KR100758277B1 - Continuous cast aluminum alloy rod and production method and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
중심축이 실질적으로 수평이 되도록 유지하고, 강제 냉각 수단을 갖는 통형상 주형을 사용한 수평 연속 주조 방법에 의해 연속 주조 알루미늄 합금 봉(101)이 제조된다. 상기 봉은, 30°이상의 중심각(103)을 갖는 봉의 측면의 표면 상에 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부(104)를 갖는다.The continuous casting aluminum alloy rod 101 is manufactured by the horizontal continuous casting method using the cylindrical mold which has a forced cooling means, keeping a central axis substantially horizontal. The rod has a Si-rich portion 104 having a thickness of 20 µm or more on the surface of the side surface of the rod having a central angle 103 of 30 degrees or more.
Description
본 발명은 알루미늄 합금의 연속 주조 봉에 관한 것이고, 상기 주조 봉을 수평으로 연속 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous cast rod of an aluminum alloy and to a method and apparatus for horizontally and continuously producing the cast rod.
일반적으로, 용융 금속의 수평 연속 주조는, 하기 방법에 의해 원통형, 각주형 또는 중공 원통형의 연신 주조 잉곳을 제조한다. 구체적으로는, 실질적으로 수평 연신되고 강제로 냉각된 후, 주형 중에서 냉각됨으로써 상기 냉각 용융 금속의 외표면 상에 응고쉘(solidification shell)이 형성되는, 턴디쉬에 보존된 용융 금속은 내화성 통로를 통해 통형상의 주형에 채워진다. 냉각제(예컨대, 물)는 잉곳에 직접적으로 분무되어 상기 잉곳 내부의 응고를 진행시키면서, 얻어진 주조 잉곳은 주형으로부터 연속적으로 인출된다. 그러나, 상기와 같은 수평 연속 주조 공정은, 그 고유의 원리로 인하여 하기 문제들을 불가피하게 포함한다.In general, horizontal continuous casting of molten metal produces a stretch cast ingot of cylindrical, prismatic or hollow cylindrical form by the following method. Specifically, the molten metal preserved in the tundish, which is substantially horizontally stretched and forcedly cooled, and then cooled in a mold to form a solidification shell on the outer surface of the cooled molten metal, is passed through a fire resistant passageway. It is filled in a cylindrical mold. The coolant (eg water) is sprayed directly onto the ingot to advance the solidification inside the ingot, while the resulting cast ingot is withdrawn continuously from the mold. However, such a horizontal continuous casting process inevitably includes the following problems due to its inherent principle.
첫번째 문제를 하기에 기재한다. 중심축이 실질적으로 수평이 되도록 주형이 설치되어 있으므로, 주형 중의 용융 금속이 중력에 의해 주형 내주벽의 하부에 가압 성형된다. 따라서, 상기 용융 금속은 불균일한 방법으로 주형에서 냉각된다. 즉, 상기 용융 금속의 하부는 상부 보다 더욱 빨리 냉각된다. 결과적으로, 연속 주조 봉의 중심축 상에서 최종 응고되어 상기 주조 잉곳은 균일한 금속 구조가 달성되지 않는다.The first problem is described below. Since the mold is provided so that the center axis is substantially horizontal, the molten metal in the mold is press-molded under the mold inner circumferential wall by gravity. Thus, the molten metal is cooled in the mold in a non-uniform way. That is, the bottom of the molten metal cools faster than the top. As a result, it is finally solidified on the central axis of the continuous casting rod so that the casting ingot does not achieve a uniform metal structure.
두번째 문제는 하기와 같다. 내주벽에 용융 금속의 늘러 붙음을 방지하기 위해, 주형의 입구단 근처의 주형 내주벽 부분을 통하여 주형 내주벽 전체에 균일하게 윤활유가 공급되면, 주조 잉곳의 상면에 작용하는 중력 및 하면에 작용하는 중력간의 차로 인하여 상기 윤활유가 내주벽의 하부로부터 상부로 올라간다. 또한, 상기 윤활유의 열분해로 인해 발생된 가스가 상기 내주벽의 상부로 올라간다. 따라서, 상기 용융 금속 또는 주조 잉곳의 외주면에 형성된 응고쉘 및 주형 내주벽 사이에 존재하는 윤활 계면이 비균질하게 된다. 상기 기재한 바와 같이, 주형의 하부에 있어서, 용융 금속이 주형 내주벽과 밀착되어 있으므로, 상기 응고쉘 및 주형 내주벽간에 실질적인 공간은 없다. 따라서, 용융 금속 또는 주조 잉곳의 외주면 상에 형성된 응고쉘에 윤활유가 공급되지 않아, 상기 용융 금속 및 주형 내주벽간에 늘러 붙음이 야기된다. 결과적으로, 상기 응고쉘이 파괴되어, 미응고된 용융 금속의 유출이 일어나고, 큰 주조 결함 발생 또는 주조 잉곳의 파괴가 생겨 주조 작업을 행할 수 없게 된다. 한편, 상기 주형의 상부에 과량의 상기 윤활유가 존재하므로, 상기 용융 금속은 주형에서 불충분하게 냉각되어 상기 주조 잉곳의 상부로부터 미응고된 용융 금속이 유출된다.The second problem is as follows. In order to prevent the molten metal from sticking to the inner circumferential wall, the lubricating oil is uniformly supplied to the entire inner circumferential wall through the mold inner circumferential wall portion near the inlet end of the mold, thereby acting on the gravity and lower surface acting on the upper surface of the casting ingot The lubricating oil rises from the bottom of the inner circumference wall to the top due to the difference between the gravity. In addition, the gas generated due to thermal decomposition of the lubricating oil rises to the upper portion of the inner circumferential wall. Therefore, the lubricating interface existing between the solidification shell formed on the outer circumferential surface of the molten metal or the casting ingot and the mold inner circumferential wall becomes non-uniform. As described above, in the lower part of the mold, since the molten metal is in close contact with the mold inner circumferential wall, there is no substantial space between the solidification shell and the mold inner circumferential wall. Thus, no lubricating oil is supplied to the solidified shell formed on the outer circumferential surface of the molten metal or the casting ingot, causing sticking between the molten metal and the mold inner circumferential wall. As a result, the solidification shell is broken, and outflow of unsolidified molten metal occurs, and large casting defects occur or breakage of the casting ingot occurs, thereby making the casting operation impossible. On the other hand, since there is an excess of the lubricating oil in the upper part of the mold, the molten metal is insufficiently cooled in the mold, and the unsolidified molten metal flows out of the upper part of the casting ingot.
통상, 수평 연속 금속 주조 방법에 포함되는 이와 같은 근본적인 문제를 해결하기 위한 각종 방법이 제안되어 있다. 예컨대, 일본특허공고 평8-32356호에는, 주형의 상부에 과량의 윤활유의 공급을 방지하기 위해 주형의 내주벽에 미세공 또 는 홈을 설치하는 주조 방법이 개시되어 있다. Usually, various methods for solving such a fundamental problem contained in the horizontal continuous metal casting method have been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-32356 discloses a casting method in which micropores or grooves are provided in the inner circumferential wall of the mold in order to prevent the supply of excess lubricant to the upper part of the mold.
그러나, 종래의 주조 방법(상기 제안된 방법을 포함)은, 매우 주의 깊게 조절되어야 하는, 주조 조건(예컨대, 윤활유의 공급량, 턴디쉬에서의 주조 온도 및 주조 속도)은, 특히, 실제적으로 상기 주조 봉을 제조 운전 관리시에는 다른 것과 복잡하게 연관되어 있으므로, 연속 주조 봉의 표면 조건의 변화를 방지하는데 어려움이 있다. 결과적으로, 주조 결함을 야기하는 늘러 붙음, 브레이크아웃, 및 피트가 발생되는 경우가 있다.However, conventional casting methods (including the proposed method) require that the casting conditions (e.g., supply of lubricating oil, casting temperature and casting speed) to be controlled very carefully, in particular, actually casting the casting. Since the rods are intricately associated with others in manufacturing operation control, it is difficult to prevent changes in the surface conditions of the continuous cast rods. As a result, sticking, breakout, and pits sometimes occur that cause casting defects.
종래의 수평 연속 주조법에 포함되는 상기 문제들을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은, 주조 표면 결함 및 브레이크아웃의 발생을 방지하고, 우수한 질의 주조 잉곳의 안정된 연속 주조를 가능하게 하는 알루미늄 합금의 연속 주조 봉 및 상기 주조 봉을 수평으로 연속 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. In order to solve the above problems included in the conventional horizontal continuous casting method, an object of the present invention is to continuously cast an aluminum alloy, which prevents the occurrence of casting surface defects and breakouts, and enables stable continuous casting of a good quality casting ingot. It is to provide a rod and a method and apparatus for continuously manufacturing the cast rod horizontally.
본 발명은, 중심축이 실질적으로 수평이 되도록 유지되고, 강제 냉각 수단을 갖는 통형상 주형을 사용한 수평 연속 주조 방법에 의해 제조된 연속 주조 알루미늄 합금 봉에 있어서, 30°이상의 중심각을 갖는 봉의 측면의 표면 상에 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치 부분을 포함하는 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제공한다.The present invention relates to a continuous cast aluminum alloy rod manufactured by a horizontal continuous casting method using a cylindrical mold having a forced cooling means, the central axis of which is kept substantially horizontal, the side of the rod having a central angle of 30 ° or more. A continuous cast aluminum alloy rod comprising a Si rich portion having a thickness of at least 20 μm on a surface is provided.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉에 있어서, 상기 Si리치부는, 상기 봉의 반지름 방향 단면으로부터 얻어진 원소분포도로 측정되는 면적 비율이 50% 미만인 초정 α-Al을 함유하는 Si미세 구조를 갖는다.In the continuous cast aluminum alloy rod, the Si rich portion has a Si fine structure containing primary α-Al having an area ratio of less than 50% as measured by an element distribution obtained from a radial cross section of the rod.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉에 있어서, 상기 Si미세 구조는, 0.1∼5㎛ 의 평균 입자 사이즈를 갖는 Si입자를 함유한다.In the continuous cast aluminum alloy rod, the Si fine structure contains Si particles having an average particle size of 0.1 to 5 μm.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉은, 7∼14질량%의 양으로 Si를 함유한다.The continuous cast aluminum alloy rod contains Si in an amount of 7 to 14 mass%.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉은, 0.003질량% 이상의 양으로 Ca를 함유한다.The continuous cast aluminum alloy rod contains Ca in an amount of 0.003% by mass or more.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉은, 50㎛ 이하의 표면 조도 Rmax를 갖고, 주조 후에 박리를 실시하는 경우, 표면 상에 툴마크(tool mark)를 갖지 않는다.The continuous cast aluminum alloy rod has a surface roughness Rmax of 50 µm or less, and does not have a tool mark on the surface when peeling after casting.
또한, 본 발명은 중심축이 실질적으로 수평이 되도록 유지되고, 강제 냉각 수단을 갖는 통형상 주형을 사용하여 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법으로서, 통형상 주형으로 부어지는 용융 알루미늄 합금의 온도와 그것의 응고 온도간의 차를 제어하는 공정, 및 30° 이상의 중심각을 갖는 봉의 측벽의 표면 상에 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부를 형성하도록 봉을 주조하는 공정을 포함하는 연속 주조 알루미늄 합금 봉의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention is a method for producing a continuous cast aluminum alloy rod using a cylindrical mold having a central axis substantially horizontal, and having a forced cooling means, the temperature of the molten aluminum alloy poured into the cylindrical mold A process for controlling the difference between its solidification temperatures, and a process for casting a rod to form a Si-rich portion having a thickness of 20 μm or more on the surface of the sidewall of the rod having a center angle of 30 ° or more; To provide.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법은, 통형상 주형으로부터 상기 봉을 인출하는 속도를 제어하는 공정을 더 포함할 수 있다. The method of manufacturing the continuous cast aluminum alloy rod may further include a step of controlling the speed of drawing the rod from the cylindrical mold.
연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법은, 7∼14질량%의 Si 및 0.003질량% 이상의 Ca를 원료로서 사용하는 것, 200∼1,500mm/분의 주조 속도 및 상기 합금의 액상 온도와 같거나 또는 그 보다 높은 온도의 용융 알루미늄 합금의 온도로 제어하는 것, 및 통형상 주형으로서, 알루미늄, 동 및 그들의 합금 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합의 재료로 이루어지고, 15∼70mm의 유효 주형 길이를 갖는 주형을 사용하는 것을 더 포함할 수 있다.The method for producing a continuous cast aluminum alloy rod is obtained by using 7-14 mass% of Si and 0.003 mass% or more of Ca as a raw material, the casting speed of 200-1,500 mm / min, and the liquidus temperature of the alloy, or Controlled by the temperature of the molten aluminum alloy at a higher temperature, and as a cylindrical mold, made of one or two or more kinds of materials selected from aluminum, copper, and alloys thereof, and an effective mold length of 15 to 70 mm. It may further comprise using a mold having.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법에 있어서, 상기 용융 알루미늄 합금은, 0.003질량% 이상의 양으로 Ca를 첨가할 수 있다. In the method for producing the continuously cast aluminum alloy rod, the molten aluminum alloy may be added with Ca in an amount of 0.003% by mass or more.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법에 있어서, 첨가되는 Ca는, 99.9% 이상의 순도를 갖는 금속성 Ca이다.In the method for producing the continuous cast aluminum alloy rod, Ca to be added is metallic Ca having a purity of 99.9% or more.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법에 있어서, 상기 통형상 주형은, 상기 용융 알루미늄 합금과 밀착되는 내주벽 상에 0.005∼0.03L/(cm2×분)의 통기성을 갖는 환형상 투과성 다공질 부재가 포함된다.In the method for producing the continuously cast aluminum alloy rod, the cylindrical mold is an annular permeable porous member having air permeability of 0.005 to 0.03 L / (cm 2 × min) on the inner circumferential wall in close contact with the molten aluminum alloy. Included.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법에 있어서, 상기 투과성 다공질 부재는, 유효 주형 길이의 5∼15mm의 범위내에서 설치된다.In the method for producing the continuously cast aluminum alloy rod, the permeable porous member is provided within a range of 5 to 15 mm of the effective mold length.
또한, 본 발명은 용융 알루미늄 합금을 보존하고, 그 용융 알루미늄 합금을 공급하는 융융로; 원통형 주형 및 냉각 수단을 구비하고, 상기 용융 알루미늄 합금을 응고 주조 잉곳으로 주조하는 주조부; 상기 응고 주조 잉곳을 상기 원통형 주형으로부터 실질적으로 수평으로 인출하여 Si리치부를 갖는 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 형성하는 인출 구동부; 상기 Si리치부의 영역을 검출하고, 검출된 신호를 출력하는 검출부; 상기 검출 신호를 미리 설정된 판정 조건과 비교하고, 판정 신호를 출력하는 판정부; 및 상기 검출 신호가 판정 신호를 기초로 미리 설정된 판정 조건내에 포함되도록 상기 용융로 중의 용융 알루미늄 합금의 온도, 상기 주조부의 냉각 수단, 및 상기 인출 구동부의 인출 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 장치를 제공한다.The present invention also provides a melting furnace for preserving a molten aluminum alloy and supplying the molten aluminum alloy; A casting portion having a cylindrical mold and cooling means, for casting the molten aluminum alloy into a solidified casting ingot; A drawing drive unit which draws the solidified casting ingot substantially horizontally from the cylindrical mold to form a continuous cast aluminum alloy rod having a Si-rich portion; A detector for detecting a region of the Si rich section and outputting a detected signal; A determination unit which compares the detection signal with a predetermined determination condition and outputs a determination signal; And a control unit for controlling the temperature of the molten aluminum alloy in the melting furnace, the cooling means of the casting unit, and the drawing speed of the drawing drive unit so that the detection signal is included in a predetermined determination condition based on the determination signal. Provided are devices for making rods.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 장치는, 상기 검출 신호가 상기 판정 신호를 기초로 미리 설정된 판정 조건내에 포함되도록 제어부에 의해 제어되는 Ca도입부를 더 포함한다.The apparatus for manufacturing the continuous cast aluminum alloy rod further includes a Ca introduction portion controlled by a controller such that the detection signal is included in a predetermined determination condition based on the determination signal.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 장치는, 상기 용융 알루미늄 합금의 조성물을 분석하고, 분석된 결과를 기초로 Ca량 측정 데이터 신호를 상기 판정부로 출력하는 분석부 및 Ca량이 상기 판정부로부터 판정 신호를 기초로 미리 설정된 판정 조건내에 포함되도록 Ca도입부를 제어하는 제어부를 더 포함한다.The apparatus for manufacturing the continuous cast aluminum alloy rod is an analysis unit for analyzing the composition of the molten aluminum alloy, and outputs a Ca amount measurement data signal to the determination unit based on the analysis result and the Ca amount is determined from the determination unit. The control unit further controls a Ca introducing unit to be included in a predetermined determination condition based on the signal.
본 발명에 따라서, 주조 알루미늄 합금 봉은 중심축이 실질적으로 수평이 되도록 유지되고 강제 냉각 수단을 갖는 통형상 주형을 사용한 상기 조건 하에 연속적으로 형성되므로, 상기 주조 잉곳의 파괴 또는 주조 결함의 발생을 방지하고, 상기 주조 알루미늄 합금 봉의 상부 표면에 일반적인 주조 봉 표면에 비해 상대적으로 고강도를 갖는 끈 형상 Si리치부가 형성될 수 있다. 즉, 상기 주조 봉의 표면과 주형 내주벽간의 마찰에 의한 미응고 용융 금속의 유출의 발생을 방지하는데 바람직하다. According to the present invention, the cast aluminum alloy rod is continuously formed under the above conditions using a cylindrical mold having a central axis substantially horizontal and having a forced cooling means, thereby preventing breakage of the casting ingot or occurrence of casting defects. On the upper surface of the cast aluminum alloy rod, a string-shaped Si rich part having a relatively high strength may be formed in comparison with a general cast rod surface. That is, it is preferable to prevent the outflow of unsolidified molten metal due to friction between the surface of the casting rod and the mold inner circumferential wall.
도 1은, 본 발명의 연속 주조 봉의 설명도이고, 도 1(a)는, 그것의 외관을 나타내고, 도 1(b)는, 그것의 반지름 방향의 단면을 나타낸다.1: is explanatory drawing of the continuous casting rod of this invention, FIG. 1 (a) shows the external appearance and FIG. 1 (b) shows the cross section of the radial direction.
도 2는, 본 발명의 제조 방법에서 사용된 대표적인 제조 장치의 주요부를 나타내는 개략 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a typical production apparatus used in the production method of the present invention.
도 3은, 본 발명의 연속 주조 봉의 Si리치부의 설명도이고, 도 3(a)는, 상기 연속 주조 봉의 반지름 방향의 단면으로부터 시험편을 채취하는 방법을 나타내고, 도 3(b)는, 상기 시험편의 확대된 원소분포도의 일예를 나타내고, 도 3(c)는 상기 시험편의 또 다른 확대된 원소분포도의 일예를 나타낸다.3: is explanatory drawing of the Si-rich part of the continuous casting rod of this invention, FIG. 3 (a) shows the method of taking a test piece from the radial direction cross section of the said continuous casting rod, and FIG. 3 (b) is the said test piece An example of an enlarged element distribution diagram of Fig. 3 (c) shows an example of another enlarged element distribution diagram of the test piece.
도 4는, 도 2의 제조 장치에서 통형상 주형의 유효 주형 길이를 나타내는 설명도이다.It is explanatory drawing which shows the effective mold length of a cylindrical mold in the manufacturing apparatus of FIG.
도 5는, 본 발명에 따른 대표적인 제조 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.5 is a schematic view showing the configuration of a typical manufacturing apparatus according to the present invention.
도 6은, 본 발명의 실시예 1∼4에서 얻은 데이타를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing data obtained in Examples 1 to 4 of the present invention.
도 7은, 본 발명의 실시예 5∼8에서 얻은 데이타를 나타내는 그래프이다. 7 is a graph showing data obtained in Examples 5 to 8 of the present invention.
본 발명의 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 이하에 설명한다.The continuous casting aluminum alloy rod of this invention is demonstrated below.
본 발명의 연속 주조 알루미늄 합금 봉은, 중심축이 실질적으로 수평이 되도록 유지되고(즉, 가로 방향), 강제 냉각 수단을 갖는 통형상 주형을 사용한 수평 연속 주조 방법을 통해 제조되고, 상기 주조 봉은 10∼100mm의 범위내에 포함되는 직경을 갖는다. 상기 범위 밖의 직경을 갖는 주조 봉을 제조할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 직경을 갖는 주조 봉이, 잇따른 소성 가공(예컨대, 단조, 롤단조, 인발, 회전 가공 또는 충격 성형)이 실시되는 경우, 소형화 및 저렴한 장비를 상기 소성 가공에 사용할 수 있으므로, 직경은 상기 범위 내에 포함되는 것이 바람직하다. 제조되는 주조 봉의 직경을 변화시키는 경우, 상기 주조 봉의 변화된 직경에 상응하는 내경을 갖는 분리될 수 있는 통형상의 주형을 사용하고, 사용되는 주형에 따라서, 용융 합금 온도 및 주조 속도가 판정된다. 필요에 따라, 냉각수 및 윤활유의 양을 적절하게 결정한다.The continuous cast aluminum alloy rod of the present invention is manufactured through a horizontal continuous casting method using a cylindrical mold having a forced cooling means, the central axis of which is kept substantially horizontal (i.e., the transverse direction), and the cast rod is 10 to It has a diameter included in the range of 100mm. Casting rods having a diameter outside the above range can also be produced. However, when a casting rod having such a diameter is subjected to subsequent plastic working (for example, forging, roll forging, drawing, rotational working or impact molding), the size and diameter of the casting rod can be used for the plastic working. It is preferable to be included in the range. When changing the diameter of the cast rod to be produced, a separable cylindrical mold having an inner diameter corresponding to the changed diameter of the cast rod is used, and depending on the mold used, the molten alloy temperature and the casting speed are determined. If necessary, the amounts of cooling water and lubricating oil are appropriately determined.
도 1(a) 및 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연속 주조 알루미늄 합금 봉(101)은, 상기 봉의 중심(102)에 대하여 30°이상(바람직하게는, 40°∼90°)의 중심각(103)을 갖는 봉의 측면의 표면(외주면 표면) 상에 20㎛ 이상(바람직하게는 30∼100㎛)의 두께를 갖는 세로(축) 띠형상 Si리치부(104)를 갖는다. 상기 주조 봉은 상기 주조봉의 표면과 주형 내주벽간의 마찰로 인한 미응고된 용융 합금의 유출을 방지할 수 있고, 상기 주조 봉이 잇따른 소성 가공 동안에 다른 문제를 발생시키지 않는다는 점에서 이와 같은 띠형상 Si리치부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 중심각이 30°미만이고, 두께가 20㎛ 미만인 경우, 본 발명의 충분한 효과가 얻어질 수 없다. 또한, 더욱 큰 중심각이 바람직하지만, 주조 조건의 조절이 중심각이 커질수록 더욱 엄격하게 된다. As shown in Fig. 1 (a) and Fig. 1 (b), the continuous cast
본 발명에 있어서, 상기 Si리치부의 두께는 하기와 같이 정의된다. 우선, 상기 두께를 얻기 위해, 예컨대 하기 방법으로 상기 Si리치부를 관찰한다.In the present invention, the thickness of the Si rich portion is defined as follows. First, in order to obtain the said thickness, the said Si rich part is observed by the following method, for example.
(a)샘플의 샘플링 위치, 샘플링 방법 및 전처리:(a) Sampling position, sampling method and preprocessing of sample:
주조 봉 샘플(101)을 연속 제조된 주조 봉으로부터 무작위로 수집하고, 2∼5mm 정사각형인 시험편(306)을, 주형 내주벽의 상부에 상응하는 위치에서 상기 샘플(101)의 측면 표면으로부터 도3(b)에 나타낸 바와 같이 잘랐다. 상기 시험편을 마이크로톰을 사용하여 얇은 조각으로 잘라내고, 상기 각각의 얇은 조각을 봉 샘플의 반지름 방향의 단면의 관찰을 위해 사용한다. 상기 마이크로톰을 사용하는 이유는 하기와 같다. 관찰되는 시험편은 상기 주조 봉 샘플의 양호한 표면으로부터 얻 어지므로, 통상의 절단 방법으로 상기 시험편을 얇은 조각으로 잘라내는 경우, 각각의 조각에 롤오프가 발생되어 상기 조각의 확실한 관찰을 행할 수 없다. 상기와 같은 문제를 극복할 수 있는 한, 다른 절단 방법을 사용해도 좋다.A
상기와 동일한 방법으로, 시험편을 주조 봉 샘플의 원주 방향 측면의 여러 지점에서 잘라낸다.In the same manner as above, the test piece is cut at various points on the circumferential side of the cast rod sample.
(b)측정 장치 및 측정 조건:(b) Measuring device and measuring conditions:
자계 방출 Auger 전자 분광 분석기(FE-AES) 장치를 사용하여 반지름 방향 측면으로부터 Al 또는 Si 원소분포도를 얻었다. 상기 FE-AES장치는, 예컨대, MICROLAB-310F(VG 제품)이어도 좋다. 상기 반지름 방향 측면은, 예컨대, 하기 조건 하에 관찰된다: 가속 전압: 10kV, 샘플에 가해진 전류: 0.8∼2.7nA, 확대: ×1,000.Elemental Al or Si distributions were obtained from the radial side using a magnetic field emission Auger Electron Spectroscopy (FE-AES) device. The FE-AES device may be, for example, MICROLAB-310F (VG). The radial side surface is observed, for example, under the following conditions: acceleration voltage: 10 kV, current applied to the sample: 0.8-2.7 nA, magnification: 1,000.
표면 관찰을 위해, Auger 전자 분광 분석기 대신에 2차 전자 현미경이나 EPMA를 사용해도 좋다.For surface observation, a secondary electron microscope or EPMA may be used instead of an Auger electron spectrometer.
(c)두께 및 기타 데이터의 측정:(c) Measurement of thickness and other data:
도 3(b)는, Auger 전자 현미경을 사용하여 도 3(a)의 연속 주조 봉(101)으로부터 얻어진 시험 샘플(306)의 관찰을 통해 얻은 원소분포도를 개략적으로 나타낸다. 이와 같이 얻어진 원소분포도를 사용하여 중앙을 향해 상기 주조 봉의 표면으로부터 확장된 임의의 영역(10㎛ 평방)에서, α-Al(303)의 면적 비율을 얻고; 상기 α-Al의 면적 비율이 50% 미만인 영역을 Si리치부(104)로서 정의하며; 상기 Si리치부의 폭을 두께(302)로서 정의한다.FIG. 3 (b) schematically shows an element distribution diagram obtained through observation of a
여기서 사용되는 α-Al의 면적 비율은, 점계수법에 의해 산출된 전자 현미경 원소분포도의 상술한 영역의 면적 비율에 대한 α-Al의 면적 비율을 말한다.The area ratio of α-Al used herein refers to the area ratio of α-Al with respect to the area ratio of the above-mentioned region of the electron microscope element distribution diagram calculated by the point coefficient method.
Auger 전자 현미경 원소분포도의 처리에 의하여 얻어진 Si리치부에서의 Si입자(304)의 평균 사이즈는, 상기 Si미세 구조에 함유된 Si입자의 평균 입자 사이즈로서 정의된다.The average size of the
본 발명의 연속 주조 봉에 있어서, Si리치부(104)는, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이 α-Al(303)의 면적 비율이 50% 미만인 Si미세 구조를 갖는 것이 바람직하다. 상기 α-Al의 면적 비율이 50% 미만이면, Si미세 구조부가 상기 미세 구조부 이외의 부분 보다 경도가 높고, 주조 신뢰도가 더욱 향상되어 바람직하다. In the continuous casting rod of the present invention, the Si
상기 Si미세 구조에 함유되는 Si입자의 평균 입자 사이즈는 0.1∼5㎛가 바람직하다. 상기 평균 입자 사이즈가 상기 범위내이면, 상기 Si미세 구조는 상기 주조 봉의 측면 표면 상에 형성된 응고쉘을 강하게 하여 주조봉의 표면과 주형 내주벽간의 마찰로 인한 미응고된 용융 금속의 유출이 방지된다. 또한, 상기 주조 봉은, 잇따른 소성 가공 동안에 다른 문제를 발생시키지 않는다. Si 미세 구조를 갖는 주조 봉의 표면은 금속성 광택을 갖는다.As for the average particle size of Si particle | grains contained in the said Si microstructure, 0.1-5 micrometers is preferable. If the average particle size is within the above range, the Si fine structure strengthens the solidification shell formed on the side surface of the casting rod to prevent the outflow of unsolidified molten metal due to friction between the surface of the casting rod and the mold inner circumferential wall. In addition, the cast rod does not cause other problems during subsequent plastic working. The surface of the cast rod having the Si microstructure has a metallic luster.
본 발명의 상기 연속 주조 봉이 장기간 주조 공정으로 제조되면, 상기 주조봉과 주형의 내주벽간의 늘러 붙음, 상기 주조 봉의 파괴 또는 상기 용융 합금의 유출을 방지할 수 있다. 결과적으로, 운전 조건(예컨대, 공급되는 윤활유의 양 및 주조 속도)의 조절 빈도를 감소시킬 수 있어, 신뢰할 수 있는 주조 운전을 행할 수 있다. When the continuous casting rod of the present invention is manufactured by a long-term casting process, it is possible to prevent sticking between the casting rod and the inner circumferential wall of the mold, breaking of the casting rod, or leakage of the molten alloy. As a result, the frequency of adjustment of the operating conditions (e.g., the amount of lubricant supplied and the casting speed) can be reduced, so that a reliable casting operation can be performed.
상기 효과가 얻어지는 가정된 메카니즘은 하기와 같다. 본 발명의 연속 주조 봉은, 30°이상의 중심각을 갖는 상기 봉의 측면의 표면 상에 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부를 가지므로 상기 주조 봉의 표면 경도는, 종래의 주조 봉의 표면 경도 보다 높다. 따라서, 상기 응고쉘은 상기 주조 봉과 주형의 내주벽간의 밀착 저항에 대하여 더욱 강하게 되고, 주조 결함(예컨대, 늘러 붙음)의 발생이 억제된다고 생각할 수 있다. Si미세 구조를 갖는 주조 봉의 부분은 금속성 광택을 갖고, 상기 봉의 다른 부분의 경도 보다 높은 경도를 갖는다. 한편, 상기 주조 봉의 상부(즉, 실질적으로 수평으로 연신된 통형상 주형의 상부 내주벽에 상응하는 부분)는, 과량의 윤활유가 그 부분에 존재하고 있으므로, 불충분하게 냉각된다. 상기 Si리치부가 상기 주조 봉의 상부에 형성되면, 상기 상부가 확실하게 응고되므로, 미응고된 용융 합금의 유출을 방지할 수 있다고 생각할 수 있다.The assumed mechanism by which the effect is obtained is as follows. Since the continuous casting rod of this invention has a Si-rich part which has a thickness of 20 micrometers or more on the surface of the side surface of the said rod which has a center angle of 30 degrees or more, the surface hardness of the casting rod is higher than the surface hardness of the conventional casting rod. Therefore, the solidification shell becomes stronger against the adhesion resistance between the casting rod and the inner circumferential wall of the mold, and it can be considered that the occurrence of casting defects (for example, sticking) is suppressed. The portion of the cast rod having the Si fine structure has a metallic luster and has a hardness higher than that of other portions of the rod. On the other hand, the upper part of the casting rod (that is, the portion corresponding to the upper inner circumferential wall of the cylindrical mold that is substantially horizontally stretched) is insufficiently cooled because excess lubricant is present in the portion. When the Si-rich portion is formed on the upper part of the cast rod, the upper part is solidified reliably, so it can be considered that the outflow of the unsolidified molten alloy can be prevented.
본 발명의 연속 주조 봉은 0.003질량% 이상의 양으로 Ca를 함유하는 것이 바람직하다(더욱 바람직하게는, 0.003∼0.05질량%, 가장 바람직하게는 0.006질량% 이상, 특히 0.006∼0.04질량%). 그것은 상기 주조 봉이 상기와 같은 양으로 Ca를 함유하면, 상기 주조 봉의 표면 경도가 더욱 증가될 수 있기 때문이다. 결과적으로, 상기 효과가 더욱 향상될 수 있다.The continuous cast rod of the present invention preferably contains Ca in an amount of 0.003% by mass or more (more preferably, 0.003 to 0.05% by mass, most preferably 0.006% by mass or more, particularly 0.006 to 0.04% by mass). This is because if the casting rod contains Ca in the above amount, the surface hardness of the casting rod can be further increased. As a result, the above effect can be further improved.
본 발명의 연속 주조 봉은, 단조, 롤 단조, 인발, 회전 가공 또는 충격 성형 등의 일련의 소성 가공용 재료로서 사용된다. 또한, 상기 주조 봉은, 바 기계가공 또는 천공 등의 기계 가공, 또는 유사한 공정용 재료로서 사용된다. 상기 주조 봉이 소성 가공 또는 기계 가공이 실시되는 경우, 상기와 같은 후가공 전에, 필요에 따라서, 박리에 의해 상기 Si미세 구조가 상기 주조 봉으로부터 제거된다. 박리에 사용되는 절삭 공구(예컨대, 선회 공구) 및 상기 Si리치부는 경도에서 큰 차이를 나타내지 않으므로, 본 발명의 연속 주조 봉의 박리를 용이하게 행할 수 있다. 상기 주조 봉의 박리를 행하는 경우, 조각은 Si리치부에서 부서지므로, 조각과 절삭 공구의 엉킴 등의 박리 동안의 문제를 피할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 주조 봉은, 개선된 기계 가공성, 박리 후에 우수한 마무리 및 잇따른 단조 공정 동안에 우수한 단조성을 나타내므로, 예컨대, 상기 주조 봉의 품질(예컨대, 치수 정확도) 및 단조대의 내구 수명이 개선된다. 상기 연속 주조 봉의 표면을 박리시키는 경우, 상기 얻어진 주조봉이 50㎛ 이하의 표면 조도 Rmax를 갖고, 툴마크가 없는 것이 바람직하다. 여기서, "툴마크"란, 육안 검사로 검출되는, 박리 공정에서 사용되는 절삭 공구(예컨대, 선회 공구)에 들어간 조각에 의해 형성되는 스크래치를 말한다.The continuous casting rod of the present invention is used as a series of plastic working materials such as forging, roll forging, drawing, rotational processing or impact molding. In addition, the cast rod is used as a machining material, such as bar machining or punching, or a similar process material. When the cast rod is subjected to plastic working or machining, the Si fine structure is removed from the cast rod by peeling, if necessary, before the post-processing as described above. Since the cutting tool used for peeling (for example, a turning tool) and the said Si rich part does not show a big difference in hardness, peeling of the continuous casting rod of this invention can be performed easily. In the case of peeling the cast rod, the pieces are broken at the Si-rich portion, so that problems during peeling such as entanglement of the pieces and the cutting tool can be avoided. As a result, the cast rod of the present invention exhibits improved machinability, good finish after peeling and good forging during subsequent forging processes, so that, for example, the quality (eg, dimensional accuracy) of the casting rod and the endurance life of the forging rod are improved. When peeling off the surface of the said continuous casting rod, it is preferable that the obtained casting rod has surface roughness Rmax of 50 micrometers or less, and there is no tool mark. Here, "tool mark" means the scratch formed by the piece which entered the cutting tool (for example, a turning tool) used in a peeling process detected by visual inspection.
고금속성 광택을 갖는 외주면 상부를 포함한 상기 주조 봉 전체는, 매우 평활한 주조 표면을 갖는다. 또한, 상기 주조 봉은 내부에 공동을 함유하지 않고, 단조 재료로서 사용하기에 적합하다.The entire casting rod, including the upper outer circumferential surface having a high metallic luster, has a very smooth casting surface. In addition, the cast rod does not contain a cavity therein and is suitable for use as a forging material.
본 발명의 연속 주조 봉을 박리시키지 않고 적당한 열처리를 실시하는 경우라도, 상기 주조 봉은 후가공에 요구되는 기계적 특성을 나타낸다. Even when proper heat treatment is performed without peeling off the continuous cast rod of the present invention, the cast rod exhibits the mechanical properties required for post-processing.
본 발명에 사용되는 전형적인 장치 및 상기 장치를 사용한 제조방법을 설명한다. 본 발명에 사용되는 수평 연속 주조 방법은, 공지의 수평 연속 주조 방법이어도 좋다. 예컨대, 강제 냉각 수단을 갖고, 중심축이 실질적으로 수평이 되도록 유지되는 통형상 주형의 내주벽에 가스상 윤활제, 액상 윤활제 및 상기 액상 윤활제의 열분해로 얻어진 가스 중에서 선택되는 1종 이상의 유체를 공급하고; Si를 함유하는 용융 알루미늄 합금을 제1단을 통하여 통형상 주형에 부어 원주형의 용융 합금 본체를 형성하고; 상기 본체를 상기 통형상 주형에서 응고시켜 주조 잉곳을 형성하고; 상기 주조 잉곳을 상기 통형상 주형의 제2단으로부터 인출한다.A typical apparatus used in the present invention and a manufacturing method using the apparatus will be described. The horizontal continuous casting method used in the present invention may be a known horizontal continuous casting method. Supplying at least one fluid selected from a gaseous lubricant, a liquid lubricant and a gas obtained by pyrolysis of the liquid lubricant to the inner circumferential wall of the cylindrical mold having, for example, forced cooling means and maintained so that the central axis is substantially horizontal; A molten aluminum alloy containing Si is poured into the cylindrical mold through the first stage to form a cylindrical molten alloy body; Solidifying the main body in the cylindrical mold to form a casting ingot; The casting ingot is taken out from the second end of the cylindrical mold.
도 2는, 본 발명에 사용되는 주형 부근의 전형적인 연속 주조 장치를 나타낸다. 2 shows a typical continuous casting apparatus near the mold used in the present invention.
턴디쉬(250), 내화성의 판형체(210) 및 통형상 주형(201)을, 상기 턴디쉬(250)에 저장된 용융 합금(255)이 상기 통형상 주형(201)으로 내화성의 판형상체(210)를 통해 부어지도록 설치한다. 상기 통형상 주형(201)은, 중심축(220)이 실질적으로 수평이 되도록 유지된다. 상기 용융 합금을 주조 잉곳(216)으로 응고시키기 위해, 상기 통형상 주형의 내부에 상기 주형을 강제적으로 냉각시키는 수단을 설치하고, 상기 통형상 주형의 출구에 상기 주조 잉곳을 강제로 냉각시키는 수단을 설치한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 주조 잉곳을 강제적으로 냉각시키는 수단의 일예인 냉각수-샤워 장치(205)를 설치한다. 상기 통형상 주형의 출구 근방에, 소정 속도로 상기 주형으로부터 강제 냉각된 주조 잉곳(216)을 연속적으로 인출하도록, 구동 장치(도시하지 않음)를 설치한다. 또한, 이와 같이 인출된 주조 봉을 소정의 길이로 절단시키기 위해 동조 절단기(도시하지 않음)를 설치한다.The
도 2에 나타낸 바와 같이, 통형상 주형(201)은, 중심축(220)이 실질적으로 수평이 되도록 유지된다. 또한, 상기 통형상 주형(201)은, 상기 주형을 강제적으로 냉각시키기 위한 수단, 냉각수(202)를 주형의 냉각수 공동(204)에 공급함으로써, 상기 주형의 내주벽을 냉각시켜 용융 금속이 밀착되어 있는 주형 내주벽을 통하여 상기 주형에 채워진 원주형의 용융 합금(215)으로부터 열을 제거하여 상기 용융 합금의 표면 상에 응고쉘을 형성하기 위해 설치되는 수단; 및 상기 주형의 출구에 직접적으로 주조 잉곳에 물을 가하도록 샤워 장치(205)로부터 냉각수를 방출하여, 상기 주형 중의 용융 합금을 응고시키기 위해 설치되는 강제 냉각 수단을 포함한다. 상기 통형상 주형은 상기 샤워 장치의 출구와 반대되는 끝에서 상기 내화성 판형상체(210)를 통하여 상기 턴디쉬(250)에 연결되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 주형을 강제적으로 냉각시키기 위한 냉각수 및 상기 주조 잉곳을 강제적으로 냉각시키기 위한 냉각수는, 냉각수 공급관(203)을 통해 공급된다. 그러나, 상기 2형태의 냉각수는 개별적으로 공급되어도 좋다. 상기 통형상 주형의 강제 냉각 수단 및 냉각수 샤워 장치는, 제어 신호에 의하여 그들의 기능을 제어할 수 있는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 2, the
유효 주형 길이(도 4의 문자L 참조)는, 냉각수 샤워 장치의 출구의 중심축이 상기 주조 잉곳의 표면을 가로지르는 위치부터 상기 주형 및 내화성의 판형상체간의 밀착면까지 측정한 길이로서 정의된다. 상기 유효 주형 길이는, 15∼70mm가 바람직하다. 이것은 상기 유효 주형 길이가 상기 범위내이면, 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부가 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 부분의 표면 상에 충분히 형성되기 때문이다. 상기 유효 주형 길이가 15mm 미만이면, 양호한 코팅이 용융 합금 상에 형성되지 않으므로, 상기 용융 합금의 주조가 행해지지 않는다. 한편, 유효 주형 길이가 70mm를 초과하면, 강제 냉각의 효과가 얻어지지 않으므로, 상기 주 형의 내주벽은 상기 용융 합금의 응고를 방해하여 상기 주형 및 용융 합금간이나, 응고쉘간의 밀착 저항이 증가되어 바람직하지 않는 주조가 발생된다(예컨대, 주조 표면상에 갈라짐이 발생하거나, 또는 상기 주형에서 주조 잉곳의 파괴가 발생한다).The effective mold length (see letter L in FIG. 4) is defined as the length measured from the position where the central axis of the outlet of the coolant shower device crosses the surface of the casting ingot to the contact surface between the mold and the refractory plate-like body. As for the said effective mold length, 15-70 mm is preferable. This is because when the effective mold length is in the above range, the Si rich portion having a thickness of 20 µm or more is sufficiently formed on the surface of the portion of the continuous casting rod having a central angle of 30 ° or more. If the effective mold length is less than 15 mm, no good coating is formed on the molten alloy, so that the casting of the molten alloy is not performed. On the other hand, if the effective mold length exceeds 70 mm, the effect of forced cooling is not obtained. Therefore, the inner circumferential wall of the mold prevents the solidification of the molten alloy and the adhesion resistance between the mold and the molten alloy or the solidification shell increases. This results in undesirable casting (eg, cracking on the casting surface, or breakage of the casting ingot in the mold).
상기 주형의 재료는, 알루미늄, 동 및 그들의 합금 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합이 바람직하다. 이들 종의 조합은, 열전도도, 내열성 또는 기계적 강도의 관점에서 결정될 수 있다. The material of the above mold is preferably one or a combination of two or more selected from aluminum, copper and alloys thereof. Combinations of these species can be determined in terms of thermal conductivity, heat resistance or mechanical strength.
상기 주형은, 용융 합금과 밀착되어 있는 내주벽 상에 자가 윤활성을 나타내는 환형상 투과성 다공질 부재(222)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 환형상 부재는, 상기 통형상 주형의 내주벽의 전체에 걸쳐 설치된다. 상기 투과성 다공질 부재의 통기성은 0.005∼0.03L/(cm2×분)이 바람직하다(더욱 바람직하게는 0.007∼0.02L/(cm2×분)). 상기 투과성 다공질 부재의 두께에 대한 한정은 특별히 없으나, 그 두께는 2∼10mm가 바람직하다(더욱 바람직하게는 3∼8mm). 이것은 상기 두께가 위와 같은 범위내이면, 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부가 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조봉의 측면의 표면 상에 충분히 형성되기 때문이다. 상기 투과성 다공질 부재는, 예컨대, 0.008∼0.012L/(cm2×분)의 통기성을 갖는 흑연으로 이루어질 수 있다. 상기 통기성은 2kg/cm2 압력의 인가 하에 분당 시험편(두께: 5mm)을 통과하는 공기의 양을 측정함으로써 얻어진다.It is preferable that the said mold contains the annular permeable
상기 통형상 주형에 있어서, 상기 유효 주형 길이의 5∼15mm의 범위 내로 상기 투과성 다공질 부재가 설치되는 것이 바람직하다. 이것은 상기 투과성 다공질 부재가 상기 범위내에서 설치되면, 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부가 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 충분히 형성되기 때문이다. 바람직하게는, O-링(213)은, 내화성의 판형상체, 통형상 주형 및 투과성의 다공질 부재가 서로 밀착되어 있는 표면 상에 설치된다.In the cylindrical mold, the permeable porous member is preferably provided within the range of 5 to 15 mm of the effective mold length. This is because, when the permeable porous member is provided within the above range, the Si rich portion having a thickness of 20 µm or more is sufficiently formed on the surface of the side surface of the continuous casting rod having a center angle of 30 ° or more. Preferably, the O-
상기 통형상 주형의 내주벽의 반지름 방향 측면은, 원형상, 삼각형 형상, 직사각형 형상 또는 대칭축도 대칭면도 모두 갖지 않는 불규칙 형상이라 추정할 수 있다. 중공 주조 잉곳을 제조하는 경우, 상기 통형상 주형의 내부에 코어가 형성되어 있어도 좋다. 상기 통형상 주형은 개구를 갖는다. 상기 용융 합금은, 주형의 제1단을 통해(내화성 판형상체에 설치된 입구를 통해) 주형으로 부어지고, 응고된 주조 잉곳은 상기 주형의 제2단으로부터 압출 또는 인출된다.The radial side surface of the inner circumferential wall of the cylindrical mold may be assumed to be a circular shape, a triangular shape, a rectangular shape, or an irregular shape having neither a symmetry axis nor a symmetry plane. When manufacturing a hollow casting ingot, the core may be formed in the said cylindrical mold. The cylindrical mold has an opening. The molten alloy is poured into the mold through the first end of the mold (via the inlet installed in the refractory plate-like body), and the solidified casting ingot is extruded or drawn out from the second end of the mold.
상기 주형의 내경은, 상기 주형 내주벽과 중심축(220) 간의 고도각이, 바람직하게는 0∼3°(더욱 바람직하게는 0∼1°)가 되도록 상기 주조 잉곳 인출 방향을 향하여 증가된다. 상기 고도각이 0°미만이면, 상기 주형으로부터의 주조 잉곳의 인출 동안에 상기 주형의 출구에서 저항이 상기 주조 잉곳에 가해져 주조를 행할 수 없다. 한편, 고도각이 3°를 초과하면, 상기 용융 합금이 주형 내주벽과 불완전하게 밀착하게 되고, 상기 주형은, 상기 용융 합금 또는 응고쉘로부터의 열을 제거하는 효과를 불충분하게 발휘하여 상기 용융 합금의 응고가 불충분하게 된다. 결과적으로, 주조 문제가 일어날 확률이 높게 된다. 예컨대, 상기 주조 잉곳 상에 재용융면이 형성되거나, 미응고된 용융 합금이 주형의 단부로부터 유출된다.The inner diameter of the mold is increased toward the casting ingot withdrawal direction such that the elevation angle between the mold inner circumferential wall and the
상기 턴디쉬는, 용융 합금 유입구(251), 용융 합금 저장부(252) 및 상기 용융 합금이 주형으로 부어지는 출구(253)를 포함한다. 상기 턴디쉬는, 조성이 주조 장치의 외부에 설치된 용융로 등에 의해 미리 설정된 용융 알루미늄 합금을 입구를 통해 유입시킨다. 상기 턴디쉬에 있어서, 상기 용융 합금의 레벨(254)은, 상기 주형 공동의 상면 위의 위치에 유지된다. 복수 주조가 행해지는 경우, 상기 용융 합금은, 복수의 주형으로 상기 턴디쉬로부터 안정적으로 부어진다. 상기 턴디쉬의 용융 합금 저장부에 저장된 용융 합금은, 내화성의 판형상체에 설치된 용융 합금 입구(211)를 통하여 주형에 부어진다. 상기 용융로 또는 턴디쉬는, Ca유도 장치를 구비하고 있는 것이 바람직하고, 이것은 제어 신호로 도입되는 Ca양을 제어하므로 바람직하다.The tundish includes a
상기 내화성의 판형상체(210)는, 상기 턴디쉬를 상기 주형으로부터 분리하기 위해 설치된다. 상기 판형상체는, 내화성, 단열성의 재료로 이루어질 수 있다. 상기 재료의 예로는, Lumiboard(Nichias Corporation의 제품), Insural(Foseco Ltd.제품), 및 Fiber Blanket Board(Ibiden Co.,Ltd.제품)가 열거된다. 상기 내화성 판형상체는, 용융 합금 입구가 형성될 수 있는 형상을 갖는다. 하나 이상의 용융 합금 입구는, 상기 통형상 주형의 내주벽으로부터 안쪽으로 연장되는 내화성 판형상체의 부분에 형성될 수 있다.The fire resistant plate-
참조 번호 208은, 유체를 공급하기 위한 유체 공급관을 나타낸다. 공급되는 유체의 예로는 윤활 유체가 열거된다. 상기 유체는, 가스상 윤활제 및 액상 윤활제 중에서 선택되는 1종 이상이어도 좋다. 가스상 윤활제 공급관 및 액상 윤활제 공급관은 개별적으로 설치되는 것이 바람직하다. 유체 공급관(208)을 통해 압력이 가해지고 공급되는 유체는, 환상 통로(224)를 지나고, 통형상 주형 및 내화성 판형상체간의 틈으로 공급된다. 바람직하게는, 200㎛ 이하의 틈이 상기 주형과 내화성 판형상체가 서로 밀착되어 있는 부분에 형성된다. 상기 틈은 상기 용융 합금이 그 틈으로 들어가지 않고, 상기 유체가 상기 주형 내주벽을 따라 유출될 수 있는 사이즈를 갖는다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 환상 통로(224)는, 상기 통형상 주형에 설치된 투과성 다공질 부재(222)의 외주면에 형성된다. 상기 압력이 가해진 유체는 상기 용융 합금과 밀착되는 투과성 다공질 부재를 통해 투과되고, 상기 통형상 주형의 내주벽(221)에 공급된다. 상기 액상 윤활제가 가열에 의해 가스로 분해되고, 그 가스화된 윤활제가 상기 통형상 주형의 내주벽에 공급되는 경우도 있다.
결과적으로, 원주상 용융 합금 본체의 외주면 또는 응고쉘의 외주면인 금속성 매스의 외주면 및 통형상 주형의 투과성 다공질 표면간의 윤활성을 개선시킬 수 있다. 상기 환형상 투과성 다공질 부재는 상기 주형 내주벽 상에 형성되므로, 우수한 윤활 효과가 얻어지고, 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 형성된 Si리치부(두께: 20㎛ 이상)를 갖는 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 용이하게 제조할 수 있다. As a result, it is possible to improve the lubricity between the outer circumferential surface of the cylindrical molten alloy body or the outer circumferential surface of the metallic mass, which is the outer circumferential surface of the solidification shell, and the porous porous surface of the cylindrical mold. Since the annular permeable porous member is formed on the mold inner circumferential wall, excellent lubricating effect is obtained, and has a Si-rich portion (thickness: 20 μm or more) formed on the surface of the side of the continuous casting rod having a central angle of 30 ° or more. Continuous cast aluminum alloy rods can be easily manufactured.
모퉁이 공간(230)은, 공급 가스상 또는 액상 윤활제, 및 상기 액상 윤활제의 분해에 의해 얻어진 가스 중에서 선택되는 1종 이상의 존재 하에서 형성된다.The
이하, 본 발명의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, the manufacturing method of this invention is demonstrated.
도 2에 나타낸 바와 같이, 중심축이 실질적으로 수평이 되도록 유지되는 통형상 주형(201)에 상기 내화성 판형상체(210)를 통하여 상기 턴디쉬(250) 중의 용융 합금을 붓고, 상기 용융 합금을 상기 주형의 출구에서 강제적으로 냉각시키고, 응고시켜 주조 잉곳(216)을 형성한다. 상기 주조 잉곳(216)은, 상기 주형의 출구 근방에 설치되는 구동 장치를 사용하여 소정 속도로 상기 주형으로부터 연속적으로 인출하여 주조 봉을 형성한다. 얻어진 주조 봉은 동조 절삭기를 사용하여 소정 길이의 단편으로 절단된다.As shown in FIG. 2, the molten alloy in the
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉이 제조되면, 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부가 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 형성되도록 상기 용융 합금의 온도 및 조성을 설정한다. 따라서, 상기 용융 합금의 응고 계면(217)의 상태 및 모통이 공간(230)의 상태가 안정된다고 생각된다. 결과적으로 안정적인 주조 운전을 행할 수 있다. 또한, 상기 유효 주형 길이는, 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부가 형성되도록 설정한다.When the continuous cast aluminum alloy rod is manufactured, the temperature and composition of the molten alloy are set such that the Si rich portion having a thickness of 20 μm or more is formed on the surface of the side of the continuous cast rod having a central angle of 30 ° or more. Therefore, it is thought that the state of the
상기 턴디쉬에 저장되는 용융 알루미늄 합금(255)의 조성을 이하에 기재한다. 상기 용융 알루미늄 합금은, 바람직하게는 7∼14질량%의 Si(더욱 바람직하게는 8∼13질량%, 가장 바람직하게는 12∼13질량%) 및 0.003질량% 이상의 금속성 Ca(더욱 바람직하게는 0.003∼0.04질량%, 가장 바람직하게는 0.003∼0.03질량%)를 함유한다. 상기 성분 이외에, 용융 합금은 철(0.1∼0.5질량%), 동(2.0∼9.0질량%), 망간(0∼0.5질량%), 및 마그네슘(0.2∼1.0질량%)을 함유하는 것이 바람직하다.
The composition of the
8∼13질량%의 양으로 Si를 함유하는 용융 알루미늄 합금은, 상기 주조 잉곳에 함유된 알루미늄 및 규소에 의한 엷은 미세 구조의 형성으로 인하여 우수한 기계적 특성을 나타내고, 상기 주조 잉곳은 경질 규소의 존재로 인하여 향상된 내마모성을 나타내므로 특히 바람직하다.The molten aluminum alloy containing Si in an amount of 8 to 13% by mass exhibits excellent mechanical properties due to the formation of a thin microstructure by aluminum and silicon contained in the casting ingot, and the casting ingot is formed by the presence of hard silicon. It is particularly preferred because of its improved wear resistance.
상기 합금의 Ca함량과 첨가되는 Ca의 양과의 관계를 설명한다.The relationship between the Ca content of the alloy and the amount of Ca added will be described.
Ca가 상기 합금에 불가피하게 함유되는 경우, 분석을 통해 측정된 바와 같은 합금의 Ca함량은, (1)합금의 원료에 불가피하게 함유되는 Ca(상기 Ca는, 주로 원료가 되는 Ca혼입 금속성 규소로부터 유래) 및 (2)상기 용융 합금에 첨가되는 Ca의 총량이다. 예컨대, Ca가 상기 용융 합금에 첨가되지 않는 경우, 얻어진 주조 잉곳에서 검출된 Ca는, 원료로부터 유래된 것이고, 상기 주조 잉곳에 불가피하게 함유되어 있는 것이다. 한편, 상기 용융 합금에 Ca를 첨가하는 경우, 그 첨가된 Ca의 양은, 상기 주조 잉곳에 함유된 Ca의 총량에서 불가피하게 함유된 Ca의 양을 제하여 얻는다. When Ca is inevitably contained in the alloy, the Ca content of the alloy as measured by the analysis is (1) Ca inevitably contained in the raw material of the alloy (The Ca is mainly from the Ca mixed metallic silicon which is a raw material Derived) and (2) the total amount of Ca added to the molten alloy. For example, when Ca is not added to the molten alloy, Ca detected in the obtained casting ingot is derived from a raw material and inevitably contained in the casting ingot. On the other hand, when Ca is added to the molten alloy, the amount of Ca added is obtained by subtracting the amount of Ca inevitably contained from the total amount of Ca contained in the casting ingot.
상기 본 발명에 있어서, 상기 합금에 함유되는 Ca의 양은, 0.003질량% 이상이 바람직하다. 특히, 상기 합금에 첨가되는 Ca의 양은 0.003질량% 이상이 바람직하다. 상기 주조 잉곳에 첨가되는 Ca 및 불가피하게 첨가되는 Ca의 총량은, 0.004질량% 이상이 바람직하다(더욱 바람직하게는, 0.004∼0.05질량%, 가장 바람직하게는 0.05질량% 이하). 이것은, Ca의 총량이 상기 범위 내이면, Si리치부의 형성이 촉진되고, 상기 주조 잉곳의 규소 입자가 미세하게 되어 상기 주조 잉곳의 기계적 특성을 개선시키기 때문이다. In the present invention, the amount of Ca contained in the alloy is preferably 0.003% by mass or more. In particular, the amount of Ca added to the alloy is preferably 0.003% by mass or more. The total amount of Ca added to the casting ingot and inevitably added Ca is preferably 0.004% by mass or more (more preferably, 0.004 to 0.05% by mass, most preferably 0.05% by mass or less). This is because if the total amount of Ca is in the above range, the formation of the Si-rich portion is promoted, and the silicon particles of the casting ingot become fine, thereby improving the mechanical properties of the casting ingot.
상기 용융 알루미늄 합금의 원료가 되는 금속성 규소에 불가피하게 Ca가 함유되어 칼슘 실리케이트의 형태로 존재한다고 생각된다. 한편, 불가피하게 상기 용융 알루미늄 합금에 첨가되는 Ca는, 합금 중에 산화물 형태가 아니다. 따라서, 상기 주조 잉곳에 있어서, 규소 입자를 미세화하고, Si리치부의 형성을 촉진시키기 위해, 첨가되는 Ca의 양은 0.003질량% 이상으로 조절되는 것이 바람직하고, 0.003∼0.03질량%로 조절되는 것이 더욱 바람직하다.It is considered that metallic silicon, which is a raw material of the molten aluminum alloy, inevitably contains Ca and exists in the form of calcium silicate. Inevitably, Ca added to the molten aluminum alloy is not an oxide form in the alloy. Therefore, in the casting ingot, in order to refine the silicon particles and to promote the formation of the Si rich portion, the amount of Ca added is preferably adjusted to 0.003 mass% or more, more preferably 0.003 to 0.03 mass%. Do.
상기 합금에 첨가되는 Ca는, 99.9% 이상의 순도를 갖는 금속성 Ca가 바람직하다. 상기 Ca는 작업 용이성의 관점에서 입자 형태인 것이 바람직하다. 상기 용융 합금의 Ca 이외의 원소 성분 조정을 완료한 후, Ca입자를 상기 용융 금속에 첨가한다. 첨가 동안의 Ca입자의 산화를 방지하기 위해, 첨가 전에 알루미늄 박으로 상기 입자를 코팅시키는 것이 바람직하다.As Ca added to the alloy, metallic Ca having a purity of 99.9% or more is preferable. The Ca is preferably in the form of particles from the viewpoint of ease of operation. After adjustment of elemental components other than Ca of the molten alloy is completed, Ca particles are added to the molten metal. In order to prevent oxidation of the Ca particles during the addition, it is preferable to coat the particles with aluminum foil before the addition.
상기 주조 잉곳의 합금 성분의 조성비는, 예컨대, 광전 측광에 기초한 광학 발광 분광분석기(예컨대, PDA-5500, Shimadzu Corporation제품)를 사용한 JIS H 1305에 의해 분류된 방법으로 확인할 수 있다. The composition ratio of the alloy component of the casting ingot can be confirmed by a method classified by JIS H 1305 using, for example, an optical emission spectrometer (eg PDA-5500, manufactured by Shimadzu Corporation) based on photoelectric photometry.
상기 턴디쉬에 저장된 용융 금속의 레벨(254) 및 상기 주형 내주벽의 상부 표면과의 높이차는, 0∼250mm가 바람직하다(보다 바람직하게는, 50∼70mm). 이것은 상기 높이차가 상기 범위내이면, 상기 주형에 부은 용융 합금의 압력이 액상 윤활제 및 상기 윤활제의 기체화에 의해 얻어진 가스의 압력과 양호하게 균형을 잡으므로 주조성이 개선되고, 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 형성된 Si리치부(두께: 20㎛ 이상)를 갖는 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 용이 하게 제조할 수 있기 때문이다. 상기 용융 합금의 레벨을 측정하고, 모니터링하기 위해 턴디쉬 상에 레벨 센서를 설치하는 경우, 상기 합금의 레벨이 정밀하게 제어되어 소정값의 높이로 상기 차이를 유지시킬 수 있다.The height difference between the
액상 윤활제는 윤활유로서 기능하는 식물성 오일이어도 좋다. 상기 식물성 오일의 예로는, 채종유, 피마자유 및 샐러드유가 열거된다. 상기와 같은 식물성 오일의 사용은, 환경에 악영향을 감소시키므로 바람직하다.The liquid lubricant may be a vegetable oil functioning as a lubricating oil. Examples of the vegetable oils include rapeseed oil, castor oil and salad oil. The use of such vegetable oils is preferred since it reduces adverse effects on the environment.
상기 윤활유의 공급량은 0.05∼5mL/분이 바람직하다(더욱 바람직하게는, 0.1∼1mL/분). 이것은 공급량이 상기 범위 내이면, 20㎛이상의 두께를 갖는 Si리치부가 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 충분하게 형성되기 때문이다. 상기 공급량이 지나치게 작으면, 열악한 윤활성으로 인하여 주조 잉곳의 파괴가 발생하는 반면에, 공급량이 지나치게 많으면, 과도한 윤활유가 상기 주조 잉곳에 들어가 잉곳의 내부 결함을 일으킨다.The supply amount of the lubricating oil is preferably 0.05 to 5 mL / minute (more preferably, 0.1 to 1 mL / minute). This is because, when the supply amount is within the above range, the Si rich portion having a thickness of 20 µm or more is sufficiently formed on the surface of the side surface of the continuous casting rod having a center angle of 30 ° or more. If the feed amount is too small, breakage of the casting ingot occurs due to poor lubricity, while if the supply amount is too large, excessive lubricant enters the casting ingot and causes internal defects of the ingot.
상기 주조 잉곳이 주형으로부터 인출되는 속도(즉, 주조 속도)는, 200∼1,500mm/분이 바람직하다(보다 바람직하게는, 400∼1,000mm/분). 이것은 상기 주조 속도가 상기 범위내이면, 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부가 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 충분히 형성되고, 결과적으로, 제조 조건이 변동되어도 주조성이 손상되지 않고, 또한, 미세, 균일한 구조를 갖는 주조 잉곳을 높은 냉각 속도로 얻을 수 있기 때문이다.The speed (ie, casting speed) at which the casting ingot is drawn out from the mold is preferably 200 to 1500 mm / minute (more preferably, 400 to 1,000 mm / minute). This means that if the casting speed is within the above range, the Si-rich portion having a thickness of 20 μm or more is sufficiently formed on the surface of the side of the continuous casting rod having a center angle of 30 ° or more, and as a result, the castability is not impaired even if the manufacturing conditions are varied. This is because a casting ingot having a fine and uniform structure can be obtained at a high cooling rate.
상기 냉각수 샤워 장치로부터 상기 주형에 공급되는 몰당 냉각수의 부피는, 5∼30L/분이 바람직하다(더욱 바람직하게는, 25∼30L/분). 냉각수의 양이 너무 적 으면, 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부가 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 불충분하게 형성된다. 결과적으로, 브레이크아웃이 발생되고, 상기 주조 잉곳의 표면이 재용융되어 내부 결함으로써 주조 잉곳에서 비균일 구조를 형성할 수 있다. 한편, 냉각수의 양이 너무 많으면, 주형으로부터 다량의 열이 제거되어 주조를 행할 수 없게 된다. The volume of the cooling water per mole supplied from the cooling water shower device to the mold is preferably 5 to 30 L / min (more preferably, 25 to 30 L / min). If the amount of cooling water is too small, an Si rich portion having a thickness of 20 μm or more is insufficiently formed on the surface of the side of the continuous casting rod having a central angle of 30 ° or more. As a result, breakout occurs and the surface of the casting ingot is remelted to internally form a non-uniform structure in the casting ingot. On the other hand, if the amount of cooling water is too large, a large amount of heat is removed from the mold and casting cannot be performed.
턴디쉬로부터 상기 주형에 부어지는 용융 합금의 평균 온도는, 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부가 30°이상의 중심각을 갖는 연속 주조 봉의 측면의 표면 상에 충분하게 형성되므로, 600∼750℃가 바람직하다(더욱 바람직하게는, 640∼680℃). 상기 용융 합금의 온도가 너무 낮으면, 주형 중에 또는 주형 상류에 큰 결정 생성물이 형성되고, 그 생성물은 상기 주조 잉곳에 내부 결함을 발생시킨다. 한편, 상기 용융 합금의 온도가 너무 높으면, 다량의 수소 가스가 용융 합금으로 취해져 상기 주조 잉곳에 많은 공극(즉, 내부 결함)을 발생시킨다.Since the average temperature of the molten alloy poured from the tundish into the mold is sufficiently formed on the surface of the side of the continuous cast rod having a center angle of 30 ° or more, the Si-rich portion having a thickness of 20 µm or more is preferably 600 to 750 ° C. (More preferably, 640-680 degreeC). If the temperature of the molten alloy is too low, large crystal products are formed in the mold or upstream of the mold, and the product causes internal defects in the casting ingot. On the other hand, if the temperature of the molten alloy is too high, a large amount of hydrogen gas is taken into the molten alloy to generate many voids (ie internal defects) in the casting ingot.
본 발명에 따른 연속 주조 봉의 표면 상에 세로로 형성된 끈형상 Si리치부를 검출하고 측정하는 방법을, 도5를 참조로 하기에 설명한다.A method of detecting and measuring the string-shaped Si rich portion formed vertically on the surface of the continuous casting rod according to the present invention will be described below with reference to FIG.
도 5는, 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 연속 주조 봉을 제조하기 위한 장치(501)의 일실시예의 구성을 나타낸 개략도이다.5 is a schematic diagram showing the configuration of one embodiment of an
상기 제조 장치(501)는, 용융 알루미늄 합금을 제조하는 용융로(502), 상기 용융로(502)에 Ca를 도입하는 Ca도입 장치(503), 도 2에 나타낸 구성을 갖고, 상기 용융로(502)로부터 용융 알루미늄 합금이 공급되는 주조 장치(504), 상기 주조 장치(504)에 의해 주조된 알루미늄 합금의 연속 주조 봉(101)을 주조 장치(504)로부터 인출하는 인출 구동 장치(505), 상기 연속 주조 봉(101)의 표면 상에 형성된 Si리치부의 영역을 검출하고, 검출 신호를 출력하는 검출부(506), 조성물에서 연속 주조 봉(101)을 분석하고, Ca함량 측정 데이터 신호를 출력하는 분석부(507), 미리 설정된 판정 조건으로 검출부(506) 및 분석부(507)로부터의 출력 신호를 비교하고, 그 비교를 기초로 판정 신호를 출력하는 판정부(508), 및 상기 판정 신호가 미리 설정된 판정 조건에 포함되도록 출력 신호를 기초로 한 각각의 부를 제어하는 제어부(509)를 포함한다. 여기서, 상기 분석부는 생략할 수 있고, 상기 제어부는, 분산 방법으로 배치된 복수의 제어부를 포함할 수 있다.The said
상기 용융로(502)는, 히터(도시하지 않음) 및 온도 검출기(도시하지 않음)를 구비한다. 상기 히터는, 제어부(509)에 의해 조절되어 소정 온도로 로 내부 온도를 유지하고, 상기 온도 검출기는, 로 내부 온도를 검출하고, 그 검출 온도를 상기 제어부(509)로 출력한다. 또한, Ca도입 장치 이외에 용융 알루미늄 합금의 형성을 위해 상기 용융로(502)에 금속 성분을 도입하는 장치(도시하지 않음)를 구비한다. Ca도입 장치(503)를 포함하는 각각의 도입 장치는, 도입된 양을 검출하기 위한 검출기(도시하지 않음) 및 도입 메카니즘(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 각각의 도입 메카니즘은, 제어부(509)에 의해 제어되어 각각의 금속이 상기 용융로(502)로 도입되고, 각각의 검출기는, 도입량을 검출하여 그 검출량을 제어부(509)로 출력한다. 상기 주조 장치(504)는, 윤활 수단(도시하지 않음), 및 금속 성분용 냉각 수단(도시하지 않음)과 온도 검출기(도시하지 않음)를 갖추고 있다. 상기 윤활 수단 및 냉각 수단은, 상기 제어부(509)에 의해 제어되어 상기 용융 알루미늄 합금을 알루미늄 합금의 연속 주조 봉(101)으로 냉각시키고, 상기 온도 검출기는, 상기 턴디쉬 내부 온도 및 주형 내부 온도를 검출하고, 그 검출된 온도를 제어부(509)로 출력하다. 상기 인출 구동 장치(505)는, 상기 인출 속도를 검출하기 위한 속도 검출기(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 상기 검출부(509)에 의해 제어되어 상기 주조 장치(504)로부터 알루미늄 합금의 연속 주조 봉을 인출하고, 상기 속도 검출기는, 인출 속도를 검출하여 그 검출 속도를 제어부(509)로 출력한다.The
알루미늄 합금의 연속 주조봉(101)의 Si리치부가 다른 부분과 표면 특성이 다르다는 사실을 고려하여, 상기 검출부(506)는, 상기 차이를 검출할 수 있는 한 모든 검출기를 사용할 수 있다. 상기 Si리치부의 표면은, 금속성 광택 및/또는 다른 조도를 가지므로, 반사율 및/또는 표면 조도를 검출하는 검출기는, 예컨대, 금속성 광택 및/또는 조도를 검출하기 위해 사용할 수 있다. 특히, 광학식, 초음파식 또는 전하 용량식 검출기는, 비접촉상으로 검출을 행할 수 있으므로 유리하다. 상기 검출기는 Si리치부의 영역을 검출하므로, 검출되는 상기 표면 특성을 갖는 알루미늄의 연속 주조 봉의 전체 표면을 덮는 기능이나, 또는 검출 범위를 주사하는 기능을 갖는 것이 요구된다. In view of the fact that the Si rich portion of the
상기 검출부(506)로부터 검출된 알루미늄 합금의 연속 주조 봉(101)의 Si리치부의 표면 특성 및 위치 결과에 상응하는 검출 신호가 판정부(508)로 출력된다.The detection signal corresponding to the surface characteristic and the position result of the Si-rich portion of the
상기 판정부(508)는, 미리 설정된 판정 조건을 갖고, 상기 판정부(506)로부터 Si리치부에 대한 검출 신호, 및 상기 미리 설정된 판정 조건에 의해 분석부(507)로부터의 그 분석 결과, 즉, Ca량 측정 데이터 신호를 비교한다. 예컨대, Si 리치부 및 다른 부분간의 경계로서의 표면 특성 결과 중에 차이가 발생한 부분을 검출하여 Si리치부 영역을 판정한다. 또한, 상기 비교 및 판정 결과에 기초한 주조 조건을 제어하는 제어 신호를 제어부(509)로 피드백하는 기능을 갖는다.The
신호 처리, 판정 처리 및 조건 설정 처리를 아날로그 또는 디지탈 신호 중 어느 하나를 사용하여 행할 수 있다.Signal processing, determination processing, and condition setting processing can be performed using either an analog or digital signal.
상기 Si리치부를 판정하기 위한 조건은, 30°이상의 중심각을 갖는 알루미늄 합금의 연속 주조 봉(101)의 측면 표면에 상응하는 영역의 표면 조도 및 반사율이 포함된다.The conditions for determining the Si rich portion include surface roughness and reflectance of a region corresponding to the side surface of the
주조에 있어서, 용융 알루미늄 합금 온도 및 주조 속도를 제어한다. 따라서, 검출부(506)에서 검출되고, 주조 장치(504)에서 제조된 알루미늄 합금의 연속 주조 봉(101)의 신호를 기초하여, 예컨대, 용융 알루미늄 합금 온도를 상승시킴으로써, 금속성 광택을 갖는 부분을 확장시킬 수 있다. 그 이유는, 상기 알루미늄 합금 용융 온도 및 응고 온도간의 차가 응고 상태에서 차이를 발생시키고, 금속성 광택의 형태로 제어할 수 있기 때문이라고 생각된다. 주조 속도에도 동일한 작용을 적용할 수 있다고 생각된다. 상기 용융 알루미늄 합금 온도를 상기 용융로(502)의 가열 온도, 상기 금속 성분을 보온 등을 위해 턴디쉬로의 공급 도중의 가열 및 턴디쉬 내부의 가열을 제어함으로써 조절할 수 있다. 주조 속도를, 주형의 강제 냉각, 상기 냉각수 샤워 장치로부터의 냉각수의 양, 인출 구동 장치(505)의 인출 속도 및 용융 알루미늄 합금 온도를 조절할 수 있는 장치를 사용하여 조절할 수 있다.In casting, molten aluminum alloy temperature and casting speed are controlled. Thus, based on the signal of the
주조에서 제어되는 대상으로, 첨가되는 Ca의 양을 더 포함시키는 것이 상기 주조 조건 설정의 자유도를 증가시키므로 바람직하다. 도 5에 나타낸 바와 같이, Ca도입 장치(503)는, 용융 알루미늄 합금의 형성용 금속 성분을 금속로(502)로 도입하기 위해 상기 도입 장치(도시하지 않음)를 평행하게 Ca첨가 방법으로서 배치시킨다. 이렇게 함으로써, 도입되는 Ca 및 금속 성분의 양을 조합시켜 용이하게 제어할 수 있다. Ca의 첨가 기능은, 응고 온도를 저감시키고, 용융 온도 및 응고 온도간의 차이를 변화시켜 응고 상태에서의 차이를 증가시켜 준다. 이것은 제어되는 금속성 광택의 형성을 제어할 수 있게 한다고 생각된다. Ca를 상기 턴디쉬에 직접 도입하면, 동일한 효과를 얻을 수 있다.As the object to be controlled in the casting, it is preferable to further include the amount of Ca added as it increases the degree of freedom in setting the casting conditions. As shown in FIG. 5, the
첨가되는 Ca량을 더욱 정밀하게 관리하기 위해, 주조 생성물 조성의 분석을 통해 얻어진 Ca량 측정 결과의 데이터를 판정부(508)로 전달하기 위한 분석부(507)를 설치하고, Si리치부의 영역의 측정 결과 및 첨가되는 Ca량 데이터를 기초로 용융 알루미늄 합금 온도, 주조 속도 및 첨가되는 Ca량을 제어하는 것이 바람직하다. 이것은, 0.003질량% 이상으로 첨가되는 Ca량을 정밀하게 제어할 수 있고, 또한, 상기 Si리치부의 영역을 제어할 수 있기 때문이다.In order to more precisely manage the amount of Ca added, an
Ca량을 검출할 수 있는 한, 조성 분석법에 관한 특별한 제한은 없다. 주조 후에 즉시 봉의 표면으로부터 Ca량의 초기 분석을 할 수 있는 방법이나, 샘플의 제거 후에 오프라인으로 Ca량을 측정할 수 있는 방법 중 어느 하나이어도 좋다. 1시간 이하의 측정 시간을 사용한 방법이 바람직하다. 예컨대, Ca량 측정을 위해 발광분광 분석법을 열거할 수 있다.As long as the amount of Ca can be detected, there is no particular limitation on the compositional analysis method. Either the method of performing initial analysis of Ca amount from the surface of a rod immediately after casting, or the method of measuring Ca amount offline after removal of a sample may be sufficient. The method using the measurement time of 1 hour or less is preferable. For example, luminescence spectroscopy can be enumerated for Ca amount measurement.
상기 장치를 사용하여, 30°이상의 중심각을 갖는 봉의 측면의 표면 상에 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부를 갖는 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 용이하게 제조할 수 있다. Using this apparatus, a continuous cast aluminum alloy rod having a Si-rich portion having a thickness of 20 µm or more on the surface of the side of the rod having a center angle of 30 ° or more can be easily manufactured.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉의 상부 표면 상에 형성된 Si리치부가 늘러 붙음 및 브레이크아웃을 억제하므로, 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 안정적으로 제조할 수 있다.Since the Si rich portion formed on the upper surface of the continuous cast aluminum alloy rod is suppressed from sticking and breakout, the continuous cast aluminum alloy rod can be stably manufactured.
상기 제조 장치를 사용한 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법은, 용융 알루미늄 합금 온도 및 응고 온도간의 차이를 제어하거나, 또는 그 차이와 상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉이 통형상 주형으로부터 인출되는 속도를 제어함으로써, 30°이상의 중심각을 갖는 봉의 측면의 표면 상에 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부를 갖는 연속 주조 알루미늄 합금 봉의 제조가 용이하다.The method for producing a continuous cast aluminum alloy rod using the manufacturing apparatus includes controlling the difference between the molten aluminum alloy temperature and the solidification temperature, or controlling the difference and the rate at which the continuous cast aluminum alloy rod is drawn out of the cylindrical mold, It is easy to manufacture a continuous cast aluminum alloy rod having a Si-rich portion having a thickness of 20 mu m or more on the surface of the side surface of the rod having a center angle of 30 degrees or more.
상기 연속 주조 알루미늄 합금 봉의 상부 표면 상에 형성된 Si리치부가 늘러 붙음 및 브레이크아웃을 억제하므로, 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 안정적으로 제조할 수 있다.Since the Si rich portion formed on the upper surface of the continuous cast aluminum alloy rod is suppressed from sticking and breakout, the continuous cast aluminum alloy rod can be stably manufactured.
본 발명의 실시예를 이하에 열거하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.Examples of the present invention are listed below, but the present invention is not limited to these examples.
(실시예)(Example)
실시예 1∼4:Examples 1-4:
금속성 Ca를 12질량%의 양으로 Si를 함유하는 알루미늄 합금에 첨가하였다(Ca함량: 실시예 1에서 0.003질량%, 실시예 2에서 0.006질량%, 실시예 3에서 0.01질량% 및 실시예 4에서 0.03질량%). 상기 얻어진 용융 합금을 도 2에 나타낸 장치를 사용하여 수평 연속 주조를 실시하여 빌렛(billet)(직경: 30mm)을 형성한다. 0.01L/(cm2×분)의 통기성을 갖는 흑연으로 이루어지는 투과성 다공성 부재를 상기 주형에 사용한다. 주조 조건은 다음과 같다.Metallic Ca was added to the aluminum alloy containing Si in an amount of 12 mass% (Ca content: 0.003 mass% in Example 1, 0.006 mass% in Example 2, 0.01 mass% in Example 3 and Example 4 0.03 mass%). The molten alloy thus obtained is subjected to horizontal continuous casting using the apparatus shown in FIG. 2 to form a billet (diameter: 30 mm). A permeable porous member made of graphite having a breathability of 0.01 L / (cm 2 × min) is used for the mold. Casting conditions are as follows.
(1)턴디쉬 중의 용융 합금의 레벨 및 주형 내주벽의 상부간의 높이차: 150mm(1) the height difference between the level of the molten alloy in the tundish and the upper part of the mold inner circumferential wall: 150 mm
(2)윤활유: 채종유(2) Lubricant oil: Seed oil
(3)윤활유의 공급량: 0.2mL/분(3) Supply amount of lubricant oil: 0.2 mL / min
(4)주조 속도: 900mm/분(4) casting speed: 900mm / min
(5)냉각수의 공급량: 25L/분(5) Supply of cooling water: 25L / min
(6)턴디쉬 중의 용융 합금의 평균 온도: 660℃(6) Average temperature of molten alloy in tundish: 660 ° C
비교예 1:Comparative Example 1:
상기 알루미늄 합금에 금속성 Ca를 첨가하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1의 공정을 반복하여 수평 연속 주조를 행하였다.Except not adding metallic Ca to the said aluminum alloy, the process of Example 1 was repeated and horizontal continuous casting was performed.
도 6은, 각 실시예 및 비교예 1에 대해서, 수직축 상에는 주조 문제의 발생 빈도(30분 내에서 발생하는 문제의 개수), 수평축 상에는 주조 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서, "주조 문제"란, 빌렛의 브레이크아웃 또는 파괴의 발생으로 인한 주조 운전의 정지를 말한다. 주조 운전의 정지 후에 주형을 즉시 교환한 후, 이어서 주조 운전을 다시 시작하였다.6 is a graph showing the relationship between the frequency of occurrence of casting problems (the number of problems occurring within 30 minutes) on the vertical axis and the casting time on the horizontal axis, for each Example and Comparative Example 1. FIG. Here, the "casting problem" refers to the stopping of casting operation due to breakout or breakage of the billet. After the mold was replaced immediately after stopping the casting operation, the casting operation was then resumed.
각각의 실시예 1∼4(실제 주조 운전의 전체 수: 100)에 있어서, 주조 조건은 안정화되었고, 상기 주조 문제(예컨대, 용융 합금의 유출 또는 빌렛의 파괴)의 발 생 빈도는 감소되었다. 이렇게 제조된 주조 봉은, 외주면부의 상부 상에 고금속성의 광택을 갖는 부분을 함유한 매우 평활한 주조면을 갖고, 상기 주조 봉의 내면에는 공동을 갖지 않는다는 것을 발견하였다.In each of Examples 1-4 (total number of actual casting operations: 100), the casting conditions were stabilized and the frequency of occurrence of the casting problems (eg, leakage of molten alloys or breakage of billets) was reduced. It was found that the cast rod thus produced had a very smooth cast surface containing a portion having a high metallic luster on the upper portion of the outer circumferential surface portion, and had no cavity on the inner surface of the cast rod.
상기 금속성 광택부의 구조를 관찰하였고, 상기 부분은 50% 미만의 면적 비율의 α-Al을 함유하는 Si미세구조를 갖는다는 것을 발견하였다.The structure of the metallic luster was observed, and the portion was found to have a Si microstructure containing α-Al in an area ratio of less than 50%.
상기 비교예 1(실제 주조 운전의 전체 수: 100)에 있어서, 주조 조건은 안정화되지 않았고, 주조 표면 조건에 변화가 발생하였다. 상기 주조 봉 및 주형 내주벽간의 늘러 붙음, 상기 주조 봉의 파괴 또는 이와 같은 파괴에 의한 주형으로부터의 용융 합금의 유출이 발생되었다. 이와 같은 문제가 발생되면, 주조 운전이 정지되고, 윤활유의 공급량 또는 주조 속도 중 어느 하나는 규제가 필요하여, 생산 효율이 악화된다. 이렇게 제조된 주조 봉의 표면을 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 상기 봉의 상부 주조 표면은 주기적인 인편형(scaly)의 패턴을 갖는 것을 발견하였고, 하부 주조 표면은 크고 작은 늘러 붙은 부분을 갖는다는 것을 발견하였다. 이와 같은 비정상적인 표면 조건은, 주조 봉의 깊은 내부까지 악영향을 준다.In Comparative Example 1 (total number of actual casting operations: 100), the casting conditions were not stabilized, and a change occurred in the casting surface conditions. Elongation between the casting rod and the mold inner circumferential wall, breakage of the casting rod, or such breakdown caused the outflow of the molten alloy from the mold. When such a problem occurs, the casting operation is stopped, and either the supply amount of the lubricating oil or the casting speed requires regulation, and the production efficiency is deteriorated. The surface of the thus produced casting rod was visually observed. As a result, it was found that the upper casting surface of the rod had a periodic scaly pattern, and the lower casting surface had large and small raised portions. Such abnormal surface conditions adversely affect the deep interior of the casting rods.
표 1∼3은 각각의 실시예 및 비교예 1의 결과, 구체적으로는, 표 1에서의 합금의 조성물의 분석 결과, 표 2 및 3에서의 Si리치부의 물리적 특성 측정의 결과를 나타낸다. Tables 1-3 show the results of the physical properties of the Si-rich portion in Tables 2 and 3, specifically, as a result of the Examples and Comparative Examples 1, specifically, the analysis results of the alloy compositions in Table 1.
실시예 5∼8:Examples 5-8:
금속성 Ca를, 12질량%의 Si, 4질량%의 Cu 및 0.5질량%의 Mg를 함유하는 알루미늄 합금에 첨가하였다(Ca함량: 실시예 5에서 0.003질량%, 실시예 6에서 0.006질량%, 실시예 7에서 0.01질량%, 및 실시예 8에서 0.03질량%). 얻어진 용융 합금을 도 2에 나타낸 장치를 사용하여 수평 연속 주조를 실시하여 빌렛(직경: 50mm)을 형성하였다. 0.01L/(cm2×분)의 통기성을 갖는 흑연으로 이루어지는 투과성 다공질 부재를 주형에 사용하였다. 주조 조건은 하기와 같다.Metallic Ca was added to an aluminum alloy containing 12% by mass of Si, 4% by mass of Cu, and 0.5% by mass of Mg (Ca content: 0.003% by mass in Example 5, 0.006% by mass in Example 6) 0.01 mass% in Example 7, and 0.03 mass% in Example 8). Horizontal molten casting was performed on the obtained molten alloy using the apparatus shown in FIG. 2, and the billet (diameter: 50 mm) was formed. A permeable porous member made of graphite having air permeability of 0.01 L / (cm 2 × min) was used for the mold. Casting conditions are as follows.
(1)턴디쉬 중의 용융 합금의 레벨 및 주형 내주벽의 상부간의 높이차: 170mm(1) the height difference between the level of the molten alloy in the tundish and the upper part of the mold inner circumferential wall: 170 mm
(2)윤활유: 채종유 (2) Lubricant oil: Seed oil
(3)윤활유의 공급량: 0.3mL/분(3) Supply amount of lubricating oil: 0.3 mL / min
(4)주조 속도: 900mm/분(4) casting speed: 900mm / min
(5)냉각수의 공급량: 30L/분(5) Supply of coolant: 30L / min
(6)턴디쉬 중의 용융 합금의 평균 온도: 660℃(6) Average temperature of molten alloy in tundish: 660 ° C
비교예 2:Comparative Example 2:
금속성 Ca를 상기 알루미늄 합금에 첨가하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 5의 공정을 반복하여 수평 연속 주조를 행하였다.Except for not adding metallic Ca to the aluminum alloy, the process of Example 5 was repeated to perform horizontal continuous casting.
도 7은, 각각의 실시예 및 비교예 2에 있어서, 수평축 상에는 주조 시간, 수직축 상에는 주조 문제의 발생 빈도수와의 관계를 나타내는 그래프이다. 실시예 1의 경우에서와 같이, 각각의 실시예에서 행한 연속 주조의 결과는 우수하였다. 즉, 주조 결함이 매우 감소되었다. 각각의 실시예에 있어서(주조 운전의 전체수: 100), 주조 조건은 매우 안정되었고, 조작 문제(예컨대, 용융 합금의 유출 또는 빌렛의 파괴)의 발생 빈도는 감소되었다.FIG. 7 is a graph showing the relationship between the casting time on the horizontal axis and the frequency of occurrence of casting problems on the vertical axis in each Example and Comparative Example 2. FIG. As in the case of Example 1, the results of the continuous casting performed in each example were excellent. In other words, casting defects were greatly reduced. In each example (total number of casting operations: 100), the casting conditions were very stable, and the frequency of occurrence of operational problems (eg, outflow of molten alloy or destruction of billets) was reduced.
상기 주조 봉의 상부 표면 상에 형성된 고금속성 광택을 갖는 부분의 경도를 측정하였다. 상기 합금에 금속성 Ca가 첨가된 각각의 실시예 5∼8의 주조 봉의 표면은, 상기 합금에 금속성 Ca가 첨가되지 않은 비교예 2의 주조 봉과 비교하여 상대적으로 높은 경도를 갖는다는 것을 발견하였다. 금속성 Ca를 함유하는 주조 봉만의 상부 표면에 형성된 금속성 광택 부분은, 상기 주조 봉의 다른 부분 보다 상대적으로 높은 경도를 갖는다. 상기 주조봉의 상부에 금속성 광택부가 형성되면, 과량의 윤활유의 존재로 인하여 상기 용융 합금이 불충분하게 냉각된 주형 내주벽의 상부에 상응하는, 주조 봉의 상부로부터 미응고된 용융 합금의 유출을 방지할 수 있다. The hardness of the portion with high metallic luster formed on the top surface of the cast rod was measured. It was found that the surface of each of the cast rods of Examples 5 to 8 in which the metallic Ca was added to the alloy had a relatively high hardness as compared to the cast rod of Comparative Example 2 in which the metallic Ca was not added to the alloy. The metallic luster portion formed on the upper surface of only the cast rod containing metallic Ca has a relatively higher hardness than the other portions of the cast rod. If a metallic polish is formed on top of the casting rod, the presence of excess lubricant can prevent the outflow of unsolidified molten alloy from the top of the casting rod, corresponding to the top of the mold inner circumferential wall where the molten alloy is insufficiently cooled. have.
금속성 광택부의 구조를 관찰하였고, 그 부분은 50% 미만의 면적 비율의 α-Al을 함유하는 Si미세 구조를 갖는다는 것을 발견하였다.The structure of the metallic gloss was observed, and the part was found to have a Si fine structure containing α-Al in an area ratio of less than 50%.
상기 실시예의 경우와 달리, 비교예 2(주조 운전의 전체수: 100)에 있어서, 주조 조건은 불안정하였고, 주조 표면 상태에 변화가 발생하였다. 상기 주조 봉 및 주형 내주벽간의 늘러 붙음, 상기 주조 봉의 파괴 또는 이와 같은 파괴에 의해 주형으로부터 용융 합금의 유출이 발생되었다. 이와 같은 문제가 발생되면, 주조 운전이 정지되고, 상기 윤활유의 공급량 또는 주조 속도 중 어느 하나를 제어할 필요가 있어, 생산 효율이 열악하게 된다. 상기 용융 합금에 금속성 Ca가 첨가되지 않은 비교예 2의 주조 봉의 상부 표면은, 주기적인 인편상의 패턴을 갖는다는 것을 발견하였다. 또한, 상기 주조 봉의 상부 표면은 Si리치부가 아니라는 것을 발견하였고, 상기 상부 표면의 구조는, 상기 주조 봉의 내부와 동일하다는 것을 발견하였다.Unlike the case of the above example, in Comparative Example 2 (total number of casting operations: 100), the casting conditions were unstable, and a change occurred in the casting surface state. Elongation between the casting rod and the mold inner circumferential wall, breakage of the casting rod, or such failure caused the outflow of molten alloy from the mold. When such a problem occurs, the casting operation is stopped and it is necessary to control either the supply amount of the lubricating oil or the casting speed, resulting in poor production efficiency. It was found that the upper surface of the cast bar of Comparative Example 2, in which metallic Ca was not added to the molten alloy, had a periodic scaly pattern. It was also found that the upper surface of the cast rod was not the Si rich portion, and the structure of the upper surface was found to be the same as the interior of the cast rod.
표 1∼3은 각각은 실시예 및 비교예 2의 결과, 구체적으로는, 상기 합금 조성의 분석 결과 및 상기 Si리치부의 물리적 특성의 측정 결과를 나타낸다.Tables 1-3 each show the result of the Example and the comparative example 2, specifically, the analysis result of the said alloy composition, and the measurement result of the physical characteristic of the said Si rich part.
표 4는, 각 실시예의 주조 봉의 Si미세 구조에 함유된 Si입자의 평균 입자 사이즈의 측정 결과를 나타낸다.
Table 4 shows the measurement result of the average particle size of Si particle contained in the Si fine structure of the casting rod of each Example.
실시예 9, 10, 11 및 12:Examples 9, 10, 11 and 12:
하기의 통기성을 갖는 투과성 다공질 부재를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 5의 공정을 반복하여, 수평 연속 주조를 행하였다: 실시예 9에 있어서는, 0.008L/(cm2 ×분), 실시예 10에 있어서는, 0.012L/(cm2×분), 실시예 11에 있어서는 0.001L/(cm2×분) 또는 실시예 12에 있어서는, 0.1L/(cm2×분).The process of Example 5 was repeated and the horizontal continuous casting was performed except having used the following permeable porous member which has the following breathability: In Example 9, it was 0.008 L / (cm <2> * min), Example in the 10, 0.012L / (cm 2 × min), according to example 11. in the 0.001L / (cm 2 × min), or example 12, 0.1L / (cm 2 × min).
실시예 9 및 10에 있어서, 실시예 5와 동등한 결과를 얻었다. 실시예 11에 있어서, 주조 문제(즉, 주조 운전의 정지)의 발생 빈도는 크게 증가되지는 않았지만, 윤활제 효과는 불충분하게 얻어졌고, 상기 주조 봉의 표면 상에 늘러 붙음, 상기 주조 봉의 파괴 및 불안정한 주조 운전 등의 문제를 일으키는 경우도 있었다. 실시예 12에 있어서, 주조 문제(즉, 주조 운전의 정지)의 발생 빈도는 크게 증가하지는 않았지만, 주형 중에 과량의 상기 윤활유가 존재하고, 불충분한 냉각으로 인한 용융 합금의 유출, 상기 주조 봉의 표면 또는 내부로 개재물의 침입, 및 불안정한 주조 운전 등의 문제를 일으키는 경우도 있었다. In Example 9 and 10, the result equivalent to Example 5 was obtained. In Example 11, the frequency of occurrence of casting problems (i.e., stopping of the casting operation) was not greatly increased, but the lubricant effect was obtained insufficiently, sticking on the surface of the casting rod, breaking of the casting rod and unstable casting. In some cases, problems such as driving were caused. In Example 12, the incidence of casting problems (i.e., stopping of the casting operation) did not increase significantly, but there was an excess of the lubricant in the mold, the outflow of the molten alloy due to insufficient cooling, the surface of the casting rods, or Problems such as intrusion of inclusions and unstable casting and operation were sometimes caused inside.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명은 30°이상의 중심각을 갖는 봉의 측면의 표면 상에 20㎛ 이상의 두께를 갖는 Si리치부를 갖도록 연속 주조 알루미늄 합금 봉을 제조하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명에 따라서, 안정된 주조 조작을 구현할 수 있다. As described above, the present invention provides a method for producing a continuous cast aluminum alloy rod having a Si rich portion having a thickness of 20 μm or more on the surface of the side of the rod having a central angle of 30 ° or more. In addition, according to the present invention, a stable casting operation can be realized.
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