KR102197175B1 - 연속 주조 장치 - Google Patents

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KR102197175B1
KR102197175B1 KR1020190082612A KR20190082612A KR102197175B1 KR 102197175 B1 KR102197175 B1 KR 102197175B1 KR 1020190082612 A KR1020190082612 A KR 1020190082612A KR 20190082612 A KR20190082612 A KR 20190082612A KR 102197175 B1 KR102197175 B1 KR 102197175B1
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조훈
김선기
최경환
이강래
조규섭
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 연속 주조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의한 연속 주조 장치의 일 양태는, 용융 금속을 고형 금속으로 연속적으로 주조하는 연속 주조 장치에 있어서: 상기 연속 주조 장치는, 용융 금속이 유동되는 탕도; 상기 탕도로부터 전달된 용융 금속이 냉각되어 고형 금속이 주조되는 몰드; 상기 탕도 상에 용융 금속이 상기 탕도를 유동하는 방향으로 기설정된 간격으로 이격되게 배치되어 용융 금속의 유동을 간섭하는 제1 및 제2유동 간섭 부재; 및 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재 사이의 공간을 유동하는 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시키는 제1초음파 발생부; 를 포함한다.

Description

연속 주조 장치{CONTINUOUS CASTING APPARATUS}
본 발명은 연속 주조 장치에 관한 것이다.
주조란, 용융 금속을 냉각하여 고형 금속을 제조하는 금속 가공법으로, 특히, 용융 금속이 냉각되어 고형 금속이 연속적으로 제조되는 것을 연속 주조라 칭한다. 연속 주조의 경우에는, 용융 금속 중의 가스의 제거나 결정립 미세화를 위하여 초음파가 조사된다. 이와 같은 초음파는, 탕도를 유동하는 용융 금속 또는 고형 금속의 제조를 위하여 몰드의 내부에서 냉각되는 용융 금속에 조사될 수 있다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 의한 연속 주조 장치의 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생한다.
용융 금속은 소정의 속도로 탕도를 유동하여 몰드에 공급된다. 따라서 탕도를 유동하는 용융 금속에 초음파를 조사하는 경우에는, 초음파에 의한 용융 금속에 대한 탈가스화가 충분하게 이루어지지 못할 우려가 발생한다.
또한, 일반적으로, 몰드의 내부에는, 용융 금속이 존재하는 액상 영역과 고형 금속이 존재하는 고상 영역 사이에 용융 금속과 고형 금속이 공존하는 고액 공존 영역(Mushy Zone)이 존재한다. 그리고, 몰드의 내부에서는, 실질적으로 고액 공존 영역에서 생성되는 수지상결정(dendrite)이 초음파에 의하여 파괴되고, 파괴된 수지상결정이 결정립으로 성장함으로써, 결정립 미세화가 이루어진다. 따라서, 고액 공존 영역에 초음파가 조사되도록 초음파 발생부의 위치, 실질적으로 높이가 결정되는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 종래에는, 단순히 몰드의 내부에서 용융 금속에 초음파를 조사하는 것이 지나지 않으므로, 초음파에 의한 결정립 미세화라는 효과를 극대화하지 못하는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제2017-0100221호(명칭: 미세조직 미세화를 위한 직접 냉각 주조 장치) 일본 공개특허 제2013-66919호(명칭: 알루미늄 합금 주조 소재의 제조 방법) 일본 등록특허 제5565115호(명칭: 알루미늄 합금 제조 방법) 일본 공개특허 제2016-117090호(명칭: 알루미늄 합금 주조 방법) 일본 등록특허 제5413815호(명칭: 알루미늄 합금 제조 방법 및 주조 장치)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 효율적으로 용융 금속에 초음파를 조사하여 결정립 미세화를 통한 주조 품질의 향상이 이루어질 수 있도록 구성되는 연속 주조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 보다 효율적으로 용융 금속에 초음파를 조사하여 결정립 미세화를 통한 주조 품질의 향상이 이루어질 수 있도록 구성되는 연속 주조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 연속 주조 장치의 일 양태는, 용융 금속을 고형 금속으로 연속적으로 주조하는 연속 주조 장치에 있어서: 상기 연속 주조 장치는, 용융 금속이 유동되는 탕도; 상기 탕도로부터 전달된 용융 금속이 냉각되어 고형 금속이 주조되는 몰드; 상기 탕도 상에 용융 금속이 상기 탕도를 유동하는 방향으로 기설정된 간격으로 이격되게 배치되어 용융 금속의 유동을 간섭하는 제1 및 제2유동 간섭 부재; 및 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재 사이의 공간을 유동하는 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시키는 제1초음파 발생부; 를 포함한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제1유동 간섭 부재는, 용융 금속이 상기 탕도를 유동하는 방향으로 상기 제2유동 간섭 부재에 비하여 상류측 배치되고, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재에는 상기 탕도와 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재 사이의 공간 사이에서 용융 금속이 입출되는 제1 및 제2연통 개구가 형성된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재는, 용융 금속이 상기 탕도를 유동하는 방향에 직교되는 방향으로 배치된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제1유동 간섭 부재는, 용융 금속이 상기 탕도를 유동하는 방향을 향하여 기설정된 각도로 상향 경사지게 배치된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제2유동 간섭 부재는, 용융 금속이 상기 탕도를 유동하는 방향을 향하여 기설정된 각도로 하향 경사지게 배치된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제1연통 개구는, 상기 제1유동 간섭 부재의 하단부에 형성되고, 상기 제2연통 개구는, 상기 제2유동 간섭 부재의 상단부에 형성된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제1초음파 발생부는, 초음파가 상기 제1연통 개구를 향하도록 상기 제2연통 개구에 인접되게 배치된다.
본 발명의 실시예의 일 양태는, 상기 몰드 내부의 용융 금속의 온도를 감지하는 온도 감지부; 상기 몰드 내부의 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시키는 제2초음파 발생부; 상기 제1초음파 발생부를 이동시키는 이동부; 및 상기 온도 감지부가 감지한 온도에 따라서 상기 몰드 내부의 액상선의 위치를 계산하고, 계산된 액상선의 위치에 따라서 상기 제2초음파 발생부의 위치가 가변되도록 상기 이동부를 제어하는 제어부; 를 더 포함한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 온도 감지부는, 상기 몰드 내부의 고상 영역에 대하여 상이한 거리에 위치되는 액상 영역 상의 감지점의 온도를 감지하는 2개 이상으로 구성된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제어부는, 상기 온도 감지부가 감지한 온도와 기저장된 용융 금속의 액상선 온도를 비교하여 액상선의 위치를 계산한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제어부는, 상기 제2초음파 발생부가 액상선에 인접되게 위치되도록 상기 이동부를 제어한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 제어부는, 실시간 또는 기설정된 시간 간격으로, 상기 온도 감지부가 감지한 온도에 따라서 상기 몰드 내부의 액상선의 위치를 계산하고, 계산된 액상선의 위치에 따라서 상기 제2초음파 발생부의 위치가 가변되도록 상기 이동부를 제어한다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 탕도의 일측에는, 상기 몰드로의 용융 금속의 전달을 위한 개구부가 형성되고, 상기 온도 감지부는, 상기 개구부를 통하여 상기 몰드 내부로 인입된다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 탕도의 일측에는, 상기 몰드로의 용융 금속의 전달을 위한 개구부가 형성되고, 상기 제2초음파 발생부는, 상기 개구부의 직상방에 해당하는 상기 탕도의 내부에 위치되어 상기 제2초음파 발생부에서 발생된 초음파가 상기 개구부를 통하여 상기 몰드 내부의 용융 금속에 조사된다.
본 발명의 실시예에 의한 연속 주조 장치의 다른 양태는, 용융 금속을 고형 금속으로 연속적으로 주조하는 연속 주조 장치에 있어서: 상기 연속 주조 장치는, 용융 금속이 유동되는 탕도; 상기 탕도를 유동한 용융 금속이 냉각되어 고형 금속이 주조되는 몰드; 및 상기 탕도로부터 전달된 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시키는 제1초음파 발생부; 를 포함하고, 상기 탕도의 일부에는, 상기 탕도의 나머지와의 사이에서 용융 금속이 입출되는 과정에서 와류가 형성되는 와류 형성 공간이 정의되고, 상기 제1초음파 발생부에서 발생되는 초음파는, 상기 와류 형성 공간을 유동하는 용융 금속에 조사된다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 탕도 및 와류 형성 공간은, 수직 및 수평 방향으로 상호 이격되게 배치되는 제1 및 제2연통 개구에 의하여 상호 연통된다.
본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 제1초음파 발생부는, 초음파가 상기 제1연통 개구를 향하도록 상기 제2연통 개구에 인접되게 배치된다.
본 발명의 실시예에 의한 연속 주조 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에서는, 탕도 상에 용융 금속의 유동 방향으로 기설정된 간격으로 이격되게 배치되는 제1 및 제2유동 간섭 부재 사이의 공간을 유동하는 용융 금속에 초음파 발생부에서 발생된 초음파가 조사됨으로써, 제1 및 제2유동 간섭 부재 사이의 공간에 머무르는 용융 금속에 충분한 시간 동안 초음파가 조사될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는, 초음파가 제1유동 간섭 부재의 하방에 정의되는 입구를 향하도록 조사됨으로써, 제1 및 제2유동 간섭 부재 사이의 공간으로 유입되는 용융 금속에 대하여 보다 효율적으로 초음파에 의한 탈가스화가 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 온도 감지 수단에 의하여 감지된 온도로부터 추정된 액상선의 위치에 인접하도록 초음파 발생부의 위치가 가변된다. 특히, 본 발명의 실시예에서는, 몰드 내부로 전달되는 용융 금속의 온도 또는 유동 속도에 따른 액상선의 위치 가변에 따라서 초음파 발생부의 위치를 가변할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 고액 공존 영역으로 충분한 초음파가 조사됨으로써, 수지상결정의 파괴 및 결정립으로의 성장이 따른 결정립 미세화가 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 연속 주조 장치를 보인 종단면도.
도 2는 본 발명의 제2 내지 제5실시예에 의한 연속 주조 장치의 요부를 보인 확대도.
도 3은 본 발명의 제6실시예에 의한 연속 주조 장치를 보인 종단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 연속 주조 방법을 보인 플로우 챠트.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 연속 주조 방법을 보인 플로우 챠트.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 의한 연속 주조 장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 연속 주조 장치를 보인 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 제2 내지 제5실시예에 의한 연속 주조 장치의 요부를 보인 확대도이다.
도 1을 참도하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 연속 주조 장치는, 용융 금속을 고형 금속으로 연속적으로 주조하기 위한 것으로, 상기 연속 주조 장치는, 탕도(100), 몰드(200), 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 및 제1초음파 발생부(400)를 포함한다. 또한, 상기 연속 주조 장치는, 온도 감지부(500), 제2초음파 발생부(600), 이동부(700) 및 제어부(800)를 더 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 탕도(100)는, 용융 금속이 유동되는 곳으로, 예를 들면, 기설정된 길이로 길게 형성될 수 있다. 상기 탕도(100)의 상류측 단부에서는, 예를 들면, 턴디시(tundish)(미도시)로부터 기설정된 양의 용융 금속을 전달받는다. 그리고 상기 탕도(100)의 하류측 단부에서는, 상기 탕도(100)를 유동한 용융 금속이 상기 몰드(200)로 전달된다. 이를 위하여 상기 탕도(100)의 하류측 단부에는 개구부(110)가 형성된다.
상기 몰드(200)는, 상기 개구부(110)를 통하여 상기 탕도(100)로부터 전달된 용융 금속이 냉각되어 고형 금속이 주조되는 곳이다. 예를 들면, 상기 몰드(200)는, 상하면이 개방되는 중공의 다면체 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 탕도(100)에서 상기 몰드(200)의 개방된 상면을 통하여 상기 몰드(200) 내부로 전달되는 용융 금속이 냉각되면서 연속적으로 고형 금속이 제조되어 상기 몰드(200)의 하면을 통하여 외부로 인출될 수 있다.
그리고 상기 몰드(200)의 하면에는, 고형 금속을 지지하기 위한 지지대(210)가 구비될 수 있다. 물론, 상기 몰드(200) 내부에서 주조된 고형 금속이 상기 몰드(200)의 하면에서 인출되면서 별도의 압연기 등에 의하여 연속적으로 압연될 수도 있을 것이다.
또한, 상기 몰드(200)의 외면에는, 냉각부(220)가 구비될 수 있다. 상기 냉각부(220)는, 공냉식 또는 수냉식으로 상기 몰드(200) 내부의 용융 금속을 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320)는, 상기 탕도(100) 상에 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향으로 기설정된 간격으로 이격되게 배치되어 용융 금속의 유동을 간섭한다. 이때, 상기 제1유동 간섭 부재(310)는, 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향으로 상기 제2유동 간섭 부재(320)에 비하여 상류측 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320)가, 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향에 직교되는 방향으로 배치된다.
그리고 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320)에는, 제1 및 제2연통 개구(301)(302)가 형성된다. 이때 상기 제1연통 개구(301)는, 상기 제1유동 간섭 부재(310)의 하단부에 형성되고, 상기 제2연통 개구(302)는, 상기 제2유동 간섭 부재(320)의 상단부에 형성된다.
따라서, 상기 제1연통 개구(301)를 통하여 상기 탕도(100)에서 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 사이에 해당하는 공간(300S)으로 용융 금속이 유입되고, 상기 제2연통 개구(302)를 통하여 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 사이에 해당하는 공간(300S)에서 상기 탕도(100)로 용융 금속이 인출될 것이다. 그런데, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320)의 배치 및 상기 제1 및 제2연통 개구(301)(302)의 위치를 고려하면, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 사이에 해당하는 공간(300S)에서는, 용융 금속의 유동이 와류를 형성할 것이다. 따라서, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 사이에 해당하는 공간(300S)에서는, 상기 탕도(100)에 비하여 용융 금속이 머무르는 시간이 증가될 수 있다.
이하에서는, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 사이에 해당하는 공간(300S)을 와류 형성 공간(300S)이라 칭한다. 따라서, 상기 와류 형성 공간(300S)은, 상기 제1 및 제2연통 개구(301)(302)에 의하여 상기 탕도(100)와 연통된다고 할 수 있다.
다음으로, 상기 제1초음파 발생부(400)는, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 사이의 공간(300S), 상기 와류 형성 공간(300S)을 유동하는 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시킨다. 상기 제1초음파 발생부(400)에는, 실질적으로 초음파가 조사되는 팁부(410)가 구비된다. 그런데, 상술한 바와 같이, 실질적으로 상기 와류 형성 공간(300S)에서는 용융 금속이 머무르는 시간이 상대적으로 증가됨으로써, 상기 제1초음파 발생부(400)에서 발생하는 초음파에 의하여 용융 금속이 보다 효율적으로 진동되고, 이에 의하여 용융 금속 중의 가스가 보다 효율적으로 제거될 수 있다.
한편, 도 2의 (A)를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에서는, 상기 제1초음파 발생부(400)가, 초음파가 상기 제1연통 개구(301)를 향하도록 상기 제2연통 개구(302)에 인접되게 배치된다. 따라서, 본 실시예에서는, 상기 탕도(100)에서 상기 제1연통 개구(301)를 통하여 상기 와류 형성 공간(300S)의 내부로 인입되는 용융 금속 모두에 상기 제1초음파 발생부(400)에서 발생되는 초음파가 조사될 수 있다.
다음으로, 도 2의 (B) 내지 (D)를 참조하면, 본 발명의 제3 내지 제5실시예에서는, 제1 또는/제2유동 간섭 부재(313)(314)(315)(323)(324)(325)가 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향을 향하여 기설정된 각도로 상향 또는 하향 경사지게 배치된다. 따라서, 본 실시예들에서는, 상기 제1 및 제2연통 개구(301)(302)를 통하여 상기 탕도(100)와 와류 형성 공간(300S) 사이를 입출되는 용융 금속에 의한 와류의 형성이 보다 활성화될 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 제2 내지 제5실시예에서는, 상기 제1 또는/제2유동 간섭 부재(313)(314)(315)(323)(324)(325)가 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향을 향하여 대략 60°의 각도로 상향 또는 하향 경사지게 배치될 수 있다.
실험예 1
아래의 [표 1]은, 비교예 1 및 2와 제조예 1 내지 4에 의한 최종 주조물(000X000X000cm3)에 생성되는 공극 개수를 비교한 것이다. 비교예 1 및 2와 제조예 1 내지 4는, 알루미늄 순금속과 A5052 합금에 대하여 각각 주조를 수행하였고, 상기 제1초음파 발생부(400)에 4.5kW가 인가되어 17,7~18.0kHz의 초음파가 발생되었다. 후술할 바와 같이, 상기 제2초음파 발생부(600)에 의한 발생되는 초음파의 조사를 생략되었다.
비교예 1 비교예 2 제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5
공극
개수(개)		 Al 38 19 5 6 5 5 1
A5052 40 15 8 7 5 4 0
여기서, 비교예 1은, 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재가 삭제되고 상기 제1초음파 발생부(400)에 의하여 초음파만 발생되는 경우이고, 비교예 2는 상기 제1유동 간섭 부재가 삭제된 상태에서 상기 제1초음파 발생부(400)에 의하여 초음파가 발생되는 경우이다. 제조예 1 내지 5는, 각각 본 발명의 제1 내지 제5실시예와 동일한 조건으로 수행되었고, 다만, 상기 제2초음파 발생부(600)에 의한 발생되는 초음파의 조사를 생략되었다.
[표 1]을 참조하면, 비교예 1 및 2에 비하여 제조예 1 내지 5의 경우가, 최종 주조물에 생성되는 공극의 개수가 저감됨을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 1 내지 5의 결과를 살펴보면, 상기 제1초음파 발생부(400)에서 발생되는 초음파가 조사되는 영역에서 용융 금속의 유동이 간섭될수록, 즉 와류가 보다 많이 형성될수록 공극의 개수가 저감됨을 확인할 수 있다.
다음으로, 상기 온도 감지부(500)는, 상기 몰드(200) 내부의 용융 금속의 온도를 감지한다. 실질적으로, 상기 온도 감지부(500)는, 상기 몰드(200) 내부의 액상선(L1)의 위치를 계산하기 위하여 용융 금속이 존재하는 액상 영역(10)의 온도를 감지한다. 특히, 본 실시예에서는, 상기 온도 감지부(500)가, 상기 몰드(200) 내부의 고형 금속이 존재하는 고상 영역(20)에 대하여 상이한 거리에 위치되는 액상 영역(10) 상의 감지점(P1)(P2)의 온도를 감지하는 2개 이상으로 구성된다. 도 1에는, 상기 온도 감지부(500)가 2개로 구성되는 것으로 도시되었으나, 상기 온도 감지부(500)는, 3개 이상으로 구성될 수도 있다. 그리고 상기 온도 감지부(500)는, 상기 개구부(110)를 통하여 상기 몰드(200) 내부로 인입된다.
그리고 상기 제2초음파 발생부(600)는, 상기 몰드(200) 내부의 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시킨다. 실질적으로 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파는, 액상 영역(10)에 존재하는 용융 금속에 조사될 것이다. 상기 제2초음파 발생부(600)는, 상기 개구부(110)의 직상방에 해당하는 상기 탕도(100)의 내부 위치되고, 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생된 초음파가 상기 개구부(110)를 통하여 상기 몰드(200) 내부의 용융 금속에 조사될 수 있다. 상기 제2초음파 발생부(600)에도, 초음파가 조사되는 팁부(610)가 구비된다.
상기 이동부(700)는, 상기 제2초음파 발생부(600)를 이동시킨다. 실질적으로 상기 이동부(700)는, 상기 몰드(200) 내부에서의 상기 제2초음파 발생부(600)의 높이가 가변되도록 상기 제2초음파 발생부(600)를 승강 또는 하강시킬 수 있다.
한편, 상기 제어부(800)는, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 액상선(L1)의 위치를 계산하고, 계산된 액상선(L1)의 위치에 따라서 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 상기 이동부(700)를 제어한다. 물론, 상기 제어부(800)가 초음파를 발생시키기 위하여 상기 제1 및 제2초음파 발생부(400)(600)를 제어할 수도 있다.
보다 상세하게는, 상기 제어부(800)는, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도(T)와 기저장된 용융 금속의 액상선 온도(TL)를 비교하여 액상선(L1)의 위치를 계산한다. 다시 말하면, 상기 몰드(200) 내부에는, 용융 금속이 존재하는 액상 영역(10)와 고형 금속이 존재하는 고상 영역(20), 및 액상 영역(10)과 고상 영역(20) 사이에 용융 금속과 고형 금속이 공존하는 고액 공존 영역(Mushy Zone)(30)이 존재하고, 액상 영역(10) 및 고상 영역(20)과 고액 공존 영역(30)과의 경계가 각각 액상선(L1) 및 고상선(L2)으로 정의된다. 그런데, 고형 금속에 비하여 용융 금속의 온도가 상대적으로 높으므로, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도(T)와 용융 금속의 액상선 온도(TL)와의 차이로부터, 감지점(P1)(P2)과 액상선(L1)의 거리를 계산할 수 있다. 예를 들면, 감지점(P1)(P2), 즉, 제1 및 제2감지점(P1)(P2)에서 각각 감지한 온도가 665℃와 655℃이고, 제1 및 제2감지점(P1)(P2)이 4cm의 높이차를 가질 수 있다. 그리고 용융 금속이 A5052합금의 경우에는 기저장된 액상선 온도(TL)가 650℃이므로, 상기 감지점(P1)(P2)에서 감지한 온도차 및 높이차에 따른 비를 고려하여 계산하면, 액상선(L1)의 위치가 제2감지점(P2)의 하방 3cm로 계산될 수 있을 것이다.
다음으로, 상기 제어부(800)는, 상기 팁부(610)와 액상선(L1) 사이의 거리가 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파의 유효 도달 거리 이하가 되도록 상기 이동부(700)를 제어한다. 다시 말하면, 상기 제어부(800)는, 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생된 초음파가 상기 고액 공존 영역(30)에 최대한 도달할 수 있도록 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치를 조정하는 것이다.
또한, 상기 제어부(800)는, 실시간 또는 기설정된 시간 간격으로, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 액상선(L1)의 위치를 계산하고, 계산된 액상선(L1)의 위치에 따라서 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 상기 이동부(700)를 제어한다. 이는, 상기 탕도(100)를 유동하여 상기 몰드(200)에 전달되는 용융 금속의 시간에 따른 온도 및 유속에 따라서 액상선(L1)의 위치가 가변됨을 고려한 것이다. 다시 말하면, 시간의 경과에 따라서 상기 탕도(100)를 유동하여 상기 몰드(200)에 전달되는 용융 금속의 온도가 저하되면, 상대적으로 고형 금속이 제조되는 시간이 감소되므로, 액상선(L1)의 높이가 높아질 것이다. 또한, 시간의 경과에 따라서 상기 탕도(100)를 유동하여 상기 몰드(200)에 전달되는 용융 금속의 유속이 감소되면, 상대적으로 제조되는 고형 금속의 양이 감소되므로, 액상선(L1)의 높이가 낮아질 것이다. 따라서, 본 실시예에서는, 상기 제어부(800)가 실시간 또는 기설정된 시간 간격으로, 액상선(L1)의 위치 계산 및 이에 따른 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치 가변을 반복한다.
실험예 2
아래의 [표 2]는, 비교예 3과 제조예 6에 의한 최종 주조물(000X000X000cm3)에 생성되는 공극 개수를 비교한 것이다. A5052 합금에 대하여 주조를 수행하였고, 상기 제2초음파 발생부(600)에 4.5kW가 인가되어 17,7~18.0kHz의 초음파가 발생되었다.
비교예 3 제조예 6
기공 개수(개) 3 0
여기서, 비교예 3은, 높이의 가변없이 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파가 상기 몰드(200)의 내부로 조사되는 경우이다. 그리고 제조예 6은, 본 발명의 실시예 6과 동일한 조건으로 수행되었다. [표 2]를 참조하면, 비교예 3에 비하여 제조예 6의 경우가, 최종 주조물에 생성되는 기공의 개수가 저감됨을 확인할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제6실시예에 의한 연속 주조 장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제6실시예에 의한 연속 주조 장치를 보인 종단면도이다. 본 실시예의 구성 요소 중 상술한 본 발명의 제1실시예의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는, 도 1의 도면 부호를 원용하고, 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에서는, 제어부(800)가, 온도 감지부(500)가 감지한 온도에 따라서 몰드(200) 내부의 용융 금속 및 고형 금속 사이의 경계선(L)의 위치를 계산한다. 그리고 상기 제어부(800)가, 계산된 경계선(L)의 위치에 따라서 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 이동부(700)를 제어한다. 다시 말하면, 합금(alloy)의 경우에는, 상술한 바와 같이, 상기 몰드(200)의 내부에 액상 영역(10), 고상 영역(20) 및 고액 공존 영역(Mushy Zone)(30)이 존재하므로, 액상 영역(10)과 고액 공존 영역(30)과의 경계가 액상선(L1)으로 정의될 수 있다. 그러나, 순금속(pure metal)의 경우에는, 용융 금속과 고형 금속이 공존하는 고액 공존 영역(30)이 존재하지 않으므로, 액상선(L1)의 정의가 불가능하다. 따라서, 순금속의 경우에는, 상기 제어부(800)가 용융 금속 및 고형 금속 사이의 경계선(L)의 위치를 계산하고, 이에 따라서 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 제어한다.
따라서, 상기 제어부(800)는, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도(T)와 기저장된 고형 금속의 온도(TS)를 비교하여 경계선(L)의 위치를 계산할 수 있다. 그리고 상기 제어부(800)는, 상기 제2초음파 발생부(600)의 팁부(610)와 경계선(L) 사이의 거리가 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파의 유효 도달 거리 이하가 되도록 상기 이동부(700)를 제어할 것이다.
실험예 3
아래의 [표 3]은, 비교예 4과 제조예 7에 의한 최종 주조물(000X000X000cm3)에 생성되는 공극 개수를 비교한 것이다. 비교예 3 및 제조예 7에서는, 알루미늄에 대하여 주조를 수행하였고, 상기 제2초음파 발생부(600)에 4.5kW가 인가되어 10분동안 17,7~18.0kHz의 초음파가 발생되었다.
비교예 4 제조예 7
기공 개수(개) 4 0
여기서, 비교예 4는, 높이의 가변없이 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파가 상기 몰드(200)의 내부로 조사되는 경우이다. 그리고 제조예 7은, 본 발명의 실시예 7과 동일한 조건으로 수행되었다. [표 3]을 참조하면, 비교예 4에 비하여 제조예 7의 경우가, 최종 주조물에 생성되는 기공의 개수가 저감됨을 확인할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제1실시예에 의한 연속 주조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 연속 주조 방법을 보인 플로우 챠트이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 연속 주조 방법은, 온도 감지 단계(S100), 액상선 위치 계산 단계(S210) 및 위치 조정 단계(S300)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 온도 감지 단계(S100)에서는, 온도 감지부(500)가, 탕도(100)로부터 전달된 용융 금속이 냉각되어 고형 금속이 주조되는 몰드(200) 내부의 용융 금속의 온도를 감지한다. 상술한 바와 같이. 상기 온도 감지 단계(S100)에서는, 상기 온도 감지부(500)가, 상기 몰드(200) 내부의 고형 금속이 존재하는 고상 영역(20)에 대하여 상이한 거리에 위치되는 액상 영역(10) 상의 2개 이상의 감지점(P1)(P2)의 온도를 감지한다.
그리고 상기 액상선 위치 계산 단계(S210)에서는, 제어부(800)가, 상기 온도 감지 단계(S100)에서 감지된 온도에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 액상선(L1)의 위치를 계산한다. 이때 상기 제어부(800)는, 실시간 또는 기설정된 시간 간격으로, 액상선(L1)의 위치를 계산할 수 있다.
마지막으로, 상기 위치 조정 단계(S300)에서는, 상기 제어부(800)가, 상기 액상선 위치 계산 단계(S210)에서 계산된 액상선(L1)의 위치에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시키는 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 이동부(700)를 제어한다. 실질적으로 상기 위치 조정 단계(S300)에서, 상기 제어부(800)는, 상기 제2초음파 발생부(600)의 팁부(610)와 액상선(L1) 사이의 거리가 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파의 유효 도달 거리 이하가 되도록 상기 이동부(700)를 제어한다. 따라서, 상기 위치 조정 단계(S300)에서는, 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생된 초음파가 상기 몰드(200) 내부의 고액 공존 영역(30)에 충분하게 도달할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기 몰드(200)의 내부에서 특히, 고액 공존 영역(30)에서 생성되는 수지상결정이 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파에 의하여 효율적으로 파괴되고, 이에 의하여 파괴된 수지상결정이 결정립으로 성장하는 결정립 미세화가 효율적으로 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2실시예에 의한 연속 주조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 연속 주조 방법을 보인 플로우 챠트이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 연속 주조 방법은, 온도 감지 단계(S100), 경계선 위치 계산 단계(S220) 및 위치 조정 단계(S300)를 포함한다. 즉, 본 실시예에서는, 상술한 본 발명의 제1실시예에 의한 연속 주조 방법과 상이하게, 경계선(L)의 위치를 감지한다.
즉, 상기 경계선 위치 계산 단계(S220)에서는, 제어부(800)가, 상기 온도 감지 단계(S100)에서 감지된 온도에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 경계선(L)의 위치를 계산한다. 다시 말하면, 본 실시예에서는, 액상선(L1)이 정의되지 않는 순금속의 경우도, 초음파에 의한 수지상결정의 파괴 및 이에 따른 결정립 미세화의 효율성이 증진될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
100: 탕도 200: 몰드
310, 320: 제1 및 제2유동 간섭 부재 400: 제1초음파 발생부
500: 온도 감지부 600: 제2초음파 발생부
700: 이동부 800: 제어부

Claims (22)

  1. 용융 금속을 고형 금속으로 연속적으로 주조하는 연속 주조 장치에 있어서:
    상기 연속 주조 장치는,
    용융 금속이 유동되는 탕도(100);
    상기 탕도(100)로부터 전달된 용융 금속이 냉각되어 고형 금속이 주조되는 몰드(200);
    상기 탕도(100) 상에 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향으로 기설정된 간격으로 이격되게 배치되어 용융 금속의 유동을 간섭하는 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320);
    상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 사이의 공간을 유동하는 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시키는 제1초음파 발생부(400);
    상기 몰드(200) 내부의 용융 금속의 온도를 감지하는 온도 감지부(500);
    상기 몰드(200) 내부의 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시키는 제2초음파 발생부(600);
    상기 제1초음파 발생부(400)를 이동시키는 이동부(700); 및
    상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 액상 영역(10) 및 고액 공존 영역(Mushy Zone)(30) 사이의 액상선(L1)의 위치를 계산하고, 계산된 액상선(L1)의 위치에 따라서 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 상기 이동부(700)를 제어하는 제어부(800); 를 포함하는 연속 주조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1유동 간섭 부재(310)는, 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향으로 상기 제2유동 간섭 부재(320)에 비하여 상류측 배치되고,
    상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320)에는 상기 탕도(100)와 상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320) 사이의 공간 사이에서 용융 금속이 입출되는 제1 및 제2연통 개구(301)(302)가 형성되는 연속 주조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2유동 간섭 부재(310)(320)는, 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향에 직교되는 방향으로 배치되는 연속 주조 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1유동 간섭 부재(310)는, 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향을 향하여 기설정된 각도로 상향 경사지게 배치되는 연속 주조 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2유동 간섭 부재(320)는, 용융 금속이 상기 탕도(100)를 유동하는 방향을 향하여 기설정된 각도로 하향 경사지게 배치되는 연속 주조 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1연통 개구(301)는, 상기 제1유동 간섭 부재(310)의 하단부에 형성되고,
    상기 제2연통 개구(302)는, 상기 제2유동 간섭 부재(320)의 상단부에 형성되는 연속 주조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1초음파 발생부(400)는, 초음파가 상기 제1연통 개구(301)를 향하도록 상기 제2연통 개구(302)에 인접되게 배치되는 연속 주조 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 감지부(500)는, 상기 몰드(200) 내부의 고상 영역(20)에 대하여 상이한 거리에 위치되는 액상 영역(10) 상의 감지점의 온도를 감지하는 2개 이상으로 구성되는 연속 주조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부(800)는, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도(T)와 기저장된 용융 금속의 액상선 온도(TL)를 비교하여 액상선(L1)의 위치를 계산하는 연속 주조 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2초음파 발생부(600)에는 초음파가 조사되는 팁부(610)가 구비되고,
    상기 제어부(800)는, 상기 팁부(610)와 액상선(L1) 사이의 거리가 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파의 유효 도달 거리 이하가 되도록 상기 이동부(700)를 제어하는 연속 주조 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(800)는, 실시간 또는 기설정된 시간 간격으로, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 액상선(L1)의 위치를 계산하고, 계산된 액상선(L1)의 위치에 따라서 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 상기 이동부(700)를 제어하는 연속 주조 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드(200) 내부의 용융 금속의 온도를 감지하는 온도 감지부(500);
    상기 몰드(200) 내부의 용융 금속에 조사되는 초음파를 발생시키는 제2초음파 발생부(600);
    상기 제2초음파 발생부(400)를 이동시키는 이동부(700); 및
    상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 용융 금속 및 고형 금속 사이의 경계선(L)의 위치를 계산하고, 계산된 경계선(L)의 위치에 따라서 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 상기 이동부(700)를 제어하는 제어부(800); 를 포함하는 연속 주조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 온도 감지부(500)는, 상기 몰드(200) 내부의 고상 영역(20)에 대하여 상이한 거리에 위치되는 액상 영역(10) 상의 감지점의 온도를 감지하는 2개 이상으로 구성되는 연속 주조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부(800)는, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도(T)와 기저장된 고형 금속의 온도(TS)를 비교하여 경계선(L)의 위치를 계산하는 연속 주조 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2초음파 발생부(600)에는 초음파가 조사되는 팁부(610)가 구비되고,
    상기 제어부(800)는, 상기 팁부(610)와 경계선(L) 사이의 거리가 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생되는 초음파의 유효 도달 거리 이하가 되도록 상기 이동부(700)를 제어하는 연속 주조 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부(800)는, 실시간 또는 기설정된 시간 간격으로, 상기 온도 감지부(500)가 감지한 온도에 따라서 상기 몰드(200) 내부의 경계선(L)의 위치를 계산하고, 계산된 경계선(L)의 위치에 따라서 상기 제2초음파 발생부(600)의 위치가 가변되도록 상기 이동부(700)를 제어하는 연속 주조 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 탕도(100)의 일측에는, 상기 몰드(200)로의 용융 금속의 전달을 위한 개구부(110)가 형성되고,
    상기 온도 감지부(500)는, 개구부(110)를 통하여 상기 몰드(200) 내부로 인입되는 연속 주조 장치.
  19. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 탕도(100)의 일측에는, 상기 몰드(200)로의 용융 금속의 전달을 위한 개구부(110)가 형성되고,
    상기 제2초음파 발생부(600)는, 상기 개구부(110)의 직상방에 해당하는 상기 탕도(100)의 내부에 위치되어 상기 제2초음파 발생부(600)에서 발생된 초음파가 상기 개구부(110)를 통하여 상기 몰드(200) 내부의 용융 금속에 조사되는 연속 주조 장치.
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