KR810002171Y1 - 주 형 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주 형

제1도는 본 고안에 따른 주형의 부분적인 단면을 도시하는 사시도.

제2도는 제1도의 주형의 부분 단면도.

제3도는 스프링이 장착된 클램프를 상세하게 도스하는 부분 단면도.

제4도는 단부(端部)클럼프를 상세하게 도시하는 부분 단면도.

본 고안은 주형에 관한 것으로서, 특히 단부(端部)개방된 연속 주조용 주형에 관한 것이다.

연속 주조용 주형은 기본적으로 단부가 열린 상자모양으로 되어 있으며, 그 상자의 한 끝에서 용해된 금속이 속으로 들어가서 고체의 봉, 스래브(Slab) 또는 튜브가 되어 다른 끝으로 나오며, 이때 금속은 주형속에서 연속적으로 응고한다. 이 주형으로 이뤄진 시스템은 주형의 바닥에서 응고된 금속이 빠져 나오는 속도가 꼭대기에서 응고한다. 이 주형으로 이뤄진 시스템은 주형의 바닥에서 응고된 금속이 빠져 나오는 속도가 꼭대기에서 용해된 금속이 흘러들어가는 속도와 정확하게 일치하도록 배치되어 있기 때문에 주형은 일정한 상태에 있게 된다. 연속적인 주조 주형은 통상의 주형과는 완전히 다르다. 통상의 주형에서는, 금속이 그 주형속에 채워져서 그 주형속에서 응고가 일어난 다음, 그 주형으로부터 응고된 금속이 한개의 물품으로 나오게 되는 것이다.

이론상으로는 매우 단순한 개념이지만, 연속적인 주조는 실제에 있어서는 이용하기가 매우 어렵다는 것이 사실이다. 연속적인 주조 주형을 상업적인 차원에서 조업하고 이용하기 위해서는 대단한 기술이 필요하다. 많은 수의 주형이 상업적으로 이용되고 있으며, 또 실제로는 이용되지 않고 있는 매우 많은 수의 주형들이 제안되어 왔다.

영국 특허명세서 제822,578호에는 정부(頂部)와 밑바닥에서 엷은 지지용 동판에 연결된 엷은 흑연판을 이용하는 연속스래브(Slab)주조용 주형이 소개되었다. 이 명세서에 기재된 바로는, 흑연과 동(銅)사이의 온도차이로 인하여 흑연과 동이 그들 사이에 매우 양호한 접촉이 이뤄지도록 비틀릴 것이라는 것이다.

그러나 유감스럽게도 흑연은 고온에서는 크립(creep)현상이 생겨서 흑연과 동 사이의 응력이 사용시에 이완(rclux)되어 동으로부터 흑연이 멀리 움직임으로써 흑연과 동의 계면의 열적인 저항을 극적으로 증가시킨다. 흑연 라이닝을 한 주형에 있어서 한가지 중요한 문제는 흑연과 동 사이에 통상적으로 존재하는 공기 갭(gab)과 관련되어 있다. 500℃의 온도에서 공기는 동의 7,500배 되는 열적 저항을 가지며, 이것은 예컨대 0.001인치의 공기층은 7과 1/2인치 두께의 동에 해당한다는 것을 의미한다.

실제로 동의 정제에 사용되는 많은 수의 연속 주조용 주형은 장점도 있지만, 또한 많은 단점들을 갖고 있다. 따라서 크루(krupp)주형은 수냉 도관이 내장되는 동(銅)블록으로 되어 있으며, 주형공간은 크롬판으로 도금되어 있으며 일차 냉각수는 주조되어 나오는 스래브위에 떨어지도록 되어 있으며, 튼튼하다는 잇점을 갖고 있다. 유감스럽게도, 이것은 상술한 공간이 벽과 제조물 사이의 부착을 방지하기 위해서는 끊임없이 윤활처리가 되어야 한다. 이 윤활제는 제조물 표면에 결함을 야기시킴으로써 생산량을 감소시킨다.

표준보다 확실히 적은 윤활제 첨가비율은 부착문제를 악화시키고 안정상 위험을 야기시킨다.

수냉 흑연 블록으로된 아사코(Asarco) 주형은-영국특허 명세 서제853,853호 및 제853,854호 참조-높은 주조 속도를 준다는 것과 연속적인 윤활처리를 필요로 하지 않는다는 잇점이 있으나, 제조비용이 너무 많이들고 또한 기계적인 손상을 입기 쉽다.

외부에 강제 물 자켓(water jacket)이 장착된 동 상자로 된 세지두르(cegedur)주형은 네개의 흑연판이 주형공간의 내벽을 덮고 있으며, 제조비용이 싸고 연속적인 윤활처리가 필요없다. 그러나 그러한 주형은 기계적인 손상을 입기 쉬우며, 타프 핏치 동(tough pitch copper)에 대해서는 부적당하며, 흑연판을 설치할 때 그 주형의 동과 밀접한 접촉이 보장되도록 주의를 해야할 필요가 있으며, 모양으로 볼때 냉각하기가 어려우며 또한 매우 낮은 주조율을 갖고 있다.

위란드(wieland)주형은 네개의 흑연 블록을 넓은 동판을 이용하여 죄임나사로 단단히 묶거나, 동 테이프를 이용하여 그혼성물의 외측을 나선형으로 단단히 감아서 한데 묶음으로써 주형 공간을 형성한다. 다기관으로부터 물을 상술한 동판 또는 테이프에 분무하여 2차 냉각은 독립된 회로에 의해서 이뤄진다.

이것은 주형이 연속적인 윤활처리를 필요로 하지 않는다는 것과 독립적으로 조정할 수 있는 2차적인 냉각은 필요에 따라 시행할 수 있다는 잇점을 갖고 있다. 그러나 그 주형은 제조비용이 많이들며, 기계적 손상을 입기가 쉬우며, 흑연의 두께가 주형의 냉각을 제한하기 때문에 비교적 낮은 주조율을 갖게 된다.

백크만(Beckman)주형은 기본적으로 안쪽의 동 주형과 외측의 철강제 물 자켓으로 되어 있는데, 이들 두 부분은 함께 볼트로 조여져서 수냉회로를 형성하고 있다. 모든 일차의 냉각수는 주형의 저부에 있는 구멍을 통과하여, 주조되어 나오는 스래브의 위로 흐르게 됨으로써 2차적인 냉각수가 된다. 이것의 잇점은 형상이 간단하다는데 있으나 유감스럽게도 주조율이 낮으며, 주형은 기계적은 손상은 받기 쉽고 또한 비틀리기가 쉽다.

본 고안은 내벽을 덮는 흑연판으로 된 부재가 그 부재에 고정되어 있는 다수의 스프링 장치에 의해 주형 몸체의 탄성적으로 접촉 지지됨을 특징으로 하는, 높은 전도성을 가진 금속으로 되어 있으며 내측의 공간에 흑연판으로 된 내벽 부재가 설비된 몸체 및 그 몸체를 냉각시키는 장치로 구성된 연 주조용 스래브(slab)주형을 제공한다.

그 몸체의 재료로는 금속 동이 바람직하다. 흑연판은 그 뒷쪽면에 한쪽이 막힌 구멍이 설비되어 그 구멍속으로 봉 부재가 몸체의 구멍을 통과하여 나삽되어서 압축된 코일 스프링과 같은 탄성장치에 의해서 몸체에 고정되는 것이 바람직하다.

계면 압력은 1-51bf/in²의 범위에 있는 것이 바람직하나 더욱 바람직하기로는 1 1/2-3 1/2 lbt.in²또는 2 또는 3lbf/in²의 범위에 있는 것이 좋다. 주형의 내벽 부재나 몸체를 파괴시키지 않는 한 많은 스프링을 사용할 수 있다.

더우기 그 주형의 단면적은 입구가 넓고, 출구가 좁다. 내벽판은 두께방향으로 점점 가늘어져서 점감하는 단면적을 제공할 수 있다. 동으로 된 몸체속에 냉각도관이 내장되어 있는 것이 바람직하다. 냉각도관은 냉각도관의 벽으로부터 떨어져 있는 내측봉을 포함하는 것이 바람직하다. 판 주형은 장방형 또는 정방형일 수 있다. 주형의 모서리들은 내측으로 둥글게되는 것이 바람직하다. 장방형의 주형의 경우에서는 주측은 흑연 판으로 된 다수의 내벽 부재들을 갖게된다. 주측내에 다수의 흑연판들을 밀접하게 접촉시키기 위하여 탄성적으로 지지되는 단부를 갖는 적재용장치를 설치할 수도 있다.

사실상 L자형의 단면을 갖고 모서리 주위로 뻗어서 모서리로부터 떨어진 내벽 부재 부분과 연결되어 있는 모서리의 내벽판 부재를 사용해서 만곡부를 형성할 수 있다. 동으로된 몸체 또는 흑연 내벽부재 속에 도관을 설비하여 흑연/동 계면틈 속으로 정화용가스를 집어넣을 수도 있다. 정화용가스는 수소일 수 있으나 헬륨이 바람직하다.

냉각제는 물일 수 있으며 주형의 바닥에서 흘러나와, 주형에서 생산되 나오는 응고된 스래브 위에 분무된다. 주형은 사용시에 주조방향과 평행한 방향으로 아래위로 움직일 수 있다.

본 고안을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에는 주형의 사시도가 도시되어 있다. 주형의 몸체는 구멍(2)을 갖고 끝이 열린 동 상자(1)로 구성되며, 그 동상자 손에는 부호(3,4,5,6,7 및 8)로서 표시된 것과 같은 부분들로서 이뤄진 흑연으로 된 내벽부재가 위치되어 있다. 동으로된 몸체에는 다수의 냉각도관(9)이 들어있는데, 사용시에 이것을 통하여 몸체를 냉각시키기 위한 물이 뿜어진다. 제1도에 도시한 바와 같이 내벽부재를 형성하는 흑연판(3 내지 8)은 판(3 및 6)와 같이 완전히 장방형이거나 판(4,5,7,8)와 같이 단면이 L자형이다. 동 블록(1)은 일체로 된 주물의 형태이거나 세개 또는 네개의 부분으로 제조되어 요구대로 함께 볼트로 연결될 수 있다. 동 몸체내에 흑연판을 보지시키는 장치는 제2도, 3도 및 4도에서 더욱 상세히 도시되어 있다.

제2도를 보면 동 몸체(1)에는 도관(10 및 11)이 들어있는데, 이것을 통하여 냉각수가 다기관(12)로부터 스롯트(13)를 통하여 화살표(14)의 방향으로 배출되는 응고된 금속에 분무된다. 흑연판(15)은 볼트(17)가 나삽된 한쪽이 막힌 다수의 구멍(16)을 갖고 있다. 이들 볼트는 동 몸체내의 구멍(18)을 통과하며, 흑연 내벽부재(15)를 몸체(1)에 단단하게 접촉시키는 코일스프링(20)을 압축하는 너트(19)를 가지고 있다.

볼트 및 스프링은 몸체내에 뚫린 구멍(21)속에 들어가도록 할 수 있는데, 그 구멍(21)속으로 프러그(22)가 나삽될 수 있으며, 흑연판의 산화를 제한하기 위해서 밀폐 환(23)에 의해서 그 구멍을 밀폐할 수 있다. 주형의 흑연 부분은 사용시에 고온에서 작동을 받게 되므로 구멍(16)의 부위에서 판의 산화를 제한하지 못하면, 흑연으로부터 볼트(17)가 떨어져서 흑연과 동사이의 접촉압력이 없어지게 된다.

제2도에는 주형의 반쪽이 단면으로 도시되어 있으며, 주형의 중심선 및 주조되는 금속이 부호(24)로 표시되어 있다. 이 경우에서는 용융금속인 동은 튜브(25)을 통하여 주형속으로 공급되며 점선(27)으로 표시된 고상과 액상의 계면 윗쪽의 부분(26)에서는 액체상태로 있게 된다. 위가 넓고 아래가 좁은 스래브(15) 및 주조되는 동의 응고되는 부분(28)사이의 접촉 저항을 증가시키기 위하여 주형을 사용할 때 상하로 움직이게 한다. 또한 이 왕복운동은 고체 동 모서리(29) 및 주형 내벽 부재(15)사이의 계면이 쇠찌꺼기에(dross)의해서 영향을 받지 않고 깨끗하게 유지되도록 보장한다. 또한 동 몸체(1) 속에는 입구(31)를 갖고 동과 흑연 사이의 계면에서 홈(32)과 연결시키는 구멍이 설비되어 있다. 이 구멍을 통하여 헬륨이 주입되어 동과 흑연 사이의 간격을 정화시킴으로써 그 간격을 통한 열전도를 증가시킨다. 매우 좁은 간격내에 존재하는 공기를 헬륨으로 대치하면 주형의 열적 성능을 전반적으로 16%까지 증가시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 이것은 본 주형을 갖고서 16%나 더 많은 금속이 주조될 수 있으며 따라서 주조장치의 생산성를 현저하게 증가시킴을 의미한다.

제4도에는 흑연판의 한쪽끝의 L자형 단면이 더욱 상세히 도시되었으며, 흑연판의 안쪽 모서리가 둥근 모양(33)으로 되어 있어서 응고후에 판의 모서리는 둥글게 된다는 것을 알 수 있을 것이다. 이것은 완화한 연속적 주조장치에 있어서는 매우 중요한 것이다. 주조된 스래브의 외부에 냉각수를 통과시키는 것은 관습적인 방법이기 때문에 주조된 스래브가 톱으로 절단하는 등과 같은 장치에 의해서 통상의 처리를 받기 전에 이 물을 제거시켜야 한다. 그런고로 연속적인 주조시에는 주조되는 금속을 따라서 물이 따라서 흘러가는 것을 방지하는 밀폐장치를 제공할 필요가 있다. 실제로는 판의 모서리들이 정확하게 직각을 이루고 있을때 그러한 밀폐장치를 제공한다는 것은 대단히 어렵다는 것이 발견되었다. 구체적으로 말하면 이와 같이 서로 직각을 이루는 경우에는 적은양의 금속불똥이 접합부에 침투해 들어가는 경향이 있으며 이로 인하여 주조된 스래브가 칼날같은 모서리를 형성하게 되어 연속주조기의 처리장치의 일부인 톱 등에 떨어지는 물을 방지하기 위한 밀폐장치에 매우 빨리 손상을 주게된다.

긴 축판을 따라서 있는 판의 끝에는 스프링이 걸린 플러그(34)가 장착되어 있으며, 이 스프링은 부호(35)(부호 (36)는 강으로 된 하중 분산 쐐기)와 같은 판 부분의 단부에 스프링이 걸리게 하여 길이가 긴 측판 각 부분들의 완전한 접촉을 유지시킨다. 플러그(34)는 동 몸체내의 나사홈(39)속으로 나삽된 볼트(38)에 의해서 단단하게 조여진 스프링(37)에 의해서 하중을 받는다.

제1도에는, 냉각수가 통과하는 도관(9)이 부호(40)와 같은 봉을 포함하고 있는 것이 도시되어 있다. 봉(40)이 삽입되지 않으면 경계층 효과(boundary layer effect)가 증가됨으로써 그 도관을 통과하는 냉각수가 열을 제거하는데 더 효과적이되기 때문에 이와 같이 함이 바람직하다. 냉각수 열 제거 능력은 그 속도에만 의존할 뿐 아니라 물이 흐르는 통로의 크기에도 또한 의존한다는 것이 발견되었다. 구멍이 막히기 쉽기 때문에 여과처리의 경비를 요하는 다수의 작은 도관들을 사용하는 것보다는 충전용 봉과 함께 큰 통로를 사용하는 것이 압력강하를 감수시키며 도관을 통과하는 냉각수의 부분이 많은 열을 제거시킨다.

본 고안의 잇점은 여러가지이다. 주형은 근본적으로 고체이기 때문에 강인하고 공지의 주물공장에서 일어나는 보통의 충격에 대해서 견딜 수 있다.또한 그 주형은 매우 강인하여 가열시에 일어나는 비틀림에 대하여 비교적 저항성이 있다. 그 주형은 비틀림에 대해서 저항성이 있기 때문에 내벽을 형성하고 있는 흑연판에 그 냉각도관을 비교적 밀접하게 설비할 수 있으며, 이것이 주형의 냉각성능을 현저하게 증가시킨다. 만일에 물이 동 몸체를 통과하지 않고 오히려 동 몸체의 외부로 통과한다면, 열은 제거되기 전에 몇인치의 거리를 추가적으로 전달되지 않으면 안 되게 된다. 따라서 이것은 주형의 열효율을 감소시키고 생산율을 저하시킨다. 외측면상에 물을 사용하고 또 보다 더 얇은 주형 몸체를 사용하면, 비틀림과 손상에 대하여 잘 견디지 못하게 된다.

만일, 주형 몸체에 흑연 내벽부재가 그것의 상부 및 하부끝에서만 속박되도록 배치되어 있다면 흑연과 동 몸체사이에 형성되는 공기간격을 증가시키는 위험이 불가피하게 따르게 된다.

이렇게 되면 주형으로의 열전도가 극적으로 저하된다. 상술한 바와 같이 구리의 열전도성은 공기의 약 7,500배에 달한다. 따라서 0.01mm의 공기간격은 구리두께 75mm에 해당한다. 주형과 동 몸체사이에 헬륨을 사용할지라도 그 간격의 존재는 주형의 열 전도성을 대단히 감소시키기 때문에 사용시에 효과적이 못된다.

위에 설명한 바와 같이 부품들이 설치되었기 때문에, 동제 몸체는 오래동안 사용가능하고 흑연판은 비교적 쉽게 제조되며 설치하기가 쉽고 필요시에 대처하기가 쉽다.

또 한가지 설명할 것은 흑연은 고온에서 비교적 낮은 크립(creep)강도를 갖고 있기 때문에 작동시에 스프링을 흑연은 동 몸체에 더욱 밀접하게 끌어당겨 접촉시킨다. 따라서 그 주형은 동작시에 그것의 열적 저항을 점진적으로 감소시킨다. 흑연이 상부와 하부에서만 속박되는 배열에 있어서는 크립(creep)등으로 인하여 흑연이 동 몸체로부터 멀리 이동되어 주형의 열전도성이 감소하게 된다. 따라서 판과 몸체의 접촉을 유지시키기 위한 유지장치의 탄성이 중요하다는 것을 알 수 있다.

본 고안의 주형은 연속 주조 주형의 효율에 현저하게 영향을 끼친다고 인식된 열전달에 대한 모든 가능한 애로를 독특하게 처리하고 있음을 알 수 있을 것이다. 첫째로 위가 넓고 밑이 좁게한 추형 아래위로 운동시키면 응고할 때 및 주조되는 스래브 재료가 냉각할 때 일어나는 체적 변화를 처리한다. 주형은 왕복운동 중에 위로 올려지면 주형은 아래가 좁기 때문에 응고하는 금속에 밀착하게 되고 따라서 열 전도가 증가된다. 내벽판과 주형의 몸체사이를 접촉시키는 스프링의 탄성은 동과 흑연 사이의 공기 간격을 감소시킨다. 또한 본 주형에는 비교적 얇은 흑연을 사용할 수 있어서 흑연의 전체 열저항이 최소로 유지되도록 할 수 있다. 본 주형은 냉각도관이 동 몸체내에 설치해야 하기 때문에 두꺼운 동판을 사용하지만 이들 냉각도관 때문에 열이 전달되는 동의 두께는 사실상 감소시킨다. 바람직하기로는 충전봉(filler rod)을 포함하고 있는 냉각수 통로를 동 내부에 설비함으로써 동으로부터 물로의 열전달이 또한 개량된다.

따라서 본 고안의 주형은, 동과 같은 금속을 경제적이고 높은 비율로 연속적으로 주조할 수 있는 유용한 연속 주조용 주형을 제공함을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 본문에 상술하고 도면에 도시한 바와 같이 내벽을 덮은 흑연판으로 된 부재가 그 부재에 고정되어 있는 다수의 스프링 장치에 의해 주형 몸체에 탄성적으로 접촉 지지됨을 특징으로 하는, 높은 전도성을 가진 금속으로 되어 있으며 내측의 공간에 흑연판으로 된 내벽 부재가 설비된 몸체 및 그 몸체를 냉각시키는 장치로 구성된 연속주조기(連續鑄造機)용 스래브(slab)제조용 주형.