KR950003161B1 - 용융금속 교반장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용융금속 교반장치

제 1 도는 노내부와 관련하여 교반장치의 전형적인 위치를 도시하는 직사각형 평면의 용융 또는 주조노를 도시하는 수평 단면도.

제 2 도는 제 1 도의 화살표(2)의 방향에서 본 교반장치의 측면도.

제 3 도는 제 2 도의 화살표(3)의 방향에서 본 평면도.

제 4 도는 노의 접합부를 포함하고 제 3 도의 4-4선에서 취한 교반장치의 수직단면도.

제 5 도는 가열요소의 배열예를 도시하는 제 4 도의 5-5선에서 취한 수평단면도.

제 6 도는 노벽의 접속부를 포함하는 출구 노즐의 배열을 도시하는 제 4 도의 6-6선 수평 단면도.

제 7 도는 제 6 도의 7-7선 단면도.

제8a도는 저장조 내부의 시간에 대한 압력치의 관계를 나타내는 그래프도.

제8b도는 저장조 내부의 시간에 대한 금속수준의 관계를 나타내는 그래프도.

제 9 도는 본 발명 장치의 전기적 연결 관계를 개략적으로 표시한 선도.

제10도는 본 발명의 장치의 공기압 회로를 도식적으로 표시한 선도.

제11도는 본 발명에 사용되는 상부 및 하부 수준제어의 새로운 방법을 나타내는 그래프도.

제12도는 저장조 내부의 거품의 발생 및 압력의 반전을 검출하는데 사용되는 압력 교란 모니터를 도시하는 개략적인 선도.

제13도는 본 발명의 장치용의 또다른 진공/압력 공급 수단을 개략적으로 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

18, 20 : 측벽 12 : 노상(爐床)

14, 16 : 단부벽 40 : 브래킷

44 : 부싱 36, 34 : 플랜지

50 : 잭 62, 38 : 볼트

52, 54, 56 : 라이닝 28 : 케이싱

32 : 카바 부재

본 발명은 개선된 용융금속 교반 장치에 관한 것이며, 예를들자면 금속이 용융되거나 합금되는 노내의 알루미늄 같은 용융 금속을 교반하는 장치에 관한 것이다.

용융금속 욕내의 성분들의 교반을 빠르고 효과적으로 하는 것이 바람직함은 명백하므로 이러한 목적을 위해 새로운 방법 및 장치의 고안에 광범위한 노력이 수행되었다. 따라서, 이러한 기술은 금속을 우선 용융시키고, 이 용융금속에 첨가된 고체금속을 용융시키고, 다른 금속인 첨가재를 도입하여 합금화하고, 또한 세립화를 수행하는 조작을 용이화하며, 온도 조절을 개선하여 금속체를 균일한 온도 및 조성으로 유지하기 쉽게 하는 것이다. 또한, 이러한 기술에 의하면 금속을 용융시키고 용융된 상태로 유지하는데 필요한 에너지를 실제에 있어서 절약할 수 있다.

효과적인 교반은 여러종류의 합금의 발달과 함께 보다 중요하게 되었으며 특히, 알루미늄 합금에서는 주입되기전에 합금조성과 온도를 균질하게 하기 위해 교반되어져야 한다. 알루미늄 노로써 광범위하게 사용되는 한 장치에서는 리프트 트럭상에 차례로 장치된 붐(boom)의 단부에 부착된 공구의 사용을 포함하며 교반은 공구가 용융 금속내에서 왕복운동함으로써 수행된다. 그러나, 이 장치에서는 기계적 충격이 내화 라이닝에 전달되는 문제점을 가지고, 보다 중요하게는 용융 금속표면이 교반되므로 부유물(dross)의 형성이 증가되는 문제점을 가진다. 더우기 이러한 작동중 교반 공구를 수용하기 위해서 노의 문은 열려져야 함으로써 이에 따른 열손실이 발생된다.

이용되는 또다른 방법에서는 하나 이상의 랜스(lance)를 통해 욕으로 가압가스가 분출되어지나 역시 이러한 장치에서 부유물 형성의 증가 및 내화라이닝의 침식이 발생된다. 알루미늄용으로 사용되는 전형적인 넓고 얕은 노(furnace)는 랜스의 작동범위가 한정되므로 기계적 교반보다 효율적이지 못하며, 여러개의 랜스를 사용하거나 욕주위로 랜즈를 이동시키는 것을 필요로 한다.

2개의 다른 형태의 전기 시스템이 발전되어 왔으며 이런것으로는 전자(electromagnetic)교반기 그리고 기계적 또는 전자 침지 펌프 등이 있다.

전자 교반기에서는 노 밑에 위치한 큰 유도코일이 구비되고 이것으로써 금속내에서 전자적 교반력을 발생시키며, 이러한 교반기는 임의 형태의 노에서 적용될 수 있으며, 또한, 효율적이고 금속에 막바로 접촉되는 소자가 없다는 장점을 가진다. 그러나, 이것들은 비교적 고가이고, 그리고 1988년도에 캐나다에서 60톤의 노에 장치하기 위해서 약 600,000US$과 850,000US$ 사이의 간격이 견적되었다. 침지 펌프는 유입 저장조(access well)내 금속에 잠겨지는 컴팩트한 유닛이므로 침지 펌프는 주로 그러한 저장조를 가지는 노에 주로 한정된다. 이 펌퍼는 원가는 현저하게 낮지만 금속내에 감겨진 상태에서 열악한 조건하에서 작동되므로 일정한 유지비가 필요하게 된다.

일반적으로 제트 펌프로 불려지는 다른 형태의 기계적인 시스템에의 개발노력이 있어왔는데, 이 제트펌프는, 용융금속의 일부가 진공에 의해 유입되고 그리고 가스압 그리고/또는 중력에 의해 욕쪽으로 강압적으로 복귀되도록 노에 연결된 원형의 저장조를 형성하는 튜브를 구비한다.

노즐직경 그리고 최초 금속속도와 같은 조건 인자를 적절히 선택하는 것에 의해 금속을 이동시키는 단속적인 제트(intermittent jet)가 여러 차례 분사되고 작동의 개시후 수분 내에 전체 노를 교반시킬 수 있다.

예를 들자면 피츠패트릭등(Fitzpatrick et al.)에 특허 부여된 미하중국특허 제4,008,884호에 이러한 장치가 개시되며, 이 특허는 알칸 리써치 앤드 디벨롭먼트 리미티드(Alcan Research and Development Limited)로 권리가 양도 되었는데, 그와같은 단속 제트교반장치에서는 주철파이프 또는 튜브를 구비하며, 이 파이프는 용융 노의 한 측벽을 통해 수직 방향에 대해 약 40°-50°의 각도로 아래쪽으로 확장되며, 이 파이프가 노상(floor)에 인접한 노즐내에서 끝나며 다른측벽쪽으로 종방향 즉 수평방향으로 향한다. 고압식 이젝터는 파이프의 정부에 연결되고 규칙적인 간격으로 작동됨으로써 용융금속이 욕내의 수준위로 될때까지 파이프내로 용융금속을 유입하는 진공을 발생시키며, 이 용융금속 즉 액체가 상부 수준에 도달했을때 진공이 해제되고 가압하에서 공기가 도입됨으로써 금속을 노즐을 통해 욕쪽으로 고속 제트이 형태로 배출한다. 약 40-50톤의 노에 대해서 이 특허에서는 단면적은 약 738㎠.(45in².), 길이는 3m(9ft)인 튜브를 사용하도록 제안함으로써 매 사이클 마다 약 90-115킬로(200-250파운드)의 금속을 공급받고 방출한다. 이때, 3.8㎝(1.5인치)의 직경을 가진 노즐을 통해 방출되는 금속은 약 32Kmph(20mph)의 속도를 가진다. 사이클의 흡입 공정에서는 약 6-7초가 소요되는 반면에 가압 공정에서는 단지 약 0.5-1초가 소요되며, 이 과정중에 공기를 1.4-2.8kgs/㎠.(20-60p.s.i)범위로 가압하는 것이 필요하다.

유사한 형태의 장치로서 측면이 개방된 위쪽으로 경사진 튜브를 사용한 장치가 예를들자면 미합중국 특허 제3,599,831호, 4,235, 626호, 4,236,917호, 4,355,789호, 4,463,935호, 영국 특허 공보 제2,039,761A호 그리고 제2,039,765A 일본특허원 제1983-136982호와 1984-70200호에 개시되어 있다.

미합중국 특허 제3,424,186호에서 개시되는 것은 노의 측부 저장조내에 위치한 중공 체임버를 구비하고 그리고 체임버의 내부에서 2부분으로 나누어진 수직 벽을 포함하는 순환장치이다. 체임버 상부의 진공장치는, 각각의 포오트를 통해 노와 저장조로부터 용융금속이 벽의 상부를 넘쳐서 유동될때까지 유입한다. 노에 있는 포오트는 저장조보다 훨씬 큼으로써 용융금속은 더욱 빠르게 유동한다. 그러나, 욕으로부터 공급되는 측벽 상의 체임버 부분은 훨씬 큼으로써 노의 측벽에서 저장조측으로 금속을 이송할 수 있도록 된다. 이 금속은 저장조와 노를 연결하는 보통의 포오트를 통해 노쪽으로 복귀한다.

교반기의 또다른 형태는 예를들자면 미합중국 특허 제4,427,44호와 제4,452,634호에 개시되는 데, 이 교반기는 욕위에 위치하고 수직방향으로 연장된 파이프를 구비하고 이 파이프의 하부단은 금속중에 이르며 이 금속은 진공에 의해 파이프내로 유입되어지고 그리고 중력에 의해 복귀되어진다.

이러한, 종래의 장치는 유효하게 교반을 시킬 수 있으나 조작상에 많은 문제점을 가지게 되며 예를들자면 사용되는 튜브의 하부가 용융금속에 직접 접촉됨으로써 직접 부식을 받는다. 튜브의 중간 부분은 용융금속위에 있지만 버어너의 고온(예로써 1000-1100℃)에 노출되는 노의 내측에 위치되므로 튜브의 재료(예컨대 주철)가 열화하고, 시스템을 작동시킬 수 없게 되거나 작동 비용이 많이 들게한다. 더우기, 비교적 작은 직경의 파이프로써는 두터운 절연층을 제공하는 것이 어려우며, 튜브에 내부 히터가 제공되지 않는다면, 예를들자면 미합중국 특허 제4, 463,935호에 개시된 것과같이 벽내부에 매입 배설하지 않으면, 부유물 링(dross ring) 또는 칼라 형태로 벽이 내측에 급속한 속도로 응고된 금속과 산화물이 피착된다. 극단의 경우에 있어서 온도가 융점가까이 떨어진다면 튜브로 유입되는 금속은 응고될 수 있는 가능성이 있거나 적어도 매우높은 점성을 가지게되며, 심지어 히터가 제공된다 하더라도 파이프 벽의 침식을 피할 수 없고 라이닝내의 크랙을 통해 용융금속이 침입하는 경우, 히터는 빠르게 손상되고 평평한 파이프로 교체시에 많은 어려움과 비용이 들게 된다.

이러한 장치에서는 또한, 튜브내의 금속이 최고 및 최소 수준을 제어하는 것이 매우 힘들며, 실제에 있어서 교반기의 내부 체임버에 함유된 산소와 빠르게 반응하는 마그네슘 함량이 높은 알루미늄 합금의 경우, 특히 부유물링 또는 칼라의 형성을 방지하는 것이 곤란하다. 미합중국 특허 제4,463,935호에 있어서 튜브중의 금속의 산화를 최소로 하기 위해 산소 함유량이 작은 노로부터의 연소가스를 추진 가스로 이용하는 것이 제안되나, 상기 가스에는 높은 비율의 H₂O가 있으므로 그러한 온도에서 용융금속의 산화가 쉽게 발생될 것이다.

튜브의 작은 직경때문에 아주 작은 양의 부유물의 링은 상부 수준제어용으로 사용되는 전극과 접촉하여 단락을 발생하기에 충분한 크기로되며 제어 장치를 작동 불능으로 만든다. 상부 수준을 제어할 수 없으면 금속을 쉽게 튜브의 상부부분에 채워질 수 있고, 공압요소내에서 응고되며 전체 장치를 손상시키므로 수선에 큰 애로사항이 있게된다.

더우기 조그만 링은 내부에서 빠르게 형성되기 때문에 주기적으로 청소를 해야하며 튜브의 직경이 작으므로 청소가 힘들게되며 이에 따라 유지비가 상승한다. 또한, 상부 수준 제어 장치가 바로 작동하지 않거나 작동 불능으로 되면, 하부 수준 제어 장치의 작동은 제대로 이루어지지 않고, 따라서 금속 수준이 하부 수준이하로 떨어질때 상당량의 추진 가스가 노와 파이프 사이의 오리피스를 통해 용융금속에 들어간다.

이러한 것은 중력에만 의존하여 금속을 방출하는 장치에서는 회피될 수 있다. 그러나, 다른 금속을 포획하고 교반 제트가 욕의 전영역에 도달하는 것이 소망스러운 금속의 충분한 고속 제트를 얻는 것은 곤란하다. 금속욕속으로 가스를 분사시키는 이러한 현상은 "버블링(bubbling)"으로 알려져 있고, 특별한 경우에 있어서는 각각의 조작 사이클 동안에 발생하여 노내의 금속표면을 교반시키고 그리고 부유물과 부가적인 금속 손실을 발생시키는 알루미늄산화물과 형성을 증가시킨다.

피츠패트릭등의 특허에 개시된 장치에 있어서 금속제트 수단은 일방의 벽에 장착되고 반대벽쪽으로 향해지며, 미합중국 특허 제4,235,626호와 제4,236,917호에 개시된 것과 같은 다른 장치에 있어서는 인입제트는 노바닥을 향하므로 교반 효율이 저하되고 내화 라이닝의 침식이 증가된다.

이상과 같이 언급된 종래 기술의 대부분의 장치에는 파이프와 노 내부 사이에 구멍이 형성되며, 이 구멍은 튜브의 내부직경과 거의 같은 크기를 가지며 따라서 배출속도는 필연적으로 보다 작은 직경의 오리피스가 이용될때 얻어질 수 있는 속도보다 작아짐으로써 이동되는 금속의 양과 교반강도가 저하된다. 이러한 것을 보충하기 위해서 미합중국 특허 제4,235,626호에 개시된 장치에서 제시되는 것과같이 작동중에 튜브를 이동시켜 넓은 교반면적을 제공한다. 그러나, 이 장치에서는 기계적 구조가 복잡하고, 노의 가혹한 환경과 비교적 큰 이동 속도중에서 보수가 곤란한 문제점을 가진다.

따라서, 표면의 교란없이, 충전구의 열림 또는 노버너의 정지없이, 그리고 교반공정을 개시할때 다른공정 설비 없이 노내 욕의 성분을 완전히 그리고 빨리 혼합시켜야 한다. 이러한 장치에서는 교반은 욕표면 아래에서 이루어지므로 부유물 형성을 최소로 해야 하며 궁극적으로 욕내 열구배의 소멸은 보다 바람직한 온도 제어를 초래하고, 그리고 표면 온도의 감소에 의해 발생되는 표면에서의 산화가 감소된다. 더우기 합금성분의 보다 효율적인 용해가 발생되며, 열이동이 효과적으로 되기때문에 재용해 속도의 증가와 에너지 소모가 감소된다. 바람직하게 제안되는 이러한 장치에서는 최초장치 가격과 그 이후의 유지비 둘다를 최소한도로 낮출 수 있어야 한다.

따라서, 본 발명의 기본목적은 용융금속을 교반하는 신규의 교반장치를 제공하는 것이다. 만족스러운 효율의 교반이 행해지며 최초 가격과 유지비가 요구조건에 상응하는 용융 금속 교반 장치를 제공하는 것이 또 다른 목적이다. 본 발명에 따라 제공되는 용융금속 교반용 교반장치는, 저장조 체임버, 노즐부, 그리고 진공/압력발생수단을 구비하며, 여기에서 저장조 체임버는 노체임버로 부터 분리되어지며 노즐부는 노즐을 통해서 노내부와 저장조 체임버 사이에서 용융금속의 통로를 제공하기 위해 노내부와 저장조 체임버에 결합되며, 진공/압력 발생수단은 저장조 체임버 내부에 결합됨으로써 차례로 그리고 연속적으로 용융금속을 노체임버로부터 내부로 유입시키기 위해서 진공을 발생시키고 용융금속을 교반제트 형태로 분출시키기 위해서 정압(positive pressure)을 발생시킨다.

이러한 장치에서 노즐의 단면적과 저장조체임버 내부의 단면적비는 1 : 50-1 : 250이고, 바람직한 범위는 1 : 60-1 : 150이다. 저장조체임버 내부의 단면적과 상부 그리고 하부 수준의 거리의 비는 약 1 : 10-1 : 20이 될 수 있고, 25㎠/㎝,(10in²/in)이하가 되어서는 안된다. 저장조체임버 내부의 단면직경과 그리고 상부와 하부 수준 사이의 수직 거리의 비는 약 1 :1-2 : 1이 될 수 있으며, 또다른 혹은 덧붙여 저장조체임버에는 체임버 내부로 접근되게 제공되는 분리가능한 카바 부재가 구비되며, 상기 카바부재에는 저장조체임버 내부와 용융금속을 가열하기 위한 가열수단이 갖추어져 있다.

바람직하게 저장조 내부는 수평단면으로 대체로 원형이고, 그리고 상기 노즐부는 그것을 통해 대체로 수평위치된 저장조 내부로 용융금속을 방출하기 위해 그리고 접선방향으로 상기 원형수평 단면으로 방출하기 위해 위치된다. 또한, 바람직하게는 상기 분리가능한 카바 부재에는 저장조 내부로 부터 노내부쪽으로 가압가스의 거품을 검출하기 위해 검출기가 갖추어져 있다.

용융금속이 저장조내부로 유입되고 이 저장조 내부로부터 방출되는 사이의 기간이 측정되어지는 것은 바람직하고 이것들의 지속시간은 저장조 내부에서 용융금속의 상부와 하부 수준의 제어를 유지하기 위해 조절되어 진다. 상기 저장조 체임버는 중량 측정장치위에 설치될 수 있으며, 그것에 의하여 용융금속의 수준을 결정하기 위하여 저장조 체임버의 중량이 측정될 수 있으며, 그리고/또는 이에 따라 저장조 내부로 부터 가압가스의 거품이 노내부로 들어가는 것이 검출될 수 있다.

상기 저장조는 노내에서 한단부 근처 한측면에서, 또는 한측면 부근의 한단부에서, 상기 단부면에 대해 10°와 40°사이의 각도로 타측면을 향해 수평으로 용융 금속을 방출하도록 배치된다.

설명되는 실시예에서 교반장치는, 평면도로 도시된 것처럼 얇은 직사각형 형태의 알루미늄 용융 또는 주조노와 결합되어 사용되며 이 노는 도면부호(10)으로 표시된다. 이 노에는 노상(12), 단부벽(14), (16) 그리고 측벽(18), (20)이 있으며, 검사문(22)이 여러 장소에서 제공되고 충진문(24)은 측벽(20)을 따라 제공된다.

교반 장치는 일반적으로 도면부호(26)으로 표시되고, 단부벽(14)과 결합하여 밀폐되는 측벽(20)을 다른 측부에 배치시키며, 노즐부(27)를 통해 용융금속은 유입되며 단부벽(14)의 평면에 평행한 평면에 대해 약 10°-45°의 각도로 기울어져 노로 들어감으로써 욕으로 들어가는 금속의 제트는 타측벽(18)쪽으로 상응된 각도로 분사 되어지나 타방의 단부벽(16)으로 향하는 성분도 가진다.

만약에 제트가 타측벽(18)쪽으로 보다 작은 각도(A)로 분사된다면 효율이 떨어지는 교반이 발생될 것이며, 또한, 내화라이닝의 침식 가능성이 증가하게 된다. 역시에서는 상기 교반장치를 배치하기 위한 적절한 장소가 여러곳 있으며 제 1 도에는 그중 두곳이 점선으로 도시되고 있다. 최종의 결정은 장치를 배치하기에 적절한 노 주위 공간의 배치에 의해 결정된다.

역시 제 2 도 내지 제 6 도에 있어서 본 발명의 교반장치의 저장조체임버는 사용되는 노로부터 분리되어 있으며, 제 1 도, 제 4 도 그리고 제 6 도에 도시되는 것처럼 노즐부는 반드시 노벽에 설치됨으로써 수평적으로 노상위에 짧은 길이만큼 노내로 돌출되어질 것이다(보통 약 15-40센티). 그리고 그렇게 함으로써 난류가 얻어질 것이다. 제트는 첨가 금속을 포획하며, 금속표면의 손상없이 금속표면상에 부유물을 형성시킴없이 노의 주요부내에서 용융금속의 강한 교반이 얻어진다.

실시예에서 상기 저장조는 원통형 강판제 케이싱(28)을 갖추며, 이 케이싱은 하단부에서 밀폐되고 상단부에서는 개방되어 있으며 적절한 지지체상에 설치된다. 이 케이싱은 도시된 것처럼 로우드 셀(load cell)상에 설치되며 이 로우드셀의 기능은 이하에서 설명되어진다. 상기 개방된 상단부는 원통형 상부 케이싱과 같은 수평 직경을 가지는 돔형의 카바부재(32)에 의해 밀폐된다.

상기 2개의 케이싱에는 서로 결합되는 원형 플랜지(34), (36)가 각각 제공되며 필요하다면 상기 케이싱은 쉽게 분리되는 피봇 볼트(38)에 의해 조여지거나 혹은 보통의 기밀 시일(도시안됨)을 플랜지들사이에 설치하고 다른 유사한 조임 장치에 의해 조여질 수 있다.

상기 카바 부재는 하부 케이싱(28)에 지지되어 상하 방향으로 이격배치된 부싱(44)에 장착된 상하방향으로 연장하는 로드(42)에, 브래킷(40)에 의해 장착되며 화살표(46)로 나타난 것과 같이 상하로 이동할 수 있으며, 그리고 또한 화살표(48)로 표시한 바와 같이 종축을 중심으로 회동할 수 있다.

로드는 하단부에서 잭(50)에 의해서 필요에 따라 수직방향으로 이동되며 이 잭은 전기모터(51)에 의해 구동되며, 이와같은 잭의 동작에 의해 카바 부재는 제 2 도에서 점선으로 도시되는 상부위치로 이동한다. 또달리 유압 잭과 이와 결합된 작동장치가 사용되어질 수 있으며, 상부위치에 있어서 카바부재에 부착되는 수준 검출부재는 저장조 바로 위의 상부위치로부터 제 3 도의 점선으로 도시되는 것과 같은 제거위치까지 회동되면, 주입 플랜지로부터 분리되도록 충분히 높은 위치에 유지된다.

이러한 제거위치에서 조작자는 카바 부재의 하측부와 저장조 내부에 쉽게 접근할 수 있으며, 이 회동은 적절한 구동체(도시안됨)에 의해 상하 방향의 이동 위치의 상부에서 자동적으로 이루어질 수 있다.

도시의 특정 실시예에서 크기는 이하 도시하는 것이 될 수 있으나, 이들 크기 및 다른 수치는 한정적인 의미는 아니고, 단지 예로서 이해되어야 한다.

실시예에 있어서, 하부 원통형 케이싱(28)과 카바 부재를 구성하는 외부케이싱은 10mm(0.375in)두께의 강판으로 형성되며, 저장조가 용융금속과의 반복된 주기의 접촉에 견딜 수 있도록, 이 라이닝은 단열재(예로써 폴리베포옴(PLIVAFORM)이란 상품명으로 플리브리코(plibrico)사에서 판매되는것)로 형성된 제 1 외측 라이닝(52)를 포함하며, 이 라이닝의 적절한 두께는 100mm(4ins)이다. 다음에 내화재(예로써 LWI-28이란 상품명으로 플리브리코사에서 판매되는것)로 형성되며 두께는 125mm(5ins)인 제 2 의 중간 라이닝(54)과, 금속과 접촉되는 제 3 내측 라이닝(56)을 포함한다. 이 제 3 라이닝은 레프랙스(REFRAX)란 상품명으로 카아보룬덤(Caborundum)사에 의해 시판되는 것과 같은 실리콘탄화물로 형성되고 두께는 50mm(2ins)이다. 이러한 비교적 두꺼운 절연 라이닝은 저장조 내부 금속의 열손실을 최소로 하며 비교적 두꺼운 제 3 내화층에서는 이동하는 용융금속에 의해 마모가 발생되는 것에도 불구하고 긴 수명의 내부 라이닝을 제공한다.

저장조의 측벽과 라이닝에 개구가 형성되고, 이와 결합되는 개구가 노의 측벽과 라이닝에 형성되며, 케이싱(28)과 노의 벽(20)에는 각각 정합하는 원형플랜지(58), (60)가 형성되고, 이들 플랜지는 볼트(62)에 의해 연결되어 수선과 라이닝들이 필요할때 저장조를 노로부터 쉽게 분리시킬 수 있다.

실리콘 탄화물등의 적절한 내화 재로 형성된 블럭(64)이 노의 측벽에 장치되며 내화재 및 절연재에 의해 싸여지며 노와 저장조 내부 사이에서 용융금속이 통과하는 특별히 형성된 통로가 제공된다. 저장조 측면에 있는 통로 부분(66)은 측벽의 개구 단면적과 같으며, 중간 부분(노즐 구멍)(68)은 상당히 작은 직경을 가지고 금속이 저장조내외로 유입 배출될때 금속의 제트를 발생시키는 노즐을 구성한다. 노의 측면 부분(70)은 노의 측부에서 노내부 및 외방으로 테이퍼됨으로써 제 6 도에 도시되는 화살표(72)방향으로 금속의 유출 제트가 바깥쪽으로 확산되어 배출되며, 주위의 욕을 가능한 많이 포획하여 그리고 교반의 효율을 증가 시킨다. 이 실시예에서 블럭(64)은 길이가 약 46㎝(18ins)이고, 제 7 도에서 도시된 단면적을 가지며 원형 노즐구멍(68)은 직경이 6.5㎝(2.5ins)이고 단면적은 약 35㎠(5.0in².)이다.

케이싱내의 저장조 하부부분의 모든 구성 요소는 정적인 일반적으로 비교적 오랜기간 지나서야 교체가 필요한 정적 특성(static nature)을 가지는 것으로 간주될 수 있을 것이다. 하부의 측벽에 배치된 온도조절기(74)를 제외한 교반기의 모든 동적인 요소는 분리가능한 카바 부재에 장치되며, 온도조절기(74)의 검출요소는 단지 라이닝(52),(54)사이에 삽입되어지고 내측라이닝(56)에 의해 금속과 접촉되는 것이 방지되고, 그 제어회로는 측정된 하부온도를 보상하도록 조절되어진다.

돔형 카바 부재의 내부에는 제 4 도 및 제 5 도에 명확하게 도시되는 것처럼 중앙공간(76)이 남겨진채 절연 및 내화재(75)층으로 라이닝이 실시된다. 이 실시예에서 3개의 축방으로 이격한 수평 방향으로 연장하는 실리콘 탄화물의 고온 로드형 전기 가열기 (78)로 이루어지는 가열 수단이 카바 부재에 장치됨으로써 발생되는 열을 내부로 직접 또는 반사에 의해 방사시키며, 상기 가열기는 진동에 의한 손상을 최소로 하도록 양단부가 확실히 고정되고 카바부재를 이동시키지 않고 쉽게 교환할 수 있도록 각 단부가 외측케이싱(80)을 통해서 장착된다. 각각의 케이싱(80)에는 분리가능한 카바 부재(82)가 갖추어져 있다. 필요하다면 가열기는 각각의 수평차폐체(84)에 의해 용융금속이 막바로 튀겨지는 것이 방지될 수 있으며, 이러한 가열기는 다음과 같은 중요한 기능을 가진다.

즉, 1) 금속이 유입될때 응고하는 것을 방지하기 위해 시동시 또는 재시동시 이에 앞서 저장조 내부를 예열한다.

2) 교반장치가 사용되지 않을때 저장조내에 잔류된 금속을 용융 상태로 유지한다.

3) 보유물의 부착을 최소로 하여 제거를 용이하게 하기 위해 저장조의 내벽을 충분히 고온으로(알루미늄인 경우 약 700℃ 이상)유지한다.

4) 벽의 부유물을 소정 간격으로 용이하게 제거할 수 있도록 충분히 높은 온도로 부유물을 유지한다.

가열기는 이러한 목적들을 달성하도록 충분한 출력을 가지며 적절한 제어장치에 의해서 온도조절기(74)의 제어하에서 작동된다. 또한, 카바부재에는 저장조 내부에서 상부 수준의 제어에 사용되는 3개의 전극(86), (88), (90)이 장착되며, 이 전극 중 2개의 전극(86), (88)은 금속 로드로 이루어지며, 제 4 도의 점선(92)에 의해 도시되는 정상상부수준에 금속이 도달했을때, 전기적으로 접속되는 정상상부수준 검출기를 구성한다. 이에 상응한 정상하부수준은 이점쇄선(94)에 의해 도시되며, 전극(90)은 조금짧고 전극(86)과 협동하여 금속이 수준(96)에 도달했을때 공압회로를 완전히 차단시킴과 동시에 이하에 보다 상세하게 설명되어지는 바와 같이, 저장조 내부를 대기와 접속하여 저장조의 내부가 노의 내용물과 평형을 이루는 수준(98)까지 진공으로 되도록 작동하는 긴급 수준 검출기를 구성한다. 더우기 상기 카바부재에는 조작자가 내부를 관찰할 수 있도록 관찰구(100)와, 구멍(104)을 통해 얻어지는 저장조 내부의 압력을 이하 설명하는 목적으로 공기압제어 장치에 연통시키는 파이롯트 압력연결부(102)와, 가스를 저장조로 압송하고 또한 저장조로부터 유출시키는 출입 파이프(106)가 구비된다. 상기 파이프(106)는 하단부에서 밀폐되고 반경방향으로 구멍이 형성되어 저장조 내부로 들어가는 가스가 금속쪽으로 향하지 않도록 하는 것에 의해 금속의 튀김(splash)과 부유물 형성을 최소로 하고, 가열요소를 보호하도록 되고있다.

이하에서 시스템을 작동시키고 제어하는 특정의 공압 회로에 대해 설명한다. 이회로는 저장조 내부와 노내부 사이에서 정압 및 부압의 압력차를 연속적으로 그리고 택일적으로 발생시키는 것에 의해 금속이 저장조내로 유입되고 그리고 저장조로 부터 방출되도록 작용한다. 제8a도는 약 2 1/2사이클의 작동중 저정조내부에서의 시간에 대한 이상적인 압력치의 변화 특성을 점선으로 나타내며, 실선은 보다 평상적인 특성을 도시한다. 제8b도는 금속 수준의 대응하는 변화를 도시하며, 일반적으로 사용되어지는 고압은 0.35-1.0㎏/㎠(5-14p.s.i)의 범위이며, 평상적으로 약 0.70㎏/㎠(10p.s.i)이고 저압은 -0.35 내지 -0.70㎏/㎠(-5 내지 -10p.s.i)범위이며 평상적으로 약 -0.50㎏/㎠(-7p.s.i)이다.

또한 일반적으로 사이클의 흡입(진공)과정은 10-15초가 걸리며 배출(가압)과정은 10-15초가 걸리게 됨으로써 사이클 전체로 보통 20-30초의 시간이 걸리게 된다. 저장조크기는 크므로 교반기의 기능은 설계상 제한을 받지않고 주로 급송되는 가압공기의 양에 의해 제한되기 때문에, 이 공기의 양은 압축공기를 공급하는 장치의 크기에 의해 결정되어진다. 이들 매개변수는 사이클의 전시간, 따라서, 금속 제트의 유량과 속도를 정한다.

본 실시예의 장치의 크기의 몇가지가 설명되었으나, 재차 관련 수치를 다음과 같이 설명한다.

케이싱(28)의 외경 =117㎝(46ins.)

체임버의 내경 =60.0㎝(24ins.)

내측 단면적 =2.830㎠(450ins².)

가열기(78) 출력(각각) =8kw

케이싱(28)의 높이 =168㎝(66ins.)

카바 부재가 포함된 높이 =218㎝(86ins.)

카바 부재상하 이동 =40㎝(16ins.)

수준(92)과 수준(94)사이 높이 =110㎝(43ins.)

내용적 =1800리터(63ft³)

최대용량 =650㎏(1430lbs.)

1사이클의 변화되는 금속양 =550-600㎏(1200-1320lbs)

노즐의 단면적 =35㎠(5.0in².)

1 사이클동안 비교적 많은양의 금속이 이동되고, 노즐의 단면적은 비교적 작기 때문에 상당히 고속의 제트를 얻을 수 있으며, 이 속도는 작동환경에 의해 변화되지만 약 4-12미터/초(800-2400f.p,m)의 범위를 가지며, 보통 6-10미터/초(1200-2000f.p.m)이다. 20초의 사이클 시간에서 최대 평균 총유량은 약 1800㎏/분(4000lbs/분)이며, 노내로 포획되는 금속의 양은 노즐로 부터 배출되는 양의 5-15배가 되고, 40톤의 노의 경우 사이클마다 노용적의 약 155가 됨으로써 욕표면에서 두드러진 교란없이 수분내에 완전히 교반되어진다.

본 발명의 작동에 있어서, 저장조 내부가 비교적 큰 수평단면적을 가진다는 것은 중요한 사실이며, 실질적인 이유에서 예를들면 정방형 혹은 직사각형 단면을 가질 수 있으나, 보통 원통형이고, 바람직한 최소 직경은 50㎝(20in)이며, 이에 따라 최소 단면적은 1960㎠(314in²)가 주어진다. 최대직경은 노주위에서 얻을 수 있는 공간과 같은 인자에 따라 상당히 크도록 선택할 수 있지만, 큰 직경의 장점들은 위에서 설명한 것처럼 직경의 증가에 비례해서 증가되지 않으며, 실제에 있어서 최대는 75㎝(30in)이며 이에 따른 단면적은 4417㎠(707in²)이다. 설명한 것과 같이 바람직한 실시예에서 노즐구멍(68)의 단면적은 35㎠(5.0in²)이므로, 이 단면적과 저장조의 단면적비는 1 : 90이다. 실제에 있어서 노즐의 최소 및 최대 크기는 3.8㎝(1.5in) 및 10.0㎝(4in)이며, 이에 따른 각각의 단면적은 약 11.3㎠(1.77in²) 및 79㎠(12.5in²)이다. 실제적인 경우에 두 단면적의 비의 범위는 1 : 50-1 : 250이고, 바람직하게는 1 : 60-1 : 150의 범위이다. 이러한 높은비는 대부분의 종래 기술에서의 1 : 1이라는 값 및 미합중국 특허 제4,008,884호의 장치에서의 1 : 16이라는 값과 현저히 비교된다.

큰 용적과 큰 단면을 가진 저장조의 또다른 장점은, 다량의 금속을 큰 속도로 이동시킬 수 있고, 따라서 전체 운동량이 크게되어 혼합 속도를 증대시킬 수 있고 사이클 시간을 비교적 길게 할 수 있다는 점이다. 이러한 특성에 의해 사이클의 각 부분을 개시하고 확인하기 위해 이용할 수 있는 시간이 길고, 더욱 예측가능한 제어를 할 수 있다.

본 발명의 특징인 비교적 길이가 짧고, 큰 직경을 가지는 저장조는, 용융금속을 함유하는 내부체임버의 수평내경과 정상상부수준(92)과 정상하부수준(94)사이의 수직 방향의 거리사이의 비에 의해서도 규정할 수 있다. 본 실시예에서 직경은 60㎝(24in)이며, 수직 방향 거리는 약 90㎝(36in)이므로, 이 비의 값은 1.5 : 1이 되며, 이 비는 실질적인 범위는 약 1 : 1-2 : 1이 된다.

또 다른 특성으로는 수준(92)과 수준 (94)사이의 수직 거리에 연관된 내부체임버의 내측 수평 단면적의 비이며, 이 비는 약 25㎠/㎝(10in²/in)이상인 것이 좋다.

유동 제한 노즐을 사용하는 것에 의해, 위에서 기술된 것과 같이 필요한 기능을 수행하는 금속을 포획(entrain)하는 높은 속도의 제트를 형성할 수 있다는 효과가 얻어진다. 노즐의 크기, 위치 그리고 제트가 욕으로 들어가는 각도를 적절히 선택하는 것에 의해 금속이 고속으로 유입되더라도 욕내에서 금속표면의 두드러진 교란없이 전체 욕에 걸쳐서 혼합 작용이 가능하다. 보다 작은 직경의 노즐을 사용하면, 필요한 금속의 배출을 수행하기 위해 저장조 내부의 압력을 더욱 높게하는 것이 필요로 한다. 유동 제한 노즐(flow restricting nozzle)은 저장조 내부에의 금속의 유입에 양호한 영향을 미친다. 특히 제 6 도에 도시되는 것과 같이 저장조 내부의 수평원형 단면에 대해 유입금속의 제트가 접선 방향으로 향하게 노즐이 배치되면 좋다. 수평단면으로 도시한 이러한 흐름의 전형적인 형상은 제 6 도에서 화살표(110)에 의해 도시된다. 유입 금속에 의해 발생되는 빠른 휘말림(rapid swirling)는 부유물의 형성을 감소시키고 특히 상부부분은 근처의 가열기(78)에 의해 높은 온도로 유지되기 때문에 내측벽에 상부분상에 부유물이 부착되는 것을 감소시킬 수 있다.

부유물은 보통 원통 형상으로 제 4 도의 점선(112), (114)으로 표시된 장소에서 형성된다. 단면이 정방형 혹은 직사각형인 저장조에 있어서는 이러한 휘말림 작용은 얻어질 수 없고, 유입 제트가 충돌하는 반대편의 측면상에서 형성되는 부착물(114)은 다른 측면보다 더 빨리 증가된다. 종래 장치에서의 비교적 작은 튜브에서는 원통형 저장조내에서 얻어지는 유리한 세류 작용(scouring action)의 충분한 개선이 어어지지 않았다.

실제상에 있어서, 상부 수준(92)아래에서 부유물링의 형성을 피하는 것이 불가능하지만, 본 발명에서는 내부 직경이 비교적 크므로 이러한 결점이 피해질 수 있다. 부유물이 시간당 3㎏(6.6lbs)의 높은 속도로 용착되는 것은 아주 흔하며, 종래의 좁은 튜브에서는 약 5-7시간의 간격으로 교반을 정지시키고 링을 제거시켜야 한다. 종래 기술의 좁은 튜브가 유동을 방해하지 않더라도 부유물이 상부 수준 제어 전극과 접촉하여 단락시키는 것에 의해 심각한 문제를 발생시킴으로써 링이 제거될때까지 유효한 제어를 하지 못한다. 본 발명의 장치에서 그와같은 부유물링이 형성되기까지의 시간은 약 5-10일이 걸리게 되며, 이 부유물링의 제거작업은 단지 약 30분이 걸리게 된다. 부유를 부착이 심각한 문제로 되기 까지의 시간은 카바 부재에 안전하게 장착된 가열기에 의해 상당히 길게될 수 있으며, 카바 부재를 열고 쉽게 접근할 수 있는 넓은 저장조 내부에 있는 고온의 부드러운 쉽게 분리되는 링을 단순한 조작에 의해 제거하는 것은 비교적 간단하다.

전기 장치는 제 9 도에 개략적으로 도시되며, 수준 전극(86), (88), (90)과 로우드 쉘(30)(제공된다면)은 프로그래머블 논리 제어 장치(PLC)를 구비한 제어장치(116)에 연결되며, 이 제어 장치는 가열기(78)와 잭(50)의 모터(51)에의 3상 변압기(120)에 의해 얻어진 출력의 공급을 순차적으로 제어하는 출력 제어 장치(118)를 제어한다.

상기 제어장치는 또한, 교반조작을 위해서 공압장치(112), (124)를 제어하고 그리고 이것들이 동작될때 보여지는 표식과 영구적인 기록을 제공하도록 알려진 방법대로 배치되어진다.

전형적인 공압장치가 제10도에서 개략적으로 도시되며 제 9 도에서는 편의상 단일블럭(122), (124)으로 표시되었지만 실제에 있어서는 공압장치(122)는 카바 부재에 장치되고 공압 장치(124)는 저장조를 따라 측부에 장치된다. 설명된 것과 같이 상기 장치들은 카바 부재가 제거될 수 있도록 유연한 고압 금속 호스에 의해 연결되며, 이 실시예에 있어서 진공은 이젝터(EJECTOR)(126)에 의해 발생되지만, 이러한 구성의 경우 진공이 정압력을 제공하는 압축 공기의 작용에 의해 발생되므로 구조의 단순함과 단가가 낮게되는 장점이 있으며, 이젝터는 카바 부재의 플랜지(106)에 직접 연결되어진다. 압축된 공기는 적절한 콤프레서 펌프(도시안됨)로부터 파이프(128)를 경유하여 이젝터로 공급되고, 이 압축공기는 사용되는 공기압을 전달하도록 형성된 노즐(130)에 의해 이젝터의 스로트(throat)로 향해진다. 공기 압력은 약 1.05㎏/㎠ 내지 5.6㎏/㎠(15 내지 80p.s.i)범위에서 변화되며, 1.4㎏/㎠(20p.s.i) 내지 4.2㎏/㎠(60p.s.i)의 압력이 7.5㎝(3ins)의 직경을 가진 이젝터의 경우 사용되어진다. 공기는 우선 자동유출구를 가지는 콜로이드 필터(colloid filter)를 통해 습기를 제거하고 펌프로 복귀되지 않게되며, 이어서 솔레노이드 제어 배출밸브(134)와 대용량의 주압력 조절밸브(138)를 통해 노즐로 유동한다. 이젝터의 출구는 피스톤으로 작동되는 나비형 밸브(140)에 의해 제어장치 (116)의 제어하에서 닫혀지거나 열려질 수 있으며, 나비형 밸브는 솔레노이드로 작동되는 작동밸브(144)의 제어하에서 피스톤 작동기(142)에 의해 작동된다. 나비형 밸브가 열려지면 노즐로부터의 압축공기는 출구(106)를 통해 진공을 발생시키고, 닫혀지면 정압력이 발생된다. 이젝터 배출 소음은 머플러(146)에 의해 최소한도로 감소되며, 가능한도내에서 작은 피스톤 자공기(142)와 큰 작동 밸브(144)가 사용됨에 의해 나비형 밸브의 개폐 속도를 0.025초 이내로 할 수 있다. 이러한 단시간내에서의 개폐에 의해 금속반전 이동을 빠르고 안전하게 수행할 수 있으며, 공기류에 있어서 단지 하나의 이동부분에 의해 고주파수 순환을 달성할 수 있다.

사이클의 정압 부분에 필요한 공기압은 진공을 발생시키는데 필요한 압력보다도 현저히 작고, 필요한 압력은 조절밸브(138)의 작동에 의해서 필요시 압력이 적용된다. 가압모드(pressurization mode)용의 낮은 압력치는 조절밸브(148)에 의해 정해지며, 배출 모드용 높은 압력치는 조절밸브(150)에 의해 정해진다. 양 밸브에는 조절밸브(152)를 경유하여 라인(128)으로 부터 공기가 공급되며, 밸브(152)는 이 공기 압력을 안정화하여 장치의 작동에 의해 내부에 발생하는 변동을 보상한다.

또한, 상기 밸브(148)는 출구(102)로 부터 취해지는 저장조 내부 압력을 사용하여 피드백(feed back) 제어되는 것으로, 응답과 가압이 신속하게 행해져 금속의 반전 이동이 압력역전의 시기에 수미리미터의 범위내에서 행해진다. 출구(102)상의 과잉 압력은 다이아프램(diaphragm) 스위치(153)에 의해 표시되며, 노즐(130)에서 밸브(138)에 필요한 압력을 인가시키도록 밸브(138)에 공급된 파이롯트 압력은 4-방향 솔레노이드 작동밸브(154)에 의해 선택되고, 공기는, 여기에, 안전상 조절 밸브를 차단하는 것이 필요한 경우에 그와 같이 작동될 수 있는 솔레노이드 작동 차단 밸브(156)를 통해 공급된다.

또한 안전상 목적으로부터 머플러(158)를 통해 라인(128)을 대기에 연결시키는 것에 의해 이젝터에의 공기의 공급을 완전히 차단할 수 있도록 배출 밸브(134)를 작동시킬 수 있다. 밸브(144)에서 부하를 제거하면 나비형 밸브를 열린 상태가 되도록 신속히 가압하여 압축 공기가 차단되기 전에 밸브가 개방될 수 있다. 따라서 저장조 내부가 대기에 연결되므로 액체수준은 중력에 의해 수준(98)까지 떨어진다. 이러한 긴급 차단 기계장치는, 예컨대, 전극이 금속의 과도하게 높은 수준을 검출한 때, 출구(102)에서 과도한 압력을 검출한때, 또는 조작자가 비상버튼을 누른 때 작동된다. 과도한 압력이 발생한 때 제어 장치와 독립적으로 작동하는 안전 장치가 이젝터에 설치된 파열 디스크(160)에 의해 구성된다.

또한, 주압력 조절밸브(138)는 적절한 전류-압력 파이롯트 변환기를 통하여 작동되는 프로그래머블 논리 제어 장치를 사용하여 제어장치(116)로부터 직접 프로그램화 할 수 있다.

최저 및 최고수준사이의 정확한 수준 제어는 안정된 작동을 보장하기 위해서 중요하고, 저장조의 단면을 크게하는(종래의 장치보다 약 14배 이상 큰)것에 의해 이것이 용이하게 되며, 보다 정확한 제어를 할 수 있다. 이는 금속의 상하 방향의 이동이 완만하게 되어, 큰 운동량의 관성 성분의 동작과 제어가 더욱 예측하기 쉽게 되기 때문이다.

전극(86), (88)이 수준(92)에 용융금속이 도달한 것을 나타낼때까지 저장조가 채워지는 모드에서 장치는 이미 나타난 수준 바로 아래의 상부 수준 신호에 응답하도록 되어 소정 회수의 사이클에 있어서 용융금속이 전극에 접촉하지 않도록 하는 것에 의해 전극의 순명에 길어지게 된다. 전극을 10-15분마다 금속에 접촉시켜 장치를 적절히 기능하도록 구성할 수 있다.

정확한 하부 수준 제어는 매우 어렵지만, 수준이 통로부(66)의 상부 밑에 도달하는 때를 측정하는 것에 의해 이러하 제어를 효과적으로 행할 수 있고 이것에 의해 배출 가스가 노속에서 거품을 발생시킨다. 이러한 가스의 거품발생과 이동은 적절한 감도를 가지는 압력교란 모니터에 의해 검출될 수 있고 이 모니터로 부터 얻어진 신호내에서 쉽게 검출되는 상응된 변동을 발생시키는 내부 가스 압력의 대응하는 작은 진동을 발생시킨다. 이러한 신호의 검출은 배출 속도를 짧게 하는 것에 의해 하부 수준의 자동 교정에 사용될 수 있다.

그러한 제어장치의 작동의 일예는 제11도에서 도시된다. 시동되면, 흡입위상(phase)이 다소 짧은 시간(T₁)에서 시작되고 이어서 배출 위상이 상응된 짧은 시간(T₂)에서 시작되며, 이들 시간은 저장조가 적절하게 채워지거나 혹은 비어있는 것을 표시하는 신호의 검출없이 끝난다. 그리고 그후의 상응된 시간(T₃및 T₄)은 다소 길게 된다. 극한 신호가 아직 얻어지지 않은 경우 상기 시간은 재차 연장되며, 흡입시간(T₅)의 종료시에 전극(86), (88)은 상부 수준에 도달되었다는 것을 나타내며, 그후의 흡입시간은 실질적인 시간, 예컨대 10분 내지 15분 다소 짧게 되고, 상부 수준의 검출이 이루어지기 까지 다시 증가된다. 유사하게 주입시간(T₆)의 종료시 또는 시간(T₇) 개시시에 거품이 발생한 것을 압력교란 모니터가 지시하면 그후의 시간은 실질적으로 동일한 시간 짧아진다. 이러한 사이클은 실질적인 시간의 길이가 적당하다고 생각되는 한 반복되어지며, 이와 같이 거품을 최소로 하며 각각의 작동 사이클에서 배출되는 금속의 체적을 최대로 하도록 장치 스스로 동적으로 조절된다.

적절한 압력 교란 모니터의 일예는 제12도에서 도시되고 제10도에서 일반적으로 참조번호(162)로 표시된다. 조절기(152)로 부터의 적은양의 일정 양의 공기는 모니터에서 일정 미소 압력제어 장치(예로써, 무어인스트루먼트(Moore Instrument) 모델 63BDL)와 조정 가능한 니들(needle) 밸브를 통해 투명한 로우터미터(168)(마데손(Matheson)7262)에 공급된다. 로우터 미터는 하부 및 상부 복귀 스프링(170), (172)과 하부 및 상부 적외선 위치 검출 장치(174), (176)(예로서, 스캔-에이-매틱(SKAN-A-MATIC)모델 P-L-34024)를 설치하는 것에 의해 개선되며, 플로트(178)의 로우터 미터 튜브를 따라 위치를 검출한다.

로우터 미터의 출구는 출구(102)와 통해진 파이프에 연결되며 적은양의 공기는 파이프(180)를 통해 조절을 위해 제어 장치(164)로 복귀된다.

상기 니들밸브(166)는 펌프 압력이 안정한 채로, 즉 아무런 교란도 발생하지 않는 채로 하부 위치 검출 장치(174)에 의해 제공된 비임을 다소 절단하는 소망의 유량(예컨대, 0.755(FH)을 형성하도록 조정된다.

거품이 가압 사이클의 종료를 향해 얻어지고 또 개시에 의해 매우 급작스럽고 빠른 작은 압력 강하가 공기 공급 라인에서 발생하면, 제어 장치가 신속히 변화를 수용하기에는 너무 빠르므로 튜브내의 플로트에서 대응하는 "점프업(jump up)"이 발생한다. 이 점프는, 플로트가 상부 검출 장치(176)의 비임을 차단하기에 충분하며, 이로써, 제어 장치에 압력이 공급되고, 사이클을 가압으로 부터 흡입으로 신속히 전환한다. 본 발명의 장치는 충분히 신속하고 민감하므로 거품을 조그마한 거품을 제한할 수 있으며, 플로트는 압력변화에 대해 밀리초(second)내에 반응할 수 있도록 낮은 관성을 가질 수 있다.

본 발명의 장치는 역시 장치내에서 전기적으로, 또한 플로트의 운동을 관측하는 것에 의해 시각적으로 펌프의 사이클을 감시하는 것에 사용된다. 따라서 각각의 압력 반전에 의해 플로트가 각각의 복귀 스프링과 결합하기에 충분한 아주 강력한 플로트의 운동을 발생한다. 예를들자면 장치가 안정된 압력에 의한 가압 모드인 시기에는 진공 모드에의 반전에 의해 플로트는 상부 위치 검풀 장치(176)의 비임을 통해 상부로 이동하고, 스프링(172)과 결합하여 복귀한다. 또한, 진공 모드에서 가압 모드에의 반전에 의해 플로트는 하부 검출 장치(174)의 비임으로부터 아래쪽으로 이동하고 다시 복귀한다. 제어장치는 얻어지는 신호의 시퀀스를 검출하고 이를 이젝터의 적절한 작동을 감시하기 위한 적극적인 수단으로 사용한다. 모니터로 부터 정확한 신호가 결여될 때 작동이 멈춰지게 되며, 이러한 신호의 결여는, 예를 들면, 나비형 밸브(140)에서의 부적절한 작동 또는 디스크(160)의 파괴에 의해 발생되는 비정상적인 압력의 교란(perturbation)의 검출에 유용하다.

또한 공압형 제어 장치(164)는 제어장치(116)로 부터 피드백신호(점선)를 수용하는 압력 대 전류 전환기에 의해 치환될 수 있으며, 이러한 피드백신호는 위치 제어출력신호로서 하부 수준 검출기(174)로 부터 얻어진다.

적절한 진공을 얻기 위해 이젝터를 사용하며, 간단하고 확실하지만 다소 불충분하게 되며, 적절한 압축공기 공급원을 이용할 수 없는 경우, 송풍기를 사용하는 것이 바람직하며, 적절한 장치의 일예가 제13도에 도시된다. 솔레노이드 작동 밸브(190)의 제어하에 실린더(188)내를 왕복 이동하는 피스톤(186)에 의해 작동되는 스풀 밸브(814)의 제어하에서 진공 또는 압력모드의 어느 하나로 작동하도록 적당한 크기의 송풍기를 설치할 수 있다. 송풍기 조립체는 특별한 파이프(192)에 의해 카바 부재(32)의 인입포오트(106)에 연결되며, 이 파이프는 충분히 길고 충분히 큰 직경을 갖는 것에 의해 금속이 최저와 최고수준 사이에서 이동되는 때 진공 모드에서 배출되는 공기의 양보다도 큰 체적을 가지게 되며, 따라서 저장조 내부로부터의 가열된 공기와 송풍기에 도달하지 못하고 과열시키지 못한다. 이러한 목적을 위해 파이프(192)는 반경 방향의 방열 날개(193)를 설치하는 것에 의해 송풍기에 가장 가까운 단부에서 큰 방열을 해야 한다. 이러한 구성에 의해 배기 모드에서 저장조로부터 제거된 고온 공기가 저장조로 강제로 복귀되고, 이로써 저장조 벽의 냉각을 억제할 수 있다.

솔레노이드 작동밸브(198)의 제어 하에서 모터(196)에 의해 작동되는 나비형 밸브(194)는 시동 및 방열밸브를 구성하며, 시동시 밸브는 개방되어, 송풍기 모터가 작동 속도까지 가속되며, 이어서 진공 및 압력모드에서 닫혀진다. 온도저절기(200)는 송풍기 근처의 공기 온도를 검출하여 온도가 높게 된다면 장치를 냉각시키기 위해서 밸브(194)가 열려지며, 충분히 낮은 온도에 도달되었을때 상기 밸브는 닫혀진다. 머플러(202), (204)는 장치의 소음을 감소시키기 위해 제공되고 장치로 들어가는 공기가 필터(206)를 통과되며, 이러한 장치는 밀폐된 루프의 작동에 의해 높은 공압 효율과 낮은 열손실을 가진다. 밀폐된 루프이므로 장치는 불활성 가스를 입구(208)와 밸브(210)를 통해 주입하여 장치내의 공기를 가능한 많이 치환하는 것에 의해 부유물 형성을 감소시킨다.

또한 로우드 셀(30)로 이루어지는 계량 장치를 수준 검출 및 거품 발생의 검출에 사용할 수 있다. 이 장치는 저장조를 지지하고 저장조가 다른 수준(92), (94), (96)까지 채워진 때 저장조의 다른 하중을 측정한다. 이러한 하중은 저장조의 대응 중량에 비례하여 수준제어에 직접 사용할 수 있는 상응된 신호를 발생시킨다. 따라서, 셀은 검향을 위해 사용될 수 있거나 하부 수준제어가 너무 낮은 수준으로 저하했는가 여부를 측정하는데 사용할 수 있다. 저장조내에서 거품의 발생 및 이동은 로우드 셀에 의해 검출할 수 있고, 또한 배출 위상을 짧게 해야한다는 것을 지시하는 용이하게 검출되는 신호를 발생시키는 저장조의 대응하는 작은 진동을 발생시킨다.

이상과 같이 본 발명의 교반 장치에 의하면, 교반을 충분히 효율적으로 행할 수 있고, 설치 원리와 보수에 필요한 비용이 절감될 수 있다.

본 발명의 분야의 당업자에게는 이러한 본 발명의 다양한 변경과 수정이 가능한 것이 쉽게 이해될 것이며, 이러한 변경은 본 발명의 이하에 기재된 특허청구 범위의 기술 범위에 속함은 명백하다.

Claims (23)

1. 노 체임버 내에서 용융금속을 교반하기 위한 교반장치로서, 노 체임버로 부터 분리된 저장조 체임버 ; 노 내부와 저장조 체임버사이에서 용융금속을 이동시키기 위 해 노 내부와 저장조 체임버를 연결한 통로 ; 용융금속이 상부 수준에 도달하기까지 노 체임버로부터 저장조 체임버 내부로 용융금속을 도입하기 위한 진공과 하부 수준에 도달할 때까지 교반 제트의 형태로 저장조 체임보로부터 노 체임버쪽으로 용융금속을 방출하기 위한 정압을 교대로 연속하여 발생시키고 저장조 체임버 내부에 연결된 진공/압력 발생수단을 구비하고 ; 저장조 체임버 내부의 수평단면지름과 상기 상하부 수준 사이의 수직거리비는 약 1.0 : 1에서 2.0 : 1인 것을 특징으로 하는 용융금속 교반장치.
2. 제 1 항에 있어서, 저장조 내부의 수평단면이 원형이고, 유입되는 용융금속이 저장조 내부에서 소용돌이 치도록 상기 원형의 수평단면에 접선 방향으로 그리고 수평으로 용융금속을 유입하도록 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 통로가 노즐을 포함하고, 노즐의 단면적과 저장조 체임버 내부의 수평 단면적의 비는 1 : 50에서 1 : 250사이인 것을 특징으로 하는 교반장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 비율이 1 : 60에서 1 : 150까지의 범위인 것을 특징으로 하는 교반장치.
5. 제 1 항에 있어서, 저장조 체임버가 내부에 있는 용융금속의 수준을 결정하기 위해 저장조 체임버의 중량을 측정하는 중량 측정기구 위에 설치되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
6. 제 5 항에 있어서, 저장조 체임버가, 내부에 있는 용융금속의 수준을 결정하기 위해 저장조 체임버의 중량을 측정하는 로우드셀위에 설치되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
7. 제 5 항 또는 6항에 있어서, 저장조 체임버가, 저장조 내부로 부터 노 내부로 이동되는 가압 가스의 거품발생으로 인해 일어나는 내부에서의 변화를 탐지하기 위해 저장조 체임버의 중량을 측정하는 중량계 위에 장착되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
8. 제 1 항에 있어서, 저장조 체임버는 체임버 내부에 접근하기 위한 분리가능한 카바 부재를 구비하며, 저장조 체임버 내부와 그 내부의 용융금속을 가열하기 위한 가열수단이 카바 부재안에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 교반장치.
9. 제 8항에 있어서, 카바 부재를 저장조로 부터 분리시키기 위해 저장조의 잔여부분에 대해서 수직으로 이동하고 저장조 내부에 용이하게 접근하도록 상기 잔여부분에 대해서 횡방향으로 이동하도록 카바 부재를 설치하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 분리가능한 카바 부재에는 또한 저장조 내부의 용융금속의 상부 수준을 결정하기 위해 저장조 내부로 연장하는 수준제어전극들이 설치되고 있는 것을 특징으로 하는 교반장치.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 분리가능한 카바 부재에는 저장조 내부에 진공을 발생하고 저장조에 가압 가스를 공급하기 위한 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
12. 제 8 항에 있어서, 저장조 내부로부터 노 내부로 가압 가스가 공급되는 동안 거품 발생으로 인한 저장조 내부의 압력변화를 탐지하기 위한 압력탐지기를 구비하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 압력 탐지기는, 공기가 일정하게 통과하여 흐르고 저장조 내부로 유입되는 것에 의해 로우터 미터를 지나는 공기의 흐름은 거품에 의해 발생되는 저장조 내부의 압력변화에 의해 영향을 받는 로우터미터를 구비하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
14. 제13항에 있어서, 로우터 미터는, 그 수준이 탐지된 압력변화에 의해 교란되는 일정한 공기흐름을 가지는 플로트 장치를 포함하고, 압력탐지기는 저장조내의 안정한 압력에 대응하는 평행위치로부터의 플로트의 움직임을 탐지하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
15. 제14항에 있어서, 압력 탐지기로 부터의 신호들을 수용하고 압력 탐지기에 의한 거품의 탐지에 따라 정압이 저장조 내부에 적용되는 시간을 짧게 하기 위해 이러한 신호들을 진공/압력 발생수단에 공급하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
16. 제 1 항에 있어서, 용융금속이 저장조 내부로 유입되고 저장조로 부터 방출되는 동안의 시간을 측정하는 수단 및 저장조 내부에서 용융금속의 상하부 수준을 조절하도록 지속시간을 조정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
17. 제16항에 있어서, 저장조내 용융 금속의 최고 상부 수준과 최저하부 수준을 검출하기 위한 수단을 구비하며, 상기 지속 시간을 조정하는 수단은, 각각의 수준 검출수단에 의해 최고상부수준과 최저하부수준이 검출될때까지 처음에는 상기 시간을 증가시키고 ; 그후 상기 조정 수단은 상기 상부최고수준보다 다소 적고 상기 하부최저수준보다 다소 큰, 용융 금속이 각각의 수준 검출 수단에 의해 검출되지 않는 수준을 달성하기 위해 상당한 시간 동안 상기 시간을 감소시키고, 상당한 시간후에 저장조에 용융금속을 적절하게 채우기 위해 상기 조정 수단은 이러한 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 통로는, 일단부벽 근처의 일측벽이나 일측벽 근처의 일단부벽에서 상기 일단부벽의 면에 대해 10°내지 45°의 각도를 형성하며 다른 측벽을 향하여 용융금속이 노체임버내로 수평으로 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
19. 제 1 항에 있어서, 진공/압력 발생수단은 저장조 내부에 연결된 저압력 인입구와 고압력 공기의 공급원에 연결된 고압력 인입구를 구비한 이젝트를 포함하고 ; 상기 이젝트는, 저압력 인입구를 통해 저장조 내부로 진공을 공급하기 위해 개방되고, 저압력 인입구를 통해 저장조 내부에 고압력 공기를 공급하기 위해 폐쇄되는 제어밸브를 출구에 구비하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 진공/압력 발생 수단은 제어밸브가 개방되고 진공이 저장조 내부에 적용될때, 이젝터의 고압 인입구에 공급된 고압공기의 압력을 더높은 압력치로 증가시키고, 제어밸브가 폐쇄되고 압력이 저장조 내부에 적용될때 더 낮은 압력치로 감소시키는 것을 특징으로 하는 교반장치.
21. 제 1 항에 있어서, 상기 진공/압력 발생수단이, 인입구와 배출구를 구비한 송풍기와, 저장조 내부에 진공과 압력을 가하기 위해 각각 저장조 내부에 교대적으로 인입구와 배출구를 연결하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
22. 제21항에 있어서, 진공주기동안 저장조 내부로부터 제거된 가스가 파이프 내부에 남아있고 압력주기동안 저장조 내부로 복귀하도록 최저와 최고 금속수준 사이에서 상하 이동되는 가스의 체적과 적어도 등등한 체적을 가지며, 송풍기를 저장조 내부에 연결하는 파이프가 제공되는 것을 특징으로 하는 교반장치.
23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 저장조 안에 있는 대기가스를 대체하기 위해 저장조 내부에 불활성 가스를 주입하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.

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