KR100697871B1 - 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법에 관한 것이다. 본 발명은 몰드본체(20)의 용탕통공부(21) 내면에 설치된 흑연링(24)의 내면을 통과하면서 용탕(22)이 응고되어 빌렛(30)이 제조되는 연속주조방법에 있어서, 응고된 빌렛(30)과 용탕(22)의 경계선(31)이 상기 흑연링(24)의 상단과 접촉하도록 한다. 상기 흑연링(24)의 내면 상단과 경계선(31)이 접촉하도록 하기 위해 빌렛(30)을 지지하는 인출대(28)의 하강속도를 상대적으로 느리게 하거나, 용탕(20)의 온도를 상대적으로 낮추거나, 빌렛(30)을 냉각하는 냉각수의 공급량을 상대적으로 늘여준다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법에 의하면 흑연링을 통해 공급되는 질소와 산소가스 및 오일이 용탕으로 혼입되지 않아 빌렛에 산화개제물이 발생하는 것을 방지하여 빌렛의 품질을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.

에이슬립방식, 주조, 알루미늄 합금, 흑연링

Description

에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법{Air-slip type aluminum alloy continuous casting method}

도 1은 종래 기술에 의한 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법이 수행되는 것을 보인 몰드조립체의 요부 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법이 수행되는 몰드조립체의 구성을 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 일 실시예의 연속주조방법으로 생산된 빌렛의 표면을 보인 사진.

도 4는 본 발명의 일 실시예와는 주조속도와 가스압력을 달리하여 만든 빌렛의 표면을 보인 사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 몰드본체 21: 용탕통공부

22: 용탕 24: 흑연링

26: 냉각수공급부 28: 인출대

30: 빌렛 31: 경계선

본 발명은 알루미늄합금 연속주조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄합금 용탕을 연속주조방식을 사용하여 빌렛으로 만들 때 산화개제물의 발생을 억제하는 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법에 관한 것이다.

현재 생산되고 있는 알루미늄 압출 전용 빌렛의 경우 대부분 에어슬립(Air slip)방식을 이용한 연속주조 방식을 채택하여, 여러가지 장점들을 통해 우수한 효과를 얻고 있다. 하지만, 여러가지 장점에도 불구하고, 에어슬립방식에서는 주조중 생성된 산화개제물이 빌렛 표면이나 소재 내부에 발생되어 기계적 특성을 저하시킨다는 것이다.

여기서, 에어슬립방식이란, 기존의 직접 냉각(Direct cooling)방식과 달리 다공성의 흑연을 통해 직접 빌렛 표면에 오일과 혼합가스(질소와 산소)를 공급해줌으로써 용탕과 몰드간에 직접적인 접촉에 의한 열방출을 사전에 제어하는 것이다.

도 1에는 이와 같은 에어슬립방식을 채용한 몰드조립체에서 빌렛이 제조되는 것이 단면도로 도시되어 있다. 이에 따르면, 몰드본체(1)를 상하로 관통하여서는 용탕통공부(1')가 형성된다. 상기 용탕통공부(1')는 아래에서 설명될 빌렛(9)의 제조를 위한 용탕(2)이 채워지는 부분이다.

상기 용탕통공부(1')의 내주면을 둘러서는 흑연링(3)이 구비된다. 상기 흑연링(3)의 내면 형상이 바로 빌렛(9)의 외면 형상이 된다. 상기 흑연링(3)은 다공성이어서, 윤활유와 질소와 산소가스를 통과시켜 흑연링(3)의 내면과 빌렛(9)의 사이로 공급되어 몰드와 빌렛사이의 마찰을 최소화 한다. 도면부호 5는 냉각수공급부이 다.

상기 용탕통공부(1')의 하부 내측으로는 인출대(7)가 승강가능하게 위치된다. 상기 인출대(7)는 상기 용탕통공부(1')를 통해 인출대(7)상에 위치된 용탕(2)을 경화된 상태로 하강시켜 빌렛(9)이 연속적으로 소정 길이로 만들어지도록 하는 것이다.

이와 같은 구성의 몰드조립체에서는, 상기 인출대(7)를 상기 용탕통공부(1')의 하부로 최대한 상승시킨 상태에서 용탕(2)을 용탕통공부(1')에 공급한다. 상기 용탕(2)은 상기 인출대(7)상에서 경화되기 시작한다. 주조 초기에는 응고계면의 안정성을 유지하기 위하여 최대 주조속도보다 낮은 주조속도로 일정하게 상기 인출대(7)를 하강시킨다.

상기 흑연링(3)을 통해서는 질소와 산소가스 및 오일이 공급되어, 흑연링(3)의 내면과 용탕(2)간의 직접적인 접촉에 의한 열방출을 사전에 제어하면서, 산화개제물의 형성을 방지한다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

종래에 연속주조가 진행되는 과정에서 고체상태로 된 빌렛(9)과 용탕(2)사이의 경계선(9')이 도 1에 도시된 바와 같이 형성되는데, 상기 경계선(9')이 흑연링(3)의 내면과 접하는 부분이, 상기 흑연링(3)의 중간 부분이다. 따라서, 상기 흑연링(3)을 통해 공급되는 질소와 산소가스 및 오일이 상기 용탕(2)에 혼입된다. 이는 빌렛(9)의 표면과 내부에 다량의 산화개제물을 발생시키는 원인으로 작용한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 몰드조립체의 흑연링이 용탕과 접촉하는 부분을 최소화하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 몰드본체를 상하로 관통하는 용탕통공부 내면에 설치된 흑연링의 내면을 상부에서 하부로 통과하면서 용탕이 응고되어 빌렛이 제조되는 연속주조방법에 있어서, 응고된 빌렛과 용탕의 경계선이 빌렛의 하강방향을 기준으로 상기 흑연링의 상단과 접촉하도록 하는데, 이를 위해 상기 빌렛을 지지하는 인출대의 하강속도, 용탕의 온도, 빌렛을 냉각하는 냉각수의 공급량 중 적어도 어느 하나를 조정한다.

삭제

알루미늄합금은 6061이고, 빌렛의 직경은 65.5mm이며, 용탕온도는 670 ~ 680℃이며, 냉각수량은 40 ~ 42 l/min이며, 흑연링을 통해 공급되는 가스압력이 30psi, 윤활유 공급량이 5cc/min이며, 상기 인출대의 속도가 203 ~ 210 mm/min이다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법에 의하면 흑연링을 통해 공급되는 질소와 산소가스 및 오일이 용탕으로 혼입되지 않아 빌렛에 산화개제물이 발생하는 것을 방지하여 빌렛의 품질을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 의한 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법이 수행되는 몰드조립체의 구성이 단면도로 도시되어 있다. 이에 따르면, 몰드본체(20)에는 대략 중앙에서 상하로 관통하여 용탕통공부(21)가 형성된다. 상기 용탕통공부(21)는 대략 원형으로 형성된다. 상기 용탕통공부(21)에는 용탕(22)이 공급된다.

상기 용탕통공부(21)의 내면을 둘러서는 흑연링(24)이 구비된다. 상기 흑연링(24)은 다공성의 것으로, 이를 통해 질소 및 산소가스와 윤활유가 상기 용탕통공부(21)로 공급된다. 보다 정확하게는 상기 흑연링(24)의 외면에서 상기 흑연링(24)의 표면으로 상기 질소 및 산소가스와 윤활유가 공급된다.

상기 용탕통공부(21)를 통과한 몰드본체(20)의 내부를 둘러서는 냉각수공급부(26)가 설치된다. 상기 냉각수공급부(26)는 빌렛(30)의 표면에 냉각수를 공급하여 신속하게 빌렛이 냉각되도록 한다.

상기 용탕통공부(21)의 하부에는 인출대(28)가 승강가능하게 설치된다. 상기 인출대(28)는 상기 용탕통공부(21)의 직하부에서 하부로 하강하면서, 용탕(22)이 경화되어 만들어진 빌렛(30)이 소정의 길이를 가지도록 연속적으로 형성되게 한다.

빌렛(30)은 용탕(22)이 경화되어 만들어지는 것으로, 상기 흑연링(24)의 횡단면 형상과 대응되는 횡단면 형상을 가진다. 즉, 본 실시예에서는 원기둥 형상으로 된다. 도면중 미설명 부호 31은 상기 용탕(22)과 경화된 빌렛(30)의 경계를 나타내는 경계선이다.

한편, 본 발명에서는 상기 용탕통공부(21)의 직하부에 인출대(28)를 위치시 키고, 상기 용탕통공부(21)에 용탕(22)을 공급하여, 인출대(28)의 상면에서부터 용탕(22)이 응고되어 빌렛(30)이 형성되도록 한다. 이때, 상기 흑연링(24)을 통과하면서 응고되어 원기둥 형상으로 된 빌렛(30)은 상기 인출대(28)의 하방향 이동에 의해 하부로 인출되어 연속적인 길이를 가지게 된다.

특히, 본 발명에서는 상기 응고되어 형성된 빌렛(30)과 용탕(22) 사이의 경계선(31)이 상기 흑연링(24)의 상단과 만나도록 작업을 진행한다. 이와 같이 되면, 상기 흑연링(24)을 통해 공급되는 질소 및 산소가스와 윤활유가 상기 용탕(22)으로 혼입되지 않고, 상기 빌렛(30)과 흑연링(24)의 사이에만 공급되어, 빌렛(30)이 흑연링(24)을 원활하게 통과하면서, 원하는 표면 형상을 얻을 수 있게 한다.

여기서, 본 발명의 연속주조방법의 일예를 아래의 표 1을 참고하여 설명한다.

작업조건	실시예
재질	6061
빌렛의 직경(mm)	65.5
주조속도(mm/min)	203 ~ 210
용탕온도(℃)	670 ~ 680
가스압력(psi)	30
냉각수량(l/min)	40 ~ 42
윤활유 공급량(cc/min)	5

이와 같이 본 실시예에서는 표 1에서와 같은 작업조건을 두고 빌렛(30)을 제작하였다. 본 실시예에 의해 제작된 빌렛(30)의 표면 상태를 도 3에 도시하고 있다. 여기서 살펴보면, 상기 빌렛(30)의 표면에 개재물이 전혀 없음을 알 수 있다.

참고로, 상기 주조속도를 225 ~ 235 mm/min로 하고 가스압력을 80 ~ 100 psi로 하고, 다른 작업조건을 거의 같도록 한 경우에, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 빌렛(30)에 산화개제물이 발생한 것을 살펴볼 수 있다.

한편, 본 발명에서와 같이 상기 경계선(31)이 상기 흑연링(24)의 내면 상단과 만나도록 하기 위해서는 작업조건의 다양한 변형이 가능하다. 즉, 상기 주조속도를 상대적으로 늦추는 것이다. 다시 말해 상기 인출대(28)가 하강하는 속도를 늦춰, 이미 응고된 빌렛(30) 부분이 상대적을 높은 위치에 있도록 하여, 경계선(31)이 상기 흑연링(24)의 상단과 만나도록 하는 것이다.

그리고, 용탕(22)의 온도를 상대적으로 낮추어서 공급하거나, 상기 용탕통공부(21)에 위치된 용탕(22)의 온도를 낮게 함에 의해 상대적으로 용탕(22)이 빨리 식으면서 경게선(31)이 상기 흑연링(24)의 상단과 만나도록 할 수도 있다.

또 다른 방법으로, 상기 냉각수공급부(26)를 통한 냉각수의 공급량을 늘여서 상기 경계선(31)이 흑연링(24)의 상단과 만나도록 할 수도 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 에어슬립방식 알루미늄합금의 연속주조방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 몰드본체의 흑연링과 용탕이 접촉하는 부분을 최소화함에 의해 흑연링의 외면에서 내면으로 공급되는 질소 및 산소가스와 윤활유가 용탕으로 혼입되는 것을 방지하였다. 따라서, 용탕으로 질소 및 산소가스와 윤활유가 공급되 지 않으므로, 빌렛에 산화개제물이 발생하지 않아 빌렛의 품질이 높아지는 이점이 있으며, 약간의 결함도 허용하지 않는 자동차용 부품의 단조소재로 이용할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 몰드본체를 상하로 관통하는 용탕통공부 내면에 설치된 흑연링의 내면을 상부에서 하부로 통과하면서 용탕이 응고되어 빌렛이 제조되는 연속주조방법에 있어서,

   응고된 빌렛과 용탕의 경계선이 빌렛의 하강방향을 기준으로 상기 흑연링의 상단과 접촉하도록 하는데, 이를 위해 상기 빌렛을 지지하는 인출대의 하강속도, 용탕의 온도, 빌렛을 냉각하는 냉각수의 공급량 중 적어도 어느 하나를 조정함을 특징으로 하는 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 알루미늄합금은 6061이고, 빌렛의 직경은 65.5mm이며, 용탕온도는 670 ~ 680℃이며, 냉각수량은 40 ~ 42 l/min이며, 흑연링을 통해 공급되는 가스압력이 30psi, 윤활유 공급량이 5cc/min이며, 상기 인출대의 속도가 203 ~ 210 mm/min임을 특징으로 하는 에어슬립방식 알루미늄합금 연속주조방법.

Images