KR100538057B1 - 스테인레스 대형강괴 주조용 몰드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스 대형강괴 주조용 몰드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테인레스강과 같이 응고수축이 큰 강괴의 주조에서 흔히 발생되는 주조내부결함을 방지할 수 있도록 최적의 형상인자 조건을 가지는 스테인레스 대형강괴 주조용 몰드에 관한 것이다.

Description

스테인레스 대형강괴 주조용 몰드{Casting mold for large stainless steel ingot casting}

본 발명은 스테인레스 대형강괴 주조용 몰드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테인레스강과 같이 응고수축이 큰 강괴의 주조에서 흔히 발생되는 주조내부결함을 방지할 수 있도록 최적의 형상인자 조건을 가지는 스테인레스 대형강괴 주조용 몰드에 관한 것이다.

일반적으로, 용강을 일정한 형상에 주입하고 응고시켜 목적하는 형상과 크기의 제품으로 제조하는 주조기술은 용강의 유동성을 이용하여 낮은 공정비용으로 복잡한 형상의 제조 및 동일한 형상과 크기를 가지는 제품의 반복 제조에 매우 유용한 장점을 가지고 있으나 내부결함이 발생하기 쉬운 단점이 있고, 또한 용강의 응고중에 인위적으로 조절 가능한 제조변수가 적다는 문제점이 있다.

특히, 강괴의 크기가 수십톤을 넘는 경우에는 응고시간이 길고 작은 변수에도 장시간 영향을 받기 때문에 실제 주조결과에서는 2톤 미만의 경량 주조품에서 예측되지 못한 수축공, 기공, 편석 등의 내부결함이 심각하게 나타나 큰 제품손실을 초래하는 경우가 많다.

또한, 주조 후 열간, 냉간단조 가공과 같은 후가공량을 줄이고 제품생산성을 향상시킬 목적으로 강괴 폭과 길이의 비를 크게 하는 경향이 있으나 그에 따라 부적합한 응고모델의 형성으로 강괴내에 심각한 내부결함이 발생되고 있다.

따라서, 최근에는 실제 주조공정에 의한 제품을 제조하기 전에 컴퓨터에 의한 모의주조를 통하여 결함을 예측하고 최소화하는 몰드설계 및 주조공정 조건을 설정한 후 주조를 시도하고 주조공정 조건을 개량하고 있다.

현재까지 대형강괴의 주조결함을 저감하기 위한 노력으로 여러가지 개선이 시도되고 개발되어 왔다. 즉, 용강의 주입방식, 주입온도, 주입속도, 주입속도 분포, 보조주형에 의한 주입시간 최소화 등 용강의 주입과 관련한 기술의 개선, 그리고 용강이 주입된 후 응고분포, 응고수축 및 비금속개재물의 부상분리 조건을 제공하기 위한 응고모델 개선, 강괴의 압탕부에 흑연 전극봉을 설치하여 가열하는 방법, 나아가 압탕비의 개선, 압탕 발열제의 성능 개선으로 강괴 상부의 온도를 보상하고 높게 유지하여 용강중에 존재할 수 있는 비금속개재물의 부상분리 등이 있다.

이외에도 압탕부에 덮개를 설치하고 방열을 최소화하여 압탕부의 온도를 높게 유지하는 방법, 몰드에 용강이 충진되는 시점에서 압탕부 표면에 발열제 분말 또는 발열판재를 첨가하여 추가 열원을 공급하는 방법, 핫탑 부분에 유도코일을 설치하여 용강의 온도를 측정하며 간헐적으로 가열하는 장치 및 방법, 강괴의 압탕부에 단열성이 우수한 단열밴드를 적용하여 보온을 하는 주입 후 주조부자재 및 응고공정에서의 개선방법 등이 개발되었다.

그러나, 이와 같은 강괴의 내부결함을 저감시키기 위한 방법들은 근본적으로 강괴의 주조공정 즉, 주입공정 및 응고공정중에서 이루어질 수 있는 방법들로서, 특히 강괴의 압탕부에 흑연 전극봉을 설치하여 가열하는 방법, 압탕 발열재의 성능개선 및 적용량 증가방법, 주입직후 주형내 용강의 온도분포를 균일하게 하기 위한 보조주형의 사용법 등은 제조공정중에 지속적으로 주조부자재 비용 및 부가적인 공정시간의 소요에 따른 생산성 저하와 같은 비용발생을 필요로 하고, 강괴의 크기 및 강종의 주조특성에 따라 적용하는 범위가 10톤 미만의 강괴에서 유효한 것들로 볼 수 있으며, 주조중 응고수축이 큰 스테인레스강과 같은 강종에 대해서는 적용할 수 없는 것들이었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 감안하여 창안된 것으로서, 응고공정중 부가적인 공정시간 및 부자재비용의 부담으로부터 자유롭고, 응고수축이 큰 스테인레스강과 같은 강종에 대한 대형강괴의 주조에 있어서 내부결함 발생을 방지할 수 있도록 최적의 형상인자 조건을 가지는 스테인레스 대형강괴 주조용 몰드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스테인레스 대형강괴 주조용 몰드는, 스테인레스 대형강괴의 주조에 사용되는 몰드에 있어서, 고경비는 1.1~1.25범위이고, 강괴구배(6)는 12~20%범위인 주조 대상의 강괴 형상에 대응되는 형상인자 조건을 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 통상적인 강괴 주조용 몰드를 나타낸다.

강괴 주조용 몰드의 설계 인자는 주조되는 강괴의 중량과 몰드자체의 중량비, 몰드 중단의 직경(D)과 높이(H)의 비(고경비), 몰드의 구배로 대별되며, 세부적으로 몰드 내면의 곡율과 표면형상 및 몰드 두께의 구배 등도 중요 설계인자이다.

이러한 몰드의 형상인자 조건에 따라 주조되는 강괴 형상 또한 대응하는 특정한 형상비를 갖게 되며, 최근에는 주조 후 공정인 열간단조 가공공정에서의 효율성과 주조시 응고시간의 단축에 의한 생산성 향상 등을 목적으로 형상인자에서 고경비가 크고 강괴의 표면적이 크도록 형상을 조정하여 설계하고 있다.

그러나, 응고수축이 크고 강괴내부의 응고결함 발생이 많은 스테인레스강과 같은 강괴의 주조시에는 고경비가 큰 경우 강괴중심부에 응고수축에 의한 균열결함이 흔하게 발생된다.

따라서, 본 발명에서는 응고수축이 많은 스테인레스강과 같은 강종에 대한 대형강괴 주조에서 주조결함을 근본적으로 방지할 수 있는 최적의 몰드 형상인자 조건을 도출하여 제공한다.

그리고, 몰드 형상인자 조건의 검증은 전산모사방법으로 각각의 몰드 형상인자 조건에 따라 대형강괴의 응고모델과 내부결함의 발생 강도를 비교 평가함으로써 내부결함이 적은 강괴를 경제적으로 주조할 수 있는 대형강괴 주조용 몰드의 형상 설계조건을 제공한다.

본 발명에 따르면, "강괴높이(H)(4)/강괴중심직경(D)(5)"의 비인 고경비를 종래의 1.3~2.0범위를 개선하여 1.1~1.25범위로 작게 하고, 종래 약 10%의 강괴구배(6)를 개선하여 12~20%범위로 높게 하여 주조함으로써 양호한 응고모델과 주조내부결함이 적은 강괴를 주조하게 된다. 한편, 강괴구배는 도 1의 "a" 길이에서 "b" 길이를 뺀값을 "L" 로 나눈값 즉, "a-b/L" 이다

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

<실시예>

STS304 합금강을 대상으로 "강괴무게/몰드무게"의 비가 1:1이고, 압탕분율을 15%로 하며, 용강의 주입온도를 1,512℃, 주입속도를 1.2톤/분으로 하여 주조를 실시한다. 이때, 사용되는 FC20의 주철재 금속몰드의 내부형상에 대응하는 강괴의 형상인자를 변화하여 주조한 강괴의 내부결함 및 품질을 정성적으로 비교 평가하여 얻은 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

고경비(H/D)	구배율(%)	응고모델	응고균열	균열위치	주괴품질
2	10	부적합	많음	주괴중심전체	×
2	13	부적합	많음	주괴중심전체	×
2	15	부적합	많음	주괴중심전체	×
2	20	부적합	많음	주괴중단	↓
1.7	10	부적합	많음	주괴중심전체	×
1.7	13	부적합	많음	주괴중심전체	×
1.7	15	부적합	약간	주괴중단	↓
1.7	20	부적합	약간	주괴중단	↓
1.5	10	부적합	많음	주괴중심전체	×
1.5	13	부적합	약간	주괴중단	↓
1.5	15	부적합	약간	주괴중단	↓
1.5	20	부적합	약간	주괴상단	△
1.3	10	부적합	많음	주괴상단	↓
1.3	13	적합	약간	주괴상단	△
1.3	15	적합	약간	주괴상단	○
1.3	20	적합	약간	주괴상단	○
1.2	10	부적합	많음	주괴중단	↓
1.2	13	양호	없음	압탕부	◎
1.2	15	양호	없음	압탕부	◎
1.2	20	양호	없음	압탕부	◎
1.1	10	부적합	약간	주괴중단	↓
1.1	13	적합	약간	주괴상단	○
1.1	15	양호	없음	압탕부	◎
1.1	20	양호	없음	압탕부	◎

※ 비고 : 우수:◎, 양호:○, 보통:△, 미달:↓, 불량:×

상기 표를 참조하면, 고경비를 1.1~1.25범위로 하고, 강괴구배(6)를 12~20%범위로 하여 주조한 경우들에서 양호한 응고모델과 주조내부결함이 발생되지 않는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 부가적인 공정시간과 주조부자재의 소요없이 응고균열을 비롯한 주조내부결함이 없는 강괴를 주조할 수 있게 되어, 제조비용을 저감하고, 고품질의 강괴를 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 통상적인 강괴 주조용 몰드에 대한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 압탕부 2 : 강괴본체

3 : 상부정반 4 : 강괴높이(H)

5 : 강괴 1/2높이에서의 강괴직경(D) 6 : 강괴구배

Claims (1)

1. 스테인레스 대형강괴의 주조에 사용되는 몰드에 있어서,

   고경비는 1.1~1.25범위이고, 강괴구배(6)는 12~20%범위인 주조 대상의 강괴 형상에 대응되는 형상인자 조건을 갖는 것을 특징으로 스테인레스 대형강괴 주조용 몰드.