KR20190121819A

KR20190121819A - 노즐, 주조 장치 및 주조물의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190121819A
Application number: KR1020197027943A
Authority: KR
Inventors: 겐 스즈키; 나오쿠니 무라마츠
Original assignee: 엔지케이 인슐레이터 엘티디
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-10-28
Also published as: EP3603850A4; CN110461500B; KR102282783B1; JP6979454B2; CN110461500A; WO2018180317A1; JPWO2018180317A1; US11351600B2; US20200009649A1; EP3603850A1

Abstract

주조 장치는, 용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조를 행하는 것이다. 이 주조 장치는, 제2 수용부에 삽입되어 용탕을 도입하는 노즐을 구비한다. 노즐은, 용탕을 도입하는 도입 구멍이 측면에 형성되는 노즐 본체와, 도입 구멍의 하방 측에 노즐 본체보다 돌출되어 형성되는 플랜지부를 구비한다.

Description

노즐, 주조 장치 및 주조물의 제조 방법

본 명세서에서는, 노즐, 주조 장치 및 주조물의 제조 방법을 개시한다.

종래, 주조물의 제조 방법으로서는, 노즐에 슬래그 혼입을 방지하는 판을 부착하여 용탕 중에 삽입한 후, 이 판을 떼어내어 주조를 행하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 제조 방법에서는, 간이적이고 또한 저비용으로 주편(鑄片)의 청정화를 향상시킬 수 있다고 하고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2004-174513호 공보

그런데, 주조 방법에 있어서, 용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조가 있다. 일반적으로 금속을 용해할 때, 용탕의 상면에 슬래그가 부유하는데, 이 주조 방법에서는, 주조에 사용하는 노즐을 용탕 중에 상방으로부터 삽입할 필요가 있기 때문에, 노즐의 선단에 슬래그가 부착되고, 용탕 중에 끌어들임으로써 개재물이 되며, 이후의 주조 시, 개재물이 노즐을 통해 침입하여, 주조재 내부에 받아들여짐으로써, 품질을 저하시키는 것이 문제가 되고 있었다. 또한, 슬래그 이외에도, 내화물이나 단열재 등이 금속 용탕 표면으로 낙하하고, 그것을 용탕 중에 끌어들임으로써 개재물이 되는 경우도 있다. 이에 대해, 이 특허문헌 1에 기재된 주조물의 제조 방법에서는, 예컨대, 노즐에 슬래그 혼입을 방지하는 판을 부착하여 용탕 중에 삽입함으로써, 노즐 내로의 슬래그의 혼입을 방지한다고 하고 있으나, 아직 충분하지 않으며, 한층 더 개량에 의한 청정화의 향상이 요망되고 있었다.

본 개시는, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 수직 상방 연속 주조에 있어서, 주조물에의 용탕 중에 존재하는 개재물의 혼입을 보다 억제할 수 있는 노즐, 주조 장치 및 주조물의 제조 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다.

전술한 주목적을 달성하기 위해서 예의 연구한 결과, 본 발명자들은, 측면 측으로부터 용탕을 도입하고, 그 하방으로 돌출되는 플랜지부를 형성하는 것으로 하면, 개재물은 통상 상방으로 부상하기 때문에, 개재물이 직접 노즐 내로 침입하는 것을 피하여, 주조물에의 개재물의 혼입을 보다 억제할 수 있는 것을 발견하고, 본 개시의 주조 장치 및 주조물의 제조 방법을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 명세서에서 개시하는 노즐은,

용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조의 상기 용탕에 삽입되는 노즐로서,

상기 용탕을 도입하는 도입 구멍이 측면에 형성되는 노즐 본체와,

상기 도입 구멍의 하방 측에 상기 노즐 본체보다 돌출되어 형성되는 플랜지부

를 구비한 것이다.

또한, 본 명세서에서 개시하는 주조 장치는,

용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조를 행하는 주조 장치로서,

용탕을 수용하는 수용부와,

상기 수용부에 삽입되어 상기 용탕에 불활성 가스로 버블링을 행하여 상기 용탕에 포함되는 개재물을 부상시키는 개재물 제거부와,

상기 수용부에 삽입되어 상기 용탕을 도입하는 전술한 노즐과,

상기 노즐의 상방에 배치되어 상기 도입한 용탕을 급냉시키는 냉각부

를 구비한 것이다.

또한, 본 명세서에서 개시하는 주조물의 제조 방법은,

용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조를 행하는 주조물의 제조 방법으로서,

상기 용탕에 불활성 가스로 버블링을 행하여 상기 용탕에 포함되는 개재물을 부상시키는 개재물 제거 공정과,

상기 개재물 제거 공정 후에 전술한 노즐을 상기 용탕에 하방을 향해 삽입한 후 상기 노즐로부터 상기 용탕을 도입하여 상기 주조물을 주조하는 주조 공정

을 포함하는 것이다.

본 개시의 노즐, 주조 장치 및 주조물의 제조 방법은, 수직 상방 연속 주조에 있어서, 주조물에의 개재물의 혼입을 보다 억제할 수 있다. 그 이유는, 이하와 같이 추찰된다. 예컨대, 이 노즐은, 측면 측에 도입 구멍이 형성되고, 또한 그 하방에는, 노즐 본체보다 돌출되는 플랜지부가 형성되어 있다. 이 때문에, 상면에 슬래그가 부유하고 있는 용탕에 이 노즐을 하방을 향해 삽입한 경우, 플랜지부에 의해 슬래그의 도입 구멍에의 접근을 방해할 수 있다. 또한, 이 노즐은, 주조 중에 하방으로부터 개재물이 부상해 온 경우에 있어서도, 측면 측으로부터 용탕을 받아들이고, 또한 돌출되어 형성된 플랜지부에 의해 개재물의 도입 구멍에의 접근을 방해할 수 있다. 따라서, 수직 상방 연속 주조에 있어서, 주조물에의 개재물의 혼입을 보다 억제할 수 있다.

도 1은 주조 장치(10)의 일례의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 2는 노즐(30) 및 캡 부재(35)의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 3은 노즐(30B) 및 캡 부재(35B)의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 4는 노즐(30C) 및 캡 부재(35C)의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 5는 수직 상방 연속 주조에 의해 주조물(W)을 제조하는 공정의 설명도이다.
도 6은 다른 주조 장치(10B)의 일례의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 7은 실험예 1∼5의 슬래그 부착 방지 및 개재물 침입 방지의 실험 결과의 설명도이다.
도 8은 개재물이 침입한 주조물의 전자 현미경 사진이다.

다음으로, 본 개시를 실시하기 위한 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 개시의 일 실시형태인 주조 장치(10)의 일례의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 1a가 개재물 제거부(15)의 장착도이고, 도 1b가 주조부(20)의 장착도이다. 도 2는 노즐(30) 및 캡 부재(35)의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 3은 다른 노즐(30B) 및 캡 부재(35B)의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 4는 다른 노즐(30C) 및 캡 부재(35C)의 일례를 나타내는 설명도이다.

주조 장치(10)는, 용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조를 행하는 주조 장치이다. 주조 장치(10)가 주조하는 주조물의 원료로서는, 예컨대, 순금속이나 합금을 이용할 수 있다. 순금속으로서는, 예컨대, 무산소 구리나, 터프 피치 구리, 탈산 구리 등을 들 수 있다. 합금으로서는, 예컨대, 구리 합금, 알루미늄 합금 등을 들 수 있다. 구리 합금으로서는, 예컨대, Cu-Zr 합금이나 Cu-Sn, Cu-Fe, Cu-Ag 및 이들의 원소를 포함하는 다원계 구리 합금 중의 하나 이상을 들 수 있다. 한편, 「다원계 구리 합금」이란, 상기 2원계 구리 합금에 제3 원소를 함유하는 것을 포함하는 것으로 한다. 제3 원소로서는, 예컨대, Ni, Si, Al 등 중의 하나 이상을 들 수 있다. 여기서는, Cu-Zr 합금을 주로 설명한다. Cu-Zr 합금은, 예컨대, 아공정(亞共晶) 조성인 Cu-xZr 합금(x는 0.5 at% 이상 5.0 at% 이하)으로 해도 좋다. 이 합금에서는, 미세한 덴드라이트 조직이 얻어지고, 신선(伸線) 가공하면 α-Cu상과, 공정상(共晶相)(Cu와 Cu-Zr계 화합물의 복상(複相))의 나노 층형 조직이 얻어지며, 고강도, 고도전율을 갖는 것으로 할 수 있다. Cu-xZr 합금에 대해서는, 일본 특허 제5800300호에 상세하기 때문에, 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.

주조 장치(10)는, 제1 수용부(12) 및 제2 수용부(13)와, 개재물 제거부(15)와, 주조부(20)를 구비한다. 또한, 주조 장치(10)는, 케이스(11)와, 원료 공급부(14)와, 가열부(18)를 구비한다. 케이스(11)는, 제1 수용부(12) 및 제2 수용부(13)를 그 내부에 수용한다. 이 케이스(11)는, 원료 공급부(14)나 주조부(20)를 삽입하는 개구부를 갖지만, 폐쇄판 등에 의해, 이 개구부를 폐쇄하여 그 내부를 밀폐 상태로 할 수 있다. 제1 수용부(12) 및 제2 수용부(13)는, 용탕(19)을 수용하는 수용부이다. 제1 수용부(12)는, 원료의 공급측의 수용부이고, 원료 공급부(14)가 그 상부에 배치된다. 제2 수용부(13)는, 용탕(19)을 인상하여 주조물을 얻는 주조측의 수용부이고, 주조부(20)가 그 상부에 배치된다. 제1 수용부(12)와 제2 수용부(13)는, 그 하부에 배치되는 유로에 의해 연통(連通)된다. 제1 수용부(12) 및 제2 수용부(13)에는, 도시하지 않은 불활성 가스 공급부가 접속되고, 그 내부를 불활성 가스 분위기로 할 수 있다. 불활성 가스로서는, 예컨대, Ar 등의 희가스나 질소 가스 등을 들 수 있고, 이 중 Ar이 바람직하다.

원료 공급부(14)는, 용탕(19)의 원료를 공급하는 유닛이다. 이 원료 공급부(14)는, 예컨대, 합금의 주성분이나 첨가 성분의 와이어를 송출하는 것으로 해도 좋다. 예컨대, Cu-Zr 합금의 주조물을 제조할 때에는, 원료 공급부(14)는, Cu선과, Zr을 포함하는 원료를 내포한 구리관을 소정의 Zr 함유량이 되도록 조정하여 제1 수용부(12)에 송입하는 것으로 해도 좋다. 한편, 구리관에 내포시키는 원료로서는, Cu-50 질량% Zr 모합금(母合金)으로 하는 것이 바람직하다. 이 모합금은, Zr 금속의 융점(2125 K)보다 낮은 융점(1168 K)이기 때문이다. 이 원료 공급부(14)는, 주조부(20)에서 주조하여 외부로 취출된 양에 해당하는 원료를 순차 제1 수용부(12)에 송입하는 것으로 해도 좋다.

개재물 제거부(15)는, 용탕(19) 중에 존재하는 개재물을 제거하는 것이다. 개재물로서는, 원료에 포함되는 불순물의 성분, 용탕 중에 끌어들인 슬래그, 도가니나 내화재 등의 주조 장치(10)의 구성물의 일부가 용탕(19)에 혼입된 것 등을 들 수 있다. 개재물 제거부(15)는, 제2 수용부(13)에 삽입되어 용탕(19)에 불활성 가스로 버블링을 행하여 용탕(19)에 포함되는 개재물을 부상시키는 것으로 해도 좋다. 개재물 제거부(15)는, 고정된 상태에서 불활성 가스를 버블링하는 것으로 해도 좋고, 선단에 날개를 설치한 상태에서, 축 회전에 의해, 불활성 가스를 교반하면서, 불활성 가스를 버블링하는 것으로 해도 좋다. 이 개재물 제거부(15)는, 다공질 플러그(16)와, 가스 공급관(17)을 구비한다. 다공질 플러그(16)는, 가스 공급관(17)으로부터 송입된 불활성 가스를 거품 형상으로 하여 배출하는 다공질 부재이다. 이 다공질 플러그(16)의 재질은, 용탕(19)과의 반응성이 낮고 다공질인 것이 바람직하고, 예컨대, 세라믹이나 카본 등으로 해도 좋다. 세라믹으로서는, 용탕(19)과의 반응성이 낮고, 용탕(19)의 온도에 견딜 수 있는 재질이면 되고, 예컨대, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 질화규소 등 중의 하나 이상을 들 수 있다. 주조 장치(10)에서는, 개재물 제거부(15)에 의해 버블링을 행한 후, 주조를 행한다. 이 주조 장치(10)에서는, 개재물 제거부(15)를 이용하여 개재물을 부상시킨 후, 개재물 제거부(15)를 주조부(20)로 바꿔 주조물(W)의 주조를 행하는 것으로 한다. 이 개재물은, 용탕(19)보다 가벼운 경우가 많아, 부상하기 쉬우나, 미세한 것은 부상 속도가 느려, 용탕 중에 남기 쉽다. 버블링을 행하면 그 거품에 개재물이 부착되어 부상하기 때문에, 보다 안정적으로 개재물이 용탕 중에서 제거되어, 용탕(19)을 청정화할 수 있다. 한편, 용탕(19)의 상부에는 이 개재물이 부유한 슬래그층이 형성된다.

가열부(18)는, 제1 수용부(12) 및 제2 수용부(13)의 외주에 배치된다. 가열부(18)는, 원료인 금속을 용융시킬 수 있는 온도로 가열 가능한 히터이다. 이 가열 온도는, 예컨대, 1500 K 이상 2000 K 이하의 범위로 해도 좋다.

주조부(20)는, 용탕(19)을 인상해서 급냉하여, 주조물인 선재를 형성하는 유닛이다. 주조부(20)는, 상하 이동 가능하며, 주조 시에는 제2 수용부(13)에 삽입되고, 주조가 종료되면 제2 수용부(13)로부터 취출된다. 이 주조부(20)는, 다이스(21)와, 몰드(22)와, 냉각부(23)와, 캡(24)과, 롤러(25)와, 노즐(30)을 구비한다. 다이스(21)는, 몰드(22)의 내부에 배치되고, 몰드(22)와 함께 주조물(W)의 틀을 구성한다. 다이스(21)는, 예컨대 카본 등으로 형성되는 원통 부재이다. 이 다이스(21)의 내경 형상에 맞춘 형상으로 주조물(W)이 형성된다. 몰드(22)는, 예컨대, Cu 등으로 형성된 원통 부재이다. 이 다이스(21)의 선단에 노즐(30)이 분리 가능하게 장착된다. 냉각부(23)는, 몰드(22)를 냉각하는 유닛이고, 노즐(30)의 상방에 배치된다. 냉각부(23)는, 노즐(30)로부터 도입한 용탕(19)을 급냉시킨다. 이 냉각부(23)에는, 도시하지 않은 순환 유닛으로부터 냉각수가 공급되고, 몰드(22)를 냉각한 후 순환 유닛으로 이 냉각수를 배출한다. 캡(24)은, 몰드(22) 및 노즐(30)을 용탕(19)으로부터 보호하는 부재이고, 예컨대, 세라믹이나 카본 등의 재질로 해도 좋다. 롤러(25)는, 몰드(22)의 상방에 배치된다. 이 롤러(25)는, 냉각 후의 주조물(W)을 끼워 넣어 회전함으로써 인상하는 것이며, 도시하지 않은 모터에 의해 구동된다.

노즐(30)은, 용탕(19)을 상방으로 인상하여 주조물(W)을 주조하는 수직 상방 연속 주조에 이용되는 것이다. 이 노즐(30)은, 용탕(19)에 직접 삽입되는 부재이다. 이 노즐(30)의 재질은, 용탕(19)의 종류에 따라 적절히 선택되지만, 예컨대, 카본이나, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 질화규소 등의 세라믹 등으로 해도 좋다. 용탕(19)이 구리 합금인 경우에는, 카본인 것이 바람직하다. 노즐(30)은, 노즐 본체(31)와, 캡 부재(35)에 의해 구성된다. 노즐 본체(31)는, 원통형의 부재이고, 몰드(22)의 선단에 삽입되어 고정된다. 이 노즐 본체(31)의 내부 공간은, 다이스(21)의 내부 공간과 연통된다. 노즐 본체(31)에는, 용탕(19)을 도입하는 도입 구멍(32)이 측면에 형성된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐 본체(31)의 하방의 개구는, 캡 부재(35)에 의해 폐쇄된다. 따라서, 이 노즐 본체(31)에서는, 측면 측으로부터 용탕(19)을 도입한다. 이 때문에, 노즐 본체(31)는, 하방의 개구로부터 용탕(19)을 도입하는 데 비해, 용탕(19)보다 가볍고 부상하기 쉬운 개재물을 도입하기 어려운 구조이다. 주조 개시 전에 있어서, 노즐 본체(31)에는, 개시봉(開始棒; 26)(도 5 참조)이 삽입되어 있고, 이 개시봉(26)을 인상함으로써, 용탕(19)이 다이스(21)에 인상되며, 주조재(W)가 주조된다.

캡 부재(35)는, 용탕(19)에 포함되는 개재물의 노즐(30)에의 침입을 억제하는 부재이다. 캡 부재(35)는, 도입 구멍(32)의 하방 측에 노즐 본체(31)보다 돌출되어 형성되는 플랜지부(36)를 갖는다. 플랜지부(36)는, 노즐 본체(31)의 외주측 전체에 걸쳐 형성되는 것으로 해도 좋다. 노즐(30)은, 용탕(19)에 삽입될 때에 개재물이 부유한 슬래그층(29)(도 1 참조)을 빠져나가는데, 이 플랜지부(36)는, 이 노즐(30)의 삽입 시에, 도입 구멍(32)에의 개재물의 침입을 억제하는 크기로 형성하는 것으로 해도 좋다. 또한, 플랜지부(36)는, 캡(24) 등 주조부(20)의 본체보다 작은 사이즈인 것이 바람직하다. 제2 수용부(13)에의 삽입, 취출 시에 조작성이 좋기 때문이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 플랜지부(36)에는, 그 외주 가장자리(37)와 노즐 본체(31) 사이에 도입 구멍(32) 측을 향해 세워 설치되는 수직벽부(38)가 형성된다. 이 수직벽부(38)의 존재에 의해, 도입 구멍(32)에의 개재물의 접근을 보다 억제할 수 있다. 이 수직벽부(38)는, 노즐 본체(31)의 외주측 전체에 걸쳐 세워 설치되는 것으로 해도 좋다. 이 수직벽부(38)는, 도입 구멍(32)의 절반을 덮어 가릴 정도의 높이로 해도 좋고, 도입 구멍(32)의 개구의 하단까지 덮어 가리는 높이로 해도 좋으며, 도입 구멍(32) 전체를 덮어 가리는 높이로 해도 좋다. 수직벽부(38)의 높이는, 도입 구멍(32)으로부터의 용탕(19)의 도입하기 용이함과, 개재물의 도입 구멍(32)에의 침입 억제 효과의 균형을 생각해서 적절히 설정하는 것으로 하면 된다. 또한, 캡 부재(35)의 하면 측에는, 중앙부의 두께가 두꺼워지는(외주부의 두께가 얇아지는) 것과 같은 단차부(39)가 형성된다. 이 단차부(39)에 의해, 노즐(30)의 용탕(19)에의 삽입 시의 슬래그층(29)의 끌어들임 등을 억제할 수 있다.

여기서, 노즐(30)은, 수직벽부(38)가 형성된 캡 부재(35)를 구비하는 것으로 하였으나, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 이것을 생략하는 것으로 해도 좋다. 노즐(30B)은, 플랜지부(36)만이 형성되는 캡 부재(35B)를 구비한다. 이 노즐(30B)에 의해서도, 개재물의 도입 구멍(32)에의 접근을 보다 억제할 수 있다. 혹은, 노즐(30)은, 노즐 본체(31)와 외주 가장자리(37) 사이에 수직벽부(38)가 형성된 캡 부재(35)를 구비하는 것으로 하였으나, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 플랜지부(36)의 외주 가장자리(37)에 외연벽(外緣壁; 34)이 형성되는 것으로 해도 좋다. 노즐(30C)은, 도입 구멍(32) 측을 향해 세워 설치되는 외연벽(34)이 외주 가장자리(37)에 형성되는 캡 부재(35C)를 구비한다. 이 외연벽(34)의 존재에 의해, 도입 구멍(32)에의 개재물의 접근을 보다 억제할 수 있다. 이 외연벽(34)은, 노즐 본체(31)의 외주측 전체에 걸쳐 세워 설치되는 것으로 해도 좋다. 이 외연벽(34)의 높이는, 수직벽부(38)와 마찬가지로 적절히 설정하면 된다. 이 노즐(30C)에 의해서도, 개재물의 도입 구멍(32)에의 접근을 보다 억제할 수 있다. 한편, 노즐(30)에 있어서, 단차부(39)가 형성되지 않은 것으로 해도 좋고, 노즐(30B, 30C)에 있어서, 단차부(39)가 형성되는 것으로 해도 좋다. 또한, 노즐들(30, 30B, 30C) 중의 어느 하나에 있어서, 도입 구멍(32)의 하방 이외의 일부에 플랜지부(36)가 형성되지 않은 부분이 있어도 좋다. 또한, 노즐들(30, 30C) 중의 어느 하나에 있어서, 도입 구멍(32)의 측방 이외의 일부에, 외연벽(34)이나 수직벽부(38)가 형성되지 않은 부분이 있어도 좋다. 혹은, 노즐(30)의 외주 가장자리(37)에 외연벽(34)이 더 형성되는 것으로 해도 좋다. 또한, 노즐들(30, 30B, 30C)에서는, 캡 부재를 다른 부재로 하였으나, 노즐 본체(31)와 캡 부재(35, 35B, 35C) 중의 어느 하나가 일체 성형되는 것으로 해도 좋다. 일체 성형품이어도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 용탕(19)을 상방으로 인상하여 주조물(W)을 주조하는 수직 상방 연속 주조를 행하는 주조물의 제조 방법에 대해 설명한다. 이 제조 방법은, 주조 장치(10)를 이용하여 행하는 것으로서 설명한다. 이 주조물의 제조 방법은, 예컨대, (1) 가열 공정과, (2) 개재물 제거 공정과, (3) 주조 공정을 포함하는 것으로 해도 좋다. 도 5는 수직 상방 연속 주조에 의해 주조물(W)을 제조하는 공정의 설명도이며, 도 5a가 개재물 제거 공정, 도 5b가 노즐(30)의 삽입, 도 5c가 주조 개시의 설명도이다.

(1) 가열 공정

이 공정에서는, 제1 수용부(12) 및 제2 수용부(13)에 원료를 수용하고, 이 원료를 가열함으로써 용해하여 용탕을 제작하는 처리를 행한다. 원료로서는, 전술한 합금 또는 순금속으로 할 수 있다. 가열 온도는, 원료에 따라 적절히 정할 수 있다. 아공정 조성의 Cu-Zr 합금에서는, 예컨대, 1573 K 이상으로 하면 된다.

(2) 개재물 제거 공정

이 공정에서는, 용탕(19)에 불활성 가스로 버블링을 행하여 용탕에 포함되는 개재물을 부상시키는 처리를 행한다(도 5a). 이 처리에 의해, 용탕을 청정화할 수 있다. 개재물 제거부(15)는, 가열 공정 후에 제2 수용부(13)에 삽입되는 것으로 해도 좋다. 이 공정의 처리 시간은, 용탕(19)의 종류나 양에 따라 적절히 설정하면 된다. 또한, 공급하는 가스량에 대해서도 용탕(19)의 종류나 양에 따라 적절히 설정하면 된다. 버블링에 이용하는 불활성 가스는, Ar 등의 희가스나 질소 가스 등을 들 수 있고, 이 중 Ar 가스가 바람직하다.

(3) 주조 공정

이 공정에서는, 주조부(20)에 장착된 노즐(30)을 하방을 향해 이동시켜 용탕(19)에 삽입한 후 노즐(30)로부터 용탕을 도입하여 주조물(W)을 주조하는 처리를 행한다. 또한, 이 공정에서는, 노즐(30)로부터 인상된 용탕(19)을 노즐(30)의 상방에 배치된 냉각부(23)에 의해 냉각하는 처리(급냉 처리)도 행한다. 노즐(30)의 용탕(19)에의 삽입 시에는, 다이스(21) 및 노즐 본체(31)에는, 개시봉(26)이 삽입된다. 이 처리에 있어서, 노즐(30)을 용탕(19)에 삽입할 때에 슬래그층(29)을 통과하지만, 노즐(30)의 하단에는 캡 부재(35)가 배치되고, 플랜지부(36)에 의해, 개재물의 도입 구멍(32)에의 접근을 보다 억제할 수 있다(도 5b). 또한, 노즐 본체(31)에는 측면에 도입 구멍(32)이 형성되기 때문에, 개재물이 도입 구멍(32)에 접근하기 어렵다. 그리고, 개시봉(26)을 롤러(25)에 의해 인상하면, 개시봉(26)에 의해 용탕(19)이 인상되고, 냉각부(23)에 의해 급냉되어 주조물(W)이 주조된다(도 5c). 이때에, 용탕(19)에 존재하는 개재물이 슬래그층(29) 측으로 부상하는 경우가 있으나, 도입 구멍(32)은 노즐 본체(31)의 측면에 형성되고, 또한 플랜지부(36)가 그 하방에 존재하기 때문에, 이 개재물을 노즐(30)의 내부로 도입하기 어렵다.

이상 설명한 주조 장치(10)에 있어서, 노즐(30)은, 측면 측에 도입 구멍(32)이 형성되고, 또한 그 하방에는 노즐 본체보다 돌출된 플랜지부(36)가 형성되어 있다. 이 때문에, 노즐(30)의 용탕(19)에의 삽입 시에 있어서, 개재물의 도입 구멍(32)에의 접근을 방해할 수 있다. 또한, 이 노즐(30)은, 주조 중에 하방으로부터 개재물이 부상해 온 경우에 있어서도, 측면 측으로부터 용탕을 받아들이고, 또한 돌출되어 형성된 플랜지부(36)에 의해 개재물의 도입 구멍에의 접근을 방해할 수 있다. 따라서, 주조 장치(10)에서는, 수직 상방 연속 주조에 있어서, 주조물에의 개재물의 혼입을 보다 억제할 수 있다.

한편, 본 개시는 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일은 없고, 본 개시의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

예컨대, 전술한 실시형태에서는, 주조 장치(10)는, 개재물 제거부(15)를 이용하여 개재물을 부상시킨 후, 개재물 제거부(15)를 주조부(20)로 바꿔 구리 합금의 주조를 행하는 것으로 하였으나, 특별히 이것에 한정되지 않는다. 도 6은 다른 주조 장치(10B)의 일례의 개략을 나타내는 설명도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 개재물 제거부(15)를 상설해도 좋고, 상설한 개재물 제거부(15)로 개재물을 부상시킨 후, 주조부(20)로 주조물(W)의 주조를 행하는 것으로 해도 좋다. 이 주조 장치(10B)에 있어서도, 수직 상방 연속 주조에 있어서, 주조물에의 개재물의 혼입을 보다 억제할 수 있다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 주조 장치(10)로서 설명하였으나, 노즐(30)로 해도 좋다. 노즐(30)에 의해서도, 주조 장치(10)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시예

이하에는, 주조 장치(10) 및 노즐(30)을 구체적으로 제조한 예를 실험예로서 설명한다. 전술한 주조 장치(10)를 제작하고, 노즐의 형상, 캡 부재의 형상을 변경하여 그 개재물의 주조물에의 침입성에 대해 검토하였다. 한편, 실험예 3∼5, 7이 실시예에 상당하고, 실험예 1, 2, 6이 비교예에 상당한다.

[실험예 1]

노즐 본체를 측면에 도입 구멍을 형성하지 않은 원통 부재로 하고, 이 원통의 개구 내부를 막는 캡 부재로 하였다(도 7 참조). 주조 전에는 개시봉을 노즐 본체에 삽입하고, 주조 개시 시에, 이 개시봉에 의해 캡 부재를 압출하여 낙하시키며, 개시봉을 인상하여 주조물을 얻었다.

[실험예 2]

노즐 본체를 측면에 도입 구멍을 형성하지 않은 원통 부재로 하고, 이 원통의 개구를 덮개에 의해 폐쇄하는 캡 부재로 하였다(도 7 참조). 주조 전에는 개시봉을 노즐 본체에 삽입하고, 주조 개시 시에, 이 개시봉에 의해 캡 부재를 밀어 벗겨 낙하시키며, 개시봉을 인상하여 주조물을 얻었다.

[실험예 3]

노즐 본체를 측면에 도입 구멍을 형성한 원통 부재로 하고, 이 원통의 하방의 개구를 노즐 본체보다 외주측으로 돌출된 플랜지부를 갖는 캡 부재로 폐쇄하였다(도 3, 6 참조). 주조 전에는 개시봉을 노즐 본체에 삽입하고, 주조 개시 시에, 이 캡 부재를 노즐 본체에 배치한 채로 개시봉을 인상하여 주조물을 얻었다. 한편, 도 7의 사진은, 주조 후에 취출한 것이며, 이 취출 시에 슬래그가 부착된 것이다.

[실험예 4]

노즐 본체를 측면에 도입 구멍을 형성한 원통 부재로 하고, 이 원통의 하방의 개구를 외주 가장자리에 외연벽을 형성한 플랜지부를 갖는 캡 부재로 폐쇄하였다(도 4, 6 참조). 주조 전에는 개시봉을 노즐 본체에 삽입하고, 주조 개시 시에, 이 캡 부재를 노즐 본체에 배치한 채로 개시봉을 인상하여 주조물을 얻었다.

[실험예 5]

노즐 본체를 측면에 도입 구멍을 형성한 원통 부재로 하고, 이 원통의 하방의 개구를, 외주 가장자리와 노즐 본체 사이에 수직벽부를 형성한 플랜지부를 갖는 캡 부재로 폐쇄하였다(도 2, 6 참조). 주조 전에는 개시봉을 노즐 본체에 삽입하고, 주조 개시 시에, 이 캡 부재를 노즐 본체에 배치한 채로 개시봉을 인상하여 주조물을 얻었다.

(주조 처리, 평가)

실험예 1∼5의 노즐을 이용하여 수직 상방 연속 주조 처리를 행하였다. 원료의 조성을 Cu-5 at% Zr 합금으로 하고, 원료 공급부로부터 구리선과 Cu-50 질량% Zr 모합금을 내포한 구리관을 공급하였다. 가열부에 의해 1573 K로 제1 수용부 및 제2 수용부를 가열하고, Ar 가스를 유입시켜 산화를 억제한 상태에서 용탕을 제작하였다. 연속 주조는, 내경 14 ㎜의 다이스를 이용하고, 서보 구동의 핀치 롤러로 인상하는 동작을 간헐적으로 행하며, 평균 주조 속도가 600 ㎜/분이 되는 조건으로 연속 주조를 행하였다. 노즐의 삽입 시의 슬래그 부착 방지에 대해서는, 슬래그의 부착이 매우 적은 것을 「AA」로 하고, 슬래그의 부착이 특히 적은 것을 「A」로 하며, 슬래그의 부착이 비교적 적은 것을 「B」로 평가하였다. 또한, 주조 중의 개재물 침입 방지에 대해서는, 개재물의 침입이 매우 적은 것을 「AA」로 하고, 개재물의 침입이 특히 적은 것을 「A」로 하며, 개재물의 침입이 비교적 적은 것을 「B」로 하고, 개재물의 침입이 많은 것을 「D」로서 평가하였다.

(결과와 고찰)

도 7은 실험예 1∼5를 이용했을 때의 노즐 삽입 시의 슬래그 부착 방지, 및 주조 중의 개재물 침입 방지의 실험 결과의 설명도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 실험예 1∼2에서는, 노즐의 용탕에의 삽입 시의 슬래그 부착 방지에 대해 효과가 있었으나, 주조 시에는, 하방으로부터 부상해 오는 개재물을 받아들여 버려, 주조물에 개재물이 혼입되었다. 도 8은 개재물이 침입한 주조물의 전자 현미경 사진이며, 도 8a는 알루미나가 혼입된 주조물이고, 도 8b는 카본이 혼입된 주조물이다. 실험예 1, 2에서는, 개재물의 혼입에 의해, 주조물에 끊어짐 등이 발생하였다. 한편, 실험예 3∼5에서는, 주조 중의 개재물 침입이 보다 억제되어, 적합한 주조물이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 특히, 실험예 5의 노즐을 이용하면, 보다 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한, Cu-Zr 합금에서는, 고강도 및 고도전율의 나노 층형 조직을 형성하기 때문에, 개재물의 침입을 방지할 필요가 높고, 실험예 3∼5의 노즐을 적용하는 의의가 매우 높은 것으로 추찰되었다.

[실험예 6, 7]

다음으로, 개재물 제거 공정에 있어서의 버블링의 효과에 대해 검토하였다. 상기 주조 처리 평가 시험에 있어서, 실험예 5의 노즐을 이용하여 수직 상방 연속 주조 처리를 행하기 전에 Ar 가스에 의한 버블링을 행하지 않은 주조물의 제조 방법을 실험예 6으로 하였다. 또한, 상기 주조 처리 평가 시험에 있어서, 실험예 5의 노즐을 이용하여 수직 상방 연속 주조 처리를 행하기 전에, 랜스 파이프(lance pipe)(다공질 카본)로부터 Ar 가스를 공급하여 버블링을 행한 주조물의 제조 방법(도 5 참조)을 실험예 7로 하였다. 주조물이 직경 80 ㎛의 Cu-Zr 와이어가 되도록 압연 및 다이스 신선 가공을 행하였다. 제조 평가 결과를 표 1에 정리하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 주조 공정 전에 버블링을 행하지 않는 실험예 6에서는, 단선수가 40으로 많고, 평균 길이가 2.1 만m였다. 이에 대해, 주조 처리 전에 버블링을 행한 실험예 7에서는, 단선수가 9, 평균 길이가 9.5 만m이고, 노즐과의 조합에 있어서 그 큰 효과가 확인되었다.

한편, 본 개시는 전술한 실시예에 조금도 한정되는 일은 없고, 본 개시의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

본 출원은 2017년 3월 31일에 출원된 일본국 특허 출원 제2017-070975호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 모두가 본 명세서에 포함된다.

본 개시는 금속의 주조에 이용 가능하다.

10, 10B: 주조 장치 11: 케이스
12: 제1 수용부 13: 제2 수용부
14: 원료 공급부 15: 개재물 제거부
16: 다공질 플러그 17: 가스 공급관
18: 가열부 19: 용탕
20: 주조부 21: 다이스
22: 몰드 23: 냉각부
24: 캡 25: 롤러
26: 개시봉 29: 슬래그층
30, 30B, 30C: 노즐 31: 노즐 본체
32: 도입 구멍 34: 외연벽
35, 35B, 35C: 캡 부재 36: 플랜지부
37: 외주 가장자리 38: 수직벽부
39: 단차부

Claims

용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조의 상기 용탕에 삽입되는 노즐로서,
상기 용탕을 도입하는 도입 구멍이 측면에 형성되는 노즐 본체와,
상기 도입 구멍의 하방 측에 상기 노즐 본체보다 돌출되어 형성되는 플랜지부
를 구비하는 것인, 노즐.
제 1항에 있어서,
상기 플랜지부는, 상기 노즐 본체의 외주측 전체에 형성되는 것인, 노즐.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 플랜지부에는, 그 외주 가장자리에 상기 도입 구멍 측을 향해 세워 설치되는 외연벽(外緣壁)이 형성되는 것인, 노즐.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랜지부에는, 그 외주 가장자리와 상기 노즐 본체 사이에 상기 도입 구멍 측을 향해 세워 설치되는 수직벽부가 형성되는 것인, 노즐.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랜지부는, 상기 노즐 본체의 선단에 배치되는 캡 부재인 것인, 노즐.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
Cu-Zr 합금, Cu-Sn, Cu-Fe, Cu-Ag 및 이들의 원소를 포함하는 다원계 구리 합금 중의 하나 이상의 합금의 상기 용탕에 이용되는 것인, 노즐.
용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조를 행하는 주조 장치로서,
용탕을 수용하는 수용부와,
상기 수용부에 삽입되어 상기 용탕에 불활성 가스로 버블링을 행하여 상기 용탕에 포함되는 개재물을 부상시키는 개재물 제거부와,
상기 수용부에 삽입되어 상기 용탕을 도입하는 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 노즐과,
상기 노즐의 상방에 배치되어 상기 도입한 용탕을 급냉시키는 냉각부
를 구비하는 것인, 주조 장치.
용탕을 상방으로 인상하여 주조물을 주조하는 수직 상방 연속 주조를 행하는 주조물의 제조 방법으로서,
상기 용탕에 불활성 가스로 버블링을 행하여 상기 용탕에 포함되는 개재물을 부상시키는 개재물 제거 공정과,
상기 개재물 제거 공정 후에 제1 항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 노즐을 상기 용탕에 하방을 향해 삽입한 후 상기 노즐로부터 상기 용탕을 도입하여 상기 주조물을 주조하는 주조 공정
을 포함하는 것인, 주조물의 제조 방법.
제 8항에 있어서,
상기 주조 공정에서는, 상기 노즐로부터 인상된 상기 용탕을 상기 노즐의 상방에 배치되는 냉각부에 의해 냉각하는 것인, 주조물의 제조 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 개재물 제거 공정에서는, Cu-Zr 합금, Cu-Sn, Cu-Fe, Cu-Ag 및 이들의 원소를 포함하는 다원계 구리 합금 중의 하나 이상의 합금의 상기 용탕에 상기 버블링을 행하는 것인, 주조물의 제조 방법.