KR100369458B1

KR100369458B1 - casting design, solidification method and metallic mould design of lead anode for manufacturing copper foil

Info

Publication number: KR100369458B1
Application number: KR10-2000-0043459A
Authority: KR
Inventors: 정신검
Original assignee: 정신검
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2003-01-24
Also published as: KR20020010179A

Abstract

본 발명은 금형의 외부면에 다단으로 설치되어 독립적으로 제어 가능하게 장치되는 외부히터(20)와, 상기 금형의 내부에 삽입과 취출이 가능하게 장치되는 내부히터(30)와, 상기 금형의 위쪽에 설치되는 용해로(40)에 연통되고 상기 금형의 내부에 이동 가능하게 되는 주입유도관(50)으로 이루어져, 외부히터(20)에 의해 외부온도가 100~300°C되도록 하고 내부히터(30)에 의해 내부온도가 200~300°C 되도록 선 예열하며 선 예열이 되면 내부히터를 취출하고 외부히터(20)에 의해 외부온도가 100~300°C를 유지하도록 하는 금형예열단계와; 상기 금형예열단계에 의해 예열된 금형에 납 용탕을 주입유도관(50)을 통해 금형의 안쪽 하부에 주입하는 용탕주입단계와; 상기 용탕주입단계에 의해 주입된 용탕을 외부히터(20)에 의해 200~400°C로 유지하면서 약 5~10분간 진정시켜 산화물과 비금속 개재물 및 기포가 부상되도록 하는 용탕진정단계와; 상기 용탕진정단계에 이어 주물의 응고가 하부에서 상부로 진행되도록 외부히터(20)의 발열상태를 제어하는 응고제어단계에 의해 제조하는 전해 동박제조용 납 양전극 제조방법 및 그 장치이다.The present invention is an external heater 20 is installed in multiple stages on the outer surface of the mold to be independently controllable, the internal heater 30 to be inserted and withdrawn in the mold, and the upper side of the mold It consists of an injection induction pipe 50 is connected to the melting furnace 40 is installed in the mold is movable inside the mold, the external temperature by the external heater 20 to 100 ~ 300 ° C and the internal heater 30 By preheating the preheating so that the internal temperature is 200 ~ 300 ° C by the preheating and the mold preheating step to take out the internal heater and to maintain the external temperature 100 ~ 300 ° C by the external heater 20; A molten metal injection step of injecting lead molten metal into an inner lower portion of the mold through an injection induction pipe 50 into the mold preheated by the mold preheating step; A molten metal calming step of allowing the molten metal injected by the molten metal injection step to be cooled by an external heater 20 at 200 to 400 ° C. for about 5 to 10 minutes to allow the oxides and non-metallic inclusions and bubbles to rise; A method for manufacturing an electrolytic copper foil lead electrode manufactured by the solidification control step of controlling the exothermic state of the external heater 20 so that the solidification of the casting proceeds from the lower part to the upper part after the molten metal calming step.

Description

TECHNICAL FIELD The manufacturing method and apparatus for lead positive electrode for electrolytic copper foil manufacturing {casting design, solidification method and metallic mold design of lead anode for manufacturing copper foil}

본 발명은 전해 동박(copper foil)을 제조하는 장치에서 양전극으로 사용되는 납(Pb)의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 주입과정에서 발생하는 산화물과 기포 등이 원활하게 부상되어 분리되도록 하고, 주물의 응고 및 냉각이 하부에서상부 쪽으로 진행되어 주물의 균열을 방지하며 주물조직이 고르도록 하는 것이다.The present invention relates to a method for producing lead (Pb) used as a positive electrode in the apparatus for manufacturing an electrolytic copper foil (copper foil) and to the apparatus, so that the oxides and bubbles generated during the injection process to rise and separate smoothly, The solidification and cooling of the casting proceeds from the bottom to the top to prevent the crack of the casting and to even out the casting structure.

일반적으로 회로기판소재로 이용되는 동박은 황산동(CuSO₄) 용액이 담겨진 수조에서 음전극인 티타늄 드럼과 납으로 된 양전극에 전류를 통전시키면, 전해작용에 의해 음전극상에 박판으로 석출된다.In general, a copper foil used as a circuit board material is deposited in a thin plate on a negative electrode by electrolytic action when an electric current is passed through a positive electrode made of titanium sulfate and lead, which is a negative electrode, in a tank containing copper sulfate (CuSOu) solution.

한편, 이러한 동박 제조설비의 납 양전극은 주조에 의해 제조하는데, 도 1에 도시된 것은 종래 납 양전극을 제조하기 위한 금형을 나타내는 부분 절개 사시도로서, 납 양전극의 일측 형상이 상부에 형성되는 하부금형(1)과 납 양전극의 타측 형상이 하부에 형성되고 상부에 내부 공간과 연통되는 여러 개의 압탕(4)이 형성되는 상부금형(2)이 착탈 가능하게 결합된다.On the other hand, the lead positive electrode of the copper foil manufacturing equipment is manufactured by casting, shown in Figure 1 is a partial cutaway perspective view showing a mold for manufacturing a conventional lead positive electrode, the lower mold (1 side shape of the lead positive electrode is formed on the top ( 1) and the upper mold 2 having the other shape of the lead positive electrode formed on the lower side and the several molds 4 communicating with the internal space on the upper side are detachably coupled.

또한, 종래 납 양전극의 제조는 하부금형(1)과 상부금형(2)을 결합하고, 압탕(4)들이 상부에 위치되도록 하부금형(1)을 지면에 수평하게 설치하며, 이렇게 설치된 금형을 예열시키고 한편으로 용탕에서 납을 용해시켜 용해시킨 납 용액을 예열된 상기 금형의 공간에 주입시켜 응고시키는 중력 주조법에 의해 주물로 제조하였다.In addition, in the manufacture of a conventional lead positive electrode, the lower mold 1 and the upper mold 2 are combined, and the lower mold 1 is horizontally installed on the ground so that the pressure baths 4 are positioned on the upper side, and the pre-heated mold is preheated. On the other hand, the lead solution dissolved by dissolving lead in the molten metal was injected into the space of the preheated mold to prepare a casting by gravity casting.

통상 이렇게 제조되는 주물은 응고될 때 수축이 발생되는데, 압탕(4)을 통해 공급되는 용액이 수축 분을 보충하도록 하고, 또한 주입시 발생되는 기포와 비금속 개재물들이 부상하여 압탕(4)을 통해 분리되도록 하였다.In general, the casting thus produced causes shrinkage when it solidifies, so that the solution supplied through the pressure bath 4 replenishes the shrinkage, and bubbles and non-metallic inclusions generated during the injection float to separate through the pressure bath 4. It was made.

그러나 이러한 종래 주조방법은 주물(3)의 응고가 완료되고 상온까지 냉각되는 과정에서 선 수축이 진행되는데, 이때 각 압탕(4)이 선 수축을 저해하는 요인이 되어 주물(3)의 각 부위에 균열이 발생되고, 금형에서 주물(3)을 탈형 시킬 때 주물(3)이 압탕(4) 부위에서 잘 탈거되지 않는 문제점이 있었으며, 이로 인해 탈형시 과도하게 힘이 가해 제품에 변형이 생기는 문제가 종종 발생되었다.However, in the conventional casting method, the line shrinkage progresses while the solidification of the casting 3 is completed and cooled to room temperature. At this time, each of the hot springs 4 becomes a factor that inhibits the line shrinkage. There was a problem that cracks were generated and the casting (3) was not easily removed from the hot water (4) when demolding the casting (3) in the mold, which caused excessive deformation and deformation of the product. Often occurred.

또한, 이러한 제조방법은 납 용액의 주입시 산화물과 비금속 개재물 등이 유입되게 되고, 기공과 수축공이 생기게 되는데, 납 용액이 응고하는 과정에서 상기 산화물과 개재물 및 기공, 수축공 등이 외부로 빠져나가지 못하고 주물(3) 내부에 그대로 잔류하게 되었다.In addition, such a manufacturing method is an oxide and non-metallic inclusions, such as when the lead solution is injected, the pores and shrinkage holes are generated, the oxide and inclusions, pores, shrinkage holes, etc. in the process of the lead solution solidifies It did not remain inside the casting (3).

이로 인해 종래 납 양전극은 고전류 밀도에서 행해지는 동박 제조작업시 전류 밀도가 불균일하게 되고, 종종 단락현상이 발생되어 제조설비의 가동이 중단되도록 하였으며, 비금속 개재물이 음전극상의 전해 동박에 동시에 석출되어 동박 불량을 일으키는 문제점이 있었다.As a result, the conventional lead electrode has a non-uniform current density during the copper foil manufacturing operation performed at a high current density, and often causes a short circuit to stop the operation of the manufacturing equipment. There was a problem causing.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점들을 해결하기 위해, 납 용탕을 수직으로 세워진 금형에 주입한 후 일정시간 진정시켜 주입과정에서 발생한 산화물과 기포 등이 원활하게 주물 상부로 부상되어 분리되도록 하고, 주물의 응고 및 냉각이 하부에서 상부 쪽으로 진행되어 수축으로 인한 용액을 충분히 공급하도록 하는 전해 동박제조용 납 양전극 제조방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention, after injecting lead molten metal into a vertical mold, soothing for a predetermined time so that oxides and bubbles generated during the injection process are floated to the upper part of the casting and separated, It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for manufacturing an electrolytic copper foil lead positive electrode in which solidification and cooling proceed from the bottom to the top to sufficiently supply a solution due to shrinkage.

도 1은 종래 납 양전극 제조방법에 사용된 금형을 나타내는 사시도1 is a perspective view showing a mold used in the conventional lead positive electrode manufacturing method

도 2는 본 발명 납 양전극 제조장치를 나타내는 단면도2 is a cross-sectional view showing a lead positive electrode manufacturing apparatus of the present invention.

도 3은 본 발명 납 양전극 제조방법에 사용된 금형을 나타내는 사시도Figure 3 is a perspective view showing a mold used in the method of manufacturing a lead positive electrode of the present invention

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 금형 11 : 압탕10: mold 11: pressure

12 : 주입컵 20 : 외부히터12: infusion cup 20: external heater

21 : 제어장치 30 : 내부히터21: control device 30: internal heater

40 : 용해로 41 : 탕도관40: melting furnace 41: water pipe

50 : 주입유도관 60 : 측정바50: injection guide tube 60: measuring bar

본 발명은 도 2와 도 3에 도시되는 바와 같이, 상부가 개방되고 납 양전극의 형상이 내부에 형성되는 금형(10)과, 금형(10)의 외부면에 다단으로 설치되어 독립적으로 제어 가능하게 장치되는 외부히터(20)와, 금형(10)의 내부에 삽입과 인출이가능하게 장치되어 전기적으로 예열이 가능하도록 되는 내부히터(30)와, 금형(10)의 일측 상부에 설치되는 용해로(40)에 연통되게 연결되고 금형(10)의 내부에 상하로 이동 가능하게 장치되는 주입유도관(50)으로 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.As shown in FIG. 2 and FIG. 3, a mold 10 having an upper portion open and a shape of a lead positive electrode formed therein and multiple stages installed on an outer surface of the mold 10 can be independently controlled. An external heater 20 to be installed, an internal heater 30 to be inserted into and withdrawn from the mold 10 and electrically preheated, and a melting furnace installed at an upper portion of one side of the mold 10 ( It is a basic feature of the technical configuration that is composed of the injection induction pipe 50 is connected in communication with the 40 and is provided to be movable up and down inside the mold (10).

여기에서, 금형(10)은 상형과 하형이 각기 지면에 대해 수직상태로 결합되고, 용탕이 주입되도록 되는 내부 공간의 상부가 개방되어 상단부에 내부와 연통되는 압탕(11)이 형성된다.Here, the mold 10 is coupled to the upper mold and the lower mold in a vertical state with respect to the ground, respectively, the upper portion of the internal space through which the molten metal is injected is opened, the pressure is formed in communication with the inside of the upper end.

외부히터(20)는 금형(10)의 외부면에 복수개가 상하방향 다단으로 장치되고, 각기 독립적으로 제어장치(21)에 제어 가능하게 연결되어 발열이 독립적으로 제어되게 된다. 이러한 외부히터(20)는 전기히터를 적용하여 전원을 제어할 수 있도록 제어장치(21)에 통전 가능하게 연결하거나, 가스히터를 적용하여 제어장치에 의해 가스의 공급을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.The external heater 20 is provided in a plurality of up and down multi-stage on the outer surface of the mold 10, each independently connected to the control device 21 to be controllable so that the heat generation is independently controlled. The external heater 20 is preferably connected to the control unit 21 so as to control the power supply by applying an electric heater, or by applying a gas heater to control the supply of gas by the control device.

또한, 내부히터(30)는 파이프 형태로 길게 형성되며, 내부에 발열하는 전열선이 장치되는 전기히터로 형성함이 바람직하다.In addition, the internal heater 30 is formed long in the form of a pipe, it is preferable to form an electric heater that is equipped with a heating wire that generates heat therein.

한편, 이러한 본 발명의 제조방법은 외부히터(20)에 의해 금형(10)의 외부온도가 100~300°C되도록 하고, 내부히터(30)에 의해 금형(10)의 내부온도가 200~300°C 되도록 선 예열하며, 선 예열이 되면 내부히터(30)를 금형(10) 외부로 취출하고 외부히터(20)에 의해 금형의 외부온도가 100~300°C를 유지하도록 하는 금형예열단계와; 상기 금형예열단계에 의해 금형(10)이 예열되면 용해로(40)에서 용해한 350~420°C의 납 용탕을 탕도관(41) 및 주입유도관(50)을 통해 금형(10)의 내부 안쪽에 주입하는 용탕주입단계와; 상기 용탕주입단계에 의해 용탕이 금형(10)의 내부에 주입되면 외부히터(20)에 의해 금형 외부온도를 200~400°C로 유지하면서 약 5~10분간 용탕을 진정시켜 주입시 혼입된 산화물과 비금속 개재물 및 기포가 부상되어 금형(10) 상단부의 개구부에 모이도록 하는 용탕진정단계와; 상기 용탕진정단계에 이어 측정바(60)에 의해 응고상태를 확인하면서 주물의 응고가 하부에서 상부로 진행되도록 일정 시간차를 두고 외부히터(20)의 발열상태를 제어하는 응고제어단계로 이루어진다.On the other hand, the manufacturing method of the present invention is such that the external temperature of the mold 10 by the external heater 20 to 100 ~ 300 ° C, the internal temperature of the mold 10 by the internal heater 30 is 200 ~ 300 Preheating the wire to be ° C, and when the preheating, the mold preheating step of taking out the internal heater 30 to the outside of the mold 10 and maintaining the outside temperature of the mold 100 ~ 300 ° C by the external heater 20 ; When the mold 10 is preheated by the mold preheating step, the molten lead of 350-420 ° C. dissolved in the melting furnace 40 is introduced into the inside of the mold 10 through the water supply pipe 41 and the injection induction pipe 50. Molten metal injection step of injecting; When the molten metal is injected into the mold 10 by the molten metal injection step, the molten oxide is calmed for about 5 to 10 minutes while maintaining the external temperature of the mold at 200 to 400 ° C by the external heater 20. A molten metal soaking step for allowing the non-metallic inclusions and bubbles to rise and collect in the opening of the upper end of the mold 10; The solidification control step of controlling the heating state of the external heater 20 with a predetermined time difference so that the solidification of the casting proceeds from the lower portion to the upper portion while checking the solidification state by the measurement bar 60.

이러한 본 발명은 금형예열단계에서 금형(10)이 예열되어 주입되는 용탕의 유동성이 좋도록 하고 주입된 용탕의 급냉각을 방지하여 주물 조직이 균일하도록 하며, 용탕주입단계에서 주입컵(12)과 주입유도관(50)에 의해 주입되어 용탕이 비산되는 것을 방지한다. 또한, 용탕진정단계에서 금형(10)의 내부로 주입된 용탕을 진정시켜 주입시 혼입된 산화물 등의 비금속 개재물과 기포가 원활하게 부상하여 압탕(11)부에서 용이하게 분리할 수 있도록 하고, 응고제어단계에서 주물의 응고가 금형(10)의 하부에서 상부로 점차적으로 점층 진행되도록 하여 응고시 발생되는 용탕의 수축 량을 연속적으로 공급할 수 있도록 하므로 수축에 의한 균열과 기포발생을 방지한다. 또한, 주물의 내부에 존재할 수 있는 산화물과 비금속 개재물은 비중 차로 인해 최상부인 압탕(11)부로 부상되게 되어 완전히 응고된 후 절단하여 버리면 되도록 되어 그 제거가 용이하도록 한다.In the present invention, the mold 10 is preheated in the mold preheating step to improve the fluidity of the injected molten metal and prevent rapid quenching of the injected molten metal so that the casting structure is uniform. It is injected by the injection induction pipe 50 to prevent the molten metal from scattering. In addition, in the molten metal calming step, the molten metal injected into the mold 10 is calmed so that non-metallic inclusions and bubbles, such as oxides mixed during the injection, float smoothly to be easily separated from the molten metal 11 and solidify. In the control step, the solidification of the casting gradually progresses gradually from the lower part of the mold 10 to the upper part so that the shrinkage amount of the molten metal generated during solidification can be continuously supplied, thereby preventing cracking and bubble generation due to shrinkage. In addition, the oxides and non-metallic inclusions that may be present in the casting are floated to the upper portion of the hot water pressure 11 due to the difference in specific gravity, so that the solidified solids may be cut off and then easily removed.

본 발명은 금형이 수직으로 세워져 주입과정에서 발생한 산화물과 기포 등이원활하게 주물 상부로 부상되어 분리되게 되고, 주물의 응고 및 냉각이 하부에서 점차 상부 쪽으로 진행되어 수축으로 인한 용액을 충분히 공급하도록 하므로 수축공 및 균열 발생을 효과적으로 억제하고 이로 인해 조직이 고른 고품질의 주물을 얻도록 한다.In the present invention, since the mold is erected vertically, oxides and bubbles generated during the injection process are floated to the upper part of the casting smoothly and separated, and the solidification and cooling of the casting proceeds gradually from the lower part to the upper part to sufficiently supply the solution due to shrinkage. It effectively suppresses the occurrence of shrinkage pores and cracks, thereby allowing the tissue to achieve an even, high quality casting.

Claims

The shape of the positive electrode is formed therein so that one side of the upper mold and the lower mold are respectively installed in a vertical state with respect to the ground, and the other side of the upper mold and the lower mold is opened and the pressure bath 11 is formed to cut after solidifying the open upper end. The mold 10, an external heater 20 which is installed in multiple stages independently on the outer surface of the mold and is electrically controllable, and an internal heater 30 which is inserted and withdrawn within the mold. And, the lead positive electrode manufacturing apparatus for electrolytic copper foil manufacturing, characterized in that it consists of an injection induction pipe 50 is connected in communication with the melting furnace 40 is installed on one side of the mold and is movable up and down inside the mold. .

The external temperature of the mold 10, which is installed in a vertical state with respect to the upper and lower molds by the external heater 20 capable of controlling heat in multiple stages, and the hot water 11 is formed at the upper end thereof, is 100 to 300 ° C. Preheat the mold so that the internal temperature of the mold is 200-300 ° C by the internal heater 30, and when the wire is preheated, the internal heater is removed to the outside of the mold and the external temperature of the mold is 100-300 ° by the external heater. A mold preheating step to maintain C; A molten metal injection step of injecting lead molten metal of 350 to 420 ° C. dissolved in the melting furnace 40 into the mold preheated by the mold preheating step through the injection induction pipe 50; A molten metal calming step of allowing the mixed molten oxide and non-metallic inclusions and bubbles to float during the injection while maintaining the molten metal injected by the molten metal at 200 to 400 ° C by the external heater; A solidification control step of controlling the heating state of the external heater at a predetermined time so that solidification of the casting proceeds from the lower portion to the upper portion after the molten metal calming step; After solidifying in the solidification control step, cooling to room temperature and cutting the upper pressure (11) part to complete the lead copper electrode manufacturing method for manufacturing a positive electrode.

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