KR920007882B1 - 재료의 연속적 가열용해방법 및 장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

재료의 연속적 가열용해방법 및 장치

제1도는 본 발명의 1실시예에 의한 장치의 주요부분의 사시도.

제2도는 제1도의 노의 종단면도.

제3도는 용해대상재료를 공급하는 수단의 동작을 설명하기 위한 블럭도.

제4도는 재료공급수단의 구성을 도시한 사시도.

본 발명은 재료를 연속적으로 가열용해하여 바라는 온도에서 연속적으로 용융액을 얻는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래, 주철의 용해장치로서는 큐폴라(cupola) 노 및 도가니형의 유도 노가 잘 알려져 있으며, 널리 사용되고 있다. 큐폴라 노는 정련된 양질의 용융액이 연속적으로 얻어지는 연속적인 용해노이고, 유도노는 미세한 재료도 사용할 수 있고, 성분을 용이하게 조절할 수 있는 간헐적인 용해노이다. 상기 2형식의 노는 각각 장단점을 갖고 있으므로, 현재에서는 2가지 형식의 노를 병용한 2중 용해방법이 널리 사용되고 있다. 이 종류의 기술로써는, 예를들면 일본국 특허공보 소화52-48564호에 기재되어 있는 것을 들 수 있다.

고온에서 코크스를 연소시키기 위하여 큐폴라 노내에 대량의 공기를 불어넣는 것이 필요하다. 따라서, 노내의 가스유속이 커지므로, 선철등과 같은 미세한 재료는 산화되거나 용해되기 전에 가스의 흐름에 따라서 노의 외부로 배출되므로, 용해하기가 곤란하다. 또, 고온에서 용융액을 얻기 위하여, 특히 1500℃ 이상의 온도가 요구되었을 때 코크스의 불완전 연소가 효율의 저감 및 온도제어성을 저하시키게 된다.

한편, 재료가 단순히 유도가열에 의해 용해되므로, 유도노에서 정련효과는 기대할 수 없다. 또한, 유도노는 기본적으로 간헐적인 노이므로, 연속적인 주조장치에 용융액을 공급하는 것이 불편하다는 문제점을 가지고 있다.

또, 종래기술(상기의 일본국 특허공보 소화52-48564호)에서는 큐폴라 노의 상부에 마련된 유도코일을 사용하는 것에 의해 재료를 가열하도록 시도되어 왔지만, 코크스층의 가열은 고려되어 있지 않았다. 따라서, 대량의 공기의 흡입에 의해 발생하는 불합리가 제거되지 않아 고온을 효율좋게 얻는 방법이 개선되어 있지 않았다.

즉, 유도노와 연소노를 병용한 상기의 2중 용해방법은 저온부 및 고온부를 각각 가열하기 위하여, 전자유도가열 및 버너를 사용한 연소가열을 사용하는 연속적인 졍련기술에 관한 제안이다. 그러나, 이 제안은 다음에 기술하는 문제점을 가지고 있으므로 실용화에 이르지 못하고 있다.

즉, 용해대상재료가 투입된 저온부를 가열하는데 유도가열을 사용하고 있지만, 유도가열은 소위 용해대상 금속만을 유도가열에 의해 예열시키는 것을 말한다. 상기 예열은 전력을 사용하므로 고가이고 실용적이지 못하다. 또한, 버너를 사용하는 연소방법이 고온부를 가열하는데 사용되므로, 연료의 불완전연소에 의한 CO의 생성으로 인한 효율의 저하, 대량의 배기가스에 따른 사용된 장치의 대형화와 공해방지 대책의 필요성 및 미세한 용해대상재료가 가스의 흐름에 따라서 비산하려는 경향에 있으므로, 용해대상의 미세한 재료를 용해시키는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다. 또한, 사용된 가스내의 산소에 의해 금속의 산화가 일어나 충분하게 환원이 진행되지 않으므로, 산화물의 슬러그의 발생으로 인해 만족스러운 정련을 용이하게 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어지는 것으로, 선철등의 미세한 재료를 사용할 수 있고, 제어된 고온과 산소 및 질소등의 소량의 가스를 함유하는 양질의 용융액을 연속적으로 얻을 수 있고, 전자 유도가열을 사용하는 개선된 용해방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전자 유도가열방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 인접한 바닥부에 용융액 배출구가 마련되고, 상부에 재료용 투입구가 마련된 노의 바닥부에 탄소재료와 전기적으로 도전성이 있는 내화물중의 하나의 층을 형성하는 공정, 전자 유도가열에 의해 층을 가열하는 공정, 상기 공정에 의해 가열된 층에 용해대상재료를 공급하고, 상기 노내의 공기의 흐름을 실질적으로 차단한 상태에서 전자유도가열에 의해 용해대상재료를 가열하는 공정, 상기 재료의 용융액을 용융액배출구를 통해서 노의 외부로 유출시키는 공정 및 상기 노의 외부로 유출되는 용융액의 온도를 조절하기 위해서 상기 전자 유도가열에 의해 상기 층 및 용해대상재료에 공급된 열량사이의 비율을 제어하는 공정을 포함하는 재료의 연속적 가열용해방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 탄소재료 및 전기적으로 도전성이 있는 내화금속재료중의 하나가 투입구를 통해서 투입되어 노의 바닥부에 퇴적되고, 용해대상재료가 투입구를 통해서 퇴적된 재료상에 투입되도록 상기 노의 인접한 바닥부에 개폐가능하게 마련된 용융액 배출구 및 상부에 마련된 투입구를 갖는 노, 상기 노의 바깥둘레주위에 마련된 전자코일, 상기 전자코일에 전력을 공급하는 고주파에너지 인가수단과 고주파에너지를 제어하는 수단을 포함하는 재료의 연속적 용해장치를 제공하는 것이다. 상기 전자코일은 상기 노내의 공기흐름이 실질적으로 차단된 상태에서 전자유도가열에 의해 재료를 용해시키는 기능을 갖는다. 상기 노의 용융액 유출온도는 상기 전자유도가열에 의해 상기 퇴적된 재료 및 용해대상재료에 공급된 열량사이의 비율을 제어하는 제어수단에 의해 제어된다.

탄소재료 또는 전기적으로 도전성이 있는 내화물은 금속보다 큰 전기저항을 갖지만, 대략 5000μΩ㎝의 고유저항을 갖는 코크스는 고주파 유도가열에 의해 충분히 가열할 수 있으므로, 탄소재료는 용해대상재료, 예를들면 금속을 용해시키기 위한 유도가열량의 일부를 상기 노의 바닥부에 가열매체로써 투입된 코크스에 인가하는 것에 의해 공기가 없는, 즉 연소를 이용하지 않는 분위기에서 금속을 용해시키는데 필요한 온도까지 가열할 수가 있다. 이 방법은 연소방법과는 달리 산소 및 질소가 거의 존재하지 않는 고온의 분위기를 만들 수가 있고, 코크스에 공급된 열량의 비율을 변경시키는 것에 의해 온도를 제어할 수가 있다.

구체적으로는 상기 노내의 유도가열영역내의 코크스의 양과 금속량사이의 비율을 일정하게 유지하고, 상기 코크스에 의해 흡수된 전력의 비율을 일정하게 유지하는 것에 의해 용해속도에 관계없이 일정한 온도에서의 분위기를 얻을 수가 있다. 예를 들면, 유도가열량의 20~50％가 상기 코크스에 공급되고, 그 나머지 80~50％가 상기 금속에 공급되어 용해된 금속이 상기 분위기에서 저하하도록 가열 및 정련을 실행할 수가 있다.

이 방법은 선철등과 같은 용이하게 산화되는 미세한 재료를 어떠한 슬러그도 발생시키지 않고 일정한 온도에서 용해시킬 수가 있다. 또한, 주철이 용해대상으로 된 경우에는 3000μΩ㎝ 미만의 고유저항을 갖는 코크스가 고가이므로 경제적으로 적합하지 않을 뿐만 아니라 흑연화의 진행으로 인한 용해된 금속내의 탄소량이 너무 많이 증가한다. 10,000μΩ㎝ 초과의 고유저항을 갖는 코크스는 용이하게 가열할 수가 없다. 따라서, 3000~10,000μΩ㎝에서의 고유저항을 갖는 코크스를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 장치는 연속적 용해장치이므로, 연속적이고 효율좋게 재료의 예열을 할 수 있는 것이 특징이다. 예열에 의한 가열량을 포함하는 전체 열량에 대해서 탄소재료에 인가된 유도 가열량의 비율이 20％ 미만이면, 용해후의 가열이 감소되므로 노에서 유출되는 용융액의 온도는 1400℃ 이하로 낮아진다. 또, 비율이 50％를 초과하면 용해후의 가열량이 증가하여 유출되는 용융액의 온도가 1600℃를 초과하여 과열을 일으킨다. 따라서, 바람작한 조작은 상술한 바와 같이 20~50％의 범위내의 비율에서 실행된다.

또한, 100kW 미만의 고주파에너지의 전력 및 5,000Hz 초과의 주파수에서는 장치의 크기가 비실용적으로 너무 작게 된다. 한편, 10,000kW 초과의 전력 및 500Hz 미만의 주파수에서는 장치의 크기가 일반적으로 주철을 생성하는데 사용된 금속을 가열하는데 부적당하게 과대하게 증대된다. 또, 작업의 개시에서 노가 충분하게 가열되지 않으므로 , 배출된 용융액의 온도가 낮아지는 경향이 있다. 이 경우에, 용융액의 배출구를 일시적으로 폐쇄하고, 사전에 선철등의 금속으로써 노를 충전시키고, 노내에 용해금속을 축적하여 이 용융액을 유도가열하는 것에 의해 온도를 상승시킬 수가 있다.

상기 유도가열에서, 고주파에너지 인가수단(전원)과 전자코일사이에 고주파에너지 제어수단을 접속하는 것은 출력을 안정화시키는데 효과적이다. 즉, 노내에 용해대상재료가 투입되면, 노내에 투입된 재료의 성질 및 재료의 상태에 따라서 코일의 임피던스가 변동된다. 그러나, 이 임피던스의 변동은 상기 제어수단에 의해 전압 또는 전류를 변동시키는 것에 의해 안정하게 보상할 수 있어 출력을 일정하게 유지할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 선철등과 같은 미세한 재료를 효과적으로 용해할 수가 있다. 어떠한 산화물이라도 가열된 탄소재료 및 강환원성 분위기에서의 정련효과에 의해 환원할 수가 있다. 따라서, 본 발명은 어떠한 슬러그도 거의 발생시키지 않고 소량의 가스를 함유하는 양질의 금속을 공업적인 면에서 연속적으로 얻을 수가 있다는 이점을 갖는다.

본 발명은 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면에서 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.

제1도 및 제2도는 본 발명에 따른 재료를 연속적으로 용해시키는 장치의 1실시예를 도시한 것이다.

상기 장치는 개폐가능한 용융액 배출구(5)가 마련된 바닥부(13)을 갖는 대략 원통형상의 내화물(4)를 포함하는 노(12)로 구성되어 있다. 노(12)는 그의 상부에 마련된 재료투입구(11)을 갖는다. 내화물(4)의 내부직경은 400mm이고, 높이는 700 mm이다. 용해대상재료의 투입구(11)의 상부에는 일반적인 가스 또는 액체연료를 사용하는 버너(14)를 갖는 환형상의 예열수단(8)이 마련되어 있다. 상기 예열수단(8)을 거쳐서 투입구(11)에 재료를 공급하는 공급수단(6)은 예열수단(8)위에 배치되어 있다. 이 공급수단(6)에 대해서는 다음에 기술하는 제 3도 및 제4도를 사용해서 상세히 설명한다.

노(12)의 내화물(4)의 바깥둘레의 주위에는 전자코일(3)이 노(12)의 축방향의 주위에 감겨진 형상으로 배치되어 있다. 이 전자코일(3)에는 고주파에너지 인가수단, 즉 전원(9)에서 전력 제어장치(110)을 거쳐서 전력이 공급된다. 전원(9)와 공급수단(6)사이에는 고주파에너지를 제어하기 위해서 제어수단(10)이 삽입되어있다. 전원으로부터 공급된 고주파에너지의 주파수는 3000Hz이고, 그의 출력은 175kW이다. 용융액 배출구(5)로부터 유출되는 용융액은 150kg의 용량을 갖는 선단의 노에 수납된다.

노(12)의 바닥부(13)위에는 탄소재료(1)이 적층된다. 용해대상재료(2)는 공급수단(6)으로부터 탄소재료(1)위에 공급된다.

탄소재료(1)의 예로써는 고유저항 5,000μΩ㎝를 갖는 코크스를 들 수 있다. 용해대상재료(2)의 예로써는, 예를 들면 리턴스크랩(return scrap) 4부, 선철 3부, 전자강판 프레스 스크랩 3부 및 규화철등의 소량의 첨가제를 함유한 혼합물을 들 수 있다.

용해대상재료(2)의 선철 및 전자강판 프레스 스크랩등의 미세한 재료의 비율로써 0~100％ 비율을 사용할수 있지만, 유도가열을 촉진하고, 유도가열 노내의 분위기를 차단하기 위해서는 20~60％의 비율을 사용하는 것이 바람직하다. 상술한 연속적 가열용해장치에서는 용해작업의 개시시에, 우선 전회의 작업후 노(12)내에 잔류하고 있는 코크스층의 두께가 노(12)의 바닥부(13)으로부터 대략 250mm로 조절된다. 두께가 250mm 미만이면, 새로운 코크스가 공급된다. 이 상태에서 코크스는 전체 중량 약 30kg, 대략 100개의 코크스블럭으로 구성되고, 1개의 코크스블럭의 최대중량이 2kg이다. 코크스가 완전히 투입된 후, 전원(9)에서 전자코일(3)으로 전력이 공급된다. 제어수단(110)은 그의 전압의 변동에 의해 전자코일(3)의 임피던스의 변동을 보상하는 기능을 갖는다. 코크스층의 상부에 탑재된 대형의 코크스블럭은 효율적으로 전력을 흡수하여 발열하지만, 코크스층의 하부에 있는 소형의 코크스입자는 용이하게 발열되기 어려우므로, 용융액 배출구(5)를 통해서 노에서 흡입된 고온가스에 의해 가열된다. 이때, 전압은 1120V이었고, 입력은 82kW이었다. 코크스층의 상부가 대략 1600℃로 될 때, 용융액 배출구(5)가 폐쇄된다. 그러면, 20kg의 선철이 금속재료로써 투입되어 용해되고, 바닥부(13)에 저장되어 소정시간 동안 가열된다. 이 공정에 의해 노(12)내가 급속하게 가열되므로, 투입공정의 개시시부터 고온의 용융액이 얻어진다. 이때, 전압은 1,130V이었고, 입력은 136kW이었다.

용해된 선철이 1,500℃ 이상의 온도로 되었을 때, 용융액 배출구(5)가 개방되어 용융액이 앞의 노(7)로 배출되고, 동시에 공급수단(6)에 의해 용해대상재료 (2)의 투입이 개시된다. 재료(2)가 투입되면, 코크스층의 상부는 재료로 덮여지므로, 용융액 배출구(5)만이 외부로 통하게 된다. 또한, 용융액의 배출이 개시되었을 때 용융액 배출구(5)도 용융액의 흐름에 의해 폐쇄되므로 노내로의 공기의 흐름은 실질적으로 차단된다. 투입된 재료(2), 특히 리턴 스크랩의 블록은 전자코일(3)에 의해 유도가열되어 온도상승하면서 아래쪽으로 이동한다. 재료(2)가 코크스층에 도달하면, 재료(2)는 코크스층에서 공급된 열에 의해 용해된다. 용해되어 액체상태로 된 재료(2)는 코크스층을 거쳐서 아래쪽으로 이동하는 동안에 또 가열되어 산소가 거의 존재하지 않는 환원성 분위기에서의 고온코크스에 의해 정련된다.

여기서, 코크스에 의한 정련과정에 대해서 설명한다. 본 발명의 노에 있어서의 정련은 다음의 2가지가 고려된다.

1. 코크스에 의한 직접정련

환원성 분위기에서 용융액이 직접 코크스와 접촉하는 것에 의해 탄소가 효율좋게 용융액중에 흡수되고, 용융액의 조성의 일부(주철은 보통 3.5％ 전후의 탄소를 포함한다)로 됨과 동시에 용융액중에 포함되는 SiO₂등의 유해산화물을 환원한다.

2. CO가스에 의한 정련

코크스층은 실질상 외부공기와 차단되므로, 연소와 같이 대량의 공기(O₂+N₂)는 존재하지 않고, 재료에 의해 가지고 들어오게 되는 금속산화물중의 소량의 O뿐이다. 따라서, 다음의 식과 같이 결과적으로 코크스층의 분위기는 CO만으로 된다.

상기 용융액은 용융액 배출구(5)를 통해서 배출한다.

전력은 전원(9)에 의해 일정하게 조정한다. 노(12)내의 재료(2)의 양이 감소하면 전자코일(3)의 임피던스가 크게되어 전압이 1,000V를 초과한다. 제어수단(10)은 공급수단(6)을 제어하므로, 용해대상재료의 양이 노(12)내에서 증가될 때까지 용해대상재료가 노(12)내로 공급되고, 전자코일(3)의 임피던스가 저하해서 전압이 1000V 이하로 낮아진다. 그후 , 공급수단(6)이 정지한다. 동작중에 전력 및 전압은 각각 173kW 및 1000V로 제어되며 용해작업이 연속적으로 실행된다. 이 안정된 상태에서는 용융액의 온도가 대략 1450℃이었다. 또, 1톤의 용해대상재료를 용해하는데 필요한 시간은 3.75시간 이었고, 전력입력량은 566kW, 공급된 코크스량은 11kg, 발생된 슬러그량은 측정할 수가 없었지만 극히 미량이었고, 내화물(4)는 약간의 손상뿐이었다.

상기한 실시예에서는 버너(14)가 마련된 예열수단(8)을 사용하지 않았다. 버너(14)를 갖는 예열수단(8)을 사용하는 것은 예열수단(8)의 가열용량에 따라서 전력을 절약하고, 용융액의 배출속도를 증대시킨다는 효과가 있다. 또한, 일반적인 도가니 노내의 전력의 절약은 20％ 이하인 것에 대해서 본 발명에서 예열수단을 사용하는 것은 30％의 전력을 절약할수 있다.

아래의 표 1은 노의 바닥부에 적층된 코크스층의 두께가 변화되어 1000V에서 가열되었을때, 코크스층의 두께와 얻어진 입력사이의 관계를 나타낸 것이다(용해대상재료는 공급되지 않았다).

[표 1]

코크스층의 두께의 입력

아래의 표 2는 전압 및 입력이 각각 1000V 및 173kW로 유지되도록 재료를 용해하였을 때 얻어진 코크스층의 두께와 배출된 용융액의 온도사이의 관계를 나타낸 것이다.

[표 2]

코크스층의 두께와 배출된 용융액의 온도

표 2에서 보는 바와 같이, 배출된 용융액의 온도를 제어하기 위해서 코크스층의 두께를 변경시키는 것만이 필요하다. 따라서, 용해가 진행되어 노내의 재료의 레벨이 저하됨에 따라서 용해대상재료를 단순히 공급하는 것에 의해 일정한 온도에서 용융액을 얻기 위해서 용해를 연속적으로 실행할 수가 있다.

그러나, 실제적인 동작에서는 연속적인 용해를 실행할 수가 있으므로 코크스층의 두께가 대략 일정하게 설정되고, 용융액을 얻기 위해서 전기적 전압이 바라는 온도레벨로 설정된다. 상기 설정 레벨을 초과해서 전압이 증가하는 결과로써 노내에서 용해대상재료의 레벨이 저하될때에만 용해대상재료의 다음의 일군 또는 첨가제가 다음에 상세하게 기술하는 바와 같이 대략 일정한 온도레벨에서 용융액을 유지하도록 노내로 공급된다.

아래의 표 3은 일반적인 큐폴라 용해 노, 일반적인 도가니형 유도용해 노 및 본 발명의 연속적인 용해방법에 의해 얻어진 주철의 칠(chill)의 두께와 그의 가스함유량의 분석결과를 나타낸 것이다.

각각의 경우에서 용해된 재료는 30％의 강철 스크랩을 포함하고, 배출된 용융액은 탄소 3.3％와 실리콘 2.0％를 포함하도록 조성되었다. 측정은 대략 동일한 조건에서 하였다. 잘 알려진 바와 같이 주철의 품질은 칠의 두께가 얇고, 가스함유량이 적을수록 우수하다. 표 3에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 방법이 다른 용해방법과 비교해서 우수하다는 것이 명백하게 될 것이다.

[표 3]

각종의 용해 노에 의해 얻어진 칠두께와 가스함유량

이상의 설명에서는 코크스를 사용해서 주철을 용해시키는 경우에 대해서 기술하였지만, 본 발명에서는 코크스대신에 전기적으로 도전성이 있는 내화물(예를들면, 전기적으로 도전성이 있는 세라믹스)를 사용할 수가 있고, 구리합금등의 다른 금속류, 광석류등(바람직하게는 전기적인 도전성을 갖는 것)를 용해시킬 수가 있다. 또한, 용이하게 증발하는 아연등과 같은 불순물의 양을 감소시키고자 하는 경우에는 노내에 공기구멍을 마련하여 불활성가스 또는 환원성가스를 공기구멍내로 흡입하는 것에 의해 상기 불순물의 증발을 적극적으로 가속시킬 수가 있다.

상기한 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 가스의 흐름이 적은 강 환원성 분위기내에서 용해대상재료가 용해되어 가열되므로, 분말형상의 재료를 사용하더라도 종래방법에서 산화에 의해 생성되는 어떠한 슬러그를 발생시키는 일 없이 소량의 산소 및 질소가스를 함유하는 양질의 용융액을 얻을 수가 있다.

이하, 제3도 및 제4도를 사용해서 재료 공급수단(6)의 구조와 동작을 설명한다. 재료 공급수단(6)은 벨트 컨베이어 또는 진동 컨베이어를 포함하고, 용해대상재료를 노(12)내로 투입하는 투입장치(103)으로 된다.

또한, 재료 공급수단(6)은, 예를들면 3종류의 재료를 재료 호퍼(201)에서 픽업하는 리프팅(lifting) 마그네트(200L),(200M) 및 (200N)을 포함하는 재료 인출수단, 호퍼(201)에서 픽업된 3종류의 재료를 계량하기 위해 왜곡게이지를 각각 사용하는 전기적으로 제어된 밸런스(balance)(202A),(202B) 및 (202C)로 구성된다.

제어수단(10)은 고주파에너지 인가수단(9)에서 공급된 전압의 레벨을 판단하는 전압비교장치(105), 전압레벨의 판단을 위해 공급되어야 할 기준전압을 발생하는 기준전압 발생장치(106), 전기적으로 제어된 각각의 밸런스(202A),(202B) 및 (202C)에서의 계량데이터에 따라서 상기 3종류의 용해대상재료를 소정의 비율로 혼합하는 연산장치(107)을 갖는다.

전압비교장치(105)는 각각의 재료인출수단(200L),(200M) 및 (200N)을 제어하기 위한 제어선(114),(115)를 가지므로, 선(104)에서 공급된 전압이 기준전압보다 높을때는 신호를 제어선(115)로 출력하고, 공급전압이 기준전압보다 낮을때는 신호를 제어선(114)로 출력한다. 연산장치(107)은 선(112)를 거쳐서 각각의 밸런스 (202A),(202B), 및 (202C)에서의 데이터를 받고, 선(113)을 거쳐서 각각의 재료인출수단(200L),(200M), 및 (200N)을 제어한다. 노(12)의 전자코일(3)은 노내의 재료량이 감소하면 임피던스가 증가하고, 재료량이 증가하면 임피던스가 감소한다는 특징을 갖는다. 전자코일(3)에는 도선(108)을 통해서 고주파에너지 인가수단(9)에 의해 고주파전력이 공급된다. 고주파에너지 인가수단(9)에는 코일(3)에 공급된 전력을 일정하게 유지하기 위해 전력제어장치(110)이 마련되어 있다. 또한, 고주파에너지 인가수단(9)에는 도선(108)을 거쳐서 노(12)의 전자코일(3)에 공급된 전압을 대응하는 낮은 직류전압으로 변환하여 이 직류전압을 제어수단(10)의 전압비교장치( 105)에 공급하는 전압변환장치(111)이 마련되어 있다.

이하, 제3도의 블록도에 도시한 장치의 동작에 대해서 설명한다.

노(12)내의 용해대상재료의 양이 감소하면, 전자코일(3)의 임피던스가 증가한다. 전력제어장치(110)은 노(12)의 전자코일(3)에 공급된 전력을 일정하게 되도록 제어하고 있으므로, 전자코일(3)에 인가된 전압이 전자코일(3)의 임피던스의 증가에 따라서 증대한다. 이 전압은 전압변환장치(111)에 의해 대응하는 낮은 직류전압으로 변환된 후, 기준전압 발생장치(106)에서 기준전압을 인가하도록 전압비교장치(105)에 공급된다

따라서, 전압비교장치(105)에서의 전압이 기준전압보다 높으면, 신호가 선(115)를 거쳐서 비교장치(105)로부터 재료를 인출하기 위해서 동작하는 각각의 재료인출수단(200L),(200M) 및 (200N)으로 발생된다. 각각의 재료인출수단은 상기한 리프팅 마그네트대신에 재료용 호퍼에 진동을 인가하여 각각의 밸런스(202A)~ (202C)상으로 재료를 이송하는 진동장치를 포함하여도 좋다. 재료를 인출하는데 있어서, 용해대상재료를 항상 정확히 측정할 필요는 없다. 리프팅 마그네트의 경우에는 전류값을 설정해도 좋고, 진동장치의 경우에는 호퍼에 진동을 인가하기 위해 필요한 시간을 설정하여도 좋다.

이 방법에 의해 어떤 조건하에서 호퍼로부터 인출된 재료는 밸런스(202A), (202B) 및 (202C)에 의해 정확하게 계량되어 발생된 계량데이터가 연산장치(107)로 보내진다. 연산장치(107)에는 노(12)내로 공급되는 재료의 배합비율의 바라는 값이 기억되어 있다. 선(112)를 거쳐서 전송되는 재료의 계량데이터의 적분량의 비율이 바라는 값의 소정의 범위내에 있는 한, 또 신호가 선(115)를 거쳐서 전압비교장치 (105)에서 출력되는 한, 각각의 인출수단(200 L),(200M), 및 (200N)은 연속적으로 동작한다. 그러나, 상기 3종류의 재료중의 어느하나의 적분량이 상기 재료의 배합비율의 바라는 값에 대해서 일정한 범위를 초과하면, 연산장치(107)은 적분량이 배합비율이 바라는 값의 소정의 범위내로 될 때까지 그의 인출동작을 정지하도록 선(113)을 거쳐서 재료인출수단으로 신호를 공급한다.

이렇게 계량된 각각의 용해대상재료는 이송장치(103)에 의해 노(12)로 공급된다.

노(12)내의 재료의 양이 증대함에 따라 전자코일(3)의 임피던스는 감소하므로, 전자코일(3)에 인가된 전압은 전압변환장치(111)에서 선(104)를 거쳐서 전압비교장치(105)로 공급된 전압의 감소결과에 따라서 감소된다. 전압비교장치(105)에 인가된 전압이 기준전압보다 낮으면, 전압비교장치(105)는 그의 동작을 정지하도록 선(114)를 거쳐서 각각의 인출수단(200L),(200M), (200N)으로 신호를 발생한다.

이와 같이 본 발명의 공급장치는 대응하는 인출수단에 의해 인출된 각각의 재료를 정확하게 계량하는 것에 의해 노내로 각각의 용해대상재료를 정확하고 신속하게 공급할 수가 있다. 또, 상기 장치는 1회마다 각종의 재료를 큐폴라용 재료공급장치와 같이 계량장치에 의해 계량하는 것이 필요하지 않게 된다.

각각의 밸런스(202A),(202B), 및 (202C)는, 예를들면 부하셀이 마련된 로버벌 밸런스(Roverval's balance)로써, 계량데이타를 전기적 신호로 변환하는 수단을 사용할 수도 있다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명의 장치 및 방법에서는 전자유도가열내의 가열매체 및 정련공정에서의 환원제로써 작용하는 탄소재료를 사용한다. 따라서, 탄소재료 또는 전기적으로 도전성이 있는 내화물 그 자체는 연소가스에 노출되지 않으므로, 그의 소모량이 현저하게 적다. 또한, 탄소재료 또는 전기적으로 도전성이 있는 내화물은 연소가스를 사용하지 않고 노내의 공기의 흐름이 실질적으로 차단되는 상태에서 전자유도 가열에 의해 가열되므로, 적절한 상태에서 환원성 분위기를 실현할 수가 있다. 그 결과로써, 산소 및 질소와 같은 가스함유랑이 적은 양질의 용융액을 만들 수가 있다. 또, 본 발명은 어떤 특별한 배출가스처리용 설비도 필요로 하지 않으므로, 공해방지의 관점에서도 바람직하다.

Claims (25)

1. 바닥부(13)에 인접해서 용융액 배출구(5)가 마련되고, 노(12)의 상부에 재료용 투입구(11)이 마련되어 있는 노의 바닥부(13)상에 탄소재료 및 전기적으로 도전성이 있는 물중의 하나의 층을 형성하는 공정, 상기 층을 전자유도가열에 의해 가열하는 공정, 상기 가열된 층에 용해대상재료를 공급해서 상기 노내의 공기의 흐름을 차단하는 상태에서 전자유도가열에 의해 용해대상재료를 가열하는 공정, 상기 재료의 용융액을 상기 용융액 배출구를 거쳐서 상기 노에서 유출시키는 공정 및 상기 전자유도가열에 의해 상기 층에 공급된 열량과 상기 용해대상재료의 열량사이의 비율을 제어해서 상기 노에서 유출되는 용융액의 온도를 조절하는 공정을 포함하는 재료의 연속적 가열용해방법.
2. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 비율은 상기 전자유도가열용으로써 사용된 전원에서 전력, 전류 및 전압을 포함하는 파라미터중의 하나를 제어하는 것에 의해 제어되고, 상기 재료층의 양에 대한 상기 노내로 공급된 상기 재료량의 비율은 다른 파라미터중의 하나를 제어하도록 변화되는 재료의 연속적 가열용해방법.
3. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 재료층은 상기 용해대상재료가 상기 재료층상으로 공급되기 전에 가열되는 재료의 연속적 가열용해방법.
4. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 재료층의 하부는 상기 용해대상재료가 상기 재료층상으로 공급되기 전에 상기 용융액 배출구를 통해서 상기 노로부터 흡입된 가스에 의해 가열되고, 상기 용융액 배출구는 상기 재료층의 상부의 온도가 상기 용해대상재료를 용해하는 온도에 도달했을 때 폐쇄되고, 금속재료는 상기 재료층보다 적은량의 중량으로 공급되어 용해되고, 상기 용융액 배출구는 상기 금속재료의 공급으로부터 소정의 시간이 경과한 후에 개방되며, 상기 용해대상재료는 상기 재료층으로 다시 공급되는 재료의 연속적 가열용해방법.
5. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 재료층은 3,000~10,000μΩ㎝의 고유저항을 갖는 코크스이고, 상기 용해대상재료는 금속재료인 재료의 연속적 가열용해방법.
6. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 용해대상재료는 철이고, 상기 전자유도가열에 의해 공급된 20~50％의 열량은 상기 재료층에 인가되고, 그 나머지는 열량은 상기 철에 인가되어 1,400℃~1,600℃의 온도범위에서 용해된 주철이 상기 용융액 배출구에서 얻어지는 재료의 연속적 가열용해방법.
7. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 전자유도가열은 고주파에너지를 상기 노의 바깥둘레 벽에 탑재된 전자코일에 인가하는 것에 의해 실행되는 재료의 연속적 가열용해방법
8. 특허청구의 범위 제7항에 있어서, 상기 고주파에너지의 주파수는 500~5,000H z이고, 그의 전력은 100~10,000kW인 재료의 연속적 가열용해방법.
9. 그의 바닥부(13)에 인접해서 개폐가 자유롭게 마련된 용융액 배출구(5), 탄소재료(1)과 전기적으로 도전성이 있는 내화물(4)중의 하나가 투입구(11)를 통해서 삽입되어 노의 바닥부상에 퇴적되어 층을 형성하고, 용해대상재료가 상기 노내로 투입구를 통해서 상기 퇴적된 재료층상에 투입되도록 상기 노의 상부에 마련된 투입구(11)을 갖는 노(12), 상기 노(12)의 바깥둘레 주위에 마련된 전자코일(3), 상기 전자코일(3)에 전력을 공급하는 고주파에너지 인가수단(9) 및 상기 고주파에너지를 제어하는 제어수단(10)을 포함하고, 상기 투입된 재료는 상기 노(12)내의 공기의 흐름이 차단되도록 상기 전자코일(3)에 의해 실행된 전자유도가 열에 의해 용해되고, 상기 제어수단은 상기 전자유도가열에 의해 상기 퇴적된 재료에 공급된 열량과 상기 용해대상재료에 공급된 열량사이의 비율을 제어하여 상기 용융액 배출구 (5)에서 유출되는 용융액의 온도를 조절하도록 작용하는 재료의 연속적 가열용해장치.
10. 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 상기 고주파에너지 인가수단(9)는 상기 고주파에너지의 전력, 전류 및 전압을 포함하는 파라미터중의 하나를 제어하고, 상기 용해대상재료를 상기 투입구(11)을 거쳐서 상기 노(12)내로 공급하기 위해 공급수단(6)이 마련되고, 상기 제어수단(10)은 상기 노(12)내로의 상기 용해대상재료의 공급이 파라미터의 나머지 2개중의 하나를 제어하기 위해서 변화되도록, 상기 공급수단이 제어하도록 동작하는 재료의 연속적 가열용해장치.
11. 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 또 상기 투입구(11)위에 마련되어 상기 용해대상재료를 예열하는 예열수단(8)을 포함하는 재료의 연속적 가열용해장치.
12. 특허청구의 범위 제11항에 있어서, 상기 예열수단(8)은 버너(14)를 포함하는 재료의 연속적 가열용해장치.
13. 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 상기 퇴적된 재료의 높이는 상기 전자코일 (3)에 의한 전자유도가 열에 의해 공급된 20~50％의 열량이 상기 퇴적된 재료에 인가되고, 그 나머지 열량이 상기 용해대상재료에 인가되도록 상기 전자코일(3)이 마련된 영역의 높이에 관련해서 결정되는 재료의 연속적 가열용해장치.
14. 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 상기 퇴적된 재료는 고유저항 3,000~10,00 0μΩ㎝를 갖는 코크스이고, 상기 전자코일(3)에 공급된 상기 고주파에너지의 주파수는 500~5,000Hz이며, 그이 전력은 100~10,000kW이고, 상기 제어수단 (10)은 상기 전자코일(3)에 인가된 전압과 전류중의 하나를 변화시키도록 동작하여 상기 노내로의 상기 재료의 공급에 의한 상기 전자코일의 임피던스의 변화를 보상하는 재료의 연속적 가열용해장치.
15. 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 상기 용해대상재료는 철이고, 상기 노(12)에서 유출되는 용융액의 온도는 1,400℃~1,600℃인 재료의 연속적 가열용해장치.
16. 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 또 상기 용해대상재료를 상기 투입구(11)로 공급하는 공급수단(6)을 포함하고, 상기 공급수단은 그의 저장장치에서 상기 재료를 인출하는 인출수단(200L,200M,200N)을 포함하고, 상기 고주파에너지 인가수단(9)는 상기 전자코일(3)에 공급된 전력을 일정하게 유지하는 전력제어수단(110)을 포함하여, 상기 제어수단(10)은 상기 전자코일(3)에 인가된 전압에 대응해서 입력된 전압이 기준전압보다 높을때에는 상기 인출수단을 작동시키도록 작용하고, 상기 입력된 전압이

    상기 기준전압보다 낮을때에는 상기 인출수단을 정지시키도록 작용하는 전압비교수단(105)를 포함하는 재료의 연속적,가열용해장치.
17. 특허청구의 범위 제16항에 있어서, 상기 여러개의 인출수단(200L,200M,200N)은 여러 종류의 용해대상재료를 각각 인출하도록 마련되고, 상기 공급수단은 또, 상기 여러종류의 재료를 각각 계량하는 여러개의 계량수단(202A,202B,202C)를 포함하고, 상기 제어수단(10)은 상기 계량수단에서의 계량데이타를 받고, 받은 계량데이타를 적분하여 상기 적분된 양사이의 비율이 소정의 범위내의 있는가 아닌가를 판단하고, 어느 한 종류의 용해대상재료의 적분량이 상기 소정의 범위를 초과하였을때에는 상기 대응하는 인출수단의 동작을 정지하도록 상기 인출수단(200L,200M, 200N)을 제어하는 연산수단(107)을 포함하는 재료의 연속적 가열용해장치.
18. 특허청구의 범위 제16항에 있어서, 상기 고주파에너지 인가수단(9)는 상기 전자코일(3)에 공급된 고주파전압을 상기 전압비교수단(105)에 인가되는 대응하는 낮은 직류전압으로 변화하는 전압변환수단(111)을 포함하는 재료의 연속적 가열용해장치.
19. 특허청구의 범위 제16항에 있어서, 상기 공급수단(6)은 상기 용해대상재료를 상기 노(12)내로 운반하는 이송수단(103)을 포함하고, 상기 이송수단(103)은 벨트 컨베이어중의 하나를 포함하는 재료의 연속절 가열용해방법.
20. 특허청구의 범위 제16항에 있어서, 상기 인출수단은 리프팅 마그네트를 포함하는 재료의 연속적 가열용해장치.
21. 특허청구의 범위 제16항에 있어서, 상기 인출수단은 진동 호퍼를 포함하는 재료의 연속적 가열용해장치.
22. 그의 바닥부에 인접해서 용융액 배출구가 마련되고, 그의 상부에 용해대상재료와 탄소재료용 투입구가 마련되는 노의 바닥부상에 탄소재료층을 형성하는 공정, 상기 용해대상재료를 상기 층에 공급하는 공정, 상기 용해대상재료를 용해시키기 위하여, 상기 탄소재료층과 상기 용해대상재료에 전자유도가열에 의해 열을 인가하는 공정, 상기 용해대상재료의 용융액을 상기 탄소재료층을 거쳐서 아래쪽으로 유출시키는 공정, 상기 열 인가공정의 적어도 일부동안에 상기 탄소재료를 환원제로써 작용시키는 공정, 상기 전자유도가열에 의해 상기 탄소재료층에 공급될 열량과 상기 용해대상재료에 공급될 열량사이의 비율의 값을 결정하는 공정, 상기 비율이 상기 결정된 값과 동일하게 되도록 상기 비율을 제어하는 공정을 포함하고, 상기 값은 상기 노에서 유출되는 상기 용해대상 재료의 용융액의 바라는 온도를 얻기 위해 필요한 값인 재료의 가열용해방법.
23. 바닥부(13), 상기 바닥부에 인접해서 노에 마련된 용융액 배출구(5) 및 탄소재료가 투입구를 통해서 노에 삽입되어 상기 바닥부에 퇴적되어 제1의 층을 형성하고, 용해대상재료가 상기 노내로 투입구를 거쳐서 상기 제1의 층상에 공급되어 제2의 층을 형성하도록 상기 노의 상부에 마련된 전자코일(3), 상기 투입구(11)을 갖는 노(12), 상기 노의 바깥둘레주위에 마련된 전자코일(3)에 고주파에너지를 공급하는 수단 및 상기 고주파에너지를 제어하는 제어수단을 포함하고, 상기 전자코일 (3)은 상기 제1 및 제2의 층을 상기 전자코일에 의해 실행된 전자유도가열에 의해 상기 용해대상재료를 용해시키는 온도까지 가열시키기 위해서 배치되고, 상기 용해대상재료의 용융액은 상기 제1의 층을 거쳐서 아래쪽으로 이동되며, 상기 노는 유도가열된 탄소재료와 함께 상기 유도가열의 적어도 일부동안에 상기 노내에 환원성 분위기를 확립하도록 구성되며, 상기 제어수단은 상기 전자유도가열에 의해 상기 제1 및 제2의 층에 공급될 열량사이의 비율의 값을 설정하는 수단, 상기 비율이 상기 설정된 값과 동일하게 되도록 상기 비율을 제어하는 수단을 포함하고, 상기 값을 상기 용융액 배출구를 통해서 상기 노에서 유출되는 상기 용해대상재료의 용융액의 바라는 온도를 얻기 위해 필요한 값인 재료의 용해장치.
24. 그의 바닥부(13)에 인접해서 용융액 배출구(5)가 마련되고, 그의 상부에 용해대상재료와 탄소재료용 투입구(11)이 마련되어 있는 노의 바닥부상에 탄소재료층을 형성하는 공정, 상기 용해대상재료를 상기 층에 공급하는 공정, 상기 용해대상재료를 용해시키기 위해서, 상기 탄소재료층과 상기 용해대상재료에 전자유도가열에 의해 열을 인가하는 공정, 상기 전자유도가열에 의해 상기 탄소재료층에 의해 상기 탄소재료층에 공급될 열량과 상기용해대상재료에 공급될 열량사이의 비율의 값을 결정하는 공정, 상기 비율이 상기 결정된 값과 동일하게 되도록 상기 비율을 제어하는 공정을 포함하고, 상기 값은 상기 노에서 유출되는 상기 용해 대상 재료의 용융액의 바라는 온도를 얻기 위해 필요한 값인 재료의 가열용해방법.
25. 바닥부(13), 상기 바닥부에 인접해서 노에 마련된 용융액 배출구(5) 및 탄산재료가 투입구를 통해서 노에 삽입되어 상기 바닥부상에 퇴적되어 제1의 층을 형성하고, 용해대상재료가 상기 노내로 투입구를 거쳐서 상기 제1의 층상에 공급되어 제2의 층을 형성하도록 상기 노의 상부에 마련된 투입구(11)을 갖는 노(12), 상기 노의 바깥둘레주위에 마련된 전자코일(3), 상기 전자코일(3)에 고주파에너지를 공급하는 수단 및 상기 고주파에너지를 제어하는 제어수단을 포함하고, 상기 제어수단은 전자유도가열에 의한 열량을 상기 제1 및 제2의 층에 공급하도록 작용하여 상기 용해대상재료가 용해되어 바라는 온도에서 상기 용융액 배출구를 통해서 상기 노에서 유출되는 재료의 용해장치.

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