KR20210111534A

KR20210111534A - 다중 가변 전극 주조 장치 및 다중 가변 전극 주조 방법

Info

Publication number: KR20210111534A
Application number: KR1020200026598A
Authority: KR
Inventors: 김문조; 김동응; 최승준
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-13
Also published as: KR102307855B1; KR102307855B9

Abstract

본 발명은 주조 분야에서 고강도 부품 제조를 위해 결정립 미세화, 정출상 미세화 및 전체적으로 균일 분포의 미세조직을 얻을 수 있도록 하는 미세화 주조 제품을 확보할 수 있도록, 용탕이 주입된 후 반 응고된 반응고 용탕에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 용탕처리부; 및 상기 직류 용탕 처리된 용탕을 주입받아 주조 제품을 성형하는 금형부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 장치를 제공한다.

Description

다중 가변 전극 주조 장치 및 다중 가변 전극 주조 방법{MULTIPLE VARIABLE ELECTRODE CASTING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 주조 제품 제조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다중 가변 전극 주조 장치 및 다중 가변 전극 주조 장치를 이용한 주조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주조 분야에서 고강도 부품 제조를 위해 결정립 미세화, 정출상 미세화 및 전체적으로 균일 분포의 미세조직을 얻을 수 있도록 하는 미세화 주조 제품을 확보할 수 있는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

이러한 미세화 주조 제품을 확보하기 위한 종래기술로는 용탕 내 개량화제 첨가, 대한민국 등록특허 제10-1965768호에 개시된 기계적 진동을 통한 용탕 처리 방법 또는 교류 전원에 의한 전자기 유도에 의한 진동을 통한 용탕 처리 방법 등이 사용되었다.

상술한 종래기술의 주조 조직의 미세화를 위한 용탕 처리 방법 중 개량화제 첨가 또는 기계적 진동 방법을 적용하는 용탕처리에 의한 미세화 방법은 산업적으로 가장 많이 활용되고 있으나, 용탕 유동 저하, 불순물 증가 또는 기공 등에 의한 결함 발생 등의 문제점이 있다. 그리고 교류에 전원에 의한 전자기 유도에 의한 진동 방법을 적용하는 용탕처리에 의한 미세화 방법은, 전자기 유도를 위한 코일의 구성 등으로 주조 장치의 구조를 복잡하게 하고 용탕처리 용량에 제한이 존재하고, 크기를 증가시켜 제조 비용이 증가하며, 전자기 유도에 의해 진동을 유발하게 되므로 전기 에너지의 자기 에너지 및 운동 에너지로의 변환 과정에서 에너지 손실이 발생하고, 교번 자기장에 의해 용탕을 교반하여 국소 용탕이 고정 위치를 중심으로 진동하게 되므로 용탕 처리의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 주조 분야에서 고강도 부품 제조를 위해 결정립 미세화, 정출상 미세화 및 전체적으로 균일 분포의 미세조직을 얻을 수 있도록 하는 주조 제품의 조기 미세화를 위한 새로운 방식의 용탕 처리 기법이 요구된다.

대한민국 등록특허 제10-1965768호

따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 용탕을 금형에 주입하기 전 용탕 내에 직류 전류를 인가하여 용탕 처리를 유도하여 미세화 주조 제품을 제조할 수 있도록 하는 반응고식 다중 가변 전극 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법 및 금형에 주입된 용탕을 응고 전 다중 가변 전극에 의해 용탕처리를 유도하여 미세화 주조 제품을 제조할 수 있도록 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 용탕이 주입된 후 반응고된 반응고 용탕에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 용탕처리부; 및 상기 직류 용탕 처리된 용탕을 주입받아 주조 제품을 성형하는 금형부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 장치를 제공한다.

상기 용탕처리부는, 상기 용탕을 주입받는 용탕처리고; 상기 반응고 용탕에 직류 전원의 인가를 위해 상기 용탕처리고에 장착되는 다수의 전극들을 포함하는 다중 전극부; 및 상기 다중 전극부에 용탕 처리를 위해 공급되는 직류 전원을 조절하여 직류 용탕 처리를 제어하는 전원공급 및 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 다중 전극부는, 상기 용탕처리고의 상부의 둘레와 하부 둘레를 따라 다수의 전극들이 일정 간격 이격 설치되어 형성되는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하는 하나 이상의 상부 전극부 및 하부 전극부 쌍을 포함하고, 상기 전원공급 및 제어부는, 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이 중 어느 하나의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전원공급 및 제어부는, 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 및 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이 중 어느 하나의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어를 교대로 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전원공급 및 제어부는, 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이의 직류 전원 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 용탕을 주입받는 용탕처리고와 상기 용탕처리고에 주입되어 반 응고된 반응고 용탕에 직류 전원의 인가를 위해 상기 용탕처리고에 장착되는 다수의 전극들을 포함하는 다중 전극부 및 상기 다중 전극부에 용탕 처리를 위한 직류 전원을 조절하여 인가하는 전원공급 및 제어부를 포함하는 용탕처리부 및 금형부를 포함하는 다중 가변 전극 주조 장치에 의한 주조 방법에 있어서, 상기 용탕처리고에 용탕을 주입한 후 반 응고시키는 용탕 주입 단계; 상기 반 응고된 반응고 용탕에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 직류 용탕 처리 단계; 및 상기 직류 용탕 처리된 용탕을 상기 금형에 주입하여 주조 제품을 성형하는 주조 제품 성형 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 방법을 제공한다.

상기 직류 용탕 처리 단계는, 상기 용탕처리고의 상부의 둘레와 하부 둘레를 따라 다수의 전극들이 일정 간격 이격 설치되어 형성되는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하는 하나 이상의 상부 전극부 및 하부 전극부 쌍의 층으로 형성된 상기 다중 전극부의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 직류 용탕 처리 단계는, 상기 전원공급 및 제어부가 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 및 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이 중 어느 하나의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어를 교대로 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 직류 용탕 처리 단계는, 상기 전원공급 및 제어부가 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이의 직류 전원 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 금형부; 및 상기 금형부의 내부에 주입된 용탕에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리한 후 응고하여 응고부를 형성하는 과정을 반복하는 주조 제어를 수행하는 용탕처리부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치를 제공한다.

상기 용탕처리부는, 상기 금형부의 내측에 승하강 되도록 설치되어 직류 전원을 인가하는 하나 이상의 전극 쌍으로 구성되는 승하강 전극부; 및 상기 전극들의 상기 금형부 내에서의 승하강 및 직류 전원 공급을 가변하는 직류 용탕처리 제어를 포함하는 상기 주조 제어를 수행하는 전원공급 및 승하강 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전원공급 및 승하강 제어부에 의한 상기 주조 제어는, 상기 금형부의 내부에 주입된 용탕에 상기 전극들의 하단부를 침지한 후 직류 전원을 공급하여 용탕 처리하는 직류 용탕처리 제어와, 상기 전극들의 하단부를 상기 용탕의 외부로 인출 인출한 후 응고를 대기하는 것을 반복 수행하거나 또는 용탕의 주입 높이에 따라 전극의 위치를 상승시키는 전극 상승 제어를 반복 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전원공급 및 승하강 제어부는, 상기 전극 쌍을 구성하는 전극들의 직류 전원의 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 금형부; 및 상기 금형부의 내부에 주입된 용탕에 승하강 전극부의 전극들을 통해 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리한 후 응고하여 응고부를 형성하는 과정을 반복하는 주조 제어를 수행하는 용탕처리부;를 포함하는 다중 가변 전극 주조 장치에 의한 주조 방법에 있어서, 상기 금형부의 내부에 용탕을 주입하는 용탕 주입 단계; 상기 주입된 용탕에 승하강 전극부를 구성하는 전극들의 하단부를 침지한 후 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 직류 용탕 처리 단계; 상기 직류 용탕 처리 단계 후 상기 전극들을 상승시켜 상기 전극들의 하단부를 상기 용탕으로부터 인출한 후 상기 직류 용탕 처리된 용탕의 응고를 대기하는 것을 반복 수행하거나 용탕의 주입 높이에 따라 전극의 위치를 상승시키는 전극 승강 단계; 및 상기 용탕 주입 단계와 직류 용탕처리 단계 및 상기 전극 승강 단계를 주조 제품의 성형 완료 시까지 반복 수행하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 방법을 제공한다.

상기 직류 용탕 처리 단계는, 상기 전원공급 및 승하강 제어부가 상기 전극 쌍을 구성하는 전극들의 직류 전원의 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성의 본원 발명의 일 실시예의 가변 전극 주조 장치(1, 2)들 및 방법들은 직류 용탕 처리를 수행하는 것에 의해 용탕이 직류 전류 방향으로 지속적으로 순환되어 국소 위치들에서의 용탕 조성의 균일성을 현저히 향상시키고 기포를 효과적으로 제거하며, 용탕 조성의 균일성 향상과 기포의 제거에 의해 주조 제품의 결정립 미세화, 정출상 미세화 및 전체적으로 균일 분포의 미세조직화 효율을 높이며, 이에 의해, 고강도 주조 제품의 품질을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 본원 발명의 일 실시예의 가변 전극 주조 장치(1, 2)들은 전극을 용탕에 직접 침지하여 직류 전류를 공급하도록 구성되는 것에 의해, 교류 전원에 의한 전자기 유도 교반 방식이 적용된 주조 장치에서 필요한 코일 등의 전자기 유도를 위한 구성을 제거할 수 있도록 하여, 주조 장치의 크기를 감소시키고, 제작 비용을 절감시키는 효과 또한 제공한다.

또한, 본원 발명의 일 실시예의 가변 전극 주조 장치(1, 2)들 및 방법들은 용탕에 직접 에너지를 인가하므로, 전자기 유도 등의 간접적인 에너지 전달 용탕 처리 기법에 비해 용탕처리의 효율성을 현저히 향상시킨다.

또한, 본원 발명의 일 실시예의 가변 전극 주조 장치(1, 2)들 및 방법들은 미세화 주조 제품을 얻기 위해 기존에 사용하는 개량제를 사용하지 않도록 함으로써, 개량제에 의한 불순물 증가 및 결합 발생의 문제를 해소하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 반응고식 다중 가변 전극 주조 장치(1)의 단면도.
도 2는 도 1의 반응고식 다중 가변 전극 주조 장치(1)를 이용한 반응고식 다중 가변 전극 주조 방법의 순서도.
도 3은 도 1의 반응고식 다중 가변 전극 주조 장치(1)를 이용한 반응고식 다중 가변 전극 주조 방법의 처리과정을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치(2)의 단면도.
도 5는 도 4의 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치(2)를 이용한 다중 가변 전극 주조 방법의 순서도.
도 6은 도 4의 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치(2)를 이용한 다중 가변 전극 주조 방법의 처리과정을 나타내는 도면.
도 7은 종래기술에 의해 직류 전류를 인가하지 않은 주조제품(a)과 본 발명의 실시예에 따른 다중 가변 전극 주조 장치에 의해 제작된 주조제품(b)의 순수 Al의 결정립 미세화를 비교를 위한 광학현미경 사진.
도 8은 종래기술에 의해 직류 전류를 인가하지 않은 주조제품(a)과 본 발명의 실시예에 따른 다중 가변 전극 주조 장치에 의해 제작된 주조제품(b)의 과공정(Hypereutectic) Al-Si 정출상 미세화 효과 비교를 위한 광학현미경 사진.

이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 반응고식 다중 가변 전극 주조 장치(1)의 단면도이다.

도 1과 같이, 상기 반응고식 다중 가변 전극 주조 장치(1)(이하, '주조 장치(1)'이라 함)는, 용탕이 주입된 후 반 응고된 반응고 용탕(4)에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 용탕처리부(100) 및 상기 직류 용탕 처리된 용탕을 주입받아 주조 제품을 성형하는 금형부(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에서 상기 직류 용탕 처리는 결정립 미세화, 정출상 미세화, 기공 저감 및 전체적으로 균일 분포의 미세조직을 갖는 고강도 주조 제품을 얻을 수 있도록 반응고 용탕(4)에 직류 전류를 인가하여 재용융 및 직류 전류 흐름 방향으로의 교반을 수행하는 것을 의미한다.

상기 용탕처리부(100)는, 상기 용탕을 주입받는 통 형의 용탕처리고(110)와, 상기 용탕처리고(110)에 주입된 후 반 응고된 상기 반응고 용탕(4)에 직류 전원의 인가를 위해 상기 용탕처리고(110)에 장착되는 다수의 전극(121~124)들을 포함하는 다중 전극부(120) 및 상기 다중 전극부(120)에 용탕 처리를 위해 공급되는 직류 전원을 조절하여 직류 용탕 처리를 제어하는 전원공급 및 제어부(130);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 용탕처리부(100)는 상기 용탕처리고(110)에서 직류 용탕 처리된 용탕(직류 용탕 처리 용탕(5, 도 3 참조)을 금형부(200)로 주입하기 위해 개폐되는 출탕도어(220)를 포함하여 구성된다. 도 1 및 도 3에서 상기 출탕도어(220)는 용탕처리고(110)의 저면에 형성되는 것으로 도시하였으나, 용탕처리고(110)의 측면 저부 등 금형부(200)의 위치에 따라 설치 위치가 변경될 수 있으며, 수동 개폐식을 구성되거나, 도면에 미 도시되어 있으나 구동부와 제어부에 의해 자동 개폐되도록 구성될 수도 있다.

상기 다중 전극부(120)는 상기 용탕처리고(100)의 상부의 둘레와 하부 둘레를 따라 다수의 전극(제1 내지 제4 전극(121~124))들이 일정 간격 이격 설치되어 형성되는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하는 하나 이상의 상부 전극부 및 하부 전극부 쌍을 포함하여 구성된다.

상기 전원공급 및 제어부(130)는 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제3 전극(123) 사이, 제2 전극(122)과 제2 전극(124) 사이), 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제4 전극(124) 사이, 제2 전극(122)과 제3 전극(123) 사이) 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이, 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이) 중 어느 하나의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전원공급 및 제어부(130)는, 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제3 전극(123) 사이, 제2 전극(122)과 제2 전극(124) 사이), 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제4 전극(124) 사이, 제2 전극(122)과 제3 전극(123) 사이) 및 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이, 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이)에 직류 전원을 교대로 인가하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 전원공급 및 제어부(130)는 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제3 전극(123) 사이, 제2 전극(122)과 제2 전극(124) 사이), 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제4 전극(124) 사이, 제2 전극(122)과 제3 전극(123) 사이) 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이, 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이)의 직류 전원 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성될 수도 있다.

상기 금형부(200)는 직류 용탕 처리 용탕(5, 도 3 참조)을 주입받은 후 냉각에 의해 주조 제품을 제작하기 위해 서로 결합되어 주조 제품의 외형에 대응하는 형상의 내부 공간을 형성하는 부분품들로 구성되는 금형(210)을 포함하여 구성된다.

도 2는 도 1의 주조 장치(1)를 이용한 반응고식 다중 가변 전극 주조 방법의 순서도이고, 도 3은 도 1의 주조 장치(1)를 이용한 반응고식 다중 가변 전극 주조 방법의 처리과정을 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본원 발명의 일 실시예의 반응고식 다중 가변 전극 주조 장치(1)에 의한 반응고식 다중 가변 전극 주조 방법을 설명한다.

도 2 및 도 3과 같이, 상기 반응고식 다중 가변 전극 주조 방법은, 용탕을 주입받는 용탕처리고(110)와 상기 용탕처리고(110)에 주입되어 반 응고된 반응고 용탕(4)에 직류 전원의 인가를 위해 상기 용탕처리고(110)에 장착되는 다수의 전극(121~124)들을 포함하는 다중 전극부(120) 및 상기 다중 전극부(120)에 용탕 처리를 위한 직류 전원을 조절하여 인가하는 전원공급 및 제어부(130)를 포함하는 용탕처리부(100) 및 금형부(200)를 포함하는 다중 가변 전극 주조 장치에 의한 주조 방법에 있어서, 상기 용탕처리고(110)에 용탕(3)을 주입한 후 반 응고시키는 용탕 주입 단계(S11), 상기 반응고 용탕(4)에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 직류 용탕 처리 단계(S13) 및 직류 용탕 처리 용탕을 상기 금형(210)에 주입하여 주조 제품을 성형하는 주조 제품 성형 단계(S15)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 용탕 주입 단계(S11)에서, 도 3의 (a)와 같이 용탕처리고(110)의 출탕도어(220)로 용탕처리고(110)의 출탕 개구부를 차폐한 후 용광로 등의 출탕노즐(10)을 통해 용탕처리고(110)에 용탕 또는 반응고 용탕(4)을 주입한다.

이후, 직류 용탕 처리 단계(S13)에서는, 일정 시간 대기하여 생성된 반응고 용탕(4) 또는 반응고 상태로 주입된 반응고 용탕(4)에 용탕처리고(110)에 설치된 전원공급 및 제어부(130)가 전극(121~124)들을 통해 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 반응고 용탕에 대한 직류 용탕처리 제어를 수행한다.

상술한 바와 같이, 상기 직류 용탕 처리 단계(S13)에서의 전원공급 및 제어부(130)에 의한 직류 용탕처리 제어는, 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제3 전극(123) 사이, 제2 전극(122)과 제2 전극(124) 사이), 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제4 전극(124) 사이, 제2 전극(122)과 제3 전극(123) 사이) 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이, 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이) 중 어느 하나의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어일 수 있다.

또한, 상기 전원공급 및 제어부(130)에 의한 직류 용탕처리 제어는, 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제3 전극(123) 사이, 제2 전극(122)과 제2 전극(124) 사이), 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제4 전극(124) 사이, 제2 전극(122)과 제3 전극(123) 사이) 및 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이, 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이)에 직류 전원을 교대로 인가하는 직류 용탕처리 제어일 수도 있다.

또한, 상기 전원공급 및 제어부(130)에 의한 직류 용탕처리 제어는, 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제3 전극(123) 사이, 제2 전극(122)과 제2 전극(124) 사이), 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제4 전극(124) 사이, 제2 전극(122)과 제3 전극(123) 사이) 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이(제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이, 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이)의 직류 전원 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어일 수도 있다.

상기 주조 제품 성형 단계(S115)에서는 도 3의 (b) 및 (c)와 같이, 상기 출탕도어(220)를 개방하여 직류 용탕 처리 용탕(5)을 상기 금형(210)에 주입하고, 냉각시켜 주조 제품을 성형한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치(2)의 단면도이다.

도 4와 같이, 상기 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치(2)는, 전극 이동형 금형부(300)(이하, '금형부(300)'라 함) 및 상기 금형부(300)의 내부에 주입된 용탕에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리한 후 응고하여 응고부(7, 도 6 참조)를 형성하는 과정을 반복하는 주조 제어를 수행하는 용탕처리부(400)(이하, '용탕처리부(400)'라 함)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치(2)는 도 1 내지 도 3의 반응고 형식의 주조 방식이 적절하지 않은 경우(예를 들어 대형 주물 등) 적용될 수 있는 것으로서, 용탕 응고 거동을 직접적으로 제어하면서 전류를 인가할 수 있도록 구성된다. 이 경우에도 도 1 내지 도 3의 주조 장치(1)와 같이 다수의 전극 쌍을 구비하여 전류의 인가 방향, 극성, 방법을 다양하게 가변하여 적용할 수 있다.

상기 금형부(300)는 일 측에 용탕 주입구(320)가 형성된 금형(310) 을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 용탕처리부(400)는 상기 금형부(300)의 내측에 승하강 되도록 설치되어 직류 전원을 인가하는 하나 이상의 전극 쌍(제5 전극(421), 제6 전극(422))으로 구성되는 승하강 전극부(420) 및 상기 승하강 전극부(420)를 구성하는 전극(421, 422)들의 상기 금형부(300) 내에서의 승하강 및 직류 전원 공급을 가변하는 직류 용탕처리 제어를 포함하는 주조 제어를 수행하는 전원공급 및 승하강 제어부(430)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전원공급 및 승하강 제어부(430)에 의한 상기 주조 제어는, 상기 금형부(300)의 내부에 주입된 용탕에 상기 전극(421, 422)들의 하단부를 침지한 후 직류 전원을 공급하여 용탕 처리하는 직류 용탕처리 제어와, 상기 전극(421, 422)들의 하단부를 상기 용탕의 외부로 인출한 후 상기 직류 용탕 처리된 용탕의 응고를 대기하거나 용탕의 주입 높이에 따라 전극(421, 422) 들의 하단부를 상승시키는 제어를 반복 수행하는 제어일 수 있다. 즉, 상기 주조 제어는 용탕의 응고를 대기한 후 전극을 승강시키는 제어를 반복 수행하는 전극 승하강 제어 외에도, 용탕이 주입됨에 따라 용탕의 높이가 높아지므로 기 주입된 용탕에서 이미 응고가 발생한 영역에 전류를 인가할 필요는 없으므로 새로 주입된 용탕에 효과적으로 직류전류를 인가하기 위해 용탕주입과 비례해서 전극의 위치를 이동시키는 전극 승하강 제어일 수도 있다.

또한, 상기 전원공급 및 승하강 제어부(430)에 의한 상기 주조 제어는, 상기 전극 쌍을 구성하는 전극들의 직류 전원의 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 더 포함하는 제어일 수도 있다.

상기 전원공급 및 승하강 제어부(430)에 의한 상기 전극들의 승하강은 모터 등에 의한 자동 방식 또는 수동 조작에 의한 기계적 승하강 방식 등에 의해 수행될 수 있다.

도 5는 도 4의 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치(2)를 이용한 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 방법의 순서도이고, 도 6은 도 4의 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치(2)를 이용한 다중 가변 전극 주조 방법의 처리과정을 나타내는 도면이다.

도 5 및 도 6과 같이, 금형부(300) 및 상기 금형부(300)의 내부에 주입된 용탕에 승하강 전극부의 전극들을 통해 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리한 후 응고하여 응고부를 형성하는 과정을 반복하는 주조 제어를 수행하는 용탕처리부(400)를 포함하는 다중 가변 전극 주조 장치에 의한 주조 방법에 있어서, 상기 금형부(300)의 내부에 용탕주입구(320)를 통해 용탕(3)을 주입하는 용탕 주입 단계(S21), 상기 주입된 용탕에 승하강 전극부(420)를 구성하는 전극(421, 422)들의 하단부를 침지한 후 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 직류 용탕 처리 단계(S23)(도 6의 (a)), 상기 직류 용탕 처리 단계(S23) 후 상기 전극(421, 422)들을 상승시켜 상기 전극들의 하단부를 상기 용탕(3)으로부터 인출한 후 용탕이 응고되어 형성되는 응고부(7)의 형성을 위해 상기 직류 용탕 처리된 용탕의 응고를 대기하는 것을 반복하거나 주입되는 용탕의 높이에 따라 전극(421, 422)들의 하단부를 상승시키는 전극 승강 단계(S25)(도 6의 b) 및 용탕 주입 종료 판단 단계(S27)를 수행하여 상기 용탕 주입 단계(S21)와 직류 용탕처리 단계(S23) 및 상기 전극 승강 단계(S25)를 주조 제품의 성형 완료 시까지 반복 수행하는 단계(도 6의 (c))를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 직류 용탕 처리 단계(S23)는 상기 전원공급 및 승하강 제어부(430)가 상기 전극 쌍을 구성하는 전극(421, 422)들의 직류 전원의 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성될 수도 있다.

도 7은 종래기술에 의해 직류 전류를 인가하지 않은 주조품(a)과 본 발명의 실시예에 따른 다중 가변 전극 주조 장치에 의해 제작된 주조품(b)의 순수 Al의 결정립 미세화를 비교를 위한 광학현미경 사진이고, 도 8은 종래기술에 의해 직류 전류를 인가하지 않은 주조품(a)과 본 발명의 실시예에 따른 다중 가변 전극 주조 장치에 의해 제작된 주조품(b)의 과공정(Hypereutectic) Al-Si 정출상 미세화 효과 비교를 위한 광학현미경 사진이다.

도 7과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다중 가변 전극 주조 장치에 의해 제작된 주조제품(b)은 순수 Al 결정립이 전류 인가 없이 제조된 종래기술의 주조제품(a)에 비해 현저히 미세화되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 8과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다중 가변 전극 주조 장치에 의해 제작된 주조제품(b)은 과공정(Hypereutectic) Al-Si 정출상이 전류 인가 없이 제조된 종래기술의 주조제품(a)에 비해 현저히 미세화되는 것을 확인할 수 있었다.

상술한 본원 발명의 일 실시예의 가변 전극 주조 장치(1, 2)들에서 상기 전극들의 개수, 설치 위치 및 인가되는 전류의 크기를 주조 제품의 특성, 주조 장치의 크기 등에 따라 가변될 수 있다.

상술한 본원 발명의 일 실시예의 가변 전극 주조 장치(1, 2)들 및 이에 의한 주조 방법들은 직류 용탕 처리에 의해 용탕이 직류 전류 방향으로 지속적으로 순환되어 국소 위치들에서의 용탕 조성의 균일성을 현저히 향상시키고 기포를 효과적으로 제가하며, 용탕 조성의 균일성 향상과 기포의 제거에 의해 주조 제품의 결정립 미세화, 정출상 미세화 및 전체적으로 균일 분포의 미세조직화 효율을 높이며, 이에 의해, 고강도 주조 제품의 품질을 현저히 향상시킨다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1: (반응고식 다중 가변 전극)주조 장치
2: (전극 이동형 다중 가변 전극)주조 장치
3: 용탕
4: 반응고 용탕
5: 직류 용탕 처리 용탕
6: 용탕부
7: 응고부
10: 출탕노즐
100: (반응고식) 용탕처리부
110: 용탕처리고
120: 다중 전극부
121: 제1 전극
122: 제2 전극
123: 제3 전극
124: 제4 전극
130: (반응고식) 전원공급 및 제어부
200: (반응고식 주물용) 금형부
210: 금형
220: 출탕도어
300: (전극 이동형) 금형부
310: (전극 이동형) 금형
320: 용탕주입구
400: 용탕처리부
420: 승하강 전극부
421: 제5 전극
422: 제6 전극
430: 전원공급 및 승하강 제어부

Claims

용탕이 주입된 후 반응고된 반응고 용탕에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 용탕처리부; 및
상기 직류 용탕 처리된 용탕을 주입받아 주조 제품을 성형하는 금형부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 장치.
제1항에 있어서, 상기 용탕처리부는,
상기 용탕을 주입받는 용탕처리고;
상기 반응고 용탕에 직류 전원의 인가를 위해 상기 용탕처리고에 장착되는 다수의 전극들을 포함하는 다중 전극부; 및
상기 다중 전극부에 용탕 처리를 위해 공급되는 직류 전원을 조절하여 직류 용탕 처리를 제어하는 전원공급 및 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 장치.
제2항에 있어서, 상기 다중 전극부는,
상기 용탕처리고의 상부의 둘레와 하부 둘레를 따라 다수의 전극들이 일정 간격 이격 설치되어 형성되는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하는 하나 이상의 상부 전극부 및 하부 전극부 쌍을 포함하고,
상기 전원공급 및 제어부는,
상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이 중 어느 하나의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 장치.
제2항에 있어서, 상기 다중 전극부는,
상기 용탕처리고의 상부의 둘레와 하부 둘레를 따라 다수의 전극들이 일정 간격 이격 설치되어 형성되는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하는 하나 이상의 상부 전극부 및 하부 전극부 쌍을 포함하고,
상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 및 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이 중 어느 하나의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어를 교대로 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 장치.
제2항에 있어서, 상기 다중 전극부는,
상기 용탕처리고의 상부의 둘레와 하부 둘레를 따라 다수의 전극들이 일정 간격 이격 설치되어 형성되는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하는 하나 이상의 상부 전극부 및 하부 전극부 쌍을 포함하고,
상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이의 직류 전원 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 장치.
용탕을 주입받는 용탕처리고와 상기 용탕처리고에 주입되어 반 응고된 반응고 용탕에 직류 전원의 인가를 위해 상기 용탕처리고에 장착되는 다수의 전극들을 포함하는 다중 전극부 및 상기 다중 전극부에 용탕 처리를 위한 직류 전원을 조절하여 인가하는 전원공급 및 제어부를 포함하는 용탕처리부 및 금형부를 포함하는 다중 가변 전극 주조 장치에 의한 주조 방법에 있어서,
상기 용탕처리고에 용탕을 주입한 후 반 응고시키는 용탕 주입 단계;
상기 반 응고된 반응고 용탕에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 직류 용탕 처리 단계; 및
상기 직류 용탕 처리된 용탕을 상기 금형에 주입하여 주조 제품을 성형하는 주조 제품 성형 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 방법.
제6항에 있어서, 상기 직류 용탕 처리 단계는,
상기 용탕처리고의 상부의 둘레와 하부 둘레를 따라 다수의 전극들이 일정 간격 이격 설치되어 형성되는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하는 하나 이상의 상부 전극부 및 하부 전극부 쌍의 층으로 형성된 상기 다중 전극부의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 방법.
제7항에 있어서, 상기 직류 용탕 처리 단계는,
상기 전원공급 및 제어부가 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 및 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이 중 어느 하나의 전극들 사이에 직류 전원을 인가하는 직류 용탕처리 제어를 교대로 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 방법.
제7항에 있어서, 상기 직류 용탕 처리 단계는,
상기 전원공급 및 제어부가 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 상하 방향으로 대향하는 전극들 사이, 서로 대각선으로 대향하는 전극들 사이 또는 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에서 수평 방향으로 대향하는 전극들 사이의 직류 전원 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반응고식 주물용 다중 가변 전극 주조 방법.
금형부; 및
상기 금형부의 내부에 주입된 용탕에 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리한 후 응고하여 응고부를 형성하는 과정을 반복하는 주조 제어를 수행하는 용탕처리부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치.
제10항에 있어서, 상기 용탕처리부는,
상기 금형부의 내측에 승하강 되도록 설치되어 직류 전원을 인가하는 하나 이상의 전극 쌍으로 구성되는 승하강 전극부; 및
상기 전극들의 상기 금형부 내에서의 승하강 및 직류 전원 공급을 가변하는 직류 용탕처리 제어를 포함하는 상기 주조 제어를 수행하는 전원공급 및 승하강 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치.
제11항에 있어서, 상기 전원공급 및 승하강 제어부에 의한 상기 주조 제어는,
상기 금형부의 내부에 주입된 용탕에 상기 전극들의 하단부를 침지한 후 직류 전원을 공급하여 용탕 처리하는 직류 용탕처리 제어와, 상기 전극들의 하단부를 상기 용탕의 외부로 인출한 후 응고를 대기하는 것을 반복 수행하거나 또는 용탕의 주입 높이에 따라 전극의 위치를 상승시키는 전극 상승 제어를 반복 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치.
제12항에 있어서, 상기 전원공급 및 승하강 제어부는,
상기 전극 쌍을 구성하는 전극들의 직류 전원의 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 장치.
금형부; 및 상기 금형부의 내부에 주입된 용탕에 승하강 전극부의 전극들을 통해 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리한 후 응고하여 응고부를 형성하는 과정을 반복하는 주조 제어를 수행하는 용탕처리부;를 포함하는 다중 가변 전극 주조 장치에 의한 주조 방법에 있어서,
상기 금형부의 내부에 용탕을 주입하는 용탕 주입 단계;
상기 주입된 용탕에 승하강 전극부를 구성하는 전극들의 하단부를 침지한 후 직류 전원을 인가하여 직류 용탕 처리를 수행하는 직류 용탕 처리 단계;
상기 직류 용탕 처리 단계 후 상기 전극들을 상승시켜 상기 전극들의 하단부를 상기 용탕으로부터 인출한 후 상기 직류 용탕 처리된 용탕의 응고를 대기하거나 용탕의 주입 높이에 따라 전극의 위치를 상승시키는 전극 승강 단계; 및
상기 용탕 주입 단계와 직류 용탕처리 단계 및 상기 전극 승강 단계를 주조 제품의 성형 완료 시까지 반복 수행하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 방법.
제14항에 있어서, 상기 직류 용탕 처리 단계는,
상기 전원공급 및 승하강 제어부가 상기 전극 쌍을 구성하는 전극들의 직류 전원의 극성을 일정 주기마다 서로 반대로 변경하는 직류 용탕처리 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전극 이동형 다중 가변 전극 주조 방법.