KR101305994B1 - 산화 방지용 밀폐형 주형에서의 불활성가스 취입 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 용해로에서 출탕된 용탕이 일시 저장되는 디스트리뷰터(100) 하단의 주입관(110)과 연결되어 상기 용탕이 주형(200)내부로 주입 유도되도록 하는 주형에서의 불활성가스 취입장치에 있어서, 상기 주형(200) 상단측을 밀폐 커버하는 커버(300)를 구비하고, 상기 커버(300) 하단과 상기 주형(200) 사이에 구비되는 것으로, 상하면으로 세라믹로프(420)에 의해 기밀성을 유지하는 불활성가스 취입부(400)를 구성하되, 상기 불활성가스 취입부(400)의 외주면으로부터 내측방향으로 이어지는 노즐(410)을 구비하고, 상기 불활성가스 취입부(400) 내주면을 따라 상하로 이루어지는 상하부경사면(431,432)을 갖는 홈부(430)를 이루면서, 상기 노즐(410)과 연결되는 하부경사면(432)의 통공(433)을 통해 불활성가스가 공급되도록 하는 것을 구성상 특징으로 하여,
동 합금 등을 포함하는 산화성이 강한 특수합금 재료를 이용하여 주조 하는 과정에서 용탕이 주형내에 주입되는 과정에서 산화의 원천적 방지 및 연속 주조 방식이 가능하도록 하면서도 미려한 표면을 갖는 주조 제품을 얻을 수 있어 주조 과정에서의 신뢰성을 높일 수 있음은 물론, 주조 과정에서 불활성가스 분위기를 형성할 때 주입되는 불활성가스가 용탕에 직접 접하는 것을 방지하면서 불활성가스의 온도가 용탕의 온도에 의해 상승 가능하도록 유도한 후 용탕과 접하는 과정을 거치도록 하여, 용탕의 표면 온도가 저하되는 것을 방지함과 동시에, 용탕 온도 저하로 인하여 발생 되는 주조제품과 주형벽면과의 마찰 저항을 최소화하여 미려한 제품의 표면을 얻을 수 있는 효과를 기대할 수 있는, 산화 방지 밀폐형 주형에서의 불활성가스 취입 장치에 관한 것이다.

Description

산화 방지용 밀폐형 주형에서의 불활성가스 취입 장치{Oxidation-proof enclosed in the mold of an inert gas blowing device}

본 발명은 용해로에서 출탕 되는 용탕이 디스트리뷰터를 통과하며 주형에 용탕을 주입시키는 과정에서, 주형내의 용탕과 대기를 차단하여 상기 용탕이 대기중에 노출되는 것을 방지하도록 하므로서, 대기 중 노출로 인한 산소와의 반응을 차단하여, 동합금과 같은 특수 합금 주조 과정에서 용탕의 산화 작용 방지에 의한 고품질의 주조 생산이 가능하도록 하기 위한, 산화 방지용 밀폐형 주형에서의 불활성가스 취입장치에 관한 것이다.

알루미늄을 비롯한 아연 등 산화가 쉽게 되는 비철금속이나, 무산소동(無酸素銅)이나 함인동(含燐銅) 및 은입동(銀入銅) 등의 특수합금동(이하 특수합금동)의 제조 기술은 지금까지 주로 수직식 또는 수평식 연속주조나 상향식의 연속주조방식을 택하고 있는데, 이러한 금속을 함유한 합금을 소재로 하여 제품을 주조 하는 경우, 그 주조 과정 중 금형 내부에서 금속이 산화되어 양질의 주조품을 얻을 수 없게 되는 경우가 많다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방법 중의 하나로, 금형 내부에 질소 가스 등의 불활성가스를 이용하여 치환하는 방법이 널리 사용되고 있으나, 그 치환 된 불활성가스를 금형 내부에 보존하는 것과, 다시 공기가 들어가는 과정을 막는 방법이 없어 용탕의 주입 과정에서 용탕이 공기 중의 산소와 접촉하게 되어, 양질의 주조품품을 얻는데에는 한계가 있어 왔다.

이러한 한계 등을 극복하기 위한 방법 중의 하나로 제시되고 있는, 공개특허 제 10-2011-0045463 호인 불활성가스 치환에 의한 주조물의 산화방지방법 등이 개시되어, 산화가 쉽게 이루어지는 금속 또는 이들 금속을 함유한 합금을 소재로 하여 주조하게 될 때, 산화를 최소화 하거나 원천적으로 차단하도록 하여 양질의 주조품을 생산할 수 있도록 하였다.

이를 위해 선행 기술에서는 금형 내부를 질소 등의 불활성 가스로 1차 치환한 후 용탕을 주입하되, 치환된 불활성가스의 보존을 유지하며 용탕의 주입과 동시에 불활성가스를 보충 주입함으로써 금형 내부에서 용탕이 공기와의 접촉에 의해 산화되는 것을 차단하여, 양질의 주조품을 얻을 수 있도록 하였다.

이와 같이 할 경우 용탕 주입시 주입관 둘레에 불활성가스의 보충 주입에 의해 가스커튼 효과에 따라 용탕이 금형 내부에서 산화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 금형 탕구에는 금형 내부의 캐비티 상단으로부터 20 ~ 30 cm 높이가 되도록 주입통로를 부착한 후 불활성가스를 치환함으로서 탕구 주위의 공기가 금형 내부로 재유입되는 것을 방지하여 소정의 목적을 달성할 수 있다.

그러나, 상기 선행 기술의 경우 용해로에서 출탕 되는 용탕을 주형내로 주입할 때 그 주입과정에서 불활성가스 분위기를 형성하게 되는데, 상기 불활성가스 분위기를 조성하기 위한 불활성가스 주입시 수직하 방향으로 주입되며 캐비티 내부에 존재하는 산소를 외부로 밀어내며 배출되도록 하는데, 그 과정에서 질소 등의 불활성가스는 용탕의 온도와는 다르게 상대적으로 낮은 온도를 유지하는 상태에서 주입관 외부에 인접한 튜브 등을 통해 공급하게 된다.

즉 이 과정에서 불활성가스는 직접 주입관을 통해 공급되는 용탕과 직접적인 접촉 과정이 일어나게 되는바, 주형내 분위기 온도차에 의하여 제품과 주형벽과의 마찰저항이 발생하게 됨은 물론, 용탕 온도와는 비교적 낮은 온도를 갖는 불활성가스 주입으로 인하여 용탕 표면 온도가 저하되어 미려한 표면을 갖는 주조 제품 생산이 어렵게 되는 문제점이 있다.

또한 주형측으로 주입되는 용탕의 고온과, 취입되는 저온 상태의 불활성가스취입 과정에서, 상호간 온도차에 의한 응결 현상이 발생 되어 주조 제품의 신뢰도를 떨어뜨림은 물론, 연속 주조 작업을 수행할 수 없게 되는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록 제 10-1108770 호(2012. 02. 24 공고)

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 고강도 및 고전도성을 갖는 동 합금 등을 포함하는 산화성이 강한 특수합금 재료를 이용하여 주조 제품을 생산할 때, 주조 과정에서의 산화를 방지하면서도 연속주조 방식이 가능하도록 하여 표면이 미려한 주조 제품을 얻을 수 있도록 함은 물론, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은, 주조 과정에서 불활성가스 분위기를 형성할 때 주입되는 불활성가스가 용탕에 직접 접하는 것을 방지하면서 불활성가스의 온도가 용탕의 온도에 의해 상승 가능하도록 유도한 후 용탕과 접하는 과정을 거치도록 하여, 용탕의 표면 온도가 저하되는 것을 방지함과 동시에, 용탕 온도 저하로 인하여 발생 되는 주조제품과 주형벽면과의 마찰 저항이 최소화되도록 하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

용해로에서 출탕된 용탕이 일시 저장되는 디스트리뷰터(100) 하단의 주입관(110)과 연결되어 상기 용탕이 주형(200)내부로 주입 유도되도록 하는 주형에서의 불활성가스 취입장치에 있어서,

상기 주형(200) 상단측을 밀폐 커버하는 커버(300)를 구비하고, 상기 커버(300) 하단과 상기 주형(200) 사이에 구비되는 것으로, 상하면으로 세라믹로프(420)에 의해 기밀성을 유지하는 불활성가스 취입부(400)를 구성하되, 상기 불활성가스 취입부(400)의 외주면으로부터 내측방향으로 이어지는 노즐(410)을 구비하고, 상기 불활성가스 취입부(400) 내주면을 따라 상하로 이루어지는 상하부경사면(431,432)을 갖는 홈부(430)를 이루면서, 상기 노즐(410)과 연결되는 하부경사면(432)의 통공(433)을 통해 불활성가스가 공급되도록 하는 것을 구성상 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 동 합금 등을 포함하는 산화성이 강한 특수합금 재료를 이용하여 주조 하는 과정에서 용탕이 주형내에 주입되는 과정에서 산화를 원천적으로 방지할 수 있는 구조를 제공하여, 산화방지 연속 주조 방식이 가능하도록 함은 물론, 표면이 미려한 제품을 얻을 수 있어 주조 과정에서의 신뢰성을 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한 본 발명은, 주조 과정에서 불활성가스 분위기를 형성할 때 주입되는 불활성가스가 용탕에 직접 접하는 것을 방지하면서 불활성가스의 온도가 용탕의 온도에 의해 상승 가능하도록 유도한 후 용탕과 접하는 과정을 거치도록 하여, 용탕의 표면 온도가 저하되는 것을 방지함과 동시에, 용탕 온도 저하로 인하여 발생 되는 주조제품과 주형벽면과의 마찰 저항을 최소화하여 미려한 제품의 표면을 얻을 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한 주조후의 표면이 미려하여 종전의 경우 주조 후 표면 면삭을 필수적으로 수반하였으나 본 발명에 의하면 표면 연삭 작업을 수행할 필요가 없게 되는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 실시예를 도시한 개괄적 단면도
도 2는 본 발명에 적용되는 커버를 도시한 분리 사시도
도 3은 본 발명에 적용되는 불활성가스 취입부를 도시한 분리 사시도
도 4는 본 발명에 의해 용탕이 주형측으로 주입되는 상태에서 노즐을 통해 불활성가스가 취입되는 초기 상태를 도시한 단면도
도 5는 도 4에 의해 불활성가스 취입부의 노즐을 통해 불활성가스가 유입되면서 통공으로부터 상방향으로 분사된 후 용탕 상면측 표면과 접하는 과정을 도시한 도면

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부하는 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 첨부하는 도면에서 보듯이, 주형(200) 상단측을 커버(300)에 의해 밀폐되도록 하고 주형(200) 상단측을 통해 불활성가스가 지속적으로 주입되도록 하여 디스트리뷰터(100)로부터 주형(200)측으로 공급되는 용탕의 산화를 방지함은 물론, 주입되는 불활성가스가 용탕과 직접적인 접촉이 이루어지지 않도록 하여 용탕과 불활성가스 온도차에 의해 발생되는 용탕 온도의 저하는 물론 이로 인한 용탕과 주형(200) 내벽간 마찰 저항이 증가하게 되는 현상을 방지하도록 하였다.

이를 위한 구성으로 용해로에서 출탕된 용탕이 일시 저장되는 디스트리뷰터(100) 하단의 주입관(110)과 연결되어 상기 용탕이 주형(200)내부로 주입 유도되도록 하는 주형에서의 불활성가스 취입장치에서, 주형(200) 상단측을 밀폐 커버하는 커버(300)를 구비하고, 주형(200) 상단측으로 불활성가스 취입부(400)를 구성하였다.

디스트리뷰터(100)로 용탕이 용해로에서 출탕 되는 경로와 상기 디스트리뷰터(100) 하단측으로부터 주형(200)측으로 용탕을 공급하는 경로의 구조는 종전과 동일한 구성을 갖게 되는데, 통상 특수합금의 주조 과정은 주형(200)이 고정되는 형태를 취하지 않고 진동을 발생시키며 용탕을 디스트리뷰터(100)로부터 주형(200) 내부로 주입관(110)을 통해 주입되는 과정을 거치게 된다.

따라서 이러한 진동 구조를 갖는 주조 작업에서는, 주형(200) 내부로 투입되는 경로에서의 불활성가스 분위기 조성은 가능하지만 주형(200)으로 투입된 후의 용탕이 주조되는 과정에서는 불활성가스 분위기 조성이 어려워 주형(200) 상단의 용탕 표면은 산화과정을 거치는 경우가 많았다.

이를 해소하기 위해 본 발명은 디스트리뷰터(100)로부터 주형(200)측으로 유입되는 용탕의 표면이 산화되는 것을 방지하기 위해 주형(200) 상단측으로 커버(300)를 구비하고, 상기 커버(300)와 주형(200) 사이에 불활성가스 취입부(400)를 구성하였다.

여기서 상기 커버(300)는 분리 가능하도록 구성하는 것이 바람직한데, 디스트리뷰터(100) 하단의 주입관(110)은 항상 주형(200) 내부에 장입되는 상태를 이루게 되는바, 커버(300)를 일체형으로 구성할 경우 디스트리뷰터(100)와 주형(200)간을 주기적으로 분리하여야 하는 문제가 있어, 도 2 에서 보는 것과 같이 커버(300)는 디스트리뷰터(100)와 주형(200)을 분리하지 않는 상태에서도 커버(300)의 장착 및 분리가 가능하도록 구성하였다.

즉, 도 2 에서 보는 것과 같이 커버(300)의 중앙부분은 디스트리뷰터(100) 하단의 주입관(110)이 끼워지기 위한 삽입공(301)이 천공되고, 상기 커버(300) 외주연으로부터 셀커버(310)가 커버(300) 본체와 착탈 가능하도록 하였다.

상기 커버(300)의 본체와 셀커버(310)간 접하는 부위에는 요철(凹凸) 형태를 갖는 구조나 또는 이와 유사하거나 변경 가능한 구조에 의해, 커버(300)의 분리 및 결합을 주입관(110)이 주형(200)내 장입 된 상태에서 가능하게 할 수 있다.

커버(300)에는 주형(200) 내부로 주입되는 용탕 상태의 육안 확인이 가능하도록 투시창(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 커버(300)와 주형(200) 사이에는 불활성가스 취입부(400)를 구성하게 된다.

상기 불활성가스 취입부(400)는 상면과 하면으로 밀폐성을 확보하기 위해 각각 세라믹로프(420)를 구비하게 된다.

세라믹로프(420)는 유리섬유로 1,260℃의 사용 온도를 견딜 수 있으며 400 kg/㎥의 밀도를 갖는 것으로 불활성가스 취입부(400) 상하면으로 접하는 커버(300)와 주형(200) 상면간을 밀폐되도록 하면서도, 용탕의 고온에서도 충분히 견딜 수 있다.

또한 상기 불활성가스 취입부(400) 내주면은 도 1 또는 도 3 에서 보듯이 홈부(430)를 형성하되 상하로 상부경사면(431)과 하부경사면(432)을 이루도록 하고 하부경사면(432)에는 등간격의 통공(433)이 구성된다.

상기 통공(433)으로는 불활성가스 취입부(400)의 외주면으로부터 불활성가스를 주입하기 위한 노즐(410)과 연결되어, 상기 노즐(410)을 통해 주형(200)의 상부측인 용탕 상방으로 불활성가스가 충진되도록 하였다.

여기서 불활성가스가 주형(200) 상방측으로 주입될 때, 디스트리뷰터(100)의 주입관(110)을 통해 주입되어 충진되어 있는 용탕의 상면과 주입되는 불활성가스간의 직접적인 접촉을 회피하는 것이 무엇보다 중요할 것인바, 예컨데 저온 상태로 공급되는 불활성가스와 고온 상태의 용탕 상면이 직접적인 접촉을 이루게 되면 용탕의 상면 온도가 급격하게 떨어지게 되는 현상이 발생 된다.

이러한 현상에 의해, 주조시 연속주조가 어렵게 되고 주조 제품의 표면이 미려하지 못하며, 용탕과 주형 내벽간의 마찰저항이 증가하게 되어 제품의 신뢰성을 저하시키게 되는 요인으로 작용하게 된다.

따라서 본 발명은 이러한 점을 극복하기 위해 불활성가스가 주형(200) 상방측으로 공급되어질 때 용탕 보다는 상대적으로 저온 상태에 있는 불활성가스가 용탕과의 직접적 접촉을 회피하도록 하기 위해, 전술한 바와 같이 상부경사면(431)과 하부경사면(432)으로 상호 대향되도록 형성하면서 동시에 홈부(430)가 형성되도록 하였다.

아울러 전기한 것과 같이, 홈부(430)에서 하부경사면(432)으로 등간격 배치되는 통공(433)을 형성하고, 상기 통공(433)과 불활성가스가 공급되는 노즐(410)이 서로 연결되도록 구성하여, 노즐(410)을 통해 불활성가스가 주입되면 상기 통공(433)을 통하여 상방향으로 분사되는 형태를 갖도록 하였다.

따라서, 불활성가스가 노즐(410)을 통해 공급되면 통공(433)으로 안내되면서 동시 상방향으로 불활성가스가 분사되는 형태를 취하게 되는데, 불활성가스가 통공(433)을 통해 공급되는 순간 그 불활성가스는 용탕과는 직접적인 접촉이 이루어지지 않는 상태에서 커버(300)의 저면부측과 접촉하게 되는 현상을 갖게 된다.

이 과정에서, 통공(433)측으로 공급되는 저온 상태의 불활성가스는 통공(433)을 나오면서 용탕에 의해 일정 온도로 뜨거워진 상태에 있는 용탕 상방의 고온 상태를 유지하는 공간으로 커버(300) 저면과 접촉되며 확산되는 형태를 갖게 되면서 용탕 상면과 접하게 되는 순간에는 용탕 온도에 근접하게 되므로, 저온의 불활성가스와 고온의 용탕 상면측 표면이 상호 접촉되는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기한 효과를 극대화하기 위해서는, 전술한 하부경사면(432)의 경사면 경사각도는 대략 45 °를 형성하는 것이 가장 바람직한 것으로 나타난다.

아울러 상기 불활성가스 취입부(400)의 노즐(410)측으로 불활성가스를 공급할 때 압력은 25 psi 를 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 불활성가스를 노즐(410)과 연결되는 불활성가스 취입부(400)의 통공(433)을 통하여 상기한 25 psi의 압력으로 공급하게 되면 용탕에 산화물 생성이 불가능하게 되고, 용탕내에 존재하는 O₂ 를 제거하므로서, 고품질이 동합금 빌릿의 생산이 가능하게 된다.

한편, 용탕 상면 근접 부위에는 산소가 부족하게 되고 CO 가스가 많아 환원성 분위기가 형성되므로 용탕의 산화 자체를 방지하게 되고, 탕면으로부터 떨어진 CO 가스는 대기 분위기 중의 산소와 반응하여 CO 가스로 되는데, 이러한 반응에 의한 발열반응으로 인하여 용탕면으로부터의 방열을 방지하게 되어, 보온 효과를 갖게 된다.

100; 디스트리뷰터 110; 주입관
200; 주형 300; 커버
400; 불활성가스 취입부 410; 노즐
420; 세라믹로프 430; 홈부
431; 상부경사면 432; 하부경사면
433; 통공

Claims (4)

1. 용해로에서 출탕된 용탕이 일시 저장되는 디스트리뷰터(100) 하단의 주입관(110)과 연결되어 상기 용탕이 주형(200)내부로 주입 유도되도록 하는 주형에서의 불활성가스 취입장치에 있어서,
   상기 주형(200) 상단측을 밀폐 커버하는 커버(300)를 구비하고, 상기 커버(300) 하단과 상기 주형(200) 사이에 구비되는 것으로, 상하면으로 세라믹로프(420)에 의해 기밀성을 유지하는 불활성가스 취입부(400)를 구성하되, 상기 불활성가스 취입부(400)의 외주면으로부터 내측방향으로 이어지는 노즐(410)을 구비하고, 상기 불활성가스 취입부(400) 내주면을 따라 상하로 이루어지는 상하부경사면(431,432)을 갖는 홈부(430)를 이루면서, 상기 노즐(410)과 연결되는 하부경사면(432)의 통공(433)을 통해 불활성가스가 공급되도록 하는 것을 구성상 특징으로 하는, 산화 방지용 밀폐형 주형에서의 불활성가스 취입 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 커버(300)의 중앙부분은 디스트리뷰터(100) 하단의 주입관(110)이 끼워지기 위한 삽입공(301)이 천공되고, 상기 커버(300) 외주연으로부터 셀커버(310)가 커버(300) 본체와 슬라이딩 착탈 가능하도록 하는 것을 포함하는, 산화 방지용 밀폐형 주형에서의 불활성가스 취입 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 불활성가스 취입부(400)는 상면과 하면 주연부로 밀폐성을 확보하기 위해 각각 세라믹로프(420)를 구비하고, 불활성가스 취입부(400) 내주면은 홈부(430)를 형성하되 홈부(430)를 중심으로 상하에 각각 상부경사면(431)과 하부경사면(432)을 이루도록 하고 하부경사면(432)에는 등간격의 통공(433)이 구성되어, 불활성가스 취입부(400)의 외주면으로부터 불활성가스를 주입하기 위한 노즐(410)과 연결되어, 상기 노즐(410)을 통해 주형(200)의 상부측인 용탕 상방으로 불활성가스가 공급되도록 하는 것을 포함하는, 산화 방지용 밀폐형 주형에서의 불활성가스 취입 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 통공(433)을 통해 분사되는 불활성가스의 분사각도는 45°상방향을 이루도록 하부경사면(432)이 45° 경사지는 것을 포함하는, 산화 방지용 밀폐형 주형에서의 불활성가스 취입 장치.
   

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