KR20090103255A - 고주파 유도로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장입된 내용물의 용해 과정에서의 가스분사를 저부에서 실시하도록 하는 고주파 유도로에 관한 것으로서, 상부가 개방된 수용공간을 가지고 저부에 관통공이 형성된 제1수용부; 상기 제1수용부의 외부에 적어도 1 회 권취되는 코일부; 상기 코일이 권취된 상기 제1수용부의 내부에 안착되며, 상부가 개방된 수용공간을 가지고 저부에 관통공이 형성된 제2수용부; 및 상기 제1수용부의 상기 관통공에서부터 상기 제2수용부의 상기 관통공을 관통하여 상기 제2수용부의 저부에서 상방으로 가스 분사가 가능한 돌출부를 가지는 가스 공급부;를 포함하여, 상부 버블링보다 더욱 안정한 저부 버블링 교반을 수행할 수 있으며, 상부 랜스에 의한 구조물 간섭 등이 없으므로 장치를 간소화할 수 있다.

Description

고주파 유도로{High-frequency Induction Furnace}

본 발명은 고주파 유도로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 장입된 내용물의 용해 과정에서의 가스분사를 저부에서 실시하도록 하는 고주파 유도로에 관한 것이다.

통상적으로, 고주파 유도로에서의 용해 작업은 소정량의 합금철 또는 슬래그에 원하는 조성의 시약을 혼합 용해하며 용해 후 상부에서 도가니 파이프, 즉 랜스를 근접 또는 침적하여 Ar,O₂ ,N₂, CO 등의 가스를 분사하는 상부 버블링(bubbling) 방식을 채택하고 있다.

그러나, 상부 버블링은 랜스의 센터링 문제발생시 반응에 의한 외벽침식으로 용융물 유출문제가 있고 분사가스의 압력이 높을 경우 과도한 진동과 함께 용융물 비산현상이 발생한다. 또한, 상부로 돌출된 랜스에 의하여 작업 공간 간섭문제가 발생되며 장시간 사용시 용융물과의 반응에 의한 침식 용손으로 랜스의 수명이 저하되어 이를 교체하는 작업이 별도로 요구되는 등의 유지 및 보수 문제가 따른다. 특히, 유도 가열로와 같은 소규모의 장치에서는 이와 같은 센터링 문제에 의한 조업 사고가 빈번히 발생할 수 있다.

그리고, 용융물 상부에서 랜스가 근접 또는 침적되어 가스 분사시 용융물의 상부소결, 즉 응고가 진행되어 버블링 효과가 현저히 저하되며, 용융물이 상부는 고체 상태로 남겨지고 하부는 액체 상태로 조성되는 이중구조가 형성되어 원활한 용해 작업이 수행되지 않는 문제점이 있다.

또한, 고주파 유도 가열로 인한 높은 온도로 인하여 용해물이 용기 내벽과 반응을 일으켜 조성의 변화가 발생하는 수도 있으며, 이 경우 요구되지 않는 불순물이 용해물 내에 포함되는 경우가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고주파 유도로의 상부 버블링 공정에서 반응에 의한 외벽침식과 그로 인한 용융물 유출, 공급가스의 압력 상승으로 인한 과도한 진동과 용융물 비산현상, 상부 랜스 구조에 의한 구조물 간섭, 용융물의 상부 소결현상 및 그로 인한 이중구조 현상을 해결하고 간편하면서 효과적인 성분 및 물성조성을 위한 고주파 유도로를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 상부가 개방된 수용공간을 가지고 저부에 관통공이 형성된 제1수용부; 상기 제1수용부의 외부에 적어도 1 회 권취되는 코일부; 상기 코일이 권취된 상기 제1수용부의 내부에 안착되며, 상부가 개방된 수용공간을 가지고 저부에 관통공이 형성된 제2수용부; 및 상기 제1수용부의 상기 관통공에서부터 상기 제2수용부의 상기 관통공을 관통하여 상기 제2수용부의 저부에서 상방으로 가스 분사가 가능한 돌출부를 가지는 가스 공급부;를 포함하는 고주파 유도로를 제공한다.

여기서, 상기 제2수용부는 내측 수용체와 외측 수용체를 포함하며, 상기 내측 수용체는 상기 외측 수용체보다 밀도가 더 높은 것을 특징으로 하거나, 내측의 밀도가 외측의 밀도보다 더 높은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스 공급부의 상기 돌출부에 탈착가능하도록 안착되어 상기 가스 공급부를 폐색 및 개방시키는 덮개부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 덮개부는 상기 가스 공급부의 상기 돌출부가 은폐되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1수용부의 저부와 상기 제2수용부의 저부 사이에 장입된 건식 내화재를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 건식 내화재는 상기 코일부의 가열로 소결되는 내화재인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 고주파 유도로에 의하여, 고주파 유도로에서 상부 버블링보다 더욱 안정한 저부 버블링 교반을 수행할 수 있으며, 이로 인해 원가 경쟁력 및 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 내화물 반응에 의한 외벽 침식과 그로 인한 용융물 유출 문제가 발생하지 않으며, 공급 가스의 압력변화시 용융물 비산현상과 용융물의 상부 응고현상을 예방할 수 있으며, 용융물의 이중구조 현상 차단으로 균일한 성분의 용융물을 얻을 수 있다.

또한, 상부 랜스에 의한 구조물 간섭 등이 없으므로 장치를 간소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도로를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 "A-A"선을 따라 취한 절개 단면도,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도로를 이용한 저부 버블링 공정을 순차적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1... 석영관, 2... 제1용기,

3... 제2용기, 4... 제3용기,

5... 코일, 7... 가스 라인,

10... 마개, 11... 건식 내화물,

11'...소결체, 100...고주파 용해로.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도로를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

달리 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도로를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1의 "A-A"선을 따라 취한 절개 단면도이다.

도 1을 포함하여 본 명세서에서 설명되는 도면은 모식적으로 나타낸 도면으로서, 각 부의 크기, 형상은 이해를 쉽게 하기 위해 적절히 과장해서 나타내고 있다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1 및 도 2에 따르면, 고주파 유도로(100)는 상부가 개방된 수용공간을 가지고 저부에 관통공이 형성된 제1용기(2), 제1용기(2)의 외부에 적어도 1 회 권취되는 코일(5), 코일(5)이 권취된 제1용기(2)의 내부에 안착되며, 상부가 개방된 수용공간을 가지고 저부에 관통공이 형성된 제2용기(3) 및 제1용기(2)의 관통공에서부터 제2용기(3)의 관통공을 관통하여 제2용기(3)의 저부에서 상방으로 가스 분사가 가능한 돌출부를 가지는 가스 공급부(7)를 포함한다.

프레임(8)에 지지된 제1용기(2)는 상부가 개방된 수용공간을 가지며, 그 외부에는 석영관(1)이 마련된다. 이 석영관(1) 둘레에는 유도 전류를 공급할 수 있는 코일(5)이 다수번 권취되며 이 코일(5)은 별도로 마련된 전원 공급부(미도시)와 연결된다.

제1용기(2) 내부에는 제1용기(2)처럼 상부가 개방된 제2용기(3)가 마련된다. 또한, 제2용기(3) 내부에는 제1용기(2) 또는 제2용기(3)처럼 상부가 개방된 제3용기(4)가 마련된다. 이때, 용해 대상물은 사실상 제3용기(4) 내부에 수용된다.

여기서, 제1용기는 흑연 도가니(2)이고 제2용기(3)는 다공질 도가니이며 제3용기(4)는 치밀질 도가니일 수 있다. 이때, 제2용기(3) 및 제3용기(4)는 MgO와 같은 내화물로 구성될 수 있으며, 용해 대상물과 직접 접촉하는 제3용기(4)는 제2용기(3)보다 밀도가 더 높을 수 있다. 제3용기(4)의 높은 밀도로 인하여 제3용기(4)의 내벽은 높은 온도에도 불구하고 그 내부에 수용된 용해 대상물과 화학적 반응을 일으키지 않을 수 있다. 용해 대상물에 따라 제2용기(3) 및 제3용기(4)를 구성하는 재질은 MgO 이외의 다른 재질로 구성될 수 있으며, 제2용기(3)와 제3용기(4)가 서로 상이한 재질로 구성될 수도 있다. 경우에 따라, 제2용기(3)와 제3용기(4)가 일체형으로 구성되는 것 또한 가능할 수 있다. 이 경우, 일체형 용기는 용기 외부에서 내부로 갈수록 밀도가 높아지는 경사밀도를 가질 수도 있다.

제1용기(2)와 제2용기(3)의 사이에는, 더 상세하게는 제1용기(2)의 저부와 제2용기(3)의 저부간의 간격에는 건식 내화물(11)이 충진된다. 이 건식 내화물(11)은 고온의 열에 의하여 소결 반응이 진행되어 소결체가 형성되는 건식 내화물(11)이다.

제1용기(2), 제2용기(3) 및 제3용기(4)의 저부 중심에는 소정의 관통공이 각각 형성되며 이 관통공을 통하여 고주파 유도로(100) 외부로부터 가스를 공급하는 가스 라인(7)이 마련된다. 가스 라인(7)은 스테인리스 재질일 수 있다. 제3용기(4) 내부에 수용되는 용해 대상물이 관통공을 통하여 유출되는 것을 방지하기 위해 가스 라인(7)과 제1,2,3용기(2,3,4)의 관통공 사이의 간극은 내화물로 실링될 수 있다.

가스 라인(7)은 제3용기(4)의 저부에서 제3용기(4)가 개방된 상부 방향으로 돌출되며, 돌출된 단부에는 착탈가능한 마개(10)가 구성된다. 마개(10)는 통상의 내화물 재질로 형성되며 제2용기(3) 또는 제3용기(4)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 마개(10) 또한 용해 대상물과 직접 접촉하므로 고온에서의 화학적 반응이 일어나지 않도록 제3용기(4)와 같은 밀도가 높은 재질로 형성될 수 있다.

또한, 바람직하게는 마개(10)가 가스 라인(7)의 돌출부에 부착되어 있는 동안 용해 대상물로부터 돌출부를 은폐시키도록 형성될 수 있다. 즉, 마개(10)는 제3용기(4)의 저부에서부터 돌출된 길이 만큼의 길이를 충분히 덮을 수 있도록 형성되고 가스 라인(7) 외경에 부합하는 내경을 가져, 마개(10)가 돌출부에 장착될 시에 용해 대상물이 마개(10) 및 제3용기(4)의 내측에만 접촉되도록 형성될 수 있다.

이상과 같은 고주파 유도로(100)의 작동을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도로를 이용한 저부 버블링 공정을 순차적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3a와 같이, 상기와 같은 고주파 유도로(100)의 제3용기(4)의 수용공간에 합금철 등의 용해 대상물(S)이 수용된다. 이후, 코일(5)에 전원이 공급되면 유도전류와 발열체의 발열반응에 의해 온도가 상승되며 온도의 상승에 따라 용해 대상물(S)은 점진적으로 용해된다.

이때, 도 3b와 같이, 용해 대상물(S)이 가열에 의해 용융물(S')이 되는 동안 제1용기(2)와 제2용기(3) 사이에 장입된 건식 내화물(11)도 열에 의한 영향을 받게 되어 소결 반응이 진행된다. 즉, 코일(5)로 인하여 용해 대상물(S)이 용해되면 용융물(S')로부터 건식 내화물(11)까지 열이 전달되므로 이 열로 인하여 소결 반응이 야기된다. 건식 내화물(11)의 소결 반응은 주로 제2용기(3)와 접촉된 부분에서 일어나므로, 소결체(11')는 제2용기(3)의 저부 아래에 형성된다. 물론, 가스 라인(7)을 통한 열전달로 인하여 가스 라인(7) 인근에서도 건식 내화물(11)의 소결 반응이 진행될 수 있다.

마개(10)는 용융물(S') 또는 용해 대상물(S)이 가스 라인(7) 내부로 유입되는 것을 방지하도록 가스 라인(7)의 돌출부에 장착된 채로 마련되어 있다. 용해 대상물(S)의 용해가 완료되면 용융물(S')을 버블링 교반시키기 위해 가스를 공급하게 된다.

도 3c와 같이, 가스 라인(7)을 통하여 가스(G)를 공급하게 되면 공급되는 가스(G)의 압력에 의하여 마개(10)는 가스 라인(7)으로부터 부상분리된다. 이후 가스(G)에 의하여 교반이 수행된다. 이때, 고온의 용융물(S')에 노출된 가스 라인(7)의 일부가 용손될 수 있으나 건식 내화물(11)의 소결체(11')에 의하여 가스 라인(7)의 용손을 최소화할 수 있다.

발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 상부가 개방된 수용공간을 가지고 저부에 관통공이 형성된 제1수용부;

   상기 제1수용부의 외부에 적어도 1 회 권취되는 코일부;

   상기 코일이 권취된 상기 제1수용부의 내부에 안착되며, 상부가 개방된 수용공간을 가지고 저부에 관통공이 형성된 제2수용부; 및

   상기 제1수용부의 상기 관통공에서부터 상기 제2수용부의 상기 관통공을 관통하여 상기 제2수용부의 저부에서 상방으로 가스 분사가 가능한 돌출부를 가지는 가스 공급부;

   를 포함하는 고주파 유도로.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2수용부는 내측 수용체와 외측 수용체를 포함하며, 상기 내측 수용체는 상기 외측 수용체보다 밀도가 더 높은 것을 특징으로 하는 고주파 유도로.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2수용부는 내측의 밀도가 외측의 밀도보다 더 높은 것을 특징으로 하는 고주파 유도로.
4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급부의 상기 돌출부에 탈착가능하도록 안착되어 상기 가스 공급부를 폐색 및 개방시키는 덮개부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도로.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 덮개부는 상기 가스 공급부의 상기 돌출부가 은폐되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 유도로.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1수용부의 저부와 상기 제2수용부의 저부 사이에 장입된 건식 내화재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도로.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 건식 내화재는 상기 코일부의 가열로 소결되는 내화재인 것을 특징으로 하는 고주파 유도로.