KR20120078985A

KR20120078985A - Apparatus for melting inorganic material using plasma torch

Info

Publication number: KR20120078985A
Application number: KR1020110000314A
Authority: KR
Inventors: 김영석; 황순모; 유병주; 편혁범; 지성훈
Original assignee: 지에스플라텍 주식회사
Priority date: 2011-01-03
Filing date: 2011-01-03
Publication date: 2012-07-11

Abstract

PURPOSE: An apparatus for melting an inorganic material using a plasma torch is provided to reduce chemical reaction with an inorganic material by using carbon dioxide as a plasma source. CONSTITUTION: An apparatus(100) for melting an inorganic material using a plasma torch comprises a sample supply unit(10), a melting furnace(20), and a plasma torch module(30). The melting furnace comprises a sample supply pipe(23), a melting chamber(21), an exhaust gas discharge pipe(25), and a tap hole(27). The sample supply pipe receives samples from the sample supply unit. The melting chamber melts the supplied samples. The exhaust gas discharge pipe discharges exhaust gas passing through the sample supply pipe to the outside. The plasma torch module penetrates through the top of the melting chamber and has a plasma torch(35) which melts the samples.

Description

플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치{Apparatus for melting inorganic material using plasma torch}Apparatus for melting inorganic material using plasma torch}

본 발명은 무기재료 용융 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 토치를 이용하여 몰드 플럭스(mold flux), 유리, 알루미늄 등과 같은 무기재료를 용융시키는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inorganic material melting apparatus, and more particularly, to an inorganic material melting apparatus using a plasma torch for melting inorganic materials such as mold flux, glass, aluminum, etc. using a plasma torch.

금속, 비금속, 석면, 소각재, 방사성 폐기물, 몰드 플럭스, 유리, 알루미늄, 용융형 아크 용접봉 피복 등과 같은 무기재료의 용융에 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용한 용융 장치가 주로 사용되고 있다. 화석연료는 표면 용융방식으로 무기재료를 용융시키기 때문에, 열효율이 높지 않고, 이로 인해 무기재료의 용융에 상당히 많은 양이 사용되고 있다.Melting apparatuses using fossil fuels such as coal, petroleum, and natural gas are mainly used for melting inorganic materials such as metals, nonmetals, asbestos, incinerators, radioactive waste, mold fluxes, glass, aluminum, and molten arc welding rods. Since fossil fuel melts the inorganic material by the surface melting method, the thermal efficiency is not high, and thus a considerable amount of the fossil fuel is used for melting the inorganic material.

여기서 용융형 아크 용접봉 피복은 소결형과 용융형이 있다. 이중 용융형은 플럭스 구성 성분의 용융을 통하여 균일화 하기 때문에, 소결형보다 용접시 플럭스가 잘 퍼져서 용접의 균일도를 높이는 효과가 있다. 이중 TiO₂를 주재료로 하는 플럭스는 용융온도가 1400도 이상으로 높아서 기존의 유도 가열로나 버너 사용로로는 용융이 쉽지 않은 문제점을 안고 있다.Here, the molten arc welding electrode coating is sintered and melted. Since the double melting type homogenizes through melting of the flux constituents, the flux is better spread during welding than the sintering type, thereby increasing the uniformity of the welding. Flux based on TiO ₂ has a problem that melting is not easy with conventional induction furnace or burner because the melting temperature is higher than 1400 degrees.

또한 알루미늄은 가볍고 질긴 특성으로 최근 강철을 사용해 왔던 많은 부분들을 대체하기 때문에 알루미늄 용융로가 많이 사용되고 있다. 알루미늄 용융 과정에서 부산물로 생산되는 알루미늄 드로스는 용융시켜 다시 알루미늄을 생산한다. 이러한 용융로는 최근까지도 대부분 화석연료를 사용하기 때문에, 용융로의 크기가 크고 연료 사용량이 많은 문제점을 안고 있다. 또한 용융 과정에서 산소를 사용하기 때문에, 알루미늄이 산화되어 수율이 떨어지는 문제점을 안고 있다.In addition, aluminum is widely used because it is light and durable and replaces many parts that have been used in steel recently. Aluminum dross, which is produced as a by-product during the melting of aluminum, is melted to produce aluminum again. Most of these melting furnaces use fossil fuels until recently, and thus, the melting furnaces have large size and high fuel consumption. In addition, since oxygen is used in the melting process, aluminum has a problem in that the yield is lowered due to oxidation.

또한 최근 폐기물 소각 후 발생하는 소각재의 매립이 심각한 토양오염을 유발하기 때문에 일본의 경우에는 소각재 매립이 금지되어 있고, 우리나라의 경우에도 그러한 움직임이 있다. 하지만 소각재를 화석연료를 이용하여 처리하는 과정에서 NO_X와 같은 2차 오염 물질이 발생되는 문제점을 안고 있다.In addition, because landfilling of incineration ash after recent incineration causes serious soil pollution, landfilling of incineration ash is prohibited in Japan, and there is such a movement in Korea. However, there is a problem that secondary pollutants such as NO _X are generated in the process of treating incineration with fossil fuel.

또한 무기재료 중 몰드 플럭스는 철강의 연속 주조 작업 중 주형에 용강이 공급되기 전에 공급되는 윤활 부재이다. 몰드 플럭스는 일반적으로 분말 또는 과립과 같은 고체 상태로 투입되어 주형 내에 공급된 용강에서 발생된 열에 의해 용융되어 용강과 주형 사이의 열전달을 제어하고 윤활 기능을 수행한다. 최근에는 연속 주조 작업 시 주형에 균일하게 도포하여 윤활 성능을 향상시키기 위해서, 몰드 플럭스를 액상의 상태로 주형에 공급하는 기술이 소개되고 있다. 이와 같은 액상의 몰드 플럭스는 용융 장치에서 용융된 후 주형으로 공급될 수 있다. 일반적으로 몰드 플럭스는 몰드 플럭스의 점도를 조절하는 점도 조절제로서 형석(CaF₂)을 함유하고 있다. 그런데 몰드 플럭스를 용융하여 공급하고자할 때 화석원료를 사용하면 연소과정에서 생성되는 고온의 수증기와 형석이 반응하여 불산을 생성하는 문제가 발생한다. 불산은 강산으로서 부식을 일으킬 뿐 아니라 인체에도 치명적이기 때문에 배가스 중의 불산을 완벽하게 처리해야하는 난제에 부딪치게 된다. In addition, the mold flux of the inorganic material is a lubrication member supplied before the molten steel is supplied to the mold during the continuous casting of steel. The mold flux is generally introduced into a solid state such as powder or granules and melted by heat generated in the molten steel supplied into the mold to control heat transfer between the molten steel and the mold and perform a lubrication function. Recently, in order to improve the lubrication performance by uniformly applying to the mold during the continuous casting operation, a technique for supplying the mold flux in the liquid state to the mold has been introduced. Such liquid mold flux may be supplied to the mold after melting in a melting apparatus. In general, the mold flux contains fluorite (CaF ₂ ) as a viscosity regulator for controlling the viscosity of the mold flux. However, when the fossil raw material is used to melt and supply the mold flux, a problem arises in that hydrofluoric acid is generated by reacting the high temperature steam generated in the combustion process with fluorspar. Because hydrofluoric acid is not only corrosive as a strong acid, it is also fatal to the human body, and thus faces the challenge of completely treating hydrofluoric acid in flue gas.

따라서 본 발명의 목적은 무기재료를 화석연료가 아닌 플라즈마 아크로 용융시켜 무기재료를 용융하는 과정에서 공해 물질의 발생을 억제할 수 있는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 제공하는 데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide an inorganic material melting apparatus using a plasma torch that can suppress the generation of pollutants in the process of melting the inorganic material by melting the inorganic material with a plasma arc instead of fossil fuel.

본 발명의 다른 목적은 무기재료 중 용융형 아크 용접봉 피복을 성분의 변환 없이 경제적으로 쉽게 용융시킬 수 있는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an inorganic material melting apparatus using a plasma torch which can easily and economically melt a molten arc welding rod coating of an inorganic material without changing components.

본 발명의 또 다른 목적은 알루미늄 용융에 사용되는 용융로의 크기를 소형화하고 연료사용량을 줄이며, 용융과정에서 알루미늄이 산화되는 것을 막아 수율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide an inorganic material melting apparatus using a plasma torch which can reduce the size of the melting furnace used for melting aluminum, reduce the fuel consumption, and improve the yield by preventing the oxidation of aluminum during the melting process. have.

본 발명의 또 다른 목적은 화석연료를 이용하여 무기재료를 소각 또는 용융하는 과정에서 NO_X와 같은 오염 물질이 발생되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide an inorganic material melting apparatus using a plasma torch that can prevent the generation of contaminants such as NO _X in the process of burning or melting the inorganic material using fossil fuel.

본 발명의 다른 목적은 형석을 포함하는 몰드 플럭스를 용융하는 과정에서 불산이 생성되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide an inorganic material melting apparatus using a plasma torch that can prevent the generation of hydrofluoric acid in the process of melting the mold flux containing fluorspar.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시료 공급부, 용융로 및 플라즈마 토치 모듈을 포함하는 무기재료 용융 장치를 제공한다. 상기 시료 공급부는 무기재료의 시료를 공급한다. 상기 용융로는 상기 시료 공급부로부터 상기 시료를 공급받는 시료 공급관, 일측이 상기 시료 공급관에 연결되며 상기 시료 공급관으로부터 공급된 상기 시료가 용융되는 용융실, 상기 시료 공급관에 연결되며 상기 용융실에서 상기 시료의 용융 과정에서 발생된 고온의 가스 중 상기 용융실에 연결된 상기 시료 공급관 부분을 거친 배가스를 배출하는 배가스 배출관, 및 상기 용융실의 타측에 형성되며 상기 시료의 용융물이 출탕되는 출탕구를 갖는다. 그리고 상기 플라즈마 토치 모듈은 상기 용융실의 상부를 관통하여 상기 용융실 안쪽으로 이동 가능하게 설치되며, 일부가 상기 시료가 쌓여 있는 쪽을 향하여 플라즈마 아크를 인가하여 상기 시료를 용융시키는 플라즈마 토치를 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an inorganic material melting apparatus including a sample supply unit, a melting furnace and a plasma torch module. The sample supply unit supplies a sample of an inorganic material. The melting furnace is a sample supply pipe receiving the sample from the sample supply unit, one side is connected to the sample supply pipe and the melting chamber in which the sample supplied from the sample supply pipe is melted, the sample supply pipe is connected to the sample of the sample in the melting chamber An exhaust gas discharge pipe for discharging the exhaust gas passing through the sample supply pipe portion connected to the melting chamber among the hot gases generated in the melting process, and a tapping port formed at the other side of the melting chamber and tapping the melt of the sample. The plasma torch module is installed to be movable through the upper portion of the melting chamber and into the melting chamber, and a plasma torch module partially melts the sample by applying a plasma arc toward the stacking side of the sample. .

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 플라즈마 토치 모듈은 전원을 인가하는 전원 공급부, 플라즈마 소스를 공급하는 플라즈마 소스 공급부, 상기 전원 공급부로부터 전원이 인가된 상태에서 상기 플라즈마 소스 공급부로부터 공급받은 플라즈마 소스를 아크 방전시켜 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치, 및 상기 플라즈마 토치를 상기 용융실의 바닥쪽으로 이동시키거나 상기 바닥쪽에서 멀리 이동시키는 토치 이송부를 포함할 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, the plasma torch module is a power supply for applying power, a plasma source supply for supplying a plasma source, the plasma supplied from the plasma source supply in the state that power is applied from the power supply A plasma torch for arc-discharging a source to generate a plasma arc, and a torch transfer unit for moving the plasma torch toward the bottom of the melting chamber or away from the bottom.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 플라즈마 토치 모듈은 상기 용융실의 하부에 설치되며, 상기 전원 공급부의 음전위에 선택적으로 연결되는 전극을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 플라즈마 토치는 상기 전원 공급부에서 양전위가 인가되는 후방 토치, 및 상기 후방 토치의 앞쪽에 설치되며, 상기 전원 공급부로부터 음전위가 선택적으로 인가되는 전방 토치를 포함한다. 이때 상기 전방 토치에 음전위가 인가되고 상기 후방 토치에 양전위가 인가되면, 플라즈마의 아크점이 상기 플라즈마 토치 내에 형성될 수 있다. 또한 상기 시료가 용융되어 용융물이 전기를 통할 수 있는 상태가 되면, 상기 전방 토치로의 음전위 인가가 차단되고 상기 전극에 음전위가 인가되고 상기 후방 토치에 양전위가 인가되면, 상기 플라즈마의 아크점이 상기 용융물로 이동한다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, the plasma torch module may further include an electrode installed under the melting chamber and selectively connected to the negative potential of the power supply. In this case, the plasma torch includes a rear torch having a positive potential applied from the power supply unit, and a front torch installed at the front of the rear torch and selectively applying a negative potential from the power supply unit. In this case, when a negative potential is applied to the front torch and a positive potential is applied to the rear torch, arc points of the plasma may be formed in the plasma torch. In addition, when the sample is melted and the melt becomes electricity, the application of the negative potential to the front torch is blocked, when the negative potential is applied to the electrode and the positive potential is applied to the rear torch, the arc point of the plasma is the melt Go to.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 내부에 플라즈마 아크점이 형성된 상기 플라즈마 토치가 상기 용융로의 바닥면에 근접한 상태에서 상기 시료를 용융시킨 용융물이 전기를 통할 수 있는 상태가 되면, 상기 플라즈마 토치는 상기 플라즈마의 아크점을 상기 용융물로 이동시키고 상기 토치 이송부에 의해 상기 용융로의 바닥면에서 멀리 이동되어 상기 플라즈마 토치의 작동 전압을 올릴 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, when the plasma torch having a plasma arc point formed therein is close to the bottom surface of the melting furnace, when the melt that melts the sample is in a state capable of passing electricity, the plasma torch The arc point of the plasma may be moved to the melt and moved away from the bottom of the melting furnace by the torch transfer unit to raise the operating voltage of the plasma torch.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 시료 공급부는 상기 시료를 용융시킬 때, 상기 시료 공급관을 채우고, 상기 시료 공급관에 이웃하는 상기 용융실의 내측벽을 덮도록 상기 시료 공급관을 통하여 상기 시료를 공급할 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, when the sample supply unit melts the sample, the sample supply unit fills the sample supply pipe and covers the inner wall of the melting chamber adjacent to the sample supply pipe, through the sample supply pipe. Can be supplied.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 플라즈마 토치는 상기 시료 공급관을 통하여 공급되어 상기 용융실의 일측에 쌓여 있는 상기 시료에 대해서 일정 간격 이격된 위치에 설치되며, 쌓여 있는 상기 시료의 끝 부분을 향하여 플라즈마 아크를 인가할 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, the plasma torch is supplied through the sample supply pipe and installed at a position spaced at a predetermined interval from the sample stacked on one side of the melting chamber, and the end portions of the stacked samples Plasma arcs may be applied toward the.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 플라즈마 토치는 플라즈마 소스로 아르곤가스 또는 탄산가스 중에 하나를 사용할 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, the plasma torch may use either argon gas or carbon dioxide gas as a plasma source.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 시료는 상기 시료는 금속, 비금속, 석면, 소각재, 방사성 폐기물, 유리, 알루미늄, 용융형 아크 용접봉 피복 및 형석을 함유한 몰드 플럭스 중에 하나일 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, the sample may be one of metal, nonmetal, asbestos, incinerator, radioactive waste, glass, aluminum, molten arc welding rod coating and mold flux containing fluorspar.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 시료 공급관은 상기 용융실의 일측면의 상부에서 외측으로 돌출되어 있으며, 상기 배가스 배출관은 상기 용융실의 일측면에 이격된 상기 시료 공급관의 상부에 연결되어 상기 용융실의 상부면 위로 뻗어 있을 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, the sample supply pipe protrudes outward from the upper side of the one side of the melting chamber, the exhaust gas discharge pipe is connected to the upper portion of the sample supply pipe spaced apart from one side of the melting chamber. And may extend over the top surface of the melting chamber.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 출탕구는 상기 용융실의 일측면과 마주보는 타측면의 하부에 형성되며, 출구가 상기 용융실의 바닥면 보다는 위쪽에 형성될 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, the tapping port is formed on the lower side of the other side facing one side of the melting chamber, the outlet may be formed above the bottom surface of the melting chamber.

본 발명에 따른 무기재료 용융 장치는 상기 용융물이 채워지는 상기 용융실 하부의 외측면 둘레와, 상기 출탕구의 주위에 설치되어 상기 용융실 하부와 상기 출탕구를 냉각시키는 냉각 자켓을 더 포함할 수 있다.The apparatus for melting an inorganic material according to the present invention may further include a cooling jacket installed around the outer surface of the lower portion of the melting chamber in which the melt is filled and around the tap hole to cool the lower portion of the melting chamber and the tap opening. have.

그리고 본 발명에 따른 무기재료 용융 장치에 있어서, 상기 플라즈마 토치는 아르곤가스 또는 탄산가스 중에 하나를 플라즈마 소스로 사용하여 발생시킨 플라즈마 아크로 상기 용융로로 공급된 몰드 플럭스 소재의 시료를 용융시키고, 용융된 상기 몰드 플럭스를 상기 출탕구를 통하여 주형(mold)으로 공급할 수 있다.In the inorganic material melting apparatus according to the present invention, the plasma torch is a plasma arc generated by using one of argon gas or carbon dioxide gas as a plasma source to melt a sample of a mold flux material supplied to the melting furnace, and Mold flux may be supplied to the mold through the tap.

본 발명의 구조를 따르면, 탄산가스 또는 아르곤가스를 이용하여 발생시킨 플라즈마 아크로 무기재료를 용융시키기 때문에, 무기재료를 용융시키는 과정에서 NO_X와 같은 오염(공해) 물질이 발생하는 것을 억제할 수 있다.According to the structure of the present invention, since the inorganic material is melted by the plasma arc generated by using carbon dioxide gas or argon gas, it is possible to suppress the generation of pollutant (pollution) materials such as NO _X during the melting of the inorganic material. .

또한 본 발명에 따른 무기재료 용융 장치는 발생시킨 플라즈마 아크로 직접 무기재료를 용융시키기 때문에, 표면 용융 방식의 화석원료에 비해 무기재료를 신속하게 용융시킬 수 있다.In addition, since the inorganic material melting apparatus according to the present invention melts the inorganic material directly by the generated plasma arc, it is possible to quickly melt the inorganic material compared to the fossil raw material of the surface melting method.

또한 본 발명에 따른 무기재료 용융 장치의 플라즈마 토치는 적용 일례로서 플라즈마 소스로 탄산가스를 사용하는데, 탄산가스는 아르곤가스와 유사하게 무기재료와 화학반응이 적고, 아르곤가스에 비해 저렴하기 때문에 무기재료를 용융하는 과정에서 소요되는 비용을 줄일 수 있는 이점도 있다. 탄산가스는 플라즈마 소스로 사용되는 공기나 질소와 같은 가스들에 비해서 정압 비열이 크기 때문에 플라즈마 토치의 효율이 좋고, 작동 전압이 높기 때문에 대용량 플라즈마 토치 제작에도 유리한 이점이 있다.In addition, the plasma torch of the inorganic material melting apparatus according to the present invention uses carbon dioxide gas as a plasma source as an example of application, which is similar to argon gas, and has less chemical reaction with inorganic materials and is cheaper than argon gas. There is also an advantage to reduce the cost of melting the process. Carbon dioxide gas has a high positive pressure specific heat compared to the gas such as air or nitrogen used as a plasma source, the efficiency of the plasma torch is good, and because the operating voltage is high, there is an advantage in producing a large-capacity plasma torch.

또한 본 발명에 따른 무기재료 용융 장치는 용융로에서 발생되는 고온의 가스는 시료 공급관과 배가스 배출관을 겸하는 통로를 따라 이동하여 배가스 배출관을 통하여 외부로 방출되기 때문에 다음과 같은 이점을 기대할 수 있다. 첫째, 용융로로 투입되는 무기재료인 시료는 용융로의 내부에 도달하기 전에 배가스 배출관 쪽으로 이동하는 고온의 가스에 의해 예열되기 때문에, 시료의 용융에 소요되는 열량을 줄일 수 있고 배가스 배출관으로 배출되는 배가스의 온도를 떨어뜨릴 수 있다. 둘째, 고온의 가스는 시료 공급관과 배가스 배출관을 겸하는 통로를 따라 이동하면서, 고온의 가스와 반대 방향으로 이동하는 시료에 고온의 가스에 포함된 먼지가 부착되기 때문에, 배가스 배출관 쪽으로 먼지가 배출되는 것을 줄일 수 있다. 셋째, 고온의 가스에 포함된 기화 성분 또한 시료에 의해 응축되어 다시 시료와 함께 용융로로 재투입됨으로써, 용융물의 성분변화를 줄일 수 있다. 넷째, 시료 투입구의 내화물은 공급된 시료에 의해 보호되기 때문에, 용융물의 열과 유동에 의한 침식으로부터 보호할 수 있다.In addition, the inorganic material melting apparatus according to the present invention can be expected to the following advantages because the hot gas generated in the melting furnace is moved along the path that serves as the sample supply pipe and the exhaust gas discharge pipe is discharged to the outside through the exhaust gas discharge pipe. First, since the sample, which is an inorganic material introduced into the melting furnace, is preheated by the hot gas moving toward the exhaust gas discharge pipe before reaching the inside of the melting furnace, the amount of heat required for melting the sample can be reduced, and the exhaust gas discharged into the exhaust gas discharge pipe You can drop the temperature. Second, while the hot gas moves along the path that serves as the sample supply pipe and the exhaust gas discharge pipe, the dust contained in the hot gas adheres to the sample moving in the opposite direction to the hot gas, so that the dust is discharged toward the exhaust gas discharge pipe. Can be reduced. Third, the vaporized component contained in the hot gas is also condensed by the sample and re-introduced together with the sample into the melting furnace, thereby reducing the component change of the melt. Fourth, since the refractory material of the sample inlet is protected by the supplied sample, it can protect from the erosion by the heat and flow of a melt.

또한 용융로에서 용융물이 배출되는 출탕구는 용융로의 바닥면에서 위를 향하도록 형성함으로써, 출탕시 출탕구를 통하여 용융로 내부로 외부의 공기가 들어가거나, 용융로 내부의 가스가 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다.In addition, the tapping outlet through which the melt is discharged from the melting furnace is formed to face upward from the bottom of the melting furnace, thereby preventing outside air from entering into the melting furnace through the tapping outlet or discharging the gas inside the melting furnace to the outside. Can be.

또한 탄산가스 또는 아르곤가스를 이용하여 발생시킨 플라즈마 아크로 무기재료를 용융시키기 때문에, 용융형 아크 용접봉 피복을 성분의 변환 없이 경제적으로 쉽게 용융시킬 수 있다.In addition, since the inorganic material is melted by a plasma arc generated using carbon dioxide gas or argon gas, it is possible to economically easily melt the molten arc welding rod coating without changing the components.

또한 배가스의 발생량을 줄일 수 있고, 플라즈마 토치를 이용하기 때문에, 알루미늄 용융에 사용되는 용융로의 크기를 소형화하고 연료사용량을 줄이며, 용융과정에서 알루미늄이 산화되는 것을 막아 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the amount of exhaust gas generated can be reduced, and a plasma torch is used, the size of the melting furnace used for melting aluminum can be reduced, fuel consumption can be reduced, and the yield can be improved by preventing the oxidation of aluminum during the melting process.

또한 형석을 포함하는 몰드 플럭스를 플라즈마 아크로 용융시키는 과정에서는 물이 생성되지 않기 때문에, 종래와 같이 화석연료로 몰드 플럭스를 용융하는 과정에서 생성되는 불산으로 인한 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다.In addition, since water is not generated in the process of melting the mold flux including the fluorite with a plasma arc, it is possible to prevent a problem due to the hydrofluoric acid generated in the process of melting the mold flux with fossil fuel.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 포함한 용융 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 토치 모듈을 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 도 2의 무기재료 용융 장치를 이용한 무기재료의 용융 방법을 일 예를 보여주는 도면이다.1 is a block diagram showing a melting system including an inorganic material melting apparatus using a plasma torch according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an inorganic material melting apparatus using a plasma torch according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating the plasma torch module of FIG. 2.
4 to 6 is a view showing an example of the melting method of the inorganic material using the inorganic material melting apparatus of FIG.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the embodiment of the present invention will be described, it should be noted that the description of other parts will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Also, the terms and words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor is not limited to the concept of terms in order to describe his invention in the best way. It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be properly defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely one preferred embodiment of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 포함한 용융 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치를 보여주는 도면이다. 그리고 도 3은 도 2의 플라즈마 토치 모듈을 보여주는 도면이다.1 is a block diagram showing a melting system including an inorganic material melting apparatus using a plasma torch according to an embodiment of the present invention. 2 is a view showing an inorganic material melting apparatus using a plasma torch according to an embodiment of the present invention. 3 is a view illustrating the plasma torch module of FIG. 2.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무기재료 용융 시스템(200)은 무기재료 용융 장치(100), 배가스 세정부(80), 열교환기(70) 및 운전부(90)를 포함한다.1 to 3, the inorganic material melting system 200 according to the embodiment of the present invention includes an inorganic material melting apparatus 100, an exhaust gas cleaning unit 80, a heat exchanger 70, and an operation unit 90. It includes.

무기재료 용융 장치(100)는 무기재료의 시료(12)를 공급받아 아크 방전으로 발생시킨 플라즈마 아크를 공급된 시료(12)에 직접 조사하여 용융시킨다. 무기재료 용융 장치(100)는 아크 방전으로 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치(35)를 구비하는 플라즈마 토치 모듈(30)을 포함한다. 이때 플라즈마 아크의 온도가 매우 높고 용융하고자 하는 대상인 시료(12)에 열을 직접 전달하고, 시료(12)의 용융 과정에서 발생되는 가스량이 화석연료를 사용하는 경우보다 훨씬 작기 때문에, 무기재료 용융 장치(100)는 에너지 효율이 높고 신속하게 시료(12)를 용융시킬 수 있다.The inorganic material melting apparatus 100 receives the sample 12 of the inorganic material and directly irradiates and melts the supplied plasma 12 generated by the arc discharge. The inorganic material melting apparatus 100 includes a plasma torch module 30 having a plasma torch 35 for generating a plasma arc by arc discharge. In this case, since the temperature of the plasma arc is very high and heat is directly transmitted to the sample 12 to be melted, and the amount of gas generated in the melting process of the sample 12 is much smaller than that of using fossil fuel, the inorganic material melting apparatus 100 has high energy efficiency and can quickly melt the sample 12.

배가스 세정부(80)는 시료(12)의 용융 과정에서 발생되는 배가스(16)에 포함된 유해물질을 세정한 후 외부로 배출한다. 시료(12)의 용융과정에서 발생되는 배가스(16)는 배가스 배출관(25)을 통하여 배가스 세정부(80)로 공급된다. 이때 배가스 세정부(80)는 배가스 배출관(25)을 통하여 배가스(16)가 배가스 세정부(80)로 원활히 이동할 수 있도록 유인하는 유인 송풍기를 더 구비할 수 있다.The exhaust gas cleaning unit 80 cleans the hazardous substances contained in the exhaust gas 16 generated during the melting of the sample 12 and discharges them to the outside. The exhaust gas 16 generated in the melting process of the sample 12 is supplied to the exhaust gas cleaning unit 80 through the exhaust gas discharge pipe 25. At this time, the exhaust gas cleaning unit 80 may further include a attracting blower for attracting the exhaust gas 16 to smoothly move to the exhaust gas cleaning unit 80 through the exhaust gas discharge pipe 25.

열교환기(70)는 무기재료 용융 장치(100)와 연결되어 냉매를 순환시키면서 열교환을 수행하여 무기재료 용융 장치(100)를 냉각시키는 기능을 수행한다. 즉 열교환기(70)는 무기재료 용융 장치(100)에서 냉각이 필요한 부분에 열교환된 냉매를 공급하고, 무기재료 용융 장치(100)에서 회송되는 가열된 냉매에 대해서 열교환을 수행한 후 다시 무기재료 용융 장치(100)로 공급한다. 열교환기(70)는 열교환 방식으로 공랭식 또는 수랭식을 사용할 수 있다. 냉매로는 공기, 물, 프레온 냉매 등이 사용될 수 있다. 이때 열교환기(70)를 통하여 냉매가 공급되는 부분은, 예컨대 용융로(20), 플라즈마 토치(35), 감시 카메라(50), 온도 센서(60), 전극(37)이 될 수 있다.The heat exchanger 70 is connected to the inorganic material melting apparatus 100 to perform a heat exchange while circulating a refrigerant to perform a function of cooling the inorganic material melting apparatus 100. That is, the heat exchanger 70 supplies the heat-exchanged refrigerant to the portion that needs to be cooled in the inorganic material melting apparatus 100, heat-exchanges the heated refrigerant returned from the inorganic material melting apparatus 100, and then again the inorganic material. It is supplied to the melting apparatus 100. The heat exchanger 70 may use air cooling or water cooling as a heat exchange method. As the refrigerant, air, water, freon refrigerant, or the like may be used. In this case, a portion through which the refrigerant is supplied through the heat exchanger 70 may be, for example, a melting furnace 20, a plasma torch 35, a monitoring camera 50, a temperature sensor 60, and an electrode 37.

그리고 운전부(90)는 무기재료 용융 시스템(200)의 전반적인 제어 동작을 수행하여 시료(12)를 용융시킨다. 운전부(90)는 시료(12)의 용융에 필요한 각 부분, 예컨대 시료 공급부(10), 플라즈마 토치 모듈(30), 배가스 세정부(80), 열교환기(70) 등의 작동을 제어하여 시료(12)의 용융에 필요한 작업을 수행한다. 작업자는 운전부(90)의 조작을 통하여 시료(12)의 용융을 수행하며, 운전부(90)는 시료(12)의 용융 시 필요한 정보, 예컨대 용융로(20) 내부의 영상, 용융로(20) 내부의 온도 등을 작업자에게 제공한다. 전자는 용융로(20)에 설치된 감시 카메라(50)가 용융로(20) 내부를 촬영하여 운전부(90)로 전송한다. 후자는 용융로(20)에 설치된 온도 센서(60)가 감지하여 운전부(90)로 전송한다. 그 외 운전부(90)는 시료(12)의 용융 시 필요한 정보, 예컨대 전원 정보, 시료 공급량, 플라즈마 소스 공급량, 배가스 배출량 등에 대한 정보를 제공하며, 이러한 정보들을 출력하기 위한 출력부를 구비할 수 있다. 출력부는 정보를 영상으로 출력하는 표시부와, 정보를 음향으로 출력하는 음향 출력부를 포함할 수 있다.In addition, the driving unit 90 performs an overall control operation of the inorganic material melting system 200 to melt the sample 12. The driving unit 90 controls the operation of each part necessary for melting the sample 12, for example, the sample supply unit 10, the plasma torch module 30, the exhaust gas cleaning unit 80, and the heat exchanger 70. Perform work required for melting of (12). The operator performs melting of the sample 12 through the operation of the driving unit 90, the operation unit 90 is information necessary for melting the sample 12, for example, the image inside the melting furnace 20, the melting furnace 20 Provide the operator with the internal temperature. In the former, the monitoring camera 50 installed in the melting furnace 20 photographs the inside of the melting furnace 20 and transmits the same to the driving unit 90. The latter is detected by the temperature sensor 60 installed in the melting furnace 20 and transmitted to the driving unit 90. The other driving unit 90 may provide information necessary for melting the sample 12, for example, power supply information, sample supply amount, plasma source supply amount, exhaust gas discharge amount, and the like, and may include an output unit for outputting such information. . The output unit may include a display unit for outputting information as an image and a sound output unit for outputting the information as sound.

특히 본 실시예에 따른 무기재료 용융 장치(100)는 시료 공급부(10), 용융로(20) 및 플라즈마 토치 모듈(30)을 포함한다. 시료 공급부(10)는 시료(12)를 용융로(20)로 공급한다. 용융로(20)는 시료 공급관(23), 용융실(21), 배가스 배출관(25) 및 출탕구(27)를 포함한다. 여기서 시료 공급관(23)은 시료 공급부(10)로부터 시료(12)를 공급받아 용융실(21)로 공급한다. 용융실(21)은 일측이 시료 공급관(23)에 연결되며 시료 공급관(23)으로부터 공급된 시료(12)가 용융되는 곳이다. 배가스 배출관(25)은 시료 공급관(23)에 연결되며 용융실(21)에서 시료(12)의 용융 과정에서 발생된 고온의 가스 중 용융실(21)에 연결된 시료 공급관(23) 부분을 거친 배가스(16)를 배출한다. 출탕구(27)는 용융실(21)의 타측에 형성되며 시료(12)의 용융물(14)이 출탕된다. 그리고 플라즈마 토치 모듈(30)은 용융실(21)의 상부를 관통하여 용융실(21) 안쪽으로 이동 가능하게 설치되며, 시료(12)가 쌓여 있는 쪽을 향하여 플라즈마 아크를 인가하여 시료(12)를 용융시키는 플라즈마 토치(35)를 구비한다. 그 외 무기재료 용융 장치(100)는 냉각 자켓(40), 감시 카메라(50) 및 온도 센서(60)를 더 포함할 수 있다.In particular, the inorganic material melting apparatus 100 according to the present embodiment includes a sample supply unit 10, the melting furnace 20 and the plasma torch module 30. The sample supply unit 10 supplies the sample 12 to the melting furnace 20. The melting furnace 20 includes a sample supply pipe 23, a melting chamber 21, an exhaust gas discharge pipe 25, and a hot water outlet 27. Here, the sample supply pipe 23 receives the sample 12 from the sample supply unit 10 and supplies the sample 12 to the melting chamber 21. The melting chamber 21 is a side where one side is connected to the sample supply pipe 23 and the sample 12 supplied from the sample supply pipe 23 is melted. The exhaust gas discharge pipe 25 is connected to the sample supply pipe 23 and the exhaust gas passing through the sample supply pipe 23 connected to the melting chamber 21 of the hot gases generated during the melting of the sample 12 in the melting chamber 21. Discharge 16. The tapping hole 27 is formed at the other side of the melting chamber 21, and the melt 14 of the sample 12 is tapped. In addition, the plasma torch module 30 is installed to move through the upper portion of the melting chamber 21 to move into the melting chamber 21, and to apply the plasma arc toward the stacking side of the sample 12 to supply the sample 12. It is provided with a plasma torch 35 for melting. The inorganic material melting apparatus 100 may further include a cooling jacket 40, a surveillance camera 50, and a temperature sensor 60.

본 실시예에 따른 무기재료 용융 장치(100)에 대해서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the inorganic material melting apparatus 100 according to the present embodiment in detail.

시료 공급부(10)는 시료(12)를 용융로(20)로 공급한다. 시료(12)는 금속, 비금속, 석면, 소각재, 방사성 폐기물, 몰드 플럭스, 유리, 알루미늄, 용융형 아크 용접봉 피복 등과 같은 무기재료로서, 분말 또는 과립과 같은 고체 상태로 제공될 수 있다. 시료 공급부(20)로는 스크류 방식으로 시료(12)를 용융로(20)로 제공하는 스크류 피터(screw feeder)가 사용될 수 있다. 이와 같은 시료 공급부(10)는 시료 이송관(17), 투입구(15) 및 이송 스크류(13)를 포함할 수 있다. 시료 이송관(17)은 용융로(20)의 시료 공급관(23)에 연결되며, 시료(12)가 이동할 수 있는 통로를 제공한다, 투입구(15)는 시료 이송관(17)에 연결되며, 시료 이송관(17) 안으로 시료(12)를 투입하는 곳이다. 그리고 이송 스크류(13)는 시료 이송관(17)의 내부에 설치되어 투입구(15)를 통하여 시료 이송관(17)으로 투입된 시료(12)를 용융로(20)의 시료 공급관(23)을 통하여 용융로(20) 안으로 이동시킨다. 이때 이송 스크류(13)가 회전하면서 시료 이송관(17)으로 투입된 시료(12)를 용융로(20) 쪽으로 이동시킨다. 시료 공급부(10)는 이송 스크류(13)를 통하여 용융로(20)로 시료(12)를 공급하기 때문에, 용융로(20)에서 시료(12)를 용융하는 과정에서 발생되는 고온의 가스가 시료 이송관(17)을 통하여 투입구(15) 쪽으로 빠져 나가는 것을 억제할 수 있다. 즉 이송 스크류(13)에 분말이나 과립 상태의 시료(12)가 시료 이송관(17)에 채워진 상태로 용융로(20)로 시료(12)가 운반되기 때문에, 용융로(20)의 고온의 가스가 시료 이송관(17)을 통하여 투입구(15) 쪽으로 빠져 나가는 것을 억제할 수 있다.The sample supply unit 10 supplies the sample 12 to the melting furnace 20. The sample 12 is an inorganic material such as metal, nonmetal, asbestos, incinerator, radioactive waste, mold flux, glass, aluminum, molten arc welding rod coating, and the like, and may be provided in a solid state such as powder or granules. As the sample supply unit 20, a screw feeder for providing the sample 12 to the melting furnace 20 in a screw manner may be used. The sample supply unit 10 may include a sample transfer pipe 17, an inlet 15, and a transfer screw 13. The sample transport pipe 17 is connected to the sample supply pipe 23 of the melting furnace 20, and provides a passage through which the sample 12 can move. The inlet 15 is connected to the sample transport pipe 17. The sample 12 is introduced into the transfer pipe 17. The feed screw 13 is installed in the sample feed pipe 17 and the sample 12 introduced into the sample feed pipe 17 through the inlet 15 is melted through the sample supply pipe 23 of the melting furnace 20. (20) Move it in. At this time, the transfer screw 13 is rotated to move the sample 12 introduced into the sample transfer pipe 17 toward the melting furnace 20. Since the sample supply unit 10 supplies the sample 12 to the melting furnace 20 through the transfer screw 13, the hot gas generated in the process of melting the sample 12 in the melting furnace 20 is a sample transfer tube. It is possible to suppress the exit from the inlet port 15 through 17. That is, since the sample 12 is conveyed to the melting furnace 20 while the sample 12 in the form of powder or granules is filled in the sample conveying tube 17 by the conveying screw 13, the hot gas of the melting furnace 20 It can be suppressed that it exits to the inlet 15 through the sample feed pipe 17. FIG.

시료(12)를 용융시킬 때, 시료 공급부(10)는 시료 공급관(23)을 채우고, 시료 공급관(23)에 이웃하는 용융실(21)의 내측벽을 덮도록 시료 공급관(23)을 통하여 시료(12)를 공급한다. 이와 같이 시료(12)를 공급하는 이유는, 용융물(14)에 의한 용융실(21)의 내측벽을 구성하는 내화물이 침식되는 억제하기 위해서이다.When the sample 12 is melted, the sample supply unit 10 fills the sample supply pipe 23 and covers the sample wall through the sample supply pipe 23 so as to cover the inner wall of the melting chamber 21 adjacent to the sample supply pipe 23. Supply 12. The reason for supplying the sample 12 in this way is to suppress the refractory constituting the inner wall of the melting chamber 21 by the melt 14 from being eroded.

용융로(20)는 시료 공급부(10)를 통하여 공급된 시료(12)에 대한 용융이 이루어지는 곳이다. 용융실(21)은 시료(12)가 공급되어 적재되며, 시료(12)의 용융물(14)을 담을 수 있는 내부 공간을 갖는다. 시료 공급관(23)은 용융실(21)의 일측면의 상부에서 외측으로 돌출되어 있다. 배가스 배출관(25)은 용융실(21)의 일측면에서 이격된 시료 공급관(23)의 상부에 연결되어 용융실(21)의 상부면 위로 뻗어 있다. 이와 같이 시료 공급관(23)과 배가스 배출관(25)을 형성한 이유는, 용융로(20)에서 발생되는 고온의 가스를 시료 공급관(23)과 배가스 배출관(25)을 겸하는 통로를 따라 이동시킨 후 배가스 배출관(25)으로 배출시키기 위해서이다. 이렇게 배가스(16)를 배출시킴으로써 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. 즉 용융실(21)로 투입되는 시료(12)는 용융실(21)의 내부에 도달하기 전에 배가스 배출관(25) 쪽으로 이동하는 고온의 가스에 의해 예열되기 때문에, 시료(12)의 예열에 소요되는 열량을 줄일 수 있고, 배가스 배출관(25)으로 배출되는 배가스(16)의 온도를 떨어뜨릴 수 있다. 다음으로 고온의 가스는 시료 공급관(23)과 배가스 배출관(25)을 겸하는 통로를 따라 이동하면서, 고온의 가스와 반대 방향으로 이동하는 시료(12)에 고온의 가스에 포함된 먼지가 부착되기 때문에, 배가스 배출관(25)으로 먼지가 배출되는 것을 줄일 수 있다. 다음으로 고온의 가스에 포함된 기화 성분 또한 시료(12)에 의해 응축되어 다시 시료(12)와 함께 용융실(21)로 재투입됨으로써, 용융물(14)의 성분변화를 줄일 수 있다. 그리고 시료 공급관(23)에 근접한 용융실(21)의 내화물은 공급된 시료(12)에 의해 보호되기 때문에, 용융물(14)의 열과 유동에 의한 침식으로부터 보호할 수 있다. 한편 배가스 배출관(25)으로 배출된 배가스(16)는 배가스 세정부(80)로 공급되어 세정된 후 외부로 배출될 수 있다.The melting furnace 20 is a place where melting is performed on the sample 12 supplied through the sample supply unit 10. The melting chamber 21 is loaded with the sample 12 supplied thereto and has an internal space capable of containing the melt 14 of the sample 12. The sample supply pipe 23 protrudes outward from an upper portion of one side surface of the melting chamber 21. The exhaust gas discharge pipe 25 is connected to the upper portion of the sample supply pipe 23 spaced apart from one side of the melting chamber 21 and extends over the upper surface of the melting chamber 21. The reason why the sample supply pipe 23 and the exhaust gas discharge pipe 25 are formed in this way is that the high-temperature gas generated in the melting furnace 20 is moved along the passage that serves as the sample supply pipe 23 and the exhaust gas discharge pipe 25, and then the exhaust gas. This is for discharging to the discharge pipe 25. By discharging the exhaust gas 16 in this way, the following effects can be expected. That is, since the sample 12 introduced into the melting chamber 21 is preheated by the hot gas moving toward the exhaust gas discharge pipe 25 before reaching the inside of the melting chamber 21, it is required to preheat the sample 12. The amount of heat to be reduced can be reduced, and the temperature of the exhaust gas 16 discharged to the exhaust gas discharge pipe 25 can be reduced. Next, since the hot gas moves along the path that serves as the sample supply pipe 23 and the exhaust gas discharge pipe 25, dust contained in the hot gas adheres to the sample 12 moving in the opposite direction to the hot gas. , It is possible to reduce the discharge of dust to the exhaust gas discharge pipe (25). Next, the vaporized component contained in the hot gas is also condensed by the sample 12 and re-injected together with the sample 12 into the melting chamber 21, thereby reducing the component change of the melt 14. And since the refractory material of the melting chamber 21 near the sample supply pipe 23 is protected by the supplied sample 12, it can protect from the erosion by the heat and flow of the melt 14. Meanwhile, the exhaust gas 16 discharged to the exhaust gas discharge pipe 25 may be supplied to the exhaust gas cleaning unit 80 and cleaned, and then discharged to the outside.

용융로(20)의 출탕구(27)는 시료 공급관(23)이 형성된 용융실(21)의 일측면과 마주보는 타측면의 하부에 형성될 수 있다. 출탕구(27)는 용융실(21)의 바닥면 보다는 위쪽에 출구(27a)가 형성되어 있다. 이와 같은 출탕구(27)의 출구(27a)를 용융실(21)의 바닥면 보다는 위쪽에 형성하는 이유는, 출탕시 출구(27a)를 통하여 용융실(21) 내부로 외부의 공기가 들어가거나, 용융실(21) 내부의 가스가 외부로 방출되는 것을 억제하기 위해서이다. 또한 출탕구(27)의 출구(27a)는 출탕 전 진흙, 세라믹, 울 등에 의해 막고, 출탕 시 기계적 또는 열적으로 이를 제거하여 용융물(14)을 출탕시킬 수 있다.The tap opening 27 of the melting furnace 20 may be formed at a lower portion of the other side facing the one side surface of the melting chamber 21 in which the sample supply pipe 23 is formed. The hot water outlet 27 has an outlet 27a formed above the bottom surface of the melting chamber 21. The reason why the outlet 27a of the tapping hole 27 is formed above the bottom surface of the melting chamber 21 is that external air enters into the melting chamber 21 through the outlet 27a during tapping. This is to suppress the gas inside the melting chamber 21 from being released to the outside. In addition, the outlet 27a of the tapping opening 27 may be blocked by mud, ceramic, wool, or the like before tapping, and the tapping may be performed to remove the melt 14 by mechanically or thermally removing the tapping tap.

또한 용융로(20)는 양압 또는 음압 상태로 운전이 가능하다. 배가스(16)에 유해물질이 포함되어 있는 경우, 배가스 세정부(80)를 통과시켜야 하며 이 경우 유인 송풍기가 필요할 수 있다. 한편 배가스(16)에 유해물질이 포함되어 있지 않는 경우, 배가스(16)는 배가스 세정부(80)를 거치지 않고 바로 외부로 배출될 수 있다. 또한 배가스(16)에 유해물질의 포함 여부와는 무관하게 배가스 배출관(25)을 통하여 배가스(16)를 원활히 배출할 수 있도록 유인 송풍기를 설치할 수도 있다.In addition, the melting furnace 20 can be operated in a positive or negative pressure state. If the exhaust gas 16 contains harmful substances, it must pass through the exhaust gas cleaning unit 80, in which case a manned blower may be required. On the other hand, when no harmful substances are included in the exhaust gas 16, the exhaust gas 16 may be immediately discharged to the outside without passing through the exhaust gas cleaning unit 80. In addition, regardless of whether or not to include the harmful substances in the exhaust gas 16 may be provided with a manned blower to smoothly discharge the exhaust gas 16 through the exhaust gas discharge pipe (25).

감시 카메라(50)는 플라즈마 토치(35)의 동작 상태와 시료(12)의 용융 상태를 감시할 수 있도록 용융실(21)에 설치되며, 촬영한 영상 정보는 운전부(90)로 전송한다. 이때 감시 카메라(50)는 적어도 용융물(14)이 채워지는 지점 보다는 상부의 용융실(21) 부분에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 감시 카메라(50)가 출탕구(27)가 형성된 용융실(21)의 타측면에서 일측면을 바라보는 쪽으로 설치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.The monitoring camera 50 is installed in the melting chamber 21 so that the operating state of the plasma torch 35 and the melting state of the sample 12 can be monitored, and the photographed image information is transmitted to the driving unit 90. In this case, the surveillance camera 50 may be installed in the upper part of the melting chamber 21 at least than the point where the melt 14 is filled. In this embodiment, the monitoring camera 50 has been described an example in which the side facing the one side from the other side of the melting chamber 21 in which the tapping hole 27 is formed, but is not limited thereto.

온도 센서(60)는 용융실(21) 내부의 온도를 감시할 수 있도록 용융실(21)에 설치되며, 감지한 용융실(21)의 온도 정보를 운전부(90)로 전송한다. 이때 온도 센서(60)는 용융물(14)이 채워지는 지점 보다는 상부의 용융실(21) 부분에 설치될 수 있다.The temperature sensor 60 is installed in the melting chamber 21 to monitor the temperature inside the melting chamber 21, and transmits the detected temperature information of the melting chamber 21 to the driving unit 90. At this time, the temperature sensor 60 may be installed in the upper part of the melting chamber 21 rather than the point where the melt 14 is filled.

냉각 자켓(40)은 용융물(14)이 채워지는 용융실(21) 하부의 외측면 둘레와, 출탕구(27)의 주위에 설치되어 용융실(21) 하부와 출탕구(27)를 냉각시킨다. 일반적으로 용융물(14)은 용융실(21)의 내부에서 유동하면서 용융실(21)의 내화물을 침식시킬 수 있기 때문에, 용융물(14)이 닿는 용융실(21)의 부분의 외측에 냉각 자켓(40)을 설치하여 그 부분을 냉각시킴으로써 용융실(21)의 내화물이 침식되는 것을 억제할 수 있다. 즉 냉각 자켓(40)이 설치된 부분의 안쪽의 용융실(21)의 내측벽에 접촉하는 용융물(14)은 응고되어 일종의 보호막을 형성하고, 그 보호막에 응고되지 않은 용융물(14)이 접촉하기 때문에, 용융물(14)에 의해 용융실(21)의 내화물이 침식되는 것을 억제할 수 있다. 이때 냉각 자켓(40)은 열교환기(70)와 연결되며, 열교환기(70)에 의해 순환되는 냉매로 용융실(21) 하부와 출탕구(27)를 냉각시킨다.The cooling jacket 40 is installed around the outer surface of the lower portion of the melting chamber 21 in which the melt 14 is filled, and around the tap opening 27 to cool the lower portion of the melting chamber 21 and the tap opening 27. . In general, since the melt 14 can erode the refractory of the melt chamber 21 while flowing in the melt chamber 21, a cooling jacket (outside the portion of the melt chamber 21 to which the melt 14 touches) By installing 40 and cooling the portion, it is possible to suppress the erosion of the refractory of the melting chamber 21. That is, since the melt 14 which contacts the inner wall of the melting chamber 21 inside the part where the cooling jacket 40 is installed, solidifies to form a kind of protective film, and the melt 14 which does not solidify the protective film contacts. It is possible to suppress the erosion of the refractory of the melting chamber 21 by the melt 14. In this case, the cooling jacket 40 is connected to the heat exchanger 70, and cools the lower portion of the melting chamber 21 and the hot water outlet 27 with the refrigerant circulated by the heat exchanger 70.

플라즈마 토치 모듈(30)은 전원 공급부(31), 플라즈마 소스 공급부(33), 플라즈마 토치(35) 및 토치 이송부(39)를 포함한다. 전원 공급부(31)는 플라즈마 토치(35)에 플라즈마 아크 발생에 필요한 전원을 공급한다. 플라즈마 소스 공급부(33)는 플라즈마 소스를 플라즈마 토치(35)로 공급한다. 플라즈마 토치(35)는 전원 공급부(31)로부터 전원이 인가된 상태에서 플라즈마 소스 공급부(33)로부터 공급받은 플라즈마 소스를 아크 방전시켜 플라즈마 아크를 발생시킨다. 그리고 토치 이송부(39)는 플라즈마 토치(35)를 용융실(21)의 바닥쪽으로 이동시키거나 바닥쪽에서 멀리 이동시킨다.The plasma torch module 30 includes a power supply unit 31, a plasma source supply unit 33, a plasma torch 35, and a torch transfer unit 39. The power supply unit 31 supplies power to the plasma torch 35 to generate plasma arc. The plasma source supply unit 33 supplies a plasma source to the plasma torch 35. The plasma torch 35 arc discharges the plasma source supplied from the plasma source supply unit 33 while generating power from the power supply unit 31 to generate a plasma arc. The torch transfer part 39 moves the plasma torch 35 toward the bottom of the melting chamber 21 or away from the bottom.

플라즈마 소스 공급부(33)는 플라즈마 소스로 아르곤가스 또는 탄산가스를 공급할 수 있다. 즉 플라즈마 소스로 공기나 질소를 사용할 수도 있지만, 이 경우 NOx와 같은 공해 물질이 발생하기 때문에, 본 실시예에 따른 플라즈마 소스로는 적합하지 않다. 반면에 아르곤가스나 탄산가스는 NOx를 발생시키지 않고, 시료(12)와 화학적인 반응을 거의 하지 않기 때문에, 본 실시예에 따른 플라즈마 소스로 적합하다고 할 수 있다. 특히 탄산가스는 아르곤가스와 유사하게 시료(12)와 화학적인 반응을 일으키지 않으면서 아르곤가스에 비해서 저렴한 장점을 갖고 있다. 또한 탄산가스는 다른 플라즈마 소스에 비해서 정압비열이 크기 때문에, 플라즈마 토치(35)의 열효율을 향상시키고, 작동 전압이 높아 대용량 플라즈마 토치 제작에도 유리하다. 탄산가스의 경우 액화탄산가스 봄베를 사용하여 공급하며, 레귤레이터를 이용하여 플라즈마 토치(35) 운전에 필요한 적정 압력, 예컨대 3 내지 5 기압(atm)의 압력으로 플라즈마 토치(35)에 제공될 수 있다.The plasma source supply unit 33 may supply argon gas or carbon dioxide gas to the plasma source. That is, although air or nitrogen may be used as the plasma source, in this case, since pollutants such as NOx are generated, it is not suitable as the plasma source according to the present embodiment. On the other hand, since argon gas and carbon dioxide gas do not generate NOx and hardly react chemically with the sample 12, it can be said that it is suitable as a plasma source according to the present embodiment. In particular, carbon dioxide gas has a lower cost than argon gas without causing a chemical reaction with the sample 12 similarly to argon gas. In addition, the carbon dioxide gas has a larger positive pressure specific heat than other plasma sources, thereby improving the thermal efficiency of the plasma torch 35 and increasing the operating voltage. In the case of carbon dioxide gas is supplied using a liquefied carbon dioxide cylinder, it may be provided to the plasma torch 35 at a suitable pressure, for example, 3 to 5 atm pressure required to operate the plasma torch 35 using a regulator. .

플라즈마 토치(35)는 이행식(transfer) 플라즈마 토치로서, 후방 토치(32) 및 전방 토치(35)를 포함하고, 시료(12)에 직접 아크 방전을 수행할 수 있도록 용융실(21)의 하부에 전극(37)이 설치되어 있다. 후방 토치(32)는 전원 공급부(31)에서 양전위가 인가된다. 전방 토치(34)는 후방 토치(32)의 앞쪽에 설치되며, 전원 공급부(31)에서 제1 스위치(36)를 매개로 선택적으로 음전위가 인가된다. 그리고 전극(37)은 전원 공급부(31)에서 제2 스위치(38)를 매개로 선택적으로 음전위가 인가된다.The plasma torch 35 is a transfer plasma torch, which includes a rear torch 32 and a front torch 35, and has a lower portion of the melting chamber 21 so that an arc discharge can be directly performed on the sample 12. The electrode 37 is provided at the side. The rear torch 32 is applied with a positive potential at the power supply 31. The front torch 34 is installed in front of the rear torch 32, and the negative potential is selectively applied through the first switch 36 at the power supply 31. The electrode 37 is selectively supplied with a negative potential through the second switch 38 in the power supply unit 31.

여기서 후방 토치(32)에 양전위가 인가되고 전방 토치(34)에 음전위가 인가되면, 플라즈마 토치(35)에 플라즈마의 아크점이 형성된다. 즉 이 경우 플라즈마 토치(35)는 비이행식(non-transfer)으로 사용되는 경우이며, 아크 방전은 플라즈마 토치(35) 내에서 발생되어 밖으로 배출된다.Here, when a positive potential is applied to the rear torch 32 and a negative potential is applied to the front torch 34, arc points of the plasma are formed on the plasma torch 35. That is, in this case, the plasma torch 35 is used in a non-transfer, and arc discharge is generated in the plasma torch 35 and discharged outward.

그리고 시료(12)가 용융되어 용융물(14)이 전기를 통할 수 있는 상태에서, 전방 토치(34)로의 음전위 인가가 차단되고 전극(37)에 음전위가 인가되며 후방 토치(32)에 양전위가 인가되면, 플라즈마의 아크점이 플라즈마 토치(35)에서 용융물(14)로 이동한다. 즉 플라즈마 토치(35)가 이행식으로 사용되는 경우로서, 아크 방전은 용융물(14)에서 발생한다.In the state where the sample 12 is melted so that the melt 14 can pass electricity, the application of the negative potential to the front torch 34 is blocked, the negative potential is applied to the electrode 37, and the positive potential is applied to the rear torch 32. When applied, the arc point of the plasma moves from the plasma torch 35 to the melt 14. That is, as the case where the plasma torch 35 is used as a transition type, arc discharge occurs in the melt 14.

또한 플라즈마 토치(35)는 시료 공급관(23)을 통하여 공급되어 용융실(21)의 일측에 쌓여 있는 시료(14)에 대해서 일정 간격 이격된 위치에 설치된다. 용융실(21)로 공급된 시료(14)를 신속하게 용융시킬 수 있도록, 플라즈마 토치(35)는 쌓여 있는 시료(12)의 끝 부분을 향하게 설치하는 것이 바람직하다. 즉 플라즈마 토치(35)는 용융실(21)의 바닥면에 대해서 일정 각도로 경사지게 설치될 수 있다.In addition, the plasma torch 35 is supplied through the sample supply pipe 23 and is installed at a position spaced at a predetermined interval from the sample 14 stacked on one side of the melting chamber 21. In order to rapidly melt the sample 14 supplied to the melting chamber 21, it is preferable that the plasma torch 35 is installed to face the end of the stacked sample 12. That is, the plasma torch 35 may be installed to be inclined at a predetermined angle with respect to the bottom surface of the melting chamber 21.

예컨대 본 실시예에 따른 플라즈마 토치(35)를 이용하여 다음과 같이 시료(12)를 용융시킬 수 있다. 먼저 용융실(21)로 공급된 시료(12)에 대한 용융을 시작할 때는, 바닥면에는 이전에 용융되었다가 굳은 시료층(도 4의 14a)이 존재할 수 있다. 굳은 시료층(14a)은 전극(37)을 통하여 전기를 통할 수 있는 상태가 아니기 때문에, 플라즈마 토치(35)를 비이행식으로 구동시켜 용융실(21)의 바닥면에 있는 굳은 시료층(14a)의 일부를 용융시킨다. 이때 플라즈마 토치(35)는 토치 이송부(39)에 의해 용융실(21)의 바닥면 쪽에 근접할 수 있도록 이동한다.For example, the plasma torch 35 according to the present embodiment may be used to melt the sample 12 as follows. When starting melting of the sample 12 supplied to the melting chamber 21 first, there may be a sample layer (14a of FIG. 4) previously melted and hardened on the bottom surface. Since the solid sample layer 14a is not in a state of being able to conduct electricity through the electrode 37, the solid sample layer 14a at the bottom surface of the melting chamber 21 by driving the plasma torch 35 non-formally. Melt a part of). At this time, the plasma torch 35 is moved by the torch transfer part 39 so as to be close to the bottom surface side of the melting chamber 21.

그리고 굳은 시료층(14a)이 용융되어 용융물(14)이 전기를 통할 수 있는 상태가 되면, 플라즈마 토치(35)를 비이행식에서 이행식으로 전환하여 시료(12)를 용융시킨다. 이때 플라즈마 토치(35)는 토치 이송부(39)에 의해 용융실(21)의 바닥면에서 멀리 이동한다. 그리고 플라즈마 토치(35)는 비이행식에서 이행식으로 전환한 후 플라즈마 토치(35)의 작동 전압을 올리므로서 열손실을 줄일 수 있다. 이때 시료(12)의 용융 속도는 플라즈마 토치(35)의 전류의 세기 조절을 통한 플라즈마 토치(35)로 인가되는 전력을 조절함으로써 쉽게 제어할 수 있다. 또한 시료(12)의 용융 속도를 조절하기 위해서, 용융실(21)의 바닥면에서 멀리 이동시킨 이후에 플라즈마 토치(35)는 이행식과 비이행식을 혼합하여 사용할 수도 있다.Then, when the solid sample layer 14a is melted and the melt 14 is in a state capable of passing electricity, the plasma torch 35 is switched from the non-running type to the transition type to melt the sample 12. At this time, the plasma torch 35 moves away from the bottom surface of the melting chamber 21 by the torch transfer part 39. In addition, the plasma torch 35 may reduce the heat loss by increasing the operating voltage of the plasma torch 35 after the transition from the non-run type to the transition type. At this time, the melting rate of the sample 12 can be easily controlled by adjusting the power applied to the plasma torch 35 by adjusting the intensity of the current of the plasma torch 35. In addition, in order to adjust the melting rate of the sample 12, after moving away from the bottom surface of the melting chamber 21, the plasma torch 35 may use a transition type and a non-formation type.

이와 같이 본 실시예에 따른 무기재료 용융 장치(100)는 탄산가스 또는 아르곤가스를 이용하여 발생시킨 플라즈마 아크로 시료(12)를 용융시키기 때문에, 시료(12)를 용융시키는 과정에서 NO_X와 같은 오염(공해) 물질이 발생하는 것을 억제할 수 있다.As described above, since the inorganic material melting apparatus 100 according to the present embodiment melts the sample 12 with a plasma arc generated using carbon dioxide gas or argon gas, contamination such as NO _X may be generated during melting of the sample 12. The generation of (pollution) substances can be suppressed.

또한 본 실시예에 따른 무기재료 용융 장치(100)는 발생시킨 플라즈마 아크로 직접 시료(12)를 용융시키기 때문에, 표면 용융 방식의 화석원료에 비해 시료(12)를 신속하게 용융시킬 수 있다.In addition, since the inorganic material melting apparatus 100 according to the present embodiment directly melts the sample 12 with the generated plasma arc, the sample 12 can be melted more quickly than the fossil raw material of the surface melting method.

또한 탄산가스 또는 아르곤가스를 이용하여 발생시킨 플라즈마 아크로 시료(12)를 용융시키기 때문에, 시료(12) 중 용융형 아크 용접봉 피복을 성분의 변환 없이 경제적으로 쉽게 용융시킬 수 있다.In addition, since the sample 12 is melted by using a plasma arc generated using carbon dioxide gas or argon gas, it is possible to economically easily melt the molten arc welding rod coating in the sample 12 without changing the components.

또한 배가스(16)의 발생량을 줄일 수 있고, 플라즈마 토치(35)를 이용하기 때문에, 예컨대 알루미늄 용융에 사용되는 용융로의 크기를 소형화하고 연료사용량을 줄이며, 용융과정에서 알루미늄이 산화되는 것을 막아 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the amount of generated exhaust gas 16 can be reduced, and the plasma torch 35 is used, the size of the melting furnace used for melting aluminum, for example, can be reduced in size, fuel consumption is reduced, and aluminum is prevented from being oxidized during the melting process. Can be improved.

특히 시료(12)로서 형석을 포함하는 몰드 플럭스를 플라즈마 아크로 용융하는 경우 물이 생성되지 않기 때문에, 종래와 같이 몰드 플럭스를 용융하는 과정에서 생성되는 불산으로 인한 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 무기재료 용융 장치(100)를 이용할 경우, 형석이 포함된 몰드 플럭스의 용융 장치로 사용할 수 있으며, 철강의 연속 주조 작업 중 주형에 용융된 몰드 플럭스를 출탕구(27)를 통하여 직접 공급할 수 있다.In particular, when melting the mold flux containing fluorspar as a sample 12 with a plasma arc, no water is generated, so that problems due to hydrofluoric acid generated in the process of melting the mold flux as in the prior art can be prevented from occurring. Therefore, in the case of using the inorganic material melting apparatus 100 according to the present embodiment, it can be used as a melting device of the mold flux containing fluorspar, the molten mold flux melted in the mold during the continuous casting operation of the steel tap 27 Can be supplied directly.

그리고 본 실시예에 따른 무기재료 용융 장치(100)는 1000도에 이르는 플라즈마 아크가 시료(12)에 직접 전달되기 때문에, 표면 용융 방식에 속하는 화석원료에 비해서 훨씬 신속하게 시료(12)를 용융시킬 수 있다. 또한 용융실(21)에서 발생된 고온의 가스는 시료 공급관(23)과 배가스 배출관(25)을 겸하는 통로에 쌓여 있는 시료(12)를 통과한 후 배가스 배출관(25)으로 배출되기 때문에, 배가스(16)의 발생량이 현저히 줄어들어 열효율이 높고, 용융로(20)와 배가스 세정부(80)의 크기를 소형화할 수 있다.
In the inorganic material melting apparatus 100 according to the present embodiment, since the plasma arc of 1000 degrees is directly transmitted to the sample 12, the inorganic material melting apparatus 100 may melt the sample 12 much more quickly than the fossil raw material belonging to the surface melting method. Can be. In addition, since the hot gas generated in the melting chamber 21 passes through the sample 12 accumulated in the passage that serves as the sample supply pipe 23 and the exhaust gas discharge pipe 25, the high temperature gas is discharged to the exhaust gas discharge pipe 25. The generation amount of 16) is significantly reduced, so that the thermal efficiency is high, and the size of the melting furnace 20 and the exhaust gas cleaning unit 80 can be miniaturized.

이와 같은 본 실시예에 따른 무기재료 용융 장치를 이용한 무기재료의 용융 방법을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4 내지 도 6은 도 2의 무기재료 용융 장치를 이용한 무기재료의 용융 방법을 일 예를 보여주는 도면이다.The melting method of the inorganic material using the inorganic material melting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6. 4 to 6 is a view showing an example of the melting method of the inorganic material using the inorganic material melting apparatus of FIG.

먼저 시료(12)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 시료 공급부(10)를 통하여 용융실(21)로 공급된다. 이때 시료 공급부(10)는 시료 공급관(23)을 채우고, 시료 공급관(23)에 이웃하는 용융실(21)의 내측벽을 덮을 수 있도록 충분한 양의 시료(12)를 시료 공급관(23)을 통하여 공급한다. 이때 공급된 시료(12)는 시료 공급관(23)에 연결된 배가스 배출관(25) 부분을 막을 수 있다.First, as shown in FIG. 4, the sample 12 is supplied to the melting chamber 21 through the sample supply unit 10. In this case, the sample supply unit 10 fills the sample supply pipe 23, and supplies a sufficient amount of the sample 12 to the inner wall of the melting chamber 21 adjacent to the sample supply pipe 23 through the sample supply pipe 23. Supply. In this case, the supplied sample 12 may block a portion of the exhaust gas discharge pipe 25 connected to the sample supply pipe 23.

한편 출탕구(27)의 출구(27a)는 용융물(도 5의 14)의 출탕이 이루지기 전까지 진흙, 세라믹, 울 등으로 막는다. 도면부호 18은 진흙, 세라믹, 울 등으로 형성된 봉합물을 나타낸다. 이와 같이 출탕구(27)의 출구(27a)를 봉합물(18)로 막는 이유는, 아크 방전에 의해 발생되는 고온의 가스, 열 등이 출구(27a)를 통하여 용융실(21) 밖으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해서이다.On the other hand, the outlet 27a of the tap opening 27 is closed with mud, ceramic, wool, or the like until tapping of the melt (14 in FIG. 5) is achieved. Reference numeral 18 denotes a suture formed of mud, ceramic, wool or the like. The reason why the outlet 27a of the hot water outlet 27 is blocked with the seal 18 is that hot gas, heat, etc. generated by the arc discharge pass out of the melting chamber 21 through the outlet 27a. To prevent that.

다음으로 플라즈마 토치(35)를 토치 이송부(39)를 이용하여 용융실(21)의 바닥면에 가깝게 이동시킨다. 이어서 플라즈마 토치(35)를 비이행식으로 동작시켜 용융실(21)의 바닥면에 굳어 있는 시료층(14a)을 용융시킨다. 즉 초기 가동시, 용융실(21)의 바닥면에는 이전에 용융되었다가 굳은 시료층(14a)이 존재할 수 있다. 그런데 시료(12)나 굳은 시료층(14a)은 전기 전도성을 거의 갖지 않기 때문에, 플라즈마 토치(35)를 이행식으로 사용할 수 없다. 따라서 초기 가동시에는 플라즈마 토치(35)를 비이행식으로 구동시켜 용융실(21)의 바닥면에 있는 굳은 시료층(14a)의 일부를 용융시키거나 시료(12)를 용융시킨다. 이때 전원 공급부(31)는 플라즈마 토치(35)의 전방 토치(34)에 음전위를 인가하고 후방 토치(32)에 양전위를 인가한다.Next, the plasma torch 35 is moved closer to the bottom surface of the melting chamber 21 using the torch transfer part 39. Subsequently, the plasma torch 35 is operated in a non-feeding manner to melt the sample layer 14a that is solidified on the bottom surface of the melting chamber 21. That is, in the initial operation, the sample layer 14a previously melted and hardened may exist on the bottom surface of the melting chamber 21. However, since the sample 12 and the hard sample layer 14a have almost no electrical conductivity, the plasma torch 35 cannot be used as a transition type. Therefore, during the initial operation, the plasma torch 35 is driven non-formally to melt part of the solid sample layer 14a at the bottom of the melting chamber 21 or to melt the sample 12. At this time, the power supply unit 31 applies a negative potential to the front torch 34 of the plasma torch 35 and a positive potential to the rear torch 32.

다음으로 굳은 시료층(14a)이 용융되어 용융물(14)이 전기를 통할 수 있는 상태가 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 토치(35)를 비이행식에서 이행식으로 전환하여 시료(12)를 용융시킨다. 즉 플라즈마 토치(35)는 토치 이송부(39)에 의해 용융실(21)의 바닥면에서 멀리 이동시킨다. 그리고 플라즈마 토치(35)는 비이행식에서 이행식으로 전환한 후 플라즈마 토치(35)의 작동 전압을 올리므로서 열손실을 억제할 수 있다. 이때 전원 공급부(31)는 제1 스위치(36)를 개방하여 전방 토치(34)로의 음전위 인가를 차단하고, 제2 스위치(38)를 닫아 전극(37)에 음전위를 인가한다. 아울러 전원 공급부(31)는 후방 토치(32)에 양전위를 인가하여 아크점을 용융물(14)로 이동시킨다.Next, when the solid sample layer 14a is melted and the melt 14 is in a state capable of passing electricity, the plasma torch 35 is switched from the non-running type to the transition type as shown in FIG. Melt). That is, the plasma torch 35 is moved away from the bottom surface of the melting chamber 21 by the torch transfer part 39. In addition, the plasma torch 35 may suppress the heat loss by switching from the non-travel type to the transition type and then raising the operating voltage of the plasma torch 35. At this time, the power supply unit 31 opens the first switch 36 to block the application of the negative potential to the front torch 34, and closes the second switch 38 to apply the negative potential to the electrode 37. In addition, the power supply 31 applies a positive potential to the rear torch 32 to move the arc point to the melt 14.

이와 같이 아크점을 용융물(14)로 이동시킴으로써, 플라즈마 토치(35)는 아크 방전을 용융물(14)에서 수행하기 때문에, 아크 방전으로 발생되는 플라즈마 아크의 온도가 매우 높고 시료(12)에 열을 직접 전달하므로 시료(12)를 신속하게 용융시킬 수 있다.By moving the arc point to the melt 14 in this manner, since the plasma torch 35 performs the arc discharge in the melt 14, the temperature of the plasma arc generated by the arc discharge is very high and heat is applied to the sample 12. Since it is delivered directly, the sample 12 can be melted quickly.

한편 시료(12)의 용융 중 발생되는 고온의 가스는 시료 공급관(23)과 배가스 배출관(25)을 겸하는 통로를 따라 이동한 후 배가스 배출관(25)으로 배출된다. 이때 고온의 가스는 시료 공급관(23)과 배가스 배출관(25)을 겸하는 통로에 쌓인 시료(12)를 통과하면서 시료(12)를 예열시키고, 대신에 자신의 온도를 떨어뜨린다. 고온의 가스에 포함된 먼지는 시료 공급관(23)과 배가스 배출관(25)을 겸하는 통로에 쌓인 시료(12)에 부착되어 걸러지기 때문에, 배가스 배출관(25)으로 배출되는 배가스(16)에 포함된 먼지의 양을 줄일 수 있다. 고온의 가스에 포함된 기화 성분 또한 시료(12)에 의해 응축되어 다시 시료(12)와 함께 용융실(21)로 재투입됨으로써, 용융물(14)의 성분변화를 줄일 수 있다.On the other hand, the hot gas generated during the melting of the sample 12 is moved along the passage which serves as the sample supply pipe 23 and the exhaust gas discharge pipe 25 and is discharged to the exhaust gas discharge pipe 25. At this time, the hot gas preheats the sample 12 while passing through the sample 12 accumulated in the passage that serves as the sample supply pipe 23 and the exhaust gas discharge pipe 25, and instead lowers its temperature. Since the dust contained in the hot gas is attached to the sample 12 accumulated in the passage serving as the sample supply pipe 23 and the exhaust gas discharge pipe 25, the dust is contained in the exhaust gas 16 discharged to the exhaust gas discharge pipe 25. The amount of dust can be reduced. The vaporized component contained in the hot gas is also condensed by the sample 12 and re-introduced into the melting chamber 21 together with the sample 12, thereby reducing the component change of the melt 14.

또한 냉각 자켓(40)과 열교환기(70)가 연결되어 냉매를 순환시키면서, 용융물(14)이 채워지는 용융실(21) 하부의 외측면 둘레와, 출탕구(27)의 주위를 냉각시키기 때문에, 용융물(14)에 의해 용융실(21)의 내화물과 출탕구(27)의 내화물이 침식되는 것을 억제할 수 있다.In addition, the cooling jacket 40 and the heat exchanger 70 are connected to circulate the refrigerant, thereby cooling the periphery of the outer surface of the lower portion of the melting chamber 21 where the melt 14 is filled, and the periphery of the tap opening 27. The erosion of the refractory of the melting chamber 21 and the tapping opening 27 by the melt 14 can be suppressed.

그리고 시료(12)가 어느 정도 용융되어, 즉 출탕구(27)의 출구(27a)보다는 적어도 높게 용융물(14)이 용융실(21)에 쌓이게 된 후 출탕 시기가 되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 기계적 또는 열적 방법으로 출탕구(27)의 출구(27a)를 막고 있는 봉합물(도 5의 18)을 제거하여 용융실(21) 내의 용융물(14)을 용융실(21) 밖으로 출탕시킨다. 이때 출탕구(27)의 출구(27a)는 용융실(21)의 바닥면 보다는 위쪽에 형성되어 있기 때문에, 출탕시 출구(27a)를 통하여 용융실(21) 내부로 외부의 공기가 들어가거나, 용융실(21) 내부의 가스가 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 예컨대 용융물(14)이 몰드 플럭스인 경우의 용융물(14)의 출탕 시기는 철강의 연속 주조 작업 중 주형에 용융된 몰드 플럭스를 공급하는 시기일 수 있다.And when the sample 12 melts to some extent, that is, the melt 14 accumulates in the melting chamber 21 at least higher than the outlet 27a of the tap opening 27, it is shown in FIG. Likewise, the seal 14 (18 in FIG. 5) blocking the outlet 27 a of the hot water outlet 27 is removed by the mechanical or thermal method so that the melt 14 in the melting chamber 21 is tapped out of the melting chamber 21. . At this time, since the outlet 27a of the tapping hole 27 is formed above the bottom surface of the melting chamber 21, outside air enters into the melting chamber 21 through the outlet 27a during tapping, or The gas inside the melting chamber 21 can be prevented from being discharged to the outside. For example, when the melt 14 is a mold flux, the tapping timing of the melt 14 may be a time for supplying molten mold flux to a mold during continuous casting of steel.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention may be implemented.

10 : 시료 공급부 12 : 시료
13 : 이송 스크류 14 : 용융물
15 : 투입구 16 : 배가스
17 : 시료 이송관 20 : 용융로
21 : 용융실 23 : 시료 공급관
25 : 배가스 배출관 27 : 출탕구
30 : 플라즈마 토치 모듈 31 : 전원 공급부
32 : 후방 토치 33 : 플라즈마 소스 공급부
34 : 전방 토치 35 : 플라즈마 토치
36 : 제1 스위치 37 : 전극
38 : 제2 스위치 39 : 토치 이송부
40 : 냉각 자켓 50 : 감시 카메라
60 : 온도 센서 70 : 열교환기
80 : 배가스 세정부 90 : 운전부
100 : 무기재료 용융 장치 200 : 무기재료 용융 시스템10: sample supply unit 12: sample
13 feed screw 14 melt
15: inlet 16: exhaust gas
17: sample transfer pipe 20: melting furnace
21: melting chamber 23: sample supply pipe
25: exhaust gas discharge pipe 27: hot water outlet
30: plasma torch module 31: power supply
32: rear torch 33: plasma source supply
34: front torch 35: plasma torch
36: first switch 37: electrode
38: second switch 39: torch transfer unit
40: cooling jacket 50: surveillance camera
60: temperature sensor 70: heat exchanger
80: exhaust gas cleaning unit 90: operating unit
100: inorganic material melting apparatus 200: inorganic material melting system

Claims

무기재료의 시료를 공급하는 시료 공급부;
상기 시료 공급부로부터 상기 시료를 공급받는 시료 공급관, 일측이 상기 시료 공급관에 연결되며 상기 시료 공급관으로부터 공급된 상기 시료가 용융되는 용융실, 상기 시료 공급관에 연결되며 상기 용융실에서 상기 시료의 용융 과정에서 발생된 고온의 가스 중 상기 용융실에 연결된 상기 시료 공급관 부분을 거친 배가스를 배출하는 배가스 배출관, 및 상기 용융실의 타측에 형성되며 상기 시료의 용융물이 출탕되는 출탕구를 갖는 용융로;
상기 용융실의 상부를 관통하여 상기 용융실 안쪽으로 이동 가능하게 설치되며, 일부가 상기 시료가 쌓여 있는 쪽을 향하여 플라즈마 아크를 인가하여 상기 시료를 용융시키는 플라즈마 토치를 구비하는 플라즈마 토치 모듈;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.A sample supply unit supplying a sample of an inorganic material;
A sample supply pipe receiving the sample from the sample supply part, one side of which is connected to the sample supply pipe and a melting chamber in which the sample supplied from the sample supply pipe is melted, is connected to the sample supply pipe, and in the melting process of the sample in the melting chamber A melting furnace having an exhaust gas discharge pipe for discharging the flue gas passing through the sample supply pipe portion connected to the melting chamber among the generated high-temperature gas, and a hot water outlet formed at the other side of the melting chamber to tap the melt of the sample;
A plasma torch module which is installed to be movable through the upper portion of the melting chamber and moves inside the melting chamber and has a plasma torch to partially melt the sample by applying a plasma arc toward a side where the sample is stacked;
Inorganic material melting apparatus using a plasma torch, comprising a.

제1항에 있어서, 상기 플라즈마 토치 모듈은,
전원을 인가하는 전원 공급부;
플라즈마 소스를 공급하는 플라즈마 소스 공급부;
상기 전원 공급부로부터 전원이 인가된 상태에서 상기 플라즈마 소스 공급부로부터 공급받은 플라즈마 소스를 아크 방전시켜 플라즈마 아크를 발생시키는 플라즈마 토치;
상기 플라즈마 토치를 상기 용융실의 바닥쪽으로 이동시키거나 상기 바닥쪽에서 멀리 이동시키는 토치 이송부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 1, wherein the plasma torch module,
A power supply unit for applying power;
A plasma source supply unit supplying a plasma source;
A plasma torch generating an arc discharge by arc-discharging the plasma source supplied from the plasma source supply unit while power is applied from the power supply unit;
A torch conveying unit for moving the plasma torch toward the bottom of the melting chamber or away from the bottom;
Inorganic material melting apparatus using a plasma torch, comprising a.

제2항에 있어서, 상기 플라즈마 토치 모듈은,
상기 용융실의 하부에 설치되며, 상기 전원 공급부의 음전위에 선택적으로 연결되는 전극;을 더 포함하며,
상기 플라즈마 토치는,
상기 전원 공급부에서 양전위가 인가되는 후방 토치;
상기 후방 토치의 앞쪽에 설치되며, 상기 전원 공급부로부터 음전위가 선택적으로 인가되는 전방 토치;를 포함하고,
상기 전방 토치에 음전위가 인가되고 상기 후방 토치에 양전위가 인가되면, 플라즈마의 아크점이 상기 플라즈마 토치 내에 형성되고,
상기 시료가 용융되어 용융물이 전기를 통할 수 있는 상태가 되면, 상기 전방 토치로의 음전위 인가가 차단되고 상기 전극에 음전위가 인가되고 상기 후방 토치에 양전위가 인가되면, 상기 플라즈마의 아크점이 상기 용융물로 이동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 2, wherein the plasma torch module,
An electrode installed under the melting chamber and selectively connected to a negative potential of the power supply unit;
The plasma torch,
A rear torch having a positive potential applied from the power supply unit;
And a front torch installed at the front of the rear torch, to which a negative potential is selectively applied from the power supply unit.
When a negative potential is applied to the front torch and a positive potential is applied to the rear torch, arc points of the plasma are formed in the plasma torch,
When the sample is melted and the melt becomes electricity, the application of the negative potential to the front torch is interrupted, when the negative potential is applied to the electrode and the positive potential is applied to the rear torch, the arc point of the plasma to the melt Inorganic material melting apparatus using a plasma torch, characterized in that the movement.

제3항에 있어서,
내부에 플라즈마 아크점이 형성된 상기 플라즈마 토치가 상기 용융로의 바닥면에 근접한 상태에서 상기 시료를 용융시킨 용융물이 전기를 통할 수 있는 상태가 되면, 상기 플라즈마 토치는 상기 플라즈마의 아크점을 상기 용융물로 이동시키고 상기 토치 이송부에 의해 상기 용융로의 바닥면에서 멀리 이동되어 상기 플라즈마 토치의 작동 전압을 올리는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 3,
When the plasma torch having the plasma arc point formed therein is close to the bottom surface of the melting furnace, the melt that melts the sample is in a state capable of passing electricity, and the plasma torch moves the arc point of the plasma to the melt. The torch conveying unit is moved away from the bottom of the melting furnace to increase the operating voltage of the plasma torch, inorganic material melting apparatus using a plasma torch.

제1항에 있어서, 상기 시료 공급부는,
상기 시료를 용융시킬 때, 상기 시료 공급관을 채우고, 상기 시료 공급관에 이웃하는 상기 용융실의 내측벽을 덮도록 상기 시료 공급관을 통하여 상기 시료를 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 1, wherein the sample supply unit,
When the sample is melted, the inorganic material melting apparatus using the plasma torch is filled with the sample supply pipe, and the sample is supplied through the sample supply pipe so as to cover the inner wall of the melting chamber adjacent to the sample supply pipe. .

제5항에 있어서, 상기 플라즈마 토치는,
상기 시료 공급관을 통하여 공급되어 상기 용융실의 일측에 쌓여 있는 상기 시료에 대해서 일정 간격 이격된 위치에 설치되며, 쌓여 있는 상기 시료의 끝 부분을 향하여 플라즈마 아크를 인가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 5, wherein the plasma torch,
The plasma torch, which is supplied through the sample supply pipe and is installed at a predetermined distance from the sample stacked on one side of the melting chamber, applies a plasma arc toward the end of the stacked sample. Inorganic material melting device.

제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 토치는,
플라즈마 소스로 아르곤가스 또는 탄산가스 중에 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The plasma torch according to any one of claims 1 to 6, wherein
An inorganic material melting apparatus using a plasma torch, characterized in that one of argon gas and carbon dioxide gas is used as a plasma source.

제7항에 있어서,
상기 시료는 금속, 비금속, 석면, 소각재, 방사성 폐기물, 유리, 알루미늄, 용융형 아크 용접봉 피복 및 몰드 플럭스 중에 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 7, wherein
The sample is an inorganic material melting apparatus using a plasma torch, characterized in that one of the metal, non-metal, asbestos, incineration, radioactive waste, glass, aluminum, molten arc welding rod coating and mold flux.

제7항에 있어서,
상기 시료 공급관은 상기 용융실의 일측면의 상부에서 외측으로 돌출되어 있으며, 상기 배가스 배출관은 상기 용융실의 일측면에 이격된 상기 시료 공급관의 상부에 연결되어 상기 용융실의 상부면 위로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 7, wherein
The sample supply pipe protrudes outward from the top of one side of the melting chamber, the exhaust gas discharge pipe is connected to the upper portion of the sample supply pipe spaced apart from one side of the melting chamber extending over the upper surface of the melting chamber An inorganic material melting apparatus using a plasma torch.

제9항에 있어서,
상기 출탕구는 상기 용융실의 일측면과 마주보는 타측면의 하부에 형성되며, 출구가 상기 용융실의 바닥면 보다는 위쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.10. The method of claim 9,
The tapping port is formed on the lower side of the other side facing the one side of the melting chamber, the inorganic material melting apparatus using a plasma torch, characterized in that the outlet is formed above the bottom surface of the melting chamber.

제10항에 있어서,
상기 용융물이 채워지는 상기 용융실 하부의 외측면 둘레와, 상기 출탕구의 주위에 설치되어 상기 용융실 하부와 상기 출탕구를 냉각시키는 냉각 자켓;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 10,
A cooling jacket installed around the outer surface of the lower portion of the melting chamber in which the melt is filled and around the tapping hole to cool the lower portion of the melting chamber and the tapping hole;
Inorganic material melting apparatus using a plasma torch, characterized in that it further comprises.

제1항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 아르곤가스 또는 탄산가스 중에 하나를 플라즈마 소스로 사용하여 발생시킨 플라즈마 아크로 상기 용융로로 공급된 몰드 플럭스 소재의 시료를 용융시키고, 용융된 상기 몰드 플럭스를 상기 출탕구를 통하여 주형(mold)으로 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치를 이용한 무기재료 용융 장치.The method of claim 1,
The plasma torch melts a sample of a mold flux material supplied to the melting furnace with a plasma arc generated by using one of argon gas or carbon dioxide gas as a plasma source, and molds the molten mold flux through the hot water outlet. Inorganic material melting apparatus using a plasma torch, characterized in that for supplying.