KR101943088B1 - 전기 유도 용해 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

드라이 브레이크 전기 연결해제 장치가 유도 용해로와, 진공 환경 챔버 또는 다른 제어 환경 챔버 내에서의 용해를 위해 용해로가 제거가능하게 그 내부에 설치되는 전기 유도 용해 어셈블리의 한 구성요소 사이에 제공된다. 가압될 수 있고 제어 환경 챔버와 상이한 환경으로 이루어지는 상기 어셈블리 구성요소의 밀봉된 내부 공간 내의 유도 용해로에 전력 연결이 이루어진다. 상기 어셈블리 구성요소는 제어 환경 챔버 내에 설치되는 경동 크레이들이 될 수 있다.

Description

전기 유도 용해 어셈블리{ELECTRIC INDUCTION MELTING ASSEMBLY}
본 발명은 전기 유도 용해 어셈블리에 관한 것이며, 보다 상세하게는 진공 환경 또는 다른 제어 환경에서 작동하는 전기 유도 용해 어셈블리, 및 그와 같은 전기 유도 용해 어셈블리 내에서 사용되는 제거가능한 유도 용해로에 대한 전력의 신속한 연결 또는 연결해제에 관한 것이다.
고순도 합금 금속을 생산하기 위해 전기 유도 용해 어셈블리가 진공에서 사용될 수 있다. 전기 유도 용해 어셈블리는 산업용 진공 챔버 내부에 위치된 경동 크레이들 내에 안착되는 유도 용해로(때로는 내화 도가니라 함)를 포함할 수 있다. 이 용해로는 용탕 생성물이 용해로로부터 몰드 또는 다른 수용 용기 내로 주입될 수 있도록 베어링 상에 회전가능하게 지지되는 트러니언을 중심으로 크레이들 내에서 경동될 수 있다.
유도 용해로는 교체나 수리를 위해 또는 다른 종류의 또다른 용해로로 교환하기 위해 진공 챔버로부터 제거하는 것을 필요로 한다. 몇 가지 종래의 진공 유도 용해 어셈블리에서의 유도 용해로의 제거는, 전력 및 냉각수 공급원 연결부가 용해로로부터 수동적으로 연결해제되기 전에 고온 작동 용해로를 냉각시키기 위해 유도 코일을 통과하여 냉각수가 흐르게 한 챔버 내에 고온 작동 용해로가 긴 시간 동안 머물러 있어야만 하기 때문에, 시간 소모가 클 수 있다. 이러한 용해로의 수리 또는 교환을 위한 종래의 과정은 용해로를 수동적으로 연결해제하고 재연결하는 데 통상적으로 필요한 시간과 더불어 요구되는 냉각 시간에 의해 야기되는 현저한 생산성의 손실을 초래한다. 미국 특허 5,125,004(로버츠(Roberts) 등에 허여됨)는 전력 및 냉각 연결부의 신속한 교환을 성취하는 방법의 한 예를 개시하고 있다.
본 발명의 하나의 목적은 고온 작동 유도 용해 어셈블리의 실질적인 냉각 없이 전력의 연결 또는 연결해제가 성취될 수 있도록, 진공 챔버 내의 용해로 어셈블리의 경동 크레이들 또는 다른 상대 어셈블리 구성요소의 가압 내부 공간 내에서의 진공 유도 용해로에 대한 전력의 연결을 성취하는 데 있다.
하나의 양태에 있어서, 본 발명은 진공 환경 또는 다른 제어 환경에 설치되는 용해로 어셈블리의 구성요소의 가압 내부 환경 내에서 전기적 연결이 이루어지는 경우에, 진공 환경에 설치되거나 진공 환경으로부터 제거되는 진공 유도 용해로에 대해 전력을 연결 또는 연결해제하기 위한 장치 및 방법이다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 진공 챔버와 같은 제어 환경 챔버 내에서 사용하기 위한 전기 유도 용해 어셈블리이다. 상기 전기 유도 용해 어셈블리는 유도 용해로와, 상기 제어 환경 챔버 내에서 상기 유도 용해로를 안착시키는 크레이들을 포함하고 있다. 상기 유도 용해로는 상기 유도 용해로의 도가니를 에워싸고 있는 하나 이상의 유도 코일에서 뻗어 나온 용해로 유도 코일 전력 도입선을 가지고 있다. 상기 유도 용해로는 또한 상기 제어 환경 챔버 내의 제어 환경으로 개구되는 개구부를 가지고 있는 압력판을 포함하는 용해로 스페이드 어셈블리를 가지고 있다. 용해로 스페이드 전력 포트가 상기 압력판 개구부를 밀봉한다. 양의 용해로 전기 스페이드 및 음의 용해로 전기 스페이드가 상기 용해로 스페이드 전력 포트를 통해 돌출한다. 상기 용해로 유도 코일 전력 도입선이 상기 압력판의 제어 환경 쪽에서 상기 양의 용해로 전기 스페이드 및 상기 음의 용해로 전기 스페이드에 연결되어 있다. 경동 크레이들일 수 있는 상기 크레이들은 외부 전원을 상기 용해로 유도 코일로 연결하기 위한 적어도 하나의 외부 전력 포트를 가지고 있다. 상기 크레이들은 또한 용해로 전기 스페이드용 개구부를 가지고 있는 크레이들 내부 공간 내에 배치되는 크레이들 스페이드 어셈블리를 가지고 있다. 상기 크레이들 스페이드 어셈블리는 적어도 하나의 양의 크레이들 전기 스페이드 및 적어도 하나의 음의 크레이들 전기 스페이드를 포함하고 있고, 상기 적어도 하나의 양의 크레이들 전기 스페이드 및 상기 적어도 하나의 음의 크레이들 전기 스페이드는 상기 외부 전력 포트를 통해 외부 전원에 연결된다. 상기 크레이들은 또한 상기 크레이들 내부 공간 내에서 선택적인 개방 위치와 폐쇄 위치를 가지는 스페이드 클램핑 어셈블리를 가지고 있다. 상기 스페이드 클램핑 어셈블리는 양의 전기 스페이드 클램프 및 음의 전기 스페이드 클램프와, 상기 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 음의 전기 스페이드 클램프를 상기 개방 위치와 상기 폐쇄 위치 사이에서 이동시키기 위한 액추에이터를 포함하고 있다. 상기 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 음의 전기 스페이드 클램프는 각각 상기 양의 크레이들 전기 스페이드 및 상기 음의 크레이들 전기 스페이드의 양쪽에 배치되어 있어, 상기 압력판이 상기 용해로 전기 스페이드용 개구부 위에서 밀봉되고 상기 양의 용해로 전기 스페이드 및 상기 음의 용해로 전기 스페이드가 상기 크레이들 내부 공간 내로 돌출하였을 때, 밀봉된 크레이들 환경이 상기 크레이들 내부 공간 내에 형성되고, 이 크레이들 내부 공간 내에서 크레이들 전기 스페이드의 드라이 브레이크 개폐가 성취될 수 있다. 상기 밀봉된 크레이들 환경이 상기 제어 환경 챔버 내에 형성된 제어 환경으로부터 단절되고, 이에 의해 상기 스페이드 클램핑 어셈블리가 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 음의 전기 스페이드 클램프가 각각 상기 밀봉된 크레이들 환경 내에서 (1) 상기 양의 용해로 전기 스페이드와 상기 양의 크레이들 전기 스페이드 사이에, 그리고 (2) 상기 음의 용해로 전기 스페이드와 상기 음의 크레이들 전기 스페이드 사이에 전기 회로를 폐쇄시킨다. 상기 전기 유도 용해 어셈블리는 상술한 바와 같은 구성부품을 가지는 하나 이상의 크레이들 내부 공간을 가질 수 있다.
또다른 양태에 있어서, 본 발명은 제어 환경 챔버 내의 제어 환경 내에 배치된 크레이들에 제거가능하게 설치되는 유도 용해로를 작동시키는 방법이다. 상기 유도 용해로는 하나 이상의 용해로 유도 코일로부터 뻗어 나와 양의 용해로 전기 스페이드 및 음의 용해로 전기 스페이드까지 제공되는 용해로 유도 코일 전력 도입선을 상기 유도 용해로 상의 압력판에 밀봉가능하게 부착된 용해로 스페이드 전력 포트 내에 배치시키고 있고, 상기 양의 용해로 전기 스페이드 및 상기 음의 용해로 전기 스페이드가 상기 압력판을 통해 침투하고 있다. 상기 압력판이 상기 크레이들 내부 공간의 용해로 전기 스페이드용 개구부 위에 밀봉을 형성하여, 상기 양의 용해로 전기 스페이드 및 상기 음의 용해로 전기 스페이드가 상기 크레이들 내부 공간 내의 밀봉된 내부 크레이들 환경 내로 침투하여 있도록, 상기 제어 환경 챔버 내에 제어 환경을 형성하기 전에 상기 유도 용해로가 상기 크레이들 상에 안착된다. 상기 크레이들의 크레이들 내부 공간이 크레이들 스페이드 어셈블리 및 스페이드 클램핑 어셈블리를 포함하고 있다. 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경을 상기 제어 환경으로부터 단절시키기 위해, 상기 유도 용해로를 상기 크레이들 상에 안착시키는 것에 후속하여, 상기 제어 환경 챔버 내에 제어 환경이 형성된다. 상기 압력판을 통해 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내로 돌출하고 있는 상기 양의 용해로 전기 스페이드와 상기 크레이들 스페이드 어셈블리에 속하는 양의 크레이들 전기 스페이드 사이에 전기 회로를 폐쇄시키기 위해, 상기 스페이드 클램핑 어셈블리에 속하는 양의 전기 스페이드 클램프 및 음의 전기 스페이드 클램프가 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내에서 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동된다. 이러한 양의 전기 스페이드 클램프 및 음의 전기 스페이드 클램프의 개방 위치로부터 폐쇄 위치로의 이동은 또한 상기 압력판을 통해 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내로 돌출하고 있는 상기 음의 용해로 전기 스페이드와 상기 크레이들 스페이드 어셈블리에 속하는 음의 크레이들 전기 스페이드 사이에 전기 회로를 폐쇄시킨다. 상기 양의 크레이들 전기 스페이드 및 상기 음의 크레이들 전기 스페이드는 상기 외부 전원의 양의 단자 및 음의 단자에 연결되어 있고, 이에 의해 전원이 상기 외부 전원의 양의 단자 및 음의 단자로부터의 전력이 상기 유도 용해로의 상기 하나 이상의 용해로 유도 코일로 제공된다. 상기 유도 용해로를 상기 제어 환경 챔버로부터 제거하기 위해서는, 상기 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 음의 전기 스페이드 클램프가 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내에서 개방 위치로 이동되어, 전기 연결해제된 유도 용해로가 상기 제어 환경 챔버로부터 제거될 수 있다.
본 발명의 상기의 양태 및 다른 양태가 하기 상세한 설명 및 첨부의 청구범위에 기술된다.
하기의 상세한 설명 및 청구범위와 함께 아래에 간략히 설명하는 도면들이 본 발명을 실행하기 위한 그에 한정되지 않는 하나 이상의 모드를 설명한다. 본 발명은 도면의 예시사항 및 내용에 제한되는 것이 아니다.
도 1a는 본 발명의 전기 유도 용해 어셈블리의 하나의 실시예의 사시도이다.
도 1b는 유도 용해로가 경동 크레이들로부터 분리되어 있는 상태의 도 1a에 도시된 유도 용해 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 유도 용해 어셈블리에 함께 사용되는 드라이 브레이크 전기 연결해제 장치(dry-break electrical disconnect)의 하나의 실시예를 도 1a의 A-A 라인을 통해 취하여 도시한 상세 단면도로서, 크레이들의 스페이드 클램핑 어셈블리가 개방 위치에 있는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1a 및 도 1b에 도시된 유도 용해 어셈블리에 함께 사용되는 드라이 브레이크 전기 연결해제 장치의 하나의 실시예를 도 1a의 A-A 라인을 통해 취하여 도시한 상세 단면도로서, 크레이들의 스페이드 클램핑 어셈블리가 폐쇄 위치에 있는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1a 및 도 1b에 도시된 유도 용해 어셈블리의 경동 작동을 설명하는 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 사용되는 크레이들 트러니언의 하나의 실시예의 부분 사시도이다.
도 5b는 유도 용해로에 전력을 공급하기 위해 본 발명의 전기 유도 용해 어셈블리와 함께 사용되는 가요성 전기 조인트의 하나의 실시예를 도 5a의 B-B 라인을 통해 취하여 도시한 부분 단면도이다.
도 6a는 본 발명에 사용되는 크레이들 트러니언의 또다른 실시예의 부분 사시도이다.
도 6b 및 도 6c는 유도 용해로에 전력을 공급하기 위해 본 발명의 전기 유도 용해 어셈블리와 함께 사용되는 동축 전기 조인트의 하나의 실시예를 도 6a의 D-D 라인을 통해 취하여 도시한 부분 단면도이다.
도 1a 내지 도 4에 본 발명의 드라이 브레이크 전기 연결해제 장치(dry-break electrical disconnect)의 하나의 실시예를 이용하고 있는 전기 유도 용해 어셈블리의 하나의 실시예가 도시되어 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 전기 유도 용해 어셈블리의 하나의 실시예를 형성하는, 진공 환경(또는 다른 제어 환경)에 설치되는 유도 용해로(10) 및 경동 크레이들(12)을 도시하고 있다. 도 1a에 있어서는, 용해로(10)는 산업용 진공 챔버 내에 형성되는 진공 환경에서 사용되는 경동 크레이들(12)에 상대결합되어 있다(즉, 경동 크레이들(12) 내에 안착되어 있다). 도 1b에 있어서는, 용해로(10)는 예컨대 진공 챔버로부터의 용해로의 제거 시(또는 진공 챔버로의 용해로의 설치 시)와 같이 크레이들로부터 빼내진 상태로 도시되어 있다.
용해로(10)와 관련된 구성요소들로는 독립적인 물전용 연결부(water-only connection)(46), 용해로 유도 코일 전력 도입선(34), 및 이하에 추가로 설명되는 용해로 스페이드 어셈블리(35)가 포함될 수 있다. 도시된 독립적인 물전용 연결부(46) 및 독립적인 전력 도입선(34)은 물과 전력이 공통의 구성부품으로 공급되지 않게 되도록 드라이 브레이크 전기 연결해제 장치를 위해 물 공급 도입선 및 코일 전력 도입선을 용해로에 연결하는 배열 및 방법으로 사용된다.
경동 크레이들(12)과 관련된 구성요소들로는 하나 이상의 크레이부 전력 포트(36), 그리고 이하에 추가로 설명되는 스페이드 클램핑 어셈블리 및 크레이들 스페이드 어셈블리(37)(크레이들 내부에 위치)가 포함될 수 있다. 용해로 제거 공정 시에, 각각의 스페이드 클램핑 어셈블리(37)는 클램핑해제되고(개방 위치), 물전용 연결부는 연결해제된다. 그런 다음, 용해로는 경동 크레이들로부터 풀려나, 앞서의 배경기술에서 전술한 바와 같은 냉각의 필요 없이 오버헤드 크레인 등의 적합한 리프팅 장치에 의해 수직방향(도 1b의 화살표 방향)으로 제거된다. 이 제거 공정은 설치에 있어서는 역순으로 될 수 있다.
도 2는 유도 용해 어셈블리, 특히 진공 환경 또는 다른 제어 환경에서 작동하는 유도 용해 어셈블리와 함께 사용될 수 있는 본 발명의 드라이 브레이크 전기 연결해제 장치와 관련된 구성부품의 기본 배열의 하나의 실시예를 도시하고 있다. 드라이 브레이크 전기 연결해제 장치는 용해로 스페이드 어셈블리(35)(용해로(10) 외부에 부착됨), 그리고 스페이드 클램핑 어셈블리 및 크레이들 스페이드 어셈블리(37)(크레이들(12) 내부에 설치됨)를 포함한다. 본 발명의 이 실시예에 있어서는, 용해로의 양쪽에 개별의 드라이 브레이크 전기 연결해제 장치들이 배치되어 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 단일의 드라이 브레이크 전기 연결해제 장치가 용해로의 한쪽에 제공될 수도 있다.
용해로 스페이드 어셈블리(35)는 본 발명의 이 실시예에서 다음의 구성부품을 포함하고 있다. 압력판(42)이 용해로(10)에 적절히 부착된다(이 실시예에 있어서는 오프셋 포스트(42a)를 통해). 양의 용해로 전기 스페이드(16) 및 음의 용해로 전기 스페이드(24)가 압력판 내에 배치되어, 도 2 및 도 3에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이 아래로 돌출하고 있다. 용해로 전기 스페이드(16, 24)는 예컨대 전기 절연 재료로 형성된 용해로 스페이드 절연체판(17)에 의해 서로 적절히 분리되어, 하나 이상의 O-링(14)과 같은 적합한 수단에 의해 압력판(42)의 외부(진공) 측에 대해 밀봉된 진공 기밀의 절연된 스페이드 전력 포트(13)를 통해 삽입되어 있다. 스페이드 전력 포트의 외부(도 2의 E 공간을 포함)는 용해로 전기 스페이드가 용해로 유도 코일용 전력 도입선(34)에 연결되는 곳인 작동 진공 환경(90)이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 전력 도입선(34)은 용해로 전기 스페이드로부터 용해로 외벽 내부의 용해로 도가니를 에워싸고 있는 용해로 유도 코일로의 연결을 위한 용해로 외벽 침투부(34a)까지 뻗어 있는(연결되는) 복수의 전기 케이블일 수 있다. 본 발명의 몇몇의 실시예에 있어서는, 압력판(42) 및 스페이드 전력 포트(13)가 단일의 구성요소로서 일체로 형성될 수도 있다.
스페이드 클램핑 어셈블리 및 크레이들 스페이드 어셈블리(37)를 수용하는 크레이들 내부 공간(29)을 밀봉하기 위해, 크레이들 인클로저(27)의 내부 공간(29) 내로의 개구부 위에서 압력판(42)에 의해 진공 기밀의 밀봉이 유지될 수 있다. 이 밀봉은 예컨대 압력판(42)과 크레이들 인클로저(27)의 정상부(27a)의 대향 표면들의 정밀 다듬질에 의해 특정 사용처에 필요한 대향 표면들 사이의 엄격한 공차의 표면결합을 이루도록 용해로(10)가 크레이들 상에 안착되는 것에 의해 형성될 수 있다. 즉, 엄격한 공차의 표면결합이 특정 사용처에 요구되는 대향 표면들 사이의 밀봉 정도를 성취한다. 선택적으로, 압력판은 용해로 또는 크레이들에 부착되어 용해로가 크레이들 상에 안착된 후에 압력판을 크레이들 인클로저의 정상부에 클램핑시키는 적합한 스프링 부하 클램핑 장치에 의해 내부 공간(29) 내로의 개구부 위에 스프링 부하 결합될 수도 있다. 어떤 방법이든, 특정 사용처에 요구되는 밀봉 레벨을 성취하기 위해 개스킷(15)과 같은 하나 이상의 적합한 밀봉 요소가 사용될 수도 있다. 또한, 특정 사용처에 요구되는 밀봉 레벨을 성취하기 위해 용해로가 크레이들에 안착된 후에 예컨대 파스너 등에 의해 용해로를 크레이들에 고정하는 것도 이용될 수 있다.
크레이들(12)의 밀봉된 내부 공간(29)은 유도 용해로가 사용되게 될 진공 환경 또는 다른 제어 환경보다 높은 공칭 압력으로 유지된다. 일반적으로, 이 내부 공간은 대기 압력 또는 대기 압력에 가까운 공기 조성물로 채워질 것이다. 이 내부 공간은, 압력판(42)을 크레이들의 내부 공간(29) 내로의 개구부 위에 안착시키기 이전의 진공 챔버(및 크레이들의 내부 공간(29))가 주변 공기압에 개방되어 있을 때, 용해로(10)가 크레이들 상에 설치(안착)되기 때문에, 가압되어 있으며; 일단 전술한 바와 같이 압력판이 개구부 위에 안착되어 밀봉되면, 진공 챔버는 밀봉되고, 유도 용해 어셈블리의 정상적인 작동을 위해 진공 챔버 내에 진공이 형성될 수 있는 반면, 크레이들의 내부 공간에는 가압 환경이 유지된다. 선택적으로, 크레이들 전력 포트(36)가 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 진공 챔버 외부에 위치되는 경우에는, 크레이들의 밀봉 공간은 진공 챔버의 벽 외부에 위치되는 크레이들 전력 포트에 인접한 위치에서 대기에 개방될 수 있다.
경동 크레이들의 각각의 내부 공간 내부에 적어도 하나의 스페이드 클램핑 어셈블리 및 크레이들 스페이드 어셈블리(37)가 배치된다. 크레이들 스페이드 어셈블리는 본 발명의 이 실시예에서 다음의 구성부품을 포함한다. 양의 크레이들 전기 스페이드(22) 및 음의 크레이들 전기 스페이드(26)가 예컨대 전기 절연 재료로 형성된 크레이들 스페이드 절연체판(23)에 의해 서로 적절히 분리되어 있다.
양의 크레이들 전기 스페이드(22) 및 음의 크레이들 전기 스페이드(26)는 경동 크레이들(12) 내에서 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 크레이들 전력 포트(36)를 통해 외부 전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 공급 전력은 하나 이상의 전원으로부터 크레이들 전력 포트(36)로 제공될 수 있다. 크레이들 전력 포트(36)는 진공 챔버의 내부 또는 외부(아래에 추가로 설명되는 바와 같이)에 배치될 수 있다.
각각의 스페이드 클램핑 어셈블리는 본 발명의 이 실시예에 있어서 클램핑 가이드 지지부(18), 가이드 스페이드 클램핑 프레임(19), 스페이드 클램프 전기 절연체판(20), 및 양의 전기 스페이드 클램프(21) 및 음의 전기 스페이드 클램프(25)를 구성부품으로 포함한다. 지지부(18)는 구조적 클램핑 가이드로서 기능한다. 가이드 스페이드 클램핑 프레임(19)은 용해로 작동 시에(전력 연결 또는 폐쇄 위치 시에) 용해로 코일에 전력을 공급하기 위해 전기 스페이드 클램프를 개별의 용해로 전기 스페이드 및 크레이들 전기 스페이드에 클램핑시키고, 용해로 제거 시에(전력 연결해제 또는 개방 위치 시에) 전기 스페이드 클램프를 클램핑해제시키기 위한 적합한 액추에이터(도면에 도시 안됨)에 연결되어 있다. 전기 스페이드 클램프(21, 25)는 도 2에서는 (클램핑해제된) 전력 연결해제 위치로 도시되어 있으며, 도 2의 화살표 방향으로 개별의 용해로 전기 스페이드 및 크레이들 전기 스페이드에 압력을 가하도록 도 3의 진력 연결 위치로 도시된 바와 같이 작동될 것이다. 전기 스페이드 클램프의 작동은 임의의 적합한 액추에이터 장치에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치로 양쪽 스페이드 클램프를 서로 결합시키고, 도 2에 도시된 바와 같이 개방 위치로 양쪽 스페이드 클램프를 분리시키도록 추진될 수 있다. 액추에이터 장치는 양 전기 스페이드 클램프를 원격적으로 개방 및 폐쇄시키도록 진공 챔버의 외부에서 원격제어될 수 있다.
클램핑 가이드 지지부, 가이드 스페이드 클램핑 프레임, 스페이드 클램프 전기 절연체판, 및 전기 스페이드 클램프(21, 25)는 크레이들의 내부 공간(29) 내에서 용해로 전기 스페이드 및 크레이들 전기 스페이드를 서로 선택적으로 클램핑시키는 한 가지 수단을 나타내며, 크레이들의 내부 공간이 상술한 바와 같이 밀봉되어 있을 때 서로 이격된 용해로 전기 스페이드와 크레이들 전기 스페이드 간의 회로를 폐쇄시키도록 인접한 용해로 전기 스페이드 및 크레이들 전기 스페이드에 클램핑되는 클램핑 전기 전도체를 포함하고 있기만 한다면, 내부 공간 내에서 동일한 기능을 수행하는 다른 수단도 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다.
전기 스페이드 클램프(21, 25)는 이격된 용해로 전기 스페이드와 크레이들 전기 스페이드 간의 전기 전도 요소로서 기능할 수 있으며, 또는 도 3에 도시된 바와 같이 용해로 전기 스페이드(16, 24)의 하단부와 크레이들 전기 스페이드(22, 26)의 상단부 간의 전기 연결을 완성하는 전기 전도성 인서트로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 유도 용해로의 경동 형태의 하나의 실시예를 도시하고 있다. 안착된 유도 용해로(10) 및 경동 크레이들(12)은 진공 챔버의 외부에 배치될 수 있는 총 4개의 동력 실린더(55)에 의해 경동될 수 있다. 챔버의 내부와 외부 사이의 천이부는 도 4에서 챔버 벽 내에 끼워맞춤될 수도 있는 회전 고정 진공 시일(96)로 나타내져 있다. 실린더는 경동 크레이들 트러니언(92)의 양 단부에서 쌍을 이루어, 수직방향으로 대향하여 크랭크 암(98)(트러니언 둘레에 끼워맞춤됨)에 부착된 상태로 각각의 크레이들 전력 포트(36)에 인접하여 배치되어 있다. 각각의 실린더 쌍은 경동 크레이들과 경동 크레이들에 안착된 용해로의 회전 운동에 필요한 무모멘트(momentless) 토크를 발생시키기 위해 각각의 크랭크 암에 정확한 반대방향 힘을 작용시킨다. 이러한 구성은 경동 공정 시에 높은 토크력이 회피되기 때문에 트러니언의 각각의 단부에 단일의 동력 실린더(및 모멘트 암)을 가지는 구성보다 유리하다.
도 5a 및 도 5b는 경동 크레이들(12)의 내부 공간(29)에 외부 전력을 공급하기 위한 한 가지 구성을 도시하고 있다. 외부 전력 전도체(38a, 38b)는 유도 용해로(10)에 결합된 하나 이상의 유도 코일에 전력을 공급하는 하나 이상의 전원에 연결되는 가요성 전기 케이블일 수 있다. 전기 케이블은 주변 밀봉판(94)을 통과하여 크레이들의 내부 공간(29) 내로 침투한다. 밀봉판(94)은 크레이들 트러니언(92)의 단부에서 크레이들의 내부 공간(29) 둘레를 밀봉하기 위한 수단이다. 이 실시예에서는, 가요성 외부 전기 전도체(38a, 38b)와 크레이들 트러니언(92)이 축선(C)을 중심으로 회전하도록, 4개의 전기 전도체가 크레이들 트러니언의 중심 회전 축선(C)을 중심으로 배열되어 있다. 회전가능한 크레이들의 내부 공간(29) 내의 전기 전도체(38a', 38b')는 도 5b에 모식적으로 도시된 바와 같이 내부 공간(29) 내의 양의 크레이들 전기 스페이드(22) 및 음의 크레이들 전기 스페이드(26)에 적절히 전기 연결되는 강성 또는 가요성의 전기 전도 요소일 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 경동 크레이들(12)의 내부 공간(29)에 외부 전력을 공급하기 위한 또다른 구성을 도시하고 있다. 하나 이상의 전원으로부터의 외부 전력 전도체(78a, 78b)가 도 6c에 도시된 바와 같이 동축 배열된 (양의) 내측 및 (음의) 외측 전기 동축(원통형) 버스(52, 54)를 통해 유도 용해로(10)에 결합된 하나 이상의 유도 코일에 전력을 공급한다. 외부 전력은 도 6a 및 도 6c에 도시된 점선(70)으로 지시된 공단 내의 진공 챔버 외부에 배치될 수 있는 슬라이딩 접촉자 어셈블리(58, 60)를 통해 동축 버스에 공급된다. 본 발명의 이 실시예에서, 전기 전도체(78a, 78b)로부터의 전력은 도 6c에 도시된 바와 같이 절연체(73)에 의해 서로 전기적으로 단절될 수 있는 양의 전력 버스(72) 및 음의 전력 버스(74)로 공급된다. 양의 전력 버스 및 음의 전력 버스는 각각 고정된 환형의 양의 집전체판(58c) 및 음의 집전체판(60c)에 연결되어 있다. 전력은 양의 집전체판(58c) 및 음의 집전체판(60c)으로부터 각각 양의 전기 동축 버스(52) 및 음의 전기 동축 버스(54)의 외면에 스프링 부하 설치될 수 있는 하나 이상의 고정된 전기 슬라이딩 접촉자(58a, 60a)로 공급된다. 각각의 동축 버스에 결합되는 전기 슬라이딩 접촉자의 양(이 실시예에서는 5개)은 특정 사용처에 요구되는 전류용량에 따라 변경될 것이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 앵커 링 절연체(58b, 60b)가 양의 전기 슬라이딩 접촉자 및 음의 전기 슬라이딩 접촉자와 그들에 결합된 집전체판 사이에 제공될 수 있다. 양의 전기 동축 버스(52) 및 음의 전기 동축 버스(54)는 크레이들 트러니언(92')이 동력 실린더(55)에 의해 회전될 때 내측 동축 버스 및 외측 동축 버스도 회전하게 되도록 내부 공간의 주변 밀봉과 동축 버스들에 대한 지지를 함께 제공할 수 있는 판(56)을 통해 크레이들 트러니언(92')의 내부 공간(29) 내의 터널 내로 침투한다. 외측 전기 동축 버스(54)의 내면과 내측 전기 동축 버스(52)의 외면 사이의 공간을 밀봉하기 위해, 밀봉 수단이 이 실시예에서 크레이들의 내부 공간(29) 외부에 배치된 외측 전기 동축 버스(54)의 단부에 제공된다. 이 특정 실시예에 있어서는, 동축 스페이서 절연 캡(53)과 리테이닝 링(55)이 동축 버스 사이 공간 밀봉 수단으로서 기능하고 있다. 특정 사용처의 필요에 따라 내측 전기 동축 버스 또는 외측 전기 동축 버스의 외면(또는 내면) 둘레에 전기 절연체(52a, 54a)가 제공될 수 있다. 회전가능한 크레이들의 내부 공간(29) 내에서, 내측 전기 동축 버스(52) 및 외측 전기 동축 버스(54)는 도 6b에 모식적으로 도시된 바와 같이 내부 공간(29) 내의 양의 크레이들 전기 스페이드(22) 및 음의 크레이들 전기 스페이드(26)에 적절하게 전기 연결된다.
상기의 본 발명의 실시예들에서는 스페이드 클램핑 어셈블리 및 크레이들 스페이드 어셈블리(37)가 경동 크레이들 내에 배치되어 있지만, 스페이드 클램핑 어셈블리 및 크레이들 스페이드 어셈블리는 본 발명의 다른 실시예에서 진공 환경 또는 다른 제어 환경 챔버 내에서의 유도 용해 시스템과 결합되는 다른 구성요소 내에 설치될 수도 있을 것이다. 예컨대, 용해로가 비경동 용해로일 경우에, 용해로는 챔버 내의 고정형 크레이들 내에 안착될 수 있을 것이고, 스페이드 클램핑 어셈블리 및 크레이들 스페이드 어셈블리는 고정형 크레이들 내에 설치될 수 있을 것이다.
상기의 본 발명의 실시예들은 단상 교류 전원(음의 순시 전압 및 전류와 양의 순시 전압 및 전류로 지시되는)이 유도 용해로에 공급되는 전기 유도 용해 어셈블리를 예시하고 있지만, 다상 교류 전원도 다상 공급의 추가적인 위상을 위한 추가적인 구성부품을 구비하는 것에 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 된다.
"전기 스페이드"란 용어는 여기에서 일반적으로 전기 전도성 판재를 의미하는 것으로 사용된다.
본 출원은 특히 신속 교환 저용량 진공 유도 용해로에의 적용에 유용하다.
본 발명의 실시예들은 특정 구성요소와 관련한 설명을 포함하고 있다. 당업자는 반드시 필요한 것은 아니지만 본 발명의 소정의 조건을 발생시키거나 원하는 결과를 성취하게 하는 구성요소들을 대체하여 본 발명을 실시할 수 있을 것이다. 예컨대, 단일의 구성요소가 다중의 구성요소로 대체될 수 있을 것이며, 또는 그 반대로 다중의 구성요소가 단일의 구성요소로 대체될 수도 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 제어 환경 챔버 내에서 사용하기 위한 전기 유도 용해 어셈블리에 있어서,
    상기 전기 유도 용해 어셈블리는:
    유도 용해로;와
    상기 제어 환경 챔버 내에서 상기 유도 용해로를 안착시키는 크레이들;을 포함하고 있고,
    상기 유도 용해로는:
    상기 유도 용해로의 도가니를 에워싸고 있는 하나 이상의 유도 코일에서 뻗어 나온 적어도 하나의 용해로 유도 코일 전력 도입선;과
    적어도 하나의 용해로 스페이드 어셈블리;를 포함하고 있고,
    각각의 상기 용해로 스페이드 어셈블리는:
    상기 유도 용해로에 부착되는 압력판으로서, 상기 제어 환경 챔버 내의 제어 환경으로 개구되는 압력판 개구부를 가지고 있는 압력판;과
    상기 압력판 개구부를 밀봉하는 용해로 스페이드 전력 포트;와
    상기 용해로 스페이드 전력 포트를 통해 돌출하는 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드 및 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드로서, 상기 제어 환경 내의 상기 압력판의 한쪽 측면에 상기 적어도 하나의 용해로 유도 코일 전력 도입선이 연결되도록 되어 있는 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드 및 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드;를 포함하고 있고,
    상기 크레이들은:
    적어도 하나의 외부 전력 포트;
    상기 크레이들 내의 크레이들 내부 공간 내에 배치되는 적어도 하나의 크레이들 스페이드 어셈블리로서, 상기 크레이들 내부 공간이 용해로 전기 스페이드용 개구부를 가지도록 되어 있고, 상기 적어도 하나의 크레이들 스페이드 어셈블리는 적어도 하나의 양의 크레이들 전기 스페이드 및 적어도 하나의 음의 크레이들 전기 스페이드를 포함하고 있고, 상기 적어도 하나의 양의 크레이들 전기 스페이드 및 상기 적어도 하나의 음의 크레이들 전기 스페이드가 상기 크레이들 내부 공간 내에서 상기 적어도 하나의 외부 전력 포트에 연결되도록 되어 있는 적어도 하나의 크레이들 스페이드 어셈블리; 및
    상기 크레이들 내부 공간 내에 배치되고, 개방 위치와 폐쇄 위치를 가지는 적어도 하나의 스페이드 클램핑 어셈블리로서, 상기 적어도 하나의 스페이드 클램핑 어셈블리는 적어도 하나의 양의 전기 스페이드 클램프 및 적어도 하나의 음의 전기 스페이드 클램프와, 상기 적어도 하나의 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 적어도 하나의 음의 전기 스페이드 클램프를 상기 개방 위치와 상기 폐쇄 위치 사이에서 이동시키기 위한 액추에이터를 포함하고 있고, 상기 적어도 하나의 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 적어도 하나의 음의 전기 스페이드 클램프가 각각 상기 적어도 하나의 양의 크레이들 전기 스페이드 및 상기 적어도 하나의 음의 크레이들 전기 스페이드의 양쪽에 배치되어 있어, 상기 유도 용해로가 상기 크레이들 상에 안착되고 상기 압력판이 상기 용해로 전기 스페이드용 개구부 위에서 밀봉되고 상기 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드 및 상기 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드가 상기 크레이들 내부 공간 내로 돌출하였을 때, 상기 크레이들 내부 공간 내에 밀봉된 크레이들 환경이 형성되고, 상기 밀봉된 크레이들 환경이 상기 제어 환경 챔버 내의 제어 환경으로부터 단절되고, 이에 의해 상기 적어도 하나의 스페이드 클램핑 어셈블리가 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 적어도 하나의 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 적어도 하나의 음의 전기 스페이드 클램프가 각각 상기 밀봉된 크레이들 환경 내에서 (1) 상기 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드의 각각과 상기 적어도 하나의 양의 크레이들 전기 스페이드 각각의 사이에, 그리고 (2) 상기 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드의 각각과 상기 적어도 하나의 음의 크레이들 전기 스페이드의 각각의 사이에 전기 회로를 완성하도록 되어 있는 적어도 하나의 스페이드 클램핑 어셈블리;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용해로 스페이드 전력 포트는 상기 압력판과 일체로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 크레이들은 상기 유도 용해로가 상기 제어 환경 챔버 내에서 상기 크레이들 내에 안착되었을 때 상기 유도 용해로를 경동시키는 경동 크레이들이고, 상기 경동 크레이들은 트러니언 축선을 중심으로 경동 크레이들을 회전시키기 위한 크레이들 트러니언을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 경동 크레이들과 상기 유도 용해로의 회전 운동을 위해 크랭크 암에 반대방향 힘을 제공하도록 상기 크레이들 트러니언의 양 단부 각각의 둘레에 끼워맞춤되는 상기 크랭크 암의 양 단부에 연결되는 한쌍의 동력 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압력판은 상기 압력판과 상기 용해로 전기 스페이드용 개구부의 정상부의 대향 표면들의 엄격한 공차의 표면결합에 의해 상기 용해로 전기 스페이드용 개구부의 정상부 위에서 밀봉되는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 압력판과 상기 용해로 전기 스페이드용 개구부의 정상부의 대향 표면들 사이에 밀봉 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압력판을 상기 용해로 전기 스페이드용 개구부 위에 클램핑시키는 스프링 부하 클램핑 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 전력 포트는 하나 이상의 교류 전원에 연결되는 적어도 하나의 양의 가요성 외부 전기 전도체 및 적어도 하나의 음의 가요성 외부 전기 전도체를 포함하고 있고, 상기 적어도 하나의 양의 가요성 외부 전기 전도체 및 상기 적어도 하나의 음의 가요성 외부 전기 전도체는 상기 크레이들 내부 공간 내로 진입하기 위해 상기 크레이들 트러니언의 밀봉 요소를 침투하는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 전력 포트는:
    상기 트러니언 축선과 동축으로 정렬되어, 상기 크레이들 트러니언의 밀봉 요소를 통해 상기 크레이들 내부 공간 내로 침투하고 있는 적어도 하나의 양의 동축 전력 버스 및 적어도 하나의 음의 동축 전력 버스로서, 상기 트러니언 축선을 중심으로 하는 상기 경동 크레이들의 회전과 함께 상기 트러니언 축선을 중심으로 회전하도록 되어 있는 적어도 하나의 양의 동축 전력 버스 및 적어도 하나의 음의 동축 전력 버스;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 유도 용해 어셈블리.
  10. 유도 용해로가 상기 유도 용해로의 하나 이상의 유도 코일로부터 뻗어 나와 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드 및 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드까지 이어지는 하나 이상의 용해로 유도 코일 전력 도입선을 상기 유도 용해로 상의 압력판에 밀봉가능하게 부착된 용해로 스페이드 전력 포트 내에 배치시키고 있고, 상기 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드 및 상기 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드가 상기 압력판을 통해 침투하고 있을 때, 제어 환경 챔버 내의 제어 환경 내에 배치된 크레이들에 제거가능하게 설치되는 유도 용해로를 작동시키는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    상기 크레이들의 크레이들 내부 공간이 크레이들 스페이드 어셈블리 및 스페이드 클램핑 어셈블리를 포함하고 있는 상태에서, 상기 압력판이 상기 크레이들 내부 공간의 용해로 전기 스페이드용 개구부 위에 밀봉을 형성하여, 상기 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드 및 상기 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드가 상기 크레이들 내부 공간 내의 밀봉된 내부 크레이들 환경 내로 침투하여 있도록, 상기 제어 환경 챔버 내에 제어 환경을 형성하기 전에 상기 유도 용해로를 상기 크레이들 상에 안착시키는 단계;
    상기 밀봉된 내부 크레이들 환경을 상기 제어 환경으로부터 단절시키기 위해, 상기 유도 용해로를 상기 크레이들 상에 안착시키는 것에 후속하여, 상기 제어 환경 챔버 내에 제어 환경을 형성하는 단계; 및
    (1) 상기 압력판을 통해 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내로 돌출하고 있는 상기 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드의 각각과, 상기 크레이들 스페이드 어셈블리에 속하고 상기 제어 환경의 외부에 배치되어 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경으로 공급되는 외부 전원의 양의 단자에 연결된 적어도 하나의 양의 크레이들 전기 스페이드의 각각의 사이에, 그리고 (2) 상기 압력판을 통해 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내로 돌출하고 있는 상기 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드의 각각과, 상기 크레이들 스페이드 어셈블리에 속하고 상기 외부 전원의 음의 단자에 연결된 적어도 하나의 음의 크레이들 전기 스페이드의 각각의 사이에 전기 회로를 완성하여, 이에 의해 전원이 상기 외부 전원의 양의 단자 및 음의 단자로부터 상기 하나 이상의 용해로 유도 코일로 제공되도록 하기 위해, 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내에서 적어도 하나의 양의 전기 스페이드 클램프 및 적어도 하나의 음의 전기 스페이드 클램프를 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동시키는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 유도 용해로를 상기 크레이들 상에 안착시키는 단계에 후속하여, 상기 크레이들에 제공되는 트러니언의 중심 축선을 중심으로 상기 유도 용해로와 상기 크레이들을 회전시키도록 상기 트러니언의 양 단부 각각에 끼워맞춤되는 크랭크 암에 반대방향 힘을 작용시킴으로써 상기 크레이들을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 제어 환경 챔버 내에 제어 환경을 형성하기 이전이면서 상기 유도 용해로를 상기 크레이들 상에 안착시킨 이후인 시기에, 상기 압력판을 상기 용해로 전기 스페이드용 개구부의 정상부 위에 클램핑시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, (1) 상기 압력판을 통해 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내로 돌출하고 있는 상기 적어도 하나의 양의 용해로 전기 스페이드의 각각과, 적어도 하나의 양의 크레이들 전기 스페이드의 각각의 사이에, 그리고 (2) 상기 압력판을 통해 상기 밀봉된 내부 크레이들 환경 내로 돌출하고 있는 상기 적어도 하나의 음의 용해로 전기 스페이드의 각각과, 적어도 하나의 음의 크레이들 전기 스페이드의 각각의 사이에 전기 회로를 개방시켜, 이에 의해 전원이 상기 외부 전원의 양의 단자 및 음의 단자로부터 상기 하나 이상의 용해로 유도 코일로 제공되는 것이 차단되도록 하기 위해, 상기 적어도 하나의 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 적어도 하나의 음의 전기 스페이드 클램프를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10 항 또는 제 11항에 있어서, 상기 유도 용해로가 상기 크레이들 상에 안착되어 있고, 상기 적어도 하나의 양의 전기 스페이드 클램프 및 상기 적어도 하나의 음의 전기 스페이드 클램프가 개방 위치에 있는 상태에서, 상기 제어 환경 챔버 내의 제어 환경을 해방시키고, 상기 유도 용해로를 상기 크레이들로부터 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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