KR20210124290A - Ｄｃ 주조를 위한 주조 방법 및 주조 장치 - Google Patents

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KR20210124290A
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브리트 엘린 기흐렝겐
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노르스크 히드로 아에스아
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Abstract

종방향 주조 제품(90)을 주조하기 위한 방법에 있어서, 주형(30)을 갖는 DC 주조 장치(10)를 사용하여 반연속 방식으로 종방향 주조 제품(90)을 주조하는 단계로서, 주형(30)은 상부 개구(31) 및 하부 개구(32)를 가지며, 상부 개구(31)를 통해 주형(30) 내로 진입되는 용융 금속을 적어도 부분적으로 응고시키고 하부 개구(32)를 통해 주조 제품(90)을 출력하도록 구성되는 것인, 단계, 하부 개구(32)를 통해 출력되는 주조 제품(90)의 열 화상을 기록하는 단계, 제1 온도 범위, 제2 온도 범위 및 제3 온도 범위를 포함하는 적어도 3 개의 비중첩 온도 범위를 결정하는 단계, 열 화상에서 피크 온도를 결정하는 단계, 피크 온도를 적어도 3 개의 온도 범위와 비교하는 단계, 및 a.) 피크 온도가 제1 온도 범위에 포함되는 경우, 주조 제품(90)을 주조하는 단계, b.) 피크 온도가 제2 온도 범위에 포함되는 경우, 주조 장치(10)의 유지보수 필요를 나타내는 정보를 표시하고, 주조 제품(90)이 주조된 후에, 그리고 후속 주조 작업이 수행되기 전에, 주조 장치(10)의 유지보수를 수행하는 단계, c.) 피크 온도가 제3 온도 범위에 포함되는 경우, 현재 주조된 주조 제품(90)의 주조를 중단하고 비상 정지를 나타내는 정보를 표시하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다.

Description

ＤＣ 주조를 위한 주조 방법 및 주조 장치
본 발명은 압연 잉곳(rolling ingot) 또는 압출 잉곳(extrusion ingot) 또는 단조 스톡(forging stock)과 같은 종방향 주조 제품의 효율적인 주조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
종방향 주조 제품의 주조는 직접 냉각(direct chill; DC) 주조 장치를 사용하여 수행된다. 그러한 DC 주조 장치는 주형을 포함하며, 이 주형은 상부 개구를 통해 주형 내로 도입되는 용융 금속을 적어도 부분적으로 응고시키도록 구성된다. 주조 제품에 대응하는 적어도 부분적으로 응고된 용융 금속은 하부 개구를 통해 주형을 빠져나가고, 수직으로 이동 가능한 스타터 블록(starter block)에 의해 지지된다. 종방향 주조 제품은 용융 금속으로부터 생산된 주조 제품을 지지하는 스타터 블록을 수직 하향으로 이동시키면서 연속적으로 용융 금속을 주형 내로 공급함으로써 생산된다. 주조 제품은 예를 들어 1 내지 5 미터의 길이를 가질 수 있지만, 주조 제품은 임의의 길이를 가질 수 있다. 주조 제품을 주조한 후에, 주형 내로의 용융 금속의 유동이 차단되고, 주조 제품이 스타터 블록으로부터 제거되며, 스타터 블록은 수직 상향으로 이동되어 주형의 하부 개구를 폐쇄한다. 이러한 구성으로부터 시작하여, 다음 주조 제품이 주조될 수 있다. 각각의 주조 제품이 개별적으로 연속적인 정상-상태 방식으로 주조되고 후속 주조 제품의 주조 사이에 중단이 있기 때문에, 이 프로세스는 "반연속 주조 프로세스(semi-continuous casting process)"로 지칭된다. 하기에서는, 이것이 "DC 주조" 또는 "주조"로도 지칭될 것이다.
미국 출원 제2002/0033246 A1호는 주조 금속, 특히 알루미늄 잉곳을 주조하기 위한 DC 반연속 주조 장비를 위한 냉각 시스템을 개시하고 있다. DC 반연속 주조 장비는 일체형 물 분배 박스를 갖는 프레임 구조체에 배열된 하나 이상의 냉각장치(chill)를 포함하며, 냉각장치(들)는 오일 및/또는 가스의 공급을 위한 투과성 벽 요소로 둘러싸인 주형 챔버를 포함하고, 용융 금속의 공급을 위한 개구가 상부에서 개방되어 있으며, 각각의 주조 작업의 시작 시에, 냉각장치(들)는 이동 가능한 지지체에 의해 하부에서 폐쇄되어 있다. 금속은 주형 챔버에서의 1차 냉각, 및 1차 냉각 영역 바로 아래에서의 직접 수냉에 의한 2차 냉각에 의해 2 단계로 냉각된다.
슬래브(slab) 또는 압연 슬래브는, 예를 들어 포일 또는 판금 등을 생산하기 위해, 압연 프로세스에서 후속적으로 사용되고, 직사각형 단면을 가질 수 있는 주조 제품이다. 압출 빌릿(extrusion billet)은 압출에 후속적으로 사용되고 원형 단면을 가질 수 있는 주조 제품이다. 그러나, DC 주조에 의해 생산 가능한 주조 제품은 압연 또는 압출에 후속적으로 사용하는 것에 제한되지 않고, 단조 또는 다른 성형 방법에도 사용될 수 있다.
DC 주조 동안의 일반적인 문제는 "블리드-아웃(bleed-out)"으로 알려진 현상이다. 블리드-아웃은 용융 금속이 제어되지 않고 원치 않는 방식으로 주형의 하부 개구로부터 유출될 때 발생한다. 블리드-아웃은 작업자를 위험에 빠뜨릴 수 있으며, 또한 주조 장치를 영구적으로 손상시키고 생산 정지시간을 유발할 수 있다. 도 1은 원형 단면을 갖도록 의도된 주조 제품을 주조하는 동안의 DC 주조 장치에서의 블리드-아웃의 가시광 이미지를 나타낸다. 지금까지, 블리드-아웃을 야기하는 원인 및 메커니즘은 완전히 확립되어 있지 않다.
WO 97/16273 A1은 DC 주조 동안의 블리드-아웃 문제에 관한 것이다. 97/16273 A1은 주물의 외부면에서 용융 금속의 존재를 검출하기 위한 검출 수단을 포함하는, 용융 금속의 DC 주조에서 블리드-아웃을 검출하기 위한 블리드-아웃 검출기를 개시한다. 블리드-아웃이 검출되면, 검출 수단은 적절한 시정 조치를 트리거하도록 경보기에 신호를 송신한다.
블리드-아웃은 작업자를 위험에 빠뜨릴 수 있고, 또한 주조 장치를 영구적으로 손상시키고 생산 정지시간을 유발할 수 있기 때문에, DC 주조 동안의 블리드-아웃의 위험을 회피하거나 적어도 감소시키려는 요구가 있다.
본 발명의 목적은 보다 효율적인 반연속 주조 프로세스를 가능하게 하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 반연속 DC 주조 동안의 블리드-아웃의 위험을 방지하거나 적어도 감소시키는 것이다. 이러한 목적 및 다른 목적을 해결하기 위해, 본 발명은 종방향 주조 제품을 주조하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은, 주형을 갖는 DC 주조 장치를 사용하여 반연속 방식으로 종방향 주조 제품을 주조하는 단계로서, 주형은 상부 개구 및 하부 개구를 가지며, 상부 개구를 통해 주형 내로 진입되는 용융 금속을 적어도 부분적으로 응고시키고 하부 개구를 통해 주조 제품을 출력하도록 구성되는 것인, 단계, 하부 개구를 통해 출력되는 주조 제품의 열 화상을 기록하는 단계, 제1 온도 범위, 제2 온도 범위 및 제3 온도 범위를 포함하는 적어도 3 개의 비중첩 온도 범위를 결정(규정)하는 단계, 열 화상에서 피크 온도를 결정하는 단계, 피크 온도를 적어도 3 개의 온도 범위와 비교하는 단계, 및 a.) 피크 온도가 제1 온도 범위에 포함되는 경우, 주조 제품을 주조하는 단계, b.) 피크 온도가 제2 온도 범위에 포함되는 경우, 주조 장치의 유지보수 필요를 나타내는 정보를 표시하고, 주조 제품이 주조된 후에, 그리고 후속 주조 작업이 수행되기 전에, 주조 장치의 유지보수를 수행하는 단계, c.) 피크 온도가 제3 온도 범위에 포함되는 경우, 현재 주조된 주조 제품의 주조를 중단하고 비상 정지를 나타내는 정보를 표시하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 실시예에 따르면, 중단은 자동으로(예를 들어, 전자 제어 유닛을 사용하여) 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 실시예에 따르면, 중단은 비상 정지를 나타내는 정보의 표시에 기초하여 작업자에 의해(즉, 사람에 의해) 수행될 수 있다. 실시예에 따르면, 본 발명은 본원에 설명된 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에 따르면, 제1 온도 범위는 70 ℃ 미만의 온도를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에 따르면, 제2 온도 범위는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에 따르면, 제3 온도 범위는 90 ℃ 초과의 온도를 포함한다.
상기 방법의 실시예에 따르면, 용융 금속은 냉각 매체를 순환시키는 냉각 재킷 내로 주형 캐비티로부터 열을 제거함으로써 적어도 부분적으로 응고된다.
상기 방법의 실시예에 따르면, 주조 제품은 냉각 재킷(34) 바로 아래 또는 주형의 하부 개구(32)에서 직접 수냉에 의해 추가로 응고된다.
추가 양태에 따르면, 본 발명은 종방향 주조 제품의 반연속 직접 냉각 주조를 위한 주조 장치를 제공하며, 주조 장치는, 주형 캐비티와, 주형 캐비티와 유체 연통하는 상부 개구 및 하부 개구를 갖는 주형으로서, 주형은 주형 캐비티 내로 공급되는 용융 금속을 적어도 부분적으로 응고시키도록 구성되는 것인, 주형, 저장조로부터 상부 개구를 통해 주형 캐비티 내로 용융 금속을 선택적으로 공급하기 위한 금속 공급 시스템, 주형의 하부 개구를 폐쇄하는 높은 위치와 낮은 위치 사이에서 수직으로 이동 가능하도록 구성된 스타터 블록으로서, 주형 캐비티 내로 용융 금속을 공급하면서 스타터 블록을 높은 위치로부터 낮은 위치로 수직 이동시킴으로써 주조 제품이 생산되는 것인, 스타터 블록, 스타터 블록이 높은 위치로부터 낮은 위치로 이동되는 동안에 주조 제품의 열 화상을 기록하도록 구성된 열상 카메라, 열 화상에서 피크 온도를 결정하고 결정된 피크 온도를 적어도 제1 사전지정된 온도 범위, 제2 사전지정된 온도 범위 및 제3 사전지정된 온도 범위와 비교하여, 금속 공급 시스템을 통한 금속 공급을 제어하고 스타터 블록의 수직 이동을 제어하도록 구성된 전자 제어 시스템, 정보를 출력하기 위한 정보 출력 시스템을 포함하며, 전자 제어 시스템은 피크 온도가 제1 사전지정된 온도 범위에 포함되는 경우에, 주조 제품을 생산하도록 금속 공급 시스템 및 스타터 블록을 제어하고, 전자 제어 시스템은 피크 온도가 제2 사전지정된 온도 범위에 포함되는 경우에, 주조 제품을 생산하도록 금속 공급 시스템 및 스타터 블록을 제어하고, 주조 장치의 유지보수가 필요하다는 것을 나타내는 정보를 출력하도록 정보 출력 시스템을 제어하며, 전자 제어 시스템은 피크 온도가 제3 사전지정된 온도 범위에 포함되는 경우에, 주조 제품의 주조를 중단하기 위해 저장조로부터 주형 캐비티 내로의 용융 금속의 공급을 정지시키도록 금속 공급 시스템을 제어한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 사전지정된 온도 범위는 70 ℃ 미만의 온도를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 사전지정된 온도 범위는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제3 사전지정된 온도 범위는 90 ℃ 초과의 온도를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열상 카메라는 적어도 주형의 하부 개구 바로 아래 영역에서 주조 제품의 열 화상을 기록하도록 주형의 하부 개구 아래에 배열된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 주형은 냉각 매체를 순환시키기 위한 냉각 재킷을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 주조 장치는 용융 금속 상에 응고된 스킨을 형성한 후에 주조 제품의 직접 수냉에 의한 2차 냉각을 포함한다.
본 기술 분야에서 일반적으로 알려진 바와 같이, DC 주조 장치는, US 2002/0033246 A1에 나타낸 바와 같이, 하나 초과의 주조 제품을 동시에 주조하기 위한 하나 초과의 주형을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법 및 주조 장치는 하나 초과의 주형을 갖는 DC 주조 장치를 포함한다는 것이 이해되어야 하며, 따라서 본원에 사용된 용어 "주형"은 복수 형태의 "주형들"을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 특히 DC 주조 장치가 하나 초과의 주조 제품을 동시에 생산하기 위한 하나 초과의 주형을 포함하는 경우, 하나 초과의 열상 카메라 또는 열 화상 디바이스가 주조 제품의 열 화상을 기록하도록 배열될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 용어 "열상 카메라" 및 "열 화상 디바이스"는 복수 형태의 용어를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 주조 제품의 주조 동안의 DC 주조 장치에서의 블리드-아웃을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 DC 주조 장치의 개략도를 도시한다.
도 3은 블리드-아웃이 발생하기 직전의 주조 제품의 열 화상을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 DC 주조 장치(10)는 주형(30)을 포함한다.
주형(30)은 상부 개구(31) 및 하부 개구(32)와, 상부 및 하부 개구(31, 32)와 유체 연통하는 주형 캐비티(mold cavity)(33)를 갖는다. 주형(30)은 물과 같은 냉각 매체를 순환시키기 위한 냉각 재킷(cooling jacket)(34)을 더 포함할 수 있다. 냉각 재킷(34)은 주형 캐비티(33)로부터 열 전도를 통해 주형 캐비티로부터 냉각 매체로 열을 제거하는 역할을 할 수 있으며, 냉각 매체는 열을 멀리, 예를 들어 열 교환기(도시되지 않음)로 이송한다. 당업계에 일반적으로 알려진 바와 같이, 용융 금속은, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 냉각 재킷(34)에 의해, 용융 금속 상에 응고된 외부 층을 형성하기 위한 주형 캐비티에서의 1차 냉각과, 도 2에는 도시되지 않은 1차 냉각 영역 바로 아래에서의 직접 냉각, 예를 직접 수냉에 의한 2차 냉각에 의해, 2 단계로 냉각된다. 직접 냉각, 예를 들어 직접 수냉은 냉각 재킷 바로 아래, 및/또는 주조 제품이 주형을 빠져나가는 주형의 하부 개구(32) 영역에 배열될 수 있다.
주조 장치(10)는 스타터 블록(50)을 더 포함한다. 스타터 블록(50)은 스타터 블록(50)의 수직 이동에 의해 주형(30)의 하부 개구(32)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄할 수 있도록 배열된다. 스타터 블록(50)은 하부 개구(32) 아래에 배열되고, 하부 개구(32)를 폐쇄하고(최상부 위치에 있을 때) 하부 개구(32)를 개방하도록(수직 하향으로 이동될 때) 수직으로 이동 가능하다. 도 2의 이중 화살표는 스타터 블록(50)의 수직 가동성을 나타낸다.
DC 주조 장치(10)는 액체 금속, 특히 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금을 용융로 또는 도가니와 같은 저장조로부터 주형(30)의 상부 개구(31)를 통해 주형 캐비티(33) 내로 공급하도록 구성된 금속 공급 시스템(70)을 더 포함한다. 금속 공급 시스템(70)은 주형 캐비티(33) 내로의 금속 유동을 정지시키기 위한 수단(75)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 유동을 정지시키기 위한 수단(75)은 도 2에 도시된 바와 같이 저장조와 주형 캐비티(33)를 연결하는 도관 상에 제공된 밸브, 예를 들어 게이트 밸브(gate valve) 또는 댐(dam)으로서 또는 개구-플러그-조합으로서 구현될 수 있다. 수단(75)은 또한 다른 방식으로, 예를 들어 주형(33) 내로의 액체 금속의 유동과 반대되는 전자기장 등을 통해 구현될 수 있다.
주조 장치(10)를 사용하는 주조 작업은 하기와 같이 수행된다. 초기 상태에서, 스타터 블록은 주형(30)의 하부 개구(32)를 폐쇄하도록 상부 위치에 있다. 다음에, 액체 금속은 금속 공급 시스템(70)을 통해 주형 캐비티(33) 내로 도입된다. 액체 금속은 금속으로부터 주형(30), 예를 들어 주형(30)의 냉각 재킷(34)으로의 열 전달에 의해 적어도 부분적으로 응고되어, 용융 금속 상에 응고된 외부 층을 형성한다. 동시에, 스타터 블록(50)은 수직 하향으로 이동하는 한편, 액체 금속은 금속 공급 시스템(70)을 통해 주형 캐비티(33) 내로 연속적으로 공급된다. 이러한 방식으로, 종방향 주조 제품(90)이 연속적인 방식으로 생산된다. 주조 제품(90)의 주조가 완료되는 경우, 주형 캐비티(33) 내로의 액체 금속의 공급이 중단되고, 스타터 블록(50)의 수직 이동이 정지된다. 다음에, 주조 제품(90)은 스타터 블록(50)으로부터 제거된다. 다음에, 비어있는 스타터 블록(50)은 주형(30)의 하부 개구(32)를 폐쇄하고 주조 장치(10)를 초기 상태로 다시 가져가도록 수직 상향으로 이동된다. 이러한 상태로부터, 다음 주조 제품(90)이 주조될 수 있다. 전문용어와 관련하여, 주조 제품(90)의 주조는 주조가 정상-상태 방식("동적 평형")으로 수행되므로 "연속 주조"로 지칭되는 한편, 몇 개의 주조 제품(90)의 후속 주조는 스타터 블록(50)이 상부 위치로 상향으로 이동될 때 후속 주조 제품(90)의 주조 사이에 불연속성이 있으므로 "반연속" 주조 등으로 지칭된다.
본 발명자들은 블리드-아웃 현상이 주형(30)의 하부 개구(32)를 빠져나가는 주조 제품(90)의 표면 상에서의 온도 상승과 관련이 있다는 것을 실험을 통해 발견 및 확인하였다. 본 발명자들은 또한 주조 제품(90)의 표면 상에서의 온도 상승의 원인을 발견하였고, 블리드-아웃 및 관련 부상 및 손상의 위험이 전혀 없거나 적어도 감소된 효율적인 주조를 허용하는 주조 방법 및 장치를 제시하고 있다.
따라서, DC 주조 장치(10)는 주조 동안에 주조 제품(90)의 열 화상(또는 열 화상 비디오)을 기록하도록 구성된 열 화상 디바이스 또는 열상 카메라(80)를 더 포함한다. 열상 카메라(80)에 의해 기록된 열 화상은 예를 들어 매트릭스(예를 들어, 320 열 240 행 또는 1920 열 1080 행)로 배열된 픽셀의 이미지일 수 있으며, 각 픽셀의 값은 대응하는 위치 상의 열상 카메라(80)에 입사되는 열 복사선에 대응한다. 픽셀 값은 기록된 물체의 온도에 대응한다. 열 화상을 기록하기 위해, 열상 카메라(80)는 예를 들어 CCD 검출기를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 열상 카메라(80)의 예는 예를 들어 미국 오리건주 윌슨빌 소재의 FLIR 시스템즈(FLIR Systems)로부터 입수 가능한 카메라 FLIR GF309이다. 그러나, 상업적으로 입수 가능한 다른 열상 카메라도 본 발명에 따른 열상 카메라(80)로서 사용될 수 있다. 열상 카메라(80)는 주형(30)의 하부 개구(32)를 빠져나가는 주조 제품(90)의 열 화상을 기록하도록 배열된다. 따라서, 열 화상 디바이스 또는 열상 카메라(80)는 주형 하부 개구(32) 아래에 배치되어야 한다. 본 발명에 따른 열상 카메라(80)를 사용하여 기록된 열 화상의 예가 도 3에 도시되어 있다. 보다 밝은 영역은 보다 어두운 영역에 비해 더 높은 온도를 나타낸다. 실제로, 열 화상은 상이한 온도를 나타내는 색상을 가질 수 있다.
열상 카메라(80)는 전자 제어 시스템(100)에 연결되거나 이를 포함한다. 전자 제어 시스템(100)은 표준 PC와 같은 컴퓨터일 수 있다. 전자 제어 시스템(100)은 주조 장치(10)의 전체 작동을 제어할 수 있다. 전자 제어 시스템(100)은 열상 카메라(80)에 의해 기록된 열 화상으로부터 주조 작업 동안에 하부 개구(32)를 빠져나간 주조 제품(90)의 피크 온도를 결정한다. 그에 상응하여, 피크 온도는 주조 제품(90)의 기록된 최대 온도이다. 실시예에 따르면, 전자 제어 시스템(100)은 또한 금속 공급 시스템(70), 예를 들어 그것의 금속 공급을 정지시키기 위한 수단(75)에 연결될 수 있다. 전자 제어 시스템(100)은 정보 출력 시스템(도시되지 않음), 예를 들어 정보를 표시할 수 있는 컴퓨터 디스플레이, 경고 램프, 오디오 경보기 등에 연결된다. 피크 온도를 결정하기 위해, 임의의 적합한 알고리즘이 사용될 수 있다. 피크 온도를 결정하기 위한 매우 간단한 알고리즘은 열 화상을 형성하는 픽셀의 모든 행 및 열에 걸쳐 반복하고 현재 값을 이전 값과 비교하는 것, 및 현재 값이 이전 값보다 높은 경우에 이전 값을 현재 값으로 대체하는 것을 포함할 수 있다. 모든 행 및 열에 걸친 반복이 이루어졌을 때의 최종 값은 이러한 경우에 피크 온도에 대응한다. 그러나, 조건에 따라, 다른 알고리즘이 또한 사용될 수 있다.
전자 제어 시스템(100)은 열상 카메라(80)에 의해 기록된 열 화상에 기초하여 전자 제어 시스템(100)에 의해 결정된 최고 온도에 따라 하기의 조치를 실행하도록 구성된다. 최고 온도가 제1 사전지정된 온도 범위 내에 있는 경우, 추가적인 조치가 취해지지 않고, 전술한 반연속 방식으로 주조 작업이 실행된다. 최고 온도가 제2 사전지정된 온도 범위 내에 있는 경우, 현재 주조된 주조 제품(90)에 대한 주조 프로세스는 정상적으로 수행되지만, 주조 장치(10)의 유지보수가 필요하다는 것을 나타내는 신호가 정보 출력 시스템으로 송신된다. 최고 온도가 제3 사전지정된 온도 범위 내에 있는 경우, 대응하는 신호가 정보 출력 시스템으로 송신되고, 현재 수행되는 주조 프로세스는, 예를 들어 자동으로 또는 작업자에 의해, 주형 캐비티(33) 내로의 금속 유동을 차단함으로써 중단된다. 제3 온도 범위는 제2 온도 범위보다 높고, 제2 온도 범위는 제1 온도 범위보다 높으며, 온도 범위 중 어떤 것도 중첩되지 않는다. 제1 사전지정된 온도 범위는 정상 작동 온도 범위로도 지칭되고, 제2 사전지정된 온도 범위는 유지보수 필요 온도 범위로도 지칭되며, 제3 사전지정된 온도 범위는 비상 정지 온도 범위로도 지칭된다. 주의 깊은 분석 및 실험에 의해, 본 발명자들은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금(본원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 적어도 70 중량%의 Al을 포함하는 합금임)의 주조의 경우에, 열 화상에 대해 1의 복사율(emissivity)을 사용하는 하기의 사전지정된 온도 범위가 블리드-아웃을 안전하게 방지하는 효율적인 주조를 위해 사용될 수 있음을 발견했다:
- 제1 온도 범위: 70 ℃ 이하: 정상 작동
- 제2 온도 범위: 70 내지 90 ℃: 유지보수 필요
- 제3 온도 범위: 90 ℃ 초과: 비상 정지 온도
그러나, 온도는 사용된 주조 장치(10), 주조 파라미터, 합금, 주상 온도(cast house temperature), 주물 치수 등에 따라 최적화 및 적합화될 수 있다. 특정 주조 장치, 주조 파라미터, 특정 합금, 특정 치수 등에 적합화된 상이한 온도 범위를 결정하기 위해 경험적 데이터 및 관찰이 이용될 수 있다. 블리드-아웃 위험이 높은 임계 온도를 식별하기 위해 테스트가 수행될 수 있다. 사전지정된 비상 정지 온도 범위는 그러한 임계 온도 미만으로 설정되어 충분한 안전 여유를 제공해야 한다. 사전지정된 유지보수 필요 온도 범위는, 가능하게는 주형의 하부 개구를 통해 출력되는 주조 제품의 온도를 모니터링하면서, 예를 들어 주조 제품의 표면의 육안 관찰에 기초하여 결정될 수 있다. 주조 제품의 울퉁불퉁하고 그리고/또는 불량한 표면 품질은 주조 기계 및/또는 냉각 시스템의 유지보수가 필요하다는 지표이다. 정상 작동 온도는 통상적으로 주조 제품의 양호한 품질 표면을 제공한다.
본 발명자들은 피크 온도가 유지보수 필요 온도 범위 또는 비상 정지 온도 범위에 있을 때 주조 장치(10)에 대해 하기의 유지보수가 수행되어야 한다는 것을 발견하였다. 특히, 두 가지 유형의 유지보수가 수행될 수 있다: a.) 냉각 매체 공급이 충분하다는 것이 보장되어야 하고, b.) 주형 캐비티(33)를 둘러싸고 있는 주형(30)의 벽에는 오염물이 없다는 것이 보장되어야 한다. a.)와 관련하여, 예를 들어, 유량은 주형(30)의 냉각 재킷에 축적되는 먼지(dirt)에 의해 제한될 수 있다. b.)와 관련하여, 종종 주형 캐비티(33)를 둘러싸는 주형(30)의 벽에 있는 금속 잔류물 또는 다른 먼지가 주조 제품(90)에 핫-스폿(hot-spot)을 초래하고, 이 핫-스폿이 결국 블리드-아웃으로 발전하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에 따른 주조는 피크 온도가 제2 온도 범위 또는 제3 온도 범위에 있을 때 냉각 재킷으로부터 먼지를 제거하는 것, 및/또는 주형(30)의 벽을 세정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는, 종래 기술에 비해, 기록된 열 화상에 기초하여 필요한 조치를 취함으로써 블리드-아웃이 예측 및 방지될 수 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 본 발명은 작업자 부상 및 주조 장치의 영구적인 손상의 위험을 감소시키는 보다 안전하고 보다 효율적인 반연속 DC 주조 프로세스를 가능하게 한다.
당업자는 본 개시가 전술한 바람직한 실시예에 제한되지 않는다는 것을 인식한다. 당업자는 또한 첨부된 청구범위의 범위 내에서 수정 및 변형이 가능하다는 것을 인식한다. 추가적으로, 개시된 실시예에 대한 변형은 도면, 명세서, 및 첨부된 청구범위의 연구로부터, 청구된 개시를 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 이루어질 수 있다.

Claims (14)

  1. 종방향 주조 제품(90)을 주조하기 위한 방법에 있어서,
    주형(30)을 갖는 직접 냉각(DC) 주조 장치(10)를 사용하여 반연속 방식으로 종방향 주조 제품(90)을 주조하는 단계로서, 상기 주형(30)은 상부 개구(31) 및 하부 개구(32)를 가지며, 상기 상부 개구(31)를 통해 상기 주형(30) 내로 진입되는 용융 금속을 적어도 부분적으로 응고시키고 상기 하부 개구(32)를 통해 상기 주조 제품(90)을 출력하도록 구성되는 것인, 단계,
    상기 하부 개구(32)를 통해 출력되는 상기 주조 제품(90)의 열 화상을 기록하는 단계,
    제1 온도 범위, 제2 온도 범위 및 제3 온도 범위를 포함하는 적어도 3 개의 비중첩 온도 범위를 결정하는 단계,
    상기 열 화상에서 피크 온도(peak temperature)를 결정하는 단계,
    상기 피크 온도를 적어도 3 개의 온도 범위와 비교하는 단계, 및
    a.) 상기 피크 온도가 상기 제1 온도 범위에 포함되는 경우, 상기 주조 제품(90)을 주조하는 단계,
    b.) 상기 피크 온도가 상기 제2 온도 범위에 포함되는 경우, 상기 주조 장치(10)의 유지보수 필요를 나타내는 정보를 표시하고, 상기 주조 제품(90)이 주조된 후에, 그리고 후속 주조 작업이 수행되기 전에, 상기 주조 장치(10)의 유지보수를 수행하는 단계,
    c.) 상기 피크 온도가 상기 제3 온도 범위에 포함되는 경우, 현재 주조된 주조 제품(90)의 주조를 중단하고 비상 정지를 나타내는 정보를 표시하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 범위는 70 ℃ 미만의 온도를 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 온도 범위는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도를 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 온도 범위는 90 ℃ 초과의 온도를 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 현재 주조된 주조 제품(90)의 주조를 중단하는 단계는, 상기 주형(30) 내로의 용융 금속의 진입을 정지시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 금속은, 냉각 매체를 순환시키는 냉각 재킷(34) 내로 상기 주형 캐비티(33)로부터 열을 제거함으로써 적어도 부분적으로 응고되는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주조 제품은 상기 냉각 재킷(34) 바로 아래 또는 상기 주형의 하부 개구(32) 영역에서 직접 수냉에 의해 추가로 응고되는 것인 방법.
  8. 종방향 주조 제품(90)의 반연속 직접 냉각 주조를 위한 주조 장치(10)에 있어서,
    주형 캐비티(33)와, 상기 주형 캐비티(33)와 유체 연통하는 상부 개구(31) 및 하부 개구(32)를 갖는 주형(30)으로서, 상기 주형(30)은 상기 주형 캐비티(33) 내로 공급되는 용융 금속을 적어도 부분적으로 응고시키도록 구성되는 것인, 주형(30),
    저장조로부터 상기 상부 개구(31)를 통해 상기 주형 캐비티(33) 내로 용융 금속을 선택적으로 공급하기 위한 금속 공급 시스템(70),
    상기 주형(30)의 하부 개구(32)를 폐쇄하는 높은 위치와, 낮은 위치 사이에서 수직으로 이동 가능하도록 구성된 스타터 블록(50)으로서, 상기 주형 캐비티(33) 내로 용융 금속을 공급하면서 상기 스타터 블록(50)을 상기 높은 위치로부터 상기 낮은 위치로 수직 이동시킴으로써 주조 제품(90)이 생산되는 것인, 스타터 블록(50),
    상기 스타터 블록(50)이 상기 높은 위치로부터 상기 낮은 위치로 이동되는 동안에 상기 주조 제품(90)의 열 화상을 기록하도록 구성된 열상 카메라(80),
    상기 열 화상에서 피크 온도를 결정하고, 결정된 피크 온도를 적어도 제1 온도 범위, 제2 온도 범위 및 제3 온도 범위와 비교하여, 상기 금속 공급 시스템을 통한 금속 공급을 제어하고 상기 스타터 블록(50)의 수직 이동을 제어하도록 구성된 전자 제어 시스템(100),
    정보를 출력하기 위한 정보 출력 시스템
    을 포함하며,
    상기 전자 제어 시스템(100)은, 상기 피크 온도가 상기 제1 온도 범위에 포함되는 경우에, 상기 주조 제품(90)을 생산하도록 상기 금속 공급 시스템(70) 및 상기 스타터 블록(50)을 제어하고,
    상기 전자 제어 시스템(100)은, 상기 피크 온도가 상기 제2 온도 범위에 포함되는 경우에, 상기 주조 제품(90)을 생산하도록 상기 금속 공급 시스템(70) 및 상기 스타터 블록(50)을 제어하고, 상기 주조 장치(10)의 유지보수가 필요하다는 것을 나타내는 정보를 출력하도록 상기 정보 출력 시스템을 제어하며,
    상기 전자 제어 시스템(100)은, 상기 피크 온도가 상기 제3 온도 범위에 포함되는 경우에, 상기 주조 제품(90)의 주조를 중단하기 위해 상기 저장조로부터 상기 주형 캐비티(33) 내로의 용융 금속의 공급을 정지시키도록 상기 금속 공급 시스템(70)을 제어하는 것인 주조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 온도 범위는 70 ℃ 미만의 온도를 포함하는 것인 주조 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2 온도 범위는 70 ℃ 내지 90 ℃의 온도를 포함하는 것인 주조 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 온도 범위는 90 ℃ 초과의 온도를 포함하는 것인 주조 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열상 카메라는 적어도 상기 주형(30)의 하부 개구(32) 바로 아래에 있는 상기 주조 제품(90)의 열 화상을 기록하도록 상기 주형(30)의 하부 개구(32) 아래에 배열되는 것인 주조 장치.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주형(30)은 냉각 매체를 순환시키기 위한 냉각 재킷(34)을 포함하는 것인 주조 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 재킷 바로 아래 또는 상기 주형의 하부 개구(32) 영역에서 상기 주조 제품을 직접 수냉하기 위한 수단
    을 포함하는 주조 장치.
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