KR100694332B1 - 하부 유출 시스템, 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템 및 방법 - Google Patents

하부 유출 시스템, 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템(bottom pour electroslag refining system)은 비가공 물질을 정련된 액체 금속으로 정련한다. 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템은 일렉트로슬래그 정련 도가니와, 슬래그와, 일렉트로슬래그 정련 도가니로부터의 정련된 액체 금속이 정련된 액체 금속 스트림으로서 흘러나오는 오리피스(orifice)를 포함하는 하부 유출 구조와, 전류 경로를 포함한다. 전류 경로는 비가공 물질을 용해 및 정련하기 위해 비가공 물질에 전류를 인가하는 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템 내에 규정된다. 용해 및 정련된 비가공 물질은 일렉트로슬래그 정련 도가니 내에 정련된 액체 금속 풀(refined liquid metal pool)을 형성한다. 전류 경로로 제공되는 전류는, 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도(viscosity)로 오리피스를 통해 흐를 수 있을 정도의 점도를 정련된 액체 금속 풀의 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분하다.

Description

하부 유출 시스템, 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템 및 방법{BOTTOM POUR ELECTROSLAG REFINING SYSTEMS AND METHODS}
도 1은 일렉트로슬래그 정련 시스템과 관련하여 본 발명에 의해 구현된 하부 유출 구조의 개략적인 부분 측단면도,
도 2는 본 발명에 의해 구현된 다른 하부 유출 구조의 개략적인 부분 측단면도,
도 3은 또 다른 하부 유출 구조의 개략적인 부분 측단면도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 하부 유출 구조
10, 50, 100: 일렉트로슬래그 정련 시스템
11, 110, 111: 전극 14: 슬래그
15: 정련된 액체 금속 풀(pool) 18, 180: 도가니
13 : 오리피스(orifice) 27: 전류 경로
25 : 액체 금속의 스트림
본 발명은 일렉트로슬래그 정련(electroslag refining)을 위한 일렉트로슬래그 정련 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템 및 방법(bottom pour electroslag refining systems and methods)에 관한 것이다.
일렉트로슬래그 정련(ElectroSlag Refining: ESR)은 다양한 금속을 용해 및 정련하는 데 일반적으로 이용되는 처리를 포함한다. 결코 본 발명을 제한하지 않는 예로서, 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 티타늄(Ti)계 금속 및 합금은 일렉트로슬래그 정련 시스템 및 정련 처리에 의해 정련될 수 있다. 통상적으로, 일렉트로슬래그 정련 시스템은, 용해 및 정련될 합금으로부터 형성된 소모성 전극, 액체 슬래그, 및 냉각 도가니(cooled crucible)(예를 들면, 수냉형 구리 도가니(water-cooled copper crucible))이며, 이것으로 한정되는 것은 아님)를 포함한다. 액체 슬래그는 적절한 전류 공급원으로부터 소모성 전극, 액체 슬래그 및 도가니에 차례로 전류를 통과시킴으로써 가열될 수 있다.
액체 슬래그는 소모성 전극을 용해시킬 수 있을 정도로 충분히 높은 온도로 유지된다. 정련 처리는 소모성 전극이 용해되어 액체 슬래그를 통과함으로써 일어난다. 또한, 산소 함유물(oxide inclusions)과 같은 함유물은 액체 슬래그에 노출되고 용해되어, 금속을 더욱 정련시킨다. 정련 처리는 소모성 전극으로부터의 금속 용해 및 용해된 작은 금속 방울들(droplets)을 형성하는 것을 포함한다. 이러한 작은 방울들은 예를 들어 중력에 의해 액체 슬래그 속으로 떨어져서 액체 금속 풀(pool)에 모인다. 풀은 도가니가 둘러싸고 있으며, 도가니는 일반적으로 풀보다 아래에 배치된다.
일반적으로 일렉트로슬래그 정련 시스템은 유도 가열되는 분할된 수냉형 구리 유도관(induction-heated, segmented, water-cooled copper guide tube) 또는 냉 유도관(cold induction guide: CIG)을 포함한다. 냉 유도관은 통상 일렉트로슬래그 정련 시스템 도가니의 하부에 연결된다. 냉 유도관은 정련된 금속 액체 스트림(refined metal liquid stream)이 추출될 수 있는 오리피스(orifice)를 포함한다. 이 스트림은 파우더 분무화(powder atomization), 스프레이 침전(spray deposition), 인베스트먼트 주조(investment casting), 용해-스피닝(melt-spining), 스트립 주조(strip casting), 슬래브 주조(slab casting) 및 핵형성 주조(nucleated casting)를 포함하되, 이러한 사항으로 한정되지 않는 많은 응고 처리(solidification processes)를 위한 액체 금속 공급원으로서 이용될 수 있다. 일렉트로슬래그 정련 시스템 및 냉 유도관 구조는, 예를 들면, 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 본 명세서에서 전적으로 참조하고 있는 밴츠(Benz) 등의 미국 특허 번호 제 5,160,532호에 잘 나타낸 바와 같이, 본 기술 분야에서 공지되어 있다.
공지된 일렉트로슬래그 정련 시스템이 금속의 정련에 효과적인 반면, 냉 유도관 구조는 정련된 액체 금속의 일렉트로슬래그 정련 시스템 밖으로의 흐름을 용이하게 하는 데 이용될 수 있다. 냉 유도관 구조의 사용은 일렉트로슬래그 정련 시스템에 대한 부가적인 전류 및 열의 추가를 포함한다. 당연히, 이러한 추가 전류 및 열은 정련 처리의 비용을 증가시킨다. 또한, 부가적인 열 및 전류는 열 및 전기 절연 문제를 포함한 절연 문제를 일으킬 수도 있다.
그러므로, 정련된 액체 금속의 흐름을 용이하게 하기 위해 일렉트로슬래그 정련 시스템에 부가적인 열 및 전류를 추가하지 않아도 되는 일렉트로슬래그 정련 시스템이 필요하다.
본 발명의 한 양상에 따르면, 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템이 제공된다. 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템은 비가공 물질 공급원으로부터의 비가공 물질을 정련된 액체 금속으로 정련한다. 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템은 일렉트로슬래그 정련 도가니와, 슬래그와, 일렉트로슬래그 정련 도가니로부터의 정련된 액체 금속이 정련된 액체 금속 스트림으로서 흘러나오는 오리피스를 포함하는 하부 유출 구조와, 전류 경로를 포함한다. 전류 경로는 비가공 물질을 용해 및 정련하기 위해 비가공 물질에 전류를 인가하는 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템 내에 규정된다. 용해 및 정련된 비가공 물질은 일렉트로슬래그 정련 도가니에 정련된 액체 금속 풀을 형성한다. 전류 경로로 제공되는 전류는, 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도(its own viscosity)로 오리피스를 통해 흐를 수 있을 정도의 점도를 정련된 액체 금속 풀에 제공하기에 충분하다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 비가공 물질 공급원으로부터의 비가공 물질을 자체 고유 점도로 흐를 수 있는 정련된 액체 금속으로 정련하는 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법이 제공된다. 이 방법은 정련될 비가공 물질을 제공하는 단계와, 일렉트로슬래그 정련 도가니를 제공하는 단계와, 일렉트로슬래그 정련 도가니에 슬래그를 제공하는 단계와, 일렉트로슬래그 정련 도가니로부터의 정련된 액체 금속이 정련된 액체 금속 스트림으로서 흘러나오는 오리피스를 포함하는 하부 유출 구조를 일렉트로슬래그 정련 도가니에 제공하는 단계와, 전류 경로를 설정하는 단계와, 비가공 물질을 용해 및 정련하기 위해 비가공 물질 공급원으로부터의 비가공 물질에 전류를 인가하는 단계와, 정련된 액체 금속 풀을 일렉트로슬래그 정련 도가니에 형성하는 단계를 포함한다. 전류 인가 단계는, 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 오리피스 밖으로 흐를 수 있는 점도를 정련된 액체 금속 풀의 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분한 양의 전류를 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 비가공 물질 공급원으로부터의 비가공 물질을, 자체 고유 점도로 흐를 수 있는 정련된 액체 금속으로 정련하는 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법이 제공된다. 이 방법은 정련될 비가공 물질을 제공하는 단계와, 일렉트로슬래그 정련 도가니를 제공하는 단계와, 일렉트로슬래그 정련 도가니에 슬래그를 제공하는 단계와, 일렉트로슬래그 정련 도가니로부터의 정련된 액체 금속이 정련된 액체 금속 스트림으로서 흘러나오는 오리피스를 포함하는 하부 유출 구조를 일렉트로슬래그 정련 도가니에 제공하는 단계와, 전류 경로를 설정하는 단계와, 비가공 물질을 용해 및 정련하기 위해 비가공 물질 공급원으로부터의 비가공 물질에 전류를 인가하는 단계와, 정련된 액체 금속 풀을 일렉트로슬래그 정련 도가니에 형성하는 단계를 포함한다. 전류 인가 단계는, 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 오리피스 밖으로 흐를 수 있는 점도를 정련된 액체 금속 풀의 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분한 양의 전류를 인가하는 단계를 포함한다. 전류 인가 단계는, 정련된 액체 금속 풀의 깊이를 그 안의 정련된 액체 금속가 자체 고유 점도로 오리피스를 통해 흐를 수 있는 점도를 유지하기에 충분하도록 설정하는 단계와, 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 오리피스를 통해 흐를 수 있는 점도를 유지할 수 있는 온도로 정련된 액체 금속 풀을 가열하기에 충분한 레벨로 전류를 인가하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 비가공 물질 금속을 일렉트로슬래그 정련하는 하부 유출 시스템이 제공된다. 하부 유출 시스템은 일렉트로슬래그 정련 수단과, 일렉트로슬래그 정련 수단에 전류를 인가하는 수단과, 정련된 액체 금속 풀을 만드는 수단을 포함한다. 전류 인가 수단에 의해 인가되는 전류는, 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 흐를 수 있는 점도를 정련된 액체 금속 풀의 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분하다.
본 발명의 이런저런 양상들과 이점들과 특징들은 본 발명의 실시예를 개시하는 첨부 도면과 함께 이후의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이며, 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 표시한다.
본 발명에 의해 구현된 하부 유출 구조는 정련 시스템을 제공받아, 정련된 액체 금속의 스트림을 제공하는 출구(outlet)를 구비한 정련 시스템을 제공할 수 있다. 본 발명에 따라 구현된 하부 유출 구조는, 정련 시스템에서 정련된 액체 금속이 충분히 가열되어, 예를 들어, 냉 유도관 구조의 유도 발열기에 의한 추가적인 가열 없이 스트림을 형성하는 경우, 냉 유도관 구조가 필요 없다. 정련 시스템은, 예를 들어, 일렉트로슬래그 정련 시스템, 진공 유도 용해(vacuum induction melt: VIM) 시스템, 진공 아크 재용해(vacuum arc remelting: VAR) 시스템, 및 그 밖의 금속 정련(purification)에 관한 다른 시스템과 같은 임의의 적절한 금속 용해 및 정련 시스템을 포함할 수도 있으나, 이러한 것으로 한정되는 것은 아니다. 일렉트로슬래그 정련 시스템에 대한 다음의 설명은 단지 예시적인 것이며, 이러한 설명이 본 발명을 임의의 방식으로 제한하게 하고자 하는 것은 아니다.
본 발명에 의해 구현된 일렉트로슬래그 정련 시스템을 위한 하부 유출 구조(bottom pour structure)는 일렉트로슬래그 정련 시스템에 의해 발생하여 정련된 액체 금속의 스트림이 흐를 수 있게 하는 열에만 의지할 수 있다. 일렉트로슬래그 정련 시스템을 위한 하부 유출 구조는 정련된 액체 금속의 스트림을 제공하는 냉 유도관 구조에 의해 발생한 열에는 의지하지 않는다. 본 발명에 의해 구현된 일렉트로슬래그 정련 시스템을 위한 하부 유출 구조는 정련된 액체 금속의 스트림의 하부 유출을 허용하며, 정련된 액체 금속의 스트림은 일렉트로슬래그 정련 시스템에 인가된 열의 양에 의해 제어될 수 있다. 또한, 일렉트로슬래그 정련 시스템을 위한 하부 유출 구조는, 전력 공급원의 형태와는 무관하게, 임의의 다른 외부 전력 공급원에 의해 발생한 열에도 의지하지 않는다.
일렉트로슬래그 정련 시스템은, 특정 동작 조건 하에서 냉 유도 전력이 없는 경우에 일렉트로슬래그 정련 시스템 오리피스(electroslag refining system orifice)(이하, "오리피스")를 통해 흐를 수 있는 액체 금속 스트림을 생성할 수 있다. 이러한 조건들 중의 하나는 일렉트로슬래그 정련 시스템의 도가니 내의 정련된 금속 액체의 레벨이 충분히 낮을 때 발생할 수 있다. 정련된 금속 액체의 레벨은 금속을 용해 및 정련하기 위해 인가된 에너지가 정련된 액체 금속을 충분한 점도로 유지할 수 있는 경우에 충분히 낮으며, 이는 추가의 가열을 요구하지 않고서도 정련된 액체 금속이 오리피스를 통해 흐를 정도로 정련된 액체 금속의 점도가 충분하다는 것을 의미한다. 이러한 조건 하에서 정련되었던 액체 금속은 추가의 열, 예를 들면 냉 유도관 구조로부터 발생하는 열(heating)이 없어도 흐를 수 있는 충분한 점도를 유지할 것이다.
특정 동작 조건 하에서 냉 유도 전력이 없는 경우에, 오리피스를 통해 흐르는 액체 금속 스트림을 발생시킬 수 있는 다른 동작 조건은 고온의 일렉트로슬래그 정련 조건 하에서 발생할 수도 있다. 본 발명에 의해 구현되는 고온은, 일렉트로슬래그 정련을 위한 일렉트로슬래그 정련 시스템에 전류를 통과시킴으로써 생성된 온도를 포함한다. 정확한 온도는 정련되는 금속과, 정련 조건, 희망하는 유동도(degree of fluidity), 및 그 밖의 요인에 따라 변할 수도 있다. 전류는 적절한 전류 공급원으로부터 공급되어 전극을 가열한다. 열은, 정련된 액체 금속 공급원과는 무관하게, 정련된 액체 금속에 전달된다. 예를 들어, 정련된 액체 금속은 소모성 전극으로부터 용해된 후 정련되는 금속일 수도 있다. 대안으로, 용해 및 정련용 금속은 전극이 아닌 다른 공급원으로부터 비롯될 수도 있다. 가열된 정련된 액체 금속은, 추가의 가열 없이도 오리피스로부터의 정련된 액체 금속 흐름에 대해 점도가 충분하게 되는 충분한 고온으로 가열된다. 그러므로 본 발명에 의해 구현된 하부 유출 구조를 갖는 일렉트로슬래그 정련 시스템에 냉 유도관 구조에서와 같이 가열, 예를 들어 유도 발열기에 의한 가열이 가해질 필요가 없다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 범주 내에서 하부 유출 구조를 갖는 일렉트로슬래그 정련 시스템의 구성을 예시한다. 다음의 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 특징을 나타내는 데 사용된다. 도 1은 본 발명의 범주 내에서 일렉트로슬래그 정련 시스템(10)을 위한 하부 유출 구조(1)를 예시한다. 일렉트로슬래그 정련 시스템(10)은, 소모성 전극(11), 예를 들어 본원 명세서에서 그 내용을 전적으로 참조하고 있는 밴츠 등의 미국 특허 제 5,160,532호에 설명된 바와 같은 소모성 전극을 포함한다. 일렉트로슬래그 정련 시스템(10)에 관한 소모성 전극 급전 메커니즘(consumable electrode feed mechanism) 및 일렉트로슬래그 정련 시스템용 도가니에 대한 상세한 설명은 밴츠 등의 특허에 기술되어 있으므로, 본원에서는 설명하지 않겠다.
본 발명에 의해 구현된 하부 유출 구조(1)(도 1)는 하부 유출 구조(12)(이하, "하부 유출 구조")를 포함한다. 하부 유출 구조(12)는 액체 금속의 스트림이 흐를 수도 있는 오리피스 혹은 홀(hole)(13)을 포함한다. 도 1에서, 일렉트로슬래그 정련 시스템(10)은 하부 유출 구조(12) 위에 배치된 금속 재료의 슬래그(14) 즉, "스타터 플레이트(starter plate)"를 포함한다. 하부 유출 구조(12)는 일렉트로슬래그 정련 시스템 도가니(18)의 저수조(reservoir)의 하측 표면을 포함한다. 오리피스(13)는 일렉트로슬래그 정련의 초기 단계(initiation phases) 중에 처음에는 닫혀 있다. 용어 "초기 단계"는, 일렉트로슬래그 정련이 오리피스(13)를 통해 정련된 액체 금속 스트림을 생성하는 단계를 의미한다. 이들 단계 동안에는, 액체 상태로 가열되지 않은 슬래그(14)에 의해 오리피스(13)를 통한 흐름이 차단될 수도 있다.
일렉트로슬래그 정련은 일렉트로슬래그 정련 시스템에 전류를 인가함으로써 계속된다. 전류는 슬래그(14)와 접촉하고 있는 소모성 전극(11)의 일부를 포함하는 소모성 전극(11)의 일부를 용해시킨다. 따라서, 충분한 양의 소모성 전극(11)이 용해됨에 따라 슬래그(14)는 액체 상태로 된다. 공지된 바와 같이 소모성 전극(11)으로부터의 금속의 일렉트로슬래그 정련이 발생할 수 있다. 이후, 일렉트로슬래그 정련은 "흐름 단계(flow phase)"의 일렉트로슬래그 정련 동작으로 진입하여, 슬래그(14)의 용해가 완료된다. 슬래그(14)의 용해는, 도가니(18)의 오리피스(13) 위에 정련된 액체 금속 풀(15)을 형성할 수도 있다. 일단, 정련된 액체 금속 풀(15)이 형성되면, 정련된 액체 금속의 스트림(25)이 오리피스(13)를 빠져나갈 수 있다.
전술한 바와 같이, 일렉트로슬래그 정련 시스템(10)을 위한 하부 유출 구조(1)는 정련된 액체 금속의 추가적인 가열 없이 냉 유도관 구조에 의해 흐름을 제공한다. 본 발명에 의해 구현된 한 가지 하부 유출 조건은 정련된 금속 풀(15)의 액체 레벨(또는 "깊이(depth)"라고 칭함)이 낮을 때 발생한다(이후에 설명함). 또 다른 하부 유출 조건은 슬래그(14)를 용해시키는 전류를 통과시킴으로써 발생한 열이 고온의 일렉트로슬래그 정련 조건을 생성할 수 있을 정도로 충분히 높을 때 발생한다(이후에 설명함). 이러한 두 가지 조건은 각기 적용되거나, 또는 서로 결합하여 적용되어, 본 발명에 의해 구현되는 일렉트로슬래그 정련을 위한 하부 유출 구조로부터 하부 유출을 달성하게 할 수 있다.
도 1의 일렉트로슬래그 정련 구성은 이들 하부 유출 조건 모두를 달성할 수 있다. 예를 들어, 정련된 액체 금속 풀(15)은 전체 깊이 d를 갖도록 형성될 수 있다. 깊이 d는 용해된 소모성 전극(11)으로부터 상당한 열 손실을 막기에 충분한 레벨이다. 깊이 d는 용해 및 정련을 위해 인가된 전류로부터 유도된 열이 오리피스(13)의 영역에서 정련된 액체 금속이 충분한 점성을 유지하기에 충분한 액체 레벨을 제공하도록 정해지게 되어, 정련된 액체 금속이 추가의 가열 없이 오리피스(13)를 통해 흐를 수 있게 한다.
또한, 고온 하부 유출 조건은 일렉트로슬래그 정련을 위한 전류 인가 동안에 고온을 발생시켜 도 1의 일렉트로슬래그 정련 구성으로 얻어질 수 있다. 일렉트로슬래그 정련을 위한 전류는 도 1에 점선으로 예시된 전류 경로(27)에서의 소모성 전극(11), 슬래그(14) 및 도가니(18)를 통과한다. 전류 경로(27)는 전류 공급 장치(28)를 포함한다. 소모성 전극(11) 및 슬래그(14)를 용해시키기 위해 인가된 전류는 소모성 전극(11) 및 슬래그(14)를 용해시키기에 충분한 레벨로 제공되며, 또한 정련된 액체 금속이 추가의 가열 없이 오리피스(13)를 통해 흐를 수 있는 오리피스(13) 영역에서 정련된 액체 금속을 충분한 점도로 유지할 수 있을 정도로 충분히 높은 레벨이다.
도 2는 일렉트로슬래그 정련 시스템(50)의 하부 유출 구조(1)의 대안적인 실시예를 예시한다. 일렉트로슬래그 정련 시스템(50)의 전극(110)은 비소모성 전극을 포함하고, 이 시스템에서 비소모성 전극(110)은 비가공 물질(20)의 가열 및 용해를 위해 인가되는 전류의 단자를 제공한다. 정련용 비가공 물질(20)은 전류 경로와 분리되어 있는 임의의 적당한 공급원으로부터 일렉트로슬래그 정련 시스템(50)에 제공되고, 고체 비가공 물질, 액체 비가공 물질, 미립자 비가공 물질, 분말 비가공 물질 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 비소모성 전극(110)은 소모되지 않으며, 냉각 전극(110)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비소모성 전극(110)은, 수냉형 구리 전극과 같은 냉각제 냉각형 구리 전극을 포함할 수 있다. 비소모성 전극(110)에는 열 및 전기적 차폐(shielding) 중의 적어도 하나와 같은 적절한 차폐, 예를 들면 몰리브덴 차폐(molybdenum shielding)가 제공될 수 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
도 2의 일렉트로슬래그 정련 시스템(50)에서, 비가공 물질(20)은 임의의 적절한 공급 장치 혹은 수단(도시하지 않음)에 의해 공급원으로부터 도가니(18)로 공급된다. 전류는 일렉트로슬래그 정련 시스템(50)의 비소모성 전극(110), 액체 슬래그(14) 및 도가니(18)를 포함하는 전류 경로(27)를 따라 인가된다. 본 발명에 의해 구현된 일렉트로슬래그 정련 시스템(50)을 구비한 하부 유출 구조(1)는 추가의 가열 없이 전술한 것과 같은 방식으로 하부 유출 조건을 달성한다.
도 3은 정련된 액체 금속에 부가적인 열을 가하지 않으면서 전술한 바와 같은 방식으로 하부 유출 조건을 달성하는, 본 발명에 의해 구현된 또 다른 하부 유출 구조를 갖는 일렉트로슬래그 정련 시스템(100)을 예시한다. 도 3의 일렉트로슬래그 정련 시스템 도가니(18)는 분할 도가니 구조(split-crucible structure)(180)를 포함한다. 분할 도가니 구조(180)는 적어도 두 개의 도가니 부분 즉, 상부 분할 도가니 부분(19) 및 하부 분할 도가니 부분(21)을 포함한다. 분할 도가니 부분의 각각은 일렉트로슬래그 정련 동작을 위한 전류 공급 경로(271)의 일부를 형성한다. 상부 분할 도가니 부분(19)과 하부 분할 도가니 부분(21)은 적절한 전기적 절연체(201)에 의해 전기적으로 상호 절연되어 있으며, 이에 따라 전류 경로는 상부 분할 도가니 부분(19)으로부터 슬래그(14)로, 그리고 하부 분할 도가니 부분(21)으로 흐른다.
하부 유출 구조를 갖는 일렉트로슬래그 정련 시스템(100)은 비가공 물질 공급원(111)을 포함한다. 비가공 물질 공급원(111)은 전류 경로의 일부를 형성하지 않으며, 이로부터 용해 및 정련될 금속이 비롯된다. 그러므로 하부 유출 구조를 갖는 일렉트로슬래그 정련 시스템(100)은 비가공 물질 공급원으로서 이용되는 스톡형 소모성 전극(stock consumable electrodes)을 활용하지만, 일렉트로슬래그 정련 시스템(100)의 분할 도가니 구조(180)를 통해 전류 경로가 완성됨에 따라, 비가공 물질 공급원(111)에 대한 전류 경로(271)의 연결은 필요치 않다.
본 발명에 의해 구현되는, 하부 유출 구조(1) 및 분할 도가니 구조(18)를 구비한 일렉트로슬래그 정련 시스템(100)에 의한 일렉트로슬래그 정련은 적절한 전류 공급원(28)으로부터 상부 분할 도가니 부분(19)으로 전류를 통과시킴으로써 발생한다. 다음, 전류는 슬래그(14)를 통해 하부 분할 도가니 부분(21)으로 흘러서 다시 전류 경로(271)로 되돌아올 수 있다. 본 발명에 의해 구현된 하부 유출 구조(1)를 갖는 일렉트로슬래그 정련 시스템(100)은 부가적인 가열을 추가함이 없이 전술한 바와 같은 방식으로 하부 유출 조건을 달성한다.
본 발명의 범주 내에서 일렉트로슬래그 정련 시스템의 하부 유출 구조(1)를 통해 흐르는 스트림(25)의 속도는 필요에 따라 제어 및 조정 가능하다. 스트림 흐름의 제어 및 조정은 소모성 전극(11), 비가공 물질(20) 및 비가공 물질 공급원(111) 각각의 용해 속도에 관련되어 있으며, 이들의 용해 속도는 원하는 스트림 유속과 일치하도록 조정 가능하다. 예를 들어, 전류 경로(27)를 통과하는 전류량은 초기 단계에서 흐름 단계로 천이할 때 흐름을 시작하도록 제어될 수 있다. 인가된 전류가 비교적 일정한 전류 레벨로 유지되고, 이로 인해 가해지는 열이 일정한 레벨로 유지되는 경우, 흐름 단계는 정상 상태 흐름 단계를 포함하며, "일정한(constant)"이라는 용어는 당업자에 의해 그것의 통상적인 의미로 이용되고 있다. 더 나아가, 스트림의 유속은, 필요에 따라, 인가되는 전류 레벨을 변경시킴으로써 제어 및 변화될 수 있는데, 인가되는 전류 흐름을 줄이면 유속을 낮출 수 있다. 대안으로, 전류 레벨을 증가시키는 것은, 일렉트로슬래그 정련 시스템에 가해지는 열을 증가시킬 수 있고, 그에 대응하여 스트림(25)의 유속을 증가시킨다.
또한, 각각의 일렉트로슬래그 정련 시스템에서 정련된 액체 금속 풀(15)의 레벨은 오리피스(13)를 통한 스트림(25)의 흐름도 제어할 수 있다. 일반적으로, 스트림 흐름의 제어는 풀(pool)의 정련된 액체 금속의 높이 증가에 따라 증가한다. 따라서, 풀 자체에 의해 인가되는 스트림에 대한 압력이 유속을 증가시키기 때문에 더 깊은 정련된 액체 금속 풀이 스트림의 유속을 증가시킬 것이다. 마찬가지로, 풀의 깊이를 감소시키면, 풀의 정련된 액체 금속이 덜 제공되고, 이에 따라, 스트림 흐름은 더 깊은 정련된 액체 금속 풀에 비해 약화될 것이다.
다양한 실시예들이 본원에 설명되고 있으나, 명세서로부터, 구성 요소들의 다양한 조합, 변경 또는 개량이 본 발명의 범주 내에서 당업자에 의해 행해질 수 있음을 인지할 것이다.
본 발명에 따르면, 정련된 액체의 흐름을 용이하게 하기 위해 일렉트로슬래그 정련 시스템에 추가적인 가열 및 전류를 부가하지 않아도 되는 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템 및 방법이 제공된다.

Claims (19)

  1. 비가공 물질 공급원으로부터의 비가공 물질을 정련된 액체 금속으로 정련하는 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템(bottom pour electroslag refining system)에 있어서,
    일렉트로슬래그 정련 도가니(electroslag refining crucible)와,
    슬래그(slag)와,
    상기 일렉트로슬래그 정련 도가니로부터 정련된 액체 금속이 정련된 액체 금속의 스트림으로서 흐르는 오리피스(orifice)를 구비하는 하부 유출 구조(bottom pour structure)와,
    상기 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템에 설정되어서, 상기 비가공 물질을 용해 및 정련하는 전류 경로 - 상기 용해 및 정련된 비가공 물질은 상기 일렉트로슬래그 정련 도가니에 정련된 액체 금속 풀(refined liquid metal pool)을 형성함 ―
    를 포함하며,
    상기 전류 경로에 의해 인가되는 전류는, 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스를 통해 흐를 수 있는 정도의 점도를 상기 정련된 액체 금속 풀 내의 상기 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분하고,
    상기 비가공 물질은 상기 일렉트로슬래그 정련 도가니에 공급되는 비가공 물질 공급원을 포함하며,
    상기 비가공 물질 공급원은 상기 전류 경로와 무관한
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 일렉트로슬래그 정련 도가니는 일렉트로슬래그 정련 분할 도가니(electroslag refining split-crucible)이고,
    상기 전류 경로는 상기 일렉트로슬래그 정련 분할 도가니를 포함하며,
    상기 전류 경로는 상기 일렉트로슬래그 정련 분할 도가니를 통과하여 설정되는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 일렉트로슬래그 정련 도가니는 일렉트로슬래그 정련 분할 도가니를 더 포함하고,
    상기 일렉트로슬래그 정련 분할 도가니는,
    상부 분할 도가니 부분(upper split-crucible portion)과,
    하부 분할 도가니 부분(lower split-crucible portion)과,
    상기 상부 분할 도가니 부분과 상기 하부 분할 도가니 부분 사이의 전기 절연체를 포함하며,
    상기 전류 경로는 상기 상부 분할 도가니 부분, 상기 슬래그, 및 상기 하부 분할 도가니 부분으로 이루어진 경로를 포함하는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정련된 액체 금속 풀의 깊이는 상기 정련된 액체 금속 풀이 자체 고유 점도로 상기 오리피스를 통해 흐를 수 있는 정도의 점도를 유지하기에 충분한
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 경로는, 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스를 통해 흐를 수 있는 정도의 점도를 갖는 온도로 상기 정련된 액체 금속 풀을 가열하기에 충분한 레벨로 전류를 공급하는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 시스템.
  9. 비가공 물질 공급원으로부터의 비가공 물질을, 자체 고유 점도로 흐르는 정련된 액체 금속으로 정련하는 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법에 있어서,
    정련될 비가공 물질을 제공하는 단계와,
    일렉트로슬래그 정련 분할 도가니를 제공하는 단계와,
    상기 일렉트로슬래그 정련 도가니에 슬래그를 제공하는 단계와,
    오리피스(orifice) ―상기 오리피스를 통해 상기 정련된 액체 금속이 정련된 액체 금속의 스트림으로서 상기 일렉트로슬래그 정련 도가니로부터 흘러나옴―를 구비하는 일렉트로슬래그 정련 도가니용 하부 유출 구조를 제공하는 단계와,
    상기 일렉트로슬래그 정련 분할 도가니를 통하는 전류 경로를 설정하는 단계와,
    상기 비가공 물질을 용해 및 정련하기 위해 상기 비가공 물질 공급원으로부터의 상기 비가공 물질에 전류를 인가하는 단계와,
    상기 일렉트로슬래그 정련 도가니에 정련된 액체 금속 풀을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 전류 인가 단계는, 상기 정련된 액체 금속 풀의 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스 밖으로 흐를 수 있는 정도의 점도를 상기 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분한 양의 전류를 인가하는 단계를 포함하는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 일렉트로슬래그 정련 분할 도가니는 상부 분할 도가니 부분과, 하부 분할 도가니 부분과, 상기 상부 분할 도가니 부분과 상기 하부 분할 도가니 부분 사이의 전기 절연체를 포함하고,
    상기 전류 경로 설정 단계는 상기 상부 분할 도가니 부분, 상기 슬래그, 상기 하부 분할 슬래그 부분을 포함하는 전류 경로를 설정하는 단계를 포함하는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 정련된 액체 금속 풀의 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스 밖으로 흐를 수 있는 정도의 점도를 상기 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분한 양의 전류를 인가하는 단계는,
    상기 정련된 액체 금속 풀의 깊이를, 상기 정련된 액체 금속 풀이 자체 고유 점도로 상기 오리피스를 통해 흐르기에 충분한 점도를 유지하도록 설정하는 단계를 포함하는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 정련된 액체 금속 풀의 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스 밖으로 흐를 수 있는 정도의 점도를 상기 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분한 양의 전류를 인가하는 단계는,
    상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스를 통해 흐를 수 있는 정도의 점도를, 상기 정련된 액체 금속 풀이 유지할 수 있는 온도로 상기 정련된 액체 금속 풀을 가열하기에 충분한 레벨로 전류를 인가하는 단계를 포함하는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 오리피스로부터의 정련된 액체 금속의 흐름을 제어하는 단계를 더 포함하는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법.
  16. 비가공 물질 공급원으로부터의 비가공 물질을, 자체 고유 점도로 흐르는 정련된 액체 금속으로 정련하는 하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법에 있어서,
    정련될 비가공 물질을 제공하는 단계와,
    일렉트로슬래그 정련 도가니를 제공하는 단계와,
    상기 일렉트로슬래그 정련 도가니에 슬래그를 제공하는 단계와,
    오리피스(orifice) ―상기 오리피스를 통해 정련된 액체 금속이 정련된 액체 금속의 스트림으로서 상기 일렉트로슬래그 정련 도가니로부터 흘러나옴 ―를 구비하는 일렉트로슬래그 정련 도가니용 하부 유출 구조를 제공하는 단계와,
    상기 비가공 물질 공급원과는 무관하게 전류 경로를 설정하는 단계와,
    상기 비가공 물질을 용해 및 정련하기 위해 상기 전류 경로에 전류를 인가하는 단계와,
    상기 일렉트로슬래그 정련 도가니에 정련된 액체 금속 풀을 형성하는 단계와,
    상기 오리피스로부터 상기 정련된 액체 금속의 흐름을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 전류 인가 단계는,
    상기 정련된 액체 금속 풀의 깊이를, 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스를 통해 흐르기에 충분한 점도를 유지하도록 설정하는 단계와,
    상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스를 통해 흐를 수 있는 정도의 점도를, 상기 정련된 액체 금속 풀이 유지할 수 있는 온도로 상기 정련된 액체 금속 풀을 가열하기에 충분한 레벨로 전류를 인가하는 단계
    중 적어도 하나에 의해, 상기 정련된 액체 금속 풀의 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스 밖으로 흐를 수 있는 정도의 점도를, 상기 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분한 양의 전류를 인가하는 단계를 포함하는
    하부 유출 일렉트로슬래그 정련 방법.
  17. 금속 원료의 일렉트로슬래그 정련용 하부 유출 시스템에 있어서,
    일렉트로슬래그 정련 수단과,
    비기공 금속 원료와 무관한 전류 경로를 따라서 상기 일렉트로슬래그 정련 수단에 전류를 인가하는 수단과,
    정련된 액체 금속 풀 발생 수단을 포함하되,
    상기 전류 인가 수단에 의해 인가되는 전류는, 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 흐를 수 있는 정도의 점도를 상기 정련된 액체 금속 풀의 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분한
    하부 유출 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    슬래그와,
    정련된 액체 금속이 스트림으로서 흐르는 오리피스를 제공하는 하부 유출 구조 수단(bottom pour structure means)
    을 포함하되,
    상기 전류 인가 수단에 의해 인가되는 전류는, 상기 정련된 액체 금속이 자체 고유 점도로 상기 오리피스를 통해 흐를 수 있는 정도의 점도를 상기 정련된 액체 금속 풀의 상기 정련된 액체 금속에 제공하기에 충분한
    하부 유출 시스템.
  19. 삭제
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