KR20070052362A

KR20070052362A - 연속 주조 장치, 연속 주조 방법 및 알루미늄 합금 주조봉

Info

Publication number: KR20070052362A
Application number: KR1020077009905A
Authority: KR
Inventors: 마사시 후쿠다; 마사토시 후쿠시마
Original assignee: 쇼와 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-05-21
Also published as: US20060090875A1; JP2009160662A; JP5091185B2; WO2006046677A1; DE602005026425D1; JP5424141B2; EP1808240A1; JP2009190088A; US7637306B2; EP1808240A4; JP2012213811A; KR100895618B1; EP1808240B1; CN101048245B; JP5131859B2; CN101048245A

Abstract

윤활재를 저감해도 고속 주조를 안정하고 원활하게 행할 수 있고, 브레이크 아웃이나 윤활재 반응 생성물의 발생도 억제하여 주괴 불량을 대폭적으로 줄일 수 있는 연속 주조 장치, 연속 주조 방법 및 알루미늄 합금 주조봉이다. 본 발명은, 턴디쉬(250) 내의 합금 용탕(255)을 주형(201)의 일단으로부터 주형(201) 내에 공급해서 알루미늄 합금 주조봉을 제조하는 연속 주조 장치에 있어서, 턴디쉬(250)와 주형(201)의 일단 사이에 배치되며 턴디쉬(250)와 주형(201)을 연통하는 주탕용 통로(211)를 갖는 단열부재(2,2a,2b)와, 그 단열부재(2,2a,2b)를 따라 설치되며 주탕용 통로(211)와 일체의 통공을 갖는 칸막이층(2c)을 구비하고, 주형(201)에 공급되어 단열부재(2,2a,2b)에 새어 나온 윤활재를 칸막이층(2c)으로 차단하는 구성을 갖고 있다.

Description

연속 주조 장치, 연속 주조 방법 및 알루미늄 합금 주조봉{CONTINUOUS CASTING APPARATUS, CONTINUOUS CASTING METHOD, AND ALUMINUM ALOY CAST ROD}

<관련 출원의 표시>

본건 출원은 2004년 10월 25일자로 출원된 일본 특허 출원 2004-309251호와 2004년 11월 1일자로 미국 특허법 제111조(b)의 규정에 기초하여 출원된 미국 가출원 60/623,339호에 대해서 미국 특허법 제119조(e)(1)에 의한 출원일의 이익을 주장하고, 미국 특허법 제111조(a)의 규정에 기초하여 출원된 것이다.

본 발명은 용탕 수용부와 주형 사이에 주탕용 통로를 갖는 단열부재가 개재되고, 용탕 수용부 내의 합금 용탕을 주탕용 통로로부터 주형에 공급해서 알루미늄 합금 주조봉을 제조하는 연속 주조 장치, 연속 주조 방법 및 알루미늄 합금 주조봉에 관한 것이다.

최근의 수송 기기에 있어서는 그 경량화의 요구 때문에 알루미늄 합금 부품의 채용이 이루어지고 있다. 이와 같은 알루미늄 합금 부품은 알루미늄 합금 봉재를 소정의 길이로 절단하여 단조용 소재로 하고, 그 단조용 소재를 단조에 의해 부품에 성형함으로써 얻어진다. 그리고, 알루미늄 합금 봉재는 예컨대 수평 연속 주조에 의해 제작된 소재에 소성가공이나 열처리를 행함으로써 제조되어 있다.

이 수평 연속 주조에서는 일반적으로, 다음과 같은 과정을 거쳐 금속 용탕으로부터 원기둥 형상, 각기둥 형상 혹은 중공 기둥 형상의 긴 주괴를 제조한다. 즉, 금속 용탕을 모으는 턴디쉬에 들어간 용탕은 내화물제 통로를 통과한 후, 거의 수평으로 설치된 통형상 주형 내에 들어가고, 여기서 강제 냉각되어서 용탕 본체의 외표면에 응고 껍질이 형성된다. 또한 주형으로부터 인출된 주괴에 물 등의 냉각제가 직접 방사되어 주괴 내부까지 금속의 응고가 진행되면서 주괴가 연속적으로 인출된다.

이 수평 연속 주조에서는 윤활유를 주형의 입구측의 내주벽으로부터 주입하여 금속 용탕의 주형벽으로의 눌어붙기를 방지하고 있다. 이 주형에 있어서는 주괴의 상면과 하면에 가해지는 중력의 차에 의해 하부 벽면에서 상부 벽면으로 윤활유는 밀어 올려진다. 또한 윤활유의 가열에 의해 발생한 분해 가스도 상부 벽면으로 상승한다. 이러한 요인에 의해 주형 내주벽과 용탕이나 주형 외주면의 응고 껍질 사이의 윤활상태는 주형의 상하에서 불균일하게 되어 있다.

예컨대 주형의 아래쪽에서는 주형 내주벽과 용탕이나 응고 껍질 사이에 윤활유가 유입되지 않아 용탕이 주형 내주벽에 눌어붙기 때문에 응고 껍질이 깨져서 미응고 상태의 용탕이 유출되어, 큰 주조 결함으로 되거나, 또는 더욱 진행되면 주괴를 조각조각 쪼개져 주조 작업이 불가능해진다. 한편, 주형의 위쪽에서는 윤활유가 과다한 상태로 되고, 또한 용탕과 주형 내주벽의 접촉이 밀접하지 않기 때문에, 주형에 의한 용탕의 냉각이 불충분하게 되어서 미응고 상태의 용탕이 주괴 상부로부터 분출되게 된다.

금속의 수평 연속 주조에 있어서의 이러한 본질적인 문제의 극복을 위해서 종래부터, 예컨대, 일본 특허 공고 평8-32356호 공보(이하, 「특허문헌1」이라고 함.)나, 일본 특허 공개 평11-170009호 공보(이하, 「특허문헌2」라고 함.), 일본 특허 공개 평11-170014호 공보(이하, 「특허문헌3」이라고 함.)와 같은 여러가지의 해결책이 제안되어 있다.

상기 특허문헌1,2,3 중 특허문헌1,2는 윤활재 공급에 관한 것이고, 특허문헌3은 주형 내의 용탕 온도 분포의 균일화에 관한 것이다.

특허문헌1에는 종래의 금속의 수평 연속 주조에 있어서의 문제점, 즉 주형 내에 있어서의 용탕의 냉각의 언밸런스 및 주형 내벽의 윤활 계면의 불균일성을 해소하고, 주괴 조직의 균질화, 주조 표면 결함이나 브레이크 아웃을 배제하여 양품질의 주괴를 안정되게 주조할 수 있는 금속의 수평 연속 주조 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하여, 거의 수평상태로 유지되고, 강제 냉각된 통형상 주형에 윤활 유체를 공급하고, 상기 통형상 주형의 일단에 금속 용탕을 공급해서 기둥형상 금속 용탕 본체를 형성하고, 그 기둥형상 금속 용탕 본체가 응고해서 형성된 기둥형상 주괴를 상기 통형상 주형의 타단으로부터 뽑아내는 금속의 수평 연속 주조 방법에 있어서, 상기 통형상 주형의 내벽면에 형성된 침투성 다공질 주형부의 다공질 공극에 윤활 유체를 침투시키고, 미응고 혹은 응고 중의 금속 용탕에 면하는 상기 통형상 주형의 내벽면에 윤활 유체를 연속적으로 침출시킴과 아울러, 상기 통형상 주형의 내벽면에 형성된 홈을 경유하여 상기 윤활 유체 및/또는 상기 윤활 유체의 분해 가스를 주성분으로 하는 기체를 주형의 주괴 인출 단부로 방출하고, 상기 침 투성 다공질 주형부 상부로의 윤활 유체의 침출량을 상기 침투성 다공질 주형부 하부에 대한 침출량보다 적게 조정해서 행하는 것이 개시되어 있다.

또한 특허문헌2에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 가로형 연속 주조 방법에 있어서 적당량의 윤활유를 주형의 내주방향으로 균일하게 분포시킴으로써 주괴의 표면 성상을 개선하고, 또한 역편석층의 두께를 저감하여 껍질 벗김량을 줄여 수율을 향상시키는 것을 목적으로 하기 때문에, 주형의 상반부 내면에 복수개의 윤활유 공급구멍을 형성하여 그 윤활유 공급량을 주괴의 외주 단위 길이당 매분 0.001~0.012cc/minㆍ㎜로 하고, 냉각되는 금형의 내면에 자기 윤활성을 갖는 카본 슬리브를 가열 끼워 맞춤(shrinkage fit) 등에 의해 끼워맞춘 것을 사용하는 것이 개시되어 있다.

또한 특허문헌3에는 주형 내부의 용탕의 온도 분포를 균일하게 하고, 그것에 의해 주괴 하부의 탕경(cold shut)을 작게 되고, 또한 주괴 표면에 형성되는 역편석층의 두께를 줄이고, 주괴의 껍질 벗김량을 저감시켜 수율을 향상시키고, 동시에 브레이크 아웃의 발생을 억제하는 것을 목적으로 하여, 노로부터 주형으로 용탕을 공급하는 탕구 단열재의 용탕 공급구를 주형의 단면의 중심위치로부터 아래의 범위 내에 설치하며 그 단면적을 주형의 전체 단면의 10~25%로 하는 가로형 연속 주조 장치가 개시되어 있다.

그런데 최근, 수평 연속 주조에서 안정된 제조 운전을 행하기 위해서 다량의 윤활재를 투입하여 윤활 처리하지 않으면 안되는 상황이 발생하고 있다. 예컨대, 알루미늄 합금 부품으로의 수요가 높아지는 가운데 그 소재인 알루미늄 합금 봉재 의 생산성을 높이는 것이 요망되고 있고, 이를 위해서는 주조 속도를 빠르게 하는 것이 요구되고 있지만 주조 속도를 올리기 위해서는 윤활재의 공급량을 종래보다 증가시켜 눌어붙기를 방지할 필요가 있다.

그러나, 상기와 같이 다량의 윤활재를 투입한 경우, 과잉의 기화된 가스에 의해 브레이크 아웃되거나 과잉의 윤활재와 용탕이 접촉하여 윤활재 반응 생성물이 발생하거나 하는 문제가 발생하여 주괴가 불량으로 된다는 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기를 감안하여 제안된 것으로, 윤활재를 저감해도 고속 주조를 안정되고 원활하게 행할 수 있고, 브레이크 아웃이나 윤활재 반응 생성물의 발생도 억제하여 주괴 불량을 대폭적으로 줄일 수 있는 연속 주조 장치, 연속 주조 방법, 및 알루미늄 합금 주조봉을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 이하의 특징을 갖는 연속 주조 장치, 연속 주조 방법 및 알루미늄 합금 주조봉을 개시한다. 즉,

1) 제1발명은, 용탕 수용부 내의 합금 용탕을 주형의 일단으로부터 주형 내에 공급하여 알루미늄 합금 주조봉을 제조하는 연속 주조 장치에 있어서, 상기 용탕 수용부와 주형의 일단 사이에 배치되며 용탕 수용부와 주형을 연통하는 주탕용 통로를 갖는 단열부재와, 상기 단열부재에 설치되며 주탕용 통로와 일체의 통공을 갖는 칸막이층을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

2) 제2발명은, 상기 1)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주형은 수평상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

3) 제3발명은, 상기 1)항 또는 2)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주형의 일단과 칸막이층 사이에 단열부재를 개재시키는 것을 특징으로 하고 있다.

4) 제4발명은, 상기 3)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 칸막이층은 통공측 둘레부가 주형측으로 구부려져 주형의 일단에 면하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

5) 제5발명은, 상기 3)항 또는 4)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주형의 일단과 칸막이층 사이에 개재하는 단열부재 중 주형의 중공부에 면하는 단열부재의 면적을 주형의 중공부의 종단면적에 대하여 면적비로 40~85%로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

6) 제6발명은, 상기 1)항 내지 5)항 중 어느 하나에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 칸막이층은 윤활재 및 기화한 윤활재를 통과시키지 않는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

7) 제7발명은, 상기 2)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구가 주형의 타단 부근까지 확장되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

8) 제8발명은, 상기 2)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구가 분기되어 주형의 타단 부근에도 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

9) 제9발명은, 상기 2)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주탕용 통로와 상기 주형의 위치 관계는 주탕용 통로 내경 하부 위치가 주형 내경 하부 위치에 대하여 주형 내경의 8% 이상 상방으로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

10) 제10발명은, 상기 1)항 내지 9)항 중 어느 하나에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 알루미늄 합금의 합금 용탕은 마그네슘의 함유량이 0.5질량% 이상인 것을 특징으로 하고 있다.

11) 제11발명은, 상기 1)항 내지 10)항 중 어느 하나에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 알루미늄 합금의 합금 용탕의 성분을 Si(함유율 0.05~1.3질량%), Fe(함유율 0.1~O.7 질량%), Cu(함유율 0.1~2.5질량%), Mn(함유율 0.05~1.1질량%), Mg(함유율 0.5~3.5질량%), Cr(함유율 0.04~0.4질량%), 및 Zn(함유율 0.05~8질량% 이하)을 함유하는 것으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

12) 제12발명은, 용탕 수용부 내의 합금 용탕을 주형의 일단으로부터 주형 내에 공급하여 알루미늄 합금 주조봉을 제조하는 연속 주조 방법에 있어서, 상기 용탕 수용부와 주형의 일단 사이에 배치되며 용탕 수용부와 주형을 연통하는 주탕용 통로를 갖는 단열부재에 그 주탕용 통로와 일체의 통공을 갖는 칸막이층을 설치하여 주조시에 주형에 공급되어 단열부재에 새어 나온 윤활재를 칸막이층으로 차단하면서 연속 주조를 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

13) 제13발명은, 상기 12)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주형은 수평상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

14) 제14발명은, 상기 13)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구가 주형의 타단 부근까지 확장되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

15) 제15발명은, 상기 13)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구가 분기되어 주형의 타단 부근에도 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

16) 제16발명은, 상기 13)항에 기재된 발명의 구성에 추가로, 상기 주탕용 통로와 상기 주형의 위치 관계는 주탕용 통로 내경 하부 위치가 주형 내경 하부 위치에 대하여 주형 내경의 8% 이상 상방으로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

17) 제17발명은, 알루미늄 합금 주조봉으로서, 상기 12)항 내지 16)항 중 어느 하나에 기재된 연속 주조 방법을 이용하여 제조한 것을 특징으로 하고 있다.

제1, 제2, 제12 및 제13발명에서는, 단열부재에 칸막이층을 설치하고, 주형에 공급되어 단열부재로 새어 나온 윤활재를 칸막이층으로 차단함으로써, 윤활재가 합금 용탕과 반응하거나 용탕 수용부측에 유입되는 것을 칸막이층으로 방지할 수 있고, 윤활재의 쓸데없는 소비를 억제해서 윤활재의 공급량을 저감할 수 있다. 따라서, 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다. 또한, 단열부재의 둘레벽이나 그 근방에서 발생하고 있었던 윤활재 반응 생성물도 발생하지 않아 주괴 불량을 대폭적으로 줄일 수 있다.

또한, 주형에 공급되어 단열부재에 새어 나온 윤활재를 칸막이층으로 차단한다는 것은 주형측으로부터 칸막이층에 도달한 윤활재가 합금 용탕과 반응하거나, 용탕 수용부측에 유입되는 것을 완전하게 방지할 수 있는 경우나, 완전하게 방지하지 않을 때까지도 합금 용탕과의 반응이나 용탕 수용부측으로의 유입에 의해 쓸데없이 소비되는 것을 저감하는 정도도 포함하고 있다.

제3발명에서는, 주형의 일단과 칸막이층 사이에 단열부재를 개재시키도록 했으므로, 열을 전달하기 쉬운 칸막이층을 설치한 경우에도 열을 유지한 채로 합금 용탕을 주형에 공급할 수 있다. 따라서, 주형 내에서의 합금 용탕의 응고 위치는 적정하게 유지되어 안정된 주조를 행할 수 있다.

제4발명에서는, 칸막이층의 통공측 둘레부가 주형측으로 구부려져 주형의 일단에 면하도록 구성했으므로, 주형의 일단과 칸막이층 사이의 단열부재는 주탕용 통로의 부분에서도 합금 용탕과 접촉하지 않는다. 따라서, 윤활재의 단열부재를 통한 합금 용탕과의 반응이나 용탕 수용부측으로의 유입을 보다 한층 확실하게 방지할 수 있다.

제5발명에서는, 주형의 일단과 칸막이층 사이에 개재하는 단열부재 중 주형의 중공부에 면하는 단열부재의 면적을 주형의 중공부의 종단면적에 대하여 면적비로 40~85%로 했으므로, 단열에 필요한 면적을 갖는 단열부재가 주형의 중공부에 확실하게 면하게 된다. 이 때문에, 합금 용탕이 주형에 공급되어도 합금 용탕의 열이 주형의 일단측으로부터 도망쳐서 방출되어 차가워지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 주형 내에서의 합금 용탕의 응고 위치는 적정하게 유지되어 안정된 주조를 행할 수 있다.

제7 및 제14발명에서는, 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구를 주형의 타단 부근까지 확장했으므로, 주형의 타단 부근으로부터도 윤활재를 공급할 수 있다. 고속 주조의 경우, 주괴의 응고 위치가 주형의 타단측 로 이동하는 경향이 있고, 그 타단측까지 윤활재를 공급하기 위해서 종래는 주형의 일단 부근에서 필요 이상으로 다량의 윤활재를 공급하고 있었지만, 윤활재 공급구의 확장에 의해 타단 부근의 위치에서 적확하게 윤활재를 공급할 수 있다. 즉, 윤활재가 필요한 개소에 적당량 공급되므로, 불필요한 윤활재를 공급하는 일이 없어져 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다.

제8 및 제15발명에서는, 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구를 분기하여 주형의 타단 부근에도 형성하였기 때문에 주형의 타단 부근으로부터도 윤활재를 공급할 수 있다. 고속 주조 등의 경우, 주괴의 응고 위치가 주형의 타단측으로 이동하는 경향이 있고, 그 타단측까지 윤활재를 공급하기 위해서 종래는 주형의 일단 부근에서 필요 이상으로 다량의 윤활재를 공급하고 있었지만, 윤활재 공급구의 분기에 의해 타단 부근의 위치에서 적확하게 윤활재를 공급할 수 있다. 즉, 윤활재가 필요한 개소에 적당량 공급되므로, 불필요한 윤활재를 공급하는 일이 없어져 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다.

제9 및 제16발명에서는, 단열부재에 형성된 주탕용 통로와 주형의 위치 관계를 주탕용 통로 내경 하부 위치가 주형 내경 하부 위치에 대하여 주형 내경의 8% 이상 상방으로 되도록 했으므로, 종래 주괴의 온도 밸런스를 균일화하기 위해서 주형 내경 하부에 주탕용 통로가 위치하도록 하고 있었던 경우에 비해서, 주형의 일단측 하부에 공급되는 합금 용탕의 온도가 낮아져서 주괴 하부에서의 응고 껍질 형성이 신속히 행해지게 되어 윤활재의 공급량을 저감해도 안정된 주조를 행할 수 있다. 따라서, 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다. 또한, 주형의 일단측 하부에 공급되는 합금 용탕의 온도가 낮아지므로, 윤활재의 가스화를 억제할 수 있고, 가스화된 윤활재의 주괴로의 말려들어감에 의한 주괴 불량의 발생을 방지할 수 있다.

제10발명에서는, 마그네슘의 함유량이 0.5질량% 이상인 알루미늄 합금의 주조에 상기 제1 내지 제9발명을 적용했으므로, 종래 윤활재를 증량하지 않으면 안정된 주조가 곤란했던 마그네슘 함유 알루미늄 합금의 주조이여도, 윤활재의 저감, 윤활재 반응 생성물 발생의 억제, 안정되고 원활한 주조, 주괴 불량 발생의 방지 등의 고속 주조의 경우에 발휘되는 것과 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명의 수평 연속 주조 장치의 주형 부근의 일례를 나타내는 요부 개략 단면도이다.

도 2는 도 1의 주형의 유효 몰드 길이의 설명도이다.

도 3은 본 발명에 따른 내화물제 판형상체의 설명도이다.

도 4는 본 발명에 따른 내화물제 판형상체의 설명도이다.

도 5는 제 2 단열부재의 면적의 설명도이다.

도 6은 제 2 실시형태에 있어서의 수평 연속 주조 장치의 주형 부근의 일례를 나타내는 도면이다.

도 7은 제 2 실시형태에 있어서의 윤활재 공급 부분의 구성을 나타내는 도면이다.

도 8은 제 2 실시형태에 있어서의 윤활재 공급 부분의 구성을 나타내는 도면 이다.

도 9는 제 3 실시형태에 있어서의 주탕용 통로의 위치를 나타내는 설명도이다.

도 10은 본 발명이 적용되는 핫 탑 주조 장치의 개략을 나타내는 도면이다.

이하에 본 발명의 실시형태의 예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

우선 알루미늄 합금 주조봉에 대해서 설명한다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금 주조봉은 중심축이 거의 수평(거의 수평과는, 가로방향이다.)으로 되도록 유지되고, 강제 냉각 수단을 구비한 통형상 주형을 이용하는 수평 연속 주조법으로 제조되고, 직경을 1O㎜~1OO㎜의 범위로 할 수 있다. 이 직경 범위 이외에서도 대응은 가능하지만 공업적으로 후공정의 소성가공, 예컨대, 단조, 롤 단조, 인발가공, 회전이동 가공, 임펙트 가공 등의 설비를 소규모, 또한, 염가로 하기 위해서 직경을 10㎜~100㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다. 직경을 변경하여 주조하는 경우는 직경에 대응하는 내경을 갖는 착탈가능한 통형상 주형으로 교환하고, 그것에 맞춰 용탕 온도, 주조 속도를 변경하는 것으로 대응가능하다. 냉각수량, 윤활유량의 설정도 필요에 따라서 변경한다.

이 알루미늄 합금 주조봉은 후공정의 소성가공, 예컨대, 단조, 롤 단조, 인발가공, 회전이동 가공, 임펙트 가공 등의 소재로서 이용된다. 또는, 밀링 가공이나 드릴링 가공 등의 기계가공 등의 소재로서 이용된다.

(제 1 실시형태)

다음에 본 발명의 제 1 실시형태의 예를 도 1~도 5를 이용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 수평 연속 주조 장치의 주형 부근의 일례를 나타내는 도면이다. 도면에 있어서 용탕 수용부는 턴디쉬(250)이다. 이 턴디쉬(250) 속에 저류된 합금 용탕(255)이 내화물제 판형상체(210)를 거쳐 통형상 주형(이하, 단지 「주형」이라고 함.)(201)에 공급되도록 턴디쉬(250), 내화물제 판형상체(210), 주형(201)이 배치되어 있다. 또한, 상세한 것은 후술하는 바와 같이, 내화물제 판형상체(210)는 제 1 단열부재(2a), 제 2 단열부재(2b) 및 칸막이층(2c)으로 구성되어 있다. 주형(201)은 주형 중심축(220)이 거의 수평하게 되도록 유지되어 있다. 합금 용탕(255)이 응고 주괴(216)로 되도록 주형(201)의 내부에는 주형(201)의 강제 냉각 수단, 주형(201)의 출구에는 응고 주괴(216)의 강제 냉각 수단이 배치되어 있다. 도 1에서는 응고 주괴(216)를 강제 냉각하는 수단의 예로서 냉각수 샤워장치(205)가 설치되어 있다. 주형(201)의 출구 부근에는 강제 냉각된 응고 주괴(216)가 일정 속도로 인출되어 연속적으로 주조되도록 인출 구동 장치(도시 생략.)가 설치되어 있다. 또한, 연속해서 인출된 알루미늄 합금 주조봉을 소정의 길이로 절단하는 동조 절단기(도시 생략.)가 배치되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 주형(201)은 주형 냉각수 캐비티(204) 내에 냉각수(202)를 통해서 주형 벽면을 냉각함으로써 주형(201) 내에 가득 찬 기둥형상 금속 용탕(215)의 열을 주형(201)에 접촉하는 면으로부터 빼앗아 그 표면에 응고 껍질을 형성하는 주형의 강제 냉각 수단과, 주형 출구측 단말에 있어서 응고 주괴(216)에 직접 냉각수가 닿도록 냉각수 샤워장치(205)로부터 냉각수를 방출하여 주형 내의 기둥형상 금속 용탕(215)을 응고시키는 강제 냉각 수단을 갖은 주형이다. 또한, 주형(201)은 그 냉각수 샤워 장치(205)의 분출구와 반대측의 일단이 내화물제 판형상체(210)를 통해서 턴디쉬(250)에 접속되어 있다. 도 1에서는 주형(201)을 강제 냉각하기 위한 냉각수와, 응고 주괴(216)를 강제 냉각하기 위한 냉각수를 공통의 냉각수 공급관(203)을 통해서 공급하고 있지만 각각 별도로 냉각수를 제공할 수도 있다.

주형(201)의 강제 냉각 수단, 및 냉각수 샤워장치(205)는 제어신호에 의해 각각 동작을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.

냉각수 샤워장치(205)의 분출구의 중심축의 연장선이 주조된 응고 주괴(216) 표면에 닿는 위치로부터 주형(201)과 내화물제 판형상체(210)의 접촉면까지의 길이를 유효 몰드 길이(도 2의 부호 L 참조.)라고 말하고, 이 유효 몰드 길이(L)는 15㎜~70㎜인 것이 바람직하다. 이 유효 몰드 길이(L)가 15㎜ 미만에서는 양호한 피막이 형성되지 않는 것 등 때문에 주조 불가로 되고, 70㎜를 넘으면 강제 냉각의 효과가 없으며 주형벽에 의한 응고가 지배적으로 되어 주형(201)과 합금 용탕(255) 혹은 응고 껍질과의 접촉 저항이 커져서 주조 표면에 균열이 생기거나 주형 내부에서 끊어져 떨어지거나 하는 등 주조가 불안정해지므로 바람직하지 못하다.

주형(201)의 재질은 알루미늄, 구리, 또는 그들의 합금으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합인 것이 바람직하다. 열전도성, 내열성, 기계 강도의 점으로부터 재질의 조합을 선택할 수 있다.

또한, 주형(201)의 합금 용탕(255)과 접촉하는 면에 링형상에 자기 윤활성을 보유한 침투성 다공질재(222)를 장전한 주형인 것이 바람직하다. 링형상이란 주형(201)의 내벽면(221)의 원주방향 전체에 장착한 상태이다. 침투성 다공질재(222)의 환기도가 0.005〔L/(㎠×min)〕~O.03〔L/(㎠×min)〕[보다 바람직하게는 O.007〔L/(㎠×min)〕~O.02〔L/(㎠×min)〕. ]인 것이 바람직하다. 장착하는 침투성 다공질재(222)의 두께는 특별히 한정되지 않지만 2㎜~10㎜(보다 바람직하게는 3㎜~8㎜.)인 것이 바람직하다. 침투성 다공질재(222)로서 예컨대, 환기도가 O.008〔L/(㎠×min)〕~O.012〔L/(㎠×min)〕인 흑연을 이용할 수 있다. 여기서, 환기도란 5㎜의 두께의 시험편에 대하여 압력 2(㎏/㎠)의 공기의 매분의 통기량을 측정한 것이다.

유효 몰드 길이 중 5㎜~15㎜로 침투성 다공질재(222)가 장착되어 있는 주형(201)을 이용하는 것이 바람직하다. 내화물제 판형상체(210), 주형(201), 침투성 다공질재(222)의 맞춤면에는 O링(213)을 통해서 배치하는 것이 바람직하다.

주형(201)의 반경방향 단면의 내벽의 형상{주형(201)의 중공부(200)를 타단측으로부터 보았을 때의 내벽 형상}은 원형상 이외에 삼각형이나 직사각형 단면 형상, 다각형, 반원, 타원 혹은 대칭축이나 대칭면을 갖지 않는 이형 단면 형상을 갖은 형상이어도 된다. 또는, 중공 주괴를 성형하는 경우에는 주형 내부에 중심을 유지한 것이어도 된다. 그리고, 주형(201)은 양단이 개방된 통형상 주형으로서, 내화물제 판형상체(210)에 뚫어 형성된 주탕용 통로(211)를 통해서 일단으로부터 통형상 내부로 합금 용탕(255)이 진입되고, 타단으로부터 응고 주괴(216)가 밀어내지거나, 또는 인출된다.

또한, 주탕용 통로(211)의 종단면 형상은 원형상 이외에 반원, 원추 형상, 말굽 형상이어도 된다.

주형 내벽면은 응고 주괴(216)의 인출방향을 향해서 주형 중심축(220)과 0도~3도(보다 바람직하게는 0도~1도.)의 앙각으로 형성되어 있다. 즉, 주형 내벽면은 인출방향을 향해서 콘 형상으로 개방된 테이퍼 형상으로 구성되어 있다. 그리고 그 테이퍼가 이루는 각도가 앙각이다. 앙각 0도 미만에서는 응고 주괴(216)가 주형(201)으로부터 인출될 때에 주형 출구에서 저항을 받기 때문에 주조가 불가능하게 되고, 한편, 3도를 넘으면 주형 내벽면의 기둥형상 금속 용탕(215)으로의 접촉이 불충분하게 되고, 합금 용탕(255)이나 응고 껍질로부터 주형(201)으로의 발열효과가 저하됨으로써 응고가 불충분하게 된다. 그 결과, 주괴 표면에 재용융 표면이 생기거나, 또는, 주형 단부로부터 미응고의 합금 용탕(255)이 분출되는 등의 주조 문제로 이어질 가능성이 높아지므로 바람직하지 못하다.

턴디쉬(250)는 외부의 용해로 등에 의해 규정의 합금성분으로 조정된 알루미늄 합금 용탕을 수용하는 용탕 유입부(251), 용탕 유지부(252), 주형(201)으로의 유출부(253)로 구성되어 있다.

턴디쉬(250)는, 합금 용탕(255)의 액면 레벨(254)을 주형(201) 상면보다도 높은 위치에 유지하고, 또한, 다연(多連) 주조의 경우에는, 각 통형 주형(201)에 합금 용탕(255)을 안정적으로 분배하는 것이다. 턴디쉬(250) 내의 용탕 유지부(252)에 유지된 합금 용탕(255)은 내화물제 판형상체(210)에 설치된 주탕용 통로(211)로부터 주형(201)에 주탕되어 있다.

부호 208은 유체를 공급하는 유체 공급관이다. 유체로서는 윤활류체를 들 수 있다. 유체는 기체, 액체 윤활재로부터 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 유체로 할 수 있다. 기체, 액체 윤활재의 공급관은 각각 설치하는 것이 바람직하다. 유체 공급관(208)으로부터 가압 공급된 유체는 환상의 윤활재 공급구(224)를 통해서 주형(201)과 내화물제 판형상체(210) 사이의 간극에 공급된다. 주형(201)이 내화물제 판형상체(210)에 면하는 부위에 200㎛ 이하의 간극이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 간극은 합금 용탕(255)이 넣어지지 않을 정도이며 유체가 주형(201)의 내벽면(221)으로 유출될 수 있을 정도의 크기이다. 도 1에 나타낸 형태에서는, 윤활재 공급구(224)는 주형(201)에 장착된 침투성 다공질재(222)의 외주면측에 대치해서 뚫어 형성되고, 유체는 채워진 압력에 의해 침투성 다공질재(222)의 내부에 침투하여 합금 용탕(255)과 접촉하는 침투성 다공질재(222)의 전체면에 보내지고, 주형(201)의 내벽면(221)에 공급된다. 액체 윤활재는 가열되어 분해 기체로 되어 주형(201)의 내벽면(221)에 공급되는 경우도 있다.

공급된 기체, 액체 윤활재, 액체 윤활재의 분해된 기체로부터 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상에 의해 코너부 공간(230)이 형성된다.

다음에 내화물제 판형상체(210)에 대해서 설명한다. 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 내화물제 판형상체의 설명도이다. 내화물제 판형상체(210)는 턴디쉬(250)와 주형(201)의 일단 사이에 배치되며 내화단열성을 구비한 재질로 형성되어 있다. 이 내화물제 판형상체(210)는 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 턴디쉬(250)와 주형(201)을 연통하는 주탕용 통로(211)를 갖는 단열부재{2(2a,2b,2d)}와, 대략 수직 방향으로 단열부재(2)를 따라 설치되어 주탕용 통로(211)와 일체의 통공을 갖는 칸막이층(2c)(또는 2c1,2c2)을 구비하고 있다. 또한, 주탕용 통로(211)는 내화물제 판형상체(210)가 주형(201)의 중공부(200)에 면하는 부분에 1개 또는 1개 이상 형성할 수 있다.

내화물제 판형상체(210)는 칸막이층(2c)의 형상 및 배치에 의해 여러가지로 구성할 수 있고, 예컨대 도 1과 동일한 구성으로 되는 도 3(a)에서는 턴디쉬(250)측의 제 1 단열부재(2a)와 주형(201)측의 제 2 단열부재(2b) 사이에 칸막이층(2c)을 구비하고 있다. 또한, 도 3(b)에서는 도 3(a)의 칸막이층(2c)의 통공측 둘레부(20c)가 주탕용 통로(211)와 수평으로 주형측을 향해서 구부려져 L자 형상으로 되어 주형(201)의 일단에 면하고 있다. 도 3(c)에서는 주형(201)측의 제 2 단열부재(2b)와 턴디쉬(250)측의 칸막이층(2c)으로 구성되고, 제 1 단열부재(2a)는 갖지 않고 있다.

도 4(d)의 칸막이층(2c)은 도 3(a)의 칸막이층(2c)의 외주단 부분이 삭제된 형상을 갖고, 이 칸막이층(2c)의 반경방향의 깊이(주탕용 통로(211)의 벽면으로부터 칸막이층 외주단까지의 길이)(Rc)로서는 주탕용 통로(211)의 벽면으로부터 주형의 중공부(200)의 둘레벽까지의 길이(r)의 1.1배 정도 이상을 확보하고 있다.

도 4(e)의 칸막이층(2c)은 그 통공측 둘레 단부(200c)가 주탕용 통로(211)의 벽면으로부터 1㎜ 정도 삭제된 형상을 갖고 있다.

도 4(f)와 도 4(g)의 칸막이층(2c)은 제 1 단열부재(2a)와 제 2 단열부재(2b) 사이에서 주탕용 통로축에 대하여 경사진 방향으로 설치되어 있다.

도 4(h)에서는 칸막이층(2c1)을 제 1 단열부재(2a)와 제3단열부재(2d) 사이에, 또한 칸막이층(2c2)을 제3단열부재(2d)와 제 2 단열부재(2b) 사이에 설치하고 있다.

상기 단열부재{2(2a,2b,2d)}는 다공질이며 열전도율이 낮은 재료로 형성되고, 예컨대, (주)니치아스제 루미 보드, 포세코(주)제 인슈랄, 이비덴(주)제 파이바부란켓토 보드이다. 이들 재료의 열전도율은 0.00033㎈/㎝ㆍsecㆍ℃정도이다. 한편, 칸막이층(2c)은 질화 규소, 탄화 규소, 그래파이트, 금속 등의 윤활재 및 기화한 윤활재를 통과시키지 않는 재료로 구성되어 있으면 된다. 금속으로서는 예컨대 철, 알루미늄, 니켈을 들 수 있다. 또한 그 열전도율은 0.04~0.6㎈/㎝ㆍsecㆍ℃정도인 것이 바람직하다.

상기 구성의 내화물제 판형상체(210)에 있어서 단열부재{2(2a,2b,2d)}에 칸막이층(2c)을 설치하였으므로 침투성 다공질재(222)로부터 주형(201)에 공급되어 제 2 단열부재(2b)로 새어 나온 윤활재가 합금 용탕(255)과 반응하거나 턴디쉬(250)측에 유입되는 것을 칸막이층(2c)으로 방지할 수 있어 윤활재의 쓸데없는 소비를 억제해서 윤활재를 저감할 수 있다. 따라서, 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다. 또한, 단열부재{2(2a,2b,2d)}의 둘레벽이나 그 근방에서 발생하고 있었던 윤활재 반응 생성물도 발생하지 않아 주괴 불량을 대폭적으로 줄일 수 있다.

또한, 주형(201)의 일단과 칸막이층(2c) 사이에 반드시 제 2 단열부재(2b)를 개재시키도록 했으므로 열을 전달하기 쉬운 칸막이층(2c)을 설치한 경우에도 열을 유지한 채로 합금 용탕(255)을 주형(201)에 공급할 수 있다. 따라서, 주형(201) 내에서의 합금 용탕(255)(기둥형상 금속 용탕(215))의 응고 위치는 적정하게 유지되어 안정된 주조를 행할 수 있다.

또한, 도 3(b)와 같이 칸막이층(2c)의 통공측 둘레부(20c)를 수평으로 구부려서 L자 형상으로 하여 주형(201)의 일단에 면하도록 구성했으므로 주형(201)의 일단과 칸막이층(2c) 사이의 제 2 단열부재(2b)는 주탕용 통로(211)의 부분에서도 합금 용탕(255)과 접촉하지 않는다. 따라서, 윤활재의 단열부재{2(2a,2b)}를 통한 합금 용탕(255)과의 반응이나 턴디쉬(250)측으로의 유입을 보다 한층 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 도 4(d)에서는 칸막이층(2c)의 외주단 부분을 삭제함과 아울러 반경방향의 깊이(Rc)로서 주탕용 통로(211)의 벽면으로부터 주형의 중공부(200)의 둘레벽까지의 길이(r)의 1.1배 정도 이상을 확보하도록 했으므로, 비교적 고가인 재료로 이루어지는 칸막이층(2c)의 형상을 소형화할 수 있음과 아울러 소형화해도 주형(201)에 공급되어 제 2 단열부재(2b)에 새어 나온 윤활재를 칸막이층(2c)으로 충분히 차단할 수 있게 된다.

도 4(e)에서는 칸막이층(2c)의 통공측 둘레 단부(200c)를 주탕용 통로(211)의 벽면으로부터 1㎜ 정도 삭제하도록 했지만 이와 같이 한 것은 1㎜ 정도 삭제해도 발명의 효과를 충분히 얻을 수 있기 때문이다. 칸막이층(2c)의 통공측 둘레 끝이 주탕용 통로(211)의 합금 용탕에 직접 접촉해 열화되어 손상을 받는 경우에 그 손상을 받는 영역을 도 4(e)에 나타내는 바와 같이 미리 삭제함으로써 칸막이 층(2c)의 재료 열화를 방지할 수도 있다.

도 4(f)와 도 4(g)에서는 칸막이층(2c)을 주탕용 통로축에 대하여 경사 방향으로 설치하였기 때문에, 열을 전달하기 쉬운 칸막이층(2c)을 경사지게 설치하는 것과 그것에 의해 제 2 단열부재(2b)의 두께가 바뀌는 것으로 주형(201)의 일단측의 벽면 온도 분포가 최적인 것으로 되도록 제어할 수 있고, 그것에 의해서 예컨대 주형(201) 내의 기화 가스 굄의 상태를 제어할 수 있게 된다.

도 4(h)에서는 칸막이층(2c)을 2단 형성함으로써 보다 확실하게 오일 삼출(渗出)을 억제할 수 있다. 또한, 2단을 초과하여 형성함으로써 더욱 확실하게 오일 삼출을 억제할 수 있게 된다.

상기와 같이, 칸막이층(2c)의 구조는 윤활유의 삼출을 억제하는 방향으로 넓혀져 있으면 되고, 예컨대 층상, 막상, 박상, 판상으로 할 수 있다.

또한 칸막이층(2c)은 층상, 막상, 박상, 판상의 재료를 준비하여 제 1 단열부재(2a), 제 2 단열부재(2b) 혹은 제3단열부재(3d)에 접촉시키거나 또는 끼움으로써 설치할 수 있다.

또는 칸막이층(2c)은 재료를 제 1 단열부재(2a) 등에 증착, 용사에 의해 설치할 수 있다.

칸막이층(2c)과 제 1 단열부재(2a) 등의 사이에 밀착성 향상을 위해 중간층을 설치하도록 해도 된다.

또한, 상기 도 3(a)~도 4(h)의 구성을 2이상 조합하여 칸막이층을 형성하도록 해도 되고, 그것에 의해서 보다 한층 확실하게 오일 삼출을 억제할 수 있게 된 다.

도 5는 제 2 단열부재의 면적의 설명도이다. 이 도면은 주형(201)의 타단측으로부터 일단측을 보았을 때의 제 2 단열부재(2b) 및 주탕용 통로(211)를 나타낸 것이다. 도면 중 「단열부재 내경」「주형 내경」으로 기재되어 있는 것은 주형(201)의 타단측으로부터 일단측을 보았을 때의 단열부재 및 주형의 각 형상의 지름을 의미하고 있다.

상기와 같이, 제 2 단열부재(2b)는 주형(201)의 일단측에 구성되어 있지만, 이 제l의 실시형태에서는 도 5(a)(b)에 나타내는 바와 같이, 제 2 단열부재(2b) 중 주형(201)의 중공부(200)에 면하는 제 2 단열부재{주형(201)의 타단측으로부터 일단측을 보았을 때로 보이는 제 2 단열부재}(20b)의 면적(Sb)을 주형(201)의 중공부(200)의 종단면적(S0)에 대하여 면적비로 40~85%로 하고 있다. 또한, 도 5(a)는 도 3(a)(c), 도 4(d)~(f)에 대응하고, 도 5(b)는 도 3(b)에 대응하고 있다.

이와 같이, 제 1 실시형태에서는 주형(201)의 일단과 칸막이층(2c) 사이에 개재하는 제 2 단열부재(2b) 중 주형(201)의 중공부(200)에 면하는 단열부재(20b)의 면적(Sb)을 주형(201)의 중공부(200)의 종단면적(S0)에 대하여 면적비로 40~85%로 하였으므로, 단열에 필요한 면적을 갖는 제 2 단열부재(2b)가 주형(201)의 중공부(200)에 확실하게 면하게 된다. 이 때문에, 합금 용탕(255)이 주형(201)에 공급되어도 합금 용탕(255)의 열이 주형(201)의 일단측으로부터 도망쳐서 방출되어 차가워지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 주형(201) 내에서의 합금 용탕(255){기둥형상 금속 용탕(215)}의 응고 위치는 적정하게 유지되어 안정된 주조를 행할 수 있 다.

본 발명의 수평 연속 주조 방법에 대해서 설명한다.

도 1에 있어서 턴디쉬(250) 중의 합금 용탕(255)은 내화물제 판형상체(210)를 거쳐 주형 중심축(220)이 거의 수평하게 되도록 유지된 주형(201)에 공급되고, 주형(201)의 출구에서 강제 냉각되어 응고 주괴(216)로 된다. 응고 주괴(216)는 주형(201)의 출구 근처에 설치된 인출 구동 장치에 의해 일정 속도로 인출되기 때문에 연속적으로 주조되어 알루미늄 합금 주조봉으로 된다. 인출된 알루미늄 합금 주조봉은 동조 절단기에 의해 소정의 길이로 절단된다.

턴디쉬(250) 내에 저장하는 알루미늄 합금의 합금 용탕(255)의 조성은 예컨대 Si(함유율 0.05~1.3질량%), Fe(함유율 0.10~0.70질량%), Cu(함유율 0.1~2.5질량%), Mn(함유율 0.05~1.1질량%), Mg(함유율 0.5~3.5질량%), Cr(함유율 0.04~0.4질량%), 및 Zn(함유율 0.05~8.0질량% 이하)을 함유하는 것으로 한다. Mg의 함유율은 바람직하게는 0.8~3.5질량%이다.

또한, 예컨대 Si(함유율 O.05~1.3질량%), Fe(함유율 O.1~0.7질량%), Cu(함유율 0.1~2.5질량%), Mn(함유율 0.05~1.1질량%), Mg(함유율 0.5~3.5질량%), Cr(함유율 0.04~0.4질량%), 및 Zn(함유율 0.05~8질량% 이하)을 함유하는 것으로 한다. Mg의 함유율은 바람직하게는 0.8~3.5질량%이다.

주괴의 합금성분의 조성비는 예컨대, JIS H 1305에 기재되어 있는 광전 측광식 발광 분광 분석 장치(장치예: 일본 시마즈세이사쿠쇼 제작 PDA-5500)에 의한 방법으로 확인할 수 있다.

턴디쉬(250) 내에 저장된 합금 용탕(255)의 액면 레벨(254)의 높이와 주형(201)의 상측의 내벽면(221)의 높이의 차를 0㎜~250㎜(보다 바람직하게는 50㎜~170㎜.)로 하는 것이 바람직하다. 그것은, 주형(201) 내에 공급되는 합금 용탕(255)의 압력과 윤활유 및 윤활유가 기화한 가스가 바람직하게 균형을 이루기 때문에 주조성이 안정된다.

액체 윤활재는 윤활유인 식물유를 이용할 수 있다. 예컨대, 채종유, 피마자, 샐러드유를 들 수 있다. 이들은 환경으로의 악영향이 작으므로 바람직하다.

윤활유 공급량은 0.05mL/분~5mL/분(보다 바람직하게는 0.1mL/분~1mL/분.)인 것이 바람직하다. 공급량이 지나치게 작으면 윤활 부족에 의해 응고 주괴(216)의 브레이크 아웃이 발생하고, 공급량이 지나치게 많으면 잉여분이 응고 주괴(216) 속에 혼입되어 내부 결함으로 되기 때문이다.

주형(201)으로부터 응고 주괴(216)를 빼내는 속도인 주조 속도는 200㎜/분~1500㎜/분(보다 바람직하게는 400㎜/분~1000㎜/분.)인 것이 바람직하다. 그것은, 이 범위의 주조 속도이면 주조로 형성되는 창출물의 네트워크 조직이 균일 미세하게 되고, 고온하에서의 알루미늄 생지의 변형에 대한 저항이 증가하며, 고온 기계적 강도가 향상되기 때문이다.

냉각수 샤워장치(205)로부터 방출되는 냉각수량은 주형당 10L/분~50L/분(보다 바람직하게는 25L/분~40L/분.)인 것이 바람직하다. 냉각수량이 지나치게 작으면 브레이크 아웃이 생기거나 응고 주괴(216) 표면이 재용융되어 불균일한 조직이 형성되고, 내부 결함으로서 잔존할 우려가 있다. 한편, 냉각수량이 지나치게 많으면 주형(201)의 발열이 지나치게 커져 주조 불가로 되기 때문이다.

턴디쉬(250) 내로부터 주형(201)으로 유입되는 합금 용탕(255)의 평균 온도는 600℃~750℃(보다 바람직하게는 650℃~700℃.)인 것이 바람직하다. 합금 용탕(255)의 온도가 지나치게 낮으면 주형(201) 및 그 전방에서 거칠고 큰 창출물을 형성하여 응고 주괴(216) 내부에 내부 결함으로서 받아들여진다. 한편, 합금 용탕(255)의 온도가 지나치게 높으면 합금 용탕(255) 속에 대량의 수소가스가 받아들여지고, 응고 주괴(216) 속에 기공으로서 받아들여져 내부 결함으로 되기 때문이다.

(제 2 실시형태)

다음에 본 발명의 제 2 실시형태의 예를 도 6, 도 7, 도 8을 이용하여 설명한다.

도 6은 제 2 실시형태에 있어서의 수평 연속 주조 장치의 주형 부근의 일례를 나타내는 도면, 도 7 및 도 8은 제 2 실시형태에 있어서의 윤활재 공급 부분의 구성을 나타내는 도면이다. 이 제 2 실시형태는 상기의 제 1 실시형태에 대하여 윤활재 공급 부분의 구성이 서로 다르다. 또한, 내화물제 판형상체(210)는 칸막이층을 구비하지 않고, 루미 보드 등으로 이루어지는 단열부재만으로 구성되어 있다.

이 제 2 실시형태에서는 도 6, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 주형(201)의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구(224a)를 주형(201)의 타단 부근까지 확장하고, 그 길이를 수평방향으로 예컨대 2~13㎜(바람직하게는 2~7㎜)로 하고 있다.

이와 같이, 윤활재 공급구(224a)를 주형(201)의 타단 부근까지 확장했으므로 주형(201)의 타단 부근으로부터도 윤활재를 공급할 수 있게 된다. 고속 주조의 경우, 기둥형상 금속 용탕(215)의 응고 위치가 주형의 타단측으로 이동하는 경향이 있고, 그 타단측까지 윤활재를 공급하기 위해서 종래는 주형(201)의 일단 부근에서 필요 이상으로 다량의 윤활재를 공급하고 있었지만{도 1의 윤활재 공급구(224a) 참조}, 확장한 윤활재 공급구(224a)에 의해 타단 부근의 위치에서 적확하게 윤활재를 공급할 수 있다. 즉, 윤활재가 필요한 개소에 적당량 공급되므로 불필요한 윤활재를 공급하는 일이 없어져 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다.

또한, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 윤활재 공급구(224b)를 분기하여 주형의 타단 부근에 설치하도록 해도 된다. 윤활재 공급구(224b)의 분기 폭{윤활재 공급구(224b)의 길이방향 일단으로부터 타단까지의 거리}은 상기 확장한 경우와 마찬가지로 수평방향으로 예컨대 2~13㎜(바람직하게는 2~7㎜)로 하고 있다. 이와 같이, 분기한 윤활재 공급구(224b)에 의해 상기 확장한 윤활재 공급구(224a)의 경우와 마찬가지로 주형(201)의 타단 부근으로부터도 윤활재를 공급할 수 있게 된다. 즉, 고속 주조의 경우에도 윤활재가 필요한 개소에 적당량 공급되므로 불필요한 윤활재를 공급하는 일이 없어져 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다.

도 8(c)에서는 윤활재 공급구를 분리 독립시켜 주형 일단 부근의 윤활재 공급구(224c1)와 주형 타단 부근의 윤활재 공급구(224c2)의 2계통 설치하고, 각각 독 립해서 윤활재 공급량을 조정할 수 있도록 하고 있다. 이와 같이, 2계통으로 분리 독립시킴으로써 주형 일단 부근과 주형 타단 부근에서 윤활재의 공급량을 바꿀 수 있어 위치에 따라 적정한 양의 윤활재를 공급할 수 있게 된다. 즉, 윤활재가 필요한 개소에 적당량 공급되므로 불필요한 윤활재를 공급하는 일이 없어져 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다.

또한 도 8(d)에서는 윤활재 공급구(224d)를 주형 타단 부근까지 확장함과 아울러 그 확장 폭{윤활재 공급구(224d)의 길이방향 일단으로부터 타단까지의 거리}을 주형 내주벽의 위치에 따라 변화시키고, 예컨대 상부에서는 길게, 하부에서는 짧게 하고 있다. 이와 같이, 확장 폭을 변화시킴으로써 기둥형상 금속 용탕(215)이 먼저 응고되는 주형의 출구측(타단측) 하부에 대해서는 윤활재의 공급량을 적게 하고, 상부에서는 공급량을 많게 하여 위치에 따라 적정한 양의 윤활재를 공급할 수 있게 된다. 즉, 윤활재가 필요한 개소에 적당량 공급되므로 불필요한 윤활재를 공급하는 일이 없어져 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다.

또한, 상기 도 7(a)(b), 도 8(c)(d)의 구성을 2이상 조합하여 윤활재 공급구(224)를 형성하도록 해도 되고, 그것에 의해서 윤활재 공급을 보다 한층 적정하게 행할 수 있게 된다.

그런데, 최근 수평 연속 주조에서 안정된 제조 운전을 행하기 위해 다량의 윤활재를 투입하여 윤활 처리하지 않으면 안되는 상황이 발생하고 있다. 이것에 대하여 한편으로는 운전 비용 저감, 폐유처리의 환경으로의 영향, 윤활재의 기둥형상 금속 용탕으로의 말려들어감에 의한 품질 저하 방지의 관점 때문에 윤활재의 공급량을 저감하는 것이 요구되고 있다.

그러나, 단지 윤활재 공급량을 저감하면 주괴 표면에 오므라듦 손상을 일으켜 상처가 발생하여 결국에는 브레이크 아웃이 발생해서 안정된 운전을 할 수 없다.

본 발명자들은 표면에 오므라듦 손상의 발생, 브레이크 아웃의 발생을 억제하기 위해는 응고가 개시된 상태, 샤베트 상태에 적절한 양의 윤활유를 공급할 수 있으면 좋은 것을 밝혀냈다. 특히 고속으로 주조한 경우, 주형의 상측의 응고가 개시된 상태, 샤베트 상태가 주형의 출구측에 넓혀지기 때문에 그 전체에 윤활유를 균일하게 분포시킴으로써 고속 운전을 안정되고 표면 품질이 양호한 주조봉을 제조할 수 있는 것을 밝혀내어 본 발명을 완성되게 했다.

즉, 윤활재 공급구를 개선함으로써 적절한 개소에 적당량을 공급하고, 그것에 의해서 윤활재 공급량을 저감함과 아울러 오므라듦 손상의 발생, 브레이크 아웃의 발생을 억제할 수 있어 윤활유량을 저감해도 안정된 고속 운전을 할 수 있게 했다.

한편, 주조봉의 지름을 바꾸면 윤활재 공급량도 재조정할 필요가 있고, 운전 개시시의 조건 찾기가 필요로 되어 생산성이 나빠지고, 또한 윤활유의 양을 변화시키면 윤활유의 기화된 가스압과 헤드 압의 균형을 재조정할 필요가 있기 때문에 운전이 불안정하게 되지만, 이들 문제점도 본 발명에 따른 윤활재 공급구의 개량에 의해 적절한 개소에 적당량의 윤활재를 공급함으로써 해결시킬 수 있었다. 즉, 본 발명의 윤활재 공급구의 구성에 의해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있었다.

(1) 전체적으로 윤활재 공급량을 줄일 수 있고, 그 결과, 주괴로의 오일 삼출의 발생을 저감할 수 있어 고속 운전이 가능하게 된다.

(2) 주조봉의 지름을 바꾸어도 윤활재 공급량을 재조정할 필요가 없고, 그 결과, 고속 운전의 경우도 안정 운전을 용이하게 행할 수 있다.

본 발명에서는 윤활재 공급구의 위치, 길이는 「주형의 타단 부근」으로 있지만 「타단 부근」은 예컨대 다음과 같이 정할 수 있다.

주형의 각 위치의 온도를 모니터하여 그 온도가 주형 출구와 비교해서 급격하게 상승하는 개소를 찾는다. 그 급격하게 온도가 상승한 개소를 「타단 부근」의 위치로 하고, 주형 입구로부터 그 개소까지의 범위를 샤베트 상태로 추정하고, 그 범위를 커버하도록 「타단 부근」의 위치에까지 공급구를 넓혀서 형성한다.

수평 연속 주조의 경우에는 주형의 출구측의 하측은 먼저 응고되어 있으므로 거기에는 윤활재 공급구를 형성하지 않는 것이 보다 바람직하다. 즉, 상측의 윤활재 공급구의 폭을 하측의 폭보다 크게 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 주형의 상측으로부터 하측을 향해 연속적으로 작게 한 윤활재 공급구를 이용하거나, 또는, 상측 절반 부분만의 윤활재 공급구를 주형 출구측에 형성한다.

(제 3 실시형태)

다음에 본 발명의 제 3 실시형태의 예를 도 9를 이용하여 설명한다.

도 9는 제 3 실시형태에 있어서의 주탕용 통로의 위치를 나타내는 설명도이다. 이 제 3 실시형태에서는 상기 제 1 실시형태에 대하여 주탕용 통로(용탕 공급 구)(211)의 위치를 규정하고 있는 점에서 서로 다르다. 또한, 내화물제 판형상체(210)는 칸막이층을 구비하지 않고, 루미 보드 등으로 이루어지는 단열부재만으로 구성되어 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 이 제 3 실시형태에서는 주탕용 통로(211)와 주형(201)의 위치 관계를 주탕용 통로 내경 하부 위치(P1)가 주형 내경 하부 위치(P0)에 대하여 주형 내경(d)의 8% 이상(바람직하게는 10% 이상) 상방의 높이(h)로 되도록 하고 있다.

주탕용 통로 내경 하부 위치(P1)의 높이(h)의 규정의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 주형 상하의 열 균형이 무너져 주괴의 응고 껍질이 형성되지 않는 점이 상한, 또는 주탕용 통로(주탕구)의 단면형상의 중심위치가 주형 중공부 단면의 중심위치보다 위로 되지 않는 점이 상한, 또는 형상은 위치적으로 결정되어 버리는 점이 상한이라고 할 수 있다. 예컨대, 주형 내경 하부 위치(P0)에 대하여 주형 내경(d)의 30% 이하(바람직하게는 25% 이하)로 할 수 있다.

이와 같이, 주탕용 통로(211)의 높이(h)를 규정함으로써 종래 주괴의 온도 균형을 균일화하기 위해서 단지 주형 내경 하부측에 주탕용 통로(211)가 위치하도록 하고 있었던 종래의 경우에 비해서, 주탕용 통로의 위치의 하한이 일정한 높이를 갖게 되므로 용탕은 그 높이로부터 유입되게 되어 주형의 하부에 도달할 때까지 발열되게 된다. 즉 종래의 위치 결정의 방법에서는 주탕구로부터 주형 하면에 도달할 때까지의 발열을 고려하고 있지 않기 때문에 주조 지름, 용탕 온도 등이 바뀌어 윤활유량을 재조정할 필요가 생긴 경우에 운전을 안정화시키기 위한 조건 변경이 곤란했다.

한편, 본 발명에서는, 주탕용 통로(211)의 높이(h)를 규정함으로써 주형(201)의 일단측 하부에 공급되는 합금 용탕의 온도가 낮아져 주괴 하부에서의 응고 껍질 형성이 조속히 행해지도록 되어 윤활재의 공급량을 저감해도 안정된 주조를 행할 수 있게 된다. 따라서, 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다. 또한, 주형의 일단측 하부에 공급되는 합금 용탕의 온도가 낮아지므로 윤활재의 가스화를 억제할 수 있고, 가스화된 윤활재의 주괴로의 말려들어감에 의한 주괴 불량의 발생을 방지할 수 있다.

이와 같이, 주조 지름, 용탕 온도 등이 바뀌어 윤활유량을 재조정할 필요가 생긴 경우이여도 윤활유(윤활재)량을 저감하고 있으므로 운전을 안정화시키기 위한 제어 범위가 작게 되어 조건 변경이 용이해진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 1, 제 2, 제 3 실시형태에 의하면 어느 경우에도 윤활재의 공급량을 저감해도 안정된 수평 연속 주조를 행하는 것이 가능하도록 되어 윤활재를 저감해도 고속 주조가 가능하게 된다. 그런데, 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금의 주조의 경우에도 그 활성도가 큰 마그네슘의 존재에 의한 것으로 생각되지만, 윤활재를 증량하지 않으면 안정된 주조가 곤란했다. 본 발명은 이러한 마그네슘을 다량으로 예컨대 0.5질량% 이상(바람직하게는 0.8질량% 이상) 함유하는 알루미늄 합금의 주조이여도 윤활재의 저감, 윤활재 반응 생성물발생의 억제, 안정되고 원활한 주조, 주괴 불량 발생의 방지 등의 고속 주조의 경우에 발휘하는 것과 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

상기 설명에서는 본 발명을 수평 연속 주조 장치에 적용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명의 칸막이층에 따른 구성은 용탕 수용부와 주형 사이에 단열부재를 갖는 것이면 수평 연속 주조 장치에 한정되는 일 없이 수평형 이외의 세로형 등의 타입의 연속 주조 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 발명을 세로형 타입의 연속 주조 장치에 적용한 경우의 일례에 대해서 도 10을 이용하여 설명한다.

도 10은 본 발명이 적용되는 핫 탑 주조 장치의 개략을 나타내는 도면이다. 이 핫 탑 주조 장치(70)는 수냉 주형(71) 상에 내화물제의 용탕 수용부(헤더)(72)가 설치되어 있다. 수냉 주형(71)과 헤더(72) 사이에는 제 1 단열부재(73a)와 제 2 단열부재(73b) 사이에 칸막이층(73c)을 갖는 내화물제 판형상체(73)를 구비하고 있다. 알루미늄 합금 용탕(74)은 다른 DC 연속 주조 장치의 용탕홈통 공급 방식이 아니라 직접적으로 수냉 주형(71)에 공급된다. 수냉 주형(71)은 냉각수(80)에 의해 냉각되어 있다. 수냉 주형(71)의 홈에 도입된 알루미늄 합금 용탕(74)은 수냉 주형(71)의 내주벽에 접하는 부분에 있어서 응고 껍질을 형성하여 수축하고, 응고된 알루미늄 합금 주괴(75)는 하부 이동하는 하형(76)에 의해 수냉 주형(71)으로부터 하방으로 인출된다. 이 때, 알루미늄 합금 주괴(75)는 수냉 주형(71)으로부터 공급되는 수냉 제트(77)에 의해 냉각되고, 알루미늄 합금 주괴(75)의 하부는 수조의 물(81)에 담가져 더욱 냉각되어 완전히 응고시켜진다. 하형(76)이 움직일 수 있는 하단위치에 도달하면 알루미늄 합금 주괴(75)는 주조봉이 되어 소정의 위치에서 절단되어 취출된다.

이 핫 탑 주조 장치(70)에서는 주조 스타트시에 용탕홈통의 플로우와의 조정 이 불필요하며 몰드 길이를 짧게 할 수 있으므로 주조봉의 표면이 매끄럽게 되어 바람직하다. 또한, 하형(76)의 상단면에 의해 수평 레벨을 유지하여 주조함으로써 용탕의 산란이 적어 조직의 미세화 효과가 보다 잘 얻어진다.

상기 내화물제 판형상체(73)와 수냉 주형(71) 사이에 설치된 윤활유 공급관(78)으로부터는 윤활유가 공급되어 알루미늄 합금 용탕(74)이나 알루미늄 합금 주괴(75)가 수냉 주형(71)의 둘레벽에 눌어붙은 흔적이 남는 것을 방지하고 있다. 그리고, 이 핫 탑 주조 장치(70)에서는 내화물제 판형상체(73)에 칸막이층(73c)을 설치하고 있으므로, 수냉 주형(71)에 공급되어 내화물제 판형상체(73)에 새어 나온 윤활유를 칸막이층(73c)으로 차단할 수 있어 윤활유의 쓸데없는 소비를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 핫 탑 주조 장치를 개량한 기체 가압식 핫 탑 주조 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

상기의 설명에서는 제 1, 제 2, 제 3 실시형태를 각각 독립적으로 실시하도록 했지만, 실시형태의 전체 구성이나 실시형태 내의 요부 구성을 임의로 조합시키도록 해도 된다. 임의의 조합, 예컨대 제 1 실시형태와 제 2 실시형태의 조합, 제 1 실시형태와 제3의 조합에 의해 윤활재의 저감 등의 여러가지 효과를 보다 한층 현저하게 발휘시킬 수 있게 된다.

또한, 예컨대 제 2 실시형태를 중심으로 하여 그 제 2 실시형태와 제 1 실시형태를 조합시키거나 제 2 실시형태와 제 3 실시형태를 조합시키거나 한다.

또한, 예컨대 제 3 실시형태를 중심으로 하여 그 제 3 실시형태와 제 1 실시 형태를 조합시키거나 제 3 실시형태와 제 2 실시형태를 조합시키거나 한다. 이러한 어느 조합으로도 윤활재의 저감 등의 여러가지 효과를 현저하게 발휘시킬 수 있게 된다.

(실시예)

(실시예1~12)

주로 칸막이층의 효과를 확인하기 위해서 실시예1~12 및 비교예1~3을 실시했다. 여기서는 알루미늄합금의 Mg량, 주조봉 지름, 윤활유 투입량, 주조 속도, 칸막이층을 바꾸어 오므라듦 손상 발생 빈도 및 단열부재로의 오일 삼출 발생 상황을 평가했다.

알루미늄합금에 6061 합금을 이용하고, 그 합금조성을 Si: 0.6%, Fe: 0.2%, Cu: 0.3%, Mn: 0.05%, Cr: 0.05%, Ti: 0.1%로 하고, 또한 Mg은 0.8%와 1.5%의 2종류로 하여 용탕을 성분 조정하였다.

주조봉 지름은 30㎜ 및 60㎜의 2개로 하였다. 윤활유 공급구는 도 7(a)에 나타내는 확장된 윤활 공급구를 이용하고, 그 확장된 수평방향 길이를 4㎜로 하였다.

주형(201)의 일단과 칸막이층(2c) 사이에 개재하는 제 2 단열부재(2b) 중 주형(201)의 중공부(200)에 면하는 제 2 단열부재(20b)의 면적(Sb)을 주형(201)의 중공부(200)의 종단면적(S0)에 대하여 면적비로 75%로 하였다.

칸막이층은 도 3(a)(b)(c), 도 4(a)~(f),(h)를 이용하였다. 실시예1~11의 칸막이층은 재질로서는 질화 규소를 이용하고, 두께를 1㎜로 하였다. 몰드(주형)에 접한 제 2 단열부재의 두께는 1㎜로 하였다. 실시예12의 칸막이층의 재질은 금속으 로 하며 니켈 박(두께 0.1㎜)을 이용하였다.

윤활유 투입량은 주조 중의 윤활유의 감소량을 칭량하여 퍼스컴으로 피드백해서 윤활유 투입량을 시계열로 조정하였다.

오므라듦 손상 발생수(오므라듦 손상 발생 빈도)는 주조 개시 20분 후의 주조봉 1m당 오므라드는 길이(개수×길이)(m)로 표시하고, 단위는 m/m으로 된다. 오일 삼출 발생 상황은 실험 후 내화물(단열부재)의 주출(鑄出) 방향의 단면을 관찰하여 탄화된 부위의 면적의 비율로 표시했다. 주조는 턴디쉬의 용탕 온도 7OO℃로 일정하게 하였다.

상기 각종 조건하에서 행한 실시예1~12, 및 비교예1~3의 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.

실시예1에 있어서 칸막이층을 들어가면 비교예3의 오므라듦 없음의 윤활유 투입량(0.40g/min)의 37%로 오므라듦이 발생하지 않고, 또한, 오일 삼입(油渗入) 비율 7%는 비교예의 50%에 대하여 86% 감소한다.

실시예2에 있어서는 윤활유 투입량을 비교예3과 동량 투입해도 오일 삼입 비율은 실시예1과 동등하며, 과잉의 윤활유는 몰드에 접한 단열부재로부터 장치 밖으로 적하되고 있었다.

실시예3은 Mg량이 1.5%로 증가한 경우, 실시예4는 주조봉이 Φ60으로 증가한 경우이지만, 윤활유 투입량은 각각 0.20g/min으로 실시예1에 비교해서 증가했지만, 오므라듦도 발생하지 않고, 오일 삼출 포함량도 실시예1과 거의 동등하였다. 실시예5는 주조 속도가 1200㎜/min으로 증가한 경우이지만, 윤활유 투입량 0.15g/min으로 문제 없이 주조할 수 있었다.

실시예6~12는 칸막이층의 베리에이션(variations)을 바꾼 경우이지만, 효과는 실시예6이 오일 삼입 비율이 최소로 가장 좋고, 그 외에는 실시예1과 동등하였다.

칸막이층을 설치함으로써 윤활유 투입량은 감소하고, 오므라듦 손상 및 흑재(黑滓)의 원인이 되는 오일 삼출도 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다.

(실시예13~20)

단열부재의 면적의 효과를 확인하기 위해서 실시예13~20을 실시했다. 평가는 단열부재의 면적비와, 오므라듦 손상이 발생하는 한계의 윤활유 투입량, 오일 삼입 비율의 관계로 행하였다.

면적비는 주형(몰드)의 중공부에 면하는 제 2 단열부재의 면적을 주형의 중공부의 종단면적으로 나누어 산출했다. 본 실시예에서는 주형 중공부의 단면은 원형이며 그 직경은 30㎜이다.

상기 실시예1~12와 마찬가지로 알루미늄합금에 6061 합금을 이용하고, 그 합금조성을 Si: 0.6%, Fe: 0.2%, Cu: 0.3%, Mn: 0.05%, Cr: 0.05%, Ti: 0.1%, Mg: 0.8%로 하여 용탕을 성분 조정하였다.

칸막이층은 도 3(a),(b)를 이용하였다. 칸막이층의 두께는 1㎜로 하고 재질은 질화 규소로 하였다.

주탕용 통로(용탕 공급구)의 중심은 주형 종단면의 중심위치로 하였다. 주조 온도(턴디쉬의 용탕 온도)는 700℃, 주조 속도는 700㎜/min과 1200㎜/min로 하였다.

오므라듦 손상을 발생시키지 않기 위한 한계의 윤활유 투입량은 주조 중의 주조 표면을 보면서 윤활유 투입량을 서서히 줄여 오므라듦 손상이 발생하기 시작하는 윤활유 투입량을 계측했다.

상기 각종 조건하에서 행한 실시예13~20의 결과를 하기의 표 2에 나타낸다.

주형의 일단과 칸막이층 사이에 개재하는 제 2 단열부재 중 주형의 중공부에 면하는 제 2 단열부재의 면적의 비를 감소시키면 실시예20의 40% 이하로 몰드 내에서 기화된 가스가 턴디쉬측에 돌아 들어가 턴디쉬에 가스의 거품이 발생했다. 그것에 따라 오일 삼출 비율도 15%로 되어 증가하였다.

실시예14에서는 제 2 단열부재의 면적비를 84%로 했지만 오므라듦 손상 발생 윤활유 투입량은 최소를 나타내었다.

실시예13에서는 제 2 단열부재의 면적비를 91%로 했지만 반대로 용탕 공급구의 지름이 작아지므로 용탕 공급량이 뒤따라주지 못해 주조가 안정하지 않았다.

주형의 일단과 칸막이층 사이에 개재하는 제 2 단열부재 중 주형의 중공부에 면하는 제 2 단열부재의 면적의 비는 40~84%로, 윤활유 투입량을 최소로 할 수 있고, 단열부재로의 오일 삼입량을 최소로 할 수 있는 것을 알 수 있었다.

(실시예101~116)

윤활재 공급구 확장의 효과를 확인하기 위해서 실시예101~116 및 비교예를 실시했다. 여기서는 주조봉 지름, 윤활유 공급구의 종류와 길이, 칸막이층을 바꾸고, 오므라듦 손상이 발생하게 되는 최소의 윤활유량, 및 그 최소의 윤활유량하에서 더욱 주조 속도를 올려 브레이크 아웃하는 한계 속도를 평가했다.

알루미늄합금에 6061 합금을 이용하고, 그 합금조성을 Si: 0.6%, Fe: 0.2%, Cu: 0.3%, Mn: 0.05%, Cr: 0.05%, Ti: 0.1%, Mg: 1.0%로 하여 용탕을 성분 조정하였다. 주조봉 지름은 30㎜ 및 60㎜의 2개로 하였다.

칸막이층은 도 3(b)를 이용하고, 재질로서는 질화 규소를 이용하며, 두께를 1㎜로 하였다. 몰드(주형)에 접한 제 2 단열부재의 두께는 1㎜로 하였다.

주형의 일단과 칸막이층 사이에 개재하는 제 2 단열부재 중 주형의 중공부에 면하는 제 2 단열부재의 면적(Sb)을 주형의 중공부의 종단면적(S0)에 대하여 면적비로 75%로 하였다.

주조 속도는 400㎜/min~1500㎜/min로 하고, 주조 용탕 온도(턴디쉬의 용탕 온도)는 700℃로 하였다. 주탕용 통로(용탕 공급구)의 중심은 주형 종단면의 중심위치로 하였다.

그리고, 윤활재 공급구는, 도 7(a)(b), 도 8(d)에 나타내는 확장된 윤활재 공급구를 이용하고, 그 확장된 수평방향의 길이를 2㎜~13㎜로 하였다.

상기 각종 조건하에서 행한 실시예101~116, 및 비교예의 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.

실시예106 및 114의 윤활유 공급구는 도 7(b)에 나타내는 분기형이고, 일단측(입구측) 공급구의 길이 2㎜, 타단측(출구측) 공급구의 길이 2㎜, 일단측과 타단측의 공급구의 간격을 2㎜로 하였다.

실시예107 및 115의 윤활유 공급구는 도 8(d)에 나타내는 상측과 하측에서 다른 길이의 다이이며, 상측의 길이 4㎜, 하측의 길이 2㎜로 하였다.

실시예108 및 116의 윤활유 공급구도 실시예107 및 115와 마찬가지로 도 8(d)에 나타내는 상측과 하측에서 다른 길이의 다이이며, 상측의 길이 6㎜, 하측의 길이 3㎜로 하였다.

실시예101~105에 있어서 윤활유 공급구의 길이를 증가시키면 브레이크 아웃하는 주조 한계 속도는 증가한다. 비교예의 윤활유 공급구의 길이 1㎜는 오므라듦 손상 발생 윤활유량이 많다. 또한, 실시예104, 105의 윤활유 공급구의 길이는 10㎜, 13㎜이지만 주조 속도를 올리는 점에서는 효과가 없어 윤활유 공급구의 최적폭은 2~7㎜인 것을 알 수 있었다.

실시예106~108에 있어서 윤활재 공급구의 베리에이션도 마찬가지로 효과가 인정을 확인되었다.

주조봉 지름 Φ30과 Φ60의 비교에서는 Φ60의 한계 주조 속도는 열용량을 위해 상대적으로 저하하지만 경향은 Φ30과 마찬가지였다.

주형에 면한 측으로부터의 단열부재로의 오일 삼출을 억제하기 위해서는 전체적으로 윤활유의 공급량을 줄일 필요가 있다. 그러나, 고속으로 주조하는 경우에는 다량의 윤활유를 투입하지 않으면 표면에 오므라듦 손상이 발생하거나 최악인 경우에는 브레이크 아웃이 발생한다. 특히 Mg량을 0.8% 이상 함유하는 경우에는 현저에 드러난다. 주괴 표면의 오므라듦 손상의 발생, 브레이크 아웃의 발생을 억제하기 위해서는 주괴 표면의 응고 껍질의 생성을 촉진하고, 윤활유에 의한 윤활능을 확보하면 되는 것을 알았다. 즉, 몰드 내에서 주괴 표면이 얇게 응고되어 샤베트 상태로 몰드를 통해서 냉각된 윤활유를 투입함으로써 냉각을 촉진하여 윤활능을 확보할 수 있는 것을 알았다. 특히 고속으로 주조하는 경우 주형의 상측의 샤베트 상태가 주형 출구로 넓혀지는 것을 알았다. 윤활유를 균일하게 분포시킴으로써 안정된 고속 운전과 양호한 주괴 표면 품질을 가능하게 하였다.

(실시예201~216)

주탕용 통로(용탕 공급구)의 위치 규정의 효과를 확인하기 위해서 실시예201~216 및 비교예201,202를 실시했다. 즉, 고속 주조에 있어서 주형 내에서 주형 하부로부터의 응고 껍질 생성에 의해 발생하는 오므라듦 손상이나 브레이크 아웃을 주탕용 통로의 하한위치를 변화시킴으로써 억제되는 것을 이하의 시험으로 확인했다.

여기서는 주조봉 지름, 주조 속도, 칸막이층, 주탕용 통로의 구경, 주탕용 통로의 위치를 바꾸고, 오므라듦 손상이 발생하게 되는 최소의 윤활유량, 및 그 때의 오일 삼입 비율을 평가했다.

알루미늄합금에 6061 합금을 이용하고, 그 합금조성을 Si: 0.6%, Fe: 0.2%, Cu: 0.3%, Mn: 0.05%, Cr: 0.05%, Ti: 0.1%, Mg: 0.8%로 하여 용탕을 성분 조정하였다. 주조봉 지름은 30㎜ 및 60㎜의 2개로 하였다.

윤활재 공급구는 도 7(a)에 나타내는 확장된 윤활재 공급구를 이용하고, 그 확장된 수평방향의 길이를 4㎜로 하였다.

칸막이층은 도 3(a)를 이용하고, 재질로서는 질화 규소를 이용하며, 두께를 1㎜로 하였다. 몰드(주형)에 접한 제 2 단열부재의 두께는 1㎜로 하였다.

주탕용 통로의 단면형상은 실시예201~213에서는 둥근 구멍을 채용하고, 실시예214~216에서는 하반원(下半圓) 형상의 것을 채용했다. 실시예201~206의 주형의 중공부재에 면하는 제 2 단열부재의 면적의 비는 75%로 하였다. 그리고, 주탕용 통로의 위치는 주조봉 지름에 의존하지 않도록 턴디쉬와 주형을 연통하는 주탕용 통로 내경 하부 위치와 주형 내경의 비율로 평가하였다.

주조 온도(턴디쉬의 용탕 온도)는 700℃, 주조 속도는 700~1200㎜/min으로 하였다.

오므라듦 손상이 발생하는 한계로 되는 최소의 윤활유량은 주조 중의 주조 표면을 보면서 오므라듦 손상이 발생하기 시작하는 윤활유량을 계측했다.

오일 삼출 발생 상황은 실험 후 내화물(제 2 단열부재)의 주출 방향의 단면을 관찰하여 탄화된 부위의 면적의 비율로 표시했다.

상기 각종 조건하에서 행한 실시예201~216, 및 비교예201,202의 결과를 하기의 표 4에 나타낸다.

고속 주조에 있어서는 비교예201,202와 같이 턴디쉬와 주형을 연통하는 주탕용 통로 내경 하부 위치와 주형 내경의 비율 5%에서 브레이크 아웃이 발생하였다. 8%보다 증가함에 따라 오므라듦 손상 발생 윤활유량은 감소하는 것을 알 수 있었다. 즉 윤활유 공급량은 0.2g/min 이하로 억제해도 고속 주조가 가능한 것을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 연속 주조 장치의 용탕 수용부와 주형 사이의 단열부재에 칸막이층을 설치하거나, 주형의 일단 부근으로부터 뿐만 아니라 타단 부근으로부터도 윤활재를 공급하도록 윤활재 공급구를 구성하거나, 주탕용 통로 내경 하부 위치를 주형 내경 하부 위치에 대하여 규정하거나 했으므로, 고속 주조를 윤활재를 저감해도 안정되고 원활하게 행할 수 있다.

따라서, 본 발명은 고속 주조를 안정되고 원활하게 행하는데에 유용하고, 주괴 불량을 대폭적으로 감하는데도 바람직하다.

Claims

용탕 수용부 내의 합금 용탕을 주형의 일단으로부터 주형 내에 공급하여 알루미늄 합금 주조봉을 제조하는 연속 주조 장치에 있어서,

상기 용탕 수용부와 주형의 일단 사이에 배치되며 용탕 수용부와 주형을 연통하는 주탕용 통로를 갖는 단열부재와, 상기 단열부재에 설치되며 주탕용 통로와 일체의 통공을 갖는 칸막이층을 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제1항에 있어서, 상기 주형은 수평상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주형의 일단과 칸막이층 사이에 단열부재를 개재시키는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제3항에 있어서, 상기 칸막이층은 통공측 둘레부가 주형측으로 구부려져 주형의 일단에 면하고 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 주형의 일단과 칸막이층 사이에 개재하는 단열부재 중 주형의 중공부에 면하는 단열부재의 면적을 주형의 중공부의 종단면적에 대하여 면적비로 40~85%로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칸막이층은 윤활재 및 기화한 윤활재를 통과시키지 않는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제2항에 있어서, 상기 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구가 주형의 타단 부근까지 확장되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제2항에 있어서, 상기 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구가 분기되어 주형의 타단 부근에도 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제2항에 있어서, 상기 주탕용 통로와 상기 주형의 위치 관계는 주탕용 통로 내경 하부 위치가 주형 내경 하부 위치에 대하여 주형 내경의 8% 이상 상방으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금의 합금 용탕은 마그네슘의 함유량이 0.5질량% 이상인 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금의 합금 용탕의 성분을 Si(함유율 0.05~1.3질량%), Fe(함유율 0.1~0.7질량%), Cu(함유율 0.1~2.5질량%), Mn(함유율 0.05~1.1질량%), Mg(함유율 0.5~3.5질량%), Cr(함유율 0.04~0.4질량%), 및 Zn(함유율 0.05~8질량% 이하)을 함유하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
용탕 수용부 내의 합금 용탕을 주형의 일단으로부터 주형 내에 공급하여 알루미늄 합금 주조봉을 제조하는 연속 주조 방법에 있어서,

상기 용탕 수용부와 주형의 일단 사이에 배치되며 용탕 수용부와 주형을 연통하는 주탕용 통로를 갖는 단열부재에 그 주탕용 통로와 일체의 통공을 갖는 칸막이층을 설치하여 주조시에 주형에 공급되어 단열부재에 새어 나온 윤활재를 칸막이층으로 차단하면서 연속 주조를 행하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
제12항에 있어서, 상기 주형은 수평상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
제13항에 있어서, 상기 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구가 주형의 타단 부근까지 확장되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
제13항에 있어서, 상기 주형의 일단 부근의 주형 내주벽에 형성되어 있는 윤활재 공급구가 분기되어 주형의 타단 부근에도 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
제13항에 있어서, 상기 주탕용 통로와 상기 주형의 위치 관계는 주탕용 통로 내경 하부 위치가 주형 내경 하부 위치에 대하여 주형 내경의 8% 이상 상방으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조 방법을 이용하여 제조한 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 주조봉.