KR101009027B1 - 마그네슘 판재 주조장치 - Google Patents
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Abstract
마그네슘 합금의 주조시 용탕과 공기가 반응하는 산화 및 발화를 방지하기 위해 보호가스를 적절하게 분사함으로써 산화물의 발생을 방지하고 주편 품질을 향상시킬 수 있는 마그네슘 판재 주조장치를 제공한다. 마그네슘 판재 주조장치는 마그네슘 합금 용탕을 공급하는 용탕주입용 노즐, 용탕주입용 노즐로부터 마그네슘 합금 용탕을 공급받아 마그네슘 판재를 제조하는 한 쌍의 주조롤들, 및 용탕주입용 노즐과 이격되어 한 쌍의 주조롤들이 뻗은 방향을 따라 설치된 복수의 보호가스 공급관을 포함하고, 복수의 보호가스 공급관은 상호 이격된 복수의 개구부들을 가지며, 복수의 개구부들을 통하여 하나 이상의 보호가스가 용탕주입용 노즐로부터 한 쌍의 주조롤들로 이송되는 마그네슘 합금 용탕에 가압 분사된다.
마그네슘 판재, 주조, 주조롤, 보호가스
Description
본 발명은 판재 주조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네슘 판재 주조장치에 관한 것이다.
마그네슘(Mg)은 상용되는 구조용 합금원소 중 밀도가 낮은 금속에 포함된다. 이러한 마그네슘을 함유한 합금재료는 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능, 경량성, 우수한 전자파 차폐 특성이 있다. 이러한 이유로 최근에는 컴퓨터, 카메라, 휴대전화 등의 부품으로 사용이 확대되고 있다.
일반적으로, 마그네슘 합금 부품은 대부분 다이 캐스팅으로 제작되고 있다. 최근 들어 박판의 개발에 많은 연구가 진행되면서 박판을 성형하여 부품을 제조하는 것이 점차 늘고 있다. 그러나 마그네슘은 소성변형에 필수적인 슬립 시스템이 적은 조밀육방격자(HCP) 구조를 지니고 있어 압연성이나 성형성이 나빠 박판의 제조시 냉간압연이 일정량(~20%) 이상으로 이루어지기 곤란하다. 따라서, 박판의 제조시 대부분은 온간 또는 열간에서 압연을 행하고 표면 특성을 위해 최종적으로 냉간압연을 행하고 있다.
열간압연을 통해 마그네슘 합금의 용탕으로부터 박판을 직접 제조하는 마그 네슘 합금의 박판 주조장치는 강의 연속주조(Continuous Casting)와 마찬가지로 마그네슘 합금 용탕을 주조롤 사이로 분사시켜 압연하는 과정을 통해 응고와 동시에 박판으로 압연시킬 수 있도록 구성된다.
그런데, 마그네슘 합금은 산화성이 매우 강하므로 주편 주조시에 용탕과 공기 중의 산소가 반응하여 쉽게 산화물을 형성한다. 산화물은 롤과의 접촉, 응고 부위에서 열전달의 방해막으로 존재하여 주조시 조업상의 문제를 야기하거나 주편의 결함으로 잔존하게 된다.
마그네슘 합금의 주조시 용탕과 공기가 반응하는 산화 및 발화를 방지하기 위해 보호가스를 적절하게 분사함으로써 산화물의 발생을 방지하고 주편 품질을 향상시킬 수 있는 마그네슘 판재 주조장치를 제공한다.
마그네슘 판재 주조장치는 마그네슘 합금 용탕을 공급하는 용탕주입용 노즐, 용탕주입용 노즐로부터 마그네슘 합금 용탕을 공급받아 마그네슘 판재를 제조하는 한 쌍의 주조롤들, 및 용탕주입용 노즐과 이격되어 한 쌍의 주조롤들이 뻗은 방향을 따라 설치된 복수의 보호가스 공급관을 포함하고, 복수의 보호가스 공급관은 상호 이격된 복수의 개구부들을 가지며, 복수의 개구부들을 통하여 서로 다른 비중을 갖는 보호가스들이 용탕주입용 노즐로부터 한 쌍의 주조롤들로 이송되는 마그네슘 합금 용탕에 가압 분사된다.
복수의 보호가스 공급관은 한 쌍의 보호가스 공급관들을 포함하고, 한 쌍의 보호가스 공급관들 사이에 용탕주입용 노즐이 위치할 수 있다. 복수의 보호가스 공급관은 금속 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재로 제조될 수 있다.
하나 이상의 보호가스는 복수의 보호가스들을 포함하고, 복수의 보호가스들은 제1 보호가스 및 제2 보호가스를 포함하고, 한 쌍의 보호가스 공급관들은 용탕주입용 노즐 상부에 위치하는 제1 보호가스 공급관 및 용탕주입용 노즐 하부에 위치하는 제2 보호가스 공급관을 포함할 수 있다.
제1 보호가스 공급관을 통하여 공급되는 제1 보호가스의 비중은 제1 보호가스 공급관을 통하여 공급되는 제2 보호가스의 비중보다 클 수 있다.
보호가스의 비중은 공기의 비중보다 클 수 있다.
복수의 보호가스 공급관은 복수의 개구부들에 결합되는 노즐팁을 더 포함할 수 있다. 노즐팁은 복수의 보호가스 공급관에 각각 일체로 형성될 수 있으며, 노즐팁은 입구와 출구의 내경이 서로 다르게 형성할 수 있다. 노즐팁은 출구로 갈수록 내경이 작게 기울어진 경사면을 가질 수 있다.
마그네슘 합금의 박판 주조시 용탕의 산화물 생성을 방지하기 위한 보호가스를 적절히 공급함으로써 용탕이 주조롤 표면에 도달하기 전에 산화반응에 의한 산화물을 형성하는 것을 방지하여 고품위 마그네슘판재를 제조할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘 판재 주조장치는 주조롤(20), 용탕주입용 노즐(30), 복수의 보호가스 공급관(40)을 포함한다.
주조롤(20)은 기설정된 두께의 압연폭을 갖도록 설치된 한 쌍으로 이루어진다. 주조롤(20)은 용탕주입용 노즐(30)로부터 마그네슘 합금 용탕을 공급받아 마그네슘 판재(16)를 제조한다. 한 쌍의 주조롤(20)들은 도 1에 도시한 바와 같이 상호 이격되어 갭(gap)을 형성하고, 마그네슘 합금 용탕은 한 쌍의 주조롤(20)들 사이에 형성된 갭을 통하여 연속 압연되어 마그네슘 판재(16)로 제조된다.
용탕주입용 노즐(30)은 주조롤(20)의 전방에 설치되고 내부에 저장된 마그네슘 합금 용탕을 주조롤(20)을 향해 분사할 수 있도록 배치된다.
복수의 보호가스 공급관(40)은 용탕주입용 노즐(30)과 이격되어 한 쌍의 주조롤(20)들이 뻗은 방향을 따라 설치되며, 하나 이상으로 구비된다.
보호가스 챔버(50)는 내부에 SF6, SO20, Ar 등과 같이 마그네슘 합금 용탕의 산화를 방지해주는 보호가스가 충전된다. 보호가스의 비중은 공기의 비중보다 크다.
복수의 보호가스 공급관(40)과 보호가스 챔버(50)는 보호가스 공급 배관(44)으로 연결된다.
보호가스 챔버(50)와 복수의 보호가스 공급관(40)을 통해 주조롤(20)과 용탕주입용 노즐(30)의 사이공간으로 보호가스가 공급된다. 이에 따라 주조롤(20)과 용탕주입용 노즐(30) 사이에는 보호가스가 균일하게 충전되어 메니스커스(meniscus)에서 노출되는 마그네슘 합금 용탕의 산화를 효과적으로 방지할 수 있다.
마그네슘 합금 용탕의 산화는 응고를 불균일하게 만들어 마그네슘 판재(16) 균열 등의 표면결함을 야기시킨다.
박판 주조법으로 마그네슘 합금 판재를 제조하기 위해서는 마그네슘 합금 용탕이 주조롤(20) 표면에 접촉하는 순간부터 응고가 완료될 때까지 응고가 균일하게 진행되어야 한다. 이를 위해서는 마그네슘 합금의 주조시 용탕과 공기가 반응하는 산화 및 발화를 방지하여야 한다.
즉, 마그네슘 합금의 주조시 산화 방지를 위해서는 용탕주입용 노즐(30)의 단부와 주조롤(20) 사이에 형성되는 메니스커스(meniscus)에서 노출되는 용탕의 산화물 생성을 방지하는 것이 중요하다. 종래에는 주조시의 산화를 방지하기 위해 SF6, SO2, Ar 등의 보호가스를 희석시켜 보호가스를 용탕의 주위로 공급하였다. 종래의 보호가스 분사 방식에 따르면 주조롤과 용탕주입용 노즐 사이가 매우 작은 간극으로 형성되어 보호가스를 양호하게 공급하는 것이 매우 어려웠다. 따라서, 용탕의 산화나 발화를 완전하게 방지하지 못하였다. 또한, 불완전한 보호가스 분사에 의해 주조롤 표면에 산화물 등이 불균일하게 형성되어 이것이 용탕과의 접촉시 열저항으로 작용하여 응고를 불균일하게 하고 결과적으로 주편 균열 등의 표면 및 내부 결함을 야기하였다. 이로 인해 주편의 실수율이 떨어지거나 최종 제품의 내식성 및 가공성을 불균일하게 만들어 최종 제품의 품질을 저하시켰다. 불균일 응고가 심한 경우에는 주편이 완전히 응고하지 못하고 일부가 미응고 되어 탈락되는 벌징(bulging) 현상이 발생되기도 하였다.
본 발명의 실시예는 마그네슘 합금의 주조시 용탕과 공기가 반응하기 전에 용탕에 보호가스를 적절하게 분사한다. 그리고 마그네슘 합금 용탕이 주조롤(20) 표면에 접촉될 때부터 산화물의 발생을 방지하여 응고가 균일하게 진행될 수 있도 록 유도함으로써 고품질의 마그네슘 판재(16)를 제조할 수 있다.
복수의 보호가스 공급관(40)은 각각 상호 이격된 복수의 개구부들을 가지며, 복수의 개구부들을 통하여 하나 이상의 보호가스가 용탕주입용 노즐(30)로부터 한 쌍의 주조롤(20)들로 이송되는 마그네슘 합금 용탕에 가압 분사된다.
복수의 보호가스 공급관(40)은 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이 한 쌍의 보호가스 공급관(40)들을 포함하고, 한 쌍의 보호가스 공급관(40)들 사이에 용탕주입용 노즐(30)이 위치한다.
복수의 보호가스 공급관(40)은 금속 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재로 제조된다. 본 발명의 실시예에서는 보호가스 공급용 홀이 가공된 금속이나 세라믹 관을 통해 보호가스를 공급함으로써 용탕주입용 노즐(30)로부터 유출된 용탕(32)이 주변분위기와 반응하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 응고의 균일도가 유지되도록 함으로써 고품위 마그네슘 판재(16) 가 제조되도록 할 수 있다.
하나 이상의 보호가스는 복수의 보호가스들을 포함하고, 복수의 보호가스들은 제1 보호가스(42a) 및 제2 보호가스(42b)를 포함한다.
한 쌍의 보호가스 공급관(40)들은 제1 보호가스 공급관(40a), 제2 보호가스 공급관(40b)을 포함한다. 그리고 보호가스 챔버(50)는 제1 보호가스(42a)와 제2 보호가스(42b)를 구분하여 저장하도록 제1 보호가스 챔버(50a)와 제2 보호가스 챔버(50b)를 포함한다. 또한, 각각의 보호가스 공급관(40)과 보호가스 챔버(50)를 연결하는 보호가스 공급 배관(44a, 44b)도 구분하여 연결된다.
제1 보호가스 공급관(40a)은 용탕주입용 노즐(30) 상부에 위치하며, 제2 보호가스 공급관(40b)은 용탕주입용 노즐(30) 하부에 위치한다. 즉, 제1 보호가스 공급관(40a)과 제2 보호가스 공급관(40b)은 용탕주입용 노즐(30)을 기준으로 각각 용탕주입용 노즐(30)의 상부와 용탕주입용 노즐(30)의 하부에 위치한다.
제1 보호가스 공급관(40a)을 통하여 공급되는 제1 보호가스(42a)의 비중은 제2 보호가스 공급관(40b)을 통하여 공급되는 제2 보호가스(42b)의 비중보다 크다. 따라서 제1 보호가스(42a)가 용탕에 접하는 시간은 제2 보호가스(42b)가 용탕에 접하는 시간에 비해 짧게된다. 즉, 제1 보호가스(42a)가 제2 보호가스(42b)에 비해 비중이 더 크기 때문에 더 빨리 용탕(32)에 접한다는 의미이다. 또한, 제1 보호가스(42a)가 제2 보호가스(42b)에 비해 더 빨리 용탕(32)에 접하는 것은 제1 보호가스(42a)의 분사위치가 용탕(32)의 상부에서 이루어지고, 제2 보호가스(42b)의 분사위치가 용탕(32)의 하부에서 이루어지는 영향도 있다. 본 발명의 실시예는 보호가스의 비중을 서로 다르게 하고, 용탕주입용 노즐(30)의 상부에서 제1 보호가스 공급관(40a)을 통해 분사되는 제1 보호가스(42a)의 비중보다 용탕주입용 노즐(30)의 하부에서 제2 보호가스 공급관(40b)을 통해 분사되는 제2 보호가스(42b)의 비중을 더 작게 하므로써 제2 보호가스(42b)가 불필요하게 많이 사용되는 것을 감소시킬 수 있다. 만약, 제2 보호가스(42b)의 비중이 불필요하게 크다면 용탕(32)에 도달하기 전에 소비될 수 있기 때문이다.
박판 주조 공법을 이용하여 고품질의 마그네슘 판재(16) 를 제조하기 위해서는 용탕주입용 노즐(30)로부터 유출되는 용탕이 주조롤(20) 표면에 도달하기 전에 산화반응을 일으키지 않아야 한다. 또한, 주편의 폭방향으로 균일하게 응고가 시작 및 진행되어야 한다. 따라서, 용탕주입용 노즐(30)로부터 유출되는 용탕이 주조롤(20) 표면에 닿기 전에 산화반응을 일으키지 않도록 하기 위해서는 보호가스가 용탕까지 원활하게 공급되어야 한다.
이를 위해 주입되는 보호가스의 압력을 높이고, 보호가스가 방출되는 총단면적(홀수 x 홀 단면적)을 최소화시킬 필요가 있다. 따라서, 홀수 및 각홀의 단면적을 줄여야 한다. 그런데, 홀수를 줄이든지 각 홀의 단면적을 줄이면 보호가스의 유출압력이 증가되어 보호가스가 용탕까지 순조롭게 도달할 수는 있지만, 보호가스가 도달하는 용탕부분과 도달하지 못하는 용탕 부분 간의 응고시작 및 진행속도 편차가 발생될 수 있다. 그러므로 오히려 주편의 표면 편석 결함이 발생될 수 있다.
따라서, 표면 편석 결함도 방지하면서 용탕의 산화도 방지하기 위해서는 최초 주입하는 보호가스 유량 및 압력과 이에 적합한 홀수 및 홀단면적이 설정되어야 한다. 또한, 복수의 보호가스 공급관(40)과 용탕주입용 노즐(30)로부터 유출되는 용탕간의 거리가 적절하게 조절되어야 한다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호가스 공급관(410)은 복수의 개구부들에 결합되는 노즐팁(420)을 더 포함할 수 있다. 노즐팁(420)은 도 3에 도시한 바와 같이 보호가스 공급관(410)에 일체로 형성될 수 있다. 그리고 노즐팁(420)은 입구의 내경(d1)과 출구의 내경(d2)이 서로 다르게 형성할 수 있다. 노즐팁(420)은 출구로 갈수록 내경이 작게 기울어진 경사면(422)을 갖는다. 이러한 노즐팁(420)의 경사면(422)을 통해 보호가스의 분사효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 판재 주조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 판재 주조장치를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호가스 공급관의 노즐팁을 개략적으로 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20 ; 주조롤 30 ; 용탕주입용 노즐
40 ; 복수의 보호가스 공급관 40a ; 제1 보호가스 공급관
40b ; 제2 보호가스 공급관 42a ; 제1 보호가스
42b ; 제2 보호가스 50 ; 보호가스 챔버
50a ; 제1 보호가스 챔버 50b ; 제2 보호가스 챔버
Claims (10)
- 마그네슘 합금 용탕을 공급하는 용탕주입용 노즐;상기 용탕주입용 노즐로부터 상기 마그네슘 합금 용탕을 공급받아 마그네슘 판재를 제조하는 한 쌍의 주조롤들, 및상기 용탕주입용 노즐과 이격되어 상기 한 쌍의 주조롤들이 뻗은 방향을 따라 설치된 복수의 보호가스 공급관을 포함하고,상기 복수의 보호가스 공급관은 상호 이격된 복수의 개구부들을 가지며, 상기 복수의 개구부들을 통하여 서로 다른 비중을 갖는 보호가스들이 상기 용탕주입용 노즐로부터 상기 한 쌍의 주조롤들로 이송되는 마그네슘 합금 용탕에 가압 분사되는 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 보호가스 공급관은 한 쌍의 보호가스 공급관들을 포함하고, 상기 한 쌍의 보호가스 공급관들 사이에 상기 용탕주입용 노즐이 위치하는 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 보호가스 공급관은 금속 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재로 제조된 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제2항에 있어서,상기 서로 다른 비중을 갖는 보호가스들은 복수의 보호가스들을 포함하고, 상기 복수의 보호가스들은 제1 보호가스 및 제2 보호가스를 포함하고,상기 한 쌍의 보호가스 공급관들은 상기 용탕주입용 노즐 상부에 위치하는 제1 보호가스 공급관 및 상기 용탕주입용 노즐 하부에 위치하는 제2 보호가스 공급관을 포함하는 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제4항에 있어서,상기 제1 보호가스 공급관을 통하여 공급되는 상기 제1 보호가스의 비중은 상기 제2 보호가스 공급관을 통하여 공급되는 상기 제2 보호가스의 비중보다 큰 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제1항에 있어서,상기 보호가스의 비중은 공기의 비중보다 큰 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 보호가스 공급관은 상기 복수의 개구부들에 결합되는 노즐팁을 더 포함하는 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제7항에 있어서,상기 노즐팁은 상기 복수의 보호가스 공급관에 각각 일체로 형성되는 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제7항에 있어서,상기 노즐팁은 입구와 출구의 내경이 서로 다른 마그네슘 판재 주조 장치.
- 제7항에 있어서,상기 노즐팁은 출구로 갈수록 내경이 작게 기울어진 경사면을 갖는 마그네슘 판재 주조 장치.
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| KR1020080029995A KR101009027B1 (ko) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | 마그네슘 판재 주조장치 |
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ID=41534323
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Citations (1)
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| KR20030013706A (ko) * | 2001-08-09 | 2003-02-15 | 주식회사 포스코 | 주편엣지의 응고지연을 해소하기 위한 쌍롤형박판주조기의 쉴딩가스 공급장치 |
-
2008
- 2008-03-31 KR KR1020080029995A patent/KR101009027B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20030013706A (ko) * | 2001-08-09 | 2003-02-15 | 주식회사 포스코 | 주편엣지의 응고지연을 해소하기 위한 쌍롤형박판주조기의 쉴딩가스 공급장치 |
| KR100605700B1 (ko) | 2001-08-09 | 2006-08-01 | 주식회사 포스코 | 주편엣지의 응고지연을 해소하기 위한 쌍롤형박판주조기의 쉴딩가스 공급장치 |
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| KR20090104541A (ko) | 2009-10-06 |
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