KR101064991B1 - 고순도 망간 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 증기압을 갖는 원료가 감압시 쉽게 증발되는 성질을 이용하여 고순도의 원료를 제조하기 위한 고순도 망간 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고순도 망간 제조방법은 망간이 함유된 용융물을 생성하는 단계와; 상기 용융물을 감압처리하여 용융물로 부터 망간을 증발시키는 단계와; 증발된 원료 기체를 응축시키는 단계와; 응축된 망간을 회수하는 단계를 포함한다.

그리고, 본 발명에 따른 고순도 망간 제조장치는 페로 망간이 수용되는 도가니가 내부에 구비되는 챔버와; 상기 도가니를 가열시키는 보열유닛과; 상기 챔버 내부를 감압시키는 진공유닛과; 상기 챔버에 구비되어 상기 도가니에서 기화되는 망간을 응축시키는 응축유닛을 포함한다.

고순도, 망간, 페로망간, 응축

Description

고순도 망간 제조방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING HIGH-PURITY MANGANESE}

본 발명은 고순도 망간 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 증기압을 갖는 원료가 감압시 쉽게 증발되는 성질을 이용하여 고순도의 망간을 제조하기 위한 고순도 망간 제조방법 및 장치에 관한 것이다.

망간은 철과 유사한 회색 광택을 가지는 금속으로서, 주로 강의 강도 증가를 위한 성분 첨가제로 사용되며, 제강 공정에서의 탈산제 또는 탈황 등의 목적으로 사용된다. 망간은 크게 철과 합금 형태로 만들어지는 페로 망간과 망간 금속, 이산화망간 또는 망간 산화물 등의 형태로 사용되지만, 철강 공정에서는 주로 페로 망간의 형태로 사용된다. 그리고, 망간 금속은 주로 비철 합금의 강도 및 경도 보강용으로 사용되며, 철강 공정에서는 강중 불순물(C,P,S) 함량을 낮게 관리하는 강종의 망간 성분 보증용으로 사용되고 있다. 이산화 망간은 건전지 제조 공정에 사용되고 있다.

제강용 합금철로 사용되는 페로 망간은 탄소함량에 따라서 고탄([C]<7.5%이하, KS규격 KSD3712 기준), 중탄([C]<2.0%이하, KS규격 KSD3712 기준) 및 저탄([C]<1.0%이하, KS규격 KSD3712 기준)으로 구분되며, 망간 함량이 약 70 ~ 85% 정도의 범위를 가진다.

페로 망간을 제조하는 공정은 망간 광석과 환원제인 코크스 및 슬래그 형성제를 전기로에 장입하여 코크스의 탄소를 이용하여 산화물 형태인 망간 광석을 환원시킴으로써 제조된다. 이와 같이 전기로에서 코크스를 이용해서 제조된 페로망간은 환원제인 코크스로 인해서 제품 중에 탄소가 포화되어 있는 고탄 페로 망간의 형태로 얻어진다.

중/저탄소 페로 망간을 제조하는 방법은 SiMn을 이용하여 Mn광석을 전기로에서 용융환원시켜서 저탄 페로 망간을 제조하는 방법과, 용융 고탄 페로 망간에 산소를 취입하여 탈탄을 함으로써 저탄 페로 망간을 제조하는 방법 등이 사용되고 있다.

망간 금속은 주로 망간 함량이 90% 이상인 합금을 말하며 저급 망간 금속(Mn:92~98%)과 고급 망간 금속(Mn>99%)으로 구분된다. 망간 금속을 제조하는 방법은 망간 광석의 용융염 전해법으로 생산되는 고급 망간 금속과, 페로 망간 제조 공정에서 발생되는 슬래그나 인(P)의 함량이 낮은 광석을 비탄소계 환원제(Si,Al,Ca 등)로 환원시킴으로써 망간 함량이 90% 이상인 저급 망간 금속을 만드는 방법이 있다. 하지만, 용융염 전해법으로 제조되는 제품은 주로 황이나 수소가 불순물로 존재하며, 저급 망간 금속은 철과 탄소 및 환원제로 사용되는 성분(Si,Al 등)이 불순물로 존재한다. 특히 저급 망간 금속의 경우 환원제가 약 1% 전후로 존재하는 문제점이 있었다.

용융염 전해법으로 제조되는 고급 망간 합금은 망간 함량이 99% 이상으로 매우 높으나, 제조공정에서 황산을 사용하기 때문에 잔재 처리 등에서 환경 오염을 발생시킬 수 있는 문제점이 있었다.

한편 저급 망간 금속의 경우 불순물 함량이 높기 때문에 비철 합금용으로 사용이 곤란하며, 또한 철강용 재료로 사용하는데도 일부 불순물 함량이 높아서 사용이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용융물을 감압처리하면 용융물 중에 포함된 원소 중 증기압이 높은 원소부터 증발되는 성질을 이용하여 증기압이 높은 원소를 증발시키고 증발된 원소를 다시 응축시켜 고순도의 망간을 제조할 수 있는 고순도 망간 제조방법 및 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 고순도 망간 제조방법은 망간이 함유된 용융물을 생성하는 단계와; 상기 용융물을 감압처리하여 용융물로 부터 망간을 증발시키는 단계와; 증발된 원료 기체를 응축시키는 단계와; 응축된 원료를 회수하는 단계를 포함한다.

상기 용융물을 교반시키는 단계를 더 포함한다.

상기 증발된 망간을 응축시키는 단계는 증발된 망간이 통과되는 배기라인에 냉각이 조절되는 응축판을 설치하고, 상기 응축판을 선택적으로 냉각시켜 냉각된 응축판에 증발된 망간이 접촉하면서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 용융물은 용융 상태의 페로 망간 또는 용융 상태의 망간 합금철인 것을 특징으로 한다.

상기 망간을 증발시키는 단계에서 상기 용융물은 3 torr 보다 낮은 압력이 되도록 감압처리하는 것을 특징으로 한다.

상기 증발된 망간을 응축시키는 단계는 상기 용융물이 3 torr 보다 낮은 압 력으로 감압처리된 상태에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고순도 망간 제조장치는 용융된 재료가 수용되는 도가니가 내부에 구비되는 챔버와; 상기 도가니를 가열시키는 보열유닛과; 상기 챔버 내부를 감압시키는 진공유닛과; 상기 챔버에 구비되어 상기 도가니에서 기화되는 재료를 응축시키는 응축유닛을 포함한다.

상기 보열유닛은 상기 챔버의 외부에 구비되어 상기 챔버 내부에 유도 전류를 공급하는 유도코일과; 상기 도가니를 둘러싸도록 구비되어 상기 유도코일에서 공급되는 유도 전류에 의해 발열되는 발열체를 포함한다.

상기 발열체의 둘레에는 단열재가 더 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 발열체는 흑연 재질인 것이 바람직하다.

상기 진공유닛은 상기 챔버의 상부에 연결되는 진공라인과; 상기 진공라인에 연결되는 진공발생부를 포함한다.

상기 응축유닛은 상기 도가니의 상측에 구비되는 응축판과; 상기 응축판을 냉각시키는 냉각수단을 포함한다.

상기 응축판은 상기 도가니에서 기화되는 재료와 접촉면을 넓이기 위하여 벌집형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 챔버의 상부에 배기라인이 구비되고, 상기 응축판은 상기 배기라인과 도가니 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 응축판은 구리 재질인 것이 바람직하다.

상기 냉각수단은 내부에 냉각수가 유동되는 냉각판인 것을 특징으로 한다.

상기 챔버에는 챔버 내부의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되고, 상기 온도센서에서 측정된 온도값에 따라 상기 보열유닛의 작동을 제어하는 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 챔버에는 챔버 내부에 불활성기체를 공급하는 공급라인이 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 용융물을 가압처리하고, 증발된 원소를 다시 응축시키는 정치를 마련함에 따라 페로 망간 용융물 중에 함유된 원소 중 상대적으로 증기압이 높은 망간을 고순도로 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 수소, 황 등의 불순 성분의 함량이 높은 전해망간과 비교하여 불순 성분의 함량이 월등히 적은 고순도 망간을 제조할 수 있고, 환경오염 측면에서도 건식야금을 활용하는 제조방법과 비교하여 월등히 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명에 따라 제조되는 망간은 슬래그 환원법에 의해 생산되는 고순도 페로망간과 비교하여 망간 함량이 높으며, 부산물의 발생량이 월등히 적은 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

망간은 철보다 증기압이 높은 원소로서, 감압처리시 손쉽게 증발되는 성질을 갖는다. 아래의 표 1은 온도에 따른 망간과 철의 증기압 값을 나타내는 것으로서, 망간의 증기압이 철의 증기압보다 1000배 이상 높아 감압처리시 망간의 분리가 용이하고, 기타 불순물과도 분리가 용이한 장점이 있다. 이에 따라 본 발명의 바람직한 실시예는 페로 망간 용융물을 이용하여 고순도의 망간을 제조하기 위한 장치 및 방법을 예로 하여 설명하도록 한다.

온도(℃)	Mn 증기압(mbar)	Fe 증기압(mbar)	Mn 증기압/Fe 증기압
1300	3.31	0.00088	3775
1400	9.69	0.00477	2031
1500	25.15	0.02146	1172

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고순도 망간 제조장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고순도 망간 제조장치는 용융된 재료가 수용되는 도가니(100)가 내부에 구비되는 챔버(200)와; 상기 도가니(100)를 가열시키는 보열유닛(300)과; 상기 챔버(200) 내부를 감압시키는 진공유닛(400)과; 상기 챔버(200)에 구비되어 상기 도가니(100)에서 기화되는 재료를 응축시키는 응축유닛(500)을 포함한다.

챔버(200)는 내부에 상기 도가니(100)가 수용되는 수용공간(207)이 형성되도록 측벽(201)과, 상기 측벽(201)의 상단을 덮는 상부커버(203)와, 상기 측벽(201)의 하단을 덮는 하부커버(205)로 이루어지는 함체이다. 이렇게 챔버(200)의 수용공간(207)이 측벽(201), 상부커버(203) 및 하부커버(205)에 의해 밀폐되어 대기와 격리된다. 이때 상기 측벽(201)은 예를 들어 석영관(quartz tube)으로 제조될 수 있다.

상기 도가니(100)는 내부에 용융된 고온의 용융물을 수용할 수 있는 용기로서, 상부는 용융물이 장입되거나 용융물 중 증발되는 기체가 배출되도록 개구되고, 바닥면을 가지며, 바닥면의 가장자리를 따라 벽면이 형성된다. 이때 상기 바닥면의 형상은 특정한 형상에 한정되지 않고, 원형과 다각형을 포함하며 부정형의 형상도 포함한다. 이러한 도가니(100)는 내부에 수용되는 용융물의 보열을 위하여 내화물로 제작되는데, 예를 들어 알루미나 재질로 제작된다.

그리고 상기 챔버(200)의 내부에는 상기 도가니(100)가 안착되는 정반(110)이 설치된다. 상기 정반(110)은 하부커버(205)의 상면에 안착되어 구비된다. 상기 정반(110)은 알루미나 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 챔버(200)의 상부에는 배기라인(211)이 연결되는 연결구(210)가 연결될 수 있다. 예를 들어 상기 연결구(210)는 상부커버(203)에 연결되고, 상기 배기라인(211)이 상기 연결구(210)에서 분기된다. 또한, 상기 연결구(210)에는 불활성기체를 공급하여 도가니 내에 수용되는 용융물을 교반시키기 위하여 불활성기체 공급라인(미도시)이 연결될 수 있다.

상기 불활성기체 공급라인은 상기 도가니(100) 내에 수용된 용융물을 버블링시켜서 용융물을 교반시킬 수 있도록 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어 상기 연결구(210)에 불활성기체 공급라인이 형성되고, 상기 불활성기체 공급라인을 통하여 불활성기체를 챔버(200) 내부에 공급하여 간접적으로 용융물에 버블링 현상이 일어나도록 하거나, 상기 불활성기체 공급라인이 도가니(100)에 직접 연결되어 도가니(100)에 내에 불활성기체를 직접 공급함에 따라 용융물에 버블링 현상이 일어나도록 할 수 있다.

보열유닛(300)은 용융물의 기화 반응시 흡열 반응에 의해 용융물의 온도가 내려가는 것을 방지하는 수단으로서, 상기 챔버(200)의 외부에 구비되어 상기 챔버(200) 내부에 유도 전류를 공급하는 유도코일(310)과; 상기 도가니(100)를 둘러싸도록 구비되어 상기 유도코일(310)에서 공급되는 유도 전류에 의해 발열되는 발열체(320)를 포함한다.

상기 유도코일(310)은 상기 챔버(200)의 내부에 유도 전류를 공급하기 위하여 챔버(200)의 외주연을 따라 한 겹 또는 여러 겹으로 구비된다. 물론 이에 한정되지 않고, 유도코일(310)은 챔버(200)의 측벽(201)에 내삽되어 구비될 수 있다. 이러한 유도코일(310)은 별도의 고주파 공급장치(미도시)와 연결되어 고주파 전류가 공급됨에 따라 고주파 자장을 발생시켜 고주파 자장 내에 구비되는 발열체(320)에 유도전류가 흐르도록 한다.

상기 발열체(320)는 유도코일(310)에 의해 발생되는 고주파 자장 내에 구비되어 유도전류에 의해 열을 발생시키는 수단으로서, 상기 도가니(100)의 벽면 및 바닥면을 둘러싸도록 구비된다. 그래서 내부에 상기 도가니(100)가 밀착되어 안착된 상태에서 상기 정반(110)의 상면에 안착된다. 이때 상기 발열체(320)는 상기 도가니(100)의 벽면 및 바닥면에 일체형으로 내삽되거나, 도가니(100)의 벽면 및 바닥면에 구비되는 여러 조각으로 분리되어 구비될 수 있다.

이때 발열체(320)는 유도코일(310)에서 공급되는 고주파 전류에 의해 유도전류가 흘러 열을 발생시킬 수 있다면 어떠한 재질로 형성되어도 무방하다, 본 발명에서는 경제성을 고려하여 흑연을 채택하였다.

그리고, 상기 발열체(320)의 둘레에는 단열재(330)가 더 배치된다. 상기 단열재(330)는 상기 발열체(320)를 둘러싸도록 튜브형상으로 제작되어 상기 정반(110)의 상면에 안착된다. 그래서 단열재(330) 내부에 배치되는 도가니(100) 내부의 페로 망간 용융물의 기화반응시 온도가 내려가는 것을 예방한다.

본 실시예에서 상기 보열유닛(300)은 전자기 유도가열을 예로 설명하였지만, 상기 보열유닛(300)은 전자기 유도가열에 한정되지 않고, 플라즈마 히터를 이용하여 상기 도가니(100)를 간접가열시키는 방법으로 실시될 수 있다. 그래서, 페로 망간 용융물에서 망간의 기화가 진행될수록 페로 망간 용융물의 온도가 내려가서 망간의 증기압이 감소됨에 따라 망간이 쉽게 기화되지 않는 현상을 방지한다.

진공유닛(400)은 상기 챔버(200)의 상부에 연결되는 진공라인(410)과, 상기 진공라인(410)에 연결되는 진공발생부(420)로 이루어진다.

상기 진공라인(410)은 상기 챔버(200)에 연결되어 상기 진공발생부(420)의 작동에 의해 상기 챔버(200) 내부를 감압시켜 진공상태로 되도록 한다. 예를 들어 상기 진공라인(410)은 상기 챔버(200)의 상부커버(203)에 연결되는 연결구(210)에서 분기되어 연결된다.

상기 진공발생부(420)는 상기 챔버(200) 내부를 감압시켜 진공 상태를 만들 수 있다면 어떠한 장치가 사용되어도 무방하다.

응축유닛(500)은 상기 도가니(100)의 상측에 구비되는 응축판(510)과, 상기 응축판(510)을 냉각시키는 냉각수단(520)을 포함한다.

상기 응축판(510)은 감압시 상기 도가니(100)에 수용된 용융 상태의 페로 망간에서 증발되는 망간이 접촉되는 응축되는 수단으로서, 상기 냉각수단(520)에 의해 빠르게 냉각되도록 하기 위하여 열전도가 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어 본 실시예에서는 구리로 응축판(510)을 제조하였다. 또한, 상기 응축판(510)은 증발되는 망간 기체와 접촉면을 넓이기 위하여 벌집형상(honeycomb)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 물론 상기 응축판(510)의 형상은 제시된 실시예에 한정되지 않고 망간 기체와의 접촉면을 넓일 수 있다면 어떠한 형상으로 형성되어도 무방하다.

상기 응축판(510)은 상기 도가니(100)와 배기라인(211) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 본 실시예에서는 상기 챔버(200)의 상부커버(203) 하면에 응축판(510)을 설치하였다. 이렇게, 도가니(100)에서 증발되는 망간 가스의 유동구간에 응축판(510)을 배치하여 망간 가스와 응축판(510)의 접촉확률을 향상시킬 수 있다.

상기 냉각수단(520)은 상기 응축판(510)을 직접 또는 간접적으로 냉각시키는 수단으로서, 상기 응축판(510)이 배치되는 부분에 대응되는 위치에 배치된다. 예를 들어 상기 챔버(200)의 측벽(201) 상부 및 상부커버(203)를 둘러싸도록 배치된다. 상기 냉각수단(520)은 상기 응축판(510)을 직접 또는 간접적으로 냉각시킬 수 있다면 어떠한 방식으로 구현되어도 무방하나 본 실시예에서는 내부에 냉각수가 유동되는 냉각판으로 구현하였다.

그리고 본 실시예에서는 챔버(200) 내부의 온도를 적절하게 제어하기 위하여 챔버(200) 내부의 온도를 측정하는 온도센서(610a,610b)가 구비되고, 상기 온도센서(610a,610b)에서 측정된 온도값에 따라 상기 보열유닛(300)의 유도코일(310)을 제어하는 제어부(600)가 더 구비된다.

상기 온도센서(610a)는 챔버(200) 내부의 온도를 측정할 수 있다면 어떠한 방식이라도 무방하다. 본 실시예에서는 챔버(200)의 상부커버(203)에 연결되는 연결구(210)를 통하여 챔버(200) 내부의 온도를 측정할 수 있는 광학식 온도계를 사용하였다. 광학식 온도계의 사용을 위하여 상기 연결구(210)의 단부는 투명한 창(213)으로 밀폐된다.

또한, 상기 도가니(100)의 온도를 측정할 수 있도록 챔버(200)의 하부커버(205)에 온도센서(610b), 예를 들어 광학식 온도계를 설치하였다. 물론 이때 상기 온도센서(610b)의 측정을 위하여 상기 챔버(200)의 하부커버(205), 정반(110) 및 발열체(320)를 연통하는 연통구(220)가 형성되는 것이 바람직하고, 상기 챔버(200)의 하부커버(205)에는 상기 연통구(220)는 투명한 창(221)으로 밀폐된다.

상기 제어부(600)는 온도센서(610a,610b)에 의해 측정된 챔버(200) 내부의 온도 및 도가니(100)의 온도에 따라 상기 유도코일(310)을 제어하여 발열체(320)의 발열정도를 제어한다.

상기와 같이 구성되는 고순도 망간 제조장치를 이용하여 고순도 재료를 제조하는 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 고순도 망간 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고순도 망간 제조장치를 사용하는 사용상태도이다.

페로 망간을 이용하여 고순도의 망간을 제조하기 위해서는 먼저, 페로 망간을 용융시킨다. 그리고 용융된 페로 망간 용융물(10)을 도가니(100)에 수용시킨 다음, 도가니(100)를 챔버(200) 내부에 인입시킨다. 바람직하게는 도가니(100)를 발열체(320)의 내부에 안착시킨다.

그리고, 챔버(200)에 연결된 진공발생부(420)를 작동시켜 챔버(200) 내부를 감압시킨다. 그러면, 페로 망간 용융물(10) 중에서 증기압이 높은 원소부터 기체 상태로 증발된다. 이때 챔버(200) 내부에 불활성 가스를 공급하여 상기 페로 망간 용융물(10)을 교반시킴에 따라 페로 망간 용융물(10)에 포함된 원소의 증발작용을 촉진시킬 수 있다.

이렇게 페로 망간 용융물(10)에서 기체가 증발되면 냉각수단(520)을 작동하여 응축판(510)을 냉각시켜 응축판(510)에 페로 망간 용융물(10)에서 증발된 기체가 응축되도록 하고, 시간을 경과시켜 도 3에 도시된 바와 같이 응축판(510)에 응축물(20)이 누적되면 응축판(510)에 응축된 응축물(20)을 회수한다. 이때 바람직하게는 페로 망간 용융물(10)이 3 torr 이하가 되기 전까지는 증발되는 기체를 배기라인(211)을 통하여 배출시키고, 페로 망간 용융물(10)이 3 torr 이하로 감압되는 시점부터 응축을 실시하여 응축물(20)을 획득하는 것이 바람직하다. 이렇게 3 torr 이하 영역에서만 응축을 실시하는 이유는 이후에 상세하게 설명하겠다.

페로 망간 용융물(10)에서 기체가 증발되는 동안에는 액상이 기상으로 변화되는 흡열반응으로 인하여 페로 망간 용융물(10)의 온도가 낮아진다. 이렇게 페로 망간 용융물(10)의 온도가 낮아지면 망간의 증기압이 감소되므로 망간이 쉽게 기화되지 못하게 된다. 그래서, 페로 망간 용융물(10)의 온도 저하에 의한 기화 반응이 저하되는 것을 방지하기 위해서 유도코일(310)을 작동하여 발열체(320)를 유도가열시켜 도가니(100), 바람직하게는 페로 망간 용융물(10)을 보열한다.

이때 유도코일(310)의 작동은 챔버(200)에 구비되는 온도센서(610a,610b)에서 측정되는 챔버(200) 내부의 온도 및 도가니(100)의 온도에 따라 제어되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 방법으로 획득되는 망간의 순도를 알아보기 위하여 공정 전 페로 망간 용융물, 공정 후 획득된 망간 및 공정 후 잔류된 잔류물의 성분을 조사하는 실험을 실시하였고, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

구분	페로 망간 용융물	응축물	잔류물
Mn(wt%)	82.35	91.63	4.44
Fe(wt%)	13.82	0.095	77.21
P(wt%)	0.144	0.00065	1.43
C(wt%)	0.722	0.287	3.065
S(wt%)	0.002	0.001	0.0031

표 2에서 알 수 있듯이 본 발명에 따르면 페로 망간 용융물로부터 불순성분(Fe, P, C, S)의 함량이 극히 낮은 수준의 고순도 망간을 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라 발생되는 잔류물질 및 고순도 망간의 형태를 보여주는 사진이고, 도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 제조되는 고순도 망간의 SEM 사진이다.

도 4에서 알 수 있듯이 응축판에서 접촉됨에 따라 응축되는 망간은 얇은 판상으로 형성된다. 이렇게 얻어진 망간의 단면 조직을 확인한 결과 도 5a에 도시된 바와 같이 두께 방향으로 여러 가지 모양의 조직이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 도 5b는 도 5a의 A 부분을 확대한 사진이고, 도 5c는 도 5b에서 탄소(C)와 망간(Mn)의 함량을 그래프로 나타낸 것이다. 도 5c에서 알 수 있듯이 망간의 초기 응고층에는 망간의 함량 대비 탄소의 비율이 높은 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 초기 응고층에 탄소의 비율이 높은 이유는 페로 망간 용융물 중에서 탄소가 망간보다 먼저 기화되기 때문이다. 이와 같은 현상은 도 6의 그래프로 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시시 진공도에 따라 증발되는 성분의 변화를 보여주는 그래프로서, 도 6에서 알 수 있듯이 진공도가 4 ~ 5 torr 영역에서는 탄소의 비율이 높은 반면에 3 torr 이하의 영역에서 탄소의 비율이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 페로 망간 용융물을 감압하여 융용물 중 원소가 증발되는 초기에는 증발된 기체를 응축시키기 않고 배기시키고, 페로 망간 용융물이 3 torr 이하로 감압되는 시점부터 응축을 실시하여 응축물을 획득하는 것이 탄소 함량이 낮은 고순도의 망간을 얻을 수 있을 것이다.

본 실시예에서는 고순도의 망간을 획득하기 위한 장치 및 방법에 대하여 설명하였지만, 획득하고자 하는 원소의 종류가 망간에 한정되지 않고, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 철보다 증기압이 높은 원소라면 해당 기술 분야의 숙련된 당업자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고순도 망간 제조장치를 개략적으로 나타내는 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 고순도 망간 제조방법을 나타내는 순서도이며,

도 3은 본 발명에 따른 고순도 망간 제조장치를 사용하는 사용상태도이고,

도 4는 본 발명에 따라 발생되는 잔류물질 및 고순도 망간의 형태를 보여주는 사진이며,

도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 제조되는 고순도 망간의 SEM 사진이고,

도 6은 본 발명의 실시시 진공도에 따라 증발되는 성분의 변화를 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 도가니 200: 챔버

310: 유도코일 320: 발열체

410: 진공라인 510: 응축판

520: 냉각수단 600: 제어부

Claims (18)

1. 망간이 함유된 용융물을 생성하는 단계와;

   상기 용융물을 감압처리하여 용융물로 부터 망간을 증발시키는 단계와;

   증발된 망간 기체를 응축시키는 단계와;

   응축된 망간을 회수하는 단계를 포함하고,

   상기 용융물을 3 torr 보다 낮은 압력이 되도록 감압처리하되, 상기 용융물이 3 torr 보다 높은 압력에서는 증발된 망간 기체를 응축시키지 않고 배기시키며, 상기 용융물이 3 torr 보다 낮은 압력으로 감압처리된 상태에서 상기 증발된 망간 기체를 응축시키는 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조방법.
2. 청구항 1 있어서,

   상기 용융물을 교반시키는 단계를 더 포함하는 고순도 망간 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 증발된 망간을 응축시키는 단계는

   증발된 망간이 통과되는 배기라인에 냉각이 조절되는 응축판을 설치하고, 상기 응축판을 냉각시켜 냉각된 응축판에 증발된 망간이 접촉하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 용융물은 용융 상태의 페로 망간 또는 용융 상태의 망간 합금철인 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 페로 망간이 수용되는 도가니가 내부에 구비되는 챔버와;

   상기 도가니를 가열시키는 보열유닛과;

   상기 챔버 내부를 감압시키는 진공유닛과;

   상기 챔버에 구비되어 상기 도가니에서 기화되는 망간을 응축시키는 응축유닛을 포함하고,

   상기 응축유닛은 상기 도가니의 상측에 구비되는 응축판과; 상기 응축판을 냉각시키는 냉각수단을 포함하며,

   상기 챔버의 상부에 배기라인이 구비되고, 상기 응축판은 상기 배기라인과 도가니 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 보열유닛은

   상기 챔버의 외부에 구비되어 상기 챔버 내부에 유도 전류를 공급하는 유도코일과;

   상기 도가니를 둘러싸도록 구비되어 상기 유도코일에서 공급되는 유도 전류에 의해 발열되는 발열체를 포함하는 고순도 망간 제조장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 발열체의 둘레에는 단열재가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조장치.
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 발열체는 흑연 재질인 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조장치.
11. 청구항 7에 있어서, 상기 진공유닛은

    상기 챔버의 상부에 연결되는 진공라인과;

    상기 진공라인에 연결되는 진공발생부를 포함하는 고순도 망간 제조장치.
12. 삭제
13. 청구항 7에 있어서,

    상기 응축판은 상기 도가니에서 기화되는 망간과 접촉면을 넓이기 위하여 벌집형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조장치.
14. 삭제
15. 청구항 7에 있어서,

    상기 응축판은 구리 재질인 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조장치.
16. 청구항 7에 있어서,

    상기 냉각수단은 내부에 냉각수가 유동되는 냉각판인 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조장치.
17. 청구항 7에 있어서,

    상기 챔버에는 챔버 내부의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되고,

    상기 온도센서에서 측정된 온도값에 따라 상기 보열유닛의 작동을 제어하는 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조장치.
18. 청구항 7에 있어서,

    상기 챔버에는 챔버 내부에 불활성기체를 공급하는 공급라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 고순도 망간 제조장치.

Images