KR850000876B1 - 용융금속 정련장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용융금속 정련장치

제1도는 본 발명의 응융금속정련장치에 대한 수평절단면도.

제2도는 제1도의 2-2선으로 절단한 단면도.

본 발명은 용융금속을 정련시키기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 용융금속 특히, 알루미늄, 마그네슘, 동 아연, 납 및 그 합금을 정련하기 위한 것으로 1973년 7월 3일자 미합중국 특허 제 3,743,263호에 발표된 정련장치를 개선한 것이다.

근본적으로 상기한 종래장치에서 수행되는 공정에서는 극히 작은 기포형의 스퍼징(sparging) 가스가 융체 전반에 분산되는 현상이 일어난다. 수소는 기포속으로 탈착되어 융체로부터 제거되는 반면, 다른 비금속 분순물은 부력에 의해서 부유물층으로 상승한다. 스퍼징가스의 분산은 융체에 상당한 난류를 유발시키는 회전가스분산기에 의해 일어나며, 상기 난류는 작은 비금속입자를 큰 입자로 응집시켜 기포에 의해 융체의 표면상으로 떠오르게 한다. 또한 상기 난류는 스퍼징가스와 융체를 완벽하게 혼합시켜 용기의 내부에 침전물 및 산화물이 형성되지 않도록 한다. 융체의 표면상에 부상된 비금속불순물은 부유물과 함께 시스템에서 제거되지만, 금속으로부터 탈착된 수소는 스퍼징가스와 함께 시스템에 남게 된다.

상기 특허에 기술된 회전가스분산기의 구조에서는 축과 축에 연결된 회전날개 및 고정날개가 상호작용하여 바람직한 기포형상을 융체속에 제공한다. 상기 장치는 형성된 기포가 주입장치의 수직 축에 대한 하향성분과 함께 방사상 외측으로 향하는 합성유동벡터를 따라 이동하도록 하는 유동형상을 상기 장치에 인접한 융체에 야기시킨다. 이러한 유동형상은 몇가지 유익한 장점을 갖는다. 첫째, 융체에 수직교반이 일어남으로서 회전날개와 함께 장치를 따른 하향유동이 가스를 개별적인 미세기포로 세분화시킨다. 둘째, 기포가 그 발생지점으로부터 융체속으로 급속히 이동함으로서 기포의 농도가 가장 높은 부분에서의 기포응집이 방지되고, 셋째, 중력에 의해 기포가 형성되는 즉시 융체표면으로 올라가지 않기 때문에 융체속에 양호하게 분산된 기포의 체류시간이 연장된다.

회전가스분산장치에 대한 일에로서 회전날개가 부착된 축이 내열금속으로 만들어진 것이 있었으나, 소량의 할로겐을 함유한 공정가스가 사용될 필요가 있을 때는 금속축이 심하게 부식되었다. 따라서 가장 실용적인 축으로서 할로겐침식에 민감하지 않은 흑연이 고려되었으나, 작업중에 취약한 흑연축이 깨어지는 경우가 있어 대체부품, 작업중단시간 및 인력상의 손실을 가져온다.

상기 손실에 대한 원인은 1인치에서 수인치의 크기에 달하는 여러가지 형상의 고입자가 융체에서 가끔 나타나기 때문이다, 이러한 입자가 작업중에 날개 또는 회전자의 날개와 회전자 사이의 채널에 일시적으로 박히게 되면 장치를 마비시킴으로서 축을 파괴하기에 충분한 힘이 생겨나게 되는 것으로 생각된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 축의 손상을 피하고 적합한 유동벡터를 갖는 기포형상을 부여할 수 있는 금속정련장치를 제작하기 위한 것이다.

일반적으로 용융금속정련장치는

(a) 용융용기와

(b) 용융금속의 입구 및 출구와

(c) (i) 상단이 구동수단에 연결되고 하단이 날개달린 원형 회전자(33)에 고정된 회전축(30), (ii) 상기 회전축을 둘러싸며 그 하단이 속이빈 원형고정자(32)에 고정부착된 속이 빈 고정슬리브(31), (iii) 슬리브와 고정자의 내부표면과 회전축의 외부표면에 의해 정의되어 가스를 운반 및 방출 시키기 위한 회전자와 고정자사이의 축방향통로 및 (iv) 용융용기로 주입되기에 충분한 압력으로 상기 통로의 상단에 가스를 공급하는 수단을 구비한 적어도 하나의 회전가스분산기로 구성되어 있으며, 본 발명에서는 고정자의 외부표면구조가 평활하며, 고정자와 회전자의 서로 인접한 저부에서 각각 측정된 회전자의 골지름대 고정자의 외경비가 1 : 1 내지 0.8 : 1의 범위로 하여 상기 목적을 달성한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

다음에 설명되는 내용은 본 발명에 따라 미합중국 특허 제4,040,610호 및 제4,021,026호에 발표된 정련장치를 개선한 것이다.

제1도와 제2도는 본 발명에 따른 정련장치를 도시한 것으로서, 로의 외벽(2)은 주로 강철로 제작되며, 외벽(2)의 내측은 제1절연체로서 낮은 열전도성 소결벽돌로 된 내화물(3)이고, 내화물(3)의 내측에는 융체가 침투할 수 없는 캐스터블알루미나(Castablealumina)와 같은 내화물(4)로 되어 있다. 대표적인 캐스터블알루미나는 96% Al₂O₃, 0.2% Fe₂O₃및 나머지는 다른 물질로 구성된 것이며, 내화물(4)도 역시 열전도성이 낮고 절연성이 낮고 절연성을 더욱 부가해 준다. 외부구조는 가스분산기와 전기모터(도시하지않음)를 지지하는 상부구조(도시안했음)와 로덮개(5)가 전부이다.

입구(7)의 미닫이문(도시안했음)을 개방시켜 작업이 시작도면 탄화규소블록으로 타이닝된 입구(7)를 통해 용융금속이 작업식(8)로 개입된다. 회전가스분사기에 의해 융체가 심하게 교반되어 정련가스가 융체가 분산된다. 분산기의 회전자는 시게반대방향으로 회전하게 되지만, 분산기에 의해 융체에 야기되는 순환형태는 수직성분을 갖는다. 출구파이프(9)와 배플(10,15)에 의해 작업실(8)의 대칭성이 상쇄됨으로서 소용돌이이의 형성이 줄어들게 된다.

배플(10) 뒷쪽에 위치한 출구파이프(9)를 따라 정련된 금속이 출탕실(11)로 들어간다. 출탕실(11)은 흑연블록(12)과 탄화규소블록(13)에 의해 작업실(8)로부터 분리되어 있으며, 정련된 금속은 출구(14)를 통해 로를 떠남으로서 예를 들어 낮은 위치에 있는 주조장치 등으로 흘러가게 된다. 로의 바닥은 흑연판(6)으로 라이 되어있다.

융체위에 떠있는 찌꺼기는 배플과 스키머(Skimmer)의 두가지 역활을 하는 블록(15)에 의해 입구(7)에 인접한 융체의 표면상에 모아짐으로서 입구(7)를 통해 용이하게 제거시킬 수 있다. 사용된 스퍼징가스는 입구의 미닫이문(도시않했음) 밑에서 시스템을 떠난다. 입구파이프(도시않했음)을 통해 아르곤과 같은 불활성 가스를 로내에 공급함으로서 융체위의 상부공간이 보호된다. 그러나 출탕실(11)의 분위기는 조절되지 않기 때문에 단지 융체표면 아래에서만 흑연블록(12)이 사용된다.

합금변화가 있을 경우 로를 배수시키기 위한 배수구(16)는 로의 입구 또는 출구쪽에 위치한다.

본 예에서는 두가지 기능(라이닝, 가열)을 하는 흑연블록(18)에 삽입된(각 블록에 3개씩) 6개의 니크롬저항가열 소자(17)에 의해 로가 가열된다. 흑연블록(18)은 강철클럽(19)과 블록(12,13)에 의해 위치고정 되며 블록(12,13)은 홈 및 리세스(도시않했음)에 의해 유지된다. 흑연(18)은 로의 입구쪽과 상방으로 자유롭게 팽창할 수 있게 되어있다.

로덮개(5)는 프랜지가스캣(20)을 사용하여 로의 나머지부부노가 밀봉되며, 몇겹의 절연층(21)에 의해 가열로부터 보호된다. 상기 절연재료의 일예로서 알루미늄박에 지지된 규산알루미늄섬유가 있으며, 욕중의 열전대는 보호관(도시않했음)으로 둘러싸여있다.

각각의 가열소자(17)는 흑연블록(18)이 팽창할때 자유롭게 미끄럼운동할 수 있도록 로덮개(5)에 부착되며 흑연블록(18)에 뚫린 구멍에 삽인된다. 그리고 스페이서(24)와 열차단배플(25)에 의해 가열소자(17)와 흑연블록(18)간의 접촉이 방지되며, 두가지 기능의 흑연블록(18)의 열팽창을 허용할 수 있도록 미끄럼설치되어 있다. 로가 작업온도까지 상승하고 블록(18)이 팽창하여도 가열소자(17)는 그 위치가 고정되며, 어떤 이유에 의하건 로가 냉각되면, 로덮개(5)에서 가열소자(17)의 부착도(도시않했음)가 느슨하게 되어 흑연블록(18)의 수축에도 가열소자는 자유롭게 움직일 수 있다. 가열소자(17)는 통상적으로 로덮개와 로의 바닥에 수직하며, 서로 평행하다.

상기 여러가지 블록 및 다른 부품에 사용되는 재료는 흑연이 바람직하나, 융체상부에 있는 흑연은 세라믹도장재등으로 피복시키거나 또는 밀봉과 보호분위기가 이용된다고 하더라도 산화에 대한 보호를 부여하거나 또는 흑연대신에 탄화규소를 사용하는 것이 권유된다.

분산기를 구동시키고 가열소자(17)를 작동시키기 위한 모터, 온도조절기, 변압기 및 다른 종래의 설비는 모두 도시하시 않았으며, 상기 밀페시스템의 완벽성을 보호하기 위한 입구와 출구의 밀봉, 파이프설비 및 다른 설비도 종래의 것임으로 도시하지 않았다.

상기 예에서는 한개의 회전가스분산수단(가스분산기) 이 도시되어 있으나, 장치이 크기에 따라 두개 이상의 분산기를 사용할 수도 있다. 도시된 가스분산기 또는 가스주입장치는 회전날개(34)를 갖춘 회전자(33)와 회전날개사이의 체널(35)로 구성되어 있다. 회전자(33)는 회전자축(30). 모터(도시않했음)에 의해 회전되며, 회전축(30)은 속이빈 슬리브(31)와 슬리브에 부착된 속이빈 고정자(32)에 의해 융체로 부터 차단되어 있다. 고정자의 외표면은 평활하며, 회전자(33)와 고정자(32) 사이의 간격은 회전자(33)가 자유롭게 회전하기에 충분하며, 공정가스가 외측으로 자유롭게 흐를 수 있다. 슬리브(31)와 고정자(32)의 내부표면과 회전자축(30)에 의해 정의된 통로(도시않했음)을 따라 가스가 공급도어 회전자(33)와 고정자(32) 사이의 간격을 통해 융체로 방출된다. 회전축(30)과 슬리브(31) 및 고정자(32)는 동일축을 가짐으로서 상기 가스통로는 축과 평행하며 그 축을 둘러싸고 있다. 용기 즉 융체에 가스를 주입하기 위해 통로의 상단에서 충분한 압력으로 가스를 공급하는 수단이 있으나 본 예에서는 도시하지 않았다.

제2도에서 분면히 알 수 있듯이, 고정자(32)의 기저부 즉 회전자에 인접한 고정자의 단부에서 측정된 고정자의 외경은 고정자에 인접한 회전자의 단부에서 측정된 회전자(33)의 골지름(root diameter)와 같다. 회전자의 골지름이란 회전날개(34) 사이의 채널(35)에서 그 요부에 의해 정의된 원의 직경을 말한다. 서로 인접한 단부에서 측정된 회전자 골지름에 대한 고정자 외경의 비는 1 : 1에서 약 0.8 : 1의 범위이며, 이러한 비값이 1 : 1이하로 떨어질수록 상기한 기포형상에 따른 장점도 점차로 감소하게 된다.

상기 직경비가 감소하면 무엇보다도 극심한 기포응집이 일어나 허용할 수 없는 표면와동이 야기되며, 과도한 표면와동은 융체표면 상에 떠있던 불순물이 다시 융체속으로 개입되는 원인이 된다. 표면와동이 허용될 수 없게 되는 직경비는 여러가지 인자, 즉 회전자의 회전속도, 가스공급량, 회전자와 고정자사이의 간격, 회전자와 용기사이의 간격 및 채널(35)의 깊이에 따라 다르다. 약 0.8 : 1의 비가 상기 모든 인자에 적용할 수 있는 최저값으로 고려되며, 1 : 1이 최적이고, 하한으로서는 약 0.9 : 1의 비가 바람하다.

고정자는 원통형 또는 경사진 것일 수 있으며, 바람직한 경사는 고정자의 몸체가 나팔관모양이 되도록 하여 기저부보다 큰 몸체 직경을 갖도록 하는 것이다. 기저부에서 몸체까지의 직경증가는 기저부직경에 대해 약 30%까지도 가능하며, 나팔경사는 30내지 60도의 범위이다. 상기와 같은 구조를 가짐으로서 표면와 동면에 있어서 높은 회전자속도와 높은 가스입력에서 보다 양호한 성능을 나타내며 원통형 고정자보다 양호하게 기포응집을 방지할 수 있고, 장치를 적절하게 지지해 준다.

용기의 외부치수는 길이가 55인치, 폭이 49인치 및 높이가 57인치인 것이 대표적이며, 고정자는 경사가 있든 또는 없든 그 기저부의 외경이 5인치(경사진 고정자이면, 5인치의 기저부직 경에서 45도의 각도로 나팔관 모양이 되어 그 외측 몸체직경이 6인치), 회전자는 골지름이 5인치, 외즉직경 즉 회전날개의 끝에서 측정된 직경이 7.5인치이다. 대표적인 회전자 속도는 1분당 3내지 5의 가스입력에 대해 400내지 600r.p.m이다.

Claims (1)

1. (a) 용융용기와 (b) 용융금속의 입구 및 출구와 (c) (i) 상단이 구동수단에 연결되고 하단이 날개 달린 원형회전자(33)에 고정부착된 회전축(30), (ii) 상기 회전축을 둘러싸며 그 하단이 속이빈 원형고정자(32)에 고정부착된 속이빈 고정슬리브(31), (iii) 슬리브와 고정자의 내부표면과 회전축의 외측표면에 의해 정의되어 가스를 운반 및 방출 시키기 위한 회전자와 고정자 사이의 축방향 통로 및 (iv) 용융용기로 주입되기에 충분한 압력으로 상기통로의 상단에 가스를 공급하는 수단을 구비한 적어도 하나의 회전가스분산기로 구성된 용융금속 정련장치에 있어서, 고정자의 외부표면구조가 평활하며, 고정자와 회전자의 서로 인접한 기저부에서 각각 측정된 회전자의 골지름 대 고정자의 외경비가 1 : 1 내지 0.8 : 1의 범위인 용융금속정련장치.

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