KR102048318B1 - 노 - Google Patents

Abstract

본 발명에 기재된 노는 알루미늄과 같은 비철 재료를 용융시키는 것을 돕고, 뒤따르는 주조 또는 사출 성형 절차를 위해 재료를 저장하는 온도조절부를 포함한다. 노는 온도조절부 내로의 산화물의 유동을 방지함으로써, 용융부 및 가열부 내의 용융물의 상부 층 상에 일반적으로 부유하는 산화철과 같은 산화물을 제거하는 수단을 제공한다. 용융물의 높이를 측정할 수 있는 센서 또는 임의의 검출기가 용융물의 표면 높이를 측정하기 위해 이용된다. 평평한 화염 타입인 온도조절버너는 온도조절부 내부의 산소 농도를 감소시킬 뿐만 아니라, 산화 반응이 일어나는 것을 방지하기 위하여 온도조절부의 천장에 이용된다.

Description

노

본 발명의 분야는 기계공학 및 재료과학에 관한 것으로, 특히, 본 발명은 비철금속 용융로의 구성요소 및 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 다음과 같은 세 가지 주요 유형의 금속로(metal furnace)가 있다: (1) 직접 연료연소로(direct fuel fire furnace) - 상기 직접 연료연소로는 금속을 예열하고, 상기 금속을 용융시키고, 온도를 제어하기 위한 별도의 부분들, 구역들 또는 챔버들을 포함하고, 상기 노(furnace)는 용광로 안의 금속과 직접 접촉하는 화염을 이용하고, 많은 금속을 용융시키기에 적합함 -; (2) 간접 연료 연소로(indirect fuel fire furnace) - 상기 간접 연료연소로는 리프트-아웃(lift-out) 노, 틸팅(tilting) 노 또는 회전 도가니(rotary crucible) 노로 세분화될 수 있는 원통형 또는 팬형을 가짐 -; (3) 전기로(electrical powered furnace) - 상기 전기로는 전기 저항과 전기 유도를 이용하는 것을 포함하는 2가지 유형으로 세분화됨 -.

본 발명은 제거 및 청소가 어려우며, 용융물(molten material) 생산의 총 수율(total yield)에 부정적인 영향을 줄 수 있는 알루미늄 산화물과 같은 금속산화물이 종래의 직접 연료 연소로 내의 용융 금속(molten metal)을 유지하기 위한 유지부들 또는 온도조절부 내부에 축적되는 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 종래의 노의 일련의 예가 도 5 내지 도 8에 도시될 수 있으며, 용융부(6)가 예열부(5) 아래에 위치하고, 노(6)의 일 측부에 버너(9)를 포함한다. 비철금속 또는 알루미늄은 예열부(5) 위에 위치된 개구(17)를 통해 노 내로 이송될 수 있으며, 그 다음에 버너(9)에 의해 가열되어, 비철금속 또는 알루미늄을 용융물(1b)로 액화시킨다. 그 다음, 용융물(1b)은 경사면(15)을 따라 온도조절부(3)로 유동하며, 상기 온도조절부(3)의 온도는 버너(12)에 의해 유지되거나 증가된다. 그 다음, 용융물(1b)은 분리기(10)의 연장부인 하부 에지(13)를 통해, 노 출구(4) 밖으로 흐르게 된다. 그 다음, 이렇게 얻어진 용융물(1c)은 외부 주조 또는 성형 장비에 의한 주조 또는 성형 공정에 사용될 수 있다. 뚜껑(16)을 포함하는 예열부(5)에 알루미늄과 같은 비철 재료가 주입될 수 있고, 용융부(6)는 일 측면에 부착된 도어(23)를 포함한다. 도어(23)는 검사 및 용융부(6)의 세정을 위해 개방될 수 있다. 온도조절부(3)는 온도조절부(3)의 검사 및 세정을 위해 개방될 수 있는 도어(24)를 포함한다.

또한, 버너(9)에 의해 용융된 용융물(1b)은 경사면(15)에 연결된 온도조절부(3)로 유입되어 온도조절부(3) 내에서 산화물(21a)과 혼합될 수 있기 때문에, 상기 종래의 노의 구성요소들 및 구조는 단점들을 갖는다. 그 다음, 용융물(1b)은 천장 뚜껑(11)에 부착되는 버너(12)에 의해 제어되는 정해진 온도로 유지된다. 용융물(1b)은 온도조절부(3) 내에서 고온으로 유지되므로, 온도조절부(3) 내의 공기와의 산화 반응이 일어나 온도조절부(3) 내에서 클러스터를 형성하고 크기가 성장하는 산화물(21b)을 생성할 수 있다. 따라서, 이것의 사용자들이 도어(24)를 열어서 자주 상기 온도조절부(3)를 청소할 필요가 있다. 그럼에도 불구하고, 세정 공정이 고온 하에서 수행되므로, 상기 온도조절부(3)로부터 산화물(21b)이 완전히 제거되는 것은 흔히 어렵고 복잡한 작업이다. 또한, 제거되지 않고 장시간 고온하에 있는 산화물(21b)은 코런덤(corundum)(Al₂O₃) 또는 다른 형태의 결정화된 물질로 결정화될 수 있고, 그 후, 노의 내부 벽 또는 표면에 강하게 부착된다. 설명된 바와 같은 산화물(21b)은, 이에 제한되지는 않지만, 내부 노 벽으로부터의 상기 산화물(21b)을 분쇄한 것이 용융물의 혼합물에 흘러들어 가는 것을 포함하는 문제들의 근본 원인이며, 주조 또는 성형된 작업물에 하드 스폿(hard spot)을 초래하고, 이에 따라, 최종 제품의 강도를 저하시킨다. 또한, 산화물(21b)은 온도조절부(3)의 내벽에서 커질 수 있고, 그 때문에, 온도조절부(3) 내의 면적을 감소시키고, 온도조절부(3) 내의 단열재(insulator)(22)를 변화 또는 열화시키며, 그 결과, 외부 환경으로의 열의 유출이 야기된다. 따라서, 제품의 품질을 향상시키기 위해서는, 노가 생산 중에 최소량의 산화물(21b)을 생성하거나 배출할 필요가 있다.

상기에서 언급된 바와 같이, 산화물 축적에 의해 야기된 문제점들은 "금속 용해로"라는 명칭의 미국 특허 US7060220호에 의해 개시되었으며, 상기 발명은 용융부로부터 온도조절부로 연결되는 기울어지거나 경사진 하스(hearth) 사이에 분리벽을 제공함으로써 산화물 축적 문제를 해결하고자 하였다. 상기 분리벽은 온도조절부 및 경사진 하스 내에서 용융물 아래의 높이에 있는 연결통로를 형성하고, 그렇게 함으로써, 금속산화물이 온도조절부로 유입되는 것을 방지한다. 그러나, 상기 발명은 온도조절부의 크기의 절반보다 작고 온도조절부보다 낮은 바닥 높이를 갖는 용융 금속 가공 부분, 및 노 구성요소들의 수의 증가로 인해 시스템의 복잡성을 증가시킬 수 있는 연결통로를 포함한다. 또한, "금속 용해로"라는 명칭의 일본 특허 JP2006071266호는 용융부 내에 추가적인 가열판을 갖는 부분 분리기를 기술하였다. 또한, 산화물의 감소는 두 개의 다른 특허 출원들에 의해 개시되었는데: 하나는 "타워형 알루미늄 용융 및 유지 노"라는 명칭인 일본 특허 출원 JP2001272171A호에 의해 용융부 및 온도조절부의 온도를 증가시킴으로써 산화물을 감소시키는 것을 개시하였고; 또 다른 하나는 "금속 용해로"라는 명칭의 미국 특허출원 US20150042024호에 의해 용융부의 내부의 바닥상의 가열판, 상부 에어 벤트(air vent) 및 충전부를 이용함으로써 산화물을 감소시키는 것을 개시하였다. 그러나, 제안된 출원들은 일부 상황들에서는 적합하지 않을 수도 있는 일련의 복잡한 구성요소들을 이용했다.

상기 종래 기술들은 노의 구성요소들 또는 구조들을 개선하거나, 시스템 내의 산화철 생성량을 감소시키기 위해 가스의 양 또는 화학적 공정들을 제어하는 수단을 제공하기 위한 것이다. 그러나, 알루미늄 노(aluminium furnace)와 같은 산업적인 비철금속 노의 효율을 개선할 수 있는 능력을 갖는 종래기술들의 발명은 노 시스템에서 열판, 문 또는 세퍼레이터와 같은 복잡한 구성요소들을 도입하지 않고 노에서 산화물을 제거하는 점에 있어서는 여전히 부족하다.

본 발명에 따른 노는 알루미늄과 같은 비철금속을 용융시키고, 뒤따르는 주조를 위해 상기 용융된 물질을 저장하기 위한 온도조절부를 특징으로 한다. 본 발명은 온도조절부의 내부에서 발생된 산화물의 양을 감소시키고, 이에 따라, 알루미늄 또는 비철금속의 품질을 개선시키는 것을 돕는다. 본 발명은 수면 위로 부유하는 산화물 생성에 대한 보호를 제공한다. 노의 용융부에 있는 용융물은 분리 벽의 바닥 가장자리 아래로 가라앉으며, 용융물의 표면 높이를 제어하기 위하여, 센서 또는 용융물 검출장치를 이용함으로써, 연결통로를 통해 온도조절부로 유동하게 된다. 또한, 본 발명은 온도조절부의 천장의 일부에 화염을 포함하는 온도조절버너를 이용하여 상기 온도조절부 내부의 가스와 용융 알루미늄 사이의 반응을 방지하고, 용융물로부터의 산화물이 생성될 가능성을 방지하기 위해 상기 온도조절부 내부의 산소 농도를 제어 및 감소시킨다.

도 1은 본 발명의 노의 평면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 노의 측단면도(C)를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 노의 측단면도(A)를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 노의 측단면도(B)를 나타낸다.
도 5는 종래 기술의 노의 평면도를 나타낸다.
도 6은 종래 기술의 노의 측단면도(A)를 나타낸다.
도 7은 종래 기술의 노의 측단면도(C)를 나타낸다.
도 8은 종래 기술의 노의 측단면도(B)를 나타낸다.

도 1은 도 2의 단면도(C), 도 3의 단면도(A) 및 도 4의 단면도(B)에 도시된 바와 같은 여러 가지의 구성 요소들을 포함하는 본 발명에 따른 노의 평면도의 일 실시예를 나타낸다. 상기 노는 재료 투입 채널(17) 및 뚜껑(16)을 포함하며, 일단 재료가 채널(17) 내부에 투입되면, 이것은 예열부(5)로 이동될 것이다. 예열부(5)의 아래에는 용융부(6) 및 경사진 하스(15)가 있다. 경사진 하스(15)의 상부 측은 버너(9)를 포함하며, 경사진 하스(15)에서 하측으로 가열부(7)로 유동하기 전에 용융부(6)에서 버너(9)의 화염의 열에 의해 상기 재료는 용융될 것이다. 가열부(7)는 용융물(1a)의 온도를 유지 및 상승시키기 위해 사용되며, 가열부(7)는 산화물 제거도어(14a, 14b)를 포함한다. 가열부(7)는 용융물(1c)이 출구 채널(4)을 통해 노를 빠져 나가기 전에 용융물(1b)을 수용할 수 있는 온도조절부(3)로 용융물(1a)이 유동하기 위한 연결통로(2)를 더 포함한다. 본 발명에 따른 노는 특별히 온도조절부(3)를 포함하며, 온도조절부(3)는 용융물(1a)을 유지하기 위한 연결통로(2) 및 용융물(1c)를 배출하기 위한 출구채널(4)을 포함한다. 또한, 연결통로(2)는 예열부(5)의 하부, 용융부(6), 경사진 하스(15) 및 가열부(7)에 연결된다.

연결통로(2)는 용융부(6)와 가열부(7)로부터 온도조절부(3)로 이동하는 용융물(1a)의 상부에서 일반적으로 부유하는 산화물 생성(21a)에 대해 노를 보호할 수 있으며, 연결통로(2)는 세퍼레이터(10)의 하부 에지(edge)(13) 아래에 위치되며, 온도조절부(3)로 유입된다. 연결통로(2)의 하부 베이스는 하부 에지(13)의 위치 아래로 내려가는 경사면을 특징으로 한다. 용융물 검출기 또는 센서(8)는 출구채널(4) 또는 노의 임의의 부분에 근접하여 위치되며, 검출기(8)는 상부 표면 높이 또한, 예를 들면, 출구채널(4)로부터 재료(1c)를 펌핑 또는 토출시키지 않고 세퍼레이터(10)의 하부 에지(13) 위의 용융물(1a, 1b, 1c)의 높이를 효과적으로 검출하고 유지할 수 있으므로, 가열부(7)로부터 산화물(21a)은 온도조절부(3) 내의 용융물(1b)과 혼합되지 않을 것이다.

온도조절부(3)의 내부에는 연소에 사용되는 공기의 온도를 조절하는 열교환기(20) 또는 가열부(7)와 온도조절부(3) 사이의 하부 에지(13)의 적어도 하나의 구멍 또는 연소에 사용되는 에너지의 감소에 영향을 미칠 수 있는 열교환기(20) 및 적어도 하나의 구멍을 포함한다. 또한, 온도조절버너(12)는 온도조절부(3)의 천장 뚜껑(11) 상에 위치되며, 버너(12)는 바람직하게는 천장에 평평한 화염의 띠(band)를 방출한다. 또한, 버너(12)의 평평한 화염은 용융물(1b)의 최상층에 있는 산화물의 두께를 감소시키기 위해, 온도조절부(3) 내의 전체 가연성 가스의 1 ~ 5%, 보다 바람직하게는 1% 미만으로 산소 농도를 제어할 수 있다. 상기 온도조절부(3)는 도어가 없는 폐쇄 시스템이고, 천장 뚜껑(11), 측벽(18) 또는 바닥(19)은 경량이며 내화성일 수 있다.

규칙적으로 청소될 필요가 있고, 그 때문에, 도 6에 도시된 바와 같이, 노로부터 금속산화물을 제거하기 위한 온도조절도어(24)가 필요한 종래의 온도조절부(3)와는 달리, 본 발명은 온도조절도어(24)의 설치를 필요로 하지 않고, 오히려 노의 온도조절부(3) 내부의 산소량을 제어할 수 있고, 생성된 산화물의 양을 감소시키기 위해, 온도조절부(3) 내부의 산소량을 측정하기 위한 검출기 또는 센서를 더 포함하는 평평한 화염을 갖는 온도조절버너(12)를 이용한다. 또한, 전술한 이러한 구성은 노의 산화물의 중량을 감소시킬 수 있고, 동시에 노를 청소하기 위한 에너지 소비 및 인력을 감소시킬 수 있다.

상기 공정은 본 발명의 변형예들 중 하나일 뿐이며, 결코 상술한 바와 같은 설명에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 온도조절부(3)의 바닥면(19)에 위치된 버너(12)를 구비함으로써, 또는 전기 또는 연료 가스에 의해 유도된 침수식 전열기(immersion heater) 또는 가열 튜브를 구비함으로써, 또는 천장 뚜껑(11)에 버너 또는 금속제 히터를 구비함으로써, 또는 측벽(18)에 온도조절버너(12)를 구비함으로써, 또는 공기가 표면 구조를 통해 유동할 수 있는 구조를 제공할 수 있는 버너 또는 다공성 물질 기반 히터 또는 섬유를 구비함으로써, 본 발명의 의도와 일치한다면, 구성 요소들을 개선하거나 수정할 수 있다.

온도조절부(3) 내의 천장 뚜껑(11)에 침수식 전열 튜브 또는 금속 베이스 히터를 이용하는 경우, 용융물(1b)이 신속하게 산화 반응하는 것을 방지 또는 정지시키기 위해, 온도조절부(3) 내부의 산소 농도를 감소시키기 위해 불활성 가스를 주입할 필요가 있을 수 있다.

Claims (10)

1. 재료투입채널(17)을 갖는 뚜껑(16)을 포함하는 예열부(5);
   상기 예열부(5) 아래의 용융부(6);
   상부가 버너(9)를 포함하는 경사진 하스(hearth)(15);
   상기 용융부(6)에서 상기 버너(9)에 의해 용융된 후 상기 경사진 하스(15) 상을 흐르는 용융물(1a)을 수용하고, 상기 용융물(1a)의 온도를 상승시키기 위한 가열부(7);
   화염을 방출하는 온도조절버너(12)를 포함하며, 용용물(1b)을 저장하기 위한 온도조절부(3);
   상기 가열부(7)로부터 상기 온도조절부(3)로 상기 용융물(1a)이 유동하도록 하며, 경사진 또는 만곡된 바닥에 의해 특정되는 연결 통로(2);
   상기 가열부(7) 내부의 용융물(1a)의 액체 표면 및 상기 온도조절부(3) 내부의 용융물(1b)의 액체 표면 아래에 위치하는 하부 에지(13)를 포함하며, 상기 연결통로(2)를 형성하기 위한 세퍼레이터(10); 및
   용융물(1c)의 출구채널(4)을 포함하고,
   상기 온도조절부(3)는 폐쇄 시스템이며,
   상기 온도조절버너(12)는 상기 온도조절부(3) 내부의 산소 농도를 5% 이하로 조절하는
   노.
   
2. 제1항에 있어서,
   용융물 표면(1a, 1b, 1c)의 높이를 제어 또는 검출하여 산화물(21a)이 온도조절부(3) 안으로 흘러나가는 것을 방지하기 위한 센서(8)를 더 포함하고,
   상기 센서(8)는 출구채널(4)에 근접하여 위치하는
   노.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 온도조절버너(12)는 평평한 화염 버너인
   노.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 온도조절부(3)는,
   노 벽의 일부분 또는 천장 뚜껑(11) 상에 설치되는 열교환기(20)를 더 포함하는
   노.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 온도조절부(3)는 도어가 없는 폐쇄 시스템인
   노.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 가열부(7)에는 산화물 제거도어(14a, 14b)가 설치되는
    노.
    

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