KR20020036736A - 금속을 용해시키기 위해 입자 정련제를 첨가하고 및여과하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 여과기(10)와 입자 정련재를 위한 공급부를 갖춘 금속 용해물에 입자 정련재를 첨가하고 여과하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 제 1 여과기는 다공성 여과기 매질을 가진다. 상기 제 1 여과기(10)의 여과 효율성은 본 발명에 따라 실질적으로 제 1 여과기(10)뒤 흐름 방향에서 입자 정련재를 위한 공급부 배열을 통해 개선되었다. 입자 정련재를 통하여 도입된 용해되지 않은 불순물은 입자 정련재를 위한 공급부뒤에 흐름 방향에서 제 2 여과기(16)를 설치하므로써 제거되었다.

Description

금속을 용해시키기 위해 입자 정련제를 첨가하고 및 여과하기 위한 장치{DEVICE FOR FILTERING AND ADDING GRAIN REFINING AGENT TO METAL MELTS}

본 발명은 제 1 여과기를 갖추어 금속 용해물에 대하여 입자 정련 재료를 첨가하고 여과하기 위한 장치와 입자 정련 재료를 위한 공급부에 관한 것으로, 상기 제 1 여과기는 다공성 여과 매질을 구비한다.

금속 용해물, 예를 들면 알루미늄 합금의 용해물은 주조 공정동안 여과될 수 있는 것이 종래 기술로부터 공지되었다. 상기의 일례로써, 참고로 그 결과가 알루미늄 합금의 주조로 만들어졌다. 그러나, 금속 용해물의 여과는 구리 및 강 합금으로써 공지되었다. 알루미늄의 주조동안 금속 용해물은 주조 몰드에 입자 정련 재료를 첨가하고 여과하기 위한 장치와 인라인(inline) 탈가스기를 통하여 주조 노의 밖으로 흐른다. 상기 인라인 탈가스기는 본래부터 잘 알려진 필수적으로 용해된 가스상 불순물을 알루미늄 용해물로부터 제거한다. 상기는 우세하게 용해된 수소를포함한다. 용해된 불순물이 제거되고 또는 환원된 후, 입자 정련재, 예를 들면, 알루미늄-티타늄-보론 마스터 합금(master alloy)이 종래 기술에 따라서 알루미늄 용해물에 공급된다. 상기 입자 정련재가 공급되어진 후, 연속적으로 주조하는 동안 응고된 재료에서 더 작은 입자를 얻기 위해, 종래 기술에 따라서 알루미늄 용해물은 용해되지 않은 불순물, 즉, 용해물에서 용해되지 않은 고체 불순물을 제거하기 위해 여과된다. 상기 용해되지 않은 불순물은, 예를 들면, 알루미늄 산화물 입자, 알루미늄 탄화물, 알루미늄 탄질화물등을 구성한다. 상기 용해되지 않은 불순물은 1 내지 100μm의 크기를 가진다. 여과 공정에 이어서, 알루미늄 용해물은 주조 몰드로 유동하고, 이전에 언급된 것 처럼, 잉곳(ingot)으로 주조된다.

종래 기술에 따라서, 용해물은 입자 정련 재료가 용해물 내부로 용해되지 않은 불순물을 이동시키기 때문에 입자 정련 재료를 첨가한 후 여과된다. 예를 들면, 입자 정련 재료로써 사용된 알루미늄 티타늄 보론 마스터 합금은 연속적인 주조 제품에 바람직하지 않은 산화 개재물과 큰 불용해성 티타늄 2가붕화물(diboride) 입자를 함유한다.

여과기의 다양한 형태들이 알루미늄 용해물을 여과하기 위해 공지되었다. 특히 합리적으로 싸고 공간을 적게 차지하는 여과가 세라믹 포말 여과기(ceramic foam filter)를 사용하므로써 성취될 수 있다. 상기 세라믹 포말 여과기는 플레이트 형태, 대략적으로 50mm 두께로 사용되고, 알루미늄 용해물은 플레이트의 평면에 대하여 직각으로 관통하여 흐른다. 상기 세라믹 포말 여과기는 수계 알루미늄 산화물 슬러지와 결합제로 개공(open-pore) 폴리우레탄 포말을 충만시키므로써 제조된다. 그 후 상기 충만된 폴리우레탄 포말은 건조되고 태워지므로써, 폴리우레탄 포말은 타서 없어지고 포말 구조의 네가티브 이미지(negative image)는 세라믹 포말로써 남는다. 종래 기술에 따라서 사용될 때 세라믹 포말 여과기의 여과 효율성은 양호하도록 조절되었다.

알루미늄 용해물을 위한 다른 공지된 여과 시스템은 느슨한-충진 베드 여과기(loose-fill bed filter)이다. 느슨한 충진 베드 여과기에서 알루미늄 용해물이 관통되는 여과기 매질은 여과기 박스내 부분적으로 층을 이룬 충진으로써 알루미늄 산화물 입자 또는 비즈(bead)를 구성한다. 만약 느슨한 충진 베드 여과기가 여과를 위해 독점적으로 사용된다면, 상기는 세라믹 포말 여과기를 사용하는 것과 비교하여 상당히 긴 사용 수명을 가지는 큰 여과 박스를 필요로 한다. 느슨한 충진 베드 여과기의 여과 효율성은 일관된 양호함으로 기술될 수 있다.

종래 기술로부터 공지된, 예를 들면 세라믹 포말 여과기와 같은 단순한 여과 시스템은 더욱 고가인 예를 들면, 느슨한 충진 베드 여과기와 같은 여과 시스템과 비교하여 낮은 비용과 더 작은 공간 요구 사항으로써 구별되어진다. 동시에, 종래 기술로부터 공지된 고가 시스템은 높은 여과 효율성과 긴 사용 수명을 나타내었다.

상기에 기술된 종래 기술을 바탕으로, 본 발명의 과제는 금속 용해물에 입자 정련 재료를 첨가하고 여과하기 위한 장치를 제공하기 위한 것으로, 상기는 단순한 여과 시스템으로 높은 여과 효율성을 성취하는 것을 가능하게 만들기 위한 것이다.

본 발명에 따라서, 이전에 지시되고 파생된 문제는 제 1 여과기 뒤에 흐름방향에서 입자 정련 재료를 위한 공급부를 제공하고 입자 정련 재료를 위한 공급부 뒤 흐름 방향에서 제 2 여과기를 제공하므로써 해결되었다. 놀랍게도 상기는 금속 용해물을 위한 다공성 여과 매질을 가진 여과기의 여과 특성은 제 1 여과기의 더 좋은 여과 효율성이 제 1 여과기 뒤 그 안에 함유된 용해되지 않은 불순물을 가진 입자 정련 재료를 첨가하는 것이 정당화 될 수 있는 낮은 여과 효율성 대하여 입자 정련 재료를 미리 첨가하므로써 상당히 영향을 받음을 발견하였다. 입자 정련 재료를 통하여 용해물 내부로 이동된 용해되지 않은 불순물을 제거하기 위해서, 제 2 여과기는 입자 정련 재료를 위한 공급부 뒤 흐름 방향에 제공되었다.

시험들이 케이크(cake) 형성의 수단을 통한 여과를 바탕으로 그들의 여과 효율성 특히 여과기에 관하여 나타내어졌고, 입자 정련 재료의 첨가에 민감하게 반응하는 여과기에 관하여 나타내어졌다. 만약 상기 여과기들이 입자 정련 재료의 첨가 후 사용된다면, 케이크 형성은 여과기들이 그들의 충분한 여과 활동을 도달하지 못하므로써 저지되고 또는 심지어 방해된다. 상기 여과기의 여과 효율성은 본 발명에 따른 입자 정련재를 위한 공급 전 케이크 여과를 바탕으로 제 1 여과기의 설치에 의해 상당히 개선되었다.

입자 정련재가 여과기 전에 첨가됨 없이 세라믹 포말 여과기에서, 브리지 (bridge)가 용해되지 않은 불순물의 축적을 구성하여 형성된다. 상기 브리지는 세라믹 포말 여과기의 여과 효율성에 있어서 상당한 개선을 가져온다. 상기 브리지 형성은 입자 정련재가 세라믹 포말 여과기전에 첨가될 때 관찰될 수 없다. 따라서 본 발명에 따른 장치의 제 1 여과기는 바람직하게 세라믹 포말로 이루어진 플레이트를 가진다.

여과 효율성을 개선하는 용해되지 않은 브리지는 보통 사용된 세라믹 포말 플레이트의 전체 50mm 두께 이상의 포말이 아님을 발견하였다. 본 발명에 따른 장치에서 유동 저항에 관하여 세라믹 포말 플레이트는 5 내지 30mm, 바람직하게 10 내지 15mm의 두께를 가진다.

세라믹 포말 플레이트에 대한 다른 방도 또는 점증적으로, 제 1 여과기는 바람직하게 CVD(화학 증기 증착)에 의해 증착된 재료를 구성하는 요소 및/또는 소결된 재료중 하나 이상의 요소를 가진다.

바람직하게 다공성 매질들은 용해되지 않은 고체 불순물을 여과하기 위해 적당하다. 따라서 본 발명에 따른 장치는 제 2 여과기가 다공성 여과 매질을 구비하도록 바람직하게 배열된다.

용해되지 않은 불순물의 상대적으로 낮은 하중의 결과로써, 딥-베드(deep-bed) 여과기는 특히 제 1 여과기 후 입자 정련재에 의해 금속 용해물내부로 도입된 용해되지 않은 불순물을 여과하기 위해 적당하다. 낮은 불순물 하중을 고려하여, 상기 딥 베드 여과기는 딥 베드 여과기 단독으로 여과를 위해 사용될 때 보통 요구된 것들보다 상당히 작은 면적을 구비할 수 있다.

금속 용해물을 여과하기 위한 특별히 적당한 딥-베드 여과기는 느슨한-충진 베드 여과기이다. 느슨한 충진 베드 여과기에서 다공성 재료는 일반적으로 조밀한 여과기 비즈 및/또는 여과기 미립자의 여과에 의해 형성된다.

다른 정련에 따라서, 본 발명에 따른 제 1 여과기 및/또는 제 2 여과기가 가열될 수 있다. 상기는 연속적인 배치(batch)를 위해 제 1 및/또는 제 2 여과기의 다수 사용을 허용한다.

상기 장치에 더하여, 본 발명은 금속 용해물에 입자 정련재를 첨가하고 여과하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 용해물은 다공성 여과 매질을 가진 제 1 여과기의 도움으로 여과되고 입자 정련재는 용해물에 공급된다. 종래 기술로부터 공지된 형태의 방법은 제 1 여과 후 용해물에 입자 정련재를 공급하고 제 2 여과기의 도움으로 입자 정련재를 위한 공급 후 흐름의 방향에서 용해물을 여과하므로써 상기에 나타내어진 본 발명에 따른 과제를 바탕으로 게선되었다.

상기에는 여과를 위해 본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 방법을 추가적으로 개발하고 형상화하고, 금속 용해물에 입자 정련재를 첨가하기 위한 다수의 가능성이 내재되어있다. 상기 목적을 위해 참고가 예를 들면, 한편으로는 청구항 1에 지정된 청구범위로 및 도면에 관계한 일례의 실시의 기술로 이루어졌다.

도 1은 금속 용해물에 입자 정련재를 첨가하고 여과하기 위한 본 발명에 따른 장치 실시의 일례에 대한 도시학적 단면도이다.

도 1에 나타내어진 본 발명에 따른 실시의 일례에 대한 장치는 하부 외부 프레임(1)과 상부 외부 프레임(2)을 구비한다. 하부 외부 프레임(1)에는 알루미늄 용해물이 본 실시의 일례를 통해 유동하고, 상부 외부 프레임(2)의 내열 상부 라이닝 (4)과 상호 작용하는 내열 외부 라이닝(3)에 의해 형성된 영역이 있다.

도 1에서 나타내어진 일례의 실시에서 알루미늄 용해물은 수평선으로 나타내어졌다. 하부 라이닝(3)과 상부 라이닝(4)은 그들의 상호 작용상태에서 제 1 여과기 쳄버(5), 입자 정련재를 위한 추가 쳄버(6)와 제 2 여과기 쳄버(7)뿐만 아니라유입 영역(8)과 유출 영역(9)을 형성한다.

제 1 여과기 쳄버(5)에서 세라믹 포말 플레이트(11)는 제 1 여과기로 제공된다. 상기 플레이트(11)는 기상 개재물의 제거를 허용하기 위해 수평에 대한 작은 각으로 배열된다.

추가 쳄버에서 입자 정련재를 구성하는 와이어(12)는 한정된 속도에서 공급 개구(13)를 관통하여 상세히 나타내어지지는 않았지만 공급에 의해 제공된다. 상기 와이어(12)는 입자 정련재가 한정된 농도로 용액내부로 들어오므로써 알루미늄 용해물내에서 용해된다.

상기 제 1 여과기 쳄버(5)와 상기 추가 쳄버(6)는 장입물을 여과 후 제 1 여과기 쳄버(5)와 추가 쳄버(6)를 비우는 것을 가능하게 만드는 보통 제 1 배수로 (14)가 제공된다. 보통, 종래 기술에 따라서 세라믹 포말 플레이트(11)는 각 배치 (batch)를 여과한 후 배출된다. 상기는 세라믹 포말 여과기가 본 발명에 따른 장치에서 사용될 때 절대적으로 필요하지 않다. 결과적으로 제 1 여과기 쳄버(5)는 동일 세라믹 포말 플레이트(11)가 몇 개의 배치를 위해 사용될 수 있도록 부가 쳄버 (6)와 결합하여 가열될 수 있다. 이 경우에서 제 1 여과기 쳄버(5)와 추가 쳄버(6)는 배치를 여과한 후 비워지지 않는다. 제 2 여과기 쳄버(7)에서는 다수의 알루미늄 산화물 비즈를 구성하는 느슨한 충진 베드 여과기(16)가 그리드(grid)(15)위에 제공된다. 제 2 여과기 쳄버(7)는 두 개의 배치사이에 제 2 여과기 쳄버(7)의 비움이 분배되므로써 가열부(17)를 통해 가열될 수 있다. 느슨한 충진 베드 여과기(16)를 변화시키는 것을 가능하게 만들기 위해서, 제 2 여과기 쳄버(7)는 제 2 배수로(18)를 가진다. 도면에서 나타내어진 가열부(17)에 대한 다른 방도로써 상기는 용해물내에 잠겨진 막대를 가열하므로써 실행될 수 있고, 바람직하게 느슨한 충진 베드 여과기 아래에 배열된다.

도면을 통해 나타내어진 것 처럼, 금속 용해물, 특히 알루미늄 용해물에 입자 정련 매체를 첨가하고 여과하기 위한 본 발명에 따른 장치의 작동동안, 알루미늄 용해물의 첫 번째 여과는 상기 기술된 세라믹 포말 여과기의 기공내에 브리지 형성을 통해 필수적으로 확보되는 80 내지 95%사이의 효율성으로 제 1 여과기 쳄버 (5)에서 발생한다. 상기 브리지 형성은 제 1 여과기전 알루미늄 용해물에 공급되어진 입자 정련재에 의해 종래 기술을 통해 저지된다. 상기 경우에서 브리지 형성은 세라믹 포말 여과기의 기공내측에서 발생하지 않음이 발견되었다. 첫 번째 여과 후 알루미늄 용해물은 한정된 양의 입자 정련재를 용액 내부로 가져오게하는 추가 쳄버(6)로 유입된다. 그 후 입자 정련재에 함유된 바람직하지 않은 불용해 불순물은 제 2 여과기 쳄버(7)내에 상대적으로 작은 느슨한 충진 베드 여과기(16)에서 크게 제거된다. 결과적으로 유출 영역에는 예를 들면 잉곳(ingot)과 같은 고품질 주조 제품으로 주조되는 용해되지 않은 불순물의 매우 작은 분율을 가진 알루미늄 용해물이 제조된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 여과 장치는 다공성 여과기 매질을 갖춘 제 1 여과기와 입자 정련재를 위한 공급부를 갖추어, 금속 용해물에 입자 정련재를 첨가하고 여과하므로써 크게 개선되었다.

Claims (11)

1. 다공성 여과 매질을 구비한 제 1 여과기(10)와 입자 정련재를 위한 공급부를 갖추고,

   입자 정련재를 위한 공급부는 제 1 여과기(10) 뒤의 흐름 방향에 배열되고,제 2 여과기는 입자 정련재를 위한 공급부뒤에 흐름 방향에 배열되는 것을 특징으로 하는 금속 용해물에 입자 정련재를 첨가하고 여과하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 여과기(10)는 케이크 여과를 바탕으로 한 여과기로 구축되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 여과기(10)는 세라믹 포말 플레이트(11)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 세라믹 포말 플레이트(11)는 5 내지 30mm의 두께, 바람직하게 10 내지 15mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 2 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 여과기(10)는 소결된 재료를 구성하는 하나 이상의 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 2 내지 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 여과기(10)는 CVD(화학 증기 증착)에 의해 증착된 재료를 구성하는 하나 이상의 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 2 여과기(16)는 다공성 여과 매질을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 2 여과기(16)는 딥-베드(deep-bed) 여과기를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 딥-베드 여과기는 느슨한-충진(loose-fill) 베드 여과기로 구축되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1 여과기(10) 및 제 2 여과기(16)는 가열되는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 실행하고,

    용해물이 다공성 여과 매질을 가진 제 1 여과기의 도움으로 여과되고 입자 정련재는 상기 용해물에 첨가되는 것으로,

    상기 입자 정련재는 제 1 여과기뒤 용해물에 첨가되고, 상기 용해물은 제 2 여과기를 사용하여 흐름 방향에서 입자 정련 재료를 위한 공급부뒤에서 여과되는 것을 특징으로 하는 금속 용해물에 입자 정련재를 첨가하고 여과하기 위한 방법.