KR101207332B1 - 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법에 관한 것이다. 특히, 연속 주조 시 용강의 상부에 용융 상태의 플럭스를 주입하기 위하여 과립 상태의 플럭스를 연속적으로 용해시키는 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 용해 장치는 외부로부터 투입되는 플럭스를 저장하고, 저장된 상기 플럭스를 가열하는 상부로와, 상기 상부로의 하부에 연통되도록 결합되어 상기 상부로에서 낙하되는 상기 플럭스를 가열하는 하부로와, 상기 상부로 및 상기 하부로의 내부를 지나도록 삽입되어 상기 플럭스를 가열하는 가열 로드를 포함한다. 또한, 상기 플럭스 용해 장치는 상기 상부로 및 상기 하부로를 내측에 구비하여 단열시키는 단열 용기와, 상기 가열 로드를 상하 구동시키도록 상기 단열 용기의 외주면 일측에 장착되어 상기 하부로에 형성되는 배출홀을 개폐시키는 승강기를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 용해 방법은 복층 구조로 이루어지는 상부 도가니 및 하부 도가니의 내부에 플럭스를 투입하는 단계와, 상기 상부 도가니 및 상기 하부 도가니의 벽면 및 내부 공간을 가열하여 상기 플럭스를 용해시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 상부 도가니에 보충 플럭스를 투입하는 단계와, 상기 하부 도가니로부터 방출되는 복사열을 이용하여 상기 보충 플럭스를 가열하는 단계를 포함한다.

Description

플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법{Apparatus for melting flux and method for melting flux using the same}
본 발명은 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법에 관한 것이다. 특히, 연속 주조 시 용강의 상부에 용융 상태의 플럭스를 주입하기 위하여 과립 상태의 플럭스를 연속적으로 용해시키는 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 철강의 연속 주조 공정에서는 래들로부터 액상(液相)의 용강이 턴디쉬로 공급되어 일시 저장되고, 턴디쉬에 저장된 용강은 주편 형성을 위해 주형으로 주입된다. 주형으로 주입된 용강은 주형을 통과하면서 1차 냉각에 의해 반응고되고, 주형의 하측으로 인발되는 반응고 상태의 용강은 2차 냉각에 의해 응고가 완료되어 그 크기 및 형상에 따라 슬라브, 빌렛, 블룸, 빔블랭크 등과 같은 고상(固相)의 주편으로 제조된다.
이와 같은 연속 주조 공정에서는 주형에 주입된 용강의 상부에 부자재인 플럭스(flux)가 공급된다. 용강의 상부에 공급된 플럭스는 용강이 대기 중에 노출되어 산화되거나 온도가 급격하게 저하되는 것을 방지하는 한편 주형과 용강 사이에서 열전달을 제어하고, 주형의 하측으로 인발되는 반응고 상태의 용강이 원활하게 인발되도록 윤활능을 향상시킨다. 이러한 플럭스를 용강의 상부에 공급할 때, 최근에는 과립 또는 분말 상태의 플럭스를 직접 투입하는 것보다 안정적인 연주 조업이 가능하고, 주편 품질이 향상되도록 플럭스를 투입 전 미리 용해시킨 용융 상태의 플럭스가 주입된다.
종래의 플럭스 용해 장치를 살펴보면, 종래의 플럭스 용해 장치는 과립 또는 분말 상태의 플럭스(이하 '과립 플럭스'라 함)를 외부로부터 공급받아 저장하고, 저장된 과립 플럭스를 용융 상태의 플럭스(이하 '용융 플럭스'라 함)로 용해하는 도가니와, 도가니의 외주면에 감겨 도가니를 가열하는 히팅 코일과, 도가니를 단열시키는 단열 용기 및 도가니에 형성된 플럭스 배출홀을 개폐시키는 개폐봉을 포함한다.
그런데, 종래에는 도가니의 외주면에 설치된 히팅 코일의 발열을 이용하여 과립 플럭스를 용해시키기 때문에 도가니의 중심부까지 열전달이 이루어지기 위해 용해 시간이 많이 소요되고, 과립 플럭스를 모두 용해시키는데 많은 전력량이 소비되는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 하나의 도가니에 과립 플럭스와 용융 플럭스가 혼재되기 때문에 용강 상부에 용융 플럭스를 구분하여 주입하기 어려우며, 용융 플럭스에 과립 플럭스가 섞여 배출되는 경우 배출홀에 연결되는 배출 노즐이 막히는 문제점이 발생되었다. 또한, 종래에는 도가니의 내부에 용융 플럭스가 남아 있음에도 불구하고 보충적으로 투입되는 과립 플럭스를 용해시키기 위해 도가니 전체를 가열해야 하기 때문에 전력 사용량이 증가되어 생산성이 저하되고, 용융 플럭스의 온도를 적정하게 유지시키기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 연속 주조 시 용강의 상부에 주입되는 용융 플럭스를 제조하는 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법을 제공한다.
본 발명은 연속 주조 시 용강의 상부에 용융 플럭스를 주입하기 위하여 과립 플럭스를 복층 구조의 도가니에서 연속적으로 용해시키는 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 용해 장치는 외부로부터 투입되는 플럭스를 저장하고, 저장된 상기 플럭스를 가열하는 상부로와, 상기 상부로의 하부에 연통되도록 결합되어 상기 상부로에서 낙하되는 상기 플럭스를 가열하는 하부로와, 상기 상부로 및 상기 하부로의 내부를 지나도록 삽입되어 상기 플럭스를 가열하는 가열 로드를 포함한다. 또한, 상기 플럭스 용해 장치는 상기 상부로 및 상기 하부로를 내측에 구비하여 단열시키는 단열 용기와, 상기 가열 로드를 상하 구동시키도록 상기 단열 용기의 외주면 일측에 장착되어 상기 하부로에 형성되는 배출홀을 개폐시키는 승강기를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 용해 방법은 복층 구조로 이루어지는 상부 도가니 및 하부 도가니의 내부에 플럭스를 투입하는 단계와, 상기 상부 도가니 및 상기 하부 도가니의 벽면 및 내부 공간을 가열하여 상기 플럭스를 용해시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 상부 도가니에 보충 플럭스를 투입하는 단계와, 상기 하부 도가니로부터 방출되는 복사열을 이용하여 상기 보충 플럭스를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법에 의하면, 과립 플럭스가 용해되는 도가니를 복층 구조로 형성하고, 복층 구조의 도가니에 감기는 히팅 코일 및 복층 구조의 도가니 내부에 삽입되는 전극봉을 통해 과립 플럭스를 간접 및 직접 가열하여 용해시킴으로써 전력 소비량을 감소시킬 수 있으며, 과립 플럭스를 용해시키는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 복층 구조의 도가니에서 하부 도가니에 저장된 용융 플럭스의 복사열을 상부 도가니에 저장된 과립 플럭스를 건조 및 예열시키는데 사용함으로써 전력 소비량을 절감하고 플럭스 용해 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 플럭스 용해 장치에 과립 플럭스가 보충되더라도 용융 플럭스와 과립 플럭스가 혼재되는 것을 방지하여 용강 상부에 용융 플럭스를 용이하게 배출시킬 수 있으며, 배출 노즐에서의 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있다.
또한, 복층 구조를 이루는 상부 도가니 및 하부 도가니를 개별적으로 가열할 수 있어 용융 플럭스를 적정 온도로 원활하게 유지시킬 수 있으며, 복층 구조를 이루는 도가니 전체를 가열하지 않고서도 과립 플럭스를 용해시킬 수 있어 전력 사용량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 플럭스 용해 장치에 의하면 플럭스 용해 공정 및 이를 포함하는 연속 주조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 용해 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 플럭스 용해 장치의 내부 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 플럭스 용해 장치에 플럭스가 저장된 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 승강기의 변형예를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 플럭스 용해 장치의 구동 상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 용해 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플럭스 용해 장치의 내부 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 플럭스 용해 장치에 플럭스가 저장된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 승강기의 변형예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 플럭스 용해 장치의 구동 상태도이다.
도 1 내지 도 5을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 용해 장치(1000)는 외부로부터 투입되는 과립 플럭스(Fp)를 저장하고, 저장된 과립 플럭스(Fp)를 건조 및 예열시키는 상부로(100)와, 상부로(100)의 하부에 연통되도록 결합되어 상부로(100)에서 낙하되는 플럭스(Fm')를 저장 및 용해시키는 하부로(200)와, 상부로(100) 및 하부로(200)의 내부를 지나도록 삽입되어 저장된 플럭스(Fp, Fm', Fm)를 가열하고, 상하 구동에 의해 하부로(200)에 형성되는 배출홀(212)을 개폐시키는 가열 로드(300)와, 상부로(100) 및 하부로(200)를 내부에 구비하여 단열시키는 단열 용기(400) 및 단열 용기(400)의 외주면 일측에 장착되어 가열 로드(300)를 상하 구동시키는 승강기(500)를 포함한다. 또한, 미도시되었지만 상부로(100), 하부로(200) 및 가열 로드(300)의 가열 구동, 즉 상부로(100), 하부로(200) 및 가열 로드(300)에 각각 구비되는 히팅 코일(120, 220, 320)의 구동을 조절하고, 승강기(500)의 상하 구동을 조절하는 제어기를 포함한다.
여기서, 플럭스(flux)는 외부로부터 상부로(100)로 투입되는 과립 플럭스(Fp)와, 상부로(100)에서 건조 및 예열되어 과립 플럭스(Fp)와 용융 플럭스(Fm)가 섞인 혼합 플럭스(Fm') 및 용해가 완료되어 하부로(200)에 저장되는 용융 플럭스(Fm)로 구분된다(도 3 참조).
본 발명에 따른 플럭스 용해 장치(1000)는 복층 구조의 도가니(110, 210)를 구비하고, 복층 구조의 도가니(110, 210)에 각각 설치되는 히팅 코일(120, 220)과, 복층 구조의 도가니(110, 210)의 내부를 지나는 가열 로드(300)의 히팅 코일(320)에 의한 간접 및 직접 가열 방식과, 하부 도가니(210)에 저장된 용융 플럭스(Fm)로부터 방출되는 복사열을 가열에 이용하는 복식 가열을 통해 과립 플럭스(Fp)를 용융 플럭스(Fm)로 용해시킨다.
외부로부터 과립 플럭스(Fp)가 투입되는 상부로(100)는 상하 양단부가 개방되고 하측으로 내려갈수록 플럭스 저장 공간의 내경(r1, r2; r1 > r2)이 작아지는 상부 도가니(110)와, 상부 도가니(110)의 외주면에 감겨 상부 도가니(110)를 가열하는 제 1 히팅 코일(120)과, 상부 도가니(110)의 개방된 상단부를 덮도록 씌워지고, 가열 로드(300)가 관통하여 삽입되는 삽입홀(132) 및 상부 도가니(110)의 플럭스 저장 공간에 과립 플럭스(Fp)를 투입할 수 있도록 투입홀(134)이 관통 형성되는 메인 덮개(130)와, 투입홀(134)을 개폐할 수 있도록 투입홀(134)에 끼워지는 보조 덮개(140)를 포함한다.
상부 도가니(110)는 하측으로 내려갈수록 내경(r1, r2)이 작아지는 블록으로서, 본 실시예에서는 수평 단면의 형상이 원형으로 형성되지만, 이외에도 수평 단면의 형상이 사각형이나 다각형을 형성하도록 변형될 수 있다. 상부 도가니(110)의 개방된 상단부로 과립 플럭스(Fp)가 투입되며, 상부 도가니(110)의 내부에서 건조 및 예열된 과립 플럭스(Fp) 및 혼합 플럭스(Fm')는 자중에 의해 하측으로 연통된 하부 도가니(210)로 낙하된다. 상부 도가니(110)의 경사진 외주면에는 제 1 히팅 코일(120)이 복수 회 감기도록 설치되며, 제 1 히팅 코일(120)에 전원이 인가되면 제 1 히팅 코일(120)이 발열되고, 이로 인해 발생된 열(H1)이 상부 도가니(110)로 열전달된다. 이를 위해 상부 도가니(110)는 열전달율이 우수하면서도 열적 변형이 적은 카본 재질(carbon) 재질로 형성된다. (도 2 및 도 3에는 미도시되었지만 제 1 히팅 코일(120)에는 단열 용기(400)를 지나 전원선이 연결된다.)
상부 도가니(110)의 개방된 상단부에는 후술되는 가열 로드(300)를 상부 도가니(110) 및 하부 도가니(210)의 내부 공간상에서 위치하도록 지지하는 메인 덮개(130)가 결합된다. 메인 덮개(130)는 상부 도가니(110)의 개방된 상단부에 부분 삽입되는 방식으로 상부 도가니(110)의 개방 부위를 밀폐시키는데, 상부 도가니(110)가 테이퍼지는 형상으로 형성되어, 메인 덮개(130)의 측면도 상부 도가니(110)의 경사면과 동일한 기울기를 갖는 경사면을 이룬다. 즉, 메인 덮개(130)의 직경(R3)은 하측으로 내려갈수록 작아진다. 메인 덮개(130)의 중앙부에는 가열 로드(300)가 관통하여 삽입될 수 있는 삽입홀(132)이 형성되고, 메인 덮개(130)를 열지 않고서도 상부 도가니(110)의 내부, 즉 플럭스 저장 공간에 과립 플럭스(Fp)를 투입할 수 있는 투입홀(134)이 형성된다. 본 실시예에서 투입홀(134)은 하측으로 내려갈수록 투입홀(134)의 내경(r4)이 작아지도록 형성된다. 따라서, 투입홀(134)에 부분 삽입되어 투입홀(134)을 개폐시킬 수 있는 보조 덮개(140)의 측면도 경사면(수직 단면의 형상이 사다리꼴 형상)으로 형성된다. 메인 덮개(130)와 보조 덮개(140)는 세라믹 재질로 형성되어 상부 도가니(110)에서 발생되는 고온의 열에 의한 변형이 적으며, 고온의 열이 플럭스 용해 장치(1000)의 상측으로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
전술한 상부로(100)의 개방된 하측에 연통되도록 연결되는 하부로(200)는 상부 도가니(110)의 하단부가 부분 삽입되도록 상단부가 개방되고, 내부에 저장되는 용융 플럭스(Fm)를 배출시키기 위한 배출홀(212)이 하부면을 관통하여 형성되는 하부 도가니(210)와, 하부 도가니(210)의 외주면에 복수 회 감겨 전원 인가시 발열에 의해 하부 도가니(210)를 가열하는 제 2 히팅 코일(220)을 포함한다. (도 2 및 도 3에는 미도시되었지만 제 2 히팅 코일(220)에는 단열 용기(400)를 지나 전원선이 연결된다.)
하부 도가니(210)는 상부 도가니(110)의 수평 단면의 형상에 대응하는 블록 형상을 갖는다. 즉, 상부 도가니(110)의 수평 단면의 형상이 원형인 경우에는 상부가 개방되고 내부가 빈 원기둥 형상으로 이루어지고, 수평 단면의 형상이 사각형인 경우에는 상부가 개방되고 내부가 빈 사각 기둥 형상으로 이루어진다. 또한, 복층 구조를 형성하는 상부 도가니(110)와 하부 도가니(210)가 연통되도록 연결하는 방식으로는 별도의 연결 장치나 수단을 구비하지 않고서도 견고하게 연결될 수 있도록 상부 도가니(110)의 개방된 하단부가 하부 도가니(210)의 개방된 상단부로 삽입되는 방식을 사용하였다. 이를 위해, 하부 도가니(210)의 상단부의 내주면은 상부 도가니(110)의 하단부 외주면과 면 접촉되도록 상부 도가니(110)의 외주면이 형성하는 경사면과 동일한 기울기로 기울어진 경사면을 갖는다. 즉, 하부 도가니(210)의 상단부의 내주면은 상측으로 갈수록 하부 도가니(210)의 내경(r5)이 커지는 경사면으로 형성된다. 하부 도가니(210)의 하부면 또는 바닥면에는 하부 도가니(210)의 내부에서 용해된 용융 플럭스(Fm)가 배출될 수 있는 통로로서 배출홀(212)이 관통 형성된다. 여기서, 배출홀(212)은 상부 도가니(110) 및 하부 도가니(210)의 내부에 수직으로 삽입되는 가열 로드(300)에 맞물릴 수 있도록 하부 도가니(210)의 하부면 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다. 하부 도가니(210)는 제 2 히팅 코일(220)의 발열에 의해 발생된 열(H2)이 하부 도가니(210) 및 하부 도가니(210)에 담기는 플럭스에 원활하게 전달될 수 있도록 열전달율이 우수하면서도 열적 변형이 적은 카본 재질로 형성된다.
복층 구조를 형성하는 상부로(100)와 하부로(200)의 외측으로 단열 용기(400)가 구비된다. 내화 재질로 형성되는 단열 용기(400)의 내부에 상부로(100)와 하부로(200)를 위치시켜 상부로(100)의 제 1 히팅 코일(120)의 발열에 의해 발생되는 열(H1) 및 하부로(200)의 제 2 히팅 코일(220)의 발열에 의해 발생되는 열(H2)이 복층 구조의 도가니(110, 210) 이외의 영역에 전달되는 것을 방지하여 히팅 코일(120, 220)의 열효율을 향상시킬 수 있으며, 플럭스 용해 장치(1000) 주변의 기타 연속 주조 장치가 고온의 열(H1, H2)에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 단열 용기(400)의 하부에는 하부 도가니(210)의 배출홀(212)에 연장되는 노즐 삽입홀(402)이 관통 형성되고, 노즐 삽입홀(402)에는 배출 노즐(600)이 삽입되어 상단부가 배출홀(212)에 연결된다.
본 발명에 따른 플럭스 용해 장치(1000)는 종래와 달리 상부 도가니(110)와 하부 도가니(210)의 외주면에 설치되는 히팅 코일(120, 220) 이외에도 복층 구조를 갖는 도가니(110, 210)의 내부에 삽입되는 가열 로드(300)를 통해서 플럭스(Fp, Fm', Fm)를 용해시킬 수 있다. 이를 위해 가열 로드(300)는 전원선(312)을 내부에 구비하는 전극봉(310)과, 전극봉(310)의 외주면을 감싸고 전원선(312)과 연결되는 로드 히팅 코일(320)과, 로드 히팅 코일(320)이 감긴 전극봉(310)을 내부에 삽입시켜 보호하는 보호관(330)과, 전극봉(310)의 외주면과 보호관(330)의 내주면 사이에 맞대어지도록 전극봉(310)의 상단부 외주면에 끼워지는 단열링(340) 및 보호관(330)의 하단부에 결합되고 보호관(330)의 상하 구동에 의해 하부 도가니(210)에 형성된 배출홀(212)에 삽입되는 스톱퍼(350)를 포함한다.
전극봉(310)은 로드 히팅 코일(320)에 연결되는 전원선(312)을 내측으로 통과시켜 보호하고, 외주면에는 로드 히팅 코일(320)이 연장되는 길이 방향을 따라 복수 회 감긴다. 전극봉(310)의 최상단부에는 보호관(330)의 내경(r6) 보다 큰 직경(R7)을 갖는 전극봉 헤드(314)가 형성되어 전극봉(310)이 보호관(330)의 내측 공간에 완전히 삽입되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 보호관(330)의 내측 공간에 전극봉(310)의 상단으로 빠져 나오는 전원선(312)이 노출되어 고온의 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
보호관(330)은 로드 히팅 코일(320)이 감긴 전극봉(310)이 내측으로 삽입될 수 있도록 상단부가 개방된 관(pipe) 형상으로서, 로드 히팅 코일(320)에서 발생된 고온의 열(H3)이 보호관(330)을 통과하여 상부 도가니(110) 및 하부 도가니(210)에 저장된 플럭스(Fp, Fm', Fm)를 용해시킬 수 있도록 보호관(330)은 열전달이 우수하면서도 열적 손상이나 변형이 적은 카본 재질로 형성된다. 전극봉(310)이 보호관(330)에 삽입된 상태에서 흔들림을 방지하기 위해 전극봉(310)의 상단부에는 단열링(340)이 끼워진다. 이때, 단열링(340)의 외주면이 보호관(330)의 내주면에 면 접촉되도록 단열링(340)의 외경은 보호관(330)의 내경(r6)과 동일한 크기로 형성되고, 단열링(340)의 내경은 전극봉(310)의 외경과 동일한 크기로 형성된다.
하부 도가니(210)의 내부 공간에 위치되는 보호관(330)의 하단부에는 스톱퍼(350)가 장착된다. 카본 재질로 형성되는 스톱퍼(350)는 원추형 블록 형상으로 이루어지며, 보호관(330)이 승강기(500)의 상하 구동에 의해 승강됨에 따라 스톱퍼(350)가 배출홀(212)에 삽입되는 정도가 달라져 배출홀(212)의 개방 정도를 조절할 수 있다.
복층 구조의 도가니(110, 210)의 내부를 직접 가열하는 가열 로드(300)를 상하 구동시키는 승강기(500, 500')는 단열 용기(400)의 외주면 일측에 장착된다. 이러한 승강기(500, 500')는 보호관(330)의 외주면에 연결되는 지지링(510)과, 지지링(510)의 일측에 결합되어 수평하게 연장되는 지지 플레이트(520)와, 지지 플레이트(520)의 일단에 연결되어 지지 플레이트(520)를 틸팅 구동 또는 시소(seesaw) 구동(도 2 참조)시키거나 또는 직접 상하 구동(도 4 참조)시키는 구동 실린더(530, 530')를 포함한다. 본 실시예에서와 같이, 틸팅 구동 방식으로 지지 플레이트(520)를 움직이는 경우에는 단열 용기(400)의 상부면 일측에 지지 플레이트(520)를 지지하는 경동 받침대(540)가 구비될 수 있다.
제어기는 단열 용기(400)의 외부에 구비되어, 상부로(100)의 제 1 히팅 코일(120), 하부로(200)의 제 2 히팅 코일(220), 가열 로드(300)의 로드 히팅 코일(320)의 가열 상태를 조절한다. 특히, 하부 도가니(210)에 용융 플럭스(Fm)가 채워진 상태에서 용융 플럭스(Fm)의 복사열을 받는 상부 도가니(110)에서 혼합 플럭스(Fm')의 양을 일정량으로 유지하기 위해 제 1 히팅 코일(120)과 제 2 히팅 코일(220)의 가열 온도가 다르도록 조절할 수 있다. 또한, 하부 도가니(210)에 채워진 용융 플럭스(Fm)를 외부로 배출시키기 위해 승강기(500)의 구동 실린더(530, 530')의 구동을 제어하여 단위 시간당 용융 플럭스(Fm)의 배출량 및 총 배출량을 조절할 수 있다. 이를 위해 제어기에는 조업자의 작업 명령을 입력 받을 수 있도록 키보드, 키패드 등을 포함하는 입력부와, 플럭스 용해 장치(1000)의 구동 상태를 확인할 수 있는 모니터 등의 출력부와, 조업자의 작업 명령을 저장 및 상부로(100), 하부로(200), 가열 로드(300)에 각각 전송할 수 있는 컨트롤부 등을 포함한다.
이상, 전술한 본 발명에 따른 플럭스 용해 장치(1000)를 이용한 플럭스 용해 방법을 도 5를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 보조 덮개(140)가 개방되고 플럭스 용해 장치(1000)의 비어있는 내부에 과립 플럭스(Fp)가 투입되어 채워진다. 이때, 과립 플럭스(Fp)는 상부 도가니(110)뿐만 아니라 하부 도가니(210)에도 투입되어 저장된다. 이후, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 과립 플럭스(Fp)의 투입이 완료되면, 보조 덮개(140)를 닫고 상부 도가니(110)에 설치되는 제 1 히팅 코일(120), 하부 도가니(210)에 설치되는 제 2 히팅 코일(220) 및 가열 로드(300)의 로드 히팅 코일(320)에 전원을 인가하여 각각의 히팅 코일(120, 220, 320)을 발열시킨다. 히팅 코일(120, 220, 320)에서 발생되는 열(H1, H2, H3)은 상부 도가니(110)와 하부 도가니(210)의 벽면을 거치는 열전달을 통해 과립 플럭스(Fp)에 전달되어 과립 플럭스(Fp)가 용해되도록 가열한다. 여기서, 복층 구조의 도가니(110, 210)의 내부 벽면(도3에서 B, C 영역)과 가열 로드(300)의 외주면(도3에서 A 영역)에 근접하여 위치되는 과립 플럭스(Fp)가 열전달을 먼저 받아 용해되기 시작한다.
일정한 용해 시간이 경과한 이후에는 용융 플럭스(Fm)가 자중에 의해 하부 도가니(210)로 모이게 되고, 상부 도가니(110)에는 용해가 되지 않은 일부 과립 플럭스(Fp)와, 과립 상태와 용융 상태가 공존하는 혼합 플럭스(Fm')가 위치하게 된다. (여기서, 용해 시간이 길어지면 하부 도가니(210)뿐만 아니라 상부 도가니(110)에도 용융 플럭스(Fm)가 저장될 수 있음은 물론이다.) 상부 도가니(110)의 하부에 모인 혼합 플럭스(Fm')는 상부 도가니(110) 및 하부 도가니(210)의 외측에서 가해주는 열(H1, H2)과, 가열 로드(300)에서 가해지는 열(H3)을 받으며, 추가로 용융 플럭스(Fm)가 저장되는 하부 도가니(210)로부터 방출되는 복사열(H4)도 받는다.
도 5(c)에 도시된 바와 같이 승강기(500)의 승강 구동에 따라 가열 로드(300)가 상승되면 스톱퍼(350)가 배출홀(212)에서 빠져 나와 배출홀(212)이 개방되고, 하부 도가니(210)에 저장된 용융 플럭스(Fm)가 배출 노즐(600)을 통해 외부, 보다 상세하게는 주형의 상부에 주입된 용강의 상부로 빠져나간다. 하부 도가니(210)에 저장된 용융 플럭스(Fm)가 빠져나가면서 하부 도가니(210)의 상측에 연통된 상부 도가니(110)에 저장된 혼합 플럭스(Fm')가 서서히 낙하되고, 혼합 플럭스(Fm')는 하부 도가니(210)에서 완전한 상태로 용해된다.
이후, 도 5(d)에 도시된 바와 같이 플럭스 용해 장치(1000)에서 용강의 상부로 주입된 용융 플럭스(Fm)의 양만큼 과립 플럭스(Fp)의 보충이 이루어져 플럭스를 연속적으로 용해시킬 수 있다. 이를 위해, 승강기(500)의 승강 구동으로 가열 로드(300)가 하강되어 스톱퍼(350)가 배출홀(212)에 삽입되어 배출홀(212)을 밀폐시키며, 보조 덮개(140)가 개방되고 투입홀(134)을 통해 과립 플럭스(Fp)가 상부 도가니(110)로 투입된다. 상부 도가니(110)에 투입된 과립 플럭스(Fp)는 제 1 히팅 코일(120) 및 가열 로드(300)에 의해 간접 및 직접 가열되는 한편, 하부 도가니(110)에 저장된 고온의 용융 플럭스(Fm)에서 방출되는 복사열(H4)을 받아 건조 및 예열되고 용해되도록 가열된다. 이와 같이, 복층 구조의 도가니(110, 210)의 벽면 및 내부 공간에서 플럭스를 가열하는 한편, 복층 구조의 도가니(110, 210) 중 자중에 의해 낙하되어 하부 도가니(210)에 모인 용융 플럭스(Fm)로부터 방출되어 상부 도가니(110)를 향하는 복사열도 플럭스의 용해에 사용함으로써 플럭스를 용해시키는 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 플럭스 용해 장치 및 이를 이용한 플럭스 용해 방법에 의하면 복층 구조의 도가니에 감기는 히팅 코일 및 복층 구조의 도가니 내부에 삽입되는 전극봉을 통해 과립 플럭스를 간접 및 직접 가열하고, 하부 도가니에 저장된 용융 플럭스의 복사열을 상부 도가니에 저장된 과립 플럭스를 건조 및 예열시키는데 사용하여 전력 소비량을 절감하고, 용해 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 용융 플럭스와 과립 플럭스가 혼재되는 것을 방지하여 용강 상부에 용융 플럭스를 용이하게 배출시킬 수 있으며, 배출 노즐의 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있다. 또한, 복층 구조를 이루는 상부 도가니 및 하부 도가니를 개별적으로 가열하여 용융 플럭스를 적정 온도로 원활하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 플럭스 용해 공정 및 이를 포함하는 연속 주조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
100: 상부로 110: 상부 도가니
120: 제 1 히팅 코일 130: 메인 덮개
140: 보조 덮개 200: 하부로
210: 하부 도가니 220: 제 2 히팅 코일
212: 배출홀 300: 가열 로드
310: 전극봉 320: 로드 히팅 코일
330: 보호관 340: 단열링
350: 스톱퍼 400: 단열 용기
500, 500': 승강기 600: 배출 노즐
1000: 플럭스 용해 장치

Claims (13)

  1. 외부로부터 투입되는 플럭스를 저장하고, 저장된 상기 플럭스를 가열하는 상부로와;
    상기 상부로의 하부에 연통되도록 결합되어 상기 상부로에서 낙하되는 상기 플럭스를 가열하는 하부로와;
    상기 상부로 및 상기 하부로의 내부를 지나도록 삽입되어 상기 플럭스를 가열하는 가열 로드;
    를 포함하는 플럭스 용해 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부로 및 상기 하부로를 내측에 구비하여 단열시키는 단열 용기와;
    상기 가열 로드를 상하 구동시키도록 상기 단열 용기의 외주면 일측에 장착되어 상기 하부로에 형성되는 배출홀을 개폐시키는 승강기;
    를 포함하는 플럭스 용해 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부로, 상기 하부로 및 상기 가열 로드의 가열 구동을 조절하고, 상기 승강기의 상하 구동을 조절하는 제어기를 포함하는 플럭스 용해 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 상부로는,
    상하 양단부가 개방되고 하측으로 내려갈수록 플럭스 저장 공간의 내경이 작아지는 상부 도가니와;
    상기 상부 도가니의 외주면에 감겨 상기 상부 도가니를 가열하는 제 1 히팅 코일; 및
    상기 상부로의 개방된 상단부를 덮는 덮개;
    을 포함하는 플럭스 용해 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 덮개는,
    상기 상부 도가니의 개방된 상단부를 덮도록 씌워지고, 상기 가열 로드가 관통하여 삽입되는 삽입홀 및 상기 상부 도가니의 플럭스 저장 공간에 상기 플럭스를 투입하도록 투입홀이 관통 형성되는 메인 덮개와;
    상기 투입홀을 개폐하도록 상기 투입홀에 끼워지는 보조 덮개;
    를 포함하는 플럭스 용해 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 하부로는,
    상기 상부 도가니의 하단부가 부분 삽입되도록 상단부가 개방되고, 상기 배출홀이 하부면을 관통하여 형성되는 하부 도가니와;
    상기 하부 도가니의 외주면에 감겨 상기 하부 도가니를 가열하는 제 2 히팅 코일;
    을 포함하는 플럭스 용해 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 하부 도가니의 상단부의 내주면은 상기 상부 도가니의 하단부 외주면과 면 접촉되도록 상측으로 갈수록 내경이 커지는 경사면으로 형성되는 플럭스 용해 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부 도가니 및 상기 하부 도가니는 카본 재질로 형성되고, 상기 메인 덮개 및 상기 보조 덮개는 세라믹 재질로 형성되는 플럭스 용해 장치.
  9. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 가열 로드는,
    전원선을 내부에 구비하는 전극봉과;
    상기 전극봉의 외주면을 감싸고 상기 전원선과 연결되는 로드 히팅 코일과;
    상기 로드 히팅 코일이 감긴 상기 전극봉을 내부에 삽입시키는 보호관과;
    상기 보호관의 내주면과 맞대어지도록 상기 전극봉의 외주면에 끼워지는 단열링; 및
    상기 보호관의 하단부에 결합되고 상기 보호관의 상하 구동에 의해 상기 배출홀에 삽입되는 스톱퍼;
    를 포함하는 플럭스 용해 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 보호관 및 상기 스톱퍼는 카본 재질로 형성되는 플럭스 용해 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 승강기는,
    상기 보호관의 외주면에 연결되는 지지링과;
    상기 지지링의 일측에 결합되어 수평하게 연장되는 지지 플레이트와;
    상기 지지 플레이트의 일단에 연결되어 상기 지지 플레이트를 틸팅 구동 및 상하 구동시키는 구동 실린더;
    를 포함하는 플럭스 용해 장치.
  12. 복층 구조로 이루어지는 상부 도가니 및 하부 도가니의 내부에 플럭스를 투입하는 단계와;
    상기 상부 도가니 및 상기 하부 도가니의 벽면 및 내부 공간을 가열하여 상기 플럭스를 용해시키는 단계;
    를 포함하는 플럭스 용해 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 상부 도가니에 보충 플럭스를 투입하는 단계와;
    상기 하부 도가니로부터 방출되는 복사열을 이용하여 상기 보충 플럭스를 가열하는 단계;
    를 포함하는 플럭스 용해 방법.
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