KR101515694B1 - 이동 가능한 덮개를 갖는 용융 금속 수용 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 용융 금속을 수용하는 내부 공간과 개방 상단을 포함하는 용융 금속 수용 구조체를 제공한다. 구조체는 내부 공간과 대면하는 밑면을 갖는 용기를 위한 덮개를 추가로 포함하고, 덮개는, 용기의 개방 상단을 덮개의 밑면으로 덮는 폐쇄 위치와, 덮개가 용기의 개방 상단으로부터 멀어져서 구조체의 일 측면으로부터 내부 공간에 대한 액세스를 허용하는 개방 위치 사이에서 이동 가능하다. 덮개는 하나 이상(바람직하게는 2개 이상)의 리프팅 아암과 하나 이상(바람직하게는 2개 이상)의 회전 제어 아암에 부착된다. 리프팅 아암은 덮개를 개방 위치로부터 폐쇄 위치로, 및 그 반대로 가이드하도록 작동한다. 회전 제어 아암은 폐쇄 위치로부터 개방 위치로, 및 그 반대로 이동 중 덮개의 피봇팅을 제어하여 작동 시 매우 뜨거운 덮개의 밑면이 구조체의 일 측면에 인접하여 위치한 조작자에게 노출되는 것이 방지한다. 리프팅 아암 및/또는 회전 제어 아암은 덮개의 무게와 적어도 부분적으로 균형을 맞추는 힘을 제공한다.

Description

이동 가능한 덮개를 갖는 용융 금속 수용 구조체{MOLTEN METAL CONTAINMENT STRUCTURE HAVING MOVABLE COVER}

본 발명은, 트로프(trough) 또는 도가니와 같은 내화 또는 세라믹 용융 금속 수용 용기를 포함하는, 용융 금속을 이송, 처리 또는 보관하기 위해 사용되는 용융 금속 수용 구조체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 그와 같은 구조체 및 용기를 위한 덮개의 제공에 관한 것이다.

용융 금속 수용 구조체, 예를 들어 금속-이송 트로프 또는 론더(launder)는 금속 용해로와 같은 한 장소에서 주조 금형 또는 주조 테이블과 같은 다른 장소로, 용융 금속을 이송하기 위해 금속 처리 또는 주조 작업 중에 종종 필요하다. 다른 작업에서, 그와 같은 용기가 금속 필터링, 금속 가스제거 또는 금속 전달과 같은 금속 처리를 위해 사용된다.

그와 같은 구조체에 포함된 용기는 상부가 개방되어 있는 경우, 내부 열을 유지하고 외부 잔해 등의 유입을 방지하기 위해 덮개를 제공하는 것이 바람직하다. 때로는, 그와 같은 덮개에는 용융 금속을 넣기 전에 용기를 가열하거나 용융 금속이 처리 또는 이송될 때 용융 금속의 높은 온도를 유지하기 위해 히터가 제공된다. 그와 같은 덮개는, 작업자가 용기의 내부에 액세스할 수 있도록, 예컨대 용기를 세척하거나, 방해물을 제거하거나, 용융 금속 높이 또는 상태를 평가(assess)할 수 있도록, 제거할 수 있도록 만드는 것이 바람직하다. 상기 덮개는 느슨하여, 작업자가 덮개를 수동으로 들어올려 이동하거나, 통상적으로 작업자로부터 가장 먼 용기의 측면에 힌지(hinge)에 의해 상기 구조체에 부착될 수 있다.

이와 같은 제거 가능한 또는 개방할 수 있는 덮개를 제공하는데 있어서의 문제점은 그 밑면, 즉 용융 금속을 마주하는 표면이 사용 시 매우 뜨겁게 되고, 덮개가 들어 올려질 때 설비 조작자가 밑면으로부터 방출되는 열에 노출될 수 있기 때문에, 불편하거나 화상을 입을 수 있다는 것이다. 예컨대, 용융 알루미늄 합금을 가지고 작업할 때, 덮개의 밑면은 들어 올려질 때 약 400 ~ 800℃ 범위의 온도가 될 수 있다. 또한, 단순한 힌지의 경우 덮개가 완전히 집어 넣어지더라도 덮개에 의한 개구의 압입(crowding)이 발생한다. 이런 종류의 덮개는 종종 내화 라이닝을 갖는 금속 쉘(shell)로 만들어지며 다양한 종류의 히터를 포함할 수 있다. 그 결과, 그와 같은 덮개는 아주 무겁고, 따라서 손으로 들어올리기 어려우며, 덮개를 단순히 제자리로 되돌리려고 한다면 (특히 일체로 된 히터에) 손상이 초래될 수도 있다.

덮개가 제공된 주지의 금속-이송 트로프의 일 예가 1985년 7월 30일자로 특허된 Georges Hebrant의 미국 특허 제4,531,717호에 개시되어 있다. 상기 긴 트로프에는 힌지에 의해 트로프에 부착된 다수의 덮개가 제공된다. 상기 덮개에는 트로프를 예열하기 위한 가열 수단이 제공되어 있다. 덮개를 개방하기 위해 필요한 힘은 덮개를 개방(들어올려진) 위치로 밀어내는 스프링에 의해 어느 정도 감소된다. 그러나, 작업자는 덮개가 들어 올려질 때 덮개의 뜨거운 밑면에 바로 노출된다.

또 다른 공지의 장치는 2008년 9월 25일자로 공개된 Robert Gorza 등의 미국 특허 공개 제2008/0230965 A1호에 개시되어 있다. 이것은 금속 이송 트로프 또는 러너(runner)로부터 덮개를 제거하는 일종의 작은 크레인과 같은 바닥에 설치된 조작장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 거의 어떤 무게의 덮개라도 조작할 수 있고 작업자가 뜨거운 환경에 노출되는 것을 피할 수 있다. 그러나, 상기 장치는 고가이고 트로프 또는 러너 주변에 깨끗한 바닥 공간을 필요로 한다.

전술한 문제들 중 일부 또는 전부를 해결하기 위한 추가의 방법이 요구된다.

본 발명의 일 실시예는 용융 금속 수용 구조체를 제공하며, 상기 구조체는, 용융 금속을 수용하는 내부 공간 및 개방된 상단부를 갖는 용기를 포함하며, 바람직하게는 외측 금속 케이싱을 구비한다. 상기 구조체는 추가로 상기 내부 공간과 마주하는 밑면을 갖는 상기 용기를 위한 덮개를 포함하고, 상기 덮개는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능하고, 상기 폐쇄 위치는 상기 덮개의 밑면으로 상기 용기의 상기 개방된 상단부를 덮는 것이고, 상기 개방 위치는 상기 덮개가 상기 용기의 상기 개방된 상단부로부터 떨어져서 상기 구조체의 일 측면으로부터 상기 내부 공간에 액세스를 허용하는 것이다. 상기 덮개는 하나 이상(바람직하게는 2개 이상)의 긴 리프팅 아암(lifting arm)과 하나 이상(바람직하게는 2개 이상)의 긴 회전 제어 아암에 의해 지지체에 부착된다. 상기 리프팅 아암은 덮개를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 및 그 반대로 가이드하고, 및 상기 회전 제어 아암은 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 및 그 반대로 이동하는 중에 상기 덮개의 수평축 피보팅(pivoting)을 제어하여, 작업 시 매우 뜨거워지는 덮개의 밑면이 상기 구조체의 일 측면에서 구조체에 인접한 위치에서 작업하는 작업자에게 노출되는 것을 방지한다. 상기 리프팅 아암 및/또는 회전 제어 아암은 상기 덮개의 무게와 부분적으로 또는 전체적으로 균형을 맞추는 힘을 제공한다. 상기 균형을 맞추는 무게는 리프팅 아암에 의해 제공되는 것이 가장 바람직하다.

상기 긴 아암은 바람직하게는, 일 단부는 커버에, 대향 단부는 상기 구조체의 일부인 단단한 지지체(예컨대, 작업자가 서있는 측면의 반대의 금속 케이싱의 측벽) 또는 다른 물품, 예를 들면 인접한 벽 또는 기계장치에 피봇 가능하게 부착된다.

상기 회전 제어 아암(들)은 바람직하게는, 상기 커버 밑면이 수평 위치로부터 작업자가 서있는 상기 구조체의 일 측면을 향해 25°이상 회전하는 것을 방지하는 것이다. 더욱 바람직하게는, 상기 덮개의 밑면이 수평으로 유지되거나 상기 구조체의 작업자 측으로부터 먼 방향으로 회전되는 것이다.

상기 용기는 바람직하게는 용융 금속을 이송하기 위해 적당한 내화 재료로 만들어진 금속-이송 트로프이며, 상기 트로프는 상기 구조체의 세로 방향의 일 단부로부터 타 단부로 연장하는 용융 금속용 통로를 갖는다. 상기 덮개는 바람직하게는 단열 내화 재료의 내부층과 금속 쉘을 갖는 것이다. 그러나, 상기 용기는 덮개에 의해 폐쇄될 수 있는 개방된 상부를 갖는, 용융 금속을 수용, 처리 또는 이송하는 임의의 종류의 용기일 수 있다.

상기 아암 세트는 바람직하게는:

1) 상기 덮개가 용기의 개방된 상단부로부터 완전히 들어올려지고;

2) 상기 덮개가 용기의 개방된 상단부에서 이동되어 개방 상단부 전체를 노출하고;

3) 상기 덮개의 뜨거운 밑면이 그 복사열을 작업자에게 노출하지 않는 방향으로 유지되고; 및

4) 상기 평형력은 작업자가 개방 위치에 있는 그리고 바람직하게는 폐쇄 위치에 있는 트로프를 이동시키는데 도움을 제공하는 것이다.

가장 바람직하게는, 상기 아암 및 평형력은 상기 덮개가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동할 때 개방 위치와 폐쇄 위치 모두에서 안정적으로 유지하는 것이다. 상기 평형력은 평형추, 스프링 또는 다른 수단에 의해 제공될 수 있다. 상기 아암은 바람직하게는 덮개가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로, 및 그 반대로 이동하는 동안 상기 덮개와 접촉을 피하도록 형상이 만들어진다(예컨대, 덮개에 인접한 C자 형상일 수 있다). 바람직하게는, 상기 리프팅 아암(들)은, 상기 덮개에 직접 부착된 상기 아암의 부분들과 상기 덮개가 폐쇄 위치에 있을 때 수직 평면의 일 측에 위치하고 개방 위치에 있을 때 상기 수직 평면의 다른 측에 위치하는 무게 중심을 갖도록, 수직 평면에 무게 중심을 갖는 피봇을 통해 상기 용기에 부착되는 것이다.

가장 바람직하게는, 상기 리프팅 아암은, 덮개가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이를 편평한 원호를 그리며 이동하도록 상기 용기의 개방 상단부의 수직 높이보다 낮은 수직 높이에서 상기 용기에 피봇 가능하게 부착되는 것이다.

상기 덮개의 밑면에는 덮개가 폐쇄 위치에 있을 때 내부 공간을 가열하는 히터가 제공되나, 대안으로, 그와 같은 히터가 없고 단순히 상기 밑면에 상기 구조체의 내부 공간과 마주하는 내화 단열 재료층이 제공될 수도 있다.

상기 구조체가 2개 이상의 리프팅 아암과 2개 이상의 회전 제어 아암을 갖는 경우, 수가 동일한 것이 바람직하고, 각 리프팅 아암과 회전 제어 아암은 바람직하게는, 상기 덮개의 이동 중에 측면 방향으로 상기 아암이 상호 물리적 지지를 제공하도록, 서로 바로 인접하여 배치되는 것이다.

상기 덮개의 개폐를 용이하게 하기 위해 그 일 측면에 인접하여 핸들과 같은 손으로 잡을 수 있는 부분이 덮개에 제공되는 것이 바람직하다. 대안으로, 상기 덮개가 작업자의 직접적인 접촉 없이 이동될 수 있도록 수압, 공압 또는 전기 모터와 같은 동력을 갖춘 장치가 제공될 수 있다. 그와 같은 장치에는 바람직하게는 유선 또는 무선의 제어기가 제공될 수 있으며, 그와 같은 제어기는 상기 구조체(바람직하게는 구조체의 일 측면에)에 위치되거나 다른 곳에 위치될 수 있다.

상기 구조체의 용기는 바람직하게는 용융 금속에 의한 공격에 저항력이 있는 내화 재료, 예를 들면 내화 세라믹 재료로 제조되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 덮개가 완전 폐쇄 위치에 있는 용융 금속 트로프 구조체의 단면도이고,
도 2는 도 1의 구조체의 단면도로서, 덮개가 완전 개방된 위치에 있으며,
도 3은 도 1의 구조체의 사시도로서, 덮개가 폐쇄되어 있고,
도 4는 도 2의 구조체의 사시도로서, 덮개가 개방되어 있고,
도 5는 도 1의 실시예의 폐쇄된 위치로부터 리프팅 아암의 이동을 도시하고(회전 제어 아암은 명확성을 위해 생략되어 있으며 중간 위치가 가상으로 도시되어 있음),
도 6은 도 1의 실시예의 리프팅 아암이 완전 개방 위치에 있는 것을 개략적으로 도시하고(회전 제어 아암은 생략되어 있고 덮개는 수평 위치에 있음),
도 7은 도 1의 실시예의 회전 제어 아암의 폐쇄 위치로부터의 이동을 개략적으로 도시하고(리프팅 아암은 명확성을 위해 생략되어 있음),
도 8은 도 1의 실시예의 완전 개방 위치에 있는 회전 제어 아암을 개략적으로 도시하고(리프팅 아암은 명확성을 위해 생략되어 있음),
도 9는 도 5와 유사하지만, 덮개의 무게와 균형을 맞추는 평형추 대신에 스프링을 갖는 대안적인 실시예를 도시하고,
도 10은 한 쌍의 아암 대신에 하나의 아암이 사용될 수 있도록 하는 덮개(부분적으로 단면 도시됨)를 갖는 리프팅 아암의 안정적인 부착 수단의 확대 측면도로서, 작업자 측면에서 덮개를 본 것이며,
도 11은 도 5와 유사하지만, 덮개를 개방 위치에서 폐쇄 위치로, 및 그 반대로 이동하는 장치를 도시하고(회전 제어 아암은 명확성을 위해 생략되어 있음),
도 12는 덮개의 확대된 가로 방향 단면도로서, 상기 덮개는 그 밑면에 제공된 가열 장치를 도시하는 실시예에서 사용하기에 적합하다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 상기 도면은 용융-금속 이송 트로프 구조체의 형태(금속 이송 트로프)의 용융 금속(예컨대, 알루미늄) 수용 구조체(10)를 도시하며, 이것은 때로는 상기 구조체의 일 단부의 주입구에서 반대쪽 단부의 배출구까지 용융 금속을 이송하는 론더(launder) 또는 금속 러너(runner)라고 불린다. 도시된 구조체(10)는, 용융 금속을 수용하고 및 상기 구조체의 일 단에서 타 단으로 이송하는 내부 공간(internal volume)을 형성하는 통로(14)가 구비된 금속-이송 트로프(12)를 포함한다. 종단과 종단이 접속된 하나 이상의 트로프 섹션으로 구성되는 트로프(12)는 용융 금속에 저항력이 있는 적당한 내화 재료, 예를 들면 알루미늄(예컨대, 알루미나), 실리콘(실리카, 특히 용융 실리카), 마그네슘(마그네시아), 칼슘(석회), 지르코늄(지르코니아), 붕소(붕소 산화물)의 산화물; 탄화 규소, 특히 질화물 결합 탄화 규소(SiC/Si₃N₄), 탄화 붕소, 질화 붕소 등과 같은 금속 탄화물, 붕소화물, 질화물, 규화물; 예를 들어 칼슘 알루미늄 규산염과 같은 알루미노 규산염; 복합재료들(예를 들어, 산화물과 비산화물의 복합물); 가공 가능한 유리를 포함하는 유리; 섬유 또는 그 혼합물의 광물 면(mineral wools); 탄소 또는 흑연; 및 이와 유사한 것으로 만들어질 수 있다. 작동 시, 이와 같은 구조체는 일 단부가 금속 용해로의 론더와 같은 용융 금속의 소스에 부착되고, 타 단부가 용융 금속의 원격지 사용자, 예컨대 주조 테이블 또는 주조 금형에 부착된다. 상기 구조체는 설치되는 거리에 따라 임의의 적당한 길이로 제조될 수 있다.

트로프(12)는 금속 케이싱(15)(때로는 "쉘(shell)"이라고 하며, 도 1 및 2에서 파선으로 도시됨) 내에 수용되고 상기 금속 케이싱과 트로프 사이에는 트로프로부터 열 손실을 감소시키고 케이싱의 온도를 낮추기 위해 보통 단열 내화 재료(도시하지 않음)가 채워진다. 상기 구조체의 단부에는 케이싱(15)보다 더 큰 단부판(16)이 제공된다. 금속 상판(17)은 볼트(18)에 의해 케이싱(15)에 단단히 접속된다. 금속 케이싱(15) 자체는 케이싱(15)과 단판(16)을 하부의 바닥(56)(도 6 참조) 또는 다른 지지체로부터 들어올리는 길게 연장된 U자 형상의 축방향 금속 리브(rib) 또는 크래들(cradle)(도시하지 않음) 내에 유지된다.

통로(14)는 그 길이 방향을 따라 연장하는 개방된 상단(19)(도 2 참조)을 갖고 상기 개방된 상단은 외측 금속 쉘(21)과 단열 재료의 내부층(22)을 갖는 이동 식 덮개(20)에 의해 폐쇄된다. 덮개(20)는 또한 직립한 외부 핸들(24)을 가지며, 이것은 덮개의 한 에지에 인접하여(작업자가 덮개를 조작할 때 서있는 상기 구조체의 전면 측(26)에 가장 가까운 에지), 손으로 잡을 수 있는 덮개 부분을 형성하지만, 다른 실시예에서는 상기 덮개에는 덮개를 열기 위한 다른 종류의 손으로 잡을 수 있는 부분, 예컨대 돌출된 금속 립(lip) 또는 채널, 덮개의 측면 부분에 홈통(groove), 측면 부분의 핸들, 외측으로 연장하는 포스트 등이 제공되거나, 또는, 특히 덮개를 개폐하기 위해 동력을 갖춘 장치가 제공된다면(나중에 설명됨), 손으로 잡을 수 있는 그와 같은 부분이 제공되지 않을 수도 있다. 상기 덮개는 폐쇄 위치에 있을 때 트로프의 내용물과 직접 마주하는 밑면(25)을 가지며, 따라서 트로프의 용융 금속 내용물(도시하지 않음)과 근접에 의해 가열되어 온도가 상승된다. 또한, 밑면(25)에는 트로프 히터, 예컨대 도 12에 도시된 종류의 히터(66) 또는 미국 특허 제4,531,717호(이 특허문헌의 내용은 참조를 위해 본 명세서에 포함된다)에 기재된 것과 같은 히터가 제공될 수 있으며, 이와 같은 히터의 동작에 의해 온도가 추가로 상승될 수 있다.

상기 덮개(20)는 상기 구조체의 상판(17)에 부착되지 않지만, 4개의 긴 아암을 갖는 시스템에 의해 금속 케이싱(15)(도 3 및 도 4 참조)의 직립한 측벽(27)에 부착되며, 상기 측벽(27)은 작업자가 덮개를 개폐할 때 서있는 상기 구조체의 전면 측(26)에 반대인 측벽이다. 상기 4개의 아암은 2 종류, 즉 리프팅 아암(28)과 회전 제어 아암(29)이다. 이것들은 덮개(20)가 도 1 및 도 3에 도시된 것과 같이 통로(14)를 덮는 폐쇄 위치로부터, 도 2 및 도 4에 도시된 것과 같이 통로(14)로부터 멀리 개방 위치로 이동되는 것을 가능하게 한다. 폐쇄 위치로부터 개방 위치로, 및 그 반대로 덮개(20)를 이동하는 동안, 덮개의 밑면(25)은 상기 구조체의 전면측에 있는 작업자(55)(도 5 내지 도 8 참조)로부터 멀어지도록 안내된다. 따라서 작업자는 덮개를 이동할 때 뜨거운 밑면(25)에 직접 노출되지 않는다.

리프팅 아암(28) 각각은 긴 모양으로, 일 단부는 덮개(20)에 피봇 가능하게 부착되고 다른 단부는 평형추(30)에 부착된다. 2개의 단부 사이에, 상기 아암 각각은 금속 케이싱(15)의 직립 측벽(27)에 고정된 견고한 지지체(37)에 상기 아암을 피봇 가능하게 부착하는 부착점(32)을 갖는다. 덮개(20)는 외측 금속 쉘(21)에 단단히 부착된 브라켓(33)(도 3 참조)을 갖는다. 브라켓(33)은, 상기 브라켓의 직립한 단부와 상기 아암의 인접한 단부의 구멍을 관통하는 볼트(35)에 의해 아암(28)의 단부를 피봇 가능하게 부착하는 저널(journal)로서 기능을 하는 직립 단부(34)를 갖는다.

회전 제어 아암(29) 각각은 긴 모양이고 양쪽에 단부를 갖는다. 각 아암의 일 단부는 덮개(20)에 피봇 가능하게 부착되고 타 단부는 금속 케이싱(15)의 직립 측벽(27)에 부착된 피봇점(36)을 통해 강체 지지체(37)에 피봇 가능하게 부착된다. 아암(29)은 덮개(20)의 외측 금속 쉘(21)에 견고히 부착된 브라켓(38)을 통해 덮개(20)에 부착된다. 브라켓(38)은 아암(29)의 상단부와 직립 단부(39)의 구멍을 관통하는 볼트(40)를 위한 저널로서 기능을 하는 직립 단부(39)를 가지며, 이에 의해 덮개(20)에 대한 상기 아암 단부의 회전을 허용한다. 아암(29)은 추가의 수평 안정성을 상기 아암에 제공하는 타이로드(tie-rod)(43)에 의해 함께 연결되는 엘보우(42)를 갖는다.

언급한 바와 같이, 도시된 실시예에서는 2개의 리프팅 아암(28)과 2개의 회전 제어 아암(29)이 있다. 한 쌍의 리프팅 아암(28)에서 한 쪽의 아암은 덮개의 세로 방향(트로프와 나란한 방향)에서 다른 아암으로부터 떨어져 있으며, 한 쌍의 회전 제어 아암(29)에서 한 쪽의 아암은 덮개의 세로 방향(트로프와 나란한 방향)에서 다른 아암으로부터 떨어져 있지만; 리프팅 아암(28)의 각각은 도면에서와 같이 회전 제어 아암(29)의 각각에 바로 인접하여 위치하고 있다. 이러한 배열은, 상기 아암과 덮개의 부착점이 세로 방향으로 떨어져 있는 점과 회전 제어 아암과 리프팅 아암이 서로 횡적으로 지지하는 점에서, 상기 덮개의 엔드-투-엔드 틸팅과 요동(swinging)을 감소시킨다.

아암(28, 29)은 덮개(20)의 리프팅 및 회전 제어를 제공하고 덮개가 특정 경로에서 그리고 바람직한 기울기로 움직이도록 제약한다. 이와 관련하여 리프팅 아암(28)이 작동하는 방식이 도 5 및 도 6에 개략적으로 도시되어 있고, 회전 제어 아암(29)이 작동하는 방식이 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 본 실시예에서는 아암(28, 29)이 함께 사용되지만, 명확성을 위해서, 도 5 및 도 6에서는 리프팅 아암(28)이 단독으로 도시되어 있으며, 도 7 및 도 8에서는 회전 제어 아암(29)이 단독으로 도시되어 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 리프팅 아암(28) 각각은 단부(28A, 28B)와 상기 구조체(10)에 (이들 도면에서 도시되지 않은, 브라켓(37)을 통해) 견고히 부착된 중간 피봇점(32)을 갖는 것을 알 수 있다. 도 5는 덮개가 폐쇄 위치에 있지만, 작업자가 핸들(24)을 사용하여 덮개를 들어올릴 때 리프팅 아암(28)의 점진적인 중간 위치(28-01 내지 28-04)를 섀도우 라인(shadow line)으로 도시하고 있다. 도 6에는 덮개와 리프팅 아암의 완전 개방 위치가 도시되어 있다. 도 5 및 도 6의 라인(52)은 피봇점(32)의 상사점(top-dead-center)에서의 수직 평면을 표시한다. 덮개측의 리프팅 아암의 부분(28A)과 덮개(20)의 조합의 무게 중심(53)이 피봇점(32)을 수직으로 지나는 라인(52)의 우측(작업자(55) 측)에 있는 동안, 덮개의 무게는 덮개를 폐쇄 위치로 당기는 경향이 있다. 이 무게는 피봇점(32)의 평형추 측의 리프팅 아암(28)의 부분(28B)과 평형추(30)의 조합된 무게에 의해 부분적으로 균형이 이루어지며, 이것은 무게 중심(54)을 통해 작용한다. 상기 균형 효과는 피봇점(32)으로부터의 거리와 무게의 곱에 기초하며, 이에 의해 작업자(55)는 폐쇄된 위치에 있는 덮개(20)를 이동시키기 위해 비교적 작은 힘이 필요하게 된다. 덮개를 들어올리기 위해 필요한 힘은 평형추(30)의 효과에 의해 덮개의 실제 무게보다 훨씬 더 작게 된다. 덮개(20)의 무게 중심(53)이 라인(52)의 좌측에 있도록 덮개가 개방될 때까지, 덮개(20)를도 5의 폐쇄 위치로 미는 아래로 작용하는 힘이 존재한다. 그러나, 무게 중심(53)이 라인(52)의 좌측으로 이동하면, 덮개(20)(및 상부 아암 부분(28A))의 무게와 평형추(30)(및 하부 아암 부분(28B))의 무게는 덮개를 도 6의 완전 개방 위치로 밀며, 이때 덮개는 작업자가 상기 덮개를 다시 폐쇄할 때까지 그대로 유지된다. 리프팅 아암(28)이 도 6의 완전 개방 위치를 넘어서 축회전(pivoting)하는 것을 방지하는 수단이 제공된다. 그와 같은 수단은 도시된 바와 같이 그라운드(56)와 평형추(30)의 접촉, 덮개(20)와 아암(28)의 접촉, 또는 어떤 다른 멈춤 수단을 포함한다. 리프팅 아암(28)은 피봇점(32) 부근에서 원하는 레버 작용을 제공하기 위해 또한 덮개의 이동을 수용하기 위해 도시된 것과 같은 형상을 갖는다. 이것은 상단 부분(28A)은 덮개를 수용하기 위해 대략 C자 형상이고, 하단 부분(28B)은 직선이지만 피봇점(32) 부근에서 상단 부분에 대해 예각으로 배열되어 있다.

도 5 및 도 6에서, 덮개(20)는 그 회전이 회전 제어 아암(29)에 의해 제어되지 않는 경우로 상정될 수 있는 수평상태로 도시된다. 이것은, 그와 같은 회전제어 아암(29)이 없다면, 덮개의 밑면(25)이 항상 아래를 향하고 따라서 작업자(55)를 향하지 않을 것이라는 인상을 준다. 그러나, 작업자는 핸들(24)을 통해 덮개에 들어올리는 힘을 가하기 때문에 그렇지 않으며, 그리고 회전제어 아암(29)이 없다면, 이것은 볼트(35)를 축으로 덮개를 회전시켜 작업자를 뜨거운 밑면(25)에 노출시킨다.

도 7 및 도 8은 회전 제어 아암(29)이 어떻게 그와 같은 노출을 방지하는지 도시한다. 도 7은 폐쇄 위치와 섀도우 라인으로 그려진 중간 위치(29-01 내지 29-04)에 있는 덮개(20)를 도시하고, 도 8은 완전 개방 위치에 있는 덮개(20)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 아암(29)은 피봇점(36)을 축으로 하여 도 7의 화살표(A) 방향으로 도 7의 폐쇄 위치로부터 도 8의 개방 위치로 회전한다. 이 회전은 덮개(20)가 도 8의 화살표(B) 방향으로 작업자(55)로부터 떨어져서 기울어지게 한다. 덮개(20)가 이런 식으로 기울어지게 하는 방법은 (i) 아암(28, 29)의 상대적인 길이; (ⅱ) 덮개(20) 위에서 아암의 부착점 사이의 거리; (ⅲ) 구조체(10) 위에서 피봇점(32, 36) 사이의 수평 및 수직 거리; 및 (ⅳ) 덮개(20)의 피봇 부착(볼트(35, 40))와 구조체(10)의 상부 사이의 수직 거리에 의해 결정된다. 만일 회전 각도가 덮개의 설치 후에 조정되어야 한다면, 아암(28, 29)을 원래 있던 것과 상이한 길이를 갖는 대체 아암으로 교체하는 것이 아주 간단하다.

상기 아암의 피봇점(32, 36)은 구조체(10)의 상부보다 낮은, 즉 덮개(20)보다 낮은 수직 레벨에 위치된다. 이것은 덮개(20)가 폐쇄 위치에서 개방 위치로, 및 그 반대로 편평한 원호를 그리며 이동하도록 제한하는 효과를 갖는다. 따라서, 작업자(55)는 덮개(20)를 폐쇄 위치로부터 수직 상방으로 들어올리기보다는 덮개를 도 5 및 도 7의 화살표(C)로 표시된 것처럼 구조체(10)로부터 멀리 거의 수평으로 밀게 된다. 반대로, 작업자는 덮개를 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동시킬 때는 대략 수평으로 덮개를 끌어당긴다. 작업자에 의한 수평력은 리프팅 아암(28)의 피봇점에 작용하는 매우 긴 모멘트 아암을 가지며, 이에 의해 작업자는 더 작은 힘으로 더 적합한 방향으로 이동시킬 수 있다. 이와 같은 밀고/당기는 동작은, 상체와 팔의 힘을 수반하는 들어올리는 동작을 요구하는 대신에, 작업자의 몸통 및 다리의 핵심 근육으로부터 전달될 수 있다. 따라서 상기 필요한 힘의 방향은 모든 작업자에게 부담이 적으며 신장이 작거나 팔의 힘이 없는 작업자가 덮개를 조작하는 것을 용이하게 한다. 물론 그와 같은 동작은 평형추(30)의 도움에 의해 더욱 용이하게 된다.

전술한 바와 같이, 리프팅 아암들(28)은 브라켓(33)을 통해 덮개에 부착되고 회전 제어 아암들(29)은 브라켓(39)을 통해 덮개에 부착된다. 그와 같은 브라켓은 상기 아암들이 원하는 거리만큼 서로 떨어지도록 한다. 상기 브라켓은, 덮개의 무게 중심이 덮개의 세로 방향에서 리프팅 아암(28) 쌍의 단부 사이에 그리고 회전 제어 아암(29) 쌍의 단부 사이에 위치되도록, 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 덮개의 횡 방향에서, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 덮개의 무게 중심(53)은 상기 덮개가 안정적으로 지지되도록 2개의 브라켓(33, 39) 사이에 위치되는 것이 바람직하다.

덮개(20)의 기울기의 양은 항상 작업자(55)가 덮개의 밑면(25)에서 방출되는 열에 직접 노출되지 않도록 하는 정도가 되어야 한다. 이것은 보통, 수평으로부터의 경사 각도가 바람직하게는 작업자를 향해 약 25°이하가 되어야 하고(왜냐하면, 작업자를 향한 상기 최대값보다 작은 경사는, 밑면(25)이 여전히 작업자보다는 구조체를 향하기 때문에, 작업자를 열에 크게 노출시키지 않기 때문임), 더욱 바람직하게는 수평으로 또는 이상적으로는 임의의 각도만큼, 예컨대 도면에 도시된 것과 같이 최대 약 30°만큼 작업자로부터 멀리 기울어지는 것이 바람직하다는 것을 의미한다.

상기 설명된 실시예들은 덮개(20)를 이동하는데 필요한 힘을 감소시키기 위해 평형추(30)를 사용하고 있지만, 다른 수단, 예컨대 스프링이 동일한 목적으로 사용될 수 있다. 스프링(45)을 사용하는 적합한 구성이 도 9에 도시되어 있지만, 다른 설계라도 가능하다.

또한, 아암(28, 29)의 각 쌍이 도시되었지만, 대안의 실시예는 단지 하나의 아암(28)과 하나의 아암(29)을 가질 수 있다. 그와 같은 실시예는 덜 바람직하지만, 덮개(20)가 아주 작거나, 피봇점의 저널이 강해서 현저한 동작을 방지한다면, 효과적일 수 있다. 예를 들면, 도 10은, 싱글 아암(28)이 어떻게 브라켓(33)의 직립한 단부에 피봇 가능하게 부착되는 사이드바(35A, 35B)를 갖고, 그에 의해 단지 하나의 리프팅 아암(28)을 사용하면서 떨어져 있는 저널 포인트를 유지하는지를, 보여준다. 단일 회전 제어 아암(29)에 대해 동일 종류의 부착이 사용될 수 있다. 한편, 덮개가 특히 길다면, 덮개가 안정적으로 지지되도록 하기 위해, 각각 2개 이상의 떨어진 아암(28, 29)이 제공될 수 있다. 모든 아암의 피봇 부착을 위해 적당한 수의 부착 브라켓이 제공될 수 있다. 물론, 트로프의 길이가 정말로 긴 경우에는, 전술한 것과 같은 지지 구조체를 갖는 하나 이상의 덮개가 제공될 수 있다.

또한, 도 5 및 도 6의 "오버-센터(over-center)" 구성이 특히 바람직하지만, 평형추가 덮개(20)와 정확히 균형을 이루어서, 덮개가 개방될 때의 임의의 위치, 즉 개방 위치, 폐쇄 위치 또는 그 사이의 임의의 위치에 머무르게 하는 또 다른 실시예도 있을 수 있고, 피봇점이 현저한 마찰을 생성하여, (개방될 때) 상기 덮개에 가해지는 아래로 작용하는 임의의 힘이 상기 마찰을 초과하지 못하고 상기 덮개를 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동시키거나, 또는 덮개가 서서히 내려가게 하는 다른 실시예가 있을 수 있다.

위에서 간략히 설명한 바와 같이, 작업자가 덮개와의 직접적인 접촉을 피할 수 있도록, 상기 덮개를 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동시키기 위해 동력을 갖춘 장치가 제공될 수 있다. 그러한 구성이 도 11에 도시되어 있으며, 공압 또는 수압 피스톤과 실린더 조합(60)은, 작업자의 제어하에서 푸시버튼 또는 레버(63)에 의해 모터(62)로부터의 라인(61)을 통해 공압(pneumatic) 또는 유압(hydraulic) 유체(fluid)의 흐름에 따라 구조체(10)와 리프팅 아암(28) 사이에서 작동한다. 이와 같은 장치는 덮개(20)를 이동시킬 때 평형추(30) 또는 스프링의 지원이 필요 없을 만큼 충분히 강력하게 제조될 수 있지만, 더 작은 파워 설비가 사용될 수 있도록 또한 더욱 유연한 조작이 이루어지도록 평형추 또는 스프링이 제공되는 것이 여전히 바람직하다.

도 12는 밑면에 트로프 히터(65)가 제공된 덮개(20)를 도시하고 있다. 상기 덮개는 외측 금속 쉘(21)과, 상기 히터가 부착되는 단열층(22)을 갖는다. 상기 히터는 상기 구조체의 통로(14) 안으로 복사열을 방사하는 다수의 긴 전기 가열 엘리먼트(66)를 포함한다. 이런 종류의 덮개는 도시된 것과 같은 통제된 평형 시스템에서 특히 유리한데, 그 이유는 그와 같은 히터는 너무 섬세해서 상기 덮개가 너무 강하게 또는 빨리 닫히는 경우 쉽게 손상될 수 있기 때문이다. 상기 설명된 실시예는 덮개를 아주 부드럽게 그리고 비교적 천천히 열고 닫는 것을 가능하게 하고, 덮개의 개방은 덮개가 상기 구조체의 위로 빠르게 떨어지게 하지 않는다. 히터(65)는 도시된 바와 같이 전기적으로 동작되거나, 대안으로 가스 또는 액체 연료의 연소에 의해 동작될 수도 있다.

상기 실시예에서, 구조체(10)는 용융 금속을 한 위치(예컨대, 금속 용해로)에서 다른 위치(예컨대, 주소 금형 또는 주소 테이블)로 이송하기 위해 사용된 용융 금속 분배 시스템에서 사용된 종류의 긴 용융 금속 트로프의 형태를 갖는다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 예를 들면, 용융 금속 스트림이 상기 구조체를 통과할 때 그것으로부터 분진을 걸러내는 인라인(in-line) 세라믹 필터로서 사용된 구조체(예컨대, 세라믹 폼 필터를 포함하는 트로프)와 같은 다른 종류의 용융 금속 수용 용기가 사용될 수 있다. 그와 같은 구조체의 예는 1997년 10월 7일자로 Aubrey 등에게 특허된 미국 특허 제5,673,902호, 및 2006년 10월 26일 공개된 PCT 공개 번호 제WO2006/110974 A1호에 개시되어 있다. 전술한 미국 특허 및 PCT 공개 공보의 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

또 다른 실시예에서, 상기 구조체는 용기로서 기능을 할 수 있으며, 상기 용기 내에서 예를 들면 1995년 10월 10일자 공개된 PCT 특허 공개 공보 제WO95/21273호에서 개시된 소위 "Alcan compact metal degasser"에서와 같이 가스제거가 이루어진다(상기 특허문헌의 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함됨). 상기 가스제거 작업은 용융 금속 스트림이 도가니에서 주소 테이블로 이동할 때 그것으로부터 수소 및 다른 불순물을 제거한다. 그와 같은 구조체는, 회전식 가스제거 임펠러(impeller)가 위로부터 돌출하는 용융 금속 수용을 위한 트로프 모양의 내부 공간을 포함한다.

상기 실시예에서, 임펠러는 상기 덮개에 포함될 수 있으며 상기 덮개와 임펠러가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동될 때 상기 아암은 여유(clearance)를 제공하도록 구성된다. 그와 같은 구조체는 일괄 처리에서 사용되거나, 또는 금속 이송 용기에 부착된 금속 분배 시스템의 일부가 될 수 있다. 상기 구조체는 대안으로 한 위치에서 다른 위치로 이송하기 위해 대용량의 용융 금속을 수용하는 내화 세라믹 도가니로서 설계될 수도 있다. 모든 이와 같은 대안적인 구조체는 이동식 커버의 제공에 유리하다면 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있을 것이다.

Claims (24)

1. 용융 금속 수용 구조체에 있어서,
   용융 금속을 수용하는 내부 공간 및 개방된 상단부를 갖는 용기; 및
   상기 내부 공간과 마주하는 밑면을 갖는 상기 용기를 위한 덮개를 포함하고,
   상기 덮개는 상기 덮개의 밑면으로 상기 용기의 상기 개방된 상단부를 덮는 폐쇄 위치와, 상기 덮개가 상기 용기의 상기 개방된 상단부로부터 떨어져서 상기 구조체의 일 측면으로부터 상기 내부 공간에 액세스를 허용하는 개방 위치 사이에서 이동 가능하고,
   상기 덮개는 하나 이상의 긴 리프팅 아암(lifting arm)과 하나 이상의 긴 회전 제어 아암에 부착되고,
   상기 하나 이상의 리프팅 아암은 상기 덮개를 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 및 그 반대로 가이드하도록 작동하며, 그리고 상기 하나 이상의 회전 제어 아암은 상기 개방 위치로부터 상기 폐쇄 위치로 및 그 반대로 이동하는 중에 상기 덮개의 피보팅(pivoting)을 제어하도록 작동하여 상기 덮개의 상기 밑면이 상기 구조체의 일 측면에서 상기 구조체에 인접하게 위치하는 작업자에게 노출되는 것을 방지하고,
   상기 하나 이상의 리프팅 아암 또는 상기 하나 이상의 회전 제어 아암은 상기 덮개의 무게와 전체적으로 또는 부분적으로 균형을 맞추는 힘을 제공하는, 용융 금속 수용 구조체.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 리프팅 아암은 그 자체에 부착되고 상기 힘을 제공하는 평형추를 갖는, 용융 금속 수용 구조체.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 리프팅 아암은 그 자체에 부착되고 상기 힘을 제공하는 스프링을 갖는, 용융 금속 수용 구조체.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 리프팅 아암은 수직 평면내에서 중심을 갖는 피봇(pivot)을 통해 상기 용기에 부착되고,
   덮개 및 덮개측의 리프팅 아암의 부분들의 조합은, 상기 폐쇄 위치일 때는 상기 수직 평면의 일 측면 위에 위치하는 무게 중심을 갖고, 상기 개방 위치일 때는 상기 수직 평면의 다른 측면 위에 위치하는 무게 중심을 갖는, 용융 금속 수용 구조체.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 리프팅 아암은 상기 용기의 개방된 상단부의 수직 높이보다 낮은 수직 높이에서 상기 용기에 피봇 가능하게(pivotally) 부착되는, 용융 금속 수용 구조체.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 덮개의 밑면에는 상기 덮개가 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 내부 공간을 가열하는 히터가 제공되는, 용융 금속 수용 구조체.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 덮개의 밑면에는 상기 내부 공간과 마주하는 내화 단열 재료 층만이 제공되는, 용융 금속 수용 구조체.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   2개 이상의 리프팅 아암과 2개 이상의 회전 제어 아암을 갖고,
   상기 리프팅 아암들은 상기 덮개의 세로방향을 따라 서로 떨어져 있고, 상기 회전 제어 아암들은 상기 덮개의 세로방향을 따라 서로 떨어져 있는, 용융 금속 수용 구조체.
9. 제 8 항에 있어서,
   각각의 리프팅 아암은 회전 제어 아암에 바로 인접하여 위치되거나, 또는 각각의 회전 제어 아암은 리프팅 아암에 바로 인접하여 위치되고, 이에 의해 상기 아암들은 상기 덮개의 이동 중에 상호간 물리적 지지를 제공하는, 용융 금속 수용 구조체.
10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 리프팅 아암은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로의 상기 덮개의 이동을 수용하기 위한 C자 형상 부분을 갖는, 용융 금속 수용 구조체.
11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 회전 제어 아암은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로의 상기 덮개의 이동을 수용하기 위한 C자 형상 부분을 갖는, 용융 금속 수용 구조체.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 리프팅 아암 중 하나 이상은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로의 상기 덮개의 이동을 수용하기 위한 C자 형상 부분을 갖는, 용융 금속 수용 구조체.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 회전 제어 아암 중 하나 이상은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로의 상기 덮개의 이동을 수용하기 위한 C자 형상 부분을 갖는, 용융 금속 수용 구조체.
14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개에는 상기 일 측면에 인접한 손으로 잡을 수 있는 부분이 제공되는, 용융 금속 수용 구조체.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 손으로 잡을 수 있는 부분은 상기 덮개에 부착된 핸들인, 용융 금속 수용 구조체.
16. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 및 그 반대로 상기 덮개를 이동시키는 동력을 갖춘 장치를 포함하는, 용융 금속 수용 구조체.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 하나 이상의 리프팅 아암과 케이싱(casing) 사이에서 작동하는 실린더 및 피스톤을 포함하는, 용융 금속 수용 구조체.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 장치는 원격 조작 가능한 제어를 포함하고, 상기 제어는 상기 덮개의 이동을 제어하는, 용융 금속 수용 구조체.
19. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기는 용융 금속에 의한 공격에 저항력이 있는 내화 재료로 만들어지는, 용융 금속 수용 구조체.
20. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 회전 제어 아암은 상기 덮개가 상기 밑면에서 수평 위치로부터 작업자가 서있는 구조체의 측면을 향해 25°이상 회전하는 것을 방지하는, 용융 금속 수용 구조체.
21. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 회전 제어 아암은 상기 덮개가 상기 밑면에서 수평 위치로부터 작업자가 서있는 구조체의 측면에서 멀어지는 방향으로 회전시키는 것을 방지하는, 용융 금속 수용 구조체.
22. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기는 용융 금속을 이송하는 긴 트로프(trough)이고,
    상기 트로프는 상기 구조체의 일 종단에 용융 금속을 위한 주입구와 상기 구조체의 반대 종단에 용융 금속을 위한 배출구를 갖는, 용융 금속 수용 구조체.
23. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기는 외측 금속 케이싱을 포함하는, 용융 금속 수용 구조체.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 아암들은 상기 구조체의 일 측면에 대향하는 상기 금속 케이싱의 측벽에 피봇 가능하게(pivotally) 부착되는, 용융 금속 수용 구조체.

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