KR100883976B1 - 마그네슘 용해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 도가니의 바닥에 출탕구가 구비되어 용탕을 하향 배출할 수 있도록 한, 마그네슘 용해 장치에 관한 것이다.

본 발명의 마그네슘 용해 장치는, 프레임과; 프레임 상면에 설치되는 가열로와; 가열로 내부에 안착되며, 출탕구가 바닥에 관통 형성된 도가니와; 가열로 외부에 도가니 바닥부까지 연장된 상태에서 상·하 왕복 이동 가능함 하단부에 탕구마개가 구비된 탕구개폐기 등으로 구성된다.

본 발명의 마그네슘 용해 장치는, 용탕 이송에 따른 온도 저하 정도가 최소화되며, 이물질 혼입 등이 방지될 뿐만 아니라, 생산성 향상이 가능한 장점이 있다.

마그네슘, 용탕, 용해, 출탕구, 탕구마개, 도가니

Description

마그네슘 용해 장치{The melting apparatus for magnesium}

도 1은 본 발명 일실시예 용해 장치의 정면도.

도 2는 본 발명 일실시예 용해 장치의 평면도.

도 3은 본 발명 용해 장치를 구성하는 제1실시예 탕구개페기의 정면도.

도 4는 본 발명 용해 장치를 구성하는 제2실시예 탕구개페기의 정면도.

도 5는 본 발명 일실시예 용해 장치를 구성하는 도가니의 부분 절개 사시도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11. 프레임 12. 가열로 12A. 가열로 커버

12A1,12A2. 커버부재 12B. 가열로몸체 13. 도가니

14. 탕구개폐기 14A. 탕구마개 14B. 지지바

14C. 개폐바 15. 가열로 제어기 16. 용탕배출관

17. 주형장착대 C. 결합부재 M. 주형

본 발명은, 도가니의 바닥에 출탕구가 구비되고, 도가니 외부로부터 도가니의 상단 개방부를 통하여 도가니 바닥부까지 연장되는 하단부에 탕구마개가 결합됨으로써, 탕구마개의 상·하 이동에 의해 도가니 내의 용탕을 도가니의 저면 하부측으로 신속히 하향 배출할 수 있도록 한, 마그네슘 용해 장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속의 용해 시 금속을 담기 위하여 사용되는 가장 기본적인 것으로 도가니를 들 수 있는 바, 도가니는 상향 개방형의 용기 구조를 갖는 것이 일반적이며, 알루미늄을 기준으로 1회의 용해 작업 시 대략 1∼2톤의 용탕을 담을 수 있는 정도가 최대 크기로서, 금 등과 같은 귀금속 용해용 도가니의 경우에는 한 사람이 쉽게 핸들링 할 수 있을 정도로 그 크기가 작은 것도 있다.

그리고, 도가니는 단지 하나의 용기로서, 버너 등과 같은 외부 가열수단으로 가열되거나, 전기로 등과 같이 내부공간을 가진 몸체에 가열수단이 결합된 가열로의 내부에 안착된 상태로 사용된다.

상기와 같은 종래의 도가니는 상단부만이 개방된 구조로서, 이러한 구조의 도가니를 이용하여 금속을 용해한 후 도가니 내의 용탕을 주조하게 되는 경우, 일반적으로는 국자 형태의 래들을 사용하여 사람이 직접 용탕을 퍼낸 후 주형에 주입하거나, 다수의 주형이 컨베이어 등을 따라 전진 및 정지를 반복하며 도가니가 자동 틸팅 되면서 정지된 주형에 용탕을 자동으로 주입하는 등의 방법으로 주조가 이 루어진다.

따라서, 도가니를 이용하여 금속을 용해하고 주조하는 경우, 용해 시에는 도가니의 개방된 상단부에 뚜껑을 씌우거나, 도가니가 안착된 가열로 내부를 외부와 차단하는 방법 등을 통하여 도가니 내부의 용탕과 공기 사이의 접촉을 방지할 수 있으나, 용탕을 주형에 주입하기 위하여 용탕을 이송할 때는 용탕과 공기와의 접촉을 방지하기가 매우 어렵다.

특히, 마그네슘 용탕은 대기와의 산화 반응이 격렬하여 용탕 이송 시 SF₆ 등과 같은 별도의 용탕 보호 가스를 지속적으로 주입하여야 하는 문제가 있다.

또한, 도가니를 이용한 종래 일반적인 주조 공정에서 도가니의 용량이 적은 경우에는 국자 형태의 래들을 사용하는 것이 일반적인 바, 용탕이 래들을 거쳐 주형에 주입됨에 따라 용탕의 청정성이 유지되지 못하고 이물질 등이 쉽게 혼입될 수 있는 문제가 있다.

그리고, 용탕 이송 시 용탕의 온도가 빠르게 낮아지게 되는 바, 이를 감안하여 도가니의 용탕을 충분히 가열해 주어야 하기 때문에 에너지 손실이 증가하게 되는 문제가 있다.

더욱이, 자동차 배기가스에 따른 환경오염 문제가 대두되면서, 자동차 배출 가스를 감소시키기 위하여 자동차의 경량화가 진행되고 있으며, 이러한 자동차의 경량화와 함께 알루미늄 합금과 더불어 마그네슘 합금에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 바, 마그네슘에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다.

즉, 마그네슘은 알루미늄의 2/3수준이면서도 우수한 비강도, 절삭 가공성 및 진동 흡수능을 지니고 있으며, 자원 측면에서도 부족함이 없을 뿐 아니라, 재활용이 가능하기 때문에, 자동차 부품용으로는 물론 각종 전자제품의 외장재용로도 그 수요가 급증하고 있다.

그러나, 상기와 같은 마그네슘은 일반적으로 도가니를 이용하여 용해 및 주조되는 바, 마그네슘 용탕을 주형에 주입하는 과정에서 필연적으로 발생하게 되는 마그네슘 용탕의 산화를 방지하거나 최소화하기 위하여 별도의 보호 가스를 지속적으로 주입해 주어야만 하는 어려움이 있으며, 그에 따라, 제조 비용이 증가하게 됨은 물론, 생산성이 떨어지게 될 뿐만 아니라, 품질 저하 등의 각종 문제점들이 있으나, 이를 해결할 수 있는 뚜렷한 방법이 없는 실정이다.

본 발명은, 금속 특히, 마그네슘을 용해하고 주조하기 위하여 도가니를 사용하는 종래의 용해 장치나 주조 방법 등이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 래들을 사용하지 않고 도가니에서 바로 주형으로 용탕을 주입할 수 있도록 하면서 용탕과 공기와의 접촉 시간을 최소화할 수 있는 마그네슘 용해 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 도가니 바닥에 관통 형성된 출탕구와, 도가니 내부 에서 상·하 왕복 이동 가능한 탕구마개에 의하여 달성된다.

본 발명의 마그네슘 용해 장치는, 주형에 용탕을 주입 시 래들을 사용하거나, 도가니를 경사지게 할 필요가 없도록 하면서 도가니 내부의 용탕을 신속히 주형에 주입할 수 있도록 하기 위한 것으로, 도가니의 바닥에는 출탕구가 관통 형성되며, 출탕구를 개폐하기 위한 탕구마개가 도가니 내부에 위치하도록 한 구조에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

본 발명의 마그네슘 용해 장치는, 바닥에 세워진 프레임과; 프레임의 상면에 설치되는 가열로와; 가열로 내부에 안착되는 도가니와; 프레임으로부터 가열로를 관통한 후 도가니 바닥부까지 연장되는 탕구개폐기 등으로 구성되며, 도가니와 탕구개폐기에 구조적 특징이 있는 바, 이를 살펴보면 다음과 같다.

도가니는, 일반적인 종래의 도가니와 달리, 바닥에 출탕구가 관통 형성된 구조로서, 도가니 내부의 마그네슘 용탕은 출탕구를 통하여 도가니 저면 아래로 하향 배출된다.

즉, 본 발명을 구성하는 마그네슘 용해 장치를 구성하는 도가니는, 상단 개방부를 통하여 용탕이 배출되는 종래의 일반적인 도가니와 달리, 도가니의 바닥에 관통 형성된 출탕구를 통하여 용탕이 하향 배출되도록 함에 그 특징이 있다.

탕구개폐기는, 일측단부가 가열로 외부에 위치하며, 가열로를 관통하여 도가니의 내부 바닥부까지 연장된 타측단부 즉, 하단부에 탕구마개가 구비된 구조이다.

이때, 상기 탕구개폐기의 일측단부는 프레임에 동작 가능하게 결합될 수도 있고, 프레임에 결합되지 않고 단지 가열로를 관통한 구조일 수도 있는 바, 중요한 점은, 탕구개폐기의 타측단부가 상·하 왕복 이동 가능한 구조를 가져야만 하는 점이다.

즉, 탕구개폐기의 타측단부가 상향 이동하게 되면, 도가니 바닥의 출탕구에서 탕구마개가 떨어지면서 출탕구가 개방되고, 타측단부가 하향 이동하면 탕구마개가 출탕구에 밀착되면서 출탕구가 닫히게 되어야 하는 바, 탕구개폐기의 일측단부가 프레임에 이동 가능하게 결합될 수도 있으며, 에를 들어, 손으로 탕구개폐기를 움직일 수 있도록 단순히 가열로에 관통 결합한 구조일 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 마그네슘 용해 장치를 이용하여 마그네슘을 용해 및 주조하는 방법은 다음과 같다.

가열로 내부에 안착된 도가니에 마그네슘을 충진한 후 가열로 내부에 보호 가스를 채운 상태에서 가열로를 작동시켜 도가니 내부에 충진된 마그네슘을 용해한다.

이때, 가열로 직하의 프레임 내부에는 주형이 안착된 상태이다.

그리고, 마그네슘의 용해가 완료된 후 탕구개폐기의 타측단부를 상향 이동시키면, 탕구개폐기의 타측단부에 구비된 탕구마개가 상향 이동하면서 출탕구가 개방되고, 개방된 출탕구를 통하여 하향 배출되는 도가니 내부의 마그네슘 용탕이 주형 내부로 신속히 주입된다.

이때, 출탕구와 주형 사이의 거리를 가능한 짧게 함으로써, 하향 출탕되는 마그네슘 용탕과 공기 사이의 접촉 시간을 최소화하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 본 발명 마그네슘 용해 장치의 정면도를, 도 2에 평면도를

도시된 바와 같이 본 발명의 마그네슘 용해 장치는,

바닥에 세워지는 프레임(11)과;

상기 프레임(11)의 상면에 설치되며, 개방 상단부에 뚜껑의 역할을 하는 커버(12A)가 분리 가능하게 결합되는 가열로(12)와;

상기 가열로(12) 내부에 안착되며, 프레임(11)과 가열로(12)에 방해받지 않고 하향 개방되는 출탕구(H)가 바닥에 관통 형성된 도가니(13)와;

상기 가열로(12) 외부에 일측단부가 위치하며, 가열로 커버(12A)를 관통하여 도가니(13) 바닥부까지 연장된 상태에서 상·하 왕복 이동 가능한 타측단부에 상기 출탕구(H)를 개폐하기 위한 탕구마개(14A)가 구비된 탕구개폐기(14) 등으로 구성된다.

미설명 부호 "15"는 가열로(12)의 가열 온도를 제어하기 위한 "가열로 제어기"로서, 이를 비롯하여 가열로를 제어하기 위한 각종 센서, 전기 배선 등은 기본적인 당연 구성 요소인 바, 그 설명을 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 마그네슘 용해 장치에서, 상기 가열로(12)로는 전기로, 고주파유도로 등 여러 형태의 로가 사용될 수 있는 바, 도가니(13)를 내부에 안착시킨 상태에서 가열할 수 있기만 하면 로의 종류에 제한은 없다.

그리고, 가열로(12)는 도가니(13)가 안착되는 내부공간을 가진 가열로몸 체(12B)와 가열로몸체(12B)의 상단면에 적층되는 커버(12A)로 구성되는데, 가열로몸체(12B)는, 상·하단부 모두가 개방된 구조일 수도 있고, 바닥이 있는 상향 개방형 구조일 수도 있는 바, 상·하단부 모두가 개방된 구조일 경우에는 프레임(11)의 상면이 가열로몸체(12B)의 바닥 역할을 하게 된다.

이때, 프레임(11)의 상면에는 도가니(13)의 출탕구(H)와 상·하 방향으로 일치하는 통공이 관통 형성되거나, 출탕구(H)로부터 바닥측으로 배출되는 용탕의 흐름이 방해받지 않는 구조를 가져야 하며, 가열로몸체(12B)가 상향 개방형일 경우에는 가열로몸체(12B) 바닥에도 하향 배출되는 용탕의 흐름을 방해하지 않도록 출탕구(H)와 일치하는 통공이 구비되어야 한다.

또한, 상기 가열로(12)의 개방 상단부에 적층되는 커버(12A)는 탕구개폐기(14)에 의해 관통되는 바, 탕구개폐기(14)를 손쉽게 관통시키는 동시에, 도가니(13)에 마그네슘 등의 용해 대상물을 간편히 장입할 수 있도록 커버(12A)를, 동일 평면 상에서 서로 맞닿는 두개의 커버부재(12A1)(12A2)로 분리 구성하는 동시에, 원형 단면의 핀 또는 로드형 등의 결합부재(C)를 사용하여 상기 각 커버부재(12A1)(12A2)를 가열로몸체(12B)의 상단면에 각각 회동 가능하게 결합하는 것도 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 마그네슘 용해 장치에서, 도가니(13)의 출탕구(H)는 도가니(13) 바닥의 중앙부에 관통 형성시키고, 도가니(13)의 바닥은 그 테두리부에서 출탕구(H)를 향하여 하향 경사면을 이루도록 만드는 것이 마그네슘 용탕의 출탕 효율성 측면에서 좋다.

그리고, 상기 도가니(13) 바닥의 출탕구(H)를 통하여 하향 배출되는 용탕이 출탕구(H)를 벗어나면서 주변으로 튀거나 분산되는 것을 방지하는 동시에, 용탕을 주형에 정확히 주입할 수 있도록 도가니(13)의 출탕구(H)에, 프레임(11)과 가열로(12)를 모두 관통하여 하향 연장되는 용탕배출관(16)을 결합할 수도 있다.

또한, 도가니(13)에서 하향 배출되는 용탕은, 주형(M) 내부로 즉시 주입되어야 하는 바, 가열로(12) 아래의 프레임 내부에 상·하 왕복 이동 가능한 주형장착대(17)를 구비하는 것도 바람직하다.

즉, 상기 주형장착대(17) 위에 주형(M)을 장착할 때는 주형장착대(17)를 하향 이동시키고, 주형(M)을 장착한 후 용탕을 주입하고자 할 때는 주형장착대(17)를 상향 이동시켜 도가니(13)와 주형(M)의 간격을 좁힘으로써, 하향 배출되는 용탕의 산화를 최소화할 수 있게 된다.

이때, 상기 용탕을 배출하기 위해서는 탕구마개(14A) 즉, 탕구개폐기(14)를 작동시켜야 하며, 탕구개페기(14)는 다양한 구조가 가능한데, 예를 들어, 탕구개폐기(14)의 하단부에는 탕구마개(14A)가 결합되는 바, 도 3에 도시된 바와 같이, 탕구개폐기(14)를 로드 등의 일직선 형태로 만든 후 이를 가열로 커버(12A)에 단순 관통 결합시키고, 용탕을 배출하고자 하는 경우에는 사람이 직접 탕구개폐기(14)의 상단부를 잡고 들어 올리는 방식으로 탕구마개(14A)를 상향 이동시킬 수도 있다.

또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 탕구개페기(14)를, 프레임(11)에 직립한 지지바(14B)와, 일측단부가 지지바(14B)에 상·하 왕복 가능하게 결합되며 타측단부에 탕구마개(14A)가 구비된 개폐바(14C)로 구성할 수도 있으며, 이때, 지지바(14B) 에 대한 개폐바(14C) 역시 수동식 구조를 가질 수도 있으며, 스크류나 모터 등을 이용한 자동식 구조를 가질 수도 있다.

즉, 본 발명의 마그네슘 용해 장치를 구성하는 상기 탕구개폐기(14)는, 가열로(12) 외부에서부터 도가니(13) 바닥부까지 연장되는 하단부인 타측단부에 탕구마개(14A)가 구비되고, 이 탕구마개(14A)가 도가니(13) 내부에서 상·하 왕복할 수 있으며, 이러한 탕구마개(14A)의 동작이 가열로(12) 외부에서 제어될 수 있어야만 하는 바, 이러한 조건을 만족시킬 수만 있으면 그 구조가 어떠한 형태를 취하건 관계는 없다.

그리고, 상기 탕구마개(14A) 역시 다양한 형상을 할 수 있으며, 대표적인 형상으로는, 쐐기형, 구형 등을 그 예로 들 수 있는 바, 탕구마개(14A)가 출탕구(H)에 밀착 형합된 상태에서 원형 평단면을 갖는 출탕구(H)와 탕구마개(14A)의 외면 사이에 틈새가 형성되지만 않으면 그 형상 또한 특정한 형태로 제한되지는 않는다.

도 5에 도가니(13)와 탕구마개(14A)가 갖는 결합 구조의 한 예를 도시하였다.

상기와 같은 본 발명의 마그네슘 용해 장치는, 마그네슘의 용해는 물론, 마그네슘과 같이 공기와 접촉 시 급격히 산화 반응을 일으키는 제반 금속들 모두의 용해 및 주조에 사용될 수도 있다.

그 외에, 경우에 따라서는, 프레임(11)의 하단부에 이동용 바퀴(W)를 결합함으로써, 본 발명의 용해 장치를 필요에 따라 이동할 수 있도록 하는 것도 바람직하다.

그리고, 본 발명의 마그네슘 용해 장치에는, 마그네슘 용탕과 공기의 접촉을 방지하기 위하여 가열로 내부에 보호 가스를 공급하는 장치가 구비되어야 하는 바, 이러한 보호 가스 공급 장치는 단순 부가 장치로서 그 구체적 설명은 생략하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 마그네슘 용해 장치는, 그 직하에 위치한 주형으로 용탕을 자유낙하에 의해 하향 배출하기 때문에 래들 등을 사용함에 따른 용탕 온도의 급격한 저하, 이물질 혼입 등이 방지될 뿐만 아니라, 이송되는 용탕에 보호 가스를 공급할 필요가 없기 때문에 생산성 향상은 물론, 제조 비용 절감도 가능한 장점이 있다.

Claims (6)

1. 마그네슘을 용해하기 위하여 도가니가 결합된 용해 장치에 있어서,

   바닥에 세워지는 프레임(11)과;

   상기 프레임(11) 상면에 설치되며, 상단부에 커버(12A)가 구비된 가열로(12)와;

   상기 가열로(12) 내부에 안착되며, 프레임(11)과 가열로(12)에 의해 방해받지 않도록 하향 개방되는 출탕구(H)가 바닥에 관통 형성된 도가니(13)와;

   상기 출탕구(H)가 중앙부에 관통 형성되고, 테두리부에서 출탕구(H)를 향한 하향 경사면을 갖도록 한 도가니(13)의 바닥과;

   상기 가열로(12) 아래의 프레임(11) 내부에는, 상·하 왕복 이동 가능한 주형장착대(17)와;

   상기 가열로(12) 외부에 일측단부가 위치하며, 도가니(13) 바닥부까지 연장된 상태에서 상·하 왕복 이동 가능한 타측단부에 상기 출탕구(H)를 개폐하기 위한 탕구마개(14A)가 구비된 탕구개폐기(14)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 용해 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가열로(12)는,

   도가니(13) 안착용 내부공간을 가진 가열로몸체(12B)와;

   상기 가열로몸체(12B)의 상단면에 적층되는 커버(12A)로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 용해 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가열로몸체(12B)는 상·하단부가 개방된 구조 또는, 상향 개방형 구조 중의 어느 하나이며,

   상기 커버(12A)는 두개의 커버부재(12A1)(12A2)로 구성되고, 각 각 커버부재(12A1)(12A2)는 가열로몸체(12B)의 상단면에 회동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 용해 장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 도가니(13)의 출탕구(H)에는, 프레임(11)과 가열로(12)를 모두 관통하여 하향 연장되는 용탕배출관(16)이 결합된 것을 특징으로 하는 마그네슘 용해 장치.
6. 삭제

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