KR20070001156A - 직접 칠드 금속 주조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 거의 같은 냉각제 유속을 유지하는 용융 금속 주형 주조 시스템(120)에 관한 것으로, 부상하는 주형 부품상에 영향을 미치는 냉각을 변경하기 위해 상기 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제 유동의 유동 특성을 변경한다. 상기 주형 부품의 중앙 표면 부분에서의 열전달은 일부 낮은 열전도성 금속 합금들을 위해 감쇠됨으로써, 주조가 진행되는 동안 버트 컬이 감소된다.

냉각제 유속, 용융 금속, 주형 주조 시스템, 주형 부품, 냉각제 유동, 열전달, 버트 컬

Description

직접 칠드 금속 주조 시스템{Direct chilled metal casting system}

본 출원서는 다른 어떠한 출원서에 의해 우선권으로 주장될 수 없다.

본 발명은 철 및 비철 주형의 주조에 사용되는 주탕(molten metal mold) 주조 시스템에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 일반적으로 냉각제 조리개 또는 조절 장치(배플, baffle)를 통한 거의 동일한 흡입 유속을 지속시키며, 열전달을 감소시키고 주형 부품의 구획면 부분을 냉각시키며, 따라서 주형 부품 및 금속이 주조되는 동안 발생되어서는 안될 버트 컬(butt curl) 및/또는 기타 다른 악영향을 감소시키는 냉각 시스템을 제공한다.

금속 인고트(ingot), 빌리트(billet) 및 기타 주형 부품들은 일반적으로 금속 주조 설비의 바닥 레벨 아래의 큰 주조 피트(casting pit) 위에 위치된 수직 경사진 주형을 사용하는 주조 공정에 의해 형성되며, 본 발명의 경우는 수평 주형에서 사용될 수도 있다. 상기 수직 주조 주형의 하부 부품은 시동 블록(starting block)이다. 주조 공정이 시작될 때, 상기 시동 블록은 최상부 위치 및 주형에 위치된다. 용융 금속이 주형 구멍 또는 캐비티 안으로 유입되고 (대표적으로는 물에 의해) 냉각됨에 따라, 상기 시동 블록은 유압 실린더 또는 기타 장치에 의해 미리 결정된 속도로 서서히 낮아진다. 상기 시동 블록이 낮아짐에 따라, 고형 금속 또 는 알루미늄이 상기 주형의 바닥으로부터 부상하고, 주형 부품들으로서 언급될 수도 있는 다양한 기하학적 인고트, 라운드 및 빌리트들이 형성된다.

본 발명은 일반적으로 알루미늄, 황동, 납, 아연, 마그네숨, 구리, 강철 등을 비제한적으로 포함하는, 금속 주조에 적용되며, 적합한 실시예로서는 알루미늄을 들 수 있으며, 따라서 일관성을 위해 전반적으로 알루미늄이란 용어가 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 금속이란 용어가 사용되고 있다. 유체(가스 또는 액체)가 부상하는 주형 부품에 직접 제공되는 타입의 주조는 일반적으로 직접 칠드(chilled) 또는 직접 냉각(cooled) 주조라고 지칭된다.

수직 주조 장치를 성취 및 구성하기 위한 다양한 방법이 존재하고 있으며, 도 1은 그들 중 하나의 실예를 설명하고 있다. 도 1에서, 일반적으로 알루미늄의 수직 주조는 주조 피트에서 공장 바닥 높이 레벨 아래에서 발생한다. 주조 피트 바닥(101a) 바로 아래에는 케이슨(caisson; 103)이 위치하며, 상기 케이슨에는 유압 실린더용 유압 실린더 배럴(102)이 위치한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 주조 피트(101) 및 케이슨(103) 내에 도시된 일반적으로 수직 알루미늄 주조 장치의 하부 부품들은 유압 실린더 배럴(102), 램(106), 장착 베이스 하우징(105), 플래튼(107) 및 시동 블록 베이스(또는 시동 헤드 또는 바닥 블록; 108)이며, 이들 모두는 주조 설비 바닥(104) 아래 높이에 도시되어 있다.

상기 장착 베이스 하우징(105)은 상기 주조 피트(101)의 바닥(101a)에 장착되며, 그 아래는 상기 케이슨(103)이 위치한다. 상기 케이슨(103)은 그의 측 벽(103b)과 그이 바닥(103a)에 의해 규정된다.

또한, 도 1에는 대표적인 주형 테이블 조립체(110)가 도시되어 있으며, 상기 조립체는 주형 테이블 경사 아암(110a)을 미는 유압 실린더(111)에 의해 도시된 바와 같이 경사질 수 있으며, 그에 따라, 상기 조립체는 포인트(112)에 대해 피벗되며, 따라서 도 1에 도시된 바와 같이 주요 주조 프레임 조립체를 상승 및 회전시킨다. 또한, 주형 테이블 조립체들을 상기 주조 피트 위의 주조 위치를 향해 그리고 상기 주조 위치로부터 이동시키는 주형 테이블 캐리지가 구비된다.

도 1에는 또한 상기 플래튼(107) 및 시동 블록 베이스(108)가 인고트와 함께 주조 피트(101) 안에 부분적으로 경사지거나 또는 주형 부품(113)이 부분적으로 형성되는 예가 도시되어 있다. 주형 부품(113)은 시동 블록 베이스(108)상에 위치하며, 시동 헤드 또는 바닥 블록을 포함할 수도 있고, 일반적으로는 상기 시동 블록 베이스(108)상에 위치할 수도 있으며(그러나, 반드시 시동 블록 베이스상에 위치할 필요는 없다), 이들 모두는 종래 공지된 기술이므로, 이후에 더욱 상세히 도시하거나 설명하지 않는다. 시동 블록이란 용어가 도면부호 108에 대해 사용되었으나, 상기 바닥 블록 및 시동 헤드라는 용어 또한 당업계에서 도면 부호 108에 대한 용어로서 사용되고 있으며, 바닥 블록라는 용어는 일반적으로 인고트가 주조될 때 사용되며, 시동 헤드라는 용어는 일반적으로 빌리트가 주조될 때 사용된다.

도 1의 시동 블록 베이스(108)가 오직 하나의 시동 블록(108) 및 주각(pedestal; 105)만을 나타내고 있으나, 일반적으로는 여러개의 시동 블록 및 주각들이 각각의 시동 블록 베이스상에 장착되며, 동시에 상기 시동 블록과 같은 주 형 빌리트, 특별 형상 또는 인고트가 주조 공정이 진행되는 동안 낮아지며, 이에 대하여는 공지된 바와 같이 나중에 도면들을 통해 도시된다.

유압 유체가 충분한 압력하에 유압 실린더 내로 도입될 때, 램(106) 및 그에 수반하는 시동 블록(108)이 상기 주조 공정을 위한 소정의 높이 시동 레벨로 상승되며, 이 때 상기 시동 블록들은 주형 테이블 조립체(110) 내에 위치한다.

상기 시동 블록(108)의 저하는 미리 결정된 속도로 상기 실린더로부터 유압 유체를 계량함으로써 성취되며, 따라서 미리 결정되고 제어된 속도로 상기 램과 그에 수반하는 상기 시동 블록이 낮아진다. 상기 주형은 대표적으로 수냉 수단을 사용하여 부상하는 인고트 또는 빌리트의 고형화를 돕기 위해 상기 공정이 진행되는 동안 제어적으로 냉각 또는 칠드된다.

주형 테이블 안으로 조립되는 다양한 주형 및 주조 기술이 존재하며, 일반적으로 당업자들에 의해 공지된 것이므로, 특히 아무도 본 발명의 다양한 실시예들에 적용할 필요성을 느끼지 않는다.

주형 테이블은, 상기 주형 테이블이 위치되는 다양하고 다른 크기와 형태의 주조 피트들이 존재하므로, 모든 크기와 형태로 제공된다. 따라서 주형 테이블이 특정 형태로 조립되기 위한 필요성과 요구 조건은 다양한 인자들에 의존하며, 상기 인자들 중 일부는 상기 주조 피트의 치수, 수원의 위치 및 상기 피트를 작동하는 실체의 실행을 포함한다.

대표적인 주형 테이블의 상측부는 금속 분배 시스템에 작동적으로 연결하거나 또는 그와 상호 작용한다. 상기 대표적인 주형 테이블은 또한 그것이 하우징되 는 주형들에 작동적으로 연결된다.

금속이 연속 주조 수직 주형을 사용하여 주조될 때, 상기 용융 금속은 상기 주형에서 냉각되며, 시동 블록 베이스가 낮아짐에 따라 상기 주형의 하단부로부터 연속적으로 부상한다. 상기 부상하는 빌리트, 인고트 또는 다른 형태는 소정의 형상을 지속하도록 충분히 고형화되는 경향을 갖는다. 부상하는 고형화된 금속과 침투성 링벽 사이에는 일반적으로 공기 갭이 형성된다. 그 아래에는, 또한 상기 부상하는 고형화된 금속과 하부 사이의 주형 공기 캐비티 및 그와 관련된 설비가 제공된다.

상기 주조 공정이 일반적으로 윤활제를 포함하는 유체를 사용하므로, 상기 주형 캐비티 둘레의 소정의 위치에 상기 유체를 전달하도록 설계된 도관 및/또는 배관이 제공된다. 비록 상기 윤활제라는 용어가 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되고 있으나, 그것이 윤활제든 아니든 모든 타입의 유체들을 의미할 수도 있으며, 또한 박리제(release agent)일 수도 있다.

주조 피트 및 용융 금속상에서 및 그의 주변에서의 작업은 위험이 잠재될 수 있으며, 따라서 상기 설비들을 취급하는 작업자에게 노출될 수 있는 위험이나 또는 사고를 최소화하고 안전성을 증가시키기 위한 방법들이 연속적으로 고안될 것이 요망된다.

버트 컬(butt curl)은 일부 금속 및/또는 외형을 주조하는 동안 발생되는 공지된 부정적 현상이며, 일반적으로 다른 부분들에 대해 주형 부품의 일부 부분들이 수축함으로써 발생된다. 과다한 버트 컬은 주조 공정이 진행되는 동안 용융 금속 이 누출되고 주조가 즉시 정지되어야 하는 돌발 또는 출혈 상황을 초래할 수 있다. 인고트와 같은 형상을 주조함에 있어서, 특히 주조 금속이 낮은 열전도성을 갖는 금속 합금을 주조할 때, 버트 컬이 더 많이 그리고 더 심하게 발생하는 경향을 갖는다. 예를 들면, 각각의 합금들은 고상선(solidus) 영역에 대한 다른 액상선(liquidus) 및 열전도성을 갖는다. 훨씬 높은 마그네슘 함량을 갖는 것과 같은 일부 합금들은 또한 훨씬 낮은 열전도성을 갖는다. 결과적으로, 균일한 수증기 베리어 또는 필름 베리어를 형성하기가 훨씬 어렵게 된다. 이와 같은 인고트들의 중앙은 상기 인고트의 나머지 부분보다 훨씬 빨리 비등하며, 응집되는 경향을 갖는다.

온도 구배를 감소시키고 또한 버트 컬의 경향과 크기를 감소시키기 위해서는, 상기 인고트 주형 부품의 중앙 표면 부분에서 높은 금속 온도를 지속할 필요가 있다.

예상된 문제점이 널리 인식됨에 따라, 버트 컬의 경향과 크기를 감소시키기 위한 몇가지 시도들이 제안되었다. 그러나, 본 출원인은 다양한 가변 냉각제 방출 구멍을 통해 비교적 일정한 유속을 지속하는 것과 같은 시도나 해결책에 대해 제안하려는 의도는 갖고 있지 않다. 예를 들면, 한가지 해결책으로는, 배플과 분사 구멍 단면 영역들과 중앙 표면 부분 사이의 구배를 감소시키기 위해 상기 영역들에서의 냉각을 증가시키도록, 배플과 분사 구멍 단면을 증가시킴으로써 4분면 부분에서 냉각을 증가시키는 방법이 있다. 이와 같은 4분면 부분에서의 큰 구멍을 통한 유속의 증가는 부정적 효과를 초래할 수도 있다.

상기 주조 및 냉각 공정은 당업자에게 널리 알려진 소위 스팀 스테인(steam stain)을 남길 수 있으며, 이는 주조로부터 주형 부품 내부상에 형성된 패턴 또는 스테인일 수 있으며, 상기 주형 부품의 바닥으로부터 4분면 부분 또는 중앙 표면 부분과 같은 주형 부품의 주어진 부분들에서의 스팀 스테인이 크면 클수록, 더욱 많은 부분이 높은 온도를 갖게 된다. 따라서, 하나의 예로서 인고트들을 주조하는 경우, 상기 주형 부품의 단부들이나 또는 4분면 부분과 관련된 경우보다 중앙 표면 부분(구획부)에서 스팀 스테인이 더욱 커지는 스팀 스테인 패턴을 가질 것이 요망된다. 다른 외형들을 주조하는 경우, 제 1 구획면 부분에 하나의 스팀 스테인을 가지며 제 2 구획면 부분에 제 2 스팀 스테인 패턴을 가질 것이 요망될 수 있다. 실제로, 하나의 특별한 주형 부품에 대하여 여러 다양한 스팀 스테인 패턴 또는 높이가 요망될 수도 있으며, 본 발명은 이와 같은 요구를 수용할 수 있는 능력을 제공한다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 특정 외형 주형 부품들이나 또는 특정 금속 또는 합금 성분들에 대한 개선된 냉각 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예들에서 제안하고 있는 목적은, 단부나 4분면 부분들보다 중앙 표면 부분에서, 주형 부품을 더 높이 상승시키거나 또는 크기를 더 크게 하는 스팀 스테인인(steam stain)을 남기는 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예들에서 제안하고 있는 목적은 또한, 상대적으로 낮은 열 전도성 금속 합금에서 조차, 버트 컬을 감소시키는 냉각 및 주조 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 적합한 실시예들에 대하여는 첨부된 도면들을 참고로 이하에 설명된다.

도 1은 본 발명이 사용될 수 있는 수직 주조 피트, 케이슨 및 금속 주조 장치의 입면도.

도 2는 인고트 성형된 주형 골조 및 주형 캐비티의 예를 설명하는 가상 평면도.

도 3은 도 2에 설명된 인고트 성형된 주형 골격 및 주형 캐비티의 예를 도시한 저면도

도 4는 그 위에 위치한 2세트의 냉각제 방출 구멍을 구비한 주형 골격의 일부를 도시한 사시도.

도 5는 주형 부품에 냉각제를 방출하는 2개의 냉각제 방출 구멍을 설명하는, 미국특허 제5,582,230호에 개시된 바와 같은 종래 기술의 주형부의 부분 개략 단면도.

도 6은 사용된 본 발명의 실시예를 설명하는 주형의 일부에 대한 부분 개략 단면도.

도 7은 오리피스의 방출 단면을 천공시킴으로써 존재하는 냉각제 방출 오리피스 또는 구멍을 새로 설치하며, 따라서 그이 방출 단부에서의 직경이 증가하는 예를 설명하는, 주형 부분의 부분 개략 단면도.

도 8은 인고트 주형 부품 및 지지 플랫폼상의 4분면 부분의 평면도.

도 9는 본 발명의 한 실시예를 설명하는 인고트 성형된 주형 부품의 개략 단면도.

도 10은 인고트 주형 부품상의 버트 컬과 스팀 스테인을 설명하는 부분 개략 입면 단면도.

도 11은 본 발명의 다른 실시예의 개략 입면도.

도 12는 본 발명의 실시예의 개략 입면도.

도 13은 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍 구성의 단면 개략 개념도.

도 14는 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍 구성의 단면 개략 개념도.

도 15는 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍 구성의 단면 개략 개념도.

도 16은 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍 구성의 단면 개략 개념도.

도 17은 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍 구성의 단면 개략 개념도.

도 18은 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍 구성의 단면 개략 개념도.

도 19는 구식 스크류 스레드가 냉각제의 유동 및/또는 속도에 영향을 미치는 방출 구멍에 사용되는, 본 발명의 다른 실시예의 상세도.

도 20은 구멍 표면의 멈춤쇠가 냉각제의 유동 및/또는 속도에 영향을 미치는 방출 구멍에 사용되는, 본 발명의 다른 실시예의 상세도.

도 21은 구멍 표면의 돌출부가 냉각제의 유동 및/또는 속도에 영향을 미치는 방출 구멍에 사용되는, 본 발명의 다른 실시예의 상세도.

도 22는 각진 슬롯들이 방출 냉각제 유동 및/또는 방출 냉각제 속도를 감소시키기 위한 방출 구멍의 방출 단부에 있는 골격에 위치되는, 본 발명의 다른 실시예의 상세도.

도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 골격에 대한 단면도.

도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 골격에 대한 단면도.

도 25는 본 발명의 한 실시예를 설명하는 인고트 성형된 주형 부품의 개략 단면도.

도 26은 본 발명의 실시예가 사용된 주형 부품의 일부에 대한 개략 단면도.

도 27은 냉각제 골격이 중간 냉각제 저장기를 포함하는, 본 발명의 다른 실시예가 사용되는, 주형 부품의 일부에 대한 개략 단면도.

본 발명에 사용된 대부분의 잠금, 연결, 제조 및 다른 수단 및 구성 요소들은 본 발명의 분야에서 널리 공지 및 사용되고 있으며, 그들의 정확한 성질 및 타입은 당업자나 또는 과학자들이 본 발명을 이해하거나 사용하기 위해 반드시 필요한 것이 아니다; 따라서, 그들은 매우 상세히 거론되지 않을 것이다. 또한, 본 발 명의 어떠한 특수 적용을 위해 도시 및 설명된 다양한 구성 요소들은 본 발명에 의해 예상되는 바와 같이 변경 또는 개조될 수 있으며, 어떠한 요소의 특수 적용 또는 실시예의 실행은 당업계나 과학 분양에서 숙련된 사람들에 의해 당업계에서 이미 널리 공지된 바 있다; 따라서, 각각은 매우 상세히 설명되지는 않을 것이다.

청구항들에 사용된 정관사(a)나 부정관사(the)는 다년간 주장되어 온 기초 관습과 일치시키기 위해 사용된 것이며, 제한 방식으로 사용된 것이 아니다. 특별히 설명하지 않는 한, 그와 같은 정관사나 부정관사는 상기 요소들 중 하나를 제한하고자 하는 의도로 사용되지 아니하고, 대신 "적어도 하나"를 의미한다.

본 발명은 다양한 타입의 금속 주입 기술 및 구성에 제공될 수 있으며, 그들과 관련하여 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 수평 또는 수직 주조 장치상에서 사용될 수 있다. 따라서, 주형은, 소스의 특수한 타입과는 관계없이, 단순히 용융 금속의 소스로부터 용융된 금속을 수용할 수 있어야만 한다. 따라서 주형에 형성된 주형 캐비티는 유체 또는 용융 금속을 향해 경사져야만 하고, 용융 금속의 소스와 관련된 위치를 수용한다.

본 발명의 용도에 대해, "냉각제 방출 구멍"이란 용어가 사용될 때, 그것은 가끔 배플, 분무 홀 등으로서 언급되는 냉각제 오리피스 또는 구멍을 포함하며, 여기서 상기 냉각제는 부상하는 주형 부품을 향해 상기 구멍으로부터 방출된다.

본 발명의 용도에 대해, "제 1 냉각제 유속"라는 용어는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들을 통한 근사 유속 또는 평균 유속을 나타내기 위해 사용되며, 상기 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들 각각에서의 유속이 동일할 것을 요구하려는 의도는 없으며, 대신에 "제 2 냉각제 유속"과 같은 다른 냉각제 유속과 비교할 때의 차이점과 관련하여는 거의 동일하다. 따라서, 본 발명의 범위 내에서, 허용 오차 타입 편차 범위를 넘어서조차 상기 "제 1 냉각제 유속" 내의 편차를 가질 수 있다.

본 발명의 용도에 대해, "제 2 냉각제 유속"이란 용어는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들을 통한 근사 유속 또는 평균 유속을 나타내기 위해 사용되며, 상기 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들 각각에서의 유속이 동일할 것을 요구하려는 의도는 없으며, 대신에 "제 1 냉각제 유속"과 같은 다른 냉각제 유속과 비교할 때의 차이점과 관련하여는 거의 동일하다. 따라서, 본 발명의 범위 내에서, 허용 오차 타입 편차 범위를 넘어서조차 상기 "제 2 냉각제 유속" 내의 편차를 가질 수 있다.

본 발명에 사용된 바와 같은 "제 1 냉각제 유속" 및 "제 2 냉각제 유속"라는 용어는, 하나 이상의 부품에 제공될 것인지의 여부와는 관계없이, 상기 오리피스에 대한 입구 유속과 관련된다. 대표적인 구성에 있어서, 입구 오리피스 또는 배플은 공통 저장기로부터 냉각제를 수용하기 위해 또는 공통 압력하에서 미리 결정된 저장기 또는 냉각제 소스로부터 냉각제를 수용하기 위해 사용될 수 있다. 다음에 입구 배플, 도관 또는 오리피스의 크기는 유속과 상기 오리프스를 통한 냉각제 유동 특성을 결정할 수 있다.

본 발명의 용도로 사용된 바와 같이, 주조되는 주형 부품과 관련된 "4분면 부분(quarter portion)" 또는 "4분면 표면 부분(quarter surface portion)"이라는 용어는 상기 주형 부품의 외부 단부들상의 거의 외부로 1/4 또는 1/4 섹션을 의미한다. 예를 들면, (여러 도면들 가운데) 도 8은 각각의 측면들상의 4분면 및 상기 4분면들 사이의 2개의 중앙 표면 부분을 갖는 인고트를 도시한다. 인고트 형상이 도면들에 도시되어 있고, 본 발명이 다양한 형상과 크기의 복수의 다른 주형 부품들에 적용될 가능성을 가진다는 사실은 일반적으로 당업자라면 인지할 수 있을 것이다. "구획 부분(fractional portion)" 또는 "구획면 부분(fractional surface portion)"이란 용어는 전체 부분 또는 전체 표면 부분의 어떠한 분별에 관한 것이다.

또한, 당업자라면, 구획면 부분, 4분면 부분, 1/3 및 중앙 표면 부분과 같은 용어들이 편리성와 냉각제 분무 구멍들의 위치에 대한 경계를 설정하기 위해 사용되고 있다는 사실을 인지하게 될 것이며, 상기 부분들 중 적어도 복수가 인지되는 한, 비록 다른 냉각제 방출 구멍들이 또한 상기 기준 또는 유동 특성에 일치하지 않더라도 본 발명으로서 주장될 수 있다. 예를 들어, 도 25에는 1/3 부분을 갖는 개략도가 도시되어 있다. 상기 도면에서 일부는 2개의 4분면 부분 및 하나 또는 2개의 중앙 표면 부분들로 분할된 주형 부품을 도시할 수도 있으며, 이는 편리성을 위한 것으로, 당업자라면 주어진 적용 가능성으로부터 편차가 있을 수 있다는 사실을 이해 및 인식할 수 있을 것이다.

본 발명의 용도로 사용된 바와 같이, 주조되는 주형 부품과 관련된 "중앙 표면 부분" 또는 "중앙 부분"이라는 용어는, 중앙으로 위치된, 상기 주형 부품의 거의 또는 일반적으로 4분면 부분들 사이의 표면 영역을 의미한다. 하나의 예가 매무 정밀한 경계를 설정하기 위한 의도를 갖지 않으므로, (여러 도면들 가운데) 도 8은 2개의 4분면 부분과 2개의 중앙 표면 부분을 설명한다. 상기 2개의 중앙 표면 부분은 또한 하나의 중앙 부분으로 단순하게 언급될 수 있다.

'~를 향해 방출된"이라는 용어가 특별한 유속 또는 속도하에서 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제와 관련하여 본 발명에서 사용될 때, 상기 유속 또는 속도는 거의 오리피스의 방출 근방에서 측정 및 산출되는 것이 적합하다. 또한, "~를 향해 방출된"이란 상기 냉각제가 주형 부품 또는 다른 유체 또는 상기 주형 부품상의 냉각제를 향해 방출 또는 방위되는 한 어떠한 각도도 의미한다.

상기 제 1 방출 냉각제 및 제 2 방출 냉각제라는 용어가 본 발명에 사용될 때, 그것은 다른 타입의 냉각제로 또는 다른 소스로부터가 아닌 제 1 및 제 2 복수의 오리피스들로부터 파생되는 냉각제와 관련한다.

냉각제 골격이 이하에서 주형 캐비티의 "주변 근방" 또는 "경계 근방"으로 설명될 때, 이것은 일반적으로 주변 또는 경계 근방에 대한 개념으로 이해될 수 있으나, 발명의 용도를 위해 완전한 주변 또는 경계 근방을 완전히 둘러쌀 필요는 없다.

본 발명의 일부 실시예와 관련하여 사용된 "균일한 내부 오리피스 표면"이란 용어는 직경, 표면 텍스쳐, 및/또는 기하학 측면에서 일정한 방출 오리피스의 내부 표면을 의미한다. 그와 같은 표면을 변경함으로써, 예를 들어: 거의 동일한 유속의 가정하에 방출된 냉각제의 속도를 감소시키도록, 오리피스의 방출 단부에 근접하거나 방출 단부에 큰 직경을 형성하기 위해 드릴 비트를 사용하는 것과; (방출된 냉각제의 실제 양을 감소시킬 수 있거나 및/또는 방출된 냉각제 유동의 속도를 감소시킬 수 있도록) 냉각제 유동을 변경, 감쇄 또는 상기 유동에 영향을 미치기 위 해 내부 스레드를 생성하기 위한 탭 및/또는 상기 내부 표면상에 멈춤쇠 또는 돌기를 사용하는 것을 포함한다.

본 발명의 실시예들 중 일부에서, 상기 냉각제 방출 구멍은 배플, 입구 오리피스 또는 구멍 단독으로 또는 일부 분무홀로 언급되는 것과 결합하는 것을 포함할 수 있다. 상기 분무홀은 상기 냉각제 유동 및 배플 부분의 유동 특성을 변경하기 위해 사용되는 냉각제 방출 구멍, 도관 또는 오리피스의 일부가 유속을 계량하기 위해 사용되는 부품일 수 있다는 (그러나 반드시 필요하지 않을 수도 있는) 사실을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 배플 및 상기 분무홀은 일체화 또는 연속 구성될 수 있다. 당업자라면, 상기 분무홀과 같은 배플로 분류하거나 상기 배플에서의 유동 특성을 변경할 수 있다.

상기 유동 특성을 변경하기 위해 분무홀을 배플과 결합하여 사용하는 한 실예 또는 실시예로는, 상기 각각의 배플의 냉각제 구멍을 통해 상대적으로 균일한 냉각제 유동을 성취하기 위해 거의 동일한 단면 영역을 갖는 배플을 제공하는 경우와, 이것을 그 위에 작동적으로 부착된 분무홀과 결합하는 경우가 있다. 이때 상기 분무홀의 내부 구조는 유동 속도 또는 체적 또는 유속을 감소시키고, 이어서 중앙 표면 부분과 같은 소망의 영역에서 방출된 냉각제로의 열전달을 감소시키기 위해, (큰 단면, 큰 직경, 멈춤쇠, 돌출부 등과 같은) 다수의 방법들 중 어느 하나에 의하여 변경될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 냉각제 방출 구멍의 배플 부분의 단면 영역보다 크게 하기 위해, 상기 분무홀 부분 또는 상기 냉각제 방출 구멍의 단면 영역을 증가시킨 다. 그에 따라 냉각제가 낮은 속도에서 주형 부품을 향해 배출되는 현상이 초래된다. 이와 같은 변경은 상기 주형 부품의 일부에서 발생하는 열전달을 감소시키기 위해 상기 주형 부품의 중앙 표면 부분으로 냉각제를 제공하는 방출 오리피스로 형성될 수 있으며, 특히 낮은 열전도성을 갖는 금속의 경우에는 버트 컬이 덜 초래된다.

일반적으로 당업자에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 많은 금속 합금들의 주형 부품의 중앙 표면 부분에 대한 냉각을 감소시킴으로써, 상기 중앙 표면 부분의 관련된 높은 온도로부터, 상기 주형 부품의 중앙 표면 부분에서 높은 스팀 스테인이 초래된다. 또한 당업자라면 일반적으로 상기 주형 부품의 중앙 표면 부분에서의 높은 스팀 스테인을 갖는 스팀 스테인 프로파일로 인해 일반적으로 버트 컬이 감소되거나 감소되는 경향을 갖는다는 사실을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 많은 다른 주형 부품들과, 다양한 다른 타입들 및 금속 및 재료 혼합물로부터 성형된 주형 부품에 제공될 수 있다. 본 발명은 또한. 반드시 성형 주형 부품, 주형 및 냉각 골격을 포함하는, 성형된 주형 부품으로 언급된 것들 위의 특정 소망 위치에 사용될 수 있다. 소망의 결과 또는 개량은 낮은 열전도성을 갖는, (예를 들면, 5083 합금으로 알려진, 낮은 열전도성 알루미늄 합금과 같은) 금속 합금의 주조에서 경험된다. 직접 칠드 방법을 사용하는 연속 주조에 있어서, 더욱 높거나 또는 허용되서는 않되는 온도 구배를 갖는 것과 대조적으로, 일반적으로 상기 전체 주형 부품을 가로질러 더욱 균일한 온도를 가질 것이 요망된다. 높은 온도 구배는 팽창 및 수축 결과로 인해 성형된 주형 부품의 소망의 형상에 변형 을 발생시키는 경향을 갖는다.

허용되서는 않되는 버트 컬 또는 기하학적 왜곡과 같은 더욱 실질적이고 극심한 경우에, 상기 주형 부품의 측면들은 상기 주형의 주변으로부터 내향으로 충분히 수축되거나 이동될 수 있으며, 따라서 용융 금속은 갭을 통해 일탈, 누출 및 파단되는 결과가 초래된다. 이것은 용융 금속 누출로서 언급될 수 있으며, 허용되서는 않되는 상기 주형 및 주조 피트 내의 잠재적 위험 상황을 형성하며, 주조를 정지시킨다. 그에 따른 생산의 손실과 과다한 작업 시간은 시간과 비용의 관점에서 문제점으로 대두될 수 있다.

높은 열전도성을 갖는 합금 금속들은 더욱 균일한 온도 분포와 낮고 덜 극단적인 허용되서는 않되는 온도 구배를 더욱 균일하게 지속하기 위해 열을 내부로 전달한다.

산업 분야에서, "배플"이라는 용어는 가끔 미리 결정된 단면을 갖는 입구 오리피스 또는 구멍을 설명하기 위한 용도로 사용되며, 일반적으로 오리피스를 통해 흐르는 냉각제의 유속 또는 유동량을 결정할 수 있다.

당업자라면 또한 복수의 냉각제들 중 어느 하나가 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다는 사실을 인식할 수 있을 것이며, 특히 본 발명을 실행하기 위해 반드시 필요한 것은 어느 것도 없다. 적합한 냉각제로서는 물, 또는 물과 약간의 다른 기체나 또는 액체 첨가제와의 혼합물을 들 수 있다. 예를 들어, 이산화탄소가 냉각 특성을 변화시키기 위해 물에 첨가될 수 있다.

도 1은 앞서 발명의 배경 부분에서 설명하였으므로 여기서는 추가로 설명하 지 않는다.

도 2는 장방형 또는 인고트 성형된 주형 부품 또는 주조 형틀을 구성하기 위해 성형된 주형 골격(120)의 일예를 도시한 사시도이다. 상기 골격의 주형 출구 캐비티 측면(121)과 주형 입구 캐비티 측면(121)은 공지된 것이며, 용융 금속은 일반적으로 상기 주형 입구 캐비티(121)를 통해 제공되거나 이용할 수 있으며, 주형 출구 캐비티(122)를 통해 배출될 수 있다. 그것은 일반적으로 냉각제가 부상하는 주형 부품에 분사되거나 또는 직접 향하는 상기 주형 출구 캐비티(122)에 위치한다. 그와 같은 주형 골격(120)의 일반적인 제조 용도는 당업자라면 자명하므로, 이후 추가적인 상세 설명은 하지 않기로 한다. 또한, 그와 같은 골격의 더욱 상세한 설명은 본 발명에 참고로 하고 있는 미국 특허 제5,582,230호에 설명되어 있다.

도 3은 도 2에 도시된 인고트 성형된 주형 골격의 예를 설명하는 저면도이며, 상기 주형 골격(120)의 출구 캐비티 측부로부터 관측된다. 상기 주형 골격의 내부 요소(124)도 또한 도 3에 도시되며, 일반적으로 인고트 형상으로 알려진 것을 한정한다.

도 4는 본 발명이 제공될 수 있는 다양한 주형 골격(130) 구성들 중 하나를 설명하며, 제 1 냉각제 방출 구멍(131), 제 2 냉각제 방출 구멍(132), 제 1 냉각제 공급 방출 구멍(133) 및 제 2 냉각제 공급 방출 구멍(134)을 도시하고 있다.

도 4는 상기 주형을 위한 연속 주변 골격의 단부 또는 일부를 나타내며, 분할 또는 이중 분사 분무 기술로서 언급된 것의 냉각제 방출 구멍 구성을 도시한다. 이와 같은 구성은 부상하는 주형 부품을 향해 냉각제를 방출하기 위한 2개의 방출 구멍, 즉 방출 구멍(131, 132)을 포함한다. 본 발명의 실시예들은 도 4에 도시된 일차 방출 또는 이차 구멍(132), 이차 방출 구멍, 또는 제 1 방출 구멍(131)에 사용될 수 있다.

도 5는 분할-분사 기술 및 부상하는 주형 부품(141)상에 분무되는 냉각제를 도시한다. 도 5는 부상하는 주형 부품(141), 골격(143) 내에 지지되는 주형 링(142), 제 1 냉각제 방출 구멍(144) 및 제 2 냉각제 방출 구멍(151)을 설명한다. 상기 제 1 냉각제 방출 구멍(144)으로부터 방출되는 냉각제는 타겟 영역(141)에서 또는 타겟 영역 주변에서 상기 부상하는 주형 부품과 접촉한다. 다음에 상기 냉각제는 일반적으로 상기 부상하는 주형 부품(141)이 이동하는 방향으로 이동하며, 또한 추가의 냉각제가 방출됨에 따라 약간의 비말 냉각제에 혼합된다.

본 발명에는 하나 또는 두개의 냉각제 방출 구멍이 사용되며, 본 발명의 실시예들을 적용하기 위해 특정 수의 구멍이 사용될 필요가 없다는 사실에 대하여는 당업자라면 인식할 수 있을 것이다. 여기에 사용되는 실예 및 설명은 설명을 목적으로만 사용되며, 본 발명의 환경과 범위를 제한하기 위한 방법으로 사용되지 않는다.

도 5는 또한 각각 상기 제 1 냉각제 방출 구멍(151) 및 제 2 냉각제 방출 구멍(144)을 위한 냉각제를 공급하는 제 1 냉각제 저장기(148) 및 제 2 냉각제 저장기(149)를 나타낸다. 당업자에게 일반적으로 널리 알려진 연속 주조 주형에 대한 다양한 일반 또는 특정의 구성이 있으며, 각각에 대하여는 더 이상 설명하지 않으며, 또한 본 발명을 적용하기 위해 특별히 요구되는 것도 아니다. 도 5는 또한 골 격(143) 내의 냉각제 방출 구멍(151)과 상기 냉각제 방출 구멍(151)으로부터 방출된 냉각제를 나타낸다.

본 발명의 대표적인 적용에 있어서, 이차 구멍으로 언급되는 상기 냉각제 방출 구멍(151)은 도 24에 더욱 완전히 도시된 바와 같이 변경될 수 있다. 그러나, 본 발명은 다양한 다른 시나리오에 제동될 수 있다는 중요성을 갖는다.

도 6은 본 발명의 부분 개략 단면도이며, 상기 냉각제 방출 구멍들 중 하나를 위해 방출하기 바로 직전의 확대 단면도를 나타낸다. 도 6은 도 5의 항목과 같은 도면부호를 다수 사용하고 있으며, 그에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.

도 6은 또한 배플부로서 언급될 수 있는 유동 조절 또는 제어부와 유동 특성을 변경하기 위해 직경이 증가하는 방출부 가까이에 위치한 제 2 부위가 있는 냉각제 방출 구멍을 설명한다. 상기 배플부(144)는 직경(153)을 갖는 냉각제 방출 구멍과 직경(154)을 갖는 분무홀 부분(152)을 갖는다. 도면부호 155로 나타낸 방출부의 냉각제는 주형 부품(141)을 향해 방출된다.

도 7은 드릴 비트(160)를 구비한 구멍의 방출 단부을 드릴링함으로써 존재하는 냉각제 방출 구멍을 새로 설치하는 것을 나타내는 주형의 부분 개략 단면도를 나타낸다. 골격(143)은 직경(153)을 갖는 배플 부분(144)을 가지며, 여기서 상기 방출 또는 제 2 단부에 근접한 방출 구멍의 일부가 상기 단면 영역을 직경(154)으로 증가시키기 위해 드릴 비트(160)로 드릴링되는 것을 나타낸다. 그와 같이 증가된 직경은 증가된 단면 영역을 초래하며, 그에 따른 분사 또는 주형 부품을 향해 방출된 냉각제는 결과적으로 낮은 속도를 갖는다. 따라서 유속이 감소되는 상기 주형 부품의 일부에서의 열전달이 감소되며, 그 결과 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제의 효과도 감소된다.

도 8은 지지 플랫폼(181)상에서 인고트 성형된 주형 부품(180)의 평면도를 나타내며, 제한 목적으로, 2개의 4분면 부분(182, 183)과 2개의 중앙 부분(184)이 도시되어 있다. 중앙 표면 부분(184, 185)은 선택적으로 하나의 중앙 표면 부분(186)으로 나타낼 수 있다.

특정 적용에 있어서 버트 컬을 감소시키기 위해 냉각과 열전달을 감소시켜야 하는 부위가 상기 주형 부품의 중앙 표면 부분이다; 즉, 4분면 부분(182, 183)에 제공되는 냉각보다 적게 냉각된다. 만약 더 높은 온도가 상기 중앙 부분(184, 185)에서 지속된다면, 주조하는 동안 수축이 덜 발생하게 되며, 버트 컬은 감소 또는 최소화 된다.

상기 4분면 부분(182, 183)에 대한 중앙 부분(184, 185)에서의 스팀 스테인이 크면 클수록, 필름 비등 이유로 인해 주조되는 동안 온도가 높아진다는 사실을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 버트 컬의 감소를 위해서는 상기 주형 부품의 중앙 표면 부분에서 높은 스팀 스테인을 성취하는 것이 좋다.

도 9는 본 발명의 실시예를 나타내는 개략도이며, 대표적인 냉각제 방출 구멍(200, 201)이 4분면 부분(205)의 주형 부품(204)에 냉각제 분무(202)를 제공한다. 냉각제 방출 구멍 구조(206)에는 중앙 부분(207)에 직접 또는 방출 냉각제가 제공되며, 또한 주형 부품에 방출 냉각제(208, 209)를 제공한다. 냉각제 방출 구멍 또는 오리피스는 작은 직경 단면(210)과 큰 직경 단면(211)을 갖는다. 상기 작 은 직경 단면(210)은 또한 배플 또는 배플 부분으로 언급될 수 있으며, 상기 큰 직경 단면(211)은 또한 분무홀 부분으로 언급될 수 있다. 직경을 증가시키는 효과는 상기 방출 냉각제 분무(208, 209)에 영향을 미치며, 그의 속도를 감소시키거나 및/또는 유속을 감소시키도록 작용한다.

도 10은 버트 컬의 영향 뿐만 아니라 인고트 주형 부품상의 스팀 스테인을 설명하는 부분 개략 단면도를 나타낸다. 버트 컬의 크기는 도 10에서 설명을 목적으로 강조되었다. 도 10은 주형 부품(250), 주형 골격(251), 4분면 부분(252, 253), 주형 부품(250)의 중앙 표면 부분(254, 255)을 나타낸다. 스팀 스테인은 주형 부품(250)의 하부에 도시되어 있으며, 4분면 부분(252) 내에 위치하는 4분면 부분 스팀 스테인(260)과 4분면 부분(253) 내에 위치하는 스팀 스테인(261)으로 구성된다. 중앙 표면 부분(254)은 스팀 스테인(262)을 가지며, 중앙 표면 부분(255)은 스팀 스테인(263)을 갖는다.

상기 중앙 표면 부분들(254, 255)의 스팀 스테인이 각각 상기 4분면 부분들(252, 253)의 스팀 스테인(260, 261)보다 크다는 사실은 상기 도면을 통해 명백함을 알 수 있다. 도 10에 도시된 스팀 스테인의 패턴은 버트 컬을 최소화하기 위한 더욱 바람직한 스팀 스테인 패턴을 설명한다. 오직 설명만을 목적으로, 버트 컬 거리(270)가 도 10에 도시되어 있으며, 설명을 목적으로 주어진 스팀 스테인 패턴에 대해 강조하였다. 과도한 버트 컬이 발생하는 경우, 상기 주형 부품(250)은 예시적 거리(271)에 의해 도시된 바와 같은 주형 근방의 상향 부분에서 수축될 수 있으며, 상기 수축에 의해 생성된 (주형과 주형 부품의 측면 사이의) 갭은 용융 금 속의 파단 및 주형 공정에서의 고장을 초래한다. 만약 파단 상황이 발생하면, 용융 금속은 최악의 방식으로 해체되고, 주조 공정은 정지시켜야만 한다.

도 10의 화살표(272)는 중앙 표면 부분(254, 255)의 높은 스팀 스테인과 비교하여 4분면 부분(253)에서의 스팀 스테인의 높이에서 차이점을 나타낸다. 도 10에 나타난 대표적인 스팀 스테인 패턴은 4분면 부분(252, 253) 내에 속하는 단부들 또는 측면들과 비교하여 상기 주형 부품 또는 인고트의 중앙을 향해 도달되는 높은 온도를 나타낸다.

도 11은 오직 배플이 사용되는 본 발명의 실시예의 개략 입면도를 나타내며, 여기서 방출 구멍의 내부 표면상의 내부 구조 또는 변형은 속도 및/또는 유동에 영향을 미치기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 중앙 표면 부분(300) 및 4분면 부분(301)에 제공되는 방출 냉각제에 대한 열전달에 영향을 미친다. 배플 또는 골격(302)은 4분면 부분(301)상의 주형 부품(299)의 외부 표면에 냉각제를 지시 또는 방출하며, 또한 주형 부품(299)의 중앙 표면 부분(300)에 냉각제를 제공하기 위해 냉각제 방출 구멍(305)을 통해 냉각제를 방출하는 냉각제 방출 오리피스(303)를 갖는다. 도 11은 본 발명의 일부 실시예들이 사용될 수 있는 하나의 환경을 나타내는 개략도를 나타내며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 12는, 냉각 시스템이 주형 부품(299)의 중앙 표면 부분(300)을 향해 방출되는 냉각제의 속도를 감소시키도록 구성되는, 다른 실시예에 대한 개략 입면도를 나타낸다. 도 12는 주형 부품(299), 4분면 부분(301), 중앙 표면 부분(300), 배플 또는 골격(310) 및 분무홀(314)(또한 골격으로 나타내거나 또는 배플 골격과 일체 로 나타낼 수 있다)을 나타낸다. 골격에 위치한 오리피스들 또는 냉각제 방출 구멍들은 모두 거의 동일한 단면 영역 및 거의 동일한 냉각제 유속을 갖는다. 따라서, 냉각제 방출 구멍들(312)은 주형 부품(299)의 4분면 부분(301)에 냉각제 분무(313)를 제공한다. 냉각제 방출 구멍들(314)은 골격(311)에 있는 분무홀들(315)에 대한 거의 동일한 냉각제 유속을 가지며, 중앙 표면 부분(300)에 있는 주형 부품(299)을 향해 방출되는 냉각제(316)를 제공한다.

큰 직경 분무홀(315)(또한 냉각제 방출 구멍)은, 방출된 냉각제(313)의 속도보다, 주형 부품(299)의 중앙 표면 부분(300)에 대해 낮은 속도로 방출 냉각제(316)를 제공한다. 이것은 상기 중앙 표면 부분(300)에서 열전달을 적게 하며, 따라서 주조동안 주형 부품(299)의 중앙 표면 부분(300)에서의 높은 온도가 초래된다. 버트 컬이 감소되는 그와 같은 작용 효과는 더욱 바람직한 주형 부품을 생성한다.

예를 들면 도 12의 실시예에서, 배플 부분(312, 314)의 모든 단면 영역들(그러나 원형으로 되지 않을 수도 있다)은 거의 동일하며, 별도로 상기 분무홀 부분들(313)의 모든 단면 영역들(그러나 원형으로 되지 않을 수도 있다)은 비록 분무홀 부분(312)보다 다른 단면 영역을 가질지라도 서로 거의 동일하다.

도 13은 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍 구조를 타나내는 개략 단면도이다. 도 13은 골격(349)의 배플 부분(350)으로 언급될 수 있는 골격(349)을 나타내며, 배플 부분(351)에서 냉각제(355)는 배플(351)을 통해 분무홀(354) 안으로 지난다. 본 실시예에서, (냉각제 방출 구멍의) 큰 직경 부 분(354)은 각진 단부들(354a)로 골격(349) 안에 드릴링된다. 배플 부분(351)을 통해 큰 직경 부분(354) 안으로 유동하는 냉각제와 상기 냉각제(352)는 상기 주형 부품(본 도면에 도시되지 않음)을 향해 방출된다. 상기 냉각제 방출 구멍의 분무홀 부분의 직경(353)은 상기 배플 부분의 직경보다 크다. 상기 큰 직경(353)은 상기 직경(353)이 배플 부분(351)에 대한 직경과 같을 경우보다 낮은 속도를 초래한다.

주형 부품 또는 인고트의 중앙 표면 부분들을 향해 방출되는 냉각제(352)의 속도가 감소됨에 따라 그 영역에서의 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제로의 열전달이 감소되며, 따라서 상기 주형 부품을 가로질러 더욱 제어된 소정의 온도 분포가 얻어질 수 있다는 사실을 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

본 발명의 의도 내에서 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제의 속도 및/또는 유속을 변경하기 위한 다양한 잠재적 실시예들이 존재한다. 그러나 본 발명의 실시예들이 의도하는 것은, 시스템 제어 및 기타 이유를 위해, 배플 부분(351)을 통해 수용된 유속이 4분면 부분 및 중앙 표면 부분을 향해 냉각제를 지시하는 냉각제 방출 구멍에 대해 동일하게 된다는 것이다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 개략 단면도이며, 여기서, 골격(360)의 배플 부분(362)은 길어지고, 냉각제 방출 구멍은 방출 영역에 근접한 영역(365)에서 넓게 된다. 상기 냉각제 방출 구멍의 배플 부분(362)의 직경(363)은 상기 냉각제 방출 구멍을 가로지르는 (직경이 아닐 수도 있는) 가장 큰 거리(364)보다 크게 작다. 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제(366)는 도시된 바와 같이 나타난다.

도 15는 도 13에 도시된 것과 유사한 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 개략 단면도이며, 여기서 상기 냉각제 방출 구멍의 배플 부분(369)으로부터 분무홀 부분(372)으로의 변이는 도 15에 도시된 바와 같이 계단식의 가파른 또는 직접적인 변이이다. 제 2 단부(372b)의 직경은 배플 부분(369)의 직경(373)보다 크다. 분무홀 부분(372)의 제 1 단부(372a)는 배플 부분(369)로부터의 냉각제(371)를 수용하며, 모두 골격(370) 내에 위치한다. 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제(376)는 큰 직경(374)으로 인해 다른 유동 특성을 가지며, 상기 주형 부품으로부터 상기 주형 부품의 일부로 방출되는 냉각제로의 열전달을 적게 한다.

도 16은, 골격(380), 직경(383)을 가지며, 배플 부분(389)를 통해 흐르는 냉각제(381)를 갖는 냉각제 방출 구멍의 분무홀 부분(382)을 도시하는, 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍을 나탄는 개략 단면도이다. 상기 냉각제 방출 구멍의 단부 부분(382)은 주형 부품을 향해 냉각제(386)를 방출한다.

본 실시예에서, 우회 구멍(384)이 냉각제의 유동을 우회시키고 주형 부품을 향해 방출된 냉각제(386)의 냉동 용량을 감소시키기 위해 배플 부분(389)로부터 멀리 제공되며, 열은 주형 부품으로부터 상기 주형 부품의 일부에 형성된 냉각제로 전달된다. 다음에 상기 우회된 냉각제(388)는 다른 위치로 향할 수 있으며, 상기 주형 부품을 향하지 않는다. 본 발명은 또한 도 16에 도시된 바와 같이 우회 구멍(385)과 같은 우회 구멍이 냉각제(387)를 분무홀 부분이나 또는 상기 냉각제 방출 구멍의 방출 단부 부분으로부터 우회시킬 수 있다는 사실을 예측할 수 있다. 이것은 배플 부분에 도시된 바와 같이 방출 구멍(384)과 결합하여 수행되거나, 또 는 단독으로 냉각제 방출 구멍의 분무홀 부분(382)에 제공될 수 있다.

도 17은, 트럼펫 형상의 또는 외향으로 개방된 곡선 형상의 방출 구멍(407)을 구비한 골격(401)에 대한 분리 배플(400)을 나타내는, 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍을 나타내는 개략 단면도이다. 상기 냉각제 방출 구멍의 배플 부분(403)은유체(404)를 수용하며, 상기 유체를 상기 냉각제 방출 구멍의 분무홀 부분(407)으로 운반한다. 상기 분무홀 부분(407)은 증가하는 단면 영역을 가지며, 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제(406)의 속도가 감소될 것이라는 사실을 예측할 수 있으며, 상기 냉각제(406)로의 열전달을 추가로 감소시키기 위해 우회되는 약간의 추가 유동이 존재한다. 상기 냉각제 방출 구멍(405)의 분무홀 부분(407)을 가로지르는 가장 큰 거리(405)가 도시되어 있으며, 이는 직경 또는 단순한 거리로 될 수 있다. 전체 냉각제 방출 구멍의 제 1 단부(403a)와, 상기 냉각제 방출 구멍의 [분무홀 부분(407)에 위치한] 냉각제 방출 구멍의 방출 단부 또는 제 2 단부(403b)가 도시되어 있다.

도 18은, 제 1 단부(412a), 제 2 단부(412b) 및 냉각될 주형 부품을 향하는 방출 냉각제(417)를 갖는 일정 또는 균일한 직경의 냉각제 방출 구멍(412)을 나타내는, 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 냉각제 방출 구멍 구조를 나타내는 개략 단면도이다. 골격(410)은 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제(417)로의 열전달을 감소시키기 위해 냉각제 유동 방향(415)을 우회시키는 우회 구멍(414)을 추가로 포함한다. 이것은 적합하게도, 감소된 유속을 통해 또는 주형 부품으로의 감소된 속도를 통해 감소된 냉각 용량을 성취할 수 있도록, 상기 골격의 하나 또는 그 이 상의 중앙 표면 부분에 사용될 수 있다.

도 19는, 유동을 약화시키거나 또는 우회시키거나 또는 주형 부품을 향해 방출된 냉각제의 속도를 감소시키기 위한, 본 발명의 다른 실시예에 대한 상세 개략도이다. 도 19는 골격(430), 제 2 단부 또는 냉각제 방출 구멍(431)의 방출 방향(433)에서 내부 스레드(432)로서 도시된 변경된 부분을 갖는 냉각제 방출 구멍(431)을 나타낸다. 유속 및/또는 속도의 변경은 상기 주형 부품의 일부에서 냉각을 변경시키기 위해 사용될 수 있다.

도 20은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 상세 개략도이며, 여기서 구멍의 내부면에 설치딘 멈춤쇠는 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제의 유속 및/또는 속도 특성을 변경하기 위해 사용된다. 도 20에는 골격(440), 냉각제 방출 구멍(441) 및 방출 단부를 향하는 구멍의 내부면상에 제공되는 멈춤쇠(442)가 도시되어 있다.

도 21은 본 발명의 다른 실시예를 타나내는 상세 개략도이며, 여기서는 주형 부품을 향해 방출되는 냉각제의 유속 및/또는 속도 특성을 변경하기 위해 골격(445)에 있는 냉각제 방출 구멍(446)의 내부면상에 위치한 돌출부(447)가 제공된다.

도 22는 본 발명의 다른 실시예를 타나내는 개략 단부도이며, 여기서는 주형 부품을 향해 냉각제 방출 구멍(451)로부터 방출되는 냉각제의 유속, 유동 및/또는 속도 특성을 변경하기 위해 골격(450) 안에 위치되거나 또는 그 안으로 절삭되는 각진 슬롯들(452)이 제공된다. 구멍이라는 개념이 주형 부품을 향해 냉각제를 방출하는 냉각제 구멍에 대해 사용될 때, 상기 방출 구멍은 원형, 타원형, 슬롯형 및 어떠한 다른 소망의 형상을 포함하는 어떠한 형상이나 구조로 될 수도 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 속한다는 사실을 당업자라면 자명하게 알 수 있을 것이다.

도 23은 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 골격의 단면도를 도시한다. 도 23은 배플 부분(501)을 갖는 골격(500)과 냉각제 방출 구멍의 분무홀 부분(503)을 나타낸다. 상기 배플 부분(501)은 일반적으로 직경(502)을 갖는 원형 단면을 가지며, 상기 분무홀 부분(503)은 일반적으로 직경(504)과 길이(505)를 갖는 원형 단면을 갖는다. 본 실시예나 또는 적용에 있어서 상기 분무홀 부분(503)의 길이는 적어도 10배의 직경을 가질 수 있으나, 본 발명에 적용하기 위한 어떠한 특별한 치수 비율은 필요치 않다. 도 23에 도시된 실시예에 대한 예시적 측정은 다음과 같다 : 0.166 인치의 직경(504); 1.172 인치의 길이(505); 0.125 인치의 직경(502) 및 0.20 인치의 배플 부분(501)의 길이. 또한, 본 발명에 적용하기 위한 어떠한 특정 또는 특별 치수도 필요치 않다.

도 24는 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 골격의 단면도를 도시한다. 도 24는 배플 부분(521)을 갖는 골격(520)과 냉각제 방출 구멍의 분무홀 부분(523)을 도시한다. 상기 배플 부분(521)은 일반적으로 직경(522)과 길이(519)를 갖는 원형 단면을 가지며, 상기 분무홀 부분(523)은 일반적으로 직경(524)과 길이(525)를 갖는 원형 단면을 갖는다. 본 실시예나 또는 적용에 있어서 상기 분무홀 부분(523)의 길이는 적어도 10배의 직경을 가질 수 있으나, 본 발명에 적용하기 위한 어떠한 특별한 치수 비율은 필요치 않다. 도 24에 도시된 실시예에 대한 예시적 측정은 다음과 같다 : 0.156 인치의 직경(524); 1.491 인치의 길이(525); 0.109 인 치의 직경(522) 및 0.60 인치의 배플 부분(521)의 길이(519). 또한, 본 발명에 적용하기 위한 어떠한 특정 또는 특별 치수도 필요치 않다.

나중에 제기된 테이터에서 제안된 한 실시예에의 경우, 도 24에 도시된 바와 같은 2차 분사에서, 직경(524)은 제 1 구획 부분에서 0.156 인치였으며, 제 2 구획 부분에서는 0.140 인치였으며(작은 열전도가 요망됨), 직경(522)은 1.109 인치와 동일한 것으로 나타났다. 이것은 소망의 스팀 스테인 및 감소된 버트 컬을 성취하는 것으로 나타난다.

스팀 스테인과 온도 분포에 영향을 미치는 요점은 일반적으로 나중의 인고트 롤링에 초점을 맞추게 될 표면인 인고트의 롤링면으로 언급되는 사실에 있다. 그러나, 본 발명은 주형 부품의 어느 한 표면에 적용하도록 제한되지 않으며, 대신에 단부, 정면 또는 어느 다른 면에 적용될 수 있다. 도 24는 본 발명이 이차 냉각제 방출 구멍(523)에 적용되는 것을 나타내며, 본 발명에 제공될 적합한 구멍에 설명되고, 일반적으로 주조 공정의 개시 동안 수행된다.

도 25는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 인고트 성형된 주형 부품의 개략 단면도를 도시하며, 여기서 주형 부품은 4분면 대산 3분면으로 분할된다. 본 발명은 어떠한 파나 부분도 고려한다. 도 25는 본 발명의 실시예를 나타내며, 여기서는 대표적인 냉각제 방출 구멍들(600, 601)이 구획면 부분(605)(1/4 구획면 부분)의 주형 부품(604)에 냉각제 분무(602, 603)를 제공한다. 냉각제 방출 구멍 구조(606)는 중앙 부분(607)으로 지시하거나 또는 방출하도록 제공되며, 주형 부품에 방출 냉각제(608, 609)를 제공한다. 상기 냉각제 방출 구멍 또는 오리피스는 작은 직경 부분(610)과 큰 직경 부분(611)을 갖는다. 상기 작은 직경 부분(610)은 또한 배플 또는 배플 부분으로 언급될 수 있으며, 상기 큰 직경 부분(611)은 또한 분무홀 부분으로 언급될 수 있다. 직경을 증가시키는 효과는 방출 냉각제 분무(608, 609)에 영향을 미치며 속도를 감소시키고 및/또는 유속을 감소시키는 작용를 한다.

도 26은, 본 발명의 실시예에 대한 사용을 나타내는, 어떠한 성형된 주형 부품의 일부를 도시한 개략 단면도를 도시한다. 도 26은 어떻게 본 발명이 주형 주변 근방이나 또는 냉각 골격 주위에서, 또한 어떠한 형태의 주형 부품상에서 사용될 수 있는지를 설명한다. 도 26은 주형 부품의 냉각에서의 국부적 변화와 반복적인 패턴을 나타낸다. 예를 들어 매우 기본적 레벨에서의 본 발명은 위치선정에 사용될 수 있으며, 그것은 어떠한 형상일지라도 어떠한 주형 캐비티의 주위 또는 주변 근방에서 반복될 수 있다. 그것은 또한, 주형 부품의 단부 부분에서든지 중앙 부분이나 또는 어떠한 다른 위치 또는 표면에서든지, 어떠한 표면상에 적용 또는 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 냉각 골격 주변의 몇몇 다른 위치들에 다른 냉각을 적용하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 주형 부품의 몇몇 다른 부품들에 다른 냉각제 방출을 적용할 수 있다.

도 26은, 대표적인 냉각제 방출 구멍(620, 621)이 제 1 구획면 부분(625)에서 주형 부품(624)에 냉각제 분무(622, 623)를 제공하는, 본 발명의 실시예를 도시한다. 냉각제 방출 구멍 구조(626)은 제 2 구획면 부분(627)으로 냉각제를 지시 또는 방출하기 위해 제공되며, 주형 부품로 방출된 냉각제 (608, 609)를 제공한다. 상기 냉각제 방출 구멍 또는 오리피스는 작은 직경 부분(630)과 큰 직경 부분(631) 을 갖는다. 상기 작은 직경 부분(630)은 또한 배플 또는 배플 부분으로 언급될 수 있으며, 큰 직경 부분(631)은 또한 분무홀 부분으로 언급될 수 있다. 상기 직경을 증가시키는 효과는 방출 냉각제 분무(628, 629)에 영향을 미치며, 그의 속도를 감소기키거나 및/또는 유속을 감소시키는 작용을 한다.

도 26은 또한 또 다른 구획면 부분에 냉각을 실현하는 다른 실시예을 도시하고 있으며, 상기 다른 구획면 부분이란 본 실시예에서 냉각제 방출 구멍 구조(640)를 사용하는 제 3 구획면 부분(232)을 나타낸다. 상기 냉각제 방출 구멍 구조(640)는 (동일한 단면 영역을 가지며 따라서 거의 동일한 냉각제 유속을 제공하는) 복수의 냉각제 방출 구멍(641, 644)을 포함한다. 다른 구획면 부분으로 지시된 냉각제 방출 구멍은 거의 동일한 단면 영역을 가지며, 따라서 거의 동일한 냉각제 유속을 제공한다. 상기 방출 구멍(641, 644)은 또한 제 2 단부 또는 방출 단부에서 증가된 직경(645)을 갖는다. 냉각제(643, 946)은 주형 부품(624)상의 제 3 구획면 부분(632)을 향해 방출된다. 비록 2개의 냉각제 방출 구멍만이 각각의 구획면 부분에 도시되었지만, 실제로 각각의 영역에는 더 많은 숫자를 가질 수 있으며, 이점에 대하여 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 26은 어떻게 본 발명이 유일하게 주형의 어떠한 주어진 구획면 부분에 제공될 수 있는지를 나타내며, 이 경우 각각 자체의 미리 결정된 분무 특성이 제공된다. 예를 들어, 하나의 주형은 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 구획면 부분들을 가질 수 있으며, 각각은 그들 자체의 미리 결정된 분무 특성을 가지며, 이는 모두 본 발명의 범위 안에 있게 된다.

도 27은 오직 다른 골격에 제공되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이와 같은 타입의 골격에서, 배플들은 각각을 통한 유동이 동일해지도록 모두 동일한 단면 영역을 갖는다. 비록 본 발명이 특수한 형태의 배플에 제한되지 않는다 할지라도, 동일한 실시예들에서 적합한 것은 원형 단면을 갖는 배플이다. 냉각제 저장기는 하나의 크기로부터 다른 크기로 또는 분무홀들의 구성으로 분리되며, 하나의 저장기만이 냉각제를 주어진 단면 영역 또는 유속의 분무홀로 제공하는 것이 바람직하다.

도 27은 제 1 구획면 부분(725), 제 2 구획면 부분(727), 및 제 3 구획면 부분(732)을 갖는 주형 부품(724)을 도시한다. 맣은 수의 구획면 부분이 있을 수 있으나, 설명을 목적으로 오직 3개만을 도시하였다. 복수의 제 1 배플(720)은 각각 거의 동일한 단면 영역을 가지며, 제 1 단부에 냉각제를 수용하고 상기 냉각제를 제 1 저장기(751) 안으로 제공하기 위한 구조를 갖는다. 제 1 저장기(751) 유체 연통하며 냉각제를 복수의 제 1 분무홀(750)에 제공하며, 상기 복수의 분무홀들은 각각 동일한 단면 영역을 가지며 및/또는 동일한 유속으로 냉각제의 통로를 통과한다. 냉각제(722)는 제 1 구획면 부분(725)에서 복수의 제 1 분무홀(750)로부터 주형 부품(724)을 향해 방출된다. 복수의 제 2 배플(730)은 상기 복수의 제 1 배플과 같이 서로 거의 동일한 단면을 가지며, 제 1 단부에서 냉각제를 수용하고 냉각제를 제 2 저장기(761) 안으로 제공하기 위한 구조를 갖는다. 유체는 상기 제 1 저장기(751)와 제 2 저장기(761) 사이 또는 제 2 저장기(761)와 제 3 저장기(771) 사이로 통과할 수 없다.

제 2 저장기(761)는 유체 연통되며, 냉각제를 복수의 제 2 분무홀(760)로 제공하며, 상기 복수의 분무홀들은 각각 동일한 단면 영역을 가지며 및/또는 각각 복수의 제 2 저장기를 통해 동일한 유속으로 냉각제를 통과시킨다. 그러나 복수의 제 2 분무홀(760)의 단면 영역은 복수의 제 1 분무홀(760)의 단면 영역과는 다르다. 마찬가지로, 상기 복수의 제 3 분무홀(770)의 단면 영역은 복수의 제 1 분무홀(750)의 단면 영역과는 다르며, 또한 복수의 제 2 분무홀(760)의 단면 영역과도 다르다. 냉각제(728)는 제 2 구획면 부분(727)에서 상기 복수의 제 2 분무홀(760)로부터 주형 부품(724)을 향해 방출된다.

제 3 저장기(771)는 유체 연통되며, 냉각제를 복수의 제 3 분무홀(770)로 제공하며, 상기 복수의 분무홀들은 각각 동일한 단면 영역을 가지며 및/또는 각각 복수의 제 3 저장기를 통해 동일한 유속으로 냉각제를 통과시킨다. 냉각제(746)는 제 3 구획면 부분(732)에서 상기 복수의 제 3 분무홀(770)로부터 주형 부품(724)을 향해 방출된다.

본 발명의 일부 실시예들로부터 상기 냉각제가 상기 주형 부품의 다른 구획면 부분을 향해 다른 속도로 방출된다는 사실이 관측되었으며, 이는 예를 들면 도 26에서 제 1 냉각제 방출(622, 623) 대 제 2 냉각제 방출(628, 629) 대 제 3 냉각제 방출(643, 646)로 제공될 수 있다. 즉, 상기 제 3 냉각제 방출(643, 646)은 거의 같은 속도를 가질 수 있으며, 제 3 방출 속도는 제 2 냉각제 방출(628, 629)의 제 2 방출 속도와 다를 수 있으며, 계속해서 제 1 냉각제 방출(622, 623)의 제 1 방출 속도와 다를 수도 있다.

본 발명은 본 발명을 사용하는 시스템들의 실시예들이 어떤 그리고 모든 형태의 주형 근방의 모든 주형 부품들상의 구획면 부분에 대응시키기 위한, 그리고 소망의 효과를 얻기 위해 열전달을 맞추기 위한 분무홀 구조의 구획 부분을 포함할 수 있음이 관측되었다.

본 발명은 또한 복수의 다른 타입의 냉각제 골격에 제공될 수 있다. 예를 들어, 많은 골격들은 복수의 배플 구멍, 냉각제가 상기 배플 구멍으로부터 공통 저장기 또는 공간, 및 상기 저장기로부터 하향 위치하는 복수의 분무홀 구멍들을 포함한다. 본 발명의 실시예들은, 하나의 중간 저장기가 동일 직경 또는 동일 단면 영역을 갖는 분무홀들에 제공되는 한, 그와 같은 구조에 쉽게 제공될 수 있다.

약간의 속도 결정을 위해, 그들은 배플 부분을 위한 실린더 및 냉각제 방출 구멍의 분무홀 부분을 위한 다른 큰 실린더를 사용하는 실시예에 있어서 실린더를 통해 속도를 산출하기 위한 공지된 공식에 기초하여 산출 또는 평가된다.

예를 들어, 만약 용적 유속이 동일하게 머물 때 속도 감소를 산출하기 위해, 다음과 같은 실린더를 통한 유동을 위한 기본 방정식이 사용될 수 있다:

상술된 방정식이 대체로 정확하다고 믿는 동안, 그의 정확성이나 또는 에러에 대한 기회를 상기 냉각제 방출 구멍의 분무홀 부분의 길이와 같은 인자들에 기초하여 변경하기 위해, 실제로 또는 적용에 있어서의 테스트가 완성될 필요가 있다.

본 발명의 실시예들은 새로운 시스템들과 결합하거나 및/또는 기존의 작업 주조 시스템에 새로 설치될 수도 있으며, 이는 모두 도 6의 23 및/또는 24와 관련하여 설명되는 바와 같이 본 발명의 범주에 속한다.

상기 2개의 표에서 스팀 스테인의 표시(plot)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 스팀 스테인은 동일 지역의 물의 유속을 사용하여 속도를 변경한 후의 길이가 거의 2배로 되며, 상기 스팀 스테인은 인고트의 4분면 지점에서보다 인고트의 중앙에서 더욱 조밀하게 집중되었다. 이와 같은 모든 경향은 전체 버트 컬을 감소시킴으로써 인고트 주조의 시작에 도움을 준다. 버트 컬 측정은 도 9에 설명되어 있다.

다음의 표는 58㎖ x 1525㎖의 인고트 주형에 대해 측정된 버트 컬을 나타낸다. 당업자라면 전후에 얻은 다음의 버트 컬 측정으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 냉각제 방출 구멍은 본 발명에 따라 제 1 구획면 부분(4분면 부분)으로부터 제 2 구획면 부분(본 예에서 중앙부)로 변경되었으며, 상기 버트 컬은 실제로 감소되었다.

당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에는 다양한 실시예, 사용될 수 있는 요소 및 성분들의 편차가 존재하며, 이들 모두는 본 발명의 범주에 속한다.

예를 들어, 본 발명의 한 실시예는 주형 캐비티를 갖는 직접 칠드 주조 주형 시스템에 사용하기 위한 냉각 시스템에 관한 것일 수 있으며, 상기 주형 시스템은 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 가지며, 상기 냉각 시스템은 다음을 포함한다 : 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격, 상기 냉각 골격은 다음을 포함한다 : 제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 성형된 주형 부품의 제 1 구획면 부분을 향해 제 1 냉각제 방출 속도로 제 1 방출 냉각제를 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 주형 부품의 제 2 구획면 부분을 향해 제 2 냉각제 방출 속도로 제 2 방출 냉각제를 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들; 여기서 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며; 또한 제 1 냉각제 방출 속도는 제 2 냉각제 방출 속도보다 작다. 본 실시예에서는 또한 상기 제 1 방출 냉각제 유동이 제 2 방출 냉각제 유동보다 작다.

상술된 냉각 시스템은 오직 물만을 포함할 수 있고, 또는 물과 다른 기상 또는 액상 유체들과의 혼합물일 수도 있다. 앞에서 열거한 냉각 시스템의 실시예가 언급될 수 있다 : 추가적으로 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고 제 2 구획면 부분은 4분면 부분이다; 추가적으로 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고 제 2 구획면 부분은 3분면 부분이다; 추가적으로 제 1 구획면 부분과 제 2 구획면 부분은 주형 캐비티 주변 근방에서 서로 인접 위치된다; 및/또는 추가적으로 제 1 구획면 부분과 제 2 구획면 부분은 주형 캐비티 주변 근방에서 서로로부터 이격 위치된다.

상술된 냉각 시스템은 추가적으로 다음과 같이 설명된다 : 추가적으로 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속의 4% 이내에 놓인다; 추가적으로 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속의 8% 이내에 놓인다; 및/또는 추가적으로 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속의 12% 이내에 놓인다.

다른 실시예에서, 냉각 시스템은 주형 캐비티를 갖는 직접 칠드 주조 주형 시스템에 사용하기 위해 제공되며, 상기 주형 시스템은 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 가지며, 상기 냉각 시스템은 다음을 포함한다 : 주형 캐비티 주변 둘 레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격, 상기 냉각 골격은 다음을 포함한다 : 제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 성형된 주형 부품의 제 1 구획면 부분을 향해 제 1 냉각제 방출 속도로 제 1 방출 냉각제를 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 주형 부품의 제 2 구획면 부분을 향해 제 2 냉각제 방출 속도로 제 2 방출 냉각제를 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들; 여기서 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며; 또한 제 1 방출 유속은 제 2 냉각제 방출 유속보다 작다. 본 실시예에서는 또한 상기 제 1 방출 냉각제 유동이 제 2 방출 냉각제 유동보다 작다.

상술된 냉각 시스템은 오직 물만을 포함할 수 있고, 또는 물과 다른 기상 또는 액상 유체들과의 혼합물일 수도 있다. 앞에서 열거한 냉각 시스템의 실시예가 언급될 수 있다 : 추가적으로 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고 제 2 구획면 부분은 4분면 부분이다; 추가적으로 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고 제 2 구획면 부분은 3분면 부분이다; 추가적으로 제 1 구획면 부분과 제 2 구획면 부분은 주형 캐비티 주변 근방에서 서로 인접 위치된다; 및/또는 추가적으로 제 1 구획면 부분과 제 2 구획면 부분은 주형 캐비티 주변 근방에서 서로로부터 이격 위치된다.

상술된 냉각 시스템은 추가적으로 다음과 같이 설명된다 : 추가적으로 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속의 4% 이내에 놓인다; 추가적으로 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속의 8% 이내에 놓인다; 및/또는 추가적으로 제 1 냉각제 유속 은 제 2 냉각제 유속의 12% 이내에 놓인다.

다른 실시예에서, 냉각 시스템은 주형 캐비티를 갖는 직접 칠드 주조 주형 시스템에 사용하기 위해 제공될 수 있으며, 상기 주형 시스템은 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 가지며, 상기 냉각 시스템은 다음을 포함한다 : 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격, 상기 냉각 골격은 다음을 포함한다 : 제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 성형된 주형 부품의 제 1 구획면 부분을 향해 제 1 냉각제 방출 속도로 제 1 방출 냉각제를 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 주형 부품의 제 2 구획면 부분을 향해 제 2 냉각제 방출 속도로 제 2 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들; 여기서 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며; 또한 제 1 방출 냉각제 유동은 상기 제 1 구획면 부분상에 높은 평균 스팀 스테인을 형성하고, 제 2 방출 냉각제 유동은 상기 주형 부품의 제 2 구획면 부분상에 형성한다.

상술된 냉각 시스템은 오직 물만을 포함할 수 있고, 또는 물과 다른 기상 또는 액상 유체들과의 혼합물일 수도 있다. 앞에서 열거한 냉각 시스템의 실시예가 언급될 수 있다 : 추가적으로 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고 제 2 구획면 부분은 4분면 부분이다; 추가적으로 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고 제 2 구획면 부분은 3분면 부분이다; 추가적으로 제 1 구획면 부분과 제 2 구획면 부분은 주형 캐비티 주변 근방에서 서로 인접 위치된다; 및/또는 추가적으로 제 1 구획면 부분과 제 2 구획면 부분은 주형 캐비티 주변 근방에서 서로로부터 이격 위치된다.

상술된 냉각 시스템은 추가적으로 다음과 같이 설명된다 : 추가적으로 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속의 4% 이내에 놓인다; 추가적으로 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속의 8% 이내에 놓인다; 및/또는 추가적으로 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속의 12% 이내에 놓인다.

다른 실시예에서, 냉각 시스템은 주형 캐비티를 갖는 직접 칠드 주조 주형 시스템에 사용하기 위해 제공될 수 있으며, 상기 주형 시스템은 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 가지며, 상기 냉각 시스템은 다음을 포함한다 : 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격, 상기 냉각 골격은 다음을 포함한다 : 제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 성형된 주형 부품의 제 1 구획면 부분을 향해 제 1 냉각제 방출 속도로 제 1 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 주형 부품의 제 2 구획면 부분을 향해 제 2 냉각제 방출 속도로 제 2 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들; 여기서, 추가적으로 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍은 제 1 방출 냉각제를 방출하고, 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍은 제 2 방출 냉각제를 방출한다; 추가적으로 제 1 방출 냉각제 유동으로의 열전달은 제 2 방출 냉각제 유동으로의 열전달보다 낮다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 직접 칠드 주조 주형에는 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 갖는 주형 캐비티와 냉각 시스템이 제공되며, 상기 냉각 시 스템은 다음을 포함한다 : 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격, 상기 냉각 골격은 다음을 포함한다 : 제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 성형된 주형 부품의 중앙 표면 부분을 향해 제 1 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에서 형성되고, 주형 부품의 구획면 부분을 향해 제 2 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들; 여기서, 여기서 제 1 냉각제 유속은 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며; 추가적으로 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍은 제 1 방출 냉각제를 방출하고, 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍은 제 2 방출 냉각제를 방출한다; 또한 추가적으로, 제 2 방출 냉각제 유동으로의 열전달보다 제 1 방출 냉각제 유동으로의 열전달이 적게 되도록, 제 2 방출 냉각제 유동, 제 1 방출 냉각제 유동은 제 2 방출 냉각제 유동과 관련하여 방출된다.

방법에 있어서, 본 발명의 실시예는 주형 캐비티 주변 근방에 복수의 냉각제 방출 구멍을 포함하는 기존의 직접 칠드 용융 금속 주형 시스템상에서 냉각 시스템을 변경시키기 위해 제공될 수 있으며, 여기서 복수의 냉각제 방출 구멍들 각각은 거의 동일한 단면 입구 영역을 가지며, 냉각제 방출 구멍의 방출 단부에서 냉각제 방출 구멍의 내부 표면을 변경하는 공정을 포함한다.

앞에서 열거한 것들로부터의 추가 방법은 다음과 같을 수 있다 : 상기 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 방출 단부에서 그의 단면 영역이 증가함으로써 변경된다; 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 방출 단부에서 큰 직경의 냉각제 방출 구멍을 드릴링함으로써 변경된다; 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 방출 단부에서 내부 표면의 표면 거칠기를 증가시킴으로써 변경된다; 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 방출 단부에서 내부 표면에 멈춤쇠를 제공함으로써 변경된다; 및/또는 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 상기 내부 표면상에 내부 스레드를 제공함으로써 변경된다.

법규에 따라, 본 발명은 구조 및 조직적 특징과 관련하여 다소간은 특수한 실시예들을 사용하였다. 그러나, 본 발명은 그의 수단이 본 발명을 수행하기 위한 적합한 형태를 포함하므로 도시 및 설명된 특수한 특징들에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 등가 주의에 따라 적절하게 해석되는 첨부된 청구항들의 적합한 범위 내에서 어떠한 변경이나 수정도 포함하고 있음을 밝혀둔다.

Claims (41)

1. 주형 캐비티를 갖는 직접 칠드 주조 주형 시스템에 사용하기 위한 냉각 시스템으로, 상기 주형 시스템은 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 갖는 냉각 시스템으로서,

   상기 냉각 시스템은 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격을 포함하며, 상기 냉각 골격은,

   제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 성형된 주형 부품의 제 1 구획면 부분을 향해 제 1 냉각제 방출 속도로 제 1 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 및

   제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 주형 부품의 제 2 구획면 부분을 향해 제 2 냉각제 방출 속도로 제 2 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들을 포함하며,

   상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며, 또한 상기 제 1 냉각제 방출 속도는 상기 제 2 냉각제 방출 속도보다 작은 냉각 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각제는 물인 냉각 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각제는 물을 포함하는 냉각 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각제는 물과 이산화탄소의 혼합물인 냉각 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고, 상기 제 2 구획면 부분은 4분면 부분인 냉각 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고, 상기 제 2 구획면 부분은 3분면 부분(1/3 portion)인 냉각 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분과 상기 제 2 구획면 부분은 상기 주형 캐비티 주변 둘레에 서로 인접 위치되는 냉각 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분과 상기 제 2 구획면 부분은 상기 주형 캐비티 주변 둘레에 서로 이격 위치되는 냉각 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 주조 주형 시스템은 인고트 성형된 주형 부품을 주조하기 위한 구조를 갖는 냉각 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속의 4% 이 내에 놓이는 냉각 시스템.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속의 8% 이내에 놓이는 냉각 시스템.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속의 12% 이내에 놓이는 냉각 시스템.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 주형 부품으로부터 상기 제 1 방출 냉각제 유동으로의 열전달은 상기 제 2 방출 냉각제 유동으로의 열전달보다 낮은 냉각 시스템.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방출 냉각제 유동은 상기 제 2 방출 냉각제 유동보다 작은 냉각 시스템.
15. 주형 캐비티를 갖는 직접 칠드 주조 주형 시스템에 사용하기 위한 냉각 시스템으로, 상기 주형 시스템은 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 갖는 냉각 시스템으로서,

    상기 냉각 시스템은 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격을 포함하며, 상기 냉각 골격은,

    제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 성형된 주형 부품의 제 1 구획면 부분을 향해 제 1 냉각제 방출 속도로 제 1 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 및

    제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 주형 부품의 제 2 구획면 부분을 향해 제 2 냉각제 방출 속도로 제 2 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들을 포함하며,

    상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며, 또한 상기 제 1 방출 유속은 상기 제 2 방출 유속보다 작은 냉각 시스템.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제 방출 속도는 상기 제 2 냉각제 방출 속도보다 낮은 냉각 시스템.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 냉각제는 물을 포함하는 냉각 시스템.
18. 제 15 항에 있어서, 상기 냉각제는 물과 가스의 혼합물인 냉각 시스템.
19. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고, 상기 제 2 구획면 부분은 4분면 부분인 냉각 시스템.
20. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고, 상기 제 2 구획면 부분은 3분면 부분인 냉각 시스템.
21. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분과 상기 제 2 구획면 부분은 상기 주형 캐비티 주변 둘레에 서로 인접 위치되는 냉각 시스템.
22. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분과 상기 제 2 구획면 부분은 상기 주형 캐비티 주변 둘레에 서로 이격 위치되는 냉각 시스템.
23. 제 15 항에 있어서, 상기 주조 주형 시스템은 인고트 성형된 주형 부품을 주조하기 위한 구조를 갖는 냉각 시스템.
24. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속의 4% 이내에 놓이는 냉각 시스템.
25. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속의 8% 이내에 놓이는 냉각 시스템.
26. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속의 12% 이내에 놓이는 냉각 시스템.
27. 제 15 항에 있어서, 상기 주형 부품으로부터 상기 제 1 방출 냉각제 유동으로의 열전달은 상기 제 2 방출 냉각제 유동으로의 열전달보다 낮은 냉각 시스템.
28. 주형 캐비티를 갖는 직접 칠드 주조 주형 시스템에 사용하기 위한 냉각 시스템으로, 상기 주형 시스템은 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 갖는 냉각 시스템으로서,

    상기 냉각 시스템은 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격을 포함하며, 상기 냉각 골격은,

    제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 성형된 주형 부품의 제 1 구획면 부분을 향해 제 1 냉각제 방출 속도로 제 1 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 및

    제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 주형 부품의 제 2 구획면 부분을 향해 제 2 냉각제 방출 속도로 제 2 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들을 포함하며,

    상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며,

    상기 제 2 방출 냉각제 유동이 상기 주형 부품의 제 2 구획면 부분상에 형성되는 경우보다, 상기 제 1 방출 냉각제 유동은 상기 제 1 구획면 부분상에 더 높은 평균 스팀 스테인을 형성하는 냉각 시스템.
29. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고, 상기 제 2 구획면 부분은 4분면 부분인 냉각 시스템.
30. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분은 중앙 부분이고, 상기 제 2 구획면 부분은 3분면 부분인 냉각 시스템.
31. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분과 상기 제 2 구획면 부분은 상기 주형 캐비티 주변 둘레에 서로 인접 위치되는 냉각 시스템.
32. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 구획면 부분과 상기 제 2 구획면 부분은 상기 주형 캐비티 주변 둘레에 서로 이격 위치되는 냉각 시스템.
33. 제 28 항에 있어서, 상기 냉각제는 물을 포함하는 냉각 시스템.
34. 주형 캐비티를 갖는 직접 칠드 주조 주형 시스템에 사용하기 위한 냉각 시스템으로, 상기 주형 시스템은 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 갖는 냉각 시스템으로서,

    상기 냉각 시스템은 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격을 포함하며, 상기 냉각 골격은,

    제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 성형된 주형 부품의 제 1 구획면 부분을 향해 제 1 냉각제 방출 속도로 제 1 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 및

    제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 주형 부품의 제 2 구획면 부분을 향해 제 2 냉각제 방출 속도로 제 2 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들을 포함하며,

    상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며,

    상기 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍은 제 1 방출 냉각제를 방출하고, 상기 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍은 제 2 방출 냉각제를 방출하고,

    상기 제 1 방출 냉각제 유동으로의 열전달은 상기 제 2 방출 냉각제 유동으로의 열전달보다 낮은 냉각 시스템.
35. 금속 주형 부품을 성형하기 위한 구조를 갖는 주형 캐비티와 냉각 시스템이 제공되는 직접 칠드 주조 주형으로서,

    상기 냉각 시스템은 주형 캐비티 주변 둘레에 위치시키기 위한 구조를 갖는 냉각 골격을 포함하고, 상기 냉각 골격은,

    제 1 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 성형된 주형 부품의 중앙 표면 부분을 향해 제 1 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍들; 및

    제 2 냉각제 유속으로 냉각제를 수용하기 위해 제 1 단부에 형성되고, 또한 주형 부품의 구획면 부분을 향해 제 2 방출 냉각제 유동을 방출하기 위해 제 2 단부에 형성되는 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍들을 포함하며,

    상기 제 1 냉각제 유속은 상기 제 2 냉각제 유속과 거의 같으며,

    상기 복수의 제 1 냉각제 방출 구멍은 제 1 방출 냉각제를 방출하고, 복수의 제 2 냉각제 방출 구멍은 제 2 방출 냉각제를 방출하고,

    상기 제 2 방출 냉각제 유동으로의 열전달보다 상기 제 1 방출 냉각제 유동으로의 열전달이 적게 되도록, 상기 제 1 방출 냉각제 유동은 상기 제 2 방출 냉각제 유동과 관련하여 방출되는 직접 칠드 주조 주형.
36. 주형 캐비티 주변 근방에 복수의 냉각제 방출 구멍들을 포함하는 기존의 직접 칠드 용융 금속 주형 시스템상에서 냉각 시스템을 변경시키기 위한 방법으로서,

    상기 복수의 냉각제 방출 구멍들 각각은 거의 동일한 단면 입구 영역을 가지며,

    상기 냉각제 방출 구멍의 방출 단부에서 냉각제 방출 구멍의 내부 표면을 변경하는 공정을 포함하는 냉각 시스템 변경 방법.
37. 제 36 항에 있어서, 상기 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 상기 방출 단부에 서 그의 단면 영역이 증가함으로써 변경되는 냉각 시스템 변경 방법.
38. 제 36 항에 있어서, 상기 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 상기 방출 단부에서 큰 직경의 냉각제 방출 구멍을 드릴링함으로써 변경되는 냉각 시스템 변경 방법.
39. 제 36 항에 있어서, 상기 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 상기 방출 단부에서 내부 표면의 표면 거칠기를 증가시킴으로써 변경되는 냉각 시스템 변경 방법.
40. 제 36 항에 있어서, 상기 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 상기 방출 단부에서 내부 표면에 멈춤쇠를 제공함으로써 변경되는 냉각 시스템 변경 방법.
41. 제 36 항에 있어서, 상기 냉각제 방출 구멍의 내부 표면은 상기 내부 표면상에 내부 스레드를 제공함으로써 변경되는 냉각 시스템 변경 방법.

Images