KR810001067B1 - 스카아핑(scarfing)도중 연기 발생량을 감소시키고 이차휜(二次 fins)형성을 방지시키는 방법. - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스카아핑(scarfing)도중 연기 발생량을 감소시키고 이차휜(二次 fins)형성을 방지시키는 방법.

제1도는 용융된 금속과 슬랙퍼들(slag puddle)이 형성된 종래의 스폿 스카아핑(spot scarfing)절 단기의 측면도.

제2도 및 제3도는 종래의 노즐로 스폿 스카이핑하여 휜이 생성된 강철평판의 평면도 및 단면도.

제4도 및 제5도는 1차 휜의 형성은 방지할 수 있으나, 절단물의 경계를 따라 2차 휜이 형성되는 것은 방지할 수 없는 노즐장치에 의해 스폿 스카이핑한 강철 평판의 평면도 및 단면도.

제6도 및 제7도는 본 발명에 의한 스폿 스카이핑에 의하여 2차 휜과 1차 휜이 형성되지 않은 절단면을 보여주는 강철 평판의 평면도 및 단면도.

제8도는 금속평판을 스폿 스카이핑하여 휜이 없는 절단물이 형성되고, 한편 대기로 방출되는 연기의 양을 동시에 감소시키는 법을 설명한 본 발명에 의한 적합한 실시상태의 투시도.

제9도는 연기 발생량을 감소시키고 2차 휜을 제거해 주는 수류(水流)와 산소기류의 상태적인 방향을 설명해 주는 본 발명장치의 측면도.

제10도는 대기로 방출되는 연기의 양을 감소시키나 2차 휜의 형성을 반드시 방지해 주기는 못하는 유체커어튼을 설명해 주는 본 발명장치의 측면도.

제11도는 대기중으로 방출되는 연기의 양은 감소시키지 못하나, 2차 휜의 형성을 방지하는데 유용한 유체흐름을 설명해 주는 본 발명장치의 측면도.

제12도는 대기중으로 방출되는 연기의 양은 감소시키지만, 2차 휜의 형성을 방치해 주지 못하는, 금속 공작물의 측면 방향에서 산소기류에 대하여 수직으로 배향되는 유체커어튼을 나타내주는 본 발명의 다른 실시예의 평면도.

제13도는 크로스-파이어(Cross-fire) 슬랙-물(slag-water) 분류를 횡단하도록 산소기류의 방향으로 유체 커어튼을 배향시켜 연기 조절용 포켓을 형성하는 방법을 설명하는 본 발명 장치의 측면도.

제14도는 크로스-파이어 슬랙-물 분류를 횡단하도록 산소기류에 대하여 수직방향으로 유체 커어튼을 배향시켜 연기조절용 포켓을 형성하는 방법을 설명하는 본 발명장치의 측면도.

본 발명은 흔히 스카아핑이라 불리는 금속체의 열화학적 표피제거에 관한 것이다. 특히 본 발명은 스카아핑 단면의 경계를 따라 휜이 형성되지 않게 하고 또한 스카이핑 도중에 대기로 방출되는 연기의 양을 실질적으로 감소시키는 방법에 관한 것이다.

스카아핑의 일반적인 실시절차는 먼저 비교적 좁은 면적의 용접 금속공작물 표면에 예열화염을 점화온도에 달할 때 까지 가하여 용접 금속 공작물의 표면위에 금속의 용융물이나 ＂핫스폿(hot spot)＂을 형성시키는 것이다. 그 다음에 산소 기류를 용융물에 대하여 비스듬히 분출시켜 금속 표면위에서 열화학적 반응을 일으킨다. 다음에 산소기기류와 용접 금속 공작물간의 상대적인 운동을 일으키고, 금속 표면을 따라 열화학적 반응을 지속시켜 금속체의 길이방향을 따라 소기의 표피 제거작업을 수행한다.

스카아핑 반응 도중에 스카아핑 반응대의 하류에 형성된 용융슬랙의 퍼들(puddle)은 금속 공작물 표면에 따라 확장되는 반응대의 앞에서 전진해 나간다. 이 슬랙의 퍼들은 스카아핑 산소기류에 의하여 그의 점화 온도까지 온도가 상승되기 전에 금속 표면을 예열시킨다. 따라서 산소기류는 두 가지의 목적을 갖게 되는데 그 첫째는 금속과 열화학적 반응을 행하는 것이고, 둘째는 금속 용융물과 슬랙을 앞쪽으로 밀어내어 스카아핑 반응에 필요한 새로운 금속 표면이 노출되도록 하게하는 것이다.

종래의 스카아핑에는 외관상으로는 서로 무관한 두개의 문제점이 있는데, 즉 (1) 용접 금속 공작물의 전표면보다 좁은 표면이 표면 처리될 때에 휜이 형성되는 것과, (2) 표면 전체 또는 표면 전체에 미치지 못하는 면적 여부에 관계없이 연기가 발생한다는 점이다. 놀랍게도 본 발명에 따른 실시는 상기의 두 문제점들과 같은 역효과를 최소화하는데 매우 효과적임이 밝혀졌다. 이에 대해서는 각각의 경우에 관하여 이후 따로따로 설명하기로 한다.

금속 표면의 전체폭 이하를 스카아핑할 때(통상 스폿 스카아핑(spot scarfing)이라 불리움)의 문제점은 스카아핑면의 가장자리에 ＂휜＂이 형성되는 것이다. 여기에서 사용한 ＂휜＂이라는 용어는 스카아핑 절단들의 경계에서 금속 공작물의 표면에 단단하게 접속된 순수한 비금속(卑金屬)이나 약간 산화된 비금속의 얇게 퍼진 상태 또는 물결모양의 상태로서 이 휜은 압연하기 전에 반드시 제거되어야 한다. 이 휜은 서로 무관한 다음의 두 원인 중 하나 또는 두 가지 모두에 의해 생길 수 있다. 즉 용융된 금속이 스카아핑 산소 기류의 힘에 의해 주 반응대로부터 측면으로 밀려나서 용융 금속이 스카아핑 단면의 경계에 부착되어 그곳에서 고화됨으써 휜이 형성될 수 있는데 이와 같은 형태의 휜(편의상 여기에서 1차 휜(Primary fins)이라고 칭함)은 특수한 형태의 스카아핑 산소기류 방출 오리피스(orifice)를 사용하여 그의 형성을 방지할 수 있으며, 여기에서 전술한 산소기류는 오리피스의 끝 부분에서 그 강도가 약화되어 스카아핑의 경계를 따라 스카아핑 반응을 지속시킬 수는 없으나, 용융금속이 경계면에서 응고되기 전에 용융금속을 산화시킬 수 있다.

단일한 배열이나 열을 지어 배열된 경우에 있어서 특히 스폿 스카아핑용으로 적합한 상술한 특수형태의 오리피스를 갖는 노즐을 본 발명자가 1975년 8월 26일자 미국 특허 출원 제607,888호 및 607,887호로 출원하여 특허된 미국특허 제4,040,871호 및 4,013,486호에 서술되어 있으며, 그 내용은 여기에서 인용되고 있다.

휜은 또한 소위 ＂이차＂ 효과(secondary effect)에 의해 생길 수 있는데, 여기에서 전진하는 산소기류가 퍼들 전체를 그 이상 더 전진시킬 수 없는 지점에 이르기까지 슬랙의 용융 퍼들은 주 반응대의 앞에서 점차적으로 커지게 되어 퍼들의 중심부분만이 전진하게 되며 약간의 용융금속이 스카아핑 절단물의 경계밖으로 퍼들의 가장 자리에서 측면으로 강제 이송되어 산화되지 않은 상태로 고화된다.

본 발명에서 다루고 있는 것은 ＂2차＂ 휜 형성을 방지하는 방법에 관한 것이다.

스카아핑 반응시에 생기는 슬랙의 제거를 위하여 유체의 흐름을 이용하는 방법은 잘 알려져 있다. 따라서, 예를 들면 톰슨(Thompson)등의 미국특허 제2,373,224호 및 3,163,559호에는 슬랙을 씻어내기 위해 스카아핑 반응대 앞에 작용표면을 가로지르는 스킴(skm)에 횡방향으로 도입되는 고압수의 중공 스트림(hollow stream)이 기재 되어 있다.

진 저리취(ingerich) 등의 미국특허 제3,354,002호에는 반응대의 하부에 여러개의 고속물 제트를 배치하고, 스카아핑 반응의 진행방향에 수직인 방향으로 물을 분사시켜 슬랙분무를 방취하고 이를 금속 공작물 표면에서 씻어내어 슬랙슈트(slag chute)로 배출시키는 방법이 기재되어 있다. 작용 표면에 횡방향으로 배치된 크로스-파이어(cross-fire), 슬랙-물 분류(噴流)로 불리는 전술한 분사수(噴射水)의 사용은 금속표면으로부터 슬랙을 제거하는데 유효하지만, 휜의 형성을 방지할 수는 없다. 이것은 주로 절단물의 인접 측면으로부터 금속 공작물의 반대쪽을 따라 설치된 슬래그 저장기로 용융된 슬랙을 송입시키기 위해 금속 공작물의 한쪽면에 크로스-파이어 슬랙-물 제트를 배치시키기 때문이다. 이것은 절단물의 인접 측면상에서 휜의 형성되는 것을 최소화하는 효과를 가지지만, 원격 측면상에서 휜의 형성문제를 더욱 악화시키는 경향이 있다.

종래의 스카아핑 조작에 의해 야기되는 제2의 문제는 다량의 연기, 즉 스카아핑 반응줌에 형성되는 연무질 또는 증기 및 미립자의 형성이다. 스카아핑 반응대의 인접부근에서 연기를 포집하여 제거하기 위한 종래의 방법은 과도한 보조세정장치를 요하는 등 비교적 불편하였다. 금속 공작물이 정지된 기계를 지나 통과하는 스카아핑 장치에서, 연기는 고정 설치된 대형후드(hoods)에 포집되어 송풍기에 의해 부압(負壓)되는 도관을 통해 제거된다. 그 후에 포집된 연기는 스크리버(scrubbers)와 침전기로 이송되어 대기중에 방출되기 전에 오염물이 제거된다.

스카아핑 장치가 정지된 용접 금속 공작물을 지나 이동하는 장치에서는 고정 설치된 연기 후드 대신에 이송도관을 사용하여 연기를 포집한다. 그러나 이들 양자의 경우에 있어서, 연기를 포집하여 정화시키는데 필요한 장치는 비교적 크로 비 경제적이며 유지하기가 어렵다.

이차 휜의 형성을 방지하고 대기중으로 방출되는 연기의 양을 감소시키는 것 이외에도 본 발명은 소음을 감소시키는 제3의 유리한 효과를 나타낸다.

본 발명의 장치에 의하여 스카아핑을 수행한 경우와 본 발명의 장치를 사용하지 않고 스카아핑을 수행한 경우를 비교하면 본 발명의 경우, 스카아핑 반응시의 소음이 감소됨을 명백히 알 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 스폿 스카아핑 절단물의 경계를 따라 2차 ＂휜＂ 이 형성되는 것을 방지할 수 있는 금속 공작물의 표면을 스폿 스카아핑하기 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스카아핑 반응시에 대기중으로 방출되는 연기의 양을 상당히 감소시키는 스카아핑 방법을 제공하는 것이다.

이상의 목적들은 본 발명에 의해 이루어질 수 있으며, 이에 있어서 한가지 특징은 다음과 같다. 즉, 열화학적 스카아핑 방법에 의해서 (a) 스카아핑 산소의 기류를 금속 공작물 표면위에 있는 용융금속의 반응대의 송출시켜 그 위에서 열 화학적 반응을 일으키고, (b) 금속 표면의 길이 방향을 따라 반응을 지속시켜 산소기류와 금속 공작물 사이에 상대적인 운동을 제공하여 소기의 스카아핑 절단물을 생성하고, 전기의 반응은 절단물이 전진할 때에 전진반응대 앞쪽의 용융된 퍼들을 더 크게 성장시키는 경향이 있다.

이와 같은 공정에서의 개선점은 (c) 반응대와 용융 퍼들의 최소한 뒷부분을 덮게되는 유체판상 커어튼을 형성하여 그 유체 커어튼이 금속 공작물의 표면과 포켓(pocket)을 형성하도록 적어도 하나 이상의 비반응성 유체기류를 송출시키는 것으로 이루어진다.

유체 커튼이 금속 공작물 표면을 직접 교차하여 포켓을 형성할 수 있을 지라도 커튼의 앞쪽 가장자리가 크로스-파이어(cross-fire) 슬랙-물(slg-water)과 교차하도록 하여 간접적으로 포켓을 형성할 수도 있다. 예를 들면, 수류(水流)중의 하나를 스카아핑 대상물의 진행방행과 수직방향으로 분출시켜 스카아핑 퍼들의 바로 앞에서 금속 공작물을 스치게 한다.

유체 커어튼을 산소기류의 상향으로부터, 또는 산소기류와 동일방향으로 그리고 작용표면에 하향경사로 배향시키거나 또는 산소 기류의 측부로 부터 이 산소기류와실질적으로 수직방향으로 하여 작용표면에 경사각으로 배향시킬 수 있다. 어느 경우에 있어서나 커어튼은 스카아핑 반응으로 부터 방출되는 연기를 가로막아 주위의 대기로 방출되는 연기는 양을 실질적으로 감소시켜 준다.

만약 유체 커어튼을 형성하는 기류를 산소기류의 상부에서 하부로 배향시키고 산소기류와 동일 방향으로 배향시켜 이 기류가 그의 전폭을 가로질러 용융된 퍼들과 부딪치고 충분한 강도를 갖는 전기퍼들의 앞쪽 가장자리의 충분한 상류 거리에서 전기 퍼들의 앞쪽부분이 절삭되어 스카아핑 통로 방향으로 당겨지게 하면 스카아핑 절단물의 경계를 지나 측면으로 퍼들의 일부분을 편향시킴이 없이 스카아핑 산소기류에 의해 퍼들을 충분히 적은 양으로 용이하게 밀려나게 할 수 있다.

이와 같이 함으로서 ＂2차＂ 휜의 형성은 방지될 것이다.

본 발명에서는 또한 다음과 같이 구성되는 금속체의 표면을 스카아핑 하는 장치, 즉(a) 산소의 기류를 방출시켜 이것을 전술한 금속체의 표면상에서 용융금속의 반응대에 대향시켜 금속제의 표면상에서 열화학적 반응을 일으키기 위한 장치, (b) 금속 공작물과 산소를 방출시키기 위한 전기의 장치 사이의 상대적인 운동을 제공하는 장치를 다루고 있다.

여기에서의 개선점은, (c) 반응대를 덮어주도록 배향시킨 판상 커어튼을 형성하고, 전기의 유체 커어튼이 대상물의 표면과 포켓을 형성하는 방법으로 용융된 퍼들의 후면부분을 형성하는 적어도 한개 이상의 비반응성 유체의 흐름을 방출시키는 장치로써 스폿 스카아핑 절단물의 경계를 따라 2차 휜의 형성을 방지할 수 있고, 또한 대기중으로 방출되는 스카아핑 반응에 의해 생성된 연기의 양이 실질적으로 감소하게 된다는 점이다.

이러한 장치로서 일반적인 것에는 크로스-화이어, 슬래그-물분류가 포함된다.

이와 같은 경우에, 유체 커어튼을 형성하는 노즐은 커어튼의 앞쪽 가장자리가 크로스-화이어나 슬래그-물 분류중 하나를 가로지르도록 배향시킨다.

전술한 노즐 장치는 산소기류를 배향시키는 장치 상부로, 산소기류와 실질적으로 동일 방향인 작용표면의 경사각으로부터 하향으로 배향 시키거나 또는 전술한 산소기류를 배향시키는 장치의 측부로 산소기류에 실질적으로 수직방향인 작용표면에 경사각으로 배향시킬 수 있다.

어느 경우에 있어서나 커어튼은 스카아핑 반응으로부터 방출되는 증기와 미립자를 가로 막아주어 주위의 대기로 방출되는 연기의 양을 실질적으로 감소시켜 준다.

만약 커어튼을 형성하는 노즐 장치를 산소 기류의 상부로부터 하향으로, 그리고 작용표면에 경사각으로 산소기류와 실질적으로 동일방향으로 배향시켜 산소기류가 그의 전폭을 가로질러 용융된 퍼들과 충돌하고 충분한 강도를 갖는 퍼들의 앞쪽 가장자리의 충분한 거리의 상류에서 퍼들의 앞쪽 부분이 절삭되어 전기의 유체흐름에 의해 스카아핑 통과방향으로 끌어 당겨지면 스카아핑 절단물의 경계를 지나 측면으로 퍼들의 일부분을 편향시킴이 없이 스카아핑 산소기류에 의해 퍼들을 충분히 적은 양으로 용이하게 밀려나게 할 수 있다.

이와 같이 함으로서 ＂2차＂ 휜의 형성이 방지될 것이다.

본 발명에서 사용하고 있는 ＂비-반응성유체＂란 용어는 금속 공작물과 신속하게 반응하지 않는 유체를 의미한다. 두 가지의 목적, 즉 2차 휜형성의 방지와 연기의 조절을 성취시키는데 적합한 비-반응성 유체는 물이다. 그러나, 기타 유용한 비반응성 유체로 증기, 물안개(즉, 물과 안개의 혼합물), 또는 물과 질소 혹은 아르곤과 같은 불활성 가스와의 혼합물을 들 수가 있다.

본 발명은 반응대의 앞쪽에서 용융된 퍼들의 크기를 효과적으로 조절하기 위하여 금속 공작물에 비반응성 유체의 흐름을 배항시켜 2차 휜이 스카아핑 절단면의 가장자리를 따라 형성되는 것을 방지할 수 있다는 사실에 부분적으로 착안된 것이다. 용융된 퍼들의 상류 또는 최선단의 뒷쪽에 부딪치는 유체의 흐름은 전술한 퍼들의 일부분을 스카아핑 절단 경계면의 밖으로 편향시킴이 없이 스카아핑 산소기류에 의해 퍼들을 금속의 표면을 따라 그 이상 더 밀어낼 수 없는 한계치 이하로 퍼들의 크기를 유지해 준다. ＂상류＂란 용어는 스카아핑 산소류(流)를 기준으로 사용된다. 따라서 ＂상류＂는 스카아핑 노즐 쪽을 향하는 것을 의미한다. 허용되는 퍼들의 길이는 스카아핑 산소의 압력, 스카아핑 속도 및 절단물의 깊이에 따라서 변하게 된다.

차가운 강철 위에서 스카아핑 조작을 행하기 위해, 반응대의 앞쪽에서 약 35cm의 거리에서 슬랙퍼들과 유체류(流)를 부딪치게 하는 경우가 2차 휜의 형성방지에 효과적임이 입증되었다. 휜을 조절하기 위해, 유체류는 금속 공작물 표면에 대하여 약 45°의 각도로 스랙퍼들과 충돌되도록 스카아핑 산소 기류의 상부에 배치하며 그 유체류로는 산소 기류의 방향으로 배향시킨 적어도 8.8kg/cm²(계기압력) 이상의 압력을 갖는 수분류(水噴流)가 바람직하다.

수류(水流)의 경사각과 퍼들에 대한 그 위치는 폭넓게 변하지만 슬랙퍼들의 선단부분을 절삭하여 스카아핑 반응대의 전진방향과 동일한 방향으로 이동되도록 한다. 그러면, 유체류(流)와 금속 공작물 사이의 각도는 20°로 부터 80°까지 변할 수 있으며, 휜형성방지에도 효과적이다.

유체 커튼이 반응대 및 용융된 퍼들의 최소한 후면부분을 덮어 주어서 금속 공작물의 표면이나 크로스-파이어의 슬랙제거 제트와 포켓을 형성함으로써 그 유체커튼이 장벽 역할을 하며, 아울러 스카아핑 반응에 의해 형성된 다량의 연기를 흡수함이 발견되었다. 액체류(流)는 불필요한 증기 및 미립자를 흡수 세척하여 주위의 대기중으로 비산되는 것을 방지한다. 그 결과, 연기중의 불필요한 오염물이 유체류(流)중에 농축되고, 이 유체류는 오염물이 희박하게 함유되어 있는 비교적 다량의 공기를 정화하는 경우에 비하여 훨씬 적은 노력과 비용으로 정화될 수 있다.

제1도는 하나의 스폿 스카아핑 노즐 N이 금속 공작물 M상에서 깊이 D로 화살표 A의 방향을 따라서 절단면을 형성하는 것을 나타낸다. 주 반응대 R은 스카아핑 노즐 N으로부터 방출되는 절단 산소기류와 금속 공작물 M사이에 형성된다. 전형적인 스카아핑도중, 스카아핑 반응시에 생기는 휘발성 부산물(예; 연기 F)은 반응대 R와 슬랙퍼들 S의 후면 부분으로 부터 방출된다. 퍼들 S의 앞 부분은 보다 차가우며 보다 적제연기를 발생한다. 또한, 퍼들의 앞부분은 일반적으로 크로스-파이어 물제트(9)(제13도 및 14도 참조)에 의해 제거된다. 퍼들 S로 부터 약간의 용융금속이 반응대 R로 부터 스카아핑 절단물의 경계면까지 송입된다. 만약 노즐 N이 종래의 형태대로 둥글거나 또는 장방형이라면, 이와 같이 비껴서 송풍된 용융물은 뒤이어 재응고 되어 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이 금속 공작물 M에 정착되어 스카아핑 절단물(12)의 경계(11)를 따라 휜(13)을 형성하게 될 것이다.

주 반응대로부터, 송풍된 금속으로부터 형성되는 것 이외에, 휜(13)은 제2의 소오스, 즉 반응대 앞쪽에서 용융된 슬래그 퍼들 S의 일부분으로 부터 독립적으로 형성되는데 후자의 방법에 의해 형성된 휜은 여기에서 ＂2차＂ 휜이라고 정하고 있다. 모든 경우에 있어서, 휜(13)은 금속체를 뒤이어 압연하기전에 제거해야 한다.

제4도 및 제5도는 주 휜의 형성만을 방지할 수 있는 특정형태의 노즐을 사용할 때에, 화살표 A로 나타낸 방향에서 스폿 스카아핑도중 금속 공작물 M의 표면상에 2차 휜(20)이 어떻게 형성되는가를 설명한 것이다.

생성되는 스카아핑 커트(22)는 커트의 초기 또는 전단부(23)로부터의 거리 ＂d＂에 있어서는 휜이 없는 상태이고, 커트의 잔여부분은 커트(24)의 경계를 따른 이차 휜(20)에 의해 특정 지워진다. 부분적으로 휜이 없는 커트(22)는 용융된 슬래그 퍼들을 스카아핑 산소노즐로부터 방출되는 스카아핑 산소의 기류에 의해 ＂d＂ 거리에 대해서 작용표면을 따라 용이하게 끌어당길 수 있고, 일차 휜 형성은 특정 형태의 노즐을 사용하여 방지할 수 있음을 반증해 준다. 그러나, 전진 반응대의 앞쪽에 있는 퍼들의 크기가 너무 커질 때에는 퍼들부분은 이차 휜을 형성하는 스카아핑 산소기류에 의해 커트의 측부상으로 편향된다.

제6도 및 제7도는 상기에서 언급한 특정형태의 노즐을 사용하여 금속 공작물 M을 스폿 스카아핑하여 제조한 경계(31)상에 휜이 없는 부드럽게 윤곽을 그린 절단물(30)을 나타낸 것이며, 이에서는 일차 및 이차 휜의 형성이 방지된다.

제8도는 진행되고 있는 스폿 스카아핑 경로를 나타낸 것으로, 여기에서 스카아핑 장치(41) 상부에 배치한 한개의 물노즐(40)은 상류 또는 퍼들의 최선단(42) 후면에서의 거리 e에서 슬래크 퍼들(46)과 충돌하는 물 커어튼(44)을 형성하도록 송출되는 고압 수류를 향하도록 나타냈다. 퍼들의 선단부분(43)은 냉각되어 물 커어튼에 의해 절삭되고, 절삭된 슬래그(45)는 화살표 A방향으로 나타낸 스카아핑 방향과 동일한 방향으로 제거된다.

스카아핑 반응으로부터 대기중으로 들어가는 연기의 양을 줄이기 위해서 물 커어튼(44)은 반응대와 거의 같은 폭을 가져야 한다. 경사진 물 커어튼(44)은 발생되는 연기를 흡수하여 방취하는 금속 공작물 M과 포켓을 형성한다.

이차 휜 형성을 방지하기 위해, 수류(44)는 이것을 퍼들과 충돌시켜 퍼들(43)의 선단 부분이 그의 전폭을 가로 질러 절삭되어 고압 물 커어튼(44)에 의해 일소될 때에 용융된 퍼들의 폭 W와 적어도 같아져야 한다. 그럼으로써 퍼들(46)의 잔여 부분은 산소기류에 의해 전진되기에 충분할 만큼 작게 유지되지만 금속 공작물 M의 충분한 예열을 제공하기에는 충분한 크기로 유지된다. 일차 휜과 이차 휜 형성을 방지하기 위해 스카아핑 산소장치(41)는 휜이 없는 각개의 절단물을 만들고저 할 경우에는 본 발명자가 미국 특허출원 제507,888호로 출원하여 특허된 미국특허 제4,040,871호에 서술된 특정형태로 형성해야만 하고, 복수개의 병렬 절단물을 만들고저 할 경우에는 본 발명자가 미국특허 출원된 제607,887호로 출원하여 특허된 미국특허 제4,013,486호에 언급된 특정형태로 형성해야 된다.

비록 송풍용으로 단일 물노즐(40)만을 제8도에 나타냈지만, 이와 같은 노즐을 두개 또는 넓은 슬롯형태의 노즐로 대신 사용할 수 있음은 이 분야에 기술을 가진자들에게는 주지의 사실이다.

여러개의 노즐은 연기발생반응대, 즉 주반응대와 용융된 슬랙퍼들의 뜨거운 후단부 위의 지역을 더욱 완전히 덮어주는 유체 커어튼을 형성 시키기 위해 더욱 완전한 연기 조절이 필요하거나 또는 바람직한 경우에 적합하다.

제9도는 제8도에 나타낸 장치와 유사한 장치의 측면도이며, 예외로 스카아핑 유니트(41) 대신에 단일노즐 스카아핑 산소 토오치(torch)를 사용했다. 노즐 N은 스카아핑 반응대 R를 형성하기 위해 금속 공작물 M에서 노즐 N의 축 방향으로 스카아핑 산소류 B를 배향시킨다.

D는 절단물의 깊이를 나타낸 것이며, 화살표 A는 스카아핑 커트의 전진방향을 나타낸 것이다. 물 노즐(50)로 부터 방출되는 물 커어튼 J는 금속 공작물 M에 대해 α의 각도로 반응대 R의 앞에서 L의 길이를 갖는 슬랙퍼들 S와 부딪친다. 물 커어튼 J는 반응대 R와 충돌해서는 안되는데, 그 이유는 충돌하면 스카아핑 반응을 방해하여 완전히 정지시키기 때문이다.

본 발명에 의한 연기의 조절과 이차 휜 형성의 방지는 매분 약 9미이터의 속도로 이송하는 냉강철을 약 3/16＂까지의 깊이로 스카아핑하기 위한 적합한 조작조건을 이용하여 제8도 또는 제9도에 설명한 장치를 사용하여 모두 성취시킬 수 있다. 이와같은 경우에, 거리 L은 약 35㎝정도이어야 하며, 수류 J와 대상물 표면사이의 각 α는 30°-45°사이어야 한다. 유체의 압력은 약 8kh/cm²내지 약 11kg/cm²사이어야 한다. 퍼들 S는 길이 L보다 그리고 스카아핑 산소기류 B가 전진할 수 있는 크기보다 더 커지지 않도록 억제되는데, 그 이유는 수류 J 앞에서 정규적으로 형성되는 퍼들(51)의 일부분이 절삭되어 스카아핑 커트로부터 일소되기 때문이다.

제8도에 나타낸 장치와 마찬가지로, 제9도에 나타낸 장치는 또한 일차 휜 형성방지 장치와 결합하여 사용할 수 있다. 이와 같이 하기 위해, 전술한 미국특허출원 제607,888호 또는 607,887호로 출원하여 각각 미국특허 제4,040,871호 및 4,013,486호로 특허된 미국특허 공보에 언급된 바와 같은 일차 휜의 형성을 방지해 주는 특정 형태의 노즐인 노즐 N을 사용할 필요가 있다.

물 커어튼 J는 이차 휜의 형성을 방지해줄 뿐만 아니라 연기가 방출되는 반응대 위의 지역을 덮어주어 연기 흡수 커어튼으로 작용하는데, 그 이유는 연기가 윗쪽으로 이동하므로 물 커어튼 J에 의해 모두 흡수될 수 있기 때문이다. 이 연기는 산화철 연무질, 기화된 금속, 슬랙의 미립자 등으로 구성된다.

제10도는 수류 J를 더욱 상류로 배향시켜 이것이 슬랙퍼들 S 앞에서 금속 공작물 M과 교차하는 것을 설명한 것이다. 여기에서 수류 J에 의해 형성된 물 커어튼을 대기중으로 방출되는 연기의 양을 감소 시키지만 이차 휜의 형성을 방지해 주지는 못하는데 이는 물 커어튼 J가 스카아핑퍼들 S와 충돌하지 않기 때문에 퍼들의 크기를 작게 유지시켜도 2차 휜의 형성을 방지할 수 없기 때문이다. 그러나, 유체 커어튼이 반응대와 거의 같은 폭으로 반응대를 통과하는 이상, 대기중으로 발산되는 연기의 양은 실질적으로 감소할 것이다.

전술한 바와 같이 각은 0°로 부터 60°까지 변화시켜 연기 발생을 조절할 수 있으며, 30°의 각도가 가장 효과적이다. 수압은 약 3kg/cm²(계기압력)으로 부터 가능한 높은 압력까지 변화시킬 수 있다. 저압에서 공기-물 혼합물을 사용할 수가 있는데 그 이유는 공기가 물을 분쇄시켜 반응대 위로 더 미세한 물안개를 공급할 수 있기 때문이다.

수증기, 또는 물과 질소 혹은 아르곤과 같은 불활성 가스와의 혼합물 이 연기를 제거하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 방취된 연기를 함유하는 유체는 통상 크로스-파이어 슬랙-젯트로 부터 물과 함께 포집되어 대상물 밑에 있는 배수구에서 처리 시스템으로 이송된다.

제11도는 이차 휜의 형성을 방지해 주지만 대기중으로 방출되는 연기의 양을 실질적으로 감소시키지 않는 본 발명에 의한 실시예의 한 측면도를 나타낸 것이다. 여기에서 물 노즐(50)은 유체류가 반응대 R를 통과하지 않도록 배치되어 있어 효과적으로 연기발생을 조절할 수가 없다. 그러나, 수류 J가 퍼들의 선단 부분을 절삭시켜 전진시키도록 그의 선단 부분의 충분한 거리상의 상류에서 그의 전폭을 따라 퍼들 S상에 충돌되므로, 이차 휜의 방지가 성취된다.

이차 휜 형성을 방지하기 위해, 각 α는 약 20°로 부터 80°까지 변화시킬 수 있으나, 약 45°가 적합하다. 8kg/cm²(계기압력) 이상의 유체 압력이 적합하다.

제12도는 대기중으로 방출되는 연기의 양은 실질적으로 감소시킬 수 있지만, 이차 휜의 형성을 방지할 수 없는 본 발명에 의한 선택적인 실시예를 나타낸 것으로 금속 공작물 M 상에서 스폿 스카아핑 절단면을 형성케 하는 스카아핑 장치(51)를 나타냈다. 화살표 A는 스카아핑 절단면 또는 스카아핑 경로의 방향을 나타낸 것이다. 둘 노즐(60)은 용융된 퍼들(56)과 반응대 R를 덮는데 충분한 폭으로 물을 부채꼴상(54)으로 송출시킨다. 비록 유체류를 배향시키는데 적합한 방법이 금속 공작물에 경사각으로 스카아핑 산소기류의 상부로 부터 하향으로 그리고 스카아핑 산소기류와 거의 같은 방향으로 배향시키는 방법일지라도 유체는 스카아핑 반응중 방출되는 연기를 차단하는 작용표면과 포켓을 형성하도록 반응대 R와 용융된 퍼들(56)의 후면 부분을 덮어주는 커튼을 유체가 형성하는 한 제12도에 나타낸 바와 같이 금속 공작물의 어느 일측부로 부터 발생된다. 제12도에서 유체류(54)는 산소 기류(61)의 우측부로 부터, 그리고 스카아핑 산소 기류(61)의 방향과 수직방향으로 배향된다.

비록 여기서는 설명의 목적상 한 개의 물 노즐(50)만을 나타냈지만, 여러개의 노즐을 사용할 수 있다.

제13도는 방취용 포켓을 크로스-파이어, 슬랙-물 젯트(9)를 갖는 환상 유체 커어튼(11)과 결합하는 방법을 설명한 것이다. 이와 같은 젯트는 미국특허 제2,465,297호, 제3,163,559호 및 3,354,002호에 더 구체적으로 기술되어 있다. 스카아핑 장치(5)는 금속 공작물의 전표면을 스카아핑 하기 위해 인접된 여러 개의 유니트중 하나만을 나타낸 것이다.

이와 같은 경우에 있어서, 스카아핑 절단면의 경계에서의 휜의 형성은 문제가 되지 않는다. 제13도에서 스카아핑 장치(5)는 금속 공작물의 표면에서 스카아핑 산소(6)의 판상기류를 배향시켜 열화학적 반응을 일으킨다. 용융된 슬랙퍼들(8)은 반응대 R의 앞쪽에 형성된다.

금속 공작물 M의 표면을 지나가는 세개의 크로스-파이어, 슬랙-물 젯트(9)는 절삭, 방취 및 슬랙 제거용으로 사용된다.

헤더(header)(10)는 반응대 R의 상부에서 유체 커어튼(11)을 방출시키는 데 사용된다.

커어튼(11)의 전연(前緣)은 크로스-파이어, 슬랙-물 젯트(9)를 횡단하여 연기를 방지시키기 위해 포켓을 형성한다.

제14도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이것은 작용면에 있어서 제13도에 나타낸 것과 유사하지만, 예외로 유체 커어튼은 금속 공작물 M을 향하는 스카아핑 산소기류의 상부로 부터 아랫쪽으로 기울어진 평면중에 배치한 노즐(12)에 의해 산소기류(6)의 방향과 수직방향으로 금속 공작물 M의 측면으로부터 노즐에 의해 배향된 여러개의 유체류에 의해 형성된다. 유체 커어튼의 전연은 세개의 크로스-파이어, 슬랙-물 젯트(9)중의 하나와 교차하여 연기 F를 방취하기 위한 포켓을 형성한다.

비록 도면에서 본 발명의 유체 커어튼은 모두 평범한 평면인 것으로 설명하였지만, 이것은 그의 기능 조건을 충족시키기 위해 어떠한 형태의 것이든지 택할 수 있음은 이 분야에 기술을 가진자들에게는 명백할 것이다. 예를 들면, 상기의 커어튼은 평면 커어튼의 개구측에서 비산되는(제10도 및 제13도 참조) 소량의 연기라도 방지하기 위해 작용 표면에 밑으로 굽힐 수 있다. 또는 이 커어튼은 여러 개, 예를 들면 세개의 평면 유체류, 즉 하나는 상부에서, 그리고 하나는 반응대의 각 측면상에서, 그리고 또 다른 하나는 슬랙 퍼들상에서 비롯되는 유체류에 의해 형성될 수 있다.

만약 연기의 조절을 미국특허 제2,465,287호에 언급된 바와 같은 4측 스카아핑 기계로 성취시키고저 하면 금속 공작물의 네개의 모든 측면에서 스카아핑 반응이 행해지는 이 장치에서는 연기를 방취시키기 위해 네개의 측면 각각에서 유체 커어튼이 요구된다. 최적의 연기 감소를 얻기 위해, 금속 공작물을 둘러싸는 전체 둘레 면적은 물 커어튼에 의해 둘러 싸여진다. 이것은 금속 공작물의 네개의 측면 모두를 둘러싸는 프러스로-원추형 커어튼 또는 복수개의 커어튼으로 성취 시킬 수 있다. 완전하지는 않지만 적합한 연기 감소는 스카아핑되는 작용 표면의 각 축부상에 평면 유체 커어튼을 형성하여 성취시킬 수 있다.

만약 두개의 표면(상부와 한쪽 측면)만이 스카아핑되면 이들 두개의 표면만이 유체 커어튼을 필요로 하게 될 것이다.

Claims (1)

1. 스카아핑 산소 기류를 금속 공작물 표면상의 반응영역에 가하여 거기에 열화학적 반응을 발생시키고, 산소기류와 금속 공작물이 서로 상대적으로 이동되게 하여 금속 표면을 따라 반응을 계속시켜 원하는 스카아핑 절삭을 하여, 절삭이 진행되어감에 따라 점점 커지게 되는 반응영역의 전면에 용융퍼들이 형성되는 열화학적 스카아핑 공정에 있어서, 반응역역(R)을 덮게되는 유체의 판상 커어튼(44)(J)을 형성하고, 또한 그 커어튼이 금속 공작물(M)의 표면과 포켓을 형성하도록 하기 위해서 용융된 퍼들(43)(S)의 적어도 뒷 부분에 유체기류를 송출되게 하는 것을 특징으로 하는 스카아핑 도중 연기 발생량을 감소시키고, 이차 휜형성을 방지시키는 방법.

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