KR101402129B1 - 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치 - Google Patents

타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 몸체(110)와; 상기 몸체(110)의 하부 후방에 설치하는 전후진실린더(111)와; 상기 전후진실린더(111)의 선단부에 장착하여 전후방향으로 이동할 수 있도록 형성하는 이동몸체(120)와; 상기 이동몸체(120)의 상부에 수직방향으로 설치하는 승하강실린더(121)와; 상기 승하강실린더(121)의 상부에 설치하는 히터(130)와; 상기 히터(130)의 상부면에 형성하는 장입홈(131)과; 상기 몸체(110)의 상부에 형성하는 진공챔버(140)와; 상기 진공챔버(140)의 일측에 형성하는 확인창(151)과; 상기 진공챔버(140)의 양측에서 내부로 돌출하도록 형성하여 상기 장입홈(131)의 내부에 용해한 상태의 봉재를 뒤집기 위한 손잡이(152)와; 상기 진공챔버(140)의 타측에 형성하는 진공밸브(153)와; 상기 진공챔버(140)의 상부에 형성하여 텅스텐 전극을 상하방향으로 이동시키기 위한 제1이동부재(160)와; 상기 진공챔버(140)의 전방 일측에 형성하여 텅스텐 전극을 전후 및 좌우방향으로 이동시키기 위한 제2이동부재(170)와; 상기 몸체(110)의 일측에 설치하는 컨트롤박스(180)와; 아크발생부재(190)를 포함하는 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 비소모성 전극을 활용한 소용량의 타이타늄합금 스크랩을 용해하여 고품질의 타이타늄 봉재를 제조할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 봉재의 제조시간을 단축하여 생산효율을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다. 특히 본 발명은 구조가 간단하고 유지보수가 용이하여 사용효율은 물론 활용범위를 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치{The continuity equation consumable vacuum arc melting device made the dozen ltanium bar}
본 발명은 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비소모성 전극을 활용한 소용량의 타이타늄합금 스크랩을 용해하여 고품질의 타이타늄 봉재를 제조할 수 있도록 하는 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치에 관한 것이다.
일반적으로 타이타늄(Titanium)은 은백색의 금속으로 특히 강도, 경도, 내식성, 내구성 등 다양한 부분에서 여타의 금속들이나 신소재의 장점들만 골라서 지니고 있다고 할 정도로 우수한 기계적 특성들을 지니고 있기 때문에 현재 많은 분야에서 널리 활용되고 있는 실정이다.
아울러 타이타늄은 경량(비중: Fe의 1/2)이면서 강도가 우수(Al의 3배)하고 비귀금속 중에서는 고온강도(500)가 우수하고 내식성이 뛰어난 금속이며, 더불어 금속재료 중 생체(인체)와의 친화성(비반응성)이 가장 우수한 소재이다.
또한, 타이타늄은 고융점, 고반응성 및 가공성의 난해함으로 다른 구조용 재료에 비하여 비싼 단점이 있는 반면에 경량, 고강도, 고온성질 및 고내식성(특히 산화성 및 염기성 분위기)의 우수한 특성을 지니고 있다.
따라서 항공기 부품, 석유화학장치, 항만산업 등과 같은 활용분야 뿐만 아니라 건축, 자동차 부품, 액세서리 및 기타 다양한 생활용품 등에 이르기까지 다양하게 그 응용분야가 확대되고 있으며, 그 부가가치가 끊임없이 증가되고 있는 신소재 금속이다.
그리고 타이타늄 합금은 가벼우면서도 강하여 비강도가 철강을 능가하고 알루미늄합금의 3배나 되며, 내식성은 스테인레스강보다 우수하고, 특히 해수에 대한 내식성은 백금에 필적하며, 무독성, 생체적합성 측면에서도 타소재의 추종을 불허하므로 거의 모든 산업분야에 적용될 수 있는 고기능, 고부가가치를 창출할 수 있는 소재이다.
그러나 타이타늄합금은 활성이 매우 강한 금속이어서 원소재 용해시 분위기중의 가스 흡수나 용해 도가니와의 반응층 형성으로 기계적 성질의 저하를 초래할 수 있으며, 강도가 높아 부품성형도 쉽지 않은 난가공재로 분류된다.
따라서 기술적 부가가치가 높고 경제적인 가공기술인 주조기술 확립을 위하여 주로 용해 및 정밀주조 공정에 중점을 두면서 주조품 개발을 위한 후처리 공정 및 특성 평가가 실시됨이 바람직하다.
이와 관련하여 선진국에서는 타이타늄 성형기술의 꾸준한 연구를 통해 새로운 용해 기술, 특히 Cold Hearth Electron Beam 용해, 응고기술 및 신합금 개발 단계에 도달해 있는 반면, 국내에서는 타이타늄 소재 수입을 통한 단순 기계가공에 한정되고 있는 실정이며, 현재까지 국내에서 사용되는 타이타늄 부품 및 소재는 전량 수입에 의존하고 있다.
따라서 소재의 원활한 수급과 경제성의 관점에서 타이타늄 및 타이타늄합금의 국산화는 필수적이며, 특히 용해 및 주조 기술을 이용하여 생산과 가공할 수 있는 일반 산업용 부품의 수입량이 상대적으로 빠른 속도로 증가하고 있기 때문에 이들 부품의 국산화 기술이 절실하다.
아울러 현재 공업적으로 가장 많이 사용되는 타이타늄 진공아크용해장치는 소모전극식 진공아크 용해법을 사용하고 있으며, 이 방법은 5ton이상의 대용량의 합금을 생산하는데 적합하다.
그러나 타이타늄을 대량으로 소비하는 수요처는 흔하지 않고 따라서 소량의 제품을 주문받을 경우, 대량으로 구입하는 수요처와 공동으로 생산 및 납품작업을 진행해야 하기 때문에 소량임에도 불구하고 약속된 납기가 3~4개월이상 소요되어 상품화 및 사업화에 많은 어려움을 겪고 있는 심각한 문제점을 갖게 되었다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제1065357호(2011.09.16) 특허문헌 2: 한국등록특허 제1181241호(2012.09.10) 특허문헌 3: 한국등록특허 제1203609호(2012.11.21)
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서,
본 발명은 타이타늄 스크랩을 용해하여 생산품질이 우수한 잉곳(Ingot) 등과 같은 봉재를 제조할 수 있는 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치를 제공함에 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치는,
몸체(110)와; 상기 몸체(110)의 하부 후방에 설치하는 전후진실린더(111)와; 상기 전후진실린더(111)의 선단부에 장착하여 전후방향으로 이동할 수 있도록 형성하는 이동몸체(120)와; 상기 이동몸체(120)의 상부에 수직방향으로 설치하는 승하강실린더(121)와; 상기 승하강실린더(121)의 상부에 설치하는 히터(130)와; 상기 히터(130)의 상부면에 형성하는 장입홈(131)과; 상기 몸체(110)의 상부에 형성하는 진공챔버(140)와; 상기 진공챔버(140)의 일측에 형성하는 확인창(151)과; 상기 진공챔버(140)의 양측에서 내부로 돌출하도록 형성하여 상기 장입홈(131)의 내부에 용해한 상태의 봉재를 뒤집기 위한 손잡이(152)와; 상기 진공챔버(140)의 타측에 형성하는 진공밸브(153)와; 상기 진공챔버(140)의 상부에 형성하여 텅스텐 전극을 상하방향으로 이동시키기 위한 제1이동부재(160)와; 상기 진공챔버(140)의 전방 일측에 형성하여 텅스텐 전극을 전후 및 좌우방향으로 이동시키기 위한 제2이동부재(170)와; 상기 몸체(110)의 일측에 설치하는 컨트롤박스(180)와; 아크발생부재(190)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 비소모성 전극을 활용한 소용량의 타이타늄합금 스크랩을 용해하여 고품질의 타이타늄 봉재를 제조할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 봉재의 제조시간을 단축하여 생산효율을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.
특히 본 발명은 구조가 간단하고 유지보수가 용이하여 사용효율은 물론 활용범위를 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치의 구조를 나타내기 위한 사시도.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 구성을 첨부한 도면에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치의 구조를 나타내기 위한 사시도를 도시한 것이다.
본 발명은 몸체(110)와; 상기 몸체(110)의 하부 후방에 설치하는 전후진실린더(111)와; 상기 전후진실린더(111)의 선단부에 장착하여 전후방향으로 이동할 수 있도록 형성하는 이동몸체(120)와; 상기 이동몸체(120)의 상부에 수직방향으로 설치하는 승하강실린더(121)와; 상기 승하강실린더(121)의 상부에 설치하는 히터(130)와; 상기 히터(130)의 상부면에 형성하는 장입홈(131)과; 상기 몸체(110)의 상부에 형성하는 진공챔버(140)와; 상기 진공챔버(140)의 일측에 형성하는 확인창(151)과; 상기 진공챔버(140)의 양측에서 내부로 돌출하도록 형성하여 상기 장입홈(131)의 내부에 용해한 상태의 봉재를 뒤집기 위한 손잡이(152)와; 상기 진공챔버(140)의 타측에 형성하는 진공밸브(153)와; 상기 진공챔버(140)의 상부에 형성하여 텅스텐 전극을 상하방향으로 이동시키기 위한 제1이동부재(160)와; 상기 진공챔버(140)의 전방 일측에 형성하여 텅스텐 전극을 전후 및 좌우방향으로 이동시키기 위한 제2이동부재(170)와; 상기 몸체(110)의 일측에 설치하는 컨트롤박스(180)와; 아크발생부재(190)를 포함한다.
특히 상기 몸체(110)의 하부에는 다수의 바퀴 또는 마운트를 설치하거나 앵커 볼트를 이용하여 지면에 견고하게 고정할 수 있다.
또한, 상기 전후진실린더(111)는 상기 이동몸체(120) 및 히터(130)를 전후방향으로 이동시켜 상기 장입홈(131)의 내부에 타이타늄 스크랩을 손쉽게 장입할 수 있도록 위치를 조절할 수 있다.
특히 상기 승하강실린더(121)는 타이타늄 스크랩을 용해하는 과정에서 상기 진공챔버(140)의 내부로 상기 히터(130)를 진입시킴과 동시에 상기 진공챔버(140)의 하부를 밀폐시켜 진공상태를 유지할 수 있는 기능을 수행한다.
이때 상기 진공챔버(140)의 하부 내경 또는 상기 히터(130)의 상부면에는 패킹부재 등과 같이 기밀성을 확보할 수 있는 수단을 포함하는 것을 당연하다.
또한, 상기 히터(130)는 타이타늄 스크랩을 용해하는 과정에서 열전도성을 향상시키기 위해서 동(Cu)재질로 제작하였다.
이때 상기 히터(130)의 하부에는 냉각라인(미 도시됨)을 별도로 설치하여 타이타늄 스크랩의 용해과정이 완료된 후 신속하게 냉각할 수 있도록 유도하였다.
한편, 상기 장입홈(131)은 내부에 타이타늄 스크랩을 장입한 상태에서 아크방전을 통해서 타이타늄 스크랩이 잉곳 등과 같은 봉재 형태로 제조될 수 있도록 유도한다.
그리고 상기 진공챔버(140)는 내부가 비어있는 중공형태로 장시간 진공상태를 유지할 수 있도록 일정한 두께와 형태를 갖도록 제작함이 바람직하다.
특히 상기 확인창(151)은 작업자가 상기 진공챔버(140)의 내부를 시각적으로 확인하고 안전상의 문제를 사전에 방지할 수 있도록 강화유리로 제작하였다.
또한, 상기 손잡이(152)는 상기 진공챔버(140)의 양측에서 내부로 돌출하도록 형성하여 상기 장입홈(131)의 내부에 용해한 상태의 봉재를 뒤집기 위한 구성으로, 작업자가 상기 손잡이(152)를 잡고 봉재를 들어올려서 뒤집을 수 있다.
이를 위해 상기 손잡이(152)는 내열성을 갖는 재질로 일정길이를 갖거나 선단부에 집게 형상을 갖도록 형성할 수 있다.
아울러 상기 진공밸브(153)는 상기 진공챔버(140)의 진공압력을 측정하기 위한 수단이다.
그리고 상기 제1이동부재(160)는 아크방전을 위한 텅스텐 전극을 상하방향으로 이동시켜 용해효율을 향상시키기 위한 구성으로, 실린더 또는 스크류 잭 등과 같은 다양한 형태와 구성을 갖는 수단을 적용할 수 있다.
또한, 상기 제2이동부재(170)는 아크방전을 위한 텅스텐 전극을 전후 및 좌우방향으로 이동시켜 용해효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 컨트롤박스(180) 및 아크발생부재(190)는 당업계에서 널리 사용하고 있는 기술이므로 상세한 서술은 생략하기로 한다.
따라서 본 발명은 타이타늄 스크랩을 용해하여 생산품질이 우수한 잉곳 등과 같은 봉재를 제조할 수 있다.
이처럼 상기와 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 구성까지 본 발명의 권리범위에 포함됨은 당연하다.
100: 본 발명 보온재 자동 절단장치
110: 몸체 111: 전후진실린더
120: 이동몸체 121: 승하강실린더
130: 히터 131: 장입홈
140: 진공챔버
151: 확인창 152: 손잡이
153: 진공밸브
160: 제1이동부재 170: 제2이동부재
180: 컨트롤박스 190: 아크발생부재

Claims (1)

  1. 몸체(110)와; 상기 몸체(110)의 하부 후방에 설치하는 전후진실린더(111)와; 상기 전후진실린더(111)의 선단부에 장착하여 전후방향으로 이동할 수 있도록 형성하는 이동몸체(120)와; 상기 이동몸체(120)의 상부에 수직방향으로 설치하는 승하강실린더(121)와; 상기 승하강실린더(121)의 상부에 설치하는 히터(130)와; 상기 히터(130)의 상부면에 형성하는 장입홈(131)과; 상기 몸체(110)의 상부에 형성하는 진공챔버(140)와; 상기 진공챔버(140)의 일측에 형성하는 확인창(151)과; 상기 진공챔버(140)의 양측에서 내부로 돌출하도록 형성하여 상기 장입홈(131)의 내부에 용해한 상태의 봉재를 뒤집기 위한 손잡이(152)와; 상기 진공챔버(140)의 타측에 형성하는 진공밸브(153)와; 상기 진공챔버(140)의 상부에 형성하여 텅스텐 전극을 상하방향으로 이동시키기 위한 제1이동부재(160)와; 상기 진공챔버(140)의 전방 일측에 형성하여 텅스텐 전극을 전후 및 좌우방향으로 이동시키기 위한 제2이동부재(170)와; 상기 몸체(110)의 일측에 설치하는 컨트롤박스(180)와; 아크발생부재(190)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이타늄 봉재를 제조하기 위한 연속식 비소모성 진공아크용해장치.
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