KR100657591B1 - 보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 주조기 - Google Patents

보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 주조기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 합금의 박판을 주조하는 롤 주위에 보호가스 챔버를 설치하여 마그네슘 합금의 산화를 방지할 수 있도록 마련된 보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 주조기에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술구성으로서, 소정의 압연폭을 갖도록 배치된 한 쌍의 주조롤(2)과, 이 주조롤(2)의 전방에 배치되어 마그네슘 합금의 용탕(4)을 주조롤(2) 사이로 주입하는 용탕주입용 노즐(3)로 구성되어 마그네슘 합금이 응고와 동시에 압연되도록 해주는 마그네슘 합금의 박판 주조기에 있어서, 상기 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3)의 사이 공간을 외부로부터 밀폐시키도록 마련되고, 내부에 용탕(4)의 산화를 방지하는 보호가스가 충전된 보호가스 챔버(10)가 상기 주조롤(2)의 전방에 설치된다.
마그네슘 합금, 주조롤, 용탕주입용 노즐, 보호가스 챔버

Description

보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 주조기{Apparatus for casting strip of magnesium alloy with protecting gas chamber}
도1은 종래의 마그네슘 합금의 박판 주조기를 나타낸 도면.
도2는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 박판 주조기를 나타낸 도면.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1: 박판 주조기 2: 주조롤
3: 용탕주입용 노즐 4: 용탕
5: 메니스커스 6: 주편
7: 보호가스 분사노즐 10: 보호가스 챔버
11: 세라믹 실링부재 12: 주입구
13: 공급관 14: 제어밸브
15: 공급 컨트롤러 16: 표면결함 검출기
본 발명은 보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 주조기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네슘 합금의 박판을 주조하는 롤 주위에 보호가스 챔 버를 설치하여 보호가스 분위기를 일정하게 만들어 줌으로써 마그네슘 합금의 불균일 응고를 방지할 수 있도록 마련된 보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 주조기에 관한 것이다.
마그네슘은 상용되고 있는 구조용 합금원소 가운데 밀도가 가장 낮은 금속으로 1.74g/cc의 밀도를 가진다. 이는 알루미늄의 2/3에 해당되고 철의 약 1/5정도에 해당된다. 이러한 마그네슘을 함유한 합금재료는 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차폐 특성이 있다. 그리고, 최근에 컴퓨터, 카메라, 휴대전화 등의 부품으로 사용이 확대되고 있는데 그 이유는 경량성, 재활용성의 우수성 및 전자파 차폐 및 높은 비강도 때문으로 박판으로서의 성형이 가능하기 때문이다.
기존의 마그네슘 합금 부품은 대부분 다이 캐스팅으로 제작되어 왔지만, 최근 들어 박판의 개발에 많은 연구가 진행되면서 박판을 성형하여 부품을 제조하는 것이 점차 늘고 있다. 그러나 마그네슘은 소성변형에 필수적인 슬립시스템이 적은 조밀육방격자(HCP) 구조를 지니고 있어 압연성이나 성형성이 나빠 박판의 제조시 냉간압연이 일정량(~20%) 이상으로 이루어지기 어려운 단점이 있다. 그래서 박판의 제조시 대부분은 온간 또는 열간에서 압연을 행하고 표면 특성을 위해 최종적으로 냉간압연을 행하고 있다.
열간압연을 통해 마그네슘 합금의 용탕으로부터 박판을 직접 제조하는 마그네슘 합금의 박판 주조기는 도1에 도시된 바와 같이 강의 연속주조(Continuous Casting)와 마찬가지로 마그네슘 합금 용탕을 주조롤 사이로 분사시켜 압연하는 과 정을 통해 응고와 동시에 박판으로 압연시킬 수 있도록 구성된다.
보다 상세하게 설명하면, 마그네슘 합금의 박판 제조기(1)는 소정 두께의 압연폭을 갖도록 설치된 한 쌍의 주조롤(2), 주조롤(2)의 전방에 설치되고 내부에 저장된 마그네슘 합금의 용탕(4)을 주조롤(2)을 향해 분사할 수 있도록 마련된 용탕주입용 노즐(3), 및 상기 주조롤(2)의 전방에 설치되어 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3) 사이에 보호가스를 분사함으로써 마그네슘 합금의 용탕(4)이 응고시 산화되는 것을 방지해주는 보호가스 분사노즐(7)로 구성된다.
상기한 박판 주조기를 이용한 종래의 마그네슘 합금의 주조법에 따르면, 용탕주입용 노즐(3)을 통해 한 쌍의 주조롤(2) 사이로 마그네슘 합금의 용탕(4)을 공급하여 응고 직전의 미응고부가 주조롤(2)에 의해 냉각되면서 응고하여 박판의 주편(6)을 형성한다. 마그네슘 합금은 산화성이 매우 강하므로 주편(6) 주조시에 용탕(4)과 공기 중의 산소가 반응하여 쉽게 산화물을 형성하고 이 산화물이 롤과의 접촉, 응고 부위에서 열전달의 방해막으로 존재하여 주조시 조업상의 문제를 야기하거나 주편(6)의 결함으로 잔존하게 된다.
주조시의 산화를 방지하기 위해 SF6, SO2, Ar 등의 보호가스를 희석시켜 보호가스 분사노즐(7)을 통해 용탕(4)의 주위로 분사시켰다. 산화 방지를 위해서는 도1에서 보는 바와 같이 용탕주입용 노즐(3)의 단부와 주조롤(2) 사이에 형성되는 메니스커스(meniscus, 5)에서 노출되는 용탕의 산화물 생성을 방지하는 것이 중요하나, 종래의 분사 방식에 따르면 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3) 사이가 매우 작 은 간극으로 형성되어 보호가스를 양호하게 공급하는 것이 매우 어려웠다.
따라서, 용탕(4)의 산화나 발화를 완전하게 방지하지 못하였고, 또한 불완전한 보호가스 분사에 의해 롤 표면에 산화물 등이 불균일하게 형성되어 이것이 용탕과의 접촉시 열저항으로 작용하여 응고를 불균일하게 하고 결과적으로 주편 균열 등의 표면 및 내부 결함을 야기하였다. 이로 인해 주편의 실수율이 떨어지거나 최종 제품의 내식성 및 가공성을 불균일하게 만들어 최종 제품의 품질을 저하시켰으며, 불균일 응고가 심한 경우에는 주편이 완전히 응고하지 못하고 일부가 미응고 되어 탈락되는 벌징 현상이 발생되기도 하였다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 박판 제조기의 주조롤 전방에 보호가스 챔버를 설치하여 용탕주입용 노즐과 주조롤과의 사이 공간에 균일한 보호가스 분위기를 형성함으로써 용탕의 메니스커스에서 발생되는 산화 및 발화를 방지하여 주편의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 마그네슘 합금의 박판 제조기를 마련하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 제조기는, 소정의 압연폭을 갖도록 배치된 한 쌍의 주조롤과 이 주조롤의 전방에 배치되어 마그네슘 합금의 용탕을 주조롤 사이로 주입하는 용탕주입용 노즐로 구성되어 마그네슘 합금이 응고와 동시에 압연되도록 해주는 마그네슘 합금의 박판 주조기에 있어서, 상기 주조롤과 용탕주입용 노즐의 사이 공간을 외부 로부터 밀폐시키도록 마련되고, 내부에 용탕의 산화를 방지하는 보호가스가 충전된 보호가스 챔버가 상기 주조롤의 전방에 설치된다.
상기 보호가스 챔버와 주조롤의 사이에는 내열성이 우수한 세라믹 실링부재가 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 박판 주조기에는 상기 보호가스 챔버에 공급되는 보호가스의 양을 제어하는 공급 컨트롤러와, 주조가 완료된 주편의 표면 결함을 검출하여 그 데이터를 상기 공급 컨트롤러로 피드백하는 표면결함 검출기가 더 포함된다.
이하에서 도2를 참조로 본 발명에 따른 보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 주조기의 구성을 상세히 설명한다. 이해를 돕기 위하여 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 병기하였다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 박판 주조기(1)는 소정 두께의 압연폭을 갖도록 설치된 한 쌍의 주조롤(2)과 주조롤(2)의 전방에 설치되고 내부에 저장된 마그네슘 합금의 용탕(4)을 주조롤(2)을 향해 분사할 수 있도록 마련된 용탕주입용 노즐(3)로 구성된다는 점에서 종래의 박판 주조기와 동일하다.
다만, 상기 주조롤(2)의 전방에 설치되어 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3) 사이에 보호가스를 분사함으로써 마그네슘 합금의 용탕(4)이 응고시 산화되는 것을 방지해주는 보호가스 분사노즐을 대신하여 상기 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3)의 사이 공간을 외부로부터 밀폐시키도록 보호가스 챔버(10)가 설치된다. 이 보호가스 챔버(10)는 본 발명에 따른 가장 특징적 기술구성으로서 내부에 SF6, SO2, Ar 등과 같이 용탕의 산화를 방지해주는 보호가스가 충전된다.
상기 보호가스 챔버(10)에 의해 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3)의 사이 공간이 외부로부터 밀폐되므로, 매우 좁은 간극으로 된 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3) 사이에도 보호가스가 균일하게 충전되어 상기 메니스커스(meniscus, 5)에서 노출되는 용탕의 산화를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 산화 방지 효율은 보호가스 챔버(10)에 의해 얼마나 효과적으로 밀폐되는가에 따라 좌우된다. 이를 위해 상기 주조롤(2)에 밀착되는 보호가스 챔버(10)의 외벽면에 실링부재가 설치된다. 특히, 마그네슘 합금의 박판 주조는 매우 고온에서 이루어지기 때문에 상기 실링부재는 내열성이 우수한 세라믹 실링부재(11)인 것이 바람직하다. 이 실링부재는 고속으로 회전하는 주조롤(2)과의 마찰로 인해 마모되기 때문에 보호가스 챔버(10)가 항상 일정하게 밀폐될 수 있도록 하기 위해서는 실링부재를 주기적으로 교체해 주어야 한다.
본 발명에 따른 가장 간단한 기술구성은 상기한 바와 같이 내부에 보호가스가 충전된 챔버를 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3) 사이에 고정 설치하는 것이다. 이에 따르면, 종래의 보호가스 분사방식에 비해 적은 양의 보호가스만으로도 더욱 높은 산화방지 효과를 나타낸다. 또한, 상기 실시예에 따르면 챔버 내에 보호가스의 충전 압력이 항상 일정하게 유지된다. 이 때 충전 압력은 최악의 상황, 다시 말해 용탕의 산화가 급격하게 일어나는 상황을 대비하기 위해 매우 높게 유지하여야 할 필요가 있다. 그러나, 용탕의 산화 정도가 크지 않은 경우에도 보호가스의 충전 압력을 높게 유지하는 것은 작업 생산성 측면에서 불리하다.
이를 해결하기 위해 발명된 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 보호가스 챔버(10)에 공급되는 보호가스의 양을 제어하는 공급 컨트롤러(15)와, 주조가 완료된 주편(6)의 표면 결함을 검출하여 그 데이터를 상기 공급 컨트롤러(15)로 피드백하는 표면결함 검출기(16)를 더 설치하여 표면 산화의 정도에 따라 보호가스의 양을 조절할 수 있도록 하였다.
도2를 참조로 본 실시예의 구성을 보다 상세히 설명하면, 보호가스 챔버(10)의 일측에 내부와 연통되도록 주입구(12)가 형성되고, 이 주입구(12)는 공급관(13)을 통해 보호가스 탱크(미도시)와 연결된다. 상기 공급관(13)에는 보호가스의 공급량을 조절하기 위한 제어밸브(14)가 설치되고, 이 제어밸브(14)의 개폐를 조절하기 위해 공급 컨트롤러(15)가 연결 설치된다. 아울러, 주조롤(2)의 후방으로 배출되는 주편(6) 상에 설치되고, 주편(6) 표면의 산화에 의해 발생된 결함을 검출하는 표면결함 검출기(S.D.D: Surface Defect Detector)(16)가 설치된다.
상기한 바와 같이, 용탕(4)의 산화는 응고를 불균일하게 만들어 주편 균열 등의 표면결함을 야기시킨다. 따라서, 주편(6)의 표면결함 발생량을 측정하면 현재 주조 과정에서 일어나는 산화의 정도를 체크할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 표면결함 검출기(16)가 주편(6)의 표면결함을 검출하여 그 데이터를 공급 컨트롤러(15)에 공급하면, 공급 컨트롤러(15)는 상기 데이터를 분석하여 표면결함이 많이 발생한 경우에는 제어밸브(14)를 개방시켜 보호가스 챔버(10) 내로 공급되는 보호 가스의 양을 증가시킴으로써 산화의 발생을 저하시킨다. 반대로, 공급 컨트롤러(15)가 상기 데이터를 분석한 결과 표면결함이 적은 경우에는 제어밸브(14)를 폐쇄하여 보호가스 챔버(10) 내로 공급되는 보호가스의 양을 감소시킴으로써 그 사용량을 절감시킨다. 상기한 본 실시예에 따르면 주조시 발생되는 산화의 정도에 따라 보호가스의 사용량을 실시간으로 제어함으로써 보다 적은 양의 보호가스만으로도 주편의 표면결함을 효과적으로 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 보호가스 챔버를 구비한 마그네슘 합금의 박판 주조기에 의하면, 주조시에 발생하는 용탕의 산화를 효과적으로 방지할 수 있어 최종 제품인 주편의 표면 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 보호가스의 사용량을 절감하여 작업 생산성을 높일 수 있다.

Claims (3)

  1. 소정의 압연폭을 갖도록 배치된 한 쌍의 주조롤(2)과, 이 주조롤(2)의 전방에 배치되어 마그네슘 합금의 용탕(4)을 주조롤(2) 사이로 주입하는 용탕주입용 노즐(3)로 구성되어 마그네슘 합금이 응고와 동시에 압연되도록 해주는 마그네슘 합금의 박판 주조기에 있어서,
    상기 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3)의 사이 공간을 외부로부터 밀폐시키도록 마련되고, 내부에 용탕(4)의 산화를 방지하는 보호가스가 충전된 보호가스 챔버(10)가 상기 주조롤(2)의 전방에 설치된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 박판 주조기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호가스 챔버(10)와 주조롤(2)의 사이에는 내열성이 우수한 세라믹 실링부재(11)가 설치된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 박판 주조기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호가스 챔버(10)에 공급되는 보호가스의 양을 제어하는 공급 컨트롤러(15)와, 주조가 완료된 주편(6)의 표면 결함을 검출하여 그 데이터를 상기 공급 컨트롤러(15)로 피드백하는 표면결함 검출기(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 박판 주조기.
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