KR102656953B1 - 불활성 가스 또는 가압 일렉트로 슬래그 재용해 공정에서의 몰드강 제조용 몰드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불활성 가스 또는 가압된 일렉트로 슬래그 재용해 장치에서 몰드강의 제조를 위한 몰드에 관한 것이다. 상기 몰드는 1000-2500 mm의 폭(w)과 700-1250 mm의 두께(t)를 갖는 비-직사각형 및 비-원통형 내부 구리 슬리브를 포함하고, 상기 구리 슬리브의 두께 방향에서의 짧은 측면들은 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분을 가지며, 폭 방향에서의 긴 측면들은 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분을 가진다.
Description
본 발명은 불활성 가스 일렉트로 슬래그 재용해(IESR) 또는 가압 일렉트로 슬래그 재용해(PESR) 공정에서 몰드강의 제조를 위한 몰드에 관한 것이다.
몰드강(mould steel)은 가벼운 금속 또는 플라스틱 제품의 제조를 위해 몰드 및 다이를 만드는데 사용된다. 전기 슬래그 재용해(ESR)는 편석(segregation)을 최소화하고 재용해된 물질의 비금속 개재물(inclusion)의 양을 줄이기 위해 일반적으로 사용된다. ESR 잉곳의 청결도(cleanliness) 및 균질성(homogeneity)은 종래의 주조 물질과 비교하여 개선된 기계적 특성을 나타낸다. 종래 ESR은 대기의 격리 없이 수행된다.
최근에는, 보호 가스 방법인 불활성 가스 일렉트로 슬래그 재용해(IESR)와 가압 일렉트로 슬래그 재용해(PESR)가 상당한 관심을 얻고 있고, 이는 이러한 방법들이 대기로부터 수소 및 산소를 포착할(picking up) 위험을 제거하고, 재용해된 물질에서의 비금속 개재물의 양을 추가로 감소시킬 수 있기 때문이다.
그러나, IESR 및 PESR에 의해 제조된 대형 잉곳은 작은 잉곳에 비해 동일한 높은 청결도를 갖지 않는다는 것이 현재 인지되고 있다. 이러한 문제는 특히 대형 크기의 몰드 및 다이에 대한 수요가 증가함을 고려하면 직경이 1000 mm를 초과하는 잉곳에 특히 중요하다.
본 발명의 일반적인 목적은 불활성 가스 일렉트로 슬래그 재용해(IESR) 또는 가압 일렉트로 슬래그 재용해(PESR) 공정에서 향상된 청결도 및/또는 향상된 미세구조를 갖는 대형 크기의 몰드강 잉곳의 제조를 위한 몰드를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 향상된 대형 크기 몰드를 포함하는 IESR 또는 PESR 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 본 발명의 IESR 또는 PESR로 얻을 수 있는 강 잉곳(steel ingot)을 제공하여 향상된 청결도 및/또는 향상된 미세 구조를 갖는 것이다.
이러한 목적들은 독립항에 정의된 본 발명의 수단에 의해 달성된다.
이하, 바람직한 실시 형태 및 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 1250 mm의 직경과 0.39 m2의 면적을 갖는 종래 몰드 단면의 개략도이다.
도 2는 종래 몰드와 동일한 면적을 갖는 타원형 몰드의 단면을 나타내는 본 발명의 일 실시 형태의 개략도이다.
도 1은 1250 mm의 직경과 0.39 m2의 면적을 갖는 종래 몰드 단면의 개략도이다.
도 2는 종래 몰드와 동일한 면적을 갖는 타원형 몰드의 단면을 나타내는 본 발명의 일 실시 형태의 개략도이다.
본 발명은 청구항에서 정의된다.
본 발명자는 놀랍게도, 제련된 몰드강이 몰드의 형상을 변화시킴으로써 영향을 받을 수 있는 것을 발견하였다. 오늘날 IESR 및 PESR에서 사용되는 종래의 구형의 몰드를 개선된 형상을 갖는 몰드로 대체함으로써, 재용해된 잉곳의 청결도 및 미세 구조를 더욱 개선할 수 있다.
본 발명의 몰드는 1000-2500 mm의 폭(w)과 700-1250 mm의 두께(t)를 갖는 비-직사각형이고 비-원형인 내부 구리 슬리브(sleeve)를 포함하고, 구리 슬리브의 두께 방향으로 짧은 측면들은 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분(section)을 가지며, 폭 방향으로 긴 측면들은 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분을 갖는다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 1250 mm의 직경(d)과 0.39 m2의 면적을 갖는 종래 몰드의 단면을 나타낸다.
도 2는 종래의 몰드와 동일한 면적을 가지지만 타원형을 갖는 본 발명의 몰드의 단면을 나타낸다. 몰드의 두께는 800 mm로 선택되었고, 여기서 타원형 몰드의 폭은 1953 mm이었다.
두 수치는 몰드의 내부 슬리브의 크기와 관련이 있고, 응고 수축(solidification shrinkage)을 제외하고 크기가 재용해된 잉곳의 크기와 일치한다.
본 발명에 따르면, 몰드는 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 그러나, 구리 슬리브의 두께 방향에서의 짧은 측면들뿐만 아니라, 폭 방향에서의 긴 측면들 모두는 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분을 갖는다.
짧은 측면들과 긴 측면들은 곧은 부분을 가질 수 있다.
짧은 측면들은 선택적으로 짧은 측면들의 중간 부분에 위치된, 즉 t/2에 곧은 부분이 제공될 수 있다. 짧은 측면들은 일정한 곡률 반경(원호 형상) 또는 가변적인 곡률 반경(예를 들어, 계란형, 타원형 또는 초 타원형)을 갖도록 설계될 수 있다. 곡률 반경은 임의의 원하는 위치, w/4 위치까지 연장될 수 있다.
긴 측면들은 오직 하나의 곧은 부분 또는 각각의 측면에 하나 이상의 곧은 부분을 가질 수 있다. 두개의 곧은 부분은 각각의 긴 측면, 특히 w/8 내지 w/2 부분에서 형성될 수 있고, w/2에서 부드러운 변환(smooth transition)을 가질 수있다.
w/2에서의 몰드의 중간 두께는 몰드 각각의 짧은 측면으로부터 w/4에서 몰드의 1/4 두께와 동일할 수 있다. 그러나, w/2에서의 몰드의 중간 두께는 몰드의 각각 짧은 측면으로부터 몰드의 w/4에서 1/4 두께보다 적어도 10 mm 두꺼울 수 있다. w/2에서의 두께는 w/4에서의 두께보다 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160 또는 180 mm 클 수 있다.
짧은 측면들의 곡면을 갖는 부분은 일정하거나 가변적인 곡률 반경을 가질 수 있다. 짧은 측면들은 w/4 위치까지 일정하거나 가변적인 곡률 반경을 가질 수 있다. 몰드는 계란형, 타원형 또는 초-타원형을 가질 수 있고 및/또는 몰드의 폭(w)은 두께(t)보다 적어도 1.1배 큰, 바람직하게 w>1.2t일 수 있다.
몰드의 크기는 청구항 1에 기재된 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다. 폭은 2400, 2300, 2200, 2100, 2000, 1900, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1200 또는 1100 mm로 제한될 수 있다. 두께는 1200, 1150, 1000, 950, 900, 850, 800 또는 750 mm로 제한될 수 있다. 폭은 항상 두께보다 크다.
실시예
플라스틱 몰드강은 각각의 PESR에서 재용해를 위해 적합한 직경을 갖는 전극으로 래들 야금(ladle metallurgy), 진공 탈기(vacuum degassing) 및 주조(casting)에 이은 종래의 EAF 제강에 의해 제조되었다. 몰드는 도 1 및 도 2에 개략적으로 나타낸다. 재용해는 아르곤 보호 대기 하에서 CAF-CaO-Al2O3에 기반한 동일한 형태의 슬래그를 가지고 수행되었다. 샘플은 각각의 잉곳의 동일한 높이에서 단조 및 열처리된 물질의 중앙으로부터 채취되었다. 샘플이 절단되고, 콜드 마운트(cold mount)되며, 분쇄되고 연마된 후 광학 현미경(LOM)으로 검사하였다. 각각의 잉곳에서 mm2 당 개재물의 수를 조사하였다. 8 ㎛보다 큰 개재물만이 계수되었다.
몰드의 두께를 변화시킴으로써 mm2 당 개재물의 수를 줄일 수 있는 것을 발견하였다. 이러한 결과에 대한 이유는 현재 완전히 이해되지 않았으며, 발명자는 임의의 이론에 구속되기를 원하지 않는다. 그러나, 긍정적인 결과는 슬래그 및 용융 풀(molten pool)에서의 상이한 난류(turbulent flow), 덜 깊은 금속 풀 및/또는 보다 유리한 응고 조건에 의한 다수의 인자에 의해 영향을 받을 수 있고, 이에 따라 잉곳의 응고 시간이 감소되고 재용해된 잉곳에서 등축정(equiaxed crystal)의 양이 감소되거나 완전히 없을 수 있다.
본 발명은 경질 합금의 다이 주조뿐만 아니라 플라스틱 제품의 주형에 사용되는 대형 크기의 플라스틱 몰드강 몰드의 제조를 위한 열간 금형 공구강에서의 대형 크기 다이의 제조에 특히 적합하다.
Claims (11)
- 몰드가 1000-2500 mm의 폭(w)과 700-1250 mm의 두께(t)를 갖는 비-직사각형 및 비-원형 내부 구리 슬리브를 포함하고, 상기 구리 슬리브의 두께 방향으로 짧은 측면들은 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분을 가지며, 폭 방향으로 긴 측면들은 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 또는 가압된 일렉트로 슬래그 재용해 공정에서 몰드강을 제조하기 위한 몰드.
- 제1항에 있어서, 상기 짧은 측면들의 곡면은 일정한 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 몰드.
- 제1항에 있어서, 상기 짧은 측면들의 곡면은 가변적인 곡률 반경 및 선택적으로 곧은 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 몰드.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, w/2에서의 상기 몰드의 중간 두께는 상기 몰드의 양쪽 짧은 측면들로부터 w/4에서의 몰드의 1/4 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 몰드.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, w/2에서의 상기 몰드의 중간 두께는 상기 몰드의 양쪽 짧은 측면들로부터 몰드의 w/4에서 1/4 두께보다 적어도 10 mm 두꺼운 것을 특징으로 하는 몰드.
- 제3항에 있어서, 상기 몰드는 계란형, 타원형 또는 초-타원형인 것을 특징으로 하는 몰드.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몰드는 1500-2000 mm의 폭 및/또는 800-1050 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 몰드.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 긴 측면들은 적어도 하나의 곧은 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 몰드.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 구리 슬리브는 임의의 용접 이음새(welding seams)를 가지지 않는 것을 특징으로 하는 몰드.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 몰드를 제공하는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 일렉트로 슬래그 재용해 또는 가압 일렉트로 슬래그 재용해 장치.
- 제10항에서 정의된 장치로 강 잉곳(steel ingot)을 얻을 수 있고, 상기 강 잉곳은 비-직사각형 및 비-원형이며, 1000-2500 mm의 폭(w)과 700-1250 mm의 두께(t)를 가지고, 상기 잉곳의 두께 방향으로 짧은 측면들은 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분을 가지며, 상기 폭 방향으로 긴 측면들은 적어도 부분적으로 곡면을 갖는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 몰드 또는 다이를 제조하기 위한 ESR 재용해 공구강 잉곳.
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