KR19990044448A - 금속괴의 제조 - Google Patents

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KR19990044448A
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니콜라스 아드리안 바르차
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Abstract

물 스트림(18)의 방향과 실질적으로 같은 방향으로 또한 물 스트림의 속도와 실질적으로 같거나 다소 작은 속도에서 용융금속(10)을 물 스트림으로 도입하여 금속괴 또는 페블을 제조한다.

Description

금속괴의 제조
야금산업에 있어서는 제품을 일시적 냉각하고, 저장하며, 필요에따라 운반, 및 재용해하는 다수의 과정이 있다. 이와같은 제품을 여기서는 "재용해제품"(PFR : product for remelting)이라 정의한다.
보통 대부분의 PFR은 페로크로미늄(ferro-chromium), 페로망간(ferro-manganese), 페로니켈(ferro-nickel) 및 페로실리콘(ferro-silicon)과 같은 합금철로서, 이들은 특정한 형태의 강을 제조하는데 있어 그 합금원소로 사용된다. 이들 FPR을 제조하는 용광로는 종종 그 최종사용지로부터 지리적으로 떨어져 있다. 또한 사용되는 장소로부터 떨어진 곳에서 이와 유사하게 제조되는 것으로서는 알루미늄, 구리 및 아연, 그리고 이들의 합금을 들 수 있다. 따라서 이들 물질은 운반처리를 위해 액상으로부터 고상으로 변환할 필요가 있다.
같은 공장에서 생산되어 같은 공장에서 소비되는 형태의 PFR도 있다. 이러한 작업은 통상 유지보수를 위해 하류측 유니트의 제조라인이 중단되지만 상류측 유니트의 제조라인이 제조를 계속 지속할 경우 종종 발생한다. 상류측 유니트로부터 지속적으로 반송되는 고온의 금속은 하류측 유니트의 라인이 재가동될 때까지는 용융상태로 보관할 수는 없으므로 결과적으로 고상으로 변환하였다가 후에 재용해시키거나 합류시켜야한다. 이때의 PFR은 단계들 간의 공정을 완충해주는 일종의 버퍼 작용을 효과적으로 하게된다. 이러한 과정이 발생할 수 있는 공장의 예로는 통합적으로 철 및 강 제조작업을 하는 곳을 들 수 있는데 이 경우 용강로가 선철을 제조하면 이것을 강제조공장으로 반송하여 강으로 변환하며, 이후 주물이 된다. 그런데 여기서 강제조공장이 멈출 때 선철은 다른 곳으로 보내져야 하는 반면, 주물 공정이 멈출경우는 이와는 다른 방법으로 강을 취급할 수밖에 없다.
PFR을 취급하는 종래의 방법은 주로 다음과 같다.
베드 캐스팅(bed casting) 및 풀링(pooling)
여기서, 용융물질은 지면 상의 주형에 주입되고, 냉각후 필요한 치수의 금속괴로 형성된다. 여기서의 문제점은 불가피하게 어느 정도의 미세한 부스러기가 발생한다는 점이다.
캐스팅 스트랜드 및 "초코레이트 주형"을 포함하는 잉곳 캐스팅,
이 공정에서는 액상물질이 주형에 주입된다. 이들 주형은 독립적인 것일 수도 있고, 캐스팅 스트랜드(strand)로서 연속 루프에 결합된 것일 수도 있다. 이것은 상대적으로 고비용의 공정으로 많은 노동력과 신중한 작업을 요한다.
입상화
필수적으로 입상화공정은 용융물질의 스트림을 물분사에 의해서 분리하거나 일정 목표지점에서 분리하는 공정이 포함되며, 이후 용융물질은 물탱크로 낙하하게된다. 생산된 입자는 최종사용자가 필요로하는 것보다는 작은 경향이 있고 공정이 종료하였을 때 통상 습기를 지니고 있으나 손쉬운 기계적 조작을 하기에는 적합하다.
물론, 고온의 물질을 주조하는데는 또다른 많은 방법이 있으나, PFR에 대해 사소한 부분이 된다. 이러한 공정중 하나는 미소화과정으로서 이때 용융물질은 고압의 물 또는 가스분사에 의해 미세분말로 변환한다. 이 분말제품은 재용융하기에는 너무 미세하여 통상은 분말야금공정에 사용되어 전극을 용접하는데 사용되거나 광물정제를 위해 중액(重液)으로서 사용된다.
입자상의 종래형태
이 공정 중의 한과정에는 5 내지 15m/s의 속도로 강력한 물분사를하여 물질의 낙하류에 충돌시키는 것이 포함된다. 이러한 과정을 통해 물질을 약 1 내지 20mm 치수의 작은 낙하방울로 형성하며, 이 낙하방울은 수조에 떨어져 고체화된다. 또다른 방법의 과정으로서 용융물질의 스트림을 내화성 타켓으로 분쇄하여 약 25mm치수까지 다양한 크기의 낙하방울을 형성하여 수조에 낙하시킬 수도 있다. 전자의 공정은 소와덴코 공정(Showa Denko process)으로, 후자의 경우는 그랜쇼트 공정(Granshot process)으로 산업계에 널리 알려져 있다. 용재를 입자화하는데 사용되는 또다른 공법이 있는데 이 경우는 수직에 가까운 용융물질 스트림을 수평방향의 강력한 물분사를 통해 충돌시키고, 고속의 물이 흐르는 청정장소에서 혼압물을 거치게한다. 그리고 끝으로 쇼팅 탑으로 알려진 장치에서 약 45m 정도 공기를 통과하면서 낙하시켜 리드 쇼트(lead shot)를 제조한다. 이 결과 생성되는 낙하방울은 통상 직경이 1mm 또는 2mm 정도 이며, 공기를 통과하는 중에 고체화된다.
전술한 공정에서 사용되는 기술은 현재 이미 공지화되어 있으며, 그 예로서는 1975년 미합중국특허 제3888956호서 특허된 그랜쇼트 공정을 들 수 있다. 그러나, 보다 최근에 특허된 것으로 상기 기술을 변형한 예도 있다. 예를들어 남아프리카 공화국 특허 ZA 90/4005A는 그랜쇼트 공정을 더욱 발전시킨 것으로서 여기서는 용융금속이 청정장치와 같은 형상의 내화재 타켓으로 돌진한 후 물탱크로 들어간다. 이 타켓의 출구는 여전히 물의 표면에 가까이 위치하고, 탱크 내의 물은 적절하게 정적인 상태를 유지하며, 0.1m/s 이하의 부드럽고 균일한 스트림이 침전된 금속스트림에 직각으로 흐른다.
미합중국특허 제4192673호는 페로니켈의 입자문제를 기술하고 있으며, 이 페로니켈은 입자화공정 중에 주름진 형상을 나타내는데 그 이유는 철합금이 냉각되는 중에 일산화탄소(CO)가스가 발생하기 때문이다. 이들 발명자는 특별히는 알루미늄, 그 밖에도 페로 실리콘, 페로 망간 등과 같은 탈산화제의 첨가를 통해 방지할 수 있다고 주장하였다.
용재의 입자화에 관한 새로운 개선방법의 예를 미합중국특허 제4374645호에서 찾아볼 수 있다. 여기서, 용융용재는 먼저 고속의 온수와 접촉하여 분쇄되고, 이후 보다 느린 냉각수 스트림으로 낙하한다.
다음은 이들 선행 기술에 대한 주요 문제점에 관한 것이다.
베드 캐스팅 및 주형 캐스팅 공정은 캐스팅 작업 부근에 많은 노동력을 요한다. 철, 강, 철합금 제조에 이용되는 특히 다량의 용융금속은 아주 위험한 점을 가지고 있다.
공기에 고온의 금속을 노출시킬 경우 종종 연무를 발생시킨다. 따라서 고온의 금속을 담은 거대한 풀은 바람직한 정도를 넘는 수준의 주변오염과 관련이 있다.
앞서 언급한 바와같이, 주조합금괴를 분쇄하는 공정은 상업적인 가치가 떨어지는 부수러기를 생성하게 된다. 입상화공정은 부수러기 문제를 감소시키지만 종래의 공정에 의해 제조된 입자치수는 최종 사용자가 적합하다고 하는 정도보다는 작다.
입자공정은 종종 "콘 플레이크(corn flakes)"를 생성하며, 이것은 보플형 종이와 같은 입자로서 정상적인 입자는 아니다. 이들은 결과적으로 보다 작은 입자로 파손될 수 있고, 그러면 이것은 캐스팅에서와 같은 부수러기와 유사한 문제를 발생할 수 있다.
종래의 입자공정은 종종 폭발을 발생하기 쉬우며, 대량의 뜨거운 금속의 수집과 종종 관련이 있다.
입자물질은 입상화장치로부터 나올 때 통상 습기를 가지고 있으며, 이 습기는 물질이 사용될 때 문제를 일으키므로 통상 건조과정을 거쳐야한다.
대부분의 사용자는 약 20-100mm 치수 범위의 페로합금괴를 선호한다. 이 치수범위의 괴는 일반적인 용융금속조(槽)를 덮고 있는 용재층을 통과하여 신속하게 낙하하는 것으로 알려져 있다. 또한 물질은 종래의 물질처리시스템을 통해 쉽게 이송되고 또한 쉽게 건조되어야할 필요가 있다. 종래의 입상물질은 쉽게 이송은 되지만 입자가 너무 작은 경향이 있다. 파쇄된 캐스트 철합금괴는 치수요구조건을 충족시킬 수도 있지만 부수러기 형태의 피할 수 없는 손실이 있다. 일부 사용자는 파쇄물질형태 보다는 입자형상을 더 선호한다. 그러나 중요한 결함없이 사용자가 바라는 형상 및 치수를 갖는 입상물질을 생산하는 종래기술은 없는 실정이다.
따라서, 다른 노력에도 불구하고 파손을 동반하지 않고 최종사용자가 받아들일 수 있는 정도의 치수 및 형태의 괴로서 용융금속을 직접 고형화에 의해 고체편으로 변환하는 신뢰성있고, 안전하고, 편리하며, 값싼 공정에 대한 특별한 욕구가 있다. 이들 괴는 구형 또는 비스켓 형이 바람직하며, 그 최대치수는 통상 20 - 100mm 이다. 이와같은 요구외에도 이들 괴는 부수러기를 증대시키지 않고 저장, 운송, 취급의 어려움을 이상적으로 극복할 수 있다. 이러한 괴를 생산하는 기술은 종래의 기술에 비해 위험하지도 않고, 많은 노동력 및 유지보수도 요하지 않는다. 과도한 양의 불순물을 철합금에 유입하여서는 안될 필요가 명백히 있으며, 이 공정은 또한 특히 종래의 방법에 대해 구축 및 동작이 단순해야한다.
본 발명은 금속용액으로부터 금속괴를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발며은 특히 철, 강, 용재(鎔滓), 합금철, 그 밖의 금속 및 이들의 합금을 비스켓형 금속괴로 주조하는 것에 관한 것으로서, 여기서 이 금속괴의 최대치수는 20-100mm 정도이다. 이들 금속괴는 종래의 입상화 방식으로 제조된 것 보다는 현저히 크다. 여기서 문맥의 전후에 따라 사용되는 "금속" 또는 "물질"은 실질적으로 금속공정을 통해 생산되는 순수금속, 금속합금 및 용재를 나타낸다.
도 1 - 본 발명의 장치에 사용되는 통로의 여러 가지 측단면도를 나타낸다.
도 2 - 15℃의 물에서 담금질된 용융 페로크로미늄의 반구형 괴 내에서 산출된 온도곡선을 나타낸다.
도 3 - 본 발명의 장치의 개략 측면도로서, 병행류 주사 및 최소 속도 오차를 나타낸다.
도 4 - 본 발명을 이용할 때 생성되는 무늬치수의 상대비를 나타내는 파이도.
도 5 - 본발명의 원리를 이용한 실험실 규모의 장치로 생성된 무늬의 사진도.
도 6 - 본 발명에 따라 상업용 규모로 무늬를 생성하기 위한 장치의 예를 나타내는 도면.
본 발명은 첫째 냉각유체의 안정된 스트림 속에 병류형태로 용융금속 스트림이 도입되는 금속괴 또는 페블의 제조방법을 제공한다(즉 금속 스트림는 냉각유체 스트림의 방향과 실질적으로 같은 방향으로 금속 스트림이 도입된다. 혼합물은 가능하다면 통로에 담기는 것이 바람직하며 금속과 냉각 스트림 사이에는 작은 범위로 속도의 불일치를 제어를 통해 이루고 있다. 큰괴의 고체물질을 제조하기 위해서는 이 속도 불일치를 5m/s 이하 바람직하게는 2m/s 이하로 하는 것이 바람직하다. 금속 스트림 및 유체 스트림은 엽편상구조(lamellar) 및 안정형으로 형성할 수도 있다. 여기서 "금속괴" 및 "페블"은 동의어로 혼용한다.
상기 냉각유체가
물,
유기 또는 무기유체,
슬러리(예를들어 밀도높은 매체, 흑연 또는 기타 다른 미세물질의 서스펜션),
에멀젼 또는 염(예를들어 소금물)을 함유한 용액, 계면활성제 또는 (유기 또는 무기)용액,
미세한 고체입자의 유동상(流動床),
으로부터 선택될 수 있다.
냉각유체의 주요 특성에는 밀도, 끓는점, 열용량, 열전이능력, 점성도, 고온의 금속괴의 표면과의 화학적 반응성을 들 수 있다. 물은 그 이용가능성, 청정성, 열용량 때문에 일반적으로 선호하는 매체이지만 다른 액체나 혼합물질이 필요에 따라 사용될 수도 있다. 예를들어 용해성 염을 물에 첨가하여 끊는 점을 높일 수도 있고 고온의 금속 또는 용재로부터의 열을 전이하는 능력을 증대시킬 수도 있다. 또한 물 베이스된 슬러리, 예를들어 믈속에 페로실리콘, 마그네타이트, 또는 흑연 분말을 첨가한 혼합물의 경우 물의 밀도 및 점성도를 변경할 수 있다. 3.5g/cm3크기의 밀도를 페로실리콘 분말의 첨가로 얻을 수 있다. 고체성 금속괴와 통로의 바닥 사이의 윤활성을 개선할 수 있고, 또한 냉각제의 산소 포텐셜을 변화시킬 수 있다. 또한 이소프로필 알콜과 같은 높은 도수의 알콜을 첨가하여서도 냉각제의 산소포텐셜을 변화시킬 수 있다. 아질산염을 첨가하여 필요에따라 시스템의 산화를 저하시킬 수도 있고 역으로 아질산염을 첨가하여 환원작용을 촉진할 수 있다. 특별히 고가의 금속의 경우 오일 또는 실리콘 베이스된 액체와 같은 유기액체를 냉각제로 사용하는 것이 바람직하다. 계면활성제, 산화제, 또는 환원제 , 고온의 금속괴와 냉각제 간의 표면 화학반응을 변경할 수 있는 추적자 화학제를 첨가하는 것 또한 바람직하다. 어느 유동상(流動床)은 초고밀도 상태를 제공할 수 있다.
유체는 지지되지 않고 자유낙하할 수도 있다. 이 경우의 공정에는 유체 스트림에 금속을 병류로 도입해야하며, 이 공정은 소와덴코의 입상화공정과는 다른 점이 있는데 이 소와덴코의 경우는 수직으로 흐르는 금속 스트림이 급속하게 흐르는 수평유체에 의해 분산된다.
이와는 달리 유체 스트림은 적절한 구조체에 의해 소정의 이동로, 즉 통로(flume)를 따라 이동하도록 안내될 수도 있다. 유체의 스트림을 안내하기 위한 구조체를 사용할 경우 이 구조체의 경사도, 길이 형상 등을 필요에 따라 변경하면 용융금속 스트림이 구조체에서 미끄럼이동하면서 유체 스트림에 잠수할 수 있고, 동시에 금속괴의 적절한 냉각 및 그 형상제어를 확실하게 확보할 수 있다.
제품의 형상은 통로의 채널 형상에 의해 어느 정도 조절될 수 있다. 통로의 바닥에 다수의 병렬채널이 배치되면, 효과적으로 다수의 고온 금속 스트림이 동시에 통과할 수 있게된다.
금속괴 형상에 대해 온라인식 검사를 하여 용융금속이 공급되는 툰디쉬의 위치를 피드백 시스템으로 제어할 수도 있다.
통로를 보다 다양한 형태로 구성할 수도 있다. 일예로서 상대적으로 높은 경사도의 일차영역과 실질적으로 직선에 가까운 상대적으로 낮은 경사도의 이차영역을 가지도록 통로를 구성할 수도 있다. 이 일차영역에서의 곡률반경은 냉각유체와 금속 스트림의 궤도가 일치하여 금속 스트림의 유효 수직가속력이 통상의 중력에 의한 가속력 이하로 감소하도록 형성할 수 있다. 이러한 조건하에서 금속 스트림은 자유낙하상태에 근접하거나 그 이상으로 하향 가속할 수 있다. 이와는 달리 통로를 그 필요에 따라 어떠한 경사도도 가질수 있는 직선통로로 구성할 수도 있다. 또한 통로의 일정영역을 따라 기복을 갖는 구성도 또한 한 방법이다. 또다른 방법으로서 평면도로 볼 때 통로가 직선이 되거나 예를들어 나선통로와 같이 곡선통로로 형성할 수도 있으며, 최적의 형태는 각각의 물질형태에 따라 결정될 것이다.
산출물로서의 페블은 유체 스트림용 지지체의 단면 프로필, 금속 스트림의 온도가 액화온도를 초과하는 양, 냉각유체에 대한 또는 지지구조체의 바닥에 대한 금속 스트림의 포집각도, 액체 스트림의 온도 및 조성물, 냉각유체 또는 금속 스트림의 유량, 또는 이들 모두의 유량, 냉각유체 및 금속 내의 고유교류(攪流)패턴 중 한가지 이상을 변화시켜 금속괴의 가로세로비, 형상, 치수를 제어할 수 있다.
본 발명의 한 요지는 금속괴가 냉각유체에 의해 냉각된 후 충돌이 발생하기 전에 충분한 두께로 고형화되어야 그 형상의 왜곡을 피할 수 있다는 것이다. 충분히 고형화에 필요한 시간은 다수의 파라메터의 함수가 된다. 이 파라메터에는 금속괴로부터의 열전이속도, 제거하는데 필요한 에너지양, 냉각유체와의 접촉시간, 냉각유체의 종류, 금속괴의 형상 및 치수, 상승온도에서의 금속괴의 열특성, 액체금속괴의 표면장력이 포함된다. 유체 스트림으로부터 금속을 분리시킬 때 금속으로부터 충분한 열을 전이시킬 정도로 충분히 오래동안 금속 스트림을 유체 스트림에 담그는 것이 중요하다.
냉각유체로부터 유지 또는 수집탱크 또는 체인불받이 또는 진동 데크(deck)와 같은 유체/금속분리기로 금속괴를 방출함으로써 유체 스트림으로부터 금속의 분리가 이루어진다. 이러한 구성에 의해 강고하지만 고온의 금속괴물질이 쌓이는 현상이 발생하지 않으며, 이것은 증기 또는 수소폭발을 방지하기위해서는 필요한 조치이다.
연속 불받이 콘베이어와 유사한 장치 또는 진동콘베이어 등의 장치를 이용하여 금속편을 제거할 수도 있다. 용해가능물질이 유체의 일부를 형성할 경우 스프레이 및 세척소가 이 단계에서 사용될 수 있다.
분리작업후 추가로 물질을 냉각하여 편리한 저장소로 이동하거나 표준장치로 이동시켜 금속괴를 차단하거나 분류할 수도 있다. 또, 금속괴를 이동시키면서 냉각시키는 수단을 구비할 수도 있다. 예를들어 불받이 컨베이어와 같은 내열컨베이어에 금속괴를 수집하거나 배치하여 이 금속괴로 송풍되는 공기에 의해 건조를 시킬 수도 있다.
본 발명은 또한 냉각유체 스트림을 생성하고, 용융금속 스트림을 실질적으로 병류형태로 냉각제 스트림에 도입하는 장치를 제공한다.
또한, 냉각제 및 금속 스트림의 유량을 변경시키는 장치도 구비할 수 있다. 예를들어 가변속펌프, 또는 제어밸브를 이용하여 냉각제의 속도 및 유량을 가변할 수도 있다.
용융금속의 유량 대 냉각제 유량 비 범위를 1:5 내지 1:15로 하며, 통상적으로는 질량기준으로 1:10으로 하는 것이 바람직하다.
적절한방법, 예를들어 유체 스트림으로 금속괴를 방출하는 위치에 있는 툰디쉬의 선두금속을 변화시켜 금속 스트림의 유량을 제어할 수 있다. 방출동작동안 또는 방출동작전에 꼬깔형 플러그를 이용하여 툰디쉬의 출구단변을 변화시켜 금속 스트림의 속도 및 유량을 변화시킬 수 있다. 금속 스트림이 최적위치 및 최적각도로 냉각제에 낙하하도록 수평 또는 수직면으로 이동가능하게 시켜 툰디쉬의 위치를 조절할 수 있다. 본 발명의 장치에는 쇳물독으로부터 툰디쉬로 금속을 방출하고 금 속의 유량을 조절하는 경사기구를 포함시킬 수 있다. 과다 금속에 따른 비상범람 또한 금속유량을 조절하는 작업의 일부이다.
본 발명에 따른 장치는 적절한 기하학적 분출공를 포함하여 툰디쉬로부터 적절한 속도 및 경사도로 금속를 유도한다.
냉각제는 불가피하게 교류(攪流)를 형성할 수밖에 없는데 그 이유는 높은 레이놀즈 수(Reynolds number) 때문이며, 이 교류를 적절히 통제해야 원활하고 안정되게 흐를 수 있으며, 금속괴의 형상 및 치수에 영향을 주기 때문에 과도한 교류는 피해야한다. 이러한 특성을 얻기위해 본 발명의 장치는 냉각제가 공급되는 정지요부와 정지요부로부터 통로를 통과하여 넘치는 둑을 포함한다. 금속이 가해지기 전의 1차영역을 이용하여 과도한 교류가 분산되도록 한다. 전력이 차단될 경우 소정의 기간동안 냉각제가 연속공급되도록 하는 헤더탱크를 구비할 수도 있다. 유체에서 열이 분산되므로 유체를 냉각하는 장비가 필요하게된다.
이론적 분석
본 발명은 물과같은 냉각용액에 접촉하는 용융금속 방울 또는 용재 방울에 작용하는 공정의 이론적 분석의 결과로서 제안되었다. 따라서, 본 발명이 실현될 수 있도록 한 이론적 배경을 간략하게 설명한다.
입상화공정의 결과로 나타낸 괴의 치수는 고형과되는 동안 액체금속을 취급하는 방법에 따라 결정된다. 이러한 공정 중에 괴의 형상에 영향을 주는 다수의 힘이 있으며, 결과적인 치수 및 형상은 이들 힘이 괴에 가해지는 방법 및 그 정도에 의해 결정된다. 이들 관련 힘은 다음과 같다.
표면장력 : 표면장력은 괴를 볼형상으로 지탱하려고하지만 상대적으로 그 힘은 작다. 이것은 액체상태에서 큰 괴를 함께 유지하는데 의존하는 주요힘이다.
유체역학적 견인력 : 유체를 통해 이동하는 어떠한 물체도 견인력을 경험한다. 냉각제를 추종하는 액체금속 방울의 경우 견인력은 표면을 벗겨내어 방울을 해체시키는 경향이 있다.
운동력 : 액체금속 또는 냉각제의 스트림은 관성 때문에 그 운동을 지속하려는 경향이 있다. 표면에 가해지는 액체 스트림은 평편해지면서 퍼지며, 구체 또는 방울이 된다. 액체 방울내에 강력한 흐름이 있는 경우에도 구체를 파손할 수 있다.
중력 및 격납힘 : 중력은 방울에 작용하는 다른 힘에 비해 상대적으로 강하며, 특히 상대적으로 짧은 거리에서 다른 힘에 의해 파손될 수 있는 정도의 속도로 방울을 가속화할 수 있다. 중력은 또한 용기에 유지되는 액체가 용기의 형상을 취하도록 한다. 그러나 액체가 용기 바닥의 물질을 적시지 않으면 액체는 중력에 의해 평탄하게 되는 동시에 표면장력에 의해 볼형상으로 된다.
마찰력 : 채널에 미끄러져 떨어지는 금속괴는 채널 바닥에 대해 마찰력을 경험한다. 괴가 부분적으로만 고형화되는 경우 이 마찰력은 괴의 형상을 왜곡시키거나 괴를 파열에 의해 분리시키기에 충분한 마찰력을 갖는다.
본 발명은 다른 입자로 형성되는 상대적으로 작은 괴 대신에 보다 큰 금속괴 또는 용재괴를 형성하도록 상기 힘들의 조합을 이용하는데 그 근간을 두고 있다.
예를들어 고온의 금속 스트림을 물에 간단히 주입하는 것 보다는 상대적으로 더욱 안전한 조건하에서 큰 금속괴가 형성되어야 한다. 이러한 목적을 얻기위해서는 표면장력을 초과하는 견인력 또는 운동력을 고온의 액체금속 스트림에 가해야한다. 둘째, 스트림은 원하는 치수 및 형상으로 분리되어야 한다. 끝으로, 방울은 충분히 고형화될 때까지 어떠한 형태의 과도한 힘도 받아서는 안된다.
유한요소법에 의해 개별 방울을 형성하는데 대한 모델링 및 시뮬레이션은 거의 불가능한데 그 이유는 이 공정이 필연적으로 임의적인 성격(random)을 갖는다는 점 때문이다. 그러나, 기초기구에 의한 정량분석은 어느 정도의 분석기반을 제공할 수 있고, 치수분석 및 자유에너지 분석같은 다른 접근 방법도 있다. 다음의 분석방법은 이러한 개념을 이용하고 있다. 표면장력과 견인력, 특정 순간에 통로에 채워진 물질량, 금속 스트림 또는 용재 스트림에 부여된 역학에너지들 간의 상호작용에 의해 원하는 일련의 방울로 금속 스트림을 분쇄할 수 있음을 보여준다. 이하 설명하는 관찰결과는 물모델에 의해 증명된다.
견인력 대 표면장력 비
유체를 이동하는 반구형 방울을 고려할 때 견인력은 다음식과 같다.
(1)
방울의 2개의 절반부를 함께 유지하는 표면장력은 다음식으로 나타낼 수 있다.
(2)
식중
CD는 견인계수(무차원)
γ 는 방울의 반경(m)
ρ 는 방울을 둘러싸는 유체의 밀도(Kg/m3)
ν 는 유체에 대한 방울의 속도(m/s)
σ 는 유체과 접하는 방울의 표면장력(N/m)
이 힘들의 비는 다음과 같다.
(3)
식3의 제1괄호는 기하학적인 상수이다. 따라서 직접적으로 실무에 적용되는 중요한 항은 제2괄호로서 여기서는 방울수 Nblob로 정의할 수 있다.
무차원 수를 웨버수라고도 칭하지만 웨버수에 대한 다른 정의도 있는바처럼 혼동을 피하기 위해 "방울수"라는 명칭을 사용한다.
Nblob가 특정한 임계값을 초과할 때 방울은 파열된다. 역으로 방울은 방울번호가 임계값 이하로 있는한 원래상태를 보존한다. 식4에 있어서 파라메터 σ 및 ρ는 방울의 특질에만 의존하며, 방울의 치수 즉 γ도 소정의 치수를 갖는다. 따라서 ν만이 임계값 아래서 방울수를 유지한다. 또 속도ν가 상승할 때 치수 γ은 하향하며, 이것은 실질적으로 큰 괴를 얻기 위해서는 유체속도와 방울의 속도가 상대적으로 유사하도록 유지되어야 한다는 것을 의미한다. 고온의 금속 스트림과 물 스트림을 함께 유사한 속도로 유지하여 이와같은 결과를 얻는 점에서 종래기술과 차이가 있다.
고온의 금속 스트림에 대한 분열
통로내의 액체금속리본은 자유에너지에 의해 결정되는 특징을 가지고 있으며, 이 자유에너지는 표면에너지 및 포텐셜에너지의 합력이다. 그러나, 어떤 경우 이 리본은 자연스럽게 방울로 분쇄되 때 낮은 자유에너지를 얻을 수 있다. 단위길이 당 특정 질량(Kg/m)에서 상기 스트림에 대한 최소자유에너지가 있음을 증명할 수 있으며, 이것을 여기서 임계부하라 칭한다. 이 임계부하에서 액체금속리본은 연속리본으로 존재하고 방울로 분쇄되지 않는데 그 이유는 자유에너지가 최소가 되어 더 이상 낮아지지 않기 때문이다. 리본이 임계부하 보다 낮은 단위길이당 질량으로 출발할 경우 잔류자유에너지는 자발적으로 시스템을 구동하여 리본을 조각(section)으로 분리시키며, 그 결과 각 조각 내에서 단위길이당 질량은 임계부하와 근사하게된다. 역으로 임계부하보다 길이당 질량이 클 경우 과도질량은 리본의 종단을 지나 흐르려하며, 그 결과 임계부하로 환원된다.
실질적으로 이것은 임계값 바로 아래에서 부하를 생성하는 고온금속의 스트림으로 장치가 운전되어야하며, 그 결과로 리본이 분쇄될 수 있는 것을 의미한다. 철, 강, 철합금, 기타 유사표면장력 및 밀도를 갖는 물질에 대해서 전형적으로 설계된 통로에서는 이 임계부하가 약 1.5Kg/m 정도인 것을 산출할 수 있으며, 그러나 이 값은 표면장력, 밀도, 통로의 곡률반경과 같이 가변할 수 있는 파라메터에 의존하는 것이긴 하다. 예를들어 금속속도가 2.0m/s정도일 경우 절대 최대 산출값은 1.5Kg/m × 2.0m/s = 3.0 Kg/s 이다.
운동력
표면장력이 상대적으로 약하므로 전형적인 역학에너지 및 포텐셜에너지와 비교할 때 표면에너지는 상대적으로 작다. 따라서, 큰 액체금속방울이 어느정도 큰 양으로 표면에 떨어질 때 튀기는 경향이 있어 보다 작은 방울로 분리된다.
전형적인 비교값은 다음과 같다. 0.003/m2의 표면적에 0.1Kg의 방울을 고려하여 표면장력이 1.0 N/m 이면, 단위질량당 표면에너지는 0.03J/Kg(0.003 m2× 1.0N/m ÷ 0.1Kg으로부터 산출됨)이며, 이러한 요구에 일치하는 방울의 운동에너지는 불과 약 0.25m/s(√(2×0.03J/Kg))이다. 또한 이 식은 포텐셜에너지로 등식화하는데는 단지 3mm(0.03J/Kg÷9.8m/s2로 산출됨)의 증가만을 요한다. 모든 방울의 포텐셜에너지 또는 역학에너지가 표면에너지를 극복하는 것은 아니지만 이들 값으로부터 우리는 고온의 액체금속을 물 스트림 속에 아주 느리게 유입시켜야하는 이유로서는 명백한 증거가되며, 특히 상호 유사한 속도의 동반흐름을 주위깊게 행하는 한편 고온의 금속 스트림이 물과 접하기 전에 이 금속 스트림을 너무 빨리 하강시켜서는 안된다는 증거가된다.
과도열장(transient thermal field)(過渡熱場)의 산출
이상의 설명은 방울이 고형화될 때까지는 다른 외력을 받아서는 안되는 이유를 설명하였다. 이번에는 방울이 고형화되기 전에 냉각제에서 머물러야하는 시간의 길이에 대하여 설명한다. 이 파라메터는 통로의 길이를 조절한다. 이 정보는 정밀측정이 곤란하므로 그 온도분포도를 산출한다.
구면과 평판면을 통과하는 과도열흐름에 대한 공지의 해결책이 공지의 열역학적 데이터 및 주문형 컴퓨터시스템과 함께 사용하여 이루어지고 있다. 비오(Biot)수 NBi로 알려진 무차원수를 측정하면 액체 철합금의 체적 내의 온도변화도가 금속괴와 환경 간의 변화도보다 작다는 것을 알 수 있으며, 이것에 의해 온도를 산출하는데 일련의 해결책이 요구된다. 입상의 경우에 대한 열전이를 계산하는데 가장 관련이 깊은 부분을 제1 시간(수초)에 가한다. 합리적인 정밀성을 위해서는 80항목의 일련의 산출이 요구된다.
이러한 산출결과를 얻기위해 필요로하는 물리적인 파라메터가 표1에 표시되었다. 이들 값은 사서를 통해 얻을 수 있으며, 생하수 열량계 및 열전이 실험을 통해 교차점검이 가능하다.
표1 : 페로크로미늄의 원형면 및 평탄면 내에서 그 열분포를 모델화하는데 사용되는 데이터
특성 값
용융온도, ℃ 1600
액화온도, ℃ 1560
고화온도, ℃ 1500
유체온도, ℃ 15
복사율 0.2 내지 0.4
열전도성, W/m/k 20(기포) 내지 50(고체)
유효 열용량*, J/kg/k 838
1500℃, kg/m3에서의 밀도 6600
공기 내의 hc, W/m2/K 5(정적 공기) 내지 80(가압공기)
물 속의 hc(피막 끊음), W/m2/K 300 내지 600
복사점 h, W/m2/K 90 내지 200
합성 h, W/m2/K 650 내지 850
* 고체화의 잠열을 포함함
용융철합금 방울로부터의 열전이는 초기에 대류와 복사의 합성으로 시작되지만 분명한 분석적 표현을 위해서는 경계층을 통과하는 대류열전이 만을 고려한다. 그럼에도 불구하고 아주 높은 고온의 금속 또는 용재의 경우에는 복사열전이도 중요하므로 등가 열전이계수 hr의 형태로 설명하였다. 여기서 hr = σ.ε.(Ts+ Ta)(Ts 2+ Ta 2), 식중 σ는 스테판-볼츠만 상수, ε는 금속의 복사율을 각각 나타낸다.
대기에 전이된 열의 총량은 근사적으로 다음과 같다.
금속이 충분히 고형화되어 충격변형(이것에 대해서는 후술함)을 견딜 수 있을 정도가 될 때의 온도와 함께 열전이를 산출하며, 그 결과 원하는 형상으로 안정화하는데 필요한 시간이 산출되고 이어서 통로의 원하는 길이가 산출된다.
고형화를 확립하는데 필용한 온도의 결정
금속은 액화온도 이상에서는 전단응력을 견딜 수 없고 고화온도 이하에서만 고체화된다는 것을 가정할 수 있다. 따라서, 명백히 고화되는 금속방울이 강고해지는 임계온도는 액화온도 및 고화온도 사이의 어느 점에 위치한다.
액화온도 및 고화온도의 정밀한 값은 페블 캐스팅공정에 영향을 주며, 실험에 사용되는 물질에 대한 관련온도는 상(相) 다이어그램에 의해 결정되고, 어느 경우에는 시차열분석(示差熱分析)(DTA : differential thermal analysis)에 의해 확정된다.
강고함이 확정되는 온도는 합금이 어떻게 고형화되는가에 달려있으며, 이것에 대해서는 도2를 참조한다. 충진 크롬의 경우 큰비율의 내화성 Cr7C3니들(niddle)이 상당한 양으로 또한 액화온도로부터 액화온도 이하 약 50℃ 범위의 온도에서 급속이 형성된다. 이들 니들은 후의 관련성여부를 확인하기위한 금속조직시험에서 관찰되었다. 약 1200℃에서 최종잔류 액체가 고형화되었음에도 불구하고 일부 충진크롬 덩어리는 약 1500℃에서 이미 강고한 상태가 되었다. 다른 금속에서도 다른 온도범위에서는 유사한 결과가 관찰되리라 예상한다.
여러 가지 치수의 방울이 강고해지는 임계시간의 결정
액체물질의 방울이 강고해지는데 걸리는 시간은 열전이율, 방울의 치수 및 형상, 고형화를 위한 매체의 온도 및 조성물 등의 인자수에 의해 결정된다. 전술한 바와같이 여러 가지 다양한 냉각용 액체가 사용될 수 있다. 이러한 사실을 확인하기 위해 다음의 산출과정에서는 1500℃에서의 물질표면이 구면중심에 대하여 거리로 약 20% 확장될 때 고탄소 페로크로미늄의 구면에서 강고성이 얻어지는 것을 가정한다. 다른 물질에 대해서도 유사한 계산이 가능하다.
10mm직경의 방울의 경우는 공기 내에서 고형화하는데 실용성이 없는 정도의 긴 시간이 걸리는 것을 보여준다. 그러나, 물이 담금질용 매체가 될 때 1초이하에서 방울이 효율적으로 강고해진다. 이 작업에서 약 20 내지 100mm 의 치수특성을 갖는 페블을 생성하는 것이 바람직한데 그 이유는 방울이 강고해지기 전에 2.5 내지 3.5초 동안 물과 같은 매체에 의해 열이 추출되어야하기 때문이다.
실질적용
여러 가지 구성의 장치를 실험하였다. 2m 길이의 통로는 더무 짧아서 액체상태의 방울을 배출하였다. 10m 통로는 고체물질을 생성하였다. 채널에 대하여 3개의 곡률반경, 즉 50mm, 75mm, 100mm를 사용하였다. 3개중 가장 작은 곡률반경의 경우 폭이 좁은 방울을 생성하였고, 가장 큰 곡률반경의 경우는 금속 스트림이 측면으로 구불구불하게 흐르면서 채널의 측벽과 충돌함에따라 너무 납작해졌다.
채널 내의 유량은 분석이 용이하였다. 통로아래로 흐르는 물의 속도는 유량, 경사도, 액압반경에 의존한다. 도 3 및 도 6에 나타낸 본 발명의 장치에 있어서 물의 속도는 약 시간당 2 -3 m 정도이고, 7분의 1에서 13분의 1의 경사도, 채널당, 시간당 약 10-25리터의 유량을 갖는다. 가파른 경사도는 과도한 교류(攪流)를 생성하여 방울의 형상에 악영향을 준다. 낮은 경사도 및 낮은 유속의 경우는 방울이 통로에 고착되는 경우가 발생하였다. 모든 경우에 있어서 약 2미터의 정착거리가 제공되어 초기 거치른 유량은 금속이 가해지기 전에 정착되었다.
도 3은 도 6의 장치에 대한 확대도이다. 용융금속(10)은 툰디쉬(12)에 담겨서 하나 이상의 구멍(14)을 통해 짧은 내화성 선형채널 또는 분출공(16)에 방출된다. 금속방출속도는 툰디쉬의 구멍치수에 의해 조절된다.
분출공(16)은 툰디쉬(12)로부터 나오는 고온의 금속 스트림을 안내하여 청정기 또는 통로(20)의 물 스트림(18)에 느리게 유도된다.
금속의 유량은 통상적으로 통로채널 당, 시간당 약 1.5-2.5km이다. 금속종류에 의해 그 정확한 한계가 정해지기는 하지만 고속의 유량은 방울이 절단되지 못하고 "소시지"와 같이 붙어서 열을 이루게 하는 경향이 있다. 채널길이 미터 당 연강 1.8km 부하가 연속형 "소시지"형태를 생성하도록 실험적으로 결정할 수 있었다. 아주 낮은 유량에서 금속의 동결과 같은 것, 그리고 낮은 유량에 의해 공정상 경제성에 영향을 줄 정도의 산출력을 가져올 수 있다는 점을 제외하고는 낮은 유량에 의한 결점은 없었다.
도 6은 본 발명에 따른 장치(22)의 개략 사시도로서, 도 3에 사용한 것과 같은 부품에는 같은 부호를 병기한다.
통로(20)는 단일 또는 다중 채널장치일 수도 있으며, 적절한 구조체(24)에 의해 지지되어 필요한 통로의 경사가 가능하게 한다. 이 통로는 수집탱크(26)로 연결되어 펌프(28)에 의해 이 탱크로부터 물이 파이프라인(30)에서 헤더탱크(32)로 순환한다. 헤더탱크가 통로의 상단에 있는 정지요부(34)로 방출하면 이 요부로부터 발생하는 넘치는 유체가 통로의 상부(36)로 향하며, 이 상부는 유체의 스트림을 안정되게 한다.
쇳물독(38)으로부터 용융금속이 툰디쉬에 방출되며, 이 쇳물독은 도시하지는 않았지만 적절한 크레인에 의해 지지된다. 예비용 쇳물독(40),(42)은 안전수용용기로서 넘칠 수도 있는 어떠한 용융금속도 받을 수 있다. 툰디쉬로부터의 용융금속이 교차채널(44)로 흐르면 이 교차채널(44)은 통로에 한 개의 채널만 있을 경우에는 한 개의 분출공(16)으로 흐르고, 통로에 다중채널이 있을 경우에는 다수의 분출공으로 흐른다.
금속괴의 적절한 산출을 위해서 냉각수 스트림 및 용융금속 스트림의 유량을 제어할 수도 있다. 냉각수 유량의 경우는 펌프(28)의 속도를 변화시켜 제어하거나 제어밸브(도시하지않음)를 이용하여 제어하며, 그 결과 물의 속도 및 유량이 변화된다.
용융금속의 유량은 예를들어 툰디쉬 내의 금속헤드를 변화시키거나 용융금속이 방출되는 툰디쉬의 개구를 변화시켜서 제어할 수 있다. 툰디쉬 및 교차채널 조립체의 위치도 조절될 수 있다. 예를들어 조립체를 수평 또는 수직으로 이동시켜 적절한 각도 및 적절한 위치에서 물 스트림에 금속 스트림을 낙하시킬 수도 있다.
수집탱크 위에는 진동분리기(46)가 장착되며, 분리기는 고체금속괴를 포착하여 액체가 탱크로 흐르게한다. 분리기는 금속괴를 그 방출단부(48)로 향하게 하며, 여기서 금속괴는 분리기로부터 낙하하여 헤드(50)에 수집되거나 냉각기 또는 건조기에 이송된다.
공지된 입상화공정의 경우는 습기가 있는 축축한 입상체를 생산한다. 이와같은 입상체를 용광로에 투입할 경우 폭발을 야기할 수 있다. 따라서 금속괴가 건조한 상태인가를 확인할 필요가 있으며, 예를들어 체인 불받이와 같은 분리기를 이용하거나 기타 적절한 내열성 콘베이어를 이용하여 금속괴로부터 액체를 분리할 수 있다. 도 6에 나타낸 바와같은 분리기(46)는 상당히 긴장치일 수도 있는데 이 분리기를 이용하여 금속괴를 이송하면서 이 금속괴를 향하거나 필요에따라 다른 방향으로 기류를 토출하는 하나이상의 송풍기(51)를 통과시켜, 금속괴를 부분적으로 건조시키거나 최소한 어느정도까지 냉각시킬 수 있다.
진동분리기와 다른 것으로서 체인 불받이를 이용하여 금속괴를 액체로부터 분리시킬 수도 있다.
장치의 작동에는 안정성이 중요한 요소가 된다. 종래의 입상기로 용융금속과 물을 접촉시킬 경우 종종 폭발이 발생한다. 그러나 본 발명의 장치에 있어서는 일정시간동안 물에 접촉하는 용융금속의 양이 상대적으로 작다.
도 1은 통로의 여러 가지 예를 나타낸다.
도 1(a)는 상대적으로 작은 곡률반경을 갖는 통로를 나타내고, 도 1(b)는 상대적으로 큰 곡률반경의 통로를 나타낸다. 도 1(c)는 통로의 내부단면형상과 일치하는 물재킷(52)의 개념을 보여준다.
도 1(d)는 유체 스트림을 각각 수용하는 병렬형 채널들을 갖는 통로를 나타내며, 각 유체 스트림에는 용융금속 스트림이 향한다.
도 1 (e)는 용융금속 스트림이 집중하는 중앙채널(54)을 갖는 통로를 나타내며, 이 통로는 물이 상대적으로 큰 체적으로 흐르는 것을 허용하는 외측채널(56)과 측면에서 접하고 있다. 이러한 형태는 앞서 설명한 바와같이 채널반경이 너무 클 경우 액체금속이 구불구불해지는 현상을 억제하는 경향이 있다.
용융금속의 산출
여기서 사용되는 유도로는 탭(tap)작업이되고 툰디쉬에 이송된 50kg 까지의 금속을 재용해하며, 툰디쉬로부터 통로로 용융금속이 흐르게 된다. 금속의 탭핑온도는 딥(dip) 썸머커플 또는 고온계 또는 이들 두 개 모두에 의해 기록된다.
공정
여러 가지 다양한 셋업 구성으로 다수의 합금을 이용하여 이 장치에서 여러 가지 작업을 행한다. 사용되는 일부 공칭조성물은 표 2에 나타냈다.
표 2 페블캐스팅에 사용되는 철합금의 조성물
물질 Fe Cr Mn Si C 용융범위℃
충진 크롬 38 52 - 3 7 1200-1570
0.5% 카본 페로크로미늄 44 54 - 1.4 0.5 1500-1600
미디엄 카본 페로 망간 17 - 80 1 2 1180-1220
페로 실리콘 25 - - 71 0.4 1215-1370
결과
이론상으로 예견된 바와같이 지나치게 큰 냉각제의 교류(攪流)는 입자를 불규칙하게하고, 지나치게 낮은 통로의 경사도 또는 너무 큰 금속 스트림은 긴 소시지형의 금속괴를 형성한다. 길이 10m의 통로, 8분의 1 내지 12분의 1 정도의 경사도, 채널당, 시간당 약 1.5kg의 금속이송속도, 채널당, 시간당, 약 15리터로 흐르는 상대적으로 원활한 물 스트림에서 최상의 형상을 갖는 제품을 얻을 수 있었다. 따라서, 금속 스트림 대 물 스트림 비가 질량기준으로 1 : 10 정도가 바람직하다.
여러 가지 구성 및 금속들을 이용하여 얻을 수 있는 제품 중 일부를 도 5, 도 5(a), 도 5(b), 도 5(c) 및 도 5(d)에 나타냈고, 도 4는 제조된 금속괴의 치수분포를 나타냈다.
분당 0.15톤의 액체금속만을 처리할 수 있는 공장에서 실험을 행하였다. 분당 3톤 까지의 속도로 용융금속을 처리하고 30분 까지 중단없이 실험을 하기위해서는 큰 규모의 공장이 필요하다.

Claims (35)

  1. 냉각유체의 안정된 스트림 속에 병류형태로, 용융금속 스트림이 도입되는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유체가
    물,
    유기 또는 무기액체,
    슬러리(예를들어 밀도높은 매체, 흑연 또는 기타 다른 미세물질의 서스펜션),
    에멀젼 ,또는 염(예를들어 소금물)을 함유한 용액, 계면활성제 또는 (유기 또는 무기)용액,
    미세한 고체입자의 유동상(流動床)
    으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    냉각유체의 속도와 용융금속 스트림 사이의 속도차는 5m/sec 이하인 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 속도차는 2m/sec 이하인 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각유체는 지지체에 의해 지지되지않는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각유체는 적절한 구조체를 통해 소정의 통로를 따라 이동하도록 안내되는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    냉각유체에 용융금속 스트림이 담긴 상태를 유지하기 위해 구조체의 경사도, 길이 및 형상을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 소정의 통로는 상대적으로 가파른 경사도를 갖는 1차영역과, 상대적으로 낮은 경사도를 갖는 2차영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    냉각유체 및 금속 스트림의 궤도가 일치하여 금속 스트림의 유효 수직가속도가 통상적인 중력 가속도 이하로 감소하도록 1차영역의 곡률반경이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체 스트림용 지지체의 경사도, 유체 스트림용 지지체의 단면 프로필, 금속 스트림의 온도가 액화온도를 초과하는 양, 냉각유체에 대한, 또는 지지구조체의 바닥에 대한 금속 스트림의 포집각도, 액체 스트림의 온도 및 조성물, 냉각유체 또는 금속 스트림의 유량, 또는 이들 모두의 유량, 냉각유체 및 금속 내의 고유교류(攪流)패턴 중 한가지 이상을 변화시켜 금속괴의 가로세로비, 형상, 치수를 제어하는 단계를 포함하는 금속괴의 제조방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속괴가 냉각유체에서 형성된 후 그 형상의 왜곡이 발생하지 않도록 충돌을 하기 전에 그 외피를 충분한 두께로 고형화하는 것을 특징으로 하는 금속괴제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    금속괴를 형성한 후 , 금속괴의 열전이율, 제거하는데 필요한 에너지량, 금속괴의 치수 및 형상, 상승된 온도에서의 금속괴의 기계적, 열역학적 특성, 액체성 금속괴의 표면장력 모두의 함수로서의 시간에 대하여 최소한 이 시간기간동안 상기 금속괴를 냉각유체에 담그는 것을 특징으로하는 금속괴의 제조방법.
  13. 내용없음
  14. 제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서,
    냉각유체로부터 금속괴를 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 금속괴의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    냉각유체로부터 유지 또는 수집탱크로 또는 유체/금속분리기로 금속괴를 분출시켜 금속괴를 분리시키는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    금속괴를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  17. 냉각유체 스트림의 방향과 실질적으로 같은 방향으로 냉각유체에 용융금속 스트림을 도입하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조방법.
  18. 냉각제 스트림을 제공하는 수단과, 실질적으로 병류형태로 용융금속 스트림을 냉각제 스트림에 도입하는 수단을 구비하여 금속괴를 제조하는 금속괴의 제조장치.
  19. 제18항에 있어서,
    냉각제 스트림의 유량 및 용융금속 스트림의 유량을 제어하는 수단을 포함하는 금속괴의 제조장치.
  20. 제19항에 있어서,
    용융금속 스트림은 툰디쉬에서 공급되며, 그 유량은 툰디쉬의 선두 금속, 툰디쉬로부터의 출구단면, 툰디쉬의 위치 중 최소한 하나 이상을 변화시켜 제어하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    목표속도로, 또한 목표방향으로 용융금속 스트림을 냉각제 스트림으로 도입하는 최소한 하나 이상의 내화성 분출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  22. 제18항 내지 제21 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각제 스트림이 흐르는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  23. 제22항에 있어서,
    냉각제가 이송되는 정지요부와, 냉각제가 정지요부로부터 통로를 향해 진행하는 중간 과정으로서 냉각제가 넘치면서 통과하는 둑을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 통로는 냉각제 스트림 만이 흐르는 1차영역과 용융금속 스트림이 그 출발점부터 냉각제 스트림에 도입되는 2차영역을 갖는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    통로 하단에 위치하여 냉각제 스트림으로부터 금속괴를 분리시키기위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    통로는 50 내지 100mm 사이의 채널반경을 갖는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    통로는 7분의 1 내지 13분의 1 사이의 경사도를 갖는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  28. 제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각제 스트림의 유량은 통로채널당, 시간당 10 내지 25리터인 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  29. 제22항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융금속 스트림의 유량은 통로 채널당, 시간당, 1.5 내지 2.5kg인 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  30. 제18항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융금속 스트림 대 냉각제 스트림의 유량 비는 질량기준으로 1:5와 1:15 사이인 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 유량비는 1:10정도인 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  32. 제18항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각제로부터 금속괴를 분리하기위한 분리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  33. 제32항에 있어서,
    최소한 부분적으로 금속괴를 건조시키기위한 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 금속괴의 제조장치.
  34. 제32항 또는 제33항에 있어서,
    최소한 부분적으로 금속괴를 냉각시키기위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
  35. 경사진 통로와, 통로의 상단에서 냉각제유체를 통로로 이송하는 수단과, 냉각제유체가 흐르는 방향과 실질적으로 같은 방향으로 용융금속 스트림을 통로내의 냉각제유체로 도입하는 수단과, 통로의 하단에 위치하여 냉각제유체로부터 금속괴를 분리시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속괴의 제조장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100427284B1 (ko) * 2001-09-17 2004-04-14 현대자동차주식회사 주조용 금속 슬러리 제조장치
KR101465552B1 (ko) * 2013-05-27 2014-11-27 재단법인 포항산업과학연구원 비정질 금속리본의 권취장치

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE512757C2 (sv) * 1998-09-03 2000-05-08 Uddeholm Technology Ab Tillsats av dopingmedel vid tillverkning av stål i ljusbågsugn, dopingmedlet samt användning av detta
US7008463B2 (en) * 2000-04-21 2006-03-07 Central Research Institute Of Electric Power Industry Method for producing amorphous metal, method and apparatus for producing amorphous metal fine particles, and amorphous metal fine particles
EP1285710B1 (en) * 2000-04-21 2012-04-04 Central Research Institute of Electric Power Industry Method for producing fine particles
CN100493783C (zh) * 2003-02-28 2009-06-03 财团法人电力中央研究所 制造微粒的方法和装置
US7616237B2 (en) * 2005-12-16 2009-11-10 The Research Foundation Of State University Of New York Method and apparatus for identifying an imaging device
WO2009011683A1 (en) * 2006-07-27 2009-01-22 Excell Technologies, Inc. Method of handling, conditioning and processing steel slags
CN105612016B (zh) * 2013-09-05 2018-03-27 尤万控股股份公司 熔融材料的造粒
EP2845671A1 (en) 2013-09-05 2015-03-11 Uvån Holding AB Granulation of molten material
EP2926928A1 (en) 2014-04-03 2015-10-07 Uvån Holding AB Granulation of molten ferrochromium
EP3056304A1 (en) 2015-02-16 2016-08-17 Uvån Holding AB A nozzle and a tundish arrangement for the granulation of molten material
CN109207895B (zh) * 2018-08-08 2020-11-03 中国二十冶集团有限公司 锌锅漏锌泄漏至排水地沟凝结成锌块的回收方法
CN114959128A (zh) * 2022-05-28 2022-08-30 江苏博际喷雾系统股份有限公司 一种用于高炉渣粒化过程悬浮输送降温的气水射流装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE144134C (ko)
DE368570C (de) * 1923-02-06 Michael Wagner Verfahren und Vorrichtung zum Koernen von Schlacke
US2252876A (en) 1932-06-08 1941-08-19 Remington Arms Co Inc Lead manufacture
US2738548A (en) * 1952-04-19 1956-03-20 Universal Oil Prod Co Method and apparatus for manufacture of metallic pellets
US3023454A (en) * 1960-03-08 1962-03-06 Phelps Dodge Corp Hydraulic quenching and granulation of molten materials
DE1458808A1 (de) 1965-11-05 1969-02-06 Acieries Et Minieres De La Sam Verfahren und Vorrichtung zum Granulieren von Schlacke
FR1484333A (fr) 1966-06-22 1967-06-09 Forges De Thy Marcinelle Sa De Procédé et dispositif pour la granulation de laitiers métallurgiques, ainsi que les produits conformes à ceux obtenus par le présent procédé ou procédé similaire
SE392223B (sv) 1974-02-12 1977-03-21 Graenges Oxeloesunds Jaernverk Forfarande och anordning for finfordelning av material i smeltflytande tillstand
ZA776628B (en) * 1976-12-20 1978-08-30 Union Carbide Corp Method for separating a mixture or molten oxidized ferrophosphorus and refined ferrophosphorus
JPS6455308A (en) * 1987-08-26 1989-03-02 Hitachi Metals Ltd Production of amorphous alloy powder
JP2672037B2 (ja) * 1991-05-02 1997-11-05 株式会社クボタ 金属粉末の製造方法およびその装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100427284B1 (ko) * 2001-09-17 2004-04-14 현대자동차주식회사 주조용 금속 슬러리 제조장치
KR101465552B1 (ko) * 2013-05-27 2014-11-27 재단법인 포항산업과학연구원 비정질 금속리본의 권취장치

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Publication number Publication date
CN1201413A (zh) 1998-12-09
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