KR20200018975A - 복합재 주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복층의 몰드를 사용하여 다중으로 주조함으로써, 주조 두께에 상관없이 예컨대 물리적 성질이 다른 2종류 이상의 금속을 가진 복합재를 주조할 수 있는 복합재 주조장치에 관한 것으로, 이는 몰드의 장변측 벽면을 형성함과 동시에 주편 인발 방향으로 진행하는 벨트와, 몰드의 단변측 벽면을 형성하는 단변몰드에 의해 모재 금속의 주조 영역을 구획하는 제1 몰드; 및 상기 제1 몰드로부터 인발되어 나온 상기 제1 몰드의 하류에 배치되고, 상기 모재 금속의 응고쉘 주변에 외피 금속의 주조 영역을 구획하는 제2 몰드를 포함한다.

Description

복합재 주조장치 {APPARATUS FOR CASTING COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 복층의 몰드를 사용하여 다중으로 주조함으로써, 예컨대 물리적 성질이 다른 2종류 이상의 금속을 가진 복합재를 주조할 수 있는 복합재 주조장치에 관한 것이다.

복합재에는, 예를 들면 2종류 혹은 그 이상의 금속 성분을 서로 결합하여 단일 성분의 금속이 가지기 어려운 물리적 성질을 부여한 복합금속이 포함된다.

이러한 복합금속은 쌍롤식 연속 주조에 의해 주조될 수 있다. 이 주조 방법은, 하나의 몰드에서 2개의 침지노즐을 사용하여 성분이나 물리적 성질이 다른 이종의 용융된 금속을 주입하여 복층으로 주조를 한다. 즉, 복합금속의 내부를 구성하는 모재 금속은 몰드의 아래쪽에 주입하고 외부를 구성하는 외피 금속은 모재 금속의 위쪽에 층을 형성하도록 주입하면서, 전자기 장치를 이용하여 두 금속이 계면에서 서로 섞이지 않도록 제어를 한다.

용융된 금속이 매니스커스부터 응고되어 응고쉘이 성장하므로 상층의 금속이 먼저 응고되어 외피를 구성하고 아래층의 금속은 먼저 응고된 외피 금속의 내부에서 응고되어 결과적으로 내부의 금속을 물리적 성질이 다른 외피 금속이 감싸고 있는 복합금속을 주조할 수 있다.

이러한 복합금속의 주조 방법은 외피 금속의 두께를 균일하게 제어하기 위해 계면의 높이를 일정하게 유지해야 하는데, 이를 위해서는 몰드에 주입되는 이종의 용융된 금속 유량을 정밀하게 제어해야 한다. 또한, 성분이 다른 이종의 용융된 금속이 계면에서 혼합되지 않도록 전자기 장치를 이용하여 계면을 안정적으로 제어해야 한다.

하지만, 생산성을 위해 주조 속도가 증가할 경우에 토출량이 증가하고 계면에서 유동의 불안정성이 커지므로 이를 정확하게 제어하기는 매우 어렵다.

더욱이, 회전하는 쌍롤식 몰드를 이용한 주조 방법은 몰드 내에서 용융된 금속을 완전히 응고시켜야 하는데, 주조 두께가 증가하면 미응고된 금속의 길이가 몰드 길이보다 길어져 철정압에 의해 응고쉘이 찢어질 수 있으므로 주조 두께가 약 10mm 이하의 얇은 판으로 제한되는 한계가 있다.

(특허문헌 1) JP H05-277659 A

이에 본 발명은 복층의 몰드를 사용하여 다중으로 주조함으로써, 주조 두께에 상관없이 예컨대 물리적 성질이 다른 2종류 이상의 금속을 가진 복합재를 주조할 수 있는 복합재 주조장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치는, 몰드의 장변측 벽면을 형성함과 동시에 주편 인발 방향으로 진행하는 벨트와, 몰드의 단변측 벽면을 형성하는 단변몰드에 의해 모재 금속의 주조 영역을 구획하는 제1 몰드; 및 상기 제1 몰드의 하류에 배치되고, 상기 제1 몰드로부터 인발되어 나온 상기 모재 금속의 응고쉘 주변에 외피 금속의 주조 영역을 구획하는 제2 몰드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 몰드를 복층으로 구성하여 물리적 성질이 다른 2종류 이상의 금속을 안쪽에서부터 바깥쪽을 향해 다중으로 주조할 수 있으며, 벨트를 사용하여 길게 형성된 제1 몰드에 의해 응고쉘을 몰드 내에서 충분히 성장시킬 수 있어 주조 두께에 상관없이 복합재를 주조할 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치에 의해 주조된 복합재의 단면도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치는, 몰드의 장변측 벽면을 형성함과 동시에 주편 인발 방향으로 진행하는 벨트(11)와, 몰드의 단변측 벽면을 형성하는 단변몰드(12)에 의해 모재 금속(1)의 주조 영역을 구획하는 제1 몰드(10); 및 이 제1 몰드의 하류에 배치되고, 제1 몰드로부터 인발되어 나온 모재 금속의 응고쉘(2) 주변에 외피 금속(3)의 주조 영역을 구획하는 제2 몰드(20)를 포함하고 있다.

제1 몰드(10)는 벨트형 몰드로서, 한 쌍의 단변몰드(12)와 이들 단변몰드를 사이에 두고 마련된 한 쌍의 벨트(11)로 구성될 수 있다. 이러한 제1 몰드의 상류에는 내부에 용융된 모재 금속을 수용하고 있는 턴디쉬(13)가 배치되고, 이 턴디쉬의 바닥에 노즐(14)이 설치되어, 제1 몰드에다 용융된 모재 금속(1)을 주입할 수 있게 되어 있다.

벨트(11)는 예를 들면 스테인리스강 등과 같은 금속으로 만들어지며, 프레임(미도시)에 지지된 구동풀리(15) 및 종동풀리(16)를 감아돌아 설치될 수 있다.

구동풀리(15)의 회전축에는 구동모터(미도시)가 연결되어, 구동풀리의 회전에 의해 벨트(11)는 주편 인발 방향으로 진행할 수 있게 된다. 또, 종동풀리(16)의 회전축에는 예컨대 유체압 실린더 등과 같은 액츄에이터(미도시)가 연결되어 벨트에 장력을 부가함은 물론, 한 쌍의 벨트 사이의 수평거리를 조정하여 용융된 모재 금속의 응고에 의한 수축을 보상하기 위해 테이퍼를 설정하거나, 주편의 두께를 변경할 수 있다.

이러한 구성의 벨트(11)는 주조 영역의 장변을 형성하게 되며, 그 일측면은 용융된 모재 금속(1)과 접촉하게 된다.

단변몰드(12)는 주조 영역의 단변을 형성한다. 일예로, 단변몰드(12)는 내화재로 만들어질 수 있으며, 내부에는 냉매가 흐르는 순환유로가 형성되어 단변몰드를 냉각시킬 수 있다. 이 단변몰드와 양측 벨트(11) 사이는 그 간극으로부터 용융된 모재 금속(1)이 새어 나오지 않도록 밀접하게 접촉되어 있다.

하지만, 단변몰드의 구성은 반드시 이러한 예에 한정되지 않는데, 예를 들어 단변몰드(12)는 벨트(11)와 동기해서 회전할 수 있는 단변벨트를 구비하고, 이 단변벨트는 도시되지 않은 구동풀리와 종동풀리에 의해 구동되어 주행할 수 있다. 이 경우에, 단변벨트를 냉각시키는 냉각수단이 별도로 구비될 수 있다.

벨트(11)의 타측면, 즉 배면에는 냉각 패드나, 복수의 노즐 등을 사용한 냉각부(17)가 배치되어 있어, 벨트는 냉각부에 의해 냉각될 수 있고, 용융된 모재 금속(1)은 벨트(11) 또는 단변몰드(12)의 냉각에 의하여 응고쉘(2)의 형태로 된다.

예를 들어, 냉각부(17)로서 냉각 패드를 사용하는 경우에는 이 냉각 패드의 내부에 냉매가 흐르는 순환유로가 형성될 수 있다.

또, 냉각부(17)로서 복수의 노즐이 채용되는 경우에는 이들 노즐로부터 냉매가 유출 또는 분사될 수 있는데, 냉매가 물 등과 같은 액체이면 노즐과 벨트 사이에 수막(水膜)을 형성하여 벨트(11)를 냉각할 수 있고, 냉매가 기체이면 이 냉기가 벨트를 직접 냉각할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치는, 미응고된 모재 금속(1)의 철정압을 지지하기 위해 벨트(11)의 타측면에 위치한 적어도 하나의 안내롤(18)을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 이들 안내롤(18)의 내부에도 냉매가 흐르는 순환유로가 형성될 수 있어서, 안내롤을 냉각수단으로 활용할 수 있다.

이와 같은 냉각부(17) 또는 안내롤(18)을 활용한 냉각수단은 용융된 모재 금속(1)이 맞닿는 벨트(11)의 표면에서 열을 빼앗아 벨트형 몰드인 제1 몰드(10)를 보호함과 동시에 모재 금속을 응고시킨다.

탕면이 소정 레벨이 되면 구동풀리(15)를 회전시켜 벨트(11)를 주편 인발 방향으로 진행시킴으로써, 제1 몰드(10)에 공급되는 용융된 모재 금속(1)은 벨트와의 접촉으로 냉각되면서 응고되어, 한 쌍의 벨트 사이로 인발되어 나아간다.

이와 같이, 제1 몰드(10)로서 벨트형 몰드를 사용하기 때문에, 몰드를 길게 제작하여 응고쉘(2)을 몰드 내에서 충분히 성장시킬 수 있고, 이에 따라 몰드 직하에서 응고쉘이 철정압에 의해 찢어지는 것을 방지할 수 있게 되므로, 궁극적으로 주조 두께를 적어도 10mm를 초과하여 증대시킬 수 있다.

제1 몰드(10)의 하류에 연속하여 제2 몰드(20)가 배치될 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치는, 제1 몰드(10)와 제2 몰드(20) 사이에 선택적으로 배치된 가압롤(30)을 포함하여, 모재 금속(1)의 응고쉘(2)에 작용하는 철정압을 지지함과 더불어, 주편 인발 방향으로 주편을 끌어 당길 수 있다.

제2 몰드(20)는 쌍롤형 몰드로서, 한 쌍의 에지댐(22)과 이들 에지댐의 사이에 마련된 한 쌍의 주조롤(21)로 구성될 수 있다.

한 쌍의 주조롤(21)은 각각 그 내부에 냉매가 흐르는 순환유로가 형성될 수 있다. 이들 주조롤은 서로 반대방향으로 회전되면서 주조 영역의 장변을 형성하게 되며, 용융된 외피 금속(3)과 접촉하게 된다.

또, 주조롤(21)의 회전축에는 예컨대 유체압 실린더 등과 같은 액츄에이터(미도시)가 연결되어, 한 쌍의 주조롤 사이의 수평거리를 조정하게 되고, 이로써 주편의 두께를 변경할 수 있다.

에지댐(22)은 내화재로 만들어질 수 있으며, 주조 중에 안정적으로 밀봉을 이루도록 하기 위해 에지댐은 주조롤(21)의 측면으로 가압되게 되어 있다.

이러한 구성의 에지댐(22)은 주조 영역의 단변을 형성한다.

제2 몰드(20)의 상류에는 주편의 진행 경로로부터 벗어나 위치되고서 내부에 용융된 외피 금속(3)을 수용하는 공급부(23)가 더 구비될 수 있다. 이 공급부의 바닥에 설치된 노즐(24)은 공급부로부터 제2 몰드 내로 경사지게 연장하여, 제2 몰드에 용융된 외피 금속을 주입할 수 있게 되어 있다.

이와 같이 구성된 제2 몰드(20)에는, 제1 몰드(10)에서 주조되고 인발되어 나온 모재 금속(1)의 (내층) 응고쉘(2)을 용융된 외피 금속(3)이 둘러싸도록, 공급부(23)로부터 용융된 외피 금속이 공급된다. 이어서, 냉매에 의해 냉각되는 주조롤(21)과의 접촉에 의해 주조롤 내부로 열을 빼앗긴 외피 금속은 냉각되면서, 탕면과 접하는 응고 개시점부터 급속히 응고를 시작하여 외층 응고쉘(4)을 형성하고, 주편 인발 방향으로 유도된다.

계속하여 형성되는 외층 응고쉘(4)에 의해 외피 금속(3)이 점차 응고되면서 내층 응고쉘(2)과 외층 응고쉘(4)이 일체로 복합되어 복층 주편이 형성됨으로써 복합금속으로 된 복합재(5; 도 2 참조)가 제조될 수 있다.

제2 몰드(20)의 하류에도 전술한 가압롤(30)이 선택적으로 배치될 수 있으며, 복수의 가압롤이 주편 인발 방향을 따라 복수로 마련되어, 주편의 외층 응고쉘(4)을 지지할 수 있다.

이와 같이, 몰드를 복층으로 구성하여 물리적 성질이 다른 2종류 이상의 금속을 안쪽에서부터 바깥쪽을 향해 다중으로 주조할 수 있어서, 종래기술과 달리 이종의 용융된 금속 레벨을 정교하게 제어하거나 이종의 용융된 금속이 계면에서 혼합되는 것을 방지하기 위해 전자기 장치로 제어해야 할 필요성이 없게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치에 의해 주조된 복합재의 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 주조장치를 통해 제조된 복합재(5)는, 성분이 다른 2 이상의 강종 혹은 물리적 성질이 다른 2 이상의 금속을 포함한 복합금속이다.

도 2의 복합재(5)를 살펴보면, 두께가 t₁인 모재 금속(1)의 바깥을, 두께가 t₂인 외피 금속(3)이 완전히 감싸고 있다.

한편, 본 명세서 및 도면에서는 벨트형 몰드인 제1 몰드와 쌍롤형 몰드인 제2 몰드로 구성된 예를 도해하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 본 발명에서 설명하고 도시한 복합재 주조장치를 참조하면, 복합재 내 금속층 숫자에 대응하는 개수만큼 몰드를 포함할 수 있음을 알 수 있다.

보다 구체적으로, 제2 몰드의 하류에는 필요에 따라 복수의 쌍롤형 몰드 또는 복수의 벨트형 몰드가 추가로 배치되어, 여러 층의 복합금속으로 된 복합재를 주조할 수 있다.

이에 따라, 도 2에 도시된 복합재(5)에서도 외피 금속(3)의 바깥을 둘러싸는 복수의 금속층이 더 형성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 몰드를 복층으로 구성하여 물리적 성질이 다른 2종류 이상의 금속을 안쪽에서부터 바깥쪽을 향해 다중으로 주조할 수 있으며, 벨트를 사용하여 길게 형성된 제1 몰드에 의해 응고쉘을 몰드 내에서 충분히 성장시킬 수 있어 주조 두께에 상관없이 복합재를 주조할 수 있는 효과를 얻게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 모재 금속 2: (내층) 응고쉘
3: 외피 금속 4: 외층 응고쉘
5: 복합재 10: 제1 몰드
11: 벨트 12: 단변몰드
13: 턴디쉬 14: 노즐
15: 구동풀리 16: 종동풀리
17: 냉각부 18: 안내롤
20: 제2 몰드 21: 주조롤
22: 에지댐 23: 공급부
24: 노즐 30: 가압롤

Claims (15)

1. 몰드의 장변측 벽면을 형성함과 동시에 주편 인발 방향으로 진행하는 벨트와, 몰드의 단변측 벽면을 형성하는 단변몰드에 의해 모재 금속의 주조 영역을 구획하는 제1 몰드; 및
   상기 제1 몰드의 하류에 배치되고, 상기 제1 몰드로부터 인발되어 나온 상기 모재 금속의 응고쉘 주변에 외피 금속의 주조 영역을 구획하는 제2 몰드
   를 포함하는 복합재 주조장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 몰드는,
   한 쌍의 에지댐; 및
   상기 한 쌍의 에지댐의 사이에 마련된 한 쌍의 주조롤
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 몰드의 상류에는 내부에 용융된 모재 금속을 수용하는 턴디쉬가 배치되고,
   상기 턴디쉬의 바닥에 노즐이 설치되어, 상기 노즐에 의해 상기 제1 몰드에 상기 용융된 모재 금속을 공급하는 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 벨트는 구동풀리와 종동풀리를 감아돌아 설치되고,
   상기 구동풀리와 상기 종동풀리 중 적어도 하나의 회전축에 액츄에이터가 연결되어, 주편의 두께를 변경하는 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 벨트가 용융된 모재 금속과 접촉하는 일측면의 배면에는 상기 벨트를 냉각시키는 냉각부가 배치된 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 냉각부는 냉각 패드이고,
   상기 냉각 패드의 내부에는 냉매가 흐르는 순환유로가 형성된 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 냉각부는 복수의 노즐을 포함하고,
   상기 노즐로부터 냉매가 유출 또는 분사되는 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
   
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 벨트가 용융된 모재 금속과 접촉하는 일측면의 배면에는 미응고된 모재 금속의 철정압을 지지하기 위한 적어도 하나의 안내롤이 배치된 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 안내롤의 내부에는 냉매가 흐르는 순환유로가 형성된 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
   
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 몰드와 상기 제2 몰드 사이에 배치된 가압롤을 더 포함하여, 상기 모재 금속의 응고쉘을 지지하는 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
    
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 몰드의 상류에는 주편의 진행 경로로부터 벗어나 위치되고서 내부에 용융된 외피 금속을 수용하는 공급부가 더 구비되고,
    상기 공급부의 바닥에 설치된 노즐에 의해 상기 제2 몰드에 상기 용융된 외피 금속을 공급하는 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
    
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 몰드의 하류에 배치된 가압롤을 더 포함하여, 주편을 지지하는 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
    
13. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 주조롤은 각각 내부에 냉매가 흐르는 순환유로가 형성된 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
    
14. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 주조롤 중 적어도 하나의 회전축에 액츄에이터가 연결되어, 주편의 두께를 변경하는 것을 특징으로 하는 복합재 주조장치.
    
15. 제1항 또는 제2항에 따른 복합재 주조장치를 통해 제조된 복합재로서,
    모재 금속의 바깥을 외피 금속이 완전히 감싸고 있는 복합재.
    

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