KR102442578B1 - Method for manufacturing of titanium alloy ingot - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티타늄 합금 잉곳 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 티타늄 합금 용탕을 준비하는 단계; 무바닥(bottomless)의 주조 주형을 준비하는 단계; 티타늄 합금 용탕을 무바닥의 주조 주형에 주입하는 단계; 및 상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계; 를 포함하되, 상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;에서, 상기 용탕은 주형을 회전시키는 벨트에 의해 교반되는 것인 티타늄 합금 잉곳의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a titanium alloy ingot and a method for manufacturing the same.
One embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a molten titanium alloy; preparing a bottomless casting mold; injecting the molten titanium alloy into a bottomless casting mold; and stirring and cooling the molten metal to prepare an ingot; Including, but stirring and cooling the molten metal to prepare an ingot; In, the molten metal provides a method of manufacturing a titanium alloy ingot that is stirred by a belt rotating the mold.
Description
본 발명의 일 구현예는 티타늄 합금 잉곳의 제조방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a titanium alloy ingot.
본 발명의 일 구현예는, 티타늄 합금 잉곳의 제조방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a titanium alloy ingot.
보다 구체적으로, 티타늄 또는 티타늄 합금을 용해시킨 용탕을 무바닥(bottomless)의 주형 내에 주입해 응고시키면서 아래 방향으로 뽑아내는 방법에 관한 것이다.More specifically, it relates to a method of pouring a molten metal in which titanium or a titanium alloy is melted into a bottomless mold and extracting it downward while solidifying.
본 장치의 개략도에 따르면(도 1) 다른 용해로에서 상기 주조 주형에 흘러 들어온 용탕이 굳지 않게 하기 위하여 플라스마 토치 등을 이용하여 주조 주형의 상부 용탕에 열을 가하고, 전체 장치는 산소 및 질소와 결합력이 강한 티타늄의 특성으로 인하여 진공 또는 불활성 가스 분위기를 유지 하고 있다. According to the schematic diagram of this apparatus (FIG. 1), heat is applied to the upper molten metal of the casting mold using a plasma torch, etc. to prevent the molten metal flowing into the casting mold from solidifying from another melting furnace, and the entire device has oxygen and nitrogen and bonding strength. Due to the strong characteristics of titanium, a vacuum or inert gas atmosphere is maintained.
이렇게 무바닥 주형을 이용하여 잉곳을 아래로 뽑아내는 방법은 도2와 같은 결함의 생성 기구로 인하여 잉곳의 표면 품질이 열위해지는 단점이 있으며, 이로 인하여 단조 및 압연 등의 후공정 수율이 크게 낮아지게 된다. This method of pulling the ingot down using a bottomless mold has a disadvantage in that the surface quality of the ingot is inferior due to the defect generation mechanism as shown in FIG. do.
특히 티타늄은 철 및 알루미늄 등에 비하여 열전도율이 낮은 특성으로 인하여 플라즈마 토치에 의해 용탕 중심 부에 가한 열이 주조 주형 근처에 잘전달되지 않으므로 상기와 같은 표면결함이 심하게 발생한다.In particular, because of the low thermal conductivity of titanium compared to iron and aluminum, the heat applied to the center of the molten metal by the plasma torch is not well transferred to the vicinity of the casting mold.
따라서, 이러한 잉곳의 표면결함을 개선하는 것은 티타늄 및 티타늄 합금 잉곳 수율 향상에 큰 도움이 된다.Therefore, improving the surface defects of these ingots is a great help in improving the yield of titanium and titanium alloy ingots.
티타늄 합금 잉곳의 제조방법을 제공하는 것이다.To provide a method for manufacturing a titanium alloy ingot.
본 발명의 일 구현예인 티타늄 합금 잉곳의 제조방법은, 티타늄 합금 용탕을 준비하는 단계; 무바닥(bottomless)의 주조 주형을 준비하는 단계; 티타늄 합금 용탕을 무바닥의 주조 주형에 주입하는 단계; 및 상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계; 를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a titanium alloy ingot according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a molten titanium alloy; preparing a bottomless casting mold; injecting the molten titanium alloy into a bottomless casting mold; and stirring and cooling the molten metal to prepare an ingot; may include
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;에서, 상기 용탕은 주형을 회전시키는 벨트에 의해 교반되는 것일 수 있다.In the step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal, the molten metal may be stirred by a belt rotating the mold.
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;는, 진공 및 불활성가스 분위기에서 수행되는 것일 수 있다.The step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal; may be performed in a vacuum and an inert gas atmosphere.
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;에서, 상기 용탕은 주형을 회전시키는 벨트에 의해 교반되는 것일 수 있다.In the step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal, the molten metal may be stirred by a belt rotating the mold.
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;는, 무바닥(bottomless)의 주조 주형이 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.The step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal; the bottomless casting mold may be cooled by cooling water.
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;에 의해, 제조된 잉곳은 무바닥(bottomless)의 주조 주형 아래로 이동하여 수득될 수 있다.By stirring and cooling the molten metal to prepare an ingot; by, the manufactured ingot can be obtained by moving under a bottomless casting mold.
티타늄 합금 용탕을 무바닥의 주조 주형에 주입하는 단계;는, 상기 주형에 주입된 용탕의 중심부를 가열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The step of injecting the molten titanium alloy into the bottomless casting mold; heating the central portion of the molten metal injected into the mold; may further include.
상기 주형에 주입된 용탕의 중심부를 가열하는 단계;는, 토치, 플라즈마 아크, 전자빔, 또는 이들의 조합을 이용할 수 있다.Heating the central portion of the molten metal injected into the mold; may use a torch, a plasma arc, an electron beam, or a combination thereof.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 티타늄 합금 잉곳 제조 과정에서 합금 용탕을 기계적으로 회전시킴으로써, 표면 품질이 우수한 티타늄 또는 티타늄 합금 잉곳을 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, by mechanically rotating the molten alloy in the manufacturing process of the titanium alloy ingot, it is possible to provide a titanium or titanium alloy ingot with excellent surface quality.
보다 구체적으로, 회전을 통한 원심력을 이용하여, 주조 주형의 중심부와 내벽 근처 가장 자리 부의 용탕의 온도 차이를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 응고쉘의 두께 및 조대 단차를 최소화하여 표면 품질이 우수한 티타늄 합금 잉곳을 제공할 수 있다.More specifically, by using centrifugal force through rotation, it is possible to reduce the temperature difference between the central portion of the casting mold and the edge portion near the inner wall of the molten metal. As a result, it is possible to provide a titanium alloy ingot having excellent surface quality by minimizing the thickness and coarse step of the solidified shell.
도 1은 무바닥의 주조 주형을 이용하여 티타늄 또는 티타늄 합금 잉곳으로 연속적으로 제조하는 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 티타늄 잉곳을 제조하는 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an apparatus for continuously manufacturing titanium or titanium alloy ingots using a bottomless casting mold.
2 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a titanium ingot according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and are common in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those with knowledge of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Accordingly, in some embodiments, well-known techniques have not been specifically described in order to avoid obscuring the present invention. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. In the entire specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. The singular also includes the plural unless the phrase specifically states otherwise.
본 발명의 다른 일 구현예에 의한 티타늄 합금 잉곳의 제조방법은, 티타늄 합금 용탕을 준비하는 단계; 무바닥(bottomless)의 주조 주형을 준비하는 단계; 티타늄 합금 용탕을 무바닥의 주조 주형에 주입하는 단계; 및 상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계; 를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a titanium alloy ingot according to another embodiment of the present invention includes the steps of preparing a molten titanium alloy; preparing a bottomless casting mold; injecting the molten titanium alloy into a bottomless casting mold; and stirring and cooling the molten metal to prepare an ingot; may include
먼저, 티타늄 합금 용탕을 준비하는 단계;에서, 티타늄 또는 티타늄 합금 용탕을 준비할 수 있다.First, preparing a molten titanium alloy; in, may prepare a molten titanium or titanium alloy.
다음으로, 무바닥(bottomless)의 주조 주형을 준비하는 단계;를 실시할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1은 무바닥(bottomless)의 주조 주형을 이용하여 티타늄 또는 티타늄 합금 잉곳을 연속적으로 제조하는 장치의 개략도이다.Next, the step of preparing a casting mold of a bottomless (bottomless); can be carried out. More specifically, FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for continuously manufacturing titanium or titanium alloy ingots using a bottomless casting mold.
이후, 티타늄 합금 용탕을 무바닥의 주조 주형에 주입하는 단계;를 실시할 수 있다. 또한, 티타늄 합금 용탕을 무바닥의 주조 주형에 주입하는 단계;는, 상기 주형에 주입된 용탕의 중심부를 가열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Thereafter, the step of injecting the molten titanium alloy into the bottomless casting mold; may be performed. In addition, the step of injecting the molten titanium alloy into the bottomless casting mold; heating the central portion of the molten metal injected into the mold; may further include.
보다 구체적으로, 상기 주형에 주입된 용탕의 중심부를 가열하는 단계;는, 토치, 플라즈마 아크, 전자빔, 또는 이들의 조합을 이용할 수 있다.More specifically, heating the central portion of the molten metal injected into the mold; may use a torch, a plasma arc, an electron beam, or a combination thereof.
이후, 상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;를 실시할 수 있다. 이 때, 상기 용탕은 주형을 회전시키는 벨트에 의해 교반될 수 있다.Thereafter, the step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal; may be carried out. At this time, the molten metal may be stirred by a belt rotating the mold.
보다 구체적으로, 티타늄 또는 티타늄 합금은 열전도도가 낮은 특성이 있다. 이에, 벨트를 이용하여 주형을 기계적으로 회전시킴으로써, 원심력을 이용하여 티타늄 합금의 중심부에 가해지는 열을 용탕 전체로 전달할 수 있다. 그 결과, 주조 주형의 내벽에 발생하는 응고쉘의 두께를 감소 시켜, 조대 단차(lab-depth)와 같은 표면 결함의 크기를 감소시킬 수 있다. More specifically, titanium or a titanium alloy has low thermal conductivity. Accordingly, by mechanically rotating the mold using a belt, heat applied to the center of the titanium alloy can be transferred to the entire molten metal using centrifugal force. As a result, by reducing the thickness of the solidified shell occurring on the inner wall of the casting mold, it is possible to reduce the size of surface defects such as coarse step (lab-depth).
또한, 회전자, 세라믹 볼 등을 이용하는 경우에 비해 안전하고, 전자기 교반을 이용하는 경우에 비해 에너지를 절감할 수 있다. In addition, it is safer than a case using a rotor, a ceramic ball, etc., and energy can be saved compared to a case where electromagnetic stirring is used.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 티타늄 잉곳을 제조하는 장치의 개략도이다. 따라서, 도 2에 개시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현예는 벨트를 이용하여 무바닥의 주조 주형을 효과적으로 교반할 수 있다.2 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a titanium ingot according to an embodiment of the present invention. Accordingly, as shown in FIG. 2 , an embodiment of the present invention can effectively stir a bottomless casting mold using a belt.
보다 더 구체적으로, 교반과 동시에 냉각될 수 있으며, 상기 냉각은 무바닥(bottomless)의 주조 주형이 냉각수에 의해 냉각되는 것일 수 있다.More specifically, it may be cooled simultaneously with stirring, and the cooling may be that a bottomless casting mold is cooled by cooling water.
또한, 용탕을 교반 및 냉각하여 제조된 잉곳은 무바닥의 주조 주형 아래로 이동하여 수득될 수 있다. 상기와 같은 속도 범위로 이동하게 함으로써, 주조 주형의 가장자리 부에 발생하는 조대 단차를 감소하여, 표면 품질이 우수한 잉곳을 수득할 수 있다.In addition, the ingot prepared by stirring and cooling the molten metal can be obtained by moving under the bottomless casting mold. By moving in the speed range as described above, coarse steps occurring at the edge of the casting mold are reduced, and an ingot having excellent surface quality can be obtained.
본 발명의 명세서 내에서 조대 단차(Lab-Depth)란, 주조 주형 내 용탕이 주입된 후, 상기 용탕의 중심부는 가열되는 동시에 상기 용탕의 가장자리 부는 냉각될 수 있다. 이때, 상기 용탕의 가장자리 부(주형에 접촉부)가 냉각되어 응고쉘(고상)을 형성한다. 이후, 주조된 잉곳이 아래로 이동함에 따라 응고쉘은 찢어짐 결함, 즉 조대단차 결함이 발생할 수 있다. In the context of the present invention, the coarse step (Lab-Depth) means that after the molten metal in the casting mold is injected, the central portion of the molten metal may be heated while the edge of the molten metal may be cooled. At this time, the edge portion (contacting the mold) of the molten metal is cooled to form a solidified shell (solid phase). Thereafter, as the cast ingot moves downward, the solidified shell may have a tear defect, that is, a coarse step defect.
보다 구체적으로, 용탕 중심부와 주형에 접촉된 가장자리부 간의 온도차이가 클 수록 응고쉘은 두꺼워져 조대 단차 결함 크기는 증가할 수 있다. 반면, 중심부의 가열된 용탕이 교반 및 회전에 의해 가장자리 부로 이동하는 경우, 용탕의 중심부와 가장자리 부의 온도차를 감소시켜 응고쉘의 두께가 얇아짐으로써 조대 단차 결함의 크기를 감소할 수 있다.More specifically, as the temperature difference between the central portion of the molten metal and the edge portion in contact with the mold increases, the solidified shell becomes thicker and the size of the coarse step defect may increase. On the other hand, when the heated molten metal in the center moves to the edge by stirring and rotation, the size of the coarse step defect can be reduced by reducing the temperature difference between the center and the edge of the molten metal and thereby reducing the thickness of the solidification shell.
또한, 상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;는, 진공 및 불활성가스 분위기에서 수행될 수 있다.In addition, the step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal; may be performed in a vacuum and an inert gas atmosphere.
따라서, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 의한 티타늄 합금 잉곳 제조방법을 이용하여 티타늄 합금 잉곳 제조 시, 용이하게 표면 품질이 우수한 티타늄 합금 잉곳을 제조할 수 있다.Therefore, as described above, when manufacturing a titanium alloy ingot using the method for manufacturing a titanium alloy ingot according to an embodiment of the present invention, it is possible to easily manufacture a titanium alloy ingot having excellent surface quality.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can realize that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. you will be able to understand
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .
10: 용탕
20: 무바닥(bottomless)의 주조 주형
30: 토치
40: 벨트10: molten metal
20: bottomless casting mold
30: torch
40: belt
Claims (7)
무바닥(bottomless)의 주조 주형을 준비하는 단계;
티타늄 합금 용탕을 무바닥의 주조 주형에 주입하는 단계; 및
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계; 를 포함하되,
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;에서,
상기 용탕은 주형을 회전시키는 벨트에 의해 교반되는 것이며,
상기 벨트를 이용하여 주형을 기계적으로 회전시킴으로써, 상기 티타늄 합금의 중심부에 가해지는 열을 용탕 전체로 전달하여 상기 주조 주형의 내벽에 발생하는 응고쉘의 두께를 감소시키는 것인 티타늄 합금 잉곳의 제조방법.
preparing a molten titanium alloy;
preparing a bottomless casting mold;
injecting the molten titanium alloy into a bottomless casting mold; and
preparing an ingot by stirring and cooling the molten metal; including,
In the step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal;
The molten metal is stirred by a belt rotating the mold,
By mechanically rotating the mold using the belt, the heat applied to the center of the titanium alloy is transferred to the entire molten metal to reduce the thickness of the solidified shell generated on the inner wall of the casting mold. Method of manufacturing a titanium alloy ingot .
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;는,
진공 및 불활성가스 분위기에서 수행되는 것인 티타늄 합금 잉곳의 제조방법.
According to claim 1,
The step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal;
A method of manufacturing a titanium alloy ingot that is performed in a vacuum and an inert gas atmosphere.
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;에서,
상기 용탕은 주형을 회전시키는 벨트에 의해 교반되는 것인 티타늄 합금 잉곳의 제조방법.
3. The method of claim 2,
In the step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal;
The molten metal is a method of manufacturing a titanium alloy ingot that is stirred by a belt rotating the mold.
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;는,
무바닥(bottomless)의 주조 주형이 냉각수에 의해 냉각되는 것인 티타늄 잉곳의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The step of producing an ingot by stirring and cooling the molten metal;
A method for manufacturing a titanium ingot in which a bottomless casting mold is cooled by cooling water.
상기 용탕을 교반 및 냉각하여 잉곳을 제조하는 단계;에 의해,
제조된 잉곳은 무바닥(bottomless)의 주조 주형 아래로 이동하여 수득되는 것인 티타늄 잉곳의 제조방법.
5. The method of claim 4,
By stirring and cooling the molten metal to prepare an ingot;
A method for producing a titanium ingot, wherein the produced ingot is obtained by moving under a bottomless casting mold.
티타늄 합금 용탕을 무바닥의 주조 주형에 주입하는 단계;는,
상기 주형에 주입된 용탕의 중심부를 가열하는 단계;를 더 포함하는 것인 티타늄 잉곳의 제조방법.
According to claim 1,
Injecting the titanium alloy molten metal into the casting mold of the bottomless;
The method of manufacturing a titanium ingot further comprising; heating the central portion of the molten metal injected into the mold.
상기 주형에 주입된 용탕의 중심부를 가열하는 단계;는,
토치, 플라즈마 아크, 전자빔, 또는 이들의 조합을 이용하는 것인 티타늄 잉곳의 제조방법.7. The method of claim 6,
heating the central portion of the molten metal injected into the mold;
A method of manufacturing a titanium ingot using a torch, a plasma arc, an electron beam, or a combination thereof.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |