KR101862263B1 - 원료 공급장치 및 공급방법 - Google Patents
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Abstract
원료 공급장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 금속원료의 표면 산화물을 제거하여 용융로에 공급하기 위한 장치로서, 금속원료가 투입 및 배출되는 원료 투하실과, 플라즈마 식각 처리를 수행하는 원료 식각실이 마련된 하우징 및 하우징 내에서 원료 투하실과 원료 식각실 사이를 왕복 이동할 수 있게 설치되는 전처리 케이싱을 포함하고, 전처리 케이싱은 원료 투하실에서 금속원료를 공급받아 저장하고, 원료 식각실로 이동하여 저장된 금속원료의 표면 산화층을 플라즈마 식각 처리한 후 원료 투하실로 복귀하여 식각된 금속원료를 용융로에 투하시킨다.
Description
본 발명은 원료 공급장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속원료의 표면 산화층을 제거하여 용융로에 공급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 파우더, 그래뉼, 볼 형태의 금속원료는 단위체적당 표면적이 차지하는 비율이 높아 금속원료 표면에 산화층이 쉽게 발생한다.
특히 금속 용융로를 갖는 산업현장에서는 금속원료를 저장하는 조건(고온, 습윤)이 열악함에 따라 표면 산화가 더 급속하게 발생된다.
이에 따라 용융로에 금속원료를 장입 시 고온의 융점을 갖는 산화물이 용탕 표면에 떠올라 증발을 막거나 용탕의 정확한 야금학적 조성을 예측하기 어렵게 한다.
따라서 용융로에 금속원료를 공급하기 전에 산세 및 수세를 실시하였다. 그러나 대기 중에 반응성이 높은 금속들은 습식 처리 후 대기 노출과 동시에 미세한 산화층이 발생하고, 시간이 지남에 따라 그 정도가 증가하기 때문에 원료 관리가 어렵고, 고순도의 원료를 공급하기가 불가능하였다.
본 발명의 실시 예들은 금속원료의 산화층을 제거한 후 연속적으로 용융로에 공급할 수 있는 원료 공급장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 금속원료의 표면 산화물을 제거하여 용융로에 공급하기 위한 장치로서, 상기 금속원료가 투입 및 배출되는 원료 투하실과, 플라즈마 식각 처리를 수행하는 원료 식각실이 마련된 하우징 및 상기 하우징 내에서 상기 원료 투하실과 상기 원료 식각실 사이를 왕복 이동할 수 있게 설치되는 전처리 케이싱을 포함하고, 상기 전처리 케이싱은 상기 원료 투하실에서 상기 금속원료를 공급받아 저장하고, 상기 원료 식각실로 이동하여 저장된 상기 금속원료의 표면 산화층을 플라즈마 식각 처리한 후 상기 원료 투하실로 복귀하여 식각된 상기 금속원료를 상기 용융로에 투하시키는 원료 공급장치가 제공될 수 있다.
또한 상기 전처리 케이싱은 회전할 수 있게 설치되며, 상기 원료 식각실에 위치되어 플라즈마 식각 공정이 진행될 때 상기 금속원료의 교반을 위해 회전될 수 있다.
또한 상기 전처리 케이싱의 외면에는 상기 전처리 케이싱 내외로 플라즈마의 이동을 위한 복수의 출입공이 마련될 수 있다.
또한 상기 전처리 케이싱 외면에는 상기 금속원료의 투입 및 배출을 위한 출입구와, 상기 출입구를 선택적으로 개폐하는 개폐커버가 마련될 수 있다.
또한 상기 개폐커버는 상기 전처리 케이싱의 외주를 따라 회전할 수 있게 설치되되, 상기 전처리 케이싱에 결합된 탄성로드의 가압력에 의해 상기 개폐커버는 상기 출입구를 닫는 위치에 유지되고, 상기 개폐커버와 선택적으로 접촉할 수 있게 설치된 클램프의 가압력에 의해 상기 출입구를 개방하는 위치에 유지될 수 있다.
또한 상기 하우징에는 상기 원료 식각실을 가열하여 상기 전처리 케이싱 내부에 채워진 상기 금속원료를 예열하기 위한 히터가 마련될 수 있다.
또한 상기 전처리 케이싱 내벽에는 회전 시 저장된 금속원료를 일정한 위치까지 상승시키기 위한 리프트가 마련될 수 있다.
또한 상기 출입구와 인접한 상기 전처리 케이싱 내에는 상기 전처리 케이싱 내에서 일측으로 편향된 금속원료가 상기 출입구를 통해 원활히 배출되도록 유도하기 위한 경사안내면이 마련될 수 있다.
또한 상기 원료 투하실의 상부에는 상기 금속원료를 공급하는 원료 공급부와 연결되는 투입구가 마련되고, 상기 원료 투하실의 하부에는 상기 용융로와 연결되는 배출구가 마련될 수 있다.
또한 상기 원료 공급부는 상기 금속원료가 저장되는 저장호퍼와, 상기 저장호퍼로부터 상기 금속원료를 제공받아 평량하여 상기 투입구에 공급하는 평량호퍼를 포함한다.
또한 상기 원료 투하실과 상기 용융로 사이에는 상기 배출구로부터 배출되는 식각된 금속원료를 진공상태로 일시 저장하여 상기 용융로에 제공하기 위한 버퍼호퍼가 마련될 수 있다.
또한 상기 하우징의 일측에는 상기 원료 식각실을 개폐할 수 있는 도어가 설치되고, 상기 도어에는 상기 원료 식각실 내부를 육안으로 확인할 수 있는 투명창이 마련될 수 있다.
또한 상기 전처리 케이싱은 상기 하우징의 일측을 관통하여 연장되는 지지축과 연결되고, 상기 지지축은 구동모터와 축 연결되어 회전력을 전달받아 회전되면서 상기 하우징 외측에 마련된 엑츄에이터와 연계되어 왕복 이동할 수 있다.
또한 상기 하우징의 일측은 상기 전처리 케이싱이 상기 원료 식각실에 위치될 때 상기 원료 식각실의 진공 분위기 형성을 위한 진공발생부 및 상기 원료 식각실에 반응가스를 제공하기 위한 가스공급부가 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 용융로에 금속원료를 공급하는 방법에 있어서, 저장호퍼에 저장된 금속원료를 평량호퍼로 제공하고, 상기 평량호퍼에서 평량된 금속원료를 하우징 내의 챔버에 배치된 전처리 케이싱에 투입하고, 상기 챔버에 진공 형성 및 반응가스를 주입하여 플라즈마 식각 공정을 수행하여 금속원료 표면 산화물을 제거하고, 상기 전처리 케이싱에서 산화물이 제거된 금속원료를 용융로에 공급하는 것을 포함하는 원료 공급방법이 제공될 수 있다.
또한 상기 플라즈마 식각 공정을 수행하는 동안 상기 전처리 케이싱을 회전시키는 것을 더 포함한다.
또한 상기 플라즈마 식각 공정을 수행하는 것은, 상기 원료 식각실을 가열하여 상기 전처리 케이싱에 저장된 금속원료의 예열을 수행하는 것을 더 포함한다.
또한 상기 산화물이 제거된 금속원료를 용융로에 공급하는 것은, 상기 용융로와 동일한 분위기 내에서 공급할 수 있다.
또한 상기 챔버 내에서 구분된 원료 투하실과 원료 식각실 사이를 이동하는 상기 전처리 케이싱을 이용하여 금속원료의 투입 및 배출과, 금속원료의 식각 공정을 수행하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 예들은 용융로에 산화층을 제거한 금속원료를 공급함에 따라 용융로에 고순도의 금속원료를 공급할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 실시 예들은 금속원료의 표면 산화층을 제거함과 아울러 용융로에 투입되는 금속원료의 온도를 높임으로써 용융로에서의 용탕 온도 편차 및 편류 발생을 줄일 수 있게 된다.
또한 본 발명의 실시 예들은 용융로의 분위기와 동일한 조건에서 금속원료의 투입이 가능하여 추가적인 산화층 발생 없이 연속 공급이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융로에 금속원료를 공급하는 원료 공급장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 식각 공정을 수행하는 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 금속원료가 투입 및 배출될 때 원료 처리부 내부를 도시한 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 금속원료가 플라즈마 식각 처리될 때 원료 처리부 내부를 도시한 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 출입구가 닫힌 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 출입구가 열린 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 내부를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 식각 공정을 수행하는 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 금속원료가 투입 및 배출될 때 원료 처리부 내부를 도시한 절개 사시도이다.
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도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 출입구가 닫힌 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 출입구가 열린 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 내부를 도시한 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융로에 금속원료를 공급하는 원료 공급장치를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 식각 공정을 수행하는 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 금속원료가 투입 및 배출될 때 원료 처리부 내부를 도시한 절개 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 금속원료가 플라즈마 식각 처리될 때 원료 처리부 내부를 도시한 절개 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급장치(10)는 파우더, 그래뉼, 볼 형태의 금속원료를 용융로(1)에 장입하기 전에 금속원료 표면의 산화층을 제거한 후 연속적으로 용융로(1)에 공급하기 위한 장치이다.
이러한 원료 공급장치(10)는 금속원료를 저장한 후 공급하는 원료 공급부(11)와, 원료 공급부(11)로부터 제공되는 금속원료 표면의 산화층을 제거하기 위한 원료 처리부(13)와, 원료 처리부(13)에서 처리된 금속원료를 용융로(1)에 투입하는 원료 투입부(15)로 구성될 수 있다.
원료 공급부(11)는 저장호퍼(20)와, 저장호퍼(20)의 하부에 연결되는 평량호퍼(22)를 포함한다.
저장호퍼(20)는 금속원료를 대기압 상태에서 저장하는 장치로서, 원료를 평량호퍼(22)로 연속 공급하는 동안 금속원료가 외부로부터 저장호퍼(20)에 공급되는 시간을 고려하여 충분한 저장용량을 갖도록 마련될 수 있다.
또 저장호퍼(20)에는 저장된 금속원료의 잔량 측정이 가능하도록 저장호퍼(20)의 높이방향으로 일정간격 근접센서(미도시)가 설치될 수 있다.
저장호퍼(20)에서 배출되는 금속원료는 저장호퍼(20)의 하부에 연결된 저장호퍼 피더(21)를 통해 평량호퍼(22)에 공급될 수 있다.
저장호퍼 피더(21)는 금속원료의 형태에 따라 스크류 피더, 진동 피더, 컨베이어 등을 포함한다.
저장호퍼 피더(21)에 의해 운반된 금속원료는 금속원료의 투입량을 정확하게 평량하고 투입하기 위한 평량호퍼(22)로 제공될 수 있다.
평량호퍼(22)에 제공된 금속원료는 평량호퍼(22)의 하부에 장착된 로드셀(22a)에 의해 무게가 측정되고, 평량된 금속원료는 원료 처리부(13)로 제공될 수 있다.
평량호퍼(22)와 원료 처리부(13) 사이에는 평량호퍼(22)에서 평량된 금속원료의 배출을 제어하기 위한 상부 스크린(23) 및 평량호퍼(22)에서 원료 처리부(13)로 금속원료가 이동하는 경로를 선택적으로 차단하는 상부 진공밸브(24)가 마련될 수 있다.
상부 스크린(23)은 평량호퍼(22)에서 제공되는 금속원료를 일정 사이즈 별로 선별하여 원료 처리부(13)로 제공할 수 있고, 상부 진공밸브(24)는 원료 처리부(13)에서 금속원료를 처리 시 원료 공급부(11)와 연결되는 경로를 차단하여 원료 처리부(13)가 외기와 연통되는 것을 차단시킬 수 있다.
원료 처리부(13)는 원료 공급부(11)에서 공급되는 금속원료를 제공받아 플라즈마 식각 공정을 통해 금속원료의 표면 산화층을 제거하는 하우징(30)을 포함한다.
하우징(30)은 내부가 빈 중공의 챔버(31,32)를 가지며, 중공의 챔버(31,32)는 원료 공급부(11)에서 공급되는 금속원료가 투입되거나, 하부에 위치되는 용융로(1)에 금속원료를 제공하기 위해 마련된 원료 투하실(31)과, 원료 투하실(31)과 구분되어 금속원료를 플라즈마 식각 처리하기 위해 마련된 원료 식각실(32)을 포함한다.
챔버(31,32) 내에는 원료 투하실(31)을 통해 공급되는 금속원료를 수용하는 전처리 케이싱(40)이 이동 및 회전할 수 있게 위치될 수 있다.
전처리 케이싱(40)은 원통 형상으로 이루어질 수 있고, 원료 투하실(31)과 원료 식각실(32) 사이를 왕복 이동하며, 전처리 케이싱(40)의 후방에 연결되는 지지축(41)과 함께 자전할 수 있다.
지지축(41)은 선단이 전처리 케이싱(40)의 후면 중앙부분에 연결되며 후단이 하우징(30)의 후면을 관통하여 외부로 연장된 후 구동모터(42)와 축 연결될 수 있다.
구동모터(42)는 하우징(30)의 후방에서 전후로 슬라이딩 이동할 수 있게 설치되는 슬라이딩부재(43)와 연결되며, 슬라이딩부재(43)와 함께 이동할 수 있다.
슬라이딩부재(43)는 엑츄에이터(44)의 구동에 의해 상하로 이격 배치된 한 쌍의 가이드로드(45)를 따라 하우징(30)의 후면을 향해 전후로 이동할 수 있다.
한 쌍의 가이드로드(45)는 양단이 각각 하우징(30)의 후면과 하우징(30)의 후방에 이격되어 위치되는 로드프레임(46)에 연결되어 지지될 수 있다.
로드프레임(46)에는 슬라이딩부재(43)와 연결되어 슬라이딩부재(43)를 전후 이동시키기 위한 엑츄에이터(44)가 결합될 수 있다.
엑츄에이터(44)는 슬라이딩부재(43)를 전후로 이동시키기 위한 장치로서, 전기모터 또는 유압 또는 공압에 의해 작동하는 실린더와, 전기모터 또는 실린더를 통해 슬라이딩부재(43)를 전후 이동시키는 볼 스크류, 랙과 피니언 등 적절한 구동요소를 포함할 수 있다.
이러한 지지축(41)은 슬라이딩부재(43)를 관통하여 구동모터(42)의 축과 커플링을 매개로 연결될 수 있고, 슬라이딩부재(43)와 하우징(30)의 후면 사이에 위치되는 지지축(41) 외면 둘레에는 기밀 유지를 위해 신축 가능한 벨로우즈(47)가 지지축(41)을 감싸도록 마련될 수 있다.
이를 통해, 전처리 케이싱(40)은 엑츄에이터(44)의 구동에 의하여 한 쌍의 가이드로드(45)를 따라 전후 이동하는 슬라이딩부재(43)와 함께 원료 투하실(31)과 원료 식각실(32) 사이를 왕복 이동할 수 있고, 구동모터(42)의 동력에 의해 회전하는 지지축(41)과 함께 자전할 수 있게 된다.
하우징(30)의 일측에는 챔버(31,32) 내부공간을 진공으로 형성하기 위한 진공 발생부(34)가 연결된다.
진공 발생부(34)는 챔버(31,32) 내를 감압하기 위한 진공펌프(34a)와, 진공펌프(34a)와 챔버(31,32)를 연결하는 진공배관(34b)을 포함한다.
진공배관(34b)에는 압력컨트롤러, 압력계 또는 릴리프밸브(34c)가 연결될 수 있다. 또한 진공배관(34b)에는 대기압에서 초기 진공 생성 시 금속원료의 역류를 방지하기 위한 필터(34d)가 설치될 수 있다.
진공 발생부(34)는 전처리 케이싱(40)이 원료 식각실(32)에 위치될 때 챔버(31,32) 내를 감압하여 진공 분위기를 형성하도록 동작될 수 있다.
또 하우징(30)에는 챔버(31,32) 내부에 반응가스를 주입하기 위한 가스 공급부(35)가 연결될 수 있다.
가스 공급부(35)는 플라즈마 발생을 위하여 불활성 가스인 아르곤과 환원기재인 미량의 수소를 혼합한 반응가스(Ar-4%H2)를 공급할 수 있다.
가스 공급부(35)는 챔버(31,32)와 연결된 가스배관(35a)과, 가스배관(35a)에 흐르는 반응가스의 공급유량을 정밀하게 제어하기 위한 유량 제어계(Mass Flow Controller, MFC)(35b) 및 밸브(35c)를 포함할 수 있다.
또 하우징(30)의 바닥에는 챔버(31,32) 내의 반응가스를 배기하기 위한 배기배관(37)이 연결될 수 있고, 배기배관(37)에는 챔버(31,32) 내의 압력을 측정하기 위한 압력센서(37a) 및 배기배관(37)의 개폐를 수행하기 위한 배기밸브(37b)가 설치될 수 있다.
원료 투하실(31)의 상부 및 하부에는 원료 공급부(11)와 연결되는 투입구(38)와, 용융로(1)와 연결되는 배출구(39)가 하우징(30)에 마련될 수 있다.
전처리 케이싱(40)이 원료 투하실(31)에 위치될 때 투입구(38)에서 제공되는 금속원료는 전처리 케이싱(40)에 형성된 출입구(48)(도6 참조)를 통해 전처리 케이싱(40) 내부로 투입된 후 전처리 케이싱(40)이 원료 식각실(32)로 이동한 상태에서 플라즈마 식각 처리될 수 있다.
원료 식각실(32)은 전처리 케이싱(40)에 저장된 금속원료에 플라즈마를 이용한 건식 식각공정이 진행되는 공간이다.
전처리 케이싱(40)이 원료 식각실(32)에 위치되면, 가스 공급부(35)를 통해 반응가스가 챔버(31,32) 내부로 공급되고, 진공 발생부(34)를 통해 챔버(31,32) 내의 압력은 동작 압력으로 유지된다.
챔버(31,32)에 전자계를 형성하기 위해 금속원료가 담긴 전처리 케이싱(40)은 전원공급장치(50)와 지지축(41)을 매개로 전기적으로 연결되고, 원료 식각실(32) 내에서 전처리 케이싱(40)의 외곽 둘레를 감싸도록 배치되는 원통형상의 전극 케이싱(51)이 전원공급장치(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
전원공급장치(50)는 전처리 케이싱(40)에 음극 전류를 공급할 수 있고, 전극 케이싱(51)에는 양극 전류를 공급하여 원료 식각실(32) 내에 전자계를 형성함으로써, 챔버(31,32)에 유입된 반응가스로부터 플라즈마를 생성할 수 있다. 즉 전처리 케이싱(40)과 전극 케이싱(51)은 플라즈마를 형성하기 위한 전극의 기능을 수행할 수 있다.
전처리 케이싱(40)은 내부로 플라즈마의 출입을 위해 전처리 케이싱(40)의 원주방향 및 축방향을 따라 소정간격으로 위치되는 복수의 출입공(49)이 형성될 수 있다. 이에 따라 전처리 케이싱(40)과 전극 케이싱(51) 사이에 발생하는 플라즈마는 복수의 출입공(49)을 통해 전처리 케이싱(40) 내외로 이동하여 전처리 케이싱(40) 내에 저장된 금속원료의 표면 산화층을 식각 처리하게 된다.
전처리 케이싱(40)에 형성된 복수의 출입공(49)은 전처리 케이싱(40) 내부로 투입되는 금속원료의 크기보다 작게 형성되도록 하여, 전처리 케이싱(40)에 투입된 금속원료가 외부로 유출되지 않도록 한다. 또 전극 케이싱(51)에는 플라즈마 발생이 용이하도록 하기 위한 복수의 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
한편 전술한 원료 식각실(32)에서의 플라즈마 형성은 일 예에 해당하는 것으로서, 원료 식각실(32) 내에 공지된 용량성 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma) 타입 또는 유도성 플라즈마(Inductive Coupled Plasma) 타입을 이용하여 플라즈마 발생을 유도하도록 구성할 수 있음은 물론이다. 또한 이와 같은 경우, 전처리 케이싱(40) 내부를 플라즈마 형성을 위한 공간으로 구성할 수도 있다.
원료 식각실(32)을 형성하는 하우징(30)의 일측에는 개폐할 수 있게 설치된 도어(52)가 마련될 수 있다. 도어(52)는 플라즈마 공정이 일어나는 원료 식각실(32) 내부에 쌓이는 식각물을 주기적으로 제거할 수 있도록 하우징(30)에서 개폐될 수 있고, 원료 식각실(32) 내부의 오염 상태를 관찰할 수 있도록 도어(52)에는 투명창(53)이 설치될 수 있다.
또 도어(52)에는 원료 식각실(32)에서 발생한 플라즈마에서 나오는 빛의 스펙트럼을 분석하기 위한 방출분광센서(Optical Emission Spectroscopy)(54)가 설치될 수 있다.
방출분광센서(54)는 원료 식각실(32)에서 방출되는 빛의 파장과 강도를 측정하여 중성종과 이온의 존재를 식별할 수 있다. 즉 플라즈마에서 방출되는 빛의 스펙트럼은 플라즈마에서 일어나는 화학적 물리적 과정들에 대한 정보를 제공하므로, 이러한 방출분광센서(54)를 이용하여 원료 식각실(32) 내부의 파장변화를 계측하고, 일정 파장대역의 상대 강도가 증가하게 되면 금속원료의 플라즈마 식각 공정을 종료한다.
원료 식각실(32)을 형성하는 하우징(30)의 내벽 둘레에는 원료 식각실(32) 내부를 가열하기 위한 히터(55)가 설치될 수 있다.
히터(55)는 원료 식각실(32) 내로 이동한 전처리 케이싱(40) 내부의 금속원료가 용융로(1)의 온도보다 낮은 상태로 용융로(1)에 제공되는 경우 용탕의 온도 구배가 심화되고, 편류가 발생되어 용탕의 사용 목적에 따른 품질 확보가 어렵게 되는 것을 방지하기 위해 금속원료를 예열하는 장치이다.
즉 플라즈마 공정에 따라 금속원료의 온도는 상승하지만 용융로(1)에 투입할 정도로 충분한 예열 온도를 확보하지 못한 경우 히터(55)는 원료 식각실(32)을 가열함에 따라 전처리 케이싱(40) 내의 금속원료가 간접가열 방식에 의해 예열되도록 한다.
이러한 히터(55)는 플라즈마 방전압 이상을 사용하도록 하고, 히터(55)의 열에 의한 주변 구조물(구동계, 밸브 등)의 손상을 방지하기 위해 히터(55)의 외측 하우징(30)에는 단열재(56) 및 냉각자켓(미도시)이 구비될 수 있다.
한편 투입구(38)를 통해 공급되는 전처리 케이싱(40)으로의 금속원료의 투입 및 전처리 케이싱(40)에서 배출구(39) 쪽을 향해 금속원료의 배출은 전처리 케이싱(40)에 형성된 출입구(48)를 통해 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 출입구가 닫힌 상태를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 출입구가 열린 상태를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전처리 케이싱의 내부를 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 전처리 케이싱(40)의 원주방향 둘레를 따라 어느 한 지점에는 소정 폭을 가지고 길이방향으로 절개된 출입구(48)가 형성될 수 있고, 출입구(48)는 전처리 케이싱(40)의 외주를 따라 회전할 수 있게 설치된 개폐커버(60)에 의해 선택적으로 개폐될 수 있다.
개폐커버(60)는 출입구(48)와 대응하는 크기로 형성되어, 출입구(48)를 선택적으로 개폐하는 덮개패널(61)과, 덮개패널(61)의 양단에서 수직방향으로 벤딩되어 전처리 케이싱(40)의 중심축에 회전할 수 있게 결합되는 지지패널(62)로 구성될 수 있다.
지지패널(62)은 전처리 케이싱(40)의 측벽 일측에 결합된 탄성로드(63)의 가압력에 의해 덮개패널(61)이 출입구(48)를 닫는 방향으로 가압 지지될 수 있다.
탄성로드(63)는 로드 하우징(64) 내부에 배치된 스프링에 지지되어 로드 하우징(64) 내외로 진퇴 이동할 수 있고, 스프링의 가압력에 의해 개폐커버(60)가 출입구(48)를 닫는 방향으로 지지패널(62)을 가압할 수 있다.
탄성로드(63)에 가압되는 지지패널(62)은 전처리 케이싱(40)의 측벽에 돌출 형성된 스토퍼(65)에 의해 걸림에 의해 덮개패널(61)은 출입구(48)를 차단하는 위치로 이동할 수 있게 된다.
출입구(48)를 개방하는 경우에는 투입구(38)와 인접한 위치에 마련된 클램프(70)가 덮개패널(61)의 상면을 가압하도록 하고, 전처리 케이싱(40)이 소정각도 회전함에 의해 덮개패널(61)은 출입구(48)를 개방시킨다.
클램프(70)는 투입구(38)의 위치에서 출입구(48)를 개방시키기 위한 상부 클램프와, 배출구(39)의 위치에서 출입구(48)를 개방시키기 위한 하부 클램프를 포함한다.
클램프(70)는 하우징(30)의 내벽에 설치된 실린더(71)와 연결되어 상하로 이동하는 로드부(72)와, 로드부(72)의 단부에서 덮개패널(61)에 가압 접촉하도록 마련된 접촉부(73)를 포함한다.
접촉부(73)는 로드부(72)의 단부에서 양측방향으로 연장되는 길이가 긴 막대 형상으로 이루어질 수 있고, 전처리 케이싱(40)이 회전할 때 덮개패널(61)의 표면에 가압되어 개폐커버(60)의 회전을 구속한다.
덮개패널(61)의 표면에는 접촉부(73)에 의해 개폐커버(60)의 회전이 구속되는 경우 더욱더 원활한 작동을 위해 접촉부(73)와 간섭되는 간섭돌기(74)가 돌출 형성될 수 있다.
이를 통해, 하우징(30)에 구비된 투입구(38)로부터 금속원료가 투입되는 경우 클램프(70)가 개폐커버(60)를 구속한 후 전처리 케이싱(40)이 소정각도 회전함에 의해 출입구(48)는 개방되고, 클램프(70)가 개폐커버(60)를 구속 해제하면 탄성로드(63)의 가압력에 의해 출입구(48)는 닫히게 된다.
그리고 전처리 케이싱(40)에 담긴 금속원료를 배출구(39)를 통해 배출하는 경우에도 배출구(39)와 인접하게 위치된 클램프(70)가 동일한 작동을 수행함에 의해 출입구(48)를 개폐할 수 있다.
한편 전처리 케이싱(40) 내부에는 도 7과 같이 전처리 케이싱(40)이 회전하는 경우 금속원료를 교반하기 위한 리프트(80)가 구비될 수 있다.
리프트(80)는 전처리 케이싱(40)의 내벽에서 중앙을 향해 소정길이 연장되어, 전처리 케이싱(40)의 회전 시 내부의 금속원료를 일정한 위치까지 상승시킨 후 낙하시킨다.
또한 전처리 케이싱(40)의 출입구(48)과 인접한 위치에는 금속원료의 배출 시 잔량이 남지 않도록 금속원료의 흐름성을 향상시키기 위한 경사안내면(81)이 마련될 수 있다.
이를 통해, 전처리 케이싱(40)의 회전에 의해 전처리 케이싱(40)의 한쪽 부분(도면에서 좌측)으로 편향된 금속원료는 출입구(48)를 통해 배출 시 경사안내면(81)을 따라 미끄러지면서 원활히 배출되게 된다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징(30)의 배출구(39) 하부에는 하부 스크린(90)과 하부 진공밸브(91)가 연결될 수 있다. 하부 스크린(90)은 용융로(1)에 공급되는 금속원료를 일정 사이즈 별로 선별할 수 있고, 하부 진공밸브(91)는 용융로(1)와 연결되는 경로를 외기와 차단하도록 선택적으로 개폐할 수 있다.
하부 진공밸브(91) 하부에는 버퍼호퍼(92)가 연결될 수 있다.
버퍼호퍼(92)는 산화층이 제거된 금속원료를 진공상태로 일시 저장하고, 버퍼호퍼(92)의 하부에 연결된 투입부(93)를 통해 용융로(1)에 연속적으로 금속원료를 공급할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급장치의 작동에 대하여 설명한다.
용융로(1)에 금속원료를 연속적으로 공급하기 위하여, 먼저 저장호퍼(20)에 대기압 상태로 저장된 금속원료는 평량호퍼(22)로 이동되어 단위 공급량을 측정하고, 상부 스크린(23)과 상부 진공밸브(24)가 개방됨에 따라 하우징(30)의 투입구(38)로 투입되게 된다.
이때 전처리 케이싱(40)은 원료 투하실(31)에 위치되며, 개폐커버(60)는 출입구(48)를 개방한 상태이다. 즉 상부 클램프(70)가 개폐커버(60)를 가압 지지한 상태에서 전처리 케이싱(40)은 구동모터(42)에 의해 소정각도 회전함에 따라 전처리 케이싱(40)의 출입구(48)는 열리게 된다.
또한 챔버(31,32) 내부는 대기압 상태로서, 압력센서(37a)에 의해 감지된 정보에 기초하여 배기밸브(37b)를 통해 압력 조절이 이루어질 수 있다.
투입구(38)를 통해 투입되는 금속원료가 전처리 케이싱(40) 내부로 공급이 완료되면, 상부 스크린(23)과 상부 진공밸브(24)는 닫히게 된다.
또한 개폐커버(60)는 출입구(48)를 닫고, 전처리 케이싱(40)은 엑츄에이터(44)의 구동에 의해 원료 식각실(32)로 이동된다. 이와 동시에 챔버(31,32) 내부는 진공 발생부(34)에 의해 정해진 진공압력까지 도달되고, 가스 공급부(35)에 의하여 반응가스가 챔버(31,32) 내부로 주입된다.
이후 전원공급장치(50)는 전원을 인가함에 따라 원료 식각실(32) 내부에는 플라즈마가 발생하여 금속원료의 표면 산화층을 제거하게 된다.
금속원료의 플라즈마 식각 공정 시 전처리 케이싱(40)은 구동모터(42)에 의해 회전함에 따라 내부에 채워진 금속원료가 균일하게 플라즈마에 노출되도록 교반된다.
금속원료의 플라즈마 식각 및 환원 처리의 종료 시점은 방출분광센서(54)에 의해 감지된 정보에 기초하여 일정 파장대역의 상대 강도가 증가하면 플라즈마 공정을 종료한다.
한편 플라즈마 공정에 의해 용융로(1)에 투입되는 금속원료가 예열 온도를 충분히 확보하지 못한 경우에는 히터(55)를 작동시켜 원료 식각실(32)을 가열함에 따라 금속원료가 용융로(1)에 투입되기 알맞은 온도로 예열한다.
이를 통해 고온의 용융로(1)에 상대적으로 저온의 금속원료가 공급되어 용탕의 온도 구배가 심화되고 편류가 발생됨에 따른 품질 확보의 어려움을 해소할 수 있다.
원료 식각실(32)에서 금속원료의 표면 산화층 제거가 완료된 것으로 판단되면, 엑츄에이터(44)를 구동시켜 전처리 케이싱(40)을 원료 투하실(31)로 이동시킨다.
그리고 챔버(31,32) 내부를 용융로(1) 내부와 동일한 분위기를 맞추도록 진공 발생부(34) 및 가스 공급부(35)를 통해 진공흡기 또는 불활성가스의 주입을 실시한다. 이는 용융로(1)의 진공 또는 불활성가스 분위기로 금속원료를 공급 시 추가적인 산화를 방지할 수 있도록 용융로(1)의 분위기를 유지하면서 공급하기 위함이다.
챔버(31,32) 내부가 용융로(1) 내부와 동일한 조건이 되면, 배출구(39)와 연결된 하부 스크린(90)과 하부 진공밸브(91)를 순차적으로 열고, 전처리 케이싱(40)의 출입구(48)를 개방하여 용융로(1) 또는 버퍼호퍼(92)로 금속원료를 공급한다.
금속원료의 공급이 완료되면, 하부 스크린(90)과 하부 진공밸브(91)를 닫고, 챔버(31,32) 내부는 배기배관(37)을 통해 배기한 후 다시 금속원료를 공급받는 전술한 과정을 반복한다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1: 용융로, 10: 원료 공급장치,
20: 저장호퍼, 22: 평량호퍼,
30: 하우징, 31: 원료 투하실,
32: 원료 식각실, 34: 진공 발생부,
35: 가스 공급부, 38: 투입구,
39: 배출구, 40: 전처리 케이싱,
52: 도어, 53: 투명창,
54: 방출분광센서, 55: 히터,
60: 개폐커버, 70: 클램프,
80: 리프트, 81: 경사안내면,
92: 버퍼호퍼.
20: 저장호퍼, 22: 평량호퍼,
30: 하우징, 31: 원료 투하실,
32: 원료 식각실, 34: 진공 발생부,
35: 가스 공급부, 38: 투입구,
39: 배출구, 40: 전처리 케이싱,
52: 도어, 53: 투명창,
54: 방출분광센서, 55: 히터,
60: 개폐커버, 70: 클램프,
80: 리프트, 81: 경사안내면,
92: 버퍼호퍼.
Claims (19)
- 금속원료의 표면 산화물을 제거하여 용융로에 공급하기 위한 장치로서,
상기 금속원료가 투입 및 배출되는 원료 투하실과, 플라즈마 식각 처리를 수행하는 원료 식각실이 마련된 하우징; 및
상기 하우징 내에서 상기 원료 투하실과 상기 원료 식각실 사이를 왕복 이동할 수 있게 설치되는 전처리 케이싱;을 포함하고,
상기 전처리 케이싱은 상기 원료 투하실에서 상기 금속원료를 공급받아 저장하고, 상기 원료 식각실로 이동하여 저장된 상기 금속원료의 표면 산화층을 플라즈마 식각 처리한 후 상기 원료 투하실로 복귀하여 식각된 상기 금속원료를 상기 용융로에 투하시키는 원료 공급장치. - 제1항에 있어서,
상기 전처리 케이싱은 회전할 수 있게 설치되며, 상기 원료 식각실에 위치되어 플라즈마 식각 공정이 진행될 때 상기 금속원료의 교반을 위해 회전되는 원료 공급장치. - 제1항에 있어서,
상기 전처리 케이싱의 외면에는 상기 전처리 케이싱 내외로 플라즈마의 이동을 위한 복수의 출입공이 마련되는 원료 공급장치. - 제1항에 있어서,
상기 전처리 케이싱 외면에는 상기 금속원료의 투입 및 배출을 위한 출입구와, 상기 출입구를 선택적으로 개폐하는 개폐커버가 마련되는 원료 공급장치. - 제4항에 있어서,
상기 개폐커버는 상기 전처리 케이싱의 외주를 따라 회전할 수 있게 설치되되, 상기 전처리 케이싱에 결합된 탄성로드의 가압력에 의해 상기 개폐커버는 상기 출입구를 닫는 위치에 유지되고, 상기 개폐커버와 선택적으로 접촉할 수 있게 설치된 클램프의 가압력에 의해 상기 출입구를 개방하는 위치에 유지되는 원료 공급장치. - 제1항에 있어서,
상기 하우징에는 상기 원료 식각실을 가열하여 상기 전처리 케이싱 내부에 채워진 상기 금속원료를 예열하기 위한 히터가 마련되는 원료 공급장치. - 제2항에 있어서,
상기 전처리 케이싱 내벽에는 회전 시 저장된 금속원료를 일정한 위치까지 상승시키기 위한 리프트가 마련되는 원료 공급장치. - 제4항에 있어서,
상기 출입구와 인접한 상기 전처리 케이싱 내에는 상기 전처리 케이싱 내에서 일측으로 편향된 금속원료가 상기 출입구를 통해 원활히 배출되도록 유도하기 위한 경사안내면이 마련되는 원료 공급장치. - 제1항에 있어서,
상기 원료 투하실의 상부에는 상기 금속원료를 공급하는 원료 공급부와 연결되는 투입구가 마련되고, 상기 원료 투하실의 하부에는 상기 용융로와 연결되는 배출구가 마련되는 원료 공급장치. - 제9항에 있어서,
상기 원료 공급부는 상기 금속원료가 저장되는 저장호퍼와, 상기 저장호퍼로부터 상기 금속원료를 제공받아 평량하여 상기 투입구에 공급하는 평량호퍼를 포함하는 원료 공급장치. - 제9항에 있어서,
상기 원료 투하실과 상기 용융로 사이에는 상기 배출구로부터 배출되는 식각된 금속원료를 진공상태로 일시 저장하여 상기 용융로에 제공하기 위한 버퍼호퍼가 마련되는 원료 공급장치. - 제1항에 있어서,
상기 하우징의 일측에는 상기 원료 식각실을 개폐할 수 있는 도어가 설치되고, 상기 도어에는 상기 원료 식각실 내부를 육안으로 확인할 수 있는 투명창이 마련되는 원료 공급장치. - 제1항에 있어서,
상기 전처리 케이싱은 상기 하우징의 일측을 관통하여 연장되는 지지축과 연결되고, 상기 지지축은 구동모터와 축 연결되어 회전력을 전달받아 회전되면서 상기 하우징 외측에 마련된 엑츄에이터와 연계되어 왕복 이동하는 원료 공급장치. - 제1항에 있어서,
상기 하우징의 일측은 상기 전처리 케이싱이 상기 원료 식각실에 위치될 때 상기 원료 식각실의 진공 분위기 형성을 위한 진공발생부 및 상기 원료 식각실에 반응가스를 제공하기 위한 가스공급부가 연결되는 원료 공급장치. - 용융로에 금속원료를 공급하는 방법에 있어서,
저장호퍼에 저장된 금속원료를 평량호퍼로 제공하고,
상기 평량호퍼에서 평량된 금속원료를 하우징 내의 챔버에 배치된 전처리 케이싱에 투입하고,
상기 챔버에 진공 형성 및 반응가스를 주입하여 플라즈마 식각 공정을 수행하여 금속원료 표면 산화물을 제거하고,
상기 전처리 케이싱에서 산화물이 제거된 금속원료를 용융로에 공급하고,
상기 챔버 내에서 구분된 원료 투하실과 원료 식각실 사이를 이동하는 상기 전처리 케이싱을 이용하여 금속원료의 투입 및 배출과, 금속원료의 식각 공정을 수행하는 것을 포함하는 원료 공급방법. - 제15항에 있어서,
상기 플라즈마 식각 공정을 수행하는 동안 상기 전처리 케이싱을 회전시키는 것을 더 포함하는 원료 공급방법. - 제15항에 있어서,
상기 플라즈마 식각 공정을 수행하는 것은, 상기 원료 식각실을 가열하여 상기 전처리 케이싱에 저장된 금속원료의 예열을 수행하는 것을 더 포함하는 원료 공급방법. - 제15항에 있어서,
상기 산화물이 제거된 금속원료를 용융로에 공급하는 것은, 상기 용융로와 동일한 분위기 내에서 공급하는 원료 공급방법. - 삭제
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