KR20140095079A

KR20140095079A - 내화성 퍼지 장치

Info

Publication number: KR20140095079A
Application number: KR1020147014878A
Authority: KR
Inventors: 한스 로쓰푸스
Original assignee: 비수비우스 크루서블 컴패니
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-07-31
Also published as: CA2852170A1; RU2014124522A; CN203265622U; AU2012331052A1; IN2014DN03076A; US20140300036A1; AR088577A1; UA112323C2; BR112014010683A2; CL2014001111A1; MX2014005350A; AU2012331052B2; EP2773474A1; WO2013064668A1; ZA201403377B; US9469882B2; JP2015503024A

Abstract

본 발명은, (a) 중심축(X1)을 따라 연장되는 몸체(2)를 포함하고, (b) 상기 몸체의 일단부에 위치하게 되는 가스 유입구(3a)를 상기 중심축을 따르는 반대편 단부에 위치하게 되는 가스 배출구(3b)에 유체 연통시키는, 하나 이상의 가스 유동 채널(3)을 포함하며, 상기 채널(3)은 제1 표면 및 대향하는 제2 표면에 의해 한정되는 슬릿(slit) 형상인, 야금용 용기(metallurgical vessel) 속으로 가스를 불어넣기 위한, 예를 들어 가스 퍼지 플러그와 같은, 장치(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치(1)는, (c) 상기 하나 이상의 가스 채널(3)이, 채널을 한정하는 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 연결하며 가스 배출구(3b)를 향해 지향하게 되는 오목측(4a)을 갖는, 일련의 연속적인 오목 브릿지들(4: concave bridges)을 포함하며, 상기 오목 브릿지들(4)은 엇갈린 배열로 배치되어, 채널의 가스 배출구(3b)로부터 가스 유입구(3a)까지 연장되는 임의의 제1 최단 라인이 반드시 적어도 하나의 제1 브릿지(41)의 오목측(4a)에 의해 차단되도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 장치(1)는, 침투하게 되는 용융 금속 또는 슬래그(slag)에 의한 장치의 막힘을 방지하는 것을 허용한다.

Description

내화성 퍼지 장치{REFRACTORY PURGING DEVICES}

본 발명은 내화성 퍼지 장치에 관한 것으로, 예를 들어 내화성 퍼지 플러그, 송풍구(tuyeres), 확산기(diffusers), 기포형성 블록(bubbling blocks) 또는 패드 및 이와 유사한 것과 같은 내화성 퍼지 장치에 관한 것이다.

금속 성형 공정에서, 용융 금속은 하나의 야금용 용기로부터 다른 야금용 용기 또는 주형으로 이송된다. 예를 들어, 쇳물 바가지(ladle)가 노(furnace) 밖에서 용융 금속으로 채워지고 턴디시(tundish)로 이송된다. 용융 금속은 이어서, 금속판(slabs), 금속편(billets) 또는 금속괴(blooms)를 형성하기 위해, 턴디시로부터 주형(mould)으로 주입될 수 있다. 대안적으로, 잉곳들(ingots)이 또한 쇳물 바가지로부터 직접적으로 부어질 수 있다. 대부분의 경우에, 그러한 야금용 용기들에 수용되는 용융 금속 속으로 가스를 불어 넣는 것이 바람직하다. 이는, 용융 금속 및 이와 유사한 것 내부에 유리한 상태를 생성하기 위해, 욕조의 덩어리에 존재하는 비금속 함유물을 슬래그 상부층 내부까지 이동시키기 위해, 욕조(bath)의 온도 및 조성의 균질화를 가속시키는데 유용할 수 있다. 가스는 일반적으로, 쇳물 바가지 또는 턴디시와 같은 야금용 용기의 바닥 또는 측면에 위치하게 되는, 퍼지 플러그와 같은 내화성 퍼지 장치들에 의해 용융 금속 속으로 불어 넣어진다.

퍼지 플러그와 같은 내화성 퍼지 장치들은 통상적으로, 대략 길이방향 축을 따라 연장되는, 내화성 재료의 블록을 포함한다. 블록의 길이방향 일단부에 있고 가압된 가스의 소스에 연결되는 가스 유입구가, 블록의 길이방향 타단부에 있는 가스 배출구에 유체 연통된다. 가스 유입구 및 가스 배출구는 개방된 구멍망(open pore network)을 통해, 하나 이상의 채널(예를 들어, 성형된 슬릿 또는 원형 단면을 갖는)에 의해, 또는 이 둘의 조합에 의해, 서로 유체 연통될 수 있다. 개방된 구멍망은 때때로 "간접적인 투과성"을 생성하는 것으로 언급되고, 채널은 "직접적인 투과성"을 생성하는 것으로 언급된다. 일반적으로, 개방 비율(opening rate) 및 (기포 크기 및 작용 면적으로 인한) 뒤섞기 효과(stir effectiveness)에 관하여, 간접적인 투과성 플러그들이 직접적인 투과성 플러그들보다 더욱 효율적이라는 것이 인정된다. 다공성 플러그(간접적)에 대한 하나의 단점은, 재료가 통상적으로 더 약하다는 점이다(작은 열간 및 냉간 압착 강도 및 더 높은 유량에서의 더 빠른 침식). 내화성 가스 퍼지 장치의 예들이, US 5,478,053, US 5,820,816 and US 6,669,896 에 설명된다.

가스 퍼지 플러그와 같은 내화성 퍼지 장치의 하나의 공지된 문제는, 가압 공기의 유동이 정지될 때의 압력의 감소의 경우에, 중력에 의해 움직이게 되는 용융 금속이, 장치 내부로 역류할 수 있고, 가스 배출구를 통해 장치의 채널들 및/또는 구멍들로 침투할 수 있다는 것이다. 이는 단지 보안 문제 뿐만 아니라 작동 문제를 생성한다. 실제로, 채널들 또는 구멍들에서의 용융 금속의 응고시, 장치는 적어도 부분적으로 막히게 된다. 채널들 및/또는 구멍들 속으로 고압 가스를 불어 넣음에 의해 또는 야금용 용기가 비어 있을 때 플러그의 상측 표면을 산소 랜싱(oxygen lancing)함에 의해, 막힌 장치를 뚫을 수 있지만, 이러한 기술은 시간을 소모하는 것이고, 항상 적당하지 않으며, 내화성 재료의 심각한 침식을 초래하며, 항상 플러그를 뚫는데 성공하지 못한다. 다수의 독립적인 채널들이 사용되지 않는다면, 가스 배출구의 하나의 지점에서의 용융 금속에 의한 침투가 통상적으로 전체 장치의 완전한 또는 부분적인 막힘을 초래한다. 침투의 위험을 낮추기 위해, 채널의 직경 또는 폭이 일반적으로, 모세관 현상에 의한 침투에 대한 충분한 저항성을 제공하도록, 1mm 이하로 제한된다. 그러나, 이러한 치수는, 플러그를 통한 가스 유량을 강하게 제한하기 때문에, 퍼지 장치의 효능에 해롭다

야금용 용기에서 용융 금속 내부로 가스를 불어 넣기 위해 형성되는 내화성 퍼지 장치가 제공된다. 내화성 퍼지 장치는, 퍼지 가스를 받아들이기 위한 길이방향 제1 단부의 가스 유입구, 퍼지 가스가 용융 금속으로 들어가도록 하기 위한 길이방향 제2 단부의 가스 배출구 및 가스 유입구와 가스 배출구를 서로 연결하는 가스 통과 채널을 한정하는, 내화성 주 몸체를 포함하며; 가스 배출구로부터 가스 통과 채널로 역류하는 용융 금속을 포획하고, 가로채며, 유지하기 위한, 다수의 용융 금속 저장통(receptacle)이 가스 통과 채널에 분포하게 된다. 다수의 용융 금속 저장통을 포함하는 내화성 퍼지 장치는, 퍼지 가스 흐름이 정지될 때의 압력의 감소의 경우에 내화성 장치 속으로 용융 금속의 역류 또는 역침투로 인한, 공지의 내화성 장치들의 막힘 또는 부분적 막힘과 연관되는 문제를 완화시킨다.

본 개시에 따른 내화성 퍼지 장치는, 예를 들어, 퍼지 장치의 수명이 심지어 용융 금속에 의한 가스 통과 채널들의 부분적 침투의 발생 이후까지 연장될 수 있기 때문에, 유리하다. 부가적으로, 공기 유량을 증가시키기 위해 1mm에 가까운 또는 심지어 1mm 보다 큰 치수를 갖는 가스 통과 채널들을 구비하는 내화성 퍼지 장치들은, 부분적 침투가 장치의 사용에 더 이상 치명적이지 않음에 따라, 더욱 바람직하게 된다.

내화성 퍼지 장치들은, 내화성 퍼지 플러그들, 송풍구들, 확산기들, 기포형성 블록들 또는 패드들일 것이다. 내화성 퍼지 장치들은 하나 또는 다수의 가스 통과 채널을 포함할 것이다.

용융 금속 저장통들은 가스 통과 채널 속으로 역류하는 용융 금속을 포획하기 위한 용융 금속 포획 구멍을 포함할 것이고, 용융 금속 포획 구멍은 가스 배출관과 마주한다.

용융 금속 저장통들은, 용융 금속 포획 구멍에서 포획되는 또는 가로채게 되는 용융 금속을 유지하기 위한, 주머니 부분 또는 소형 저장탱크를 포함할 것이다.

일반적으로, 가스 통과 채널은 가스 유동 방향 및 가스 유동 방향과 반대인 금속 유동 방향을 한정한다. 용융 금속 저장통은, 용융 금속 포획 구멍 및 주머니 부분 또는 소형 저장탱크를 한정하기 위해, 바람직하게 금속 유동 방향에 수직인 방향으로, 가스 통과 채널 내부로 솟아오르는 또는 돌출하는 벽 부분을 포함한다.

벽 부분은 오목 바닥 또는 오목한 바닥을 포함하는 브릿지 부분(bridging portion)을 한정한다. 예를 들어, 내화 몸체 상의 서로 마주보는 내부 벽들은, 벽 부분과 협력하여, 용융 금속 저장통을 공동으로 한정한다.

예를 들어, 용융 금속 저장통들은 금속 유동 방향을 따라 가스 통과 채널 내에 분포하게 되며, 하류의 용융 금속 저장통은 상류의 용융 금속 저장통으로부터 횡방향으로 치우치게 되어, 상류의 용융 금속 저장통으로부터 흘러넘치는 용융 금속이 하류의 용융 금속 저장통에 의해 포획되거나 가로채게 될 수 있도록 한다.

용융 금속 저장통들은, 금속 유동 방향을 가로지르는 방향으로 가스 통과 채널 내에 분포하게 될 수 있다.

횡방향으로 및/또는 길이방향으로 인접한 용융 금속 저장통들은 용융 금속 넘침 경로(molten metal overflow path)에 의해 분리될 수 있으며, 용융 금속 넘침 경로는, 가스 배출구에 더욱 근접한 상류의 용융 금속 저장통으로부터 가스 유입구에 더욱 근접한 하류의 용융 금속 저장통 속으로, 용융 금속이 흘러넘치는 것을 용이하게 하기 위한 안내를 제공한다.

하류의 용융 금속 저장통은, 그의 용융 금속 포획 구멍이, 상류의 용융 금속 저장통으로부터 흘러넘치는 용융 금속을 포획하기 위해, 상류의 용융 금속 포획 구멍의 넘침 경로와 정렬되도록, 배열될 것이다.

용융 금속 저장통들은 금속 유동 방향을 가로지르는 열들(rows) 내에 배열될 것이다. 하나의 열의 용융 금속 저장통들은 바로 상류의 열의 용융 금속 저장통들로부터 횡방향으로 치우치게 될 수 있어, 그 열의 용융 금속 저장통이, 그 상류의 열로부터 넘치게 되는 용융 금속을 수용하기 위해, 바로 상류의 열의 용융 금속 넘침 경로를 직접적으로 바라보고 있도록 한다.

금속 유동 방향을 따라 길이방향으로 분포하게 되는 용융 금속 저장통의 수(N)는, N ≥ 3, 바람직하게 ≥ 5, 그리고 더욱 바람직하게 ≥ 10 일 것이다.

용융 금속 저장통들은 내화성 주 몸체 상에 일체형으로 형성될 수 있다.

가스 통과 채널은, 내화성 주 몸체의 길이방향 중심축(X1)에 대해 방사형, 동심형, 환형 또는 둘러싸는 방식으로, 금속 유동 방향을 가로질러 신장되고 연장될 수 있다.

가스 통과 채널은 내화성 주 몸체 상의 서로 마주보는 내부 벽들에 의해 협력적으로 한정될 수 있으며, 서로 마주보는 내부 벽들 사이의 횡방향 분리 간격(W)은, 2.0mm 이하, 바람직하게 1.5mm 이하, 더욱 바람직하게 1.0mm 이하, 더욱 더 바람직하게 0.5mm 이하, 가장 바람직하게 0.25 내지 0.5mm 사이이다.

금속 유동 방향에 수직인 또는 실질적으로 수직인 방향의 가스 통과 채널의 횡방향 길이(L)는, L/W ≥ 3, 더욱 바람직하게 ≥ 5, 더욱 더 바람직하게 ≥ 10, 및 가장 바람직하게 ≥ 50 이 되도록, 할 것이다. 가스 통과 채널은 일반적으로 슬릿 형상이다.

내화성 주 몸체는 외주 부분에 의해 둘러싸이는 코어 부분을 포함하고, 가스 통과 채널은 코어 부분과 외주 부분의 서로 마주보는 내부 벽들 사이의 분리에 의해 한정된다. 예를 들어, 가스 통과 채널을 한정하기 위해 협력하는 내화성 주 몸체 상의 서로 마주보는 내부 벽들 중 하나는 코어 부분 상에 있고, 다른 하나는 외주 부분 상에 있다.

용융 금속 저장통들은, 코어 부분 상에 일체형으로 형성되어 외주 부분을 향해 돌출할 수도 있고, 외주 부분 상에 일체형으로 형성되어 코어 부분을 향해 돌출할 수도 있을 것이다. 특히, 돌출부는 금속 유동 방향을 가로지른다. 예를 들어, 용융 금속 저장통들 및, 더욱 구체적으로, 주머니 부분 또는 소형 저장탱크는, 코어 부분 및 외주 부분을 결합하거나 상호 연결한다.

내화성 주 몸체는, 가스 유입구로부터 가스 배출구를 향해 가늘어지는, 원뿔대 형상을 갖는 퍼지 플러그일 수 있다.

본 개시는 또한 여기에 개시되는 내화성 퍼지 장치를 포함하는 용융 금속을 유지하기 위한 야금용 용기를 개시하며, 내화성 퍼지 장치는 야금용 용기에 수용되는 용융 금속 내부로 퍼지 가스를 공급하기 위한 것이다.

본 개시는 또한, 내화성 퍼지 장치의 가스 통과 채널 상에 다수의 용융 금속 저장통을 형성하기 위한 성형 도구를 개시하며, 내화성 퍼지 장치는, 가스 유입구, 가스 배출구 및, 가스 유입구와 가스 배출구를 상호 연결하고 가스 유동 방향을 한정하는, 가스 통과 채널을 한정하는, 내화성 주 몸체를 포함하고, 다수의 용융 금속 저장통은 가스 배출구로부터 가스 유동 방향에 대항하여 가스 통과 채널 속으로 역류하는 용융 금속을 포획하거나 가로채며 그리고 유지하기 위한 것이며; 상기 성형 도구는, 용융 금속 저장통에 상보적인 다수의 돌출 형상부들이 분포하게 되는, 성형 삽입물을 포함한다.

성형 삽입물은, 다수의 돌출 형상부들이 분포하게 되는, 주 삽입 몸체를 포함하고, 주 삽입 몸체는, 가스 유입구, 가스 배출구 및 가스 통과 채널을 한정하고, 돌출 형상부들은 용융 금속 저장통을 한정한다.

일반적으로, 가스 유동 방향은 금속 유동 방향과 반대이다. 예를 들어, 다수의 돌출 형상부들은, 금속 유동 방향을 따라 포획 가로챔부(capture interception)를 공동으로 형성하기 위해, 주 삽입 몸체로부터 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 돌출한다.

예를 들어, 성형 삽입물은 열 소멸가능 재료로 제작되어, 내화성 재료의 가열 경화 도중에 성형 삽입물이 소멸되도록 한다. 소멸가능 재료는, 종이, 섬유, 플라스틱들, 또는 낮은 녹는 온도를 갖는 금속일 수 있을 것이다. 성형 삽입물의 소멸은 용융, 소각(incineration), 승화(sublimation) 또는 다른 열 소멸 수단에 의해 이루어질 수 있을 것이다.

본 개시에 따른 내화성 퍼지 장치를 제조하는 방법이 또한 제공되며, 내화성 퍼지 장치는, 내화성 주 몸체, 가스 유입구, 가스 배출구, 가스 유입구와 가스 배출구를 상호 연결하는 가스 통과 채널, 및 가스 통과 채널 내의 다수의 용융 금속 저장통을 포함하며, 다수의 용융 금속 저장통은, 가스 배출구로부터 가스 통과 채널 속으로 역류하는 용융 금속을 포획하거나 가로채며 그리고 유지하기 위한 것이며; 상기 방법은, 가스 유입구, 가스 배출구, 가스 통과 채널 및 다수의 용융 금속 저장통을 한정하도록 내화성 퍼지 장치의 외부 형상을 한정하기 위해 성형 장치 속으로 여기에 개시되는 성형 도구와 같은 성형 도구를 배치하는 것, 성형 장치를 내화성 재료로 성형하는 것, 및 성형 삽입물이 내화성 가스 퍼지 장치를 형성하기 위해 제거될 때까지 내화성 재료로 성형된 성형 장치를 가열 경화하는 것을 포함한다.

일 양태에서, 야금용 용기 속으로 가스를 불어 넣기 위한 장치(1)가 제공된다. (a) 중심축(X1)을 따라 연장되는 몸체(2)를 포함하고, 상기 몸체는 (b) 상기 몸체의 일단부에 위치하게 되는 가스 유입구(3a)를 상기 중심축을 따르는 반대편 단부에 위치하게 되는 가스 배출구(3b)에 유체 연통시키는, 하나 이상의 가스 유동 채널(3)을 포함하며, 상기 채널(3)은 제1 표면 및 대향하는 제2 표면에 의해 한정되는 슬릿(slit) 형상인, 장치로서,

(c) 상기 하나 이상의 가스 채널(3)은, 채널을 한정하는 제1 표면 및 제2 표면을 연결하며 가스 배출구(3b)를 향해 지향하게 되는 오목측(4a)을 갖는, 일련의 연속적인 오목 브릿지들(4: concave bridges)을 포함하며, 상기 오목 브릿지들(4)은 엇갈린 배열로 배치되어, 채널의 가스 배출구(3b)로부터 가스 유입구(3a)까지 연장되는 임의의 제1 최단 라인이 반드시 적어도 하나의 제1 브릿지(41)의 오목측(4a)에 의해 차단되도록 하는 것을 특징으로 한다.

내화성 몸체(2)는 길쭉하고, 축(X1)은 길이방향 축이다. 채널(3)은 평면형 또는 실질적으로 평면형일 수 있고, 바람직하게 플러그 몸체(1)의 길이방향 축(X1)을 포함하는 평면으로부터 방사형으로 및 상기 평면을 따라 연장된다.

오목 브릿지들(4)은, 용융 금속 저장통의 예로서, 뒤따르는 기하학적 형상 중 하나를 갖는다: "U"자 형상, "V"자 형상, 바람직하게 원 형상 또는 타원 형상, 개방된 직사각 또는 정사각 박스 형상, 포물선 형상.

본 문맥의 "채널의 가스 배출구로부터 가스 유입구까지의 최단 라인"은 대략, 특히 중력에 의해 움직이게 되는 용융 금속이 슬릿 형상 채널을 침투한 경우에 따라 흐르게 되는, 이론적 방향에 상응한다. 최단 라인은 금속 유동 방향에 상응한다. 가스 유동 채널(3) 및 가스 통과 채널과 같은 용어들은 여기서 교환가능하게 사용된다. 일 실시예에서, 상기 제1 최단 라인을 가로막는 상기 제1 브릿지의 어느 일 측면으로부터 채널의 가스 유입구까지 연장되는, 임의의 제2 최단 라인은 반드시, 적어도 하나의 제2 브릿지에 의해 가로막힌다. 적어도 하나의 제3 브릿지 등의 오목측에 의해 가로막히는 제3 최단 라인에 동일하게 적용되는 것이 바람직하며, (i-1) 번째 최단 라인을 가로막는 (i-1) 번째 브릿지의 어느 일 측면으로부터 채널의 가스 유입구까지 연장되는, 임의의 i 번째 최단 라인은 반드시, N 번째 브릿지 및 가스 유입구 사이에 더 이상 브릿지가 존재하지 않을 때까지, 적어도 하나의 i 번째 브릿지에 의해 가로막힌다. N 값은 바람직하게 적어도 3과 동등하고, 더욱 바람직하게 N 은 적어도 5와 동등하며, 가장 바람직하게 N 은 적어도 10 과 동등하다.

하나 이상의 슬릿 형상 채널들의 상이한 구성들이 가능하다. 제1 실시예에서, 적어도 하나의 채널은 길이방향 축(X1)을 둘러싸며, 따라서 채널을 형성하는 슬릿에 의해 둘러싸는 층과 분리되는 코어를 한정한다. 제2 실시예에서, 적어도 하나의 슬릿이 실질적으로 평면을 따라 연장된다. 상기 평면은 플러그 몸체의 길이방향 축(X1)으로부터 방사방향으로 연장된다. 또 다른 바람직한 실시예에서, (연결되거나 분리된) 여러 슬릿들이, 플러그 몸체의 길이방향 축(X1)을 포함하는 평면을 따라 연장되고, 플러그 몸체의 길이방향 축(X1)에 대해 방사방향으로 분포하게 된다. "실질적으로 평면을 따라 연장된다"는 표현은, 슬릿 형상 채널이 평면에 대해 물결모양으로 주름잡히게 되는 실시예를 포함하도록 의도된다.

오목 브릿지들은, 금속을 수용하고 유지하기에 적당한 많은 수의 작은 저장탱크로서 형성되며, 금속 유동은 이들에 의해 가로막힌다. 이들은 상이한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 특히, 오목 브릿지들은 뒤따르는 기하학적 형상 중 하나를 구비하는 것이 바람직하다: "U"자 형상, "V"자 형상, 바람직하게 원 또는 타원의 호 형상, 개방된 직사각 또는 정사각 박스 형상, 포물선 형상 및 이와 유사한 것. 슬릿의 및 그에 따른 오목한 브릿지의 두께는, 사용되는 용융 금속의 점도 및 유체 장력에 의존하여, 바람직하게 2mm 이하, 더욱 바람직하게 1.5mm 이하, 더욱 더 바람직하게 1.0mm 이하, 가장 바람직하게 0.5mm 이하이다. 일반적으로 말하자면, 최상의 결과는 0.25 내지 0.5mm 사이에 포함되는 두께의 슬릿 형상 채널과 더불어 달성된다.

본 발명의 퍼지 플러그의 몸체는 전체적으로 고밀도의 내화성 재료로 제작되며, 따라서 적어도 하나의 슬릿 형상 채널로 직접적 투과성 시스템(direct permeability system)을 한정한다. 대안적인 실시예에서, 플러그 몸체의 적어도 일부(예를 들어, 둘러싸는 층)는 다공성 내화성 재료로 제작되고, 따라서 슬릿 형상 채널(들)로 혼합된 직접적 및 간접적 투과성 시스템을 한정한다. 예를 들어, 플러그는, 환형의 슬릿 형상 채널에 의해 다공성 내화성 층으로부터 분리되는, 고밀도의 내화성 세라믹으로 제작되는 코어를 포함할 수 있다.

본 개시는 또한 이상에서 그리고 여기서 논의되는 것과 같은 가스 퍼지 플러그를 포함하는 야금용 용기로서, 야금용 용기의 내부와 유체 연통되는 가스 배출구를 구비하는 야금용 용기 뿐만 아니라, 그러한 퍼지 플러그를 제조하는 방법을 개시한다. 이상에서 그리고 여기서 논의되는 가스 퍼지 플러그를 제조하는 방법은 뒤따르는 단계들을 포함한다:

(a) 길이방향 중심축(X1)을 따라 연장되는 퍼지 플러그의 길쭉한 몸체(2)의 체적을 한정하는 캐비티를 갖는 도구를 제공하는 단계;

(b) 상기 도구 내의 채널 슬릿의 요구되는 위치에 상응하는 위치에, 방법의 가열 단계(d) 도중에 제거할 수 있고, 표면 위에 다수의 구멍을 구비하고, 상기 구멍들 사이에 가스 유입구에 상응하는 제1 단부 부분으로부터 가스 배출구에 상응하는 반대편 제2 단부 부분까지 연속적인 경로를 한정하는, 적어도 하나의 포일(foil)을 배치하는 단계;

(c) 상기 포일을 갖는 상기 도구 내에서 내화성 재료를 성형하는 단계;

(d) 내화성 재료를 경화하고 포일을 제거하기에 충분한 온도에서 퍼지 플러그를 가열하는 단계.

본 발명에 따른 방법은, 상기 구멍들이, 채널 가스 배출구에 상응하는 제1 포일 부분을 향해 지향하게 되는 오목측을 갖는 오목 형상을 구비하고, 엇갈린 배열로 배치되어, 제1 포일 부분으로부터 반대편의 채널의 채널 가스 유입구에 상응하는 제2 포일 부분까지 연장되는 임의의 최단 라인이 반드시 적어도 하나의 구멍의 오목측에 의해 가로막히도록 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 도구의 일 부분이, 내화성 재료의 외주면을 덮는 금속 케이스(metal casing)로서, 퍼지 플러그의 부품이 된다. 슬릿 형상 채널들의 요구되는 형상에 의존하여, 하나 초과의 그러한 포일이 퍼지 플러그의 제조를 위해 필요할 것이다. 포일(들)은 용융, 소각 또는 승화에 의해 가열 단계(d) 도중에 제거된다. 가열 단계(d)는 퍼지 플러그의 건조 단계로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 건조 단계는, 점진적인 온도 증가 소단계, 내화성 재료로부터 자유수를 실질적으로 제거하고 플라스틱 포일을 태워 없애기 위한 휴지(dwell) 소단계(예를 들어, 300℃ 내지 650℃ 사이에 포함되는 온도에서 3 내지 10시간 동안) 및 점진적인 냉각 소단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가열 단계(d)는 굽는 단계(firing step)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 굽는 단계는, 점진적인 온도 증가 소단계, 내화성 재료에 세라믹 접합을 생성하고 플라스틱 포일을 태워 없애기 위한 휴지 소단계(예를 들어, 1200℃ 내지 1700℃ 사이에 포함되는 온도에서 3 내지 10시간 동안) 및 점진적인 냉각 소단계를 포함할 수 있다.

본 방법의 다른 실시예에서, 내부 공간을 한정하는 외부층이 먼저 형성될 수 있다. 포일이 이어서 단계(b)에서 외부층의 내부 공간 내에 삽입된 다음, 코어가 단계(c)에서 포일에 의해 한정되는 내부 공간의 남아있는 부분에서 성형된다. 본 방법의 또 다른 실시예에서, 코어가 먼저 형성될 수 있다. 포일이 이어서 단계(b)에서 상기 코어 둘레를 둘러싸게 될 수 있고, 외부층이 이후에 단계(c)에서 캐비티와 코어 둘레를 감싸는 포일 사이에 한정되는 체적 내에서 성형된다. 이러한 기술과 더불어, 환형 슬릿에 의해 코어로부터 분리되는 외장(sheath)과 상이한 다공성을 갖는 코어를 구비하는 퍼지 플러그를 생성할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들이 첨부되는 도면을 참조하는 예에 의해 설명될 것이다.
도 1 및 도 1a는 오목 브릿지들의 구조를 보여주는 도시하는 부분 절개부를 갖는 본 발명에 따른 퍼지 플러그의 제1 실시예 및 제2 실시예를 도시한 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 오목 브릿지의 기하학적 형상의 다양한 실시예를 도시한 도면;
도 3은, 용융 금속의 유동 경로 뿐만 아니라 가스 유입구를 가스 배출구 또는 N 번째 브릿지에 연결하는 최단 라인들을 보여주는, 본 발명에 따른 브릿지들의 배열을 도시한 도면;
도 4는 상이한 슬릿 형상 채널 구성들을 예시하는 길이방향 축(X1)에 수직으로 도시한 다양한 단면도들;
도 5는 야금용 용기의 바닥면 상에 장착되는 퍼지 플러그를 도시한 도면;
도 6은 본 발명에 따른 퍼지 플러그를 제조하기 위한 제1 실시예의 다양한 단계를 개략적으로 예시한 도면;
도 7은 본 발명에 따른 퍼지 플러그를 제조하기 위한 제2 실시예의 다양한 단계를 개략적으로 예시한 도면;
도 8은 도 1a의 내화성 퍼지 플러그를 제조하기 위한 성형 삽입물을 개략적으로 도시한 사시도.

도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 퍼지 플러그(1)는, 몸체의 제1 단부에 있는 가스 유입구(3a)와 몸체의 반대편 단부에 있는 가스 배출구(3b) 사이에서 길이방향 축(X1)을 따라 연장되는 몸체를 포함하며, 상기 길이방향 축을 따라, 가스 유입구(3a)는 적어도 하나의 슬릿 형상 채널(3)을 경유하여 가스 배출구(3b)와 유체 연통된다. 슬릿 형상 채널은, 서로에 대한 거리가 슬릿 형상 채널(3)의 개구부 폭(W)을 한정하는, 제1 채널 표면 및 반대편 제2 채널 표면에 의해 한정된다. 채널의 개구부 길이(L)는, 개구부 폭(W)과 통합하여 슬릿 개구부의 길이방향 축(X1)에 수직인 절단 면적을 산출하는, 거리이다[도 4(c) 참조]. 환형의 슬릿의 경우에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 슬릿의 개구부 길이(L)는 환형 슬릿의 원주이다. 평면형 슬릿의 경우에, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 슬릿의 개구부 길이(L)는 단순히 그의 길이이다. 슬릿 형상 채널은 개구부 길이(L) 보다 훨씬 작은 개구부 폭(W)을 구비하는 채널로 정의된다. 특히, 채널은, 폭에 대한 길이의 비가, L / W ≥ 3, 바람직하게 L / W ≥ 5, 더욱 바람직하게 L / W ≥ 10 및 심지어 L / W ≥ 50 인 슬릿 형상이 되도록 고려된다. 퍼지 플러그 몸체 내부의 채널 슬릿(들)의 기하학적 형상 및 배치는, 채널이 슬릿 형상으로 고려될 수 있는 한, 본 발명에서 중요하지 않다.

본 발명은 용융 금속이 우발적으로 채널들을 침투하는 것을 완전히 방지하지 않지만, 그러한 침투의 깊이를 강하게 제한하며, 특히 플러그가 국부적인 침투에도 불구하고 여전히 기능하는 것을 허용한다. 이는, 채널을 한정하는 대향하는 제1 및 제2 표면을 연결하고, 가스 배출구(3b)를 향해 지향하게 되는 오목측(4a)을 갖는, 일련의 연속적인 오목 브릿지(4)의 사용에 의해 가능하게 된다. 각 오목 브릿지는 따라서, 채널을 침투한 일정 양의 용융 금속을 포획하고 유지할 수 있는, 소형 보유 탱크로서 역할을 한다. 오목 브릿지들(4)은 서로 분리되며, 엇갈린 배열로 배치되어, 채널의 가스 배출구(3b)로부터 가스 유입구(3a)까지 연장되는 임의의 제1 최단 라인이 반드시 적어도 하나의 제1 브릿지(41)의 오목측(4a)에 의해 차단되도록 한다. 채널의 "가스 배출구로부터 가스 유입구까지 연장되는 최단 라인"은, 용융 금속이 슬릿 형상 채널을 침투한 경우에, 오목 브릿지들과 무관하게 특히 중력에 의해 움직이게 되는, 용융 금속의 유동 방향을 따른다. 상기 최단 라인은 반드시 적어도 하나의 제1 브릿지(41)에 의해 가로막히기 때문에, 상기 적어도 하나의 브릿지의 오목측에 의해 형성되는 저장탱크가 금속으로 채워질 때까지, 용융 금속(10)의 유동은 상기 적어도 하나의 브릿지에 의해 정지하게 된다. 오목 브릿지들은, 가압 가스가 가스 유입구(3a)로부터 가스 배출구(3b)로 흐르도록 허용하기 위한 연속적인 가스 경로를 제공하기 위해, 서로로부터 분리될 것이다. 임의의 두개의 인접한 브릿지 사이의 틈새들은 앞선 2개의 브릿지로부터 하류에 위치하게 되는 브릿지에 의해 채워질 것이고, 본 문맥에서 "하류" 라는 용어는, 가스 유동 방향과 반대인, 용융 금속 유동 방향에 관해 정의된다.

오목 브릿지들(4)의 완전한 세트는 따라서, 가스 유입구(3a)로부터 가스 배출구(3b)까지 연장되는 임의의 최단 라인이, 1 "함정 레벨(level of entrapmen)(N = 1)"을 한정하는 정확하게 하나의 오목 브릿지에 의해 가로막히게 되도록 엇갈리게 된다. 이론적으로, 그리고 각 오목 브릿지가 수용할 수 있는 액상 금속의 체적에 의존하여, 1 함정 레벨(N = 1)을 포함하는 퍼지 플러그는 금속 유동을 적어도 부분적으로 구속하기에 충분할 것이다. 실제로, 함정 레벨의 수를 누출 위험을 감소시키기 위해 더 높은 값으로 증가시키는 것이 바람직하다. 가스 배출구(3b)로부터 가스 유입구(3a)까지 연장되는 함정 레벨의 전체 수는 "함정도(entrapment degree: N)"를 한정한다. 일단 용융 금속 유동을 가로막는 적어도 하나의 브릿지(41)가 금속으로 채워지고, 용융 금속은 상기 브릿지의 어느 측면으로 흘러넘치고, 가스 유입구(3a)로의 최단 경로를 따라 더 흐를 것이다. 이상에서 논의된 바와 같이, 1 함정도(N = 1)를 갖는 퍼지 플러그는, 작은 수준에서 중간 수준의 침투까지의 경우에 완전히 금속 유동을 정지시키기에 충분하지만, 더욱 상당한 침투의 경우에, 상기 브릿지(41)의 흘러넘침을 야기할 수 있으며, 상기 브릿지로부터 하류로의 유동을 늦추거나 정지시키기 위한 더 이상의 보유 수단은 없다. 이러한 이유로 인해, 본 발명의 퍼지 플러그는, 1 초과(N > 1)의, 바람직하게 2 이상(N ≥ 2)의, 바람직하게 3 이상(N ≥ 3)의, 더욱 바람직하게 5 이상(N ≥ 5)의, 가장 바람직하게 10 이상(N ≥ 10)의 함정도를 구비하는 것이, 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 1 보다 더 높은 함정도(N)는 엇갈린 배열로 달성될 수 있으며, 상기 제1 최단 라인을 가로막는 상기 제1 브릿지(41)의 어느 일 측면으로부터 채널의 가스 유입구(3a)까지 연장되는, 임의의 제2 최단 라인은 반드시 적어도 하나의 제2 브릿지 등의 오목측(4a)에 의해 가로막히고, (i-1) 번째 최단 라인을 가로막는 (i-1) 번째 브릿지[4(i-1)]의 어느 일 측면으로부터 채널의 가스 유입구(3a)까지 연장되는, 임의의 i 번째 최단 라인은 반드시, N 번째 브릿지(4N) 및 가스 유입구(4a) 사이에 더 이상 브릿지가 존재하지 않을 때까지, 적어도 하나의 i 번째 브릿지(4i)에 의해 가로막힌다.

오목 브릿지들은,

(a) 그들이 주어진 체적의 용융 금속을 그들의 오목한 부분 내에 유지하기에 적당하고, 따라서 슬릿의 전체 폭에 걸쳐 그리고 슬릿 2개의 단부 사이의 슬릿의 전체 길이에 걸쳐 펼쳐지는 불침투성 벽을 형성하며,

(b) 그들의 엇갈린 배열이, 최단 자유 유동 라인이 가스 배출구(3b)로부터 가스 유입구(3a)까지 연장되는 것을 허용하지 않으며, 그리고

(c) 그들의 분포가 허용가능한 압력 강하를 생성하는 가스 유입구(3a)로부터 가스 배출구(3b)까지의 가스 유동 경로를 한정하는, 한도 내에서 다양한 형상, 크기 및 분포를 구비할 수 있다.

도 2는 본 발명에 적당한 오목 브릿지들(4)의 형상에 대한 가능한 실시예들을 도시한다. 예를 들어, 브릿지들은 "U"자 형상, "V"자 형상, 바람직하게 원 또는 타원의 호 형상, 개방된 직사각 또는 정사각 박스 형상, 포물선 형상 등을 구비할 수 있다. 기하학적 형상은, 보유 탱크를 한정하는 오목측(4a)을 포함하는 한, "등축형(regular)"일 필요는 없다. 동일한 퍼지 플러그가, 그의 슬릿 형상 채널(들)에 걸쳐 분포하게 되는 상이한 형상 및/또는 크기의 브릿지들을 포함할 수 있고, 브릿지들의 분포는 또한 동일한 플러그의 하나의 슬릿 내부에서 또는 2개의 슬릿 사이에서 변할 수 있다.

슬릿 형상 채널들(3)은 다수의 기하학적 형상을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 4는 길이방향 축(X1)에 수직인 평면 상에 상이하게 배열되는 슬릿 형상 채널들을 포함하는 퍼지 플러그의 다양한 실시예를 도시한다. 도 4의 (a) 및 (b)는, 각각 1개 및 2개의 채널이 상기 길이방향 축(X1)을 둘러싸고, 따라서 슬릿 형상 채널(3)에 의해 둘러싸는 층(2b)으로부터 분리되는 코어(2a)를 한정하는, 2개의 실시예를 도시한다. 2개를 초과하는 둘러싸는 채널이 사용될 수 있고, 이들이 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 원형일 필요는 없으며, 폐쇄 루프를 형성하는 만곡된 또는 다각형의 그러지 않으면 도 4의 (e)에 도시된 바와 같은 별 모양과 같은 임의의 형상을 구비할 수도 있다는 것이 명백하다. 도 4의 (c) 및 (d)는, 슬릿이 폐쇄 루브를 형성하지 않는 2개의 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 슬릿들은 직사각형이고, 단면 중심으로부터 방사방향으로[도 4의 (c) 참조] 또는 서로 평행하게 연장되도록[도 4의 (d) 참조] 배열된다. 다시, 직선형 슬릿들이 도4의 (c) 및 (d)에 도시되지만, 이들은 만곡될 수 있고 및/또는 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이 지그재그형일 수도 있다는 것이 명백하다.

도 1a는 직사각 형상 브릿지를 구비하는 용융 금속 저장통을 포함하는 내화성 퍼지 장치를 도시한다.

슬릿 형상 채널(들)은 가스 유입구(3a)로부터 길이방향 축(X1)을 따르는 플러그 몸체의 반대편 단부에 있는 가스 배출구(3b)까지 연장된다. 채널들은 상기 길이방향 축(X1)에 실질적으로 평행하게 연장되거나 그렇지 않을 수도 있을 것이다. 도 1에 도시된 실시예에서, 채널(3)은 길이방향 축에 평행하지 않고, 퍼지 플러그의 외측 몸체와 같이 동일한 정점을 공유하는 원뿔을 생성하는 방향을 따른다. 도 4의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같은 채널들의 배열의 경우에, 비록 필수적인 것은 아니지만, 길이방향 축(X1)에 평행하게 연장되는 채널들을 구비하는데 적합할 수 있다. 채널들은 가스 유입구와 배출구 사이에서 선형으로 연장되거나 또는 구불구불할 수 있다. 후자의 실시예는 원하는 것일 수 있고, 또는 불완전하게 제어된 공정의 결과일 수 있으며, 채널(3)을 생성하기 위해 사용되는 포일(23)은 공정 도중에 변형될 수도 있고 주름질 수도 있을 것이다.

슬릿 형상 채널(3)의 개구부 폭(W) 뿐만 아니라 개구부 길이(L)는 길이방향에서 변할 수 있지만, 이하에서 인식하게 될 것으로서, 일정한 폭(W)을 구비하는 슬릿 형상 채널(3)이 제조하기에 더 간편하다. 본 발명에서 제안되는 기하학적 형상을 구비함에 따라, 슬릿 형상 채널은, 용융 금속의 침투에 의한 퍼지 플러그의 심각한 손상의 위험을 방지하기 위해 당해 기술분야에서 일반적으로 안전하다고 간주되는 것보다, 더 큰 폭(W)을 구비할 수 있다. 특히, 최대 2mm의 폭의 슬릿 형상 채널이 본 발명에 따라 실시될 수 있다. 채널의 폭은 그러나, 바람직하게 1.5mm 이하, 더욱 바람직하게 1.0mm 이하, 가장 바람직하게 0.5mm 이하이다.

퍼지 플러그의 몸체를 제작하기 위해 사용되는 내화성 재료는 바람직하게, 적어도 부분적으로 가스에 대한 비교적 낮은 투과성을 갖는 재료로 이루어진다. 내화성 재료는, 투과성이 4 μm²미만이라면(40nPm과 동등), 비교적 낮은 가스 투과성 갖는 것으로 간주된다. 퍼지 플러그의 몸체가 전체적으로 비교적 낮은 가스 투과성을 갖는 내화성 재료로 제작된다면, 퍼지 플러그는 이상에서 정의된 바와 같은 "간접적 투과성" 시스템으로 정의된다. 혼합된 "직접적/간접적 투과성" 시스템이, 몸체의 일부에 대해 4μm²보다 더 높은 가스 투과성을 갖는 내화성 재료를 사용함에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 코어/외피 기하학적 형태에서, 코어는 제1 투과성의 내화성 재료로 제작될 수 있고, 둘러싸는 외피는, 코어의 투과성 보다 높거나 낮은, 제2 투과성의 내화성 재료로 제작될 수 있다. 예를 들어, 알루미나, 알루미나 탄소 또는 스피넬(spinel) 및 이와 유사한 것과 같은 내화성 재료들이 [필요하다면, 투과가능한 및 투과불가능한(또는 비교적 낮은 가스 투과성의) 재료 모두를 위해] 사용될 수 있다.

도면들에 도시되는 퍼지 플러그들은 원뿔대형이지만, 본 발명은 물론 그러한 기하학적 형상에 국한되지 않으며, 야금 라인의 설계에 의존하여 변할 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같은 내화성 재료로 제작되는 코어의 외주면은 종종 구조를 기계적으로 강화하기 위해 금속 케이스로 덮인다. 일부 실시예에서, 금속 피복은, 내화성 재료가 퍼지 플러그의 제조 도중에 주입되는, 주형의 일부로서 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 금속 케이스는 접착제 또는 시멘트에 의해 완전히 제조된 내화성 몸체에 결합된다.

본 발명에 따른 퍼지 플러그는 뒤따르는 단계들을 포함하는 방법으로 매우 단순하게 제작될 수 있을 것이다:

(a) 길이방향 중심축(X1)을 따라 연장되는 퍼지 플러그의 길쭉한 몸체(2)의 체적을 한정하는 캐비티(22)를 갖는 도구(21)를 제공하는 단계. 바람직한 실시예에서, 도구의 일부는, 구조를 기계적으로 강화하기 위한 최종적인 퍼지 플러그의 일부가 될, 금속 케이스로 제작된다;

(b) 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 슬릿 형상 채널(3)의 요구되는 위치에 대응하는 위치의 상기 도구 내에, 방법의 가열 단계(d) 도중에 제거될 수 있고, 표면에 다수의 구멍(24)을 구비하며, 상기 구멍들 사이에 채널 가스 유입구(3a)에 대응하는 제1 단부 부분(23a)으로부터 가스 배출구(3b)에 대응하는 반대편 제2 단부 부분(23b)까지 연속적인 경로를 한정하는, 적어도 하나의 포일(23)을 배치하는 단계. 상기 포일은 종이, 판지, 왁스로 이루어지거나 PVC, PE 또는 PP와 같은 고분자 재료로 이루어질 수 있고, 공정 도중에 스스로 구겨지거나 주름지게 접히지 않도록 충분히 빳빳할 것이다;

(c) 상기 포일을 갖는 상기 도구 내에서 성형가능 혼합물(25)을 성형하는 단계[도 6의 (b) 참조];

(d) 내화성 재료를 경화하고 포일을 제거하기에 충분한 온도에서 퍼지 플러그를 가열하는 단계[도 6의 (c) 참조], 300℃ 보다 높은 온도가 내화성 재료의 경화를 위해 일반적으로 요구되며, 예를 들어, 400 내지 650℃ 사이에, 바람직하게 450 내지 550℃ 사이에 포함되는 온도가 일반적으로, 대부분의 내화성 재료를 경화하기에 그리고, 자체의 제거가 이상에서 논의된 바와 같은 엇갈리게 배열되는 오목 브릿지들을 포함하는 슬릿 형성 채널을 생성하는, 포일을 태워 없애거나 적어도 녹이기에 충분하다.

본 발명의 방법은, 상기 구멍들(24)이, 채널 가스 배출구(3b)에 대응하는 제2 포일 부분(23b)을 향해 지향하게 되는 오목측(24a)을 갖는 오목 형상을 구비하고, 엇갈린 배열로 배치되어, 제2 포일 부분(23b)으로부터 반대편의 채널의 채널 가스 유입구(3a)에 상응하는 제1 포일 부분(23a)까지 연장되는 임의의 최단 라인이 반드시 적어도 하나의 구멍(24)의 오목측(24a)에 의해 가로막히도록 하는 것을 특징으로 한다.

포일(24)의 두께는 포일의 제거에 의해 형성되는 슬릿 형상 채널의 폭(W)을 한정한다. 포일(23) 내의 구멍들(24)은, 성형가능 내화성 재료(25)가 구멍들을 채우고 그에 따라 포일(23)의 양측면에 위치하게 되는 내화성 재료를 연결함에 따라, 슬릿 형상 채널의 폭(W)에 펼쳐지는 오목 브릿지들(4)을 형성하는 역할을 한다. 포일의 제거에 의해, 포일의 구멍들(24)과 같은 동일한 윤곽 및 포일과 같은 동일한 두께(W)를 구비하는, 내화성 재료로 이루어지는 브릿지들(4)이 형성된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 코어(2a)가 먼저 단계 (b) 이전에 형성되고[도 7의 (b) 참조], 그 둘레를 상기 포일(23)이 둘러싸게 된다[도 7의 (c) 및 (d) 참조]. 외부층이 이어서 단계 (c)에서 캐비티(21)와 코어(2a) 둘레를 둘러싸는 포일(23) 사이에 한정되는 체적 내에서 성형된다[도 7의 (e) 참조]. 가열 이후에 퍼지 플러그가 도구로부터 제거될 수 있다. 이러한 실시예는, 코어 및 몸체의 둘러싸는 외피를 형성하는 내화성 재료들이 상이한 성분 및/또는 다공성을 갖는, 혼합된 "직접적/간접적 투과성" 플러그들의 제조에 적합하다.

도 8은 도 1a의 내화성 퍼지 장치를 제작하기 위한 성형 삽입물을 도시한다.

본 퍼지 플러그(1)는 쇳물용 바가지, 턴디시, 및 다른 유사한 야금용 용기로 가스를 주입하기에 특히 적합하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 야금용 용기의 외부와 마주하는 가스 유입구 및 용융 금속과 접촉하는 야금용 용기의 내부와 마주하는 가스 배출구를 갖는, 퍼지 플러그(1)는, 사용중일 때, 야금용 용기(31)의 벽 및 라이닝(lining)에 박히게 된다. 용어 "가스 유입구" 및 "가스 배출구"는 야금용 용기 내부로 주입되는 가스의 유동 방향(11)에 대해 정의된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 퍼지 플러그는 그러한 야금용 용기의, 용융 금속에 의한 침투에 가장 민감한, 바닥면에 위치하게 될 수 있다. 가스 채널(3) 내부로의 깊은 침투에 대한 방호벽을 형성하는 보유 오목 브릿지들(4)의 배열 덕분에, 퍼지 플러그의 수명이, 기존의 퍼지 플러그들과 비교하여, 상당히 증가하게 된다. 나아가, 전통적인 퍼지 플러그와 대조적으로, 용융 금속의 가벼운 침투가 플러그의 성능에 임의의 실질적인 저하를 초래하지 않음에 따라, 전통적으로 안전하다고 간주되는 것보다 더 넓은 채널들이 사용될 수 있다. 실제로, 금속으로 채워지는 제한된 수의 브릿지들에 대한 침투의 면적 및 깊이를 포함하는 것과 더불어, 비록 금속이 일부 브릿지의 오목측을 여전히 채우지만, 하나의 브릿지를 하류의 다음 브릿지로 연결하는 얇은 금속 텅들이 흔히 부서짐에 따라 가스가 심지어 금속으로 채워진 2개의 오목 브릿지들 사이에서 흐르는 것을 허용한다. 본 개시는 예시적 실시예 및 첨부되는 도면들을 참조하여 설명되었지만, 본 개시의 범위는 설명되고 도면들에 도시되는 바와 같은 실시예들에 국한되지 않는다는 것을 알아야 할 것이다. 특히, 단순함을 위해 그리고 편의상 퍼지 플러그가 참조되었지만, 본 발명은 그것에 국한되지 않는다는 것이 명백하게 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 본 개시가 퍼지 플러그들을 참조했지만, 퍼지 플러그들은 내화성 가스 퍼지 장치의 예로서 사용되며, 본 개시는 이에 국한되지 않고, 내화성 퍼지 플러그들, 송풍구, 확산기, 기포형성 블록 또는 패드 및 이와 유사한 것과 같은 다른 내화성 퍼지 장치에 적용될 수 있다는 것을 알아야 할 것이다. 특히, 내화성 퍼지 장치는 여기서, 용융 금속 또는 슬래그의 역류 침투에 의한 플러그의 막힘을 방지할 수 있다. 첨부되는 청구범위에 언급되는 특징적 요소들이 참조 부호들을 동반하지만, 그러한 부호는 단지 특허청구범위의 명료성을 향상시킬 목적으로 포함되며, 특허청구범위의 범위를 어떤 식으로든 제한하지 않는다.

Claims

야금용 용기에서 용융 금속 내부로 공기를 불어넣기 위한 내화성 퍼지 장치로서,
상기 내화성 퍼지 장치는, 퍼지 가스를 받아들이기 위한 길이방향 제1 단부의 가스 유입구, 퍼지 가스가 용융 금속으로 들어가도록 하기 위한 길이방향 제2 단부의 가스 배출구 및 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 서로 연결하는 가스 통과 채널을 한정하는, 내화성 주 몸체를 포함하며;
상기 가스 배출구로부터 상기 가스 통과 채널로 역류하는 용융 금속을 포획하고, 가로채며, 유지하기 위한, 다수의 용융 금속 저장통이 상기 가스 통과 채널 내에 분포하게 되는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 용융 금속 저장통은 상기 가스 통과 채널 속으로 역류하는 용융 금속을 포획하기 위한 용융 금속 포획 구멍을 포함하고, 상기 용융 금속 포획 구멍은 상기 가스 배출관과 마주보는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 용융 금속 저장통은, 상기 용융 금속 포획 구멍에서 포획되는 또는 가로채게 되는 용융 금속을 유지하기 위한, 주머니 부분 또는 소형 저장탱크를 포함하는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 3항에 있어서,
상기 가스 통과 채널은 가스 유동 방향 및 가스 유동 방향과 반대인 금속 유동 방향을 한정하며, 상기 용융 금속 저장통은, 상기 용융 금속 포획 구멍 및 상기 주머니 부분 또는 상기 소형 저장탱크를 한정하기 위해, 상기 금속 유동 방향에 수직인 또는 실질적으로 수직인 방향으로, 상기 가스 통과 채널 내부로 돌출하는 벽 부분을 포함하는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속 저장통들은 금속 유동 방향을 따라 상기 가스 통과 채널 내에 분포하게 되며, 하류의 용융 금속 저장통은 상류의 용융 금속 저장통으로부터 횡방향으로 치우치게 되어, 상기 상류의 용융 금속 저장통으로부터 흘러넘치는 용융 금속이 상기 하류의 용융 금속 저장통에 의해 포획되도록 하는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속 저장통들은, 금속 유동 방향을 가로지르는 방향으로 상기 가스 통과 채널 내에 분포하게 되며, 횡방향으로 및/또는 길이방향으로 인접한 용융 금속 저장통들은 용융 금속 넘침 경로에 의해 분리될 수 있으며, 상기 용융 금속 넘침 경로는, 상기 가스 배출구에 더욱 근접한 상류의 용융 금속 저장통으로부터 상기 가스 유입구에 더욱 근접한 하류의 용융 금속 저장통 속으로, 용융 금속이 흘러넘치는 것을 용이하게 하기 위한 안내를 제공하는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 6항에 있어서,
하류의 용융 금속 저장통은, 그의 용융 금속 포획 구멍이, 상류의 용융 금속 저장통으로부터 흘러넘치는 용융 금속을 포획하기 위해, 상류의 용융 금속 포획 구멍의 넘침 경로와 정렬되도록, 배열되는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속 저장통들은 금속 유동 방향을 가로지르는 열들 내에 배열되며, 하나의 열의 용융 금속 저장통들은 바로 상류의 열의 용융 금속 저장통들로부터 횡방향으로 치우치게 되어, 하나의 열의 용융 금속 저장통이, 바로 상류의 열로부터 넘치게 되는 용융 금속을 수용하기 위해, 바로 상류의 열의 용융 금속 넘침 경로를 직접적으로 바라보고 있도록 하는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 유동 방향을 따라 길이방향으로 분포하게 되는 용융 금속 저장통의 수(N)는, N ≥ 3, 바람직하게 ≥ 5, 그리고 더욱 바람직하게 ≥ 10 인 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속 저장통들은 상기 내화성 주 몸체 상에 일체형으로 형성되는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 통과 채널은, 상기 내화성 주 몸체의 길이방향 중심축에 대해 방사형, 동심형, 환형 또는 둘러싸는 방식으로, 금속 유동 방향을 가로질러 신장되고 연장되는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 통과 채널은 상기 내화성 주 몸체 상의 서로 마주보는 내부 벽들에 의해 한정되며, 상기 서로 마주보는 내부 벽들 사이의 횡방향 분리 간격(W)은, 2.0mm 이하, 바람직하게 1.5mm 이하, 더욱 바람직하게 1.0mm 이하, 더욱 더 바람직하게 0.5mm 이하, 가장 바람직하게 0.25 내지 0.5mm 사이인 것인 내화성 퍼지 장치.
제 12항에 있어서,
금속 유동 방향에 수직인 또는 실질적으로 수직인 방향의 상기 가스 통과 채널의 횡방향 길이(L)는, L/W ≥ 3, 더욱 바람직하게 ≥ 5, 더욱 더 바람직하게 ≥ 10, 및 가장 바람직하게 ≥ 50 이 되는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내화성 주 몸체는 외주 부분에 의해 둘러싸이는 코어 부분을 포함하고, 상기 가스 통과 채널은 상기 코어 부분과 상기 외주 부분의 서로 마주보는 내부 벽들 사이의 분리에 의해 한정되는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 16항에 있어서,
상기 용융 금속 저장통들은, 상기 코어 부분 상에 일체형으로 형성되어 상기 외주 부분을 향해 돌출하거나, 또는 외주 부분 상에 일체형으로 형성되어 상기 코어 부분을 향해 돌출하는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내화성 주 몸체는, 상기 가스 유입구로부터 상기 가스 배출구를 향해 가늘어지는, 원뿔대 형상을 갖는 것인 내화성 퍼지 장치.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 내화성 퍼지 장치를 포함하는 용융 금속을 유지하기 위한 야금용 용기로서,
상기 내화성 퍼지 장치는 상기 야금용 용기에 수용되는 용융 금속 내부로 퍼지 가스를 공급하기 위한 것인 야금용 용기.
내화성 퍼지 장치의 가스 통과 채널 상에 다수의 용융 금속 저장통을 형성하기 위한 성형 도구로서,
상기 내화성 퍼지 장치는, 가스 유입구, 가스 배출구 및, 가스 유동 방향을 한정하고 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 상호 연결하는, 상기 가스 통과 채널을 한정하는, 내화성 주 몸체를 포함하고,
상기 다수의 용융 금속 저장통은 상기 가스 배출구로부터 가스 유동 방향에 대항하여 상기 가스 통과 채널 속으로 역류하는 용융 금속을 포획하거나 가로채며 그리고 유지하기 위한 것이며;
상기 성형 도구는, 상기 용융 금속 저장통에 상보적인 다수의 돌출 형상부들이 분포하게 되는, 성형 삽입물을 포함하는 것인 성형 도구.
제 18항에 있어서,
상기 성형 삽입물은, 상기 다수의 돌출 형상부들이 분포하게 되는, 주 삽입 몸체를 포함하고, 상기 주 삽입 몸체는, 상기 가스 유입구, 상기 가스 배출구 및 상기 가스 통과 채널을 한정하고, 상기 돌출 형상부들은 상기 용융 금속 저장통들을 한정하는 것인 성형 도구.
제 18항 또는 제 19항에 있어서,
가스 유동 방향은 금속 유동 방향과 반대이며, 상기 다수의 돌출 형상부는, 상기 금속 유동 방향을 따라 포획 가로챔부를 공동으로 형성하기 위해, 상기 주 삽입 몸체로부터 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 돌출하는 것인 성형 도구.
제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형 삽입물은 열 소멸가능하고, 상기 성형 삽입물은 내화성 재료의 가열 경화 도중에 상기 성형 장치로부터 소멸되는 것인 성형 도구.
제 1항 내지 제 18항에 따른 내화성 퍼지 장치를 제조하는 방법으로서,
상기 내화성 퍼지 장치는, 내화성 주 몸체, 가스 유입구, 가스 배출구, 상기 가스 유입구와 상기 가스 배출구를 상호 연결하는 가스 통과 채널, 및 상기 가스 통과 채널 내의 다수의 용융 금속 저장통을 포함하며, 상기 다수의 용융 금속 저장통은, 상기 가스 배출구로부터 상기 가스 통과 채널 속으로 역류하는 용융 금속을 포획하거나 가로채며 그리고 유지하기 위한 것인, 내화성 퍼지 장치 제조 방법에 있어서,
- 상기 가스 유입구, 상기 가스 배출구, 상기 가스 통과 채널 및 상기 다수의 용융 금속 저장통을 한정하도록 상기 내화성 퍼지 장치의 외부 형상을 한정하기 위해 성형 장치 속으로 제 21항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 따른 성형 도구를 배치하는 것,
- 상기 성형 장치를 내화성 재료로 성형하는 것, 및
- 상기 성형 삽입물이 상기 내화성 가스 퍼지 장치를 형성하기 위해 제거될 때까지 내화성 재료로 성형된 상기 성형 장치를 가열 경화하는 것을 포함하는 것인 내화성 퍼지 장치 제조 방법.
야금용 용기 속으로 가스를 불어 넣기 위한 장치(1)로서,
(a) 중심축(X1)을 따라 연장되는 몸체(2)를 포함하고,
(b) 상기 몸체는, 상기 몸체의 일단부에 위치하게 되는 가스 유입구(3a)를 상기 중심축을 따르는 반대편 단부에 위치하게 되는 가스 배출구(3b)에 유체 연통시키는, 하나 이상의 가스 유동 채널(3)을 포함하며, 상기 채널(3)은 제1 표면 및 대향하는 제2 표면에 의해 한정되는 슬릿 형상인, 야금용 용기 속으로 가스를 불어 넣기 위한 장치에 있어서,
(c) 상기 하나 이상의 가스 채널(3)은, 채널을 한정하는 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면을 연결하며 상기 가스 배출구(3b)를 향해 지향하게 되는 오목측(4a)을 갖는, 일련의 연속적인 오목 브릿지들(4: concave bridges)을 포함하며, 상기 오목 브릿지들(4)은 엇갈린 배열로 배치되어, 채널의 상기 가스 배출구(3b)로부터 상기 가스 유입구(3a)까지 연장되는 임의의 제1 최단 라인이 반드시 적어도 하나의 제1 브릿지(41)의 상기 오목측(4a)에 의해 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 야금용 용기 속으로 가스를 불어 넣기 위한 장치.
야금용 용기 속으로 가스를 불어 넣기 위한 가스 퍼지 플러그를 제조하는 방법으로서,
(a) 길이방향 중심축(X1)을 따라 연장되는 퍼지 플러그의 길쭉한 몸체(2)의 체적을 한정하는 캐비티(22)를 갖는 도구(21)를 제공하는 단계;
(b) 상기 도구 내의 채널 슬릿(3)의 요구되는 위치에 상응하는 위치에, 상기 방법의 가열 단계(d) 도중에 제거할 수 있고, 표면 위에 다수의 구멍(24)을 구비하며, 상기 구멍들 사이에 상기 가스 유입구(3a)에 상응하는 제1 단부 부분(23a)으로부터 상기 가스 배출구(3b)에 상응하는 반대편 제2 단부 부분(23b)까지 연속적인 경로를 한정하는, 적어도 하나의 포일(23)을 배치하는 단계;
(c) 상기 포일을 갖는 상기 도구 내에서 내화성 재료(25)를 성형하는 단계;
(d) 상기 내화성 재료를 경화하고 상기 포일을 제거하기에 충분한 온도에서 퍼지 플러그를 가열하는 단계를 포함하는, 가스 퍼지 플러그 제조 방법에 있어서,
상기 구멍들(24)은, 채널 가스 배출구(3b)에 상응하는 제1 포일 부분(23b)을 향해 지향하게 되는 오목측(24a)을 갖는 오목 형상을 구비하고, 엇갈린 배열로 배치되어, 제1 포일 부분(23a)으로부터 반대편의 채널의 채널 가스 유입구(3a)에 상응하는 제2 포일 부분까지 연장되는 임의의 최단 라인이 반드시 적어도 하나의 구멍(24)의 오목측(24a)에 의해 가로막히도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 퍼지 플러그 제조 방법.