KR101456520B1 - 마그네슘 용해용 도가니 - Google Patents

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KR101456520B1 KR1020130100818A KR20130100818A KR101456520B1 KR 101456520 B1 KR101456520 B1 KR 101456520B1 KR 1020130100818 A KR1020130100818 A KR 1020130100818A KR 20130100818 A KR20130100818 A KR 20130100818A KR 101456520 B1 KR101456520 B1 KR 101456520B1
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임쌍철
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 용해된 마그네슘 및 보호가스를 수용하는 본체부, 상기 본체부 상부에 위치하여 상기 본체부를 밀폐하는 덮개부로 이루어진 마그네슘 용해로에 있어서, 상기 본체부는 상기 마그네슘과 접촉하는 제1층; 상기 제1층 외부에 위치하며 내식성 재질의 제2층; 및 상기 제1층의 상면에 위치하며 상기 보호가스의 접촉을 방지하는 내식성 재질의 제3층을 포함하되, 상기 제2층 또는 상기 제3층은. 중량%로 탄소(C):0.08~0.12%, 규소(Si):0.2~0.6%, 망간(Mn):1.0~1.4%, 크롬(Cr):14~20%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재인 것을 더 포함하는 마그네슘 용해용 도가니에 관한 것이다.

Description

마그네슘 용해용 도가니{MAGNESIUM MELTING CRUCIBLE}
본 발명은 마그네슘 용해용 도가니에 관한 것으로서, 고온의 보호가스에 의해 부식과 폭발이 발생하지 않는 마그네슘 용해용 도가니에 관한 것이다.
마그네슘(Mg)을 함유한 합금 재료는 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능, 경량성, 우수한 저자파 차폐 특성이 있어, 마그네슘은 컴퓨터, 카메라, 휴대 전화 등의 부품으로 사용이 확대되고 있다.
일반적으로 마그네슘을 함유한 합금 재료는 도가니를 사용하여 마그네슘 합금 용탕을 만들고 이를 최종 제품 형상을 갖는 주형에 주입하여 응고시켜 금형 주조 제품으로 제조되거나, 혹은 주조롤 사이로 분사시켜 압연하는 과정을 통해 응고와 동시에 박판으로 압연시켜 제조된다.
도1을 참고하면, 도가니 내부(10)재질은 연강(C:0.10% 이하)이고 극소량의 Si,Mn ,P ,S의 화학성분으로 구성하고 외부(20)는 Cr, Ni등의 화학성분을 주성분으로 하는 내식성 재질로 구성되어 있으며 대기 차단용 가스인 보호가스(60)로는 1%이하의 육화불황(SF6)과 질소(N2)가스를 사용한다.
도가니 내부(10)의 연강 재질은 고열(660℃ 이상)과 보호가스(60)에 의하여 산화되어 다량의 스케일(Scale)을 만들고 이렇게 생성된 스케일이 도가니로의 두께를 급격히 감소시켜 설비의 수명을 단축시키고, 스케일이 마그네슘 용탕(70)에 혼입되어 청정도가 떨어져 용탕(70)의 품질이 저하되며, 산화된 스케일과 마그네슘 용탕(70)과 산소의 조합으로 테르밋 반응(Thermit Reaction)을 일으켜 마그네슘의 주조작업시 폭발을 일으키는 문제점이 있었다.
또한, 손상에 의한 잦은 도가니의 교체로 생산비용 증가에 따른 비용상승의 문제점이 있었다.
한국공개특허 제2012-0074940호 한국등록실용신안 제0116218호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 도가니 내부에 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 페라이트계 부식 방지층을 형성하여, 고열의 보호가스에 의한 도가니 내부의 산화를 방지하고, 이에 따른 산화 스케일의 생성을 방지하여 테르밋 반응에 의한 폭발을 미연에 방지할 수 있는 마그네슘 용해용 도가니를 제공함에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 용해된 마그네슘 및 보호가스를 수용하는 본체부, 상기 본체부 상부에 위치하여 상기 본체부를 밀폐하는 덮개부로 이루어진 마그네슘 용해로에 있어서, 상기 본체부는 상기 마그네슘과 접촉하는 제1층; 상기 제1층 외부에 위치하며 내식성 재질의 제2층; 및 상기 제1층의 상면에 위치하며 상기 보호가스의 접촉을 방지하는 내식성 재질의 제3층을 포함하되,
상기 제2층 또는 상기 제3층은. 중량%로 탄소(C):0.08~0.12%, 규소(Si):0.2~0.6%, 망간(Mn):1.0~1.4%, 크롬(Cr):14~20%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재인 것을 더 포함하는 마그네슘 용해용 도가니를 제공한다.
이때, 상기 덮개부와 상기 본체부에 개재되어 보호가스 누수를 방지하는 밀폐층을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 밀폐층은, 중량%로 탄소(C):0.08~0.12%, 규소(Si):0.2~0.6%, 망간(Mn):1.0~1.4%, 크롬(Cr):14~20%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재일 수 있다.
또한, 상기 제1층은 탄소(C)의 함량이 0.0001 중량%~0.1 중량%이하로 이루어진 페라이트계 저탄소강일 수 있다.
삭제
이상의 구성에 의한 본 발명에 따르면, 도가니 내부에 크롬을 주성분으로 하는 페라이트계 부식 방지층을 형성하여, 고열의 보호가스에 의한 도가니 내부의 부식을 방지하여 도가니 내부의 산화에 의한 스케일의 생성을 방지할 뿐 아니라 산화 스케일이 용탕에 혼입되어 마그네슘 용탕의 청정도를 떨어뜨리는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 산화 스케일과 보호가스와 마그네슘 용탕이 테르밋 반응을 일으켜 도가니가 폭발을 일으키는 현상을 미연에 방지하여, 손상된 도가니 교체에 따른 시간 및 비용을 절감시켜 생산성 향상과 원가 절감의 효과가 있다.
도1은 종래의 마그네슘 용해용 도가니의 개략도이다.
도2는 본 발명에 따른 마그네슘 용해용 도가니의 개략도이다.
도3은 종래의 마그네슘 용해용 도가니(첫번째 사진)와 본 발명에 따른 마그네슘 용해용 도가니(두번째 사진)의 보호가스에 의한 부식 정도를 비교한 사진이다.
이하, 본 발명과 관련된 마그네슘 용해용 도가니를 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 용해용 도가니의 개략도이다.
본 발명에 따른 마그네슘 용해용 도가니는 본체부 및 덮개부(50)로 이루어진다.
본체부는 용해된 마그네슘 및 보호가스(60)를 수용하는 것으로, 제1층(110), 제2층(120) 및 제3층(130)을 포함한다. 즉, 본체부는 제1층(110), 제2층(120) 및 제3층(130)으로 이루어진 3중 클래드 구조일 수 있다.
제1층(110)은 마그네슘 용탕(70)과 접촉하는 것으로, 측면과 측면의 하단에서 연장 형성되는 하면과 측면의 상단에 형성된 입구를 포함한다.
이때, 제1층(110)의 입구의 가장자리를 따라서 플랜지부(113a, 115b)가 형성되며, 플랜지부(113a, 115b)는 도가니 본체부의 입구의 가장자리의 전 둘레에 걸쳐서 외측으로 돌출되어 형성된다.
플랜지부(113a, 115b)는 도가니 본체부의 입구를 밀폐하는 덮개부(50)의 안착을 위한 부분이며, 덮개부(50)는 플랜지부(113a, 115b)에 안착되어 마그네슘 용탕(70)을 수용하는 본체부를 밀폐한다. 이때, 덮개부(50)는 입구의 크기보다 큰 면적으로 형성되어 플랜지부(113a, 115b)에 안착된다.
이때, 덮개부(50)에는 가스도관이 형성될 수 있으며, 보호가스(60)가 가스도관을 통해 주입되거나 토출된다.
제1층(110)은 탄소(C)의 함량이 0.0001 중량%~0.1 중량%이하로 이루어진 페라이트계 저탄소강일 수 있다.
탄소의 화학반응에 의한 화합물 형성을 억제하고, 도가니의 형상을 유지하기 위하여 0.0001%~0.1%이하로 한정한다.
또한, 후술할 제2층(120)과 제3층(130)과 접합을 용이하게 하여 3중 클래드강 구조를 형성하게 하기 위함이다.
제2층(120)은 제1층(110) 외부에 위치하며, 제1층(110)의 플랜지부(113a, 115b)를 제외한 외면을 감싸도록 형성된다.
제2층(120)은 직접 가열되어 제1층(110)으로 열을 전달한다.
제2층(120)은 마그네슘 용탕(70)을 주조할 때 반복적인 열응력에도 부식되지 않도록 내식성 재질인 것이 바람직하다.
제3층(130)은 제1층(110)의 상면에 위치하며 상기 보호가스(60)가 제1층(110)과 접촉하는 것을 방지한다.
보호가스(60)는 육화불황을 포함하는 불활성 가스로서, 마그네슘 용융시 도가니 내부에 주입되어 마그네슘 용탕(70)이 공기와 접촉하여 산화되는 것을 방지한다.
제3층(130)은 제1층(110)의 내측 상면에 보호가스(60)가 제1층(110)과 접촉되는 부분에 접합되어 형성된다. 구체적으로, 제1층(110)의 입구의 상단에서 하부 방향으로 제1층(110) 측면에 기설정된 높이로 형성된다.
저탄소강의 재질인 제1층(110)은 마그네슘 용탕(70)과 접촉하는 경우에는 직접적인 산화반응에 의해 스케일이 발생하지 않지만, 질소, 산소, 육화불황과 접촉할 경우 급격한 산화반응을 일으켜 부식됨과 동시에 다량의 스케일을 형성하므로 이를 방지하기 위함이다.
이때, 제2층(120)과 제3층(130)은 고열의 보호가스(60)에 의한 부식을 방지하기 위해 내식성의 페라이트계 소재인 것이 바람직하다.
이때, 덮개부(50)와 본체부 사이에 밀폐층(150)이 위치할 수 있다.
구체적으로, 밀폐층(150)은 덮개부(50)와 동일한 면적으로 형성되어 제1층(110)의 플랜지부(113a, 115b)에 위치하며, 이음체(53a, 53b)에 의해 덮개부(50)와 일체로 본체부에 체결된다.
본 발명에서 이음체(53a, 53b)는 볼트와 너트, 리벳 등과 같이 다수의 물체를 체결하여 고정하는 수단이 포함되는 것으로 설명한다.
밀폐층(150)은 보호가스(60)의 누수를 방지하며, 고온의 보호가스(60)에 의해 밀폐부가 부식되는 것을 방지하기 위해 내식성의 페라이트계 소재인 것이 바람직하다.
구체적으로,제2층(120), 제3층(130) 및 밀폐층(150)은 중량%로 탄소(C):0.08~0.12%, 규소(Si):0.2~0.6%, 망간(Mn):1.0~1.4%, 크롬(Cr):14~20%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재인 것이 바람직하다.
크롬(Cr)은 내식성 강화에 중요한 원소로서, 첨가량이 증가할수록 고온산화특성을 향상시킨다. 그러나, 다량으로 첨가될 경우 고온강도를 감소시키고 또한 고온에서 열간가공성을 손상시키는 문제점이 있으며, 연신율을 저하시킬 수 있다. 크 크롬의 첨가량이 14% 미만인 경우에는 고온산화특성의 효과가 미미한 반면에 20% 초과인 경우에는 고온강도와 연신율이 저하되고 열간가공성을 손상시킨다. 따라서, 크롬의 첨가량은 14~20%의 범위내에 한정되고, 바람직하게는 17%로 한정된다.
탄소(C)는 오스테나이트 형성원소로서 탄소가 0.08% 미만으로 존재할 경우 성형성을 저하시킬 뿐 아니라 강도도 저하되기 때문이며, 바람직하게는 0.1%로 한정된다.
규소(Si)는 첨가량이 증가할수록 고온산화특성을 개선하는데는 매우 유효한 원소이며 또한 고온강도 및 상안정성(입계성장 저항성; grain growth resistance)을 현저하게 감소시킨다. 본 발명에서, 규소는 최소한 0.2% 정도로 첨가되어 새그 저항성, 상안정성, 고온산화특성 및 연신율의 향상을 도모하고, 연신율의 급격한 감소를 억제하기 위해서 최대 0.6%를 상한치로 제한하며, 바람직하게는 0.4%로 한정된다..
망간(Mn)은 첨가량이 증가할수록 새그 저항성, 고온내산화성 및 상안정성 측면에서 유리하지만, 과량으로 첨가되는 경우에는 연신율을 저하시켜 성형성을 저하시키는 원소이다. 즉, 본 발명에서 망간은 1.0% 이상으로 첨가되어 새그 저항성, 고온내산화성 및 상안정성 향상을 도모하지만, 1.4%를 초과하는 경우에는 연신율의 저하를 초래하여 성형성을 저하시키므로, 망간의 첨가량은 1.2~1.4%로 제한하며, 바람직하게는 1.2%로 한정된다.
<표1>은 본 발명에 따른 페라이트계 강의 성분에 따른 내식성, 성형성 및 고온하에서의 강도를 나타낸 표이다.
구분 C(중량%) Si(중량%) Mn(중량%) Cr(중량%) 내식성 성형성 고온강도
발명강1 0.1% 0.4% 1.2% 17% 매우 양호 매우 양호 매우 양호
발명강2 0.12% 0.6% 1.4% 14% 양호 양호 양호
발명강3 0.08% 0.2% 1.0% 20% 매우 양호 양호 양호
비교강1 0.07% 0.7% 0.9% 22% 양호 불량 불량
비교강2 0.14% 0.1% 1.5% 13% 불량 불량 불량
발명강1은 제2층(120) 및 제3층(130)이 중량%로 탄소(C):0.1%, 규소(Si):0.4%, 망간(Mn):1.2%, 크롬(Cr):17%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재로서 보호가스(60)에 의해 발생하는 제3층(130)의 부식이 적을 뿐 아니라, 고온하에서의 강도 및 성형성이 매우 양호한 것으로 나타났다.
발명강2는 제2층(120) 및 제3층(130)이 중량%로 탄소(C):0.12%, 규소(Si):0.6%, 망간(Mn):1.4%, 크롬(Cr):14%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재로서 전반적으로 내식성, 성형성, 고온하에서의 강도가 양호한 것으로 나타났다.
발명강3은 제2층(120) 및 제3층(130)이 중량%로 탄소(C):0.08%, 규소(Si):0.2%, 망간(Mn):1.0%, 크롬(Cr):20%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재로서 크롬의 함유량이 높이 내식성이 매우 양호한 것으로 나타났다.
비교강1은 제2층(120) 및 제3층(130)이 중량%로 탄소(C):0.07%, 규소(Si):0.7%, 망간(Mn):0.9%, 크롬(Cr):21%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재로서 크롬의 함유량이 높아 내식성은 양호했으나, 성형성 및 고온하에서의 강도가 불량한 것으로 나타났다.
비교강2는 제2층(120) 및 제3층(130)이 중량%로 탄소(C):0.14%, 규소(Si):0.1%, 망간(Mn):1.5%, 크롬(Cr):3%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재로서 크롬의 함유량이 적어 내식성이 불량할 뿐 아니라, 성형성 및 고온하에서의 강도도 불량한 것으로 나타났다.
이상에서는 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하며, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
50: 덮개부 51: 가스도관 53a, 53b: 이음체
60: 보호가스 70: 용탕 110: 제1층
113a, 113b: 플랜지부 120: 제2층 130: 제3층
150: 밀폐층

Claims (5)

  1. 용해된 마그네슘 및 보호가스를 수용하는 본체부, 상기 본체부 상부에 위치하여 상기 본체부를 밀폐하는 덮개부로 이루어진 마그네슘 용해로에 있어서,
    상기 본체부는 상기 마그네슘과 접촉하는 제1층;
    상기 제1층 외부에 위치하며 내식성 재질의 제2층; 및
    상기 제1층의 상면에 위치하며 상기 보호가스의 접촉을 방지하는 내식성 재질의 제3층을 포함하되,
    상기 제2층 또는 상기 제3층은.
    중량%로 탄소(C):0.08~0.12%, 규소(Si):0.2~0.6%, 망간(Mn):1.0~1.4%, 크롬(Cr):14~20%를 함유하고 잔부가 철(Fe)로 이루어지는 페라이트계 소재인 것을 더 포함하는 마그네슘 용해용 도가니.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부와 상기 본체부에 개재되어 보호가스 누수를 방지하는 밀폐층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 용해용 도가니.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1층은 탄소(C)의 함량이 0.0001 중량%~0.1 중량%이하로 이루어진 페라이트계 저탄소강인 것을 특징으로 하는 마그네슘 용해용 도가니.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 밀폐층은,
    중량%로 탄소(C):0.08~0.12%, 규소(Si):0.2~0.6%, 망간(Mn):1.0~1.4%, 크롬(Cr):14~20%를 함유하고 잔부가 (철)Fe로 이루어지는 페라이트계 소재인 것을 특징으로 하는 마그네슘 용해용 도가니.
KR1020130100818A 2013-08-26 2013-08-26 마그네슘 용해용 도가니 KR101456520B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007313551A (ja) * 2006-05-29 2007-12-06 Toho Titanium Co Ltd クラッド容器の溶接方法および同容器を用いたスポンジチタンの製造方法
JP2011184250A (ja) 2010-03-09 2011-09-22 Yukichi Horioka シリコン結晶成長用ルツボ、シリコン結晶成長用ルツボ製造方法、及びシリコン結晶成長方法
JP2012512121A (ja) * 2008-12-15 2012-05-31 ヘレーウス クヴァルツグラース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト 石英ガラスのために坩堝引き上げ法において使用するための溶融坩堝
KR101256621B1 (ko) * 2010-12-28 2013-04-19 재단법인 포항산업과학연구원 마그네슘 용해용 도가니

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