KR100302456B1 - 용탕이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용탕이송장치에 관한 것으로, 펌프케이스(12)를 용해로(11)의 외부에 위치되도록 설치하고, 용해로(11)에서 용탕이 용해되면 진공발생수단(18)으로 펌프케이스(12)의 공기를 펌핑하여 용해로(11)에서 펌프케이스(12)로 용탕을 이송한 다음, 펌프케이스(12)로 이송된 용탕은 가압수단(19)으로 펌프케이스(12)에 가스를 주입하여 펌프케이스(12)의 용탕을 주조용 모울드로 급탕되도록 함으로써, 종래와 같이 펌프케이스가 용해로의 내측에 위치되지 않으므로 용해로에서 용해되는 용탕의 양을 증가시킬 수 있고, 펌프케이스가 용해되어 불순물로 작용하는 것도 방지된다.

Description

용탕이송장치{MOLTEN METAL TRANSFERING SYSTEM}

본 발명은 용해로와 분리된 마그네슘 용탕 이송장치에 관한 것으로, 특히 용해장치와 완전히 분리되어 용탕을 용해로에서 주조장치로 정량공급할 수 있도록 하는데 적합한 용해로와 분리된 마그네슘 용탕 이송장치에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘을 소정의 형태로 주조하기 위해서는 용해로에서 용탕을 용해하고, 그 용해된 용탕을 작업자가 직접 레이들로 떠서 주조용 모울드로 옮겨서 부은다음 일정시간 응고시켜서 주조하였는데, 이와 같은 방법은 작업자가 용탕을 옮기는 과정에서 안전사고의 위험이 있을뿐 아니라, 용탕이 대기중에 노출되어 과도한 산화에 의한 용탕온도의 상승을 초래하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점 때문에 용해로에서 용탕을 펌핑하여 펌핑라인을 통해 주조용 모울드로 공급하는 용탕이송장치가 소개되고 있는 바, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 용탕이송장치가 설치된 상태를 보인 개략도로서, 도시된 바와 같이, 종래 용탕이송장치는 마그네슘을 용해하기 위한 용해로(MELTING FURNACE)(1)의 내측에 박스체인 펌프케이스(PUMP CASE)(2)가 설치되어 있고, 그 펌프케이스(2)의 하단부에 부력에 의하여 용탕이 펌프케이스(2)의 내측에 채워질 수 있도록 체크밸브(CHECK VALVE)(3)가 설치되어 있으며, 상기 펌프케이스(2)의 상측으로는 펌프케이스(2)의 내측으로 가스를 가압할 수 있도록 가압유니트(4)가 설치되어 있고, 상기 펌프케이스(2)의 내측하부에 일단부가 위치됨과 아울러 타단부는 주조용 모울드(미도시)에 연결되도록 급탕라인(5)이 설치되어 있으며, 그 급탕라인(5)을 감싸도록 히터(6)가 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호 7은 체크밸브의 플로트이다.

상기와 같이 구성되어 있는 종래 용탕이송장치는 용탕이 용해되면 부력에 의하여 체크밸브(3)의 플로트(7)가 상승을 하면서 펌프케이스(2)의 내측으로 용탕이 유입되고, 이와 같이 유입되는 용탕이 펌프케이스(2)의 내측에 일정양 채워지면 가압유니트(4)에서 펌프케이스(2)에 가스를 주입하면서 가압하게 되는데, 이때 용탕이 급탕라인(5)을 통하여 주조용 모울드(미도시)로 이송되어지고, 이와 같이 펌핑라인(5)으로 이송되는 용탕이 급탕라인(5)의 내측에 응고되지 않도록 히터(HEATER)(6)는 급탕라인(5)을 일정온도로 가열하게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되어 있는 종래 용탕이송장치는 일정크기의 펌프케이스(2)가 용해로(1)의 내측에 위치되어 있어서, 용해로(1)의 용해량을 향상시키는데 한계가 있는 문제점이 있었고, 또한 고온의 용해로(1) 속에 펌프케이스(2)가 위치되어 있어서 고온의 용탕에 펌프케이스(2)의 일부가 불순물로 용해되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 펌프케이스가 용해로의 외부에 위치되도록 하여 용해량을 향상시키도록함과 아울러 용탕에 불순물이 발생되는 것을 방지하도록 하는데 적합한 용탕이송장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 용탕이송장치가 설치된 상태를 보인 개략도.

도 2는 본 발명 용탕이송장치의 구조를 보인 개략도.

도 3은 본 발명 용탕이송장치의 구성을 상세히 보인 배관도.

도 4는 본 발명에 다른 장치에서 흡입압력에 따라 용탕이송장치의 작동거동을 보인 그래프.

도 5는 본 발명에서 역류방지밸브의 크기에 따른 용탕의 흡입 및 토출속도를 비교한 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 용탕이송장치를 이용하여 주조한 마그네슘 희생양극의 사진으로,

도 6a는 4.1kg 희생양극.

도 6b는 7.7kg 희생양극.

도 7은 본 발명에 따른 용탕이송장치를 이용하여 제조한 인고트 사진.

도 8은 본 발명에 따른 용탕이송장치를 이용하여 제조한 인고트의 내부조직사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 용해로 12 : 펌프케이스

13 : 용탕이송라인 14 : 급탕라인

16 : 히터 18 : 진공발생수단

19 : 가압수단 20 : 3-웨이밸브

22 : 버큠 에디토 23 : 에어 공급원

31 : 가스 공급원 32 : 유량조절밸브

33 : 감압밸브 34 : 체크밸브

15,15' : 역류방지밸브

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 용해로의 외부 일측에 설치되는 박스체인 펌프케이스와, 그 펌프케이스와 용해로가 연결되도록 설치되는 용탕이송라인과, 상기 펌프케이스와 주조용 모울드가 연결되도록 설치되는 급탕라인과. 상기 용탕이송라인과 급탕라인을 감싸도록 설치되어 있는 히터와, 상기 펌프케이스의 상측에 설치되어 펌프케이스의 내부공기를 펌핑하기 위한 진공발생수단과, 그 진공발생수단의 주변에 설치되어 펌프케이스의 내측을 가스로 가압하기 위한 가압수단과, 상기 진공발생수단과 가압수단에 의하여 펌프케이스의 내부에 진공 또는 가압이 이루어지도록 하기 위한 3-웨이밸브와, 상기 펌프케이스의 내측에 위치하는 용탕이송라인과 급탕라인의 단부에 각각 결합되어 용탕의 역류를 방지하기 위한 체크밸브를 구비하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 용탕이송장치가 제공된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 용탕이송장치를 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 용탕이송장치의 구조를 보인 개략도이고, 도 3은 본 발명 용탕이송장치의 구성을 상세히 보인 배관도로서, 도시된 바와 같이, 금속을 용해하기 위한 용해로(11)의 외부에 박스체로된 펌프케이스(12)가 설치되어 있고, 그 펌프케이스(12)와 용해로(11)는 용탕이송라인(13)으로 연결되어 있으며, 상기 펌프케이스(12)에서 주조용 모울드(미도시)로 급탕라인(14)이 연결되어 있고, 상기 펌프케이스(12)의 내측에 위치되는 용탕이송라인(13)과 급탕라인(14)의 단부에는 각각 역류방지밸브(15)(15')가 높이차를 두고 설치되어 있다.

그리고, 상기 용탕이송라인(13)과 급탕라인(14)에는 히터(16)가 감싸도록 설치되어 있고, 펌프케이스(12)의 상부 일측에는 용탕레벨감지센서(17)가 설치되어 있으며, 타측에는 용탕의 이송시 펌프케이스(12) 내부를 진공상태로 만들기 위한 진공발생수단(18)과 용탕의 배출시 펌프케이스(12)에 아르곤 가스로 가압하기 위한 가압수단(19)이 3-웨이밸브(20)에 의하여 각각 동작될 수 있도록 설치되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 진공발생수단(18)은 상기 3-웨이밸브(20)에 연결되는 라인 상에 유량조절밸브(21)와 오리피스를 이용한 버큠 에디토(22)를 설치하고, 그 버큠 에디토(22)과 에어 공급원(23)을 배관으로 연결한 다음, 그 연결라인 상에 체크밸브(24), 어큐믈레이터(25), 감압밸브(26), 유량조절밸브(27), 솔레노이드밸브(28)를 설치하여, 에어 공급원(23)에서 공급되는 에어가 버큠 에디토(22)를 통과하며 펌프케이스(12)의 공기를 빨아내면서 진공상태가 되도록 되어 있다.

또한, 상기 가압수단(19)은 공장내부에 설치되어 있는 아르곤 가스 공급원(31)에 연결되어 있는 연결라인 상에 유량조절밸브(32), 감압밸브(33), 체크밸브(34) 등이 설치되어 있어서, 상기 3-웨이밸브(20)의 동작에 의하여 아르곤 가스를 펌프케이스(12)로 주입할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명 용탕이송장치에서 용탕을 이송하는 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 용해로(11)에 용융시키고자 하는 금속을 넣고, 가열하여 금속을 용융시킨다. 그런 다음, 상기 3-웨이밸브(20)가 진공발생수단(18)측으로 연결되면 에어공급원(23)에서 공급되는 공기가 버큠 에디토(22)를 통과하면서펌프케이스(12)에 전달되는 흡입력에 의하여 펌프케이스(12)의 내부에 존재하는 공기를 펌핑하면 펌프케이스(12)의 내부가 진공상태가 되는데, 이때 용탕이송라인(13)을 통하여 용해로(11)에 용융된 용탕이 펌프케이스(12)로 이송되고, 이와 같이 이송되는 용탕은 역류방지밸브(15)에 의하여 용해로(11)측으로 역류되는 것이 차단된다.

상기와 같이 펌프케이스(12)의 내부로 이송되는 용탕이 펌프케이스(12)의 내부에 채워져서 용탕레벨감지센서(17)에서 이를 감지하면 상기 3-웨이밸브(20)에서 가압수단(19)측으로 연결됨과 아울러 공장에 설치되어 있는 가스공급원(31)에서 공급되는 가스가 일정압력으로 펌프케이스(12) 내부에 공급되고, 이와 같이 펌프케이스(12)에 공급되는 아르곤 가스의 압력에 의하여 펌프케이스(12)의 용탕이 급탕라인(14)을 통하여 주조용 모울드(미도시)로 급탕되어 주조가 이루어진다.

상기와 같이 용탕이송라인(13)과 급탕라인(14)으로 용탕이 이송할때는 그 각각의 라인을 감싸도록 설치되어 있는 히터(16)들에 의하여 가열되어 각각의 라인내부에 용탕이 응고되는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 용탕이송장치를 펌프케이스(12) 크기를 180φ×500mm (용량 12리터)의 제작하고, 용탕이송라인(13)과 급탕라인(14)은 내경이 33φ의 파이프로 설치하여, 기타 제변수들을 조절하여 최적용탕흡입효율 및 토출조건을 조사한 결과가 도 4의 그래프와 같이 나타났으며, 이 그래프에 나타난것과 같이 펌프케이스(12)에 채워지는 용탕의 흡입양과 흡입종료시간은 펌프케이스(12)의 위치에 관계없이 감압밸브(26)의 흡입압력에 주로 영향을 받으며, 흡입압력은 3.5kgf/cm²이하가 적당함을알 수 있다.

도 5는 역류방지밸브(15)(15')의 크기에 따른 흡입 및 배출효율을 나타내고 있다.

어떤금속을 이송하느냐에 따라서 가압하는 가스의 종류와 주입압력은 적절하게 선정하여 사용될 수 있는데, 일예로 마그네슘 용탕의 경우에는 이산화탄소, 무수알곤가스, 이산화 유황가스 혹은 두가스의 혼합가스를 사용하는 것이 바람직하다.

마그네슘 용탕을 이송하여 주조하는 사례를 실시예별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예1 : 마그네슘 희생양극 제조

용해로(11)에 순마그네슘 100kg을 용해한 후, 망간분말을 마그네슘 용탕에 첨가하고, 800℃이상의 온도로 유지시켜서 용해한다. 그런 다음 본 발명에 따른 용탕이송장치를 이용하여 용탕을 펌프케이스(12)로 이송하여 약680℃로 유지시킨 상태에서 주조용 모울드로 급탕함으로써 도 6도와 같은 Mg-1wt%Mn합금을 제조하였다. 철심용 전극을 포함한 주조품의 무게는 각각 (6a) 4.1kg, (6b) 7.8kg이었으며, 급탕시 99.9%CO₂+0.1%SF₆의 혼합가스를 0.5kgf/cm²의 압력으로 가하였다. 매주조당 급탕시간은 4.1kg의 경우 4초, 7.8kg의 경우 7초이었으며 1회 18kg(용융 마그네슘 무게)용량의 펌프케이스(12)에 설치된 용탕레벨감지센서(17)까지 용융금속이 채워지는 속도는 0.63kg/sec로서 흡입속도가 매우빠르고, 정확한 양을 펌프케이스(12)내로 채워질 수 있었으며, 주조작업시간도 1-3분 주기로 3시간동안 단속적인 주조작업을 지속할 수 있었다. 주조작업이 진행되는 동안 용해로(11)의 용탕보호면에 대한 파괴가 일어나지 않았고, 펌프케이스(12)내에 드로스 및 산화물의 유입이 일어나지 않아서 발열, 발화에 의한 온도상승과 불순물의 유입이 전혀관찰되지 않았으며, 작업자가 고온이면서 발열이 강한 용융금속을 직접운반해야할 필요가 없으므로 안전사고의 위험이 없고, 효율적일뿐아니라, 환경을 오염시키지 않는 등의 이점이 있었다.

실시예2 : Mg-합금 스크랩의 재용해를 통한 인고트의 제조

AZ91이 주성분인 마그네슘 스크랩과 순 마그네슘을 각각 50kg씩 넣고 720℃의 온도에서 용해한 다음, 본 발명에 다른 용탕이송장치를 이용하여 주조용 모울드로 용탕을 급탕하여 도 7의 사진과 같은 인고트를 제조하였다.

도 8은 상기와 같은 용탕이송장치를 이용하여 제조된 마그네슘 인고트의 내부조직을 촬영한 사진으로, 미세공공 및 불순물이 혼입되지 않은 양호한 미세조직이 확인됨에 따라 본 발명에 따른 용탕이송장치를 이용하여 주조하는 경우에 비금속 개재물과 불순물이 유입되지 않은 청정한 상태로 급탕됨을 확인할 수 있었고, 이와 같은 점은 정확한 양의 용융금속을 주조용 모울드에 단속적으로 급탕하기 때문에 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 용탕이송장치는 펌프케이스가 용해로의 외부에 위치되도록 설치되므로 용해로의 내부공간이 넓어지게 되어 용해로의 용해능력을 향상시키는 효과가 있을뿐 아니라, 용해로에서 용해되는 용탕에 펌프케이스가 용해되어 불순물로 작용하는 것이 방지되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 용해로의 외부 일측에 설치되는 박스체인 펌프케이스와, 그 펌프케이스와 용해로가 연결되도록 설치되는 용탕이송라인과, 상기 펌프케이스와 주조용 모울드가 연결되도록 설치되는 급탕라인과. 상기 용탕이송라인과 급탕라인을 감싸도록 설치되어 있는 히터와, 상기 펌프케이스의 상측에 설치되어 펌프케이스의 내부공기를 펌핑하기 위한 진공발생수단과, 그 진공발생수단의 주변에 설치되어 펌프케이스의 내측을 가스로 가압하기 위한 가압수단과, 상기 진공발생수단과 가압수단에 의하여 펌프케이스의 내부에 진공 또는 가압이 이루어지도록 하기 위한 3-웨이밸브와, 상기 펌프케이스의 내측에 위치하는 용탕이송라인과 급탕라인의 단부에 각각 결합되어 용탕의 역류를 방지하기 위한 역류방지밸브를 구비하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 용탕이송장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 진공발생수단은 상기 펌프케이스에 연결된 3-웨이 밸브에 연결되도록 오리피스원리를 이용한 버큠 에디토를 배관으로 연결하고, 그 버큠 에디토는 에어공급원에 연결되도록 하여, 에어 공급원에서 공급되는 에어가 버큠 에디토를 통과하는 것에 의하여 상기 펌프케이스의 공기를 펌핑하게 되어 펌프케이스의 내부를 진공상태로 만들 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 용탕이송장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 가압수단은 상기 펌프케이스에 연결된 3-웨이 밸브에 연결되도록 가스공급원에 배관으로 연결하고, 그 배관라인 상에 감압밸브, 체크밸브, 유량조절밸브를 설치하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 용탕이송장치.