KR20080053577A - 용탕 래들링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용탕 래들링 장치에 관한 것으로, 래들암(20)에 설치된 한쌍의 검지봉(40)과 저항계측기(50)에 의해 용탕면의 저항을 측정하여 산화층의 형성여부를 판별한다. 따라서, 용탕수위를 정확히 측정할 수 있게 되고, 산화층 형성시에는 산화층 제거용 서보로봇(70)을 작동시켜 산화층을 제거한 후 래들링 작업을 진행할 수 있게 된다.

따라서, 산화층이 포함되지 않은 정량의 용탕을 주조기에 공급할 수 있게 됨에 따라 제품불량이 크게 감소하게 되며, 작업자가 직접 산화층 제거작업을 실시하지 않게 되므로 안전성이 향상되는 효과가 있다.

Description

용탕 래들링 장치{molten metal ladling device}

도 1의 (a)는 종래 용탕 래들링 장치의 개략 구성도,

(b)는 용탕 래들링의 개념도,

도 2는 본 발명에 따른 용탕 래들링 장치의 구성도,

도 3은 검지봉을 매개로 측정된 저항값에 따른 용탕 및 산화층의 전기전도도-온도 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 공정 진행 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 보온로 20 : 래들암

30 : 래들 40 : 검지봉

50 : 저항계측기 60 : 전자제어유니트

70 : 서보로봇 80 : 용해로

90 : 제거판

본 발명은 용탕 래들링 장치에 관한 것으로, 특히 고압 다이캐스팅 공정에서 주조기에 콜드챔버(cold chamber) 방식으로 용탕을 공급할 때 사용되는 용탕 래들링 장치에 관한 것이다.

고압주조 다이캐스팅 공법에서 알루미늄 용탕을 주조기 내부로 공급할 때, 래들(ladle ; 용탕을 담는 용기)을 이용하는 콜드챔버 시스템이 주로 사용되고 있다. 간혹, 용탕이 대기중으로 노출되지 않도록 보온로 자체가 진공으로 실링되고 연결관을 통하여 용탕을 주조기 내부로 주입하는 방식인 핫챔버(hot chamber) 방식의 장치도 사용되지만 고가이고, 유지 보수에 어려움이 많아서 널리 사용되지는 않고 있다.

콜드챔버 방식의 용탕 래들링 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 보온로(1)에 담긴 용탕을 래들암(2)에 장착된 래들(3)로 퍼서 주조기(4)의 주입구(4a)에 부어넣도록 구성되어 있다.

한편, 래들(3)에 담겨지는 용탕의 양을 일정하게 하기 위하여 래들암(2)의 이동위치를 변화하는 용탕면(공정이 진행될수록 용탕의 양이 감소하므로 용탕면의 높이가 낮아진다.)에 따라 변경할 필요가 있게 된다.

따라서, 종래에는 상기 래들암(2)에 열전대(thermocouple;5)를 부착하여 열전대(5)로부터의 온도감지신호를 이용하여 용탕면의 높이를 감지하고, 감지된 높이에서 래들(3)을 일정각도로 기울여 담겨지는 용탕량을 조절하였다.

그런데, 주조공정을 진행하는 동안 상기 용탕의 표면은 공기에 노출되어 산화/냉각되므로 표면높이가 일정하지 않은 고체화된 산화층이 형성된다.

따라서, 상기 열전대(5)를 이용하여 용탕수위를 측정하는 종래에는 열전대(5)가 산화층에 닿아도 산화층의 고온에 의하여 전기신호가 발생하고 이를 용탕면의 높이로 감지하게 되므로 용탕수위를 정확하게 감지할 수 없게 되며, 이에 따라 래들(3)에 담겨지는 용탕량에도 차이가 발생함으로써 제품 성형시 불량이 발생하게 된다. 주로, 래들링되는 용탕의 양이 작아 주조기내로 용탕이 부족하게 공급됨으로써 제품의 형상이 완전하게 형성되지 않게 된다.

또한, 알루미늄 용탕과 대기와의 빠른 산화반응으로 생긴 상기 고체상 산화층이 용탕과 함께 그대로 주조기 금형 내로 공급되어 성형됨으로써 제품 내부에 재용해되어 용탕과 섞이지 않은 산화층 덩어리가 존재하게 되고, 이로 인해 제품의 물성치가 저하되고 절삭가공시 산화층 물질이 노출 및 탈락되어 불량이 발생하고 있다.

따라서, 상기 산화층이 형성되면 일정 주기마다 작업자가 직접 제거작업을 실시하고 있는 바, 용탕의 고온으로 인하여 항상 안전사고 발생의 우려가 높은 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 용탕수위를 정확하게 감지할 수 있게 됨으로써 정확한 래들링을 통해 주조기에 정확한 양의 용탕을 공급하여 용탕 부족으로 인한 제품 불량을 방지하고, 용탕 표면의 산화층을 자동으로 제거함으로써 작업자의 안전을 도모함은 물론 산화층 덩어리가 용탕과 함께 주조기로 공급되는 것이 방지됨으로써 그로 인한 제품 불량을 방지할 수 있도록 된 용탕 래들링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

용탕이 저장되는 보온로;

상기 보온로내 일측에서 승강되는 래들암;

상기 래들암에 회동가능하게 장착된 래들;

상기 래들암의 하단에 장착된 한 쌍의 검지봉;

상기 검지봉을 매개로 용탕의 저항을 측정하는 저항계측기;

상기 저항계측기에서 측정된 저항값으로 용탕의 전기전도도를 산출하여 그 값에 따라 검지봉이 위치한 부분의 용탕상태를 파악하여 용탕수위를 측정하고, 그 용탕수위에 따라 상기 래들암의 하강위치와 상기 래들의 회동각을 제어하는 전자제어유니트를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 보온로의 일측 벽 상단에 서보로봇이 설치되고, 상기 벽 외측 하부에 용해로가 설치되어, 래들링 후 주조시간 동안 상기 전자제어유니트의 제어에 따라 상기 서보로봇이 산화층을 제거하여 상기 용해로로 운반하여 용해시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 용탕 래들링 장치의 구성도로서, 본 발명은 용탕을 저장하는 보온로(10)와, 보온로(10)의 상부에서 상하로 승강되는 래들암(20)과, 상 기 래들암(20)의 일측면에 회동가능하게 장착된 래들(30) 및, 상기 래들암(20)과 래들(30)의 승강량과 회동각을 제어하는 전자제어유니트(60)를 갖춘 용탕 래들링 장치에 있어서, 상기 래들암(20)의 하부 일측면에 한 쌍의 금속재 검지봉(40)이 소정간격 이격되어 장착되며, 이들 검지봉(40)에 연결되어 검지봉(40)이 접촉한 용탕부분의 전기저항을 계측하는 저항계측기(50)를 구비하여 이루어진다.

한편, 상기 검지봉(40)이 측정하는 용탕의 저항은 검지봉(40)의 위치에 따라 변화하게 된다. 즉, 용탕의 표면이 냉각/산화하여 고체상의 산화층이 형성되어 있을 경우에는 검지봉(40)에 먼저 고체상의 산화층에 접촉하므로 저항값이 작게 측정되고, 고체와 액체가 공존하는 부분에서는 저항값이 급격하게 증가하게 되고 완전한 용탕 상태 즉, 액체 영역에서는 그 보다 더욱 큰 저항값이 측정된다.

이는 온도에 따른 전기전도도의 관계를 나타낸 도 3의 그래프에 나타난 바와 같이 고체영역에서는 전기전도도가 크고 고체와 액체 공존 영역에서는 전기전도도가 급격히 감소하며 액체영역에서 가장 작은 전기전도도를 갖는 것에서 확인할 수 있다.

산화층의 발생은 그래프에 표시된 바와 같이 고체영역의 끝부분으로부터 고체와 액체 공존 영역의 중간 부분에 이르는 영역에서 이루어지므로 이 산화층 발생영역에서 가장 작은 전기전도도 값을 임계값으로 설정하고, 래들암(20) 하강시 임계값의 전기전도도가 산출되는 전기저항이 측정되면, 용탕의 표면에 산화층이 형성되어 있는 것으로 판단하고, 래들암(20)을 다시 상승시킨다.

한편, 상기 보온로(10)의 일측 벽 상단에는 상기 전자제어유니트(60)에 의해 작동제어되는 서보로봇(70)이 설치되는데, 이 서보로봇(70)은 아암의 하단이 수직축을 중심으로 회전가능하고 수평축을 중심으로 상하회동가능하며, 아암의 상단에 설치된 처킹아암도 수평축을 중심으로 상하회동 가능한 3축제어가 가능한 로봇이다.

또한, 상기 서로로봇(70)의 처킹아암 단부에는 용탕에 직접 담겨져서 산화층을 분쇄하고 걷어 내는 제거판(90)이 장착되는데, 상기 제거판(90)은 고체인 산화층에 압력을 가하여 분쇄하고 그 분쇄된 조각들이 걸려질 수 있으면서도 작동시 저항을 줄이기 위하여 자신을 관통하여 액상의 용탕이 흐를 수 있도록 된 형상으로 이루어지는데, 통상 격자형 또는 다수의 관통홀이 형성된 형상의 판재이면 무난하고, 그물망 형식의 것도 가능하다. 단, 고온의 용탕에 직접 담겨져 작동되는 것이므로 사용시 녹지 않을 정도의 충분한 내열성을 갖추고 있어야 함은 물론이다.

한편, 상기 서보로봇(70)이 설치된 벽의 외측 하부에는 별도의 용해로(80)가 설치되어, 상기 서보로봇(70)에 의해 제거된 산화층 분쇄물이 운반 투입되며, 투입된 산화층 분쇄물은 용해되어 재활용 되도록 되어 있다.

이제 도 4를 참조하여 본 발명의 작동을 설명한다.

도 4의 (a)는 래들암(20) 진입단계로서, 주조기의 금형에서 제품이 취출되어 한 싸이클의 공정이 완료되면, 상기 전자제어유니트(60)에 의하여 래들암(20)이 보온로(10)의 용탕으로 하강한다.

이때 전술한 바와 같이, 임계값 미만의 전기전도도가 산출되는 저항이 측정되면 용탕 표면에 산화층이 형성되지 않은 것으로 판단하고 래들링을 계속 진행하 여 정상적인 주조공정을 실시한다.

반면, 임계값 이상의 전기전도도가 산출되는 저항이 측정되면 용탕 표면에 산화층이 형성된 것으로 판단하고, 상기 래들암(20)을 재상승시킨 후, (b)에서와 같이 상기 서보로봇(70)을 작동시켜 제거판(90)을 용탕 표면에 담근 상태에서 좌우로 회동시킴으로써 산화층을 분쇄하고 제거판(90)의 격자 부분, 그물망 형태일 경우 그물코에 해당되는 부분에 분쇄된 산화층 파편을 걸리게 하여 걷어 올린다.

이어 (c)에 도시된 바와 같이 제거판(90)을 용탕으로부터 완전히 상승시킨 상태에서 상기 래들암(20)을 하강시켜 액체 상태의 용탕표면 위치를 정확히 감지한 후, 정상적인 래들링을 실시한다.

이어 주조기에서 주조공정이 진행되는 동안 상승된 제거판(90)에서는 산화층 파편들이 응고되며, 그 상태에서 (d)와 같이 서보로봇(90)을 이동시켜 제거판(90)을 용해로(80)에 삽입하여 용해시킴으로써 제거판(90)으로부터 분리시킨다.

이후는 상기 과정의 반복이다.

한편, 상기 산화층 제거작업시 서보로봇(70)은 제거판(90)이 래들(30)의 용탕면 투입 영역 부근만을 왕복하도록 그 좌우 회동각이 제한된다. 래들(30)이 투입되지 않는 부분의 산화층 제거는 필요 없기 때문이다. 상기 래들 투입 영역 주변에 형성된 산화층은 작업 완료 후 일괄 청소를 통해 제거하면 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 용탕 표면의 산화층 형성여부를 알 수 있게 되므로 산화층 형성시 산화층을 제거한 후 용탕의 수위를 정확히 측정 하여 래들암을 정위치 시킬 수 있게 되므로 래들에 항상 일정한 양의 용탕이 담겨지게 된다.

따라서, 정량의 용탕을 주조기로 공급할 수 있게 됨에 따라 용탕량 부족으로 인한 제품의 불량을 방지할 수 있게 된다.

또한, 주조기로 공급되는 용탕에는 고체상의 산화층 파편이 포함되어 있지 않게 되므로 생산된 제품의 물성이 설계 의도대로 획득되며, 절삭가공시 산화층 파편이 외부로 노출되거나 탈락되는 현상이 발생하지 않게 되므로, 이로 인한 불량도 감소하게 된다.

한편, 상기와 같이 서보로봇에 의하여 산화층의 제거가 자동으로 이루어짐으로써 작업자의 안전이 확보되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 용탕이 저장되는 보온로(10);

   상기 보온로(10)내 일측에서 승강되는 래들암(20);

   상기 래들암(20)에 회동가능하게 장착된 래들(30);

   상기 래들암(20)의 하단에 장착된 한 쌍의 검지봉(40);

   상기 검지봉(40)을 매개로 용탕의 저항을 측정하는 저항계측기(50);

   상기 저항계측기(50)에서 측정된 저항값으로 용탕의 전기전도도를 산출하여 그 값에 따라 검지봉(40)이 위치한 부분의 용탕상태를 파악하여 용탕수위를 측정하고, 그 용탕수위에 따라 상기 래들암(20)의 하강위치와 상기 래들(30)의 회동각을 제어하는 전자제어유니트(60)를 포함하여 구성된 용탕 래들링 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 보온로(10)의 일측 벽 상단에 서보로봇(70)이 설치되고, 상기 벽 외측 하부에 용해로(80)가 설치되어, 래들링 후 주조시간 동안 상기 전자제어유니트(60)의 제어에 따라 상기 서보로봇(70)이 산화층을 제거하여 상기 용해로(80)로 운반하여 용해시키는 것을 특징으로 하는 용탕 래들링 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 서보로봇(70)에는 격자상의 제거판(90)이 설치된 것을 특징으로 하는 용탕 래들링 장치.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 서보로봇(70)은 상기 래들(30)의 용탕면 투입 영역의 산화층만을 제거하도록 상기 전자제어유니트(60)에 의해 좌우 회동각이 제어되는 것을 특징으로 하는 용탕 래들링 장치.

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