KR100649939B1 - High frequency heating equipment and melting method - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 냉각수가 유동하는 냉각장치가 구비된 측벽부와 바닥부로 이루어지는 도가니와, 상기 도가니의 측벽부 외부의 이격된 위치에서 도가니의 수직방향을 따라 운동 하면서 도가니 내부를 가열하는 고주파 발생장치를 구비하여 구성되는 고주파 유도 가열장치에 있어서, 상기 냉각수가 바닥부의 냉각장치를 경유하여 측벽부의 냉각장치로 유입된 후 다시 바닥부로 유입되도록 구성되며, 상기 측벽부의 냉각장치는 다수개의 개별 파이프로 이루어지고, 이 파이프들이 바닥부에 분리 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 고주파 유도 가열장치를 제공한다. The present invention provides a crucible comprising a side wall portion and a bottom portion having a cooling device through which cooling water flows, and a high frequency generator for heating the inside of the crucible while moving along the vertical direction of the crucible at a spaced apart position outside the side wall portion of the crucible. In the high frequency induction heating device is configured to include, the cooling water flows into the cooling unit of the side wall via the cooling unit of the bottom portion is configured to flow back to the bottom portion, the cooling unit of the side wall portion is composed of a plurality of individual pipes It provides a high frequency induction heating apparatus, characterized in that the pipe is detachably coupled to the bottom.
또한, 본 발명은, 도가니 내에 원료분말을 충진하는 단계(S1)와, 고주파 발생장치로 상기 도가니 내의 원료분말을 용융시키는 단계(S2)와, 상기 단계에서 용융된 용융물을 배출하는 단계(S3)로 이루어지는 고주파 유도 가열장치를 이용한 용융물의 제조방법에 있어서, 상기 용융물 충진단계(S1)에서 용융물과의 반응이 없고 단위시간당 발열량이 높은 발열재를 투입하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도 가열장치를 이용한 용융물의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention, the step of filling the raw material powder in the crucible (S1), the step of melting the raw material powder in the crucible with a high frequency generator (S2), and the step of discharging the molten melt in the step (S3) In the melt manufacturing method using a high frequency induction heating apparatus comprising a melt using a high frequency induction heating apparatus, characterized in that the heating step of the melt filling step (S1) does not react with the melt and a high calorific value per unit time. It provides a method of manufacturing.
Description
도 1은 본 발명에 따른 고주파 유도 가열장치의 개략적 종단면도,1 is a schematic longitudinal sectional view of a high frequency induction heating apparatus according to the present invention;
도 2는 고주파 발생장치가 구비된 도가니의 사시도 및 도가니의 측벽부를 부분적으로 상세히 나타낸 도면, 2 is a partial perspective view of a crucible equipped with a high frequency generator and a side wall of the crucible in detail;
도 3은 도가니에 구비된 냉각파이프의 설치상태를 설명하기 위한 개략적인 분해사시도, Figure 3 is a schematic exploded perspective view for explaining the installation state of the cooling pipe provided in the crucible,
도 4는 고주파 발생장치의 단품 사시도, 4 is a single perspective view of the high frequency generator;
도 5는 고주파 유도 가열장치를 이용하여 용융물, 예컨대 납이 함유된 유리를 용융하는 공정을 개념적으로 나타낸 공정순서도이다. 5 is a process flowchart conceptually showing a process of melting a melt, such as lead-containing glass, using a high frequency induction heating apparatus.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 도가니 11 측벽부10 crucible 11 side wall
12 바닥부 13 단열재층12
14 냉각파이프층 15,16 입배수관 14
20 고주파 발생장치 30 용융물 배출부 20
36 단열재 35 하단테이블36
40 원료분말 공급장치 50 발열재40 Raw material
본 발명은 고주파 유도 가열장치 및 고주파 유도 가열장치를 이용한 용융물의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a melt using a high frequency induction heating apparatus and a high frequency induction heating apparatus.
종래에는 용융물을 제조하는 장치 및 방법이 다양하게 공지되어 있다. There are various known apparatus and methods for producing melts.
그중, 국내공개특허2002-0038734호[제목: 유리 또는 유리 세라믹의 용융 또는 정제를 위한 스컬 포트]에는 다수의 파이프로 이루어진 원통형 도가니의 외벽 둘레의 다양한 위치에 선택적으로 설치되어 도가니 내의 용융물에 강력한 고주파 필드를 형성시킴으로써 용융물이 더 강력히 가열되는 단락장치에 대해 개시되어 있다. Among them, Korean Patent Publication No. 2002-0038734 [Title: Skull port for melting or refining glass or glass ceramic] is selectively installed at various positions around the outer wall of a cylindrical crucible composed of a plurality of pipes, and is a powerful high frequency material for melting in the crucible. Disclosed is a short circuit wherein the melt is more strongly heated by forming a field.
또한, 국내공개특허2002-0038727호[제목: 무기 물질, 특히 유리 및 유리 세라믹의 용융 또는 정련을 위한 스컬 도가니]에는 용융물을 도가니 내의 뜨거운 영역에서 추출하여 유리의 품질을 향상하기 위해, 스컬 도가니의 바닥부에 도가니 내부로 소정 높이 돌출되어 슬리브 및 맨틀을 형성한 기술이 개시되어 있다. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0038727 [Title: Skull crucible for melting or refining inorganic materials, in particular glass and glass ceramics], to extract the melt in the hot area of the crucible to improve the quality of the glass crucible Disclosed is a technique of protruding a predetermined height into the crucible at the bottom to form a sleeve and a mantle.
또한, 국내공개특허2004-0015249호[제목: 바닥에 유도 코일을 구비한 노]에는 도가니의 바닥에 자속 집중기와 유도 코일이 구비되어 도가니의 바닥부를 가열 하는 기술이 개시되어 있다. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-0015249 (Title: Furnace having an induction coil at the bottom) discloses a technique for heating the bottom of the crucible by providing a magnetic flux concentrator and an induction coil at the bottom of the crucible.
또한, 국내공개특허1994-0008833호[유도가열에 의한 전주내화물의 제조방법 및 그 장치]에는 기포가 없으며 치밀하고 균질한 결정조직을 가질 뿐 아니라 산화도가 높은 전주내화물을 제조하는 하나의 장치와 이 장치를 이용하여 전주내화물을 제조하는 공정 기술이 개시되어 있다. In addition, Korean Patent Application Publication No. 1994-0008833 [Method and Apparatus for Manufacturing Jeonju Refractories by Induction Heating] has a bubble-free, dense and homogeneous crystal structure, as well as a device for producing an oxidized Jeonju refractory; There is disclosed a process technology for producing a pole refractories using this apparatus.
현재, 상기와 같이 공지된 장치 및 방법을 이용하여 용융물을 제조하거나 추출하는 다양한 분야가 존재하고 있다. 이러한 다양한 분야 중, 특히 반도체 등의 전자분야에 있어서는 종래에 비해 고순도의 용융물 생성이 중요시되고, 이러한 고순도의 용융물의 생성을 위해서는 상기된 종래기술을 개량할 필요성이 대두되고 있다. Currently, there are various fields for producing or extracting melts using the above known apparatus and methods. Among these various fields, especially in electronic fields such as semiconductors, the generation of high purity melts is more important than in the prior art, and in order to generate such high purity melts, there is a need for improving the above-described prior art.
본 발명은 이러한 종래 기술 및 고순도의 용융물에 대한 요구를 감안하여 이루어진 것으로, 도가니에 수용되는 원료가 신속하게 용융되어 용융물을 형성하고, 도가니 내부에 소결층이 용이하게 형성되므로써 용융물과 도가니 구성물질과의 접촉에 의한 화학작용이 억제되며, 용융물을 고온부분에서 용이하게 추출할 수 있으므로, 고순도의 제품을 생산할 수 있도록 된 개선된 고주파 유도 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the prior art and the need for a high-purity melt. The raw material contained in the crucible is rapidly melted to form a melt, and a sintered layer is easily formed inside the crucible, It is an object of the present invention to provide an improved high frequency induction heating apparatus capable of producing a product of high purity since the chemical reaction due to the contact of the reaction is suppressed and the melt can be easily extracted in the hot portion.
또한, 본 발명은 상기 소결층을 용이하게 형성하기 위해서 도가니의 측벽부와 바닥부를 냉각할 수 있는 냉각구조가 제공된 개선된 고주파 유도 가열장치를 제 공하는 것을 목적으로 한다. It is also an object of the present invention to provide an improved high frequency induction heating apparatus provided with a cooling structure capable of cooling the side wall and bottom of the crucible in order to easily form the sintered layer.
또한, 본 발명은 도가니의 냉각파이프층을 분리가능한 단품 구조로 제작하므로, 냉각순환에 문제가 발생할 경우 이를 용이하게 해결(예컨대, 개별 냉각파이프의 교체)할 수 있도록 된 개선된 고주파 유도 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, since the present invention manufactures the cooling pipe layer of the crucible in a detachable unit structure, an improved high-frequency induction heating apparatus which can easily solve the problem (for example, replacement of individual cooling pipes) when a cooling circulation problem occurs. It aims to provide.
또한, 본 발명은 상기 개선된 고주파 유도 가열장치를 이용함으로써 사전에 별도의 가열장치를 이용해서 행했던 예비가열(국내 특허공보 2002-0038734호에 기재됨) 없이 고순도의 용융물을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention provides a method for producing a melt of high purity without using preliminary heating (described in Korean Patent Publication No. 2002-0038734) previously performed by using a separate heating device by using the improved high frequency induction heating device. For the purpose of
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 냉각수가 유동하는 냉각장치가 구비된 측벽부와 바닥부로 이루어지는 도가니와, 상기 도가니의 측벽부 외부의 이격된 위치에서 도가니의 수직방향을 따라 운동하면서 도가니 내부를 가열하는 고주파 발생장치를 구비하여 구성되는 고주파 유도 가열장치에 있어서, 상기 냉각수가 바닥부의 냉각장치를 경유하여 측벽부의 냉각장치로 유입된 후 다시 바닥부로 유입되도록 구성되며, 상기 측벽부의 냉각장치는 다수개의 개별 파이프로 이루어지고, 이 파이프들이 바닥부에 분리 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 고주파 유도 가열장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention, the crucible consisting of a side wall portion and a bottom portion provided with a cooling device in which the coolant flows, and while moving along the vertical direction of the crucible at a position separated from the outside of the side wall portion of the crucible In the high frequency induction heating apparatus comprising a high frequency generating device for heating a, wherein the cooling water is introduced into the cooling unit of the side wall via the cooling unit of the bottom portion is configured to flow back to the bottom portion, the cooling apparatus of the side wall portion Provided is a high frequency induction heating device comprising a plurality of individual pipes, the pipes being detachably coupled to the bottom.
또한, 본 발명은, 도가니 내에 원료분말을 충진하는 단계(S1)와, 고주파 발생장치로 상기 도가니 내의 원료분말을 용융시키는 단계(S2)와, 상기 단계에서 용융된 용융물을 배출하는 단계(S3)로 이루어지는 고주파 유도 가열장치를 이용한 용 융물의 제조방법에 있어서, 상기 용융물 충진단계(S1)에서 용융물과의 반응이 없고 단위시간당 발열량이 높은 발열재를 투입하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도 가열장치를 이용한 용융물의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention, the step of filling the raw material powder in the crucible (S1), the step of melting the raw material powder in the crucible with a high frequency generator (S2), and the step of discharging the molten melt in the step (S3) In the method for producing a melt using a high frequency induction heating apparatus, the high frequency induction heating apparatus, characterized in that the heating step of heating the molten material per unit time without a reaction with the melt in the melt filling step (S1). Provided are methods for preparing the melt.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 고주파 유도 가열장치의 개략적 종단면도로, 본 발명에 따른 고주파 유도 가열장치는, 통상 수직원통형상을 갖고 측벽부(11) 및 바닥부(12)에 냉각수단이 구비되는 도가니(10:스컬도가니)와, 이 도가니(10)의 측벽부(11)의 외부둘레를 고리상으로 둘러싸며 가이드를 따라 상기 도가니(10)의 측벽부(11)에서 상하방향으로 운동하도록 된 고주파 발생장치(20), 상기 도가니(10)에서 용융된 용융물을 취출하기 위해 상기 도가니(10)의 바닥부(12)에 형성되는 용융물 배출부(30) 및, 도가니(10)내에 원료분말(41)을 충진하기 위한 원료분말 공급장치(40)를 구비한다. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a high frequency induction heating apparatus according to the present invention. The high frequency induction heating apparatus according to the present invention has a vertical cylindrical shape and a crucible having cooling means in the
여기서, 상기 도가니(10)의 측벽부(11)는 외부의 단열재층(13)과 내부의 냉각파이프층(14)으로 구성되고, 이 냉각파이프층(14)으로는 바닥부(12)에 구비된 입수관(15)을 통해 주입된 냉각수가 바닥부(12) 내부를 충진하는 동시에 냉각파이프(14)에 유입되고, 다시 바닥부(12)를 통해 배수관(16)으로 배출되도록 구성된다. 도면에 있어서, 도가니(10)는 원통형상을 하고 있지만 직사각 또는 다각형 기둥 형상을 취할 수 있음은 물론이다. Here, the
또한, 상기 고주파 발생장치(20)는 고주파가 발생되는 유도코일(21)과 이 코일을 냉각시키기 위한 냉각파이프(22) 및, 상기 유도코일(21)에 RF 전력을 공급하는 제너레이터(23)를 구비하여 구성된다. 그리고, 코일(21) 및 냉각파이프(22) 구조물을 도가니(10)의 측면에서 상하방향으로 안내하는 가이드(24)에 연결시키는 연결대(26) 및, 이들 구조물(21,22,23)을 상하 운동시키는 모터 및 기어 등으로 이루어지는 구동장치(25)가 더 구비된다. In addition, the
또한, 상기 배출부(30)는 도가니(10) 내로 도입된 미용융된 원료분말(41)이 슬리브관(32)을 통해 바로 도가니 외부로 배출되는 것을 제한하기 위한 스키머(31)와, 용융물의 배출을 위한 슬리브관(32)을 구비하여 구성된다. 더욱이, 배출된 용융물을 가압하면서 서냉시키기 위한 롤러(33)와, 고화된 용융물을 수납하기 위한 수납용기(34)가 더 구비된다. In addition, the
한편, 상기 슬리브관(32)은 도가니(10)의 바닥부(12)로부터 도가니 내부공간 중앙부쪽으로 소정 높이(h) 만큼 돌출되어 설치된다. 이러한 돌출 높이(h)는 용융작업 중 최적의 상태를 이루는 용융물의 위치에 따라 결정된다. 미설명참조부호 37은 슬리브관(32)을 소정 높이로 설치하기 위한 바닥부의 돌출부로 내부에 상기된 바와 같이 냉각장치(예컨대, 바닥부의 냉각장치를 연장하여 구성함)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 도가니(10)는 하단테이블(35) 상에 단열재층(36)을 개재시킨 상태로 위치된다. On the other hand, the
따라서, 상기 원료분말 공급장치(40)로부터 원료분말(41), 특히 납(Pb)이 함유된 유리를 도가니(10) 내로 공급하고, 제너레이터(23)으로부터 전원이 공급되는 상기 유도코일(21)을 동작시켜서 원료분말을 가열하며, 이러한 고주파 유도 가열에 의해 용융된 용융물을 상기 슬리브관(32)을 통해 도가니(10) 하부로 배출하면서, 롤러(33)에 의해 가압 처리하며, 고화된 상태로 용기(34)에 수납하므로써, 고순도의 고화물(예컨대, 납을 함유한 유리)을 생산하게 된다. Therefore, the
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만 고주파 가열에 의해 도가니 내에 생성된 용융물을 혼합시키기 위한 혼합장치가 별도로 구비될 수 있다. On the other hand, although not shown in Figure 1 may be separately provided with a mixing device for mixing the melt produced in the crucible by high frequency heating.
도 2a는 본 발명에 따른 고주파 유도 가열장치의 도가니(10) 및 이 도가니에 설치된 발생장치(20)를 세부적으로 나타낸 사시도로, 도가니(10)의 외측부인 원통형 단열재층(13)과 이 단열재층(13)의 내주면을 따라 인접하여 위치되는 다수개의 냉각파이프가 원주방향으로 연속해서 설치되어 원통형상을 갖게 되는 냉각파이프층(14)으로 이루어지는 측벽부(11)와, 상기 냉각파이프층(14)으로 냉각수를 공급하는 입수관(15)과 냉각수가 배출되는 배수관(16)이 구비되는 상기 바닥부(12) 및, 도가니(10)를 에워싸는 고주파 발생장치(20)가 도시된다.Figure 2a is a perspective view showing in detail a
여기서, 상기 바닥부(12)는 상부층(12a)과 하부층(12b)으로 구성되는데, 상부층(12a)에 입수관(15)이 연결되고 하부층(12b)에 배수관(16)이 연결된다. Here, the
또한, 도 2b에는 도가니(10)의 상부쪽에서 인접한 냉각파이프(14b 및 14c)가 연통부(14a)로 연결되어 있는 상태가 도시된다. 또한, 상기 측벽부(11)의 단열재층(13)은 석면층(13a)과, 고무밴드층(13b) 및, 석고층(13c)이 외부로 순차적으로 적층되어 형성된다. 이와 같은 단열재층(13)에 의하면 도가니(10) 내부에서 발생되는 열이 도가니 측면을 통해 주위로 발산되는 것을 방지한다. In addition, FIG. 2B shows a state in which
도 3은 본 발명에 따른 냉각파이프층(14)과 바닥부(12)를 보다 자세히 설명하기 위한 분해사시도로, 도 3a에는 다수개의 개별 냉각파이프가 원판형상인 바닥부의 상부 플레이트(12c)와 격벽 플레이트(12d)의 외주면을 따라 설치되므로 원통형을 이루고 있는 상태가 도시되어 있다. 도 3c에 의하면, 상기 개별 파이프(14b)는 격벽 플레이트(12d)에서 상부방향으로 연장되고 상기 연통부(14a)에 의해 파이프(14c)와 연결되고, 이 파이프(14c)는 하부방향으로 연장되어 상부 플레이트(12c)에 연결되어 대략 n형상을 갖는 하나의 냉각 파이프를 형성한 상태가 도시된다. 이 냉각파이프가 다수개 모여서 도 3a에 나타낸 바와 같이 원통형의 냉각파이프층(14)이 형성된다. 3 is an exploded perspective view for explaining the
도 3b에는 격벽 플레이트(12d)에 의해 상부층(12a)과 하부층(12b)이 분리되고, 상부층(12a)에 입수관(15)이 설치되고, 하부층(12b)에 배수관(16)이 설치된 상태가 도시되어 있다. 또한, 상부 플레이트(12c)에는 원주면을 따라 다수개의 구멍(12e)이 설치되고, 이 구멍(12e)에는 상부층(12a) 내부와 연통되는 입수용 니플(12f)이 설치된다. 그리고, 상기 격벽 플레이트(12d)에는 원주면을 따라 다수개의 구멍(12g)이 설치되고, 이 구멍(12g) 및 대응하는 상부 플레이트(12c)의 다른 구멍(12e)에는 상기 하부층(12b)과 연통되는 배수용 니플(12h)이 설치된다. 여기서, 상기 격벽 플레이트(12d)에 설치되는 구멍(12g)의 설치 간격은 상부 플레이트에 설치되는 구멍(12e)의 간격의 2배로 한다. In FIG. 3B, the
이와 같은 구성에 의하면, 2개의 파이프(14b 및 14c)와 연통부(14a)로 이루어지는 개별 냉각파이프(14)가 니플(12f 및 12h)을 매개로 바닥부에 분리가능하게 설치될 수 있다. 한편, 상기 연통부(14a)와 2개의 인접파이프(14b 및 14c)와의 결합은 용접을 통해 이루어지거나, 분리가능하게 이루어질 수 있다. According to such a structure, the
한편, 상기된 종래의 기술에 있어서는 본 발명에서와 같은 니플(12h,12f)에 의해 냉각파이프를 분리가능하게 설치할 수 있는 바닥부가 구비되어 있지 않고, 게다가 개별 냉각파이프들을 일체형으로 제조하고 있고, 이에 따라 파이프 배관이 막히는 등의 이상이 발생할 때는 문제 해결을 위해서 문제가 발생된 냉각파이프 부위를 절단하여 교체하여야 하는 문제점들이 발생한다. 하지만 본 발명에서와 같이 냉각파이프를 분리가능한 개별 단품으로 제조할 경우는 상기와 같은 문제가 발생될 경우 문제가 발생된 개별 냉각파이프만을 분리 교체하므로써 신속하게 문제를 처리할 수 있게 된다. On the other hand, in the above-described conventional technology, the bottom portion for detachably installing the cooling pipes by the
따라서, 이러한 니플(12f,12h)에 도 3c와 같이, 냉각파이프(14)를 설치하면, 상기 입수관(15)을 통해 바닥부(12)의 상부층(12a)으로 입수된 냉각수는 상기 니플(12f)을 통해 냉각파이프(14)로 유입된 후 니플(12h)을 통해 상기 하부층(12b)으로 유입되며, 배수관(16)을 통해 외부로 배수되는 순환 과정을 거친다. 이러한 냉각수의 순환과정을 통해 도가니(10)의 측벽부(11) 및 바닥부(12)가 냉각되어 진다. Therefore, when the cooling
한편, 상기 냉각파이프(14)는 상기 상부층(12a)과 연결된 한쪽 파이프(14c)와 상기 하부층(12b)와 연결된 다른쪽 파이프(14b)가 소정 간격 이격되도록 형성된다. 그리고, 상기 하나의 쌍을 이루는 냉각파이프(14a,14b,14c)와 인접한 다른 냉각파이프 또한 소정 간격으로 이격되도록 형성된다. On the other hand, the cooling
도 3에 있어서 참조부호 12i는 상기 하부층(12b)의 하부 플레이트이고, 참조 부호 12j는 바닥부(11)를 상기 하단테이블(35)에 고정하기 위한 고정수단이다. 또한, 참조부호 12k는 상기 돌출부(37) 및 슬리브관(32)을 설치하기 위한 개구이다. In FIG. 3,
도 4는 도가니(10) 둘레를 에워싸는 고주파 발생장치(20)의 주요부를 세부적으로 나타낸 사시도로, 도가니(10)를 가열하기 위한 고주파가 발생하는 유도코일(21)과 이 유도코일을 냉각하기 위한 냉각파이프(22)와 상기 유도코일(21) 및 냉각파이프(22)를 지지하기 위한 지지대(27)와, 이 지지대(27)를 도 1에 도시한 상기 연결대(26)에 고정하기 위한 고정수단(28)이 도시된다. 4 is a perspective view showing in detail a main part of the
여기서, 상기 유도코일(21)은 소정 폭(h1)의 띠형상으로 형성되어 그 표면적을 확대시키고, 상하 2중으로 감겨지며 상부 유도코일(21a)과 하부 유도코일(21b)을 연결부 코일(21c)로 연결하는 구조를 갖는다. Here, the
또한, 상기 냉각파이프(22)는 상하 유도코일(21)의 외주면에 각각 2중으로 감겨진 구조를 갖는다. 냉각파이프(22)도 상기 유도코일(21)과 마찬가지로 상부 냉각파이프(22a)와 하부 냉각파이프(22b) 및 이들을 연결하는 연결부(22c)를 구비하고, 상부 및 하부 냉각파이프는 각각 2중으로 구성했다. In addition, the cooling
이러한 구조에 의하면, 상기 유도코일(21)이 가열될 때 발생되는 열이 유도코일(21)의 중심, 즉 도가니(10) 내부쪽으로만 발생하게 하고, 원주방향으로 발생되는 열은 냉각파이프(22)에 의해 감소되므로, 주변장치의 파손을 방지할 수 있게 된다. According to this structure, the heat generated when the
한편, 이상의 장치에 있어서, 상기 냉각파이프(14,22)는 고주파 흡수율이 적은 비철금속, 예컨대 동으로 제작하는 것이 바람직하다. On the other hand, in the above apparatus, it is preferable that the cooling
이하, 고주파 유도 가열장치에 의하여 용융물을 제조하는 과정을 설명한다. Hereinafter, a process of manufacturing a melt by a high frequency induction heating apparatus will be described.
우선, 원료분말 공급장치(40) 내의 원료분말(41)을 도관(42)을 통해 도가니(10) 내부로 주입하여 도가니(10) 내부를 충진한다(S1). First, the
여기서, 도가니(10) 내로 주입된 원료분말은 고용융온도의 알루미나, 규사 및 지르코니아의 혼합물(AZS계), 고지르코니아계 및 고알루미나계 등이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 납(Pb)의 함유율이 20~90중량%인 유리인 것이 바람직하고, 도가니(10) 내부공간의 70% 정도를 원료분말로 채우는 것이 효과적인 용융을 위해 바람직하다. Here, the raw material powder injected into the
한편, 원료분말의 주입단계(S1)는 상기 원료분말(41)을 도가니(10)의 내부공간에 대략 50% 충진하는 단계와(S11), 이어서 발열재(50)를 다수개 넣는 단계(S12), 이어서 내부공간의 대략 20%를 원료분말로 충진하는 단계(S13)로 이루어진다. 그런데, 이러한 단계에 있어서, 상기 발열재는 유도 코일(21)과 동일 위치에 위치하도록 충전하는 것이 바람직한데, 상기 구동장치(25)를 이용하여 유도코일(21)의 위치를 발열재가 충진된 위치로 조정할 수 있다. On the other hand, the step of injecting the raw material powder (S1) is a step of filling the
여기서, 상기 발열재(50)는 유리 용융물과의 반응이 없고 단위시간당 발열량이 높은 카본(C) 재질이 바람직하며, 고체의 카본 덩어리를 작업 요구에 따라 도가니(10)의 다양한 위치에 충진하게 된다. 한편, 상기 카본 덩어리는 다각형, 구형, 원통형 또는, 고리형 등으로 형성될 수도 있다. Here, the
필요에 따라서, 상기 발열재는 실리콘카바이드(SiC) 재질인 것이 바람직하며, 고체의 실리콘카바이드 덩어리를 작업 요구에 따라 도가니(10)의 다양한 위치 에 충진하게 된다. 실리콘카바이드의 발열재 또한 다각형, 구형, 원통형 또는 고리형 등으로 형성될 수 있다. As necessary, the heating material is preferably made of silicon carbide (SiC), and the solid silicon carbide mass is filled at various positions of the
그 다음, 상기 고주파 발생장치(20)를 동작시켜서 도가니(10) 내부의 원료분말(41) 및 카본 발열재(50)를 가열하여 원료분말(41)을 용융시킨다(S2).Next, the
원료분말이 도가니(10)내에 충진되면, 도가니(10)의 외부 둘레에 고리상으로 설치된 유도코일(21)에 의해 원료분말을 가열한다. When the raw material powder is filled in the
이를 위해, 상기 유도코일(21)은 상기 고주파발생용 제너레이터(23)에 연결되어 있다. 제너레이터(23)는 DC전원을 공급하는 전원부와 고주파전원을 발생시키는 발진부로 구성된다. 고주파발생 제너레이터에 의한 고주파의 발진주파수는 용융물의 저항과 도가니(10)의 크기에 따라 결정되며 0.1~3MHz 정도이면 효율적 용융이 가능하다. 유도코일(21)에서 발생된 고주파 전자장은 도가니(10)를 형성하는 냉각파이프(14)들 사이에 형성되어 있는 상기 틈새를 통하여 도가니(10) 내로 유입된다. To this end, the
그 다음, 상기 용융단계(S2)는 도 5에 나타낸 단계에 따라 진행한다. Then, the melting step (S2) proceeds according to the step shown in FIG.
초기에 고주파 전자장이 가해지면 도 5a에서와 같이 원료분말(41) 내의 발열재(50) 주위에 용융핵(51)이 형성된다(S21). When a high frequency electromagnetic field is initially applied, the
이 용융핵(51)의 고온 발열에 의해 용융핵(51)은 도 5b에서와 같이 주위의 원료분말(41)를 용융시키면서 점차 성장하여 간다(S22). As the
이때, 상기 입배수관(15,16) 및 냉각파이프(14)를 통해 냉각수가 순환되고 있는 도가니(10)의 측벽부 및 바닥부 부근과 가열되지 않은 상부를 제외한 거의 모 든 원료분말(41)이 용융되어, 도 5c와 같은 액상의 용융물(52)과 이 용융물(52)을 둘러싸는 원료분말(41)이 혼재된 상태를 이루게 된다(S23). At this time, almost all of the
이어서, 도 5d에 나타낸 바와 같이 계속 가열하면, 도가니 내부의 원료분말은 모두 용융된다(S24). Subsequently, if it continues heating as shown in FIG. 5D, all the raw material powder inside a crucible will melt (S24).
여기서, 원료분말(41)의 용융은 융융물(52)과 수냉식 도가니(10)의 온도평형이 이루어질 때까지 진행되므로, 도가니의 측벽부(11) 및 바닥부(12)와 접하여 있는 원료분말은 용융물의 고온에 의해 소결되어 수 mm의 소결층(53)을 형성하게 되며, 소결층(53)과 액상의 용융물(52) 사이는 고체-액체 경계면(54)이 형성된다.Here, since the melting of the
따라서, 용융물(52)은 동일한 조성을 갖는 소결층(53)과만 항상 접촉하므로 측벽부(11)와의 접촉에 의한 불순물의 침투 및 그에 의한 오염가능성이 확실히 배제된다. 또한, 측벽부(11)도 용융물과의 접촉이 발생하지 않으므로, 손상될 우려가 제거된다. Therefore, since the
한편, 초기에 충진된 원료분말(41)이 용융됨에 따라 도가니(10)내에서 부족되게 된 원료분말은 도 5e에 나타낸 바와 같이 상기 공급장치(40)의 도관(42)을 통하여 보충한다(S25). 이러한 보충은 상기 도 5c에 나타낸 단계 후에 실시하여도 된다. On the other hand, the raw material powder that is initially insufficient in the
최종적으로, 도 5f에 나타낸 바와 같이 슬리브관(32)를 통해 배출되는 용융물(52)은 하부에 설치된 롤러(33)를 통해 가압되면서 서냉된 후 하부의 용기(34)에 담겨지게 된다(S3). Finally, as shown in FIG. 5F, the
상기 용융물(52)의 배출에 있어서, 상기 슬리브관(32)은 도가니(10)의 바닥 부(12)로부터 도가니 내부로 소정 높이 돌출된 상태로 형성되므로, 불순물이 유입되지 않고 고온에 의해 용융된 용융물을 바로 배출할 수 있게 된다.In discharging the
한편, 도 5d 내지 도 5f에 있어서는 소결층(53)이 도가니의 측벽부에 접촉한 상태로 도시되어 있으나, 이는 도시의 편의를 위한 것이고, 실재로는 고액경계면(54)에서 수 mm 정도만 소결층이 형성되고, 이 소결층으로부터 측벽부까지는 원료분말이 용융되지 않은 상태로 존재한다.Meanwhile, in FIGS. 5D to 5F, the
[실시예] EXAMPLE
이하의 표1은 그 밖의 조건은 동일하게 하고, 도가니의 내경과, 고주파 발생장치의 사용 주파수, 원료분말에 함유된 납 유리의 함량을 변형시키면서, 카본 발열재의 사용에 따른 실험 결과를 기재하였다. 한편, 고주파 발생장치로는 하트레이 발진방식의 장치를 사용하였다. Table 1 below describes the results of experiments using carbon heating materials while modifying the inner diameter of the crucible, the frequency of use of the high frequency generator, and the content of lead glass contained in the raw material powder while the other conditions were the same. On the other hand, a heart-ray oscillation device was used as a high frequency generator.
표1Table 1
이상의 표 1에 의하면, 실험 1, 2, 4 및 실험 5에 있어서는 고주파 발생장치에 의한 가열만으로는 납성분을 함유한 원료분말의 용융이 일어나지 않았음을 알 수 있고, 따라서 실험 1, 2, 4 및 실험 5에서는 반듯이 원료분말에 대한 예비가열이 실시되어야 한다는 결론에 도달하였다. According to the above Table 1, in Experiments 1, 2, 4 and 5, it was found that the melting of the raw material powder containing lead components did not occur only by heating by a high frequency generator. Therefore, Experiments 1, 2, 4 and In Experiment 5, we concluded that preheating of raw powder should be carried out.
하지만, 실험3 및 실험 6에 의하면 카본 발열재의 투입에 따라 예비가열 없이 원료분말이 5시간 후 완전 용융됨을 알 수 있었다. However, according to
이하의 사진 1 내지 4에는 상기 실험3 및 실험 6의 조건에 있어서, 고주파 가열 시간의 경과에 따른 용융상태를 보여준다.In the following photographs 1 to 4, in the conditions of
[사진1] [Photo 1]
사진 1에서는 2시간 경과후, 수냉식 측벽부(11)의 냉각파이프층(14)에 인접하게 위치된 발열재를 중심으로 용융핵이 형성되는 상태를 보여준다. 용융핵 주위에는 백색의 원료분말 및 측벽부(11)의 냉각파이프층(14)이 보여진다. In the photograph 1, after 2 hours, the molten core is formed around the heat generating material positioned adjacent to the
[사진 2] [Photo 2]
사진 2에서는 2시간 30분 후 다수의 발열재 주위로 용융핵이 형성 및 확대되는 상태가 보여진다. Photograph 2 shows a state in which molten nuclei are formed and expanded around a plurality of heat generating materials after 2 hours and 30 minutes.
[사진 3][Photo 3]
사진 3에서는 3시간 후 용융핵이 더 확대된 상태가 보여진다.
[사진 4][Photo 4]
사진 4에는 5시간 후 도가니 내부에서 소결층이 형성되면서 원료분말이 완전히 용융된 상태가 보여진다. Photograph 4 shows that the raw material powder is completely melted as the sintered layer is formed inside the crucible after 5 hours.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 도가니에 수용되는 원료가 신속하게 용융되어 용융물을 형성하고, 도가니 내부에 소결층이 용이하게 형성되므로써 용융물과 도가니 내벽부와의 접촉에 의한 화학작용이 억제되며, 용융물을 고온부분에서 용이하게 추출할 수 있으므로, 고순도의 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention as described above, the raw material contained in the crucible is quickly melted to form a melt, the sintered layer is easily formed inside the crucible, thereby suppressing the chemical action due to contact between the melt and the inner wall of the crucible, the melt Since it can be easily extracted from the high temperature portion, there is an effect that can produce a product of high purity.
또한, 본 발명에 의하면, 개선된 고주파 유도 가열장치를 이용하여 예비가열없이 고순도의 용융물을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, there is an effect of providing a method for producing a high-purity melt without preheating by using an improved high frequency induction heating apparatus.
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