KR20070024675A

KR20070024675A - 통합 금속 처리 설비

Info

Publication number: KR20070024675A
Application number: KR1020067027792A
Authority: KR
Inventors: 스코트 피. 크라프톤; 폴 엠. 크라프톤; 제임스 엘. 주니어 루이스; 이안 프렌치
Original assignee: 콘솔리데이티드 엔지니어링 캄파니, 인크.
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2007-03-02
Also published as: CN102000813B; JP2012040614A; JP5575365B2; WO2005121386A2; EP2319945A3; JP2008501860A; EP1766100A2; JP2014073531A; EP2319945B1; WO2005121386A3; JP5689403B2; CN101001963B; EP1766100B1; EP2319945A2; CN102000813A; CN101001963A; MXPA06014028A

Abstract

금속 캐스팅을 형성하고 열처리하는 통합 설비가 제공되며, 이 설비는 캐스팅을 형성하도록 주형 내로 용융 금속을 붓는 포오링 스테이션과, 상기 포오링 스테이션으로부터 하류의 처리 온도 제어 스테이션을 포함하고, 상기 처리 온도 제어 스테이션은 열처리 노 내에 온도 감지 장치를 포함하며, 상기 온도 감지 장치 및 열원은 금속 캐스팅을 위한 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅의 온도를 유지하도록 구성되고, 상기 온도 감지 장치로부터의 거절 신호의 수신과 동시에, 이송 기구는 상기 노 내로 진입하기 전에 캐스팅을 제거한다.

금속 캐스팅, 열처리, 용융 금속, 포오링 스테이션, 처리 온도 제어 스테이션, 온도 감지 장치, 이송 기구

Description

통합 금속 처리 설비{INTEGRATED METAL PROCESSING FACILITY}

전통적으로, 금속 캐스팅을 형성하기 위한 종래의 공정에서, 내부에 형성된 양호한 캐스팅의 외부 형상을 갖는 내부 챔버를 구비한 금속 다이 또는 모래 주형과 같은 주형은 용융 금속으로 채워진다. 캐스팅의 내부 형상을 형성하는 모래 코어는 용융 금속이 코어에 대하여 고형화될 때 캐스팅의 내부의 세부를 형성하도록 주형 내에 수용되거나 혹은 위치된다. 캐스팅의 용융 금속이 고형화된 이후에, 캐스팅은 일반적으로 캐스팅의 열처리, 모래 코어 및/또는 주형으로부터의 모래의 제거, 및 요구되는 다른 공정을 위하여 처리 노(furnace)로 이동된다. 열처리 공정은 주어진 특정한 용도를 위한 바람직한 물리적 특성을 달성하도록 금속 캐스팅 또는 금속 합금을 온도 조절한다.

일반적으로, 포오링(fouring) 스테이션으로부터 열처리 스테이션으로의 이송 동안에, 그리고 특히 캐스팅이 상당량의 시간 동안 그대로 있도록 허용된다면, 캐스팅은 주조 또는 금속 처리 설비의 주변 환경에 노출될 수도 있다. 결과적으로, 캐스팅은 용융 또는 반용융 온도로부터 급속히 냉각되는 경향이 있다. 캐스팅의 어떤 냉각이 캐스팅을 고형화하기 위해서 필요하지만, 캐스팅의 온도가 더 떨어질수록, 캐스팅의 처리 임계 온도(본 명세서에서 "처리 제어 온도"라고 칭함) 아래로 캐스팅이 오래 유지될수록, 양호한 열처리 온도까지 캐스팅을 가열하고 캐스팅을 열처리하기 위해 더 오랜 시간이 요구된다. 예를 들어, 어떤 종류의 금속을 위하여, 캐스팅이 그 제어 온도 아래로 떨어지는 매분의 시간 동안, 적어도 약 4분의 여분의 열처리 시간이 양호한 결과에 도달하도록 요구된다. 따라서, 겨우 10분 동안 금속 캐스팅을 위한 처리 제어 온도 아래로 떨어지더라도, 양호한 물리적 특성을 달성하도록 적어도 약 40분의 추가적인 열처리 시간이 요구될 수도 있다. 그러므로, 일반적으로, 캐스팅은 양호한 열처리 효과를 달성하기 위해서 2 내지 6 시간 동안, 어떤 경우에는 더 길게, 열처리 된다. 이것은 에너지의 이용을 보다 크게 하고, 따라서 열처리 비용도 더 증가시키는 결과를 초래한다.

간단히 기술하면, 본 발명은 일반적으로 금속 또는 금속 합금으로부터 형성된 캐스팅을 포오링, 형성, 열처리, 및 처리하기 위한 통합 금속 처리 설비를 포함한다. 통합 금속 처리 설비는 일반적으로 알루미늄 또는 철, 또는 금속 합금과 같은 용융 금속이 영구 금속 주형, 또는 반영구 주형, 또는 모래 주형과 같은 주형 또는 다이 내로 부어지는 포오링 스테이션을 포함한다. 이후에 주형은 포오링 스테이션의 포오링 또는 캐스팅 위치로부터, 캐스팅이 그 주형으로부터 제거되거나 열처리 라인으로 이송되는 이송 위치로 이송된다. 이송 기구는 일반적으로 로봇 팔, 크레인, 오버헤드 호이스트(overhead hoist), 푸셔, 컨베이어, 또는 유사한 운반 기구를 포함한다. 또한, 이 같은 기구는 캐스팅을 그 주형으로부터 제거하고 캐스팅을 열처리 라인으로 이송하도록 사용될 수도 있다. 포오링 스테이션으로부터 이송 위치 및/또는 열처리 라인으로의 이 이송 동안, 캐스팅의 용융 금속은 캐스팅을 형성하기에 충분한 정도로 냉각하도록 허용된다.

열처리 라인 또는 유닛은 처리 온도 제어 스테이션, 열처리 스테이션 또는 일반적으로 하나 이상의 노 챔버를 갖는 노, 및 선택적으로 열처리 스테이션으로부터 일반적으로 하류에 위치된 퀀치(quench) 스테이션을 포함한다. 처리 온도 제어 스테이션은 일반적으로 캐스팅이 열처리 스테이션 내로 도입되기 전에 수용되는 긴 챔버 또는 터널일 수도 있다. 챔버는 방사 가열기, 적외선, 유도, 대류, 전도 또는 다른 형태의 가열 요소와 같은 일련의 열원을 포함할 수도 있다. 처리 온도 제어 스테이션의 벽 및 천정은 캐스팅 및/또는 주형이 챔버를 통해 이동할 때 그들을 향해 열을 방사하거나 지향하게 하는 방사 물질을 또한 포함할 수도 있다. 대안적으로, 적외선 및 유도 가열 요소, 대류, 전도, 또는 다른 형태의 열원과 같은 방사열 요소를 포함하는 일련의 열원은 캐스팅 또는 주형이 포오링 스테이션으로부터 열처리 스테이션으로 이송될 때 캐스팅 또는 주형에서 열을 지향하도록 이용될 수도 있다. 또한, 가열 요소 또는 열원은 캐스팅 및/또는 모래 주형을 가열하기 위해 이송 기구에 직접 장착될 수 있다.

캐스팅 및/또는 내부에 캐스팅을 갖춘 주형이 처리 온도 제어 스테이션을 통과할 때, 캐스팅의 냉각이 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 억제된다. 일반적으로 처리 제어 온도는, 캐스팅이 고형화되기에 충분한 양 또는 정도로 냉각되도록, 금속 캐스팅을 위해 요구된 용해 열처리 온도 아래의 온도이지만, 그 아래에서 캐스팅을 용해 열처리 온도까지 상승시키고 이후에 캐스팅을 열처리하는데 요구된 시간은 기하급수적으로 증가한다. 캐스팅은 캐스팅이 열처리 스테이션에 진입할 때까지 그 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 유지된다.

캐스팅의 냉각을 억제하고 이후에 금속 캐스팅을 위하여 실질적으로 처리 제어 온도에서 또는 그 이상인 온도에서 캐스팅을 유지함으로써, 캐스팅을 열처리하는데 요구된 시간은 상당히 감소될 수 있다. 이에 따라, 캐스팅을 위한 포오링 스테이션의 출력은 증가될 수 있고 캐스팅을 위한 전체 처리 및 열처리 시간은 감소될 수 있다.

열처리 노 내로 진입하기 전에, 캐스팅은 진입 영역을 통과한다. 캐스팅의 온도는 그 온도가 미리 설정되거나 미리 정해진 거절 온도 아래로 떨어지는가를 결정하도록 모니터링할 수도 있다. 만약 캐스팅의 온도가 거절 온도에 동등하거나 미만이라면, 캐스팅은 어떤 적합한 수단을 이용하여 열처리 라인으로부터 제거될 수도 있다. 만약 캐스팅이 용인된다면, 열처리를 위하여 열처리 노로 진행한다.

열 처리 유닛은 모래 코어 및/또는 주형의 제거 및/또는 재생(reclaim)을 보조하는 노를 포함할 수도 있다. 이후에, 캐스팅은 부가적인 처리, 예를 들어 퀀칭, 에이징, 및/또는 다른 열처리를 받을 수 있다.

본 발명의 여러 가지의 목적, 특징 및 장점이 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조하면 당업자에게 명백해질 것이다.

도1A는 본 발명의 다양한 태양에 따른 예시적 금속 처리 시스템의 개략적인 도면이다.

도1B는 본 발명의 다양한 태양에 따른 다수의 포오링 스테이션으로부터 열처리 유닛으로의 캐스팅의 수집 및 이송을 도시하는 다른 예시적 금속 처리 시스템의 개략적인 도면이다.

도1C는 본 발명의 다양한 태양에 따른 주형으로부터 냉경부(chill) 제거를 갖춘 또 다른 예시적 금속 처리 시스템의 개략적인 도면이다.

도1D는 가열 장치를 포함하는 이송 기구를 도시하는, 본 발명의 다양한 태양에 따른 또 다른 예시적 시스템의 개략적인 도면이다.

도2A는 본 발명의 다양한 태양에 따른 예시적 처리 온도 제어 스테이션 및 열처리 스테이션의 상부 평면도이다.

도2B는 도2A에서 도시된 처리 온도 제어 스테이션 및 열처리 스테이션의 측정면도이다.

도3은 본 발명의 다양한 태양에 따른 예시적 일괄 처리 시스템의 사시도이다.

도4A 및 도4B는 본 발명의 다양한 태양에 따른 대류 열원을 포함하는 예시적 처리 온도 제어 스테이션을 도시한다.

도5A 및 도5B는 본 발명의 다양한 태양에 따른 직접 가열/충돌 열원을 포함하는 다른 예시적 처리 온도 제어 스테이션을 도시한다.

도6A 및 도6B는 본 발명의 다양한 태양에 따른 방사 열원을 포함하는 다른 예시적 처리 온도 제어 스테이션을 도시한다.

같은 참조부호는 여러 개의 도면을 통해 같은 부분을 언급하는 도면을 더욱 상세하게 이제 참조하면, 도1A 내지 도3은 야금의 캐스팅을 처리하기 위한 예시적인 통합 금속 처리 설비 또는 시스템(5) 및 방법을 개략적으로 도시한다. 금속 캐스팅은 당업자에게 일반적으로 잘 알려져 있고 전통적인 캐스팅 처리는 참조 목적을 위하여 단지 간단하게 기술될 것이다. 본 발명은 알루미늄, 철, 강, 및/또는 다른 형태의 금속 및 금속 합금 캐스팅을 형성하기 위하여 금속 캐스팅 처리를 포함하는 어떤 형태의 캐스팅 처리에서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

도1A에 도시된 바와 같이, 용융 금속 또는 금속 합금(M)은 일반적으로 실린더 헤드, 엔진 블록, 또는 유사한 캐스트 부품과 같이 캐스팅(12)을 형성하기 위한 포오링 또는 캐스팅 스테이션(11)에서 다이 또는 주형(10) 내로 부어진다. 각각의 주형은 선택적으로 영구 주형 또는 다이일 수 있고, 강, 캐스트 철, 또는 당 업계에 알려진 다른 재료와 같은 금속으로부터 형성된다. 이러한 주형은 그로부터 캐스팅의 개방 및 제거를 쉽게 하기 위하여 조가비 모양의 설계를 가질 수도 있다. 대안적으로, 또한 주형은 "정밀 모래 주형" 종류의 주형 및/또는 "그린 모래 주형"일 수 있고, 이것은 모래 캐스팅 코어(13)와 유사한, 당 업계에 알려진 바와 같이 페놀 수지 또는 다른 결합제와 같은 결합제로 혼합된 실리카 모래 또는 지르콘 모래와 같이 모래 재료로 형성된다. 주형은 또한 반영구적 모래 주형일 수도 있고, 이것은 일반적으로 모래와 결합제 재료, 강과 같은 금속, 또는 두 종류의 재료의 혼합으로부터 형성된 외부 주형 벽을 갖는다.

용어 "주형"은 특정한 종류의 주형이 지칭되는 것을 제외하고 영구 또는 금 속 다이, 반영구 및 정밀 모래 주형 종류의 주형, 및 다른 금속 캐스팅 주형을 포함하는, 상술된 바와 같이 일반적으로 모든 종류의 주형을 언급하도록 이후에 사용될 것이다. 또한, 아래에 기술된 다양한 실시예에서, 특정한 종류의 주형 및/또는 열처리 공정이 지칭되지 않는다면, 본 발명은 영구 주형으로부터 제거되거나, 결합한 열처리 및 모래 주형 파손 및 모래 재생을 위하여 모래 주형 내에서 유지되는 캐스팅을 열처리하기 위하여 사용될 수 있다.

도1A에서 도시된 바와 같이, 각각의 주형(10)은 일반적으로 용융 금속이 캐스팅(12) 내로 수용되어 형성되는 내부 캐비티(cavity)(18)를 집합적으로 형성하는 하부 벽 또는 저부(17), 측벽(14), 및 상부 벽 또는 상단부(18)를 포함한다. 포오링 개구(19)는 각각의 주형의 상부 벽 또는 상단부(16) 내에 형성되고, 각각의 주형을 통해 용융 금속의 통로를 위한 내부 캐비티와 연통하고 포오링 스테이션(11)에서 내부 캐비티(18) 내로 연통한다. 도1A 내지 도1C에서 지시된 바와 같이, 포오링 스테이션(11)은 일반적으로 주형 내로 용융 금속(M)을 붓기 위하여 쇳물 바가지 또는 유사한 기구(21)를 포함한다. 또한, 포오링 스테이션(11)은 하나 이상의 주형을, 용융 금속이 주형 내로 부어지는, 포오링 또는 캐스팅 위치(23)로부터, 캐스팅이 그 주형으로부터 제거되거나 혹은 내부에 캐스팅을 갖춘 주형이 포오링 스테이션으로부터 열처리를 위한 열처리 유닛(26) 또는 라인으로 이송되는, 이송 지점 또는 위치(24)로 이동시키는 회전목마, 피스톤, 인덱싱(indexing), 또는 유사한 운반 기구와 같은 컨베이어(22)를 포함한다. 용융 금속이 주형 내로 부어진 이후에, 주형은 이송 위치로 운반되고, 여기서 금속은 금속이 캐스팅 내로 고형화되도 록 필요한 만큼 다이 내에서 양호한 정도 또는 온도로 냉각되도록 허용된다. 이후에 캐스팅은 양호한 열처리 온도에서 열처리 된다.

금속 캐스팅이 냉각되어, 본 명세서에 "처리 제어 온도" 또는 "처리 임계 온도"로서 언급된 온도 또는 온도의 범위에 도달할 때, 그 아래에서 캐스팅을 열처리 온도로 상승시키고 열처리를 수행하도록 요구된 모든 시간이 상당히 증가함을 발견하였다. 본 발명에 의해 처리되는 캐스팅을 위한 처리 제어 온도는 캐스팅을 위해 사용되는 특정한 금속 및/또는 금속 합금, 캐스팅의 크기 및 형상, 및 수많은 다른 요인에 따라 변화될 수 있다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다.

일 태양에서, 처리 제어 온도는 어떤 합금 또는 금속을 위하여 약 400 ℃일 수도 있다. 다른 태양에서, 처리 제어 온도는 약 400 ℃ 내지 약 600 ℃ 일 수도 있다. 다른 태양에서, 처리 제어 온도는 약 600 ℃ 내지 약 800 ℃ 일 수도 있다. 또 다른 태양에서, 처리 제어 온도는 약 800 ℃ 내지 약 1100 ℃ 일 수도 있다. 또 다른 태양에서, 처리 제어 온도는 어떤 합금 또는 금속, 예를 들어 철을 위하여 약 1000 ℃ 내지 약 1300 ℃ 일 수도 있다. 하나의 특정한 예에서, 알루미늄/구리 합금은 처리 제어 온도가 약 400 ℃ 내지 약 470 ℃ 일 수도 있다. 이 예에서, 처리 제어 온도는 일반적으로 대부분의 구리 합금을 위하여 용해 열처리 온도 아래이고, 이것은 일반적으로 약 475 ℃ 내지 약 495 ℃이다. 특정한 예시가 본 명세서에 제공되었지만, 처리 제어 온도는 캐스팅을 위해 사용되는 특정한 금속 및/또는 금속 합금, 캐스팅의 크기 및 형상, 및 수많은 다른 요인에 따라 어떤 온도가 될 수도 있다.

금속 캐스팅이 양호한 처리 제어 온도 범위 내에 있을 때, 캐스팅은 일반적으로 바람직하게 고형화하도록 충분히 냉각될 것이다. 그러나, 만약 금속 캐스팅이 그 처리 제어 온도 아래에서 냉각되도록 허용된다면, 캐스팅은 금속 캐스팅이 양호한 열처리 온도, 예를 들어 알루미늄/구리 합금을 위하여 약 475 ℃ 내지 약 495 ℃, 또는 알루미늄/마그네슘 합금을 위하여 약 510 ℃ 내지 약 570 ℃인 양호한 열처리 온도에 도달하도록 하기 위해서 처리 제어 온도 아래에서 냉각되는 각 분을 위하여 추가적인 약 4분 이상 가열될 필요가 있을 수도 있다. 따라서, 만약 캐스팅이 짧은 시간일지라도 처리 제어 온도 아래로 냉각된다면, 캐스팅을 적절하게 그리고 완벽하게 열처리하도록 요구된 시간은 상당히 증가할 수도 있다. 또한, 도1B, 도1C, 및 도1D에서 도시된 바와 같이, 여러 개의 캐스팅이 단일 배치(batch)로 열처리 스테이션을 통과하는 일괄 처리 시스템에서, 캐스팅의 전체 배치를 위한 열처리 시간은 배치에서 가장 낮은 온도로 캐스팅을 위하여 요구된 열처리 시간에 기초한다. 결과적으로, 배치에서 캐스팅 중 하나가 그 처리 제어 온도 아래의 온도로, 예를 들어 약 10분 동안 냉각된다면, 전체 배치는 일반적으로 모든 캐스팅이 적절하게 그리고 완벽하게 열처리되는 것을 보장하도록, 예를 들어 추가적인 40분 이상 동안 열처리하는 것이 필요할 것이다.

그러므로, 본 발명의 다양한 태양은 금속 캐스팅을 처리하는 통합 처리 설비 또는 시스템(5)(도1A 내지 도3) 및 방법을 지향한다. 다양한 시스템은, 금속의 처리 제어 온도에서 또는 그 이상의 온도로, 한편 캐스팅을 고형화시키도록 바람직한 그의 열처리 온도에 동등하거나 아래인 온도로, 용융 금속의 냉각을 억제하면서, 포오링 스테이션(11)으로부터 열처리 시스템 또는 유닛(26)으로 캐스팅을 이동 및/또는 이송하도록 설계된다. 이에 따라, 본 발명의 다양한 태양은 캐스팅이 실질적으로 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 유지하는 것을 보장하도록 캐스팅의 온도를 모니터링하는 시스템을 포함한다. 예를 들어, 열전쌍 또는 다른 유사한 온도 감지 장치 또는 시스템은 실질적으로 연속적인 모니터링을 제공하기 위해서 포오링 스테이션으로부터 열처리 노로의 캐스팅의 이동 경로를 따라 캐스팅 상에 또는 인접하여 위치되거나 이격된 위치에 위치될 수 있다. 대안적으로, 충분히 빈번하도록 결정된 간격에서 주기적인 모니터링이 사용될 수도 있다. 이러한 장치는 온도 측정 또는 감지 장치 및 열원이 금속 캐스팅을 위하여 실질적으로 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅이 온도를 유지하기 위해서 상호 작용할 수 있도록 열원과 연통될 수도 있다. 캐스팅의 온도는 캐스팅 상의 또는 내의 하나의 특정한 위치에서 측정될 수도 있고, 캐스팅 상 도는 내의 복수의 위치에서 온도를 측정하여 계산된 평균 온도이거나, 특정한 응용을 위하여 필요하거나 바람직한 어느 다른 방식으로 측정될 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 예를 들어, 캐스팅의 온도는 캐스팅 상의 또는 내의 복수의 위치에서 측정될 수도 있고, 전체 온도 값이 검출된 가장 낮은 온도, 검출된 가장 높은 온도, 검출된 중간 온도, 검출된 평균 온도, 또는 그의 어느 조합이나 편차로 계산되거나 결정될 수도 있다.

부가적으로, 열처리 노 내로 진입하기 이전에, 캐스팅은 진입 또는 거절 영역(110)을 통과하고, 여기서 각각의 캐스팅의 온도는 캐스팅이 온도를 열처리 온도로 상승시키기 위해서 요구되는 정도로 그리고 에너지의 초과적인 양으로 냉각되는 가를 결정하도록 모니터링한다. 진입 영역은 일반적으로 다양한 도면을 통해 지시되는 바와 같이, 처리 제어 온도 스테이션 내에 포함되거나, 혹은 별도의 영역이 될 수도 있다. 캐스팅의 온도는 캐스팅의 온도가 미리 설정되거나 미리 정한 거절 온도에 도달하거나 그 아래로 떨어지는가를 결정하도록 열전쌍과 같은 적합한 온도 감지 또는 측정 장치에 의해 모니터링될 수도 있다. 하나의 태양에서, 미리 정한 거절 온도는 금속 캐스팅을 위한 처리 제어 온도보다 낮은 온도(예를 들어, 약 10 ℃ 내지 약 20 ℃)일 수도 있다. 다른 태양에서, 미리 정한 거절 온도는 열처리 노 또는 오븐의 열처리 온도보다 낮은 온도(예를 들어, 약 10 ℃ 내지 약 20 ℃)일 수도 있다. 만약 캐스팅이 미리 정한 온도에 동등하거나 그 아래의 온도로 냉각된다면, 제어 시스템은 이송 또는 제거 기구로 거절 신호를 보낼 수도 있다. 결점 조건 또는 신호의 검출에 대응하여, 주부 캐스팅은 다른 평가를 위하여 인식되거나 또는 이송 라인으로부터 제거될 수도 있다. 캐스팅은 제한되지는 않지만 로봇 팔 또는 다른 자동화된 장치를 포함하는 어느 적합한 기구 또는 장치에 의해 제거될 수도 있거나, 또는 캐스팅은 작동기에 의해 수동으로 제거될 수도 있다.

위에서와 같이, 캐스팅의 온도는 캐스팅 상의 또는 내의 하나의 특정한 위치에서 측정될 수도 있고, 캐스팅 상의 또는 내의 복수의 위치에서 온도를 측정하여 계산된 평균 온도일 수도 있거나, 특정한 응용을 위하여 필요한 또는 바람직한 어느 다른 방식으로 측정될 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 캐스팅의 온도는 캐스팅 상의 또는 내의 복수의 위치에서 측정될 수도 있고, 전체 값이 검출된 가장 낮은 온도, 검출된 가장 높은 온도, 검출된 중간 온도, 검출된 평균 온도, 또는 그의 어 느 조합이나 편차로 계산되거나 결정될 수도 있다.

캐스팅을 이동시키거나 혹은 처리하기 위한 통합 설비(5) 및 처리의 제1 실시예가 도1A, 도2A, 및 도2B에 도시된다. 도1B 및 도3은 캐스팅이 배치 처리 형태의 배열에서 열처리를 통해 수집되고 처리되는 캐스팅을 형성하고 처리하는 통합 설비(5) 및 처리의 부가적인 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 본 발명의 원리는 캐스팅이 본 발명의 설비를 통해 별도로 처리되는 배치 형태 및 연속적인 처리 형태 설비에 동등하게 인가될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 이후에 기술된 실시예는 연속적인 또는 배치 형태의 처리 설비에 제한되지 않아야 한다. 도1C 및 도1D는 캐스팅으로부터의 냉경부 제거(도1C)와 같은 추가적인 처리 스텝을 수행하고 복수의 열처리 노(도1D)로 캐스팅을 공급하기 위한 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한다. 또한, 이후에 기술되고 도면에 도시된 실시예의 다양한 특징이 본 발명의 부가적인 실시예를 형성하도록 결합될 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다.

도1A, 도2A, 및 도2B에서 도시된 예시적 시스템에서, 캐스팅(12)은 일반적으로 이송 기구(27)에 의해 이송 또는 포오링 스테이션(11)에서 그 주형(10)으로부터 제거된다. 도2A 및 도2B에서 도시된 바와 같이, 오버 헤드 붐(overhead boom) 또는 호이스트, 컨베이어, 푸셔 로드, 또는 다른 유사한 재료를 핸들링하는 기구와 같이 캐스팅 및/또는 주형을 이동시키는 다양한 다른 시스템 및 장치가 또한 사용될 수 있음을 당업자라면 알 수 있지만, 이송 시스템 또는 기구(27)는 일반적으로 로봇 팔 또는 크레인(28)을 포함한다. 도1A, 도1B, 및 도2A에서 지시된 바와 같 이, 로봇 팔(28)은 일반적으로 주형 또는 캐스팅을 결합하고 유지하는 결합부 또는 파지부 또는 클램프(29)와, 팔(28)이 포오링 스테이션의 이송 지점(24)과 화살표(32 및 32')(도2A)에 의해 지시된 바와 같은 열처리 라인 사이에 이동 가능하도록 선회적으로 장착되는 베이스(31)를 포함한다. 또한, 도1B에 도시된 바와 같이, 이송 기구는 복수의 포오링 스테이션(11 및 11')으로부터 주형 및/또는 캐스팅을 이송하도록 사용될 수 있고 복수의 열처리 라인 또는 유닛(26)(도1C)으로 주형 및/또는 캐스팅을 이송할 수 있다.

내부에 캐스팅을 갖춘 주형은 일반적으로 포오링 스테이션(11)으로부터 픽업 또는 이송 지점(24)(도2A)으로 이동되고, 여기서 이송 기구(27)는 내부에 포함된 캐스팅을 갖춘 주형을 픽업하거나 그 주형으로부터 캐스팅을 제거할 수 있고 캐스팅을 열처리 유닛(26)으로 이송할 수 있다. 따라서, 같은 조작기 또는 이송 기구는 포오링 스테이션으로부터 캐스팅을 제거하기 위하여 그리고 캐스팅을 열처리 유닛으로 도입하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 열원 또는 가열 요소(33)는 열을 캐스팅에 인가하기 위하여 캐스팅을 위한 이송 지점(28)에 근접하여 위치될 것이다. 열원은 일반적으로 전도, 방사, 적외선, 대류 및 직접 충돌 형태의 열원과 같은 어떤 종류의 가열 요소 또는 가열원을 포함할 수 있다. 도2A에 도시된 바와 같이, 복수의 열원(33)은 포오링 스테이션으로부터 열처리 라인으로의 이송 작동 동안 캐스팅에 열을 가장 효과적으로 인가하도록 위치되어 사용될 수 있다.

일반적으로, 영구 또는 금속 다이 또는 주형의 경우에, 도1D에 도시된 바와 같이, 주형은 이송 지점에서 개방되고 캐스팅은 이송 기구에 의해 제거될 것이다. 이후에 이송 기구는 통합 처리 설비(5)의 열처리 유닛, 라인(들), 또는 시스템(들)(26)의 하나 이상의 입구 컨베이어(34)(도1B 및 도2A)로 캐스팅을 이송한다. 주형이 개방되고 캐스팅이 제거될 때, 열원(33)(도2A)은 실질적으로 금속 캐스팅의 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅을 유지하도록 캐스팅이 열처리 유닛에 이송될 때 주조장 또는 플랜트의 주변 환경에 노출되는 동안 캐스팅의 냉각을 억제하거나 그렇지 않으면 제어하도록 캐스팅에 직접 열을 인가한다.

캐스팅의 처리는 캐스팅이 일반적으로 열처리 동안 체류하는 반영구 또는 모래 주형 내에서 형성되고, 그 동안에 주형이 주형의 모래를 유지하는 결합 재료의 열적 감퇴에 의해 파손되고, 이송 기구(27)는 내부에 포함된 캐스팅을 갖춘 전체 주형을 이송 지점으로부터 입구 컨베이어(34)로 이송할 수도 있다. 따라서 열원(33)은, 인가된 열의 양이 주형의 과도하거나 너무 이른 퇴화를 야기하지 않고 실질적으로 금속 캐스팅의 처리 제어 온도에서 또는 그 이상의 레벨에서 주형 내부의 캐스팅의 온도를 유지하도록 제어되면서, 주형 자체적으로 열을 계속 인가할 수도 있다.

이후에, 달리 지칭되는 곳을 제외하고, "캐스팅"을 이송, 가열, 처리하거나, 혹은 다른 방법으로 이동시키거나 처리하도록 기준이 만들어질 때, 이러한 기술은 주형 없이 그들 스스로 캐스팅의 제거 및 처리 모두를 포함하고, 처리하며, 미국특허 제5,294,994호, 제5,565,046호, 제5,738,162호, 제6,217,317호에서 기술되고, 계류중인 2000년 9월 9일자로 제출된 미국특허 출원 제09/665,354호, 및 2002년 1월 18일자로 제출된 제10/051,66호에서 개시된 바와 같이, 캐스팅은 열처리, 주형 및 코어 파손, 및 모래 재생을 위하여 모래 주형 내에 체류하고, 그 개시 내용은 그 전체가 본 명세서에서 참고된다.

도1A, 도2A 및 도2B에서 도시된 바와 같이, 캐스팅은 초기에 프리-챔버(pre-chamber) 또는 처리 온도 제어 스테이션 또는 모듈(36) 내로 입구 컨베이어(34)(도2A 및 도2B), 또는 컨베이어(34, 34')에 의해 인덱스 되거나 운송된다. 도2A 및 도2B에서 지시된 바와 같이, 처리 온도 제어 스테이션 또는 모듈은 일반적으로 캐스팅 및/또는 내부에 캐스팅을 갖춘 주형이 그 처리 경로를 따라 체인 컨베이어, 롤러, 또는 유사한 운송 기구(38) 상의 열처리 라인을 따라 운송되는 가열된 내부 챔버(37)를 포함한다. 캐스팅은 상류 또는 입구 단부(39)에서 챔버에 진입하고 하류 또는 출구 단부(41)를 통해 챔버를 빠져나가고 일반적으로 열처리 라인(26)의 열처리 노 또는 스테이션(42) 내로 직접 도입된다. 처리 온도 제어 스테이션의 입구 및 출구 단부(39, 41)는 개방되거나, 그로부터의 열의 지나친 손실을 회피하기 위해서 챔버(37)를 밀봉하도록 돕기 위해서 도2B에서 도면부호 43으로 지시된 바와 같이 도어 또는 유사한 폐쇄 구조를 포함할 수 있다. 일반적으로, 캐스팅은, 열처리 및 처리 온도 제어 스테이션이 열의 잠재적인 손실을 또한 회피하고 바람직하다면 열의 분산을 허용하도록 연결되어, 처리 온도 제어 스테이션(36)으로부터 열처리 스테이션(42) 내로 직접 공급될 것이다.

챔버(37)는 일반적으로 방사 챔버이고 내부에 장착된 일련의 열원(45)을 포함하고, 챔버의 벽(46) 및/또는 천정(47)을 따라 위치되는 것을 포함한다. 일반적으로, 복수의 열원(45)은 하나 이상의 여러 가지 다른 종류의 열원 또는 가열 요소 를 포함하고, 적외선, 전자기 및 유도 에너지원, 전도, 대류와 같은 방사 열원, 및 챔버 내로 가스 프레임을 도입하는 가스 점화 버너 튜브와 같은 직접 충돌 형태의 열원을 포함한다. 또한, 방사 챔버(37)의 측벽 및 천정은 금속, 금속 필름 또는 유사한 재료, 세라믹, 또는 열을 방사하는 것이 가능한 복합 재료와 같은 고온 방사 재료로 형성되거나 코팅될 수도 있다. 방사 코팅은 벽 및 천장 상에 미고정(non-stick) 표면을 형성한다. 챔버의 벽 및 천정이 가열될 때, 벽 및 천정은 캐스팅을 향해 열을 방사하는 경향이 있고, 동시에, 표면은 일반적으로 챔버 및 천장 상에 검댕이 모이거나 증대하는 것을 방지하도록 모래 주형 및/또는 코어의 결합제의 연소로부터 검댕(soot) 등과 같은 폐가스 및 찌꺼기를 연소하기에 충분한 온도로 가열된다.

도4A 내지 도6B는 다양한 예시적 처리 온도 제어 스테이션을 도시한다. 도4A 및 도4B는 대류형 열원(45)을 포함하는 처리 온도 제어 스테이션(36)을 도시한다. 각각의 대류 열원은 일반적으로 도관(52)에 의해 가열된 매질 원에 연결된 하나 이상의 노즐 또는 송풍기(51)를 포함한다. 이 태양에서, 송풍기(51)는 챔버 내로 공기 또는 다른 가스 및/또는 유체와 같은 가열 매질을 지향하도록 챔버의 천장(47) 및 측벽(46)에 대하여 그리고 내부에 포함된 캐스팅 및/또는 주형에 대하여 배치되거나 위치된다. 대류 송풍기는 일반적으로 캐스팅 및/또는 모래 주형의 모든 측면에 실질적으로 열을 인가하기 위해서, 화살표(53)에 의해 지시된 바와 같이, 캐스팅에 대하여 가열된 유체 난류를 일으키기 쉽다. 결과적으로, 캐스팅의 온도는 실질적으로 그 금속의 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 유지된다. 또 한, 캐스팅이 그 모래 주형에서 처리되는 곳에서, 처리 온도 제어 스테이션 내의 열의 인가는 주형을 가열시키기 쉽고, 그 온도는 내부의 결합 재료가 연소, 열분해 또는 딴 방법으로 날아가기 시작하는 용해 또는 연소 온도를 향하여 상승한다.

다른 태양에서, 송풍기 또는 노즐(52)은 그 입구 단부에 인접한 처리 온도 제어 스테이션의 전방에서 위치되어, 캐스팅 및/또는 주형의 냉각이 보다 빠르게 억제되도록 더 높은 속도 및/또는 온도에서 작동한다. 처리 온도 제어 스테이션의 출구에서와 같이 챔버의 중간 및/또는 단부를 향하여 위치된 노즐 또는 송풍기(52)는 캐스팅을 고형화시키도록 허용하면서 모래 주형의 완전한 감퇴를 방지하도록 더 낮은 온도 및 속도에서 가동될 수 있다.

대안적으로, 도5A 및 도5B는 열원(45')이 일반적으로 적외선 가열 요소, 전자기 에너지원, 또는 유사한 방사 가열원과 같이 하나 이상의 방사 가열기(54)를 포함하는 다른 예시적 처리 온도 제어 스테이션(36')을 도시한다. 일 태양에서, 방사 가열기(54)는 복수의 위치에서 배치되거나, 예를 들어 대류 송풍기(51)의 배치와 유사하게, 처리 온도 제어 스테이션(36)의 방사 챔버(37)의 벽 및 천정(46, 47)에 대하여 양호한 위치 및 방향에서 설정된다. 대류 열원(52)과 같이, 챔버의 입구 단부에 인접한 방사 가열기는 처리 온도 제어 스테이션에 진입할 때 그 모래 주형 내의 캐스팅의 냉각을 더 빠르게 억제하도록 더 높은 온도에서 작동될 수 있다. 또한, 진공 송풍기, 펌프, 또는 배기 팬/시스템(56)은 방사 챔버(37) 내에서 부압을 일으키도록 도관(57)을 통해 방사 챔버에 연결될 수도 있다. 그렇게 함으로써, 모래 코어 및/또는 모래 주형의 결합제의 산화 또는 연소로부터 발생된 열 및/또는 폐가스는 방사 가열기 요소의 과도한 가열을 방지하도록 챔버로부터 끌어낸다.

또 다른 예시적 처리 온도 제어 스테이션(36")은 가열원(45")의 직접 충돌 G형태를 도시하는 도6A 및 도6B에 제공된다. 직접 충돌 열원은 방사 챔버(37) 내에서 선택된 위치 또는 방향에서 세트 또는 어레이로 배열된 일련의 버너 또는 노즐(58)을 포함한다. 이들 버너(58)는 도관(59)에 의해 천연 가스 등과 같은 연료원에 일반적으로 연결된다. 직접 충돌 열원의 노즐 또는 버너 요소는 실질적으로 캐스팅의 측면, 상단부, 및 저부를 향해 열을 지향하여 인가한다. 따라서, 캐스팅은 실질적으로 균일하게 가열되고, 그로부터 방출된 모래 재료는 또한 그의 결합 재료의 연소를 위하여 직접 가열에 노출될 수 있다.

다른 가열원이 방사 챔버에 사용하기 위해 결합될 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 또한, 복수의 챔버는 실질적으로 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅의 냉각을 억제하도록 연속하여 사용될 수 있고, 이후에 열처리 스테이션으로 진입하기 이전에 캐스팅의 온도를 유지한다.

다른 태양에서, 용융 금속을 부을 때 발생된 오프-가스(off-gas)는 금속 캐스팅의 가열로부터 분배된 가열 및 에너지의 회복을 허용하도록 화살표(60)에 의해 지시된 바와 같이 처리 온도 제어 스테이션(36)의 방사 챔버 내로 지향될 수도 있다. 또 다른 태양에서, 열처리 스테이션(42) 내에서의 캐스팅 및/또는 모래 주형의 모래 코어를 위한 결합제의 파손 및 연소와 캐스팅의 열처리의 결과로서 발생된 과도한 열은 처리 온도 제어 스테이션의 방사 챔버의 내부 환경의 가열을 돕도록, 도1A에서 점선 화살표(61)에 의해 지시된 바와 같이, 처리 온도 제어 스테이션에 대해 뒤에 위치될 수 있다. 폐가스 및 열의 이러한 회복은 그를 통과하는 캐스팅의 냉각을 억제하도록 양호하거나 필요한 온도로 처리 온도 제어 스테이션이 챔버를 가열하는데 요구된 에너지의 양을 감소시키게 돕는다.

도2B, 도4A, 도5A 및 도6A에서 부가적으로 지시된 바와 같이, 수집 호퍼(hopper) 또는 낙하 장치(chute)는 처리 온도 제어 스테이션(36)의 저부를 따라 형성되어 그의 방사 챔버(37) 아래에 위치될 수도 있다. 이 호퍼(62)는 일반적으로 그의 하부 단부(64)에서 아래쪽으로 경사지는 측벽(63)을 포함한다. 경사 측벽은 결합제의 열적 감퇴가 처리 온도 제어 스테이션 내에서 시작할 때 캐스팅 및/또는 모래 주형의 모래 코어로부터 이동된 모래를 수집한다. 모래는 일반적으로 호퍼(62)의 개방 하부 단부 아래에 위치된 수집 컨베이어(66)에 대해 아래쪽으로 지향된다. 일반적으로, 유동화 시스템 또는 기구(67)는 호퍼(62)의 벽의 하부(64)를 따라 위치된다. 일반적으로 유동화기는, 실질적으로 순수한 형태로 캐스팅을 위한 모래 코어 및/또는 모래 주형의 모래를 재생하는 것을 돕기 위해서 캐스팅으로부터 이동될 수도 있는 한 덩어리의 모래 및 결합제를 파손하는 것을 돕도록 결합제의 감퇴를 더 촉진하기 위해 모래에 공기 또는 다른 유체와 같은 가열된 매질의 유동을 인가하는, 본 명세서에 참조되는, 미국 특허 제5,294,994호, 제5,565,046호 및 제5,738,162호에 개시되고 주장된 바와 같은, 버너, 송풍기, 분배기 또는 유사한 유동화 유닛을 포함한다. 재생된 모래는 컨베이어(66) 상에 수집되고 처리 온도 제어 스테이션으로부터 떨어져 운반된다.

도1A, 도2A, 도2B, 도4A, 도5A 및 도6A에서 도시된 바와 같이, 캐스팅의 모래 코어 및/또는 모래 주형을 위한 결합 재료의 연소에 의해 발생된 과도한 열 및 폐가스는 처리 온도 제어 스테이션(36)의 방사 챔버(37)의 밖으로 수집되거나 끌어낼 수 있고 도1A에서 화살표(68)에 의해 지시된 바와 같이 열처리 스테이션(42) 내로 위치될 수 있다. 처리 온도 제어 스테이션으로부터 열처리 스테이션 내로의 과도한 열 및 폐가스의 채널링은 처리 온도 제어 스테이션의 챔버 내에서 발생된 열의 잠재적 보상과 열처리 챔버 내에서의 모래 주형 및/또는 코어의 결합제의 감퇴로부터 초래하는 가열 및 폐가스의 연소를 모두 가능하게 한다. 도1A에 지시된 바와 같이, 송풍기 또는 유사한 공기 분배 기구(69)는 일반적으로 열처리 스테이션을 따라 또한 장착되고, 일반적으로 캐스팅의 열처리 동안에 발생된 폐가스를 밖으로 끌어내고, 캐스팅의 모래 코어 및/또는 모래 주형으로부터 결합 재료의 연소를 초래한다. 이들 폐가스는 송풍기에 의해 수집되고, 일반적으로 캐스팅 및 열처리 공정에 의해 발생된 오염의 양을 감소시키고 이들 가스를 재처리하도록 이들 폐가스를 또한 처리하고 연소하기 위하여 소각로(71)로 향해진다. 열처리 스테이션 내로 도입되기 이전에 처리 온도 제어 스테이션으로부터 오는 폐가스를 여과하거나 혹은 열처리 스테이션으로부터 소각로로 오는 가스를 여과하는 필터를 또한 이용하는 것이 가능하다.

처리 온도 제어 스테이션은 결과적으로, 캐스팅이 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로, 한편 그들이 열처리 스테이션 내로의 도입을 기다리는 동안에 양호한 열처리 온도 아래로 유지하거나 억제되는 그 온도로 유지될 수 있는 열처리 스테이 션 또는 챔버의 전방의 휴식(nesting) 영역으로서 기능한다. 따라서, 시스템은 주변 환경에 노출되는 동안 열처리 스테이션 내로 공급되기 위해 대기하는 열 또는 라인에 놓이게 하기 위해서 캐스팅을 구비하지 않고 포오링 라인 또는 라인들이 더 빠르거나 더 효율적인 비율로 작동되게 하여, 결과적으로 그 처리 제어 온도 아래로 캐스팅이 냉각되게 한다. 이후에 캐스팅은 도1A, 도1C, 도2A 및 도2B에서 지시된 바와 같이, 개별적으로 공급되거나, 도1B, 도1C 및 도3에서 도시된 바와 같이, 배치에서, 열처리, 모래 코어 및/또는 모래 주형 파손 및 제거, 및 어떤 경우에, 모래 재생을 위하여 열처리 스테이션(42) 내로 공급될 수 있다.

열처리 스테이션(42)(도2B)은 연속하여 장착된 하나 이상의 노 챔버(75)를 포함하는 긴 노일 수도 있고, 그를 통해 컨베이어(76)는 캐스팅의 이송을 위하여 연장된다. 열원(77)(도2A)은 공기 또는 다른 유체와 같은 가열된 매질을 인가하는 송풍기 또는 노즐과 같은 대류 열원을 포함하고, 유동화된 베드, 전도, 방사 및/또는 다른 형태의 열원과 같은 전도성 열원은 적절한 열처리 온도로 캐스팅을 가열하도록 다양한 정도 및 양으로 캐스팅에 대하여 열 및 선택적 공기 유동을 제공하기 위하여 챔버(75)의 벽 및/또는 천장 내에서 장착될 수도 있다. 이러한 양호한 열 처리 온도 및 열처리 시간은 캐스팅이 당 업계에 알려져 있는 바와 같이 형성되는 금속 또는 금속 합금의 형태에 따라 변화될 것이다.

본 발명에 사용하기에 적합할 수도 있는 다양한 열처리 노의 예시는 미국 특허 제5,294,994호, 제6,565,046호, 및 제5,738,162호에서 기술된 것들을 포함하고, 그 개시 내용은 본 명세서에 참고된다. 본 발명에 사용하기 위한 열처리 노 또는 스테이션의 다른 예는 미국 특허 제6,217,317호, 2000년 9월 9일자로 출원된 미국 특허출원 제09/665,354호, 및 2002년 1월 18일자로 출원된 제10/051,666호에서 도시되고 개시되며, 그 개시 내용은 본 명세서에 참고된다. 이러한 열처리 스테이션 또는 노는 캐스팅의 열처리 동안 이동된 코어 및/또는 주형으로부터 모래를 재생하기 위한 특징을 포함할 수도 있다.

열처리 이후에, 캐스팅은 일반적으로 열처리 스테이션으로부터 이동되어 세척 및 다른 공정을 위하여 퀀칭 스테이션(78)(도1A)으로 이동된다. 퀀칭 스테이션은 일반적으로 물 또는 다른 냉각제와 같이 냉각 유체를 갖는 퀀치 탱크를 포함하거나, 또는 공기, 물 또는 유사한 냉각 매질과 같은 냉각 유체를 인가하는 일련의 노즐을 구비하는 챔버를 포함할 수 있다. 이후에, 캐스팅은 필요한 만큼 세척 및 다른 공정을 위하여 다시 이동될 수도 있다.

다른 예시적인 통합 설비(6)는 도1B에서 도시된다. 설비(5)는 복수의 포오링 라인 또는 스테이션(11, 11')으로부터 캐스팅을 제거하는, 크레인 또는 로봇 팔로서 도시된 이송 기구(27)를 포함한다. 이 예에서, 포오링 라인 또는 스테이션(11, 11')은 주형이 포오링 또는 캐스팅 위치(23)와 이송 지점(24) 사이에 회전되는 회전목마형 시스템으로서 예시된다. 이송 기구(27)는 내부에 캐스팅을 갖춘 모래 주형을 결합하고 이송시키거나, 주형으로부터 캐스팅을 제거하여 열처리 유닛(26)의 하나 이상의 입구 컨베이어(34)로 캐스팅을 이송한다. 캐스팅은 열처리 스테이션(42) 내로 도입하기 위하여 처리 온도 제어 스테이션(36) 내로 및 통해 개별적으로 이동되거나 배치에서 캐스팅을 처리하기 위하여 바스켓 또는 운송 트레이(79) 내에 수집될 수 있다.

도1B에 도시된 예시적인 시스템(5)에서, 처리 온도 제어 스테이션(36)은 일반적으로 챔버(82)를 형성하는 긴 방사 터널(81)로서 형성되고, 그를 통해 캐스팅 및/또는 내부에 캐스팅을 갖춘 모래 주형이 이동되거나 운반된다. 방사 터널(81)은 도2A, 도2B, 및 도4A 내지 도6B의 실시예에 대하여 윙 기술된 여러 가지 다른 열원(45, 45', 45")과 같이 그에 따라 장착된 일련의 열원(83)을 포함한다. 일반적으로, 방사 터널(81)의 챔버의 벽(84) 및 천정은 방사 터널 내에서 생성된 열이 캐스팅을 향하여 방사되도록 내열성 재료로 형성되거나 코팅된다. 캐스팅은 방사 터널(81)의 단부에서 수집 스테이션(86) 내의 바스켓(79) 또는 유사한 운반 트레이 내로 수집되거나 넣어질 수도 있다. 이러한 바스켓(79) 또는 트레이는 열처리 스테이션(42)을 통해 캐스팅 밀/또는 주형을 포함하도록 사용될 수도 있다. 캐스팅은 대안적으로 캐스팅이 도1C 및 도3에서 지시된 바와 같이 처리 온도 제어 스테이션(36)의 방사 챔버 또는 채널을 통과하기 전에 열처리 스테이션에서 배치 처리하기 위한 바스켓 내에서 수집될 수도 있다.

본 발명에 따른 또 다른 예시적인 통합 설비(5)는 도1C에 개략적으로 도시된다. 이 실시예에서, 긴 방사 터널 또는 챔버(81)(도1B에 대하여 기술된 바와 같이)로서 도시된, 처리 제어 온도 스테이션(36)은 냉경부 제거 스테이션(87) 내로 연결되거나 공급된다. 냉경부 제거 스테이션(87)은 열처리 스테이션(42) 내로 캐스팅을 공급하고, 그와 연통한다. 일반적으로, 캐스팅은 내부에 장착된 "냉경부"를 또한 포함하는, 반영구 또는 모래 주형 내에서, 또한 포함되는 동안 이동되어 열처리되거나 처리될 것이다. 냉경부는 일반적으로 강 또는 유사한 재료로 형성된 금속 플레이트이고, 캐스팅 표면의 양호한 설계 특징을 형성하기 위한 설계 릴리프를 갖고, 내부에 용융된 금속 재료의 포오링에서 또는 이전에 주형 내에 놓여진다. 냉경부는 결과적으로 캐스팅의 열처리 또는 냉경부의 재사용 및 재이용 이전에 이동되어야 한다. 모래 주형의 연소가 일반적으로 적어도 부분적으로 시작되는 동안 방사 터널(81)의 챔버(82)를 통과한 후에, 냉경부는 열처리 스테이션(42) 내로 주형 및 캐스팅의 이동을 상당히 늦추지 않고 쉽게 제거될 수 있다. 냉경부 제거 스테이션에서 냉경부의 제거 다음에, 내부에 캐스팅을 갖춘 주형은 일반적으로 열처리, 모래 코어 및 모래 주형 파손, 및 모래 재사용을 위한 열처리 스테이션 내로 직접 지나간다.

도1D는 본 발명에 따른 또 다른 예시적 설비를 도시한다. 이 실시예에서 캐스팅은 일반적으로 그 주형으로부터 제거될 수 있고, 하나 이상의 열처리 노 또는 스테이션(92) 내로 직접 공급되기 위하여 입구 컨베이어(90, 91)로 이송될 수 있다. 대안적으로, 만약 캐스팅이 모래 주형 내에서 형성된다면, 전체 주형은 이송 지점(28)으로부터 입구 컨베이어(90 또는 91) 중 하나로 이송될 것이다. 도1D에서 지시된 바와 같이, 주형으로부터 캐스팅의 제거와 캐스팅의 결과적인 이송, 또는 포오링 스테이션으로부터 열처리 스테이션(92)으로 이송하는 내부에 캐스팅을 갖춘 주형의 제거는, 일반적으로 같은 이송 기구 또는 조정자에 의해 행해질 수 있다.

이 실시예에서, 열원(93)은 캐스팅이 열처리 노(92)를 위하여 포오링 라인의 이송 지점으로부터 입구 컨베이어(90 또는 91)로 이동될 때 캐스팅 및/또는 모래 주형에 직접 열을 인가하기 위하여 이송 기구(27)에 장착된다. 상술된 바와 같이, 열원은 적외선 또는 전자기 방출기, 유도, 대류, 및/또는 전도성 열원과 같은 방사성 에너지원, 또는 당업자에게 명백할 수 있는 다른 종류의 열원을 포함할 수도 있다. 이송 기구(27)에 장착된 열원(93)으로부터의 열은 캐스팅 또는 주형이 캐스팅 및/또는 주형의 냉각을 억제하도록 입구 컨베이어로 이송될 때 캐스팅 또는 주형의 상단부 및/또는 측면과 같은 하나 이상의 표면에서 지향되며, 따라서 실질적으로 금속의 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅 금속의 온도를 유지한다.

추가적인 열원(94)은 도1D에 지시된 바와 같이 입구 컨베이어(90, 91) 위에 도는 인접하여, 또는 캐스팅의 온도를 유지하기 위해서 화살표(96, 96', 97 및 97')에 의해 지시된 바와 같이 이송 기구의 이동의 경로를 따라 장착될 수도 있다. 또한, 송풍기, 팬 또는 다른 유사한 공기 이동 장치(도시 생략)는 공기 또는 다른 가열된 유체와 같은 가열된 매질을 그에 인가하기 위하여 이동의 경로(96, 96', 97, 97')를 따라 또는 이송 기구에 인접하여 또한 위치될 수 있다. 송풍기는 포오링 라인으로부터 열처리 노(92)로 이송하는 동안 캐스팅의 불균일한 가열 또는 냉각을 최소화하도록 캐스팅 및/또는 주형에 인가된 열을 분산시킨다. 따라서, 이송 기구 상에, 그리고 어떤 배치에서 캐스팅의 이동의 경로를 따라 장착된 이러한 열원 또는 요소의 사용은, 실질적으로 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅을 유지하고 냉각을 억제하는 것을 돕도록 처리 온도 제어 스테이션의 기능을 수행한다.

본 발명의 또 다른 태양은 도3에 도시된다. 이 예에서, 캐스팅 및/또는 모 래 주형은 이송 기구(27)에 의해 수집 바스켓 또는 운반 트레이(100) 내에서 직접 놓여지고 배치 열 공정을 위하여 처리 온도 제어 스테이션 내로 제공된다. 이러한 배치에서, 캐스팅(12)은 일반적으로 운반 트레이(100)의 챔버 또는 일련의 구획 내로 태워질 것이며, 본 명세서에 그 개시 내용이 참조되는, 2000년 9월 9일자로 출원된 미국 특허출원 제09/665,354호에서 개시되고 주장된 바와 같이, 캐스팅이 처리 온도 제어 스테이션(102) 및 열처리 스테이션(103) 내로 그리고 통해 이동될 때, 캐스팅은 디-코오링(de-coring) 및 다른 기능을 위하여 열의 지향된 인가를 위해 알려진 대로 위치되고 인덱스 된다. 이 실시예에서, 트레이(100)는 캐스팅이 내부에 태워질 때 화살표(106, 106')에 의해 지시된 바와 같이 처리 온도 제어 스테이션의 챔버(104) 내로 및 밖으로 인덱스될 것이다. 결과적으로, 처리 제어 또는 임계 온도 아래로 캐스팅이 냉각되게 하는 주변 환경에 대한 캐스팅의 노출은 트레이의 여러 가지 다른 구획(101)이 배치의 체류 캐스팅을 태우는 동안 최소화된다.

또한, 도3에 지시된 바와 같이, 트레이(100)의 각각의 구획(101)을 위한 지향된 열원(107)을 제공하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 제1 구획(101)이 캐스팅(12')을 태우고 처리 온도 제어 스테이션(102) 내로 인덱스될 때, 제1 열원(107')은 특정한 챔버 내에서 캐스팅 및/또는 모래 주형을 향해 열을 지향한다. 이후에, 연속적인 캐스팅 또는 주형은 다른 챔버 또는 바스켓의 구획 내로 태워질 때, 이들 구획으로 지향된 추가적인 열원(107)이 결합된다. 따라서, 처리 온도 제어 스테이션의 챔버(104)의 가열은 캐스팅의 더 효율적인 가열을 위하여 필요한 만 큼 특정한 영역 또는 구역에 제한되거나 지향될 수 있다.

도3이 또한 예시하는 바와 같이, 일련의 송풍기 또는 다른 유사한 공기 이동 장치(108)는 모래 코어 및/또는 모래 주형 결합 재료의 감퇴에 의해 발생된 폐가스를 끌어내기 위하여 처리 온도 제어 스테이션의 지붕에 장착될 수도 있다. 이후에 가스 및 부가적인 폐열은 열 재생 및 오염 감소를 위하여, 그리고 처리 온도 제어 스테이션(102)의 챔버의 측면 및 천정에 연소 가능한 폐기물의 집합을 방지하는 것을 돕도록, 열처리 스테이션(103)으로 도관(109)을 경유하여 지향될 수도 있다.

이에 따라, 본 발명의 위의 상세한 기술의 관점에서, 본 발명은 넓은 실용성 및 응용성을 허용한다는 것을 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 명세서에 기술된 것들 외에 본 발명의 많은 적응 구조뿐만 아니라 많은 변형, 수정 및 등가의 배치는, 본 발명의 요지 또는 범위로부터 벗어나지 않고, 본 발명 및 그의 상세한 위의 기술로부터 명백해지거나 타당성 있게 제안될 것이다.

본 발명이 특정한 태양에 관련하여 상세하게 본 명세서에 기술되었지만, 이러한 상세한 기술은 단지 본 발명의 설명적이고 예시적인 것이고, 단지 본 발명의 완전하고 가능한 개시 내용을 제공할 목적으로 만들어졌다. 본 명세서에 개시된 상세한 설명은 본 발명을 제한하거나 어떤 다른 실시예, 적응 구조, 변형, 수정, 및 본 발명의 등가의 배치를 배제하도록 제한하기 위해서 의도되거나 구성되지 않으며, 본 발명은 여기에 첨부된 청구범위와 그 등가에 의해 단지 제한된다.

Claims

금속 캐스팅을 형성하고 열처리하는 시스템이며,

열처리 스테이션으로부터 상류에 위치되는 처리 온도 제어 스테이션을 포함하고, 상기 처리 온도 제어 스테이션은 열원과 연통하는 온도 감지 장치를 포함하며,

상기 온도 감지 장치 및 상기 열원은 캐스팅의 금속을 위한 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅의 온도를 유지하도록 연통하는 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 처리 온도 제어 스테이션은 상기 온도 감지 장치 및 상기 열원과 연통하는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 캐스팅의 금속을 위한 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅의 온도를 유지하도록 캐스팅에 인가된 열의 양을 제어하는 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 열원은 캐스팅의 금속을 위한 열처리 온도 이상으로 캐스팅을 가열하지 않고 캐스팅의 냉각을 억제하기에 충분한 열을 캐스팅에 대해 인가하는 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제1항에 있어서, 처리 제어 온도는 캐스팅의 금속을 위한 열처리 온도보다 낮은 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제1항에 있어서, 처리 제어 온도는 그 미만에서는 캐스팅의 온도가 감소하는 시간 1분마다에 대하여 캐스팅의 양호한 특성을 얻기 위해 1분 이상의 열처리가 필요해지는 온도인 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제1항에 있어서, 처리 제어 온도는 그 미만에서는 캐스팅의 온도가 감소하는 시간 1분마다에 대하여 캐스팅의 양호한 특성을 얻기 위해 4분 이상의 열처리가 필요해지는 온도인 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제1항에 있어서, 금속은 알루미늄/구리 합금이고, 처리 제어 온도는 약 400 ℃ 내지 약 470 ℃인 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제1항에 있어서, 금속은 철 합금이고, 처리 제어 온도는 약 1000 ℃ 내지 약 1300 ℃인 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
금속 캐스팅을 형성하고 열처리하는 시스템이며,

캐스팅을 위한 진입 영역을 갖는 열처리 노를 포함하는 열처리 스테이션과,

상기 진입 영역 내의 온도 측정 장치와,

상기 온도 측정 장치와 연통하는 이송 기구를 포함하며,

상기 온도 측정 장치에 의한 거절 온도의 검출시, 상기 이송 기구가 캐스팅을 상기 노 내로 진입하기 이전에 제거하는 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제9항에 있어서, 거절 온도는 캐스팅의 금속을 위한 처리 제어 온도의 약 10 ℃ 내지 약 20℃ 아래이고, 여기서 상기 처리 제어 온도는 그 미만에서는 캐스팅의 온도가 감소하는 시간 1분마다에 대하여 캐스팅의 양호한 특성을 얻기 위해 1분 이상의 열처리가 필요해지는 온도인 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
제9항에 있어서, 거절 온도는 열 처리 노의 온도의 약 10 ℃ 내지 약 20℃ 아래인 금속 캐스팅 형성 및 열처리 시스템.
금속 캐스팅을 형성하고 열처리하기 위한 통합된 설비이며,

캐스팅을 형성하도록 주형 내로 용융 금속을 붓기 위한 포오링 스테이션과,

상기 포오링 스테이션으로부터 하류의 처리 온도 제어 스테이션과,

상기 처리 온도 제어 스테이션으로부터 상류의 열처리 노를 포함하고,

상기 처리 온도 제어 스테이션은 열원 및 이송 기구와 연통하는 온도 감지 장치를 포함하며,

상기 온도 감지 장치 및 상기 열원은 캐스팅의 금속을 위한 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅의 온도를 유지하도록 구성되고,

상기 온도 감지 장치로부터의 거절 신호의 수신시, 상기 이송 기구는 캐스팅 을 상기 노 내로 진입하기 이전에 제거하는 금속 캐스팅 형성 및 열처리용 통합 설비.
제12항에 있어서, 상기 처리 제어 온도 스테이션은 상기 온도 감지 장치 및 상기 열원과 연통하는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 금속 캐스팅을 위한 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 캐스팅의 온도를 유지하도록 캐스팅에 인가된 열의 양을 제어하는 금속 캐스팅 형성 및 열처리용 통합 설비.
제12항에 있어서, 상기 이송 기구는, 캐스팅의 온도가 캐스팅의 금속을 위한 처리 제어 온도(a) 또는 열처리 노의 온도(b) 보다 약 10 ℃ 내지 약 20 ℃ 아래일 때 거절 신호를 수신하고, 상기 처리 제어 온도는 그 미만에서는 캐스팅의 온도가 감소하는 시간 1분마다에 대하여 캐스팅의 양호한 특성을 얻기 위해 1분 이상의 열처리가 필요해지는 온도인 금속 캐스팅 형성 및 열처리용 통합 설비.
감소된 열처리 시간을 갖는 캐스팅을 형성하는 방법이며,

캐스팅을 형성하도록 주형 내로 용융 금속을 붓는 단계와,

캐스팅의 온도를 모니터링하는 단계와,

상기 캐스팅의 온도를 소정의 처리 제어 온도와 비교하는 단계와,

상기 캐스팅의 온도가 상기 처리 제어 온도보다 적은 경우에 캐스팅에 열을 인가하는 단계와,

열처리 노 내로 캐스팅을 위치시키는 단계와,

캐스팅을 열처리하는 단계를 포함하는 캐스팅 형성 방법.
제15항에 있어서, 캐스팅에 열을 인가하는 단계는 캐스팅의 온도가 상기 처리 제어 온도에서 또는 그 이상으로 유지하면서, 용융 금속을 고형화시키기에 충분한 열을 캐스팅에 인가하는 단계를 포함하는 캐스팅 형성 방법.
제15항에 있어서, 처리 제어 온도는 그 미만에서는 캐스팅의 온도가 감소하는 시간 1분마다에 대하여 캐스팅의 양호한 특성을 얻기 위해 1분 이상의 열처리가 필요해지는 온도인 캐스팅 형성 방법.
캐스팅을 형성하고 열처리하는 방법이며,

캐스팅을 형성하도록 주형 내로 용융 금속을 붓는 단계와,

캐스팅의 온도를 모니터링하는 단계와,

상기 캐스팅의 온도를 미리 설정된 거절 온도와 비교하는 단계와, 상기 캐스팅의 온도가 상기 거절 온도와 동등하거나 그보다 적은 경우에, 캐스팅을 거부하는 단계와,

상기 캐스팅의 온도를 소정의 처리 제어 온도와 비교하는 단계와, 상기 캐스팅의 온도가 상기 거절 온도보다 더 크지만 상기 처리 제어 온도보다 적은 경우에, 캐스팅에 열을 인가하는 단계와,

캐스팅을 열처리하는 단계를 포함하는 캐스팅 형성 및 열처리 방법.
제18항에 있어서, 거절 온도는 금속 캐스팅을 위한 처리 제어 온도보다 약 10 ℃ 내지 약 20℃ 아래이고, 여기서 상기 처리 제어 온도는 그 미만에서는 캐스팅의 온도가 감소하는 시간 1분마다에 대하여 캐스팅의 양호한 특성을 얻기 위해 1분 이상의 열처리가 필요해지는 온도인 캐스팅 형성 및 열처리 방법.
제18항에 있어서, 거절 온도는 열처리 노의 온도보다 약 10℃ 내지 약 20 ℃ 아래인 캐스팅 형성 및 열처리 방법.