KR101977359B1

KR101977359B1 - 주조장치

Info

Publication number: KR101977359B1
Application number: KR1020170137517A
Authority: KR
Inventors: 김종완; 최호정; 김성연; 김구화
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-05-10
Also published as: KR20190044920A

Abstract

본 발명은 금속을 용융시켜 용융금속을 생성하는 용융부; 상기 용융금속이 응고될 수 있는 내부공간을 가지고, 상하부가 개방되는 주형; 상기 용융부에 연결되고, 상기 용융금속이 상기 주형으로 이동할 수 있는 경로를 형성하는 정련부; 상기 주형의 하부에 삽입 가능한 안내부; 및 상기 경로를 개폐하도록 상기 정련부에 설치되는 개폐부;를 포함하고, 용융금속으로 제조되는 제품의 품질을 개선할 수 있다.

Description

주조장치{Casting Apparatus}

본 발명은 주조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융금속으로 제조되는 제품의 품질을 개선할 수 있는 주조장치에 관한 것이다.

일반적으로 티타늄 잉곳을 생산하는 설비는, 원료를 용융시키는 용융로, 용융된 원료의 청정도를 향상시키는 정련로, 및 정련된 용탕을 공급받아 주조하는 조조기 등 크게 세 부분으로 나눌 수 있다. 주조기는 내부공간을 진공상태로 유지할 수 있는 진공실, 및 진공실의 내부공간에 설치되고 주편을 생산하는 주형으로 이루어진다.

용융로에서는 티타늄 펠렛을 용융시킨다. 용융로 내에 일정량의 티타늄 용융물이 생성되면, 정련로로 넘쳐 흘러간다. 정련로에서 티타늄 용융물 내 불순물은 하측으로 침강되고, 가스 성분은 상측으로 기화된다. 이후, 정련된 티타늄 용융물은 정련로에서 넘쳐 주형으로 유입된다.

주형의 하부에는 정반(또는, 더미바)이 설치된다. 정반은 주형의 하부를 밀폐시키고, 주형 내부로 처음 유입되어 응고되는 티타늄 용융물과 결합된다. 따라서, 주형 내에서 정반과 티타늄 잉곳이 연결될 수 있고, 정반을 주형 하부로 인출하면 티타늄 잉곳이 정반을 따라 이동하여 인발이 시작된다.

그러나 티타늄 용융물이 주형 내로 유입될 때, 불균일하게 유입된다. 이에, 티타늄 잉곳의 전단부(또는, 바닥부)에 주름 형상의 2중 주입 결함이 발생하거나, 내부에 크랙이 발생할 수 있다. 따라서, 티타늄 잉곳의 전단부를 큰 크기로 절단하여, 티타늄 잉곳의 실수율이 저하되는 문제가 있다.

종래에는 전자빔을 활용하여 주형 내에서 티타늄 용융물이 국부적으로 응고된 부분을 재용해하였다. 그러나 주형의 크기가 크기 때문에, 작업자가 티타늄 용융물의 모든 영역을 전자빔으로 재용해하기 어려운 문제가 있다. 또한, 주형 내에서 티타늄 용융물을 재용해시켰다가 냉각시켜 티타늄 응곳을 제조하게 되면서, 작업시간이 지연되는 문제가 있다.

KR

2017-0064405

A

KR

2015-0100847

A

본 발명은 주형 내부로 용융금속이 불균일하게 유입되는 것을 억제하거나 방지할 수 있는 주조장치를 제공한다.

본 발명은 용융금속으로 제조되는 제품의 품질과 실수율을 향상시킬 수 있는 주조장치를 제공한다.

본 발명은 금속을 용융시켜 용융금속을 생성하는 용융부; 상기 용융금속이 응고될 수 있는 내부공간을 가지고, 상하부가 개방되는 주형; 상기 용융부에 연결되고, 상기 용융금속이 상기 주형으로 이동할 수 있는 경로를 형성하는 정련부; 상기 주형의 하부에 삽입 가능한 안내부; 및 상기 경로를 개폐하도록 상기 정련부에 설치되는 개폐부;를 포함한다.

상기 개폐부는, 적어도 일부분이 상기 경로의 형상을 따라 형성되고, 상하로 이동 가능하게 설치되는 도어를 포함한다.

상기 개폐부는, 상기 경로 내 용융금속의 탕면 높이를 측정하는 측정기; 및 상기 측정기와 연결되어 상기 도어의 작동을 제어하는 제어기;를 더 포함한다.

상기 안내부는, 몸체부재; 및 상기 몸체부재의 상부에 연결되고, 상부면에 용융금속이 유입될 수 있는 결합홈이 구비되는 결합부재;를 포함한다.

상기 결합홈은 상기 결합부재의 중심부에 위치하고, 적어도 일부분이 상기 결합홈은 상측에서 하측으로 갈수록 너비가 증가한다.

상기 결합부재의 외곽부에 용융금속을 결합홈 내로 유도하는 유도홈이 더 구비된다.

상기 유도홈은 상기 정련부에서 용융금속이 배출되는 부분과 마주보게 배치되고, 상기 유도홈은 상기 결합홈의 외측으로 갈수록 폭이 증가한다.

상기 결합부재의 외곽부와 상기 결합홈의 바닥면 중 적어도 어느 하나가, 상기 결합부재의 중심부를 향하는 하향 경사를 가진다.

상기 결합부재의 적어도 일부분이 상기 몸체부재보다 열전도율이 낮은 재질로 형성된다.

상기 몸체부재보다 열전율이 낮은 재질은, 세라믹과 내화물 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

상기 용융부는 전자빔을 이용해서 금속을 용융시키고, 상기 용융금속이 응고되어 생산되는 제품은 티타늄 잉곳을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 주형 내로 용융금속을 균일하게 유입시킬 수 있다. 이에, 용융금속으로 제조되는 제품에 주름 형상의 결함이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

또한, 용융금속이 주형 내에서 균일하게 응고될 수 있다. 이에, 용융금속의 일부가 급격히 냉각되어 용융금속으로 제조되는 제품에 크랙이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 용융금속으로 제조되는 제품의 품질과 실수율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 개폐장치의 작동구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 안내부의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 안내부의 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 안내부의 구조를 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 개폐장치의 작동구조를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치(100)는, 용융부(110), 주형(130), 정련부(120), 안내부(140), 및 개폐부(150)를 포함한다. 이때, 주조장치(100)는 진공챔버(미도시)를 더 포함하고, 용융부(110)는 전자빔을 이용해서 금속을 용융시키고, 용융금속이 응고되어 생산되는 제품은 티타늄 잉곳일 수 있다.

용융부(110)는 금속을 용융시켜 용융금속을 생성한다. 용융부(110)는 금속이 용융될 수 있는 내부공간을 가지는 용융로일 수 있다. 용융부(110)의 상부는 개방된다. 이에, 용융부(110)의 상부로 금속을 공급해줄 수 있다.

또한, 용융부(110)에는 열원이 구비된다. 열원으로 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생기(미도시)가 사용될 수 있다. 전자빔 발생기는 용융부에 수용된 금속의 상측에서 전자빔을 발생시켜 금속을 용융시킬 수 있다. 이에, 금속이 용융되면서 용융부(110) 내부공간에 용융금속이 채워질 수 있다.

주형(130)은 용융금속을 응고시켜 금속 제품의 외관을 결정하는 틀이다. 주형(130)은 용융금속이 응고될 수 있는 내부공간을 가진다. 주형(130)은 상부와 하부가 개방된다. 이에, 주형(130)의 상부로 용융금속이 공급되고, 주형(130)의 하부로 응고되는 제품이 인발될 수 있다.

또한, 주형(130)은 전후방향으로 서로 이격되는 한 쌍의 장변부재, 및 좌우방향으로 서로 이격되는 한 쌍의 단변부재를 포함할 수 있다. 장변부재와 단변부재는 소정면적을 가지는 플레이트 모양으로 형성될 수 있다. 한 쌍의 장변부재 사이에 한 쌍의 단변부재가 위치한다. 이에, 장변부재들과 단변부재들 사이에 용융금속이 수용될 수 있는 공간이 형성되고, 상부와 하부는 개방될 수 있다. 그러나 주형(130)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

진공챔버는 주형(130)이 수용되고, 용융금속이 처리되는 내부공간을 가진다. 진공챔버 본체는 진공펌프와 연결될 수 있다. 따라서, 진공챔버의 내부공간을 진공상태로 만들고, 진공상태로 유지할 수 있다. 이에, 용융금속은 진공챔버 내부에서 처리될 수 있고, 용융금속이나 용융금속으로 제조되는 제품이 주조공정 중에 산화되는 것이 방지될 수 있다.

정련부(120)는 용융부(110)에 연결된다. 정련부(120)는 일단이 용융부(110)의 측면에 연결될 수 있고, 정련부(120)의 바닥 위치가 용융부(110)의 바닥 위치보다 낮을 수 있다. 따라서, 용융부(110) 내부에 수용된 용융금속이 정련부(120)로 용이하게 공급될 수 있다. 용융부(110)와 정련부(120) 사이에는 턱이 구비된다. 이에, 용융부(110) 내부에 일정 높이로 용융금속이 채워지면, 용융금속이 턱을 넘어 정련부(120)로 공급될 수 있다.

또한, 정련부(120)의 타단에는 용융금속이 주형(130)으로 배출될 수 있는 배출구(125)가 형성된다. 배출구(125)의 바닥은 정련부(120)의 다른 영역의 바닥면보다 상측에 위치한다. 이에, 용융금속이 정련부(120) 내부에서 배출구(125)의 높이로 채워질 때까지, 용융금속이 정련부(120) 내부에 잔류할 수 있다. 따라서, 용융금속이 정련부(120) 내부에 잔류하는 동안, 용융금속 내 불순물은 하측으로 침강되고, 가스 성분은 상측으로 기화되어 정련된다. 즉, 정련부(120)는 용융금속을 정련하는 정련로일 수 있다.

정련부(120)는 내부에 용융금속이 주형(130)으로 이동할 수 있는 경로를 형성하고, 상부가 개방될 수 있다. 이에, 용융부(110)에서 정련부(120)로 용융금속이 공급될 수 있고, 정련부(120) 내부의 용융금속이 정련부(120)를 따라 이동하여 배출구(125)를 통해 주형(130)으로 공급될 수 있다. 배출구(125)는 주형(130) 측면의 상부와 연결될 수 있다. 따라서, 정련부(120) 내부에서 정련된 용융금속이 배출구(125)의 높이까지 채워지면, 배출구(125)를 통과하여 주형(130)으로 공급될 수 있다.

한편, 정련부(120)에는 열원(미도시)이 구비될 수도 있다. 정련부(120)가 형성하는 경로에 수용된 용융금속을 열원이 가열할 수 있다. 즉, 용융금속을 보온해줄 수 있다. 이에, 용융금속이 정련부(120) 내부에 잔류하는 동안, 응고가 시작되는 것을 방지할 수 있다. 열원으로 열선을 이용할 수도 있고, 경로 내 용융금속으로 전자빔이나 플라즈마를 발사하여 용융금속을 가열할 수도 있다. 그러나 정련부(120) 내 용융금속을 보온해주는 방법은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

이때, 용융부(110)와 주형(130)은 일방향으로 서로 이격되며, 정련부(120)는 일방향으로 이격되어 일단이 용융부(110)에 연결되고, 타단이 주형(130)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 용융부(110), 정련부(120), 및 주형(130)이 평면상으로 'ㄷ'자 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 주조장치(100)의 크기를 감소시킬 수 있고, 공간활용성을 향상시킬 수 있다. 그러나 주조장치(100)의 구성요소들이 배치되는 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

개폐부(150)는 정련부(120)에 형성된 용융금속의 경로를 개폐하도록 정련부(120)에 설치된다. 개폐부(150)는 도어(151)를 포함한다.

도어(151)는 경로를 개폐할 수 있도록, 적어도 일부분이 경로의 형상을 따라 형성된다. 도어(151)는 경로 중 배출구(125)의 형상을 따라 형성되어 배출구(125)를 개폐할 수 있다. 이에, 도어(151)가 배출구(125)를 차단하면, 정련부(120)의 내부공간으로 용융금속이 채워질 수 있다. 도어(151)의 면적은 배출구(125)에 형성된 경로의 면적 이상일 수 있다. 따라서, 도어(151)가 경로를 전체를 차단하거나 개방할 수 있다.

또한, 도어(151)는 상하로 이동 가능하게 설치된다. 이에, 도어(151)가 상측으로 이동하면 배출구(125)가 개방되어 용융금속이 주형(130)으로 공급될 수 있으며, 도어(151)가 하측으로 이동하면 배출구(125)가 차단되어 용융금속이 주형(130)으로 공급되지 못하고 정련부(120) 내부에 잔류할 수 있다. 도어(151)는 배출구(125)가 개방되는 정도를 조절할 수도 있다. 따라서, 도어(151)의 작동을 제어하여 정련부(120)에서 주형(130)으로 공급되는 용강의 양을 조절할 수도 있다.

이때, 정련부(120)에는 도어(151)가 끼워져 상하로 이동할 수 있는 가이드홈(미도시)이 형성될 수 있다. 도어(151)는 구동기(미도시)와 연결되어 구동기의 작동에 의해 상하로 이동할 수 있다. 따라서, 도어(151)는 구동기에 의해 가이드홈을 따라 안정적으로 상하로 이동할 수 있고, 배출구(125)를 안정적으로 개폐할 수 있다. 그러나 도어(151)의 형상, 및 도어(151)와 정련부(120)의 연결구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

또한, 개폐부(150)는, 측정기(152), 및 제어기(153)를 더 포함할 수 있다. 이에, 정련부(120) 내부에서 용융금속 탕면 높이에 따라 도어(151)를 작동을 자동으로 제어할 수 있다.

측정기(152)는 정련부(120)에 형성된 경로 내 용융금속의 탕면 높이를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정기(152)는 레벨 센서일 수 있다. 따라서, 측정기(152)를 이용하여 정련부(120) 내부에 용융금속이 채워진 양을 확인할 수 있다.

제어기(153)는 측정기(152)와 연결되어 도어(151)의 작동을 제어하는 역할을 한다. 제어기(153)는 측정기(152)에서 정련부(120) 내 용융금속의 탕면 높이 정보를 수신할 수 있다. 제어기(153)는 측정된 높이값을 미리 설정된 설정값과 비교할 수 있다. 측정기(152)에서 측정되는 값이 설정값을 초과하면, 제어기(153)는 도어(151)를 상측으로 이동시켜 배출구(125)를 개방할 수 있다. 따라서, 용융금속이 정련부(120) 내부에 과도하게 채워져 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

예를 들어, 설정값은 정련부(120)에 형성된 경로의 전체 높이 대비 60~95%의 높이값이 선택될 수 있다. 설정값이 60% 미만으로 선택되면, 용융금속이 주형(130)으로 균일하게 공급되지 못할 수 있고, 용융금속의 정련이 제대로 이루어질 시간이 확보되지 못할 수 있다. 이에, 용융금속이 주형(130)으로 균일하게 공급되면서, 용융금속의 정련이 안정적으로 수행되도록 설정값은 60% 이상의 값으로 선택될 수 있다.

설정값이 95%를 초과하여 설정되면, 도어(151)가 개방되기 전에, 정련부(120) 내부의 용융금속이 용융부(110)에서 공급되는 용융금속에 의해, 정련부(120)에서 넘쳐 유출될 수 있다. 이에, 용융금속이 넘치기 전에, 도어(151)가 배출구(125)를 개방할 수 있도록, 설정값은 95% 이하의 값으로 선택될 수 있다. 따라서, 제어기(153)가 자동으로 도어(151)를 개방하여, 용융금속이 유출되어 주변 장비를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 안내부의 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 안내부의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 안내부의 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 안내부(140)에 대해 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 안내부(140)는 주형(130)의 하부에 삽입 가능하다. 안내부(140)는 응고되는 용융금속과 결합될 수 있다. 이에, 안내부(140)가 주형(130)의 하측으로 이동하면, 응고된 용융금속이 안내부(140)를 따라 주형(130) 하부로 인발될 수 있다. 예를 들어, 안내부(140)는 정반 또는 더미바일 수 있다. 안내부(140)는, 몸체부재(142), 및 결합부재(141)를 포함한다.

몸체부재(142)는 상하방향으로 연장될 수 있다. 몸체부재(142)는 원형의 막대모양으로 형성될 수 있다.

결합부재(141)는 주형(130) 내부공간의 평면 형상을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 결합부재(141)는 사각형의 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 이에, 결합부재(141)가 주형(130) 내부로 삽입되면, 결합부재(141)의 상부면이 주형(130) 내부에서 바닥 역할을 수행할 수 있고, 결합부재(141)가 용융금속이 하부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 결합부재(141)의 하부는 몸체부재(142)의 상부에 연결된다. 이에, 몸체부재(142)를 주형(130)의 하부로 이동시키면, 결합부재(141)도 함께 이동할 수 있다.

또한, 결합부재(141)의 상부면(또는, 용융금속과의 접촉면)에는, 용융금속이 유입될 수 있는 결합홈(141a)이 구비된다. 이에, 결합홈(141a)에 유입된 용융금속이 응고되면서, 결합홈(141a)에 끼워질 수 있고, 결합부재(141)와 응고된 용융금속이 결합될 수 있다. 따라서, 응고된 용융금속이 결합부재(141)와 함께 이동할 수 있다.

결합홈(141a)은 적어도 일부분이 상측에서 하측으로 갈수록 너비가 증가할 수 있다. 이에, 결합홈(141a)의 형상에 의해, 결합부재(141)의 상부면에 턱이 형성된다. 결합부재(141)의 상부로 공급되는 용융금속이 결합홈(141a)에 채워져 응고되면, 결합부재(141)에 형성된 턱에 걸리게 된다. 이에, 결합부재(141)와 응고된 용융금속이 안정적으로 결합될 수 있고, 결합부재(141)가 이동하면 응고된 용융금속도 함께 이동할 수 있다.

예를 들어, 도 3의 (a)와 같이, 결합홈(141a)의 최상측 너비(W1)와 최하측 너비(W2)가 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 최상측 너비(W1)가 하측 너비(W2)보다 작게 형성되어, 최상측과 하측 사이에, 응고된 용융금속이 걸릴 수 있는 턱이 형성될 수 있다. 또는, 도 3의 (b)와 같이, 결합홈(141a)의 최상측 너비(W1)가 하측 너비(W2)보다 작게 형성되고, 결합홈(141a)의 바닥에 경사면이 형성되면서 하측에서 최하측으로 갈 때 너비가 다시 좁아질 수도 있다. 이에, 결합홈(141a)의 최하측에서 하측으로 가면서 적어도 일부에서 너비가 증가할 수 있다.

또한, 도 3의 (a)와 같이 결합홈(141a)은 결합부재(141)의 중심부에 위치할 수 있다. 이에, 결합부재(141)와 응고되는 용융금속이 결합되고, 결합부재(141)가 응고된 용융금속을 당겨 이동시킬 때, 결합부재(141)와 용융금속이 결합된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 결합부재(141)의 상부면과 결합홈(141a)의 바닥면은 평평하게 형성될 수 있다. 이에, 결합부재(141)의 형상이 단순해질 수 있고, 결합부재(141)를 제작하기 용이해질 수 있다.

이때, 도 3의 (b)와 같이, 결합부재(141)의 외곽부와 결합홈(141a)의 바닥면 중 적어도 어느 하나가, 상기 결합부재(141)의 중심부를 향하는 하향 경사를 가질 수 있다. 경사는 용융금속의 흐름을 유도하여 결합부재(141)의 중심부로 용융금속을 이동시킬 수 있다. 따라서, 정련부(120)에서 공급되는 용융금속이 결합부재(141)의 상부면의 중심부로 모여 응고될 수 있다. 그러나 결합홈(141a)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

한편, 도 4와 같이, 결합부재(141)의 외곽부에 용융금속을 결합홈(141a) 내로 유도하는 유도홈(141b)이 더 구비될 수 있다. 유도홈(141b)은 정련부(120)에 구비된 배출구(125)와 마주보게 배치된다. 이에, 정련부(120)에서 공급되는 유도홈(141b)으로 처음 낙하될 수 있고, 유도홈(141b)을 따라 이동하여 결합홈(141a)의 중심부로 이동할 수 있다. 따라서, 결합홈(141a)의 중심부에서부터 용융금속이 채워질 수 있다.

유도홈(141b)은 결합부재(141)의 상부면에서 하측으로 파여 형성되고, 결합홈(141a)을 향하여 하향 경사를 가질 수 있다. 이에, 용융금속이 유도홈(141b)의 형상을 따라 이동하면, 결합홈(141a)으로 안내될 수 있다.

또한, 유도홈(141b)은 결합홈(141a)에서 결합홈(141a)의 외측으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성될 수 있다. 용융금속은 유도홈(141b)의 폭이 넓은 부분으로 낙하되어 좁아지는 경로를 따라 이동하다가 결합홈(141a)으로 이동할 수 있다. 따라서, 유도홈(141b)의 폭이 증가하는 구조로 인해, 용융금속이 결합홈(141a) 내로 안정적으로 낙하될 수 있고, 결합홈(141a)은 용융금속을 결합홈(141a)의 중심부로 용이하게 공급해줄 수 있다. 그러나 유도홈(141b)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

이때, 도 5와 같이 결합부재(141)의 적어도 일부분이 몸체부재(142)보다 열전도율이 낮은 재질로 형성될 수 있다. 특히, 결합부재(141)에서 용융금속과 접촉하는 부분(141c)(또는, 결합부재(141)의 상부면, 및 결합홈(141a)의 벽면과 바닥면)이 열전도율이 낮은 재질로 형성될 수 있다. 용융금속이 가진 열에너지가 결합부재(141)에 의해 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다.

용융금속의 냉각속도가 빠른 경우에 열적 응력이 증가하여, 용융금속으로 제조하는 제품에 크랙이 쉽게 발생할 수 있다. 결합부재(141)가 열전도율이 낮은 재질로 형성되면, 용융금속이 빠른 속도로 냉각되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 결합부재(141)가 용융금속을 보온해줄 수 있고, 주형(130) 내에서 용융금속의 냉각이 서서히 진행될 수 있다. 따라서, 용융금속으로 제조되는 제품의 크랙이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

예를 들어, 몸체부재(142)보다 열전율이 낮은 재질은, 세라믹과 내화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이러한 재질은 결합부재(141)의 상부에 설치될 수도 있고, 코팅될 수도 있다. 그러나 몸체부재(142)의 재질은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다. 또한, 실시 예들 간에 다양한 조합이 가능하다.

이처럼, 개폐부(150)의 작동으로 주형(130) 내로 용융금속을 균일하게 유입시킬 수 있기 때문에, 용융금속으로 제조되는 제품에 주름 형상의 결함이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 또한, 안내부(140)의 형상으로 인해 용융금속이 주형(130) 내에서 균일하게 응고될 수 있다. 이에, 용융금속의 일부가 급격히 냉각되어 용융금속으로 제조되는 제품에 크랙이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 용융금속으로 제조되는 제품의 품질과 실수율을 향상시킬 수 있다.

하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주조방법에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 주조방법은 전자빔을 이용한 주조방법일 수 있고, 티타늄을 용융시켜 티타늄 잉곳을 제조하는 주조방법일 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조해서 설명하면, 용융부(110) 내부에 티타늄 스폰지로부터 성형된 금속인 티타늄 펠렛을 공급한다. 용융부(110)에서는 금속으로 전자빔을 발사하여, 금속을 용융시킬 수 있다. 용융부(110) 내부에 용융금속이 채워지면서 용융금속의 탕면 높이가 상승할 수 있다.

그 다음, 용융부(110) 내부에 일정량 이상의 용융금속이 채워지면, 용융금속이 정련부(120)로 넘쳐 유입된다. 정련부(120)의 배출구(125)는 도어(151)에 의해 폐쇄되어 있다. 이에, 용융부(110)에서 공급되는 용융금속에 의해 정련부(120) 내부에 수용되는 용융금속의 양이 증가할 수 있고, 용융금속이 일정시간 동안 정련부(120) 내부에 잔류할 수 있다. 따라서, 용융금속이 정련부(120) 내부에 잔류하는 동안, 용융금속 내 불순물은 하측으로 침강되고, 가스 성분은 상측으로 기화되어 정련된다.

이때, 정련부(120) 내부의 용융금속의 탕면 높이가 측정기(152)에 의해 모니터링된다. 정련부(120) 내부의 탕면 높이가 미리 설정된 높이보다 높아지면, 제어기(153)는 자동으로 도어(151)를 상승시켜 정련부(120)의 배출구(125)를 개방한다.

전자빔으로 금속을 용융시킬 때, 작업 특성상 금속을 일정한 속도로 용융시키기 어렵다. 이에, 주형(130)으로 공급해서 주조를 시작할 충분한 양의 용융금속을 확보하기 어렵다. 용융금속이 충분히 확보되지 못한 상태에서 주형(130)을 공급되면, 주형 내로 불균일한 양의 용융금속이 공급되고, 먼저 공급되는 용융금속과 나중에 공급되는 용융금속 사이의 시간이 지연될 수 있다. 따라서, 용융금속을 응고시켜 제조하는 제품에 2중 주입에 의한 주름 결함이 쉽게 발생할 수 있다.

도어(151)를 이용해 배출구(125)를 막으면, 정련부(120) 내부에 용융금속이 충분히 확보될 때까지 주형(130)으로 용융금속이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 도어(151)가 배출구(125)를 개방하는 정도를 조절하면, 정련부(120)에서 주형(130)으로 공급되는 용융금속의 유량을 조절할 수 있다. 이에, 원하는 유량의 용융금속을 주형(130)에 공급하여, 용융금속을 응고시켜 제조하는 제품에 2중 주입에 의한 주름 결함이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

그 다음, 안내부(140)가 하부에 삽입된 주형(130) 내부로 용융금속이 주입된다. 안내부(140)의 상부에 형성된 경사 및 유도홈(141b) 중 적어도 어느 하나에 의해, 용융금속은 안내부(140)의 중심부로 유도될 수 있다.

안내부(140)의 상부면이 평평하면, 초기에 유입되는 용융금속이 일정한 형태를 가지지 않고, 랜덤하게 유입되어 응고될 수 있다. 이에, 용융금속으로 제조되는 제품의 전단부(또는, 바닥부)에 2중 주입에 의한 결함이 쉽게 발생할 수 있다. 따라서, 안내부(140) 상부면에 경사와 유도홈(141b)을 구비하면, 안내부(140)의 중심부부터 용융금속이 균일하게 채워져, 균일한 응고층이 형성되어 2중 주입에 의한 결함이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

이후, 용융금속이 응고되면서 안내부(140)와 결합된다. 안내부(140)를 주형(130) 하측으로 인출하면, 응고된 용융금속이 안내부(140)를 따라 이동하면서 주형(130) 하부로 인발된다.

그 다음, 응고된 용융금속이 안내부(140) 없이도 인발될 수 있게 되면, 안내부(140)와 응고된 용융금속을 분리시킬 수 있다. 이때, 종래에는 용융금속으로 제조된 제품의 전단부(또는, 바닥부)에 주름 결함이나 큰 사이즈의 크랙이 발생했기 때문에, 제품 전단부(또는, 바닥부)의 약 100~200mm를 절단하여 제거해야 했다. 그러나 개폐부(150)를 구비하고, 안내부(140)의 상부면에 경사나 유도홈(141b)을 구비하여, 제품 전단부(또는, 바닥부)에 결함이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있기 때문에, 제품 전단부(또는, 바닥부)의 최대 20mm만 절단할 수 있다.

이처럼, 주형(130) 내로 용융금속을 균일하게 유입시킬 수 있기 때문에, 용융금속으로 제조되는 제품에 주름 형상의 결함이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 또한, 용융금속이 주형(130) 내에서 균일하게 응고될 수 있다. 이에, 용융금속의 일부가 급격히 냉각되어 용융금속으로 제조되는 제품에 크랙이 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 용융금속으로 제조되는 제품의 품질과 실수율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 주조장치 110: 용융부
120: 정련부 125: 배출구
130: 주형 140: 안내부
141: 결합부재 141a: 결합홈
141b: 유도홈 142: 몸체부재

Claims

금속을 용융시켜 용융금속을 생성하는 용융부;
상기 용융금속이 응고될 수 있는 내부공간을 가지고, 상하부가 개방되는 주형;
상기 용융부에 연결되고, 상기 용융금속이 상기 주형으로 이동할 수 있는 경로를 형성하는 정련부;
상기 주형의 하부에 삽입 가능한 안내부; 및
상기 경로를 개폐하도록 상기 정련부에 설치되는 개폐부;를 포함하고,
상기 개폐부는, 적어도 일부분이 상기 경로의 형상을 따라 형성되고 상하로 이동 가능하게 설치되는 도어, 상기 경로 내 용융금속의 탕면 높이를 측정하는 측정기, 및 상기 정련부 내부에 상기 주형으로 공급될 수 있는 양의 용융금속을 확보할 수 있도록 상기 경로 내 용융금속의 탕면 높이가 미리 설정된 높이보다 높아질 때까지 상기 경로가 폐쇄되도록 상기 도어의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 주조장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 안내부는,
몸체부재; 및
상기 몸체부재의 상부에 연결되고, 상부면에 용융금속이 유입될 수 있는 결합홈이 구비되는 결합부재;를 포함하는 주조장치.
청구항 4에 있어서,
상기 결합홈은 상기 결합부재의 중심부에 위치하고,
적어도 일부분이 상기 결합홈은 상측에서 하측으로 갈수록 너비가 증가하는 주조장치.
청구항 5에 있어서,
상기 결합부재의 외곽부에 용융금속을 결합홈 내로 유도하는 유도홈이 더 구비되는 주조장치.
청구항 6에 있어서,
상기 유도홈은 상기 정련부에서 용융금속이 배출되는 부분과 마주보게 배치되고,
상기 유도홈은 상기 결합홈의 외측으로 갈수록 폭이 증가하는 주조장치.
청구항 5에 있어서,
상기 결합부재의 외곽부와 상기 결합홈의 바닥면 중 적어도 어느 하나가, 상기 결합부재의 중심부를 향하는 하향 경사를 가지는 주조장치.
청구항 4에 있어서,
상기 결합부재의 적어도 일부분이 상기 몸체부재보다 열전도율이 낮은 재질로 형성되는 주조장치.
청구항 9에 있어서,
상기 몸체부재보다 열전율이 낮은 재질은, 세라믹과 내화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 주조장치.
청구항 1 및 청구항 4 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융부는 전자빔을 이용해서 금속을 용융시키고, 상기 용융금속이 응고되어 생산되는 제품은 티타늄 잉곳을 포함하는 주조장치.