KR20150126028A - 채널 인덕터 - Google Patents

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KR20150126028A
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존 앤서니 스핑크
네가 세타쥬
윌리엄 조셉 글리슨
대런 케네스 톰슨
크레이그 룰스톤
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블루스코프 스틸 리미티드
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Abstract

본 발명은 채널 유도로의 채널 인덕터에 관한 것으로서, 상기 채널 인덕터는 (a) 채널 라이너, 및 (b) 상기 채널 라이너의 완결성이 채널 유도로의 동작, 건조, 또는 가열 중에 훼손되지 않도록 상기 채널 라이너를 지지하는 백업 라이너를 포함한다.

Description

채널 인덕터{CHANNEL INDUCTOR}
본 발명은 채널 유도로(channel induction furnace)의 채널 인덕터(channel inductor)에 관한 것이다.
더 상세하게는, 본 발명은 채널 인덕터의 채널 라이너(channel liner)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 채널 유도로에 관한 것이다.
채널 유도로는 금속(여기서 금속이라는 용어는 금속 합금들을 포함함)을 용해하고 그 금속을 용융 상태로 유지하기 위하여 연관 산업분야에서 사용된다. 예를 들면, 채널 유도로는 Al/Zn-함유 합금을 포함하여 Zn-함유 합금 및 Al-함유 합금을 용해하고 그 합금들을 용융상태로 유지하기 위하여 아연도금(galvanizing) 및 주물(foundry) 산업에서 이용된다.
공지의 채널 유도로는 (a) 강철제 외각(shell), (b) 상기 외각 내부의 알루미노규산염(aluminosilicate)과 같은 내화성 물질로 된 라이닝, (c) 내화성 라이닝이 형성된 외각에 의해 그 경계가 한정되는 용융 금속의 욕(bath), 및 (d) 상기 외각과 연결되는 금속을 가열하기 위한 하나 또는 다수개의 채널 인덕터로서, 내화성 라이닝이 형성된 외각을 통해 채널 인덕터에 있는 흡입구로 연장되는 목(throat) 부분을 통해 포트와 유체 연통하는 구조의 채널 인덕터를 포함한다.
채널 인덕터는 (i) 강철제 외각, (ii) 알루미노규산염과 같은 내화성 물질의 라이닝, (iii) 용융 금속이 채널을 통해 포트로부터 그리고 그 포트로 다시 흐르도록 하는 통로를 형성하는 내화성 라이닝이 형성된 외각에 의해 경계가 한정되는 채널, 및 (iv) 전자기장을 생성하는 전자석 코일을 포함한다. 채널 유도로의 동작 중의 소정의 시점에서, 그 채널 인덕터의 채널에서의 용융 금속은 트랜스포머의 이차 회로가 되고 전자기장에 의해 유도되는 전류에 의해 가열되어 용융 상태로 유지된다. 채널 인덕터는 채널 유도로의 외각 상에 볼트로 고정되는 조립체이다. 라이닝을 형성하는 내화성 물질은 일정 범위의 특정한 기계적 요건, 열 절연 요건, 및 용융 금속에 의한 화학적 공격에 대한 저항성을 수용하도록 선택된다. 이 요건들은 상이한 재료 특성을 요구한다는 의미에서 어느 정도까지는 서로 경쟁하는 필수 조건들이며, 따라서 내화성 물질의 선택은 하나의 타협이 되기 쉽다.
채널 인덕터는 Zn-함유 및 Al-함유 합금들과 같은 용융 금속에 노출될 때 제한된 수명을 갖는데, 전형적으로 다음 모드에서 고장이 난다:
* 가열, 건조 또는 동작 중, 특히 채널 인덕터의 중앙 면들을 따르는 내화성 물질의 크래킹(cracking), 및 채널 인덕터들로부터의 금속 누출로 궁극적으로 귀결되는 크랙들을 연장하는 그 크랙들 내부로의 Zn 및/또는 Al 금속 또는 Zn 증기의 후속적인 침투(penetration);
* 부가적으로, Al-함유 합금의 경우, 내화성 물질에서의 Al에 의한 SiO2의 환원에 의해서, 내화성 물질의 체적에서의 연관된 감소 및 내화성 물질의 침투 및/또는 스폴링(spalling)과 함께 Al2O3 및 Si의 형성;
* 부가적으로는, 채널에 인입하는 프리-멜트 포트(pre-melt pot) 메인 영역으로부터의 변성된 내화성 물질의 조각들 또는 부스러기(dross)에 의해 합성되는, 채널 내에서의 코런덤 성장(corundum growth)의 점착(adherence)으로 인한 블로킹(blocking).
전형적으로, Al-함유 합금에서 채널 인덕터의 수명은 6-24 개월이며, 금속 코팅 라인 폐쇄(shutdown)에 대한 주요한 이유 중의 하나이다.
본 출원인은 더 큰 신뢰성을 가질 뿐만 아니라, 특히 크래킹으로 인한 고장의 가능성을 덜 갖는 새로운 인덕터를 개발하고 있다.
상기한 새로운 인덕터에 대해서는 본 출원인이 출원한 국제특허공보 WO2011/120079호에 기술되어 있다.
상기한 국제특허공보에 기술되고 특허청구된 채널 인덕터는, (a) 채널에서의 용융 금속에 의한 화학적 공격에 저항력이 있고 그 용융 금속과 직접적인 접촉 상태에 있는 채널 인덕터의 유일한 물질인 내화성 물질로부터 형성되는 채널 라이너(channel liner)와, 그리고 (b) 상기 채널 라이너를 지지하고 열 절연 물질 특성 및 기계적 강도 특성에 최적인 내화성 물질로부터 형성됨으로써, 채널 라이너의 완결성이 채널 유도로의 동작, 건조, 또는 가열 중에 훼손되지 않도록 하는 것인 백업 라이너를 포함한다.
상기한 국제특허공보의 발명에 따른 채널 라이너와 백업(back-up) 라이너로 이루어진 채널 인덕터는 Zincalume® 용융 금속으로 강철 스트립을 코팅하기 위하여 본 출원인의 제조설비 상에서 사용될 때 크래킹 관련 문제들을 갖는 것으로 밝혀졌다.
본 출원인은 그러한 크랙들의 원인을 조사하였고, 그러한 조사에서 본 발명이 이루어진 것이다.
전술한 설명은 호주와 그 외 지역에서 공통되는 일반 지식에 대한 서술인 것으로 의도되는 것은 아니다.
본원 출원인은 동 출원인의 제조설비 상에서 사용된 상기 국제특허공보의 발명에 따라 제조된 채널 인덕터에 대한 사후분석(post mortem)을 실시하였는바, 본 발명의 기초가 되는 아래의 결과를 얻었다:
1. 채널 라이너에서 용융 금속에 의한 후속적인 침투와 채널 내에서 진행되는 폐색 현상(blockage)에 더욱 저항성이 있게 되는 것으로 귀결되는 유도로에서의 용융 금속과 물질 간의 화학적 반응이 존재하도록 채널 라이너의 내화성 물질을 선택하는 것이 유익하다. 전형적으로, 그러한 화학적 반응은 채널 라이너에서 더 조밀한 상(phase)의 형성으로 귀결된다. 전형적으로, 원래의 물질은 용융 물질이 나트륨을 함유하는 Al/Zn-함유 합금일 경우 코런덤 광물(corundum mineral)과 혼합되는 실리콘 카바이드를 포함하고 있다. 나트륨은 화학적 반응을 위한 촉매로서 작용할 수도 있다.
2. 백업 라이너(back-up liner)는 채널 라이너의 팽창과 움직임으로 인한 스트레스를 흡수하는 것이 가능하게끔 그 재료를 선택하는 것이 유익하다. 전형적으로, 재료 선택은 동작 온도 범위에 걸쳐 열적 스트레스로 인한 크래킹(cracking)에 저항력이 있고 또한 백업 라이너에 미칠 수도 있는 합금과의 어떠한 반응에도 저항성이 있는 물질을 선택하는 것을 또한 포함한다. 따라서, 용융 합금에 의한 공격에 대한 저항성과 적절한 소결(sintering) 특성을 갖는 물질의 선택은 중요한 고려사항이다. 전형적으로는, 상기 물질은, 예를 들면, "Allied Minerals Products, Inc" 명의의 유럽특허 제1603850호에 기술되어 있는 것과 같은, 동사에 의해 제조되어 판매되는 합성물질인 Dri-Vibe® 과 같은, 건조 진동성(dry vibratory) 물질일 수도 있다. 전형적으로는, 상기한 Dri-Vibe® 물질은 금속섬유일 수도 있는데, 이것은 60-95 wt.% 알루미나, 바람직하게는, 60-70 wt.% 알루미나 및 20-35 wt.% 실리카를 함유하는 내화성 물질 성분의 합성물을 갖는, 금속 섬유 보강 알루미노실리케이트 내화성 합성물(metal fibre reinforced aluminosilicate refractory composite materials)을 전형적으로 포함한다.
광의의 견지에서, 본 발명은 채널 유도로의 채널 인덕터를 제공하는데, 상기 채널 인덕터는, (a) 채널 라이너, 및 (b) 채널 라이너의 완결성(integrity)이 채널 유도로의 동작, 건조, 또는 가열 중에 훼손되지 않도록 채널 라이너를 지지하는 백업 라이너를 포함한다.
상기한 항목 1의 관점에서, 채널 라이너의 물질은 채널 라이너가 용융 금속에 의한 후속적인 침투와 채널 내에서 진행되는 코런덤 성장(corundum growth)으로 인한 폐색 현상의 진행에 더욱 저항성이 있게 되는 것으로 귀결되는 유도로에서의 용융 금속과 물질 간의 화학적 반응이 존재하도록 선택될 수도 있다. 그렇지 않으면 상기 물질은 항목 1에 기술된 것과 같은 것이어도 좋다.
상기한 항목 2의 관점에서는, 백업 라이너의 물질은 채널 라이너의 팽창과 이동으로 인한 응력을 흡수할 수 있도록 선택되어도 좋다. 그렇지 않으면, 상기 물질은 항목 2에 기술된 것과 같은 것일 수도 있다.
채널 라이너는 임의의 적절한 형상일 수도 있다.
채널 라이너는 단일 "U"자 형상("단일 루트 인덕터")인 채널을 갖는 길이가 긴 유닛일 수도 있다. 더 상세하게는, 상기 채널은 채널의 베이스로부터 연장되는 두 개의 암(arm) 부재들을 포함하되, 채널의 한쪽 암 부재의 일단에는 용융 금속 흡입구를, 그리고 그 채널의 다른 쪽 암 부재의 일단에는 용융 금속 배출구를 갖도록 구성함으로써, 용융 금속이 한쪽 암 부재를 통해서는 베이스로, 그리고 베이스를 통해서는 다른 쪽 암 부재를 따라서 그 다른 쪽 암 부재로 흐르도록 할 수 있다.
채널 라이너는 이중의 "U" 형상으로 된 채널을 갖는 길이가 긴 유닛일 수도 있다. 더 상세하게는, 상기 채널은, 암 부재들을 서로 연결하는 채널의 베이스로부터 연장되는 세 개의 암 부재들을 포함하되, 그 채널의 중앙부 암 부재의 일단에는 용융 금속 흡입구를, 그리고 그 채널의 다른 쪽 암 부재의 단부들에는 용융 금속 배출구를 갖도록 구성함으로써, 용융 금속이 내측 암 부재를 통해서는 베이스로, 그리고 바깥쪽으로 베이스를 통해서는 외측 암 부재들을 따라서 그 외측 암 부재들로 흐르도록 할 수 있다.
채널 라이너는 최상부 벽을 가질 수도 있는데, 그 최상부 벽에는 흡입구 및 배출구(들)가 형성되고, 그리고 그 최상부 벽으로부터 바깥쪽으로 장착용 플랜지(mounting flange)가 연장되도록 구성될 수 있다.
채널 라이너는 최상부 벽의 주위로부터 연장되는 측벽을 포함할 수도 있는데, 장착용 플랜지는 그 측벽의 상부 모서리로부터 바깥쪽으로 연장된다. 이러한 배열구성은 전지(forebay) 또는 부속실(vestibule)의 경계를 한정한다.
본 발명은 또한 채널 유도로를 제공하는바, 상기 채널 유도로는,
(a) 강철제 외각(steel shell),
(b) 상기 외각 내부의 내화성 물질의 라이닝,
(c) 내화성 물질의 라이닝이 형성된 외각에 의해 경계가 한정되는 용융 금속 풀(pool)을 보유하는 포트(pot), 및
(d) 상기 외각에 연결되는 금속을 가열하고, 또한 상기 외각과 내화성 라이닝을 통해 채널 인덕터에 있는 흡입구로 연장되는 목 부분을 경유하여 상기 포트와 유체 연통하는 구조의 하나 또는 다수 개의 상기한 채널 인덕터들을 포함한다.
용융 금속은 Al/Zn-함유 합금을 비롯하여 Zn-함유 합금 및 Al-함유 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수도 있다. 이들 합금은 Al과 Zn에만 한정되는 것이 아니라 Ca와 같은 타 원소들을 포함할 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 예를 들어서 아래에서 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 채널 인덕터의 일 실시예를 포함하는 본 발명에 따른 채널 유도로의 일 실시예에 대한 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 채널 인덕터의 일 실시예에 대한 수직 단면도이다.
도 3은 본 출원인의 제조설비 상에서 사용되었던 상기 국제특허공보의 발명에 따라 제조된 채널 인덕터의 처음 50일간의 서비스기간 동안의 채널 라이너 및 백업 라이너의 온도를 나타내는 그래프로서, 본 도면은 또한 채널 인덕터에서의 채널 폐색 현상의 결여에 대한 하나의 측정치인 플랫 인덕턴스 비(flat inductance ratio)의 추세를 나타낸다.
도 1 및 2는 본 출원인의 앞서 언급한 국제특허공보의 도면들이다.
도 1은 강철 스트립에 대한 금속 코팅 라인에 사용되는 Al/Zn 합금을 미리 용융시키기 위한 채널 유도로(3)의 주 구성요소들의 단면도이다. 본 발명은 이러한 최종 사용(end-use)에만 한정되는 것이 아니라, 임의의 적절한 채널 유도로의 일부로서 그리고 임의의 적절한 최종 사용의 용도를 위해서 이용될 수도 있다.
도 1에 도시된 채널 유도로(3)는 알루미노실리케이트와 같은 내화성 물질의 내부 라이닝(29)과 외부의 강철제 외각(27)에 의해 경계가 한정되는 포트를 포함한다. 사용 시, 상기 포트는 용융된 Al/Zn 합금의 욕(bath)(미도시)을 보유하고 있다. 상기 유도로(3)는 또한 강철제 외각(27)의 마주하는 측벽들에 연결되어 각각의 목 부분들(33)을 경유하여 상기 욕과 유체 연통하는 구조의 두 개의 채널 인덕터들(31)을 포함한다. 사용 시, 용융 Al/Zn 합금은 상기 욕으로부터 채널 인덕터들(31)을 통해서 그 안으로 흐르게 되고 채널 인덕터들(31)에 의해 가열된다.
도 2에서 채널 인덕터(33)의 도면은 본 발명에 특히 적절한 인덕터의 구성요소들을 보이기 위하여 수직 단면도로 도시되어 있다. 부가적으로, 이들 구성요소들을 가능한 한 명료하게 보이게 하기 위하여 인덕터(33)의 전자기 코일은 본 도면에서의 개구부(1)에는 포함되지 않는다.
채널 인덕터(33)는:
(a) 참조번호 5에 의해 표시되는 채널 라이너; 및
(b) 상기 채널 라이너를 지지하는 채널 라이너 지지 조립체를 포함한다.
채널 라이너(5)는 용융 Al/Zn 합금이 그 채널 인덕터를 통해 흐르도록 하기 위한 이중 "U" 자 형상의 채널 및 상기한 개구부(1)의 경계를 한정하는 단일의 길이가 긴 유닛이다. 상기 채널은 하나의 베이스와 그 베이스로부터 연장되는 세 개의 평행한 암 부재들(9)을 포함한다. 채널의 중앙부 암 부재의 상단부는 용융 Al/Zn 합금을 위한 흡입구(15)이고, 채널의 외측 암 부재의 상단부들은 용융 Al/Zn 합금을 위한 배출구(17)이다. 채널의 베이스는 채널 라이너(5)의 베이스 부분(7)에 의해 경계가 한정되고, 또한 채널의 암 부재들은 그 채널 라이너(5)의 직립형 부분들(9)에 의해 경계가 한정된다. 이 부분들(7, 9)은 얇은 벽의 중공 부분들이다. 채널 라이너(5)는 상부 벽(11)을 가지며, 그리고 용융 Al/Zn 합금 흐름을 위한 흡입구(15)와 배출구들(17)이 그 상부 벽(11)에 형성된다. 채널 라이너(5)는 또한 상부 벽(11)의 둘레 주위에서 연장되는 측벽(21) 및 그 측벽(21)으로부터 바깥쪽으로 연장되는 플랜지(19)를 포함한다. 상부 벽(11)과 측벽(21)은 전지(forebay) 또는 부속실(vestibule)의 경계를 한정한다. 채널 유도로의 포트(미도시)의 포트 목(pot throat) 부재(미도시)의 경계를 한정하는 내화성 물질의 라이닝(미도시)에 채널 라이너(5)를 장착하기 위한 플랜지(19)가 제공됨으로써, 용융 Al/Zn 합금과 채널 인덕터 간의 직접적인 접촉은 단지 채널 라이너(5)과의 접촉에 한정된다.
채널 라이너 지지 조립체는, (a) 외측 강철제 외각(23) 및 (b) 백업 라이닝(25)을 포함한다. 백업 라이닝(25)은 도면을 단순화하기 위하여 도 2에서는 상세하게 도시되어 있지는 않다. 도 2에서 참조기호 25 및 묘선(drawing line)에 의해 표시된 것과 같이, 백업 라이닝 물질이 외각(23)과 채널 라이너(5) 사이의 공간을 채우게 된다.
본 발명은 또한 채널 라이너(5)와 백업 라이닝(25)이 제조되는 물질들에 대한 물질의 선택에 관한 것이다.
전기한 바와 같이, 본 출원인의 상기한 국제특허공보에 따라 제조된 채널 인덕터는 본 출원인의 제조설비 상에서 사용될 때 크래킹에 관련된 문제들을 갖는 것으로 확인되었다.
본 출원인은 인덕터에 대한 사후 분석(post mortem)을 실시하였는바, 그 사후 분석으로부터 출현 된 논점들은 하기의 요점들을 포함하고 있다:
* 채널 라이너(5)의 물질과 용융 금속 간에는 현저한 반응이 존재하였다.
* 이러한 반응은 촉매로서 반응하였던 용융 금속에서의 나트륨 미량의 존재로 인하여 빠르게 진전되었다.
* 채널 라이너(5)의 물질에서 증가하는 나트륨의 레벨이 측정되었다.
* 반응은 채널 라이너(5)의 내화성 물질에서 SiC 집합체(aggregate)가 우세하였다.
* SiC의 하나의 이점으로는, 이것은 정상적인 고알루미나 물질에 비하여 더 낮은 팽창 계수로 인하여 초기 가열에 대한 합성물 구조에 있어 더 작은 열적 스트레스를 생성한다는 점이다.
* SiC가 소비됨에 따라 채널 라이너(5)의 물질의 팽창 계수가 증가하였다. 이것은 채널 라이너의 고온 페이스(hot face)에서 더 조밀한 구조를 만드는 데에 이바지 할 수도 있다.
* 서비스에서 발전된 결과적인 고온 페이스 층은 채널 인덕터의 구멍(bore)에서 코런덤 축적/성장(corundum build up/growth)에 저항하였다.
* 채널 라이너(5)를 지지하기 위하여 적절한 백업 라이닝(25)이 선택되는 것이 중요하다.
본 출원인은 아래와 같은 결과를 얻었다.
1. 채널 라이너에서 용융 금속에 의한 후속적인 침투와 채널 폐쇄(blockage)에 더욱 저항성이 있게 되는 것으로 귀결되는 유도로에서의 용융 금속과 물질 간의 화학적 반응이 존재하도록 채널 라이너의 내화성 물질을 선택하는 것이 유익하다. 전형적으로, 그러한 화학적 반응은 채널 라이너에서 더 조밀한 상의 형성으로 귀결된다. 전형적으로, 상기 물질은, 용융 물질이 미량의 나트륨을 함유하는 Al/Zn-함유 합금일 경우, 실리콘 카바이드와 같은 실리콘의 공급원을 포함하고 있다. 나트륨은 화학적 반응을 위한 촉매로서 작용할 수도 있다.
2. 백업 라이너는 채널 라이너의 팽창과 이동으로 인한 스트레스를 흡수하는 것이 가능하도록 그 재료를 선택하는 것이 유익하다. 전형적으로, 재료 선택은 동작 온도 범위에 걸쳐 열적 스트레스로 인한 크래킹에 저항력이 있고 또한 백업 라이너에 미칠 수도 있는 합금과의 어떠한 반응에 대해 저항력이 있는 물질을 선택하는 것을 또한 포함한다. 따라서, 용융 합금에 의한 공격에 대한 저항력과 적절한 소결 특성을 갖는 물질의 선택이 중요하다. 전형적으로, 상기 물질은 강철 섬유로 보강된 알루미노규산염 내화성 합성물(steel fibre reinforced aluminosilicate refractory composite materials)과 같은 건조 진동성 물질의 금속 섬유인데, 이것은 60-95 wt.% 알루미나, 바람직하게는, 60-70 wt.% 알루미나 및 20-35 wt.% 실리카를 함유하는 합성물의 내화성 물질 성분을 포함한다.
채널 라이너 물질의 선택
제조설비에서 채널 인덕터를 사용하기 전에 채널 라이너 물질의 초기 연구실 평가로부터 예상되지 않았던 사후 분석에서 관찰된 하나의 현상은 채널 라이너 물질의 명백한 반응과 치밀화(densification)의 레벨이었다.
채널 라이너 물질의 연구실 테스트에서 최소 반응이 관찰되었다. 제조 설비 상에서 사용된 채널 인덕터의 경우, 채널 라이너(5)의 다수는 더 어둡고 더 조밀하게 보이는 외관을 제공하기 위하여 설비 상에서 사용된 Zincalume® 용융 금속에 의해 침투되었다. 어떠한 침투도 없던 몇몇 위치들에서 절단면의 외관은 마치 접합 강도가 감소되었던 것처럼 섹셔닝(sectioning) 중의 입자 추출(grain pluck-out) 현상으로부터 겪는 다공성 조직을 보였다.
상기한 사후 분석은 채널 라이너 물질의 SiO2 함량의 감소 및 채널 라이너 물질에 있어 나트륨 및 아연 상의 증가가 존재하였다는 것을 나타냈다. 이것은 Zincalume® 용융 금속의 침투에 앞서서 채널 라이너(5)를 통한 Na 및 Zn 증기의 이동(migration)이 존재하였으며, 그리고 이러한 나트륨 및 아연 상들은 후속적인 침투를 도왔던 채널 라이너(5)에서의 규산염 결합 상의 감소로 귀결됨을 나타낸다.
채널 라이너(5)의 침투된, 즉 조밀한 구역에 대한 화학적 분석 결과들은 Al2O3, ZnO, SiO2 및 Na2O의 현저한 증가를 나타낸다. 현저하게 감소된 성분은 SiC 레벨이었다. 조밀 상에서의 이러한 변화들은 또한 XRD 비교에 의해 강화되었다. XRD는 반-정량적(semi-quantitative)이며, 그리고 정확한 수치로서 간주되어서는 안되지만, 그것은 침투된 라이너에 존재하는 종(species)과 그의 비교 레벨들에 대한 양호한 지표이다.
침투 상의 일부는 여전히 알루미늄 및 알루미늄 실리콘 합금의 조합을 갖는 금속 형태로 존재하였다. 이것은 또한 현미경 검사에서 명백하였다. Al/Sin 합금의 존재는 채널 라이너(5)의 내화성 규산염 상들 간의 화학적 반응 또는 실리콘 공급원을 제공하기 위한 채널 라이너(5)의 매트릭스에서 미세 SiC의 감소가 존재하였음을 암시한다.
XRD 및 화학적 분석 모두는 조밀 상(dense phase)에서 SiC의 백분율의 감소를 나타낸다. 이것은 SiC에 대한 공격 또는 내화성 물질 안으로의 침투로부터 희석 효과 또는 양자의 조합 때문일 수도 있다. 상기한 희석 효과는 하나의 요인이라는 몇몇 증거가 있었다. 이 증거는 현미경적 조사를 포함하고 있는데, 여기서 더 큰 SiC 입자들의 다수가 변하지 않는 것으로 보였으며 또한 내화성 물질의 다공성의 알루미늄 금속의 존재는 원래의 성분들의 백분율을 희석할 부가적인 질량(mass)이었다. 그러나 외측 표면들 상의 어떤 SiC 입자들을 에워싸는 약간의 유리 상(glassy phase)으로써 발생하는 반응에 대한 일부 암시가 있었다. 또한, Ba, Ti 및 Ca과 같은 채널 라이너 물질의 소수 성분들은 변화된 채널 라이너에서 희석 효과를 나타내지 않았고 그리고 이것은 반응을 통한 SiC의 레벨의 약간의 감소가 존재하였다는 관점을 지지한다.
일반적으로, 채널 라이너(5)가 Zincalume® 용융 금속에 의해 침투되었을지라도, 그것은 그 합성물을 접촉 금속과 더욱 양립될 수 있게 만드는 반응 생성물과 침투 금속을 갖는 더 조밀한 SiC/Al2O3 함유 합성물이 된다. 또 다른 하나의 고무적인 관찰은 채널들에서의 임의의 다른 폐쇄 현상들 또는 코런덤 성장의 결여이었는데, 이것은 이러한 채널 라이너(5)가 인덕터 폐쇄 현상의 문제를 덜 야기할 가능성을 암시한다.
도 3은 본 제조 설비 상에서 사용되었던 채널 인덕터의 처음 50일 동안의 서비스 기간에 대한 채널 라이너(5) 및 백업 라이닝(25)의 온도를 나타내는 그래프이다. 시동(start-up) 후의 초기 단계에서 온도의 증가는 채널 라이너 물질이 침투되고 있었다는 것과 그리고 그 후에는 상대적으로 안정적이었던 더욱 안정된 상을 최종적으로 생성하였던 라이너 물질을 갖는 반응들이 존재하였음을 나타낸다.
도 3은 또한 컨덕턴스 비(conductance ratio)가 이러한 인덕터에 대해 매우 안정적이었음을 보여준다. 컨덕턴스 비는 무시할만한 채널 폐쇄현상이 발생하였음을 나타내는 하나의 측정치이다.
Dri -Vibe® 합성물질 테스트 작업
본 출원인은 상기 물질들의 적합성을 평가하기 위하여 Dri-Vibe® 합성물질에 대한 테스트 작업을 실시하였다. 테스트 작업은 아래에 기술된다.
1. 도입부
본 출원인은 세 개의 Dri-Vibe 합성물질들을 그 물질들로 이루어진 샘플 컵을 용융된 Zincalume® Al/Zn-함유 합금에 노출시키는 시험을 수행하였다.
상기한 세 샘플의 합성물질들은 "Allied Minerals"사에 의해 공급된 것으로서 제품 A, 제품 B 및 제품 C이었다.
제품 A 및 제품 B 물질은 모두 멀라이트계(mullite-based)의 금속 섬유 함유 합성물질들이다. 제품 C 물질은 용해된 알루미나계의 금속 섬유 함유 합성물질이다.
2. 샘플 세부사항:
* 제품 A: Matripump 80AC 캐스터블 백업(castable back-up)으로써 Allied 사에 의해 제조되고 준비된 두 개의 컵.
* 제품 B: Matripump 80AC 캐스터블 백업으로써 Allied 사에 의해 제조되고 준비된 두 개의 컵.
* 제품 C: Matripump 80AC 캐스터블 백업으로써 Allied 사에 의해 제조되고 준비된 하나의 컵.
3. 테스트 작업:
* 샘플들을 하룻밤 동안 건조하였다.
* 상기한 Zincalume 금속 합금을 세로로 절단하고 적어도 5개의 절단 조각들을 각각의 컵에 넣었다.
* 모든 컵들을 상기 노에 넣었다.
* 상기 노를 점화하여 분당 5℃로 600℃까지 가열하고, 그 다음에는 분당 2℃로 830℃까지, 그리고 그 후에 168시간 동안 유지하였다.
* 상기 노를 냉각하여 샘플들을 꺼냈다.
* 5개의 컵 샘플들을 반으로 절단하였다.
* 절단면들에 대해 한쪽 절반은 금속을 제자리에 놓고 또한 다른 절반은 금속이 제거된 채로 사진 촬영하고 평가하였다.
컵에서의 반응의 요약
물질 Zincalume® 금속

제품 A
하나의 로컬화 반응 영역 -
약간의 스테인리스 섬유와 반응 가능함.

제품 B
Zincalume®합금에 의한 심한 침투.

제품 C
Zincalume®합금과 명백한 반응 없음.
4. 논의
상기한 시험들에 기초하면, 제품 B는 Zincalume® 금속에 의해 심하게 침투되었기 때문에 채널 인덕터에서 백업 라이너 물질로서의 이용에는 적합하지 않다.
제품 C는 아무런 반응도 보이지 않았으며 침투 저항성 관점에서는 백업 라이너(25)로서 적절할 수도 있다. 이 물질에서 알루미나의 레벨이 더 높을수록 그 물질에 더 높은 열전도성을 제공하게 되고 따라서 코일 영역에는 더 높은 열 전달을 제공할 수 있을 것이다. 이 물질은 또한, 그것이 공급되었을 때, 더 조밀한 조직과 더 큰 강도를 갖는다.
제품 A는 모두 상기한 Zincalume® 금속과의 접촉 시험에서 잘 수행되었다. 그것은 시험의 끝부분에서는 본질적으로 더 부서지기 쉬웠으며, 따라서 열적 스트레스로부터의 크래킹에 저항하고 채널 라이너(5)의 팽창과 이동으로 인한 스트레스를 흡수하기에 알맞다. 상기 물질은 알루미나계보다는 멀라이트계이기 때문에 그것은 제품 C 물질보다 더 낮은 열전도성을 가지며, 따라서 채널 인덕터의 코일 영역들에 대한 열 전달을 감소시키는 데에 도움될 것이다.
본 발명의 정신과 영역에서 벗어남이 없이 전술한 본 발명의 실시예에 대한 수많은 변형이 이루어질 수도 있다.
예를 들면, 본 발명은 도면에 도시된 것과 같은 채널 인덕터(3)의 특정한 형상에만 한정되는 것은 아니다.
추가의 예를 들면, 본 발명은 이중 "U"자 형상의 채널 라이너(5)에만 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 단일 "U"자 형상의 채널 라이너들(5)에도 연장된다.
추가의 예를 들면, 본 발명은 단일 부재로서 형성되는 채널 라이너(5)에만 제한되지 않는다.
추가의 예를 들면, 본 발명은 마그네슘과 같은 다른 주요 원소들을 함유하는 합금들에 대하여 그대로 사용되거나 약간 변형되어 사용될 수도 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 채널 유도로의 채널 인덕터에 있어서,
    (a) 채널 라이너. 및
    (b) 상기 채널 라이너의 완결성(integrity)이 채널 유도로의 동작, 건조, 또는 가열 중에 훼손되지 않도록 상기 채널 라이너를 지지하는 백업 라이너를 포함하는 채널 인덕터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 채널 라이너의 물질은 채널 라이너가 용융 금속에 의한 침투에 대해 더 저항성이 있게 되고 그리고 채널 폐쇄현상의 진행에 더욱 저항성이 있게 되는 것으로 귀결되는 상기 유도로에서의 용융 금속과 물질 간의 화학적 반응이 존재하도록 선택되는 것인 채널 인덕터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 화학적 반응은 채널 라이너에서 더욱 조밀한 상의 형성으로 귀결되는 것인 채널 인덕터.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 채널 라이너의 물질은 상기 용융 금속이 나트륨을 함유하는 Al/Zn-함유 합금일 경우 실리콘 카바이드와 같은 실리콘의 공급원을 포함하는 것인 채널 인덕터.
  5. 선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 백업 라이너의 물질은 상기 채널 라이너의 팽창과 움직임으로 인한 스트레스를 흡수할 수 있도록 선택되는 것인 채널 인덕터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 백업 라이너를 위한 물질의 선택은 열적 스트레스로 인한 크래킹에 저항할 수 있는 물질을 선택하는 것을 또한 포함하는 것인 채널 인덕터.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 백업 라이너의 물질은 건조 진동성(dry vibratory) 물질인 것인 채널 인덕터.
  8. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 백업 라이닝의 물질은 강철 섬유 보강재와 같은 금속 섬유를 갖거나 또는 갖지 않을 수도 있는 알루미노규산염 내화성 합성물질인 것인 채널 인덕터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 합성물질의 내화성 물질 성분은 60-95 wt.% 알루미나를 함유하는 것인 채널 인덕터.
  10. 제8항에 있어서, 상기 합성물질의 내화성 물질 성분은 60-70 wt.% 알루미나 및 20-35 wt.% 실리카를 함유하는 것인 채널 인덕터.
  11. 선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 채널 라이너는 단일 "U"자 형상("단일 루프 인덕터")인 채널을 갖는 길이가 긴 유닛인 것인 채널 인덕터.
  12. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 채널 라이너는 이중 "U"자 형상인 채널을 갖는 길이가 긴 유닛인 것인 채널 인덕터.
  13. 채널 유도로에 있어서,
    (a) 강철제 외각,
    (b) 상기 외각 내부의 내화성 물질의 라이닝,
    (c) 내화성 물질로 된 라이닝에 의해 경계가 한정되는 용융 금속 풀(pool)을 보유하기 위한 포트, 및
    (d) 상기 외각에 연결되는 금속을 가열하고, 또한 상기 외각과 내화성 라이닝을 통해 채널 인덕터에 있는 흡입구로 연장되는 목 부분을 경유하여 상기 포트와 유체 연통하는 구조의, 선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 따른 하나 또는 다수개의 채널 인덕터들을 포함하는 채널 유도로.
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