KR101823944B1 - Apparatus and method for manufacturing ingot of titanium - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이타늄 잉곳 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 더욱 상세하게는 원료를 미리 예열하여 도가니 내로 장입함으로써, 원료의 표면 및 간극 사이의 수분을 제거하며, 원료를 보다 쉽게 용해하기 위한 타이타늄 잉곳 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a titanium ingot manufacturing method and apparatus, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing a titanium ingot, And more particularly, to an apparatus and a method for manufacturing a titanium ingot.

Description

타이타늄 잉곳 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING INGOT OF TITANIUM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a titanium ingot manufacturing method and apparatus,

본 발명은 타이타늄 잉곳 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원료를 미리 예열하여 도가니 내로 장입함으로써, 원료의 표면 및 간극 사이의 수분을 제거하며, 원료를 보다 쉽게 용해하기 위한 타이타늄 잉곳 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a titanium ingot, and more particularly, to a titanium ingot manufacturing apparatus and a titanium ingot manufacturing method for removing moisture between the surface of a raw material and a gap by charging the raw material into the crucible in advance, And methods.

현재 타이타늄 스크랩을 재용해하는 방법은 타이타늄 광석에서 추출된 타이타늄 스폰지를 용해하는 진공 아크 재용해(VAR, Vacuum Arc Remelting)법, 전자 빔 용해(EBM, Electro Beam Melting)법, 플라즈마 아크 용해(PAM, Plasma Arc Remelting)법 등의 방법이 있다.Currently, the methods of re-dissolving titanium scrap are vacuum arc remelting (VAR), electron beam melting (EBM), plasma arc melting (PAM), melting of titanium sponge extracted from titanium ore, Plasma Arc Remelting) method.

이와 관련하여, 한국등록특허 제10-1370029호("플라즈마 수소이온에 의한 타이타늄 스크랩의 정련 장치 및 그 방법", 2014.02.26., 이하 선행기술)에서는 타이타늄 스크랩 및 스폰지 등을 진공 아크 용해 및 플라즈마 정련 방법 등을 통해 타이타늄 잉곳을 생산하는 내용이 개시되어 있다. In this connection, in Korean Patent No. 10-1370029 ("Refining apparatus and method for scrap of titanium scrap by plasma hydrogen ion ", Feb. 26, 2014, hereinafter referred to as Prior Art), titanium scrap and sponge were vacuum arc fused and plasma A refining method or the like to produce a titanium ingot.

더욱 상세하게 설명하면, 상기 선행기술은 도가니가 내부에 설치된 메인 챔버를 진공상태로 유지시킨 다음, 도가니 내의 원료를 용해하여 하부 방향으로 잉곳을 생산하였다. 또한, 지속적으로 잉곳을 생산하기 위해서는 원료가 용탕된 도가니 내부로 새로운 원료를 장입하여 용해시킴으로써, 원하는 길이의 잉곳을 생산하는 내용이 개시되었다.More specifically, in the prior art, the main chamber in which the crucible is installed is kept in a vacuum state, and then the raw material in the crucible is melted to produce the ingot in the downward direction. In order to continuously produce an ingot, a new raw material is charged into a crucible in which a raw material is molten and melted to produce an ingot having a desired length.

하지만, 상기 선행기술은 원료가 용탕된 도가니 내부로 새로운 원료를 장입할 때, 새로운 원료는 용해되는 온도로 올라갈 때까지 일정한 시간이 소모되기 때문에 생산효율이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 원료에는 내부 및 표면에 수분이 포함되어 있는데, 수분이 포함된 원료가 장입하여 용해되면, 고순도의 잉곳을 생산하기 어려운 문제점을 가지고 있다. However, in the prior art, when a new raw material is charged into the crucible in which the raw material is melted, a certain time is consumed until the temperature of the new raw material is increased to the melting temperature, which results in a decrease in production efficiency. In addition, the raw material contains water on the inside and on the surface. If the raw material containing moisture is charged and dissolved, it is difficult to produce a high-purity ingot.

한국등록특허 제10-1370029호, ("플라즈마 수소이온에 의한 타이타늄 스크랩의 정련 장치 및 그 방법", 2014.02.26.)Korean Patent No. 10-1370029, ("Refining apparatus and method of titanium scrap with plasma hydrogen ion ", 2014.02.26.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 원료를 미리 예열하여, 원료의 표면 및 간극 사이의 수분을 제거함으로써, 고순도의 잉곳을 생산하기 위한 타이타늄 잉곳 제조 장치 및 방법을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above, and an object of the present invention is to provide a titanium ingot manufacturing apparatus and method for producing a high-purity ingot by preheating a raw material in advance and removing moisture between the surface of the raw material and the gap .

또한, 본 발명의 목적은 예열된 원료를 도가니 내로 장입함으로써, 원료를 보다 쉽게 용해하기 위한 타이타늄 잉곳 제조 장치 및 방법을 제공함에 있다. It is also an object of the present invention to provide an apparatus and a method for manufacturing a titanium ingot for easily dissolving a raw material by charging a preheated raw material into a crucible.

본 발명은 타이타늄 잉곳 제조 장치에 관한 것으로, 내부에 도가니(110)가 구비되는 메인 챔버(100); 상기 메인 챔버(100)와 연결되며, 상기 도가니(110) 내부로 원료(A)를 주입하는 원료 챔버(200); 상기 도가니(110) 외측에 구비되어, 상기 도가니(110)를 가열하는 유도코일(120); 상기 도가니(110)의 상측에 구비되어, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 정련부(130); 상기 메인 챔버(100)의 하부에 구비되어, 상기 도가니(110) 하부로 잉곳(C)을 추출하는 잉곳 추출부(300); 상기 메인 챔버(100) 내의 압력을 진공으로 유지하는 제1 진공부(150); 및 상기 유도코일(120)과 연결되어, 상기 유도코일(120)로 전력을 공급하는 전원부(160); 를 포함하되, 상기 원료 챔버(200)에 발열부(210)가 구비되는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a titanium ingot manufacturing apparatus, comprising: a main chamber (100) having a crucible (110) therein; A raw material chamber 200 connected to the main chamber 100 and injecting the raw material A into the crucible 110; An induction coil 120 provided outside the crucible 110 to heat the crucible 110; A plasma refining unit 130 provided on the crucible 110 to generate plasma; An ingot extracting unit 300 provided at a lower portion of the main chamber 100 to extract the ingot C below the crucible 110; A first vacuum (150) for maintaining the pressure in the main chamber (100) under vacuum; A power supply unit 160 connected to the induction coil 120 to supply power to the induction coil 120; And a heating unit 210 is provided in the raw material chamber 200.

또한, 상기 원료 챔버(200)는 내부의 압력을 진공으로 유지하는 제2 진공부(220)와 연결되는 것을 특징으로 한다. In addition, the raw material chamber 200 is connected to a second vacuum 220 for maintaining the pressure inside the vacuum chamber.

한편, 본 발명의 타이타늄 잉곳 제조 방법은 메인 챔버(100) 내부의 도가니(110) 내부 중앙에 시드(A’)를 설치하고, 상기 도가니(110) 내부로 원료(A)를 충진하여, 상기 메인 챔버(100) 내부를 진공상태로 유지하는 진공 유지 단계(S10); 발열부(210)를 이용하여, 원료 챔버(200)를 가열하는 원료 예열 단계(S20); 상기 메인 챔버(100) 내부로 불활성기체를 주입하는 불활성기체 주입 단계(S30); 상기 도가니(110) 외측에 구비된 유도코일(120)로 전력을 공급하여, 상기 도가니(110) 내부의 원료(A) 및 시드(A’)를 용해하는 용해 단계(S40); 상기 원료 챔버(200)에서 상기 도가니(110) 내부로 원료(A)를 장입하여, 상기 원료(A)를 용해하는 원료 장입 단계(S50); 용해된 용탕(B) 표면을 플라즈마 정련하여, 상기 용탕(B) 표면의 산소농도를 조절하는 산소 농도 조절 단계(S60); 및 용해된 상기 용탕(B)을 상기 도가니(110)의 하부방향으로 배출 냉각시켜 잉곳(C)을 추출하는 잉곳 추출 단계(S70);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The titanium ingot manufacturing method of the present invention is characterized in that a seed A 'is provided in the center of the crucible 110 inside the main chamber 100 and the raw material A is filled into the crucible 110, A vacuum holding step (S10) of keeping the inside of the chamber (100) in a vacuum state; A raw material preheating step (S20) of heating the raw material chamber (200) using the heat generating part (210); An inert gas injection step (S30) of injecting an inert gas into the main chamber (100); A dissolving step S40 for supplying electric power to the induction coil 120 provided outside the crucible 110 to dissolve the raw material A and the seed A 'in the crucible 110; A raw material charging step (S50) of charging the raw material (A) into the crucible (110) from the raw material chamber (200) to dissolve the raw material (A); An oxygen concentration control step (S60) of plasma-refining the surface of the molten molten metal (B) to adjust the oxygen concentration on the surface of the molten metal (B); And an ingot extracting step (S70) for extracting the ingot (C) by discharging and cooling the melted molten metal (B) in the lower direction of the crucible (110).

또한, 상기 원료 예열 단계(S20)는 제2 진공부(220)를 이용하여, 상기 원료(A)의 수분을 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다. In addition, the raw material pre-heating step (S20) is characterized in that moisture of the raw material (A) is discharged to the outside by using the second vacuum 220.

또한, 상기 원료 예열 단계(S20)는 상기 원료 챔버(200)를 200℃ ~ 300℃ 범위로 가열하는 것을 특징으로 한다. In addition, the raw material preheating step (S20) is characterized in that the raw material chamber 200 is heated to a range of 200 ° C to 300 ° C.

상술한 바와 같이 본 발명은 타이타늄 잉곳 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 원료를 미리 예열하여, 원료의 표면 및 간극 사이의 수분을 제거함으로써, 고순도의 잉곳을 생산할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a titanium ingot, and it is possible to produce ingots of high purity by preheating raw materials in advance and removing water between the surfaces and the gaps of the raw materials.

또한, 본 발명은 예열된 원료를 도가니 내로 장입함으로써, 원료를 보다 쉽게 용해시킬 수 있기 때문에 잉곳 생산 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, since the preheated raw material is charged into the crucible, the raw material can be more easily dissolved, so that the ingot production efficiency can be improved.

도1은 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 타이타늄 잉곳 제조 장치의 구성도
도2는 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 원료 및 시드가 충진된 도가니의 단면도
도3은 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 타이타늄 잉곳 제조 장치를 이용하여 잉곳이 추출하는 것을 나타내는 개념도
도4는 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 용탕 표면에 플라즈마 정련을 나타내는 개념도
도5는 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 타이타늄 잉곳 제조 방법의 순서도1 is a schematic view of a titanium ingot manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention
2 is a cross-sectional view of a crucible filled with a raw material and a seed according to a preferred embodiment of the present invention
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an ingot extracted using a titanium ingot manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
4 is a conceptual diagram showing plasma refining on the surface of a molten metal in a preferred embodiment of the present invention
5 is a flowchart of a method of manufacturing a titanium ingot according to a preferred embodiment of the present invention

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention.

도1을 참조하여, 본 발명에 따른 일실시예의 타이타늄 잉곳 제조 장치에 대해 설명한다. A titanium ingot manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

타이타늄 잉곳 제조 장치는 메인 챔버(100), 원료 챔버(200) 및 잉곳 추출부(300)로 이루어진다. The titanium ingot manufacturing apparatus comprises a main chamber 100, a raw material chamber 200, and an ingot extracting section 300.

메인 챔버(100)는 내부에 도가니(110)가 구비된다. The main chamber 100 is provided with a crucible 110 therein.

도2에서 보는 바와 같이, 상기 도가니(110)는 바닥면 중앙에 천공되어 형성되며, 시드(A’)에 의해 막혀져 있다. 이러한 상태에서 상기 도가니(110)에 원료(A)를 채워 충진한다. As shown in FIG. 2, the crucible 110 is formed at the center of the bottom surface and is closed by the seed A '. In this state, the crucible 110 is filled with the raw material A filled therein.

또한, 상기 도가니(110)는 외측에 유도코일(120)이 감겨져 구비된다. 이때, 상기 유도코일(120)은 메인 챔버(100)의 외측에 구비된 전원부(160)와 연결되어, 전력을 공급받는다. 이러한, 상기 유도코일(120)은 전자기적 원리를 이용하여, 상기 도가니(110)를 가열하여, 상기 원료(A) 및 시드(A’)를 용해시킨다.Further, the crucible 110 is provided with an induction coil 120 wound around the outside thereof. At this time, the induction coil 120 is connected to a power supply unit 160 provided outside the main chamber 100 to receive power. The induction coil 120 heats the crucible 110 using the electromagnetic principle to dissolve the raw material A and the seed A '.

또한, 상기 도가니(110)는 상측에 플라즈마 정련부(130)가 구비된다. 바람직한 일실시예로, 상기 플라즈마 정련부(130)는 상기 도가니(110) 상부방향으로 소정간격 이격되어 구비된다. 이러한, 상기 플라즈마 정련부(130)는 도가니(110) 내의 용해된 용탕(B) 표면에 플라즈마를 발생시킨다. Further, the crucible 110 is provided with a plasma refining unit 130 on the upper side. In one preferred embodiment, the plasma scouring unit 130 is spaced apart from the crucible 110 by a predetermined distance. The plasma refining unit 130 generates plasma on the surface of the molten metal B in the crucible 110.

또한, 도4에서 보는 바와 같이, 상기 플라즈마 정련부(130)는 수소 가스를 용탕(B) 표면으로 공급하여, 용탕(B) 표면에서 발생되는 산소를 제거한다. 4, the plasma refining unit 130 supplies hydrogen gas to the surface of the molten metal B to remove oxygen generated from the surface of the molten metal B as shown in FIG.

또한, 상기 메인 챔버(100)는 제1 진공부(150)가 연결되어, 상기 메인 챔버(100) 내의 압력을 진공으로 유지한다. In addition, the main chamber 100 is connected to the first vacuum 150 so as to maintain a vacuum in the main chamber 100.

원료 챔버(200)는 상기 메인 챔버(100)와 연결되며, 상기 도가니(110) 내부로 원료(A)를 주입하는 역할을 한다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 원료 챔버(200)는 메인 챔버(100)의 상부와 연결부(230)에 의해 연결된다. 상기 연결부(230)는 원료(A)의 장입을 조절하는 밸브(240)가 구비된다. 이러한 상기 원료 챔버(200)는 상기 메인 챔버(100) 내부에 구비된 도가니(110)로 원료(A)를 공급한다. 즉, 상기 원료 챔버(200)는 원료(A) 및 시드(A’)가 용해된 도가니(110) 내부로 원료(A)를 공급한다. 이때, 공급된 원료(A)는 용탕(B) 온도에 의해 용해된다. 또한, 상기 밸브(240)는 원료(A)를 도가니(110)로 공급할 경우, 상기 밸브(240)를 열어 원료(A)를 도가니(110) 내부로 공급하며, 원료(A)를 도가니(110)로 공급하지 않을 경우, 밸브(240)를 닫아 원료(A) 공급을 차단한다. The raw material chamber 200 is connected to the main chamber 100 and injects the raw material A into the crucible 110. More specifically, the raw material chamber 200 is connected to the upper part of the main chamber 100 by a connection part 230. The connection part 230 is provided with a valve 240 for controlling the charging of the raw material A. The raw material chamber 200 supplies the raw material A to the crucible 110 provided in the main chamber 100. That is, the raw material chamber 200 supplies the raw material A into the crucible 110 in which the raw material A and the seed A 'are dissolved. At this time, the supplied raw material (A) is dissolved by the temperature of the molten metal (B). The valve 240 opens the valve 240 to supply the raw material A into the crucible 110 when the raw material A is supplied to the crucible 110, , The valve 240 is closed to cut off the supply of the raw material A. [

또한, 상기 원료 챔버(200)는 발열부(210)가 구비된다. 상기 발열부(210)는 상기 원료 챔버(200)의 외측에 구비되는 것이 바람직하며, 상기 원료 챔버(200) 내의 원료(A)를 가열한다. 상기 원료(A)는 상기 발열부(210)에 의해 가열되어, 표면 및 내부에 존재하는 수분이 증발하게 된다. 이때, 상기 발열부(210)는 원료 챔버(200)를 200℃ ~ 300℃ 범위로 소정시간 가열하는 것이 바람직하다. In addition, the raw material chamber 200 is provided with a heat generating unit 210. The heating unit 210 is preferably provided outside the raw material chamber 200 and heats the raw material A in the raw material chamber 200. The raw material A is heated by the heat generating part 210, and moisture present on the surface and inside is evaporated. At this time, it is preferable that the heating unit 210 heats the raw material chamber 200 at a temperature of 200 ° C to 300 ° C for a predetermined time.

또한, 상기 원료 챔버(200)는 제2 진공부(220)가 구비되어, 상기 원료(A)로부터 증발된 수분을 외부로 배출한다. In addition, the raw material chamber 200 is provided with a second vacuum 220 to discharge moisture evaporated from the raw material A to the outside.

잉곳 추출부(300)는 메인 챔버(100)의 하부에 구비되어, 상기 도가니(110) 하부로 잉곳(C)을 추출한다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 잉곳 추출부(300)는 메인 챔버(100)의 하부에 구비되고, 냉각장치(140)가 연결된다. 이러한, 잉곳 추출부(300)는 도가니(110)의 하부방향으로 배출되는 용탕(B)을 냉각시켜 잉곳(C)으로 추출한다. The ingot extracting unit 300 is provided in the lower portion of the main chamber 100 to extract the ingot C under the crucible 110. In more detail, the ingot extracting unit 300 is provided at a lower portion of the main chamber 100, and a cooling unit 140 is connected. The ingot extracting unit 300 cools the molten metal B discharged in the downward direction of the crucible 110 and extracts the molten metal into the ingot C.

다음으로, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 타이타늄 잉곳 제조 방법에 대해 설명한다. Next, a titanium ingot manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

도5는 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 타이타늄 잉곳 제조 방법의 순서도이다. 5 is a flowchart of a method for manufacturing a titanium ingot according to a preferred embodiment of the present invention.

발명에 따른 바람직한 일실시예의 타이타늄 잉곳 제조 방법은 진공 유지 단계(S10), 원료 예열 단계(S20), 불활성기체 주입 단계(S30), 용해 단계(S40), 원료 장입 단계(S50), 산소 농도 조절 단계(S60) 및 잉곳 추출 단계(S70)로 이루어진다. The method of manufacturing a titanium ingot according to a preferred embodiment of the present invention includes a vacuum holding step S10, a raw material preheating step S20, an inert gas injection step S30, a dissolution step S40, a raw material charging step S50, Step S60 and an ingot extracting step S70.

도1 및 도2를 참조하여 설명하면, 진공 유지 단계(S10)는 바닥면에 천공된 도가니(110)에 시드(A’)를 설치하고, 메인 챔버(100)를 진공상태로 유지한다. 즉, 진공 유지 단계(S10)는 바닥면에 천공된 도가니(110)에 시드를 설치한 후, 원료(A)를 채워 충진한 상태에서 메인 챔버(100) 내의 압력을 진공상태로 유지시킨다. 1 and 2, in the vacuum holding step S10, a seed A 'is provided in a crucible 110 perforated on the bottom surface, and the main chamber 100 is maintained in a vacuum state. That is, in the vacuum holding step S10, a seed is provided in the crucible 110 perforated on the bottom surface, and the pressure in the main chamber 100 is maintained in a vacuum state while the raw material A is filled.

원료 예열 단계(S20)는 발열부(210)를 이용하여, 원료 챔버(200)를 가열하는 단계이다. 더욱 상세하게 설명하면, 원료 챔버(200)에 원료(A)를 채워 놓은 상태에서, 상기 발열부(210)를 이용하여 가열한다. 이때, 상기 원료 예열 단계(S20)는 상기 원료 챔버(200)를 200℃ ~ 300℃ 범위로 가열한다. 또한, 상기 원료 챔버(200)는 제2 진공부(220)에 의해 원료(A)에서 증발된 수분이 외부로 배출된다. The raw material preheating step S20 is a step of heating the raw material chamber 200 using the heat generating unit 210. [ More specifically, the raw material chamber 200 is heated using the heating unit 210 while the raw material A is filled. At this time, in the raw material preheating step (S20), the raw material chamber 200 is heated to a range of 200 ° C to 300 ° C. In addition, in the raw material chamber 200, moisture evaporated from the raw material A is discharged to the outside by the second vacuum 220.

상기 도가니(110)와 원료 챔버(200)에 충진된 원료(A)는 스폰지 및 스크랩 상태를 사용하며, 본 발명에서는 타이타늄(Ti)을 원료로 사용한다. 또한, 상기 도가니(110)와 원료 챔버(200)에 원료인 타이타늄(Ti)뿐만 아니라, 바나듐(V) 또는 알루니늄(Al) 등을 장입하면, 합금 타이타늄을 제조할 수도 있다. The raw material A filled in the crucible 110 and the raw material chamber 200 uses sponge and scrap. In the present invention, titanium (Ti) is used as a raw material. Alloy titanium may also be manufactured by charging vanadium (V) or aluminum (Al) as well as titanium (Ti) as raw material to the crucible 110 and the raw material chamber 200.

불활성기체 주입 단계(S30)는 진공상태인 상기 메인 챔버(100) 내부로 불활성기체를 충진한다. 이때, 상기 불활성기체는 아르곤(Ar), 질소(N) 와 같은 기체를 사용한다. 또한, 상기 메인 챔버(100) 내부는 불활성기체로 인해 불활성 분위기 상태가 된다. 이때, 메인 챔버(100) 내부의 압력은 대기압보다 낮은 약 500~600 mmHg 정도를 유지시킨다. The inert gas injection step S30 charges the inert gas into the main chamber 100 in a vacuum state. At this time, a gas such as argon (Ar) or nitrogen (N) is used as the inert gas. In addition, the inside of the main chamber 100 becomes an inert atmosphere due to an inert gas. At this time, the pressure inside the main chamber 100 is maintained at about 500 to 600 mmHg lower than the atmospheric pressure.

이때, 상기 진공 유지 단계(S10)와 불활성기체 주입 단계(S30)를 반복적으로 실행할 수 있다. 바람직한 일실시예로 설명하면, 먼저 상기 제1 진공부(150)를 이용하여, 메인 챔버(100) 내의 압력을 9.9 × 10-2 Torr 정도로 진공을 유지시킨다(진공 유지 단계(S10)). 이후, 순도 99.99% 의 아르곤(Ar) 가스를 메인 챔버(100) 내부로 주입한다(불활성기체 주입 단계(S30)). 이때, 상기 메인 챔버(100)의 압력을 150 mmHg 까지 상승시킨다. 아르곤 가스를 충진하여, 소정시간 퍼징한다. 이후, 상기 제1 진공부(150)를 이용하여, 6.9 × 10-2 torr 정도까지 다시 압력을 낮춘다(진공 유지 단계(S10)). 다시, 상기 메인 챔버(100) 내로 고순도 99.999% 의 아르곤 가스를 주입하여, 상기 메인 챔버(100)의 압력을 500 ~ 600 mmHg 범위로 유지시킨다(불활성기체 주입 단계(S30)). 이렇게 상기 진공 유지 단계(S10)와 불활성기체 주입 단계(S30)를 반복적으로 실행하여, 상기 메인 챔버(100) 내부의 잔존 가스를 외부로 배출한다. At this time, the vacuum holding step (S10) and the inert gas injection step (S30) may be repeatedly performed. In one preferred embodiment, the vacuum in the main chamber 100 is maintained at about 9.9 × 10 -2 Torr (vacuum holding step S 10) by using the first vacuum 150. Then, argon (Ar) gas having a purity of 99.99% is injected into the main chamber 100 (inert gas injection step S30). At this time, the pressure of the main chamber 100 is increased to 150 mmHg. Argon gas is poured and purged for a predetermined time. Thereafter, the pressure is further lowered to about 6.9 × 10 -2 torr using the first vacuum 150 (vacuum holding step (S 10)). Argon gas of high purity 99.999% is injected into the main chamber 100 to maintain the pressure of the main chamber 100 in the range of 500 to 600 mmHg (inert gas injection step S30). The vacuum holding step (S10) and the inert gas injection step (S30) are repeatedly performed to discharge the residual gas inside the main chamber (100) to the outside.

용해 단계(S40)는 전원부(160)를 이용하여 상기 도가니(110) 외측에 구비된 유도코일(120)로 전력을 공급한다. 상기 유도코일(120)로 전력을 공급하게 되면, 전자기적 현상으로 인해 도가니(110)의 온도가 상승하게 된다. 가열된 도가니(110)는 내부에 수용된 원료(A) 및 시드(A’)를 가열하여 용해시킨다. 이때, 유도코일(120)로 공급되는 전력은 20~200Kw 범위에서 조절한다. In the dissolving step S40, the power is supplied to the induction coil 120 provided outside the crucible 110 by using the power supply unit 160. When power is supplied to the induction coil 120, the temperature of the crucible 110 is increased due to electromagnetic phenomenon. The heated crucible 110 heats and dissolves the raw material A and the seed A 'contained therein. At this time, the power supplied to the induction coil 120 is adjusted in the range of 20 to 200 Kw.

도1 및 도3을 참조하여 설명하면, 원료 장입 단계(S50)는 상기 도가니(110) 내부로 원료(A)를 장입하여 상기 원료(A)를 용해한다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 용해 단계(S40)에서 도가니(110)는 내부에 원료(A) 및 시드(A’)가 용해되어 용탕(B)된 상태이다. 이때, 연결부(230)에 구비된 밸브(240)를 열어, 상기 원료 예열 단계(S20)에서 예열된 원료(A)를 도가니(110)로 장입시킨다. 이렇게 장입된 원료(A)는 용탕(B) 온도로 인해 용해된다. 이때, 상기 원료 장입 단계(S50)는 상기 도가니(110) 내부에 원료(A) 및 시드(A’)의 용해속도에 따라, 상기 도가니(110) 내부로 원료(A)의 장입을 조절한다. 1 and 3, the raw material charging step S50 is to charge the raw material A into the crucible 110 to dissolve the raw material A therein. More specifically, in the dissolution step S40, the crucible 110 is in a state in which the raw material A and the seed A 'are dissolved therein to be molten. At this time, the valve (240) provided in the connection part (230) is opened and the preheated raw material (A) is charged into the crucible (110) in the preheating step (S20). The thus charged raw material (A) is dissolved due to the temperature of the molten metal (B). At this time, the raw material charging step S50 regulates the charging of the raw material A into the crucible 110 according to the dissolution rate of the raw material A and the seed A 'in the crucible 110.

도4를 참조하여 설명하면, 산소 농도 조절 단계(S60)는 용탕(B) 표면에 플라즈마 정련하여 산소농도를 조절한다. 이때, 상기 산소 농도 조절 단계(S60)는 상기 메인 챔버(100) 내부의 산소농도를 1800ppm 이하로 조절한다. 더욱 상세하게 설명하면, 도가니(110) 내부의 원료(A)가 용해되어 용탕(B) 상태가 되면, 원료(A) 내부의 잔존하는 산소가 방출된다. 이러한 산소를 제거하기 위해, 플라즈마 정련부(130)를 이용하여, 용탕(B) 표면에서 발생되는 산소를 제거한다. 즉, 상기 플라즈마 정련부(130)는 상기 도가니(110)의 상부방향으로 소정거리 이격되어 구비되는데, 이러한 상기 플라즈마 정련부(130)는 상기 용탕(B) 표면에서 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 상기 플라즈마 정련부(130)는 상기 용탕(B) 표면으로 수소(H2)가스를 공급한다. 상기 수소가스는 원료(A)가 용해되면서 발생하는 산소와 결합하여 메인 챔버(100) 내의 산소농도를 줄이는 역할을 한다. Referring to FIG. 4, the oxygen concentration control step S60 adjusts the oxygen concentration by plasma-refining the surface of the molten metal (B). At this time, the oxygen concentration control step S60 adjusts the oxygen concentration in the main chamber 100 to 1800 ppm or less. More specifically, residual oxygen in the raw material A is released when the raw material A in the crucible 110 is dissolved and becomes the molten metal B state. In order to remove such oxygen, a plasma refining unit 130 is used to remove oxygen generated on the surface of the molten metal (B). That is, the plasma scouring unit 130 is spaced apart from the crucible 110 by a predetermined distance. The plasma scouring unit 130 generates plasma on the surface of the molten metal B. At this time, the plasma refining unit 130 supplies hydrogen (H 2 ) gas to the surface of the molten metal (B). The hydrogen gas combines with oxygen generated by dissolving the raw material (A), thereby reducing the oxygen concentration in the main chamber (100).

도1 및 도3을 참조하여 설명하면, 잉곳 추출 단계(S70)는 용탕(B)을 상기 도가니(110)의 하부방향으로 배출 냉각시켜 잉곳(C)을 추출한다. 더욱 상세하게 설명하면, 도가니(110)는 바닥면 중앙에 천공된 구멍에 설치된 시드(A’)가 용해되면, 상기 구멍을 통해 용탕(B)이 하부방향으로 배출된다. 상기 잉곳 추출부(300)는 냉각장치(140)와 연결되어, 배출되는 용탕(B)을 냉각시켜 잉곳(C)을 추출한다. 1 and 3, the ingot extracting step S70 extracts the ingot C by discharging and cooling the molten metal B in the downward direction of the crucible 110. As shown in FIG. More specifically, when the seed A 'installed in the hole drilled at the center of the bottom surface of the crucible 110 is dissolved, the molten metal B is discharged downward through the hole. The ingot extracting unit 300 is connected to the cooling device 140 to cool the discharged molten metal B to extract the ingot C. [

이때, 상기 잉곳 추출 단계(S70)는 상기 용탕(B) 표면이 상기 도가니(110) 내부의 일정위치(높이)를 유지하도록, 잉곳(C) 추출 속도를 조절한다. At this time, the ingot extracting step S70 adjusts the extraction speed of the ingot C so that the surface of the molten metal B maintains a predetermined position (height) in the crucible 110.

또한, 상기 잉곳(C)은 장치의 크기에 따라 길이가 결정되지만, 생산의 효율성, 운송 및 운반을 고려할 때, 약 3m 정도의 길이로 제조하는 것이 바람직하다. Although the length of the ingot C is determined according to the size of the apparatus, it is preferable that the length of the ingot C is about 3 m in consideration of efficiency of production, transportation and transportation.

100 : 메인 챔버
110 : 도가니
120 : 유도코일
130 : 플라즈마 정련부
140 : 냉각장치
150 : 제1 진공부
160 : 전원부
200 : 원료 챔버
210 : 발열부
220 : 제2 진공부
230 : 연결부
240 : 밸브
300 : 잉곳 추출부
A : 원료
B : 용탕
C : 잉곳
S10 : 진공 유지 단계
S20 : 원료 예열 단계
S30 : 불활성기체 주입 단계
S40 : 용해 단계
S50 : 원료 장입 단계
S60 : 산소 농도 조절 단계
S70 : 잉곳 추출 단계100: main chamber
110: Crucible
120: induction coil
130: Plasma refining unit
140: Cooling unit
150: First Generation
160:
200: raw material chamber
210:
220: Second Generation
230: Connection
240: valve
300: Ingot extraction unit
A: raw materials
B: Molten metal
C: Ingot
S10: Vacuum maintenance step
S20: Raw material preheating step
S30: Inert gas injection step
S40: dissolution step
S50: Step of charging raw material
S60: Oxygen concentration control step
S70: Ingot extraction step

Claims (5)

내부에 도가니(110)가 구비되는 메인 챔버(100);
상기 메인 챔버(100)와 연결되며, 상기 도가니(110) 내부로 원료(A)를 주입하는 원료 챔버(200);
상기 도가니(110) 외측에 구비되어, 상기 도가니(110)를 가열하여 상기 도가니(110) 내부의 원료(A) 및 시드(A')를 용해시키는 유도코일(120);
상기 도가니(110)의 상측에 일정 이격되어 구비되되, 상기 도가니(110) 내부의 용해된 용탕(B) 표면에 플라즈마를 발생시켜 용탕(B) 표면에서 발생되는 산소를 제거하는 플라즈마 정련부(130);
상기 메인 챔버(100)의 하부에 구비되어, 상기 도가니(110) 하부로 잉곳(C)을 추출하는 잉곳 추출부(300);
상기 메인 챔버(100) 내의 압력을 진공으로 유지하는 제1 진공부(150); 및
상기 유도코일(120)과 연결되어, 상기 유도코일(120)로 전력을 공급하는 전원부(160);
를 포함하되,
상기 원료 챔버(200)는
상기 원료 챔버(200)를 200℃ 내지 300℃의 범위로 가열함으로써, 원료(A)의 표면 및 내부에 존재하는 수분을 증발시킨 후 상기 도가니(110)로 원료(A)를 공급하도록 하는 발열부(210)와,
상기 원료 챔버(200)의 내부 압력을 진공으로 유지하며, 상기 발열부(210)에 의해 증발된 수분을 외부로 배출하는 제2 진공부(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이타늄 잉곳 제조 장치.
A main chamber 100 having a crucible 110 therein;
A raw material chamber 200 connected to the main chamber 100 and injecting the raw material A into the crucible 110;
An induction coil 120 provided outside the crucible 110 to dissolve the raw material A and the seed A 'in the crucible 110 by heating the crucible 110;
A plasma refining unit 130 which is disposed at a predetermined distance from the crucible 110 and generates plasma on the surface of the molten melt B in the crucible 110 to remove oxygen generated from the surface of the molten metal B; );
An ingot extracting unit 300 provided at a lower portion of the main chamber 100 to extract the ingot C below the crucible 110;
A first vacuum (150) for maintaining the pressure in the main chamber (100) under vacuum; And
A power supply unit 160 connected to the induction coil 120 to supply power to the induction coil 120;
, ≪ / RTI &
The raw material chamber 200
A heating unit for heating the raw material chamber 200 to a temperature in the range of 200 ° C. to 300 ° C. to evaporate water present on the surface and inside of the raw material A and supply the raw material A to the crucible 110; (210)
And a second vacuum (220) for maintaining the internal pressure of the raw material chamber (200) at a vacuum and discharging moisture evaporated by the heating unit (210) to the outside.
삭제delete 메인 챔버(100) 내부의 도가니(110) 내부 중앙에 시드(A’)를 설치하고, 상기 도가니(110) 내부로 원료(A)를 충진하여, 상기 메인 챔버(100) 내부를 진공상태로 유지하는 진공 유지 단계(S10);
발열부(210)를 이용하여, 원료 챔버(200)를 200℃ 내지 300℃의 범위로 가열하여 상기 원료 챔버(200) 내부의 원료(A)의 표면 및 내부의 수분을 증발시키되, 제2 진공부(220)를 이용하여 수분을 외부로 배출시키는 원료 예열 단계(S20);
상기 메인 챔버(100) 내부로 불활성기체를 반복적으로 주입하여 상기 메인 챔버(100) 내부의 잔존 가스를 외부로 배출하는 불활성기체 주입 단계(S30);
상기 도가니(110) 외측에 구비된 유도코일(120)로 전력을 공급하여, 상기 도가니(110) 내부의 원료(A) 및 시드(A’)를 용해하여 용탕(B)을 형성하는 용해 단계(S40);
상기 원료 챔버(200)에서 상기 도가니(110) 내부로 상기 원료 예열 단계(S20)에서 가열된 원료(A)를 장입하여, 용탕(B)의 온도로 인해 상기 원료(A)를 용해하는 원료 장입 단계(S50);
용해된 용탕(B) 표면을 플라즈마 정련하여, 상기 용탕(B) 표면의 산소농도를 조절하는 산소 농도 조절 단계(S60); 및
용해된 상기 용탕(B)을 상기 도가니(110)의 하부방향으로 배출 냉각시켜 잉곳(C)을 추출하는 잉곳 추출 단계(S70);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이타늄 잉곳 제조 방법.A seed A 'is provided in the center of the crucible 110 inside the main chamber 100 and the raw material A is charged into the crucible 110 to maintain the inside of the main chamber 100 in a vacuum state A vacuum holding step (S10);
The surface of the raw material A in the raw material chamber 200 is evaporated by heating the raw material chamber 200 in the range of 200 ° C. to 300 ° C. by using the heat generating portion 210, A raw material preheating step (S20) for discharging moisture to the outside using the work 220;
An inert gas injection step (S30) of repeatedly injecting an inert gas into the main chamber (100) to discharge residual gas inside the main chamber (100) to the outside;
A dissolution step of supplying electric power to the induction coil 120 provided outside the crucible 110 to dissolve the raw material A and the seed A 'in the crucible 110 to form the molten metal B S40);
The raw material A heated in the raw material preheating step S20 is charged into the crucible 110 from the raw material chamber 200 to melt the raw material A due to the temperature of the molten metal B, Step S50;
An oxygen concentration control step (S60) of plasma-refining the surface of the molten molten metal (B) to adjust the oxygen concentration on the surface of the molten metal (B); And
An ingot extracting step (S70) of extracting the ingot (C) by discharging and cooling the melted molten metal (B) in the lower direction of the crucible (110);
≪ / RTI > 삭제delete 삭제delete
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