KR20140048244A - 스크랩 침수 시스템 - Google Patents

Abstract

예시적인 실시예의 일 측면에 따라, 투입대를 포함하는 노가 제공된다. 투입대는 내열 물질의 측벽과 기저 벽을 구비하는 상부 개방 챔버를 포함한다. 용융된 금속을 수용하는 챔버의 측벽에는 입구가 제공된다. 상기 측벽에 인접하여 램프(ramp)가 제공되고 내부 벽은 중심 공동을 형성한다. 램프는 상기 내부 벽과 상기 측벽 사이에 배치된다. 램프는 일반적으로 기저 벽과 교차하는 지점으로부터 상기 내부 벽의 상부면에 인접한 곳까지 경사져 있다. 공동은 출구와 유체 연통한다. 상기 내부 벽의 통로는 상기 입구와 상기 공동 사이에 유체 연통을 제공한다. 입구와 출구는 각각 도관을 수용하고 도관들 중 적어도 하나는 엘보우 조인트를 포함할 수 있다.

Description

스크랩 침수 시스템{SCRAP SUBMERGENCE SYSTEM}

본 출원은, 각 개시 내용이 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된, 2011년 7월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 61/505,156 및 2012년 4월 17일에 출원된 미국 가출원 번호 61/625,134의 이익을 청구한다.

본 발명은 용융된 금속을 처리하는데 일반적으로 사용되는 유형의 스크랩 침수 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 알루미늄의 재생(recycling)에 응용할 수 있으나, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 금속의 재생시에, 처리 및 가공할 스크랩 조각을 용융시키는 것이 필요하다. 스크랩 조각의 많은 부분은 이들이 형성된 절단(shaving), 천공(boring) 및 냉간 압연(cold rolling)과 같은 기계적인 성형 동작(mechanical shaping action)을 통해 박막 벽으로 된다. 박막 벽으로 된 스크랩 조각을 용융시키는 것은 특히 (i) 전통적인 용융 노(furnace)의 뜨거운 대기에 장시간 노출되어 극히 많은 산화 손실이 일어나고, (ii) 박막 벽으로 된 스크랩 조각이 용융된 금속 위에 플로팅(float)하는 것에 의해 용융된 금속에 신속히 침수하는 것이 심각하게 방해를 받는 것으로 인해 곤란하다.

일반적인 용융 작업에서, 용융 노는 에워싸인 노상(hearth) 및 연결된 개방된 용융 베이(bay) 또는 투입대(charge well)를 구비한다. 펌프 또는 다른 용융된 금속 흐름 유도 장치는 용융된 금속이 노상으로부터 투입대로 흐르게 한다. 금속 스크랩 조각은 투입대 안으로 공급된다. 펌프는 원심 임펠러 구동식 펌프 또는 전자기식 펌프일 수 있다. 본 발명은 어느 디바이스와도 호환가능하지만 상대적으로 낮은 용융 금속 충전물(fill)(예를 들어 < 4 인치(inch))을 의미하는 건식 노상 상태에서 사용될 수 있는 전자기 펌프와 관련이 있다. 전자기 펌프는 전도체가 주위 코일에 의해 생성된 자기장에 의해 자기장으로 반발되는 선형 모터 원리로 작동한다. 설계, 원리 및 동작에 있어서 추가적인 상세는 개시 내용이 특히 전자기 펌프 원리 및 동작 및 시스템 구성의 특징에 대해서 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된 GB-B-2269889에서 찾아볼 수 있다.

여러 장치들이 용융된 금속 배쓰(bath)의 면 아래로 스크랩 금속을 침수시키기 위해 용융 베이(구체적으로 투입대)에 사용되어 왔다. 이런 시스템에는 3개의 주된 유형이 존재한다. 제 1 유형은 상부면에 용융된 금속 흐름을 생성하는 기본적으로 회전자로 구성된 기계적인 시스템을 포함한다. 이 디바이스의 예는 미국 특허 번호. 3,873,305; 3,997.336; 4,128,415; 및 4,930.986에 도시되어 있다. 시스템의 제 2 유형은 용융면 아래로 스크랩을 물리적으로 푸시하는 기계적인 디바이스(elephant feet/well-walker)를 사용한다. 시스템의 제 3 유형은 투입대에 스크랩 조각을 침수시키는 금속 흐름을 생성하는데 회전자를 회전시킴이 없이 챔버의 형상에 의존한다. 특히, 용융된 금속이 투입대 안으로 흐르는 것은 상부면으로부터 배쓰 안으로 칩을 인출(draw)하는 소용돌이를 달성하는 방식으로 조작된다. 이런 시스템은, 각 문헌의 내용이 본 명세서에 참조 문헌으로 병합된, 예를 들어, 미국 특허 번호. 3,955,970; 3,984,234; 4,286,985; 및 6,217,823을 포함한다. 본 발명은 스크랩 침수 시스템의 제 3 유형에 관한 것이다.

도 1은 본 발명이 연관된 유형의 하나의 종래 기술의 스크랩 침수 시스템을 도시한다. 이 장치는 고형 금속(3)이 용융된 금속(5)과 긴밀히 접촉하도록 도입되는 투입대(1)를 포함한다. 투입대(1)는 신속한 용융된 금속 흐름과 함께 용융된 금속 면에 소용돌이를 야기하여 고형 금속(3)이 용융된 금속(5)에 혼합되는 것을 촉진하는 내부 프로파일을 구비한다. 신속한 용융된 금속 흐름은 전자기 펌프 유닛(7)에 의해 생성된다. 보다 구체적으로, 용융된 금속(5)은 출구(9)를 통해 투입대(1)를 떠나 도관(11)을 통해 노(미도시)로 전달된다. 용융된 금속은 노로부터 펌프 유닛(7)에 의해 도관(12)을 통해 인출되고 이후 도관(13) 및 입구(15)를 통해 투입대(1)로 도입된다. 도관(13)은 투입대(1)에 소용돌이의 형성을 촉진하기 위하여 실질적으로 접선 방향으로 투입대(1)의 주변 벽과 정렬된다. 도 2는 대표적인 투입대의 평면도를 도시한다.

도 3을 참조하면 스크랩 용융 디바이스(100)는 기존의 투입대의 치수와 결합(mating)되는 상대적인 근접한 공차(close tolerance)를 제공하도록 맞춰진 사이즈로 구성되거나 또는 새로이 구성된 투입대 그 자체를 형성할 수 있는 내화 물질(102)의 블록으로 구성된다. 바람직하게는, 디바이스(100)는 알루미나-실리카 내화물 또는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 알려진 다른 주조가능한 내화 물질과 같은 경화된 물질로 구성된다. 블록(102)은 일반적으로 원통형 측벽(118)를 구비하는 챔버(116), 기저 벽(120), 출구(124)로 안내되는 중심 공동(123)을 형성하는 내부 벽(122) 주위에 배치된 램프(ramp)(121) 및 출구 덕트(125)를 포함한다. 램프(121)는 챔버(116)의 입구(126)에 인접하여 선두 에지를 포함한다. 실제로, 디바이스(100)는 우수한 스크랩 용융 성능을 제공하는 것으로 알려졌다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 재생(recycling)에만 적합한 것은 아니다. 오히려, 금속의 용융, 용융된 금속의 처리, 정제 및 분배 동안 여러 단계에서 스크랩 금속에 더하여 외부 물질을 용융된 금속으로 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 이 물질들은 용융된 금속 또는 분말로부터 원치 않는 성분을 추출하여 원하는 성분을 용융된 금속에 도입하기 위한 가스일 수 있다. 본 발명은 이러한 물질을 용융된 금속에 효과적으로 도입하는 장치 및 방법을 더 제공한다. 이 장치 및 방법은 유리하게는 대체로 추가된 물질 및 용융된 금속 사이에 더 많은 접촉을 제공한다.

본 발명은 기존의 여러 용융된 금속 노 구성과 개선된 호환성을 가지는 장치 및 방법을 더 제공한다.

예시적인 실시예의 일 측면에 따라, 투입대를 포함하는 노가 제공된다. 투입대는 내열 물질의 측벽과 기저 벽을 구비하는 상부 개방 챔버를 포함한다. 용융된 금속을 수용하는 챔버의 측벽에는 입구가 제공된다. 측벽에 인접하여 램프가 제공되고 내부 벽은 중심 공동을 형성한다. 램프는 내부 벽과 측벽 사이에 배치된다. 램프는 일반적으로 기저 벽과 교차하는 지점으로부터 내부 벽의 상부면에 인접한 곳까지 경사져 있다. 공동은 출구와 유체 연통한다. 내부 벽에 있는 통로는 입구와 공동 사이에 유체 연통을 제공한다.

제 2 실시예에 따라, 내열 물질의 측벽 및 기저 벽을 구비하는 상부 개방 챔버, 용융된 금속을 수용하는 챔버의 측벽에 있는 입구, 이 챔버의 상기 측벽에 인접한 램프, 및 중심 공동을 형성하는 내부 벽을 구비하는 투입대를 포함하는 노가 제공된다. 램프는 내부 벽과 측벽 사이에 배치된다. 램프는 기저 벽과 교차하는 지점으로부터 내부 벽의 상부면에 인접한 곳까지 경사져 있다. 공동은 출구와 유체 연통한다. 내부 벽에 있는 통로는 입구와 공동 사이에 유체 연통을 제공한다. 내열 물질로 구성되고 통로에 제거가능하게 고정되도록 형성된 제거가능한 삽입물이 더 제공된다. 제거가능한 삽입물은 통로의 적어도 일부 및 선택적으로 통로의 전부를 차단한다.

제 3 실시예에 따라, 용융된 금속의 투입대가 제공된다. 투입대는 입구 및 출구를 구비하는 혼합 용기(mixing bowl)를 포함한다. 입구는 제 1 도관을 수용한다. 출구는 엘보우 조인트(elbow joint)를 수용한다. 엘보우 조인트는 연관된 노와 결합하도록 구성된 제 2 도관을 수용한다.

본 발명의 제 4 측면에 따라, 용융된 금속의 컨테이너(container)를 구비하는 노가 제공된다. 이 컨테이너는 이 컨테이너 내 용융된 금속에 대해 최대 깊이를 구비하고, 입구에서 컨테이너에 연결된 제 1 도관 및 출구에서 이 컨테이너에 연결된 엘보우를 더 포함한다. 제 1 도관은 흐름 생성기와 연관된다. 엘보우는 출구와 제 2 도관 사이에 유체 연통을 제공한다.

다른 실시예에 따라, 노로부터 용융된 금속을 수용하는, 도관과 유체 연통하는 투입대를 포함하는 용융된 금속을 침수시키는 시스템이 제공된다. 이 도관은 어댑터(adapter)에 의해 상기 노에 결합된다. 어댑터는 내화 물질로 형성된 장형 바디(elongated body)를 포함한다. 이 바디는 제 1 치수(W) 및 제 2 횡방향 치수(H)(여기서 W > H)를 가지는 제 1 단부, 및 직경(D)(여기서 D ≤ H)을 가지는 실질적으로 원형인 제 2 단부를 구비하는 통로를 한정한다.

본 발명은 재생(recycling)에만 적합한 것은 아니다. 오히려, 금속의 용융, 용융된 금속의 처리, 정제 및 분배 동안 여러 단계에서 스크랩 금속에 더하여 외부 물질을 용융된 금속으로 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 이 물질들은 용융된 금속 또는 분말로부터 원치 않는 성분을 추출하여 원하는 성분을 용융된 금속에 도입하기 위한 가스일 수 있다. 본 발명은 이러한 물질을 용융된 금속에 효과적으로 도입하는 장치 및 방법을 더 제공한다. 이 장치 및 방법은 유리하게는 대체로 추가된 물질 및 용융된 금속 사이에 더 많은 접촉을 제공한다.

본 발명은 기존의 여러 용융된 금속 노 구성과 개선된 호환성을 가지는 장치 및 방법을 더 제공한다.

도 1은 종래 기술의 스크랩 용융 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 제 1 종래 기술의 투입대의 단면도.
도 3은 제 2 종래 기술의 투입대의 단면도.
도 4는 본 발명의 투입대의 사시도.
도 5a는 도 4의 투입대의 부분 평단면도,
도 5b는 라인 C-C를 따른 단면도.
도 6은 조절가능한 폐쇄-개방 연통 포트를 구비하는 대안적인 투입대 삽입물의 상단 사시도,
도 7은 도 6의 삽입물의 하단 사시도.
도 8은 제한된 연통 포트를 구비하는 대안적인 투입대 삽입물의 상단 사시도.
도 9는 도 8의 삽입물의 하단 사시도.
도 10은 도 6 내지 도 9에 도시된 유형의 투입대 삽입물을 구비하는 투입대의 하단 사시도.
도 11은 본 발명의 제 3 및/또는 제 4 실시예에 따른 혼합 시스템의 평면도(부분 단면도).
도 12는 도 11의 혼합 시스템의 측면도.
도 13은 도 11의 혼합 디바이스의 확대 평면도(부분 단면도).
도 14는 노와 결합된 출구 어댑터를 구비하는 다른 실시예의 혼합 시스템의 부분 단면 사시도.
도 15a 내지 도 15f는 도 14의 어댑터의 상세도;
도 15a는 하부측 사시도;
도 15b는 좌측면도;
도 15c는 도 15b의 라인 C-C을 따라 취한 평단면도;
도 15d는 하부측 단면도;
도 15e는 좌측 단부도;
도 15f는 우측 단부도.
부분 단면도는 상세를 보여주기 위해 사용된다.

본 발명의 제 1 측면에 따라, 용융된 금속을 처리하는 장치가 제공된다. 이 장치는 용융된 금속의 노 챔버, 펌프, 이 노 챔버로부터 펌프로 안내하는 출구, 펌프로부터 투입대로 안내하는 출구 및 투입대로부터 노 챔버로 안내하는 통로를 포함한다. 처리 장치는 용융 금속 또는 물질을 포함하는 금속을 위해 및/또는 용융된 금속을 처리하기 위해 및/또는 용융된 금속을 정제하기 위해 및/또는 용융된 금속을 분배하기 위한 것일 수 있다. 펌프는 원심 펌프 또는 전자기 펌프일 수 있다.

도 3을 참조하면, 콜드 스타트(cold start) 또는 건식 노 상태에서, U.S. 6,217,823에 기술된 디바이스의 소용돌이 대(well)는 도 1에 도시된 시스템의 투입대로 사용되는 경우 문제되는 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 용융된 금속 처리 시스템이 낮은 금속 레벨(건식 노상)인 경우, 내부 벽(122)은 용융된 금속이 흐르는데 있어 댐(dam)의 역할을 하여 용융된 금속 흐름이 출구(124)에 도달하는데 장애물 역할을 한다.

따라서, 종래 기술은 도 2에 도시된 바와 같이 대안적인 형태를 채용하였다. 이 설계는 시스템이 매우 낮은 용융된 금속 레벨에서도 기능할 수 있게 한다. 이 설계에서, 스크랩 침수 챔버(204)는 스크랩을 침수시키기 위해 실질적으로 공면(coplanar)에 있는 입구(206) 및 출구(208)에 의해 접선 방향의 흐름을 생성하여 소용돌이를 생성하는 것에 의존한다. 용융된 금속 흐름을 제한하는 중간 구조물이 입구(206)와 출구(208) 사이에는 전혀 없다. 그러나, 도 2의 설계에 의해 생성된 소용돌이는 모든 스크랩을 침수시키는데 항상 충분한 것은 아닌 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 알루미늄 합금이 상대적으로 높은 레벨의 실리콘을 포함하는 경우, 스크랩 침수가 특히 문제된다.

이제 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, (하나의 예로서) 도 1의 시스템에서 사용하기에 적합한 변형된 투입대 삽입물이 도시되는데 이는 강한 소용돌이 설계 및 콜드 스타트 및/또는 건식 노상과 같은 낮은 용융된 금속 깊이 상태에서 동작 가능성이 있다는 잇점을 제공한다. 이 설계는 용융된 금속 흐름의 방향이 역전될 수 있다는 점에서 또한 유리하다. 이것은 전자기 펌프의 고유한 특징이고, 시스템의 도관에 형성된 막힘을 분쇄하는데 유리하다.

투입대(300)는 램프(304)가 존재하는 소용돌이 챔버(302)를 한정한다. 용융된 금속은 입구 통로(308)를 통해 챔버(302)로 주입된다. 챔버(302)에 들어가는 용융된 금속은 외부 챔버 벽(310)과 내부 챔버 벽(314) 사이에 배치된 램프(304) 위로 강제로 이송된다. 램프(304)는 일반적으로 입구 통로(308)에 상대적으로 근접한 투입대의 기저 벽에 인접한 낮은 지점으로부터 내부 벽(314)과 병합하는 쉘프(shelf)(316)와 병합하는 지점까지 챔버(302) 주위로 약 225°만큼 연장한다. 램프(304) 위를 흐르는 용융된 금속은 챔버(302) 내 용융된 금속 배쓰를 회전시켜, 출구 통로(322)와 연통하는 공동(320)으로 떨어진다(tumble). 용융된 금속이 공동(320)으로 떨어지면, 용융된 금속 배쓰에 바람직한 겹칩 동작(folding action)이 생성되어 스크랩 물질을 침수시키는데 매우 효과적이다.

연통 포트(324)는 인접한 입구 통로(308)로부터 내부 챔버 벽(314)을 통해 연장하여공동(320)과 유체 연통을 제공한다. 이것은 용융된 금속 레벨이 내부 챔버 벽(314) 위로 상승할 만큼 충분히 높지 않은 때에도 시스템의 입구 레그와 시스템의 출구 레그 사이에 용융된 금속이 흐를 수 있게 한다. 따라서, 레그(11 및 13)(도 1)는 낮은 용융된 금속 레벨에서도 용융된 금속이 연통되게 한다. 유사하게, 용융된 금속 흐름의 방향이 역전되면, 출구 통로(322)는 입구가 되고, 입구 통로(308)는 출구가 되는데, 이는 연통 포트(324)에 의해 가능하게 된다. 막힌 경우에 용융된 금속이 투입대 상부에서 오버플로우하지 않고 노로 향할 수 있도록 안전 오버플로우 개구(326)가 제공된다. 그러나, 금속 레벨 프로브(probe)를 적절히 장착하면, 오버플로우 개구는 제거될 수 있다. 입구(308) 및 그 상류에 적절한 도구로 전자기 펌프에 액세스를 제공하도록 클린 아웃(Clean out) 포트(328)가 포함된다.

폴리스티렌 형태를 사용하여 내화물을 주조할 때 테이퍼(taper) 및 통로와 같은 특징을 생성할 수 있다. 바람직하게는, 면을 수용하는 도관 등은 효과적인 팩킹을 위하여 평활할 수 있게 한다.

이제 도 6 내지 도 10을 참조하면, 대안적인 투입대 삽입물이 도시된다. 투입대 삽입물은 도 4 및 도 5에 제시된 설계와 유사하다. 도 6 내지 도 9의 투입대 삽입물은 투입대의 외부 벽과 램프가 제공되지 않는다는 점에서 약간 다르다. 오히려, 도시된 삽입물(600, 800)은 이들 성분을 포함하는 투입대 내에 위치된다.

더욱이, 특히 도 10을 참조하면, 투입대 삽입물(402)은 금속 덮개(sheathing)(406) 내에 배치된 절연 층(404)에 의해 둘러싸인 일반적으로 원통형인 내화물 외부 벽(403) 내에 놓인다. 램프(408)는 내화물 벽(403)과 삽입물(402)의 내부 벽(410) 사이에 배치된다. 램프는 내화물 벽, 내부 벽의 일체 성분이거나, 또는 여기에 도시된 바와 같이 별개의 요소일 수 있다. 램프(408)는 최하 지점이 대략 지점(R)에 정렬되고, 내화물 벽(403)의 측벽(412) 주위를 감싸면서 상승하여 상부면(414)과 만날 수 있다. 지점(R)은 용융된 금속을 투입대에 수용하는 통로를 향하여 램프 입구(416)의 선두 에지를 위치시키도록 선택된다. 용융된 금속은 램프(408) 위로 흐르고 공동(418)으로 떨어져, 출구(420)를 통해 빠져나간다. 용융된 금속이 램프(408) 위를 흐름이 없이 직접 입구(416)로부터 출구(420)로 수송되는 것을 용이하게 하기 위해 키 홀(keyhole)(422)이 더 제공된다. 이것은 낮은 금속 레벨에서 동작할 수 있게 한다.

다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 하나의 적절한 투입대 삽입물이 도시된다. 삽입물(600)은 선택적으로 제거가능한 댐 요소(609)를 구비할 수 있고, 이 댐 요소는 그렇지 않은 경우 내화물 벽(601)에 존재하는 포트(611)를 차단한다. 전술된 바와 같이 포트(611)는 낮은 금속 레벨이 존재하는 건식 노상 상태와 같은 상황에서 제공된다. 이런 점에서, 차단 요소(609)는 용융된 금속이 통로(605)로부터 포트(611)를 통해 공동(613)으로 직접 전달되고 출구(615)에서 외부로 빠져나가 제거될 수 있다. 동작시, 용융된 금속은 삽입물(600)의 외부면(601)에 인접하여 램프 위로 상승하며 챔버에 소용돌이를 형성하여, 상부면(603)에서 공동(613)으로 떨어져서 출구(615)를 통해 빠져나간다.

삽입물(600)은 투입대로부터 삽입물(603)을 삽입하고 제거하는 것을 용이하게 하는 후크 또는 다른 요소를 수용하는 복수의 보어(bore)(617)를 포함할 수 있다. 유사하게, 댐 요소(609)는 차단 위치로부터 포트(611)로 댐 요소(609)를 선택적으로 삽입하거나 제거하는 것을 용이하게 하기 위해 후크 또는 다른 요소를 수용하는 보어(619)를 구비한다. 댐 요소(609)는 키 요소(621) 및 측벽(601)에 형성된 키 홈(keyway) 요소(623)의 협력을 통해 포트(611) 내에 유지된다.

이제 도 8 및 도 9를 참조하면, 대안적인 용융된 금속 삽입물(800)이 도시되고 부분적인 댐 요소(802)만이 제공된다. 부분적인 댐 요소(802)는 입구(804)와 공동(806) 사이에 위치된 통로(808)를 통해 용융된 금속 경로를 부분적으로 차단하지만, 연속하는 상부면(810)이 제공되어 소용돌이의 저하를 최소화한다. 댐 요소(802)는 키 요소(816)를 포함할 수 있고, 삽입물(800)의 측벽은 제거가능한 고정을 제공하기 위해 협력하는 키 홈 요소(818)를 포함할 수 있다.

도 1의 디바이스의 다른 단점은 입구 도관과 출구 도관의 배향에 제약이 있다는 것이다. 더욱이, 적절히 기능하는 투입대를 제공하기 위해 도관들 사이에 상대적인 각도에 대한 옵션이 제한된다. 보다 구체적으로, 용기 내에 최적인 순환을 달성하기 위해 투입대의 입구를 접선 방향으로 하는 것이 유리하다. 출구는 중심 출구이거나 또는 용기에 접선 방향일 수 있다. 이것은 (예를 들어) 노와 도관이 교차하는 필요한 지점에 대한 옵션을 제한시킨다. 간단히 말해, 직선 레그 도관은 투입대와 노 사이에 최적의 교차점을 제공하지 않을 수 있다.

이제 도 11 내지 도 13을 참조하면, 투입대(900)가 제공된다. 투입대(900)는 출구 공동(909)을 한정하는 내부 벽(908) 및 혼합 챔버(904)의 외부 벽(907)에 인접하여 램프(906)를 구비하는 혼합 챔버(904)를 형성하는 일반적인 원통형 바디(902)로 구성된다. 입구 도관(910)은 노(916)의 용융된 금속 배쓰(914)와 유체 연통하는 전자기 펌프(912)와 연관하여 제공된다. 입구 도관(910)은 혼합 챔버(904) 내에 용융된 금속 흐름을 생성하고 보다 구체적으로 램프(906)의 선두 에지(916) 쪽으로 용융된 금속을 방출하도록 배치된다.

출구 도관(918)은 투입대(900)의 외부 표면에 형성된 출구 어댑터(924)에 스프릿 플랜지(split flange)(922)를 통해 고정된 엘보우 부재(920)로 구성된다. 엘보우 부재(920)는 제 2 스프릿 플랜지(926)를 통해 노(916)와 결합되도록 의도된 직선 도관(928)에 접합된다. 엘보우 부재는 15도와 90도 사이의 각도를 형성할 수 있다. 명료함을 위해, 출구가 노의 면과 평행한 경우에, 출구는 혼합 챔버로부터 0도이고 90도인 경우는 도관이 노의 면에 수직으로 노에 들어가게 된다.

엘보우 부재(920)는 테이핑 콘(taping cone)(932)이 배치된 클린 아웃 포트(930)를 구비한다. 밀봉부(934)는 클린 아웃 포트(930)에 액세스를 제공하여 테이핑 콘(932)이 클리닝을 위해 출구 도관(918)으로 강제로 삽입될 수 있게 한다. 유리하게는, 미리 결정된 터닝 각도(turning angle)의 엘보우를 제공하는 것에 의해, 출구 도관(918)이 노(916)와 만나는 위치는 필요에 따라 맞춰질 수 있다.

투입대(900)를 이동시키기 위하여 레일 시스템이 제공될 수 있고, 여기서 2개의 레일(940, 942)은 노에 인접한 원하는 곳에 투입대(900)를 배치하는 것을 가능하게 하고, 제 3 레일(944)은 투입대(900)로부터 분리시에 출구 도관(928) 및 엘보우 부재(920)를 지지하도록 제공될 수 있다.

입구 도관(910)은 내부에 배치된 테이핑 콘(948)을 구비하는 입구 클린 아웃 포트(946)를 포함하는 것을 통해 클리닝을 위해 유사하게 액세스된다.

일반적인 도관(예를 들어, 910 및 918)은 강철 쉘(steel shell)에 에워싸인 내화 물질이 둘러싸는 세라믹 튜브로 구성될 수 있다. 엘보우 부재는 466 실리콘 카바이드와 같은 주조 내화물로 구성될 수도 있다.

본 발명의 실시예는 투입대(900)가 엘보우(918)를 사용하여 각 노 구조에 최적화를 제공하고 이와 연관된 바닥 공간 이용가능성을 제공하며 제조 효율을 위해 표준화될 수 있어서 유리하다. 더욱이, 적절한 각도를 갖는 엘보우 부재를 제공하는 것에 의해, 입구와 출구가 유리하게 위치된 표준 설계 투입대를 사용하는 것이 가능하지만, 이 시스템이 연관된 노와 적절히 정렬될 수 있도록 엘보우 각도를 맞추는 것을 통해 조절가능할 수 있다. 입구 도관은 심지어 더 큰 시스템 설계 유연성을 제공하도록 엘보우 조인트를 구비할 수 있는 것도 고려될 수 있는 것으로 이해된다.

다른 실시예에 따라 도 14, 도 15a 내지 도 15f를 참조하면, 리턴 레그 도관(702)과 노(706)의 출구(704) 사이에 개선된 인터페이스가 어댑터(708)를 통해 제공된다. 어댑터(708)는 스테인레스 스틸 섬유로 강화된 주조 내화물 바디이다.

어댑터(708)는 임의의 형상을 구비할 수 있고, 직사각형 프리즘은 하나의 예이다. 특정 실시예에서, 직사각형 프리즘의 제 1 단부는 각진 단부벽을 구비하는 것이 유리할 수 있다. 유사하게, 노와 접촉하는 단부는 바닥으로부터 상부로 또는 상부로부터 바닥으로 각진 것이 바람직할 수 있다. 더욱이, 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 도관(702)은 90°각도로 노와 교차하지 않을 수 있다. 따라서, 노에 대한 도관의 진입 각도와 실질적으로 일치하는 경사진 단부벽을 어댑터에 제공하는 것이 유리하다. 나아가, 도관은 노에 대해 수평 배향을 항상 가지는 것은 아니다. 그리하여, 도관의 경사(tilt)와 일치하도록 결합 면의 수직 경사를 각도 조절하는 것이 유리할 수 있다.

특히 도 15a 내지 도 15f를 참조하면, 어댑터(708)는 상부벽(710), 바닥벽(712), 장형 측벽(714) 및 절두된(truncated) 측벽(716)을 포함한다. 통로(717)는 각진 단부벽(718)으로부터 정사각형 단부벽(720)으로 연장한다. 각진 단부벽(718)은 측벽으로부터 측벽으로 및 바닥으로부터 상부로 복합 각도(compound angle)를 구비한다. 통로(717)는 출구 단부(724)의 영역보다 더 큰 영역을 구비하는 입구 단부(722)를 포함한다. 보다 구체적으로, 입구 단부는 폭(W)과 높이(H)를 구비하는 타원형일 수 있는 반면, 출구 단부는 직경(D)을 갖는 원형일 수 있다. 제 1 치수(W)와 제 2 횡방향 치수(H)는 관계식 W > H을 가질 수 있고, 실질적으로 원형인 제 2 단부는 관계식 D ≤ H를 가지는 직경(D)을 구비할 수 있다. 바람직하게는, 전이 구역(726)이 입구 단부(722)와 출구 단부(724) 사이에 제공된다. 전이 구역(726)은 교란 흐름 패턴을 방지하도록 점진적인 테이퍼일 수 있다.

일반적으로 말하면, 어댑터는, 입구 치수가 출구 치수보다 큰 한, 임의의 원하는 입구 형상을 구비할 수 있다. 예를 들어, 수평 방향으로 연장된 직사각형, 달걀형(oval), 또는 타원형(elliptical) 입구를 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 이런 설계는 증가된 표면 영역, 즉 그럼에도 불구하고, 수직 치수에서 압축(compacted)된 증가된 표면 영역을 제공하여, 최장 시간 기간 동안 감소된 레벨의 용융된 금속에 노출되는 것을 허용한다.

복수의 보어(728)는 어댑터를 도관과 노에 고정하는데 사용되는 나사, 볼트, 포스트(post) 등을 수용하도록 제공될 수 있다.

이 설계는 펌프의 처리량을 최대화하는 전자기 펌프의 입구에 용융된 금속을 적절히 공급하는 것을 보장하도록 설계되었다. 또한 이 설계는 표준 입구 튜브 설계의 입구 영역에서 일어나는 유체 동역학의 부작용을 감소시켜 입자 침전(particulate deposition)을 제거할 수 있다.

이런 설계는 주요 노 내화물에 설치하는 동안 내화물 블록의 높이와 위치를 완전히 조절하는 수단을 포함한다. 블록의 길이는 노 내화물에 일단 매립되면 블록이 노의 고온 면과 동일 높이로 더 트리밍(trimmed)될 수 있는 사이즈로 제조될 수 있다.

예시적인 실시예는 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 명백히, 전술된 상세한 설명을 판독하고 이해하면 여러 변형과 변경이 일어날 수 있을 것이다. 그러므로 예시적인 실시예는 첨부된 청구범위 또는 그 균등 범위 내에 있는 모든 이러한 변형과 변경을 포함하는 것으로 해석되는 것으로 의도된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
300 : 투입대 302 : 챔버
304 : 램프 308 : 입구 통로
310 : 챔버 벽 314 : 내부 챔버 벽
316 : 쉘프(shelf) 320 : 공동
322 : 출구 통로

Claims (23)

1. 투입대(charge well)를 포함하는 노(furnace)에 있어서,
   상기 투입대는, 내열 물질의 측벽 및 기저 벽을 구비하는 상부 개방 챔버, 용융된 금속을 수용하는 상기 챔버의 측벽에 있는 입구, 및 상기 챔버의 상기 측벽에 인접한 경사진 램프(ramp), 중심 공동을 형성하는 내부 벽을 포함하고, 상기 램프는 상기 내부 벽과 상기 측벽 사이에 배치되고, 상기 공동은 출구와 유체 연통되고, 상기 내부 벽에 있는 통로는 상기 입구와 상기 공동 사이에 유체 연통을 제공하는 것을 특징으로 하는 노.
2. 제1항에 있어서, 상기 투입대와 상기 노 사이에 유체 연통을 제공하는 도관을 더 포함하고, 상기 도관은 엘보우 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 노.
3. 제1항에 있어서, 도관을 상기 노에 결합시키는 어댑터를 더 포함하고, 상기 어댑터는 출구보다 더 큰 영역을 갖는 입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 노.
4. 제1항에 있어서, 유체가 상기 투입대 내 입구로부터 출구로 또는 상기 투입대 내 출구로부터 입구로 선택적으로 흐르는 가역적인 동작을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 노.
5. 투입대로서,
   내열 물질의 측벽 및 기저 벽을 구비하는 상부 개방 챔버, 용융된 금속을 수용하는 상기 챔버의 측벽에 있는 입구, 상기 챔버의 상기 측벽에 인접한 램프, 중심 공동을 형성하는 내부 벽, 및 상기 내부 벽에 있는 통로 내에 제거가능하게 고정되도록 형성된 내열 물질로 구성된 제거가능한 삽입물을 포함하며, 상기 램프는 상기 내부 벽과 상기 측벽 사이에 배치되고, 상기 램프는 상기 기저 벽과 교차하는 지점으로부터 상기 내부 벽의 상부면에 인접한 곳까지 경사져 있고, 상기 공동은 출구와 유체 연통되고, 상기 내부 벽에 있는 통로는 상기 입구와 상기 공동 사이에 유체 연통을 제공하고, 상기 제거가능한 삽입물은 상기 통로의 적어도 일부분을 차단하는 것을 특징으로 하는 투입대.
6. 제5항에 있어서, 상기 삽입물은 상기 내부 벽의 상부면과 적어도 실질적으로 연속적인 림(rim)을 형성하는 상부면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투입대.
7. 제5항에 있어서, 상기 삽입물은 상기 기저 벽 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 투입대.
8. 제5항에 있어서, 상기 내부 벽은 키와 키 홈(keyway) 중 한 쪽을 포함하고, 상기 삽입물은 상기 키와 상기 키 홈 중 다른 쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 투입대,
9. 제5항에 있어서, 상기 제거가능한 삽입물은 상기 통로를 적어도 실질적으로 완전히 차단하는 것을 특징으로 하는 투입대.
10. 용융된 금속을 위한 투입대로서, 입구와 출구를 구비하는 혼합 용기로 구성되고, 상기 입구와 상기 출구 중 적어도 한 쪽은 엘보우 조인트를 수용하고 상기 엘보우 조인트는 도관을 수용하는 것을 특징으로 하는 용융된 금속용 투입대.
11. 제10항에 있어서, 상기 출구는 엘보우 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 투입대.
12. 제11항에 있어서, 상기 엘보우 조인트는 15도와 90도 사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 투입대.
13. 제12항에 있어서, 상기 엘보우 조인트와 노 사이에 다른 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 투입대.
14. 제10항에 있어서, 상기 엘보우 조인트의 수송을 지원하기 위해 레일 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투입대.
15. 노로부터 용융된 금속을 수용하는, 도관과 유체 연통하는 투입대를 포함하는 용융된 금속을 침수시키는 시스템으로서,
    상기 도관은 어댑터에 의해 상기 노에 결합되고, 상기 어댑터는 제 1 치수(W)와 제 2 횡방향 치수(H)(여기서 W > H)를 가지는 제 1 단부, 및 직경(D)(여기서 D ≤ H)을 가지는 제 2 단부를 구비하는 통로를 한정하는 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 어댑터는 직사각형 프리즘인 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제15항에 있어서, 상기 어댑터의 제 1 면은 복합 각도(compound angle)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제15항에 있어서, 상기 통로는 제 1 치수(W)와 상기 직경(D) 사이에 테이퍼(taper)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 제15항에 있어서, 상기 제 1 단부에서 상기 통로는 폭(W)과 높이(H)를 가지는 타원형인 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 제15항에 있어서, 상기 어댑터는 금속 섬유로 보강된 내화 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
21. 제15항에 있어서, 상기 제 2 단부는 실질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 시스템.
22. 제15항에 있어서, 상기 제 2 단부는 연관된 도관의 통로와 적어도 실질적으로 연속적이도록 사이즈 정해지고 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
23. 제15항에 있어서, 상기 제 1 단부는 직사각형, 타원형 및 달걀형 중 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.

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