KR860002045B1 - 금속파이프 원심주조기의 제어방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속파이프 원심주조기의 제어방법 및 장치

제1도는 본 발명의 제어회로를 가진 원심주조기의 도식도.

제2도는 대표적인 주철 파이프에서의 용융 철의 흐름 시간과 벨 성형시간사이의 관계를 나타내는 그래프.

제3도는 대표적인 주철 파이프에서의 철의 유동률과 벨성형시간사이의 관계를나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

15 : 홈통 20 : 주조기

28 : 주형 55 : 벨단부

40,42 : 광전관 44 : 컴퓨터

본 발명은 원심 주조기에서의 금속파이프의 주조에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 주조파이프의 균일한 벨(Bell)형 단부들이 형성될 수 있도록 주조공정을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

금속파이프, 대표적으로 철 파이프의 원심 주조는 원심 주조기를 사용하여 수행된다. 그 주조기는 철홈통쪽으로 그리고 그로부터 먼쪽으로 구동가능 한 회전주형을 구비하고 있으며, 그 철 홈통은 회전주형내로 삽입되는데 적합하게되어 있다.

용융된 철이 래들로부터 그 철 홈통내로 주입된 다음, 그 홈통(trough)의 단부에서 회전주형내로 흐른다. 처음 형성되는 파이프의 단부는 벨단부이며, 그벨 단부의 정확한 성형을 위해 그 안에 코어가 배치된다. 그러나, 그코어는 벨 단부를 지나 파이프의 길이내로 연장하여 있지않다. 따라서, 주조기가 철 홈통의 단부로부터 먼쪽으로 너무 빨리 또는 너무 늦게 이동되면, 파이프의 벨 단부에 인접한 파이프 길이의 부분이 너무 얇게 되거나 또는 너무 두껍게되고, 그 파이프는 폐물로된다. 주조기의 주형이 철 홈통으로 부터 먼쪽으로 이동되는 비율은 주조기의 구조에 의해 결정된다.

본 발명에서, 그 이동비율은 수동으로 조정가능한 일정치를 갖는다. 즉, 벨 성형시간이 경과된 때 주조기는 그 홈통으로 부터 먼쪽으로 이동되어 파이프의 길이부분을 성형한다. 주조기의 그러한 운동은 유압 실린더, 유압 또는 전기모우터, 또는 그들장치의 조합에 의해 수행된다. 몇몇 주조기들에서, 그 주조기자체는 고정되고 철홈통이 주조기로부터 먼쪽으로 이동된다. 본 발명의 원리는 그러한 구조에도 동일하게 적용될 수 있다.

얇을 벽을 갖는 주철파이프를 제조하는데 사용되는 원심주조공정에서의 주요문제점은 벨단부의 벽두께 조절에 있다. 온도와 같은 용융철에 관련된 매개변수 및 주형조건과 같은 주조기에 관련된 매개변수의 변동은 벨 단부의 벽두께의 불균일에 영향을 끼친다. 8인치 (20.3cm) 직경의 파이프 벨단부의 성형시, 초당대략 80파운드(36.4kg)의 철이 파이프주형내로 유입된다. 24인치 (61cm)직경의 파이프에서는 철의 초기유동률(flow rate)이 초당 약 200파운드(90.9kg)이다.

코어는 벨을 성형하기 위해 제공되지만, 벨에 바로인접한 파이프의 길이부내로 연장하지 않는다. 따라서, 높은 철의 유동률과 파이프길이부내 코어의 부재에 기인하여, 실제의 벨을 성형하는 데있어서의 주조기의 일시운전정지시간은 벽두께에 중대한 영향을 끼친다. 흐름 매개변수의 크기에 기인하여, 그리고 주철 수도파이프에서의 벽두께의 공차가 0.04-0.08인치 (0.10-0.20crn)이라는 사실에 기인하여, 주조작동을 정밀하게 제어하는 것을 인간에게 기대하는 것은 거의 불가능하다. 파이프의 벨 단부를 성형하는데 있어서 주조기의 일시정지시간을 제어하기 위해 2가지 방법이 현재 사용되고 있다.

원심주조기의 발명이후, 수동전환(manual reverse)방법이 사용되어 왔다. 이 방법은 운전자의 시각적 반응에 의존하여, 용융철과 주조기의 매개변수들의 변동을 측정하고, 파이프의 길이부를 성형하기 위해 주입홈통으로 부터 먼쪽으로 주조기를 이동시키기 시작한다.

이러한 방식은 파이프벽두께의 큰 변동과 다량의 폐기될 파이프를 형성한다.

제2 방법은 주형내로 들어가는 용융철을 관찰하도록 조준된 전자눈에 의해 제동되는 타이머를 이용한다. 벨성형을 위한 정지시간은 용융철 주입시작전에 운전자에 의해 설정된다. 철과 주조기의 매개변수들의 변화에 따라 그 정지시간을 설정하기 위해서는 운전자의 전문지식이 필요하다. 이 방법은 수동전환 방법에 대한 개량을 제공하지만, 주입주기, 철 매개변수 및 주조기 매개변수의 변동이 수동전환 방법에서와 유사한 바람직하지 않은 결과를 야기할 수 있다.

물론, 벨 단부의 적절한 성형여부를 결정하는 것은 벨성형시간 중에 흐르는 철의 양이다. 그러한 철의양을 측정하여 주조기의 이동을 제어하기 위한 시도들은 용융철의 파괴성질에 기인하여 실괘하였다. 철내에 배치되는 거의 모든 감지장치가 파괴되었다. 용융철의 화학적 및 물리적성질들을 측정함에 의해 철의 유동률을 결정하기 위한 시도들은, 각기 다른집단의 철의 화학적성질의 변동과 용융철의 꾸준히 감소하는 온도의 변동에 기인하여 부정확하다는 것이 입증되었다.

또한, 철 홈통의 온도가 철의 유동률에 영향을 끼친다. 그들 시도들은 정밀한 주입조절을 제공하는데 실패하였는데, 이는 그들이 현재 형성되고 있는 파이프의 실(實)시간 감지에 사용되는 철의 실제흐름의 분석을 제공하지 못하고, 이미 형성된 파이프의 주입에 대한 계산을 기초로하기 때문이다. 파이프의 벨 단부가 허용가능한 공차내로 성형되도록 주조기가 이동되지 않아야 하는 시간을 결정하는데 있어서의 문제가 철파이프의 원심주조에 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은 정확히 제어되는 원심파이프 주조 공정을 제공하는데 있다. 본 발명에 따라서 금속 파이프, 특히 철 파이프의 원심주조의 자동제어방법 및 장치가 제공된다. 주입(pouring)이 시작된 후 주조기가 이동되지 않은 시간은 파이프의 벨 단부의 성형에 중요하다는 것이 밝혀졌다.

이 시간은 벨 성형정지시간 또는 플래깅 (flagging)시간으로 불린다. 이시간이 중요한 이유는, 용융철이 매우 신속히 흐르므로 철 홈통의 단부로부터 먼쪽으로 이동하는 주조기의 이동개시가 너무 빠르거나 또는 너무느린때 벨 단부에 인접한 파이프부분이 너무 얇게 되거나 또는 너무 두껍게되는 것에 의해 파이프가 불량으로 될 수 있기 때문이다.

특정 주입시간중 흐르는 철의 양은 용융철이 철 홈통을 지나는데 걸리는 시간에 비례한다는 것이 밝혀졌다. 철 홈통의 길이는 알려져 있어, 주어진 시간에 그 홈통을 지나흐르는 철의 양은 그 시간에 정비례 한다.

따라서, 본 발명은 주조기의 철 홈통상의 2곳의 상대지점들 사이에서 철이 통과하는데 걸리는 시간을 측정하여 그 용융철의 속도를 측정하는 것을 제공한다. 용융철의 하향경사로의 연부를 지나 흐르기 시작할때, 그리고 홈통의 단부에 그 용융철이 도달한때 2개의 광전관들이 신호들을 제공한다.

상기 홈통의 단부를 지난 위치에서 주조기주형은 구동된다. 이 시간이 그 2개의 신호들의 비교에 의해 측정된때, 최적의 벨 성형시간은, 철흐름 속도의 입력이 주어진 때 각 파이프 크기 및 등급에 따른 최적 벨 성형시간들을 계산하도록 프로그램된 컴퓨터에 의해 주조중의 파이프의 실 시간을 기초로 계산된다.

원심 주조작동의 제어는 컴퓨터에 의해 수행된다. 각 주조기와 각 파이프크기 및 등급에 따른 벨 성형시간연산치 들이 컴퓨터에 기억되어 있다. 표준철 흐름 속도에서의 표준 벨 성형시간이 그 컴퓨터에 기억되어 있다. 주조되는 각 특정 파이프에서 측정된 실제의 철흐름 속도는 표준철흐름속도와 비교되어, 만일 그 실제속도가 그 표준속도보다 크면, 벨 성형시간이 컴퓨터에 의해 자동적으로 감소되고, 주조기가 파이프의 길이부를 형성하도록 철 홈통으로부터 먼쪽으로 신속히 이동된다. 그리하여, 벨 단부에 인접한 파이프 벽이 너무 두겁게 되는 것이 방지된다. 실제 속도가 포준속도보다 낮으면, 벨 성형시간이 컴퓨터에 의해 자동적으로 증가되고, 주조기가 파이프의 길이를 형성하도록 추가의 철이 흐를때까지 철홈통으로 부터 먼쪽으로 이동되지 않는다. 그리하여 파이프벽이 너무 얇게되는 것이 방지된다.

본 발명은 철 파이프의 원심주조의 정확한 제어를 제공한다. 용융철 흐름속도는 주조되는 각 파이프에서의 실 시간을 기초로 측정되고, 최적의 벨성형시간이 계산된다. 이 정보는 주조기에 전달되고, 그 주조기는 파이프의 벨단부가 성형된 후 파이프의 길이부를 성형하도록 철 홈통으로부터 먼쪽으로 이동된다.

본 발명의 원리는 주조기 자체가 고정되어 있으나 철홈통이 그 주조기로부터 먼쪽으로 이동가능하게 된 파이프 주조기에도 동일하게 적용될 수 있음을 이해하기 바란다.

그러한 경우, 철 홈통의 이동이 제어된다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.

제1도에, 본 발명의 제어회로를 가진 원심주조기의 도식도가 도시되어 있다.용융 철 래들(10)이 하향 경사로(downchute)(14)에 주입될 용융철(12)을 수용한다. 그 용융철(12)은 하향경사로(14)로 부터 철 홈통(15)내로 유입된다. 주조기(30)는 상부 프레임(22)과 저부프레임(24)으로 구성되어 있다. 주형 (98)을 회전시키기 위해 모우터(26)가 상부프레임(22)에 부착되어 있다. 파이프 주조의 벨단부(33)를 형성하도록 코어(30)가 주형(28)의 벨단부내에 보지되어 있다.

주조기(20)는 바퀴(34)상에 장착되어 있고, 그 바퀴들에 의해 주조기가 화살표(36)방향으로 이동된다.

주조기(20)는 고정기구(도시않됨)에 의해, 철홈통(15)이 삽입된 위치에 보유된다. 그러한 고정기구는 대개 유압식 브레이크이다. 즉, 주조기(20)는 유압실린더 또는 유압 또는 전기 모우터(도시않됨)와 같은 구동장치에 의해 제1도에 도시된 바와 같은 철 홈통이 삽입된 위치로 구동되고, 고정기구의 계합에 의해 상기위치에 유지된다. 그 고정기구의 이탈시, 주조기(20)는 구동장치에 의해 화살표(36)방향으로 구동된다. 철 홈통(15)이 이동하지 않기 때문에, 주조되는 파이프의 길이부가 주조기(20)의 이동시 형성된다.

본 발명의 다른 예에서는, 주조기가 고정되고 철 홈통이 이동가능하게 되어있다. 광전관(40)이, 용융철(12)이 하향경사로(14)내로 처음 통과할때 신호를 제공하도록 설치되어 었다. 이 신호는 컴퓨터(44)에 전달된다. 제2광전관(42)은, 파이프 주조의 벨단부(32)가 형성되도록 구성된, 파이프 주조형에 응융철(12)이 처음 들어갈때 신호를 제공하도록 설치되어 있다.

제어되는 각 주조기와 각 파이프 크기 및 등급에 따른 표준벨 형성시간들을 기억시키기 위해 입력콘솔(console)(46)이 이용된다. 단일의 컴퓨터(44)로 여러개의 주조기(20)를 제어하는 것이 가능하다. 제2도에 도시된 바와 같이, 철 흐름시간과 벨 성형시간과의 사이의 관계가 직선(48)으로 도시되어 있다.

이 직선관계는 설명의 간략화를 위해 도시된 것이고, 각 파이프의 크기 및 등급과 각 주조기에서의 철 흐름시간과 벨성형시간 사이의 관계는 간단한 성형관계보다 매우 더 복잡할 수 있다. 벨 성형시간을 계산 하는데 있어서, 주어진 파이프크기 및 등급과 측정주조기에서의 표준 벨 성형시간 BT₀'가 컴퓨터에 기억된다. 또한, 상기주조기에 대한 철흐름시간이 IT₀로 컴퓨터에 기억된다. 광전관(40) 및 (42)로 부터의 신호들이 비교된 때, 실제의 철 흐름시간이 주조되는 실제 파이프에서의 실 시간을 기초로하여 쉽게 계산될 수 있다. 예를들어, 실제 철 흐름시간이 표준시간보다 작은때, 광전관들의 신호들 사이의 시간이 표준시간보다 작게되고, 그 감소된 흐름시간이 제2도에 IT₁으로 도시되어 있다. 철 흐름시간과 벨 성형시간 사이의 관계를 기억한 컴퓨터가 그 벨 성형시간을 BT₁'로 자동적으로 감소시킨다. 시간 BT₁'에서 컴퓨터(44)로 부터 주조기 고정기구에 신호(52)가 보내어져 그 고정기구를 이탈시키고 주조기(20)가 화살표(36)방향으로 구동되게 한다.

이 작용에 의해, 벨 단부(32)에 인접한 파이프 길이부에서 파이프벽이 너무 두껍게 성형되는 것이 방지 된다. 실제의 철 흐름시간이 표준 시간보다 큰때, 광전관신호들 사이의 시간이 표준시간보다 크게된다. 이 증가된 흐름시간이 제2도에 IT₂로 도시되어 있다. 철흐름시간과 벨성형 시간사이의 관계를 기억한 컴퓨터가 그 벨성형시간을 BT₂'로 자동적으로 증가시킨다. 그시간 BT₂'에서 주조기 고정기구에 신호(52)가 보내어져 그 고정기구를 이탈시키고 주조기(20)가 화살표(36)방향으로 구동하게 한다.

이 작용에 의해, 벨 단부(32)에 가까운파이프 길이에서 파이프 벽이 너무얇게 성형되는 것이 방지된다. 간단하게 말하여, 철 흐름시간 IT와 벨성형시간 BT사이의 관계는 선형이다. 하기 표현에서, IT_S는 특정 주조기의 표준철 흐름시간이고, ITA는 광전관들에 의해 측정된 실제 철 흐름 시간이고, BT_S는 특정주조기와 주조되는 파이프의 크기 및 등급에서의 표준벨 성형시간이며, BTA는 최적의 벨 성형시간 이다.

즉, BTA=BT_S+K(ITA-IT_S) 측정된 실제 철 흐름시간이 표준흐름시간보다 크면, 실제의 벨 성형시간이 증가되어 보다 느린 철 흐름을 보상한다. 측정된 실제의 철 흐름시간이 표준흐름시간보다 낮으면, 실제 벨 성형시간이 감소되어 빠른 철 흐름을 보상한다.

상수 K는 특정 주조기와 주조되는 파이프의 크기 및 등급에 따라 결정된다. 철 흐름시간들의 차이가 철 흐름속도를 계산하는데 사용될 수 있다는 것은 자명하다. 제3도에 도시된 바와 같이, 철 흐름속도와 벨성형시간사이의 관계가 직선(50)으로 도시되어 있다. 이 선형관계는 설명의 간략화를 위해 도시된 것이고, 각 파이프의 크기 및 등급과 각 주조기에서의 철흐름속도와 벨 성형시간사이의 관계는 간단한 직선관계보다 훨씬 복잡할 수 있다. 벨 성형시간을 계산하는데 있어서, 컴퓨터는 소정의 파이프 크기 및 등급과 특정 주조기에서의 표준벨 성형시간 BT₀를 기억하고 있다. 또한, 그 주조기의 표준철 흐름속도 역시 컴퓨터에 V₀로 기억된다.

광전관(40) 및 (42)들로부터의 신호들이 비교된때, 철 흐름속도는 주조되는 파이프에 대한 실시간을 기초로 쉽게 계산될 수 있다. 예를들어, 실제 철 흐름속도가 표준 속도보다 큰때, 그 증가된 속도는 제3도에 V₁으로 도시된다. 철 흐름속도와 벨 성형시간사이의 관계를 기억하고 있는 컴퓨터가 그벨 성형시간을 BT₁으로 자동적으로 감소시킨다. 그시간 BT₁에서 컴퓨터(44)로 부터 주조기 고정기구에 신호(52)가 보내져 그 고정기구를 이탈시키고 주조기(30)를 화살표(36) 방향으로 구동시킨다.

이 작용에 의해, 벨 단부(32)에 인접한 파이프 길이부에서 파이프벽이 너무 두껍게 형성되는 것이 방지된다. 실제의 철 흐름속도가 표준속도보다 낮은때, 그 감소된 속도는 제3도에 V₂로 도시된다. 철 흐름속도와 벨 성형시간 사이의 관계를 기억한 컴퓨터가 그벨 성형시간을 BT₂로 자동적으로 증가시킨다. 그 시간 BT₂에서 주조기 고정기구에 신호(52)가 보내져 그 고정기구를 이탈시키고 주조기(20)를 화살표(36)방향으로 구동시키며, 이 작용에 의해, 벨 단부(32)에 인접한 파이프 길이부에서 파이프벽이 너무 얇게 성형되는 것이 방지된다.

간단하게 말하여, 철 흐름속도 V와 벨성형시간 BT사이의 관계는 선형이다. 하기 표현에서 V_S는 특정 주조기에서의 표준 철흐름속도이고, VA는 광전관들에 의해 측정된 실제의 철흐름속도이고, T_S는 특정주조기와, 주조되는 파이프의 크기 및 등급에서의 표준벨성형시간이며, TA는 최적의 벨성형시간 이다. 즉, TA=T_S+K'(V_S-VA).

측정된 실제 철 흐름속도가 표준속도보다 작은때 그 실제 벨 성형시간이 증가되어 느린 철 흐름을 보상한다. 측정된 실제 철 흐름속도가 표준 속도보다 큰때, 실제 벨 성형 시간이 감소되어 빠른 철 흐름을 보상한다. 상수 K'는 특정주조기와 주조되는 파이프의 크기 및 등급에 따라 결정된다. 물론, 철흐름시간 또는 속도와 벨 성형시간사이의 관계가 반드시 선형인 것은 아니다. 제어될 특정주조기의 검토에 의해서만 특정관계들이 얻어질 수 있다. 그러나, 중요한 것은, 검토될 필요가 있는 유일한 입력은 철 흐름시간 또는 속도이라는 것이다. 그 시간차가 알려진때, 그 속도는 그 시간차에 역비례한다. 원심주조공정의 제어를 위해, 주입되는 철의 양의 복잡한 측정은 필요치 않다. 어떤 주조기에서는 주어진 시간에 흐르는 철의 양은 허용가능한 한계들내에서 동일하다. 시간차가 알려진때, 원심주조공정은 파이프벨이 정확하게 성형되고 주조기가 파이프의 나머지 길이부분을 성형하기 위해 철 홈통으로 부터 먼쪽으로 구동되어야 하는때를 정확하게 결정하여 제어될 수 있다.

상기의 본 발명의 장치 및 방법에 따라 철파이프의 주조를 행하였다.

[실시예 1]

용융철을 원심 주조기에 공급하되, 철의 유동률을 크게하였다. 용융철이 홈통내로 주입되자 제1 광전관 으로부터 제1 감지신호가 발생되었고, 이때의 시간을 측정하였다. 용융철은 홈통으로부터 유출되는데, 홈통 단부를 통과할때 제2 광전관으로부터 제2 감지신호가 발생되었고, 이때의 시간을 측정하여 용융철이 홈통을 통해 흐르는 실제 시간 T_A를 결정하였다.

철의 실제흐름시간을 주조되는 파이프 크기 및 형태에 따른 표준 흐름시간 T_S와 비교한 결과 T_A가 T_S보다 작았다. 그러나 본 발명의 장치에 따른 주조실시에서는 파이프 성형시간이 컴퓨터에 의하여 감소조절되어, 형성된 파이프의 벨 단부가 두껍지 않고 표준 파이프의 두께와 거의 동일하였다.

[실시예 2]

용융철을 원심주조기에 공급하되, 철의 유동률을 작게하였다. 용융철이 홈통내로 주입되자 제1 광전관으로부터 제1 감지신호가 발생되었고, 이때의 시간을 측정하였다. 용융철은 홈통으로부터 유출되는데, 홈통 단부를 통과할때 제2광전관으로부터 제2 감지신호가 발생되었고, 이때의 시간을 측정하여 용융철이 홈통을 통해 흐르는 실제 시간 T_A를 결정하였다. 철의 실제 흐름시간을 주조되는 파이프 크기 및 형태에 따른 표준 흐름시간 T_S와 비교한 결과 T_A가 T_S보다 더 컸다. 그러나 본 발명의 장치에 따른 주조실시에서는 파이프 성형시간이 컴퓨터에 의하여 증가조절되어, 형성된 파이프의 벨 단부가 얇지 않고 표준 파이프의 두께와 거의 동일하였다. 이상에서, 대표적으로 철파이프 성형을 중심으로 기술하였으나, 기타 금속 파이프의 주조에서도 본 발명의 장치 및 방법이 적용될 수 있음은 물론이다.

Claims (3)

1. 금속파이프의 원심주조를 제어하기 위한 방법에 있어서, 용융금속이 금속주입 흠통내로 처음 들어갈때 제1 감지신호를 얻고, 용융금속이 주입홈퉁의 단부에서 벗어나 주조주형의 단부로 도입통과될때 제2 감지신호를 얻어서, 상기 제1 감지신호 및 제2 감지신호를 비교하여 실제금속주입흐름 시간을 결정하고 ; 실제 흐름시간을 기억된 표준 흐름시간과 비교하여 실제흐름시간이 표준 흐름시간보다 큰 경우에는 금슥 파이프 벨단부 성형시간을 증가시키고, 실제 흐름시간이 표준흐름시간보다 작은 경우에는 금속파이프 벨단부 성형시간을 감소시킴을 특징으로 하는, 금속파이프 원심주조기의 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 감지신호 및 제2 감지신호가 광전관 신호임을 특징으로 하는, 금속 파이프 원심주조기의 제어방법.
3. 회전자재한 주형을갖춘 원심주조기, 홈통에 대해 상대이동 가능하게 상기 주형 및 원심주조기가 배치되는 금속 홈통 및 계합시 주조기를 금속 홈통주위에 고정시키고 이탈시 주조기와 홈통이 서로에 대해 이동될 수 있도록하여 주는 고정기구를 포함하여 구성되는, 금속파이프 주조를 위한 원심주조기를 제어하기 위한 장치로서, 용융금속이 홈통내로 들어갈 때를 감지하여 제2 신호를 발생시키는 제1 감지장치 ; 용융금속이 홈통의 전장을 따라 흘러서 주조되는 파이프의 벨단부를 성형하기 시작할때를 감지하여 제2 신호를 발생시키는 제2 감지장치 ; 및 상기 제1 및 제2 신호를 비교하여 실제금속흐름 시간을 결정하고, 그 실제흐름시간과 표준 흐름시간의 차이를 이용하여 컴퓨터에 기억된 표준 벨성형시간온 수정하여 수정된 벨성형시간을 제공하고, 상기 수정 벨성형 시간의 말기에 주조기 고정기구를 이탈시키게하는 신호를 발생 시키는 컴퓨터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는, 금속파이프 원심 주조기의 제어장치.

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