KR930011375B1 - 유도 가열 용기 및 그 가열 용기를 사용한 금속 용융방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유도 가열용기 및 그 가열용기를 금속 용융방법

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 용기의 종단면도.

제2도는 제1도의 용기의 사시도.

제3도는 제2도의 용기의 분해사시도.

제4도는 제2도의 선 4-4를 따라 취해진 제2도의 용기의 횡단면도.

제5도는 용기 셸의 여러가지 부분들의 상호 연결부를 보여주는, 제4도의 일부분의 확대도.

제6도 및 7도는 각각 본 발명의 특징을 갖지 않은 경우와 가진 경우의 금속 장입물내에 유도된 전류의 흐름을 도시한 도면.

제8도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 용기의 사시도.

제9도는 제8도의 용기의 종단면도.

제10도는 제8도 및 9도에 도시된 다른 실시예의 변형된 형태의 평면도.

제11도는 제10도의 선 11-11을 따라 취해진, 제10도의 용기의 부분 단면도.

제12도는 제10도 및 제11도의 용기의 변형된 형태의 단면도.

제13도는 다층 유도 코일을 구비한 본 발명의 유도 가열 용기의 단면도.

제14도는 다상 코일 조립체에 사용되기에 적합한 본 발명의 3상 유도 가열 용기의 단면도.

제15도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유도 가열 용기의 단면도.

제16도는 제15도의 유도 가열 용기의 변형된 형태의 부분 단면도.

제17a-제17d도는 본 발명의 유도 가열 용기가 정제 공정에 사용될 때의 여러 단계들을 나타내는 도면.

제18도는 제15도의 유도 가열 용기의 또 다른 변형예의 단면도.

제19도는 처리 공정에 사용되는 본 발명의 유도 가열 용기를 나타내는 도면.

제20도는 종래 기술의 정압 주입 레이들을 나타내는 도면.

제21도는 본 발명에 따른 개선된 정압 주입 레이들을 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 102, 124, 168, 186, 206 : 유도 가열 용기

12 : 도가니 18 : 금속 장입물

22, 104, 126, 170, 192, 253 : 금속셀

26, 122, 152, 176, 178, 180, 198, 210 : 유도 코일

54, 128, 182 : 칼라 조립체 70 : 바닥

110 : 적층 링 112, 146 : 금속 스트립

142, 144, 208 : 적층 블럭 148 : 절연 물질층

158,184,214, 256 : 분로 174 : 코일 조립체

188 : 노즐 194 : 스톱퍼 봉

196 : 슬라이드 게이트 기구 204 : 금형

222, 248 : 레이들 242 : 변압기 코어

244 : 채널 252 : 와전류 제한 수단

본 발명은 코어가 없는 유도로(induction furnace)용의 금속 보강 유도가열 용기 및 그 가열 용기를 사용하여 금속을 처리하는 방법에 관한 것이다.

금속 내에서 흐르도록 와전류(eddy current)를 유도하여 금속을 용융 또는 가열하기 위한 코이가 없는 유도로는 잘 알려져 있다. 본 명세서에 사용되는 ＂가열＂이라는 용어는, 재료의 상태 변화를 야기시키지 않고 재료의 온도를 상승시키는 것 뿐만아니라, 상태 변화를 야기할 정도로 충분히 재료의 온도를 상승시켜 재료를 용융시키는 것을 포함하여 광범위하게 사용된다. 일반적으로, 가열될 금속은 용기 또는 도가니내에 수용된다. 와전류가 용기 주위의 유도 코일에 의해 금속내에 전자기적으로 유도된다. 이 와전류는 전력이 금속 내에서 소산되도록 야기하여 금속의 온도를 증가시킨다. 사실상, 금속은 자신의 열원으로서 작용한다. 교류 자계 또는 유도 자계를 발생시키기 위해 교류 전류가 유도코일을 통해 흐를때 금속내에 와전류가 유도된다. 유도 코일내의 교류 전류의 주파수 및 다른 설계 조건에 따라, 유도로는 다량의 용융된 금속을 가열하거나 또는 물리적으로 교반하거나 또는 간혹 그 두가지 모두를 실행하기 위해 사용될 수 있다.

가열 용기는 엄격한 물리적 기준에 부합하여야 한다. 이 용기는 금속의 열에 의해 용해되지 않은 정도로 충분히 높은 융점을 가져야 하고, 금속의 중량을 지탱하기 위해 높은 강도를 가져야 하며, 유도 코일로 부터의 지속이 금속을 통과하고 이 금속 주위를 지나는 것을 방해하지 않아야 한다. 종종, 높은 융점, 높은 강도, 및 인가되는 유도 자계의 불간섭에 대한 이들 요구 조건들이 설계의 견지에서 상충된다.

본 발명은 상충되는 설계 기준을 최적화하여, 종래의 구조보다 더 크고 강하게 유도 가열 용기를 만들 수 있게 하고, 상당이 개선된 효율을 제공한다. 본 발명은 코어가 없는 유도로 용의 제거 가능한 가열 용기에 특히 적합하다. 제거 가능한 도가니 유도로는 적어도 금세기 초 이래로 알려져 왔다. 미합중국 특히 제1,023,309호는 부분적으로 소결되고 유압 램(ram)에 의해 유도 코일 밖으로 밀려나는 세라믹 내화 도가니를 개시한다. 그러나, 실제로, 이 미합중국 특허에 개시된 도가니의 사용은 도가니에 대한 세라믹의 이용만으로 제한된다. 잘 알려진 바와 같이, 세라믹은 깨지기 쉽고 응력을 받으면 균열된다. 세라믹 도가니의 파손은 도가니로 부터의 용융된 금속의 ＂누출＂을 야기할 수 있고, 금속 장입물의 손실 뿐만 아니라 작업자 및 장치에 심각한 안전상의 위험을 부여한다. 따라서, 세라믹 도가니는 비교적 소형화되는 추세이고 소량의 금속의 처리에 한정된다.

세라믹 도가니를 보강하는 한가지 방법은 연속된 금속 쟈켓 또는 셸(shell)에 의해 도가니를 둘러싸는 것이다. 일반적으로 금속은 덜 깨지기 쉽고 세라믹 보다 높은 항복 강도를 갖는다. 셸 재료는 일반적으로 강이다. 그러나, 강 및 많은 다른 유용한 금속들은 전기 전도성이거나, 자기를 띄거나, 또는 가열될 때 매우 약화되므로, 유도 코일에 의해 발생된 자계가 도가니내의 용융된 금속뿐만 아니라 셸도 가열하여 용기를 사용할 수 없게 하거나 또는 불안전하게 하여, 강 쟈켓을 가진 세라믹 도가니는 세라믹 도가니 자체만의 경우보다 많은 개선점을 제공하지 못한다. 금속 쟈켓을 가진 세라믹 도가니가 유도로에 사용되는 경우에, 그 도가니의 사용은 일반적으로 유도 가열이 아닌 유도 교반에 한정되고 있다. 예컨대, 미합중국 특허 제3,314,670호는 내화성 라이닝을 가지며 오스테나이트 스테인리스 강으로 단일체로 만들어지고 전기적으로 연속적인 외부 셸을 구비한 용기를 개시한다. 이 강은 매우 특수한 전기 및 자기적 특성을 가지도록 특별히 선정되어야 한다. 이 미합중국 특허의 용기는 0.1Hz 내지 60Hz의 주파수 범위내에서만 사용가능하다(그 특허공보 2번째 칼럼, 59번째 행 참조). 또한, 이 용기는 교반을 위한 것으로 한정되고, 그 교반은 온도 범위, 교반력, 강도 및 경제성의 요구사항들을 고려하여 매개 변수들의 좁은 범위내에서만 효과적으로 일어날 수 있다. 따라서, 이 특허의 용기는 유도 용융에는 사용될 수 없다.

금속 쟈켓을 가진 세라믹 도가니의 사용을 발전시키려는 다른 시도는 색다른 재료의 선택을 포함한다. 예컨대, 미합중국 특허 제4,446,563호에서는 유리 탄소로 만들어진 내부 용기와 백금으로 만들어진 외부 용기를 가지는 복합 용기가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 색다른 구조는 극히 비실용적이고, 대부분의 적용분야에서 비경제적이다.

따라서, 종래 기술의 결점들을 극복하는 금속 쟈켓형 유도 가열 용기에 대한 필요성이 절실하다. 본 발명은, 금속 셸이 인가된 유도 자계를 투과시킬 수 있고 셸내에 유도된 와전류가 크게 감소되어 셸의 가열을 감소시키는 방법으로 전술한 유도 가열 용기를 제공한다. 본 발명의 원리를 적용한 금속 쟈켓형 유도 가열 용기는 색다른 재료에 의존하지도 않고, 용융된 금속의 유도 교반에만 한정되지도 않는다. 종래의 용기와 대조적으로, 본 발명에 따른 금속 쟈켓형 유도 가열 용기는 작동 온도에서 훌륭한 항복 강도를 가지고 다량의 금속을 처리할 수 있다. 동시에, 본 발명에 따른 용기는 유도 코일에 의해 발생된 전자계의 대부분이 용융될 금속에 작용하고, 금속 쟈켓에는 소량의 전자계만이 작용하도록 한다. 또한, 본 발명은 유도 코일과 금속 쟈켓 사이의 결합부에서 다량의 에너지가 손실되는 종래의 금속 쟈켓형 도가니에 대한 현저한 개선을 제공한다.

또한, 본 발명은 코어가 없는 유도로 용의 세라믹 라이닝 용기에 한정되지 않는다. 본 발명은 흑연 전자기 감수재(susceptor)와 같은 유도가열 가능한 감수재를 가지며, 비전도성 재료들이 그 감수재를 유도 가열함으로써 간접 가열되는 금속 쟈켓형 유도 가열 용기를 포함한다.

광의의 관점에서, 본 발명은 인가된 교류 자계가 금속 물체를 사실상 투과 하게하는 방법으로서, 자계가 투과될 위치들에서 금속 물체내 전자기적으로 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위해 물리적으로는 일체이지만 전기적으로는 절연된 불연속적인 구역들을 그 금속 물체에 제공하는 것을 포함하는 상기 방법에 관한 것이다.

약간 협의의 관점에서는, 본 발명은 유도 가열 용기를 기계적으로 보강하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 이러한 관점에서, 이 방법은 사실상 연속적이고 용기의 형태와 사실상 일치하는 모양으로 된 금속 셸을 용기에 제공하고, 셸의 소정 위치들에서 물리적으로는 일체이지만 전기적으로는 절연된 불연속적인 구역들을 셸에 제공함으로써 이 셸이 소정 위치들에서 유도 자계를 사실상 투과시키도록 하는 것을 포함한다.

구조적인 관점에서는 본 발명은 유도 가열 용기용의 금속 셸에 관한 것이다. 이 셸은 사실상 연속적이고 용기의 형태와 사실상 일치하는 모양이다. 이 셸은 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위한 수단을 일체로 구비하고, 인가된 유도 자계를 사실상 투과한다.

또한, 본 발명은 가열될 재료를 보유하기 위한 수단과, 그 보유 수단을 둘러싸고 그 보유 수단과 대체로 일치하는 모양의 사실상 연속적인 금속 셸을 포함하고, 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위한 수단이 셸에 일체로 제공된 유도 가열 용기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 가열될 재료를 보유하기 위한 수단, 이 보유 수단을 둘러싸는 유도 코일 수단, 및 보유수단을 기계적으로 보강하기 위해 보유수단과 유도 코일 수단 사이에 배치된 금속 셸 수단을 포함하는 유도가열 장치를 포함한다. 이 셸 수단은 유도 코일 수단에 의해 셸 수단내에 유도된 전류를 제한하고 셸 수단이 유도 자계를 사실상 투과시키게 하는 전류 제한 수단을 일체로 가진다.

구조적인 관점들중 하나에서, 본 발명은 개방된 상단부와 폐쇄된 하단부를 구비하고, 상하단부들 사이에 사실상 연속적인 측별들을 가지는 내화성 도가니를 포함하는 유도 용융 용기에 관한 것이다. 사실상 연속적인 금속 셸이 측벽과 같은 모양으로 되어 이 측벽을 둘러싸고, 하단부로 부터 상단부로 적어도 측벽 높이의 대부분에 걸쳐 뻗어있도록 제공된다. 따라서, 이 셸은 도가니의 하단부에 대응하는 하단부와 도가니의 상단부에 대응하는 상단부를 가진다. 셸의 상단부에 인접한 부분과 셸의 하단부에 인접한 부분 각각은 셸내 전류의 흐름을 제한하기 위한 물리적으로는 일체이지만 전기적으로는 절연된 불연속적인 구역들을 구비한다.

일 실시예에서, 이 구역들은 셸의 상하 단부들로 부터 각각의 반대측 단부들을 향해 뻗어있고 셸을 관통하는 다수의 슬릿들에 의해 형성된다. 이 슬릿들은 각각의 반대측 단부까지의 거리의 절반을 초과하지 않은 길이를 가진다.

변형예에서, 이 구역들을 셸 측벽에 대체로 수직하게 배치된 다수의 전기적으로 절연된 적층판들에 의해 형성된다. 이 적층판들은 물리적으로 연속적인 폐쇄 통로의 형태이거나, 또는 불연속적인 그룹들로 배치될 수 있다.

다른 실시예에서, 본 발명은 사실상 연속적인 측벽과, 용기의 하부에 배치된 배출 수단을 구비한 하부 부분을 구비하여 가열될 재료를 수용하는 보유 수단을 포함하는 바닥 주입 유도 가열 용기에 관한 것이다. 탕멈춤 수단이 배출 수단을 통과하는 재료의 흐름을 선택적으로 제어한다. 보유 수단은 이 수단내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위한 수단을 일체로 가진다.

또다른 실시예는 용융될 재료를 삽입하기전에 유도 코일에 의해 용기를 유도 예열하기 위해 보유 수단 내측에 배치되는 전자기 감수재를 포함한다.

또다른 실시예는, 하부 벽으로 부터 전기적으로 절연된 대체로 연속하는 측벽 및 이 측벽에 배치된 전류 제한 수단을 가지고 용융될 재료를 수용하기 위한 보유 수단을 포함하는 다상 교반용 유도 용기에 관한 것이다. 이 용기는 서로 인접하여 있고 전력을 공급받아 다상 유도 자계를 발생시키는 다수의 유도 코일들에 의해 둘러싸여 있다. 분로(shunt) 수단들이 각 유도 코일의 외주를 둘러싸고 자속의 흐름을 안내한다.

또다른 실시예는 개선된 정압 주입 레이들에 관한 것이다. 이 레일들은 상부 부분 및 하부 부분을 가지고 이 하부 부분이 용융된 금속의 온도를 제어하도록 와전류 제한 수단을 구비한 금속 셸에 의해 둘러싸이는 도가니로 이루어진다. 상부 부분은 사실상 연속적인 측벽과, 이 벽의 한 측면상에 배치된 상방으로 각을 이룬 도입 스파우트(spout)와 이 벽의 반대쪽 측면 상에 배치된 상방으로 각을 이룬 배출 스파우트를 구비한다.

실시예들중의 하나는 체임버내에 유도 코일과 관련하여 유도 용기를 배치하는 합금 처리 방법에 관한 것이다. 이 유도 용기는 처리 가스가 침투할 수 있는 전류 제한 수단을 포함한다. 이 용기는 처리될 합금으로 채워지고 유도 코일은 합금을 유도 가열하기 위해 여자된다. 아르곤과 같은 처리 가스는 대기압에서 탱크내로 펌핑되어 용기를 둘러싼다. 유도 용기의 내부에 진공이 형성되어, 용기의 내부 및 외부사이에 압력차가 발생되게 한다. 이러한 진공에 의해 용기내의 합금을 처리하기 위한 가스가 전류 제한 수단을 통해 용기안으로 도입된다.

유도 가열에 사용될 때, 본 발명은 가열될 재료(예를 들어, 금속 장입물 또는 흑연 전자기 감수재)와 유도 코일에 의해 발생된 자계를 매우 효과적으로 결합시킬 수 있고 셸의 가열을 최소화하여 시판되는 공업용 금속들을 셸용으로 이용할 수 있게하고 결점들이 없는 금속 쟈켓형 도가니의 잇점들을 제공한다.

물론, 본 발명이 유도 가열에 관해 기술되었지만, 본 발명은 인가된 자계가 금속 물체를 사실상 투과하도록 하는 것이 요구되는 곳이면 어느곳에나 적용 가능하다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면을 참조하면, 같은 부품들이 같은 부호로 나타내어져 있고, 제1도 내지 4도에 본 발명에 따른 유도 가열 용기의 일 실시예가 도시되어 있다. 본 발명이 유도 가열 용기를 이용하는 것으로 기술 및 도시되지만, 본 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 유도 가열 용기가 전체적으로 참조 부호 ＂10＂으로 표시되어 있다 .이 유도 가열 용기(10)는, 흑연과 같은 전기 전도성의 전자기 감수재(susceptor) 또는 내화 세라믹으로 만들어질 수 있는 도가니(12)를 포함한다. 도가니(12)는 개방된 상단부(14)와 폐쇄된 하단부(16)를 가지며, 용해되는 금속 장입물(18)을 공지된 방식으로 수용하는 보유 수단을 이룬다. 도면에 도시된 바와 같이, 도가니(12)는 형상이 대체로 원통형이고, 따라서 유도 가열 용기(10)도 대체로 원통형이다. 본 발명이 대체로 원통형인 도가니를 참조로 하여 기술되지만, 도가니의 정확한 형상은 본 발명에 중요하지 않다. 그리하여, 일반적으로 원통형 용기를 제조하는 것이 일반적으로 더 용이하지만, 이 용기는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 장방형 또는 타원체의 형상을 취할 수 있다. 또한, 도가니(12)가 폐쇄된 하단부를 구비하는 것으로 기술되었지만, 도가니는 개방된 하단부를 구비할 수 있고, 유도 가열될 재료를 보유하기 위한 어떤 적당한 수단일 수도 있다. 따라서, 도가니(12)는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 주조 레이들(ladle), 로온더(launder), 러너(runner), 스프루(sprue) 또는 이와 유사한 형태일 수 있다.

또한, 도가니(12)는 상단부(14)와 하단부(16)사이에 측벽(20)을 가지고 있다. 도가니의 측벽(20)과 대체로 일치하는 모양으로 된 금속 셸(shell)(22)이 그 측벽 외부를 둘러싸고 있다. (제1도를 제외하고 나머지 도면들에서는, 금속 셸(22)의 구조를 더 상세히 도시하기 위해 도가니(12)가 생략되었다). 금속 셸(22)은 도가니(12)의 상단부 근처에서 한쌍의 정반대로 향하는 러그(lug)들 (24)과 결합되는 것이 바람직하나, 이것이 필수적인 것은 아니다. 그 러그들(24)은 유도 가열 용기(10)가 유도 코일(26)의 내부로 하강되거나 또는 그 유도 코일 밖으로 올려질 수 있게 하는 들어올림 수단을 이룬다. 유도 코일(26)은, 공지의 방식으로 교류 자계 또는 유도 자계를 발생시키는 교류 전류가 흐르는 통상의 유도 코일이다. 이 유도 자계는 금속 장입물(18)에 작용하여 그 금속을 가열한다. 당업자들이 알고 있는 바와 같이, 유도 코일(26)로부터의 유도자계의 자속선들이 금속 셸(22)의 상하단부들 근처에서 도가니(12)에 들어가고 나온다.

본 발명의 실시예 1에 따른 금속 셸(22)의 구조가 제2도 내지 4도에 상세히 도시되어 있다. 금속 셸(22)은, 도가니(12)와 사실상 같은 형태이고 그 도가니 주위를 둘러싸는 사실상 연속적인 측벽(28)을 가지며, 그 측벽(28)은 강과 같은 금속재료의 단일 시이트로 만들어지는 것이 바람직하다. 셸의 측벽(28)은 도가니(12) 주위에 감겨, 그 측벽(28)의 단부들(32,34) 사이의 작은 간격을 제외하고는 도가니(12)의 사실상 전체 원주를 둘러싼다. 이 간격(30)이 셸의 측벽(28)에 유도되는 와전류(eddy current)를 제한하는 작용을 하는 전기적 단절부를 단부들(32,34) 사이에 제공한다. 제5도에 상세히 도시된 바와 같이, 측벽(28)의 단부들(32,34)은, 비전도성 스트립들(40)에 의해 그 측벽으로 부터 전기적으로 절연되어 있는 보유판들(36,38)에 의해 제 위치에 고정된다. 또한, 비전도성 스트립들(40)은 셸의 측벽(28)의 단부들(32,34) 각각의 내면상의 대응하는 스트립들(42,44)과 협력한다. 보유판들(36,38)이 함께 볼트로 죄어진 때, 스트립(40)과 스트립(42) 및 스트립(40)과 스트립(44)은 서로 협동하여, 측벽(28)에 가해지는 강도를 증가시켜 도가니(12)로 부터의 측벽의 ＂풀림＂을 방지하도록 한다. 보유판들(36,38)은 너트(47) 및 볼트(49)와 같은 다수의 체결구들에 의해 고정된다. 측벽(28)의 단부들(32,34) 사이의 전기 절연을 유지하기 위해, 셸의 금속 부분들이 접촉하는 곳에서는 어느 곳이나 절연 스트립들 및 와셔들(46,48,50,52)이 사용된다. 따라서, 제5도에서 볼 수 있는 바와 같이; 셸이 물리적으로는 연속적이지만, 측벽(28)의 단부들(32,34) 사이에는 전기 전도 통로가 없다.

또한, 측벽(28)은 칼라(collar) 조립체(54)와 결합될 수 있다. 제3도에 상세히 도시된 바와 같이, 칼라 조립체(54)는 단일 유닛을 형성하기 위해 가장자리들을 따라 볼트로 함께 고정되는 사실상 서로 동일한 칼라 절반부들(56,58)로 구성되는 것이 바람직하지만, 그것이 필수적인 것은 아니다. 이 목적을 위해, 각각의 칼라 절반부들(56,58)이 플랜지들(60,62)을 가지고 있고, 그 플랜지들에 의해 그 절반부들이 공지된 방식으로 볼트나 리벳으로 서로 함께 결합될 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 칼라 절반부들(56,58)은 서로 절연되어 있는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 칼라 절반부들(56,58)이 함께 결합되기 전에 플랜지들(60,62) 사이에 절연 스트립이 배치된다.

칼라 조립체(54)는, 이 칼라 조립체(54)가 볼트 또는 리벳들(68)에 의해 셸의 측벽(28)에 결합될 수 있도록 그 측벽(28)의 한 가장자리를 따라 형성된 원형 구멍들(66)과 결합하는 다수의 원형 구멍들(64)을 한 가장자리에 가지고 있다. 도면에는 도시되지 않았지만, 칼라 조립체(54)는 셸의 측벽(28)으로부터 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 절연 재료의 스트립 또는 밴드가 칼라 조립체(54)와 셸의 측벽(28) 사이에 배치될 수 있다.

또한, 금속 셸(22)은 전체적으로 부호 ＂70＂으로 나타낸 바닥을 바람직하게 포함한다. 제3도에 도시된 바와 같이, 그 바닥(70)은 두개의 절반부들(72,74)로 구성되는 것이 바람직하다. 그 절반부들은 서로 대체로 동일하고, 지지판(76)과 이 지지판에 대체로 수직한 측연부(78)를 각각 가진다. 또한, 각 절반부는 마주보는 절반부에 결합될 수 있게 하는 직경상의 플랜지(80)를 포함한다. 이 목적을 위해, 다수의 구멍들(82)이 플랜지(80)에 형성되어 절반부들(72,74)이 볼트 또는 리벳들에 의해 서로 결합될 수 있다. 절반부들(72,74)은 서로 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 이 절반부들이 서로 결합되기 전에 그 절반부들(72,74)의 플랜지들(80) 사이에 절연 스트립이 배치된다. 바닥(70)은, 셸의 측벽(28)의 하단부와 그 바닥의 절반부들(72,74)의 측연부들(78)에 각각 제공된 구멍들(84,86)에 의해 그 측벽(28)의 하단부에 결합된다. 바닥(70)은 볼트 또는 리벳들(88)과 같은 체결구에 의해 측벽(28)의 하연부에 결합된다. 바닥(70)과 측벽(28)의 하단부사이에 절연 밴드가 배치됨으로써, 이 바닥(70)이 셸(22)로 부터 전기적으로 절연되도록 하는 것이 바람직하다.

비록 필수적이진 않지만, 바닥의 절반부들(72,74)의 플랜지들(80)에 의해 형성된 간격과 칼라 절반부들(56,58)의 플랜지들(60,62)에 형성된 간격들중 하나는 셸(22)의 간격(30)과 동일선상에 있는 것이 바람직하다.

제5도는 도시된 바와 같이, 셸(22)의 여러 부품들을 함께 연결시키기 위해 사용되는 체결구는, 비록 필수적이진 않지만 바람직하게는, 절연스트립들 및 와셔들에 의해 전기적으로 절연되어 셸(22)의 개개의 부품들이 셸(22)의 다른 부품들로부터 전기적으로 절연되도록 한다. 셸(22)의 여러 부품들을 서로 전기적으로 절연시킴으로서, 셸(22)내에 유도되는 와전류가 최소화된다.

셸(22)에 유도되는 와전류는 주로, 셸(22)내의 물리적으로는 일체이지만 전기적으로 절연되어 있는 다수의 불연속적인 구역들에 의해 최소화된다. 이들 구역들은 유도 코일(26)에 의해 셸에 유도되는 와전류의 흐름을 약하게 하고 제한하는 작용을 한다. 제1도 내지 4도에 도시된 본 발명의 실시예에서, 이 구역들은 상단부 및 하단부로 부터 셸의 측벽(28)을 통하여 그 측벽(28)의 각각의 반대측 단부들을 향해 뻗어있는 다수의 슬릿들(90)에 의해 형성된다. 상하단부의 마주보는 슬릿들은 측벽(28)의 동일한 세로선을 따라 놓여있거나, 또는 서로에 대해 엇갈려 있을 수 있다. 각 슬릿의 길이는 셸의 측벽(28)의 반대측 단부까지의 거리의 50%를 초과하지 않으며, 그 측벽(28)의 상하연부들의 마주보다 한쌍의 대응 슬릿들의 전체 길이가 측벽(28)의 높이의 20%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 슬릿들을 가로지르는 전기적인 통로가 없는 한에는, 이 슬릿들의 폭은 매우 넓지 않아도 된다. 이 슬릿들은 각 슬릿이 공극을 이루도록 빈채로 유지되거나, 또는 셸 강도를 보강하기 위해 절연 세멘트로 채워질 수 있다.

마찬가지로, 칼라 조립체(54)의 하연부에도 다수의 슬릿들(91)이 제공된다. 이 슬릿들(91)은 셸의 측벽(28)의 상연부의 슬릿들(90)과 일치되는 것이 바람직하나, 그것이 필수적이지는 않다. 또한, 바닥(70)의 축연부들(78)에도 다수의 슬릿들이 제공되며, 이 슬릿들은 셸의 측벽(28)의 하연부의 슬릿들(90)들과 일치되는 것이 필수적이진 않으나 바람직하다. 바닥(70)의 절반부들(72,74)에도, 반경방향 내측으로 향하는 슬릿들(92)이 제공되며, 이 슬릿들(92)은 측연부(78)의 슬릿들과 일치되는 것이 필수적이진 않으나 바람직하다. 바닥(70)에 유도된 와전류를 극소화하기 위해 슬릿들(92)은 교대로 길고 짧은 것이 바람직하나, 그것이 필수적이지는 않다. 슬릿들(92)의 최대 길이는 바닥(70)의 반경의 40%보다 크지 않은 것이 바람직하다.

불연속적인 구역들이 와전류를 약하게 하고 제한하도록 작용하는 방식이 제6도 및 제7도에 개략적으로 도시되어 있다.

제6도는 절연 간격(30)을 구비하였으나 슬릿이 없는 셸에서 유도코일에 의해 셸에 유도되는 와전류의 흐름 패턴을 나타낸다. 물론, 이들 전류의 방향은 유도 코일(26)을 여자하는데 사용되는 교류 전원과 같은 주파수로 교호하며, 이 도면에 도시된 방향은 주어진 순간에서의 방향이다. 제6도 및 7도에서, 셸은, 단부들(32,34)이 분리되어 평면으로 펼쳐진 상태로 도시되어 있다. 셸은, 와전류의 흐름을 설명하기에 편리한 방식으로 도시되었지만, 그 흐름은 셸이 편평하게 놓여 있든 원통체로 구부러져 있든간에 동일하다. 와전류들은 셸의 상하 절반부들에서 시작하여 셸의 중앙을 향하거나 또는 그로부터 멀어지도록 원형 통로에서 이동한다. 특정 순간에서의 전류 흐름이 화살표들(94,96)로 나타내어져 있다. 전류들이 제6도에 가상 경선(M)으로 표시한 셸의 중앙에 도달할 때 두 전류는 화살표들(94,96)로 나타낸 바대로, 같은 방향으로 흐른다. 그러므로, 경선(M)을 따른 상부 및 하부 전류 시스템들에 의한 전압 구배들 사이에 상쇄 효과가 없으며, 셸의 중앙 부분에서의 전류 흐름은 셸의 중앙부가 극히 고온으로 되게 한다. 당업자들이 인지하는 바대로, 셸에서의 와전류는 잘 알려진 공식 P=I²R(여기서, R은 셸의 전기 저항을 나타냄)에 따라 셸내에서 전력이 소산되게 한다. 더욱이, 전력은 셸에서의 전류의 자승에 비례하므로, 작은 전류도 많은 양의 소산 전력을 발생할 수 있다. 소산된 전력은 열을 발생시키며, 셸이 극힌 높은 온도에 도달되게 한다. 그러한 높은 온도는 용기의 기계적 구조의 완전함을 감소시킨다.

전력은 전류의 자승에 따라 변하므로, 전류의 작은 감소에 의해서도 전력 소산이 크게 감소되어 셸을 매우 낮은 온도로 유지할 수 있다. 본 발명은 셸내에 전기적으로 절연된 구역들을 형성함으로써 전류를 크게 감소시킬 수 있다. 전술한 실시예에서, 이들 구역들은 셸의 상하단부들의 슬릿들(90)과 절연 간격(30)에 형성된다. 이 실시예에 따른 셸은 제7도에 평면으로 펼쳐진 상태로 도시되어 있다. 이 슬릿들은 유도된 와전류를 약화시키는 전기적으로 절연된 구역들을 셸의 상하단부들을 따라 형성한다. 제7도의 셸에서는, 제6도에서와 같이 셀의 각 절반부에서 흐르는 하나의 커다란 와전류 대신에, 셸의 전기적으로 연속된 부분(즉, 슬릿들이 없는 부분)에 매우 작은 전류(제7도에서 화살표(98)로 나타냄)가 유도되고, 슬릿들(90)을 가지는 셸의 측벽(28)의 부분에서는 다수의 매우 작은 전류들(화살표(100)로 나타냄)이 유도된다. 제7도에 도시된 바와 같이, 셸의 측벽(28)의 슬릿들(90)에 의해 형성된 전기적으로 절연된 구역들중 하나에 유도된 와전류 (화살표(100)으로 나타내어짐)는 인접한 슬릿들 사이에 위치된 셸의 부분에 제한된다. 따라서, 셸의 측벽(28)의 상부 및 하부 절반부들에 작은 와전류들이 발생한다. 또한, 유도된 전압 구배는 셸의 전기적으로 연속된 부분에서 흐르는 와전류들(화살표(98)로 나타내어짐)에 반대 방향으로 와전류들(화살표(100)으로 나타내어짐)을 흐르게 하는 경향이 있다. 그러므로, 화살표(100)으로 나타낸 와전류는 화살표(98)로 나타낸 와전류를 부분적으로 소멸시킨다. 이 결과로, 셸에서 흐르는 유도된 전류의 양이 대폭 감소되고, 그에 수반하여, 역자승의 법칙에 따라, 셸로부터 소산되는 전력이 감소된다.

절연 간격(30) 및 슬릿들(90)은 셸(22)에 전기적으로 절연된 구역들을 형성하는 하나의 방식일 뿐이다. 예를들어, 물리적으로 연속적이지만 전기적으로는 절연된 적층 스트립들이 사용될 수 있다. 적층 스트립들을 사용하는 본 발명의 실시예가 제8도 및 9도에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 유도 가열 용기(102)는 개방된 상단부(106)와 개방된 하단부(108)를 가지는 대체로 균일한 원통형 금속 셸(104)에 의해 둘러싸인 도가니(도시 안됨)를 포함한다. 하단부(108)는 개방되어 있거나, 또는 제2도에 도시된 바닥(70)과 같은 적절한 하측 지지체에 의해 폐쇄될 수 있다. 그러한 바닥이 사용되는 경우, 그 바닥은 셸(104)로부터 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 상단부(106) 및 하단부(108)에 인접한 셸(104)의 부분들은 적층 링들(100)에 의해 차단되어 있다. 이 적층 링들(110)은 얇은 금속 스트립들(112)로 만들어진다. 이 스트립들은 얇은 절연 물질층(114)에 의해 서로 전기적으로 절연된다. 이 절연 물질층(114)은 어떤 적절한 절연 물질일 수 있다. 이 금속 스트립들(112)과 절연 물질층들(114)은 전기적으로 절연된 다수의 구역들의 물리적으로 연속하는 폐쇄통로를 형성하기 위해 적절한 접착제에 의해 서로 함께 적층된다. 적층 링들(110)은 예를 들어 용접부(118)에 의해 셸(104)의 벽(116)에 일체로 접합된다. 실시예 1의 슬릿(90)과 유사하게 적층 링(110)의 금속 스트립들(112)은 셸(104)에서의 와전류를 약화시킨다.

본 발명의 실시예에서, 전기적으로 절연된 구역들(슬릿들 또는 적층링들에 의해 형성됨)은 전형적인 유도코일로 부터의 자속선들을 사실상 투과시킨다. 유도 가열 용기(102)가 유도 코일(122)의 안쪽에 위치한 것을 나타내는 제9도에 도시된 바와 같이, 유도 코일(122)(가상선으로 도시됨)로 부터의 자속선들(120)은 상부 및 하부 근처에서 유도 가열 용기(102)로 들어가고 나온다. 자속선들이 유도 가열 용기(102)에 들어가고 나오는 곳에 전기적으로 절연된 구역들을 배치함으로써, 노의 효율이 크게 개선될 수 있다.

제8도 및 제9도에 도시된 가열 용기의 실시예에 대한 변형예가 제10도 및 11도에 도시되어 있다. 제10도 및 11도에서, 유도 가열 용기(124)는 사실상 연속적인 셸(126), 칼라 조립체(128) 및 바닥(130)으로 구성되어 있다. 전술한 실시예의 금속 셸(22)에서와 같이, 셸(126)은 그의 절반부들 사이에 간격(132)을 가진다. 또한, 간격(134)이 칼라 조립체(128)의 절반부들에 의해 형성되고, 간격(136)이 바닥(130)의 절반부들에 의해 형성된다. 그 간격들(132,134,136)은 모두 동일 선상에 있는 것이 필수적이진 않지만 바람직하다.

실제로, 제10도 및 제11도에 도시된 변형예는 제1도 내지 제4도 및 제8도와 9도에 도시된 실시예들의 특징을 조합한 것이다. 제10도 및 11도에 도시된 변형예에서, 전기적으로 절연된 구역들은 적층 스트립들과 슬릿들의 조합에 의해 형성된다. 그리하여, 제1도 내지 4도에 도시된 실시예에서와 같이, 셸(126)은 그의 상하연부들에 다수의 슬릿들(138)을 가진다. 따라서, 이 슬릿들은 셸(126)의 상하단부들을 따라 전기적으로 절연된 구역들(140)을 형성한다. 이 슬릿들 외에, 전기적으로 절연된 또다른 구역들이, 셸(126)의 상하단부들 각각의 원주둘레에 배치된 적층 블럭들(142,144)에 의해 형성된다. 제8도 및 9도에 도시된 적층 링들(110)과 유사하게 각각의 적층 블럭들은 다수의 얇은 금속 스트립들(146)로 만들어진다. 이 스트립들은 어떤 적절한 절연 물질로 된 물질 층(148)에 의해 서로 전기적으로 절연된다. 이 스트립들(146)과 절연물질층들(148)은 다수의 전기적으로 절연된 구역들의 물리적으로 연속하는 블럭을 형성하기 위해 적절한 접착제에 의해 함께 적층된다. 이 적층 블럭들(142,144)은 셸(126)에 제공된 대응하는 구멍들 안으로 삽입되고 절연 스트립들(150)에 의해 셸(126)로 부터 절연된다. 적층 블럭들(142,144)은 제 위치에 용접되거나 또는 적절한 접착제에 의해 고정될 수 있다.

적층 블럭들(142,144)은 유도 가열 용기(124)로 부터 어떤 소망의 길이만큼 반경방향 내측 및 외측으로 뻗어 있을 수 있다. 그러므로, 적층 블럭들(143)은 유도 코일(152)과 겹치도록 반경방향 외측으로 뻗거나, 또는, 원한다면, 가상선(154)에 의해 도시된 바대로 유도 코일(152)의 내측에 있도록 작은 정도로 뻗어있을 수 있다. 바람직하게는, 셸(126)의 하단부 주위의 적층 블럭들(144)은 유도 코일(152)과의 사이에 간격을 제공하도록 반경방향 외측으로 뻗은 정도가 제한됨으로서, 유도 가열 용기(124)는 유도 코일(152)로 부터 들어올려질 수 있다. 또한, 적층 블럭들(144)에는 셸(126)의 측벽에 대해 45°의 각도로 경사진 면(156)이 제공되는 것이 필수적이진 않지만 바람직하다. 이것은, 인가된 유도 자계로 부터의 자속선들이 유도 코일(152)로 부터 유도 가열 용기(124)의 기하학적 중심을 향하게 하여 가열 또는 교반(stirring)을 용이하게 한다.

제8도 및 9도에 도시된 실시예의 금속 스트립들과 같이, 적층 블럭들(142,144)의 금속 스트립들(146)은 셸(126)의 측벽에 수직하다. 그러나, 제11도에 도시된 바와 같이, 그 스트립들(146)이 수직으로 배치될 필요는 없다. 대신에, 이 스트립들(146)은 수평 또는 경사지게 배치될 수 있다. 또한, 적층 블럭들(142,144)은 단면이 대체로 장방형일 필요도 없다. 그 블럭들은 ＂젤리 로울(jelly roll)＂의 방식으로 코일에 감겨있는 금속 스트립의 원통형 로울을 포함하는 어떤 다른 형태일 수 있다.

전술한 바대로, 적층 블럭들(142)은 제11도에 가상선(154)으로 도시된 바와 같이 유도 코일(152)의 내측에 있도록 반경방향 외측으로 뻗을 수 있다. 제12도는 블럭들이 유도 코일(152)의 내측에 있는 유도 가열 용기(124)를 도시한다. 다수의 분로(shung)들(158)이 유도 코일(152)의 원주를 둘러싸고 있다. 분로들(158)은 적층 블럭들(142,144)과 마찬가지로 다수의 얇은 금속 스트립들로 만들어지는 것이 바람직하다. 분로들(158)은 유도 코일(152)의 전체 원주를 둘러싸거나, 또는 적층 블럭들(142,144)과 같은 범위에 걸쳐 그룹들로 배열될 수 있다.

분로들(158)은 수직 부분(160)과 상부 및 하부 수평 부분들(162,164)로 각각 구성된다. 수직 부분(160)의 길이는 유도 코일(152)의 축방향 길이와 거의 같다. 그리하여, 상부 및 하부 수평 부분들(162,164)은 각각 적층 블럭들(142,144)과 마주하여 배치된다. 분로들(158)은 유도 코일(152)에 의해 발생되는 유도 자계의 자속선들의 방향을 정하도록 작용하여, 유도 코일(152) 외부의 자속선들이 수직 부분(160)을 통해 이동하고 적층 블럭들(142,144)를 통과하도록 억제된다. 그러므로, 분로들(158)은 흩어지는 자속을 최소화하고 적층 블럭들(142,144)의 위치에 유도 자계의 자속선들의 대부분을 집중시킨다. 그리하여, 자속선들의 대부분이 셸(126)에 거의 결합되지 않고 적층 블럭들(142,144)을 통해 유도 가열 용기(124)의 내부로 통과한다. 또한, 분로들(158)은 적층 블럭들(142,144)과 같이 다수의 얇은 적측판들로 형성되므로, 유도 자계의 매우 적은 부분만이 분로들과 결합하여 상실된다. 그러므로, 분로들(158)은 유도 코일(152)과 유도 가열 용기(124) 사이의 결합 효율을 향상시킨다.

제13도에 도시된 바와 같이, 분로들(158)은 공지의 방식으로 반경방향으로 떨어져 있는 다수의 동심 권선들을 포함하는 다층 코일(166)을 수용하는 크기로 될 수 있다. 상부 및 하부수평 부분들(162,164)은 임의 갯수의 반경방향으로 이격된 코일 권선들을 수용하도록 원하는 바대로 길거나 또는 짧게 만들어질 수 있다. 또한, 제13도에 도시된 바대로, 분로들(158)의 사용은 적층 블럭들(142,144)을 이용하는 유도 가열 용기의 실시예들에 한정되지 않고, 슬릿(90)만을 이용하는 유도 가열 용기의 실시예에도 사용가능하다. 마찬가지로, 분로들(158)은 제8도에 도시된 바대로 적층 링들을 이용하는 유도 가열 용기의 실시예에도 사용될 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 따라, 제14도에 도시된 바와같이, 셸의 벽들에 배치된 적층 블럭들(172a,172b,172c,172d)을 가지는 금속 셸(170)을 포함하는 유도 가열 용기(168)는 다층 코일 조립체(174)에 사용되도록 구성될 수 있다. 이 코일 조립체(174)는 필수적이진 않지만, 일반적으로 유도 가열 용기 주위에 서로 인접하게 위치되고 칼라 조립체(182)의 밑에 배치된 3개의 유도 코일들(176,178,180)로 구성된다. 각 유도코일(176,178,180)은 3상 교류전원의 한 상에 의해 여자된다. 각 코일의 외측 원주 둘레에는 다수의 분로들(184)이 배치된다. 그 분로들(184)은 제12도 및 제13도의 분로들(158)과 같은 방식으로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 분로들(184)은 다수의 얇은 금속 스트립들로 만들어지는 것이 바람직하다. 분로들(184)은 수직부분(184c)과 수평 부분(184a,184b,184c,184d)로 구성된다. 각각의 수평 부분은 대응하는 각각의 적층 블럭(172a,172b,172c,172d)과 대체로 정렬하여 있다. 그 적층 블럭들은 제10도 및 제11도의 적층 블럭들(142,144)과 구조가 유사하다. 분로들(184)은 각 유도코일(176,178,180)에 의해 발생된 유도 자계의 자속선들의 방향을 정하도록 작용을 한다. 자속의 대부분은 유도 코일(176,178,180)의 외부에서 발생된다. 분로들(184)은 자속선들을 수용하여 이 자속을 용기 셸에 결합되지 않고 적층 블럭들(172a,172b,172c,172d)을 경유하여 용기의 내부로 향하게 한다. 적층 블럭들(172a,172b,172c,172d)은 분로들(184)에 의해 안내되는 자속선들을 수용하기에 충분한 표면적을 가진다면 제14도에 도시된 바와 같이, 원형, 육각형, 또는 장방형 등의 어떤 형태로도 설계될 수 있다. 또한, 분로들(184)이 적층 블록들(172a-172d)과 같이 다수의 적층판들로 형성되므로, 유도 자계의 매우 적은 부분만이 분로들과 결합하여 상실된다.

다층 코일 조립체(174) 및 유도 가열 용기(168)는 공지의 방식으로 다상 교반(multi-phase stirring)을 실시하도록 사용될 수 있다. 유도 가열 용기에 발생된 와전류의 대부분이 적층 블럭들(172a-172d)에 의해 약해지므로, 이 유도 가열 용기(168)는 보다 낮은 열 출력에서 교반이 일어나게 한다.

본 발명의 금속 쟈켓을 구비한 유도 가열 용기는, 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있고 오히려 용융 금속 장입물의 과열이 일어나는 온도에서도 사용될 수 있는 금속 쟈켓형 도가니의 모든 장점을 제공한다. 셸의 구조가 유도된 와전류를 최소화 하기에 매우 효과적이기 때문에, 전력이 셸에서 거의 소산되지 않아, 가열 및 용융중 도가니의 내용물 보다 상당히 낮은 온도로 셸이 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여러가지 장점을 제공한다. 즉, 용기 용량이 크게 증대될 수 있고; ＂탕 누출＂의 위험이 최소화되고; 금속 셸이 매우 넓은 온도 범위에 걸쳐 그의 구조적 강도를 유지하며; 셀이 도가니의 내용물에 비해 차게 유지되어 작동자의 불편함 및 고온 금속에 의해 야기되는 화상의 위험을 최소화시킨다.

또한, 본 발명의 금속 쟈켓형 유도 가열 용기는 금속 및 다른 재료의 처리 공정들을 상당히 개선된 경제적 규모로 실행될 수 있게 된다. 따라서, 종래에 가능하지 않던 공정들이 본 발명의 유도 가열 용기에서는 실행될 수 있다.

본 발명은, 일정한 온도, 층을 이루지 않는 혼합 및 조건들이 포함된 장입물의 격렬하지 않은 난류에 의해 달성되기 때문에 독특한 야금 공정들을 최초로 실행할 수 있게 한다. 다른 공정들은 주입된 가스에 의해 야기되는 과도한 난류하에서만 이들 조건들을 달성하고, 따라서, 용기 주위의 매우 큰 공간과 복잡한 안전제어장치가 필요하며, 용기가 극심하게 부식 및 침식된다. 또한, 본 발명은 가스 취입 공정들에서 달성되는 것과 같거나 또는 그 보다 빠른 속도에서 비용이 많이 들고 광대한 조건들 없이도 이들 공지의 야금 반응의 잇점을 얻을 수 있다. 이러한 과도하지 않은 혼합은, 지금까지 사용할 수 없었던 연속적인 온도, 압력 및 혼합물 감지기의 사용을 가능케 한다. 과도한 난류는 전술한 공지의 가스 취입 공정들에서 감지기를 손상시키거나 또는 조건들을 불안정하게 한다. 그리하여, 본 발명의 새로운 유도 가열 용기는 정밀한 감지기 출력 데이타를 공지의 제어 장치 및 컴퓨터 네트워크에 제공함으로써 공정을 제어할 수 있다.

또한, 장치의 사용면에서 실질적으로 100% 효율로 야금 처리 공정을 실행할 수 있다. 본 발명의 유도 가열 용기는 구조적으로 높은 강도를 유지하므로, 한 위치에서 다른 위치로 쉽게 이송될 수 있다. 따라서, 용융, 보유 및 처리를 위한 여러 장소들 사이에서 용기 및 그의 내용물을 편리하게 이송할 수 있다. 다수의 용기를 사용함으로써, 한 위치에서 용융 공정을 수행함과 동시에 처리 위치에서 이미 용융된 장입물에 처리 공정을 실행하는 것이 가능하다.

그리하여, ＂ 일괄 작업 라인＂에서 다수의 금속 장입물을 연속적으로 처리하는 것이 가능하다. 예컨대, 개개의 유도 가열 용기가 장입 위치에 배치되어, 처리될 금속 또는 다른 물질들로 채워진다. 여기서는, 유도 가열 용기는 금속으로 채워지는 것으로 가정한다. 장입 위치로부터, 그 유도 가열 용기는 고전력(예를들어, 3000KW)용융 코일을 가지는 것이 바람직한 용융 장소로 이송된다. 이 장소에서, 금속이 빠르게 용융될 수 있다. 그 다음, 이 용기는 이미 용융된 액체 상태의 금속을 유지하기에 충분한 전력을 갖춘 저전력(예를 들어, 500KW)유도 코일이 배치되어 있는 처리 장소로 이송된다. 이 처리 장소에서, 탄소 및 실리콘과 같은 요소들이 용융물에 첨가되거나, 또는 용융물이 처리 및/또는 정제를 위해 아르곤, 산소, 이산화탄소 및 질소와 같은 통상의 가스들로 처리될 수 있다. 처리 장소로부터, 용기는 주조와 같은 또 다른 처리를 위한 위치로 이송된다.

금속 셸(192)에 의해 제공되는 용기의 높은 구조적 강도가, 용기를 주입하기전 가열 장소에서 가열시키고 그 다음에 주입 장소로 이송되도록 허용한다. 본 발명에 따른 유도 가열 용기는 제15도-17도에 도시된 바와같이 주조 공장에서 금형을 채우기 위한 바닥 주입형 턴디시(tundish)로 이용될 수 있다.

금형에 용융된 금속을 주입하는 것과 관련된 문제들중 하나는 이 금속이 차가운 표면과 접촉하게 됨에 따라 고화되어 용융물내에 불균질을 발생시키는 것이다. 이러한 불균질은 주조물의 품질을 저하시킨다. 통상의 주조 공정에서와 같이 용융된 금속으로 차거운 턴디시를 채우면 용융물이 용기의 내부면에서는 차겁게 되고 용융물의 중앙에서는 가장 뜨겁게 된다. 한편, 금속이 각 금형에 주입됨에 따라, 용기 표면의 금속이 냉각된다. 그 결과, 주조물들이 서로 불균일하게 된다. 유도 가열 용기(186)에 용융된 금속을 주입하기 전에 유도 가열 용기(186)를 용융된 금속의 온도로 예열하고, 주입장소에서 금형에 용융된 금속을 주입하는 동안에 그 온도를 유지함으로써, 용기내의 용융된 금속과 관련된 모든 불균일성이 제거될 수 있고, 용융된 금속이 일정한 온도로 유지되는 환경이 제공된다.

본 발명은 전술한 내용을 가능케하는 유도 가열 용기를 제공한다. 제15도 내지 17도의 유도 가열 용기(186)는 그의 바닥에 배치된 노즐(188)을 구비한다. 이 노즐(188)은 깔때기 형인 것이 바람직하지만, 원통형 또는 정사각형과 같은 다른 적절한 형태일 수 있고, 용융된 금속을 바닥에서 주입하는 용기에 사용하기에 특히 적합하다. 이 노즐(188)은 용융된 금속의 용융 온도에서 기계적 강도를 유지할 수 있는 열전도 재료, 또는 용융된 금속과 접촉하여도 기계적 강도를 유지할 수 있는 어떤 적절한 내화성 재료로 만들어질 수 있다. 이 노즐(188)은, 유도 가열 용기(186)의 내부(190)에 있는 노즐(188)의 부분들이 그 용기내의 용융된 금속과의 열적 접촉을 계속적으로 유지하도록 용기의 내부(190)로 부분적으로 뻗어있다. 이 노즐(188)로부터 열이 배출되는 것을 방지하도록 노즐(199)은 유도 가열 용기(186)의 외측셸(192)과의 열적 접촉으로부터 공지의 방식으로 단절 될 수 있다. 용융된 금속과 열적으로 접촉하는 노즐(188)의 연장부는 용융된 금속이 노즐(188)을 통해 주입되든 또는 주입되지 않든 노즐(188)상의 모든 지점들이 거의 같은 온도로 유지되도록 한다. 노즐(188)의 온도를 용융된 금속과 거의 같은 온도로 유지함에 의해, 노즐의 내면상의 용제(slag)형성이 최소화되어 막힘 문제가 크게 감소된다.

노즐(188)은 제15도 및 제16도에 도시된 바대로 이 노즐(188)을 통과하는 용융된 금속의 유량을 제어하기 위해 스톱퍼 봉(194) 또는 슬라이드 게이트 기구(196)와 같은 탕 멈춤 수단과 협력한다. 노즐(188)을 통해 흐르는 용융된 금속의 양은, 스톱퍼 봉(194)이 노즐(188)로부터 상승되어 진 정도, 또는 슬라이드 게이트 기구(196)가 노즐(188)의 구멍으로부터 끌어당겨진 정도에 직접 비례한다. 이러한 주입 장치를 사용하면, 노즐(188)을 통한 용융된 금속의 유량을 제어하고, 비주입 기간에 용제 형성 및 노즐 내면에의 금속부착이 최소화되도록 노즐(188)의 온도를 유지하기에 도움이 된다.

제17a도 및 18도에 도시된 바와같이, 유도 가열 용기(186)는 예열되기 위해 예열 장소에 배치된다. 이 유도 가열 용기(186)는 유도 코일(198)내에 배치되고 전자기 감수재(susceptor)블럭 (200)이 유도 가열 용기(186)안으로 하강된다. 이 전자기 감수재 블럭은 기계적 일체감을 상실하지 않고 용융 금속의 온도로 가열될 수 있고 원한다면 규소 층으로 피복될 수 있는 흑연 또는 탄화규소와 같은 적절한 내화성 재료로 만들어질 수 있다. 유도 코일(198)이 여자되고, 이 유도 코일에 의해 발생된 자속은 전자기 감수재 블럭(200)내에 전류를 유도하여 이 블럭을 가열한다. 전류가 전자기 감수재블럭(200)을 가열하면, 유도 가열 용기(186)의 온도는 그 블럭으로 부터의 복사 및 대류열에 의해 상승된다. 유도 가열 용기(186)가 소망의 온도, 즉 용융된 금속의 온도와 비슷한 온도에 도달하면, 전자기 감수재 블럭(200)이 유도 가열 용기(186)로부터 제거되고 그 용기는 제17도에 도시된 바대로 주입 장소로 이송된다. 셸(192)에 의해 제공된 강도는 유도 가열 용기(186)를 쉽게 이송시키는 것을 가능케 한다. 주입 장소에서, 유도 가열 용기(186)가 용해로로 부터의 용융된 금속으로 채워지는 동안에 이 가열된 유도가열 용기(186)는 제2유도 코일(202)내에 배치된다(제17b도 참조). 이 제2유도 코일(202)은 용기가 채워지는 동안에 유도 가열 용기(186)와 용융된 금속을 소망의 온도로 유지하기 위해 주입 공정 전반에 걸쳐 여자된 채로 유지된다. 주입후에, 유도 가열 용기(186)는 하나 이상의 금형 주입 장소로 이동되어, 그곳에서 금형들(204)에 금속이 주입된다. 종래의 주입 장소에서와 같이, 금형들(204)이 노즐(188) 아래에서 통과되고 각 금형(204)은 용융된 금속으로 채워진다. 또다른 코일들(205,207)이 소망의 주입 온도로 유도 가열 용기(186)내에 용융된 금속을 유지하기 위해 금형 주입 장소들에 제공된다(제17c 및 17d도 참조).

유도 가열 용기(186)가 한 장소에서 다른 장소로 쉽게 이동될 수 있으므로, 모든 장소에서 용기내의 용융된 금속을 적절한 온도로 유지할 수 있어, 금속을 과열시킬 필요가 없다. 본 발명은 금속이 냉각되어 잉곳(ingot)의 질을 저하시키도록 용융물의 균질성을 변화시키는 것을 방지하도록 차거운 용기보다는 가열된 용기안으로 용융된 금속이 주입될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 예열된 용기에 의해 가능해지는 이 공정은 그 공정을 실행하는데 필요한 전력을 크게 감소시킨다.

본 발명의 유도 가열 용기는 쉽고 안전하게 한 위치에서 다른 위치로 이동될 수 있기 때문에, 전술한 모든 단계들이 동시에 실행될 수 있다. 그러므로, 하나의 용기가 가열 장소에 놓여있는 동안에, 다른 용기가 용융 장소에 놓여있을 수 있고, 또다른 용기는 주입 장소에 놓여있는 반면에, 이미 처리된 금속을 수용한 용기는 주조 장소에 놓여 있을 수 있다. 본 발명의 유도 가열 용기는 장치의 사용시간을 크게 증가시키고, 장치의 ＂대기 시간＂을 최소화시켜며 처리량을 향상시킨다.

본 발명의 유도 가열 용기에 의해 개선될 수 있는 다른 공정은 가압 주입 레이들을 사용하는 공정이다. 종래 기술의 가압 주입 레이들(222)의 일예가 제20도에 도시되어 있다. 이 레이들(222)은 그안에 수용된 용융된 금속(226)의 온도에 견딜 수 있는 적절한 내화성 재료로 만들어진 두꺼운 벽(224)을 가지고 있다. 이 레이들(222)은 상부 부분(228)과 하부 부분(230)으로 구성된다. 상부 부분(228)은 용융 용기(도시안됨)로부터 용융된 금속을 수용하도록 레이들(222)의 일 측부에 상방으로 각을 이루고 배치된 도입 스파우트(spout)(232)를 구비한다. 레이들(222)의 반대 측부에는 도입스파우트(232)보다 좁은 유로를 가지고 상방으로 각을 이룬 배출 스파우트(234)가 구비된다. 뚜껑(236)이 상부 부분(228)에 경첩으로 연결된다. 이 뚜껑은 용융된 금속(226)에 정압(正壓)가스를 선택적으로 부여할 수 있는 정압 수단(도시안됨)을 포함한다. 이 정압 가스는 배출 스파우트(234)로부터 금형(도시안됨)으로 유출되는 용융된 금속의 양을 계량하는데 이용된다. 정압 가스가 레이들 내로 도입될 때마다, 소정량의 용융된 금속이 배출 스파우트(234)를 통해 강제 배출된다.

레이들(222)의 하부 부분(230)의 외벽(237)은 반구형이며, 내화성 재료의 내벽(240)에 의해 둘러싸이고 중앙에 배치된 원통형 보어(238)를 가진다. 채널(244)이 레이들(222)의 하부 부분(230)의 외벽(237)과 내벽(240) 사이에 형성된다. 보어(238)에 내부에는 장방형 변압기 코어(242)의 한 다리부가 배치되어 있다. 이 변압기 코어(242)는 서로 층층이 쌓여 있는 다수의 얇은 판들로 구성된다. 코일(도시안됨)이 레이들(222)내의 용융된 금속을 유도 가열하기 위해 변압기 코어(242) 주위에 감겨있다. 채널(244)은 1차측에 코어(242)를 포함하는 변압기의 2차 측으로 작용함으로써, 에너지가 레이들(222)내의 용융된 금속(226)에 유도적으로 전달된다. 이러한 형태의 종래 기술의 레이들(222)에서의 주된 문제점들중 하나는, 용융된 금속으로 채널(244)이 막히게 되는 경향이 있다는 것이다.

본 발명에 따라 측벽들에 와전류 제한 수단을 구비한 압력 레이들을 사용함에 의해, 제21도에 도시된 바와 같이 레이들내에 채널(244)이 필요없게 된다. 레이들(248)의 상부 부분(246)은 종래 기술의 레이들(222)의 상부 부분과 본질적으로 동일하다. 레이들(248)의 하부 부분(250)은, 내화성 재료(255)를 둘러싸는 셸(253)내에 배치되고 제11도 또는 전술한 실시예들중의 어떤 것과 유사한 적층 블럭들과 같은 와전류 제한 단(252)을 구비한다. 레이들(248)내의 금속을 가열하기 위해, 레이들(248)은 제11도의 것과 유사한 분로들(256)에 의해 외측면에서 둘러싸인 유도 코일(254)내에 배치된다. 이 분로들(256)은 와전류 제한 수단과 정렬하여 있도록 배치된다.

작동중에, 용융된 금속이 용융 장소(도시안됨)로부터 레이들(248)의 도입 스파우트(260)내로 주입된다. 그 금속을 유도적으로 가열하고 용융된 상태로 유지하기 위해 자속이 발생되도록 유도 코일(254)이 여자된다. 분로들(256)은 전술한 바대로 셸(253)에 유도되는 와전류를 감소시키는 와전류 제한 수단(252)을 통해 레이들(248)의 내부로 자속을 안내한다. 채널 대신에 와전류 제한 수단(252)을 사용함에 의해, 막힘 문제가 더이상 발생되지 않고 레이들(248)이 높은 기계적 강도를 가지며 보다 효율적으로 가열된다.

또한, 본 발명은 이송가능하고 제어되는 환경에서 재료들을 처리하는 것이 가능하게 한다. 예컨대, 탄소/탄소 및 복합 세라믹 등과 같은 어떤 형태의 복합 재료를 재조함에 있어서, 밀폐된 처리 체임버 내부에 배치된 유도 코일내에 흑연 도가니 또는 전자기 감수재를 배치하는 것이 보통이다. 통상적으로는, 이 공정은 장입 재료를 포함하는 흑연 전자기 감수재가 배치되어 있는 차거운 체임버내에서 시작된다. 장입물을 가진 전자기 감수재가 체임버내의 코일내에 배치된 후에, 이 체임버는 밀폐되어 진공상태로 되어야 하고, 전자기 감수재내의 장입물은 유도 코일에 의해 처리 온도까지 가열된다. 처리온도에서, 이 재료는 처리 가스로 처리되거나 또는 원한다면 진공 상태로 처리될 수 있다. 처리가 완료된 후에, 전자기 감수재가 체임버로부터 제거되기 전에 장입물이 냉각되어야 한다.

종래의 공정은 시간 소모가 많고 시작부터 완료까지 24시간이 소요된다.

그러나, 본 발명의 유도 가열 용기에서는, 용기가 효과적으로 처리 환경으로 되도록 용기 자체를 밀폐시킬 수 있다. 따라서, 제어되는 환경에서의 처리가 통상의 유도 코일을 사용하여 실행되어질 수 있으며 별도의 처리 환경을 필요로 하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 용기는 충전된 후 용기의 내부를 밀폐하고 배기시키고 처리 가스를 도입시키기 위한 적절한 덮개 및 구조물과 어떤 편리한 방식으로도 조립될 수 있다. 그다음에, 이 밀폐된 용기는 가열되기 위해 통상의 유도 코일내에 배치될 수 있다.

초경 합금을 제조하기 위한 부가적인 진공 용융 공정이 제19도에 도시된 바와같은 새로운 유도 가열 용기로써 실행될 수 있다. 이 유도 가열 용기(206)는 제19도에 도시된 적층 블럭들(208)과 같은 와전류 제한 수단을 갖춘 금속 셸(20)을 구비할 수 있다. 이 적층 블럭들은 제10도 및 제11도의 적층 블럭들(140,142)과 같은 기능을 한다. 이 유도 가열 용기(206)는 기밀 진공실(212)의 내측에 장착된 유도 코일(210)내에 배치된다. 진공실(212)의 벽들의 내면들과 유도 코일(210) 사이에 분로들(214)이 배치된다. 금속은 진공실(212)내에 배치된 용융로(도시안됨)로부터 유도 가열용기(206)로 직접 이송되거나, 또는 금형 진공 탱크를 용융 진공 탱크(도시안됨)에 연결하는 로온더(launder)를 통해 용융로로부터 금속을 주입함에 의해 이송될 수 있다.

금속을 처리하기 위해, 아르곤과 같은 처리 가스가 통상의 펌프 유닛(도시안됨)에 연결되는 관(216)을 경유하여 유도 가열 용기(206) 외부의 탱크 내로 대기압으로 펌핑될 수 있다. 처리 가스는 금속내의 어떤 개재물을 제거하여, 보다 고품질의 잉곳을 생산할 수 있게 한다.

유도 코일(210)은 금속을 용융된 상태로 유지시키도록 여자된다. 화살표(218)로 표시된 통상의 진공 펌프가 유도 가열 용기(206)의 개방 단부(220)에 연결된다 .이 진공은 대기압의 탱크 내부와 용기의 내부 사이에 상당한 압력차를 야기시킨다.

용기는 다공성의 내화성 재료로 만들어지고, 적층 블럭들(208)과 같은 와전류 제한 수단은 번갈아 있는 전도성 물질 스트립과 비전도성 스트립 사이에 작은 간격을 형성한다. 압력차로 인하여 아르곤이 적층 블럭들(208) 및 다공성 내화 재료내의 간격들을 통해 흡입된다. 그러므로, 이 처리 가스는 용융된 금속을 통과한다.

전술한 공정들에서와 같이, 이 공정은 비용을 크게 절감시키고 처리량을 향상시킨다. 한 용기가 충전되는 동안에, 다른 용기가 가열될 수 있고, 또 다른 용기는 방출될 수 있다. 또한, 용기가 이동되기 전에 처리실을 가열하거나 냉각시키기 위해 대기할 필요가 없다. 대신에, 용기는 간단하게 유도 코일 내로 배치될 수 있고, 처리가 완료된 후에 즉시 제거되어 냉각될 수 있다. 한 용기가 유도 코일로부터 제거되자마자, 이미 충전된 다른 용기가 유도 코일내에 배치될 수 있다. 그리하여, 처리량과 장치 이용에 있어서 현저한 개선이 실현될 수 있다.

Claims (55)

1. 용기의 적어도 일 부분을 둘러싸는 유도 코일(26)을 포함하는 유도 가열 장치에 사용되는 유도 가열 용기(10)에 있어서, 상기 용기가, 가열될 재료를 보유하기 위한 보유 수단(12)과, 상기 보유 수단(12)과 같은 모양으로 되어 그 보유 수단을 둘러싸는 사실상 연속적인 금속 셸(22)로 구성되고, 상기 셸은 상기 보유 수단을 기계적으로 보강하기 위해 그 보유 수단과 상기 유도 코일 사이에 배치된 금속벽과, 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위해 이 셸과 일체로 된 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 용기.
2. 제1항에 있어서, 상기 보유 수단(12)이 내화성 재료로 형성되는 유도 가열 용기.
3. 제2항에 있어서, 상기 내화성 재료가 세라믹인 유도 가열 용기.
4. 제1항에 있어서, 상기 보유수단(12)이 전기 전도성 재료로 형성되어, 그 보유 수단의 전기 전도성 재료를 유도 가열함으로써 비전도성 재료가 간접적으로 가열될 수 있게 된 유도 가열 용기.
5. 유도 가열될 재료를 보유하기 위한 소정의 형태의 보유수단(12)과 전자기 에너지를 발생하기 위한 유도 코일(26)을 가지는 유도 가열 장치에 사용되는 유도 가열 용기(10)의 금속 셸(22)에 있어서, 상기 셸이 사실상 연속되어 있고 상기 보유 수단의 형태와 대체로 같은 모양이며, 이 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위해 이 셸과 일체로 된 수단과, 상기 보유 수단을 기계적으로 보강하기 위해 그 보유 수단과 상기 유도 코일 사이에 배치된 금속 벽을 구비하며, 이 셸이 인가된 유도 자계에 사실상 투과성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열 용기의 금속 셸.
6. 가열될 재료를 보유하기 위한 보유 수단(12), 유도 전자계를 발생시키기 위해 상기 보유 수단을 둘러싸는 유도 코일 수단(26), 및 상기 보유 수단(12)을 기계적으로 보강하기 위해 상기 보유 수단(12)과 유도 코일 수단(26) 사이에 배치된 금속 벽을 가지고, 유도 코일 수단(26)에 의해 셸 수단(22)에 유도된 전류를 제한하고 유도 전자계가 셸 수단(22)을 사실상 투과하도록 하기 위한 전류 제한 수단을 일체로 구비한 금속 셸 수단(22)으로 구성되는 유도 가열 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 보유 수단(12)은 상부 부분과, 하부 부분과, 개방 단부(14) 및 폐쇄 단부(16)를 가지는, 유도 가열 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 개방 단부(14)가 상부에 위치한 유도 가열 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 개방 단부가 하부에 위치한 유도 가열 장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 보유 수단은 개방된 도입 단부와 개방된 배출 단부를 가지는 유도 가열 장치.
11. 제6항에 있어서, 유도 전자계의 대부분이 상기 전류 제한 수단을 통해 상기 보유 수단으로 향하게 하기 위해 유도 코일 수단을 사실상 둘러싸고 있는 다수의 적층된 분로 수단을 더 포함하는 유도 가열 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 분로 수단은 상기 전류 제한 수단과 사실상 일치되는 부분들을 포함하는 유도 가열 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 유도 코일 수단이 다층 코일로 형성되는 유도 가열 장치.
14. 제6항에 있어서, 상기 전류 제한 수단은 상기 금속 셸수단(22)을 관통하는 다수의 슬릿들(90)에 의해 형성되는 유도 가열 장치.
15. 제6항에 있어서, 상기 전류 제한 수단은 상기 금속 셸 수단에 수직하게 배열된 전기적으로 절연된 다수의 적층제들(110)에 의해 형성되는 유도 가열 장치.
16. 개방된 상단부(14) 및 폐쇄된 하단부(16)를 구비하고, 상기 상단부(14)와 하단부(16)사이에 소정 높이의 사실상 연속하는 측벽을 가진 도가니(12); 유도 전자계를 발생시키기 위해 상기 도가니(12)를 둘러싸는 유도 코일(26); 및 상기 도가니(12)를 기계적으로 보강하기 위해 상기 유도 코일(26)과 도가니(12) 사이에 배치된 금속 벽을 가지고 있고, 상기 도가니의 측벽과 같은 모양이고 이 도가니를 둘러싸며 상기 하단부(16)로부터 상단부(14)로 상기 도가니의 측벽의 소정 높이의 대부분에 걸쳐서 뻗어 있고, 도가니의 하단부(16)에 대응하는 하단부와 도가니의 상단부(14)에 대응하는 상단부를 가지며, 그 상단부에 인접한 셸 부분과 하단부에 인접한 셸 부분에, 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위한 물리적으로 일체이지만 전기적으로 절연된 불연속적인 구역들이 제공된 사실상 연속적인 금속 셸(22)로 구성됨을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 유도 코일을 사실상 둘러싸며, 상기 셸내의 전기적으로 절연된 상기 구역들과 사실상 일치하는 부분들을 구비한 다수의 적층된 분로 수단을 더 포함하는 유도 가열 장치.
18. 소정 형태의 유도 가열 용기의 보유 수단을 금속 물체로 기계적으로 보강하고, 인가된 교류 자계가 상기 금속 물체에서 투과되게 하는 방법으로서, (a) 사실상 연속적이고 상기 유도 가열 용기의 형태와 사실상 일치하고 상기 보유 수단을 기계적으로 보강하는 금속 셸을 상기 용기에 제공하고, (b) 유도 자계를 발생시키기 위한 유도 코일 수단과 상기 용기 사이에 상기 셸을 배치하고, (c) 상기 셸의 소정 위치들에서 상기 셸에 물리적으로는 일체이지만 전기적으로는 절연된 불연속적인 구역들을 제공하여, 상기 소정 위치들에서 유도 자계가 투과되게 하는 단계들을 포함함을 특징으로 하는, 유도 가열 용기의 보유 수단을 기계적으로 보강하는 방법.
19. 용기의 적어도 일 부분을 둘러싸는 유도 코일을 포함하는 유도 가열 장치에 사용되는 유도 가열 용기에 있어서, 개방된 상단부(14) 및 폐쇄된 하단부(16)를 구비하고, 이 상단부(14)와 하단부(16) 사이에 사실상 연속하는 측벽(20)을 가진 내화성 도가니(12)와; 상기 측벽(20)과 같은 모양이고 이 측벽을 둘러싸며 하단부(11)로부터 상단부(14)로 측벽(20)의 높이의 적어도 대부분에 걸쳐서 뻗어있고, 상기 도가니(12)를 기계적으로 보강하기 위해 상기 도가니와 유도 코일사이에 배치된 금속벽을 가지며, 도가니의 하단부(16)에 대응하는 하단부와 도가니의 상단부(14)에 대응하는 상단부를 구비한 사실상 연속적인 금속 셸(22)을 포함하고; 상기 도가니와 셸의 상기 상하 단부들이 소정 간격으로 서로 대면하여 배치되고, 상기 셸(22)의 상단부에 인접한 부분과 셸의 하단부에 인접한 부분은 그 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위한 물리적으로는 일체이지만 전기적으로는 절연된 불연속적인 구역들을 가지는 것을 특징으로 하는 유도 가열 용기.
20. 제19항에 있어서, 상기 구역들은 셸의 하단부로부터 연장하는 슬릿들이 셸의 상단부쪽으로 연장하고 셸의 상단부로부터 연장하는 슬릿들이 셸의 하단부쪽으로 연장하도록 셸의 상단부 및 하단부로부터 각각의 반대쪽 단부들을 향해 셸을 관통하여 뻗어있는 다수의 슬릿들(90)에 의해 형성되고, 그 슬릿들은 각각의 상하 단부들까지의 거리의 절반을 초과하지 않는 길이를 가지는 유도 가열 용기.
21. 제20항에 있어서, 상기 상하단부들의 슬릿들(90)의 전체 길이는 측벽 높이의 20%를 초과하지 않는 유도 가열 용기.
22. 제19항에 있어서, 상기 구역들은 상기 셸의 측벽에 수직하게 배열된 다수의 전기 절연된 적층체들(110)에 의해 형성되는 유도 가열 용기.
23. 제22항에 있어서, 상기 적층체들(110)은 셸의 상기 측벽의 주위를 둘러싸는 폐쇄된 궤도의 형태로 배열되는 유도 가열 용기.
24. 제22항에 있어서, 상기 적층체들이 셸의 상기 측벽의 둘레를 따라 서로 떨어져 있는 위치들에서 다수의 개별 그룹들로 배열되는 유도 가열 용기.
25. 용기의 적어도 일 부분을 둘러싸는 유도 코일을 포함하는 유도 가열 장치에 사용되는 금속 장입물 용융용 유도 용기에 있어서, 개방된 상단부(14), 폐쇄된 하단부(16), 및 사실상 연속하는 측벽(20)을 구비하며, 용융된 금속 장입물을 수용하기 위해 중공체로 형성된 대체로 원통형의 내화성 도가니(12); 상기 도가니의 측벽(20)을 따라 한 선에서 서로 전기 절연되어 연결되는 두 연부들과, 상기 단부들을 구비하고 상기 도가니의 측벽의 표면과 일치하는 모양이고, 상기 도가니를 기계적으로 보강하기 위해 그 도가니와 상기 유도 코일 사이에 배치되는 금속 벽을 가지는 사실상 연속적인 금속 셸(22); 사실상 물리적으로는 연속하지만 전기적으로는 절연된 관을 형성하도록 상기 셸의 상기 연부들을 연결하는 전기 절연 수단(36); 상기 도가니의 하단부(16)에 대응하고, 상기 전기 절연 수단에 의해 상기 셸에 연결되어 있고, 상기 셸과 함께 폐쇄된 용기를 형성하는 원형 금속 바닥(70); 및 셸내 유도된 전류의 흐름을 감소시키기 위해 상기 셸의 상단부 및 하단부에 인접한 상기 셸의 부분상에 일체로 배치된 전류 감소 수단을 포함함을 특징으로 하는, 금속 장입물 용융용 유도 용기.
26. 제25항에 있어서, 상기 전류 감소 수단은 상기 셸의 하단부로부터 연장하는 슬릿들이 셸의 상단부 쪽으로 연장하고 셸의 상단부로부터 연장하는 슬릿들이 셸의 하단부쪽으로 연장하도록 셸의 상하단부들로부터 각각의 반대쪽 단부들을 향해 뻗어 있는 다수의 슬릿들(90)에 의해 형성되고, 그 슬릿들은 각각의 상하 단부들까지의 거리의 절반을 초과하지 않는 유도 용기.
27. 제25항에 있어서, 상기 전류 감소 수단은 셸의 측벽에 수직하게 배열된 다수의 전기 절연된 적층체들(110)에 의해 형성되는 유도 용기.
28. 제25항에 있어서, 상기 용기를 들어올릴 수 있도록 셸의 상단부에 인접한 상기 셸의 부분에 들어올림수단(24)을 더 포함하는 유도 용기.
29. 제25항에 있어서, 상기 원형 금속 바닥(70)은 이 바닥의 연부로부터 중앙을 향해 뻗어있는 소정 길이의 다수의 슬릿들(92)을 포함하고, 그 슬릿들의 길이는 상기 바닥의 반경의 40%를 초과하지 않는 유도 용기.
30. 용기의 적어도 일부분을 둘러싸는 유도 코일을 포함하는 유도 가열 장치에 사용되는 금속 장입물 용융용 유도 용기에 있어서, 개방된 상단부(14), 폐쇄된 하단부(16) 및 사실상 연속하는 측벽(20)을 구비하고, 금속 장입물을 수용하기 위해 중공체로 형성된 내화성 도가니(12); 상기 도가니(12)의 외측 표면과 일치하는 모양이고 개방된 상단부, 폐쇄된 하단부 및 측벽을 구비하고 상기 도가니를 기계적으로 보강하기 위해 그 도가니와 상기 유도 코일사이에 배치되는 금속 벽을 가지는 사실상 균일한 얇은 금속 셸(22); 상기 셸의 상단부에 인접한 셸의 부분에 배치된 들어올림 수단(24); 및 상기 셸내 전류의 흐름을 감소시키기 위해 상기 셸의 상단부 및 하단부에 인접한 셸의 부분상에 배치된 물리적으로는 일체이지만 전기적으로는 절연된 불연속적인 구역들을 포함함을 특징으로 하는, 금속 장입물 용융용 유도 용기.
31. 제30항에 있어서, 상기 불연속적인 구역들은, 상기 셸의 하단부로부터 연장하는 슬릿들이 셸의 상단부쪽으로 연장하고 셸의 상단부로부터 연장하는 슬릿들의 셸의 하단부쪽으로 연장하도록 셸의 상기 상단부 및 하단부로부터 셸을 관통하여 뻗어 있는 다수의 수직 슬릿들(90)에 의해 형성되고, 그 슬릿들은 셸의 각각의 반대쪽 상하 단부들까지의 거리의 절반을 초과하지 않는 유도 용기.
32. 제30항에 있어서, 상기 불연속적인 구역들은 상기 셸의 측벽에 수직하게 배열된 다수의 전기 절연된 적충체들(110)에 의해 형성되는 유도 용기.
33. 가열될 금속을 보유하기 위한 하나의 용기를 사용하여 금속을 용융, 처리 및 주조하는 방법으로서, (a) 상기 용기를 기계적으로 보강하기 위해, 상기 용기의 형태와 일치하는 모양이고 사실상 연속적인 금속 셸(22)을 상기 용기에 제공하고, (b) 상기 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위한 수단을 상기 셸에 일체로 제공하고, (c) 용융될 금속을 용기에 장입하고; (d) 금속을 유도 용융시키고; (e) 상기 금속을 야금 처리하는 동안, 용융된 금속을 액체 상태로 유지하고; (f) 상기 금속을 용기로부터 소망의 수용기내로 주입하는 단계들을 포함함을 특징으로 하는, 하나의 용기를 사용하여 금속을 용융, 처리 및 주조하는 방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 각각의 단계들이 각 단계에 하나씩 다수의 개별적인 용기들을 사용하여 동시에 실행되는 방법.
35. (a) 도가니를 기계적으로 보강하기 위한 연속적인 금속벽을 가지고 도가니를 둘러싸며 그 도가니의 형태와 일치하는 연속적인 금속 셸을 제공하고; (b) 상기 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위한 수단을 셸에 일체로 제공하고; (c) 처리될 금속을 도가니에 장입하고; (d) 제1유도 가열 장소로 도가니 및 금속을 이송하여 금속을 유도 용융시키고; (e) 용융후에, 제2유도 가열 장소로 도가니 및 용융된 금속을 이송하여 상기 용융도니 금속을 액체 상태로 유지하고; (f) 상기 용융된 금속이 액체 상태로 있는 동안에 상기 제2유도 가열 장소에서 상기 용융된 금속을 처리하고; (g) 도가니 및 처리된 용융 금속을 후속 공정을 위한 적어도 한 장소로 이송하는 단계들을 포함함을 특징으로 하는, 하나의 용기를 사용하여 금속을 야금 처리하는 방법.
36. 제35항에 있어서, 상기 각각의 단계들이 각 단계에 하나씩 다수의 개별 용기들을 사용하여 동시에 실행되는 상기 방법.
37. (a) 유도 가열될 재료를 보유하는 용기를 기계적으로 보강하고 그 용기의 형태와 일치하고 연속적인 금속 셸을 상기 용기에 제공하고; (b) 상기 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하기 위한 수단을 셸에 일체로 제공하고; (c) 처리될 재료를, 유도적으로 가열할 수 있는 용기에 장입하고; (d) 용기 내부에 폐쇄된 환경을 형성하도록 용기를 밀폐하고; (e) 유도 가열 장소로 상기 용기 및 재료를 이송하여 이 용기 및 재료를 유도 가열하고; (f) 유도 가열 장소에서 가열되는 동안에 재료를 소망의 처리 단계들에 의해 처리하고; (g) 처리된 재료가 냉각되기 전에 용기 및 처리된 재료를 유도 가열장소로부터 이송하는 단계들로 구성됨을 특징으로 하는, 폐쇄된 환경내에서 재료를 처리하는 방법.
38. 유도 코일에 의해 둘러 싸여 있고 유도 가열 장치에 사용되는 바닥 주입형 유도 가열 용기에 있어서, 사실상 연속하는 측벽과 배출 수단을 가진 하부 부분을 구비하고, 가열될 용융 금속을 수용하기 위한 보유수단(186); 상기 보유 수단의 상기 측벽 및 하부 부분을 둘러싸고, 상기 보유 수단과 상기 유도 코일사이에 배치되는 금속 벽을 가지는 금속 셸(192); 상기 배출 수단을 통과하는 상기 용융된 금속의 흐름을 선택적으로 제어하기 위한 탕 멈춤 수단; 및 셸내에 유도된 전류를 제한하기 위해 이 셸과 일체로 제공된 전류 제한 수단을 포함함을 특징으로 하는, 바닥 주입형 유도 가열 용기.
39. 제38항에 있어서, 상기 보유 수단은 내화성 재료로 형성되고, 상기 전류 제한 수단은 전도성 재료의 얇은 스트립과 비전도성 재료의 얇은 스트립들이 교대로 배치되어 형성되는 바닥 주입형 유도 가열 용기.
40. 제38항에 있어서, 상기 탕 멈춤 수단이 스톱퍼 봉(194)인 바닥 주입형 유도 가열 용기.
41. 제38항에 있어서, 상기 탕 멈춤 수단이 슬라이드 게이트 기구(196)인 바닥 주입형 유도 가열 용기.
42. 제38항에 있어서, 상기 배출 수단이 노즐(188)인 바닥 주입형 유도 가열 용기.
43. 제38항에 있어서, 상기 용기는 유도 코일(198)과 작동적으로 연관된 바닥 주입형 유도 가열 용기.
44. (a) 용기를 기계적으로 보강하고 용기의 형태와 일치하며 연속적인 금속 셸(192)을 상기 용기에 제공하고; (b) 상기 셸내 유도된 전류의 흐름을 제한하는 수단을 상기 셸에 일체로 제공하고; (c) 가열될 장입물을 도입하기 전에 상기 용기 내측에 전자기감수재 수단(200)을 배치하고; (d) 유도 코일(198)에 의해 상기 감수재 수단(200)을 유도 가열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 유도 가열 용기를 예열하는 방법.
45. 제44항에 있어서, 상기 가열 단계(d)는 소정 온도로 상기 감수재 수단(200)을 가열하는 것을 포함하는, 유도 가열 용기를 예열하는 방법.
46. 제45항에 있어서, (e) 상기 용기로부터 상기 감수재 수단을 제거하는 단계와, (f) 그 용기내에 가열될 재료를 장입하는 단계를 더 포함하는, 유도 가열 용기를 예열하는 방법.
47. 사실상 연속하는 측벽 및 바닥부분을 구비하고 가열될 재료를 수용하기 위한 보유 수단; 서로 인접하여 있고 상기 보유 수단을 둘러싸며 다상 유도 자계를 발생하는 다수의 코일들(176,178,180); 상기 보유 수단의 측벽 및 바닥 부분을 둘러싸고, 상기 보유 수단과 상기 다수의 코일들 사이에 위치되는 금속 벽을 가지며 사실상 연속적인 금속 셸(170); 상기 셸내 유도된 전류를 제한하기 위해 상기 셸내에 배치된 전류 제한 수단(172); 및 자속의 흐름이 상기 전류 제한 수단(172)을 통해 상기 보유 수단의 내부로 향하게 하도록 사기 코일들(176,178,180)에 인접하여 배치된 분로 수단(184)을 포함함을 특징으로 하는, 다상(multi-phase) 가열용 유도 용기.
48. 제47항에 있어서, 상기 보유 수단이 내화성 재료로 만들어지는, 다상 가열용 유도 용기.
49. 제47항에 있어서, 상기 전류 제한 수단(172)은 전도성 재료층과 비전도성 재료층이 교대로 배치되어 이루어진 적층 블럭들에 의해 형성되는 다상 가열용 유도 용기.
50. 제49항에 있어서, 상기 전류 제한 수단(172)은 상기 분로 수단과 일치되어 있는 다상 가열용 유도 용기.
51. 제47항에 있어서, 상기 다수의 코일들(176,178,180)은 인접한 코일과 각각 120°위상차를 이루는 3개의 코일들로 형성되는 다상 가열용 유도 용기.
52. 체임버(212)내 유도 코일(210)과 유도 가열 용기(206)를 기계적으로 보강하고, 처리 가스가 통과할 수 있는 전류 제한 수단(208)을 일체로 가지며 상기 용기의 형태와 일치하고 사실상 연속적인 금속 셸(207)을 상기 유도 가열 용기(206)에 제공하고; 처리될 합금을 상기 용기(206)에 장입하고; 합금을 유도 가열하기 위해 상기 유도 코일(210)에 전력을 공급하고; 체임버(212)를 처리 가스로 적어도 대기압에서 가압하고; 용기의 내부와 체임버(212) 사이에 압력차를 발생시키도록 용기의 내부를 진공 상태로 배기함으로써, 처리 가스가 상기 전류 제한 수단을 통해 용기의 내부로 도입되게 하는 단계들을 포함함을 특징으로 하는, 합금 처리 방법.
53. 제52항에 있어서, 상기 처리 가스가 아르곤인 합금 처리 방법.
54. 제53항에 있어서, 상기 전류 제한 수단은 전도성 재료층과 비전도성 재료층이 교대로 배치되어 이루어진 적층 블럭들에 의해 형성되는 합금 처리 방법.
55. 유도 코일에 의해 적어도 부분적으로 둘러 싸이고 유도가열 및 용융 장치에 사용되는 가압 주입 레이들에 있어서, 사실상 연속하는 측벽(246)과, 그 측벽의 제1부분에 배치된 상방으로 각을 이룬 도입 스파우트(260) 및 상기 제1부분의 반대쪽 상기 측벽의 제2부분에 배치된 상방으로 각을 이룬 배출 스파우트(266)를 구비한 상부 부분(248)과, 도가니와 상기 유도 코일사이의 금속 벽에 의해 형성되는 연속적인 금속 셸(253)에 의해 둘러싸여 있는 하부 부분(250)을 구비한 도가니; 및 상기 셸 내에 유도된 전류를 제한하기 위해 상기 셸에 배치된 전류 제한 수단을 포함함을 특징으로 하는 가압 주입 레이들.