KR102272322B1 - Apparatus for electromagnetic casting - Google Patents

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molten metal
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branch pipe
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pipe
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KR1020190177560A
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심현석
김경현
미콜라 슬라쯔네프
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(주)동산테크
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Abstract

The present invention relates to an electromagnetic casting apparatus comprising: a molten metal accommodation unit for accommodating molten metal; a branch channel unit provided below the molten metal accommodation part, and including a central branch pipe communicating with the inside of the molten metal accommodation part to form a vertical flow channel for the molten metal, a pair of outer branch pipes spaced apart from the central branch pipe, and a horizontal connection pipe for connecting the central branch pipe and the pair of outer branch pipes; an electromagnetic field application unit capable of selectively generating an ascending flow and a descending flow in each branch pipe by applying an electromagnetic field to the branch channel unit; a pumping guide pipe detachably connected to the central branch pipe in a standing direction in the molten metal accommodation unit to upwardly guide molten metal upwardly flowing from the central branch pipe; and a control unit for selectively generating a stirring flow and a pumping flow of the molten metal by controlling the electromagnetic field application unit. Therefore, cast articles can be efficiently formed.

Description

전자기 주조장치{Apparatus for electromagnetic casting}Electromagnetic casting device {Apparatus for electromagnetic casting}

본 발명은 전자기장을 이용하여 합금용탕을 균일하게 교반하고 공급할 수 있는 전자기 주조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electromagnetic casting apparatus capable of uniformly stirring and supplying a molten alloy using an electromagnetic field.

전자기력을 이용하여 각종 금속 합금용탕을 주조하는 방법이 연구되고 있다. 합금용탕에 전자기력을 인가하는 경우, 응고 조직을 미세하게 할 수 있으므로, 우수한 특성을 가지는 주조품을 제조할 수 있다.Methods for casting various metal alloy molten metal using electromagnetic force are being studied. When electromagnetic force is applied to the molten alloy, the solidification structure can be made fine, so that a casting having excellent properties can be manufactured.

그러나, 종래에는 전자기력을 이용하여 합금용탕을 균질하게 교반시킨 후, 턴디쉬 등을 이용하여 금형에 합금용탕을 주입하여 성형함에 따라 합금용탕이 금형에 주입되는 과정에서 공기와 접촉하여 산화물이 발생된다.However, in the prior art, the molten alloy is homogeneously stirred using electromagnetic force, and then the molten alloy is injected into the mold using a tundish, etc. to form it. In the process of injecting the molten alloy into the mold, the molten alloy comes into contact with air to generate oxides. .

이에 따라 주조품의 균질성이 저하되고, 산화물의 발생에 따른 불순물이 함유되는 단점이 있다.Accordingly, there is a disadvantage in that the homogeneity of the cast product is lowered, and impurities are contained due to the generation of oxides.

따라서 본 발명의 목적은 합금용탕이 최적의 균질한 혼합상태를 유지하면서 산화물 발생에 의한 불순물이 발생되는 것을 최소화하고, 효율적으로 주조품을 성형할 수 있는 전자기 주조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electromagnetic casting apparatus capable of efficiently forming a casting while minimizing the generation of impurities due to oxide generation while maintaining an optimal and homogeneous mixing state of the molten alloy.

본 발명에 따른 전자기 주조장치는 합금용탕을 수용하는 용탕수용부와, 상기 용탕수용부의 하부에 상기 용탕수용부 내부와 연통되어 각각 합금용탕의 상하 유동채널을 형성하는 중심분기관 및 상기 중심분기관으로부터 이격 배치된 한 쌍의 외측분기관, 상기 중심분기관과 상기 한 쌍의 외측분기관을 연결하는 수평연결관을 갖는 분기채널부와, 상기 분기채널부에 전자기장을 인가하여 각 분기관 내에 상승유동과 하강유동을 선택적으로 발생시킬 수 있는 전자기장인가부와, 상기 용탕수용부 내에서 상기 중심분기관에 기립방향으로 분리가능하게 연결되어 상기 중심분기관으로부터의 상승유동 합금용탕을 상향 안내할 수 있는 펌핑안내관 및 상기 전자기장인가부를 제어하여 상기 합금용탕의 교반유동과 펌핑유동을 선택적으로 발생시키는 제어부를 포함한다.The electromagnetic casting apparatus according to the present invention includes a molten metal receiving part for accommodating molten alloy, a central branch pipe communicating with the inside of the molten metal accommodating part at the lower part of the molten metal accommodating part to form upper and lower flow channels of molten alloy, respectively, and the central branch pipe A pair of outer branch pipes spaced apart from each other, a branch channel part having a horizontal connection pipe connecting the central branch pipe and the pair of outer branch pipes, and an electromagnetic field applied to the branch channel part to rise in each branch pipe An electromagnetic field applying unit capable of selectively generating flow and descending flow, and separably connected to the central branch pipe in the standing direction in the molten metal receiving part, upwardly guiding the upward flow of the alloy molten metal from the central branch pipe and a control unit for selectively generating a stirring flow and a pumping flow of the molten alloy by controlling the pumping guide tube and the electromagnetic field applying unit.

또한, 상기 교반유동은 상기 합금용탕이 상기 중심분기관에서 하강되며, 상기 한 쌍의 외측분기관 중 적어도 하나에서 상승되고, 상기 펌핑유동은 상기 합금용탕이 상기 중심분기관에서 상승되며, 상기 한 상의 외측분기관 모두에서 하강하는 것이 바람직하다.In addition, in the stirring flow, the molten alloy descends from the central branch pipe, rises in at least one of the pair of outer branch pipes, and the pumping flow is the molten alloy rises in the central branch pipe, and the one It is preferable to descend from both lateral branches of the upper phase.

또한, 상기 용탕수용부의 상부에 마련되어 주조금형을 지지하는 금형지지부를 더 포함하며, 상기 펌핑안내관은 상기 상승유동 용탕을 상기 주조금형에 전달하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the molten metal accommodating part further includes a mold support part to support the casting mold, and the pumping guide pipe transmits the rising flow molten metal to the casting mold.

또한, 상기 금형지지부와 상기 용탕수용부를 수평방향으로 상대이동시키는 상대이동구동부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 교반유동에서는 상기 금형지지부와 상기 용탕수용부를 이격시키고, 상기 펌핑유동에서는 상기 금형지지부가 상기 용탕수용부의 상부에 위치하도록 제어하는 것이 바람직하다.In addition, it further includes a relative movement driving part for relatively moving the mold support part and the molten metal receiving part in a horizontal direction, wherein the control part separates the mold support part from the molten metal receiving part in the stirring flow, and in the pumping flow, the mold support part It is preferable to control so as to be positioned above the molten metal receiving part.

전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 합금용탕이 최적의 균질한 혼합상태를 유지하면서 산화물 발생에 의한 불순물이 발생되는 것을 최소화하고, 효율적으로 주조품을 성형할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described configuration, there is an effect of minimizing the generation of impurities due to oxide generation while maintaining an optimal homogeneous mixing state of the molten alloy, and efficiently forming a casting.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기 주조장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자기 주조장치의 요부 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자기 주조장치에서의 합금용탕의 교반유동을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자기 주조장치에서의 합금용탕의 펌핑유동을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다.1 is a perspective view schematically showing an electromagnetic casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an enlarged perspective view of the main part of the electromagnetic casting apparatus according to the embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram for explaining the stirring flow of the molten alloy in the electromagnetic casting apparatus according to the embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram for explaining the pumping flow of the molten alloy in the electromagnetic casting apparatus according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전자기 주조장치를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an electromagnetic casting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1과 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 전자기 주조장치(100)는 용탕수용부(110), 분기채널부(120), 전자기장인가부(130), 펌핑안내관(140), 제어부(미도시)를 갖는다.1 and 2, the electromagnetic casting apparatus 100 according to the embodiment includes a molten metal receiving unit 110, a branch channel unit 120, an electromagnetic field applying unit 130, a pumping guide pipe 140, a control unit ( not shown).

용탕수용부(110)는 합금용탕을 수용한다. 합금용탕은 별도로 마련된 용해로(미도시)에서 용해된 후 용탕수용부로 공급된다. The molten metal accommodating part 110 accommodates the molten alloy. The molten alloy is melted in a separately provided melting furnace (not shown) and then supplied to the molten metal receiving unit.

실시예에 따른 합금용탕은 5.0 내지 7.5 중량%의 Zn와, 1.0 내지 2.5 중량%의 Mg와, 1.2 내지 2.0 중량%의 Cu와, 0.01 내지 0.2 중량%의 Cr과, 0.01 내지 0.05 중량%의 Be와, 0.01 내지 0.2 중량%의 Mn과, 0.01 내지 0.25 중량%의 Zr과, 0.01 내지 0.25 중량%의 Ti과 나머지의 Al로 이루어진다.The molten alloy according to the embodiment contains 5.0 to 7.5 wt% of Zn, 1.0 to 2.5 wt% of Mg, 1.2 to 2.0 wt% of Cu, 0.01 to 0.2 wt% of Cr, and 0.01 to 0.05 wt% of Be and 0.01 to 0.2 wt% of Mn, 0.01 to 0.25 wt% of Zr, 0.01 to 0.25 wt% of Ti and the remainder of Al.

또한, 용탕수용부(110)는 용탕수용부(110)의 상부에 마련되어 주조금형(112)을 지지하는 금형지지부(114)와, 금형지지부(114)와 용탕수용부(110)를 수평방향으로 상대이동시키는 상대이동구동부(116)를 갖는다.In addition, the molten metal accommodating part 110 is provided on the upper portion of the molten metal accommodating part 110 and includes a mold support 114 for supporting the casting mold 112 , and the mold support 114 and the molten metal accommodating part 110 in the horizontal direction. It has a relative movement driving unit 116 for relative movement.

상대이동구동부(116)는 지면에 설치된 레일(116a)과, 용탕수용부(110)를 지지하며, 레일(116a)을 따라 슬라이드 이동 가능한 이동체(116b)로 이루어진다.The relative movement driving unit 116 includes a rail 116a installed on the ground and a movable body 116b that supports the molten metal accommodating unit 110 and is slidable along the rail 116a.

이에 의해 용탕수용부(110)에 합금용탕을 수용하고자 할 때 상대이동구동부(116)를 통해 용탕수용부(110)와 금형지지부(114)를 상호 이격시킬 수 있어 합금용탕을 용탕수용부(110)에 손쉽게 공급할 수 있다.Accordingly, when the molten alloy is accommodated in the molten metal accommodating part 110, the molten metal accommodating part 110 and the mold supporting part 114 can be spaced apart from each other through the relative movement driving part 116, so that the molten alloy is transferred to the molten metal accommodating part 110. ) can be easily supplied.

분기채널부(120)는 용탕수용부(110)의 하부에 위치되며, 용탕수용부(110)의 내부와 연통되어 합금용탕의 상하 유동채널을 형성하는 중심분기관(122) 및, 중심분기관(122)으로부터 이격 배치된 한 쌍의 외측분기관(124)과, 중심분기관(122)과 한 쌍의 외측분기관(124)을 연결하는 수평연결관(126)을 갖는다.The branch channel part 120 is located under the molten metal accommodating part 110, and communicates with the inside of the molten metal accommodating part 110 to form a vertical flow channel of the molten alloy. A central branch pipe 122 and a central branch pipe It has a pair of outer branch pipes 124 spaced apart from the 122, and a horizontal connecting pipe 126 connecting the central branch pipe 122 and the pair of outer branch pipes 124 to each other.

전자기장인가부(130)는 분기채널부(120)에 전자기장을 인가하여 각 분기관 내에 상승유동과 하강유동을 선택적으로 발생시킨다.The electromagnetic field applying unit 130 applies an electromagnetic field to the branch channel unit 120 to selectively generate an ascending flow and a descending flow in each branch pipe.

전자기장인가부(130)는 한 쌍의 외측분기관(124)을 각각 감싸도록 위치된 한 쌍의 인덕터(132)와, 중심분기관(122)과 수평연결관(126)이 연결되는 부분에 위치된 전자석(134)으로 구성된다.The electromagnetic field applying unit 130 is located at a portion where the pair of inductors 132 positioned to surround the pair of outer branch pipes 124, respectively, and the central branch pipe 122 and the horizontal connector pipe 126 are connected. is composed of an electromagnet 134 .

한 쌍의 인턱터(132)는 한 쌍의 외측분기관(124)을 각각 폐루프 형으로 감싸는 외측자심코어(132a)와, 중심분기관(122)과 한 쌍의 외측분기관(124)의 사이에 위치되어 외측자심코어(132a)를 감싸는 외측코일(132b)로 이루어진다.The pair of inductors 132 includes an outer magnetic core 132a that surrounds the pair of outer branch pipes 124 in a closed loop shape, respectively, and between the central branch pipe 122 and the pair of outer branch pipes 124 . It is located in the outer magnetic core (132a) is made of an outer coil (132b) surrounding.

전자석(134)은 중심분기관(122)과 수평연결관(126)의 연결부위를 사이에 두고 양단이 마주보도록 위치되는 열린 루프 형태의 자심코어(134a)와, 자심코어(134a)의 양단을 감싸는 코일(134b)로 이루어지며, 자심코어(134a)의 양단을 감싸는 코일(134b)은 자극이 된다.The electromagnet 134 includes an open loop-shaped magnetic core 134a positioned so that both ends face each other with a connection portion between the central branch pipe 122 and the horizontal connector pipe 126, and both ends of the magnetic core core 134a. It is made of a coil 134b surrounding, and the coil 134b surrounding both ends of the magnetic core 134a becomes a magnetic pole.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 전자기장인가부(130)는 전자장에 의한 용탕을 교반하는 역할과 전자기 유도에 의한 용탕을 가열하는 역할을 한다. 한 쌍의 인덕터(132) 및 전자석(134)에 인가되는 전류의 양과 방향 등은 제어부에 의해 제어된다.The electromagnetic field applying unit 130 having the configuration as described above serves to stir the molten metal by the electromagnetic field and to heat the molten metal by electromagnetic induction. The amount and direction of current applied to the pair of inductors 132 and the electromagnet 134 are controlled by the controller.

펌핑안내관(140)은 용탕수용부(110) 내에서 중심분기관(122)에 기립방향으로 분리가능하게 연결되어 중심분기관(122)으로부터의 상승유동 합금용탕을 상향 안내한다. 중심분기관(122)에 의해 상향 안내되는 합금용탕은 펌핑안내관(140)을 통해 주조금형(112)에 전달된다.The pumping guide pipe 140 is detachably connected to the central branch pipe 122 in the standing direction in the molten metal receiving part 110 to guide upwardly flowing molten alloy from the central branch pipe 122 . The molten alloy guided upward by the central branch pipe 122 is transferred to the casting mold 112 through the pumping guide pipe 140 .

제어부(미도시)는 전자기장인가부(130)를 제어하여 합금용탕의 교반유동과 펌핑유동을 선택적으로 발생시킨다.A control unit (not shown) controls the electromagnetic field applying unit 130 to selectively generate a stirring flow and a pumping flow of the molten alloy.

여기서, 교반유동은 합금용탕이 중심분기관(122)에서 하강되며, 한 쌍의 외측분기관(124) 중 적어도 하나에서 상승되는 것이며, 펌핑유동은 합금용탕이 중심분기관(122)에서 상승되며, 한 쌍의 외측분기관(124) 모두에서 하강하는 것이다.Here, the stirring flow is that the molten alloy descends from the central branch pipe 122 and rises in at least one of the pair of outer branch pipes 124 , and the pumping flow is that the molten alloy rises from the central branch pipe 122 , , is to descend from both of the pair of outer branch pipes (124).

구체적으로 교반유동은 도 3에 도시된 바와 같이, 용탕이 중심분기관(122)에서는 하강을 하고, 한 쌍의 외측분기관(124)에서 모두 상승하거나 한 쌍의 외측분기관(124) 중 어느 하나에서는 상승을 하고 나머지에서는 하강을 하는 것이다. Specifically, as shown in FIG. 3 , in the stirring flow, the molten metal descends in the central branch pipe 122 , and all rises in the pair of outer branch pipes 124 , or any one of the pair of external branch pipes 124 . One goes up and the other goes down.

이와 같이, 용탕수용부(110)에 수용된 합금용탕이 교반유동함에 따라 합금용탕에 포함된 개재물 및 가스를 제거할 수 있다. In this way, as the molten alloy accommodated in the molten metal accommodating part 110 is stirred and flows, inclusions and gases contained in the molten alloy can be removed.

펌핑유동은 도 4에 도시된 바와 같이, 합금용탕이 한 쌍의 외측분기관(124) 모두에서 하강하고, 중심분기관(122)에서 상승하여 중심분기관(122)에 기립방향으로 연결된 펌핑안내관(140)으로 상향 안내한다. 이에 의해 펌핑유동되는 합금용탕이 펌핑안내관(140)을 통해 상향 안내된 상태로 주조금형(112)에 바로 공급이 될 수 있다. 즉, 합금용탕이 대기 중의 공기와 접촉되는 것을 차단하여 대기 중의 공기에 의해 산화되어 합금용탕에 산화물이 발생되는 것을 예방할 수 있다.As shown in FIG. 4, the pumping flow is a pumping guide where the molten alloy descends in both of the pair of outer branch pipes 124, rises in the central branch pipe 122, and is connected to the central branch pipe 122 in the standing direction. Guide upward to the tube (140). Accordingly, the molten alloy pumped and flowed may be directly supplied to the casting mold 112 in a state in which it is guided upward through the pumping guide pipe 140 . That is, it is possible to prevent the molten alloy from coming into contact with the air in the atmosphere, thereby preventing the molten alloy from being oxidized by the air in the atmosphere and generating oxides in the molten alloy.

또한, 전자기를 이용하여 합금용탕을 주조금형에 공급하기 때문에 종래와 같이 교반이 완료된 합금용탕을 별도의 탕구 및 주입컵 등을 통해 주조금형에 공급해야하는 번거로움을 해소할 수 있다.In addition, since the molten alloy is supplied to the casting mold using electromagnetic waves, the inconvenience of supplying the molten alloy after stirring to the casting mold through a separate sprue and an injection cup as in the prior art can be eliminated.

또한, 제어부는 합금용탕의 교반유동시 금형지지부(114)와 용탕수용부(110)를 이격시키고, 합금용탕의 펌핑유동시 용탕수용부(110)가 금형지지부(114)의 하부에위치되도록 제어한다. 여기서, 용탕수용부(110)와 금형지지부(114)가 이격된 상태에서는 별도의 용해로에서 용해된 합금용탕을 용탕수용부에 공급된다.In addition, the control unit separates the mold support part 114 from the molten metal receiving part 110 during the stirring flow of the molten alloy, and controls the molten metal receiving part 110 to be positioned at the lower part of the mold support part 114 when the molten alloy is pumped. do. Here, in a state in which the molten metal receiving part 110 and the mold support part 114 are spaced apart, the molten alloy melted in a separate melting furnace is supplied to the molten metal receiving part.

이상 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였지만, 당해 기술분야에 숙련된 사람은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims below. You will understand that there is

110; 용탕수용부
120; 분기채널부
122; 중심분기관
124; 외측분기관
126; 수평연결관
130; 전자기장인가부
140; 펌핑안내관110; molten metal receiving part
120; branch channel
122; central branch
124; lateral branch
126; horizontal connector
130; Is it an electromagnetic field?
140; pump guide

Claims (4)

합금용탕을 수용하는 용탕수용부;
상기 용탕수용부의 하부에 상기 용탕수용부 내부와 연통되어 각각 합금용탕의 상하 유동채널을 형성하는 중심분기관 및 상기 중심분기관으로부터 이격 배치된 한 쌍의 외측분기관과, 상기 중심분기관과 상기 한 쌍의 외측분기관을 연결하는 수평연결관을 갖는 분기채널부;
상기 분기채널부에 전자기장을 인가하여 각 분기관 내에 상승유동과 하강유동을 선택적으로 발생시킬 수 있는 전자기장인가부;
상기 용탕수용부 내에서 상기 중심분기관에 기립방향으로 분리가능하게 연결되어 상기 중심분기관으로부터의 상승유동 합금용탕을 상향 안내할 수 있는 펌핑안내관; 및
상기 전자기장인가부를 제어하여 상기 합금용탕의 교반유동과 펌핑유동을 선택적으로 발생시키는 제어부;를 포함하며,
상기 교반유동은 상기 합금용탕이 상기 중심분기관에서 하강되며, 상기 한 쌍의 외측분기관 중 적어도 하나에서 상승되고,
상기 펌핑유동은 상기 합금용탕이 상기 중심분기관에서 상승되며, 상기 한 쌍의 외측분기관 모두에서 하강하는 것을 특징으로 하는 전자기 주조장치.
A molten metal receiving portion for accommodating the molten alloy;
A central branch pipe communicating with the inside of the molten metal accommodating part at the lower part of the molten metal accommodating part to form an upper and lower flow channel of the molten alloy, respectively, and a pair of outer branch pipes spaced apart from the central branch pipe, the central branch pipe and the a branch channel unit having a horizontal connecting pipe connecting a pair of outer branch pipes;
an electromagnetic field applying unit capable of selectively generating an ascending flow and a descending flow in each branch pipe by applying an electromagnetic field to the branch channel;
a pumping guide pipe that is detachably connected to the central branch pipe in the standing direction in the molten metal accommodating part to guide upwardly flowing molten alloy from the central branch pipe; and
A control unit for selectively generating a stirring flow and a pumping flow of the molten alloy by controlling the electromagnetic field applying unit;
In the stirring flow, the molten alloy descends from the central branch pipe, and rises in at least one of the pair of outer branch pipes,
In the pumping flow, the molten alloy rises in the central branch pipe and descends in both of the pair of outer branch pipes.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 용탕수용부의 상부에 마련되어 주조금형을 지지하는 금형지지부를 더 포함하며,
상기 펌핑안내관은 상기 상승유동 용탕을 상기 주조금형에 전달하는 것을 특징으로 하는 전자기 주조장치.
The method according to claim 1,
It further comprises a mold support portion provided on the upper portion of the molten metal receiving portion to support the casting mold,
The pumping guide tube electromagnetic casting apparatus, characterized in that for delivering the rising flow molten metal to the casting mold.
 청구항 3에 있어서,
상기 금형지지부와 상기 용탕수용부를 수평방향으로 상대이동시키는 상대이동구동부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 교반유동에서는 상기 금형지지부와 상기 용탕수용부를 이격시키고, 상기 펌핑유동에서는 상기 금형지지부가 상기 용탕수용부의 상부에 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전자기 주조장치.4. The method according to claim 3,
It further comprises a relative movement driving part for relatively moving the mold support part and the molten metal receiving part in a horizontal direction,
The control unit separates the mold support part from the molten metal receiving part in the stirring flow, and controls the mold support part to be positioned above the molten metal receiving part in the pumping flow.
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