의 양 및 공급시간을 제어하기 위해 설치된다.Vessel 81 is a vessel provided for preheating alumina using the heat generated by the reaction of aluminum and aluminum monoxide with the CO produced in furnace 60, wherein vessel 82 is subjected to a reduced vaporization product later A vessel is provided for preheating and reducing the contents containing coke, alumina and recycle products using the heat released upon coagulation. Feed means 83 and 84 are installed to control the amount of material supplied and the supply time of the furnace 60.

슬랙층(73)은 실시예 1에서 설명한 방법에 따라 형성된다. 용기(81)(82)를 통한 환원증기의 유동량과 CO기체의 유동량은 밸브(85)(86)을 사용하여 제어함으로써 용기(81)내에서의 알루미나의 과열 및 용융화 현상을 방지할수 있다.The slack layer 73 is formed in accordance with the method described in the first embodiment. The flow rate of the reducing steam and the flow rate of the CO gas through the containers 81 and 82 can be controlled using the valves 85 and 86 to prevent overheating and melting of the alumina in the container 81.

석유 코우크스, 재순환연진 및 탈탄작업으로부터 나온 드로스를 함유한 장입단광을 형성한다. 이 단광을 용기(82)에 장입하면 단광중의 코우크스 성분이 환원로(60)로부터 나온 증기의 후반응에 의해 발생된 열을 이용하여 예비환원반응을 일으킨다. 단광으로의 열전달은 CO기체가 용기(82)를 통과함에 의해 이루어진다.Forms charged briquettes containing dross from petroleum coke, recirculation and decarburization. When the briquette is charged into the container 82, the coke component in the briquettes undergoes a preliminary reduction reaction using heat generated by the post-reaction of steam from the reduction furnace 60. Heat transfer to briquettes is achieved by passing CO gas through the vessel 82.

생성사이클을 시작하기 위해서는 먼저 용기(81)로부터 알루미나를 첨가하거나 용기(82)로부터 장입물을 첨가함에 의해 N*값이 약 0.91이 되도록 슬랙의 당량몰분율을 조절해준다. 이어서, 생성사이클의 말기에 출탕되어질 금속에 대해 화학양론양 만큼의 장입물(76)을 용기(82)로부터 슬랙층(73)에 공급한다. 이와 동시에 용기(82)에서 공급된 장입물의 화학양론적인 보상량이 되도록 계산된 양의 알루미나(74)를 용기(81)로부터 슬랙층에 공급한다.To begin the production cycle, the equivalent mole fraction of the slack is adjusted so that the N * value is about 0.91 by first adding alumina from the vessel 81 or the charge from the vessel 82. Subsequently, the stoichiometric amount of charge 76 is supplied from the container 82 to the slack layer 73 with respect to the metal to be tapped at the end of the production cycle. At the same time, the calculated amount of alumina 74 is supplied from the container 81 to the slack layer so as to yield a stoichiometric compensation amount of the charge supplied from the container 82.

생성사이클 전체를 통해 생성수준의 전력을 계속 공급한다. 최초에 슬랙의 온도는 감소되며, 슬랙의 조성은 장입물(76)내의 반응하지 않은 탄소가 슬랙과 반응함에 따라 N*=0.775쪽을 향해 변해간다. 유리 탄소가 소모되고 나면 온도는 자연적으로 환원온도까지 상승하고 금속의 생성이 시작된다. 슬랙의 조성이 N*=0.91로 되돌아 올때까지 약 4-10%의 Al4C3를 함유한 금속이 생성된다. 이 금속을 출탕시키면 생성사이클이 완료된다.Continue to supply generation level power throughout the generation cycle. Initially the temperature of the slag is reduced and the composition of the slag changes toward N * = 0.775 as the unreacted carbon in the charge 76 reacts with the slag. After the free carbon has been consumed, the temperature naturally rises to the reduction temperature and metal production begins. Metals containing about 4-10% Al 4 C 3 are produced until the composition of the slag returns to N * = 0.91. Tapping this metal completes the production cycle.

이상 설명한 방법에 의하면 용기(82)내의 액상/고상비가 최저가 된다. 경우에 따라, 용기(82)내의 액상의 %를 높이는 것이 필요하면, 환원반응에 필요한 알루미나를 단광에 첨가할수 있다. 단광에 알루미나를 첨가했을때 얻어지는 또 다른 효과는 용기(82)내에 보다 많은 양의 Al4C3가 형성된다는 것과 노상영역에서 탄소가 직접 환원되는 경향이 감소하는 것이다.According to the method described above, the liquid / solid ratio in the container 82 is the lowest. In some cases, if it is necessary to increase the% of the liquid phase in the container 82, alumina required for the reduction reaction can be added to the briquettes. Another effect obtained by adding alumina to briquettes is that a greater amount of Al 4 C 3 is formed in the vessel 82 and the tendency of carbon to directly reduce in the hearth region is reduced.

미합중국 특허 제4,099,959호의 방법과 달리 본 발명의 방법은 종래의 노를 사용하며, 두 온도영역 사이에서의 슬랙의 순환을 필요로 하지 않으며, 장입물 공급위치에서 반응성 탄소내의 슬랙을 소모시키는 수단을 제공하며, 금속의 생성시 노상위의 알루미나의 몰분율이 N*=0.39으로부터 N*=0.91에 이르는 매우 넓은 범위를 가진다.Unlike the method of US Pat. No. 4,099,959, the method of the present invention uses a conventional furnace, does not require circulation of the slag between two temperature zones, and provides a means for consuming slag in reactive carbon at the charge feed point. and has a very wide range up to N * = 0.91 from the mole fraction of the time of generation of the metal furnace top alumina N * = 0.39.

본 실시예 3에 따르는 세가지 장입물의 첨가 및 노의 작업에 관한 사항은 표 Ⅱ에 요약되어 있다.The addition of the three charges according to Example 3 and the operation of the furnace are summarized in Table II.

[실시예 4]Example 4

제4도에 도시된 바와같이 노(100)은 절연성 내화물질(102) 및 탄소로된 측면 및 루프라이닝(106)을 구비한 내부노상(103)으로 구성되어 있다. 노상(103)은 흑연 스터브(104)를 통해 전기버스에 연결되어 있다. 이 노(100)에도 역시 각 전극(108) 준변에 전기절연수단(109)이 설치되어 있으며, 이 전기절연수단(109)는 각 전극을 따라 일산화탄소 기체가 하향유동할수 있도록 설계되어 있어서, 전극의 상부에 알루미늄이 응축되는 것을 방지할수 있으며, 이에따라 전극(108)과 노상(103)사이의 단락의 발생을 방지해 줄수 있다. 이 노(100)에는 출탕구가 구비되어 있으며, 전극(108)은 병렬연결되어 있다.As shown in FIG. 4, the furnace 100 is composed of an internal furnace 103 having an insulating refractory 102 and a side and roof lining 106 of carbon. The hearth 103 is connected to the electric bus via a graphite stub 104. The furnace 100 is also provided with electrical insulation means 109 on the periphery of each electrode 108. The electrical insulation means 109 is designed to allow the carbon monoxide gas to flow downward along each electrode. Aluminum can be prevented from condensing on the top, thereby preventing the occurrence of a short circuit between the electrode 108 and the hearth 103. The furnace 100 is provided with a tap and the electrode 108 is connected in parallel.

예비환원용기(121)과 (122)는 라인(115)(116)(117)를 통하는 유입기체에 대하여 직렬 연결되어 있다. 잔류기체는 라인(125)를 통하여 연진 분리장치(118)을 통과한다음, 라인(126)(127)를 통하여 진행한다. 일부의 기체는 라인(128)(116)을 통해 용기(121)로 재순환되고, 나머지 일부의 기체(라인(115)내의 기체량과 동일한 양)는 라인(127)을 통해 외부로 배출된다. 용기(121)(122)를 순환하는 기체의 총량은 용기내의 내용물을 유동상태로 유지시킨다.The pre-reduction vessels 121 and 122 are connected in series with the inlet gas via lines 115, 116 and 117. Residual gas passes through line separation device 118 through line 125 and then through lines 126 and 127. Some of the gas is recycled to vessel 121 via lines 128 and 116, and some of the gas (the same amount of gas in line 115) exits through line 127. The total amount of gas circulating through the containers 121 and 122 keeps the contents in the container in a flow state.

용기(122)내에는 알루미나가 장입되고 용기(121)내에는 탄소와 라인(125)내에서 분리되어 라인(119)를 통해 진입하는 연진 및 재순환 드로스 입자가 장입된다. 이어서, 용기(122)로부터 나온 예열된 알루미나가 라인(124)를 통하여 노(100)으로 진입하며, 용기(121)로부터 나온 예열되고 예비환원된 장입물은 라인(124)을 통하여 노(100)로 진입한다. 그결과 용기(122)로부터 나온 알루미나와 결합하여 장입물(144)를 형성한다.Alumina is charged in the vessel 122 and carbon and recirculating dross particles are charged in the vessel 121 which are separated in line 125 and enter through line 119. Preheated alumina from vessel 122 then enters furnace 100 via line 124, and the preheated and pre-reduced charge from vessel 121 is passed through furnace 124. Enter As a result, the charge 144 is combined with the alumina from the container 122.

제1차로(100)에는 실시예 1 및 2에서와 같이 조업초기에 액상 슬랙층(113)이 제공된다. 용기(122)에는 Al2O3가 채워지며, 용기(121)에는 입상의 코우크스, 재순환된 Al2O3, 연진, Al4C3및 Al의 혼합물이 채워져 있다. 각 생성사이클에서 알루미늄 100㎏을 생성하기 위한 전형적인 장입물은 71.9㎏의 탄소, 25.3㎏의 Al2,O3, 재순환 드로스로부터 나온 18.5㎏의 Al4C3및 역시 재순환 드로스로부터 나온 66.7㎏의 Al으로서 총 182.4㎏이 되며, 이들 장입물은 용기(121)에 공급된다.The first lane 100 is provided with a liquid slack layer 113 at the beginning of operation as in the first and second embodiments. The vessel 122 is filled with Al 2 O 3 , and the vessel 121 is filled with a mixture of granular coke, recycled Al 2 O 3 , dust, Al 4 C 3 and Al. A typical charge for producing 100 kg of aluminum in each production cycle is 71.9 kg of carbon, 25.3 kg of Al 2 , O 3 , 18.5 kg of Al 4 C 3 from the recycle dross and 66.7 kg from the recycle dross Al is 182.4 kg in total, and these contents are supplied to the container 121.

알루미늄 100㎏을 생성하기 위한 각 생성사이클에서, 장입물 제어수단(123)을 작동시켜 용기(121)로부터 1.4㎏의 Al2O3, 203.6㎏의 Al4C3및 43.7㎏의 Al로 구성된 생성물을 노상의 슬랙층(113)에 진입시키고, 또한 공급수단(124)를 작동시켜 용기(122)로부터 189.2㎏의 Al2O3를 노상에 낙하시켜 장입물(114)의 형성을 완료하는데, 이는 혼합단계 Ⅳ의 일부를 구성한다.In each production cycle for producing 100 kg of aluminum, the charge control means 123 was operated to produce 1.4 kg of Al 2 O 3 , 203.6 kg of Al 4 C 3 and 43.7 kg of Al from the vessel 121. Enters the slack layer 113 of the hearth and also activates the supply means 124 to drop 189.2 kg of Al 2 O 3 from the vessel 122 onto the hearth to complete the formation of the charge 114. It forms part of the mixing stage IV.

전극(108)을 슬랙층(113)에 접촉시킨 상태하에서 환원전류를 통전시키면 노(100)내에서는 단계 Ⅳ 및 단계 Ⅴ가 발생한다.When the reducing current is energized while the electrode 108 is in contact with the slack layer 113, steps IV and V occur in the furnace 100.

노상의 조성물내의 탄소가 고갈될 때까지 노상의 온도가 2000℃로 유지되면서 환원반응이 진행하여 N*값이 0.39에 접근하는 충분한 양을 Al4C3를 형성한다.The reduction reaction proceeds while the temperature of the hearth is maintained at 2000 ° C. until carbon in the composition of the hearth is depleted to form Al 4 C 3 in a sufficient amount for the N * value to approach 0.39.

이어서, 반응식 R5에 따라 슬랙층(113)내에서 Al2O3와 Al4C3가 반응함에 의해 온도가 2100℃로 상승되어 금속층(105)가 형성되며, CO기체 및 기타의 기체는 용기(121)(122)내의 장입물을 통과하고, 잔류기체는 밸브를 통해 집진장치에 진입한다.Subsequently, the Al 2 O 3 and Al 4 C 3 react in the slack layer 113 to raise the temperature to 2100 ° C. to form the metal layer 105 according to Scheme R5. 121) After passing through the charge in 122, the residual gas enters the dust collector through the valve.

반응식 R5에 따라 충분한 양의 Al4C3가 소모되면 액상 슬랙층(113)의 N*값은 단시 0.91에 접근하게 되고, 금속층(105)에는 4-10%의 Al4C3가 함유된다. 이어서 이 금속층은 실시예2에서 기술한 바와같이 마무리 공정으로 이송되는데, 이공정에서는 예비환원용기(121)에 재순환되어 후속공정에 이용되어질 드로스와 100㎏의 생성알루미늄이 얻어진다. 본 실시예4의 노의 조업에 대한것은 표Ⅲ에 요약되어 있다.When a sufficient amount of Al 4 C 3 is consumed according to Scheme R5, the N * value of the liquid slack layer 113 approaches 0.91, and the metal layer 105 contains 4-10% of Al 4 C 3 . This metal layer is then transferred to a finishing process as described in Example 2, where the dross and 100 kg of produced aluminum are recycled to the pre-reduction vessel 121 to be used in subsequent steps. The operation of the furnace of Example 4 is summarized in Table III.

[실시예 5]Example 5

본 실시예 5는 단일의 장입물 칼럼이 노상의 직상부에 배치된 것은 실시예 1,2와 동일하지만 장입물 진입수단의 역할을 하는 노상 쇼울더가 없다는 점에서는 실시예 1,2와 다르다. 그대신, 조업 조건을 면밀하게 조작하여 장입물이 자체 지지성을 가지도록 하고 있다.The fifth embodiment is the same as the first and second embodiments in which a single charge column is disposed directly on the hearth, but differs from the first and second embodiments in that there is no hearth shoulder serving as the charge entry means. Instead, the conditions of operation are carefully manipulated to ensure that the contents have their own support.

제5도에 도시되어 있는 바와같이, 제1차로(130)은 규소의 생산에 사용되는 고전압, 다상 AC로이다. 그러나 이 노는 알루미나를 노상에 직접 진입시킬수 있는 수단과 액상 슬랙이 노상챔버(Chamber)내에서 2000℃의 온도로 유지될때 탄소노상 라이닝 사이의 계면온도를 1980℃로 유지시키도록 설계된 절연체를 구비하고 있다.As shown in FIG. 5, the first furnace 130 is a high voltage, polyphase AC furnace used for the production of silicon. However, the furnace is equipped with means for direct entry of alumina into the hearth and an insulator designed to maintain the interfacial temperature between the carbonaceous lining at 1980 ° C when the liquid slack is maintained at a temperature of 2000 ° C in the hearth chamber. .

제1차로(130)은 내화벽돌로된 절연체(132)와 탄소로된 내부 벽 및 노상을 구비하고 있다. 전극(138)은 AC3상 Y배열에 연결되어 있으므로 노상을 통해 전류를 통전시킬 필요가 없다.The first lane 130 has an insulator 132 made of a refractory brick, an inner wall made of carbon, and a hearth. The electrode 138 is connected to the AC three-phase Y array, so there is no need to conduct current through the hearth.

내부의 도가니(F)는 90% 이상의 Al2O3와 잔부를 Al4C3를를 함유한 슬랙으로부터 나온 알루미나를 냉각시켜 형성한 것이다.The crucible F inside is formed by cooling 90% or more of Al 2 O 3 and the remainder from alumina from the slag containing Al 4 C 3 .

도가니(F)내에는 액상 슬랙층(143)이 형성되어 있고, 이 슬랙층(143)의 위에는 Al4C3를 함유한 액상 알루미늄층(145)가 부상해 있다.The liquid slack layer 143 is formed in the crucible F, and the liquid aluminum layer 145 containing Al 4 C 3 floats on the slack layer 143.

1970℃의 등온선 주위에는 반환원(semi-reduced)화합물(D)가 존재하며, 열 발생원에 인접한부위에는 Al4C3와 Al2O3또는 탄소를 함유한 물질(C)가 2000-2050℃의 온도에서 형성된다.A semi-reduced compound (D) is present around the isotherm at 1970 ° C, while Al 4 C 3 and Al 2 O 3 or carbon-containing material (C) at 2000-2050 ° C is located near the heat source. Is formed at a temperature of.

전입구(141)은 알루미나가 영역(C) 또는 (D)또는 이동상 샤프트(moving bed shaft)(A)내의 비반응장입물과 접촉하지 않고 노상에 장입될수 있도록하는 알루미나 장입수단이다.The inlet 141 is an alumina charging means that allows the alumina to be loaded onto the furnace without contacting the non-reactant charge in the region C or D or the moving bed shaft A.

또한 출탕구(142)가 구비되어 있는데, 이 출탕구(142)에는 전극의 전력공급장치의 중성회로에 연결된 변압기를 구비한 전기 수단을 연결하여, 상기 출탕구(142)를 개방시킬 필요가 있는 경우 출탕구(142) 주위의 도가니(F)를 용해하는 것을 도울수 있게 되어 있다.In addition, there is a tapping hole 142, which is connected to the electric means having a transformer connected to the neutral circuit of the power supply device of the electrode, it is necessary to open the tapping opening 142 In this case, it is possible to help dissolve the crucible (F) around the tapping hole (142).

노(160)은 종래의 알루미늄 균열로이며, 이 노에는 출탕구, 융체의 상부표면의 외측으로 플럭싱기체를 방출하는 수단, 스키머(skimmer) 및 생성 알루미늄의 상부면으로부터 고체 드로스를 제거하는 방출구수단이 구비되어 있다.The furnace 160 is a conventional aluminum crack furnace, which contains a spout, means for releasing the fluxing gas out of the upper surface of the melt, skimmer and solid dross from the top surface of the resulting aluminum. Ejector means are provided.

집진장치(152)는 리인(151)을 통해 노(13)을 떠나는 잔류 기체를 수용하기 위한 것으로서, 수집된 연진은 라인(154)을 통해 장입예비 장치(158)로 보내지며, 여기서 회수된 연진입자는 석유 코우크스, 석유 또는 클타르피치, 알루미나 및 마무리로(160)에서 회수한 드로우스와 혼합하여 단광을 제조한다.The dust collector 152 is for accommodating residual gas leaving the furnace 13 through the line 151, and the collected dust is sent to the charging preliminary device 158 via the line 154, where the recovered dust is collected. The particles are mixed with petroleum coke, petroleum or Kltar pitch, alumina and the draw down recovered from the finishing furnace 160 to produce briquettes.

노(130)은 실시예 1에서 설명한 방법에 의하여 조업개시 시킬수 있는데, 실시예 1의 방법에 따라 95%의 Al2O3와 5%의 Al4C3로 구성된 액상슬랙층(143)(융점은 약 1980℃)이 형성된다. 최초에는 액산 슬랙층의 깊이를 생성될 금속층(145)의 최대 예상높이와 동일한 치수가 되도록 한다. 이어서, 충분한 양의 슬랙을 출탕시켜 응고된 슬랙으로된 도가니(F)를 형성하는 한편 출탕구의 바닥부에 액상 슬랙층(143)의 상부 표면이 위치하도록 한다.Furnace 130 can be started by the method described in Example 1, liquid slack layer 143 consisting of 95% Al 2 O 3 and 5% Al 4 C 3 according to the method of Example 1 (melting point Silver is about 1980 ° C.). Initially, the depth of the liquid slack layer is dimensioned to be equal to the maximum expected height of the metal layer 145 to be produced. Subsequently, a sufficient amount of slag is tapped to form a solidified slag crucible F while the upper surface of the liquid slack layer 143 is positioned at the bottom of the tap.

출탕될 금속에 화학양론적으로 요구되는 탄소를 Al4O4C,Al4C또는 C의 형태로 함유한 예비환원된 장입물(C)를 슬랙층(143)에 낙하시켜 반응성 장입물(144)을 형성하고, 장입단광을 장입물 칼럼(148)에 추가하여 그 수준을 유지한다.The pre-reduced charge (C) containing the stoichiometrically required carbon in the form of Al 4 O 4 C, Al 4 C, or C in the metal to be tapped is dropped onto the slack layer 143 to make the reactive charge 144 ) And charge briquettes are added to the charge column 148 to maintain that level.

전류는 영역 C를 통해 전극사이에서 흐르고, 전극으로부터 금속 또는 슬랙으로 흐른다음 다시 인접전극으로 전달된다.Current flows between the electrodes through region C, flows from the electrodes to the metal or slag and then to the adjacent electrodes.

열이 전달되면 반응성 장입물(144)와 슬랙(143)사이의 반응이 진행하여 30-35%의 Al4C3를 함유한 알루미늄을 형성한다.When heat is transferred, the reaction between the reactive charge 144 and the slack 143 proceeds to form aluminum containing 30-35% Al 4 C 3 .

이와 동시에 알루미늄 증기와 알산화 알루미늄(Al2O)기체가 생성된다. 이들 기체는 알루미늄 생성반응에 의하여 형성된 CO 기체와 혼합되어 영역 C 및 장입물 칼럼(148)을 통해 상향 유동하며 여기서 후반응이 발생하여 열을 방출하고 화합물을 생성한다. 생선된 화합물은 장입물과 함께 재순환하여 영역 D에서 약 1970℃에서 Al2O3,Al4C3및 Al4O4C의 혼합물을 생성한다. 고온의 C영역에서 상기 Al4C3는 탄소와 반응하여 Al4C3를 형성한다.At the same time aluminum vapor and aluminum oxide (Al 2 O) gas are produced. These gases are mixed with CO gas formed by the aluminum formation reaction and flow upward through zone C and the charge column 148 where post-reaction occurs to release heat and produce compounds. The fished compound is recycled with the charge to produce a mixture of Al 2 O 3 , Al 4 C 3 and Al 4 O 4 C at about 1970 ° C. in zone D. In the high temperature C region, Al 4 C 3 reacts with carbon to form Al 4 C 3 .

상기 영역 C에서 형성된 Al4C3는 소결루프(sintered roof)를 형성함으로써 생성 사이클의 나머지 기간동안에 반응하지 않은 탄소가 황원영역으로 더이상 진입하지 못하도록 막아준다.Al 4 C 3 formed in the region C forms a sintered roof to prevent unreacted carbon from entering the sulfur source region for the remainder of the production cycle.

생성 사이클의 진행에 따라 알루미늄의 생성에 화학양론적으로 요구되는 그러나 장입물 단광에는 첨가되어있지 않는 일정량의 알루미나를 장입구(141)을 통해 공급해준다. 생성 사이클의 계속 진행하고, 알루미나를 추가로 공급해줌에 따라 슬랙-반응성 장입물의 조성은 약 0.06의 N*로부터 약 0.92의 N*로 그 알루미나 몰분율이 변화된다. 금속은 미합중국특허 제4,216,010호에 기술된 탈탄의 환원 양식에 따라 약 4%의 A14C3까지 탈탄된다.As the production cycle progresses, a certain amount of alumina is supplied through the inlet 141 which is stoichiometrically required for the production of aluminum but not added to the charge briquettes. A generation cycle continues and, according to haejum supply additional alumina slack-water reactive charged composition of the mole fraction of the alumina from the N * N * of about 0.06 to about 0.92 is changed. The metal is decarburized to about 4% A1 4 C 3 according to the reduction pattern of decarburization described in US Pat. No. 4,216,010.

이어서, 전력의 수준을 금속의 생성을 중단시킬수 있는 정도(이는 CO기체의 생성이 현저하게 감소하는 것에 의해 확인 할수 있다.)로 감소시키고, 이 상태에서 약 1시간동안 노를 유지시킨다. 이 기간동안에 슬랙온도는 약 2000℃로 유지되며, 알루미나는 약간 응고하여 슬랙에 접촉해 있는 반응성 탄소를 제거시키며, 금속은 미합중국특허 제4,216,010호에 기재되어 있는 추출양식의 탈탄법에 따라 약 2%의Al4C3까지 더욱 탈탄된다.The level of power is then reduced to the extent that the production of metal can be stopped (which can be seen by the significant decrease in the production of CO gas), and the furnace is held for about 1 hour in this state. During this period, the slag temperature is maintained at about 2000 ° C, the alumina solidifies slightly to remove the reactive carbon in contact with the slag, and the metal is about 2% according to the decarburization method of the extraction form described in US Pat. No. 4,216,010. Is further decarburized to Al 4 C 3 .

이어서, 금속은 노(160)로 출탕시키고, 이곳에서 트라이기체를 취입하면 온도가 약 900℃까지 하강하여 약 20%의 알루미늄과 노(130)의 출탕구에 수용된 모든 Al2C3및 Al4C3를 함유한 건조된 드로스가 형성된다. 이 드로스를 스키밍하여 라인(162)를 통해 장입물 예비장치(158)로 재순환되고, 이곳에서 탄화 알루미늄이 가수분해될 여유를 주지않도록 지체없이 제1차로의 장입단광에 혼합된다. 이어서, 상업적 순도로 생성된 알루미늄을 마무리로로부터 출탕시킨다.The metal is then tapped into the furnace 160 where the trigas is blown in and the temperature is lowered to about 900 ° C. so that about 20% of the aluminum and all Al 2 C 3 and Al 4 housed in the furnace 130 are provided. Dry dross containing C 3 is formed. The dross is skimmed and recycled through line 162 to charge reserve device 158 where it is mixed with the charged briquettes of the primary lane without delay to afford room for hydrolysis. The aluminum produced in commercial purity is then tapped from the finishing furnace.

노(130)의 금속을 출탕시킨 직후, 영역 C로부터 환원영역E로 물질을 이동시킴으로써 생성 사이클을 반복한다.Immediately after tapping the metal of the furnace 130, the production cycle is repeated by moving the material from zone C to reduction zone E.

장입단광에 첨가되는 바람직한 알루미나의 %는 20-30%이다. 이 알루미나는 영역 C에 액상을 생성함으로써 물질의 낙하를 용이하게 하지만, 영역 D에서는 액상의 %를 낮게 유지 시킴으로써 증기 및 기체의 후반응에 필요한 침투성을 해치지 않도록한다.The preferred percentage of alumina added to the charged briquettes is 20-30%. This alumina facilitates the fall of the material by creating a liquid phase in zone C, while keeping the% of the liquid phase low in zone D so as not to impair the permeability necessary for post-reaction of vapor and gas.

표Ⅳ은 이상 설명한 공정의 에너지 수지와 단계별 물질수지를 요약한 것이다. 본 조업체계는 연진회수 장치와 재사이클을 포함한 장입단광 예열단계를 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 장입물 칼럼(A)가 노(130)의 샤프트를 하강함에 따라 영역 D에서 반유체(semi-liquid)화합물이 생성되고, 영역C에서는 소결체(주로 Al4C3)가 생성된다. 영역E에서는 혼합, 예비환원 및 탈탄반응이 순차적으로 발생한다. 이어서 노(160)에서 탈탄이 발생한다.Table IV summarizes the energy balance and the step-by-step mass balances for the processes described above. The industry may be described as including a charge bridging preheating stage including a lead recovery unit and a recycle. As the charge column A descends the shaft of the furnace 130, semi-liquid compounds are produced in zone D and sintered bodies (mainly Al 4 C 3 ) are produced in zone C. In zone E, mixing, pre-reduction and decarburization occur sequentially. Decarburization then occurs in furnace 160.

[표 Ⅰ]TABLE I

물질과 에너지 수지의 개요Overview of Materials and Energy Balances

Figure kpo00003
Figure kpo00003

[표 Ⅱ]TABLE II

물질과 에너지 수지의 개요Overview of Materials and Energy Balances

Figure kpo00004
Figure kpo00004

[표 Ⅲ]TABLE III

물질과 에너지 수지의 개요Overview of Materials and Energy Balances

Figure kpo00005
Figure kpo00005

[표 Ⅳ]Table IV

물질과 에너지 수지의 개요Overview of Materials and Energy Balances

Figure kpo00006
Figure kpo00006

Claims (21)

알루미나와 탄소가 노내의 환원영역에서 반응하여 탄화알루미늄을 함유한 알루미늄을 생성하고, 환원반응시 생선된 가스는 후반응영역에서 노내에 장입된 장입물질을 통해 상측으로 유동할수 있게되어 있으며, 상기 후반응 영역에서는 발열반응 및 화합물을 생성하는 반응이 일어나고, 상기 화합물은 상기 장입물질과 함께 환원영역으로 재순환되는, 알루미늄 재조용 카보서믹공정에 있어서, (A). 상기 가스를 생성하는데 충분한 그리고 탄화알루미늄을 함유한 액상 알루미늄을 생성하는데 충분한 열입력(heat input)을 가하는 상태하에서 고체 탄화 알루미늄과 탄소를 포함하는 혼합물을 상기 노의 노상에서 알루미나와 탄화알루미늄을 포함한 액상 슬랙과 반응시키는 단계 ; (B). 반응성 탄소와 고체 탄화알루미늄이 존재하지 않는 상태하에서 상기 슬랙을 분해하여 추가의 알루미늄과 가스를 생성하는 단계 ; (C). 상기 단계(A)와 (B)에서 생성된 가스를 후반응영역을 통과시켜 예비환원생성물을 생성하는 단계 ; (D). 상기 단계(C)의 예비환원생성물을 상기 단계(A)의 상기 혼합물의 일부로서 사용하는 단계 ; (E). 상기 단계(B)로부터 탄화알루미늄을 함유한 생성물 알루미늄을 회수하는 단계로 구성된것을 특징으로 하는 알루미늄을 제조용 카보서믹공정.Alumina and carbon react in the reduction zone in the furnace to produce aluminum containing aluminum carbide, and the gas produced during the reduction reaction can flow upward through the charging material charged into the furnace in the post reaction zone. In the reaction zone, an exothermic reaction and a reaction to generate a compound occur, and the compound is recycled to the reduction zone together with the charged material, wherein in the carbothermal process for aluminum manufacturing, (A). A mixture containing solid aluminum carbide and carbon was added to the liquid phase including alumina and aluminum carbide in the furnace of the furnace under applying a heat input sufficient to produce the gas and sufficient heat input to produce aluminum carbide containing liquid. Reacting with slack; (B). Decomposing the slack in the absence of reactive carbon and solid aluminum carbide to produce additional aluminum and gas; (C). Generating a pre-reduction product by passing the gas generated in steps (A) and (B) through a post-reaction zone; (D). Using the pre-reduction product of step (C) as part of the mixture of step (A); (E). Carbothermal process for producing aluminum, characterized in that consisting of recovering the product aluminum containing aluminum carbide from the step (B). 제1항에 있어서, 알루미늄의 생성에 있어 화학양론적으로 요구되는 적어도 일부의 알루미나가 상기 단계(C)를 거치지 않고 노의 노상(hearth)에 공급되는것을 특징으로 하는 알루미늄 제조용카서믹공정.The process of claim 1 wherein at least some of the alumina stoichiometrically required for the production of aluminum is supplied to the hearth of the furnace without passing through step (C). 제2항에 있어서, 상기 단계(C)의 반응에서 방출된 가스가 상기 단계(C)를 거치지 않고 노상에 공급된 알루미나를 예열하는데 사용되는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The process of claim 2, wherein the gas released in the reaction of step (C) is used to preheat the alumina supplied to the furnace without passing the step (C). 제2항에 또는 제3항에 있어서, 상기 생성물 알루미늄에 함유된 탄소와 화학양론적으로 등량인 모든 탄소와 알루미나의 일부가 상기 장입물질과 함께 단계(C)로 공급되며, 상기 알루미나의 일부와 상기 단계(C)를 거치지 않고 노상에 공급된 알루미나의 일부의 총량은 상기 단계(E)에서 회수된 알루미늄과 화학양론적으로 등량인 알루미나의 양인것을 특징으로하는 알루미늄 제조용카보서믹공정.The process of claim 2 or 3, wherein a portion of all carbon and alumina that is stoichiometrically equivalent to the carbon contained in the product aluminum is fed to step (C) together with the charged material, and the portion of the alumina Carbothermic process for producing aluminum, characterized in that the total amount of part of the alumina supplied to the furnace without passing the step (C) is the amount of alumina which is stoichiometrically equivalent to the aluminum recovered in the step (E). 제2항에 있어서, 상기 단계(C)를 거치지 않고 노상에 공급된 전체 알루미나 요구량의 비율이 67%이하로 제어되어 상기 단계(C)의 후반응 영역에서의 액상/고상의 비율을 상기 후반응영역내의 물질이 넌슬럼핑 상태(non-slumping) 및 증기통기상태를 확보할수있는 비율로 유지하는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The post-reaction according to claim 2, wherein the ratio of the total alumina demand supplied to the furnace without passing through step (C) is controlled to be 67% or less, thereby controlling the ratio of liquid / solid phase in the post-reaction zone of step (C). A carbothermal process for producing aluminum, wherein the material in the zone is maintained at a rate that ensures non-slumping and vapor venting conditions. 제5항에 있어서, 상기 증기의 통기가 가능한 영역내의 온도가 2000℃이하일때, 이 영역내의 액상/고상의 비율이 27/27-52/48, 바람직하게는 35/65-45/55의 범위인것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.6. The liquid / solid phase ratio in this zone is 27 / 27-52 / 48, preferably in the range of 35 / 65-45 / 55 when the temperature in the vapor-permeable region is below 2000 ° C. Carbothermal process for producing aluminum, characterized in that. 제2항에 있어서, 상기 혼합물의 상기 단계(A)로의 진입이 상기 단계(B)의 목적을 위하여 슬랙내의 반응 탄소를 소모시키도록 제어되는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The process of claim 2 wherein the entry of said mixture into said step (A) is controlled to consume reactive carbon in the slack for the purpose of said step (B). 제7항에 있어서, 상기 혼합물의 진입이 노상의 상부 및 상기 후반응 영역을 제공하는 장입물칼럼의 하부에 배치된 상기 환원 영역을 위한 내부루프(roof)를 형성하는 노상 쇼울더에 의하여 제어되는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.8. The method of claim 7, wherein the ingress of the mixture is controlled by a hearth shoulder forming an inner loop for the reduction zone disposed above the hearth and below the charge column providing the post reaction zone. Carbothermal process for producing aluminum. 제7항에 있어서, 상기 혼합물의 진입이 상기 노의 루프내의 한쌍의 장입구에 의해 제어되며, 상기 후반응영역은 상기 노의 외부의 대응되는 한쌍의 장입물 칼럼중에서 적어도 하나의 칼럼에 의해 제공되고 상기 장입구에 연결되는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The process of claim 7 wherein the entry of the mixture is controlled by a pair of charges in the loop of the furnace and the post reaction zone is provided by at least one column of the corresponding pair of charge columns outside of the furnace. And a carbothermal process for producing aluminum, which is connected to the charging hole. 제9항에 있어서, 각 후반응영역이 한쌍의 장입물 칼럼내의 유동층으로서 종재하고 장입물에 분말형태로 첨가되는 것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.10. The process of claim 9 wherein each post-reaction zone terminates as a fluidized bed in a pair of charge columns and is added to the charge in powder form. 제9항 또는 제10항에 있어서, 하나의 장입물 칼럼에 탄소 및 상기 일부의 알루미나를 함유한 장입물질의 공급되며, 여기서 단계(C)의 반응이 발생하고, 다른 장입물 칼럼에는 나머지 알루미나가 공급되고, 이 알루미나는 상기 다른 장입물 칼럼내에서 노의 노상으로 진입되기 전에 예열되는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용카보서믹공정.A charge material according to claim 9 or 10, wherein a charge material containing carbon and some of the alumina is supplied to one charge column, wherein the reaction of step (C) takes place, and the other charge column contains the remaining alumina. Wherein the alumina is preheated before entering the hearth of the furnace in the other charge column. 제7항에 있어서, 상기 혼합물의 진입이 단계(C)를 거치지 않고 노상에 공급된 총 알루미나의 비율을 70-80%로 조정함에 의하여 제어되며, 이에 의해 후반응영역내의 장입물질의 바닥부는 환원영역을 위한 소결된 루프(roof)를 형성할수 있는 충분한 강도를 갖게되는 것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정,8. The process of claim 7, wherein the entry of the mixture is controlled by adjusting the proportion of total alumina supplied to the furnace to 70-80% without going through step (C), whereby the bottom of the charge material in the post reaction zone is reduced. Carbothermal process for producing aluminum, characterized in that it has sufficient strength to form a sintered loop for the region, 제2항에 있어서, 상기 생성물 알루미늄을 제2차로에 이동시켜서 알루미나를 함유한 슬랙과 반응시켜 알루미늄의 탄화물 함량을 더욱 감소시키고, 상기 단계(C)를 거치지 않고 공급된 상기 일부의 알루미나를 상기 제2차로내의 슬랙에 첨가하고, 이 슬랙을 제1차로의 노상으로 재순환시키는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹 공정.The method of claim 2, wherein the product aluminum is moved to a second lane to react with the slag containing alumina to further reduce the carbide content of aluminum, and the portion of the alumina supplied without the step (C) is A carbothermal process for producing aluminum, which is added to a slag in a second furnace and recycled to the hearth of the first furnace. 제1항에 있어서, 상기 단계(A)의 열입력이 노상의 융층과 접촉한 전극에 의하여 제공되고, 상기 전극은 상기 단계(B)에서 개방아크(open arc)가열을 제공하기 위하여 상기 노상의 융체로부터 이격되어 있는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The method of claim 1, wherein the heat input of step (A) is provided by an electrode in contact with the fusion layer of the hearth, and the electrode is provided in the hearth to provide open arc heating in step (B). A carbothermal process for producing aluminum, which is spaced apart from the melt. 제1항에 있어서, 단계(B)다음에 상기 슬랙층내의 탄화물이 더욱 감손할때까지 일산화탄소의 발생을 유발하는 온도하에서 상기 슬랙층을 더욱 분해시키는 단게를 포함하는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The process of claim 1, further comprising the step of further decomposing the slack layer at a temperature causing the generation of carbon monoxide until the carbide in the slack layer is further depleted after step (B). fair. 제1항에 있어서, 상기 단계(A)-단계(E)가 순환적으로 반복되는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The process of claim 1, wherein the steps (A)-(E) are cyclically repeated. 제1항에 있어서, 상기 단계(A)의 액상 슬랙이 80-97%중량 %의 알루미나를 함유하며, 상기 단계(A)에 의하여 생성된 액상 알루미늄이 20-37중량%의 탄화알루미늄을 함유하고, 상기 단계(E)에서 회수된 알루미늄 생성물이 15중량 % 이하의, 바람직하게는 2-12중량 %의 탄화알루미늄을 함유하는 것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The liquid slag of step (A) contains 80-97% by weight of alumina, and the liquid aluminum produced by step (A) contains 20-37% by weight of aluminum carbide. Carbothermal process for producing aluminum, characterized in that the aluminum product recovered in step (E) contains not more than 15% by weight, preferably 2-12% by weight of aluminum carbide. 제1항에 있어서, 상기 단계(A)의 출발시점에서의 알루미나 몰분율(N*)이 0.4이상, 바람직하게는 0.5-0.6이고, 고체탄화알루미늄이 없어지면 0.77-0.78로 상승되며, 상기 단계(B)의 마지막 시점에서는 0.91-0.93으로 상승되며, 알루미늄 생성물과 알루미나 함유 슬랙의 반응이 발생하는 단계(B)의 후속단계에서는 0.94-0.96으로 상승되는것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The method according to claim 1, wherein the alumina mole fraction (N * ) at the start of step (A) is at least 0.4, preferably 0.5-0.6, and is raised to 0.77-0.78 when no solid aluminum carbide is present, and step (B). The carbothermal process for manufacturing aluminum, characterized in that it is raised to 0.91-0.93 at the end of the step, and is raised to 0.94-0.96 in a subsequent step of the step (B) in which the reaction between the aluminum product and the alumina containing slag occurs. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 생성물을 마무리로에서 더욱 처리하여 순수한 알루미늄 및 드로스를 생성하고, 이 드로스는 탄소로 코팅한 후에 상기 장입물질로 재순환시키는 것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The process of claim 1 wherein the aluminum product is further treated in a finishing furnace to produce pure aluminum and dross, which dross is recycled to the charge material after coating with carbon. 제1항에 있어서, 상기 환원영역내로의 일산화탄소의 흐름을 유지하여 노벽 또는 가열용 전극에 알루미늄이 응결되는것을 방지하고, 이에 의해 가열용 전극의 단락을 방지하는 것을 특징으로하는 알루미늄을 제조하기 위한 카보서믹공정.2. The method of claim 1, wherein the flow of carbon monoxide into the reduction zone is maintained to prevent aluminum from condensing on the furnace wall or the heating electrode, thereby preventing short circuit of the heating electrode. Carbothermal process. 알루미나와 탄소가 노내의 환원영역에서 반응하여 탄화알루미늄을 함유한 알루미늄을 생성하고, 환원반응시 생성된 가스는 후반응영역에서 노내에 장입된 장입물질을 통해 상측으로 유동할수 있게되어 있으며, 상기 후반응 영역에서는 발열반응 및 화합물을 생성하는 반응이 일어나고, 상기 화합물은 상기 장입물질과 함께 환원영역으로 재순환되는, 알루미늄 제조용 카보서믹공정에 있어서, 알루미늄 생성물에 함유된 탄소와 화학양론적으로 등량인 탄소를 함유한 후반응 장입물질을 노의 노상에 이동시켜서 알루미나를 함유한 액상 슬랙층과 반응시킴과 동시에, 반응시킬 알루미나의 적어도 일부를 노상에 직접 공급되며, 상기 적어도 일부의 알루미나와 상기 후반응된 장입물질내에 함유된 알루미나의 총량이 상기 알루미늄 생성물내의 함유된 알루미늄과 화학양론적으로 동량인 것을 특징으로하는 알루미늄 제조용 카보서믹공정.The alumina and carbon react in the reduction zone in the furnace to produce aluminum containing aluminum carbide, and the gas generated during the reduction reaction can flow upward through the charging material charged into the furnace in the post reaction zone. In the reaction zone, an exothermic reaction and a reaction to generate a compound occur, and the compound is recycled together with the charged material to a reduction zone in the carbothermal process for producing aluminum, wherein the carbon is stoichiometrically equivalent to the carbon contained in the aluminum product. After the reaction charge material containing the reaction is moved to the furnace of the furnace to react with the liquid slack layer containing alumina, at least a part of the alumina to be reacted is directly supplied to the furnace, the at least some alumina and the post-reacted The total amount of alumina contained in the charge material is contained in the aluminum product. Carbothermal process for producing aluminum, characterized in that the stoichiometric amount of aluminum.
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