KR101390055B1

KR101390055B1 - 동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치

Info

Publication number: KR101390055B1
Application number: KR1020130118413A
Authority: KR
Inventors: 이태석
Original assignee: 디에스메탈 (주)
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2014-05-02

Abstract

본 발명은 동과 카드뮴을 합금하여 원기둥형의 빌렛을 제조할 때 동과 카드뮴의 화학반응에 의해 발생되는 가스를 전량 외부로 배출토록 함은 물론 서서히 냉각되도록 하여 센터 크랙 및 표면불량을 방지토록 하고, 원하는 길이로 제조할 수 있도록 한 본 발명은 동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 중앙부에는 상하부가 관통되도록 빌렛 통과공이 형성된 금형지지체; 원통 형상으로 이루어지며, 외면에는 나선방향으로 냉각수 이동홈이 형성된 내부 금형; 상기 내부 금형의 외면에 밀착되도록 끼워지고, 하부에는 외측방향으로 제1 플렌지가 형성되어 상기 제1 플렌지가 상기 금형지지체의 빌렛 통과공을 덮어주는 덮개에 고정되는 외부 금형; 상기 냉각수 이동홈의 하단부와 통하도록 상기 외부 금형에 고정되는 냉각수 유입관; 상기 냉각수 이동홈의 상단부와 통하도록 상기 외부 금형에 고정되는 냉각수 배출관로 구성된다.

Description

동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치{Mold apparatus to manufacture Cu-Cd alloy billet}

본 발명은 동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동과 카드뮴을 합금하여 원기둥형의 빌렛을 제조할 때 동과 카드뮴의 화학반응에 의해 발생되는 가스를 전량 외부로 배출토록 함은 물론 서서히 냉각되도록 하여 센터 크랙 및 표면불량을 방지토록 하고, 원하는 길이로 제조할 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피, 금속을 합금하는 이유는 각 금속의 장점을 조합하여 원하는 특성을 얻기 위한 것으로, 구리의 경우 전성과 연성이 좋아 가공이 용이하며, 은 다음으로 열과 전기의 전도율이 높아 실생활에 많이 쓰이고 있는데, 무른 성질 때문에 구리에 카드뮴 등의 금속을 합금하여 강성을 높여주기도 한다.

구리와 카드뮴을 합금하여 생산할 때에는 구리와 카드뮴을 용해한 상태에서 원통형의 금형에 부어 냉각시켜 통상 원기둥형 빌렛을 제조하여 납품하게 되며, 이러한 합금 빌렛은 후가공 공정을 통하여 봉이나 튜브 형태로 제조하게 된다.

공개특허 2005-25215 호 "비와류 금형주조장치"에서는 비카드뮴금속 및 그 합금 빌렛을 주조 성형하는 장치가 개시된 바, 여기에 적용되는 금형은 내주면과 외주면이 상부에서부터 하부까지 일자 형태로 이루어져 있으므로 공냉 및 금형의 열전도만으로 냉각이 이루어질 수밖에 없어 빌렛 제조에 많은 시간이 소요되고, 금형의 길이에 해당되는 길이로만 빌렛을 제조할 수밖에 없어 보다 빠른 시간내에 보다 금형의 길이보다 긴 길이의 빌렛을 제조하기 위한 장치가 필요하였다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 동과 카드뮴을 합금하여 원기둥형의 빌렛을 제조할 때 동과 카드뮴의 화학반응에 의해 발생되는 가스를 전량 외부로 배출토록 하여 기포, 합금편석, 표면불량없이 균일하고 일정한 조직을 갖는 동-카드뮴 합금 빌렛을 제조할 수 있도록 하며, 금형으로부터 탈형하면서도 지속적으로 빌렛이 제조되도록 하여 작업자가 원하는 길이만큼 긴 길이를 갖는 빌렛을 제조할 수 있도록 한 동-카드뮴 합금 빌렛 제조용 금형 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 중앙부에는 상하부가 관통되도록 빌렛 통과공이 형성된 금형지지체; 원통 형상으로 이루어지며, 외면에는 나선방향으로 냉각수 이동홈이 형성된 내부 금형; 상기 내부 금형의 외면에 밀착되도록 끼워지고, 하부에는 외측방향으로 제1 플렌지가 형성되어 상기 제1 플렌지가 상기 금형지지체의 빌렛 통과공을 덮어주는 덮개에 고정되는 외부 금형; 상기 냉각수 이동홈의 하단부와 통하도록 상기 외부 금형에 고정되는 냉각수 유입관; 및 상기 냉각수 이동홈의 상단부와 통하도록 상기 외부 금형에 고정되는 냉각수 배출관을 포함한다.

바람직하게는, 상기 금형지지체의 하부에는 빌렛 배출실이 구비되고, 상기 빌렛 배출실에는 상기 내부 금형의 하면을 막아 빌렛이 제조되도록 함과 동시에 냉각된 빌렛을 반연속으로 배출해주도록 승강 가능하게 빌렛 배출실린더가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 내부 금형의 냉각수 이동홈 상단부는 상기 내부 금형의 상단부로부터 30~50㎜ 하부에 위치되고; 상기 내부 금형의 내경은 15~25㎝로 이루어지면서 상기 내부 금형의 길이는 30~50㎝로 이루어지며; 상기 냉각수의 수량은 100~120㎖/min 으로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 외부 금형의 하부 내주면에는 상기 내부 금형을 이탈되지 않게 받쳐주는 제1 걸림턱이 형성되고; 상기 외부 금형의 상부 내주면에는 제2 걸림턱이 형성되면서 상기 내부 금형의 상부 외주면에는 제2 걸림턱과 수평상 동일 위치에 제3 걸림턱이 형성되며; 상기 내부 금형과 상기 외부 금형의 상부 사이에는 고정링이 상기 제2 걸림턱과 상기 제3 걸림턱과 접촉되도록 끼워지고; 상기 외부 금형의 상부에는 외측방향으로 제2 플렌지가 형성되고, 상기 고정링에는 외측방향으로 상기 제2 플렌지 상면과 접촉되는 제3 플렌지가 형성되어 상기 제2 플렌지와 상기 제3 플렌지가 서로 고정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 금형지지체의 하부 코너에는 바퀴가 장착되고; 상기 금형지지체가 놓이는 바닥에는 상기 바퀴와 접촉되는 레일이 각각 구비되어 상기 금형지지체를 이동시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르게 되면 동-카드뮴 합금의 용해액(일명 용탕)이 금형에 주입된 후 냉각수에 의해 적정한 속도로 냉각되면서 동과 카드뮴 사이의 화학 작용에 의해 발생된 가스가 전량 외부로 배출될 수 있어 기포, 합금편석, 센터크랙, 표면 불량이 모두 해결될 수 있게 된다.

또한, 금형의 하부에 위치하는 빌렛 배출실린더의 승하강에 의해 동-카드뮴 합금 빌렛이 금형의 하방향으로 손쉽게 탈형될 수 있음은 물론 원하는 길이의 빌렛을 제조할 수 있는 이점도 있는 것이다.
또한, 내부 금형과 외부 금형이 서로 끼워맞춤되는 간편한 구조로 이루어질 수 있어 내부 금형과 외부 금형을 결합시키는 작업이 손쉽게 이루어질 수 있음은 물론 내부 금형과 외부 금형이 결합된 상태에서는 서로 이탈되지 않고 견고히 지지될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 동-카드뮴 합금 빌렛 제조용 금형의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 내부 금형의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 내부 금형의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치의 단면도.
도 6은 본 발명의 내부 금형 형상에 따른 빌렛 성형을 설명한 것으로서,
(a)는 냉각수 이동홈이 내부 금형의 상부까지 형성된 경우.
(b)는 냉국수 이동홈이 내부 금형의 상부에서부터 일정간격 이격된 위치까지만 형성된 경우.

이하, 본 발명을 제시되는 실시예 및 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치는, 도면상에 도시한 바와 같이 금형지지체(10)에 용탕이 주입되는 원통형의 금형(20)이 고정되고, 금형(20)에는 냉각수 유입관(30)과 냉각수 배출관(40)이 각각 고정된다.

금형지지체(10)는 직육면체 형상으로 이루어져 그 중앙부에 상하부가 관통되도록 빌렛 통과공(11)이 형성된다.

금형(20)은 내부 금형(21)과 외부 금형(24)으로 각각 구성되어 내부 금형(21)의 외부에 외부 금형(24)이 끼워지게 되는데, 내부 금형(21)은 원통 형상으로 이루어지면서 그 외면에는 나선방향으로 냉각수 이동홈(22)이 형성되고, 외부 금형(24)은 내부 금형(21)의 외면에 밀착되도록 끼워지고, 하부에는 외측 방향으로 제1 플렌지(25)가 형성되어 이 제1 플렌지(25)가 금형지지체(10)의 빌렛 통과공(11)을 덮어주는 덮개(12)에 고정볼트를 통해 고정된다.

냉각수 유입관(30)은 냉각수 이동홈(22)의 하단부와 통하도록 외부 금형(24)에 고정되며, 냉각수 배출관(40)은 냉각수 이동홈(22)의 상단부와 통하도록 외부 금형(24)에 고정된다.

또한, 금형지지체(10)의 하부에는 빌렛 배출실(50)이 구비되고, 빌렛 배출실(50)에는 내부 금형(21)의 하면을 막아 빌렛이 원활하게 성형되도록 함과 동시에 냉각된 빌렛을 반연속으로 배출해주도록 승강 가능하게 빌렛 배출실린더(51)가 구비된다.

이때, 내부 금형(21)의 냉각수 이동홈(22) 상단부는 내부 금형(21)의 상단부로부터 30~50㎜ 하부에 위치되어 용탕 응고지점이 내부 금형(21)의 상단부로부터 하부로 일정간격 이격되어 위치되도록 구성되고, 내부 금형(21)의 내경은 15~25㎝로 이루어지면서 내부 금형(21)의 길이는 30~50㎝로 이루어지며, 냉각수의 수량은 100~120㎖/min이 되도록 하여 응고가 적정한 속도로 이루어지도록 구성된다.

금형(20)을 이루는 내부 금형(21)과 외부 금형(24)은 서로 끼워진 상태에서 이탈되지 않도록 구성되어야 하며, 이를 위해 외부 금형(24)의 하부 내주면에는 내부 금형(21)을 이탈되지 않게 받쳐주는 제1 걸림턱(27)이 형성되고, 외부 금형(24)의 상부 내주면에는 제2 걸림턱(28)이 형성되면서 내부 금형(21)의 상부 외주면에는 제2 걸림턱(28)과 수평상 동일 위치에 제3 걸림턱(23)이 형성되며, 내부 금형(21)과 외부 금형(24)의 상부 사이에는 고정링(60)이 제2 걸림턱(28) 및 제3 걸림턱(23)과 접촉되도록 끼워지고, 외부 금형(24)의 상부에는 외측방향으로 제2 플렌지(26)가 형성되며, 고정링(60)에는 외측방향으로 제2 플렌지(26) 상면과 접촉되는 제3 플렌지(61)가 형성되어 제2 플렌지(26)와 제3 플렌지(61)가 서로 고정된다.
따라서, 내부 금형(21)과 외부 금형(24)이 서로 끼워맞춤되는 간편한 구조로 이루어질 수 있어 내부 금형(21)과 외부 금형(24)을 결합시키는 작업이 손쉽게 이루어질 수 있음은 물론 내부 금형(21)과 외부 금형(24)이 결합된 상태에서는 서로 이탈되지 않고 견고히 지지될 수 있게 된다.

또한, 금형지지체(10)의 하부 코너에는 바퀴(13)가 장착되고, 금형지지체(10)가 놓이는 바닥에는 바퀴(13)와 접촉되는 레일(14)이 각각 구비되어 금형지지체(10)를 이동시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.

이와 같이 구성된 상태에서 용광로(미도시)에서 동-카드뮴 합금을 용해하여 이를 금형(20) 상부에서 내부 금형(21)의 안쪽으로 부어주고, 이와 동시에 냉각수 유입관(30)을 통해 냉각수를 유입시켜주게 되면 내부 금형(21) 안쪽에 주입된 동-카드뮴 합금의 용해액, 일명 용탕은 내부 금형(21) 외주면에 형성된 냉각수 이동홈(22)을 따라 이동하는 냉각수와 열교환하면서 서서히 냉각되기 시작하고, 냉각수 이동홈(22)을 따라 이동한 냉각수는 용탕의 냉각 역할을 수행한 후 열은 얻은 상태로 냉각수 배출관(40)을 통해 배출된다.

한편, 내부 금형(21)의 냉각수 이동홈(22)의 위치가 내부 금형(21) 외주면 상단부까지 연장되어 있고, 냉각수의 수량이 많은 경우에는 도 6의 (a)와 같이 용탕의 응고가 급속하게 내부 금형(21)의 상부까지 진행되면서 용탕 응고선이 거의 수평을 이루게 됨을 확인할 수 있으며, 이럴 경우 동과 카드뮴의 화학 반응에 의해 발생된 가스가 빌렛 내부에 갇히면서 많은 기포를 발생시키고, 이로 인해 합금 편석, 센터크랙, 표면불량을 발생시킬 수밖에 없다.

이를 감안하여 본원 발명에서는 내부 금형(21)의 냉각수 이동홈(22) 상단부를 내부 금형(21)의 상단부로부터 30~50㎜ 하부에 위치시킨 것이어서 내부 금형(21) 내부에 주입된 용탕의 응고선이 내부 금형(21)의 상단부로부터 30~50㎜ 하부에 위치시키게 되므로 용탕의 응고가 상대적으로 서서히 진행되며, 또한 내부 금형(21)의 내경이 15~25㎝로 구성되면서 길이는 30~50㎝로 구성될 때 냉각수의 수량은 100~120㎖/min의 속도로 서서히 이동하게 되므로 용탕의 응고 위치에서도 응고가 서서히 진행되어 도 6의 (b)와 같이 용탕 응고선이 내부 금형(21)의 상단부로부터 하부로 이격된 위치에 위치됨은 물론 응고선이 크게 라운진 형태로 나타남을 알 수 있다. 도 6에서 해칭은 액체상태의 용탕을 나타내고, 점은 고액상태의 용탕을 나타낸다.

따라서, 본원 발명에 따르게 되면 용탕의 응고가 서서히 진행되면서 동과 카드뮴 사이의 화학반응에 의해 발생된 가스가 전량 금형 상부측으로 배출될 수 있어 기포, 합금 편석, 센터크랙, 표면불량이 없는 치밀한 빌렛을 제조할 수 있게 된다.

또한, 본원 발명은 내부 금형(21)의 하부가 빌렛 배출실린더(51)에 의해 막혀있으므로 용탕의 응고와 동시에 빌렛 배출실린더(51)를 승하강시켜주면 동-카드뮴 합금 빌렛이 내부 금형(21)의 하부로 손쉽게 탈형될 수 있으며, 빌렛 배출실린더(51)를 용탕의 응고속도보다 느린 속도로 서서히 수축시켜주면 동-카드뮴 합금 빌렛이 빌렛 배출실린더(51)를 따라 하방향으로 연속적으로 배출되어 작업자가 원하는 길이로 동-카드뮴 합금 빌렛을 반연속 주조 성형할 수 있게 된다. 즉, 본원 발명에 따르게 되면 동-카드뮴 빌렛을 원하는 길이로 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있다.

동-카드뮴 합금 빌렛을 원기둥 형상으로 성형한 후에는 빌렛의 상단부를 깔끔하게 절단해주면 동-카드뮴 합금 빌렛의 제조가 완성되어 이를 납품하면 된다.

모든 공정이 완료된 후에는 금형(20)으로부터 냉각수 유입관(30)과 냉각수 배출관(40)을 제거하고, 금형지지체(10)를 레일(14)을 따라 이동시켜 금형(20)을 다른 장소로 손쉽게 이동시킬 수도 있다.

10 : 금형지지체 11 : 빌렛 통과공
12 : 덮개 13 : 바퀴
14 : 레일 20 : 금형
21 : 내부 금형 22 : 냉각수 이동홈
23 : 제3 걸림턱 24 : 외부 금형
25 : 제1 플렌지 26 : 제2 플렌지
27 : 제1 걸림턱 28 : 제2 걸림턱
30 : 냉각수 유입관 40 : 냉각수 배출관
50 : 빌렛 배출실 51 : 빌렛 배출실린더
60 : 고정링 61 : 제3 플렌지

Claims

중앙부에는 상하부가 관통되도록 빌렛 통과공이 형성된 금형지지체; 원통 형상으로 이루어지며, 외면에는 냉각수 이동홈이 형성된 내부 금형; 상기 내부 금형의 외면에 밀착되도록 끼워지고, 하부에는 외측방향으로 제1 플렌지가 형성되어 상기 제1 플렌지가 상기 금형지지체의 빌렛 통과공을 덮어주는 덮개에 고정되는 외부 금형; 상기 냉각수 이동홈의 하단부와 통하도록 상기 외부 금형에 고정되는 냉각수 유입관; 상기 냉각수 이동홈의 상단부와 통하도록 상기 외부 금형에 고정되는 냉각수 배출관을 포함하는 동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치에 있어서,
상기 외부 금형의 하부 내주면에는 상기 내부 금형을 이탈되지 않게 받쳐주는 제1 걸림턱이 형성되고;
상기 외부 금형의 상부 내주면에는 제2 걸림턱이 형성되면서 상기 내부 금형의 상부 외주면에는 제2 걸림턱과 수평상 동일 위치에 제3 걸림턱이 형성되며;
상기 내부 금형과 상기 외부 금형의 상부 사이에는 고정링이 상기 제2 걸림턱과 상기 제3 걸림턱과 접촉되도록 끼워지고;
상기 외부 금형의 상부에는 외측방향으로 제2 플렌지가 형성되고, 상기 고정링에는 외측방향으로 상기 제2 플렌지 상면과 접촉되는 제3 플렌지가 형성되어 상기 제2 플렌지와 상기 제3 플렌지가 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 동-카드뮴 합금 빌렛 반연속 주조용 금형 장치.
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