KR20120111727A - 금속 수용 용기에 밀봉된 내화 이음부를 형성하는 방법 및 밀봉된 이음부를 포함하는 용기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예가 용융 금속을 수용하거나 이송하기 위해 사용되는, 예를 들어 금속 접촉 트로프와 같은, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 금속 와이어들로 제작되는 망 몸체를 상기 용기의 인접한 내화 섹션들의 금속 이송 표면들 사이의 틈새 속으로 삽입하여, 상기 망 몸체가 금속 접촉 표면들 아래에 배치되도록 하는, 망 몸체 삽입 단계, 및 상기 금속-접촉 표면들 사이의 상기 틈새를 밀봉하기 위해 성형가능한 내화재의 층으로 상기 망 몸체를 덮는 단계를 포함한다. 다른 실시예들은 상기 방법 및 다른 그러한 섹션들로 밀봉된 이음부를 갖추도록 하기에 적당한 사전에 배치되는 망 몸체를 갖는 용기 섹션에 의해 형성되는 용기에 관한 것이다.

Description

금속 수용 용기에 밀봉된 내화 이음부를 형성하는 방법 및 밀봉된 이음부를 포함하는 용기{METHOD OF FORMING SEALED REFRACTORY JOINTS IN METAL-CONTAINMENT VESSELS, AND VESSELS CONTAINING SEALED JOINTS}

본 발명은 용융 금속을 이송, 취급 또는 유지하기 위해 사용되는 용융 금속 수용 구조물에 관한 것으로, 특히 2개 이상의 조각들 또는 섹션들을 포함하거나 이들로 제작되는 내화 또는 세라믹 용융 금속 수용 용기를 일체화하는 그러한 구조물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은, 이음부에서 용기들로부터의 용융 금속의 누출을 방지하기 위해, 그러한 조각들 또는 섹션들 사이에 밀봉된 이음부를 제공하는 방법에 관한 것이다.

예를 들어 금속 수용 트로프들(trough) 및 출탕통들(launder)과 같은 용융 금속 수용 용기들은, 예를 들어 금속 용해로와 같은 한 위치에서 주조 금형 또는 주조 테이블과 같은 다른 위치까지 용융 금속을 이송하기 위해, 금속 취급 또는 주조 작업 등의 도중에 종종 사용된다. 다른 작업에서도, 그러한 용기들은 금속 필터링, 금속 가스제거 또는 금속 운반 등과 같은 금속 취급을 위해 사용된다. 이러한 종류의 용기들은 종종, 그 내부에 수용될 용융 금속에 의한 높은 온도 및 열화(degradation)에 대해 저항력 있는 내화재 및/또는 세라믹 재료로 제작되는, 2개 이상의 성형된 섹션들(section)로 구성된다. 용기 섹션들은 상호 인접한 접촉상태에 놓이며, 지지, 적당한 정렬 및 손상에 대항한 보호를 위해 제공되는 외측 금속 케이스 등의 내부에 유지될 것이다. 때때로, 그로한 용기들은, 금속이 용기들 내부에 유지됨에 따라 과도하게 냉각되거나 응고되지 않도록 보장하기 위해 열원(sources of heat)을 갖도록 제공된다. 열원은, 용기들의 위나 아래에 배치되는 전기 가열 요소 또는 용기들의 내측 또는 외측 표면을 따라 뜨거운 유체들(예를 들어, 연소 가스들)을 이송하기 위한 배관(enclosures)일 수 있을 것이다.

물론, 용기들이 가열되든 그렇지 않든, 용융 금속이 2개의 접경하는 섹션들 사이의 경계부에서 용기 밖으로 누출되지 않도록 보장하는 것이 중요하다. 그러나, 용융 금속이 전기 가열 요소들 또는 다른 가열 요소들에 치명적인 손상(catastrophic damage)을 야기할 수도 있기 때문에, 용기 들을 위한 열원이 제공될 때 금속 누출을 방지하는 것이 특히 중요하다. 그러므로, 예를 들어 열팽창 또는 열수축에 순응하도록 인접한 섹션들 사이에 내화 종이 층을 제공함에 의해, 인접한 용기 섹션들 사이에 밀봉된 이음부를 제공하는 것이 유용하다. 내화 밀봉재(sealant)가 또한 인접한 섹션들의 접경하는 표면들 사이의 틈새 속으로 밀려 들어가게 될 수도 있을 것이다. 또한, 섹션들이 인접한 섹션들을 연결하는 표면 홈을 갖도록 제공하는 것 및, 이음부를 채우고 용기 섹션들 사이에 부드러운 상호연결하는 표면을 형성하기 위해, 성형가능한 내화 밀봉재로 덮인 내화 로프를 상기한 홈을 채우는 것이 알려져 있다. 그러나, 모든 그러한 이음부들은, 특히 가열된 용기 내에서 사용될 때, 열순환으로 인해 사용 시간에 따라 악화되어, 결국 이음부들은 용기 섹션들 사이에 직접적인 누출 경로가 드러나는 것을 허용할 것이다.

그러므로, 금속 유지 및 금속 수용 용기들을 위한 밀봉된 이음부들을 제공하는 추가적인 방법들에 대한 필요가 있다.

본 발명의 실시예가 용융 금속을 수용하거나 이송하기 위해 사용되는 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법을 제공한다. 본 방법은, (바람직하게 상기 용기 내에 수용되는 상기 용융 금속에 의한 공격에 저항력 있는 금속의) 금속 와이어들로 제작되는 망 몸체(mesh body)를 상기 용기의 인접한 내화 섹션들의 금속 접촉 표면들 사이의 틈새 속으로 삽입하여, 상기 망 몸체가 상기 금속 접촉 표면들 아래에 배치되도록 하는, 망 몸체 삽입 단계, 및 상기 금속-접촉 표면들 사이의 상기 틈새를 밀봉하기 위해 (바람직하게 두들겨 펼 수 있는 페이스트(malleable paste) 형태의) 성형가능한 내화재(moldable refractory material)의 층으로 상기 망 몸체를 덮는 단계를 포함한다.

상기 망 몸체는 상기 성형가능한 내화재를 위한 휠 수 있고 압축가능한 지지체를 형성한다. 나아가, 상기 내화재가 균열이 형성되거나 파손되는 경우에, 상기 망 몸체는 제자리에 조각들을 유지하고 상기 밀봉 이음부를 유지한다. 상기 망 몸체는 바람직하게, 표면 장력(금속 요철면(metal meniscus) 또는 침윤 각도(wetting angle))으로 인한 용융 금속에 의한 관통에 저항하는 크기(예를 들어, 1 내지 5mm, 더욱 바람직하게 2 내지 3mm)의 망 개구부들, 및 또한 상기 망 몸체의 표면을 관통하는 임의의 용융 금속을 위한 구불구불한 또는 뒤얽힌 경로를 생성하여, 그로 인해 상기 망 몸체를 통한 완전한 관통을 불가능하게 하는, 두께 또는 수의 층들을 구비한다. 또한, 용융 금속에 의해 쉽게 젖지 않는, 즉 완전히 젖는 것보다는 덜할 수 있는, 상기 망 몸체 용도의 금속이 사용되는 것이 유익하다. 비록, 전혀 젖지 않는 금속이 바람직하지만, 이들은, 예를 들어 용융 금속에 의한 공격에 대한 저항성 등, 다른 바람직한 특성을 구비하지 않을 수도 있을 것이다.

바람직하게, 확장된 홈이, 인접한 상기 섹션들 사이의 상기 틈새의 일부를 형성하기 위해, 적어도 하나의 상기 용기 섹션의 금속 접촉 표면에 또는 이에 인접하게 형성된다. 그러한 홈은 상기 망 몸체를 위한 명확한 위치(positive location)를 제공하며, 그러한 홈이 없다면, 상기 섹션들 사이의 상기 틈새는 상기 망 몸체를 위한 공간을 제공하기에 충분히 크도록 만들어져야 한다. 상기 홈은, 상기 망 몸체가 충전되는 내화재 페이스트와 함께 사용되든 충전되는 내화재 페이스트 없이 사용되든, 상기 홈의 측부들이 서로 상기 망 몸체의 직경 또는 폭보다 더 가깝도록 형성될 것이다. 비록 상기 망 몸체의 공칭 폭 보다 최대 15%까지 더 넓거나 최대 50%까지 더 좁은 범위의 폭을 구비하는 것이 바람직할 수도 있으나, 상기 홈의 폭은 상기 홈 속으로의 자체의 삽입 이전의 상기 망 몸체의 공칭(압축되지 않은 상태) 폭 보다 0 내지 15% 더 좁은 것이 유익하다(또는, 달리 표현하면, 상기 망의 압축되지 않은 상태의 폭은 상기 홈 등의 폭 보다 0 내지 15% 더 큰 것이 바람직하다.). 상기 홈은 전형적으로 주조됨에 따라 상기 용기 섹션 속으로 일체화되거나, 예를 들어 용기의 설치 또는 보수 시간에 이미 형성된 트로프 섹션의 단부 영역 속으로 연마되거나 절단될 수도 있을 것이다. 상기 홈은 직사각형(정사각형 포함), 부분-원형 또는 임의의 다른 바람직한 윤곽으로 형성될 수 있을 것이다. 상기 홈은 금속 접촉 표면에 또는 상기 틈새 내부에 매립되는 금속 접촉 표면 아래에 위치하게 될 수 있을 것이다. 후자의 경우, 상기 망 몸체가 상기 틈새를 제외하고 모든 측면에서 상기 홈 내부에 실질적으로 완전히 둘러싸이게 되고, 상기 성형가능한 내화재 페이스트가 상기 망 몸체 위의 틈새를 밀봉하기 위해 사용되지만, 상기 망 몸체와 실제로 접촉할 수도 접촉하지 않을 수도 있다. 더불어, 상기 홈은 전체적으로 용기 섹션들 중 하나의 내부에 위치하게 되거나, 선택적으로 상기 홈의 부분들이 인접하는 쌍의 두 섹션 모두에 형성되어 상기 섹션들이 상기 용기가 조립될 때 홈을 형성하기 위해 정렬하도록 할 수도 있다.

일 실시예에서, 다량의 페이스트 형태의 성형가능한 내화재가, 상기 망 몸체가 상기 인접한 내화 섹션 사이의 상기 틈새 속으로 삽입되기 전에, 상기 망 몸체 속으로 들어간다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단부와 단부가 맞닿도록 배치되는 2개 이상의 내화 용기 섹션들로 형성되며, 상기 용기 섹션들의 인접한 단부들 사이에 밀봉된 이음부를 구비하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기가 제공된다. 상기 밀봉된 이음부는, 인접한 용기 섹션들 사이의 틈새 속으로 삽입되는 금속 와이어로 제작되는 망 몸체, 및 상기 틈새 내에 상기 망 몸체를 붙이고 상기 내화 섹션들 사이에서 용융 금속 관통에 대항하도록 상기 틈새를 밀봉하는 성형가능한 내화재의 층을 포함한다. 상기 망 몸체 자체는 다량의 내화재 페이스트를 수용할 것이다.

또 다른 실시예에 따르면, 용융 금속 수용 용기 용도의 용기 섹션이 제공되며, 상기 용기 섹션은, 내부에 형성되는 금속 이송 통로 및 일단부에 횡단 홈을 구비하는, 내화재 몸체를 포함하고, 상기 홈은 성형가능한 내화재의 덮는 코팅을 위해 상기 홈 내의 홈 잔여 공간(groove leaving room) 내에 사전 배치되는 금속 망 로프(metal mesh rope)를 구비한다.

바람직하게, 상기 용기는, 내부에 형성되는 통로를 구비하는 길쭉한 금속 이송 트로프로서 또는, 용융 금속 필터용 컨테이너, 용융 금속 가스제거기용 컨테이너, 도가니 등으로서 사용하기 위해 성형되고 치수를 갖는다.

용기는 일반적으로 용융 알루미늄 및 알루미늄 합금을 수용하기 위한 것이지만, 다른 용융 금속들, 특히 알루미늄과 유사한 녹는점을 구비하는 예를 들어 (알루미늄보다 낮은 녹는점을 갖는) 마그네슘, 납, 주석 및 아연, 그리고 (알루미늄보다 높은 녹는점을 갖는) 구리와 금을, 수용하기 위해 사용될 수 있다.

바람직하게, 수용되거나 이송될 특정 용융 금속을 위해, 그러한 특정 용융 금속과 무반응성이거나, 적어도 용융 금속과의 제한된 접촉이 망의 과도한 침식(erosion)이나 흡수를 야기하지 않도록 충분히 무반응성인, 금속이 망 용도로 선택되어야 할 것이다. 티타늄은 용융 알루미늄을 위한 좋은 선택이지만, 고비용의 단점을 갖는다. 덜 비싼 대안들은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 니켈-크롬 합금(예를 들어, Inconel®) 및 스테인리스 스틸을 포함한다.

용기가 트로프일 때, 상기 트로프는 위쪽 표면으로부터 트로프 또는 트로프 섹션의 상기 몸체 속으로 연장되는 개방된 금속 이송 통로를 구비할 것이다. 선택적으로, 상기 통로는, 예를 들어 일단부로부터 타단부까지 상기 트로프의 몸체를 관통하는 튜브형 구멍 형태로, 상기 몸체에 의해 완전히 둘러싸일 수도 있을 것이다.

비록, 본 실시예의 상기 밀봉된 이음부는 인접한 용기 섹션들의 금속 접촉 표면들 사이에만 형성될 수도 있지만, 상기 이음부는 선택적으로 인접한 트로프 섹션들의 모든 부분들 사이에 형성될 수도 있을 것이다.

본 실시예의 상기 밀봉된 이음부는, 가열될 수도 가열되지 않을 수도 있는, 용기 섹션들, 예를 들어 트로프 섹션들 사이에 형성될 것이다. 가열되는 트로프 섹션이 이러한 방식으로 연결된다면, 이들은 2005년 12월 13일에 틴제이 등에게 허여된 미국특허번호 제6,973,955호, 또는 하이마스 등에 의한 2008년 7월 10일에 미국특허공개번호 제2008/0163999호로 공개된 출원계속중인 미국특허출원번호 제12/002,989호에 따른 가열된 트로프 구조물의 일부를 형성할 것이다(이러한 특허 및 특허출원의 개시들은 본 참조를 통해 여기에 명확하게 통합된다.). 틴제이 등의 특허는 아래쪽으로부터 및 측부들로부터의 전기적 가열을 제공하며, 하이마스 등에의한 특허출원은 연소가스를 순환시키는 것에 의한 가열을 제공한다. 또 다른 선택적인 실시예에서, 가열 수단은 내화 용기 자체의 내부 또는 상부에 위치하게 될 수 있을 것이다.

금속 수용 용기들을 언급하기 위해 여기서 사용되는 바와 같은 용어 "내화재"는, 용융 금속들에 의한 공격에 대해 비교적 저항력이 있고, 용기들에 관해 예상되는 고온에서 그들의 강도를 유지할 수 있는, 모든 재료를 포함한다 할 것이다. 그러한 재료들은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 세라믹 재료들(무기 비금속 고체들 및 열 저항력 있는 유리들) 및 비금속들을 포함한다. 적당한 재료들의 비제한적인 목록은 다음을 포함한다:

알루미늄 산화물(알루미나), 규소(실리카, 특히 합성된 실리카(fused silica)), 마그네슘(마그네시아), 칼슘(석회), 지르코늄(지르코니아), 붕소(붕소산화물); 탄화 규소, 특히 질화물과 결합된 탄화 규소(SiC/Si3N4), 탄화 붕소, 질화 붕소 등과 같은 금속 탄화물, 붕소화물, 질화물, 규화물; 예를 들어 칼슘 알루미늄 실리케이트와 같은 알루미노 실리케이트; 복합재료들(예를 들어, 산화물과 비산화물의 복합재료들); 가공가능한 유리들을 포함하는 유리들; 섬유들 또는 그 혼합물의 광물면들(mineral wools); 탄소 또는 흑연; 및 이와 유사한 것.

도 1은 밀봉된 이음부를 형성하기에 적당한 일단부에 홈을 구비하는 내화 트로프 섹션을 도시한 사시도;
도 2는, 내부에 형성되는 상기 홈을 구비하는 단부를 보여주는, 도 1의 상기 트로프 섹션의 단부를 도시한 도면;
도 3은, 그들 사이에 형성되는 밀봉된 이음부를 구비하는 도 1 및 도 2에 도시된 종류의 2개의 트로프 섹션의 접경하는 단부들을 도시한 평면도;
도 4는, 상기 이음부의 내부 구조를 도시하는, IV-IV선을 따라 취한 도 3의 밀봉된 이음부의 횡단면도;
도 5는 인접한 트로프 섹션들 사이에 형성되는 밀봉된 이음부의 일 유형을 도시한 길이방향 단면도;
도 6은 도 5와 유사하지만 인접한 트로프 섹션들 사이에 형성되는 밀봉된 이음부의 대안적인 유형을 도시한 길이방향 단면도;
도 7은 도 5와 유사하지만 인접한 트로프 섹션들 사이에 형성되는 밀봉된 이음부의 다른 대안적인 유형을 도시한 길이방향 단면도;
도 8은 실시예에서 사용하기 적당한 직조 망 층을 도시한 확대도;
도 9는 직조 망 층의 튜브형 특성을 도시한 도 8의 직조 망 층의 평면도;
도 10은 도 8 및 도 9의 튜브형 직조 조각으로 형성된 둥글게 말린 다발(rolled-up bundle)의 단부를 도시한 도면;
도 11은, 다발을 함께 유지하고 휠 수 있는 로프를 형성하도록 하기 위해 어떻게 상기 다발이 튜브형 직조 슬리브에 의해 덮이게 될 수 있는지를 도시한, 도 10의 다발의 측면도.

첨부되는 도 1 및 도 2는, 길쭉한 금속 이송 트로프(10)(도 3 참조) 형태의 용융 금속 수용 용기의 하나의 섹션(10A)을 도시한다. 트로프(10)는 임의의 요구되는 길이의 트로프를 생성하기 위해 2개 이상의 그러한 트로프 섹션들을 단부와 단부가 맞닿게 배치하여 형성된다. 비록 이 도면들에 도시되진 않지만, 섹션들은 일반적으로 용융 금속 수용 또는 분배 구조물의 상부가 개방된 금속 케이스 내부에 유지되어, 섹션들이 상대적인 이동에 대항하여 케이스에 의해 유지되고 손상으로부터 보호된다. 섹션(10A)은 내측 통로 표면(12)에 의해 형성되는 U-자형 통로(11)를 구비한다. 사용시에, 통로(11)는 용융 금속이 트로프를 통해 이송됨에 따른 최고 레벨(14)(도 2 참조)까지 용융 금속으로 부분적으로 채워진다. 레벨(14) 아래의 표면(12)의 부분들(12A)이 따라서 장치의 사용 도중에 용융 금속과 접촉상태에 놓이고, 용융 금속 접촉 표면을 형성한다. 트로프 섹션은, 용융 금속에 의한 공격 및 열 모두에 대한 저항성을 구비하는, 내화재의 고체 주조 블록인 몸체(15)에 의해 형성된다. 예를 들어, 몸체는, 적당한 용기 섹션으로 성형되고 형성될 수 있는, 제공되는 앞서 예로든 내화재들 중 어느 하나로 제작될 수 있을 것이다. 특히 바람직한 것은 알루미나, 탄화 규소, 질화물과 결합된 탄화 규소(NBCS), 합성된 실리카 및 이 재료들의 조합이다. 트로프 섹션(16)의 길이방향 일단부(16)는, 내측 표면(12)으로부터 트로프 섹션의 몸체 속으로 연장되고, 트로프 섹션의 일측면에서 타측면까지 완전히 연결하는, 직사각형 단면의 확장된 홈(17)을 갖도록 제공된다. 홈이 형성되지 않은 단부에 인접한 하나의 홈 형성 단부를 갖는, 2개의 그러한 트로프 섹션이 길이방향 정렬상태로 놓일 때, 홈(17)은 내측 표면(12)을 제외한 모든 측면들에서 닫힌다. 대안으로서, 트로프 섹션(10)의 각 단부가 폭이 절반인 홈을 갖도록 제공되어, 홈 형성 단부들이 함께 배치될 때, 전체 폭의 홈(17)이 그러한 트로프 섹션들 사이에 형성되도록 할 수도 있을 것이다. 후자의 대안은, 트로프 섹션들 사이의 틈새의 잔여부(즉, 홈(17) 아래의 부분)가 홈의 일 측면 대신에 홈의 중심선 바로 아래에 배치되므로 이하에 명백해질 이유들과 관련하여 누출에 대항하여 더욱 보호되는, 장점을 구비한다.

도 3 및 도 4는 2개의 트로프 섹션(10A, 10B)의 인접한 부분들을 도시한다.

이 섹션들은, 바람직한 일 실시예에 따라, 단부와 단부가 맞닿도록 배치되며, 밀봉된 이음부(24)를 갖도록 제공된다. 도 3은 상부에서 본 평면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 취한 단면도이다. 직사각형 홈(17)이, 휠 수 있고 압축가능한 로프(20) 형태의, 금속 망 몸체 및 성형가능한 내화재 페이스트(21)의 조합으로 채워지고, 이 조합에 의해 밀봉된다. 바람직하게, 부드러운 표면(22)이, 홈(17)의 외측 표면, 적어도 사용 도중에 용융 금속과 접촉하는 트로프 섹션의 표면 부분(12A)의 영역에, 페이스트(21)로부터 형성된다. 이는 밀봉된 이음부(24) 위에서 금속의 부드러운 층류 유동(laminar flow)을 보장하고, 그에 의해 침식을 감소시킨다.

이음부가 형성될 수 있는 서로 다른 방식들의 예들이 도 5, 도 6 및 도 7에 예시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 망 로프(20)가 우선 홈(17) 속으로 삽입되고, 예를 들어 무딘 정(blunt chisel) 또는 얇은 틀어막음 기기(thin tamping device)(미도시)와 같은 수-공구(hand-tool)에 의해, 홈의 바닥으로 밀리게 된다. 이어서 금속 망 로프(20)는, 홈 속으로 밀리게 되고 흙손(trowel)과 같은 수-공구에 의해 표면(22)을 부드럽게 만드는, 성형가능한 내화재 페이스트의 층에 의해 덮이게 된다. 바람직하게 금속 망 로프는 표면에 노출되지 않아야 할 것이고, 최대 1.9cm(3/4 인치)의 두께를 구비하는 내화재 페이스트의 층에 의해 덮이는 것이 바람직하다. 이어서, 성형가능한 내화재(21)는, 트로프 섹션들이 (화살표(25)로 표현되는 바와 같이) 용융 금속을 이송하기 위해 사용되기 전에, 건조, 경화 및 양생이 가능해진다. 비록 동일한 종류의 가열 요소들이 선택적으로 또는 부가적으로 트로프 섹션들의 측부들을 따라 제공될 수도 있지만, 트로프 섹션들(10A, 10B)은 외측 금속 케이스(미도시) 내부의 전기적 가열 요소(26) 상부에 지지된다. 금속 망 로프(20)는, 성형가능한 내화재(21)가 그런 것처럼, 홈(17)을 완전히 가로질러 수평으로 연장되어, 용융 금속이 홈(17) 속으로 관통할 수 없도록, 그리고 인접한 트로프 섹션들(10A, 10B) 사이의 틈새(27) 속으로 내려갈 수 없도록 한다. 가열 수단(26)은 그러므로 트로프 내부로부터의 용융 금속과의 접촉으로부터 보호되고, 따라서 금속에 의한 손상 및 열화로부터 보호된다. 성형가능한 내화재(21)는 건조되고 양생됨에 따라 금속 망 로프(20)에 접착되어, 금속 망이 성형가능한 내화재(21)를 위한 견고한 지지 및 보강을 제공하도록 한다. 이는, 단지 홈이 성형가능한 내화재 자체만으로 채워져야 하는 경우보다, 더 부드럽고 더욱 휠 수 있는 성형가능한 내화재의 사용을 허용한다. 금속 망은 또한 밀봉된 이음부(24)를 가열 주기에 따라 팽창 및 수축하도록 허용하고, 또한 성형가능한 재화재(21)를 동일한 방식으로 팽창 및 수축하도록 허용하며, 따라서 균열 발생의 가능성을 최소화한다. 그러나, 성형가능한 내화재(21)가 균열 또는 갈라진 틈(fissure)을 발달시킨다 하더라도, 특히 금속 망의 망 크기가 예를 들어 1 내지 5mm, 더욱 바람직하게 2 내지 3mm 또는 더 작은 등 비교적 작아서, 용융 금속 요철면(meniscus)이 망 개구부들을 메우고 금속 관통에 저항하도록 한다면, 금속 망 몸체의 로프(20)가 그러한 관통에 저항하기 때문에, 트로프 섹션으로부터의 용융 금속은 홈(17) 속으로 많이 관통하지 않을 것이다. 만약 몸체가 2개 이상의 층으로 제작되어서, 용융 금속이 로프(20)를 완전히 관통하려 하는 경우, 몸체를 관통하는 구불구불한 또는 뒤얽힌 경로가 용융 금속에 의해 취해질 수밖에 없도록 한다면, 관통 또한 방해된다.

도 6의 실시예에서, 금속 망 로프(20)는 우선, 로프 위에 사용되는 성형가능한 내화재(21)와 같을 수도 서로 다를 수 있는, 성형가능한 내화재 페이스트(28)로 충전된다. 금속 망 로프 속으로의 페이스트의 충전은, 예를 들어, 직조 망 재료의 평평한 스트립(strip)을 제공하고, 망 개구부들 속으로 성형가능한 내화재 페이스트(28)를 밀어넣은 다음, 로프(20)를 형성하도록 평평한 스트립을 두루마리(roll) 형태로 말음에 의해 가능해진다. 이때 내화 충전 로프는 밀봉된 이음부(24)를 형성하기 위해 도 5의 로프와 동일한 방식으로 사용된다. 도 6의 실시예에서 로프 속으로 충전되는 내화 페이스트는 이음부 속으로 내화재료를 더욱더 삽입하고, 성형가능한 내화재(21)와 로프 그리고 또한 홈(17)의 측면들 및 바닥과 로프의 더 좋은 접착을 허용한다. 도 5 및 도 6의 두 실시예 모두에서, 필요하다면, 로프(20) 아래에 내화재 층을 제공하기 위해, 로프(20)가 삽입되기 이전에, 상당한 양의 성형가능한 내화재가 홈(17) 속으로 밀려 들어갈 수도 있을 것이다. 그러한 배열이 도 5 및 도 6에 도시되지 않는 가운데, 도 4에 예시된다.

또 다른 실시예가 도 7에 도시된다. 본 실시예에서, 홈(17)이, 트로프 섹션들(10A, 10B)의 끝단면들에 각각 형성되는, 반 원통형 함몰부(17A, 17B)에 의해 형성된다. 섹션들(10A, 10B)로 트로프(10)가 조립될 때, 로프(20)는 홈(17) 속으로 삽입되며, 로프는 (가능한 한 작게 유지되는 것이 바람직한) 트로프 섹션들 사이의 틈새(27)를 제외하고 트로프 섹션들의 몸체들 내부에 거의 완전히 둘러싸이게 된다. 이때 홈 상부의 틈새는 성형가능한 내화재(21)로 채워진다. 바람직하게, 내화재는, 홈(17) 속으로 들어가 적어도 상부에서 금속 망 로프(20)와 접촉하도록 하기 위해, 틈새 속으로 깊게 관통하도록 만들어진다. 그러나, 내화재는 단지 홈(17) 상부의 틈새만을 채워서, 금속 관통에 대항하여 트로프를 밀봉할 수도 있다. 홈(17)을 트로프 섹션들의 금속 접촉 표면들 아래에 위치시킴에 의해, 내화재로 채워질 필요가 있는 틈새가 최소화되고, 균열들이 발달하고 이 재료들을 통해 전파되기 어려워진다. 홈(17) 속으로 관통하는 임의의 용융 금속은, 이상에 지시된 바와 같이, 틈새(27)의 아래쪽 부분들에 도달하기 이전에 로프(20)를 통과해야만 하고, 로프의 특성들은 그러한 관통을 어렵고 가망 없게 만든다.

금속 망 로프(20)는 임의의 종류의 금속 조각 또는 몸체일 수 있지만, 첨부 도면의 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같은 종류인 것이 바람직하다. 얇은 휠 수 있는 금속 와이어(20)가 직각으로 배열되는 씨실과 날실을 사용하여 느슨한 짜임의 조직(open-weave fabric)을 형성하도록 직조될 수도 있지만, 직조 조각(32)을 형성하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 개방된 원형 고리들(31)을 갖도록 직조되는 것이 바람직하다. 직조 조각은 임의의 적당한 치수를 갖도록 제작될 수 있지만, 튜브의 개방 단부들 사이의 임의의 적당한 축방향 길이의 도 9에 도시된 바와 같은 튜브(33) 형태로 직조되는 것이 바람직하다. 이때 직조 튜브는 도 9의 화살표로 표현되는 바와 같이 평평해질 수 있으며, 이어서, 평평해진 튜브의 하나의 개방 단부에서 시작하여, 직조 조각은 (비록 튜브형 다발의 감김이 일반적으로 예시된 것보다 더욱더 촘촘하지만) 도 10에 도시된 바와 같이 튜브형 다발(34)을 형성하기 위해 둥글게 말릴 수 있다. 여전히 더 큰 부피가 요구된다면, 2개 이상의 평평해진 직조 튜브가 다발을 형성하기 위해 함께 감기게 될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 튜브형 다발(34)은, 다발을 함께 유지하기 위해 그리고 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같은 앞선 실시예에 도시된 방식으로 사용되는 로프(20)를 형성하기 위해, 직조 튜브형 금속 슬리브(35)로 덮이는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 로프는 5mm 내지 1.9cm(3/16 인치 내지 3/4인치)의 두께를 구비하는 것이 바람직하다. 직조 튜브형 슬리브(35)는 튜브형 다발(34)을 형성하는 층들의 망 개구부들과 같거나 작은 크기의 망 개구부들을 구비하는 것이 바람직하다. 튜브형 슬리브(35)는 다발(34)이 풀리는 것을 방지하지만, 다발의 휠 수 있는 특성을 유지한다. 도 6에 도시된 종류의 로프(20), 즉 성형가능한 내화재 페이스트로 충전된 로프가 필요하다면, 도 10의 다발은 풀릴 수 있고, 성형가능한 내화재 페이스트를 망 속으로 밀어 넣을 수 있을 것이다. 이후 다발은 다시 말리게 되고, 이 형태로 사용되거나, 심지어 (포함되는 성형가능한 내화 페이스트로 초래되는 더 큰 치수가 그러한 재사용을 허용한다면) 다시 적용되는 외측 슬리브(35)와 함께 사용될 수 있을 것이다. 이러한 종류의 직조 금속 제품들은, 예를 들어, 미국 펜실베니아주 19475 스프링시의 다블린 주식회사(Davlyn corporation)로부터 얻을 수 있을 것이다. 다블린으로부터의 특히 바라직한 제품은, 도 8 내지 도 11에 도시된 것과 유사한 구조를 구비하는, 1cm(3/8인치) 휠 수 있는 망 케이블이다. 이 와이어는, 니켈-크롬계 합금인, Inconel®로 제작된다. 이 합금은 특히 고온에 저항력이 있고, 예를 들어 최대 900℃ 정도까지의 높은 온도에 도달하도록 설계되는 외부가열되는 트로프의 밀봉된 이음부 용도로 특히 적당하다. 유일한 열원이 용융 금속 자체인 가열되지 않는 트로프 용도로 더욱 적당한, 스테인리스 스틸로 제작되는 버전의 제품도 있다.

본 실시예에 사용되는 성형가능한 내화 페이스트(21)는, 경화되면 용융 금속에 의한 공격과 마모에 저항력이 있는, 내화재로 제작되는 임의의 종류의 페이스트일 것이다. 예를 들어, 페이스트는, 예를 들어 미국 미시간주 48836 포울러빌 이스트 그랜드 리버 에비뉴 5600 피오 박스 980의 렉스 머티리얼스 그룹(Rex Materials Group)에 의해 판매되는 Pyroform EZ Fill®과 같은 알루미나/실리카 페이스트, 또는 미국 뉴욕주 나이아가라 펄스 훨풀 스트리트 2351에 본사를 둔, 유니프렉스 엘엘시(Unifrax LLC)에 의해 판매되는 Fiberfrax LDS Pumpable®과 같은 알루미노 실리케이트 섬유들을 함유하는 페이스트와 같은, 통상 내화 보수용으로 사용되는 상업적으로 입수가능한 제품일 것이다. 그러한 재료들은 생산자의 지시에 따라 사용되어야 하며, 일반적으로 외부 부가 열원(가스 버너 등과 같은)과 더불어 또는 사용할 때 트로프 자체에 의해 재공되는 열을 사용함에 의해 양생된다. EZ fill 제품은 고체 및 비교적 부서지기 쉬운 최종 덩어리를 형성하도록 양생하지만, 금속 망 몸체는 덩어리가 이음부를 통과하는 범위 내에 연속적인 균열을 형성하는 것을 방지한다. LDS Pumpable 제품은 더욱 섬유질의 휠 수 있는 덩어리를 형성하도록 양생하고, 금속 망 몸체는 용융 금속에 의한 침식에 저항하도록 하기 위해 충분한 고체성을 유지하도록 돕는다. 덩어리의 부드러움은 트로프의 열 팽창 및 수축의 일부를 수용할 수 있도록 한다. 이상의 재료들이 바람직한 가운데, 앞서 예로든 임의의 내화재의 페이스트들이, 성형가능한 페이스트 형태로 획득될 수 있을 때, 사용될 수도 있을 것이다.

밀봉된 이음부들이 본 실시예의 방법에 따라 형성될 때, 이음부들은 성형된 내화재의 상부 층을 관통하는 깨뜨림에 이어 채워진 금속 망 로프를 제거함에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 이는, 트로프 섹션, 심지어 중앙의 섹션이, 유지 또는 보수를 위해 필요할 때, 작동하는 트로프로부터 제거되는 것을 허용한다. 이후 트로프 섹션은 트로프로 복귀되거나 교체될 수 있고, 이음부는 지시된 방식으로 재형성될 것이다.

단부 홈들 내에 설치되고 예를 들어 성형가능한 내화재 페이스트의 얇은 아래층에 의해 제자리에 유지되는, 금속 망 로프들을 갖도록 트로프 섹션들을 사전에 준비하는 것 또한 가능하다. 그러한 트로프 섹션이 사용될 때, 트로프 섹션은 다른 트로프 섹션과 단순히 단부와 단부가 맞닿도록 배치될 것이며, 이어서 성형가능한 내화재 페이스트로 채우고 이음부 표면을 부드럽게 함에 의해 이음부가 완성될 것이다.

이상의 실시예에서, 트로프(10)는 한 위치(예를 들어, 금속 용해로)에서 다른 위치(예를 들어, 주조 금형 또는 주조 테이블)까지 용융 금속을 이송하기에 적당한 용융 금속 분배 시스템에 사용되는 종류의 길쭉한 용융 금속 트로프일 것이다. 그러나, 다른 실시예에 따르면, 예를 들어 용융 금속이 용해로에서 주조 테이블까지 흐름에 따른 용융 금속 흐름 밖으로 미립자들을 필터링하기 위해 사용되는, 예를 들어 인-라인 세라믹 필터(예를 들어, 세라믹 폼 필터)와 같은, 다른 종류의 금속 수용 및 분배 용기들이 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 용기는 용융 금속을 이송하기 위한 통로 및 통로 내부에 위치하는 필터를 포함한다. 그러한 용기 및 용융 금속 수용 시스템의 예들이, 1997년 10월 7일 아우브레이 등에게 허여된 미국특허번호 제5,673,902호 및 2006년 10월 26일 공개된 국제특허공개공보 제2006/110974A1호에 개시된다. 상기한 미국특허 및 국제특허공개공보는 본 참조를 통해 여기에 명확하게 통합된다.

다른 실시예에서, 용기는, 예를 들어 1995년 8월 10일 공개된 국제특허공개공보 제95/21273호(이 문헌의 개시는 참조로 여기에 통합된다)에 개시된 바와 같이 "알칸 콤팩트 금속 가스제거기"로 불리는 것과 같은, 내부에서 용융 금속이 가스제거되는 컨테이너로서 역할을 수행한다. 가스제거 작업은 노로부터 주조 테이블로 이동함에 따른 용융 금속 흐름으로부터 수소 및 다른 불순물을 제거한다. 그러한 용기는, 회전가능한 가스제거 임펠러들이 위로부터 그 내부로 돌출하는, 용융 금속 수용을 위한 내부 체적을 포함한다. 용기는 일괄 처리(batch processing)를 위해 사용될 수도 있고, 또는 금속 이송 용기들에 부착되는 금속 분배 시스템의 일부 일 수도 있을 것이다. 일반적으로, 용기는 금속 케이스 내부에 배치되는 임의의 내화재 수용 용기일 것이다. 용기는 또한 한 위치에서 다른 위치로 이동을 위해 많은 양의 용융 금속을 수용하기 위한 내화 세라믹 도가니처럼 설계될 수도 있을 것이다. 모든 그러한 선택적인 용기들은, 단부들이 연결되는 2개 이상의 섹션들로 제작되도록 제공되는, 본 발명의 실시예들과 함께 사용될 수 있을 것이다.

Claims (34)

1. 용융 금속을 수용하기 위해 사용되는 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법에 있어서,
   금속 와이어들로 제작되는 망 몸체를 금속 수용 용기의 인접한 내화 섹션들의 금속 접촉 표면들 사이의 틈새 속으로 삽입하여, 상기 망 몸체가 상기 금속 접촉 표면들 아래에 배치되도록 하는, 망 몸체 삽입 단계, 및
   상기 금속-접촉 표면들 사이의 상기 틈새를 밀봉하기 위해 성형가능한 내화재의 층으로 상기 망 몸체를 덮는 단계를 포함하는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   다량의 성형가능한 내화재가, 상기 망 몸체가 상기 인접한 내화 섹션 사이의 상기 틈새 속으로 삽입되기 전에, 상기 망 몸체 속으로 들어가는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 망 몸체를 형성하기 위해 사용되는 금속은 용융 금속에 의한 공격에 저항력 있는 금속인, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 망 몸체를 형성하기 위해 사용되는 금속은, 니켈-크롬계 합금들, 스테인리스 스틸 및 티타늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 금속인, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속 와이어들은 상기 망 몸체를 위한 직조 금속 조직(woven metal fabric)을 형성하기 위해 함께 직조되는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 직조 금속 조직은, 용융 금속에 의한 관통에 저항하기에 충분히 작은 치수를 갖는 망 개구부들을 구비하는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 망 개구부들은 1 내지 5mm 범위 이내의 크기를 구비하는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 망 개구부들은 2 내지 3mm 범위 이내의 크기를 구비하는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 망 몸체는 겹쳐지는 다수의 층을 구비하는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 직조 금속 망의 층들은 길쭉한 가요성 로프를 형성하기 위해 서로의 위로 말려 올라가는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 길쭉한 로프는, 금속 와이어로 제작되는 직조 튜브형 슬리브로 덮이는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 직조 튜브형 슬리브는 하나 이상의 상기 층들의 상기 망 개구부들과 같거나 작은 크기의 망 개구부들을 구비하는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형가능한 내화재는, 실리카/알루미나로 만들어진 재료들 및 알루미노 실리케이트 섬유들을 함유하는 페이스트들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    확장된 홈이 상기 틈새에 인접한 적어도 하나의 상기 트로프 섹션에 형성되고, 상기 망 몸체 및 상기 성형가능한 내화재가 상기 확장된 홈 속으로 삽입되는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 망 몸체는 상기 홈의 폭보다 넓은 비압축 폭을 구비하도록 선택되는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기는, 내부에 형성되는 통로를 구비하는 길쭉한 금속 접촉 트로프, 용융 금속 필터용 컨테이너, 용융 금속 가스제거기용 컨테이너 및 도가니로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 용기로 사용하기 위해 성형되고 치수를 갖는, 용기의 내화 섹션들 사이에 보강 내화 이음부를 갖추도록 하는 방법.
17. 단부와 단부가 맞닿게 배치되는 2개 이상의 내화 용기 섹션들에 의해 형성되며 상기 섹션들의 인접한 단부들 사이에 밀봉된 이음부를 구비하는 용융 금속을 수용하기 위한 용기에 있어서,
    상기 밀봉된 이음부는, 상기 인접한 용기 섹션들 사이의 틈새 속으로 삽입되는 금속 와이어들로 제작되는 망 몸체, 및 상기 틈새 내에 상기 망 몸체를 붙이고 상기 내화 섹션들 사이에서의 용융 금속 관통에 대항하도록 상기 틈새를 밀봉하는 성형가능한 내화재 층을 포함하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
18. 제 17항에 있어서,
    상기 망 몸체는 다량의 내화재 페이스트를 수용하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
    상기 망 몸체를 형성하기 위해 사용되는 금속은 용융 금속에 의한 공격에 저항력이 있는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
20. 제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 망 몸체를 형성하기 위해 사용되는 금속은, 니켈-크롬계 합금들, 스테인리스 스틸 및 티타늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
21. 제 17항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 와이어들은 상기 망 몸체를 위한 직조 금속 조직을 형성하기 위해 함께 직조되는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
22. 제 21항에 있어서,
    상기 직조 금속 조직은, 용융 금속에 의한 관통에 저항하기에 충분히 작은 치수를 갖는 망 개구부들을 구비하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
23. 제 22항에 있어서,
    상기 망 개구부들은 1 내지 5mm 범위 이내의 크기를 구비하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
24. 제 22항에 있어서,
    상기 망 개구부들은 2 내지 3mm 범위 이내의 크기를 구비하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
25. 제 17항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 망 몸체는 겹쳐지는 다수의 층을 구비하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
26. 제 25항에 있어서,
    상기 직조 금속 망의 층들은 길쭉한 로프를 형성하기 위해 서로의 위로 말려 올라가는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
27. 제 26항에 있어서,
    상기 길쭉한 로프는, 금속으로 제작되는 직조 튜브형 슬리브로 덮이는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
28. 제 27항에 있어서,
    상기 직조 튜브형 슬리브는 하나 이상의 상기 층들의 상기 망 개구부들과 같거나 작은 크기의 망 개구부들을 구비하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
29. 제 17항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형가능한 내화재는, 실리카/알루미나로 만들어진 재료들 및 알루미노 실리케이트 섬유들을 함유하는 페이스트들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
30. 제 17 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서,
    확장된 홈이 상기 틈새의 일부를 형성하는 적어도 하나의 상기 용기 섹션에 형성되고, 상기 망 몸체 및 상기 성형가능한 내화재가 상기 확장된 홈 내에 배치되는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
31. 제 30항에 있어서,
    상기 망 몸체는 상기 홈의 폭보다 넓은 비압축 폭을 구비하는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
32. 제 17 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기는, 내부에 형성되는 통로를 구비하는 길쭉한 금속 접촉 트로프, 용융 금속 필터용 컨테이너, 용융 금속 가스제거기용 컨테이너 및 도가니로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 용기로 사용하기 위해 성형되고 치수를 갖는, 용융 금속을 수용하기 위한 용기.
33. 금속 수용 용기용 용기 섹션에 있어서,
    상기 용기 섹션은,
    내부에 형성되는 금속 접촉 표면 및 일단부에 횡단 홈을 구비하는, 내화재 몸체를 포함하고,
    상기 홈은 성형가능한 내화재의 덮는 코팅을 위해 상기 홈 내의 홈 잔여 공간 내에 사전 배치되는 금속 망 로프를 구비하는, 금속 수용 용기용 용기 섹션.
34. 제 33항에 있어서,
    상기 섹션은, 길쭉한 금속 접촉 트로프, 용융 금속 필터용 컨테이너, 용융 금속 가스제거기용 컨테이너 및 도가니로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 용기의 일부로서 성형되고 치수를 갖는, 금속 수용 용기용 용기 섹션.
    

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