KR100990371B1 - 유도 가열용 빌릿 지지 시스템 - Google Patents

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Abstract

전기 유도에 의해 빌릿이 가열되는 동안 유도 코일 안쪽의 빌릿을 지지하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 내열 세라믹 재료로 된 2 개 이상의 레일은 곡면을 제공하고 이 곡면 위로 빌릿이 코일 속으로 미끄럼이동하거나 코일 밖으로 미끄럼이동할 수 있고 가열 프로세스 동안 상기 곡면 위에 빌릿이 놓여있다. 레일 위치 조정 수단은 다양한 크기의 빌릿을 수용하기 위해 레일을 이동시키도록 설치되어 있다.
전기 유도, 빌릿, 유도 코일, 내열 세라믹 재료, 레일, 레일 위치 조정 수단, 솔레노이드, 자기장

Description

유도 가열용 빌릿 지지 시스템{BILLET SUPPORT SYSTEM FOR INDUCTION HEATING}
본 발명은 전기 유도에 의해 가열되면서 빌릿을 지지하는 빌릿 지지 시스템에 관한 것이다.
전기 전도성 재료로 이루어진 빌릿은 전기 유도에 의해 가열될 수 있다. 이 빌릿은 솔레노이드 코일 안쪽에 놓여 있고 상기 코일에 공급된 교류 전류가 상기 빌릿을 통과하는 자기장을 발생시킨다. 이 자기장은 빌릿 내부에 와전류(eddy current)를 유도하여 빌릿을 가열시킨다. 코일 안쪽에 빌릿을 배치시키는 방법에는 대체로 3 가지 방법이 있다. 첫 번째 방법은 코일 내에 배치되어 있는 컨테이너에 코일이 놓이는 것이다. 이 컨테이너는 스테인레스강과 같은 비자성 재료로 형성된 개방된 보트형 구조로 될 수 있다. 두 번째 방법은 적절한 기계적인 시스템에 의해 빌릿이 코일 속으로 밀어넣어져서 빌릿 지지 부재 상에 놓이는 것이다. 세 번째 방법은 빌릿의 일부(중심부 또는 단부)가 유도가열되는 동안 빌릿이 외측에서 지지되어 있는 것으로서, 이 방법은 빌릿의 길이가 코일보다 더 짧은 경우에는 빌릿을 지지하는데 적용될 수 없다. 이 모든 방법에 있어서 대체로 전기 유도에 의해 발생된 열을 유지하는데 도움을 주기 위해 단열 재료가 코일 내의 빌릿을 둘러싸고 있다. 대체로 이러한 단열 재료는 적절한 내화성 물질로 된 개방된 원통형을 취하고 있다. 공지된 빌릿 지지 시스템은 단열 재료로 된 내측 벽을 따라서 길이방향으로 배치된 2 개 이상의 수냉식 로드로 구성되어 있다. 상기 로드는 스테인레스강과 같은 비자성 재료로 이루어져 있다. 빌릿은 코일 속으로 밀어넣어져서 상기 로드 상에 놓인다. 상기 로드는 로드 내부를 통과하는 물과 같은 냉각 매체를 유동시킴으로써 냉각된다. 빌릿에 유도된 열의 많은 양이 열전도에 의해 상기 로드로 전달될 수 있기 때문에 냉각이 필요하다. 또한, 상기 로드가 전기 전도성 재료로 되어 발생된 자기장에 의해 유도가열될 수 있다. 시간이 경과함에 따라 로드 재료가 마모되면 내부 냉각 통로에서 물이 누출되어, 유도 코일에 단락 회로를 유발할 수 있다. 또한, 상기 로드에 냉각수를 연통시켜야 할 필요성으로 인해 다양한 크기의 빌릿을 보다 양호하게 수용하기 위해 로드를 재배치하는 것이 제한된다. 따라서, 물이나 다른 내부 냉각 시스템을 필요로 하지 않으며 다양한 크기의 빌릿을 처리하기 위해 용이하게 조정될 수 있는 빌릿 지지 시스템에 대한 필요성이 제기되고 있다.
본 발명의 한 실시형태는 유도 코일 내에 빌릿을 지지하는 장치 및 방법이다. 이 빌릿 지지 시스템은 곡면을 가지는 2 개 이상의 레일을 포함하고 있고, 상기 곡면 상에서 빌릿이 코일에 놓여 있다. 본 발명의 몇 가지 실시예에 있어서, 상기 레일은 단열 요소 내에서 길이방향으로 배치되어 있다. 본 발명의 몇 가지 실시예에 있어서, 상기 레일은 내열성 세라믹으로 형성되어 있고 다양한 크기의 빌릿을 수용하기 위해 상기 단열 요소에 대해서 개별적으로 조정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 본 명세서에 개시되어 있다.
본 발명의 예시를 위해서, 현재 바람직한 형태의 도면이 도시되어 있지만, 본 발명은 도시된 수단 및 장치로만 제한되는 것은 아니다.
도 l(a)는 각각의 지지 레일의 조정 요소가 서로 독립되어 있는 형태의 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 한 실시예의 측면도이다.
도 l(b)는 도 1(a)의 A-A 라인을 따라서 도시한 단면도이다.
도 2(a)는 각각의 지지 레일의 조정 요소가 공통의 요소를 이용하는 형태의 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 다른 실시예의 측면도이다.
도 2(b)는 도 2(a)의 B-B 라인을 따라서 도시한 단면도이다.
도 3은 지지 레일을 조정하지 않고서 지지 레일이 빌릿의 변화하는 크기에 대해 충분한 곡선 빌릿 착좌면을 제공하고 있는 형태의 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 다른 실시예의 측면도이다.
도 4(a)는 지지 시스템이 단열 구조의 역할도 수행하는 형태의 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 다른 실시예의 측면도이다.
도 4(b)는 도 4(a)의 C-C 라인을 따라서 도시한 단면도이다.
도 5(a)는 지지 레일이 빌릿용 개구부 둘레로 반경방향으로 배치되어 있는 형태의 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 다른 실시예의 측면도이다.
도 5(b)는 도 5(a)의 D-D 라인을 따라서 도시한 단면도이다.
도 1(a) 및 도 l(b)에는 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 한 실시예가 도시되어 있다. 단열재(14)는 대체로 원통형이고 솔레노이드 유도 코일(12) 내에 삽입되어 있다. 본 발명의 상기 실시예에는 단열재(14)의 내측 벽을 따라서 3 개의 레일(16)이 길이방향으로 배치되어 있다.
각각의 레일은 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 산소 및 질소계 세라믹(대체로 "사이알론(sialon)" 세라믹으로 알려져 있음)과 같은 내열 재료로 이루어져 있다. 사이알론 세라믹의 한 가지 예에 대해서는 미국 특허제4,113, 503호를 참고하면 된다. 각각의 레일은 대체로 원통형이지만, 레일의 형상이 원통형에만 국한되는 것은 아니다. 대체로 레일은 빌릿을 위한 곡선형 착좌면(seating surface)을 제공할 수 있는 형태로 되어 있다. 레일의 각 단부에는 구멍이 형성되어 있다. 각각의 측면 지지 부재(18)는 상기 구멍에 끼워맞추기 위한 적절한 형태의 맞춤못(dowel)을 포함하고 있다. 연결 부재(20)는 도 1(b)에서 3 개의 레일 중의 하나의 레일에 대해서 도시되어 있는 바와 같이 각각의 상기 측면 지지 부재의 구멍을 통하여 각 단부에서 돌출되어 있는 나사부가 형성된 로드로 될 수 있다. 파스너(22)는 레일(16), 2 개의 측면 부재(18) 및 연결 부재(20)에 의해 형성된 직사각형 프레임 구조를 서로 단단히 유지시킨다. 본 실시예의 본 발명 빌릿(90)은 단열재(14)에 의해 형성된 개방된 원통 속으로 밀어넣어져서 3 개의 레일의 곡면의 일부분과 접촉하여 미끄럼이동한다. 대체로 코일(12)은 도 l(a) 및 도 l(b)에 개략적으로 도시 된 것보다 빌릿에 훨씬 더 근접해 있다. 측면 부재(18)는 연결 부재(20)가 코일(12)의 바깥쪽에 배치되도록 뻗어 있을 수 있다. 대체 실시형태로서 연결 부재(20)는 레일을 제위치에 유지하기 위해 각각의 측면 부재와 결합된 독립된 파스너로 교체될 수 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 원호 형상의 연결 부재(24)가 단열재의 내측 벽 둘레에 레일(16a)의 배치를 조정하는 수단을 제공하고 있는 형태의 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서는 연결 부재(24) 내의 원호 형상의 개구부가 조정 수단을 제공한다. 이 개구부는 다양한 크기의 빌릿을 수용하도록 레일 위치를 선택적으로 고정하기 위하여 노치나 마크로 적절하게 표시될 수 있다. 각각의 레일을 위한 측면 부재(18)는 도 2(a)에 도시된 바와 같이 함께 연결되어 있고, 본 실시예에서의 이러한 구성은 원호 형상의 연결 부재(24)를 포함하고 있는 것을 제외하면 도 l(a)에서 사용된 방법과 동일하다. 본 발명의 대체 실시예에서는, 연결 부재(20)를 관통하고 있는 구멍 대신에, 각각의 측면 부재가 측면 부재를 연결 부재(24)에 고정시키기 위해 사용되는 연결 부재(24)에 인접해 있는 원호 형상의 개구부를 통과하는 포스트를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 포스트는 나사부가 형성되어서 볼트로 연결 부재(24) 주위에 고정될 수 있다. 이러한 본 발명의 특정 실시예에서는, 레일이 단면상으로 대체로 반구형이고 단열재의 내측 벽의 곡률에 합치하는 베이스 곡률로 변경된다.
도 3은 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서는 레일(16b)이 2 개이고 단면상으로 대체로 반타원형(semielliptical)이며 개방된 원통형의 내측 벽의 곡률에 합치하는 베이스 곡률로 변경된다. 대체로 반타원형 레일(16b)에 의해 형성된 넓은 단면의 곡선형 빌릿 착좌면은 레일(16b)의 위치를 조정하지 않고서도 다양한 크기의 빌릿(예를 들면, 도 3에 도시된 3 개의 빌릿(90, 90a 및 90b))을 수용할 수 있는 빌릿 지지 수단을 제공한다. 본 실시예에서는, 레일(16b)이 단열재에 영구적으로 부착되거나, 단열재와 일체로 주조되거나 단열재에 파묻혀 있을 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 레일(16b)이 도 l(a) 또는 도 2(a)에 도시된 바와 같은 위치 조정 부재를 구비할 수 있다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 빌릿을 지지하는 기능이 대체로 원통형 요소(26)에 의해 제공되는 형태의 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 또 다른 실시예를 도시하고 있고, 이 경우 대체로 원통형 요소(26)의 입구 단부(26a)에서 빌릿이 삽입되어 있다. 본 실시예에서는, 빌릿이 상기 대체로 원통형 요소 속으로 밀어넣어질 때 빌릿이 대체로 원통형 요소(26)의 입구 단부에서 끼여 움직이지 않게 되는 것을 방지할 수 있도록 상기 입구 단부가 경사지게 가공되어 있거나 다른 형태로 되어 있다. 또한, 대체로 원통형 요소(26)의 내측 바닥 벽은 도 4(a)에 도시된 바와 같이 빌릿에 대한 보다 양호한 착좌면을 제공하기 위해 완전한 원통형이 아니게 변형될 수 있다. 본 실시예에서는, 대체로 원통형 요소(26)가 코일 내부의 빌릿을 지지하는 수단으로서의 역할과 단열 수단으로서의 역할을 수행할 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 복수의 레일(16c)이 빌릿이 놓여 있는 개구부 둘레에 반경방향으로 배치되어 있는 형태의 본 발명의 빌릿 지지 시스템의 또 다른 실시예 를 도시하고 있다. 본 발명의 상기와 같은 배치에 있어서는, 레일(16c)이 상기한 바와 같이 단열재(14) 주위에 고정되거나 도면에 도시된 바와 같이 단열재 속에 부분적으로 파묻혀 있을 수 있다. 하부 레일의 노출된 곡면은 코일 내에 빌릿을 지지하고 코일을 통하여 빌릿이 미끄럼이동하는 면을 제공한다. 다른 레일의 노출된 곡면은 빌릿이 코일 속으로 밀어넣어질 때 빌릿이 단열재의 내측 벽에 끼여 움직이지 못하게 되는 것을 방지하기 위한 수단을 제공한다. 예를 들어, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 빌릿(90)은 대체로 수직방향의 단부면을 가지고 있고, 빌릿(91)은 수직방향으로부터 경사져 있는 리딩 단부면을 가지고 있으며, 상기 빌릿(91)은, 코일 속으로 밀어넣어짐에 따라 빌릿(90)을 코일 밖으로 밀어낸다. 이러한 상황에서, 빌릿(90)의 리딩 단부는 단열재의 상부 내측 벽에 끼여 움직이지 못하게 되기 쉽다. 상부 벽에 파묻혀 있는 레일(16c)의 노출된 곡면은 빌릿(90)이 코일에 끼여 움직이지 못하게 되지 않고 코일 밖으로 계속 미끄럼이동되게 하는 저마찰면을 제공한다.
레일이 유도 코일 내에 장착될 필요가 있는 경우에는, 본 발명의 상기 실시예에서의 원통형 단열재(14)는 레일의 장착에 적합한 다른 구조, 즉 장착 구조로 교체될 수 있다. 즉 레일 장착 구조는 필요한 경우 단열재로부터 분리될 수 있다. 대체로 상기 단열재는 대체로 비자성 재료로 이루어져 있다.
상기한 실시예가 개시된 본 발명의 기술영역을 제한하는 것은 아니다. 개시된 본 발명의 기술영역은 아래의 청구항에 기재되어 있다.

Claims (20)

  1. 유도 코일에서의 교류 전류의 흐름에 의해 형성된 자기장에 의해 전기 전도성 빌릿이 유도 가열되는 동안 상기 빌릿을 유도 코일 내에서 지지하기 위한 외부 냉각 수단이 없는 빌릿 지지 시스템으로서,
    상기 빌릿을 지지하기 위해 상기 유도 코일 내에 배치된 2 개 이상의 곡선 형상 레일을 포함하고 있고,
    상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 각각은 실질적으로 사이알론으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상이한 형상의 빌릿을 지지하기 위해 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 하나의 위치를 조정하기 위한 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유도 코일 내에 삽입된 장착 요소를 더 포함하고 있고, 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 각각은 상기 장착 요소 내측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 장착 요소는 대체로 원통 형상 단열재인 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 장착 요소의 내부 둘레에 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 하나의 위치를 조정하기 위한 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  7. 유도 코일에서의 교류 전류의 흐름에 의해 형성된 자기장에 의해 전기 전도성 빌릿이 유도 가열되는 동안 상기 빌릿을 유도 코일 내에서 지지하기 위한 외부 냉각 수단이 없는 빌릿 지지 시스템으로서,
    상기 빌릿을 지지하기 위해 상기 유도 코일 내에 배치된 2 개 이상의 곡선 형상 레일,
    상기 유도 코일 내에 삽입된 장착 요소,
    상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 하나의 각 단부에 부착된 측면 부재, 그리고
    상기 장착 요소의 내부 둘레에 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 하나의 위치를 조정하기 위한 수단을 포함하고 있고,
    상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 각각은 내열 재료로 이루어져 있고,
    상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 각각은 상기 장착 요소 내측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 하나의 각 단부에 부착된 측면 부재를 고정시키는 고정 수단을 더 포함하고, 상기 고정 수단은 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 하나의 각 단부에 부착된 상기 측면 부재의 단부에 대향하는 양 단부가 부착된 로드를 포함하고, 상기 로드는 상기 장착 요소의 외부에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  9. 유도 코일에서의 교류 전류의 흐름에 의해 형성된 자기장에 의해 전기 전도성 빌릿이 유도 가열되는 동안 상기 빌릿을 유도 코일 내에서 지지하기 위한 외부 냉각 수단이 없는 빌릿 지지 시스템으로서,
    상기 빌릿을 지지하기 위해 상기 유도 코일 내에 배치된 2 개 이상의 곡선 형상 레일,
    상기 유도 코일 내에 삽입된 장착 요소, 그리고
    상기 장착 요소의 내부 둘레에 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 2 개의 위치를 조정하기 위한 수단을 포함하고 있고,
    상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 각각은 내열 재료로 이루어져 있고,
    상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 각각은 상기 장착 요소 내측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 2 개의 위치를 조정하기 위한 상기 수단은 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 2 개의 각 단부에 부착된 측면 부재와 상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 중의 적어도 2 개의 측면 부재를 제위치에 유지하기 위한 공통의 고정 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  11. 유도 코일에서의 교류 전류의 흐름에 의해 형성된 자기장에 의해 전기 전도성 빌릿이 유도 가열되는 동안 상기 빌릿을 유도 코일 내에서 지지하기 위한 외부 냉각 수단이 없는 빌릿 지지 시스템으로서,
    상기 유도 코일 내에 배치된 장착 요소; 그리고
    상기 빌릿을 지지하기 위해 상기 장착 요소 내측에 배치된 2 개 이상의 곡선 형상 레일을 포함하고 있고,
    상기 2 개 이상의 곡선 형상 레일 각각은 실질적으로 사이알론으로 이루어져 있으며 상기 장착 요소의 내측 표면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 장착 요소는 대체로 원통 형상 단열재인 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  13. 삭제
  14. 유도 코일에서의 교류 전류의 흐름에 의해 형성된 자기장에 의해 전기 전도성 빌릿이 유도 가열되는 동안 상기 빌릿을 유도 코일 내에서 지지하기 위한 외부 냉각 수단이 없는 빌릿 지지 시스템으로서,
    상기 유도 코일 내에 삽입된 대체로 원통 형상 요소를 포함하고 있고,
    상기 대체로 원통 형상 요소는 실질적으로 사이알론으로 이루어져 있으며 상기 대체로 원통 형상 요소의 내측 표면에 상기 빌릿을 지지하기 위해 상기 빌릿을 수용하는 상기 대체로 원통 형상 요소의 적어도 하나의 단부에 적어도 부분적으로 경사진 내측 표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  15. 삭제
  16. 유도 코일에서의 교류 전류의 흐름에 의해 형성된 자기장에 의해 전기 전도성 빌릿이 유도 가열되는 동안 상기 빌릿을 유도 코일 내에서 지지하기 위한 외부 냉각 수단이 없는 빌릿 지지 시스템으로서,
    상기 유도 코일의 내부 둘레에 배치된 복수의 곡선 형상 레일을 포함하여 이 복수의 곡선 형상 레일 내부를 통하여 빌릿을 미끄럼이동시키기 위한 통로를 형성하고 있고,
    상기 복수의 곡선 형상 레일은 실질적으로 사이알론으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 유도 코일 내에 배치된 장착 요소를 더 포함하고 있고, 상기 복수의 곡선 형상 레일은 상기 장착 요소의 내부 둘레에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 장착 요소는 대체로 원통 형상 요소를 포함하고 있고 상기 복수의 곡선 형상 레일은 상기 대체로 원통 형상 요소의 내측 표면 둘레에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 장착 요소는 대체로 원통 형상 요소를 포함하고 있고 상기 복수의 곡선 형상 레일은 상기 대체로 원통 형상 요소의 내측 벽에 적어도 부분적으로 파묻혀 있는 것을 특징으로 하는 빌릿 지지 시스템.
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