KR101616747B1 - 모합금 제조용 주형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모합금을 제조하기 위한 주형에 관한 것으로서,
외형을 이루는 본체;
상기 본체의 내측 상부에 형성된 캐비티;
상기 본체의 내측 하부에 형성되고, 상기 캐비티보다 확장된 면적을 갖는 하부공간부;
상기 하부공간부의 하부와 연결되도록 상기 본체에 관통 형성된 냉각수유입구;
상기 캐비티의 외측에 배치되도록 상기 본체의 내측 상부 가장자리를 따라 형성된 상부공간부;
상기 하부공간부와 상기 상부공간부를 연결하도록 상기 본체의 내측에 형성된 유통로; 및
상기 상부공간부의 상부와 연결되도록 상기 본체에 관통 형성된 냉각수배출구;를 포함하여 이루어진 모합금 제조용 주형을 개시한다.
본 발명에 의한 모합금 제조용 주형에 의하면 냉각수에 의해 주형의 냉각이 이루어짐에 따라 주형의 수명이 향상되고, 작업시간이 단축되는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 냉각수유입구를 통해 하부공간부로 유입된 냉각수가 하부공간부의 바닥에서부터 상승하여 상부공간부로 이동하게 됨으로써 캐비티에 주입된 용탕이 전 면적에 걸쳐 균일하게 냉각될 수 있는 효과가 있다.

Description

모합금 제조용 주형{Mold for the production of master alloy}

본 발명은 모합금을 제조하기 위한 주형에 관한 것이다.

합금성분의 융점 차이가 크거나, 비중 차이가 클 경우 균일하게 조성된 합금을 제조하기 어렵기 때문에 미리 중간 조성을 갖는 합금을 제조하여 사용하는데 이 합금을 모합금(master alloy)이라 한다.

일반적으로 모합금은 용융점이 낮아 저온에서 쉽게 용융되고, 용탕에 균일하게 분포되기 때문에 작업시간을 단축시키고, 주조재의 편석(segregation)을 감소시키게 된다.

탄소의 함량이 많고 용융점이 낮은 선철 및 FeMn, SiMn, FeSi 등과 같은 Fe계 모합금의 경우 대량생산을 위하여 주물로 제작된 여러 개의 주형이 컨베이어 위에 올려져 연속적으로 용탕이 주입되는 방식으로 제조되고 있다. 그러나 이러한 방식의 경우 자동화로 인한 설비의 투자비용 상승, 컨베이어 길이에 따른 공간 필요, 공랭으로 인한 응고시간 연장 등의 문제로 다양한 종류의 모합금을 생산하기 어려우며, 탄소성분이 적고 용융점이 높은 고순도의 모합금을 제조하기에도 적합하지 못한 단점이 있다.

따라서 용융점이 높은 모합금을 제조할 경우, 열용량이 커지도록 주형을 크게 제작하거나, 주물사 또는 세라믹 내화물 재질의 주형을 사용하고 있다. 그러나 주형을 크게 제작할 경우 중량이 증가하고 열변형이 발생하기 쉬운 단점이 있고, 주물사를 이용한 주형의 경우 1회용인 단점이 있으며, 세라믹 내화물 재질의 주형의 경우 주조 횟수의 증가에 따라 크랙(crack)이 발생하는 등의 주형 손상이 발생하기 쉬운 문제가 있다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서 [대한민국 등록실용신안공보 제20-0463504호(2012.11.07.공고, 이하 '선행기술'이라고 함) "수냉식 냉각주형"이 제시되어 있다.

상기 선행기술은

"외관을 형성하는 외부케이스와;

상기 외부케이스의 내측에 구비되며, 내부에는 합금철이 수용되는 수용공간이 형성되는 내부케이스와;

상기 내부케이스의 하측에 구비되며, 지그재그 형상의 유로를 형성하여 상기 내부케이스에 수용된 합금철을 냉각수에 의해 냉각하는 하부냉각수단과;

상기 내부케이스에 형성되는 수용공간의 상방을 선택적으로 차폐하는 덮개를 포함하는 구성을 가지며,

상기 덮개는,

상기 내부케이스의 상단부 형성과 대응되는 덮개판과, 상기 덮개판의 상측에 구비되어 냉각수가 지그재그로 유동하도록 안내하는 상부냉각수단을 포함하며,

상기 하부냉각수단 또는 상부냉각수단은,

내부에 요홈이 형성된 'U'형상의 철강이 다수 연결된 구성으로 이루어지며;

끝단부는 가장자리로 갈수록 점차 단면적이 감소하는 구성을 가지며,

상기 내부케이스는,

상기 수용공간의 바닥면을 형성하는 내부베이스와, 상기 수용공간의 측면을 형성하는 내부측벽을 포함하며;

상기 내부측벽은, 하측으로 갈수록 내부 단면적의 크기가 점차 감소하도록 경사지게 형성됨을 특징"으로 하는 기술이다.

상기 선행기술은 본체와 덮개의 냉각수 유로가 지그재그 형태로 형성되게 하고, 합금이 주입되는 주입구를 냉각수의 유입구와는 가깝게, 냉각수의 유출구와는 멀게 배치함으로써, 냉각수가 합금의 전 면적에 걸쳐 고루 접할 수 있게 하고, 냉각속도가 장소에 무관하게 고루 진행될 수 있도록 하고는 있으나,

냉각수 유로를 지그재그 형태로 가공해야 함으로써 주형의 제작이 용이하지 못한 문제가 있다.

뿐만 아니라, 상기 선행기술에 의하면 유입구 측의 냉각수와 유출구 측의 냉각수에 온도 차이가 발생하게 됨으로써, 수용공간에 주입된 합금이 그 위치에 따라 일정한 속도로 냉각되지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

주형의 냉각구조를 개선함으로써 주형의 수명이 향상되고, 작업시간이 단축되며, 주형에 주입된 용탕이 균일하게 냉각될 수 있도록 한 모합금 제조용 주형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 모합금 제조용 주형은

외형을 이루는 본체;

상기 본체의 내측 상부에 형성된 캐비티;

상기 본체의 내측 하부에 형성되고, 상기 캐비티보다 확장된 면적을 갖는 하부공간부;

상기 하부공간부의 하부와 연결되도록 상기 본체에 관통 형성된 냉각수유입구;

상기 캐비티의 외측에 배치되도록 상기 본체의 내측 상부 가장자리를 따라 형성된 상부공간부;

상기 하부공간부와 상기 상부공간부를 연결하도록 상기 본체의 내측에 형성된 유통로; 및

상기 상부공간부의 상부와 연결되도록 상기 본체에 관통 형성된 냉각수배출구;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 모합금 제조용 주형에 의하면, 냉각수에 의해 주형의 냉각이 이루어짐에 따라 주형의 수명이 향상되고, 작업시간이 단축되는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 의한 모합금 제조용 주형에 의하면, 냉각수유입구를 통해 하부공간부로 유입된 냉각수가 하부공간부의 바닥에서부터 상승하여 상부공간부로 이동하게 됨으로써 캐비티에 주입된 용탕이 전 면적에 걸쳐 균일하게 냉각될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 모합금 제조용 주형의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 모합금 제조용 주형의 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

'도 1' 및 '도 2'에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 모합금 제조용 주형은 크게 본체(100), 캐비티(cavity, 200), 하부공간부(300), 냉각수유입구(400), 상부공간부(500), 유통로(600), 냉각수배출구(700) 및 안내편(800)으로 이루어진다.

본체(100)는 주형의 외형을 이루는 것으로서,

판 형상의 가로격벽(111), 가로격벽(111)의 상면에 돌출 형성된 테두리 형상의 세로격벽(112), 그리고 가로격벽(111)의 가장자리를 따라 하방 돌출 형성된 스커트부(113)를 갖는 메인바디(110);

스커트부(113)의 내측을 폐쇄하도록 메인바디(110)의 하단부에 결합된 하부커버(120); 및

가로격벽(111)의 상면 가장자리와 세로격벽(112)의 외면 상단부를 연결하도록 메인바디(110)의 상부 가장자리에 결합된 상부커버(130);를 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 메인바디(110)의 가로격벽(111)과 세로격벽(112)에 의하여 본체(100)의 내측 상부에 상기 캐비티(200)가 형성되고, 메인바디(110)와 하부커버(120)의 결합에 의하여 본체(100)의 내측 하부에는 상기 하부공간부(300)가 형성되며, 메인바디(110)와 상부커버(130)의 결합에 의하여 본체(100)의 내측 상부 가장자리를 따라 상기 상부공간부(500)가 형성된다.

따라서, 메인바디(110)의 가로격벽(111)은 하부공간부(300)를 캐비티(200) 및 상부공간부(500)와 구획하게 되고, 세로격벽(112)은 캐비티(200)와 상부공간부(500)를 구획하게 된다.

본체(100)는 금속으로 제작되며, 특히 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 탄소강으로 제작되는 것이 바람직하다.

캐비티(200)는 본체(100)의 내측 상부에 형성된다.

캐비티(200)는 상방으로 개방되며, 세로격벽(112)의 내벽이 경사지게 형성됨에 따라 하부로 갈수록 단면적이 점차 감소하는 구조로 이루어진다.

하부공간부(300)는 '도 2'에 도시된 바와 같이 본체(100)의 내측 하부에 형성되며, 냉각수가 수용될 수 있는 직육면체 형태의 공간을 제공하게 된다.

하부공간부(300)는 캐비티(200)보다 확장된 면적을 갖도록 형성되며, 이에 따라 하부공간부(300)의 가장자리는 캐비티(200)의 가장자리를 벗어나 상부공간부(500)의 하측에 위치하게 된다.

냉각수유입구(400)는 하부공간부(300)와 연결되도록 본체(100)에 관통 형성된다. 따라서 냉각수유입구(400)는 메인바디(110)의 스커트부(113)를 측방 관통하도록 형성된다.

냉각수유입구(400)는 배관 부속품(pipe fitting)에 의해 별도의 냉각수공급장치와 연결되며, 이에 따라 하부공간부(300)로 냉각수가 공급될 수 있게 한다.

냉각수유입구(400)는 하부공간부(300)로 공급되는 냉각수가 하부공간부(300)의 하부에서부터 상부로 유동할 수 있도록 하부공간부(300)의 하부와 연결되도록 형성되는 것이 바람직하다.

상부공간부(500)는 캐비티(200)의 외측에 배치되도록 본체(100)의 내측 상부 가장자리를 따라 형성된다.

상부공간부(500)는 세로격벽(112)에 의해 캐비티(200)와 구획되되, 캐비티(200)의 둘레를 감싸는 구조로 형성된다.

유통로(600)는 하부공간부(300)와 상부공간부(500)를 연결하도록 본체(100)의 내측에 형성된다.

'도 1'에 도시된 바에 의하면, 유통로(600)는 가로격벽(111)의 각 모서리 부분에 상하 관통 형성됨으로써 가로격벽(111)의 가장자리를 따라 네 곳에 마련된다. 이처럼 유통로(600)는 하부공간부(300)의 냉각수가 상부공간부(500)로 원활하게 유동할 수 있도록 가로격벽(110)의 가장자리를 따라 둘 이상이 상호 이격 배열되는 것이 바람직하다.

냉각수배출구(700)는 상부공간부(500)와 연결되도록 본체(100)에 관통 형성된다. 따라서 냉각수배출구(700)는 본체(100)의 상부커버(130)를 측방 관통하도록 형성된다.

냉각수배출구(700)는 냉각수유입구(400)와 마찬가지로 배관 부속품에 의해 냉각수공급장치와 연결되며, 이에 따라 상부공간부(500)를 채운 냉각수가 냉각수공급장치로 회수될 수 있게 한다.

냉각수배출구(700)는 유통로(600)를 통해 상부공간부(500)로 유입된 냉각수가 상부공간부(500)의 상단부까지 도달한 후 냉각수공급장치로 회수될 수 있도록 상부공간부(500)의 상부와 연결되도록 형성되는 것이 바람직하다.

안내편(800)은 둘 이상이 마련되어 각 유통로(600)와 인접한 가로격벽(111)의 상면에 각각 형성된다.

각 안내편(800)은 사각 판 형태로 이루어져 가로격벽(111)의 상면에 결합되며, 하단부가 유통로(600)에서 이격되되 상단부가 유통로(600)의 상측을 가리도록 비스듬하게 배치된다.

그리고 각 안내편(800)은 그 경사 방향이 상부에서 바라보았을 때에 시계방향 또는 반시계방향을 따라 정렬되도록 배치되는데, 이에 의하면 각 안내편(800)은 각 유통로(600)를 통해 상부공간부(500)로 유입되는 냉각수가 상부공간부(500)를 따라 한 방향으로 회전하도록 유도하게 됨으로써 상부공간부(500) 내의 냉각수가 원활하게 유동할 수 있으며, 따라서 캐비티(200)에 주입된 용탕의 측면이 균일하게 냉각될 수 있다.

결국, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 모합금 제조용 주형에 의하면, 냉각수에 의해 주형의 냉각이 이루어짐으로써 주형의 수명이 향상되고, 작업시간이 단축될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 모합금 제조용 주형에 의하면 냉각수유입구(400)를 통해 하부공간부(300)로 유입된 냉각수가 하부공간부(300)의 바닥에서부터 상승하여 하부공간부(300)를 완전히 채운 후 각 유통로(600) 상부공간부(500)로 이동하게 됨으로써, 하부공간부(300)에 에어 갭(air gap)이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 캐비티(200)에 주입된 용탕이 전 면적에 걸쳐 균일하게 냉각될 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "모합금 제조용 주형"을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 본체
110 : 메인바디
111 : 가로격벽
112 : 세로격벽
113 : 스커트부
120 : 하부커버
130 : 상부커버
200 : 캐비티
300 : 하부공간부
400 : 냉각수유입구
500 : 상부공간부
600 : 유통로
700 : 냉각수배출구
800 : 안내편

Claims (3)

1. 외형을 이루는 본체(100);
   상기 본체(100)의 내측 상부에 형성된 캐비티(200);
   상기 본체(100)의 내측 하부에 형성되고, 상기 캐비티(200)보다 확장된 면적을 갖는 하부공간부(300);
   상기 하부공간부(300)의 하부와 연결되도록 상기 본체(100)에 관통 형성된 냉각수유입구(400);
   상기 캐비티(200)의 외측에 배치되도록 상기 본체(100)의 내측 상부 가장자리를 따라 형성된 상부공간부(500);
   상기 하부공간부(300)와 상기 상부공간부(500)를 연결하도록 상기 본체(100)의 내측에 형성된 유통로(600); 및
   상기 상부공간부(500)의 상부와 연결되도록 상기 본체(100)에 관통 형성된 냉각수배출구(700);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 모합금 제조용 주형.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 본체(100)는 상기 하부공간부(300)를 상기 캐비티(200) 및 상기 상부공간부(500)와 구획하는 가로격벽(111), 그리고 상기 캐비티(200)와 상기 상부공간부(500)를 구획하는 세로격벽(112)을 포함하여 이루어지고,
   상기 유통로(600)는 상기 가로격벽(111)의 가장자리를 따라 둘 이상이 상호 이격 배열되도록 관통형성된 것을 특징으로 하는 모합금 제조용 주형.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 각 유통로(600)와 인접한 상기 가로격벽(111)의 상면에는 상기 각 유통로(600)을 통해 상기 상부공간부(500)로 유입된 냉각수가 상부공간부(500)를 따라 한 방향으로 회전하며 흐르도록 유도하는 안내편(800)이 형성된 것을 특징으로 하는 모합금 제조용 주형.
   

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