KR20080057632A

KR20080057632A - 합금 블룸 분무 주조 장치

Info

Publication number: KR20080057632A
Application number: KR1020060131186A
Authority: KR
Inventors: 이언식
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-06-25

Abstract

본 발명은 조직이 미세하고 균일한 조직을 갖는 블룸을 형성할 수 있고, 또한 다수의 가스 분무기를 동시에 적용하여 주조 속도를 크게 증가킬 수 있는 금속 또는 합금의 블룸 성형체에 대한 분무 주조 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 분무 주조 장치는 턴디쉬; 턴디쉬를 지지하며, 하나 이상의 용탕 오리피스가 형성된 회전 플레이트; 오리피스와 대응하도록 회전 플레이트 하부에 설치되는 하나 이상의 가스 분무기; 가스 분무기에 가스를 공급하는 가스 공급 수단; 회전 플레이트 상에 설치되어 턴디쉬를 회전시키는 턴디쉬 회전 구동부; 턴디쉬를 수평으로 왕복 이송시키는 턴디쉬 수평 이송부; 턴디쉬 하부에 설치되며, 배출되는 액적 스프레이가 적층되는 기판; 기판을 수직 이송시키는 기판 수직 이송부를 포함한다.

분무 주조, 블룸

Description

합금 블룸 분무 주조 장치{Apparatus for spray casting of alloy blooms}

도 1은 일반적인 분무 주조 공정을 이용한 봉상 원형 잉곳의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 일반적인 분무 주조 공정을 이용한 합금 파이프의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 종래의 분무 주조 공정을 이용한 합금 판재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 합금 블룸 분무 주조 장치를 도시한 도면.

도 5는 단일의 가스 분무기가 장착된 턴디쉬를 이용하여 블룸을 분무 주조하는 공정을 설명하기 위한 도면.

도 6은 4개의 가스 분무기가 장착된 턴디쉬를 이용하여 블룸을 분무 주조하는 공정을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 금속 또는 합금 블룸의 분무 주조 장치에 관한 것으로, 특히 하나 이상의 가스 분무기를 기준축을 중심으로 회전시키고 기준축에 수직한 블룸의 너비 방향을 따라서 가스 분무기를 왕복 운동시킴으로써 균일한 미세 조직을 갖는 블룸을 제조할 수 있는 분무 주조 장치에 관한 것이다.

금속 또는 합금(이하의 설명에서 언급된 "금속", "합금", "금속 또는 합금"은 모두 "금속" 또는 "합금"을 의미한다)의 주괴는 그 단면의 너비와 두께의 비율에 따라서 빌렛(billet), 블룸(bloom) 및 슬라브(slab)로 구분된다.

빌렛은 정사각 단면을 갖고 각 변의 길이가 150mm 이상인 합금 주조체를 의미하며, 또한 합금 주괴의 단면의 두께가 150mm 이상이고 너비가 두께보다 1.3배 이하인 주조체는 "블룸"으로 불리워진다. 이에 반하여, 합금 주괴의 단면의 두께가 100mm이상이고 너비가 두께보다 1.3배 이상으로 큰 것을 "슬라브"라고 한다.

가장 광범위하게 사용되고 있는 합금 소재의 형태는 박판재 또는 후판재이며, 이러한 판재 제조를 위해서는 합금 블룸 또는 슬라브가 중간 소재로 필요하다. 즉, 주조 공정 또는 단조 공정을 통해 얻어진 합금 블룸 또는 슬라브는 후속 압연 공정을 거쳐 다양한 두께를 갖는 합금 판재나 다양한 직경을 갖는 봉재 및 선재로 가공된다.

저합금강의 경우 연속 주조 공정을 통해서 블룸 또는 슬라브를 용이하게 제조할 수 있는 반면에, 고합금 공구강, 고합금 내열강, 니켈계 초내열합금 등의 경우 연속 주조를 통한 블룸 또는 슬라브의 제조가 불가능하다.

이러한 고합금 소재의 경우 응고 편석, 응력 균열 및 표면 터짐 등의 문제점 때문에 현재 연속 주조 생산이 불가능하며, 잉곳(ingot) 주조 공정을 통해서 대구경 잉곳을 제조한 후 열간 단조를 행하여 블룸 또는 슬라브 형태로 가공하여야만 한다.

이와 같이 사각 형상의 빌렛, 블룸 또는 슬라브의 제조는 판재 또는 봉재 생산에 있어 매우 중요하나 현재 주조 공정의 단일 과정을 통해서는 고합금계 블룸 또는 슬라브를 바로 생산하기 매우 어렵다.

분무 주조 공정은 금속 또는 합금 용탕을 고압의 가스로 분무시킨 후, 낙하하는 미세한 액적 스프레이를 반응고(semi-solid) 상태에서 하부의 기판 위에 적층시켜 합금 성형체를 제조할 수 있는 최신 합금 주조 방법이다.

이와 같이 미세한 액적 스프레이가 낙하 도중 급냉 응고되고 적층 후 액적 스프레이가 서로 완전히 혼합되기 때문에 조직이 매우 미세하며 균일한 장점이 있다. 결과적으로 종래의 연속 주조 또는 잉곳 주조 등에서 나타나는 합금 원소의 편석(segregation) 및 미세 조직의 조대화 현상을 효과적으로 제거할 수 있다.

따라서, 분무 주조 공정을 이용하여 블룸을 제조할 수 있다면 종래의 연속 주조 공정에서 제조가 불가능했던 고합금계 블룸에 대한 상업적 생산이 가능하게 된다. 분무 주조 공정을 이용하여 고합금계 블룸 또는 슬라브를 생산하는 것을 가정할 때, 그 조직이 미세하고 균일하기 때문에 후속 압연 공정에서 용이하게 가공될 수 있고 또한 그 최종 물성을 잉곳 주조 및 열간 단조를 거친 종래의 소재보다 월등하게 향상시킬 수 있게 된다.

그러나, 현재까지 분무 주조 공정을 이용하는 경우 기판의 형상 및 운동 양상에 따라서 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 원형 봉상, 관상(파이프) 또는 판상(스트립)의 합금 주조체만이 제조가 가능하고 블룸 또는 슬라브 형태의 합금 주 괴의 제조는 불가능하다.

도 1은 미국특허 제4,697,631호와 미국특허 제4,938,275호에 개시된 원형 봉상 잉곳 성형체의 분무 주조 방법을 설명하는 도면이다.

금속 또는 합금의 용탕이 턴디쉬(1) 하부의 용탕 오리피스(2)를 통해 하부로 흘러 나올 때 고압 가스 공급관(도시되지 않음)과 연결된 가스 분무기(4)에서 고속의 가스 제트가 분출되어 그 가스 분무기를 관통하여 낙하하는 용탕을 미세한 액적 스프레이(도면 부호 "6"으로 지시함)로 분무화시킨다.

액적 스프레이(6)는 회전 기판(8)의 수직축과 일정한 경사각을 가지고 낙하한 후, 기판(8) 위에 적층되며, 이때 기판(8)은 액적 스프레이(6)가 전체 영역에 균일하게 분포되도록 회전하는 상태이다.

기판(6) 위에 액적 스프레이(6)가 균일하게 쌓이게 되어 봉상의 잉곳 성형체(7)로 성장하게 되며, 이때 성형체(7)의 성장 속도와 동일한 속도로 기판(8)을 하강시킨다. 이와 같이 적층되는 액적 스프레이(6)의 양과 성형체(7)의 성장 속도가 균형을 이루게 되면 일정한 직경 및 길이를 원형 잉곳을 제조할 수 있게 된다.

만일, 기판(8)의 하강 속도가 감소하면 잉곳 성형체(7)의 직경이 증가될 수 수 있으나, 기판(8)의 하강 속도를 지나치게 감소시키면 잉곳 성형체(7)의 중심부가 오목하게 함몰되어 내부에 조대한 기공이 많이 형성되기 때문에 바람직하지 않다.

도 2는 미국특허 제5,110,631호와 미국특허 제5,143,139호에 개시된 파이프 합금 성형체 분무 주조 장치를 도시한 도면이다.

금속 또는 합금의 용탕이 턴디쉬(11) 하부의 용탕 오리피스(12)를 통해 하부로 흘러 나올 때, 고압 가스 공급관(도시되지 않음)과 연결된 가스 분무기(14)에서 고속의 가스 제트가 분출되며, 따라서 가스 분무기(14)를 관통하여 낙하하는 용탕 줄기는 미세한 액적 스프레이(16)로 분무화된다. 액적 스프레이(16)는 수직 방향으로 낙하하다가 결국은 파이프 기판(18) 위에 적층된다.

이때, 액적 스프레이(16)가 파이프 기판(18)의 원주 방향 영역에 골고루 분산되도록 파이프 기판(18)은 회전하는 상태이다. 회전하는 파이프 기판(18) 위에 그 원주 방향을 따라 액적 스프레이(16)가 균일하게 쌓이게 되면 환상의 성형체로 성장하게 되며, 이때 파이프 기판(18)을 수평 방향으로 연속적으로 이동시킴으로써 파이프 성형체(17)가 제조된다.

이와 같이 적층되는 액적 스프레이(16)의 양과 성형체의 수평 방향 성장 속도가 균형을 이루게 되면 일정한 두께 및 길이를 갖는 파이프 성형체(17)를 제조할 수 있게 된다.

파이프 기판(18)의 수평 방향 이동 속도를 감소시키면 파이프 성형체(17)의 두께를 증가시킬 수 있으며, 반대로 파이프 기판(18)의 이동 속도를 증가시키면 두께가 얇은 파이프 성형체(18)를 얻을 수 있다.

도 3은 미국특허 제4,779,802호와 미국특허 제5,143,140호에 개시된 판상 합금 성형체 분무 주조 장치를 도시한 도면이다.

금속 또는 합금의 용탕이 턴디쉬(21) 하부의 오리피스(22)를 통해 하부로 흘러 나올 때 고압 가스 공급관(도시되지 않음)과 연결된 가스분무기(24)에서 고속의 가스 제트가 분출되며, 따라서 가스 분무기(24)를 관통하여 낙하하는 용탕 줄기는 미세한 액적 스프레이(26)로 분무화된다.

액적 스프레이(26)는 수직 방향으로 낙하하다가 결국은 벨트 기판(28) 위에 적층되며 이때 액적 스프레이(26)가 벨트 기판(28) 위의 폭 방향 영역에 골고루 분포하도록 가스 분무기(24)는 벨트 기판(28)의 폭 방향으로 왕복 스윙(swing)한다.

벨트 기판(28) 상에 벨트 기판(28)의 폭 방향으로 액적 스프레이(26)가 균일하게 쌓이게 되면, 폭 방향으로 판상 성형체(27)가 형성되며, 이때 벨트 기판(28)을 수평으로 연속적으로 이동시킴으로써 일정한 길이를 갖는 판상의 성형체(27)가 제조된다.

이와 같이 벨트 기판(28) 상에 적층되는 액적 스프레이(26)의 양과 성형체의 수평 방향 성장속도가 균형을 이루게 되면 일정한 두께 및 길이를 갖는 판상(스트립) 성형체(27)를 제조할 수 있게 된다.

여기서, 벨트 기판(28)의 수평 방향 이동 속도를 줄이면, 판상 성형체(27)의 두께를 증가시킬 수 있으며, 이와 반대로 벨트 기판(28)의 이동 속도를 증가시키면 두께가 얇은 판상 성형체(27)가 얻어진다.

그러나 분무 주조에 의해 판재를 제조하는 경우 판재의 폭이 극히 제한적이고 기판 위에 적층된 영역이 급냉되어 과다한 기공이 생성되고 또한 그 표면 품질이 불량하여 현재까지 상업적으로 응용되지 못하고 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 기존의 분무 주조 공정을 통해서 원형 봉상, 파이프 또는 판상 형태의 성형체(도 1의 7, 도 2의 17 및 도 3의 27)를 제조할 수 있으 나 어느 정도의 두께를 갖는 블룸 또는 슬라브 형태의 성형체를 제조하는 공정에 적용하기는 매우 곤란하다.

물론, 위에서 언급한 판재 분무 주조 방법에 있어서 판재의 두께를 조금 두껍게 할 수 있다면 슬라브 형태의 합금 성형체를 얻을 수 있으나, 하나 또는 두 개의 가스 분무기를 사용하여 판재의 두께를 어느 수준 이상으로 두껍게 하는 것은 매우 어렵다. 또한, 판재의 폭 또한 매우 제한적이기 때문에 실용성이 없다.

이와 함께, 또한 기존의 판재 분무 주조 방법에서는 성형체 표면 중에서 기판과 닿는 부분의 표면 품질이 그 반대편의 표면 품질과는 서로 매우 다르다는 문제점이 있어 상업화되기 어렵다.

이와 같이 기존의 분무 주조 방법으로는 블룸 또는 슬라브 성형체의 분무 주조가 불가능하다고 할 수 있으며, 또한 기판과 접촉부는 성형체의 표면 품질을 저해하므로 기판과의 접촉부를 생성하지 않고도 불룸 또는 슬라브 성형체를 분무 주조할 수 있는 방법의 개발이 매우 중요하다.

즉, 상기한 바와 같이 종래의 합금 성형체 분무 주조 방법 또는 합금 주괴 연속 주조 방법이 갖는 문제점을 정리하면 다음과 같다.

(1) 기존의 분무 주조 방법으로 블룸 또는 슬라브 형태의 합금 성형체를 제조할 수 없다.

(2) 기존 판재 분무 주조 방법은 기판 위에 성형체의 한 표면이 접촉, 부착되기 때문에 기판과의 접촉부로 인해서 판상 성형체의 표면 품질이 매우 열악하다.

(3) 기존의 분무 주조 방법은 하나 또는 두 개의 가스 분무기를 이용하며 뱃 치 생산 방식을 적용하고 있기 때문에 연속 주조 공정 또는 잉곳 주조 공정에 비해서 주조 속도가 느리고, 이에 따라 연속 생산이 어렵다.

(4) 기존의 주괴 연속 주조(continuous casting) 방법으로는 고합금 공구강, 고합금 내열강 및 초내열합금 등의 고합금계 블룸 또는 슬라브를 생산할 수 없다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 블룸에 수직한 중심축(턴디쉬의 중심축)을 중심으로 가스 분무기를 회전시키고 이와 동시에 블룸 상단부의 폭 방향을 따라서 가스 분무기를 수평 왕복 운동시킴으로써 조직이 미세하고 균일한 조직을 형성할 수 있고, 또한 다수의 가스분무기를 동시에 사용함으로써 주조 속도를 크게 증가킬 수 있는 금속 또는 합금의 블룸 성형체에 대한 분무 주조 장치를 제공하는데 목적이 있다.

위와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 분무 주조 장치는 턴디쉬; 턴디쉬를 지지하며, 하나 이상의 용탕 오리피스가 형성된 회전 플레이트; 오리피스와 대응하도록 회전 플레이트 하부에 설치되는 하나 이상의 가스 분무기; 가스 분무기에 가스를 공급하는 가스 공급 수단; 회전 플레이트 상에 설치되어 턴디쉬를 회전시키는 턴디쉬 회전 구동부; 턴디쉬를 수평으로 왕복 이송시키는 턴디쉬 수평 이송부; 턴디쉬 하부에 설치되며, 배출되는 액적 스프레이가 적층되는 기판; 기판을 수직 이송시키는 기판 수직 이송부를 포함한다.

본 발명에 따른 주조 장치에서의 턴디쉬 회전 구동부는; 회전 플레이트를 회전 가능한 상태로 지지하는 지지 플레이트; 지지 플레이트에 설치된 제 1 구동부; 및 제 1 구동부의 회전력을 전달받으며, 회전 플레이트 원주 상에 고정된 외접 링 기어와 치합된 피니언 기어를 포함하며, 제 1 구동부의 작동시 지지 플레이트에 지지되어 있는 턴디쉬는 그 중심축을 중심으로 회전하게 된다.

또한, 턴디쉬 수평 이송부는, 챔버를 구성하는 측벽 챔버 상에 고정된 챔버 플레이트; 챔버 플레이트 상에 이동 가능하게 설치되며, 상부에는 지지 플레이트가 고정되어 있는 가이드 플레이트; 외부의 지지 수단에 고정된 제 2 구동부; 및 제 2 구동부의 구동축에 연결되며, 지지 플레이트 상에 장착된 랙 기어를 포함하며, 제 2 구동부의 회전력이 랙 기어를 직선 이동시켜 지지 플레이트 및 지지 플레이트에 고정된 회전 플레이트를 직선 이송시킨다.

이와 함께, 기판 수직 이송부는; 챔버 하부에 설치된 프레임; 프레임 내에 회전 가능하게 설치된 수직 나선봉; 수직 나선봉에 구동력을 전달하여 수직 나선봉을 회전시키는 제 3 구동부; 및 수직 나선봉이 관통하여 수직 나선봉의 회전 운동에 따라 수직 이송시 수며, 상부에는 기판의 기판 지지대가 고정되어 있는 너트 플레이트를 포함하며, 제 3 구동부의 작동에 의한 수직 나선봉의 회전시, 너트 플레이트 및 기판 지지대가 수직 이동하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 금속 또는 합금 블룸의 분무 주조의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 혹은 합금 블룸을 제조하기 위한 분무 주조 장치의 횡단면도이다. 본 발명에 따른 분무 주조 장치는 크게 턴디 쉬 부(100), 턴디쉬 회전 구동부(200), 턴디쉬 수평 이송부(300) 및 기판 수직 이송부(400)를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분무 주조 장치는 바닥 챔버(802)와 측벽 챔버(801)로 이루어진 챔버(800)를 더 포함하며, 이 챔버(800) 내에 설치되어 상부에 후술할 블룸 성형체(600)가 형성되는 기판(500)이 설치된다.

이하, 분무 주조 장치의 각 부분의 구성 및 그 기능에 대하여 구분하여 설명한다.

턴디쉬 부(100)

아크 전기로 혹은 유도 용해로에서 용해된 합금 용탕은 턴디쉬(101) 내에 수용된다. 턴디쉬(101)는 회전 플레이트(110) 상에 지지되며, 회전 플레이트(110)에는 용탕이 배출되는 다수의 오리피스(111)가 턴디쉬(101)의 중심축(101S)을 중심으로 환상으로 장착되어 있다.

회전 플레이트(110)의 하부에는 다수의 분무기 케이스(120)가 고정되어 있으며, 각 분무기 케이스(120)에는 오리피스(111)와 대응하는 가스 분무기(121)가 장착되어 있다.

외부의 가스 공급 장치(도시되지 않음)로부터 공급된 고압 가스는 가스 공급관(141)을 통해서 공급되고, 가스 공급관(141)은 외접 링(142)과 연결된 상태로 회전 플레이트(110)에 고정되어 있다.

외접 링(142)은 턴디쉬(101)의 중심축(101S)을 중심으로 하여 환형의 형상을 갖고 있으며 그 내측에는 외접 링(142)과 내접하면서 회전 운동할 수 있는 내접링(143)이 위치한다. 내접 링(143)은 턴디쉬(101)의 중심축(101S)을 중심으로 해서 방사형으로 분기된 가스 분무기 케이스(120)와 연결되어 있다.

가스 분무기 케이스(120)에는 다수의 가스 분무기(121)가 장착된다. 따라서, 가스 공급관(141)을 통하여 공급된 가스는 외접 링(142)을 통과한 후, 턴디쉬(101)의 중심축(101S)을 중심으로 회전하는 내접 링(143)을 거쳐 가스 분무기 케이스(120)로 공급된다.

결과적으로, 고압의 가스는 가스 분무기(121)에 형성된 노즐(도시되지 않음)을 통하여 분사된다. 이 때, 턴디쉬(101)에 수용된 합금 용탕(S)은 오리피스(111)를 거친 후 가스 분무기(121)를 통과하며, 이 과정에서 가스 분무기(121)의 분사된 고속의 가스에 의하여 용탕은 액적 스프레이(S1)로 분무화되어 낙하하게 된다.

한편, 턴디쉬(101) 하부에 배치된 다수의 가스 분무기(121)는 턴디쉬(101)의 중심축(101S)에 대해서 10° 내지 60°의 각도를 갖고 경사지게 배치되며, 후술할 기판(500)의 상단부을 향하고 있다. 또한, 중심축(101S)을 중심으로 환상으로 배열된 가스 분무기(121)는 중심축(101S)에 대해서 서로 대칭적으로 위치하는 것이 가장 바람직하다.

각 가스 분무기(121)를 턴디쉬(101)의 중심축(101S)에 대해서 소정 각도(10° 내지 60°)로 경사지게 배치한 이유는 액적 스프레이(S1)가 기판(500) 표면 또는 블롬(600) 표면에 충돌할 때 기포의 생성을 방지하기 위한 것이다.

위에서 설명한 바와 같은 원리로 형성된 액적 스프레이(S1)는 매우 빠른 속 도로 낙하하며, 이와 동시에 냉각 및 응고 과정을 거치게 된다. 액적 스프레이(S1)가 낙하하는 경로에 후술할 기판(500)이 위치하고 있으며 반응고 상태의 액적 스프레이(S1)가 기판(500)의 상단부 위에 쌓이면서 블룸 성형체(600)가 형성된다.

턴디쉬 회전 구동부(200)

이와 같이 구성된 턴디쉬(101)가 장착된 회전 플레이트(110)를 회전시키기 위하여 턴디쉬 회전 구동부(200)가 구성되어 있다.

회전 플레이트(110)는 다수의 회전 베어링(204)을 통하여 지지 플레이트(210; 한편, 단면도인 도 4에서는 지지 플레이트가 2개의 부재로 도시되고 있으나, 실제로는 턴디쉬(101)와 대응하는 중앙부가 공간으로 형성된 도너츠 형상을 가짐)에 회전 가능한 상태로 지지되어 있으며, 회전 플레이트(110)는 외주면에는 외접 링 기어(203)가 고정되어 있다.

한편, 지지 플레이트(210)에는 제 1 구동부(201)가 설치되어 있으며, 제 1 구동부(210)의 구동축에는 외접 링 기어(203)와 치합된 피니언 기어(202)가 구비되어 있다.

따라서, 제 1 구동부(201)가 구동, 즉 피니언 기어(202)가 회전하게 되면, 피니언 기어(202)와 맞물려 있는 외접 링 기어(203)가 턴디쉬(101)의 중심축(101S)을 중심으로 회전하게 된다. 결과적으로, 외접 링 기어(203)가 고정되어 있는 회전 플레이트(110) 및 회전 플레이트(110)에 설치된 턴디쉬(101)는 회전(자전)하게 된다.

이와 같이 중심축(101S)을 중심으로 회전 운동하는 턴디쉬(101), 즉 가스분무기(121)를 통해 유출된 용탕은 액적 스프레이(S1)의 형태로 낙하하여 기판(500) 상에 적층되고 블룸 성형체(600)를 형성하게 된다.

턴디쉬 수평 이송부 (300)

블룸(600)의 상단부 전체 영역에서 액적 스프레이(S1)가 균일하게 적층되도록 하기 위해서는 액적 스프레이(S1)를 공급하는 턴디쉬(101)를 수평 왕복 이송시키는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 주조 장치는 턴디쉬(101), 즉 가스 분무기(121)를 수평 왕복 운동시키는 턴디쉬 수평 이송부(300)를 포함하고 있다.

측벽 챔버(801) 상에는 챔버 플레이트(701)가 고정되어 있으며, 챔버 플레이트(701) 상에는 미끄럼 베어링(703)을 구비한 가이드 플레이트(702)가 수평 이송 가능하게 설치되어 있다. 이 가이드 플레이트(702) 상에는 전술한 지지 플레이트(210)가 고정되어 있다. 따라서, 지지 플레이트(210)는 가이드 플레이트(702)를 통하여 챔버 플레이트(701) 상에서 이동 가능하다.

턴디쉬 수평 이송부(300)는 외부의 지지 수단(도시되지 않음)에 고정된 제 2 구동부(301), 제 2 구동부(301)의 구동축에 연결된 구동 기어(302), 구동기어(302)에 치합된 감속 기어(303) 및 지지 플레이트(210) 상에 장착되고 감속 기어(303)에 치합된 랙 기어(304)를 포함한다.

턴디쉬 수평 이송을 위한 제 2 구동부(301)는 프로그램이 제어된 스테퍼 모 터(Stepper Motor) 혹은 유압 서보 모터 (Hydraulic Servo Motor)등을 적용 할 수 있다.

턴디쉬 수평 이송부(300)의 기능을 설명하면 다음과 같다.

제 2 구동부(301)가 가동하면, 구동 기어(302)가 회전하면서 감속 기어(303)에 회전력을 전달한다. 감속 기어(303)의 회전 운동은 랙 기어(Rack :304)로 전달되면서 직선 운동으로 변환되며, 따라서 랙 기어(304)는 직선 운동을 하게 된다. 한편, 랙 기어(304)가 지지 플레이트(210) 상에 고정되어 있기 때문에 지지 플레이트(210) 역시 랙 기어(304)에 의하여 수평으로 직선 운동하게 된다.

결과적으로, 지지 플레이트(210) 상에 장착된 턴디쉬 회전 구동부(200) 및 턴디쉬(101) 역시 수평 이동하게 되며, 턴디쉬(101) 하부에 설치된 가스 분무기(121) 또한 수평 이동하게 된다.

이러한 구성으로 인하여 제 2 구동부(301)의 정회전 및 역회전에 따라서 턴디쉬(101) 및 그 하부에 설치된 가스 분무기(121)는 수평 왕복 이송하게 되며, 그로 인하여 블룸(600)의 상단부 전체 영역에서 액적 스프레이(S1)가 균일하게 적층되될 수 있다.

기판 수직 이송부 (400)

한편, 액적 스프레이(S1)가 기판(500) 혹은 블룸(600)의 상단부의 전 영역에 균일하게 적층되면, 블룸(600)은 턴디쉬(101)의 중심축(101S) 방향을 따라 성장하게 된다. 이와 같이 블룸(600)이 성장함에 따라서 블룸(600)의 상단과 턴디쉬(101) 하단, 즉 블룸(600) 표면과 가스 분무기(121) 사이의 간격이 점차적으로 줄어들게 된다.

일정한 폭 및 두께(높이)를 갖는 블룸(600)을 제조하기 위하여 그리고 균일한 블룸(600) 조직을 얻기 위하여 가스 분무기(121)와 블룸(600) 상단부 사이의 거리를 일정하게 유지하거나 혹은 주기적으로 변화시켜야 한다.

즉, 기판(500)을 턴디쉬(101)의 중심축(101S)을 따라 연속적으로 하향 이동시켜 블룸(600)이 계속하여 성장할 수 있도록 하여야 한다. 이러한 기능을 실현하기 위하여 본 발명에서는 기판(500)의 하부에 기판 수직 이송부(400)를 구성하였다.

기판 수직 이송부(400)는 챔버(800) 하부에 설치된 프레임(410), 프레임(410) 내에 회전 가능하게 설치된 다수의 수직 나선봉(404) 및 수직 나선봉(404)을 회전시키는 제 3 구동부(401)를 포함한다.

각 수직 나선봉(404)의 일단에는 체인 스프라켓(403)이 장착되어 있으며, 제 3 구동부(401)의 회전력을 전달받는 체인(402)은 이 체인 스프라켓(403)에 연결되어 있다. 따라서, 제 3 구동부(401)의 구동력은 체인(402) 및 체인 스프라켓(403)을 통하여 수직 나선봉(404)으로 전달되어 수직 나선봉(404)을 회전시킨다.

한편, 수직 나선봉(404)은 너트 플레이트(405)를 관통하며, 결과적으로 수직 나선봉(404)의 회전에 따라 너트 플레이트(405)는 프레임(410) 내에서 수직 이송된다. 여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(500)의 하부면에 고정된 기판 지지대(501)는 너트 플레이트(405)에 고정되어 있다.

기판 수직 이송부(400)를 구성하는 제 3 구동부(401)를 회전시키면 체인(402)을 통해서 각 수직 나선봉(404) 종단에 설치된 체인 스프라켓(403)으로 회전력이 전달되고, 따라서, 각 나선봉(404)이 동시에 회전하게 된다.

나선봉(404)의 회전 운동에 따라 너트 플레이트(405)는 수직 직선 운동을 하게 되며, 따라서 기판 지지대(501)를 통하여 너트 플레이트(405)에 고정된 기판(500) 및 기판(500) 상에 형성된 블롬(600)은 턴디쉬 중심축(101S)을 따라서 수직 이동하게 된다.

이와 같은 기판 수직 이송부(400)에 의하여 기판(500), 즉 블룸(600)의 위치를 조절할 수 있음으로써 기판(500) 상에서 블롬(600)이 성장, 즉 블롬(600)의 높이가 증가하는 경우에도 가스 분무기(121)와 블룸(600) 상단 사이의 거리를 항상 일정하게 유지할 수 있음은 물론이다.

한편, 도 4에는 턴디쉬(101) 하부에 2개의 가스 분무기(121)가 배치되어 있음을 도시하고 있으나, 그 수는 한정되지 않는다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 턴디쉬(101) 하부에 단일의 가스 분무기(121)가 장착될 수 있으며, 또는 도 6에 도시된 바와 같이 분무 속도의 향상, 즉 블룸 형성 속도 향상을 위해서 다수의 가스 분무기(121)를 턴디쉬(101) 하부에 장착할 수 있다.

한편, 도 5 및 도 6에서는 턴디쉬(101)를 도시하지 않았으며, 턴디쉬에 형성된 용탕 오리피스(111) 및 가스 분무기(121)만을 도시하였다.

도 6에 도시한 바와 같이 턴디쉬(101) 하부에 다수의 가스 분무기(121)를 중 심축(101S)을 중심으로 방사형으로 배치하며, 환상(環狀)으로 배열함으로 해서 다수 개의 가스 분무기를 배치할 수 있는 공간을 용이하게 확보할 수 있다.

이때 가스 분무기(121)는 턴디쉬(101)의 중심축(101S)을 중심으로 대칭적으로 배열되어 각 가스 분무기(121)에서 배출되는 액적 스프레이(S1)가 블룸(600) 상에서 턴디쉬(101)의 중심축(101S)을 중심으로 하는 원의 형태로 분사되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

그러나 좀 더 두꺼운 두께를 갖는 블룸을 제조하고자 하는 경우에는 각 가스분무기(121)에서 배출되는 액적 스프레이(S1)가 블룸(600) 상에서 중심축(101S)을 지나 분사되도록 가스 분무기를 배치함으로써 액적 스프레이의 적층 영역을 확대하는 것이 유리하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 가스 분무기(121)가 장착된 턴디쉬(101)를 사용하면 분무주조 속도를 하나의 가스분무기를 사용하는 경우보다 사용된 가스 분무기(121)의 수량만큼 생산 속도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 주조 장치에서, 액적 스프레이(S1)가 중심축(101S)을 중심으로 회전하고 동시에 수평 방향으로 왕복 운동하기 때문에 블룸(600)의 정면부, 후면부, 측면부 및 모서리부를 포함한 전체 영역에 액적 스프레이가 균일한 상태로 적층된다.

이러한 균일한 적층에 의해서 블룸(600)의 전체 표면부는 기공이 없이 치밀하게 성형되며 결국 블룸의 조직이 미세하고 균일하게 조성될 수 있다. 한편, 가스분무기(121)를 수평 방향으로 왕복 이송시킬 때 그 이송 범위를 제어하여 블룸의 폭을 효과적으로 조절할 킬 수 있다.

이와 같이 액적 스프레이(S1)가 중심축(101S)을 중심으로 회전하고 수평 방향으로 왕복 이송함에 따라서 액적 스프레이(S1)는 블룸(600) 상의 전체 영역에서 연속적으로 적층된다. 따라서, 중심축(101S) 방향으로 블룸(600)이 성장할지라도 가스 분무기(121; 즉 턴디쉬)와 블룸(600) 상단부 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있어 소정 길이(높이)를 갖는 블룸(600)을 제조할 수 있다.

위에서 설명된 본 발명은 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 금속 또는 합금 블룸의 분무 주조 장치는 턴디쉬의 중심축, 즉 블롬의 중심축을 중심으로 가스 분무기(턴디쉬)를 회전시키고 수평 방향으로 가스 분무기를 왕복 운동시킴으로써 조직이 미세하고 균일한 블룸을 제조할 수 있으며, 또한 다수의 가스 분무기를 동시에 이용함으로써 주조속도를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

턴디쉬;

턴디쉬를 지지하며, 하나 이상의 용탕 오리피스가 형성된 회전 플레이트;

오리피스와 대응하도록 회전 플레이트 하부에 설치되는 하나 이상의 가스 분무기;

회전 플레이트 상에 설치되어 턴디쉬를 회전시키는 턴디쉬 회전 구동부;

턴디쉬를 수평으로 왕복 이송시키는 턴디쉬 수평 이송부;

턴디쉬 하부에 설치되며, 배출되는 액적 스프레이가 적층되는 기판; 및

기판을 수직 이송시키는 기판 수직 이송부를 포함하는 분무 주조 장치.
제 1 항에 있어서, 가스 분무기는 턴디쉬의 중심축에 대해서 10° 내지 60°의 각도를 갖고 경사지게 배치되어 있는 분무 주조 장치.
제 1 항에 있어서, 가스 분무기는 턴디쉬의 중심축을 중심으로 환형으로 배열되는 분무 주조 장치.
제 1 항에 있어서, 가스 분무기는 턴디쉬의 중심축을 중심으로 대칭적으로 배열되고, 배출되는 액적 스프레이가 기판 상에서 턴디쉬의 중심축을 중심으로 하는 원의 형태로 분사되도록 배치된 분무 주조 장치.
제 1 항에 있어서, 가스 분무기는 배출되는 액적 스프레이가 기판 상에서 턴디쉬의 중심축을 지나 분사되도록 배치되어 있는 분무 주조 장치.
제 1 항에 있어서, 기판은 챔버 내에 설치되어 챔버 내에서 액적 스프레이가 분사되는 분무 주조 장치.
제 1 항에 있어서, 턴디쉬 회전 구동부는;

회전 플레이트를 회전 가능한 상태로 지지하는 지지 플레이트;

지지 플레이트에 설치된 제 1 구동부; 및

제 1 구동부의 회전력을 전달받으며, 회전 플레이트 원주 상에 고정된 외접 링 기어와 치합된 피니언 기어를 포함하여 제 1 구동부의 작동시 지지 플레이트에 지지되어 있는 턴디쉬는 그 중심축을 중심으로 회전하는 분무 주조 장치.
제 1 항에 있어서, 턴디쉬 수평 이송부는,

챔버를 구성하는 측벽 챔버 상에 고정된 챔버 플레이트;

챔버 플레이트 상에 이동 가능하게 설치되며, 상부에는 지지 플레이트가 고정되어 있는 가이드 플레이트;

외부의 지지 수단에 고정된 제 2 구동부; 및

제 2 구동부의 구동축에 연결되며, 지지 플레이트 상에 장착된 랙 기어를 포 함하여;

제 2 구동부의 회전력이 랙 기어를 직선 이동시켜 지지 플레이트 및 지지 플레이트에 고정된 회전 플레이트를 직선 이송시키는 분무 주조 장치.
제 1 항에 있어서, 기판 수직 이송부는;

챔버 하부에 설치된 프레임;

프레임 내에 회전 가능하게 설치된 수직 나선봉;

수직 나선봉에 구동력을 전달하여 수직 나선봉을 회전시키는 제 3 구동부; 및

수직 나선봉이 관통하여 수직 나선봉의 회전 운동에 따라 수직 이송시 수며, 상부에는 기판의 기판 지지대가 고정되어 있는 너트 플레이트를 포함하여,

제 3 구동부의 작동에 의한 수직 나선봉의 회전시, 너트 플레이트 및 기판 지지대가 수직 이동하는 분무 주조 장치.
제 9 항에 있어서, 기판 수직 이송부는

제 3 구동부의 구동축에 연결된 체인; 및

수직 나선봉의 일단에 장착되며, 체인과 맞물리는 체인 스프라켓을 더 포함하는 분무 주조 장치.