KR20110008593A - 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치 - Google Patents

산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주조되는 마그네슘 합금 판재로부터 주조롤에 전이된 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화를 방지하기 위한 산화 방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치는 용탕 공급노즐이 배치된 영역과 주조되는 마그네슘 합금 판재가 배출되는 영역의 일부를 제외한 나머지 각 주조롤의 외부를 감싸는 구조로 이루어지는 챔버가 베이스 프레임에 각각 장착되고, 상기 챔버의 어느 일 영역에는 주조롤과 챔버의 내측면 사이의 공간으로 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화를 방지하기 위한 가스를 주입하기 위한 산화방지용 가스 공급부를 갖도록 구성될 수도 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 주조롤의 표면으로 전이되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화를 최대한 방지할 수 있고, 이로 이해 마그네슘 합금 판재로 물성이 다른 물질이 전이되는 것을 최대한 방지할 수 있으며, 주조된 마그네슘 합금 판재의 표면특성이 저하되는 것을 방지하여 품질을 향상시킬 수 있다.
마그네슘 합금 판재 주조장치, 산화, 주조롤, 질소, 챔버, 노즐

Description

산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치{MAGNESIUM ALLOYS PLATE CASTING APPARATUS HAVING CHAMBER FOR PREVENTING OXIDIZATION}
본 발명은 주조되는 마그네슘 합금 판재로부터 주조롤에 전이된 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화를 방지하기 위한 산화 방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치에 관한 것이다.
마그네슘(Mg)은 상용되는 구조용 합금원소 중 밀도가 낮은 금속에 포함된다. 이러한 마그네슘을 함유한 합금재료는 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 경량성, 우수한 전자파 차폐 특성이 있다. 이러한 이유로 최근에는 컴퓨터, 카메라, 휴대전화 등의 부품으로 사용이 확대되고 있다.
일반적으로, 마그네슘 합금 부품은 대부분 다이캐스팅으로 제작되고 있다. 최근들어 박판의 개발에 많은 연구가 진행되면서 박판을 성형하여 부품을 제조하는 것이 점차 늘고 있다. 그러나 마그네슘은 소성변형에 필수적인 슬립 시스템이 적은 조밀육방격자(HCP) 구조를 지니고 있어 압연성이나 성형성이 나빠 박판의 제조시 냉간압연이 일정량(약 20%) 이상으로 이루어지지 곤란하다. 따라서, 박판의 제조시 대부분은 온간 또는 열간에서 압연을 행하고 표면특성을 위해 최종적으로 냉간압연을 행하고 있다.
열간압연을 통해 마그네슘 합금의 용탕으로부터 박판을 직접 제조하는 마그네슘 합금의 판재(박판) 주조기는 강의 연속주조(Continuous Casting)와 마찬가지로 마그네슘 합금 용탕을 주조롤 사이에 분사시켜 압연하는 과정을 통해 응고와 동시에 박판으로 압연시킬 수 있도록 구성된다.
그러나, 마그네슘 합금의 박판 주조 과정에서 마그네슘의 높은 산화성 때문에 용탕이 주조되면서 쉽게 산화되어 주조롤에 산화막이 형성된다. 또한 주조시에 생성되는 다른 불순물들이 주조롤의 표면을 덮어 산화물층을 형성하기도 한다.
이와 같이, 주조롤에 형성된 산화물층은 주조롤의 표면에서 열전달을 방해하는 막으로 작용하여 용탕의 응고를 방해하고 있다. 이 경우, 주조롤의 폭 및 원주방향으로 산화막이 불균일하게 형성되면 마그네슘 합금 용탕이 주조롤과 접촉되어 응고를 개시할 때 형성되는 응고각(凝固殼)의 두께가 달라진다. 이에 따라 응고각이 얇은 부분에서 응고 및 냉각시 인장응력을 받게되어 응고각이 벌어져, 주편의 표면 및 내부에 균열이 발생하는 등 주편 품질에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 마그네슘 합금 판재용 주조장치에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 주조롤의 표면으로 전이되는 마그네슘 합금의 산화를 최대한 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 주조롤의 표면으로 전이되는 마그네슘 합금의 산화를 방지하여 주조롤로부터 다시 주조되는 마그네슘 합금 판재로 물성이 다른 물질이 전이되는 것을 최대한 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 주조롤로 전이되는 마그네슘 합금의 제거가 선택적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 주조된 마그네슘 합금 판재의 표면특성 또는 품질이 저하되는 것을 최대한 방지하기 위한 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로, 주조롤 표면을 대기와 차단시켜 주조롤 표면으로 전이된 마그네슘 합금에 의해 산화층이 형성되는 것을 방지하기 위한 챔버가 구비되는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치는 베이스 프레임에 일정 공간이 형성되도록 구비되는 한 쌍의 압연롤과; 압연롤에 의해 형성된 공간의 일 측으로 마그네슘 합금 용탕을 공급하기 위하여 구비되는 용탕 공급노즐과; 용탕 공급노즐이 배치된 영역과 주조되는 마그네슘 합금 판재가 배출되는 영역의 일부를 제외한 나머지 각 압연롤의 외부를 감싸는 구조로 이루어지는 챔버;를 포함하여 구성될 수도 있다. 그리고, 챔버는 베이스 프레임에 각각 장착되고, 챔버의 어느 일 영역에는 압연롤과 챔버의 내측면 사이의 공간으로 마그네슘 합금의 산화를 방지하기 위한 가스를 주입하기 위한 산화방지용 가스 공급부가 구비될 수도 있다.
한편, 챔버는 베이스 프레임에 장착되며, 산화방지용 가스 공급부가 구비되는 고정 커버와; 고정커버의 폭방향 양 측에 배치되며, 고정커버의 내부로 입출가능하게 장착되는 가동커버;를 포함하여 구성될 수도 있다.
이 경우, 산화방지용 가스 공급부는 압연롤의 길이방향을 따라 복수의 가스 분사노즐이 배치될 수도 있다.
그리고, 마그네슘 합금의 산화를 방지하기 위하여 공급되는 가스는 질소와 같은 불활성 가스를 이용할 수도 있다.
한편, 가동커버에는 압연롤에 전이된 마그네슘 합금의 산화 상태를 확인하기 위한 윈도우가 더 구비될 수도 있다.
그리고, 베이스 프레임에는 주조된 마그네슘 합금 판재가 배출되는 방향과 인접한 영역에 상기 압연롤에 전이된 마그네슘 합금을 제거하기 위한 스크레퍼가 더 구비될 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 주조롤의 표면으로 전이되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화를 최대한 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 주조롤의 표면으로 전이되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화를 방지하여 주조롤로부터 다시 주조되는 마그네슘 합금 판재로 물성이 다른 물질이 전이되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 물성이 다른 물질이 주조되는 마그네슘 합금 판재로 전이되지 않도록 주조롤의 표면으로 전이되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화를 방지하게 되므로 마그네슘 합금 판재의 표면특성 또는 품질이 저하되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 마그네슘 합금 판재를 주조하기 위하여 주조장치의 설정 초기 또는 불가피한 상황에서 주조롤로 전이되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 제거할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 주조롤로 전이되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 제거 또는 산화방지의 작용을 선택적으로 이용 가능하게 되어 작업이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 최종 제품인 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치에 대하여 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다.
그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 주조롤 표면을 대기와 차단시켜 주조롤 표면으로 전이된 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 의해 산화층이 형성되는 것을 방지하기 위한 챔버가 구비되는 것을 기초로 한다.
도 1a 및 도 1b에는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치(100)가 도시되어 있다.
상기 마그네슘 합금 판재 주조장치(100)는 공급되는 마그네슘 합금 용탕을 판재(또는 박판)로 주조하기 위하여 한 쌍의 주조롤(122)이 구비된다. 상기 한 쌍의 주조롤(122)은 마그네슘 합금 판재 주조장치(100)를 구성하는 베이스 프레 임(110)에 회전 가능하게 장착되는 축(121)에 결합되어 회전 가능하게 장착된다. 이 경우, 상기 주조롤(122)은 그 자체에 축(121)이 구비되고, 상기 축(121)이 베이스 프레임(110)에 회전 가능하게 장착될 수도 있다.
상기 한 쌍의 주조롤(122)은 주조하고자 하는 마그네슘 합금 판재의 설정 두께에 상응하도록 일정 간격으로 이격되어 배치되고, 상기 이격된 두 주조롤(122) 사이의 공간으로 마그네슘 합금 용탕을 공급하기 위한 용탕 공급노즐(130)이 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 용탕 공급노즐(130)은 베이스 프레임(110)에 장착되거나 또는 마그네슘 합금 용탕을 공급하는 다른 장치에 장착되어 주조롤(122) 사이의 공간과 인접하도록 배치될 수 있다.
상기 용탕 공급노즐(130)에 의해 두 주조롤(122)의 사이 공간으로 공급되는 마그네슘 합금 용탕은 상기 주조롤(122) 사이를 통과하면서 응고되어 판재로 주조된다. 이 경우, 마그네슘 합금 용탕으로부터 상기 주조롤(122)의 표면으로 마그네슘 또는 마그네슘 합금이 전이될 수 있는데, 주조롤(122)의 표면으로 전이된 마그네슘이 대기 중의 산소에 의해 산화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 한 쌍의 주조롤(122)의 표면이 대기와 차단될 수 있도록 산화 방지용 챔버(150)가 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 산화 방지용 챔버(150)는 상기 용탕 공급노즐(130)이 배치되는 영역과 주조되는 마그네슘 합금 판재가 배출되는 영역의 일부를 제외한 나머지 각 압연롤의 외부 영역을 감싸도록 구성될 수 있다. 상기 챔버(150)는 챔버 장착부재(140)에 의해 상기 베이스 프레임(110)에 장착될 수도 있고, 챔버(150) 자체가 베이스 프레임(110)에 장착될 수도 있다.
그리고, 상기 산화 방지용 챔버(150)에는 어느 일 영역에 상기 주조롤(122)의 외부면과 챔버(150)의 내측 사이의 공간에 대기를 대치할 수 있는 가스의 주입을 위한 산화 방지용 가스 공급부(153)가 더 구비될 수 있다. 즉, 주조롤(122)의 표면으로 전이된 마그네슘이 대기에 노출되어 산화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 챔버(150)는 상기 가스 공급부(153)를 통해 챔버(150)의 내부면과 주조롤(122)의 외부면 사이의 공간에 산화 방지용 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 산화 방지용 가스는 챔버(150) 내부를 무산화 분위기로 형성할 수 있도록 불활성 가스가 이용될 수도 있고, 이 경우, 불활성 가스로 질소 가스를 이용할 수도 있다.
한편, 상기 챔버(150)는 베이스 프레임(110)에 고정되는 상태로 장착되는 고정 커버(151)가 구비되고, 상기 고정 커버(151)에는 상기 고정 커버(150)를 따라 입출 가능하도록 가동 커버(152)가 장착될 수도 있다. 이 경우, 상기 가동 커버(152)는 상기 고정 커버(151)의 폭 방향으로 양단부 위치에 배치되어 주조롤(151)의 일부 영역이 선택적으로 노출되도록 상기 고정 커버(151)의 내부로 입출 가능하게 구성될 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 상기 주조롤(122) 사이의 공간으로 마그네슘 합금 용탕을 공급할 수 있도록 용탕 공급노즐(130)을 설치(세팅)하여야 한다. 이 경우, 용탕 공급노즐(130)의 설치 작업이 용이하게 이루어질 수 있도록, 상기 용탕 공급노즐(130)와 인접한 위치에 배치되는 가동 커버(152)는 주조롤(122)의 일부가 노출될 수 있도록 개폐 가능하게 상기 고정 커버(151)에 장착될 수 있다.
그리고, 용탕 공급노즐(130)의 설치에 따른 설정 두께로 주조가 이루어지는지 확인을 하여야 한다. 즉, 주조 초기에 상기 주조된 마그네슘 합금 판재가 배출되는 영역은 주조되는 판재의 두께를 확인하기 위하여 개방되어야만 한다. 따라서, 주조된 마그네슘 합금 판재가 배출되는 영역에 배치되는 가동 커버(152) 또한 주조롤(122)의 일부가 노출될 수 있도록 개폐 가능하게 상기 고정 커버(151)에 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 고정 커버(151)에는 챔버(150)의 내부면(즉, 고정 커버 및 가동 커버의 내부면)과 주조롤(121)의 외부면 사이 공간에 산화 방지용 가스를 공급하기 위하나 가스 공급부(153)가 구비될 수 있다. 상기 가스 공급부(153)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 주조롤(121)의 길이방향을 따라 고정 커버(151)의 길이방향 양단부에 구비되는 측면 가이드(151a) 사이에 복수의 가스 분사노즐(153a)이 배치되도록 구성될 수도 있다.
한편, 상기 주조된 마그네슘 합금 판재가 배출되는 영역의 주조롤(122) 외부면은 마그네슘 합금 용탕으로부터 마그네슘 또는 마그네슘 합금이 전이된다. 이 경우, 용탕 공급노즐(130)의 설치 또는 사용중 부득이하게 상기 가동커버(152)를 개방하여야 하는데, 주조롤(122)의 외부면에 전이된 마그네슘을 일부 영역(가동커버가 개방된 영역)에서 대기에 노출되어 산화가 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 전이가 발생하는 초기 영역인 주조된 마그네슘 합금 판재의 배출 측 영역에 가동 커버(152)의 개방시 주조 롤(122)의 표면에 전이된 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 제거하기 위한 스크레퍼(160)가 더 구비될 수도 있다.
이 경우, 상기 스크레퍼(160)는 베이스 프레임(110)의 일 영역에 축(161)에 의해 회전 가능하게 장착될 수도 있다. 이 경우, 탄성부재(미도시)가 더 구비되어 상기 스크레퍼(160)의 일 단부가 상기 주조롤(122)의 외부면을 가압하는 상태로 탄성력이 작용하도록 구성할 수도 있다.
예를 들어, 도시상에서 상부에 배치된 스크레퍼(160)는 반시계 방향으로 회전력이 제공되고, 하부에 배치된 스크레퍼(160)는 시계 방향으로 회전력이 제공되도록 설치할 수도 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 것과 같이 상기 가동 커버(152)가 닫히는 경우, 스크레퍼(160)는 축(161)을 중심으로 일정 각도로 회전하여 가동 커버(152)가 닫히게 되고, 가동 커버(152)가 개방되는 경우 복원력에 의해 상기 스크레퍼(160)는 축(161)을 중심으로 일정 각도로 회전하여 그 단부가 주조롤(161)의 외부면에 접하도록 구성할 수도 있다. 그리고, 상기 스크레퍼(160)는 스테인레스 또는 구리 합금으로 이루어질 수도 있다.
상기 스크레퍼(160)의 구성에 의해 주조 초기 판재 인출작업을 위하여 가동 커버(152)를 개방하여야 하는 경우, 주조롤(122)의 표면으로 전이되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화물을 제거할 수 있게 된다.
한편, 상기 가동 커버(152)에는 주조롤(122)에 전이된 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화 상태를 확인하기 위한 윈도우(152a)가 더 구비될 수도 있다.
본 발명에 따른 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치는 상기와 같이 설명된 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치의 실시예들에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 이루어질 수도 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치의 구조를 개략적으로 나타내는 우측 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치의 정면도이다.
도 2a는 도 1a에 도시된 고정 커버의 평면도이다.
도 2b는 도 1a에 도시된 고정 커버의 저면도이다.
도 3은 도 1a에 도시된 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치의 가동 커버가 닫힌 상태를 나타내는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
100 ... 마그네슘 합금 판재 주조장치 110 ... 베이스 프레임
121,161 ... 축 122 ... 주조롤
130 ... 용탕 공급노즐 140 ... 챔버 장착부재
150 ... 산화 방지용 챔버 151 ... 고정 커버
152 ... 가동커버 152a ... 윈도우
153 ... 가스 공급부 153a ... 가스 분사노즐

Claims (6)

  1. 베이스 프레임에 일정 공간이 형성되도록 한 쌍의 주조롤이 구비되고, 주조롤에 의해 형성된 공간의 일 측으로 마그네슘 합금 용탕을 공급하기 위한 용탕 공급노즐이 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치에 있어서,
    상기 용탕 공급노즐이 배치된 영역과 주조되는 마그네슘 합금 판재가 배출되는 영역의 일부를 제외한 나머지 각 주조롤의 외부를 감싸는 구조로 이루어지는 챔버가 베이스 프레임에 각각 장착되고,
    상기 챔버의 어느 일 영역에는 주조롤과 챔버의 내측면 사이의 공간으로 마그네슘의 산화를 방지하기 위한 가스를 주입하기 위한 산화방지용 가스 공급부가 구비되는 것을 특징으로 하는 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는
    베이스 프레임에 장착되며, 산화방지용 가스 공급부가 구비되는 고정 커버와;
    상기 고정커버의 폭방향 양 측에 배치되며, 고정커버의 내부로 입출가능하게 장착되는 가동커버;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 산화방지용 가스 공급부는 주조롤의 길이방향을 따라 복수의 가스 분사노즐이 배치되는 것을 특징으로 하는 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화를 방지하기 위하여 공급되는 가스는 질소가스인 것을 특징으로 하는 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 가동커버에는 주조롤에 전이된 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 산화 상태를 확인하기 위한 윈도우가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 프레임에는 주조된 마그네슘 합금 판재가 배출되는 방향과 인접한 영역에 상기 주조롤에 전이된 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 제거하기 위한 스크레퍼가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 산화방지용 챔버가 구비된 마그네슘 합금 판재 주조장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102671947A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 东北大学 一种镁合金板材铸轧设备及方法
KR20160070853A (ko) * 2014-12-10 2016-06-21 주식회사 포스코 트윈롤 커버장치
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