KR101767938B1 - 원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법 - Google Patents

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KR101767938B1 KR1020150061593A KR20150061593A KR101767938B1 KR 101767938 B1 KR101767938 B1 KR 101767938B1 KR 1020150061593 A KR1020150061593 A KR 1020150061593A KR 20150061593 A KR20150061593 A KR 20150061593A KR 101767938 B1 KR101767938 B1 KR 101767938B1
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Abstract

본 발명은 원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법에 관한 것으로서, 상부로 연장되어 돌출되는 배출관이 형성되는 용해로에 고상의 원료를 장입하는 과정; 상기 원료를 용해시켜 용융물을 생성하는 과정; 상기 배출관의 개구를 폐쇄하는 과정; 상기 용해로 상부에 구비되는 커버부를 하강시켜 상기 배출관을 감싸는 과정; 상기 배출관의 개구를 개방하여 상기 용융물을 상기 배출관을 통해 배출시키는 과정;을 포함하여, 설비의 용손을 억제하면서 고온의 용융물을 원활하게 공급할 수 있다.

Description

원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법{Raw material feeding apparatus and raw material feeding method using the same}
본 발명은 원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온의 용융물을 원활하게 공급할 수 있는 원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법에 관한 것이다.
고로에서 출선된 용선은 정련 과정과 합금성분 첨가 등의 과정을 거쳐 특정 용도의 용강으로 제조되고, 연속주조공정을 통해 주편, 블롬 등의 중간재로 생산된다. 여기에서 합금원소를 투입하는 과정에서 용강과 합금원소의 융해점 차이, 고체 합금원소의 교반 부족에 의해 불균일 분포 현상이 발생하게 되고, 이는 중간재의 품질을 저하시키고 열연/냉연공정 등과 같은 후속 공정으로 제조되는 제품의 불량을 유발하는 원인으로 작용할 수 있다.
따라서 용강과 합금성분 간의 균일한 혼합을 위해 합금원소를 고온으로 용융시켜 용강에 투입하는 방법이 개발되고 있으며, 이를 위해 합금원료를 용해시키고 용융된 합금원료를 용강에 공급하기 위한 시스템이 제안되어 있다.
종래에는 전기로 등과 같은 용해로의 내측 바닥에 고정 개구부를 설치하고, 고정 개구부 내부에 회전식 개폐장치를 설치하여, 회전식 개폐장치의 구동에 따라 토출구를 개폐하여 합금원소의 용융물을 용해로 내부로부터 배출시켰다. 그러나 고온 용융물 내부에 고정 개구부가 장시간 침전된 상태에서 1,200 이상의 용융물이 회전식 개구부와 접촉함에 따라 표면에 두꺼운 응고물이 형성되고, 이는 회전식 개구부의 동작 불량 및 개구부 폐쇄로 인한 용융물의 배출을 차단시키는 주요한 원인이 되었다. 또한, 장시간 고온 용융물에 침적된 상태를 유지하므로 고정개구부와 회전식 개폐장치가 열변형되어 기밀성이 감소함으로써 고온의 용융물이 유출되는 사고가 발생하는 문제점이 있었다. 따라서 고정 개구부와 회전 개폐장치를 주기적으로 교체 및 수리해야 되고, 이로 인해 합금 교반작업 및 조업 중단 등의 심각한 문제를 발생시켜 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
KR 2012-0045314 A KR 2013-0070881 A
본 발명은 고온의 원료에 의한 변형이나 용손을 억제 혹은 방지할 수 있는 원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법을 제공한다.
본 발명은 설비의 내구성을 향상시켜 유지보수 비용을 절감할 수 있는 원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료공급장치는, 원료를 용해시켜 용융물을 형성하고, 내부 바닥에 상부로 연장되어 돌출되는 배출관을 구비하는 용해로와; 상기 용해로 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되어 상기 배출관을 감싸는 내부 공간이 형성되는 커버부; 및 상기 커버부에 구비되어 상기 배출관을 개폐하는 개폐부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배출관은 상기 용해로의 내부 높이보다 낮게 형성될 수 있다.
상기 배출관의 높이 (H)는 하기의 식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112015042427245-pat00001
Hwater: 물의 상승높이 (대기압 조건), r : 용융물의 비중
상기 커버부에 가열부가 구비될 수 있다.
상기 커버부를 상하방향으로 이동시키는 승강부를 포함할 수 있다.
상기 승강부는, 상기 용해로의 양측에 구비되는 가이드바와; 상기 가이드바에 연결되어 상기 용해로 상부를 가로지르도록 구비되고, 상기 커버부를 지지하는 지지바와; 상기 지지바를 상하방향으로 이동시키는 제1구동기;를 포함할 수 있다
상기 제1구동기는 모터와 기어박스를 포함할 수 있다.
상기 제1구동기는 와이어와 와이어드럼을 포함할 수 있다.
상기 개폐부는 상기 커버부 내부에 구비되는 로드와, 상기 로드를 상하방향으로 이동시키는 제2구동기를 포함할 수 있다.
상기 용해로 내부에 수용되는 원료의 온도를 측정하는 온도측정기를 포함할 수 있다.
상기 온도측정기의 측정 결과에 따라 상기 제1구동기와 상기 제2구동기의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료공급방법은, 상부로 연장되어 돌출되는 배출관이 형성되는 용해로에 고상의 원료를 장입하는 과정; 상기 원료를 용해시켜 용융물을 생성하는 과정; 상기 배출관의 개구를 폐쇄하는 과정; 상기 용해로 상부에 구비되는 커버부를 하강시켜 상기 배출관을 감싸는 과정; 상기 배출관의 개구를 개방하여 상기 용융물을 상기 배출관을 통해 배출시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 커버부를 하강시키기 이전에 상기 커버부를 예열할 수 있다.
상기 커버부의 하강은 상기 용융물의 탕면이 상기 배출관의 개구보다 높아지면 정지할 수 있다.
상기 커버부로 상기 배출관을 감싸는 과정에서 상기 커버부와 상기 배출관 사이의 압력이 상기 커버부 외부의 압력보다 높아질 수 있다.
상기 배출관의 개구를 개방시키면 상기 커버부와 상기 배출관 사이의 압력이 감소하면서 상기 커버부와 상기 배출관 사이로 상기 용융물이 유입되어 상기 배출관의 개구로 배출될 수 있다.
상기 용융물의 탕면이 상기 커버부의 하부보다 낮아지면 상기 커버부를 상승시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법에 의하면, 고온의 용융물이 배출되는 배출관 주변에 커버부와 개폐부를 구성하여 배출구 주변에 압력차이를 형성함으로써 용융물의 흐름을 제어할 수 있다. 이에 배출관을 개폐하기 위한 구성을 용융물 배출시에만 용융물에 침지시켜 고온의 용융물에 의한 용손을 억제 혹은 방지할 수 있다. 따라서 설비의 내구성을 향상시켜 유지보수에 소요되는 시간이나 비용을 효율적으로 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용탕처리장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원료공급장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원료공급장치의 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 원료공급장치의 단면도.
도 5는 원료공급장치의 커버부 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원료공급장치를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 원료공급장치의 단면도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 원료공급장치를 이용하여 원료를 공급하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 원료공급장치 및 이를 이용한 원료공급방법은 고상의 원료를 용해시킨 용융물을 다양한 조업에 사용할 수 있도록 공급하는 기술에 관한 것이다. 고온의 용융물을 배출시키는 과정에서 용융물이 배출되는 배출구를 압력차이를 이용하여 제어함으로써 배출구 제어를 위한 개폐수단을 용융물에 지속적으로 침지하지 않아도 되므로 계폐수단의 용손을 억제 혹은 방지할 수 있다. 이하에서는 용선, 용강 등에 합금성분을 공급하여 용탕을 제조하는 방법을 예로 들어 설명한다. 그러나 용융물은 합금성분 이외에도 고상의 몰드 플럭스를 용융시킨 후 배출시키는 방법 등에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용탕처리장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원료공급장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원료공급장치의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 원료공급장치의 단면도이고, 도 5는 원료공급장치의 커버부 구성을 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원료공급장치를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 원료공급장치의 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 원료처리장치가 구비된 용탕처리장치가 제시되어 있다.
용탕처리장치는 용선이나 용강 등의 용탕이 수용되는 용기(200)와, 용기(200) 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되어 용기(200) 내에 수용되는 용탕을 교반하는 교반기(300)와, 용기(200)의 일측 상부에 구비되어 용탕에 합금성분 등의 원료를 용융시켜 배출시키는 원료공급장치(100) 및 원료공급장치(100) 내의 원료를 용기(200)로 이동시키는 이동경로로 사용되는 공급관(400)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 원료공급장치(100)는 내부 바닥에 상부로 연장되어 돌출되는 배출관(112)을 구비하는 용해로(110)와, 용해로(110) 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되어 배출관(112)을 감싸는 내부 공간이 형성되는 커버부(120) 및 개폐부(130)에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되어 배출관(112)을 개폐하는 개폐부(130)를 포함한다. 원료처리장치는 용해로(110) 상부에 구비되어 용해로(110)에 원료를 공급하는 원료저장기(101, 도 1 참조)가 구비될 수 있다. 원료저장기(101)는 고상의 원료를 저장하며, 필요에 따라 원료를 용해로(110)에 일정량씩 절출시킬 수 있다. 또한, 원료공급장치(100)는 용해로(110) 내부에 수용되는 용융물의 온도를 측정하기 위한 온도검지기(150)와, 온도검지기(150)의 검출결과에 따라 커버부(120)와 개폐부(130)를 동작시키는 제어부(160)를 포함할 수 있다.
이러한 구성을 통해 커버부(120) 내부 공간의 압력을 제어하여 용해로(110) 내부의 용융물을 배출관(112)을 통해 배출시킬 수 있다.
용해로(110) 내에 용융물이 수용된 경우, 개폐부(130)를 하강시켜 배출관(112)의 상부 개구(113)를 폐쇄한 상태로 커버부(120)를 하강시켜 용융물에 침지시키면, 커버부(120) 내부 공간은 밀폐되고 그 압력은 상승하게 된다. 또한, 용융물에 의해 커버부(120) 내부 공간의 압력은 점차적으로 증가하게 된다. 그리고 용융물의 탕면은 커버부(120)가 용융물에 침지되기 이전보다 높아지게 되며, 배출관(112)의 높이 이상으로 높아지게 된다. 이와 같이 커버부(120)의 내부 압력이 커버부(120)의 외부 압력보다 증가하게 되므로, 용융물은 커버부(120) 내부로 유입되지 않는다.
이후, 개폐부(130)를 상승시켜 배출관(112)의 상부 개구(113)를 개방시키면 커버부(120) 내부에 밀폐되어 있던 공기는 배출관(112)을 통해 외부로 배출되고, 커버부(120) 내부 압력이 급격하게 하강하면서 진공압이 형성된다. 이에 커버부(120) 외부의 압력, 즉 대기압과 커버부(120) 내부의 압력, 즉, 진공압 차이에 의해 용융물이 커버부(120)와 배출관(112) 사이 공간으로 유입되어 배출관(112)의 개구(113)를 통해 외부로 배출된다.
대기압과 커버부(120) 내부 압력차, 즉, 진공압 차이는 용융물을 배출시키는 구동력으로 사용될 수 있다. 그러나 압력차에 의해 커버부(120)와 배출관(112) 사이 공간으로 상승할 수 있는 용융물의 최대 상승 높이는 용융물의 고유 물성(비중)에 따라 제한될 수 있다. 이때, 용융물의 최대 상승 높이는 대기압에서 압력차에 의한 물의 상승 높이보다 작게 제한될 수 있다.
예컨대 물은 진공압 차이에 의해 약 10m를 수직상승 하지만, 비중이 7배 이상 큰 고온용융상태의 철은 동일 진공압 차이에서 상승 높이가 1/7로 감소하게 된다. 따라서, 용융물의 비중과 물의 수직상승 높이 관계의 아래 식에 따라 배출관 높이(H)가 제한되어야 한다.
Figure 112015042427245-pat00002
Hwater: 물의 상승높이 (대기압 조건), r : 용융물의 비중
아래의 표 1은 상기와 같이 용융물을 배출시키는 과정에서 커버부(120)와 개폐부(130)의 위치 변화와, 그에 따른 용융물의 탕면 변화, 커버부 내부 압력 변화를 보여준다.
단계 커버부 위치 개폐부 위치
(배출관 상태)		 탕면 높이 커버부
내부 압력		 원료 상태
원료 용해
(용융물 생성)		 하강 하강
(배출관 폐쇄)		 고 상승 고상->액상
용융물 배출 하강 상태 유지 상승
(배출관 개방)		 고->저 감소 액상
취외/충전 상승 상승
(배출관 개방)		 저 대기압 고상,
액상(잔탕)
상기 표 1에 기재된 바와 같이 커버부(120)와 개폐부(130)의 위치에 따라 용융물의 탕면 높이와 배출관(112)를 감싸고 있는 커버부(120) 내부의 압력이 변화하게 된다. 이와 같이 커버부(120) 내부의 압력을 변화시킴으로써 커버부(120)와 개폐부(130)를 용융물 내부에 지속적으로 침지시키지 않고도 용융물의 흐름을 제어하여 용융물을 배출관(112)를 통해 배출시킬 수 있다.
이하에서는 다양한 실시 예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다.
제1 실시 예와 제2 실시 예는 커버부(120)를 상하방향으로 이동시키는 승강부의 일부 구성만 상이할 뿐, 나머지 구성은 거의 동일하므로 제1 실시 예와 제2 실시 예를 함께 설명하기로 한다.
용해로(110)는 상부가 개방되고 내부에 원료가 수용되는 공간이 형성되는 중공형이며, 원통형이나 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 용해로(110)는 원료저장기(101)로부터 원료를 공급받아 용해시키고 용해된 원료(이하에서는 '용융물' 이라 함)를 배출관(112)을 통해 용해로(110)에서 배출시킨다. 배출관(112)에는 공급관의 상부가 연결되고, 배출관(112)을 통해 배출되는 용융물을 공급관을 통해 용기로 주입된다.
배출관(112)은 용해로(110)의 바닥면으로부터 상부로 연장되어 돌출형성된다. 배출관(112)은 내부에 용융물이 이동하는 경로를 형성하며, 용해로(110)의 내부 높이, 예컨대 바닥으로부터 용해로 상단까지의 높이보다 낮은 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
커버부(120)는 하부가 개방되고 내부에 배출관(112)을 둘러쌀 수 있는 공간이 형성되는 중공형으로 형성될 수 있다. 이때, 커버부(120)에 형성되는 공간은 배출관(112)과 이격될 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 커버부(120)는 그 내부에 형성되는 공간이 적어도 배출관(112)의 높이보다 높은 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 커버부(120)는 하부로 이동하여 배출관(112)을 둘러싸고 있을 때 커버부(120)의 내벽이 배출관(112)과 이격되어 용융물이 이동하는 경로를 형성할 수 있다. 커버부(120)는 원통형, 절두 원뿔형, 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
커버부(120)는 고온의 용융물에 견딜 수 있는 내화물로 형성될 수 있으며, 커버부(120)에는 도 5에 도시된 바와 같이 커버부(120)를 예열할 수 있는 가열부(125)가 구비될 수 있다. 가열부(125)는 커버부(120)에 내장되는 발열체와, 발열체에 전원을 인가하는 전원부를 포함할 수 있다. 이러한 구성을 통해 커버부(120)는 용융물과 접촉하기 전 소정의 온도, 예컨대 용융물의 온도와 동일하거나 유사한 온도로 예열하여 용융물의 온도가 저하되거나 용융물이 응고되어 커버부(120) 표면에 응고물을 형성하는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다.
커버부(120)는 승강부에 의해 상하방향으로 이동할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 승강부는 용해로(110)의 양측에 구비되는 가이드바(141)와, 가이드바(141)에 연결되어 상기 용해로(110) 상부를 가로지르도록 구비되고, 커버부(120)를 지지하는 지지바(142)와, 지지바(142)를 상하방향으로 이동시키는 제1구동기(145, 147)를 포함할 수 있다.
가이드바(141)는 용해로(110)의 양측에 각각 상하방향으로 배치되어 지지바(142)를 지지하는 동시에, 지지바(142)가 이동하는 경로로 사용될 수 있다.
지지바(142)는 가이드바(141)와 교차하는 방향으로 배치되어 한 쌍의 가이드바(141)에 상하방향, 즉 가이드바(141)의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 연결될 수 있다. 이에 지지바(142)는 용해로(110)의 상부에 용해로(110)를 가로지르도록 배치될 수 있다. 지지바(142)에는 커버부(120)가 고정 설치되며, 이때 커버부(120)는 개방된 하부가 지지바(142)의 하부로 돌출되도록 구비될 수 있다. 이러한 구성을 통해 지지바(142)의 상하이동에 따라 커버부(120)가 상하방향으로 이동하며 커버부(120)의 적어도 일부가 용해로(110) 내부로 진입하거나 용해로(110) 외부로 후퇴함으로써 배출관(112)을 둘러싸거나 노출시킬 수 있다.
제1구동기(145, 147)는 지지바(142)를 상하방향으로 이동시킬 수 있는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1구동기(145)는 모터(145c)와 기어박스를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 기어박스는 지지바(142)를 상하방향으로 직선운동시킬 수 있는 다양한 기어들이 사용될 수 있으며, 여기에서는 랙-피니언으로 이루어진 기어박스에 대해서 설명한다.
가이드바(141)에는 랙기어(145a)가 구비될 수 있다. 랙기어(145a)는 가이드바(141)의 일면에 적어도 지지바(142)가 이동하는 경로에 형성될 수 있다. 지지바(142)는 용해로(110)의 상부에서 상하방향으로 이동하므로, 랙기어(145a)는 가이드바(141)에서 적어도 용해로(110)의 높이보다 높은 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 피니언기어(145b)는 랙기어(145a)와 치합되도록 지지바(142)에 고정설치될 수 있다. 그리고, 피니언기어(145b)에는 피니언기어(145b)에 회전력을 제공하는 모터(145c)가 연결될 수 있으며, 모터(145c)는 지지바(142)에 고정 설치될 수 있다. 이러한 구성을 통해 모터(145c)의 작동에 의해 피니언기어(145b)에 회전력이 제공되면, 피니언기어(145b)는 랙기어(145a)와 치합된 상태로 회전하며 랙기어(145a)를 따라 이동, 즉 가이드바(141)의 길이방향을 따라 이동하게 된다. 이에 지지바(142)에 연결되는 커버부(120)가 가이드바(141)를 따라 상하방향으로 이동할 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 제1구동기(147)는 와이어(147b)와, 와이어 드럼(147a)을 포함하여 구성될 수도 있다. 와이어(147b)는 양단이 와이어 드럼(147a)에 연결될 수도 있으며, 지지바(142)에 도르래(147c)를 연결하고 와이어(147b)를 도르래(147c)를 경유시킬 수도 있다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 와이어 드럼은 가이드바(141) 상부에 구비될 수 있으며, 와이어는 일단은 와이어 드럼에, 타단은 지지바(142)에 연결될 수도 있다.
개폐부(130)는 커버부(120)에 상하방향으로 이동 가능하도록 연결되어 배출관(112)의 상부를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 개폐부(130)는 커버부(120)의 내부에 상하방향으로 배치되는 로드(132)와, 커버부(120)의 상부에 구비되어 로드(132)를 상하방향으로 이동시키는 제2구동기(134)를 포함할 수 있다. 로드(132)는 바형상으로 형성될 수 있으며, 하부 단부를 통해 배출관(112)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 로드(132)는 고온의 용융물에 의해 견딜 수 있는 내화물로 형성될 수 있다. 제2구동기(134)는 커버부(120) 상부에 구비되어, 로드(132)를 상하방향으로 이동시킨다. 제2구동기(134)는 커버부(120) 내부를 밀폐시키도록 구비되며, 이에 커버부(120)가 하강하여 용탕에 침지되었을 때 그 내부 공간이 밀폐될 수 있다. 제2구동기(134)는 로드(132)를 직선이동시킬 수 있는 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 본 실시 예에서는 로드(132)와 연결되는 구동축을 갖는 유압실린더를 사용하였다.
온도검지기(150)는 용해로(110)의 상부에 구비되어 용해로(110)에 수용되는 용융물의 온도를 측정할 수 있다. 온도검지기(150)는 용융물의 탕면 최대 임계 높이를 측정할 수 있도록 설치될 수 있다. 이에 용해로(110)에 용융물이 일정 높이, 예컨대 탕면 최대 임계 높이에 다다르면 온도검지기(150)에서 용융물의 온도가 측정되고 이를 커버부(120)의 하강 시점으로 판단할 수도 있다.
또한, 제어부(160)는 온도검지기(150)에서 측정된 용융물의 온도를 전달받아 측정된 용융물의 온도가 소정 온도, 예컨대 1200℃ 이상이 되면, 제1구동기(145, 147)와 제2구동기(134)의 동작을 제어하여 개폐부(130)는 하강 및 상승시키고, 커버부(120)는 하강시켜 배출관(112)을 통해 용융물을 배출시킨다.
한편, 여기에서는 제어부(160)가 온도검지기(150)의 검지 결과에 따라 제1구동기(145, 147)와 제2구동기(134)의 동작을 제어하는 것으로 설명하지만, 용해로(110) 내의 탕면 레벨을 검출하는 검지수단 등을 추가로 구비하고, 검지수단의 검지 결과를 이용하여 제1구동기와 제2구동기의 동작을 제어할 수도 있다.
이후, 용융물의 배출이 완료되면 제1구동기(145, 147)와 제2구동기(134)의 동작을 제어하여 개폐부(130)와 커버부(120)를 상승시켜 용해로(110)로부터 후퇴시킨다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 원료처리장치의 작동 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 원료공급장치를 이용하여 원료를 공급하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
원료저장기(101)에 저장된 원료, 예컨대 망간 등과 같은 합금 성분을 용해로(110) 내부에 장입한다. 용해로(110) 내부에 원료가 장입되면 용해로(110)를 가동하여 원료를 용해시켜 용융물을 생성한다. 이때, 커버부(120)와 개폐부(130)는 용해로(110) 상부에 배치되어 있고, 배출관(112)는 개방된 상태이다. 또한, 용융물의 탕면은 배출관(112)의 개구(113)보다 낮은 위치에 형성될 수 있도록 한다. (도 8의 a) 참조)
원료를 용해시키는 동안 커버부(120)의 발열체에 전원을 인가하여 커버부(120)를 예열시킬 수 있다. 이는 용해로(110) 외부에 배치되어 있던 커버부(120)를 용융물에 바로 침지시키면 용융물의 온도 저하와 함께, 용융물이 커버부(120) 표면에 응고되어 응고물을 형성하기 때문이다.
용융물이 생성되면, 제어부(160)를 통해 제1구동기(145, 147)를 작동시켜 커버부(120)와 개폐부(130)를 하강시킨다. 이때, 개폐부(130)는 커버부(120)에 탑재되어 있어 커버부(120)와 함께 하강하게 된다. 커버부(120)가 하강함에 따라 커버부(120) 내부에 배치되는 로드(132)가 배출관(112)에 먼저 접촉하여 배출관(112)의 개구(113)를 폐쇄하고, 로드(132)에 의해 배출관(112)이 폐쇄된 상태로 커버부(120)는 계속 하강하여 소정 위치에서 하강을 멈춘다. 용융물의 탕면이 배출관(112)의 개구(113)보다 높아지면 제어부(160)를 통해 제1구동기(145, 147)의 작동을 정지시켜 커버부(120)의 하강을 멈출 수 있다. 커버부(120)의 하강이 멈추었을 때 커버부(120)의 하부는 용해로(110)의 바닥면과 이격되어 용융물이 커버부(120) 내부로 유입될 수 있을 정도로 이격되는 것이 바람직하다.
이와 같이 배출관(112)의 개구(113)가 폐쇄된 상태로 커버부(120)가 하강하면 커버부(120) 내부 공기가 밀폐되어 공기층이 형성되고, 그 부피만큼 용융물의 탕면은 상승하게 된다. (도 8의 b) 참조) 이에 커버부(120)와 배출관(112) 사이의 압력은 커버부(120) 외부의 압력보다 높아지게 된다.
이후, 용융물이 용해로(110) 내에서 소정 높이, 예컨대 최대 임계 높이에 다다르면 온도검지기(150)를 통해 용융물의 온도를 측정할 수 있다. 제어부(160)는 온도검지기(150)에 측정된 용융물의 온도가 1200℃ 이상이 되면 제2구동기(134)를 작동시켜 로드(132)를 상승시킴으로써 배출관(112)의 개구(113)를 개방시킨다. (도 8의 c) 참조) 또는, 용융물의 온도가 목표 온도까지 상승하지 않더라도 온도검지기(150)에 의해 용융물의 온도가 측정되면 제어부(160)는 제2구동기(134)를 작동시켜 배출관(112)의 개구(113)를 개방시킬 수도 있다.
로드(132)가 상승하여 배출관(112)의 개구(113)가 개방되면, 커버부(120) 내부의 공기층이 배출관(112)의 개구(113)를 통해 외부로 방출된다. 커버부(120) 내부의 공기층이 외부로 방출되면, 커버부(120) 내부의 압력은 점차적으로 감소하게 되고 이에 따라 커버부(120) 외부의 용융물은 커버부(120) 하부를 통해 커버부(120) 내부 공간을 유입되어 배출관(112)의 개구(113)를 통해 배출된다 (도 8의 d) 참조)
용해로(110) 내부의 용융물은 배출관(112)을 통해 지속적으로 배출되다가 용융물의 탕면이 커버부(120)의 하부 높이에 도달하면 커버부(120)의 하부를 통해 외부와 커버부(120) 내부가 연통되어 커버부(120) 내부와 외부 간의 압력 차이가 감소 또는 동일해진다. 이에 압력차이를 통한 용융물의 펌핑 압력이 감소하여 커버부(120) 내부로 용융물의 유입이 중단되고, 배출관(112)으로 미쳐 배출되지 않은 커버부(120) 내부의 용융물은 용해로(110) 내부로 다시 유입된다. (도 8의 e) 참조)
이와 같이 용융물의 배출이 완료되면, 제어부(160)의 제어를 통해 제1구동기(145, 147)를 작동시켜 커버부(120)와 개폐부(130)를 상승시켜 용해로(110)로부터 회피시킨다. (도 8의 f) 참조)
이후, 다음 공정을 위해 원료저장기(101)에 저장된 원료를 용해로(110)에 장입(도 8의 g) 참조)하고 일련의 과정을 반복하여 용융물을 배출관(112)를 통해 배출시킬 수 있다. 이때, 전 공정에서 생성된 용융물이 용해로(110)에 잔류하고 있기 때문에 원료를 용해시키는데 소모되는 에너지를 절감할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 원료공급장치 110: 용해로
112: 배출관 120: 커버부
125: 가열부 130: 개폐부
132: 로드 134: 제2구동기
140: 승강부 141: 가이드바
142: 지지바(142) 145: 기어박스
145a: 랙기어 145b: 피니언기어
145c: 모터 147a: 와이어 드럼
147b: 와이어 150: 온도측정기
160: 제어부 200: 용기
300: 교반기 400: 공급관

Claims (17)

  1. 원료를 용해시켜 용융물을 형성하고, 내부 바닥에 상부로 연장되어 돌출되어 상기 용융물을 배출시키는 배출관을 구비하는 용해로와;
    상기 용해로 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되어 상기 배출관을 감싸는 내부 공간이 형성되는 커버부;
    상기 커버부에 구비되어 상기 배출관을 개폐하는 개폐부; 및
    상기 커버부를 상하방향으로 이동시키는 승강부를 포함하고,
    상기 승강부는,
    상기 용해로의 양측에 구비되는 가이드바와;
    상기 가이드바에 연결되어 상기 용해로 상부를 가로지르도록 구비되고, 상기 커버부를 지지하는 지지바와;
    상기 지지바를 상하방향으로 이동시키는 제1구동기; 를 포함하는 원료공급장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출관은 상기 용해로의 내부 높이보다 낮게 형성되는 원료공급장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배출관의 높이 (H)는 하기의 식에 의해 결정되는 원료공급장치.
    Figure 112017023309122-pat00003

    Hwater: 물의 상승높이 (대기압 조건), r : 용융물의 비중
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 커버부에 가열부가 구비되는 원료공급장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1구동기는 모터와 기어박스를 포함하는 원료공급장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1구동기는 와이어와 와이어드럼을 포함하는 원료공급장치.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 개폐부는 상기 커버부 내부에 구비되는 로드와, 상기 로드를 상하방향으로 이동시키는 제2구동기를 포함하는 원료공급장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용융물의 온도를 측정하는 온도측정기를 포함하는 원료공급장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 온도측정기의 측정 결과에 따라 상기 제1구동기와 상기 제2구동기의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 원료공급장치.
  12. 상부로 연장되어 돌출되는 배출관이 형성되는 용해로에 고상의 원료를 장입하는 과정;
    상기 원료를 용해시켜 용융물을 생성하는 과정;
    상기 배출관의 개구를 폐쇄하는 과정;
    상기 용해로 상부에 구비되는 커버부를 하강시켜 상기 배출관을 감싸는 과정;
    상기 배출관의 개구를 개방하여 상기 용융물을 상기 배출관을 통해 배출시키는 과정;을 포함하는 원료공급방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 커버부를 하강시키기 이전에 상기 커버부를 예열하는 원료공급방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 커버부의 하강은 상기 용융물의 탕면이 상기 배출관의 개구보다 높아지면 정지하는 원료공급방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 커버부로 상기 배출관을 감싸는 과정에서 상기 커버부와 상기 배출관 사이의 압력이 상기 커버부 외부의 압력보다 높아지는 원료공급방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 배출관의 개구를 개방시키면 상기 커버부와 상기 배출관 사이의 압력이 감소하면서 상기 커버부와 상기 배출관 사이로 상기 용융물이 유입되어 상기 배출관의 개구로 배출되는 원료공급방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 용융물의 탕면이 상기 커버부의 하부보다 낮아지면 상기 커버부를 상승시키는 원료공급방법.
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