特許 6894974 原料供給装置および供給方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6894974

(24)【登録日】2021年6月8日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】原料供給装置および供給方法

(51)【国際特許分類】

   F27D 13/00 20060101AFI20210621BHJP

   F27D 3/10 20060101ALI20210621BHJP

【ＦＩ】

   F27D13/00 Z

   F27D3/10

【請求項の数】15

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-532676(P2019-532676)

(86)(22)【出願日】2017年8月24日

(65)【公表番号】特表2020-514655(P2020-514655A)

(43)【公表日】2020年5月21日

(86)【国際出願番号】KR2017009282

(87)【国際公開番号】WO2018110797

(87)【国際公開日】20180621

【審査請求日】2019年6月17日

(31)【優先権主張番号】10-2016-0172339

(32)【優先日】2016年12月16日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】592000691

【氏名又は名称】ポスコ

【氏名又は名称原語表記】ＰＯＳＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(72)【発明者】

【氏名】イム、 スン ホ

(72)【発明者】

【氏名】キム、 グ ファ

(72)【発明者】

【氏名】ナム、 ギョン フン

(72)【発明者】

【氏名】パク、 ヨン ソン

【審査官】 鈴木 毅

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１４−５２７５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６１８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５１５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２９９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０１４５４７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｄ ３／００− ３／１８

Ｃ２２Ｂ １／００−６１／００

Ｃ２１Ｃ ５／５２

Ｂ２２Ｆ １／００

Ｆ２７Ｄ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属原料の表面酸化物を除去して溶融炉に供給するための装置であって、
前記金属原料が投入および排出される原料投下室と、プラズマ食刻処理を遂行する原料食刻室が設けられたハウジング；および
前記ハウジング内で前記原料投下室と前記原料食刻室の間を往復移動できるように設置される前処理ケーシング；を含み、
前記前処理ケーシングは前記原料投下室で前記金属原料の供給を受けて貯蔵し、前記原料食刻室に移動して貯蔵された前記金属原料の表面酸化層をプラズマ食刻処理した後、前記原料投下室に復帰して食刻された前記金属原料を前記溶融炉に投下させる、原料供給装置。

【請求項2】

前記前処理ケーシングは回転できるように設置され、前記原料食刻室に位置してプラズマ食刻工程が進行される時に前記金属原料の撹拌のために回転する、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項3】

前記前処理ケーシングの外面には前記前処理ケーシングの内外にプラズマの移動のための複数の出入り孔が設けられる、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項4】

前記前処理ケーシングの外面には、前記金属原料の投入および排出のための出入口と、前記出入口を選択的に開閉する開閉カバーが設けられ、
前記開閉カバーは前記前処理ケーシングの外周に沿って回転できるように設置されるものの、前記前処理ケーシングに結合された弾性ロッドの加圧力によって前記開閉カバーは前記出入口を閉める位置に維持され、前記開閉カバーと選択的に接触できるように設置されたクランプの加圧力によって前記出入口を開放する位置に維持される、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項5】

前記ハウジングには前記原料食刻室を加熱して前記前処理ケーシングの内部に満たされた前記金属原料を予熱するためのヒーターが設けられる、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項6】

前記出入口と隣接した前記前処理ケーシング内には、前記前処理ケーシング内で一側に偏向した金属原料が前記出入口を通じて円滑に排出されるように誘導するための傾斜案内面が設けられる、請求項４に記載の原料供給装置。

【請求項7】

前記原料投下室の上部には前記金属原料を供給する原料供給部と連結される投入口が設けられ、前記原料投下室の下部には前記溶融炉と連結される排出口が設けられる、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項8】

前記原料供給部は、前記金属原料が貯蔵される貯蔵ホッパーと、前記貯蔵ホッパーから前記金属原料の提供を受けて秤量して前記投入口に供給する秤量ホッパーを含み、
前記原料投下室と前記溶融炉の間には前記排出口から排出される食刻された金属原料を真空状態で一時貯蔵して前記溶融炉に提供するためのバッファーホッパーが設けられる、請求項７に記載の原料供給装置。

【請求項9】

前記前処理ケーシングは前記ハウジングの一側を貫いて延びる支持軸と連結され、前記支持軸は駆動モータと軸連結されて回転力の伝達を受けて回転して前記ハウジングの外側に設けられたアクチュエータと連携して往復移動する、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項10】

前記ハウジングの一側は、前記前処理ケーシングが前記原料食刻室に位置する時に、前記原料食刻室の真空雰囲気の形成のための真空発生部および前記原料食刻室に反応ガスを提供するためのガス供給部が連結される、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項11】

溶融炉に金属原料を供給する方法において、
貯蔵ホッパーに貯蔵された金属原料を秤量ホッパーに提供し、
前記秤量ホッパーで秤量された金属原料をハウジング内のチャンバーに配置された前処理ケーシングに投入し、
前記チャンバーに真空形成および反応ガスを注入してプラズマ食刻工程を遂行して金属原料の表面酸化物を除去し、
前記前処理ケーシングで酸化物が除去された金属原料を溶融炉に供給することを含む、原料供給方法。

【請求項12】

前記プラズマ食刻工程を遂行する間、前記前処理ケーシングを回転させることをさらに含む、請求項１１に記載の原料供給方法。

【請求項13】

前記プラズマ食刻工程を遂行することは、前記チャンバー内で区分された原料食刻室を加熱して前記前処理ケーシングに貯蔵された金属原料の予熱を遂行することをさらに含む、請求項１１に記載の原料供給方法。

【請求項14】

前記酸化物が除去された金属原料を溶融炉に供給することは、前記溶融炉と同じ雰囲気内で供給する、請求項１１に記載の原料供給方法。

【請求項15】

前記チャンバー内で区分された原料投下室と原料食刻室の間を移動する前記前処理ケーシングを利用して、金属原料の投入および排出と、金属原料の食刻工程を遂行することを含む、請求項１１に記載の原料供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は原料供給装置および方法に関し、より詳細には金属原料の表面酸化層を除去して溶融炉に供給する装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的にパウダー、グラニュール、ボール形態の金属原料は、単位体積当たりに表面積が占める比率が高いため、金属原料の表面に酸化層が容易に発生する。

【0003】

特に金属溶融炉を有する産業現場では金属原料を貯蔵する条件（高温、湿潤）が悪いため、表面酸化がさらに急速に発生する。

【0004】

これに伴い、溶融炉に金属原料を装入時に高温の融点を有する酸化物が溶湯の表面に浮び上がって蒸発を防いだり溶湯の正確な冶金学的な組成の予測を難しくしたりする。

【0005】

したがって、溶融炉に金属原料を供給する前に酸洗および水洗を実施してきた。
しかし、待機中に反応性が高い金属は湿式処理後に大気に露出すると同時に微細な酸化層が発生し、時間の経過につれてその程度が増加するため、原料の管理が難しく、高純度の原料の供給が不可能であった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の実施例は、金属原料の酸化層を除去した後に連続的に溶融炉に供給できる原料供給装置および方法を提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面によると、金属原料の表面酸化物を除去して溶融炉に供給するための装置であって、前記金属原料が投入および排出される原料投下室と、プラズマ食刻処理を遂行する原料食刻室が設けられたハウジングおよび前記ハウジング内で前記原料投下室と前記原料食刻室の間を往復移動できるように設置される前処理ケーシングを含み、前記前処理ケーシングは前記原料投下室で前記金属原料の供給を受けて貯蔵し、前記原料食刻室に移動して貯蔵された前記金属原料の表面酸化層をプラズマ食刻処理した後、前記原料投下室に復帰して食刻された前記金属原料を前記溶融炉に投下させる原料供給装置が提供され得る。

【0008】

また、前記前処理ケーシングは回転できるように設置され、前記原料食刻室に位置してプラズマ食刻工程が進行される時に前記金属原料の撹拌のために回転され得る。

【0009】

また、前記前処理ケーシングの外面には前記前処理ケーシングの内外にプラズマの移動のための複数の出入り孔が設けられ得る。

【0010】

また、前記前処理ケーシングの外面には、前記金属原料の投入および排出のための出入口と、前記出入口を選択的に開閉する開閉カバーが設けられ、前記開閉カバーは前記前処理ケーシングの外周に沿って回転できるように設置されるものの、前記前処理ケーシングに結合された弾性ロッドの加圧力によって前記開閉カバーは前記出入口を閉める位置に維持され、前記開閉カバーと選択的に接触できるように設置されたクランプの加圧力によって前記出入口を開放する位置に維持され得る。

【0011】

また、前記ハウジングには前記原料食刻室を加熱して前記前処理ケーシングの内部に満たされた前記金属原料を予熱するためのヒーターが設けられ得る。

【0012】

また、前記出入口と隣接した前記前処理ケーシング内には、前記前処理ケーシング内で一側に偏向した金属原料が前記出入口を通じて円滑に排出されるように誘導するための傾斜安内面が設けられ得る。

【0013】

また、前記原料投下室の上部には前記金属原料を供給する原料供給部と連結される投入口が設けられ、前記原料投下室の下部には前記溶融炉と連結される排出口が設けられ得る。

【0014】

また、前記原料供給部は前記金属原料が貯蔵される貯蔵ホッパーと、前記貯蔵ホッパーから前記金属原料の提供を受けて秤量して前記投入口に供給する秤量ホッパーを含み、前記原料投下室と前記溶融炉の間には前記排出口から排出される食刻された金属原料を真空状態で一時貯蔵して前記溶融炉に提供するためのバッファーホッパーが設けられ得る。

【0015】

また、前記前処理ケーシングは前記ハウジングの一側を貫いて延びる支持軸と連結され、前記支持軸は駆動モータと軸連結されて回転力の伝達を受けて回転して前記ハウジングの外側に設けられたアクチュエータと連携して往復移動することができる。

【0016】

また、前記ハウジングの一側は、前記前処理ケーシングが前記原料食刻室に位置する時に、前記原料食刻室の真空雰囲気の形成のための真空発生部および前記原料食刻室に反応ガスを提供するためのガス供給部が連結され得る。

【0017】

本発明の他の側面によると、溶融炉に金属原料を供給する方法において、貯蔵ホッパーに貯蔵された金属原料を秤量ホッパーに提供し、前記秤量ホッパーで秤量された金属原料をハウジング内のチャンバーに配置された前処理ケーシングに投入し、前記チャンバーに真空形成および反応ガスを注入してプラズマ食刻工程を遂行して金属原料の表面酸化物を除去し、前記前処理ケーシングで酸化物が除去された金属原料を溶融炉に供給することを含む原料供給方法が提供され得る。

【0018】

また、前記プラズマ食刻工程を遂行する間前記前処理ケーシングを回転させることをさらに含む。

【0019】

また、前記プラズマ食刻工程を遂行することは、前記原料食刻室を加熱して前記前処理ケーシングに貯蔵された金属原料の予熱を遂行することをさらに含む。

【0020】

また、前記酸化物が除去された金属原料を溶融炉に供給することは、前記溶融炉と同じ雰囲気内で供給することができる。

【0021】

また、前記チャンバー内で区分された原料投下室と原料食刻室の間を移動する前記前処理ケーシングを利用して、金属原料の投入および排出と、金属原料の食刻工程を遂行することを含む。

【発明の効果】

【0022】

本発明の実施例は溶融炉に酸化層を除去した金属原料を供給することによって、溶融炉に高純度の金属原料を供給できるようになる。

【0023】

また、本発明の実施例は金属原料の表面酸化層を除去すると共に溶融炉に投入される金属原料の温度を上げることによって、溶融炉での溶湯の温度偏差および偏流の発生を減らすことができるようになる。

【0024】

また、本発明の実施例は溶融炉の雰囲気と同じ条件で金属原料の投入が可能であるため、追加的な酸化層を発生することなく連続供給が行われ得る。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施例に係る溶融炉に金属原料を供給する原料供給装置を概略的に図示した図面。

【図2】本発明の実施例に係るプラズマ食刻工程を遂行する構成を概略的に図示した図面。

【図3】本発明の実施例に係る金属原料が投入および排出される時の原料処理部の内部を図示した切開斜視図。

【図4】本発明の実施例に係る金属原料がプラズマ食刻処理される時の原料処理部の内部を図示した切開斜視図。

【図5】本発明の実施例に係る前処理ケーシングの出入口が閉まった状態を図示した図面。

【図6】本発明の実施例に係る前処理ケーシングの出入口が開いた状態を図示した図面。

【図7】本発明の実施例に係る前処理ケーシングの内部を図示した断面図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。以下で紹介される実施例は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために一例として提供されるものである。本発明は以下で説明される実施例に限定されず、他の形態で具体化されてもよい。本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は図面から省略したものであり、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは便宜のために誇張されて表現され得る。明細書の全体に亘って同じ参照番号は同じ構成要素を表す。

【0027】

図１は本発明の実施例に係る溶融炉に金属原料を供給する原料供給装置を概略的に図示したものであり、図２は本発明の実施例に係るプラズマ食刻工程を遂行する構成を概略的に図示したものであり、図３は本発明の実施例に係る金属原料が投入および排出される時の原料処理部の内部を図示した切開斜視図であり、図４は本発明の実施例に係る金属原料がプラズマ食刻処理される時の原料処理部の内部を図示した切開斜視図である。

【0028】

図１〜図４を参照すると、本発明の実施例に係る原料供給装置１０は、パウダー、グラニュール、ボール形態の金属原料を溶融炉１に装入する前に、金属原料の表面酸化層を除去した後に連続的に溶融炉１に供給するための装置である。

【0029】

このような原料供給装置１０は、金属原料を貯蔵した後供給する原料供給部１１と、原料供給部１１から提供される金属原料の表面酸化層を除去するための原料処理部１３と、原料処理部１３で処理された金属原料を溶融炉１に投入する原料投入部１５で構成され得る。

【0030】

原料供給部１１は、貯蔵ホッパー２０と、貯蔵ホッパー２０の下部に連結される秤量ホッパー２２を含む。

【0031】

貯蔵ホッパー２０は金属原料を大気圧の状態で貯蔵する装置であって、原料を秤量ホッパー２２に連続供給する間、金属原料が外部から貯蔵ホッパー２０に供給される時間を考慮して十分な貯蔵容量を有するように設けられ得る。

【0032】

また、貯蔵ホッパー２０には貯蔵された金属原料の残量の測定が可能であるように、貯蔵ホッパー２０の高さ方向に一定の間隔で近接センサ（図示されず）が設置され得る。

【0033】

貯蔵ホッパー２０から排出される金属原料は貯蔵ホッパー２０の下部に連結された貯蔵ホッパーフィーダー２１を通じて秤量ホッパー２２に供給され得る。

【0034】

貯蔵ホッパーフィーダー２１は金属原料の形態により、スクリューフィーダー、振動フィーダー、コンベヤなどを含む。

【0035】

貯蔵ホッパーフィーダー２１により運搬された金属原料は、金属原料の投入量を正確に秤量し投入するための秤量ホッパー２２に提供され得る。

【0036】

秤量ホッパー２２に提供された金属原料は秤量ホッパー２２の下部に装着されたロードセル２２ａにより重さが測定され、秤量された金属原料は原料処理部１３で提供され得る。

【0037】

秤量ホッパー２２と原料処理部１３の間には、秤量ホッパー２２で秤量された金属原料の排出を制御するための上部スクリーン２３および秤量ホッパー２２で原料処理部１３に金属原料が移動する経路を選択的に遮断する上部真空バルブ２４が設けられ得る。

【0038】

上部スクリーン２３は秤量ホッパー２２から提供される金属原料を一定のサイズ別に選別して原料処理部１３に提供することができ、上部真空バルブ２４は原料処理部１３で金属原料を処理時に原料供給部１１と連結される経路を遮断して、原料処理部１３が外気と連通することを遮断させることができる。

【0039】

原料処理部１３は原料供給部１１から供給される金属原料の提供を受けてプラズマ食刻工程を通じて金属原料の表面酸化層を除去するハウジング３０を含む。

【0040】

ハウジング３０は内部が空いた中空のチャンバー３１、３２を有し、中空のチャンバー３１、３２は、原料供給部１１から供給される金属原料を投入したり、下部に位置する溶融炉１に金属原料を提供したりするために設けられた原料投下室３１と、原料投下室３１と区分されて金属原料をプラズマ食刻処理するために設けられた原料食刻室３２を含む。

【0041】

チャンバー３１、３２内には原料投下室３１を通じて供給される金属原料を収容する前処理ケーシング４０が移動および回転できるように位置し得る。

【0042】

前処理ケーシング４０は円筒状に形成され得、原料投下室３１と原料食刻室３２の間を往復移動し、前処理ケーシング４０の後方に連結される支持軸４１と共に自転することができる。

【0043】

支持軸４１は先端が前処理ケーシング４０の後面の中央部分に連結され、後端がハウジング３０の後面を貫いて外部に延びた後、駆動モータ４２と軸連結され得る。

【0044】

駆動モータ４２はハウジング３０の後方で前後にスライディング移動できるように設置されるスライディング部材４３と連結され、スライディング部材４３とともに移動することができる。

【0045】

スライディング部材４３はアクチュエータ４４の駆動によって上下に離隔配置された一対のガイドロッド４５に沿ってハウジング３０の後面に向かって前後に移動することができる。

【0046】

一対のガイドロッド４５は、両端がそれぞれハウジング３０の後面とハウジング３０の後方に離隔して位置するロッドフレーム４６に連結されて支持され得る。

【0047】

ロッドフレーム４６には、スライディング部材４３と連結されてスライディング部材４３を前後移動させるためのアクチュエータ４４が結合され得る。

【0048】

アクチュエータ４４はスライディング部材４３を前後に移動させるための装置であって、電気モータまたは油圧または空圧により作動するシリンダーと、電気モータまたはシリンダーを通じてスライディング部材４３を前後移動させるボールスクリュー、ラックとピニオンなどの適切な駆動要素を含むことができる。

【0049】

このような支持軸４１は、スライディング部材４３を貫いて駆動モータ４２の軸とカップリングを媒介として連結され得、スライディング部材４３とハウジング３０の後面の間に位置する支持軸４１外面の周りには気密維持のために伸縮可能なベローズ４７が支持軸４１を包み込むように設けられ得る。

【0050】

これを通じて、前処理ケーシング４０はアクチュエータ４４の駆動によって、一対のガイドロッド４５に沿って前後移動するスライディング部材４３とともに原料投下室３１と原料食刻室３２の間を往復移動することができ、駆動モータ４２の動力によって回転する支持軸４１と共に自転できるようになる。

【0051】

ハウジング３０の一側には、チャンバー３１、３２の内部空間を真空に形成するための真空発生部３４が連結される。

【0052】

真空発生部３４は、チャンバー３１、３２内を減圧するための真空ポンプ３４ａと、真空ポンプ３４ａとチャンバー３１、３２を連結する真空配管３４ｂを含む。

【0053】

真空配管３４ｂには、圧力コントローラ、圧力計またはリリーフバルブ３４ｃが連結され得る。また真空配管３４ｂには大気圧で初期真空の生成時に金属原料の逆流を防止するためのフィルタ３４ｄが設置され得る。

【0054】

真空発生部３４は、前処理ケーシング４０が原料食刻室３２に位置する時にチャンバー３１、３２内を減圧して真空雰囲気を形成するように動作することができる。

【0055】

また、ハウジング３０にはチャンバー３１、３２の内部に反応ガスを注入するためのガス供給部３５が連結され得る。

【0056】

ガス供給部３５はプラズマ発生のために、不活性ガスであるアルゴンと還元基材である微量の水素を混合した反応ガス（Ａｒ−４％Ｈ_２）を供給することができる。

【0057】

ガス供給部３５はチャンバー３１、３２と連結されたガス配管３５ａと、ガス配管３５ａに流れる反応ガスの供給流量を精密に制御するための流量制御計（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＭＦＣ）３５ｂおよびバルブ３５ｃを含むことができる。

【0058】

また、ハウジング３０の底にはチャンバー３１、３２内の反応ガスを排気するための排気配管３７が連結され得、排気配管３７にはチャンバー３１、３２内の圧力を測定するための圧力センサ３７ａおよび排気配管３７の開閉を遂行するための排気バルブ３７ｂが設置され得る。

【0059】

原料投下室３１の上部および下部には、原料供給部１１と連結される投入口３８と、溶融炉１と連結される排出口３９がハウジング３０に設けられ得る。

【0060】

前処理ケーシング４０が原料投下室３１に位置する時、投入口３８から提供される金属原料は前処理ケーシング４０に形成された出入口４８（図６参照）を通じて前処理ケーシング４０の内部に投入された後、前処理ケーシング４０が原料食刻室３２に移動した状態でプラズマ食刻処理され得る。

【0061】

原料食刻室３２は、前処理ケーシング４０に貯蔵された金属原料にプラズマを利用した乾式食刻工程が進行される空間である。

【0062】

前処理ケーシング４０が原料食刻室３２に位置すると、ガス供給部３５を通じて反応ガスがチャンバー３１、３２の内部に供給され、真空発生部３４を通じてチャンバー３１、３２内の圧力は動作圧力に維持される。

【0063】

チャンバー３１、３２に電磁界を形成するために、金属原料が入っている前処理ケーシング４０は電源供給装置５０と支持軸４１を媒介として電気的に連結され、原料食刻室３２内で前処理ケーシング４０の外郭の周りを包み込むように配置される円筒状の電極ケーシング５１が電源供給装置５０と電気的に連結され得る。

【0064】

電源供給装置５０は前処理ケーシング４０に負極電流を供給することができ、電極ケーシング５１には正極電流を供給して原料食刻室３２内に電磁界を形成することによって、チャンバー３１、３２に流入した反応ガス からプラズマを生成することができる。すなわち前処理ケーシング４０と電極ケーシング５１はプラズマを形成するための電極の機能を遂行し得る。

【0065】

前処理ケーシング４０は、内部にプラズマの出入りのために前処理ケーシング４０の円周方向および軸方向に沿って所定の間隔で位置する複数の出入り孔４９が形成され得る。これに伴い、前処理ケーシング４０と電極ケーシング５１の間に発生するプラズマは、複数の出入り孔４９を通じて前処理ケーシング４０の内外に移動して前処理ケーシング４０内に貯蔵された金属原料の表面酸化層を食刻処理するようになる。

【0066】

前処理ケーシング４０に形成された複数の出入り孔４９は、前処理ケーシング４０の内部に投入される金属原料の大きさより小さく形成されるようにして、前処理ケーシング４０に投入された金属原料が外部に流出しないようにする。また、電極ケーシング５１にはプラズマの発生が容易となるようにするための複数の貫通ホール（図示されず）が形成され得る。

【0067】

一方、前述した原料食刻室３２でのプラズマの形成は一例に該当するものであって、原料食刻室３２内に公知とされている容量性プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）タイプまたは誘導性プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）タイプを利用してプラズマの発生を誘導するように構成できることは言うまでもない。また、このような場合、前処理ケーシング４０の内部をプラズマの形成のための空間に構成してもよい。

【0068】

原料食刻室３２を形成するハウジング３０の一側には、開閉できるように設置されたドア５２が設けられ得る。ドア５２はプラズマ工程が行われる原料食刻室３２の内部に積もる食刻物を周期的に除去できるようにハウジング３０で開閉され得、原料食刻室３２の内部の汚染状態を観察できるようにドア５２には透明窓５３が設置され得る。

【0069】

また、ドア５２には原料食刻室３２で発生したプラズマから出る光のスペクトルを分析するための放出分光センサ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）５４が設置され得る。

【0070】

放出分光センサ５４は、原料食刻室３２から放出される光の波長と強度を測定して中性種とイオンの存在を識別することができる。すなわちプラズマから放出される光のスペクトルはプラズマで起きる化学的物理的過程に対する情報を提供するので、このような放出分光センサ５４を利用して原料食刻室３２の内部の波長の変化を計測し、一定の波長帯域の相対強度が増加すると金属原料のプラズマ食刻工程を終了する。

【0071】

原料食刻室３２を形成するハウジング３０の内壁の周りには原料食刻室３２の内部を加熱するためのヒーター５５が設置され得る。

【0072】

ヒーター５５は、原料食刻室３２内に移動した前処理ケーシング４０の内部の金属原料が溶融炉１の温度より低い状態で溶融炉１に提供される場合、溶湯の温度勾配が深化し、偏流が発生して溶湯の使用目的に合う品質の確保が難しくなることを防止するために金属原料を予熱する装置である。

【0073】

すなわち、プラズマ工程により金属原料の温度は上昇するが溶融炉１に投入するほど十分な予熱温度を確保出来なかった場合、ヒーター５５は原料食刻室３２を加熱することによって前処理ケーシング４０内の金属原料が間接加熱方式によって予熱されるようにする。

【0074】

このようなヒーター５５は、プラズマ放電圧以上のものを使うようにし、ヒーター５５の熱による周辺の構造物（駆動計、バルブなど）の損傷を防止するために、ヒーター５５の外側のハウジング３０には断熱材５６および冷却ジャケット（図示されず）が具備され得る。

【0075】

一方、投入口３８を通じて供給される前処理ケーシング４０への金属原料の投入および前処理ケーシング４０から排出口３９側に向かっての金属原料の排出は、前処理ケーシング４０に形成された出入口４８を通じて行われ得る。

【0076】

図５は本発明の実施例に係る前処理ケーシングの出入口が閉まった状態を図示したものであり、図６は本発明の実施例に係る前処理ケーシングの出入口が開いた状態を図示したものであり、図７は本発明の実施例に係る前処理ケーシングの内部を図示した断面図である。

【0077】

図５〜図７を参照すると、前処理ケーシング４０の円周方向の周りに沿っていずれか一地点には所定幅を有して長さ方向に切開された出入口４８が形成され得、出入口４８は前処理ケーシング４０の外周に沿って回転できるように設置された開閉カバー６０により選択的に開閉され得る。

【0078】

開閉カバー６０は出入口４８と対応する大きさで形成され、出入口４８を選択的に開閉する蓋パネル６１と、蓋パネル６１の両端から垂直方向にベンディングされて前処理ケーシング４０の中心軸に回転できるように結合される支持パネル６２で構成され得る。

【0079】

支持パネル６２は前処理ケーシング４０の側壁の一側に結合された弾性ロッド６３の加圧力によって蓋パネル６１が出入口４８を閉める方向に加圧支持され得る。

【0080】

弾性ロッド６３はロッドハウジング６４の内部に配置されたスプリングに支持されてロッドハウジング６４の内外に進退移動することができ、スプリングの加圧力によって開閉カバー６０が出入口４８を閉める方向に支持パネル６２を加圧することができる。

【0081】

弾性ロッド６３に加圧される支持パネル６２は、前処理ケーシング４０の側壁に突出形成されたストッパー６５により係止されることによって、蓋パネル６１は出入口４８を遮断する位置に移動できるようになる。

【0082】

出入口４８を開放する場合には、投入口３８と隣接した位置に設けられたクランプ７０が蓋パネル６１の表面を加圧するようにし、前処理ケーシング４０が所定の角度回転することによって蓋パネル６１は出入口４８を開放させる。

【0083】

クランプ７０は、投入口３８の位置で出入口４８を開放させるための上部クランプと、排出口３９の位置で出入口４８を開放させるための下部クランプを含む。

【0084】

クランプ７０は、ハウジング３０の内壁に設置されたシリンダー７１と連結されて上下に移動するロッド部７２と、ロッド部７２の端部で蓋パネル６１に加圧接触するように設けられた接触部７３を含む。

【0085】

接触部７３はロッド部７２の端部から両側の方向に延びる長い棒状に形成され得、前処理ケーシング４０が回転する時に蓋パネル６１の表面に加圧されて開閉カバー６０の回転を拘束する。

【0086】

蓋パネル６１の表面には、接触部７３により開閉カバー６０の回転が拘束される場合、より一層円滑な作動のために接触部７３と干渉する干渉突起７４が突出形成され得る。

【0087】

これを通じて、ハウジング３０に備えられた投入口３８から金属原料が投入される場合、クランプ７０が開閉カバー６０を拘束した後、前処理ケーシング４０が所定の角度回転することによって出入口４８は開放され、クランプ７０が開閉カバー６０を拘束解除すると弾性ロッド６３の加圧力によって出入口４８は閉まるようになる。

【0088】

そして、前処理ケーシング４０に入れられた金属原料を、排出口３９を通じて排出する場合にも、排出口３９と隣接するように位置したクランプ７０が同じ作動を遂行することによって出入口４８を開閉することができる。

【0089】

一方、前処理ケーシング４０の内部には、図７のように前処理ケーシング４０が回転する場合、金属原料を撹拌するためのリフト８０が備えられ得る。

【0090】

リフト８０は前処理ケーシング４０の内壁から中央に向かって所定の長さ延びて、前処理ケーシング４０の回転時に内部の金属原料を一定の位置まで上昇させてから落下させる。

【0091】

また、前処理ケーシング４０の出入口４８と隣接した位置には、金属原料の排出時に残量が残らないように金属原料の流れ性を向上させるための傾斜安内面８１が設けられ得る。

【0092】

これを通じて、前処理ケーシング４０の回転によって前処理ケーシング４０の片方の部分（図面において左側）に偏向した金属原料は、出入口４８を通じて排出時に傾斜安内面８１に沿って滑りながら円滑に排出されるようになる。

【0093】

再び図１および図２を参照すると、ハウジング３０の排出口３９の下部には下部スクリーン９０と下部真空バルブ９１が連結され得る。下部スクリーン９０は溶融炉１に供給される金属原料を一定のサイズ別に選別することができ、下部真空バルブ９１は溶融炉１と連結される経路を外気と遮断するように選択的に開閉することができる。

【0094】

下部真空バルブ９１の下部にはバッファーホッパー９２が連結され得る。

【0095】

バッファーホッパー９２は、酸化層が除去された金属原料を真空状態で一時貯蔵し、バッファーホッパー９２の下部に連結された投入部９３を通じて溶融炉１に連続的に金属原料を供給することができる。

【0096】

以下では、本発明の実施例に係る原料供給装置の作動について説明する。

【0097】

溶融炉１に金属原料を連続的に供給するために、まず貯蔵ホッパー２０に大気圧の状態で貯蔵された金属原料は秤量ホッパー２２に移動されて単位供給量が測定され、上部スクリーン２３と上部真空バルブ２４が開放されることによってハウジング３０の投入口３８に投入される。

【0098】

この時、前処理ケーシング４０は原料投下室３１に位置し、開閉カバー６０は出入口４８を開放した状態である。すなわち、上部クランプ７０が開閉カバー６０を加圧支持した状態で、前処理ケーシング４０は駆動モータ４２により所定の角度回転することによって前処理ケーシング４０の出入口４８は開かれる。

【0099】

また、チャンバー３１、３２の内部は大気圧の状態であって、圧力センサ３７ａにより感知された情報に基づいて排気バルブ３７ｂを通じて圧力調節が行われ得る。

【0100】

投入口３８を通じて投入される金属原料の前処理ケーシング４０の内部への供給が完了すると、上部スクリーン２３と上部真空バルブ２４は閉まるようになる。

【0101】

また開閉カバー６０は出入口４８を閉め、前処理ケーシング４０はアクチュエータ４４の駆動によって原料食刻室３２に移動する。これと同時にチャンバー３１、３２の内部は真空発生部３４により定められた真空圧力まで到達し、ガス供給部３５によって反応ガスがチャンバー３１、３２の内部に注入される。

【0102】

以降、電源供給装置５０は、電源の印加によって原料食刻室３２の内部にはプラズマが発生して金属原料の表面酸化層を除去することになる。

【0103】

金属原料のプラズマ食刻工程時に、前処理ケーシング４０は駆動モータ４２により回転することによって内部に満たされた金属原料が均一にプラズマに露出するように撹拌される。

【0104】

金属原料のプラズマ食刻および還元処理の終了時点は、放出分光センサ５４により感知された情報に基づいて一定の波長帯域の相対強度が増加するとプラズマ工程を終了する。

【0105】

一方、プラズマ工程によって溶融炉１に投入される金属原料が予熱温度を十分に確保出来なかった場合には、ヒーター５５を作動させて原料食刻室３２を加熱することによって、金属原料を溶融炉１に投入するに適合な温度に予熱する。

【0106】

これを通じて、高温の溶融炉１に相対的に低温の金属原料が供給されて溶湯の温度勾配が深化して偏流が発生することによる品質確保の困難を解消することができる。

【0107】

原料食刻室３２で金属原料の表面酸化層の除去が完了したと判断されれば、アクチュエータ４４を駆動させて前処理ケーシング４０を原料投下室３１に移動させる。

【0108】

そして、チャンバー３１、３２の内部を溶融炉１の内部と同じ雰囲気とさせるために、真空発生部３４およびガス供給部３５を通じて真空吸気または不活性ガスの注入を実施する。これは溶融炉１の真空または不活性ガスの雰囲気で金属原料を供給する時に、追加的な酸化を防止できるように溶融炉１の雰囲気を維持して供給するためである。

【0109】

チャンバー３１、３２の内部が溶融炉１の内部と同じ条件となれば、排出口３９と連結された下部スクリーン９０と下部真空バルブ９１を順次開き、前処理ケーシング４０の出入口４８を開放して溶融炉１またはバッファーホッパー９２に金属原料を供給する。

【0110】

金属原料の供給が完了すると、下部スクリーン９０と下部真空バルブ９１を閉め、チャンバー３１、３２の内部は排気配管３７を通じて排気した後、再び金属原料の供給を受ける前述した過程を繰り返す。

【0111】

以上では特定の実施例について図示して説明した。しかし、前記した実施例にのみ限定されず、発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば以下の特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の要旨を逸脱することなくいくらでも多様に変更実施することができるはずである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】