KR100568764B1

KR100568764B1 - 원심주조용 용탕제어장치

Info

Publication number: KR100568764B1
Application number: KR1020030036476A
Authority: KR
Inventors: 최상민; 이영찬; 이용욱
Original assignee: 큐플러스 주식회사
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2006-04-10
Also published as: KR20030072258A

Abstract

용탕을 탕구로 공급하는 레이들과; 상기 레이들에 설치되어 레이들로부터 탕구로 공급되는 용탕량을 측정하는 레이들내 용탕량 측정저울과; 상기 레이들로부터 용탕을 공급받아 일시 저장하고 상기 용탕을 금형으로 주입하는 탕구와; 용탕 주입 초기에 소량의 용탕 공급을 제한하도록 상기 탕구에 형성되는 탕구 웅덩이와; 상기 탕구에 설치되어 탕구내 용탕량을 측정하는 탕구내 용탕량 측정저울과; 상기 탕구와 원심주조용 금형 사이에 장착되는 탕도와; 상기 레이들내 용탕량 측정저울 및 상기 탕구내 용탕량 측정저울에 의해 측정된 두 측정값을 전송받는 외부컴퓨터;로 이루어지는 고력황동의 원심주조용 용탕공급장치를 제공한다.

원심주조, 용탕량 측정 저울, 파이프

Description

원심주조용 용탕제어장치 {MELT CONTROL SPRUE SYSTEM FOR CENTRIFUGAL CASTING}

도 1은 본 발명에 따른 원심주조용 용탕제어장치의 정단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 레이들 및 탕구에서 주입시간별 주입속도 및 주입량의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 실시예 2에서 레이들 및 탕구에서 주입시간별 주입속도 및 주입량의 변화를 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

1: 용탕공급용 레이들 2: 레이들내 용탕 측정 전자저울

3: 탕구 4: 탕구 웅덩이

5: 탕구내 용탕량 측정장치 6: 탕도

7: 탕도 탈착 나사 8: 원심주조용 금형

본 발명은 고력황동과 같이 유동성이 낮고 승온에 제한이 있는 금속 또는 합금의 파이프 제조를 위한 원심주조용 균일용탕공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 길이가 1,350mm 이상인 긴 파이프를 원심주조법에 의해 제조하는데 있어서 파이프의 외경, 내경 및 주입량에 따라 초기주입량 및 전체주입시간을 제어하여 건전한 파이프를 제조할 수 있도록 하는 원심주조용 균일용탕공급장치에 관한 것이다.

원심주조법에서는 용탕을 금형의 전면에 걸쳐 신속하고 균일하게 공급하고, 용융금속이 주형면으로부터 안쪽으로 방향성 응고를 하도록 하여 용탕 중의 개재물이나 가스 등이 최종 응고부인 파이프 내면에 모이도록 해야 두께가 균일하고 건전한 파이프가 제조될 수 있다. 이를 위해서는 금형 회전속도, 용탕 주입온도 및 주입속도가 주입 초기부터 종료시까지 균일하게 유지되어야만 한다.

기존의 원심주조법에서는 용탕의 주입속도 및 주입량이 용탕 주입 초기, 중기, 종료기에 각각 달라 금형 회전속도가 변하게 되어 레이닝(raining) 현상이 발생하고, 주입시간이 길어지며, 초기에 소량의 용탕이 공급되어 랩(lap) 발생의 원인이 되어 왔다. 특히, 고력황동과 같이 유동성이 낮고, 아연의 휘발로 인해 용탕의 승온이 제한되는 합금의 경우 원심주조로 제조할 수 있는 최대 길이가 800mm 이하로 한정되어 있어 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하여 길이가 1,350mm 이상으로 길고 건전한 원심주조파이프를 뛰어난 생산성을 갖고 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은, 레이들 손잡이 상부에 설치된 용탕량 측정 저울을 통해 레이들에서 탕구에 공급되는 용탕량의 공급속도를 실시간으로 측정하여 균일 제어하고, 탕구내에 탕구 웅덩이를 만들어 초기에 소량의 용탕이 금형에 공급되는 것을 방지하며, 탕구 하부에 설치된 저울을 통해 금형에 공급된 용탕의 양을 실시간으로 측정하고, 용탕공급량 제어 탕도를 통해 균일하고 신속하게 용탕을 공급함으로써 주조초기부터 완료시까지 균일한 용탕 주입속도, 주입온도 및 금형 회전속도를 유지할 수 있는 원심주조용 균일용탕공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

여기서, 바람직하게는 상기 탕도는 제조되는 파이프 크기에 따라 쉽게 교체 될 수 있도록 나사로 체결되는 것이 좋다.

더욱 바람직하게는, 상기 레이들내 용탕량 측정 저울이, 상기 레이들 손잡이 상부에 설치되고, 상기 외부컴퓨터로 무게자료를 실시간으로 전송할 수 있으며, 레이들의 초기 무게는 영점 보정할 수 있는 것이 좋다. 또한, 상기 탕구 웅덩이가 곡률반경이 200mm일 때, 깊이가 33 ∼ 38mm로 형성되는 것이 좋다. 아울러, 상기 탕구내 용탕량 측정 저울이, 상기 탕구 하부에 설치되고, 상기 외부컴퓨터로 무게자료를 실시간으로 전송할 수 있고, 탕구의 초기 무게는 영점 보정할 수 있는 것이 좋다.

이하에서, 본 발명을 첨부 도면 및 바람직한 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 후술하는 설명에 의해 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 오로지 청구의 범위에 기재된 내용에 의해 제한될 것이다.

본 발명의 핵심은 레이들(ladle) 및 탕구(sprue)에 설치된 용탕량 측정 저울을 통해 공급속도를 실시간으로 측정하여 균일 제어하고, 탕구내에 탕구 웅덩이를 만들어 초기에 소량의 용탕이 금형에 공급되는 것을 방지하며, 용탕공급량 제어탕도의 내경을 최적화하여 주조 초기부터 완료시까지 균일한 용탕 주입속도, 주입온도 및 금형 회전속도를 유지 및 제어하고자 함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원심주조용 균일용탕공급장치의 사시도이다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 원심주조용 균일용탕공급장치의 구성을 설명한다.

상기 원통형 구조의 레이들(1)의 손잡이 상부에 레이들내 용탕량 측정 저울(2)이 설치되어 있고, 상기 레이들(1)로부터 용탕을 공급받아 일시 저장하고 상기 용탕을 금형(8)으로 주입하는 탕구(3)에는, 용탕 주입 초기에 소량의 용탕 공급을 제한하도록 탕구 웅덩이(4)가 형성되고, 상기 탕구(3) 하부에는 탕구내 용탕량을 측정하는 탕구내 용탕량 측정 저울(5)이 설치되고, 탕구(3)와 원심주조용 금형(8) 사이에는 제조되는 파이프 크기에 따라 쉽게 교체될 수 있도록 나사(7)로 체결되어 용탕 주입량 제어가 가능한 탕도(6)가 설치되어 있다.

상기 구성을 갖는 원심주조용 용탕공급장치에서 바람직한 조건은 다음과 같다.

먼저, 상기 용탕의 주입속도는 21 ∼37 Kg/sec이고, 상기 주입온도는 1,010 ∼ 1,070℃의 온도를 유지하며, 상기 금형의 회전속도는 800 ∼ 1,200 rpm을 유지한 것이 좋다.

아울러, 상기 용탕 공급용 레이들(1)은 원통형 구조로서 강재로 제작되며 내부는 고온 세라믹 단열층이 부착되는데 단열 두께는 80mm 이상이며, 기울임(tilting)부와 이송을 위한 손잡이가 설치되는 것이 좋다.

상기 레이들내 용탕량 측정 저울(2)은 상기 레이들(1) 손잡이 상부에 설치되어, 바람직하게는 최대 1,000Kg까지 0.5Kg 단위로 측정할 수 있으며, 외부 컴퓨터에 무게자료를 실시간으로 전송할 수 있고, 레이들(1)의 초기 무게는 영점 보정할 수 있도록 설치되어 있는 것이 좋다.

상기 탕구(3)는 외형이 육면체구조로서 강재로 제작되며 내부는 고온 세라믹 단열층이 부착되는데 단열 두께는 30mm 이상이며, 바닥면에 탕구 웅덩이(4)가, 전면부에 용탕 공급량 제어 탕도(6)가 설치되는 것이 좋다.

상기 탕구 웅덩이(4)는 탕구 바닥면에 설치되어 있으며, 곡률반경이 200mm일 때, 웅덩이의 깊이는 33 ∼ 38mm가 되도록 형성되는 것이 좋다.

상기 탕구내 용탕량 측정 저울(5)은 상기 탕구(3)의 하부에 설치되어, 최대 100Kg까지 0.1Kg단위로 측정할 수 있으며, 외부 컴퓨터에 무게자료를 실시간으로 전송할 수 있고, 탕구의 초기 무게는 영점 보정할 수 있도록 설치되는 것이 좋다.

상기 탕도(6)는 탕구(3) 전면부에 탈착이 용이하도록 부착되며, 강재로 제작한 다음 내부는 고온 세라믹 단열층이 부착되는데 단열 두께는 10mm 내외로 하고, 내경은 바람직하게는 65 ∼ 69mm 또는 82 ∼ 84mm가 되도록 설치되는 것이 좋다.

레이들내 용탕량 측정 저울

상기 레이들 손잡이 상부에 설치되어, 최대 1000Kg까지 0.5Kg 단위로 측정할 수 있으며, 외부 컴퓨터에 무게자료를 실시간으로 전송할 수 있고, 레이들의 초기 무게는 영점 보정할 수 있도록 정의한다.

상기 손잡이 상부에 설치해야 용탕을 탕구에 공급하기 위해 레이들을 기울여도 무게를 정확하게 측정할 수 있고, 열의 영향을 최소화 할 수 있으며, 외경 186∼300mm, 두께 24 ∼ 26mm, 길이 1,350mm의 파이프를 제조하기 위해서는 160 ∼260Kg의 용탕이 필요하고, 레이들의 무게를 감안할 때 최대 1000Kg까지 0.5Kg단위로 측정할 수 있는 저울의 설치가 가장 적절하다. 저울의 용량이 1,000Kg를 초과하면 측정 단위가 1.0Kg로 보다 부정확하며, 500Kg 이하이면 대구경 파이프의 제조시 사용한계를 넘어서게 된다.

따라서, 레이들내 용탕량 측정 저울은 레이들 손잡이 상부에 최대 1000Kg까지 0.5Kg단위로 측정할 수 있도록 설치하였다.

탕구 웅덩이

탕구 웅덩이는 레이들로부터 탕구에 공급되는 초기의 5.5 ∼6.5Kg에 해당하는 용탕이 바로 금형이 공급되지 않도록 하기 위한 웅덩이로서 상기 크기의 파이프를 제조시 필요한 용적은 663 ∼ 784 ㎤이며, 탕구의 내경을 고려하여 곡률반경을 200 mm로 할 경우, 웅덩이의 깊이는 33 ∼ 38mm로 정의한다. 웅덩이가 33mm 이하인 경우 주입초기에 소량의 용탕이 금형에 공급되어 랩 발생의 원인이 되며, 38mm이상인 경우 주입완료 후 탕구에 남아있는 잔탕이 과도하게 된다.

따라서, 탕구 웅덩이는 곡률반경 200mm일 때, 웅덩이의 깊이는 33 ∼ 38mm가 되도록 설치하였다.

탕구내 용탕량 측정 저울

상기 탕구 하부에 설치되어, 최대 100Kg까지 0.1Kg단위로 측정할 수 있으며, 외부 컴퓨터에 무게자료를 실시간으로 전송할 수 있고, 탕구의 초기 무게는 영점 보정할 수 있도록 정의한다.

상기 탕구 하부에 설치해야 용탕을 레이들로부터 금형으로 공급할 때의 용탕의 증감을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있고, 외경 186∼300mm, 두께 24 ∼ 26mm, 길이 1,350mm의 파이프를 제조하기 위해서는 순간 용탕 주입량이 21 ∼ 37Kg/sec이고, 탕구의 무게를 감안할 때 최대 100Kg까지 0.1Kg단위로 측정할 수 있는 저울의 설치가 가장 적절하다. 저울의 용량이 100Kg 이상이면 측정 단위가 0.5Kg로 보다 부정확하며, 100Kg이하이면 대구경 파이프의 제조시 사용한계를 넘어서게 된다.

따라서, 탕구내 용탕량 측정 저울은 탕구하부에 최대 100Kg까지 0.1Kg단위로 측정할 수 있도록 설치하였다.

용탕공급량 제어 탕도

용탕공급량 제어 탕도는 탕구로부터 금형에 공급되는 용탕을 주입초기부터 종료시까지 균일하고 신속하게 제어하기 위한 장치로서 제조되는 파이프의 외경이 186mm, 두께가 24.8mm, 길이가 1,350mm인 경우, 평균 주입속도 21.8 ∼ 25.2 Kg/sec로 6초 이내에 주입하기 위해서는 탕도의 내경이 65 ∼ 69mm가 되도록, 그리고, 제조되는 파이프의 외경이 300mm, 두께가 24.3mm, 길이가 1,350mm인 경우, 평균 주입속도 35.0 ∼ 37.0 Kg/sec로 7초 이내에 주입하기 위해서는 탕도의 내경이 82 ∼ 84mm가 되도록 정의한다. 탕도 내경이 상기 크기보다 작으면 주입속도가 느려져 주입시간이 길어지고 용탕의 온도가 떨어져 소정의 미세조직의 건전한 파이프를 제조하기 어렵고, 탕도 내경이 상기 크기보다 크면 레이들에서 공급되는 양과 금형에 공급되는 양의 균형이 깨져 급격한 용탕 공급속도의 변화가 발생하여 레이닝(raining)현상이 발생하게된다.

따라서, 용탕공급량 제어 탕도는 내경은 65 ∼ 69mm 또는 82 ∼ 84mm가 되도 록 설치하였다.

한편, 제조되는 파이프의 크기에 따라 적정크기의 용탕공급량 제어 탕도를 설치하고, 탈착하기 편리하도록 나사로 채결하도록 한다.

이하, 본 발명에 따른 원심주조용 균일용탕공급장치의 설계후 설치, 용탕공급속도의 측정 및 파이프제조의 실시예를 설명한다.

실시예

본 실시예는 원심주조용 균일용탕공급장치를 이용하여 고력황동 4종 소재의 파이프를 외경 186mm, 두께 24.8mm, 길이 1,350mm(실시예 1)와 외경 300mm, 두께 24.3mm, 길이 1,350mm(실시예 2)가 되도록 제조하고, 이 때의 레이들 및 탕구의 용탕공급속도를 측정한 것이다.

[표 1] 실시예의 실험조건

조건 및 결과 실시예		치수			탕구 웅덩이		탕도
조건 및 결과 실시예		외경 (mm)	두께 (mm)	길이 (mm)	곡률반경 (mm)	깊이 (mm)	내경 (mm)
1	고력황동 파이프 1	186	24.8	1,300	200	34	67
2	고력황동 파이프 2	300	24.3	1,300	200	38	83

본 실시예에서 사용된 원심주조용 균일용탕공급장치에서 주입초기 레이들에서 5Kg내외의 소량의 용탕이 공급되더라도 탕구 웅덩이에 의해 소량의 용탕이 금형에 공급되는 것이 억제되어, 2초 후부터 탕구를 통해 15Kg 이상의 용탕이 금형에 공급되고 있으며, 주입시작 후 2초부터 8초 사이에 탕구를 통해 금형에 공급되는 양은 일정함을 알 수 있다.

예를 들어 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 레이들에서 공급되는 양은 주입시간에 따라 증가하다가 감소하는 변화의 폭이 큰 반면에, 실제로 금형에 공급되는 용탕의 양은 2초에서 8초까지 17.4 ∼ 21.8 Kg/sec로 균일한 주입속도를 유지하였다(도 2 및 3에서 실선은 좌측의 주입속도를 나타내고, 점선은 우측의 총량을 나타낸다).

따라서, 원심주조용 균일용탕공급장치를 사용할 경우, 상기와 같이 신속하고 균일한 용탕공급이 가능하며, 길이 1,350mm의 건전한 고력황동 파이프의 제작이 가능했다.

본 발명에 따르면, 원심주조용 균일용탕공급장치를 사용하여 실제로 금형에 공급되는 용탕의 양은 2초에서 8초까지 17.4 ∼ 21.8 Kg/sec로 균일한 주입속도를 유지 가능하고, 길이 1,350mm 이상의 주조결함이 없는 건전한 고력황동 파이프의 제작이 가능하여 생산성 향상이 기대된다.

Claims

용탕을 탕구로 공급하는 레이들과; 상기 레이들에 설치되어 레이들로부터 탕구로 공급되는 용탕량을 측정하는 레이들내 용탕량 측정저울과; 상기 레이들로부터 용탕을 공급받아 일시 저장하고 상기 용탕을 금형으로 주입하는 탕구와; 용탕 주입 초기에 소량의 용탕 공급을 제한하도록 상기 탕구에 형성되는 탕구 웅덩이와; 상기 탕구에 설치되어 탕구내 용탕량을 측정하는 탕구내 용탕량 측정저울과; 상기 탕구와 원심주조용 금형 사이에 장착되는 탕도와; 상기 레이들내 용탕량 측정저울 및 상기 탕구내 용탕량 측정저울에 의해 측정된 두 측정값을 전송받는 외부컴퓨터;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고력황동의 원심주조용 용탕공급장치.
제1항에 있어서, 상기 탕도는 제조되는 파이프 크기에 따라 쉽게 교체될 수 있도록 나사로 체결되는 것을 특징으로 하는 원심주조용 용탕공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이들내 용탕량 측정 저울은, 상기 레이들 손잡이 상부에 설치되고, 상기 외부컴퓨터로 무게자료를 실시간으로 전송할 수 있으며, 레이들의 초기 무게는 영점 보정할 수 있는 것을 특징으로 하는 원심주조용 용탕공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탕구 웅덩이는 곡률반경이 200mm일 때, 깊이가 33 ∼ 38mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심주조용 용탕공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탕구내 용탕량 측정 저울은, 상기 탕구 하부에 설치되고, 상기 외부컴퓨터로 무게자료를 실시간으로 전송할 수 있고, 탕구의 초기 무게는 영점 보정할 수 있는 것을 특징으로 하는 원심주조용 용탕공급장치.