KR20180033541A - 야금 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시내용은 융해로 내에서 용융 금속체를 순환시키기 위한 순환 장치가 개시된다. 상기 순환 장치는 입구 및 출구를 가진 성형체를 포함한다. 상기 입구 및 출구는 상기 융해로상에 대응되는 개구와 연결된다. 상기 입구 및 출구는 상기 성형체 내에서 유동 챔버를 한정한다. 인덕터는 상기 성형체의 일측에 고정된다. 상기 인덕터는 용융 금속을 상기 융해로로부터 유동 챔버로 펌핑하도록 구성된다. 유동 채널은 상기 성형체의 입구 및 출구로부터 이격되어 배치된다. 댐 조립체는 상기 출구에 인접하여 위치한다. 상기 댐 조립체는 출구에 대한 상승 위치와 하강 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 용융 금속은 상기 댐 조립체가 상승 위치에 있을 때 융해로로 다시 유동하고, 상기 댐 조립체가 하강 위치에 있을 때 유동 챔버로 유동한다.

Description

야금 장치

본 개시내용은 야금 장치 및 상기 야금 장치 내의 용융 금속을 순환시키는 방법에 관한 것이다.

일 실시 예에서, 본 개시내용은 알루미늄, 마그네슘 및 아연과 같은 비철금속을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않는다) 용융 금속을 위한 융해로(furnace)에 관한 것이다. 상기 융해로는 일반적으로 합금의 균일한 가열 및 분배를 보장하기 위하여 융해로 내에서 용융물을 순환시키기 위한 순환 장치를 포함한다. 기계식 펌프, 전자기식 펌프 및 교반 장치를 포함하는 다양한 순환 장치가 공지되어 있다.

JP 10146650A는 융해로 바닥 아래에 위치한 디스크형 영구 자석을 포함하는 전자기 유도 교반 장치를 갖는 융해로를 개시한다. 상기 자석은 회전될 수 있고, 결과적으로 회전 자기장은 전자기 유도에 의하여 상기 융해로 내의 용융물을 회전시킨다. JP 10146650A의 개시내용은 여기서 참고문헌으로 인용된다.

EP 1674814A는 용융물을 교반하기 위하여 모터 구동형 회전자에 장착된 복수의 영구자석을 포함한 교반기를 개시한다. 상기 회전자의 회전은 융해로 벽 내부의 입구와 출구 사이로 이어진 통로를 통하여 용융물을 펌핑하는데 사용될 수 있는 회전 자기장을 생성한다. 이는 융해로 내에서 용융물의 순환을 발생시킨다. EP 1674814A의 개시내용은 여기서 참고문헌으로 인용된다.

US 2011/0248432 A1은 모터 구동형 회전자에 장착된 복수의 영구자석을 포함한 전자기 펌프를 개시한다. 나선형 통로는 회전자를 둘러싸는 하우징을 통하여 연장되고, 용융물은 회전 자석에 의해 생성된 회전 자기장에 의하여 상기 통로를 통해 펌핑될 수 있다. US 2011/0248432 A1의 개시내용은 여기서 참고문헌으로 인용된다.

오스트리아 Braunau의 Hertwich Engineering은 용융 금속의 순환 및 혼합을 위한 일련의 전자기 펌프와 교반기를 공급한다. 상기 장치들은 융해로 벽 내부에 형성된 측면 채널을 통하여 용융물을 펌핑하기 위한 전자기 펌프를 사용하는 측면 채널 펌프 및 교반기와, 튜브, 예를 들어 융해로의 하나의 챔버에서 다른 챔버까지의 튜브를 통해 용융물을 펌핑하기 위한 전자기 펌프를 사용하는 튜브 펌프를 포함한다.

WO 2014/202966 A1은 액상 금속체의 유지 및 순환을 위한 야금 베슬(vessel)을 개시한다. 상기 베슬은 둘레 벽과 상부 개방형 유로를 제공하는 런더(launder)를 포함하는 순환 장치를 가진다. WO 2014/202966 A1의 개시내용은 여기서 참고문헌으로 인용된다.

상기 언급된 순환 장치들은 전부 하나 이상의 문제점을 포함하고 있다. JP 10146650A에서 개시된 외부 전자기 교반 장치는 구현하는데 비용이 많이 들고, 영구자석에 의해 생성된 자기장은 금속의 효율적인 순환을 만들지 못하는 고정된 얕은 깊이로만 금속을 관통한다. US 2011/0248432 A1과 EP 1674814에 개시된 자석 회전자는 용융물의 통로 내에서 제한된 양의 금속에만 작용하여 비교적 약한 유동만을 생성한다. 또한, 상기 용융물 통로는 금속이 가능한 자석 회전자에 인접하게 유지되도록 설계되어야 하며, 이는 상기 통로의 형상을 비교적 좁은 U자 형상으로 제한하여, 금속이 통로를 떠날 때, 금속의 유동 방향에 영향을 준다. US 2011/0248432 A1 및 EP 1674814에 개시된 시스템의 용융물 통로뿐만 아니라 Hertwich Engineering에 의해 공급된 교반 장치는 세척하기 어렵고 금속 찌꺼기나 다른 물질에 의해 막힐 수 있다. 또한, 외부 통로가 제공되면서 상기 통로는 항상 효율적으로 예열될 수 없어서 용융 금속과 접촉하자마자 열충격에 의해 손상되거나, 금속을 동결을 발생시켜 상기 통로가 막히는 위험을 초래하게 된다.

본 개시내용의 실시예는 바람직한 실시예를 참조하여 설명된다. 제3자가 상세한 설명을 읽고 이해하면 수정 및 변경사항이 발생할 것이다. 상기 실시예는 청구범위 및 그 등가범위 내에 있어서는 이러한 모든 수정 및 변경사항들을 포함하는 것으로 해석된다

본 개시내용은 야금 베슬 및 상기 야금 베슬 내에서 용융 금속을 순환시키는 방법을 제공한다.

본 개시내용의 일 실시예에 따르면, 융해로 내에서 용융 금속체를 순환시키기 위한 순환 장치가 제공된다. 특정 실시예에서는, 상기 금속체는 내화성 재료로 형성될 것이다. 특정 실시예에서는, 상기 금속체는 주조 세라믹 재료로 형성될 것이다. 상기 순환 장치는 입구와 출구를 갖는 본체를 포함한다. 상기 입구와 출구는 관련 융해로에 대응하는 개구와 나란히 정렬된다. 상기 입구와 출구는 상기 본체내의 유로와 연통된다. 상기 입구와 출구 사이 유로내에 벽 노치가 형성될 수 있다. 인덕터는 상기 본체의 일부에 고정된다.

특정 실시예에서는, 상기 인덕터는 유로의 바닥 아래쪽에 입구에 인접하여 위치된다. 상기 인덕터는 관련 융해로에서 유로로 용융 금속을 유도하도록 구성될 수 있다. 댐 조립체는 상기 출구에 인접하여 위치된다. 상기 댐 조립체는 유로를 따라 대체 가능한 위치에 구성되는 것도 고려할 수 있다. 상기 댐 조립체는 상승 위치와 하강 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 용융 금속은 댐 조립체가 상승 위치에 있을 때 관련 융해로 내로 흘러들어오고, 용융 유체는 댐 조립체가 하강 위치에 있을 때 유로에서 상승하여 벽 노치에 접근한다. 이는 상기 장치가 순환 장치 겸 전송 장치로서 기능할 수 있게 한다.

상기 벽 노치는 예를 들어, 용융 금속을 레이들 내로 주입하기 위한 분출구 또는 용융 금속을 주조 작업으로 이송하기 위한 런더와 연결될 수 있다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 댐의 폐쇄는 인덕터의 계속적인 작동과 결합하여, 유로 내에서 용융 금속의 상승을 초래하여 상기 용융 금속이 벽 노치에 접근할 수 있도록 한다.

상기 유로는 임의의 상부 개방형, 예를 들어 전형적인 U자 형상일 수 있으며, 완전하게 폐쇄될 수 있고 유로를 밀봉할 수 있는 임의의 커버를 포함할 수 있다. 그러나 상기 커버는 유로에 접근하기 위하여 제거되거나 개방될 수 있다. 이는 유로가 깨끗하게 유지되도록 하여, 드로스(dross) 또는 다른 오염물질이 제거될 수 있다. 따라서, 상기 개시내용은 유로에서 상기 드로스 또는 다른 오염물질의 축적과 관련된 문제점을 제거하여 경제적이고 효율적인 방법으로 외부 펌핑 장치를 사용하면서 융해로 내에서 금속을 순환시킬 수 있도록 함으로써 높은 품질의 금속을 제공한다는 장점을 개시한다.

상기 순환 장치는 유로를 바람직한 작동 온도로 가열시키기 위한 가열 시스템을 포함할 수 있다. 이는 상기 순환 장치가 용융 금속과 접촉할 때 열 충격으로부터 손상되는 것을 방지하는데 도움을 주고, 금속이 유로를 흐르면서 온도가 현저하게 떨어지지 않도록 보장하여 금속이 동결되어 유로를 차단하는 위험을 방지한다. 상기 유로는 세라믹 트로프 바디와 전기 가열 요소 사이의 열 전도성 내화물의 충전재 층에 의해 한정될 수 있다. 상기 충전재 층은 예를 들어, 적어도 3W/m.K, 5W/m.K 또는 6W/m.K의 열 전도성을 갖는 주조 가능한 내화물로 이루어질 수 있다. 상기 가열 시스템은 순환 장치를 가열하도록 구성된 하나 이상의 전기 가열 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유로를 가열하기 위하여 가스 버너를 사용하는 고온 가스 시스템과 연소 기반 시스템을 포함하는 다른 유형의 가열 시스템이 대안적으로 사용될 수 있다.

상기 펌핑 장치는 유로를 따라 용융 금속을 펌핑하기 위하여 유로 내에서 이동 자기장을 발생시키는 인덕터일 수 있다. 상기 인덕터의 사용은 유로를 통한 용융 금속이 난류 없이 유동하도록 하고, 상기 용융 금속이 어떠한 물리적 펌핑 장치와 접촉 없이 순환 장치를 통하여 구동될 수 있도록 한다. 그에 따라, 금속과의 접촉에 의한 부식의 문제점이 사라진다.

상기 인덕터의 사용은 또한 강한 벡터 타입의 유동을 생성하여, 융해로 내의 용융 금속의 순환을 돕는다. 상기 순환 장치는 배스(bath) 안에서 금속의 더 큰 균일성을 보장하기 위하여, 상기 유동을 융해로의 설정된 영역으로 향하게 하도록 설계될 수 있다. 또한, 용융 금속의 유동은 금속 부스러기(scrap metal)가 융해로로 유입되는 위치를 향하도록 유도될 수 있어, 상기 금속 부스러기의 열 흡수율을 높이고 용융 시간을 단축시킬 수 있다. 상기 유로의 입사각과 내부 프로파일은 상기 벡터 효과를 최대화하도록 조정될 수 있다. 따라서, 상기 시스템은 영구 자석 회전자를 사용하는 시스템에서의 동일한 설계적 제한에 영향받지 않는다.

바람직하게는, 상기 인덕터는 인덕터의 펌핑율을 제어하도록 구성된 제어 장치를 포함한다. 상기 제어 장치는 바람직하게는 순환 장치 내의 용융 금속의 레벨을 측정하기 위한 레벨 측정 장치를 포함하고, 용융 금속의 측정된 레벨에 따라 펌핑 장치의 펌핑율을 제어하도록 구성될 수 있다. 따라서, 용융 금속 유동은 베슬의 본체 내에서 최적의 열 효율을 얻도록 조정될 수 있다. 대안적으로, 혹은 추가적으로 상기 레벨 측정 장치는, 예를 들어 순환 장치의 배출구가 막혀 순환 장치 내 용융물의 레벨이 상승하면 인덕터의 작동을 정지시키는 안전장치로서 사용될 수 있다.

상기 순환 장치는 유동 챔버와 융해로 사이의 용융 금속의 유동이 허용되는 개방 구성과 방지되는 폐쇄 구성 사이에서 조정 가능한 하나 이상의 유동 제어 장치를 포함할 수 있다. 상기 유동 제어 장치는, 예를 들어 댐 또는 유동을 허용하기 위하여 상승될 수 있거나 유동을 방지 또는 제한하기 위하여 하강될 수 있는 수문으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 댐은 드로스(산화물 또는 다른 오염물질)가 금속 표면으로 떠오르는 것을 제한하면서 금속이 상기 수문 아래에서 유동하도록 하면서 댐의 가장 낮은 부분이 용융 금속의 표면 바로 아래에 위치하도록 배치될 수 있다. 상기 댐의 위치는 드로스가 순환 장치에 들어가는 것을 방지하기 위하여, 예를 들어 레벨 센싱 기술을 사용하여 자동화될 수 있다.

선택적으로, 상기 순환 장치는 용융 금속이 다른 야금 베슬로 이송될 수 있도록 하기 위하여, 융해로에 또는 융해로로부터 용융 금속의 유동을 가이드하기 위한 추가적인 유동 레그(leg)를 포함할 수 있다.

본 발명에 또 다른 실시에에 의하면, 용융 금속은 제1개구를 통하여 융해로에서 흘러나와 제2개구를 통해 융해로로 흘러 들어가 융해로 내의 용융 금속체가 순환하게 되도록 순환 장치를 통하여 용융 금속이 펌핑되는 단계를 포함하는 전술한 내용 중 어느 하나에 따른 야금 장치 내에서 용융 금속을 순환시키는 방법이 개시된다.

본 개시내용의 다양한 실시예들은 이하 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 순환 장치를 갖는 융해로의 평면도;
도 2는 도 1의 2-2섹션의 사시도;
도 3은 도 2의 분해도;
도 4a는 도 1의 융해로 및 순환 장치의 사시도;
도 4b는 도 4a의 4B-4B선에 따른 단면도;
도 4c는 도 4b의 또 다른 단면도;
도 5a는 도 1의 5A-5A선에 따른 단면도;
도 5b는 도 1의 5B-5B선에 따른 단면도;
도 6a는 도 1의 6A-6A선에 따른 단면도;
도 6b는 도 1의 6B-6B선에 따른 단면도;
도 7a은 도 1의 융해로의 순환 장치 조립체를 도시하는 사시도;
도 7b는 도 7a의 순환 장치 및 융해로의 조립도; 및
도 8은 또 다른 순환 장치의 구성도.

본 개시내용의 바람직한 실시예가 상세히 개시될 것이며, 상기 실시예는 첨부된 도면에 도시된다. 본 개시내용은 바람직한 실시예와 함께 설명될 것이나, 본 개시내용이 그 실시예에 한정되는 것은 아니다. 반대로, 청구범위에 의해 정의된 본 개시내용의 의미 및 범위내에 포함될 수 있는 모든 변경, 변형예 및 균등물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1 및 도 2는 4면의 내측벽(4)과 융해로(2)의 내부영역(7) 내에서 용융 금속체(또는 용융물)(6)을 담은 베이스(5)를 포함하는 일 실시예에 따른 융해로(2) 내의 야금 베슬을 도시한다. 상기 실시예에서는, 융해로(2)는 적절한 내화성 재료로 이루어지고, 융해로 내에서 금속을 가열 및 용융시키기 위한 종래의 히터(미도시)를 포함한다. 상기 융해로(2)는 정제 또는 주조 공정 동안 금속을 용융시키거나 용융 금속을 수용하기 위한 것일 수 있다. 알루미늄, 마그네슘 또는 아연과 같은 비철금속 또는 기타 철 또는 비철금속 및 금속 합금과 함께 사용되도록 설계될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 융해로(2)는 융해로(2) 내의 용융 금속체(6)를 순환시키기 위한 순환장치/이송장치(8)(도 1에 개략적으로 도시됨)를 포함한다. 상기 순환장치/이송장치(8)는 융해로(2)의 측벽(4a)상에 외적으로 장착되고, 상기 융해로(2)의 내부영역(7)에 유동적으로 연결되어, 순환장치/이송장치(8)를 통하여 용융 금속이 융해로(2)로 유입 또는 배출되면서 흐르도록 한다. 상기 순환장치/이송장치(8)는 예를 들어, 적어도 약 1150mm의 금속 상승 및 분당 적어도 1M/T(metric ton)의 용융 금속(6)의 유속을 위해 구성된다.

도 3은 순환장치/이송장치(8)의 분해도를 도시한다. 상기 순환장치/이송장치(8)는 임의의 공정으로 제조될 수 있는 성형체(10)를 포함한다. 상기 성형체(10)는 강철(또는 임의의 다른 적절한 재료)로 이루어질 수 있는 쉘(12)의 내부에 끼워진다. 절연층(14)은 상기 성형체(10)를 쉘(12)로부터 분리시킨다. 몇몇 예로서, 상기 성형체(10), 쉘(12) 및 절연층은 서로 확실하게 맞춰지도록 하기 위해 상보적인 플랜지 영역을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 성형체(10)는 쉘(12) 또는 절연층(14)중 어느 하나를 반드시 대체할 필요 없이 필요에 따라 대체될 수 있다.

용융 금속(6)을 순환장치/이송장치(8)로 펌핑하게 위하여, 전자기 인덕터(16)는 성형체(10)의 적절한 부분에 장착된다. 플레이트(18)(즉, 예를 들어 강철로 이루어진 플레이트)는 적절한 전류 경로를 확보하기 위하여 상기 성형체(10)와 인덕터(16) 사이에 장착된다. 상기 인덕터(16)는 최적으로 작동하기 위해 적어도 3.0N/m 또는 4.5N/m의 전원을 가질수 있다. 인덕터(16)는 두 방향(즉, X축 및 Y축)에서 힘을 생성한다. 상기 힘은 두 방향의 합력이고, 다양한 강도와 힘을 가진다. 상기 인덕터(16)는 융해로로부터 이송 웰을 제거하거나 분리할 필요 없이 유지보수를 위하여 제거될 수 있다. 냉각시스템(예를 들어, 물 냉각 매체, 공기 냉각, 물 원자화)은 상기 인덕터(16)를 냉각시키기 위하여 사용될 수 있다.

하나 이상의 커버(20)는, 순환장치/이송장치(8)의 입출구를 융해로(2) 내의 대응되는 개구에 연결시키기 위하여 순환장치/이송장치(8)의 해당 입출구(도 3에 도시되지 않음)에 위치한다. 상기 커버(20)는 상기 융해로(2)와 성형체(10) 사이에서 유체의 긴밀한 밀봉을 위하여 적절한 임의의 중합체로 이루어질 수 있다. 또한, 프레임(22)은 상기 순환장치/이송장치(8)를 융해로(2)의 측벽(4a)에 고정된 플랜지(24)에 연결한다.

상기 프레임(22)은 (1)커버를 점검하고; (2)상기 순환장치/이송장치(8)와 융해로(2) 사이에 내화물을 부어 넣기 위하여 제거 가능한 리드(27)를 포함할 수 있다. 상기 내화물은 열 전달을 보조하는 실리콘 카바이드일 수 있고, 이 재료는 우수한 기계적 마모 강도와 방수 기능을 제공한다는 추가적 이점이 있다. 인덕터(16)/용융 금속(6) 계면에서의 상기 내화물의 두께는 Y축을 따라 필요한 힘을 감소시키기 위하여 약 100-300mm일 것이다. 따라서, 시스템이 금속을 융해로(2) 내부의 정상 수위 이상으로 이송시킬 때, 효율적인 층류를 가능케하고 역류를 감소시키기 위하여 X축을 따라서 최대 힘이 존재한다. 전력 및 제어공급으로부터 상기 인덕터에 적용되는 주파수 및 전압은 인덕터 위아래의 터널 내에서 내화물의 깊이를 줄일 필요 없이 용융 금속으로의 최대 필드 침투를 가능하게 할 것이다. 인버터/전원 공급장치의 주파수 및 전압은 조정 가능하도록 가변적일 수 있고, 여기서, 낮은 주파수는 더 큰 침투를 허용하지만, 높은 주파수는 더 높은 속도를 제공한다. 또한, 낮은 주파수에서 용융 금속 운동을 개시하고, 일단 운동이 개시되면 유속을 증가시키기 위하여 높은 주파수를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 순환장치/이송장치(8)는 성형체(10), 쉘(12) 및 절연층(14)의 일부에 형성된 벽 노치(28)를 포함한다. 도 2를 참조하면, 상기 벽 노치(28)는 수평 단면에서 실질적으로 U자형일 수 있다.

이제 도 4A를 참조하면, 상기 순환장치/이송장치(8)는 그에 부착된 댐 조립체(30)를 더 포함한다. 상기 댐 조립체(30)는 상승 위치와 하강 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 댐 조립체(30)는 도르래 시스템, 자석, 유압장치, 윈치 시스템과 같은 작동 매커니즘(도시되지 않음)에 작동 가능하게 연결되어, 상기 순환장치/이송장치(8)에 대하여 상승 또는 하강할 수 있다. 상기 댐 조립체(30)는 예를 들어, 유동을 가능하게 하도록 상승되거나, 유동을 제한하게 하도록 하강될 수 있는 댐이나 수문으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 댐 조립체(30)는, 드로스(산화물 또는 다른 오염물질)가 금속의 표면 위에 부유하지 못하도록 하면서 금속이 수문 아래로 유동하도록 그 최하부가 용융 금속 표면 바로 아래 놓이도록 위치될 수 있다. 상기 댐 조립체(30)는 컨트롤러(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 상기 댐 조립체(30)는 순환장치/이송장치(8)(도 4A에 도시되지 않음)의 융해로(2)로부터 출구를 통한 유체의 유동을 막을 수 있으며, 그에 따라 상기 유동을 벽 노치(28)로 유도할 수 있고 이하 상세히 설명된다. 만약, 상기 순환장치/이송장치(8)가 단지 순환을 위해 필요하고 이송기능이 필요없다면, 상기 댐 조립체(30)는 제거될 수 있다.

이제 도 4B를 참조하면, 상기 순환장치/이송장치(8)는 성형체(10), 절연층(14) 및 쉘(12)을 통해 이어진 입구(32) 및 출구(34)를 포함한다. 상기 입구(32) 및 출구(34)는 융해로(2)의 측벽(4a)상에 대응하는 개구(도시되지 않음)와 정렬된다. 상기 입구(32) 및 출구(34)는 성형체(10) 내의 유동 채널(도 4B에 도시되지 않음)을 한정한다.

도 4B에 도시된 바와 같이, 상기 댐 조립체(36)는 출구(34)에 인접하여 위치한다. 상기 댐 조립체(30)는 상승 위치와 하강 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 댐 조립체(30)는 출구(34)를 기준으로 상승 또는 하강한다. 상기 댐 조립체(30)는 융해로(2)로부터 출구(34)를 통한 유체의 유동을 막을 수 있으며(즉, 출구(32)를 차단함으로써), 그에 따라 상기 유동을 벽 노치(28)로 유도할 수 있고, 이하 상세히 설명된다.

사용시, 상기 인덕터(16)는 용융 금속을 순환장치/이송장치(8)를 통해 이동시킨다. 특히, 상기 인덕터(16)는 용융 금속을 융해로(2)의 내부로부터 입구(32)를 통해 순환장치/이송장치(8)로 이동시킨다. 도 4B에 도시된 바와 가팅, 상기 댐 조립체(30)는 "상승" 위치에 있어, 출구(34)를 노출시킨다. 결과적으로, 유체는 입구(32)로부터 유동 채널을 통하여 흐르고, 출구(34)를 통하여 융해로(2)로 돌아간다.

도 4C는 "하강" 위치에 있어 출구(34)를 덮는 댐 조립체(30)를 도시한다. 결과적으로, 상기 용융 유체는 유동 채널내에 모여서 벽 노치(28)에 도달할 때까지 상승한다. 상기 용융 유체는 벽 노치(28)를 통해 응집 매커니즘으로 흐르게 된다.

도 5는 융해로(2)에 부착된 순환장치/이송장치(8)의 측면도를 도시한다. 유동 챔버(36)는 입구(32)와 출구(34)로 제한된다. 상기 입구(32)는 터널(38)을 통하여 융해로(2)의 내부에 유동적으로 연결될 수 있다. 상기 인덕터(16)는 용융 유체를 융해로(2)의 내부로부터 유동 채널(36)로 흐르게한다. 제2터널(도시되지 않음)은 출구(32)를 융해로(2)의 내부와 유동적으로 연결한다. 댐 조립체(30)가 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 유동 챔버(36)는 용융 금속으로 채우고 벽 노치(28)로 흐르는 레벨까지 상승한다는 것을 알 수 있다.

미세하게 변형된 구성으로, 상기 터널(38)(도 5B에 도시됨)은 터널 및 결합된 인덕터(16)위에 배치된 제거 가능한 커버 플레이트(44)를 추가하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제거 가능한 커버 플레이트(44)는 청소를 위한 터널 영역(38)으로의 접근을 가능하게 한다. 또한, 상기 커버 플레이트(44)는 터널을 통과하는 자속의 수직선을 개선시킴으로써 인덕터의 기능을 향상시키기 위하여 플럭스가이드(예를 들어, 강철과 같은 자성을 띈 금속 요소)를 포함할 수 있다. 상기 커버 플레이트는 리세스에 내장되거나 배치된 금속 요소(예를 들어, 로드(rod))를 가진 실리콘 카바이드나 흑연 또는 대체 내화성 재료로 이루어질 수 있다.

도 6A 및 도 6B는 융해로 내부로부터 입구(32)를 통하고 벽 노치(28)로 배출되는 용융 금속의 유로(40)를 도시한다.

도 7A 및 7B는 순환장치/이송장치(8)를 융해로(2)에 설치하는 것을 보여준다. 도 7A에 도시된 바와 같이, 상기 커버(20)는 순환장치/이송장치(8)의 입구(32)와 출구(34) 및 융해로의 제1터널(38)(도 7A에 도시되지 않음) 및 제2터널에 위치한다. 상기 플레이트(22)는 순환장치/이송장치(8)를 융해로(2)의 측벽(4a)에 장착하는데 사용된다. 도 7B는 내화물이 부어진 개구(42)를 보이기 위하여 제거된 리드(26)(도 7B에 도시되지 않음)를 도시한다. 개구(42)로의 접근은 금속의 순환을 돕거나 제어하고 용융 공정을 향상시키기 위하여 금속 레벨을 모니터링하기 위한 서모커플(thermocouple) 또는 레이저가 추가될 수 있도록 한다. 상기 개구(42)는 또한 품질 제어 목적으로 합금 첨가물을 충전하고 용융 금속 샘플을 제거하는 접근을 가능하게 한다. 추가로 상기 개구(42)는 이송 웰의 전체를 감싸는 리드에 위치되고, 건조 난로 용융 공정의 일부로써 사용시 시동 및 충전중에 개구(42)를 고온으로 유지하도록 돕는 버너(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

이제 도 8을 참조하면, 대체구성이 도시된다. 이 구성에서는 융해로(62)로부터 순환장치(64)로의 유동 패턴은 여전히 입구(66)와 출구(68)를 통해 이루어진다. 또한, 출구(68)는 선택적으로 개방/폐쇄 가능한 댐 도어(70)가 설치된다. 또한, 일반적인 U자형 유동 채널이 개시된 상기 실시예들과는 달리, 본 실시예는 순환장치의 구성요소로써 측면 웰(72)을 포함한다는 것을 알 수 있다. 더욱 상세하게는, 출구(68)는 측면 웰(72)과 유체 연통한다. 또한, 초과유동 노치(74)는 측면 웰(72)과 함께 형성된다. 측면 웰(72)은 바람직하게는 예를 들어, 드로스의 제거 또는 순환되는 용융 금속에 합금 또는 플럭스 물질의 주입을 용이하게 하는 용융 금속의 작동 표면을 제공한다.

본 실시예는 또한 충전 웰 유닛(76)이 제공된다는 점에서 상기 개시된 실시예와는 다르다. 충전 웰(76)은 용융을 위한 금속 칩과 금속 조각을 수용할 수 있다. 상기 충전 웰(76)은 Pyrotek, Inc로부터 사용가능한 유형의 로터스(LOTUSS) 장치일 수 있다. 예시적인 로터스(LOTUSS) 장치는 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 6,217,823에 개시되어 있다. 인덕터(78)는 상기 충전 웰(76)과 측면 웰(72) 사이에 위치한다.

바람직하게는, 상기 인덕터는 용융 금속을 충전 웰(76)로 주입하기 위하여 시계 방향으로 유도하는 방향, 또는 금속 조각이나 칩을 효과적으로 침전시키기 위해 사용되는 용융 금속의 바람직한 소용돌이 형성을 허용하게 하는 방향으로 작동될 수 있다. 시스템으로부터 용융 금속의 제거가 요구될 때, 댐 도어(70)는 폐쇄될 수 있고 인덕터는 반시계방향으로 작동될 수 있다. 이러한 작동은 레이들이나 런더(도시되지 않음)와 같은 베슬로 이송하기 위하여 측면 웰(72)을 용융 금속이 노치(74)에 도달하는 지점까지 채운다.

또한, 인덕터가 도 8에 도시된 실시예로 개시되지만, 기계식 원심 펌프가 대체될 수 있다는 것이 고려된다. 또 다른 대안으로서, 용융 금속이 다른 방향으로 향하게 하도록 구성된 한 쌍의 기계식 펌프가 시스템에 도입될 수 있다. 예를 들어, 제1용융 금속 펌프는 시계 방향으로 용융 금속의 유동이 유도되도록 설계된 도 8에 도시된 인덕터의 위치에 배치될 수 있고, 반시계 방향으로 유동하도록 구성된 제2 용융 금속 펌프는 측면 웰에 위치될 수 있다.

전술한 시스템의 다양한 또 다른 변형예도 가능하다. 예를 들어, 전부 순환(독립적으로 또는 동시에)을 필요로하는 두 개의 융해로를 가질 수 있다. 각 융해로의 상기 순환 시스템은 자체 전원 공급장치와 독립적으로 작동될 것이나, 상기 순환 시스템은 전원 공급을 제어하는 공통 제어 시스템을 공유할 것이다. 상기 순환 시스템은 또한 공통의 물 냉각 시스템을 공유한다.

상기 시스템은 또한 재료(조각이나 합금)의 외부 충전용 베슬을 융해로에 포함시킬 수 있다.

유동 채널을 일련의 댐 또는 플러그와 결합시키고, 하나의 펌프가 두개 이상의 융해로 중 어느 하나의 융해로에서 주어진 시간에 용융 금속을 순환시키는 것 또한 가능하다. 일반적으로, 상기 시스템은 융해로가 어느 용융 단계에 있든 금속의 순환을 야기하도록 배열될 것이다. 유동 챔버의 구성은 또한 융해로들 사이에서 용융 금속의 이송을 가능하게 하도록 설계될 수 있다.

본 개시내용의 또 다른 측면에 따르면, 상기 유동 채널은 폐쇄된 통로, 예를 들어 관형의 통로로 대체될 수 있다. 본 개시내용은 용융 금속체를 유지하기 위한 베슬을 포함하는 야금 장치와 베슬 내에서 용융 금속체를 순환시키기 위한 순환 장치를 포함하고, 여기서 상기 베슬은 측벽과 베이스를 가지며, 상기 순환 장치는 유동 채널을 제공하는 통로를 포함한다. 인덕터는 통로를 통해 용융 금속을 펌핑하기 위하여 제공될 수 있다. 상기 통로는 측벽의 제1개구와 연결된 입구 단부와 제2개구와 연결된 출구 단부일 수 있다. 상기 인덕터는 용융 금속이 제1개구를 통해 베슬을 출발하여 제2개구를 통해 베슬로 들어가 베슬 내부에서 용융 금속체가 순환하도록, 상기 통로를 통해 용융 금속을 펌핑하기 위하여 구성될 수 있다. 상기 통로는 바람직한 작동 온도까지 통로를 가열하기 위한 가열 시스템을 포함할 수 있다.

인덕터 상부의 상기 유동 채널은 상부 개방형 통로 대신에 터널일 수 있다. 시스템이 융해로 내의 정상수위 이상으로 금속을 이송할 때, 코일 설계는 효율적인 층류를 가능하게 하고 역류를 감소시키기 위하여 그 자체로서 X방향으로 가능한 한 많은 힘을 가능케 한다.전력 및 제어 공급으로부터 인덕터에 적용되는 주파수 및 전압은 인덕터 상하부의 터널내에서 내화물의 깊이를 감소시킬 필요 없이 용융 금속으로의 최대 필드 침투를 가능하게 할 것이다. 이송 웰의 접근은 금속 순환을 돕거나 제어하고 용융 공정을 향상시키기 위하여 금속 레벨 모니터링을 위한 서모커플이나 레이저가 추가되는 것을 가능하게 한다. 상기 이송 웰은 또한 품질 제어 목적으로 합금 첨가물을 충전하고 용융 금속 샘플을 제거할 수 있게 한다.

상기 시스템이 단지 순환기능만 필요로하고 이송기능이 필요없다면, 상기 이송 댐 게이트는 이송 웰로부터 제거될 수 있다. 상기 인덕터는 융해로로부터 이송 웰의 제거 또는 분리할 필요없이 유지보수를 위하여 시스템에서 제거될 수 있다. 상기 시스템은 인덕터의 냉각을 위한 물 냉각 매체를 가질 수 있으나, 향후 옵션으로는 공기 냉각 및/또는 분무 냉각을 사용하는 것이 바람직하다. 이송 웰의 상기 입구 및 출구 개구(터널)는 열 이송을 돕기 위하여 실리콘 카바이드 내화물로 주조될 수 있으며, 이는 우수한 기계적 마모 강도와 방수 특성을 제공하는 이점 또한 가진다. 상기 이송 웰은 건조 난로 용융 공정의 일부로써 사용시 시동 및 충전중에 이송 웰을 고온으로 유지하도록 돕기 위하여, 리드에 위치하여 이송 웰의 전체를 덮는 버너를 가질 수 있다. 상기 이송 웰의 라이닝은 단일 프리캐스트 형상일 수 있으며, 전체 이송 웰은 대체 유닛이 최소한의 융해로 휴지 시간으로 설치되도록 하기 위하여 융해로에서 제거될 수 있다.

수학 원리에 기초하고 마찰 또는 난류의 영향을 무시하면, 용융 금속의 이송을 위한 EM 전력 요건은 4.5N/m 이상일 수 있다. 코일 설계는 X축 및 Y축 모두에 대해 약 30N/m 이상의 필요 전력을 가질 수 있다.

이송 모드에서, 슬라이딩 게이트는 금속이 이송 웰을 채우면서 융해로로 역류하는 것과 이송 유동 채널로 과유동하는 것을 제한할 수 있다. 상기 인덕터는 이송/순환 웰의 하단에 장착된다. 인덕터 채널의 가열은 융해로 열, 가스 버너 또는 전기 유도 가열중의 어느 하나인 웰 커버를 사용하여 이루어질 수 있다. 채널 점검 또는 청소를 위한 접근은 볼트 다운 채널 상부 및 액세스 포트상의 볼트에 의해 제공될 수 있다.

상기 EM 인덕터는 수평(X)축 및 수직(Y)축 양방향으로 힘을 생성한다. 코일 설계에 따라, 이러한 힘들은 상기 양방향 힘의 합력이고 다양한 힘을 가진다. 본 개시내용의 인덕터는 융해로 내조를 순환하기 위하여 우선적으로 X축방향으로 더 큰 힘을 가질 수 있다. 인덕터/용융 금속 계면에서의 베슬의 내화물 두께는 Y축의 힘 요구량을 감소시키는 대략 300mm 또는 200mm 이하일 것이다.

상기 시스템은 제어 패널 하우징, 사용자가 전체 시스템의 작동 상태를 접근할 수 있도록 허용하는 터치 스크린 디스플레이를 가진 컴퓨터를 더 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은 아래 기능을 포함할 수 있다:

- 데이터 기록을 가진 산업용 컴퓨터 디스플레이

- 알람 모니터링

- 이더넷을 가진 PLC 제어

- 비상 정지 회로

- 인버터 및 조정 제어

상기 실시예들은 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었다. 명백하게도, 상기 상세한 설명을 읽고 이해하면 수정 및 변형예들이 발생할 것이다.

예시적인 실시예들은 청구범위 또는 그 균등물의 범위 내에 있어서는 모든 수정 및 변형예들을 포함하는 것으로 해석된다.

Claims (16)

1. 융해로 내에서 용융 금속을 순환시키거나 상기 융해로로부터 용융 금속을 이송하는 장치에 있어서,
   입구 및 출구를 포함하고, 상기 입구 및 출구는 상기 융해로상에 대응되는 개구와 연결되며, 상기 입구 및 출구가 그 내부에서 유동 채널을 한정하는 바디;
   상기 바디의 일측에 고정되고, 상기 용융 금속을 융해로로부터 유동 채널로 이송시키도록 구성된 인덕터;
   성형체상의 상기 입구 및 출구로부터 이격되어 설치된 벽 노치; 및
   하나 이상의 입구 및 출구에 인접하여 배치되고, 상승 위치와 하강 위치 사이에서 이동 가능한 댐 조립체;를 포함하되,
   상기 용융 금속은 상기 댐 조립체가 상승 위치에 있을 때 융해로로 다시 유동하고, 유동 채널 내에서 상승하며, 상기 댐 조립체가 하강 위치에 있을 때 상기 벽 노치에 도달할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 인덕터는 상기 장치의 바닥에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 인덕터는 상기 장치의 바닥에만 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 인덕터는 터널 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 터널 영역의 천장은 강판을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 바디는 주조 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 주조 세라믹은 강철 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서,
   절연체가 상기 주조 세라믹과 강철 쉘 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 유동 채널의 폭은 상기 댐 조립체의 폭과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 유동 채널의 구성요소로써 측면 웰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 유동 채널의 구성요소로써 조각 침전 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제1항의 장치를 사용하여 용융 금속을 순환시키는 방법.
13. 융해로 내에서 용융 금속을 순환시키거나 상기 융해로로부터 용융 금속을 이송하는 장치에 있어서,
    입구 및 출구를 포함하고, 상기 입구 및 출구는 상기 융해로상에 대응되는 개구와 연결되며, 상기 입구 및 출구가 그 내부에서 유동 채널을 한정하는 바디;
    상기 용융 금속을 융해로로부터 유동 채널로 이송시키도록 구성된 펌프;
    상기 유동 채널과 결합되고, 상기 입구 및 출구로부터 이격되어 설치된 벽 노치;
    상기 유동 채널의 섹션을 형성하는 측면 벽;
    상기 유동 채널의 섹션을 형성하는 조각 침전 장치; 및
    하나 이상의 입구 및 출구에 인접하여 배치되고, 상승 위치와 하강 위치 사이에서 이동 가능한 댐 조립체;를 포함하되,
    상기 용융 금속은 상기 댐 조립체가 상승 위치에 있을 때 융해로로 다시 유동하고, 유동 채널 내에서 상승하며, 상기 댐 조립체가 하강 위치에 있을 때 상기 벽 노치에 도달할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 펌프는 전자기 펌프로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제13항에 있어서,
    상기 펌프는 원심 펌프로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제13항에 있어서,
    상기 펌프는 두개 이상의 원심 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

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