KR20190074658A

KR20190074658A - 주조용 몰드장치

Info

Publication number: KR20190074658A
Application number: KR1020170176182A
Authority: KR
Inventors: 조기현
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-06-28

Abstract

본 발명은 주조용 몰드장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 주조용 몰드장치는 단변들과 상기 단변들에 각각 접하는 장변들에 의해 용강이 통과하는 주조공간을 형성하며, 상기 단변들 및 상기 장변들 중 적어도 하나에 구비되어 상기 주조공간 방향으로 돌출되는 챔퍼부를 포함하는 몰드유닛; 및 상기 챔퍼부에 구비되어 상기 몰드유닛을 냉각하는 냉각유닛;을 포함할 수 있다.

Description

주조용 몰드장치{MOLD FOR CASTING}

본 발명은 주조용 몰드장치에 관한 것이다.

도 1에는 통상의 연속주조장치(10)가 도시되어 있다. 도 1에서 보이듯, 연속주조장치(10)는 용용 금속이 수용된 래들(11), 상기 래들(11)의 하부에서 용강을 저장하고, 개재물 부상분리 기능을 하는 턴디쉬(tundish, 12), 상기 턴디쉬(12)의 침지노즐(12a)로부터 용강을 공급받아 냉각하는 몰드(13)를 포함하고, 몰드(mold, 13)에서 주조된 주편을 외부로 안내하는 가이드롤러(14)를 포함한다.

여기서 몰드(13)는 턴디쉬(12)에서 주입되는 용강을 적정 크기로 형상화하여 주편으로 제작하기 위해 구비되는 것으로서, 몰드(13)는 용강이 통과되는 경로의 폭과 두께를 형성하며, 몰드(13)에서는 주편의 초기쉘이 형성되게 된다.

용강의 1차 냉각장치인 몰드(13)는 냉각과 초기쉘 형성을 위해 수냉식 동판으로 갖춰질 수 있으며, 동판(구리판)으로 된 한 쌍의 장벽과, 역시 동판으로 되어 상기 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽에 의해 형성될 수 있다.

이러한 몰드(13)의 장벽들과 단벽들은 약 1550℃의 고온 용강과 직접 접촉하기 때문에 장벽들과 단벽들의 길이방향으로 고온 열유속이 분포하게 되며 경우에 따라서 장벽들과 단벽들의 표면 온도는 400℃ 이상이 되기도 한다.

따라서, 통상적인 몰드(13)에는 길이방향으로 연속적인 냉각슬롯(미도시) 및 냉각배관(미도시)이 설치되어 몰드(13)의 냉각기능을 수행하게 되는데, 몰드(13) 특히, 몰드(13)의 내부에 길이방향으로 연속된 냉각슬롯(미도시) 또는 냉각배관(미도시)을 가공하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 이러한 냉각방식으로는 몰드(13)의 모서리부까지 효율적으로 냉각하기 어려운 문제가 있다.

KR 10-1565517 B1 (2015.10.28)

본 발명은 주조용 몰드의 냉각효율 및 가공효율을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 주편의 품질을 향상시키고, 몰드의 제작 및 유지보수에 소모되는 비용을 절감하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 주조용 몰드장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 주조용 몰드장치는 단변들과 상기 단변들에 각각 접하는 장변들에 의해 용강이 통과하는 주조공간을 형성하며, 상기 단변들 및 상기 장변들 중 적어도 하나에 구비되어 상기 주조공간 방향으로 돌출되는 챔퍼부를 포함하는 몰드유닛; 및 상기 챔퍼부에 구비되어 상기 몰드유닛을 냉각하는 냉각유닛;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 챔퍼부는, 상기 단변들에 구비되어 상기 주조공간 방향으로 돌출되되, 돌출부가 상기 장변들에 접촉 또는 대면하며, 상기 냉각유닛은, 상기 돌출부에 구비될 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 냉각유닛은, 상기 돌출부에 중력방향으로 형성되는 적어도 하나의 냉각중공부; 및 상기 냉각중공부에 연결되어 상기 냉각중공부에 냉각제를 공급하고 순환시키는 냉각헤더부;를 포함할 수 있다.

그리고 바람직하게, 상기 냉각유닛은, 상기 돌출부 내부에 구비되는 적어도 하나의 냉각배관; 및 상기 냉각배관에 연결되어 상기 냉각배관에 냉각제를 공급하고 순환시키는 냉각헤더부;를 포함할 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 냉각유닛은, 상기 단변들의 상기 돌출부 내부에 위치하되, 상기 단변들의 최상부에서부터 중력방향으로 적어도 중간까지 위치하도록 상기 단변들의 상기 돌출부에 구비될 수 있다.

그리고 바람직하게, 상기 돌출부는, 상기 주조공간과 마주하는 면이 선형적으로 경사지게 구비될 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 냉각유닛은, 상기 돌출부에 구비되되, 상기 돌출부가 상기 주조공간과 마주하는 면을 따라 배치될 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 냉각유닛은, 상기 돌출부에 복수개가 구비되되, 상기 주조공간과 마주하는 상기 돌출부의 면으로부터 동일한 거리만큼 이격되도록 상기 돌출부에 배치될 수 있다.

한편 바람직하게, 상기 단변들의 중력방향으로의 길이는 700mm 이상 1000mm 이하이고, 상기 돌출부에서 상기 냉각유닛은, 상기 단변들의 최상부에서부터 중력방향으로 160mm까지에 해당하는 영역에 구비되는 개수가, 상기 돌출부의 다른 영역에 구비되는 개수보다 많을 수 있다.

본 발명에 따르면 몰드의 냉각효율 및 가공효율을 향상되고, 주편의 품질이 향상된다.

또한, 몰드의 제작 및 유지보수에 소모되는 비용을 절감하여 제조원가 절감에 기여할 수 있다.

도 1은 통상의 주조설비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 몰드유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 몰드유닛의 열유속을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 제1 단변을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 단변을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 제1 단변을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 제1 단변을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 통상의 몰드의 해석결과이다.
도 9는 본 발명에 따른 몰드의 해석결과이다.

본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

이하에서, X축은 단변의 폭 방향, Y축은 단변의 두께방향, Z축은 중력방향이다.

먼저, 주조에 사용되는 몰드장치에 있어서, 잉곳(ingot)형의 와이드 주편을 제조하기 위해서는 도 2에서 보이듯 챔퍼부(113)가 구비된 몰드유닛(110)을 사용할 수 있다.

몰드유닛(110)은 제1 단변(111a)과 제2 단변(111b)을 포함하는 단변들(111)과 상기 단변들(111)에 각각 접하는 제1 장변(112a) 및 제2 장변(112b)을 포함하는 장변들(112)에 의해 형성될 수 있다.

단변들(111)과 장변들(112)은 고온의 용강에 직접 접촉하여 응고쉘을 형성하기 때문에 동판이라고 하는 구리판으로 제작될 수 있으며, 열전도계수가 높은 구리로 제작된 단변들(111)과 장변들(112)은 용강을 효과적으로 냉각할 수 있다.

이때, 상기 단변들(111)과 장변들(112)에 의해 중앙에 형성되는 중공부는 주조공간(110a)이며, 이 주조공간(110a)에는 고온의 용강이 부어지게 된다.

챔퍼부(113)는 단변들(111)과 장변들(112)이 만나는 지점에 형성되는데 본 발명에서는 단변들(111)에 설치되어 주조공간(110a) 방향으로 돌출된 챔퍼부(113)의 경우를 다룬다. 도 2에서 보이는 몰드유닛(110) 상에는 총 4개의 챔퍼부(113)가 마련될 수 있다.

한편, 도 3에는 몰드의 길이방향으로의 열유속(Heat Flux)이 도시되어 있다. 열유속은 전열량, 열 플럭스, 열 플럭스 밀도 등으로 불리우며, 냉각수의 양, 온도 증가량 및 단변들(111) 및 장변들(112)의 유효 면적을 이용하게 계산될 수 있는데 간단하게는 단변들(111) 및 장변들(112) 전체 면적에 대한 평균의 개념으로서, 단위 면적당 유입되는 열량으로 해석할 수 있다.

도 3을 참조하면, 용강의 응고시작점인 단변들(111) 및 장변들(112)의 최상부의 직하부에서부터 길이방향으로 140mm~160mm 까지에 이르는 구간에서의 열유속 수치가 가장 높음을 알 수 있다.

단변들(111) 및 장변들(112)의 길이가 평균적으로 약 700mm~1000mm에 이를 때, 이 단변들(111) 및 장변들(112)의 최상부에서부터 길이방향으로 약 150mm까지의 온도가 가장 높은데 이 부분이 용강의 응고쉘이 형성되는 메니스커스(Meniscus)이기 때문이다.

도 3을 보면 이 메니스커스에 해당하는 영역의 열유속이 가장 높고, 그외 구간은 열유속이 현저히 낮음을 알 수 있다. 따라서, 몰드를 형성하는 단변들(111) 및 장변들(112)을 냉각함에 있어서, 이 메니스커스 부분을 얼마나 효율적으로 냉각하느냐가 몰드 전체의 냉각 효율을 좌우한다고도 볼 수 있다.

이에, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에서는 도 4에서 보이듯, 상기 챔퍼부(113)에 마련된 냉각유닛(120)을 제공한다.

제1 단변(111a)을 예로 들어 챔퍼부(113)를 설명하면, 상기 챔퍼부(113)는 제1 단변(111a)의 베이스면(111c)에 구비되어 주조공간(도 2의 110a) 방향으로 돌출되는 돌출부(113a)를 포함한다.

상기 돌출부(113a)는 이웃하는 제2 장변(도 2의 112b)에 접함으로써 주조공간(도 2의 110a)을 밀폐하고, 선형적으로 경사지게 구비되어 챔퍼(chamfer)와 같은 역할을 하며, 이와 같은 몰드의 형상은 와이드 주편을 제작하는데 용이할 수 있다.

이와 같은 챔퍼부(113)의 돌출부(113a) 내부에 냉각유닛(120)을 구비하면 제1 단변(111a)의 모서리부까지 균일한 냉각을 도모할 수 있다.

이때, 상기 냉각유닛(120)은 Z축 방향으로 적어도 제1 단변(111a)의 중간 길이만큼을 차지하도록 구비될 수 있는데, 더욱 바람직하게는 적어도 메니스커스에 해당하는 영역만큼을 차지하도록 챔퍼부(113) 내부에 구비될 수 있다.

바람직하게, 몰드의 길이가 700mm~1000mm인 경우의 메니스커스는 길이방향으로 최상부(0mm)에서부터 150mm까지 이르는 영역이 될 수 있다.

이 영역은 전술한 것과 같은 이유로 주편의 품질에 가장 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라, 몰드 중 가장 온도가 높은 구간이기도 하다.

따라서, 본 발명에서는 이 메니스커스에 해당하는 영역에 냉각유닛(120)을 마련하여 가장 냉각이 중요한 부분을 집중적으로 냉각할 수 있도록 하였다.

통상적으로 몰드의 길이방향 전체에 냉각유닛을 가공하기 위해서는 몰드의 길이방향으로 연속적인 슬롯을 가공해왔는데 700mm~1000mm에 이르는 몰드 내부에 슬롯을 가공하기는 매우 어렵고, 가공이 효율성도 떨어지게 되어 불필요한 비용의 증가를 유발해왔다.

이에, 본 발명은 이를 개선하기 위하여 몰드의 메니스커스에 해당하는 영역에만 냉각유닛(120)을 마련하여 냉각효율 및 가공효율을 높였고, 더불어 비용절감에도 기여할 수 있도록 하였다.

바람직하게 냉각유닛(120)은 도 5에서 보이듯, 상기 돌출부(113a)에 Z축 방향으로 형성되는 적어도 하나의 냉각중공부(121) 및 상기 냉각중공부(121)에 연결되어 상기 냉각중공부(121)에 냉각수와 같은 냉각제를 공급하고 순환시키는 냉각헤더부(122)를 포함할 수 있다.

이때, 냉각제는 상기 냉각헤더부(122)에 연결된 메인냉각라인(123)을 통해 공급될 수 있다.

이에 따르면, 슬롯형의 냉각중공부(121)를 제1 단변(111a)의 메니스커스에 해당하는 영역에만 가공하면 되므로 냉각중공부(121)의 가공효율이 높아지고, 가공의 정밀도도 높아지게 된다.

한편 여기서, 상기 메인냉각라인(123)이 구비되는 영역에도 냉각중공부(121)를 연속적으로 가공할 수도 있다. 다만, 이와 같이 냉각중공부(121)를 제1 단변(111a)의 길이 전체에 가공해야할 경우에는 메니스커스에 해당하는 영역에 존재하는 냉각중공부(121)의 개수를 그렇지 않은 영역에 존재하는 냉각중공부의 개수보다 많게 하면 불필요한 냉각을 줄일 수 있다.

이는, 용강이 제1 단변(111a)을 통과할 때, 제1 단변(111a)의 메니스커스 이외의 영역에서는 이미 일부 수축되어 용강이 제1 단변(111a)과 접촉할 가능성이 낮기 때문인 것으로서, 실질적으로 이 영역에서는 제1 단변(111a)의 냉각이 불필요할 수 있기 때문이다.

한편 바람직하게는, 도 6에서 보이듯, 냉각유닛(120)은 상기 돌출부(113a) 내부에 구비되는 적어도 하나의 냉각배관(124) 및 상기 냉각배관(124)에 연결되어 상기 냉각배관에 냉각제를 공급하고 순환시키는 냉각헤더부(125)로 구비될 수도 있다.

그러나, 냉각유닛의 형태는 슬롯형의 중공부이든, 배관형이든 반드시 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자에 의해 적절히 변경되어 적용될 수 있는 사항이다.

다만, 본 발명은 제1 단변(111a)의 전체 길이(L₁) 중, 최상부에서부터 Z축 방향으로 약 150mm에 해당하는 길이(L₂)에 냉각유닛(120)을 집중시켜 냉각효율과 가공효율을 동시에 향상시키고, 이에 따른 비용절감도 함께 도모한다는 것, 그리고 최상부에서부터 Z축 방향으로 약 150mm에 해당하는 길이(L₂)가 메니스커스의 길이에 해당한다는 것에 의의가 있다.

또한 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면 도 7에서 보이듯, 제1 단변(111a)은 주조공간(110a)의 후방에 놓이는 면에 형성되는 외측냉각라인(127)을 더 포함할 수 있다.

외측냉각라인(127)은 노치형태로 가공될 수 있고, 이 외측냉각라인(127)에도 냉각제를 순환시킴으로써 제1 단변(111a)을 냉각할 수 있다.

아울러, 주조공간(110a)과 대면하여 용강과 직접적으로 접촉하는 챔퍼부(113)에 형성된 냉각유닛(120)은 챔퍼부(113)의 경사면(113b)에 대응되는 형태로 구비될 수 있고, 상기 경사면(113b)에서 일정 이격거리(D)를 가질 수 있는데 이 이격거리(D)는 주조 조건에 의해 적절히 결정되어 적용될 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 해석결과는 도 6에서 보이는 제1 단변(111a)의 최상부에서부터 Z축 방향으로 약 150mm에 해당하는 길이(L₂) 즉, 메니스커스에 대한 것이다.

종래 방식에 의해 제1 단변(111a)의 길이방향으로 연속되게 냉각라인을 구비한 경우에 메니스커스의 최고온도부(T)의 온도는 604.3K에 이름을 알 수 있다.

반면, 도 9에서 보이듯, 본 발명의 냉각유닛에 의해 냉각된 제1 단변(111a)의 최상부에서부터 Z축 방향으로 약 150mm에 해당하는 길이(L₂) 즉, 메니스커스의 최고온도부(T)의 온도는 531.8K 까지 떨어진 것을 알 수 있다.

이처럼, 본 발명에 따르면 몰드의 길이방향으로 전체에 이르는 영역이 아닌, 챔퍼부에서 메니스커스에 해당하는 영역에 냉각유닛을 배치함으로써 몰드 및 냉각유닛의 가공성을 향상시킬 수 있고, 가공비를 절감할 수 있으며, 냉각효율은 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 몰드의 수명이 연장될 뿐만 아니라, 조업 중 브렉아웃을 억제하여 주조 생산성이 향상되는 효과가 있다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1 : 주편 11 : 래들
12 : 턴디쉬 13 : 몰드
14 : 가이드롤러 110 : 몰드유닛
111 : 단변들 112 : 장변들
113 : 챔퍼부 113a : 돌출부
120 : 냉각유닛 121 : 냉각중공부
122 : 냉각헤더부 123 : 메인냉각라인
124 : 냉각배관 125 : 냉각헤더부
127 : 외측냉각라인

Claims

단변들과 상기 단변들에 각각 접하는 장변들에 의해 용강이 통과하는 주조공간을 형성하며, 상기 단변들 및 상기 장변들 중 적어도 하나에 구비되어 상기 주조공간 방향으로 돌출되는 챔퍼부를 포함하는 몰드유닛; 및
상기 챔퍼부에 구비되어 상기 몰드유닛을 냉각하는 냉각유닛;을 포함하는 주조용 몰드장치.
제1항에 있어서,
상기 챔퍼부는,
상기 단변들에 구비되어 상기 주조공간 방향으로 돌출되되, 돌출부가 상기 장변들에 접촉 또는 대면하며,
상기 냉각유닛은,
상기 돌출부에 구비되는 것을 특징으로 하는 주조용 몰드장치.
제2항에 있어서,
상기 냉각유닛은,
상기 돌출부에 중력방향으로 형성되는 적어도 하나의 냉각중공부; 및
상기 냉각중공부에 연결되어 상기 냉각중공부에 냉각제를 공급하고 순환시키는 냉각헤더부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 몰드장치.
제2항에 있어서,
상기 냉각유닛은,
상기 돌출부 내부에 구비되는 적어도 하나의 냉각배관; 및
상기 냉각배관에 연결되어 상기 냉각배관에 냉각제를 공급하고 순환시키는 냉각헤더부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 몰드장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각유닛은,
상기 단변들의 상기 돌출부 내부에 위치하되, 상기 단변들의 최상부에서부터 중력방향으로 적어도 중간까지 위치하도록 상기 단변들의 상기 돌출부에 구비되는 것을 특징으로 하는 주조용 몰드장치.
제5항에 있어서,
상기 돌출부는,
상기 주조공간과 마주하는 면이 선형적으로 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 주조용 몰드장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각유닛은,
상기 돌출부에 구비되되, 상기 돌출부가 상기 주조공간과 마주하는 면을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 주조용 몰드장치.
제6항에 있어서,
상기 냉각유닛은,
상기 돌출부에 복수개가 구비되되, 상기 주조공간과 마주하는 상기 돌출부의 면으로부터 동일한 거리만큼 이격되도록 상기 돌출부에 배치되는 것을 특징으로 하는 주조용 몰드장치.
제5항에 있어서,
상기 단변들의 중력방향으로의 길이는 700mm 이상 1000mm 이하이고,
상기 돌출부에서 상기 냉각유닛은,
상기 단변들의 최상부에서부터 중력방향으로 160mm까지에 해당하는 영역에 구비되는 개수가, 상기 돌출부의 다른 영역에 구비되는 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 주조용 몰드장치.