1. 일차 알루미늄과 재활용 알루미늄의 공정 흐름 비교
일차 알루미늄은 보크사이트 채굴에서 시작하여 바이엘 공정을 통해 알루미나로 정제됩니다. 그런 다음 홀-엘루트 전해질을 통해 액체 알루미늄으로 환원되어 최종적으로 일차 알루미늄 주괴로 주조됩니다. 재활용 알루미늄은 채굴 및 전해 공정을 거치지 않고 다양한 종류의 알루미늄 폐기물을 직접 원료로 사용합니다. 핵심 공정에는 공급 예열, 용융, 정제, 보온, 주조, 절단 및 균질화 열처리가 포함됩니다.
일차 알루미늄과 재활용 알루미늄의 생산 공정 차이
폐기물은 내부 폐기물과 외부 폐기물로 나뉩니다. 내부 폐기물은 주조 라이저, 절단 스크랩, 압연 가장자리와 같이 우리 공장의 생산 공정에서 발생합니다. 이러한 유형의 폐기물은 깨끗한 조성을 가지며 일반적으로 복잡한 전처리 과정이 필요하지 않습니다. 용광로에서 직접 재용융할 수 있습니다. 외부 폐기물은 자동차 부품, 알루미늄 캔, 케이블, 가전제품 알루미늄 부품과 같이 소비자의 폐기된 제품에서 발생하며, 용광로에 투입하기 전에 분류 및 코팅 제거가 필요합니다. 용융 후 정제 공정에는 합금 및 혼합 성분, 플럭스 슬래그 제거, 회전식 탈기, 세라믹 여과, 용융 수소 및 비금속 개재물 제거가 포함됩니다. 그 후, 용융물은 보온로로 들어가 정온 제어를 거쳐 반연속 주조를 완료하여 알루미늄 판 빌릿을 얻습니다. 일부 빌릿은 주조 편석을 제거하고 후속 압연 가공 성능을 개선하기 위해 장기간의 균질화 열처리가 필요합니다.
SAPA 공장의 전체 재료 에너지 투입 및 출력 공정은 다음 그림에 나와 있습니다. 시스템 경계에는 예열로, 용융로, 보온로, 주조, 절단 및 균질화 열처리 공정이 모두 포함됩니다. 투입물에는 원료 알루미늄 주괴, 내부 및 외부 폐기물, 플럭스, 프로판 연료, 전기, 산소 및 아르곤 가스가 포함됩니다. 산출물에는 알루미늄 판 빌릿, 알루미늄 슬래그, 다양한 공정 폐기물 및 배가스 및 냉각수로 운반되는 에너지 손실이 포함됩니다.
2. 주요 용융로 종류
본 연구는 산업에서 널리 사용되는 유도 용해로와 산소 연료로를 비교하는 데 중점을 둡니다. (1) 유도 용해로: 전자기 유도를 이용하여 금속 내부에 직접 줄열을 발생시켜 알루미늄 재료를 용융시키며, 연료 연소가 필요 없고 연기 배출이 최소화되며, 용융물이 연소 생성물에 의해 오염되기 어렵습니다. 주요 에너지 손실은 용광로 벽의 열 방출, 슬래그 제거 알루미늄 슬래그로 운반되는 열, 유도 코일 냉각수로 운반되는 많은 양의 열에서 발생합니다.

2) 산소 연료로: 프로판을 연료로 사용하며, 공기 보조 연소 없이 순수 산소를 사용하여 연소를 보조합니다. 일반 공기 연료의 연소는 많은 양의 질소를 유입시키며, 이는 배가스와 함께 많은 양의 열을 운반하여 열을 잃게 됩니다. 산소 연료 연소는 배가스에 많은 양의 질소가 포함되어 있지 않아 배가스 총 유량을 크게 줄이고 열 손실을 최소화할 수 있습니다. 장비에는 용융 열 전달을 강화하고 용융 속도를 향상시키기 위한 전자기 교반 EMS가 장착되어 있습니다. 산소 연료로의 주요 열 손실은 고온 배가스, 용광로 벽, 냉각수 및 알루미늄 슬래그에서 발생합니다.

공장에는 연료 직접 연소 예열로와 배가스 폐열 예열로로 나뉘는 예열로도 갖추고 있습니다. 배가스 폐열 예열로는 산소 연료로의 고온 배가스 열을 회수하여 용광로에 투입되는 폐기물을 건조 및 예열하며 추가 연료 소비가 필요 없어 중요한 에너지 절약 조치입니다. 모든 보온로는 가스 연소식으로 용융물의 온도를 유지하고 정제 및 슬래그 제거를 완료합니다. 모든 균질화 열처리는 전기 가열로를 사용하여 수행됩니다.
3. 연구 회계 방법
열역학 제1법칙에 따라 총 투입 질량은 총 산출 질량과 같습니다. 총 에너지 투입 = 유효하게 활용된 열 + 다양한 종류의 열 손실. [Q {in}=Q {out}=Q {useful}+Q {loss}] 열 손실은 다음과 같이 세분화됩니다. 용광로 벽 복사 + 대류 열 방출 손실, 배가스 현열 손실, 냉각수로 운반되는 열, 운송 중 온도 강하 열 손실, 알루미늄 슬래그 및 공정 폐기물로 운반되는 현열. 동시에 용광로 벽 열 방출에 대한 복사 열 전달 및 대류 열 전달을 계산합니다. 배가스 열 손실은 배가스 각 성분의 엔탈피 차이를 기반으로 계산됩니다. 재료의 온도별 엔탈피 값은 Thermo Calc 열역학 소프트웨어 TCAL1 데이터베이스를 사용하여 계산하여 알루미늄 및 합금의 온도별 엔탈피 값을 얻으며, 이는 운송, 가열 및 냉각 공정 중 열 계산에 사용됩니다.
ISO14040 및 ISO14044 표준을 따르며, 제품의 후속 사용 및 스크랩 재활용 단계를 제외한 Cradle to Gate 경계를 채택합니다.
탄소 배출은 직접 및 간접 배출을 포함합니다:
직접 배출: 공장 내 프로판 및 디젤 연소로 인한 온실가스 배출;
간접 배출: 업스트림 일차 알루미늄 주괴 생산, 폐기물 전처리, 전력 생산 및 보조 재료 준비로 인한 배출.
공장에서 사용하는 전기는 스웨덴 Vattenfall 원자력 발전소에서 공급받으며, 탄소 배출 계수는 6.5 gCO₂ eq/kWh에 불과합니다. 원료 알루미늄 주괴는 유럽 알루미늄 협회(EAA) 데이터베이스에서 공급받습니다. 내부 공장에서 반환된 폐기물에 대한 전처리 부담은 0으로 계산됩니다. 외부 재활용 폐기물은 분쇄 및 분류 처리의 탄소 배출에 포함됩니다. 산소, 냉각수 및 아르곤의 기여도는 매우 낮아 계산에서 무시됩니다. 탄소 발자국은 다양한 재료의 소비량에 해당 탄소 배출 계수를 곱하고 누적하여 제품 톤당 CO₂ 등가물을 얻는 것과 같습니다.