KR100679103B1 - 다용도 진공 유도용해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다용도 진공 유도용해 장치에 관한 것으로, 피처리물을 용해하는 진공 유도용해 장치로서, 상기 피처리물이 장입되는 용해로가 마련되고, 일측에는 주배기라인이 형성되는 용해부; 상기 용해로 내에 장입된 상기 피처리물을 유도가열하는 가열부; 상기 용해부의 하부에 배치되어 상기 가열부를 통해 용해된 피처리물을 주형에 부어서 주조하는 주조부; 상기 주조부의 하부에 구비되며, 상기 주형의 높낮이를 변경시키는 승강부; 및 상기 진공 유도용해 장치 전체의 작동을 제어하는 제어부를 포함해서 이루어져, 일반적인 소재를 비롯하여 특수한 금속 소재 및 난용성 소재인 타이타늄 및 타이타늄 합금 소재를 모두 용해할 수 있도록 된 것이다.

진공, 고속, 가압, 유도용해, 타이타늄

Description

다용도 진공 유도용해 장치{Multipurpose Vacuum Induction Melting Apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 다용도 진공 유도용해 장치의 개략적인 모습을 보여주는 정면도,

도 2는 도 1의 좌측면도,

도 3은 본 발명에 따른 다용도 진공 유도용해 장치의 진공 및 가압 계통도,

도 4는 본 발명의 요부인 승강부의 확대도,

도 5는 본 발명의 요부인 회전장입부의 정면도,

도 6은 도 5의 평면도,

도 7은 본 발명의 요부인 몰드히터를 보여주는 단면도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

100 : 진공 유도용해 장치 110 : 용해부

111 : 용해로 112 : 주배기라인

120 : 가열부 130 : 주조부

131 : 주형 132 : 보조배기라인

140 : 승강부 141 : 유압실린더

142 : 체인 143 : 도르래

144 : 승강축 145 : 구동모터

146 : 회전축 147 : 안착플레이트

150 : 회전장입부 151 : 회전축

152 : 장착암 160 : 몰드히터

170 : 가스 주입구 180 : 냉각수 주입구

181 : 냉각수 퇴수구

본 발명은 진공 유도가열방식의 고주파 용해 장치로서, 일반적인 소재를 비롯하여 특수한 금속 소재 및 난용성 소재인 타이타늄(Titanium) 및 타이타늄 합금 소재를 모두 용해할 수 있는 다용도 진공 유도용해(VIM;Vacuum Induction Melting) 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 타이타늄의 대표적인 용해법으로는 진공 아크 재용해법(VAR;Vacuum Arc Remelting)이 확립되어 실용화되고 있지만, 이 용해법은 열원인 아크의 제어가 어렵고, 원료를 소모전극의 형상으로 성형할 필요가 있다는 것이 문제이다. 그 때문에 스크랩 등의 여러 가지 형상의 원료를 대량으로 사용하기가 어렵고, 슬래브(Slab) 형상의 타이타늄 주괴 제조 및 고밀도 개재물의 제거 등이 어렵다.

또한, 원소재는 용해된 후에도 주괴가 되는 방식이기 때문에, 고밀도 개재 물(HDI)의 용해시 제거도 곤란한 문제점을 갖는다.

이와 같은 진공 아크 재용해법의 단점을 해결하는 용해법으로 전자빔 용해법, 플라즈마 아크 용해법, 비소모전극식 아크 용해법, 유도 스컬 용해법(Induction skull melting) 등의 용해법이 개발되어 실용화되고 있다.

이중에서, 유도 스컬 용해법은 종래의 유도용해에서 도가니를 수냉 동(銅)으로 변경하여 타이타늄을 용해하여도 도가니에 의한 용탕 오염의 문제를 피할 수 있는 것이 큰 특징이다. 이것은 유도용해에서는 전자기력에 의해 용융금속에 중심방향의 힘이 작용해서 용융금속이 직접적으로 수냉 동 도가니에 접촉하는 기회가 적고, 용탕이 동 도가니에 접촉하여도 동 도가니는 수냉되고 있으므로 즉시 응고되어 용탕이 동 도가니를 용손시킬 수 없기 때문이다. 도가니에 달라붙어 응고된 금속은 고주파 유도가열에서는 코일 근방만큼 강하게 가열되는 효과(Skin Effect)가 있기 때문에 다시 용해되고, 용해 중에는 동 도가니 주변에서 응고와 용해를 되풀이하는 상태가 계속된다.

하지만, 전술한 유도 스컬 용해법은 수냉 동 도가니 부근에서 가장 발열량이 크기 때문에 전력 소모량이 매우 큰 것(전력원 단위로서 2~10 kWh/kg 정도가 소모되며, 통상의 내화물 도가니를 이용한 유도 용해법에서는 0.5~1.5 kWh/kg 정도가 소모됨)이 문제이고, 또한 100kg 이하의 작은 주괴의 생산 정도만 가능하여 용해로의 대형화가 곤란한 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 고가의 타이타늄 용해설비인 진공 아크 재용해 장치가 가지고 있는 용해시간 절감, 효율성 향상과 전기사용량 절감하는 동시에 소용량 생산이 가능하며, 또한 고가이면서 소용량 제조 가능설비인 유도 스컬 용해 장치가 가지고 있는 고비용 부분을 절감할 수 있으면서 전기용량의 효율성을 유사하게 하면서 전기사용량을 절감시킬 수 있는 유도가열 방식을 채용한 다용도 진공 유도용해 장치를 제공하는 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 특수용도로 제작된 장치의 경우 고가의 장비임에도 불구하고 다른 금속합금 소재에 대한 용해 호환성을 갖지 못하는 전용설비라는 단점을 보완하여 진공용해용 모든 소재의 취급이 가능한 다용도 진공 유도용해 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피처리물을 용해하는 진공 유도용해 장치로서, 상기 피처리물이 장입되는 용해로가 마련되고, 일측에는 주배기라인이 형성되는 용해부; 상기 용해로 내에 장입된 상기 피처리물을 유도가열하는 가열부; 상기 용해부의 하부에 배치되어 상기 가열부를 통해 용해된 피처리물을 주형에 부어서 주조하는 주조부; 상기 주조부의 하부에 구비되며, 상기 주형의 높낮이를 변경시키는 승강부; 및 상기 진공 유도용해 장치 전체의 작동을 제어하는 제어부를 포함해서 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 승강부는 유압에 의해 신장 또는 수축하는 유압실린더와, 상기 유압실린더와 체인 및 도르래를 매개로 연결되는 승강축을 포함해서 이루어져, 상기 유압실린더의 신장 또는 수축에 따라 상기 승강축이 상승 또는 하강 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 승강축은 중공의 축으로 이루어지며, 상기 승강축 내에는 구동모터에 의해 고속으로 회전하는 회전축이 설치되고, 상기 회전축의 상단에는 상기 주형이 놓여지는 안착플레이트가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제어부의 조작은 상기 진공 유도용해 장치로부터 일정 거리 이격된 원격지에서 원격제어되며, 상기 제어부의 상태는 터치스크린 방식의 모니터에 출력되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 용해로는 용량에 따라 교체가 용이하도록 모듈타입으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 용해부 및 주조부에는 그 내부를 구성하는 쉘의 온도 하강을 방지하도록 착탈식의 몰드히터가 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 용해부와 인접하여 상기 피처리물을 상기 용해부의 용해로에 장입하는 회전장입부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 회전장입부는 공압에 의해 회전하는 회전축 상에 다수의 장착암이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 용해부 및 주조부의 일측에는 분위기 가스인 아르곤을 주입하는 가스 주입구가 각각 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 주조부의 일측에는 진공배기 시간을 단축하기 위한 보조배기라인이 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 용해부 및 상기 주조부의 내부를 구성하는 쉘을 냉 각시키도록 상기 주조부의 일측에는 냉각수가 출입하는 냉각수 주입구와 냉각수 퇴수구가 각각 마련되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다용도 진공 유도용해 장치의 개략적인 모습을 보여주는 정면도이고, 도 2는 도 1의 좌측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 다용도 진공 유도용해 장치의 진공 및 가압 계통도이고, 도 4는 본 발명의 요부인 승강부의 확대도이며, 도 5는 본 발명의 요부인 회전장입부의 정면도이고, 도 6은 도 5의 평면도이며, 도 7은 본 발명의 요부인 몰드히터를 보여주는 단면도이다.

본 발명은, 도 1 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 피처리물을 용해하는 진공 유도용해 장치(100)로서, 코일에 교류 전류를 흘려 코일의 내부에 놓여있는 금속에 전자유도 작용에 의해 발생된 와전류에 의한 주울(Joule) 발열을 이용해서 피처리물을 용해시키는 장치이다.

본 발명에 따른 진공 유도용해 장치(100)는 상기 피처리물이 장입되는 용해로(111)가 마련되고 일측에는 주배기라인(112)이 형성되는 용해부(110)와, 상기 용해로(111) 내에 장입된 상기 피처리물을 유도가열하는 가열부(120)와, 상기 용해부(110)의 하부에 배치되어 상기 가열부(120)를 통해 용해된 피처리물을 주형(131)에 부어서 주조하는 주조부(130)와, 상기 주조부(130)의 하부에 구비되며 상기 주형(131)의 높낮이를 변경시키는 승강부(140) 및 상기 진공 유도용해 장치(100) 전체의 작동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함해서 이루어진다.

본 발명에 따른 진공 유도용해 장치(100)는 진공용해를 위한 2중챔버 방식의 진공챔버 3곳을 가지면서 고주파 진공유도용해 방식으로 작업할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 진공과 가압을 동시에 수행할 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 용해로(111)는 용해량에 따른 교체의 용이성 및 진공누설의 최소화를 위해 모듈타입(Module Type)으로 이루어지며, 통상의 틸팅장치와 연결된 구조를 갖는다. 또한, 상기 주조부(130)의 일측에는 진공배기 시간을 단축하기 위한 보조배기라인(132)가 연결된다.

한편 본 발명에 따르면, 상기 용해부(110)와 인접하여 상기 피처리물을 상기 용해부(110)의 용해로(111)에 장입하는 회전장입부(150)가 구비되는데, 상기 회전장입부(150)는 공압에 의해 회전하는 회전축(151) 상에 다수의 장착암(152)이 형성되는 구조를 갖게 되어, 상기 회전축(151)의 회전에 의해 상기 장착암(152)의 위치를 변경시킬 수 있다.

여기서, 상기 장착암(152)은 다수개가 구비되므로 필요로 하는 장비(예를 들어, 합금소재장입용 암(Arm), 온도측정용 암, 시편채취용 암, 잉곳장입용 암, 라이너장입 암 등)를 다양하게 탈/부착할 수 있게 된다.

그리고 상기 승강부(140)는, 도 4에서 보는 바와 같이, 유압에 의해 신장 또는 수축하는 유압실린더(141)와, 상기 유압실린더(141)와 체인(142) 및 도르래(143)를 매개로 연결되는 승강축(144)을 포함해서 이루어져, 상기 유압실린더(141)의 신장 또는 수축에 따라 체인(142)이 도르래(143)를 따라 이동하면서 상기 승강축(144)이 상승 또는 하강하게 된다.

또한, 상기 승강축(144)은 중공의 축으로 이루어지며, 상기 승강축(144) 내 부에는 구동모터(145)에 의해 고속으로 회전하는 회전축(146)이 설치되고, 상기 회전축(146)의 상단에는 상기 주형(131)이 놓여지는 안착플레이트(147)가 설치되어, 상기 구동모터(145)의 회전력에 의해 상기 회전축(146)이 회전할 수 있게 된다.

여기서, 승강부(140)의 높이 조정이 가능하도록 제품 크기에 따른 높이 고정을 위하여 가이드라인(Guide Line)에 스케일(Scale)을 부착하여 제품 크기에 따른 높이 조정이 용이하도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 제어부의 조작은 상기 진공 유도용해 장치(100)로부터 일정 거리 이격된 원격지에서 원격제어되는데, 인터넷을 통해 원거리 유지보수 기능을 부여할 수도 있다. 또한, 상기 제어부의 상태는 터치스크린(Touch Screen) 방식의 모니터에 출력되는 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 진공 유도용해 장치(100)는 제어부를 통해 초고속 진공배기 시간 및 틸팅(Tilting) 조건, 합금첨가, 온도측정 및 보정 등을 제어할 수 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 상기 용해부(110) 및 주조부(130)에는 그 내부를 구성하는 쉘(Shell)의 온도 하강을 방지하도록 착탈식의 몰드히터(160)가 장착된다.

또한, 상기 용해부(110) 및 주조부(130)의 일측에는 분위기 가스인 아르곤(Ar)을 주입하는 가스 주입구(170)가 각각 마련되는 한편, 상기 용해부(110) 및 상기 주조부(130)의 내부를 구성하는 쉘을 냉각시키도록 상기 주조부(130)의 일측에는 냉각수가 출입하는 냉각수 주입구(180)와 냉각수 퇴수구(181)가 각각 마련된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 진공 유도용해 장치(100)는 타이타늄 및 타이타늄 합금의 용해는 물론, 예를 들어 니켈(Nickel) 및 니켈 합금, 코발트(Cobalt) 및 코발트 합금 등의 초합금(Superalloy), 크롬(Chromium) 및 크롬 합금 등의 특수합금 등의 제조에 요구되는 작업조건인 초고속 진공배기 시간 및 틸팅(Tilting) 조건, 합금첨가, 온도측정 및 보정장치 등을 구비하고 있기 때문에 진공용해를 필요로 하는 모든 합금에 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 진공 유도용해 장치(100)는 고속으로 진공배기가 이루어지며, 승강부(140)의 효율적인 속도부여를 위해 유압시스템을 이용한 도르래 방식이 적용되어 승/하강시 속도 조절을 용이하게 하며, 작업자의 편의에 따라 임의로 속도조절할 수 있는 한편, 회전축(146)은 구동모터(145)를 통해 최대속도 1200rpm까지 회전할 수 있기 때문에 타이타늄과 같은 유동성이 나쁜 금속 소재작업에 적합하며, 속도조절은 속도조절장치와 더불어 타코메타(Tachometer)를 부착하여 작업자가 주입속도를 확인하면서 작업조건을 조절할 수 있도록 구성할 수 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 진공 배기 시간을 최소화하기 위하여 각각의 진공 챔버에 연결된 라인들 중 진공 배기 시간이 많이 소요되는 곳을 지원할 수 있는 보조배기라인(132)을 통해 진공 배기 시간을 최소화할 수 있게 된다.

본 발명은 작업자 위주로 작동센서를 구성하여 짧은 시간으로 교육이 이루어질 수 있으며, 상기 제어부에는 작업자가 오조작을 방지하기 위해 인터록(Interlock) 기능을 추가할 수 있는 한편, 모니터에 바로 지시되도록 하여 작업 및 이상 작동시 쉽게 해결할 수 있어 작업 용이성이 향상된다.

그리고, 승강부(140)의 회전축(146)은 승강축(144) 내부에 위치되어 외부 환경에 따른 회전축(136)의 손상이 억제되며, 승강축(144) 또한 유압실린더(141)의 확장 또는 수축에 따라 체인(142)이 도르래(143)를 따라 움직이면서 승강축(144)을 상승 또는 하강시키도록 하여 높은 상승효율을 발휘할 수 있게 된다.

또한, 상기 가스 주입구(170)를 통해 아르곤 가스를 주입함으로써 타이타늄의 반응성 억제를 위한 불활성 분위기를 조성할 수 있으며, 타이타늄 용해작업시 산화피막 형성을 최소화하여 안정한 주조품을 얻을 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 진공장치와 가압장치를 동시에 장착하여 진공작업과 가압작업을 동시에 수행할 수 있게 되어, 활성이 강하거나 내화물과의 반응성이 큰 금속 또는 난용융성 합금에 대해서도 작업이 가능하다.

또한 본 발명에 따르면, 승강부의 경우 유압식 도르래를 통해 장치 외부에는 높이 위치 보정용 스케일을 설치해 작업자가 외부 리모콘을 사용하여 승강축의 높이를 자유롭게 조정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 작업자의 편의를 위해 터치스크린 방식 모니터 및 오작동 방지용 인터록 기능을 부여하여 안전한 작업 환경에서 작업을 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 원거리 통신을 이용하여 장비의 문제점을 확인 및 수정보완할 수 있게 되어 유지보수의 시간을 단축시킬 수 있다.

Claims (11)

1. 피처리물을 용해하는 진공 유도용해 장치로서,

   피처리물이 장입되는 용해로가 마련되고, 일측에는 주배기라인이 형성되는 용해부;

   용해로 내에 장입된 상기 피처리물을 유도 가열하는 가열부;

   용해부의 하부에 배치되어 상기 가열부를 통해 용해된 피처리물을 주형에 부어서 주조하는 주조부;

   주조부의 하부에 구비되며, 상기 주형의 높낮이를 변경시키는 승강부; 및

   진공 유도용해 장치 전체의 작동을 제어하는 제어부를 포함하되,

   상기 용해부와 인접하여 상기 피처리물을 용해부의 용해로에 장입하는 회전장입부를 더 포함하고, 상기 회전장입부는 공압에 의해 회전하는 회전축 상에 다수의 장착암이 형성된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 승강부는 유압에 의해 신장 또는 수축하는 유압실린더와, 상기 유압실린더와 체인 및 도르래를 매개로 연결되는 승강축을 포함해서 이루어져, 상기 유압실린더의 신장 또는 수축에 따라 상기 승강축이 상승 또는 하강하는 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 승강축은 중공의 축으로 이루어지며, 상기 승강축 내에는 구동모터에 의해 고속으로 회전하는 회전축이 설치되고, 상기 회전축의 상단에는 상기 주형이 놓여지는 안착플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어부의 조작은 상기 진공 유도용해 장치로부터 일정 거리 이격된 원격지에서 원격제어되며, 상기 제어부의 상태는 터치스크린 방식의 모니터에 출력되는 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 용해로는 용량에 따라 교체가 용이하도록 모듈타입으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 용해부 및 주조부에는 그 내부를 구성하는 쉘의 온도 하강을 방지하도록 착탈식의 몰드히터가 장착되는 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,

   상기 용해부 및 주조부의 일측에는 분위기 가스인 아르곤을 주입하는 가스 주입구가 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 주조부의 일측에는 진공배기 시간을 단축하기 위한 보조배기라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 용해부 및 상기 주조부의 내부를 구성하는 쉘을 냉각시키도록 상기 주조부의 일측에는 냉각수가 출입하는 냉각수 주입구와 냉각수 퇴수구가 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 다용도 진공 유도용해 장치.

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