KR20050064748A - 대구경 잉곳 분무주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용해로(100)에서 합금 용탕을 용해한 후 용탕이 주입되는 턴디쉬(110)와; 상기 턴디쉬(110) 하부의 오리피스(112)에서 유출되는 합금 용탕을 액적 스프레이로 만드는 가스분무기(120)와; 낙하하는 합금 용탕 스프레이를 적층시켜 합금 성형체로 만들어 주는 회전 및 상하 운동을 하는 기판(141)과; 상기 가스분무기(120)를 상하로 왕복 회전운동시키는 가스분무기 회전장치(170)와; 잉곳 상단 중심부를 냉각시켜 주는 중심부 가스노즐(220)로 이루어지는 분무주조장치를 제공한다.

이러한 본 발명의 장치는 고부가가치의 대구경 합금 성형체 잉곳을 불량없이 분무주조할 수 있는 효과가 있다.

Description

대구경 잉곳 분무주조장치{Spray Casting Device of Large Diameter Ingot}

본 발명은 분무주조장치에 관한 것으로서, 특히 가스분무기를 가스 공급관의 중심 축을 기준으로 하여 왕복 회전 운동시켜서 대구경의 합금 성형체 잉곳을 불량없이 제조할 수 있는 대구경 잉곳 분무주조장치에 관한 것이다.

종래의 분무주조장치에서는 합금 용탕 스프레이의 폭이 한정되어 있어서 제조할 수 있는 합금 성형체의 직경이 비교적 작아 산업적으로 수요가 많은 대구경의 합금 성형체를 제조할 수 없는 문제점이 있었다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 종래의 분무주조장치를 간략히 설명한다. 도1은 미국특허 제 4,905,899호와 미국특허 제4,938,275호에 개시된 종래의 분무주조장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도시한 바와 같이, 종래의 장치는 고압의 가스(121)를 이용하여 용탕(101)으로부터의 용융 금속을 분무하고, 이렇게 분무된 액적(130)들이 완전히 응고되지 않은 상태로 비행하다가 기판(141)에 도달한 후 비로소 응고가 완료되어 성형체(140)를 이루는 공정을 수행하는 장치로서, 단일 공정으로 급냉 응고 효과로 인한 균일한 내부 조직을 갖는 고합금 잉곳을 제조할 수 있는 장치이다. 이 장치에 의한 제조 방법은 편석이 심해서 종래의 주조공정으로는 제조가 곤란하거나 난가공성 합금이기 때문에 제조가 곤란한 소재의 제조가 가능하여 새로운 합금 제조 공법으로 각광을 받고 있다.

그러나, 산업의 발전과 함께 대구경을 갖는 잉곳의 수요가 증가하고 있고 이를 구현할 대구경 분무주조 기술이 절실하게 필요하게 되었다. 그러나 종래의 공지 방법으로는 이러한 대구경 합금 성형체의 제조는 불가능하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 가스분무기의 가스 공급관의 중심축을 기준으로 하여 가스분무기를 상하로 왕복 회전 운동시켜서 합금 용탕 스프레이가 적층할 수 있는 반경 방향 영역을 확대해 줌으로써 대구경 합금 성형체를 제조할 수 있고 잉곳 상단 중심부에 중심부 가스노즐을 장착하여 잉곳 내부의 온도 구배를 효과적으로 제거하여 대구경 합금 성형체를 불량없이 제조할 수 있는 분무주조장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용해로에서 합금 용탕을 용해한 후 용탕이 주입되는 턴디쉬와; 상기 턴디쉬 하부의 오리피스에서 수직으로 유출되는 합금 용탕을 액적 스프레이로 만드는 가스분무기와; 낙하하는 합금 용탕 스프레이를 적층시켜 합금 성형체로 만들어 주는 회전 및 상하 운동을 하는 기판과; 가스분무기의 가스 공급관의 중심축을 기준으로 가스분무기를 상하로 왕복 회전운동시키는 가스분무기 회전장치와; 잉곳 상단 중심부를 냉각시키기 위한 중심부 가스노즐을 포함하는 구성을 특징으로 하는 분무주조장치를 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따라 가스분무기의 가스공급관의 중심축을 기준으로 가스분무기를 상하로 왕복 회전 운동시킴으로 해서 대구경 합금 성형체의 제조가 가능하도록 구성된 분무주조장치를 설명하기 위한 개략도이다. 용해로(100)에서 합금 용탕(101)을 마련한 후 턴디쉬(110)에 합금 용탕을 부어 공급한다. 턴디쉬(110) 하부에는 턴디쉬 오리피스(112)가 장착되어 있으며, 이 턴디쉬 오리피스(112)를 통해서 합금 용탕이 수직 방향으로 유출된다. 수직으로 유출되는 용탕 줄기와 약 35도 각도로 경사지게 하여 가스제트(122)를 분출하는 가스분무기(120)가 용탕 줄기의 한쪽 방향에 위치하고 있다. 가스분무기(120)에서 고속의 가스제트(122)가 용탕 줄기를 향해서 나오며 용탕 줄기와 고속의 가스 제트가 충돌함에 따라서 용탕은 미세한 용탕 스프레이(130) 형태로 분무화되고 액적 스프레이는 수직한 방향에 경사지게 낙하한다. 용탕 스프레이는 낙하하여 결국은 기판(141)에 닿게 되고 액적의 적층이 시작된다. 분무 액적이 적층됨에 따라 합금 성형체(140)가 성장하게 된다. 이때 기판(141)이 회전을 하며 분무 액적의 균등한 적층을 도와 주며 적층 두께가 커짐에 따라서 기판은 하강을 하게 된다. 본 발명의 경우 적층되는 반경 영역을 크게 하기 위하여 가스분무기(120)를 가스 공급관의 중심축을 기준으로 상하로 왕복 회전 운동시키게 된다. 이러한 가스분무기(120)의 상하 왕복 회전 운동은 가스 공급관(121)에 부착된 가스분무기 회전장치(170)에 의해서 수행되며, 이로써 합금 성형체의 상단면에서 분무액적이 적층되는 반경 방향 영역이 확대됨으로 해서 대구경의 합금 성형체 제조가 가능하게 된다. 그러나 잉곳의 직경이 커지게 되면 잉곳의 중심부는 잉곳의 외곽부에 비해서 온도가 매우 높게 된다. 이와 같이 잉곳의 중심부가 표면부에 비해서 온도가 너무 높게 되면 잉곳의 중심부에 응고 결함등이 발생하고 또한 미세조직이 커지는 문제점이 있게 된다. 본 발명의 경우 잉곳 중심부의 온도를 표면부에 비슷한 수준으로 유지하기 위해서 잉곳 상단의 중심부를 향하고 있는 중심부 가스노즐(220)을 잉곳 상단의 윗부분에 장치한다. 상기 중심부 가스노즐(220)에서 고압의 가스가 분출되어 잉곳 상단 중심부는 충분하게 냉각되며 잉곳 전체에 대한 온도 편차를 최소화해준다.

도3에서 본 발명중 가스분무기 회전장치(170)에 대해 자세히 설명하기로 한다. 먼저 구동 모터(200)는 컴퓨터 제어가 가능한 서보 모터가 적당하며 일정시간 마다 그 회전 방향을 반대로 하여 회전 운동을 하게 된다. 이러한 왕복 회전 운동은 구동기어(190b)로 전달되고 이 구동기어(190b)와 맞물려 있는 감속기어(190a)에 그 회전 운동이 전달된다. 이때 구동 모터(200)의 회전 속도가 빠르다고 해도 감속기어(190a)에 의해서 효과적으로 감속되어 원하는 운동 양상을 제어할 수 있다. 상기 감속기어(190a)의 회전 운동은 가스 공급관(121)에 그대로 전달되어 가스 공급관(122) 및 가스분무기(120)가 축(210)을 중심으로 일측 또는 타측으로 회전되는 회전 진동을 하게 된다.

본 발명의 경우 상기 왕복 회전운동을 빠르게 제어할 수 있어 대구경 성형체 잉곳의 제조가 가능하고 또 이러한 대구경 성형체의 제조시 적층 경계면에 기공이 발생하지 않는 장점이 있다. 또한 가스분무기(120)의 회전 각도를 제어함으로써 제조되는 합금 성형체의 직경을 용이하게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 기존의 분무주조장치를 그대로 사용하면서 단지 가스 공급관에 상하 왕복 운동하는 회전장치(170)를 추가 설치하고 잉곳 상단 중심부에 냉각을 위한 가스노즐(220)을 장착으로써 미세조직이 균일하면서도 대구경을 갖는 합금 성형체 잉곳을 불량없이 제조할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 기존의 분무주조장치를 이용하여 별다른 추가 설비비 없이 고부가가치의 대구경 합금 성형체 잉곳을 불량없이 분무주조할 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 분무주조법을 설명하기 위한 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 분무주조장치에 대한 개략도,

도 3은 본 발명의 장치중 가스분무기를 상하로 왕복 회전운동시키는 장치에 대한 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 용해로 101 : 용탕

110 : 턴디쉬 112 : 턴디쉬 오리피스

120 : 가스분무기 121 : 가스 공급관

122 : 가스제트 130 : 용탕 스프레이

140 : 합금 성형체 141 : 기판

170 : 가스분무기 회전장치 190a : 감속 기어

190b : 구동 기어 200 : 구동 모터

210: 왕복 회전운동 축 220 : 중심부 가스노즐

Claims (1)

1. 용해로(100)에서 합금 용탕을 용해한 후 용탕이 주입되는 턴디쉬(110)와;

   상기 턴디쉬(110) 하부의 오리피스(112)에서 유출되는 합금 용탕을 액적 스프레이로 만드는 가스분무기(120)와;

   낙하하는 합금 용탕 스프레이를 적층시켜 합금 성형체로 만들어 주는 회전 및 상하 운동을 하는 기판(141)과;

   상기 가스분무기(120)를 가스 공급관(121)의 중심 축을 기준으로 상하로 왕복 회전운동시키는 가스분무기 회전장치(170)와;

   잉곳 상단 중심부를 가스로 냉각시켜 주는 중심부 가스노즐(220)을 포함하는 구성을 특징으로 하는 대구경 잉곳 분무주조장치.