KR102075894B1 - 회전로를 이용한 동 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전로를 이용한 동 주조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 이용한 환원을 통해 용존 산소의 제거는 물론, 불활성 가스를 공급하여 가스로 인해 동 용탕에 형성된 기공을 효과적으로 제거하되,
내부에 내화벽돌로 마감된 가열공간이 형성되어 회전휠 구동되는 회전수단에 의해 왕복 회전되며, 동 스크랩의 장입이 가능한 투입구와, 화염을 분사하여 동 스크랩을 용해 시키는 연소장치와, 동 용탕의 배출이 가능한 출탕구와, 연도가 형성된 원통형 회전로를 이용하되, 회전로 내부의 가열공간으로 수집된 동 스크랩을 장입하는 동 스크랩 장입공정; 회전로의 일측에 장착되는 화염 분사식 연소장치를 이용하여 회전로를 회전시켜가면서 가열공간에 산소와 함께 화염을 분사하여 동 스크랩을 용해 시키는 동 스크랩 용해공정; 상기 동 스크랩을 용해 시키면서 용해된 동 용탕에 가연성 가스를 주입하여 환원작용을 일으켜 용존 산소를 제거하는 환원공정; 환원된 동 용탕에 불활성 가스를 공급하여 가스방울을 발생 및 가스방울을 동 용탕의 수면으로 상승시켜 가스를 제거하는 가스 제거공정; 및 가스가 제거된 동 용탕을 배출 및 주형에 주입하여 주물을 생산하는 성형공정을 수행하는 회전로를 이용한 동 주조방법에 관한 것이다.

Description

회전로를 이용한 동 주조방법{Copper casting method}

본 발명은 회전로를 이용한 동 주조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전로를 이용하여 동을 주조시 동 용탕에 잔존하는 산소와 가스의 제거를 통해 양질의 주물을 얻기 위한 회전로를 이용한 동 주조방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종 부품이나 폐전선은 동의 재생산을 위해 수거된다. 수거된 원자재는 가열로에 투입되어 고온으로 가열에 의해 용융상태로 되며, 이후 주조공정을 통해 강괴(steel ingot)나 강편(bloom, slab, billet 등)으로 재생산된다.

이때, 원자재는 전선피복 등 다양한 불순물을 가지게 마련인데, 이들 불순물은 용해로에 투입하기 전에 깨끗하게 제거하는 것은 거의 불가능하므로 대부분 용해로에 함께 투입된다. 그래서 이 불순물을 제거하기 위해 화염과 함께 산소를 공급함으로써 산화시키는 방법으로 시행된다.

그러나 불순물이 제거되고도 용탕 속에는 용존 산소가 있게 되는데, 이는 생산되는 주물의 순도 등 품질을 좌우하는 요인이 되므로 최대한 제거되어야 바람직하다.

이에, 상기와 같이 용존 산소를 제거하기 위한 기존의 환원공정은 소나무와 같은 목재(특히 생목)를 용탕에 투입하여 연소시킴으로써 용존 산소를 제거하여 왔었다.

그러나 상기와 같은 환원공정은 환원 과정에서 용탕의 온도보다 상대적으로 낮은 생 목재를 투입하게 되기 때문에 용탕의 온도가 낮아지게 되어 용탕을 재가열하여야 하는 문제점이 있었다.

이에, 근자에 들어 상기와 같은 생 목재의 문제점을 해결하기 위해 용탕에 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 공급하여 용탕의 온도를 떨어뜨리지 않고 용존 산소 제거가 가능하였다.

그러나 상기와 같은 가스 공급 방법은 용탕 안에 용해된 가스는 용탕 안에서 무수한 기공을 형성하여 용탕이 주형에 주입되어 주물을 형성하는 동안 주물 내부에서 기공을 그대로 형성하여 주물 외부의 미관상 문제 뿐 만 아니라 주물 내부에 구조적인 결함을 형성하여 주물의 불량률을 높이는 요인이 되고 있다

대한민국특허공개 제10-2003-0033625호. 대한민국특허출원 제10-2009-0019226호. 대한민국특허출원 제10-2010-7012342호.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 이용한 환원을 통해 용존 산소의 제거는 물론, 불활성 가스를 공급하여 가스로 인해 동 용탕에 형성된 기공을 효과적으로 제거하여 주물 품질의 향상이 가능하게 하는 회전로를 이용한 동 주조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 내부에 내화벽돌로 마감된 가열공간이 형성되어 회전휠 구동되는 회전수단에 의해 왕복 회전되며, 동 스크랩의 장입이 가능한 투입구와, 화염을 분사하여 동 스크랩을 용해 시키는 연소장치와, 동 용탕의 배출이 가능한 출탕구와, 연도가 형성된 원통형 회전로를 이용하되,

회전로 내부의 가열공간으로 수집된 동 스크랩을 장입하는 동 스크랩 장입공정;

회전로의 일측에 장착되는 화염 분사식 연소장치를 이용하여 회전로를 회전시켜가면서 가열공간에 산소와 함께 화염을 분사하여 동 스크랩을 용해 시키는 동 스크랩 용해공정;

상기 동 스크랩을 용해 시키면서 용해된 동 용탕에 가연성 가스를 주입하여 환원작용을 일으켜 용존 산소를 제거하는 환원공정;

환원된 동 용탕에 불활성 가스를 공급하여 가스방울을 발생 및 가스방울을 동 용탕의 수면으로 상승시켜 가스를 제거하는 가스 제거공정; 및

가스가 제거된 동 용탕을 배출 및 주형에 주입하여 주물을 생산하는 성형공정을 수행하여 되며,

상기 환원공정에서,

공급되는 가연성 가스는 LPG 또는 LNG 중 어느 하나를 적용하며,

상기 가스 제거공정에서,

공급되는 불활성 가스는 질소를 적용하며,

상기 환원공정과 가스 제거공정에서,

공급되는 가연성 가스와 불활성 가스는 회전로의 일측에 형성되는 가스 공급장치를 통해 동 용탕의 내부로 가연성 가스 또는 불활성 가스를 선택 공급이 가능하게 구성하되,

가스 공급장치는,

가열공간으로 진입되는 가스 주입관;

가스 주입관의 외측에 형성되는 메인 공급부;

LPG 또는 LNG 중 어느 하나를 공급하기 위한 가스 공급관; 및

가스 혼합부로 연결되어 질소를 공급하기 위한 질소 공급관을 포함하여 구성하되,

가스 공급관과 질소 공급관을 통해 메인 공급부로 질소와 LPG 또는 LNG 중 어느 하나의 가스 또는 질소를 공급 및 가스 주입관을 통해 동 용탕으로 공급되게 구성함으로 달성할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명 회전로를 이용한 동 주조방법은, 동 용탕에 잔존하는 산소를 제거하기 위해 동 용탕에 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 공급하여 동 용탕의 온도를 떨어뜨리지 않으면서도 효과적으로 산소의 제거가 가능하게 된다.

또한, 가스의 공급으로 인해 동 용탕에 형성되는 무수한 기공의 제거를 통해 질소(N)를 고압 공급하여 동 용탕 안에 가스방울을 발생 및 그 가스방울이 동 용탕과의 밀도차에 의해 동 용탕 수면으로 방출되게 하는 등 동 용탕에 가스로 인한 기공이 효과적으로 제거되게 되며, 이에 따른 주물 품질이 한층 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명 회전로를 이용한 동 주조방법의 전체 공정도.
도 2는 본 발명 회전로를 이용한 동 주조방법의 회전로 측 단면도.
도 3은 본 발명 회전로를 이용한 동 주조방법의 회전로 정 단면도.
도 4는 본 발명 회전로를 이용한 동 주조방법의 가스 공급장치 요부도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 회전로를 이용한 동 주조방법의 전체 공정도이다.

도 1의 도시와 같이 본 발명 회전로를 이용한 동 주조방법은, 스크랩 장입공정(S100)과, 동 스크랩 용해공정(S200)과, 환원공정(S300)과, 가스 제거공정(S400)과, 성형공정(S500)을 수행하여 된다.

이를 위해, 본 발명에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 내부에 내화벽돌(11a)로 마감된 가열공간(11)이 형성되어 회전휠 구동되는 회전수단(12)에 의해 왕복 회전되며, 동 스크랩의 장입이 가능한 도어 개폐형 투입구(13)와, 화염을 분사하여 동 스크랩을 용해 시키는 연소장치(14)와, 동 용탕의 배출이 가능한 출탕구(15)와, 연도(16)가 형성된 원통형 회전로(10)를 이용하여 가능하다.

이에, 스크랩 장입공정(S100)은,

주물 성형에 필요한 동 용탕을 얻기 위해 수집된 동 스크랩을 장입하는 공정이다.

이때, 장입은 회전로(10)에 형성된 투입구(13)를 통해 가능한 것으로, 그 장입 방법은 한정되는 것이 아니라, 작업자에 의한 수작업에 의한 장입 또는 버켓 대차를 이용한 장입 또는 컨베이어를 이용한 장입 등 다양한 방법의 적용 가능하게 된다.

또한, 본 발명에서 장입 되는 동 스크랩은 바람직하게는 동 스크랩이 용해된 동 용탕이 회전로(10)가 왕복 회전시 투입구(13)와 간섭되지 않는 정도 즉, 가열공간(11)의 1/3 정도에 해당하는 량을 장입함이 바람직한 것으로, 이러한 장입량은 반복된 작업에 의해 조절 가능할 것이다.

이후, 상기 동 스크랩 용해공정(S200)은,

상기와 같이 장입된 동 스크랩에 화염을 부여하여 용해 시켜 동 동 용탕을 얻는 공정이다.

이때, 동 스크랩의 용해는 동 스크랩이 장입된 회전로(10)를 회전수단(12)을 통해 좌,우 왕복하여 회전시켜가면서 연소장치(14)를 통해 화염을 분사시켜 동 스크랩의 용해가 가능하게 된다.

한편, 상기와 같이 연소장치(14)를 통해 분사되는 화염은 가열공간(11)의 내부는 밀폐된 상태를 이루는 것인바, 화염의 분사를 위해서는 산소를 함께 분사시킴으로 원활한 화염의 부여와 동 스크랩에 포함된 불순물의 산화 제거가 가능하게 된다.

이후, 상기 환원공정(S300)은,

상기와 같이 동 스크랩을 용해시 공급되는 산소는 동 스크랩이 용해되는 과정에서 내부로 침투하여 기공을 발생시켜 동 용탕의 품질 저하는 물론, 나아가 주물의 품질을 저하 시키게 되는 것인바, 환원작용을 통해 용존 산소를 제거하는 공정이다.

이때, 본 발명에서는 용존 산소의 제거를 위해 가연성 가스가 공급되는 것인데, 본 발명에서 바람직하게는 LPG 또는 LNG 중 어느 하나의 가스를 공급하게 되는 것으로, 공급되는 가스는 동 용탕의 내부로 공급하여 환원작용을 일으킨다.

즉, 가스는 동 용탕의 내부로 공급되어 그 내부에서 버블을 발생시키게 되는 것인바, 이러한 과정에서 산소와 반응하여 환원작용을 일으키게 되며, 특히 가연성 가스를 적용함으로 환원 과정에서 동 용탕의 온도가 떨어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

이후, 상기 가스 제거공정(S400)은,

상기와 같이 동 용탕에 가스가 공급되어 환원작용을 일으키는 과정에서 공급된 가스는 미처 동 용탕 내부에서 제거되지 못하고 기공을 발생시켜 동 용탕의 품질 저하는 물론, 나아가 주물의 품질을 저하 시키게 되는 것인바, 그 가스를 제거하는 공정이다.

이때, 가스의 제거를 위해서는 불활성 가스가 공급되는 것인데, 본 발명에서 바람직하게는 질소(N)를 공급하게 되는 것으로, 이때 질소는 동 용탕의 내부로 고압으로 분사되어 동 용탕을 뒤집어 가면서 가스방울을 생성시키게 된다.

즉, 상기와 같이 질소의 공급에 의해 동 용탕 내부에 생성되는 가스방울은 지속적으로 동 용탕의 밀도 차에 의해 동 용탕의 수면으로 방출되게 되는 것이며, 그 방출된 가스방울은 터짐과 동시에 동 용탕으로부터 제거되게 되는 것으로, 상기 환원작용과 가스 제거 과정을 통해 양질의 동 용탕을 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서 상기 환원공정(S300)과 가스 제거공정(S400)에서 가연성 가스와 불활성 가스의 공급은 회전로(10)의 일측에 장착되는 가스 공급장치(100)를 통해 동 용탕의 내부로 원활한 공급이 가능하게 된다.

이때, 가스 공급장치(100)는 도 4를 참조하여 먼저, 회전로(100)를 관통하여 가열공간(11)으로 진입되는 가스 주입관(110)이 구성된 것으로, 이때 가스 주입관(110)은 가열공간(11)의 내부에서는 선단이 동 용탕에 잠겨지는 길이를 이루게 구성함이 바람직할 것이다.

이를 위해, 본 발명에서 가스 주입관(110)은 외관(111)과 내관(112)으로 이루어지는 것인데, 먼저 외관(111)은 회전로(10)를 관통하여 가열공간(11)으로 진입하되 동 용탕과 접촉되지 않는 위치 즉, 내부에서는 내화벽돌(11a)에 묻힌 상태를 이루게 구성된다.

그리고 내관(112)은 상기 외관(111)의 내부에 끼움 되게 구성된 것으로, 가열공간(11)의 내부에서 외관(111)의 선단으로 돌출되어 동 용탕에 잠긴 상태를 이루며, 후방에서 타격시 점차 적으로 외관(111)의 선단으로 돌출되게 구성된다.

이때, 상기와 같이 가스 주입관(110)을 외관(111)과 내관(112)으로 구성함은, 가스 주입관(110)은 가열공간(11)의 동 용탕 온도에 의해 용융 등 마모가 발생할 수 있는 것인바, 이에 내관(112)을 돌출 가능하게 구성하여 그 내관(112)의 선단이 마모시 후방에서 타격을 가해 점차적으로 돌출 사용 가능하게 하기 위함이다.

또한, 가스 공급장치(100)에는 상기 가스 주입관(110)의 외측단 즉, 후단에는 상기 가연성 가스 또는 불활성 가스의 공급이 가능한 메인 공급부(120)가 구성된다.

이때, 메인 공급부(120)는 내부가 중공되어 외관(111)과 연통되는 중공관 형태를 이루게 구성되며, 상기 외관(111)의 후단에서 착탈 되게 구성되어 분리시 내관(112)의 후방 타격이 가능하게 구성된다.

또한, 가스 공급장치(100)에는 상기 메인 공급부(120)로 LPG 또는 LNG 중 어느 하나의 가스를 공급하는 가스 공급관(130)이 구성된 것으로, 이때 가스 공급관(130)은 도면중 미도시 되었지만 별도의 LPG 탱크 또는 LNG 탱크와 연결되며, 통상의 솔레노이드밸브가 장착하여 자동 개폐를 통해 공급 가능하게 구성될 것이다.

또한, 가스 공급장치(100)에는 상기 메인 공급부(120)로 질소를 공급하는 질소 공급관(140)이 구성된 것으로, 이때 질소 공급관(140)은 도면중 미도시 되었지만 별도의 질소 탱크와 연결되며, 통상의 솔레노이드밸브가 장착하여 자동 개폐를 통해 공급 가능하게 구성될 것이다.

즉, 가스 공급장치(100)는 환원공정(S300) 과정에서는 가스 공급관(130)을 통해 LPG 또는 LNG 중 어느 하나의 가연성 가스를 공급하여 환원작용을 일으키고, 가스 제거공정(S400)에서는 질소 공급관(140)을 통해 질소를 공급하여 가스를 제거하게 되는 등 하나의 가스 공급장치(100)를 통해 환원작용과 가스 제거의 선택 사용이 가능하게 된다.

이후, 상기 성형공정(S500)은,

상기와 같이 가스가 제거된 양질의 동 용탕을 회전로(10)의 출탕구(15)를 통해 배출 및 주형에 주입하여 주물 생산이 가능하게 된다.

이때, 본 발명에서 적용되는 주물의 생산은 새롭게 구현되는 것이 아니라, 통상의 연속주조방법을 이용하여 동 용탕을 배출 및 통상의 턴디쉬(도면중 미도시함)을 통해 주형(20)으로 주입 성형하는 것으로, 이러한 연속주조방법의 상세한 기술은 생략한다.

이상에서와 같이 본 발명 회전로를 이용한 동 주조방법은 주물의 품질을 좌우하는 동 용탕을 제조하는 과정에서 동 용탕에 함유된 산소 및 가스를 용이하게 제거하게 됨으로 양질의 동 용탕과 주물의 품질 향상이 가능하게 된다.

10 : 회전로 11 : 가열공간
12 : 회전수단 13 : 투입구
14 : 연소장치 15 : 출탕구
16 : 연도
100 : 가스 공급장치 110 : 가스 주입관
120 : 메인 공급부 130 : 가스 공급관
140 : 질소 공급관
S100 : 스크랩 장입공정 S200 : 동 스크랩 용해공정
S300 : 환원공정 S400 : 가스 제거공정
S500 : 성형공정

Claims (4)

1. 내부에 내화벽돌(11a)로 마감된 가열공간(11)이 형성되어 회전휠 구동되는 회전수단(12)에 의해 왕복 회전되며, 동 스크랩의 장입이 가능한 투입구(13)와, 화염을 분사하여 동 스크랩을 용해 시키는 연소장치(14)와, 동 용탕의 배출이 가능한 출탕구(15)와, 연도(16)가 형성된 원통형 회전로(10)를 이용하되,
   회전로 내부의 가열공간으로 수집된 동 스크랩을 장입하는 동 스크랩 장입공정(S100);
   회전로의 일측에 장착되는 화염 분사식 연소장치를 이용하여 회전로를 회전시켜가면서 가열공간에 산소와 함께 화염을 분사하여 동 스크랩을 용해 시키는 동 스크랩 용해공정(S200);
   상기 동 스크랩을 용해 시키면서 용해된 동 용탕에 가연성 가스를 주입하여 환원작용을 일으켜 용존 산소를 제거하는 환원공정(S300);
   환원된 동 용탕에 불활성 가스를 공급하여 가스방울을 발생 및 가스방울을 동 용탕의 수면으로 상승시켜 가스를 제거하는 가스 제거공정(S400); 및
   가스가 제거된 동 용탕을 배출 및 주형에 주입하여 주물을 생산하는 성형공정(S500)을 포함하며,
   상기 환원공정(S300)과 가스 제거공정(S400)에서,
   공급되는 가연성 가스와 불활성 가스는 회전로(10)의 일측에 형성되는 가스 공급장치(100)를 통해 동 용탕의 내부로 가연성 가스 또는 불활성 가스를 선택 공급이 가능하게 구성하되,
   가스 공급장치(100)는,
   가열공간(11)으로 진입되는 가스 주입관(110);
   가스 주입관(110)의 외측에 형성되는 메인 공급부(120);
   LPG 또는 LNG 중 어느 하나를 공급하기 위한 가스 공급관(130); 및
   메인 공급부로 연결되어 질소를 공급하기 위한 질소 공급관(140)을 포함하여 구성하되,
   가스 공급관(130)과 질소 공급관(140)을 통해 메인 공급부(120)로 질소와 LPG 또는 LNG 중 어느 하나의 가스 또는 질소를 공급 및 가스 주입관(110)을 통해 동 용탕으로 공급되게 구성함을 특징으로 하는 회전로를 이용한 동 주조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 환원공정(S300)에서,
   공급되는 가연성 가스는,
   LPG 또는 LNG 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 회전로를 이용한 동 주조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가스 제거공정(S400)에서,
   공급되는 불활성 가스는,
   질소인 것을 특징으로 하는 회전로를 이용한 동 주조방법.
   
4. 삭제

Images