KR100340205B1 - An Electro-Slag Casting apparatus and the method for manufacturing the engine's exhaust valve utilizing ESC - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은 대용량의 에너지를 소모하는 주괴인고트의 제작설비와 성형인고트 제작을 위한 단조설비를 일렉트릭 슬래그 캐스팅공정을 적용하여 단 하나의 주형장치부로 대체함으로써 전체공정을 간략화하여 생산성의 향상을 기한 일렉트로 슬래그 캐스팅장치 및 그를 이용한 박용엔진 배기밸브제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 제조공정은 우선 전극을 제작한 다음, 일렉트로 슬래그 캐스팅공정에 의해 최종형상과 흡사한 인고트를 제조하고 나서, 제조된 인고트를 열처리한 후, 정삭가공을 거쳐 최종 제품이 완성되게 된다. 이와 같이, 본 발명은 일렉트릭 슬래그 캐스팅공정을 적용함으로써 전체공정을 간소화함은 물론 소재 및 에너지를 절감할 수 있는 잇점을 가지고 있다.The contents of the disclosure are to replace the production equipment of ingot ingot which consumes a large amount of energy and forging equipment for manufacturing molding ingot by using the electric slag casting process, and to simplify the whole process to improve productivity by limiting the entire process. The present invention relates to an electroslag casting apparatus and a method for manufacturing a marine engine exhaust valve using the same. In the present manufacturing process, first, an electrode is fabricated, an ingot similar to the final shape is manufactured by an electroslag casting process, and then the manufactured ingot is heat treated, followed by finishing to complete the final product. As described above, the present invention has the advantage of reducing the material and energy as well as simplifying the overall process by applying the electric slag casting process.
Description
본 발명은 선박용 디젤엔진의 핵심부품인 배기밸브를 제조하는 시스템에 관한 것으로, 특히 대용량의 에너지를 소모하는 주괴인고트의 제작설비와 성형인고트 제작을 위한 단조설비를 일렉트릭 슬래그 캐스팅공정을 적용하여 단 하나의 주형장치부로 대체함으로써 전체공정을 간략화함은 물론 소재 및 에너지를 절감할 수 있는 일렉트로 슬래그 캐스팅장치 및 그를 이용한 박용엔진 배기밸브제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for manufacturing an exhaust valve which is a core part of a marine diesel engine, and in particular, the electric slag casting process is applied to the production equipment of the ingot got which consumes a large amount of energy and the forging facility for the production of the molding ingot. The present invention relates to an electro-slag casting apparatus capable of simplifying the entire process by saving only a mold unit and saving materials and energy, and a method for manufacturing a marine engine exhaust valve using the same.
일반적으로, 선박에는 그 추진력을 얻기 위하여 엔진을 구비하고 있다. 이러한 엔진으로는 디젤엔진이 많이 사용되고 있으며, 그에는 여러종류의 밸브들이 설치되어 있는 데, 이 밸브로는 통상 연료가 흡입되는 흡입밸브와 배기가스가 외부로 배출되는 배기밸브로 나눌 수 있다. 이중 배기밸브는 여러공정을 거쳐 제작되며, 그 핵심은 단조공정을 중심으로 하고 있다. 이에 대해서는 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.In general, a ship is provided with an engine to obtain its propulsion force. Diesel engines are widely used as such engines, and various types of valves are installed in the engines, which can be divided into an intake valve into which fuel is sucked in and an exhaust valve from which exhaust gas is discharged to the outside. The double exhaust valve is manufactured through various processes, and the core is centered on the forging process. This will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 종래의 선박엔진 배기밸브의 제조공정을 나타낸 흐름도로, 도시한 바와 같이 먼저 소재를 전로에서 용해하여 용강을 제조하여 주괴를 만든다.(단계100,102) 그런다음, 냉각된 주괴를 다시 가열하여 단조작업을 통하여 최종제품형상에 유사한 성형인고트(Ingot)를 제조하게 된다.(단계104,106,108) 이렇게 만들어진 성형인고트의 가공여유는 부위에 따라 상이하지만 통상 30~60mm정도가 무난하다. 그리고, 성형인고트는 다시 열처리를 거친 다음 최종적으로 정삭가공을 통하여 최종 제품이 완성되게 된다.(단계110,112)1 is a flowchart illustrating a conventional process of manufacturing a ship engine exhaust valve. As shown in the drawing, first, a raw material is dissolved in a converter to produce molten steel (steps 100 and 102). Then, the cooled ingot is heated again. Through the forging process, a molded ingot similar to the final product shape is manufactured. (Steps 104, 106, and 108) The processing margin of the molded ingot thus produced varies depending on the part, but is usually about 30 to 60 mm. Then, the molding ingot is subjected to heat treatment again, and finally the final product is finished through finishing (steps 110 and 112).
위와 같은 기존의 배기밸브의 제조공정은 복잡다단의 공정을 거치므로 작업시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라, 생산능률이 떨어지는 폐단이 있었다. 특히, 거의 단조공정에 의존하게 되므로 용강을 제조, 정련하여 주괴를 만들고, 이것을 다시 가열하여 단조성형하는 과정에서 큰 에너지의 소모를 요할 뿐아니라, 이에 따라 많은 환경오염물질이 배출되는 문제를 안고 있다. 기술한 것을 종합해 볼 때, 기존의 제조공정은 설치투자비 뿐만 아니라, 인력과 조업비용도 많이 소요되어 경제적인 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.Existing exhaust valve manufacturing process as described above is a complex stage, not only because it takes a long time, but also has a closed end of the production efficiency. In particular, since it is almost dependent on the forging process, molten steel is produced and refined to produce ingots, and the process of heating and forging again requires a large amount of energy, thereby causing a lot of environmental pollutants. . In summary, the existing manufacturing process, as well as the installation investment cost, manpower and operation costs are high, there is a problem that the economic efficiency is lowered.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 대용량의 에너지를 소모하는 주괴인고트의 제작설비와 성형인고트 제작을 위한 단조설비를 일렉트릭 슬래그 캐스팅공정을 적용하여 단 하나의 주형장치부로 대체함으로써 전체공정을 간략화함은 물론 소재 및 에너지를 절감할 수 있는 일렉트로 슬래그 캐스팅장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to devise to solve the above-mentioned drawbacks, by applying the electric slag casting process to the production equipment for the production of ingots and ingots that consume large amounts of energy. It is to provide an electro slag casting device that can simplify the whole process and save materials and energy by replacing only one mold apparatus part.
또, 본 발명의 다른 목적은 상기 일렉트로 슬래그 캐스팅장치를 이용한 박용엔진 배기밸브제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a marine engine exhaust valve using the electro slag casting apparatus.
도 1은 종래의 선박엔진 배기밸브의 제조공정을 나타낸 흐름도,1 is a flow chart showing a manufacturing process of a conventional marine engine exhaust valve,
도 2는 본 발명에 따른 일렉트로 슬래그 캐스팅을 이용한 박용엔진 배기밸브제조공정을 나타낸 흐름도,2 is a flow chart showing a marine engine exhaust valve manufacturing process using an electro-slag casting according to the present invention;
도 3은 본 발명에 적용되는 일렉트로 슬래그 캐스팅공정이 진행되는 장치의 구성을 나타낸 도면,3 is a view showing the configuration of a device undergoing an electro-slag casting process applied to the present invention,
도 4는 도 3에서 도시된 주형부의 구조를 나타낸 단면도,4 is a cross-sectional view showing the structure of the mold shown in FIG. 3;
도 5는 도 3에 도시한 주형내에서 용강거동 및 응고진행에 따른 공정을 설명하기 위한 도면,5 is a view for explaining the process according to the molten steel behavior and solidification progress in the mold shown in FIG.
도 6은 본 발명에 적용되는 ESC공정의 제어시스템을 나타낸 구성도.Figure 6 is a block diagram showing a control system of the ESC process applied to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명* Code descriptions for the main parts of the drawings
10 : 주형 11 : 덮개10: mold 11: cover
12 : 기저면판 13 : 열전대12: base plate 13: thermocouple
14 : 냉각벽 15 : 냉각수로14: cooling wall 15: cooling water
16 : 가이드롤러 17 : 가스배출구16: guide roller 17: gas outlet
20 : 슬래그주입구 30 : 하부이송대20: slag injection port 30: lower feeder
40 : 전극봉홀더 41 : 전극봉40: electrode holder 41: electrode rod
50 : 상부이송대 60 : 본체50: upper transfer table 60: main body
61 : 전동기 62 : 감속기61: motor 62: reducer
63 : 스크류이송봉 70 : 주전원변압기63: screw feed rod 70: main power transformer
71 : 대전류부스바 80 : 냉각수공급기71: high current booth bar 80: cooling water supply
90 : 냉각탑 300 : 용해속도제어기90: cooling tower 300: melt rate controller
400 : 상부이송대구동기 500 : 용탕면제어기400: upper feeder drive unit 500: molten metal surface controller
600 : 하부이송대구동기 700 : 용해전압설정기600: lower feeder drive 700: melter voltage setter
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일렉트로 슬래그 캐스팅장치는 선박엔진용 배기밸브를 제조하는 장치에 있어서, 상하동하는 하부이송대 및 상부이송대가 구비된 본체; 상기 하부이송대에 고정되어 상하동하며 제품형상에 부합되는 내부구조를 갖고, 가열 및 냉각을 위한 대전류인입단자와 냉각로가 형성된 주형부; 상기 주형부내부에 진입되어 용융되며, 상기 하부이송대에 장착되어 상하높이조절되는 소모성 전극봉; 상기 주형부에서 소요되는 냉각수를 배분하여 공급하고, 승온된 냉각수를 회수하는 냉각수공급기; 및 용해속도 및 용탕면의 준위를 제어하는 제어부를 포함한다.Electro slag casting apparatus according to the present invention for achieving the above object, the apparatus for manufacturing an exhaust valve for a marine engine, the main body is provided with the upper and lower lower carriage and the upper carriage; A mold part which is fixed to the lower feeder and moves up and down and has an internal structure conforming to a product shape and has a large current inlet terminal and a cooling path for heating and cooling; A consumable electrode rod which enters the mold part and is melted and is mounted on the lower feeder to adjust vertical height; A cooling water supplier for distributing and supplying the cooling water required by the mold and recovering the elevated cooling water; And a controller for controlling the dissolution rate and the level of the melt surface.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일렉트로 슬래그 캐스팅을 이용한 박용엔진 배기밸브제조방법은 선박엔진용 배기밸브를 제조하는 방법에 있어서, 전극을 제작하는 단계; 일렉트로 슬래그 캐스팅공정에 의해 최종형상과 흡사한 인고트를 제조하는 단계; 이렇게 제조된 인고트를 열처리하는 단계; 및 정삭가공을 거쳐 최종 제품을 완성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a marine engine exhaust valve using an electro slag casting, the method comprising the steps of: manufacturing an electrode; Manufacturing an ingot similar to a final shape by an electro slag casting process; Heat-treating the prepared ingot; And finishing the final product after finishing.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 일렉트로 슬래그 캐스팅을 이용한 박용엔진 배기밸브제조공정을 나타낸 흐름도이다.2 is a flow chart showing a marine engine exhaust valve manufacturing process using the electro-slag casting according to the present invention.
본 제조공정은 우선 전극을 제작한 다음, 일렉트로 슬래그 캐스팅공정에 의해 최종형상과 흡사한 인고트를 제조하게 된다.(단계200,202,204) 이렇게 제조된 인고트의 가공여유는 통상 10~25mm정도가 적정하다. 제조된 인고트는 열처리를 한 다음, 정삭가공을 거쳐 최종 제품이 완성되게 된다.(단계206,208)In this manufacturing process, an electrode is first manufactured, and then an ingot similar to the final shape is produced by an electroslag casting process. (Steps 200, 202, and 204) The ingot prepared in this way is usually about 10 to 25 mm. . The manufactured ingot is heat treated and then finished to finish the final product (steps 206 and 208).
본 발명에서는 인고트를 제조하는 공정이 하나의 ESC공정에 의해 이루어지는 데, 이제, 도 3 내지 도 5을 참조하여 ESC공정이 구현되는 장치 및 그 공정에 대해 상세히 설명한다.In the present invention, a process for manufacturing an ingot is performed by one ESC process, and now, an apparatus and a process for implementing the ESC process will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5.
도 3은 본 발명에 적용되는 일렉트로 슬래그 캐스팅공정이 진행되는 장치의 구성을 나타낸 도면이다.Figure 3 is a view showing the configuration of the apparatus that the electroslag casting process is applied to the present invention.
도시한 바와 같이, 본 캐스팅장치는 주형(10)과 슬래그주입구(20)를 지지하는 하부이송대(30)를 상하동가능케 구비하는 한편, 전극봉홀더(40)를 지지하는 상부이송대(50)가 상하동가능케 고정되는 본체(60)를 구비하고 있다. 이 본체(60)에는 상/하부이송대(30,50)의 구동을 위한 직류전동기(61)들이 설치되어 있는 데, 특히 상/하부이송대(30,50)는 각각의 직류전동기(61)에 의해 독립적으로 구동된다. 물론, 직류전동기(61)들의 동력은 그들과 연결된 감속기(62)들에 의해 감속되어 상/하부이송대(30,50)에 동력이 전달되게 된다. 즉, 감속기(62)를 거쳐 감속된 직류전동기(61)의 동력이 스크류이송봉(63)을 회전시킴에 의해 그와 나합된 상/하부이송대(30,50)를 상하구동하게 된다.As shown, the present casting device is provided with a lower conveyance table 30 for supporting the mold 10 and the slag inlet 20 can be moved up and down, while the upper conveyance table 50 for supporting the electrode holder 40 is up and down movable The main body 60 to be fixed is provided. The main body 60 is provided with direct-current motors 61 for driving the upper / lower feeders 30 and 50. In particular, the upper / lower feeders 30 and 50 are provided by respective direct-current motors 61. Driven independently. Of course, the power of the DC motors 61 is decelerated by the reducers 62 connected thereto so that power is transmitted to the upper / lower carriages 30 and 50. That is, the power of the DC motor 61 decelerated through the speed reducer 62 rotates the screw feed rod 63 to drive the upper / lower feed stages 30 and 50 combined therewith up and down.
전술한 하부이송대(30)는 주형부를 고정하고 스크류이송봉(63)을 따라 상하동하게 된다. 주형(10)부는 제품형상에 상응하는 내부구조를 가지며, 가열 및 냉각을 위한 대전류인입단자와 냉각로가 형성되어 있으며, 상부에는 보온, 유해가스, 분진등의 비산을 방지하는 덮개(11)와 소모성 전극봉(41)을 안정하게 진입지지하기 위한 가이드롤러(미도시)가 장착되어 있는 데, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 도 4를 참조하여 뒤에서 설명하기로 한다. 물론, 상부이송대(50)도 전극봉홀더(40)를 고정하고 스크류이송봉(63)을 따라 상승 또는 하강하여 전극봉홀더(40)의 높이를 조절하게 된다. 전극봉홀더(40)는 소모성 전극봉(41)을 장착고정하여 주형(10)내로 인입시키는 장치로, 대전류인입단자와 척력발생을 위한 유입실린더가 구비되어 있다.The lower transfer table 30 is fixed to the mold portion and moved up and down along the screw feed rod (63). The mold 10 has an internal structure corresponding to the shape of the product, and has a large current inlet terminal and a cooling furnace for heating and cooling, and a cover 11 to prevent scattering of warmth, harmful gas, dust, and the like. A guide roller (not shown) for stably entering and supporting the consumable electrode 41 is mounted, which will be described later with reference to FIG. 4. Of course, the upper transfer table 50 also fixes the electrode holder 40 and adjusts the height of the electrode holder 40 by raising or lowering along the screw transfer rod 63. The electrode holder 40 is a device that fixes the consumable electrode 41 and draws it into the mold 10. The electrode holder 40 includes a large current inlet terminal and an inflow cylinder for generating repulsive force.
주형(10)의 하부에는 기저면판(12)이 설치되어, 그 상부면은 주조의 기준면이 되며 제품인고트(Ingot)의 하부시편이 고정되어 부상하는 하부이송대(30)에 끌려가지 않도록 고정시키게 된다.The base plate 12 is installed in the lower part of the mold 10, the upper surface is a reference surface of the casting and the lower specimen of the product ingot (fixed) is fixed so as not to be attracted to the floating lower carrier (30). .
본 장치는 또한 주전원을 안정되게 공급하는 주전원변압기(70)를 구비하고 있으며, 그에 연결되어 주전원 2차측 대전류를 주형으로 인입시키는 대전류부스바(Busbar)(71)도 구비하고 있다. 이 대전류부스바(71)는 동편으로 만들어진 판선으로 구성되어, 그 전극봉(41)측 판선의 중간에는 전류변환기(CT)가 설치되어 있다.The apparatus also includes a main power transformer 70 for stably supplying main power, and is also provided with a large current busbar 71 connected to the main power secondary side current to mold. The large current bus bar 71 is composed of a plate line made of copper, and a current converter CT is provided in the middle of the plate line on the electrode bar 41 side.
또한, 본 장치는 주형(10)부에서 소요되는 냉각수를 배분하여 공급하고, 승온된 냉각수를 회수하는 냉각수공급기(80)를 구비하고 있다. 이 냉각수공급기(80)에는 각 회선별로 온도계와 압력계가 장치되어 있으며, 공급수의 유량을 조절할 수 있는 밸브와 유량계도 구비하고 있다. 게다가, 주형부에서 회수된 냉각수를 비산시켜 강제냉각시키기 위한 냉각탑(90)을 구비하고 있는 데, 이 냉각탑(90)은 집수조와 펌프를 구비하고 있다.Moreover, this apparatus is equipped with the cooling water supply unit 80 which distributes and supplies the cooling water required by the mold 10 part, and collect | recovers the heated cooling water. The cooling water supply unit 80 is provided with a thermometer and a pressure gauge for each line, and also has a valve and a flow meter for adjusting the flow rate of the supply water. In addition, a cooling tower 90 for scattering and forcibly cooling the cooling water recovered from the mold part is provided, and the cooling tower 90 is provided with a water collecting tank and a pump.
도 4는 도 3에 도시된 주형부의 구조를 상세하게 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 3에 도시한 주형내에서 용강거동 및 응고진행에 따른 공정을 설명하기 위한 도면이다.4 is a cross-sectional view showing in detail the structure of the mold shown in Figure 3, Figure 5 is a view for explaining the process according to the molten steel behavior and the solidification progress in the mold shown in FIG.
도 4에 도시한 바와 같이, 주형(10)은 제 1주형부(a)로부터 제 4주형부(d)가 위쪽으로 연결되어 형성되어 있다. 제 1주형부(a)는 배기밸브의 주조가 개시되는 한편 스템부를 성형하는 주형부로서, 부상시 탕면제어신호를 발생하는 열전대(13)가 설치되어 있다. 제 2주형부(b)는 배기밸브의 스템부 및 필렛부를 성형하는 주형부로서, 스템부 정상주조시 용해슬래그가 위치하는 구간이다. 제 3주형부(c)는 배기밸브의 필렛부를 성형하는 주형부로서, 헤드부 주형에 필요한 슬래그를 예열하는 구간이다. 그리고, 제 4주형부(d)는 배기밸브의 헤드부를 성형하는 주형부로 주조말기 핫-토핑(Hot-topping)을 수행하는 구간이다. 제 1주형부(a)로부터 제 4주형부(d)로 연결형성된 주형(10)의 내벽에는 냉각벽(14)이 밀착되어 있다. 이 냉각벽(14)은 용탕내부의 열을 흡수하여 냉각수로 전달하는 것으로, 그 내면부가 제품형상에 부합되도록 형성되어 있다. 특히, 이 냉각벽(14)은 열전도율이 높고 고온에서 내구성이 우수한 압연동이 주로 사용된다. 냉각벽(14)과 제 1주형부(a) 내지 제 4주형부(d)로 이뤄진 주형(10) 사이에는 냉각수로(15)가 형성되어 주형(10)을 냉각하게 된다. 한편, 제 1주형부(a)에 설치된 열전대(13)는 스템부 성형을 위해 주형(10)의 부상시 용탕면 위치신호를 발생하는 온도검출기로, 여기에서 발생되는 온도신호는 용탕면제어기로 인가되게 된다.As shown in FIG. 4, the mold 10 is formed by connecting the fourth mold part d upwardly from the first mold part a. The first mold part (a) is a mold part for forming a stem part while casting of an exhaust valve is started, and a thermocouple (13) for generating a water level control signal when floating is provided. The second mold part (b) is a mold part for forming the stem part and the fillet part of the exhaust valve, and is a section in which the molten slag is positioned during the normal casting of the stem part. The third mold part (c) is a mold part for forming the fillet part of the exhaust valve, and is a section for preheating slag necessary for the head part mold. In addition, the fourth mold part (d) is a mold part for forming the head part of the exhaust valve, and is a section in which hot-topping is performed. The cooling wall 14 is in close contact with the inner wall of the mold 10 connected to the fourth mold part d from the first mold part a. The cooling wall 14 absorbs heat in the molten metal and transfers it to the cooling water. The inner wall is formed to conform to the shape of the product. In particular, the cooling wall 14 mainly uses a rolled copper having high thermal conductivity and excellent durability at high temperatures. A cooling water path 15 is formed between the cooling wall 14 and the mold 10 including the first mold parts a to the fourth mold part d to cool the mold 10. On the other hand, the thermocouple 13 installed in the first mold (a) is a temperature detector for generating a molten metal position signal when the mold 10 rises to form the stem portion, the temperature signal generated here is a molten metal controller To be authorized.
기술한 바와 같이 제 1주형부(a)로부터 제 4주형부(d)가 위쪽으로 연결되어 형성된 주형(10)의 상부에는, 즉 제 4주형부(d)의 위쪽에는 덮개(11)가 장착되어 있는 데, 이 덮개(11)는 주조중 보온 및 유해가스, 분진 등의 비산을 방지하는 역할을 담당하며, 그 상부에는 소모성 전극봉(41)이 주형(10)내로 안정되게 장입될 수 있도록 지지하는 가이드롤러(16)가 취부되어 있다. 또한, 덮개(11)에는 그 일측면으로 가스배출구(17)가 형성되어 있으며, 상부측으로는 슬래그를 주형에 투입할 수 있는 슬래그주입구(20)가 설치되어 있다.As described above, the lid 11 is mounted on the upper part of the mold 10 formed by connecting the fourth mold part d upwardly from the first mold part a, that is, above the fourth mold part d. The cover 11 serves to prevent the thermal insulation and scattering of harmful gases, dust, and the like during casting, and to support the consumable electrode 41 to be charged into the mold 10 in a stable manner. The guide roller 16 is attached. In addition, the cover 11 is provided with a gas outlet 17 on one side thereof, and a slag inlet 20 through which the slag can be injected into the mold.
도 5는 주형내에 소모성 전극봉을 진입시켜 용융시킴에 따라서 배기밸브가 순차적으로 응고되며 제조되는 과정을 설명하기 위한 것으로, 전극봉(41)이 인입된 주형(10)내의 최상부는 아크저항열을 발생시키는 액상의 용해슬래그층(L1)으로 소모성 전극봉(41)이 용해되어 침하되면서 용강내부의 불순물을 부상시키게 된다. 용해슬래그층(L1)의 하부는 용강영역(L2)으로 침하된 용강이 응고되기 전의 활성영역이며, 내부 불순물과 가스성분을 충분하게 배출할 수 있는 깊이를 갖는다. 이 용강영역(L2)의 상부선은 용탕면이 되고 하부선은 액상선이 된다. 용강영역(L2)의 하부에는 반응고영역(L3)이 존재하는 데, 이 영역은 응고진행방향을 결정하는 영역으로 제품의 질을 결정하게 된다. 이 반응고영역(L3)은 그 상부선이 액상선이 되고, 그 하부선이 응고선이 된다. 반응고영역(L3)의 하부는 응고가 진행되는 영역(L4)으로 제품조직의 질을 결정하는 요소로 작용한다. 또 그 하부는 응고되어 성형된 성형인고트(I)이다.FIG. 5 illustrates a process in which the exhaust valve is solidified and manufactured sequentially as the consumable electrode is introduced into the mold and melted. The uppermost portion of the mold 10 into which the electrode 41 is introduced generates arc resistance heat. As the consumable electrode 41 is dissolved and settled into the liquid molten slag layer L1, impurities in the molten steel are raised. The lower portion of the molten slag layer L1 is an active region before the molten steel settled into the molten steel region L2 is solidified, and has a depth capable of sufficiently discharging internal impurities and gas components. The upper line of this molten steel area L2 becomes a molten surface, and the lower line becomes a liquid line. In the lower part of the molten steel region L2, there is a reaction solid region L3, which is a region that determines the direction of solidification progression. In this reaction solid region L3, the upper line becomes a liquid line and the lower line becomes a solidification line. The lower part of the reaction solidification region L3 is a region L4 where the solidification proceeds and serves as an element for determining the quality of the product tissue. Moreover, the lower part is the molding ingot I solidified and shape | molded.
도 6은 본 발명에 적용되는 ESC공정의 제어시스템을 나타낸 구성도이다.Figure 6 is a block diagram showing a control system of the ESC process applied to the present invention.
본 제어시스템은 용해속도를 제어하는 용해속도제어기(300)를 구비하고 있다. 용해속도는 주로 용해전압과 전류, 그리고 냉각수량의 설정값에 따라 결정된다. 본 발명에서 용해속도제어는 용해전류의 궤환값을 설정치와 실시간 비교하여 자동으로 추종하는 방식을 택하고 있다. 이때, 용해속도의 설정은 수동 또는 프로그램에 의한 자동설정이 가능하게 구성된다.The control system includes a dissolution rate controller 300 for controlling the dissolution rate. The rate of dissolution is mainly determined by the setpoint of the dissolution voltage and current and the amount of cooling water. In the present invention, the dissolution rate control adopts a method of automatically following the feedback value of the dissolution current by comparing the set value with the set value in real time. At this time, the setting of the dissolution rate is configured to enable manual or automatic program setting.
용해속도제어기(300)의 제어신호는 상부이송대(50)를 구동하는 상부이송대구동기(400)에 인가되어 점호신호가 된다. 상부이송대구동기(400)는 상부이송대구동전동기(61a)의 전원장치로서, 사이리스터(Thyristor)장치로 구성되어 있다. 상부이송대구동기(400)에서 출력된 동력은 감속기(62a)를 거쳐 스크류이송봉(63a)을 회전시킴으로써 상부이송대(50)를 승하강시키게 된다. 이에 따라 상부이송대(50)에 고정되는 소모성 전극봉(41)의 높이조절이 가능하게 된다.The control signal of the dissolution rate controller 300 is applied to the upper feeder driver 400 for driving the upper feeder 50 to become a firing signal. The upper transfer table driver 400 is a power supply device of the upper transfer table drive motor 61a and is configured as a thyristor device. The power output from the upper feeder driver 400 raises and lowers the upper feeder 50 by rotating the screw feed rod 63a via the reduction gear 62a. Accordingly, it is possible to adjust the height of the consumable electrode 41 fixed to the upper transfer table (50).
또한, 본 시스템은 용탕면제어기(500)를 구비하고 있다. 용탕면의 준위는 주로 용해속도와 주형의 부상속도에 따라 결정된다. 본 발명은 주형(10)의 부상속도를 제어함으로써 용탕면의 준위를 설정치로 추종할 수 있도록 설계되어 잇다. 용탕면의 준위는 주형에 장치된 열전대(13)로서 검출되며, 이렇게 검출된 준위신호는 용탕면제어기(500)를 통해 주형(10)을 구동하는 하부이송대구동기(600)의 점호신호로 변환된다. 하부이송대구동기(600)는 하부이송대구동전동기(61b)의 전원장치로서 사이리스터장치로 구성되어 있다.In addition, the present system includes a molten metal controller 500. The level of the melt surface is mainly determined by the dissolution rate and the float speed of the mold. The present invention is designed to follow the level of the molten surface to a set value by controlling the floating speed of the mold (10). The level of the melt surface is detected as a thermocouple 13 mounted on the mold, and the detected level signal is converted into a firing signal of the lower feeder driver 600 for driving the mold 10 through the melt surface controller 500. do. The lower feeder drive motor 600 is constituted by a thyristor device as a power supply device of the lower feeder drive motor 61b.
본 제어시스템은 주형부에 전원을 인가하는 전기장치인 주전원변압기(70)를 구비하고 있으며, 이 주전원변압기(70)는 2차측 단자전압을 조절할 수 있도록 1차측에 OLTC가 구비되어 있을 뿐아니라 각종 안전장치 및 조절장치가 설치되어 있다.The control system includes a main power transformer 70, which is an electric device for supplying power to the mold. The main power transformer 70 is provided with OLTC on the primary side to control the secondary terminal voltage. Safety devices and controls are installed.
본 시스템에는 용해전압설정기(700)도 구성되어 있어, 이를 통해 주전원변압기(70)의 1차측(고압측) 전압설정단자의 스텝(Step)을 조절하여 용해전압을 설정하는 방식을 채택하고 있다. 특히, 용해전압설정기(700)는 OLTC시스템을 채용하여 부하중에서도 탭(Tap)전환이 가능하도록 되어 있으며, 전압설정은 시계열함수 프로그램에 따라 자동적으로 수행되도록 구성되어 있다.In this system, the melting voltage setter 700 is also configured, and the melting voltage setter 700 is controlled to adjust the step of the primary voltage setting terminal of the main power transformer 70 to set the melting voltage. . In particular, the melt voltage setter 700 is adapted to switch the tap even under load by adopting the OLTC system, the voltage is configured to be automatically performed according to the time series function program.
도 3 내지 도 6을 참조하여 ESC를 이용한 인고트제조공정에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 3 to Figure 6 describes the ingot manufacturing process using ESC as follows.
주형(10)내에 슬래그를 슬래그주입구(20)를 통해 주입하고 소모성 전극봉(41)을 전극봉홀더(40)에 장착하여 주형(10)내부로 인입시킨다. 이때, 전극봉(41)은 전극봉홀더(40)가 고정되어 있는 상부이송대(30)를 상하동시켜 그 높이를 조절하게 된다. 그러기 위해서는 상부이송대구동기(400)를 구동시켜 전동기(61a) 및 감속기(62a)를 거쳐 스크류이송봉(63a)을 회전시킴에 의해서 전극봉(41)의 높이조절이 가능하게 된다.The slag is injected into the mold 10 through the slag inlet 20, and the consumable electrode 41 is mounted on the electrode holder 40 and drawn into the mold 10. At this time, the electrode 41 is moved up and down the upper transfer table 30, the electrode holder 40 is fixed to adjust the height. To this end, the height of the electrode rod 41 can be adjusted by driving the upper transfer table driver 400 to rotate the screw transfer rod 63a via the electric motor 61a and the reduction gear 62a.
위와 같이 주형(10)내에 위치된 소모성 전극봉(41)을 주형(10)내의 슬래그풀(Slag Pool)에서 저항가열에 의해 용융하게 된다. 이로 인해, 순수한 용강이 얻어지게 되며, 이때 용해속도는 용해속도제어기(700)로 그리고, 용탕면제어기(500)로 주형(10)의 부상속도를 제어하여 용탕면의 준위를 제어하게 된다. 이때, 용탕면의 준위는 열전대(13)로 검출되며, 검출된 준위신호는 용탕면제어기(500)를 통해 하부이송대구동기(600)를 구동하여 주형(10)을 부상시키게 된다.As described above, the consumable electrode 41 positioned in the mold 10 is melted by resistance heating in a slag pool in the mold 10. Due to this, pure molten steel is obtained, in which the dissolution rate is controlled by the dissolution rate controller 700 and the melt surface controller 500 to control the floating speed of the mold 10 to control the level of the melt surface. At this time, the level of the molten metal is detected by the thermocouple 13, and the detected level signal drives the lower transfer table driver 600 through the molten metal controller 500 to infuse the mold 10.
이렇게 주형(10)을 부상시키며 용융된 전극봉(41)을 다시 급속하게 응고시켜 인고트를 제조하게 된다. 다시 말해, 인고트의 하부는 기저면판(12)에 고정된 상태에서 하부이송대(30)가 상승하면서 그에 고정된 주형(10)도 상승하여 제조하고자 하는 배기밸브와 흡사한 제품인고트가 얻어지게 된다. 이때, 응고방향과 결정의 크기등의 조직을 제어하여 주조상태에서 물성치 향상은 물론 최종제품형상에 가까운 제품을 제조하게 된다.In this way, the mold 10 is floated, and the molten electrode 41 is rapidly solidified again to manufacture an ingot. In other words, as the lower portion of the ingot is fixed to the base plate 12, as the lower carriage 30 is raised, the mold 10 fixed thereto is also raised to obtain a product ingot similar to an exhaust valve to be manufactured. . At this time, by controlling the structure of the solidification direction and the size of the crystals, as well as improving the physical properties in the casting state as well as manufacturing a product close to the final product shape.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 일렉트로 슬래그 캐스팅을 이용한 박용엔진 배기밸브제조방법은 대용량의 에너지를 소모하는 주괴인고트의 제작설비와 성형인고트 제작을 위한 단조설비를 일렉트릭 슬래그 캐스팅공정을 적용하여 단 하나의 주형장치부로 대체함으로써 전체공정을 간소화하여 생산성을 향상할 수 있는 잇점을 가지고 있다. 또한, 본 발명은 ESC공정에 의해 제조되는 인고트의 가공여유가 기존공정에 의해 제조되는 인고트의 가공여유에 비해 1/3정도 밖에 되어 않아 소재회수율을 높여 재료비를 절감할 수 있으며, 에너지도 절약할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이와 같이 본 발명은 설비투자비와 인력 및 조업비용을 절감할 수 있다. 더욱이, 환경오염을 부추기는 에너지를 적게 사용함으로써 환경오염을 억제할 수 있는 효과도 가지고 있다.As described above, the method for manufacturing a marine engine exhaust valve using the electroslag casting of the present invention uses the electric slag casting process by applying the electric slag casting process to the production equipment of the ingot ingot which consumes a large amount of energy and the forging equipment for the production of the molded ingot. By replacing only one mold unit, it has the advantage of improving productivity by simplifying the whole process. In addition, the present invention is the processing margin of the ingot manufactured by the ESC process is only about 1/3 compared to the processing margin of the ingot manufactured by the existing process, so that the material recovery rate can be increased and the material cost can be reduced. It has the advantage of saving. As such, the present invention can reduce equipment investment costs, manpower, and operation costs. Moreover, it has the effect of suppressing environmental pollution by using less energy to encourage environmental pollution.
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