KR0178580B1 - 액체금속이송용 가열장치와 이러한 가열장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

금속액체를 전달하는 가열기관

이 기관은 폐쇄된 횡단면을 보유하고 금속표피 내부에 내화성 콘크리트로 덮인 유도자(3)에 의해 둘러싸인 절연층(5)에 싸인 내화성 튜브를 포함하고 상기 절연층은 절연내화성 콘크리트층(5a)로 구성된다.

가열기관(1)은 금속부품을 생산하기 위하여 압력가스(P)가 제공된 액체금속 균열노(holding furnace)에 사용될 수 있다.

Description

액체금속이송용 가열장치와 이러한 가열장치의 제조방법

본 발명은 액체금속을 이송하기 위한 것으로 폐쇄횡단면을 갖는 액체금속이송용 가열장치에 관한 것이다 또한 본 발명은 일측단부에 적어도 하나의 모울드에 주탕을 공급하는 주탕주입공을 가지고 그 전 길이가 교류전류가 흐르는 코일형 인덕터로 구성되는 적어도 하나의 가열장치로 구성되는 형태의 상기 언급된 장치의 제조방법에 관한 깃이다.

금속이송용 가열장치(프랑스특허 제2 532 866호에 기술된 주탕주입구를 참조바람)는 고온의 주조온도로 가열된 금속을 이송하는데 특히 유리하다.

종래의 기술에 따라서, 주탕주입구는 직선부와 만곡부를 갖는 손상되기 쉬운 흑연제 슬리이브로 구성된다.

이러한 구성은 특히 주조작업이 불연속적으로 수행될 때에 유리하다. 실제로 이 경우에 있어서 액체금속은 비교적 장시간동안 주탕주입구내에 머물러있지 않는다. 그리고 이러한 시간 동안에 주탕주입구가 예열된 상태로 유지되는 것이 도움이 되는 바, 이러한 과정은 흑연에 의하여 수행된다. 그러나, 대량의 안정된 생산공정의 경우와 같이 연속적으로 주조작업이 수행될 때 이러한 잇점은 감소된다. 이 경우에 있어서, 주탕주입구내에 연속하여 액체금속이 지나고 또한 유도가열이 이루어지므로 시스템이 적정온도로 유지된다. 따라서, 주탕주입구가 액체금속으로 채워지기 전에 주탕주입구의 초기예열은 보다 적응성이 좋고 비용이 적게드는 가스를 이용하는 것과 같은 부속가열시스템을 이용하여 수행되므로 흑연을 이용하는 것은 더 이상 필요치 않다.

더욱이, 종래기술의 구성은 주탕주입구의 제조상 복잡성과 관련하여, 즉 성형, 절단 및 중심조절에 관한 문제에 관련하여 다수의 결점을 보이고 있다. 이들의 결점으로 주탕주입구의 제조비용이 상승한다.

본 발명은 이들 문제점을 해소하는데 있다. 이를 위하여, 본발명에 따른 방법은 내화 단열콘크리트의 층과/또는 적어도 하나의 섬유물질의 층으로 구성되는 단열커어버를 구성하는 시스템을 세라믹내화관의 둘레에 배치하는 단계, 이 시스템의 둘레에 이와 접촉토록 인덕터를 성형하는 단계, 금속자켓에 인덕터로 둘러싸인 조립체를 중심을 맞추는 단계, 인덕터와 인덕터사이의 공간에 내화콘크리트를 주입하면서 진동시켜 채우는 단계와, 콘크리트의 경화후에 상기 금속이송용 가열장치를 증기건조시키는 단계를 포함한다.

어떠한 특징에 따라서, 이 방법은 내화관의 절단과/또는 조립에 관련된 하나 또는 여러 단계를 포함한다.

단열물질(내화콘크리트와/또는 섬유물질)의 층은 사용중 내화관과 금속의 양호한 단열효과를 제공하는 잇점을 갖는다.

섬유층은 내화콘크리트보다 높은 단열효과를 제공하고 단열효과를 강화한다.

더욱이, 단열층은 액체금속과 접촉하는 세라믹내화관의 마모와/또는 균열을 부가적으로 보호하여 액체금속이 코일측으로 침투하는 위험을 줄여주고 안전성을 높여준다.

내화주탕주입구에 수용된 액체금속의 가열과 온도유지는 중간 또는 고주파의 교류전류가 흐르는 인덕터에 의하여 이루어진다. 이러한 가열방법은 액체금속에 열에너지형태의 전기적인 에너지를 직접 전달하도록 한다. 흑연과 같은 중간요소가 사용되지 않으므로 에너지전달이 직접적으로 이루어져 생산성이 높아진다. 인덕터 코일에 흐르는 전류의 주파수는 전형적으로 1,000 - 15,000 헤르츠이다.

본 발명은 또한 액체금속의 이송을 위한 가열장치에 관한 것이다. 폐쇄횡단면의 형태인 이 장치는 상향 연장되고 그 상측면에서는 단부에 적어도 하나의 모울드에 주탕을 공급하는데 사용되는 주탕주입공이 형성되어 있으며, 그 전길이에 교류전류가 흐르는 코일형태의 인덕터에 의하여 구성되는 적어도 하나의 가열기구가 구성되는 형태로 되어 있다. 상기 장치는 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조되며, 금속자켓내에 수용된 내화콘크리트내의 인덕터에 의하여 둘러싸인 단열커어버를 형성하는 조립체로 둘러싸인 내화관을 가지고, 단열층은 단열내화콘크리트의 층으로 구성된다.

단열커어버는 적어도 하나의 섬유물질층으로 구성될 수도 있다.

이 장치는 이 장치의 수명이 다하였을때 또는 빈번하지는 않으나 주조로 자체의 수명이 다하였을때 주조로에서 교환될 수 있는 완성형의 요소이다.

장치를 청소하고 이 장치의 외형크기를 줄이기 위하여, 이 장치에는 일정한 곡률반경의 축 또는 직선축을 갖는 주탕주입구가 구성되어 있다.

작업시에 장치를 산업적인 규모에 적합히 사용할 수 있도록 장치를 교환할 수 있도록 하는 한편 액체금속을 통한 접합이 이루어지도록 하기 위하여서는 연속하여 2×8시간 또는 3×8 시간이 소요된다. 노와의 접촉레벨에서, 이 장치는 금속 자켓과 함께 사용되도록 링이 결합되는 통공을 갖는 외부칼라로 구성된다. 장치의 내화부분을 섬유물질로된 제2조인트로 연장된 화학경화 내화콘크리트로된 링형 조인트에 의하여 노즐을 향하여 연장된다.

이러한 접속은 노의 벽에 장치를 고정하여 이루어지므로서 장치와 오븐의 내화영역에서 여분의 두 접속부분이 압축파괴될 수 있다. 이러한 접속방법은 비교적 높은 온도의 노에 이용되며 8시간의 냉각이면 충분하다.

장치를 교환할 때에는 노의 내화재의 극히 일부만을 교환하면 된다.

변형실시형태에서, 본 발명에 따른 장치는 중공형의 원통형으로 되어 있는 내화관에 의하여 그 모울드공급단부로 연장되며, 슬리이브 튜우브의 외벽이 압축콘크리트에 의하여 칼라의 내부 원통형 중공벽과 협동한다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제la도와 제1b도는 본 발명에 따른 가열장치의 수직단면도.

제2도는 본 발명에 따른 가열장치를 이용한 주조장치의 수직단면도.

제3도는 본 발명에 따른 가열장치에 이용할 수 있는 니켈-동합금의 평형다이아그램.

제4도는 본 발명에 따른 가열장치를 이용한 전압과 주탕온도의 그래프.

제1도에서 보인 장치는 액체금속이송용 가열장치이다. 폐쇄횡단면을 갖는 이 장치(1)는 직선축선(8)을 갖는다.

축선(8)을 갖는 가열장치는 내화관(4), 섬유물질층(5b)으로 둘러싸인 단열내화콘크리트층(5a)으로된 단열커어버를 구성하는 조립체(5), 인덕터(3), 내화콘크리트(7)와, 좌우의 금속자켓(6)으로 구성된다. 이들 모든 요소(3, 4, 5, 5a, 5b, 6 및 7)는 중공형의 원통형 형태로 되어 있다. 장치(1)의 단부는 수평으로 되어 있고 주탕주입구(2)를 갖는다. 금속자켓(6)은 내화콘크리트(7)를 부분적으로 덮도록 그 상측부에 수평의 환상플랜지(24)를 갖는다. 자켓(6)은 그 하측단부에서 방사상으로 절단되고 하측으로 개방된 통공(26)을 갖는다. 자켓(6)의 하측부는 취부스크류(18)가 삽입되는 통공(12)을 갖는 수직환상칼라(11)를 형성하는 방사상 외측돌출부에서 끝난다.

인덕터(3)는 단열커어버(5)를 둘러싸고 있으며 내화콘크리트(7)내에 매입된 구리튜우브의 코일로 구성된다. 코일을 구성하는 금속튜우브의 각 단부는 통공(26)으로 연장되는 가열장치(1)의 외부로 연장되며 중간 또는 고주파수 전류발생기에 전기적으로 연결된다. 장치(1)의 수평단부면은 중공형의 중간부재(23)에 의하여 연장되며 이 중간부재의 내벽은 일정한 직경을 갖는다. 슬리이브(21)의 외벽이 압축콘크리트(22)에 의하여 링(20)의 내부원통형 벽과 협동한다.

슬리이브(21)의 높이는 링(20)의 높이와 동일하다. 링(20)의 기부에는 수직 축선(25)을 갖는 통공이 형성되어 있어 자켓(6)의 수평단부에 스크류를 취부할 수 있도록 한다.

금속자켓(6)과 협동하는 링(13)이 외부칼라(11)에 결합되고, 장치(1)의 내화부품(4, 5, 7)들은 화학적으로 경화되는 내화콘크리트로 되어 있는 링형의 조인트(14)에 의하여 노(9)의 영역에서 이를 향하여 연장되며, 이 조인트는 섬유물질로 되어 있는 제 2 조인트(15)에 의하여 연장된다.

장치(1)는 스크류(12)를 이용하여 이 장치(1)의 취부가 이루어지도록 하는 나선공(19)이 형성된 노(17)의 골격(17)에 취부될 수 있게 되어 있어 조인트(14)(15)와 링(13)을 압축하므로서 장치의 기밀성이 보증될 수 있도록 한다.

골격(17)은 노(9)의 내측에서 내화커어버(16)로 피복된다. 노(9)는 외측으로 향하여 개방되고 내화커어버로 둘러싸이는 덕트로 구성된다.

장치는 주조기를 보이고 있는 제2도에 도시된 장치를 구성하기 위하여 덕트의 연장부에 취부된다. 가열장치(1)는 이것이 일정한 곡률반경(R)의 축선(8)을 갖는 주탕주입구를 형성하는 점에서 제1도에서 보인 장치와는 상이하다. 제2도에서 보인 부호는 제1도의 부호와 동일하다. 이 예에서, 노(9)는 모울드(27)가 장치(1)의 상측단의 작업위치에 배치될때 기밀한 주조기를 구성하기 위하여 폐쇄되고 기밀하게 구성된다. 노(9)에는 노(9)의 상측부에서 발생된 압력(Pr)하에서 모울드(27)의 방향으로 장치(1)의 상측단부 가까이의 레벨(29)에 이르는 액체금속(28)이 수용되어 있다.

이 레벨(29)은 노(9)의 액체금속(28)의 액면보다 높다. 액체금속(28)위에서 발생된 가스압력(Pr)은 노(9)의 상측부내로 연장된 덕트(30)에 의하여 발생된다.

이 덕트(30)는 노(9)에 수용된 금속욕, 즉 액체금속(28)의 레벨상부에 공기 또는 가스를 공급한다. 덕트(30)가 가압가스원(32)에 연결된다. 노에 가스를 공급하고 차단하며 조절하여 장치(1)의 금속레벨(29)의 높이를 조절하기 위하여 압력게이지(31)와 밸브(33)가 덕트에 착설된다. 아울러, 주조기는 압력(Pr)에 의하여 모울드(27)의 충전을 제어하고 모울드(27)측으로 공급되는 액체금속(28)의 압력(Pr)으로 복잡한 형상을 갖는 얇은 부품의 제조가 가능하도록 한다.

축선(8)을 따라 주탕주입기를 만곡되게 구성하므로서 직선형의 주탕주입기에 의하여 공간조건을 줄일 수 있으며 모울드(27)를 노(9)에 보다 근접시킬 수 있다. 일정한 곡률반경(R)은 종래기술에서 사용된 것과 같이 현저히 만곡된 주탕주입기를 이용하는 것을 피할 수 있도록 한다. 실제로, 이 경우에 있어서, 이러한 만곡형 주탕주입기에서는 불균일한 온도차이가 관측되었으며, 이들 온도차이는 코일이 주탕주입기에 보다 근접하여 있으므로 만곡형 주탕주입기내부에 온도가 지나치게 집중되는 것에 연관되게 한다. 온도의 불균일성은 모울드내의 부품의 완성도에 차이를 보이나, 일정한 곡률반경을 갖는 장치를 이용하므로서 이러한 효과가 배제된다.

더욱이, 직선형이거나 일정한 곡률반경(R)을 갖든간에 축선(8)의 규칙성으로 스크랩퍼와 같은 공구로 주탕주입기가 청소될 수 있으나 만곡형 주탕주입기에는 이러한 공구를 사용치 못하였다. 실제로, 산화성이 큰 금속합금은 장치(1)내에 달라붙게 되므로 이러한 장치는 고장이 없도록 가열하에 청소되는 것이 요구된다.

더욱이, 인덕터(3)는 액체금속(28)내에 유도전류를 발생하므로서 금속의 열균질화를 촉진하는 교반효과를 발생한다.

교반효과의 크기는 주파수를 선택하므로서 조절된다. 주파수가 낮을때에 교반의 크기가 커진다. 또한 내화관(4)이 큰 직경을 갖거나 인덕터(3)의 코일에 침투하는 문제점을 제한하고자 할 때에는 낮은 주파수가 좋다. 그러나, 성형되는 부품의 완벽성에 변화(기포나 봉입물에 의함)를 보이는 주탕주입기내의 교란을 제한하기 위하여서는 높은 주파수가 적합하다. 이와같이 인덕터(3)의 주파수는 이들 상이한 파라메타사이를 절충하여 선택하는 것이 좋다.

이와같이 본 발명에 따른 가열방법에 따른 가열방법은 전기적인 파라메타를 설정하여 가열장치내의 온도를 정밀하게 유지할 수 있도록 하므로서 가열장치(1)를 이용하여 정밀하게 조절될 수 있는 온도에서 1,400℃이상의 높은 융점을 갖거나 높은 산화성을 갖는 금속(28)을 주입할 수 있도록 한다.

이와같은 정밀한 온도조절능력은 매우 정밀한 범위내에서 조절이 이루어질 수 있도록 한다. 따라서, 주탕주입구에서 주조온도 Tc는 금속이 응고되는 위험없이 액상선(液狀線)에 매우 근접하게 될 수 있다.

제4도에서는 구리-니켈합금의 평형다이아그램을 보인 것이다. 상부곡선(L)은 액상선으로 불리며 하부곡선(S)은 고상선(固相線)으로 불린다.

좌표에서 종좌표는 섭씨의 온도를 나타내며, 횡좌표는 구리와 니켈의 퍼센트를 나타낸다. 원점에서 100%의 구리로 된 금속으로부터 시작하여 그래프는 100%의 니켈로 된 금속에서 끝난다. 액상선(L)상의 온도에서 금속합금은 액체이다. 만약 온도가 고상선(S)의 이하이면 합금은 고용체가 될 것이다.

유도가열은 전기적인 파라메타에 의하여 고도로 정밀한 온도를 얻을 수 있다. 정밀한 조절은 비교적 낮은 온도(예를들어 액상선의 50C상의 온도)에서 작업이 수행될 수 있도록 한다.

제4도에서 보인 예는 액상선의 TL온도의 50℃상의 온도인 TC온도 1,450℃에서 80%인 니켈과 20%의 구리로된 합금을 주입할 수 있음을 보이고 있다. 이러한 비교적 낮은 TC온도는 제품의 표면마무리 상태가 양호하게 하고 모울드와 금속사이의 반응을 억제하며 높은 냉각속도에 의하여 결정도가 개선될 수 있도록 한다. 응고의 위험이 매우 큰 높은 융점을 갖는 금속에 대하여서는 장치(1)의 유도가열이 장치(1)에서의 응고를 방지한다. 이러한 가열방법은 특히 금속(28)이 장치(1)의 내부에 계속하여 머물러 있을때에 유리하다.

본 발명은 전형적으로 1,400℃보다 높은 비교적 높은 TL액상선(L)온도에 특징이 있는 니켈로된 초합금에 이용될 수 있다. 또한 본 발명은 산화성 합금 또는 중합금 스텐레스스틸의 경우에도 1,400℃보다 높은 액상선온도를 보이는 강철에 이용될 수 있다.

상기 언급된 금속(28)을 이용하여 주조모울드(27)를 반복하여 충전하는 경우 본 발명을 이용하므로서 유리한 잇점을 얻으며, 액체금속의 상부레벨(29)은 항상 가열장치(1)의 상부영역에 유지될 수 있다.

이러한 이용으로 압력(P)이 두 싸이클사이에서 감소되는 경우 산화성합금의 주조시에 나타나는 장치(1)의 점진적인 폐색을 방지할 수 있다.

금속(28)의 레벨(29)을 장치(1)의 상측부에 근접하여 유지하므로서 두 연속 주조사이에 욕을 소제할 수 있도록 한다. 더욱이, 액체금속이 모울드(27)에 근접하여 놓이므로 주조시간이 짧아지고 액체금속의 운동에 의한 교란현상이 감쇠된다.

아울러, 장치의 온도조절이 개선되므로서 제품의 성질에 변화를 일으킬 수 있는 과도한 온도상태가 제한된다.

유도가열에 의하여 모울드(27)내에 수용되는 재가열이 이루어질 수 있다. 이로써 주조중에 모울드(27)의 주조공간을 구성하는 금속과 장치(1)의 상측부의 금속(28)의 응고가 방지된다. 특히 이러한 효과는 주조싸이클이 길 때에 증대된다.

제3도는 인덕터(3)의 단자전압변화에 의한 온도조절을 보인 것이다. 횡좌표는 킬로볼트의 전압을 나타내고 종좌표는 금속의 온도를 나타낸다.

수평의 점선을 시험시간에 합금의 냉각중 측정된 액상선 온도를 나타낸다.

시험의 결과, 장치에서 금속의 온도(Tc)는 인덕터 단자에 인가된 전압에 대하여 선형이고 이에 비례함을 보이고 있다.

다음의 표는 제3도의 곡선에 일치하는 것으로 기록된 데이타를 나타내고 있다. 다음의 약자가 사용되었다.

Claims (9)

1. 액체금속(28)의 이송에 사용되는 가열장치(1)를 제조하는 방법으로서, 상기 장치가 폐쇄횡단면을 가지고 일측단부에서 모울드(27)로 공급하기 위한 주탕 주입공(2)이 개방형성되어 있으며 그 전 길이에 교류전류가 흐르는 인덕터(3)의 코일로 구성되는 가열장치로 구성되는 것에 있어서, 상기 방법이 내화관(4)을 둘러싸는 단열커어버로 구성되는 조립체(5)를 형성하는 단계, 조립체(5)의 둘레에 이와 접촉되게 인덕터(3)를 배치하는 단계, 금속자켓(6)에 인덕터(3)로 둘러싸인 조립체(5)의 중심을 맞추어 배열하는 단계, 인덕터(3)와 금속자켓(6)사이의 공간에 내화 콘크리트(7)를 주입하면서 진동시켜 채우는 단계와, 콘크리트(7)의 경화후 금속(28)의 이송을 위한 가열장치(1)를 건조시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 액체금속이송용 가열장치의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 내화관(4)을 절단하는 단계와 조립하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 단열커어버를 구성하는 조립체(5)가 단열내화콘크리트층(5a)과 섬유물질층(5b)으로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 인덕터(3)에 공급되는 교류전류가 1,000-15,000헤르츠의 주파수를 가짐을 특징으로 하는 방법.
5. 액체금속(28)의 이송을 위한 가열장치(1)로서, 상기 장치가 상측으로 연장된 폐쇄횡도면을 가지고 상부면에 모울드(27) 로공급되는 주탕주입공(2)이 형성되어 있으며 그 전 길이에 교류전류가 흐르는 인덕터(3)의 코일로 구성되는 가열장치로 구성되는 것에 있어서, 상기 장치가 단열커어버를 구성하는 조립체(5)로 둘러싸이고 금속자켓(6)내에서 내화콘크리트내에 있는 인덕터(3)에 의하여 둘러싸인 내화관(4)으로 구성되고, 조립체(5)의 단열커어버가 단열내화콘크리트층(5a)과 섬유(5b)으로 구성됨을 특징으로 하는 액체금속이송용 가열장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 장치가 일정한 곡률반경(R)의 축선(8)을 갖는 주탕주입구를 구성함을 특징으로 하는 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 축선(8)이 직선형임을 특징으로 하는 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 장치가 액체금속(28)을 수용하는 노(9)로부터 모울드(27)로 공급하기 위한 것으로, 상기 장치가 상기 노(9)와의 접합영역에서, 통공(12)이 형성되고 금속자켓(6)과 결합되는 링(13)이 착설되는 외부칼라(11)로 구성되고, 상기 장치(1)의 내화관(4), 조립체(5) 및 내화콘크리트(7)가 섬유물질로 되어 있는 제2조인트(15)에 의하여 연장되는 화학경화형 내화콘크리트로 된 링형 조인트(14)에 의하여 노(9)를 향하여 연장됨을 특징으로 하는 장치.
9. 제5항에 있어서, 모울드(27)로 공급토록 단부가 중공형의 원통형 내화 슬리이브(21)가 연장되고 이 슬리이브의 외벽이 압축콘크리트(22)에 의하여 링(20)의 원통형 내벽에 결합됨을 특징으로 하는 장치.