KR20230001316U - 알루미늄 합금 재료 용융 장치 - Google Patents
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Abstract
알루미늄 합금 재료 용융 장치에 있어서, 용광로 및 커터형 재료 충전 장치를 포함한다. 상기 커터형 재료 충전 장치는 교반축, 재료 충전 바스켓 및 커터형 교반 헤드를 포함한다. 상기 교반축은 재료 충전 바스켓을 연결하고, 재료 충전 바스켓 바닥부는 커터형 교반 헤드를 연결한다. 상기 커터형 교반 헤드는 복수의 교반 블레이드를 포함한다. 상기 교반 블레이드는 일단이 재료 충전 바스켓 바닥부에 연결되고, 타단이 재료 충전 바스켓 중심축선 상에서 서로 연결된다. 상기 재료 충전 바스켓 측벽에는 통액공이 설치되어 재료 충전 바스켓 외측 용액과 액체 교환을 형성한다. 커터형 교반 헤드의 회전은 용액 와류를 형성하며, 첨가 원소 확산을 가속화한다. 와류는 교반 헤드 하방에만 형성되며, 알루미늄 합금 표면에 형성된 커버막을 파손하지 않아, 표면의 부유 슬래그가 다시 용액에 말려들어가는 것을 효과적으로 방지한다. 따라서 제작된 알루미늄 재료 성능 및 화학 성분의 일관성을 보장하고, 알루미늄 부유 슬래그가 용액에 미치는 영향을 감소시킨다.
Description
본 고안은 합금 재료 용융 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 합금 재료의 용융 장치에 관한 것이다.
마그네슘-알루미늄 합금은 마그네슘을 주요 첨가 원소로 하는 알루미늄 합금으로, 높은 강도, 낮은 밀도, 우수한 방열성 등의 장점이 있어 전자, 자동차, 항공우주 등 분야에 널리 사용된다. 순수 알루미늄의 밀도는 대략 철의 1/3로 작으며(ρ=2.7g/cm3) 녹는점이 낮다(660℃). 알루미늄은 면심 입방 구조이므로, 가소성이 높아(δ: 32 내지 40%, Ψ: 70 내지 90%) 가공이 용이하여 다양한 형재, 판재로 제작할 수 있다. 또한 내식성이 우수하다. 그러나 순수 알루미늄은 강도가 매우 낮고 어닐링 상태 σb 값이 약 8kgf/mm2이므로 구조적 재료를 제작하기에는 적합하지 않다. 장기간의 생산 실습과 과학 실험을 통해 사람들은 점차 합금 원소를 첨가하고 열처리 등의 방법을 적용하여 알루미늄을 강화함으로써 일련의 알루미늄 합금을 획득하였다. 일정 원소를 첨가하여 형성한 합금은 순수 알루미늄의 경량 등 장점을 유지하는 동시에 비교적 높은 강도를 가질 수 있다. σb 값은 각각 24 내지 60kgf/mm2에 달한다. 이처럼 이의 "비강도"(강도와 비중의 비율 σb/ρ)가 많은 합금강보다 우수하도록 만들어 이상적인 구조적 재료로 만들고 기계 제조, 운송 기계, 동력 기계 및 항공우주 산업 등 부문에 널리 사용한다. 비행기의 기체, 스킨, 공압기 등은 자체적인 중량을 줄이기 위해 주로 알루미늄 합금으로 제조된다. 알루미늄 합금으로 강판 재료의 용접을 대체하면 구조적 중량을 50% 이상 줄일 수 있다.
알루미늄-마그네슘 합금은 반드시 용매 보호 하에 용융되어야 한다. 알루미늄 합금의 정련 과정에서 Al2O3는 기포와 함께 알루미늄 합금 용융액 표면에 부유하고, 알루미늄 합금 용융액은 정련 용융제를 덮어 보호 및 정련 작용을 모두 갖는다. 알루미늄 합금 용융액에 산화된 개재물을 흡착 및 용해하고 그 위에 흡착된 수소가 액면까지 부상해 용융 슬래그에 유입되는 방식을 통해 슬래그 제거 및 탈기의 목적을 달성한다.
현재 신소재 연구 개발 및 재료 생산 및 가공 과정에는 많은 무작위성이 존재한다. 합금 재료를 제작하려면 모두 작업자가 수작업으로 원소를 첨가하고 교반봉으로 교반해야 한다. 따라서 생산 재료 성능 및 화학 성분의 일관성이 낮고 성분이 불균일하며 수율이 낮다. 또한 작업자 효율이 낮고 노동 강도가 높다.
종래 기술을 감안하여 본 고안의 목적은 알루미늄 합금 재료 용융 장치를 제공함으로써, 확산을 가속화하는 동시에 알루미늄 합금 부유 슬래그가 다시 용액에 말려들어가는 것을 방지하는 데에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 고안은 이하의 기술적 해결책을 채택하였다.
알루미늄 합금 재료 용융 장치는 용광로 및 커터형 재료 충전 장치를 포함한다. 상기 커터형 재료 충전 장치는 교반축, 재료 충전 바스켓 및 커터형 교반 헤드를 포함한다. 상기 교반축은 재료 충전 바스켓을 연결하고, 재료 충전 바스켓 바닥부는 커터형 교반 헤드를 연결한다. 상기 커터형 교반 헤드는 복수의 교반 블레이드를 포함한다. 상기 교반 블레이드는 일단이 재료 충전 바스켓 바닥부에 연결되고, 타단이 재료 충전 바스켓 중심축선 상에서 서로 연결된다. 상기 재료 충전 바스켓 측벽에는 통액공이 설치되어 재료 충전 바스켓 외측 용액과 액체 교환을 형성한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 교반 블레이드는 원심각이 90도인 부채꼴 교반 블레이드이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 교반 블레이드는 4개이며, 각 인접한 교반 블레이드는 서로 수직으로 연결된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 커터형 재료 충전 장치는 격리판을 더 포함한다. 상기 격리판은 재료 충전 바스켓을 여러 재료 충전 빈으로 나눈다.
일부 실시예에 있어서, 상기 격리판은 모두 4개로 설치되며, 재료 충전 바스켓을 4개의 재료 충전 빈으로 나눈다.
일부 실시예에 있어서, 상기 커터형 재료 충전 장치는 철강 재료로 제조되는 것을 특징으로 한다.
종래 기술과 비교할 때, 본 고안의 장점은 다음과 같다. 즉, 커터형 교반 헤드의 회전은 용액 와류를 형성하며, 첨가 원소 확산을 가속화한다. 와류는 교반 헤드 하방에만 형성되며, 알루미늄 합금 표면에 형성된 커버막을 파손하지 않아, 표면의 부유 슬래그가 다시 용액에 말려들어가는 것을 효과적으로 방지한다. 따라서 제작된 알루미늄 재료 성능 및 화학 성분의 일관성을 보장하고, 알루미늄 부유 슬래그가 용액에 미치는 영향을 감소시킨다.
도 1은 본 고안에 따른 알루미늄 합금 재료 용융 장치의 구조도이다.
도 2는 본 고안에 알루미늄 합금 재료 용융 장치에서 커터형 재료 충전 교반 장치의 구조도이다.
도 2는 본 고안에 알루미늄 합금 재료 용융 장치에서 커터형 재료 충전 교반 장치의 구조도이다.
본 고안의 실시예 및 실시예 중의 특징은 충돌하지 않는 한 서로 결합될 수 있음에 유의한다.
이하에서는 첨부 도면과 실시예를 참조하여 본 고안의 기술적 해결책을 명확하고 완전하게 설명한다. 설명된 실시예는 본 고안의 전부가 아닌 일부 실시예일 뿐이다. 본 출원의 실시예를 기반으로 창의적인 작업 없이 당업자에 의해 획득된 다른 모든 실시예는 본 고안의 보호 범위에 속한다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 합금 재료의 용융 장치는 용광로(1), 커터형 재료 충전 장치(2)를 포함한다. 상기 커터형 재료 충전 장치(2)는 교반축(3), 재료 충전 바스켓(5), 커터형 교반 헤드(7), 격리판(4), 재료 충전 빈(9) 및 통액공(6)을 포함한다. 상기 교반축(3)은 재료 충전 바스켓(5)을 연결하고, 재료 충전 바스켓(5) 바닥부는 커터형 교반 헤드(7)를 연결한다. 상기 커터형 교반 헤드(7)는 원심각이 90도인 여러 부채꼴 교반 블레이드(8)를 포함한다. 본 실시예에서 상기 교반 블레이드(8)는 4개이며, 4개의 교반 블레이드(8)는 일변이 재료 충전 바스켓(5) 바닥부에 고정되고, 다른 타변이 재료 충전 바스켓(5) 중심축선에서 서로 수직으로 연결되어 커터형 교반 헤드(7)를 형성한다. 교반축(3)은 재료 충전 바스켓(5) 및 커터형 교반 헤드(7)를 용광로(1) 내의 알루미늄 합금 용액에 연장시켜 넣는다. 교반 과정에서 균일한 확산을 보장하기 위해, 상기 재료 충전 바스켓(5)은 바람직하게는 원통이다. 물론 재료 충전 요건을 충족시킬 수 있는 다른 구조일 수도 있다. 중간 합금을 균일하게 거치하기 위해, 재료 충전 바스켓(5) 내에서 첨가해야 하는 금속 블록 및 중간 합금 수량에 따라 여러 격리판(4)을 설치한다. 격리판(4)은 재료 충전 바스켓(5)을 여러 재료 충전 빈으로 분할하여 합금 용융의 일관성을 보장한다. 동시에 원심 분리로 인해 중간 합금이 동일측으로 편향되어 교반 장비가 마손되지 않는다. 본 실시예에서 바람직하게는 상기 격리판(4)은 4개이다. 격리판(4)은 재료 충전 바스켓(5)을 균일하게 4개의 재료 충전 빈(9)으로 나눈다. 상기 재료 충전 바스켓(5) 외벽 및 재료 충전 바스켓(5) 바닥부에는 통액공(6)이 설치되어, 재료 충전 바스켓(5) 내외 용액의 유동 교환을 보장하는 데 사용된다. 알루미늄 합금 용액은 통액공(6)을 통해 재료 충전 빈(9)에 주입되어 첨가된 중간 합금을 용해시킨다. 커터형 교반 헤드(7)는 회전 교반하여 와류를 형성하고 첨가된 원소 용액이 통액공(6)을 통해 확산되도록 가속화한다. 알루미늄액 유동 방향은 교반축(3)에 평행하다. 알루미늄액은 교반 블레이드(8)에 의해 밀린다. 커터형 교반 헤드(7)는 알루미늄액을 하향 유동시켜 용기 바닥면에 닿은 후 다시 위로 뒤집어지도록 만들어 상하 순환 유동을 형성할 수 있다. 장기적인 사용으로 고온이 교반 헤드 및 재료 충전 바스켓(5)에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 상기 교반 헤드 및 재료 충전 바스켓(5)은 모두 철강 재료로 제조한다.
본 고안을 이용하여 실제 사용할 때, 먼저 필요한 중간 합금의 금속 블록을 모두 재료 충전 빈(9)에 균일하게 첨가한다. 재료 충전 바스켓(5)을 교반 헤드와 함께 알루미늄 용액에 침지시킨다. 알루미늄 용액은 재료 충전 바스켓(5) 상면을 통해 재료 충전 빈(9)에 투입되고 재료 충전 바스켓(5) 측벽 및 바닥부 통액공(6)을 통해 재료 충전 빈(9)에 주입되어, 첨가된 금속 블록을 천천히 용해시킨다. 동시에 커터형 교반 헤드는 회전 교반을 수행하며, 커터형 교반 헤드(7)의 회전 교반은 와류를 형성하여 첨가된 원소 용액이 통액공(6)을 통해 확산되도록 가속화한다. 알루미늄 합금 용액은 공기 중의 산소, 수증기 등과 작용하기 쉬우며, 용융 과정에서 알루미늄액 표면에 한 층의 조밀한 산화막을 생성하여 마그네슘액이 더 산화되는 것을 방지할 수 있다. 커터 헤드형 설계로 인해, 교반 헤드는 고속 회전하는 임펠러 작용 하에서 축방향 및 반경 방향 운동을 수행한다. 재료 충전 바스켓(5) 바닥은 차단판으로서 액체의 축방향 상향 운동을 차단한다. 축방향 분속도가 액체를 축방향을 따라 하향 유동할 때, 노 바닥까지 흐르면 다시 노 벽을 따라 프로펠러가 되돌아온다. 반경 방향 분속도가 액체를 원주 방향을 따라 유동시키면, 노 벽을 만나 상향 유동과 하향 유동으로 나뉘며, 반경 방향 하향 부분의 액체는 축방향으로 노 벽에 돌아온 액체를 만나 난류를 형성한다. 반경 방향 상향 부분의 액체는 노 벽을 따라 위로 안정적인 유동 운동을 하며, 안정적인 유동 운동은 와류 현상을 일으키지 않는다. 따라서 표면에 형성된 조밀한 산화막을 파손하지 않으며 신속하게 알루미늄액의 슬래그 개재물을 위로 응집시켜 신속한 슬래그 제거 효과를 구현할 수 있다.
와류는 교반 헤드 하방에만 형성되며, 알루미늄 합금 표면에 형성된 커버막을 파손하지 않아, 표면의 부유 슬래그가 다시 용액에 말려들어가는 것을 효과적으로 방지한다. 알루미늄액 유동 방향은 교반축(3)과 평행하고, 알루미늄액은 교반 블레이드(8)에 의해 밀린다. 커터형 교반 헤드(7)는 알루미늄액을 하향 유동시켜 용기 바닥면에 닿은 후 다시 위로 뒤집어지도록 만들어 상하 순환 유동을 형성할 수 있다. 자체적인 회전으로 인해 기계적 에너지가 액체로 전달되어, 노내 액체의 강제 대류가 발생한다. 재료 충전 빈(9) 내의 중간 합금은 원심력 작용을 받으며, 용융된 액적과 알루미늄 용액을 충분히 혼합하고 통액공(6)을 통해 밖으로 확산시킨다. 동시에 교반 헤드의 회전에 의해 형성된 액체 유동은 재료 충전 바스켓(5) 및 그 근처의 혼합액을 다른 위치로 분산될 때까지 빠르게 순환시켜, 재료 충전 바스켓(5) 근처 영역에 합금 농도 구배를 형성한다. 역으로 재료 충전 바스켓(5)의 중간 합금 블록이 더 빨리 용융되어 혼합 용액 농도 균형을 이루도록 촉진시킨다. 동시에 재료 충전 바스켓(5)에 의해 배출되는 혼합액은 교반 헤드에 의해 구동되는 액체의 유동 속도와 다르다. 따라서 이들 둘 사이의 경계에 있는 액체는 강한 전단 작용을 받는다. 또한 재료 충전 바스켓(5) 상부 헤드의 알루미늄액은 원심 작용에 의해 통액공(6) 밖으로 통과한 혼합액이 남긴 공극을 빠르게 보충하고, 계속해서 중간 합금을 플러싱한다. 최종적으로 이는 재료 충전 빈 내 중간 합금 블록이 알루미늄액에 완전히 용융되어 균일하게 확산될 때까지 진행된다.
종래 기술과 비교할 때, 본 고안의 장점은 다음과 같다. 즉, 커터형 교반 헤드(7)의 회전은 용액 와류를 형성하며, 첨가 원소 확산을 가속화한다. 와류는 교반 헤드 하방에만 형성되며, 알루미늄 합금 표면에 형성된 커버막을 파손하지 않아, 표면의 부유 슬래그가 다시 용액에 말려들어가는 것을 효과적으로 방지한다. 따라서 제작된 알루미늄 재료 성능 및 화학 성분의 일관성을 보장하고, 알루미늄 부유 슬래그가 용액에 미치는 영향을 감소시킨다.
본 고안의 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자는 본 고안의 원리 및 사상을 벗어나지 않고 이러한 실시예를 다양하게 변경, 수정, 치환 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있다. 본 고안의 범위는 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된다.
1은 용광로, 2는 커터형 재료 충전 장치, 3은 교반축, 4는 격리판, 5는 재료 충전 바스켓, 6은 통액공, 7은 커터형 교반 헤드, 8은 교반 블레이드, 9는 재료 충전 빈이다.
Claims (6)
- 알루미늄 합금 재료 용융 장치에 있어서,
용광로(1) 및 커터형 재료 충전 장치(2)를 포함하고, 상기 커터형 재료 충전 장치(2)는 교반축(3), 재료 충전 바스켓(5) 및 커터형 교반 헤드(7)를 포함하고, 상기 교반축(3)은 재료 충전 바스켓(5)을 연결하고, 재료 충전 바스켓(5) 바닥부는 커터형 교반 헤드(7)를 연결하고, 상기 커터형 교반 헤드(7)는 복수의 교반 블레이드(8)를 포함하고, 상기 교반 블레이드(8)는 일단이 재료 충전 바스켓(5) 바닥부에 연결되고, 타단이 재료 충전 바스켓(5) 중심축선 상에서 서로 연결되고, 상기 재료 충전 바스켓(5) 측벽에는 통액공(6)이 설치되어 재료 충전 바스켓(5) 외측 용액과 액체 교환을 형성하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 재료 용융 장치. - 제1항에 있어서,
상기 교반 블레이드(8)는 원심각이 90도인 부채꼴 교반 블레이드(8)인 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 재료 용융 장치. - 제2항에 있어서,
상기 부채꼴 교반 블레이드(8)는 4개이고, 각 인접한 교반 블레이드(8)는 서로 수직으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 재료 용융 장치. - 제1항에 있어서,
상기 커터형 재료 충전 장치(2)는 격리판(4)을 더 포함하고, 상기 격리판(4)은 재료 충전 바스켓(5)을 여러 재료 충전 빈(9)으로 분리하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 재료 용융 장치. - 제4항에 있어서,
상기 격리판(4)은 4개로 균일하게 설치되며, 재료 충전 바스켓(5)을 4개의 재료 충전 빈(9)으로 나누는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 재료 용융 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커터형 재료 충전 장치(2)는 철강 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 재료 용융 장치.
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