KR101082946B1 - Method for producing an ingot using an electric furnace - Google Patents
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Abstract
본 발명은 합금 도금용 잉곳 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기유도로를 이용하여 균일한 품질의 합금 도금용 잉곳을 경제적인 방법으로 제조하고 최소한의 불활성 가스로 가연성 마그네슘의 반응 폭발을 억제하여 안정성 및 실수율을 향상시키도록 개선된 전기유도로를 이용한 합금 도금용 잉곳 제조방법이 제공된다.The present invention relates to a method for producing an alloy ingot, and in particular, to produce an alloy plating ingot of uniform quality by using an electric induction in an economical manner and to suppress the reaction explosion of flammable magnesium with a minimum of inert gas stability and Provided is a method of manufacturing an ingot for plating an alloy using an improved electric induction to improve a real error rate.
이를 위한 본 발명의 합금 도금용 잉곳 제조방법은, 전기유도로에 고체 상태의 아연을 투입하고, 전기유도로를 50KW 이상, 150KW 이하의 저전력 및 100Hz 이상, 150Hz 이하의 저주파 조건으로 가열하여 아연을 용융시켜 아연 베이스 용탕을 제조하는 단계와; 마그네슘을 분쇄하여 마그네슘의 입도가 상기 고체 상태의 아연의 입도보다 작아지도록 한 후, 상기 용탕의 온도가 650℃ 이상이 되면, 전기유도로 상부에 설치되어 용탕에 침지된 투입관을 통하여 마그네슘을 용탕에 투입하는 단계; 및 상기 투입관으로 불활성 가스를 주입하여 투입관 내부를 불활성 가스로 유지시킨 상태에서, 용탕의 온도를 650℃ 이상 700℃ 이하로 유지하여 용융 상태의 잉곳을 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the manufacturing method of the alloy plating ingot of the present invention for this purpose, the zinc in the solid state is introduced into the electric induction, and the zinc is heated by heating the electric induction under low power conditions of 50KW or more, 150KW or less and 100Hz or more, 150Hz or less. Melting to prepare a zinc base molten metal; After grinding the magnesium to make the particle size of the magnesium smaller than the particle size of the zinc in the solid state, when the temperature of the molten metal is 650 ℃ or more, the magnesium is melted through the inlet pipe immersed in the molten metal is installed at the top of the electric induction Putting in; And injecting an inert gas into the inlet tube to maintain the inside of the inlet tube as an inert gas, thereby maintaining a temperature of the molten metal at 650 ° C. or more and 700 ° C. or less to produce a molten ingot. It is done.
잉곳(ingot), 전기유도로(electric furnace), 아연(zinc), 알루미늄(aluminum), 마그네슘(magnesium) Ingot, electric furnace, zinc, aluminum, magnesium
Description
본 발명은 합금 도금용 잉곳 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기유도로를 이용하여 균일한 품질의 합금 도금용 잉곳을 경제적인 방법으로 제조하고 최소한의 불활성 가스로 가연성 마그네슘의 반응 폭발을 억제하여 안정성 및 실수율을 향상시키도록 개선된 전기유도로를 이용한 합금 도금용 잉곳 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing an alloy ingot, and in particular, to produce an alloy plating ingot of uniform quality by using an electric induction in an economical manner and to suppress the reaction explosion of flammable magnesium with a minimum of inert gas stability and It relates to a method for producing alloy ingot using the improved electric induction to improve the error rate.
일반적으로 합금 잉곳(Ingot)을 제조하는 공정은 버너형 도가니로, 대용량 반사로와 같은 용해로 내에 아연(Zn)이나 알루미늄(Al) 또는 규소(Si) 등을 투입하여 용해시키는 과정에 의해 수행되어지고 있다. In general, a process of manufacturing an alloy ingot is a burner-type crucible, which is performed by dissolving zinc (Zn), aluminum (Al), or silicon (Si) in a melting furnace such as a large-capacity reflection furnace. .
아래의 표 1은 아연과 알루미늄 그리고 마그네슘의 융점과 비등점 및 비중을 나타낸 것이다. 표 1에 나타난 바와 같이, Zn은 상대적으로 낮은 융점(melting point)과 비등점(boiling point)을 가지므로 저온에서도 비등(沸騰)할 수 있으며, 뿐만 아니라 Al과 Zn은 비중(specific gravity)의 차가 크므로 용융시 용탕이 두 층으로 분리되어 균일한 조성을 갖는 합금 잉곳의 제조가 곤란할 수 있다.Table 1 below shows the melting point, boiling point, and specific gravity of zinc, aluminum, and magnesium. As shown in Table 1, Zn has a relatively low melting point and boiling point, so it can boil even at low temperatures, and Al and Zn have a large difference in specific gravity. In the furnace melting, the molten metal may be separated into two layers, thereby making it difficult to manufacture an alloy ingot having a uniform composition.
[표 1]TABLE 1
따라서 Zn의 용융 상태를 안정적으로 유지하기 위해서는 용해로의 온도를 적절히 제어하여 용탕을 온도를 적정 범위 내로 유지하여야 하는 것이나, 종래의 용해로는 용해로의 온도를 정밀하게 제어 및 유지하기에는 부족하였다. 또한, Zn과 Al을 균일하게 용융시키기 위해서는 활발한 교반력으로 교반할 필요성이 있으나 대용량 반사로의 경우 Zn, Al의 교반을 활발히 수행하기에 어려움이 따랐으며, 버너형 도가니로의 경우 전하(Charge)당 용해량이 적고 인덕션 히팅 타입(Induction heating type)인 관계로 높은 전력비로 인해 원가 상승의 요인이 되는 문제가 있었다.Therefore, in order to stably maintain the molten state of Zn, it is necessary to properly control the temperature of the melting furnace to maintain the molten metal within an appropriate range, but the conventional melting furnace is insufficient to precisely control and maintain the temperature of the melting furnace. In addition, in order to uniformly melt Zn and Al, it is necessary to stir with vigorous stirring force, but in the case of a large-scale reflection furnace, it was difficult to actively stir Zn and Al, and in the case of burner-type crucible, per charge Due to the small amount of melt and the induction heating type, there is a problem that the cost increases due to the high power ratio.
또한, 마그네슘을 용해하여 Zn-Al-Mg 합금 잉곳을 제조하고자 하는 경우, 하기의 반응식 1과 같이, 마그네슘은 산소와 쉽게 결합하여 산화 연소하게 된다. In addition, in the case of preparing a Zn-Al-Mg alloy ingot by dissolving magnesium, as shown in Scheme 1 below, magnesium is easily combined with oxygen and oxidized combustion.
[반응식 1] 2Mg + O2 -> 2MgO[Scheme 1] 2Mg + O 2- > 2MgO
이에 따라, 마그네슘 용해 과정에서는 산화 연소로 인한 폭발의 위험이 상존하여 안정성이 낮으며, 마그네슘의 산화로 인하여 마그네슘 투입량에 대한 실수율이 떨어지는 문제 또한 발생하게 된다.Accordingly, in the magnesium dissolution process, there is a risk of explosion due to oxidative combustion, so that the stability is low, and a problem in which a mistake rate for magnesium input is lowered due to oxidation of magnesium also occurs.
특히, 상기 표 1에서와 같이, 마그네슘은 아연보다 비중이 낮으므로, 아연 베이스(Zn base)의 용탕에 마그네슘을 용융시키는 경우, 마그네슘이 용탕 표면으로 부상하게 되며, 이로 인해 마그네슘이 산소나 수증기와 반응하여 폭발하는 문제는 증대될 수 있다. In particular, as shown in Table 1, since magnesium has a lower specific gravity than zinc, when magnesium is melted in the zinc base (Zn base), magnesium rises to the surface of the molten metal, which causes magnesium to form oxygen or water vapor. The problem of explosion in reaction can be increased.
뿐만 아니라, 마그네슘의 착화온도는 490~550℃로서, 마그네슘의 융점인 650℃ 이하이므로 용해로 운전시 상당한 주의를 필요로 하게 되나, 기존의 용해로는 용탕의 온도를 정밀하게 제어 및 유지하기에는 어려움이 따르는 것이었다. In addition, the ignition temperature of magnesium is 490 ~ 550 ℃, the melting point of magnesium is less than 650 ℃ requires considerable care when operating the furnace, but the existing melting furnace is difficult to precisely control and maintain the temperature of the molten metal Was.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해소하고자 안출된 것으로, 전기유도로의 활발한 교반과 용탕 청정도 유지로 균일한 품질의 합금 도금용 잉곳을 경제적인 방법으로 제조하고 최소한의 불활성 가스로 가연성 마그네슘의 반응 폭발을 억제하여 안정성 및 실수율을 향상시키도록 개선된 전기유도로를 이용한 합금 도금용 잉곳 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. The present invention has been made to solve all the problems of the prior art as described above, by producing an ingot for the alloy plating of uniform quality in an economical manner by active stirring and maintaining the cleanliness of the electric induction in an economical manner and minimal inert gas It is an object of the present invention to provide an ingot manufacturing method for alloy plating using an improved electric induction to suppress reaction explosion of furnace combustible magnesium to improve stability and real error rate.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 합금 도금용 잉곳 제조방법은 전기유도로에 고체 상태의 아연을 투입하고, 전기유도로를 50KW 이상, 150KW 이하의 저전력 및 100Hz 이상, 150Hz 이하의 저주파 조건으로 가열하여 아연을 용융시켜 아연 베이스 용탕을 제조하는 단계와;
마그네슘을 분쇄하여 마그네슘의 입도가 상기 고체 상태의 아연의 입도보다 작아지도록 한 후, 상기 용탕의 온도가 650℃ 이상이 되면, 전기유도로 상부에 설치되어 용탕에 침지된 투입관을 통하여 마그네슘을 용탕에 투입하는 단계; 및
상기 투입관으로 불활성 가스를 주입하여 투입관 내부를 불활성 가스로 유지시킨 상태에서, 용탕의 온도를 650℃ 이상 700℃ 이하로 유지하여 용융 상태의 잉곳을 제조하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Ingot manufacturing method for alloy plating of the present invention for solving the above problems is to put the zinc in the solid state in the electric induction, heating the electric induction under 50KW or more, 150KW or less low power and 100Hz or more, 150Hz or less low frequency conditions Melting the zinc to prepare a zinc base molten metal;
After grinding the magnesium to make the particle size of the magnesium smaller than the particle size of the zinc in the solid state, when the temperature of the molten metal is 650 ℃ or more, the magnesium is melted through the inlet pipe immersed in the molten metal is installed at the top of the electric induction Putting in; And
Preparing an ingot in a molten state by injecting an inert gas into the inlet tube and maintaining the inside of the inlet tube as an inert gas;
Characterized in that comprises a.
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또한, 상기 불활성 가스로는 아르곤 가스가 적합하며, 아르곤 가스는 2(Nm3/h) 이상 30(Nm3/h) 이하로 투입관 내부에 주입되는 것이 특히 바람직하다. In addition, argon gas is suitable as the inert gas, and argon gas is particularly preferably injected into the input pipe at 2 (Nm 3 / h) or more and 30 (Nm 3 / h) or less.
상기 합금 도금용 잉곳 제조방법은 상기 용융 상태의 잉곳을 보온로로 이동시키는 단계와; 상기 보온로의 온도를 470℃ 이상 500℃ 이하로 유지하는 단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다. The alloy plating ingot manufacturing method includes the steps of moving the ingot in the molten state to a heating furnace; Maintaining the temperature of the heat-retaining furnace to more than 470 ℃ 500 ℃; may be further included.
본 발명의 전기유도로를 이용한 합금 도금용 잉곳 제조방법에 따르면, According to the method for producing an alloy plating ingot using the electric induction of the present invention,
첫째, 전기유도로를 이용하여 Zn-Al-Mg 합금 도금용 잉곳을 제조하므로, 활발한 교반과 용탕 청정도 유지를 통해 합금도금용 잉곳 제조시 발생되는 타금속과의 편석(segregation)이 발생하지 않으며, 또한 저전력과 저주파수로 용융 작업을 수행하여 용탕 온도를 정교하고 용이하게 제어 및 유지할 수 있다. 따라서 균일한 품질의 Zn-Al-Mg 합금 도금용 잉곳을 제조함은 물론, 공정 시간과 에너지의 소모를 최소화함으로서 생산성을 극대화하는 효과를 얻을 수 있다.First, since Zn-Al-Mg alloy plating ingot is manufactured by using an electric induction path, segregation with other metals generated during alloy plating ingot production is not generated through active stirring and maintaining the cleanliness of the molten metal. In addition, melting can be performed at low power and low frequency to precisely and easily control and maintain the melt temperature. Therefore, as well as manufacturing ingots for Zn-Al-Mg alloy plating of uniform quality, it is possible to obtain the effect of maximizing productivity by minimizing the consumption of process time and energy.
둘째, 전기유도로 상부에 설치되어 용탕에 침지된 투입관을 통해 마그네슘을 용탕에 투입하고 투입관 내부를 아르곤 가스로 밀폐하여 용융 잉곳을 제조하므로, 대기중의 산소나 수증기를 차단하여 가연성 마그네슘의 반응 폭발을 억제함으로서 안정성을 높임은 물론 마그네슘 투입량에 대한 실수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 아르곤 가스는 투입관의 강압 역할을 수행하여 마그네슘 부상을 억제하며, 이로 인해 마그네슘을 대기로부터 격리시켜 마그네슘의 반응성 억제는 물론, 마그네슘 용 융을 촉진시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 불활성 가스로 온난화지수가 낮은 아르곤(Ar)을 사용하므로, 친환경적이며 사용상의 제약을 극복할 수 있다. Secondly, the magnesium is introduced into the molten metal through the inlet pipe immersed in the molten metal, and the molten ingot is manufactured by sealing the inside of the inlet tube with argon gas, thereby blocking oxygen or water vapor in the air, By suppressing the reaction explosion, it is possible to improve the stability as well as to improve the error rate of the magnesium input. In addition, the argon gas serves to suppress the magnesium injury by acting as a step-down of the input pipe, thereby isolating the magnesium from the atmosphere can promote magnesium melting as well as suppress the reactivity of magnesium. In addition, since argon (Ar) having a low warming index is used as an inert gas, it is environmentally friendly and overcomes limitations in use.
셋째, 전기유도로 상부에 설치되어 용탕에 침지된 투입관을 통하여 마그네슘을 용탕에 투입하고, 용탕의 전체 표면과 접하고 있는 대기 전체를 불활성 가스로 채울 필요 없이 마그네슘 상부측 투입관 내부에만 부분적으로 아르곤 가스를 주입하면 되므로, 마그네슘의 반응성 억제를 위해 필요한 불활성 가스의 사용량을 대폭 절감할 수 있게 된다. Third, magnesium is introduced into the molten metal through an inlet pipe immersed in the molten metal and installed in the upper part of the electrical induction furnace, and argon is only partially inside the upper magnesium inlet tube without filling the entire air contacting the entire surface of the molten metal with inert gas. Since the gas is injected, the amount of inert gas required for suppressing the reactivity of magnesium can be greatly reduced.
넷째, 마그네슘의 입도를 아연보다 작게 한 상태로 마그네슘을 용탕에 투입하므로, 마그네슘을 빠르게 용융시킬 수 있으며, 따라서 마그네슘이 고체 상태로 부상되어 대기중의 산소와 반응 폭발하는 것을 억제할 수 있다. Fourth, since magnesium is added to the molten metal in a state where the particle size of magnesium is smaller than zinc, magnesium can be melted quickly, and thus magnesium can rise to a solid state to suppress reaction explosion with oxygen in the atmosphere.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 합금도금용 잉곳 제조방법의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the alloy plating ingot manufacturing method of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 합금 도금용 잉곳 제조방법을 나타낸 순서도, 도 2는 본 발명에 따른 잉곳 제조방법을 수행하는 전기유도로를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a flow chart showing a method for manufacturing an alloy ingot according to the present invention, Figure 2 is a view schematically showing an electric induction for performing the method for producing an ingot according to the present invention.
도 2를 참조하여 설명하면, 전기유도로(10)는 일반적으로 알려져 있는 바와 같이, 원통형상의 용기를 구성하는 측벽부(11)와 노저부(12), 그리고 노의 상부측에 구비되는 노덮개(13, Top CAP)로 구성되어 있으며, 측벽부(11)의 내면에는 내장내화물(16, Working Lining)로 시공되고, 균열 보수와 지지력 보강을 위해 내장내 화물(16) 외측에는 그라우트(15, Grout)가 형성된 구조로 이루어진다. 이러한 전기유도로(10)는 전극(미도시)으로 적정 아크를 공급하여 장입되어진 고체를 용해시키고 있으며, 측벽부(11) 일측에 형성된 스파우트(14, Spout)를 통해 용강을 출강시키도록 되어 있다. 이와 같은 일반적인 전기유도로(10)의 구조에 있어서, 본 발명에서는 전기유도로(10)의 상부에 노덮개(13)를 관통하여 알루미늄 A1050 재질의 투입관(17)을 설치한 것으로, 이를 이용하여 잉곳 제조를 경제적이면서 안정적으로 수행하도록 하는 것이다. 상기 투입관(17)은 전기유도로 내부에까지 삽입되어 아연 용탕(20)에 침지되며, 이러한 투입관(17)을 통하여 마그네슘(40)이 아연 용탕(20)에 투입되게 된다.Referring to FIG. 2, the
이하에서는, 도 1을 참조하여 상기의 전기유도로(10)에 의해 수행되는 본 발명의 합금 도금용 잉곳 제조방법을 설명한다. 도 1의 도시와 같이, 본 발명에 따른 합금 도금용 잉곳 제조방법은 아연용융 용탕 제조단계(S1)와, 마그네슘 투입단계(S3), 아르곤 주입단계(S4) 및 용융 잉곳 제조단계(S5)를 포함하여 이루어진다. 본 발명자는 상기의 합금 도금용 잉곳 제조방법으로 여러가지 조성의 Zn-Al-Mg 합금 도금용 잉곳을 제조하는 실험을 반복하여 수행하였으며, 그 결과 74~82% Zn, 15~23% Al, 3% Mg 조성의 범위로 된 균일한 품질의 Zn-Al-Mg 합금 도금용 잉곳을 경제적이면서 안정적으로 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다. Hereinafter, with reference to Figure 1 will be described ingot manufacturing method for alloy plating of the present invention carried out by the above-described electrical induction (10). As shown in Figure 1, the alloy plating ingot manufacturing method according to the present invention is a molten zinc manufacturing step (S1), magnesium injection step (S3), argon injection step (S4) and molten ingot production step (S5) It is made to include. The present inventors have repeatedly performed experiments to prepare ingots for Zn-Al-Mg alloy plating of various compositions by the above method for producing ingots for alloy plating, and as a result 74-82% Zn, 15-23% Al, 3% It was confirmed that the ingot for plating Zn-Al-Mg alloy of uniform quality in the range of Mg composition can be manufactured economically and stably.
이를 단계별로 구체적으로 설명하면, 아연 베이스(Zn Base) 잉곳 제조를 위해 우선, 전기유도로에 아연(Zn)을 투입하고, 전기유도로를 가열하여 고체 상태의 Zn을 용융시켜 아연 베이스 용탕을 제조한다(S1). Zn-Al-Mg 합금 도금용 잉곳 제조 를 위해서는 Zn 투입 전 미리 고체 Al(30)을 전기유도로의 바닥부에 장입시키도록 할 수 있다.In detail step by step, in order to manufacture a zinc base (Zn Base) ingot, first, zinc (Zn) is added to the electric induction, and the electric induction is heated to melt the Zn in the solid state to produce a zinc-based molten metal (S1). In order to manufacture a Zn-Al-Mg alloy plating ingot, it is possible to charge the solid Al (30) to the bottom of the electric induction in advance before Zn input.
용융된 Zn 용탕(20)은 충분히 교반시키면서 가열하여 온도를 증가시키며, 용탕 온도가 650℃ 이상이 되면, 전기유도로 상부에 설치되어 용탕에 침지된 투입관을 통하여 마그네슘(40)을 용탕에 투입한다(S3).The molten Zn
마그네슘은 아연보다 비중이 낮아 용탕의 표면으로 부상(浮上)할 위험이 높고, 또한 용융점은 아연보다 높아 부상 전에 용융되지 않을 수 있다. 따라서 마그네슘의 입도(粒度)를 아연보다 작게 하여 표면적을 증대시킴으로서 마그네슘을 빠르게 용융시키면, 마그네슘이 고체 상태로 부상되는 것을 줄일 수 있게 된다. 이러한 것을 위하여 마그네슘을 용탕에 투입하는 단계(S3)를 수행하기 전 단계로서, 마그네슘의 입도 입도가 아연의 입도보다 작아지도록 마그네슘을 분쇄하는 단계(S2)를 수행함이 바람직하다.Magnesium has a lower specific gravity than zinc, so there is a high risk of floating on the surface of the molten metal. In addition, the melting point is higher than zinc and may not be melted before injury. Therefore, when magnesium is melted quickly by increasing the surface area by making the particle size of magnesium smaller than zinc, it is possible to reduce the rise of magnesium into a solid state. For this purpose, as a step before performing step S3 of injecting magnesium into the molten metal, it is preferable to perform step S2 of grinding the magnesium so that the particle size of magnesium is smaller than that of zinc.
한편, 용탕 온도가 650℃ 미만인 상태에서 마그네슘을 용탕에 투입하게 되면, 마그네슘 용융을 위해 필요한 650℃ 이상의 온도로 용탕을 가열시키는 동안 마그네슘이 산소나 수증기와 반응하여 안정성과 회수율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 마그네슘 투입단계(S3)에서 용탕 온도가 650℃ 이상이 되면, 마그네슘을 용탕에 투입함으로서 마그네슘이 투입과 동시에 용융될 수 있도록 하는 것이다.On the other hand, when magnesium is added to the molten metal at a temperature of less than 650 ° C., the magnesium may react with oxygen or water vapor while heating the molten metal to a temperature of 650 ° C. or higher necessary for melting the magnesium, resulting in low stability and recovery rate. Can be. Therefore, when the molten metal temperature is 650 ℃ or more in the magnesium input step (S3), the magnesium is added to the molten metal so that the magnesium can be melted at the same time as the molten metal.
상기 투입관으로는 아르곤 가스를 주입하여 투입관 내부를 불활성 가스로 유지시킨다(S4). 고체 상태의 마그네슘은 투입관을 통해 아연 용융 용탕에 투입되는 데, 마그네슘의 비중(1.74)은 아연의 비중(7.14)보다 낮아 아래로 가라앉지 않고 투입관 내의 용탕에서 부상하여 용탕과 접촉되고 있는 대기중의 산소 혹은 수증기와 반응할 우려가 있다. 따라서 투입관 내부를 불활성 가스로 유지하여 가연성의 마그네슘을 대기와 차단시켜야 하며, 이를 위해 투입관으로 아르곤 가스를 주입시킨다(S4). 투입관으로 주입된 아르곤 가스는 마그네슘과 대기중의 산소와의 반응을 차단함은 물론, 마그네슘의 부상을 억제하여 마그네슘의 용융을 촉진시키는 역할도 수행하게 된다.Argon gas is injected into the injection tube to maintain the inside of the injection tube as an inert gas (S4). Solid magnesium is injected into the molten zinc through an input tube, and the specific gravity of magnesium (1.74) is lower than the specific gravity of zinc (7.14) so that it does not sink down, but rises from the molten metal in the input tube and is in contact with the molten metal. There is a risk of reacting with oxygen or water vapor. Therefore, the inside of the inlet tube should be kept inert gas to block the flammable magnesium from the atmosphere, for this purpose argon gas is injected into the inlet tube (S4). Argon gas injected into the input tube not only blocks the reaction between magnesium and oxygen in the atmosphere, but also serves to promote magnesium melting by suppressing the rise of magnesium.
불활성 가스로 아르곤(Ar)을 사용하는 것은 육불화황(SF6; Sulfur Hexafluoride)과 같은 다른 불활성 가스보다 온난화지수가 매우 낮아 친환경적이고, 사용상의 제약을 덜 받기 때문이다.The use of argon (Ar) as an inert gas is environmentally friendly and less constrained due to its lower warming index than other inert gases such as sulfur hexafluoride (SF6).
이때, 투입되는 아르곤 가스의 양은 2(Nm3/h) 이상 30(Nm3/h) 이하인 것이 바람직하다. 이는 투입되는 아르곤 가스의 양이 2(Nm3/h) 미만인 경우 마그네슘 부상을 억제하지 못하고 마그네슘이 대기중의 산소나 수증기와 반응하는 것을 완전히 차단하지 못하며 마그네슘 투입량에 대한 실수율이 저하되기 때문이며, 30(Nm3/h)을 초과하는 경우 아르곤 가스의 추가 투입분에 의한 산소 차단 및 부상 억제효과를 기대할 수 없어 경제성이 떨어지기 때문이다. 따라서 투입되는 아르곤 가스의 양은 2~30(Nm3/h)이 바람직하며, 보다 바람직한 투입량은 5~20(Nm3/h), 특히 10(Nm3/h)으로 아르곤 가스를 강압(强壓)하는 것이 비용 대비 효율성(산소차단 및 부상억제) 측면에서 바람직하다.In this case, it is preferred that the amount of argon gas is added 2 (Nm 3 / h) or less than 30 (Nm 3 / h). This is because when the amount of argon gas injected is less than 2 (Nm 3 / h), it does not suppress magnesium injury, does not completely prevent magnesium from reacting with oxygen or water vapor in the atmosphere, and the error rate of magnesium input is reduced. This is because when it exceeds (Nm 3 / h), the effect of blocking oxygen and suppressing injury due to the additional input of argon gas cannot be expected, resulting in low economic efficiency. Therefore, the amount of argon gas to be introduced is preferably 2 to 30 (Nm 3 / h), more preferably 5 to 20 (Nm 3 / h), particularly 10 (Nm 3 / h) to reduce the argon gas (强壓It is desirable in terms of cost-effectiveness (oxygen blocking and injury suppression).
상기 투입관은 아연이나 마그네슘보다 높은 융점을 갖는 Al1050과 같은 알루미늄합금 재질로 이루어질 수 있다. The inlet tube may be made of an aluminum alloy material such as Al1050 having a higher melting point than zinc or magnesium.
이와 같이 본 발명에 따른 합금 도금용 잉곳 제조방법은 투입관을 통하여 마그네슘을 용탕에 투입한 다음, 마그네슘 상부측 투입관 내부에만 아르곤 가스를 주입하면 되므로, 마그네슘의 반응성 억제를 위해 필요한 불활성 가스의 사용량을 대폭 절감할 수 있는 것이다.As described above, in the method of manufacturing an alloy ingot for plating according to the present invention, after injecting magnesium into the molten metal through an inlet tube, argon gas may be injected only into the inner tube of the upper side of magnesium, so the amount of inert gas necessary for suppressing the reactivity of magnesium is used. This can greatly reduce the cost.
한편, 도 1에서는 마그네슘 투입단계(S3)를 수행한 후에 아르곤 주입단계(S4)를 수행하는 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 실시예를 나타낸 것에 불과하며, 도시한 바와 달리 마그네슘 투입단계(S3)를 수행하기 전에 아르곤 주입단계(S4)를 수행하는 것도 가능하다. 즉, 아르곤을 2(Nm3/h) 이상, 30(Nm3/h) 이하로 투입관에 주입한 다음, 투입관을 통하여 마그네슘을 용탕에 투입하고, 그 다음으로 투입관 내부를 아르곤 가스로 유지시킨 상태에서 용탕의 온도를 650~700℃로 유지하여 용융 상태의 잉곳을 제조하는 것도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 보아야 한다.Meanwhile, in FIG. 1, although the argon injection step S4 is performed after the magnesium injection step S3 is performed, this is merely an example, and unlike the illustration, the magnesium injection step S3 is performed. It is also possible to perform the argon injection step (S4) before performing. That is, argon is injected into the input tube at 2 (Nm 3 / h) or more and 30 (Nm 3 / h) or less, and then magnesium is introduced into the molten metal through the input tube, and then the inside of the input tube is filled with argon gas. It is also to be considered to belong to the scope of the present invention to maintain the temperature of the melt in the maintained state at 650 ~ 700 ℃ to produce an ingot in the molten state.
이와 같이 투입관 내부를 불활성 가스로 유지시킨 상태에서, 마그네슘을 용융하여 용융 상태의 Zn-Al-Mg 합금 도금용 잉곳을 제조한다(S5). 이때, Zn의 용융점은 극히 낮고 비점(沸點) 또한 낮기 때문에 용융 잉곳의 온도를 700℃ 이하로 유지하여야 하고, 마그네슘을 아연 베이스 용탕에 용융시키기 위해서는 용탕을 650℃ 이상의 온도로 가열하여야 하므로, 용탕의 온도는 650℃ 이상 700℃ 이하로 유지함이 바람직하다. 용탕의 온도는 전기유도로의 가열온도를 제어함으로서 수행되어지므로, 용탕의 온도를 650℃ 이상 700℃ 이하로 유지하는 것을 용이하게 수행할 수 있으며, 또한 전기유도로의 활발한 교반과 용탕의 청정도 유지를 통하여 합금 도금용 잉곳 제조시 발생되는 타금속과의 편석(segregation)이 발생되지 않는 균일한 품질의 잉곳을 제조할 수 있게 된다. In this way, while maintaining the inside of the inlet tube with an inert gas, magnesium is melted to prepare an ingot for plating Zn-Al-Mg alloy in a molten state (S5). At this time, since the melting point of Zn is extremely low and the boiling point is also low, the temperature of the melting ingot should be maintained at 700 ° C. or lower. In order to melt magnesium in the zinc-based melt, the molten metal must be heated to a temperature of 650 ° C. or higher. It is preferable to keep temperature at 650 degreeC or more and 700 degrees C or less. Since the temperature of the molten metal is carried out by controlling the heating temperature of the electric induction furnace, it is easy to maintain the temperature of the molten metal at 650 ° C or more and 700 ° C or less, and also actively stirring the electric induction and the cleanliness of the molten metal. It is possible to produce an ingot of uniform quality without segregation with other metals generated during the production of ingots for alloy plating through the holding.
이때, 전기유도로에 의한 가열과 교반은 50KW 이상, 150KW 이하의 저전력 및 100Hz 이상, 150Hz 이하의 저주파로 작업을 수행함이 바람직하다. 이는 150KW 이하의 저전력과 150Hz 이하의 저주파로 작업을 수행할 때, 전기유도로의 가열온도를 정교하게 제어하여 용탕의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있기 때문이다. 또한, 50KW 미만의 전력, 100Hz 미만의 주파수에서는 전기유도로의 가열에 장시간이 소요되고 스케일(Scale)이 형성되므로, 50KW 이상, 100Hz 이상으로 작업을 수행함이 경제성과 효율성 측면에서 바람직하다.At this time, the heating and stirring by the electric induction is preferably performed at a low power of 50KW or more, 150KW or less, and low frequency of 100Hz or more and 150Hz or less. This is because when the work is performed at a low power of less than 150KW and a low frequency of less than 150Hz, the temperature of the molten metal can be kept constant by precisely controlling the heating temperature of the electric induction furnace. In addition, since the power is less than 50KW, the frequency less than 100Hz takes a long time to heat the electric induction and the scale is formed, it is preferable in terms of economic efficiency and efficiency to perform the work at 50KW or more, 100Hz or more.
용융 잉곳의 제조가 완료되면, 연속 주조를 용이하게 수행할 수 있도록 용융 상태의 잉곳을 전기유도로(10)로부터 출강하여 도 3에 도시된 보온로(50)로 이동시키는 단계(S6)를 수행한다. 상기 보온로(50)는 그 용량의 80% 이상을 잉곳으로 유지하여 열손실을 최소화함이 바람직하다. 보온로 이동단계(S6)가 수행되면, 보온로를 470℃ 이상 500℃ 이하의 온도로 유지하는 단계(S7)를 수행한다. 보온로 내의 용융 잉곳은 Orbit Type 주조기(60)를 통해 연속주조되며(S8), 냉각과정을 거쳐 최종적으로 균일한 품질의 잉곳(70) 제조를 완료하게 된다(S9).When the manufacture of the molten ingot is completed, the step of moving the ingot in the molten state from the
[실시예][Example]
고체 Al을 장입한 전기유도로에 Zn을 투입, 가열하여 용융시켜 아연 베이스 용탕을 제조하고, 용탕을 교반 및 가열한후, 용탕 온도 660℃ 에 도달되는 순간, 투입관을 통하여 마그네슘을 용탕에 투입하였다. 투입관은 직경 250mm, 두께 5mm, 길이 1000mm의 알루미늄 합금관을 사용하였다. 마그네슘 투입후 투입관 내부에만 아르곤 가스를 주입하여 10(Nm3/h)으로 강압한 상태에서, 용탕의 온도를 670℃ 로 10분간 유지하여 용융 상태의 잉곳을 제조하였다. 전기유도로는 50~150KW의 저전력, 50~150Hz의 저주파수에서 작업을 수행하였다. 용융 상태의 잉곳은 보온로로 이송하였으며, 보온로의 온도는 480℃ 로 유지하였다. 이후, 보온로 내의 용융 잉곳을 Orbit Type의 연속주조와 냉각과정을 거쳐 최종적으로 74~82% Zn, 15~23% Al, 3% Mg의 Zn-Al-Mg 합금 도금용 잉곳의 제조를 완료하였다. 그 결과, 균일한 품질의 Zn-Al-Mg 합금 도금용 잉곳을 제조할 수 있었으며, 잉곳 제조 과정에서 마그네슘 반응으로 인한 폭발은 발생하지 않았다.Zn was added to an electric induction furnace filled with solid Al, followed by heating to melt, to prepare a zinc-based molten metal. After stirring and heating the molten metal, the magnesium was introduced into the molten metal through an inlet tube as soon as the molten metal temperature reached 660 ° C. It was. As the input tube, an aluminum alloy tube having a diameter of 250 mm, a thickness of 5 mm, and a length of 1000 mm was used. After injecting magnesium into the inlet tube and injecting only argon gas at 10 (Nm 3 / h), the molten state was manufactured by maintaining the temperature of the melt at 670 ° C. for 10 minutes. Electric induction was performed at low power of 50 ~ 150KW and low frequency of 50 ~ 150Hz. The ingot in the molten state was transferred to a thermal furnace, and the temperature of the thermal furnace was maintained at 480 ° C. Subsequently, the molten ingot in the thermal furnace was subjected to continuous casting and cooling of Orbit Type to finally manufacture 74-82% Zn, 15-23% Al, 3% Mg of Zn-Al-Mg alloy plating ingot. . As a result, the ingot for plating Zn-Al-Mg alloy of uniform quality could be manufactured, and no explosion occurred due to the magnesium reaction in the ingot manufacturing process.
도 1은 본 발명에 따른 전기유도로를 이용한 합금 도금용 잉곳 제조방법의 순서도. 1 is a flow chart of the method for producing an alloy ingot for plating using electric induction in accordance with the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 합금 도금용 잉곳 제조방법에 사용되는 전기유도로의 개략도.Figure 2 is a schematic diagram of the electrical induction used in the ingot manufacturing method for alloy plating according to the present invention.
도 3은 보온로와 orbit type 주조기를 통해 잉곳을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면.Figure 3 is a view for explaining the process of manufacturing an ingot through a heating furnace and orbit type casting machine.
♧ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♧♧ description of symbols for the main parts of the drawing
10: 전기유도로 11: 측벽부 12: 노저부10: electric induction road 11: side wall part 12: bottom part
13: 노덮개 14: 스파우트(Spout) 15: 그라우트(Grout) 13: Furnace 14: Spout 15: Grout
16: 내장내화물 17: 투입관 20: 아연(Zn) 용탕16: internal refractories 17: inlet tube 20: zinc (Zn) molten metal
30: 알루미늄(Al) 40: 마그네슘(Mg)30: aluminum (Al) 40: magnesium (Mg)
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