KR100383868B1 - 금속 스카핑 장치용 하부 예열 블록 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 금속 스카핑 장치(5)용 하부 예열 블록 조립체(9)가 개시된다. 하부 예열 블록 조립체는 하부 블록(38)과 상기 하부 블록의 전면(46)과 중첩되는 관계로 결합되는 연장부(39)를 구비한다. 가스 방출구(56)가 블록의 전면 내에 형성된다. 연장부는 가스 방출구와 일부 겹쳐서 가스 방출 오리피스(70)가 연장부에 의해 블록의 전면 내에 형성된다. 연장부는 블록의 전면으로부터 앞쪽으로 뻗어 있는 상면(58)을 포함하고, 블록의 상면에 대해서 리세스된다. 이러한 구조에서, 판형태 산화 기류(82)가 각각 블록 및 연장부의 상면 위를 통과하는 경우, 및 연료 가스(85)가 가스 방출구를 통해 방출되는 경우, 연료 가스가 산화 기류 및 연장부의 상면 사이에서 공기의 작용에 의해 압축되어 연료 가스가 하부 예열 블록 조립체의 길이 방향을 따라 실질적으로 균일하게 분포됨으로써, 및 주변 공기를 산화 기류로 흡입하는 것을 방지하도록 판형태 산화 기류 하부에 위치되고 및 인접되는 균일한 판형태 연료 기류(90)를 형성함으로써, 이로 인해 금속 공작물 상의 표면이 매끄럽고 균일하게 스카핑되게 된다.

Description

금속 스카핑 장치용 하부 예열 블록 {LOWER PRE-HEAT BLOCK FOR USE IN METAL SCARFING APPARATUS}

본 발명은 통상적으로 금속 공작물의 열화학적 스카핑(scarfing) 장치에 사용하는 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 이러한 장치에 사용하기 위하여 금속 공작물 위에 매끈한 스카핑 처리된 면을 얻기 위한 스카핑 처리 중에 생성된 독립적인 판형태 산화 기류를 차폐하기 위한 판형태 기류를 생성하도록 블록 조립체가 구성 및 배치된 장치에 사용되는 개선된 하부 예열 블록 조립체에 관한 것이다.

금속 공작물, 예를 들어 길쭉한 강철 슬래브(elongate steel slab), 빌릿(billet) 및 바 스톡(bar stock)의 제조 및 마감 공정에서, 예를 들어 압연(rolling) 또는 주조(casting) 공정에서 생긴 균열(crack), 심(seam), 슬래그(slag) 개재물, 표면 산화물, 및 기계적 결함과 같은 표면 결함을 제거하기 위하여 공작물의 상부, 저부 또는 측면을 따라 위치된 적어도 하나의 스카핑 유닛을 갖는 스카핑 장치와 강철 공작물 사이에서 상대적인 이동을 함으로써 강철품이 면가공되거나 결정된다. 공지된 일 타입의 스카핑 장치는 공작물이 제공된 스카핑 장치를 통해서 및 스카핑 유닛들 사이를 통과할 때, 공작물의 각 측면을 동시에 스카핑하도록 공작물의 단부 부분 및 폭을 따라 설치된 상부, 저부 및 대향 측면 스카핑 유닛을 포함한다.

스카핑 장치의 상부, 측면 및 저부 스카핑 유닛 각각은 각각의 이러한 스카핑 유닛의 일부로서 제공된 블록 조립체 또는 대향하는 상부 및 하부 예열 블록으로 산소 및 연료 가스 모두를 수용 및 분산시키도록 구성 및 배치된 매니폴드(manifold) 및 헤드 조립체를 포함한다. 각각의 상부 및 하부 예열 블록은 서로 이격되어 그 사이에 산소 스카핑을 형성하며, 이 산소가 슬롯을 통해 가압되면서 통과하고 공작물쪽으로 향하면서 열화학적 스카핑 처리가 일어나게 한다. 하부 예열 블록은 전형적으로 공작물의 표면 상에 산화 작용 반응을 유지시키고 흡기(aspiration), 즉 열화학적 스카핑 처리의 효과를 감소시키는 대기 공기와의 혼합으로부터 산소 유동을 차폐시킬 목적으로 산소 유동에 인접하여 연료 가스를 방출시키기 위한 상부 및 하부 예열 블록으로 형성된 산소 슬롯에 인접하여 위치된 방출 개구를 갖는 연료 가스 통로를 포함한다.

이러한 종래 형태의 하부 예열 블록의 한 예는 미국 특허 제2,838,431호(Allmang 등에 허여됨)에 제시되어 있는데, 여기서 예열 블록은 일체 구조로 공개되어 있으며 블록 정면의 폭을 가로질러 연장되는 이격된 일련의 연료 가스 배출구를 포함하고 있다. 연료 가스는 블록의 뒷면으로부터 바로 뒤쪽에 위치한 가로지르는 내부 보어(bore)로 출구 포트의 내부 단부와 연결되어 연장된 다수의 측면으로 이격된 연료 가스 라인을 통해서 내부 포트로 전달된다. 연장 분할 로드(dividing rod) 또는 바(bar)는 보어가 일련의 균등 가스 분배 챔버로 분할되도록 보어 내에 위치되어 있다. 보어의 단부는 공지된 형식의 단부 밀봉으로 밀폐되어 있다.

Allmang 등에 허여된 하부 예열 블록의 정면에 형성된 연료 가스 토출구 포트는 외부 공기가 산화 기류를 흡입하는 것을 방지하는 작용으로 서로에 대해 근접해서 간격을 두고 있지만, 외부 공기가 연료 가스 토출구 포트쪽으로 또한 그 사이에서 끌어 당겨지게 되는 문제점이 여전히 남아있게 된다.

종래 기술에서 알려져 있는 바와 같이, 산소가 상부 및 하부 예열 블록 사이로 통과될 때 생성되는 판형태 산소 유동 또는 산화 기류의 차폐는 하부 예열 블록 연료 가스 플레임(flame)의 변화 또는 불일치가 스카핑면의 변화를 일으킬 수 있으므로 스카핑되는 공작물 상에서 매끈한 스카핑면을 제조할 때 가장 중요하다.임의의 이러한 변화는 결과로서 발생되는 리지(ridge) 및 밸리(valley)로 비균일한 금속 제거를 유도하여 이러한 리지 또는 밸리가 제거되도록 스카핑 깊이가 깊어져야만 하는, 즉 스카핑 공정 전에 존재했던 것 뿐만 아니라 공정 동안 발생된 모든 면 결함을 제거하기 위해서는 충분한 양의 목적 표면이 제거되어야만 한다. 결과적으로, Allmang 등에 허여된 장치 및 그 외 유사하게 구성된 장치는 금속을 지나치게 제거하게 만들며, 그 외의 만족스런 상태의 금속이 제거되도록 하여 공작물 마무리 공정 동안의 생산 손실률을 증가시킨다.

Allmang에게 허여된 미국 특허 제3,231,431호에서 Allmang 등의 스카핑 장치는, 2 컬럼 34-72 라인, 3 컬럼 1-13 라인에 기재되어 있는 바와 같이 대기 공기가 산소 유동 내로 흡입되는 것을 방지하기 위하여 산소 슬롯 아래 대략 1/4 인치 이하로 위치한 대략 1/2 인치 길이의 길쭉한 배플 스트립(baffle strip)을 추가함으로써 개선되었다. Allmang의 2 컬럼 61-65 라인에 기술된 바와 같이, 산소-연료 혼합기의 두 측면에서 배플 스트립에 의한 차폐 동작이 예열 (가스 배출)포트의 각 열에 인접한 지점에서 대기가 산소에 합류하는 것을 방지한 것으로 생각된다.

Allmang의 특허는 종래 개선안을 나타내고는 있지만, 매끈한 표면 스카핑된 금속 공작물을 더 일관성 있게 제조할 수 있는 개선된 스카핑 장치가 여전히 요구되고 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 미국 특허 제5,497,976호에 기재된 Showalter 등의 하부 예열 블록 조립체가 개발되었다. Showalter는 금속 공작물의 연료 가스의 유동을 전체 폭을 균일하게 가로질러 전달하기 위한 개선된 연료 가스 전달 시스템을 포함하고, 앞서 공지된 스카핑 장치를 사용함으로써 발생되는 피크 및 밸리를 최소화하도록 보장하기 위하여 산화 기류를 차폐한 열화학적 스카핑 장치용 하부 예열 블록 조립체를 제공함으로써 매끈한 표면을 얻었다. 이는 블록의 정면 위에 연장 및 중첩 관계로 거기에 분리 가능하게 고정된 연장부(extention)와 베이스 멤버 또는 블록을 갖는 2 조각의 하부 예열 조립체를 제공함으로써 달성된다. 길쭉한 가스 방출 슬롯은 상기 연장부 내에 기계 가공되어, 그 슬롯은 블록의 정면 내에 형성되고 블록의 정면을 세로로 가로질러 뻗어 있는 이격된 일련의 가스 방출 포트와 연결되어 있다. 또한, 상기 연장부는 연료 가스가 가스 방출 슬롯을 통해서 연장부의 면을 가로질러 균일 유동으로 방출될 수 있도록 연료 가스의 완전한 혼합을 보장하는 연료 기류 내의 난류를 유도하는 내부 배플을 포함한다.

Showalter 등의 하부 예열 블록 조립체는 종래에 비해 충분히 진보된 것을 나타냈지만, 2 조각으로 된 하부 예열 블록 조립체는 정밀하게 기계 가공된 슬롯이 연장부 내에 있도록 제조될 필요가 있으며, 상부 및 하부 예열 블록 조립체 사이를 통과될 때, 및 열화학적으로 스카핑될 금속 물체 혹은 공작물을 향할 때 주위 공기가 산화/산소 기류에 흡입되는 것을 방지하기 위해 연장부의 폭에 걸쳐 균일하게 연료 가스가 분포되는 것을 보장하기 위해 연료 기류에 난류를 유도하기 위한 내부 배플의 사용이 필요하였다.따라서, 당업계에서는 겉으로는 불가능한 것처럼 보이지만, 설계 및 제조가 간단하면서도, 판형태 연료 기류가 산화 기류를 효과적으로 차폐할 수 있는 열화학적 스카핑 장치의 개선된 하부 예열 블록 조립체가 필요하다.

Showalter 등의 하부 예열 블록 조립체에 있어서, 공개된 가스 방출 슬롯은 미국 특허 제3,231,413호에 제시된 것과 동일한 배플을 갖는 종래 연장부 내에 제공되어 연료 가스 방출 슬롯이 그 길이를 따라 임의의 점에서 연료 가스 방출이 막히거나 방해되어, 대기 공기가 산화 기류를 흡입하게 될 가능성이 존재하여 금속 스카핑 공정 동안 피크 및 밸리의 형성을 유도할 수 있다. 따라서, 쉽게 막히지 않을 가스 방출구가 모듈 베이스 혹은 블록 내에 형성되고, 이것에 의해 연장부가 결합 및 중첩 위치에 위치될 수 있어서, 연장부는 블록 면에 바람직한 크기의 가스 방출 오리피스를 형성하여 하부 예열 블록 조립체의 제조를 간단하게 하고, 연료 가스가 블록 조립체가 폭에 걸쳐 고르게 분포되게 하여, 상기 하부 블록은 스카핑 공정 동안에 가스 방출구에 플러그 혹은 방해물이 있더라도 주위 공기로부터 산화 기류를 차폐하도록 만족스럽게 수행할 것이다.

마지막으로, Allmang 의 특허에 대한 배플은 산화 기류 내에서 대기 공기의 흡입을 최소화할 때에 유용함을 증명하였지만, 이러한 문제는, Showalter 등의 개선된 하부 예열 블록 조립체에 대해서도 여전히 지속되고 있다. 따라서, 산화 기류를 이용하도록 구성된 열화학적 스카핑 장치용 개선된 하부 예열 블록 조립체가 필요한데, 산화 기류는 연료 기류가 하부 예열 블록 조립체를 지날 때 산화 기류 및 하부 예열 블록 조립체 사이에서 연료 가스를 압축하거나 또는 압착시켜 연료 가스가 하부 예열 블록 조립체의 폭에 걸쳐 균일하게 분포하도록 하고, 스카핑될 금속 공작물을 향하여 계속적으로 이동할 때 산화 기류에 인접하여 차폐하는 판형태 연료 기류를 형성하게 하여 피크와 밸리가 스카핑 공정동안 형성될 가능성을 최소화하고, 금속 마감질 공정동안 생산량을 증가시킨다.

본 발명은 종래의 공지된 다른 하부 예열 블록 조립체의 일부 설계 결함을 극복하는 열화학적 스카핑 장치의 개선된 하부 예열 블록 조립체를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 하부 예열 블록 조립체는 하부 예열 블록 조립체의 폭을 가로질러 연료 가스를 균일하게 분포시키고, 연료 가스를, 하부 예열 블록 조립체 위쪽 및 금속체 혹은 공작물을 향하게 하는 유동 통로를 따라 통과되는 산화 기류에 인접하여 그것을 차폐하는 판형태 연료 기류로 형성하여 마감 공정동안 열화학적으로 스카핑되도록 하기 위하여 간단하고 효율적이며 고유연성을 갖는 장치를 제공한다. 공지된 하부 블록 조립체에 비하여 상대적으로 간단한 이 개선된 하부 블록은 상대적으로 높은 정도로 산화 기류의 차폐를 가능하게 하며, 스카핑 장치에 의해 열화학적으로 스카핑되는 금속 공작물의 표면에 피크 및 밸리의 형성을 최소화한다.

본 발명은 서로 대향하는 상면 및 하면, 서로 대향하는 측면, 및 측면 사이에 길이 방향으로 뻗어 있는 서로 대향하는 정면 및 후면을 갖는 모듈 블록을 구비하는 열화학적 스카핑 장치용 하부 예열 블록 조립체를 제공함으로써 간단한 설계 및 동작뿐만 아니라 높은 정도의 유연성, 유지성, 신뢰성을 달성한다. 가스 방출구는 블록의 정면 내에 형성되며 블록의 정면을 가로질러 세로로 뻗어 있다. 모듈 연장부는 블록의 정면 위에 장착되며, 부분적으로 블록의 정면 위에 놓여 있다. 상기 연장부는 원하는 정도로 블록의 정면 위에 가스 방출구와 연결되어 가스 방출 오리피스를 형성하도록 가스 방출구 위에 부분적으로 놓여 있을 수 있다. 상기 연장부는 블록의 정면에 분리 가능하게 고정되도록 구성 및 배치되어 있다. 따라서, 이러한 구성의 특징은 본 발명의 하부 예열 블록 조립체가 그 내부에 정밀하게 기계 가공된 연료 가스 방출 슬롯 또는 구멍을 요구하지 않으며, 다음에 하부 블록 조립체를 가로질러 균일하게 연료 가스의 분포를 막을 수 있는, 가스 방출구를 오염시키는 오염물 또는 다른 방해물을 허용하지 않는다. 따라서, 이러한 것은 산화 기류의 방해 가능성을 최소화하고, 제조가 간단하고 사용시에 높은 제조효율을 제공하는 하부 예열 블록 조립체를 가능하게 한다.

연장부는 서로 대향하는 상면 및 하면, 서로 대향하는 측면, 및 측면 사이에 길이 방향으로 뻗어 있는 서로 대향하는 정면 및 후면을 갖는다. 상기 연장부의 후면은 블록의 정면 상에서 중첩 관계로 위치되어 있다. 상기 연장부의 상면은 그에 대하여 오목하게 형성되어 있는, 즉 상기 연장부가 상기 블록의 상면으로부터 미리 정한 높이 아래쪽으로 단차져 상기 연장부의 상면은 상기 블록의 상면의 높이 이하에 위치된다. 상기 연장부는 연장부의 길이 방향으로 뻗어 있는 블록의 정면으로부터 단차져 있는 리딩 에지(leading edge)를 추가로 포함한다. 상기 연장부의 리딩 에지는 연장부의 정면을 갖는 리딩 에지를 막거나 차단하기 위한 노치(notch)를 형성하기 위하여 연장부의 정면에 대해 오목하게 형성될 수 있다.본 발명의 하부 예열 블록 조립체는 상부 예열 블록 조립체가 제공된 종래의 열화학적 스카핑 장치에 사용하기 위한 것으로, 하부 예열 블록 조립체가 상부 블록 조립체로부터 이격되어 있고 상부 블록 조립체의 반대쪽에 위치되어 산소 슬롯이 두개의 블록 조립체에 의해 그 사이에 형성되며, 산소가 스카핑되는 금속 공작물쪽으로 뻗어 있는 유동 경로를 따라 이동하는 산화 기류 내부로 통과하고 형성된다. 그보다 먼저 이 기술에서 비공지된 형식에서, 본 발명의 하부 예열 블록 조립체의 유일한 구성이 산화 기류, 모듈 블록의 정면, 및 하부 예열 블록 조립체의 길이 방향을 따라, 즉, 스카핑될 공작물의 폭에 걸쳐 제공된 제2 상면 사이에서 연료가스를 "공기학적으로" 압축 또는 압착하여, 연료 가스가 하부 예열 블록 조립체의 정면의 전체 길이를 따라 균일하게 분포되는 것을 확실하게 하고 연장부의 리딩 에지 및 산화 기류에 의해서 및 그 사이에 형성된 공기학적 슬롯을 통해 대략 균일한 판형태 기류로서의 압축 및 분포된 연료가스를 통과시켜, 판형태 연료 기류와 판형태 산화 기류가 함께 그 후 스카핑될 금속 공작물을 향하는 유동 통로를 따라 유동할 때, 판형태 연료 기류가 판형태 산화 기류 아래에 인접하게 놓이는 것을 확실하게 한다. 따라서, 상기 하부 예열 블록 조립체의 유일한 구성은 주위 공기와 산화 기류가 혼합될 가능성을 크게 최소화하며, 공작물쪽으로 이동하는 매끈한 판형태 산화 기류를 유지시키도록 구성되어, 결과적으로 공작물의 더욱 매끈하게 스카핑된 표면이 되도록 하여 공지된 스카핑 장치보다 더욱 큰 제조율과 제조 효율을 가져오게 한다.

따라서, 본 발명의 개선된 하부 예열 블록은 결과적으로 사용동안 열화학적 스카핑 장치의 산화 기류를 차단시키는 새로운 방법을 가져오며, 그 방법은 하부 예열 블록 조립체의 모듈 베이스 또는 블록의 표면 위에 판형태 산화 기류를 통과시키는 단계; 산화 기류 아래에 놓여 있는 판형태 연료 기류를 형성하도록 그 제1 상면에 인접하는 블록의 정면에 형성된 연료 가스 방출구로부터 연료 가스를 방출시키는 단계; 산화 기류로 하부 예열 블록의 연장부 상에 형성된 제2 상면과 정면 사이에 판형태 연료 기류를 압축하여 판형태 연료 기류가 판형태 산화 기류하에서 실질적으로 균일하게 분포되고, 판형태 기류 모두가 스카핑되는 공작물쪽으로 유동 경로를 따라 모두 통과하고, 대기 공기와 산화 기류의 혼합을 일으키지 않고 금속 공작물의 매끈한 표면의 스카핑 공정이 되도록 판형태 기류가 대기 공기로부터 판형태 산화 기류를 차단한다.

연료 가스를 판형태 연료 기류에 형성하는 단계는 블록의 정면, 연장부의 상면 및 산화 기류에 대하여 연료 가스를 공기적으로 압착시키는 단계, 및 연료 가스를 산화 기류에 인접하는 판형태 연료 기류로 형성하도록 산화 기류 및 연장부의 상면의 길이 방향으로 뻗어 있는 리딩 에지에 의하여 형성되는 공기 슬롯을 통해서 연료 가스를 통과하는 단계를 포함한다.

본 발명의 목적은 열화학적으로 스카핑되는 금속 공작물 상에 매끈한 스카핑 표면을 신뢰성 있게 일관적으로 생성하는 금속 스카핑 장치용 개선된 하부 예열 블록 조립체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 설계 및 구성이 간단하고, 지속적 사용 및 영속성이 있으며 사용이 쉽고 유지성이 있는 금속 스카핑 장치용 개선된 하부 예열 블록 조립체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대기 공기가 산화 기류를 흡입할 가능성을 최소화한 금속 스카핑 장치에 사용되고, 열화학적 스카핑 공정 동안 산화 기류를 차단하기 위하여 산화 기류에 인접하는 판형태 연료 기류를 형성하기 위하여 개선된 하부 예열 블록 조립체를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 열화학적 스카핑 동작의 시작전에 강철 슬래브를 예열하기 위해 위치된 본 발명의 개선된 하부 예열 블록을 나타낸 스카핑 장치의 개략적인 부분 측단면도.

도 2는 본 발명의 하부 예열 블록의 제1 실시예의 정면 분해 사시도.

도 3은 선두 에지의 연장선을 따라 노치가 형성되어 있는 도 2의 하부 예열 블록의 실시예의 부분 측단면도.

도 4는 본 발명의 하부 예열 블록의 제2 실시예의 분해 사시도.

도 5는 선두 에지의 연장선을 따라 노치가 형성되어 있는 도 4의 하부 예열 블록의 실시예의 부분 측단면도.

도 6은 도 4의 예열 블록의 부분 정면도.

도 7은 본 발명의 하부 예열 블록의 제3 실시예의 분해 사시도.

도 8은 선두 에지의 연장선을 따라 노치가 형성되어 있는 도 7의 하부 예열 블록의 실시예의 부분 측단면도.

도 9는 블록이 일체로 제조된 본 발명의 하부 예열 블록의 제4 실시예의 사시도.

도 10은 도 9의 하부 예열 블록의 부분 측단면도.

도 11은 열화학적 스카핑 장치용 도2 내지 도 6의 하부 예열 블록을 설명하는 부분 개략도로서, 산화 가스에 의한 공기 슬롯의 형태가 하부 예열 블록 위로 통과하여 흐르고, 판형태 연료 가스의 형태가 흘러서 형성되어 산화 가스 아래 및 주변에서 스카핑되는 금속 공작물쪽으로 향하는 유동 경로를 따라 이동하는 열화학적 스카핑 장치에 사용하는 것을 설명하는 도면.

이하, 도면을 상세하게 참조하여 열화학적 스카핑 장치(5)가 도 1에 도시되며, 동일한 부분은 동일한 도면 부호로 나타낸다. 스카핑 장치(5)는 공지의 방식으로 구성된 매니폴드 헤드 조립체(manifold and head assembly)(6)를 포함하고, 상기 매니폴드 헤드 조립체는 상부 예열 블록 조립체(7), 및 상기 상부 예열 블록 조립체(7)에 이격되고 대향하는 하부 예열 블록 조립체(9)를 수용하여 장착하도록 구성되고 배열된다.

또한 상기 스카핑 장치는 또한 매니폴드 헤드 조립체를 고정시키는 라이딩 슈(riding shoe; 10)를 공지의 방식으로 포함하고, 상기 라이딩 슈(11)는 적어도 하나의 스키드(skid; 13)가 형성된 하면(11)을 구비한다. 금속 공작물(workpiece), 예를 들어 도 1에서 도면 부호 "S"로 표시된 강철 슬래브(steel slab)가 스카핑 장치를 지나는 이동 경로를 따라 진행될 때, 라이딩 슈의 스키드(13)가 강철 슬래브의 상면, 하면, 또는 측면―여기서 강철 슬래브 각각은 도 1의 스카핑 장치(5)의 구성과 동일하지는 않지만 유사한 방식으로 구성된 별개의 스카핑 장치와 함께 제공됨― 각각에 결합되어 올라 탈수 있는 위치 내로 매니폴드 헤드 조립체가 이동될 수 있도록 라이딩 슈 및 스키드가 제공된다. 도 1에 예시되어 있는 바와 같이 스카핑 장치(5)는 강철 슬래브가 이동 경로를 따라 전진할 때 상기 강철 슬래브에 대해 상면에 위치하는 스카핑 장치이다. 스카핑 장치(5)의 구조, 보다 구체적으로는 매니폴드 헤드 조립체(6)의 구조는 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이루는, Showalter 등에게 허여된 미국 특허 번호 제5,234,658호에 상세하게 기술되어 있다.

그러한 구조 하에서, 매니폴드 조립체(6)는 도 1에 도시된 산소 공급원(oxygen supply source)으로부터 공급되고 열화학적 스카핑 과정에서 산화 가스(oxidizing gas)로 사용되는 가압된 산소가 상부 예열 블록 조립체(7)로 전달되는 제1 산소 라인(14)을 포함한다. 제2 산소 공급 라인(15)은 2개의 상부 및 하부 예열 블록 조립체 사이에 형성된 산소 슬롯(oxygen slot; 16)으로 산소를 공급하고, 공급된 산소는 2개의 예열 블록 조립체 사이를 통과할 때 판형태 산화 기류(sheet-like oxidizing gas flow; 82)(도 1 및 도 11 참조)로 형성되고, 스카핑될 강철 슬래브 또는 기타 금속 공작물을 향하는, 도 1에서 도면 부호 "F"로 표시된 흐름 경로를 따라 뻗어 있다. 또한 매니폴드 헤드 조립체는 도시된 물 공급원으로부터 상부 예열 블록 어셉블리(7)로 물을 공급하는 물 공급 라인(19)과, 냉각수가 상부 예열 블록 조립체를 통해 공지의 방식으로 순환될 수 있도록 하는 물 복귀 라인(water return line; 21)을 포함한다. 마찬가지로, 매니폴드 헤드 조립체(6)는 하부 예열 블록 조립체(9)로 냉각수를 공급하는 제2 물 공급 라인(22)과, 냉각수가 공지의 방식으로 하부 예열 블록 조립체를 통하여 순환될 수 있도록 하는 제2 물 복귀 라인(23)을 또한 포함한다.

상부 예열 블록 조립체(7)는 도 1에 양호하게 도시되고, 모듈 베이스 부재(modular base member) 또는 상부 블록(25)을 갖도록 예시되며, 상부 연장부(extension; 26)는 상기 블록(25) 위에 중첩되도록 결합된다. 블록(25)은 적합한 파스너(fastener; 27)로 매니폴드 헤드 조립체 상에 위치하는 마운팅 페이스(mounting face; 도시되지 않음)에 고정되는 반면, 상부 연장부(26)는 적합한 파스너(29)에 의해 상부 블록(25)에 고정된다. 파스너(27, 29)는 예를 들어 나사 볼트(threaded bolt) 또는 기계 나사를 포함할 수 있다.

내부 물 통로(30)는 물 공급 라인(19) 및 냉각수가 순환될 수 있도록 하는 물 방출(discharge) 라인(21)에 연결되도록 공지의 방식으로 상부 연장부(26) 내에 위치한다. 제1 내부 산소 통로(31) 또는 매니폴드는 상부 연장부 내에 위치하고, 상부 연장부의 세로 또는 길이 방향으로 뻗어 상부 연장부(26) 내에 위치하는 산소 방출구(33), 또는 방출 오리피스(discharge orifice)로 산소를 공급한다. 도 1에는 하나의 산소 방출구(33)만이 예시되었지만, 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이루는, Showalter 등에게 허여된 미국 특허 번호 제5,358,221호 및 제5,472,175호에 상세하게 기술된 방식으로 상부 연장부의 길이 방향으로 일련의 방출구가 공간적으로 이격되어 위치한다는 것을 예상할 수 있다. 산소 통로(31)는 산소 공급 라인(14)과 연결된다.

도 1을 참조하면, 상부 연장부(26)는 내부에 형성되고 스카핑 장치를 향하고, 지나가는 이동 경로를 따라 진행하는 강철 슬래브의 폭에 대해 연장부의 길이 방향을 따라 세로로 뻗어 있는 제2 산소 통로(34), 또는 매니폴드를 포함하며, 이 경우에 강철 슬래브는 스카핑 장치(5)에 의해 상면 전체를 가로질러 스카핑된다. 또한, 산소 통로(34)는 또한 산소 공급 라인(14)과 연결되고, 내부에 위치하며 상부 연장부(26)의 일부로써 제공되는 연료 가스/산소 노즐(nozzle) 조립체(35)의 말단부에 위치한다. 노즐 조립체(35)는 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이루는 Showalter 등에게 허여된 미국 특허 번호 제5,333,841호는 물론 Showalter의 전술한 2개의 특허에 상세하게 기술된다. 따라서, 상부 연장부(26)는 상부 연장부의 길이 방향으로 뻗어 있고 노즐 조립체(35)의 중간 부분과 말단부 사이에 연결된 내부 연료 가스 통로(37), 또는 매니폴드를 포함한다. 노즐(35)의 중앙 부분은 상부 연장부(26)의 전면과 동일한 높이를 갖도록 위치하여 중앙 산소, 또는 산화 가스 흐름이 주변의 연료 가스 흐름과 함께 방사되어 산화 가스 흐름을 차단한다.

상부 블록(25) 및 상부 연장부(26)는 각각 청동(bronze) 또는 구리(copper) 재료와 같은 양호하고 내구성이 강한 금속 재료로 형성되는데, 구리로 형성되는 것이 보다 바람직하다.

하부 예열 블록 조립체(9)에 대한 제1 실시예는 도 1 내지 도 3에 예시되고, 하부 예열 블록 조립체는 하부 모듈 베이스 부재 또는 하부 블록(38)과, 하부 블록(38)과 적어도 부분적으로 중첩되도록 하부 블록(38) 상에 체결되는 모듈 하부 연장부(39)를 포함한다. 하부 블록(38)은 바람직한 파스너 또는 파스너들(도시되지 않음)에 의해 매니폴드 헤드 조립체(6)에 분리 가능하도록 고정되고, 하부 연장부(39)는 필요한 경우 하부 블록(38)에 분리 가능하도록 고정될 수 있으며, 또는 다른 방식으로 하부 연장부는 하부 블록과 연장부가 도 9 및 도 10에 예시된 바와 같이 하나의 금속 블록을 포함하도록 하부 블록의 일부로써 형성될 수 있다. 하부 블록(38) 및 하부 연장부(39)는 예를 들어 구리 또는 청동, 보다 바람직하게는 구리와 같은 양호하고 내구성이 강한 금속 재료로 형성된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 2 조각(two-piece) 구성을 갖는 하부 예열 블록 조립체(9)에 대한 제1 실시예가 도시된다. 하부 블록(38)은 평면의 상면(41), 상기 상면(41)에 대향하는 하면(42), 공통 에지(edge)를 따라 상면 및 하면을 인접하도록 하는, 서로 대향하는 측면(43, 45), 측면(43, 45) 사이에 하부 예열 블록(38)의 길이 방향으로 세로로 뻗어 있는 전면(46)과 상기 전면(46)에 대향하는 후면(47)을 포함한다. 물 인피드(infeed) 통로(49)는 블록(38) 내에 위치하며, 후면(47)로부터 전면(46)을 관통하여 뻗어 있다. 물 인피드 통로(49)는 도 1에 도시된 물 공급 라인(22)과 연결될 것이다. 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이루는 Showalter 등에게 허여된 미국 특허 번호 제5,497,976호에 개시된 바와 같이, 공지의 방식으로, 환상의 동심 그루브(concentric annular groove; 50)는 하부 예열 블록의 전면(46)에 물 인피드 통로(49)의 개구(openning) 주위에 위치하여, 연장부(39) 상의 물 인피드 통로를 밀폐시키기 위해 바람직한 O-링(53; 도 3 참조)을 수용한다. 또한, 물 복귀 통로(51)는 하부 블록(38) 내에 위치하고, 전면(46)으로부터 후면(47)을 관통하여 뻗어 있으며, 도 1의 물 방출 라인(23)과 연결된다. 하부 블록 내에 위치하는 물 인피드 통로(49)와 마찬가지로, 환상 그루브(52)는 O-링(53; 도 3 참조)을 수용하여 블록과 연장부 사이에서 통로(39)를 밀폐시키는 물 복귀 통로(51)에 의해 전면(46)에 형성된 개구 주위를 둘러싼다.

도 1에 양호하게 예시되고 Showalter 등에게 허여된 미국 특허 번호 제5,497,976호에 상세하게 개시된 바와 같이, 도 1에는 하나만이 예시된, 공간적으로 이격된 일련의 가스 공급 덕트(duct)(54)는 후면(47)으로부터 하부 블록(38) 내에 세로로 위치하는, 가스 매니폴드 역할을 하는 보어(bore; 55)로 연장되어 연결된다. 가스 공급 덕트(54)는 각각 도 1에 도시된 연료 가스 공급 라인(18) 또는 양호한 등가물과 연결된다. 상세하게 도시되지 않더라도, 길이 방향을 따라 공간적으로 이격된 일련의 가로 환상 디스크(transverse annular disk)를 갖는 연장 로드(elongate rod; 55')는 연료 가스가 확실하게 혼합되어 가스 방출구(56)를 통하여 충분히 균일한 흐름으로 통과하도록 양호한 수의 연료 가스 공급실을 형성하기 위해 보어 내에 통과된다. 연장 로드 및 스페이서 디스크 장치(spacer disk device)와 같은 구조는 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이루는 Allmang의 미국 특허 번호 제2,838,431호에 기술된다. 이하 도 2를 참조하면, 본 명세서의 가스 방출구는 하부 예열 블록(38)의 전면(46) 내에 세로로 뻗어 있는 연장 슬롯과 유사한 가스 방출구(56)로 형성되고, 연료 가스 공급을 위해 보어(55)와 연통되도록 블록의 내부로 뻗어 있다.

도 2의 하부 예열 블록 조립체(9)는 또한 하부 블록의 전면에 부분적으로 중첩되도록 결합되며 분리 가능하도록 고정되게 구성되고 배치되는 별개의 하부 연장부(39)를 포함한다. 하부 연장부(39)는 통상적으로 평면의 상면(58), 상기 상면(58)과 대향하는 하면(59), 공통 에지를 따라 연장부의 상면과 하면을 인접시키도록 공간적으로 이격된 한 쌍의 측면(60, 62), 연장부의 세로 길이 방향으로 뻗어 있고 공통 에지를 따라 상면, 하면, 및 측면을 인접시키는 전면(63)과 상기 전면(63)에 대향하는 후면(64)을 포함한다. 도 1 및 도 3에 양호하게 예시되어 있는 바와 같이, 연장 보어 또는 물 통로(66)는 세로 방향을 따라 연장부 내에 위치하고, 측면 각각에서 물 공급 덕트(67)와 연통되며, 연장부에는 2개의 물 공급 덕트가 공간적으로 이격되고, 물 공급 덕트 각각은 하부 블록(38) 내에 형성되는 물 인피드 통로(49), 또는 물 방출 통로(51) 각각에 연통된다.

도 1 내지 도 8, 및 도 11에 예시된 2 조각 구성을 갖는 하부 블록 조립체(9)에서, 하부 연장부(39)는 나사 파스너(도시되지 않음)를 하부 블록의 후면(47)에 형성되는 이격된 세 개의 개구(도시되지 않음) 중 하나를 관통하여 세로로 뻗어 있고, 전면(46)에 형성되는 이격된 세 개의 개구(68) 중 하나를 관통하여 하부 연장부의 후면(63) 내에 형성되는 이격된 세 개의 나사 개구(도시되지 않음) 중 하나 내로 통과시킴으로써 공지의 방식으로 하부 블록(38)에 고정되며, 상기 하부 연장부는 하부 블록의 전면에 분리 가능하도록 고정될 수 있다. 또한, 하부 연장부(39)는 공지의 방식으로 서로 공간적으로 이격된 맞춤 핀(dowel pin; 도시되지 않음)을 적어도 하나, 본 예에서는 두 개를 포함하고, 맞춤 핀 각각은 연장부의 후면(64)으로부터 측면으로 뻗어 있으며, 하부 블록 상에 하부 연장부를 안내하고 정렬시키기 위해 하부 블록의 전면 내에 형성되는 보어(69) 각각에 수용할 수 있는 크기 및 형태를 갖는다.

도 1 및 도 3에 예시된 바와 같이, 본 기술분야에서 지금까지 알려지지 않은 방식인, 2 조각 구성에서 블록(38) 및 연장부(39)는 연장부가 블록에 분리 가능하도록 고정되는 경우, 연장부의 상면(58)은 연장부가 가스 방출구(56)와 연통되게 가스 방출 오리피스(70)를 위치시키도록 블록의 전면 내에 형성되는 가스 방출구(56)를 교차하도록 구성된다. 이러한 구조의 이점으로는 가스 방출구(56), 본 명세서에서의 슬롯이 블록 제조 중에 Showalter 등의 미국 특허 번호 제5,497,976호에서 하부 예열 블록 조립체의 연장부로 예시된 바와 같은 정밀한 슬롯을 제조하는 것보다 보다 용이하고, 보다 저렴하게 크기가 큰 블록을 제조할 수 있다는 것이다.

당업자에게 알려진 바와 같이, 연료 가스는 상부 및 하부 예열 블록 조립체 사이에 형성되는 슬롯(16)을 통해 산소를 통과시킴으로써 생성되는 판형태 산화 기류(82; 도 1 및 도 11 참조)를 보호하도록 하부 예열 블록 조립체(9)를 통해 방사된다. 대기가 가스나 먼지 등을 빨아들이는 경우, 즉 산화 기류와 함께 혼합되고 난류(turbulence)를 생성하는 경우, 금속 공작물의 표면에 스카핑되는 바람직하지 않은 피크(peak) 및 밸리(valley) 등이 발생되므로, 매끈한 스카핑 면을 얻기 위해서는 금속 공작물의 외부 면을 대량으로 스카핑해야하기 때문에 생산율이 저감된다. Showalter 등의 미국 특허 번호 제5,497,976호의 스카핑 장치에서, 하부 예열 블록 조립체는 세로 길이 방향, 즉 스카핑되는 목적물의 폭을 따라 연료 가스가 충분히 균일하게 흘러서 산화 기류를 차단할 수 있고, 하부 예열 블록 조립체 내에 피크 및 밸리 형성을 최소화하여 매끈한 스카핑면을 얻을 수 있도록 구성되고 배치된다.

그러나, 이를 위해서는 연장부의 내부 배플(baffle)을 정밀하게 기계 가공하는 것은 물론 Showalter 등의 하부 예열 블록 조립체의 연장부 내에 있는 슬롯을 정밀하게 기계 가공하는 것이 요구되고, 또한 예열 블록 조립체의 하부 블록이 연료 가스를 확실하게 혼합하여 연료 기류가 대기로부터 산화 기류를 차단하기 위해 연장부의 길이 방향으로 균일하게 분포되도록 하는 것이 요구된다.

임의의 개구가 차단하는 연료 가스 내에 형성되는 경우, 예를 들어 슬롯의 일부가 가려지거나 아니면 차단되는 경우, 대기가 산화 기류를 흡입하는, 차단에서 "파열(break)"이 발생할 가능성이 증가한다. Showalter 등의 이러한 장치가 본 기술분야에서 상당히 개선된 발명으로 증명되었더라도, 본 명세서에 개시된 본 발명에서는 연장부 내에 슬롯을 정밀하게 기계 가공할 필요가 없고, 오히려 크기가 큰 슬롯을 기계 가공하거나 아니면 하부 블록(38)의 전면 내에 형성하고, 연장부는 블록의 전면 내에 오리피스를 형성시키는데 사용되어 예열 블록 조립체 제조가 용이하고, 스카핑 과정 중에 연장부가 손상되는 경우, 예를 들어 용해된 금속이 손상되거나 아니면 연장부가 손상되는 경우 유지하기 용이하므로, 연장부를 정밀하게 기계 가공하는 대신에 최소 비용으로 신속하고 용이하게 대체할 수 있다.

도 3에 예시된 바와 같이, 연장부(39)의 후면(64)은 물 공급 덕트(67)가 하부 예열 블록 내에 형성되는 물 통로(49, 51) 각각에 정렬되고, 그루브(51, 52) 각각에 위치하는 O-링(53)이 연장부의 후면 상에 물 공급 덕트를 밀폐시키기 위해 압축되도록 하부 예열 블록(38)의 전면(46) 상에 결합된다. 이 경우에는, 상기한 바와 같이, 연장부의 상면(58)이 하부 예열 블록(38)의 가스 방출 오리피스(70)를 형성한다.

도 2에 상면(58)과 전면(63)이 서로 결합하는 하부 연장부(39)의 길이를 따라 뻗어 있는 리딩 에지(leading edge; 71)가 예시되어 있다. 그러나 하부 예열 블록 조립체(9)가 상부 예열 블록 조립체보다 스카핑될 금속 공작물에 더 근접하여 위치되므로, 연장부의 리딩 에지를 보호하는 것이 바람직한데, 그 이유는 아래에서 상세하게 설명되어 있다.

따라서 도 3에 예시되어 있듯이, 연장부의 전면(63)에 비해 리딩 에지(71)를 리세스하기 위해, 하부 연장부(39)의 길이를 연장시키는 길다란 노치(notch; 72)를 그 내부에 형성할 수 있기 때문에, 연장부의 전면은 리딩 에지가 손상되는 것을 방지하고 이를 보호한다. 전술한 바와 같이, 2 조각 구성을 갖는 하부 예열 블록 조립체(9)의 특징은 스카핑 과정이 진행되는 동안 연장부(39)가 손상되는 경우, 하부 블록(38) 상에서 이를 신속하고 쉽게 제거하고 대체할 수 있다는 것이다.

하부 예열 블록 조립체(9)의 제2 실시예가 도 4 내지 도 6에 예시되어 있다. 도 4의 하부 예열 블록(38)은 가스 방출구(56)로서 길다란 연속적인 슬롯 대신에, 가스 방출구로서 하부 예열 블록(38)의 전면 내에 공간적으로 이격되어 배열된 일련의 원형 개구(56')―여기서 각각의 원형 개구는 블록의 내부로 뻗어 있으며, 또한 그 내부에 형성된 보어(55)에 연통됨―가 형성된다는 점을 제외하고는, 도 2의 하부 예열 블록(38)과 동일한 방법으로 구성된다. 도 4의 하부 연장부(39)는 도 2의 하부 연장부(39)와 동일한 방식으로 구성되는데, 따라서 이에 대해서는 아래에서 상세하게 설명하지 않는다.

도 2 및 도 3에 예시된 하부 예열 블록 조립체(9)의 실시예에 있어서, 도 4 내지 도 6의 하부 예열 블록 조립체는 2 조각으로 이루어진 조립체인데, 여기서 조립체의 연장부(39)는 하부 블록(38)의 전면과 분리 가능하게 고정되어 이를 부분적으로 덮는다. 도 5를 참조하여 설명하면, 따라서 제2 실시예의 하부 예열 블록 조립체에 있어서 연장부(39)는 가스 방출 오리피스(70)를 구성하거나, 또는 이 경우에는 하부 예열 블록의 전면(46)을 가로질러 길이 방향으로 뻗어 있으며 공간적으로 이격된 일련의 가스 방출 오리피스(70)를 형성한다. 다시 설명하면, 이러한 구조의 특징은 구조가 비교적 단순하며, 예를 들어 하부 블록(38)의 전방면 내에 1/8 인치 홀을 신속하게 드릴링한 후, 원한다면 블록(38)의 전면(46)을 덮는 연장부(39)의 후면(64)의 길이를 따라 가스 방출 오리피스(70)의 크기를 정한다.

따라서 도 6에 예시되어 있듯이, 전면 및 가스 방출구(56')와 결합하여 이들과 부분적으로 중첩되는 연장부(39)에 의해, 공간적으로 이격된 일련의 반원 개구가 형성되는데, 여기서 각각의 반원 개구는 가스 방출 오리피스(70)의 기능을 한다. 또한 도 5에 예시되어 있듯이, 길이 방향으로 뻗어 있는 노치(72)는 연장부의 상면의 리딩 에지(71)의 길이 내에서 그 길이를 따라 뻗어 있으며, 리딩 에지 및 상면 각각은 공정이 진행되는 동안 조립체의 전면(63)에 의해 보호된다.

하부 예열 블록 조립체(9)의 제3 실시예가 도 7 및 도 8에 예시되어 있다. 하부 블록(38)은 하부 블록(38)의 전면(46)에 형성된 각각의 원형 개구(56')가 삽입물(insert; 57), 바람직하게는 구리(copper)로 구성되어 기계 가공된 삽입물―여기서 삽입물은 각각의 원형 개구(56') 내에서 슬리브(sleeve)에 부합되는 방식으로 형성되며, 그 내부에 형성되는 가스 방출 오리피스(70)로서의 내부 통로를 가지며 하부 블록(38)에 형성된 보어(55)에 연결되어 뻗어 있음―을 포함한다는 점을 제외하고는, 도 2 및 도 4의 하부 블록(38)과 동일한 방법으로 구성된다. 그러나 제3 실시예에 의한 하부 예열 블록 조립체에 있어서, 연장부(39)는 하부 블록(38)과 분리 가능하게 고정되지만, 여기서 연장부는 하부 블록의 전면 내의 가스 방출 오리피스를 부분적으로 덮거나 가스 방출 오리피스를 형성하지 않으며, 각각의 삽입물(57) 내에서 형성되어 삽입물을 지나 뻗어 있는 통로 또는 보어에 의해 가스 방출 오리피스(70)가 형성된다.

따라서 도 7 및 도 8의 하부 예열 블록 조립체(9) 구조의 특징은 하부 블록의 전면 내에 형성된 원형 개구(56')가 도 4의 하부 블록(38) 내에서 기계 가공된 개구에 비해 큰 크기를 가질 수 있다는 것인데, 이러한 개구는 비교적 빠르고 그리고 쉽게 형성되며, 따라서 스카핑 과정이 진행되는 동안 연료 가스를 방출하기 위해, 예를 들어 직경이 1/10 인치 또는 9/100 인치이며, 그 내부에서 뻗어 있는 정밀하게 드릴링된 통로를 가지는 삽입물이 제공된다. 그러나 원한다면, 하부 연장부(39)는 삽입물(57)을 부분적으로 덮을 수 있으며, 각각의 삽입물 내에 드릴링된 홀에 의해 가스 방출 오리피스(70)를 형성할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 하부 연장부(39)는 상면(58)과 전면(63)이 서로 결합되는 하부 연장부(39)의 길이 방향을 따라 뻗어 있는 리딩 에지(leading edge; 71)를 구비하며, 또한 이하 상세하게 기술되므로 상기 리딩 에지를 스카핑 과정 중 발생하는 손상으로부터 차단 및/또는 보호하기 위해서 상기 연장부의 전면(63)에 대해 리딩 에지(71)를 리세스(recess)시킨 노치(notch; 72)가 제공될 수 있다.

하부 예열 블록 조립체(9)의 제4 실시예가 도 9 및 도 10에 예시되며, 모듈 일체(one-piece) 예열 블록 조립체가 제공된다. 따라서 도 9의 하부 예열 블록 조립체(9)는 실질적으로 평면인 상면(41), 상기 상면에 대향되는 하면(42), 상기 상면 및 하면의 공통 단부를 따라 뻗어 있고 일정 거리를 유지하고 서로 대향하는 한 쌍의 측면(43, 45), 상기 측면(43)으로부터 상기 측면(45)까지 상기 블록의 길이 방향으로 뻗어 있고 공통 측면을 따라 그 상면 및 하면에 결합되는 후면(47)을 구비하는 하부 블록(38'), 및 상기 하부 블록(38')의 일부분으로 형성되는 구성요소로서의 하부 연장부(39')를 포함한다. 연장부(39')는 상기 블록(38')의 상면(41)에 대해 이 상면(41)으로부터 기설정 높이로 리세스되는 상면(58)을 구비한다. 연장부(39')의 상면(58)은 또한 상기 블록(38')의 상면(41)에 실질적으로 평행하게 위치된다. 연장부(39')는 또한 단부면(60, 62) 사이에 그 길이/세로 방향으로 뻗어 있는 전면(63)을 구비하고 상기 연장부의 길이를 연장시키는 리딩 에지(71)를 따라 상면(58)과 인접하게 된다.

도 7 및 도 8에 예시되는 하부 예열 블록 조립체의 실시예에서, 블록(38')은 자신의 전면(46) 내에서 형성되고 보어(55)와 연통되도록 블록의 내부로 뻗어 있는 정렬되고 이격된 일련의 개구부(56')가 제공된다. 개구부(56') 각각은 개구부(56') 내부에 수납되는 보다 상세하게 전술된 각각 하나의 삽입구(57)를 구비하는데, 상기 삽입구는 상기 하부 블록(38')의 전면을 따라 각각 하나의 가스 방출 오리피스(70)를 형성하게 된다.

도 10에 잘 도시된 바와 같이, 하부 예열 블록 조립체의 이 실시예에서, 보어(66)는 냉각수가 보어를 통과하는 원통형이 될 수 있도록 상기 연장부(39') 내에 다시 형성되는데, 상기 보어는 그 개별 단부에서 각각 인접하는 측면(43, 45, 60, 62)이 형성되는 물 공급관(67')―여기서 2개의 개별 물 공급관(67') 각각은 물 공급 라인(22)(도 1 참조) 또는 물 방출 라인(23)(도 1 참조) 각각과 연통됨―을 구비하며 상기 블록(38')의 후면을 향해 뻗어 있고 이 후면 상에 개방된다.

도 1 내지 도 8에 예시되는 하부 예열 블록 조립체(9)의 2 조각 실시예, 및 도 9와 도 10에 예시되는 일체형 실시예 모두에 있어서, 하부 블록(38, 38'), 및 하부 연장부(39, 39')는 청동이나 구리가 바람직하고, 구리가 보다 바람직한 금속 재료로 각각 이루어질 수 있다. 또한, 연장 슬롯(56)이 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에서 가스 방출구로서 도시되고, 이격된 일련의 원형 개구부(56)가 도 4에 예시된 본 발명의 실시예에서 가스 방출구로 예시되고, 그 내부에 제공되는 개별 삽입구(57)를 구비하는 이격된 일련의 개구부(56')는 도 7 및 도 9에 도시된 본 발명의 실시예에서 가스 방출구 및 오리피스를 형성하지만, 원한다면 임의의 소정 유형의 가스 방출구 및/또는 오리피스의 조합물이 제공될 수 있다는 점이 예상된다. 예를 들면, 임의의 소정 유형의 가스 방출구 및/또는 오리피스의 조합물이 제공되기를 바란다면, 도 4, 7 및 9의 개별 개구부(56 또는 56') 각각에 도 1에 예시되는 연료 가스/산소 노즐 조립체(35) 각각이 제공될 수 있다. 따라서, 도 1 내지 도 10에 예시되는 가스 방출구 및 오리피스의 개별 구조가 예시적이고 제한적인 것은 아니다.

동작(operation)

도 1 내지 도 10의 하부 예열 블록 조립체(9)의 구조는 지금까지 알려지지 않은 기술 방식으로, 및 알려진 하부 예열 블록 조립체에 의해 이전에는 이루어지지 않은 기술 방식으로 스카핑 공정 동안 슬롯(16)(도 1 참조)을 통해 통과되는 산소에 의해 형성되는 산화 기류의 보호, 즉 차단을 가능하게 한다.

당업자에게 알려진 바와 같이, 농축 또는 압축 가스, 예를 들어, 산소가 도 1 및 도 11의 산소 슬롯의 단부에 형성되는 오리피스(81)와 같은 오리피스를 통해 통과하는 경우, 이 가스는 알고있는 함유된 팽창각(included angle of expansion)만큼 유동 통로를 따라 진행할 때 팽창하게 된다. 통상적으로, 함유된 팽창각은 도 11에 도면 부호 "A"로 표시되는 각도만큼 측정되는 경우 대략 14°가 된다. 본 발명의 하부 예열 블록 조립체, 및 특히 그 연장부의 구조는 이러한 가스 팽창이 스카핑되는 금속 공작물을 향해 유동 통로를 따라 통과하기 때문에 산화 기류 하부에 위치되고 인접되며 따라서 차단시키는 판형태 연료 기류의 형성을 허용한다.

따라서, 도 1 및 도 11에 잘 도시된 바와 같이, 슬롯(16)을 통해 통과되고 오리피스(81)로부터 방출되는 산화 기류는 스카핑되는 금속 공작물을 향하는 유동 통로를 따라 뻗어 있는 판형태 산화 기류(82) 내에 형성된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 산화 기류는 함유된 팽창각(A)을 통해 팽창하는 경향이 있고, 하부 블록(38)의 전면(46), 연장부의 상면(58), 및 산화 기류(82)를 따라 노출된 면(86)에 의해 정해지는 공기 압축실(88)을 생성한다. 노출된 면(86)은 연장부(39)가 하부 블록의 전면 상에 결합되고 겹쳐져서 하부 블록의 전면(46)의 일부분이 노출된 부분이다.

연료 가스(85)가 가스 방출구(56. 56')를 통하고 그 다음 가스 방출 오리피스(70)를 통해 방출되는 경우, 산화 기류는 길이 방향을 따라 노출된 면을 따라, 즉 공기 압축실(88) 내의 산화 기류의 폭을 따라 실질적으로 균일하게 분포되도록 연료 가스를 공기학적으로 압축 및 압착하도록 동작한다.

연장부(39), 보다 구체적으로 그 상면(58) 및 리딩 에지(71)는 유동 통로의 하류(downstream) 방향으로 뻗어 있도록 이루어지지만, 산화 기류(82) 및 리딩 에지(71)가 공기 압축실(88)과 연결되는 공기 슬롯(89)을 형성하도록 산화 기류가 상면의 리딩 에지(71)를 교차시키는 시점 전에 이미 종료되며, 이것은 현재 연료 가스가 균일하게 분포되게 하고, 산화 기류 하부에 배치되고 인접되는 판형태 연료 기류(90)로 슬롯을 통해 통과하도록 주변 공기를 흡입하는 것으로부터 공기 압축실(88) 내에 보호되고, 스카핑되는 금속 공작물을 향해 유동 통로를 따라 산화 기류에 흐르게 되며, 따라서, 가스 방출 슬롯 및/또는 연장부 내 배플/혼합 챔버를 정확하게 조작할 필요없이 산화 기류를 빠르고, 효율적이고, 경제적으로 차단하게 된다.

예를 들면, 알려진 형식의 South Carolina주 Florence 소재의 ESAB Welding and Cutting Products사에 의해 제조되는 하부 예열 블록 및 스카핑 장치를 사용할 때, 연장부(39)의 상면(58)은 블록의 상면(41) 아래 약 1/4인치에 위치되고, 연장부(39)의 상면(58)은 5/8 인치로부터 약 1과 1/4 인치까지의 길이 범위를 통해 각각 하부 블록(38, 38')의 전면(46)으로부터 먼 쪽으로 뻗는다는 점이 예상된다. 별도로 기술되는 이러한 관계는 연장부(39)의 상면(58)이 하부 블록(38)의 상면 아래에 미리 정한 길이, 즉 2개의 개별 상면 사이에 오프셋이 되는 길이를 유지하고, 연장부의 상면은 하부 블록의 전면으로부터 앞쪽으로 미리 정한 높이의 2½ 내지 5배 길이로 뻗어 있다.

하지만, 그 크기에 상관없이, 상면(58)은 산화 기류를 교차시킬 정도로 유동 통로를 따라 산화 기류 방향으로까지 멀리 뻗어 있지 않는다는 점은 예상된다. 리딩 에지(71)가 산화 기류를 교차시키는 경우, 공기 압축실(89)은 형성되지 않고, 이것은 주변 공기가 산화 기류를 흡입하고 장애를 유발하는 바람직하지 않은 영향을 생성하며, 따라서 산화 기류에 문제를 일으키게 된다.

산화 기류 통로 방향으로 뻗어 있는 상면(58)의 길이는 또한 팽창각(A)에 대해서 표현될 수 있는데, 이것은 하부 블록(38)의 노출된 면(86), 및 연장부(39)의 상면(58)으로 형성되는 직각 삼각형을 형성하기 때문이다. 예를 들면, 도 11에 도시된 함유된 팽창각(A)이 대략 14°인 경우, 이후 공지의 기하 관계를 이용하면, 연장부(39) 상면(58)의 길이에 대해 블록(38)의 노출된 면(86)의 높이의 비는 직각 삼각형을 교차하는 삼각형의 2면, 및 산화 기류에 대해서 팽창각의 탄젠트와 동일하게 된다. 따라서, 상면(58)의 길이에 대해 노출된 면(86)의 비가 팽창각(A)의 탄젠트와 실질적으로 동일하지만 그 보다 약은 공기 압축실(88)과 연통되는 공기 슬롯(89)을 형성하고, 도 1 및 도 11에 도시된 바와 같이 판형태 연료 기류(90)의 형태를 허용하도록 산화 기류(82) 및 리딩 에지(71) 사이에 충분한 공간이 허용된다. 하나의 구체적인 예에서, 팽창각(A)은 대략 14°이고, 노출된 면(86)의 높이는 대략 1/4 인치이며, 상면(58)의 길이는 대략 1 인치이다.

따라서 하부 예열 블록 조립체(9)에 의해 실시되는 판형태 연료 기류(90)를 형성하는 방법은 하부 블록(38, 38')의 상면(41) 상에 및 연장부(39, 39')의 상면(58, 58') 상에 각각 산화 기류(82)―여기서 산화 기류는 상기 연장부의 리딩 에지(71) (상부)로부터 이 리딩 에지에 대해 일정 거리가 형성됨―를 통과시키는 단계; 상면(41)에 인접하는 블록 조립체의 전면(46)에 위치되는 연료 가스 방출구(56)로부터 연료 가스(85)를 방출하는 단계, 및 하부 예열 블록 조립체의 길이 방향을 따라 연료 가스를 균일하게 분포시키기 위해 연료 가스가 산화 기류 및 상면(58, 58')에 의해 및 그 사이에 의해 공기 압축되도록 판형태 산화 가스 하부에 배치되고 인접되는 제2 판형태 연료 기류(90)를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 또한 판형태 산화 기류 및 연장부의 상면(58, 58')의 리딩 에지(71) 사이에 공기 슬롯(89)―여기서 슬롯은 상면(58, 58')의 실질적으로 전체 길이를 따라 뻗어 있고, 연료 가스는 상기 슬롯을 통해 공기 압축 또는 압착되고, 판형태 연료 기류가 상기 공기 슬롯을 통해 통과하는 경우 산화 기류 아래에서 연료 기류를 균일하게 분포시키도록 판형태 산화 기류에 의해 판형태 연료 기류(90)에 형성됨―을 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 과정의 결과로서, 판형태 연료 기류는 산화 기류(82) 하부에 배치되고 인접되어 스카핑 장치(5)를 통해 통과되는 강철 슬래브 S(도 1 참조) 상에 더 매끄러운 스카핑 표면을 유지하도록 산화 기류를 주변 공기의 흡입으로부터 차단하게 된다.

또한, 판형태 연료 기류를 형성하는 단계의 일부로서, 공기 압축실(88)(도 11 참조)은 연료 가스가 하부 블록의 전면 내에 형성되는 연료 가스 방출구(56)로부터 방출되는 경우 산화 기류(82), 하부 블록의 노출된 면, 및 연장부의 상면(58, 58')에 의해 및 이들 사이에 의해 형성된다. 공기 슬롯(89)이 상기 공기 압축실(88)과 연통되도록 형성된다. 산화 기류(82)의 상부 경계층은 전술된 Showalter 등에 허여된 몇 개의 특허에 기술된 방식으로 상부 예열 블록 조립체(7)에 의해 방출되는 산소 및 산소/기류에 의해 차단된다.

본 발명의 바람직한 실시예가 본 명세서에 개시되지만, 그 변경 및 수정이 첨부되는 청구범위에 기술된 바와 같이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이이루어질 수 있다는 점은 당업자에 의해 이해된다. 또한, 대응 구조, 재료, 동작, 및 청구범위 내의 기능 구성요소에 더해지는 모든 수단 또는 방법의 균등물은 특히 본 명세서에 청구되는 바와 같이 기타 청구범위의 구성요소와 조합하여 기술되거나 또는 청구되는 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료, 또는 동작을 포함하게 된다.

Claims (2)

1. 열화학적 스카핑 장치(thermochemical scarfing apparatus)용 하부 블록 조립체로서,

   서로 대향하는 상면 및 하면, 서로 대향하는 측면, 그리고 상기 측면 사이에 길이 방향으로 뻗어 있는 서로 대향하는 전면 및 후면을 갖는 하부 블록(block),

   상기 하부 블록의 전면으로부터 앞쪽으로 뻗어 있으며, 상기 하부 블록의 상면에 평행하면서 상기 상면과는 미리 정한 높이만큼 아래로 단차져 있는 제2 상면을 포함하는 연장부(extension), 그리고

   상기 하부 블록의 상면 및 상기 제2 상면 사이에 있는 상기 전면 부분에 연결되도록 배치되고, 상기 전면의 실질적으로 전체 길이를 따라 길이 방향으로 뻗어 있는 가스 방출 출구 수단

   을 포함하고,

   상기 제2 상면은 상기 전면으로부터 앞쪽으로 상기 미리 정한 높이의 2½ 내지 5배의 길이로 뻗어 있고,

   상기 가스 방출 출구 수단으로부터 앞쪽으로 배출되는 가스는 상기 제2 상면을 가로질러 앞쪽으로 뻗는 판형태의 기류를 형성하는 하부 블록 조립체.
2. 하면을 갖는 상부 블록,

   서로 대향하는 상면 및 하면, 서로 대향하는 측면, 및 상기 측면 사이에 길이 방향으로 뻗어 있는 서로 대향하는 전면 및 후면을 갖는 하부 블록,

   상기 하부 블록의 전면으로부터 앞쪽으로 뻗어 있으며, 상기 하부 블록의 상면 아래로 미리 정한 높이만큼 단차지고 상기 상면과 평행한 제2 상면을 포함하는 연장부, 그리고

   상기 하부 블록의 상면과 상기 연장부의 제2 상면 사이에 있는 상기 하부 블록의 상기 전면 부분에 연결되도록 배치되고, 상기 전면의 실질적으로 전체 길이를 따라 길이 방향으로 뻗어 있는 가스 방출 출구 수단

   을 포함하고,

   상기 하부 블록은 상기 상부 블록 아래 배치되어 상기 상부 블록의 하면과 상기 하부 블록의 상면 사이에 길다란 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯을 통해 제1 가스가 스카핑용 금속 공작물쪽으로 뻗는 판형태의 제1 기류 형태로 배출되고,

   상기 제2 상면은 상기 전면으로부터 앞쪽으로 상기 미리 정한 높이의 2½ 내지 5배의 길이로 뻗어 있고,

   상기 가스 방출 출구 수단으로부터 앞쪽으로 배출되는 제2 가스는 상기 상면을 가로질러 앞쪽으로 뻗는 판형태의 제2 기류를 형성하여, 상기 판형태의 제1 기류와 상기 연장부의 제2 상면 사이에 형성되는 공기 슬롯이 상기 연장부의 제2 상면을 가로질러 앞쪽으로 뻗는 판형태의 제2 기류를 압축시키는 열화학적 스카핑 장치.