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KR102498296B1 - 용융 설비 및 방법 - Google Patents

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KR102498296B1
KR102498296B1 KR1020170173193A KR20170173193A KR102498296B1 KR 102498296 B1 KR102498296 B1 KR 102498296B1 KR 1020170173193 A KR1020170173193 A KR 1020170173193A KR 20170173193 A KR20170173193 A KR 20170173193A KR 102498296 B1 KR102498296 B1 KR 102498296B1
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melting chamber
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알트 바쿰 테크놀로기즈 게엠베하
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Abstract

가스 보호 후드(20)를 통해 주위환경으로부터 분리되는 용융 챔버(190)를 갖는 용융 설비로서, 가스 보호 후드(20) 또는 용융 챔버 외장의 다른 부분은 용융될 전극(70)을 이동시키기 위한 전극 로드(40)가 밀봉 수단에 의해 기밀 방식으로 안내되는 리드 스루(30)를 구비한다. 용융 챔버 내의 가스 압력과 비례상관관계에 있는 전극 로드(40) 균등화력을 가하기 위한 균등화 수단, 특히 유압 또는 공압 균등화 수단이 전극 로드(40)에 작용하는 가스 압력을 보상하도록 제공된다.

Description

용융 설비 및 방법 {Melting plant and method}
본 발명은 전극들을 재용융시키기 위한 재용융 설비와 이에 대응하는 전극 재용융 설비를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
실제로 알려진 각각의 용융 설비 또는 재용융 설비는 프레임, 프레임워크, 갠트리 또는 필러를 갖는 주로 지지 구조와, 기밀 실린더의 형태인 가스 보호 후드와, 상기 가스 보호 후드의 상단부의 리드 스루(lead through)와, 상기 리드 스루를 통해 상기 가스 보호 후드에 압력 밀봉 또는 진공 밀봉 방식으로 도입되는 전극로드와, 가스 보호 후드에서 수직 상향 또는 하향으로 상기 전극로드를 이동시키는 구동 유닛을 포함한다. 전극로드로부터 매달린 전극의 재용융 공정이 이루어지는 하나 또는 두 개의 용융 스테이션이 제공된다. 공정을 규제하기 위해 계량 설비가 사용된다.
후드의 상승된 가스 압력뿐만 아니라, 특히 진공과 같은 감압에서 재용해 공정이 발생할 수 있도록 고안된 재용융 설비가 실제로 알려져 있다. 특히 재용해 공정이 대기압과 다른 가스 압력에서 수행되는 이러한 재용융 설비의 경우, 후드 하부 정압의 경우에 관련될 수 있는 토출력과 후드 하부 진공의 경우 관련될 수 있는 전극 로드에 가해지는 흡입력과 같은 부가적인 힘의 문제점이 있다. 설비의 개념 및 설비의 전극 로드 구동의 개념에 대응하는 방식으로, 상기 힘은 전극로드의 구동 요소에 작용하여, 상기 구동 요소는 전극의 중량에 의해 응력를 받게 될 뿐만 아니라 상기 흡입 또는 토출력에 의해서도 받게 된다. 이러한 응력은 재용융 공정이 상승된 가스 압력에서 수행되고 전극 로드의 수직 운동이 전극 로드에서 동축 방식으로 배치되는 구동 스핀들을 통해 수행될 때 특히 위험하다. 좌굴의 위험을 구체적으로 언급되어야 한다. 공지된 실시 예의 경우, 매우 큰 직경을 갖는 스핀들이 사용되어 상기 스핀들이 대응하는 토출력에 의해 야기될 수 있는 좌굴에 견딜 수 있다.
본 발명은 독립적으로 설비의 후드 하부의 지배적인 가스 압력 조건에서, 전극로드 및 전극로드 구동부에 대한 힘이 보상되어 전극로드가 어떠한 힘도 전달받지 않거나 매우 감소된 부가적인 힘을 부여 받도록 재용융 설비를 만드는데 목적에 기초한다. 더욱이, 설비는 견고하고 비용 효율적인 방식으로 설계되어야 한다.
이러한 목적은 독립항의 형태에 의해 달성된다. 바람직한 개선은 종속항의 주제이다.
본 발명에 따른 용융 설비는 가스 보호 후드를 통해 주위환경으로부터 분리된 용융 챔버를 포함한다. 여기서 가스 보호 후드, 또는 용융 챔버 용기의 다른 부분은 용융될 전극을 이동시키기 위한 전극 로드가 밀봉 수단에 의해 기밀 방식으로 안내되는 리드 스루를 구비한다. 전극 로드에 작용하는 가스 압력을 보상하도록 용융 챔버 내의 지배적인 가스 압력과 비례상관관계에 있는 전극 로드 균등화력을 가하기 위한 균등화 수단, 특히 유압 또는 공압 균등화 수단이 제공된다. 전극 로드와 전극의 자중에 의해 초래된 힘들은 구동 유닛에 작용하기 때문에, 상기 구동 유닛은 더 소형일 수 있다. 전극 로드에 용융 챔버의 내부 압력의 영향이 더 이상 없기 때문에 통제가 또한 가능하게 된다. 본 발명에 따른 밀봉 수단은 예를 들면, 특히 환상의 씰이다. 균등화 실린더는 균등화 수단으로 특히 고려될 수 있다.
용융 챔버에서 정압뿐만 아니라 부압에 모두 대응되는 각각의 경우의 균등화력은 유리하게 가해질 수 있다. 이것은 첫 번째 균등화력은 정압의 용융 챔버의 작동 중에 작용하고, 반대 방향의 두 번째 균등화력은 부압에서 작동 중 작용하는 것을 의미한다. 압력은 특히 주변 압력에 관련된 정압 또는 부압이다. 주변 압력은 지배적인 대기압일 수 있다. 용융 챔버 내의 정압만을 보상할 수 있는 장치가 이미 이용 가능해야 하는 정도까지, 작동 상태의 선택에 있어서의 자유도는 그러한 유형의 실시 예에 비해 현저히 증가된다.
구동부가 전극 로드 상부에 배치되어 전극 로드를 구동하기 더욱 유리하다. 이것은 전극 로드의 상단 부분에 또한 있을 수 있다. 이것은 또한 모터/구동 그리고/또는 구동 유닛의 각 기어박스가 모든 작동 상태에서 가스 보호 후드에 대하여 밀봉상태를 제공하는 부분에 위치하는 방식으로 설계될 수 있다. 이것은 전극 로드를 구동하기 위한 구동 유닛이 가스 보호 후드에 고정된 상태의 종래 실시 예와 비교하여 상당히 유리한다. 전극 로드의 연결을 위하여, 후방은 랙(rack)과 같은 대응하는 측면 형상에 연결되어야 한다. 그러나 이것은 종래 용융 챔버의 복잡한 밀봉구조를 갖는다.
구동 유닛은 특히 전극 로드에 맞물린 구동 스핀들에 연결될 수 있고, 구동 스핀들은 수나사를 구비하고 대응하는 전극 로드의 암나사에 맞물릴 수 있다. 이것은 전극 로드의 설치 구조의 특정된 하나의 실시 예이다. 선택적으로, 이것은 또한 프레임과 전극 로드 사이의 유압 구동을 통하여 이루어질 수 있을 것이다. 이러한 경우의 실시 예에서, 전극 로드의 원통형의 외측 형상은 예를 들면 상당히 복잡한 밀봉형태를 초래할 수 있는 랙 형상과 같은 구동 구조로부터 자유로울 수 있다. 반대로, 만약 전극 로드의 회전방지 보호를 위하여 전극 로드에 길이방향의 홈을 형성해야 하는 경우, 밀봉정도 값은 이러한 이유로 실질적으로 감소되지 않는다.
구동 유닛은 적어도 하나의 가이드를 통해 하부 횡단부재에 연결되고 하부 횡단부재는 균등화 수단의 고정부, 특히 그곳의 실린더에 연결되고, 상부 횡단부재는 전극 로드뿐만 아니라 균등화 수단의 이동부, 특히 그곳의 피스톤에도 연결되는 바람직한 점이 있다. 균등화 수단의 작동 방향은 수직 방향이다. 상측부 구동 유닛으로부터 전극 로드와 구동 스핀들에 평행하게 작동하는 가이드들의 사용에 의해 구조물은 특히 좌굴과 관련된 상승된 내구력을 전달받는다. 상부 횡단부재와 전극 봉의 연결은 회전 가능하게 설치된다. 연결점은 정력학적으로 과도하게 결정되는 것을 피하기 위하여 요구되는 지점에 제공된다. 여기서 수평으로 보여지는 구동 스핀들은 모든 작동 상태에서 언급된 가이드들 사이에 위치한다. 균등화 수단의 피스톤 로드들에 연결될 수 있거나 피스톤 로드들의 일부일 수 있는 가이드는 특히 가이드로서 사용된다. 가이드는 양쪽 방향으로 바람직한 수직 균등화력을 전달할 수 있도록 탄성적이어서는 안 된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예의 경우 전극 로드를 구동하기 위한 구동 유닛은 프레임에 연결된다. 전극 로드의 자중과 수용된 전극으로부터 초래된 힘들 또는 토오크는 프레임을 통하여 주위환경으로 흩어져 소멸될 수 있다. 프레임은 바람직하게는 가스 보호 후드로부터 독립되도록 구현된다. 그에 따라 전극 로드와 전극의 힘들은 가스 보호 후드와 결합되는 용융 챔버 용기를 통해 소멸되어야 할 필요는 없다.
특히, 복수개의 균등화 수단, 특히 균등화 실린더들은 전극 로드의 중심축으로부터 반경 방향으로 오프셋되도록 배치되고 균등화 수단의 작동 시 전극 로드에서의 틸팅 모멘텀 또는 토크의 발생을 피할 수 있도록 대칭으로 바람직하게 배치된다. 적어도 두 개의 균등화 실린더가 바람직하게는 여기서 채용된다.
균등화 수단은 피스톤/실린더 배열을 포함할 수 있고, 균등화 수단의 모든 개별적인 피스톤의 실질적인 단면의 합은 전극 로드의 단면에 거의 동일하다. 문구 "거의 동일"은 넓은 의미로 해석되어야 하고 단면 편차 +/-30%까지 포함한다. 다른 바람직한 예시적인 적용의 경우 편차는 10% 미만이어야 한다고 요구될 수 있고, 이러한 이유로 용융 챔버 내의 압력이 피스톤 로드용 구동 장치의 출력으로부터 차단되는 것이 개선되는 것이 달성된다.
유체 기술 관점에서 균등화 수단은, 예를 들면 용융 챔버로부터 균등화 수단까지 흐르는 라인들에 의해 용융 챔버와 소통한다.
전극 용융 설비를 작동시키기 위한 방법의 경우, 전극 로드를 통해 전극은 용융 챔버에서 이동 가능하고, 용융 챔버는 주위환경에 대하여 기밀방식으로 밀봉된다. 구동 유닛은 용융 챔버 외측에 배치되고 전극 로드를 구동한다. 용융 챔버에서 전극 로드에 초래된 정압뿐만 아니라 부압의 힘들은 용융 챔버와 소통하는 유체 기술 관점에서의 적어도 하나의 균등화 수단에 의해 균등화된다.
본 발명의 용융 설비는 일렉트로슬래그(electroslag) 재용융 방법에 사용하기 적합하다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 일렉트로슬래그 재용융 방법이다.
본 발명의 이점들은 다음과 같다.
대기압과 용기 내부 상의 압력차에 의해 기인하는 모든 힘들은 전극 로드 시스템에 의해 봉인되고 설비의 나머지에 전혀 영향을 끼치지 않는다.
전극 로드의 구동 스핀들은 대기압 조건하에서만 작동하는 일반적인 설비의 경우에 적용을 생각해볼 수 있다.
설비 컨트롤러의 모든 용융 조절기들은 압력에 의해 기인하는 힘들이 전극 로드의 구동에 작용하지 않고 이러한 이유로, 구동 출력에서 어떠한 역할도 하지 않기 때문에 다양한 용융 챔버 압력의 조건에 적용되는 경우에도 그대로 유지될 수 있다.
시스템은 용융 챔버(190)에서 양방향, 즉 내부 압력(정압), 부압(예를 들면 진공압)에서 이상적인 방식으로 기능한다.
가스 압력이 균등화 실린더(140)로 직접 유도되지 않고 먼저 용융 챔버(190)와 균등화 실린더(140) 사이에 개재된 오일 탱크(160)로 유도되므로, 상기 가스 압력은 오일 압력으로 변환된다. 양 실린더에서의 적용을 위한 마찰 조건은 비교적 유사하기 때문에, 그 내부에 존재하는 마찰력의 추가적인 동기화 또는 균등화가 요구되지 않는다.
공장에서 생성된 슬래그 분진은 오일에 의해 획득되고 오일 교환으로 처리된다. 독성 슬래그 및 금속 분진이 부주의하게 환경으로 분산될 위험이 없다.
균등화 시스템의 구축은 간단하며 이미 구축된 거의 모든 공장에서 상당한 수정 조치 없이 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 설비 구조물의 실시 예가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.
설비의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면에 도시되어 있다.
도면에 도시된 구조물은 프레임(10), 기밀 실린더 형태의 가스 보호 후드(20), 가스 보호 후드(20)의 상단의 리드 스루(30), 리드 스루(30)를 통하여 각각 압력밀봉 방식 또는 진공 밀봉 방식으로 가스 보호 후드(20)로 도입되는 전극 로드(40), 가스 보호 후드(20)에서 전극 로드(40)를 수직으로 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시킬 수 있는 구동 유닛(50), 전극 로드(40)로부터 매달린 전극(70)의 재용융 공정이 진행되는 용융 스테이션(60), 그리고 공정들을 조절하기 위하여 제공된 계량 설비(80)를 포함한다.
구동 유닛(50)은 전극 로드(40) 상부에 직접 배치되고 가이드들(41,42)을 통해 계량 설비(80)에 수직으로 연결되며, 이때 구동 스핀들은 동일한 축 상에서 전극 로드(40) 내측 끝단에 매달린다. 구동 유닛(50)은 프레임(10) 측면에 관절연결 방식으로 지지된다. 프레임(10)은 회전 가능하고, 도시된 용융 스테이션(60)으로부터 다음 용융 스테이션(미도시)까지 전극 로드(40)와 결합된 기밀 가스 보호 후드(20), 구동 유닛(50), 그리고 계량 설비(80)의 모든 시스템을 이송할 수 있다.
두 개의 균등화 실린더(140)가 전극 로드(40)의 양측에 배치되고, 상기 균등화 실린더(140)의 피스톤 로드 챔버(200)는 라인들(150)과 오일 컨테이너(160)를 통하여 가스기밀 후드(20)의 가스 챔버(190)에 연결된다. 가스 챔버(190)는 이하에서는 용융 챔버(190)로 또한 언급된다.
전극 로드(40)는 상측부 뿐만 아니라 하측부에서 하나의 횡단부재(170,180)를 통하여 각각 관절연결 방식으로 균등화 실린더(140)에 연결되고, 이때 상기 균등화 실린더(140)의 피스톤 로드(210)는 전극 로드(40)의 상단에서 관절연결 방식으로 직접 상부 횡단부재(170)에 연결되고, 균등화 실린더(140)는 또한 하부 횡단부재(180)에 관절연결 방식으로 연결됨으로써 하부 횡단부재(180)는 가스 기밀 리드 스루(30)의 상단을 포함하고, 반면에 계량 설비(80)의 계량 프레임(190)에 관절연결 방식으로 고정된다.
설비의 기능은 다음과 같이 기술된다. 용기의 내부 챔버, 즉 용융 챔버(190)와 대기 사이, 예를 들면 가스의 흡기 또는 배기에 의한 압력차가 발생하자마자, 가스 라인(150)을 통한 상기 압력차는 오일 탱크(160)로 전달된다. 오일 탱크로부터 오일이 균등화 실린더(140)로 흐르고, 두 개의 균등화 실린더(140)의 피스톤 링 면적의 합은 전극 로드(40)의 밀폐된 단면적과 동일하기 때문에, 두 개의 서로 상쇄하는 힘이 생성된다. 상기 두 개의 힘은 내부로부터 외부로의 방향, 즉 바닥에서 상단으로의 용기 내 압력의 경우에 전극 로드(40)에 가해지는 압축력이고, 상단에서 바닥으로의 방향에서는 실린더들의 피스톤 면에 가해지는 압축력이다. 전극 로드(40)로부터의 균등화력은 두 개의 횡단부재(170, 180)를 통하여 실린더(140)의 피스톤 로드(210)로 전달되고, 전극 로드(40)의 흡입력은 두 개의 측면의 작동 실린더의 힘에 의해 보상받는다. 이러한 이유로, 설비 구조물의 나머지 부분은 압력차에 의해 발생되는 힘들에 의해 스트레스를 받지 않게 된다.
균등화 실린더(140)는 그것의 피스톤 로드 (210)가 전극 로드(40)로부터 반경 방향으로 오프셋되도록 수직으로 정렬된다. 균등화 실린더의 실린더는 전극 로드(40)에 대해 반경 방향으로 적어도 부분적으로 중첩된다. 두 균등화 실린더 (140)는 도시된 바와 같이, 보다 많은 수의 균등화 실린더가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 전극 로드(40)의 불균등 운동량을 피하기 위해 전극 로드(40)의 중심축에 대해 균일하게 분배된다.
전술한 바와 같이 도면에 개략적으로 도시된 바와 같이, 프레임(10)은 바람직하게는 그 수직축을 중심으로 회전 가능하다. 프레임(10)으로부터 진행하여, 추가 용융 스테이션 (도시되지 않음)이 도시된 용융 스테이션(60)에 대향하도록 배치될 수 있다. 이를 고려하여, 전극(70)이 용융된 후 설비의 재고 축적 시간이 상당히 감소 될 수 있다.
구동 스핀들(130)이 전극 로드(40) 내에 위치되는 실시 예에 따라, 전극 로드(40)의 (원통형) 외부면이 비교적 편평하고 부드럽게 설계될 수 있다. 가스 보호 후드(20)에 대한 밀봉이 이면에서 발생하기 때문에, 밀봉의 관점에서의 복잡성이 상당히 감소되거나, 밀봉을 통해 각각 출입하는 가스의 양이 상당히 감소된다. 용융물에서 불리한 산화 공정이 발생할 수 있기 때문에 기밀성은 부압에서 설비의 작동에 특히 중요하다.
10 : 프레임
20 : 가스 보호 후드
30 : 리드 스루
40 : 전극 로드
41, 42 : 가이드
50 : 구동 유닛
70 : 전극
80 : 계량 설비
130 : 구동 스핀들
140 : 균등화 수단
150 : 라인
170 : 상부 횡단부재
180 : 하부 횡단부재
190 : 용융 챔버
200 : 피스톤 로드 챔버
210 : 피스톤

Claims (10)

  1. 가스 보호 후드(20)를 통해 주위환경으로부터 분리되는 용융 챔버(190)를 갖는 용융 설비로서,
    가스 보호 후드(20)는 용융될 전극(70)을 이동시키기 위한 전극 로드(40)가 밀봉 수단에 의해 기밀 방식으로 안내되는 리드 스루(30)를 구비하고,
    전극 로드(40)에 작용하는 가스 압력을 보상하도록 용융 챔버 내의 지배적인 가스 압력과 비례상관관계에 있는 전극 로드(40) 균등화력을 가하기 위한 균등화 수단(140)이 제공되되,
    오일 컨테이너(160)는 용융 챔버(190)에 공기가 소통하고 균등화 수단(140)에 유압식으로 연결되는 것을 특징으로 하는
    용융 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 균등화 수단(140)은 상기 용융 챔버(190)에 가해질 수 있는 정압뿐만 아니라 부압에 대응하는 보상력인
    용융 설비.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극 로드(40)를 이송하기 위한 구동 유닛(50)이 전극 로드(40)의 상단에 연결된
    용융 설비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동 유닛(50)은 상기 전극 로드(40)에 맞물린 구동 스핀들(130)을 포함하고, 상기 구동 스핀들(130)은 수나사를 구비하고 대응되는 상기 전극 로드(40)의 암나사에 맞물린
    용융 설비.
  5. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 가이드(41, 42)를 경유하는 상기 구동 유닛(50)은 하부 횡단부재(180)에 연결되고, 상기 하부 횡단부재(180)는 균등화 수단의 고정 실린더들에 연결되며, 상부 횡단부재(170)는 균등화 수단(140)의 가동 피스톤들뿐만 아니라 전극 로드(40)에도 연결된
    용융 설비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 로드(40)를 구동하기 위한 구동 유닛(50)은 프레임(10)에 연결되고 전극 로드(40)의 자중과 수용된 전극(70)으로부터 야기되는 힘 또는 모멘텀은 프레임(10)을 경유하여 주위환경으로 흩어져 소멸될 수 있으며, 프레임(10)은 가스 보호 후드(20)로부터 독립되도록 구현된
    용융 설비.
  7. 제1항에 있어서,
    복수개의 균등화 수단(140)은 전극 로드(40)의 중심축으로부터 반경 방향으로 오프셋되도록 배치되고 균등화 수단의 작동 시 전극 로드(40)에서의 틸팅 모멘텀 또는 토크의 발생을 피할 수 있도록 대칭으로 배치된
    용융 설비.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 균등화 수단(140)은 피스톤/실린더 배열을 가지고, 균등화 수단(140)의 개별적인 피스톤의 실질적인 단면의 합은 전극 로드(40)의 단면에 동일한
    용융 설비.
  9. 전극 용융 설비를 운전하는 방법으로서,
    전극 로드(40)는 용융 챔버(190)에서 전극을 움직이고 용융 챔버(190)는 주위환경에 대하여 기밀 방식으로 밀봉되며, 구동 유닛(50)은 용융 챔버(190) 외측에 구비되고 전극 로드(40)를 구동함으로써, 용융 챔버(190)에서 발생되는 정압뿐만 아니라 부압에 의해 전극 로드(40)에 초래된 힘들이 유체기술 측면에서 용융 챔버와 소통하는 적어도 하나의 균등화 실린더(140)에 의해 균등화 되되,
    오일 컨테이너(160)는 용융 챔버(190)에 공기가 소통하고 균등화 수단(140)에 유압식으로 연결되는
    방법.
  10. 삭제
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