KR20140010408A

KR20140010408A - 금속 용제용 용해로

Info

Publication number: KR20140010408A
Application number: KR1020137025093A
Authority: KR
Inventors: 다카시 오다; 히사무네 다나카; 다케시 시라키; 노리오 야마모토
Original assignee: 도호 티타늄 가부시키가이샤
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2014-01-24
Also published as: US20170246680A1; EA029080B1; CN103402671B; KR101892771B1; US9744588B2; EP2679321A1; EP2679321A4; US20130327493A1; EA201391229A1; CN103402671A; WO2012115272A1

Abstract

허스를 가지는 금속 용제용 용해로를 이용한 활성 금속의 제조에 있어서, 상기 용해로에 내장된 주형으로부터 발출되는 잉곳을 효율적으로 냉각함으로써, 잉곳을 효율적으로 생산할 수 있다는 효과를 나타낸다. 또, 1기의 허스로부터, 복수의 잉곳을 효율적으로 또한 고품질을 유지하면서 생산할 수 있는 장치 구성을 제공한다.
원료를 용해하여 생성된 용탕을 유지하는 허스와, 용탕을 장입하는 주형과, 주형 하방에 설치되며 냉각 고화한 잉곳을 하방으로 인발하는 인발 지그와, 잉곳을 냉각하는 냉각 부재와, 이들을 대기로부터 이격시키는 외통으로 구성된 금속 용제용 용해로이며, 외통 내에 1기 이상의 주형 및 인발 지그가 설치되고, 냉각 부재는, 상기 외통과 상기 잉곳 사이 또는, 복수의 잉곳의 사이에 설치되어 있다.

Description

금속 용제용 용해로{MELTING FURNACE FOR SMELTING METAL}

본 발명은, 티탄 등의 금속 제조용 용해로에 관한 것이며, 특히, 금속 잉곳의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 금속 제조용 용해로 구조에 관한 것이다.

금속 티탄은, 항공기 산업뿐만 아니라 최근의 세계적인 수요의 확대에 수반하여 생산량도 큰폭으로 성장하고 있다. 이것에 수반하여, 스폰지 티탄뿐만 아니라, 금속 티탄 잉곳의 수요도 크게 성장하고 있다.

금속 티탄 잉곳은, 4염화 티탄을 환원성 금속으로 환원하는 소위 크롤법으로 제조된 스폰지 티탄을 브리켓에 성형한 후, 상기 브리켓를 조합하여 용해용의 전극으로 하여, 상기 전극을 진공 아크 용해함으로써 제조되어 있다.

또, 금속 티탄 잉곳의 다른 제조 방법으로서는, 금속 티탄 스크랩을 스폰지 티탄에 배합하여 용해 원료로 하고, 이것을 전자빔 용해로 혹은 플라즈마 용해로로 용해하여, 주형 내에서 냉각 고화된 잉곳을 주형으로부터 인발하는 방법도 알려져 있다. 이 전자빔 용해로의 일례를, 도 1~3에 나타낸다(도 2는, 도 1에 있어서 방향 A에서 본 평면도이며, 도 3은, B-B선 단면도이다).

전자빔 용해로에서는, 진공 아크 용해로와는 달리, 용해 원료를 반드시 전극에 성형할 필요는 없고, 과립형상 혹은 덩어리형상의 원료(12)를 그대로 허스(hearth; 20)에 투입하여 용해할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

또, 전자빔 용해로에서는, 원료 중의 불순물을 휘발시키면서, 허스(20)로 원료(12)를 용해하여 생성된 용탕(20)을 주형(16)에 공급할 수 있으므로, 순도가 높은 금속 티탄 잉곳을 용제할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

이와 같이 허스가 달린 전자빔 용해로에 의하면, 금속 티탄뿐만 아니라, 지르코늄이나 하프늄 혹은 탄탈 등의 고융점 금속에 불순물이 포함되어 있는 원료를 용해하는 경우에 있어서도, 순도가 높은 금속 잉곳을 제조할 수 있다.

그러나, 전자빔 용해로에서는, 상기한 바와 같이 주형(16)에서 냉각 고화한 잉곳(22)을 인발 지그(30)에 의해 인발하고 있다. 주형(16)으로부터 인발된 직후의 잉곳(22)은 고온이며, 또, 인발부(50) 내는, 감압으로 되어 있으므로, 철강의 연속 주조(예를 들면, 특허 문헌 1)와 같이 물스프레이로 잉곳을 냉각하는 것은 곤란하며, 현실적으로는 도 1 및 3에서 파선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 주로 복사 만에 의한 방열에 의해 잉곳(22)은 냉각되고 있어, 실온 근방까지 냉각하는데는 장시간을 필요로 하게 되어 있다. 이와 같이, 인발부(50) 내에서의 잉곳의 냉각에는 시간을 필요로 하기 때문에, 주형(16)에서 생성된 잉곳의 효율적인 냉각 구조가 요망되고 있다.

또, 금속 제조용 용해로에 있어서의 생산성의 개선을 목표로 하는 방법으로서는, 1기의 레토르트를 이용하여, 전극을 용해하여 생성된 용탕을 복수의 주형에 분산시켜 유입하고, 복수의 잉곳으로서 발출함으로써, 생산성을 높이는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

또, 잉곳의 제조 효율을 향상시키기 위해, 도 4~7에 나타내는 바와 같은(도 5는, 도 4에 있어서 방향 A에서 본 평면도이며, 도 6은, 도 4에 있어서 방향 C에서 본 측면도이며, 도 7은, B-B선 단면도이다), 주형(16)을 복수 배치하고, 통(17)에 의해 용탕을 배분하여, 복수의 잉곳을 동시에 제조할 수 있는 전자빔 용해로가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).

이러한 전자빔 용해로에 있어서도, 상기 서술한 대로, 복수의 잉곳(22)은 복사에 의해 방열시킬 수 밖에 없어 잉곳의 냉각 효율이 나쁜 데다가, 또한, 도 6, 7에 나타내는 바와 같이, 인발부 외통(51)에 대향하는 잉곳 표면으로부터는 복사열이 인발부 외통(51)에 양호하게 방열되지만, 잉곳들이 대향하고 있는 면(인발부(50) 내 중앙 근방)에 있어서는 방열이 진행되지 않아, 결과적으로 잉곳의 냉각 속도가 오르지 않는다는 과제가 있다.

또한, 하나의 잉곳 내에 있어서, 불균일한 온도 분포가 생겨, 잉곳의 휨 등의 변형을 수반하는 경우도 있어 개선이 요구되고 있었다.

그런데, 주형 내에 생성되어 있는 주형 풀과 접하는 주형면에는, 응고 쉘로 불리고 있는 얇은 고상이 형성되어 있다. 응고 쉘은, 주형 풀의 저부를 향할 수록 그 두께가 증가하는 경향을 나타내며, 주형의 저부 부근에서 주형 풀이 소멸하고, 고체의 잉곳 만이 존재하게 된다. 이것은, 주형의 저부를 향함에 수반하여, 주형 벽면으로의 방열에 더하여, 주형 풀 저부로의 발열량(拔熱量)도 증가하는 것에 기인하고 있는 것으로 생각되고 있다.

이러한 주형 내에서 형성되어 있는 주형 풀과 잉곳 고상의 경계면은, 종래, 도 31(a)에 21b로 나타내는 바와 같이, 연직 방향의 단면에 있어서 소위 포물선형상으로 형성되어 있는 경우가 많으며, 이 경우에는, 주형 내벽면에 형성되는 응고 쉘의 두께도 주형 풀의 연직 아래방향을 향해 증가하는 경향을 나타낸다. 이것은, 주형 풀 저부가 좁아져, 주형 풀 내의 대류에 의한 용탕의 교반 효과가 감소하고, 합금 성분의 편석을 초래하여 바람직하지 않다고 여겨진다. 따라서, 도 31(b)에 나타내는 바와 같이, 포물선보다 저부가 양측으로 볼록한 경계면인 것이 바람직한 것으로 생각되고 있다. 주형 풀의 저면에 이르기까지의 주형 내벽면(메니스커스부, 21a 부분)에 형성되는 응고 쉘의 두께는 가능한 한 일정한 것이, 생성되는 잉곳의 주물 표면이 건전하게 유지되는 것이 알려져 있다.

이와 같이, 금속 티탄의 전자빔 용해로에 있어서, 주형 풀과 접하는 주형벽의 내면에 형성되는 응고 쉘의 두께가 가능한 한 얇은 상태로 유지되며, 메니스커스부가 길고, 또한, 주형 풀의 저부가 넓게 형성되는 주형을 가지는 전자빔 용해로의 장치 구성이 요망되고 있다.

일본국 특허공개 평10-180418호 공보 미국 특허 제3834447호 공보 일본국 특허공고 평3-75616호 공보

상기한 과제는, 플라즈마 아크 용해로에 대해서도 공통되는 것이며, 상기한 과제를 해결할 수 있는 금속 용제용의 용해로가 요망되고 있다.

본 발명은, 허스를 가지는 금속 용제용 용해로, 특히, 전자빔 용해로나 플라즈마 아크 용해로를 이용한 활성 금속의 제조에 있어서, 복수의 잉곳을 효율적으로 또한 고품질을 유지하면서 생산할 수 있는 금속 용제용 용해로에 관련된 장치 구성의 제공을 목적으로 하고 있다.

이와 같은 실정을 감안하여 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭해온 바, 원료 용해 허스, 주형, 잉곳 인발 지그 및 외통으로 구성되며, 금속 원료를 용해하여 잉곳을 제조하는 금속 용제용 용해로에 있어서, 냉각 부재를 생성 잉곳과 외통 사이에 배치함으로써, 효율적으로 잉곳을 제조할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

또, 상기 냉각 부재에 대해 연직 방향으로 온도 분포를 설치함으로써, 주형으로부터 생성된 잉곳을 효율적으로 냉각할 수 있는 것도 발견하여, 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.

또한, 잉곳을 용제하는 주형에 대해, 주형의 정부로부터 저부를 향해 단조롭게 감소하는 온도 분포를 가지며, 상기 온도 분포 중에 적어도 1개 이상의 변곡점이 형성되도록 구성함으로써, 용제되는 잉곳이 주물 표면을 우수한 상태로 유지할 수 있는 것을 발견하여, 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명에 관련된 금속 용제용 용해로는, 원료를 용해하여 생성된 용탕을 유지하는 허스와, 용탕을 장입하는 주형과, 주형 하방에 설치되며 냉각 고화한 잉곳을 하방으로 인발하기 위한 인발 지그와, 잉곳을 냉각하는 냉각 부재와, 이들을 대기로부터 이격시키는 외통으로 구성된 금속 용제용 용해로에 있어서, 상기 냉각 부재가, 상기 외통과 상기 잉곳 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 있어서는, 냉각 부재가, 인발되는 생성 잉곳의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있는 것을 바람직한 양태로 하고 있다.

본 발명에 있어서는, 냉각 부재가, 잉곳의 인발 방향에 수직인 단면에 있어서, 잉곳 전체 둘레 또는 둘레의 일부를 둘러싸도록 설치된 것임을 바람직한 양태로 하고 있다.

본 발명에 있어서는, 냉각 부재가, 수냉 자켓 또는 수냉 코일로 구성되어 있는 것을 바람직한 양태로 하고 있다.

본 발명에 있어서는, 주형은, 복수의 잉곳을 동시에 용제할 수 있도록 복수의 주형이 용해부 내에 설치되며, 인발부 내에 있어서는, 상기 복수의 잉곳 사이에 냉각 부재를 설치한 것을 바람직한 양태로 하고 있다.

본 발명에 있어서는, 금속 용제용 용해로에는, 저부가 개방된 주형이 설치되고, 상기 주형벽의 정부로부터 저부를 향해 단조롭게 감소하는 온도 분포를 가지며, 상기 온도 분포 중에 적어도 1개 이상의 변곡점을 가지는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 주형은, 주형 상부에 있는 제1 냉각부와 주형 하부에 있는 제2 냉각부로 구성되어 있으며, 상기 제1 냉각부는, 두께가 주형의 상방향을 향해 두께가 증가하는 두께 증가부이며, 제2 냉각부는, 두께가 일정한 주형벽을 가지는 평행부인 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 주형에 유통시키는 냉각 매체는, 제1 냉각부를 발열하는 제1 냉각 매체와, 제2 냉각부를 발열하는 제2 냉각 매체로 이루어지며, 제1 냉각 매체의 온도는, 제2 냉각 매체의 온도보다 높은 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 주형에 유통시키는 냉각 매체는, 제1 냉각부와 제2 냉각부에 대해 직렬로 공급되는 것이며, 냉각 매체는, 제1 냉각부 및 제2 냉각부에 감겨진 냉각용 코일을 연속적으로 유통시키는 것이며, 또한, 제1 냉각부에 감겨진 냉각용 코일은, 제2 냉각부에 감겨진 냉각용 코일에 대해 상대적으로 성기게 감겨져 있는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 주형에 유통시키는 냉각 매체는, 제1 냉각부를 발열하는 제1 냉각 매체와, 제2 냉각부를 발열하는 제2 냉각 매체로 이루어지고, 각각이 독립적으로 병렬로 공급되는 것이며, 제1 냉각 매체는, 제1 냉각부에 감겨진 코일 내를 유통시키는 것이고, 제2 냉각 매체는, 제2 냉각부에 감겨진 코일 내를 유통시키는 것임을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 제2 냉각부의 하부에는, 생성 잉곳의 인발 방향을 따라 주형 내면이 축경(縮徑)되어 있는 테이퍼부가 형성되어 있는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 금속 용제용 용해로가, 전자빔 용해로 또는 플라즈마 아크 용해로인 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 관련된 금속 용제용 용해로를 이용함으로써, 발출된 잉곳을 효율적으로 냉각할 수 있으며, 이것에 의해 잉곳의 제조 효율을 향상시킬 수 있다는 효과를 나타낸다.

또, 복수의 잉곳을 동시에 발출하는 경우에 있어서는, 대향하는 잉곳 사이의 방열을 촉진함으로써 생성 잉곳의 냉각 속도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 잉곳 내에 불균일한 온도 분포의 형성이 억제되어 이것에 수반하는 잉곳의 열변형도 회피되고, 그 결과 휨이 없고 직선성에도 우수하며, 주물 표면이 우수한 잉곳을 용제할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

또한, 본 발명에 관련된 금속 용제용 용해로를 이용함으로써, 메니스커스부가 길고, 또한, 주형 풀의 저부가 넓게 형성되는 주형 풀이 형성되므로, 잉곳의 주물 표면이 우수할 뿐만 아니라, 용제되는 잉곳의 매크로 조직도 우수하다는 효과를 나타내는 것이다.

도 1은, 종래 및 본 발명에 관련된, 단수의 잉곳을 제조하는 전자빔 용해로에 있어서의 공통의 구성 요소를 나타내는 모식 단면도이다.
도 2는, 도 1에 있어서 방향 A에서 본 평면도이다.
도 3은, 도 1에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 4는, 종래 및 본 발명에 관련된, 복수의 잉곳을 제조하는 전자빔 용해로에 있어서의 공통의 구성 요소를 나타내는 모식 단면도이다.
도 5는, 도 4에 있어서 방향 A에서 본 평면도이다.
도 6은, 도 4에 있어서 방향 C에서 본 측면도이다.
도 7은, 도 4에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 14는, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 16은, 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 용해부를 나타내는 부분 평면도이다.
도 17은, 도 16의 실시 형태의 잉곳 인발부를 나타내는 단면도이다.
도 18은, 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 용해부를 나타내는 부분 평면도이다.
도 19는, 도 18의 실시 형태의 잉곳 인발부를 나타내는 단면도이다.
도 20(a)~(c)는, 본 발명의 그 외의 변경예의 일례에 있어서의 잉곳 인발부를 나타내는 단면도이다.
도 21은, 본 발명의 그 외의 변경예의 일례에 있어서의 잉곳 인발부를 나타내는 단면도이다.
도 22는, 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 모식도이며, (a)는 잉곳 인발부의 측단면도, (b) 및 (c)는 (a)에 있어서의 평단면도이다.
도 23은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 전자빔 용해로를 모식적으로 나타내며, (a)는 평단면도이며, (b)는 측단면도이다.
도 24는, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 전자빔 용해로를 모식적으로 나타내며, (a)는 평단면도이며, (b)는 측단면도이다.
도 25는, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 전자빔 용해로를 모식적으로 나타내며, (a)는 평단면도이며, (b)는 측단면도이다.
도 26은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 전자빔 용해로를 모식적으로 나타내는 측단면도이다.
도 27(a)는, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 주형 부분을 나타내는 모식 단면도이며, (b)는 테이퍼부를 설치한 예를 나타내는 모식 단면도이다.
도 28(a)는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관련된 주형 부분을 나타내는 모식 단면도이며, (b)는 테이퍼부를 설치한 예를 나타내는 모식 단면도이다.
도 29(a)는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관련된 주형 부분을 나타내는 모식 단면도이며, (b)는 테이퍼부를 설치한 예를 나타내는 모식 단면도이다.
도 30(a)는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관련된 주형 부분을 나타내는 모식 단면도이며, (b)는 테이퍼부를 설치한 예를 나타내는 모식 단면도이다.
도 31은, 종래의 주형 (a)와 본 발명의 주형 (b)에 있어서의 주형 풀의 형성 상태와 발열의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 32는, 종래의 전자빔 용해로에 있어서의 주형 부분을 나타내는 모식 단면도이다.

본 발명의 최선의 실시 형태에 대해서, 금속 용제용 용해로가 전자빔 용해로인 경우를 예를 들어, 도면을 이용하여 이하에 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 원료가 스폰지 티탄, 제조하는 잉곳이 금속 티탄이며, 제조하는 잉곳의 단면이 직사각형인 경우를 예로 설명하지만, 본 발명의 전자빔 용해로는, 티탄 잉곳의 제조에 한정되지 않으며, 지르코늄이나 하프늄, 텅스텐 혹은 탄탈 등의 고융점 금속, 그 외 전자빔 용해로에 의해 잉곳을 제조할 수 있는 금속이나 이들의 합금이면 동일하게 적용할 수 있으며, 또, 단면에 관해서도, 직사각형에 한정되지 않으며, 원형, 타원형, 준형(樽型), 다각형, 그 외 부정형 등, 모든 단면 형상을 포함한다.

제1 실시 형태(단수 잉곳 + 평판상 냉각 부재)

도 1~3은, 단수의 잉곳을 제조하기 위한, 종래의 전자빔 용해로 및 본 발명에 관련된 전자빔 용해로에 공통되는 구성 요소를 나타내고 있다. 도 2는, 도 1에 있어서 방향 A에서 본 평면도이며, 도 3은, 도 1에 있어서의 B-B선 단면도이다. 도 1에 나타내는 전자빔 용해로는, 원료를 용해하는 용해부(40)와, 그 하방에서 제조된 잉곳을 인발하는 인발부(50)로 구성되어 있다.

용해부벽(41)으로 획정된 용해부(40) 내에는, 스폰지 티탄 혹은 티탄 스크랩으로 구성된 티탄 원료(12)를 공급하기 위한 아르키메데스캔 등의 원료 공급기(10)와, 원료(12)를 이송하는 진동 피더 등의 원료 이송기(11)와, 공급된 원료를 용해하는 허스(13)와, 허스(13)에 공급된 원료(12)를 용해하여 용탕(20)으로 하는 전자빔 조사기(14)와, 용탕(20)을 냉각 고화하여 잉곳을 형성시키는 수냉 구리 등으로 구성된 주형(16)과, 주형(16) 내에 전자빔을 조사하여 용해하여 용융 풀(21)을 형성시키는 전자빔 조사기(15)가 설치되어 있다.

용해부(40)의 주형(16)의 하방에는, 인발부 외통(51)으로 획정된 인발부(50)가 설치되어 있으며, 인발부(50) 내에는, 주형(16)에서 형성된 잉곳(22)을 하방으로 인발하는 인발 지그(30)가 설치되어 있다. 또한, 용해부(40) 및 인발부(50) 내는, 감압 분위기가 유지되도록 구성되어 있다.

우선 원료 공급기(10)로부터 공급된 원료(12)는, 허스(13) 내에서 전자빔 조사기(14)에 의해 용해되어 용탕(20)을 형성한다. 용탕(20)은, 허스(13)의 하류로부터 주형(16) 내에 공급된다. 주형 내(16)에는, 원료(12)의 용해에 앞서 도시하지 않는 스터브가 배치되어 있으며, 이 스터브가 주형(16)의 저부를 구성하고 있다. 상기 스터브는 원료(12)와 동일한 금속으로 구성되어 있으며, 주형(16) 내에 공급된 용탕(20)과 일체화되어 잉곳(22)을 형성한다.

주형(16) 내의 스터브 상에 연속적으로 공급된 용탕(20)의 표면은, 전자빔 조사기(15)에 의해 가열되어 용융 풀(21)을 형성함과 함께, 용탕(20)의 저부는, 주형(16)에 의해 냉각되고 고화되어 상기 스터브와 일체화되어 잉곳(22)을 형성한다.

주형(16) 내에서 생성한 잉곳(22)은, 용융 풀(21)의 레벨이 일정해지도록 스터브에 걸어맞춰진 인발 지그(30)의 인발 속도를 조절하면서 인발부(50) 내에 발출된다.

이상이 단수 잉곳 제조용의 종래의 전자빔 용해로 및 본 발명에 관련된 전자빔 용해로에 공통되는 구성 및 동작이지만, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 인발부(50) 내에, 평판상의 냉각 부재(60)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

도 8에 있어서, (a)는 인발부(50)의 측단면도이며, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 인발된 잉곳(22) 및 인발 지그(30)의 일방의 측면에는, 평판상의 냉각 부재(60)가, 잉곳(22)의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있다. 상기 냉각 부재(60)는, 외부로부터 냉매의 유통 등에 의해 냉각 가능하면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 수냉 구리 자켓으로 구성할 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 종래의 전자빔 용해로에 있어서는, 인발부(50)가 감압으로 유지되고 있기 때문에, 주로 복사에 의해 전자빔 용해로의 인발부 외통(51)에 대해 방열되고 있었지만, 본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 인발부(50) 내에 평판상의 냉각 부재(60)가 잉곳과 전자빔 용해로의 본체 사이에 설치되어 있으므로, 방열 거리가 단축되어 복사에 의한 방열량이 증가하여 잉곳(22)의 냉각이 촉진된다. 그 결과, 생성 잉곳의 인발 속도를 높일 수 있다는 효과를 나타내는 것이다. 잉곳의 냉각 속도의 개선은, 용해 속도를 높일 수 있는 것을 의미하며, 결과적으로 잉곳의 생산 속도를 높일 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

제2 실시 형태(단수 잉곳 + コ 자형상 냉각 부재)

본 발명의 제2 실시 형태에 있어서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 인발부(50) 내에, コ자형상의 냉각 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 도 9에 있어서, (a)는 인발부(50)의 측단면도이며, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 인발된 잉곳(22) 및 인발 지그(30) 중 세방면의 측면에는, 인발 방향의 단면이 コ자형상인 냉각 부재(61)가, 잉곳(22)의 세방면의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있다.

본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 인발부(50) 내에 コ자형상의 냉각 부재(61)가 설치되어 있으므로, 제1 실시 형태와 비교해 잉곳(22)의 방열을 보다 촉진시켜, 냉각을 신속하게 행할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

제3 실시 형태(단수 잉곳 + ロ 자형상 냉각 부재)

본 발명의 제3 실시 형태에 있어서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 인발부(50) 내에, ロ자형상의 냉각 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 도 10에 있어서, (a)는 인발부(50)의 측단면도이며, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 인발된 잉곳(22) 및 인발 지그(30)의 사방을 둘러싸도록, 인발 방향의 단면이 ロ자형상인 냉각 부재(62)가, 잉곳(22)의 사방의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있다.

본 발명의 제3 실시 형태에 의하면, 인발부(50) 내에 ロ자형상의 냉각 부재(62)가 설치되어 있으므로, 잉곳을 전체 방향으로부터 냉각할 수 있어, 제1 및 제2 실시 형태와 비교해 잉곳(22)의 방열을 보다 촉진시켜, 냉각을 신속하게 행할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

제4 실시 형태(단수 잉곳 + 코일형상 냉각 부재)

본 발명의 제4 실시 형태에 있어서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 인발부(50) 내에, 나선형상의 코일로 이루어지는 냉각 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 도 11에 있어서, (a)는 인발부(50)의 측단면도이며, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 코일형상의 냉각 부재(63)가, 인발된 잉곳(22) 및 인발 지그(30)의 사방을 나선형상으로 둘러싸고, 또한 잉곳(22)의 사방의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있다. 이 냉각 부재(63)로서는, 외부로부터 냉매를 유통시키게 되는 관형상의 부재이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 수냉 구리 코일로 구성할 수 있다.

본 발명의 제4 실시 형태에 의하면, 인발부(50) 내에 코일형상의 냉각 부재(63)가 설치되어 있으므로, 잉곳을 전체 방향으로부터 냉각할 수 있어, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 잉곳(22)의 방열을 보다 촉진시켜, 냉각을 신속하게 행할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

제5 실시 형태(복수 잉곳 + 평판상 냉각 부재)

도 4~7은, 복수의 잉곳을 제조하기 위한, 종래의 전자빔 용해로 및 본 발명에 관련된 전자빔 용해로에 공통되는 구성 요소를 나타내고 있다. 또한, 도 5는, 도 4에 있어서 방향 A에서 본 평면도이며, 도 6은, 도 4에 있어서 방향 C에서 본 측면도이며, 도 7은, 도 4에 있어서의 B-B선 단면도이다. 도 4에 나타내는 전자빔 용해로의 구성 요소 중, 원료 공급기(10)와, 원료 이송기(11)와, 허스(13)와, 전자빔 조사기(14 및 15)는, 도 1에 나타내는 전자빔 용해로와 공통되므로, 설명을 생략한다.

도 4~7에 나타내는 전자빔 용해로에 있어서는, 2기의 주형(16)이, 길이 방향의 변이 평행이 되도록 병렬로 설치되어 있으며, 또한, 허스(13)와 주형(16) 사이에, 용탕(20)을 일단 받아 복수의 주형(16)의 각각에 분배하기 위한 통(17)이 설치되어 있다. 용해부(40)의 하방에 설치된 인발부(50)에서는, 복수의 주형(16)에 대응하여 복수의 인발 지그(30)가 설치되어 있어, 복수의 주형(16)에서 형성된 잉곳(22)을 인발하도록 구성되어 있다.

이상이 2기의 잉곳 제조용의 종래의 전자빔 용해로 및 본 발명에 관련된 전자빔 용해로에 공통되는 구성 및 동작이지만, 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 인발부(50) 내에, 평판상의 냉각 부재(60)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

도 12에 있어서, (a)는 인발부(50)의 측단면도이며, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 인발된 2열의 잉곳(22) 및 인발 지그(30) 사이에 끼워진 공간에는, 평판상의 냉각 부재(60)가, 각각의 잉곳(22)의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 종래의 전자빔 용해로에 있어서는, 인발부(50)가 감압으로 유지되고 있기 때문에, 냉매를 직접 공급하여 잉곳(22)을 냉각하지 못하여, 파선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 상기 잉곳(22)은 주로 복사에 의해 냉각되고 있었다. 2열의 잉곳(22)의 표면 중, 인발부 외통(51)에 대향하고 있는 면으로부터는 복사에 의해 방열이 행해져 냉각이 진행되지만, 2열의 잉곳이 서로 대향하는 중앙 근방에서는, 서로 복사열을 받기 때문에, 잉곳(22)의 냉각 속도가 저하되며, 이것은 잉곳의 생산 속도의 저하를 초래한다. 또, 2열의 잉곳이 서로 대향하는 잉곳(22)의 주연부와 비교해 냉각이 상대적으로 진행되지 않기 때문에, 동일한 잉곳 내에서, 면에 따라 불균일한 온도 분포가 생겨, 잉곳에 휨 등의 변형이 생기는 원인이 되고 있었다.

그러나, 본 발명의 제5 실시 형태에 의하면, 2열의 잉곳(22) 간에 평판상의 냉각 부재(60)가 설치되어 있으므로, 잉곳들이 대향하는 면에 있어서도 방열이 촉진되어, 냉각을 신속하게 행할 수 있다. 결과적으로, 잉곳의 전체 표면으로부터 균일하게 냉각을 행하는 것이 가능해진다는 효과를 나타내는 것이다.

또한, 제5 실시 형태에 있어서는, 잉곳을 2열로 제조하는 예를 설명했지만, 본 실시 형태는 2열의 잉곳에 한정되지 않으며, 잉곳이 3열 이상의 복수열로 하는 것도 가능하고, 그 경우는, 잉곳(22)과 냉각 부재(60)를 교호로 배치하면 된다.

제6 실시 형태(복수 잉곳 + コ 자형상 냉각 부재)

본 발명의 제6 실시 형태에 있어서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 인발부(50) 내에, コ자형상의 냉각 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 도 13에 있어서, (a)는 인발부(50)의 측단면도이며, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 2열의 인발된 잉곳(22) 및 인발 지그(30)는 각각, 세방면의 측면에, 인발 방향의 단면이 コ자형상인 냉각 부재(61)가, 잉곳(22)의 세방면의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있다.

본 발명의 제6 실시 형태에 의하면, 인발부(50) 내에 コ자형상의 냉각 부재(61)가 설치되어 있으므로, 제5 실시 형태와 비교해 잉곳(22)의 방열을 보다 촉진시켜, 냉각을 신속하게 행할 수 있다.

또한, 제6 실시 형태에 있어서는, 잉곳을 2열 제조하는 예를 설명했지만, 본 실시 형태는 2열의 잉곳에 한정되지 않으며, 잉곳 및 냉각 부재의 조합이 3열 이상이 배치된 복수열로 하는 것도 가능하다.

또, 도 13에 나타낸 2세트의 コ자의 냉각 부재를 서로 반전하는 형태로 설치하는 것도 가능하다.

제7 실시 형태(복수 잉곳 + ロ 자형상 냉각 부재)

본 발명의 제7 실시 형태에 있어서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 인발부(50) 내에, ロ자형상의 냉각 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 도 14에 있어서, (a)는 인발부(50)의 측단면도이며, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 2열의 인발된 잉곳(22) 및 인발 지그(30)는 각각, 사방을 둘러싸도록, 인발 방향의 단면이 ロ자형상인 냉각 부재(62)가, 잉곳(22)의 사방의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있다.

본 발명의 제7 실시 형태에 의하면, 인발부(50) 내에 ロ자형상의 냉각 부재(62)가 설치되어 있으므로, 잉곳을 전체 방향으로부터 냉각할 수 있어, 제5 및 제6 실시 형태와 비교해 잉곳(22)의 방열을 보다 촉진시켜, 냉각을 신속하게 행할 수 있다.

또한, 제7 실시 형태에 있어서는, 2열의 잉곳을 제조하는 예를 설명했지만, 본 실시 형태는 2열의 잉곳에 한정되지 않으며, 잉곳 및 냉각 부재의 조합이 3열 이상이 배치된 복수열로 하는 것도 가능하다.

제8 실시 형태(복수 잉곳 + 코일형상 냉각 부재)

본 발명의 제8 실시 형태에 있어서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 인발부(50) 내에, 나선형상의 코일로 이루어지는 냉각 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 도 15에 있어서, (a)는 인발부(50)의 측단면도이며, (b)는 (a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.

도 15에 나타내는 바와 같이, 코일형상의 냉각 부재(63)가, 2열의 인발된 잉곳(22) 및 인발 지그(30)의 사방을 나선형상으로 둘러싸고, 또한 잉곳(22)의 사방의 표면을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있다.

본 발명의 제8 실시 형태에 의하면, 인발부(50) 내에 코일형상의 냉각 부재(63)가 설치되어 있으므로, 잉곳을 전체 방향으로부터 냉각할 수 있어, 제7 실시 형태와 마찬가지로, 잉곳(22)의 방열을 보다 촉진시켜, 냉각을 신속하게 행할 수 있다.

또한, 제8 실시 형태에 있어서는, 2열의 잉곳을 제조하는 예를 설명했지만, 본 실시 형태는 2열의 잉곳에 한정되지 않으며, 잉곳 및 냉각 부재의 조합이 3열 이상이 배치된 복수열로 하는 것도 가능하다.

제9 실시 형태(복수 잉곳 + 삼각기둥형상 냉각 부재)

계속하여, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 도 16은, 본 발명의 전자빔 용해로에 있어서의 용해부(40) 내에 있어서, 복수의 주형(16)의 배치를 변경한 예이다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 2기의 주형(16)은, 길이 방향의 면이 비평행의 상태가 되도록 배치되며, 허스(13)와 주형(16) 사이에는, 용탕(20)을 각각의 주형(16)에 분배하는 통(18)이 설치되어 있다.

도 17은, 도 16에 나타내는 용해부(40)에서 제조되는 잉곳을 인발부(50)로 인발했을 때의 단면도를 나타낸다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 인발된 2열의 잉곳(22)은, 팔(八)자형상으로 배치되어 있으며, 2열의 잉곳 사이에 끼워진 공간에는, 삼각기둥형상의 냉각 부재(64)가, 삼각기둥의 2면이 각각의 잉곳(22)의 표면과 일정한 간격을 따라 평행하게 연장되도록 설치되어 있다.

본 발명의 제9 실시 형태에 의하면, 2열의 잉곳의 면이 서로 평행이 아니어도, 잉곳 사이에 설치되는 냉각 부재가 삼각기둥이고, 또한, 그 2면이 각각의 잉곳의 면에 평행이 되도록 설치되어 있으므로, 잉곳 사이에 있어서도 방열을 촉진시켜, 냉각을 신속하게 행할 수 있다. 결과적으로, 잉곳의 전체 표면으로부터 균일하게 냉각을 행하는 것이 가능해진다.

제10 실시 형태(복수 잉곳 + 삼각기둥형상 냉각 부재)

도 18은, 본 발명의 전자빔 용해로에 있어서의 용해부(40) 내에 있어서, 주형(16)의 배치를 변경한 예이다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 복수의 주형(16)은, 길이 방향의 면이 방사상이 되도록 배치되고, 허스(13)와 주형(16) 사이에는, 용탕(20)을 각각의 주형(16)에 대해 방사상으로 분배하는 통(19)이 설치되어 있다.

도 19는, 도 17에 나타내는 용해부(40)에서 제조되는 잉곳을 인발부(50)로 인발했을 때의 단면도를 나타낸다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 인발된 복수의 잉곳(22)은, 방사상으로 배치되어 있으며, 인접하는 2열의 잉곳 사이에 끼워진 공간에는, 각각 삼각기둥형상의 냉각 부재(65)가, 삼각기둥의 2면이 각각의 잉곳(22)의 표면과 일정한 간격을 따라 평행하게 연장되도록 설치되어 있다.

본 발명의 제10 실시 형태에 의하면, 복수의 잉곳이 방사상으로 배치되고 그 면이 서로 평행이 아니어도, 잉곳 사이에 설치되는 냉각 부재가 삼각기둥이고, 또한, 그 2면이 각각의 잉곳의 면에 평행이 되도록 설치되어 있으므로, 잉곳 사이에 있어서도 방열을 촉진시켜, 냉각을 신속하게 행할 수 있다. 결과적으로, 잉곳의 전체 표면으로부터 균일하게 냉각을 행하는 것이 가능해진다. 또, 본 실시 양태에서는, 한정된 공간 중에서, 복수의 잉곳을 효율적으로 제조할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

그 외의 변형예 (비직사각형 잉곳 + 냉각 부재)

도 20은, 본 발명의 다른 변경예에 있어서의 인발된 잉곳의 단면도를 나타낸다. 도 20(a)에 나타내는 바와 같이, 본 발명은, 단면이 원형인 잉곳(23)에도 적용할 수 있으며, 이 경우의 냉각 부재(66)는, 직사각형 잉곳인 경우와 마찬가지로, 잉곳(23)의 표면과 소정의 간격을 두고 잉곳의 전체 둘레를 둘러싸는 원형의 단면을 가지고 있으며, 잉곳 인발 방향으로 연장된다.

또한, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 코일형상 냉각 부재(67)에 의해 원형 잉곳 전체 둘레를 둘러싸는 형상으로 할 수도 있다.

또, 직사각형 잉곳의 항목에서 설명한 양태와 마찬가지로, 도 20(a) 및 (b)에 나타내는 단수의 잉곳(23)과 냉각 부재를 복수열 병렬로 배치할 수도 있으며, 또, 도 20(c)에 나타내는 바와 같이, 복수의 원형 잉곳(23)의 사이에, 원형 잉곳의 일부의 둘레를 둘러싸는 냉각 부재(68)를 설치할 수도 있다.

또, 도 21의 평면도에 나타내는 바와 같이, 용해부(40)에 있어서 주형(16)이 복수 병렬로 설치되며, 그 하방의 인발부(50)에 있어서는, 인발부(50)를 구성하는 외통으로서, 잉곳의 일부를 둘러싸며 일부가 개방된 C자형상의 단면 형상인 것을 조합한 인발부 외통(51)으로 할 수도 있다. 또한, 도 21은, 인발부 외통(51)의 변형예를 예시한 것이며, 도면 중에 냉각 부재의 도시는 생략되어 있지만, 본원 명세서에 있어서 설명한 각종의 냉각 부재를, 도 21에 나타내는 양태에 있어서 적절히 설치할 수 있다.

또한, 도 22에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 지금까지 설명해 온 바와 같이 냉각 부재를 잉곳 하방으로부터 설치하는 것이 아니라, 예를 들면 구리판 등으로 이루어지는 판상 부재를 주형(16)의 하단에 고정구(72)를 통하여 부착하고, 주형(16)을 상방에서 하방으로 연장시킨 양태로 할 수도 있다. 잉곳 단면이 직사각형인 경우는 도 22(b)에 나타내는 바와 같이, 잉곳 단면이 원형인 경우는 도 22(c)에 나타내는 바와 같이, 판상 부재(70 혹은 71)는, 잉곳을 둘러싸도록 설치할 수 있다. 어느 경우도, 판상 부재(70 및 71)의 주위에는, 코일형상 냉각 부재(63 및 67)가 설치되어, 냉각 부재의 발열에 의해 판상 부재를 통하여 잉곳의 냉각을 행할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 냉각 부재가, 복수의 잉곳의 사이, 및/또는, 외통과 잉곳 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이며, 이 중, 냉각 부재가 복수의 잉곳의 사이에 설치되어 있는 형태는, 도 12에서 이미 설명한 바와 같이, 냉각 부재(60)를 잉곳(22)의 사이에 설치함으로써, 주형으로부터 고온 상태로 발출된 잉곳(22) 간의 상호 가열을 효과적으로 억제할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

또, 도시는 생략했지만, 잉곳(22)과 외통(41) 사이에 냉각 부재를 설치할 수도 있으며, 또한, 도 23에 나타내는 바와 같이, 이들 양쪽의 양태를 조합하여 복수의 잉곳(22)의 사이와, 잉곳(22)과 외통(41) 사이 양쪽에 냉각 부재를 설치할 수도 있다.

잉곳(22) 간의 상호 가열이 억제되면, 주형으로부터 발출된 각각의 잉곳(22)의 단면 방향의 온도 분포에 편향이 없어, 그 결과, 용제되는 잉곳의 열변형도 효과적으로 억제할 수 있으며, 최종적으로는, 직선성이 우수한 잉곳을 용제할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

본 발명에 있어서는, 상기 연직 방향으로 설치한 냉각 부재에 대해, 냉각 부재의 정부로부터 저부를 향해 온도가 저하되는 온도 구배를 부여하는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다. 그 결과, 냉각 부재에 대해 온도 구배를 설치하지 않는 경우에 비해, 생성 잉곳의 주물 표면이 개선된다는 효과를 나타내는 것이다.

또, 본 발명에 있어서는, 상기 연직 방향으로 설치한 냉각 부재에 대해, 냉각 부재의 저부로부터 정부를 향해 온도가 강하하는 온도 구배를 부여하는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다. 그 결과, 냉각 부재에 대해 온도 구배를 설치하지 않는 경우에 비해, 생성 잉곳의 직선성이 개선된다는 효과를 나타내는 것이다.

도 24는, 본 발명에 있어서의 다른 바람직한 양태를 나타내고 있으며, 냉각 부재(60)에 대한 온도 구배는 부여하지 않는 상태로 2개의 잉곳(22)의 대향하는 면에 냉각 부재(60)를 각각 설치한 예이다. 이와 같은 실시 형태에 의하면, 잉곳 사이의 상호 가열을 더 억제할 수 있어, 그 결과, 도 12의 양태에 비해 생성 잉곳의 휨이 개선된다는 효과를 나타내는 것이다.

도 25는, 본 발명에 있어서의 또 다른 바람직한 양태를 나타내고 있으며, 냉각 부재(60)에 대한 온도 구배는 부여하지 않는 상태로 2개의 잉곳(22)의 대향하는 면 및 외통에 면하는 면 양자에 냉각 부재(60)를 각각 설치한 예이다. 이와 같은 실시 형태에 의하면, 잉곳 사이의 상호 가열을 더 억제할 수 있어, 냉각 속도가 높아져, 그 결과, 생성 잉곳의 휨이 개선될 뿐만 아니라, 생성 잉곳의 인발 속도도 높일 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

도 26은, 본 발명에 관련된 바람직한 양태인 온도 구배를 부여한 냉각 부재(69)를 나타내고 있으며, 그 구배를 가지는 방법의 일례로서의 냉각수의 통수 구조예를 나타내고 있다. 냉각 부재(69)의 내부 연직 방향은, 격벽에 의해 복수의 영역으로 분할되어 있으며, 정부로부터 저부를 향해 순서대로 제1 구획(69a), 제2 구획(69b), 제3 구획(69c)으로 부르기로 한다.

상기 실시 형태에 있어서는, 제1 구획(69a)에 대해 온수(H)를 공급하고 이 구획으로부터 온수(H)를 배출하는 구조를 가지고 있다. 상기 제1 구획(69a)에 대해 공급하는 온수 온도는, 50~70℃의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또, 제3 구획(69c)에 대해서는, 저부로부터 냉수(L)를 공급하고, 제3 구획(69c)의 정부로부터 배출한 후, 상기 배출된 냉수(L)를 제2 구획(69b)의 저부에 공급하는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다. 상기 냉수 온도는, 5℃~20℃의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 냉각 부재(69)에 대해 정부로부터 저부에 대해 온도가 저하되는 음의 온도 구배를 설치함으로써, 주형(12)으로부터 발출된 직후의 잉곳(22)을 급냉하지 않고 서서히 냉각하므로, 생성되는 잉곳(22)이 주물 표면을 개선할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

또, 본 발명에 있어서는, 도시는 생략했지만, 도 26과는 반대로, 냉각 부재(69)의 제1 구획(69a) 및 제2 구획(69b)에 냉수(L)를 공급하고, 제3 구획(69c)에 온수(H)를 공급할 수도 있다.

상기한 바와 같이 냉각 부재(69)에 대해 정부로부터 저부에 대해 온도가 상승하는 양의 온도 구배를 설치함으로써, 주형(12)으로부터 발출된 직후의 잉곳(22)들의 상호 과열이 억제되므로, 잉곳 내의 온도 분포가 불균일해지는 것을 억제하여, 직선성을 개선할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

도시는 생략하지만, 본 발명은, 단면이 직사각형이나 원형인 잉곳에 한정되지 않으며, 단면이 타원형이나, 준형이나, 다각형이나 그 외 곡선으로 구성되는 부정형과 같은, 제조 가능한 형상이면 모든 단면 형상의 잉곳에 적용할 수 있으며, 어느 경우도 잉곳열을 단수나 복수로 설정할 수 있고, 그들 잉곳의 표면에 대해, 본 발명의 냉각 부재는, 그 전체 둘레 혹은 둘레의 일부를 둘러싸는 형상을 가지며, 또한 냉각 부재는, 잉곳의 표면에 대해 소정의 거리를 유지하여 따르도록 연장되는 것을 특징으로 한다.

금속 잉곳을 냉각하는 냉각 부재는 열전도가 양호한 금속으로 구성되며, 상기 부재 자신에 냉매를 사용하는 것이 바람직하다. 그 냉각 방법은 부재를 자켓 구조로 함으로써 구리 부재의 전체면을 냉각하는 방법이나, 냉각 부재 중에 미리 냉매의 유로를 설치하여, 상기 유로에 냉매를 통과시켜 부재를 냉각하는 방법이나, 혹은 금속제의 파이프를 코일형상으로 하여 냉각 부재의 표면에 부설하고, 냉각 부재를 냉각하는 방법이 있으며, 이들 방법을 이용함으로써 잉곳으로부터의 방열을 효율적으로 빼낼 수 있다.

상기 냉각 부재의 재질은, 전열의 효과를 발현하는 것이면 임의로 선택할 수 있으며, 금속, 세라믹스, 혹은 내열성 엔지니어링 플라스틱 등을 이용할 수 있지만, 본원에 있어서는, 상기 재료 중에서도, 구리, 알루미늄, 철 등의 열전도가 우수한 것을 적합하게 이용할 수 있다.

또, 냉매는 물, 유기용매, 오일 혹은 기체를 사용할 수도 있다.

냉각 부재의 다른 냉각 방법으로서는, 냉각 부재로서 2종류 이상이 다른 금속을 붙인 재료를 사용하여, 부재에 직류 전류를 흐르게 함으로써 발현하는 소위 펠티에 효과를 이용하여, 잉곳측에 면한 부재 표면을 냉각하는 한편, 부재의 반대측으로 방열시키는 방식을 단독 혹은 상기의 냉매에 의한 냉각 방법과 조합하여 이용하는 것도 가능하다. 이 때, 부재로서는, 구리와 콘스탄탄(구리·니켈 합금)의 클래드재나 구리와 니켈·크롬 합금의 클래드재 등을 적합한 재료로서 사용할 수 있다.

제11 실시 형태(1종류의 냉각 매체 + 두께 증가부 + 평행부를 구비한 주형)

전자빔 용해로를 나타내는 도 1의 주형(16)에 대한 바람직한 양태를 이하에 서술한다. 도 27(a)는, 도 1에 있어서 주형(16) 부분의 확대도이다.

본 실시 형태에 있어서의 주형(80)은, 주형 상부의 제1 냉각부(두께 증가부)(80a)와, 주형 하부의 제2 냉각부(평행부)(80b)로 구성되어 있다. 제1 냉각부(두께 증가부)(80a)는, 주형(16)에 유지되어 있는 용탕의 주형 풀(21) 중, 액상이 직접 주형(80)에 접하고 있는 메니스커스부(21a)에 대응한 부분으로부터 그것보다 상방에까지 설치되어 있으며, 상방으로 향할 수록 주형벽의 두께가 증가하도록 구성되어 있다.

제2 냉각부(평행부)(80b)는, 주형 풀(21)이 고상을 통하여 접하고 있는 부분 및 그것보다 하방에 설치되어 있으며, 주형벽의 두께는 일정하다.

또, 주형(80)의 외측에는, 두께 증가부(80a) 및 평행부(80b)에 공통적으로 이들을 냉각하는 냉각 매체(80d)가 공급되어 있다.

우선, 도 1에 있어서의 원료 공급기(10)로부터 공급된 원료(12)는, 허스(13) 내에서 전자총(14)에 의해 용해되어 용탕(20)을 형성한다. 용탕(20)은, 허스(13)의 하류로부터 주형(16) 내에 공급된다. 주형 내(16)에는, 원료(12)의 용해에 앞서 도시하지 않는 스터브가 배치되어 있으며, 이 스터브가 주형(16)의 저부를 구성하고 있다. 상기 스터브는 원료(12)와 동일한 금속으로 구성되어 있으며, 주형(16) 내에 공급된 용탕(20)과 일체화되어 잉곳(22)을 형성한다.

주형(16) 내의 스터브 상에 연속적으로 공급된 용탕(20)의 표면은, 전자총(15)에 의해 가열되어 용융 풀(21)을 형성함과 함께, 용융 풀(21)의 저부는, 주형(16)에 의해 냉각되고 고화되어 상기 스터브와 일체화되어 잉곳(22)을 형성한다. 주형(16) 내에서 생성한 잉곳(22)은, 용융 풀(21)의 레벨이 일정해지도록 스터브에 걸어맞춰진 인발 지그(30)의 인발 속도를 조절하면서 인발부(50) 내에 발출된다.

본 실시 형태에 있어서는 도 31(b)에 나타내는 바와 같이 주형벽의 정부로부터 저부를 향해 단조롭게 감소하는 온도 분포를 가지며, 상기 온도 분포 중에 적어도 1개 이상의 변곡점을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기한 바와 같은 온도 분포를 형성시킴으로써, 제2 냉각부에 나타낸 바와 같은 벽이 제1 냉각부까지 평행하게 형성된 종래의 주형에 비해, 발열량을 억제할 수 있어, 그 결과, 용제되는 잉곳이 주물 표면을 개선할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

즉, 상기한 바와 같은 온도 분포를 설치함으로써, 제1 냉각부(80a)에 있어서는 비교적 냉각이 온화하고, 주형 풀이 고온으로 유지되기 때문에, 메니스커스부(21a)를 길게 형성할 수 있으며, 한편, 제2 냉각부(80b)에 있어서는 냉각이 비교적 급속해지므로, 응고가 진행되어, 주형 풀의 저부의 고액 경계면(21b)은, 포물선 형상과 비교해 퍼지는 형상, 즉 주형 풀을 얕게 할 수 있다. 이것에 의해, 주형 풀(21) 내의 저부 근방에서도 용탕 성분의 혼합이 촉진되고, 또한 발출되는 잉곳에 대해 용융부인 주형 풀의 저부가 영향을 미치는 것이 억제되어, 그 결과, 주물 표면이 우수한 잉곳을 제조할 수 있다.

본 발명과 종래의 주형의 차이를 도 31에 나타낸다. 도 31(a)가 종래예, (b)가 본 발명예이다. 도 31(a)에 나타내는 바와 같이, 종래에서는 고액 경계면(21b)이 포물선 형상이므로, 저부 근방에서 용탕 성분의 혼합이 저해될 뿐만 아니라, 만일 용해 에너지를 상승시켜 메니스커스부(21a)를 길게 형성하려고 하면, 저부의 포물선 볼록부의 위치가 하방으로 내려가, 발출되는 잉곳에 영향을 미친다. 그러나, 본 발명에서는, 메니스커스부(21a)를 길게 형성해도, 주형 풀(21)의 저부는 포물선 정도로 하방으로 돌출되지 않기 때문에, 상기 서술한 제효과를 얻을 수 있는 것이다.

또, 도 31에는, 주형 내의 위치(좌표 L)에 있어서의 온도 상황을 모식적으로 그래프로서 병기한다. 도 31에 나타내는 바와 같이, 종래예 (a)에서는 냉각이 단조롭기 때문에, 온도 곡선은, 최고 온도 T1로부터 자연대수를 이용한 단일의 감쇠 곡선으로 근사되지만, 본 발명예 (b)에서는, 냉각이 제1 냉각부와 제2 냉각부 2단계로 행해지기 때문에, 최고 온도 T₁로부터 T₂까지 완만하게 온도가 저하되는 감쇠 곡선과, T₂로부터의 급격한 온도 저하를 나타내는 감쇠 곡선에 의해 근사된다.

또한, 본 발명예를 나타내는 도 31(b)에서는, 아래로 볼록한 곡선을 나타내고 있지만, 이것 이외에도 위로 볼록한 곡선을 가지는 온도 분포도 본원 발명에 관련된 바람직한 양태에 포함된다. 또한, 변곡점도, 1개뿐만 아니라 2개 혹은 그 이상 포함하고 있는 양태도 포함하는 것으로 한다.

제12 실시 형태(2종류의 냉각 매체를 구비한 주형)

다음에, 제12~제14 실시 형태에 관련된 금속 용제용 용해로를 설명하지만, 이하의 실시 형태에서는, 제12 실시 형태와 공통의 구성 요소의 설명은 생략하고, 변경이 더해진 주형 부분에 대해서만 설명한다.

도 28(a)는, 본 실시 형태에 관련된 주형(81)의 확대도이다. 주형(81)은, 주형 상부의 제1 냉각부(81a)와, 주형 하부의 제2 냉각부(81b)로 구성되어 있다. 제1 냉각부(81a)는, 주형(81)에 유지되어 있는 용탕의 주형 풀(21) 중, 액상이 직접 주형(81)에 접하고 있는 메니스커스부(21a)에 대응한 부분으로부터 그것보다 상방에까지 설치되어 있으며, 제2 냉각부(81b)는, 주형 풀(21)이 고상을 통하여 접하고 있는 부분 및 그것보다 하방에 설치되어 있으며, 이들 주형벽의 두께는 제1 실시 형태와는 달리 일정하다.

주형(81)의 외측에는, 각각 독립된 영역으로 분할된 유로에, 주형(81)의 제1 냉각부(81a)를 냉각하는 제1 냉각 매체(81d)와, 제2 냉각부(81b)를 냉각하는 제2 냉각 매체(81e)가 공급되어 있다. 이들 냉각 매체는, 제1 냉각 매체(81d)가, 제2 냉각 매체(81e)와 비교해 온도가 높아지도록 구성되어 있어, 제1 냉각부(81a)의 발열량이 작고, 제2 냉각부(81b)의 발열량이 크다.

이것에 의해, 제1 냉각부(81a)에 있어서는 비교적 냉각이 온화하고, 주형 풀이 고온으로 유지되기 때문에, 메니스커스부(21a)를 길게 형성할 수 있으며, 한편, 제2 냉각부(81b)에 있어서는 냉각이 비교적 급속해지므로, 응고가 진행되어, 주형 풀의 저부의 고액 경계면(21b)은, 포물선 형상과 비교해 퍼지는 형상, 즉 주형 풀을 얕게 할 수 있다. 이것에 의해, 주형 풀(21) 내의 저부 근방에서도 용탕 성분의 혼합이 촉진되고, 또한 발출되는 잉곳에 대해 용융부인 주형 풀의 저부가 영향을 미치는 것이 억제되어, 그 결과, 주물 표면이 우수한 잉곳을 제조할 수 있다.

제13 실시 형태(1종류의 냉각 매체 + 단일의 코일을 구비한 주형)

도 29(a)는, 본 실시 형태에 관련된 주형(82)의 확대도이다. 주형(82)은, 주형 상부의 제1 냉각부(82a)와, 주형 하부의 제2 냉각부(82b)로 구성되어 있다. 제1 냉각부(82a)는, 주형(82)에 유지되어 있는 용탕의 주형 풀(21) 중, 액상이 직접 주형(82)에 접하고 있는 메니스커스부(21a)에 대응한 부분으로부터 그것보다 상방에까지 설치되어 있으며, 제2 냉각부(82b)는, 주형 풀(21)이 고상을 통하여 접하고 있는 부분 및 그것보다 하방에 설치되어 있으며, 이들 주형벽의 두께는 일정하다.

주형(82)의 외측에는, 단일의 코일이 감겨져 있고, 제1 냉각부(82a)에 상당하는 부분에서는, 코일은 상대적으로 성기게 감겨져 있으며, 제2 냉각부(82b)에 상당하는 부분에서는, 코일은 상대적으로 조밀하게 감겨져 있고, 이 코일 내에 냉각 매체(82d)가 공급되어 있다.

본 실시 형태에서는, 제1 냉각부(82a)에 있어서는 코일의 갯수가 적고, 제2 냉각부(82b)에 있어서는 코일의 갯수가 많기 때문에, 발열량이 이들 코일 갯수에 비례하여, 제1 냉각부(82a)의 발열량이 작고, 제2 냉각부(82b)의 발열량이 크다.

이것에 의해, 제1 냉각부(82a)에 있어서는 비교적 냉각이 온화하고, 주형 풀이 고온으로 유지되기 때문에, 메니스커스부(21a)를 길게 형성할 수 있으며, 한편, 제2 냉각부(82b)에 있어서는 냉각이 비교적 급속해지므로, 응고가 진행되어, 주형 풀의 저부의 고액 경계면(21b)은, 포물선 형상과 비교해 퍼지는 형상, 즉 주형 풀을 얕게 할 수 있다. 이것에 의해, 주형 풀(21) 내의 저부 근방에서도 용탕 성분의 혼합이 촉진되고, 또한 발출되는 잉곳에 대해 용융부인 주형 풀의 저부가 영향을 미치는 것이 억제되어, 그 결과, 주물 표면이 우수한 잉곳을 제조할 수 있다.

제14 실시 형태(2종류의 냉각 매체 + 2종류의 코일을 구비한 주형)

도 30(a)는, 본 실시 형태에 관련된 주형(19)의 확대도이다. 주형(83)은, 주형 상부의 제1 냉각부(83a)와, 주형 하부의 제2 냉각부(83b)로 구성되어 있다. 제1 냉각부(83a)는, 주형(83)에 유지되어 있는 용탕의 주형 풀(21) 중, 액상이 직접 주형(83)에 접하고 있는 메니스커스부(21a)에 대응한 부분으로부터 그것보다 상방에까지 설치되어 있으며, 제2 냉각부(83b)는, 주형 풀(21)이 고상을 통하여 접하고 있는 부분 및 그것보다 하방에 설치되어 있으며, 이들 주형벽의 두께는 일정하다.

주형(83)의 외측에는, 2종류의 냉각 매체가 각각 독립적으로 공급되도록 코일이 감겨져 있으며, 제3 실시 형태와는 달리, 제1 냉각부(83a)에 상당하는 부분의 코일과, 제2 냉각부(83b)에 상당하는 부분의 코일은 서로 독립되어 있다. 그리고, 제1 냉각부(83a)의 코일에는, 상대적으로 온도가 높은 제1 냉각 매체(83d)가 공급되어 있으며, 제2 냉각부(83b)의 코일에는 상대적으로 온도가 낮은 제2 냉각 매체(83e)가 공급되어 있다.

본 실시 형태에서는, 제1 냉각부(83a)에 있어서는 상대적으로 고온의 냉각 매체가 공급되어 있고, 제2 냉각부(83b)에 있어서는 상대적으로 저온의 냉각 매체가 공급되어 있으므로, 제1 냉각부(83a)의 발열량이 작고, 제2 냉각부(83b)의 발열량이 크다.

이것에 의해, 제1 냉각부(83a)에 있어서는 비교적 냉각이 온화하고, 주형 풀이 고온으로 유지되기 때문에, 메니스커스부(21a)를 길게 형성할 수 있으며, 한편, 제2 냉각부(83b)에 있어서는 냉각이 비교적 급속해지므로, 응고가 진행되어, 주형 풀의 저부의 고액 경계면(21b)은, 포물선 형상과 비교해 퍼지는 형상, 즉 주형 풀을 얕게 할 수 있다. 이것에 의해, 주형 풀(21) 내의 저부 근방에서도 용탕 성분의 혼합이 촉진되고, 또한 발출되는 잉곳에 대해 용융부인 주형 풀의 저부가 영향을 미치는 것이 억제되어, 그 결과, 주물 표면이 우수한 잉곳을 제조할 수 있다.

변형예 ( 테이퍼부를 구비한 주형)

이상 설명한 각 실시 형태에 있어서의 주형(80~83)에는, 도 27(b), 도 28(b), 도 29(b), 도 30(b)에 나타내는 바와 같이, 제2 냉각부(80b~83b)의 하단부에, 테이퍼부(80c~83c)를 설치할 수 있다. 테이퍼부(80c~83c)는, 아래방향으로 향할 수록 주형 내면이 축경되어 두께가 증가하도록 구성되어 있다.

상기 테이퍼부(80c~83c)를 설치함으로써, 주형(80~83)에 발출된 잉곳의 표면에 응력에 의한 수축을 더할 수 있어, 그 결과, 주물 표면을 개선할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

본 발명에 있어서의 테이퍼부의 테이퍼각 θ은, 1°~5°로 하는 것이 바람직하다. 테이퍼각 θ이 1° 미만인 경우에는, 주물 표면의 개선 효과가 현저하게 나타나지 않고, 또, 5° 초과에서는, 주형으로부터 잉곳을 발출할 수 없게 되어 버린다.

본 발명의 각 실시 형태에 있어서의 테이퍼부를 설치하지 않는 경우의 제1 냉각부 및 제2 냉각부의 길이의 관계는, 제1 냉각부：제2 냉각부=45~55：45~55인 것이 바람직하고, 테이퍼부를 설치하는 경우는, 제1 냉각부：제2 냉각부(테이퍼부 이외)：테이퍼부=(45~55)：(20~25)：(20~25)인 것이 바람직하다.

이상 서술한 전자빔 용해로를 이용한 잉곳의 용제 방법에 관련된 바람직한 양태는, 플라즈마 아크 용해로에 있어서도 동일하게 적용할 수 있어, 그 결과, 주물 표면 및 직선성이 우수한 잉곳을 제조할 수 있다.

이상 서술한 바와 같은 본 발명에 따라 금속 잉곳을 제조함으로써, 신속하게 냉각을 행할 수 있으며, 잉곳의 공기 산화에 의한 열화를 억제함과 함께 잉곳의 제조 효율이 향상된다. 또, 잉곳의 방열을, 전체 방향에 관해서 균일하게 행할 수 있으므로, 잉곳의 불균일한 온도 분포에 의한 변형을 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 관련된 금속 용제용 용해로에 있어서, 주형으로부터 발출된 잉곳 사이, 및/또는, 잉곳과 외통 사이에 냉각 부재를 설치함으로써, 생성되는 잉곳의 휨을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 냉각 부재에 대해 온도 분포를 설치함으로써, 생성되는 잉곳이 주물 표면도 개선된다는 효과를 나타내는 것이다.

<실시예>

이하, 실시예 및 비교예를 이용하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

하기의 장치 구성을 가지는 전자빔 용해로를 이용하여, 티탄 잉곳을 용제했다.

1. 용해 원료

스폰지 티탄(입도 범위：1~20mm)

2. 장치 구성

1) 허스(재질 및 구조：수냉 구리 허스, 용탕 배출구：2개)

2) 주형(수냉 구리 주형：1기, 단면 형상：직사각형)

3) 냉각 부재(잉곳의 주위를 둘러싸도록 배치)

냉각수 온도：20℃

온도 구배：무

3. 용제 잉곳

형상：φ100

4. 잉곳 발출 기구

주형 하부에는, 잉곳 발출 지그를 개별적으로 배치하여 동시에 잉곳을 인발했다.

5. 압력 제어

노 내에 설치한 압력계를 모니터하면서, 노 내의 압력을 소정 범위로 제어했다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 주형(16) 내에, 1000℃에 유지된 잉곳(φ100)의 주위를 둘러싸도록 냉각 부재를 배치한 경우의 잉곳의 냉각 시간과, 이 냉각 부재를 이용하지 않는 경우의 잉곳이 300℃까지 냉각되는데 필요한 냉각 시간을 측정했다.

여기에서는, 냉각 부재로서 수냉 구리를 이용했다.

[실시예 2]

실시예 1에 있어서, 도 10 대신에 도 11의 냉각 부재를 이용한 것 이외에는 동일한 조건 하에서 잉곳의 냉각 시간을 측정했다.

[실시예 3]

실시예 1에 있어서, 주형을 2기로 증설하여 2개의 잉곳을 동일한 조건에서 용제하고, 도 10 대신에 도 12의 냉각 부재를 이용한 것 이외에는 동일한 조건 하에서 잉곳의 냉각 시간을 측정했다.

[실시예 4]

실시예 1에 있어서, 주형을 2기로 증설하여 2개의 잉곳을 동일한 조건에서 용제하고, 도 10 대신에 도 14의 냉각 부재를 이용한 것 이외에는 동일한 조건 하에서 잉곳의 냉각 시간을 측정했다.

[실시예 5]

실시예 1에 있어서, 주형을 2기로 증설하여 2개의 잉곳을 동일한 조건에서 용제하고, 도 10 대신에 도 15의 냉각 부재를 이용한 것 이외에는 동일한 조건 하에서 잉곳의 냉각 시간을 측정했다.

[실시예 6]

실시예 1에 있어서, 주형을 2기로 증설하고, 도 12에 나타내는 장치 구성을 이용하여, 2개의 티탄 잉곳을 용제하여 동시에 인발한 결과, 1세트의 주형과 인발 지그를 이용한 경우에 비해 2배의 생산성을 확보할 수 있었다. 또, 용제된 잉곳의 직선성도 제품의 요구 특성을 만족하는 것이었다.

[실시예 7]

실시예 6에 있어서, 도 26에 나타낸 설비를 이용하여 3분할된 냉각 부재(69)의 정부의 제1 구획(69a)에 90℃의 온수를 흐르게 하고, 다음의 제2 구획(69b) 및 저부의 제3 구획(69c)에 20℃의 냉수를 흐르게 한 것 이외에는 동일한 조건으로 2개의 잉곳을 용제했다. 용제된 잉곳의 표면을 관찰한 바, 실시예 1보다 주물 표면이 개선되어 있는 것이 확인되었다.

[실시예 8]

실시예 7에 있어서, 도 26에 나타낸 설비를 이용하여 3분할된 냉각 부재(69)의 제1 구획(69a)에 20℃의 냉수를 흐르게 하고, 제2 구획(69b) 및 제3 구획(69c)에 90℃의 온수를 흐르게 한 것 이외에는 동일한 조건으로 2개의 잉곳을 용제했다. 용제된 잉곳의 직선성을 조사한 바, 실시예 6 및 7에 비해 더 개선되어 있는 것이 확인되었다.

[실시예 9]

실시예 6에 있어서, 도 24에 나타내는 바와 같이 냉각 부재(60)를 2기 배치한 것 이외에는 동일한 조건으로 2개의 잉곳을 용제했다. 용제된 잉곳의 표면을 관찰한 바, 실시예 1보다 주물 표면이 개선되어 있으며, 또, 잉곳의 직선성도 양호했다.

[실시예 10]

도 26에 나타낸 설비를 이용하여, 잉곳의 인발 속도를 높이고, 용제되는 잉곳의 주물 표면이나 잉곳의 휨의 상황을 조사한 바, 실시예 1~3에서 용제된 잉곳의 직선성이나 주물 표면의 상태가 유지되는 범위에 있어서, 잉곳의 인발 속도는, 최대 10% 높일 수 있는 것이 확인되었다.

[비교예 1]

실시예 6에 있어서, 냉각 부재(60)를 배치하지 않는 것 이외에는, 동일한 조건으로 2개의 잉곳의 용제를 시도했다. 그 결과, 전체 용해 시간의 30%를 경과했을 때부터, 잉곳의 인발 장치의 움직임이 둔화되었으므로 모터의 전류치를 확인한 바, 통상 시에 비해, 관리 상한까지 상승하고 있었다. 그 때문에, 발출 장치 및 전자빔을 정지하고, 내부를 실온까지 냉각했다. 그 다음에 잉곳의 생성 상황을 확인한 바, 각각의 잉곳에 면한 부위의 잉곳면에 휨이 발생한 것이 확인되었다.

이상의 실시예 6~10 및 비교예 1의 시험 조건 및 시험 결과를 표 6에 정리했다. 본 발명에 관련된 냉각 부재를 주형으로부터 발출된 잉곳과 잉곳 사이에 냉각 부재를 설치함으로써 생성되는 잉곳의 직선성이 담보될 뿐만 아니라, 생성되는 잉곳이 주물 표면도 개선되는 것이 확인되었다.

[실시예 11]

하기의 장치 구성 및 조건으로, 티탄 잉곳을 용제했다.

1. 용해 원료

스폰지 티탄(입도 범위：1~20mm)

2. 장치 구성

1) 허스：수냉 구리 허스

2) 주형：

타입 1：도 27에 나타내는 두께 증가부가 달린 주형

상부 테이퍼각=10°

타입 2：도 28에 나타내는 두께 증가부+평행부+테이퍼부가 달린 주형

상부 테이퍼각=10°

하부 테이퍼각=1°

두께 증가부 길이：평행부 길이：테이퍼부 길이=50：25：25

타입 3：도 30에 나타내는 내면 세라믹 라이닝 주형

상기 타입 1의 두께 증가부가 달린 주형을 이용하여, 스폰지 티탄의 전자빔 용해를 행하여, 500kg의 잉곳을 용제했다. 용제된 잉곳의 표면의 주물 표면을 육안으로 관찰하고, 이것을 평가하여, 표 7에 나타냈다.

[실시예 12]

상기 타입 2의 두께 증가부+평행부+하부 테이퍼가 달린 주형을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로, 500kg의 잉곳을 용제했다. 용제된 잉곳의 표면의 주물 표면을 육안으로 관찰하고, 이것을 평가하여, 표 7에 나타냈다.

[비교예 2]

상기 타입 3의 세라믹 라이닝 주형을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로, 500kg의 잉곳을 용제했다. 용제 후, 주형 내면의 상황을 육안으로 관찰한 바, 내면에 내장한 세라믹 라이닝이 소멸되어 있었다.

[실시예 13]

도 27에 나타낸 주형의 테이퍼각을 다양하게 변경한 것 이외에는 실시예 12와 동일한 조건에서, 주형으로부터 발출된 잉곳이 주물 표면의 상황과 잉곳의 발출 상황에 대해서 조사했다. 그 결과를 표 8에 나타낸다.

테이퍼각이 0°일 때, 즉, 도 27에 나타내는 바와 같은 두께 증가부 만을 가지고 테이퍼부를 갖지 않는 주형의 경우에 비해, 테이퍼각이 1~5°에서는, 우수한 주물 표면을 나타내는 것이 확인되었다. 그러나 테이퍼각이 7°에서는, 잉곳을 발출할 때에 주형과 경합이 발생해 버려 인발할 수 없었다. 따라서, 본 발명에 있어서의 테이퍼각은, 1°~5°가 바람직한 범위인 것이 확인되었다.

[실시예 14]

주형 정부벽의 두께 증가부의 벽두께를 2배, 3배 및 4배로 변경한 것 이외에는 실시예 11과 동일한 조건으로, 각각의 경우에 생성된 잉곳이 주물 표면을 조사했다. 그 결과를 표 9에 나타냈다. 상기 두께 증가부의 벽두께가, 2배 이상인 경우에는, 생성 잉곳이 주물 표면의 개선 효과가 인정되었지만, 2배 미만인 경우에는, 주물 표면의 현저한 개선 효과는 인정되지 않았다. 따라서, 본원 발명에 있어서의 주형 두께 증가부의 벽두께는, 주형벽 평행부의 벽두께를 2배 이상으로 구성함으로써, 주물 표면의 개선 효과가 인정되었다.

이상의 실시예 및 비교예의 시험 조건 및 시험 결과로부터, 본 발명에 관련된 냉각 부재를 주형으로부터 발출된 잉곳과 잉곳 사이에 냉각 부재를 설치함으로써 생성되는 잉곳의 직선성이 담보될 뿐만 아니라, 생성되는 잉곳이 주물 표면도 개선되는 것이 확인되었다.

또, 본원 발명에 관련된 냉각 구조를 가지는 주형을 이용함으로써, 우수한 주물 표면을 가지는 잉곳을 용제할 수 있는 것이 확인되었다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명에 의하면, 잉곳의 직선성이나 주물 표면과 같은 특성을 양호하게 유지하면서, 또한 복수의 잉곳을 동시에 효율적으로 용제할 수 있다.

10 원료 공급기 11 원료 이송기
12 원료 13 허스
14, 15 전자빔 조사기 16 주형
17~19 통 20 용탕
21 용융 풀 21a 메니스커스부
21b 고액 경계선 22 잉곳(단면 직사각형)
23 잉곳(단면 원형) 30 잉곳 인발 지그
40 용해부 41 용해부 외통
50 인발부 51 인발부 외통
60 냉각 부재(평판상 자켓) 61 냉각 부재(コ자형상 자켓)
62 냉각 부재(ロ자형상 자켓) 63, 67 냉각 부재(코일)
64, 65 냉각 부재(삼각기둥형상 자켓) 66 냉각 부재(원형)
68 냉각 부재 69　냉각 부재(분할)
69a~69c 분할 냉각 부재의 제1 구획~제3 구획
70 판상 부재 71 판상 부재(원형)
72 고정구 80~84 주형
80a~84a 제1 냉각부 80b~84b 제2 냉각부
80c~84c 테이퍼부 80d~84d (제1) 냉각 매체
81e, 83e 제2 냉각 매체 85 세라믹
H 온수 L 냉수

Claims

원료를 용해하여 생성된 용탕을 유지하는 허스와,
상기 용탕을 장입하는 주형과,
상기 주형 하방에 설치되며, 냉각 고화한 잉곳을 하방으로 인발하기 위한 인발 지그와,
상기 주형 하방으로 인발된 잉곳을 냉각하는 냉각 부재와,
이들을 대기와 이격시키는 외통으로 구성된 금속 용제용 용해로에 있어서,
상기 냉각 부재가, 상기 외통과 상기 잉곳 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 부재가, 생성 잉곳의 인발 방향을 따라 소정의 거리를 유지하며 연장되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 부재가, 생성 잉곳의 인발 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 잉곳의 전체 둘레 또는 둘레의 일부를 둘러싸도록 설치된 것임을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 부재가, 수냉 자켓 또는 수냉 코일로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 부재가, 금속 용제용 용해로 내에 설치된 복수의 주형으로부터 발출된 복수의 잉곳 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 용제용 용해로에는, 저부가 개방된 주형이 설치되고, 상기 주형벽의 정부로부터 저부를 향해 단조롭게 감소하는 온도 분포를 가지며, 상기 온도 분포 중에 적어도 1개 이상의 변곡점을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 6에 있어서,
상기 주형은, 주형 상부에 있는 제1 냉각부와 주형 하부에 있는 제2 냉각부로 구성되어 있으며, 상기 제1 냉각부는, 주형벽의 두께가 주형의 상방향을 향해 두께가 증가하는 두께 증가부이며,
상기 제2 냉각부는, 두께가 일정한 주형벽을 가지는 평행부인 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 7에 있어서,
상기 주형에 유통시키는 냉각 매체는, 상기 제1 냉각부와, 상기 제2 냉각부에 대해 공급되는 것이며,
상기 제1 냉각부에 공급하는 냉각 매체의 온도는, 상기 제2 냉각부에 공급하는 냉각 매체의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 8에 있어서,
상기 주형에 유통시키는 냉각 매체는, 상기 제1 냉각부와 제2 냉각부에 대해 직렬로 공급되는 것이며,
상기 냉각 매체는, 상기 제1 냉각부 및 제2 냉각부에 감겨진 냉각용 코일을 연속적으로 유통시키는 것이며, 또한, 상기 제1 냉각부에 감겨진 냉각용 코일은, 제2 냉각부에 감겨진 냉각용 코일에 대해 상대적으로 성기게 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 8에 있어서,
상기 주형의 외부에 유통시키는 냉각 매체는, 상기 제1 냉각부를 발열(拔熱)하는 제1 냉각 매체와, 상기 제2 냉각부를 발열하는 제2 냉각 매체로 이루어지고, 각각이 독립적으로 병렬로 공급되는 것이며,
상기 제1 냉각 매체는, 상기 제1 냉각부에 감겨진 코일 내를 유통시키는 것이고,
상기 제2 냉각 매체는, 상기 제2 냉각부에 감겨진 코일 내를 유통시키는 것임을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 냉각부의 하부에는, 생성 잉곳의 인발 방향을 따라 주형 내면이 축경(縮徑)되어 있는 테이퍼부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.
청구항 1에 있어서,
금속 용제용 용해로가, 전자빔 용해로 또는 플라즈마 아크 용해로인 것을 특징으로 하는 금속 용제용 용해로.