KR100721924B1 - Cooling apparatus for Wheel mold continuous casting of aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
휠 몰드 연속 주조기용 냉각장치를 제공한다. 상기 냉각장치는 중심으로 부터 방사방향으로 연장된 복수개의 냉각수 통로를 갖는 냉각 휠을 구비한다. 상기 냉각 휠의 원주 방향을 따라 지그 재그로 배열된 냉각수 노즐들이 상기 냉각수 통로와 연통되도록 상기 냉각 휠 상에 배치되어 그 상부의 휠 몰드에 냉각수를 분사한다. 플로우미터는 상기 냉각수 통로의 각각으로 공급되는 냉각수량을 조절한다.Provided is a chiller for a wheel mold continuous casting machine. The cooling device has a cooling wheel having a plurality of cooling water passages extending radially from the center. Cooling water nozzles arranged in a zigzag along the circumferential direction of the cooling wheel are disposed on the cooling wheel so as to communicate with the cooling water passage to inject cooling water into the wheel mold thereon. The flow meter adjusts the amount of cooling water supplied to each of the cooling water passages.
휠 몰드, 알루미늄, 연속주조, 냉각수 노즐 Wheel Mold, Aluminum, Continuous Casting, Coolant Nozzle
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 냉각장치를 구비한 휠 몰드 연속 주조기의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a wheel mold continuous casting machine having a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 휠 몰드 연속 주조기용 냉각장치의 정면 개략도이다. Figure 2 is a front schematic view of the cooling apparatus for a wheel mold continuous casting machine according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 휠 몰드 연속 주조기용 냉각장치의 냉각수 노즐 분포를 보이는 평면도이다.Figure 3 is a plan view showing the coolant nozzle distribution of the cooling apparatus for a wheel mold continuous casting machine according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawing *
1 : 휠 몰드 2: 냉각수 노즐1: wheel mold 2: coolant nozzle
3: 냉각수 통로 4 : 냉각수 조절 밸브3: cooling water passage 4: cooling water control valve
5 : 플로우 미터 6: 분배변5: flow meter 6: distribution valve
7: 콘트롤 판넬 8,9: 열전대7:
10: 감시창 11: 냉각휠10: monitoring window 11: cooling wheel
본 발명은 휠 몰드 연속 주조 장치에 관한 것으로, 특히 연속 주조시 정량적인 냉각수 조절이 가능하도록 노즐을 배열하여 휠 몰드 냉각이 충분히 가능하도록 함으로써, 중/고강도 알루미늄 합금의 연속주조가 가능하도록 한 것으로, 휠 몰드 내부에 설치된 각각의 냉각수 노즐로 부터 강제 냉각이 가능하도록 하여 주조 결함이 없는 건전한 알루미늄 합금 주편을 얻을 수 있는 휠 몰드 연속 주조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wheel mold continuous casting apparatus, and in particular, by continuously arranging nozzles to allow quantitative cooling water adjustment during continuous casting to allow sufficient cooling of the wheel mold, thereby enabling continuous casting of a medium / high strength aluminum alloy. The present invention relates to a wheel mold continuous casting apparatus capable of forcibly cooling from each coolant nozzle installed inside a wheel mold to obtain a sound aluminum alloy cast without casting defects.
알루미늄 또는 알루미늄 합금의 제조기술로는 주로 다이캐스팅법이나 반연속주조를 이용한 빌렛 주조, 압출등의 공정을 거친 제품 제조가 주된 기술로 사용되어 왔다. 반면, 연속주조 압연을 통한 제품의 제조기술은 전선 제조를 위한 순 알루미늄에 한정되어 왔다. 또한, 중/고강도 알루미늄 연속주조 압연 공정을 이용한 봉재 및 선재 제조기술은 일부 선진국에서 이루어지고 있으나 그 기술 및 장치에 대한 소개는 거의 없는 실정이다.The manufacturing technology of aluminum or aluminum alloy has been mainly used to manufacture products that have undergone a process such as billet casting and extrusion using a die casting method or semi-continuous casting. On the other hand, the manufacturing technology of the product through continuous casting rolling has been limited to pure aluminum for wire production. In addition, the bar and wire manufacturing technology using the medium / high strength aluminum continuous casting rolling process is made in some developed countries, but the introduction of the technology and apparatus is rare.
알루미늄 연속주조 압연기술의 대표적인 기술은 이탈리아 소재 프로페르찌 (PROPERZI) 사 및 미국 소재 사우스와이어(SOUTHWIRE)사 등이 보유하고 있으며, 이들 역시 휠 몰드 형식으로 순 알루미늄을 연속주조하여 알루미늄 봉재 및 선재를 제조하고 있다. 이에 대한 세부 기술로는 연속주조 몰드 재질, 몰드 형상 및 연속 다단 압연기 등이 있으며, 예를 들어, 미국 특허 제6,083,328호, 제4,287,934호 및 5,392,624호에 개시되어 있다.Representative technology of aluminum continuous casting rolling technology is owned by PROPERZI of Italy and SOUTHWIRE of USA, and they also cast aluminum rods and wires by continuous casting of pure aluminum in wheel mold type. Manufacture. Detailed techniques for this include continuous casting mold materials, mold shapes and continuous multi-stage rolling mills, and the like, for example, disclosed in US Pat. Nos. 6,083,328, 4,287,934, and 5,392,624.
상술한 바와 같은 휠 몰드 연속주조 장치에 대한 선행특허들은 순 알루미늄 휠 몰드 연속주조시 냉각 장치에 대한 내용이 개시되어 있으나, 냉각수 노즐 배열 및 분포에 대하여는 개시되고 있지 않다. 또한, 상기 선행특허들에 개시된 휠 몰드 연속 주조장치를 사용하여 큰 고액 공존구간을 갖는 중/고강도 알루미늄 합금을 휠 몰드로 연속주조하면, 주편 응고시 주편 표면 및 내부에 주조 결함이 발생하여 연속압연시 절단현상, 봉재 및 선재 표면과 내부 조직에 악영향을 미치게 되어 최종 제품의 품질 저하를 초래할 수 있다.Prior patents for the wheel mold continuous casting device as described above are disclosed for the cooling device in pure aluminum wheel mold continuous casting, but not for the coolant nozzle arrangement and distribution. In addition, continuous casting of a medium / high strength aluminum alloy having a large liquid coexistence section with a wheel mold using the wheel mold continuous casting apparatus disclosed in the above patents, casting defects are generated on the surface and inside of the casting during solidification, thereby continuously rolling. This can adversely affect cutting, rod and wire surface and internal structure, leading to deterioration of the final product.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 알루미늄 합금을 휠 몰드 연속 주조시 몰드 냉각을 위한 냉각수량 제어, 몰드 구역별 냉각을 위한 냉각수 노즐의 배열방법 및 냉각수 인/출입 온도 측정을 통한 응고 제어 시스템을 구축하여 연속 주조시 발생하는 각종 표면 결함 및 내부결함을 해소함과 동시에 주조속도를 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 휠 몰드 연속 주조장치를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to build a solidification control system by controlling the amount of cooling water for cooling the mold during the continuous casting of the aluminum alloy, forming a method of arranging the cooling water nozzles for cooling by mold zone, and measuring the cooling water in / out temperature The present invention provides a wheel mold continuous casting device capable of improving productivity by eliminating various surface defects and internal defects generated during continuous casting and increasing casting speed.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 휠 몰드 연속 주조기용 냉각장치를 제공한다. 상기 냉각장치는 중심으로 부터 방사방향으로 연장된 복수개의 냉각수 통로를 갖는 냉각 휠을 구비한다. 상기 냉각 휠의 원주 방향을 따라 지그 재그로 배열된 냉각수 노즐들이 상기 냉각수 통로와 연통되도록 상기 냉각 휠 상에 배치되어 그 상부의 휠 몰드에 냉각수를 분사한다. 플로우미터는 상기 냉각수 통 로의 각각으로 공급되는 냉각수량을 조절한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a cooling device for a wheel mold continuous casting machine. The cooling device has a cooling wheel having a plurality of cooling water passages extending radially from the center. Cooling water nozzles arranged in a zigzag along the circumferential direction of the cooling wheel are disposed on the cooling wheel so as to communicate with the cooling water passage to inject cooling water into the wheel mold thereon. The flow meter adjusts the amount of cooling water supplied to each of the cooling water passages.
상기 냉각수 통로는 상기 냉각 휠을 원주 방향으로 8개의 냉각 구간으로 균등 구획하도록 연장되고, 각 냉각 구간에는 동일한 갯수의 상기 냉각수 노즐들이 지그 재그로 배열될 수 있다.The cooling water passage extends to equally divide the cooling wheel into eight cooling sections in the circumferential direction, and the same number of cooling water nozzles may be arranged in a jig zag in each cooling section.
상기 냉각수 노즐들은 1~3 Kg/cm2의 수압을 기준으로, 10~180ℓ/min의 유량 및 40도의 분사각도로 냉각수를 분사할 수 있다.The coolant nozzles may spray coolant at a flow rate of 10 to 180 l / min and an injection angle of 40 degrees based on a water pressure of 1 to 3 Kg / cm 2 .
상기 휠 몰드는 'M'자 형의 단면 형상을 갖을 수 있다.The wheel mold may have a cross-sectional shape of the 'M' shape.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 냉각장치를 구비한 휠 몰드 연속 주조기의 모식도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 휠 몰드 연속 주조기용 냉각장치의 정면 개략도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 휠 몰드 연속 주조기용 냉각장치의 냉각수 노즐 분포를 보이는 평면도이다.1 is a schematic view of a wheel mold continuous casting machine having a cooling device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a front schematic view of the cooling device for a wheel mold continuous casting machine according to an embodiment of the present invention shown in FIG. to be. 3 is a plan view showing a coolant nozzle distribution of a cooling apparatus for a wheel mold continuous casting machine according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 알루미늄 용탕을 응고하는 휠 몰드(1)와 그 아래에 상기 휠 몰드(1)를 직접 냉각시키는 냉각수 노즐(2)이 설치된다. 상기 냉각수 노즐(2)은 중심으로 부터 방사방향으로 연장된 북수개의 냉각수 통로(3)를 갖는 냉각휠(11) 상에 배치된다. 상기 냉각수 노즐(2)은 전기전도도가 양호한 동 또는 동합금으로 제조될 수 있으며, 2Kg/cm2의 수압을 기준으로, 12.2ℓ의 유량 및 40도의 분사각도로 냉각수를 분사할 수 있다. 상기 냉각수 통로(3)는 상기 냉각휠(11)을 원주 방향으로 8개의 냉각 구간으로 균등 구획하도록 총 8개가 설치될 수 있다. 또한, 각각의 냉각수 통로(3)로 연결된 냉각수 인입부는 각 구간의 정량적인 냉각수량 조절을 위해 콘트롤 판넬(7)에 설치된 분배변(6)에 냉각수 조절 밸브(4) 및 플로우미터(5)가 설치되어 있다.1 to 3, a
휠 몰드(1)를 냉각시킨 냉각수는 냉각수 노즐(2) 옆의 통로로 빠져나와 물받이가 있는 열전대(8,9)를 지나 순환된다. 상기 열전대(8,9)는 냉각수 인/출입구에 설치되어 있으며, 알루미늄 용탕의 주입시 몰드(2) 냉각능의 중요한 척도가 된다. 또한 총 12개 설치된 감시창(10)은 상기 휠 몰드(1)의 회전시 상기 냉각수 노즐(2)에서 분사되어 나오는 냉각수의 분출여부를 관찰하기 위하여 설치되어 있다.Cooling water that cools the
상기 냉각수 노즐(2)은 상기 냉각휠(11) 상에 지그재그 모양으로 배열되며, 상기 냉각수 통로(3)에 의하여 구획된 각 냉각 구간에 총 15개가 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 상기 휠 몰드(1)는 'M'자 단면 형상을 갖는 동 합금 몰드일 수 있다. 본 발명에 의하면, 상기 냉각수 노즐(2)이 지그재그 모양으로 배열되기 때문에, 상기 냉각 휠(11)상에 일렬로 배열되는 경우보다 상기 휠몰드(1)에 충분한 냉각능을 부여할 수있다. 따라서, 본 발명에 의한 냉각장치는 몰드 형사에 대한 충분한 고려로 큰 고액 공존구간을 갖는 중/고강도 알루미늄 합금의 연속주조 에 적용될 수 있다.The
알루미늄 합금은 가벼우면서 우수한 물성 및 가공성으로 기존 철강재료에 비해 고가임에도 불구하고 자동차 및 항공기 등의 수송기기, 기계부품, 건축용 자재 및 레저용품에 이르기 까지 그 사용이 확대되고 있다. 그러나 현재 잉곳(ingot)으로 부터 압연, 압출, 단조 및 주조 등 다양한 방법으로 가공되어 산업재로 사용되며, 압연에 의한 판재 및 압출에 의한 형재류가 거의 대부분을 차지한다.Although aluminum alloys are lighter and more expensive than conventional steel materials due to their excellent physical properties and processability, their use is expanding to transport equipment, machinery parts, construction materials, and leisure products such as automobiles and aircrafts. However, it is currently used as an industrial material by various methods such as rolling, extrusion, forging and casting from ingots, and most of the sheet materials by rolling and moldings by extrusion are used.
전신재 알루미늄 합금 중 중강도로 분류되는 대표적인 합금인 6061합금은 내식성이 우수하고 용접이 가능하며 가공성이 우수하여 선박/해상 운송기의 부품, 도로 및 건축용 자재와 더불어 스포츠 용품 등에 그 사용량이 지속적으로 증가하고 있다. Among the aluminum alloys, 6061 alloy, which is classified as medium strength, has high corrosion resistance, welding, and processability, and its usage is continuously increasing in parts of ships / sea transport, road and building materials, and sporting goods. .
따라서 본 발명에서는 알루미늄 합금 중 사용량 및 적용 가능성을 고려하여 선정된 중강도 알루미늄 6061합금의 연속주조 압연을 통한 봉재 및 선재제조를 위해 휠 몰드 연속주조를 실시한다. 먼저 6061합금은 주 합금원소인 마그네슘 0.8~1.2 중량%, 실리콘 0.4~0.8 중량%를 함유한 알루미늄 합금으로 액상선이 650℃, 고상선이 582℃로 약 70℃의 고액공존구간을 갖는다. 본 발명에서는 전기저항 가열하여 용해된 6061 알루미늄 용탕을 보온로에서 아르곤 가스를 이용하여 충분히 탈가스 처리한 후 약 740℃에서 출탕하여 가열된 탕로를 따라 미리 예열된 턴디쉬에서 일정시간 머무른 후, 5각형 모양의 동합금 몰드에 삽입형태로 된 헤드박스를 통해 휠 몰드에 알루미늄 합금 용탕이 주입되는데, 주입시 알루미늄 용탕의 온도는 약 690℃ 내외로 유지되도록 관리된다.Therefore, in the present invention, wheel mold continuous casting is performed to manufacture rods and wire rods through continuous casting rolling of the selected medium-strength aluminum 6061 alloy in consideration of the amount of use and applicability of the aluminum alloy. First, 6061 alloy is an aluminum alloy containing 0.8-1.2% by weight of magnesium, 0.4-0.8% by weight of the main alloy element, and has a liquid-liquid coexisting section of about 70 ° C with a liquidus line of 650 ° C and a solidus line of 582 ° C. In the present invention, 6061 aluminum molten metal dissolved by electric resistance heating is sufficiently degassed using argon gas in a heating furnace, followed by tapping at about 740 ° C., and staying in a preheated tundish along the heated furnace for 5 hours. The aluminum alloy molten metal is injected into the wheel mold through the head box inserted into the square-shaped copper alloy mold, and the aluminum molten metal is maintained at about 690 ° C. during the injection.
알루미늄 합금 용탕이 동합금 휠 몰드(1)에 주입되면 휠 몰드는 시계방향으로 회전을 시작하는데, 알루미늄 용탕은 헤드박스를 통해서 지속적으로 공급된다. 공급된 알루미늄 용탕은 도2에 도시된 바와 같이 총 8개 구간으로 구획되어 구성된 냉각수 통로(3)를 지나 상기 냉각수 노즐(2)을 통하여 분사되는 냉각수가 상기 휠몰드(1)를 직접 냉각시킴에 따라 상기 휠 몰드(1) 상에서 응고된다. 알루미늄 용턍은 상기 휠 몰드(1) 하부의 상기 냉각수 노즐(2)뿐만 아니라 몰드 상부의 철계 벨트 위에 직접 분사되는 냉각수에 의하여 응고된다.When the aluminum alloy molten metal is injected into the copper
한편, 콘트롤 판넬(7)에 설치된 플로우미터(5)에 의하여 조절되어 상기 냉각수 노즐(2)을 통하여 분사되는 냉각수량은 1~3 Kg/cm2의 수압을 기준으로, 10~180ℓ/min의 유량 및 40도의 분사각도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 2 Kg/cm2의 수압을 기준으로, 12.2ℓ/min의 유량 및 40도의 분사각도를 가질 수 있다.Meanwhile, the amount of cooling water controlled by the
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일실시예에 의한 냉각장치를 적용한 휠 몰드 연속주조기를 사용하여 주조된 알루미늄 6061합금 주편의 표면 및 단면사진이 고, 도 5는 비교예에 의한 냉각장치를 적용한 휠 몰드 연속주조기를 사용하여 주조된 알루미늄 6061합금 주편의 표면사진이다. 도 4a 및 도 4b의 상술한 바와 같이 냉각수 노즐을 지그재그로 배열하여 주조된 주편의 사진들이고, 도 5는 냉각수 노즐을 일렬로 배열하여 주조한 주편의 표면 사진이다.4A and 4B are surface and cross-sectional photographs of aluminum 6061 alloy cast pieces cast using a wheel mold continuous casting machine to which a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention is applied, respectively, and FIG. Surface photograph of aluminum 6061 alloy cast using cast wheel continuous casting machine. As described above with reference to FIGS. 4A and 4B, photographs of the cast pieces are arranged by zigzag arrangement of the coolant nozzles.
도 4a 및 도 4b에 나타난 바와 같이, 냉각수 노즐을 지그재그로 배열하여 주조된 주편은 표면결함이 없는 주편의 주조가 가능하였으며, 중심부(A)에는 등축정 조직을, 외각부(B)에 주상정 조직을 갖는 전형적인 주조조직을 보였다. 반면, 도 5에 나타낸 바와 같이 냉각수 노즐을 일렬로 배열하여 주조된 주편은 미응고로 인한 표면 크랙이 발생하였으며 정상적인 연속주조가 불가능하였다.As shown in Figures 4a and 4b, the casting cast by arranging the cooling water nozzles in a zigzag can be cast without a surface defect, the equiaxed crystal structure in the center (A), columnar top in the outer shell (B) A typical cast structure with a structure is shown. On the other hand, as shown in FIG. 5, the cast slabs cast by arranging the coolant nozzles in a line produced surface cracks due to unsolidification and normal continuous casting was impossible.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 냉각수 노즐을 지그재그로 배열하고, 냉각구간별 냉각수량을 정량적으로 조절함으로써, 충분한 냉각능을 가지므로 급속한 응고 및 미응고로 인한 알루미늄 연속주조 주편의 표면 및 내부 결함발생 저하로 이후의 공정인 다단 연속압연시 압연재의 절단 방지가 가능하며 알루미늄 합금 봉재 및 선재의 내부 및 표면 품질을 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, by arranging the cooling water nozzles in a zigzag and quantitatively controlling the amount of cooling water for each cooling section, the cooling water nozzles have sufficient cooling ability, so that the surface and internal defects of the aluminum continuous cast slab due to rapid solidification and non-solidification It is possible to prevent the cutting of the rolled material during the subsequent multi-stage continuous rolling due to the lowered generation, and to improve the internal and surface quality of the aluminum alloy rod and the wire.
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