KR100715363B1 - 주조용 래들 및 이를 이용한 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조용 래들 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로, 용융금속을 수용할 수 있도록 형성된 도가니와, 상기 도가니에 형성된 구멍과 연통됨과 동시에 상기 도가니로부터 돌출 설치되어 용탕 출입용 유로를 제공하는 노즐과, 상기 도가니의 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼와, 상기 도가니 내부에 진공을 형성시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속이 흡입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 진공형성수단과, 상기 도가니 내부로 가스를 주입시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속을 주입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 가스주입수단으로 이루어지는 주조용 래들과, 도가니 내부에 형성되는 진공압에 의해 상기 도가니에 형성된 구멍을 통해 용융금속을 흡입하여 수용하고, 상기 도가니 내부로 가스를 주입하여 상기 도가니에 수용된 용융금속을 주형으로 주입하는 주조방법을 제공함으로써, 용융금속이 용해된 후, 주조에 이르기까지 대기와 접촉하여 산화되거나 불순물이 혼입되는 것을 방지하여 주조품의 품질을 향상시킴과 아울러 용탕으로부터 유해가스의 발생 및 용탕의 냉각을 최소화할 수 있다.

주조, 래들

Description

주조용 래들 및 이를 이용한 주조방법{LADLE FOR CASTING AND CASTING METHOD USING IT}

도 1은 일반적인 주조방법을 보여주는 개략 구성도이다.

도 2는 일반적인 용해로와 래들의 작동 상태도이다.

도 3은 본 발명에 따른 주조방법의 개념도이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 주조방법의 개략적인 개념도이다.

도 6은 본 발명에 따른 래들의 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 래들의 용탕 흡입작동 상태도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 - 레일 12 - 고리부재

20 - 래들 30 - 케이스

31 - 히터부 32 - 히터열선

33 - 전원 34 - 노즐

36 - 내열파이프 40 - 도가니

40a - 구멍 41 - 스토퍼

42 - 열전대 43 - 열전대

45 - 공압 실린더 50 - 가스탱크

51 - 가스주입용 파이프 52 - 가스

60 - 진공탱크 61 - 진공형성용 파이프

70 - 용해로 71 - 용탕

72 - 슬래그 80 - 주형

A - 제1공간부 B - 제2공간부

본 발명은 주조용 래들 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로, 특히 주조공정에서 생성되는 고온의 복사열과 유해가스를 최소화하여 보다 쾌적한 작업환경을 이루도록 하고, 용탕 표면에 형성되는 슬래그가 주형으로 혼입되는 것을 최소화하도록 된 주조용 래들 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주조는 주형에 금속 용탕을 주입하고 냉각시켜 상기 주형내의 공간에 대응하는 주물품을 제작하도록 된다.

여기서, 상기 일반적인 주조방법은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용해로(70)에서 용융된 용융금속 용탕(71)을 래들(200)로 주형(80)의 위치로 이송하여 상기 주형(80)에 용탕(71)을 주입하고 냉각시켜 주물품을 제작하는 것이 보편적이 다.

상기 용해로(70)는 그 상면이 개방된 통형상을 이루고 형성되며, 상기 용해로(70)에 주물의 주재료가 될 금속 또는 화합물을 투입하고, 상기 금속을 용융할 수 있는 석탄 등의 연료를 투입하여 상기 연료를 연소시켜서 상기 금속 등을 용융하도록 형성되거나, 상기 용해로(70)에 투입된 금속에 스파크를 일으켜 상기 금속을 전열로 용융시키거나 외부에 감겨진 열선에 의해 용해로 내부를 가열하여 용융시키도록 형성된다.

상기 래들(200)은 상기 용해로(70)에서 공급되는 용융금속을 주조위치까지 운반하는 장치로 용해로(70)를 기울여 용융금속 용탕(71)을 수용하도록 그 상면이 개방된 통형상을 이루고 형성되며, 상기 용해로(70)에서 주형(80)의 위치로 이동되도록 작업장의 천장에 부착되는 레일(10)에 이동 가능하게 결합된다.

상기 주형(80)은 그 내부에 주물의 형상의 음각되어 형성되며, 상기 용탕(71)이 상기 음각부로 충전되도록 주형(80)의 외면에서 음각부에 이르도록 주입구가 개구되어 형성된다.

이에 따라, 상기 용해로(70)에서 주물의 주재료가 될 금속이 용융되고, 이 용융 금속의 용탕(71)을 상기 용해로(70)를 기울여 상기 래들(200)로 담은 뒤, 래들(200)을 주조 위치로 이동시켜 주조를 수행하게 된다.

이때, 상기 용해로(70)에서 토출되는 고온의 용탕(71)이 용해로(70)의 외부로 전부 노출되면서 래들(200)로 부어지고, 상기 고온의 용탕(71)에서 발생되는 복사열이 작업장과 작업자에게 영향을 준다.

또, 상기 용해로(70)의 용탕(71) 중에서 최상부에 위치되어 공기와 접하는 부분의 용탕(71)은 공기중의 산소 등과 용이하게 화학적으로 결합되어 산화되는 등 변화되고, 상기 용탕(71) 중에 포함된 불순물 등이 산화되어 비중이 가벼운 산화물 등이 상기 용탕(71)의 최상부로 부유되면서 상기 용탕(71)의 상부에 슬래그(72)층이 형성된다.

상기 용해로(70)의 용탕(71)을 상기 용해로(70)를 기울여서 래들(200)로 붓는 과정에서, 상기 용탕(71)이 외부로 노출되어 복사열이 발생됨은 물론, 공기와 접촉되어 산화되면서 산화가스(52)를 생성하고, 상기 용해로(70)의 상부에 부유된 슬래그(72)가 상기 래들(200)의 내부로 용탕(71)과 함께 투입되었다.

또, 상기 래들(200)에 투입된 용탕(71)을 상기 주형(80)의 위치로 이동시켜, 상기 래들(200)을 기울여 용탕(71)을 주형(80)의 내부로 주입하는 경우에도, 상기 래들(200)의 내부에 수용된 상태에서 그 상부가 공기중의 산소에 노출되어 슬래그(72)가 형성되고, 상기 래들(200)에서 주형(80)으로 용탕(71)을 붓는 과정에서 상기 용탕(71)이 전부 공기에 노출되어 상기 용탕(71)에서 산화가스(52) 및 복사열이 발생되며, 상기 래들(200)의 용탕(71) 상부에 부유된 슬래그(72)가 도 2에 도시된 바와 같이 상기 주형(80)의 내부로 주입되어 주물의 성분이 변형되거나, 상이한 성분이 포함된 부분으로 인해 상기 주물품에 주조결함으로 작용하거나 손상되는 등 주물이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 용탕(71)의 외부 노출로 인한 유해가스(52) 및 복사열의 피해는 작업장은 물론, 대기를 오염시킴은 물론, 작업자의 호흡을 곤란하게 하고, 작업장 의 온도를 상승시켜 작업자는 방열복 및 호흡장비를 착용한 상태에서 작업을 하여야 하는 문제점이 있었다.

또, 상기 용해로(70) 및 래들(200)의 용탕(71) 상부에 부유되는 슬래그(72)를 제거하거나, 상기 슬래그(72) 부분을 제외한 용탕(71) 만을 래들(200) 및 주형(80)으로 붓도록 별도의 장비 및 작업이 요구되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 용해로에서 이송되거나 주형으로 주입되는 용탕의 외부 노출을 방지하여, 상기 용탕의 외부노출로 인한 유해가스의 발생 및 복사열의 발생을 방지하도록 된 주조용 래들 및 이를 이용한 주조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 용탕의 공기접촉을 방지하여 용탕의 산화 등 화학적 변화를 방지함에 따라, 상기 용탕에 슬래그가 형성되는 것을 방지하고 상기 슬래그의 주형 내 주입을 방지하여 주물의 품질을 향상시키도록 된 주조용 래들 및 이를 이용한 주조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 주조용 래들은, 용융금속을 수용할 수 있도록 형성된 도가니와; 상기 도가니에 형성된 구멍과 연통됨과 동시에 상기 도가니로부터 돌출 설치되어 용탕 출입용 유로를 제공하는 노즐과; 상기 도가 니의 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼와; 상기 도가니 내부에 진공을 형성시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속이 흡입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 진공형성수단과; 상기 도가니 내부로 가스를 주입시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속을 주입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 가스주입수단;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 구멍이 상기 도가니의 하부에 형성되고, 상기 노즐은 상기 도가니의 하부에 직접 결합되어 상기 도가니의 구멍과 상기 노즐의 구멍이 직접 연결되어 중력을 이용하는 것에 있다. 즉, 본 발명에서는 도가니의 하부에 중력 방향으로 구멍이 형성되고, 이 구멍의 중심선과 같은 중심선을 갖는 노즐이 상기 도가니의 하부에 직접 결합되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 스토퍼가 상기 도가니 내부를 관통하도록 설치되어 상승/하강에 의해 상기 스토퍼의 하단부가 상기 도가니의 구멍을 개폐하는 것에 있다. 상기 스토퍼는 대략 50 mm 안팎의 이동거리에서 상기 구멍을 충분히 개폐할 수 있으며, 용융금속의 용탕이 도가니에 채워지는 경우 상기 스토퍼는 상기 용융 금속의 용탕에 잠기게 된다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 도가니 내부의 온도를 측정하기 위한 열전대를 추가로 포함하는 것에 있다. 용해로로부터 흡입된 용융금속 용탕의 온도를 적절히 파악하기 위해서 도가니 내부의 적절한 위치에 열전대가 설치되는 것이 바람직하다. 이 열전대는 더욱 바람직하게는 도가니 내부의 용탕의 온도를 실시간으로 출력할 수 있을 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 도가니와 상기 노즐이 같은 재질로 형성되어 상기 도가니와 노즐이 쉽게 접합/결합되는 것에 있다. 이들의 결합을 보다 담보하기 위해서 상기 노즐의 상단부는 상기 도가니의 하부에 형성된 요홈부에 삽입 결합되는 것이 바람직할 것이다. 본 발명의 바람직한 일실시예에서는 상기 도가니와 노즐이 흑연재질로 형성되고, 상기 도가니와 노즐은 접착제에 의해 접합되어 결합된다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 도가니 외부에 상기 도가니와 그 연결부재 및 내부를 가열하기 위하여 열선이 매설된 히터부를 추가로 설치하는 것에 있다. 도가니 내부에 용탕이 채워진 후 주조위치로 이동되어 주입되기까지 용탕의 온도 저하가 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 본 발명의 바람직한 일실시예에서는 스탠드 위치에서 히터부를 히터열선을 통해 도가니와 도가니 내부를 가열한 후, 히터부의 동작을 중지한 채로, 용해로 위로 래들을 이동시켜 용탕을 흡입한 후, 다시금 래들을 주조 위치로 이동시켜 주조 작업을 수행한다. 따라서, 히터부의 동작은 스탠드 위치에서만 이루어지는데, 이와 같이 히터부가 스탠드 위치에서만 동작하므로 그 후 도가니 및 도가니 내부의 용탕 온도가 저하되는 것을 막기 위해서 히터부는 내화재료로 만들어지고, 내화재료로 만들어진 히터부의 내벽에 히터 열선을 매설하는 구성을 갖는 것이 더욱 좋다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 히터부와 상기 도가니 사이에 제1공간부가 존재하는 것에 있다. 따라서, 도가니의 내부에 진공을 형성하거나 도가니 내부로 가스(질소 혹은 불활성가스 등)를 주입하고자 하는 경우 도가니 내부로 이들 가스 배관이 직접 연결되지 않고 상기 제1공간부를 통하게 된다. 즉, 상기 제1공간부를 통해 상기 도가니 내에서 진공을 흡입하고 상기 도가니 내로 가스를 주입하게 된다.

아울러, 내부에 상기 히터부와 상기 도가니를 수용할 수 있는 강제 케이스를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이는 흑연제 도가니를 내부에 수용하고 있는 내화물제 히터부를 적절하게 가공하여 이송수단 등을 만들기가 곤란하기 때문이다. 따라서, 적절한 형상의 케이스를 구성하여 내부에 상기 히터부와 도가니를 수용하는 것이 좋다. 그런데, 상기 제1공간부와 같은 이유로, 상기 케이스와 상기 히터부 사이에는 제2공간부가 존재하는 것이 바람직하다. 이 경우 케이스 외부로부터의 진공형성수단의 배관과 가스주입수단의 배관은 상기 제2공간부까지만 이르게 되며, 도가니 내부의 진공형성이나 가스주입은, 제2공간부 - 제1공간부 - 도가니를 통해 이루어지게 된다. 이를 위해서 제1공간부와 제2공간부를 연통시키는 연통홀이 히터부에 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 제1공간부의 온도 역시 측정되는 것이 좋으므로, 제1공간부에도 열전대가 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 래들을 스탠드 위의 준비위치/용탕흡입위치/용탕주입위치로 이송시키기 위한 이송수단을 추가로 구비하는 것에 있다. 이에 따라 래들을 준비위치에서 예열시킨 뒤, 용탕흡입위치로 적절한 이송수단으로 이송시키고, 용탕흡입위치에서 용탕의 흡입을 완료한 뒤, 용탕주입위치로 적절한 이송수단으로 이송시키고 주형에 주조를 위해 용탕을 주입하게 된다.

그런데, 상기 가스주입수단은, 래들과 함께 설치되어 상기 래들의 이송 시 상기 래들과 함께 이송되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 가스주입수단은 후술하는 바와 같이, 용탕흡입단계에서 뿐만 아니라 용탕주입단계에서도 사용되기 때문이다. 그러나, 진공형성수단은 진공펌프와 진공탱크를 통해 진공을 형성하기 때문에, 이들은 래들과 별도로 설치되고 래들은 진공탱크와 배관을 통해 연결되는 것이 좋다. 즉, 진공탱크는 진공펌프와 더불어 일정 위치에 고정되어 있고 연장된 진공배관이 래들과 함께 움직이게 되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 주조방법은, (a) 도가니 내부에 형성되는 진공압에 의해 상기 도가니에 형성된 구멍을 통해 용융금속을 흡입하여 수용하고, (b) 상기 도가니 내부로 가스를 주입하여 상기 도가니에 수용된 용융금속을 주형으로 주입하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따른 주조방법의 또 다른 특징은, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 도가니를 예열시키는 단계를 추가로 포함하는 것에 있다. 이는 전술한 바와 같이 도가니 및 도가니 내부를 소정 온도 이상으로 가열하여 추후 용탕이 흡입되었을 때 용탕의 온도 저하를 막기 위함이다.

본 발명에 따른 주조방법의 또 다른 특징은, 상기 (a) 단계에서, 상기 구멍과 연통하면서 상기 도가니로부터 돌출 형성된 노즐의 끝단부를 용융금속의 용탕 안으로 침지시킨 상태에서 상기 도가니 내부에 진공압을 형성시켜 용융금속을 흡입한 뒤, 상기 구멍을 폐쇄함으로써 수행되는 것에 있다. 이로써 용탕 표면에 부유하는 슬래그 성분이 래들로 혼입될 가능성을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 래들로 흡입되는 용탕이 대기와 접할 가능성도 최소화된다.

본 발명에 따른 주조방법의 또 다른 특징은, 상기 (a) 단계에서, 상기 용융금속의 흡입 이전에, 상기 노즐의 끝단부를 용융금속의 용탕 안으로 침지시킨 상태에서 상기 도가니 내부에 진공압을 형성시켜 용융금속을 예비흡입하고, 다시금 상기 도가니 내부로 가스를 주입하여 용융금속을 용탕안으로 배출시키는 과정을 1회 이상 수행하는 것에 있다. 이상과 같은 단계를 수행함으로써 도가니 내부에 존재할 수 있는 불순물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 도가니의 내부의 예열 효과도 가져올 수 있다.

본 발명에 따른 주조방법의 또 다른 특징은, 상기 (b) 단계에서, 상기 노즐의 끝단부를 주형의 탕도 입구에 위치시킨 후, 상기 구멍을 개방시킴과 동시에 상기 도가니 내부로 가스를 주입함으로써 상기 노즐을 통해 용융 금속을 주형으로 주입함으로써 수행되는 것에 있다. 따라서, 래들에 수용되어 있던 용탕이 대기와 접촉할 가능성을 최소화하면서 주형 내로 주입할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 주조방법의 또 다른 특징은, 상기 도가니가 흡입 위치로 이송되어 용융금속을 흡입 수용한 후, 주입위치로 이송되어 용융금속을 주형에 주입시키는 것에 있다. 따라서, 상대적으로 중량이 가벼운 래들을 이송시키면서 고정위치에 있는 용해로와 주조설비 사이에서 작업을 진행할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

또한, 종래 구조를 도시한 도 1 및 도 2와 동일한 부위에는 동일한 참조부호 를 표기하면서 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 주조방법의 개략적인 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 주조방법의 공정들을 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명에 따른 래들(20)을 이용하여 주조하는 방법을 보다 상세하게 나타낸 개념도이며, 도 6은 본 발명에 따른 래들(20)을 나타낸 것이고, 도 7은 본 발명에 따른 래들(20)이 용해로(70) 위에서 흡입작업을 수행하는 상태의 단면도이다.

본 발명은 용탕(71)을 외부로부터 밀폐하는 래들(20)을 제공함과 더불어 상기 래들(20)을 이용하여 주조하는 방법을 제공한다.

상기 래들(20)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 케이스(30)와, 상기 케이스 내부에 설치되는 내화물제 히터부(31)와, 상기 히터부의 도가니(40)쪽 내벽면에 매설되는 히터열선(32)과, 용탕을 수용할 수 있는 흑연제 도가니(40)와, 상기 도가니의 중력 방향 아래 방향으로 형성된 구멍과 연통됨과 동시에 상기 도가니로부터 돌출되도록 설치되는 노즐(34)과, 상기 도가니(40)의 구멍(40a)을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼(41)와, 가스주입용 파이프(51)와, 진공형성용 파이프(61)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 래들(20)은 작업장의 천장에 설치된 레일(10)에 설치된 호이스트 등과 같은 인양설비에 의해 승하강됨과 동시에 상기 레일(10)을 따라 이동될 수 있다.

상기 케이스(30)는 외부로부터 밀폐된 통형상을 갖는다. 상기 케이스(30) 내부에 설치되는 히터부(31)는 내화물로 만들어져 내부에 수용되는 용탕(71)의 열이 외부로 방출되는 것을 단열하여 용탕(71)의 온도 저하를 최소화한다. 또한, 상기 히터부(31) 내부에 매설된 히터열선(32)에는 전원(33)이 연결되는 전열히터로 구성된다. 상기 전원(33)은 상기 히터(32)에 외부 전원을 인가하도록 된 전원 및 전기선으로 형성되며, 상기 전기선은 상기 도가니(40)의 벽체 내부에 설치된 히터(32)에서 상기 도가니(40)와 후술하는 케이스(30)를 관통하여 외부로 연장된다.

상기 케이스(30)는 상기 히터부(31) 및 도가니(40)를 내부에 수용하여 감싸도록 형성되며, 상부에는 고리부재(12)가 형성되어 별도의 와이어 등을 이용하여 상기 레일(10)에 설치된 호이스트 등과 같은 인양설비에 의해 승하강됨과 동시에 상기 레일(10)을 따라 이동할 수 있다.

상기 노즐(34)은 상기 도가니(40)의 중력방향으로 개방된 구멍(40a)과 직접 연통하도록 도가니의 하부의 요홈부에 삽입 결합된다. 본 발명의 바람직한 일실시예에서는 상기 도가니(40)와, 노즐(34) 모두 흑연재질로 형성되었다. 이들은 서로 같은 재질이기 때문에 적절한 접착제를 이용하여 쉽게 그리고 견고하게 접착/결합될 수 있다. 그러나, 용융금속에 의해 손상 받지 않는 다른 어떤 내열재료로 도가니(40) 및 노즐(34)을 만드는 것 역시 가능할 것이다.

또한, 상기 노즐(34)은 후술하는 용해로(70)의 용탕(71) 상부에 형성되는 슬래그(72)층을 관통하여 용탕 깊숙이 잠기는 것이 바람직하다. 따라서, 노즐을 가능하면 길게 형성하는 것이 좋으나, 노즐(34)을 길게 형성하기 곤란한 경우 적절한 재료로 만들어진 내열 파이프(36)를 노즐(34) 끝단부에 맞닿게 한 후 용탕의 흡입을 진행해도 무방하다. 이러한 형식의 내열 파이프(34)는 용해로(70)와 래들(20)의 간격이 가까울 경우 용해로(70)로부터 비산하는 열과 비산물로부터 래들의 외표면이 손상 받을 수 있다는 점을 고려하면, 그 쓰임새가 아주 각별하다 할 것이다. 즉, 노즐(34)의 돌출 길이를 크지 않게 하면서도 내열 파이프의 길이를 키우기만 하더라도 래들(20)의 외표면이 용해로(70)의 열 및 비산물로부터 손상 받을 가능성은 적다. 다만, 노즐(34) 끝단부와 상기 내열 파이프(36)의 상단부 사이에는 적절한 밀봉이 이루어져야만 용탕의 흡입이 원하는 바대로 이루어질 수 있다. 도면에는 마치 내열 파이프(36)가 노즐 끝단부에 매달리거나 걸려 있는 것처럼 도시되어 있지만, 내열 파이프(36)의 길이가 용탕(71)의 깊이 이상이어서 먼저 용탕(71)에 담가져서 세워진 후, 그 내열 파이프(36)의 상단에 노즐(34)의 끝단부가 맞닿도록 구성하는 것이 더욱 용이할 것이다.

이러한 경우, 스토퍼 이후의 노즐 내부나 내열 파이프 내부는 진공 상태로 유지되지 않고 있으며, 처음에 노즐(34)을 용해로(70)에 담글 때 슬래그 성분이 노즐(34)이나 내열 파이프(36) 내부로 혼입될 수 있으므로, 흡입공정만으로 용탕을 흡입하는 것보다는 예비흡입/배출을 1회 이상 반복함으로써 이들 경로에 존재하는 대기나 슬래그에 의한 용탕의 오염을 최소화하는 배려가 필요하다. 즉, 예비흡입과 배출이 반복되면서 발생하는 산화물 등과 같은 슬래그 등은 낮은 비중을 갖는 관계로 용탕 표면으로 부유하게 되고, 건전한 용탕만이 추후 도가니(40)내로 흡입될 수 있게 된다.

상기 스토퍼(41)는 상기 도가니(40)의 구멍(40a)을 개폐할 수 있도록 구성된다. 본 실시예에서 상기 스토퍼(41)는 상기 도가니(40) 뿐만 아니라 히터부를 관통 하여 케이스 바깥으로 연장되는 봉 형상으로 이루어진다. 케이스(30) 상부에는 공압 실린더(45)가 설치되어 상기 스토퍼(41)의 승하강을 가능하게 한다. 그런데, 케이스 내부가 외부로부터 밀폐되어야 하므로 상기 스토퍼(41)의 축과 케이스 사이는 밀봉되어야 한다. 히터부(31)를 관통하는 스토퍼(41)의 축은 밀봉될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 케이스가 충분히 밀봉을 이루고 있기 때문에 별도의 밀봉이 불필요하기 때문이다.

또, 상기 스토퍼(41)의 상기 도가니(40)의 구멍(40a)과 접하는 부분은 테이퍼가 형성되어 상기 노즐(34)의 내부 개구를 점차적으로 개방 및 폐쇄하도록 구성된다.

상기 가스주입용 파이프(51)는 상기 도가니(31)의 내부로 가스(52)를 주입할 수 있도록 제공된다. 본 실시예에서는 상기 용탕(71)에 의해 용해되거나, 화학적 결합되는 것이 방지되는 질소나 불활성 가스(52)를 상기 도가니 (40) 내부로 주입하도록 상기 케이스(30)를 관통하여 외부로 연결된 관으로 구성된다.

상기 진공형성용 파이프(61)는 상기 도가니(31)의 내부에 존재하는 가스(52) 및 공기를 외부로 배출하도록 상기 가스주입용 파이프(51)와 동일하게 상기 케이스(30)를 관통하여 외부로 연결된 관으로 구성된다.

상기 가스주입용 파이프(51)와 진공형성용 파이프(61)에 가스탱크(50)와, 진공탱크(60)가 연결된다.

상기 가스탱크(50)는 상기 래들(20)의 케이스(30) 외부로 돌출된 가스파이프(51)에 연결된 가스(52) 저장통으로 구성되며, 상기 도가니(31)의 내부 로 충전될 가스(52)가 채워져 있다.

또, 상기 가스(52)는 상기 용탕(71)과의 반응성이 떨어지며, 상기 용탕(71)의 열로 인해 변화되지 않는 질소나 불활성 기체이다.

상기 진공탱크(60)는 상기 케이스(30)의 외부로 돌출된 진공형성용 파이프(61)에 연결된 탱크로 구성되며, 상기 진공탱크(60)에 결합된 진공펌프의 동작에 의해 상기 진공탱크(60)에는 진공압이 형성되어 있으며, 상기 진공탱크(60)와 래들(20) 사이의 배관에 설치되는 밸브의 개폐에 의해 선택적으로 래들(20) 내부를 진공으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 케이스(30)의 상부에는 공기압력으로 작동되는 공압실린더(45)가 설치되어 상기 스토퍼(41)를 상기 도가니(40)의 내부 구멍(40a)을 개폐할 수 있도록 승강시킨다.

아울러, 상기 도가니(40)와, 상기 히터부(31) 사이에는 제1공간부(A)가 존재하고, 상기 히터부(31)와 상기 케이스(30) 사이에는 제2공간부(B)가 존재한다. 즉, 진공형성용 파이프(61)와, 가스주입용 파이프(51)가 케이스를 관통하여 제2공간부와 연결되므로 도가니(40) 내부에 진공을 형성하거나 가스를 주입하고자 하는 경우, 제2공간부(B) - 제1공간부(A) - 도가니(40)의 경로 및 그 역의 경로를 거치게 된다. 전술한 바와 같이 스토퍼(41)의 축의 승하강시 히터부에 의해 밀폐될 수도 있는데, 이러한 경우를 위해 히터부에는 관통홀(35)이 제공되어 제1공간부(A)와 제2공간부(B)를 연통시키는 것이 바람직하다. 또한, 스토퍼(41)의 승하강이 이루어지더라도 도가니의 상부는 스토퍼와 간극을 가져서 이 사이로 도가니(40) 내부의 공기가 제1공간부(A) - 제2공간부(B) - 진공형성용 배관(61)을 통해 외부로 빠져나가야 하며, 더불어 질소 혹은 불활성가스가 가스주입용 배관(51) - 제2공간부(B) - 제1공간부(A)를 통해 도가니(40) 내부로 주입되어야 한다.

또, 상기 도가니(40) 내에 수용된 용탕(71)의 온도를 측정하도록 도 7에 도시된 바와 같은 열전대(42)가 구비되는 것이 바람직하고, 상기 도가니(40)와 히터부 사이의 제1공간부 온도를 측정하도록 열전대(43)가 더 설치되는 것이 바람직하다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명 주조용 래들을 이용하여 주조하는 방법을 설명한다.

본 발명은, 밀폐용기내로 용탕(71)을 수용하여 상기 용탕(71)이 외부 공기와 접촉되어 변화되거나 냉각되는 것을 방지하며, 상기 용탕(71)이 노출되어 상기 용탕(71)에서 외부로 복사열을 방출하는 것을 방지하도록 되고, 상기 도가니(40)에서 직접 주형(80)으로 용탕(71)을 주입하여 상기 용탕(71)의 외부 노출을 최소화한 방법이다.

본 발명은 최초 래들(20)에 연결된 진공탱크(60)를 작동하여 도가니(40) 내부를 준비위치에서 진공으로 형성한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 래들(20)을 용해로(70)의 상부에 위치시킴과 더불어, 상기 래들(20)의 하면에서 돌출된 노즐(34)을 상기 용해로(70)에 수용된 용탕(71)에 담그고, 상기 용탕(71)에 노즐(34)이 잠긴 상태에서 상기 래들(20)의 도가니(40) 내부의 공기 및 가스(52)를 도가니(40)의 외부로 배출하여 상기 도가니(40) 내부에 형성된 진공압에 의해 상기 노즐(34)을 통해 상기 용탕(71)을 용탕흡입위치에서 흡입한다.

상기 용탕(71)을 도가니(40) 내부로 흡입한 래들(20)은 주형(80)의 위치로 이송되고, 상기 주형(80)의 위치에 도달한 후, 스토퍼를 상승시켜 도가니(40)의 구멍(40a)을 개방함과 동시에 질소 혹은 불활성가스를 도가니(40) 내부로 주입함으로써 노즐(34)을 통해 주형(80)으로 주입하여 주조를 수행한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법을 도시한 것으로, 본 발명은 래들예열공정(S11)과, 전원분리공정(S12)과, 용해로이동공정(S13)과, 진공형성공정(S14)과, 흡입공정(S15)과, 진공유로분리공정(S16)과, 이송공정(21)과, 가스충전공정(S31)과, 주입공정(S32)을 포함하여 구성된다.

상기 래들예열공정(S11)은, 상기 래들(20)의 내부에 형성된 히터부(31)의 히터열선(32)에 외부 전원(33)을 연결하여 상기 히터(32)에 의해 히터부(31) 내부에 설치된 도가니(40)를 가열하는 공정이다. 상기 히터열선(32)은 상기 전원(33)의 인가에 따라 상기 도가니(40)에 추후 담기게 될 용탕의 온도가 낮아지지 않을 정도로 가열한다.

상기 전원분리공정(S12)은, 상기 도가니(40) 가열된 상태에서 상기 전원(33) 및 전기선을 래들(20)로부터 분리하여 상기 래들(20)의 자유로운 이동을 확보한다.

상기 용해로이동공정(S13)은, 상기 래들(20)을 용해로(70)의 상부로 이동시키며, 이때 상기 래들(20)이 작업장의 천장에 설치된 레일(10)을 따라 이동할 수 있다.

또, 상기 용해로(70)의 상부로 래들(20)이 이동된 상태에서, 상기 래들(20)의 하면에서 돌출된 노즐(34)을 상기 용해로(70)의 내부에 수용된 용탕(71)에 잠기도록 하고(다르게는 전술한 바와 같이 내열 파이프를 사용할 수도 있음), 상기 노즐(34)의 내부 개구를 차단하고 있는 스토퍼(41)를 상승시켜 상기 노즐(34)을 개방한다. 이때, 상기 노즐(34)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 용탕(71)의 상부에 부유된 슬래그(72)를 관통하여 상기 용탕(71)에 잠기도록 위치시킴으로, 상기 노즐(34)을 통한 슬래그(72)의 흡입을 방지한다.

상기 진공형성공정(S14)은 노즐(34)이 용탕(71)에 잠긴 상태에서, 상기 도가니(40)에 연통된 진공파이프(61)를 통해 상기 도가니(31)의 내부에 수용된 공기 및 가스(52)를 외부로 배출한다. 여기서, 상기 진공형성용 파이프(61) 또는 상기 진공탱크(60)에 설치된 진공펌프를 작동시켜 상기 도가니(40)의 내부에 수용된 공기 및 가스(52)를 상기 진공탱크(60)의 내부로 이동시킨다. 이 경우, 상기 진공탱크(60)는 소위 레저버(reserver)로서 역할을 한다. 즉, 진공펌프는 계속 동작하여 상기 진공탱크(60)에는 상시적으로 소정의 진공압이 걸리게 되며, 진공탱크(60)와 케이스(30) 사이에 제공되는 진공형성용 파이프(61)에 설치된 배관을 여는 순간 래들 내부는 진공압이 걸리게 된다. 이에 따라, 상기 도가니(31)의 내부는 진공상태가 된다.

상기 흡입공정(S15)은 상기 도가니(40)에 형성된 진공압에 의해 상기 용탕(71)이 상기 도가니(40)의 내부로 흡입되어 충전되는 공정이다.

이상과 같이 진공형성공정(S14)과 흡입공정(15)을 분리하여 설명했지만, 실제로는 진공형성을 위해 진공형성용 파이프의 배관을 개방함과 동시에 용탕의 흡입이 이루어진다. 아울러, 스토퍼의 상승도 진공형성공정과 동시에 이루어질 수 있다.

또, 본 발명은 예비흡입공정을 더 포함할 수 있으며, 상기 예비흡입공정은, 상기 도가니(40)의 내부 온도를 용탕(71)의 온도와 유사하게 조절함과 더불어, 도가니 및 노즐 내부에 존재하는 대기와 접촉하는 형성되는 산화물의 혼입과 노즐(34)이 담가질 때 혼입될 수 있는 슬래그를 방지할 수 있다. 이 공정은, 상기 용탕(71)이 도가니(40)의 전 부분으로 용이하게 퍼지도록 최초 도가니(40)를 진공으로 형성하여 소정량의 용탕(71)을 흡입하고, 가스주입수단을 이용하여 질소 혹은 불활성가스로 상기 도가니(40) 내부를 재 충전하여 상기 도가니(31)의 기압을 높임으로써 상기 도가니(31) 내에 충전된 용탕(71)을 상기 용해로(70)의 내부로 밀어내는 과정을 1회 이상 반복한다.

상기와 같이, 용탕(71)이 여러 차례 흡입되었던 도가니(40)의 내부를 진공으로 형성하여 상기 흡입공정(S15)을 완료한다.

또, 상기 흡입공정(S15)에서 용탕(71)을 도가니(40)의 내부로 흡입하면, 상기 스토퍼(41)를 하강시켜 상기 노즐(34)의 내부 개구에 밀착시킴으로 상기 노즐(34)을 폐쇄한다.

상기 진공유로분리공정(S16)은, 노즐(34)이 폐쇄되면, 추후공정에서 불필요한 진공탱크(60)를 상기 래들(20)로부터 분리한다.

이때, 상기 진공탱크(60)를 분리하도록 상기 진공파이프(61)와 상기 진공탱크(60)의 연결을 분리하여 상기 래들(20)을 진공탱크(60)로부터 자유롭게 하고, 상기 진공탱크(60)에 수용된 가스(52) 및 공기는 상기 래들(20)의 분리와 동시에 외부로 배출하여 추후 재 주조를 준비하는 것이 바람직하다.

상기 이송공정(21)은 상기 노즐(34)이 폐쇄되고, 상기 진공탱크(60)가 분리된 래들(20)을 주형(80)의 위치, 즉 용탕주입위치로 이송한다.

이때, 상기 래들(20)은, 이동 가능한 받침대 및 레일(10)에 의해 주형(80)의 위치로 이동된다.

상기 가스충전공정(S31)은, 래들(20)이 주형(80)의 위치로 이동된 상태에서 상기 래들(20)의 노즐(34)과 상기 주형(80)의 주입구가 연결된다.

여기서 상기 노즐(34)과 주입구는 파이프 등에 의해 연통될 수 있음은 물론, 상기 노즐(34)이 주입구의 직 상방에 위치되어 상기 노즐(34)을 통해 용탕(71)을 낙하시키도록 연결할 수 있음은 물론이다.

상기 노즐(34)과 주입구가 연결된 상태에서 상기 스토퍼(41)를 재 상승시켜 상기 노즐(34)을 개방하고, 상기 도가니(40)의 외부에 설치된 가스탱크(50)로부터 상기 가스파이프(51)를 통해 상기 도가니(40)로 가스(52)가 충전된다.

상기 주입공정(S32)은, 도가니(40)에 가스(52)가 충전됨과 더불어, 상기 도가니(40)의 내부 압력이 상승되고 상대적으로 고기압을 이루는 도가니(40) 내부의 기압으로 상기 용탕(71)이 상기 노즐(34)을 통해 도가니(40)의 외부로 토출됨과 동시에 상기 노즐(34)에 연결된 주입구로 주입된다.

이때, 상기 도가니(40)의 압력이 상대적으로 고기압을 이룸에 따라 상기 주형(80)의 내부로 주입되는 용탕(71)은 소정압력을 갖고 주입되면서 상기 주형(80)의 내부로 가압되면서 충전된다.

따라서, 용해로(70)에 수용된 용탕(71)의 상부에 부유된 슬래그(72)를 관통하여 상기 용탕(71)을 직접 도가니(40)의 내부로 흡입함에 따라, 상기 슬래그(72)의 주물형성을 방지하도록 되고, 상기 용해로(70)에서 흡입한 용탕(71)이 도가니(40)의 내부에서 외부로부터 밀폐되어 보관 및 이동됨에 따라 상기 용탕(71)의 공기접촉에 따른 변화 및 냉각을 방지하도록 되며, 상기 용해로(70) 및 래들(20)의 기울임 작동을 위한 보조장비 및 상기 슬래그(72)의 제거를 위한 장비 등이 폐지되도록 되고, 상기 용탕(71)의 외부 노출로 인한 유해가스(52) 및 복사열의 발생이 방지된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 주조용 래들 및 이를 이용한 주조방법은, 용탕의 외부 노출로 인한 용탕의 변화 및 냉각을 방지하여 주물의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과는, 용탕의 외부 노출로 인한 유해가스 및 복사열의 생성을 방지하여 작업장 환경이 개선됨은 물론, 작업자에게 쾌적한 작업환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 효과는, 용해로 및 래들 내의 용탕을 이동시키기 위해 비교적 위험한 상기 용해로 및 래들을 기울이는 작업이 폐지되어 주조공정이 보다 용이하게 이루어지는 효과가 있다.

Claims (23)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 용융금속을 수용할 수 있으며 하부에 구멍이 형성된 도가니와;

   상기 도가니 내부의 온도를 측정하기 위한 열전대와;

   상기 도가니에 형성된 구멍과 직접 연통됨과 동시에 상기 도가니의 하부로부터 돌출 설치되어 용탕 출입용 유로를 제공하는 노즐과;

   상기 도가니의 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼와;

   상기 도가니 내부에 진공을 형성시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속이 흡입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 진공형성수단과;

   상기 도가니 내부로 가스를 주입시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속을 주입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 가스주입수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
5. 용융금속을 수용할 수 있으며 하부에 구멍이 형성된 도가니와;

   상기 도가니에 형성된 구멍과 직접 연통됨과 동시에 상기 도가니의 하부로부터 돌출 설치되어 용탕 출입용 유로를 제공하는 노즐과;

   상기 도가니의 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼와;

   상기 도가니 내부에 진공을 형성시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속이 흡입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 진공형성수단과;

   상기 도가니 내부로 가스를 주입시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속을 주입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 가스주입수단을 포함하고,

   상기 도가니와 상기 노즐은 같은 재질로 형성되고, 상기 노즐의 상단부는 상기 도가니의 하부에 형성된 요홈부에 삽입 결합되는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
6. 제5항에 있어서,

   상기 도가니는 상기 노즐과 접착제에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
7. 용융금속을 수용할 수 있도록 형성된 도가니와;

   상기 도가니에 형성된 구멍과 연통됨과 동시에 상기 도가니로부터 돌출 설치되어 용탕 출입용 유로를 제공하는 노즐과;

   상기 도가니 외부에 설치되어, 상기 도가니와 그 연결부재 및 내부를 가열하기 위한 열선이 매설된 히터부와;

   상기 도가니의 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼와;

   상기 도가니 내부에 진공을 형성시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속이 흡입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 진공형성수단과;

   상기 도가니 내부로 가스를 주입시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속을 주입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 가스주입수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
8. 제7항에 있어서,

   상기 히터부와 상기 도가니 사이에 제1공간부가 존재하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1공간부의 온도를 측정하기 위한 열전대를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
10. 제8항에 있어서,

    상기 진공형성수단 및 가스주입수단은 상기 제1공간부를 통해 상기 도가니 내에서 진공을 흡입하고 상기 도가니 내로 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
11. 제8항에 있어서,

    내부에 상기 히터부와 상기 도가니를 수용할 수 있는 케이스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
12. 제11항에 있어서,

    상기 케이스와 상기 히터부 사이에 제2공간부가 존재하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1공간부와 제2공간부를 연통시키는 연통홀이 상기 히터부에 형성된 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
14. 제13항에 있어서,

    상기 진공형성수단 및 가스주입수단의 끝단은 상기 제2공간부와 연통하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
15. 용융금속을 수용할 수 있도록 형성된 도가니와; 상기 도가니에 형성된 구멍과 연통됨과 동시에 상기 도가니로부터 돌출 설치되어 용탕 출입용 유로를 제공하는 노즐과; 상기 도가니의 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼와; 상기 도가니 내부에 진공을 형성시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속이 흡입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 진공형성수단과; 상기 도가니 내부로 가스를 주입시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속을 주입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 가스주입수단;을 포함하는 주조용 래들로서,

    상기 래들을 준비위치/용탕흡입위치/용탕주입위치로 이송시키기 위한 이송수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
16. 제15항에 있어서,

    상기 가스주입수단은 상기 래들 부근에 설치되어 상기 래들의 이송 시 상기 래들과 함께 이송되는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
17. 용융금속을 수용할 수 있도록 형성된 도가니와; 상기 도가니에 형성된 구멍과 연통됨과 동시에 상기 도가니로부터 돌출 설치되어 용탕 출입용 유로를 제공하는 노즐과; 상기 도가니의 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼와; 상기 도가니 내부에 진공을 형성시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속이 흡입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 진공형성수단과; 상기 도가니 내부로 가스를 주입시킴으로써 상기 노즐을 통해 용융금속을 주입하도록 상기 도가니 내부와 연통 설치되는 가스주입수단;를 포함하는 주조용 래들로서,

    상기 진공형성수단은 상기 래들과 배관을 통해 연결되면서 별도로 설치되는 진공탱크를 갖는 것을 특징으로 하는 주조용 래들.
18. 삭제
19. 도가니를 예열하고,

    (a) 도가니 내부에 형성되는 진공압에 의해 상기 도가니에 형성된 구멍을 통해 용융금속을 흡입하여 수용하고,

    (b) 상기 도가니 내부로 가스를 주입하여 상기 도가니에 수용된 용융금속을 주형으로 주입하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 (a) 단계는, 상기 구멍과 연통하면서 상기 도가니로부터 돌출 형성된 노즐의 끝단부를 용융금속의 용탕 안으로 침지시킨 상태에서 상기 도가니 내부에 진공압을 형성시켜 용융금속을 흡입한 뒤, 상기 구멍을 폐쇄함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 주조방법.
21. 제20항에 있어서,

    상기 (a) 단계는, 상기 용융금속의 흡입 이전에, 상기 노즐의 끝단부를 용융금속의 용탕 안으로 침지시킨 상태에서 상기 도가니 내부에 진공압을 형성시켜 용융금속을 예비흡입하고, 다시금 상기 도가니 내부로 가스를 주입하여 용융금속을 용탕 안으로 배출시키는 과정을 1회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
22. 제19항에 있어서,

    상기 (b) 단계는, 상기 노즐의 끝단부를 주형의 탕도 입구에 위치시킨 후, 상기 구멍을 개방시킴과 동시에 상기 도가니 내부로 가스를 주입함으로써 상기 노즐을 통해 용융 금속을 주형으로 주입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 주조방법.
23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 도가니는 흡입 위치로 이송되어 용융금속을 흡입 수용한 후, 주입위치로 이송되어 용융금속을 주형에 주입시키는 것을 특징으로 하는 주조방법.

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