KR101410227B1 - 개선된 튜브 히터 배치구조를 갖는 전기로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외측 케이스(101) 내부 공간에 단열부가 형성되고 상기 단열부 내측 공간에서 중심에 배치되는 도가니를 중심으로 이격되어 복수개의 튜브 히터들이 배치되어 도가니를 가열하도록 된 전기로에 관한 것으로, 상기 단열부를 형성하는 단열재(103)의 내측에서 복수개의 튜브 히터(109)들이 도가니(105)를 중심으로 일정 간격 이격된 위치에서 원형으로 서로에 대해 등간격으로 이격되어 수직으로 배열되어 도가니를 균일하게 가열하도록 된 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 도가니를 중심으로 복수개의 튜브 히터들을 도가니로 부터 일정한 간격을 두고 또한 서로에 대하여 등간격으로 수직으로 설치함으로써 도가니의 가열효과를 극대화할 수 있는 효과가 있고, 또한, 튜브 히터들이 사용중에 끊어지더라도 종래 튜브 히터들이 수평으로 설치될 때 인접한 다른 튜브 히터들을 손상시키는 문제가 발생되지 않게 되어 안전성이 향상되는 효과가 있다.

Description

개선된 튜브 히터 배치구조를 갖는 전기로{An electric furnace with an improved tube heater arrangement}

본 발명은 탄화규소 튜브 히터를 채용한 전기로에 관한 것으로, 특히 열효율이 향상되도록 튜브 히터의 개선된 배치구조를 갖는 전기로에 관한 것이다.

일반적으로 전기로는 전열선을 이용하여 제강, 도자기 소성, 열처리 등에 주로 사용하며, 봉우리 가마, 가스가마, 석유가마 등과는 달리 연료를 전기로 사용하는 가마로서, 이동 및 설치의 편리성 또한 작업의 편리성 그리고 작은 사이즈의 소성도 가능케하고, 굴뚝이나 다른 시설이 필요없으며, 정확한 온도 제어를 할 수 있는 등의 장점이 있어 널리 사용되고 있다.

이러한 전기로의 예로서, 2005년04월25일 공고된 한국 특허등록 제10-0485190호에는 도 1과 2에 도시된 바와같이 개구된 상면을 통하여 대상물이 투입되어, 내부에서 대상 금속을 용융시키는 도가니(2)와; 상기 도가니(2)를 가열할 수 있도록 그 외부에 설치되는 히터(4); 상기 히터의 외측에 설치되고, 도가니의 측면 및 하면, 그리고 개구된 상면의 외측 상면에 설치되는 Al2O3 성분을 포함하는 내열층(6,16,26); 상기 내열층의 외측면에 설치되는 다수개의 단열층(8,18,28); 상기 도가니 상단 개구부의 외주연에 설치되고, 내주연이 도가니의 내측으로 하향 연장되고, 외주연은 도가니의 상단 개구부 외측으로 연장된 가이드(30); 그리고 상기 도가니의 상단 개구부를 개폐하기 위한 커버(40)를 포함하는 전기로가 개시되어 있다.

이러한 종래 전기로에서는 주로 육면체의 철제 구조물로 만들어지고 9개 내지 18개로 일반적으로 전기 사용의 효율화를 위해 3의 배수로 히터를 설치하며, 히터로서는 탄화규소(SiC) 튜브 히터를 많이 사용한다. 상기한 종래, 전기로에서는 내측 중심부에 배치되는 도가니 외측 주변에 일정간격 이격되어 복수개의 튜브 히터가 수평으로 배치되어 도가니를 가열하도록 되어 있다.

이와 같이 수평으로 배치되는 튜브 히터는 선형인 반면, 도가니는 원형으로 되어 튜브 히터의 중앙부와 비교하여 그 양측부 각각으로 부터 도가니와의 거리가 멀어 가열시 열효율이 낮고, 튜브 히터의 양측 단부는 상당한 길이로 단열층에 배치되고 고정 및 통전을 위한 스트랩과 클램프가 장착됨에 따라 실질적인 가열 작용을 하는 길이가 짧아져 가열 효율이 낮은 문제점이 있었다.

또한, 상기한 바와같이 수평으로 배치된 튜브 히터가 손상되어 끊어지는 경우 그 아래쪽에 배치된 튜브 히터를 손상시킬 수 있고 전기적으로 합선이 발생되어 안전 사고가 발생될 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 튜브 히터가 수평으로 배치되는 종래 전기로에서 도가니에 대한 보다 효과적인 가열과 안전을 위한 튜브 히터의 배치구조에 대한 개선이 요망되었다.

2005년04월25일 공고 한국 특허등록 제10-0485190호

본 발명의 목적은 상기한 종래 전기로에서 도가니에 대한 튜브 히터의 배치 구조에 대한 문제점을 개선하여 보다 효율적으로 도가니를 가열할 수 있도록 튜브 히터들을 도가니를 중심으로 일정 거리 이격되어 수직으로, 서로 등간격으로 배치하여 도가니를 상하 방향으로 전체적으로 가열하도록 하여 가열 효율을 향상시키도록 개선된 전기로를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 개선된 튜브 히터 배치구조를 갖는 전기로는, 외측 케이스 내부 공간에 단열부가 형성되고 상기 단열부 내측 공간에서 중심에 배치되는 도가니를 중심으로 이격되어 복수개의 튜브 히터들이 배치되어 도가니를 가열하도록 된 전기로에 있어서, 상기 단열부를 형성하는 단열재의 내측에서 복수개의 튜브 히터들이 도가니를 중심으로 일정 간격 이격된 위치에서 원형으로 서로에 대해 등간격으로 이격되어 수직으로 배열되어 도가니를 균일하게 가열하도록 된 것을 특징으로 하여 구성된다.

상기 외측 케이스의 내측면과, 그 내측에 단열부가 형성된 내측 케이스의 외측면이 상기 외측 케이스와 이격되어 있고, 내측 케이스의 하부는 반경방향 내측으로 일정 거리만큼 외측 케이스의 바닥에서 이격되어 단턱이 형성되어 외측 케이스의 바닥 사이의 빈 공간부가 형성되고, 상기 공간부는 상기 튜브 히터들을 지지하기 위한 지지애자와 튜브 히터들을 전원과 전기적으로 연결하기 위한 배선을 수용하도록 되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 전기로의 도가니를 중심으로 복수개의 튜브 히터들을 도가니로 부터 일정한 간격을 두고 또한 서로에 대하여 등간격으로 수직으로 설치함으로써 도가니의 가열효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 튜브 히터들이 사용중에 끊어지더라도 종래 튜브 히터들이 수평으로 설치될 때 인접한 다른 튜브 히터들을 손상시키는 문제가 발생되지 않게 되어 안전성이 향상된다.

도 1은 종래 전기로의 구성을 보여주는 개략적인 종단면도.
도 2는 도 1의 전기로의 개략적인 횡단면도.
도 3은 본 발명에 의한 전기로의 종단면도.
도 4는 도 3의 전기로의 튜브 히터 배치구조를 보여주는 개략적인 횡단면도.
도 5는 도 3의 전기로의 케이스 상부의 단면도.
도 6은 도 3의 전기로의 뚜겅부의 단면도.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3에 단면도로 도시된 본 발명에 따른 전기로(100)는 원통형 철제로 된 외측 케이스(101) 내부 공간에 단열부가 형성되어 있으며, 상기 단열부는 내측 케이스 안쪽에 예를들어 Al₂O₃ 와 세라믹의 혼합재로 형성된 측벽단열부(103)와 측벽단열부(103) 내측의 빈 공간 바닥에 형성된 바닥단열부(104) 그리고 측벽단열부(103)의 상부에서 내측으로 연장되는 상부연장단열부(103a)로 이루어진다.
상기 측벽단열부(103) 내측에서 바닥단열부(104) 위에는 상부가 개방된 항아리 형태의 도가니(105)가 배치되어 있다.

또한, 상기 측벽단열부(103)의 상부에서 내측으로 연장되는 상부연장단열부(103a)의 중앙에 도가니에서 용융된 금속 또는 유리와 같은 재료들을 퍼 낼 수 있도록 약 40 ~ 60 cm 직경의 원형의 개구부가 형성되며, 상기 개구부는 외측케이스(101)에 장착되는 도가니덮개(115)에 의해 밀폐된다. 상기 도가니덮개(115)는 개폐가능한 뚜껑부(114)에 의해 개방되어 사용시 용탕을 용기로 퍼낼 수 있다.

상기 측벽단열부(103)의 상부에서 내측으로 연장된 상부연장단열부(103a)를 관통하여 바닥으로 연장되게 복수개의 튜브 히터(109)들이 도 4의 횡단면도에 도시된 바와 같이 도가니(105)를 중심으로 일정 간격 이격된 위치에서 원형으로 서로에 대해 등간격으로 이격되어 배열되어 있고, 도 3의 단면도에서 볼 수 있듯이 튜브 히터(109)가 관통되는 내측 상부케이스(117a)와 내측 하부케이스(117b)에는 애자(108)가 설치되어 튜브 히터(109)가 애자(108)를 관통하도록 설치됨으로써 전기적으로 절연된 상태로 지지되며, 각각의 튜브 히터(109)의 하단부는 외측 케이스의 바닥에 대하여 지지 애자(110)에 의해 지지된다. 상기 애자는 접착제로 고정될 수 있으며, 달리 통상적인 다른 방법으로 고정될 수도 있다.

상기 튜브 히터(109)는 예를들어 SiC튜브 히터나 몰리브덴(Molybdenum) 튜브히터로 될 수 있으며, 도가니(105)에 대향된 부분을 발열부로 형성할 수 있어 발열부 길이를 최대한 길게 형성할 수 있고 복수개의 튜브 히터들이 균일한 거리를 두고 도가니를 중심으로 원형으로 배치됨에 따라 튜브 히터에 의한 가열 효율을 증대시킬 수 있으며, 이로써 모든 튜브 히터들의 발열부가 도가니로 부터 등거리에서 발열하여 도가니를 균일하게 가열할 수 있게 되어 도가니 가열 시간을 단축시킬 수 있게 됨으로써 소모 전력 또한 감소시킬 수 있게 된다. 상기 튜브 히터(109)들의 길이와 그 수량 및 설치 간격은 전기로의 용량에 따라 선택하여 설치한다.

도 5에 도시된 바와 같이 내측 상부케이스(117a)에는 상방향으로 내측과 외측에 지지부(112, 116)가 복수개, 예를들어 각각 4개씩 사방으로 형성되어 있으며, 상기 지지부(112)는 외측 상부케이스(111)를 지지하며, 지지부(116)는 도가니덮개(115)를 이격된 상태로 유지되게 지지하며, 상기 외측 상부케이스(111)와 도가니덮개(115)는 도시된 실시예에서는 별개의 부분으로 도시되어 있지만, 일체로 형성될 수도 있다.

또한, 도 6에 도시된 도가니덮개(115)에는 저면에서 하방으로 환형으로 지지부(118)가 돌출된 형태로 형성되어 도가니 상면에 얹혀 배치되며, 전기로의 용융작업시 도가니 상면을 밀폐하기 위하여 도가니 상면에는 세라믹 본드나 몰탈을 도포하고 그 위에 상기 지지부(118)가 배치됨으로써 밀폐가 되어 튜브 히터에 의한 가열시 열손실을 방지하도록 한다. 또한, 상기 도가니(105)와 측부단열재(103)의 상부연장단열부(103a) 사이에 이격된 공간(127)에는 세라믹보드칩으로 막고 몰탈로 막아 열이 상부로 누설되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 외측 케이스(101)의 내측면과, 그 내측에 배치되는 전기로 본체로서 내측에 단열부가 형성된 내측 측면케이스(102)의 외측면은 이격되고, 내측 측면케이스(102)의 하부는 반경방향 내측으로 일정 거리만큼 내측에 단턱이 형성되어 외측 케이스(101)의 바닥으로 부터 이격되어 빈 공간부(126)가 형성되며, 상기 빈 공간부(126)는 복수개의 튜브 히터(109)들을 지지하기 위한 지지애자(110)를 용이하게 설치할 수 있게 하고, 또한 튜브 히터(109)들을 전원과 전기적으로 연결하기 위한 배선이 배치되며 이러한 배선작업을 용이하게 한다.

상기 내측 측면케이스(102)의 저면에는 외측 단부에서 하방으로, 예를 들어 모서리부분의 복수개소에 지지대(125)가 각각 형성되어 내측 측면케이스(102) 외측 단부가 처지는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 내측 상부케이스(117a)에는 둘레방향으로 4개소에 인양고리(121)가 형성되어 내측 상부케이스(117a)를 내측 케이스로부터 들어 올려 분해하거나 설치할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 튜브 히터를 사용하는 전기로에서 도가니를 가열하도록 적용하여 도가니를 효율적으로 가열할 수 있도록 이용될 수 있다.

100 - 전기로, 101 -- 외측 케이스,
102 -- 내측 측면케이스, 103 -- 측벽단열부,
103a -- 상부연장단열부, 104 -- 바닥단열부,
104a -- 바닥연장단열부, 105 -- 도가니,
108 -- 애자, 109 -- 튜브 히터,
110 -- 지지 애자, 111 -- 외측 상부케이스,
112,116,118 -- 지지부, 114 -- 뚜껑부,
115 -- 도가니덮개, 117a -- 내측 상부케이스,
117b -- 내측 하부케이스, 121 -- 인양고리,
125 -- 지지대, 126 -- 공간부,
127 -- 공간.

Claims (3)

1. 외측 케이스(101) 내부 공간에 단열부가 형성되고 상기 단열부 내측 공간에서 중심에 배치되는 도가니(105)를 중심으로 이격되어 복수개의 튜브 히터들이 배치되어 도가니를 가열하도록 된 전기로에 있어서,
   상기 도가니(105)가 안착되는 바닥단열부(104)와, 상기 바닥단열부(104)의 상부에서 외측으로 연장되는 바닥연장단열부(104a), 상기 바닥연장단열부(104a)에서 수직상방으로 연장되어 도가니에서 이격된 상태로 도가니를 둘러싸는 측벽단열부(103), 그리고 상기 측벽단열부(103)의 상부에서 내측으로 연장되어 도가니의 상부를 둘러싸는 개구부가 형성된 상부연장단열부(103a)로 이루어지는 단열부;
   상기 바닥연장단열부(104a)가 바닥단열부(104)의 상부에서 단턱지게 형성되어 그 하부에 튜브 히터(109)들을 전원과 전기적으로 연결하기 위한 배선을 수용할 수 있도록 형성된 공간부(126);
   상기 측벽단열부(103)를 둘러싸는 내측 측면케이스(102)와, 측벽단열부(103)의 상부연장단열부(103a) 상면을 덮는 내측 상부케이스(117a), 바닥연장단열부(104a)의 저면과 바닥단열부(104)의 측면을 덮는 내측 하부케이스(117b)로 이루어지는 내부케이스;
   상기 내측 상부케이스(117a)와 상부연장단열부(103a), 바닥연장단열부(104a) 및 내측 하부케이스(117b)를 수직으로 차례로 관통하여 도가니(105)를 중심으로 일정 간격 이격된 위치에서 원형으로 서로에 대해 등간격으로 수직으로 설치되는 복수의 튜브 히터(109);
   상기 튜브 히터(109)가 관통되는 내측 상부케이스(117a)와 내측 하부케이스(117b)에는 튜브 히터(109)와의 전기적 절연을 위해 튜브 히터(109)가 관통되도록 설치된 애자(108); 및
   상기 튜브 히터(109)의 하부 끝단을 지지하여 튜브 히터(109)의 처짐을 방지하도록 설치되는 지지애자(110):를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 개선된 튜브 히터 배치구조를 갖는 전기로.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 단열부의 상부연장단열부(103a)에 의해 형성되는 개구부는 외측 상부케이스(111)에 장착되는 개폐가능한 뚜껑부(114)를 구비한 도가니덮개(115)에 의해 밀폐되고, 상기 내측 상부케이스(117a)에는 상방향으로 도가니 덮개(115)를 지지하는 복수개의 지지부(116)와 외측 상부케이스(111)를 지지하는 복수개의 지지부(112) 및 인양고리(121)가 형성되어 있으며, 도가니덮개(115)의 저면에는 하방으로 환형의 지지부(118)가 돌출되어 도가니(105) 상면에 설치되며, 도가니 상부 외측면과 상부연장단열부(103a) 사이의 공간은 몰탈로 밀폐되어 전기로의 용융작업시 튜브 히터(109)에서 발생된 열의 누출을 방지하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 개선된 튜브 히터 배치구조를 갖는 전기로.

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