KR102290515B1 - 내충격성 스크랩 침강 장치 - Google Patents

내충격성 스크랩 침강 장치 Download PDF

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Abstract

내열성 재료의 측면 벽 및 베이스 벽을 포함하는 상부 개방 챔버를 갖는 금속 스크랩 침강 장치. 유입구는 용융 금속을 받기 위한 챔버의 측면 벽 또는 베이스 벽 내에 포함된다. 유출구는 챔버의 베이스 내에 포함된다. 램프는 챔버의 측면 벽에서부터 유출구를 정의하는 내부 칼럼까지 연장한다. 램프는 측면 벽에 인접한 제1에지와 내부 칼럼에 인접한 내부 제2에지를 포함한다. 제1에지와 제2에지 사이의 램프의 작동 표면은 오목하다. 내부 칼럼은 챔버 베이스 맞은 편에 배치되는 단부 벽을 포함하고, 단부 벽은 둥근 내부 및 외부 에지들을 포함한다.

Description

내충격성 스크랩 침강 장치 {IMPACT RESISTANT SCRAP SUBMERGENCE DEVICE}
본원은 2013년 10월 15일에 출원된 미국 가출원 제61/890,931호에 대한 우선권 주장 출원이며, 상기 출원의 개시 사항은 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 특히 알루미늄의 재활용 같은 금속 재활용 공정에서 통상적으로 사용되는 유형의 스크랩 침강 시스템에 관한 것이다. 본 실시 예는 향상된 유량(flow rate)을 가지는 내충격성 스크랩 침강 장치에 관한 것이다.
금속의 재활용에 있어서, 처리 및 가공을 위해 스크랩 조각들을 용해하는 것이 필요하다. 알루미늄 스크랩 조각들의 상당 부분은 셰이빙(shaving), 보링(boring) 및 냉간 압연(cold rolling)과 같이, 그것들이 형성되는 기계적인 형성 작용의 결과로써 박벽(thin walled)이 된다. (i) 종래의 용해로 내 유해 환경에 대한 연장된 노출은 매우 높은 산화 손실(oxidation loss)을 야기하고 (ii) 박벽이 된 스크랩 조각들이 용융 금속 위에 부유한다는 사실("부유 스크랩(floating scrap)")에 의해 용융 금속 내의 급속 침강이 심각하게 제한되기 때문에 박벽이 된 스크랩 조각들을 용해하는 것은 특히 어렵다.
부유 스크랩을 잉곳(ingot)으로 전환하는데 사용되는 통상적인 용해 작업에서, 용해로에 밀폐식 허스(hearth) 및 연결식 개방 사이드웰(sidewell)이 제공된다. 일반적으로 사이드웰은 펌프 웰(pump well) 및 용해 베이(melting bay)로 구분된다. 펌프 또는 다른 용융 금속 흐름 유도 장치는 용해 베이 외부에(예를 들면, 펌프 웰 내에) 위치되며, 용융 금속이 허스로부터 용해 베이로 흐르도록 야기한다. 통상적으로 용해 베이는 충전 웰(charge well)과 드로스 웰(dross well)로 더 구분된다. 금속 스크랩 조각들은 용해 베이, 특히 그것의 충전 웰 부분 내로 공급된다.
용융 금속 배스(bath)의 표면 아래 스크랩 금속의 침강을 용이하게 하기 위해 용해 베이(특히 충전 웰 내)에 다양한 장치들이 사용되어 왔다. 세 가지의 주요 시스템 형태들이 존재한다. 첫 번째 형태는 주로 상부 표면에서 용융 금속의 흐름을 생성하는 로터(rotor)로 이루어진 기계적 시스템들을 포함한다. 이러한 장치들의 예는 미국 특허 3,873,305; 3,997,336; 4,128,415; 및 4,930,986에 개시되어 있다. 시스템의 두 번째 형태는 스크랩을 용융 표면의 아래로 물리적으로 밀어내는 기계적 장치(예를 들어, 코끼리 발(elephant feet)/웰-워커(well-walkers))를 이용한다. 시스템의 세 번째 형태는 로터의 회전 없이 스크랩 조각들을 충전 웰 내로 침강시키는 금속의 흐름을 생성하기 위해 챔버의 형태에 의존한다. 특히, 충전 웰로 흐르는 용융 금속의 흐름은 상부 표면으로부터 칩들(chips)을 끌어당겨 배스 내로 흐르는 와류를 달성하는 방식으로 조작된다. 이러한 시스템들은 예를 들어, 미국 특허 3,955,970; 3,984,234; 4,286,985; 6,036,745; 및 6,217,823를 포함하고, 이들 각각은 참조로 포함된다. 본 발명은 침강 스크랩 시스템의 세 번째 형태에 관한 것이다.
본 개시안의 다양한 세부 사항은 기본적인 이해를 제공하기 위해 이하 요약된다. 이 요약은 개시안의 광범위한 개요가 아니며, 어느 것도 개시안의 특정 요소들을 특정하는 것으로 의도되지 않으며, 그 범위를 기술하는 것도 아니다. 오히려, 이 요약의 주된 목적은 이하 제시되는 보다 상세한 설명에 앞서 간략화된 형태로 개시안의 일부 개념들을 제공하기 위함이다.
제1실시 예에 따르면, 내열성 재료로 구성되는 벽을 포함하는 상부 개방 챔버를 갖는 스크랩 침강 장치가 제공된다. 챔버는 측면 벽 또는 베이스 벽 내의 유입구 및 그 베이스 내의 유출구를 포함한다. 일반적으로, 챔버는 바닥 유입구, 바닥 유출구 방식으로 설명될 수 있다. 램프는 거기에서 위쪽을 향해 나선을 그리면서 챔버의 벽(들)에 인접하게 형성된다. 램프는 벽에 인접한 제1에지 및 내부 칼럼에 인접한 제2에지를 포함한다. 램프는 제1에지와 제2에지 사이에 오목한 표면을 갖는다.
제2실시 예에 따르면, 내열성 재료로 구성되는 벽을 포함하는 상부 개방 챔버를 갖는 스크랩 침강 장치가 제공된다. 챔버는 측면 벽 내의 유입구 및 그 베이스 내에 위치하는 유출구를 포함한다. 일반적으로, 챔버는 바닥 유입구, 바닥 유출구 방식으로 설명될 수 있다. 램프는 거기에서 위쪽을 향해 나선을 그리면서 챔버의 측면 벽에 인접하게 형성된다. 램프는 측면 벽에서부터 유출구를 정의하는 내부 칼럼까지 연장한다. 내부 칼럼은 챔버 베이스 맞은 편에 배치되는 단부 벽을 포함한다. 단부 벽은 적어도 하나의 둥근 에지를 포함한다.
제3실시 예에 따르면, 내열성 재료의 측면 벽 및 베이스 벽을 포함하는 상부 개방 챔버를 포함하는 금속 스크랩 침강 장치가 제공된다. 유입구는 용융 금속을 받기 위한 측면 벽 또는 베이스 벽에 포함된다. 유출구는 챔버의 베이스 벽에 포함된다. 램프는 챔버의 측면 벽에서부터 유출구를 정의하는 내부 칼럼까지 연장한다. 램프는 측면 벽과 인접한 제1에지 및 내부 칼럼에 인접한 내부 제2에지를 포함한다. 제1에지와 제2에지 사이의 작동 표면은 오목하다. 내부 칼럼은 챔버 베이스 맞은 편에 배치되는 단부 벽을 포함한다. 단부 벽은 둥근 내부 및 외부 에지들을 포함한다.
또 다른 실시 예에 따르면, 본 개시안은 선행 단락들에서 설명된 장치를 이용한 금속, 특히 알루미늄을 재활용하는 방법에 관한 것이다.
신규한 부분들, 구성, 배열들, 조합들 및 개선들로 이루어지는 본 발명이 개시되고 설명된다.
명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 설명과 함께 본 발명의 하나의 실시 예를 도시하고, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 용융 금속 재활용 로(recycling furnace)의 개략도이다.
도 2는 종래 기술의 펌프 웰과 충전 웰의 단면도이다.
도 3은 본 개시안의 충전 웰의 수직 단면도이다.
도 4는 도 3의 충전 웰의 평면도이다.
도 5는 부분적으로 도 3의 충전 웰이 점선인 우측 단면도이다.
도 6은 부분적으로 도 3의 충전 웰이 점선인 좌측 단면도이다.
도 7은 부분적으로 도 3의 충전 웰이 점선인 수평 단면도이다.
도 8은 본 개시안의 실시 예들의 시험 결과들의 그래프이다.
참조는 첨부 도면들에 도시된 예인 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명은 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되지만, 이는 해당 실시 예로 본 발명을 제한하려는 의도가 아님이 이해될 것이다. 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 모든 대안들, 변형들 및 등가물들을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명은 특히 알루미늄의 재활용 같은 금속 재활용 공정에서 통상적으로 사용되는 유형의 스크랩 침강 시스템에 관한 것이다. 금속의 재활용에 있어서, 처리 및 가공을 위해 스크랩 조각들을 용해하는 것이 필요하다. 알루미늄 스크랩 조각들의 상당 부분은 셰이빙(shaving), 보링(boring) 및 냉간 압연(cold rolling)과 같이, 그것들이 형성되는 기계적인 형성 작용의 결과로써 박벽(thin walled)이 된다. 박벽이 된 스크랩 조각들이 용융 금속 위에 부유한다는 사실에 의해 용융 금속 내의 급속 침강이 심각하게 제한되기 때문에 박벽이 된 스크랩 조각들을 용해하는 것은 특히 어렵다. 문제는, 종래의 용해로 내 유해 환경에 대한 연장된 노출은 매우 높은 산화 손실(oxidation loss)을 야기한다.
경량 스크랩을 잉곳(ingot)으로 전환하는데 사용되는 통상적인 용해 작업에서, 용해로에 밀폐식 허스(hearth) 및 연결식 개방 사이드웰(sidewell)이 제공된다. 일반적으로 사이드웰은 펌프 웰(pump well)과 용해 베이(melting bay)로 구분된다. 펌프 또는 다른 용융 금속 흐름 유도 장치는 용해 베이(예를 들면, 펌프 웰 내) 외부에 위치되며, 용융 금속이 허스로부터 용해 베이로 흐르도록 야기한다. 통상적으로 용해 베이는 충전 웰(charge well)과 드로스 웰(dross well)로 더 구분된다. 금속 스크랩 조각들은 용해 베이, 특히 그것의 충전 웰 부품 내로 공급된다. 부유성 드로스(floating dross)는 드로스 웰 내의 용융 금속의 표면으로부터 스키밍된다.
이제 도 1을 참조하면, 알루미늄 재활용 로(aluminum recycling furnace, 10)가 도시된다. 로(10)는, 예를 들어, 가스 또는 오일 버너들(oil burners) 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 수단에 의해 가열되는 메인 허스 부품(12)을 포함한다. 펌프 웰(14), 충전 웰(16) 및 드로스 웰(18)을 포함하는 주 재활용 영역이 허스(12)와 인접하게 위치되고, 그리고 허스(12)와 유체 소통(통상적으로 침수된 아치길들을 거쳐)된다. 도시되지는 않았으나, 화살표에 의해 도시된 순환 패턴을 허용하도록 허스(12)의 벽은 펌프 웰에 개방되고, 펌프 웰은 충전 웰(16)에 개방되며, 충전 웰은 드로스 웰(18)에 개방되고, 드로스 웰은 허스(12)에 개방된다. 펌프 웰은 통상의 기술자들에 알려진 어떠한 형태의 용융 금속 펌프를 포함할 수 있다. 대안으로, 웰 및 펌프는 예를 들어 전자기 펌프에 의해 대체될 수 있다. 용융 금속 펌프는 용융 금속을 허스(12)로부터 재활용될 금속 스크랩 칩들이 멜트(melt)의 표면상에 증착되는 충전 웰(16)로 순환시킨다. 충전 웰은 또한 원하는 합금을 달성하기 위하여 부가적인 금속 또는 플럭스들(fluxes)이 첨가되는 위치이다. 충전 웰(16)로부터 용융 금속은 드로스 웰(18) 내로 흐르며 드로스 형태의 불순물들은 멜트가 다시 허스(12) 내로 흐르기 전에 표면으로부터 스키밍된다. 이러한 특정 개시안은 충전 웰(16)의 향상된 디자인에 관한 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 도 1의 펌프 웰(14)과 충전 웰(16)이 도시된다. 펌프(20)는 펌프 웰(14) 내에 위치하고 이를 충전 웰(16) 내로 가하는 허스(12)로부터 용융 알루미늄을 끌어당긴다. 더 구체적으로, 임펠러(22)의 회전이 배스(bath, 24)로부터 용융 알루미늄을 펌프(20) 내로 끌어당기고 유출구(26)를 통하여 통로(28)까지, 그리고 유입구(30)를 통하여 충전 웰(16) 내로 가한다. 용융 알루미늄은 충전 웰(16) 내의 램프(32)로 흐르고, 캐비티(36) 내로 내부 칼럼(35)의 내부 에지(34)를 넘쳐 나와서, 출구(38)를 통하여 빠져나간다. 램프(32)의 리딩 에지(leading edge, 44)는 유입구(30) 근처에 위치될 수 있다.
본 발명은 현존하는 충전 웰들을 리모델링하기 위한 부품으로서 적용가능하기 때문에, 도 2로부터, 그 디자인은 유출구(38)를 위한 간격을 제공하고 용융 금속이 도 1의 드로스 웰 내로 흐르도록 허용하기 위하여 캐비티(36)를 올리는 내화 재료(refractory material)의 베이스 섹션(46)을 포함하는 것이 확인될 수 있다. 통상의 기술자들에 의해 인식되는 바과 같이, 재활용되는 금속 칩들은 충전 웰(16) 내의 멜트(48)의 표면상에 증착된다.
상기 설명은 종래 기술의 장치에 관한 것이지만, 그 안의 여러 특징들은 본 개시안에 동일하게 적용 가능하며, 그러므로 다음의 설명에도 동일하게 해당된다. 따라서, 상기 설명은 본 실시 예의 설명에 또한 포함된다.
로 턴오버를 증가시키기 위하여, 높은 RPM에서 용융 금속 펌프 부품(도 2)이 구동될 수 있다. 유사하게, 더 큰 흐름을 제공하는 큰 용융 금속 펌프가 사용될 수 있다. 그러나, 충전 웰(도 2의 16)은 그러한 증가된 용융 금속 흐름을 완전히 이용하지 않는 것으로 밝혀졌는데, 그 이유는 그 안에 형성되는 와류가 흐름을 제한하기 때문이다. 게다가, 펌프에 의한 용융 금속 출력의 충전 웰 내로의 흐름의 단순한 증가는 스크랩 침강을 향상시키지 않을 수도 있는데, 그 이유는 그 안에 형성되는 와류의 최적 형태를 변경시킬 수 있기 때문이다. 더욱이, 통상적인 로 구조에서의 공간 제약 때문에, 높은 펌프 처리량을 이용하기 위하여 큰 침강 볼(bowl)을 설치하도록 충전 웰 단면적을 증가시키기 위한 능력은 항상 가능한 선택이 아니다. 따라서, 본 개시안은 열화 와류를 형성하지 않고도 구동되기 위한 비교적 높은 용융 금속 펌프 RPM을 가능하게 하는 고유한 충전 웰 구조에 관한 것이다. 더욱이, 고유한 충전 웰 구조는 종래 디자인들에 비해 향상된 내충격과 내열을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
본 개시안의 충전 웰은 내열성 재질로 구성된 벽을 포함하는 상부 개방 챔버를 포함할 수 있다. 흑연 및 세라믹은 내열성 재료의 적합한 좋은 예들이다. 챔버는 측면 벽 또는 베이스 벽 내에 위치하고 펌프 웰과 유체 소통하는 유입구와 베이스 벽 내에 위치하고 드로스 웰과 유체 소통하는 유출구를 포함한다. 통상적으로, 챔버는 엘보(elbow) 및 측면 출구를 정의하는 내부 통로로 이어지면서 챔버 베이스 벽 내에 위치하는 유출구를 정의하는 내부 칼럼을 포함한다. 일반적으로, 챔버의 내부 형태는 바닥 또는 하부면 벽 유입구 및 내부 칼럼과 측면 벽 사이에 형성된 램프를 가지는 바닥 유출구로 설명될 수 있다.
이제 본 발명의 제1실시 예를 언급하면, 도 3 내지 도 6이 참조된다. 이 실시 예에서, 스크랩 용융 장치(100)는 기존의 충전 웰(예를 들어, 도 1의 충전 웰(16))의 면적과 비교하여 상대적으로 근접한 허용오차(tolerance)를 제공하기에 적합한 크기로 구성되는 내열성 재료의 블록(102)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 블록(102)은 알루미나-실리카(alumina-silica) 내화재 또는 당업계의 통상의 기술자에게 알려진 다른 캐스터블(castable) 내화재와 같은 경화성 재료(cured material)로 구성된다. 캐스트 바디(cast body)의 표면들은 열 처리 이전에 질화 붕소(boron nitride)로 처리될 수 있다.
블록(102)은 일반적으로 원통형 측면 벽(118), 램프(121)를 포함하는 베이스(120) 및 유출구(124) 및 유출구 덕트(125)로 이어지는 중앙에 위치한 캐비티(123)을 정의하는 내부 칼럼(122)을 갖는 챔버(116)를 포함한다. 내부 칼럼(122)은 베이스(120) 맞은 편에 단부 벽(126)을 가질 수 있다. 도시된 단부 벽(126)은 베이스(120) 위에 돌출되어 일정한 높이를 가진다. 그러나, 내부 칼럼(122)의 단부 벽(126)은 각각의 높이가 비교적 일정하도록 램프와 함께 위쪽을 향해 나선을 그릴 것으로 또한 예상된다. 램프(121)는 챔버(116)에 대하여 유입구(128)에 인접한 리딩 에지(127)에서 시작한다.
램프(121)은 측면 벽(118)과 맞물리는 제1에지(129)와 내부 칼럼(122)과 맞물리는 제2에지(131)를 포함한다. 오목한 작동 표면(130)은 장치의 기능을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 오목한 작동 표면(130)은 에지들(129 및 131) 사이에 형성된다. 오목한 작동 표면은 반드시 램프의 전체 범위에 걸쳐 연장될 필요는 없다. 오히려, 오목한 형태는 불연속(discontinuous)일 수 있다. 보다 구체적으로, 오목한 형태는 오로지 램프 나선의 최초 0 에서 180°, 최초 0 에서 270°, 최종 270°에서 360°또는 최종 90 에서 360°를 걸쳐 연장할 수 있을 것으로 예상된다. 비-오목 부분들은 평평하거나 볼록할 수 있다.
본 개시안의 추가적인 실시 예에 따르면, 내부 칼럼(122)은 둥근 내부 에지(133) 및 둥근 외부 에지(135) 중 하나 또는 모두를 포함하는 단부 벽(126)을 가질 수 있다. 바람직하게, 단부 벽의 둥근 에지들(133/135)은 보다 견고한 장치를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 게다가, 둥근 에지들은 내부 칼럼의 표면을 갈라지게 하거나 및/또는 깎아내는 큰 스크랩 조각들과의 직접적인 충돌 가능성을 최소화하는 챔버(116) 내의 표면 프로파일 및 그에 대응하는 용융 금속 흐름 프로파일을 제공한다. 유사하게, 둥근 에지들(133/135)를 포함하는 것은 장치를 열적으로 견고하게 만드는 것으로 밝혀졌다. 특히, 내화 재료의 날카로운 에지는 열 변형에 더 민감한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 둥근 에지(133/135)는 용융 금속에 노출될 때의 크래킹(cracking)에 대한 내성이 우수한 블록(102)을 제공한다.
램프(121)가 경사진다 해도, 일정한(costant) 경사(incline)에 의해 달성될 필요는 없다. 오히려, 램프(121)는 최초 180° 부분에 걸쳐 경사질 수 있고, 최종 약 120° 부분에 걸쳐 수평으로 남아 있을 수 있다. 유사하게, 본 발명은 충전 웰의 원주의 가급적 45°부터 360°를 커버하는 램프를 포함하는 것으로 의도된다. 그러나, 180°와 270°사이에 연장하는 램프가 통상적이다.
바람직하게, 오목한 램프와 칼럼의 둥근 단부 벽은 하이드로포일(hydrofoil) 형태를 형성한다. 하이드로포일 구조는 비교적 높은 펌프 RPM에서도 공기 유입을 차단하는 바람직한 와류의 형상을 허용하는 것으로 알려져 있다. 게다가, 와류는 바람직하게 그것이 유출구의 엘보부(elbow portion)에 도달하기 전에 소멸된다. 적어도 실질적으로 연속적인 굴곡진(curved) 표면이 존재하는 것이 유리할 수 있다. 보다 구체적으로, 측면 벽에 인접한 램프로부터 내부 칼럼의 내부 에지까지 연장하는 단면(cross-sectional surface)이 꼭짓점들을 갖지 않는 표면인 것이 바람직할 수 있다. 여기에서 사용된, 꼭짓점들의 부재(lack)는 단면 내 표면이 두 평면부(flat portions)가 교차하는 포인트를 가지고 있지 않음을 의미하는 것으로 의도된다. 일반적으로, 램프의 형상 및 칼럼의 상부 벽은 역 "S" 형태를 가질 수 있다.
본 디자인은 적어도 세 가지 중요한 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 특히, (i) 램프의 둥근 표면들 및 내부 칼럼은 용융 금속 내에 동반된 고체들(solids)과의 충격으로부터 파손에 덜 민감한 것으로 밝혀졌고, (ii) 램프의 두 둥근 표면 및 내부 칼럼은 열 변형에 덜 민감한 것으로 밝혀졌으며, 그리고 (iii) 램프 및 내부 칼럼의 하이드로포일 디자인들에 의해 형성된 유량(flow rate)은 특정 펌프 RPM에서 종래의 디자인들보다 더 높다.
다음의 예시들은 여기에 개시된 특정 실시 예로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니라, 본 발명의 설명을 용이하기 위해 제공된다.
실시예
워터 모델링
본 시스템의 워터 모델링 시험들은 성능을 시험하기 위해 수행되었다. 특히, 도 2("클래식(Classic)") 내에 도시된 타입의 침강 웰(submergence well)은 도 3 내지 도 7("저항(Resistant)")의 디자인들과 비교된다. 결과들은 동일한 펌프 스피드일 때 더 효과적인 와류가 저항 디자인에서 생성되는 것을 보여준다. 저항(Resistant) 대 클래식(Classic) 침강 웰에 의해 달성된 유량들의 시각적 설명들은 도 8에 있다.
저항(Resistant) LOTUSS
48" 볼(Bowl) ID를 가지는 J-50 펌프
23.5" 배스 깊이
파워 % 헤드(mm)* J-50 RPM J-50 압력
(*WG)		 J-50 유량
(gpm)		 미터 톤/분
20 3.00 76 3.5
40 5.50 121 5.0 510.8 4.64
60 9.75 173 8.5 796.7 7.24
80 19.00 237 18.5 1033.8 9.40
100 35.00 311 33.5
27.6" 배스 깊이
파워 % 헤드(mm)* J-50 RPM J-50 압력
(*WG)		 J-50 유량
(gpm)		 미터 톤/분
20 2.50 76 1.00
40 5.00 121 4.00 532.7 4.84
60 10.50 173 8.75 791.7 7.20
80 19.75 237 18.25 1037.9 9.44
100 넘침 311 23.00
33.5" 배스 깊이
파워 % 헤드(mm)* J-50 RPM J-50 압력
(*WG)		 J-50 유량
(gpm)		 미터 톤/분
20 2.0 76 1.00
40 5.5 121 4.00 532.7 4.84
60 10.5 173 8.75 791.7 7.20
80 20.5 237 18.25 1037.9 9.44
100 넘침 311 23.00
클래식(Classic) LOTUSS
48" 볼(Bowl) ID를 가지는 J-50 펌프
23.5" 배스 깊이
파워 % 헤드(mm)* J-50 RPM J-50 압력
(*WG)		 J-50 유량
(gpm)		 미터 톤/분
20 38 76 3.50
40 139 121 8.00 430.5 3.91
60 279 173 13.875 665.8 6.05
80 560 237 20.75 995.5 9.05
100 너무 많은 공기 311
27.6" 배스 깊이
파워 % 헤드(mm)* J-50 RPM J-50 압력
(*WG)		 J-50 유량
(gpm)		 미터 톤/분
20 32 76 2.50
40 127 121 6.25 480.0 4.36
60 279 173 16.25 584.3 5.31
80 508 237 26.50 884.3 8.04
100 공기 311
33.5" 배스 깊이
파워 % 헤드(mm)* J-50 RPM J-50 압력
(*WG)		 J-50 유량
(gpm)		 미터 톤/분
20 31 76 4.0
40 114 121 7.5 445.4 4.05
60 273 173 13.5 673.3 6.12
80 457 237 26.5 884.3 8.04
100 넘침 311
예시적인 실시 예는 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명되었다. 명백하게, 전술한 상세한 설명을 읽고 이해할 때 다른 사람들에게 변형들 및 변경들이 발생할 것이다. 첨부된 청구범위 또는 균등범위 내인 한, 예시적인 실시 예는 모든 이러한 변형들 및 변경들을 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.
10 : 알루미늄 재활용 로
12 : 허스
14 : 펌프 웰
16 : 충전 웰
18 : 드로스 웰
20 : 펌프
22 : 임펠러
24 ; 배스
26 : 유출구
28 : 통로
30 : 유입구
32 : 램프
34 : 내부 에지
36 : 캐비티
38 : 유출구
44 : 리딩 에지
48 : 멜트
100 : 스크랩 용해 장치
102 : 블록
116 : 챔버
118 : 측면 벽
120 : 베이스
121 : 램프
122 : 내부 칼럼
123 : 캐비티
124 : 유출구
125 : 유출구 덕트
126 : 단부 벽
127 : 리딩 에지
128 : 유입구
129 : 제1에지
130 : 작동 표면
131 : 제2에지
133 : 둥근 에지
135 : 둥근 에지

Claims (20)

  1. 내열성 재료로 된 측면 벽 및 베이스 벽을 포함하는 상부 개방 챔버,
    용융 금속을 받기 위한 상기 챔버의 측면 벽 또는 베이스 벽 내의 유입구,
    상기 챔버의 상기 베이스 내의 유출구, 및
    상기 챔버의 상기 측면 벽에 인접한 램프를 포함하며,
    상기 램프는 길이와 폭을 가지며, 상기 램프의 폭은 상기 측면 벽에 인접한 제1에지와 내부 제2에지에 의해 정의되고, 상기 제1에지와 제2에지 사이의 상기 램프의 표면은 상기 램프의 폭 방향으로 오목 표면인,
    금속 스크랩 침강 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 스크랩 침강 장치는 질화 붕소 처리된 흑연 또는 캐스트 세라믹(cast ceramic)으로 구성되는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오목 표면은 평평하거나 볼록한 램프 표면의 부분들에 의해 단절되어 불연속한,
    금속 스크랩 침강 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오목 표면은 상기 램프 표면의 0 에서 180 도, 0 에서 270 도, 270 도에서 360 도 및 90 에서 360 도 중의 하나에 걸쳐 연장하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    내부 칼럼은 상기 챔버 내에 캐비티를 형성하고,
    상기 램프의 상기 내부 제2에지는 상기 내부 칼럼과 교차하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 내부 칼럼은 상기 챔버의 베이스와 떨어진 단부 벽을 포함하고,
    상기 단부 벽은 적어도 하나의 둥근 에지를 포함하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단부 벽은 적어도 두 개의 둥근 에지들을 포함하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단부 벽의 상기 적어도 두 개의 둥근 에지들은 상기 램프의 볼록 부분에 인접하되 적어도 상기 베이스로부터 떨어진 램프 범위의 일 부분에 인접하고,
    상기 부분은 램프의 제1에지에서부터 상기 내부 칼럼의 내부 제2에지까지 연장하는 하이드로포일 형상의 표면을 제공하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 램프는 상기 챔버 원주의 45 도와 360 도 사이에 연장하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 램프는 수평 영역과 경사진 영역을 모두 포함하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 램프는 그 전체 범위에 걸쳐 볼록하고,
    상기 단부 벽은 상기 베이스로부터 떨어진 작동 표면이 실질적으로 연속되어 굴곡지도록 그 원주에 걸쳐 두 개의 둥근 에지들을 포함하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측면 벽과 상기 유출구 사이의 상기 램프의 표면의 적어도 일부분은 측면에서 바라볼 때를 기준으로 옆으로 누운 S 형태인,
    금속 스크랩 침강 장치.
  13. 내열성 재료로 구성된 벽을 포함하는 상부 개방 챔버,
    상기 챔버는 측면 벽 또는 베이스 벽 내의 유입구와 베이스 벽 내의 유출구를 포함하고,
    상기 챔버의 측면 벽과 인접하고 거기에서 위쪽으로 나선을 그리는 램프,
    상기 램프는 상기 측면 벽에서부터 상기 유출구를 정의하는 내부 칼럼까지 연장하며,
    상기 내부 칼럼은 상기 챔버 베이스 맞은 편에 배치되는 단부 벽을 포함하고,
    상기 단부 벽은 적어도 두 개의 둥근 에지를 가지는,
    스크랩 침강 장치.
  14. 삭제
  15. 내열성 재료의 측면 벽 및 베이스 벽을 포함하는 상부 개방 챔버,
    용융 금속을 받기 위한 상기 챔버의 측면 벽 또는 베이스 벽 내의 유입구,
    상기 챔버의 베이스 벽 내의 유출구, 및
    상기 챔버의 상기 측면 벽에서부터 상기 유출구를 정의하는 내부 칼럼까지 연장하는 램프를 포함하되,
    상기 램프는 상기 측면 벽에 인접한 제1에지 및 상기 내부 칼럼에 인접한 내부 제2에지를 포함하고,
    상기 제1 및 제2에지들 사이의 상기 램프의 작동 표면은 램프의 폭 방향으로 오목하며,
    상기 내부 칼럼은 상기 챔버 베이스 맞은 편에 배치되는 단부 벽을 포함하고,
    상기 단부 벽은 둥근 내부 및 외부 에지들을 포함하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 챔버의 수평 단면은 둥근 형태인,
    금속 스크랩 침강 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 측면 벽에 인접한 상기 램프의 제1에지에서부터 상기 내부 칼럼의 상기 내부 에지까지 연장하는 상기 장치의 표면의 단면은 꼭짓점들을 갖지 않는 작동 표면을 포함하는,
    금속 스크랩 침강 장치.
  18. 제1항의 상기 장치의 사용을 포함하는 금속 스크랩의 재활용 방법.
  19. 제13항의 상기 장치의 사용을 포함하는 금속 스크랩의 재활용 방법.
  20. 제15항의 상기 장치의 사용을 포함하는 금속 스크랩의 재활용 방법.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8337746B2 (en) 2007-06-21 2012-12-25 Cooper Paul V Transferring molten metal from one structure to another
US9156087B2 (en) 2007-06-21 2015-10-13 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Molten metal transfer system and rotor
US9410744B2 (en) 2010-05-12 2016-08-09 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Vessel transfer insert and system
US8524146B2 (en) 2009-08-07 2013-09-03 Paul V. Cooper Rotary degassers and components therefor
US10428821B2 (en) 2009-08-07 2019-10-01 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Quick submergence molten metal pump
US9108244B2 (en) 2009-09-09 2015-08-18 Paul V. Cooper Immersion heater for molten metal
US9903383B2 (en) 2013-03-13 2018-02-27 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Molten metal rotor with hardened top
US9011761B2 (en) 2013-03-14 2015-04-21 Paul V. Cooper Ladle with transfer conduit
US10052688B2 (en) 2013-03-15 2018-08-21 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Transfer pump launder system
US9481918B2 (en) * 2013-10-15 2016-11-01 Pyrotek, Inc. Impact resistant scrap submergence device
US10138892B2 (en) 2014-07-02 2018-11-27 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Rotor and rotor shaft for molten metal
US10947980B2 (en) 2015-02-02 2021-03-16 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Molten metal rotor with hardened blade tips
US10267314B2 (en) 2016-01-13 2019-04-23 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Tensioned support shaft and other molten metal devices
CA3034562A1 (en) 2016-08-29 2018-03-08 Pyrotek, Inc. Scrap submergence device
US11149747B2 (en) 2017-11-17 2021-10-19 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Tensioned support post and other molten metal devices
US11358217B2 (en) 2019-05-17 2022-06-14 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Method for melting solid metal
US11873845B2 (en) 2021-05-28 2024-01-16 Molten Metal Equipment Innovations, Llc Molten metal transfer device

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3955970A (en) 1974-04-08 1976-05-11 Aluminum Company Of America Continuous melting of aluminum scrap
US3873305A (en) 1974-04-08 1975-03-25 Aluminum Co Of America Method of melting particulate metal charge
US3984234A (en) 1975-05-19 1976-10-05 Aluminum Company Of America Method and apparatus for circulating a molten media
US3997336A (en) 1975-12-12 1976-12-14 Aluminum Company Of America Metal scrap melting system
US4128415A (en) 1977-12-09 1978-12-05 Aluminum Company Of America Aluminum scrap reclamation
US4286985A (en) 1980-03-31 1981-09-01 Aluminum Company Of America Vortex melting system
US4491474A (en) 1984-02-06 1985-01-01 Aluminum Company Of America Metal scrap recovery system
US4930986A (en) 1984-07-10 1990-06-05 The Carborundum Company Apparatus for immersing solids into fluids and moving fluids in a linear direction
US6036745A (en) 1997-01-17 2000-03-14 Metaullics Systems Co., L.P. Molten metal charge well
WO1999050466A1 (en) 1998-03-30 1999-10-07 Metaullics Systems Co., L.P. Metal scrap submergence system for scrap charging/melting well of furnace
US7455809B2 (en) 2003-06-30 2008-11-25 Pyrotek, Inc. Material submergence system
US7662335B2 (en) 2003-11-26 2010-02-16 Pyrotek, Inc. Metal scrap submergence apparatus
GB0821258D0 (en) * 2008-11-20 2008-12-31 Chalabi Rifat A Active reformer
US8449814B2 (en) * 2009-08-07 2013-05-28 Paul V. Cooper Systems and methods for melting scrap metal
PL2729748T3 (pl) * 2011-07-07 2019-06-28 Pyrotek Inc. Układ do zanurzania złomu
BR112014025614B1 (pt) * 2012-04-16 2020-07-28 Pyrotek, Inc dispositivo de submersão de sucata de metal
US9481918B2 (en) * 2013-10-15 2016-11-01 Pyrotek, Inc. Impact resistant scrap submergence device

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Publication number Publication date
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