KR100371957B1 - 레비테이션용해방법및용해·주조방법 - Google Patents

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다이도 도꾸슈꼬 가부시끼가이샤
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 레비테이션(전자기 부양)용해방법및 용해 · 주조방법에 관계하고, 더욱 상세히는 용해용 도가니의 내부에 넣은 재료를 유도가열하고, 그 용해한 용탕을 용해용 도가니의 내벽면에 접촉시킴없이 유지하는 레비테이션 용해방법 및 레비테이션 용해방법에 의해 얻어진 용탕을 주형에 주입하여 용해 · 주조하는 방법에 관한것으로 있다.
2. 발명이 해결하려 하는 기술적 과제
용탕과열도의 적정한 설정및 유지, 청정한 용탕의 주입방법및 효율적인 주입작업.
3. 발명의 해결방법의 요지
용해용 도가니(12)의 외측에 감은 고주파유도코일(20)에 고주파전류를 흐르게 하는 것에 의해 상기 용해용 도가니(12)내에 넣은 재료(22)를 유도가열하고,그 결부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕(22a)를 용해용 도가니(12)의 내벽면에 대해서 비접촉상태로 끌어올리는 레비테이션 용해방법에 있어서, 상기 고주파 유도코일(20)에 대한 고주파 전원의 입력P(kw)와, 상기 용해용 도가니(12)의 내밑부반경 R(mm) 및 용탕(22a)의 과열도 △T(℃)가 P / R2= △T · ( 0. 0008 - 0. 002 )의 관계를 만족한다.
4. 발명의 중요한 용도
에너지 효율성의 향상, 주형의 손상없는 조업달성, 청정한 용탕의 주형으로의 안정적인 주입으로인한 생산효율향상.

Description

레비테이션 용해방법 및 용해·주조방법
본 발명은 레비테이션(전자기 부양) 용해방법 및 용해 · 주조방법에 관계하며, 더욱 상세히는 용해용 도가니의 내부에 넣은 재료를 유도가열하고, 그 용해한 용탕을 용해용 도가니의 내벽면에 접촉시킴없이 유지하는 레비테이션 용해방법 및 레비테이션 용해방법에 의해 얻어진 용탕을 주형에 주입하여 용해 · 주조하는 방법에 관한 것이다.
각종의 금속재료를 용해용 도가니에 넣어 용해할 때에, 용해된 용탕이 도가니 내벽면에 접촉하여 생기는 화학반응에 의해 오염되는 것을 방지하므로서 품질향상을 달성하는 용해방법의 하나로, 레비테이션 용해방법이 알려쳐 있다.
이 레비테이션 용해방법에는, 전자기력에 의해 용탕을 공간에 완전히 부양시키는 풀(full) 레비테이션 용해방법과, 수냉 동(銅)도가니를 사용하여 재료의 밑부를 응고상태로 유지하면서 전자기력에 의해 용탕을 끌어올리는 세미(semi) 레비테이션 용해방법이 있다,
풀 레비테이션 용해방법에서는, 용탕을 완전히 부양시키기 때문에 용해용 도가니로부터의 오염을 완전히 방지할 수는 있지만, 용탕을 부양상태로 유지하는 것이 어림고 또한 부양시킬수 있는 용탕의 양이 적기 때문에 공업적으로는 세미 레비테이션 용해방법이 응용되고 있다.
상기 세미 레비테이션 용해방법의 개략을 설명하면, 그 용해방법에 사용되는 수냉 동도가니는, 유저원통상으로 형성된 본체의 둘레벽이, 그 둘레방향으로 분할되어 내부에 냉각수가 순환공급되는 복수의 분할부로 구성됨과 동시에 각 분할부는 절연재료에 의해 상호 절연상태를 유지하도록 되어있다.
또한, 수냉 동도가니의 외측에는 도너츠 형상으로 고주파 유도코일이 소요의 환상 간격을 유지해서 배치되어 있으며, 그 도가니의 내부에 재료를 넣음과 동시에, 그 유도코일에 고주파전류를 통전하는 것에 의해 재료가 유도 가열된다.
그리고, 재료가 소요온도까지 가열되면, 그 재료는 수냉 동도가니의 내밑부에 접촉하는 밑부가 응고상태로 유지되면서 일부가 용해되고, 그 용탕이 도가니내에 침투하는 전자기력에 의해 내벽면에 대하여 비접촉상태로 끌어올려져 유지된다.
상술한 세미 레비테이션 용해방법에 있어서는, 수냉 동도가니의 내벽면에 비접촉상태로 끌어올려져 유지된 용탕의 과열도 [금속재료의 융점을 기준(0℃)으로 하는 온도]를 적절히 유지할 필요가 있다.
즉, 세미 레비테이션 용해방법에 의해 얻어진 용탕을 주형에 주입할 때, 그용탕의 온도가 낮으면 탕회전 불량을 초래하여 제품에 결함을 발생시키고, 또한 용탕이 온도가 높으면 주형 자체를 손상시킬 우려가 있기 때문에 용탕의 과열도를 적절히 유지할 필요가 있다.
상기 용탕의 과열도는, 유도코일에 대한 고주파 전류의 입력값, 수냉 동도가니의 크기, 재료의 재질 등의 각종의 조건에 따라 다르기 때문에, 용탕의 과열도를 주조에 적절한 온도로 유지한 상태로 효율적인 조업을 행하기 위해서는, 각 조건을 적절히 설정할 필요가 있다.
그렇지만, 수냉 동도가니나 유도코일 등의 용해설비의 설계단계에서, 과열도를 예측하여 장치를 설계하거나, 유도코일로의 고주파전원의 입력값등의 조업조건을 설정하는 것은 곤란하다.
즉, 종래는 실험장치를 사용해서 상술한 각 조건을 변경하면서, 최적인 조건을 많은 수고와 시간을 투자해서 발견하고 있는 현실이다,
또한, 현재는 용탕의 과열도를 어느 정도로 설정하면 가장 주조에 적정한가 하는 것도 확립되어 있지 않다.
또, 수냉 동도가니내에서의 용탕의 상태(끌어올려 유지한 상태)를 어떠한 조건으로 설정하면, 용탕을 도가니 내벽면에 접촉시킴없이 안정적으로 유지하면서 그 용탕을 적정한 과열도로 유지할 수가 있는가도 확립되어 있지 않다.
또한, 품질이 양호한 주물제품을 주조하기 위해서는, 세미 레비테이션 용해방법에 의해 얻어진 오염되어 있지 않은 용탕을 청정한 그대로 주형에 주입할 필요가 있지만, 이 주입방법 및 주입작업을 효율적으로 행하기 위한 제반 조건도 확립되어 있지 않은 실정이다.
본 발명은 상술한 레비테이션 용해방법 및 용해 ·주조방법에 내재되어 있는 상기 결점에 감안해서 이를 적절히 해결하고자 이루어진 것으로서, 용탕의 과열도를 예측하여 용탕설비의 설계나 조업조건을 간단히 설정할 수가 있고, 또한 주조에 적합한 과열도로 용탕을 유지한 상태로 효율적인 조업을 달성할 수가 있으며, 겸하여 용해용 도가니내에서의 용탕을 적정한 상태로 유지할 수가 있음과 동시에, 용탕의 효율적인 주입을 달성할수 있는 레비테이션 용해방법 및 용해 · 주조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 극복하고, 소기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관계하는 레비테이션 용해방법은, 용해용 도가니의 외측에 감은 고주파 유도코일에 고주파전류를 흘리는 것에 의해, 상기 용해용 도가니내에 넣은 재료를 유도가열하고, 그 밑부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕을 용해용 도가니의 내벽면에 대하여 비접촉상태로 끌어올리는 레비테이션 용해방법에 있어서,
상기 고주파 유도코일에 대한 고주파 전원의 입력 P(kw)와, 상기 용해용 도가니의 내밑부반경 R(mm), 및 용탕(22a)의 과열도 △T(℃)가,
P/R2= △T·(0.0008 ∼ 0.002)
의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 목적을 달성하기 위한 본원의 별개의 발명에 관계하는 레비테이션 용해방법은, 용해용 도가니의 외측에 감은 고주파 유도코일에 고주파 전류를 흘리는 것에 의해, 상기 용해용 도가니내에 넣은 재료를 유도가열하고, 그 밑부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕을 용해용 도가니의 내벽면에대하여비접촉상태로 끌어올리는 레비테이션 용해방법에 있어서,
상기 응탕의 과열도 △T(℃)를, 20∼300℃의 범위에서 조업하도록 한것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본원의 별개의 발명에 관계하는 용해 · 주조방법은, 용해용 도가니의 외측에 감은 고주파 유도코일에 고주파 전류를 흘리는 것에 의해, 상기 용해용 도가니내에 넣은 재료를 유도가열하고, 그 밑부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕을 용해용 도가니의 내벽면에 대하여 비접촉상태로 끌어올려, 이 용탕을 주형에 주입하는 용해 · 주조방법에 있어서,
상기 용해용 도가니내에 있어서의 용탕 중앙의 높이 H(mm)와 용해용 도가니의 내경 D(mm)의 관계가, H/D 〉 0.5로 되는 상태로 용해를 행하고,
상기 용해용 도가니의 상방으로부터 스노우트를 달아내려 그 아래끝을 용탕에 몰입시키며,그 스노우트의 아래끝의 높이 H 1 (mm)를 용해용 도가니의 내밑부 보다 5mm 이상 높은 위치로 함과 동시에, 그 스노우트의 몰입길이 H 2 (mm)를 10mm 이상으로 유지한 상태에서,그 스노우트를 통하여 용탕을 주형내로 주입하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본원의 또 다른 별개의 발명에 관계하는 용해· 주조방법은, 용해용 도가니의 외측에 감은 고주파 유도코일에 고주파 전류를 흘리는 것에 의해, 상기 용해용 도가니내에 넣은 재료를 유도가열하고, 그 밑부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕을 용해용 도가니의 내벽면에 대하여 비접촉상태로 끌어올려, 이 용탕을 주형에 주입하는 용해 · 주조방법에 있어서,
상기 용해용 도가니내에 있어서의 용탕 중앙의 높이 H(mm)의 1/2의 위치에서의 용탕의 외표면과, 용해용 도가니의 내벽면과의 틈새 S(mm)를 3∼10mm의 범위에서 용해를 행하고,
상기 용해용 도가니의 상방으로부터 스노우트를 달아내려, 그 아래끝을 용탕에 몰입시키며,그 스노우트의 아래끝의 높이 H 1 (mm)를 용해용 도가니의 내밑부 보다 5mm 이상 높은 위치로 함과 동시에, 그 스노우트의 몰입길이 H 2 (mm)를 10mm 이상으로 유지한 상태에서,그 스노우트(26)를 통하여 용탕을 주형내로 주입하는 것을 특징으로 한다.
[실시예]
다음으로 본 발명에 관계하는 레비테이션 용해방법 및 용해 · 주조방법에 대해서 바람직한 실시예를 들어 첨부도면을 참조하면서 이하 설명한다.
또한, 본 명세서에서의 도가니의 내밑부반경(로내반경)으로는, 밑부의 단면형상이 원형의 것에 한정되지 않으며, 원형 이외의 단면형상의 것에 있어서는 원형으로 가상한 경우의 반경도 포함하는 것으로 하여 사용된다.
제 1도는 레비테이션 용해방법을 실시하는 용해장치의 개략 구성도로서, 용해장치(10)을 구성하는 용해용 도가니(12)는 동을 재질로 하여 유저 원통형상으로형성되며, 그 둘레벽에는 둘레방향에 소요 간격으로 복수의 슬릿(14)가 형성되어 있다.
각 슬릿(14)는, 용해용 도가니(12)에 있어서의 지름방향의 내외방향으로 개방함과 동시에 축방향으로 소요 길이로 뻗고, 그 슬릿(14)의 형성부위에 있어서 도가니(12)의 둘레벽은 둘레방향으로 분할된 복수의 분할부(16)에 의해 구성된다.
또한, 각 슬릿(14)에는 내화 세라믹 등의 절연재료(18)이 충전되어 있으며, 이에 의해 각 분할부(16)은 상호 절연상태를 유지하도록 되어 있다.
상기 각 분할부(16)의 내부에는 냉각수가 순환공급되는 통로(도시생략)가 슬릿(14)와 평행하게 형성되며, 그 통로를 순환하는 냉각수에 의해 용해용 도가니(12)를 냉각하도록 구성되어 있다.
또한, 용해용 도가니(12)의 외측에 도너츠 형상으로 고주파 유도코일(20)이 소요의 환상 간격을 유지하면서 배치되며, 그 유도코일(20)에 고주파전류를 흘리는 것에 의해, 그 도가니(12)의 내부에 넣은 재료(22)가 유도가열되도록 되어 있다.
또, 용해용 도가니(12)이 내밑부에는 상면이 원호상으로 형성된 응고 쉘(24)가 형성되며 그 원호상의 로밑부(24a)에 재료(22)가 넣어져 얹혀지도록 구성된다.
이에 의해 응고쉘(24)의 로밑부(24a)에 넣어진 재료(22)는, 유도가열된 때에 그 쉘(24)에 접촉하는 밑부가 응고상태로 유지되면서 용해된 용탕(22a)가, 도가니내에 침투하는 전자기력에 의해 내벽면에 대해 비접촉상태로 끌어올려지도록 되어 있다.
여기서, 일반적으로 레비테이션 용해방법은, 재료(22)를 고온으로 가열할 수가 있기 때문에, 티탄 등의 고융점 활성금속의 용해에 적합하다.
한편, 풀 레비테이션 용해방법에 의해 용해되는 용탕으로부터의 방열은, 폭사열 손실만에 의한 것이므로, 대단히 고온으로 되고 만다는 문제가 있다.
이에 대하여 실시예와 같은 세미 레비테이션 용해방법에선, 용해되는 용탕(22a)로부터의 방열은, 폭사열 손실과 로밑부(24a)로부터의 전도열 손실로 되기 때문에, 풀 레비테이션 용해방법 보다 용탕(22a)의 온도를 낮게 설정할 수가 있어 주조에 적합한 온도로 제어가능하다.
(제 1 의 레비테이션 용해방법에 대해서)
상술한 구성의 용해장치(10)에 의해 실시되는 세미 레비테이션 용해방법에서는, 용해용 도가니(12)의 내부에서 용해된 용탕(22a)의 과열도는 급속히 평형으로 된다.
이 평형상태를 나타내는 열류 모델을 제 2도에 나타낸다.
이 모델에 있어서의 평형식은 다음의 식과 같다.
p ; 전원입력(kw)
n ; 용탕으로의 전력몰입효율(-)
△T ; 과열도(℃)
δ ; 용탕밑부 응고계면의 액체측 경계층 두께(1mm)
λ ; 정지상태의 용탕의 열전도율(kw/mm℃)
α ; 용해용 도가니밑부(로밑부(24a))에 있어서의 재료응고계면의 방열면 형상정수(-)
R ; 용해용 도가니의 로내반경(로밑부(24a)의 반경)(mm)
상기 식 1의 좌변은, 용탕(22a)에 들어가는 에너지를 나타내고, 우변은 유출하는 에너지를 나타내는 것이다.
또한, 우변의 제 1항( △T/δ )는, 로밑부(24a)에 있어서의 응고계면의 액측 경계층에서의 온도구배를 나타내고, 제 3항(α · R2)은 방열면적을 나타낸다.
상기 식 1을 사용해서 과열도 △T를 나타내면, 다음 식으로 된다.
즉, 식 2를 사용하면, 일반적으로 미지인 수치로 있는 n , δ , λ , α를 어떤 방법에 의해 구하는가에 따라 과열도 △T를 예측하여 제어하는 것이 가능하게 된다.
예로는, 상기 전력몰입효율 n 은, 용탕(22a) 대신에 그 용탕(22a)와 동등한 전기전도도를 갖고 형상이 대략 같은 수냉구조의 가공물을 도가니내에서 유도가열하여, 가공물에 순환공급되는 냉각수의 가진 열로부터 측정할 수가 있다.
또한, 상기 방열면 형상정수 α는, 용탕(22a)를 도가니내에서 응고한 후, 그 응고덩어리를 조사해서 계면형상을 구하는 것으로 결정할 수 있다.
예로는, 계면형상이 편평한 원인 경우에는 α 는 최소의 값으로서 π로 되며, 반구면으로 있는 경우에는 2π로 된다.
또, 상기 계면층 두께 δ 를 직접 구하는 것은 곤란하고, 또한 용융상태에있어서의 용탕(22a)의 열전도율 λ 의 바른 값은 불명인 경우가 많지만, 이들은 용탕(22a)의 재질이 일정하면 일정하다고 고려된다.
따라서, 이미 알려진 실험결과로부터 δ/ λ 의 형에서 구할 수가 있다(제 3도 참조).
상기 식 2를, 또한 식 3의 형으로 변형하여 조업정수 C와 같은 개념을 도입하고, 상기 n , δ , λ , α 의 수치를 상술한 실험 등에 의해 구하는 것에 의해, 그 조업정수 C의 범위를 구하는 것이 가능하다.
따라서, 과열도 △T를 주조에 적합한 온도범위로 설정한 때에, 각종 조업조건을 대표하는 정수 C를 적용하는 것으로, 용해장치(10)의 설계 및 조업조건의 설정이 가능하게 된다.
먼저, 각종 조건에 있어서의 실험에 의해서 각종 수치를 구하는 예를, 제 3도에 나타낸다.
이 제 3도에 나타내는 실험결과로부터, 일반적인 금속의 조업정수 C의 값은 정리되어 있으며, 그 조업정수 C값의 범위를 0.0008 ∼ 0.002로 하면, 용탕(22a)의 과열도 △T를 실질적으로 관리하는 것은 충분히 가능한 것이 명확해졌다.
여기서, 조업정수 C = 0.0008 ∼ 0.002로서 예측한 과열도 △T와 실험에 의해 실측한 과열도 △T를 제 4도에 나타낸다.
이 제 4도에 나타내는 실험결과로부터, 과열도 △T의 실측값은, 어느 것이나예측범위내에 들어 있는 것이 확인되었다.
즉, 상기 식 3에 있어서 조업정수 C의 범위를 0.0008 ∼ 0.002로서, 로내반경R(mm), 전원입력P(kw), 과열도 △T(℃)를 설정할 수가 있고, 그 식 3에 의해 예측한 조건으로 최적인 용해장치(10)을 설계할 수 있음과 동시에, 효율적인 조업조건도 설정할 수가 있다.
(제 2 의 레비테이션 용해방법에 대해서)
다음으로 상기 용해장치(10)에 의해, Ti-6A1-4V, TiA1, SUS304로 이루어지는 각 재료를, 과열도 △T를 바꾸어 용해하고, 얻어진 용탕을 감압흡인 주조법 등에 의해 주형에 주입하여 제조한 제품 및 주형을 조사한 결과를 제 5도에 나타내었다.
제 5도의 결과로부터 판명되는 바와같이, 용탕의 과열도 △T를 20℃보다 낮게 설정한 경우에는, 제품에 탕회전 불량에 의한 결함이 생기고, 또한 과열도 △T를 300℃ 보다 높게 설정한 경우에는 주형이 고열에 의해 손상되는 것이 확인되었다.
즉, 용탕의 과열도 △T를, 20 ∼ 300℃의 사이로 유지하는 것에 의해, 주조에 적절한 조업을 행할 수가 있는 것이 판명되었다.
(제 3 의 레비테이션 용해방법에 대해서)
상술한 제 1도에 나타낸 구성의 용해장치(10)에 의해 실시되는 세미 레비테이션 용해방법에 있어서, ① 용탕(22a)에 있어서의 중앙의 높이 H와, 용해용 도가니(12)의 내경 D를, H/D〉 0.5의 관계로 하는 것에 의해, 용해용 도가니(12)의 내부에서 용해된 용탕(22a)를 도가니 내벽면에 접촉시킴없이 안정적으로 유지하므로서, 그 용탕(22a)의 과열도를 주조에 적합한 온도로 유지할 수가 있다.
또한, 용탕(22a)의 중앙높이 H는, 제 6도에 나타낸 바와 같이, 용탕(22a)의 끌어올림 하단부를 하기준으로 하고 있다.
즉, H / D가 0.5이하로 되는 경우에는, 용해용 도가니(12)내에서의 용탕(22a)의 중앙 높이 H는 낮아, 그 용탕(22a) 상부와 로밑부(24a)가 근접하므로서, 그 로밑부(24a)로부터의 전도열 손실에 의해 충분한 과열도 △T에 도달하지 않는 경우가 있다.
또한, 용탕(22a)가 얕은 편평상으로 되기 때문에, 주조를 시행할 즈음에 스노우트(26)(후술)을 용탕(22a)내에 몰입시키는 것이 대단히 곤란하게 되는 난점이 있다.
이에 대하여 H / D를 0.5 보다 크게 설정한 경우에는, 용탕(22a)상부와 로밑부(24a)는 충분히 이격되어, 로밑부(24a)로부터의 전도열 손실에 의해 과열도 △T가 낮아지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 용해용 도가니(12)의 내경 D에 대해 용탕(22a)의 중앙높이 H를 규정하기 때문에, 끌어올려 유지된 용탕(22a)가 도가니 내벽면에 접촉하는 것도 방지할 수가 있다.
(제 4 의 레비테이션 용해방법 대해서)
상술한 구성의 용해장치(10)에 있어서 실시되는 세미 레비테이션 용해방법에 있어서, ② 용해용 도가니(12)내에 있어서의 용탕(22a)의 중앙높이 H의 1/2의 위치에서, 용탕(22a)의 외표면과 용해용 도가니(12)의 내벽면의 간격 S를, 3∼10mm의범위로 하여 조업한다.
이에 의해, 용해용 도가니(12)의 내부에서 용해된 용탕(22a)가 도가니 내벽면에 접촉하는 일없이 안정적으로 유지되는 것에서, 그 용탕(22a)의 과열도 △T를 주조에 적합한 온도로 유지할 수 있다.
즉, 간격 S가 너무 작으면, 용탕(22a)의 흔들림에 의해 그 용탕(22a)와 도가니 내벽면이 용이하게 접촉해 버리기 때문에, 간격 S의 최소값을 3mm로 규정하는 것에 의해, 용탕(22a)의 흔들림에 의한 도가니 내벽면과의 접촉을 확실히 회피하여 용탕(22a)의 품질이 저하하는 것을 방지할 수가 있다.
또한, 간격 S가 지나치게 크면, 용탕(22a)의 상부가 가늘어지게 되므로서 흔들림이 쉽게되어, 용탕(22a)가 불안정하게 됨과 동시에, 고주파 유도코일(20)에 의한 가열효율이 저하되어 적정한 과열도 △T를 유지할 수 없게 된다.
이에 대해 간격 S의 최대값을 10mm로 규정하는 것에 의해, 용탕(22a)의 안정화를 도모함과 동시에, 과열도 △T를 주조에 적합한 온도로 유지하는 것이 가능하게 된다.
(제 1 의 용해 · 주조방법에 대해서)
제 1 의 용해 · 주조방법에 있어서는, 상술한 제 3 의 레비테이션 용해방법에 의해 용해한 용탕(22a)를, 주형(도시생략)에 주입할 때에, 예로는 주형을 수납한 밀폐용기를 감압상태로 유지한 상태로, 주형에 연통하는 스노우트(26)의 아래끝을 용해용 도가니(12)의 상방으로부터 달아내려, 그 아래끝을 용탕(22a)내에 몰입시킨다(제 6도 참조).
이에 의해, 도가니(12)내의 용탕(22a)는, 도가니 내벽면에 접촉하는 일 없이 청정한 그대로 스노우트(26)을 통하여 주형의 내부로 흡인된다.
이 경우에 있어서, 이하의 조건으로 주입작업을 행하는 것에 의해, 안정적이고 또한 효율적인 조업이 달성되며, 또한 주조정밀도가 향상된다.
③ 용탕(22a)에 몰입한 스노우트(26)의 아래끝 높이 H1을, 상기 용해용 도가니(12)의 로밑부(24a) 보다 5mm 이상 높은 위치로 한다.
④ 용탕(22a)내로의 스노우트(26)의 몰입길이 H2를, 10mm 이상으로 유지한다.
⑤ 스노우트(26)의 내경 d와 용해용 도가니(12)의 내경 D를, d/D ≤ 0.5의 관계로 한다.
상기 ③의 조건을 만족하는 것에 의해, 스노우트(26)의 아래끝이 용해용 도가니(12)의 로밑부(24a)에 접촉하여, 그 스노우트(26)이나 로밑부(24a)를 손상시키는 일 없이 양호한 흡입을 행할 수가 있다.
또한, ④의 조건을 만족하는 것에 의해, 스노우트(26)으로 용탕(22a)를 흡입함에 따라 용탕(22a)의 저장레벨이 저하하여 그 스노우트(26)의 아래끝이 용탕(22a)내로부터 외부로 나오는 것이 방지되고, 이에 의해 가스가 흡입되므로서, 주물제품에 결함이 발생하는 것을 유효하게 방지할 수가 있다.
또, ⑤의 조건을 만족하는 것에 의해, 상면이 반구상으로 끌어올려 유지되어 있는 용탕(22a)에 대해, 스노우트(26)의 내경이 작기 때문에, 그 스노우트(26)의위치어긋남 등에 의한 지름방향의 변위에 대해서도 용탕(22a)내로부터 스노우트 아래끝이 외부로 나오는 것을 억제할 수가 있어, 가스의 흡입을 방지할 수가 있다.
(제 2 의 용해 · 주조방법에 대해서)
제 2 의 용해 · 주조방법에 있어서는, 상술한 제 4 이 레비테이션 용해방법에 의해 용해한 용탕(22a)를, 용해용 도가니(12)의 상방으로부터 달아내려 그 아래끝을 용탕(22a)내에 몰입시킨 스노우트(26)을 통하여 주형에 주탕한다.
이 경우에 있어서도, 상술한 ③,④,⑤의 각 조건을 만족하는 것에 의해, 도가니(12)내의 용탕(22a)를 청정한 그대로의 상태로 주형의 주입을 행할 수가 있어, 안정적인 주입작업을 행할 수가 있음과 동시에, 주물정밀도를 향상시킬수가 있다.
또한, 제 1 및 제 2 의 용해 · 주조방법에 있어서, 용해용 도가니(12)내의 용탕(22a)를 스노우트(26)을 통하여 주형에 주입하는 방법으로서는, 실시예에서 설명한 감압흡인 주조법 외에 진공감압 주조법을 사용하거나, 주형내의 압력(감압 또는 진공)에 대해, 도가니(12)내에 불활성가스 등을 흡입시키므로서 용탕(22a)를 가압하여 스노우트(26)내에 밀어올리는 것에 의해 주입을 행하는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
(실시예에 대해서)
상술한 ① ∼ ⑤의 조건을 만족하는 실시예 1 ∼ 실시예 5 및 어느 것인가의 조건을 만족하지 않은 비교예 1 ∼ 비교예 3에 대해, 실험을 행한 결과를 제 7도에 나타내었다.
제 7도에 나타내는 실험결과로부터, 상기 ① ∼ ⑤의 모든 조건을 만족하고있는 경우에는, 과열도의 안정성, 용탕(22a)의 도가니 내벽면에 대한 접촉의 유무, 및 주형으로의 가스 흡입의 유무의 평가는, 어느 것이나 특히 양호, 또는 양호하였다.
이에 대해, 어느 것인가의 조건을 만족하고 있지 않는 경우에는, 과열도의 안정성, 용탕의 접촉의 유무 및 가스흡입 유무의 평가는 불충분 또는 불량 등을 포함하는 것으로 있다.
제 1도는 본 발명에 관계하는 용해 · 주조방법을 적절히 실시할 수 있는 용해장치의 개략 구성도.
제 2도는 레비테이션 용해방법에 있어서의 용탕의 과열도의 평형상태를 나타내는 열류모델을 나타내는 설명도.
제 3도는 각종 조업조건에 있어서의 실험에 의해서 각종 수치를 구한 예를 나타내는 표도면.
제 4도는 조업정수 C = 0.0008 ∼ 0.002로서 예측한 과열도 △T와 실험에 의해 실측한 과열도 △T를 나타낸 표도면.
제 5도는 용해장치에 의해 얻어진 용탕을 감압흡인주조법 등에 의해 주형에 주입해서 제조한 제품 및 주형을 조사한 결과를 나타낸 표도면.
제 6도는 본 발명에 관계하는 용해 · 주조방법의 설명도.
제 7도는 ①∼⑤의 조건을 만족하는 실시예 1 ∼ 실시예 5 및 어느 것인가의 조건을 만족하지 않는 비교예 1 ∼ 비교예 3에 대하여 실험을 행한 결과를 나타낸 표도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
12 : 용해용 도가니 20 : 고주파 유도코일
22 : 재료 22a : 용탕
24a : 로밑부 P : 용해용 도가니의 내밑부 반경
△T : 용탕의 과열도 H1: 스노우트의 하단높이
H2: 스노우트의 몰입길이 D : 용해용 도가니의 내경
d : 스노우트(snout)의 내경
S : 용탕 외표면과 용해용 도가니 내벽면의 간격
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관계하는 레비테이션 용해방법에 의하면, 극히 간단히 용탕의 과열도를 예측하여, 적정한 용해설비의 설계 및 조업조건의 설정을 행할 수가 있는 것에서, 종래와 같은 설비의 설계나 조업조건의 설정에 요하는 수고와 시간을 줄일 수 있다.
또한, 최적인 설비 및 조건으로 조업할 수 있으므로 제조능률을 향상시킴과 동시에 에너지효율도 높이는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 과열도를 20 ∼ 300℃의 범위로 설정하는 것에 의해, 탕회전 불량에 기인하여 제품에 결함이 발생하거나, 주형을 손상시키는 일없이 효율적인 조업을 달성할 수가 있다.
또, 본 발명에 관계하는 용해 · 주조방법에 의하면, 용해용 도가니내에 서의 용탕을, 도가니 내벽면에 접촉시키는 일없이 안정적으로 끌어올려 유지한 상태로, 그 용탕의 과열도를 주조에 적정한 온도로 유지할 수가 있다.
또한, 용해용 도가니내에서 용탕을 적정히 유지한 상태로, 그 용탕을 청정한 그대로 주형에 안정적으로 주입할 수가 있어, 효율적인 조업을 달성하여 생산효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 오염이 없는 용탕을 주조에 적합한 과열도로 유지한 상태로 주형에 주입할 수가 있는 것에서, 탕회전불량에 기인하여 제품에 결함이 발생하거나, 주형을 손상시키는 일 없이 효율적인 조업을 달성할 수 있다.

Claims (5)

  1. 용해용 도가니(12)의 외측에 감은 고주파 유도코일(20)에 고주파전류를 흘리는 것에 의해, 상기 용해용 도가니(12)내에 넣은 재료(22)를 유도가열하고, 그 밑부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕(22a)를 용해용 도가니(12)의 내벽면에 대하여 비접촉상태로 끌어올리는 레비테이션 용해방법에 있어서,
    상기 고주파 유도코일(20)에 대한 고주파 전원의 입력 P(kw)와, 상기 용해용 도가니(12)의 내밑부반경 R(mm), 및 용탕(22a)의 과열도 △T(℃)가,
    P/R2= △T · (0.0008 ∼ 0.002)
    의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 레비테이션 용해방법.
  2. 용해용 도가니(12)의 외측에 감은 고주파 유도코일(20)에 고주파 전류를 흘리는 것에 의해, 상기 용해용 도가니(12)내에 넣은 재료(22)를 유도가열하고, 그 밑부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕(22a)를 용해용 도가니(12)의 내벽면에 대하여 비접촉상태로 끌어올리는 레비테이션 용해방법에 있어서,
    상기 용탕(22a)의 과열도 △T(℃)를, 20∼300℃의 범위에서 조업하도록 한 것을 특징으로 하는 레비테이션 용해방법.
  3. 용해용 도가니(12)의 외측에 감은 고주파 유도코일(20)에 고주파 전류를 흘리는 것에 의해, 상기 용해용 도가니(12)내에 넣은 재료(22)를 유도가열하고, 그 밑부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕(22a)를 용해용 도가니(12)의 내벽면에 대하여 비접촉상태로 끌어올려, 이 용탕(22a)를 주형에 주입하는 용해 · 주조방법에 있어서,
    상기 용해용 도가니(12)내에 있어서의 용탕(22a) 중앙의 높이 H(mm)와 용해용 도가니(12)의 내경 D(mm)의 관계가, H/D 〉 0.5로 되는 상태로 용해를 행하고,
    상기 용해용 도가니(12)의 상방으로부터 스노우트(26)를 달아내려 그 아래끝을 용탕에 몰입시키며, 그 스노우트(26)의 아래끝의 높이 H1(mm)를 용해용 도가니(12)의 내밑부(24a) 보다 5mm 이상 높은 위치로 함과 동시에, 그 스노우트(26)의 몰입길이 H2(mm)를 10mm 이상으로 유지한 상태에서, 그 스노우트를 통하여 용탕(22a)를 주형내로 주입하는 것을 특징으로 하는 용해 · 주조방법.
  4. 용해용 도가니(12)의 외측에 감은 고주파 유도코일(20)에 고주파 전류를 흘리는 것에 의해, 상기 용해용 도가니(12)내에 넣은 재료(22)를 유도가열하고 그 밑부를 응고상태로 유지하면서 용해한 용탕(22a)를 용해용 도가니(12)의 내벽면에 대하여 비접촉상태로 끌어올려, 이 용탕(22a)를 주형에 주입하는 용해 · 주조방법에 있어서,
    상기 용해용 도가니(12)내에 있어서의 용탕(22a) 중앙의 높이 H(mm)의 1/2의 위치에서의 용탕의 외표면과, 용해용 도가니(12)의 내벽면과의 틈새 S(mm)를3∼10mm의 범위에서 용해를 행하고,
    상기 용해용 도가니(12)의 상방으로부터 스노우트(26)를 달아내려 그 아래끝을 용탕(22a)에 몰입시키며, 그 스노우트(26)외 아래끝의 높이 H1(mm)를 용해용 도가니(12)의 내밑부(24a) 보다 5mm 이상 높은 위치로 함과 동시에, 그 스노우트(26)의 몰입길이 H2(mm)를 10mm 이상으로 유지한 상태에서, 그 스노우트(26)를 통하여 용탕(22a)를 주형내로 주입하는 것을 특징으로 하는 용해 · 주조방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 용탕(22a)에 몰입하는 스노우트(26)의 내경 d(mm)를, 상기 용해용 도가니(12)의 내경 D(mm)의 1/2 이하로 한 것을 특징으로 하는 용해 · 주조방법.
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