KR20100041779A - 용융 금속을 처리하기 위한 로터리 장치 및 방법과, 로터 및 금속 처리 유닛 - Google Patents
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Abstract
용융 금속을 처리하기 위한 로터리 장치는, 중공형 샤프트(30)를 포함하며, 그 일단부에는 로터(40)가 있고, 상기 로터(40)는 루프부(roof)(42)와 기부(44), 통로(52), 유동 경로 및 챔버(48)를 포함하며, 상기 루프부(42)와 기부(44)는 이격 배치되어 복수의 디바이더(dividers)(50)에 의해 연결되고, 상기 통로(52)는 각각의 인접한 쌍의 디바이더(50)와 상기 루프부(42) 및 상기 기부(44) 사이에 형성되며, 각각의 통로(52)는 상기 로터(40)의 내부면에 있는 입구(54)와, 상기 로터(40)의 외주면에 있는 출구(56)를 가지며, 상기 출구(56)는 각각의 입구(54)보다 큰 단면적을 갖고 상기 입구(54)로부터 반경방향 외측에 배치되고, 상기 유동 경로는 상기 샤프트(30)를 통해 상기 통로(52)의 입구(54) 내에 그리고 상기 출구(56) 외부에 형성되고, 상기 챔버(48)에서는 상기 용융 금속과 가스의 혼합을 발생시킬 수 있으며, 상기 루프부(42) 내에는 복수의 제 1 절결부(58a)가 제공되고, 상기 기부(44) 내에는 복수의 제 2 절결부(58b)가 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 절결부(58a, 58b)는 상기 통로(52) 중 하나와 인접한다. 또한, 본 발명은 로터(40), 본 발명의 로터리 장치를 포함하는 금속 처리 물질의 첨가 및/또는 탈기를 위한 금속 처리 유닛(170), 및 이러한 장치를 이용하여 용융 금속을 처리하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 용융 금속을 처리하기 위한 로터리 교반 장치, 및 이러한 장치를 포함하는 금속 처리 장비에 관한 것이다.
일반적으로, 용융 금속, 특히 알루미늄 합금 등의 용융 비철금속은, 주조 전에 하기의 공정 중 하나 이상에 의해 처리되어야 한다.
i) 탈기 - 용융 금속 내의 유용성(油溶性) 가스가 존재하면, 응고 제품 내에 결함이 생기게 할 수 있고 기계적 특성을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 또는 그 합금으로 제조된 주조 및 세공 제품에 결함이 생기게 한다. 수소는 용융 온도와 함께 증가하는 액상 알루미늄에 대한 높은 용해성을 가지지만, 고체상 알루미늄에서의 용해도는 매우 낮기 때문에, 알루미늄을 응고시킬 때, 수소가스가 배출되어 주조시에 가스 구멍을 생기게 한다. 응고속도는 기포의 양 및 크기에 영향을 미치고, 특정 적용에서, 핀홀의 다공성이 금속 주조의 기계적 강도 및 압력 강도에 매우 영향을 미칠 수 있다. 가스는 또한 알루미늄 합금 플레이트, 시트 및 스트립의 제조 동안에 기포 형성을 초래할 수 있는 공극 및 불연속점(예컨대, 산화물 함유) 내로 확산될 수 있다.
ii) 입자 정제(grain refine) - 주조의 기계적 특성은 응고하는 금속의 입자 크기를 제어함으로써 개선될 수 있다. 주조 합금의 입자 크기는 응고가 시작함에 따라 액상 금속 내에 존재하는 핵의 개수와, 냉각 속도에 따라 다르다. 일반적으로, 냉각 속도가 빠를수록, 입자 크기를 작게 촉진시키고, 특정 요소를 용융물에 첨가하면, 입자 성장을 위한 핵을 제공할 수 있다.
iii) 변형 - 합금의 미소구조 및 특성은 소듐 또는 스트론튬 등의 적은 양의 특정 "변형" 요소를 첨가하여 개선될 수 있다. 변형은 고온 내파열성을 증가시키고 합금 공급 특성을 개선하여 수축 다공성(shrinkage porosity)을 감소시킨다.
iv) 세정 및 알칼리 제거 - 특정 레벨의 알칼리 요소는 합금 특성에 악영향을 미칠 수 있으므로, 제거/감소될 필요가 있다. 주조 합금 내에 칼슘이 존재하면, 변형 등의 다른 공정에 간섭하는 한편, 소듐은 세공된 알루미늄 합금의 연성에 악영향을 미친다. 응고된 금속 내에 비말 동반된 산화물, 탄화물 및 붕소화물 등의 비철 함유물이 존재하면, 금속의 물리적 및 기계적 특성에 악영향을 미치므로, 제거될 필요가 있다.
이러한 작용들은 각종 방법 및 장비에 의해 별개로 또는 함께 수행될 수 있다. 금속 처리 물질을 첨가하기 위한 하나의 접근법은 용융 금속에 직접 첨가하는 것으로서, 이는 금속(알루미늄 또는 구리) 내에 캡슐화된 분말이 용융 금속을 기계적으로 교반하면서 용융물 전체에 효과적인 분포를 보장할 수 있기 때문이다. 미입자 금속 처리제는 용융 금속의 표면 아래에 위치된 개방 배출구를 갖는 랜스(lance)를 사용함으로써 도입될 수도 있다. 그 후, 담체 가스를 이용하여 압력 하에서 랜스 아래에 분말 또는 입자상 첨가제가 분사된다. 일반적으로, 랜스는 첨가제와 가스를 통과시키는 얇은 벽의 강철 삽입 튜브를 갖는 그래파이트 또는 탄화 규소의 중공형 튜브이다.
일반적으로, 용융 금속의 탈기는 용융 금속을 염소, 아르곤, 질소 또는 그 혼합물 등의 건조 불활성 가스의 정교한 기포로 플러시(flush)함으로써 로터리 탈기 유닛(rotary degassing unit: "RDU")을 이용하여 수행된다. 이는 통상적으로 로터를 부착하는 중공형 샤프트를 이용하여 수행된다. 사용시에, 샤프트와 로터가 회전되어, 가스를 샤프트 아래로 통과시켜서 로터를 거쳐 용융 금속 내로 분산시킨다. 랜스 이외의 로터를 사용하면, 용융물의 기부에 매우 정교한 많은 기포를 발생시키기 때문에 보다 효율적이다. 이러한 기포는 용융물을 통해 상승하고, 수소는 기포가 표면에 도달하는 경우에 대기로 분사되기 전에 기포 내로 확산된다. 또한, 상승하는 기포는 함유물을 수집하여 선발할 수 있는 용융물의 상부로 이송한다.
수소(및 산화물 함유)를 제거하기 위해 가스를 도입하는 것과 아울러, 로터리 탈기 유닛은 샤프트를 거쳐 가스와 함께 금속 처리 물질("처리제"로도 부름)을 용융물 내로 분사하는데 사용될 수도 있다. 이러한 분사 방법은, 특히 분말 물질을 이용하는 경우에, 금속 처리 물질이 차단을 야기하는 샤프트 내의 부분적인 용융하기 쉬운 점에서 랜스 분사법과 유사한 결함을 갖는다. 입자상 플럭스를 도입 및 사용하면, 장비 설계의 변경으로 인한 많은 어려움을 완화했다.
탈기 및 금속 처리를 위한 장비의 일례로는, Foseco의 이름으로 개발 및 판매되는 금속 처리 스테이션(MTS)이 있다. "MTS" 유닛은 샤프트를 거쳐 처리 물질을 첨가한 다음, 용융물 전체에 로터를 거쳐 분포시키기 위해 정확한 첨가 유닛을 구비했다.
금속 처리제를 도입하기 위해 샤프트를 사용하는 변형례로서, 후자의 장비(Foseco에 의해 판매되는 "MTS 1500")는 샤프트와 로터를 거치기보다는 용융물 표면에 직접 처리 물질을 첨가한다. MTS 1500에서, 특정 변수 내의 로터와 샤프트의 회전은 샤프트 둘레에 와동(vortex)을 형성하는데 사용된다. 그 다음, 금속 처리제는 와동 내에 첨가되어, 용융물 전체에 용이하게 분산된다. 용융물 내의 임의 난류는 공기 도입을 초래하며, 그 후에 금속 내의 산화물 형성을 초래할 것이다. 따라서, 와동은 처리 사이클의 짧은 부분을 위해서만 채용되며, 일단 혼합 단계가 완료되면, (예컨대, 배플 플레이트의 적용에 의해) 정지된다. 효과적인 로터는 와동을 형성하여, 용융물 내의 간류를 최소로 유지하기 위해 가능한 한 신속하게 처리제를 분산시킬 것이다. 그 다음, 용융물로부터 반응 제품을 탈기 및 제거한다. 사이클의 정지 부분 이후(예컨대, 배플 플레이트가 낮춰진 이후)의 초기 와동의 강렬한 혼합 작용은 처리제의 효과적인 사용 및 최적의 용융물 품질을 초래한다.
금속 처리 스테이션에서와 같은 추가적인 공정 단계가 있거나 없는 로터리 탈기 유닛에 사용되는 로터리 유닛의 일례를 WO2004/057045호(도 1)(그 개시내용은 본원에 참조됨)에 개시된 "XSR 로터"이다. 로터리 장치(2)는 관통 연결 부재(도시하지 않음)를 거쳐 일단부에서 로터(6)에 연결된 보어(4a)를 갖는 샤프트(4)를 포함한다. 로터(6)는 일반적으로 디스크 형상이며, 환형의 상부[루프부(8)]와, 그로부터 이격된 환형 하부[기부(10)]를 포함한다. 기부(10) 내의 중앙에 개방 챔버(12)가 제공되며, 루프부(8)로 상측으로 연장된다. 루프부(8)와 기부(10)는 챔버(12)의 외주로부터 로터(6)의 외주로 외측으로 연장되는 4개의 디바이더(14)에 의해 연결된다. 각각의 인접한 쌍의 디바이더(14), 루프부(8) 및 기부(10) 사이에는 구획부(16)가 형성된다. 루프부(8)의 주변 에지(8a)는 복수의 부분 원형의 절결부(18)(본 실시예에서는 8개)를 구비한다. 각각의 절결부(18)는 각각의 구획부(16)용의 제 2 출구로서 기능한다.
또 다른 종래기술은 Diamant(등록상표)라는 명칭의 Vesuvius에 의해서만 주로 탈기하도록 판매되는 로터[종래기술의 로터(2)]이며, 도 2에 도시되어 있다. 이는 일반적으로 디스크 형상이며, 로터(20) 둘레에 등간격으로 이격된 4개의 반경방향 보어(22)를 포함한다. 각각의 보어(22)는 로터(20)의 내부면으로부터 외주면(20a)으로 연장되므로, 가스를 위한 출구(24)를 제공한다. 로터는, 로터의 외주면(20a)으로부터 내측으로 연장되는 4개의 절결부(26)를 갖는다. 각각의 절결부(26)는 출구(24)에 배치되며 로터(20)의 전체 깊이를 위해 하측으로 연장된다. 가스와 용융 금속의 혼합을 위한 챔버는 없다. 사용시, 로터는 중공형 샤프트(도시하지 않음)에 부착된다.
미국 특허 6,056,803호는 용융 금속 내에 가스를 분사하기 위한 인젝터를 개시한다. 인젝터는 원통형 샤프트의 하단부에 부착된 매끄러운 면의 로터로 구성된다. 로터는 직립형 하측 원통형부와 상측 원추부의 형태를 갖는다. 하측 원통부는 몇몇의 통로가 반경방향으로 연장되는 중앙 위치된 공동을 구비한다. 가스 통로는 통로 내로 가스를 도입하지만, 공동과 직접 연통하지는 않는다.
독일 특허 103 01 561호는 중앙 보어를 갖는 절두원추형을 갖는 로터 헤드를 개시한다. 로터 헤드의 측부는 측방향 홈부에 의해 윤곽 형성되며, 로터의 하부는 반경방향으로 연장되는 채널을 포함한다.
미국 특허 5,160,593호는 중공형 임펠러 샤프트 상에 장착되며 용융 금속을 처리하는데 사용되는 다수의 베인형 임펠러 헤드를 개시한다. 임펠러 헤드는 중앙의 축방향 보어를 갖는 허브를 구비하며, 다수의 베인은 허브에 고정되어 허브 위로 연장된다. 베인은 액체와 가스 휴지기 상호작용(interphase interaction)을 강화하기 위한 난류를 형성한다.
본 발명의 목적은, 개선된 로터리 장치로서, 공지된 장치에 비해 하나 이상의 하기의 이점을 바람직하게 제공하는 이러한 장치를 포함하는 (탈기 및/또는 금속 처리제의 첨가를 위한) 금속 처리 장비를 제공하는 것이다.
(i) 보다 빠른 탈기 및/또는 처리제의 보다 신속하고/하거나 효율적인 혼합 등의 야금학적 이점;
(ii) 보다 높은 내구성 및 장비 수명, 감소된 처리 비용 및 감소된 폐기물 등의 경제적인 이점;
(iii) 처리 물질과 감소된 가스상 미립자 배출물을 초래하는 대기 사이의 감소된 접촉 등의 건강 및 안전 이점; 및
(iv) 요구된 처리 물질의 양의 감소, 감소된 처리 시간 및 감소된 폐기물로 인한 보다 낮은 에너지 소모를 통한 환경적인 이점.
본 발명에 따르면, 용융 금속을 처리하기 위한 로터리 장치로서,
상기 로터리 장치는 중공형 샤프트를 포함하며, 그 일단부에는 로터가 있고,
상기 로터는 루프부(roof)와 기부, 통로, 유동 경로 및 챔버를 포함하며,
상기 루프부와 기부는 이격 배치되어 복수의 디바이더(dividers)에 의해 연결되고,
상기 통로는 각각의 인접한 쌍의 디바이더와 상기 루프부 및 상기 기부 사이에 형성되며, 각각의 통로는 상기 로터의 내부면에 있는 입구와, 상기 로터의 외주면에 있는 출구를 가지며, 상기 출구는 각각의 입구보다 큰 단면적을 갖고 상기 입구로부터 반경방향 외측에 배치되고,
상기 유동 경로는 상기 샤프트를 통해 상기 통로의 입구 내에 그리고 상기 출구 외부에 형성되고,
상기 챔버에서는 상기 용융 금속과 가스의 혼합을 발생시킬 수 있으며, 상기 루프부 내에는 복수의 제 1 절결부가 제공되고, 상기 기부 내에는 복수의 제 2 절결부가 제공된다.
놀랍게도, 본 발명자는, 챔버, 입구보다 큰 단면적을 갖는 출구, 루프부와 기부 내의 절결부의 조합에 의해 탈기 및 용융 금속의 혼합을 개선함으로써, 회전속도가 감소되는 한편, 탈기/혼합에 대한 동일한 효율을 유지하여 샤프트와 로터의 수명을 연장시킬 수 있거나, 또는 동일한 로터 속도에서 더욱 효율적으로 탈기/혼합 시간이 성취되어 처리 시간을 감소시킬 수 있는 것을 알게 되었다.
일 실시예에서, 로터는 고형 물질 블럭으로 형성되며, 루프부와 기부는 블럭의 상측 및 하측 영역, 통로를 형성하는 보어/슬롯을 갖는 블록의 중간 영역으로 구성되며, 각각의 보어/슬롯 사이의 중간 영역에 의해 각각의 디바이더가 형성된다.
일 실시예에서, (루프부 내의) 각각의 제 1 절결부는 로터의 외주면으로부터 내측으로 연장되며, 이 경우 각각의 제 1 절결부는 출구와 인접할 것이다. 이러한 실시예에서, 외주면 내의 각각의 제 1 절결부의 크기는 대응하는 출구의 크기 미만이다. 바람직하게, 각각의 제 1 절결부는 부분 원형이다. 바람직하게, 제 1 절결부는 로터 둘레에 대칭으로 배치된다. 그러나, 제 1 절결부는 임의의 형상을 가질 수 있고, 제 1 절결부 중 하나 이상은 루프부를 통해 통로 중 하나 내에서 (임의 형상의) 보어로 구성될 수도 있다.
제 1 절결부는 동일하거나 또는 상이한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 제 1 절결부 모두는 동일한 크기 및 형상을 갖는다.
특정 실시예에서, (기부 내의) 각각의 제 2 절결부는 기부의 외주면으로부터 내측으로 연장되는 절결부이다. 바람직하게, 각각의 제 2 절결부는 부분 원형이다. 바람직하게, 제 2 절결부는 로터 둘레에 대칭으로 배치된다. 그러나, 제 2 절결부는 임의의 형상을 가질 수 있고, 제 1 절결부 중 하나 이상은 기부를 통해 통로 중 하나 내에서 (임의 형상의) 보어로 구성될 수도 있다.
각각의 제 2 절결부는 동일하거나 또는 상이한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 절결부 모두는 동일한 크기 및 형상을 갖는다.
제 2 절결부는 제 1 절결부와 동일한 크기 및/또는 형상을 가지거나, 또는 상이한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 모든 제 1 및 제 2 절결부는 동일한 크기 및 형상을 가진다.
제 1 절결부의 개수는 제 2 절경부의 개수보다 많거나 적거나 또는 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 절결부의 개수는 제 2 절결부의 개수와 동일하다.
특정 실시예에서, 로터는 (3개, 4개 또는 5개의 디바이더에 의해 형성되는) 3개, 4개 또는 5개의 통로를 갖는다. 특정 실시예에서, 로터는 4개의 통로를 갖는다.
특정 실시예에서, 로터는 통로마다 하나 이상의 출구와, 제 1 및 제 2 절결부 중 하나 이상을 갖는다. 특정 실시예에서, 로터는 통로마다 하나의 출구, 2개의 제 1 절결부 및 2개의 제 2 절결부를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 로터는 통로마다 하나의 출구와, 제 1 및 제 2 절결부 중 하나를 갖는다.
일 실시예에서, 통로 내의 각각의 제 1 절결부는 대응하는 제 2 절결부와 부분적으로 일치한다. 또 다른 실시예에서, 통로 내의 각각의 제 1 절결부는 대응하는 제 2 절결부와 완전히 일치한다(즉, 샤프트 축을 따라 로터를 향해 볼 때, 각각의 제 1 절결부는 대응하는 제 2 절결부 바로 위에 있다).
일련의 실시예에서, 제 1 및/또는 제 2 절결부는 로터 반경의 50% 이하 또는 40% 이하로 내측으로 연장된다. 몇몇 실시예에서, 제 1 및/또는 제 2 절결부는 로터 반경의 10% 이상 또는 20% 이상으로 내측으로 연장된다. 이는 절결부들이 로터(루프부 또는 기부)의 외주면의 일부(원호)를 샤프트 축에 수직한 평면에서 직선형, 부분 원형 또는 원호형으로 제거하는 경우에 특히 유용한 변수이다. 일 실시예에서, 제거되는 로터(루프부 또는 기부)의 외주면의 일부(원호)는 부분 원형이다.
샤프트 축에 수직한 평면 내의 로터의 외주면이 대체로 원인 제 2 실시예에서, 통로의 개수에 의해 곱해진 소정의 통로와 인접하는 제 1 절결부에 의해 루프부 내에서 제거되거나 또는 제 2 절결부에 의해 기부 내에서 제거되는 원주의 원호의 길이는, 원의 원주에 대한 비율이 적어도 0.3, 적어도 0.5 또는 적어도 0.6이다. 또 다른 실시예에서, 상기 비율은 0.9 이하이다. 소정의 통로와 인접하는 하나 이상의 제 1 또는 제 2 절결부가 있는 경우에, 관련 비율은 통로의 개수에 의해 곱해진 소정의 통로와 인접하는 제 1 또는 제 2 절결부 모두에 의해 제거되는 루프부 또는 기부 내의 원주의 원호의 총 길이와, 원의 원주이다.
로터는 용융 금속과 가스의 혼합이 발생할 수 있는 챔버를 구비한다. 일 실시예에서, 챔버는 입구의 반경방향 내측에 위치되고 로터의 기부 내에 개구를 가지며 샤프트와 입구 사이에 유동 경로가 있으므로, 사용시 장치를 회전하면, 용융 금속은 로터의 기부를 통해 챔버 내로 유입되며, 샤프트로부터 챔버 내로 통과하는 가스와 혼합되며, 금속/가스 분산도(dispersion)는 출구를 통해 로터로부터 배출되기 전에, 통로 내로 펌핑된다.
일 실시예에서, 샤프트와 로터는 별개 형성되며, 양자는 탈착가능한 고정 수단에 의해 서로 부착된다. 샤프트는 (예컨대, 각각의 샤프트와 로터 상에서 맞물리는 스크류 나사산을 제공함으로써) 로터에 직접 연결될 수 있거나, 또는 예컨대 나사산 형성된 관형의 연결 부재를 거쳐 간접적으로 연결될 수 있다.
바람직하게, 로터는 (그래파이트 등의) 고형 물질 블록으로 형성되며, 통로는 밀링 작업에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 로터는 적절한 물질(예컨대, 알루미늄-그래파이트)을 요구된 형상으로 등방적으로 압착 또는 주조[선택적으로, 최종 치수를 제공하도록 니어-네트(near-net) 형상을 기계가공]함으로써 제조될 수도 있다.
불확실성을 회피하기 위해, 본 발명은 본질적으로 로터에 속하며, 본 발명의 로터리 장치를 포함하는 금속 처리 물질의 첨가 및/또는 탈기(RDU)를 위한 금속 처리 유닛(예컨대, MTS 유닛)에 속한다.
또한, 본 발명은,
(i) 본 발명의 로터리 장치의 로터 및 샤프트의 일부를 처리될 용융 금속 내에 침지시키는 단계;
(ii) 상기 샤프트를 회전시키는 단계; 및
(iii) 상기 샤프트 아래로 그리고 상기 로터를 거쳐 상기 용융 금속 내로 가스 및/또는 하나 이상의 처리 물질을 통과시키고/통과시키거나 하나 이상의 처리 물질을 상기 용융 금속 내에 바로 통과시켜서, 상기 금속을 처리하는 단계;를 포함하는 용융 금속을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
용융 금속의 특성은 제한되지 않는다. 그러나, 처리를 위해 적절한 금속으로는, 알루미늄 및 그 합금[저 실리콘 합금(4-6% Si), 예컨대 BS 합금 LM4(Al-Si5Cu3); 중간 실리콘 합금(7.5-9.5% Si), 예컨대 BS 합금 LM25(Al-Si7Mg); 공융 합금(10-13% Si), 예컨대 BS 합금 LM6(Al-Si12); 과공정 합금(> 16% Si), 예컨대 BS 합금 LM30(Al-Si7Cu4Mg); 알루미늄 마그네슘 합금, 예컨대 BS 합금 LM5(Al-Mg5Si1; Al-Mg6)]; 마그네슘 및 그 합금(예컨대 BS 합금 AZ91(8.0-9.5% Al) 및 BS 합금 AZ81(7.5-9.0% Al); 및 구리 및 그 합금(고전도성 구리, 황동, 청동, 인동, 납동, 포금, 알루미늄 동 및 구리-니켈을 포함함)이 있다.
가스는 (아르곤 또는 질소 등의) 불활성 가스일 수 있으며, 일반적으로 건조된다. 가스는 통상적으로 불활성으로 간주되지 않지만, 금속에 악영향을 미치지 않는 염소 또는 염소처리된 탄화수소가 사용될 수도 있다. 가스는 전술한 가스 중 2가지 이상의 혼합물일 수 있다. 가스의 비용과 불활성 간의 균형을 위해, 건조 질소가 통상적으로 사용된다. 상기 방법은 용융 알루미늄으로부터 수소가스를 제거하기 위해 특히 유용하다.
소정의 로터에 대해, 탈기 효율은 회전 속도, 가스 유량 및 처리 시간에 의해 결정될 것이다. 적절한 회전 속도는 550 rpm 미만, 400 rpm 미만 또는 대략 350 rpm이다.
탈기가 처리 물질(처리제)의 첨가와 조합되면, 이러한 처리 물질은 탈기 전에 용융물 내로 도입되어 불활성 퍼지 가스와 함께 초기 탈기 단계 동안에 첨가되거나 또는 탈기 단계 후에 첨가될 수 있다. 그 다음, 탈기/입자 정제 및/또는 변형 및/또는 세정/불순물 처리가 조합된다. 탈기 또는 다른 처리와 함께 사용되는지의 여부에 따라, 처리 물질은 세정/불순물 처리, 입자 정제, 변형종 또는 이들의 조합[종종, "플럭스(들)"로 부름]일 수 있다. 이러한 플럭스는 각종 물리적 형태(예컨대, 분말, 입자, 태블릿, 펠렛 등) 및 화학적 타입(예컨대, 무기성 염, 금속 합금 등)일 수 있다. 화학적 플럭스는 세정 및 불순물 처리를 위한 알칼리 금속 및 알칼리-희토류 할라이드의 혼합물을 포함한다. 다른 플럭스로는, 입자 정제를 위한 티타늄 및/또는 붕소 합금(예컨대, AlTiB 합금), 알루미늄-실리콘 합금의 변형을 위한 나크륨염 또는 스트론튬(일반적으로, 5-10% 마스터 합금)이 있다.
로터의 요구된 크기, 회전 속도, 가스 유량 및/또는 처리 물질의 양은 처리될 금속의 질량, 최적 처리 시간 및 공정이 연속식인지 또는 배치식인지의 여부를 고려하여 특정된 처리에 의해 결정될 것이다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 예로서 기술될 것이다.
도 1은 종래기술의 XSR 로터를 도시한 도면,
도 2는 종래기술의 DIAMANT(등록상표) 로터의 평면도,
도 3a는 본 발명에 따른 제 1 로터를 갖는 로터리 장치의 측면도,
도 3b는 도 3a의 로터의 평면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 제 2 로터의 측면도 및 평면도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 제 3 로터의 측면도 및 평면도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 제 4 로터의 측면도 및 평면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 제 5 로터의 측면도 및 평면도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 제 6 로터의 측면도 및 평면도,
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 제 7 로터의 측면도 및 평면도,
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 제 8 로터의 측면도 및 평면도,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 제 9 로터의 측면도 및 평면도,
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 제 10 로터의 측면도 및 평면도,
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 제 11 로터의 측면도 및 평면도,
도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 제 12 로터의 측면도 및 평면도,
도 15는 본 발명에 따른 금속 처리 유닛의 개략도,
도 16, 도 18 내지 도 22는 본 발명의 로터리 장치를 이용하는 경우 용융물의 수소 농도 감소에 관한 그래프,
도 17a 및 도 17b는 종래기술의 SPR 로터의 측면도 및 평면도.
도 2는 종래기술의 DIAMANT(등록상표) 로터의 평면도,
도 3a는 본 발명에 따른 제 1 로터를 갖는 로터리 장치의 측면도,
도 3b는 도 3a의 로터의 평면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 제 2 로터의 측면도 및 평면도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 제 3 로터의 측면도 및 평면도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 제 4 로터의 측면도 및 평면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 제 5 로터의 측면도 및 평면도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 제 6 로터의 측면도 및 평면도,
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 제 7 로터의 측면도 및 평면도,
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 제 8 로터의 측면도 및 평면도,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 제 9 로터의 측면도 및 평면도,
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 제 10 로터의 측면도 및 평면도,
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 제 11 로터의 측면도 및 평면도,
도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 제 12 로터의 측면도 및 평면도,
도 15는 본 발명에 따른 금속 처리 유닛의 개략도,
도 16, 도 18 내지 도 22는 본 발명의 로터리 장치를 이용하는 경우 용융물의 수소 농도 감소에 관한 그래프,
도 17a 및 도 17b는 종래기술의 SPR 로터의 측면도 및 평면도.
예 1
도 3a는 본 발명에 따른 용융 금속 내에 가스 및/또는 다른 처리 물질을 분산시키기 위한 로터리 장치의 평면도를 도시한다. 상기 장치는 샤프트(20)와, 그에 탈착가능하게 연결된 로터(40)를 포함한다. 로터(40)는 도 3b에서 평면도로 도시되어 있다. 로터(40)는 그래파이트로 이루어지며 단일 구성을 갖는다. 로터(40)는 대체로 디스크 형상이며, 환형의 상부[루프부(42)]와, 그로부터 이격된 환형의 하부[기부(44)]를 포함한다. 나사산 형성된 관형 연결 부재(도시하지 않음)를 거쳐 로터(40)를 샤프트(30)에 부착하는 루프부(42) 내에 나사산 형성된 관통구멍(46)이 있다. 로터(40)의 기부(44) 내의 중앙에 개방 챔버(48)가 제공된다. 챔버(48)는 루프부(42)에 상측으로 연장되며, 루프부(42) 내의 관통구멍(46), 관통구멍(46)과 챔버(48)와 인접하므로, 로터(40)를 통해 수직방향으로 연속적인 통로를 형성한다. 챔버(48)는 관통구멍(46)보다 반경방향 외측으로 더 연장된다. 루프부(42)와 기부(44)는 로터(40) 둘레에 등간격으로 이격되며 루프부(42)와 기부(44) 사이에 배치된 디바이더(50)에 의해 연결된다. 디바이더(50)는 챔버(48)의 외주로부터 로터(40)의 외주면(40a)으로 외측으로 연장된다. 각각의 쌍의 인접한 디바이더(50), 루프부(42) 및 기부(44) 사이에 통로(52)가 형성된다. 각각의 통로(52)는 챔버(48)로부터의 입구(54)와, 길다란 슬롯의 형태로서 로터(40)의 외주면(40a) 상에 있는 출구(56)를 갖는다. 각각의 출구(56)는 대응하는 입구(54)보다 큰 단면적을 갖는다. 루프부(42)와 기부(44)의 외주면은 4개의 부분 원형의 절결부(58a, 58b)(제 1 및 제 2 절결부)를 각각 구비한다. 가스원으로부터, 샤프트(30)의 보어 및 연결 부재(도시하지 않음)를 통해, 챔버(48) 내로 로터(40)의 루프부(42)를 통해, 통로(52) 내로 입구(54)를 통해, 그리고 출구(56)를 통해 로터(40) 외부로 연속적인 유동 경로가 존재한다.
루프부(42)와 기부(44) 내의 절결부(58a, 58b)는 도 3b에서 볼 때 일치하고 있다. 로터(40)는 [원(C)에 근거하여] 횡방향 단면이 대체로 원형이다. 절결부(58a, 58b) 각각은 루프부(42)와 기부(44)의 외주면으로부터 최대 거리(z)로 내측으로 연장된다. 로터(40)가 110 mm의 반경(r)을 갖는 원(C)에 근거하는 경우, z = 32.45 mm이다. 따라서, 절결부(58a, 58b)는 로터(40) 반경의 29.5% 만큼 내측으로 연장된다.
루프부 내의 절결부(58a) 각각은 인접한 디바이더(50)의 각 쌍 사이의 전체 거리를 연장하며 원(C)의 원호(y)("외주면에서의 절결부의 크기"로도 부름)를 제거한다. 인접한 절결부(58a)의 각 쌍 사이의 원(C)의 나머지 부분은 x로 나타낸다. 로터(40)가 루프부(42) 내에 절결부(58a)를 가지기 때문에, 원(C)의 전체 원주는 4(x + y)이다.
따라서, 통로(4)의 개수에 의해 곱해진 소정의 통로(y)와 인접하는 제 1 절결부에 의해 제거되는 원주의 원호의 길이는, 원의 원주[4(x + y)]에 대한 비율이 하기와 같다.
y/(x + y)
로터(40)가 110 mm의 반경을 갖는 원(C)에 근거하는 경우, x = 24.96 mm이고, y = 147.83 mm이며, 이에 따라 y/(x + y)는 0.856이다. 본 예에서, 루프부와 기부 내의 절결부는 상기 유도된 값이 기부와 그 절결부에 동일하게 적용되도록 등록된다. 다른 실시예에서, x와 y 그리고 y/(x + y)는 기부와 루프부에 대해서 상이할 수 있다.
예 2 내지 6
도 4a 내지 도 8a 및 도 4b 내지 도 8b는 용융 금속 내의 가스 및/또는 다른 처리 물질을 분산시키기 위한 로터(60)(예 2), 70(예 3), 80(예 4), 90(예 5) 및 100(예 6)의 측면도 및 평면도이다. 로터(60, 70, 80, 90, 100)는 루프부(42)와 기부(44) 내에 배치된 부분 원형의 절결부(62a,b, 72a,b, 82a,b, 92a,b, 102a,b)가 로터 각각에 대해 상이한 크기 및 형상을 갖는 것을 제외하고는 로터(40)와 동일하며, "a"는 루프부 내의 절결부에 사용되고, "b"는 기부 내의 절결부에 사용된다.
로터(40, 60, 70, 80) 내의 절결부(58, 62, 72, 82) 각각은 유사한 거리(유사한 z값)에 대해 루프부(42)와 기부(44)의 외주면으로부터 내측으로 연장되지만, 외주면에 근거한 공칭 원(C)으로부터 원호(상이한 y값)의 상이한 길이를 제거한다. 로터 각각을 위해 제거된 원호(y)의 길이는 40, 60, 70 및 80의 순서로 감소한다.
로터(90, 100)는 루프부(42)와 기부(44) 내에 부분 원형의 절결부(92, 102)를 각각 갖는다. 절결부(92, 102)는, 로터(90, 100)가 유사한 z값을 갖도록 유사한 거리로 내측으로 연장되지만, 공칭적으로 근거한 원(C)으로부터 원호(y)의 상이한 길이를 제거한다. 절결부(92)는 인접한 디바이더(50) 사이에서 전체 길이를 연장하는 원호(y)를 제거하는 반면, 절결부(102)는 보다 짧은 원호를 제거하므로 보다 짧은 y을 갖는다.
110 mm의 반경을 갖는 로터(rotor)(40, 60, 70, 80, 90, 100)에 대한 x, y 및 z값은 아래의 표 1에 제공된다.
표 1
예 7
도 9a 및 도 9b는 용융 금속 내의 가스 및/또는 다른 처리 물질을 분산시키기 위한 로터(110)(예 7)의 측면도 및 평면도이다. 로터(110)는 그래파이트로 이루어지며 단일 구성을 갖는다. 로터(110)는 전술된 바와 같은 루프부(42), 기부(44), 관통구멍(46), 챔버(48), 4개의 디바이더(50), 4개의 통로(52), 4개의 입구954) 및 4개의 출구 슬롯(56)을 갖는 로터(40)와 유사하다. 로터(110)는 루프부(42)와 기부(44) 내에 배치되는 절결부(112a,b)를 갖고, 루프부 내의 절결부(112a)와 기부 내의 절결부(112b)는 일치한다. 절결부(112)는 직선형 에지를 가지며, 위로부터 볼 때, 로터(110)는 [원(C)에 근거하여] 대체로 원형임에도 불구하고 둥근 에지를 갖는 정방형의 외관을 갖는다. 절결부(112)는 거리(z)에 대해 루프부와 기부의 외주면으로부터 내측으로 연장되며 원(C)의 원호(y)를 제거한다.
예 8
도 10a 및 도 10b는 용융 금속 내의 가스 및/또는 다른 처리 물질을 분산시키기 위한 로터(120)(예 7)의 측면도 및 평면도이다. 로터(120)는 로터(110)와 유사하며 직선형 절결부(122a,b)를 가지므로, 위로부터 볼 때 둥근 에지를 갖는 정방형의 외관을 갖는다. 절결부(122)는 인접한 디바이더(50) 사이의 전체 거리에 대해 연장되며, 로터(120)는 로터(110)보다 큰 y값을 갖는다. 절결부(122)는 거리(z)에 대해 루프부(42)와 기부(44)의 외주면으로부터 내측으로 연장된다.
예 9
도 11a 및 도 11b는 용융 금속 내의 가스 및/또는 다른 처리 물질을 분산시키기 위한 로터(130)의 측면도 및 평면도이다. 로터(130)는 로터(110, 120)와 유사하며, 직선형 에지를 갖는 절결부(132a,b)를 갖는다. 위로부터 볼 때, 로터(130)는 절결부(132)가 디바이더(50) 내로 연장되기 때문에 정방형 형상을 갖는다. 그럼에도, 로터(130)는 횡방향 단면이 [원(C)에 근거하여] 대체로 원형인 것으로 보일 수도 있다. 절결부(132)는 거리(z)에 대해 루프부(42)와 기부(44)의 외주면으로부터 내측으로 연장되며, 인접한 절결부(132) 사이의 거리가 없기 때문에 x값은 0(zero)이다.
110 mm의 반경을 갖는 로터(rotor)(110, 120, 130)에 대한 x, y 및 z값은 아래의 표 2에 제공된다.
표 2
예 10
도 12a 및 도 12b는 용융 금속 내의 가스 및/또는 다른 처리 물질을 분산시키기 위한 로터(140)의 측면도 및 평면도이다. 로터(140)는 그래파이트로 이루어지며 단일 구성을 갖는다. 로터(140)는 대체로 디스크 형상이며, 전술한 바와 같은 환형 상부[루프부(42)], 환형 하부[기부(44)], 나사산 형성된 관통구멍(46) 및 개방 챔버(48)를 포함한다. 루프부(42)와 기부(44)는 로터(140) 둘레에 등간격으로 이격되며 루프부(42)와 기부(44) 사이에 배치된 3개의 디바이더(142)에 의해 연결된다. 디바이더(142)는 챔버(48)의 외주로부터 로터(140a)의 외주면으로 외측으로 연장된다. 각각의 쌍의 인접한 디바이더(142), 루프부(42) 및 기부(44) 사이에 통로(52)가 형성되므로, 총 3개의 통로(52)를 제공한다. 각각의 통로(52)는 챔버(48)로부터의 입구(54)와, 로터(140a)의 외주면 상의 출구(56)를 갖는다. 루프부(42)와 기부(44)의 외주면은 3개의 부분 원형의 절결부(144a,b)(제 1 및 제 2 절결부)를 각각 구비한다. 로터(140)는 [원(C)에 근거하여] 대체로 원형이다. 각각의 절결부(144)는 루프부(42)와 기부(44)의 외주면으로부터 거리(z) 만큼 연장되며 원(C)의 원호(y)를 제거한다. 110 mm의 반경을 갖는 로터(rotor)에 대한 x, y 및 z값은 아래의 표 3에 제공된다.
표 3
예 11
도 13a 및 도 13b는 용융 금속 내의 가스 및/또는 다른 처리 물질을 분산시키기 위한 로터(150)의 측면도 및 평면도이다. 로터(150)는 그래파이트로 이루어지며 단일 구성을 갖는다. 로터(150)는 대체로 디스크 형상이며, 전술한 바와 같은 환형 상부[루프부(42)], 환형 하부[기부(44)], 나사산 형성된 관통구멍(46) 및 개방 챔버(48)를 포함한다. 루프부(42)와 기부(44)는 로터(150) 둘레에 등간격으로 이격되며 루프부(42)와 기부(44) 사이에 배치된 5개의 디바이더(152)에 의해 연결된다. 디바이더(152)는 챔버(48)의 외주로부터 로터(150a)의 외주면으로 외측으로 연장된다. 각각의 쌍의 인접한 디바이더(152), 루프부(42) 및 기부(44) 사이에 통로(52)가 형성되므로, 총 5개의 통로(52)를 제공한다. 각각의 통로(52)는 챔버(48)로부터의 입구(54)와, 로터(150a)의 외주면 상의 출구(56)를 갖는다. 루프부(42)와 기부(44)의 외주면은 5개의 부분 원형의 절결부(154a,b)(제 1 및 제 2 절결부)를 각각 구비한다. 로터(150)는 [원(C)에 근거하여] 대체로 원형이다. 각각의 절결부(154)는 루프부(42)와 기부(44)의 외주면으로부터 거리(z) 만큼 연장되며 원(C)의 원호(y)를 제거한다. 87.5 mm의 반경을 갖는 로터(rotor)(150)에 대한 x, y 및 z값은 아래의 표 4에 제공된다.
표 4
예 12
도 14a 및 도 14b는 용융 금속 내의 가스 및/또는 다른 처리 물질을 분산시키기 위한 로터(160)의 측면도 및 평면도이다. 로터(160)는 그래파이트로 이루어지며 단일 구성을 갖는다. 로터(160)는 대체로 디스크 형상이며, 전술한 바와 같은 환형 상부[루프부(42)], 환형 하부[기부(44)], 관통구멍(46), 챔버(48), 4개의 디바이더(50) 및 각각의 입구(54)와 출구(56)를 갖는 4개의 통로(52)를 포함한다는 점에서 로터(40)(예 1)와 유사하다. 로터(40)와는 달리, 로터(160)는 루프부(42) 내에 8개의 제 1 절결부(162a)와, 기부(44) 내에 8개의 제 2 절결부(162b)를 가지며, 통로(52)마다 2개의 제 1 절결부(162a)와 2개의 제 2 절결부(162b)가 있다. 제 1 절결부(162a)와 제 2 절결부(162b)는 위로부터 볼 때 일치한다. 통로(52) 내에서, 인접한 제 1 절결부(162a) 사이 또는 인접한 제 2 절결부(162b) 사이의 거리를 x1으로 나타낸다. 디바이더(50)를 가로질러, 인접한 제 1 절결부(162a) 사이 또는 인접한 제 2 절결부(162b) 사이의 거리를 x2으로 나타낸다. 통로(4)의 개수에 의해 곱해진 소정의 통로(2y)와 인접한 제 1 또는 제 2 절결부에 의해 제거되는 원주의 원호의 길이는, 원의 원주(8y+4x1+4x2)에 대한 비율이 2y/(2y+x1+x2)로 제공된다.
87.5 mm의 반경을 갖는 로터(rotor)(160)에 대한 x, y 및 z값은 아래의 표 5에 제공된다.
표 5
예 13
도 15는 탈기(로터리 탈기 유닛: RDU) 및/또는 금속 처리 물질의 첨가(금속 처리 스테이션: MTS)를 위한 금속 처리 유닛(170)을 개략적으로 도시한다. 상기 유닛은 기본적으로 처리될 금속을 보유하는 도가니(crucible)(172), (전술한 바와 같은) 그래파이트 샤프트(176)의 일단부에 나사산 결합되는 그래파이트 로터(174), 모터(178) 및 구동샤프트(180)를 포함하며, 상기 구동샤프트(180)는 하우징(182) 내의 그래파이트 로터 샤프트(176)에 연결된다. 상기 유닛은 호퍼(184), 전달 튜브(186) 및 리트랙터블 배플 플레이트(188)를 더 포함한다. 유닛(170)의 나머지 부분은 도가니(172)에 대해 수직방향으로 이동가능하다.
탈기를 위한 사용시, 모터(178)는 샤프트 조립체(180, 176)와 로터(174)를 회전시키도록 작동하고, 그래파이트 샤프트(176)는 용융 금속을 함유한 도가니(172) 내로 낮춰진다. 구동 샤프트(180)와 그래파이트 샤프트(176)를 통해 그리고 로터(174)를 거쳐 금속 내로 불활성 가스가 통과되어, 용융 금속 내로 분산된다. 배플 플레이트(188)는 용융 금속 위에 앉도록 그 수출 위치에 있다.
복합 금속 처리/탈기 유닛으로서 사용되면, 로터(174)와 그래파이트 샤프트(176)는 용융물 내에 와동을 형성하도록 비교적 신속하게 구동된다. 그 다음, 금속 처리 물질은 호퍼(184)로부터 용융물 내로 적용된다. 혼합을 위해 충분한 시간을 허용한 후에, 로터(174)의 속도가 감소되어 배플 플레이트(188)가 용융물 내로 낮춰지므로, 와동을 정지하며 용융물 내에 난류를 감소시킨다(도 15에 도시). 그 후, 전술한 바와 같이 탈기가 진행된다.
방법
용융 금속의 처리를 위해 사용되는 경우, 로터리 장치의 특성을 모델링하기 위해 2가지 테스트를 개발하였다. 제 1 테스트는 용융 금속을 탈기하기 위한 로터리 장치의 효율을 모델링한다. 제 2 테스트(물 모델)는 용융물 전체에 금속 처리제의 분포를 위해 로터리 장치의 유사한 효율을 예시한다.
1. 탈기
75 mm의 직경을 갖는 샤프트에 부착된 87.5 mm의 반경을 갖는 로터를 720℃로 유지된 280kg의 알루미늄 합금(LM25: AlSi7Mg)을 탈기하는데 사용하였다. 사용된 가스는 15L/분의 유량에서의 건조 질소였다. 회전속도는 320 rpm이었고, 4분에 걸쳐 수행하였다. 용융 금속 내의 수소 레벨의 직접적인 측정을 제공하는 Foseco에 의해 판매되는 ALSPEK H 전자 센서를 사용하여 용융물 내의 용해된 수소의 온도를 측정함으로써 효율을 평가하였다. (가스 없이) 로터를 사용하여 용융 금속을 교반하였고, 용융물 내에 센서를 유지하였다. 그 후, 로터의 샤프트 아래로 가스를 도입하였고, 용융물 내의 수소 레벨을 10초 간격으로 측정 및 기록하였다.
2. 물 모델
와동 형상을 관찰하는데 경량의 플라스틱 펠렛을 사용하고 혼합을 관찰하는데 색상이 있는 염료(음식물 색상)를 사용하는 물 모델(water model)을 사용하여 금속 처리제를 용융물에 첨가하는 시뮬레이션을 하였다. 도가니 대신에 사용된 원통형 투명 용기(650 mm 직경, 900 mm의 높이)를 갖는 Foseco 금속 처리 스테이션(MTS1500 Mark 10) 내에서 로터를 시험하였다. 각각의 로터는 110 mm의 반경을 가졌고, 75 mm의 직경과 1000 mm의 높이를 갖는 샤프트에 부착되었다.
2-1. 와동 형성
로터 효율을 평가하는 제 1 단계는 표준 동등의 와동 치수를 제공하는데 피요한 각각의 로터에 대한 회전속도를 결정하는 것이었다. 이를 성취하기 위해, 우선, 높이 L1(735 mm, 통상적인 수조 높이)로 물을 충진한 투명 용기에 플라스틱 펠렛을 첨가하였다. 각각의 로터가 수조 내에서 낮춰져 와동을 형성하도록 회전될 때까지, 수면 상에 플라스틱 펠렛을 부동시켰다. 그 다음, 플라스틱 펠렛이 로터와 접촉하지만 도가니 내에서 분산하지 않도록 회전속도를 조절하였다. 와동을 형성하는 한편, 이러한 와동에 필요한 시간을 형성할 때, 물 높이(L2, 형성된 와동을 갖는 수조 높이)를 측정하였다.
와동 형성에 대한 효율 인자는 하기의 수학식을 이용하여 연산될 수 있다.
효율 인자 = {(L2-L1)/L1} × 와동 형성 시간
효율 인자의 값이 낮을수록, 로터가 와동 형성을 위해 보다 효율적이다.
2-2. 혼합 시간의 결정
혼합 효율을 결정하기 위해, 물을 함유한 플라스틱 용기 내에서 높이 755 mm로 로터를 낮추었다. 와동 형성 연구(전술한 2.1)에 사용되는 20 mm 이상의 레벨로 수조 높이를 상승시켰다. 사용시에 수조 높이의 자연적인 변동성을 반영하도록 수조 높이를 변경하였다. 로터를 보다 강하게 작동시키기 때문에 보다 높은 수조 높이를 선택하였고, 적어도 이론적으로, 보다 높은 효율의 로터와 보다 낮은 효율의 로터 간의 차를 강조하게 된다. 2.1에서 결정된 회전속도를 이용하여 (플라스틱 펠렛 없이) 와동을 형성하였다. 와동이 일단 안정되면, 와동 내에 3 ml의 음식물 색상을 첨가하였고, 용기 전체에서 음식물 색상을 고르게 혼합하는데 필요한 시간을 측정하였다.
로터
본 발명에 따른 로터를 제조하여 비교를 목적으로 다른 6개(종래기술의 4개의 로터와, 본 발명의 범위 외에 있는 새로이 설계된 2개의 로터)와 함께 시험하였다. 각각의 로터는 2가지 크기, 즉 탈기 실험에 사용된 87.5 mm의 반경을 갖는 로터와, 물 모델에 사용된 110 mm의 반경을 갖는 보다 큰 로터로 제조되었다. 물 모델링 및 탈기 시도를 위한 2개의 약간 상이한 직경의 로터를 사용한 것은 상이한 크기의 용기에 의해 필요하였다. 동일한 직경의 샤프트에 양자 크기의 로터를 부착하였고, 이에 따라 (샤프트를 수용/부착하기 위해) 상부면 내에 동일한 크기의 구멍을 갖는 한편, 기부 내의 챔버는 각각의 로터의 전체 직경에 비례하는 직경을 가졌다. 이런 이유로, 탈기용 로터 내의 절결부의 내측 크기는 물 모델링용 로터보다 약간 작았으므로, z/r 비율을 약간 작았다. 그러나, 그 차는 크지 않아서 효율에 영향을 미치지 않는다.
1. 탈기
각각의 로터에 대해, 10초 간격으로 측정된 용융물 내에 분해된 수소의 농도를 표 6에 도시하며, (최선의 플롯으로 평가되며 가장 근방으로 둥글게 된) 소정의 수소 농도에 도달하는데 걸리는 시간은 도 7에 제공된다.
표 6
표 7
루프부와
기부 내의
절결부의
효과(예 2 및
비교예
A)
루프부만에 있는 것 대신에, 루프부와 기부 내에 절절부를 갖는 효과를 조사하기 위해, 전술된 로터(60)(예 2)와 비교예 A의 2가지 새로운 로터를 설계하여UT다 비교예 A의 로터는 기부 내에 절결부를 갖지 않는다는 점을 제외하고는 로터(60)(루프부 내의 절결부가 동일한 크기 및 형상을 가짐)와 동일하다. 양자의 로터에 대해 시간 경과에 따른 수소 농도의 감소 그래프를 도시하였고, 도 16에 나타내고 있다. 로터(60)를 사용한 경우, 용융물 내의 수소 농도는 매우 신속하게 떨어져서 0.1ml/100g 용융물 미만의 농도에 도달한다. 수소 농도가 0.20ml/100g 용융물로 떨어뜨리는데 필요한 시간은 로토(60)에 대해 55s인 반면, 비교예 A의 경우 그 시간은 105s이다. 따라서, 루프부 내에서뿐만 아니라 기부 내의 절결부가 있으면, 로터리 장치의 탈기 특성을 개선하는 것으로 나타난다.
부분 원형
절절부의
크기 효과(종래기술 2 및 예 1 내지 4)
탈기용 예 1 내지 4의 유량에 대한 부분 원형의 절결부의 크기 효과를 조사하기 위해 일련의 로터를 설계하였다. 각각의 로터(40, 60, 70, 80)는 유사한 거리(유사한 z/r값)에 대해 내측으로 연장되는 루프부와 기부 각각 내에 4개의 부분 원형의 절결부를 갖지만, 절결부의 크기는 80, 70, 60, 40의 순서로 증가한다. 도 17a 및 도 17b의 측면도 및 평면도에 도시된 종래기술 로터(3), SPR(Foseco)를 옆에 두고 이러한 로터를 시험하였다. SPR 로터(190)는 본 발명의 로터와 실질적으로 유사한 구성을 가지며, 환형의 상부[루프부(42)]와, 그와 이격된 환형의 하부[기부(44)]를 갖는 대체로 디스크 형상이며 로터(190) 둘레에 등간격으로 이격된 4개의 디바이더(50)에 의해 연결된다. 각각의 쌍의 디바이더(50)와 루프부(42)와 기부(44) 사이에 통로(52)가 형성되며, 각각의 통로는 로터의 내부면 내에 입구(54)와, 로터(190a)의 외주면 내에 출구(56)를 갖는다. 각각의 출구(56)는 각각의 입구(54)보다 큰 단면적을 갖고, 입구(54)로부터 반경방향 외측에 배치된다. 기부(44)의 중앙에 제공된 개방 챔버(48)는 루프부(42)로 상측으로 연장된다. SPR 로터는 절결부가 없으므로 0(zero)의 x, y 및 z값을 갖는다. x, y 및 z값, 및 87.5mm의 반경을 갖는 로터에 대한 대응 비율은 하기의 표 8에 나타낸다.
표 8
각각의 로터에 대해 시간 경과에 따른 수소 농도의 감소 그래프를 도 18에 도시하였다. 본 발명의 모든 로터는 탈기용으로서 종래기술 로터(3), SPR보다는 우수하다. SPR은 0.3ml/100g의 수소 농도에 절대 도달하지 못하는 반면, 로터(80, 70, 60, 40)는 90, 110, 55 및 80초 내에 0.2ml.100의 수소 농도에 도달한다. 그래프로부터, 로터(60)(예 2)는 대부분의 시험 주기 동안에 최저의 수소 농도를 갖는 탈기를 위해 가장 성공적인 로터임이 나타난다.
직선형
절결부의
크기 효과(예 7, 8 및 9)
전술한 로터(110, 120, 130)를 탈기 속도에 대한 직선 에지형 절결부의 크기 효과를 조사하기 위해 일련의 로터를 설계하였다. 모든 로터는 루프부와 기부 내에 4개의 직선 에지형 절결부를 가지며, [y/(x+y)의 값으로 나타낸] 절결부의 길이는 110, 120, 130 순서로 증가한다. x, y 및 z값, 및 87.5mm의 반경을 갖는 로터에 대한 대응 비율은 도 9에 나타낸다.
표 9
각각의 로터에 대해 시간 경과에 따른 수소 농도의 감소 그래프를 도 19에 도시하였다. 로터(110, 120, 130) 모두는 탈기를 잘하는 것으로 나타나며, 120 및 130은 110보다 약간 낮은 최종 수소 농도를 나타냈다. 이는 절결부의 보다 큰 크기[y/(x+y)의 보다 큰 값]가 탈기를 위해 보다 성공적인 로터가 됨을 나타내는 것이다.
절결부의
깊이 효과(예 2, 6 및 7)
절결부의 닢이 효과, 즉 탈기 속도에 대한 로터의 루프부와 기부의 외주면으로부터 내측으로 절결부가 연장하는 최대 거리를 조사하기 위해 일련의 로터를 설계하였다. 로터(110, 60, 100)는 상술된 것이다. 로터(110) 내의 절결부는 직선 에지를 가지며, 로터(60, 110)는 부분 원형이다. 이들 각각은 동일한 길이의 원호[동일한 y/(x+y) 값]를 제거하지만, 110, 60, 100의 순서로 절결부의 깊이가 변경된다. 이러한 로터에 대한 x, y 및 z값은 도 10에 나타낸다.
표 10
각각의 로터에 대해 시간 경과에 따른 수소 농도의 감소 그래프를 도 20에 도시하였다. 모든 로터는 탈기에 성공적이었다. 이들의 사용은 25s(110), 55s(60) 및 100s(100)에서 0.2ml/100g의 수소 농도 감소를 나타냈다. 로터(60, 100)는 0.12ml/100g 용융물 미만의 최종 수소 농도에 도달하는데 보다 성공적이었다. 이는 탈기시에 보다 깊은 절결부(보다 큰 z/r값)가 유용하다는 것을 나타낸다.
챔버와
, 출구 및 입구의
단면적의
효과(예 2 및
비교예
B)
비교예 B는 용융 금속과 가스를 혼합하는 챔버를 갖고 출구의 단면적이 각각의 입구의 단면적보다 큰 본 발명의 로터에 비해, 동일한 단면적의 입구 및 출구로 형성되는 것으로 인해, 챔버가 없고 균일한 통로를 갖는 효과를 조사하기 위해 설계하였다.
비교예 B는 대체로 디스크 형성이며 로터 둘레에 등간격으로 이격된 반경방향 보어를 포함하는 전술한 Diamant(등록상표) 로터와 유사하다. 각각의 보어는 로터의 내부면으로부터 그 외주면으로 연장되어 가스용 출구를 제공한다. 비교예 B는 로터의 외주면으로부터 내측으로 연장되는 4개의 절결부를 갖는다. 각각의 절결부는 출구에 위치되며 로터의 전체 깊이에 대해 하측으로 연장된다. 가스와 용융 금속의 혼합을 위한 챔버는 없다. 비교예 B의 절결부는 로터(60)(예 2) 내의 절결부와 동일한 크기 및 형상을 가지므로, 로터에 대한 x, y 및 z값은 동일하다.
각각의 로터에 대해 시간 경과에 따른 수소 농도의 감소 그래프를 도 21에 도시하였다. 수소 농도는 비교예 B에 사용될 때보다 로터(60)(예 2)에 사용될 때 보다 신속하게 감소한다. 로터(60)(예 2)가 사용될 때의 수소 농도는 모든 시험 주기 동안에 비교예 B에 사용될 때의 수소 농도보다 낮다. 이는 챔버와, 각각의 입구보다 큰 단면적을 갖는 출구가 있다면 탈기에 보다 유익한 효과를 제공한다는 것을 나타내는 것이다.
챔버와
출구의 효과(종래기술
로터
4 및 예 9)
예 9는, 예 9가 출구와 챔버를 갖는 점을 제외하고는 (Pyrotek Inc.에서 ㅍ판매되는) "Brick"으로 불리는 종래기술 로터와 유사하다. "Brick" 로터는 단순히 입구, 출구 또는 챔버가 없는 고형 그래파이트 블럭이다. 이는 (샤프트 축에 수직하는) 횡방향 단면이 정방형이지만, 로터(130)(예 9)와 동일한 방식으로 4개의 직선 에지형 절결부를 갖는 원에 근거하여 볼 수 있다. 예 9 및 "Brick" 에 대한 x, y 및 z값은 동일하며, 87.5 mm의 직경을 갖는 로터에 대해 표 11에 나타낸다.
표 11
각각의 로터에 대해 시간 경과에 따른 수소 농도의 감소 그래프를 도 22에 도시하였다. 수소 농도는 훨씬 더 신속하게 감소하며, 종래기술 로터 4("Brick")가 사용될 때보다 로터(130)(예 9)가 사용될 때에 모다 낮은 최종값에 도달한다. 수소 농도는 종래기술 "Brick" 로터가 사용될 때에 비해 본 발명의 로터가 사용될 때 일정하게 낮으며, 출구 및 챔버의 존재가 로터의 탈기 특성을 개선한다는 것을 나타내는 것이다.
모든 종래기술 로터(SPR, XSR, Diamant(등록상표) 및 "Brick")는 탈기를 위한 본 발명의 로터보다 덜 성공적이었다. SPR, XSR 및 "Brick"은 0.2ml/100g의 수소 농도에 도달하지 못하며, Diament(등록상표) 로터가 0.2ml/100g에 도달했더라도, 본 발명의 임의 로터보다 상당히 긴 170s가 걸렸다.
2. 물 모델 - 와동 형성
예 1 내지 10의 로터, 종래기술 로터, 및 본 발명의 범위 내에 있지 않은 2개의 새로운 로터에 대해 상술한 바와 같이 실험을 수행하였다. 각각의 로터에 대한 효율 인자(E.F)를 상기한 수학식을 이용하여 연산하였으며, 그 값을 표 12에 제공하였다.
표 12
색상의 염료가 물 전체에 고르게 혼합하도록 하는데 필요한 시간을 결정하기 위해 상술한 바와 같이 실험을 수행하였다. 걸린 시간 및 사용된 회전 속도를 표 13에 나타내었다.
표 13
루프부와
기부 내의
절결부
효과(예 2 및
비교예
A)
상술한 바와 같이, 예 2 및 비교예 A는, 비교예 A가 루프부 내에 절결부를 갖고, 예 2가 루프부와 기부 내에 절결부를 갖는 점을 제외하고는 동일하다. E.F의 비교 및 혼합 시간을 표 14에 나타낸다.
표 14
예 2는 비교예 A보다 작은 E.F 및 낮은 혼합 시간을 가지며, 이는 루프부와 기부 양자 내에 절결부가 존재하면, 와동 형성을 개선하며 혼합 시간에 유익한 효과를 가짐을 나타낸다.
부분 원형의
절결부의
크기 효과(종래기술
로터
1 및 예 1 내지 4)
전술한 바와 같이, 예 1 내지 4는 [y/(x+y)에 대한 값으로 나타낸] 절결부의 크기가 예 1, 예 2, 예 3 및 예 4의 순서로 감소된다는 점을 제외하고는 실질적으로 동일하다. 이들 샘플에 대한 E.F 및 혼합 시간의 비교는 표 15에 나타낸다.
표 15
예 1 내지 4에 대한 E.F값은 절결부의 크기가 증가함에 따라 감소한다. 예컨대, 예 1은 인접한 디바이더 사이의 전체 거리에 대해 연장되는 절결부를 가지며, 2.5의 가장 낮은 E.F값을 갖는다. 충분한 와동이 형성될 수 없었기 때문에 종래기술 3 (SPR)에 대해서는 E.F를 측정하지 않았다.
절결부가 존재하면, 혼합 시간에 대한 유리한 효과를 가지는데, 그 이유는 (절결부가 없는) 종래기술 로터는 가장 긴 혼합 시간을 가지기 때문입니다. 절결부의 크기와 혼합 시간 사이의 관계는 E.F값보다 덜 명확하지만, 절결부의 가장 큰 크기를 갖는 2가지 예는 보다 작은 크기의 절결부를 갖는 것보다 적인 혼합 시간을 가지므로, 보다 큰 절결부가 물 모델에서 전체 이점을 갖는 것이다.
직선형
절결부의
크기 효과(예 7, 8 및 9)
전술한 바와 같이, 예 7, 8 및 9는 4개의 직선형 절결부를 갖는 모두 정방형 로터이다. 예 7 내지 9 내의 절결부 크기는 예 7, 예 8 및 예 9 순서로 증가한다. E.F값 및 혼합 시간은 표 16에 도시한다.
표 16
예 7 내지 9에 대한 E.F는 절결부의 크기가 증가함에 따라 감소한다. 혼합 시간은 절결부의 크기가 예 9와 함께 증가함에 따라 감소하여 4초의 균일한 혼합을 달성했다. 이러한 결과는, 절결부의 증가된 크기가 개선된 혼합을 나타낸다는 부분 원형 절결부에 대한 비교 결과를 확증한다.
절결부의
깊이 효과(예 2, 6 및 7)
상술한 바와 같이, 예 2, 6 및 7 모두는 실질적으로 유사한 크기[절결부는 공칭 원(C)의 유사한 원호를 제거함]를 갖는 절결부를 구비하지만, 절결부 각각은 로터의 루프부와 기부의 외주면으로부터 상이한 최대 거리(z/r값으로 나타낸 절결부의 깊이)로 연장된다. 예 2, 6 및 7에서의 절결부 각각의 깊이는 예 7, 예 2 및 예 6 순서로 증가한다. 이들 로터에 대한 E.F값 및 혼합 시간은 표 17에 나타낸다.
표 17
E.F값은 절결부의 깊이가 2.2의 매우 낮은 E.F값을 갖는 예 6과 함께 증가함에 따라 감소한다. 절결부의 깊이와 혼합 시간 사이의 관계는 가장 빠른 혼합 시간을 갖는 절결부의 중간 깊이를 갖는 예 2에서 덜 명확하다.
챔버와
, 출구 및 입구의
단면적의
효과(예 2 및
비교예
B)
상술한 바와 같이, 챔버와, 출구 및 입구(출구의 단면적이 각각의 입구의 단면적보다 큼)를 갖는 효과를 조사하기 위해, 본 발명의 범위 외에 있는 새로운 로터(비교예 B)를 설계하였다. 비교예 B는 동일한 크기 및 형상의 절결부를 가지므로 110 mm의 반경을 갖는 로터에 대해 표 18에 나타낸 바와 같은 x, y 및 z에 대해 동일한 값을 갖는 예 2와 유사하다.
표 18
동일한 절결부를 가지더라도, 예 2는 와동 형성 및 혼합 시간의 견지에서 비교예 B에 비해 약간의 이점을 나타낸다. 예 2와 관련한 개선된 탈기와 함께, 각각의 입구보다 큰 단면적을 갖는 출구, 및 챔버가 존재하면, 금속 처리에 사용되는 로터를 개선시킨다.
챔버와
출구의 효과(종래기술
로터
4 및 예 9)
상술한 바와 같이, 종래기술 로터 4("Brick")는 입구, 출구 또는 챔버가 없지만, 예 9와 유사한 4개의 직선형 절결부를 가진 것으로 보일 수 있다. 종래기술 로터 4 및 예 9에 대한 x, y 및 z값은 동일하며, 110 mm의 반경을 갖는 로터에 대해 표 19에 나타낸다.
표 19
"Brick" 로터는 본 발명의 로터보다 보다 큰 E.F 및 보다 긴 혼합 시간을 가지며, 이는 입구, 출구 및 챔버가 처리제의 혼합에 유리하다는 것을 나타낸다.
본 발명의 모든 로터는 종래기술 로터 XSR, Diamant(등록상표) 및 SPR (8s, 12s 및 10s)와는 동일하거나 또는 적은 균일한 혼합 시간을 갖는다.
결론
상기한 데이터는 본 발명의 로터가 금속 처리 및 탈기에서의 혼합 효율의 견지에서 이점을 제공한다는 것을 증명한다.
Claims (22)
- 용융 금속을 처리하기 위한 로터리 장치에 있어서,
상기 로터리 장치는 중공형 샤프트(30; 176)를 포함하며, 그 일단부에는 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)가 있고,
상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)는 루프부(roof)(42)와 기부(44), 통로(52), 유동 경로 및 챔버(48)를 포함하며,
상기 루프부(42)와 기부(44)는 이격 배치되어 복수의 디바이더(dividers)(50; 142; 152)에 의해 연결되고,
상기 통로(52)는 각각의 인접한 쌍의 디바이더(50; 142; 152)와 상기 루프부(42) 및 상기 기부(44) 사이에 형성되며, 각각의 통로(52)는 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)의 내부면에 있는 입구(54)와, 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)의 외주면에 있는 출구(56)를 가지며, 상기 출구(56)는 각각의 입구(54)보다 큰 단면적을 갖고 상기 입구(54)로부터 반경방향 외측에 배치되고,
상기 유동 경로는 상기 샤프트(30; 176)를 통해 상기 통로(52)의 입구(54) 내에 그리고 상기 출구(56) 외부에 형성되고,
상기 챔버(48)에서는 상기 용융 금속과 가스의 혼합을 발생시킬 수 있으며,
상기 루프부(42) 내에는 복수의 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 112a; 122a; 132a; 144a; 154a; 162a)가 제공되고, 상기 기부(44) 내에는 복수의 제 2 절결부(58b; 62b; 72b; 82b; 92b; 102b; 112b; 122b; 132b; 144b; 154b; 162b)가 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 절결부(58a, 58b; 62a, 62b; 72a, 72b; 82a, 82b; 92a, 92b; 102a, 102b; 112a, 112b; 122a, 122b; 132a, 132b; 144a, 144b; 154a, 154b; 162a, 162b)는 각각 상기 통로(52) 중 하나와 인접하는
로터리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 112a; 122a; 132a; 144a; 154a; 162a) 각각은, 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160)의 외주면으로부터 내측으로 연장되며, 출구(56)와 인접하는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 외주면 내의 상기 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 112a; 122a; 144a; 154a; 162a)의 크기는 대응하는 출구(56)의 크기 이하인 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 144a; 154a; 162a) 각각은 부분 원형이며, 상기 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 144a; 154a; 162a)는 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 140; 150; 160) 둘레에 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 절결부(58b; 62b; 72b; 82b; 92b; 102b; 112b; 122b; 132b; 144b; 154b; 162b)는 상기 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 112a, 122a, 132a, 144a; 154a; 162a)와 동일한 크기 및 형상을 갖는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 112a, 122a, 132a, 144a; 154a; 162a)의 개수는 상기 제 2 절결부(58b; 62b; 72b; 82b; 92b; 102b; 112b; 122b; 132b; 144b; 154b; 162b)의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160)는 3개, 4개 또는 5개의 통로(52)를 갖는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160)는 4개의 통로(52)를 갖는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150)는, 통로(52)마다 하나만의 출구(56), 및 상기 제 1 및 제 2 절결부(58a, 58b; 62a, 62b; 72a, 72b; 82a, 82b; 92a, 92b; 102a, 102b; 112a, 112b; 122a, 122b; 132a, 132b; 144a, 144b; 154a, 154b) 중 각각의 하나만을 갖는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터(160)는 통로(52)마다 하나의 출구(56), 2개의 제 1 절결부(162a) 및 2개의 제 2 절결부(162b)만을 갖는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제6항에 있어서,
통로(52) 내의 상기 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 112a, 122a, 132a, 144a; 154a; 162a) 각각은, 대응하는 제 2 절결부(58b; 62b; 72b; 82b; 92b; 102b; 112b; 122b; 132b; 144b; 154b; 162b)와 완전히 일치하는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및/또는 제 2 절결부(58a, 58b; 62a, 62b; 72a, 72b; 82a, 82b; 92a, 92b; 102a, 102b; 112a, 112b; 122a, 122b; 132a, 132b; 144a, 144b; 154a, 154b; 162a, 162b)는 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160) 반경의 50%, 바람직하게 40% 이하로 내측으로 연장되는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및/또는 제 2 절결부(58a, 58b; 62a, 62b; 72a, 72b; 82a, 82b; 92a, 92b; 102a, 102b; 112a, 112b; 122a, 122b; 132a, 132b; 144a, 144b; 154a, 154b; 162a, 162b)는 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160) 반경의 10%, 바람직하게 20% 이상으로 내측으로 연장되는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트(30; 176)의 직각 평면에 있는 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160)의 외주면은 대체로 원이고,
통로(52)의 개수에 의해 곱해진 소정의 통로(52)와 인접하는 상기 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 112a, 122a, 132a, 144a; 154a; 162a)에 의해 상기 루프부(42) 내에서 제거되거나 또는 상기 제 2 절결부(58b; 62b; 72b; 82b; 92b; 102b; 112b; 122b; 132b; 144b; 154b; 162b)에 의해 상기 기부(44) 내에서 제거되는 원주의 원호의 길이는, 상기 원의 원주에 대한 비율이 적어도 0.3, 바람직하게 적어도 0.6인 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제14항에 있어서,
상기 비율은 0.9 이하인 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버(48)는 상기 입구(54)의 반경방향 내측에 위치되고, 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160)의 기부(44) 내에 개구를 가지며, 상기 샤프트(30; 176)와 상기 입구(54) 사이의 상기 유동 경로 내에 있으며,
상기 장치가 사용시 회전할 때, 상기 챔버(48) 내로 통과하는 가스와 혼합되는 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160)의 기부(44)를 통해 상기 챔버(48) 내로 용융 금속이 유입되며,
상기 금속/가스 분산도(dispersion)는 상기 출구(56)를 통해 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)로부터 배출되기 전에, 상기 통로(52) 내로 펌핑되는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트(30; 176)와 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)는 별개 형성되며, 상기 샤프트와 로터는 탈착가능한 고정 수단에 의해 서로 부착되는 것을 특징으로 하는
로터리 장치.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 로터리 장치에 사용되는 로터에 있어서,
상기 로터는 루프부(42)와 기부(44)를 가지며, 상기 루프부(42)와 기부(44)는 이격 배치되어 복수의 디바이더(dividers)(50; 142; 152)에 의해 연결되고,
상기 통로(52)는 각각의 인접한 쌍의 디바이더(50; 142; 152)와 상기 루프부(42) 및 상기 기부(44) 사이에 형성되며, 각각의 통로(52)는 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)의 내부면에 있는 입구(54)와, 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)의 외주면에 있는 출구(56)를 가지며, 상기 출구(56)는 각각의 입구(54)보다 큰 단면적을 갖고 상기 입구(54)로부터 반경방향 외측에 배치되고,
상기 유동 경로는 상기 통로(52)의 입구(54)를 통해 그리고 상기 출구(56) 외부에 형성되고,
상기 챔버(48)에서는 상기 용융 금속과 가스의 혼합을 발생시킬 수 있으며, 상기 루프부(42) 내에는 복수의 제 1 절결부(58a; 62a; 72a; 82a; 92a; 102a; 112a; 122a; 132a; 144a; 154a; 162a)가 제공되고, 상기 기부(44) 내에는 복수의 제 2 절결부(58b; 62b; 72b; 82b; 92b; 102b; 112b; 122b; 132b; 144b; 154b; 162b)가 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 절결부(58a, 58b; 62a, 62b; 72a, 72b; 82a, 82b; 92a, 92b; 102a, 102b; 112a, 112b; 122a, 122b; 132a, 132b; 144a, 144b; 154a, 154b; 162a, 162b)는 각각 상기 통로(52) 중 하나와 인접하는 것을 특징으로 하는
로터.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 로터리 장치를 포함하는 금속 처리 물질을 탈기 및/또는 첨가하기 위한 금속 처리 유닛(170).
- 용융 금속을 처리하기 위한 방법에 있어서,
(i) 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 로터리 장치의 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174) 및 상기 샤프트(30; 176)의 일부를 처리될 용융 금속 내에 침지시키는 단계;
(ii) 상기 샤프트(30; 176)를 회전시키는 단계; 및
(iii) 상기 샤프트(30; 176) 아래로 그리고 상기 로터(40; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 174)를 거쳐 상기 용융 금속 내로 가스 및/또는 하나 이상의 처리 물질을 통과시키고/통과시키거나 하나 이상의 처리 물질을 상기 용융 금속 내에 바로 통과시켜서, 상기 금속을 처리하는 단계;를 포함하는
용융 금속 처리 방법.
- 제20항에 있어서,
상기 금속은 알루미늄과 그 합금, 마그네슘과 그 합금, 및 구리와 그 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
용융 금속 처리 방법.
- 제20항 또는 제21항에 있어서,
단계 (iii)에서 통과되는 건조 불활성 가스인 것을 특징으로 하는
용융 금속 처리 방법.
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