KR100472675B1 - 회전식인젝터와용융금속처리를위한회전식불활성가스분산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 금속 처리를 위한 회전식 불활성 가스 분산 장치에 관한 것으로서, 알루미늄과 같은 용융 금속의 불순물 제거를 목적으로 하며 처리 가스는 용기내에 위치한 용융 금속으로 취입되고 로터는 고속으로 회전하는 용융 금속 처리에 있어서, 처리 가스의 균질화 및 상기 용융 금속의 표면에 와류와 잔물결을 방지하기 위한 것으로서, 본 발명은 상기 목적을 위해 처리 가스 출구 섹션에 가스 챔버(가스 체류), 상기 가스 챔버의 출구 주위를 구성하는 출구에 다공성 물질(사실상 다중 다공성 물질) 및 사용된 처리 가스의 분산만을 목적으로 하는 약한 교반력을 가지는 임펠러로 구성되거나 또는 경사지게 만들어진 로터의 회전 샤프트의 직경, 다공성 물질의 처리 가스의 출구에 설치된 테이퍼 부분 또는 회전식 임펠러의 측면에 장치된 리버스나 테이퍼를 포함하며, 상기 분산이 가능하도록 만들어진 용기내의 하부 부분으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

회전식 인젝터와 용융 금속 처리를 위한 회전식 불활성 가스 분산 장치{ROTARY INJECTOR AND A ROTARY INERT GAS DISPERSION APPARATUS FOR MOLTEN METAL TREATMENT}

본 발명은 알루미늄 등의 용융 금속 처리에 있어서, 수소 가스, 산소 및 다른 비금속 개재물(non-metallic interposing substances)과 같은 불순물의 제거를 실행할 수 있는 회전식 인젝터에 관한 것이다.

오늘날, 회전식 인젝터는 아르곤, 질소 및 염소 등을 포함하는 불활성 가스의 분산 취입에 의해 용기내에서 알루미늄 등과 같은 용융 금속에서 불순물의 부유 분리의 목적을 위한 산업에 광범위하게 이용된다.

회전식 인젝터는 보통 중공 회전 샤프트와 소결된 탄소나 세라믹으로 만들어진 회전식 믹서를 포함하고, 불활성 가스는 고속으로 회전하는 회전식 믹서의 측면이나 하부에 설치된 직경1㎜ 보다 큰 구멍으로부터 유출된다.

불활성 가스가 구멍의 직경(직경 1㎜이상)을 통과하기 때문에 상기 구멍통하여 유출하는 특정의 불활성 가스 직경은 회전식 인젝터가 회전하지 않는 경우에 직경 5㎜ 이상으로 만들어진다.

효과적인 용융 금속 처리 용량(불순물의 제거)을 얻기 위해서는 불활성 가스와 용융 금속사이에 가능한 접촉 범위를 많게 만들기 위해 회전식 인젝터는 상기 가스의 분산과 불활성 가스의 미분화가 용기 전체에 걸쳐 일어나도록 고속(200 ~ 800rpm)으로 회전되어야 하는 전제가 필요하다.

믹서의 고속 회전에 의해 가능한 상기 불활성 가스의 상기 미분화는 거시적 관점에서 가능한 착안이며 효과적인 기술이나, 그와는 반대로 불활성 가스 사이에 점착성(sticky)이 있고, 또한 불활성 가스 자체의 체적 팽창에 의해 용융 금속의 표면에 위로 분산되는 미분화된 불활성 가스가 부유하는 과정 중에 교반에 의해 용융 금속과의 바람직하지 않은 접촉영역의 감소를 초래할 수 있다.

다른 한편으로는 회전식 인젝터의 높은 교반력에 의해 용기 내의 용융 금속은 교반되어, 용융 금속의 표면상에 와류나 잔물결을 초래하고, 대기와의 접촉에 의하여 산화물을 형성하고, 용융 금속으로 수소 가스가 퍼지므로, 이들 현상 모두는 매우 중요하고 심상치 않은 문제로 간주되어 왔다.

본 발명의 목적은 불활성 가스의 미분화와 균질화와 같은 종래의 기술적 문제점에 대한 확대된 연구 및 개발을 진행하여 용융 금속의 표면에 생기는 와류와 잔물결을 방지하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 용융 금속 처리를 위한 회전식 인젝터는 다공성 물질로 만들어진 불활성 가스 출구 섹션과 상기 다공성 물질로 형성된 외주부를 가지는 가스 챔버로 구성된다.

또한, 본 발명에 따르면 용융 금속 처리를 위한 장치는 용기와 용기 내로 넣어진 회전식 인젝터를 포함하고,

불활성 가스는 상기 회전식 인젝터가 회전하는 동안 상기 용기 내측으로 침투하며, 상기 회전식 인젝터는 회전식 샤프트와 불활성 가스 출구 섹션 위의 상기 회전식 샤프트의 하부 부분에 연결된 회전식 믹서를 포함한다.

불활성 가스의 미분화와 균질화의 생성은 출구 섹션내에서 불활성 가스의 가스 챔버(가스 체류)에 설치된 예열 효과를 가지는 다공성 물질(바람직하게는 다중 다공성)의 채택하는 것에 의해 가능하게 되지만, 선행 기술에서의 회전식 인젝터의 고속 회전에 의해서 되는 것은 아니다.

다른 한편으로, 특히 두께가 25㎜이하의 특정 회전식 믹서가 용기 전체에 걸쳐 불활성 가스의 크기를 변화시키지 않고, 불활성 가스를 균등하게 분산시키기 위하여 용융 금속의 교반력을 억제하기 위해 채택된다.

회전식 인젝터의 작은 교반력에 의해 본원 발명은 용융 금속 표면에 생기는 와류와 잔물결의 방지를 성공적으로 해결하였으므로, 전술한 기술적 문제점이 모두 해결되었다.

(실시예)

실시예는 도면에 의해 설명된다.

도 1은 본 발명의 용융 금속 처리를 위한 회전식 믹서의 정면도로서, "A"는 회전식 믹서의 설치를 위한 슬리브를 나타내고, "B"는 중공 회전 샤프트, "C"는 높이가 25㎜이하인 작은 회전식 믹서, "D"는 다공성 물질(사실상 다중 다공성 물질)을 사용하는 불활성 가스의 출구 섹션, "Da"는 가스 챔버(가스 체류), "E"는 회전식 믹서(C)와 불활성 가스 출구 섹션(D)을 중공 회전 샤프트(B)에 고정시키기 위한 스크류이다.

도 2는 본 발명에 따른 회전식 인젝터의 다른 실시예를 보여주는 정면도로서, 불활성 가스의 출구 섹션(D)의 형상이 아래를 향해 넓어지는 사면이나 경사면을 가지는 가스 챔버를 나타내고 있다. 상기 사면으로 인해 경사를 따라 흐르는 불활성 가스의 상호 고착이 방지된다.

도 3은 본 발명에 따른 회전식 인젝터의 다른 실시예를 보여주는 정면도이다. 기능은 도 1의 회전식 인젝터와 동일하지만, 다공성 물질(사실상 다중 다공성)을 사용하는 불활성 가스 출구 섹션(D)의 보호 의도는 같지만, 가스 챔버(가스 체류)(Da)가 설치되고, 중공 회전식 샤프트(B)의 일부에서 처리 가스 출구(D)의 부분과 동일한 외부 직경인 스크류(E)를 가진다.

도 4는 회전식 믹서(C)의 임펠러의 측면에 테이퍼나 리버스(R)의 설치를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 용융 금속 처리를 위한 불활성 가스 분산 장치를 나타내는 도면으로, 회전식 인젝터가 용기(F)로 넣어지고, 상기 회전식 인젝터가 회전하는 동안 불활성 가스가 침투되며, "B"는 회전식 샤프트를 나타내고, "C"는 회전식 믹서, "D"는 불활성 가스 출구 섹션을 나타낸다. 또한 상기 도 5에서 "1"은 불활성 가스 공급 파이프를 나타내고, "2"는 운전 모터, "3"은 용기(F)에서 분산되는 불활성 가스, "4"는 금속을 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 용융 금속 처리를 위한 장치의 다른 실시예를 나타내고, 회전식 인젝터는 도가니(G)내로 넣어진다. "G"는 도가니를 나타내고, "5"는 알루미늄 용탕이다. 불활성 가스는 회전식 인젝터가 회전할 때 침투한다.

실행 결과 본 발명의 우월성이 하기 표 1 과 표 2 로부터 명백하게 입증된다.

알루미늄 용탕의 실험 결과

회전식 인젝터종류	본 발명 1의회전식 인젝터	본 발명 2의회전식 인젝터	종래의 회전식인젝터
회전 RPM 조건	250	250	500
불활성 가스체적 조건 (l/min)	20	20	20
불활성 가스버블 크기 결과	직경 1~2 ㎜	직경 1 ㎜	직경 1~5 ㎜
결과 : 용기내의불활성 가스 분산수면에서의와류와 잔물결	균일한 분산일때가스크기에변화없음	동일	분산이 균일하지 않고 가스크기가 변함
	와류-없음잔물결-없음	동일	와류 30-40 ㎜잔물결 10-15 ㎜

알루미늄 용탕의 실험 결과

회전식 인젝터종류	본 발명 1의회전식 인젝터	본 발명 2의회전식 인젝터	종래의 회전식인젝터
아르곤 가스 조건 (l/min)	15	15	15
회전 RPM 상태	250	250	500
처리 시간(min)	7	7	7
결과 : ALU처리 전의 수소 가스 체적cc/100gALU처리 후의 수소 가스 체적cc/100g	0.35	0.35	0.35
	0.09	0.08	0.14

회전식 인젝터내 불활성 가스의 출구 섹션에서 가스 챔버(가스 체류)의 설치, 출구 섹션 주위에서 다공성 물질(사실상 다중 다공성 물질)의 사용 및 경사 회전식 샤프트와 교반력 감소 회전식 믹서의 채택에 의하여, 본 발명은 불활성 가스의 균질화와 미분화의 발생이 성공적이며, 또한 잔물결과 용융 금속의 표면에서의 와류를 없앨 수 있고, 실질적인 금속성 용융 금속 처리(A356 알루미늄)에 의해 종래의 회전식 인젝터와 비교해서 불활성 가스의 사용을 약 30%정도 감소할 수 있고, 산업상 현재 이용되고 있는 회전식 인젝터와 비교할 때, 처리중에 발생된 불순물은 극도로 건조되어, 전혀 산소를 보유하지 않으며, 대기와 접촉함으로써 생기는 산소 형성을 방지할 수도 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 회전식 인젝터의 제 1 실시예를 보여주는 정면도,

도 1b는 도 1a의 저면도,

도 2a는 본 발명에 따른 회전식 인젝터의 제 2 실시예를 보여주는 정면도,

도 2b는 도 2a의 저면도,

도 3a는 본 발명에 따른 회전식 인젝터의 제 3 실시예를 보여주는 정면도,

도 3b는 도 3a의 저면도

도 4a는 본 발명의 회전식 인젝터를 사용한 회전식 믹서의 정면도,

도 4b는 회전식 믹서의 저면도,

도 5는 본 발명에 따른 분산 장치를 보여주는 도면,

도 6은 분산장치의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A ; 회전식 인젝터 고정 슬리브

B ; 중공 회전 샤프트

C ; 회전식 믹서

Ca ; 회전식 믹서의 테이퍼 섹션

D ; 다공성 물질로 만들어진 불활성 가스 출구

Da ; 가스 챔버(가스 체류)

E ; 스크류

F ; 용기

G ; 도가니

1 ; 불활성 가스 공급용 파이프

2 ; 운전 모터

3 ; 불활성 가스

4 ; 금속

5 ; 알루미늄 용탕

Claims (7)

1. 액체금속에 넣어지며 중공 회전 샤프트의 한 단부에 스크류로 고정되는 수직의 블레이드를 갖는 회전식 믹서를 포함하는 용융금속에 가스를 분산처리하기 위한 회전식 인젝터에 있어서,

   다공성 물질로 형성된 외주 벽부를 갖는 가스 챔버가 상기 회전식 믹서의 블레이드의 하부에서 상기 중공 회전 샤프트의 중공 단부에서 고정되어, 상기 가스 챔버에서 상기 중공 회전 샤프트에 의해 제공되는 처리 가스는 상기 가스 챔버의 외주를 따라 상기 다공성 물질을 통하여 액체금속에 균일하게 분산되는 것을 특징으로 하는 회전식 인젝터.
2. 제 1 항에 있어서,

   다공성 물질의 벽부를 갖는 상기 가스 챔버는 작은 변이 상부, 큰 변이 하부에 있는 테이퍼 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 회전식 인젝터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 중공 회전 샤프트는 25 ~ 50㎜의 외부 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 회전식 인젝터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스챔버는 상기 중공 회전 샤프트로부터 가스 챔버까지 가스통로용의 구멍을 갖는 스크류에 의해 상기 중공 회전 샤프트에 고정되는 것을 특징으로 하는 회전식 인젝터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전식 믹서의 블레이드는 높이가 25 ㎜보다 작은 것을 특징으로 하는 회전식 인젝터.
6. 용융 금속 처리를 위한 장치는

   용기,

   상기 용기내로 넣어지는 청구항 제1항에 따른 회전식 인젝터 및 상기 회전식 인젝터가 회전할 때 불활성 가스가 상기 용기 내측으로 침투되게, 상기 회전식 인젝터의 중공 회전 샤프트에 연결되는 불활성 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 용기는 만곡된 바닥부를 가지는 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리 장치.

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