KR100771933B1 - 히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로 - Google Patents

히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로 Download PDF

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KR100771933B1
KR100771933B1 KR1020060060116A KR20060060116A KR100771933B1 KR 100771933 B1 KR100771933 B1 KR 100771933B1 KR 1020060060116 A KR1020060060116 A KR 1020060060116A KR 20060060116 A KR20060060116 A KR 20060060116A KR 100771933 B1 KR100771933 B1 KR 100771933B1
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panel assembly
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KR1020060060116A
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유태열
신광섭
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주식회사환경과생명
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Abstract

본 발명은 용해로에서 용해된 용탕을 도가니에 저장하여 일정한 온도로 보온 유지시키는 알루미늄 보온로로서, 고효율의 내화재 및 단열재로 다중 케이싱하여 용해된 용탕을 일정한 온도로 보온유지하고, 도가니에서 누출된 용탕을 경사상의 용탕 배출구로 용탕을 배출시키게 하며, 도가니 가열용 히터장치를 조립이 간편한 독립형 단위 플레이트 형태의 히터 패널로 분리 제작하고 독립된 다수 개 단위 히터 패널을 방사상의 순차적으로 나란히 세워서 다각형의 원통형으로(예:12각형)으로 용이하게 조립되는 세라믹 히터 패널 조립체로 형성하되, 전기적 구성은 순차적으로 결합 형성되는 각각의 히터 패널을 분할 형성된 독립 통전 라인에 일정 간격으로 교차 연결하여 통전 라인별로 각각 독립적으로 분할 동작(예:4분할)되게 함으로써 고온 발열의 가혹한 보온로 여건에서 통전 라인에 전기적인 문제가 발생하여도 보온로의 안정된 동작이 되게 함과 동시에 문제가 발생한 히터 패널의 교환 및 수리가 용이한 히터 패널 조립체로서 벽면에 부착하는 몰드히터 이기 때문에 용탕 유출시에도 안전하며 균일한 가열로 열효율 및 온도분포가 향상되는 효과가 있다.
알루미늄 보온로, 세라믹 히터 패널 조립체, 경사상 용탕 배출부, 부분 수리. 분할 동작, 통전 라인, 다중 케이싱, 몰드히터, 열효율

Description

히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로{Electric heater panel assembly equiped eletric aluminum melting and holding furnace}
도 1은 본 발명의 전체적 구성을 도시한 단면 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단위 히터 패널 평면 구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단위 히터 패널 내부 구성도
도 4는 본 발명의 요부로서 보온로 내부의 히터 패널 조립체 평면 구성도
도 5는 본 발명에 따른 히터 패널 조립체 사시도
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10:몸체 11:단열재
12:단열벽돌 13:세라믹 내화재
16:내화벽돌 18:강판
19:받침구 20:덮개
21:견인장치 22:조작레버
23:세라믹 펠트 24:온도감지기
30:도가니 31:받침대
40:전열선 히터 장치 41:히터패널
42:몸체 43:전열선
44:체결돌기 45:체결홈
46:고정부재 50:체결볼트
60:용탕배출부 61:캐스터블
62:용탕배출구
본 발명은 히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로에 관한 것으로서, 더욱 자세히는 알루미늄 용해로에서 용해된 용탕을 흑연 등의 내화물 도가니에 저장하여 일정한 온도로 보온 유지시키는 알루미늄 보온로에 전기식 히터 장치를 적용함에 있어서, 열손실을 줄이게끔 고효율의 내화재 및 단열재로 다중 케이싱하여 용해된 용탕을 저장하여 일정한 온도로 보온유지하고, 도가니에서 누출된 용탕을 바닥에 떨어지게 하고 경사상의 용탕 배출구로 용탕을 배출시킴으로써 보온로의 가열효율을 증대시키게끔 형성된 구성에 부가하여 도가니를 가열하기 위한 히터장치를 조립이 간편한 독립형 단위 플레이트 형태의 히터 패널로 분리 제작하고 독립된 다수 개 단위 히터 패널을 방사상의 순차적으로 나란히 세워서 다각형의 원통형으로(예:12각형)으로 용이하게 조립되는 세라믹 히터 패널 조립체로 형성하되, 전기적 구성은 순차적으로 결합 형성되는 각각의 히터 패널을 분할 형성된 다수개의 통 전 라인에 일정 간격으로 교차 연결하여 통전 라인별로 각각 독립적으로 분할 동작(예:4분할)되게 함으로써 고온 발열의 가혹한 보온로 여건에서 통전 라인에 단선이나 단락 등 전기적인 문제가 발생하여도 동작이 되게 함과 동시에 문제가 발생한 히터 패널의 교환 및 수리가 용이한 히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로에 관한 것이다.
종래 알루미늄 용탕을 유지시키는 알루미늄 용해 보온로는, 알루미늄을 가열 용해시키고 용해된 용탕을 보온 유지시키는 용해 유지 겸용 복합 기능의 용해 유지로나 용해로의 보조로로서 알루미늄 용탕을 전기 등의 가열수단을 이용하여 가열 보온 유지시키는 유지전용 보온로 등이 있다.
상기한 종래의 알루미늄 용해 보온로는 경유를 열원으로 도가니를 가열하는 버너 타입의 용해로에서 최근 화기를 동반하는 배출가스 등의 친환경문제 및 열효율 저하, 화염으로 인한 도가니의 손상 등의 사유로 인해 가열시 공해물질이 전혀 발생되지 않으며 열효율이 좋은 전기식 용해로(보온 유지로)로 많이 바뀌고 있다.
상기한 전기식 용해로는 일반적으로 단열재 및 내화재가 중첩되어 다중으로 벽체가 형성되는 용해로의 내부에 용탕을 용해 및 보관하는 도가니를 내장하되, 도가니를 고르게 가열함과 동시에 도가니 파손시 누설된 용탕에 의한 히터장치의 파손을 방지하게끔 도가니 주위 소정 간격 이격된 위치 내측벽에 전원의 인가로 고온 발열하는 전열선 히터장치가 매설 장착되어 도가니를 가열하여 용해 또는 용탕을 보온 유지하는 구성이다.
그러나 상기한 전열선 히터장치는 물리적 화학으로 가혹한 용해로 환경에서 금속으로 된 열선의 고온 발열에 의한 수축, 팽창 현상이 발생하여 전기적인 단선이나 단락 등의 전기 사고가 발생하게 되면 문제가 발생한 히터 패널의 교환 및 수리를 하기 위하여 히터 전체의 가동을 중지시키고 일정시간 경과하여 온도가 떨어진 후에만 보수 및 교환을 할 수 있게 되므로 이에 따른 생산성이 저하되고 계속적으로 동일한 온도를 유지하지 못하게 되므로 알루미늄 용탕의 품질도 저하되는 문제점이 있었다.
또한 부풀어지는 풍선효과나 도가니에 충격에 의한 균열이 발생하여 파손되거나 오버플로(overflow, 월류)하거나 침식에 의한 용탕 누출이 발생하게 되면 용탕이 바닥면에 낙하되고 굳어져서 용해로의 바닥면에 쌓이는 알루미늄 덩어리를 수시로 제거하여야 하므로 시간 및 인력의 낭비를 초래하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 알루미늄 용해로에서 용해된 용탕을 흑연 등의 내화물 도가니에 저장하여 일정한 온도로 보온 유지시키는 알루미늄 보온로에 장착되는 전기식 히터 장치에 있어서, 열손실을 줄 이게끔 고효율의 내화재 및 단열재로 다중 케이싱하여 용해된 용탕을 저장하여 일정한 온도로 보온유지하고, 도가니에서 누출된 용탕을 바닥에 떨어지게 하고 경사상의 용탕 배출구로 용탕을 배출시킴으로써 보온로의 가열효율을 증대시키게끔 형성된 구성에 부가하여 도가니를 가열하기 위한 히터장치를 조립이 간편한 독립형 단위 플레이트 형태의 히터 패널로 분리 제작하고 독립된 다수 개 단위 히터 패널을 방사상의 순차적으로 나란히 세워서 다각형의 원통형으로(예:12각형)으로 용이하게 조립되는 세라믹 히터 패널 조립체로 형성하되, 전기적 구성은 순차적으로 결합 형성되는 각각의 히터 패널을 분할 형성된 다수개의 통전 라인에 일정 간격으로 교차 연결하여 통전 라인별로 각각 독립적으로 분할 동작(예:4분할)되게 함으로써 고온 발열로 인하여 통전 라인에 단선이나 단락 등 전기적인 문제가 발생하여도 동작이 되게 함과 동시에 문제가 발생한 히터 패널의 교환 및 수리가 용이한 히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로를 제공하는데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불명료하게 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
열고 닫을 수 있게 하는 개폐수단이 구비된 덮개(20)와 단열재 및 내화재가 중첩되어 다중으로 측면 벽체 및 바닥이 형성되는 보온로 몸체(10)의 내부에 용탕 을 보관하는 도가니(30)가 내장되고, 도가니 외주의 소정 간격 이격된 위치에는 도가니(30)를 가열 용탕을 보온 유지시키는 전열선 히터장치(40)가 장착되고 바닥으로는 도가니에서 넘치거나 누출된 용탕들을 배출시키게 하는 경사상의 용탕 배출부(60)가 형성된 알루미늄 보온로에 있어서,
상기 보온로 몸체(10)는 외부로부터 단열재(11), 단열벽돌(12), 세라믹 내화재(13), 전열선 히터장치(40)가 동심원의 층상으로 순차적으로 구획된 적층체 저부로 일측에 내화벽돌(16), 타측에 캐스터블(61)로 성형되는 경사상 용탕 배출구(62)를 구비하는 용탕배출부(60)가 부가형성된 복수개 측면 벽체와 단열재(11), 단열 벽돌(12)이 적층 형성된 바닥면으로 3면을 형성한 다음 강판(18)으로 케이싱하여 형성된 몸체 내측 공간에 받침대(31)로 받쳐지는 내화 도가니(30)를 장착하며,
상기 전열선 히터장치(40)는 전열선(43)이 세라믹 내화재질의 몸체(42) 내부에 매설된 다수 개의 히터 패널(41)을 방사상의 순차적으로 나란히 세워지게끔 끼워 맞춤식으로 결합하여 다각형의 원통형으로(예:12각형)으로 세라믹 히터 패널 조립체를 형성하는 기구적 구조에 각각의 히터 패널(41)을 분할 형성된 다수개의 통전 라인에 일정 간격으로 교차 연결하여 통전 라인별로 각각 독립적으로 분할 동작(예:4분할)되게 하는 전기적 구성이 부가되어,
전열선 히터장치(40)가 도가니(30)를 가열하여 알루미늄 용탕의 적정온도를 유지하게 하는 구성으로서, 보온로 가동의 중단 없이 문제가 발생한 히터 패널의 수리 또는 교환할 수 있게 하는 효과가 있다.
미설명 부호 50은 체결볼트이다.
상기한 히터 패널(41)은 독립된 단열 내화재질의 몸체 내부에 전원(미도시함)과 연결되는 전열선(43)이 장착되고 외부 측면으로는 맞춤결합용의 체결돌기(44)와 체결홈(45)이 각각 형성되어 충격흡수가 용이하고 벌어짐(들뜸)현상이 없게끔 히터 패널간의 짜맞춤식 결합이 가능하다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부 도면에 의하여 자세히 설명한다.
본 발명은 전술한 바와 같이 외부로부터 단열재(11), 단열벽돌(12), 세라믹 내화재(13), 전열선 히터장치(40)가 동심원의 층상으로 순차적으로 구획된 적층체 저부로 일측에 내화벽돌(16), 타측에 캐스터블(61)로 성형되는 경사상 용탕 배출구(62)를 구비하는 용탕배출부(60)가 부가형성된 복수개 측면 벽체와 단열재(11), 단열 벽돌(12)이 적층 형성된 바닥면으로 3면을 형성한 다음 강판(18)으로 케이싱하여 형성된 몸체 내측 공간에 받침대(31)로 받쳐지는 내화 도가니(30)를 장착하여 보온로 몸체를 구성한다.
상기한 단열재(11)는 도가니(30)의 온도를 유지시키면서 보온을 하기 위하여 규산칼슘 분말을 고압 수열 반응시켜 무기섬유 등을 혼합하여 성형한 무기단열재의 밀폐층상 격벽으로서 섬유가 형성하는 미세기공에 의해 단열성, 기계적 강도, 내열 성, 내수성이 우수하다.
단열벽돌(12)과 내화벽돌(16)은 고온에서의 용적안정성 및 열적특성이 뛰어난 특성이 있으며, 세라믹 내화재(13)는 단열성과 내화성이 복합되어 복합 시너지화된 기능을 구현하며 급열의 열충격에도 크랙(Crack) 현상이 없으며 낮은 열전도율로 고온의 열이 외부로 배출되는 것을 1차적으로 차단하게 되어 내부의 승온 시간을 단축시키는 것으로 알루미늄 용탕과의 반응도 억제한다.
덮개(20)는 내측에 경량 초내열성 단열재로서 세라믹 펠트(23)를 충전하여 보온로 온도를 유지시키면서 보온을 하기 위한 보온 덮개를 형성하게 되며 상부에는 열고 닫을 수 있게 하는 개폐수단이 구비되는 것으로, 상기 개폐수단은 보온로 몸체(10) 상단 일측에 조작 레버(22)로 조작되는 힌지 링크식의 견인장치(21)로 형성하여 보온로(10)의 상부가 밀폐 되도록 개폐 가능하게 구성되며 덮개(20) 내측 저부 일측으로는 막대형 바 형상의 온도감지기(24)가 설치된다.
또한 상기 몸체(10) 일측 저부로는 도가니(30)가 파손되었을 때 도가니에서 낙하되는 용탕을 외부로 배출시키게끔 구배진 경사상의 용탕 배출구(62)가 부정형 내화재인 캐스터블(62)로 형성되어 알루미늄 용탕을 굳지 않게 신속 정확하게 보온로 외부로 배출한다.
상기 전열선 히터장치(40)는 세라믹 히터 패널(41) 조립체로서 도가니(30)를 사이에 두고 세라믹 내화재(13) 내측에 설치하여 도가니 파손시 누설된 용탕으로 인한 히터장치의 파손이 없게끔 일정 거리 이격되어 동작가능하게 설치되는데, 전열선(43)이 몸체 내부에 매설된 다수 개의 히터 패널(41)을 방사상의 순차적으로 나란히 세워지게끔 끼워 맞춤식으로 결합하여 다각형의 원통형으로(예:12각형)으로 세라믹 히터 패널 조립체를 형성하게 된다.
본 발명의 전열선 히터장치(40)는 전술한 바와 같이 세라믹 재질로 몰딩 형성된 다수개의 세라믹 히터 패널(41)이 일정한 간격으로 결합 형성된 다각형 히팅열 방사 구조의 세라믹 히터 패널(41) 조립체로서, 누출되는 용탕과 직접 접촉되지 않게 도가니와 일정 간격 떨어져서 벽면에 장착됨으로써 도가니가 파손시에도 용탕의 유출로 인한 히터 패널 파손이 방지되어 안전하며 도가니를 전체적으로 고르게 가열할 수 있고 복사열과 대류열의 복합 상승효과로 열효율 및 온도 분포가 향상된다.
상기한 히터 패널(41)은 내열성과 내식성을 증대시키기 위하여 고온 발열의 수축, 팽창(열변형)으로 인한 단락을 방지해 주는 단열 내화재질의 몸체(42) 내부로 전원(미도시함)과 열을 방사하는 발열체로서 코일 형태 전열선(43)이 안착되고 전기절연성과 형태적 안정성과 열전달효율이 좋도록 그 위에 단열 내화재를 채워서 가압 몰딩 경화시키는 방법으로 마감처리 하며 몸체(42) 외부 측면으로는 맞춤결합 용의 체결돌기(44)와 체결홈(45)이 각각 형성되어 체결돌기와 체결홈들이 서로 안내되어 블럭 형태의 짜맞춤식으로 정확하게 결합되므로서 충격흡수가 용이하고 벌어짐(들뜸)현상이 없으며 흔들림(높낮이차, 이격 및 유동 발생)이 방지되어 전열선 단락 등이 방지되고 시공이 용이하여 히터 패널(41) 상호간에 보다 견고하고 튼튼한 조립상태가 유지되어 된다.
또한 세라믹 히터 패널 조립체를 형성하는 히터 패널(41)은 각각의 히터 패널을 분할 형성된 다수개의 통전 라인에 일정 간격으로 교차 연결하여 통전 라인별로 각각 독립적으로 분할 동작(예:4분할)되게 전원에 연결하는 전기적 구성으로 세라믹 내화재로 형성된 벽체에 부착되는 전열선 히터장치(40)가 도가니(30)를 복사 및 대류의 방법으로 가열하여 용탕의 적정온도를 경제적으로 유지하게 하는 것으로 하나의 통전 라인에 전기가 통하지 않더라도 다수개의 나머지 통전 라인이 히터 패널 조립체의 전체면을 커버하여 히터가동에 문제가 없게 함으로써 알루미늄 보온로 가동 중단 없이 문제가 발생한 히터 패널의 부분적 수리 또는 교환할 수 있게 하는 효과가 있으며 각 통전 라인에는 이상시 전원을 차단시키는 스위치로서 단선이나 단락이 되면 해당되는 통전 라인에 공급되는 전원을 차단할 수 있도록 공지의 안전장치를 부가 장착시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이 형성된 본 발명의 세라믹 히터 패널 조립체는 단위 히터패널이 안전하게 전열선을 덮어 씌워 밀봉시키는 방법의 세라믹 소재로 몰딩된 몰드 히 터(Mold Heater)로서 통전라인이 하나로 결선된 것이 아니라 분할 구획(zone)되어 결선된 것으로서, 단위 히터패널 파손시 다수개의 결선 라인(예:4개) 중에서 해당되는 통전라인만이 단선되어 보온로의 기능을 유지할 수 있으며 따라서 통전라인 전체의 가동을 중단하지 않고도 용이하게 부분적인 수리가 가능하다.
또한 본 발명의 히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로는 용해와 보온 유지 겸용으로도 사용 가능하며 비철금속인 알루미늄 용탕을 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않고 철이나 아연, 마그네슘 등 다양한 금속 용탕에 적용이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 된 본 발명은 알루미늄 용해로에서 용해된 용탕을 흑연 내화물 도가니에 저장하여 일정한 온도로 보온 유지시키는 알루미늄 보온로로서, 열손실을 줄이게끔 고효율의 내화재 및 단열재로 다중 케이싱하여 용해된 용탕을 저장하여 일정한 온도로 보온유지하고, 도가니에서 누출된 용탕을 바닥에 떨어지게 하고 경사상의 용탕 배출구로 용탕을 배출시킴으로써 보온로의 가열효율을 증대시킴은 물 론 도가니를 가열하기 위한 히터장치를 조립이 간편한 독립형 단위 플레이트 형태의 히터 패널로 분리 제작하여 고온 발열로 인하여 통전 라인에 단선이나 단락 등 전기적인 문제가 발생하여도 해당되는 통전 라인만 폐쇄시켜 보온로의 계속 동작이 가능하게 함과 동시에 문제가 발생한 히터 패널의 교환 및 수리가 용이하게 하는 효과가 있어 에너지가 절약되고 로체의 수명이 연장되며 작업생산성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명의 세라믹 히터 패널 조립체는 단위 히터패널이 세라믹 소재로 몰딩된 몰드 히터(Mold Heater)로서 도가니와 일정 간격 떨어진 벽면에 부착되어 도가니가 파손시에도 용탕의 유출로 인한 히터 패널 파손이 방지되고 도가니를 균일하게 가열할 수 있어 열효율 및 온도 분포가 향상됨과 동시에 단위 히터패널 파손시 해당되는 통전라인만이 단선 단락되어 보온로의 기능을 유지할 수 있으며 분할 형성된 통전라인 전체의 가동을 중단하지 않고도 용이하게 부분적인 수리를 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 열고 닫을 수 있게 하는 개폐수단이 구비된 덮개(20)와 단열재 및 내화재가 중첩되어 다중으로 측면 벽체 및 바닥이 형성되는 보온로 몸체(10)의 내부에 용탕을 보관하는 도가니(30)가 내장되고, 도가니 외주의 소정 간격 이격된 위치에는 도가니(30)를 가열 용탕을 보온 유지시키는 전열선 히터장치(40)가 장착되고 바닥으로는 도가니에서 넘치거나 누출된 용탕들을 배출시키게 하는 경사상의 용탕 배출부(60)가 형성되고,
    상기 보온로 몸체(10)는 외부로부터 단열재(11), 단열벽돌(12), 세라믹 내화재(13), 전열선 히터장치(40)가 동심원의 층상으로 순차적으로 구획된 적층체 저부로 일측에 내화벽돌(16), 타측에 캐스터블(61)로 성형되는 경사상 용탕 배출구(62)를 구비하는 용탕배출부(60)가 부가형성된 복수개 측면 벽체와 단열재(11), 단열 벽돌(12)이 적층 형성된 바닥면으로 3면을 형성한 다음 강판(18)으로 케이싱하여 형성된 몸체 내측 공간에 받침대(31)로 받쳐지는 내화 도가니(30)가 장착된 알루미늄 보온로에 있어서,
    상기 전열선 히터장치(40)는 전열선(43)이 몸체(42) 내부에 매설된 단위 히터 패널(41)을 방사상의 순차적으로 나란히 세워지게끔 끼워 맞춤식으로 결합하여 다각형의 원통형으로 세라믹 히터 패널 조립체를 형성하는 기구적 구조에 각각의 히터 패널(41)을 분할 형성된 다수개의 통전 라인에 일정 간격으로 교차 연결하여 통전 라인별로 각각 독립적으로 분할 동작(예:4분할)되게 하는 전기적 구성이 부가됨을 특징으로 하는 히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로
  2. 제 1항에 있어서, 전열선 히터장치(40)의 히터 패널(41)은 세라믹 재질로 몰딩 형성되는 독립된 단열 내화재질의 몸체(42) 내부에 전원과 연결되는 전열선(43)이 장착되고 외부 측면으로는 맞춤결합용의 체결돌기(44)와 체결홈(45)이 각각 형성되어 충격흡수가 용이하고 벌어짐(들뜸)현상이 없게끔 히터 패널간의 짜맞춤식으로 결합함을 특징으로 하는 히터 패널 조립체를 구비하는 알루미늄 보온로
  3. 삭제
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