KR20170103502A

KR20170103502A - 용융장치

Info

Publication number: KR20170103502A
Application number: KR1020160026491A
Authority: KR
Inventors: 백승민; 이동희; 신윤지; 박노근
Original assignee: 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-13
Also published as: KR101790431B1

Abstract

내부에 공간이 형성되는 케이싱; 케이싱의 일면으로부터 케이싱의 내부로 연장형성되는 회전축과 연결되고, 상부에 합금을 제조하기 위한 시편을 수용하는 시편수용부가 형성되는 제1 도가니; 제1 도가니의 타측에 결합되며, 상부에 케이싱 내부를 진공으로 만들기 위한 시료를 수용하는 시료수용부가 형성되는 제2 도가니; 및 케이싱의 일면과 연결되어 케이싱 내부에서 시편수용부의 중심부로부터 편심되도록 위치하는 전극을 포함하는 용융장치를 제공한다.

Description

용융장치{MELTING APPARATUS}

본 발명은 용융장치에 관한 것이다.

일반적으로 브레이징용 삽입금속, 고융점 고산화 금속의 합금, 아모퍼스(비정질)의 제조나 특수합금을 제조하기 위하여 진공아크용해장치가 사용되고 있다. 아크용해장치는 고순도의 합금을 얻기 위하여 진공의 불활성 가스 분위기 하에서 금속에 아크를 발생시켜 용해한다. 이러한 용해과정에서는 챔버내부에서 도가니 내부의 시편을 용융하고 용융물을 몰드에 부어 냉각시키는 과정을 거친다. 여기서 몰드로 도가니에 있는 용융물을 붓기 위하여 기울이는 과정에서 아크로부터 발생하는 고온의 열이 원활하게 전달되지 못하여 금속의 조직이 불균질한 상태로 냉각될 수 있다. 그리고 도가니를 기울이는 과정에서 금속재의 도가니와 전극봉이 접촉하여 쇼트가 발생할 위험이 있다. 무엇보다 도가니의 중심에 인접하여 아크를 발생시키는 전극봉 때문에 도가니가 기울었을 때 전극봉과 멀어진 용융체가 냉각되는 시점이 몰드로 쏟아지기 전부터 시작될 수 있다. 그로 인해 제조된 금속은 불균형한 조직이 형성되고 금속의 강도와 같은 물성치가 불안정한 상태로 제조될 수 있다.

특허문헌 1: 미국공개특허공보 제 2014-0209267호 (2014.07.31)

본 발명의 일 실시예는 제1 도가니에서 몰드로 이동 중에 용융된 시편이 냉각 속도를 지연시키는 용융장치를 제공하고자 한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예는 전극의 축이 제1 도가니의 시편수용부의 중심에서 몰드 측으로 근접하여 위치되는 용융장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 제1 도가니의 회전축이 제1 도가니의 시편수용부의 중심에서 몰드 측으로 근접하여 위치되는 용융장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 제2 도가니의 시료수용부에 수용된 시료를 용융시킴으로써, 케이싱 내부를 진공 상태로 만들 수 있는 용융장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 전극의 높이방향의 길이 변화를 제어하여 용융물이 몰드로 이동하는 중에 전극에 가까운 위치부터 순차적으로 전기를 인가할 수 있는 용융장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 센서와 연결된 서보모터에 의해 전극의 이동경로가 결정될 수 있는 용융장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 공간이 형성되는 케이싱; 케이싱의 일면으로부터 케이싱의 내부로 연장형성되는 회전축과 연결되고, 일측에 몰드가 결합되며, 상부에 합금을 제조하기 위한 시편을 수용하는 시편수용부가 형성되는 제1 도가니; 제1 도가니의 타측에 결합되며, 상부에 상기 케이싱 내부를 진공으로 만들기 위한 시료를 수용하는 시료수용부가 형성되는 제2 도가니; 및 케이싱의 일면과 연결되어 케이싱 내부에서 시편수용부의 중심부로부터 편심되도록 위치하는 전극을 포함하는 용융장치를 제공한다.

또한, 시료는 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 리튬, 칼슘, 스트론튬, 스칸듐, 이트륨, 지르코늄, 바나듐, 나이오븀, 티타늄 및 마그네슘 중에서 선택되는 하나의 금속일 수 있다.

또한, 전극은 케이싱에 연결된 볼조인트를 통하여 케이싱 내측으로 연장형성될 수 있다.

또한, 용융장치는 볼조인트를 케이싱의 일면 상에서 이동시키는 이동수단을 더 포함할 수 있다.

또한, 전극은 시편수용부의 중심부로부터 몰드측으로 편심되어 위치될 수 있다.

또한, 전극은 복수 개로 형성될 수 있고, 전극은 전극의 길이방향으로 각각 이동 조절가능할 수 있다.

또한, 제1 도가니가 회전축에 의하여 몰드가 연결된 측이 하방으로 기울어질 때, 전극의 끝부분인 전극팁의 위치가 몰드와 가까울수록 더욱 하방으로 위치될 수 있다.

또한, 전극은 시편수용부의 중심으로부터 시편수용부 내에 위치될 수 있는 용융물의 반경의 1/5이상 이격되어 편심될 수 있다.

또한, 용융장치는 제2 도가니의 일측에 설치되어, 제2 도가니를 냉각시키는 냉각수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 제1 도가니에서 몰드로 이동 중에 용융된 시편이 냉각되는 속도를 지연시키는 용융장치를 제공할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예는 전극의 축이 제1 도가니의 시편수용부의 중심에서 몰드 측으로 근접하여 위치되는 용융장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 제1 도가니의 회전축이 제1 도가니의 시편수용부의 중심에서 몰드 측으로 근접하여 위치되는 용융장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 제2 도가니의 시료수용부에 수용된 시료를 용융시킴으로써, 케이싱 내부를 진공 상태로 만들 수 있는 용융장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 전극의 높이방향의 길이 변화를 제어하여 용융물이 몰드로 이동하는 중에 가까운 전극에 순차적으로 전기를 인가할 수 있는 용융장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 센서와 연결된 서보모터에 의해 전극의 이동경로가 결정될 수 있는 용융장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융장치의 투시사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 용융과정을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어진 전극에 의하여 시편이 용융되는 과정을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 틸팅구조를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 개의 전극을 통해 시편을 용융하는 것을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극의 높이방향 제어를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 및 볼조인트가 이동하여 시료가 용융되는 과정을 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기울어진 복수 개의 전극에 의하여 시편이 용융되는 과정을 타내낸 도면

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

그리고 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예로 설명하기 위하여 첨부된 도면은 수동으로 조작하기 위한 용융장치를 도시하였으며 도 1에 도시한 핸들(240)이 수동으로 용융장치를 조작할 수 있는 수단에 해당한다. 그러므로 도 1에 도시한 핸들(240)은 그 기능을 대체할 수 있는 컨트롤박스와 서보모터의 전기적인 연계 시스템이 적용될 수 있으며 당업자의 입장에서 선택가능한 자동제어관련 시스템이 적용될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예를 설명하기 위하여 도시한 도 1 내지 도 5에서의 구성들간에 전기적으로 연결되는 내용은 생략한다. 예를 들어 조작부(242, 243)와 조작대상(250, 350)의 전기적인 연결에 대한 구성은 별도로 도시하지 않고, 후술하기로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융장치의 투시사시도이다.

도 1에서 예시한 바와 같이 용융장치는 케이싱(100), 전극부(200) 및 도가니부(300)를 포함할 수 있다

구체적으로, 케이싱(100)은 개방가능한 개폐부(110)를 포함할 수 있다. 개폐부(110)는 케이싱(100)과 경첩(150) 등을 통하여 연결될 수 있다. 이는 여닫이 방식으로 개폐되는 구조를 예시한 것으로, 이에 한정되지 않고 개폐가능한 다양한 수단을 포함할 수 있다.

그리고 개폐부(110)에는 시창(130)이 형성될 수 있다. 시창(130)은 용융되는 과정을 케이싱(100) 외부에서 관찰가능하도록 빛이 투과되는 재질로 형성될 수 있으나, 아크용융 시에는 많은 광량이 발생하므로 기 결정된 양의 광투과량만을 투과시키는 소재가 포함될 수 있다. 예를 들면, 용접마스크용 유리재질로 이루어질 수 있다.

또한, 케이싱(100)에는 케이싱(100) 내부에 제1 도가니(310)와 연결된 회전축(330)이 케이싱(100) 외부의 틸팅모터(350)와 연결되도록 하기 위한 관통공이 형성될 수 있다. 또한, 케이싱(100) 외부에서 동력을 전달하여 전극(210)을 제어하기 위하여 실린더(230)와 모터(250)가 서로 연결될 수 있다. 여기서 케이싱(100) 외부의 실린더(230)와 케이싱(100) 내부의 전극(210)은 케이싱(100) 내부에서 기 결정된 자유도를 가지기 위하여 볼조인트(270)를 통하여 연결될 수 있다. 한편, 케이싱(100)에는 볼조인트(270)의 형상에 대응하여 볼조인트(270)를 수용할 수 있는 조인트수용부(도 5의 170)가 형성될 수 있다.

전극부(200)는 전극(210), 실린더(230), 핸들(240), 모터(250) 및 볼조인트(270)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 전극부(200)는 전극부(200)를 제어할 수 있는 핸들(240)을 포함하고 핸들(240)에 형성되는 파지부는 조작부(242, 243)를 포함할 수 있다. 여기서 조작부(242, 243)는 전극조작부(242)와 틸팅조작부(243)가 포함될 수 있다. 전극조작부(242)는 모터(250)와 전기적으로 연결되어, 전극조작부(242)의 조작에 따라 모터(250)의 운전상태가 결정될 수 있다. 그리고, 틸팅조작부(243)는 틸팅모터(350)와 전기적으로 연결되어 틸팅조작부(243)의 조작에 따라 틸팅모터(350)의 운전상태가 결정될 수 있다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 핸들(240)은 다관절 구조체로 형성될 수 있어, 전극조작부(242) 및 틸팅조작부(243)가 수평 및 수직 방향으로 이동될 수 있다.

모터(250)는 전극조작부(242)의 조작에 의해 운전상태가 결정되고, 운전 시에는 실린더(230)에 동력을 가하여 실린더(230)를 볼조인트(270)에 대하여 상하로 운동이 가능하도록 마련될 수 있다. 즉, 모터(250)의 회전방향을 조절하여 실린더(230)가 상하로 운동이 가능하도록 하고, 이로써 볼조인트(270)를 경유하여 연결된 전극(210)이 실린더(230)의 수직방향으로 제1 도가니(310)에 인접 및 이격된 위치에 위치될 수 있다.

이러한 인접 및 이격에 따른 전극(210)과 제1 도가니(310) 사이의 이격 거리는 전극(210)의 단부인 전극팁(220)에서 발생하는 아크의 길이를 결정할 수 있고, 아크 길이는 용융 결과물의 완성도에 영향을 미칠 수 있다.

그리고 이러한 구조에서, 전극(210)이 복수 개 마련되고, 복수 개의 전극 각각이 독립적으로 제어될 수도 있다. 이 경우 별도로 구분된 분압(分壓)장치로부터 각 전극과 연결된 각 실린더로 압력이 분배되도록 하거나, 복수 개의 전극에 개별적으로 실린더와 모터가 마련되어 제어될 수 있다. 분압장치가 설치되는 경우 볼조인트(270)의 내부공간에 분압장치가 설치될 수 있으며, 볼조인트(270)는 하나의 전극(230)이 설치되는 경우에 비해 상대적으로 큰 직경을 가질 수 있다.

볼조인트(270)는 케이싱(100)의 조인트수용부(170)와 서로 대응되는 크기로 형성될 수 있으며, 조인트수용부(170)와 볼조인트(270)의 접촉면적은 볼조인트(270)의 접촉가능면적보다 좁게 형성될 수 있다. 이러한 구조로 인해 볼조인트(270)는 조인트수용부(170)와의 접촉가능면적의 범위 내에서 원형궤적으로 미끄러지며 이동가능하여 전극팁(220)의 위치에 변화를 줄 수가 있다.

도가니부(300)는 틸팅모터(350), 회전축(330), 제1 도가니(310) 및 제2 도가니(311)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 틸팅모터(350)는 틸팅조작부(243)의 조작에 의해 운전상태가 변화될 수 있으며, 틸팅모터(350)와 연결된 회전축(330)에 회전력을 가하는 수단이 될 수 있다. 본 발명의 용융장치를 예시적으로 설명한 바로는 수동으로 조작되어 틸팅조작부(243)에 의해 모터의 회전범위가 결정될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 자동으로 동작가능함은 물론이다. 예를 들어, 틸팅모터(350)가 서보모터일경우 기 결정된 각도만큼 회전하여 기 결정된 시간동안 회전 상태를 유지한 후에 원점복귀될 수 있다.

틸팅모터(350)는 케이싱(100)의 외측 일측면 위치될 수 있고, 케이싱(100) 내부의 회전축(330)과 연결되기 위해 케이싱(100)에 형성되는 관통공을 통하여 연결될 수 있다. 틸팅모터(350)와 연결된 회전축(330)은 케이싱(100) 내부로 기 결정된 길이만큼 연장형성되어 단부에서 제1 도가니(310)와 연결될 수 있다.

제1 도가니(310)는 상부에 시편수용부(315)가 형성된다. 시편수용부는 합금, 특수합금 등 목적하는 물질을 제조하기 위한 시편을 수용할 수 있다. 시편이 용융되어 용융물이 되었을 경우 고체상태에서 액체상태로 상태변화하므로, 시편수용부(315)는 예를 들어, 그릇 형태로 형성될 수 있다. 제1 도가니(310)의 상부에 형성되는 시편수용부(315)에서 고체상태의 시편이 용융되어 액상의 용융물이 되면 액상의 용융물은 몰드(320)로 이동된다. 여기서, 제1 도가니(310)는, 용융물이 이동될 수 있도록 개방된 측이 몰드(320)의 일측과 연결될 수 있다.

제2 도가니(311)는 제1 도가니(310)의 타측에 결합되며, 상부에 시료수용부(316)가 형성된다. 시료(3)가 용융되어 용융물(4)이 되었을 경우 고체상태에서 액체상태로 상태변화하므로, 시료수용부(316)는, 예를 들어, 그릇 형태로 형성될 수 있다.

제2 도가니(311)의 시료수용부(316)에 수용된 시료(3)를 용융시킴으로써, 케이싱(100) 내부를 진공 상태로 형성시킬 수 있다. 산소 또는 질소와 반응성이 큰 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 리튬, 칼슘, 스트론튬, 스칸듐, 이트륨, 지르코늄, 바나듐, 나이오븀, 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg) 중에서 선택되는 하나의 금속을 시료(3)로 사용할 수 있으나, 시료(3)의 종류를 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 시료수용부(316)에 수용된 티타늄은 용융 및 기화되면, 케이싱(100) 내부의 산소 및 질소와 반응하여 TiN, TiO₂를 형성하여 케이싱(100) 내부를 진공 상태로 만들 수 있다.

제2 도가니(311)를 냉각시킬 수 있는 냉각수단(미도시)이 제2 도가니(311)의 일측에 설치될 수 있다. 케이싱(100) 내부를 진공 상태로 형성하기 위하여 제2 도가니(311)의 시료수용부(316)에 수용된 시료(3)를 용융시킬 때 발생하는 열이 제1 도가니(310)로 전달되는 것을 차단하기 위하여, 냉각수단이 제2 도가니(311)의 일측에 설치될 수 있다.

제1 도가니(310)에 연결된 회전축(330)이 틸팅모터(350)에 의해 회전력을 전달받으면 제1 도가니(310)에 회전력을 전달하게 된다. 이로써, 제1 도가니(310)는 기 결정된 회전 범위만큼 회전될 수 있다. 이때, 회전의 방향은 시계방향 또는 반시계반향을 모두 포함할 수 있다. 일예로, 제1 도가니(310)는 몰드(320)가 하방을 향해 이동될 수 있는 방향으로 회전될 수 있고, 이로써, 시편수용부(315)에 수용된 액상의 용융물이 자중에 의하여 몰드(320)로 흘러들어 가도록 유도될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편(1)의 용융과정을 나타낸 도면이다.

도 2의 (a)는 시편(1)이 용융되기 전 제1 도가니(310)의 시편수용부(315) 상에 위치된 상태가 도시되어 있다.

여기서, 전극(210)은 시편수용부(315)의 중심으로부터 몰드(320) 측으로 이격거리(L1)만큼 편심되어 위치될 수 있다. 전극(210)이 시편수용부(315)의 중심으로부터 편심된 상태로, 전극(210)에 전기가 인가되어 전극팁(220)에서 발생된 아크에 의해 시편(1)이 용융될 수 있다.

도 2의 (b)는 고체의 시편(1)이 액상의 용융물(2)이 되어 시편수용부(315)에 수용된 상태가 도시되었고, 도 2의 (c)는 제1 도가니(310)가 회전함에 따라 용융물(2)이 자중에 의하여 몰드(320)의 개방부로 유입되는 것을 도시하였다. 용융물(2)이 몰드(320)의 개방부로 유입되는 과정에서 전극(210)은 용융물(2)이 이동하는 방향으로 아크를 발생시키면서 이동할 수 있다.

여기서, 상기 이동이란, 전극(210)의 전극팁(220)이 이동하는 것을 의미한다. 구체적으로, 전극(210)이 연결된 볼조인트(270)가 수동 또는 외부모터에의한 자동적인 움직임에 의하여, 전극팁(220)이 전, 후, 좌, 우 방향으로 기 결정된 구간을 이동할 수 있고, 모터(250)로부터 동력을 전달받은 실린더(230)의 수직운동에 의하여 전극팁(220)은 상하방향으로 이동될 수 있다.

따라서, 이러한 이동을 통하여 전극팁(220)의 위치는 기 결정된 거리를 유지하며 용융물(2)이 몰드(320) 내부로 유입되는 동안 계속해서 아크를 발생시킬 수 있으며 아크에 의해 고온의 열을 지속적으로 전달할 수 있으므로 용융물(2)이 이동 중에 냉각 또는 일부 냉각되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 전극(210)이 제1 도가니(310)의 중심으로부터 이격거리(L1)만큼 몰드(320) 측과 가깝기 때문에, 전극팁(220)의 상기 이동없는 경우에도 용융물(2)이 몰드(320)로 유입되는 과정에서 발생하는 냉각구간을 최소화 할 수 있다.

여기서, 이격거리(L1)는 예를 들어, 용융물(2)의 중심부로부터 몰드(320)측 방향으로 위치되는 용융물(2)의 단부까지 길이의 1/5 이상의 거리일 수 있다. 이는 도가니의 형상, 용융물(2)의 종류 및 양에 따라 수치가 달라질 수 있다.

이러한 이격거리(L1)는 용융물(2)을 몰드(320)로 이동시키기 위하여 제1 도가니(310)를 기울였을 때, 용융물(2)이 몰드(320)로 이동되는 과정에 전극팁(220)이 인접될 수 있도록 위치되기 위하여 유지되는 거리이다.

따라서, 이러한 이격거리(L1)를 유지하기 때문에 시편(1)을 용융하는 과정에서 시편(1)의 중앙부에 전극팁(220)이 인접되기 위하여 전극(210)이 제1 도가니(310)의 중심을 향하여 기울어질 수 있다.

즉, 필요에 따라 도 2의 (c)와 같이 제1 도가니(310)가 기울어진 상태에서 용융물(2)에 지속적으로 아크를 발생시키기 위하여 전극(210)은 몰드(320) 측으로 기울어져 전극팁(220)이 용융물(2)에 인접될 수도 있다.

예를 들면 전극(210)은 제1 도가니(310)의 중심으로부터 몰드(320) 측으로 위치한 용융물(2)의 단부까지 길이의 1/5인 지점부터 몰드(320)의 개방부 사이구간에 위치될 수 있다. 상기 구간을 벗어난 위치에 전극(210)이 위치할 경우, 아크발생이 필요한 구간을 벗어나게 되거나 불필요한 전극(210)의 움직임이 늘어나며, 전극(210)이 시편(1) 또는 용융물(2)에 접근하는 각도가 증가되므로 아크발생을 유도하는 환경이 불안정하게 될 수가 있다. 여기서, 상기 위치는 기울어지지 않은 제1 도가니(310)로부터 전극(210)이 수직방향으로 위치한 경우를 의미한다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 도가니(310)의 회전축(330) 또한 제1 도가니(310)의 중심으로부터 몰드(320) 측으로 편심되어 연결될 수 있다. 이러한 구조 역시 전극(210)이 시편수용부(315)의 중심과 이격거리(L1)를 두고 위치되는 것과 같이, 용융물(2)을 몰드(320)로 이동시키기 위하여 제1 도가니(310)를 기울일 때 몰드(320)에 용융물(2)이 유입되는 과정에서 냉각구간을 최소화하고 아크가 발생시키는 열을 지속적으로 전달시키고자 함에 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울어진 전극에 의하여 시편이 용융되는 과정을 나타낸 도면이다.

전극(210)이 시편수용부(315)의 중심으로부터 몰드(320) 측으로 이격거리(L1)만큼 수직으로 편심되어 위치될 수 있으므로, 도 3과 같이 시편수용부(315) 상에 시편(1)이 위치한 경우, 아크발생을 위하여 전극(210)이 제1 도가니(310)방향으로 기울어져 전극팁(22)이 시편(1) 방향을 향할 수 있도록 위치될 수 있다.

도2의 (c)에서의 전극(210)이 기울어질 수 있는 각도인 이격각도(a)만큼 전극(210)은 제1 도가니(310) 방향으로 기울어질 수 있다. 이격각도(a)의 범위 내에서 전극(210)이 기울어지면서 전극팁(220)의 위치가 상하이동하여 시편(1)과의 일정한 거리를 유지하며 기 결정된 아크의 길이를 유지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(210)의 이동구조를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전극팁(220)의 이동은, 볼조인트(270)의 자유도에 따라 이동범위가 결정될 수 있다. 케이싱(100)에 형성된 조인트수용부(170)에 의하여 볼은 전, 후, 좌, 우, 상, 하 방향으로 고정되어 볼조인트(270)의 접촉구간 내의 범위에서 회전이 허용된다. 이러한 회전방향에 따라 전극(210)의 축이 기울어질 수 있다. 그리고 이동 범위는 볼조인트(270)의 접촉가능면적에 따라 결정될 수 있다. 도 3의 (a)와 (b)는 볼조인트(270)의 회전에 의하여 이격각도(a)만큼 이동하는 전극(210)이 도시되었다.

즉, 용융장치가 대형화될 경우, 제1 도가니(310)가 평면 상에서 넓은 면적으로 형성되어 전극팁(220)의 이동범위가 넓어질 수 있다. 이러한 경우에 전극팁(220)의 이동범위를 증가시키기 위하여 볼조인트(270)와 제1 도가니(310) 간의 거리를 증가시켜서 전극(210)의 회전범위가 증가되도록 할 수 있다. 그리고 볼조인트(270)접촉가능면적을 증가시켜서 전극(210)의 회전범위가 증가되도록 할 수 있다.

도 5와 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용융장치를 도시한 도면이다. 구체적으로 도 5는 복수 개의 전극을 통해 시편을 용융하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 6은 전극이 높이방향으로 제어되는 것을 나타낸 도면이다.

도 5는 상술한 전극(210) 이외에 하나 이상의 전극(211, 212)을 더 포함하는 용융장치를 실시예로 도시한 도면이다. 전극(210, 211, 212)은 볼조인트(270)를 통하여 실린더(230)와 연결될 수 있고 독립적으로 전기를 인가 하여 아크 발생을 할 수 있도록 각각 개별적으로 전기적인 연결이 이루어질 수 있다.

이러한 경우, 볼조인트(270)는 전극(210, 211, 212)의 일측이 연결될 수 있도록 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 또한, 볼조인트(270)는 실린더(230)와 연결될 수 있다. 여기서 연결은 분압장치를 거쳐서 각 전극(210, 211,212)과 연결될 수 있음을 포함한다.

그리고 전극(210, 211, 212)은, 이격거리(L1)를 유지하며 마련되는 전극(210)과 몰드(320) 측으로 순차적으로 기 결정된 거리만큼의 간격을 가지며 배열되는 전극(211, 212)을 포함할 수 있다.

또한, 전극(210, 211, 212)이 개별적으로 전기적 연결된 경우 제1 도가니(310)의 기울임에 따라 몰드(320)로 용융물(2)이 흘러들어갈 때 용융물(2)에 지속적으로 아크를 발생시키기 위하여, 시편수용부(315)와 가까운 전극(210)부터 몰드(320)와 가까운 전극(212)까지 순차적으로 전기가 인가되어 아크가 발생될 수 있다.

그리고 도 6을 참조하면, 용융물(2)에 지속적으로 아크를 발생시키기 위하여 순차적으로 전기를 인가할 경우, 제1 도가니(310)는 몰드(320) 측 하방으로 기울어져 있으므로, 몰드(320) 측 전극(212)은 하방으로 더욱 근접한 상태에서 아크를 발생시킬 필요가 있다.

따라서, 몰드(320) 측에 가까운 전극(210, 211, 212)일수록 상대적으로 더 하방에 전극팁(222)이 위치될 수 있다. 이를 위하여, 실린더(230)는 각 전극(210, 211, 212)과 개별적으로 연결되거나 분압장치를 통하여 개별적인 움직임이 가능하도록 형성되어 몰드(310) 측과 가까운 전극(212)을 상대적으로 더 하방으로 위치시킬 수 있다. 이러한 위치설정은 상술한 바와 같이 아크 길이에 따라 용융성에 영향을 미치므로 소정의 간격을 유지하여 용융효율을 증진시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 및 볼조인트가 이동하여 시료가 용융되는 과정을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 이동수단(미도시)을 통하여 전극(210, 211, 212) 및 볼조인트(270)는 이동될 수 있다. 전극(210, 211, 212)은 제2 도가니(311)의 상측에 위치하도록 이동될 수 있으며, 볼조인트(270)에 연결되는 각 전극(210, 211, 212)은 시료(3)를 향하여 아크를 발생시켜 시료수용부(316)에 수용된 시료(3)를 용융시킬 수 있다.

볼조인트(270)와 케이싱(100)의 조인트수용부(170)는 케이싱(100) 상에서 함께 이동할 수 있도록 형성될 수 있다. 즉, 이동수단은 실린더(230), 볼조인트(270), 조인트수용부(170) 및 전극(210, 211, 212)을 함께 전, 후, 좌, 우로 이동시킬 수 있다.

이동수단은 이동수단을 제어할 수 있는 이동수단 조작부(미도시), 이동수단 조작부와 전기적으로 연결되는 이동수단 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 이동수단 모터는 이동수단 조작부의 조작에 의해 작동상태가 결정되고, 이동수단 모터의 작동에 의하여 전극(210, 211, 212) 및 볼조인트(270)는 소정의 위치로 이동될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기울어진 복수 개의 전극(210, 211, 212)에 의하여 시편(1)이 용융되는 과정을 타내낸 도면이다.

도 1 내지 6을 참조하여 상술한 바와 같이 각 전극(210, 211, 212)은 각각 모터(250)로부터 개별적으로 힘을 전달받을 수 있으므로, 복수 개의 전극(210, 211, 212)은 전극(210, 211, 212)의 축방향으로 독립적인 이동이 가능할 수 있다.

동시에, 볼조인트(270)에 연결되는 각 전극(210, 211, 212)은 기울어져서 시편(1)을 향하여 아크를 발생시킬 수 있다. 상술한 바와 같이 전기적으로 독립적인 연결이 될 수 있는 각 전극(210, 211, 212)은 시편(1)이 용융되어 융융물(2)의 상태로 변화하는 동안 기울어진 상태로 지속적인 아크를 발생시킬 수 있다.

그리고, 제1 도가니(310)와 근접한 위치부터 몰드(320)방향으로 배열된 전극(210, 211, 212)은 제1 도가니(310)가 기울어짐에 따라, 몰드(320)로 이동하는 용융물(2)에 순차적으로 아크를 발생시켜서 몰드(320)로 용융물(2)이 이동되는 동안 냉각시점을 지연시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 시편
2, 4 : 용융물
3 : 시료
100 : 케이싱
110 : 개폐부
130 : 시창
150 : 경첩
170 : 조인트
200 : 전극부
210, 211, 212 : 전극
220, 221, 222 : 전극팁
230 : 실린더
240 : 핸들
242 : 전극조작부
243 : 틸팅조작부
250 : 모터
270 : 볼조인트
300 : 도가니부
310 : 제1 도가니
311 : 제2 도가니
315 : 시편수용부
316 : 시료수용부
320 : 몰드
330 : 회전축
350 : 틸팅모터
L1 : 이격거리
a : 이격각도

Claims

내부에 공간이 형성되는 케이싱;
상기 케이싱의 일면으로부터 상기 케이싱의 내부로 연장형성되는 회전축과 연결되고, 일측에 몰드가 결합되며, 상부에 합금을 제조하기 위한 시편을 수용하는 시편수용부가 형성되는 제1 도가니;
상기 제1 도가니의 타측에 결합되며, 상부에 상기 케이싱 내부를 진공으로 만들기 위한 시료를 수용하는 시료수용부가 형성되는 제2 도가니; 및
상기 케이싱의 일면과 연결되어 상기 케이싱 내부에서 상기 시편수용부의 중심부로부터 편심되도록 위치하는 전극을 포함하는, 용융장치.
청구항 1에 있어서,
상기 시료는 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 리튬, 칼슘, 스트론튬, 스칸듐, 이트륨, 지르코늄, 바나듐, 나이오븀, 티타늄 및 마그네슘 중에서 선택되는 하나의 금속인, 용융장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전극은 케이싱에 연결된 볼조인트를 통하여 상기 케이싱 내측으로 연장 형성되는, 용융장치.
청구항 3에 있어서,
상기 볼조인트를 상기 케이싱의 일면 상에서 이동시키는 이동수단을 더 포함하는, 용융장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전극은 상기 시편수용부의 중심부로부터 상기 몰드측으로 편심되어 위치되는, 용융장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전극은 복수 개로 형성될 수 있으며, 상기 전극은 상기 전극의 길이방향으로 각각 이동 조절가능한, 용융장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 도가니가 상기 회전축에 의하여 상기 몰드가 연결된 측이 하방으로 기울어질 때, 상기 전극의 끝부분인 전극팁 각각의 위치가 상기 몰드와 가까울수록 더욱 하방으로 위치될 수 있는, 용융장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전극은 상기 시편수용부의 중심으로부터, 상기 시편수용부 내에 위치될수 있는 용융물의 반경의 1/5 이상 이격되어 편심되는, 용융장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 도가니의 일측에 설치되어, 상기 제2 도가니를 냉각시키는 냉각수단을 더 포함하는, 용융장치