KR100510857B1 - 전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화물, 탄화물, 질화물 등 세라믹류의 강화재(단섬유, 입자 등)를 금속 용탕 중에 투입하고, 용탕을 교반하여 용탕 중에 강화재를 골고루 분산시킨 후, 소정의 금형에 주입하고 응고시켜 금속복합재료를 제조하기 위한 금속복합재료 또는 금속을 제조할 때 복합재료 내부의 세라믹 강화재의 균일 분산을 유도함으로써 기계적 특성을 향상시켜, 경량, 내마모성을 요구하는 산업용기계 부품이나, 자동차 부품의 성능을 향상시키도록 한 전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 용탕이 담겨지는 용해로(1)의 저면 일측에 설치된 권선 코어(11)와, 상기 권선 코어(11)의 내측 둘레면에 설치된 권선(12)과, 상기 권선 코어(11)의 내부에 설치된 용탕 채널(13)과, 상기 용탕 채널(13)의 중앙부에 설치된 고정 코어(14)로 이루어진 자장발생수단(10)을 포함하여서 된 것이다.

Description

전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치{Electromagnetic induction stirring apparatus for aluminum furnace}

본 발명은 전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산화물, 탄화물, 질화물 등 세라믹류의 강화재(단섬유, 입자 등)를 금속 용탕 중에 투입하고, 용탕을 교반하여 용탕 중에 강화재를 골고루 분산시킨 후, 소정의 금형에 주입하고 응고시켜 금속복합재료를 제조하기 위한 금속복합재료 또는 금속을 제조할 때 복합재료 내부의 세라믹 강화재의 균일 분산을 유도함으로써 기계적 특성을 향상시켜, 경량, 내마모성을 요구하는 산업용기계 부품이나, 자동차 부품의 성능을 향상시키도록 한 전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄 합금을 고강도의 세라믹 강화재(단섬유, 입자 등)로 강화한 금속복합재료는 비강도를 비롯한 기계적 성질이 우수하기 때문에 각종기계나 구조재료에 적용되고 있다.

이러한 금속복합재료를 제조하는 방법에는 장섬유를 이용하는 방법과 단섬유나 입자 등을 이용하여 제조하는 방법이 있는데, 장섬유는 주로 고분자를 모재로 하여 고분자 복합재료를 제조하는데 이용되고 있으며, 금속복합재료는 주로 세라믹 단섬유나 입자 등을 이용하여 제조되고 있다.

세라믹 단섬유나 입자 등을 이용하여 금속복합재료를 제조하는데는 주로 분말야금법이나 주조법이 이용되고 있는데, 분말야금법은 주조법에 비하여 제조비가 비싼 단점이 있다.

종래의 주조법에 의한 금속복합재료 제조방법으로는 세라믹 단섬유나 입자 등을 이용하여 미리 예비성형체를 제조하고, 여기에 고압으로 금속을 주입하여 예비성형체 내부로 금속을 침투시켜 복합화시키는 방법과, 용해된 금속용탕 중에 세라믹 강화재를 투입하고 용탕을 강제적으로 교반시켜 복합화한 후에 소정의 금형내에 주입하여 복합재료를 제조하는 방법이 널리 사용되고 있다. 특히 지금까지 경제적으로 복합재료를 제조하는 방법 중에서는 상기 용탕교반법에 의한 금속복합재료의 제조가 많이 이용되고 있다.

그런데, 상기 용탕교반법을 사용할 경우, 용탕에 강화재를 투입하고 강제적으로 교반하는 과정에서, 용탕에 혼입된 공기에 의해 복합재료 제조 후의 미세조직에 많은 기공이 발생하게 되고, 결과적으로 기공 결함으로 인해 복합재료의 특성을 제대로 발휘하지 못하는 문제점이 있었다.

또는 도 1에 나타낸 바와 같이 용해로(1)의 하부 일측에 소정의 경사각이 유지되도록 라이닝(2)을 설치하고 그 라이닝(2)의 하부에는 자장이 발생되는 인덕터(3)가 설치된 교반장치가 개발되어 사용되고 있다.

그러나 이러한 종래의 교반장치는 인덕터(3)가 200℃이하로 유지되어야 하기 때문에 고온의 용탕에 의해서 인덕터(3)가 고온으로 상승되는 것을 방지하도록 단열 하여야하며, 이를 위해서 상기 인덕터(3)를 용해로(1)로부터 일정거리 이격되게 설치하여야 하였다.

상술한 바와 같이 인덕터(3)가 용해로(1)로부터 일정거리 이격되게 설치됨에 따라서, 인덕터에서 발생되는 자장이 용해로(1)에 용융된 용탕의 내부로 투과하는 깊이가 작아져 인덕터(3)에 근접된 용탕은 교반되지만 인덕터(3)가 설치된 반대편의 용탕은 교반되지 않게되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 인덕터(3)에서 발생되는 자장의 세기를 증가시키는 경우도 있으나, 이때에는 전력소비가 과다하게 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 수평방향으로 움직이는 자장을 형성시키기 위한 인턱터는 기성품이 없어 별도로 제작하여야 하므로 제조원가가 상승되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 용탕을 교반시키는 자장이 회전될 수 있도록 용해로의 저면 일측에 회전 가능한 자장발생수단을 소정의 경사가 유지되도록 설치하여 용해로에 담겨진 용탕을 효과적으로 교반시킬 수 있는 전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치는 용탕이 담겨지는 용해로의 저면 일측에 설치된 권선 코어와, 상기 권선 코어의 내측 둘레면에 설치된 권선과, 상기 권선 코어의 내부에 설치된 용탕 채널과, 상기 용탕 채널의 중앙부에 설치된 고정 코어로 이루어진 자장발생수단을 포함하여서 된 것이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 용탕 교반장치가 설치된 용해로를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 A - A 선 단면도이다.

여기에서 참조되는 바와 같이 본 발명은 용탕이 담겨지는 용해로(1)의 저면 일측에 자장발생수단(10)이 설치되어 있되, 그 자장발생수단(10)의 외측 둘레면에는 권선 코어(11)가 설치되어 있고, 그 권선 코어(11)의 내측 둘레면에는 권선(12)이 설치되어 있다.

한편, 상기 권선 코어(11)의 내부에는 용탕 채널(13)이 설치되어 있고, 그 용탕 채널(13)의 중앙부에는 고정 코어(14)가 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 자장발생수단(10)은 용해로(1)의 저면에 수평방향으로 설치 할 수도 있지만, 용해로(1)에 담겨진 용탕의 교반 효율이 향상되도록 용해로(1)의 저면 일측에 소정의 경사가 유지되게 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 용해로(1)에 담겨진 용탕을 교반시킬 때에는 자장발생수단(10)의 권선에 전원을 공급하면 자장이 발생되고 이때 발생되는 자장의 극성에 의해서 권선 코어(11)의 중앙에 설치된 용탕 채널(13)이 회전하게 된다.

상기 용탕 채널(13)이 회전하게 되면, 상기 고정 코어(14)에서 발생되는 자장은 원을 형성하면서 용탕에 전달되므로 상기 용탕은 회전되는 자장에 의해서 회전되면서 와류가 발생되는 것이다.

이와 같이 용탕에 발생되는 와류는 용해로에 담겨진 용탕의 전체 부분으로 전달되는 것이며, 상기 자장은 용해로의 저면 일측에 소정의 경사가 유지된 상태로 발생되므로 상기 용해로에 담겨진 용탕에는 수직방향의 거대한 유동이 발생되는 것이다.

이와 같이 본 발명은 자장발생수단에서 발생되는 자장에 의해서 용탕에 와류가 발생되므로 용해로에 담겨진 용탕을 효과적으로 교반시킬 수 있게되는 특유의 효과가 있다.

도 1은 종래의 용탕 교반장치가 설치된 용해로를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 용탕 교반장치가 설치된 용해로를 나타낸 단면도.

도 3은 도 2의 A - A 선 단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 용해로 10 : 자장발생수단

11 : 권선 코어 12 : 권선

13 : 용탕 채널 14 : 고정 코어

Claims (2)

1. 용탕이 담겨지는 용해로(1)의 저면 일측에 설치된 권선 코어(11)와, 상기 권선 코어(11)의 내측 둘레면에 설치된 권선(12)과, 상기 권선 코어(11)의 내부에 설치된 용탕 채널(13)과, 상기 용탕 채널(13)의 중앙부에 설치된 고정 코어(14)로 이루어진 자장발생수단(10)을 포함함을 특징으로 하는 전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자장발생수단(10)은 용해로(1)에 담겨진 용탕의 교반 효율이 향상되도록 용해로(1)의 저면 일측에 소정의 경사가 유지되게 설치됨을 특징으로 하는 전자석을 이용한 용해로의 용탕 교반장치.