KR20140003856A - 용융물 주입 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 용융물 주입 장치는 용융물이 생성되는 내부 공간을 가지며, 일단에 상기 용융물이 토출되는 토출구가 마련된 용해로를 포함하고, 용해로는 상기 토출구에 비해 낮게 위치하는 저부 영역을 구비하여, 상기 저부 영역을 포함하는 영역에 용융물이 고이는 풀(pool)이 마련된다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면, 용융로 내부에 용융물이 고이는 풀(pool)을 마련하여, 상기 용해로 내부에서 미처 용융되지 못한 미 용융 원료를 다시 용해시킨다. 이에, 종래에 비해 용융물 생산 효율이 향상되는 장점이 있다.

Description

용융물 주입 장치{Melt supply equipment}
본 발명은 용융물 주입 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융물 생산 효율을 향상시킬 수 있는 용융물 주입 장치에 관한 것이다.
몰드 플럭스 용해 설비는 용융 몰드 플럭스를 제조하여, 몰드로 공급하는 설비이다. 통상적인 몰드 플럭스 용해 설비는 몰드 플럭스용 원료를 용융시키는 내부 공간을 가지는 용해로, 용해로 일단으로 삽입되도록 설치되어, 용해로 내부로 화염을 분사하여 원료를 용해시키는 토치, 용해로의 타단에 마련되어 생성된 용융 몰드 플럭스를 몰드로 토출시키는 토출구를 포함한다.
한편, 용해로 내부로 파우더 상태의 원료를 투입하면, 적어도 일부는 분사되는 화염에 의해 비산 된다. 이에, 화염에 의해 비산된 원료는 상기 화염과 접촉하는 시간이 짧기 때문에 미처 용융되지 못하는 문제가 있다. 이와 같이, 용해로 내부에 공급되는 원료 중 일부는 용융되지 않기 때문에, 공급되는 원료 대비 용융물의 생산율이 적다. 이에, 목표로 하는 슬래그의 두께를 형성하기 위해 용융 몰드 플럭스를 생산하는 시간이 장시간 소요된다.
또한, 통상적으로 용해로의 내벽은 내화물로 이루어지는데, 용융물이 내화물로 이루어진 용해로의 내벽과 장시간 접촉되면, 상기 내벽이 손상되는 문제가 있다.
한국등록특허 제0829907호에는 주형 내의 용탕면에 용융 몰드 플럭스를 공급하는 몰드 플럭스 용해 유닛이 개시되어 있다.
한국등록특허 제0829907호
본 발명의 일 기술적 과제는 용융물 생산 효율을 향상시킬 수 있는 용융물 주입 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 과제는 용해로 내부의 손상을 방지할 수 있는 용융물 주입 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 용융물 주입 장치는 용융물이 생성되는 내부 공간을 가지며, 일단에 상기 용융물이 토출되는 토출구가 마련된 용해로를 포함하고, 용해로는 상기 토출구에 비해 낮게 위치하는 저부 영역을 구비하여, 상기 저부 영역을 포함하는 영역에 용융물이 고이는 풀(pool)이 마련된다.
상기 용해로는, 상기 저부 영역을 향해 하향 경사진 제 1 몸체; 상기 제 1 몸체의 내부와 연통되는 내부 공간을 가지며, 상기 저부 영역으로부터 반대 방향으로 상향 경사진 제 2 몸체를 포함한다.
상기 저부 영역은 절곡된 형상 및 라운드 형상 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 풀(pool)은 상기 용해로의 내부 공간 중, 상기 토출구의 하단부로부터 수평 방향으로 연장된 수평선의 하측 공간이며, 상기 저부 영역을 포함한다.
상기 제 1 몸체와 연결되어, 상기 제 1 몸체 내부로 원료를 공급하는 원료 공급 배관; 및 상기 제 1 몸체와 연결되어, 상기 용해로 내부로 화염을 분사하는 토치를 포함하고, 상기 토출구는 제 2 몸체에 마련된다.
상기 용해로의 하부에 설치되어, 용해로를 경동시키는 경동 유닛을 포함한다.
상기 제 1 몸체 및 제 2 몸체 각각은, 내부 공간을 가지는 내부 몸체; 상기 내부 몸체의 외측을 둘러 싸도록 설치된 외부 몸체; 및 상기 내부 몸체 및 외부 몸체 중 적어도 어느 하나에 내설된 냉매 유로를 포함한다.
상기 내부 몸체는 스테인레스 스틸로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, 용융로 내부에 용융물이 고이는 풀(pool)을 마련하여, 상기 용해로 내부에서 미처 용융되지 못한 미 용융 원료를 다시 용해시킨다. 이에, 종래에 비해 용융물 생산 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 용융물과 접촉되는 용해로의 내부 몸체를 스테인레스 스틸로 제조함에 따라, 용융물이 상기 내부 몸체에 부착되어 상기 용해로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 용해로 내부에 냉매 유로를 내설하며, 원료를 가열하여 용융물을 생성하는 조업 시에 상기 냉매 유로로 냉매를 순환시킴으로써, 용해로를 쿨링 시킨다. 이에, 고온의 열에 의해 용해로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 용융물 주입 장치의 요부를 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용해로가 경동 유닛에 의해 경동되어, 토출구로부터 용융물이 토출되는 모습을 도시한 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 용융물 주입 장치의 요부를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용해로가 경동 유닛에 의해 경동 또는 회동되어, 토출구로부터 용융물이 토출되는 모습을 도시한 단면도이다. 도 3은 실시예의 변형예에 따른 용융물 주입 장치를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용융물 주입 장치는 내부로 공급된 파우더 상태의 몰드 플럭스 원료를 용해시키는 내부 공간을 가지며, 용해된 용융물 즉, 용융 몰드 플럭스를 배출시키는 토출구(100d)가 마련된 용해로(100), 용해로(100) 내부에 불꽃 즉, 화염을 발생시켜 원료를 용해시키는 토치(200), 용해로(100) 내부로 원료를 공급하는 원료 공급 배관(300), 용해로(100)의 하부에 연결되어 상기 용해로(100)를 경동시키는 경동 유닛(400)을 포함한다. 또한 도시되지는 않았지만, 토치(200)와 연결되어 용해로(100) 내부에 화염 분사를 위해 플라즈마 가스를 분사하는 플라즈마 가스 분사 배관, 원료 공급 배관(300)으로 원료를 공급하는 호퍼, 용해로(100)의 일 측부에 연결되어 상기 용해로(100) 내부에서 발생된 가스를 배기하는 배기 덕트를 포함한다.
여기서, 토치(200), 원료 공급 배관(300), 플라즈마 가스 분사 배관, 호퍼 및 배기 덕트는 통상적인 용융 몰드 플럭스 주입 장치와 유사하므로, 이에 대한 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.
이러한 용해로(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 상향 경사지는 영역과 하향 경사지는 영역을 가지도록 제조됨에 따라, 내부에는 1차적으로 용융된 용융물이 고이는 영역인 풀(pool)이 마련된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 용해로(100)는 내부 공간을 가지는 제 1 몸체(100a) 및 제 2 몸체(100b)로 이루어지며, 상기 제 1 몸체(100a)의 일단부와 제 2 몸체(100b)의 일단부가 연결되어 상호 연통 된다. 이때, 제 1 몸체(100a)와 제 2 몸체(100b)가 연결된 영역을 연결부라 할 때, 연결부를 중심으로 좌측에 제 1 몸체(100a)가 위치하고, 우측에 제 2 몸체(100b)가 설치된다. 물론 제 1 몸체(100a)와 제 2 몸체(100b)가 반대로 위치하여도 무방하다. 그리고, 제 1 몸체(100a)는 연결부가 위치한 방향으로 하향 경사진 형상이며, 제 2 몸체(100b)는 상기 연결부로부터 반대 방향으로 상향 경사진 형상이다. 이에, 제 1 몸체(100a)와 제 2 몸체(100b)가 연결되는 연결부의 하단부는 다른 하단부 영역에 비해 낮게 위치하는 영역으로, 하기에서는 상기 영역을 저부 영역(100c)이라 명명한다.
실시예에 따른 저부 영역(100c)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 절곡된 형상일 수 있다. 이러한 용해로(100) 내부의 저부 영역(100c)은 토출구(100d)에 비해 낮게 위치하며, 제 1 몸체(100a) 내부의 하부는 저부 영역(100c)이 위치한 방향으로 하향 경사지고, 제 2 몸체(100b) 내부의 하부는 저부 영역(100c)으로부터 반대 방향으로 상향 경사진다. 이에, 제 1 몸체(100a) 내부에서 1차 용융된 용융물은 저부 영역(100c) 및 상향 경사진 제 2 몸체(100b) 내의 하부에 의해 그 이동이 차단되어, 상기 저부 영역(100c)을 포함한 그 주위 영역에 고이게 된다. 이와 같이 용해로(100) 내부에서 저부 영역(100c)을 포함한 그 주위에 1차 용해된 용융물이 모이면, 상기 용융물은 열을 가지고 있기 때문에 또 다른 열원으로 작용한다. 실시예에서는 용해로 내부에 고인 용융물을 열원으로 이용하여, 용융되지 못한 원료(이하, 미 용융 원료)를 용해시킨다. 미 용융 원료를 다시 용해시키는 것에 대한 상세한 설명은 이하에서 하기로 한다.
토출구(100d)는 용해로(100) 내부의 용융물을 외부로 토출시키는 곳으로, 제 2 몸체(100b)의 단부 즉, 용해로(100)의 일단부에 마련된다. 여기서 토출구(100d)는 용해로(100) 양 측단부 중 일단부의 일부를 개구한 구멍 일 수 있으며, 이러한 토출구(100d)는 용해로(100) 내부의 하단부에 마련된 저부 영역(100c)에 비해 높게 위치한다. 이를 보다 상세히 설명하면, 토출구(100d)를 둘러싸는 벽 중, 적어도 하부벽이 저부 영역(100c)에 비해 높게 위치하도록 토출구(100d)를 형성한다. 이는, 제 1 몸체(100a) 내부에서 1차 용융된 용융물이 저부 영역(100c) 및 상기 저부 영역(100c)의 주위 영역에 고여, 토출구(100d) 측으로 토출되지 않도록 하기 위함이다.
하기에서는 설명의 편의를 위하여, 용해로(100) 내부 영역 중, 토출구(100d)를 둘러싸는 하단부로부터 수평 방향으로 연장된 수평선 하측에 해당하는 공간을 용융물이 고이는 영역을 풀(pool)이라 명명한다. 이러한 풀(pool)에 고인 용융물은 상술한 바와 같이 1차 용융된 상태이기 때문에, 열을 가지고 있어, 또 다른 열원으로 이용할 수 있다. 그리고, 실시예에서는 토치(200)로부터 분사되는 화염의 적어도 끝단이 풀(pool)에 위치하도록 함에 따라, 상기 풀(pool)에 고인 용융물을 가열한다. 따라서, 화염에 의해 비산되어 용융되지 못한 미 용융 원료가 풀(pool)로 이동하면, 상기 풀(pool)에 고인 용융물의 열에 의해 상기 미 용융 원료가 용해된다.
배경 기술에서도 설명한 바와 같이, 용해로(100) 내부로 공급된 원료는 토치(200)로부터 분사되는 화염에 의해 비산될 수 있다. 비산된 미 용융 원료는 용해로(100) 내부 벽과 충돌하여 하측으로 낙하 된다. 그런데, 본 발명의 실시예에 따른 용해로(100)는 제 1 몸체(100a) 내의 하부가 저부 영역(100c)을 향해 하향 경사지고, 제 2 몸체(100b) 내의 하부는 저부 영역(100c)으로부터 상향 경사지도록 제작되었기 때문에, 비산된 미 용융 원료가 용해로(100) 내부 벽들과 충돌하여 풀(pool)로 낙하 또는 미끄러진다. 그리고, 풀(pool)에는 1차 용융된 용융물이 고여있고, 토치(200)로부터 발생된 화염에 의해 지속적으로 가열되기 때문에, 미 용융 원료가 상기 풀(pool)에 고인 용융물 및 화염에 의해 용융된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 용해로(100)에서는 미 용융 원료를 그대로 토출하지 않고, 상기 용융로의 풀(pool) 내에 더 체류시켜 용융시킨다. 이에, 종래에 비해 용융물 생산량을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 설명의 편의를 위하여 용해로(100)를 제 1 몸체(100a) 제 2 몸체(100b)로 분할하여 설명하였으나, 일체형으로 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 도 1을 참조하면, 용해로(100)는 원료를 수용하고 이를 용해시키는 내부 공간을 가지는 내부 몸체(111a, 111b), 내부 몸체(111a, 111b)의 외주면을 둘러 싸도록 설치된 외부 몸체(112a, 112b), 외부 몸체(112a, 112b) 내부에 마련된 냉매 유로(113a, 113b)를 포함한다. 여기서, 내부 몸체(111a, 111b)는 용융물과 직접 접촉되는 곳으로, 실시예에서는 용융물 또는 상기 용융물로부터 발생된 가스와 반응하지 않는 스테인레스 스틸(STS; Stainless Steel)로 제조한다. 물론 이에 한정되지 않고, 내부 몸체(111a, 111b)는 용융물 및 상기 용융물로부터 발생된 가스와 반응하지 않는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 이에, 종래와 같이 내부 몸체(111a, 111b)를 내화물로 구성할 때와 같이 용융물이 내부 몸체(111a, 111b)에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 외부 몸체(112a, 112b)는 내부 몸체(111a, 111b)의 외주면을 둘러 싸도록 설치되는데, 이러한 외부 몸체(112a, 112b) 내부에는 냉매가 흐르는 냉매 유로(113a, 113b)가 내설된다. 여기서 냉매 유로(113a, 113b)는 외부 몸체(112a, 112b) 내부를 가공하여 마련된 홈 또는 상기 외부 몸체(112a, 112b) 내부에 내부 공간을 가지는 배관을 삽입하여 설치할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 냉매 유로(113a, 113b)의 일단 및 타단 각각에는 냉매 유로(113a, 113b)로 냉매를 공급하는 냉매 공급부 및 냉매 유로(113a, 113b)를 순환한 냉매가 배출되는 냉매 배출부가 연결된다. 실시예에서는 냉매로 물(water)을 사용하나, 이에 한정되지 않고 가스 상태의 냉매 예컨대, 질소를 사용할 수도 있다. 이와 같이 외부 몸체(112a, 112b) 내부에 냉매 유로(113a, 113b)를 형성하여, 용융물 생성 조업시에 냉매를 순환시킴으로써, 고온의 화염에 의해 용해로가 손상되거나, 수명이 단축되는 것을 최소화할 수 있다.
상기에서는 외부 몸체(112a, 112b)에 냉매 유로(113a, 113b)가 마련되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 내부 몸체(111a, 111b)에 마련될 수도 있다.
경동 유닛(400)은 용해로(100)를 경동 시켜, 상기 용해로(100)에 마련된 토출구(100d)로부터 용융물이 토출 되도록 한다. 이러한 경동 유닛(400)은 용해로(100)의 하부와 연결되도록 설치되는데, 저부 영역(100c)의 하부를 지지하도록 설치되는 것이 바람직하다. 실시예에 따른 경동 유닛(400)은 적어도 일부가 용해로 하부로 삽입되도록 설치되어, 저부 영역(100c)의 하부를 지지하는 회전 부재 및 상기 회전 부재를 회전시키는 회전 동력부를 포함할 수 있다. 물론 상기에서 설명한 경동 유닛(400)에 한정되지 않고, 용해로(100)를 경동시킬 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있다. 이러한 경동 유닛(400)을 이용하여 용해로(100)를 경동 시키는데, 도 2에 도시된 바와 같이 용해로(100)에 마련된 토출구(100d)가 저부 영역(100c)에 비해 하측에 위치하도록 경동 시키면, 상기 토출구(100d)로부터 용융물이 토출 된다.
실시예에 따른 저부 영역(100c)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 절곡된 형상이다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이 저부 영역(100c) 이 라운드 또는 곡선 형상일 수도 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 저부 영역(100c)은 용해로(100) 내의 하부에 홈을 형성하여 제조할 수도 있다.
하기에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 용융물 주입 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 원료 공급 배관(300)을 통해 용해로(100) 내부에 파우더 상태의 원료 예컨대, 몰드 플럭스용 원료를 투입하고, 토치(200)를 동작시켜 상기 용해로(100) 내로 화염을 분사한다. 이에, 토치(200)로부터 분사되는 화염에 의해 투입되는 원료가 용융되며, 용융된 용융물은 풀(pool)에 고이게 된다. 이는, 실시예에 따른 용해로(100)가 저부 영역(100c)를 향해 하향 경사지는 영역과 상기 저부 영역(100c)로부터 반대 방향으로 상향 경사진 영역을 포함하도록 제작되어, 저부 영역(100c) 및 상기 저부 영역(100c)의 주위 영역에 용융물이 고이는 공간 즉, 풀(pool)이 형성되기 때문이다. 이에, 상술한 바와 같이 토치(200)로부터 분사된 화염에 의해 원료가 용융되면, 용융물은 풀(pool)에 의해 그 이동이 차단되어 토출구(100d)를 통해 토출되지 못하고 풀(pool)에 고인다. 그리고, 용해로(100) 내부로 투입되는 원료 일부는 제 1 몸체(100a) 내부에서 화염에 의해 용해되나, 나머지는 분사되는 화염에 의해 비산되어 용융되지 못한다. 이러한 미 용융 원료는 용해로(100)의 내벽과 충돌하여 낙하거나 미끄러지는데, 용해로(100)는 저부 영역(100c)을 향해 하향 경사진 제 1 몸체(100a) 및 상기 저부 영역(100c)으로부터 반대 방향으로 상향 경사진 제 2 몸체(100b)로 이루어지기 때문에, 상기 미 용융 원료가 풀(pool)로 낙하되거나 미끄러 진다. 또한, 실시예에서는 토치(200)로부터 분사되는 화염의 적어도 끝단이 풀(pool)에 위치하도록 분사하여, 풀(pool)에 고인 용융물은 가열한다. 이에, 풀(pool)로 미 용융 원료가 낙하되면, 고온의 용융물에 의해 상기 미 용융 원료가 용융된다.
용해로(100) 내에 목표로하는 용융물이 생성되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 경동 유닛(400)을 이용하여 상기 용해로(100)를 경동 시킨다. 이때, 용해로(100)의 토출구(100d)가 저부 영역(100c)에 비해 바람직하게는 풀(pool)에 비해 낮게 위치하도록 경동 시킨다. 이에, 용해로 내부의 용융물이 토출구(100d)가 위치한 방향으로 흘러, 상기 토출구(100d)를 통해 몰드(미도시)로 토출된다.
또한 용해로(100) 내부에서 원료를 용융시켜 용융물을 생성하는 동안, 용해로(100)의 외부 몸체(112a, 112b) 내에 마련된 냉매 유로(113a, 113b)로 냉매 예컨대, 물(water)을 순환시킴으로써, 용해로(100)를 쿨링 시킨다. 이에, 용해로(100) 내부에서 용융물을 생성하는 동안, 고온의 화염에 의해 용해로(100)가 손상되거나, 수명이 단축되는 것을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 미 용융 원료를 그대로 토출하지 않고, 용해로(100) 내부에 마련된 풀(pool)에 체류하게 한 후, 상기 미 용융 원료를 다시 용융시킨다. 이에, 목표하는 양의 용융물을 종래에 비해 빠른 속도로 생성할 수 있다. 따라서, 주조 초기에 몰드 내에 목표로하는 두께 예컨대, 10 내지 40mm의 슬래그층을 형성할 수 있어, 주조 초기에 조업을 안정화시킬 수 있다. 그리고, 실시예에 따른 용해로(100)의 내부 몸체(111a, 111b)는 스테인레스 스틸로 이루어져 있기 때문에, 종래와 같이 용융물이 부착되는 되는 것을 방지할 수 있다.
상기에서는 몰드 플럭스 용 원료를 용융시키는 용융 몰드 플럭스 장치를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 원료를 용융시키는 다양한 장치에 적용될 수 있다.
100: 용해로 100a: 제 1 몸체
100b: 제 2 몸체 100c: 저부 영역
100d: 토출구

Claims (8)

  1. 용융물이 생성되는 내부 공간을 가지며, 일단에 상기 용융물이 토출되는 토출구가 마련된 용해로를 포함하고,
    상기 용해로는 상기 토출구에 비해 낮게 위치하는 저부 영역을 구비하여, 상기 저부 영역을 포함하는 영역에 용융물이 고이는 풀(pool)이 마련되는 용융물 주입 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용해로는,
    상기 저부 영역을 향해 하향 경사진 제 1 몸체;
    상기 제 1 몸체의 내부와 연통되는 내부 공간을 가지며, 상기 저부 영역으로부터 반대 방향으로 상향 경사진 제 2 몸체를 포함하는 용융물 주입 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 저부 영역은 절곡된 형상 및 라운드 형상 중 어느 하나의 형상인 용융물 주입 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 풀(pool)은 상기 용해로의 내부 공간 중, 상기 토출구의 하단부로부터 수평 방향으로 연장된 수평선의 하측 공간이며, 상기 저부 영역을 포함하는 용융물 주입 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 몸체와 연결되어, 상기 제 1 몸체 내부로 원료를 공급하는 원료 공급 배관; 및
    상기 제 1 몸체와 연결되어, 상기 용해로 내부로 화염을 분사하는 토치를 포함하고,
    상기 토출구는 제 2 몸체에 마련되는 용융물 주입 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 용해로의 하부에 설치되어, 용해로를 경동시키는 경동 유닛을 포함하는 용융물 주입 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 몸체 및 제 2 몸체 각각은,
    내부 공간을 가지는 내부 몸체;
    상기 내부 몸체의 외측을 둘러 싸도록 설치된 외부 몸체; 및
    상기 내부 몸체 및 외부 몸체 중 적어도 어느 하나에 내설된 냉매 유로를 포함하는 용융물 주입 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 몸체는 스테인레스 스틸로 이루어지는 용융물 주입 장치.
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