KR101720370B1

KR101720370B1 - 용융 금속 수용 용기 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101720370B1
Application number: KR1020127013068A
Authority: KR
Inventors: 에릭 더블유. 레베스; 제임스 이. 부어만; 리차드 스콧 브루스키
Original assignee: 노벨리스 인코퍼레이티드
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2017-04-10
Also published as: CA2778438A1; WO2011069251A1; JP2013513082A; RU2012127005A; KR20120110102A; US10274255B2; EP2927629A1; EP2510299A4; CA2887425A1; EP2927629B1; US9498821B2; EP2510299A1; US20160370115A1; ES2537981T3; CN102639950A; CN102639950B; CA2887425C; CA2778438C; BR112012013771A2; EP2510299B1

Abstract

본 발명의 실시예들이, 내부에 용융 금속을 수용하거나 이송하기 위한 용기를 제공한다. 용기의 외측 표면의 적어도 일부분은 표면 내에 매립되는 금속 와이어들의 망을 일체화하며, 와이어들은 그들 사이에 형성되는 개구부들을 갖도록 서로 붙는다. 내화재는 개구부들 속으로 관통한다. 망은 직조 금속 와이어들 또는 비-직조 와이어들, 또는 둘 모두를 포함할 것이다. 망은 균열 발생(또는 일단 형성된 균열의 수용)에 대한 저항성 및/또는 균열이 발달하는 경우의 용융 금속 누출에 대한 저항성을 부여한다. 본 발명은 또한 그러한 용기를 포함하는 금속 수용 구조체 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

용융 금속 수용 용기 및 그 제조 방법{MOLTEN METAL―CONTAINING VESSEL AND METHODS OF PRODUCING SAME}

본 발명은 용융 금속을 이송, 취급 및/또는 유지하기 위해 사용되는 내화성 또는 세라믹 용기들을 포함하는 용융 금속 수용 구조체에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 그러한 용기들 및 그의 섹션들에 관한 것이다.

출탕통(launder), 탕도(runner) 등과 같은 금속 수용 구조체들이 종종, 주조 작업 및 이와 유사한 작업 도중에, 예를 들어 금속 용해로와 같은 한 위치로부터 예를 들어 주조 금형 또는 주조 테이블과 같은 다른 위치까지 용융 금속을 이송하기 위해 필요하다. 다른 작업들에서, 금속 수용 구조체들은 금속 필터링, 금속 가스제거, 금속 수송, 금속 유지(metal holding) 등과 같은, 금속 취급을 위해 사용된다. 그러한 구조체들에서 사용되는 트로프(trough), 컨테이너(container) 및 쇳물 바가지(ladle) 등과 같은 금속 접촉 용기들은 일반적으로, 용융 금속에 노출됨에 따른 용융 금속에 의한 열화 및 고온에 저항력 있는, 내화재, 특히 세라믹 재료로 제작된다. 때때로, 그러한 구조체에는, 용융 금속들이 용기들 내부에 수용되거나 용기들을 통해 이송됨에 따라 과도하게 냉각되거나 응고되지 않도록 하는 것을 보장하기 위해, 열원(sources of heat)이 제공된다. 열원은, 용기에 인접하게 배치되는 전기 가열 요소 또는 용기의 내측 또는 외측 표면을 따라 뜨거운 유체(예를 들어, 연소 가스)를 이송하는 배관일 것이다.

그러한 구조체들에 사용되는 내화 용기들은, 용융 금속이 이송될 때나 부가적인 가열이 적용될 때, 또는 용기 섹션들이 사용되지 않거나 냉각이 허용될 때, 열 순환, 즉 상당한 온도의 변화를 받게 된다. 열 순환은, 용기들 또는 용기 섹션들을 제작하는데 사용되는 내화재에 균열의 형성을 야기할 수 있다. 균열들은 시간과 더불어 전파되고, 결국 매우 크고 깊게 되어 용융 금속이 용기로부터 누출되도록 할 것이다. 이것이 발생할 때, 그에 따른 영향을 받은 용기들은 수리되거나 교체되어야만 하며, 종종 그러한 부품들의 수명은 매우 짧다. 그러므로 용융 금속 수용 용기들 및 그의 섹션들의 유효 수명을 연장하는 방법, 및 균열 형성과 그러한 용기로부터의 용융 금속의 누출을 방지하거나 최소화하기 위한 방법에 대한 요구가 있다.

1942년 11월 3일 루이스 티. 웰센스에게 허여된 미국특허 제2,301,101호는, 자체의 벽 내에 매립된 와이어를 구비하는 주조 금형을 위한 내화 보온입탕(refractory hot top)을 개시한다. 1996년 4월 9일 샤를스 더블유. 코너스 주니어에게 허여된 미국특허 제5,505,893호는, 트로프의 내화 라이닝(lining)을 성형하는데 사용되는 개방 망 스크린(open mesh screen)을 개시한다.

이러한 개시들에도 불구하고, 여전히 개선된 용기 섹션들 및 이들을 제작하기 위한 개선된 방법에 대한 요구가 있다.

일 실시예는, 용융 금속을 수용하거나 이송하기 위한 공동(cavity)을 구비하는 내화재 몸체 및 내부에 매립된 금속 와이어의 망(web)을 구비하는 외측 표면을 포함하는, 용융 금속과 접촉하기 위한 용기를 제공한다. 상기 망의 상기 와이어들은, 상기 와이어들 사이에 형성되어 그 속으로 내화재가 관통하는, 개구부들을 갖도록 서로 중첩(overlay)되어 있다.

다른 실시예는, 이상에서 정의된 바와 같은 용기 및 적어도 부분적으로 상기 용기를 둘러싸는 금속 케이스를 포함하는, 용융 금속 수용 구조체를 제공한다.

또 다른 실시예에 따르면, 보강 내화 용기 또는 용기 섹션을 제작하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은, 상기 용기 또는 용기 섹션의 의도된 형상을 구비하는 금형(mold)을 제공하는 단계; 주조 내화재 몸체를 형성할 수 있도록 하는 내화재의 슬러리(slurry)를 생성하는 단계; 상기 금형의 적어도 하나의 내측 표면에, 그들 사이에 형성되는 개구부들을 갖도록 중첩되는, 금속 와이어들의 망을 라이닝하는 단계; 상기 금형 속으로 상기 슬러리를 주입하여, 상기 슬러리가 상기 개구부들을 관통하도록 하는 단계; 외측 표면에 상기 망이 일체화되는 용기 또는 용기 섹션을 형성하도록 상기 슬러리를 응고시키는 단계; 및 상기 용기 또는 상기 용기 섹션을 상기 금형으로부터 제거하는 단계를 포함한다. 상기 금형은, 상기 망의 개구부들 속으로의 슬러리의 관통을 용이하게 하기 위해, 상기 슬러리가 응고되거나 경화되기 전에, 진동이 가해지거나 압력이 가해질 것이다.

또 다른 실시예는 보강 내화 용기를 제작하는 대안적인 방법을 제공한다. 본 대안적인 방법은, 내화재로 제작되고 외측 표면을 구비하는 용기를 제공하는 단계, 및 상기 외측 표면에 망을 부착시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 망은 그들 사이에 개구부들을 구비하는 금속 와이어들을 포함하고, 상기 망은, 상기 개구부들을 통해 상기 망 속으로 침투하게 되는, 내화 접착제를 통해 상기 외측 표면에 부착된다.

바람직하게, 상기 용기는, 내부에 형성되는 통로를 구비하는 길쭉한 금속 이송 트로프, 용융 금속 필터용 컨테이너, 용융 금속 가스제거기용 컨테이너, 도가니 및 이와 유사한 것 중에서 선택되는 물품과 같은 용도를 위해 성형되고 치수가 결정된다.

실시예의 용기는 내화재로 제작된다. 금속 수용 용기들을 언급하기 위해 여기서 사용되는 용어 "내화재"는, 용융 금속들에 의한 공격에 대해 비교적 저항력이 있고, 예를 들어 용융 금속의 온도와 같은 정상적인 사용 도중에 용기들에 관해 예상되는 고온에서 그들의 강도를 유지할 수 있는, 모든 재료를 포함한다 할 것이다. 그러한 재료들은 세라믹 재료들(무기 비금속 고체들 및 열 저항력 있는 유리들) 및 비금속들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 적당한 재료들의 비제한적인 목록은 다음을 포함한다: 알루미늄(알루미나), 규소(이산화규소, 특히 합성된 이산화규소(fused silica)), 마그네슘(마그네시아), 칼슘(석회), 지르코늄(지르코니아), 붕소(붕소산화물)의 산화물; 탄화 규소, 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 복합재료들); 가공가능한 유리들을 포함하는 유리들; 섬유들 또는 그 혼합물의 광물면(mineral wools); 탄소 또는 흑연; 및 이와 유사한 것.

실시예의 용기는 일반적으로 용융 알루미늄과 알루미늄 합금을 수용하기 위한 것이지만, 다른 용융 금속들, 특히 용융 알루미늄과 유사한 그 융점을 갖는, 예를 들어 (알루미늄보다 낮은 융점을 갖는) 마그네슘, 납, 주석 및 아연, 그리고 (알루미늄보다 높은 융점을 갖는) 구리와 금을, 수용하기 위해 적용될 수도 있을 것이다.

바람직하게, 수용되거나 이송되어야 할 특정 용융 금속에 사용하기 위한, 금속 망의 와이어로 선택되는 금속은, 그러한 특정 용융 금속과 무반응성이거나, 적어도 용융 금속과의 제한된 접촉이 망의 과도한 부식, 분해 또는 흡수를 야기하지 않도록 충분히 무반응성이어야 한다. 티타늄은 용융 알루미늄과 알루미늄 합금들에 사용하기 위해 좋은 선택이지만, 고비용의 단점을 갖는다. 덜 비싼 대안들은 니켈-크롬 합금(예를 들어, Inconel®) 및 스테인리스 스틸을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

용기는 외측 금속 케이스를 구비하는 금속 수용 구조체의 일부를 형성할 것이며, 구조체에는 용융 금속을 위한 히터가 제공될 수 있다. 이러한 종류의 가열되는 구조체들이, 2005년 12월 13일 틴제이 등에 허여된 미국특허 제6,973,955호, 또는 하이마스 등에 의한 2008년 7월 10일 미국특허공개번호 제2008/0163999호로 공개된, 출원중인 미국특허출원번호 제12/002,989호에 개시된다(이러한 특허 및 특허출원의 개시들은 본 참조를 통해 여기에 명확하게 통합된다.).

실시예들이 첨부되는 도면들을 참조하여 이하에 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 트로프 섹션을 도시한 사시도;
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 도 1의 트로프 섹션의 횡단면도;
도 3은 도 1 및 도 2의 트로프 섹션에 사용되는 보강 망(reinforcing web)을 도시한 측면도;
도 4는 도 3의 보강 망을 도시한 평면도;
도 5는 도 3 및 도 4의 보강 망의 일부분을 형성하는 직조 층(woven layer)을 도시한 평면도;
도 6은 도 3 및 도 4의 보강 망의 다른 부분을 형성하는 비직조 층(non-woven layer)을 도시한 평면도;
도 7은, 도 3 내지 도 6에 따른 보강 망의 배치를 도시하는, 그의 측벽에 가까운 금속 이송 트로프의 일부분을 확대 도시한 단면도;
도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 트로프 섹션을 일체화하는 용융 금속을 이송하기 위한 금속 수용 구조체의 단부를 도시한 도면;
도 9는, 도 2의 트로프 섹션과 유사하지만 다른 실시예를 도시하는, 트로프 섹션의 수직 횡단 단면도.

도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 금속 이송 트로프 또는 트로프 섹션(10) 형태의 금속 수용 용기를 도시한다. 용기는 이하에서, 비록 실용적 트로프가 단지 하나의 그러한 섹션으로 이루어질 수도 있지만 금속 이송 트로프가 통상적으로 단부가 맞닿게 놓이는 2 이상의 그러한 섹션으로 이루어지기 때문에, 트로프 섹션으로 언급될 것이다. 보통, 트로프 섹션(들)은, 트로프 섹션(들)을 위한 물리적 보호를 제공하기 위해 그리고 트로프 섹션들이 2 이상 있을 때 트로프 섹션들을 서로 정렬되게 유지하기 위해, 용융 금속 수용 구조체의 외측 금속 케이스 내부에 유지될 것이다(이에 대한 실시예가 도 8과 관련하여 이후에 설명된다). 가열 수단(미도시)이 또한, 트로프 섹션(들)을 통해 이송됨에 따라 용융 금속을 적당한 온도에서 유지하는 것을 돕기 위해 제공될 수도 있을 것이다.

예시된 트로프 섹션(10)은, 고온 및 트로프 섹션을 통해 이송될 용융 금속에 의한 공격에 저항력을 갖는 내화재로 제작되는 몸체(11)를 구비한다. 몸체(11) 용도로 사용될 수 있는 특히 바람직한 재료들의 예들은, 알루미나, 탄화 규소(예를 들어, 질화물 결합 탄화 규소), 알루미노 규산염, 합성된 이산화규소, 또는 이 재료들의 조합들과 같은 세라믹들을 포함한다. 물론, 예를 들어 앞서 언급된 것들 중 임의의 것과 같은, 다른 내화재들이 몸체 용도로 사용될 수도 있을 것이다. 몸체(11)는 측벽들(12), 바닥벽(13), 대향하는 길이방향 단부들(14) 및 최상부 벽(15)을 구비한다. 길쭉한 U-자형 금속 이송 통로(16)가 최상부 벽(15)으로부터 몸체(11) 속으로 하방을 향해 들어가도록 형성되고, 몸체의 길이방향 일단부(14)에서 타단부까지 연장된다. 도 2에 예시된 바와 같이, 사용 중에 트로프 섹션은 점선으로 도시된 바와 같은 수평 레벨(17)로 표현되는 깊이까지 용융 금속을 수용하고, 이 용융 금속을 트로프 섹션의 일단부에서 타단부까지 이송한다. 레벨(17)은, 트로프 섹션을 통해 이송되는 용융 금속의 상측 표면이 트로프 섹션의 정상적 사용 도중에 그 위로 올라가지 않는, 높이를 나타낸다.

측벽들(12) 및 바닥벽(13)은 평면형으로 도시되지만, 필요하다면, 윤곽이 있는 형상 및/또는 측벽들의 경우에 수직에 대해 어느 정도의 경사를 구비할 수도 있을 것이다. 이러한 벽들은, 그의 외측 표면들에 매립되는 금속 와이어의 망(20)을 갖도록 제공된다. 이러한 망은, 몸체(11)의 내화재와 분리하여, 첨부되는 도면의 도 3 내지 도 6에 더욱 상세하게 도시된다. 본 실시예의 망(20)이 2개의 전혀 다른 섹션, 즉 직조 금속 매트릭스(21: woven metal matrix)와 (펠트 같은) 비-직조 헝클어진 금속 매트릭스(22: non-woven matted metal matrix)로 제작된다는 것을, 도 3의 측면도로부터 확인할 수 있을 것이다. 이러한 2개의 섹션은 (예를 들어, 소결 또는 용접에 의해) 서로 단단하게 부착되어, 이들이 단일 일체형 다공성 망(20)처럼 작용하도록 한다. (도 5에 독립적으로 도시되는) 직조 매트릭스(21)는, 바람직하게 0.5 내지 10mm, 더욱 바람직하게 1 내지 10mm, 더욱더 바람직하게 1 내지 5mm의 범위의 평균 크기(각 측면의 폭 또는 직경)를 구비하는 섬유들 사이의 개구부들을 남기도록 함께 직조되는, 서로 떨어진 날실 섬유들(warp fibers)과 서로 떨어진 씨실 섬유들(weft fibers)로 형성된다. 개구부들이 매우 작게 만들어진다면, 어떤 내화재들은 개구부들 속으로 완전히 관통하지 못할 것이며, 직조 층(21)은 바람직하지 않게 내화재가 자유롭게 이동할 수도 있는 넓은 전단 평면(shear plane)을 생성할 것이다. 개구부 크기가 10mm 보다 훨씬 크다면, 일부 실시예에서 내화재를 제자리에 효과적으로 유지하기 위한 충분한 와이어 밀도가 아닐 것이다. 그러나 언급된 범위 밖의 폭을 구비하는 개구부들은 일부 내화재를 위해서는 효과적일 수 있고, 와이어 용도로 사용되는 일부 금속에 대해서, 트로프 섹션의 몸체(11) 용도로 사용되는 임의의 특정 내화재에 대한 최적 크기 범위를 정하기 위해 매우 단순한 시험이 사용될 수 있을 것이라는 점을, 알아야 할 것이다. 내화재는 금속 망(20)을 갖는 일체형 구조체를 형성하기 위해 직조 매트릭스의 개구부들을 관통한다. 이는 트로프 섹션에, 균열이 형성되는 것을 방지하거나 트로프 내에 일단 형성된 균열의 확장 또는 전파를 제한하기 위한, 효과적인 보강을 제공한다. 도시된 바와 같이, 단일 층의 직조 매트릭스(21)가 바람직하지만, 특히 그러한 층들이 예를 들어 소결 또는 용접에 의해 서로 단단하게 부착된다면, 선택적으로 다수의 직조 층이 사용될 수도 있을 것이다. 특정한 일 실시예를 위한 적당한 직조 매트릭스의 예는 대략 폭 7mm의 개구부들 및 대략 직경 14mm의 와이어들을 구비하는 #2 와이어 스크린이다. 직조 매트릭스는 홀로 사용될 수도 있지만, 이하에 설명되는 바와 같이 비-직조 매트릭스(22)와의 조합으로 사용되는 것이 바람직하다.

(도 6에 독립적으로 도시되는) 비-직조 매트릭스(22)는, 가닥들 사이에 형성되는 개구부들을 갖도록, 무작위적인 형태로 서로 중첩되는 와이어 가닥들(wire strands)로 이루어진다. 가닥들 사이의 개구부들은 직조 매트릭스의 와이어들 사이의 그것과 크기가 유사할 수도 있지만, 더 작은 것이 바람직하다. 개구부들은 대략 50㎛ 내지 10mm의 범위인 것이 바람직하지만, 더욱 바람직한 최대크기는 5mm, 1mm, 500㎛, 450㎛, 400㎛, 350㎛, 300㎛, 250㎛, 200㎛ 및 150㎛이다. 비록 더 작고 더 큰 개구부 크기들이 특정 실시예에서 효과적일 수는 있으나, 가장 바람직하게, 평균 개구부 크기는 50 내지 150㎛의 범위, 일반적으로 대체로 100㎛(±25%) 정도이다. 비-직조 매트릭스(22)의 개구부 크기는, 트로프 섹션의 몸체를 형성하기 위해 사용되는 내화재에 의한 효과적인 관통을 허용하는데 충분하도록 큰 것이 바람직하지만, 인접한 트로프 섹션에서 균열을 발달시킬, 용융 금속이 매트릭스를 통해 쉽게 관통하지 않도록 하는데 충분하도록 작은 것이 바람직하다. 비-직조 매트릭스(22)는, 서로 중첩되고 비교적 두꺼운 층을 형성하기 위해 함께 압축되는, 많은 수의 금속 와이어로 제작되어, 용융 금속이 이 층을 관통하기 시작할 수 있어야 하며, 금속 매트릭스를 통해 완전히 관통하고 다시 완전한 관통을 불가능하게 하도록 구불구불한 또는 뒤얽힌 경로(tortuous or convoluted path)를 형성하여야 한다. 몇몇 실시예에서, 비-직조 매트릭스(22)는 트로프 섹션에서 균열을 발달시킬 금속 관통에 대한 저항성을 제공하기 위해 홀로 사용될 수도 있지만, 도시되고 이상에 설명된 바와 같이, 직조 매트릭스(21)와의 조합으로 사용되는 것이 바람직하며, 따라서 강도강화 및 금속 관통에 대한 저항성의 조합이 획득될 수 있도록 한다. 직조 매트릭스의 개구부 크기가 비-직조 매트릭스의 크기보다 더 클 때, 양호한 보강 및 금속 관통에 대한 저항성이 획득될 수 있을 것이다. 비록 직조 매트릭스는 일반적으로 보강을 위한 것이 바람직하고, 비-직조 매트릭스는 금속 관통에 대한 저항성을 부여하기 위한 것이 바람직하지만, 필요하다면, 이러한 역할은, 직조 매트릭스보다 더 큰 개구부들을 갖는 비-직조 매트릭스를 제공함에 의해, 반대로 될 수도 있을 것이다.

망(20)의 하나의 섹션 및 바람직하게 두 섹션 모두가, 트로프를 통해 이송될 용융 금속에 의한 공격에 저항력이 있고 트로프를 통해 이송될 용융 금속에 의해 쉽게 젖지 않는 금속으로 제작되는 것이 바람직하다. 이는, 균열을 발달시킬 용융 금속이 금속 망을 관통하는 것을 덜 가능한 것으로 만든다. 적당한 금속들은 니켈-크롬 합금들(예를 들어, Inconel®), 스테인리스 스틸, 티타늄 및 이송되는 용융 금속에 의해 쉽게 분해되지 않는 다른 금속들 또는 합금들을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 그러나 망(20)에 관하여, 미국 플로리다 32713 드바리 수트 100 스프링스뷰 커머스 디알. 230의 마이크론 화이버-테크사에 의해 상품명 G-mat®로 판매되는 2층 재료를 사용하는 것이 가장 유익한 것으로 확인된 바 있다. 이 제품은 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같은 구조를 구비하며, 높은 온도를 견딜 수 있고, 특수한 철-크롬-알루미늄-M 합금으로 제작된다(여기서 M은 독점적인 성분(proprietary ingredient)을 나타낸다).

각각의 망 매트릭스들(21, 22)의 와이어 용도로 사용되는 금속들은 보통 동일한 것이지만, 필요하다면, 예를 들어 금속 관통에 대해 더 큰 저항성을 갖는 하나의 매트릭스와 내화재의 보강을 위해 더 큰 강도를 갖는 다른 매트릭스를 제공하기 위해, 서로 다른 금속들이 사용될 수도 있을 것이다.

서로 다른 매트릭스들(21, 22) 용도로 사용되는 와이어들의 두께는 동일한 것일 수도 있지만, (더 큰 강성을 위해) 직조 매트릭스(21) 용도로 사용되는 더 두꺼운 와이어들 및 (용융 금속이 관통하는 것에 대해 더욱 뒤얽힌 경로를 제공하기 위해) 비-직조 매트릭스(22) 용도로 사용되는 더 얇은 와이어들과 같이, 서로 다른 것이 바람직하다. 와이어 두께의 예들은 비-직조 매트릭스(22) 용도로 0.0002 내지 0.0003 인치 및 직조 매트릭스(21)의 와이어 용도로 0.006 내지 0.007인치(직경)이다. 그러나 이러한 두께들은 단지 예이며, 생성되는 금속 망들의 적합한 유효성을 위해 본질적인 것으로 생각되어서는 안된다.

트로프 섹션이 가열되는 용융 금속 분배 구조체에 사용되어야 할 것이라면, 망(20)은 열의 관통을 허용하기 위해 높은 열 전도성을 구비하는 것이 바람직할 것이다. 그러나 망 용도의 임의의 적당한 금속은 대부분, 트로프 섹션의 통로 내부에서 가열수단으로부터 용융 금속으로의 열 전달을 용이하게 하기 위해, 적당한 열 전도성을 구비한다.

도 7은 측벽(12)에서 외측 표면(18)에 인접한 부분의 몸체(11)의 구조를 도시한 동일한 실시예의 트로프 섹션의 일부분을 확대 도시한 단면도이다. 본체(11)의 내화재는 2개의 망 섹션 모두를 통해 관통했고, 트로프 섹션의 외측 벽(12)의 일부분을 형성한다는 것을 알게 될 것이다. 본 실시예에서, 비-직조 매트릭스(22)는 외측 표면(18)에 가장 근접하게 배치되고, 직조 매트릭스(21)는 몸체(11)의 내화재 내에 더욱 깊게 매립된다. 비-직조 매트릭스(22)는 균열을 발달시키는 용융 금속의 트로프 섹션의 외측 표면(18)에 대한 관통에 저항하고, 직조 매트릭스(21)는 구조적 보강을 제공하며 그러한 균열의 형성 및 확장을 덜 가능하도록 만든다. 비-직조 매트릭스(22)의 와이어들 중 일부는 외측 표면(18)에서 보여질 수도 있지만, 트로프 섹션은 그 내부에 매립된 내화재의 트로프 몸체(11)를 구비하는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 직조 매트릭스(21)가 비-직조 매트릭스(22) 보다 외측 표면(18)에서 더 멀리 떨어져 위치하는 것이 바람직한 가운데, 필요하다면 이러한 배열은 반대로, 즉 직조 매트릭스(21)가 비-직조 매트릭스(22)보다 외측 표면(18)에 더 가깝게 배치될 수도 있을 것이다.

도시된 바와 같이, 망(20)을 내화재의 외측 표면(18)(바로 아래)에 정확하게 위치시키는 것이 바람직하다. 내화재의 몸체(11) 내부의 더 깊은 위치는, 망(20)이 몸체(11)의 벽을 망의 각 측부의 2개의 비보강(내화재만의) 영역들로 분할하도록 야기할 것이며, 이는 벽의 균열-저항성 및 강성을 감소시킬 수 있다. 그러므로 망을 외측 표면에 정확하게 배치하고, 트로프 섹션의 벽들의 내화재만의 부분들을 가능한 한 두껍게 유지하는 것이 더 좋은 것으로 고려된다. 나아가, 더욱 깊게 망(20)을 매립하는 것은, 내화재가 망으로부터 분리될 수 있도록 하는, 예시된 바와 같이 본 실시예에서의 단지 하나 대신에, 2개의 가능한 전단 평면(possible shear planes)을 생성한다.

망(20)은, 통로(16) 내부의 금속의 최대 의도 표면 높이에 상응하는 수평 레벨(17)(도 2 참조) 아래의 트로프 섹션의 외측 표면(18)의 모든 부분 속으로 일체화되는 것이 바람직하지만, 도시된 바와 같이, 바닥벽(13) 및 측벽들(12)의 모든 부분 속으로 일체화되는 것이 더욱 바람직하다. 균열들은 트로프 섹션 내의 최상부(top)에 형성되는 경향이 있으며, 따라서 최상부에 인접한 보강이 바람직하다. 그러나 일반적으로 트로프 섹션의 최상부 벽(15)(top wall) 속으로 매트릭스를 일체화시킬 필요는 없다.

이상에 설명된 바와 같은 종류의 트로프 섹션들은 다양한 크기로 된다. 일 예는 665mm의 길이, 204mm의 폭 및 365mm의 높이를 구비한다. 어떤 크기의 트로프 섹션도 본 발명의 실시예에 따른 매립된 망(20)을 갖도록 제공될 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 용융 금속을 수용하거나 이송하기 위한 용기의 예인, 트로프 섹션(10)은 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같은 금속 이송 출탕통과 같은 금속 수용 구조체에 포함될 수 있을 것이다. 본 실시예에서, 트로프 섹션(10)은 지지 및 보호를 위해 금속 케이스(30) 내부에 유지된다. 케이스의 내부는 가열수단(미도시) 및/또는 단열재를 갖도록 제공될 수도 있을 것이다.

도 9는, 트로프 섹션(10)이 길이방향 일단부에서 타단부까지 연장되는 완전하게 둘러싸인 통로(16)를 구비하는, 용기의 다른 실시예를 도시한다. 통로는 도시된 바와 같이 튜브형(단면 원형)일 수 있지만, 선택적으로, 예를 들어 타원형, 비대칭적인 둥근형 또는 다각형과 같은, 임의의 다른 단면 형상일 수도 있다. 망(20)은 트로프의 바닥벽(13)을 따라 그리고, 측벽들(12)에서 수평 레벨(17), 즉 통로를 통해 이송되는 용융 금속의 예상되는 최대 높이 위의 높이까지 연장된다. 그러나 망(20)은, 필요하다면, 트로프 섹션의 외측 표면(18) 둘레 전체에 연장될 수도 있을 것이다.

금속 망들이 매립된 상기한 종류의 트로프 섹션들과 다른 내화재 용기 및 그의 부품들은, 측벽들 또는 바닥벽 표면들을 형성할 금형의 하나 이상의 면들에 대항하여 유지되는 금속 망(20)의 층을 구비하는, 요구되는 형상의 금형 내에 내화재 입자의 슬러리를 주조함으로써 제작될 수 있을 것이다. 슬러리는 액체(예를 들어, 물 또는 콜로이드질 이산화규소)와 (미세분말에서 더 큰 미립자까지 범위의) 내화재 혼합물로 형성될 것이다. 슬러리는, 짧은 건조시간뿐만 아니라 최적 금형 충전 및 망(20)의 개구부 속으로의 관통을 제공하도록 조직되는 것이 바람직하다. 슬러리는 트로프 섹션의 고체 몸체를 형성하기 위해 응고하기 전에 금속 망을 관통한다. 바람직하게, 금형은, 금속 보강 층들 속으로 및 금속 보강 층들을 통한 슬러리의 관통을 용이하게 하기 위해, 슬러리가 주입됨에 따라 그리고 슬러리가 응고하기 전에, 진동 및/또는 압력(예를 들어, 슬러리를 압력하에 주입함에 의해)이 가해지게 된다. 이어서, 트로프 섹션은 금형으로부터 제거되고, 건조되며, 통상적으로 내화재 표면들에 매립되고 여전히 제자리에 있는 금속 와이어들의 망(20)을 갖는 단단한 내화재 고체 몸체를 형성하도록 소성된다.

선택적인 형성 방법은, 전체적으로 내화재로 제작되는 사전형성 용기 또는 용기 섹션의 외측 표면에 내화 접착제로 망(20)을 접착하는 단계를 포함한다. 내화 접착제는 금속 와이어들의 망을 통과하며, 일단 응고되면 표면에 이상에서 논의된 실시예와 같은 동일한 구조를 구비한다. 그러나 망이 균열 형성 도중에 또는 열 순환시에 내화재의 나머지 부분으로부터 떨어지게 될 증가된 가능성이 있어서 이 방법은 이상에서 논의된 것보다 덜 바람직하지만, 금속 누출에 대한 저항성과 같은 그들의 특성을 개선하기 위해 사전형성 트로프를 변경하는 유용한 방법으로 존속한다.

이상의 실시예에서, 용기는, 한 위치(예를 들어, 금속 용해로)에서 다른 위치(예를 들어, 주조 금형 또는 주조 테이블)로 용융 금속을 이송하기 위해 사용되는 용융 금속 분배 시스템에서 사용되는 종류의 길쭉한 용융 금속 트로프 또는 트로프 섹션으로 도시된 바 있다. 그러나 다른 실시예에 따르면, 예를 들어 금속 용해로에서 주조 테이블까지 통과함에 따른 용융 금속 흐름 밖으로 미립자들을 필터링하기 위해 사용되는 예를 들어 인-라인 세라믹 필터(예를 들어 세라믹 폼 필터)로서 설계되는 것과 같은, 다른 종류의 금속 수용 및 분배 용기들이 사용될 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 용기는 통로 내에 배치되는 필터를 갖는 용융 금속을 이송하기 위한 통로를 포함한다. 그러한 용기들 및 용융 금속 수용 시스템의 예들이, 1997년 10월 7일 아우브레이 등에게 허여된 미국특허 제5,673,902호 및 2006년 10월 26일 공개된 국제특허공개공보 제2006/110974호에 개시된다. 상기한 미국특허 및 국제공개공보의 개시는 본 참조를 통해 여기에 명확하게 통합된다.

다른 실시예에서, 용기는, 예를 들어 1995년 8월 15일 공개된 국제특허공개공보 제95/21273호(이 문헌의 개시는 참조로 여기에 통합된다)에 개시된 바와 같이 "알칸 콤팩트 금속 가스제거기"로 불리는 것과 같은, 용융 금속이 그 내부에서 가스제거되는 컨테이너로서 역할을 수행한다. 가스제거 작업은 용융 금속이 노로부터 주조 테이블로 이동함에 따른 용융 금속 흐름으로부터 수소 및 다른 불순물을 제거한다. 그러한 용기는, 회전가능한 가스제거 임펠러들이 위로부터 그 내부로 돌출하는, 용융 금속 수용을 위한 내부 체적을 포함한다. 용기는 일괄 처리(batch processing)를 위해 사용될 수도 있고, 또는 금속 이송 용기들에 부착되는 금속 분배 시스템의 일부일 수도 있다. 일반적으로, 용기는 금속 케이스 내부에 배치되는 임의의 내화재 수용 용기일 것이다. 용기는 또한 한 위치에서 다른 위치로 이동을 위해 많은 양의 용융 금속을 수용하기 위한 내화 세라믹 도가니처럼 설계될 수도 있을 것이다. 모든 그러한 선택적인 용기들은 본 발명의 실시예들과 함께 사용될 수 있을 것이다.

시험예

시험들은 표면에 일체화되는 G-mat® 망을 구비하는 내화재 시험조각에 수행되었다. 시험조각은 얇은 층으로 갈라지는지를 결정하기 위한 열 순환을 받았고, 이어서 망이 내화재의 균열발생 조각과 함께 유지되는지를 관찰하기 위해 파괴 시험을 받았다. 결과는, 시험편이 얇은 층으로 갈라지지 않았고 균열발생 조각은 실제로 함께 유지되었다는 것을 보여주었다.

Claims

용융 금속용 용기에 있어서,
용융 금속을 수용하거나 이송하기 위한 공동을 구비하는 내화재 몸체, 및
외측 표면에 또는 외측 표면 바로 아래에 매립된 금속 와이어들의 망을 구비하는 상기 외측 표면을 포함하며,
상기 와이어들은 상기 와이어들 사이에 형성되는 개구부들 속으로 상기 내화재가 관통되어 서로 중첩되어 있으며,
상기 금속 와이어들의 망은 적어도 2개의 중첩하는 망 섹션들을 포함하고, 상기 망 섹션들 중 하나는 금속 와이어의 직조 매트릭스를 포함하며 상기 망 섹션들 중 다른 하나는 금속 와이어의 비-직조 매트릭스를 포함하는, 용융 금속용 용기.
제1항에 있어서,
상기 몸체는 상기 공동 내에 수용되거나 상기 공동을 통해 이송되는 용융 금속의 상측 표면이 상기 용기의 정상적 사용 도중에 그 위로 연장되지 않는 수평 레벨을 구비하며, 상기 금속 와이어들의 망은 상기 수평 레벨 이하의 상기 외측 표면의 모든 부분 내에 매립되는, 용융 금속용 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 직조 매트릭스의 금속 와이어들의 두께는 상기 비-직조 매트릭스의 금속 와이어들의 두께보다 큰, 용융 금속용 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 와이어들의 비-직조 매트릭스를 포함하는 망 섹션은 상기 금속 와이어들의 직조 매트릭스를 포함하는 망 섹션보다 상기 외측 표면에 더 가깝게 위치되는, 용융 금속용 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 2개의 중첩하는 망 섹션들은 서로 결합되는, 용융 금속용 용기.
용융 금속용 용기에 있어서,
용융 금속을 수용하거나 이송하기 위한 공동을 구비하는 내화재 몸체, 및
내부에 매립된 금속 와이어들의 망을 구비하는 외측 표면을 포함하며,
상기 금속 와이어들의 망은 서로 결합된 적어도 2개의 중첩하는 망 섹션들을 포함하고, 상기 와이어들은 상기 와이어들 사이에 형성되는 개구부들 속으로 상기 내화재가 관통되어 서로 중첩되어 있으며,
상기 중첩하는 망 섹션들 중 하나는 금속 와이어의 직조 매트릭스를 포함하고 상기 망 섹션들 중 다른 하나는 금속 와이어의 비-직조 매트릭스를 포함하는, 용융 금속용 용기.
제6항에 있어서,
상기 비-직조 매트릭스는 상기 직조 매트릭스보다 상기 외측 표면에 더 가깝게 위치되는, 용융 금속용 용기.
제6항에 있어서,
상기 직조 매트릭스는 상기 비-직조 매트릭스보다 상기 외측 표면에 더 가깝게 위치되는, 용융 금속용 용기.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어들의 직조 매트릭스는 상기 비-직조 매트릭스의 개구부들의 평균 폭보다 큰 평균 폭을 갖는 개구부들을 구비하는, 용융 금속용 용기.
제9항에 있어서,
상기 직조 매트릭스의 상기 개구부들의 상기 평균 폭은 0.5 내지 10mm의 범위인, 용융 금속용 용기.
제9항에 있어서,
상기 직조 매트릭스의 상기 개구부들의 상기 평균 폭은 1 내지 10mm의 범위인, 용융 금속용 용기.
제9항에 있어서,
상기 비-직조 매트릭스의 상기 개구부들의 상기 평균 폭은 50㎛ 내지 10mm의 범위인, 용융 금속용 용기.
제9항에 있어서,
상기 비-직조 매트릭스의 상기 개구부들의 상기 평균 폭은 50㎛ 내지 150㎛의 범위인, 용융 금속용 용기.
제 9항에 있어서,
상기 비-직조 매트릭스의 상기 개구부들의 상기 평균 폭은 100㎛인, 용융 금속용 용기.
제1항, 제2항, 제6항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 와이어들은 상기 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 금속으로 제작되는, 용융 금속용 용기.
제1항, 제2항, 제6항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 와이어들은 스테인리스 스틸, 티타늄, 니켈-크롬계 합금들 또는 철-크롬-알루미늄계 합금들로 제작되는, 용융 금속용 용기.
제1항, 제2항, 제6항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용기는, 상기 몸체의 길이방향 일단부에서 그의 타단부까지 연장되는 통로를 형성하는 상기 공동을 갖는 길쭉한 트로프 섹션인, 용융 금속용 용기.
제17항에 있어서,
상기 몸체는 상측 표면을 구비하고, 상기 통로는 상기 몸체의 상측 표면에서 개방되는, 용융 금속용 용기.
제17항에 있어서,
상기 용기의 상기 몸체는 상기 길이방향 단부들을 제외하고 상기 통로를 완전히 에워싸는, 용융 금속용 용기.
제1항, 제2항, 제6항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용기는 길쭉한 금속-이송 트로프, 용융 금속 필터용 컨테이너, 용융 금속 가스제거기용 컨테이너 또는 도가니인, 용융 금속용 용기.
제1항, 제2항, 제6항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 따른 용기, 및
적어도 부분적으로 상기 용기를 둘러싸는 금속 케이스를 포함하는, 용융 금속 수용 구조체.
보강 내화 용기 또는 용기 섹션을 제조하는 방법에 있어서,
용기 또는 용기 섹션의 의도된 형상을 구비하는 금형을 제공하는 단계;
주조 내화재 몸체를 형성할 수 있도록 하는 주조가능한 내화재의 슬러리를 생성하는 단계;
측벽들 또는 바닥벽 표면들을 형성할 상기 금형의 적어도 하나의 면들을 금속 와이어들의 망으로 라이닝하는 단계;
상기 금형 속으로 상기 슬러리를 주입하여, 상기 슬러리가 개구부들을 관통하도록 하는 단계;
그의 외측 표면에 상기 망이 일체화되는 용기 또는 용기 섹션을 형성하도록 상기 슬러리를 응고시키는 단계; 및
상기 용기 또는 상기 용기 섹션을 상기 금형으로부터 제거하는 단계를 포함하고,
상기 라이닝 단계에서, 상기 금속 와이어들의 망은 적어도 2개의 중첩하는 망 섹션들을 포함하고, 상기 망 섹션들 중 하나는 금속 와이어들의 직조 매트릭스를 포함하며 상기 망 섹션들 중 다른 하나는 금속 와이어들의 비-직조 매트릭스를 포함하고, 상기 와이어들은 그들 사이에 상기 개구부들이 형성되도록 중첩되는, 보강 내화 용기 또는 용기 섹션 제조방법.
제22항에 있어서,
상기 망의 개구부들 속으로의 슬러리의 관통을 용이하게 하기 위해, 상기 슬러리가 응고되기 전에 상기 금형에 진동이 가해지는, 보강 내화 용기 또는 용기 섹션 제조방법.
제22항에 있어서,
상기 망의 개구부들 속으로의 슬러리의 관통을 용이하게 하기 위해, 상기 슬러리가 응고되기 전에 상기 금형에 압력이 가해지는, 보강 내화 용기 또는 용기 섹션 제조방법.
제 22항에 있어서,
상기 망의 개구부들 속으로의 슬러리의 관통을 용이하게 하기 위해, 상기 슬러리가 응고되기 전에 상기 금형에 진동이 가해지고 압력이 가해지는, 보강 내화 용기 또는 용기 섹션 제조방법.
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