KR20220147306A - 주형의 침식이 방지되도록 이루어진 잉고트 주조 장비 - Google Patents

Abstract

본 고안의 일실시예는 한 쌍을 이루며 잉고트를 주조하는 주형과 상기 주형이 상부에 안착되는 정반이 포함되어 이루어지며, 상기 주형의 내부에는 장착홈이 형성되고, 상기 장착홈에는 내화재가 삽입 결합되는 잉고트 주조 장비를 제공한다.

Description

주형의 침식이 방지되도록 이루어진 잉고트 주조 장비{Ingot casting equipment designed to prevent mold erosion}

본 고안은 잉고트 주조 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주형의 침식이 방지되도록 이루어진 잉고트 주조 장비에 관한 것이다.

주조는 용강을 일정한 형상에 주입하고 응고시켜 목적하는 형상의 제품을 반복적으로 제조하는 것이다. 즉, 제강로에서 정련을 마친 용강은 주형에 투입된 후 응고처리를 거쳐 잉고트로 제조된다. 이러한, 주조 방법에는 상부 주조법과 하부 주조법이 있으며, 상부 주조법은 주형의 상부로 용강을 주입하는 방법이고, 하부 주조법은 주형의 저부로부터 용강을 주입하는 방법이다. 상부 주조법은 순도가 높은 재질의 제품을 주조할 때 사용되고, 하부 주조법은 용강을 주형의 내부로 천천히 주입시켜 용강의 비산을 방지하고자 할 경우에 사용된다. 상부 주조법으로 용강이 주형의 내부로 투입되는 경우, 용해로로부터 낙하되는 용강은 포물선을 그리며 주형의 내측면에 부딪히며 주형의 내부로 투입된다. 이때, 포물선을 그리며 낙하하는 용강은 주형을 침식시키게 되며, 주형의 침식상태가 심할 경우에는 용강이 주형의 외부로 노출되어 작업자의 안전상 위험이 있고, 주변 설비를 파손시킬 우려도 있다. 침식된 주형으로부터 제조되는 잉고트는 주형의 침식 부위까지 잉고트가 형성되어 불균일한 표면을 갖게 된다. 따라서, 작업자는 이러한 불균일한 표면을 재가공 처리해야되는 불편함이 있다. 그리고, 침식된 주형은 재사용이 어려워 주기적으로 교체해야되는 문제가 있다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 주형의 침식이 방지되도록 이루어진 잉고트 주조 장비를 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 고안의 일실시예는 한 쌍을 이루며 잉고트를 주조하는 주형과 상기 주형이 상부에 안착되는 정반이 포함되어 이루어지며, 상기 주형의 내부에는 장착홈이 형성되고, 상기 장착홈에는 내화재가 삽입 결합되는 잉고트 주조 장비를 제공한다. 그리고, 본 고안의 일실시예에 있어서, 상기 내화재는 용강이 상기 주형의 내부로 투입될 때 용강이 상기 주형과 부딪히는 부위에 구비될 수 있다. 여기서, 본 고안의 일실시예에 있어서, 상기 정반에는 삽입홈이 형성되며, 상기 삽입홈에는 보강재가 삽입될 수 도 있다. 그리고, 본 고안의 일실시예에 있어서, 상기 내화재는 교체 가능한 내화벽돌로 이루어질 수도 있다. 또한, 본 고안의 일실시예에 있어서, 상기 장착홈의 높이는 상기 주형의 높이에 대해 2/3 높이 이하로 이루어질 수도 있다. 한편, 본 고안의 일실시예에 있어서, 상기 주형은 진공 용해장치의 내부에 구비되어 상기 잉고트를 주조할 수도 있다.

상기에서 설명한 본 고안에 따른 잉고트 주조 장비의 효과를 설명하면 다음과 같다. 첫째, 본 고안에 따르면, 주형의 내부에는 내화재가 삽입된다. 이때, 내화재는 용강이 주형의 내부로 투입됨에 있어, 용강이 주형과 부딪히는 부위에 구비되어 주형의 침식을 방지하게 된다. 따라서, 주형의 침식으로 인해 제조되는 잉고트의 불량을 방지할 수 있다. 또한, 주형의 내부에는 내화재가 구비되어 주형의 침식으로 인해 용강이 주형의 외부로 노출되는 것을 방지할수 있다. 따라서, 용강으로부터 작업자의 안전을 도모할 수 있고, 진공 용해장치가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 둘째, 본 고안에 따르면, 주형의 내부에 구비되는 내화재는 교체 가능하도록 이루어져 내화재가 파손되는 경우, 작업자는 내화재만을 교체하여 주형을 지속적으로 사용할 수 있다. 즉, 침식이 이루어진 고가의 주형이 재사용되지 못하고 폐기처리되는 것을 방지할 수 있다. 셋째, 본 고안에 따르면, 정반에 삽입된 보강재는 교체 가능하도록 이루어져, 정반에 구비된 보강재가 파손되는 경우, 보강재만을 교체하면 정반을 지속적으로 사용할 수 있다. 본 고안의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 상세한 설명 또는 실용신안등록청구범위에 기재된 고안의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 설명된 내용을 참조하여 본 고안을 설명하기로 한다. 그러나 본 고안은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"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. 진공 용해장치는 챔버, 용해로 및 잉고트 주조 장비가 포함될 수 있다. 챔버는 진공 용해장치의 외형을 형성한다. 이러한, 챔버에는 진공 펌프가 구비되어 챔버 내부의 공기를 외부로 배출하게 된다. 즉, 진공 펌프는 용해로의 작동이 이루어지기 전에 챔버 내부의 공기를 외부로 배출하여 챔버 내부의 압력이 대기압보다 낮은 압력이 되도록 한다. 한편, 챔버의 내부에는 용해로가 구비되며, 용해로는 진공 펌프의 작동이 이루어진 후 챔버 내부의 압력이 낮아진 상태에서 가열되어 금속을 녹이게 된다. 이는, 용해로에서 금속을 녹이는 과정 중 챔버내의 공기와 용융 금속의 화학 반응, 즉 산화 반응이 일어나는 것을 방지하게 위함이다. 그리고, 챔버 내부는 진공 상태를 이룸으로써 수소 등 단조에 치명적인 결함을 미치는 가스의 제거가 수월하기 이루어질 수 있다. 즉, 단조용으로 주로 사용되는잉고트는 단조에 치명적인 결함을 야기하는 수소 등의 가스 제거가 필수적이다. 이와 같이, 진공 용해장치는 주위로부터의 오염이 없고, 금속 중의 가스 함유량을 낮출 수 있으므로 청정강의 제조가 가능하다. 용해로의 용강은 잉고트 주조 장비의 내부로 공급된 후 응고과정을 거쳐 잉고트로 제조된다. 이러한, 잉고트를 형성하는 잉고트 주조 장비의 주형은 잉고트의 종류에 따라 사각형, 타원형, 항아리형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 주형의 재질은 변형이 적고 내구성이 큰 재질을 사용하게 된다. 잉고트 주조 장비는 주형과 정반이 포함되어 이루어질 수 있다. 주형은 한 쌍을 이루며, 잉고트를 주조하게 된다. 이러한, 주형은 상하 양측이 개구되며, 내부에는 용강이 수용되는 수용 공간부가 형성되어 다양한 형상의 잉고트를 제조될 수 있다. 주형의 내측에는 장착홈이 형성되며, 장착홈에는 고온의 연소 가스, 화학 작용 등에도 충분히 견딜 수 있는 내화재가 결합된다. 내화재는 용강이 주형의 내부로 포물선을 그리며 주입될 시주형과 부딪히는 부위에 구비되도록 한다. 이는, 용강의 주입시 주형과 부딪히는 부위에 열크랙, 터짐, 침식 등이 발생되는 것을 방지하게 위함이다. 이와 달리, 주형의 내부에 내화재가 구비되지 않은 상태에서 주형으로 용강이 주입되는 경우, 용강과 주형이 부딪히는 부위에는 침식이 일어나게 되어 주형의 형상 변형을 초래한다. 즉, 주형의 내부에는 내화재가 구비되어 주형을 일정 횟수 이상으로 반복 사용하더라도 주형의 침식 발생을 방지할 수 있다. 주형의 내측에 구비되는 내화재는 주형의 둘레를 따라 전체적으로 구비될 수도 있고, 주형의 내측 일부분에만 한정되어 구비될 수 있음은 물론이다. 이하에서는, 본 고안의 일실시예로서 주형의 내측 일부분에 내화재가 구비된 형태를 설명하기로 한다. 내화재는 주형의 장착홈에 탈착가능하도록 결합되어 주형의 수명을 연장시키게 된다. 일예로, 내화재가 용강에 의해 침식 또는 파손된 경우, 작업자는 주형을 폐기하지 않고 내화재만을 선택적으로 교체하여 주형을 지속적으로 사용할 수 있다. 내화재가 장착되는 장착홈의 높이는 주형의 높이에 대해 2/3 높이 이하로 이루어질 수 있다. 이는, 용강이 주형의 내부로 투입될 때 용강이 주형과 부딪히는 부위에 내화재가 구비되도록 하기 위함이다. 대개, 주형의 상부로부터 1/3 높이 부분은 용강이 채워지지 않는 부분으로 용강이 투입됨에 있어 용강과 주형이 부딪힐 수 있는 지점까지만 내화재가 구비되도록 한다. 이는, 내화재가 불필요하게 사용되는 것을 방지하기 위함이다. 주형에 장착된 내화재는 내화벽돌로 이루어질 수 있으며, 작업자는 내화벽돌이 파손된 경우, 파손된 부위에 대한 유지 보수가 손쉽게 이루어질 수 있다. 그리고, 주형의 외측면에는 돌기부가 형성되며, 돌기부는 제조된 잉곳을 주형으로부터 분리시 잉곳과 주형의 분리가 용이하게 이루어지도록 한다. 한편, 주형은 정반의 상부에 안착되어 주형의 하부가 차폐(遮蔽)된 상태에서 잉곳을 제조하게 된다. 이러한, 정반은 주형의 하면을 지지하며 주형의 내부에 수용된 용강이 주형의 하측으로 새어나가는 것을 방지하게 된다. 정반에는 삽입홈이 형성되며, 삽입홈에는 보강재가 삽입되도록 이루어진다. 정반에 형성된 삽입홈의 크기는 주형의 하부 둘레보다 크게 형성될 수 있다. 이는 주형의 내부에 수용된 용강에 의해 보강재가 침식될 경우, 보강재만 교체하여 정반의 수명을 연장하기 위함이다. 여기서, 정반에 사용된 보강재는 내화벽돌이 될 수 있음은 물론이다. 이와 같이, 진공 용해장치의 내부에 구비되어 잉고트를 제조하는 잉고트 주조 장비에는 내화재와 보강재가 구비되어 용강으로부터의 침식이 방지되도록 이루어진다. 따라서, 잉고트 주조 장비의 침식으로 인해 용강이 잉고트 주조 장비의 외부로 누출되는 것이 방지되어 작업자의 안전을 도모할 수 있고 진공 용해장비가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 일예로, 진공 용해장비의 내부에 구비되는 잉고트 주조 장비가 침식되어 용강이 외부로 누출될 경우, 외부로 누출된 용강은 챔버 내부로 안내되는 냉각수와 접촉되어 수증기를 발생시킬 수 있으며, 챔버 내부에서 발생된 수증기는 챔버의 내부 압력을 증가시켜 진공 용해장치를 폭발시킬 수도 있다. 이와 같이, 잉고트 주조 장비는 주형의 내부에 내화재가 구비됨에 따라 주형의 침식이 방지됨으로써, 균일한 표면을 갖는 잉곳을 제조할 수 있다. 잉고트 주조 장비로부터 잉고트가 제조되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 진공 용해장치는 챔버 내부의 공기를 외부로 배출시켜 챔버 내부의 압력이 대기압보다 낮은 압력이 되도록 한다. 다음으로, 용해로는 가열을 통해 금속을 용융시키게 된다. 다음으로, 용해로로부터 용융된 용강은 주형의 내부로 공급된다. 여기서, 주형에는 내화재가 구비되어 용해로로부터 주형의 내부로 용강이 공급됨에 있어, 용강은 내화재와 부딪히며 주형의 내부로 용강이 수용된다. 다음으로, 주형의 수용 공간부에 용강이 채워진 후 개구된 상측으로 보온재가 투입되어 균일한 온도 범위에서 용강은 응고된다. 다음으로, 한 쌍을 이루는 주형은 분리되어 주형 내부에서 용강이 응고된 잉고트를 추출하게 된다. 전술한 본 고안의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 고안이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 고안의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 고안의 범위는 후술하는 실용신안등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 실용신안등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 한 쌍을 이루며 잉고트를 주조하는 주형과 상기 주형이 상부에 안착되는 정반이 포함되어 이루어지며, 상기 주형의 내부에는 장착홈이 형성되고, 상기 장착홈에는 내화재가 삽입 결합되는 잉고트 주조 장비.