비철금속

업종개요

비철금속

비철금속은 철을 제외한 금속을 총칭하며 금속의 비중이나 성질에 따라 동.연.아연.주석.니켈등의 중금속, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄등의 경금속, 금, 은, 백금 등의 귀금속 및 기타 방사성금속, 희유금속, 신금속등으로 구분되며 그 종류는 100여종에 달한다. 이중에서도 특히 산업의 소재로서 중요하게 사용되는 알루미늄, 동, 아연, 연을 4대 비철금속(니켈, 주석을 포함하여 6대 비철금속)이라 한다.
이들 비철금속은 각기 특유의 성질을 가지고 있지만 대체로 열 및 전기전도율이 양호하고 용융점이 낮으며 각 금속이 갖는 특유한 성질에 따라 단일금속 또는 합금형태로 전기.전자, 반도체, 통신, 자동차, 기계, 금속, 조선, 화학, 건축, 방위산업 등 중화학공업을 비롯하여 전 산업분야에 기초소재로서 광범위하게 사용되고 있어 전후방산업에 대한 연관 효과가 큰 기간산업이다.

세부공정
  • 1. 동 제련 및 동 합금 공정

    동 1차 제련은 건식과 습식 2가지 방식이 있으나, 국내에서는 습식 방법을 사용하지 않는다. 건식제련은 용련, 제동, 정제, 전해전련 과정을 거친다.
    동 및 동합금은 연속적으로 또는 배치 방식에 의해 용융되어서 다음의 가공 단계에 적당한 형태의 반제품으로 주조된다. 주조된 반제품은 시트, 스트립, 섹션, 바, 로드, 와이어 및 튜브 같은 다양한 제품 생산을 위한 재료로 사용된다. 일반적으로 아래와 같은 경로를 따른다.

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  • 2. 아연 공정

    아연제련은 아연정광(zinc concentrate)에서 순수한 아연 금속을 생산하는 것으로 건식제련법과 습식제련법으로 나눌 수 있다. 국내에는 아연광석(zinc ore)에서 정광을 생산하는 예비처리 공장이 없고 정광 전량을 수입에 의존하므로 여기서 예비처리공정에 대한 설명은 제외하며, 습식제련법을 기준으로 설명한다.

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  • 3. 마그네슘 공정

    마그네슘 금속과 마그네슘 합금은 여러 산업 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 예를 들면, 알루미늄 산업에서는 합금 원소로 사용되고 자동차, 정보통신 또는 전자부품 산업에서도 사용된다. 마그네슘은 또한 파이프라인, 탱크, 교량 등의 보호를 위한 음극방식(Cathodic protection) 물질로도 사용될 수 있다.
    마그네슘은 전기분해나 열환원공정에 의해 생산될 수 있다. 사용되는 원료는 공정에 따라 다른데 백운석, 마그네사이트, 소금물, 해수 등이 이용된다. 마그네슘은 또한 마그네슘을 포함하고 있는 다양한 종류의 이차 원료로부터 생산될 수도 있다.

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  • 4. 알루미늄 공정

    알루미늄 금속은 1차 제련과 2차 제련을 통해 생산된다. 1차 제련은 보크사이트를 제련하여 산화알루미늄을 생산한 후에 이를 전기분해 하여 순수 알루미늄 금속을 얻는다. 2차 제련은 폐자원 리사이클링을 통해 알루미늄을 생산한다. 1차 및 2차 제련을 통해 생산된 알루미늄 금속은 여러 단계의 가공 과정을 거쳐 산업용 제품이나 일반 소비재로 만들어진다.

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  • 5. 연(납) 제련 공정

    납은 여러 가지의 1차 원료를 이용하여 생산되는데, 주요 1차 원료는 황화물 형태의 연정광이고 60~70%의 연을 함유하고 있다. 국내에 유일하게 1개의 기업이 연정광 제련을 통해 연을 생산한다. 특히 아연과 연을 통합적으로 제련하는데, 아연제련 공정에서 발생한 각종 연은재 및 잔재를 연제련 공정의 QSL로에 투입하여 연을 회수한다. 연제련 표준공정은 TSL로, QSL로, 양극주조, 연전해, 연주조로 구성된다.

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국내외 절감기술/방법
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1 냉난방용 흡수식냉온수기 교체 EC공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
52.8 66.9 200 3.0
[현황 및 문제점]
· 냉동기의 성능저하로 하절기 냉방시 냉수온도를 8~9(℃)로 설정하여도 냉수온도가 10~17(℃)까지 상승하여 냉방을 정상적으로 실시할 수 없으며, 연료사용금액이 증가하고 있음(고장시 부품조달 어려움)
· 냉수온도의 상승원인은 진공도가 나쁘기 때문으로 주기적으로 진공펌프를 이용하여 추기를 해주고 있으나, 냉동기 노후로 1~2주 정도면 냉수온도가 10(℃)에서 17(℃)까지 상승하고 있음

[개선방안]
· 스크류 냉동기로 교체하여 냉방을 실시하고, 난방은 증기 열교환기를 설치하여 난방 실시
2 가압수펌프 인버터 적용 R.T.P 공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
16.7 0.1 6.2 7.1 1.1 9.0
[현황 및 문제점]
· R.T.P 공정에 냉각수를 공급하기 위해 가압수 펌프 37kW 설치
· 가압수펌프 토출유량의 일부가 탱크로 환수되도록 바이패스 밸브가 열려있음
· 가압수펌프의 유량 측정결과 정격 유량 및 양정 보다 낮게 측정

[개선방안]
· 가압수 공급유량의 40%는 공정설비에 냉각수로 공급되고 있고, 60%는 탱크로 환수되고 있어 인버터를 적용하여 적정유량으로 공급
· 펌프 회전수를 제어하여 과 유량이 흐르는 것을 방지하며 펌프의 전력을 절감
3 소둔로 연료 교체를 통한 버너 성능향상 냉연공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
1,336 백만원 1,500 백만원 1.1 년
[현황 및 문제점]
· 소둔로 배기가스의 평균 공기비가 2.5로 높게 나타남
· 불완전 연소로 인해 radiant tube 내의 카본에 의한 열전달 장애로 열효율이 감소함
· 공기비가 높음으로 인하여, 연소에 필요한 공기보다 더 많은 과잉공기를 불필요하게 공급하여 열손실을 초래하고 연료사용량을 증가시킴

[개선방안]
· 부생연료보다 LNG가 발열량이 높고 가격도 저렴하여 LNG로 연료 교체시 많은 연료비가 절감됨
· 동일 Zone의 어느 Burner가 off되면 동시에 해당 버너의 Air 공급을 중단하는 Damper로 설치함
· 소둔로 연료를 부생연료에서 LNG로 교체하여 배기가스의 공기비를 1.2(3.5%)로 조정하여 운전함
4 압연공장 히트펌프 설치로 에너지 절감 동가공
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
162,456천원/년 867,500천원
공장 사무실, 탈의실, 대기실 등의 난방 및 온수 공급용으로 스팀을 사용하고, 샤워장 온수공급을 위해 스팀을 이용한 온수가열기를 사용하고 있어 에너지 비용이 증가함에 따라 pond장 냉각수에 포함된 사용가능한 열원을 냉각탑에서 냉각시키지 않고 히트펌프를 설치하여 난방 및 샤워장 측 온수로 공급함으로써 에너지 및 비용을 절감함
5 Furnace Cooling Air의 폐열회수로 연료 원단위 감소 동제련
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
230 120
광석 용해로의 내부에 축조된 내화벽돌 냉각용으로 공기를 송풍한 후 대기로 방출하였으나, 공기 중의 열을 회수하기 위해 광석 건조로의 버너용 연소 공기로 활용하여 B-C유 사용량 절감
6 폐열을 활용한 증기 공급으로 에너지 절감 동제련
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
효율향상가이드 100,000,000kg/년
동제련 공정 개선으로 발생한 폐열을 증기로 회수하여 B-C유를 사용하고 있는 인근사에 공급함으로써, 화석연료 절감을 통해 최근 환경이슈가 되고 있는 CO2 발생량을 감소시킴.
7 kettle 공연비 조정으로 연료 절감 생산공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
171.7 toe/년 145 백만원 13 백만원 0.1 년
[현황 및 문제점]
· 극판 kettle을 제외한 나머지 kettle에는 열교환기가 설치되어 있지 않기 때문에 연소공기 예열 과정 없이 대기중 공기가 Burner에 주입되고 있음
· 공기비 조정 관련 주기적인 검사 및 조정작업은 진행되고 있지 않으며, 초기 Setting 값에 맞추어 현장 담당자가 Burner on/off
제어 또는 설정 온도 값에 따라 제어하고 있음
· 실제적으로 배가스 O2농도를 측정한 결과, 4.9% ~ 15.4%로 높게 측정되었음

[개선방안]
· Kettle 설비에 적용된 공연비 제어 방법은 Air 와 연료를 link line을 통해 제어하는 방식을 주로 사용하고 있음
· 설비의 노후화에 따른 제어설비 불량으로 초기 설정 Air/Fuel 비율이 적정하지 않게 운전 되고 있음
· Kettle 설치 업체 및 전문 업체의 도움으로 공연비 조정이 필요하다고 판단되며, 공연비 조정으로 미연소와 배가스 열손실을 줄여 kettle 열효율을 높일 수 있다고 판단됨(조정 기준 : 1.24 = O2농도 4%)
8 kettle 배가스 폐열회수로 연료절감 생산공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
31 toe/년 25 백만원 105 백만원 4.2 년
[현황 및 문제점]
· 종전에 열교환기가 설치되어 연소공기를 예열하여 주입하였으나, 현재는 열교환기가 철거되어 외부공기를 예열없이 연소공기로 주입하고 있음
· 평균적으로 OO대 kettle이 동시간대 가동되고 있으며, 배가스 배열이 대기중으로 방출되어 손실이 되고 있음
· 간혹 염소발생 조업시 연소배가스에 흡입되는 경우가 있으며, 배기설비의 부식을 초래 할 수 있음
[개선방안]
· 열교환기 및 배기팬의 설계온도를 상향 제작하여 과열로 인한 열교환기 및 배기팬의 손상을 방지하도록 개선
· Bi Kettle은 간혹 염소가 연소 배기가스측으로 유입되어 부식이 발생하게 되므로 염소발생 조업 중에는 열교환기 보호를 위해
By-pass 밸브를 설치 운영해야 함
9 배열 스팀 및 배가스의 폐열회수 아연제련
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
443.6 99 1,372,000kg/년
무수황산 생산을 위해 가동중인 증발기의 LNG 열원을 배가스 폐열원(120℃) 및 스팀응축수 재증발 열원을 회수하여 Evaporating LNG 사용량을 절감함
10 Molten Metal 이송으로 연료 절감 알루미늄가공
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
12,831,000kg/년
11 공정 발생 폐열을 회수하여 스팀 생산 활용 알루미늄가공
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
2,352 870 11,400,000kg/년
알루미늄 코팅 라인 중 발생하는 폐열을 에너지원으로 사용해 스팀을 발생시켜 B-C유 사용 스팀보일러 생산 스팀을 대체함.
잉여 스팀은 인근 타사에 공급·판매함으로써 타사의 온실가스 저감고온 공정수와 폐기물로 배출되는 화학 물질 중 대부분은 회수하고 재사용 할 수 있다. 폐열을 회수하기 위한 다양한 기술들은 공정 처리 비용을 줄이고 상당한 양의 연료를 절약할 수 있다.

출처 : EE_Guidebook_for_Textile_industry, 71page
12 균열로 공기비 조정 열연공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
146 150 1
[현황 및 문제점]
· 공기비가 높음으로 인해 연소에 필요한 공기보다 더 많은 과잉공기를 불필요하게 339.7도까지 올리기 때문에 열손실을 초래하고 연료사용량을 증가시킴

[개선방안]
· 균열로 배기가스의 목표 공기비를 1.2로 조정하여 운전
13 Rotary Blower를 고효율 TurboBlower로 교체 용해공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
343.4 toe/년 0.8 % 139.6 백만원 140 백만원 1 년 191.5 t/C년
[현황 및 문제점]
· 운전 종합효율이 #OO호기가 33.6(%)로서 비교적 효율이 저조한 Rotary Blower를 사용하고 있어 소비전력이 많음
· Roots Blower는 수명이 약 7~8년으로 샤프트, 타이밍기어, Rotor등의 마모로 인해 장기사용에 따른 효율 감소가 크게 발생하여 소비전력이 증대됨

[개선방안]
· 고속 Turbo Blower는 종합효율이 75%로 Rotary Blower에 비해 30%이상 효율이 우수하여 소비전력의 절감이 가능할 뿐만
아니라 유지보수비가 적고 인버터 제어로 필요에 따라 풍압과 풍량의 조정이 가능하여 운전비용을 크게 절감할 수 있음
14 용해조용 Blower에 인버터 적용 용해공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
351 0.9 142.7 150 1.1 195.8
[현황 및 문제점]
· 루쯔블로워가 필요 압력보다 높은 압력의 블로워가 설치되어 저압력운전에 따른 저효율 부하운전이 되고 있음

[개선방안]
· 인버터 부설하여 적정압력, 정격 풍량으로 운전
15 냉각수순환펌프 운영방법 개선 공통공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
112.3 0.3 45.6 100 2.2 62.6
[현황 및 문제점]
· 냉각수 순환펌프는 운전양정이 정격양정보다 많이 상승되어 운전되고 있으며, 부하측에 밸브가 잠겨 교축운전 상태로서 측정결과 정격유량보다 감소되어 운전되고 있어, 해당펌프의 운전효율이 종합효율에 비하여 현저하게 낮아 필요 이상으로 전력을 소비함

[개선방안]
· 1000RT, 600RT 냉각탑 운전정지
· 1200RT 냉각탑 1대 상시 가동(압력에 의한 복수펌프 가동방식적용