WO2019107847A1 - 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템 - Google Patents

알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템 Download PDF

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WO2019107847A1
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temperature
nitrogen
aluminum
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PCT/KR2018/014589
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Inventor
고화진
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주식회사 씨브이에스
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C29/00—Cooling or heating work or parts of the extrusion press; Gas treatment of work
    • B21C29/04—Cooling or heating of press heads, dies or mandrels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B19/00—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour
    • F25B19/005—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour the refrigerant being a liquefied gas

Definitions

  • the present invention relates to a cooling system for cooling an aluminum extrusion die for extruding aluminum by supplying liquid nitrogen to a liquid nitrogen cooling system of an aluminum extrusion die, in particular a mobile storage tank or an outdoor storage tank, .
  • Patent No. 60492 discloses aluminum extrusion.
  • Aluminum extrusion is the process of extruding aluminum extrudate through a preheated extruder in the field of durability, such as automobiles, and cooling the extrudate with cooling water to produce a product.
  • these products are known to have low mechanical strength, nonuniform overall hardness, and low productivity.
  • Japanese Patent No. 1279375 discloses an aluminum extrusion method in which a contactless process through an air bubble film is introduced to increase the precision of a product and minimize damage.
  • the extrusion process is a process of heating the billet to an extrusion temperature and pushing the billet through an extrusion die, and a variety of materials are used because a variety of products can be manufactured by a single extruder.
  • aluminum is most commonly used as an electrical conductor. It has a small specific gravity and is used in automobile ship railroad, etc. It has strong corrosion resistance in the atmosphere and is harmless to human body and is used in various fields. In addition, it has the characteristics of ductility and ductility and can be processed in all forms, mostly produced by extrusion process.
  • aluminum billet which is a raw material, passes through an extrusion die, but productivity is not good due to various problems such as extrusion temperature due to friction and surface oxidation of aluminum product.
  • the aluminum extrusion is carried out by heating the billet at 480 to 580 degrees.
  • the liquid nitrogen is stored in a storage tank, and the extruder ram is advanced to extrude the aluminum product through the extruder by the shape of the extruded mold.
  • the biggest problem is that the extrusion temperature is increased due to the frictional heat generated during the extrusion process and the speed of the extrusion process is not increased so that the production amount of the extrusion product is lowered. Therefore, it is expected that the extrusion speed of aluminum products will be increased by cooling the extrusion friction heat of the extrusion die during aluminum extrusion, thereby improving the production amount of aluminum extrusion products.
  • aluminum extrusion usually supplies gaseous nitrogen to the extrusion mold to prevent oxidation of the aluminum extruded product from contact with air, and also to enhance the surface color of aluminum.
  • gaseous nitrogen to the extrusion mold to prevent oxidation of the aluminum extruded product from contact with air, and also to enhance the surface color of aluminum.
  • the temperature of the mold is raised by the frictional heat of the billet and the mold caused by the extrusion, which is a problem generated by the extruder.
  • the temperature of the mold is raised by the frictional heat of the billet and the mold caused by the extrusion, which is a problem generated by the extruder.
  • liquid nitrogen cooling system of the present invention is characterized in that the gas nitrogen used for increasing the cooling effect in the cooling system used for aluminum extrusion is extruded from liquid nitrogen to gaseous nitrogen vaporized from liquid nitrogen And to improve the quality thereof.
  • a system including a plurality of storage tanks for storing liquid nitrogen, a vacuum pipe connected to each of the storage tanks for supplying liquid nitrogen, A pressure regulator for regulating the pressure of liquid nitrogen; an integrated supply vacuum piping valve for integrating the vacuum piping connected to each tank, a relief valve provided in the pressure regulator for regulating the pressure of liquid nitrogen to be vaporized, A gas-liquid separating and storing tank for supplying gas-nitrogen and gas-liquid separating liquid nitrogen that has passed through the vaporizer coil, and a float which is installed in the gas-liquid separating and storing tank and has a buoyant force at the bottom, A level sensor detects the low level and the high level by sensing the proximity switch at the top of the sensing rod A static motor attached to the proportional control valve through a shut off valve to sense the temperature of the extruded mold and operated by a temperature regulator and an aluminum billet through the extruded ram, And a liquid nitrogen cooler composed of an extrusion die for performing an ex
  • the motor When the temperature of the extrusion mold is higher than the set temperature through the vacuum pipe, the motor is operated to open the proportional control valve and supply liquid nitrogen The temperature of the extrusion die is cooled, and when the temperature is lower than the set temperature, the proportional control valve is closed to cool the temperature of the extrusion die.
  • a vacuum cleaner comprising: a movable outdoor storage tank for storing liquid nitrogen; a vacuum pipe connected to each of the storage tanks for supplying liquid nitrogen; A liquid nitrogen separating and storing tank installed in the pressure regulator for separating the gas nitrogen, the liquid nitrogen separating function and the storage function and using liquid nitrogen having a stable pressure and a water level; An integrated supply vacuum piping valve that integrates a relief valve for releasing nitrogen pressure and a vacuum piping connected from each tank, a vaporizer coil for converting liquid nitrogen into gaseous nitrogen through the vacuum piping, gas nitrogen passing through the vaporizer coil And a level sensor installed in the gas-liquid separation storage tank for detecting low level and high level, A motor that is attached to a proportional control valve through a shut off valve to sense the temperature of the extruded product and is operated by a temperature controller and an aluminum billet through an extruded ram to form a backer and an extrusion die And when the temperature of the extruding mold is higher than the set
  • the vacuum pipe of the present invention is characterized by being a double vacuum type pipe.
  • the frictional heat of the billet extrusion die which is the raw material of the present invention, is cooled using liquid nitrogen.
  • the present invention is characterized in that liquid nitrogen and gaseous nitrogen are supplied to the center of the beaker through the one vacuum pipe of the present invention, and liquid nitrogen is supplied by vacuum piping to cool the extruded mold.
  • liquid nitrogen of the present invention is vaporized by the vaporizer coil to generate gaseous nitrogen, and the gaseous nitrogen is supplied by operating the pressure maintaining gaseous nitrogen supply portion.
  • the present invention is characterized in that a bypass solenoid valve for cooling the temperature of the extrusion die rapidly by the frictional heat and the motor of the present invention is provided to cool the extrusion die.
  • liquid nitrogen passing through the vaporizer coil is vaporized into gaseous nitrogen, passed through the check valve, stored in the buffer tank, and operates the pneumatic actuation solenoid valve and the cylinder of each device, so that the gaseous nitrogen stored in the buffer tank, And the pressure is maintained by the check valve if the pressure of the coil is low.
  • the present invention has the effect of increasing the extrusion rate by cooling the frictional heat of the extrusion die and preventing the oxidation of the product which blocks contact with air by nitrogen, thereby improving the production amount.
  • Fig. 1 is a view showing an aluminum extrusion die liquid nitrogen cooling system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing another embodiment of an aluminum extrusion die liquid nitrogen cooling system in which a double-gas-liquid separation and a liquid nitrogen storage tank is added according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the liquid nitrogen cooler of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a cooling system of an aluminum extrusion die type liquid nitrogen according to the present invention, in which liquid nitrogen is supplied through a vacuum pipe to cool an elevated mold temperature by frictional heat, Install the tank and connect the vacuum piping in vacuum to each tank in double form.
  • Each of the connected vacuum pipes is provided with a pressure gauge for indicating the pressure of the liquid nitrogen to be supplied, and the pressure gauge is provided with a relief valve (2) which is evacuated in the vacuum pipe to emit a rising pressure.
  • a jacket valve (1) which is a vacuum heat-on / off valve, is installed to vertically install a vacuum pipe from each tank, and the vacuum pipe connected from each tank is integrally connected to one vacuum pipe.
  • a pressure regulator (3) for regulating the pressure set through the pressure regulating opening / closing valve is installed in the vacuum pipe, and the gas nitrogen and the liquid nitrogen supply valve passed through the gas nitrogen supply valve through the pressure regulator (3) Liquid separating and storing tank 20.
  • the liquid nitrogen is supplied to the gas-liquid separating /
  • the liquid nitrogen supplied to the gas-liquid separating and storing tank 20 is stored and the gas nitrogen is discharged to the outside to separate the gas liquid.
  • the tank vent which discharges gas by the tank vent solenoid valve 21 Liquid separating and storing tank 20 through the low-level and high-level inside the gas-liquid separating and storing tank, the gas-liquid separating and storing tank 20 can be opened and closed by sensing the level sensor 23 provided above the gas- A liquid nitrogen inflow solenoid valve 24 opened and closed by an electrical signal actuates the cylinder 25 to close the valve.
  • the tank vent 22, which discharges the gas by the tank vent solenoid valve 21, is closed, and at the same time, the liquid nitrogen is vaporized by the gas passing through the evaporating coil 4 through the gas supply valve 4,
  • the nitrogen gas supply unit supplies pressure gaseous nitrogen to the mold and the pressure vessel.
  • the liquid nitrogen passing through the vaporizer coil is vaporized into gaseous nitrogen, passed through the check valve 32 and stored in the buffer tank 33 to operate the pneumatic operation solenoid valve and the cylinder of each device,
  • the pressure of the gaseous nitrogen stored in the evaporator coil is maintained by the check valve 32 when the pressure of the vaporizer coil is lowered.
  • the liquid nitrogen supplied to the gas-liquid separation storage tank 20 maintains the tank internal pressure by boosting the inside of the tank and adjusts the set pressure.
  • the pressure switch 26 releases the set pressure excess
  • the solenoid valve 27 is opened so that the pressure is automatically discharged to the outside. If the pressure is lower than the internal pressure setting pressure, the solenoid valve of the internal pressure maintaining gas supply unit is opened to supply the gas nitrogen to maintain the internal pressure.
  • the gas release solenoid valve is opened so that the gaseous nitrogen is released to the outside and liquid nitrogen is supplied.
  • the tank vent solenoid valve 21 is opened to release gaseous nitrogen and only liquid nitrogen is stored in the tank.
  • the sensor senses this and closes the liquid nitrogen supply valve 25.
  • the gas release vent solenoid valve 22 of the storage tank is also closed.
  • gaseous nitrogen is supplied so as to maintain the internal pressure of the tank. Gaseous nitrogen passed through the vaporizer coil 4 is supplied into the tank, Keep it up.
  • the pressure sensor detects the pressure, and opens the discharge solenoid valve (27) to discharge the pressure exceeding the set pressure of the tank. To maintain the pressure inside the tank at the set pressure.
  • the preheated aluminum billet is put into the extruder, and when the extruder is operated, the aluminum product starts to be extruded through the extrusion die.
  • the temperature of the extruded mold is raised by the frictional heat.
  • the infrared thermometer 31 which senses the temperature of the extruded product, senses the temperature and the solenoid valve 29 installed at the outlet of the storage tank operates,
  • the cylinder 25 serving as a liquid nitrogen inlet valve for shutting off the supply of liquid nitrogen is opened to supply liquid nitrogen and open the proportional control valve to cool the liquid nitrogen extrusion die.
  • the proportional control valve 43 controls the supply amount of the liquid nitrogen supplied to the tank.
  • the proportional control valve 43 controls the amount of liquid nitrogen supplied to the tank.
  • the liquid nitrogen is supplied deep into the extrusion back mold so that the temperature of the extrusion mold is lowered while the liquid nitrogen cools the extrusion mold so that the supply amount of the storage tank is increased by the operation of the above-
  • the proportional control valve 43 to be controlled is closed.
  • the solenoid valve 31 for supplying gaseous nitrogen is opened and a proportional control valve connected to the proportional control valve is opened to supply gaseous nitrogen to the extrusion mold, thereby blocking the extruded product from the air, thereby preventing oxidation and maintaining the beautiful color of the extruded product .
  • the extrusion mold is composed of parts such as an extrusion mold, a beck and a bolster, and is assembled in a mold housing.
  • the liquid nitrogen to be used is supplied with liquid nitrogen through a vacuum pipe to the inside of the bake through which the extrusion product passes, And the mold is cooled by locally cooling the periphery of the extruded shape of the extruded mold.
  • FIG. 2 shows another embodiment of an aluminum extrusion die liquid nitrogen cooling system with the addition of a double-layered gas-liquid separation and storage tank according to the present invention, wherein all processes are the same as the liquid nitrogen cooling system of FIG. 1, , And a double-tank type gas-liquid separation and storage tank (50) is added between the relief valve (2) and the pressure regulator (3).
  • the double-layered gas-liquid separation and storage tank is necessary when the tank is installed outdoors to supply liquid nitrogen from the outside, because the liquid nitrogen gas is vaporized during transportation and the generated gas is released to the outside, When the vacuum piping is more than 15 m, the cool down time of the liquid nitrogen in the vacuum pipe becomes long and the supply time of the liquid nitrogen is timely. In order to compensate for this problem, it is necessary to separate the gas and liquid generated during the movement in the pipe and to store a certain amount of liquid nitrogen, and a small tank having a liquid nitrogen storage function.
  • the double-layered gas-liquid separator and the storage tank are constructed such that two tanks, a first tank and a second tank 52, 53 are vertically arranged in one storage tank, that is, in a large tank housing 51, And a shutoff valve for shutting off the supply of liquid nitrogen from the first tank to the second tank, wherein each tank is provided with a level sensor (54,55), a vent, a pressure measuring pressure of the first tank A gauge 56, a relief valve 58 and a liquefaction coil 57 are installed, and the large tank encloses each tank, and a large tank and two tanks are each in a vacuum state.
  • a level sensor 54,55
  • a vent a pressure measuring pressure of the first tank
  • a gauge 56, a relief valve 58 and a liquefaction coil 57 are installed, and the large tank encloses each tank, and a large tank and two tanks are each in a vacuum state.
  • FIG. 3 is a view for explaining the liquid nitrogen cooler 40 of the present invention.
  • the liquid nitrogen cooler has a structure in which a billet passes through an extrusion ram, and a billet passing through an extrusion ram in a center container is connected to a backer 45
  • the preformed aluminum billet is usually put into an extruder.
  • frictional heat between the billet and the extruding mold causes the temperature of the extruding mold to rise.
  • the non-contact type infrared thermometer 41 which measures the temperature of the product extruded through the extrusion die, senses the temperature, and the solenoid valve installed in the storage tank operates, Is a liquid nitrogen cooler for cooling by supplying liquid nitrogen to a proportional control valve of a motor.
  • the aluminum extrusion mold liquid nitrogen cooling system of the present invention can be used to manufacture aluminum extruded products.

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Abstract

알루미늄 압출 과정은 빌렛을 압출 온도로 가열하여 압출 금형을 통해 밀어내는 것으로서 하나의 기계로 여러 형태의 제품을 제조할 수 있어 다양한 재료가 많이 사용된다. 그 중에서도 가장 많이 사용되는 알루미늄은 전기적인 양도체로서, 비중이 작아서 자동차 선박 철도 등에 사용되며 대기 중에서 내식성이 강하고 인체에 해가 없어 다양한 분야에서 사용되고 있다. 본 발명은 이러한 알루미늄 압출에 관한 것으로, 이동식 또는 옥외 저장식으로 액체질소를 공급하여 냉각 시스템의 냉각 효율을 개선하여 알루미늄을 압출하는 알루미늄 압출 금형 냉각 시스템에 관한 것이다

Description

알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템
본 발명은 알루미늄 압출 금형의 액체질소 냉각 시스템, 특히 이동식 저장 탱크 또는 옥외 저장식 탱크로 액체질소를 공급하여 냉각 시스템의 냉각 효율을 개선하여 알루미늄을 압출하는 알루미늄 압출 금형을 액체질소로 냉각하는 냉각 시스템에 관한 것이다.
특허 제60492호에는 알루미늄 압출이 개시되어 있다. 알루미늄 압출은 자동차 등 내구성이 요구되는 분야에서 알루미늄 압출물을 예열된 압출기를 통과하여 압출물을 뽑아내며 이 압출물을 냉각수로 냉각하고 제품을 생산하였다. 그러나 이러한 제품은 기계적 강도가 미달되고 전체적인 경도가 불균일하게 형성되어 생산성이 저하하는 것으로 알려져 있다.
또한, 특허 제1279375호에는 에어 버블막을 통한 비접촉 공정을 도입하여 제품의 정밀도를 높이고 손상을 최소화하는 알루미늄 압출 방법이 개시되어 있다.
그러나 상기와 같은 과정으로 생산된 압출물은 대기중의 산화로 인해 표면이 미려하지 못하고 압출과정에서 생기는 마찰열로 인해 생산성이 좋지 못했다. 따라서 보다 양호한 시스템에 의해 압출물의 생산성을 높이는 것이 요구되었다.
일반적으로 압출 과정은 빌렛을 압출 온도로 가열하여 압출 금형을 통해 밀어내는 것으로서 하나의 압출기로 여러 형태의 제품을 제조할 수 있어 다양한 재료가 많이 사용된다. 그 중에서도 가장 많이 사용되는 알루미늄은 전기적인 양도체로서, 비중이 작아서 자동차 선박 철도 등에 사용되며 대기 중에서 내식성이 강하고 인체에 해가 없어 다양한 분야에서 사용되고 있다. 또한, 전성, 연성의 특성이 있어 모든 형태로 가공 가능하며 대부분 압출 공정을 이용하여 생산된다. 그러나 이러한 장점이 있는 반면, 원재료인 알루미늄 빌렛(Billet)이 압출 금형을 통과하는 과정 중에 마찰로 인한 압출 온도, 알루미늄 제품의 표면 산화 등의 여러 가지 문제로 인해 생산성이 좋지 못했다.
통상, 알루미늄 압출은 빌렛을 480도 내지 580도로 가열하여 사용하는데 액체질소를 저장 탱크로 저장하고, 압출기 램이 전진하여 압출 금형 형상에 의해 알루미늄 제품이 압출기를 통과하여 압출되나, 위에서 상술된 바와 같이, 압출 과정 중에 발생 되는 문제점인 마찰열에 의해 압출 금형 온도가 상승하여 압출 공정에 속도를 올리지 못해 압출 제품의 생산량이 저하되는 것이 가장 큰 문제점이다. 이에 알루미늄 압출시 압출 금형의 압출 마찰열을 냉각하여 알루미늄 제품의 압출 속도가 상승하여 알루미늄 압출 제품의 생산량을 향상할 수 있을 것으로 기대한다.
이외에도 통상 알루미늄 압출은 기체 상태의 질소를 압출 금형에 공급하여 알루미늄 압출 제품이 공기와 접촉에서 발생하는 산화를 방지하고, 아울러 알루미늄의 표면 색상을 미려하게 한다. 알려진 바와 같이, 알루미늄 압출 제품이 공기와 접촉하면 산화로 인해 표면의 색깔이 검게 변화되며 표면이 나빠져서 품질이 저하된다.
본 발명의 액체질소 냉각 시스템은 알루미늄 압출에 있어, 압출기의 발생하는 문제점인 압출에 의한 빌렛과 금형의 마찰열로 금형 온도가 상승하여 생산성 향상과 품질을 개선하기 위해 압출 금형의 상승된 온도를 적정온도로 냉각하여, 본 발명에 따른 시스템의 압출 속도를 상승하여 알루미늄 압출의 생산량과 품질을 향상하는 것이 목적이다.
또한, 본 발명의 액체질소 냉각 시스템은 알루미늄 압출에 사용되는 냉각 시스템에서 냉각 효과를 높이기 위해 사용되는 기체 질소를 액체질소를 이용하여 냉각 효과로 압출 속도를 높이고 액체 질소에서 기화된 기체질소로 압출 제품의 산화를 방지하여 품질을 향상하는 것이 목적이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 시스템은 액체질소를 저장하는 다수개의 저장 탱크와, 상기 각 저장 탱크로부터 연결되어 액체질소를 공급하는 진공배관과, 상기 각 진공 배관에 설치되어 진공 배관을 통과하는 액체질소의 압력을 조절하는 압력 조절기와, 상기 압력 조절기에 설치되어 기화하는 액체질소의 압력을 조절하는 릴리프 밸브와, 각 탱크로부터 연결된 진공배관을 통합하는 통합 공급 진공 배관 밸브와, 상기 진공 배관을 통해 액체질소를 기체 질소로 만드는 기화기 코일과, 상기 기화기 코일을 통과한 기체 질소와 기액 분리 액체질소를 공급하는 기액 분리 저장 탱크와, 상기 기액 분리 저장 탱크 내부에 설치되어 하부에 부력을 가지는 플로트와 상단에 감지봉이 근접스위치를 감지하여 로우 레벨, 하이 레벨을 감지하는 레벨 감지기와, 셧 오프(shut off) 밸브를 통해 비례제어 밸브에 부착되어 압출 금형의 온도를 감지하여 온도 조절기에 의해 작동하는 모츄럴 모터와, 압출 램을 통해 알루미늄 빌렛이 투입되어 알루미늄 압출을 하도록 액체질소를 공급하는 백커와 압출 금형을 수행하는 압출 다이로 이루어진 액체질소 냉각기를 포함하며, 상기 진공 배관을 통해 압출 금형 온도가 설정 온도보다 올라가면 상기 모츄럴 모터가 작동하여 비례제어 밸브를 열고 액체질소를 공급하여 압출 금형의 온도를 냉각하고 설정 온도보다 내려가면 비례제어 밸브를 닫아 압출 금형의 온도를 냉각하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 액체질소를 보관하는 이동식 옥외 저장 탱크와, 상기 각 저장 탱크로부터 연결되어 액체질소를 공급하는 진공배관과, 상기 각 진공 배관에 설치되어 진공 배관을 통과하는 액체질소의 압력을 조절하는 압력 조절기와, 기체 질소, 액체질소 분리 기능과 저장 기능을 분리하여 압력과 수위가 안정된 액체질소를 사용할 수 있도록 구성한 2중형 기액 액체 질소 분리 및 저장 탱크와, 상기 압력 조절기에 설치되어 기화하는 액체질소의 압력을 방출하는 릴리프 밸브와, 각 탱크로부터 연결된 진공배관을 통합하는 통합 공급 진공 배관 밸브와, 상기 진공 배관을 통해 액체질소를 기체 질소로 만드는 기화기 코일과, 상기 기화기 코일을 통과한 기체 질소와 기액 분리 저장 탱크 내부에 설치되어 로우 레벨, 하이 레벨을 감지하는 레벨 감지기와, 셧 오프(shut off) 밸브를 통해 비례제어 밸브에 부착되어 압출 제품의 온도를 감지하여 온도 조절기에 의해 작동하는 모츄럴 모터와, 압출 램을 통해 알루미늄 빌렛을 넣어 알루미늄 압출을 하도록 백커와 압출 금형을 수행하는 압출 다이로 이루어지며, 상기 진공 배관을 통해 압출 금형 온도가 설정 온도보다 올라가면 상기 모츄럴 모터가 작동하여 비례제어 밸브를 열고 액체질소를 공급하여 압출 금형의 온도를 냉각하고 설정 온도에 도달하면 비례제어 밸브를 닫아 압출 금형의 온도를 냉각하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 진공 배관은 2중의 진공 형태의 배관인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 원재료인 빌렛 압출 금형의 마찰열은 액체질소를 이용하여 냉각하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 하나의 진공 배관을 통해 액체질소와 기체 질소를 벡크 중심부까지 진공배관에 의해 액체질소를 공급하여 압출 금형을 냉각하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 액체질소를 기화기 코일에 의해 기화하여 기체 질소를 발생하여 내압유지 기체 질소 공급부를 작동하여 기체 질소를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 모츄얼 모터와 마찰열에 의해 급속히 압출금형 온도가 상승하는 것을 냉각하는 바이 패스 솔레노이드 밸브를 설치하여 압출 금형을 냉각하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기화기 코일을 통과한 액체 질소는 기화하여 기체 질소로 변하여 역류 방지 밸브를 통과하여 버퍼 탱크에 저장되어, 각 장치의 공압 작동 솔레노이드 밸브와 실린더를 작동하게 하여 버퍼 탱크에 저장된 기체 질소는 기화기 코일의 압력이 낮으면 상기 역류 방지 밸브에 의해 압력이 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 압출 금형의 마찰열을 냉각하여 압출 속도를 상승하고 질소에 의해 공기와 접촉을 차단하는 제품의 산화를 방지하여 이에 따라 생산량을 향상할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 2중형 기액 분리 및 액체질소 저장 탱크를 추가한 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 액체질소 냉각기를 설명하는 도면이다.
이하 도면을 참조로 아래에서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템을 나타내는 도면으로서, 액체질소를 진공 배관을 통해 공급하여 마찰열에 의해 상승된 금형 온도를 냉각시키는 시스템으로서, 먼저, 2개 또는 다수개의 이동식 저장 탱크를 설치하고 각 탱크에 2중 형태로 사이가 진공 상태인 진공 배관을 연결한다. 연결된 각 진공 배관에는 공급되는 액체질소의 압력을 표시하는 압력계를 설치하고 상기 압력계에는 진공 배관 내에서 기화되어 상승하는 압력을 방출하는 릴리프 밸브(2)를 설치한다. 다음에 각 탱크로부터 수직으로 진공 배관을 설치하기 위해 진공 보온 개폐 밸브인 자켓(jacket) 밸브(1)를 설치하여 각 탱크로부터 연결된 진공 배관을 하나의 진공 배관에 통합 연결한다.
이후, 상기 진공 배관에 압력 조정용 개폐 밸브를 통해 설정한 압력으로 조절하는 압력 조절기(3)를 설치하여 설치된 압력 조절기(3)를 통해 기체질소 공급 밸브를 통과한 기체 질소와 액체질소 공급 밸브를 통과하는 액체질소를 기액 분리 저장 탱크(20)에 공급한다.
한편, 기액 분리 저장 탱크(20)에 공급되는 액체질소는 저장되고 기체질소는 외부로 방출되어 기체 액체가 분리되는 기액 분리기이며, 이때 탱크 벤트 솔레노이드 밸브(21)에 의해 기체를 방출하는 탱크 벤트(22)를 개방하게 되고, 기액분리 저장탱크 내부에서 로우 레벨, 하이 레벨을 거쳐 기액 분리 저장 탱크(20)에 거의 채워지면 상기 기액 분리 저장 탱크 상부에 설치한 레벨 센서기(23)의 감지에 의해 전기적 신호에 의해 개폐되는 액체질소 유입 솔레노이드 밸브(24)가 실린더(25)를 작동시켜 밸브를 닫게 한다. 이때 탱크 벤트 솔레노이드 밸브(21)에 의해 기체를 방출하는 탱크 벤트 (22)를 닫히게 하고, 동시에 액체질소는 기체 공급 밸브를 통하여 기화기 코일(4)(evaporating coil)을 지나면서 기체로 기화하여 기체 공급 밸브 헤드에 의해 공압 작동, 탱크 내압 유지를 하는 내압 유지 질소 기체 공급부로 금형과 압출품에 기체질소를 공급한다. 여기서 기화기 코일을 통과한 액체 질소는 기화하여 기체 질소로 변하여 역류 방지 밸브(32)를 통과하여 버퍼 탱크(33)에 저장되어 각 장치의 공압 작동 솔레노이드 밸브와 실린더를 작동 하게 하여 버퍼 탱크(33)에 저장된 기체 질소는 기화기 코일의 압력이 낮아지면 역류방지 밸브(32)에 의해 압력이 유지된다.
다음에 기액 분리 저장 탱크(20)에 공급된 액체질소는 탱크 내부 승압에 의해 탱크 내압을 유지하며 설정 압력을 조절하는데 설정 압력보다 초과하는 압력이 되면 압력 스위치(26)에 의해 설정 압력 초과분을 방출하도록 방출 솔레노이드 밸브(27)가 열려 압력이 외부로 자동으로 방출되며, 내압 설정 압력보다 낮으면 내압 유지 기체 질소 공급부의 솔레노이드 밸브를 열어 기체 질소가 투입되어 내압을 유지시키며, 상기 액체질소가 공급될 때 기체 방출 솔레노이드 밸브를 개방하여 기체 질소는 외부로 방출되고 액체질소가 공급된다.
다음에 액체질소가 탱크에 공급될 시 탱크 벤트 솔레노이드 밸브(21)가 개방되어 기체질소는 방출하고 액체질소만 탱크에 저장되는데, 상기 액체질소가 로우 레벨과 하이 레벨을 거치면서 탱크에 저장되면 레벨 감지기가 이를 감지하여 액체질소 공급 밸브(25)를 닫는다. 동시에 저장 탱크의 기체 방출 벤트 솔레노이드 밸브(22)도 닫는다.
또한 탱크에 공급되는 액체질소가 내부 승압에 의해 설정된 압력에 도달하지 않을 시, 탱크 내압을 유지하도록 기체 질소가 공급되는데, 기화기 코일(4)을 통과한 기체 질소가 탱크 내부에 공급되어 탱크 내압을 계속 유지한다.
다음에 내압이 유지되는 탱크는 내부 승압에 의해 압력이 초과하면 압력 감지기가 이를 감지하여 탱크 설정 압력 초과분을 방출하도록 방출 솔레노이드 밸브(27)를 열어 탱크 내부에서 압력이 초과한 기체를 탱크 외부로 방출하여 탱크 내부의 압력을 설정 압력으로 유지한다.
이러한 과정을 거쳐 본 발명에 따른 시스템을 이용한 압출 금형 냉각 방법은 예열된 알루미늄 빌렛을 압출기에 투입하여 압출기가 작동하면 압출 금형을 통해서 알루미늄 제품이 압출되기 시작하는데, 통상 투입되는 알루미늄 빌렛이 압출 금형을 통과하면 마찰열에 의해 압출 금형 온도가 상승하게 되는데, 온도가 상승하면 압출된 제품의 온도를 감지하는 적외선 온도계(31)가 온도를 감지하여 저장 탱크 출구에 설치된 솔레노이드 밸브(29)가 작동하여 저장탱크의 액체질소 공급을 차단하는 액체질소 유입 밸브인 실린더(25)를 열어서 액체질소를 공급하고 비례제어 밸브를 열어서 액체 질소 압출 금형을 냉각한다.
이때 기액 분리 저장 탱크(20) 하부에 연결된 모츄럴 모터(42)는 비례제어 모터로서, 비례제어 밸브(43)에 의해 탱크로 공급되는 액체질소의 공급량을 제어하는데, 상기 비례제어 밸브(43)을 열어서 압출 백크(backer) 금형 내부 깊숙이 액체질소를 공급하여 액체질소가 압출금형을 냉각하면서 압출 금형 온도를 하강시켜 위에서 상술한 바와 같이, 상기 모츄얼 밸브(45)의 작동으로 저장 탱크의 공급량을 제어하는 비례제어 밸브(43)가 닫힌다.
다음에 기체 질소를 공급하는 솔레노이드 밸브(31)를 열고 비례제어 밸브에 연결된 비례제어 밸브를 열어서 기체 질소를 압출 금형으로 공급하여 압출 제품을 공기와 차단하여 산화를 방지하고 압출 제품의 미려한 색상을 유지하는 것이다. 여기서 상기 압출 금형은 압출 금형, 벡크, 볼스터 등의 부품으로 구성되어, 금형 하우징에 조립되며, 사용되는 액체질소는 압출 제품이 통과하는 벡크 내부까지 진공배관으로 액체질소를 공급하여 압출 금형과 백크 사이에 공급 관로를 설치하여 압출 금형의 압출 형상 주위를 국부 냉각하는 방식으로 금형을 냉각한다.
상기와 같이 본 발명의 시스템은 압출 금형의 온도가 올라가면 액체질소를 공급하고 온도가 내려가면 액체질소 공급을 중단하고 기체 질소를 공급하는 과정을 반복 수행하는 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 2중형 기액 분리 및 저장 탱크를 추가한 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 모든 과정은 도 1의 액체질소 냉각 시스템과 동일하고 도시된 바와 같이, 릴리프 밸브(2)와 압력 조절기(3) 사이에 2중형 기액 분리 및 저장 탱크(50)가 추가되어 있다. 상기 2중형 기액 분리 및 저장 탱크는 탱크가 옥외로부터 액체질소를 공급하는 옥외형으로 설치되는 경우에 필요하며, 그 이유는 액체질소가스는 이동중에 기화되어 발생된 기체가 외부로 방출하여 액체만 저장하는 기체, 액체 분리 기능과 액체를 저장하는 기능이 있어야 하는데, 이러한 기능은 진공 배관이 15 m 이상일 때에는 진공 배관내 액체 질소 이동시 쿨 다운(cool down)으로 공급 시간이 길어져서 적시에 액체 질소를 공급하지 못하는 문제로 이를 보완하기 위해 관에서 이동 중 발생된 기체와 액체를 분리하고 일정량의 액체 질소를 저장하는 기능의 기액 분리와 액체 질소 저장 기능을 가진 소형탱크를 필요로한다.
따라서 이러한 불안정한 액체질소의 공급을 안정화하도록 하나의 저장 탱크 내부에 2개의 탱크로 기액 분리 기능과 저장 기능을 분리하여 액체질소가 투입되어도 하부 저장 탱크에 있는 액체질소를 사용할 수 있도록 구성한 기액 분리 및 저장 탱크가 필요한 것이다.
상기 2중형 기액 분리기 및 저장 탱크는 하나의 저장 탱크, 즉 커다란 탱크 하우징 (51)내부에 2개의 탱크, 제 1탱크, 제 2탱크 (52,53)가 상하로 구성되어 각 탱크로 기체질소 공급관이 설치되어 이루어지며, 제 1탱크에서 제 2탱크로 액체질소를 공급을 차단하는 셧 오프 밸브를 포함하여 각 탱크 내에는 레벨 센서(54,55), 통풍구, 제 1탱크의 압력을 측정하는 압력 게이지(56), 릴리프 밸브(58), 액화 코일(57)이 설치되며 상기 커다란 탱크는 각 탱크를 감싸는 형태로 이루어지고, 커다란 탱크와 2개의 탱크 사이는 각각 진공상태로 이루어진다. 위에서 상술된 바와 같이, 상기 기액 분리기 및 저장 탱크를 제외하고 다른 동작 과정은 도 1에서 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 액체질소 냉각기(40)를 설명하는 도면으로서, 액체질소 냉각기는 빌렛을 압출램에 통과하는 구조로서, 중앙의 콘테이너 내부의 압출 램을 통과한 빌렛이 백크(backer)(45) 중앙에 위치한 압출 다이(44)를 통해 외부로 압출되는 구조로서, 통상, 예열된 알루미늄 빌렛을 압출기에 투입하여 압출기가 작동하면 빌렛과 압출 금형과의 마찰열에 의해 압출 금형 온도가 상승하게 되며, 압출 금형의 온도가 상승하면 압출 다이를 통해 압출된 제품의 온도를 측정하는 비접촉식으로 설치된 적외선 온도계(41)가 온도를 감지하여 저장 탱크에 설치된 솔레노이드 밸브가 작동하여 저장탱크의 액체질소 유입 밸브인 실린더를 열어서 모츄얼 모터 비례제어 밸브로 액체질소를 공급하여 냉각하는 액체질소 냉각기이다.
본 발명의 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템을 이용하여 알루미늄 압출 제품 제조에 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 액체질소를 저장하는 다수개의 저장 탱크와,
    상기 각 저장 탱크로부터 연결되어 액체질소를 공급하는 진공배관과,
    상기 각 진공 배관에 설치되어 진공 배관을 통과하는 액체질소의 압력을 조절하는 압력 조절기와,
    상기 압력 조절기에 설치되어 기화하는 액체질소의 압력을 조절하는 릴리프 밸브와,
    각 탱크로부터 연결된 진공배관을 통합하는 통합 공급 진공 배관 밸브와,
    상기 진공 배관을 통해 액체질소를 기체 질소로 만드는 기화기 코일과,
    상기 기화기 코일을 통과한 기체 질소와 기액 분리 액체질소를 공급하는 기액 분리 저장 탱크와,
    상기 기액 분리 저장 탱크 내부에 설치되어 하부에 부력을 가지는 플로트와상단에 감지봉이 근접스위치를 감지하여 로우 레벨, 하이 레벨을 감지하는 레벨 감지기와,
    셧 오프(shut off) 밸브를 통해 비례제어 밸브에 부착되어 압출 금형의 온도를 감지하여 온도 조절기에 의해 작동하는 모츄럴 모터와,
    압출 램을 통해 알루미늄 빌렛이 투입되어 알루미늄 압출을 하도록 액체질소를 공급하는 백커와 압출 금형을 수행하는 압출 다이로 이루어진 액체질소 냉각기를 포함하며,
    상기 진공 배관을 통해 압출 금형 온도가 설정 온도보다 올라가면 상기 모츄럴 모터가 작동하여 비례제어 밸브를 열고 액체질소를 공급하여 압출 금형의 온도를 냉각하고 설정 온도보다 내려가면 비례제어 밸브를 닫아 압출 금형의 온도를 냉각하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템.
  2. 액체질소를 보관하는 이동식 옥외 저장 탱크와,
    상기 각 저장 탱크로부터 연결되어 액체질소를 공급하는 진공배관과,
    상기 각 진공 배관에 설치되어 진공 배관을 통과하는 액체질소의 압력을 조절하는 압력 조절기와,
    기체 질소, 액체질소 분리 기능과 저장 기능을 분리하여 압력과 수위가 안정된 액체질소를 사용할 수 있도록 구성한 2중형 기액 질소 분리기 및 저장 탱크와,
    상기 압력 조절기에 설치되어 기화하는 액체질소의 압력을 조절하는 릴리프 밸브와,
    각 탱크로부터 연결된 진공배관을 통합하는 통합 공급 진공 배관 밸브와,
    상기 진공 배관을 통해 액체질소를 기체 질소로 만드는 기화기 코일과,
    상기 기화기 코일을 통과한 기체 질소와 기액 분리 액체질소를 저장하는 기액 분리 저장 탱크와,
    상기 기액 분리 저장 탱크 내부에 설치되어 로우 레벨, 하이 레벨을 감지하는 레벨 감지기와,
    셧 오프(shut off) 밸브를 통해 비례제어 밸브에 부착되어 압출 제품의 온도를 감지하여 온도 조절기에 의해 작동하는 모츄럴 모터와,
    압출 램을 통해 알루미늄 빌렛을 넣어 알루미늄 압출을 하도록 액체질소를 공급하는 백커와 압출 금형을 수행하는 압출 다이로 이루어진 액체질소 냉각기를 포함하며,
    상기 진공 배관을 통해 압출 금형 온도가 설정 온도보다 올라가면 상기 모츄럴 모터가 작동하여 비례제어 밸브를 열고 액체질소를 공급하여 압출 금형의 온도를 냉각하고 설정 온도보다 내려가면 비례제어 밸브를 닫아 압출 금형의 온도를 냉각하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 진공 배관은 2중의 진공 형태의 배관인 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 알루미늄 압출 금형의 압출 온도를 액체질소를 이용하여 압출 금형을 냉각하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 하나의 진공 배관을 통해 액체질소, 기체 질소를 벡크 중심부까지 진공배관에 의해 금형온도가 상승할 때 액체질소를 공급하여 압출 금형을 냉각하며 온도가 설정온도에 냉각하면 액체질소는 닫고 기체 질소는 공급하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 액체질소를 기화기 코일에 의해 기화하여 기체 질소를 발생하여 내압유지 각종 공압 작동 실린더를 작동하며 압출 금형과 압출 제품에 기체 질소를 공급하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 모츄럴 모터로 액체 질소를 공급하여도 마찰열에 의해 급속히 압출금형 온도가 상승하는 것을 냉각하도록 바이패스 솔레노이드 밸브를 설치하여 상기 비례제어 밸브와 상기 바이패스 솔레노이드 밸브가 동시에 액체 질소를 공급하여 압출 금형을 냉각하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기화기 코일을 통과한 액체 질소는 기화하여 기체 질소로 변하여 역류 방지 밸브를 통과하여 버퍼 탱크에 저장되어, 각 장치의 공압 작동 솔레노이드 밸브와 실린더를 작동하게 하여 버퍼 탱크에 저장된 기체 질소는 기화기 코일의 압력이 낮으면 상기 역류 방지 밸브에 의해 압력이 유지되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출 금형 액체질소 냉각 시스템.
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