KR20140022689A - 연주설비의 주형 보수 방법 및 주형 보수 장치 - Google Patents

Abstract

주형에 발생된 열 크랙을 용이하고 보다 확실하게 보수할 수 있고, 주형 보수시 손상을 최소화하여 주형의 수명을 최대한 연장시킬 수 있도록, 주형의 동판 표면에 소성 유동을 발생시켜 열 크랙을 메우는 단계를 포함하는 연주설비의 주형 보수 방법을 제공한다.

Description

연주설비의 주형 보수 방법 및 주형 보수 장치{METHOD AND DEVICE FOR REFORMING MOLD OF CONTINUOUS CASTING APPARATUS}

본 발명은 연주설비의 주형 보수에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 주형 표면에 발생되는 열 크랙을 보수하기 위한 연주설비의 주형 보수 방법 및 주형 보수 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 연속 주조 비율이 증가하고 있으며 주조능력을 향상시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 생산성을 향상시키기 위해 주조 속도를 고속화할 뿐만 아니라 주편의 크기를 다양하게 생산하기 위하여 주형의 폭을 자주 변경시키고 있다.

이러한 고속주조에 의해 주형 내면의 마찰력과 열부하가 현저하게 증가하여, 주형 표면에 열 크랙이 빈번하게 발생된다. 주형 표면에 발생되는 열 크랙은 주형의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라, 설비 보수로 인해 작업성을 저하시켜 생산성을 떨어뜨리는 원인이 된다.

용탕과 접하는 주형의 동판은 고온 주조에 적합한 기계적인 물성을 가진 Cu-Ag 합금이나 Cu-Cr-Zr 합금을 주로 사용하여 제조된다. 내마모성을 높이기 위해 상기 주형의 동판 표면에는 습식 도금법이나 용사법으로 Ni-Cr, Fe-Ni, Co-Ni 등의 합금을 코팅한다.

그러나, 상기한 코팅 구조를 통해서도 열 크랙 발생을 충분히 억제하지 못하여, 조업 중에 열 크랙이 여전히 빈번하게 발생되는 실정이다.

상기 열 크랙은 주조 속도가 빠를수록 많이 또는 깊이 발생하며, 심할 경우 크랙의 깊이가 4 ~ 5mm에 이르는 경우도 있다. 이러한 열 크랙이 발생하게 되면 주형을 주조설비에서 분리하여 보수하게 된다.

종래의 주형 보수 방법은 열 크랙 부위를 제거하는 것이었다. 즉, 종래에는 열 크랙이 없는 부위까지 주형 동판의 표면 전체를 가공장비로 밀링 처리하여 열 크랙을 제거하였다. 그리고 동판 표면에 Ni-Cr 등을 코팅하여 재사용하였다.

그러나, 상기한 종래의 보수 방법은 동판 표면을 제거하는 구조로 이러한 과정을 몇 번 반복하게 되면 동판의 두께가 얇아져 사용할 수 없고, 폐기 처분해야 하는 단점이 있다. 이에 주형의 수명이 단축되는 문제가 있다.

주형에 발생된 열 크랙을 용이하고 보다 확실하게 보수할 수 있도록 된 연주설비의 주형 보수 방법 및 주형 보수 장치를 제공한다.

또한, 주형 보수시 손상을 최소화하여 주형의 수명을 최대한 연장시킬 수 있도록 된 연주설비의 주형 보수 방법 및 주형 보수 장치를 제공한다.

본 실시예의 주형 보수 장치는, 주형의 동판이 고정되는 고정대를 구비한 작업대와, 상기 작업대 상에 설치되는 이동블럭, 상기 주형의 동판 표면과 마찰되어 소성 유동을 발생시키는 마찰툴, 상기 이동블럭에 설치되어 상기 마찰툴을 회전시키기 위한 회전부, 상기 이동블럭에 설치되고 상기 회전부를 상하로 이동시켜 마찰툴을 주형의 동판에 가압하는 가압부, 상기 이동블럭을 작업대의 길이방향으로 이동시키기 위한 장축이동부를 포함할 수 있다.

상기 보수 장치는 상기 이동블럭을 작업대의 폭방향으로 이동시키기 위한 단축이동부를 더 포함할 수 있다.

상기 마찰툴은 주형의 동판과의 마찰에 의해 마모되지 않는 비소모성 재질로 이루어질 수 있다.

상기 마찰툴은 주형의 동판 표면에 접하는 환봉과, 상기 환봉의 선단에 돌출 형성되고 상기 주형의 동판에 박혀지는 핀을 포함할 수 있다.

상기 핀은 주형의 동판 표면에 형성된 열 크랙의 깊이보다 긴 길이로 형성될 수 있다.

본 실시예의 주형 보수 방법은, 주형의 동판 표면에 소성 유동을 발생시켜 열 크랙을 메우는 단계를 포함할 수 있다.

상기 열 크랙을 메우는 단계는 주형의 동판 표면과 마찰될 마찰툴을 회전시키는 단계, 마찰툴을 주형의 동판 표면에 가압하여 마찰툴 선단의 핀을 동판 표면에 삽입하는 단계, 마찰툴과 동판의 마찰을 통해 소성 유동을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 열 크랙을 메우는 단계는 주형의 동판 표면을 따라 마찰툴을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 마찰툴 가압시 핀은 동판 표면에 형성된 열 크랙의 깊이보다 깊게 삽입될 수 있다.

상기 주형 동판의 소성 유동 발생시 마찰툴은 마찰열에 의해 소모되지 않고 동판만 소성 유동되는 구조일 수 있다.

이상 본 실시예에 의하면, 주형의 수명을 최대한 연장하여, 주형 교체에 따른 비용을 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 주형 보수 장치를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 주형 보수 장치에 사용되는 다양한 구조의 마찰툴을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 주형 보수장치의 마찰툴이 주형의 동판 표면에 삽입된 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 실시예에 따라 열 크랙이 제거된 주형의 동판 단면을 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 주형 보수 장치를 도시한 개략적인 사시도이다.

본 실시예의 주형 보수 장치(100)는 주형을 이루는 동판(M)에 마찰열을 발생시킴으로써 동판(M)의 표면에 형성된 열 크랙을 제거하여 동판(M)을 보수하게 된다.

이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 주형 보수 장치(100)는 주형의 동판(M)이 고정되는 고정대(10)를 구비한 작업대(12)와, 상기 작업대(12) 상에 설치되는 이동블럭(14), 상기 주형의 동판(M) 표면과 마찰되어 소성 유동을 발생시키는 마찰툴(20), 상기 이동블럭(14)에 설치되어 상기 마찰툴(20)을 회전시키기 위한 회전부(30), 상기 이동블럭(14)에 설치되고 상기 회전부(30)를 상하로 이동시켜 마찰툴(20)을 주형의 동판(M)에 가압하는 가압부(40), 상기 이동블럭(14)을 작업대(12)의 길이방향으로 이동시키기 위한 장축이동부(50)를 포함한다.

또한, 상기 주형 보수 장치(100)는 상기 이동블럭(14)을 작업대(12)의 폭방향으로 이동시키기 위한 단축이동부(60)를 더 포함한다. 이에 본 장치는 단축이동부(60)를 통해 이동블럭(14)을 작업대(12)의 길이방향은 물론 폭방향으로 이동킬 수 있게 된다. 따라서 주형의 동판(M) 전면에 걸쳐 열 크랙이 발생된 위치로 마찰툴(20)을 이동시켜 열 크랙을 제거할 수 있게 된다. 이하 설명에서 길이방향이라 함은 도 1에서 x축 방향을 의미하며, 폭방향이라 함은 y축 방향을 의미한다. 또한, 상하 또는 상하방향은 도 1에서 z축 방향을 의미하는 것으로 정의한다.

본 실시예는 고정된 동판(M)에 대해 마찰툴(20)이 길이방향 또는 폭방향으로 이동하는 구조를 예시하고 있으나, 이러한 구조 외에 마찰툴(20)이 고정되고 상대적으로 동판(M)이 길이방향 또는 폭방향으로 이동하는 구조 역시 적용가능하다.

상기 고정대(10)는 주형을 이루는 동판(M)을 수평 상태로 고정하는 구조물이다. 상기 고정대(10) 위쪽에 마찰툴(20)이 이동가능하게 배치된다.

상기 작업대(12)에는 장축이동부(50)와 단축이동부(60)를 매개로 이동블럭(14)이 길이방향과 폭방향을 따라 이동가능하게 설치된다.

본 실시예에서 상기 장축이동부(50)는 작업대(12) 상에 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되고 상부에는 상기 이동블럭(14)이 설치되는 이송부재(52), 작업대(12) 상에 길이방향을 따라 연장되고 상기 이송부재(52)와 나사결합되는 이송스크류(54), 이송스크류를 회전 구동시키기 위한 구동모터(56)를 포함한다.

이에, 구동모터(56)가 작동되어 이송스크류(54)가 회전하게 되면 이송스크류에 나사결합되어 있는 이송부재(52)가 작업대(12)를 따라 길이방향으로 이동된다. 따라서 상기 이송부재(52)에 설치된 이동블럭(14)이 작업대(12)의 길이방향으로 이동하게 된다.

또한, 상기 단축이동부(60)는 상기 이송부재(52) 상에 이동블럭(14)이 폭방향으로 이동가능하게 설치되고, 상기 이송부재(52) 상에 폭방향을 따라 이동스크류(62)가 연장되어 상기 이동블럭(14)과 나사결합되며, 이동스크류(62)는 작동모터(64)가 설치되어 이동스크류를 회전시키는 구조로 되어 있다.

이에, 작동모터(64)가 구동되어 이동스크류(62)가 회전하게 되면 이동스크류(62)에 나사결합되어 있는 이동블럭(14)이 이송부재(52)를 따라 폭방향으로 이동된다.

상기 이동블럭(14)의 하단에는 회전부(30)가 설치되고, 상기 회전부(30)에 마찰툴(20)이 결합된다. 상기 회전부(30)는 예를 들어, 모터의 회전력을 이용한 구조일 수 있다. 상기 회전부(30)의 구동에 의해 마찰툴(20)이 회전되어 동판(M)과 마찰을 일으키게 된다. 상기 회전부(30)는 마찰툴(20)을 소정의 속도로 회전시킬 수 있는 구조면 특별히 한정되지 않는다.

상기 가압부(40)는 이동블럭(14) 상에 설치되고, 상기 회전부(30)와 연결되어 마찰툴(20)이 설치된 회전부(30)를 상하로 이동시게 된다. 예를 들어, 상기 가압부(40)는 유압실린더를 포함할 수 있다. 상기 가압부(40)의 구동에 따라 회전부(30)가 하강되어 회전부(30)에 설치된 마찰툴(20)이 동판(M) 표면에 압력을 가하면서 밀착된다.

도 2는 상기 마찰툴(20)의 다양한 구조를 도시하고 있다.

상기 마찰툴(20)은 상기 마찰툴(20)은 주형의 동판(M) 표면에 접하는 환봉(22)과, 상기 환봉(22)의 선단에 돌출 형성되고 상기 주형의 동판(M)에 박혀지는 핀(24)을 포함한다. 상기 마찰툴(20)은 주형의 동판(M)과의 마찰에 의해 마모되지 않는 비소모성 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 마찰툴(20)은 주형의 동판(M) 재질보다 강성의 재질, 예를 들어 고속도공구강이나 초경합금 등이 사용될 수 있다.

이에, 상기 마찰툴(20)과 주형의 동판(M) 표면이 서로 마찰되었을 때, 마찰툴(20)은 마모되지 않고 단지 주형의 동판(M)만이 마찰열에 의해 변형되어 소성 유동이 발생된다.

상기 마찰툴(20)은 환봉(22)의 형태나 환봉의 선단에 돌출형성되는 핀(24)의 형태 및 크기 등에 있어서 다양하게 변형가능하다. 도 2에서 마찰툴(20)의 몇가지 예를 도시하고 있으나, 본 실시예의 마찰툴(20)은 이에 한정되지 않으며, 동판(M)에 삽입되는 핀(24)이 형성된 환봉(22) 구조면 모두 적용가능하다 할 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마찰툴(20)은 가압부(40)의 구동에 따라 주형의 동판(M) 표면에 가압되어 선단에 형성된 핀(24)이 동판(M)에 삽입된다. 즉, 상기 마찰툴(20)의 환봉(22) 선단은 주형의 동판(M) 표면에 접하며, 환봉(22) 선단에 돌출된 핀(24)은 동판(M)에 박혀지게 된다. 상기 핀(24)은 동판(M)에 삽입되어 동판(M) 내부에서 소성 유동을 발생시키게 된다. 이에, 상기 핀(24)에 의해 동판(M) 내부까지 소성 유동이 발생되어, 동판(M) 표면에 형성된 열 크랙이 메워지게 된다.

여기서, 상기 마찰툴(20)은 동판(M)에 깊숙하게 형성된 열 크랙도 충분하게 메울 수 있어야 한다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 핀(24)의 길이(D)는 주형의 동판(M) 표면에 형성된 열 크랙의 깊이(L)보다 긴 길이로 형성된다. 따라서, 상기 핀(24)에 의해 동판(M) 내부에서 열 크랙보다 깊은 영역 소성 유동이 발생되어 열 크랙을 보다 완벽하게 제거할 수 있게 된다.

이하, 본 실시예에 따른 주형 보수 과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

연속 주조 공정 시 주형의 용탕 레벨 부근에서는 용탕의 온도와 대기 온도 사이의 온도 차이 등에 의해 주형의 동판에 열 크랙이 발생된다. 열 크랙은 동판(M)의 재질이나 주조 속도와 같은 작업 공정 인자에 따라 다르며 대략 1 ~ 10mm의 길이, 0.5 ~ 5mm의 깊이로 용탕 레벨 근처 영역을 따라 형성된다.

반복적인 주조 작업 중 주형의 동판 표면에 열 크랙이 발생되면 연속 주조 설비에서 주형을 분리하고, 주형의 동판을 소성 변형시켜 열 크랙을 제거한다.

본 실시예의 주형 보수 방법은, 주형의 동판 표면에 마찰 발열에 의한 연화 및 소성 유동을 발생시켜 열 크랙을 메우는 과정을 거친다. 이에, 종래와 달리 동판의 표면을 깍아 제거하지 않고 열 크랙을 메움으로써, 동판의 두께를 그대로 유지할 수 있게 된다.

보다 구체적으로 상기 열 크랙을 메우는 과정은 마찰툴(20)을 회전시키는 단계와, 마찰툴(20)을 주형의 동판(M) 표면에 가압하여 마찰툴(20) 선단의 핀(24)을 동판(M) 표면에 삽입하는 단계, 마찰툴(20)과 동판(M)의 마찰을 통해 소성 유동을 발생시키는 단계를 포함한다.

회전하는 마찰툴(20)을 열 크랙이 발생된 주형의 동판(M) 표면에 가압하게 되면 마찰툴(20)에 돌출 형성된 핀(24)이 동판(M) 표면에 크랙 형성 깊이까지 깊숙하게 박히게 된다.,

이 상태에서 계속 마찰툴(20)을 가압 회전시키게 되면 마찰툴(20)과 동판(M)의 마찰에 의해 발생되는 열에 의해 동판(M) 내부에서 소성 유동이 발생된다. 이에, 동판(M) 내부에서 발생되는 교반으로 동판(M)에 형성된 열 크랙이 메워지게 된다. 여기서 상기 마찰툴(20)은 동판(M)과의 마찰시 마모되지 않는 비소모성 재질로, 동판(M)만이 마찰열에 의해 소성 유동이 발생된다.

또한, 상기 주형의 동판(M) 표면을 따라 마찰툴(20)을 이동시킴으로써, 동판(M) 전면에 걸쳐 열 크랙을 연속적으로 제거할 수 있게 된다. 마찰툴(20)을 이동시키게 되면 회전하는 마찰툴(20)이 지나가는 영역에서는 마찰툴(20)과 동판(M) 사이에 상기와 같은 마찰열에 의한 소성 유동이 발생된다. 따라서 마찰툴(20)이 지나가는 영역에서 동판(M) 표면에 형성된 열 크랙이 연속적으로 메워져 제거된다.

도 4는 상기한 과정을 거쳐 열 크랙이 매워진 동판(M)의 단면을 잘 예시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 동판(M)은 마찰툴과 마찰된 영역에서 열 크랙이 제거되고 또한, 조직이 미세하고 균일화되었음을 알 수 있다.

상기 과정을 거쳐 동판(M) 표면에 열 크랙이 제거되면 동판(M) 표면의 내마모성을 높일 수 있도록 Ni-Cr 등을 코팅한다.

이와 같이, 동판(M) 표면을 마찰에 의한 열로 개질함으로써 열 크랙을 메워 주형을 손상없이 보수할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 고정대 12 : 작업대
14 : 이동블럭 20 : 회전툴
22 : 환봉 24 : 핀
30 : 회전부 40 : 가압부
50 : 장축이동부 60 : 단축이동부

Claims (6)

1. 주형의 동판이 고정되는 고정대를 구비한 작업대와, 상기 작업대 상에 설치되는 이동블럭, 상기 주형의 동판 표면과 마찰되어 소성 유동을 발생시키는 마찰툴, 상기 이동블럭에 설치되어 상기 마찰툴을 회전시키기 위한 회전부, 상기 이동블럭에 설치되고 상기 회전부를 상하로 이동시켜 마찰툴을 주형의 동판에 가압하는 가압부, 상기 이동블럭을 작업대의 길이방향으로 이동시키기 위한 장축이동부를 포함하는 연주설비의 주형 보수 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이동블럭을 작업대의 폭방향으로 이동시키기 위한 단축이동부를 더 포함하는 연주설비의 주형 보수 장치.
3. 주형의 동판 표면에 소성 유동을 발생시켜 열 크랙을 메우는 단계를 포함하는 연주설비의 주형 보수 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 열 크랙을 메우는 단계는 주형의 동판 표면과 마찰될 마찰툴을 회전시키는 단계, 마찰툴을 주형의 동판 표면에 가압하여 마찰툴 선단에 형성된 핀을 동판 표면에 삽입하는 단계, 마찰툴과 동판의 마찰을 통해 동판에 소성 유동을 발생시키는 단계를 포함하는 연주설비의 주형 보수 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 동판 표면을 따라 마찰툴을 이동시키는 단계를 더 포함하는 연주설비의 주형 보수 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 마찰툴 가압시 핀은 동판 표면에 형성된 열 크랙의 깊이보다 깊게 삽입되는 연주설비의 주형 보수 방법.
   

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