KR102207021B1 - 단조 제조 공정용 에어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단조 제조 공정용 에어링에 관한 것으로서, 상기 단조 제조 공정용 에어링은 내부에 통로를 구비하고 세라믹 파이버로 이루어져 있는 본체, 상기 본체에 위치하고 가운데 부분에 빈 공간을 갖는 공정가스 유입구, 그리고 상기 공정가스 유입구에 위치하는 복수 개의 분사구를 포함한다.

Description

단조 제조 공정용 에어링{AIR RING FOR FORGING PROCESS}

본 발명은 단조 제조 공정용 에어링(air ring)에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 정련 및 진공 탈가스 공정을 거친 용강을 래들(ladle)로 운반하여 주형에 넣고 잉곳(ingot)을 만들기 위한 공정에 사용되는 에어링에 관한 것이다.

주조는 용강을 일정한 형상의 주입한 후 응고시켜 목적하는 형상의 제품을 반복적으로 제조하는 것이다. 즉, 제강로에서 정련을 마친 용강은 주형에 투입된 후 응고처리를 거쳐 잉곳(ingot)으로 제조된다.

이러한, 주조 방법에는 상부 주조법과 하부 주조법이 있으며, 상부 주조법은 주형의 상부로 용강을 주입하는 방법이고, 하부 주조법은 주형의 저부로부터 용강을 주입하는 방법이다.

상부 주조법은 순도가 높은 재질의 제품을 주조할 때 사용되고, 하부 주조법은 용강을 주형의 내부로 천천히 주입시켜 용강의 비산을 방지하고자 할 경우에 사용된다.

한국 공개실용신안 공개번호 20-2014-0001990(공개일자: 2014년 04월 04일, 고안자: 김인철외 2) 한국 공개특허 공개번호 10-2019-0025081(공개일자: 2019년 03월 11일, 발명자: 허욱외 7)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단조 제조 공정용 에어링의 밀폐성을 높이기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 단조 제조 공정용 에어링의 강도 및 내열성을 높이기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 단조 제조 공정의 공정 시간을 단축하기 위한 것이다

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 단조 제조 공정의 작업을 용이하게 하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 단조 제조 공정용 에어링은 내부에 통로를 구비하고 세라믹 파이버로 이루어져 있는 본체, 상기 본체에 위치하고 가운데 부분에 빈 공간을 갖는 공정가스 유입구, 그리고 상기 공정가스 유입구에 위치하는 복수 개의 분사구를 포함한다.

상기 특징에 따른 단조 제조 공정용 에어링은 상기 본체의 표면에 위치하는 비금속성막을 더 포함할 수 있다.

상기 비금속성막은 세라믹 또는 알루미늄 시트로 이루어질 수 있다.

상기 특징에 따른 단조 제조 공정용 에어링은 상기 본체의 단부에 위치하고 깔때기 형상이나 원형 슬리브 형상을 갖는 밀봉부를 더 포함할 수 있다.

상기 공정가스 유입부는 상기 본체의 길이의 중간 부분에 위치할 수 있다.

상기 세라믹 파이버는 1200도 내지 1400도의 안전 사용온도 범위를 가질 수 있다.

상기 본체는 상기 공정가스 유입부와 대면하는 부분에 위치하여 상기 공정 가스를 주입하는 에어호스가 삽입되는 에어호스 삽입구를 포함할 수 있다.

이러한 특징에 따른 에어링은 고온용 세라믹 파이버로 이루어져 있으므로, 고온으로 인한 에어링의 손상이나 파손이 줄어들어 에어링의 수명이 증가한다.

또한, 본 예의 에어링의 표면에 위치한 비금속성막이 존재하므로, 에어링의 무게가 감소하여, 작업자의 부상이 방지되며 작업이 용이하게 이루어져 작업 시간 역시 감소한다.

이때, 비금속성막이 고내열 세라믹으로 이루어져 있으므로, 에어링의 내열성과 밀폐성(sealing)이 향상된다.

공정 가스가 본체의 통로 내로 정확히 분사되므로 에어링과 연결관의 접합 부분에 불순물의 발생이 방지되어, 에어링의 분리 작업이 용이하게 이루어지며 에어링의 세척 공정 역시 쉽게 이루어진다.

에어링의 밀봉부에 의해, 래들의 배출구와 에어링 간의 기밀성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단조 제조 공정용 에어링의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단조 제조 공정용 에어링의 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 III-III 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 단조 제조 공정용 에어링에 에어호스가 삽입된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 단조 제조 공정용 에어링이 적용된 단조 제조 공정 시스템의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함하는’의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 단조 제조 공정용 에어링 및 그 제조 방법에 대해서 설명하도록 한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 일 실시예에 따른 단조 제조 공정용 에어링에 대하여 설명한다.

본 예의 단조 제조 공정용 에어링은 단조품을 만들기 위한 제강 공정에 사용되는 것으로서, 단조 제강 공정 중에서 정련 및 진공 탈가스화를 거친 용강이 래들(ladle)에 위치할 때, 래들과 주형 사이에 위치하는 주입관, 좀 더 구체적으로는 주입관의 위에 위치하여, 용강이 주입관을 통해 잉곳(ingot)을 만드는 주형으로 이동하도록 하는 에어링이다.

이러한 본 예의 단조 제조 공정용 에어링(이하, 단조 제조 공정용 에어링을 ‘에어링’이라 칭함)(100)은, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 본체(10)와 본체(10) 위에 위치하는 밀봉부(20)를 구비한다.

본체(10)는 상부와 하부가 개방되어 있고 가운데 빈 공간인 통로(H10)를 구비하는 원기둥 형상을 갖고 있어, 가운데 빈 공간으로 주입되는 용강이 흘러 다른 주형으로 이동하도록 한다.

이러한 본체(10)는 내부면의 가운데 부분에 본체(10)의 둘레를 따라 위치하고 있고 내측 즉, 통로(H10) 쪽으로 돌출되어 있는 띠 형상의 공정가스 유입부(11), 공정가스 유입부(11)에 정해진 간격으로 위치하는 복수 개의 분사구(12) 및 본체(10)에 위치하는 에어호스 삽입구(13)를 구비한다.

공정가스 유입부(11)는 본체(10)에 위치하며, 내부에 대략 반원의 단면 형상을 갖는 빈 공간을 구비하고 있어 공정가스 유입부(11)의 내부에는 하나로 연결된 통로(H11)가 위치하고 있다. 이때, 공정가스 유입부(11)의 본체(10)의 해당 부분을 관통하게 위치하여, 본체(10)의 내부면과 외부면에 노출될 수 있다.

따라서, 에어호스를 통해 외부로부터 주입되는 아르곤(Ar) 가스와 같은 공정 가스가 공정가스 유입부(11)로 유입되어 내부 통로(H11)로 주입되면, 주입된 공정 가스는 공정가스 유입부(11) 내부의 빈 공간(H11)을 따라 흐르게 된다.

이때, 공정가스 유입부(11)는 본체(10) 길이의 대략 중간 부분(즉, 1/2 부분)에 위치하고 있으므로, 공정 가스는 본체(10)의 대략 가운데 부분으로 정확하게 분사된다.

복수 개의 분사구(12)는 공정가스 유입부(11) 내부로 주입된 공정 가스를 본체(10)의 통로(H10) 속으로 분사하기 위한 구멍이다.

따라서, 이러한 분사구(12)는 각각 통로(H10)와 접해 있는 공정가스 유입부(11)를 두께 방향으로 완전히 관통해 있다. 이때, 공정가스 유입부 (11)의 연장 방향을 따라 위치하는 복수 개의 분사구(12)는 일정한 간격으로 위치할 수 있다.

에어호스 삽입구(13)는 공기의 주입이 이루어지는 에어호스(200)가 삽입되는 부분으로서, 공정가스 유입부(11)의 내부 공간에 연결되어 있다.

따라서, 에어호스 삽입구(13)는 공정가스 유입부(11)와 대면하고 있는 본체(10)의 부분에 위치하며, 본체(10)의 외부면에서부터 본체(10)의 두께 방향을 따라 공정가스 유입부(11)의 내부 통로(H11)에 연결될 때까지 본체(10)의 해당 부분을 관통한다.

이로 인해, 에어호스 삽입구(13)는 도 2에 도시한 것처럼 일측은 개방되어 있고 일측의 반대측인 타측은 공정가스 유입부(11)로 막혀 있다. 따라서, 에어호스 삽입구(13)는 본체(10)의 외부면을 통해서는 노출되지만 본체(10)의 내부면을 통해서는 노출되지 않는다. 다만, 에어호스 삽입구(13)의 반대편에 분사구(12)가 존재할 경우에는, 본체(10)의 내부면에서도 해당 분사구(12)를 통해 노출됨은 당연하다.

이러한 에어호스 삽입구(13)의 지름은 각 분사구(12)의 지름보다 훨씬 커, 공정가스 유입부(11)의 빈 통로(H11) 속으로 공정 가스의 유입이 원활히 이루어지고, 공정가스 유입부(11)에 위치한 모든 분사구(12)를 통해 공정 가스의 분사가 균일한 압력으로 분사될 수 있도록 한다.

따라서, 도 4에 도시한 것처럼, 에어 호스(200)가 에어호스 삽입구(13)에 삽입되어, 에어호스(200)를 통해 주입되는 공정 가스가 공정가스 유입구(11) 속으로 주입되도록 한다.

밀봉부(20)는 용강의 주입이 손실없이 이루어지도록 하는 부분으로서, 본체(10)의 단부에서 상부 쪽으로 갈수록 지름이 증가하는 원형의 깔때기 형상이나 원형 슬리브(sleeve) 형상을 있다. 이로 인해, 밀봉부(20)의 지름은 본체(10)의 지름보다 큰 값을 갖는다.

이러한 구조를 갖는 본 예의 에어링(100)은 고온용 세라믹 파이버(ceramic fiber)를 진공 성형하여 제조하므로, 고온에서도 안전하게 사용된다.

한 예로, 고온용 세라믹 파이버(ceramic fiber)은 1200도 내지 1400도의 안전 사용온도 범위를 갖고 있어, 본 예의 에어링(100)은 1000도가 넘는 고온에서도 연속 사용이 가능한다.

또한, 본 예의 에어링(100)의 본체(11)의 표면 전체에는 고내열 세라믹 도료가 코팅되거나, 도포된 비금속 코팅막이나 도포막(즉, 비금속성막)(111)이 존재한다. 따라서, 비금속성막은 세라믹이나 알루미늄 시트로 이루어질 수 있다.

이러한 고내열 세라믹으로 이루어진 비금속성막에 의해 에어링(100)의 내열성이 향상된다. 이때, 고내열 세라믹은 고내화 특성도 갖는 이 좋다.

이때, 복수의 분사구(12)는 본체(10)의 내부면에 위치하는 비금속성막(111)을 관통하고 있고, 에어호스 삽입구(13)는 본체(10)의 외부면에 위치하는 비금속성막(111)을 관통한다.

하지만, 대안적인 예에서, 분사구(12)와 에어호스 삽입구(13) 중 적어도 하나와 접하는 표면에도 비금속성막(111)이 위치할 수 있다.

고내열·내화 세라믹은 고내열·내화 세라믹 코팅바이더일 수 있다.

고내열·내화 세라믹 코팅바이더는 올리고머형 저알카리형 무기바인더(silicate)와 이와 상응하는 선택된 경화제로 구성되어 있어 고온 및 고압에 견딜 수 있는 열충격 방호성과 내산화성이 뛰어난 물성을 가진 무기화합물을 고용화한 세라믹계 포리머로 결합시킨 다기능 결정계의 알카리 실리케이트 세라믹 코팅제이다.

이러한 고내열·내화 세라믹 코팅바이더는 내열성(예, 1,700℃), 내화성, 내약품성, 내식성 및 내마모성이 뛰어나고, 수용성으로 휘발성 유기용제(VOCs)및 중금속의 용출이 전혀 없는 환경친화적 투명 코팅바인더이다. 이와 같이, 에어링(100)이 금속이 아닌 비금속의 세라믹으로 이루어져 있으므로 경량화가 실현되어 작업자의 근골격계 관련 사고의 예방이 이루어진다.

한 예의 금속으로 이루어진 에어링의 경우, 약 10kg의 무게를 갖고 있지만, 본 예의 에어링(100)은 5kg 내지 6kg의 무게로 크게 경량화된다.

이러한 경량화로 인해, 작업자의 부상에 대한 우려가 크게 낮아짐과 동시에 에어링(100)의 운반이나 위치 이동 등의 작업이 용이하므로 작업 속도가 향상된다.

이러한 구조를 갖는 단조 제조 공정용 에어링(100)이 설치되어 사용되는 적용예의 하나인 단조 제조 공정 시스템(300)을 도 4를 참고로 하여 설명한다.

본 적용예의 단조 제조 공정 시스템(300)은 대기 주조 공정(ingot casting)에 사용되는 시스템일 수 있고, 도 4에 도시한 것처럼, 래들(310), 래들(310)에 연결되는 본 예의 에어링(100), 에어링(100)에 연결되어 있는 연결관(320), 연결관(320)이 위치하는 정반(330), 그리고 정반(310)에 위치하는 주형(340)를 구비할 수 있다.

래들(310)은 내부에 용강이 수용되며, 하부면에는 에어링(100)의 통로(H10)와 연결되는 배출구(H310)를 구비한다.

이때, 용강은 정련 공정과 진공 탈가스화의 공정을 마친 것일 수 있다.

연결관(320) 역시 에어링(100)의 본체(10) 내부의 통로(H10)와 연결되는 빈 통로(H320)가 연결관(320)의 높이 방향을 따라 관통해 있어, 래들(310)에서 배출되는 용강이 정반(330) 쪽으로 흐를 수 있도록 한다.

주형(340)의 하부면에 연결관(320)을 통해 유입되는 용강이 유입되는 유입구(H340)를 구비한다.

정반(330)은 주형(340)이 위치하는 부분으로서, 연결관(320)의 통로(H320)와 주형(340)의 유입구(H340)를 서로 연결시키는 통로(H330)를 구비한다.

따라서, 래들(310)에 위치하는 용강은 배출구(H310)로 배출된 후 배출구(H30)와 연결된 에어링(100)의 통로(H10)를 통과해 연결관(320)으로 이동한다.

용강이 에어링(100)을 통과할 때, 에어호스 삽입구(13)에 삽입된 에어호스(200)를 통해 유입되는 불활성 가스인 아르곤 가스가 공정가스 유입부(110)로 유입된 후 분사구(12)를 통해 에어링(100) 내부 통로(H10) 속으로 분사된다.

따라서, 본체(10)의 통로(H10)를 흐르는 용강으로 아르곤 가스가 유입됨에 따라 용강 속에 함유되어 있는 불순물이 제거된다.

이때, 분사구(12)가 위치하는 공정가스 유입구(11)가 본체(10) 길이의 대략 중간 부분(즉, 1/2 부분)에 위치하고 있으므로, 공정 가스는 연결관(320)과 접해있는 에어링 부분이 아니라 본체(10)의 통로(H10)의 길이 중 대략 가운데 부분으로 분사된다.

따라서, 공정가스는 연결관(320) 쪽으로 유입되지 않으므로, 에어링(100)과 연결관(320)의 접합 부분에 불순물의 발생이 방지된다. 이로 인해, 해당 공정이 완료된 후, 에어링(100)의 분리 작업이 용이하게 이루어지며 에어링(100)의 세척 공정 역시 쉽게 이루어진다.

또한, 에어링(100)의 밀봉부(20)에 의해, 래들(310)의 배출구(H310)와 에어링(100) 간의 기밀성(sealing)이 향상되어 용강의 손실량이 발생하지 않게 되며, 배출구(H310)를 통해 배출되는 용강이 에어링(100)의 통로(H10) 외부로 유출되는 현상이 감소한다.

그런 다음, 에어링(100)을 통과한 용강은 연결관(320)으로 유입되어 연결관(320)의 통로(H320)를 따라 정반(330)의 통로(H330)로 주입되고, 통로(H330)을 통해 주형(340)으로 유입되어, 잉곳 생산이 이루어질 수 있도록 한다.

이상, 본 발명의 단조 제조 공정용 에어링의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 단조 제조 공정용 에어링 10: 본체
20: 밀봉부 11: 공정가스 유입부
12: 분사구 13: 에어호스 삽입구

Claims (7)

1. 내부에 통로를 구비하고 세라믹 파이버로 이루어져 있는 본체,
   상기 본체의 내측면에서, 상기 통로를 향해 돌출되는 띠 형태로 상기 본체의 둘레를 따라 위치하고, 가운데 부분에 빈 공간을 갖는 공정가스 유입부,
   상기 공정가스 유입부에, 상기 공정가스 유입부의 연장 방향을 따라 정해진 간격으로 위치하는 복수 개의 분사구, 그리고
   상기 본체에서 상기 공정가스 유입부와 대면하는 부분에 위치하여, 상기 공정가스 유입부에 공정 가스를 주입하는 에어호스가 삽입되는 에어호스 삽입구,
   를 포함하는 단조 제조 공정용 에어링으로서,
   상기 본체의 단부에 위치하여, 주입되는 용강을 상기 본체로 전달하며, 상기 본체의 단부로부터 상부로 갈수록 지름이 증가하는 깔때기 형상 또는 원형 슬리브 형상을 갖는 밀봉부를 더 포함하여 주입되는 용강의 손실을 방지하며,
   상기 공정가스 유입부는, 상기 본체 길이의 중간 부분에 위치하는
   단조 제조 공정용 에어링.
2. 제1항에서,
   상기 본체의 표면에 위치하는 비금속성막을 더 포함하는 단조 제조 공정용 에어링.
3. 제2항에서,
   상기 비금속성막은 세라믹 또는 알루미늄 시트로 이루어져 있는 단조 제조 공정용 에어링.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에서,
   상기 세라믹 파이버는 1200도 내지 1400도의 안전 사용온도 범위를 갖는 단조 제조 공정용 에어링.
7. 삭제

Images