KR100967606B1 - 강도가 향상된 강괴의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계 가공시 발생되는 분철의 재활용을 위한 강괴의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 강도가 향상된 강괴의 제조장치는, 칩 형태로 절단된 분철이 투입되는 호퍼; 상기 호퍼와 연결되어 상부와 하부에 각각 투입구와 배출구가 구비되며, 내부 중심축 상에 형성된 임펠러의 회전으로 상기 호퍼를 통해 주입된 분철과 규산소다-알코올 혼합물이 혼합되는 교반기; 상기 교반기의 배출구 하부에 내벽면의 외주연에 다수의 열선이 구비된 금형이 배치되고, 상기 금형 내에 주입된 분철 혼합물을 가압함과 동시에 이산화탄소가 주입되도록 이산화탄소 주입공이 구비된 프레스로 구성된 압축 성형기; 및 상기 압축 성형기에서 압착 가공된 강괴가 컨베이어를 통해 수평 이송되는 중에 고온 가열 후 급속히 냉각되도록 하는 강괴 열처리부;를 포함하며, 규산소다와 이산화탄소의 화학 작용에 의한 분철 혼합물의 결합력을 강화시켜 압축 강도가 향상된 강괴가 제작되는 이점이 있다.

호퍼, 교반기, 압축 성형기, 금형, 이산화탄소 주입공, 열처리부, 가열로, 냉각 노즐

Description

강도가 향상된 강괴의 제조장치 및 제조방법{Apparatus and method for manufature of steel ingot}

본 발명은 기계 가공시 발생되는 분철의 재활용을 위한 강괴의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 비철 금속을 포함한 금속의 부품 가공시 발생되는 스크랩 형태의 분철을 규산소다와 혼합시키고, 또 다른 방법으로 스크랩 형태의 분철을 규산소다-알코올 혼합물과 혼합시켜 교반한 후, 금형 내에서 열을 가함과 동시에 소정의 압력으로 이산화탄소를 주입하면서 압착 성형하고, 성형된 강괴를 열처리함으로써, 알코올의 증발에 의한 수분 제거와 이산화탄소와 규산소다의 화학 작용 및 급속 냉각에 의한 열처리로 인하여 압축 강도가 향상된 강괴가 제작될 수 있도록 한 강괴의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 범용의 공작 기계 또는 선반이나 밀링 머신을 통해 기계 부품을 비롯한 금속 재질의 부품 가공시 부품의 표면이 깍이면서 코일 형상으로 분철이 연속적으로 발생된다.

또한, 제철소를 비롯한 산업 현장에서의 금속 제품 가공시 발생되는 철의 분말 찌꺼기인 슬래그 가루가 비산되어 작업장 곳곳에 쌓이게 된다.

이러한 분철은 금속 가공 작업이 끝나게 되면 주기적으로 수거되어 재생 가능한 재활용 소재로 취급되는 바, 코일 형상의 분철은 칩 또는 스크랩 형태로 분쇄되어 다시 용광로에 공급되어 재활용된다.

그러나, 상기 분철의 재활용을 위해서는 코일 형태의 분철을 일정량 모아 둔 상태에서 이동될 수 밖에 없기 때문에 그 부피가 클 수 밖에 없고, 슬래그 가루 등과 함께 재활용을 위한 운반과 보관시 물류 비용과 보관 비용이 증가하게 된다.

또한, 상기 분철의 재활용시 분쇄된 칩 또는 스크랩의 형태 그대로 용광로 내에 공급되면 고온의 용광로 내에서 표면적이 커서 용융되기 전 산화되거나 노 벽면을 향해 튀게 됨에 따라 노 내 벽체의 손상을 가져오게 된다.

따라서, 수거된 분철을 이용하여 고형물인 강괴로 제작함에 의해서 압착 가공에 의해 동일한 양이 차지하는 부피를 줄이고. 운반과 보관이 용이하도록 함과 아울러 이를 다시 용광로 내에서 용융시킬 때, 강괴 형태 그대로 용융되면서 용광로 내벽면으로 칩이나 스크랩이 비산되지 않도록 하는 방안이 강구되고 있다.

그러나, 종래의 강괴 제조방법은 통상 물과 분철의 혼합시 별도의 접착제를 고형제로 첨가하여 괴의 형태로 제작한 후, 상기 접착제의 경화에 의해 강괴가 제작됨에 따라 강괴 내에 수분이 그대로 함유될 수 밖에 없으며, 강괴의 성형 후 건조 과정에서 강괴 내부에 함유된 수분에 의해 강괴의 압축 강도가 저하되어 쉽게 강괴의 파손이 발생되는 문제점이 지적되고 있다.

이와 같은 문제점을 보완하기 위하여 상기 분철과 혼합되는 물의 양을 줄이고 접착제의 혼합량을 늘려 강괴의 강성이 증가되도록 할 수는 있으나, 이 경우 접착제의 증가되는 양만큼 분철의 함유량이 낮아질 수밖에 없기 때문에 분철의 재활용 비율이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 강괴 제작 시 접착제의 혼합량을 늘리게 되면 용광로에 투입된 강괴의 용융시 강괴에 포함된 접착제 성분에 의해서 용융 순도가 저하되는 문제점이 지적되고 있다.

따라서, 본 발명은 종래 분철의 재활용을 위한 강괴의 제조방법에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 제철소 또는 기계 부품 가공 현장에서 발생되는 코일 형태의 분철을 칩 또는 스크랩 형태로 분쇄시켜 분쇄된 분철을 소정량의 규산소다와 혼합하고, 또 다른 방법으로 분철을 소정량의 규산소다-알코올 혼합물과 교반하여, 교반된 분철 혼합물을 압축 성형기 내에서 이산화탄소 주입과 동시에 소정의 압력으로 가압하여 강괴가 제작되도록 함으로써, 종래에 비해 압축 강도가 향상된 강괴가 제작되도록 한 강괴의 제조장치 및 제조방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 분철 혼합물의 교반시 알코올 주입에 의해 혼합물 내의 수분이 알코올 증발과 함께 제거되고, 금형에서 제작된 강괴에 급속 가열과 냉각에 의한 열처리에 의해서 강괴의 내부 수분 함유량을 최소화하고, 규산소다의 유리화 촉진과 경화성을 향상시켜 압축 강도가 증대되도록 한 강괴의 제조장치 및 그 제조방법이 제공됨에 있다.

본 발명의 상기 목적은, 칩 형태로 절단된 분철이 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼와 연결되어 상부와 하부에 각각 투입구와 배출구가 구비되며, 내부 중심축 상에 형성된 임펠러의 회전으로 상기 호퍼를 통해 주입된 분철과 규산소다 단독 또는 규 산소다와 알코올 혼합물이 혼합되는 교반기와, 상기 교반기의 배출구 하부에 내벽면의 외주연에 다수의 열선이 구비된 금형이 배치되고, 상기 금형 내에 주입된 분철 혼합물을 가압함과 동시에 이산화탄소가 주입되도록 이산화탄소 주입공이 구비된 프레스로 구성된 압축 성형기 및 상기 압축 성형기에서 압착 가공된 강괴가 컨베이어를 통해 수평 이송되는 중에 고온 가열 후 급속히 냉각되도록 하는 강괴 열처리부를 포함하는 강괴의 제조장치가 제공됨에 의해서 달성된다.

상기 교반기는 원통형으로 형성되어 상부에 호퍼를 통해 배출되는 칩 형태의 분철이 투입되는 제1 투입구와 규산소다 단독 또는 규산소다와 알코올 혼합물이 투입되어 분철과 혼합되는 제2 투입구가 형성된다.

이때, 상기 규산소다 또는 규산소다-알코올 혼합물은 상기 호퍼를 통해 주입되어 제1 투입구를 통해 배출되는 분철과 혼합된 상태로 교반기에 공급될 수 도 있다.

또한, 상기 교반기의 일단부측 하부에는 호퍼를 통해 공급된 분철과 제1 투입구를 통해 공급된 규산소다 또는 규산소다-알코올 혼합물과 혼합된 분철 혼합물이 압축 성형기로 배출되는 배출구가 구비된다.

상기 제1 투입구를 통해 호퍼에서 주입되는 분철은 제2 투입구를 통해 투입되는 규산소다 및 알코올과 임펠러의 회전에 의해 혼합되어 교반기의 하부에 위치한 원통형의 압축 성형기로 이송된다.

상기 압축 성형기는 원통형의 금형과, 상기 금형 내부에 주입된 분철 혼합물을 압착 가공하는 프레스로 구성되며, 상기 금형은 벽체 내부에 다수의 열선이 구 비되어 대략 300℃ 이상의 온도로 가열되고, 상기 금형의 벽체 상에는 내부에서 증발된 수분이 배출되는 수분 배출공이 형성되어 수분의 외부 배출이 용이하도록 한다.

또한, 상기 프레스는 상기 금형 내에 주입된 분철 혼합물을 상부에서 소정의 압력으로 가압하게 되며, 상기 분철 혼합물의 가압과 동시에 분철 혼합물 내에 포함된 규산소다와 화학적으로 반응하는 이산화탄소가 주입되는 이산화탄소 주입공이 형성된다.

상기 압착 성형기를 통해 제작된 강괴는 압착 성형기에서 분리되어 압착 성형기 일측에 구비된 컨베이어를 통해 수평 이송되며, 상기 컨베이어를 통한 수평 이송 중에 터널 형태의 로를 통과하면서 600 내지 1000℃로 가열된다.

또한, 상기 로를 통과한 강괴는 저온의 드라이 아이스 또는 액화 질소가 표면에 분무됨에 따라 급속히 냉각됨에 의해서 고온 성형 후 급속 냉각에 의한 강괴의 열처리가 이루어지게 된다.

한편, 본 발명은 규산소다 단독 또는 규산소다와 알코올을 혼합한 후 그 혼합물을 교반시키는 제1 교반공정과, 상기 규산소다 단독 또는 규산소다와 알코올의 혼합물을 교반기에 투입하여 교반기 내에서 유동되는 분철과 혼합시켜 분철 혼합물로 형성되는 제2 교반공정과, 상기 교반기에서 혼합된 분철 혼합물을 교반기의 배출구를 통해 압축 성형기의 금형 내부로 이송되는 투입공정과, 상기 금형 내에 주입된 분철 혼합물이 소정의 온도로 가열되고 금형 상부의 프레스 가압과 동시에 이 산화탄소가 주입되면서 수직으로 압착 가공되는 압축성형공정과, 상기 금형 내에서 압축 소결된 강괴를 분리하는 분리공정 및 분리된 강괴가 이동되면서 고온 가열과 급속 냉각이 반복되는 열처리공정을 포함하는 강도가 향상된 강괴의 제조방법이 제공됨에 의해서 달성된다.

이때, 상기 규산소다와 알코올의 혼합비는 1:1의 비율을 가지며, 상기 규산소다와 알코올 혼합물과 분철의 혼합비는 1:15 내지 1:30의 혼합 비율을 가진다.

또한, 상기 압축 성형기에 주입된 분철혼합물은 상기 압축 성형기의 내주연부에 구비된 열선에 의해 200 내지 600℃로 가열되면서 압착됨으로써, 분철혼합물의 내부 수분이 고온의 열에 의해 증발되고 규산소다가 유리화되어 분철을 결속함에 의해서 결속력이 강화된 강괴의 제작이 이루어진다.

또한, 상기 분철 혼합물은 압축 성형기 내에서 프레스에 의해 가압 성형될 때, 상기 프레스의 이산화탄소 주입공을 통해 주입되는 이산화탄소가 분철 혼합물 내에 포함된 규산소다와 화학적으로 반응하여 결속력이 더욱 강화된 강괴가 제작되도록 한다.

또한, 상기 압축 성형기에서 배출된 강괴는 컨베이어를 통해 수평 이송되면서 압착 성형시의 온도보다 높은 온도로 재가열하여 상기 강괴 내에 혼합된 규산소다의 유리화를 가속시키고, 가열 직후에 저온으로 분출되는 드라이 아이스액 또는 액화 질소에 의해서 급속 냉각됨으로서, 규산소다가 강화유리화함에 의해서 압축 강도가 더욱 향상되도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 분철을 이용한 강괴 제조장치 및 그 제조방법은 소정량의 규산소다-알코올 혼합물과 분철이 교반된 분철 혼합물이 금형 내에서 압착 성형될 때 이산화탄소가 주입됨으로써, 규산소다와 이산화탄소의 화학 작용에 의한 분철 혼합물의 결합력을 강화시켜 압축 강도가 향상된 강괴가 제작되는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 분철 혼합물의 교반시 알코올 주입에 의해 혼합물 내의 수분이 알코올 증발과 함께 제거되고, 금형에서 제작된 강괴에 급속 가열과 냉각에 의한 열처리에 의해서 강괴의 내부 수분 함유량을 최소화되도록 함으로써, 압축 강도를 종래에 비해 강화시킬 수 있으며, 급속 가열과 냉각의 열처리에 의해서 규산소다의 유리화에 의한 분철 혼합물 결속시 규산소다를 강화 유리화함으로써, 유리화 촉진과 강괴의 경화성을 향상시킬 수 이쓴 장점이 있다.

본 발명에 따른 압축 강도가 향상된 강괴의 제조장치 및 제조방법에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

강괴 제조장치

먼저, 도 1과 도 2는 본 발명에 따른 강괴 제조장치의 구성도로서, 도 1은 분철 혼합물이 압착 성형될 때까지의 구성도이고, 도 2는 압착 성형된 강괴의 열처리 공정에 대한 구성도이다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 강괴 제조장치에 채용되는 압축 성형기의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 강괴 제조장치는 호퍼(10)와, 상기 호퍼(10)의 직하부에 위치하며 중심축(22) 상에 임펠러(23)가 회전 가능하게 장착된 교반기(20)와, 상기 교반기(20)의 일측 직하부에 배치되어 교반기(20)에서 혼합된 분철혼합물(C)이 주입되는 압축 성형기(30)와, 상기 압축 성형기(30)에서 압착 성형된 강괴(A)가 열처리되는 열처리부(40)로 구성된다.

상기 호퍼(10)는 상부로부터 칩 또는 스트랩의 형태로 절단된 분철이 주입되어 상기 호퍼(10)의 직하부에 위치하는 교반기(20)로 분철이 일정량씩 투입된다.

상기 호퍼(10)를 통한 분철(F)이 투입되는 교반기(20)는 원통형으로 구성되어 상부에 제1 투입구(24)와 제2 투입구(25)가 형성되며, 일측 단부의 하부측에 교반기(20) 내에서 혼합된 분철혼합물(C)이 배출되는 배출구(26)가 형성된다.

상기 교반기(20) 내에서는 상기 호퍼(10) 직하부에 위치하는 제1 투입구(24)를 통해 주입된 분철(F)이 그 중심축(22) 상에서 회전하는 임펠러(23)에 의해서 교반되면서 배출구(26)측으로 이송된다.

또한, 상기 교반기(20)는 제2 투입구(25)를 통해 규산소다 단독 또는 규산소다와 알코올의 혼합물이 투입되는 바, 상기 교반기(20)의 제1 투입구(24)를 통해 주입된 분철(F)이 상기 임펠러(23)를 따라 이송되는 중에 제2 투입구(25)를 통해 투입되는 규산소다와 알코올의 혼합물과 다시 혼합되며, 상기 교반기(20) 내에서 계속되는 임펠러(23)의 회전에 의해서 분철(F)과 규산소다 및 알코올의 혼합물이 교반되어 분철 혼합물(C)로 형성된다.

이때, 상기 규산소다와 알코올의 혼합물은 상기 교반기(20)의 제2 투입구(25)를 통해 동시에 주입되거나, 규산소다와 알코올을 별도로 혼합하여 규산소다-알코올 혼합물로 형성시킨 후 상기 제2 투입구(25)를 통해 주입하여 분철(F)과 혼합하여도 무방하다.

또한, 상기 분철(F)이 내장된 호퍼(10)에 규산소다와 알코올을 주입함에 따라 교반기(20)의 제2 투입구(25) 제작이 생략 가능하게 함으로써, 교반기(20)의 구성을 더 간단화 할 수 있으며, 분철 혼합물(C)의 교반 시간을 늘려 분철(F)과 규산소다-알코올 혼합물의 혼합 성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 규산소다는 규산나트륨이라고 명명되며, 그 조성에 따라 메타규산나트륨 Na₂SiO₃, 그 수화물인 오르토규산나트륨 Na₄SiO₄, 이규산나트륨 Na₂Si₂O₅ 등으로 구분될 수 있다. 보통은 메타규산나트륨을 지칭하며 그 용도로는 수화물도 있으나, 통상적인 유리와 같은 무수물은 석영과 탄산나트륨의 혼합물을 1000℃ 이상 가열 융해시켜 고체화함에 의해서 제작되고, 그 수용액은 가수분해되어 알칼리성을 갖는 2Na₂SiO₃ + H₂O = Na₂Si₂O₅ + 2NaOH의 조성을 갖는 규산나트륨의 진한 수용액으로 통상 물유리라 통칭된다.

또한, 상기 규산소다와 알코올의 혼합물을 제조하여 분철(F)과 교반시키는 이유는, 상기 규산소다와 알코올이 분철(F)에 동시에 혼합될 때, 규산소다와 알코올의 반응에 의해서 생성되는 수분이 알코올과 함께 증발되어 분철 혼합물(C)의 압착 성형시 규산소다의 유리화를 가속시킴으로써, 강도가 더욱 향상된 강괴를 제작할 수 있다.

한편, 상기 교반기(20)의 제2 투입구(25)를 통해 주입되는 규산소다와 알코올의 혼합물은 규산소다와 알코올이 1:1의 비율을 가지는 액상 조성물로 혼합되며, 상기 규산소다-알코올 혼합물은 제1 투입구(24)를 통해 주입되는 분철(F)과 1:15 내지 1:30의 비율로 혼합된다.

상기와 같은 혼합 비율을 가지고 최종적으로 교반된 분철 혼합물(C)은 교반기(20)의 배출구(26)를 통해 압축 성형기(30)로 배출되며, 상기 압축 성형기(30)의 금형(32) 내로 주입된 소정량의 분철 혼합물(C)은 금형(30)의 상부에서 수직의 하중이 작용하는 프레스(35)를 이용하여 압착된다.

상기 프레스(35)에 의한 분철 혼합물(C)의 가압력은 분철 혼합물(C)의 교반 정도와 분철 혼합물(C)을 구성하는 칩 형태의 분철 밀집도에 따라 가변될 수 있으며, 대략 1000㎤ 당 100톤(ton) 이상의 압력으로 금형(32)의 상부에서 가압된다.

또한, 상기 금형(32)의 상부에서 그 내부에 주입된 분철 혼합물(C)을 가압하는 프레스(35)는 이산화탄소 주입공(36)이 관통 형성되고, 상기 이산화탄소 주입공(36)을 통해 이산화탄소 탱크(T)로부터 공급되는 이산화탄소가 금형(32) 내부로 주입된다.

즉, 상기 금형(32) 내부에 주입된 분철 혼합물(C)이 프레스(35)에 의해 가압 성형될 때, 상기 프레스(35)의 이산화탄소 주입공(36)을 통해 소정 압력으로 이산화탄소가 분철 혼합물(C)로 분사되도록 한다.

이때, 상기 분철 혼합물(C)은 프레스(35)의 가압에 의해 강괴로 제작되면서 상기 분철 혼합물(C) 내에 포함된 규산소다 성분이 이산화탄소와 화학적으로 반응하게 됨에 따라 경화 강도가 더 향상된다.

또한, 상기 분철 혼합물(C)은 금형(32) 내에서 프레스(35)에 의한 상부 가압과 동시에 상기 금형(32)의 벽면에 내입된 열선(31)에서 방사되는 200 내지 600℃의 열에 의해서 가열됨과 동시에 압착 성형된다.

이때, 상기 열선(31)의 방사열에 의해 가열되는 금형(32)의 온도는 300℃ 내지 400℃로 가열됨이 가장 바람직하다.

그리고, 상기 압축 성형기(30) 내의 분철 혼합물(C)은 프레스(35) 압착에 의해 압착중인 강괴의 조직 내에 포함된 수분이 증발되어 강괴의 외측으로 배출되는 바, 압착 성형된 강괴로부터 배출되는 수분은 금형(32)의 외주연에 형성된 수분배출공(33)을 통해 금형(32) 외부로 배출된다.

즉, 상기 금형(32) 내에서 프레스(35)에 의해 소정의 가압력으로 압착됨과 동시에 가열되는 분철 혼합물(C)은 내부의 수분이 제거되면서 규산소다가 응고되어 강괴가 제작되고, 프레스(35)의 이탄화탄소 주입공(36)을 통해 주입되는 이산화탄소와 규산소다의 화학적 작용에 의해서 조직 결속력이 강화된 강괴가 제작됨으로써, 가압 완료된 분철 혼합물(C)의 내부 수분 함량을 최소화시켜 강도가 향상된 강괴가 제작된다.

강괴의 제조방법

한편, 상기와 같은 기술적 구성을 갖는 강괴의 제조장치를 이용한 강괴의 제조방법은, 먼저 규산소다와 알코올을 혼합한 후 그 규산소다-알코올 혼합물로 교반시키는 제1 교반공정과, 상기 규산소다와 알코올의 혼합물을 교반기(20)에 투입하여 소정량의 분철과 혼합, 교반시켜 분철 혼합물(C)을 형성하는 제2 교반공정을 포함한다.

또한, 상기 교반기에서 혼합된 분철 혼합물(C), 즉 규산소다-알코올 혼합물과 분철(F)이 소정의 비율로 혼합되어 교반된 분철 혼합물(C)이 교반기(20)의 배출구(26)를 통해 배출되고, 배출된 분철 혼합물(C)이 압축 성형기(30)의 금형(32) 내로 주입되는 투입공정 및 상기 압축 성형기(30)에 일정량 채워진 분철 혼합물(C)이 금형(32)의 가열 온도에 의해서 가열됨과 동시에 프레스(35) 가압에 의해 압착되는 압축성형공정과, 상기 금형(30)에서 압축된 강괴를 분리하는 분리공정으로 이루어진다.

이때, 상기 금형(32) 내에서 프레스(35) 가압에 의해서 강괴로 제작되는 분철 혼합물(C)은 프레스(35)에 형성된 이산화탄소 주입공(36)을 통해 주입되는 이산화탄소가 분철 혼합물(C)에 포함된 규산소다와 화학적으로 반응하면서 가압 성형되고, 이에 따라 상기 규산소다의 화학 반응에 의해 성형성이 향상되고 강도가 우수한 강괴가 제작된다.

이때, 상기 규산소다와 알코올은 1:1의 비율로 교반기(20)의 제2 투입구(25) 에 동시에 투입되어 분철(F)과 혼합될 수 있으며, 상기 제2 투입구(25)에 투입되기 전에 별도의 교반기(도면 미도시)를 통해 규산소다-알코올 혼합물이 제조되어 상기 제2 투입구(25)를 통해 주입될 수 있다.

또한, 상기 제2 투입구(25)를 일측의 제1 투입구(24)를 통해서는 규산소다-알코올 혼합물에 대하여 1:15 내지 1:30의 비율을 가지는 분철(F)이 호퍼(10)를 통해 공급되며, 상기 교반기(20) 내부에서 중심축(22)상에서 회전되는 임펠러(23)를 따라 교반되면서 출구측으로 이송된다.

상기 교반기(20) 내에서 규산소다와 알코올 및 분철(F)이 골고루 혼합된 분철 혼합물(C)은 배출구(26)를 통해 배출되어 그 직하부에 위치한 압축 성형기(30)의 금형(32) 내부에 채워진다.

상기 금형(32) 내에 채워진 분철 혼합물(C)은 금형(32) 내벽면에 관통 결합된 열선(31)으로부터 방사되는 열에 의해서 가열되면서 내부에 포함된 수분의 증발이 이루어지게 됨과 동시에, 상기 금형(32)의 수직 상방에 위치한 프레스(35)의 가압됨에 의해서 분철 혼합물(C)의 내부 수분이 외부로 배출됨으로써, 내부의 수분 함량을 최소화시켜 경도가 향상된 강괴의 제작이 이루어지도록 한다.

이때, 앞서 설명한 바와 같이 프레스(35)의 가압과 동시에 프레스(35)에 형성된 이산화탄소 주입공(36)을 통해 이산화탄소가 주입됨으로써, 이산화탄소와 규산소다의 화학 작용으로 성형성과 강도가 향상된 강괴가 제작되도록 한다.

한편, 상기 압축 성형기(3)의 금형(32) 내에서 프레스(35) 압착에 의해 형성된 강괴는 금형(32) 내에서 분리 배출되어 그 결속 강도를 더욱 향상시키기 위한 열처리 공정을 거치게 된다.

상기 압축 성형기(30)의 금형(32) 내에서 제작된 강괴(A)는 금형(32)의 하부로 배출되어 컨베이어(50) 상에 안착되며, 상기 컨베이어(50)의 이송 방향을 따라 일측으로 수평 이송된다.

상기 강괴(A)는 컨베이어(50)의 이송 경로 상에 형성된 가열로(51) 내부로 유입되어 상기 가열로(51) 내부에서 600 내지 1000℃의 온도로 가열된다.

이때, 상기 가열로(51)는 전기 또는 그 내부로 주입되는 고온의 가스에 의해 내부 가열이 이루어지게 되며, 상기 가열로(51)를 통해 이송되는 강괴(A)가 가열되면서 내부에 포함되어 있는 규산소다 성분이 급속하게 유리화되어 고체화되도록 한다.

이 후, 상기 가열로(51)를 통과하면서 가열된 강괴(A)는 컨베이어(50)의 일단부 측에 배치된 냉각 노즐(52)의 하부를 지나면서 상기 냉각 노즐(52)로부터 분무되는 저온의 액중에 노출됨에 의해서 급속 냉각이 이루어진다.

상기 가열로(51)를 통해 고온으로 가열된 강괴(A)를 저온 분무액에 의해 급속도도로 냉각시키는 이유는, 가열로(51)를 통과하며 강괴(A) 내에서 급속히 고체화된 규산소다가 저온의 분무액에 의해 급속 냉각됨에 의해서 유리화된 규산소다를 열처리하여 강화 유리화함으로써, 압착 성형된 강괴의 강도를 더욱 향상시키기 위함이다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 강괴 제조장치의 구성도로서,

도 1은 분철 혼합물이 압착 성형될 때까지의 구성도이고,

도 2는 압착 성형된 강괴의 열처리 공정에 대한 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 강괴 제조장치에 채용되는 압축 성형기의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10. 호퍼 20. 교반기

22. 중심축 23. 임펠러

24, 25. 제1 및 제2 투입구 26. 배출구

30. 압축 성형기 31. 열선

32. 금형 33. 수분배출공

35. 프레스 36. 이산화탄소 주입공

40. 열처리부 50. 컨베이어

51. 가열로 52. 냉각 노즐

Claims (18)

1. 칩 형태로 절단된 분철이 투입되는 호퍼;

   상기 호퍼와 연결되어 상부와 하부에 각각 투입구와 배출구가 구비되며, 내부 중심축 상에 형성된 임펠러의 회전으로 상기 호퍼를 통해 주입된 분철과 규산소다 또는 규산소다-알코올 혼합물이 혼합되는 교반기;

   상기 교반기의 배출구 하부에 내벽면의 외주연에 다수의 열선이 구비된 금형이 배치되고, 상기 금형 내에 주입된 분철 혼합물을 가압함과 동시에 이산화탄소가 주입되도록 이산화탄소 주입공이 구비된 프레스로 구성된 압축 성형기; 및

   상기 압축 성형기에서 압착 가공된 강괴가 컨베이어를 통해 수평 이송되는 중에 가열 후 냉각되도록 하는 강괴 열처리부;

   를 포함하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 교반기는, 원통형으로 구성되어 상부에 상기 호퍼로부터 배출되는 분철이 공급되는 제1 투입구와 규산소다 또는 규산소다-알코올 혼합물이 주입되는 제2 투입구가 구비된 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 규산소다 또는 규산소다-알코올 혼합물은, 상기 분철과 함께 상기 호퍼에 투입되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제2 투입구를 통해 주입되는 규산소다 또는 규산소다-알코올 혼합물과 상기 제1 투입구를 통해 주입되는 분철은 1:15 내지 1:30의 비율로 혼합되어 교반기 내에서 교반되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 제2 투입구를 통해 주입되는 규산소다-알코올 혼합물은 규산소다와 알코올의 1:1의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 금형은, 원통형으로 구성되어 벽체 상에 외부와 연통되는 수분배출공이 형성된 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 금형은, 그 내부에 분철 혼합물이 주입된 후 상기 분철 혼합물이 내벽면에 설치된 열선에 의해서 상기 금형이 300℃ 내지 400℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 열처리부는, 상기 강괴가 이송되는 컨베이어의 이송 경로 상에 구비된 가열로와, 상기 컨베이어의 이송 단부 측에 장착된 냉각 노즐로 구성된 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 가열로는, 전기 가열 또는 가스 가열에 의해 그 내부가 600 내지 1000℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
10. 제8항에 있어서,

    상기 냉각 노즐은, 저온의 드라이 아이스액 또는 액화 질소가 분무되어 그 하부에서 이송되는 강괴가 급속도로 냉각되도록 한 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조장치.
11. 규산소다-알코올 혼합물 또는 규산소다를 교반기에 투입하여 교반기 내에서 유동되는 분철과 혼합시켜 분철 혼합물로 형성되는 교반공정;

    상기 교반기에서 혼합된 분철 혼합물을 교반기의 배출구를 통해 압축 성형기의 금형 내부로 이송되는 투입공정;

    상기 금형 내에 주입된 분철 혼합물이 소정의 온도로 가열되고 금형 상부의 프레스 가압과 동시에 이산화탄소가 주입되면서 수직으로 압착 가공되는 압축성형공정

    상기 금형 내에서 압축 소결된 강괴를 분리하는 분리공정; 및

    상기 금형으로부터 분리된 강괴가 수평 이송되면서 가열과 냉각이 반복되는 열처리공정;

    을 포함하는 강도가 향상된 강괴의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 교반공정에서 호퍼로부터 배출되는 분철이 제1 투입구를 통해 공급되고, 규산소다 또는 규산소다-알코올 혼합물이 제2 투입구를 통해 주입되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조방법.
13. 제11항에 있어서,

    상기 압축성형공정에서 원통형으로 구성된 금형의 외벽에 외부와 연통되는 수분배출공이 형성되어 상기 금형 내에서 압축 성형된 강괴로부터 강괴의 조직 내에 포함된 수분이 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조방법.
14. 제12항에 있어서,

    상기 제2 투입구를 통해 주입되는 규산소다-알코올 혼합물은 규산소다와 알코올이 1:1의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조방법.
15. 제12항에 있어서,

    상기 제2 투입구를 통해 주입되는 규산소다 또는 규산소다-알코올 혼합물과 상기 제1 투입구를 통해 주입되는 분철은 1:15 내지 1:30의 비율로 혼합되어 교반기 내에서 교반되는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조방법.
16. 제11항에 있어서,

    상기 열처리 공정은, 상기 금형으로부터 압착 성형된 강괴가 컨베이어를 따라 수평 이동되면서 상기 가열로의 내부에서 가열된 직후에 냉각 노즐 하부를 지나면서 분무액에의해 냉각되도록 하여 유리화된 규산소다를 강화시키는 것을 특징으로 하는 강도가 향상된 강괴의 제조방법.
17. 삭제
18. 제11항에 있어서,

    상기 교반 공정은 규산소다-알코올 혼합물을 투입하는 경우, 규산소다와 알코올을 혼합한 후 그 혼합물을 교반시키는 선행 과정을 더 포함하는 강도가 향상된 강괴의 제조방법

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