KR20160038605A - 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법 - Google Patents

마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160038605A
KR20160038605A KR1020140131902A KR20140131902A KR20160038605A KR 20160038605 A KR20160038605 A KR 20160038605A KR 1020140131902 A KR1020140131902 A KR 1020140131902A KR 20140131902 A KR20140131902 A KR 20140131902A KR 20160038605 A KR20160038605 A KR 20160038605A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
molten metal
magnesium
stirring
unit
metal
Prior art date
Application number
KR1020140131902A
Other languages
English (en)
Inventor
김택수
최현진
남선우
이종환
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020140131902A priority Critical patent/KR20160038605A/ko
Publication of KR20160038605A publication Critical patent/KR20160038605A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/04—Crucible or pot furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/10—Crucibles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/20—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or like devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00—Stirring devices for molten material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B2014/0887—Movement of the melt

Abstract

본 발명에 따른 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법은 금속을 용해하고 용융된 금속을 보관하는 도가니 내에 직접 삽입이 가능하도록 설치되는 무수냉유도코일, 상기의 무수냉유도코일에 전류를 인가하는 제어시스템부, 금속의 용탕에 직접적인 가스를 공급하는 가스 주입구, 상기의 무수냉유도코일과 전류구동부, 제어부, 전원공급부 및 가스 주입구가 결합되어 있으며 유도코일에서 발생하는 기전력에 의한 용탕 교반이 가능한 교반장치를 포함한다. 본 발명에 의하면, 일반적인 전자기 용탕 교반 장치에 비해 유지보수가 간편하며, 조직의 치밀화 및 균질화를 통해 마그네슘 합금의 고품질화를 실현하는 마그네슘 제조용 용탕 교반 장치를 제공할 수 있다. 또한, 용탕 교반 장치에 있어서 간접 교반 방식이 아닌 직접 교반 방식을 채용함으로써 주조 속도 향상과 교반 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 용탕내 직접 투입되는 유도코일은 제2 열원 공급원으로 작용하여 용탕의 온도 구배를 최소화하여 국부적 냉각 및 응고 현상을 방지하여 고품질의 마그네슘 합금 주조를 가능하게 한다.

Description

마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법{Magnesium melting furnace and method for melting magnesium alloys}
본 발명은 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네슘 및 활성금속의 용해시 조성 불균형 및 편석을 억제하고 용탕의 불안정성을 극복할 수 있는 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법에 관한 것이다.
밀도가 1.74 g/cm3로 구조재료용 금속 중 가장 가벼운 마그네슘은 최근 지구 온난화 등에 따른 환경 문제 및 유가 상승에 따른 화석에너지 사용량 절감을 위한 방안으로 연비 향상을 위한 경량화 소재로 주목받고 있다.
마그네슘의 가장 큰 장점은 경량성으로, 현재 상용된 마그네슘 합금의 비중은 1.79~1.81 내외로 알루미늄 합금에 비해 35% 이상 가볍고 비강도가 우수하다. 또한 전자파 차폐능 및 방열성이 우수하여 각종 전자기기의 내외장재로 사용되고 있으며 치수안정성이 우수하고 주조 및 가공성이 뛰어나 제품 제조 가격이 비교적 저렴한 합금에 속한다. 이러한 우수한 특성을 지닌 마그네슘은 지구 온난화 및 에너지 절약을 위한 대체 소재로 주목 받아 왔다. 그러나 위에서 언급한 다양한 장점에도 불구하고 마그네슘은 상대적으로 낮은 강도 및 내식성 및 내 마모성에 취약한 단점이 있다. 이를 극복하기 위해서 합금 개발 및 공정 개선 형태로 다양한 연구가 진행되고 있다.
합금 제조시 활성도가 비교적 높은 마그네슘은 산화 및 발화에 취약하며 그에 따라 산화물 등의 게제물이 생성되기 쉽다. 이는 불순물에 의한 결함 및 편석의 발생으로 연결되며 합금의 주요 특성 영향을 미친다. 때문에 마그네슘 합금 제조시 불순물 및 편석을 제거하고 균질한 미세조직 제어가 필요하다. 때문에 마그네슘 합금 용해시 용탕 교반을 통한 불순물 및 편석 제거 과정이 필수적이다.
그러나, 일반적인 용탕 교반법으로는 기계식 교반기를 활용한 용탕의 교반을 들 수 있으나 용탕의 미세한 교반이 어렵고 게재된 불순물의 제거가 용이하지 않다. 또한 전자기력을 이용한 전자기 용탕 교반 기술이 개발되어 일부 상용화가 이루어졌으나 마그네슘 산업의 적용에는 미흡한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고주파유도에 의한 기전력을 이용해 용탕 교반 기술의 효율성을 극대화하고 고품질의 마그네슘 합금 제조 및 생산에 유용한 제조장치를 개발하는 것이다. 또한, 활성도가 높은 마그네슘의 특성상 발생할 수 있는 산화 및 발화 등의 위험을 최소화할 수 있는 용탕 교반 장치 개발 및 이를 이용한 마그네슘 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법은 금속을 용해하고 용융된 금속을 보관하는 도가니 내에 직접 삽입이 가능하도록 설치되는 무수냉유도코일, 상기의 무수냉유도코일에 전류를 인가하는 제어시스템부, 금속의 용탕에 직접적인 가스를 공급하는 가스 주입구, 상기의 무수냉유도코일과 전류구동부, 제어부, 전원공급부 및 가스 주입구가 결합되어 있으며 유도코일에서 발생하는 기전력에 의한 용탕 교반이 가능한 교반장치를 포함한다.
상기의 무수냉유도코일 및 가스주입 장치는 도가니 상부에서 도가니 하부로 이동이 가능하도록 설치하며 장치 동작시 교반기가 도가니 내의 금속 용탕에 직접 투입될 수 있다.
상기 금속을 용해하는 도가니의 열원은 전기저항가열 또는 고주파유도용해 방식을 포함할 수 있다.
상기 금속 용탕에 투입된 교반기는 회전 운동이 가능하도록 설치될 수 있다.
상기의 도가니를 둘러싸고 불활성 가스 분위기로 밀폐할 수 있는 챔버를 포함할 수 있다.
상기의 챔버 내에 Ar, N2, SF6 등의 불활성 가스를 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.
상기의 장치는 마그네슘을 주성분으로 하는 합금 용해 장치일 수 있다.
상기 장치의 도가니 및 챔버를 경동하여 외부로 용융된 금속을 출탕할 수 있는 경동 장치 및 경동 모터를 포함할 수 있다.
상기 용탕이 외부로 출탕되는 좁은 출탕구와 용탕의 급격한 온도변화에 의한 응고를 최소화하기 위해 출탕구 외부에 장착된 전기저항 히터를 포함할 수 있다.
상기 용탕이 외부로 출탕될 때 외부의 산소와 접촉을 차단하기 위한 가스 공급부를 출탕부 입구에 설치하고 상기의 불활성 가스는 Ar, N2, SF6 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법은 일반적인 전자기 용탕 교반 장치에 비해 유지보수가 간편하며, 조직의 치밀화 및 균질화를 통해 마그네슘 합금의 고품질화를 실현하는 마그네슘 제조용 용탕 교반 장치를 제공할 수 있다.
또한, 용탕 교반 장치에 있어서 간접 교반 방식이 아닌 직접 교반 방식을 채용함으로써 주조 속도 향상과 교반 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 용탕내 직접 투입되는 유도코일은 제2 열원 공급원으로 작용하여 용탕의 온도 구배를 최소화하여 국부적 냉각 및 응고 현상을 방지하여 고품질의 마그네슘 합금 주조를 가능하게 한다.
또한, 용탕교반장치에 포함되는 가스주입구를 통한 용탕내 불활성 가스 공급은 활성도가 높은 마그네슘의 산화물 등의 게재물을 용탕 표면으로 부유시키는 효과를 나타내어 고순도 마그네슘 주조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용탕 마그네슘 용해 장치의 용탕 교반 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2는 상기 용탕 교반 장치에서 전력을 공급하는 제어시스템 부분의 개략적인 구성도이다.
도 3은 상기 용탕 교반 장치가 적용된 마그네슘 용해 장치의 전체적인 구성도 이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 용해 장치의 작동 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 용해 장치를 이용해 용해한 마그네슘 합금을 나타낸 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 고주파유도 방식을 이용한 교반기와 마그네슘 용해 도가니의 개략적인 구성도이고, 도 2는 고주파유도코일에 전력을 인가하는 도 1의 제어시스템부의 개략도이며, 도 3은 도 1의 교반기와 금속의 용해부가 설치된 마그네슘 용해 장치의 정면도이며, 도 4는 도 3의 측면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 주요 구성인 유도코일(1)은, 일반적으로 코일 내부로 흐르는 냉각수 등의 액체에 의한 냉각방식이 아닌 가스 냉각방식의 무수냉유도코일을 사용하여 용탕이 물과 결합되는 경우 발화 및 폭발의 위험성이 있는 마그네슘과 같은 금속에 대해서 용탕 내부에 직접적으로 코일을 침투시켜 교반작용을 일으키는 유도코일에 대해서 적정한 제어하에 안전한 용해 및 교반작용을 하게 하였다.
마그네슘 등의 금속은 금속 또는 세라믹 재질의 도가니(3) 내에서 용해되며 이때 금속을 용해하기 위한 열원으로 전기저항히터(4) 또는 고주파유도 방식의 열원을 사용한다.
유도코일(1)과 함께, 용탕 내부로 가스를 주입하는 가스노즐(2)이 함께 설치되는 교반 장치는 용해된 마그네슘이 담겨진 도가니(3)에 직접 투입 하지만 실제적으로 교반장치의 상하 운동이 가능하도록 설치하여 재료의 투입 및 용해 후 내부 수입이 용이하게 한다.
도 1에 개시되어 있는 제어시스템 장치는 유도코일(1)에 전류를 인가하여 이때 발생하는 기전력을 통한 용탕의 교반을 위한 전력제어장치로 자세한 구성 및 작동원리는 도 2를 통해 설명하도록 한다.
도 2를 참고하면, 교반기의 유도코일에 전류를 제어하는 제어시스템은 현장에서 사용하는 전류는 교류 3상 380V의 전류를 직류로 변환시켜주는 컨버터(5)와 여기서 나오는 직류의 전류를 다시 교류로 바꾸어지는 인버터(6)를 통한다. 교류 전류를 컨버터(5)와 인버터(6)를 통해 직류로 변환하여 다시 교류로 변환시켜 주파수를 생성한다. 컨버터(5)와 인버터(6)를 통해 변환된 전류를 캐패시터(7)를 통해 축전되고 HFT(high frequency transmission)(8)을 거쳐 변류기(current transformer)(9)에 인가되고 변류기(9)에서 보다 낮은 전류로 변환된다. 이와 같은 구성으로 이루어진 제어시스템부는 유도코일(11)과 열결할 수 있는 연결부(10)을 통해 유도코일과 연결하며, 유도코일(11)의 재질 및 형태를 변형하기 위해 임의로 탈부착이 가능 할 수 있도록 설계된다.
도 3은 도 1에서 설명한 교반기와 가열로가 설치되어 있는 막그네슘 용해 장치의 전체적인 개략도로서 이를 참고하여 설명하면, 유도코일(14), 가스 노즐(18), 등으로 구성된 교반기는 용해 장치 상부에 장착되며, 회전모터(12)의 회전운동에 의해서 내부에서의 회전이 가능하도록 설치한다. 또한 도가니(13)과 전기저항히터(15) 또는 고주파유도코일은 보온 및 단열을 위한 충분한 양의 단열재(17)를 충진하여 외부와의 열접촉을 차단한다. 용해된 금속을 출탕하기 위해 도가니를 포함한 장치를 경동하기 위한 유압 실린더(16)를 장비의 좌우에 대칭하여 설치한다.
도 4를 참고하면, 교반기 회전 운동은 전동모터(27)의 회전에 의해 구동되며 교반기 연결부(19)는 유압 실린더(28)의 상하 운동에 의해 레일(20)을 따라 상하 이동이 가능하게 된다. 도가니 및 전기저항히터가 단열재로 충진되어 있는 용해로(25)는 용해 장치의 양쪽에 설치된 유압실린더(26)에 의해 회전축(24)을 축으로 경동 작용을한다. 경동에 의해 기얼어진 챔버로 인하여 용융된 마그네슘 등의 금속 용탕은 출탕구(22)를 따라서 외부로 빠져 나오게 되며, 이때 출탕구의 온도를 용탕과 동일한 온도로 유지하여 응고를 방지하기 위하여 전기저항히터(23)을 설치하고, 출탕된 용탕이 외부의 산소와 급격한 반응을 방지하기 위하여 가스 분사 노즐(21)을 통하여 불활성 가스를 흘려준다.
본 발명에 따른 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법은 일반적인 전자기 용탕 교반 장치에 비해 유지보수가 간편하며, 조직의 치밀화 및 균질화를 통해 마그네슘 합금의 고품질화를 실현하는 마그네슘 제조용 용탕 교반 장치를 제공할 수 있다. 또한, 용탕 교반 장치에 있어서 간접 교반 방식이 아닌 직접 교반 방식을 채용함으로써 주조 속도 향상과 교반 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 용탕내 직접 투입되는 유도코일은 제2 열원 공급원으로 작용하여 용탕의 온도 구배를 최소화하여 국부적 냉각 및 응고 현상을 방지하여 고품질의 마그네슘 합금 주조를 가능하게 한다. 또한, 용탕교반장치에 포함되는 가스주입구를 통한 용탕내 불활성 가스 공급은 활성도가 높은 마그네슘의 산화물 등의 게재물을 용탕 표면으로 부유시키는 효과를 나타내어 고순도 마그네슘 주조가 가능하다.
1. 유도코일 2. 가스노즐
3. 도가니 4. 전기저항히터
5. 컨버터 6. 인버터
7. 캐패시터 8. HFT
9. 변류기 10. 연결부
11. 유도코일 12. 회전모터
13. 도가니 14. 유도코일
15. 전기저항히터 16. 유압 실린더
17. 단열재 18. 가스 노즐
19. 교반기 열결부 20. 레일
21. 가스 분사 노즐 22. 출탕구
23. 전기저항히터 24. 회전축
25. 용해로 26. 유압 실린더
27. 전동모터 28. 유압 실린더

Claims (1)

  1. 금속을 용해하고 용융된 금속을 보관하는 도가니 내에 직접 삽입이 가능하도록 설치되는 무수냉유도코일,
    상기 무수냉유도코일에 전류를 인가하는 제어시스템부,
    금속의 용탕에 직접적인 가스를 공급하는 가스 주입구,
    상기 무수냉유도코일과 전류구동부, 제어부, 전원공급부 및 가스 주입구가 결합되어 있으며 유도코일에서 발생하는 기전력에 의한 용탕 교반이 가능한 교반장치
    를 포함하는 마그네슘 용해 장치.
KR1020140131902A 2014-09-30 2014-09-30 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법 KR20160038605A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140131902A KR20160038605A (ko) 2014-09-30 2014-09-30 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140131902A KR20160038605A (ko) 2014-09-30 2014-09-30 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160038605A true KR20160038605A (ko) 2016-04-07

Family

ID=55789753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140131902A KR20160038605A (ko) 2014-09-30 2014-09-30 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160038605A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112033154A (zh) * 2020-08-18 2020-12-04 合肥科晶材料技术有限公司 一种高真空带机械搅拌合金铸造炉
CN113041654A (zh) * 2021-02-09 2021-06-29 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种油气分离装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112033154A (zh) * 2020-08-18 2020-12-04 合肥科晶材料技术有限公司 一种高真空带机械搅拌合金铸造炉
CN113041654A (zh) * 2021-02-09 2021-06-29 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种油气分离装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1319673C (zh) 一种QTi3.5－10石墨半固态浆料制备方法
CN102990027B (zh) 连铸用低能耗电磁搅拌方法及金属连铸装置
CN1304621C (zh) 一种铝20锡半固态浆料制备方法
CN103056344B (zh) 外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法及电渣熔铸装置
CN1156350C (zh) 球状初晶半固态金属浆料或连铸坯料的制备方法和装置
WO2012106837A1 (zh) 无烟球化处理方法
CN204644435U (zh) 带有龙门架的精铝提纯装置
CN111299553A (zh) 多模式激发的深过冷定向凝固装置及方法
WO2012020462A1 (ja) シリコンの電磁鋳造装置
CN101885053A (zh) 一种强脉冲电流定向凝固晶粒超细化方法及其装置
KR20160038605A (ko) 마그네슘 용해 장치 및 이를 활용한 마그네슘 합금 용해 방법
CN202224638U (zh) 一种真空-正压熔炼凝固设备
CN102409187A (zh) 电流制备半固态金属浆/坯料的方法及装置
CN110102220A (zh) 适用于熔体制备的永磁体搅拌设备及熔体制备方法
CN1275724C (zh) 多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置
US3273212A (en) Method of operating an electric furnace
CN102328066A (zh) 一种真空-正压熔炼凝固设备
CN218296702U (zh) 一种金属基复合材料制备设备
CN207113586U (zh) 加热与搅拌互锁型电磁翻腾搅拌炉
CN113893752B (zh) 一种升降式永磁搅拌装置及方法
CN104439196B (zh) 自耗剪切流法细化凝固组织的工艺及其装置
CN210385765U (zh) 适用于熔体制备的永磁体搅拌设备
CN103540775A (zh) 用于熔炼ta10铸锭的镍钼中间合金制备方法
CN201003067Y (zh) 高纯铝提取装置
CN210741076U (zh) 一种制造银锭设备的加热装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination