KR20150022000A - 인상식 연속 주조 장치 및 인상식 연속 주조 방법 - Google Patents

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야스시 이와타
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Abstract

인상식 연속 주조 장치로서, 용융 금속을 유지하는 유지 노; 상기 유지 노에 유지된 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 배열되는 형상 규정 부재로서, 상기 형상 규정 부재를 통과하는 용융 금속에 의해 주물의 단면 형상을 규정하는, 상기 형상 규정 부재; 상기 형상 규정 부재를 통과한 용융 금속을 냉각 및 응고시키는 냉각부; 및 상기 유지 노에 유지된 용융 금속의 온도를 낮추는 용융 금속 냉각부를 포함한다.

Description

인상식 연속 주조 장치 및 인상식 연속 주조 방법 {UP-DRAWING CONTINUOUS CASTING APPARATUS AND UP-DRAWING CONTINUOUS CASTING METHOD}
본원은 인상식 (up-drawing) 연속 주조 장치 및 인상식 연속 주조 방법에 관한 것이다.
일본특허출원공개 제 2012-61518 호 (JP 2012-61518 A) 에서, 발명자들은 주형을 필요로 하지 않는 획기적인 연속 주조 방법으로서 자유 주조 방법을 제안하였다. JP 2012-61518 A 에 개시된 바와 같이, 용융 금속의 표면 (용융 금속 표면) 에 스타터 (starter) 를 먼저 침지시킨 후, 이 스타터가 인상되면, 용융 금속의 표면 인장 및 표면막에 의해 스타터를 따라서 용융 금속이 또한 도출된다. 여기에서, 용융 금속 표면 근방에 배열된 형상 규정 부재를 개재하여, 용융 금속을 도출하고 이 용융 금속 (즉, 도출된 용융 금속) 을 냉각시킴으로써, 원하는 단면 형상을 갖는 주물을 연속 주조할 수 있다.
통상적인 연속 주조 방법에서는, 주형에 의해 단면 형상 및 종방향으로의 형상 둘 다가 규정된다. 특히, 응고된 금속 (즉, 주물) 은 주형을 통과해야 하고, 그리하여 주조된 주물은 종방향으로 선형으로 연장되는 형상이 된다. 반대로, 자유 주조 방법에서 형상 규정 부재는 주물의 단면 형상만을 규정하고, 종방향으로의 형상은 규정되지 않는다. 또한, 형상 규정 부재는 용융 금속 표면에 평행한 방향으로 (즉, 수평방향으로) 이동할 수 있어서, 종방향으로의 다양한 형상들의 주물들을 얻을 수 있다. 예를 들어, JP 2012-61518 A 에서는 종방향으로 선형 형상이 아니고 지그재그 형상 또는 나선형 형상으로 형성된 중공 주물 (즉, 파이프) 을 개시한다.
발명자들은, JP 2012-61518 A 에 개시된 자유 주조 방법에 의하여, 형상 규정 부재를 개재하여 도출된 용융 금속은 냉각 가스에 의해서만 냉각되어, 주조 속도가 느려지고, 이는 생산성의 관점에서 문제가 되는 것을 발견하였다.
그리하여, 본원은 인상식 주조 속도를 증가시켜 뛰어난 생산성을 제공하는 연속 주조 장치 및 인상식 연속 주조 방법을 제공한다.
본원의 제 1 양태는 인상식 연속 주조 장치에 관한 것이다. 상기 인상식 연속 주조 장치는, 용융 금속을 유지하는 유지 노; 상기 유지 노에 유지된 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 배열되는 형상 규정 부재로서, 상기 형상 규정 부재를 통과하는 용융 금속에 의해 주물의 단면 형상을 규정하는, 상기 형상 규정 부재; 상기 형상 규정 부재를 통과한 용융 금속을 냉각 및 응고시키는 냉각부; 및 상기 유지 노에 유지된 용융 금속의 온도를 낮추는 용융 금속 냉각부를 포함한다.
상기 제 1 양태에 따라서, 주조 속도는 증가될 수 있어서, 생산성이 향상될 수 있다.
전술한 제 1 양태에 있어서, 상기 용융 금속 냉각부는 상기 형상 규정 부재 바로 아래에 제공될 수 있다.
상기 구성에 의하여, 상기 형상 규정 부재 바로 아래에 위치된 용융 금속의 온도는 단시간에 낮춰질 수 있어서, 주조 속도는 증가될 수 있다.
전술한 제 1 양태의 인상식 연속 주조 장치는 또한 상기 용융 금속 냉각부를 상기 유지 노 내측에서 상하 방향으로 이동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
전술한 제 1 양태에 있어서, 냉각 가스는 상기 용융 금속 냉각부의 내측을 통과할 수 있다.
전술한 제 1 양태에 있어서, 상기 용융 금속 냉각부는 세라믹으로 형성될 수 있다.
전술한 제 1 양태의 인상식 연속 주조 장치는, 또한 용융 금속을 둘러싸는 격벽 및 상기 격벽에 의해 둘러싸인 분위기의 온도를 조정하는 주변 온도 조정부를 포함할 수 있다.
전술한 제 1 양태에 따라서, 주물의 품질은 안정적으로 형성될 수 있다.
본원의 제 2 양태는 주물의 단면 형상을 규정하는 형상 규정 부재, 용융 금속을 유지하는 유지 노, 및 상기 유지 노에 제공된 용융 금속 냉각부를 구비한 주조 장치를 사용하는 인상식 연속 주조 방법에 관한 것이다. 상기 인상식 연속 주조 방법은, 상기 유지 노에 유지된 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 상기 형상 규정 부재를 배열하는 단계; 상기 용융 금속 냉각부에 의해 유지 노에 유지된 용융 금속의 온도를 낮추는 단계; 상기 형상 규정 부재를 통하여 온도가 낮아진 용융 금속을 통과시키고 그리고 용융 금속을 인상시키는 단계; 및 형상 규정 부재를 통과하고 인상된 용융 금속을 냉각시키는 단계를 포함한다.
상기 제 2 양태에 따라서, 주조 속도는 증가될 수 있어서, 생산성이 향상될 수 있다.
전술한 제 2 양태에 있어서, 상기 용융 금속 냉각부는 상기 형상 규정 부재 바로 아래에 제공될 수 있다.
상기 구성에 의하여, 상기 형상 규정 부재 바로 아래에 위치된 용융 금속의 온도는 단시간에 낮춰질 수 있어서, 주조 속도는 증가될 수 있다.
전술한 제 2 양태의 인상식 연속 주조 장치는 또한 상기 용융 금속 냉각부를 상기 유지 노 내측에서 상하 방향으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 제 2 양태에 있어서, 상기 용융 금속의 온도를 낮추는 단계는 상기 용융 금속 냉각부에 냉각 가스를 유도함으로써 실시될 수 있다.
전술한 제 2 양태에 있어서, 상기 용융 금속 냉각부는 세라믹으로 형성될 수 있다.
전술한 제 2 양태의 인상식 연속 주조 방법은 또한 격벽으로 상기 용융 금속을 둘러싸는 단계, 및 상기 격벽으로 둘러싸인 분위기의 온도를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 제 2 양태에 따라서, 주물의 품질은 안정적으로 형성될 수 있다.
본원의 제 3 양태는 인상식 연속 주조 장치에 관한 것이다. 상기 인상식 연속 주조 장치는, 용융 금속을 유지하는 유지 노; 상기 유지 노에 유지된 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 배열되는 형상 규정 부재로서, 상기 형상 규정 부재를 통과하는 용융 금속에 의해 주물의 단면 형상을 규정하는, 상기 형상 규정 부재; 및 상기 형상 규정 부재를 통과한 용융 금속을 스타터에 의해 냉각 및 응고시키는 냉각부를 포함한다. 상기 스타터는 상기 스타터에 일체화된 냉각 기구를 구비한다.
상기 제 3 양태에 따라서, 주조 속도는 증가될 수 있어서, 생산성이 향상될 수 있다.
전술한 제 3 양태에 있어서, 상기 냉각 기구는 상기 스타터에 부착되는 파이프를 포함할 수 있고, 상기 파이프안으로 냉매가 도입된다.
전술한 제 3 양태에 있어서, 상기 냉각 기구는 냉매가 도입되는 파이프에 의해 형성되는 스타터 자체일 수 있다.
본원의 제 4 양태는 주물의 단면 형상을 규정하는 형상 규정 부재, 용융 금속을 유지하는 유지 노, 스타터 및 상기 스타터에 일체화된 냉각 기구를 구비한 주조 장치를 사용하는 인상식 연속 주조 방법에 관한 것이다. 상기 인상식 연속 주조 방법은, 상기 유지 노에 유지된 상기 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 상기 형상 규정 부재를 배열하는 단계; 상기 용융 금속을 상기 형상 규정 부재를 통과시키고 그리고 상기 스타터에 의해 상기 용융 금속을 인상하는 단계; 상기 형상 규정 부재를 통과하고 인상된 상기 용융 금속을 냉각 및 응고하는 단계; 및 상기 냉각 기구로 상기 스타터를 냉각시키는 단계를 포함한다.
상기 제 4 양태에 따라서, 주조 속도는 증가될 수 있어서, 생산성이 향상될 수 있다.
전술한 제 4 양태에 있어서, 상기 냉각 기구는 상기 스타터에 파이프를 부착시키고 그리고 냉매를 상기 파이프안으로 도입함으로써 형성될 수 있다.
전술한 제 4 양태에 있어서, 상기 냉각 기구는 파이프에 의해 형성되는 상기 스타터 자체안으로 냉매를 도입함으로써 형성될 수 있다.
본원의 제 1 양태 내지 제 4 양태에 따라서, 주조 속도를 증가시켜 뛰어난 생산성을 제공하는 인상식 연속 주조 장치 및 인상식 연속 주조 방법을 제공할 수 있다.
본원의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들, 및 기술적 및 산업적 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 설명되고, 유사한 도면 부호는 유사한 부재들을 지칭한다.
도 1 은 본원의 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 단면도이다.
도 2 는 내부 형상 규정 부재 및 외부 형상 규정 부재의 평면도이다.
도 3 은 용융 금속 냉각기의 상세한 구성예의 평면도이다.
도 4 는 용융 금속 냉각기의 상세한 다른 구성예의 평면도이다.
도 5 는 본원의 제 2 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 단면도이다.
도 6 은 본원의 제 3 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 단면도이다.
도 7 은 본원의 제 4 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 단면도이다.
이하, 본원을 적용한 구체적인 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 하지만, 본원은 이러한 예시적인 실시형태들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명 및 도면들은 본원을 명확하게 하기 위해 적절하게 간략화된다. "상하 방향" 및 "좌우 방향" 등과 같은 용어들은 도면들에서 상하 방향 및 좌우 방향에 대응한다.
(제 1 예시적인 실시형태)
우선, 본원의 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치 (인상식 연속 주조 장치) 는 도 1 을 참조하여 설명된다. 도 1 에서는 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 단면도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 용융 금속 유지 노 (101), 내부 형상 규정 부재 (102a), 외부 형상 규정 부재 (102b), 지지 로드들 (103, 104), 액츄에이터 (105), 냉각 가스 노즐 (106), 용융 금속 냉각기 (107), 냉매 도관 (108), 및 액츄에이터 (109) 를 포함한다.
용융 금속 유지 노 (101) 는 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 용융 금속 (M1) 을 유지하고 그리고 이 용융 금속을 미리 정해진 온도에 유지한다. 도 1 의 실시예에서, 용융 금속 (M1) 은 용융 금속 유지 노 (101) 에 보충되지 않아서, 주조가 진행됨에 따라 용융 금속 (M1) 의 표면 (즉, 용융 금속 레벨) 은 낮아진다. 하지만, 용융 금속은 또한 주조 동안 용융 금속 유지 노 (101) 에 즉시 보충될 수 있어서, 용융 금속 레벨은 일정하게 유지된다. 본래, 용융 금속 (M1) 은 알루미늄 이외의 다른 금속이나 합금일 수 있다.
내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 는 예를 들어 세라믹 또는 스테인리스 강으로 제조되고 용융 금속 표면 근방에 배열된다. 도 1 에 도시된 실시예에 있어서, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 는 용융 금속 표면과 접촉하여 배열된다. 하지만, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 는, 또한 하부측 (즉, 용융 금속 측) 에 있는 이들의 주면이 용융 금속 표면과 접촉하지 않도록 배열될 수도 있다. 보다 자세하게는, 내부 형상 규정 부재 (102a) 와 외부 형상 규정 부재 (102b) 둘 다의 하부측 주면과 용융 금속 표면 사이에는 미리 정해진 갭 (대략 0.5 mm 와 같은) 이 제공될 수 있다.
더욱이, 내부 형상 규정 부재 (102a) 는 주물 (M3) 의 내부 형상을 규정하고, 외부 형상 규정 부재 (102b) 는 주물 (M3) 의 외부 형상을 규정한다. 도 1 에 도시된 주물 (M3) 은 좌우 방향으로의 (이하 "횡단면" 이라고 함) 관 형상 단면을 가진 중공 주물 (즉, 파이프) 이다. 즉, 보다 자세하게는, 내부 형상 규정 부재 (102a) 는 주물 (M3) 의 횡단면의 내경을 규정하고, 외부 형상 규정 부재 (102b) 는 주물 (M3) 의 횡단면의 외경을 규정한다.
도 2 는 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 의 평면도이다. 여기에서, 도 1 에서의 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 의 단면도는 도 2 의 선 I-I 을 따른 단면도에 대응한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 외부 형상 규정 부재 (102b) 는 예를 들어 직사각형 평면 형상을 가지고 그리고 중심부에 원형의 개구부를 가진다. 내부 형상 규정 부재 (102a) 는 예를 들어 원형의 평면 형상을 가지고 그리고 외부 형상 규정 부재 (102b) 의 개구부의 중심부에 배열된다. 내부 형상 규정 부재 (102a) 와 외부 형상 규정 부재 (102b) 사이의 갭은 용융 금속이 통과하는 용융 금속 통과부 (102c) 이다. 이러한 방식으로, 연결 부재 (102) 는 내부 형상 규정 부재 (102a), 외부 형상 규정 부재 (102b) 및 용융 금속 통과부 (102c) 에 의해 형성된다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 용융 금속 (M1) 은 용융 금속의 표면 장력과 표면막에 의해 주물 (M3) 을 따라서 인상되고 그리고 용융 금속 통과부 (102c) 를 통과한다. 여기에서, 용융 금속의 표면막 및 표면 장력에 의해 주물 (M3) 다음에 용융 금속 표면으로부터 인상되는 용융 금속을 "유지 용융 금속 (M2)" 이라고 한다. 또한, 주물 (M3) 과 유지 용융 금속 (M2) 사이의 계면은 응고 계면이다.
지지 로드 (103) 는 내부 형상 규정 부재 (102a) 를 지지하고, 지지 로드 (104) 는 외부 형상 규정 부재 (102b) 를 지지한다. 내부 형상 규정 부재 (102a) 와 외부 형상 규정 부재 (102b) 사이의 위치 관계는 이러한 지지 로드들 (103, 104) 에 의해 유지될 수 있다. 여기에서, 지지 로드 (103) 를 파이프 구조물로 하고, 이 지지 로드 (103) 를 통하여 냉각 가스를 유동시키며, 더욱이 내부 형상 규정 부재 (102a) 에 취출 구멍들 (blow holes) 을 제공하여, 내측으로부터 주물 (M3) 을 또한 냉각할 수 있다.
지지 로드들 (103, 104) 은 둘 다 액츄에이터 (105) 에 연결된다. 이러한 액츄에이터 (105) 는, 내부 형상 규정 부재 (102a) 와 외부 형상 규정 부재 (102b) 사이의 위치 관계를 유지하면서, 지지 로드들 (103, 104) 을 상하 방향 (수직 방향) 및 좌우 방향으로 이동시킬 수 있다. 이러한 종류의 구성에 따라서, 주조가 진행되어 용융 금속 레벨이 낮아짐에 따라, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 는 하방으로 이동될 수 있다. 또한, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 는 좌우 방향으로 이동될 수 있어서, 종방향으로의 주물 (M3) 의 형상은 자유롭게 변경될 수 있다.
냉각 가스 노즐 (냉각부) (106) 은 주물 (M3) 을 냉각시키도록 이 주물 (M3) 에서 냉각 가스 (예를 들어, 공기, 질소, 아르곤 등) 를 분무하는데 사용된다. 주물 (M3) 은 스타터 (ST) 에 연결된 인상기 (비도시) 에 의해 인상되면서 냉각 가스에 의해 냉각된다. 그에 따라, 응고 계면 근방의 유지 용융 금속 (M2) 은 순차적으로 응고하여, 주물 (M3) 을 형성한다. 여기에서, 주물 (M3) 로부터 제거된 열을 증가시켜 주조 속도를 증가시키기 위해서, 냉각 가스의 온도는 가능한 한 낮게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 액화 가스에 의해 냉각된 냉각 가스 또는 액화 가스 (예를 들어, 액체 질소 또는 액체 아르곤) 가 기회된 냉각 가스와 같은 극저온 가스를 사용할 수 있다.
용융 금속 냉각기 (용융 금속 냉각부) (107) 는 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 바로 아래에 위치된 용융 금속 (M1) 의 온도를 낮추도록 구성된다. 냉매는, 용융 금속 (M1) 의 온도가 낮아질 때에만 용융 금속 냉각기 (107) 를 통하여 순환된다. 용융 금속 냉각기 (107) 를 제공하는 것은, 상기 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 일 특징이다.
냉매 도관 (108) 은 용융 금속 냉각기 (107) 에 냉매를 도입하고, 용융 금속 냉각기 (107) 를 통하여 냉매를 순환시키며, 용융 금속 (M1) 으로부터의 열을 용융 금속 냉각기 (107) 외부로 제거한 냉매를 유도한다. 또한, 냉매 도관 (108) 은 용융 금속 냉각기 (107) 를 지지한다. 냉매는 특히 한정되지 않지만, 안전상의 관점에서 냉각 가스 (예를 들어, 공기, 질소, 아르곤 등) 가 바람직하다. 또한, 냉매를 순환시키는 방법으로서, 안전상의 관점에서 가압식 방법보다는 흡입식 방법이 보다 더 바람직하다.
용융 금속 냉각기 (107) 및 냉매 도관 (108) 의 재료는 특허 한정되지 않는다. 예를 들어, 재료는 세라믹 또는 스테인리스 강일 수 있다. 또한, 스테인리스 강이 사용되면, 용융 금속 손실에 대한 준비, 예를 들어 용융 금속 (M1) 과 접촉하는 부분 주변에 내열성 테이프를 감는 것이 바람직하다.
도 3 은 용융 금속 냉각기 (107) 의 상세한 구성예의 평면도이다. 도 3 에서, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 지지 로드 (103) 는 평면 위치 관계의 이해를 용이하게 하도록 점선들로 둘 다 도시된다. 도 3 에 도시된 용융 금속 냉각기 (107) 는 단일의 코일식 파이프로 형성된다. 즉, 용융 금속 냉각기 (107) 및 냉매 도관 (108) 은 일체로 형성된다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 용융 금속 냉각기 (107) 의 중심부에는 원형의 개구부가 형성된다. 지지 로드 (103) 는 이러한 개구부를 통과한다. 이러한 종류의 구성은 지지 로드 (103) 와 용융 금속 냉각기 (107) 사이의 간섭을 방지한다.
도 4 는 용융 금속 냉각기 (107) 의 상세한 다른 구성예의 평면도이다. 도 4 에서, 또한 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 지지 로드 (103) 는 평면 위치 관계의 이해를 용이하게 하도록 점선들로 둘 다 도시된다. 도 4 에 도시된 용융 금속 냉각기 (107) 는, 선형부들 (107a) 및 U 형상부들 (107b) 을 교대로 반복시켜, 단일의 권취 파이프 (전체 파이프는 사행 (serpentine) 형) 로 형성된다. 즉, 용융 금속 냉각기 (107) 및 냉매 도관 (108) 은 일체로 형성된다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 용융 금속 냉각기 (107) 의 중심부에서, 2 개의 인접한 선형 부분들 (107a) 사이의 간격은 더 커지고, 지지 로드 (103) 가 여기를 통과한다. 이러한 종류의 구성은 지지 로드 (103) 와 용융 금속 냉각기 (107) 사이의 간섭을 방지한다. 도 3 및 도 4 에 도시된 용융 금속 냉각기 (107) 의 구성은 오직 일 실시예이다. 다양한 다른 형상의 실시예들이 또한 가능하다.
냉매 도관 (108) 은 액츄에이터 (109) 에 연결된다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 액츄에이터 (109) 는 용융 금속 냉각기 (107) 를 용융 금속 (M1) 에서 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 한다. 용융 금속 냉각기 (107) 는 또한 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 에 일치하도록 좌우 방향으로 이동될 수 있다.
내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 바로 아래에 위치된 용융 금속 (M1) 의 온도가 낮아지게 되면, 냉매는 용융 금속 냉각기 (107) 내측에서 순환될 수 있고, 용융 금속 냉각기 (107) 는 상승되어, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 에 더 근접하게 이동할 수 있다. 다른 한편으로는, 어떠한 다른 경우에 있어서, 용융 금속 냉각기 (107) 에서의 냉매의 순환이 중단될 수 있고, 용융 금속 냉각기 (107) 는 하강되어, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 로부터 멀리 이동할 수 있다.
다음으로, 용융 금속 냉각기 (107) 의 효과들을 이하 설명한다. 용융 금속 (M1) 의 온도는 용융 금속 유지 노 (101) 에 의해 미리 정해진 적합한 온도에 항상 유지된다. 여기에서, 적합한 온도는 적합한 높이에 응고 계면을 유지하기 위한 온도이다. 응고 계면의 높이는 주물 (M3) 로부터의 제거된 열과 인상 속도 사이의 밸런스에 의해 유지된다. 예를 들어, 주조 동안 주물 (M3) 의 두께가 두껍게 되면, 유지 용융 금속 (M2) 의 열용량이 증가하여, 이 밸런스가 깨지고, 응고 계면의 위치가 상승되며, 원하는 형상을 얻기 어렵게 된다. 즉, 성형성이 악화된다.
이 때, 응고 계면의 위치를 원래 적합한 높이로 복귀시키기 위해서, 주물 (M3) 로부터 제거된 열을 증가시킬 수 없으면, 주조 속도는 낮춰져야 하거나 또는 용융 금속 (M1) 의 온도는 낮춰져야 한다. 용융 금속 (M1) 의 온도를 낮추기 위해서, 용융 금속 유지 노 (101) 의 설정 온도를 낮출 필요가 있다. 하지만, 용융 금속 (M1) 모두를 설정 온도로 실제로 낮추기 위해서는 시간이 걸린다. 지금까지의 자유 주조 장치에 의해서는, 용융 금속 (M1) 모두의 온도를 설정 온도로 낮출 때까지 주조 속도를 늦춰야 한다.
반대로, 상기 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에는 용융 금속 냉각기 (107) 가 제공되어, 용융 금속 (M1) 의 온도를 단시간에 낮출 수 있다. 특히, 용융 금속 냉각기 (107) 는 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 바로 아래에 위치되어, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 근방의 (또는 보다 자세하게는, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 바로 아래) 용융 금속 (M1) 만의 온도를 단시간에 낮출 수 있다. 그리하여, 주조 속도를 낮출 필요가 없어서, 주조 속도는 지금까지의 자유 주조 장치들에 의한 것보다 더 빨라질 수 있다. 그 결과, 주조 시간이 더 단축되어, 생산성이 향상된다.
다음으로, 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 방법을 도 1 을 참조하여 설명한다. 먼저, 스타터 (ST) 를 하강시켜, 이 스타터 (ST) 는 내부 형상 규정 부재 (102a) 와 외부 형상 규정 부재 (102b) 사이의 용융 금속 통과부 (102c) 를 통과하고, 스타터 (ST) 의 선단부는 용융 금속 (M1) 에 침지된다.
다음에, 스타터 (ST) 는 미리 정해진 속도에서 인상되기 시작한다. 여기에서, 스타터 (ST) 가 용융 금속 표면으로부터 분리되면, 표면막 및 표면 장력에 의해 스타터 (ST) 를 따르고 또한 용융 금속 표면으로부터 인상되는 유지 용융 금속 (M2) 이 형성된다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 유지 용융 금속 (M2) 은 내부 형상 규정 부재 (102a) 와 외부 형상 규정 부재 (102b) 사이의 용융 금속 통과부 (102c) 에 형성된다. 즉, 내부 형상 규정 부재 (102a) 및 외부 형상 규정 부재 (102b) 는 유지 용융 금속 (M2) 에 그 형상을 부여한다.
다음에, 스타터 (ST) 는 냉각 가스 노즐 (106) 로부터 취출된 냉각 가스에 의해 냉각되어, 유지 용융 금속 (M2) 은 상부측에서부터 하부측으로 순차적으로 응고되어, 주물 (M3) 을 형성한다. 이러한 방식으로, 주물 (M3) 은 연속 주조될 수 있다.
(제 2 예시적인 실시형태)
다음으로, 본원의 제 2 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 도 5 를 참조하여 설명된다. 도 5 에서는 제 2 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 단면도이다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 제 2 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 용융 금속 유지 노 (101), 내부 형상 규정 부재 (102a), 외부 형상 규정 부재 (102b), 지지 로드들 (103, 104), 액츄에이터 (105), 냉각 가스 노즐 (106), 용융 금속 냉각기 (107), 냉매 도관 (108), 액츄에이터 (109), 격벽 (110) 및 주변 온도 조정부 (111) 를 포함한다. 즉, 격벽 (110) 및 주변 온도 조정부 (111) 는 도 1 에 도시된 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에 추가된다. 다른 구성은 제 1 예시적인 실시형태에서와 같이 동일하므로, 그의 설명을 생략한다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 제 2 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에 의하여, 용융 금속 (M1) 및 주물 (M3) 은 격벽 (110) 에 의해 나누어진 공간에 수용된다. 또한, 격벽 (110) 의 천정부에 주변 온도 조정부 (111) 가 제공된다.
이러한 종류의 구성에 따라서, 격벽 (110) 에 의해 나누어진 공간에서의 온도는 주변 온도 조정부 (111) 에 의해 미리 정해진 온도 (예를 들어 25℃ 등) 에 유지된다. 용융 금속 (M1) 및 주물 (M3) 의 분위기의 온도는 일정하게 유지되기 때문에, 주물 (M3) 의 품질은 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에서보다 더 안정적일 수 있다. 또한, 예를 들어 분위기의 온도를 25℃ 에 유지함으로써, 분위기의 온도는 이 분위기의 온도가 제어되지 않을 때보다 더 낮춰져서, 주조 속도는 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에서보다 더 빨라질 수 있다. 주변 온도 조정부 (111) 가 배열되는 위치는 특히 한정되지 않는다. 또한, 도 5 에 도시된 바와 같이, 격벽 (110) 의 상부에는 환기구 (110a) 가 제공될 수 있어서, 나누어진 공간 내측에 갇힌 가열된 공기가 빠져나갈 수 있도록 한다.
(제 3 예시적인 실시형태)
다음으로, 본원의 제 3 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 도 6 을 참조하여 설명된다. 도 6 에서는 제 3 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 단면도이다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 제 3 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 용융 금속 유지 노 (101), 내부 형상 규정 부재 (102a), 외부 형상 규정 부재 (102b), 지지 로드들 (103, 104), 액츄에이터 (105), 냉각 가스 노즐 (106), 및 냉매 도관 (112) 을 포함한다. 즉, 도 1 에 도시된 제 1 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에서 용융 금속 냉각기 (107), 냉매 도관 (108) 및 액츄에이터 (109) 는 제공되지 않고, 대신에, 냉매 도관 (112) 이 제공된다. 다른 구성은 제 1 예시적인 실시형태에서와 같이 동일하므로, 그의 설명을 생략한다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 제 3 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 스타터 (ST) 주변에 나선형 형상으로 감겨지는 냉매 도관 (냉각 기구) (112) 을 포함한다. 즉, 제 3 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 스타터 (ST) 에 일체화된 냉각 기구를 가진다. 이러한 종류의 구성에 따라서, 스타터 (ST) 가 냉각된다. 냉매는 특히 한정되지 않지만, 예를 들어 냉각 가스 (예를 들어, 공기, 질소, 아르곤 등) 또는 냉각수가 사용될 수 있다. 스타터 (ST) 를 냉각시킴으로써, 양호한 성형성을 유지하면서, 주물 (M3) 로부터 제거된 열을 증가시키고 그리고 주조 속도를 더 빠르게 할 수 있다.
물론, 제 1 예시적인 실시형태와 제 3 예시적인 실시형태를 조합함으로써 또는 제 2 예시적인 실시형태와 제 3 예시적인 실시형태를 조합함으로써 주조 속도를 보다 더 증가시킬 수 있다.
(제 4 예시적인 실시형태)
다음으로, 본원의 제 4 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 도 7 을 참조하여 설명된다. 도 7 은 제 4 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치의 단면도이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 제 4 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치는 용융 금속 유지 노 (101), 외부 형상 규정 부재 (102b), 지지 로드 (104), 액츄에이터 (105) 및 냉각 가스 노즐 (106) 을 포함한다. 즉, 도 6 에 도시된 제 3 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에서 내부 형상 규정 부재 (102a), 지지 로드 (103) 및 냉매 도관 (112) 은 제공되지 않는다. 다른 한편으로는, 스타터 (ST) 자체가 냉매 도관 (냉각 기구) 이다. 즉, 제 4 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에는 또한 스타터 (ST) 에 일체화된 냉각 기구가 제공된다. 다른 구성은 제 3 예시적인 실시형태에서와 같이 동일하므로, 그의 설명을 생략한다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 제 4 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에 의해 주조된 주물 (M3) 은 중공 구조 (파이프) 가 아니라 중실 구조 (로드) 이다. 그리하여, 내부 형상 규정 부재 (102a) 는 사용되지 않는다. 전술한 예시적인 실시형태에 따른 외부 형상 규정 부재 (102b) 만이 사용된다. 이러한 경우에, 외부 형상 규정 부재 (102b) 에 제공된 개구부가 그대로 용융 금속 통과부 (102c) 로서 사용된다.
제 4 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에 의하여, 스타터 (ST) 자체는 냉매 도관이므로, 스타터 (ST) 는 냉각된다. 냉매는 특히 한정되지 않지만, 예를 들어 냉각 가스 (예를 들어, 공기, 질소, 아르곤 등) 이 바람직할 수 있다. 또한, 냉매의 유량은 주조 시작시 또한 주조 동안 제어될 수 있다. 보다 자세하게는, 냉매의 유량은 주조 동안보다는 주조 시작시에 더 낮을 수 있다. 더욱이, 주조 동안 (즉, 주조가 어느 정도 진행된 후에), 냉각수가 또한 사용될 수 있다. 또한, 냉각 가스는 주조 시작시에 사용될 수 있고, 냉각수는 주조 동안 사용될 수 있다.
제 4 예시적인 실시형태에 따른 자유 주조 장치에 의하여, 스타터 (ST) 를 냉각시킴으로써, 제 3 예시적인 실시형태에서와 같이, 주물 (M3) 로부터 제거된 열을 증가시키고 또한 주조 속도를 더 빠르게 할 수 있다. 또한, 스타터 (ST) 는 냉각되기 때문에, 용융 금속 온도보다 더 낮은 용융점을 가진 재료를 스타터 (ST) 로서 사용할 수 있다. 더욱이, 입구측의 냉매 온도와 출구측 냉매 온도는 모니터링되어 주조 제어부로 피드백될 수 있다. 주조 후에, 스타터 (ST) 를 통하여 냉매 대신에 열처리유를 순환시킴으로써, 조직 제어 (texture control) 를 위한 열처리를 실시할 수 있다.
또한, 통상의 스타터 (ST) 는 주조 후에 제거되지만, 제 4 예시적인 실시형태에 따른 스타터 (ST) 는 그대로 제품으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 열교환기용 파이프는 통상의 스타터 (ST) 로서 사용될 수 있다. 더욱이, 보다 더 복잡한 냉각 회로는 또한 스타터 (ST) 로서 사용될 수 있다. 또한, 파이프를 내부에 포함하는 주물은 또한 용융 금속에 스타터 (ST) 를 침지시킴으로써 형성될 수 있다.
물론, 제 1 예시적인 실시형태와 제 4 예시적인 실시형태를 조합함으로써 또는 제 2 예시적인 실시형태와 제 4 예시적인 실시형태를 조합함으로써 주조 속도를 보다 더 증가시킬 수 있다.
본원은 전술한 예시적인 실시형태들에만 한정되지 않고 적절하게 변경될 수 있다.

Claims (18)

  1. 인상식 연속 주조 장치로서,
    용융 금속을 유지하는 유지 노,
    상기 유지 노에 유지된 상기 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 배열되는 형상 규정 부재로서, 상기 형상 규정 부재를 통과하는 용융 금속에 의해 주물의 단면 형상을 규정하는, 상기 형상 규정 부재,
    상기 형상 규정 부재를 통과한 상기 용융 금속을 냉각 및 응고시키는 냉각부, 및
    상기 유지 노에 유지된 상기 용융 금속의 온도를 낮추는 용융 금속 냉각부를 포함하는, 인상식 연속 주조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 냉각부는 상기 형상 규정 부재 바로 아래에 제공되는, 인상식 연속 주조 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용융 금속 냉각부를 상기 유지 노 내측에서 상하 방향으로 이동시키는 액츄에이터를 더 포함하는, 인상식 연속 주조 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 가스가 상기 용융 금속 냉각부의 내측을 통과하는, 인상식 연속 주조 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 금속 냉각부는 세라믹으로 형성되는, 인상식 연속 주조 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 금속을 둘러싸는 격벽, 및
    상기 격벽에 의해 둘러싸인 분위기의 온도를 조절하는 주변 온도 조정부를 더 포함하는, 인상식 연속 주조 장치.
  7. 주물의 단면 형상을 규정하는 형상 규정 부재, 용융 금속을 유지하는 유지 노, 및 상기 유지 노에 제공된 용융 금속 냉각부를 구비한 주조 장치를 사용하는 인상식 연속 주조 방법으로서,
    상기 인상식 연속 주조 방법은,
    상기 유지 노에 유지된 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 상기 형상 규정 부재를 배열하는 단계,
    상기 용융 금속 냉각부에 의해 상기 유지 노에 유지된 상기 용융 금속의 온도를 낮추는 단계,
    상기 형상 규정 부재를 통하여 온도가 낮아진 상기 용융 금속을 통과시키고 그리고 상기 용융 금속을 인상시키는 단계, 및
    상기 형상 규정 부재를 통과하고 인상된 상기 용융 금속을 냉각시키는 단계를 포함하는, 인상식 연속 주조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 용융 금속 냉각부는 상기 형상 규정 부재 바로 아래에 제공되는, 인상식 연속 주조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 용융 금속 냉각부를 상기 유지 노 내측에서 상하 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 인상식 연속 주조 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 금속의 온도를 낮추는 단계는 냉각 가스를 상기 용융 금속 냉각부로 유도함으로써 실시되는, 인상식 연속 주조 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 금속 냉각부는 세라믹으로 형성되는, 인상식 연속 주조 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    격벽으로 상기 용융 금속을 둘러싸는 단계, 및
    상기 격벽으로 둘러싸인 분위기의 온도를 조정하는 단계를 더 포함하는, 인상식 연속 주조 방법.
  13. 인상식 연속 주조 장치로서,
    용융 금속을 유지하는 유지 노,
    상기 유지 노에 유지된 상기 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 배열되는 형상 규정 부재로서, 상기 형상 규정 부재를 통과하는 용융 금속에 의해 주물의 단면 형상을 규정하는, 상기 형상 규정 부재, 및
    상기 형상 규정 부재를 통과한 상기 용융 금속을 스타터에 의해 냉각 및 응고시키는 냉각부를 포함하고,
    상기 스타터는 상기 스타터에 일체화된 냉각 기구를 구비하는, 인상식 연속 주조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각 기구는 상기 스타터에 부착되는 파이프를 포함하고, 상기 파이프안으로 냉매가 도입되는, 인상식 연속 주조 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각 기구는 냉매가 도입되는 파이프에 의해 형성되는 스타터 자체인, 인상식 연속 주조 장치.
  16. 주물의 단면 형상을 규정하는 형상 규정 부재, 용융 금속을 유지하는 유지 노, 스타터 및 상기 스타터에 일체화된 냉각 기구를 구비한 주조 장치를 사용하는 인상식 연속 주조 방법으로서,
    상기 인상식 연속 주조 방법은,
    상기 유지 노에 유지된 상기 용융 금속의 용융 금속 표면 근방에 상기 형상 규정 부재를 배열하는 단계,
    상기 용융 금속을 상기 형상 규정 부재를 통과시키고 그리고 상기 스타터에 의해 상기 용융 금속을 인상하는 단계,
    상기 형상 규정 부재를 통과하고 인상된 상기 용융 금속을 냉각 및 응고하는 단계, 및
    상기 냉각 기구에 의해 상기 스타터를 냉각시키는 단계를 포함하는, 인상식 연속 주조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 냉각 기구는 상기 스타터에 파이프를 부착시키고 그리고 냉매를 상기 파이프안으로 도입함으로써 형성되는, 인상식 연속 주조 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 냉각 기구는 파이프에 의해 형성되는 상기 스타터 자체안으로 냉매를 도입함으로써 형성되는, 인상식 연속 주조 방법.
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