KR102192852B1 - 열 효율성이 향상된 알루미늄 주조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미늄 펠릿을 투입하여 용탕시킨 후 금형에 부어 알루미늄 주조품을 제조할 수 있는 알루미늄 주조 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 알루미늄 주조 장치는 알루미늄 펠릿이 투입되어 용해되며, 수소가스 및 이물질이 제거되는 용탕처리가 수행되는 용탕로; 상기 용탕로의 상부에 위치하여 용탕로에서 발생하는 고온의 기체를 흡입하는 흡기유닛; 및 상기 흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체가 유입되며, 상기 용탕로에 투입될 예정인 예비 알루미늄 펠릿이 적재되어 흡입된 고온의 기체에 의해 가열되는 사전가열유닛;을 포함한다.

Description

열 효율성이 향상된 알루미늄 주조 장치{Aluminum casting device with improved thermal efficiency}
본 발명은 알루미늄 펠릿을 용탕로에서 녹여 알루미늄 주조품을 제조하는 알루미늄 주조장치에 관한 것으로서, 특히 열 효율성을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 알루미늄 주조 장치에 관한 것이다.
알루미늄(Al)을 이용하여 알루미늄 주조품을 만드는 과정은 알루미늄 펠릿을 용탕로에 투입하여 용탕으로 용해시키고, 용탕에서 수소가스를 제거하고 불순물을 제거한 후에 금형에 용탕을 주입하여 이루어진다.
알루미늄 펠릿에 포함되어 있는 실리콘, 마그네슘, 구리, 철 등의 양에 따라 용탕로의 온도는 달라지나, 알루미늄 펠릿을 용탕시키는 용탕로의 온도는 약 700 내지 800 ℃ 이다. 용탕로는 전기 등을 이용하여 가열하며, 전체 공정에서 용탕로를 가열하는 것에 큰 비용이 소모될 수밖에 없다.
따라서 알루미늄 주조품의 경제성을 향상시키기 위해서는 용탕로의 열을 효율적으로 사용할 수 있는 방안이 필요하다.
공개특허공보 제10-2016-0078789호
본 발명의 일 목적은 용탕로에서 발생되는 폐열을 재활용하여 용탕로에 투입될 예정인 예비 알루미늄 펠릿을 사전에 가열함으로써 열 효율을 향상시킬 수 있는 알루미늄 주조 장치를 제공하는 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 알루미늄 펠릿을 투입하여 용탕시킨후 금형에 부어 알루미늄 주조품을 제조할 수 있는 알루미늄 주조 장치를 이용한다. 본 발명의 일 예에 따른 알루미늄 주조 장치는 알루미늄 펠릿이 투입되어 용해되며, 수소가스 및 이물질이 제거되는 용탕처리가 수행되는 용탕로; 상기 용탕로의 상부에 위치하여 용탕로에서 발생하는 고온의 기체를 흡입하는 흡기유닛; 및 상기 흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체가 유입되며, 상기 용탕로에 투입될 예정인 예비 알루미늄 펠릿이 적재되어 흡입된 고온의 기체에 의해 가열되는 사전가열유닛;을 포함한다.
일 예에 있어서, 상기 사전가열유닛은, 상기 원통형의 사전가열하우징; 상기 흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체가 상기 사전가열하우징의 벽면을 따라 바닥면으로 배출하는 적어도 하나 이상의 배기구; 및 상기 사전가열하우징의 바닥면에서 일정거리 이격되도록 설치되고, 바닥면이 매쉬형태이며, 예비 알루미늄 펠릿이 적재되는 적재부재;를 포함할 수 있다. 이때, 상기 사전가열유닛의 바닥에는 중앙을 기준으로 나선형으로 돌출된 복수개의 돌기가 형성되어 상기 사전가열하우징의 벽면을 따라 바닥면으로 배출된 고온의 기체의 유동을 가이드 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 사전가열유닛은, 상기 용탕로의 적어도 일부를 감싸도록 설치되는 링 형상 또는 링의 일부의 형상인 사전가열하우징; 상기 흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체가 상기 사전가열하우징의 상기 용탕로 쪽의 벽면을 따라 바닥면으로 배출하는 적어도 하나 이상의 배기구; 및 상기 사전가열하우징의 바닥면에서 일정거리 이격되도록 설치되고, 바닥면이 매쉬형태이며, 예비 알루미늄 펠릿이 적재되는 적재부재;를 포함한다. 이때, 상기 사전가열하우징의 상기 용탕로 쪽의 벽의 하부에는 상기 예비 알루미늄 펠릿을 상기 용탕로 쪽으로 밀어넣을 수 있는 투입구와, 상기 투입구를 개폐시킬 수 있는 개폐부재가 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 주조 장치는 용탕로의 상부에 위치하는 흡기유닛이 용탕로에서 발생한 폐열을 포함하는 고온의 기체를 흡입하여, 용탕로에 투입될 예정인 예비 알루미늄 펠릿이 적재된 사전가열유닛에 고온의 기체를 유입시켜 예비 알루미늄 펠릿을 소정의 온도로 미리 가열시킨다. 이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 주조 장치는 용탕로에서 발생되는 폐열을 재활용할 수 있으며, 나아가 알루미늄 주조에 요구되는 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 주조 장치의 개략적인 전체 구성도이다.
도 2는 제1실시형태의 용탕로와 사전가열유닛의 개략적 사시도이다.
도 3은 제1실시형태의 사전가열유닛의 개략적 분해 사시도이다.
도 4는 제2실시형태의 용탕로와 사전가열유닛의 개략적 사시도이다.
도 5는 제2실시형태의 사전가열유닛의 개략적 분해 사시도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 주조 장치의 개략적인 전체 구성도이다.
본 발명의 일 예의 알루미늄 주주조장치는 알루미늄 펠릿을 용탕로에 투입하여 용탕으로 용해시키고, 그 후 수소가스를 제거하고 불순물을 제거한 후에 금형에 용탕을 주입하여 이루어진다.
도 1을 참조하여 알루미늄 펠릿으로 주조품을 제작하는 과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 알루미늄 펠릿을 용탕로에 투입한다. 알루미늄 펠릿으로는 알루미늄 합금 펠릿을 이용할 수 있으며, 주조품에 따라 적절한 조성을 가지는 알루미늄 합금 펠릿이 이용된다. 용탕로에서는 전기 등을 이용하여 700 내지 800 ℃의 온도에서 알루미늄 펠릿이 용해된다. 용해액은 필요에 따라 보유로에 보유되었다가, 탈수소 유닛과 여과 유닛을 통해 탈수소 과정과 불순물이 제거된다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 별도의 보유로, 탈수소 유닛, 여과 유닛 없이 용탕로에서 탈수소 과정과 불순물 제거 과정이 모두 수행되는 것도 가능하다.
용탕로에서 알루미늄 펠릿이 용해되기 위해서는 상온에 존재하던 알루미늄 펠릿이 약 700 ℃까지 가열되어야 하며, 매우 큰 에너지 소비가 요구된다. 이에 본 발명자는 알루미늄 펠릿의 용해과정에서 요구되는 에너지를 줄일 수 있도록, 알루미늄 펠릿을 200 내지 400 ℃ 정도로 미리 가열할 수 있는 사전가열유닛을 개발하였다. 본 발명의 사전가열유닛은 별도의 가열장치를 이용하는 대신, 용탕로에서 발생하는 폐열을 이용하는 것에 그 특징이 있다. 즉, 다음으로 용해될 예비 알루미늄 펠릿이 사전가열유닛에서 미리 가열된다.
먼저 제1실시형태에 따른 사전가열유닛에 대해 살펴보도록 한다.
도 2는 제1실시형태의 용탕로와 사전가열유닛의 개략적 사시도이며, 도 3은 제1실시형태의 사전가열유닛의 개략적 분해 사시도이다.
용탕로(1)에는 용탕로에서 발생하는 고온의 기체를 흡입하는 흡기유닛(미도시)을 구비한다. 흡기유닛은 용탕로의 상부에 형성된 흡기구, 흡기구에 연결되는 흡기관, 흡기관에 설치되어 고온의 기체를 흡입하는 펌프로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체는 사전가열유닛(2)으로 유입된다.
사전가열유닛(2)은 사전가열하우징(10), 배기부, 적재부재(30)를 구비한다.
사전가열하우징(10)은 원통형으로 형성될 수 있으며, 바닥(10a), 측벽(10b) 및 덮개(10c)로 구성된다. 바닥(10a)에는 복수개의 돌기(11)가 형성되어, 유입되는 고온의 기체의 유동을 교란시키거나 유도하는 역할을 한다. 예컨대, 돌기(11)는 중앙을 기준으로 나선형으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 돌기(11)에 의해 고온의 기체가 사전가열하우징(10) 내에서 고르게 퍼져 적재된 예비 알루미늄 펠릿을 고르게 가열하게 된다. 덮개(10c)에는 배기구(20)가 설치되며, 흡기유닛의 흡기관과 연결되어 고온의 기체가 유입된다.
배기부는 배기구(20), 분배관(21), 노즐(22) 및 외기관(23)으로 구성된다. 분배관(21)은 사전가열하우징(10)의 측벽(10b)을 따라 설치되며, 배기관(21)의 하부에는 복수의 노즐(22)이 형성된다. 노즐(22) 중 일부를 측벽(10b)을 따라 바닥(10a)을 향해 고온의 기체를 분사하도록 설치되고, 다른 일부는 적재부(30)를 향해 고온의 기체를 분사하도록 설치되는 것이 바람직하다. 외기관(23)으로는 최종적으로 기체가 배출된다.
적재부재(30)는 2가지 역할을 한다.
첫번째는 예비 알루미늄 펠릿을 사전가열하우징(10) 내로 투입할 때 밖에서 적재부재(30)에 예비 알루미늄 펠릿을 적재하고, 크레인 등을 이용하여 한번에 사전가열하우징(10)내로 이동시킨다. 마찬가지로 가열된 예비 알루미늄 펠릿을 사전가열하우징(10)에서 꺼낼 때도 적재부재(30)를 꺼내 모든 예비 알루미늄 펠릿을 한번에 꺼낼 수 있다. 즉, 적재부재(30)가 캐리어의 역할을 하는 것이다.
두번째는 바닥(10a)에서 예비 알루미늄 펠릿을 소정의 거리 이격시키는 역할을 한다. 사전가열유닛(2)은 용탕로의 폐열을 이용하는 것이므로, 보다 효율적으로 모든 예비 알루미늄 펠릿의 온도를 상승시키는 것이 바람직하다. 이에 적재부재(30)가 바닥(10a)에서 예비 알루미늄 펠릿을 소정의 거리 이격시켜, 고온의 기체가 유동을 돕는다. 특히, 바닥(10a)의 돌기에 의해 고온의 기체가 골고루 퍼져 하부의 알루미늄 펠릿도 충분히 가열될 수 있게 된다.
적재부재(30)의 바닥면은 메쉬형태일 수 있다. 고온의 기체가 자유롭게 통과하여야 하기 때문이다. 특히, 적재부재(30)의 메쉬를 구성하는 빔은 도 3의 확대도에서 보듯이 윗면의 면적은 좁고, 아랫면의 면적은 넓도록 구성될 수 있다. 이는 적재된 예비 알루미늄 펠릿의 노출된 표면적은 증가시키되, 적재부재(30)가 적재된 예비 알루미늄 펠릿을 무게를 충분히 견딜수 있도록 하기 위한 것이다.
도 4는 제2실시형태의 용탕로와 사전가열유닛의 개략적 사시도이며, 도 5는 제2실시형태의 사전가열유닛의 개략적 분해 사시도이다.
용탕로(1)에는 용탕로에서 발생하는 고온의 기체를 흡입하는 흡기유닛(미도시)을 구비한다. 흡기유닛은 용탕로의 상부에 형성된 흡기구, 흡기구에 연결되는 흡기관, 흡기관에 설치되어 고온의 기체를 흡입하는 펌프로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체는 사전가열유닛(2')으로 유입된다.
사전가열유닛(2')은 사전가열하우징(10'), 배기부, 적재부재(30')를 구비한다.
사전가열하우징(10')은 링 형상 또는 링의 일부의 형상일 수 있다. 링 형상 이라는 것은 도넛의 형태를 의미하는 것이며, 링의 일부의 형상이라는 것은 도넛의 일부가 잘린 형태를 의미하는 것이다. 제2실시형태의 사전가열유닛(2')의 사전가열하우징(10')은 용탕로(1)의 적어도 일부를 감싸도록 설치된다. 이로써 용탕로(1)에서 사전가열하우징(10')까지의 거리를 최소화하고, 용탕로(1)의 벽에서 발생되는 폐열도 사전가열하우징(10')으로 전달되도록 할 수 있다.
사전가열하우징(10')는 바닥(10a'), 측벽(10b') 및 덮개(10c')로 구성된다. 다만, 측벽(10b')은 내벽과 외벽을 가진다. 바닥(10a')에는 복수개의 돌기(11')가 형성되어, 유입되는 고온의 기체의 유동을 교란시키거나 유도하는 역할을 한다. 예컨대, 돌기(11')는 중앙을 기준으로 나선형으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 돌기(11')에 의해 고온의 기체가 사전가열하우징(10') 내에서 고르게 퍼져 적재된 예비 알루미늄 펠릿을 고르게 가열하게 된다. 측벽(10b') 중 내벽에는 배기구(20')가 설치되며, 흡기유닛의 흡기관과 연결되어 고온의 기체가 유입된다. 제2실시형태는 흡기관이 제1실시형태보다 매우 짧을 것이다.
배기부는 배기구(20'), 분배관(21'), 노즐(22') 및 외기관(23')으로 구성된다. 분배관(21')은 사전가열하우징(10')의 측벽(10b') 중 내벽을 따라 설치되며, 배기관(21')의 하부에는 복수의 노즐(22')이 형성된다. 노즐(22') 중 일부를 측벽(10b') 중 내벽을 따라 바닥(10a')을 향해 고온의 기체를 분사하도록 설치되고, 다른 일부는 적재부(30')를 향해 고온의 기체를 분사하도록 설치되는 것이 바람직하다. 외기관(23')으로는 최종적으로 기체가 배출된다.
적재부재(30')는 2가지 역할을 한다.
첫번째는 예비 알루미늄 펠릿을 사전가열하우징(10') 내로 투입할 때 밖에서 적재부재(30')에 예비 알루미늄 펠릿을 적재하고, 크레인 등을 이용하여 한번에 사전가열하우징(10')내로 이동시킨다. 즉, 적재부재(30')가 캐리어의 역할을 하는 것이다. 한편, 제2실시형태의 사전가열유닛(2')은 측벽(10b')에 투입구와 투입구를 개폐할 수 있는 개폐부재(24')가 설치되어, 충분한 온도로 사전에 가열된 예비 알루미늄 펠릿을 바로 용탕로로 투입시키는 것이 가능하다.
두번째는 바닥(10a')에서 예비 알루미늄 펠릿을 소정의 거리 이격시키는 역할을 한다. 사전가열유닛(2')은 용탕로의 폐열을 이용하는 것이므로, 보다 효율적으로 모든 예비 알루미늄 펠릿의 온도를 상승시키는 것이 바람직하다. 이에 적재부재(30')가 바닥(10a')에서 예비 알루미늄 펠릿을 소정의 거리 이격시켜, 고온의 기체가 유동을 돕는다. 특히, 바닥(10a')의 돌기에 의해 고온의 기체가 골고루 퍼져 하부의 알루미늄 펠릿도 충분히 가열될 수 있게 된다.
적재부재(30')의 바닥면은 메쉬형태일 수 있다. 고온의 기체가 자유롭게 통과하여야 하기 때문이다.
한편, 본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한번 첨언한다.

Claims (2)

  1. 알루미늄 펠릿을 투입하여 용탕시킨후 금형에 부어 알루미늄 주조품을 제조할 수 있는 알루미늄 주조 장치로서,
    알루미늄 펠릿이 투입되어 용해되며, 수소가스 및 이물질이 제거되는 용탕처리가 수행되는 용탕로;
    상기 용탕로의 설치되어 용탕로에서 발생하는 고온의 기체를 흡입하는 흡기유닛; 및
    상기 흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체가 유입되며, 상기 용탕로에 투입될 예정인 예비 알루미늄 펠릿이 적재되어 흡입된 고온의 기체에 의해 가열되는 사전가열유닛;을 포함하고,
    상기 사전가열유닛은,
    원통형의 사전가열하우징;
    상기 흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체를 상기 사전가열하우징의 내부로 배출하는 적어도 하나 이상의 노즐을 포함하는 배기부; 및
    상기 사전가열하우징의 바닥면에서 일정거리 이격되도록 설치되고, 바닥면이 매쉬형태이며, 예비 알루미늄 펠릿이 적재되는 적재부재;를 포함하고,
    상기 사전가열유닛의 바닥에는 중앙을 기준으로 나선형으로 돌출된 복수개의 돌기가 형성되어 상기 사전가열하우징의 벽면을 따라 바닥면으로 배출된 고온의 기체의 유동을 가이드 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 주조 장치.
  2. 알루미늄 펠릿을 투입하여 용탕시킨후 금형에 부어 알루미늄 주조품을 제조할 수 있는 알루미늄 주조 장치로서,
    알루미늄 펠릿이 투입되어 용해되며, 수소가스 및 이물질이 제거되는 용탕처리가 수행되는 용탕로;
    상기 용탕로에 설치되며 용탕로에서 발생하는 고온의 기체를 흡입하는 흡기유닛; 및
    상기 흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체가 유입되며, 상기 용탕로에 투입될 예정인 예비 알루미늄 펠릿이 적재되어 흡입된 고온의 기체에 의해 가열되는 사전가열유닛;을 포함하고,
    상기 사전가열유닛은,
    상기 용탕로의 적어도 일부를 감싸도록 설치되는 링 형상 또는 링의 일부의 형상인 사전가열하우징;
    상기 흡기유닛에서 흡입된 고온의 기체를 상기 사전가열하우징의 내부로 배출하는 적어도 하나 이상의 노즐을 포함하는 배기부; 및
    상기 사전가열하우징의 바닥면에서 일정거리 이격되도록 설치되고, 바닥면이 매쉬형태이며, 예비 알루미늄 펠릿이 적재되는 적재부재;를 포함하고,
    상기 사전가열하우징의 상기 용탕로 쪽의 벽의 하부에는 상기 예비 알루미늄 펠릿을 상기 용탕로 쪽으로 밀어넣을 수 있는 투입구와, 상기 투입구를 개폐시킬 수 있는 개폐부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 주조 장치.
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