KR100307099B1 - 전극용해주조법을이용한대형열간단조금형용소재제작장치및 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 전극용해주조법을 이용하여 대형 열간단조금형의 최종형상에 근접한 주형으로 금형용 소재를 제조함에 의해 투입재료의 이용효율을 향상하는 한편 제작공정을 단순화시켜 생산비를 절감할 수 있는 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작장치는 상부가 개구되어 금형의 최종형상과 유사하게 그 횡단면이 대략 凸자형상을 이루며 내부에 하방으로부터 상방으로 유동하는 냉각수통로를 형성한 주형측벽과, 상기 주형측벽의 하단부를 밀폐하고, 하방으로 이동가능하며, 냉각수 통로를 형성한 바닥판으로 형성된 주형; 상기 주형내에 만입되는 용융슬래그에 하단부가 잠입되게 입설되는 용해용전극; 및 상기 용해용전극과 상기 주형의 바닥에 전류를 인가하여 용해용전극을 용융시키는 전원공급부를 포함하고, 상기 주형내에서 용융된 용해금속이 주형내를 유동하는 냉각수에 의해 하방에서 상방으로 가며 응고되어 주형과 같은 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작장치에 의하여 달성된다.

이러한 본 발명은 재료손실을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 금형소재의 제작이 용이하고 생산비를 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작장치

본 발명은 대형 열간단조금형에 사용되는 소재를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 전극용해주조법을 이용하여 대형 열간단조금형의 최종형상에 근접한 주형을 적용하고 금형용 소재를 제조함에 의해 투입재료의 이용효율을 향상하는 한편 제작공정을 단순화시켜 생산비를 절감할 수 있는 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작장치에 관한 것이다.

일반적으로, 열간단조를 행하기 위해서는 단조금형이 필요하며, 이러한 단조금형은 대형화될수록 그 제작이 어렵게 된다. 대형열간단조용의 금형(10)은 최종적으로 도 1와 같이 상부에 요입홈(11)을 갖는 한편 하부에 체결부(12)가 돌출하고 있는 형상을 갖는 데, 이와 같은 형상의 금형(10)을 제조하기 위해서는 무엇보다도 먼저 그것을 제작하기 전에 그에 적합한 소재의 제작이 선행되지 않으면 안된다. 이와 같은 금형제조용 소재를 제작하는 기존의 방법에 대해 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래의 대형 열간단조금형용 소재의 제작공정을 설명하기 위한 공정순서도로, 보는 바와 같이 제강을 거쳐 용해된 고철재료는 정련과정을 통해 불순물을 제거하게 되고(단계100,102), 그런 다음 액체상태에서 일정형태의 고체로 응고시키는 조괴과정을 거친 후 재료를 가열하여 사각입방체로 단조처리하게 된다.(단계104,106,108) 그리고, 열처리를 행하여 최종금형의 물성을 부여하고(단계110), 입방체의 표면을 다듬질하는 황삭의 공정을 순서적으로 거치면서 최종적으로 소재가 완성되게 된다.(단계112) 이와 같이 완성된 소재가 금형소재로서 적합한 지를 검사하여(단계114), 그에 합격한 소재만을 출하하여 금형을 제작하는 데 사용하게 된다.(단계116)

이상 개진한 바와 같이, 기존에는 다단의 수 많은 복잡한 공정들을 거쳐서 소재를 제작하므로 대형의 복잡한 설비가 필요할 뿐만 아니라, 제조시간이 오래 걸려 생산효율이 격감하게 된다. 게다가, 조괴과정에서 생성된 입방체의 상하부에는 불순물이 많아 공정중에서 그 부분을 제거하게 되며, 또한 황삭과정에서 소재의 많은 부분이 소실되므로 투입재료의 이용율이 25%~30%정도밖에 못미쳐 재료의 손실이 막대한 폐단이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 전극용해주조법을 이용하여 대형 열간단조금형의 최종형상에 근접한 주형을 적용하여 금형용 소재를 제조함으로써 금형용 소재제작에 따른 후속공정(황삭가공)을 적게하여 투입재료의 이용효율을 높임과 동시에 생산원가를 절감하는 한편, 제작공정을 단순화시켜 공정효율을 높이는 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 대형 열간단조금형의 최종형상을 나타낸 사시도,

도 2는 종래의 대형 열간단조금형용 소재의 제작공정을 설명하기 위한 공정순서도,

도 3는 본 발명에 따른 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작방법을 설명하기 위한 공정순서도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작방법을 구현하기 위한 장치의 구성을 나타낸 종단면도 및 횡단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 주형 30 : 주형측벽

31,41 : 냉각수통로 32,42 : 유입구

33,43 : 배출구 40 : 바닥판

50 : 용해용전극 60 : 전원공급부

61a,61b : 도선

상기와 같은 본 발명의 목적은 대형 열간단조금형용의 소재를 제작하는 장치에 있어서, 상부가 개구되어 금형의 최종형상과 유사하게 그 횡단면이 대략 凸자형상을 이루며 내부에 하방으로부터 상방으로 유동하는 냉각수통로를 형성한 주형측벽과, 상기 주형측벽의 하단부를 밀폐하고, 하방으로 이동가능하며, 냉각수 통로를 형성한 바닥판으로 형성된 주형; 상기 주형내에 만입되는 용융슬래그에 하단부가 잠입되게 입설되는 용해용전극; 및 상기 용해용전극과 상기 주형의 바닥에 전류를 인가하여 용해용전극을 용융시키는 전원공급부를 포함하고, 상기 주형내에서 용융된 용해금속이 주형내를 유동하는 냉각수에 의해 하방에서 상방으로 가며 응고되어 주형과 같은 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작장치에 의하여 달성된다.

한편, 본 발명의 대형 열간단조금형용의 소재를 제작하는 방법은 상기 금형의 최종형상과 유사한 횡단면을 갖는 주형내에 용융슬래그를 만입하고 용해용전극의 단부를 잠입입설시키는 단계; 상기 용해용전극과 상기 주형의 바닥판에 전류를 인가시켜 용해용전극을 용해하는 단계; 상기 용해된 금속을 하방으로부터 상향으로 냉각시켜 주형의 형상을 갖도록 응고시키는 단계; 상기 하방의 용융금속이 소정위치까지 응고되면 상기 바닥판을 하강시키면서 계속적으로 용해용전극을 용융응고시켜 금형소재의 연속주조를 행하는 단계; 및 상기 응고된 소재를 주형으로부터 취출하여 열처리하는 단계로 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3는 본 발명에 따른 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작방법을 통해 제작되는 소재의 전반적인 공정순서도로, 보는 바와 같이 주형내에 용융슬래그를 만입하고 용해용전극을 주형내에 위치시킨 후(단계200), 주형바닥판과 용해용전극에 전원을 인가하여 주형내에 위치한 용해용전극을 용해시켜 주형의 형상대로 응고시켜 소재를 주조하게 된다.(단계202) 이렇게 주조된 소재는 열처리를 거친 후(단계204), 검사를 시행하여 합격된 제품만을 출하하게 된다.(단계 206,208)

이상과 같은 대략적인 공정을 갖고 제조출하되는 소재는 위 공정에서 있어 무엇보다도 용해용전극을 주형에 넣고 전류를 인가하여 주조하는 공정이 중요하며, 이것이 본 발명의 근간을 이룬다. 따라서, 이에 대해 도 4를 참조하며 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작방법을 구현하기 위한 장치의 구성을 나타낸 종단면도 및 횡단면도를 각각 보여주고 있다.

먼저, 본 방법에 의해 금형용 소재를 제작하기 위해서는 도면에 도시한 바와 같은 장치가 필요한 데, 이 장치는 열간단조금형과 유사한 형상을 갖는 주형(20)이 필요하게 된다. 이 주형(20)은 도 4b에서와 같이 대략 직사각형의 박스체로 일측부가 돌출하고 있어 그 단면이 대략 凸자형상을 이루며 상하가 개방된 주형측벽(30)과, 주형측벽(30)의 하부를 밀폐하는 바닥판(40)으로 이루어져 있다. 이 바닥판 (40)은 주형측벽(30)에서 분리가 가능할 뿐만 아니라, 그 내부에는 냉각수가 유동하는 냉각수통로(41)가 형성되어 있다. 이 냉각수통로(41)의 유입구(42)를 통해 냉각수를 유입시켜 냉각수통로(41)상을 유동시켜서 배출구(43)로 배출함으로써 주형(20)내에서 용해된 소재재료가 하부부터 냉각되게 한다. 이에 더하여, 주형측벽(30)에도 그 내부에 냉각수통로(31)가 형성되어 유입구(32)를 통해 유입된 냉각수가 유동하며 그 상부에 형성된 배출구(33)를 통해 배출되므로 주형(20)내에 용해된 소재재료를 하부에서부터 상부쪽으로 냉각응고시키게 된다.

특히, 바닥판(40)은 주형측벽(30)으로부터 하방으로 이동이 가능하며, 긴 길이의 금형용 소재가 필요할 때에는 주형하부의 바닥판(40)을 분리시켜 하방으로 이동이격시켜서 일정높이까지 응고된 소재(X)의 일정부분을 주형측벽(30)의 하방으로 출수시킨 상태에서 소재주조작업을 계속 진행하여 긴 길이의 금형용 소재를 제작하게 된다.

이와 같이 바닥판(40)과 주형측벽(30)으로 이루어져 상부가 개방된 주형(20)내부공간상에는 소재(X)의 재료가 되는 용해용전극(50)이 수직으로 삽입설치된다. 이 용해용전극(50)은 주형(20)내에 용융슬래그(Y)를 주입한 상태에서 용융슬래그 (Y)에 수직하게 그 단부(51)를 일정부분 잠입시켜 위치시키게 된다. 이와 같이 용융슬래그(Y)에 단부가 잠입된 용해용전극(50)과 바닥판(40)에 전류공급부(60)에서 도선(61a,61b)을 통해 전류를 인가하면 잠입된 전극선단부(51)에서 주울열(Joule Heat)이 발생하여 용해용전극(50)이 선단부부터 용해되게 된다. 이렇게 용해된 물방울 형상의 금속에 포함된 불순물은 높은 표면적으로 인해 표면쪽으로 이동하게 된다. 이 용해된 금속이 용융슬래그(Y)를 통과하는 동안에 불순물은 슬래그성분과 화학반응하여 제거되게 된다. 그로 인하여, 고순도의 용융금속만이 하부에 집적되게 되며, 이때 바닥판(40)과 접해 있는 부분은 바닥판(40)에 형성된 냉각수통로 (41)상을 흐르는 냉각수에 의해 냉각되어 주형내에 용융된 소재(X)를 상방향으로 응고시키게 된다. 물론, 주형측벽(30)내에도 냉각수가 하방에서 상방으로 유동하고 있으므로 소재(X)는 하부부터 상부쪽으로 냉각응고되게 된다.

위와 같이 하여 소재(X)가 주형(20)내에서 일정위치까지 응고된 이후 바닥판 (40)을 주형측벽(30)에서 분리시켜 하방으로 이동시키면서 응고된 소재(X)의 일정부분을 주형측벽(30)의 하방부로 출수시키고 나서 주형(20)내에서 소재(X)를 계속 용해응고시키면 계속적인 작업이 가능하여 긴 금형용 소재를 생산할 수 있게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전극용해주조법을 이용하여 대형 열간단조금형의 최종형상에 근접한 주형으로 금형용 소재를 제조함으로써 금형제작시 황삭가공을 적게하여 투입재료의 재료비를 줄이고, 생산단가를 절감할 뿐만 아니라 제작공정을 단순화시켜 생산공정의 효율을 극대화 할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 대형 열간단조금형용의 소재를 제작하는 장치에 있어서,

   상부가 개구되어 금형의 최종형상과 유사하게 그 횡단면이 대략 凸자형상을 이루며 내부에 하방으로부터 상방으로 유동하는 냉각수통로를 형성한 주형측벽과, 상기 주형측벽의 하단부를 밀폐하고, 하방으로 이동가능하며, 냉각수 통로를 형성한 바닥판으로 형성된 주형;

   상기 주형내에 만입되는 용융슬래그에 하단부가 잠입되게 입설되는 용해용전극; 및

   상기 용해용전극과 상기 주형의 바닥에 전류를 인가하여 용해용전극을 용융시키는 전원공급부를 포함하고,

   상기 주형내에서 용융된 용해용전극이 주형내를 유동하는 냉각수에 의해 하방에서 상방으로 가며 주형과 같은 형상으로 응고되는 것을 특징으로 하는 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작장치.
2. 대형 열간단조금형용의 소재를 제작하는 방법에 있어서,

   상기 금형의 최종형상과 유사한 횡단면을 갖는 주형내에 용융슬래그를 만입하고 용해용전극의 단부를 잠입입설시키는 단계;

   상기 용해용전극과 상기 주형의 바닥판에 전류를 인가시켜 용해용전극을 용해하는 단계;

   상기 용해된 금속을 하방으로부터 상향으로 냉각시켜 주형의 형상을 갖도록 응고시키는 단계;

   상기 하방의 용융금속이 소정위치까지 응고되면 상기 바닥판을 하강시키면서 계속적으로 용해용전극을 용융응고시켜 금형소재의 연속주조를 행하는 단계; 및

   상기 응고된 소재를 주형으로부터 취출하여 열처리하는 단계를 포함하는 전극용해주조법을 이용한 대형 열간단조금형용 소재제작방법.