KR102237272B1 - 경사진 유도 유닛들을 이용한 부상 용해 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사진 유도 유닛들을 가지는 주조체들을 생산하기 위한 부양 용해 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 방법 동안, 상기 유도 코일들을 가지는 상기 대향 페라이트 극들이 한 평면에 정렬되지 않고, 상기 부양면에 대해 결정된 각도로 경사진 유도 유닛들이 채택된다. 이러한 방식으로, 상기 유도 유닛들을 사용하여 상기 배치들을 용해하기 위한 상기 유도 자기장의 효율성을 높일 수 있다. 상기 경사진 정렬은 상기 용해물의 부상을 위한 상기 장의 상기 유지력에 효과적으로 기여하는 상기 유도 자기장의 부분을 증가시킨다.

Description

경사진 유도 유닛들을 이용한 부상 용해 장치 및 방법

본 발명은 경사진 유도 유닛들(tilted induction units)을 이용한 주조체들(cast bodies)을 제조하기 위한 부양 용해 방법(levitation melting method) 및 장치(apparatus)에 관한 것이다.

이러한 방법에서, 상기 유도 코일들을 가지고 각각 대향하는 페라이트 극들이 평면 내에 놓여 정렬되는 것이 아니라, 상기 부양면(levitation plane)에 대해 미리 정해진 각도로 경사지는 유도 유닛들이 사용된다. 이러한 방식으로, 상기 유도 유닛들을 사용하면 상기 배치들을 용해하기 위한 상기 유도 자기장의 효율성을 높일 수 있다. 상기 경사진 정렬(tilted arrangement)로, 상기 용해물의 부양을 위한 상기 장(field)의 유지력에 효과적으로 기여하는 상기 유도 자기장의 부분이 증가한다.

부양 용해 방법들은 종래 기술로부터 알려져 있다. 따라서 DE 422 004 A는 상기 용해될 전도성 재료(conductive material)가 유도 전류들(inductive currents)에 의해 가열되고, 동시에 전기 역학적 작용(electrodynamic action)에 의해 자유롭게 부양되는 용해 방법(melting method)을 이미 개시하였다. 또한, 상기 용해 재료가 자석에 의해 운반되는, 몰드 내로 가압되는 주조(전기 역학적 압착 주조(electrodynamic pressed casting)) 방법이 기술되어 있다. 상기 방법은 진공(vacuum) 상태에서 수행될 수 있다.

US 2,686,864 A는 또한, 용해될 전도성 재료가 도가니(crucible)를 사용하지 않고 하나 이상의 코일들의 영향 하에 부양 상태 가령, 진공 상태로 들어가는 방법을 기술한다. 일 실시 예에서, 부양 중에 상기 재료를 안정화시키는데 두 개의 동축 코일들(two coaxial coils)이 사용된다. 용해 후, 상기 재료는 금형 내로 떨어지거나 보내진다. 상기 문헌에서 설명된 상기 방법은 60g 알루미늄 부분을 부양하는 것을 가능하게 했다. 상기 전계 강도(field strength)를 감소시키면 상기 용해 금속이 제거되어, 상기 용해물이 상기 원추형 테이퍼 코일(conically tapered coil)을 통해 하향으로 빠져나간다. 상기 전계 강도가 매우 빠르게 감소하면, 상기 금속이 용해 상태로 상기 장치 밖으로 떨어진다. 이러한 코일 정렬들의 "약한 점(weak spot)"이 상기 코일들의 중앙(centre)에 있으며, 이러한 방식으로 용해될 수 있는 재료의 양이 제한된다는 것은 이미 공지되어 있다.

또한 US 4,578,552 A은 부양 용해 장치 및 방법을 개시하고 있다. 동일한 코일은 상기 용해물 가열 용도 및 보유 용도로 사용되며, 상기 인가된 교류의 주파수는 상기 전류를 일정하게 유지하는 동안 상기 가열 전력(heating power)을 조절하기 위해 변화된다.

상기 부양 용해의 특별한 장점은 다른 방법 중에 상기 용해물과 접촉하는 도가니 물질 또는 다른 물질로 상기 용해물이 오염되는 것을 피하는데 있다. 예를 들어 티타늄 합금들(titanium alloys)과 같은 반응성 용해물(reactive melt)과 도가니 재료의 반응도 방지되며, 그렇지 않으면 세라믹 도가니들(ceramic crucibles)에서 상기 저온 도가니 방식(cold crucible method)으로 작동하는 구리 도가니들(copper crucibles)로 전환해야 한다. 상기 부양 용해물은 예를 들어, 진공(vacuum) 또는 불활성 가스(inert gas) 일 수 있는 상기 주변 대기와만 접촉한다. 도가니 재료와의 화학 반응을 두려워할 필요가 없기 때문에, 상기 용해물을 매우 높은 온도들로도 가열할 수 있다. 저온 도가니 용해와 달리, 상기 용해물에 유입되는 거의 모든 에너지가 상기 냉각된 도가니 벽으로 전환되어 높은 전력 입력으로 온도가 매우 느리게 상승하기 때문에 그 효과가 매우 저조하다는 문제점도 존재하지 않는다. 부양 용해에서, 유일한 손실은 상기 저온 도가니의 열 전도에 비해 상당히 낮은 복사 및 증발로 인한 것이다. 따라서, 더 낮은 전력 입력으로, 상기 용해물의 더 큰 과열은 훨씬 더 짧은 시간 내에 달성된다.

또한, 부양 용해 중에 상기 오염 물질의 스크랩이 감소되는데, 특히 상기 저온 도가니의 상기 용해물에 비해 더욱 그러하다. 그럼에도 불구하고, 부양 용해는 실제로 확립되지 않았다. 그 이유는 상기 부양 용해법에서는 비교적 적은 양의 용해 재료만 부양 상태로 유지할 수 있기 때문이다(DE 696 17103 T2, 2 페이지, 단락 1 참조).

또한 부양 용해 방법을 수행하기 위해, 상기 코일 필드의 로렌츠 힘(Lorentz force)이 상기 배치를 부양 상태로 유지하기 위해 상기 배치의 하중을 보상해야 한다. 상기 코일 필드에서 상기 배치를 상향으로 푸시한다. 상기 생성된 자기장의 효율을 높이기 위해, 대향하는 페라이트 극들 사이의 거리의 감소를 일반적으로 목표로 한다. 상기 거리 감소는 결정된 용해물 중량을 유지하는데 필요한 저 전압에서 동일한 자기장을 생성할 수 있다. 이에 따라, 더 큰 배치가 부양되도록 플랜트의 유지 효율성(holding efficiency)을 개선할 수 있다. 또한 상기 유도 코일들의 손실이 감소함에 따라 상기 가열 효율성(heating efficiency) 역시 증가한다.

상기 페라이트 극들의 상기 거리가 작을수록 상기 유도 자기장이 커진다. 그러나 상기 주조의 상기 전계 강도를 줄여야 하므로, 거리가 멀어짐에 따라 상기 용해물로 상기 페라이트 극들과 상기 유도 코일들의 오염 위험이 증가한다. 이것은 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로의 유지력을 감소시킨다. 이로 인해 코일 필드보다 약간 위로 상기 부양 용해물의 수평 확장이 초래되고, 상기 페라이트 극들 사이의 좁은 틈새를 통해 아래에 위치한 상기 주조 몰드에 닿지 않고 떨어뜨리는 것이 극히 어렵다. 따라서 페라이트 극들의 거리를 감소시킴으로써, 상기 코일 필드의 운반 용량을 늘리는 것은 상기 접촉 확률에 의해 결정되는 실질적인 한계이다.

종래 기술로부터 알려진 방법의 문제점은 다음과 같이 요약될 수 있다. 전체(full) 부양 용해 방법은 소량의 재료에만 수행될 수 있으므로, 아직 산업 적용이 이루어지지 않았다. 또한 상기 페라이트 극들 사이의 거리를 줄임으로써, 와전류들(eddy currents) 발생 시, 상기 코일 필드의 효율성을 높일 경우 주조 몰드들에서 주조하기가 어렵다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 부양 용해의 경제적 사용(economic use)을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 특히, 상기 방법은 상기 코일 필드의 효율성을 개선하여 더 큰 배치들을 사용할 수 있도록 한다. 또한 상기 용해물이 상기 코일들 또는 그 극들과 접촉하지 않고 상기 주조 공정이 안전하게 진행되도록 보장하는 동시에, 사이클 타임들을 단축시켜 높은 처리량을 가능하게 해야 한다.

본 목적은 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에 의해 해결된다. 본 발명에 따르면, 부양 용해 방법(levitation melting method)에 의해 전기 전도성 재료(electrically conductive material)로부터 주조체들(cast bodies)을 제조하는 방법은, 교번 전자기장들(alternating electromagnetic fields)은 배치(1)의 부양 상태(levitation state)를 유발하기 위해 사용되는데, 상기 교번 전자기장들은 강자성 재료(ferromagnetic material)의 코어(core)(4)를 가지는 적어도 한 쌍의 대향 유도 코일들(opposing induction coils)(3)을 이용하여 생성되고,

- 상기 적어도 하나의 교번 전자기장의 영향권으로 출발 재료(starting material)의 배치(1)를 도입하여(introducing), 상기 배치(1)가 상기 부양 상태로 유지되는 단계,

- 상기 배치(1)를 용해하는 단계,

- 상기 부양(levitating) 배치(1) 아래의 충전 영역(filling area)에 주조 몰드(casting mould)(2)를 위치시키는(positioning) 단계,

- 상기 전체(entire) 배치(1)를 상기 주조 몰드(2)로 주조하는(casting) 단계,

- 상기 주조 몰드(2)로부터 상기 응고된(solidified) 주조체를 제거하는(removing) 단계를 포함하고,

상기 코어들(4)을 가지는 유도 코일들(3)의 종 축들(longitudinal axes)은 적어도 한 쌍에서(in at least one pair) 수평면(horizontal plane) 내에 정렬되지 않는다(not arranged).

상기 용해 배치의 상기 부피는 바람직하게는 주조체를 제조하기에 충분한 수준("충전 부피")으로 상기 주조 몰드를 충전하기에 충분하다. 상기 주조 몰드를 충전한 후, 냉각수로 냉각하거나 냉각되도록 하여, 상기 재료가 상기 몰드에서 응고되도록 한다. 그런 다음 상기 주조체를 상기 몰드에서 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 "전도성 재료(conductive material)"는 상기 재료를 유도 가열하고 부양 상태로 유지하기 위해, 적절한 전도성을 가지는 재료로 이해된다.

본 발명에 따른 "부양 상태(levitating state)"는 상기 처리된 배치가 도가니(crucible) 또는 플랫폼(platform) 등과 어떠한 접촉도 없도록 완전한 부양(complete levitation) 상태로 정의된다.

"페라이트 극(ferrite pole)"이라는 용어는 본 출원에서 '강자성 물질의 코어(core of ferromagnetic material)'라는 용어와 동의어로 사용된다. 마찬가지로, "코일(coil)" 및 "유도 코일(induction coil)"이라는 용어들도 동의어로 나란히 사용된다.

본 발명에 따르면, 코어들을 가지는 상기 유도 코일들의 상기 종 축들은 적어도 한 쌍에서 수평면 내에 정렬되지 않는다. 이러한 경우, 상기 유도 코일들은 상기 부양면으로부터 하향 경사져(tilted downwards) 정렬된다. 바람직하게는, 적어도 한 쌍에서 코어들을 가지는 상기 유도 코일들의 상기 종 축들과 수평면 사이의 각도 β는 0° < β ≤ 60°, 특히 바람직하게는 10° ≤ β ≤ 45°이다.

공통 수평면(common horizontal plane)에서 상기 유도 코일들의 상기 축들이 일반적으로 정렬됨에 따라, 상기 평면 위와 아래의 상기 자기장에서 배치가 없을 때의 상기 자속은 동일하다. 그러나, 상기 평면 아래의 상기 자속은 배치가 부양되는 동안 상기 자기장의 상기 유지력(holding force)에 거의 기여하지 않는다. 본 발명에 따른 상기 코일 축들의 상기 Λ-형상 정렬로 인해, 상기 평면 위의 상기 자속(magnetic flux)이 증가함에 따라 이와 같이 상기 장(field)의 상기 유지력을 증가시키는 것이 달성된다.

바람직한 디자인 변형에서, 적어도 부분적으로 강자성 재료의 상기 유도 코일들 및/또는 그들 코어들은 절두 원추형(frustoconical shape) 또는 원추형(conical shape)을 가진다. 상기 페라이트 코어들의 상기 특별한 원추형은 상기 재료가 포화(saturation)와는 거리가 멀지만, 상기 대향하는 쌍들의 코일들 사이의 상기 공간에서 상기 자기장의 상기 농도(concentration)가 최대화되도록 설계된다. 아래에서 자세히 설명되는 강자성 재료의 상기 코어들 주변의 외측 상에 정렬된 강자성 요소(페라이트 링)는 상기 자속을 분리하고, 그렇지 않으면 상기 공간 내의 상기 자기장을 감소시킨다.

상기 유도 코일들은 동일한 주파수에서 작동하고 동일한 방향으로 자기장을 생성하는 쌍들로 정렬된다. 상기 극들과 마찬가지로, 그 원추형은 효율성을 높이기 위해 줄 열 손실들(Joule heat losses)을 최소화하도록 최적화된다. 한편, 그것들은 부양을 보장하는 상기 용해물 아래의 상기 자기장과, 부양을 방해하지만 상기 용해물의 상기 형상 안정성을 보장하는 상기 용해물의 위와 측면에 대한 상기 자기장의 최적 분포를 위해 설계된다.

또한, 상기 유도 코일들을 서로 더 가깝게 배치하여, 상기 대향하는 극들 사이의 상기 거리가 더 작아지면, 상기 부양 배치의 상기 하부(underside)에서 자기장 유도가 더 증가하여 보다 효율적인 용해 공정들로 이어질 수 있다.

상기 유도 코일 쌍들을 서로 더 근접하게 이동시키면, 상기 생성된 교류 전자기장의 효율을 더욱 높일 수 있다. 이것을 통해 더 무거운 배치들도 부양할 수 있다. 그러나 배치를 주조할 때, 상기 코일들 사이의 자유 단면을 감소시킴에 따라 상기 용해 배치가 상기 코일들 또는 페라이트 극들과 접촉할 위험이 증가한다. 그러나 이러한 불순물들은 제거하기 어렵고, 시간이 많이 소요되므로, 상기 플랜트의 가동 중단 시간이 길어지기 때문에, 엄격하게 피해야 한다. 주조 시, 불순물들의 위험을 감수할 필요없이, 가능한 한 한 쌍의 유도 코일 쌍들의 더 좁은 거리의 장점을 활용할 수 있도록, 특히 바람직한 설계 변형에서 상기 코어들을 가지는 상기 유도 코일은 각각 적어도 한 쌍에서 이동 가능하게 장착된다(movably mounted). 바람직하게는, 한 쌍의 상기 코일들은 상기 유도 코일 정렬의 중심 주위로 역 방향 회전 중심대칭으로 이동한다(counter-rotating centrosymmetrically).

상기 배치를 용해하기 위해, 상기 코일들이 상기 용해 위치 내로 함께 푸시된다. 상기 배치가 용해되어 상기 주조 몰드 내로 보내지면, 종래 기술에서 관례대로 상기 코일들은 단순히 스위치 오프되거나 상기 전류가 감소되는 것이 아니라, 본 발명에 따라 주조 위치로 바깥쪽으로 이동된다. 이것은 코일들 사이의 거리를 증가시키는데, 한편으로는 상기 주조 몰드로 들어가는 상기 용해물에 대해 더 큰 자유 직경(larger free diameter)을 생성하고, 다른 한편으로는 상기 유도된 자기장의 상기 운반 능력을 지속적으로 그리고 제어된 방식으로 감소시킨다. 이런 방식으로, 상기 용해물은 상기 코일 평면을 통과하고 천천히 떨어질 때만 상기 유도 코일들과 상기 코어들에서 안전하게 떨어져 유지된다. 왜냐하면, 상기 필드는 이미 상기 중앙에서 약해졌지만 상기 코일들에서 여전히 접촉을 방지할만큼 충분히 강하기 때문이다. 이것은 상기 코일들의 오염을 방지하고, 스프레이(spraying) 없이 상기 주조 몰드에 깨끗한 주조를 보장한다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 쌍들의 유도 코일들에서 상기 유도 코일들의 상기 이동 벡터들(movement vectors)은 그들의 종 축들과 동일하지 않다(not identical). 상기 수평면에서 경사진(tilted) 코일 정렬들의 경우, 상기 코일들은 그들의 종 축을 따라 서로 분리되지 않지만, 상기 경사진 코일들은 상기 수평면 내에서 이동한다. 따라서 부양을 위한 상기 자기장 평면은 상기 배치를 주조할 때에도 동일한 수직 위치에 유지된다.

본 발명의 바람직한 설계 변형에서, 상기 배치를 주조하는 동안, 상기 용해 위치에서 상기 주조 위치까지 상기 유도 코일들 쌍들의 상기 유도 코일들 이동과 동시에 상기 유도 코일들의 상기 전류 강도가 감소된다. 상기 유도 자기장은 상기 유도 코일들 사이의 거리가 더 멀어도 더 이상 감소하지 않기 때문에, 상기 유도 코일들의 상기 필요한 변위 경로(displacement path)의 감소를 실현할 수 있다. 그러나 상기 전류 강도의 상기 감소는 상기 코일들의 변위와 함께 조정되어, 상기 전계 강도는 상기 코일들로부터 상기 용해물을 멀리 유지하기에 항상 충분히 높아야 한다.

일 실시 예에서, 상기 유도 코일들 쌍들에서 상기 유도 코일들의 상기 거리는 상기 용해 위치에서 상기 주조 위치까지 5 ~ 100mm, 바람직하게는 10 ~ 50mm 증가된다. 상기 변위 경로를 결정할 때, 상기 시스템이 설계되는 상기 배치 무게와 상기 코일들 사이의 상기 최소 거리 그리고 그것으로 생성될 수 있는 상기 전계 강도를 고려해야 한다.

본 발명에 따라 사용되는 상기 전기 전도성 재료는 바람직한 실시 예에서, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 탄탈륨, 텅스텐, 하프늄, 니오븀, 레늄, 몰리브덴 그룹으로부터 적어도 하나의 고-융점 금속(high-melting metal)을 가진다. 내지는, 니켈, 철 또는 알루미늄과 같은 저-융점 금속(less high-melting metal)도 사용될 수 있다. 하나 이상의 상기한 금속과의 혼합물 또는 합금도 전도성 재료로 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 금속은 상기 전도성 재료의 적어도 50 중량%, 특히 적어도 60 중량% 또는 적어도 70 중량%의 비율을 가진다. 이들 금속들은 특히, 본 발명의 장점들로부터 이익을 얻는다는 것이 밝혀졌다. 특히, 바람직한 실시 예에서, 상기 전도성 재료는 티타늄 또는 티타늄 합금, 특히 TiAl 또는 TiAlV이다.

이들 금속들 또는 합금들은 온도에 대한 점도의 현저한 의존성을 가지고, 특히 주조 몰드의 상기 재료들과 관련하여 특히 반응성이 있기 때문에, 특히 유리한 방식으로 가공될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 방법은 부양 중 비접촉 용해(contactless melting)와 상기 주조 몰드의 매우 빠른 충전(extremely fast filling)을 결합하기 때문에, 이러한 금속들에 대해 특별한 장점이 실현될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 상기 용해물과 상기 주조 몰드의 상기 재료의 반응으로부터 특히 산화막(oxide layer)이 얇거나 심지어는 전혀 없는 주조체들을 제조하는데 사용될 수 있다. 특히 상기 고-융점 금속들의 경우, 상기 유도 와전류의 활용이 개선되고, 열 접촉으로 인한 열 손실들의 급격한 감소가 사이클 타임들과 관련하여 두드러진다. 또한, 상기 생성된 자기장의 상기 운반 능력을 증가시켜, 더 무거운 배치들도 부양 상태로 유지할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시 예에서, 상기 전도성 재료는 용해하는 중에, 상기 재료의 상기 용융점보다 적어도 10℃, 적어도 20℃, 또는 적어도 30℃ 높은 온도로 과열된다. 이러한 과열로 인해, 온도가 상기 용해 온도 이하인 상기 주조 몰드와의 접촉 즉시 상기 재료가 응고되는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 상기 재료의 상기 점도가 너무 높아지기 전에 상기 배치가 상기 주조 몰드에 확산될 수 있다. 부양 용해의 장점은 상기 용해물과 접촉하는 도가니를 사용할 필요가 없다는 것이다. 이는 상기 도가니 벽에서 상기 저온 도가니 공정의 높은 재료 손실과 도가니 성분에 의한 상기 용해물의 오염을 방지한다. 또 다른 장점은 진공 또는 보호 가스 하에서 작동이 가능하고, 반응성 재료들과의 접촉이 없기 때문에, 상기 용해물을 비교적 높은 온도로 가열할 수 있다는 것이다. 그럼에도 불구하고, 대부분의 재료들은 상기 주조 몰드와의 격렬한 반응의 위험을 감수하기 때문에, 임의로 과열될 수 없다. 따라서, 과열은 상기 도전성 재료의 상기 융용점보다 300℃ 이하, 특히 200℃ 이하, 특히 바람직하게는 100℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 방법에서, 상기 자기장을 집중시키고 상기 배치를 안정화시키기 위해, 적어도 하나의 상기 강자성 요소가 상기 배치가 용해되는 영역을 중심으로 수평으로 정렬된다. 상기 강자성 요소는 상기 용해 영역 주위에 링-형상으로 정렬될 수 있으며, 여기서 "고리-형상(annularly)"은 원형 요소들뿐만 아니라 각진(angular), 특히 정사각형 또는 다각형 링 요소들(polygonal ring elements)을 의미한다. 본 발명에 따른 상기 유도 코일들의 상기 이동을 가능하게 하기 위해, 상기 링 요소들은 상기 코일들의 수에 따라 서브-세그먼트들(sub-segments)로 나뉘며, 그 사이에서 그 극들을 가지는 각각의 유도 코일이 폼-피팅 방식(form-fitting manner)으로 이동한다. 상기 강자성 요소는 또한 상기 용해 영역의 상기 방향으로 특히 수평으로 돌출하는 여러 개의 바 섹션들(bar sections)을 가질 수있다. 상기 강자성 요소는 바람직하게는 진폭 투과율(amplitude permeability) μa > 10, 더욱 바람직하게는 μa > 50, 특히 바람직하게는 μa > 100 인 강자성 재료로 구성된다. 진폭 투과율은 특히 25℃ ~ 150℃의 온도 범위에서, 0 ~ 500mT의 자속 밀도에서 투과율을 나타낸다. 상기 진폭 투과율은 특히 연 자성 페라이트(가령, 3C92)의 진폭 투과율의 적어도 1/100, 특히 적어도 1/10 또는 1/25에 해당한다. 적합한 재료들은 당업자에게 공지되어 있다.

본 발명에 따르면, 전기 전도성 재료를 부양 용해하는 장치는, 교류 전자기장들에 의해 배치의 상기 부양 상태를 유발하기 위해 강자성 재료의 코어를 가지는 적어도 한 쌍의 대향 유도 코일들을 포함하고, 그들의 코어들을 가지는 상기 유도 코일의 상기 종 축들은 적어도 한 쌍에서 수평면 내에 정렬되지 않는다.

도 1은 강자성 재료, 코일들 및 전도성 재료의 배치를 가지는 용해 영역 아래의 주조 몰드의 측 단면도이다.
도 2는 경사진 코일들의 측단면도이다.
도 3은 절두 원추형 유도 코일들과 극들을 가지는 설계 변형의 측단면도이다.
도 4는 도 3의 상기 코일 정렬의 평면도이다.
도 5는 도 3의 상기 코일 정렬의 측사시도이다.

상기 도면들은 바람직한 실시 예들을 도시한다. 그들은 설명의 목적으로만 사용된다.

도 1은 상기 코일들(3)에 의해 생성된 교류 전자기장들(용해 영역)의 영향권에 있는 전도성 재료의 배치(1)를 도시한다. 상기 배치(1) 아래에는 홀더(5)에 의해 상기 충전 영역에 유지되는 빈 주조 몰드(empty casting mould)(2)가 있다. 상기 주조 몰드(2)는 깔때기-형상의 충전 섹션(funnel-shaped filling section)(6)을 가진다. 상기 홀더(5)는 상기 주조 몰드(2)를 공급 위치에서 주조 위치로 리프트 하는데 적합하며, 이는 도시된 화살표에 의해 상징된다. 강자성 재료가 상기 코일들(3)의 상기 코어(4) 내에 정렬된다. 상기 도면에서 점선으로 도시된 상기 코일들 쌍들의 상기 축들은 각각 한 쌍을 형성하는 2개의 대향하는 코일들(3)이 상기 부양의 수평면으로 하향 경사진다(tilted downwards).

도 2는 강자성 재료의 코어들(4)을 가지는 경사진 코일들(tilted coils)(3)의 도 1과 유사한 측 단면도를 도시한다. 본 명세서에서, 상기 수평면은 단속으로(dashed) 도시되고, 상기 각도들(β)이 표시되며, 그 주위에 점선으로(dotted) 나타내는 상기 코일들(3)의 종 축들이 수평면에서 경사진다.

도 3은 절두 원추형 코일들(frustoconical coils)과 극들(poles)을 가지는 설계 변형을 측 단면도로 도시하며, 후자는 블랙으로 나타낸다. 상기 절단면은 한 쌍의 코일들의 상기 종 축을 통해 중앙에서 실행된다. 상기 유도 코일들(3)과 강자성 재료의 코어들(4)은 각각 절두 원추형이며, 페라이트 링(ferrite ring)으로 둘러싸여 있다. 도시된 예에서, 상기 유도 코일들(3)은 중공-타입 가이드들(hollow-type guides)로 설계되어, 냉각 유체(cooling fluid)에 의한 내부 냉각(internal cooling) 옵션을 추가로 제공한다. 상기 부양면으로 경사진 상기 극들과 코일들의 상기 종 축들이 명확하게 보인다.

도 4 및 도 5는 도 3의 상기 코일 정렬을 상부 및 측면 투시도에서 각각 도시한다. 상기 정렬은 서로 90°로 배향되는 두 쌍들의 코일들로 구성된다. 상기 강자성 재료의 코어들(4)을 가지는 유도 코일들(3)은 4개의 페라이트 링 세그먼트들(four ferrite ring segments) 사이에서 이동 가능하게 폼-피트 방식(form-fit manner)으로 장착되어, 8각형 강자성 요소(octagonal ferromagnetic element)가 함께 형성되고, 그것들은 좁은 거리의 용해 위치와 넓은 거리의 주조 위치 사이에서 이동할 수 있다. 도 4 및 도 5는 모두 상기 코일들의 용해 위치를 도시한다. 특히 도 5에서, 상기 링 내부와 외부 사이의 상기 코일들의 상기 변위 경로(displacement path)를 명확하게 볼 수 있다.

1 배치
2 주조 몰드
3 유도 코일
4 강자성 재료
5 홀더
6 충전 섹션

Claims (13)

1. 부양 용해 방법(levitation melting method)에 의해 전기 전도성 재료(electrically conductive material)로부터 주조체들(cast bodies)을 제조하는 방법으로,
   여기서, 교번 전자기장들(alternating electromagnetic fields)은 배치(1)의 부양 상태(levitation state)를 유발하기 위해 사용되는데, 상기 교번 전자기장들은 강자성 재료(ferromagnetic material)의 코어(core)(4)를 가지는 적어도 한 쌍의 대향 유도 코일들(opposing induction coils)(3)을 이용하여 생성되되,
   - 상기 적어도 하나의 교번 전자기장의 영향권으로 출발 재료(starting material)의 배치(1)를 도입하여(introducing), 상기 배치(1)가 상기 부양 상태로 유지되는 단계,
   - 상기 배치(1)를 용해하는 단계,
   - 상기 부양 상태의 상기 배치(1) 아래의 충전 영역(filling area)에 주조 몰드(casting mould)(2)를 위치시키는(positioning) 단계,
   - 상기 배치(1)를 전체로 상기 주조 몰드(2)로 주조하는(casting) 단계,
   - 상기 주조 몰드(2)로부터 응고된(solidified) 상기 주조체를 제거하는(removing) 단계,
   를 포함하고,
   상기 코어들(4)을 가지는 유도 코일들(3)의 종 축들(longitudinal axes)은 적어도 한 쌍에서(in at least one pair) 수평면(horizontal plane) 내에 정렬되지 않은(not arranged) 것을 특징으로 하는,
   방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   적어도 한 쌍에서(in at least one pair) 상기 코어들을 가지는 유도 코일들(3)의 종 축들 및 상기 수평면(horizontal plane) 사이의 각도(β)는 각각 0° < β ≤ 60°인 것을 특징으로 하는,
   방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 유도 코일들(3) 및/또는 이들의 강자성 재료의 코어들(4)은 적어도 부분적으로 절두 원추형(frustoconical shape) 또는 원추형(conical shape)을 가지는 것을 특징으로 하는,
   방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   대향 유도 코일들(3)의 각 쌍에서 코어들을 가지는 상기 유도 코일들(3)은 서로에 대해 이동 가능하게 정렬되고(movably arranged), 작은 거리(small distance)의 용해 위치(melting position)와 넓은 거리(wide distance)의 주조 위치(casting position) 사이를 이동하며,
   상기 방법은, 추가적인 제1단계로 상기 유도 코일들(3) 쌍들을 상기 작은 거리의 용해 위치로 변위시키는(displacing) 단계, 및 적어도 한 쌍의 대향 유도 코일들(3)에서 상기 유도 코일들(3)을 상기 작은 거리의 용해 위치에서 상기 넓은 거리의 주조 위치로 이동함으로써 발생하는 상기 배치(1)를 전체로 상기 주조 몰드(2)로 주조하는(casting) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 배치(1)를 주조하는 동안, 상기 용해 위치에서 상기 주조 위치로 상기 유도 코일들 쌍들에서 상기 유도 코일들(3)의 상기 이동과 동시에 상기 유도 코일들(3)의 전류 강도(current intensity)가 감소되는,
   방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 유도 코일들 쌍들에서 상기 유도 코일들(3)의 상기 거리는 상기 용해 위치에서 상기 주조 위치까지 5-100mm 증가되는 것을 특징으로 하는,
   방법.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 유도 코일들 쌍들에서 상기 유도 코일들(3)의 이동 벡터들(movement vectors)은 그 종 축들과 동일하지 않는(not identical) 것을 특징으로 하는,
   방법.
8. 전기 전도성 재료(electrically conductive material)를 부양 용해(levitation melting)하는 장치로서,
   교번 전자기장들(alternating electromagnetic fields)에 의해 배치(1)의 부양 상태를 유발하는 강자성 재료(ferromagnetic material)의 코어(core)(4)를 가지는 적어도 한 쌍의 대향 유도 코일들(opposing induction coils)(3)을 포함하고,
   상기 코어들을 가지는 유도 코일들(3)의 종 축들은 적어도 한 쌍에서(in at least one pair) 수평면(horizontal plane) 내에 정렬되지 않은(not arranged) 것을 특징으로 하는,
   장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   적어도 한 쌍에서(in at least one pair) 상기 코어들을 가지는 유도 코일들(3)의 종 축들 및 상기 수평면(horizontal plane) 사이의 각도(β)는 각각 0° < β ≤ 60°인 것을 특징으로 하는,
   장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 유도 코일들(3) 및/또는 강자성 재료의 코어들(4)은 적어도 부분적으로 절두 원추형(frustoconical shape) 또는 원추형(conical shape)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    장치.
11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    대향 유도 코일들(3)의 각 쌍에서 코어들을 가지는 유도 코일들(3)은 서로에 대해 이동 가능하게 정렬되고(movably arranged), 작은 거리(small distance)의 용해 위치(melting position)와 넓은 거리(wide distance)의 주조 위치(casting position) 사이를 이동하는 것을 특징으로 하는,
    장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유도 코일들 쌍들에서 상기 유도 코일들(3)의 상기 거리는 상기 용해 위치에서 상기 주조 위치까지 5-100mm 증가되는 것을 특징으로 하는,
    장치.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 유도 코일들 쌍들에서 상기 유도 코일들(3)의 이동 벡터들(movement vectors)은 그 종 축들과 동일하지 않는(not identical) 것을 특징으로 하는,
    장치.

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