WO2022260243A1 - 대용량 타이타늄 탈산 장치 및 이를 이용한 타이타늄 탈산 방법 - Google Patents

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    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon

Definitions

  • the container body 10, the cover 20 and the tray 30 may be made of stainless steel or Inconel material.
  • a roller groove 12 is formed at the front end of the support groove 11
  • a roller locking groove 32 is formed at the rear end of the support protrusion 31
  • a roller groove A spring 40 and a roller 50 may be disposed in (12).
  • the roller locking groove 32 is formed on the lower surface of the rear end of the support protrusion 31 .
  • the cross section of the roller locking groove 32 may be formed in a shape close to a semicircular shape.
  • the tray 30 when the tray 30 is slightly taken out of the container body 10, as shown in (a) of FIG. 3, the roller 50 is pressed by the lower surface of the support protrusion 31, and the roller groove 12 ), the tray 30 can be moved smoothly because it is located almost in the state and is not caught on the lower surface of the support protrusion 31.
  • the support rail 13 and the support protrusion 31 guide the movement of the tray 30 when the tray 30 is carried in and out of the container body 10, and the tray 30 positioned in the container body 10 to be fixed at regular intervals.
  • roller 50 and the roller locking groove 32 in the support rail 13 and the support protrusion 31 The role of the roller 50 and the roller locking groove 32 in the support rail 13 and the support protrusion 31 is the roller 50, the roller locking groove ( 32), etc., so the detailed description is omitted.
  • the large-capacity deoxidizer 1 with the tray 30 removed is placed in the heat treatment furnace.
  • the large-capacity deoxidizer 1 may be arranged so that the inlet portion of the container body 10 is located in the inlet direction of the heat treatment furnace.
  • the raw titanium material in contact with the deoxidizing agent can be deoxidized more effectively.
  • the charging operation is easy, and even after the deoxidation is completed, the titanium and the deoxidizer do not adhere to each other, so they can be easily separated.

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Abstract

본 발명은 대용량 타이타늄 탈산 장치 및 이를 이용한 타이타늄 탈산 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 대용량 타이타늄 탈산 장치는, 측면에 입구가 구비된 용기 본체; 상기 용기 본체의 입구를 개폐하는 커버; 및 원 타이타늄 재료와 탈산제가 장입되는 것으로서, 다수 개가 상기 용기 본체 내부에 상하로 적층되어 상기 용기 본체의 내부 공간을 메우는 트레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 한번에 많은 양의 타이타늄에 대해 탈산 공정을 수행할 수 있고 탈산 공정을 용이하게 진행하는 것이 가능하다.

Description

대용량 타이타늄 탈산 장치 및 이를 이용한 타이타늄 탈산 방법
본 발명은 대용량 타이타늄 탈산 장치 및 이를 이용한 타이타늄 탈산 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한번에 많은 양의 타이타늄에 대해 탈산 공정을 수행할 수 있으면서 탈산 효율이 높은 대용량 타이타늄 탈산 장치 및 이를 이용한 타이타늄 탈산 방법에 관한 것이다.
타이타늄(Ti, Titanium)은 경량성, 내구성, 내식성이 매우 우수하여, 우주항공 분야, 해양기기 분야, 화학공업 분야, 원자력 발전 분야, 생체 의료 분야, 자동차 분야 등의 다양한 분야에서 활용되고 있다.
상용의 타이타늄은 대략 2,000ppm에서 10,000ppm 정도의 산소를 함유하고 있어, 고순도의 타이타늄을 제조하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.
고순도의 타이타늄을 제조하는 것과 관련된 종래기술 중의 하나로 등록번호 제10-1839471호의 '개선된 타이타늄 탈산장치'가 있다.
상기 종래기술의 탈산장치는 상부가 개방된 내부용기; 상기 내부용기 내에서 타이타늄을 수용하는 상측영역과 탈산제를 수용하는 하측영역을 분리시키며, 메쉬를 통해 증발된 탈산제가 상측영역에 수용된 타이타늄과 접촉하도록 하는 분리용 거트; 및 상기 분리용 거트 상측에 배치되며 분리용 거트의 메쉬보다 작은 크기의 메쉬로 형성된 마이크로 시브;를 포함하여, 탈산제와 타이타늄의 접촉을 촉진시킴으로써 고순도의 타이타늄을 획득할 수 있도록 하였다.
그러나 상기 종래기술에 의하면 내부용기 내부가 상측영역과 하측영역으로 분리되고 이를 위해 내부용기 내에 분리용 거트나 마이크로 시브와 같은 구성이 배치되기 때문에 한번에 많은 양의 타이타늄을 제조하는 것이 쉽지 않고, 탈산 공정 완료 후 내부용기 내에서 타이타늄이나 탈산제를 반출하는 것이 쉽지 않았다.
또 다른 종래기술인 등록번호 제10-2041496호의 '저산소 타이타늄 제조를 위한 다층 탈산 장치'에서는 분리용 거트와 마이크로 시브를 다수 단으로 형성하여 타이타늄을 대량 생산하고자 하였다.
그러나 등록번호 제10-2041496호의 종래기술에 의해서도 탈산 공정 완료 후 장치 내에서 타이타늄이나 탈산제를 반출하는 것은 쉽지 않다. 그리고 1회의 탈산 공정에 소요되는 시간이 길기 때문에 한번에 보다 많은 양의 타이타늄을 생산해야할 필요성은 여전히 존재한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) KR10-1839471 B1
(특허문헌 2) KR10-2041496 B1
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 한번에 많은 양의 타이타늄에 대해 탈산 공정을 수행할 수 있고 탈산 공정을 용이하게 진행하는 것이 가능한 대용량 타이타늄 탈산 장치 및 이를 이용한 타이타늄 탈산 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 측면에 입구가 구비된 용기 본체; 상기 용기 본체의 입구를 개폐하는 커버; 및 원 타이타늄 재료와 탈산제가 장입되는 것으로서, 다수 개가 상기 용기 본체 내부에 상하로 적층되어 상기 용기 본체의 내부 공간을 메우는 트레이;를 포함하는 대용량 타이타늄 탈산 장치에 의해 달성된다.
상기 용기 본체에서 입구와 인접하는 내측면에는 전후로 연장되는 지지홈이 상하로 다수 개 형성되고, 상기 트레이의 외측면에는 상기 지지홈에 맞물리는 형상의 지지돌기가 형성될 수 있다.
상기 지지홈의 전단부에는 상기 지지홈의 하부로 롤러용 홈이 형성되고, 상기 지지돌기의 후단부 하면에는 롤러 걸림홈이 형성되며, 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치는, 상기 롤러용 홈 내에 배치되는 스프링, 및 상기 롤러용 홈 내에서 상기 스프링의 상부에 배치되며 상단부가 상기 롤러용 홈의 상부로 돌출되는 롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 용기 본체에서 입구와 인접하는 내측면에는 전후로 연장되는 지지레일이 상하로 다수 개 형성되고, 상기 트레이의 외측면에는 상기 지지레일 상에 지지되는 형상의 지지돌기가 형성될 수 있다.
상기 지지레일의 전단부 상면에는 롤러용 홈이 형성되고, 상기 지지돌기의 후단부 하면에는 롤러 걸림홈이 형성되며, 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치는, 상기 롤러용 홈 내에 배치되는 스프링, 및 상기 롤러용 홈 내에서 상기 스프링의 상부에 배치되며 상단부가 상기 롤러용 홈의 상부로 돌출되는 롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 트레이의 내측면 상단에는 내부로 돌출 형성되는 지지대가 형성될 수 있다.
상기 용기 본체는 입구를 둘러싸는 플랜지를 구비하고, 상기 커버는 상기 플랜지에 고정될 수 있다.
상기 플랜지와 상기 커버가 접하는 면에는 서로 맞물리는 폐쇄 도형 형상의 홈과 돌기가 형성될 수 있다.
상기 용기 본체의 외측면에는 보강 리브가 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 측면에 입구가 구비된 용기 본체; 상기 용기 본체의 입구를 개폐하는 커버; 및 원 타이타늄 재료와 탈산제가 장입되는 것으로서, 다수 개가 상기 용기 본체 내부에 상하로 적층되어 상기 용기 본체의 내부 공간을 메우는 트레이;를 포함하는 대용량 타이타늄 탈산 장치를 이용한 타이타늄 탈산 방법에 있어서, 상기 트레이가 빠진 상태의 상기 대용량 타이타늄 탈산 장치를 열처리로에 위치시키는 준비단계; 상기 트레이에 원 타이타늄 재료와 탈산제를 장입한 후, 상기 트레이를 상기 대용량 타이타늄 탈산 장치 내에 반입하는 트레이 반입단계; 상기 열처리로를 가열하는 탈산단계; 상기 트레이를 반출하고 새로운 트레이를 상기 대용량 타이타늄 탈산 장치 내에 반입하는 트레이 교체단계; 및 상기 탈산단계와 상기 트레이 교체단계를 반복하는 반복단계;를 포함하는 타이타늄 탈산 방법이 제공된다.
상기 탈산단계는, 800℃ 이하에서 진행될 수 있다.
본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치에 의하면, 한 사이클의 탈산 공정을 진행할 때마다 무거운 타이타늄 탈산 장치 전체를 열처리로에 대해 반입·반출할 필요 없이 상대적으로 가벼운 트레이만을 열처리로에 대해 반입·반출하면 되므로, 탈산 공정을 용이하게 진행할 수 있다.
이러한 효과는 특히 타이타늄 탈산 장치가 대규모로 형성되는 경우에 유효하다.
그리고 탈산시 대용량 타이타늄 탈산 장치 내에 빈 공간이 거의 없게 되어 공기에 의해 탈산의 효율이 저하되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치의 용기 본체 내에는 원 타이타늄 재료 등이 장입되는 트레이가 다수 개 적층되어 배치되기 때문에 한번에 많은 양의 타이타늄에 대해 탈산 공정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치의 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치를 구성하는 트레이의
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치의 용기 본체에 지지홈이 형성되고 트레이에 지지돌기가 구비되는 경우에 관한 설명도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치의 용기 본체에 지지레일이 형성되고 트레이에 지지돌기가 구비되는 경우에 관한 설명도,
도 7은 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치의 트레이에 지지대가 형성되는 경우에 관한 설명도,
도 8은 본 발명에 의한 타이타늄 탈산 방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.
도 1에는 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)의 사시도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)는 용기 본체(10), 커버(20) 및 트레이(30)를 포함하여 이루어진다.
용기 본체(10)는 전체적인 형상이 박스 형상으로 이루어지며, 일 측면에서 입구를 구비한다. 용기 본체(10)의 입구는 일 측면의 전체에서 형성된다.
커버(20)는 용기 본체(10)의 입구를 개폐하는 역할을 하는 것으로서, 일단부가 용기 본체(10) 입구의 둘레부에 힌지 결합할 수 있다. 커버(20)에 의해 용기 본체(10)가 폐쇄됨에 따라, 타이타늄 탈산 과정에서 발생하는 탈산제의 증기는 용기 본체(10) 내에서 빠져나가지 않고, 용기 본체(10) 외부의 공기가 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
트레이(30)는 전체적인 형상이 납작한 박스 형상으로 이루어지며, 상단이 개방되도록 형성된다. 이러한 트레이(30)에는 원 타이타늄 재료와 탈산제가 장입될 수 있다. 트레이(30)의 횡단면 크기는 용기 본체(10)의 내부 공간 횡단면 크기에 맞추어 형성된다. 이러한 트레이(30)는 다수 개가 용기 본체(10)의 내부 공간에 상하로 적층되어 배치됨으로써 용기 본체(10)를 거의 빈틈 없이 메울 수 있다.
용기 본체(10) 커버(20) 및 트레이(30)는 스테인리스 스틸 또는 인코넬 재질 등으로 이루어질 수 있다.
참고로, 원 타이타늄 재료는 탈산 과정을 거치기 전의 타이타늄을 가리킨다. 탈산제로는 예를 들어, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 등이 사용될 수 있다.
이러한 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)에 의하면, 용기 본체(10)의 측면에 입구가 형성되고 원 타이타늄 재료 등이 트레이(30)에 실려 용기 본체(10) 내에 장입되기 때문에, 열처리로 내에서 탈산 공정을 수행한 후에 장치 전체를 열처리로에서 꺼낼 필요 없이 탈산 공정이 완료된 트레이(30)만을 꺼내고 원 타이타늄 재료 등이 장입된 새로운 트레이(30)를 용기 본체(10) 내에 배치하여 다시 탈산 공정을 진행하는 것이 가능하다.
즉, 한 사이클의 탈산 공정을 진행할 때마다 무거운 타이타늄 탈산 장치 전체를 열처리로에 대해 반입·반출할 필요 없이 상대적으로 가벼운 트레이(30)만을 열처리로에 대해 반입·반출하면 되므로, 탈산 공정을 용이하게 진행할 수 있다.
이러한 효과는 특히 타이타늄 탈산 장치가 대규모로 형성되는 경우에 유효하다.
그리고 상하로 적층되는 다수의 트레이(30)는 용기 본체(10)의 내부 공간을 완전히 메우도록 형성되기 때문에, 내부에 트레이(30)가 배치된 상태의 용기 본체(10) 내에는 빈 공간이 거의 없게 되어 탈산시 용기 본체(10) 내의 공기에 의해 탈산의 효율이 저하되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 용기 본체(10)의 내측면에는 다수 개의 지지홈(11)이 형성되고, 트레이(30)의 외측면에는 지지돌기(31)가 형성될 수 있다.
지지홈(11)은 용기 본체(10)의 입구와 인접하는 내측면 중 세로로 위치한 내측면에서 전후 방향으로 연장되어 형성되며, 각각이 상하로 이격되어 위치한다. 지지홈(11)이 이격된 간격은 트레이(30)의 높이에 맞추어 형성된다.
지지돌기(31)는 트레이(30)의 외측면 중 전후 방향으로 연장 형성된 외측면에서 전후 방향으로 연장되어 형성되며, 지지홈(11)에 맞물리는 형상으로 형성된다. 이에 따라, 트레이(30)의 지지돌기(31)는 용기 본체(10)의 지지홈(11)에 삽입될 수 있다. 지지돌기(31)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 트레이(30)의 외측면 상단에 형성될 수도 있지만, 외측면 하단이나 중간에 형성되는 것도 가능하다.
지지홈(11)과 지지돌기(31)는 용기 본체(10)에 대한 트레이(30)의 반입·반출시 트레이(30)의 이동을 가이드하고, 용기 본체(10) 내에 위치하는 트레이(30)가 일정한 간격을 두고 고정될 수 있도록 한다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 지지홈(11)의 전단부에는 롤러용 홈(12)이 형성되고, 지지돌기(31)의 후단부에는 롤러 걸림홈(32)이 형성되며, 롤러용 홈(12) 내에는 스프링(40)과 롤러(50)가 배치될 수 있다.
롤러용 홈(12)은 지지홈(11)의 전단부 내측면 중 하부에 위치하는 면에 형성되며, 지지홈(11)과 연통하도록 형성된다.
롤러 걸림홈(32)은 지지돌기(31)의 후단부 중 하면에 형성된다. 롤러 걸림홈(32)의 단면은 반원형에 가까운 형상으로 형성될 수 있다.
스프링(40)은 롤러용 홈(12)의 하부에 배치되며, 예를 들어 판 스프링일 수 있다. 롤러(50)는 스프링(40)의 상부로 배치되어 스프링(40)에 의해 지지되되 상단부가 롤러용 홈(12)의 상부로 돌출되도록 위치한다.
롤러용 홈(12), 롤러 걸림홈(32), 스프링(40) 및 롤러(50)는 트레이(30)를 용기 본체(10)에서 꺼내면서 트레이(30)의 후단부가 지지되지 못해 트레이(30) 내의 내용물을 쏟게 되는 문제를 방지할 수 있다.
즉, 트레이(30)를 용기 본체(10)에서 조금 꺼냈을 때에는 도 3의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 롤러(50)가 지지돌기(31)의 하면에 의해 가압되어 롤러용 홈(12) 내에 거의 들어간 상태로 위치하고 지지돌기(31)의 하면에 걸리지 않으므로 트레이(30)를 원활하게 이동시킬 수 있다.
그런데 트레이(30)를 용기 본체(10)에서 거의 다 꺼내어 트레이(30)의 롤러 걸림홈(32)이 롤러(50)의 위치까지 이동했을 때에는 도 3의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 롤러(50)의 상단부가 롤러 걸림홈(32)으로 들어가 트레이(30)가 전후 방향으로 쉽게 이동할 수 없게 된다. 따라서, 트레이(30)를 거의 다 꺼냈다는 것을 알지 못하고 트레이(30)를 당기다가 트레이(30)가 완전히 빠지면서 트레이(30)의 후단부가 지지되지 못하는 문제를 방지할 수 있다.
롤러 걸림홈(32)이 롤러(50)에 걸린 상태의 트레이(30)는 약간 더 큰 힘을 주어 당김으로써 용기 본체(10)에서 완전히 빼내거나, 트레이(30)를 후단부를 약간 들어올려 용기 본체(10)에서 완전히 빼내 수 있다.
롤러(50)는 위와 같이 트레이(30)를 용기 본체(10)에서 안정적으로 꺼낼 수 있도록 하는 역할을 하는 것 외에도, 트레이(30)의 이동시 용기 본체(10)의 지지홈(11) 내측면과 트레이(30)의 지지돌기(31) 사이의 마찰력을 줄임으로써 트레이(30)가 원활하게 이동하도록 하는 것이 가능하다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 용기 본체(10)의 내측면에는 다수 개의 지지레일(13)이 형성되고, 트레이(30)의 외측면에는 지지돌기(31)가 형성될 수 있다.
지지레일(13)은 용기 본체(10)의 입구와 인접하는 내측면 중 세로로 위치한 내측면에서 전후 방향으로 연장되어 형성되며, 각각이 상하로 이격되어 위치한다. 지지레일(13)이 이격된 간격은 트레이(30)의 높이에 맞추어 형성된다.
지지돌기(31)는 트레이(30)의 외측면 중 전후 방향으로 연장 형성된 외측면에서 전후 방향으로 연장되어 형성된다. 용기 본체(10) 내에 트레이(30)를 반입할 때 트레이(30)의 지지돌기(31)는 용기 본체(10)의 지지레일(13)에 지지될 수 있다.
지지레일(13)과 지지돌기(31)는 용기 본체(10)에 대한 트레이(30)의 반입·반출시 트레이(30)의 이동을 가이드하고, 용기 본체(10) 내에 위치하는 트레이(30)가 일정한 간격을 두고 고정될 수 있도록 한다.
지지홈(11)의 하부로 롤러용 홈(12)이 형성되고 지지홈(11)에 삽입되는 지지돌기(31)에 롤러 걸림홈(32)이 형성될 수 있는 것과 마찬가지로, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 지지레일(13)에는 롤러용 홈(12)이 형성되고 지지레일(13)에 지지되는 지지돌기(31)에는 롤러 걸림홈(32)이 형성될 수 있다.
지지레일(13)에서 롤러용 홈(12)은 전단부 상면에서 하부로 파인 형태로 형성된다. 롤러용 홈(12)의 내부에는 하단부로 스프링(40)이 배치되고, 상단부로 스프링(40)에 의해 지지되는 롤러(50)가 배치된다. 롤러(50)는 상단부가 롤러용 홈(12)의 상부로 돌출된다.
롤러 걸림홈(32)은 지지돌기(31)의 후단부 중 하면에 형성되며, 단면이 반원형에 가까운 형상으로 형성된다.
지지레일(13)과 지지돌기(31)에 있어 롤러(50), 롤러 걸림홈(32) 등의 역할은 지지홈(11)과 지지돌기(31)에 있어 롤러(50), 롤러 걸림홈(32) 등의 역할과 동일하므로, 자세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 트레이(30)는 지지대(33)를 구비하여 용기 본체(10) 내에서 적층된 상태를 유지할 수도 있다.
지지대(33)는 트레이(30)의 내측면 상단에서 내부 방향으로 돌출 형성된다. 즉, 지지대(33)는 트레이(30)의 내측면 상단과 연결되어 수평하게 형성된다.
이러한 지지대(33)에 의해, 상부에 위치하는 트레이(30)의 하단이 하부에 위치하는 트레이(30)의 내부로 들어가게 되는 것을 방지할 수 있다.
용기 본체(10)는 플랜지(14)를 구비할 수 있다.
플랜지(14)는 용기 본체(10)의 입구를 둘러싸면서, 용기 본체(10)의 외측면에 수직하게 형성된다.
그리고 이때 커버(20)는 플랜지(14)에 고정되어 용기 본체(10)를 폐쇄할 수 있다.
이에 따라, 커버(20)를 용기 본체(10)에 고정하는 수단에 의해 용기 본체(10)의 입구가 일부라도 막히어 트레이(30)를 용기 본체(10)에 반입하는 작업이 번거로워지는 것을 방지할 수 있다. 그리고 커버(20)가 용기 본체(10)를 폐쇄할 때 용기 본체(10)와 접하는 면적이 넓어져 용기 본체(10)를 보다 확실하게 폐쇄하는 것이 가능하다.
커버(20)는 커버(20)와 플랜지(14)를 관통하여 체결되는 다수 개의 볼트(미도시)에 의해 플랜지(14)에 견고하게 밀착될 수 있다.
플랜지(14)와 커버(20)가 접하는 면에는 서로 맞물리는 폐쇄 도형 형상의 홈(g)과 돌기(b)가 형성될 수 있다. 도 1에는 예를 들어, 플랜지(14)에 사각형의 홈(g)이 형성되고 커버(20)의 내측면에 사각형의 돌기(b)가 형성된 것을 볼 수 있다.
홈(g)과 돌기(b)는 커버(20)가 플랜지(14)와 접하면서 용기 본체(10)를 폐쇄할 때 서로 맞물려 용기 본체(10) 내부를 보다 확실하게 폐쇄하게 된다.
본체의 외측면에는 보강 리브(15)가 형성될 수 있다.
보강 리브(15)는 용기 본체(10)의 외측면에서 격자 형상을 이루도록 접합되어 용기 본체(10)를 구조적으로 보강한다.
이에 따라, 용기 본체(10)의 벽체를 두껍게 형성하지 않더라도 용기 본체(10) 내에 장입되는 원 타이타늄 재료 등의 무게나 탈산시 높아지는 용기 본체(10) 내의 압력에 의해 용기 본체(10)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 용기 본체(10)의 외측면에서 바닥의 하부로는 받침대(16)가 형성되고, 받침대(16)에는 용기 본체(10)의 전후 방향으로 뚫린 구멍(16a)이 형성될 수 있다.
열처리로 내에 트레이(30)를 반입·반출하는 경우에도 용기 본체(10)를 열처리로에 대해 반일·반출할 필요는 없지만, 장치 전체를 열처리로 내에 배치하거나 장치의 세척을 위해 용기 본체(10)를 이동해야하는 경우가 있을 수 있다.
받침대(16)의 구멍(16a)은 용기 본체(10)의 이동시 포크 리프트가 용기 본체(10)를 안정적으로 들어 올릴 수 있도록 형성된다. 즉, 포크 리프트의 포크 부분을 받침대(16)의 구멍(16a)에 삽입하여 용기 본체(10)가 포크 리프트 상에 안정적으로 위치하게 할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 타이타늄 탈산 방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명에 의한 타이타늄 탈산 방법에 대해 설명하면서 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)의 설명시 언급한 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략할 수 있다.
본 발명에 의한 타이타늄 탈산 방법은 준비단계(S10), 트레이 반입단계(S20), 탈산단계(S30), 트레이 교체단계(S40) 및 반복단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
도 8에는 본 발명에 의한 타이타늄 탈산 방법의 순서도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 타이타늄 탈산 방법에서는, 측면에 입구가 구비된 용기 본체(10), 용기 본체(10)의 입구를 개폐하는 커버(20), 및 원 타이타늄 재료와 탈산제가 장입되는 것으로서 다수 개가 용기 본체(10) 내부에 상하로 적층되어 용기 본체(10)의 내부 공간을 메우는 트레이(30)를 포함하는 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)를 이용한다.
준비단계(S10)에서는 트레이(30)가 빠진 상태의 대용량 탈산 장치(1)를 열처리로에 위치시킨다. 대용량 탈산 장치(1)는 용기 본체(10)의 입구 부분이 열처리로의 입구 방향으로 위치하도록 배치될 수 있다.
트레이 반입단계(S20)에서는 트레이(30)에 원 타이타늄 재료와 탈산제를 함께 장입한 후 트레이(30)를 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)의 용기 본체(10) 내에 반입한다. 용기 본체(10) 내에 상하로 적층 배치되는 트레이(30)는 용기 본체(10)의 내부 공간을 빈틈 없이 메울 수 있다. 원 타이타늄 재료 등은 트레이(30) 내에 최대한 빈틈 없이 채워지는 것이 바람직하다.
탈산단계(S30)에서는 열처리로를 가열하여, 대용량 타이타늄 탈산 장치(1) 내에서 타이타늄의 탈산 반응이 일어나도록 한다. 트레이(30)와 그 내부에 채워진 원 타이타늄 재료 등에 의해 빈틈 없이 메워진 용기 본체(10) 내에는 공기가 많지 않기 때문에 탈산의 효율이 높다.
트레이 교체단계(S40)에서는 탈산이 완료된 트레이(30)를 반출하고 원 타이타늄 재료 등이 장입되어 있는 새로운 트레이(30)를 대용량 타이타늄 탈산 장치(1) 내에 반입한다. 원 타이타늄 재료 등은 트레이(30)에 장입되어 있기 때문에 대용량 타이타늄 탈산 장치(1) 전체를 열처리로에서 반입·반출할 필요 없이 트레이(30)만을 열처리로에서 반입·반출하면 되므로, 반입·반출 작업을 용이하고 신속하게 진행할 수 있다.
반복단계(S50)에서는 탈산단계(S30)와 트레이(30) 교체단계(S40)를 반복하면서, 여러 사이클의 탈산 공정을 수행한다. 탈산 공정을 반복할수록 트레이(30)만을 반입·반출하는 것에 의한 작업의 용이성과 신속성의 효과는 증대될 수 있다.
탈산단계(S30)는 800℃ 이하에서 수행될 수 있다. 보다 구체적으로는 600 ~ 800℃에서 1 ~ 5 시간 동안 수행될 수 있다.
탈산 과정이 800℃ 이하에서 진행됨에 따라 탈산제로 많이 사용되는 칼슘이 탈산시 용융되지 않기 때문에 원 타이타늄 재료와 탈산제를 트레이(30)에 섞어서 장입하는 것이 가능하다.
탈산제와 접촉하는 원 타이타늄 재료는 보다 효과적으로 탈산될 수 있다. 그리고 원 타이타늄 재료와 탈산제를 별도의 공간에 장입할 필요가 없으므로 장입 작업이 용이하고, 탈산이 완료된 후에도 타이타늄과 탈산제가 서로 부착되지 않아 쉽게 분리할 수 있다.
트레이 교체단계(S40)에서 열처리로에서 반출된 탈산제는 세척하는 단계를 거칠 수 있다. 세척에 의해, 탈산시 타이타늄 표면에 부착된 탈산제의 산화물이 제거될 수 있다. 예를 들어, 세척 작업은 증류수에서 5분, 10% 묽은 염산에서 5분간 이루어질 수 있다.
타이타늄을 세척한 후에는 진공 오븐을 이용하여 70℃에서 2시간 동안 타이타늄을 건조하여 타이타늄 표면을 수분 등을 제거할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)를 이용하여 탈산 공정을 수행한 결과에 대하여 설명하도록 한다.
[실시예 1]
트레이에 45 ~ 150㎛ 입도의 순 타이타늄 분말을 장입하였다. 순 타이타늄 분말은 구형과 각형으로 준비되었다. 순 타이타늄 분말과 탈산제(칼슘)는 2:1의 중량비로 장입하였다.
트레이를 대용량 타이타늄 탈산 장치(1) 내에 반입한 후, 열처리로 내부를 진공도 5.5×10-2 Torr로 만든 후, Ar을 주입하여 상압으로 만들었다. 그리고 분당 5℃의 승온 속도로 800℃까지 온도를 올린 후 1 ~ 5시간 동안 유지하였다.
탈산 후 타이타늄 분말과 칼슘이 반응하여 만들어진 CaO는 타이타늄 분말을 증류수에서 5분, 10% 묽은 염산에서 5분씩 세척하여 제거하였고, 그 후 진공 오븐을 이용하여 70℃에서 2시간 동안 건조하였다.
타이타늄 분말에 대해서는 산소/질소 분석기(Eltra-ON900)를 이용하여 산소 함량을 측정하였다.
아래의 표 1에는 실시예 1에 의한 실험 결과가 나타나 있다.
[표 1]
Figure PCTKR2022002546-appb-I000001
산소 함량이 1,800ppm 및 1,000ppm인 두 가지 구형 순 타이타늄 분말의 3시간 및 5시간 탈산 후의 산소 저감률은 각각 58%, 45%로 확인되었다. 3시간 탈산한 시료의 산소 저감률이 5시간 탈산한 시료의 산소 저감률보다 높은 이유는 5시간 탈산 후 시료의 산소 함량이 550ppm으로 순 타이타늄의 이론 탈산 한계값(약 500ppm)에 근접하여 더 이상 탈산이 진행되지 않았기 때문인 것으로 판단된다.
산소 함량이 1,800ppm 및 1,000ppm인 두 가지 각형 순 타이타늄 분말의 3시간 및 5시간 탈산 후의 산소 저감률은 각각 65%, 67%로 확인되었다.
구형 분말은 각형 분말보다 동일 입도에서 비표면적이 작은 관계로 낮은 산소 함량을 갖기 때문에 산소 저감률이 낮게 나타났지만, 순 타이타늄의 이론 탈산 한계값에 근접한 우수한 탈산 효과를 얻었다.
등록번호 제10-1839471호의 발명에 의한 탈산 장치(1)를 이용하여 각형 타이타늄 분말의 탈산 공정을 수행한 경우(1,000℃, 진공 분위기, 타이타늄 분말과 칼슘 분리 장입) 산소 저감률이 약 60% 였고, 등록번호 제10-2041496호에 의한 탈산 장치를 이용하여 각형 타이타늄 분말의 탈산 공정을 수행한 경우(1,000℃, 진공 분위기, 타이타늄 분말과 칼슘 분리 장입) 산소 저감률이 약 52% 였다.
이처럼 본 발명의 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)에 의한 각형 타이타늄 분말의 산소 저감률이 67%로 높은 것은, 장치가 대용량으로 이루어짐에도 불구하고 장치 내에 빈 공간을 최대한 없애 장치 내 산소에 의해 탈산 효율이 떨어지는 것을 방지하고 타이타늄 분말과 탈산제를 함께 섞어 장입함으로써 탈산 효율을 극대화하였기 때문인 것으로 판단된다.
[실시예 2]
순 타이타늄 분말의 산소 함량에 따른 탈산 효과 확인을 위해 원 타이타늄 재료(순 타이타늄 분말)를 300℃, 400℃, 500℃에서 산화시켜 산소 함량을 증가시킨 것으로 준비하였다. 순 타이타늄 분말은 45 ~ 150㎛ 입도를 가지는 구형의 것으로 준비하였다.
트레이에 미산화 순 타이타늄 분말과 산화 온도별 순 타이타늄 분말을 장입하였다. 순 타이타늄 분말과 탈산제(칼슘)는 2:1의 중량비로 장입하였다.
탈산 후 타이타늄에 대한 처리는 실시예 1에서와 동일하게 진행하였다.
아래의 표 2에는 실시예 2에 의한 실험 결과가 나타나있다.
[표 2]
Figure PCTKR2022002546-appb-I000002
탈산 전 순 타이타늄 분말의 산소 함량이 높을수록 탈산 효과는 증가하여 산소 저감률이 증가하는 것으로 나타났다.
특히, 산소 함량이 4,000ppm인 원재료의 5시간 탈산한 후 산소 저감률은 85%로 산소 함량이 625ppm까지 감소하는 것을 볼 수 있다.
이처럼 본 발명의 대용량 타이타늄 탈산 장치(1)에 의하면, 기존의 타이타늄 탈산 장치에 비하여 탈산 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
[발 발명을 지원환 과제]
Figure PCTKR2022002546-appb-I000003
[부호의 설명]
1 : 대용량 타이타늄 탈산 장치
10 : 용기 본체 11 : 지지홈
12 : 롤러용 홈 13 : 지지레일
14 : 플랜지 15 : 보강 리브
20 : 커버 30 : 트레이
31 : 지지돌기 32 : 롤러 걸림홈
33 : 지지대 50 : 스프링
50 : 롤러

Claims (11)

  1. 측면에 입구가 구비된 용기 본체;
    상기 용기 본체의 입구를 개폐하는 커버; 및
    원 타이타늄 재료와 탈산제가 장입되는 것으로서, 다수 개가 상기 용기 본체 내부에 상하로 적층되어 상기 용기 본체의 내부 공간을 메우는 트레이;를 포함하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용기 본체에서 입구와 인접하는 내측면에는 전후로 연장되는 지지홈이 상하로 다수 개 형성되고,
    상기 트레이의 외측면에는 상기 지지홈에 맞물리는 형상의 지지돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지홈의 전단부에는 상기 지지홈의 하부로 롤러용 홈이 형성되고,
    상기 지지돌기의 후단부 하면에는 롤러 걸림홈이 형성되며,
    상기 롤러용 홈 내에 배치되는 스프링, 및 상기 롤러용 홈 내에서 상기 스프링의 상부에 배치되며 상단부가 상기 롤러용 홈의 상부로 돌출되는 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용기 본체에서 입구와 인접하는 내측면에는 전후로 연장되는 지지레일이 상하로 다수 개 형성되고,
    상기 트레이의 외측면에는 상기 지지레일 상에 지지되는 형상의 지지돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지레일의 전단부 상면에는 롤러용 홈이 형성되고,
    상기 지지돌기의 후단부 하면에는 롤러 걸림홈이 형성되며,
    상기 롤러용 홈 내에 배치되는 스프링, 및 상기 롤러용 홈 내에서 상기 스프링의 상부에 배치되며 상단부가 상기 롤러용 홈의 상부로 돌출되는 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 트레이의 내측면 상단에는 내부로 돌출 형성되는 지지대가 형성된 것을 특징으로 하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용기 본체는 입구를 둘러싸는 플랜지를 구비하고,
    상기 커버는 상기 플랜지에 고정되는 것을 특징으로 하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플랜지와 상기 커버가 접하는 면에는 서로 맞물리는 폐쇄 도형 형상의 홈과 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용기 본체의 외측면에는 보강 리브가 형성된 것을 특징으로 하는 대용량 타이타늄 탈산 장치.
  10. 측면에 입구가 구비된 용기 본체; 상기 용기 본체의 입구를 개폐하는 커버; 및 원 타이타늄 재료와 탈산제가 장입되는 것으로서, 다수 개가 상기 용기 본체 내부에 상하로 적층되어 상기 용기 본체의 내부 공간을 메우는 트레이;를 포함하는 대용량 타이타늄 탈산 장치를 이용한 타이타늄 탈산 방법에 있어서,
    상기 트레이가 빠진 상태의 상기 대용량 타이타늄 탈산 장치를 열처리로에 위치시키는 준비단계;
    상기 트레이에 원 타이타늄 재료와 탈산제를 장입한 후, 상기 트레이를 상기 대용량 타이타늄 탈산 장치 내에 반입하는 트레이 반입단계;
    상기 열처리로를 가열하는 탈산단계;
    상기 트레이를 반출하고 새로운 트레이를 상기 대용량 타이타늄 탈산 장치 내에 반입하는 트레이 교체단계; 및
    상기 탈산단계와 상기 트레이 교체단계를 반복하는 반복단계;를 포함하는 타이타늄 탈산 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탈산단계는, 800℃ 이하에서 진행되는 것을 특징으로 하는 타이타늄 탈산 방법.
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