KR890003016B1 - 용융금속 정련용 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용융금속 정련용 장치

제1도는 이음매와 덮개의 세부가 없는 본 장치의 전체적 개략을 나타내는 수직단면도.

제2도는 축 또는 주위장치가 없는 본 발명의 상세한 것을 나타내는 중심단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 내화용기 2 : 발열체

3 : 동체 4 : 흑연판

5 : 정련실 6 : 배플

7 : 출구튜브 9 : 출구부분

10 : 기체분배기 12 : 회전자

13 : 고정자 14, 15, 16 : 단열덮개부

17 : 축선 18 : 강구조물

19 : 이음매 21 : 금속부분(암나사)

22 : 흑연부분 23 : 통로

24 : 출구 25 : 수나사부분

26 : 쇼울더

본 발명은 용융금속 정련용 장치에 관한 것이다.

본 발명은 용융금속을 정련하는데 일반적으로 적용되지만, 특히 알루미늄, 마그네슘, 동, 아연, 주석 납 및 이들 합금의 정련에 관련된 것으로서, 1973년 7월 3일자 발행의 미국특허 제 3, 743, 263호에 기재된 장치의 개선에 관한 것이다.

상기 참고 문헌의 장치에서 실시되는 공정은 용탕전체를 통하여 극히 작은 기포형상으로 스파이징 기체(sparging gas)를 분산시키는 것과 관계가 있다. 수소는 기포중에 흡수됨으로써 용탕으로부터 제거되고, 기타의 비금속 불순물들은 부유작용에 의해 드로스(dross)층으로 부상한다. 스파이징 기체의 분산은 회전식 기체분배장치를 사용하여 할 수 있다. 기체분배장치는 용탕중에 많은 양의 난류를 생기게하고, 이 난류가 작은 비금속입자를 큰 응집입자로 합체되게해서 이 큼 응집입자가 기포에 의해 용탕표면으로 부상한다. 용탕중의 이 난류는 또한 스파이징 기체와 용탕과의 혼합을 확실하게 한다. 용탕으로부터 부상해서 분리된 비금속 불순물들은 드로스와 함께 계(system)로부터 제거되고, 한편 금속으로부터 탈착된 수소는 소비된 스파이징 기체와 함께 계로부터 배출된다.

회전식 기체 분배장치는 한쪽 단부에 회전자를 또 다른 단부에는 구동수단이 있는 축을 구비하고 있다. 이축 주위에는, 그 길이의 대부분에 걸쳐 고정자라고 불리는 공동(空洞)슬리이브 또는 하우징이 설치되고, 이는 장치에 고정되어 움직이지않는다. 공정기체는 고정자 내측벽과 축사이의 공간을 통과한다. 고정자는 전형적으로 상부 강 부분과 하부 흑연부분으로 구성되고 그리고 두부분을 연계시킬 뿐만아니라 기체밀봉도 제공하는 기계적 연결부를 구비하고 있다. 흑연이 하부부분에 사용되는 이유는 그것이 용융 알루미늄을 비롯한 용탕과 아울러 정련 영역에서 사용될 수 있는 할로겐화물 기체 및 플럭스에 내성이 있으며 더구나 조립이용이한 재료이기 때문이다. 상부부분은 구조 강도를 주기 위하여 강으로 되어 있다.

흑연은 정련영역에 존재하는 물질 및 온도에 내성이 있지만, 전형적으로 약 700℃인 온도에 있어서는 대시간화에 내성이 없다. 한편, 강 부분은 흑연보다도 공기에 대하여 내성이 있으나, 특히 용융알루미늄과 같은 용탕에는 전연내성이 없다. 이들 재료특성은 흑연과 강 사이의 이음매가 용기 덮개의 영역내에 위치해 있어야 한다는 것을 시사하는데, 왜냐하면 이곳은 양쪽재료에 대하여 조건이 적당한 곳이기 때문이다. 이것은 덮개가 열손실을 감소시키시 위해 상당한 두께의 단열재로 단열되어 있는 것에 기인한다. 따라서, 강/흑연 이음매는 이 단열된 영역에 위치되었다. 흑연은, 그의 열전도율이 비교적 높기 때문에, 대기중에서 급속히 산화하기에 충분히 높은 온도에서 계속있게될 것이지만, 이음매 주쥐에 덮개가 밀착하고 있는 점과 열대류에 의하여 정련영역으로 부터의 불활성 기체가 고정자와 덮개 사이에 형성되는 어떤 유용한 간격을 통하여 위쪽으로 유통되게 되어 있다는 사실의 결합에 의해 공기의 침입이 효과적으로 저지된다. 강부분은 그것이 대기에 노출되어 있는 곳에서는 심하게 산화할 만큼 고온으로 되지 않는다.

이와같은 장치는 공정기체가 불활성기체만을 내포하고 있는한 편리하고 양호하게 작동한다. 그러나, 일부의 정령공정에 있어서 꼭 있어야할 정도로 염소가 존재하면, 이음매의 강부분에 강한 침식이 생길 수 있다. 이곳에서의 온도는 형성되는 염화철을 휘발시키기에 충분히 높고 이 휘발성물질은 제거된다. 따라서, 나사부를 포함한 강부재 부분은 용이하게 소실되어 버린다. 공정기체로부터 이들 영역을 격리시키기 위한 밀봉부는, 특히 실용등급의 흑연이 다공성이며 또 흑연을 통해서 흐르는 소량의 기체만으로 강부분을 손상시키기에 충분하므로 여기서는 유효하지 않다는 것이 밝혀졌다. 금속부분이 내식성 합금으로 만들어지면, 나사부분에서 형성되는 부식생성물은 휘발성이 아니다. 그러나 이들 부식생성물의 두께가 커짐에 따라 , 그것들은 결국 그 위치에서 흑연을 고착화한다. 이 경우, 이음매는 필요한 흑연교체를 행하도록 용이하게 분해할 수 없게 된다. 또한, 시이팅쇼율더(seating shoulder)는 부식으로 구멍이 뚫리어 유효한 가스밀봉을 형성할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 특히 고정자 이음매와 관련하여 염소의 파괴작용을 해소하는 개선된 용융금속 정련용 장치를 제공함에 있다.

다른 목적들 및 장점은 이하에서 명백해질 것이다.

본 발명에 의하면, 이러한 개선은 다음을 포함하는 용융금속 정련용 장치에서 발견되었다.

(a) 단열덮개와, 적어도 하나의 입구부분 및 적어도 하나의 출구부분과, 적어도 하나의 정련실을 갖고 있는 용기와, (b) 각 정련실에 배치되는 하나의 회전식 기체분배장치를 포함하는 것(여기서, 상기 장치는, (ⅰ)덮개를 통해서 통과하고, 또 정련실의 덮개 외부 위쪽에 위치한 상단에의 구동수단 및 정련실의 덮개 내부 아래에 위치한 하단에 고착된 회전자를 구비라는 축과 (ⅱ) 상기 축을 둘러싸고 상기 용기에 고착된 공동고정자를 포함하며, 고정자와 축은 공통 가상축선을 갖고 있고, 상기 고정자는 상부부분과 하부부분을 갖고, 상부부분은 내식성 금속으로 이루어져 있고 하부부분은 흑연으로 이루어져 있으며, 상부부분은 내식금속/흑연 나사이음매에 의해 하부부분에 연결되고, 덮개는 고정자 부근에서 두께가 적어도 5인치이다.)

여기서 개선한 것은 ; (A) 나사부의 하단에 쇼울더를 갖는 수나사 흑연부분과 암나사 내식금속부분으로 이루어지는 이음매를 제공하여 주고(여기서 , 암나사부는 수나사부의 쇼울더 바로 인접부에서 측정하여 암나사부의 단면적은 쇼울더 바로 인접부에서 측정한 흑연부분 비나사부의 단면적의 약 30 내지 약 50%의 범위이다), (B) 내식성 금속부분의 비나사부에 냉각기체가 통과할 수 있는 환형통로를 마련하고(여기서, 상기통로의 적어도 일부는 축선에 수직하게 또 나선부가 단절되어 있는 암나사부 벽의 두께와 거의 같은 거리에서 이음매에 인접하게 위치하고 또한 쇼울더 바로 인접부에서 측정하여 흑연부분의 비나사부 단면적의 적어도 약 70%의 유효 냉각지역을 갖고 있다), (C) (ⅰ) 정련실에 인접하는 덮개의 측면으로부터 덮개에 가까운 이음매의 측면까지의 거리대 (ⅱ) 덮개 두께의 비율이 1이상이 되게 설정하고, 그리고 (D) (ⅰ) 쇼울더에 가까운 환형통로의 표면으로부터 쇼울더까지의 거리대 (ⅱ) 정련실에 인접하는 덮개측면으로부터 덮개에 가까운 이음매측면까지의 거리의 비율이 약 0.35:1 이하로 설정하는 것을 포함한다.

여기서, "암나사부의 단면적" 및 " 암나사부 벽의 두께"는 나사를 제외하고 측정한다. 따라서, 제2도에서 칫수 E는 벽두께를 규정하도록 나사의 밑면으로부터 바깥쪽으로 뻗어간 것으로 제시되어 있다.

이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하고자 한다.

제1도는 정령장치 전체의 한 구현예로서, 내화용기(1), 발열체(2), 주절제동체(3), 흑연판(4), 정련실(5), 배플(6), 출구튜브(7), 출구부분(9) 뒤의 입구부분(도시되지 않았음), 회전식 기체분배기(10), 회전자(12), 고정자(13), 단열덮개부(14, 15) 및 또 다른 단열덮개부(16)를 나타내고 있다.

고정자(13)로 관통되는 축(도시되지 않았음)은 회전자(12)에 부착되고, 축과 고정자(13)는 공통의 가상축선(17)을 갖는다. 축은 또한 그의 상단에서 모우터(도시되지 않았음)와 같은 구동수단에 연결되어 있다. 고정자(13)는 단열덮개부(14) 및 (15)에 차례로 부착된 강구조물(18)에 고정되어 있다. 단열덮개부(14 및 15)는 고온단열재로 충진된 동공의 강구조물이며 바닥에 고정된 단열내화물을 갖고 있고, 한편, 단열덮개부(16)는 바닥에 고정된 단열내화물이 있는 강판이다. 고정자(13)는 이음매(19)에 연결된 두부분으로 구성되어 있다. 고정자(13)의 하부는 흑연으로 되어 있고 상부는 아래쪽 내식성 금속부분과 통상의 강재의 위쪽부분으로 갖고 있다. 아래쪽 내식성 금속부분은 이음매(19)의 암킷부로 되어 있다. 고온단열재로서 사용할 수 있는 재료로는 세라믹 섬유 블랭킷이 있고 단열 내화물로는 강화 세라믹 섬유판이 사용된다. 덮개부(16)의 두께는 최소 약 5인치이다. 기술적으로 두께의 상한은 없지만, 실용상의 상한은 약 10인치이다.

제2도는 제1도의 일부를 상세하게 나타낸 것이다. 이 부분은 이음매(19)가 있는 고정자(13)의 일부와 단열덮개(16)의 일부를 보여준다. 축은 생략되어 있지만, 가상축선(17)은 나타나있다. 고정자(13)는 강부분(20)과 내식성 금속부분(21) 및 흑연부분(22)로 이루어진다. 이음매(19)의 나선된 암조각은 내식성 금속부분(21)에 상당한다. 흑연부분(22)은 수나사부분(25)과 암나사부분이 놓여지는 쇼울더(26)를 포함한다. 흑연부(22)의 상단과 암나사부의 내부단 사이에는 틈이 있어서 접촉면이 항상 쇼울더(26)상에 있게 한다.

환형통로(23)는 처음에는 축선(17)에 평행하게 통하고 그 다음 나사연결부에 매우 인접된 지점에서 축선(17)에 수직으로 통하게 직각이 된다. 출구(24)는 강벽을 통하여 통로(23)의 확대단으로 뚫려있다. 압력하의 공기 또는 질소와 같은 냉각기체는 통로(23)를 통해서 보내어져서 수나사 흑연부분(25)을 냉각시키도록 소용되는 소위 "유효 냉각지역"을 제공한다. 이 유효 냉각지역은 축선(17)에 수직으로된, 통로 (23)부분의 하부표면이다. 이 표면은 수나사부분(25)의 상부단과 틈에 인접한 이음매(19)의 암나사부분의 일부에서 근접거리에 있다. 이 거리는 내식성 금속부분(21)의 나사벽 두께와 거의 같다. 즉, 치수 D(금속의 두께)는 치수 E와 거의 같다. 여기서 "거의"라함은 ±25%를 의미하지만, 바람직하게는 ±10%로 제한된다.

AISI형 330 스테인레스강이 내식성 금속부분(21)용으로 특히 바람직한데, 왜냐하면, 이것은 대부분의 다른 스테인레스강 등급보다 고온염소침식에 대해 가일층 내성이 있는 성질을 지니며 또 대부분의 다른 내식성 스테인레스강보다 높은 열전도율을 갖고 있어서 이음매(19)와 그의 아래쪽의 노출흑연의 작동온도를 감소시켜 주는 성질을 겸하고 있기 때문이다. 고장자(13)의 상부는 경제적인 이유로 통상의 강부분(20)과 내식성 금속부분(21)으로 나누어진다. 즉, 비교적 고가인 내식성 금속은 염소의 부식작용에 대한 고온노출기회가 가장 커서 부식에 의한 손상이 가장 큰 이음매(19)부분으로 한정된다. 다른 통상의 내식성 금속으로는 하스텔로이(Hastelloy) B와 같이 염소에 내성이 있는 것들을 들 수 있다. 필요하다면, 내식성 금속부분은 어떠한 부식도 피하기 위해 더욱 위쪽으로 연장되어야 할 것이다. 공정조건하에서 충분한 지지강도를 갖는 임의의 금속으로 강부분(20)에서의 강을 대체할 수 있다.

단열덮개(16)위의 짧은 거리는 흑연부분(22)에 내식성 금속부분(21)이 놓여지는 쇼울더(26)를 제공하도록 그 크기가 변한다. 나사부분(25)의 나선은 쇼울더(26)에서 시작된다. 스테인레스강부분(21)의 단면적은 쇼울더(26)에 부착되는면적, 즉 부분(21)의 외주와 나사기저부 사이의 면적(그 치수의 하나가 치수 E이다)이다. 이 단면적인 쇼울더(26)에 바로 인접하여 측정한 경우 흑연부분(22)의 비나사부분 단면적의 적어도 약 30%이다 .물론 이 면적은 고정자(13)의 동공중심부는 포함하지 않는다. 내식금속부분(21)의 실제 단면적은 약 30-50% 범위이다.

"유효 냉각지역"은 축선(17)에 스직인 환형통로(23)의 이 부분은 또한 방사형 수평통로라 칭할 수 있다. 이 유효 냉각지역은 쇼울더(26)에 바로 인접해서 측정했을때 흑연부분(22)의 비나사 부분 단면적의 적어도 약 70%이어야 하고, 바람직하게는 약 70-100% 범위의 면적이다. 주의할 점은, 수냉은 위험하므로 기체냉각 대신으로 사용할 수 없다는 것이다. 여기서 환혈통로(23)에 대한 실용적 높이는 약 0.30-0.60인치이다.

정련실에 인접한 덮개의 측면으로부터 덮개에 가까운 이음매 측면까지의 거리 (치수 B)대 덮개 두께 (치수 C)의 비는1이상이다. 그 제한은 실제로는 없지만 통상 2 : 1이하이다. 쇼울더(26)에 가까운 환형통로(23)표면으로부터 쇼울더(26)까지의 거리 (치수 A)대 정련실에 인접한 덮개측면으로부터 덮개에 가까운 이음매의 측면까지의 거리(크기 B)는 약 0.35 : 1이하이고, 바람직하게 0.2 : 1 정도이다.

대략 길이가 30인치이고, 폭이 24인치이며 높이가 34인치의 크기를 갖는 정련실에 대한 전형적인 고정자 및 덮개의 치수의 범위는 다음과 같다.

치수(제2도 참조) 범위(단위 : 인치)

A 2-3

B 8-11

C 5-7

D 0.3-0.5

E 0.3-0.5

쇼울더(26)에서의 고정자직경 4.5

Claims (2)

1. (a) 단열덮개와, 적어도 하나의 입구부분 및 적어도 하나의 출구부분과, 적어도 하나의 정련실을 갖고 있는 용기와, (b) 각 정련실에 배치되는 하나의 회전식 기체분배장치를 포함하는 것(여기서, 상기 장치는, (ⅰ)덮개를 통해서 통과하고, 또 정련실의 덮개 외부 위쪽에 위치한 상단에의 구동수단 및 정련실의 덮개 내부 아래에 위치한 하단에 고착된 회전자를 구비라는 축과 (ⅱ) 상기 축을 둘러싸고 상기 용기에 고착된 공동고정자를 포함하며, 고정자와 축은 공통 가상축선을 갖고 있고, 상기 고정자는 상부부분과 하부부분을 갖고 있고, 상부부분은 내식성 금속으로 이루어져 있고 하부부분은 흑연으로 이루어져 있으며, 상부부분은 내식금속/흑연나사 이음에 의해 하부부분에 연결되고, 덮개는 고정자 부근에서 두께가 적어도 5인치이다.)를 포함하는 용융금속 정련용 장치에 있어서, (A) 나사부의 하단에 쇼울더를 갖는 수나사 흑연부분과 암나사 내식금속부분으로 이루어지는 이음매를 제공하여 주고(여기서 , 암나사부는 수나사부의 쇼울더를향해 위치하고, 쇼울더 바로 인접부에서 측정하여 암나사부의 단면적은 쇼울더 바로 인접부에서 측정한 흑연부분 비나사부의 단면적의 약 30 내지 약 50%의 범위이다), (B) 내식성 금속부분의 비나사부에 냉각기체가 통과할 수 있는 환형통로를 마련하고(여기서, 상기통로의 적어도 일부는 축선에 수직하게 또 나선부가 단절되어 있는 암나사부 벽의 두께와 거의 같은 거리에서 이음매에 인접하게 위치하고 또한 쇼울더 바로 인접부에서 측정하여 흑연부분의 비나사부 단면적의 적어도 약 70%의 유효 냉각지역을 갖고 있다), (C) (ⅰ) 정련실에 인접하는 덮개의 측면으로부터 덮개에 가까운 이음매의 측면까지의 거리대 (ⅱ) 덮개 두께의 비율이 1이상이 되게 설정하고, 그리고 (D) (ⅰ) 쇼울더에 가까운 환형통로의 표면으로부터 쇼울더까지의 거리대 (ⅱ) 정련실에 인접하는 덮개측면으로부터 덮개에 가까운 이음매측면까지의 거리의 비율이 약 0.35:1 이하로 설정하는 것을 포함함을 특징으로 하는 용융금속 정련용 장치.
2. 제1항에 있어서, (A)에서의 암나사부의 단면적이 비나사부 단면적의 약 30-50% 범위이고, (B)에서의 유효 냉각지역은 비나사부 단면적의 약 70-100% 범위이고, (C)에서의 비율은 1을 넘어 약 2 : 1까지의 범위이며, (D)에서의 비율은 약 0.2: 1-0.35 : 1의 범위임을 특징으로 하는 용융금속 정련용 장치.

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