KR101804670B1 - 일렉트로 슬래그 재용해로 - Google Patents

Abstract

일렉트로 슬래그 재용해로가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 일렉트로 슬래그 재용해로는 상부에 위치된 커버 유닛; 상기 커버 유닛의 외측에서 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내부를 향해 연장되고 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 용해에 필요한 불활성 가스가 주입되는 공급 노즐; 및 상기 커버 유닛의 내측에 형성되고 상기 공급 노즐과 연통되며 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측을 향해 개구된 다수개의 개구 홀이 형성된 곡선 형태의 가스 공급부를 포함하고, 상기 공급 노즐은 상기 커버 유닛의 외측에서 상기 가스 공급부의 접선(tangent) 방향에서 연결된 것을 특징으로 한다.

Description

일렉트로 슬래그 재용해로{Electro-slag remelting furance}

본 발명은 ESR 작업 중에 용해 대상물이 용해 되는 과정에서 일렉트로 슬래그 재용해로 내부의 안정적인 가스 분위기를 조성하기 위해 상기 재용해로 내부로 불활성 가스를 지속적으로 공급하기 위한 일렉트로 슬래그 재용해로에 관한 것이다.

일렉트로 슬래그 재용해(Electro-Slag Remelting, 이하 "ESR"로 통칭함)법은 특수 재용해법의 하나로서, 그 원리는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수냉 몰드(Mold, 10)에 투입된 슬래그(30) 중에 수 mm 침적된 소모전극(2)이, 용융 슬래그(30)의 주울(Joule)열에 의하여, 물방울 형태(Droplet)로 재용해되고, 슬래그(30) 중을 적하 침강한 용강을, 수냉 몰드(10) 내에 연속적으로 응고시켜 강괴(32)로 제조하는 것이다.

ESR에서의 열원은 모두 용융 슬래그의 주울열에 의한 것이므로 슬래그의 전기 전도도는 조업의 중요한 인자로서, 전기전 도도의 온도의존성이 작아야 한다.

또한, 슬래그에 의한 정련효과는 성분조성에 따라서도 좌우되기 때문에, 탈황을 하기 위해서는, CaO를 많이 함유한 슬래그나, 합금원소의 실효율 안정화나 탈산 산화방지를 위해서는 FeO, MnO, SiO2 함량이 적은 슬래그가 좋다. ESR 주요설비는, 전원공급장치, 전극승강장치, 수냉 몰드, 제어장치 등으로 이루어져 있으며, 용해방식으로는 몰드 고정 법, 몰드 인상법, 강괴 강하에 의한 연속법 등이 사용되고 있다. 최근에는, 청정도가 우수한 특수강 및 초내열 합금 (Superalloy)의 ESR 공정 적용을 위해, 불활성 가스 분위기를 제어할 수 있는 전용 챔버(Chamber) 또는 진공설비를 부착 하는 추세에 있다. 용해의 제어는, 소정의 용해속도가 되도록 전압 또는 전류를 설정하여, 전극의 강하속도를 조절한다.

전기로와 정련로의 제강, 정련 공정을 거쳐 재래식 강괴를 만들면, 자연냉각에 의해 응고되기 때문에, 응고속도의 조정에 어려움이 따르고 화학성분의 편석, 불균일한 조직과, 비금속 개재물의 제어가 어려워, 최종 제품의 기계적 성질에 악영향을 미친다. 그러나 ESR법은 응고속도를 강괴의 특성에 맞게 조절하는 것이 가능하여, 재래식 강괴에서 발생하는 성분 및 조직 불균일성과 비금속 개재물을 최소화할 수 있으므로, 고품질의 강괴를 얻을 수 있다.

이와 같은 작업 중에 종래에는 일렉트로 슬래그 재용해로의 외측으로 용해에 필요한 산소의 농도를 특정 농도로 일정하게 유지하기 위해 불활성 가스가 공급되는 투입 호스를 이용하여 상기 일렉트로 슬래그 재용해로 내부로 공급하였다.

그러나 상기 투입 호스의 재질 문제로 인해 고온의 사용 조건에서 안정적으로 산소 농도를 유지하기 어려웠고, 상기 일렉트로 슬래그 재용해로 내부의 안정적인 가스 분위기를 조성하지 못하는 문제점이 발생되었다.

대한민국등록특허 제10-0657980호

본 발명의 실시 예들은 일렉트로 슬래그 재용해로에서 용해시 불황성 가스의 분위기를 안정적으로 조성하여 상기 일렉트로 슬래그 재용해로에서 안정적인 용해를 실시하고자 한다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 일렉트로 슬래그 재용해로는 일렉트로 슬래그 재용해로(Electro-slag remelting furance)의 상부에 위치된 커버 유닛; 상기 커버 유닛의 외측에서 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내부를 향해 연장되고 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 용해에 필요한 불활성 가스가 주입되는 공급 노즐; 및 상기 커버 유닛의 내측에 형성되고 상기 공급 노즐과 연통되며 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측을 향해 개구된 다수개의 개구 홀이 형성된 곡선 형태의 가스 공급부를 포함하고, 상기 공급 노즐은 상기 커버 유닛의 외측에서 상기 가스 공급부의 접선(tangent) 방향에서 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 커버 유닛은 상면에 중장비와 연결되는 러그; 상기 일렉트로 슬래그 재용해로에서 외측으로 돌출된 결합구와 마주보는 위치에 개구된 삽입 홀을 포함한다.
상기 가스 공급부는 링 형태로 형성되고 상기 개구 홀은 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측 하부를 향해 개구되며, 상기 가스 공급부의 내측에서 외측을 향해 직경이 감소된 노즐 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 개구 홀은 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측 하부를 향해 상기 가스 공급부의 내측에서 외측을 향해 경사지게 배치되되, 상기 개구 홀을 통해 분사된 불활성 가스가 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측에서 나선 형태로 분사되도록 상기 가스 공급부의 하면에서 일측 방향으로 경사지게 개구된 것을 특징으로 한다.
상기 가스 공급부는 상기 커버 유닛의 내측에 일단이 고정되고 타단이 하측을 향해 연장된 지지대에 고정된 상태가 유지된다.
상기 가스 공급부는 상기 공급 노즐과 각각 독립적으로 연결된 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 실시 예들은 일렉트로 슬래그 재용해로의 내부에서 유지되는 산소 농도를 일정하게 유지시킬 수 있어 용해 대상물의 품질 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 일렉트로 슬래그 재용해로가 작동되는 과정에서 불활성 가스의 분사 상태를 일정하게 유지시킬 수 있어 상기 불활성 가스를 통한 일렉트로 슬래그 재용해로의 씰링을 도모할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 고온의 온도 분위기에서 안정적으로 사용 가능하여 변형 및 파손으로 인한 문제점이 발생하지 않아 장기간 사용시에도 안정적으로 사용할 수 있다.

도 1은 종래의 일렉트로 슬래그 재용해로를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 일렉트로 슬래그 재용해로의 구성을 도시한 사시도.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 공급 노즐이 가스 공급부에 연결된 실시 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 개구 홀을 도시한 단면도.

본 발명의 일 실시 예에 의한 일렉트로 슬래그 재용해로에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 의한 일렉트로 슬래그 재용해로는 용해 대상물(2)에 대한 용해 과정에서 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내부에서 요구되는 용존 산소 농도가 일정하게 유지되도록 불활성 가스를 안정적으로 공급하여 상기 용해 대상물(2)의 용해에 따른 품질 향상을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 본 발명은 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 상부에 커버 유닛이 위치되고, 상기 커버 유닛(100)은 상면에 중장비와 연결되는 러그(110)와, 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)에서 외측으로 돌출된 결합구(101)와 마주보는 위치에 개구된 삽입 홀(120)을 포함한다.

상기 커버 유닛(100)은 작업자가 직접 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 상부로 이동시켜 조립 또는 분해하는 경우 안전상의 문제 및 유해 가스로 인한 문제가 발생될 수 있어 중장비를 통한 이동을 위해 위와 같이 러그(110)와 삽입 홀(120)이 형성된다.

상기 러그(110)는 중장비(미도시)에 구비된 와이어와 연결시켜 이동이 필요한 위치로 손쉽게 이동시키기 위해 구비되고, 상기 커버 유닛(100)의 상면에 등 간격으로 다수개가 구비된다.

커버 유닛(100)은 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 상면에 고정되기 위해 외측으로 수평하게 연장부(102)가 연장되고, 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 상면 테두리 위치에서 상부로 돌출된 결합구(101)에 삽입되도록 삽입 홀(120)이 형성된다.

상기 결합구(101)는 서로 마주보는 위치에 각각 구비되고, 상기 커버 유닛(100)의 삽입 홀(120)이 상기 결합구(101)에 삽입될 경우 안정적으로 결합된 상태가 유지된다.

공급 노즐(200)은 커버 유닛(100)의 외측에서 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 내부를 향해 연장되고 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 용해에 필요한 불활성 가스가 주입된다.

공급 노즐(200)은 소정의 직경으로 이루어진 튜브로서 스테인리스로 제작되므로 유해 가스에 의한 부식 또는 고온의 온도 분위기에서 안정적으로 사용할 수 있다.

본 실시 예에 의한 가스 공급부(300)는 곡선 형태로 형성되므로 상기 공급 노즐(200)을 통해 불활성 가스가 유입될 경우 상기 가스 공급부(300)의 내측으로 공급된 후에 후술할 개구 홀(310)을 통해 하측으로 분사된다.

상기 공급 노즐(200)은 가스 공급부(300)를 향해 각기 서로 다른 방향에 배치되므로 동일한 압력과 유량으로 불활성 가스가 공급될 경우 개구 홀(310)을 통해 다량의 불활성 가스가 분사될 수 있어 일렉트로 슬래그 재용해로(20) 내부의 불활성 가스의 분위기를 일정하게 유지할 수 있다.

공급 노즐(200)은 커버 유닛(100)의 외측에서 상기 가스 공급부(300)의 접선(tangent) 방향에서 연결될 수 있다. 상기 방향에서 연결될 경우 가스 공급부(300)로 공급된 불활성 가스는 내부 원주 방향으로 회전하는 회전력이 발생된다.

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가스 공급부(300)의 내부를 따라 이동하는 불활성 가스에 회전력이 발생될 경우 개구 홀(310)을 통해 분사되는 불활성 가스의 분사 속도가 증가될 수 있다. 이 경우 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 상측에서 하측을 향해 분사된 불활성 가스의 분사에 따른 유동 방향이 나선 형태로 분사될 수 있어 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 내부에서 불활성 가스의 분위기를 일정하게 유지할 수 있다.

위와 같이 공급 노즐(200)이 가스 공급부(300)에 연결될 경우 접선 방향(tangential direction)에 최대한 밀착될 경우 불활성 가스가 상기 가스 공급부(300)의 내측으로 공급된 이후에 공급 방향으로 회전하려는 회전력이 증가된다.

이 경우 불활성 가스는 상기 개구 홀(310)을 통해 분사된 이후에 단순히 하측으로 분사되지 않고 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 내측 원주 방향에서 나선 형태로 낙하되는 유동 흐름이 발생된다. 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)는 내부에서 특정 산소 농도가 유지되어야 하고, 상기 산소 농도보다 낮거나 높을 경우 안정적인 용해 작업이 이루어지지 않으므로 불활성 가스가 특정 형태로 분사되는 것은 중요하다고 할 수 있다.

본 실시 예에 의한 가스 공급부(300)는 커버 유닛(100)의 내측에 형성되고 상기 공급 노즐(200)과 연통되며 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 내측을 향해 개구된 다수개의 개구 홀(310)이 형성된 곡선 형태로 구성된다.

가스 공급부(300)는 상기 커버 유닛(100)의 내측에 일단이 고정되고 타단이 하측을 향해 연장된 지지대(30)에 고정된 상태가 유지된다.

상기 가스 공급부(300)가 커버 유닛(100)의 내측에서 이격된 상태가 유지되는 이유는 개구된 커버 유닛(100)의 상면과 소정의 간격으로 하측을 향해 이격될 경우 상기 개구 홀(310)을 통해 분사된 불활성 가스로 인해 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 내측으로 산소가 유입되는 현상과 외부로 유출되는 현상이 동시에 달성되기 때문이다.

상기 지지대(30)는 탈착식 또는 용접식 중의 어느 하나의 방식이 선택적으로 사용될 수 있으며 도면에 도시된 형태로 반드시 한정하지 않는다.

본 실시 예에 의한 가스 공급부(300)는 링 형태로 형성되고 상기 개구 홀(310)은 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 내측 하부를 향해 개구되며, 상기 가스 공급부(300)의 내측에서 외측을 향해 직경이 감소된 노즐 형태로 구성된다.

상기 개구 홀(310)은 분사 압력이 증가되도록 노즐 형태로 형성되므로 직관으로 형성된 형태에 비해 동일 압력 대비 상대적으로 분사 압력이 증가될 수 있다. 따라서 일렉트로 슬래그 재용해로(20) 내부의 불활성 가스의 분위기를 일정하게 유지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 개구 홀의 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 5를 참조하면, 개구 홀(310)은 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 내측 하부를 향해 상기 가스 공급부(300)의 내측에서 외측을 향해 경사지게 배치되되, 상기 개구 홀(310)을 통해 분사된 불활성 가스가 상기 일렉트로 슬래그 재용해로(20)의 내측에서 나선 형태로 분사되도록 상기 가스 공급부의 하면에서 일측 방향으로 경사지게 개구된다.

이 경우 개구 홀(310)은 경사진 방향이 가스 공급부(300)의 전 구간에서 동일 방향으로 경사지게 형성되므로 배출된 불활성 가스의 유동 방향이 일 방향으로 유지된다.

본 실시 예에 의한 가스 공급부(300)는 상기 공급 노즐(200)과 각각 독립적으로 연결될 수 있으며 이 경우 상기 가스 공급부(300)는 2개의 독립적인 구성물로 이루어진다. 이 경우 복수개의 독립된 공급 노즐(200)과 상기 가스 공급부(300)는 대응되는 개수로 이루어지며, 일 예로 상기 공급 노즐(200)이 2개일 경우 상기 가스 공급부(300) 또한 2개로 구성된다.

따라서 불활성 가스가 상기 공급 노즐(200)을 통해 가스 공급부(300)를 향해 각각 공급되는 경우에도 공급에 따른 경로가 단축되고, 특정 위치에 위치된 가스 공급부(300)가 고장 나는 경우에도 신속히 교체 및 수리가 가능해질 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

2 : 용해 대상물
20 : 일렉트로 슬래그 재용해로
100 : 커버 유닛
110 : 러그
120 : 삽입 홀
200 : 공급 노즐
300 : 가스 공급부
310 : 개구 홀

Claims (9)

1. 일렉트로 슬래그 재용해로(Electro-slag remelting furance)의 상부에 위치된 커버 유닛;
   상기 커버 유닛의 외측에서 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내부를 향해 연장되고 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 용해에 필요한 불활성 가스가 주입되는 공급 노즐; 및
   상기 커버 유닛의 내측에 형성되고 상기 공급 노즐과 연통되며 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측을 향해 개구된 다수개의 개구 홀이 형성된 곡선 형태의 가스 공급부를 포함하고,
   상기 공급 노즐은 상기 커버 유닛의 외측에서 상기 가스 공급부의 접선(tangent) 방향에서 연결된 것을 특징으로 하는 일렉트로 슬래그 재용해로.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 커버 유닛은,
   상면에 중장비와 연결되는 러그;
   상기 일렉트로 슬래그 재용해로에서 외측으로 돌출된 결합구와 마주보는 위치에 개구된 삽입 홀을 포함하는 일렉트로 슬래그 재용해로.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 가스 공급부는,
   링 형태로 형성되고 상기 개구 홀은 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측 하부를 향해 개구되며, 상기 가스 공급부의 내측에서 외측을 향해 직경이 감소된 노즐 형태인 것을 특징으로 하는 일렉트로 슬래그 재용해로.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 개구 홀은,
   상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측 하부를 향해 상기 가스 공급부의 내측에서 외측을 향해 경사지게 배치되되,
   상기 개구 홀을 통해 분사된 불활성 가스가 상기 일렉트로 슬래그 재용해로의 내측에서 나선 형태로 분사되도록 상기 가스 공급부의 하면에서 일측 방향으로 경사지게 개구된 것을 특징으로 하는 일렉트로 슬래그 재용해로.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 가스 공급부는,
   상기 커버 유닛의 내측에 일단이 고정되고 타단이 하측을 향해 연장된 지지대에 고정된 상태가 유지되는 일렉트로 슬래그 재용해로.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 가스 공급부는,
   상기 공급 노즐과 각각 독립적으로 연결된 것을 특징으로 하는 일렉트로 슬래그 재용해로.
   
   

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