KR20190131622A - 세라믹 라이닝이 형성된 채널 인덕터 - Google Patents

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KR20190131622A
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대런 케네스 톰슨
네가 세타쥬
윌리엄 조셉 글리슨
게리 카르도조
존 앤서니 스핑크
크레이그 룰스톤
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블루스코프 스틸 리미티드
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Abstract

본 발명은 채널 유도로 (channel induction furnace)의 채널 인덕터(channel inductor)를 개시한다. 채널 인덕터는 채널 인덕터를 통해 용융 금속이 흐르도록 채널을 형성하는 채널 라이너를 포함한다. 채널 라이너는 용융 금속을 위한 입구와 배출구, 및 상기 채널 유도로의 포트(pot)의 내화물 라이닝에 채널 라이너를 장착하기 위한 플랜지를 포함한다. 채널 라이너는 채널에서의 용융 금속에 의한 화학적 침식에 저항성이 있는 세라믹 물질로부터 형성되고, 이로써 상기 채널 유도로의 사용에 있어, 상기 용융 금속과 채널 인덕터 간의 직접적인 접촉이 단지 채널 라이너(플랜지를 포함함)에만 이루어지도록 제한되며, 용융 금속은 상기 채널 인덕터의 다른 부분과는 접촉하지 않도록 한다.

Description

세라믹 라이닝이 형성된 채널 인덕터{CERAMIC LINED CHANNEL INDUCTOR}
본 발명은 채널 유도로(channel induction furnace)의 채널 인덕터(channel inductor)에 관한 것이다. 본 발명은 특히 채널 인덕터들의 채널 라이너(channel liner)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 채널유도로에 관한 것이다.
채널유도로는 금속(금속합금을 포함한다)을 용융하고 용융된 상태로 그 금속을 유지하기 위한 산업분야에서 이용된다. 예를 들면, 채널유도로는 Al/Zn-함유 합금을 포함해 Zn-함유 합금 및 Al-함유 합금을 용해하기 위해 그리고 그러한 합금들을 용해된 상태로 유지하기 위한 아연도금(galvanizing) 및 주물(foundry) 산업에서 사용된다.
공지된 채널유도로는 (a) 강철로 된 쉘(shell), (b) 쉘 내부가 알루미노규산염(aluminosilicate)과 같은 내화성 물질로 된 라이닝(lining), (c) 내화성 라이닝이 형성된 쉘에 의해 정의되는 용융 금속의 욕(bath)을 함유하는 포트(pot), 및 (d) 상기 쉘에 연결되어 있고 내화성 라이닝이 형성된 쉘을 통해 채널 인덕터의 입구로 연장되는 개구부(throat)를 경유해 상기 포트와 유체연통하도록 구성된, 금속을 가열하기 위한 하나 또는 둘 이상의 채널 인덕터를 포함한다.
채널 인덕터는 (i) 강철로 된 쉘, (ii) 알루미노규산염과 같은 내화성 물질(주조 가능형(castable) 또는 건식-진동형 내화물(dry-vibratable refractory))로 된 라이닝, (iii) 용융 금속이 포트로부터 채널을 통해 흘러 포트로 다시 들어가도록 경로를 형성하는 내화성 라이닝이 형성된 쉘에 의해 정의되는 채널, 및 (iv) 전자기장을 생성하는 전자기 코일을 포함한다. 임의의 소정 시점에서 채널에 있는 용융 금속은 트랜스포머의 이차 회로가 되고 전자기장에 의해 유도되는 전류에 의해 가열되어 용융상태로 유지된다. 채널 인덕터는 쉘 상에 볼트로 고정되는(bolt-on) 조립체이다. 라이닝을 형성하는 내화성 물질은 일정 범위의 특정 기계적 요건, 단열 요건, 및 Al 및/또는 Zn 요건에 의한 화학적 침식(chemical attack)에 대한 저항성을 수용하도록 선택된다. 이러한 요건들은 상이한 재료 특성들을 필요로 한다는 의미에서 어느 정도까지는 서로 경쟁적 요건(competing requirements)이 되므로, 내화성 물질의 선택은 절충적이 되는 경향이 있다.
채널 인덕터는 Zn-함유 및 Al-함유 합금들에서는 제한된 수명을 가지며, 전형적으로 아래와 같은 모드에서 손상된다.
● 내화성 물질의 크래킹(cracking), 특히 가열, 건조, 또는 조작 중 채널 인덕터의 중앙 면을 따라서 생기는 크래킹, 그리고 후속적으로 Zn 및/또는 Al 금속 또는 Zn 증기가 크랙들 내부로 침투하여 크랙들을 확대시키며, 이는 궁극적으로 채널 인덕터로부터의 금속 유출로 귀착됨.
● 부가적으로, Al-함유 합금의 경우, Al에 의한 내화성 물질에서의 SiO2의 환원(reduction)에 의해 Al2O3 및 Si를 형성하며, 이와 함께 내화성 물질의 체적에 있어서의 연관된 감소 및 내화성 물질의 침입결함(penetration) 및/또는 스폴링(spalling) 발생.
전형적으로, Al 함유 합금에 있어서의 채널 인덕터의 수명은 6 - 24개월이며, 이것이 금속 코팅 라인 조업중단에 대한 주요 원인들 중의 하나이다.
전술한 내용은 호주 및 기타 지역에서 통상의 일반적 지식(common general knowledge)에 대한 기술로 의도되는 것은 아니다.
본 발명은 채널 유도로의 채널 인덕터를 제공하는데, 상기 채널 인덕터는 채널 인덕터를 통해 용융 금속이 흐르도록 하는 채널을 형성하는 채널 라이너(channel liner)를 포함하되, 상기 채널 라이너는 상기 용융 금속을 위한 입구와 배출구 및 상기 채널 유도로의 포트의 내화물 라이닝에 채널 라이너를 장착하기 위한 플랜지를 포함하고, 상기 채널 라이너는 채널에서의 용융 금속에 의한 화학적 침식에 저항성이 있는 세라믹 물질로부터 형성되고, 이로써 상기 채널 유도로의 사용에 있어서, 상기 용융 금속과 채널 인덕터 간의 직접적인 접촉이 단지 상기 채널 라이너(플랜지를 포함함)에만 접촉하도록 제한되며, 상기 용융 금속은 상기 채널 인덕터의 다른 부분과는 접촉하지 않도록 한다.
상기한 "화학적 침식(chemical attack)"이라는 용어는 여기에서 내화성 산화물들의 열역학적 환원(thermodynamic reduction)(이 경우에는 상기 로에서의 Al과 같은 용융 금속과의 접촉에 의해), 또는 용융 금속 (Zn 또는 Al 또는 Zn-Al 합금과 같은) 또는 증기(Zn과 같은)에 의한 내화물의 침입결함(penetration)을 의미하는 것으로 이해된다.
전술한 채널 라이너의 구성은 채널 인덕터의 상이한 부분들이 상이한 물질들로부터 제조되는 것을 가능하게 하며, 상기 물질 각각은 상기 채널 인덕터의 해당 부분에 필요한 물성의 관점에서 최적이 되도록 선택된다. 구체적으로:
● 채널 라이너는 포트에서의 용융 금속(Al 및/또는 Zn 함유 합금들과 같은)에 의한 침식(attack)에 화학적으로 저항성을 갖는 물질로부터 형성될 수 있다. 결과적으로, Zn-함유 및 Al-함유 합금들의 형태로 된 용융 금속의 경우, 채널 라이너를 위한 지지체(support)를 구성하는 내화물질 내부로의 라이너를 통한 Zn 증기 또는 Zn-함유 또는 Al-함유 용융 합금의 침입결함의 위험성이 감소한다. 이것은 특히 라이너가 단일체(single-piece) 유닛으로 제조될 경우에 해당된다.
● 주조형(castable) 또는 건식-진동형(dry-vibratable) 물질일 수도 있는, 채널 인덕터의 채널 라이너 지지체를 구성하는 내화물질은, 채널 라이너의 원상태(integrity)가 채널 유도로의 가열, 건조, 또는 동작 중에도 손상되지 않도록 단열재 특성 및 기계적 강도특성의 관점에서 최적화될 수 있다.
상기 채널 라이너는 단일체 유닛으로서 제조될 수 있다.
상기 채널 라이너는 임의의 적절한 형상일 수 있다.
상기 채널 라이너는 임의의 적절한 물질로부터 제조될 수 있다.
상기 채널 라이너는 단일한 'U' 형상의("단일 루프 인덕터") 채널을 갖는 기다란 형태의 유닛일 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 채널은 채널의 베이스로부터 연장된 두 개의 암(arm)들을 포함할 수 있고, 상기 채널의 하나의 암의 일단에는 용융 금속 입구를, 그리고 상기 채널의 다른 쪽 암의 일단에는 용융 금속 배출구를 구비하도록 구성하고, 이에 의해 용융 금속이 한쪽 암을 통해서는 베이스로 그리고 상기 베이스를 통해서는 다른 쪽 암으로 상기 다른 쪽 암을 따라서 흐르게 할 수 있다.
상기 채널 라이너는 이중의 'U' 형상으로 된 채널을 갖는 기다란 형태의 유닛일 수도 있다. 더욱 상세하게는, 상기 채널은 암들을 상호 연결하는 채널의 베이스로부터 연장된 세 개의 암(arm)들을 포함할 수 있고, 상기 채널의 중앙부 암의 일단에는 용융 금속 입구를, 그리고 상기 채널의 바깥쪽 암들의 단부들에는 용융 금속 배출구들을 구비하도록 구성하여, 이에 의해서 용융 금속이 안쪽 암을 통해서는 베이스로, 그리고 상기 베이스를 통해서는 바깥쪽 암들을 향해 흘러가서 상기 바깥쪽 암들을 따라 흐르도록 할 수 있다.
상기 채널 라이너는 상부 벽을 가질 수 있으며, 상기 입구 및 배출구(들)이 상기 상부 벽에 형성되고, 마운팅 플랜지(mounting flange)가 상기 상부 벽으로부터 바깥쪽으로 연장된다.
상기 채널 라이너는 상기 상부 벽의 주위로부터 연장되는 측벽을 포함할 수 있는데, 상기 마운팅 플랜지는 상기 측벽의 상단 모서리로부터 바깥쪽으로 연장된다. 이러한 구성은 베스티뷸(vestibule) 또는 전로(forebay)를 형성할 수도 있다.
상기 채널 라이너는 용융 금속에 대한 화학적 저항성의 견지에서 임의의 적절한 세라믹 재료로 제조되어도 좋다.
상기 채널 인덕터는 채널 라이너를 위한 지지체(support)를 포함할 수 있는데, 상기 지지체는 내화성 물질을 포함할 수 있다.
상기 채널 라이너 지지체의 내화성 물질은 채널 인덕터를 위한 최적의 단열재 특성과 기계적 강도 특성을 갖도록 선택될 수 있다.
상기 채널 라이너 지지체는 외부의 강철 쉘(steel shell)을 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 또한 채널 인덕터를 통해 용융 금속이 흐르도록 채널을 형성하는 채널 인덕터를 위한 채널 라이너를 제공하는데, 상기 채널 라이너는 상기 용융 금속을 위한 입구와 배출구 및 채널 유도로의 포트의 내화물 라이닝에 채널 라이너를 장착하기 위한 플랜지(flange)를 포함하고, 상기 채널 라이너는 채널에서의 용융 금속에 의한 화학적 침식에 저항성이 있는 세라믹 물질로부터 형성되고, 이에 의해 상기 채널 유도로의 사용에 있어서, 상기 용융 금속과 채널 인덕터 간의 직접적인 접촉이 단지 상기 채널 라이너(플랜지를 포함함)에만 접촉하도록 제한되며, 상기 용융 금속은 상기 채널 인덕터의 다른 부분과는 접촉하지 않도록 한다.
상기 채널 라이너는 단일체 유닛으로 제조될 수 있다.
상기 채널 라이너는 임의의 적절한 형상일 수 있다.
상기 채널 라이너는 임의의 적절한 물질로부터 제조될 수 있다.
상기 채널 라이너는 단일한 U 형상으로 된 채널을 갖는 기다란 형상의 유닛일 수도 있는데, 상기 채널은 채널의 베이스로부터 연장된 두 개의 암(arm)들을 포함하고, 상기 채널의 하나의 암의 일단에는 용융 금속 입구를, 그리고 상기 채널의 다른 쪽 암의 일단에는 용융 금속 배출구를 구비하고, 이에 의해 용융 금속이 한쪽 암을 통해서는 베이스로, 그리고 상기 베이스를 통해서는 다른 쪽 암으로 상기 다른 쪽 암을 따라서 흐르게끔 구성된다.
상기 채널 라이너는 이중의 U 형상으로 된 채널을 갖는 기다란 형태의 유닛일 수도 있는데, 상기 채널은 암들을 상호 연결하는 채널의 베이스로부터 연장된 세 개의 암들을 포함하고, 상기 채널의 중앙부 암의 일단에는 용융 금속 입구를, 그리고 상기 채널의 바깥쪽 암들의 단부들에는 용융 금속 배출구들을 구비하도록 하고, 이에 의해 용융 금속이 안쪽 암을 통해서는 상기 베이스로, 그리고 상기 베이스를 통해서는 바깥쪽 암들을 향해 흘러가서 상기 바깥쪽 암들을 따라 흐르도록 할 수 있다.
상기 채널 라이너는 상부 벽을 가질 수 있으며, 상기 입구 및 배출구(들)이 상기 상부 벽에 형성되고, 마운팅 플랜지가 상기 상부 벽으로부터 바깥쪽으로 연장된다.
상기 채널 라이너는 상부 벽의 주위로부터 연장되는 측벽을 포함할 수 있는데, 상기 마운팅 플랜지는 상기 측벽의 상단 모서리로부터 바깥쪽으로 연장된다. 이러한 구성배열은 베스티뷸(vestibule) 또는 전로(forebay)를 형성한다.
상기 채널 라이너는 용융 금속에 대한 화학적 저항성의 견지에서 임의의 적절한 세라믹 재료로 제조될 수 있다.
본 발명은 또한,
(a) 강철로 된 쉘,
(b) 상기 쉘 내부의 내화성 물질로 된 라이닝,
(c) 상기 내화성 물질로 라이닝이 된 쉘에 의해 형성되는 용융 금속의 풀(pool)을 함유하는 포트, 및
(d) 상기 쉘에 연결되고, 상기 쉘과 내화성 라이닝을 통해 채널 인덕터의 입구로 연장되는 일종의 개구부(throat)를 경유해 상기 포트와 유체연통하도록 구성된, 금속을 가열하기 위한 하나 또는 둘 이상의 채널 인덕터,
를 포함하는 채널유도로를 제공한다
이하 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시적 방법으로 본 발명의 실시예들이 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 채널 인덕터의 일 실시예를 포함하는 본 발명에 따른 채널유도로의 일 실시예에 대한 수직 단면도를 나타낸다; 그리고
도 2는 본 발명에 따른 채널 인덕터의 일 실시예에 대한 수직 단면도를 나타낸다.
도 1은 강철 스트립을 위한 금속 코팅 라인에서 사용될 Al/Zn합금을 선-용융(pre-melting)하기 위한 채널 유도로의 주요 구성부들에 대한 단면도이다. 본 발명은 이러한 종류의 최종사용(end-use)에만 한정되는 것이 아니고, 임의의 적절한 채널 유도로 및 적절한 최종사용 응용기술의 일부로서 이용될 수도 있다는 것을 이 이해하여야 할 것이다.
도 1에 도시된 채널 유도로(3)는 알루미노규산염(aluminosilicate)과 같은 내화성 물질로 된 내부 라이닝(29)과 외부의 강철 쉘(27)에 의해 형성되는 포트를 포함하고 있다. 사용 시, 상기 포트는 Al/Zn 합금의 욕(bath)을 포함한다. 상기 로(3)는 또한 강철 쉘(27)의 대향하는 측벽들에 연결되고 또한 각각의 개구부들(throat)(33)을 통해 상기 욕과 유체로 통하게 된 두 개의 채널 인덕터들(31)을 포함한다. 사용 시, 용융된 Al/Zn 합금은 상기한 욕으로부터 채널 인덕터(31) 안으로 그것을 통과해 흐르고 상기 채널 인덕터들(31)에 의해 가열된다.
도 2의 채널 인덕터(33)의 도면은 본 발명에 특히 적절한 인덕터의 구성요소들을 나타내기 위한 수직단면도이다. 아울러, 이들 구성요소들을 가능하면 명확하게 나타내기 위하여 상기 인덕터(33)의 전자기 코일은 도면 중의 개구부(1)에 포함되지 않는다.
상기 채널 인덕터(33)는,
(a) 부재번호 5로 식별되는 채널 라이너, 및
(b) 상기 채널 라이너를 위한 지지체를 포함하고 있다.
상기 채널 라이너(5)는 용융 Al/Zn 합금 및 Zn 증기에 대하여 화학적으로 저항성을 갖는 물질로부터 제조된다(moulded). 채널 라이너(5)는 상기한 개구부(1)를 정의하는 단일체로 된 기다란 유닛이며, 그리고 용해된 Al/Zn 합금이 상기 채널 인덕터를 통해 흐르도록 하기 위한 이중의 "U" 형상으로 된 채널이다. 상기 채널은 베이스를 포함하며 상기 베이스로부터 연장되는 세 개의 평행한 암들(arm)(9)을 포함한다. 채널의 중앙 암의 상단부는 용해된 Al/Zn 합금을 위한 입구(15)이고 채널의 바깥쪽 암들의 상단부들은 용해된 Al/Zn 합금을 위한 배출구(17)들이다. 채널의 베이스는 채널 라이너(5)의 베이스 부분(7)에 의해 정의되고 채널의 암들은 상기 채널 라이너(5)의 직립한 부분(9)에 의해 정의된다. 이 부분들(7, 9)은 얇은 벽으로 된, 속이 빈 부분들이다. 상기 채널 라이너(5)는 상부 벽(11)을 가지며, 용해된 Al/Zn 합금 유동을 위한 입구(15) 및 배출구들(17)이 상기 상부 벽(11)에 형성된다. 상기 채널 라이너(5)는 또한 상부 벽(11)의 주변으로 연장되는 측벽(21)과 상기 측벽(21)으로부터 바깥쪽으로 연장되는 플랜지(19)를 포함한다. 이로써 상기 상부 벽(11)과 측벽(21)은 하나의 베스티뷸(vestibule) 또는 전로(forebay)를 형성한다. 상기 플랜지(19)는 채널 유도로의 포트(도시되지 않음)의 포트 개구부(도시되지 않음)를 정의하는 내화성 물질로 된 라이닝(도시되지 않음)에 채널 라이너(5)를 장착하기 위해 제공되는데, 이에 의해 용융된 Al/Zn 합금과 채널 인덕터 사이의 직접적인 접촉이 상기 채널 라이너(5)에만 접촉되도록 제한된다.
채널 라이너 지지체는 내화성 물질의 내부 라이닝(25)과 외부의 강철 쉘(23)을 포함한다. 상기 내화성 물질은 상기 쉘(23)과 채널 라이너(5) 사이의 공간을 채운다. 용융된 Al/Zn 합금과 채널 인덕터 사이의 접촉은 채널 라이너(5)만 접촉하도록 제한되기 때문에 상기한 내화성 물질은 화학적 저항특성을 고려하지 않고 채널 인덕터의 단열과 기계적 강도를 위해 최적인 내화성 물질로부터 선택될 수 있다.
상기 본 발명의 채널 인덕터는 채널 인덕터에 대한 손상 모드로서의 화학적 침식과 크래킹을 최소화한다.
본 발명의 본질 및 범주에서 벗어남이 없이 전술한 본 발명의 실시예에 대한 수많은 변형이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 도면에 도시된 채널 인덕터(3)의 특정한 형태에만 한정되지 않는다.
또 다른 예를 들면, 본 발명은 이중의 "U" 형상의 채널 라이너(5)에만 한정되지 않고, 예컨대, 단일한 "U" 형상의 채널 라이너(5)에까지 또한 확장된다.
또 다른 예를 들면, 본 발명은 단일체(single piece) 유닛으로 형성된 채널 라이너(5)에만 한정되지 않는다.

Claims (2)

  1. (a) 채널 인덕터를 통해 상기 채널 라이너와 유체연통하도록 구성된 용융 금속의 포트 내에 함유된 용융 금속이 흐르도록 채널을 형성하는 채널 라이너로서, 상기 채널은 베이스 및 상기 베이스로부터 연장되는 세 개의 평행한 암들(arm)을 포함하며, 중앙 암은 용융 금속을 위한 입구이고 각각의 바깥쪽 암은 용융 금속을 위한 배출구들이고,
    상기 채널 라이너는 상부 벽에 의해 한정되는 베스티뷸(vestibule) 또는 전로(forebay), 상기 상부 벽의 주위로부터 위쪽으로 연장되는 측벽 및 상기 측벽의 상단 모서리로부터 바깥쪽으로 연장되는 채널 유도로의 포트의 내화물질 라이닝에 채널 라이너를 장착하기 위한 마운팅 플랜지를 포함하고, 상기 입구 및 배출구들은 상기 상부 벽에 형성되며,
    또한 상기 채널 라이너는 채널에서의 용융 금속에 의한 화학적 침식에 저항성이 있는 세라믹 물질로부터 단일체(single-piece) 유닛으로 제조되고, 이로써 상기 채널 유도로의 사용시, 상기 용융 금속과 채널 인덕터 간의 직접적인 접촉이 단지 상기 채널 라이너(플랜지를 포함함)에만 이루어지도록 제한되며, 상기 용융 금속은 상기 채널 인덕터의 다른 부분과는 접촉하지 않도록 구성된 채널 라이너,
    (b) 채널 라이너의 지지체(support)로서, 상기 지지체는 외부 쉘(outer shell)과 상기 외부 쉘 및 상기 채널 라이너의 세라믹 물질 사이에 배치된 내화성 물질로 된 라이닝을 포함하고, 상기 내화성 물질은 채널 인덕터에 대한 단열 및 기계적 강도에 있어 최적인 물질로부터 선택되는 것인 지지체, 및
    (c) 전자기 코일
    을 포함하는 채널 유도로의 채널 인덕터.
  2. (a) 강철로 된 쉘,
    (b) 상기 쉘 내부의 내화성 물질로 된 라이닝으로서, 상기 내화성 라이닝이 형성된 쉘은 베이스 및 위쪽으로 연장되는 면을 갖는 라이닝,
    (c) 상기 내화성 물질로 라이닝이 된 쉘에 의해 형성되는 용융 금속의 풀을 함유하는 포트,
    (d) 포트 내에 포함된, 제1항에 정의된 금속을 가열하기 위한 2 이상의 채널 인덕터로서, 각각의 채널 인덕터는 상기 쉘에 연결되고, 상기 포트와 유체 연통하도록 구성된 채널 인덕터, 및
    (e) 상기 포트와 상기 채널 인덕터를 상호 연결하는 2 이상의 개구부(throat)로서, 각 개구부는 내화성 라이닝이 형성된 쉘을 통해 채널 인덕터의 입구 및 출구들로 연장되는 개구부,
    를 포함하는 채널 유도로.
KR1020197034122A 2010-03-29 2011-03-29 세라믹 라이닝이 형성된 채널 인덕터 KR20190131622A (ko)

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