KR860000126B1 - 얇은 스트립을 연속적으로 주조하기 위한 전자기 주조법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

얇은 스트립을 연속적으로 주조하기 위한 전자기 주조법

제1도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 전자기 주조장치의 일예에 대한 개요도.

제2도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 전자기 주조장치의 다른 일예에 대한 개요도.

제3도는 제2도의 장치에서 주조된 스트립의 권취장치에 대한 다른 일예.

본 발명은 금속·합금 및 실리콘과 같은 비금속재료를 전자기적으로 주조하기 위한 장치 및 방법을 개량한 것으로서, 다결정 또는 단결정의 얇은 스트립을 연속 또는 반 연속적으로 주조하기에 적절한 전자기 주조장치 및 방법에 관한 것이다.

전자기 주조법은 금속 및 합금을 연속 및 반연속적으로 주조하기 위해 다년간 사용되어 온 것으로서 공업적으로는 알루미늄 및 그 합금을 주조하는 데 사용되었으며 비교적 두꺼운 주물을 제작하는 데에 이용되고 있다.

전자기 주조장치의 주형은 수냉식 유도자, 비자성스크린 및 주물에 냉각수를 대하기 위한 냉각매니폴드(manifold)의 세 부분으로 구성되어 있다. 일예로서 미합중국 특허 제3, 467, 166호에 발표된 장치가 있으며 용융금속은 주형의 어떤 부품과도 직접적인 접촉없이 장치에 담겨 있게 된다. 용융금속은 냉각매니폴드로부터 주물에 직접 냉각수가 개해짐으로써 응고된다.

전자기 주조에 관한 종래기술은 미합중국 특허 제4, 161, 206호에 언급되어 있으나, 이는 본 발명에 참고된 것으로서, 상기 특허발명 그 자체는 전자기 주조공정을 제어하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.

미합중국 특허 제3, 985, 179호와 제4, 004, 631호에서는 전자기 주조에 형상유도자(shaped inductor)를 사용하고 있다.

통상적으로 전자기 주조에서는 응고영역위의 용융금속 웅덩이가 응고되는 주물의 단면과 같은 형상을 하고 있다. 따라서 얇은 스트립의 주조에 상기 공정이 이용될 경우, 용융금속 웅덩이의 체적이 작아지게 됨으로서 주조공정중 냉각속도의 미약한 변화는 물론 용융 금속웅덩이에 전달되는 용융금속온도의 작은 변화도 체적이 작은 용융금속 웅덩이에서는 큰 온도 변화로 나타나게 되고, 이러한 온도변화는 조기 냉각이나 주조 과정을 유산시킬 수도 있다.

그러나 종래의 직접 칠(chill)주형대신에 전자기적 수용법을 고려할 때는 또 다른 문제점이 야기된다. 전자기 주조법에서는 용융금속의 높이가 용융금속에 의해 가해지는 수용영역에서의 정압, 즉 전자기적 수용에 필요한 힘에 영향을 미치기 때문에 수용영역 또는 용융금속덩이로 공급되는 용융금속의 하향흐름을 정확하게 조절해야 할 필요가 있다.

따라서 전자기 주조법이 얇은 스트립의 주조에 이용될 경우 특히 그 단면 두께가 1/4인치 이하일 경우는 더욱 어렵게 된다. 반도체 분야에 사용되는 실리콘과 같은 재료를 주조할 때 그 두께가 0.100인치 이하 예를 들어 0.025인치 정도의 단면 두께가 요구되면 상기한 문제점은 더욱 심각하게 된다. 상기 경우 전자기주조법으로서 스트립의 형상을 조절 특히 측면모서리의 형상을 제어하기가 극히 어렵다.

턴디쉬 또는 도가니로부터 주형으로 이어지는 융체흐름을 조절하기 위해 전자기장을 이용하는 기술에 대한 예로서는 미합중국 특허 제3, 463, 365호와 영국 특허 제1, 481, 301호가 있다. 상기 영국 특허에서는 도가니로부터의 융체흐름을 제어하는 것 뿐만 아니라 도가니의 일부인 내화물에 용체가 흐르지 않도록 함으로서 내화물의 침식을 줄이는 데에도 전자기장이 이용된다. 또한 상기 영국 특허 제1, 481, 301호에서는 용융금속이 도가니에서 유출되어 주형에 공급되는 개구 또는 노즐에 비하여 도가니의 직경이 비교적 크다.

영국 특허 제1, 499, 809호에는 전술한 제1, 481, 301호와 유사한 도가니 및 전자기적 유동제어를 이용한 봉주조시스템이 발표되어 있다. 그러나 이 경우 융체흐름을 제어하는 전자기 코일은 용융금속을 막대 형상으로 형성시키는 역할도 하며, 상기 막대는 냉각수에 의해 응고되어 최종적인 봉 또는 와이어 제품으로 감기게 된다.

상기 영국 특허에 발표된 장쳐는 융체수용을 위해 도가니와 전자기력을 함께 사용해야 하기 때문에 도가니에 지지된 용융금속 웅덩이가 도가니에 의해 오염되는 단점이 있다. 또한 상기 영국 특허 제1, 499, 809호에서는 냉각 스테이션(station)의 냉각수가 용융금속과 도가니 사이의 좁은 목부분에 튐수도 있었기 때문에 장치가 파열될 위험도 있다. 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 본 발명에서는 응고가 진행되는 전자기주형의 좁은 스트립형성부 위에서 단지 전자기력에 의해서만 큰 용융금속풀(pool) 또는 웅덩이가 지지되도록 한다.

본 발명의 장치는 미합중국 특허 제2, 686, 864호와 제3, 476, 170호에 발표된 통상의 부양용융창쳐와는 다른 것이다. 상기 특허에 발표된 장치에서 유도자는 융체를 부양시키는 데 이용되고, 상기 특허 제2, 686, 864호에서는 융체로부터의 유출을 제어하는 데에도 이용된다. 그러나 상기 어떠한 장치도 주조할 스트립제품의 두께보다 비교적 큰 용융금속 웅덩이가 수용되도록 하는 전자기적 융체수용설비를 사용하지 않는다.

본 발명에 따른 얇은 스트립주조법 및 장치는 실리콘과 같이 전자부품에 사용되는 여러 가지 재료와 금속 및 그 합금을 얇은 스트립 형상으로 주조하기 위한 것이다. 본 발명의 일면에 따르면 전자기적성형 및 수용수단이 구비되어 하부 응고영역에서 용융재료를 희망하는 얇은 스트립단면으로 형성시키고, 상부 수용영역에서는 확장된 용융재료 웅덩이를 지지하도록 되어 잇다. 용융재료 웅덩이가 상방으로 확장되어 있음으로서 하부 응고 영역에 공급되는 용융재료의 온도변화를 줄이고, 하부응고 영역에서 용융재료에 의해 가해지는 정압의 변화를 감소시킨다. 상방으로 확장된 용융금속 웅덩이와 하부 응고영역에서 용융재료의 수용은 단지 재료에 작용하는 전자기력에 의해서만 이루어진다. 상기 사실은 본 발명의 바람직한 일예에 따라 하부 응고 영역은 얇은 스트립주물의 단면에 대응하는 단면을 가지고, 전자기 유도자가 하부 응고영역으로 부터 나팔관 모양으로 확장된 형상을 하고 있음으로서 상부 수용영역이 형성된다. 바람직하게는 하부 응고영역에서의 유도자의 개구에 비해 유도자의 상부 표면에 의해 정의된 개구의 단면적이 적어도 다섯배이다. 본 장치는 용융금속 웅덩이의 상부 표면에서 용융재료의 극률을 조절하기 위해 비자성스크린을 선택적으로 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일면에 따르면 두께가 약 0.250인쳐 이하 바람직하게는 약 0.100인치 이하의 초박편스트립 주물이 형성된다. 주조영역에서 용융금속에의 유도전류 침투 깊이가 주조되는 스트립두께의 약 1/4 이하 바람직하게는 약 1/6 이하가 되도록 하는 주파수의 교류를 유도자에 인가시키는 수단이 구비되어 있다. 이와 같이 적절한 형상제어는 물론 주조되는 재료의 오염이 없이 실리콘 또는 다른 여러 가지 재료를 극히 얇은 스트립으로 주조시킬 수 있다.

또 다른 일예에서는 융체수용을 위해 사용되는 형상 유도자가 주조될 재료를 가열 및 용융시키는 데에도 이용된다.

따라서, 본 발명의 목적은 첫째, 금속, 합금 그리고 실리콘과 같은 비금속 및 다른 여러 가지 재료를 얇은 스트립으로 주조하기 위한 보다 개선된 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이며, 둘째, 주조될 재료의 오염을 줄일 수 있는 상기 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이고, 세째, 초박편 스트립의 단면전체에 걸쳐 그 형상을 우수하게 조절할 수 있는 상기 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 전자기 주조장치의 일예를 도시한 것이다. 전자기주형(10)은 수냉되는 유도자(11)와 스트립주물(c)의 외측 표면(13)에 냉각수를 가하기 위한 냉각매니폴드(12) 및 비자성스크린(14)으로 구성되어 있다. 본 예에 따르면 융체용기(15)와 하관(16) 및 용융금속 높이조절부(17)를 사용하는 통상적인 방법에 의해 금속과 각은 용융재료가 연속적으로 주형에 주입된다. 높이조절부(17)는 1980년 1월 10일자 출원된 미합중국 특허출원 제110, 893호에 기술된 방법에 따라 수동식 또는 자동식으로 조작할 수 있는 통상의 밸브부재(18)로 구성할 수 있다. 바람직하게는 전원(22)과 제어시스템(23)으로부터 작동된는 스텝모터 또는 서어부모터(21)에 의해 랙(rack)(19)과 피니언(pinion)(20)이 동작하여 스트립주물(c) 및 하관(16)의 축방향으로 밸브부재(18)가 움직이게 하는 것이다.

하관(16)을 통관 용융금속의 흐름은 유도자(11)의 인덕턴스가 장기적으로 증대 또는 감소됨에 따라 제어된다. 이러한 방법에 대한 상세한 내용은 상기출원 제110, 893호에 기재되어 있다.

유도자(11)는 전원(22)에서 공급되는 교류와 제어시스템(23)에 의해 작동되며, 전원(22)과 제어시스템(23)은 어떤 종류의 것이라도 좋으나, 미합중국 특허 제4, 161, 206호에 발표된 것을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 방법에서는 유도자(11)의 전류가 제어되어 유도자(11)의 인덕턴스가 거의 일정하게 유지된다. 이와 같은 방법에 의해 주조작업이 진행될 때 용융금속 및 유도자(11)간의 간격이 균일하게 유지된다.

유도자(11)의 교류에 의해 발생된 자기장의 용융금속 웅덩이(24)와 상호 작용하여 그 곳에 와전류를 야기시킨다. 이러한 와전류가 다시 자기장과 상호 작용함으로서 융체를 담고 있는 용융금속웅덩이(24)에 자기압을 가하는 힘을 발생시킴으로서 융체는 요구되는 단면으로 응고되게 된다. 주조중에 용융금속웅덩이 (24)와 유도자(11) 사이에 일정한 간격(25)이 유지된다. 용융금속웅덩이(24)는 유도자(11)와 같은 형상으로 형성됨으로서 하부 응고영역(26)에서 요구되는 스트립단면을 부여하게 된다. 희망하는 얇은 스트립단면을 얻기 위해서는 유도자(11)가 용융금속을 둘러싸는 장방형인 것이 바람직하다.

비자성스크린(14)은 용융금속웅덩이(24)의 윗표면(27) 근방의 정압과 자기압을 양호하게 조정하고 그 균형을 맞추기 위한 것이다. 비자성스크린(14)은 도시된 바와 같이 분리된 부품으로 구성할 수도 있고, 미합중국 제3, 985, 179호와 제4, 004, 631호에서와 같이 장치의 다른 부품과 같은 몸체로 구성할 수도 있다.

주조작업초기에 용융금속을 주형(10)에 주입할 수 있도록 램(28)과 받침블록(29)을 주형(10)의 하부 응고영역(26)에 유지시킨다. 다음에 종래의 권취장치(30)에 의해서 램(28)과 받침블록(29)이 요구되는 주조속도에 따라 균일하게 당겨진다.

전자기적으로 주형(10)에 담겨 있는 용융금속은 냉각수가 냉각 매니폴드(12)로부터 응고되고 있는 스트립주물(c)의 외측표면(13)에 직접 가해짐으로서 응고된다. 제1도의 예에서는 유도자밑의 아주 인접한 곳의 외측 표면(13)의 냉각수를 가한다. 이와는 달리 유도자(11)의 하부 응고영역(26)에 적당한 냉각수 방사슬로트 또는 구멍을 부여함으로서 유도자내의 주물표면(13)에 냉각수를 가할수도 있다.

제1도에 도시된 장치는 용융금속웅덩이(24)가 불균일한 단면을 갖게 되는 종래의 전자기 주조 장치와는 다른 것이다. 응고가 진행되는 하부 응고영역에서 용융금속이 요구되는 단면형상을 형성하여 얇은 스트립주물이 만들어진다. 하부 응고영역 윗쪽의 상부 수용영역(31)에서 용융금속 웅덩이(24)는 나팔관 모양으로 확장되어 그 윗표면(27)의 단면적이 스트립주물(c) 단면적의 적어도 다섯배, 바람직하게는 적어도 일곱배 정도가 되는 것이 바람직하다.

상부의 융체수용영역(31)이 스트립주물(c)보다 폭이 큰 용융금속웅덩이를 형성하여 용융금속웅덩이(24)의 체적이 충분히 큼으로서 용융금속웅덩이내의 온도편차가 최소화되고, 하부 응고영역(26) 내부에서 용융금속의 정압을 제어하는 용융금속웅덩이 높이가 일정하게 유지되게 된다. 따라서 정압의 변동이 감소되고, 최종 스트립주물(c)의 단면과 두께가 대단히 균일하게 된다.

제1의 예에서 상기한 두 부분을 부여하는 전자기적 수용영역은 유도자(11)의 독특한 설계에 의해 용융금속과 면하고 있는 유도자의 표면(32)은 두개의 대응부분(33, 34)으로 나누어져 있다. 제1표면(33)은 희망하는 얇은 스트림주물(c)에 대응하는 형상이면, 제2표면(34)은 제1표면으로부터 외측으로 뻗어 나팔관 모양을 이루고 있음으로서 하부응고영역의 단면적보다 상당히 큰 상부수용영역의 단면적을 부여한다. 상부수용영역의 단면적은 하부응고영역의 단면적에 비해 약 5배 이상, 가장 바람직하게는 적어도 7배이다.

유도자(11)의 전류는 제1표면(33)의 경로가 가장 짧기 대문에 그곳의 밀도가 가장 높을 것이다. 그러나 적절한 전력으로서 제2표면(34)에도 충분한 전류가 흐르도록 하여 용융금속웅덩이(34)를 지지하도록 하여야 한다. 이것이 유도자(11)의 가장 바람직한 특징으로서 제1표면(33)에서의 용융금속웅덩이 높이가 가장 높기 때문에 용융금속에 의한 정압이 가장 높다. 따라서 제1표면(33)에서의 전류밑도 또한 최대가 되어야 한다. 유도자(11)의 제2표면(34)을 따라 전류경로가 증가함으로서 전류밀도가 점차 감소하게 된다. 이것은 나팔관모양의 제2표면(34)을 따라 상부로 이어지는 각 점에 지지된 용융금속 웅덩이 높이가 점점 감소하기 때문에 바람직한 것이다. 제2표면(34)의 경사각은 주조되는 재료에 따라 상부 수영영역(31)의 각점에서 용융재료에 의한 정압과 유도자의 전류크기가 서로 균형을 이루도록 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어 용융금속 웅덩이 높이, 즉 유도자의 제 2표면(34)의 각 점에서 용융금속에 의한 정압은 제2표면(34)의 경사각을 크게 하면 일반적으로 증가되고, 작게하면 감소한다.

도시된 비자성스크린(14)은 상부표면(27) 근방의 유도자(11)로부터 전기장의 일부를 차단하여 용융금속웅덩이(24)의 상부 귀퉁이가 지나치게 둥글게 되는 것을 방지하기 위함이다. 그러나 실제로 유도자(11)의 형상을 특수하게 하여 상기스크린(14)의 필요성을 제거할 수 있기 때문에 상기 스크린(14)은 장치에서 꼭 필요한 부품은 아니라고 생각된다. 이것은 전류경로가 큼으로서 유도자(11)의 상부(35)의 전류 밀도가 최저로 되기 때문일 것이다.

제1도의 장치와 그 공정은 금속 및 그 합금을 얇은 스트립으로 주조하는 데에 특히 적합한 것이다. 상기 장치에서 냉각매니폴드(12)의 냉각매체는 물 또는 다른 바람직한 매체를 사용한다. 상기 제1도의 장치는 약 3/4 인치두께, 바람직하게는 약 1/2인치 두께까지의 얇은 스트립주물을 제조하는데 적합한 것이다. 특히 상기의 얇은 스트립 주물(c)은 냉간압연시켜 몇천분의 일정도까지 압연시키는데 사용하기에 적합하다. 금속 또는 합금을 스트립형으로 주조하는 데에 따른 장점은 수인치두께의 주괴를 냉간압연할 수 있는 두께로 압연시키는데 이용하는 종래의 열간압연단계가 제거될 수 있다는 점이다.

상술한 장치 및 공정은 금속 및 그 합금과 실리콘, 게르마늄 등과 같은 반도체채죠를 포함한 비금속재료를 초박편스트립형상으로 주조하는데 이용할 수도 있다. 초박편스트립주물에 특히 바람직한 장치가 제2도에 도시되어 있으며, 상기 장치는 선택적으로 단결정인 초박편스트립주물(c')을 제조하는데 적합하다. 본예에서 전체주형(10')은 주조될 재료의 순도를 유지하기 위해 아르곤과 같은 불활성 분위기의 밀실(36)내에 안치되어 있다. 제1도의 장치에서와 같이 원격용융으로부터 용융재료를 운반하기 위한 융체용기(15) 및 하관(16)과는 달리 봉(47)상의 실리콘 또는 다른 재료를 이용한다. 유도자(11')와 비자성스크린(14)은 전술한 예와 유사하다. 그러나 유도자(11')는 제1도의 유도자(11)와 같은 형상을 하고 있지만 그 구조는 크게 다르다. 즉 유도자(11')는 두 부분(37, 38)으로 나누어져 있으며, 상부(37)는 제1표면(34)을 그리고 하부(38)는 제2표면(33)을 포함한다. 상부(37)와 하부(38) 사이에 절연가스켓(39)이 끼워져 있으며, 절연가스켓(39)은 상부(37)와 하부(38)를 전기적으로 절연시켜 준다. 유도자(11')의 상부(37)와 하부(38)는 절연나사(도시안했음)에 의해 수밀접합되어 있다. 하부(38)로부터 상부(37)를 절연시키는 목적은 유도자(11)의 각표면(33, 34)에 전류레벨을 맞추기 위해 하부에 대해서 독립적으로 상부의 전력공급을 조절하기 위한 것이다. 이렇게 함으로써 유도자(11')의 하부 응고영역(26)에서 스트립 형성작용과 상부수용영역(31)에서 용융금속웅덩이의 지지작용이 더욱 용이할 것이다.

유도자(11)의 각 부분(37, 38)에 가해지는 전력을 맞추기 위해 두 개의 전원(40, 41)과 두개의 제어시스템(42, 43)을 사용할 필요가 있다. 이와 같이 하여 유도자(11')의 상부(37)에 가해지는 전류가 하부(38)에 가해지는 전류와도 전적으로 다르기 때문에 각 부분(37, 38)에서 자기장의 강도에도 그에 상당하는 차이가 생긴다. 주조되는 재료에 따라 유도자(11')에 의한 자력과 주조될 재료에 의한 정압간에 양호한 균형을 이룰 수 있어야 한다.

제2도에 도시된 장치는 실리콘과 같은 반도체재료를 단결정 스트립으로 조주하기에 바람직한 것이다. 본 예에서 실리콘은 대단히 높은 순도와 그리고 최종 주조제품에서 그 순도가 보유되어야 한다. 따라서 상술한 바와 같이 불활성 분위기에서 주조작업이 실행되어야 하며, 오염을 피하기 위해 주조될 도가니와 같은 다른 재료와 접촉하지 않도록 하는 것이 더욱 요망된다.

제2도에서 유도자(11')는 제1도의 것과 다른 형상을 하고 있지만 그 기능은 거의 같다. 전술한 예에 이와 같이 표면(33, 34)이 하부 응고영역(33)과 상부 수용영역(31)을 부여한다. 전원(40, 41)과 제어시스템(42, 43)은 유도자(11')의 상부(37)와 하부(38)의 전류레벨이 상술한 바와 같이 독립적으로 변화하는 것을 제외하고는 제1도의 전원(22) 및 제어시스템(23)과 같은 기능을 한다. 전술한 예에서와 같이 비자성스크린(14)은 형상유도자(11')에 의한 자장에 따라 사용하지 않을수도 있기 때문에 필요에따라 선택할 수 있는 부품이다. 제2도의 장치는 단결정의 초박편스트립을 주조하는데 적합하며, 제1도의 경우와 같이 다른 두께와 다른 재료의 스트립을 주조하는데 이용할 수도 있다.

제2도의 예에서 주조될 재료봉(47)의 선단이 용융됨으로서 용융금속웅덩이(24)가 계속 보충된다. 상기와 같은 용융을 위해 본 발명에서는 용융재료웅덩이(24)의 수용 및 지지뿐만 아니라 웅덩이(24)로 진행하는 재료봉(47)을 녹일 수 있는 온도로 웅덩이(24)의 재료가 가열되도록 유도자(11')에 전력을 공급한다. 상기 과정은 유도자(11')의 상부에 의해 부여되는 열입력과 압력간의 균형을 이룸으로서 수행된다.

용융을 위해서는 인가된 전류의 주파수를 상승시킨다. 이것은 인가된 전자기장과 융체의 유효저항의 가열효과를 상승시킨다. 분명히 가열 및 수용을 위한 유도자(11')의 능력은 주조될 재료의 저항에 크게 영향을 받을 것이다. 실리콘 또는 게르마늄과 같은 반도체 재료의 경우 그 높은 저항에 의해서 유도자의 가열효과가 촉진될 것이다. 비교적 저항이 낮은 재료를 사용할 때에는 그 수용과 가열을 위해 유도자를 이용하지 못할 경우도 있다. 그러나 일반적으로 반도체 및 전자장치에 사용되는 고저항재료로부터 초박편스트립주물을 형성하는 것이 요망되고 있다.

상기 예에서 용융금속웅덩이(24)로 향한 실리콘봉(47)의 이동은 용융재료의 상부표면(27)이 거의 일정위치에 유지되어 하부 응고영역(26)에서의 용융금속에 의한 정압변화를 줄일 수 있도록 유도자(11')의 제어시스템(42)에 의해 조절된다. 이것은 모터(45)에 연결된 공급로울러(44)를 이용하여 수행할 수 있으며, 모터(45)는 제어시스템(42)으로 부터 동력을 공급받는다. 전예와 같이 본 예에서도 제어시스템이 유도자(11')의 인덕턴스를 일정하게 유지함으로서 용융재료웅덩이(24)의 재충진을 조절한다. 용융금속 상부 표면(27)의 높이가 상승 또는 하강하게 되면, 용융재료에 의해 가해지는 정압에 변화가 일어난다. 상기 정융변화에 의해 용융금속 웅덩이에서 용융금속과 유도자간의 간격(25)을 줄이거나 또는 증가시키게 되며, 상기 경유 유도자의 인덕턴스도 그에 대응하여 변화할 것이다. 미합중국 특허 제4, 161, 206호에 따라 유도자에 가해진 전력에 의해 인덕턴스가 일정하게 유지되며, 또한 1980년 1월 10일자 출원된 미합중국 특허출원 제110, 893호에 기술된 방법에 따라 웅덩이의 재충진을 조절함으로서 희망하는 한계내에서 유도자의 인덕턴스를 유지할 수 있다. 상기 방법 모두를 본 발명에 적용하여 주조시스템을 제어함으로서 균일한 단면의 얇은 스트립주물(c, c')을 얻을 수 있다.

용융재료의 작용과 유도자(11')에 의한 전력은 응고된 초박편 스트립(c')으로서 밀실(36)로부터 추출되는 실리콘재료를 재충진 하기 위해 서서히 공급되는 실리콘봉(47)을 용융시키기에 충분하다. 본 예에 따라 유도자가 에너지를 공급하여 용융재료 웅덩이(24)를 지지하고 재충진봉(47)을 용해시키는 것이 바람직하지만, 제1도의 예에서와 같이 원격위치에서 재충진재료를 녹여서 공급할 수도 있다. 상기와 같은 경우에는 유도자(11, 11')가 재충진재료의 용해를 위한 가열과 융체수용의 이중기능을 제공할 필요가 없을 것이다.

실리콘 또는 다른 재료를 얇은 단결정스트립으로 주조할 때에는 종래의 단결정성장기술에 따라 주조속도 또는 램(28)의 하강속도를 매우 느리게 할 필요가 있다. 따라서 용융될 실리콘봉(47)의 하강속도도 그에 대응하여 서서히 해준다. 또한 재료의 오염을 피하고 주물의 권취속도가 낮음을 감안하면 냉각수를 가하여 실리콘스트립(c')을 냉각시키는 것보다 냉각매니폴드(12')에 불활성가스를 가해주는 것이 바람직할 수도 있다. 단결정은 주조장치의 받침블록(29)에 지지된 접종단결정(46)을 사용함으로써 얻어진다.

초박편스트립(c')을 주조할때 한가지 중요한 점은 용융재료에 유도된 전류의 침투깊이가 주조되는 스트립 두께 t의 약 1/4 이하. 바람직하게는 1/6 이하가 될 수 있도록 선택된 주파수의 전류를 유도자 (11')에 공급하도록 해야 한다.

침투깊이는 다음식으로 주어진다.

상기 식에서 δ는 침투 깊이이며, 외측표면(13)에 비해 전류가 약 67% 감소된 지점까지의 깊이를 말한다.

ρ는 주조될 재료의 저항이며, μ₀는 주조될 재료의 투자율 그리고 f는 인가된 전류의 주파수이고, π=3.14이다.

본 발명에 따라 침투 깊이 δ는 상기 식으로 정의된다. 상기 식에 따라 인가된 전류의 주파수가 증가할수록 침투깊이는 감소됨을 알 수 있다. 전자기를 이용하는 종래의 주조공정에서는 침투깊이가 5mm 이었다. 침투깊이에 미치는 저항의 영향은 미합중국 특허 제4, 161, 206호에 충분히 언급되어 있다. 본 발명에 따라 충분한 형상조절 즉 주물의 전체 길이에 걸쳐 균일한 형상 또는 단면을 유지하기 위해서는 인가된 전류의 주파수를 조절함으로서 침투깊이를 매우 주의깊게 조절하여야 한다. 바람직하게는 침투깊이가 주조되는 스트립 두께의 약 1/4 이하 가장 바람직하게는 약 1/6 이하가 되어야 한다. 상기와 같은 제한으로서 스트립주물(c')의 한쪽 측면에 인가된 자기장과 다른쪽 측면에 가해진 자기장간에 상호작용이 거의 없거나 완전히 없어지게 된다. 상기와 같은 상호 작용을 억제함으로서 두께와 단면이 균일한 스트립주물(c')을 얻는데 따른 난점이 극소화되는 것으로 생각된다. 또한 이러한 한계가 유지되지 않으면 스트립주물(c')의 단면이 타원형과 같은 바람직하지 못한 형상을 가질수도 있다.

단결정구조가 아닌 스트립주조작업을 수행해야 한다면, 접종단결정을 제거하고 제1도에서 기술한 바와 같이 처음부터 하부 응고영역내에 받침블록을 위치시킨다. 그러나 단결정구조를 주조하기 위해서는 처음부터 하부응고영역에 접종단결정을 위치시키고 단결정구조가 성장하는 속도에 맞추어 서서히 끌어당긴다. 단결정이 아닌 구조의 주물을 제작할 때는, 가스냉각대신에 수냉시킬 수도 있다. 그러나 단결정구조를 주조할 때에는 가스냉각이 바람직하다.

제3도는 다른 예의 권취장치(30')를 도시한 것이다. 제1도와 제2도의 예에 사용된 권취장치(30)는 램(28)과 받침블록(29)에 허용되는 움직임에 따라 그에 상당하는 길이의 얇은 스트립주물을 연속 또는 반연속적으로 주조하기에 충분하고도 남음이 있다. 보다 긴 스트립주물이 요구될 경우에는 제3도에 도시된 바와 같은 권치장치(30')를 사용할 수 있다. 본 장치에서는 처음에 얇은 스트립개시블록(51)을 공급로울(50) 사이에 위치시켜 전 예에서와 같이 스트립개시블록의 끝이 하부 응고영역(26) 내부에 위치하도록 한다. 공급로울(50)은 하부 응고영역(26)으로부터 스트립개시블록(51) 및 스트립주물(c)이 당겨지는 속도를 조절하며, 공급로울(50)을 떠난 스트립은 드럼(52)에 감긴다. 상기와 같은 방법으로서 대단히 긴 스트립 주물(c)을 주조할 수 있다.

지금까지 일반적으로 금속 및 그 합금을 참고하여 본 발명을 기술하였고, 특히 동 및 동합금, 강 및 합금강, 알루미늄 및 알루미늄 합금 그리고 니켈 및 니켈합금에 적합한 것이다. 그와 다른 금속 및 합금도 제외되는 것은 아니다. 또한 본 발명을 실리콘 또는 게르마늄과 같은 비금속의 주조에 관하여 기술하였으나, 사파이어 그리고 게르마늄-비소화물 등과 같은 복합 반도체재료는 물론 반도체 장치에 사용되는 반금속등에 광범위하게 사용할 수 있다. 따라서 상기에 언급한 재료는 단지 일예에 불과한 것이며, 전자장치에 사용되는 다른 비금속 또는 반금속재료도 포함된다.

Claims (1)

1. 용융재료를 전자기적으로 수용 및 성형하여 희망하는 스트립형상으로 연속주조하기 위한 방법에 있어서, 상부 수용영역과 하부응고용역으로 구성된 전자기주형에 인가되는 교류에 의해 전자기장이 발생되며, 유도전류의 침투깊이가 주조스트립 두께의 1/4 이하로 되게 하고 상기 전자기장에 의해서만 전자기주형의 상부수용영역에 용융재료가 수용 및 지지되어 용융금속웅덩이를 형성하는 동시에 상부수용영역과 유통된 하부응고영역에서는 용융금속웅덩이의 용융재료가 희망하는 스트립형상으로 그 두께가 0.75인치 이하로 성형되고, 상부 수용영역에 지지된 융체웅덩이의 윗표면이 단면적이 하부 응고영역에서 형성되는 스트립의 단면적에 비해 적어도 다섯배가 유지되도록 용융재료를 수용 및 성형하는 것을 특징으로 하는 전자기를 이용한 연속주조법.

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