KR102239243B1 - 주형 및 주조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주형 및 주조 방법에 관한 것으로서, 주형으로서, 내부에 용융물을 수용할 수 있는 공간을 제공하는 금속 구조체; 및 냉각매체를 순환시키기 위해 상기 금속 구조체의 내부에 형성되는 유로;를 포함하고, 상기 유로는 상기 금속 구조체에서 상기 용융물과 접촉하는 영역의 하부 끝단까지 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 주형의 하단부에서 주형 표면의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있다.

Description

주형 및 주조 방법{Mold for casting and method for casting}
본 발명은 주형 및 주조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 주편의 품질 및 주형의 내구성을 향상시킬 수 있는 주형 및 주조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 주편은 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 제조된다. 예컨대, 연속주조공정은 일정한 내부 형상을 갖는 주형에 용강을 주입하고, 주형 내에서 반응고된 주편을 주형의 하측으로 연속적으로 인발하여 슬라브, 블룸, 빌렛, 환봉 등과 같은 다양한 형상의 주편을 제조할 수 있다.
이러한 주형의 내부에는 주형에 주입된 용강을 냉각시키기 위해서 냉각수 등의 냉각매체가 이동할 수 있는 유로가 형성되어 있다. 그런데 주형에 형성되는 유로의 끝단은 냉각매체를 원활하게 순환시킬 수 있도록 라운드 처리되어 있다. 이에 주형의 하단부에서 주형의 내면과 유로 사이의 길이가 증가하게 된다. 또한, 유로는 주편이 인출되는 주형의 끝단까지 형성되지 않기 때문에 주형의 하단부에서 주편의 냉각이 원활하게 이루어지지 않아 주형의 표면 온도가 상승하는 현상이 발생하게 된다. 이에 주형이 열변형되거나, 주형 표면에 도포된 코팅층이 마모 및 부식되어 주형의 수명이 단축되는 문제가 있다. 이에 주형의 잦은 교체로 인해 설비 운영 비용이 증가하고, 주형과 주편 간의 마찰로 인해 주편 표면에 결함이 발생하여 생산성이 저하되는 문제가 있다.
KR 10-2013-0034270 A KR 10-1165706 B
본 발명은 내마모성 및 내부식성을 향상시켜 주형의 사용 수명을 연장할 수 있는 주형 및 주조 방법을 제공한다.
본 발명은 주편의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 주형 및 주조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주형은, 주편을 주조하는 주형으로서, 내부에 용융물을 수용할 수 있는 공간을 제공하는 금속 구조체; 및 냉각매체를 순환시키기 위해 상기 금속 구조체의 내부에 형성되는 유로;를 포함하고, 상기 유로는 상기 금속 구조체에서 상기 용융물과 접촉하는 영역의 하부 끝단까지 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 금속 구조체는, 상기 용융물과 접촉하는 영역을 형성하는 접촉부; 상기 접촉부의 상부에서 상기 용융물과 접촉하지 않는 영역을 형성하는 미접촉부; 및 상기 접촉부의 하부에서 상기 용융물과 접촉하지 않는 영역을 형성하는 연장부;로 구분되고, 상기 유로는 상기 접촉부의 끝단 이상으로 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 금속 구조체의 내벽 두께는 상기 접촉부에서 상기 금속 구조체의 길이 방향으로 일정한 크기로 형성될 수 있다.
상기 연장부는 상기 주형에서 인발되는 주편과의 사이에 간격을 형성하도록 경사면을 포함할 수 있다.
상기 금속 구조체는, 상기 금속 구조체의 내벽을 형성하는 제1금속 구조체; 및 상기 제1금속 구조체의 외측에 연결되고, 상기 금속 구조체의 외벽을 형성하는 제2금속 구조체;를 포함하고, 상기 제1금속 구조체는 상기 미접촉부에서 상기 접촉부까지 연장되도록 형성되고, 상기 제2금속 구조체는 상기 미접촉부에서 상기 연장부까지 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 제2금속 구조체는 상기 연장부에서 상기 제1금속 구조체의 하부면을 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 제1금속 구조체는 상기 제2금속 구조체와 마주보는 외면에 상기 유로를 형성하기 위한 제1유로홈을 포함하고, 상기 제1유로홈의 일부는 상기 제1금속 구조체의 길이방향으로 연장되서 상기 제1금속 구조체의 하부면을 관통하도록 형성되며, 상기 연장부에서 상기 제1유로홈을 폐쇄하도록 상기 제2금속 구조체는 상기 제1금속 구조체의 하부면에 접촉될 수 있다.
상기 제1유로홈의 일부는 상기 제1금속 구조체의 폭방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 제1금속 구조체는 상기 제2금속 구조체와 마주보는 외면에 상기 유로를 형성하기 위한 제1유로홈을 포함하고, 상기 제1유로홈의 일부는 상기 제1금속 구조체의 길이방향으로 연장되서 상기 제1금속 구조체의 하부면을 관통하도록 형성되며, 상기 제2금속 구조체는 상기 연장부에서 상기 제1유로홈과 연통되는 제2유로홈을 포함하고, 상기 제2유로홈은 상기 제1금속 구조체의 폭방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 접촉부에서 상기 제1금속 구조체의 내면으로부터 상기 제1유로홈까지 길이인 상기 제1금속 구조체의 두께는 위치 별로 동일한 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 주형에서 인발되는 주편과의 사이에 간격을 형성하도록 상기 연장부로 연장되는 상기 제2금속 구조체의 연장면은 상기 연장면의 하단이 상기 주형의 외측으로 하향경사지게 형성될 수 있다.
상기 연장면은 수평선과 45 내지 65°의 각도를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조 방법은, 주편을 주조하는 방법으로서, 주형을 마련하는 과정; 상기 주형에 용강을 주입하는 과정; 상기 주형으로 주입된 용강을 냉각시키는 과정; 및 상기 주형에서 주편을 인발하는 과정; 을 포함하고, 상기 용강을 냉각시키는 과정은, 상기 주형에서 상기 용강과 접촉하는 영역의 하부 끝단까지 냉각매체가 유입되도록 상기 주형의 내부에 냉각매체를 순환시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 주형을 마련하는 과정은, 상기 주형의 하단부와 상기 주형에서 인발되는 주편 사이에 간격을 형성하도록 주형을 제작하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 주형의 하부에서 상기 주형에서 인발되는 주편에 냉각수를 분사하는 과정을 포함하고, 상기 냉각수를 분사하는 과정은 상기 간격으로 상기 냉각수를 유입시키는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 주형의 하단부에서 주형 표면의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 주형이 열변형되는 것을 억제하고, 주형 표면에 형성되는 코팅층이 마모되거나 변질을 억제 혹은 방지하여 주형의 수명을 향상시킬 수 있다. 따라서 주형 교체로 인해 발생하는 설비 운영 비용을 절감할 수 있다.
또한, 주편과 주형 내벽의 마찰로 인해 발생할 수 있는 주편의 표면 결함이나 파단을 억제할 수 있다. 따라서 고품질의 주편을 확보할 수 있고, 후속 공정(압연)에서 발생하는 에지 스캡(edge scab) 등의 결함의 발생을 억제 혹은 방지하여 결함 제거를 위한 정정 작업의 부하도 경감시켜줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주형의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 선A-A' 및 선B-B'에 따른 주형의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제1플레이트의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제2플레이트의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유로를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 유로를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 주형의 사시도 및 단면도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 주형을 이용하여 주편을 주조하는 상태를 보여주는 도면.
도 9는 일반적인 주형과 본 발명의 실시 예에 따른 주형을 이용하여 주편을 주조하면서, 주형의 표면 온도를 측정한 결과를 보여주는 그래프.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 주형 및 이를 이용한 주조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 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 주형의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 선A-A' 및 선B-B'에 따른 주형의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제1플레이트의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제2플레이트의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유로를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 유로를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 주형은, 내부에 용융물을 수용할 수 있는 공간을 제공하는 금속 구조체 및 냉각매체를 순환시키기 위해 상기 금속 구조체의 내부에 형성되는 유로를 포함할 수 있다. 이때, 유로는 금속 구조체에서 용융물과 접촉하는 영역의 하부 끝단까지 연장되도록 형성될 수 있다.
이하에서는 금속 구조체가 플레이트 형성으로 형성된 경우를 예로 들어 설명한다. 이때, 제1금속 구조체는 제1플레이트일 수 있고, 제2금속 구조체는 제2플레이트일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주형(100)은, 내부에 용융물을 수용할 수 있는 공간을 제공하기 위한 복수의 플레이트(110, 120)와, 냉각매체를 순환시키기 위해 복수의 플레이트(110, 120) 각각의 내부에 형성되는 유로(130)를 포함할 수 있다. 이때, 유로(130)는 각 플레이트(110, 120)에서 용융물과 접촉하는 영역의 하부 끝단까지 연장되도록 형성될 수 있다.
도 2의 (a)는 도 1에 도시된 선A-A'에 따른 단면도로서, 장변 플레이트(110)는 주형(100)의 내벽을 형성하는 제1플레이트(112)와, 주형(100)의 외벽을 형성하는 제2플레이트(114)를 포함할 수 있다. 이때, 장변 플레이트(110)는 제1플레이트(112)와 제2플레이트(114)를 결합시켜 주형(100)의 벽체를 형성할 수 있다. 이에 내측에 배치되는 제1플레이트(112)는 주형(100)의 내벽을 형성하는 것으로 기재하고, 외측에 배치되는 제2플레이트(114)는 주형(100)의 외벽을 형성하는 것으로 기재한다. 그리고 장변 플레이트(110)의 내부에는 냉각매체를 순환시키기 위한 유로(130)가 형성될 수 있고, 외부에서 유로(130)에 냉각매체를 공급하기 위한 주입구(117)와, 유로(130)에서 냉각매체를 배출시키기 위한 배출구(118)가 형성될 수 있다. 이때, 주입구(117)와 배출구(118)는 각각 하나 이상으로 형성될 수 있다.
도 2의 (b)는 도 1에 도시된 선B-B'에 따른 단면도로서, 단변 플레이트(120)는 주형(100)의 내벽을 형성하는 제1플레이트(122)와, 주형(100)의 외벽을 형성하는 제2플레이트(124)를 포함할 수 있다. 그리고 장변 플레이트(110)의 내부에는 냉각매체를 순환시키기 위한 유로(140)가 형성될 수 있고, 외부에서 유로에 냉각매체를 공급하기 위한 주입구(127)와, 유로에서 냉각매체를 배출시키기 위한 배출구(128)가 형성될 수 있다. 이때, 주입구(127)와 배출구(128)는 각각 하나 이상으로 형성될 수 있다.
이러한 장변 플레이트(110)는 서로 이격되도록 배치되고, 단변 플레이트(120)는 장변 플레이트(110)의 양쪽에 접촉하도록 배치되어, 내부에 용융물을 수용할 수 있는 공간을 제공하는 주형(100)을 형성할 수 있다. 이때, 장변 플레이트(110)를 구성하는 제1플레이트(112)와, 단변 플레이트(120)를 구성하는 제1플레이트(122)는 접촉 부위로 용융물이 유출되지 않게 서로 밀착될 수 있다.
한편, 주형(100)은 주조 방향 또는 주형(100)의 길이방향으로 용융물, 예컨대 용강과 접촉하는 영역을 형성하는 접촉부(Ⅱ)와, 접촉부(Ⅱ)의 상부에서 용강과 접촉하지 않는 영역을 형성하는 미접촉부(Ⅰ) 및 접촉부(Ⅱ)의 하부에서 용강과 접촉하지 않는 영역을 형성하는 연장부(Ⅲ)로 구분될 수 있다. 그리고 유로(130, 140)는 접촉부(Ⅱ)의 끝단 이상으로 연장되도록 형성될 수 있다.
장변 플레이트(110)와 단변 플레이트(120)는 수평방향 길이가 다를 뿐, 거의 동일한 구조를 가질 수 있으므로, 이하에서는 장변 플레이트(110)를 예로 들어 설명한다. 이때, 장변 플레이트(110)는 플레이트(110)로 명명한다. 그리고 여기에서는 플레이트(110)가 제1플레이트(112) 및 제2플레이트(114)를 결합시켜 형성하는 것으로 설명하지만, 플레이트(110)는 하나의 구조물로 형성될 수도 있다.
플레이트(110)는 용융물, 예컨대 용강과 접촉하는 주형(100)의 내벽을 형성하는 제1플레이트(112)와, 제1플레이트(112)의 일측에 주형(100)의 외벽을 형성하는 제2플레이트(114)를 포함할 수 있다. 여기에서 플레이트의 내면, 외면, 상부면, 하부면 및 측면이라는 용어는 플레이트(110)로 주형(100)을 형성했을 때. 플레이트가 배치되는 상태를 기준으로 정의될 수 있다. 그리고 주형(100)의 길이 방향, 플레이트(110)의 길이 방향, 제1플레이트(112)의 길이 방향 및 제2플레이트(114)의 길이방향은 상하방향 또는 주조방향을 의미할 수 있다. 또한, 주형(100)의 폭 방향, 플레이트(110)의 폭방향, 제1플레이트(112)의 폭 방향 및 제2플레이트(114)의 폭방향은 주형(100)의 길이 방향에 직교하는 방향 또는 수평방향을 의미할 수 있다. 이때, 플레이트가 장변 플레이트(110)인 경우, 폭방향은 주편의 폭방향일 수 있고, 플레이트가 단변 플레이트(120)인 경우, 폭방향은 주편의 두께 방향일 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1플레이트(112)는 용강과 접촉하는 내면(I1)과, 제2플레이트(114)와 마주보는 외면(O1)을 포함할 수 있다. 그리고 제1플레이트(112)는 내면(I1)과 외면(O1)의 상단을 연결하는 상부면(T1)과, 내면(I1)과 외면(O1)의 하단을 연결하는 하부면(B1) 및 양쪽 측면(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 제1플레이트(112)는 미접촉부(Ⅰ)에서 접촉부(Ⅱ)까지 연장되도록 형성될 수 있다. 이때, 미접촉부(Ⅰ)는 제1플레이트(112)의 상부면(T1)으로부터 용강의 탕면보다 높은 위치까지의 영역을 의미할 수 있다. 또한, 접촉부(Ⅱ)는 미접촉부(Ⅰ)가 끝나는 위치, 즉 하단으로부터 제1플레이트(112)의 하부면(B1)까지의 영역을 의미할 수 있다.
제1플레이트(112)의 외면(O1)에는 유로(130)를 형성하기 위한 제1유로홈(132)이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1유로홈(132)은 제1플레이트(112)의 상부면으로부터 이격된 위치, 예컨대 미접촉부(Ⅰ)의 일부로부터 접촉부(Ⅱ) 전체에 걸쳐 형성될 수 있다. 이때, 제1유로홈(132)은 제1플레이트(112)의 하부면을 관통하도록 형성될 수 있다. 이에 제1유로홈(132)은 제1플레이트(112)의 내면(I1)의 하부 끝단(PB)까지 연장되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 제1유로홈(132)을 용강과 접촉하는 제1플레이트(112)의 내면 하부 끝단까지 연장되도록 형성하면, 용강을 응고시킨 응고셀 또는 주편을 주형(100)에서 인발되기 직전까지 냉각시킬 수 있다. 따라서 주형(100)의 하단부에서 주형(100)의 표면 온도가 상승하는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 또한, 이를 통해 주형(100)의 표면이 마모되거나 부식되는 것을 억제하고, 주편 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
제1유로홈(132)은 제1플레이트(112)의 전체 외면보다 깊은 표면을 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대 제1유로홈(132)은 제1플레이트(112)의 전체 외면보다 깊은 제1면(132a)과, 제1면(132a)의 외측에 제1면(132a)의 일부를 둘러싸고 제1플레이트(112)의 외면(O1)과 제1면(132a)을 연결하는 제2면(132b)으로 형성될 수 있다. 제1면(132a)은 적어도 접촉부(Ⅱ)에서 제1플레이트(112)의 내면(I1)과 나란하게 또는 평행하게 형성될 수 있다. 그리고 미접촉부(Ⅰ)에 형성되는 제1면(132a) 중 적어도 일부는 제1플레이트(112)의 내면(I1)과 나란하게 형성될 수 있고, 일부는 제1플레이트(112)의 내면(I1)과 나란하지 않을 수 있다. 이는 냉각매체의 원활한 유입을 위해 제1유로홈(132)의 상단부에 곡면을 갖도록 라운드 처리하기 때문이다.
이와 같이 제1면(132a)은 접촉부(Ⅱ)에서 제1플레이트(112)의 내면과 나란하게 형성되기 때문에 제1플레이트(112)의 내면과 제1면(132a)까지의 길이, 예컨대 최단 길이 또는 제1플레이트(112)의 두께는 동일하게 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 접촉부(Ⅱ)의 최상단에서 제1플레이트(112)의 두께, 예컨대 제1플레이트(112)의 내면(I1)으로부터 제1면(132a)까지의 길이(L2)와, 접촉부(Ⅱ)의 최하단에서 제1플레이트(112)의 내면으로부터 제1면(132a)까지의 길이(L3)는 동일(L2=L3)할 수 있다. 또한, 제1플레이트(112)의 내면에서 제1면(132a)까지의 길이는 접촉부(Ⅱ)의 최상단으로부터 접촉부(Ⅱ)의 최하단에 걸쳐 동일하게 형성될 수 있다. 이렇게 접촉부(Ⅱ)에서 제1플레이트(112)의 내면(I1)으로부터 제1면(132a)까지의 길이(L2, L3), 즉, 제1플레이트(112)의 두께를 동일하게 형성하면, 주형(100)의 길이방향으로 용강 및 응고셀을 균일하게 냉각시킬 수 있다.
반면, 미접촉부(Ⅰ)에서는 제1면(132a)이 곡면을 갖도록 라운드 처리되기 때문에, 미접촉부(Ⅰ)의 상부쪽으로 갈수록 제1플레이트(112)의 내면(I1)으로부터 제1면(132a)까지의 길이(L1)는 미접촉부(Ⅱ)에서 제1플레이트(112)의 내면(I1)으로부터 제1면(132a)까지의 길이(L2, L3)와 동일하거나 증가(L2=L3≤L1)할 수 있다.
이러한 제1유로홈(132)은 제1플레이트(112)의 길이방향으로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 또는, 제1유로홈(132)은 제1플레이트(112)의 길이방향으로 폭이 증가하거나 감소하도록 형성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 제2플레이트(114)는 미접촉부(Ⅰ)에서 연장부(Ⅲ)까지 연장되도록 형성될 수 있다.
제2플레이트(114)는 제1플레이트(112)의 외면(O1)과 마주보는 내면(I2)과, 내면(I2)의 반대쪽 면을 형성하는 외면(O2)을 포함할 수 있다. 그리고 제2플레이트(114)는 내면(I2)과 외면(O2)의 상단을 연결하는 상부면(T2)과, 내면(I2)과 외면(O2)의 하단을 연결하는 하부면(B2) 및 양쪽 측면(미도시)을 포함할 수 있다. 제2플레이트(114)는 제1플레이트(112)의 하부면(B1)보다 하부로 길게 연장되도록 형성될 수 있다.
제2플레이트(114)의 내면(I2)은 미접촉부(Ⅰ)와 접촉부(Ⅱ)에 걸쳐 평평하게 형성되다가, 연장부(Ⅲ)에서 제1플레이트(112) 측으로 돌출되는 단턱(115)을 포함할 수 있다. 단턱(115)은 제1플레이트(112)에 형성되는 제1유로홈(132)을 폐쇄할 수 있도록, 제1플레이트(112)의 하부면(B1)과 접촉할 수 있는 상부면과 하부로 연장되는 연장면(I2')을 포함할 수 있다. 이때, 연장면(I2')은 주조 시 주형(100) 내부의 용강이나 응고셀과 접촉하지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 연장면(I2')이 제1플레이트(112)의 내면(I1)이 연장되는 방향을 따라 연장되도록 형성되면, 단순히 주형의 길이가 증가한 것과 다르지 않기 때문에 앞에서 언급한 문제들이 발생할 수 밖에 없다. 따라서 연장면(I2')은 주형(100) 내부의 용강이나 응고셀과 접촉하지 않도록 주형(100)의 외측을 향해 기울어지는 경사면으로 형성될 수 있다. 즉, 연장면(I2')의 하단이 주형(100)의 외측을 향해 하향 경사지도록 모따기 가공을 할 수 있다. 또는 연장면((I2')은 계단 형태 등 다양한 형태의 요철 구조를 포함할 수 있다.
한편, 주형(100)의 하부에는 주형(100)에서 인출되는 주편에 냉각수를 분사하기 위한 노즐(300, 도 6 참조)이 구비될 수 있다. 일반적인 주형을 이용하여 주편을 주조하는 경우, 노즐에서 분사되는 냉각수는 대부분 주편으로 분사될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 주형(100)은 제2플레이트(114)의 연장부(Ⅲ)에 의해 일반적인 주형보다 하부로 연장되는 효과를 나타낼 수 있다. 이에 연장부(Ⅲ)가 냉각수가 분사되는 경로로 진입하여 노즐(300)에서 분사되는 냉각수 중의 일부가 연장부(Ⅲ)로 분사될 수 있다. 전술한 바에 의하면, 연장면(I2')은 주형(100)의 외측을 향해 기울어지게 형성될 수 있다. 이로 인해 주형(100)에서 인발되는 주편과 연장부(Ⅲ) 사이에 간격이 형성되고, 노즐(300)에서 분사되는 냉각수의 일부는 연장부(Ⅲ)의 내면과 주편 사이 간격으로 유입될 수 있다. 따라서 간격으로 유입된 냉각수에 의해 연장부(Ⅲ), 예컨대 주형(100)의 하단부가 냉각되기 때문에 주형(100)의 하단부에서 온도가 상승하는 것을 보다 효과적으로 억제 혹은 방지할 수 있다. 이와 같이 연장부(Ⅲ)와 주편 사이로 냉각수가 원활하게 유입될 수 있도록, 연장면(I2')은 수평면과 45° 내지 65°의 각도를 갖도록 형성하는 것이 좋다.
이와 같은 제1플레이트(112)와 제2플레이트(114)를 결합하여 플레이트(110) 내부에 유로(130)를 형성할 수 있다.
유로(130)는 플레이트(110)의 전체 영역에서 냉각매체를 순환시킬 수 있도록 다양한 형상 및 방향을 가지며 형성될 수 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 유로(130)를 형성하기 위한 제1유로홈(132)은 냉각매체를 순환시킬 수 있도록 제1플레이트(112)의 길이방향 및 폭방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이때, 제1유로홈(132)은 접촉부(Ⅱ)의 하부 끝단에서 제1플레이트(112)의 폭방향을 연속적으로 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 도 5의 (b)에 도시된 것처럼 제2플레이트(114)의 단턱(115)에 제1유로홈(132)와 연통되는 제2유로홈(134)을 형성할 수 있다. 이때, 제2유로홈(134)은 제2플레이트(114)의 폭방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다. 이때, 단턱(115)에 형성되는 제2유로홈(134)은 유로(130)의 가장자리 또는 단부를 형성하기 때문에 냉각매체의 원활한 유입을 위해 제2유로홈(134)의 적어도 일부는 곡면을 갖도록 라운드 처리될 수 있다.
도 6(a)를 참조하면, 유로(130)를 형성하기 위한 제1유로홈(132)은 냉각매체를 순환시킬 수 있도록 제1플레이트(112)의 길이방향 및 폭방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이때, 제1유로홈(132)은 접촉부(Ⅱ)의 하부 끝단에서도 제1플레이트(112)의 폭방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있다. 이 경우, 도 6의(b)에 도시된 것처럼, 단턱(115)에 별도로 유로홈을 형성하지 않고, 제1플레이트(112)의 하부면에 밀착될 수 있도록 단턱(115)의 상부면을 평평하게 형성할 수 있다.
주형은 주조하고자 하는 주편의 형상 및 면적에 따라 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 주형의 사시도 및 단면도이다.
폭과 두께가 동일한 길이를 갖는 빌렛을 주조하는 경우, 금속 구조체(100a)는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 정사각형의 단면 형상을 갖는 중공의 다면체 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 금속 구조체(100a)는 제1금속 구조체(112a)와, 제1금속 구조체(112a)의 외측에 연결되어 주형의 외벽을 형성하는 제2금속 구조체(114a)를 포함할 수 있다. 금속 구조체(100a)의 내부에는 냉각 매체를 순환시킬 수 있는 유로(130a)가 형성될 수 있다.
그리고 단면 형상이 원형인 환봉을 주조하는 경우, 금속 구조체(100b)는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 원형의 단면 형상을 갖는 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있다. 금속 구조체(100b)는 주형의 내벽을 형성하는 제1금속 구조체(112b)와, 제1금속 구조체(112b)의 외측에 연결되어 주형의 외벽을 형성하는 제2금속 구조체(114b)를 포함할 수 있다. 그리고 금속 구조체(100b)의 내부에는 냉각 매체를 순환시킬 수 있는 유로(130b)가 형성될 수 있다.
유로(130a, 130b)는 금속 구조체(100a, 100b)에서 용융물과 접촉하는 영역의 하부 끝단 이상까지 연장되도록 형성될 수 있다. 또한, 접촉부(Ⅱ)에서 제1금속 구조체(110a, 110b)의 두께, 즉 제1금속 구조체(110a, 110b)의 내면에서 유로(130a, 130b)의 표면까지의 길이는 금속 구조체(100a, 100b)의 길이방향으로 동일한 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 주형을 이용하여 주편을 주조하는 상태를 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법은, 주형(100)을 마련하는 과정과, 주형(100)에 용융물, 예컨대 용강을 주입하는 과정과, 주형(100)에서 용강을 냉각시키는 과정 및 주형에서 주편을 인발하는 과정을 포함할 수 있다. 그리고 냉각시키는 과정은 주형(100)에서 용강과 접촉하는 영역의 하부 끝단까지 냉각매체가 유입되도록 주형(100)의 내부에 냉각매체를 순환시키는 과정을 포함할 수 있다.
먼저, 내부에 냉각수 등과 같은 냉각매체를 순환시킬 수 있는 유로(130)가 형성된 주형(100)을 마련할 수 있다. 이때, 유로(130)는 용강과 접촉하는 접촉부(Ⅱ)의 하부 끝단 이상으로 연장되도록 형성될 수 있다. 또한, 주형(100)은 접촉부(Ⅱ)에서 주형(100)의 내면과 유로(130) 사이의 두께가 동일하게 형성될 수 있다. 그리고 주형(100)은 주형(100)의 하단부와 주형(100)에서 인발되는 주편 사이에 간격을 형성하도록 제작될 수 있다.
이후, 완료된 용강을 주형(100) 상부에 구비되는 침지 노즐(200)을 통해 주형(100)에 주입할 수 있다. 주형(100)으로 주입된 용강은 유로(130)에서 순환하고 있는 냉각매체에 의해 냉각될 수 있다. 이에 용강은 주형(100)의 내벽과 접촉하는 부분부터 응고되어 응고셀 또는 주편으로 주조되고, 주형(100)의 하부로 인발될 수 있다. 이때, 주형(100) 내부에 형성된 유로(130)는 접촉부(Ⅱ)의 하부 끝단까지 연장되어 있기 때문에, 응고셀 또는 주편은 주형(100)에서 인발되기 직전까지 냉각될 수 있다. 따라서 주형(100)의 하부에서 국부적으로 온도가 상승하는 현상이 억제될 수 있다. 또한, 주형(100)은 접촉부(Ⅱ)에서 주형(100)의 내면과 유로(130) 사이의 두께가 동일하게 제작되어 있기 때문에 용강 및 응고셀은 주형(100)의 길이방향으로 균일하게 냉각될 수 있다.
이와 같이 주편을 주조하는 과정에서 주형(100)의 하부에 구비되는 노즐(300)을 이용하여 주형(100)에서 인발되는 주편에 냉각수를 분사할 수 있다. 이때, 노즐(300)에서 분사되는 냉각수는 주편과 주형의 하부에 분사될 수 있다. 이는 주형(100)은 접촉부(Ⅱ)보다 하부로 연장되는 연장부(Ⅲ)를 포함하기 때문에, 노즐(300)에서 분사되는 냉각수는 연장부(Ⅲ)까지 도달할 수 있다. 그리고 주형(100)의 하단부, 즉 연장부(Ⅲ)는 주형(100)에서 인발되는 주편과 이격되어 간격을 형성하기 때문에 노즐(300)에서 분사되는 냉각수의 일부는 연장부(Ⅲ)와 주편 사이에 형성된 간격으로 유입되어 주편은 물론, 주형(100)의 하부까지 냉각시킬 수 있다.
도 9는 일반적인 주형과 본 발명의 실시 예에 따른 주형을 이용하여 주편을 주조하면서, 주형의 표면 온도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9의 (a)는 일반적인 주형, 즉 유로가 주형에서 접촉부의 하부 끝단까지 연장되지 않은 주형을 이용하여 주편을 주조하면서, 주형의 폭방향으로 중심에서 주형의 표면 온도를 측정한 결과를 보여주고 있다. 도 9의 (a)를 참조하면, 응고셀이 가장 얇게 형성되는 주형의 상단으로부터 약 130㎜정도 하부 지점에서 주형의 표면 온도가 가장 높게 측정되었다. 그리고 주조가 진행될수록 주형의 표면 온도가 점차 하강하다가 주형의 하단부, 즉 약 850㎜ 정도에서 주형의 하부 끝단까지 주형의 표면 온도가 상승하는 것을 알 수 있다. 이는 유로가 주형의 하부 끝단까지 형성되지 않고, 주형의 하단부에서 유로의 단부를 라운드 처리하기 때문에 주형의 내면과 유로 사이의 길이, 즉 두께가 점점 두꺼워져 냉각능이 저하되기 때문이다.
도 9의 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 주형을 이용하여 주편을 주조하면서, 주형의 폭방향으로 중심에서 주형의 표면 온도를 측정한 결과를 보여주고 있다. 도 9의 (b)를 참조하면, 도 9의 (a)와 마찬가지로 응고셀이 가장 얇게 형성되는 주형의 상단으로부터 약 130㎜정도 하부 지점에서 주형의 표면 온도가 가장 높게 측정되었다. 그러나 주조가 진행될수록 주형의 표면 온도가 점차 하강하다가 약 550㎜ 정도부터 주형의 하부 끝단까지 주형의 표면 온도가 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 이는 유로가 주형의 하부 끝단까지 연장되도록 형성되고, 주형의 내면과 유로 사이의 길이가 동일하게 형성되어 냉각능이 일정하게 유지되기 때문임을 알 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
10, 100: 주형 112: 제1플레이트
114: 제2플레이트 130: 유로
132: 제1유로홈 134: 제2유로홈

Claims (15)

  1. 주편을 주조하는 주형으로서,
    내부에 용융물을 수용할 수 있는 공간을 제공하는 금속 구조체; 및
    냉각매체를 순환시키기 위해 상기 금속 구조체의 내부에 형성되는 유로;를 포함하고,
    상기 유로는 상기 금속 구조체에서 상기 용융물과 접촉하는 영역의 하부 끝단 이상까지 연장되도록 형성되고,
    상기 금속 구조체는,
    상기 금속 구조체의 내벽을 형성하는 제1금속 구조체; 및
    상기 제1금속 구조체의 외측에 연결되고, 상기 금속 구조체의 외벽을 형성하는 제2금속 구조체;를 포함하고,
    상기 용융물과 접촉하는 영역을 형성하는 접촉부;
    상기 접촉부의 상부에서 상기 용융물과 접촉하지 않는 영역을 형성하는 미접촉부; 및
    상기 접촉부의 하부에서 상기 용융물과 접촉하지 않는 영역을 형성하고, 상기 금속 구조체에서 인발되는 주편과의 사이에 간격을 형성하도록 경사면을 포함하는 연장부;로 구분되고,
    상기 제1금속 구조체는 상기 미접촉부와 상기 접촉부를 형성하고,
    상기 제2금속 구조체는 상기 제1금속 구조체의 상단으로부터 상기 제1금속 구조체의 하단보다 하부로 더 길게 연장되어 상기 미접촉부, 상기 접촉부 및 상기 연장부를 형성하며,
    상기 유로는 상기 연장부까지 연장되도록 형성되고,
    상기 금속 구조체의 하부에 설치되는 노즐에서 분사되는 냉각수가 상기 간격으로 유입되도록, 상기 연장부는 상기 노즐에서 분사되는 냉각수의 경로에 배치되는 주형.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 구조체의 내벽 두께는 상기 접촉부에서 상기 금속 구조체의 길이 방향으로 일정한 크기로 형성되는 주형.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2금속 구조체는 상기 연장부에서 상기 제1금속 구조체의 하부면을 감싸도록 형성되는 주형.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1금속 구조체는 상기 제2금속 구조체와 마주보는 외면에 상기 유로를 형성하기 위한 제1유로홈을 포함하고,
    상기 제1유로홈의 일부는 상기 제1금속 구조체의 길이방향으로 연장되서 상기 제1금속 구조체의 하부면을 관통하도록 형성되며,
    상기 연장부에서 상기 제1유로홈을 폐쇄하도록 상기 제2금속 구조체는 상기 제1금속 구조체의 하부면에 접촉되는 주형.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1유로홈의 일부는 상기 제1금속 구조체의 폭방향으로 연장되도록 형성되는 주형.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1금속 구조체는 상기 제2금속 구조체와 마주보는 외면에 상기 유로를 형성하기 위한 제1유로홈을 포함하고,
    상기 제1유로홈의 일부는 상기 제1금속 구조체의 길이방향으로 연장되서 상기 제1금속 구조체의 하부면을 관통하도록 형성되며,
    상기 제2금속 구조체는 상기 연장부에서 상기 제1유로홈과 연통되는 제2유로홈을 포함하고,
    상기 제2유로홈은 상기 제1금속 구조체의 폭방향으로 연장되도록 형성되는 주형.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 접촉부에서 상기 제1금속 구조체의 내면으로부터 상기 제1유로홈까지 길이인 상기 제1금속 구조체의 두께는 위치 별로 동일한 크기를 갖도록 형성되는 주형.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 주형에서 인발되는 주편과의 사이에 간격을 형성하도록 상기 연장부로 연장되는 상기 제2금속 구조체의 연장면은 상기 연장면의 하단이 상기 주형의 외측으로 하향경사지게 형성되는 주형.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연장면은 수평선과 45 내지 65°의 각도를 갖도록 형성되는 주형.
  13. 주편을 연속으로 주조하는 방법으로서,
    주형을 마련하는 과정;
    상기 주형에 용강을 주입하는 과정;
    상기 주형으로 주입된 용강을 냉각시키는 과정; 및
    상기 주형에서 주편을 인발하는 과정;을 포함하고,
    상기 주형을 마련하는 과정은,
    상기 용강과 접촉하는 영역을 형성하는 접촉부와, 상기 접촉부의 상부에서 상기 용강과 접촉하지 않는 영역을 형성하는 미접촉부 및 상기 접촉부의 하부에서 상기 용강과 접촉하지 않는 영역을 형성하는 연장부를 포함하고, 상기 연장부와 상기 주형에서 인발되는 주편 사이에 간격을 형성하도록 주형을 제작하는 과정을 포함하고,
    상기 용강을 냉각시키는 과정은,
    상기 주형에서 상기 용강과 접촉하는 영역인 상기 접촉부의 하부 끝단 이상까지 냉각매체가 유입되도록 상기 주형의 내부에 냉각매체를 순환시켜, 상기 주형에서 인발되기 직전까지 상기 주편을 냉각시키는 과정을 포함하고,
    상기 주형에서 주편을 인발하는 과정은 상기 주형의 하부에 설치되는 노즐을 이용하여 주편에 냉각수를 분사하여, 상기 간격으로 상기 냉각수를 유입시키는 과정을 포함하며,
    상기 용강을 냉각시키는 과정은 주조 방향으로 상기 주형의 표면 온도를 가장 높은 온도에서 점차 하강시키고, 하강된 주형의 표면 온도를 상기 접촉부의 하부 끝단까지 유지시키는 주조 방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 주형에 주편을 인발하는 과정은,
    상기 주형의 표면 온도를 상기 주형의 상단으로부터 550mm에서 상기 주형의 하부 끝단까지 유지시키는 주조 방법.
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