KR20200068720A - 동시에 회전 및 이동 가능한 전극 로드를 포함하는 용융로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 특히 합금 성분들을 용융하는 것을 통해 금속 합금들을 제조하기 위한 용융로(1)에 관한 것이며, 상기 용융로는, 용융 도가니(10); 자체 상에 장착된 소모성 전극(41)을 구비한 원통형 전극 로드(40); 및 전극 로드(40)를 통해 전극(41)으로 전원을 공급하도록 구성되는 전원공급장치(50)를 포함하며, 전극 로드(40)는 용융 공정 동안 자신의 축을 중심으로 회전될 수 있으면서 자신의 축을 따라서 이동될 수 있다.

Description

동시에 회전 및 이동 가능한 전극 로드를 포함하는 용융로
본 발명은, 특히 합금 성분들을 용융하는 것을 통해 금속 합금들 및 비철 합금들을 제조하기 위한 용융로에 관한 것이며, 상기 용융로는, 용융 도가니; 자체 상에 장착된 소모성 전극(consumable electrode)을 포함한 전극 로드; 및 전극 로드를 통해 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원공급장치를 포함한다.
용융로들은, 합금 성분들 및 경우에 따른 용제(flux)를 용융하는 것을 통해 금속 합금들을 제조하기 위해 이용된다. 용융로들은 다양한 유형들로 공지되어 있다. 용융로들은 진공 조건에서 아크(arc)를 이용하여 금속을 재용융할 때 사용될 뿐만 아니라, 소위 일렉트로 슬래그 재용융 방법(electroslag re-melting method)에서도 이용된다. 용융 공정은, 전극이 용융물 내로 침지되어 소위 용융 전류를 공급받는 것을 통해 수행된다. 용융물은 전기 저항으로서 작용하며, 그럼으로써 용융물은 용융 전류를 통해 가열되게 된다.
용융로는 통상 냉간 압착 방식으로, 또는 내화성으로 라이닝될 수 있는 용융 도가니; 용융 도가니를 폐쇄하는 노 후드(furnace hood); 및 노 후드 내의 진공 밀봉형 및/또는 가스 기밀형 부싱을 통과하여 용융 도가니 내로 침지되는 전극 로드를 포함한다. 전극을 지지하는 전극 로드는 고전류 전원공급장치에 연결된다.
전극은 점차로 소모되기 때문에, -대개 이를 "소모성 전극"이라고 함- 전극은 작동 동안 추적(tracking)되어야 한다. 자체 상에 장착된 전극을 포함하는 전극 로드를 추적할 수 있도록 하기 위해, 설비는 보통 높이 조정이 가능한 전극 캐리지(electrode carriage), 또는 전극 로드를 파지하여 이동시키기 위한 구동 기술(drive technology)을 보유한다.
앞에서 기술한 유형의 용융로들은 예컨대 DE 42 07 967 A1호, DE 101 56 966 A1호, WO 2013/117529 A1호 및 WO 2014/177129 A2호에 개시되어 있다.
공정이 진행되는 동안, 전극을 추적하고 용해 속도(fusing rate)를 폐루프 모드로 제어할 필요가 있으며, 예컨대 안정된 아크를 유지할 필요가 있다. 용융 도가니 내 전극의 침지 깊이뿐만 아니라, 용해 형태(fusion shape), 다시 말하면 전극 팁(electrode tip)의 기하구조 및 위치 역시도 용융 공정에 영향을 미친다.
본 발명의 과제는, 특히 합금 성분들을 용융하는 것을 통해 금속 합금들 및 비철 합금들을 제조하기 위한 향상된 용융로를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 청구항 제1항의 특징들을 포함하는 용융로에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은, 종속 청구항들, 본 발명의 하기 설명, 및 바람직한 실시예들의 구체적인 내용 설명에서 제시된다.
용융로는, 경우에 따라 진공 조건에서 전극을 전기적으로 재용융하는 것을 통해 금속 합금들 및 비철 합금들의 제조를 위해 이용되는 설비이다. 용융로는, 예컨대 스탠딩 도가니(standing crucible) 및/또는 슬라이딩 도가니(sliding crucible)를 포함하는, 보호 가스 또는 대기 조건의 일렉트로 슬래그 재용융 설비(ESR: electroslag re-melting system)로서; 스탠딩 도가니 및/또는 슬라이딩 도가니를 포함하는, 상이한 보호 가스들 또는 공정 가스들 조건의 압력 일렉트로 슬래그 재용융 설비(PESR)로서; 주조되거나 용융된 스트랜드의 연속 제조를 위한 스탠딩 도가니 및/또는 슬라이딩 도가니를 포함하는 고속 일렉트로 슬래그 재용융 설비(HSESR: High-Speed Electroslag Re-melting system)로서; 아크 진공 용융로(AVMF: Arc-Vacuum Melting Furnace)로서; 특히 스탠딩 도가니 및/또는 슬라이딩 도가니를 포함한 ESR 설비 및 "전자빔로(EBF: Electron Beam Furnace)"를 위한 전술한 구조 형상들로 구성되는 조합 설비로서; 형성된다. 여기서 주지할 사항은, "용융로"란 명칭이 보다 더 협의의 의미에서 단지 "노" 또는 용융 도가니만을 포함하는 것이 아니라, 용융 설비 전체를 지칭한다는 것이다.
본 발명에 따른 용융로는, 바람직하게는 냉간 압착 방식으로, 또는 내화성으로 라이닝된 용융 도가니를 포함한다. 예컨대 양측이 폐쇄된 중공 원통형 용기로서 형성된 용융 도가니는 합금 성분들, 용제 등을 용융하도록 구성되어 있다. 또한, 용융로는, 자체 상에 장착된 소모성 전극을 구비한 전극 로드와, 전극 로드를 통해 전극으로 전원을 공급하도록 구성된 전원공급장치를 포함하며, 그럼으로써 용융 에너지가 용융욕(melting bath), 섬프(sump) 또는 금속 섬프(metal sump)라고도 지칭되는 용융 도가니 내의 금속 용융물 내로 유입될 수 있게 되며, 예컨대 전극과 금속 용융물 사이에서 아크가 점화될 수 있게 된다. 전극 로드는 용융 공정 동안 자신의 축을 중심으로 회전될 수 있으면서 자신의 축을 따라서 이동될 수 있다.
용융 공정 동안 전극 로드의 회전성 및 이동성은 전극의 정확한 추적 및 조정을 허용하며, 그럼으로써 용융 공정의 안정성은 향상되게 된다. 이런 경우, 이동성은, 전극 로드의 축 방향을 따라서, 다시 말하면 통상적으로 중력 방향으로 제공된다. 특히 전극 팁의 불균일한 용해는 전극의 회전 및 상승/하강의 조합을 통해 보상될 수 있다.
전극 로드의 이동성은 바람직하게는 전극 소모량에 상응하게 전극 로드를 진동(oscillation)하는 방식으로 추적할 수 있도록 하기 위해 진동 이동을 허용한다. 전극을 진동시키는 것을 통해, 슬래그 욕 내의 전극 팁은 정해진 영역에서 일정하게 유지되며, 특히 슬래그 욕 내의 전극 팁과 슬래그 욕의 표면 간의 이격 간격은 일정하게 유지된다.
바람직하게는 전극 로드는 전극 홀더를 통해 전극 캐리지 상에 고정되며, 전극 캐리지는 노 칼럼(furnace column) 상에 파지되고 이동성을 위해 안내된다. 예컨대 용융로의 프레임의 부분으로서의 노 칼럼은 용융로의 이동 가능한 구성요소들의 모듈식 장착 및 안내를 허용한다.
바람직하게는 전극 캐리지는 스핀들 드라이브 또는 유압 실린더에 의해 이동될 수 있으며, 스핀들 드라이브는, 특히 바람직하게는 전극 캐리지 상에 고정되며, 그리고 모터로, 예컨대 전동기로 구동되는 하나 또는 복수의 스핀들 너트를 포함하며, 이들 스핀들 너트는 노 칼럼에 대해 실질적으로 평행하게 뻗어 있는 스핀들과 상호작용한다. 이런 방식으로, 전극의 수직 이동성은 구조적으로 간단하고 신뢰성이 있으면서도 모듈 방식으로 달성된다.
바람직하게는 본원의 용융로는 전극 로드의 축을 중심으로 전극 로드를 회전시키기 위한 모터식, 예컨대 전동기식 회전 드라이브를 포함하며, 회전 드라이브는 바람직하게는 전극 홀더 상에 장착된다. 이런 방식으로, 전극의 회전성은 구조적으로 간단하고 신뢰성이 있으면서도 모듈 방식으로 달성된다. 또한, 용융 공정 동안 전극의 동시 회전 및 이동이 보장된다.
바람직하게는 전극 로드는 집전기(current collector)를 통해 전원공급장치와 전기적으로 연결되며, 집전기는, 전원공급장치로부터 공급되는 전원을 전극 로드로 전달하도록 구성되는 하나 또는 복수의 접촉 장치를 포함한다. 이런 경우, 집전기는 전극 로드의 다양한 형식들에 대해 호환 가능한 방식으로 구성될 수 있다. 집전기는 전원공급라인들의 수용을 위한, 그리고/또는 손상 및 오물로부터의 보호를 위한 부싱들을 포함할 수 있다. 집전기는, 전극 로드의 만일의 회전 및/또는 만일의 이동 동안에도 전원공급장치로 전극의 신뢰성 있는 연결을 보장한다. 집전기는 별도의 구성요소일 수 있거나, 또는 예컨대 전극 로드의 일부분일 수도 있다.
접촉 장치(그에 상응하게 복수의 접촉 장치)는 다양한 유형 및 방식으로 구성될 수 있으며, 그 외에도 회전 및 이동 가능한 전극 로드와의 확실한 접촉이 보장되는 점에 한해, 다양한 전도성 및 비전도성 재료들로 구성될 수도 있다. 이렇게, 접촉 장치는 수용부를 포함할 수 있고, 수용부는 전극 로드와 전기적으로 연결되어 있고 전도성 액체, 바람직하게는 액상 갈륨을 포함하며, 전도성 액체 내로는 전원공급장치와 전기적으로 연결되어 있는 전류 출력단(current output)이 침지된다. 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 접촉 장치는, 바람직하게는 흑연 함유 및/또는 구리 함유 재료로 구성되어 전극 로드와 마찰 접촉하는 하나 또는 복수의 브러시를 포함할 수 있다. 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 접촉 장치는, 바람직하게는 흑연 함유 및/또는 구리 함유 재료로 구성되어 전극 로드와 마찰 접촉하는 적어도 하나의 쉘 부재(shell element)를 포함할 수 있다. 쉘 부재는 링 또는 링 세그먼트로서 형성될 수 있다.
바람직하게는 본원의 용융로는, 용융 도가니를 폐쇄하도록 구성되는 이동 가능한 노 후드를 포함하며, 전극 로드 및/또는 전극은 노 후드 내의 바람직하게는 진공 밀봉형 및 가스 기밀형 부싱을 통과하여 용융 도가니 내로 침지된다. 바람직하게는 노 후드는 다양한 도가니 치수들에 대해 호환될 수 있다. 노 후드의 부싱은 바람직한 진공 밀봉성 및 가스 기밀성에도 불구하고 용융 도가니에 상대적인 전극 로드의 수직 이동을 허용한다. 노 후드는 보다 더 바람직한 실시형태에 따라서 후드 캐리지(hood carriage)를 통해 노 칼럼 상에 장착되며 그리고 상기 노 칼럼을 통해 안내된다. 노 후드의 높이 조정은 예컨대 스핀들 드라이브에 의해 수행될 수 있다. 그러나 바람직하게는 노 후드는 그 대신 유압 실린더 또는 스핀들 드라이브에 의해 전극 캐리지 상에 장착되며, 그럼으로써 이들 사이의 상대 이격 간격은 유압 방식으로 설정될 수 있게 된다.
바람직하게는 용융 도가니는 노 플랫폼(furnace platform)을 통해 플랫폼 캐리지(platform carriage) 상에 장착되며, 플랫폼 캐리지는 노 칼럼 상에 파지되고 이동성을 위해 안내된다. 이렇게 용융 도가니는 모듈 방식으로 노 칼럼 상에 장착된다.
바람직하게는 플랫폼 캐리지는 플랫폼 스핀들 드라이브에 의해 이동될 수 있으며, 플랫폼 스핀들 드라이브는 바람직하게는 플랫폼 캐리지 상에 고정되며, 그리고 모터로 구동되는 하나 또는 복수의 스핀들 너트를 포함하며, 이들 스핀들 너트는, 노 칼럼에 대해 실질적으로 평행하게 뻗어 있는 플랫폼 스핀들과 상호작용한다. 이런 방식으로 용융 도가니의 수직 이동성은 구조적으로 간단하고 신뢰성이 있으면서도 모듈 방식으로 달성된다.
바람직하게는 본원의 용융로는, 전극의 중량, 및/또는 용융 도가니 내에 용융된(재용융된) 블록 내지 용융욕의 중량을 계량하기 위한 측정 셀들인 하나 또는 복수의 로드셀(load cell)을 포함한다. 바람직하게는 로드셀들은 용융 도가니의 바닥판의 아래쪽에, 그리고/또는 전극 캐리지 상에, 그리고/또는 플랫폼 캐리지 상에, 특히 보다 더 바람직하게는 용융 도가니의 아래쪽에 설치된다. 통상적으로, 로드셀들은 대응하는 수용 플레이트들을 포함하는 용융 도가니의 헤드(head) 상에 설치된다. 이런 경우에, 측정되는 중량 측정값들은 전극의 회전 작동을 통해 왜곡될 수 있다. 용융 도가니의 바닥판의 아래쪽에서 로드셀들의 장착, 경우에 따라서 그 대안으로, 또는 그에 추가로 전극 캐리지 상에서, 그리고/또는 플랫폼 캐리지 상에서 로드셀들의 장착은 회전형 전극을 포함하는 용융로의 경우 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
비록 본 발명이 특히 바람직하게는 금속 합금들을 제조하는 기술 분야에서 사용된다고 하더라도, 본 발명은, 특히 소모성 전극이 전극과 용융물 사이에서 아크의 전기 점화 및 유지를 통해 사용된다면, 또 다른 분야들에서도 구현될 수 있다. 알루미늄, 규소 및 탄화칼슘의 전기 화학 용융을 특별한 예로 들 수 있다. 또한, 본 발명은 3D 프린터를 위한 금속 분말의 제조를 위해서도 적합하다.
본 발명의 또 다른 장점들 및 특징들은 바람직한 실시예들의 하기의 구체적인 내용 설명에서 분명하게 알 수 있다. 하기에 기술되는 특징들은 단독으로 구현될 수 있거나, 또는 해당 특징들이 서로 모순되지 않는 점에 한해, 앞서 설명한 특징들 중의 하나 또는 다수와 조합되어 구현될 수 있다. 이 경우, 바람직한 실시예들의 아래의 구체적인 내용 설명은 첨부한 도면들을 참조하여 이루어진다.
도 1은 용융 도가니와 회전 및 이동 가능한 전극 로드를 포함하는 용융로를 도시한 도면이다.
도 2a ~ 도 2c는 전원공급장치와 회전 및 이동 가능한 전극 로드를 전기 전도 방식으로 연결하기 위한 접촉 장치들의 예시의 실시형태들을 각각 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 전극 팁 및 그 아래 위치하는 금속 섬프의 형태들을 각각 도시한 도면이다.
하기에서 보다 더 바람직한 실시예들은 도면들에 따라서 기술된다. 이 경우, 도면들에서 동일하거나 유사하거나 동일하게 작용하는 부재들에는 동일한 도면부호들이 부여되며, 상기 부재들의 반복적인 설명은 중복을 피하기 위해 부분적으로 생략된다.
도 1에는, 경우에 따라 진공 조건에서 전극을 전기적으로 재용융하는 것을 통해 금속 합금들을 제조하기 위해 이용되는 용융로(1)가 도시되어 있다. 용융로(1)는 예컨대 스탠딩 도가니 및/또는 슬라이딩 도가니를 포함하는 일렉트로 슬래그 재용융 설비(ESR)로서; 스탠딩 도가니 및/또는 슬라이딩 도가니를 포함하는 압력 일렉트로 슬래그 재용융 설비(PESR)로서; 주조되거나 용융된 스트랜드의 연속 제조를 위한 스탠딩 도가니 및/또는 슬라이딩 도가니를 포함하는 고속 일렉트로 슬래그 재용융 설비(HSESR)로서; 아크 진공 용융로(AVMF)로서; 특히 스탠딩 도가니 및/또는 슬라이딩 도가니를 포함한 ESR 설비 및 "전자빔로(EBF)"를 위한 전술한 구조 형상들로 구성되는 조합 설비로서; 형성된다.
용융로(1)는, 바람직하게는 냉간 압착 방식으로, 또는 내화성으로 라이닝된 용융 도가니(10)를 포함한다. 용융 도가니(10)는 양측에 폐쇄된 중공 원통형 용기이며, 이런 용기는 합금 성분들, 용제 등을 용융하도록 구성된다. 또한, 용융로(1)는, 용융 도가니(10)를 폐쇄하도록 구성되는 노 후드(20)를 포함한다. 바람직하게는 노 후드(20)는 다양한 도가니 치수들에 대해 호환될 수 있다. 또한, 노 후드(20)는 바람직하게는 냉각 시스템, 예컨대 수냉각 시스템을 포함한다.
노 후드(20)의 위쪽에는, 높이 조정 가능한 전극 캐리지(30)가 전극 로드(40)를 파지하고 회전 가능하게 지지하고 회전시키면서 이동시키기 위해 제공되어 있다. 이런 목적을 위해, 전극 캐리지(30)는, 전극 로드(40)를 회전 가능하게 지지하는 전극 홀더(31)를 포함한다. 또한, 전극 캐리지(30)는 전극 로드의 축을 중심으로 전극 로드(40)를 회전시키기 위한 회전 드라이브(32)를 포함할 수 있다. 회전 드라이브(32)는 예컨대 전극 홀더(31) 상에 장착될 수 있거나, 또는 전극 홀더와 통합될 수 있으며, 그럼으로써 전극 로드(40)가 동시에 회전되는 동안 전극 로드(40)와 함께 전극 캐리지(30)의 높이 조정이 보장되게 된다.
전극 로드(40)는 "자기 소모성 전극"이라고도 지칭되는 소모성 전극(41)을 지지하고 파지한다.
노 후드(20)가 안착되고 전극 캐리지(30) 및 전극 로드(40)가 장착된 상태에서, 전극 로드(40) 및/또는 전극(41)은 노 후드(20) 내의 진공 밀봉형 및 가스 기밀형 부싱(21)을 통과하여 용융 도가니(10) 내로 침지된다. 용융 도가니(10)의 내부에서 용융 에너지는 예컨대 전극(41)의 팁과 ("섬프" 또는 "금속 섬프"라고도 지칭되는) 용융욕(S)의 표면 사이에서 점화되는 아크를 통해 생성된다. 안정된 아크를 유지하기 위해, 전극 팁과 용융욕(S)의 표면 간의 이격 간격은 정해진 범위에서 일정하게 유지되어야 한다.
전극(41)에 용융 전류를 인가하기 위해, 상기 전극은, 전원공급라인(51)(power supply line)을 통해, 바람직하게는 고전류 전원공급장치인 전원공급장치(50)와 연결된다. 전원공급라인(51)들은, 전극 캐리지(30)의 조정성에도 불구하고 신뢰성 있는 전원공급을 보장하기 위해, 가요성 도체 라인(conductor line) 또는 전기 케이블(53)과 연결되어 있는 버스바(52)(busbar)를 통해, 또는 단지 가요성 전기 케이블(53)만을 통해, 또는 다른 방식으로 실현될 수 있다. 전원공급라인(51)들은 집전기(42)의 접촉 장치(43)들과 연결된다. 집전기(42)는, 접촉 장치(43)들을 통해, 회전 및 이동 가능한 전극 로드(40)로, 전원공급장치(50)로부터 공급되는 전원을 전달하기 위해, 전극 로드(40)의 일부분 또는 전극 로드와 연결된다. 이런 경우, 집전기(42)는 전극 로드(40)들의 다양한 형식들에 대해 호환 가능한 방식으로 구성될 수 있다. 집전기(42)는 전원공급라인(51)들의 수용을 위한, 그리고/또는 손상 및 오물로부터의 보호를 위한 부싱들을 포함할 수 있다. 전극 로드(40)로 전원 전달이 수행되게 하는 집전기(42)는 바람직하게는 수냉식 또는 공냉식으로 냉각된다.
도 1의 실시형태에 따라서, 커플링(44)은 전극 로드(40)와 스터브(45)(stub) 사이에 제공됨으로써, 전극(41)으로의 전기 공급을 위한 전기 회로 및 전극(41)의 파지부가 구성되게 되며, 그럼으로써 용융 도가니(10) 내에서 전극(41)과 용융물 사이에 아크가 점화될 수 있게 되고 용융 에너지가 용융물 내로 유입될 수 있게 되며, 상기 아크는 높이 조정이 가능한 전극 캐리지(30)에 의해 전체 용융 시간에 걸쳐 진공, 보호 가스 또는 대기 조건에서 일정하게 유지될 수 있게 된다.
예컨대, 아크 진공 용융로(AVMF) 또는 전자빔로(EBF)처럼 진공 조건에서 작동되는 설비들의 경우, 용융 에너지는 용융 도가니(10) 내에서 전극(41)의 팁과 용융욕(S)의 표면 사이에서 점화되는 아크를 통해 생성된다. 안정된 아크를 유지하기 위해, 전극 팁과 용융욕(S)의 표면 간의 이격 간격이 일정하게 유지되어야 한다. 이는 예컨대 컴퓨터 지원 및 알고리즘 방식으로 수행될 수 있는 미도시한 폐루프 제어를 통해 수행된다. 예컨대 ESR 또는 보호 가스 ESR 설비처럼 보호 가스 또는 대기 조건에서 작동되는 설비들의 경우, 용융 에너지는 슬래그의 저항에 의해 전기 에너지가 주울열로 변환됨으로써 생성된다.
전극 로드(30)의 추적, 조정 및 진동을 위해, 용융로(1)는 전극 로드(40)를 파지하기 위한, 전술한, 높이 조정이 가능한 전극 캐리지(30)를 포함한다. 이런 경우, 전극 로드(30)의 이동성은 전극 로드(40)의 축 방향을 따라서, 다시 말하면 도 1에 따른 상하방향으로 제공된다. 전극 로드(40)는 전극 소모량에 상응하게 바람직하게는 진동 방식으로 추적된다. 전극(41)을 진동시키는 것을 통해, 슬래그 욕 내의 전극 팁은 정해진 영역에서 일정하게 유지되며, 특히 슬래그 욕 내의 전극 팁과 슬래그 욕의 표면 간의 이격 간격은 일정하게 유지된다. 이동성은 바람직하게는 전극 캐리지(30)의 일부분 또는 상기 전극 캐리지와 견고하게 연결되는 스핀들 드라이브(33)를 통해 실현된다. 스핀들 드라이브(33)는 프레임(60)의 스핀들(61)과 상호작용하면서, 용융로(1)의 구성요소들, 특히 전극 캐리지(30), 노 후드(20) 및 용융 도가니(10)를 지지한다. 예컨대 스핀들 드라이브(33)는 모터로 구동되는 하나 또는 복수의 스핀들 너트를 포함할 수 있으며, 이들 스핀들 너트는, 스핀들 너트들의 회전을 통해 전극 캐리지(30)를 높이와 관련하여 조정하기 위해, 스핀들(61)의 나사산과 맞물린다.
접촉 장치(43)들은 다양한 방식으로 구성될 수 있으며, 그 외에도 회전 가능한 전극 로드(40)와의 확실한 접촉이 보장되는 점에 한해, 다양한 전도성 및 비전도성 재료들로 구성될 수도 있다. 이렇게, 도 2a에는, 액상 갈륨(43b)이 그 내로 유입되어 있는 수용부(43a)가 도시되어 있다. 또한, 액상 갈륨 내로는, 전원공급라인(51)들을 통해 전원공급장치(50)와 연결되어 있는 전류 출력단(43c)이 침지된다. 이런 경우, 액상 전원 전달 수단으로서는 다른 전류 전도성 액체들 역시도 고려된다. 도 2b에는, 예컨대 흑연 함유 및/또는 구리 흑연 재료(예: 흑연, 경질 흑연, 탄소, 탄소 섬유, 구리, 구리 합금 등)로 구성되고 수용부(43e)와 연결되어 전극 로드(40)와 마찰 접촉하는 브러시(43d)들을 사용하는 전원 전달을 위한 또 다른 예시의 구성이 도시되어 있다. 도 2c에는, 브러시(43d) 대신, 수용부(43g) 내에 파지되어 전극 로드(40)와 마찰 접촉하는 쉘 부재(43f)를 사용하는 또 다른 구성이 도시되어 있다. 쉘 부재(43f)는 일체형으로, 또는 다중 부재형으로, 그리고 예컨대 흑연 함유 재료로 제조될 수 있다. 또한, 쉘 부재(43f)는, 확실한 접촉을 보장하기 위해, 탄성 부재들, 예컨대 스프링들에 의해 전극 로드(40)쪽에 밀착될 수 있다.
또한, (계속하여 아래에서 기술되는 노 칼럼(62)의 축에 상응하는) 자신의 축을 중심으로 하는 회전성 및 자신의 축을 따르는 수직 이동성 외에도, 전극 로드(40)는, 용융 동안 조정성 및 그에 따른 안정성을 향상시키기 위해, 추가 축들을 따라서 또는 추가 축들을 중심으로 이동 가능하게 장착될 수 있다. 또한, 집전기(42)는, 전극 로드(40)에 매칭될 수 있도록 하기 위해, 조정 가능하게 구성될 수 있다. 이런 목적을 위해, 집전기(42)는 하나 또는 복수의 매체 연결부를 포함할 수 있으며, 이들 매체 연결부는 상응하는 제어 위치들로부터 전기를 공급받고 상기 제어 위치들에 의해 제어된다.
집전기(42)를 통해 전원공급을 간소화하기 위해, 상기 집전기와 전극 로드(40) 간의 상호작용은 모듈화될 수 있다. 이렇게, 도 2a ~ 도 2c의 실시형태들에 대해 예시로서 설명한 것처럼, 접촉 장치(43)들은 고정 장치들을 통해 집전기(42) 상에 고정될 수 있으며, 그리고 전극 로드(40) 상의 대응하는 고정 수용부(fixing receptacle) 내에 맞물리거나 그들 내에 수용될 수 있다. 이런 방식으로, 집전기(42)는 소모 장치(consumer)로서의 전극(41)과 신뢰성 있게 연결될 수 있다. 전극 로드(40)는, 전극(41)의 교환, 특히 신품 전극(41)과 소모된 전극(41)의 교환을 간소화하기 위해, 전술한 커플링(44)을 통해 분할될 수 있다(또는 전극(41)은 커플링(44)을 통해 전극 로드(40)와 연결될 수 있다.). 커플링은 유압식으로, 또는 공압식으로 작동될 수 있다.
프레임(60)은 노 칼럼(62)을 포함할 수 있고, 노 칼럼 상에서는 전극 캐리지(30) 및/또는 노 후드(20)가 안내되고 파지된다. 그 외에도, 상기 방식으로 용융로(1)의 모듈형 구성을 달성하기 위해, 추가 구성요소들, 예컨대 스핀들 드라이브(33)가 노 칼럼(62) 상에서 안내되고 파지될 수 있다. 이렇게, 용융 도가니(10)는 본 실시형태에 따라서 노 플랫폼(11) 및 플랫폼 캐리지(12)를 통해 마찬가지로 노 칼럼(62) 상에서 안내되고 파지된다. 스탠딩 도가니 설비의 경우 노 플랫폼(11)이 고정되는 반면, 도 1에 도시된 실시형태(슬라이딩 도가니 설비)에 따라서는 용융 도가니(10)는 상기 방식으로 높이 조정이 가능하다. 이런 목적을 위해, 노 플랫폼(11)은 가이드(13) 및/또는 플랫폼 캐리지(12)를 통해 노 칼럼(62) 상에서 이동 가능하게 장착될 수 있다. 이동성은 플랫폼 스핀들(15)과 상호작용하는 플랫폼 스핀들 드라이브(14)를 통해 실현될 수 있다. 예컨대 플랫폼 스핀들 드라이브(14)는 모터로 구동되는 하나 또는 복수의 스핀들 너트를 포함할 수 있으며, 이들 스핀들 너트는, 스핀들 너트들의 회전을 통해 용융 도가니(10)를 높이와 관련하여 조정하기 위해, 플랫폼 스핀들(15)의 나사산과 맞물린다. 이렇게, 용융 도가니(10)는 용융 도가니(10)의 충전 속도 및/또는 전극 용해 속도에 상응하게 하강되고, 그리고/또는 상승된다. 또한, 노 칼럼(62)의 축을 따르는 수직 이동성 외에도, 용융 도가니(10)는, 용융 동안 조정성 및 그에 따른 안정성을 향상시키기 위해, 추가 축들을 따라서 이동 가능하게 장착될 수 있다. 예컨대 노 칼럼(62)의 축 상에 수직을 이루는 축들을 따르는 조정은, 용융 도가니(10)의 바닥판의 아래쪽에, 예컨대 노 플랫폼(11) 내에 통합되어 있는 수단들을 통해 실현될 수 있다.
노 후드(20)의 진공 밀봉형 부싱(21)은, 본 실시형태에 따라서 후드 캐리지(22)를 통해 노 칼럼(62) 상에 장착되어 안내되는 노 후드(20)의 수단들을 통한 전극 로드(40)의 수직 이동을 보장한다. 높이 조정은 마찬가지로 스핀들 드라이브에 의해 수행될 수 있거나, 또는 도 1에 도시된 것처럼, 예컨대 일측에서는 후드 캐리지(22) 상에, 그리고 타측에서는 전극 캐리지(40) 상에 장착되어 두 캐리지 사이의 상대 이격 간격을 설정하도록 구성되는 하나 또는 복수의 유압 실린더(23)에 의해 수행될 수 있다.
회전 가능하고 수직으로 이동 가능한 전극 로드(40)는 전극(41)의 단부면을 종래 V자 형태(도 3a 참고)에서 평평한 U자 형태(도 3b 참고)로 변경하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 바람직하게는 전극(41) 아래에 위치하는 금속 섬프(S)의 형태 역시도 V자 형태에서 평평한 U자 형태로 변경된다.
바람직하게는 용융로(1)는, 전극(41)의 중량, 및/또는 용융 도가니(10) 내에 용융된(재용융된) 블록 내지 용융욕(S)의 중량을 계량하기 위한 측정 셀들인 하나 또는 복수의 로드셀(도면들에는 미도시)을 포함한다. 바람직하게는 로드셀들은 용융 도가니(10)의 바닥판의 아래쪽에, 그리고/또는 전극 캐리지(30) 상에, 그리고/또는 플랫폼 캐리지(12) 상에, 특히 보다 더 바람직하게는 용융 도가니(10)의 아래쪽에 설치된다. 이런 방식으로, 회전형 전극을 포함하는 용융로(1)의 경우, 측정 정확도는 향상될 수 있다.
적용가능한 점에 한해, 실시예들에서 설명되는 모든 개별 특징은, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서, 상호 간에 조합될 수 있고, 그리고/또는 교체될 수 있다.
1: 용융로
10: 용융 도가니
11: 노 플랫폼
12: 플랫폼 캐리지
13: 가이드
14: 플랫폼 스핀들 드라이브
15: 플랫폼 스핀들
20: 노 후드
21: 부싱
22: 후드 캐리지
23: 유압 실린더
30: 전극 캐리지
31: 전극 홀더
32: 회전 드라이브
33: 스핀들 드라이브
40: 전극 로드
41: 전극
42: 집전기
43: 접촉 장치
43a: 수용부
43b: 액상 갈륨
43c: 전류 출력단
43d: 브러시
43e: 수용부
43f: 쉘 부재
43g: 수용부
44: 커플링
45: 스터브
50: 전원공급장치
51: 전원공급라인
52: 버스바
53: 도체 라인
60: 프레임
61: 스핀들
62: 노 칼럼
S: 금속 섬프/용융욕

Claims (15)

  1. 특히 합금 성분들을 용융하는 것을 통해 금속 합금들 및 비철 합금들을 제조하기 위한 용융로(1)로서, 용융 도가니(10); 자체 상에 장착된 소모성 전극(41)을 구비한 전극 로드(40); 및 전극 로드(40)를 통해 전극(41)으로 전원을 공급하도록 구성되는 전원공급장치(50);를 포함하는 상기 용융로에 있어서,
    상기 전극 로드(40)는 용융 공정 동안 자신의 축을 중심으로 회전될 수 있으면서 자신의 축을 따라서 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융로는, 상기 전극 로드(40)가 용융 공정 동안 동시에 회전 및 진동될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 로드(40)는 전극 홀더(31)를 통해 전극 캐리지(30) 상에 고정되며, 상기 전극 캐리지는 노 칼럼(62) 상에 파지되고 이동성을 위해 안내되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  4. 제3항에 있어서, 상기 전극 캐리지(30)는 스핀들 드라이브(33)에 의해 이동될 수 있으며, 상기 스핀들 드라이브(33)는 바람직하게는 전극 캐리지(30) 상에 고정되며, 그리고 모터로 구동되는 하나 또는 복수의 스핀들 너트를 포함하며, 상기 스핀들 너트들은 노 칼럼(62)에 대해 실질적으로 평행하게 뻗어 있는 스핀들(61)과 상호작용하는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 용융로는 전극 로드의 축을 중심으로 상기 전극 로드(40)를 회전시키기 위한 모터식 회전 드라이브(32)를 포함하며, 상기 회전 드라이브(32)는 바람직하게는 상기 전극 홀더(31) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 로드(40)는 집전기(42)를 통해 상기 전원공급장치(50)와 전기적으로 연결되며, 상기 집전기(42)는, 상기 전원공급장치(50)로부터 공급되는 전원을 상기 전극 로드(40)로 전달하도록 구성되는 하나 또는 복수의 접촉 장치(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  7. 제6항에 있어서, 상기 접촉 장치(43)는,
    상기 전극 로드(40)와 전기적으로 연결되어 있으면서 전도성 액체(43b), 바람직하게는 액상 갈륨을 포함하는 수용부(43a)이며, 상기 전도성 액체 내로는 상기 전원공급장치(50)와 전기적으로 연결되어 있는 전류 출력단이 침지되는 것인, 상기 수용부(43a); 및/또는
    바람직하게는 흑연 함유 및/또는 구리 함유 재료로 구성되어 상기 전극 로드(40)와 마찰 접촉하는 하나 또는 복수의 브러시(43d); 및/또는
    바람직하게는 흑연 함유 및/또는 구리 함유 재료로 구성되어 상기 전극 로드(40)와 마찰 접촉하는 쉘 부재(43f)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융로는, 상기 용융 도가니(10)를 폐쇄하도록 구성되는 이동 가능한 노 후드(20)를 포함하며, 상기 전극 로드(40) 및/또는 상기 전극(41)은 상기 노 후드(20) 내의 바람직하게는 진공 밀봉형 및 가스 기밀형 부싱(21)을 통과하여 상기 용융 도가니(10) 내로 침지되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  9. 제3항 및 제8항에 있어서, 상기 노 후드(20)는 상기 노 칼럼(62) 상에 파지되고 이동성을 위해 안내되며, 상기 노 후드(20)는 유압 실린더(23)에 의해 전극 캐리지 상에 장착되며, 그럼으로써 이들 사이의 상대 이격 간격이 설정될 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 도가니(10)는 노 플랫폼(11)을 통해 플랫폼 캐리지(12) 상에 고정되며, 상기 플랫폼 캐리지는 상기 노 칼럼(62) 상에 파지되고 이동성을 위해 안내되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  11. 제10항에 있어서, 상기 플랫폼 캐리지(12)는 플랫폼 스핀들 드라이브(14)에 의해 이동될 수 있으며, 상기 플랫폼 스핀들 드라이브(14)는 바람직하게는 플랫폼 캐리지(12) 상에 고정되며, 그리고 모터로 구동되는 하나 또는 복수의 스핀들 너트를 포함하며, 상기 스핀들 너트들은, 노 칼럼(62)에 대해 실질적으로 평행하게 뻗어 있는 플랫폼 스핀들(15)과 상호작용하는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융로는 상기 전극(41) 및/또는 상기 용융 도가니(10)의 중량을 계량하기 위한 하나 또는 복수의 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  13. 제12항에 있어서, 상기 로드셀들 중 적어도 하나는 상기 용융 도가니(10)의 바닥판 아래쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  14. 제12항, 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드셀들 중 적어도 하나는 전극 캐리지(30) 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
  15. 제12항, 및 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 로드셀들 중 적어도 하나는 플랫폼 캐리지(12) 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 용융로(1).
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