KR20060052713A - 복합 잉곳 주조방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합금속 잉곳 주조방법 및 장치에 관한 것으로서, 하나 이상의 합금의 적어도 2층의 개별적으로 형성된 층을 포함하며, 공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드, 상기 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하기 위한 분할 벽을 제공하며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며, 인접한 공급 챔버의 각 쌍에 있어서 제 1 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 하나에 제 1 합금의 제 1 스트림이 공급되고, 제 2 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 제 2 합금의 제 2 스트림이 공급되며, 제 1 합금 스트림의 표면상에 자립면이 생성되며, 제 2 합금 스트림은 제 1 합금 스트림과 접촉하며, 자립면의 온도가 제 1 합금의 액상선 온도와 고상선 온도 사이에 있을 때 제 2 합금을 자립면에 접촉하거나 또는 자립면 온도가 제 1 합금의 고상선 온도보다 낮을 때 제 2 합금을 자립면에 접촉하는 위치에서 제 2 합금 스트림의 상부면을 유지시키고, 양 합금 사이의 계면은 고상선 온도와 액상선 온도 사이로 재가열시켜서, 상기 2개의 합금 풀은 2개의 층으로 접합되고, 접합된 합금층을 복합 잉곳을 형성하도록 냉각하며, 이 복합 잉곳은 계면에 인접한 제 2 합금의 구역에 제 1 합금의 하나 이상의 금속간조성의 분산 입자로 합금층 사이에서 연속적인 금속결합을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 잉곳 주조방법 및 장치{METHOD FOR CASTING COMPOSITE INGOT}
본 발명은 복합금속 잉곳 주조방법 및 장치에 관한 것으로서 신규의 복합금속 잉곳을 얻는 것에 관한 것이다.
수년동안 금속 잉곳, 특히 알루미늄 또는 알루미늄합금 잉곳은 DC주조(direct chill casting)로 알려진 반연속(semi-continuous) 주조공정에 의해 제조되어 왔다. 이 공정에 있어서, 용탕은 단부 개방형 몰드의 상부로 주입되어 몰드로부터 빠져 나올 때 냉각용액, 전형적으로 물을 금속의 응고면에 직접 적용하고 있다.
이러한 시스템은 압연제품, 즉 알루미늄합금 시트제품을 생산하기 위한 대형 직사각형 잉곳을 제조하는데 사용된다. 복합 잉곳의 대형 시장은 서로다른 합금의 2 이상의 층으로 구성된다. 이러한 잉곳은 압연후에 브레이징 시트, 항공기용 플레이트 및 다른 용도 등의 다양한 용도를 위한 클래드 시트(clad sheet)를 제조하는데 사용되며, 면의 특성이 코어와는 다른 것이 바람직하다.
이러한 클래드 시트의 종래의 접근은 서로다른 합금의 열간압연 슬래브를 함께 "핀(pin)"으로 하고, 그 후 최종 제품으로 연속압연한다. 이는 슬래브 사이의 계면이 일반적으로 금속학적으로 깨끗하지 않는 결점을 가지며 층의 접합에 문제가 있을 수 있다.
또한, 압연준비를 위한 복합 잉곳을 제조하기 위한 층으로 된 잉곳 주조에 관심을 가지고 있다. 이는 전형적으로 DC주조를 사용하여 실행되며, 2개의 합금 스트림(alloy stream)의 동시 응고 또는 하나의 금속이 제 2 용탕에 의해 접촉되기 전에 응고되는 순차 응고에 의해 실행된다. 이러한 방법은 다수가 개시되어 있으며, 다양한 성공을 갖고 있다.
1986년 2월 4일에 등록된 미국특허 제4,567,936호(빈체스키)에는 DC주조에 의핸 복합 잉곳을 제조하는 위한 방법이 개시되어 있으며, 이 방법은 높은 고상선 온도의 외부층이 낮은 고상선 온도를 갖는 내부층에 대해 주조되는 것이다. 이 상태는 낮은 고상선 온도 합금에 접촉하는 시간까지 외부층이 "완전 고체 및 건전"해야 한다.
1952년 7월 24일에 공개된 독일특허 제844,806호(켈러)에는 내부 코어가 외부층에 앞서서 주조되는 층 구조체를 주조하기 위한 단일 몰드가 개시되어 있다. 이 공정에 있어서, 외부층은 내부층과 접촉하기 전에 완전히 응고된다.
1967년 11월 21일에 등록된 미국특허 제3,353,934호(로빈슨)에는 서로다른 합금 조성내에 내부 간막이(partition)가 위치된 주조시스템이 개시되어 있다. 배플의 단부는 잉곳의 응고부분 바로 위의 "무른 구역(mushy zone)"에서 종단되도록 설계된다. "무른 구역"내의 합금은 층 사이에 결합(bond)을 형성하도록 배플의 단부 아래에서 혼합되기 위해 자유롭다. 그러나, 이 방법은 감도좋게 제어하는 것이 불가능하며 사용된 배플이 "패시브(passive)"이며, 주조는 냉각시스템에 의해 간접 적으로 제어되는 섬프 위치(sump location)의 제어에 의존한다.
1995년 12월 21일에 공개된 독일특허 DE 44 20 697(마트즈너)에는 로빈슨과 유사한 내부 간막이를 사용하는 주조시스템이 개시되어 있으며, 배플 섬프 위치가 계면을 가로지르는 연속 농도 구배를 창조하는 계면구역의 액상 혼합을 허용하도록 제어된다.
1965년 12월 21일에 공개된 영국특허 GB 1,184,764(로버트슨)에는 공통 주조 섬프로 분할하여 2개의 비유사 금속의 주조를 허용하는 가동성 배플이 개시되어 있다. 배플은 금속을 완전하게 혼합하기 위한 하나의 구역(limit)과 2개의 개별 스트랜드를 주조하기 위한 다른 구역을 허용하도록 이동가능하다.
2003년 5월 1일에 공개된 국제공개 WO 2003/035305(킬머)에는 2개의 서로다른 합금층 사이에 얇은 시트 형태의 배리어재(barrier material)를 사용하는 주조시스템이 개시되어 있다. 얇은 시트는 주조시에 손상되지 않는 상당히 높은 융점을 가지며, 최종 제품으로 편입된다.
1989년 5월 9일에 등록된 미국특허 제4,828,015호(다케우치)에는 자기장의 수단에 의해 액체 구역에서의 간막이를 생성하고 개별 합금을 갖는 2개의 구역을 공급하는 것에 의해 단일 몰드에서 2개의 액체 합금을 주조하는 방법이 개시되어 있다. 이 구역의 상부에 합금을 제공하고, 이에 의해 하부에 공급된 금속 둘레에 쉘(shell)을 형성한다.
미국특허 제3,911,996호(베일렛테)에는 주조동안 잉곳의 형상을 조정하기 위한 외부 가요성 벽을 갖는 몰드가 개시되어 있다.
미국특허 제5,947,194호(스티인)에는 베일렛테의 특허와 유사하지만 추가의 형상제어를 허용하는 몰드가 개시되어 있다.
미국특허 제4,498,521호(다케다)에는 금속 레벨을 측정하여 금속 유동 제어로 피드백하기 위해 금속의 표면상에 플로트를 사용하는 금속 레벨 제어시스템이 개시되어 있다.
미국특허 제5,526,870호(오데가드)에는 원격검지(레이더) 프로브를 사용하는 금속 레벨 제어시스템이 개시되어 있다.
미국특허 제6,260,602호(와그스태프)에는 잉곳의 외부 형상을 제어하기 위해 가변적인 테이퍼형상 벽을 갖는 몰드가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 인접하는 층 사이에 개선된 금속결합(metallurgical bond)을 갖는 2 이상의 층으로 구성되는 복합금속 잉곳을 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인접하는 층 사이의 금속결합을 개선하도록 복합 잉곳에서의 2 이상의 층이 결합하는 계면 온도를 제어하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2 이상의 합금이 복합금속 잉곳에서 결합되는 계면 형상을 제어하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 한정된 공간에서 특히 유용한 잉곳 몰드에서의 금속 레벨을 제어하기 위한 고감도 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예는 하나 이상의 합금 조성으로 이루어진 적어도 2층을 포함하는 복합금속 잉곳의 주조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방 환형형 몰드를 제공하며, 용탕이 상기 공급 단부에서 공급되고, 응고된 잉곳이 상기 배출 단부로부터 추출된다. 상기 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하기 위한 분할 벽이 사용되며, 상기 분할 벽은 상기 몰드의 배출 단부 위에서 종단되며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접한다. 인접한 공급 챔버의 각 쌍에 있어서 제 1 합금의 제 1 스트림이 제 1 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 하나로 공급되고, 제 2 합금의 제 2 스트림이 제 2 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 공급된다. 상기 제 1 금속 풀은 상기 분할 벽에 인접한 자립면(self-supporting surface)을 형성하도록 제 1 합금 풀을 냉각하기 위해 상기 쌍으로 된 챔버 사이의 분할 벽과 접촉한다. 그 후, 상기 자립면의 온도가 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있는 지점에서 제 2 합금 풀이 제 1 합금 풀의 자립면을 먼저 접촉하도록 제 2 합금풀을 제 1 합금 풀과 접촉시킨다. 이에 의해, 2개의 합금 풀은 2개의 층으로 접합되고, 복합물 잉곳을 형성하기 위해 냉각된다.
바람직하게는, 제 2 합금의 온도가 제 2 합금의 액상선 온도보다 높을 때 제 2 합금이 제 1 합금의 자립면과 먼저 접촉한다. 제 1 및 제 2 합금은 동일한 조성을 갖거나 또는 서로다른 조성을 가질 수 있다.
바람직하게는, 제 2 합금의 상부면은 제 1 합금의 자립면의 온도가 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있는 위치에서 제 1 금속 풀의 자립면과 접촉한다.
본 발명의 이 실시예에 있어서, 제 2 합금이 자립면과 먼저 접촉하는 지점에서 자립면의 온도가 액상선 온도와 고상선 온도 사이에 있도록 제 1 합금 풀을 냉각하는 것에 의해 상기 자립면이 생성된다.
본 발명의 다른 실시예는 하나 이상의 합금 조성으로 이루어진 적어도 2층을 포함하는 복합금속 잉곳의 주조방법을 포함한다. 이 방법은 공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 제공하며, 용탕이 상기 공급 단부에서 공급되고, 응고된 잉곳이 상기 배출 단부로부터 추출된다. 분할 벽은 상기 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하는데 사용되며, 상기 분할 벽은 상기 몰드의 배출 단부 위에서 종단되며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접한다. 인접한 공급 챔버의 각 쌍에 있어서 제 1 합금의 제 1 스트림이 제 1 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 하나로 공급되고, 제 2 합금의 제 2 스트림이 제 2 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 공급된다. 제 1 금속 풀은 분할 벽에 인접한 자립면을 형성하기 위해 제 1 풀을 냉각하도록 상기 챔버 사이의 분할 벽과 접촉한다. 그 후, 2개의 합금 사이에 계면을 형성하도록 자립면의 온도가 제 1 합금의 고상선 온도 보다 낮은 지점에서 제 2 풀이 제 1 풀의 자립면과 먼저 접촉하도록 제 2 금속 풀을 제 1 풀과 접촉시킨다. 그 후, 계면은 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도로 재가열되고, 2개의 합금 풀은 2개의 층으로 접합되고, 복합 잉곳을 형성하기 위해 냉각된다.
이 실시예에 있어서, 재가열은 제 1 또는 제 2 합금 풀내의 잠열에 의해 계면을 재가열하는 것에 의해 바람직하게 달성된다.
바람직하게는, 제 2 합금의 온도가 제 2 합금의 액상선 온도보다 높을 때 제 2 합금이 제 1 합금의 자립면과 먼저 접촉한다. 제 1 및 제 2 합금은 동일한 조성을 갖거나 또는 서로다른 조성을 가질 수 있다.
바람직하게는, 제 2 합금의 상부면은 자립면의 온도가 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있는 위치에서 제 1 풀의 자립면과 접촉한다.
자립면은 또한 자립면에 형성된 산화층을 가질 수 있다. 비제한적일 경우, 금속 확산을 일으키는 용사력(splaying force)을 충분히 강하게 지원한다. 이들 용사력은 제 1 스트림의 메탈로스태틱 헤드(metallostatic head)에 의해 창조된 힘을 포함하며, 냉각이 고상선 아래로 연장하는 경우에 자립면의 팽창은 자립면을 재가열 하는 것에 의해 수행된다. 제 1 합금이 아직 반고체 상태에 있는 동안 액상의 제 2 합금을 제 1 합금과 먼저 접촉시키거나 또는 다른 선택적인 실시예에서 합금 사이의 계면이 반고체 상태로 있는 것을 확실하게 하는 것에 의해, 명확한 접합 계면층이 2개의 합금 사이에 형성된다. 또한, 제 2 합금층과 제 1 합금층 사이의 계면은 잉곳의 외부면에 냉각용액을 직접 적용하는 것에 의해 창조된 응력이 최종 제품에서 더 좋게 제어되어 크랙 경향(crack prone) 합금을 주조할 때 특히 이점을 갖는 단단한 쉘 수단을 제 1 합금층이 갖기 전에 형성된다.
본 발명의 결과는 제 1 합금과 제 2 합금 사이의 계면이 출현하는 잉곳의 짧은 길이 전체에 걸쳐 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도에서 유지된다. 특정 실시예에 있어서, 제 2 합금의 상부면이 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있고 따라서 이 요구와 부합하는 계면이 형성되는 지점에서 몰드내의 제 2 합금의 상부면이 제 1 합금과 접촉하도록 제 2 합금이 몰드내로 공급된다. 선택적인 실시예에 있어서, 계면은 제 2 합금의 상부면이 제 1 합금의 자립면과 접촉한 후에 즉시 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도로 재가열된다. 바람직하게는, 제 2 합금은 제 1 합금의 자립면과 먼저 접촉할 때 그의 액상선 온도보다 높다. 이 상황에서 계면 보전은 동시에 유지되며 어떤 합금 성분은 계면을 가로질러 충분히 이동하여 금속결합이 용이하다.
제 2 합금이 접촉되는 제 1 합금의 자립면 온도가 고상선보다 상당히 낮으면(예를 들면, 유효 고체 셀이 형성된 후), 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도로 계면을 재가열하기 위한 잠열이 불충분하며, 그 후 합금 성분의 이동성이 매우 제한되어 낮은 금속결합이 형성된다. 이는 후속 공정동안 층을 분리시킬 수 있다.
제 2 합금이 제 1 합금을 접촉하기 전에 자립면이 제 1 합금상에 형성되어 있지 않으면, 그 후 합금은 혼합을 위해 자유로우며, 확산층 또는 합금 농도 구배가 계면에 형성되어, 계면이 명확하지 않게 된다.
바람직하게는, 제 2 합금의 상부면은 분할 벽의 하부 가장자리 아래의 위치에서 유지된다. 몰드내의 제 2 합금의 상부면이 제 1 합금의 자립면과 접촉하는 지점 위, 예를 들면 분할 벽의 하부 가장자리 위에 놓이면, 제 2 합금이 제 1 합금의 자립면을 분열시키거나 또는 과도한 잠열로 인한 자립면의 완전한 재용융을 일으킬 수 있는 위험이 있다. 이런 경우가 생긴다면, 계면에서의 합금의 과도한 혼합이 일어날 수 있으며, 또는 어떤 경우에 있어서 주물의 런아웃(runout) 및 실패가 생길 수 있다. 제 2 합금이 하부 가장자리의 특히 먼 위에서 분할 벽을 접촉하면, 제 1 합금의 자립면과 접촉하는 지점에서 너무 이르게 냉각되어 강한 금속간 결합이 더 이상 형성되지 않는다. 어떤 경우에 있어서, 제 2 합금의 상부면을 분할 벽의 하부 가장자리에 가깝게, 2개의 층 사이의 계면에 편입되는 제 2 층의 상부면으로부터의 산화를 방지하기 위해 분할 벽이 산화물 스키머(skimmer)로서 작용하도록 하부 가장자리 약간 위에서 유지하는 것이 이점을 줄 수 있다. 이는 제 2 합금이 산화되는 경향이 있을 때 특히 이점을 가진다. 어떤 경우에 있어서, 상부면 위치는 전술한 문제점을 피하기 위해 신중하게 제어되어야 하며, 분할 벽의 하단부 위에 약 3 ㎜ 이상으로 놓여지면 안된다.
전술한 실시예의 모두에 있어서, 제 1 합금의 고상선 온도와 정합 온도(coherency temperature) 사이의 온도에서 제 2 합금을 제 1 합금과 접촉시키거나 또는 제 1 합금의 고상선 온도와 정합 온도 사이로 2개의 층 사이의 계면을 재가열시키는 이점을 가진다. 정합 지점, 및 온도(고상선과 액상선 온도 사이)는 용탕의 응고에서의 중간 단계이다. 수지상정(dendrite)이 용탕을 냉각하고 서로 충돌시킬 때 생기는 것과 같이, 연속 고체 네트워크는 합금 체적 전체에 걸쳐 생성된다. 고체 네트워크를 전단하기 위해 필요한 토크력의 갑작스러운 증가 지점은 "정합 지점(coherency point)"로 알려져 있다. 정합 지점 및 그의 결정에 대한 기술은 "Solidification Characteristics of Aluminum Alloys Volume 3 Dendrite Coherency Pg 210"에서 발견할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 공급 단부, 배출 단부, 및 상기 배출 단부내에 끼워맞춤되며 환형 몰드의 축을 따르는 방향으로 이동가능한 가동성 바닥 블록을 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 포함하는 금속 주조장치가 제공된다. 몰드의 공급 단부는 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할되며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며, 인접한 공급 챔버는 열을 부가하거나 또는 제거할 수 있는 온도제어된 분할 벽에 의해 분리된다. 분할 벽 단부는 몰드의 배출 단부 위에 위치한다. 인접한 쌍의 챔버에 있어서 한쪽 챔버내의 금소 레벨이 챔버 사이의 분할 벽의 하단부 위의 위치에서 유지되고, 다른쪽 챔버내의 금속 레벨이 제 1 챔버내의 레벨과는 다른 위치에서 유지될 수 있도록 각 챔버는 금속 레벨 제어장치를 포함한다.
바람직하게는, 다른 챔버내의 금속 레벨은 분할 벽의 하단부 아래의 위치에서 유지된다.
분할 벽에 인접한 제 1 챔버내의 금속상에 자립면을 창조하고, 제 2 챔버내의 금속의 상부면이 유지될 수 있는 지점에서 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 놓이도록 제 1 챔버내의 금속의 자립면의 온도를 제어하기 위해 열이 추출 또는 부가되도록 분할 벽이 설계된다.
자립면의 온도를 제어하기 위해 분할 벽의 일부를 통과하거나 또는 분할 벽의 상단부에서 분할 벽과 접촉하는 온도제어 유체에 의해 분할 벽으로부터의 열을 제어하는 것에 의해 자립면의 온도는 신중하게 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 서로다른 합금으로 이루어진 적어도 2층을 포함하는 복합금속 잉곳의 주조방법이며, 공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드와 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하는 수단을 제공하며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접한다. 인접한 공급 챔버의 각 쌍에 있어서 제 1 합금의 제 1 스트림이 상기 인접한 챔버중의 하나를 통해 상기 몰드내로 공급되고, 제 2 합금의 제 2 스트림이 인접한 공급 챔중의 다른 하나를 통해 공급된다. 제 1 합금 및 제 2 합금이 서로 먼저 접촉하는 계면상의 지점이 온도제어된 분할 벽에 의해 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도에서 유지되도록 인접한 공급 챔버 사이에 온도제어된 분할 벽이 설치되며, 이에 의해 합금 스트림이 2개의 층으로 접합된다. 접합된 합금층은 복합 잉곳을 형성하기 위해 냉각된다.
바람직하게는, 제 2 합금이 분할 벽과 먼저 접촉하지 않고 분할 벽의 하부 바로 아래의 제 1 합금과 접촉하다. 어떤 상황에 있어서, 제 2 합금은 분할 벽의 하부 가장자리 아래의 약 2 ㎜ 이상, 20 ㎜ 미만 및 바람직하게는 4 내지 6 ㎜에서 제 1 합금을 접촉하여야 한다.
제 2 합금이 제 1 합금을 접촉하기 전에 분할 벽과 접촉한다면, 제 1 합금의 자립면과 접촉하는 지점에서 너무 이르게 냉각되어 강한 금속결합을 더 이상 형성할 수 없다. 제 2 합금의 액상선 온도가 상당히 낮은 경우에는 제 2 합금이 제 1 합금과 분할 벽 사이의 공간내로 공급되는 것을 야기하여 주조 결함 또는 실패를 야기할 수 있는 매탈로스태틱 헤드가 존재하게 된다. 제 2 합금의 상부면이 분할 벽의 하부 가장자리 위에 있을 때(즉, 스킴(skim) 산화물로), 이들 문제점을 피하기 위해 분할 벽의 하부 가장자리에 가능한한 가깝게 신중하게 제어되고 위치되어야 한다.
인접한 쌍의 공급 챔버 사이의 분할 벽은 테이퍼 형상 수 있으며, 테이퍼 형상은 분할 벽의 길이를 따라 가변될 수 있다. 분할 벽은 또한 곡선형상을 가질 수 있다. 이들 특징은 분할벽에 의해 분리된 챔버내에서 사용된 합금의 서로다른 열 보상 및 응고특성에 사용되며, 이에 의해 출현 잉곳내의 최종 계면 기하학의 제어를 제공한다. 또한, 곡면형상 벽은 낭비를 줄일 수 있는 특정 기하학을 갖는 층을 구비한 잉곳을 형성한다. 인접한 쌍의 공급 챔버 사이의 분할 벽은 가요성으로 제조되며, 최종 주물내의 2개의 합금층 사이의 계면을 확실하게 하기 위해 조정될 수 있으며, 압연 제품은 사용된 합금에 관계없이 직선으로 되며, 개시부(start-up section)에서도 직선이다.
본 발명의 다른 실시예는 복합금속 잉곳 주조장치에 있어서, 공급 단부, 배출 단부, 및 상기 배출 단부내에 끼워맞춤되며 환형 몰드의 축을 따르는 방향으로 이동가능한 가동성 바닥 블록을 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 포함한다. 몰드의 공급 단부는 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할되며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며, 공급 챔버의 인접한 쌍은 분할 벽에 의해 분리되며, 분할 벽은 가요성이며, 몰드의 평면에서 곡률을 갖는 분할 벽이 주조작업동안 소정 양으로 가변될 수 있도록 위치지정 장치가 분할 벽에 부착되어 있다.
본 발명의 다른 실시예는 적어도 2개의 서로다른 합금을 포함하는 복합금속 잉곳의 주조방법에 있어서, 공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드 및 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하기 위한 수단을 제공하며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접한다. 공급 챔버의 인접한 쌍에 있어서 제 1 합금의 제 1 스트림은 인접한 공급 챔버중의 하나를 통해 공급되고, 제 2 합금의 제 2스트림은 인접한 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 공급된다. 가요성 분할 벽은 인접한 공급 챔버 사이에 설치되며, 가요성 분할 벽의 곡률은 함금이 2개의 층으로 접합되는 계면 형상을 제어하도록 주조 동안 조정된다. 그 후, 접합된 합금층은 복합 잉곳을 형성하기 위해 냉각된다.
금속 공급은 신중한 레벨 제어를 요구하며, 이러한 방법의 하나는 가스, 환형 몰드의 몸체에 대한 고정 지점에서 개구부를 구비한 튜브를 통해 가스, 바람직하게는 불활성 가스의 느린 유동을 제공하는 것이다. 개구부는 사용시에 몰드내의 금속의 상부면 아래에 침지되며, 가스의 압력이 측정되고 이에 의해 튜브 개구부 위의 메탈로스태틱 헤드가 결정된다. 따라서, 측정된 압력은 일정 레벨로 금속의 상부면을 유지하도록 몰드내로의 금속 유동을 직접 제어하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 금속 잉곳 주조방법에 있어서, 공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 제공하며, 표면을 갖는 상기 몰드내의 금속 풀을 창조하도록 용탕의 스트림이 상기 몰드의 공급 단부내로 공급된다. 가스 인도 튜브의 단부는 몰드 몸체에 대한 소정 위치에서 몰드 튜브의 자유단부로부터 금속 풀내로 침지되며 불활성 가스는 튜브를 얼지 않게 유지하기 위해 충분히 느린 유동속도에서 가스 인도 튜브를 통해 버블링된다. 상기 튜브내의 가스의 압력은 몰드 몸체에 대한 용탕 표면의 위치를 결정하기 위해 측정된다.
본 발명의 다른 실시예는 금속 잉곳 주조장치에 있어서, 공급 단부, 배출 단부, 및 상기 배출 단부내에 끼워맞춤되며 환형 몰드의 축을 따르는 방향으로 이동가능한 가동성 바닥 블록을 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 포함한다. 외부 공급원으로부터 몰드내로 유동할 수 있는 금속의 유동속도를 제어하기 위해 금속 유동 제어장치가 설치되어 있다. 또한, 가스 유동제어기에 의해 가스 공급원에 부착되고 몰드내의 금속 레벨 아래의 소정 위치에 위치된 개방 단부를 갖는 가스 인도 튜브를 포함하는 금속 레벨 센서가 설치되어 있으며, 사용시에 튜브의 개방 단부는 몰드내의 금속 레벨 아래에 놓인다. 또한, 유동 제어기와 가스 인도 튜브의 개방 단부 사이에 가스 인도 튜브내의 가스의 압력을 측정하기 위한 수단이 설치되어 있으며, 측정된 가스 압력은 소정 레벨에 위치된 가스 인도 튜브의 개방 단부내로 금속을 유지하도록 금속 유동 제어장치를 제어하기 위해 적합하다.
금속 레벨을 측정하기 위한 이 방법 및 장치는 다중-챔버 몰드 설계에서의 일부 또는 모든 공급 챔버와 같은 한정된 공간에서 금속 레벨을 측정하고 제어하는데 특히 유용하다. 플로트 또는 유사한 표면 위치 모니터, 작은 공급 챔버에 사용된 가스 튜브 및 대형 공급 챔버에서의 플로트 또는 유사한 장치에 기초한 공급 제어시스템를 사용하는 다른 금속 레벨 제어시스템과 조합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 하나의 합금은 넓은 층을 형성하거나 또는 직사각형 단면 잉곳의 "압연(rolling)" 면은 다른 합금으로부터 형성되는, 서로다른 합금의 2개의 층을 갖는 복합 잉곳 주조방법을 제공한다. 이 방법에 있어서, 공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방 환형형 몰드 및 온도제어된 분할 벽에 의해 공급 단부를 인접한 개별 공급 챔버로 분할하기 위한 수단을 제공한다. 제 1 합금의 제 1 스트림은 공급 챔버중의 하나를 통해 몰드내로 공급되고, 제 2 합금의 제 2스트림은 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 공급되며, 이 제 2 합금은 제 1 합금보다 낮은 액상선 온도를 갖는다. 제 1 합금은 분할 벽의 하단부 아래로 연장하는 자립면을 형성하도록 온도제어된 분할 벽에 의해 냉각되며, 제 2 합금은 자립면의 온도가 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에서 유지되는 위치에서 제 1 합금의 자립면과 접촉되며, 이에 의해 2개의 합금 스트림은 2개 층으로 접합된다. 그 후, 접합된 합금층은 복합 잉곳을 형성하기 위해 냉각된다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, 2개의 챔버는 외부 챔버가 내부 챔버를 완전하게 둘러싸도록 하여 제 2 합금의 코어를 완전하게 둘러싸는 하나의 합금의 층을 갖는 잉곳이 형성되는 구성이다.
바람직한 실시예는 3개의 공급 챔버를 형성하는 2개의 측방으로 이격된 온도제어된 분할 벽을 포함한다. 따라서, 각 측면상에 분할 벽을 갖는 중앙 공급 챔버와 상기 중앙 공급 챔버의 각 측면상에 한쌍의 외부 챔버를 갖는다. 제 1 합금의 스트림은 중앙 공급 챔버를 통해 공급될 수 있으며, 제 2 합금의 스트림은 2개의 측면 챔버내로 공급된다. 이러한 배치는 전형적으로 중앙 코어 재료상에 2개의 클래딩 층을 제공하는데 사용된다.
상기 방법은 제 1 합금의 스트림은 측면 챔버를 통해 공급되며, 제 2 합금은 중앙 챔버를 통해 공급되는 것과 같이 전환되는 것도 가능하다. 이 배치와 함께, 주조는 중앙 챔버를 통해 공급되어 분할 벽 바로 아래의 쌍으로 된 제 1 합금을 접촉하는 제 2 합금으로, 측면 공급 챔버에서 개시된다.
잉곳 단면 형상은 종래의 형상(예를 들면, 원형, 정사각형, 직사각형 또는 다른 규칙적인 또는 비규칙적인 형상)일 수 있으며, 개개의 층의 단면 형상은 또한 잉곳내에서 가변될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 연신된 잉곳으로 구성되는 주물 잉곳 제품으로, 단면에 있어서, 서로다른 조성의 2 이상의 개별 합금층을 포함하며, 인접한 합금층 사이의 계면은 실질적으로 연속적인 금속결합의 형태이다. 이 결합은 계면에 인접한 제 2 합금의 구역에 제 1 합금의 하나 이상의 금속간 조성물의 분산 입자가 존재한다. 일반적으로 본 발명에 있어서, 제 1 합금은 자립면이 첫번째로 형성된 하나이며, 자립면이 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있는 동안 제 2 합금은 이 자립면과 접촉하며, 또는 계면이 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도로 재가열된다. 바람직하게는, 분산된 입자는 약 20 ㎛ 미만의 작경을 가지며, 계면에서 최대 200 ㎛의 구역에서 발견되었다.
결합은 계면에 인접한 구역내의 제 2 합금내로 연장하는 하나 이상의 제 1 합금의 금속간 조성물의 플럼(plume) 또는 용출물(exudate)의 존재에 의해 특정화된다. 이 특성은 특히 자립면의 온도가 제 2 합금과 접촉하기 전에 고상선 온도 아래로 감소되지 않을 때 형성된다.
바람직하게는 플럼 또는 용출물은 계면으로부터 제 2 합금내로 약 100 ㎛ 미만으로 침투한다.
제 1 합금의 금속간 조성물은 제 1 합금내에 잔류하는, 제 1 합금과 제 2 합금 사이의 계면에 인접한 제 2 합금내로 분산 또는 용출되며, 금속간 입자의 감소된 양을 함유하는 층은 제 1 합금보다 더 귀한 층을 연속적으로 형성할 수 있으며 클래드 재료에 내부식성을 부여할 수 있다.
이 결합은 계면에 인접한 제 2 합금층내의 제 1 합금의 합금 성분의 확산층의 존재에 의해 특정화된다. 이 특성은 특히 제 1 합금의 자립면이 제 1 합금의 고상선 온도 아래로 냉각된 후 제 1 및 제 2 합금 사이의 계면이 고상선 온도와 액상선 온도 사이로 재가열되는 것으로 형성된다.
어떠한 학설에 의해 제한되는 것을 원하지 않지만, 이들 특성의 존재는 제 2 합금이 자립면과 접촉한 후에 제 2 합금내로의 제 1 합금의 금속간화합물의 분산 또는 용출과 함께 제 1 합금상에 형성된 자립면에서의 제 1 합금의 금속간화합물의 용리(segregate)의 형성에 의해 생성된다고 믿는다. 금속간화합물의 용출은 계면에 존재한 용사력에 의해 지원된다.
본 발명의 방법에 의해 형성된 층 사이의 계면의 다른 특성은 2개의 합금 사이의 계면에 바로 인접한 제 1 합금의 결정립계 사이에 제 2 합금으로부터의 합금 성분의 존재에 있다. 제 2 합금(아직 일반적으로 그의 액상선 온도 위)이 제 1 합금의 자립면(제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도)과 접촉할 때 이들 합금 성분이 성장한 것으로 믿는다. 이들 특정 조건하에서, 제 2 합금의 합금 성분은 아직 액체인 결정립계를 따라 짧은 거리(전형적으로 약 50 ㎛)를 확산할 수 있지만 제 1 합금의 자립면에 이미 형성된 결정내로 확산하지는 않는다. 계면 온도가 양쪽 합금의 액상선 온도보다 높으면, 합금의 일반적 혼합이 발생할 것이며, 제 2 합금 성분은 결정 뿐만 아니라 결정립계 내에서 발견될 것이다. 계면 온도가 제 1 합금의 고상선 온도보다 낮으면, 결정립계 확산을 위한 기회는 발생하지 않을 것이다.
특정한 계면 특성은 고체 상태 확산에 의해 생성된 특정 특성 또는 확산 또는 수축된 액체경로를 따른 원소의 이동에 의해 발생되며 전체 계면의 독특한 성질에 악영향을 끼치지 않는 특정한 특성이다.
어떻게 계면이 형성되는지에 관계없이, 계면의 유일한 구조를 계면에서의 강한 금속결합을 위해 제공하며, 따라서 한계 또는 계면 오염과 조합된 문제점 없이 시트로 압연하기 위한 적합한 구조를 만든다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 복합 금속 잉곳은 적어도 2층의 금속을 포함하며, 인접한 층의 쌍은 제 1 합금의 표면에 제 2 합금을 접촉시키는 것에 의해 형성되며, 제 2 금속층이 제 1 금속층의 면과 접촉할 때 제 1 금속층의 면은 제 1 금속층의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도에 있으며, 제 2 금속층의 온도는 액상선 온도보다 높다. 바람직하게는 2개의 금속층은 서로다른 합금으로 구성된다.
유사한 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 복합 금속 잉곳은 적어도 2층의 금속을 포함하며, 인접한 층의 쌍은 제 1 합금의 표면에 제 2 합금을 접촉시키는 것에 의해 형성되며, 제 2 금속층이 제 1 금속층의 면과 접촉할 때 제 1 금속층의 면은 제 1 금속층의 고상선 온도보다 낮은 온도에 있으며, 제 2 금속층의 온도는 액상선 온도보다 높으며, 2개의 금속층 사이에 형성된 계면은 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도로 재가열된다. 바람직하게는 2개의 금속층은 서로다른 합금으로 구성된다.
바람직한 일실시예에 있어서, 상기 잉곳의 단면은 직사각형이며, 제 1 합금의 코어와 제 2 합금의 적어도 하나의 표면층을 포함하며, 상기 표면층은 상기 직사각형의 긴 면상에 공급된다. 이 복합금속 잉곳은 바람직하게는 복합금속 시트를 형성하기 위해 열간 및 냉간압연된다.
특히 바람직한 일실시예에 있어서, 코어 합금은 알루미늄-망간 합금이며, 표면 합금은 알루미늄-실리콘 합금이다. 이러한 복합 잉곳은 복합금속 브레이징 시트를 형성하도록 열간 및 냉간압연될 때 내부식성 브레이징 구조체를 제조하기 위한 브레이징 조작을 받을 수 있다.
특히 바람직한 다른 실시예에 있어서, 합금 코어는 스크랩 알루미늄합금이며, 표면 합금은 순 알루미늄합금이다. 이러한 복합 잉곳은 복합금속 시트를 형성하도록 열간 및 냉간압연될 때 개선된 내부식 특성, 표면 마무리 능력 등을 갖는 저가의 재생 제품을 제공한다. 이러한 관계에 있어서, 순 알루미늄합금은 190 watt/m/K 보다 큰 열전도율과 50℃ 미만의 응고 범위를 갖는 알루미늄합금이다.
특히 바람직한 또 다른 실시예에 있어서, 합금 코어는 고강도 비열처리가능 합금(Al-Mn 합금)이며, 표면 합금은 브레이징가능한 합금(Al-Si 합금)이다. 이러한 복합 잉곳은 복합 금속 시트를 형성하기 위해 열간 및 냉간압연될 때 성형 조작을 받을 수 있으며, 브레이징되거나 또는 유사하게 접합되는 차량용 구조체에 사용된다.
특히 바람직한 또 다른 실시예에 있어서, 합금 코어는 고강도 열처리가능 합금(2xxx 합금)이며, 표면 합금은 순 알루미늄합금이다. 이러한 복합 잉곳은 열간 및 냉간압연될 때 항공기용 구조체에 적합한 복합 금속 시트를 형성한다. 순 합금은 내부식성 또는 표면 마무리를 위해 선택되며, 코어 합금의 고상선 온도 이상의 고상선 온도를 갖는 것이 바람직하다.
특히 바람직한 또 다른 실시예에 있어서, 합금 코어는 중간 강도 열처리가능 합금(Al-Mg-Si 합금)이며, 표면 합금은 순 알루미늄합금이다. 이러한 복합 잉곳은 열간 및 냉간압연될 때 차량용 밀폐부에 적합한 복합 금속 시트를 형성한다. 순 합금은 내부식성 또는 표면 마무리를 위해 선택되며, 코어 합금의 고상선 온도 이상의 고상선 온도를 갖는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, 잉곳은 원통형상 단면이며, 제 1 합금의 코어와 제 2 합금의 동심면(concentric surface)을 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 잉곳은 직사각형 또는 정사각형 단면이며, 제 2 합금의 코어와 제 1 합금의 환형 표면층을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 단일 분할 벽을 도시하는 부분단면입면도,
도 2는 합금 사이의 접촉을 도시하는 개략도,
도 3은 도 1 상당도로, 한쌍의 분할 벽을 도시하는 부분단면입면도,
도 4는 도 3 상당로로, 제 1 합금보다 낮은 액상선 온도를 갖는 제 2 합금을 중앙 챔버내로 공급하는 것을 도시하는 부분단면입면도,
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 사용된 공급 챔버의 다른 배치를 도시하는 평면도,
도 6은 곡률 제어시스템을 도시하는 도 1의 부분단면확대도,
도 7은 분할 벽의 가변 곡률의 효과를 도시하는 몰드의 평면도,
도 8은 합금 사이의 테이퍼 형상 분할 벽을 도시하는 도 1의 부분확대도,
도 9는 분할 벽의 특정한 바람직한 구성을 도시하는 몰드의 평면도,
도 10은 본 발명의 금속 레벨 제어시스템을 도시하는 개략도,
도 11은 본 발명의 공급 챔버중의 하나에 대한 공급 시스템의 사시도,
도 12는 분할 벽의 다른 바람직한 구성을 도시하는 몰드의 평면도,
도 13은 본 발명의 방법을 사용하는 한쌍의 인접한 합금 사이의 접합면을 통한 대향 합금에서의 금속간 입자의 형성을 도시하는 현미경사진,
도 14는 금속간 플럼 또는 용출물의 형성을 도시하는 도 13과 같은 접합면의 현미경사진,
도 15는 본 발명의 기술사상 이외의 조건하에서 처리된 한쌍의 인접한 합금 사이의 접합면의 현미경사진,
도 16은 본 발명의 방법을 사용하는 클래딩 합금층과 주물 코어 합금 사이의 접합면을 도시하는 현미경사진,
도 17은 본 발명의 방법을 사용하는 클래딩 합금층과 주물 코어 합금 사이의 접합면의 현미경사진으로, 접합면에서의 클래딩 합금의 결정립계를 따라 단독 코어 합금의 성분의 존재를 도시하는 현미경사진,
도 18은 본 발명의 방법을 사용하는 클래딩 합금층과 주물 코어 합금 사이의 접합면의 현미경사진으로, 도 17과 같이 확산된 합금 성분의 존재를 도시하는 현미경사진 및
도 19는 본 발명의 방법을 사용하는 클래딩 합금층과 주물 코어 합금 사이의 접합면의 현미경사진으로, 도 17과 같이 확산된 합금 성분의 존재를 도시하는 현미경사진이다.
도 1을 참조하면, 직사각형 주조 몰드 조립체(10)는 냉각수(13)의 스트림이 분배되는 워터 자켓(12)의 일부를 형성하는 몰드 벽(11)을 구비한다.
몰드의 공급부는 분할 벽(14)에 의해 2개의 챔버로 분할된다. 용탕 인도 트로프(trough)(30)와 조정가능한 스로틀(throttle)(32)을 구비한 인도 노즐(15)은 한쪽 공급 챔버내로 제 1 합금을 공급하고, 측면 채널을 구비하는 제 2 금속 인도 트로프(24), 인도 노즐(16) 및 조정가능한 스로틀(31)은 제 2 공급 챔버로 제 2 합금을 공급한다. 조정가능한 스로틀(31, 32)은 수동식으로 또는 각각의 공급 챔버로의 금속의 유동을 조정하기 위한 동일 제어신호에 응답하여 조정된다. 수직으로 이동가능한 하부 블록 유닛(17)은 형성되는 배아 복합 잉곳(embryonic composite ingot)을 지지하며, 주조 개시전에 몰드의 배출단부내로 끼워맞춤되며, 그 후 잉곳 이 형성되도록 하강된다.
도 2를 참조하여 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 제 1 공급 챔버에 있어서 용탕(18)은 분할 벽의 하단부에 인접한 자립면(self-supporting surface)(27)을 형성하도록 점진적으로 냉각되며, 그 후 무른 구역(mushy zone)으로 종종 언급되는 액체와 고체 사이의 구역(zone)(19)을 형성한다. 이 무른 또는 반고체 구역 아래는 고체금속 합금(20)이다. 제 2 챔버로 제 1 합금(18)보다 낮은 액상선 온도를 갖는 제 2 합금 액상 유동체(21)가 공급된다. 이 금속은 또한 무른 구역(22) 및 최종적으로 고체부(23)를 형성한다.
자립면(27)은 전형적으로 금속이 분할 벽(14)으로부터 분리될 때 약간 수축을 받으며, 그 후 예를 들면 금속(18)의 메탈로스태틱 헤드(metallostatic head)를 지탱시키는 것에 의한 용사력(splaying force)이 발생될 때 약간 팽창한다. 자립면은 자립면의 온도가 금속(18)의 고상선 온도보다 높더라도 이러한 힘을 억제하기 위한 충분한 강도를 가진다. 자립면상의 산화물층은 이 힘의 균형에 기여할 수 있다.
분할 벽의 하단부(35) 아래의 자립면(27)의 온도를 제어하는 칠드 계면(chilled interface)을 형성하도록 분할 벽으로부터의 열을 추출하는 온도제어 유체의 인도 및 제거를 위한 흡입구(36) 및 배출구(37)를 갖는 밀폐된 채널(33)을 통과하는 온도제어 유체에 의해 분할 벽(14)의 온도는 소정 타겟 온도에서 유지된다. 그 후, 제 2 챔버에서의 금속(21)의 상부면(34)은 분할 벽(14)의 하부 가장자리(35) 아래의 위치에서 유지되며, 동시에 자립면(27)의 온도는 자립면(27)의 온도가 금속(18)의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 놓이는 지점에서 금속(21)의 상부면(34)이 이 자립면(27)을 접촉하도록 유지된다. 전형적으로, 상부면(34)은 분할 벽(14)의 하부 가장자리 약간 아래, 일반적으로 하부 가장자리로부터 약 2 내지 20 ㎜의 지점으로 제어된다. 따라서, 이 지점에서의 2개의 합금 스트림 사이에 형성된 계면층은 합금의 과도한 혼합없이 2개의 층 사이에 매우 강한 금속결합을 형성한다.
소망 범위내의 금속(18)의 자립면(27)의 온도를 설립하기 위해 요구된 냉각용액 유동체(및 온도)는 금속 잉곳이 형성될 때 금속 잉곳의 자립면(27)에 매설된 작은 열전대의 사용에 의해 일반적으로 경험적으로 결정되며, 주어진 조성에 대해 한번 설립되면 금속(18)에 대한 주조 온도(주조 온도는 금속(18)이 공급 챔버의 흡입 단부에 인도되는 온도)는 이러한 합금에 대한 주조 작업의 일부를 형성한다. 특히, 채널(33)을 통한 고정된 냉각용액의 유동체에서, 배출구(37)에서 측정된 냉각용액 채널을 빠져나가는 냉각용액의 온도는 분할 벽의 하부 가장자리 아래의 소정 위치에 있는 금속의 자립면의 온도와 잘 관련되며, 따라서 냉각용액 채널의 배출구내의 열전대 또는 서미스터(40)와 같은 온도측정장치를 제공하는 것에 의해 이 임계온도를 제어하는 간단하고 효과적인 수단을 제공하다.
도 3은 도 1과 실질적으로 동일한 몰드이지만 이 경우에는 한쌍의 분할 벽(14, 14a)이 3개의 공급 챔버로 몰드의 마우스를 분할하는데 사용된다. 중앙 챔버는 제 1 금속 합금을 위한 것이며, 한쌍의 외부 공급 챔버는 제 2 금속 합금을 위한 것이다. 외부 공급 챔버는 제 2 및 제 3 금속 합금에 적합할 수 있으며, 이 경 우에 있어서 분할 벽(14, 14a)의 하단부는 서로 다르게 위치되며, 온도제어는 주조 및 제 1 합금과 제 2 합금 사이 및 제 1 합금과 제 3 합금 사이에 강하게 결합된 계면을 창조하기 위해 특별하게 요구되는 사항에 따라 2개의 분할 벽에 대해 다를 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 합금 스트림이 외부 공급 챔버로 공급되고 제 2 합금 스트림이 중앙 공급 챔버로 공급되도록 합금을 전환시키는 것도 가능하다.
도 5는 다수의 더욱 복잡한 챔버 배치를 도시하는 평면도이다. 이들 각 배치에 있어서, 외부 벽(11)은 몰드이며, 내부 분할 벽(14)은 개별 챔버를 분리한다. 인접한 챔버 사이의 각 분할 벽(14)은 전술한 주조 조건이 유지되도록 위치되고 및 열적으로 제어되어야 한다. 이는 분할 벽이 몰드의 흡입구로부터 아래쪽으로 연장하며, 서로다른 위치에서 종단되며, 서로다른 온도로 제어될 수 있으며, 각 챔버내의 금속 레벨은 주조 작업의 요구에 따라 서로다른 레벨로 제어될 수 있는 것을 의미한다.
분할 벽(14)을 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 몰드의 평면에 가변 곡률을 갖는 가요성으로 제조하는 것은 이점이 있다. 곡률은 주물 전체에 걸쳐 일정 계면을 유지하도록 개시(start-up) 위치(14)와 불변상태(steady state) 위치(14') 사이에서 변경된다. 이는 분할 벽(14)의 상부의 일단에 부착되고 선형 액츄에이터(26)에 의해 수평 방향으로 구동되는 아암(25)에 의해 달성된다. 액츄에이터는 필요에 따라 히트 실드(heat shield)(42)에 의해 보호된다.
합금의 열 특성은 상당히 변화되며, 곡률의 가변 양과 정도는 잉곳의 다양한 층을 위해 선택된 합금에 기초하여 결정된다. 일반적으로 특정 제품을 위한 주조 작업의 일부로서 경험적으로 결정된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 분할 벽(14)은 또한 금속(18)의 측면상에 수직 방향으로 테이퍼질 수 있다. 이 테이퍼(43)는 인접한 합금층 사이의 계면의 형상을 더 제어하기 위해 분할 벽(14)의 길이를 따라 가변될 수 있다. 테이퍼는 몰드의 외부 벽(11)상에 또한 사용될 수 있다. 이 테이퍼 형상은 예를 들면 미국특허 제6,260,602호(와그스태프)에 개시된 것을 사용하여 설립될 수 있으며, 인접한 층을 위해 선택된 합금에 의존할 것이다.
분할 벽(14)은 금속(예를 들면, 강 또는 알루미늄)으로 제조되며, 예를 들면 테이퍼 형상 면상에 흑연 삽입부(46)을 사용하는 것에 의해 그 일부가 흑연으로 제조될 수 있다. 오일 인도 채널(48)과 홈(47)이 윤활 또는 분배 물질을 제공하기 위해 또한 사용될 수 있다. 물론, 삽입부 및 오일 인도 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 외부 벽상에 사용될 수 있다.
분할 벽의 특정한 바람직한 실시예는 도 9에 도시되어 있다. 분할 벽(14)은 직사각형 단면 잉곳의 한쪽 또는 양쪽의 긴(압연) 면을 따라 몰드 측벽(11)에 실질적으로 평행하게 연장한다. 몰드의 긴 면의 단부 가까이에서, 분할 벽(14)은 90˚곡선(45)이며, 짧은 측벽으로 완전히 연장하는 것보다는 긴 측벽(11)상의 위치(50)에서 종단된다. 이러한 분할 벽을 구비한 클래드 잉곳 주물은 종래의 롤-클래딩 처리 보다 시트의 폭 전체에 걸쳐 클래딩의 형상을 좋게 유지하도록 압연될 수 있 다. 도 8에 기술된 테이퍼 형상은 또한 예를 들면 곡면(45)에서 사용될 수 있는 높은 각도 테이퍼 형상 및 직선부(44)상의 중간 각도 테이퍼 형상으로 설계될 수 있다.
도 10은 층으로 된 잉곳을 주조하는 여부를 떠나 다중층 잉곳을 주조하기 위한 몰드에서의 어떠한 금속 챔버에서 충돌될 때 한정된 공간내의 금속 레벨을 제어하는데 특히 유용한 주조 몰드에서 사용될 수 있는 주조 몰드내의 금속 레벨을 제어하는 방법을 도시한다. 가스 공급원(51)(전형적으로 불활성가스의 실린더)은 몰드내의 기준위치(54)에 위치된 개방 단부(53)를 구비한 가스 인도 튜브로 가스의 작은 유동을 인도하는 유동 제어기(52)에 부착되어 있다. 튜브 배출구에서의 가스 인도 튜브의 내경은 전형적으로 3 내지 5 ㎜ 사이다. 기준위치는 주조 조작동안 금속(55)의 상부면 아래에 위치되도록 선택되며, 이 기준위치는 주조 작업의 요구에 따라 가변될 수 있다.
압력 변환기(56)는 튜브내의 가스의 배압을 측정하도록 유동 제어기와 개방 단부 사이의 지점에서 가스 인도 튜브에 부착된다. 이 압력 변환기(56)는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 공지된 수단에 의해 챔버로 유입되는 금속의 유동을 제어하기 위한 기준신호와 비교될 수 있는 신호를 차례로 생성한다. 예를 들면, 금속 인도 트로프(59)로부터 차례로 공급된 내화 튜브(58)내의 조정가능한 내화 스토퍼(57)가 사용될 수 있다. 사용시에, 가스 유동은 가스 인도 튜브의 단부를 개방시키기에 충분히 낮은 레벨로 조정된다. 가스 인도 튜브의 개방 단부내에 삽입된 내화섬유의 조각은 거품형성에 의해 발생된 압력 변동을 감쇠시키기 위해 사용된다. 그 후, 측정된 압력은 챔버내의 금속의 상부면 아래의 가스 인도 튜브의 개방 단부의 침지 정도를 결정하며, 따라서 기준위치에 대한 금속 상부면의 레벨과 챔버내로의 금속의 유동속도는 기준위치에 관한 소정 위치에 금속 상부면을 유지하도록 제어된다.
유동 제어기와 압력 변환기는 흔히 상업적으로 구입할 수 있는 장치이다. 그러나, 특정한 바람직한 실시예에 있어서 유동 제어기는 가스 유동을 5 내지 10 cc/min 범위로 확실하게 유동 제어할 수 있다. 압력 변환기는 본 발명에서의 금속 레벨 제어(1 ㎜내로)의 양호한 측정을 제공하는 약 0.1 psi (0.689 kPa)로 압력을 측정할 수 있으며, 이러한 조합은 가스 인도 튜브의 개방 단부를 통한 느린 버블링에 의해 발생하는 압력에서의 약간의 변동의 관점에서도 양호한 제어를 제공한다.
도 11은 본 발명의 몰드 상부의 일부를 도시하는 사시도이다. 금속 챔버중의 하나에 대한 공급 시스템이 도시되어 있으며, 특히 잉곳상에 클래드 표면을 생성하기 위해 사용될 수 있는 좁은 공급 챔버내로 금속을 공급하는데 적합하다. 이 공급 시스템에 있어서, 채널(60)은 금속의 상부면 아래에 종단하는 공급 챔버에 연결된 다수의 작은 하강 스파웃(down spout)(61)을 갖는 공급 챔버에 인접하여 설치되어 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 수단에 의해 내화섬유로 제조된 분배 백(distribution bag)(62)은 금속의 균일한 분산 및 온도를 개선하기 위해 각 하강 스파웃(61)의 배출구 둘레에 설치된다. 채널은 트로프(68)로부터 채널의 금속내로 연장하는 단일 하강 스파웃(69) 및 삽입되어 있는 종래 설계의 유동제어 스토퍼(도시되지 않음)로 차례로 공급된다. 채널은 금속이 모든 위치로 균일하게 흐르도록 위치되고 레벨링된다.
도 12는 2개 면상에 직사각형 단면 잉곳 클래드를 주조하기 위한 분할 벽(14)의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 분할 벽은 직사각형 단면 잉곳의 한쪽 또는 양쪽의 긴(압연) 면을 따라 몰드 측벽(11)에 실질적으로 평행한 직선부(44)를 가진다. 그러나, 이 경우 있어서 각 분할 벽은 위치(41)에서 몰드의 짧은 단부벽을 교차하는 곡선형 단부(49)를 가진다. 이는 종래의 롤-클래딩 처리에서 보다 시트의 폭 전체에 걸쳐 클래딩의 형상을 유지하는데 유용하다. 2개 면을 클래딩하는 것이 도시되어 있지만, 잉곳의 단일 면을 클래딩하기 위해서도 동등하게 사용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 조건하에서 주조된 Al-Mn합금(81)(0.74중량% Mn, 0.55중량% Mg, 0.3중량% Cu, 0.17중량% , 0.07중량% Si, 잔부는 Al 및 불가피한 불순물을 함유하는 X-904)과 Al-Si합금(82)(12중량% Si, 0.19중량% Mg, 잔부는 Al 및 불가피한 불순물을 함유하는 AA4147) 사이의 계면(80)을 도시하는 15X 확대 현미경사진이다. Al-Mn합금은 1190℉(643℃)의 고상선 온도와 1215℉(657℃)의 액상선 온도를 가졌다. Al-Si합금은 1070℉(576℃)의 고상선 온도와 1080℉(582℃)의 액상선 온도를 가졌다. Al-Si합금은 Al-Mn합금상에 자립면이 설립된 위치에서 Al-Mn합금을 접촉하도록 금속의 상부면이 유지되도록 주조 몰드내로 공급되며, 그의 온도는 Al-Mn합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있었다.
명확한 계면은 합금의 일반적 혼합이 아닌 것을 나타내는 샘플상에 존재하지만, 추가로 Mn(85)을 함유하는 금속간화합물의 입자는 Al-Mn합금과 Al-Si합금 사이 의 계면(80)에 인접한 Al-Si합금(82)내의 대략 200 ㎛ 밴드내에서 볼 수 있다. 금속간화합물은 주로 MnAl6와 알파-AlMn이다.
도 14는 도 13에 도시된 바와 같은 동일 합금 조합의 계면(80)을 도시하는 200X 확대 현미경사진으로, 자립면의 온도는 Al-Si합금이 자립면을 접촉하기 전에 Al-Mn합금의 고상선 온도 아래로 떨어지는 것이 허용되지 않았다. 플럼 또는 용출물(88)은 Al-Mn합금(81)으로부터 Al-Si합금(82)내로 계면(80)으로부터 연장하는 것이 관찰되었고, 플럼 또는 용출물은 도 13의 입자와 유사한 Mn을 함유하는 금속간조성을 가진다. 플럼 또는 용출물은 전형적으로 이웃하는 금속내로 최대 100 ㎛ 연장된다. 합금 사이에 얻어진 결합은 강한 금속결합이다. Mn(85)을 함유하는 금속간화합물을 또한 이 현미경사진에서 볼 수 있으며, 전형적으로 최대 20 ㎛의 크기를 가진다.
도 15는 Al-Mn합금(AA3003)과 Al-Si합금(AA4147) 사이의 계면을 도시하는 현미경사진(300X 확대)이며, Al-Si합금의 상부면이 Al-Mn합금의 자립면에 접촉되는 지점에서 Al-Mn 자립면은 Al-Mn합금의 고상선 온도보다 낮은 약 5℃ 이상으로 냉각되었다. 합금 사이의 결합선(90)은 낮은 금속결합이 형성된 것을 나타내는 것을 명확하게 볼 수 있다. 또한, 제 2 합금에서의 제 1 합금의 용출물 또는 분산된 금속간조성은 존재하지 않는다.
다양한 합금 조합이 본 발명에 따른 공정에 따라 주조되었다. 조건은 제 2 합금의 상부면에서 제 1 합금 표면 온도가 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있도록 조정되었다. 모든 경우에 있어서, 합금은 690 ㎜ x 1590 ㎜, 3미터 길이의 잉곳으로 주조되었으며, 그 후 종래의 예열, 열간압연 및 냉간압연으로 처리되었다. 합금 조합 주물은 하기 표 1에 나타내었다. 종래의 용어를 사용하여, "코어(core)"는 2개의 합금 복합물에서의 두꺼운 지지층이며, "클래딩(cladding)"은 표면 기능성 층이다. 표에 있어서, 제 1 합금(First Alloy)은 첫번째 합금 주물이며, 제 2 합금(Second Alloy)은 첫번째 합금의 자립면과 접촉하는 합금이다.
제 1 합금 제 2 합금
주물 위치 및 합금 L-S 범위 (℃) 주조온도 (℃) 위치 및 합금 L-S 범위 (℃) 주조온도 (℃)
051804 클래드 0303 660-659 664-665 코어 3104 654-629 675-678
030826 클래드 1200 657-646 685-690 코어 2124 638-502 688-690
031013 클래드 0505 660-659 692-690 코어 6082 645-563 680-684
030827 클래드 1050 657-646 695-697 코어 6111 650-560 686-684
이들 각각의 예에 있어서, 클래딩은 제 1 합금을 응고시켰고, 코어 합금은 자립면이 형성된 지점에서 클래딩 합금에 공급되었으며, 자립면 온도는 상기 주어진 L-S 범위내에 있었다. 이는 클래딩 합금이 코어 합금보다 낮은 용융 범위를 가지는 시트를 브레이징하기 위해 상기 예와 비교될 수 있으며, 클래딩 합금("제 2 합금")은 코어 합금("제 1 합금")의 자립면에 공급되었다. 현미경사진은 상기 4개의 주물에서의 클래딩과 코어 사이의 계면을 취하였다. 현미경사진은 50X 확대로 취하였다. 각 화상에 있어서, "클래딩"층은 좌측에, "코어"층은 우측에 나타낸다.
도 16은 클래딩 합금 0303과 코어 합금 3104 사이의 주물 #051804의 계면을 도시한다. 계면은 클래딩 재료로부터 비교적 더 합금화된 코어 층으로 건너가는 결정구조에서의 변화로부터 명확하다.
도 17은 클래딩 합금 1200과 코어 합금 2124 사이의 주물 #030826의 계면을 도시한다. 도면에서, 층 사이의 계면은 점선(94)으로 도시되어 있다. 이 도면에 있어서, 2124 합금의 합금 성분은 계면의 짧은 거리내의 1200 합금의 결정립계내에 존재한다. 이들은 도면에 있어서 재료의 이격된 "핑거(finger)"로서 나타나며, 그 중 하나가 참조부호 "95"로 도시되어 있다. 2124 합금 성분은 약 50 ㎛의 거리로 연장하며, 전형적으로 이들 조건하에서 1200 합금의 단일 결정에 대응한다.
도 18은 클래딩 합금 0505와 코어 합금 6082 사이의 주물 #031013의 계면을 도시한다. 도 19는 클래딩 합금 1050과 코어 합금 6111 사이의 주물 #030827의 계면을 도시한다. 이들 도면의 각각에 있어서, 코어 합금의 합금 성분의 존재는 계면에 바로 인접한 클래딩 합금의 결정립계에서 볼 수 있다.

Claims (77)

  1. 하나 이상의 합금 조성으로 이루어진 적어도 2층을 포함하는 복합금속 잉곳의 주조방법에 있어서,
    공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 제공하며,
    용탕이 상기 공급 단부에 공급되고, 응고된 잉곳이 상기 배출 단부로부터 추출되며,
    상기 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하기 위한 분할 벽을 제공하며,
    상기 분할 벽은 상기 몰드의 배출 단부 위에서 종단되며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며,
    인접한 공급 챔버의 각 쌍에 있어서 제 1 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 하나에 제 1 합금의 제 1 스트림이 공급되고, 제 2 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 제 2 합금의 제 2 스트림이 공급되며,
    상기 금속 풀의 각각은 상부면을 갖고,
    상기 분할 벽에 인접한 자립면을 형성하기 위해 제 1 합금 풀을 냉각하도록 상기 쌍으로 된 챔버 사이의 분할 벽과 제 1 합금 풀을 접촉시키며, 상기 자립면의 온도가 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있는 지점에서 제 2 합금 풀이 제 1 합금 풀의 자립면을 먼저 접촉하도록 제 2 합금 풀을 제 1 합금 풀과 접 촉시켜서, 상기 2개의 합금 풀은 2개의 층으로 접합되고, 상기 접합된 합금층을 복합 잉곳을 형성하기 위해 냉각하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 합금은 동일한 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 합금은 서로다른 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 합금의 상부면은 상기 제 1 합금의 자립면의 온도가 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이에 있는 위치에서 제 1 합금의 자립면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 합금의 상부면은 제 1 합금의 자립면의 온도가 자립면의 고상선 온도와 정합 온도 사이의 위치에 있는 제 1 합금의 자립면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 합금이 상기 제 1 합금의 자립면을 먼저 접촉할 때 상기 제 2 합금의 온도는 제 2 합금의 액상선 온도와 동일하거나 또는 더 높은 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 단부를 분할하기 위한 상기 분할 벽은 쌍으로 된 상기 각 챔버 사이의 온도제어된 분할 벽으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도제어된 분할 벽은 상기 제 2 합금의 상부면이 상기 자립면과 접촉하는 위치에서 상기 제 1 합금의 자립면의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    온도제어 유체는 상기 분할 벽을 통해 제거 또는 부가된 열을 제어하도록 상기 온도제어된 분할 벽과 접촉하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 온도제어 유체는 밀폐된 채널을 통해 유동하며, 상기 자립면의 온도는 상기 채널을 떠나는 유체의 배출온도를 측정하는 것에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 합금 풀의 상부면은 상기 분할 벽의 하단부 아래의 레벨로 유지되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 합금 풀의 상부면은 상기 분할 벽의 바닥 가장자리에서 2 ㎜내에 유지되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 벽의 곡률은 주조동안에 가변되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 벽은 상기 제 1 합금과 접촉하는 면상에 외측으로 테이퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 테이퍼는 상기 분할 벽의 길이를 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    가스 공급원을 제공하고, 사용시에 개방 단부가 챔버내의 금속 풀의 상부면 아래에 놓이도록 챔버내의 기준점에 위치된 단부 개방형 튜브에 의해 가스를 인도하고, 튜브를 개방시키기에 충분한 속도로 튜브를 통한 가스의 느린 유동속도를 유지하도록 가스의 유동속도를 제어하고, 튜브내의 가스의 압력을 측정하고, 측정 압력을 소정 타겟과 비교하고, 소망 위치에서 상부면을 유지하도록 챔버내로의 금속의 유동을 조정하는 것에 의해 하나 이상의 금속 풀 상부면의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드는 직사각형 단면을 가지며,
    한쪽 면에 클래딩을 갖는 직사각형 잉곳을 형성하도록 상기 직사각형 몰드의 긴 면에 평행하게 배향된 다른 크기의 2개의 공급 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 합금은 상기 2개의 공급 챔버중 큰쪽에 공급되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 합금은 상기 2개의 공급 챔버중 큰쪽에 공급되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 벽은 상기 몰드의 긴 벽에서 종단되는 곡선형 단부를 갖는 몰드의 긴 면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  21. 제 17 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 벽은 상기 몰드의 짧은 단부벽에서 종단되는 곡선형 단부를 갖는 몰드의 긴 면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드는 직사각형 단면을 가지며,
    상기 직사각형 몰드의 긴 면에 평행하게 배향된 3개의 공급 챔버를 포함하며,
    2개의 면에 클래딩을 갖는 직사각형 잉곳을 형성하도록 상기 챔버 중 중앙 챔버는 2개의 측면 챔버보다 큰 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 합금은 상기 중앙 챔버에 공급되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 합금은 상기 중앙 챔버에 공급되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 벽은 상기 몰드의 긴 벽에서 종단되는 곡선형 단부를 갖는 몰드의 긴 면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  26. 제 22 항 내지 제 24 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 벽은 상기 몰드의 짧은 단부벽에서 종단되는 곡선형 단부를 갖는 몰드의 긴 면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  27. 하나 이상의 합금 조성으로 이루어진 적어도 2층을 포함하는 복합금속 잉곳 의 주조방법에 있어서,
    공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 제공하며,
    용탕이 상기 공급 단부에 공급되고, 응고된 잉곳이 상기 배출 단부로부터 추출되며,
    상기 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하기 위한 분할 벽을 제공하며,
    상기 분할 벽은 상기 몰드의 배출 단부 위에서 종단되며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며,
    인접한 공급 챔버의 각 쌍에 있어서 제 1 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 하나에 제 1 합금의 제 1 스트림이 공급되고, 제 2 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 제 2 합금의 제 2 스트림이 공급되며,
    상기 금속 풀의 각각은 상부면을 갖고,
    상기 분할 벽에 인접한 자립면을 형성하기 위해 제 1 합금 풀을 냉각하도록 상기 쌍으로 된 챔버 사이의 분할 벽과 제 1 합금 풀을 접촉시키며, 상기 제 1 합금과 제 2 합금 사이에 계면을 형성하도록 상기 자립면의 온도가 제 1 합금의 고상선 온도 아래인 지점에서 제 2 합금 풀이 제 1 합금 풀의 자립면을 접촉하도록 제 2 합금풀을 제 1 합금 풀과 접촉시키고, 상기 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도로 상기 계면을 재가열시켜, 상기 2개의 합금 풀은 2개의 층으로 접합되고, 상기 접합된 합금층을 복합 잉곳을 형성하기 위해 냉각하는 것을 특징으 로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 계면은 상기 제 1 합금 및 제 2 합금의 잠열에 의해 재가열되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 2 합금이 제 1 합금의 자립면을 먼저 접촉할 때 상기 제 2 합금의 온도는 제 2 합금의 액상선 온도와 동일하거나 또는 더 높은 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  30. 복합금속 잉곳을 제조하기 위한 주조장치에 있어서,
    공급 단부, 배출 단부, 및 상기 배출 단부내에 끼워맞춤되며 환형 몰드의 축을 따르는 방향으로 이동가능한 가동성 바닥 블록을 갖는 단부 개방형 환형 몰드 를 포함하며,
    상기 몰드의 공급 단부는 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할되며,
    상기 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며,
    공급 챔버의 인접한 쌍은 몰드의 배출 단부 위에서 종단되는 온도제어된 분할 벽, 각 공급 챔버로 금속을 인도하기 위한 수단, 각 공급 챔버로의 금속의 유동을 제어하기 위한 수단 및 각 챔버에 대한 금속 레벨 제어장치에 의해 분리되며,
    챔버의 인접한 쌍에 있어서 제 1 챔버내의 금속 레벨은 상기 온도제어된 분할 벽의 하단부 위의 위치에서 유지될 수 있으며, 제 2 챔버내의 금속 레벨은 상기 제 1 챔버내의 금속 레벨에 대해 다른 위치에서 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 2 챔버내의 금속 레벨은 상기 분할 벽의 하단부 아래의 위치에서 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  32. 제 30 항에 있어서,
    주입구 및 배출구를 갖는 온도제어 유체용 밀폐 채널은 상기 온도제어된 분할 벽과 연결되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    온도측정장치가 상기 유체 배출구에 설치된 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  34. 제 30 항 내지 제 33 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 벽의 곡률이 가변될 수 있도록 상기 온도제어된 분할 벽에 부착된 제어 아암 및 선형 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조 장치.
  35. 제 30 항 내지 제 33 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도제어된 분할 벽은 상기 제 1 챔버에 면하는 표면상에 외측으로 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 테이퍼 형상은 상기 분할 벽의 길이를 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  37. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버에 면하는 상기 온도제어된 분할 벽의 표면상에 흑연 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  38. 제 30 항에 있어서,
    윤활제 또는 상기 분할 벽의 표면에 분리층을 제공하기 위한 유체인도 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  39. 제 35 항에 있어서,
    상기 흑연은 다공성이며,
    상기 온도제어된 분할 벽내의 하나 이상의 유체인도 채널은 상기 다공성 흑연을 통해 상기 제 1 챔버에 면하는 상기 분할 벽의 표면으로 유체를 인도하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  40. 제 30 항에 있어서,
    상기 금속 레벨 제어장치는 가스 공급원, 상기 공급원으로부터의 가스의 유동을 제어하기 위한 유동 제어기, 한쪽 단부는 상기 유동 제어기에 접속되고 다른쪽 단부는 개방된 튜브 및 상기 튜브내의 가스의 압력을 측정하기 위해 상기 튜브에 부착된 압력 게이지를 포함하며,
    상기 튜브의 개방 단부는 몰드의 몸체에 대해 소정 위치에서 상기 챔버내에 위치되어 있으며, 사용시에 상기 튜브의 개방 단부는 상기 챔버내의 금속에 침지되며,
    상기 챔버로의 금속의 유동을 제어하기 위한 수단은 소정 위치에 금속 레벨을 유지하도록 상기 압력 게이지로부터 측정된 압력에 응답하여 제어되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  41. 제 30 항에 있어서,
    상기 챔버에 금속을 인도하기 위한 수단은 금속인도 트로프 및 상기 트로프에 접속된 하나 이상의 단부 개방형 금속인도 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 단부 개방형 튜브는 사용시에 개방 단부가 금속에 침지되도록 상기 챔버내에 위치되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  43. 복합금속 생주물 잉곳에 있어서,
    서로다른 조성의 합금으로 이루어진 인접한 층을 갖는 복수의 실질적으로 평행한 긴 층을 포함하며, 인접한 합금층 사이의 계면은 실질적으로 연속된 금속결합의 형태이며,
    상기 계면에 인접한 제 2 인접 합금의 구역내에 분산된 상기 인접 합금중의 하나에 하나 이상의 금속간 조성을 갖는 입자가 존재하는 것을 특징으로 하는 복합금속 생주물 잉곳.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 계면으로부터 상기 제 2 인접 합금으로 연장하는 상기 인접 합금중의 하나에 하나 이상의 금속간 조성을 갖는 플럼 또는 용출물이 존재하는 것을 특징으로 하는 복합금속 생주물 잉곳.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 계면에 인접한 제 2 인접 합금내에 층내에 분산된 제 1 인접 합금의 원 소를 함유하는 층이 존재하는 것을 특징으로 하는 복합금속 생주물 잉곳.
  46. 서로다른 합금으로 이루어진 적어도 2층을 포함하는 복합금속 잉곳의 주조방법에 있어서,
    공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 제공하며,
    용탕이 상기 공급 단부에 공급되고, 응고된 잉곳이 상기 배출 단부로부터 추출되며,
    상기 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하기 위한 분할 벽을 제공하며,
    상기 분할 벽은 상기 몰드의 배출 단부 위에서 종단되며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며,
    인접한 공급 챔버의 각 쌍에 있어서 제 1 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 하나에 제 1 합금의 제 1 스트림이 공급되고, 제 2 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 제 2 합금의 제 2 스트림이 공급되며,
    상기 금속 풀의 각각은 상부면을 갖고,
    상기 공급 단부를 분할하는 분할 벽은 쌍으로 된 공급 챔버의 각각의 사이에 온도제어된 분할 벽으로 구성되어, 상기 2개의 스트림이 상기 온도제어된 분할 벽 아래에서 접촉하는 지점에서의 계면의 온도는 양 합금의 고상선 온도보다 높은 온도에서 유지되며, 상기 2개의 합금 스트림은 2개의 층으로 접합되고, 상기 접합된 합금층을 복합 잉곳을 형성하기 위해 냉각하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 2개의 스트림이 접촉하는 지점에서의 2개의 합금 스트림중 하나의 온도는 액상선 온도보다 낮은 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 2개의 스트림이 접촉하는 지점에서의 2개의 합금 스트림중 다른 하나의 온도는 고상선 온도보다 높은 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  49. 서로다른 합금으로 이루어진 적어도 2층을 포함하는 복합금속 잉곳의 주조방법에 있어서,
    공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 제공하며,
    용탕이 상기 공급 단부에 공급되고, 응고된 잉곳이 상기 배출 단부로부터 추출되며,
    상기 공급 단부를 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할하기 위한 분할 벽을 제공하며,
    상기 분할 벽은 상기 몰드의 배출 단부 위에서 종단되며, 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며,
    인접한 공급 챔버의 각 쌍에 있어서 제 1 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 하나에 제 1 합금의 제 1 스트림이 공급되고, 제 2 챔버내에 금속 풀을 형성하기 위해 쌍으로 된 공급 챔버중의 다른 하나를 통해 제 2 합금의 제 2 스트림이 공급되며,
    상기 금속 풀의 각각은 상부면을 갖고,
    상기 공급 단부를 분할하기 위한 분할 벽은 가요성이며, 분할 벽의 형상은 주조공정 동안 조정되어, 상기 2개의 합금 풀은 2개의 층으로 접합되고, 상기 접합된 합금층을 복합 잉곳을 형성하기 위해 냉각하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  50. 복합금속 잉곳을 제조하기 위한 주조장치에 있어서,
    공급 단부, 배출 단부, 및 상기 배출 단부내에 끼워맞춤되며 환형 몰드의 축을 따르는 방향으로 이동가능한 가동성 바닥 블록을 갖는 단부 개방형 환형 몰드 를 포함하며,
    상기 몰드의 공급 단부는 적어도 2개의 개별 공급 챔버로 분할되며,
    상기 각 공급 챔버는 적어도 하나의 다른 공급 챔버에 인접하며,
    공급 챔버의 인접한 쌍은 몰드의 배출 단부 위에서 종단되는 분할 벽에 의해 분리되며, 상기 분할 벽은 가요성이며, 주조작업동안 분할 벽의 형상이 가변되도록 하나 이상의 선형 액츄에이터와 분할 벽에 부착된 제어 아암이 설치된 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조장치.
  51. 금속 잉곳의 주조방법에 있어서,
    공급 단부 및 배출 단부를 갖는 단부 개방형 환형 몰드를 제공하며,
    용탕이 상기 공급 단부에 공급되고, 응고된 잉곳이 상기 배출 단부로부터 추출되며,
    용탕의 스트림은 상부면을 갖는 금속 풀을 형성하도록 상기 공급 단부에 공급되며,
    가스 공급원을 제공하고, 개방 단부가 금속 풀의 상부면 아래에 놓이도록 몰드내의 소정의 기준점에 위치되는 단부 개방형 튜브에 의해 가스를 인도하고, 튜브 를 개방시키기에 충분한 속도로 상기 튜브를 통한 가스의 느린 유동속도를 유지하도록 가스의 유동속도를 제어하고, 상기 튜브내의 가스의 압력을 측정하고, 측정된 압력을 소정 타겟과 비교하고, 소망 위치에서 상부면을 유지하도록 몰드내로의 금속의 유동을 조정하는 것에 의해 상기 상부면의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  52. 금속 잉곳을 제조하기 위한 주조장치에 있어서,
    공급 단부, 배출 단부, 및 상기 배출 단부내에 끼워맞춤되며 환형 몰드의 축을 따르는 방향으로 이동가능한 가동성 바닥 블록을 갖는 단부 개방형 환형 몰드,
    상기 몰드에 금속을 인도하기 위한 수단,
    상기 몰드로의 금속의 유동을 제어하기 위한 수단, 및
    금속 레벨 제어장치를 포함하고,
    상기 금속 레벨 제어장치는 가스 공급원, 상기 가스 공급원으로부터의 가스 유동을 제어하기 위한 유동 제어기, 한쪽 단부는 상기 유동 제어기에 접속되고 다른쪽 단부는 개방된 튜브, 및 상기 튜브내의 가스의 압력을 측정하기 위해 상기 튜브에 부착된 압력 게이지를 포함하며, 상기 튜브의 개방 단부는 상기 몰드의 몸체에 대해 소정 위치에서 챔버내에 위치되어 있으며, 사용시에 상기 튜브의 개방 단부는 상기 몰드내의 금속에 침지되며,
    상기 몰드로의 금속의 유동을 제어하기 위한 수단은 소정 위치에 금속 레벨을 유지하도록 상기 압력 게이지로부터 측정된 압력에 응답하여 제어되는 것을 특징으로 하는 금속 잉곳 주조장치.
  53. 복합금속 잉곳 주조방법에 있어서,
    서로다른 합금 조성의 적어도 2층을 포함하며,
    제 1 합금 및 제 2 합금으로 구성되는 인접한 층의 쌍은 제 1 합금의 표면이 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도에 있을 때 제 1 합금의 표면에 용탕 상태로 제 2 합금을 공급하는 것에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳 주조방법.
  54. 복합금속 잉곳에 있어서,
    서로다른 합금 조성물의 적어도 2층을 포함하며,
    제 1 합금 및 제 2 합금으로 구성되는 인접한 층의 쌍은 제 1 합금의 표면이 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도에 있을 때 제 1 합금의 표면에 용탕 상태로 제 2 합금을 공급하는 것에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 잉곳의 단면은 직사각형이며, 상기 제 1 합금의 코어 층과 상기 직사각형의 긴 면상에 제 2 합금의 적어도 하나의 표면층으로 구성된 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 제 1 합금은 알루미늄-망간 합금이며, 상기 제 2 합금은 알루미늄-실리콘 합금인 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳.
  57. 제 56 항에 따른 열간 및 냉간압연된 복합금속 잉곳을 포함하는 복합 시트제품.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 시트제품은 브레이징 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 시트제품.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 시트제품은 플럭스 기반 또는 무플럭스 브레이징 방법을 사용하여 브레이징 구조체로 편입되는 것을 특징으로 하는 복합 시트제품.
  60. 제 55 항에 있어서,
    상기 제 1 합금은 스크랩 알루미늄합금이며, 상기 제 2 합금은 190 W/m/K 보다 큰 열전도율 및 50℃ 미만의 응고범위를 갖는 알루미늄합금인 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳.
  61. 제 60 항에 따른 열간 및 냉간압연된 복합금속 잉곳을 포함하는 복합 시트제품.
  62. 제 55 항에 있어서,
    상기 제 1 합금은 알루미늄-마그네슘 합금이며, 상기 제 2 합금은 알루미늄-실리콘 합금인 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳.
  63. 제 62 항에 따른 열간 및 냉간압연된 복합금속 잉곳을 포함하는 복합 시트제 품.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 시트제품은 브레이징가능한 차량용 구조부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 시트제품.
  65. 제 55 항에 있어서,
    상기 제 1 합금은 고강도 열처리가능 알루미늄합금이며, 상기 제 2 합금은 190 W/m/K 보다 큰 열전도율 및 50℃ 미만의 응고범위를 갖는 알루미늄합금인 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳.
  66. 제 65 항에 따른 열간 및 냉간압연된 복합금속 잉곳을 포함하는 복합 시트제품.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 시트제품은 내부식성 항공기용 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 시트제품.
  68. 제 55 항에 있어서,
    상기 제 1 합금은 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금이며, 상기 제 2 합금은 190 W/m/K 보다 큰 열전도율 및 50℃ 미만의 응고범위를 갖는 알루미늄합금인 것을 특징으로 하는 복합금속 잉곳.
  69. 제 68 항에 따른 열간 및 냉간압연된 복합금속 잉곳을 포함하는 복합 시트제품.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 시트제품은 차량용 밀폐패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 시트제품.
  71. 연신된 잉곳으로 구성된 주조 잉곳제품에 있어서,
    단면에 있어서 서로다른 합금 조성의 2 이상의 개별 합금층을 포함하며,
    인접한 합금 사이의 계면은 실질적으로 연속적인 금속결합의 형태이며,
    상기 계면에 인접한 제 2 인접 합금의 구역내에 인접한 합금중의 하나에 하나 이상의 금속간 조성의 분산 입자가 존재하는 것을 특징으로 하는 주조 잉곳제품.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 계면으로부터 상기 계면에 인접한 제 2 인접 합금의 구역으로 연장하는 인접한 합금중의 하나에 하나 이상의 금속간 조성의 플럼 또는 용출물이 존재하는 것을 특징으로 하는 주조 잉곳제품.
  73. 제 71 항에 있어서,
    생주물 제품내에서 상기 계면에 인접하고, 제 1 인접 합금층으로부터 합금화원소를 함유하는 제 2 인접 합금층내에 확산 밴드가 존재하는 것을 특징으로 하는 주조 잉곳제품.
  74. 제 71 항에 있어서,
    상기 층 사이의 계면에 있는 제 1 인접 합금층내에 감소된 양의 금속간 입자를 갖는 층이 주조제품내에 존재하는 것을 특징으로 하는 주조 잉곳제품.
  75. 제 74 항에 있어서,
    감소된 양의 금속간 입자를 갖는 상기 층은 4 ㎜ 내지 8 ㎜ 사이의 두께인 것을 특징으로 하는 주조 잉곳제품.
  76. 연신된 잉곳으로 구성된 주조 잉곳제품에 있어서,
    단면에 있어서 인접한 층에서의 서로다른 합금 조성의 2 이상의 개별 합금층을 포함하며,
    인접한 제 1 및 제 2 합금 사이의 계면은 제 1 합금과 제 2 합금 사이의 실질적으로 연속적인 금속결합의 형태이며,
    제 2 합금의 합금성분은 상기 계면에 인접한 제 1 합금의 입계에만 존재하는 것을 특징으로 하는 주조 잉곳제품.
  77. 제 76 항에 있어서,
    상기 제 1 합금의 입계에 형성된 상기 제 2 합금의 합금성분은 상기 제 1 합금의 표면이 상기 제 1 합금의 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 온도에 있을 때 상기 제 1 합금의 표면에 용탕 상태로 상기 제 2 합금을 공급하는 것에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 주조 잉곳제품.
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