KR101401301B1 - Metal melting furnace using microwave heating method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자파발열방식 금속용해로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소가 포함된 도가니를 금속챔버에 넣고, 상기 금속챔버에 전자파를 방사하여 도가니가 스스로 발열하여 내부에 있는 인고트를 녹여서 용탕을 형성할 수 있도록 함으로써 전력사용을 최소화하면서도 용탕을 만들 수 있도록 한 전자파발열방식 금속용해로에 관한 것이다.
본 발명의 전자파발열방식 금속용해로에 의하면 가열을 위한 별도의 연소공간이 없고, 전자파가 유동하는 공간부만 있으면 되므로 공간사용이 효율적이고, 도가니가 스스로 발열하고, 이는 단열재에 의해서 단열되므로 열전달이 직접적이어서 열효율이 매우 높으며, 종래의 가열수단의 에너지의 약 20%정도의 에너지로도 인고트가 용융될 수 있어서 에너지효율이 매우 높아 제품생산단가 및 시설유지비가 매우 적게 소요되는 등의 효과가 발생한다.More particularly, the present invention relates to a metal melting furnace for generating electromagnetic waves, and more particularly, to a crucible containing silicon carbide in a metal chamber, radiating an electromagnetic wave into the metal chamber to melt the ingot therein, So that the molten metal can be formed while minimizing electric power consumption.
According to the electromagnetic wave generating type metal melting furnace of the present invention, since there is no separate combustion space for heating and only a space portion through which electromagnetic waves flow is used, space utilization is efficient and the crucible is heated by itself and is insulated by the heat insulating material, The heat efficiency is very high and the ingot can be melted even with the energy of about 20% of the energy of the conventional heating means, so that the energy efficiency is very high, and thus the effect of the product production cost and the facility maintenance cost is very small .
Description
본 발명은 전자파발열방식 금속용해로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소가 포함된 도가니를 금속챔버에 넣고, 상기 금속챔버에 전자파를 방사하여 도가니가 스스로 발열하여 내부에 있는 인고트를 녹여서 용탕을 형성할 수 있도록 함으로써 전력사용을 최소화하면서도 용탕을 만들 수 있도록 한 전자파발열방식 금속용해로에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a metal melting furnace for generating electromagnetic waves, and more particularly, to a crucible containing silicon carbide in a metal chamber, radiating an electromagnetic wave into the metal chamber to melt the ingot therein, So that the molten metal can be formed while minimizing electric power consumption.
통상으로 금속용해로(爐)는 용해대상 금속을 일정한 크기로 성형한 소재(인고트, ingot)를 고열로 용해시켜 용탕을 만들고, 이를 보관할 수 있도록 형성된다.Generally, a metal melting furnace is formed to dissolve a material (ingot) having a predetermined size of a metal to be melted in a high temperature to make a molten metal and store the molten metal.
종래의 금속용해로는 내벽에 단열재가 형성되고, 상기 단열재의 가운데에 인고트가 삽입되는 도가니가 형성되며, 상기 도가니의 상단 또는 주연부에 인고트를 가열하는 가열수단이 형성된 용해부와; 상기 용해부의 도가니에서 용해된 용탕이 흘러들어올 수 있도록 형성된 보온부로 형성된다.A conventional metal melting furnace has a crucible in which a heat insulating material is formed on an inner wall of the heat dissipating material, an ingot is inserted in the center of the heat insulating material, and a heating means for heating the ingot is formed on the upper or periphery of the crucible. And a heat retaining portion formed to allow the molten metal to flow in the crucible of the melting portion.
상기 금속용해로의 용해부에 채용되는 가열수단은 주로 가스버너를 사용하거나, 고주파식 히터, 저항식 히터 등으로 형성된다. The heating means employed in the dissolving portion of the metal melting furnace is mainly composed of a gas burner, a high-frequency heater, a resistance heater or the like.
상기 가열수단으로 가열할 때, 도가니 내부의 온도를 인고트의 용융온도보다 최소 20~30% 높은 열을 가하여야 하고, 가스버너일 경우에는 가열수단과 인고트 간의 일정한 공간을 필요로 한다 When heated by the heating means, the temperature inside the crucible should be at least 20 to 30% higher than the melting temperature of the ingot. In the case of a gas burner, a certain space is required between the heating means and the ingot
상기와 같이, 금속을 연속적으로 용융하여 용해부에서 만들어진 용탕이 보온부로 이송되고, 보온부에서 용탕의 온도를 계속적으로 유지하면서 성형기로 이송하여 다이캐스팅 또는 주조하여 제품을 성형한다.As described above, the molten metal continuously melted and transferred from the molten part to the warming part is transferred to the molding machine while the temperature of the molten metal is continuously maintained in the warming part, and the product is molded by die casting or casting.
종래의 상기 금속용해로에 관한 기술은 일본국 특개평 1-215919호, 일본국 특개평 2-93012호, 대한민국 특허청 등록특허공보 제0598920호, 제1100412호 등에 개시된 바 있다.The conventional technique for the above-described metal melting furnace has been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-215919, Japanese Patent Laid-Open No. 2-93012, Korean Patent Application No. 0598920, and No. 1100412.
그러나, 종래의 금속용해로는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the conventional metal melting furnace has the following problems.
(1) 가열을 위한 연소공간이 필요하여 인고트를 수용하는 공간보다 훨씬 큰 도가니 또는 주변공간이 필요하다.(1) Burning space for heating is required, which requires a crucible or surrounding space much larger than the space for receiving the ingot.
(2) 주변공간으로 인해서 열효율이 낮아서 필요한 열량 이상의 열량이 소모되고, 열차단을 위해서 단열재를 두껍게 사용해야 한다.(2) The heat efficiency is low due to the surrounding space, so that the amount of heat consumed is higher than that required, and the heat insulating material must be thickly used for heat shielding.
(3) 높은 열량을 공급하기 위해서 고주파식 히터 또는 저항식 히터를 사용할 경우 높은 전기사용량 때문에 시설유지 비용이 높고 제품생산단가가 높다.(3) When a high-frequency heater or a resistive heater is used to supply a high calorie, the maintenance cost is high due to high electricity consumption, and the production cost of the product is high.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 용해부와 보온부로 이루어지는 일반적인 금속용해로에 있어서, In order to solve the above problems, the present invention is a general metal melting furnace comprising a melting section and a warming section,
상기 용해부는 전자파발진기와 연결된 도파관이 측면에 부착된 금속챔버와; 상기 금속챔버의 내부 가운데에 공간부가 형성되도록 이격되어 형성되고, 단열재로 감싸진 도가니가 형성된 반응부로 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the dissolving unit comprises: a metal chamber having a waveguide connected to the electromagnetic wave oscillator and having a side surface; And a reaction part spaced apart from the center of the metal chamber so as to form a space and having a crucible surrounded by a heat insulating material.
본 발명의 전자파발열방식 금속용해로에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.According to the electromagnetic wave generating type metal melting furnace of the present invention, the following effects are produced.
(1) 가열을 위한 별도의 연소공간이 없고, 전자파가 유동하는 공간부만 있으면 되므로 공간사용이 효율적이다.(1) Since there is no separate combustion space for heating and only a space where electromagnetic waves flow is required, space use is efficient.
(2) 도가니가 스스로 발열하고, 이는 단열재에 의해서 단열되어 열전달이 직접적이므로 열효율이 매우 높다.(2) The crucible is heated by itself, which is insulated by the heat insulating material, and the heat transfer is very direct, and the thermal efficiency is very high.
(3) 종래의 가열수단의 에너지의 약 20%정도의 에너지로도 인고트가 용융될 수 있어서 에너지효율이 매우 높아 제품생산단가 및 시설유지비가 매우 적게 소요된다.(3) The ingot can be melted even with energy of about 20% of the energy of the conventional heating means, so that the energy efficiency is very high and the production cost and the maintenance cost of the product are very low.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 전자파발열방식 금속용해로의 개념 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 전자파발열방식 금속용해로의 단면 사시도.
도 3은 종래의 금속용해로의 평면 개념도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of an electromagnetic wave generating type metal melting furnace formed as a preferred embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional perspective view of an electromagnetic wave generating type metal melting furnace formed as a preferred embodiment of the present invention.
3 is a schematic plan view of a conventional metal melting furnace.
본 발명은 용해부(10)와 보온부(20)로 이루어지는 일반적인 금속용해로(1)에 있어서, 상기 용해부(10)는 전자파발진기(120)와 연결된 도파관(101)이 측면에 부착된 금속챔버(100)와; 상기 금속챔버(100)의 내부 가운데에 공간부(113)가 형성되도록 이격되어 형성되고, 단열체(112)로 감싸진 도가니(115)가 형성된 반응부(110)로 구성된다.The present invention is a general metal melting furnace (1) comprising a melting section (10) and a warming section (20), wherein the melting section (10) comprises a waveguide (101) connected to the electromagnetic wave oscillator (120) (100); And a
상기 용해부(10)와 보온부(20)는 전체적으로 단열재에 의해서 감싸져서 나란하게 형성되고, 용해부(10)의 도가니(115)에서 용융된 용탕이 보온부(20)로 흘러갈 수 있도록 형성된다.The
상기 용해부(10)는 금속챔버(100)가 형성되고, 내부에 공간부(113) 만큼 이격된 반응부(110)가 형성된다.The
상기 금속챔버(100)의 일측 또는 하단에는 도파관(101)이 연결형성되는데, 상기 도파관(101)은 사각 또는 원형의 금속관으로 형성된다. A
상기 도파관(101)의 끝단에는 전자파발진기(120)가 형성되는데, 상기 전자파발진기(120)는 칼라이스트(klystron : 속도변조관)이라는 특수 전자관에 의해서 전자파를 발생하는 일반적인 장치로 마그네트론(magnetron) 등 다양한 장치가 제공되고 있다.An
상기 전자파발진기(120)는 종래에 수 메가헤르쯔(MHz)에서 수 기가헤르쯔(GHz)의 주파수의 전자파(microwave)를 발진할 수 있도록 형성된다. 바람직하게는 800MHz ~ 3GHz의 주파수로 전자파를 발진할 수 있는 전자파발진기(120)가 사용된다.The
상기 도파관(101)은 금속으로 된 중공형 파이프로, 전자파발진기(120)에 의해서 발생한 전자파를 내벽에서 연속적으로 반사하면서 전파하도록 형성되는 일반적인 사각 또는 원형의 금속관이다.The
상기 도파관(101)이 연결형성된 금속챔버(100)는 밀폐된 공간을 형성하되, 반응부(110)과 내부로 일정간격 이격된 공간부(113)가 형성된다. The
상기 공간부(113)는 도파관(101)으로부터 전파되는 전자파를 반응부(110)의 주연부에 고르게 퍼지면서 도가니(115)의 외벽 전면에 전파될 수 있도록 형성된다. The
상기 금속챔버(100)의 일측에는 보온부(20)와 연통되도록 형성되고, 도가니(115)까지 연결형성될 수 있다. The
상기 반응부(110)는 상단이 개방된 단열체(112)의 내부에 하단으로 오목한 도가니(115)가 삽입형성된다.The
상기 단열체(112)는 열에 강한 단열재, 세라믹섬유 및 세라믹브릭 등으로 형성되되, 도가니(115)에서 발생한 열이 외부로 유출되지 않도록 형성된다. The
상기 도가니(115)는 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 가운데에 요입부(115a)가 형성되고, 상단이 개방된 형상으로 형성된다. Although the
상기 도가니(115)의 하단일측에는 용해된 용탕이 보온부(20)로 흘러들어갈 수 있도록 보온부(20)와 연통될 수 있다. The melted molten metal can be communicated with the
상기 도가니(115)는 탄화규소(SiC), 그라파이트(graphite) 및 황토를 섞어서 성형하되, 탄화규소 40중량%, 그라파이트 30중량% 및 황토 30중량%를 혼합하여 황토가 세라믹(ceramic)화 될 수 있도록 고온 고압으로 성형한다.The
상기 도가니(115)에 수치 한정된 탄화규소의 중량% 이상으로 많이 포함될 경우에는 도가니(115)의 취성이 높아지고, 중량% 이하로 적게 포함될 경우에는 발열량이 부족하게 된다. 단, 1 ~ 9 중량% 정도의 편차는 본원 발명의 목적을 달성하는데 큰 문제는 없다.If the
상기 도가니(115)에 수치 한정된 그라파이트의 중량% 이상 혹은 이하가 포함될 경우에는 별다른 변화는 없으나, 다른 재료들의 중량%에 영향을 미치므로 본 발명의 수치한정이 적당하다. When the
상기 도가니(115)에 수치 한정된 황토의 중량% 이상으로 많이 포함될 경우에는 도가니(115)의 취성이 높아지고, 발열량도 부족하게 되며, 중량% 이하로 많이 포함될 경우에는 성형이 잘 되지 않고, 발열량도 떨어지게 된다. 단, 1 ~ 9 중량% 정도의 편차는 본원 발명의 목적을 달성하는데 큰 문제는 없다.When the
상기 그라파이트는 탄소 섬유를 강화하여 열처리한 재료로 도가니(115)의 내구성을 높일 수 있고, 황토는 강한 내열성을 가지고, 탄화규소는 전자파(극초단파 혹은 마이크로파)에 반응한다.The graphite can enhance the durability of the
상기 탄화규소의 규소분자가 전자파에 반응하여 진동하고, 황토(세라믹) 분자들과 마찰하면서 강한 열을 연속적으로 발생시키고, 이러한 열이 단열체(112)에 의해서 찬단되어 내부에만 머물게 되어 도가니(115)의 내부에 포함된 인고트를 용융시킬 수 있다.
The silicon molecules of the silicon carbide oscillate in response to the electromagnetic waves and generate strong heat continuously while rubbing against the loess (ceramic) molecules. Such heat is heated by the
이하, 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 전자파발열방식 금속용해로의 작동을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the electromagnetic wave generating type metal melting furnace formed as a preferred embodiment of the present invention will be described.
금속용해로(1)의 용해부(10)의 도가니(115)에 인고트를 넣고, 전자파발진기(120)를 가동시킨다. An ingot is inserted into the
상기 전자파발진기(120)에 의해서 발생되는 전자파(microwave)는 도파관(101)을 따라 공간부(113)로 유입되고, 공간부(113)의 전체로 퍼져서 단열체(112)를 통과형 도가니(115)의 내벽으로 침투한다. Microwaves generated by the
이때, 전자파는 도가니(115) 내벽에 형성된 탄화규소(SiC)를 진동시키고, 세라믹과 마찰을 일으켜 열이 발생된다.At this time, the electromagnetic wave vibrates silicon carbide (SiC) formed on the inner wall of the
이렇게 발생된 열은 단열체(112)에 의해서 외부로 유출되지 않고, 내부로 모여서 요입부(115a)의 인고트에 열을 가하게 되어 용탕이 된다.The heat thus generated does not flow out to the outside by the
본 발명의 효과를 입증하기 위해서, 동일한 크기의 실험도가니(A)와 대조도가니(B)를 형성하되, 실험도가니(A)는 본 발명과 같이 도파관(101)이 형성된 금속챔버(100)의 내부에 공간부(113)를 형성하고, 실험도가니(A)의 주연부에 단열체(112)를 형성하여 준비한다.The experimental crucible A and the crucible B are formed in the experimental furnace A of the same size and the crucible A is connected to the inside of the
또한, 대조도가니(B)는 종래의 방식과 같이 주연부에 저항식히터를 형성하고, 주연부에 단열재를 형성하여 형성한다.The control crucible B is formed by forming a resistance heater on the periphery and a heat insulating material on the periphery as in the conventional system.
상기 실험도가니(A)와 대조도가니(B)에는 각각 500Kg의 알루미늄 인고트를 삽입하고, 전기를 가하여 700℃의 용탕을 형성하는데 필요한 전력량을 비교하였다.500 Kg of aluminum ingot was inserted into each of the experimental crucible (A) and the reference crucible (B), and the amount of electric power required to form a molten metal at 700 ° C by applying electricity was compared.
이때, 사용한 전자파발진기(120)는 915MHz의 전자파를 발생할 수 있는 마그네트론으로 형성하였고, 도파관은 사각관으로 형성하였다.At this time, the used
상기 단열체(112)와 단열재는 모두 동일한 열차단력을 가지고 있는 것을 사용하였다.Both the
실험도가니(A)
Experimental crucible (A)
대조도가니(B)
Control crucible (B)
전력량
Amount of electricity
40kWh
40 kWh
360kWh
360 kWh
표1은 알루미늄 용탕을 형성하는데 본 발명의 실험도가니(A)를 사용할 경우가 일반적인 대조도가니(B)를 사용할 경우보다 전력량이 1/9 수준에 불과하므로 그 효과는 절대적이다. Table 1 shows that when the experimental crucible (A) of the present invention is used to form molten aluminum, the amount of electric power is only 1/9 of that of a general crucible (B).
즉, 적은 전력량을 사용하고도 용탕을 만들기에 충분한 열량을 낼 수 있으므로, 전기히터 또는 가스버너를 사용하는 일반적인 금속용해로에 비하여 운용비를 현저히 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 산업전력부족현상을 해결할 수 있는 획기적인 발명이라 할 것이다.
In other words, since a sufficient amount of heat can be produced to make a molten metal even if a small amount of electric power is used, the operation cost can be remarkably lowered compared to a general metal melting furnace using an electric heater or a gas burner, It will be called invention.
본 발명의 전자파발열방식 금속용해로에 의하면 가열을 위한 별도의 연소공간이 없고, 전자파가 유동하는 공간부만 있으면 되므로 공간사용이 효율적이고, 도가니가 스스로 발열하고, 이는 단열재에 의해서 단열되므로 열전달이 직접적이어서 열효율이 매우 높으며, 종래의 가열수단의 에너지의 약 20%정도의 에너지로도 인고트가 용융될 수 있어서 에너지효율이 매우 높아 제품생산단가 및 시설유지비가 매우 적게 소요되는 등의 효과가 발생한다. According to the electromagnetic wave generating type metal melting furnace of the present invention, since there is no separate combustion space for heating and only a space portion through which electromagnetic waves flow is used, space utilization is efficient and the crucible is heated by itself and is insulated by the heat insulating material, The heat efficiency is very high and the ingot can be melted even with the energy of about 20% of the energy of the conventional heating means, so that the energy efficiency is very high, and thus the effect of the product production cost and the facility maintenance cost is very small .
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
While the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
1 : 금속용해로 10 : 용해부
20 : 보온부 100 : 금속챔버
101 : 도파관 110 : 반응부
112 : 단열체 113 : 공간부
115 : 도가니 120 : 전자파발진기1: metal melting furnace 10: dissolving section
20: insulator 100: metal chamber
101: waveguide 110: reaction part
112: heat insulator 113:
115: crucible 120: electromagnetic wave oscillator
Claims (5)
상기 용해부는 전자파발진기와 연결된 도파관이 부착된 금속챔버와;
상기 금속챔버의 내부 가운데에 공간부가 형성되도록 이격되어 형성되고, 단열체로 감싸진 도가니가 형성된 반응부로 구성되되,
상기 도가니는 탄화규소(SiC), 그라파이트(graphite) 및 황토를 섞어서 성형하되, 탄화규소 40중량%, 그라파이트 30중량% 및 황토 30중량%를 혼합하여 황토가 세라믹화 될 수 있도록 고온 고압으로 성형한 것을 특징으로 하는 전자파발열방식 금속용해로.In a general metal melting furnace comprising a melting section and a warming section,
Wherein the dissolving unit comprises: a metal chamber having a waveguide attached to the electromagnetic wave oscillator;
And a reaction part spaced apart from the center of the metal chamber so as to form a space therebetween and having a crucible surrounded by the heat insulating material,
The crucible is formed by mixing silicon carbide (SiC), graphite and loess, which is formed by mixing 40 wt% of silicon carbide, 30 wt% of graphite and 30 wt% of loess, and molding the loess into high temperature and high pressure Wherein the metal melting furnace is a metal melting furnace.
상기 반응부의 도가니의 측면에서 보온부의 측면이 연통하여 용탕이 연속적으로 흘러들어갈 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 전자파발열방식 금속용해로.The method of claim 3,
And a side surface of the heat insulating portion is connected to the side of the crucible of the reaction portion so that the molten metal can flow continuously.
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