KR102129871B1 - 연속식 진공 용해로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 상태에서 금속을 용해하는 연속식 진공 용해로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용해조 내부를 진공 분위기로 조성하여 금속을 용해하되, 특히 금속의 투입과 배출과정에서도 진공 상태를 유지하도록 구성하여 연속적인 용해를 가능하게 하는 연속식 진공 용해로에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 진공펌프를 매개로 가열로 내부를 진공 분위기로 조성하여 금속을 용해하되, 특히 금속의 투입과 배출과정에서도 계속해서 진공 상태를 유지하도록 구성하여 연속적인 용해를 가능하게 하고, 나아가 용해과정에서 산소와 접촉을 차단하기 위해 사용되는 보호가스의 사용을 획기적으로 줄일 수 있어 인명피해 및 환경오염을 최소화할 수 있도록 한 효과를 나타낸다.

Description

연속식 진공 용해로{CONTINUOUS VACUUM MELTING FURNACE}

본 발명은 진공 상태에서 금속을 용해하는 연속식 진공 용해로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용해조 내부를 진공 분위기로 조성하여 금속을 용해하되, 특히 금속의 투입과 배출과정에서도 진공 상태를 유지하도록 구성하여 연속적인 용해를 가능하게 하는 연속식 진공 용해로에 관한 것이다.

일반적으로, 진공 용해로는 내부를 진공상태로 만들어 금속을 용해하는 노를 말하는 것으로, 이 진공 용해로의 금속을 진공 용해하는 방법은 주위로 부터의 오염이 없고 금속중의 가스 함유량을 낮추는 등의 특징이 있어, 널리 사용되고 있는 실정이다.

예컨대, 대한민국 특허등록번호 제10-0722859호(2007.05.30. 공고)의 진공로가 있는데, 이 공보를 참조로 하면 몸체부 내부를 진공 상태로 조성하여 진공 분위기에서 금속을 용해하도록 제안하고 있다. 이 진공로는 앞서 언급하였듯이 주위로부터의 오염이 없는 점에서 장점이 있으나, 소재의 연속적인 투입이 불가능하여 연속성이 떨어져 작업능률이 저하되는 단점이 있었다.

특히, 금속 중에서도 마그네슘은 용해될 때 산소와 접촉하면 격렬한 화학반응이 일어나므로 산소와 접촉이 없는 진공 용해로를 사용하게 되는 경우가 많이 있으나, 진공 용해로를 이용하더라도 소재 투입과정, 용탕을 배출하는 과정에서 노내부로 산소가 침투할 수 있어 이를 방지하고자 지속적으로 보호가스를 투입하고 있는 실정이다. 상기 보호가스를 다량으로 주입하게 되면 마그네슘의 질 저하, 용해조의 부식 등의 문제가 발생되며, 반대로 소량으로 분사하게 되면 화재의 위험을 수반하게 되는 단점이 있다.

뿐만 아니라, 상기 보호가스는 인체 및 환경오염에 치명적으로 알려져 있어 사용하지 않으면 좋으나, 전술한 바와 같은 문제점이 있어 사용되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가열로 내부를 진공 분위기로 조성하여 금속을 용해하되, 특히 금속의 투입과 배출과정에서도 진공 상태를 유지하도록 구성하여 연속적인 용해를 가능하게 하고, 나아가 용해과정에서 산소와 접촉을 차단하기 위해 사용되는 보호가스의 사용을 획기적으로 줄일 수 있어 인명피해 및 환경오염을 최소화할 수 있도록 한 연속식 진공 용해로를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공급되는 재료를 용해시키기 위한 가열로와, 상기 가열로의 하부를 감싸는 발열체와, 상기 발열체를 포함한 가열로의 하부를 감싸는 단열재와, 상기 단열재 외부에 설치되어 내부로 마이크로파를 주사하여 상기 발열체를 가열하기 위한 마그네트론으로 이루어진 가열부; 상기 가열로 상부에 설치되어 내부로 재료를 공급하기 위해 구비되되, 내부에는 개폐가능한 제1,2도어가 일정 간격을 두고 형성되어 두 도어 사이에 대기실을 형성하는 투입구; 상기 가열로 내부와 대기실 내부를 진공 상태로 조성하기 위한 진공펌프; 상기 가열로 상부에서 내부로 연장 설치되어 금속이 용해되어 형성된 용탕을 배출하기 위한 배출펌프; 상기 가열로 내부에서 상기 배출펌프와 연결되어 펌핑하는 용탕을 외부로 배출하기 위해 상기 가열로 상부를 통해 외부로 연장되어 있는 배출관로; 및 상기 배출관로의 끝부분에 설치되어 용탕의 배출을 제어하되, 상기 배출관로 내부로 보호가스를 주입하는 주입구가 구비된 배출도어;를 포함하되, 상기 배출관로의 일측을 다른 부분보다 높은 만곡부가 형성되도록 형성하고, 끝단으로 갈수록 낮아지도록 형성하여, 배출펌프의 작동이 멈추더라도 만곡부에서 배출관로의 끝부분 사이에는 용탕이 자연스럽게 배출되도록 하여 보호가스를 주입할 수 있는 빈공간을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 가열로 상부에는 내부로 보호가스를 주입하는 보조주입관이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 배출관로의 노출된 부분은 가열부재가 감싸도록 구성하여, 내부가 일정 온도 이상 유지토록 함으로써 이송되는 용탕이 굳어지지 않도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 의하면, 진공펌프를 매개로 가열로 내부를 진공 분위기로 조성하여 금속을 용해하되, 특히 금속의 투입과 배출과정에서도 계속해서 진공 상태를 유지하도록 구성하여 연속적인 용해를 가능하게 하고, 나아가 용해과정에서 산소와 접촉을 차단하기 위해 사용되는 보호가스의 사용을 획기적으로 줄일 수 있어 인명피해 및 환경오염을 최소화할 수 있도록 한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연속식 진공 용해로의 내부를 보인 개략적 종단면도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연속식 진공 용해로의 재료 공급과정을 보인 개략적 종단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연속식 진공 용해로의 용탕 배출과정을 보인 개략적 종단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 연속식 진공 용해로를 보다 상세히 설명하기로 한다.

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

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

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연속식 진공 용해로의 내부를 보인 개략적 종단면도이다.

도면을 참조로 하면, 본 발명의 연속식 진공 용해로(10)는 크게 가열부(100), 투입구(200), 진공펌프(300), 배출펌프(400), 배출관로(500) 및 배출도어(600)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 가열부(100)는 내부에 투입된 재료를 용해시킬 수 있는 공간인 용해실(112)이 형성된 가열로(110), 상기 가열로(110) 하부를 감싸는 발열체(120), 상기 발열체(120)를 포함한 가열로(110) 하부를 감싸는 단열재(130) 및 상기 단열재(130) 외부에 설치되어 내부로 마이크로파를 주사여 상기 발열체(120)를 가열하기 위한 마그네트론(140)을 포함하여 구성된다.

상기 마그네트론(140)에서 마이크로파가 주사되면 상기 가열로(110) 내부가 고온으로 상승되면서 공급된 재료를 용해시키되, 상기 발열체(120)가 반응하여 발열됨에 따라 상기 가열로(110) 내부를 고온으로 유지할 수 있도록 도움을 주며, 나아가 상기 가열로(110) 하부를 단열재(130)가 감싸고 있어 가열로(110) 내부가 고른 온도를 유지할 수 있을 것이다. 이때, 상기 발열체(120)는 다양한 종류가 제시될 수 있으나, 탄화규소(SIC)를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 투입구(200)는 상기 가열로(110) 상부에 설치되어 내부로 재료를 공급하기 위해 구비되는 것으로, 내부에는 개폐 가능한 제1,2도어(210,220)가 일정 간격을 두고 형성되어 두 도어 사이에 대기실(230)을 형성하게 된다. 이때, 상기 제1,2도어(210,220)를 구비하여 그 사이에 대기실(230)을 형성하는 것은 재료의 공급과정에서 진공 상태에서 공급되도록 구현한 것이다. 이에 대해서는 하기에서 다시 언급하기로 한다.

다음으로, 상기 진공펌프(300)는 상기 가열부(100) 일측에 구비되어서 가열로(110) 내부인 용해실(112)과 상기 투입구(200)의 대기실(230)과 미부호 설명인 관로를 통해서 각각 연결되어져 내부를 진공 상태로 조성하기 위해 구비되는 것으로, 이를 매개로 본원에서는 공급되는 재료를 진공분위기에서 용해시키게 되는 것이다.

다음으로, 상기 배출펌프(400)는 상기 가열로(110) 상부에서 내부로 연장 설치되어 용해실(112)에 용해되어 저장된 용탕을 외부로 배출하기 위해 구비되는 것이다.

다음으로, 상기 배출관로(500)는 상기 가열로(110) 내부에서 상기 배출펌프(400)와 연결되어 배출펌프(400)가 펌핑하는 용탕을 외부의 지정된 장소 즉, 저장통(900)으로 유도 배출하기 위해 구비되되, 그 끝단이 상기 가열로(110) 상부를 통해 외부로 연장되도록 설치된다. 이때, 상기 배출관로(500) 중에서 상기 가열로(110) 외부로 노출된 부분은 가열부재(800)가 감싸도록 구성하여, 배출관로(500) 내부가 일정 온도 이상 유지토록 함으로써 이송되는 용탕이 굳어지지 않도록 구성하는 것이 바람직한데, 상기 가열부재(800)는 배출관로(500)의 내부 온도가 500 ~ 700도 사이를 유지하도록 가열하는 것이 바람직하다. 이러한 가열부재(800)는 마그네트론 혹은 열선에 의해 가온시키는 구성이 될 수 있다.

한편, 상기 배출관로(500)의 끝부분 일측을 다른 부분보다 높은 만곡부(510)를 형성함으로써 배출되는 용탕이 만곡부(510)를 거쳐서 배출되도록 하여, 배출펌프(400)의 작동이 멈추더라도 만곡부(510)에서 높이가 낮아지는 배출관로(500)의 끝부분 사이에 머물고 있는 용탕은 자연스럽게 배출되도록 하여 보호가스를 주입할 수 있는 빈공간을 형성하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 배출펌프(400) 및 배출관로(500)의 연결부분에는 내부로 공기가 유입되는 것을 방지하기 위해 실링처리 되는 것은 너무나 당연하다.

마지막으로, 상기 배출도어(600)는 상기 배출관로(500)의 끝부분에 설치되어 개폐 작동에 의해 용탕의 배출을 제어하되, 상기 배출관로(500)의 내부로 보호가스를 주입하는 주입구(610)가 구비된다.

한편, 상기 가열로(110) 상부에는 용해실(112) 내부로 보호가스를 주입하기 위한 보조주입관(700)이 더 구비되어 있는데, 이는 가열로(110) 내부는 진공 상태에서 용해를 구현하지만 만약의 경우 내부로 산소가 유입될 경우를 대비하여 구비되는 것이다.

이제, 하기에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 연속식 진공 용해로의 작동관계에 대해서 살펴보기로 한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연속식 진공 용해로의 재료 공급과정을 보인 개략적 종단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 연속식 진공 용해로의 용탕 배출과정을 보인 개략적 종단면도이다.

먼저, 재료 공급과정은 도 2 내지 도 4에서 도시하고 있으나, 재료를 공급하기 전 마그네트론(140)을 동작시켜 가열로(110) 내부 온도를 고온으로 상승시키게 됨은 당연하며, 재료의 종류에 따라 온도를 조절하게 됨은 당연하다. 만약, 마그네슘을 용해시키고자 하는 경우 700 ~ 800도 정도로 가열하게 되는데, 본 발명에서는 가열로(110)를 감싸는 발열체(120) 및 단열재(130)를 구비하고 있어 열 손실률이 적어 에너지 절감에서도 유리할 것이다. 그리고, 일측에 구비된 진공펌프(300)를 매개로 가열로(110) 내부는 물론이고 투입구(200)의 대기실(230)을 진공 분위기로 조성하게 된다.

이렇게 가열로(110)가 설정 온도로 가열되면 도 2에서 도시하는 바와 같이 재료를 공급하게 되는데 즉, 투입구(200)의 상측에 구비된 제1도어(210)를 열고 대기실(230)로 재료를 투입하게 된다. 상기 제1도어(210) 개방과 함께 진공 상태는 해제되나 제2도어(220)가 닫혀있기 때문에 가열로(110) 내부는 진공 상태를 유지하게 됨을 인지해야 된다.

재료 투입이 완료되면 도 3에서 도시하는 바와 같이 제1도어(210)를 닫고 진공펌프(300)를 매개로 대기실(230) 내부를 진공 상태가 되도록 한 다음, 도 4에서 도시하는 바와 같이 제2도어(220)를 열어 대기실(230)에 저장된 재료를 가열로(110) 내부로 공급하여 용해하도록 하는 것이다. 대기실(230)에 저장된 재료가 가열로(110) 내부로 공급되면 제2도어(220)를 닫고 이번에는 다시 제1도어(210)를 열어 대기실(230) 내부로 재료를 투입하고 닫아서 대기실(230)을 진공 상태로 전환한 뒤 제2도어(220)를 열어 가열로(110) 내부로 공급하는 방식으로 진공 상태이면서 연속적으로 재료를 공급하게 되는 것이다. 즉, 재료를 공급하는 과정에서도 진공 상태로 공급됨에 따라 가열로(110)의 용해실(112)이 진공 분위기를 지속적으로 유지할 수 있어 재료 공급과 무관하게 연속적인 용해를 가능한 장점이 있는 것이다.

특히 산소와 만나면 격렬한 화학 반응이 나타는 마그네슘을 용해재료로 하는 경우에도 진공 상태에서 안전하면서도 연속적인 용해를 가능하게 할 것이다. 만약의 경우를 대비하여 가열로(110) 상부에는 보호가스를 주입할 수 있는 보조주입관(700)이 구비되어 있어 마그네슘을 용해할 경우 발생될 수 있는 비상상황을 대비할 수 있다.

이렇게 재료가 용해되면, 가열로(110) 내부에 저장된 용탕을 외부로 배출하게 되는데, 즉 도 5에서 도시하는 바와 같이 배출펌프(400)를 가동하여 배출관로(500)를 통해 용해된 용탕을 외부로 배출하게 되는데, 배출관로(500)의 끝단에 설치된 배출도어(600)를 개방하여 저장통(900)으로 용탕을 배출하게 되는 것이다.

용탕의 배출이 완료되면 배출을 멈추기 위해서는 배출펌프(400)의 작동을 멈춘 뒤 배출도어(600)를 닫게 되는데, 도 6에서 도시하는 바와 같이 배출펌프(400)가 멈추게 되더라도 다른 부분보다 높게 형성된 만곡부(510)에서 점차 낮아지는 배출관로(500)의 끝부분에 남아있는 용탕은 자연스럽게 배출이 완료될 것이고, 이후 배출도어(600)가 닫히게 되면 배출관로(500)의 끝부분 일부는 빈 공간으로 남게 되며, 곧 배출도어(600)에 마련된 주입구(610)를 통해서 보호가스를 주입하여 용탕이 산소와 접촉하는 것을 방지하게 된다. 이때, 주입되는 보호가스로는 널리 알려져 있는 SF6, SO2 등이 사용된다. 계속해서 배출과정이 완료된 후 배출관로(500)의 만곡부(510)에서부터 가열로(110) 상부까지의 공간에는 용탕이 남아 있게 되는 것은 당연한데, 이 부분에 가열부재(800)가 감싸 상온으로 유지할 수 있도록 함으로써 굳는 것을 방지할 수 있는 것이다.

결국, 본 발명의 용해로(10)에 따르면, 용해과정을 진공 상태에서 구현하기 때문에 재료와 산소가 접촉하지 않음은 당연하고, 재료의 공급 및 배출과정에서도 진공 분위기를 유지할 수 있어 연속적인 용해를 가능하게 하는 장점이 있는 것이다. 뿐만 아니라 배출관로(500)의 끝부분 일부에만 보호가스를 주입하여 산소와 접촉되는 문제를 차단할 수 있어 보호가스의 사용을 획기적으로 줄여 인명피해 및 환경오염과 같은 2차적인 피해를 적극적으로 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

10 : 용해로 100 : 가열부
110 : 가열로 120 : 발열체
130 : 단열재 140 : 마그네트론
200 : 투입구 210 : 제1도어
220 : 제2도어 230 : 대기실
300 : 진공펌프 400 : 배출펌프
500 : 배출관로 510 : 만곡부
600 : 배출도어 700 : 보조주입관
800 : 가열부재 900 : 저장통

Claims (4)

1. 공급되는 재료를 용해시키기 위한 가열로와, 상기 가열로의 하부를 감싸는 발열체와, 상기 발열체를 포함한 가열로의 하부를 감싸는 단열재와, 상기 단열재 외부에 설치되어 내부로 마이크로파를 주사하여 상기 발열체를 가열하기 위한 마그네트론으로 이루어진 가열부;
   상기 가열로 상부에 설치되어 내부로 재료를 공급하기 위해 구비되되, 내부에는 개폐가능한 제1,2도어가 일정 간격을 두고 형성되어 두 도어 사이에 대기실을 형성하는 투입구;
   상기 가열로 내부와 대기실 내부를 진공 상태로 조성하기 위한 진공펌프;
   상기 가열로 상부에서 내부로 연장 설치되어 금속이 용해되어 형성된 용탕을 배출하기 위한 배출펌프;
   상기 가열로 내부에서 상기 배출펌프와 연결되어 펌핑하는 용탕을 외부로 배출하기 위해 상기 가열로 상부를 통해 외부로 연장되어 있는 배출관로; 및
   상기 배출관로의 끝부분에 설치되어 용탕의 배출을 제어하되, 상기 배출관로 내부로 보호가스를 주입하는 주입구가 구비된 배출도어;를 포함하되,
   상기 배출관로의 일측을 다른 부분보다 높은 만곡부가 형성되도록 형성하고, 끝단으로 갈수록 낮아지도록 형성하여, 배출펌프의 작동이 멈추더라도 만곡부에서 배출관로의 끝부분 사이에는 용탕이 자연스럽게 배출되도록 하여 보호가스를 주입할 수 있는 빈공간을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연속식 진공 용해로.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가열로 상부에는 내부로 보호가스를 주입하는 보조주입관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 연속식 진공 용해로.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 배출관로의 노출된 부분은 가열부재가 감싸도록 구성하여, 내부가 일정 온도 이상 유지토록 함으로써 이송되는 용탕이 굳어지지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연속식 진공 용해로.
4. 삭제

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