KR200263303Y1

KR200263303Y1 - 도가니형 저항전기로

Info

Publication number: KR200263303Y1
Application number: KR2020010032861U
Authority: KR
Inventors: 김병주
Original assignee: 김병주
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2002-02-04
Anticipated expiration: 2011-10-17

Abstract

본 고안은 도가니형 저항전기로에 관한 것으로서, 그 목적은 단열세라믹 및 내화세라믹이 다공성재료로 되고 내화세라믹의 내부벽면에 반원형의 히터설치 홈이 마련되어 단열 및 보온효과가 뛰어나며 이로 인하여 단열재료 및 내화재료의 두께를 최소화할 수 있음은 물론 발열히터로부터 발산되는 열이 균일하게 사방으로 복사되도록 한 것이다.

본 고안은 케이스(10)의 내부벽면에 다공성으로 된 단열세라믹(134)과 내화세라믹(133)이 마련되며 상기 내화세라믹(133)의 내면에는 하부에서 상부에 이르기까지 수평으로 소정간격을 갖고 반원형의 히터설치 홈(135)이 형성된 벽체(13b); 상기 케이스(10)의 중앙하단에 마련된 도가니받침대(11b) 위에 놓여지고 벽체(13b)의 내면과 이격되어 소정의 내부공간을 갖고 설치되는 도가니(12); 상기 벽체(13b)에 도가니(12)외측의 공간을 관통하여 적층 형상으로 설치되며 벽체(13b)의 내부벽면으로 들어간 파형마다 각각 설치되는 다수개의 막대형 발열히터(14)가 구비된 것을 특징으로 하는 도가니형 저항전기로이다.

Description

도가니형 저항전기로{crucible type electrical resistance furnace}

본 고안은 도가니형 저항전기로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단열재 및 내화재가 다공성재료로 되고 내부벽면이 파형으로 마련되어 단열 및 보온효과가뛰어나며 발열히터로부터 발산되는 열이 균일하게 사방으로 복사되는 도가니형 저항전기로에 관한 것이다.

일반적으로, 비교적 용해용량이 적은 금속용해로는 도가니로, 반사로, 전기로 큐우폴러 등이 있고 상기 도가니로는 그 사용연료 또는 이용방식에 따라 전기저항로, 고주파유도가열로, 중유로 등 다양하게 나뉘어진다.

상기 저항전기로는 도 1a에 나타낸 바와 같이 중앙하단의 도가니받침대(11a) 위에 도가니(12)가 놓여있고 그 외측에 중공부분을 갖도록 내화벽돌(131)과 단열벽돌(132)로 벽체(13a)가 형성되며 상기 벽체(13a)에는 도가니(12)외면과 내화벽돌(131)사이의 공간을 관통하여 적층된 형상으로 다수개의 막대형 발열히터(14)가 설치된 것이었다.

상기와 같은 저항전기로는 막대형 발열히터(14)에 전원이 공급되면 발열부분에서 발열되는 열과, 막대형 발열히터(14)로부터 발열되는 열을 내화벽돌(131) 및 단열벽돌(132)에서 흡수하였다가 발산되는 열에 의하여 도가니(12)로 전달되므로 도가니(12)내부의 피용융물이 용해되게 된다.

그러나 상기와 같은 저항전기로는 내화벽돌(131)과 단열벽돌(132)이 규격화되어 있어 벽체(13a)를 이루는 두께를 최소화시킨다하여도 23cm이상이 되기 때문에 전체적으로 비대해지고 이로 인하여 점유면적이 크고 너무 무거워 운반 및 설치가 어렵다는 문제점이 있었다. 또 1300℃이상에서 사용 가능한 내화벽돌(131)은 너무 고가이므로 생산원가가 상승되고 설비비부담이 가중되었다.

특히, 벽체(13a)의 내화벽돌(131)내면이 평탄하게 형성되어 있어 막대형 발열히터(14)는 이로부터 발열되는 열과 이 열을 내화벽돌(131) 및 단열벽돌(132)이 흡수하였었다가 발산되는 열이 막대형 발열히터(14)의 한쪽표면에 집중적으로 가해지므로 막대형 발열히터(14)의 손상이 발생되기 쉽다는 문제점이 있었다.

상기한 저항전기로와는 달리 중유로는 도 1b와 같이, 중앙하단의 도가니받침대(11a) 위에 도가니(12)가 놓여있고 그 외측에 중공부분을 갖도록 내화벽돌(131)과 단열벽돌(132)로 벽체(13a)가 형성되며 상기 벽체(13a)의 하단부분에는 도가니받침(11a)을 향하여 화염이 방사되는 버너(15)가 설치된 것이었다.

상기 중유로는 버너(15)가 가동되어 그 화염이 도가니받침(11a)으로 방사되면 화염은 도가니(12)의 외면을 따라 상부로 올라가고 벽체(13a)상단과 부딪쳐 도가니(12)내에 장입된 피용융물의 상단과 다시 부딪친 후 대기 중으로 날아간다.

이렇게 버너(15)의 화염이나 열기가 도가니(12)내부의 상단에 부딪치기 때문에 도가니(12)내의 피용융물이 상단부분부터 용해되고 이로 인하여 교반이 잘 이뤄지지 않는다. 따라서 별도의 장치를 이용해서 강제적으로 교반시켜 주어야 하는 폐단이 있다.

또한 화염이 도가니(12)의 상단 내부까지 도달되어 용해된 금속과 함께 산화되면서 비산되므로 피용융물의 손실이 발생되고 유류의 불완전연소에 의한 공해물질의 발생되기 쉬운 문제점이 있었다.

그리고 고주파유도가열로는 도가니의 외면에 유도코일을 설치한 것인 바 이는 전류를 고주파로 유도시키는 과정에서의 소음 및 전력손실이 크며 고주파 유도시 발생되는 자기장으로 인해 교반이 급속하게 이루어져 금속용해 후 곧바로 사용할 때에는 별다른 문제가 없으나, 용해금속을 가동상태로 오래두면 고주파유도가열로의 특성상 급속한 교반이 이루어질 때 수소(H₂)가스가 침투하여 기포현상을 일으키게 되고 이로 인하여 심지어는 용해금속의 물성이 변화되는 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 연구 개발한 것으로서, 단열세라믹 및 내화세라믹이 다공성재료로 되고 내화세라믹의 내부벽면에 반원형의 히터설치 홈이 마련되어 단열 및 보온효과가 뛰어나며 이로 인하여 단열재료 및 내화재료의 두께를 최소화할 수 있음은 물론 발열히터로부터 발산되는 열이 균일하게 사방으로 복사되도록 한 도가니형 저항전기로를 제공하는데 있다.

도 1a는 종래의 도가니형 저항전기로를 나타낸 단면도,

도 1b는 종래의 도가니형 중유로를 나타낸 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 도가니형 저항전기로를 나타낸 단면도,

도 3은 도 2의 A-A선에 대한 단면도,

도 4는 본 고안의 요부인 벽체 부분을 발췌하여 나타낸 상세 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 케이스 11a,11b: 도가니받침대 12: 도가니

13a,13b: 벽체 14: 막대형 발열히터 15: 버너

16: 토출구 17: 뚜껑 18: 실린더

133: 내화세라믹 133a: 분할세라믹 133b: 내화세라믹몰탈

134: 단열세라믹

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 케이스의 내부벽면에 다공성으로 된 단열세라믹과 내화세라믹이 마련되며 상기 내화세라믹의 내면에는 하부에서 상부에 이르기까지 수평으로 소정간격을 갖고 반원형의 히터설치 홈이 형성된 벽체; 상기 케이스의 중앙하단에 마련된 도가니받침대 위에 놓여지고 벽체의 내면과 이격되어 소정의 내부공간을 갖고 설치되는 도가니; 상기 벽체에 도가니외측의 공간을 관통하여 적층 형상으로 설치되며 벽체의 내부벽면으로 들어간 파형마다 각각 설치되는 다수개의 발열히터가 구비된 것을 특징으로 하는 도가니형 저항전기로이다.

상기 도가니받침대는 3개 이상의 지주형식으로 형성되고 케이스의 바닥엔 도가니의 크랙 등에 용융물이 누출되더라도 배출되도록 토출구가 형성된다.

상기 케이스 및 도가니의 상단은 발열히터로부터 발생되는 열손실 및 이물질이 도가니와 벽체의 공간으로 투입됨을 방지할 수 있도록 다공성의 내화세라믹으로 폐쇄시킬 수 있다.

이하, 본 고안의 도가니형 저항전기로를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 도가니형 저항전기로를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선에 대한 단면도이며, 도 4는 본 고안의 요부인 벽체 부분을 발췌하여 나타낸 상세 단면도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 케이스(10)의 내부벽면에는 벽체(13b)가 마련되며 이 벽체(13b)는 다공성의 내화세라믹(133)과 단열세라믹(134)으로 되고 상기 내화세라믹(133)의 내부벽면에 하부에서 상부에 이르기까지 수평으로 소정간격을 갖고 반원형의 히터설치 홈(135)이 형성되어 있다. 상기 케이스(10)의 중앙하단에는 3개 이상의 지주형식으로 된 도가니받침대(11b)가 마련되고 이 도가니받침대(11b) 위에 벽체(13b)의 내면과 이격되어 소정의 내부공간을 갖고 도가니(12)가 설치되어 있다.

상기 벽체(13b)의 내화세라믹판재(135)는 알루미나(Al₂O₃)로 마련되고 단열세라믹판재(136)는 알루미나(Al₂O₃)와 산화규소(SiO₂)가 소정비율로 혼합된 것이다. 상기 단열세라믹판재(136)는 알루미나(Al₂O₃)와 산화규소(SiO₂)의 혼합비율이 다르게하여 2층으로 마련할 수 있다.

상기 벽체(13b)에는 도가니(12)외측의 공간을 관통하여 적층되는 형상으로 다수개의 막대형 발열히터(14)가 설치되며 이 막대형 발열히터(14)의 설치위치는 벽체(13b)의 내부벽면으로 들어간 파형마다 각각 위치되어야 한다. 그 이유는 발열히터(14)로부터 발산되는 열과, 이 열을 다공성의 내화세라믹(133) 및 단열세라믹(134)이 흡수하였었다가 발산되는 열이 균일하게 사방으로 복사되도록 하기 위해서이다. 이와 같이 균일하게 사방으로 복사되면 막대형 발열히터(14)의 한쪽표면에 집중되지 않으므로 막대형 발열히터(14)의 손상이 방지된다.

상기 벽체(13b)는 다공성의 내화세라믹(133) 및 단열세라믹(134)으로 마련되어 있어 벽체(13b)의 내부온도가 상승되면 될수록 내화세라믹(133) 및 단열세라믹(134) 내의 공기가 팽창되므로 내/외부와 차단되고 이로 인하여 더욱 향상된 단열효과를 얻을 수 있데 된다.

상기 벽체(13b)의 내화세라믹(133)은 도 5와 같이 반원형으로 된 히터설치홈(135)의 1피치로 분할하여 형성시킨 분할세라믹(133a)으로 마련할 수도 있다. 이와 같이 분할세라믹(133a)으로 마련하면 벽체(13b)를 이루는 단열세라믹(134)내측에 분할세라믹(133a)을 조적하듯이 쌓아 형성시킬 수 있어 작업이 용이하게 된다.

상기 케이스(10) 및 도가니(12)의 상단은 막대형 발열히터(14)로부터 발생되는 열 손실이 방지됨과 아울러 이물질이 도가니(12)와 벽체(13b) 사이의 공간으로 투입됨을 방지할 수 있도록 다공성의 내화세라믹몰탈(133b)으로 폐쇄되어 있다.

상기 케이스(10)의 바닥에는 도가니(12)의 크랙 등에 용융물이 누출되더라도 내부공간이 쌓이지 않고 배출되도록 하는 토출구(16)가 형성되어 있다.

상기 케이스(10)의 상단에는 도가니(12) 상단을 덮도록 뚜껑(17)이 한쪽의 핀을 중심으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있고 상기 뚜껑(17)은 실린더(18)에 의해 개폐되게 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 도가니형 저항전기로는 먼저, 실린더(18)를 작동시켜 뚜껑(17)을 열고 녹이고자 하는 피용융물을 적당량 장입한 다음 다시 실린더(18)를 작동시켜 뚜껑(17)을 닫은 후 컨트롤러(도시되지 않음)에 의해 벽체(13b)외측의 막대형 발열히터(14)양단으로 전원을 인가한다.

이와 같이 각각의 막대형 발열히터(14)에 전원이 인가되면 막대형 발열히터(14)의 발열부분에서 발열되게 되고 이렇게 발열된 열은 내부공간의 공기를 가열함과 동시에 도가니(12)와 내화세라믹(133) 및 단열세라믹(134)으로 흡수되게 된다.

상기 막대형 발열히터(14)의 열을 어느 정도까지 흡수하고 나면 다시 내부공간을 향하여 복사되는 열과 막대형 발열히터(14)로부터 발생되는 열에 의하여 도가니(12)는 소정의 온도로 상승되고 일정하게 유지되게 된다.

이때, 벽체(13b)의 단열세라믹(134) 및 내화세라믹(133)이 파형으로 형성되어 있어 내화세라믹(133) 및 단열세라믹(134)이 흡수하였었다가 발산되는 열이 균일하게 사방으로 복사되므로 최단시간 내에 소정온도를 얻을 수 있고 막대형 발열히터(14)에도 열이 국부적으로 집중되지 않아 막대형 발열히터(14)를 보호할 수 있게 된다.

또 벽체(13b)의 단열세라믹(134) 및 내화세라믹(133)은 다공성이므로 고온이 되면 될수록 그 내부의 공기를 외부로 밀어내므로 내부는 진공에 가깝게 되며 이로 인하여 열 손실이 최소화되는 것이다.

특히, 케이스(10)내의 벽체(13b)와 도가니(12)의 상단부분이 막혀있고 케이스(10)하단에 토출구(16)가 형성되어 있기 때문에 벽체(13b)를 이루는 단열세라믹(134)과 내화세라믹(133)으로부터 복사되는 열은 물론 막대형 발열히터(14)로부터 발산되는 열이 케이스(10)하단의 토출구(16)를 통해서만 대기 중으로 빠져나가며, 도가니(12) 하단부분 및 도가니받침대(11b) 외측위치의 벽체(13b)에 막대형 발열히터(14)가 도가니(12)의 상부보다 좀더 조밀하게 설치되어 있으므로 도가니(12)의 상부보다 도가니(12) 하부부분의 온도가 높게 된다.

따라서, 이와 같은 조건(분위기)이 지속적으로 유지됨에 따라 도가니(12)내의 피용융물은 도가니(12)의 하단부분이 먼저 녹게되고 점차 그 상부로 올라가면서 녹는다. 이렇게 도가니(12)내의 피용융물이 완전히 녹은 용탕은 자연적인 대류현상에 의해 순환 교반되게 되므로 항시 균일한 온도를 유지하고 편석이 방지된다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 고안의 도가니형 저항전기로는 내화세라믹의 내부벽면에 반원형의 히터설치 홈이 형성되어 있어 벽체가 흡수하였었다가 발산되는 열이 균일하게 사방으로 복사되므로 최단시간 내에 소정온도를 얻을 수 있고 발열히터에도 열이 국부적으로 집중되지 않아 발열히터를 보호할 수 있는특유의 효과가 있다.

또 벽체의 단열세라믹 및 내화세라믹이 다공성재료로 마련되어 고온이 되면 될수록 그 내부의 공기를 외부로 밀어내므로 내부는 진공에 가깝게 되며 이로 인하여 열 손실이 최소화되는 특유의 효과가 있다.

그리고 도가니의 상부보다 하부부분의 온도가 높게 마련되어 도가니 내의 용탕이 자연적인 대류현상에 의해 순환 교반되게 되므로 항시 균일한 온도를 유지하고 편석이 방지되는 특유의 효과가 있다.

Claims

케이스(10)의 내부벽면에 다공성으로 된 단열세라믹(134)과 내화세라믹(133)이 마련되며 상기 내화세라믹(133)의 내면에는 하부에서 상부에 이르기까지 수평으로 소정간격을 갖고 반원형의 히터설치 홈(135)이 형성된 벽체(13b); 상기 케이스(10)의 중앙하단에 마련된 도가니받침대(11b) 위에 놓여지고 벽체(13b)의 내면과 이격되어 소정의 내부공간을 갖고 설치되는 도가니(12); 상기 벽체(13b)에 도가니(12)외측의 공간을 관통하여 적층 형상으로 설치되며 벽체(13b)의 내부벽면으로 들어간 파형마다 각각 설치되는 다수개의 막대형 발열히터(14)가 구비된 것을 특징으로 하는 도가니형 저항전기로.
제1항에 있어서, 상기 케이스(10) 및 도가니(12)의 상단이 막대형 발열히터(14)로부터 발생되는 열손실 및 이물질이 도가니(12)와 벽체(13b)의 내부공간으로 투입됨을 방지할 수 있도록 다공성의 내화세라믹몰탈(133b)로 폐쇄된 것을 특징으로 하는 도가니형 저항전기로.
제1항에 있어서, 상기 도가니받침대(11b)는 3개 이상의 지주형식으로 형성된 것을 특징으로 하는 도가니형 저항전기로.
제1항에 있어서, 상기 케이스(10)의 바닥엔 도가니(12)의 크랙 등에 용융물이 누출되더라도 배출되도록 토출구(16)가 형성된 것을 특징으로 하는 도가니형 저항전기로.
제1항에 있어서, 상기 벽체(13b)의 내화세라믹(133)은 반원형으로 된 히터설치 홈(135)의 1피치로 분할하여 형성시킨 분할세라믹(133a)으로 마련된 것을 특징으로 하는 도가니형 저항전기로.