KR20060016189A - 압탕 가열 장치를 이용한 프로펠러 주조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 프로펠러 주조에 있어서 전용의 압탕 가열 장치에 의한 주조방법에 관한 것이다.

프로펠러 주조에 있어서 전용의 장치를 이용하여 압탕에 열을 공급하는 방식으로 탄소전극 봉(8)의 아크발생에 의해 용탕에 열을 공급하는 아크 가열방식이나, 용탕과 탄소전극사이의 슬래그를 통한 저항 열에 의해 열을 공급하는 방식의 두 가지 모두가 주조방법으로 적용된다.

전용의 압탕 가열 장치를 사용하는 경우, 압탕의 온도관리를 위해서 보다 효율적으로 가열 데이터를 정량화 해야 하며, 열 방출에 따른 이론 해석과 실제 현장 데이터를 기준으로 산출한 압탕에 투입할 열량산출과 압탕의 관리시간 산출 및 장치의 투입열량을 산출하여 정량화된 데이터로 압탕의 온도관리에 적용하는 주조방법을 창안하였다.

본 발명은 상기와 같이 프로펠러 주조공정에서 야기되는 여러 문제점들을 해결하기 위해 전용의 장치를 이용한 주조방법에 대한 것으로, 프로펠러 주조에 전용 압탕 가열 장치를 투입하여 정량화된 투입열량을 산출하여 지속적으로 공급하는 주조방법과 온도관리에 대한 압탕 가열 주조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

프로펠러, 압탕 가열 장치, 주조방법, 승강장치, 열원장치, 통합제어반

Description

압탕 가열 장치를 이용한 프로펠러 주조{Propeller Casting with Riser Heating Machine}

도 1 은 본 발명에 따른 프로펠러 주조 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1): 프로펠러 (2): 승강장치

(3): 열원장치 (4): 어스 봉

(5): 압탕 (6): 보조재(보온재 혹은 플럭스)

(7): 정반 (8): 탄소전극 봉

본 발명은 선박의 프로펠러 주조에 있어서 전용의 압탕 가열 장치에 의한 주조방법에 관한 것이다.

일반적으로 프로펠러는 응고 시 많은 수축을 동반한다. 이에 따라 부족한 용탕의 보충 및 효과적인 방향성 응고 유도 등의 목적으로 압탕이 설치된다.

주형내의 용탕이 응고 거동은 주형 벽에서 용탕 중심으로 이동하기 때문에 응고에 따른 수축 결함을 방지하기 위해서는 압탕부를 기준으로 하부의 가장 먼 곳부터 응고시키는 방향성 응고가 요구된다.

이러한 목적을 위해 압탕에 열을 공급하는데 주로 사용되는 방법은 가열코일에 의해 열을 공급하는 방법, 발열제 투입에 의한 방법, 냉각구조물을 부착하여 인위적으로 열을 냉각시키는 방법 등이 이용되어 왔다.

그 중 장치에 의해 열을 공급하는 방식은 강의 주조 등에 사용되어 왔으나, 동합금의 특성이 있는 프로펠러 생산에는 장치를 이용한 압탕 가열 방법이 제대로 적용되지 못하고 있는 실정이다.

현재 프로펠러 주조에 있어 압탕의 온도를 관리하는 방법으로는 전용장치를 사용하여 압탕의 온도를 관리하기 보다는 추가 주입에 의해 압탕의 온도를 상승시키거나, 발열제를 투입하여 압탕의 온도를 높이는 등의 방법이 적용되었다.

추가 주입 시 압탕 상면의 열 방출을 차단하기 위해 이전에 살포되어 있던 보온재를 추가 주입 시 용탕에 잔류 보온재 유입 방지를 위하여 전부 걷어내야 하는 작업상의 어려움이 있었으며, 발열제 투입 시 발생되는 분진과 연기로 인해 공장의 대기환경이 심하게 오염되고, 작업자는 고온의 용탕 주변에서 작업하므로 이에 따른 위험이 항상 있다는 문제점이 있었다.

또한 이러한 압탕 온도 관리방법은 전용장치에 의해 정량화된 열용량에 의한 가열보다는 작업자의 현장 경험에 많은 것을 의존하다 보니 압탕 온도 관리에 따른 어려움이 많았으며, 수작업에 따른 다량의 수축공 발생 등의 제품의 결함도 발생하고 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같이 프로펠러 주조공정에서 야기되는 여러 문제점들을 해결하기 위해 전용의 장치를 이용한 주조방법에 대한 것으로, 프로펠러 주조에 전용 압탕 가열 장치를 투입하여 정량화된 투입열량을 산출하여 지속적으로 공급하는 주조방법과 온도관리에 대한 압탕 가열 주조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 은 프로펠러 주조를 위한 단면도를 나타내며, 프로펠러 주조의 압탕 가열에 사용되는 전체장치의 구성은 승강장치(2)와 열원장치(3), 그밖에 분전반 및 통합제어반으로 구성되고, 프로펠러 주형(1) 위의 정반(7)에 승강장치(2)가 설치되어 압탕(5)을 가열하는 것을 보여주고 있다.

장치에 의해 압탕에 열을 투입하고자 할 때는 용탕 상면과 탄소전극 봉(8) 사이에 매질인 보조재(6)가 사용된다. 보온재는 아크 방식에 사용되고, 아크 발생시 발생되는 아크 광을 차단하는 역할과 용탕 상면이 외부 대기와의 접촉에 따라 보온재가 열 방출을 차단하는 기능을 하고 있다.

그에 반해 일렉트로 슬래그 가열방법에 사용되는 플럭스는 용탕의 온도와 탄소전극봉의 가열에 의해 플럭스 상태에서 녹아 슬래그화 되는데, 이 슬래그를 통하여 일렉트로 슬래그 가열은 저항 열로서 열을 공급하게 된다.

이와 같이 전용의 압탕 가열 장치를 통해 압탕에 열을 공급하는 방식은 탄소전극봉의 아크발생에 의해 용탕에 열을 공급하는 아크 가열방식과 용탕과 탄소전극사이에 형성된 슬래그를 통해 저항 열로써 열을 공급하는 방식의 두 가지 모두가 적용되었다.

각 가열방식의 특징은 아크 가열은 국부적으로 가열되면서 깊은 아크열이 투입되고 효율이 낮고, 일렉트로 슬래그 가열법은 아크 가열의 국부적인 가열과는 달리 보다 넓은 범위로의 열을 투입하는 특징을 가지고 있다.

프로펠러의 주조에 설치되는 압탕의 온도관리를 위해서 장치를 이용할 경우 보다 효율적으로 가열 데이터를 정량화할 필요성이 있으며, 그 주요 데이터는 투입열량 산출과 압탕의 관리시간이다.

프로펠러 주조는 일반적으로 주입중량을 기준으로 모든 데이터를 관리하는데 주입중량은 적게는 20톤에서부터 130톤까지 실로 다양하다. 작업자에 의해 전용의 장비없이 압탕의 온도를 관리할 경우, 예전의 작업경험을 기반으로 압탕을 관리하지만, 전용의 장치를 적용해서 압탕의 온도관리를 할 경우 정량화된 데이터를 적용해야 한다. 이를 위해서 프로펠러 주형에 대한 열 방출 해석 모델을 가정하고 모델링에 따른 주입중량별 열 방출량을 산출하여 역으로 압탕에 열 투입량을 결정하는 방법을 적용하였다.

열 방출 모델에 이론해석과 그 동안의 현장의 압탕 온도관리 데이터를 기준으로 다음과 같은 수식을 적용하여 보다 효율적으로 투입열량을 산출하고 압탕의 온도관리를 하는 주조방법을 적용하였다.

압탕의 관리시간(H) = A ­ 주입중량(톤) + B 이며,

투입열량 산출(KW) = C ­ 주입중량(톤) + D 이고, A,B,C,D는 모두 변수이다.

압탕 가열 장치에서의 투입열량 산출은

장치의 투입열량(KW) = 효율 × 장치의 대수 × 전류(A) × 전압(V) 으로 각 중입 중량별 요구하는 투입 요구열량을 만족시키도록 효율과 전류, 전압을 결정하여 압탕 가열에 따른 프로펠러 주조방법에 적용하였다. 이렇게 산출된 투입열량과 압탕 관리 시간을 아래의 실시 예와 같이 압탕 가열에 적용하였다.

실시 예 1. 아크 가열방식

압탕면에 보온재가 살포된 상태에서 탄소 전극봉에 의해 아크가열이 시작된다. 아크의 특성상 국부적으로 가열되어 가열된 열이 주변으로 공급되는 방식이다. 사용전류는 300A, 사용전압은 40V, 사용률 100%이며, 사용되는 탄소전극봉은 직경 60mm이며, 가열에 따른 효율은 평균 50%정도이다.

실시 예 2. 일렉트로 슬래그 가열방식

가열은 아크 가열방식의 국부가열과는 달리 저항열로 가열되기 때문에 보다 넓은 범위로 가열되는 특징을 가진다. 이크가열과 동일한 열원장치의 전류, 전압설정 상태에서 가열을 시작하게 되면 전류는 동일하게 출력되나, 전압은 저항에 의해서 평균 10V 감소된 형태로 출력되고, 나타나는 전류는 300A, 전압은 30V이며, 사용되는 탄소전극봉의 조건은 동일하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이와 같은 본 발명은 전용의 압탕 가열 장치에 의한 압탕의 온도관리는 정량화된 데이터를 기준으로 작업의 표준화 및 편리성을 가져왔으며, 표준화된 주조작업에 따라 주조결함을 방지하고, 주조조직을 개선하여 건전한 주물을 얻을 수 있으며, 작업자가 압탕 관리를 쉽게 함으로써 생산성 향상에도 크게 기여하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 프로펠러 주조에 있어서 전용의 장치를 이용하여 압탕에 열을 공급하는 방식으로 탄소전극 봉(8)의 아크발생에 의해 용탕에 열을 공급하는 아크 가열방식, 또는 용탕과 탄소전극사이의 슬래그를 통한 저항 열에 의해 열을 공급하는 방식의 두가지 모두가 적용되는 압탕 가열 장치에 의해 프로펠러를 주조하는 것을 특징으로 하는 주조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   전용의 장치를 사용하는 경우, 압탕의 온도관리를 위해서 보다 효율적으로 가열 데이터를 정량화 한 것으로 열 방출에 따른 이론 해석과 실제 현장 데이터를 기준으로 산출한 압탕에 투입할 열량산출과 압탕의 관리시간 산출 및 장치의 투입열량을 산출하여 정량화된 데이터로 압탕의 온도관리에 적용하는 것을 특징으로 하는 주조방법.

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