KR100982071B1 - 내화물 금형의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내화물 금형의 냉각장치에 관한 것으로 특히, 공지된 내화물 금형에 있어서, 상,하부 금형의 접촉부에서 전,후 방향으로 다수개의 기체 순환용 홈을 정해진 간격을 두고 형성하되, 상기 기체 순환용 홈 중 전,후면에 대해 기체 공급기와 연결된 노즐들을 서로 교호되도록 설치하여 노즐을 통해 주입된 기체의 흐름이 전,후면으로 기체 순환용 홈 내에서 서로 교차 순환되도록 하거나, 상기 상,하부 금형의 상면 및 저면 중앙선상에서 기체 순환용 홈들과 관통되는 기체 유입공을 수직하게 형성하고 이들의 기체 유입공에는 각각 기체 공급기와 연결된 노즐들을 연결하여 노즐을 통해 주입된 기체가 기체 순환용 홈의 중앙에서 양측으로 분리되어 전,후면의 바깥쪽으로 분출되도록 한 것을 특징으로 한다.

따라서, 내화물 금형에 의해 성형되는 금속 판재가 1차적으로 공기와의 열전달에 의해 직접 냉각이 이루어지고, 공기와 닫지 않는 부분의 금속 내부는 전도를 통한 2차 열전달에 의해 빠른 속도로 냉각이 이루어지게 되어 열에 의한 내화물 금형의 변형을 방지할 수 있고, 금속판재의 냉각 시간을 대폭 줄일 수 있는 것이다.

내화물, 금형, 기체 순환용 홈, 노즐, 기체 유입공

Description

내화물 금형의 냉각장치{Colling system for refractory cast}

도 1은 본 발명 장치의 일 실시 예에 따른 사시도.

도 2는 본 발명 장치의 다른 실시 예에 따른 일부 절단 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1,2 : 상,하부 금형

3 : 기체 순환용 홈

4 : 기체 유입공

5 : 노즐

본 발명은 내화물 금형의 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 열간 성형을 위한 금형을 제작함에 있어서 내화물을 이용하여 상부 금형과 하부 금형을 제작하고 상부 금형과 하부금형의 표면에 기체가 쿨링 에어 순환할 수 있는 홈을 일정한 간격으로 형성하여 성형 중에 금속 판재와 순환 기체 사이에서 직접적인 열전달에 의한 냉각이 가능하도록 하는 방식을 통해 높은 온도에 의한 금형의 열 수축 변형을 방지할 수 있으면서 강제 대류에 의한 냉각이 이루어지도록 하여 열에 의한 내화물 금형의 변형을 방지하고, 금속판재의 냉각 시간을 대폭 줄일 수 있도록 발명한 것이다.

다시 말해서, 내화물 형상의 오목, 볼록 형상의 금형을 사용하면서 냉각 시간을 단축하기 위하여 오목, 볼록의 금형 표면에 공기가 흐를 수 있는 기체 순환용 홈을 형성하고, 상기 기체 순환용 홈에 공기를 공급하여 다른 쪽으로 배출하는 방식을 통해 금속 판재가 공기와의 열전달에 의한 직접적인 냉각이 발생하고 공기와 닫지 않는 부분도 금속 내부의 전도에 의한 2차 열전달에 의해 빠른 속도로 냉각이 이루어지도록 하여 열에 의한 내화물 금형의 변형을 방지하고, 금속판재의 냉각 시간을 대폭 줄일 수 있도록 발명한 내화물 금형의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속의 열간 성형 장치에 있어서 내화물을 사용한 금형이 사용되고 있으나, 내화물을 이용한 금형의 경우 판형 금속의 아래, 윗면을 내화물로 제작된 금형이 덮고 있어 금속 판재 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 방해한다.

또한, 내화물 자체의 열전도율이 낮기 때문에 열에 의한 형상 변형은 적지만 전도에 의한 냉각 효과를 발생할 수 없으므로 금속 판재의 냉각 시간이 과다하게 오래 걸리게 된다.

또, 일부에서는 금속을 사용한 제관 물을 격자 형태로 구성하여 냉각효율을 높인 장치가 사용되기도 하나, 이 경우 금속 자체의 열에 의한 수축 변형에서 자유롭지 못하게 되므로 성형 효율을 기대하기가 어렵다.

즉, 종래의 내화물을 이용한 금형은 금속 판재를 아래, 위로 덮게 되는데, 이때 상기 내화물 자체의 열전도계수가 낮으므로 아래 윗면이 단열되어 있어 금속은 판재 두께에 해당하는 면적만 외부 공기와 접촉하게 되므로 내화물이 냉각되는 속도에 따라서 금속 판재도 냉각이 되어 냉각에 많은 시간을 소요하게 되는 문제점이 있다.

또한, 금속 제관 물을 격자형태로 구성하여 냉각면적을 확보하는 방법이 일부에서 사용되고는 있으나 금속 제관 물을 격자형태로 구성하는 제작 공정 자체가 까다롭고 금속 제관 물로 제작된 금형 자체가 열에 의한 수축 변형이 발생할 가능성이 높은 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 내화물 금형에 의해 성형되는 금속 판재가 공기와의 열전달에 의한 직접적인 냉각이 이루어지고, 공기와 닫지 않는 부분의 금속 내부는 전도를 통한 2차 열전달에 의해 빠른 속도로 냉각이 이루어지도록 함으로써 열에 의한 내화물 금형의 변형을 방지할 수 있고, 금속판재의 냉각 시간을 대폭 줄일 수 있는 내화물 금형의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 장치는, 상,하부 금형을 통해 내화물을 이용한 열간 성형을 실시하는 내화물 금형에 있어서, 상기 상,하부 금형의 접촉부에서 전,후 방향으로 성형 판재의 냉각을 위한 다수개의 기체 순환용 홈을 정해 진 간격을 두고 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상,하부 금형의 접촉부에 형성된 다수개의 기체 순환용 홈 중 전,후면에 대해 기체 공급기와 연결된 노즐들을 서로 엇걸리되도록 설치하여 노즐을 통해 주입된 기체의 흐름이 전,후면으로 기체 순환용 홈 내에서 서로 교차 순환되며 성형 판재 위치에 따른 온도편차가 감소되도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 필요에 따라서는 상기 상,하부 금형의 상면 및 저면 중앙선상에서 기체 순환용 홈들과 연결되는 기체 유입공을 수직하게 형성하고, 이들의 기체 유입공에는 각각 기체 공급기와 연결된 노즐들을 연결하여 노즐을 통해 주입된 기체가 상,하부 금형의 접촉부에 형성된 기체 순환용 홈의 중앙에서 양측으로 분리되어 전,후면의 바깥쪽으로 분출되며 성형 판재 위치에 따른 온도편차가 감소되도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 장치의 일 실시 예에 따른 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명 장치의 다른 실시 예에 따른 일부 절단 사시도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 장치는, 상,하부 금형(1)(2)을 통해 내화물을 이용한 열간 성형을 실시하는 내화물 금형에 있어서,

상기 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에서 전,후 방향으로 성형 판재의 냉각을 위한 다수개의 기체 순환용 홈(3)을 정해진 간격을 두고 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에 형성된 다수개의 기체 순환용 홈(3)의 전,후면에서 서로 엇갈리게 하여 기체 공급기와 연결된 노즐(5)들을 설치하여 전,후면에 각각 설치된 노즐(5)을 통해 유입되는 기체의 흐름이 서로 교차되며 전,후면으로 기체 순환용 홈(3) 내에서 교차 순환되며 성형 판재에 인가되어 성형 판재의 위치에 따른 온도편차가 감소되도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 필요에 따라서는 상기 상,하부 금형(1)(2)의 상면 및 저면 중앙선상에는 상기 기체 순환용 홈(3)들과 연결되는 기체 유입공(4)들을 수직하게 형성하고, 이들의 기체 유입공(4)들에는 각각 기체 공급기와 연결된 노즐(5)들을 결합하여 상기 노즐(5)을 통해 주입되는 기체가 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에 형성된 기체 순환용 홈(3)의 중앙에서 양측으로 분리되어 상,하부 금형(1)(2)의 전,후면을 통해 바깥쪽으로 분출되며 성형 판재에 인가되어 성형 판재의 위치에 따른 온도편차가 감소되도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명 장치는 상,하부 금형(1)(2)으로 이루어진 공지된 내화물 금형에 있어서, 상기 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에서 전,후 방향으로 성형 판재의 냉각을 위한 다수개의 기체 순환용 홈(3)을 정해진 간격을 두고 형성한 것을 주요 기술 구성요소로 한다.

이때, 상기 내화물 금형에 의해 열간 성형되는 금속 판재를 원활히 냉각시키 기 위해 상기 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에 형성시킨 다수개의 기체 순환용 홈(3)을 통해 각종 기체(일반적으로 사용하는 에어 또는 에어를 상온 보다 낮은 온도를 냉각한 에어)를 주입하는 방식으로 여러 가지 형태를 제시할 수 있는데, 본 발명에서는 두 가지를 제시한다.

그 첫째로는 상기 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에 형성된 다수개의 기체 순환용 홈(3)의 전,후면에서 서로 엇갈리게 하여 기체 공급기와 연결된 노즐(5)들을 설치하고, 상기와 같이 전,후면에 서로 번갈아 엇갈리게 설치된 상기 노즐(5)들을 통해 전술한 바와 같은 각종 냉각용 기체를 유입시켜 기체의 흐름이 서로 다수개의 기체 순환용 홈(3)들을 통해 서로 교차되며 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 상기 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에 형성된 다수개의 기체 순환용 홈(3)들 중 서로 인접된 기체 순환용 홈(3)들을 통해 서로 반대방향으로 교번하여 반대방향으로 냉각용 기체들을 주입시켜 전,후면으로 기체들을 교차 순환시키게 되면 성형 판재의 열기를 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에 형성된 기체 순환용 홈(3)들의 간격에 부응하여 엇갈리게 배출시킬 수 있으므로 전면 또는 후면에서 서로 반대방향으로 기체를 통과시키는 것에 비하여 성형 판재의 위치에 따른 온도편차를 더욱 감소시킬 수 있음은 물론 공기와 닫지 않는 부분의 금속 성형 판재의 내부도 전도를 통해 2차적으로 냉각시킬 수 있어 성형 판재를 빠른 속도로 냉각(즉, 냉각시간을 단축)시킬 수 있을 뿐만 아니라 열에 의한 내화물 금형의 변형을 방지할 수 있는 것이다.

둘째로는, 접촉부에 다수개의 기체 순환용 홈(3)들이 정해진 간격으로 형성 된 상기 상,하부 금형(1)(2)의 상면 및 저면 중앙선상에는 상기 기체 순환용 홈(3)들과 연통되는 기체 유입공(4)들을 수직하게 형성하고, 이들의 기체 유입공(4)들에 각각 기체 공급기와 연결된 노즐(5)들을 결합하여 상기 노즐(5)을 통해 냉각용 기체를 주입시킬 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 상기 상,하부 금형(1)(2)의 상면 및 저면 중앙선상에 상기 기체 순환용 홈(3)들과 연통되는 기체 유입공(4)들을 수직하게 형성하고, 이들의 기체 유입공(4)들에 각각 기체 공급기와 연결된 노즐(5)들을 결합하여 상기 노즐(5)을 통해 냉각용 기체를 주입시키게 되면 상,하부 금형(1)(2)의 접촉부에 형성된 기체 순환용 홈(3) 으로 유입된 기체가 기체 순환용 홈(3)의 중앙에서 양측으로 분리되어 상,하부 금형(1)(2)의 전,후면을 통해 바깥쪽으로 분출되므로 성형 판재의 위치에 따른 온도편차를 더욱 감소시킬 수 있음은 물론 공기와 닫지 않는 부분의 금속 성형 판재의 내부도 전도를 통해 2차적으로 냉각시킬 수 있어 성형 판재를 빠른 속도로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 열에 의한 내화물 금형의 변형을 방지할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명 장치에 의하면 금속의 열간 성형에 있어서 고온 분위기에서 금형의 열변형을 방지하여 성형 판재의 치수 정도를 일정하게 유지할 수 있도록 하면서 성형 중의 금속 판재의 냉각을 효과적으로 수행할 수 있다.

즉, 금속 판재와 기체 순환용 홈(3)을 엇갈리게 또는 중앙에서 전,후방향으로 통과하는 순환 기체가 직접적으로 접촉되도록 구성함으로써 일차적으로 금속 판재와 순환 기체 간의 열전달에 의한 냉각이 발생하게 된다.

이때, 기체의 종류와 순환 유량, 접촉 면적을 사용자가 적정하게 설정(예를 들어 기체는 일반적으로 사용하는 에어 또는 상온 이하로 냉각된 에어가 사용될 수 있으며, 일반 상온의 에어를 사용할 때 접촉 면적은 전체 면적의 1/4 정도로 하여 10m/min의 유속으로 기체를 공급하면 450도 이상의 열간 성형 부재를 약 40분 정도의 시간에 섭씨 200도로 냉각할 수 있다.)하게 되면 냉각 시간을 조정할 수 있고, 순환 기체와 접촉하지 않고 내화물 금형에 의해서 단열된 표면은 순환 기체에 의해서 냉각된 부재와 전도에 의한 2차 열전달(즉, 냉기 전달)이 발생하므로 성형 판재 전면에 대해서 균일한 냉각 효과를 얻을 수 있으며, 기존 내화물 금형의 특징을 살리면서 냉각 시간 과다 소요라는 단점을 보완할 수 있다.

또한, 필요에 따라서는 순환 기체의 공급 라인을 적절하게 설정하면 금속 판재 전면에 걸쳐 고른 온도 분포를 확보할 수도 있다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 장치에 의하면, 내화물 상,하부 금형의 접촉부에서 전,후 방향으로 성형 판재의 냉각을 위한 다수개의 기체 순환용 홈을 정해진 간격으로 형성하고 기체 순환용 홈에 엇갈리게 또는 중앙에서 전,후방향으로 냉각용 순환 기체를 통과시켜 주는 방식을 통해 내화물 금형에 의해 성형되는 금속 판재가 1차적으로 공기와의 열전달에 의해 직접 냉각이 이루어지고, 공기와 닫지 않는 부분의 금속 내부는 전도를 통한 2차 열전달에 의해 빠른 속도로 냉각이 이루어지도록 함으로써 열에 의한 내화물 금형의 변형을 방지할 수 있고, 금속판재의 냉각 시간을 대폭 줄일 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 상,하부 금형을 통해 열간 성형을 하는 내화물 금형에 있어서,

   상기 상,하부 금형의 접촉부에서 전,후 방향으로 성형 판재의 냉각을 위한 다수개의 기체 순환용 홈을 정해진 간격을 두고 형성하되,

   상기 상,하부 금형의 상면 및 저면 중앙선상에 상기 기체 순환용 홈들과 연통되게 기체 유입공들을 수직하게 형성하고, 이들의 기체 유입공들에는 각각 기체 공급기와 연결된 노즐들을 결합하여 상기 노즐을 통해 주입되는 기체가 상기 기체 순환용 홈의 중앙에서 양측으로 분리되어 상,하부 금형의 전,후면을 통해 바깥쪽으로 분출되도록 한 것을 특징으로 하는 내화물 금형의 냉각장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 상,하부 금형의 전,후면에 기체 순환용 홈들이 서로 엇갈리도록 기체 공급기와 연결된 노즐들을 설치하여 노즐을 통해 유입되는 기체의 흐름이 인접된 기체 순환용 홈들 사이에서 서로 교차 순환되며 상,하부 금형의 후,전면 측으로 배출되게 한 것을 특징으로 하는 내화물 금형의 냉각장치.
3. 삭제

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