KR20210138659A - 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치 및 시스템이 제공된다. 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치는 내화 재료로 형성되고, 일단에 제1 구멍 및 타단에 제2 구멍을 포함하는 덕트를 포함한다. 상기 덕트는 상기 제1 구멍과 상기 제2 구멍 사이에서 상기 비철 용융 금속의 몸체를 운반하도록 구성되며, 상기 제1 구멍과 상기 제2 구멍 사이의 비철 용융 금속을 둘러싸도록 구성된다. 상기 덕트는 대향하는 제1 외부 측면과 제2 외부 측면을 포함한다. 제1 인덕터 어셈블리는 상기 제1 측면에 인접하게 연장되고, 상기 제1 측면에 인접한 덕트의 길이를 따라 배열된 복수의 인덕터들을 포함한다. 전자 회로는 상기 복수의 인덕터들의 각 인덕터에 순차적으로 전원을 공급하는 직류 펄스를 생성하여 상기 덕트를 따라 상기 비철 용융 금속 몸체를 추진하는 상기 비철 금속 용융 금속 내의 이동 자기장을 생성한다.

Description

비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치 및 시스템

본 발명은 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 비철 용융 금속의 몸체를 수용하는 용기, 적어도 일단이 상기 용기의 제1 개구부에 연결된 채널 및 상기 채널을 따라 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

생산 또는 재활용 중에 비철 금속(알루미늄 및 그 합금 등)을 용융할 때, 전자기 펌프는 용융 금속의 펌핑, 순환 및 이송에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자기 펌프는 합금의 균일한 분포와 용융 금속 몸체를 대한 더욱 균질한 온도 분포를 보장하기 위해 용광로 내에서 용융 금속을 순환시키는 데 사용될 수 있다(자연 대류만으로는 용광로 바닥과 가열된 금속 표면 사이의 온도 구배를 극복하기에 충분하지 않기 때문이다).

GB 2,515,475 A는 라운더(launder)라고 하는 상부 개방형 채널(open topped channel)이 용광로의 양 단에서 연결되는 순환 시스템을 개시한다. 펌프는 라운더 중앙에 배치되어 용광로에서 용용 금속을 라운더를 통해 다시 용광로 안으로 펌핑하여 용용 금속이 순환되고 혼합되도록 한다.

전자기 펌프는 물질을 이송하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들어, US 2018/0216890 A1는 용용 금속을 라운더에 펌핑하는 것을 개시한다. 여기서, 라운더는 예를 들어 추가 처리 또는 주조를 위해 라운더에서 용융 금속을 제거하기 위한 배출구를 선택적으로 열고 닫도록 배열된 댐을 포함한다.

기존의 전자기 펌프는 일반적으로 용융 금속이 흐를 수 있는 내화 재료로 만들어진 튜브를 포함한다. 절연체 층이 튜브의 외주를 감싸고 복수의 인덕터 코일이 절연체 주위에 싸여 있다. 인덕터 코일은 튜브를 따라 용융 금속을 추진하는 자기장을 생성하도록 에너지를 공급받을 수 있다. 절연체는 튜브의 용융 금속에서 나오는 열이 인덕터 코일을 손상시키지 않도록 방지한다. 기존 전자기 펌프는 인덕터 코일과 절연체가 튜브 주위에 서로 겹쳐진 상태로 설계되어 유지보수를 위해 인덕터 코일에 접근하는 것이 어렵다. 인덕터 코일 중 하나에 결함이 발생하여 교체해야 하는 경우 일반적으로 전체 전자기 펌프를 폐기 및 분해해야 하므로 비용이 많이 드는 가동 중지 시간이 발생하게 된다.

전자기 펌프의 처리량은 부분적으로 튜브의 내경에 의해 결정되고 내경이 클수록 용광로 측에서 접근 및 유지 보수가 더 쉽기 때문에 더 큰 내경(보어)을 갖는 튜브가 전자기 펌프에 선호된다. 내경이 작은 튜브는 고주파(즉, 주 전원 주파수) 작동에 유리하지만 처리량을 제한하고 용융 금속과 튜브 내벽 사이의 상호 작용을 증가시켜 열 손실 및 내벽과의 화학 반응을 포함하는 여러 가지 바람직하지 않은 효과를 증가시킨다. 내경이 작을수록 용융 금속이 내벽으로 얼어붙을 가능성이 높아져 결국 막힌 튜브를 청소하는 데 비용이 많이 드는 가동 중지 시간이 발생할 수 있다. 더 작은 내경을 가진 튜브는 더 작은 부피의 금속을 보유하고 더 높은 표면 대 부피 비율을 가지므로 시스템 고장 시 금속 부피의 온도가 더 빨리 떨어지고 용융 금속이 동결될 가능성이 높아진다.

그러나 이러한 바람직하지 않은 영향을 피하기 위해 튜브의 내부 직경을 충분히 크게 만드는 것은 전체 튜브 직경에 걸쳐 용융 금속을 추진하기 위해 튜브의 중심으로 침투하기에 충분한 강도의 자기장을 생성하는 문제를 야기한다. 기존 전자기 펌프에 적용된 자기장은 일반적으로 전체 튜브 직경에 걸쳐 용융 금속을 추진하기에 충분하지 않으며 튜브 벽에 가장 가까운 용융 금속만 이동 자기장에 의해 제공되는 힘을 경험하게 된다. 결과적으로 튜브 중앙의 용융 금속은 일반적으로 항력에 의해 운반되지만 항력은 튜브 중앙의 용융 금속을 따라 운반하기에 불충분할 수 있으며(특히 예를 들어 용융 금속이 중력 또는 배압에 대해 펌핑되는 경우), 튜브 중앙의 용융 금속이 뒤로 흐를 수 있는 슬립퍼지(slippage)라는 효과가 발생하게 된다. 슬립퍼지는 기존 전자기 펌프의 출력 압력 및 펌핑 용량의 바람직하지 않은 저하를 유발하는 기존 전자기 펌프의 문제에 해당한다.

원형 단면 튜브의 보어 직경이 증가함에 따라 슬립퍼지를 극복하면서 튜브의 전체 직경을 가로질러 용융 금속을 이동시키는 데 필요한 전자기장 강도가 증가한다. 기존의 전자기 펌프에서는 일반적으로 상당한 전력에서도 코일에 의해 생성될 수 있는 도달 가능한 자기장과 튜브의 내경 사이에 절충점이 있다. 전체 보어 직경에 걸쳐 용융 금속을 추진하고 슬립퍼지를 방지하기에 충분한 자기장을 생성하기에 충분한 전력을 코일에 제공할 수 있는 전원 공급 장치를 만드는 것은 어렵고 비용이 많이 발생한다(특히 전원 공급 장치가 50Hz - 60Hz 의 일반적인 주 전원 주파수로 제한되는 경우).

튜브는 고온에서 용융 금속을 운반하며 튜브의 외부 표면은 매우 뜨거워져 튜브에 너무 가까이 배치되고 적절한 냉각이 제공되지 않으면 인덕터 코일이 손상될 수 있다. 일반적으로 튜브의 외부 표면과 인덕터 코일 사이에 약간의 단열재가 제공된다. 그러나 단열재를 제공하면 튜브로부터 인덕터 코일의 위치가 변화되고 자기장을 생성하는 데 필요한 전원 공급 장치와 슬립퍼지를 방지하기 위해 전체 보어 직경에 걸쳐 액체 금속을 추진하기 위해 제공되어야 하는 자기장이 증가하게 된다. 불충분한(얇은) 단열재는 뜨거운 금속에서 냉각된 코일로 직접 열을 전달할 위험을 높인다. 기존 전자기 펌프의 제한된 기하학적 구조 내에서 충분한 냉각을 제공하는 것은 어려운 일이며 기존 펌프 설계를 확장할 수 있는 정도를 제한한다. 코일이 고장 나면 코일 수리 문제가 다시 발생하여 비용이 많이 드는 가동 중지 시간이 발생하게 된다.

GB 2,515,475 A1은 상부 개방형(open-topped) 라운더의 바닥과 하나 이상의 측면 주위에 코일 세트와 같은 유도 요소를 배치하여 전자기 펌프를 생성할 수 있는 것을 개시한다. 이러한 배열은 용융 금속의 일부 순환을 달성할 수 있지만 비효율적이다. 상부 개방형 라운더에서는 용융 금속 이송을 위해 요구되는 압력을 용융 금속에 발생시킬 수 없다. 상부 개방형 라운더에서 용융 금속에 힘을 가하면 용융 금속이 라운더 상부로 튀어 오를 수 있는 파동이 발생하는 경향이 있다.

따라서 기존 전자기 펌프의 한계 중 적어도 일부를 극복하는 것이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 기존 전자기 펌프의 한계 중 적어도 일부를 극복할 수 있는 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치가 제공된다. 상기 전자기 장치는 일단에 제1 구멍 및 타단에 제2 구멍을 포함하는 덕트를 포함한다. 상기 덕트는 상기 제1 구멍과 상기 제2 구멍 사이에서 상기 비철 용융 금속의 몸체를 운반하도록 구성된다. 상기 덕트는 상기 제1 구멍과 상기 제2 구멍 사이의 비철 용융 금속의 몸체를 둘러싸도록 구성된다(즉, 덕트의 유일한 구멍이 제1 구멍과 제2 구멍이 되도록 덕트가 비철 용융 금속의 몸체를 완전히 감싼다). 상기 덕트는 대향하는 제1 외부 측면과 제2 외부 측면을 포함한다. 제1 인덕터 어셈블리는 상기 제1 측면에 인접하게 연장되고, 상기 제1 인덕터 어셈블리는 상기 제1 측면에 인접한 덕트의 길이를 따라 배열된 복수의 인덕터들을 포함한다. 전자 회로는 상기 복수의 인덕터들의 각 인덕터에 순차적으로 전원을 공급하는 직류 펄스를 생성하여 상기 덕트를 따라 상기 비철 용융 금속 몸체를 추진하는 상기 비철 금속 용융 금속 내의 이동 자기장을 생성하도록 구성된다.

종래 기술의 전자기 펌프는 복수의 인덕터 코일을 가지고 있지만, 각각의 인덕터 코일은 원형이며 용융 금속을 이송하는 원형 튜브의 외주를 완전히 감싸고 있으며, 종종 인덕터 코일이 튜브를 둘러싸는 절연체 또는 튜브에 물리적으로 부착되거나 결합된다. 이것은 유지보수를 위해 인덕터에 접근하는 것을 어렵게 만든다. 인덕터 코일 중 하나에 결함이 발생하여 교체가 필요한 경우, 일반적으로 전체 전자기 장치를 해체 및 분해해야 하므로 전체 용광로 또는 용융 장비의 가동 중지 시간이 많이 소요된다.

대조적으로, 본 발명에서, 덕트는 코일 외부에 있다. 즉, 코일 중 어느 것도 덕트 외부를 완전히 감싸지 않으며 인덕터 코일 또는 인덕터 어셈블리가 튜브 또는 튜브를 둘러싸는 절연체에 물리적으로 부착되거나 어떤 방식으로든 물리적으로 연결되지 않는다. 대신, 인덕터는 인덕터 어셈블리와 튜브 또는 튜브를 둘러싼 절연체 사이에 갭이 있는 덕트의 한 측면에만 인접한 어셈블리에 위치한다. 인덕터 어셈블리와 튜브 또는 튜브를 둘러싼 절연체 사이의 물리적 분리는 결함이 있는 인덕터 어셈블리를 정상적인 어셈블리로 교체하는 것을 훨씬 쉽게 만든다.

예를 들어, 전체 인덕터 어셈블리는 전체 장치를 분해할 필요 없이 결함이 있는 인덕터 어셈블리를 제거하고 새로운 어셈블리를 결합할 수 있는 슬라이더에 부착될 수 있다. 또한, 전자기 장치는 단일 인덕터 어셈블리로 작동할 수 있으므로, 이 배열은 두 번째 인덕터 어셈블리가 타 측면에 인접하게 제공될 수 있기 때문에 인덕터 중복성을 제공할 가능성을 제공하고 인덕터 어셈블리 중 하나가 수리를 위해 제거되더라도 전자기 장치는 여전히 단일 인덕터 어셈블리와 함께 작동할 수 있다.

비철 용융 금속의 몸체와 제1 인덕터 어셈블리 사이의 갭(예를 들어, 비철 용융 금속의 대향하는 외면과 제1 인덕터 어셈블리의 인덕터들 사이)은 다음 중 하나 이상일 수 있다: 75 mm, 100mm, 150mm, 200mm 및 250mm. 이 간격은 기존의 전자식 펌프보다 넓어서 인덕터 어셈블리를 코일 및 코일 주변의 모든 절연체에서 완전히 분리할 수 있어 유지 보수가 용이하고 더 많은 절연체를 제공할 수 있다.

본 발명자들이 기존 전자기 펌프에서 사용되는 주 주파수 교류(50-60Hz) 대신 저주파 직류 펄스(예를 들어, 초당 0.5~100개의 직류 펄스 또는 초당 0.1~100개의 직류 펄스)를 사용하여 인덕터에 에너지를 공급하는 경우 자기장의 침투 깊이를 증가시켜 인덕터와 덕트 사이에 더 큰 간격을 허용하면서 슬립퍼지를 방지할 수 있다는 것을 발견하였기에, 이러한 더 큰 간격이 가능하게 되었다.

작은 내경(보어) 튜브의 바람직하지 않은 영향을 피하기 위해 튜브 구멍을 충분히 크게 만들려면 침투 깊이와 자기력을 증가시켜야 한다. 침투 깊이가 충분하지 않으면 원치 않는 슬립퍼지가 발생할 수 있다. 종래 기술의 전자기 펌프에서는 일반적으로 원형 단면 튜브의 보어 직경이 증가함에 따라 필요한 침투 깊이가 증가하기 때문에 코일에 의해 생성된 자기장의 도달 가능한 침투 깊이와 구멍 직경 사이에는 절충점이 있다. 또한, 내화물, 예를 들어 단열도 이에 따라 증가되는 것이 요구되었다. 전체 보어 직경에 걸쳐 용융 금속을 추진하고 슬립퍼지를 방지하기에 충분한 자기장을 생성하기에 충분한 전력을 코일에 제공할 수 있는 전원 공급 장치를 만드는 것은 어렵고 비용이 많이 발생한다(특히 전원 공급 장치가 50Hz - 60Hz 의 일반적인 주 전원 주파수로 제한되는 경우).

본 발명의 전자기 장치의 기하학적 구조는 침투 깊이의 상응하는 증가를 반드시 필요로 하지 않고 처리량을 증가시키기 위해 덕트의 내부 영역을 증가시키는 데 도움이 되며, 이는 원형 코일을 갖는 종래 기술의 전자기 펌프와 비교할 때 필요한 전력을 줄이는 데 도움이 되며, 전자 회로를 더욱 저렴하게 제조하게 한다. 덕트의 전체 외주를 코일로 감싼 인덕터를 사용하는 대신 덕트의 외부 측면 중 어느 한쪽만을 따라 연장되는 복수의 인덕터를 구비함으로써, 덕트는 더 이상 코일 형상에 따라 원형 단면을 가질 필요가 없다.

대신, 덕트는 넓고 평평한 모양과 같이 침투 깊이와 펌핑 용량 모두에 동시에 최적화된 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 덕트의 단면은 덕트를 가로지르는 단면의 폭보다 작은 제1 측면과 제2 측면 사이의 높이를 가질 수 있습니다. 단면의 폭은 적어도 인접한 인덕터의 폭만큼 넓을 수 있지만(인덕터 어셈블리와 측면 사이의 중첩을 최대화하기 위해) 덕트의 단면 높이는 더 작을 수 있고 인덕터에서 발생하는 전자기장의 침투 깊이에 따라 선택된다(예를 들어, 충분한 자기장이 비철 용융 금속의 몸체 전체를 관통하여 비철 용융 금속의 전체 몸체가 슬립퍼지를 방지하기 위해 자기장에 의해 추진되도록 허용하도록).

따라서, 본 발명의 전자기 장치의 기하학적 구조는 침투 깊이와 펌핑 용량이 동시에 최적화될 수 있는 방법을 제공한다.

덕트에 대한 가능한 단면 모양의 한 예는 실질적으로 직사각형 단면이며, 인덕터 어셈블리가 덕트의 직사각형 단면의 긴 측면 중 하나에 인접하고(인덕터 어셈블리와 측면 사이의 중첩을 최대화하기 위해) 덕트의 직사각형 단면의 짧은 쪽은 인덕터에 의해 생성된 전자기장의 침투 깊이에 따라 선택된다.

상기 자기장은 50mm, 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 500mm 및 1000mm 중 적어도 하나의 침투 깊이를 가지도록 구성될 수 있다. 그러한 침투 깊이는 종래 기술의 전자기 펌프에서 달성될 수 있는 것보다 더 깊으며, 인덕터에 에너지를 공급하는 저주파 직류 펄스의 결과로서 가능하다. 이 높은 침투 깊이는 인덕터를 기존 전자기 펌프에 비해 덕트에서 상대적으로 멀리 배치할 수 있게 하여 유지보수에 대한 접근성을 개선하고 추가 절연을 허용하게 한다.

대조적으로, 50-60Hz 주 주파수로 고정된 기존 전자기 펌프의 도달 가능한 침투 깊이에 대한 실질적인 제한을 감안할 때 코일은 튜브의 외부 표면에서 너무 멀리 위치할 수 없다. 튜브는 고온에서 용융 금속을 운반하고 튜브의 외부 표면은 매우 뜨거워져 코일에 적절한 냉각이 공급되지 않으면 문제가 발생할 수 있다. 코일을 구동하는 전류(특히 교류 구동 전류의 경우)에 대한 저항으로 인해 코일이 국부적으로 과열되면 코일이 국부적으로 녹거나 심지어 기화될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 코일이 냉각된다. 그러나 일반적인 냉각수는 예를 들어, 80^oC - 200^oC 범위의 낮은 온도에서 끓으며, 이러한 온도는 튜브의 외부 표면에 있는 알루미늄의 700 ^oC - 900 ^oC 의 온도보다 훨씬 낮으며, 이는 증기 팽창으로 인해 코일이 손상될 수 있는 냉각수가 끓는 것을 방지해야 하는 문제를 나타낸다. 물과 액체 알루미늄이 액체 금속 물 폭발을 일으킬 수 있으므로 액체 금속 스트림으로의 누수는 장비의 치명적인 고장을 일으킬 수 있다. 기존 전자기 펌프의 제한된 기하학적 구조에서 충분한 냉각을 제공하는 것은 어려운 일이다. 추가 단열재를 제공하는 것은 침투 깊이 문제를 악화시키기 때문에 실용적이지 않다.

본 발명의 전자기 장치의 기하학적 구조, 특히 덕트는 필요한 침투 깊이를 감소시키는 동시에 필요한 수준의 처리량을 제공하기 위해 넓고 평평한 형상을 가질 수 있고, 인덕터 어셈블리 냉각 시스템의 주변 열 부하를 줄이기 위해 인덕터 어셈블리를 덕트에서 더 멀리 떨어뜨리는 데 도움이 된다.

상부 개방형(open-topped) 라운더의 바닥과 하나 이상의 측면 주위에 코일 세트와 같은 유도 요소를 배치하여 전자기 펌프를 생성할 수 있는 것을 개시한다. 이러한 배열은 용융 금속의 일부 순환을 달성할 수 있지만 비효율적이다. 상부 개방형 라운더에서는 용융 금속 이송을 위해 요구되는 압력을 용융 금속에 발생시킬 수 없다. 상부 개방형 라운더에서 용융 금속에 힘을 가하면 용융 금속이 라운더 상부로 튀어 오를 수 있는 파동이 발생하는 경향이 있다. 이에 반해, 본 발명에서는 덕트가 금속 몸체를 사방으로 둘러싸고 자기장이 피스톤과 같이 기존 구멍 밖으로 용융 금속을 밀어내는 역할을 하여 출구 구멍에서 용융 금속의 압력 수두를 유발하는 작용을 한다.

전자기 장치는 대향하는 제2 측면에 인접하게 연장되는 제2 인덕터 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 제2 인덕터 어셈블리는 제2 측면에 인접한 덕트의 길이를 따라 배열된 복수의 구성 요소를 포함할 수 있다.

전자기 장치는 비철 용융 금속의 본체에 삽입된 전기 접점(예를 들어, 덕트의 양쪽에 삽입된 전기 접점)을 더 포함할 수 있다. 덕트를 따라 비철 용융 금속 본체의 추진력을 증가시키기 위해 비철 용융 금속 본체에서 유도된 자기장과 상호 작용하도록 접점에 직류를 인가할 수 있다.

상기 각각의 구성 요소는 인덕터 및 자기 코어 중 하나 이상일 수 있다. 즉, 각각의 구성요소는 인덕터 단독, 자기 코어 단독, 또는 인덕터와 자기 코어의 조합일 수 있다.

상기 제1 측면에 인접한 각각의 인덕터는 상기 제2 측면에 인접한 구성 요소 중 하나와 대향할 수 있다(예를 들어, 중앙에 금속을 미러 축으로 하는 미러 디자인). 따라서, 전자기 장치는 제1 측면에 인접한 덕트의 일 측면에 복수의 인덕터를 갖는다. 두 번째 측면에 인접한, 덕트의 타 측면에는 대응하는 구성 요소가 있다. 각 인덕터는 대응하는 구성 요소(인덕터 및/또는 자기 코어)에 직접적으로 대향할 수 있다. 구성 요소는 덕트를 가로질러 자기장을 유도하는 데 도움이 되며, 구성 요소가 인덕터를 구성하는 경우 가장 효과적이다.

각 인덕터는 자기 코어 주위에 감긴 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코일은 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 코일은 내부 냉각을 위해 냉각 매체(예: 물 또는 오일)가 코일을 통과할 수 있도록 속이 비어 있을 수 있다. 대안적으로, 코일은 고체일 수 있고 외부 냉각은 예를 들어 공랭식으로 제공되거나 코일을 냉각조(예: 오일조)에 침지함으로써 제공될 수 있다.

자기 코어는 페리자성 물질 또는 강자성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자기 코어는 철 또는 페라이트 강을 포함할 수 있다.

덕트 측면의 인덕터 각각은 덕트 측면의 길이를 따라 연장되는 단일 자기 코어 주위에 감길 수 있다. 예를 들어 단일 구성요소만 장착하고 정렬해야 하므로, 단일 자기 코어를 사용하면 제조가 쉬워진다. 또한 단일 자기 코어를 가지면 자속이 전체 자기 코어(인접 돌출부 포함) 주위를 순환할 수 있다. 이것은 인덕터 사이를 전환할 때 효율성을 향상시키고 부하를 줄인다.

단일 자기 코어는 덕트의 측면의 길이를 따라 연장되는 베이스 및 베이스로부터 연장되는 복수의 돌출부를 포함할 수 있다. 각 코일은 돌출부 중 하나 주위로 연장될 수 있다. 돌출부는 각 코일을 고정하는 편리한 방법을 제공할 수 있다. 또한, 돌출부는 코일에 의해 돌출부에 유도된 자기장을 집중시킨다. 돌출부는 자기장을 형성하고 덕트로 향하는 데 도움이 된다.

돌출부는 덕트의 외부 표면을 향해 연장될 수 있습니다.

인접한 돌출부 주위로 연장되는 코일은 오프셋될 수 있다. 인접한 돌출부에서 코일을 오프셋하면(돌출부의 길이를 따라 다른 위치에서) 인접 코일을 쌓을 수 있어 모든 코일을 수용할 수 있는 자기 코어의 길이를 줄여 장치의 전체 길이가 줄어들 수 있다.

인접한 돌출부 주위로 연장되는 코일은 대각선으로 오프셋될 수 있다. 인덕터를 대각선으로 오프셋하면 덕트에서 서로 다른 거리에서 오프셋 인덕터를 피할 수 있다(각 인덕터에 의해 용융 금속 본체에 적용되는 자기장이 달라질 수 있음). 인덕터를 대각선으로 오프셋하면 이를 피하면서 장치의 전체 길이를 계속 줄일 수 있다.

자기 코어는 적층 구조를 가질 수 있다. 이것은 와전류 생성을 감소시킨다. 적층 구조는 절연 재료에 의해 분리된 자성 재료 시트를 포함할 수 있다. 절연 재료는 공기, 실리케이트 및/또는 폴리머와 같은 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 자성 재료 시트는 절연 재료로 만들어진 스페이서에 의해 분리될 수 있습니다.

인덕터는 공기, 증기 또는 액체 냉각일 수 있다. 액체는 예를 들어 물, 글리콜 또는 방폭 액체(뜨거운 표면 또는 용융 금속과 접촉하는 경우 폭발을 방지하기 위해)일 수 있다.

전자 회로는 각 인덕터에 전원을 공급하기 위해 교류 펄스를 생성할 수 있다.

전자 회로는 각각의 인덕터에 전력을 공급하기 위해 직류 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 덕트 내 용융 금속의 침투 깊이는 자기장의 주파수, 예를 들어 재료로의 침투 깊이를 증가시키는 저주파로 위상 변화의 속도와 관련이 있다. AC 펄스는 주 주파수(50Hz - 60Hz)로 제한되거나 원치 않는 노이즈를 생성할 수 있고 부피가 크고 값비싼 전자 장치를 포함하는 주파수 변환이 필요하다. AC 공급 장치는 또한 많은 양의 폐열을 발생시키는 경향이 있다. 이와 달리, 원하는 주파수의 DC 펄스는 수정된 스위치(예: IGBT 및 사이리스터 기반)에 공급되는 정류기를 사용하여 AC 주 전원을 DC로 변환하고 각 인덕터에 대한 전원을 제어하여 생성할 수 있다.

각 펄스는 10 ~ 10000밀리초 범위의 펄스 길이를 가질 수 있다.

전자 회로는 초당 0.5 내지 100 펄스, 바람직하게는 초당 0.1 내지 100 펄스를 생성할 수 있다.

특히 DC 전자 회로 설계로 쉽게 가능한 더 낮은 주파수는 더 높은 침투 깊이를 제공하여 인덕터 어셈블리를 덕트에서 더 멀리 배치할 수 있게 한다. 결과적으로 인덕터 어셈블리는 덕트의 용융 금속으로 인한 열에 의해 손상될 가능성이 적고 열이 인덕터 어셈블리에 도달하는 것을 방지하기 위해 덕트와 인덕터 어셈블리 사이에 절연체를 삽입할 수 있는 충분한 공간이 확보된다. 인덕터 어셈블리는 덕트의 용융 금속에서 나오는 열의 영향을 덜 받기 때문에 인덕터 어셈블리의 냉각 시스템은 인덕터의 폐열만 처리하면 된다.

인덕터 어셈블리와 덕트 사이에는 절연층이 개재될 수 있다. 기존의 전자기 펌프와 달리 인덕터 어셈블리는 덕트나 덕트를 둘러싼 절연체에 물리적으로 결합되지 않는다. 결과적으로 덕트나 덕트를 둘러싼 절연체를 제거하지 않고도 인덕터 어셈블리를 제거할 수 있어 유지 보수가 더 빠르고 간단해진다.

절연층은 전자기 장치의 외부 표면을 안전하게 만질 수 있도록 한다. 또한 인덕터 어셈블리가 용융 금속의 열에 의해 부정적인 영향을 받지 않도록 보장, 예를 들어 증기 팽창을 손상시킬 수 있는 냉각수가 끓는 것을 방지한다. 상기 제1 인덕터 어셈블리와 상기 덕트 사이에는 절연층이 개재될 수 있다.

상기 제2 인덕터 어셈블리와 상기 덕트 사이에는 절연층이 개재될 수 있다. 절연층은 단열 세라믹을 포함할 수 있다. 각각의 절연층은 서로 다른 재료로 만들어진 두 개의 하위층을 포함할 수 있습니다. 예를 들어, 덕트에 가장 가까운 내부 층은 견고한 물리적 특성(예: Greenlite 또는 강한 내화 단열판)을 가진 덜 단열된 세라믹을 포함하고, 덕트에서 더 멀리 떨어진 외부 층은 물리적 특성이 더 약한 절연 세라믹(예: 월라이트 또는 캐스터블 내화 시멘트)을 포함할 수 있다. 금속으로 만들어진 홀더는 절연체를 손상으로부터 보호한다.

덕트의 내부 모서리는 둥글게 되어 흐름의 균질성을 개선하고 덕트(일반적으로 세라믹 내화 재료로 만들어짐)가 고온 용융 금속의 영향으로 모서리에서 균열될 가능성을 줄일 수 있다.

덕트는 내화 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 용융 실리카, 탄화규소 및 질화규소가 있다. 탄화규소는 부착된 용광로의 열이 덕트를 예열할 수 있는 열전도율이 좋기 때문에 선호될 수 있으며, 별도의 예열 하드웨어가 필요하지 않으며 열 충격을 방지하여 내화 재료의 수명을 향상시킬 수 있다.

비철 용융 금속은 알루미늄, 아연, 규소, 마그네슘 및 납 중 하나이거나, 선택적으로 하나 이상의 추가 원소와 함께 이들 금속 중 하나 이상을 포함하는 합금일 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 비철 용융 금속 본체를 유지하기 위한 용기 및 적어도 일단이 상기 용기의 제1 개구부에 연결된 채널을 포함하는 시스템이 제공된다. 제1 실시예에 따른 전자기 장치는 용융 금속이 채널을 따라 흐르게 하도록 구성된다.

상기 전자기 장치의 제1 구멍이 용기의 제2 개구부에 연결될 수 있다. 상기 전자기 장치의 제2 구멍이 상기 채널에 연결될 수 있다. 상기 전자기 장치는 상기 덕트를 따라 상기 제1 구멍을 향해(즉, 채널에서 용기로) 비철 용융 금속의 몸체를 추진하도록 구성될 수 있다.

이로 인해 비철 용융 금속이 전자기 장치에 의해 용기에 직접 주입된다. 이것은 용융 금속이 반대 방향(즉, 채널 주변)으로 펌핑되는 경우 발생할 수 있는 문제를 방지한다. 상대적으로 작은 제1 개구부를 향해 용융 금속을 가속하면 제1 개구부에 도달할 때 많은 양의 스플래쉬 백이 발생할 수 있으며, 층류와 유사하게 표면 비말동반이 적은 완전히 발달된 난류 유동장으로의 유속이 감소한다. 따라서 용융 금속을 순환시키는 보다 효율적인 방법은 용융 금속을 다시 용기로 직접 펌핑하고 용융 금속이 용기를 통해 채널로 다시 흐르게 하는 것이다. 이러한 방식으로 용융 금속을 순환시키는 것은 용기 내의 용융 금속을 교반하는 작용을 하여 용기의 온도 분포를 보다 균일하게 하여 합금의 철저한 혼합을 보장하고 드로스 형성을 감소시키며 용융 효율을 향상시킨다.

채널은 용융 금속이 채널에서 제거되도록 선택적으로 허용하는 유출구를 포함할 수 있다. 전자기 장치는 용융 금속이 출구를 향해 흐르게 하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 이송 작업에서 전자기 장치는 반대 방향으로 작동하여 덕트를 따라 제1 구멍을 향해 비철 용융 금속의 몸체를 채널로 추진할 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치의 3차원 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 단면도의 측면도를 도시한다.
도 3은 자기 코어 주위에 감긴 코일로 구성된 복수의 인덕터를 포함하는 어셈블리를 도시한다.
도 4는 자기 코어의 구성예를 보다 구체적으로 나타낸 것이다.
도 5는 비철 용융 금속 몸체를 추진하는 이동 자기장을 생성하기 위해 인덕터에 전력을 공급하기 위한 전자 회로를 도시한다.
도 6은 이동 자기장의 예를 도시한다.
도 7은 다수의 재료에 대한 주파수의 함수로서 자기장의 침투 깊이를 도시한다.
도 8은 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 챔버 및 채널에 연결된 도 1의 전자기 장치의 평면도를 예시한다.

도 1 및 도 2는 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치(100)의 중심을 통한 단면을 도시한다. 전자기 장치(100)는 용융 또는 손상 없이 용융 금속의 열에 저항할 수 있는 실리콘 카바이드와 같은 내화 재료(108)로 형성된 덕트(102)를 포함한다. 내화 재료(108)는 홀더(110) 내에 수용된다. 홀더(110)는 내화 재료(108)를 손상으로부터 보호하고 전자기 장치(100)에 내화 재료(108)를 장착하기 위한 방법을 제공한다. 홀더(110)는 금속으로 만들어진다. 실시예에서, 홀더(110)는 내화 재료(108) 주위에 장착을 용이하게 하기 위해 두 부분(상단부 및 하단부)으로 형성된다.

덕트(102)는 덕트(102)의 일단에 제1 구멍(104) 및 덕트(102)의 타단에 제2 구멍(106)을 포함한다. 덕트(102)는 대향하는 제1 외부 측면(112) 및 제2 외부 측면(114)을 포함한다. 제1 인덕터 어셈블리(116)는 제1 외부 측면(112)에 인접하게 연장된다. 제2 인덕터 어셈블리(118)는 제2 외부 측면(114)에 인접하게 연장된다.

세라믹 절연 재료(109)는 덕트(102) 내의 용융 금속의 열로부터 제1 인덕터 어셈블리(116) 및 제2 인덕터 어셈블리(118)를 보호하기 위해 덕트(102)와 제1 및 제2 인덕터 어셈블리(116, 118)에 인접한 홀더(110)의 표면 사이에 배치된다.

각각의 인덕터 어셈블리(116, 118)는 각각의 측면에 인접한 덕트의 길이를 따라 배열된 복수의 인덕터(120)를 포함한다. 예를 들어, 제1 인덕터 어셈블리(116)는 덕트(102)의 제1 측면(112)에 인접한 복수의 인덕터(120a, 120b, 120c)를 포함한다. 제2 인덕터 어셈블리(118)는 제1 인덕터 어셈블리(116)의 인덕터를 미러링하는 복수의 인덕터(120a, 120b, 120c)를 포함한다. 즉, 제1 인덕터 어셈블리(116)의 각 인덕터(120)는 덕트(102)의 반대쪽에서 대응하는 제2 인덕터 어셈블리(118)의 인덕터(120)를 갖는다. 구체적으로, 제1 인덕터 어셈블리(116)의 인덕터(120a)는 제2 인덕터 어셈블리(118)의 인덕터(120a)와 대향하고, 제1 인덕터 어셈블리(116)의 인덕터(120b)는 제2 인덕터 어셈블리(118)의 인덕터(120b)와 대향하며, 제1 인덕터 어셈블리(118)의 인덕터(120c)는 제2 인덕터 어셈블리(118)의 인덕터(120c)와 대향한다.

전자 회로(도 5에 상세하게 도시됨)는 제1 구멍(104)과 제2 구멍(106) 사이에서 덕트(102)를 따라 비철 용융 금속 몸체를 추진하기 위해 덕트의 길이를 따라 이동하는 이동 자기장(도 6에 도시된 바와 같이)을 생성하기 위해 차례로 각각의 인덕터(120a, 120b 및 120c)에 전력을 공급한다.

덕트(102)의 외주면 전체를 코일과 같이 인덕터(120)로 감는 것이 아니라, 덕트(102)의 상부 및 하부 외측면(112, 114)만을 따라 연장되는 복수의 인덕터(120)를 가짐으로써, 덕트(102)는 더 이상 코일 형상에 의해 지시되는 원형 단면을 가질 필요가 없다. 대신에, 덕트(102)는 침투 깊이와 펌핑 용량이 모두 동시에 최적화되는 단면 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 덕트(102)는 인덕터 어셈블리(116, 118)와 측면(112, 114) 사이의 중첩을 각각 최대화하기 위해, 인덕터 어셈블리(116, 118)가 덕트(102)의 직사각형 단면의 더 긴 변(폭)에 인접하는 실질적으로 직사각형 단면을 갖는다. 덕트(102) 단면의 짧은 변(119)(높이)은 인덕터(120)에 의해 생성된 자기장의 침투 깊이에 따라 선택될 수 있다(자기장이 전체 덕트(102)를 관통할 수 있도록 함).

본 실시예에서, 덕트(102)의 내화 재료(108)는 둥근 내부 모서리를 가질 수 있다. 둥근 내부 모서리는 덕트(102)를 따라 용융 금속의 흐름을 개선하고 흐름이 거의 또는 전혀 없는 영역을 줄이고 날카로운 모서리를 피하여 용융 금속의 강한 열(열 충격) 하에서 내화 재료가 균열될 가능성을 감소시킨다.

제1 인덕터 어셈블리(116) 및 제2 인덕터 어셈블리(118)는 유지보수를 용이하게 하기 위해 위치 안팎으로 쉽게 미끄러질 수 있게 하는 슬라이더(미도시)에 끼워질 수 있다. 장치(100)가 제자리에 2개의 인덕터 어셈블리가 있는 것으로 도시되어 있지만 장치(100)는 제자리에 있는 단일 인덕터 어셈블리만으로 적절하게 작동될 수 있다. 따라서 인덕터 어셈블리 중 하나는 장치가 연결된 전체 프로세스를 해체하지 않고도 유지 관리를 위해 제거할 수 있다.

덕트(102)는 덕트(102)의 둘레를 따라 비철 용융 금속의 몸체를 모든 면에서 둘러싸도록 구성되며, 덕트(102)의 양쪽 끝에 있는 제1 구멍(104) 및 제2 구멍(106)을 유일한 개구부로 가진다. 이것은 인덕터가 바닥과 상부 개방형 라운더의 하나 이상의 측면에 인접하게 배치되는 다른 순환 장치에서 볼 수 있는 상부 개방형 라운더 설계와 대조된다. 그러나, 상부 개방형 라운더에서는 용융 금속 이송에 필요한 압력을 용융 금속에 발생시킬 수 없다. 상부 개방형 라운더 내의 용융 금속에 힘을 가하면 속도와 파동이 발생하여 용융 금속이 라운더 상단으로 튀어 오를 수 있다. 이와 달리, 덕트(102)가 모든 면에서 용융 금속의 몸체를 둘러싸도록 구성하면, 자기장은 용융 금속을 출구 구멍 밖으로 밀어내는 피스톤처럼 작용하여 출구 구멍에서 용융 금속의 압력 헤드를 유발하도록 작용한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 인덕터(120)는 자기 코어(130) 주위에 감긴 와이어 코일로 형성된다. 구체적으로, 전자기 장치(100)는 덕트(102)의 길이(L)를 따라 연장되는 베이스(132)와 함께 페라이트 강과 같은 강자성 재료 또는 페리자성 재료로 형성된 단일 자기 코어(130)를 갖는다. 손가락형 돌출부(133)는 베이스(132)로부터 측면(112, 114)을 향해 연장된다. 코일은 각각의 돌출부(133) 주위에 코일을 형성하는 충분한 턴의 와이어로 돌출부(133) 주위에 감겨 있다. 턴 수는 전자기 장치의 설계 기준에 따라 다르지만 일반적으로 50~200회 범위이다. 코일은 구리 와이어와 같은 와이어 또는 전기 전도성이 유사한 재료로 형성된다. 코일은 코일의 물리적 보호 및 전기 절연을 제공하기 위해 에폭시와 같은 수지로 적셔진 유리 실리카 섬유 슬리브에 내장되어 있다. 코일은 비전도성 온도 저항 폴리머 박스에 넣고 비전도성 온도 저항 고무로 주조할 수도 있다.

자기 코어(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 얇은 자성 재료 시트(134)(페라이트강과 같은 강자성 또는 페리자성 재료)가 그 사이에 에어 갭(136)(또는 다른 절연 재료)을 두고 적층되는 적층 구조를 갖는다. 비전도성 폴리머와 같은 절연 재료로 만들어진 스페이서(138)는 에어 갭(136)을 형성하기 위해 자성 재료 시트(134)를 지지한다. 구멍은 돌출부(133) 및 베이스(132)를 통해 연장되며, 일반적으로 스페이서(138)를 통과한다. 이러한 구멍을 통해 나사산 연결 로드(140)가 통과한다. 커넥팅 로드(140)의 양 단부에 있는 너트(142)와 같은 패스너는 자기 코어(130)를 함께 지지한다.

자기 코어(130)의 적층 구조는 인가되는 전류원에 적합하도록 설계되었다. 에어 갭(136)이 자성 재료 시트(134)와 대략 동일한 두께인 적층 디자인은 어셈블리(116, 118) 각각의 총 중량을 상당히 감소시킨다. 이는 어셈블리가 덕트(102) 위와 아래에서 제자리에 지지되어야 하기 때문에 중요하다.

인접한 돌출부(133) 주위로 연장되는 코일은 대각선으로 상쇄(offset)된다. 즉, 돌출부(133)의 일 측면 상의 특정 코일의 위치는 돌출부(133)의 타 측면 상의 동일한 코일의 위치와 상이하다. 돌출부(133)의 일 측면 상의 특정 코일의 위치는 인접 돌출부의 일 측면 상의 인접 코일의 위치와 일치한다. 유사하게, 돌출부(133)의 타 측면 상의 특정 코일의 위치는 이웃하는 돌출부(133)의 타 측면 상의 코일의 위치와 일치한다.

입구(152) 및 출구(154)는 액체 냉각 공급 장치에 부착하기 위해 제공된다. 냉각 액체는 인덕터 코일(120) 주위를 통과하고 선택적으로 자기 코어(130) 주위를 통과한다. 코일은 작동 중에 저항 열을 생성하고 자기 코어의 설계는 전류를 줄여 열을 줄이는 것으로 간주되지만, 그럼에도 불구하고 액체 냉각 유체에 의해 제거되는 일부 폐열은 여전히 생성된다. 액체 냉각제는 전도성이 낮고 노출된 액체 알루미늄의 폭발을 일으키지 않도록 위험하지 않도록 설계되었다.

도 5는 덕트(102)를 따라 비철 용융 금속의 몸체를 추진하는 이동 자기장을 생성하도록 인덕터(120a, 120b, 120c) 각각에 순차적으로 에너지를 공급하도록 설계된 전자 회로(180)를 도시한다. 전자 회로(180)는 메인 교류 전원(182)(일반적으로 380V - 480V, 50Hz - 60Hz임)가 제공되고 이를 입력 정류기(184)를 사용하여 직류로 변환한다. 입력 정류기(184)에 의해 생성된 직류를 공급받는 인덕터(120a, 120b, 120c) 각각을 위한 DC-DC 컨버터(186a, 186b, 186c)가 있다. 각각의 DC-DC 컨버터(186a, 186b, 186c)는 각각의 인덕터(120a, 120b, 120c)를 동작시키고 이동 자기장을 생성하는데 필요한 펄스를 생성한다.

인덕터(120) 각각에 대한 전력은 턴오프되기 전 10 내지 10000밀리초의 기간 동안 턴온된다. 인덕터(120)는 원하는 이동 자기장을 생성하기 위해 순차적으로 턴온 및 턴오프된다. 예를 들어, 첫번째 인덕터(120a)가 턴온되어 도 6a에 도시된 자기장을 생성한 다음, 인덕터(120a)가 턴오프되고 인덕터(120b)가 턴온되어 도 6b에 도시된 바와 같이 덕트(102)의 길이를 따라 이동하는 자기장을 생성한다. 마지막으로, 인덕터(120b)는 턴오프되고 인덕터(120c)는 턴온된다. 이러한 과정을 통해 도 6c와 같이 덕트의 길이를 따라 더 멀리 이동한 자기장을 생성한다. 이러한 이동 자기장은 이동 자기장의 방향으로 덕트를 따라 비철 용융 금속의 몸체를 추진한다. 이러한 과정은 인덕터(120c)를 턴오프하고 인덕터(120a)를 턴온하는 사이클을 반복함으로써 반복된다. 인덕터(120a, 120b, 120c)가 온/오프되는 순서를 반대로 하여 진행 방향을 변경할 수 있다.

적용된 펄스 속도는 초당 약 0.5~100펄스이다. 이것은 약 0.16Hz - 33.3Hz 범위의 주파수에서 예상되는 효과와 상관 관계가 있다. 펄스 속도가 높을수록 침투 깊이는 낮아지지만 자기장과 용융 금속의 상호 작용은 높아진다. 펄스율은 전자기 장치(100)의 성능을 조정하여 다른 요구사항에 맞도록, 예를 들어 순환 또는 이송의 요구에 맞도록 조정될 수 있다.

도 7은 주파수의 함수로서 자기장이 여러 재료에 침투하는 깊이를 도시한다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 전자 회로(180)에 의해 생성될 수 있는 더 낮은 주파수 펄스는 일반적인 메인 주파수(50-60Hz로 고정됨)와 비교할 때 쉽게 조정될 수 있는 훨씬 더 높은 침투 깊이를 제공한다. 필요한 침투 깊이를 줄이는 덕트 형상 구조와 결합된 이 증가된 침투 깊이는 더 많은 절연체(109)를 위한 공간을 제공하고 인덕터 어셈블리(116, 118)가 더 쉬운 유지보수를 위해 덕트(102) 및 절연체(109)로부터 물리적으로 분리되도록 함으로써 인덕터 어셈블리(116, 118)가 덕트(102)로부터 이격되어 인덕터에 대한 열 부하를 감소시키는 것을 허용한다.

도 8은 예를 들어 생산 또는 재활용을 위해 금속을 용융할 때 비철 용융 금속 몸체를 지지하기 위한 용기(170)를 포함하는 시스템을 도시한다. 상부 개방형 라운더와 같은 채널(160)은 일단에서 용기(170)의 제1 개구(172)에 연결된다. 전자기 장치(100)는 제2 구멍(106)에 의해 용기(170)의 제2 개구(174)에 연결된다. 이러한 방식으로, 위에서 설명된 바와 같이 작동되는 전자기 장치는 비철 용융 금속의 몸체를 덕트(102)를 따라 제2 구멍(106)을 향해 용기(170)로 추진하도록 구성되어, 비철 용융 금속이 용기(170)에서 순환하게 하고 개구(172)를 통해 채널(160)로 다시 순환하게 한다. 이것은 용기 내의 용융 금속을 교반하는 작용을 하며, 용기(170)의 온도 분포를 더욱 균일하게 하고, 합금의 완전한 혼합을 보장하고, 드로스 형성을 감소시키고, 용융 효율을 개선하는 것을 도울 수 있다.

채널은 또한 용융 금속이 채널(160)로부터 선택적으로 제거되도록 할 수 있는 댐이 있는 유출구(164)를 가질 수 있고 전자기 장치(100)는 유출구(164)를 향해 채널(160) 주위에서 용융 금속을 펌핑할 수 있다. 이와 같은 이송 작업에서, 전자기 장치(100)는 반대 방향으로 작동하여 비철 용융 금속의 몸체를 덕트(102)를 따라 제1 구멍(104)을 향해 채널(160) 내로 추진할 수 있다.

본 발명이 특정한 바람직한 실시예의 특정 용어로 설명되었지만, 당업자는 청구된 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있는 수정이 있음을 이해할 것이다.

예를 들어, 본 발명은 덕트(104)의 양쪽에 대응하는 쌍의 인덕터(120) 및 자기 코어(133)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 통상의 기술자는 제1 인덕터 어셈블리만이 영구적으로 또는 유지 보수 작업 동안에 덕트의 한 측면에 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 즉, 덕트의 반대쪽에 두 번째 인덕터 어셈블리가 필요하지 않을 수 있다. 제2 인덕터 어셈블리가 제공된다면, 당업자는 그것이 자기 코어를 갖는 인덕터를 가질 수 있거나, 또는 그 자체로 단지 자기 코어를 가질 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명은 3개의 인덕터로 설명되었다. 당업자는 적어도 2개의 인덕터가 제공되는 한, 덕트를 따라 용융 금속을 추진하기 위해 원하는 이동 자기장을 생성하는 임의의 수의 인덕터가 제공될 수 있음을 이해할 것이다.

인덕터가 코일을 포함하는 것으로 예시되었지만, 평판 인덕터와 같이 당업자에게 알려진 임의의 종류의 인덕터가 대신 사용될 수 있다.

코일은 대각선으로 오프셋된 것으로 설명되었다. 그러나 코일은 특히 장치의 전체 길이가 중요하지 않은 경우 일부 다른 배열에서 오프셋되거나 전혀 오프셋되지 않을 수 있다.

Claims (33)

1. 비철 용융 금속을 펌핑, 순환 또는 이송하기 위한 전자기 장치로서, 상기 전자기 장치는:
   내화 재료로 형성된 덕트로서, 상기 덕트는 일단에 제1 구멍 및 타단에 제2 구멍을 포함하고, 상기 제1 구멍과 상기 제2 구멍 사이에서 상기 비철 용융 금속의 몸체를 운반하도록 구성되며, 상기 제1 구멍과 상기 제2 구멍 사이의 비철 금속 용융 금속을 둘러싸도록 구성되고, 및 대향하는 제1 외부 측면과 제2 외부 측면을 포함하는, 덕트;
   상기 제1 측면에 인접하게 연장되는 제1 인덕터 어셈블리로서, 상기 제1 인덕터 어셈블리는 상기 제1 측면에 인접한 덕트의 길이를 따라 배열된 복수의 인덕터들을 포함하는, 제1 인덕터 어셈블리; 및
   상기 복수의 인덕터들의 각 인덕터에 순차적으로 전원을 공급하는 직류 펄스를 생성하여 상기 덕트를 따라 상기 비철 용융 금속 몸체를 추진하는 상기 비철 금속 용융 금속 내의 이동 자기장을 생성하도록 구성된 전자 회로를 포함하는, 전자기 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 덕트의 단면은 높이와 폭을 가지며, 상기 높이는 제1 측면과 제2 측면 사이의 거리로 정의되고, 상기 높이는 상기 폭보다 작은 전자기 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 단면의 폭은 적어도 상기 제1 인덕터 어셈블리의 인덕터들의 폭인 전자기 장치.
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 높이는 자기장의 침투 깊이에 기초하는 전자기 장치.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 인덕터 어셈블리와 상기 제2 측면 사이의 거리는 자기장의 침투 깊이보다 작은 전자기 장치.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자기장의 침투 깊이는 50mm, 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 500mm 및 1000mm 중 적어도 하나인 전자기 장치.
7. 제2 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단면은 실질적으로 직사각형인 전자기 장치.
8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비철 용융 금속의 몸체와 상기 제1 인덕터 어셈블리 사이의 갭은 75mm, 100mm, 150mm, 200mm 및 250mm 중 하나 이상인 전자기 장치.
9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 측면에 인접하게 연장되는 제2 인덕터 어셈블리를 더 포함하고,
   상기 제2 인덕터 어셈블리는 상기 제2 측면에 인접한 덕트의 길이를 따라 배열된 복수의 구성 요소를 포함하는 전자기 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 구성 요소 각각은 인덕터 및 자기 코어 중 하나 이상인 전자기 장치.
11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 제1 측면에 인접한 각각의 인덕터는 상기 제2 측면에 인접한 구성 요소 중 하나와 대향하는 전자기 장치.
12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 인덕터는 자기 코어 주위에 감긴 코일을 포함하는 전자기 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 자기 코어는 페리자성 물질 또는 강자성 물질을 포함하는 전자기 장치.
14. 제12 항 또는 제13 항에 있어서,
    상기 덕트의 측면 상의 인덕터 각각은 상기 덕트의 측면의 길이를 따라 연장되는 단일 자기 코어 주위에 감겨있는 전자기 장치.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 단일 자기 코어는 덕트의 측면의 길이를 따라 연장되는 베이스 및 베이스로부터 연장되는 복수의 돌출부를 포함하고, 각각의 코일은 상기 돌출부 중 하나의 주위로 연장되는 전자기 장치.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 덕트의 외부 표면을 향해 연장되는 전자기 장치.
17. 제15 항 또는 제16 항에 있어서,
    인접한 돌출부 주위로 연장하는 코일들은 상쇄되는 전자기 장치.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 인접한 돌출부 주위로 연장하는 코일들은 대각선으로 상쇄되는 전자기 장치.
19. 제12 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 코어는 적층 구조를 갖는 전자기 장치.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 적층 구조는 절연 재료에 의해 구분되는 자성 재료 시트들을 포함하는 전자기 장치.
21. 제20 항에 있어서,
    상기 절연 재료는 공기, 실리케이트 및 폴리머 중 하나 이상을 포함하는 전자기 장치.
22. 제20 항 또는 제21 항에 있어서,
    자성 재료 시트들은 절연 재료로 구성된 스페이서에 의해 구분되는 전자기 장치.
23. 제1 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터는 공기, 증기 또는 액체 냉각식인 전자기 장치.
24. 제1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직류 펄스는 비대칭인 전자기 장치.
25. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 직류 펄스는 10 내지 10000 밀리초 범위의 펄스 길이를 갖는 전자기 장치.
26. 제24 항 또는 제25 항에 있어서,
    상기 전자 회로는 초당 0.5 내지 100개의 직류 펄스, 바람직하게는 초당 0.1 내지 100개의 직류 펄스를 생성하는 전자기 장치.
27. 제1 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터 어셈블리는 상기 덕트 또는 상기 덕트를 둘러싸는 절연체에 물리적으로 결합되지 않는 전자기 장치.
28. 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터 어셈블리는 상기 덕트 또는 상기 덕트를 둘러싸는 절연체를 제거하지 않고 제거될 수 있는 전자기 장치.
29. 제1 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비철 용융 금속은 알루미늄, 아연, 규소, 마그네슘 및 납 중 하나이거나 이들 금속들 중 하나 이상과 선택적으로 하나 이상의 추가 원소를 포함하는 합금인 전자기 장치.
30. 제1 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덕트는 상기 코일의 외부에 있는 전자기 장치.
31. 비철 용융 금속 몸체를 수용하는 용기, 적어도 일단이 상기 용기의 제1 개구부에 연결된 채널 및 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 따른 전자기 장치를 포함하는 시스템으로서, 상기 전자기 장치는 용융 금속이 상기 채널을 따라 흐르도록 구성되는, 시스템.
32. 제31 항에 있어서,
    상기 전자기 장치의 제1 구멍이 용기의 제2 개구부에 연결되고 상기 전자기 장치의 제2 구멍이 상기 채널에 연결되며, 상기 전자기 장치는 상기 덕트를 따라 상기 제1 구멍을 향해 비철 용융 금속의 몸체를 추진하도록 구성된 시스템.
33. 제31 항 또는 제32 항에 있어서,
    상기 채널은 용융 금속이 상기 채널로부터 제거되는 것을 선택적으로 허용하는 유출구를 포함하고, 상기 전자기 장치는 용융 금속이 상기 유출구를 향해 흐르게 하도록 구성되는 시스템.

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