KR101346614B1

KR101346614B1 - 직접가열방식의 금속용해로

Info

Publication number: KR101346614B1
Application number: KR1020130108265A
Authority: KR
Inventors: 승현창; 김오흠
Original assignee: 승현창
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2014-01-02
Also published as: CN104422280A

Abstract

본 발명은 직접가열방식의 금속용해로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소가 포함된 발열체를 용탕에 직접 담구고, 발열체의 내부에 전자파를 방사하여 발영체에서 발생하는 열이 용탕에 직접적으로 전달될 수 있도록 하여 열효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 전력량으로도 충분히 용탕의 온도를 유지할 수 있도록 한 직접가열방식의 금속용해로에 관한 것이다.
본 발명의 직접가열방식의 금속용해로에 의하면 가열수단에 의한 연소공간이 필요하지 않아서 용탕의 양만큼의 공간만 필요하기 때문에 공간효율이 좋아서 열의 소실도 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 장비의 크기가 작아도 충분한 양의 용탕을 확보할 수 있고, 용탕의 내부에 가열체가 직접 열을 가하기 때문에 가열체의 발열은 그대로 용탕의 온도상승으로 이어지기 때문에 가열체의 열을 용탕의 온도보다 크게 높게 하지 않아도 되므로 열효율이 매우 높으며, 열효율이 매우 높기 때문에 시설유지 비용이 현저히 낮고, 제품생산단가가 낮은 등의 효과가 발생한다.

Description

직접가열방식의 금속용해로{METAL MELTING FURNACE OF DIRECT HEATING METHOD}

본 발명은 직접가열방식의 금속용해로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소가 포함된 발열체를 용탕에 직접 담구고, 발열체의 내부에 전자파를 방사하여 발영체에서 발생하는 열이 용탕에 직접적으로 전달될 수 있도록 하여 열효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 전력량으로도 충분히 용탕의 온도를 유지할 수 있도록 한 직접가열방식의 금속용해로에 관한 것이다.

통상으로 금속용해로(爐)는 용해대상 금속을 일정한 크기로 성형한 소재(인고트, ingot)를 고열로 용해시켜 용탕을 만들고, 이를 보관할 수 있도록 형성된다.

종래의 금속용해로는 내벽에 단열재가 형성되고, 상기 단열재의 가운데에 인고트가 삽입되는 도가니가 형성되며, 상기 도가니의 상단 또는 주연부에 인고트를 가열하는 가열수단이 형성된 용해부와; 상기 용해부의 도가니에서 용해된 용탕이 흘러들어올 수 있도록 형성된 보온부로 형성된다.

상기 금속용해로의 용해부에 채용되는 가열수단은 주로 가스버너를 사용하거나, 고주파식 히터, 저항식 히터 등으로 형성된다.

상기 가열수단으로 가열할 때 도가니의 내부의 온도를 인고트의 용융온도보다 최소 20~30% 높은 열을 가하여야 하고, 가스버너일 경우에는 가열수단과 인고트 간의 일정한 공간을 필요로 한다

상기와 같이, 금속을 연속적으로 용융하여 용해부에서 만들어진 용탕이 보온부로 이송되고, 보온부에서 용탕의 온도를 계속 유지하면서 성형기로 이송하여 다이캐스팅 또는 주조하여 제품을 성형한다.

상기 보온부는 용탕에 직접 열을 가하지 못하므로, 비접촉식 전기히터를 사용하거나, 용탕의 상부에서 가스버너 등의 열공급원으로 열을 지속적으로 가하면서 용탕의 온도를 유지한다.

종래의 금속용해로에 대한 기술은 대한민국 특허청 등록특허공보 제0598920호, 제1100412호 등에 개시된 바 있다.

그러나, 종래의 금속용해로의 보온부는 다음과 같은 문제점이 있었다.

(1) 가열수단에 의한 연소공간 등이 용탕의 상부에 존재해야하기 때문에 용탕의 수용량보다 훨씬 넓은 공간을 필요로 하여 장비가 커진다.

(2) 용탕의 온도를 유지하기 위해서 용탕의 온도보다 높은 열(약 30% 정도)을 넣어야 한다.

(3) 높은 열량을 공급하기 위해서 고주파식 히터 또는 저항식 히터를 사용할 경우 높은 전기사용량 때문에 시설유지 비용이 높고 제품생산단가가 높다.

상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 용해부와 보온부로 이루어지는 일반적인 금속용해로에 있어서,

상기 보온부는 단열재로 둘러싸인 용해로가 형성되고, 상기 용해로의 상단 가운데에 이격되도록 가열수단이 형성되되,

상기 가열수단은 상단이 개방되고, 내부에 중공부가 형성된 가열체가 형성되며, 상기 가열체의 상단은 단열체에 의해서 막히고, 상기 단열체의 상단에는 가열체의 상단주연부와 연결되는 도파관이 형성되며, 상기 도파관의 끝단에는 전자파발진기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 직접가열방식의 금속용해로에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.

(1) 가열수단에 의한 연소공간이 필요하지 않아서 용탕의 양만큼의 공간만 필요하기 때문에 공간효율이 좋아서 열의 소실도 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 장비의 크기가 작아도 충분한 양의 용탕을 확보할 수 있다.

(2) 용탕의 내부에 가열체가 직접 열을 가하기 때문에 가열체의 발열은 그대로 용탕의 온도상승으로 이어지기 때문에 가열체의 열을 용탕의 온도보다 크게 높게 하지 않아도 되므로 열효율이 매우 높다.

(3) 열효율이 매우 높기 때문에 시설유지 비용이 현저히 낮고, 제품생산단가가 낮다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 직접가열방식의 금속용해로의 개념 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 직접가열방식의 금속용해로의 단면 사시도.
도 3은 종래의 금속용해로의 평면 개념도.

본 발명은 용해부(10)와 보온부(20)로 이루어지는 일반적인 금속용해로에 있어서,

상기 보온부(20)는 단열재(110)로 둘러싸인 용해로(100)가 형성되고, 상기 용해로(100)의 상단 가운데에 이격되도록 가열수단(200)이 형성되되,

상기 가열수단(200)은 상단이 개방되고, 내부에 중공부(252)가 형성된 가열체(250)가 형성되며, 상기 가열체(250)의 상단은 단열체(220)에 의해서 막히고, 상기 단열체(220)의 상단에는 가열체(250)의 상단주연부와 연결되는 도파관(210)이 형성되며, 상기 도파관(210)의 끝단에는 전자파발진기(120)가 형성된다.

상기 용해부(10)와 보온부(20)는 전체적으로 단열재(110)에 의해서 감싸져서 나란하게 형성되고, 용해부(10)의 도가니에서 용융된 용탕이 보온부(20)의 용해로(110)로 흘러갈 수 있도록 형성된다.

상기 보온부(20)는 단열재(110)로 둘러싸인 용해로(100)가 형성되고, 상기 용해로(100)의 가운데에 상단으로 이격되도록 가열수단(200)이 형성된다.

상기 용해로(100)의 내부에는 용해부(10)로부터 유입된 용탕이 포함되고, 펌프에 의해서 유동할 수 있도록 형성된다.

상기 가열수단(200)은 용해로(100)의 상단에 형성되는데, 도파관(210)의 일측 끝단은 용탕에 담궈지는 가열체(250)와 연결되고, 타측 끝단은 전자파발진기(120)와 연결형성된다.

상기 전자파발진기(120)는 칼라이스트(klystron : 속도변조관)이라는 특수 전자관에 의해서 전자파를 발생하는 일반적인 장치로 마그네트론(magnetron) 등 다양한 장치가 제공되고 있다.

상기 전자파발진기(120)는 종래에 수 메가헤르쯔(MHz)에서 수 기가헤르쯔(GHz)의 주파수의 전자파(microwave)를 발진할 수 있도록 형성된다. 바람직하게는 800MHz ~ 3GHz의 주파수로 전자파를 발진할 수 있는 전자파발진기(120)가 사용된다.

상기 도파관(210)은 금속으로 된 중공형 파이프로, 전자파발진기(120)에 의해서 발생한 전자파를 내벽에서 연속적으로 반사하면서 전파하도록 형성되는 일반적인 사각 또는 원형의 금속관이다.

상기 단열체(220)는 열에 강한 유리섬유 등으로 형성되되, 가열체(250)에서 발생한 열이 외부로 유출되지 않도록 형성된다.

상기 가열체(250)는 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 가운데에 중공부(252)가 형성되어 전자파가 반사되면서 투입될 수 있도록 형성된다.

상기 가열체(250)는 탄화규소(SiC), 그라파이트(graphite) 및 황토를 섞어서 성형하되, 탄화규소 40중량%, 그라파이트 30중량% 및 황토 30중량%를 혼합하여 황토가 세라믹(ceramic)화 될 수 있도록 고온 고압으로 성형한다.

상기 가열체(250)에 수치 한정된 탄화규소의 중량% 이상으로 많이 포함될 경우에는 가열체(250)의 취성이 높아지고, 중량% 이하로 적게 포함될 경우에는 발열량이 부족하게 된다. 단, 1 ~ 9 중량% 정도의 편차는 본원 발명의 목적을 달성하는데 큰 문제는 없다.

상기 가열체(250)에 수치 한정된 그라파이트의 중량% 이상 혹은 이하가 포함될 경우에는 별다른 변화는 없으나, 다른 재료들의 중량%에 영향을 미치므로 본 발명의 수치한정이 적당하다.

상기 가열체(250)에 수치 한정된 황토의 중량% 이상으로 많이 포함될 경우에는 가열체(250)의 취성이 높아지고, 발열량도 부족하게 되며, 중량% 이하로 많이 포함될 경우에는 성형이 잘 되지 않고, 발열량도 떨어지게 된다. 단, 1 ~ 9 중량% 정도의 편차는 본원 발명의 목적을 달성하는데 큰 문제는 없다.

상기 그라파이트는 탄소 섬유를 강화하여 열처리한 재료로 가열체(250)의 내구성을 높일 수 있고, 황토는 강한 내열성을 가지고, 탄화규소는 전자파(극초단파 혹은 마이크로파)에 반응한다.

상기 탄화규소의 규소분자가 전자파에 반응하여 진동하고, 황토(세라믹) 분자들과 마찰하면서 강한 열을 연속적으로 발생시키고, 이러한 열이 가열체(250)의 외벽에 접촉하는 용탕으로 전달된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 직접가열방식의 금속용해로의 작동을 설명하면 다음과 같다.

금속용해로(1)의 용해부(10)에서 인고트가 용해되어 용탕으로 용해로(100)로 유입되면, 용탕이 용해로(100)의 내부에서 유동하게 된다.

이때, 전자파발진기(120)를 가동시켜 도파관(210)으로 가열체(250)의 중공부(252)로 전자파를 발진한다.

상기 전자파발진기(120)에 의해서 발생되는 전자파(microwave)는 도파관(210)을 따라 단열체(220)를 통과하여 중공부(252)로 유입되어 가열체(250) 내벽에 형성된 탄화규소(SiC)를 진동시키고, 세라믹과 마찰을 일으켜 열이 발생된다.

이렇게 발생된 열은 가열체(220)의 외벽으로 전도되어 용탕과 열교환을 이루면서 용탕의 온도를 유지하게 된다.

본 발명의 가열체에 의해서 용탕을 직접 가열하게 되면 종래의 가열수단에 의해서 가열할 때의 전력량에 1/9 수준으로도 충분히 용탕의 온도를 유지할 수 있으므로 전력소모량을 줄이는 현저한 효과가 발생한다.

즉, 적은 전력량을 사용하고도 용탕을 만들기에 충분한 열량을 낼 수 있으므로, 전기히터 또는 가스버너를 사용하는 일반적인 금속용해로에 비하여 운용비를 현저히 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 산업전력부족현상을 해결할 수 있는 획기적인 발명이라 할 것이다.

본 발명의 직접가열방식의 금속용해로에 의하면 가열수단에 의한 연소공간이 필요하지 않아서 용탕의 양만큼의 공간만 필요하기 때문에 공간효율이 좋아서 열의 소실도 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 장비의 크기가 작아도 충분한 양의 용탕을 확보할 수 있고, 용탕의 내부에 가열체가 직접 열을 가하기 때문에 가열체의 발열은 그대로 용탕의 온도상승으로 이어지기 때문에 가열체의 열을 용탕의 온도보다 크게 높게 하지 않아도 되므로 열효율이 매우 높으며, 열효율이 매우 높기 때문에 시설유지 비용이 현저히 낮고, 제품생산단가가 낮은 등의 효과가 발생한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.

1 : 금속용해로 10 : 용해부
20 : 보온부 100 : 용해로
110 : 단열재 120 : 전자파발진기
200 : 가열수단 210 : 도파관
220 : 단열체 250 : 가열체
252 : 중공부

Claims

단열재로 둘러싸인 용해로가 형성되고, 상기 용해로의 상단 가운데에 이격되도록 가열수단이 형성되되,
상기 가열수단은 상단이 개방되고, 내부에 중공부가 형성된 가열체가 형성되며, 상기 가열체의 상단은 단열체에 의해서 막히고, 상기 단열체의 상단에는 가열체의 상단주연부와 연결되는 도파관이 형성되며, 상기 도파관의 끝단에는 전자파발진기가 형성되는 것을 특징으로 하는 직접가열방식의 금속용해로.
용해부와 보온부로 이루어지는 일반적인 금속용해로에 있어서,
상기 보온부는 단열재로 둘러싸인 용해로가 형성되고, 상기 용해로의 상단 가운데에 이격되도록 가열수단이 형성되되,
상기 가열수단은 상단이 개방되고, 내부에 중공부가 형성된 가열체가 형성되며, 상기 가열체의 상단은 단열체에 의해서 막히고, 상기 단열체의 상단에는 가열체의 상단주연부와 연결되는 도파관이 형성되며, 상기 도파관의 끝단에는 전자파발진기가 형성되는 것을 특징으로 하는 직접가열방식의 금속용해로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 가열체는 탄화규소(SiC), 그라파이트(graphite) 및 황토를 섞어서 성형하되, 탄화규소 40중량%, 그라파이트 30중량% 및 황토 30중량%를 혼합하여 황토가 세라믹화 될 수 있도록 고온 고압으로 성형한 것을 특징으로 하는 직접가열방식의 금속용해로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 전자파발진기는 800MHz ~ 3GHz의 주파수로 전자파를 발진할 수 있는 마그네트론인 것을 특징으로 하는 전자파발열방식 금속용해로.