KR200400394Y1 - 알루미늄합금용 탈가스장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 알루미늄합금용 탈가스장치에 관한 것이다. 본 고안은 내부에 용탕이 머무르는 공간이 형성되고 일측에 입구(22)가 구비되고 타측에 출구(24)가 구비되는 탈가스도가니(20)와, 상기 탈가스도가니(20)의 내부에 설치되어 회전하면서 용탕으로 수소가스와 개제물을 제거하기 위한 불활성가스를 공급하는 로터(26)와, 상기 입구(22)와 출구(24)에 인접한 탈가스도가니(20)의 내부에 위치되고 용탕의 내부로 상대적으로 미세한 직경을 가지는 기포형태로 불활성가스를 공급하는 가스투입구(40)를 포함하여 구성된다. 상기 가스투입구(40)는, 흑연으로 구성된 공급관(41)과, 상기 공급관(41)의 선단에 설치되고 다공성 세라믹으로 만들어지는 세라믹노즐(43)로 구성된다.

Description

알루미늄합금용 탈가스장치{Degassing apparatus for Aluminum alloy}

본 고안은 알루미늄합금용 탈가스장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄합금을 용탕상태로 주조기로 공급하기에 앞서 용탕내의 수소가스와 개제물을 제거하는 알루미늄합금용 탈가스장치에 관한 것이다.

알루미늄합금으로 주조하기 위해서는 알루미늄을 용탕상태로 용해시켜야 한다. 이때, 알루미늄합금 용탕은 고온에서 용해되므로 수소가스를 많이 함유하고 있고, 여러 경로로 유입된 이물질로 인해 개제물 또한 많다. 따라서, 알루미늄합금 용탕으로 주조를 하기 전에 제품의 성질과 응고성능을 저해하는 용해기체인 수소와 비금속불순물인 개제물을 용탕으로부터 제거해 주어야 한다.

이를 위해 용해로(1)에서 용해된 금속을 주조기(3)로 보내기 전에 탈가스장치(5)를 통과시킨다. 즉, 도 1에 도시된 바와같이 용해로(1)에서 탕로(1')를 거쳐 탈가스장치(5)로 용탕을 보내 가스 등을 제거하고 또 다른 탕로(1')를 통해 주조기로 용탕을 공급한다.

도 2에는 종래 기술에 의한 탈가스장치(5)의 요부 구성이 개략단면도로 도시되어 있다. 이에 따르면, 탈가스도가니(7)는 내부에 소정의 공간이 형성되어 용탕(7')이 머무르면서 가스 등이 제거될 수 있다. 상기 탈가스도가니(7)에는 용탕(7')이 들어오는 입구(8)와 용탕(7')이 배출되는 출구(9)가 구비된다.

상기 탈가스도가니(7)의 내부에는 또한 로터(10)가 설치된다. 상기 로터(10)는 상기 탈가스도가니(7)의 용탕(7') 내에서 회전하면서 아르곤(Ar)과 같은 불활성기체를 미세한 기포형태로 용탕(7') 내로 분산시킨다.

상기 로터(10)는 로터축(12)을 구비한다. 상기 로터축(12)은 도시되지 않은 구동원에 의해 회전된다. 상기 로터축(12)의 중앙을 관통하여서는 가스공급로(13)가 형성된다. 상기 로터축(12)의 선단에는 회전체(14)가 구비된다. 상기 회전체(14)는 대략 원판형상으로서, 내부에 방사상으로 다수개의 가스배출로(15)가 형성된다. 상기 가스배출로(15)는 일단부가 상기 가스공급로(13)와 연통되고 타단부는 상기 회전체(14)의 외주면으로 개구된다. 도면부호 16은 가스배출로이고, 대략. 직경이 8mm정도이다.

상기 회전체(14)의 외주면을 둘러서는 다수개의 교반날개(18)가 구비된다. 상기 교반날개(18)는 상기 회전체(14)의 회전에 따라 용탕(7')을 휘저어주는 역할을 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 종래의 탈가스장치에서는 상기 입구(8)를 통해 용탕(7')이 탈가스도가니(7)의 내부로 전달되고, 탈가스도가니(7) 내부에서 회전하면서 아르곤가스를 공급하는 로터(10)에 의해 수소 등의 가스와 개제물이 제거된다.

즉, 상기 가스공급로(13)를 통해 공급된 가스는 상기 회전체(14)의 가스배출로(15)를 통해 회전체(14)의 외주로 공급되고, 상기 회전체(14)의 교반날개(18)에 의해 교반된 용탕(7')으로 아르곤가스를 미세 기포형태로 분산시킨다. 상기 아르곤가스는 알루미늄합금 용탕(7') 내부에서 위로 상승하면서 주위에 있는 수소가스와 개제물을 함께 상승시켜 제거한다.

그러나, 종래 기술에 의한 탈가스장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저, 종래의 로터(10)는 용탕(7')을 휘저어 주면서 아르곤가스를 공급한다. 따라서, 용탕(7')이 격렬하게 휘저어지면서, 아르곤가스도 상대적으로 신속하게 용탕(7')의 수면위로 상승하게 된다. 즉, 아르곤가스가 용탕(7') 내에 오랜시간 머무르지 못하고 빨리 수면위로 빠져나와 버리기 때문에, 용탕(7') 내부의 수소가스나 개제물을 보다 확실하게 제거하지 못하는 문제점이 있다. 특히, 상기 로터(10)의 가스배출로(15)의 직경은 2.5mm정도이고, 상기 연결배출로(16)의 직경은 8mm정도로서 상대적으로 그 직경이 커서 아르곤가스의 크기가 커서 용탕(7')에서 신속하게 빠져나가 버린다.

그리고, 로터(10)는 주로 탈가스도가니(7)의 중앙에 설치되어 있어, 용탕(7')내에 아르곤가스가 머무르는 시간을 상대적으로 늘리지 못하는 문제점이 있다. 즉, 용탕(7')이 탈가스도가니(7)의 내부로 들어와서 출구(9)로 빠져나갈 때까지 아르곤가스가 최대한 머물도록 하지 못하므로 탈가스 성능이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 로터(10)에 의해 공급되는 아르곤가스가 탈가스도가니(7) 전체에 공급되는 것이 아니라 중앙부분에만 주로 공급되므로, 탈가스도가니(7) 전체에 걸쳐 수소가스와 개제물의 제거가 이루어지지 않는 문제점도 있다.

따라서, 본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 알루미늄합금 용탕중의 수소가스와 개제물을 제거하기 위한 가스가 보다 오랜 시간 용탕내에 머무르도록 하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 수소가스와 개제물을 제거하기 위한 가스의 기포크기를 상대적으로 미세하게 하도록 하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 탈가스도가니 내부 전체에 걸쳐 수소가스와 개제물을 제거하기 위한 가스가 공급되도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 따르면, 본 고안은 내부에 용탕이 머무르는 공간이 형성되고 일측에 입구가 구비되고 타측에 출구가 구비되는 탈가스도가니와, 상기 탈가스도가니의 내부에 설치되어 회전하면서 용탕으로 수소가스와 개제물을 제거하기 위한 불활성가스를 공급하는 로터와, 상기 입구와 출구에 인접한 탈가스도가니의 내부에 위치되고 용탕의 내부로 상대적으로 미세한 직경을 가지는 기포의 형태로 불활성가스를 공급하는 가스투입구를 포함하여 구성된다.

상기 가스투입구는, 흑연으로 구성된 공급관과, 상기 공급관의 선단에 설치되고 다공성 세라믹으로 만들어지는 세라믹노즐로 구성된다.

상기 가스투입구는 흑연으로 구성되고 선단이 폐쇄된 공급관과, 상기 공급관의 선단 외주를 둘러 천공되는 분사공을 포함하여 구성된다.

상기 세라믹노즐의 통공과 분사공은 각각 상기 로터에서 불활성가스가 통과하는 통공의 직경보다 상대적으로 미세하게 형성된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 탈가스장치에 의하면 알루미늄용탕중의 수소가스와 개제물을 제거하기 위한 가스가 보다 오랜 시간 용탕내에 머무르면서 작용할 수 있고, 특히 가스의 기포크기가 상대적으로 미세화되어 보다 확실하게 수소가스와 개제물을 제거할 수 있으며, 가스투입구를 통해 탈가스도가니 전체에 골고루 가스를 공급할 수 있어 탈가스 성능이 좋아지는 이점이 있다.

이하 본 고안에 의한 알루미늄합금용 탈가스장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 고안에 의한 알루미늄합금용 탈가스장치의 바람직한 실시예의 구성이 개략단면도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 고안 실시예를 구성하는 가스투입구의 일예가 단면도로 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 탈가스도가니(20)는 내부에 용탕(20')이 머무르는 소정의 공간이 형성된다. 상기 탈가스도가니(20)에는 용탕(20')이 내부로 유입되는 입구(22)와 외부로 토출되는 출구(24)가 각각 구비된다.

상기 탈가스도가니(20)의 내부에는 로터(26)가 설치된다. 상기 로터(26)는 용탕(20')을 휘저어주면서 아르곤가스와 같은 불활성기체를 공급하는 것이다. 상기 로터(26)에는 상기 탈가스도가니(20)를 관통하여 로터축(28)이 설치된다. 상기 로터축(28)의 내부를 관통해서는 가스공급로(29)가 형성된다. 상기 가스공급로(29)를 통해서는 아르곤가스가 공급된다.

상기 로터축(28)의 단부에는 회전체(30)가 설치된다. 상기 회전체(30)는 상기 로터축(28)에 의해 회전된다. 상기 회전체(30)는 대략 원판상으로 형성된다. 상기 회전체(30)의 내부에는 방사상으로 가스배출로(32)가 형성된다. 상기 가스배출로(32)는 일단부가 상기 가스공급로(29)와 연통되고, 타단부가 회전체(30)의 외주면으로 개구된다. 상기 가스배출로(32)는 대략 2.5mm 정도의 직경을 가진다. 도면부호 34는 연결배출로이고 대략 직경이 8mm이다.

상기 회전체(30)의 외주면을 둘러서는 다수개의 교반날개(36)가 형성되어 있다. 상기 교반날개(36)는 원판상의 회전체(30)의 외주면에 일정 간격으로 형성된다. 상기 교반날개(36)는 용탕(20')을 휘저어주는 역할을 한다.

상기 입구(22)와 출구(24)에는 각각 가스투입구(40)가 설치된다. 상기 가스투입구(40)는 상기 입구(22)와 출구(24)를 통해 상기 탈가스도가니(20)의 내부로 연장된다. 상기 가스투입구(40)는 그 형상이 도 4에 잘 도시되어 있다.

상기 가스투입구(40)는 공급관(41)의 선단에 세라믹노즐(43)이 설치되어 구성된다. 상기 공급관(41)은 흑연으로 만들어지는 것이 바람직하고, 상기 세라믹노즐(43)은 다공성 세라믹으로 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 세라믹노즐(43)에는 기공이 대략 58㎛정도의 직경을 가진다. 따라서, 상기 공급관(41)을 통해 공급된 아르곤가스는 세라믹노즐(43)을 통과하면서 미세한 기포로 되어 용탕(20') 내로 공급된다.

상기 가스투입구(40)는 본 고안 실시예에서 각각 입구(22)와 출구(24)를 통해 탈가스도가니(20)의 내부로 연장되어 있으나, 반드시 그러해야 하는 것은 아니다. 즉, 상기 탈가스도가니(20)의 입구(22)와 출구(24)에 인접한 위치에 가스투입구(40)의 선단이 설치되어 있으면 상관없다.

한편, 도 5 및 도 6에는 가스투입구의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이에 따르면, 가스투입구(140)는 공급관(141)의 선단이 마개(142)에 의해 막혀 있고, 상기 공급관(141) 선단의 둘레에 다수개의 분사공(143)이 천공되어 있다. 상기 분사공(143)은 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 방사상으로 형성되어 있다.

여기서, 상기 공급관(141)은 흑연으로 만들어지고, 상기 분사공(143)은 대략 2mm정도의 직경을 가지도록 형성된다. 그리고, 상기 분사공(143)은 상기 공급관(141)을 길이방향으로 횡으로 잘랐을 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 공급관(141)의 길이방향으로 대략 10개정도가 열을 지어 형성된다. 이때, 상기 분사공(143) 사이의 간격은 대략 10mm정도이다.(도면에서는 도시의 편의상 간격은 무시했다)

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 알루미늄합금용 탈가스장치의 작용을 상세하게 설명한다.

용해로에서 용해되어 탕로를 거쳐 탈가스장치로 전달된 용탕(20')은 상기 입구(22)를 통해 상기 탈가스도가니(20)의 내부로 전달된다. 상기 탈가스도가니(20)의 내부로 전달된 용탕(20')은 일정 시간 동안 탈가스도가니(20)의 내부에 머무르고, 상기 출구(24)를 통해 빠져나간다. 상기 출구(24)를 통해 탈가스도가니(20)를 빠져나간 용탕(20')은 주조기로 전달된다.

한편, 상기 탈가스도가니(20)의 내부로 유입된 용탕(20')은 입구(22) 근처에서 가스투입구(40)를 통해 아르곤가스를 공급받는다. 상기 가스투입구(40)는 용탕(20')을 휘젓지 않고, 단지, 입구(22)를 통해 탈가스도가니(20) 내부로 흘러들어오는 용탕(20')에 아르곤가스를 공급한다.

따라서, 상기 입구(22)에서 용탕(20')으로 공급된 아르곤가스는 바로 용탕(20') 수면 위로 전달되지 않고, 용탕(20')의 흐름을 따라 함께 어느 정도 유동될 수 있다. 특히, 탈가스도가니(20)의 중앙쪽으로 함께 어느 정도 이동하다가 용탕(20')의 수면으로 이동하게 된다. 참고로, 상기 가스투입구(40)를 통해 공급되는 아르곤가스는 상대적으로 그 기포의 직경이 작아 쉽게 용탕(20')의 수면으로 올라가지는 않는다.

한편, 탈가스도가니(20)의 중앙에서는 로터(26)가 용탕(20')을 휘저어 주면서 아르곤가스를 공급한다. 상기 로터(26)는 탈가스도가니(20)의 내부 체적 등을 고려하여 하나 이상이 사용될 수도 있다. 상기 로터(26)는 용탕(20')을 휘저으면서 아르곤가스를 공급하여 용탕(20') 내부의 수소가스와 개제물을 제거하게 된다. 참고로, 상기 로터(26)를 통해서 공급되는 아르곤가스는 상대적으로 기포의 직경이 크다.

다음으로, 상기 출구(24)쪽으로 유동되어 출구(24)를 빠져나갈 용탕(20')에도 상기 출구(24)측에 구비된 가스투입구(40)를 통해 아르곤가스가 공급된다. 상기 출구(24)측에서 가스투입구(40)를 통해 용탕(20')에 공급된 아르곤가스는 상대적으로 수면에 가까운 위치이고, 수면방향으로 유동되는 용탕(20')의 흐름에 의해 상대적으로 쉽게 용탕(20')에서 빠져나간다.

한편, 본 고안에서는 도 5 및 도 6에 도시된 가스투입구(140)의 다른 실시예를 사용할 수도 있다. 물론, 이와 같은 경우에 분사공(143)의 직경이 상대적으로 크기는 하나, 탈가스도가니(20)의 다양한 위치에 용탕(20')으로 아르곤가스를 공급할 수 있어 수소가스와 개제물의 제거가 효율적으로 이루어질 수 있게 된다. 실제로, 종래의 것과 본 고안 실시예의 것으로 실험한 결과 약 20%정도 탈가스효과가 상승된 것을 확인할 수 있다.

본 고안의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 고안에 의한 알루미늄합금용 탈가스장치에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

먼저, 본 고안에서는 용탕이 탈가스도가니로 공급되는 입구에서부터 가스를 용탕으로 공급할 수 있도록 하므로, 용탕내에 수소가스와 개제물을 제거하기 위한 가스가 용탕 내에 계속적으로 있을 수 있다. 즉, 용탕내에 계속해서 아르곤가스가 공급되어 존재하면서 수소가스와 개제물을 제거할 수 있어 탈가스효과가 보다 좋아지는 효과가 있다.

그리고, 본 고안에서는 가스투입구에 의해 공급되는 아르곤가스의 기포직경이 상대적으로 미세하여 아르곤가스가 용탕의 수면으로 올라가는데 걸리는 시간을 상대적으로 길게 할 수 있다. 따라서, 보다 확실하게 수소가스와 개제물을 제거할 수 있게 되는 효과도 있다.

또한, 본 고안에서는 아르곤가스를 공급하기 위한 가스투입구와 로터 등이 탈가스도가니 내부 전체에 걸쳐 구비되므로, 용탕내의 수소가스와 개제물을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

도 1은 알루미늄합금으로 주조를 수행하는 것을 보인 알루미늄합금 주조시스템의 구성도.

도 2는 종래 기술에 의한 탈가스장치의 구성을 보인 개략단면도.

도 3은 본 고안에 의한 알루미늄합금용 탈가스장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 개략단면도.

도 4는 본 고안 실시예를 구성하는 가스투입구의 일예를 보인 단면도.

도 5는 본 고안 실시예를 구성하는 가스투입구의 다른 예를 보인 종단면도.

도 6은 도 5에 도시된 가스투입구의 구성을 보인 횡단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 탈가스도가니 22: 입구

24: 출구 26: 로터

28: 로터축 29: 가스공급로

30: 회전체 32: 가스배출로

34: 연결배출로 36: 교반날개

40: 가스투입구 41: 공급관

43: 세라믹노즐

Claims (4)

1. 내부에 용탕이 머무르는 공간이 형성되고 일측에 입구가 구비되고 타측에 출구가 구비되는 탈가스도가니와,

   상기 탈가스도가니의 내부에 설치되어 회전하면서 용탕으로 수소가스와 개제물을 제거하기 위한 불활성가스를 공급하는 로터와,

   상기 입구와 출구에 인접한 탈가스도가니의 내부에 위치되고 용탕의 내부로 상대적으로 미세한 직경을 가지는 기포의 형태로 불활성가스를 공급하는 가스투입구를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 알루미늄합금용 탈가스장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스투입구는, 흑연으로 구성된 공급관과, 상기 공급관의 선단에 설치되고 다공성 세라믹으로 만들어지는 세라믹노즐로 구성됨을 특징으로 하는 알루미늄합금용 탈가스장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스투입구는 흑연으로 구성되고 선단이 폐쇄된 공급관과, 상기 공급관의 선단 외주를 둘러 천공되는 분사공을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 알루미늄합금용 탈가스장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 세라믹노즐의 통공과 분사공은 각각 상기 로터에서 불활성가스가 통과하는 통공의 직경보다 상대적으로 미세하게 형성됨을 특징으로 하는 알루미늄합금용 탈가스장치.