KR100921442B1

KR100921442B1 - 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치

Info

Publication number: KR100921442B1
Application number: KR1020090010535A
Authority: KR
Inventors: 김차현
Original assignee: 김차현
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2009-10-13

Abstract

간단한 구조의 허니콤 모양의 냉각수단을 이용하여 도가니 상부로의 열을 차단하도록 함은 물론, 도가니의 분리를 통해 도가니로부터 제조된 잉곳을 보다 용이하게 추출하도록 한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치가 개시되어 있다. 이를 위하여 여러 개의 유닛으로 결합된 용해되는 원료가 적재되는 도가니, 도가니 상부로의 열을 차단하는 냉각수단, 도가니 외부에 위치하는 규소재질의 튜브, 도가니 내부의 원료를 용해시키는 용해수단, 및 도가니와 냉각수단을 하부로 이동시키는 이동수단을 포함하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 제공한다. 본 발명에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 사용하면, 제조된 잉곳을 도가니로부터 매우 간편하게 추출할 수 있다는 이점이 있다. 그리고 도가니 상부로의 열차폐를 위한 방법으로 간단한 구조의 허니콤 모양의 냉각수단을 채택함으로서, 제조비용의 절감을 현실화 시켜 보다 효율적인 잉곳 생산이 가능하다는 이점이 있다.

Description

허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치{INGOT MANUFACTURE APPARATUS OF COMPACT TYPE HAVING COOLING MEANS OF HONEYCOMB TYPE}

본 발명은 잉곳 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도가니 상부로 방출되는 열을 효율적으로 차폐함은 물론, 제작된 잉곳을 도가니로부터 보다 용이하게 추출할 수 있도록 한 허니콤 타입의 냉각수단과 유닛별로 분리가 가능한 도가니를 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치에 관한 것이다.

종래의 금속을 용해시켜 용융물을 만든 후, 용해된 용융물을 서서히 냉각시켜 봉상(棒狀) 및 각상(角狀)으로 잉곳을 제조하는 잉곳제조 장치의 경우 대부분이 고가의 장비를 사용하여 잉곳을 제조하고 있다.

이처럼 종래의 잉곳 제조장치는 잉곳 제조를 위해 고가의 장비를 채택함으로서 제조단가가 상승하여 경쟁력이 떨어진다는 문제점을 안고 있다.

그리고 고가 장비를 채택한 종래의 잉곳 제조장치의 경우 가동에 필요한 에 너지 소비가 많고 제작시간이 길어져 생산효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 잉곳 제조장치의 경우 많은 부대설비로 인해 관리가 어렵다는 문제점 또한 안고 있다.

나아가 종래의 잉곳 제조장치의 경우 잉곳 제품이 완료된 후, 도가니로부터 잉곳을 분리시키는 과정이 매우 번거롭고 불편하다는 문제점이 있다.

그리고 예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-0564770호(2006년03월21일 등록)에 "고 용해효율 전자기 연속주조장치"가 개시되어 있다.

이는 열도가니(흑연)와 냉도가니(구리봉)를 포함하는 고 용해효율 전자기 연속주조장치로서, 주로 반도체 물질인 실리콘의 용해로에 관한 기술이다.

이 기술의 경우 흑연 재질의 열도가니를 사용함으로서, 고온 용해를 필요로 하는 비철금속의 용해에 한계가 있어 실리콘 등의 반도체 물질에 국한되어 용해를 할 수 밖에 없다는 문제점이 있다. 즉, 고온(예를 들면 2000℃ 내지 2200℃ 정도) 용해시에 상부의 흑연 재질이 같이 용해되거나 침식될 수 있어 잉곳에 불순물이 함유되어 제품의 결함이 발생한다는 문제점이 있다.

이처럼 기존의 잉곳 제조장치의 경우 고가의 장비와 많은 부대설비를 채택함으로써 생산 효율이 떨어지는 문제점과, 도가니의 재질에 의해 고온 용해에서의 잉곳 제품 제조에 한계가 발생한다는 문제점을 극복할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 나아가 제조된 잉곳 제품을 도가니로부터 보다 용이하게 분리할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 간단한 구조의 허니콤 모양의 냉각수단을 이용하여 도가니 상부로의 열을 차단하도록 함은 물론, 도가니를 유닛별로 분리할 수 있도록 함으로써, 도가니로부터 제조된 잉곳을 보다 용이하게 추출하도록 한 허니콤 타입의 냉각수단과 유닛별로 분리가 가능한 도가니를 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 제공하는데 있다.

삭제

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 용해될 원료가 적재되는 도가니; 상기 도가니 상부로 상승되는 열을 차단하도록 상기 도가니 상부에 위치하는 냉각수단; 원료의 용해를 위해 도가니 주위를 진공상태로 유지시키는 상기 도가니 외부에 위치하는 튜브; 상기 튜브 외부에 위치되어 상부 또는 하부로 이동하면서 상기 도가니 내부에 적재된 원료를 용해시키는 용해수단; 및 상기 냉각수단과 도가니를 상하로 이동시키도록 구동하는 이동수단을 포함하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 제공한다.

삭제

본 발명에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 사용하면, 제조된 잉곳을 도가니로부터 매우 간편하게 추출할 수 있다는 이점이 있다.

그리고 도가니 상부로의 열차폐를 위한 방법으로 간단한 구조의 허니콤 모양의 냉각수단을 채택함으로서, 제조비용의 절감을 현실화 시켜 보다 효율적인 잉곳 생산이 가능하다는 이점이 있다.

또한, 용해수단을 상부 또는 하부로 이동시켜 도가니내의 원료를 용해시킴으로서, 균일한 잉곳 제조가 가능하도록 한 잉곳 제조장치를 제공할 수 있다.

또한, 규소튜브를 통해 튜브 내부의 용해공정을 직접 모니터링 할 수 있는 잉곳 제조장치를 제공할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치는 용해수단을 상방향 또는 하방향으로 이동시키면서 도가니 내부에 적재된 원료를 용해시키고, 냉각수단을 이용해 용해시 발생되는 열이 도가니 상부로 방출되는 것을 차단시키며, 도가니를 유닛별로 분리시켜 용해 완료되어 냉각된 잉곳을 용이하게 추출할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명의 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치는 원료가 적재되는 도가니(100), 상기 도가니(100) 상부로 방출되는 열을 차단하는 냉각수단(200), 상기 도가니(100) 주위를 진공상태로 유지시키는 튜브(300), 상기 도가니(100) 내부에 적재된 원료를 용해시키는 용해수단(400), 및 상기 도가니(100)와 냉각수단(200)을 상하로 이동수단(500)을 포함한다.

이하 도면을 참조하여 각 구성요소별로 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치는 도가니(100)를 포함한다.

상기 도가니(100)는 용해되는 원료를 적재하는 역할을 한다.

상기 도가니(100)는 구리(동) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 구리 재질은 전성(얇게 펴지는 성질)과 연성(가늘고 길게 늘어나는 성질)이 뛰어나 가공이 용이하고, 열 및 전기전도율이 뛰어난 특성을 지니고 있다.

그리고 상기 도가니(100)는 내부로 냉각수가 유입될 수 있도록 구리봉 형태로 제조하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 설명하기 위한 냉각수단과 도가니가 결합된 상태를 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 설명하기 위한 도가니의 저면도이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 도가니(100)는 구리봉 형태로 제조되되, 도가니(100) 내부에 냉각수가 순환될 수 있도록 상기 구리봉 내부에 냉각유로(110)를 형성하는 것이 바람직할 것이다.

그리고 상기 냉각유로(110)는 상기 구리봉 내부에 형성되되, 세로방향(수직방향)으로 지그재그 형상의 주름관 구조로 형성되도록 하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 냉각유로(100)를 통해 상기 구리봉 내부로 순환하는 냉각수는 도가니(100) 내부에 적재된 원료의 용해를 시작할 때부터 용해를 완료할 때까지 순환된다. 나아가 용해가 완료된 후, 냉각수의 순환에 의해 용해된 원료가 잉곳으로 제조될 때까지 순환하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 도가니(100)는 2개 내지 3개의 유닛으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 도가니(100)가 여러 개의 유닛으로 형성된다는 것은 도가 니(100)가 분리 또는 결합이 가능하다는 것을 의미한다. 이는 도가니(100) 내부에서 용해과정과 냉각과정을 거쳐 제조된 잉곳을 상기 도가니(100)로부터 보다 용이하게 추출하기 위함이다.

즉, 상기 여러 개의 유닛으로 형성된 도가니(100)로부터 잉곳을 추출하기 위해서는 상기 여러 개의 유닛을 분리시킴으로써 간편하게 잉곳을 추출할 수 있다.

상기 도가니(100)를 형성하고 있는 각각의 유닛들의 개수는 최초 설계 목적에 따라 그 개수를 달리 채택할 수도 있을 것이다.

상기 도가니(100)가 각각의 유닛들의 결합으로 형성됨에 따라 상기 도가니(100) 내부에 형성된 냉각유로(110)로 냉각수가 순환할 수 있도록 상기 각각의 유닛들은 냉각수 유입구(112) 및 냉각수 배출구(114)를 각각 포함하는 것이 바람직할 것이다.

그리고 상기 냉각유로(110)의 냉각수 유입구(112) 및 냉각수 배출구(114)는 후술하는 냉각수단의 냉각수 유입라인과 배출라인에 각각 연결되는 것이 바람직하다. 상기 냉각유로(110)와 냉각수단의 냉각수 라인의 연결을 위해서는 별도의 연결부재(116)를 통해 가능토록 하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는 상기 연결부재(116)는 냉각유로(110)의 냉각수 유입구(112)와 냉각수단의 냉각수 유입라인을 연결하는 것이 바람직하다. 그리고 냉각유로(11)의 냉각수 배출구(114)와 냉각수단의 배출라인을 연결하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도가니(100)는 여러 개의 유닛들로 형성되되, 각각의 유닛의 결합 및 해제를 위해 상기 각각의 유닛(101,102,103)들은 결합 돌출부(105)를 포함하 는 것이 바람직하다.

상기 결합 돌출부(105)는 상기 각각의 유닛(101,102,103)의 좌우측에 형성되는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는 상기 결합 돌출부(105)는 상기 각각의 유닛들의 외주면으로부터 외부로 돌출되도록 형성하는 것이 바람직하며, 상기 돌출되는 결합 돌출부(105)는 상기 각각의 유닛들이 서로 접촉되는 외주면 단부에 위치되어 돌출되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각각의 유닛에 돌출 형성된 상기 결합 돌출부(105)는 중앙에 홀(미도시)을 포함할 것이다. 이는 볼트와 너트 등의 체결수단을 이용해 상기 각각의 유닛의 결합 돌출부(105)를 서로 결합시키기 위함이다.

이외에도 상기 각각의 결합 돌출부(105)를 서로 결합(체결)시킬 수 있는 방법이라면 어떠한 방법을 이용하여도 무방할 것이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치는 냉각수단(200)을 포함한다.

상기 냉각수단(200)은 도가니(100) 내의 원료를 용해시키면서 발생되는 열이 도가니(100) 상부로 방출되는 것을 차단하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 냉각수단(200)은 상기 도가니(100) 상부에 위치하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 냉각수단(200)은 내부로 냉각수가 순환될 수 있도록 냉각수 유입라인(210)과 배출라인(220)을 포함하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 설명하기 위한 냉각수단의 평면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 도가니(100) 상부에 위치하는 상기 냉각수단(200)은 허니콤 모양으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 허니콤 내부의 작은 구멍으로 열이 상승하게 되고, 상승된 열은 냉각수단(200) 내부를 흐르는 냉각수에 의해 냉각되도록 함으로써, 도가니(100) 상부로 열이 방출되는 것을 차단하는 역할을 한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치는 튜브(300)를 포함한다.

상기 튜브(300)는 도가니(100) 주위를 진공상태로 유지시키는 역할을 한다. 보다 상세하게는 상기 도가니(100) 내부에 적재된 원료의 용해 및 냉각 공정이 이루어질 수 있도록 도가니(100) 외부의 환경을 진공상태로 만드는 역할을 한다.

이를 위해 상기 튜브(300)는 공기공급밸브(310)와 공기배기관(320)을 포함하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 공기배기관(320)을 통해 튜브(300) 내의 공기를 외부로 배출시킴으로써, 상기 도가니(100) 내부에 적재된 원료의 용해 및 냉각 공정이 가능하도록 도가니(100)의 외부환경을 진공상태로 유지시킬 수 있다. 또한, 상기 용해 및 냉각 공정이 완료된 후 도가니(100)로부터 제조된 잉곳을 추출하기 위해 상기 공기공급밸브(310)를 통해 상기 튜브(300) 내부로 공기를 유입시켜 튜브(300) 내의 진공상태를 해제시킨다.

또한, 상기 튜브(300)는 투명하고 내열성이 우수한 특성을 지닌 규소 재질로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 튜브(300)는 투명재질의 규소 재질로 제조됨으로써, 튜브(300) 내부에서 진행되는 잉곳의 제조공정을 모니터링 할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치는 용해수단(400)을 포함한다.

상기 용해수단(400)은 상기 튜브(300) 외부에 위치하여 상기 도가니(100) 내부에 적재된 원료를 용해시키는 역할을 한다.

이를 위해 상기 용해수단(400)은 작업코일(410), 지지부재(420), 모터(430), 및 구동전달부재(440)를 포함한다.

상기 작업코일(work coil)(410)은 상기 도가니(100) 내부로 고주파를 발생시켜 내부에 적재된 원료를 용해시키는 역할을 한다. 이를 위해 작업코일(410)은 상기 도가니(100) 외주면을 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 지지부재(420)는 상기 작업코일(410)이 상부 또는 하부로 이동하면서 상기 도가니(100) 내부에 적재된 원료를 녹일 수 있도록 하기 위해 상기 작업코일(410)을 지지하는 역할을 한다. 나아가 상기 지지부재(420)는 상기 작업코일(410)이 코일층별로 휘어지는 것을 방지하는 코일의 형상을 유지시키는 역할을 한다.

상기 모터(430)는 상기 작업코일(410)이 상부 또는 하부로 이동할 수 있도록 작업코일(410)을 지지하는 지지부재(420)를 상부 또는 하부로 이동시키기 위한 회 전을 구동을 한다. 상기 모터(430)의 구동속도는 도가니(100) 내부에 적재된 원료를 작업코일(410)을 통해 균일하게 용해시킬 수 있는 속도로 설정하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 모터(430)의 구동속도를 4 내지 5㎜/Hr의 속도로 예를 들어 기술한다.

상기 구동전달부재(440)는 상기 모터(430)의 회전운동을 직진운동으로 변환시켜 이를 상기 지지부재(420)로 전달하는 역할을 한다. 이로써 구동전달부재(440)를 통해 모터(430)의 구동에 의해 상기 지지부재(420)가 상부 또는 하부로 이동할 수 있으며, 이는 곧 상기 작업코일(410)이 상부 또는 하부로 이동하면서 상기 도가니(100) 내부에 적재된 원료를 용해시킬 수 있다.

상기 구동전달부재(440)는 모터(430)의 회전운동을 직진운동으로 바꿀 수 있도록 하기 위해 헬리칼 기어를 채택하는 것이 바람직할 것이다. 이외에도 회전운동을 직진운동으로 바꿀 수 있는 방법이라면 어떠한 방법을 채택하여도 무방할 것이다.

또한, 상기 용해수단(400)은 상기 작업코일(410)에 전원을 공급하는 전원부(450)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치는 이동수단(500)을 포함한다.

상기 이동수단(500)은 제조가 완료된 잉곳을 추출하기 위해 상기 도가니(100)와 냉각수단(200)을 하강시키는 역할을 한다. 이를 위해서는 상기 이동수 단(500)은 모터(510)와 체인(520)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이로써 상기 이동수단(500)은 체인(520)을 통해 모터(510)의 회전 구동을 상기 도가니(100)와 냉각수단(200)에 전달하여 도가니(100)와 냉각수단(200)을 하강시킬 수 있다.

삭제

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 설명하기 위한 냉각수단과 도가니가 결합된 상태를 나타낸 평면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치를 설명하기 위한 도가니의 저면도이다.

삭제

* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *

100 : 도가니 110 : 냉각유로

112 : 냉각수 유입구 114 : 냉각수 배출구

200 : 냉각수단 210 : 냉각수 유입라인

220 : 냉각수 배출라인 300 : 튜브

310 : 공기공급밸브 320 : 공기배기관

400 : 용해수단 410 : 작업코일

420 : 지지부재 430 : 모터

440 : 구동전달부재 500 : 이동수단

Claims

내부에 용해될 원료가 적재되는 도가니;

상기 도가니 상부로 상승되는 열을 차단하도록 상기 도가니 상부에 위치하는 냉각수단;

원료의 용해를 위해 도가니 주위를 진공상태로 유지시키는 상기 도가니 외부에 위치하는 튜브;

상기 튜브 외부에 위치되어 상부 또는 하부로 이동하면서 상기 도가니 내부에 적재된 원료를 용해시키는 용해수단; 및

상기 냉각수단과 도가니를 상하로 이동시키도록 구동하는 이동수단을 포함하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 도가니가

2개 내지 3개의 유닛으로 형성되어 각각의 유닛이 분리 또는 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치.
제 2 항에 있어서,

상기 각각의 유닛이 구리봉으로 제조되고,

상기 각각의 유닛은 내부로 냉각수가 흐를 수 있도록 냉각수 유입구와 배출 구를 포함하는 것을 특징으로 하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치.
제 3 항에 있어서,

상기 각각의 유닛에 형성된 냉각수 유입구 및 배출구와 상기 냉각수단을 연결하는 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각수단의 형상을 허니콤 모양으로 형성하는 것을 특징으로 하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 튜브가

규소 재질의 규소튜브로 이루어지고,

내부의 진공 또는 해제를 위한 공기공급밸브와 공기배기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 용해수단이

상기 도가니 내부의 원료를 용해시키기 위한 고주파를 발생시키는 작업코일과,

상기 작업코일이 상부 또는 하부로 이동할 수 있도록 작업코일을 지지하는 지지부재와,

상기 작업코일을 지지하는 상기 지지부재가 상부 또는 하부로 이동할 수 있도록 회전 구동하는 모터, 및

상기 지지부재가 상부 또는 하부로 이동할 수 있도록 상기 모터의 회전운동을 직진운동으로 변환시켜 상기 지지부재로 전달하는 구동전달부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 허니콤 타입의 냉각수단을 구비한 콤팩트 타입의 잉곳 제조장치.
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