KR20160131750A

KR20160131750A - Mold system for casting of metal, and metal casting method

Info

Publication number: KR20160131750A
Application number: KR1020150064759A
Authority: KR
Inventors: 김종호; 박준표; 김명균
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: KR102265695B1

Abstract

금속 주조용 몰드 장치 및 금속 주조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 빌렛 소재를 주조하기 위한 몰드, 및 상기 몰드의 외부에 위치하고, 상기 몰드에 유도전류를 발생시키는 전자기장 형성부를 포함한다.A metal casting mold apparatus and a metal casting method are provided. According to the present invention, there is provided a mold for casting a billet material, and an electromagnetic field forming portion located outside the mold and generating an induction current in the mold.

Description

Technical Field [0001] The present invention relates to a mold apparatus for metal casting and a metal casting method,

금속 주조용 몰드 장치 및 금속 주조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빌렛의 주조 도중 끊어지는 현상을 방지하고 표면 및 내부의 품질 특성이 우수한 빌렛을 주조할 수 있는 금속 주조용 몰드 장치 및 금속 주조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mold apparatus for metal casting and a metal casting method, and more particularly, to a metal casting mold apparatus and a metal casting method capable of casting a billet having excellent quality on the surface and inside, .

예컨대, 경량 금속의 압출 및 단조 제품을 만들기 위한 중간 소재로 빌렛(billet) 소재를 제조한다.For example, a billet material is produced as an intermediate material for making lightweight metal extrusions and forging products.

이러한 빌렛 소재는 예컨대, 원통형 또는 사각형 등의 기둥 모양으로, 금속을 용해한 후 연속주조 방식을 이용하여 제조한다. 연속주조 방식은 경량 금속을 녹여 용탕으로 만들고 몰드 내부에 부어주면 응고가 발생하며 이를 지지하고 있는 더미바(dummy bar)를 내려주고 몰드 상부에서는 계속 용탕을 공급함으로써 연속으로 주조되는 방식이다.Such a billet material is, for example, a cylindrical shape such as a cylindrical shape or a quadrangle shape, and is manufactured by melting a metal and then using a continuous casting method. In the continuous casting method, solid metal is melted and made into molten metal and poured into the mold, solidification occurs. The dummy bar supporting it is lowered, and continuous casting is performed by continuously supplying molten metal at the upper part of the mold.

상기한 연속주조 방식은 일반적으로 직접 냉각(Direct Chill)법이 널리 사용되고 있다. 연속주조 공정에 금속 용탕의 응고 및 형태를 구현하기 위해서 주조 몰드를 사용하게 되는데, 몰드 소재는 주로 구리나 알루미늄으로 이루어져 있고 몰드 내부를 수냉하는 형태의 단일 소재 구조로 형성되어 있다.In the continuous casting method described above, a direct chill method is widely used. In order to realize the solidification and shape of the molten metal in the continuous casting process, a casting mold is used. The mold material is mainly made of copper or aluminum and is formed of a single material structure in which the inside of the mold is water-cooled.

이러한 단일 소재 구조의 연속주조 방식은 간단하고 운영이 편리한 반면, 합금 용질 원소 함량이 많거나 고상 액상선 온도 차이가 큰 금속을 주조하는 경우에는 빌렛이 주조 도중 끊어지거나 빌렛의 표면의 상태가 불량한 경우가 발생되며, 또한 주조 조직이 조대하게 형성되고 용질이 고르게 분포하지 않고 편석되는 현상이 발생하여 향후 압출과 같은 가공 공정에서 특성 저하의 원인이 될 수 있다.The continuous casting method of this single material structure is simple and easy to operate. On the other hand, in case of casting a metal having a large amount of alloy elemental solute content or a difference in solid phase liquidus temperature, if the billet is broken during casting or the state of the surface of the billet is poor In addition, there is a phenomenon that the casting structure is formed coarsely and the solute is not distributed evenly and is segregated, which may cause deterioration of property in a processing step such as extrusion in the future.

빌렛의 표면 품질을 향상시키기 위해서 종래의 직접 냉각(Direct Chill)법 대비 개선된 몰드 시스템이 제안되었다.To improve the surface quality of the billet, an improved mold system compared to the conventional Direct Chill method has been proposed.

개선된 몰드 시스템으로는 전자기 주조시스템과 핫톱(Hot Top) 주조법, 에어 슬립(Air Slip) 주조법이 제안되었다. 전자기 주조법은 전자기장을 이용하여 전자기력을 발생시키고 몰드 없이 주조하는 방식이다. As an improved mold system, an electromagnetic casting system, a hot top casting method, and an air slip casting method have been proposed. Electromagnetic casting is a method of generating electromagnetic force using electromagnetic field and casting without mold.

그리고, 핫톱(Hot Top) 주조법은 상부를 고온 재료로 덮어서 주조하는 방식이고, 에어 슬립(Air Slip) 주조법은 몰드에서 공기를 불어줌으로써 몰드와의 접촉을 최소화하여 주조하는 방식이다. 이러한 주조법 들은 빌렛 표면 품질 특성의 향상을 기대할 수 있으나 장치가 복잡해지고 정교한 제어 방식이 요구되는 문제점이 있었다.
The hot-top casting method is a method in which the upper part is covered with a high-temperature material and casting. The air slip casting method is a method in which air is blown from the mold to minimize contact with the mold. Although these casting methods can be expected to improve the quality characteristics of the billet surface, there is a problem that the apparatus is complicated and a precise control method is required.

종래의 직접 냉각(Direct Chill)법 주조시 사용하는 몰드를 개선하여 빌렛의 주조 도중 끊어지는 현상을 방지하고 표면 및 내부의 품질 특성이 우수한 빌렛을 주조하고, 종래의 직접 냉각(Direct Chill)법의 개선을 위한 제안된 전자기 주조법, 핫톱(Hot Top) 주조법, 에어 슬립(Air Slip) 주조법 대비 단순한 구성 및 제어로 구현할 수 있는 금속 주조용 몰드 장치 및 금속 주조 방법를 제공하고자 한다.Direct Chill Method The mold used in casting is improved to prevent breakage during casting of the billet, cast billets having excellent quality on the surface and inside, and can be produced by a conventional direct chill method A mold casting method for a metal casting and a metal casting method which can be realized by a simple constitution and control compared to a proposed electromagnetic casting method, a hot top casting method and an air slip casting method for improvement.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 빌렛 소재를 주조하기 위한 몰드, 및 According to one embodiment of the present invention, a mold for casting a billet material,

상기 몰드의 외부에 위치하고, 상기 몰드에 유도전류를 발생시키는 전자기장 형성부를 포함하는 금속 주조용 몰드 장치가 제공될 수 있다.And an electromagnetic field forming unit located outside the mold and generating an induction current in the mold.

상기 몰드는 용탕이 직접 접촉하는 몰드 내각부, 및 몰드 외각부를 포함할 수 있다.The mold may include a mold interior portion in which the molten metal comes into direct contact, and a mold outer portion.

상기 몰드 외각부의 외측에 위치하는 냉각수 분사 장치를 더 포함할 수 있다.And a cooling water injection device located outside the mold outer part.

상기 몰드 외각부는 구리(Cu) 소재를 포함할 수 있다.The mold outer portion may include a copper (Cu) material.

상기 몰드 내각부는 그라파이트(graphite) 소재를 포함할 수 있다.The mold interior portion may include a graphite material.

상기 몰드 외각부의 내측에 위치하는 슬릿을 더 포함할 수 있다.And a slit located inside the mold outer part.

상기 슬릿은 상기 몰드 외각부의 원주면을 따라서 일정한 간격으로 복수개 위치할 수 있다.The slits may be located at a plurality of intervals along the circumferential surface of the mold outer periphery.

상기 전자기장 형성부는 고주파 전자기장을 인가하기 위한 코일을 포함할 수 있다.The electromagnetic field forming portion may include a coil for applying a high frequency electromagnetic field.

상기 코일은 상기 몰드 외각부의 외부 모양과 동일한 모양일 수 있다.The coil may have the same shape as the outer shape of the mold outer periphery.

상기 코일은 파이프 형태일 수 있다.The coil may be in the form of a pipe.

상기 코일의 내부에는 코일 냉각부가 위치할 수 있다.The coil cooling portion may be located inside the coil.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 금속 용탕을 준비하는 단계; 및 상기 금속 용탕을 몰드 내로 주입하여 빌렛을 주조하는 단계;를 포함하고, 상기 금속 용탕을 몰드 내로 주입하여 빌렛을 주조하는 단계;에서, 상기 몰드에 유도 전류를 발생시켜 전자기장을 형성되는 것인 금속 주조 방법을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a molten metal; And casting the billet by injecting the molten metal into a mold, and casting the billet by injecting the molten metal into a mold, the method comprising the steps of: Thereby providing a casting method.

상기 몰드는 몰드 외각부 및 몰드 내각부로 구성될 수 있다. The mold may be composed of a mold outer portion and a mold inner portion.

상기 몰드 외각부는 구리(Cu) 소재를 포함할 수 있다. The mold outer portion may include a copper (Cu) material.

상기 몰드 내각부는 그라파이트(graphite) 소재를 포함할 수 있다.
The mold interior portion may include a graphite material.

본 발명의 구현예에 따른 금속 주조용 몰드 장치 또는 금속 주조 방법을 적용하게 되면, 용질이 많은 합금을 주조할 때 발생하는 빌렛의 끊어지는 현상을 최소화시켜 줌으로써 제품 생산의 불량률을 낮출 수 있다. When the metal casting mold apparatus or the metal casting method according to the embodiment of the present invention is applied, it is possible to minimize the defective rate of product production by minimizing the breakage of the billets that occurs when casting a large amount of solute.

또한, 빌렛의 표면 품질이 우수하여 표면 면삭이 줄어들게 되어 손실되는 양이 적어져 빌렛 소재의 활용성이 높아지고 경제성이 향상되고, 빌렛 소재의 내부 조직이 미세화 됨에 따라 이후 시행하게 될 압출 및 단조 공정에서 압출 및 단조에 필요한 압력이 낮아지고 제품의 품질이 향상될 수 있다.
In addition, since the surface quality of the billet is excellent, the amount of loss due to the reduction of the surface roughness is reduced, so that the utilization of the billet material is improved and the economical efficiency is improved. As the internal structure of the billet material is miniaturized, The pressure required for extrusion and forging can be lowered and the quality of the product can be improved.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 주조용 몰드 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 일부 상세 평면도이다.
도 3은 도 1의 일부 상세 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 주조용 몰드 장치의 코일을 나타낸 도면이다.
도 5는 일반 주조몰드를 사용한 경우(A), 구리/그라파이트 복합 몰드를 사용한 경우 (B), 구리/그라파이트 복합몰드와 전자기장을 동시에 사용한 경우 (C)로 나누어서 주조된 빌렛의 상태를 관찰한 결과의 사진이다.
도 6(A), (B)는 도 5에서 주조된 빌렛 B와 C의 단면을 잘라서 조직을 관찰한 결과의 사진이다.1 is a schematic structural view of a mold apparatus for casting metal according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a partial detail plan view of Figure 1;
3 is a partial detail sectional view of Fig.
4 is a view showing a coil of a mold apparatus for casting metal according to an embodiment of the present invention.
Fig. 5 shows the results of observing the state of the cast billet by dividing the casting mold (A), the copper / graphite composite mold (B), and the copper / graphite composite mold and electromagnetic field .
Figs. 6 (A) and 6 (B) are photographs of the results obtained by cutting the cross sections of billets B and C cast in Fig. 5 and observing the structure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 구현예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As will be readily understood by those skilled in the art, the following embodiments may be modified in various ways within the scope and spirit of the present invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 주조용 몰드 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 일부 상세 평면도이며, 도 3은 도 1의 일부 상세 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 주조용 몰드 장치의 코일을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic structural view of a mold apparatus for casting metal according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial detailed plan view of FIG. 1, FIG. 3 is a partial detailed sectional view of FIG. 1, Fig. 3 is a view showing a coil of a mold apparatus for casting metal according to one embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 주조용 몰드 장치는, 금속의 연속주조 공정에서 금속 용탕의 응고 및 형태를 구현하여 연속으로 빌렛 소재를 주조하기 위한 몰드(100), 및 1 to 4, a metal casting mold apparatus according to an embodiment of the present invention includes a mold 100 for casting a billet material continuously by realizing solidification and shape of a molten metal in a continuous casting process of metal ), And

상기 몰드(100)의 외부에 설치되고, 상기 몰드(100)에 유도전류를 발생시키고 이 유도전류를 통해 다시 용탕에 전류를 발생시키도록 고주파 전자기장을 형성하기 위한 전자기장 형성부(200)를 포함할 수 있다.And an electromagnetic field forming unit 200 installed outside the mold 100 for generating an induction current in the mold 100 and forming a high frequency electromagnetic field to generate a current in the molten metal through the induced current .

상기 몰드(100)는 상기 몰드(100) 냉각 및 상기 전자기 형성부(200)에 의하여 유도전류를 발생하고, 상기 몰드(100)의 외각을 이루는 몰드 외각부(110), 및 The mold 100 includes a mold outer portion 110 forming an outer periphery of the mold 100 and an outer mold portion 110 forming an outer periphery of the mold 100,

상기 용탕이 직접 접촉하여 냉각되고, 상기 몰드(100)의 내각을 이루는 몰드 내각부(120)로 이루어질 수 있다.And the mold inner angle part 120 forming the inner angle of the mold 100 is cooled.

또한, 상기 몰드 외각부(110)의 외측에는 상기 몰드(100) 내 용탕이 응고할 수 있도록 상기 몰드(100) 내에 냉각수를 분사하여 상기 몰드(100)를 냉각하기 위한 냉각수 분사 장치(300)가 설치될 수 있다.A cooling water injector 300 for cooling the mold 100 by injecting cooling water into the mold 100 so that the molten metal in the mold 100 may coagulate may be provided outside the mold outer part 110 Can be installed.

상기 몰드(100)의 하부에는 연속주조 초기에 용탕을 주입하여 주조를 시작할 때 상기 몰드(100)를 막아서 용탕이 초기 응고가 되도록 하기 위한 더미 바(dummy bar)(130)가 설치될 수 있다.A dummy bar 130 may be provided in the lower portion of the mold 100 to prevent the molten metal from being initially solidified by blocking the mold 100 when the molten metal is injected at the beginning of the continuous casting.

도 1에서 용탕 풀(melt pool)(140)은 연속주조를 위하여 몰드(100) 내 용탕 주입시 미응고 상태의 영역을 가리키며, 빌렛(Billet)(150)은 용탕이 응고되어 고체 상태로 변한 영역을 가리킨다.In FIG. 1, a melt pool 140 indicates a non-solidified region when the molten metal is poured into the mold 100 for continuous casting, and a billet 150 indicates a region where the molten metal solidifies into a solid state Lt; / RTI >

상기 몰드(100)의 외부에는 더미바(130)를 구동할 수 있는 유압장치(미도시), 상기 냉각수 분사 장치(300)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급장치(미도시), 및 전자기장 형성부(200)에 전원을 공급하기 위한 전자기장 전원 공급장치(미도시) 등이 설치될 수 있다.(Not shown) capable of driving the dummy bar 130, a cooling water supply device (not shown) for supplying cooling water to the cooling water injection device 300, and an electromagnetic field generator (Not shown) for supplying power to the battery 200, and the like.

상기 몰드 외각부(110)는 상기 몰드(100) 외부로 냉각 및 유도전류의 발생의 역할을 수행한다.The mold outer portion 110 serves to generate cooling and induction currents outside the mold 100.

상기 몰드 내각부(120)는 상기 몰드(100)의 윤활 및 가열의 역할을 수행한다.The mold interior portion 120 serves to lubricate and heat the mold 100.

상기 몰드 외각부(110)는 상기 몰드(100)의 냉각능을 유지할 수 있도록 구리(Cu) 등의 소재로 이루어질 수 있다.The mold outer portion 110 may be made of copper or the like so as to maintain the cooling ability of the mold 100.

또한, 상기 몰드 내각부(120)는 상기 몰드(100)의 윤활 특성을 부가할 수 있도록 그라파이트(graphite) 등의 소재로 이루어질 수 있다.In addition, the mold interior portion 120 may be made of graphite or the like so as to add lubricating properties of the mold 100.

즉, 구리나 알루미늄 몰드 대비 그라파이트는 열전도도는 양호하면서 층상 미세구조의 특성 때문에 용탕과 만나면 윤활의 역할을 해주게 된다. 구리나 알루미늄 몰드는 윤활유를 지속적으로 벽면에 투입해주어야 표면 고착 현상이 없어 표면 품질이 유지될 수 있지만, 따라서, 상기 몰드 내각부(120)에 그라파이트 소재를 사용하게 되면 윤활이 소재 자체에서 이루어져 공정이 단순화 될 수 있다.In other words, graphite is superior to copper or aluminum mold and has a good thermal conductivity, and it plays a role of lubrication when it comes into contact with molten metal because of its layered microstructure. The surface quality of the copper or aluminum mold can be maintained by continuously supplying the lubricant to the wall surface without lubricating the surface of the wall. Therefore, when the graphical material is used for the mold interior part 120, the lubrication is performed in the material itself, .

또한, 상기 몰드(100)를 몰드 외각부(110)의 구리 소재와 몰드 내각부(120)의 그라파이트 소재와 같이 이중소재의 층상 구조로 제조하는 이유는 그라파이트 단독으로는 외부의 냉각수와 접촉하게 되면 열충격에 의한 손상이 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다. The reason why the mold 100 is formed into a layered structure of a double material such as a copper material of the mold outer periphery 110 and a graphite material of the mold inner angle portion 120 is that the graphite alone is in contact with external cooling water, So that it is possible to prevent such damage.

또한, 몰드 외각부(110)의 구리 소재는 전도성이 높아 냉각능을 유지할 수 있다. 상기 몰드 외각부(110)의 구리 소재의 중요한 역할은 상기 전자기장 형성부(200)에 의하여 형성된 외부 전자기장을 몰드 외각부(110)의 내부로 전달하는 역할도 수행한다.In addition, the copper material of the mold outer portion 110 has high conductivity and can maintain the cooling ability. An important role of the copper material of the mold outer part 110 is to transfer the external electromagnetic field formed by the electromagnetic field forming part 200 to the inside of the mold outer part 110.

상기 몰드 외각부(110)에는 상기 몰드 외각부(110)의 전자기장이 상기 몰드 외각부(110) 내부로 침투할 수 있도록 함과 아울러 절연판(미도시)이 삽입되기 위한 슬릿(111)이 형성될 수 있다.The mold outer part 110 is formed with a slit 111 for allowing an electromagnetic field of the mold outer part 110 to penetrate into the mold outer part 110 and an insulator (not shown) .

즉, 상기 전자기장 형성부(200)에 의하여 형성된 전자기장이 손실되지 않고 효과를 발휘하기 위해서는 구리 소재로 이루어진 몰드 외각부(110)에 슬릿(111)을 형성해야 한다. 상기 몰드 외각부(110)에 슬릿이 없는 경우, 전자기장이 구리 소재에 의해 차폐되어 전자기장이 내부로 침투할 수 없으므로, 슬릿 형성(가공)이 전자기장이 내부로 침투하는데 핵심적인 역할을 한다. 따라서, 코일(210)에서 몰드 외각부(110)로, 몰드 외각부(110)에서 용탕으로 순차적으로 전자기 유도가 될 수 있다.That is, in order to exert an effect without losing the electromagnetic field formed by the electromagnetic field forming unit 200, the slit 111 must be formed in the mold outer part 110 made of copper. In the absence of a slit in the mold outer part 110, the electromagnetic field is shielded by the copper material and the electromagnetic field can not penetrate into the inside, so that the slit forming (processing) plays a key role in penetrating the electromagnetic field into the inside. Therefore, electromagnetic induction can be sequentially performed from the coil 210 to the mold outer periphery 110 and from the mold outer periphery 110 to the molten metal.

상기 슬릿(111)은 상기 몰드 외각부(110)의 내부에 외부로 관통하여 형성될 수 있다.The slit 111 may be formed to penetrate to the outside of the mold outer periphery 110.

상기 슬릿(111)은 상기 몰드 외각부(110)의 전자기장이 몰드 외각부(110) 내부로 용이하게 침투할 수 있도록 상기 몰드 외각부(110)의 원주면을 따라서 일정한 간격으로 복수개 형성될 수 있다.A plurality of slits 111 may be formed at regular intervals along the circumferential surface of the mold outer part 110 so that the electromagnetic field of the mold outer part 110 can easily penetrate into the mold outer part 110 .

또한, 상기 슬릿(111)은 예컨대, 6~18개까지 형성될 수 있다. 예컨대, 전체 몰드(100) 높이가 12cm이면 상기 슬릿(111)의 높이는 예컨대, 8cm로 하며, 상기 슬릿(111)의 관통 두께는 예컨대, 0.1~0.5cm 정도로 하여 절연성을 충분히 확보할 수 있다.For example, the slits 111 may be formed to 6 to 18 slits. For example, when the height of the entire mold 100 is 12 cm, the height of the slit 111 is 8 cm, for example, and the penetration thickness of the slit 111 is 0.1 to 0.5 cm, for example.

상기 전자기장 형성부(200)에 의하여 형성된 전자기장은 상기 몰드(100)와 상기 용탕의 온도 및 접촉을 제어하여 빌렛 소재의 표면 특성을 향상시킬 수 있다.The electromagnetic field formed by the electromagnetic field forming unit 200 can improve the surface characteristics of the billet material by controlling the temperature and contact between the mold 100 and the molten metal.

즉, 전자기장 형성부(200)는 고주파 전자기장을 형성하여 상기 몰드 외각부(110)에 전류를 발생시키고, 이를 통해 다시 용탕에 전류를 발생시켜 상기 용탕의 가열 및 접촉 저항을 감소시킨다.That is, the electromagnetic field forming unit 200 forms a high-frequency electromagnetic field to generate a current in the mold outer surface 110, thereby generating current in the molten metal again, thereby reducing heating and contact resistance of the molten metal.

상기 전자기장 형성부(200)는 상기 몰드 외각부(110)의 외측에 설치되고, 고주파 전자기장을 인가하기 위한 코일(210)로 이루어질 수 있다. The electromagnetic field forming unit 200 may be formed on the outer side of the mold outer part 110 and may include a coil 210 for applying a high frequency electromagnetic field.

상기 코일(210)은 상기 몰드 외각부(110)의 외측에 고주파 전기장을 효과적으로 인가할 수 있도록 상기 몰드 외각부(110)의 외부 모양과 동일한 모양으로 형성될 수 있고, 상기 코일(210)의 직경은 예컨대, 1 내지 5cm 크기(설정 직경)로 형성될 수 있다.The coil 210 may have the same shape as the outer shape of the mold outer part 110 so as to effectively apply a high frequency electric field to the outer side of the mold outer part 110, For example, 1 to 5 cm (set diameter).

상기 코일(210)의 직경이 설정 직경보다 너무 큰 경우에는 전자기장의 효과가 낮아지므로 최대한 상기 몰드 외각부(110)에 근접할 수 있도록 제작한다. If the diameter of the coil 210 is larger than the set diameter, the effect of the electromagnetic field is lowered. Therefore, the coil 210 is made as close as possible to the mold outer periphery 110.

상기 코일(210)은 상기 코일(210)에 고전압 대전류를 흘려주기 위해서 파이프 형태의 코일이 사용될 수 있으며, 또한, 상기 코일(210)의 내부에 상기 코일(210)이 과열되지 않도록 코일 냉각부로서 냉각수를 흐르게 할 수 있다. The coil 210 may be a coil in the form of a pipe to allow a high voltage high current to flow through the coil 210. In order to prevent the coil 210 from being overheated inside the coil 210, Cooling water can be flowed.

상기 코일(210)의 턴수는 예컨대, 2~6회까지 될 수 있으며, 상기 몰드(100)의 높이를 고려하여 제작될 수 있다. 상기 코일(210)이 구리(Cu) 소재인 경우에는 대략 전압 ~10V, 주파수 ~20kHz, 500~1000A의 전류값이 적정할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이와 다른 다양한 전압, 주파수, 전류값이 사용될 수 있음은 물론이다.
The number of turns of the coil 210 may be, for example, 2 to 6 times, and the number of turns of the coil 210 may be made considering the height of the mold 100. When the coil 210 is made of copper (Cu), a current value of approximately -10 V, -20 kHz, or 500-1000 A may be appropriate. However, the present invention is not limited to this and various other voltages, Of course, can be used.

이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 주조용 몰드 장치의 작동에 대해서 설명한다.Hereinafter, the operation of the metal casting mold apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

상기 몰드(100)는 상기 몰드(100)의 외각을 이루는 몰드 외각부(110), 및 상기 몰드(100)의 내각을 이루는 몰드 내각부(120)로 이루어지고, 상기 몰드 외각부(110)는 예컨대, 구리(Cu) 소재로 이루어지며, 또한, 상기 몰드 내각부(120)는 그라파이트(graphite) 소재로 이루어져 있다.The mold 100 includes a mold outer portion 110 forming an outer angle of the mold 100 and a mold inner portion 120 forming an inner angle of the mold 100. The mold outer portion 110 is formed of, And copper (Cu), and the mold interior portion 120 is made of graphite.

구리나 알루미늄 몰드 대비 그라파이트는 열전도도는 양호하면서 층상 미세구조의 특성 때문에 용탕과 만나면 윤활의 역할을 해주게 된다. 구리나 알루미늄 몰드는 윤활유를 지속적으로 벽면에 투입해주어야 표면 고착 현상이 없어 표면 품질이 유지될 수 있지만, 따라서, 상기 몰드 내각부(120)에 그라파이트 소재를 사용하게 되면 윤활이 소재 자체에서 이루어져 공정이 단순화 될 수 있다.Graphite compared to copper or aluminum mold has a good thermal conductivity and lubrication when it meets with molten metal because of the layered microstructure. The surface quality of the copper or aluminum mold can be maintained by continuously supplying the lubricant to the wall surface without lubricating the surface of the wall. Therefore, when the graphical material is used for the mold interior part 120, the lubrication is performed in the material itself, .

또한, 상기 몰드(100)를 몰드 외각부(110)의 구리 소재와 몰드 내각부(120)의 그라파이트 소재와 같이 이중소재의 층상 구조로 제조하는 이유는 그라파이트 단독으로는 외부의 냉각수와 접촉하게 되면 열충격에 의한 손상이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위함이다.The reason why the mold 100 is formed into a layered structure of a double material such as a copper material of the mold outer periphery 110 and a graphite material of the mold inner angle portion 120 is that the graphite alone is in contact with external cooling water, So that it is possible to prevent such damage.

그리고, 상기 몰드 외각부(110)에는 상기 몰드 외각부(110)의 원주면을 따라서 일정한 간격으로 복수개의 슬릿(111)이 형성되어 있으므로, 상기 몰드 외각부(110)의 전자기장이 상기 몰드 외각부(110) 내부로 용이하게 침투될 수 있다.A plurality of slits 111 are formed in the mold outer circumferential portion 110 at regular intervals along the circumferential surface of the mold outer circumferential portion 110 so that the electromagnetic field of the outer circumferential portion 110 Can be easily penetrated into the interior of the housing 110.

또한, 상기 몰드(100)의 외부에 설치되고, 상기 몰드(100)에 유도전류를 발생시키고 이 유도전류를 통해 다시 용탕에 전류를 발생시키도록 고주파 전자기장을 형성하기 위한 전자기장 형성부(200)를 포함하고 있고,An electromagnetic field forming unit 200 installed outside the mold 100 for generating an induction current in the mold 100 and forming a high frequency electromagnetic field to generate current in the melt through the induction current In addition,

상기 코일(210)은 상기 몰드 외각부(110)의 외부 모양과 동일한 모양으로 형성될 수 있고, 상기 코일(210)의 직경은 예컨대, 1 내지 5cm 크기(설정 직경)로 형성되어 있으므로, 상기 몰드 외각부(110)의 외측에 고주파 전기장을 효과적으로 인가할 수 있다.The coil 210 may be formed in the same shape as the outer shape of the mold outer part 110 and the coil 210 may be formed to have a diameter of 1 to 5 cm (set diameter) A high frequency electric field can be effectively applied to the outer side of the outer shell 110.

이와 같이, 상기 몰드 외각부(110) 외부에 전자기 코일(210)을 설치하는 경우, 고주파의 전자기장을 높은 전류값으로 흘려주면, 상기 코일(21)에서 구리 소재의 몰드 외각부(110) 외부에 유도전류가 발생하고, 상기 몰드 외각부(110)에서 용탕으로 유도전류가 발생한다. When the electromagnetic coil 210 is provided outside the mold outer part 110 as described above, if a high frequency electromagnetic field is flowed at a high current value, the coil 21 is supplied to the outside of the mold outer part 110 of the copper material. An induced current is generated, and an induced current is generated in the molten metal at the mold outer periphery 110.

유도전류가 용탕 가장자리 부분에 발생하게 되고 와전류(eddy current)에 의한 발열효과 및 플레밍(Fleming) 법칙에 의한 전자력(pinch force)이 작용하여 부드러운 접촉(soft contact)을 할 수 있도록 한다. 최종적으로 이 두 효과가 결합하여 표면 품질이 우수한 빌렛을 주조할 수 있게 된다. The induction current is generated at the edge of the molten metal, and the exothermic effect by the eddy current and the pinch force by the Fleming's law are applied to make a soft contact. Finally, these two effects combine to enable the casting of billets of superior surface quality.

또한, 전자기 코일(210) 설치에 의해 용탕의 냉각능을 조절할 수 있고 일부 용탕의 교반효과도 얻을 수 있어 최종적으로 입도가 미세한 빌렛을 제조할 수 있다.Further, the cooling ability of the molten metal can be adjusted by installing the electromagnetic coil 210, and a stirring effect of a part of the molten metal can be obtained, so that a billet having a finer grain size can be finally produced.

본 발명의 다른 일 구현예의 금속 주조 방법은 하기에서 특히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 일 구현예에서의 금속 주조 몰드 장치에서 설명된 사항과 동일하므로, 그 자세한 설명을 생략하기로 한다.The metal casting method of another embodiment of the present invention is the same as that described in the metal casting mold apparatus of the embodiment of the present invention, except for the matters specifically described below, and thus a detailed description thereof will be omitted.

[성능 등 시험결과][Performance test results]

성능 시험은 알루미늄 합금을 이용하여 실시하였다. 알루미늄 합금의 조성은 Si 12.8%, Cu 1.07%, Mg 0.93%, Ni 0.78%, Fe 0.14%, Zn 0.01%를 포함하고 있는 A4032합금이었으며, 일반 주조몰드를 사용한 경우(A), 구리/그라파이트 복합 몰드를 사용한 경우 (B), 구리/그라파이트 복합몰드와 전자기장을 동시에 사용한 경우 (C)로 나누어서 빌렛을 평가하였다. The performance test was carried out using an aluminum alloy. The composition of the aluminum alloy was A4032 alloy containing 12.8% of Si, 1.07% of Cu, 0.93% of Mg, 0.78% of Ni, 0.14% of Fe and 0.01% of Zn. When the general casting mold was used (A), the copper / graphite composite When the mold was used (B), the billet was evaluated by dividing it into (C) when the copper / graphite composite mold and the electromagnetic field were used at the same time.

A의 경우에는 주조를 실시하게 되면 표면이 거칠고 중간에 끊어지는 현상이 발생하여 정상적인 주조를 하기에 어려움이 있었다. B의 경우에는 A 대비 끊어지는 현상이 발생하지 않았으며 빌렛을 주조하기 용이하였으나 빌렛의 표면에서는 굴곡이 어느 정도 존재한다. C의 경우에는 빌렛 표면에 굴곡이 거의 없는 상태의 우수한 특성의 빌렛을 주조할 수 있었다. (도 5 참조)In case of A, when the casting is carried out, the surface is rough and broken in the middle, so that it is difficult to perform normal casting. In case of B, there was no breakage compared to A, and it was easy to cast billets, but there was some degree of bending on the surface of billets. In the case of C, it was possible to cast a billet having excellent properties in a state of almost no bending on the surface of the billet. (See Fig. 5)

또한, 주조된 빌렛 B와 C를 단면을 잘라서 조직을 관찰한 결과를 각각 A와 B로 나타내었다. A의 경우는 전자기장을 인가하지 않은 상태로 조직이 조대함을 확인할 수 있다. 전자기장을 인가한 경우에는 조직이 미세화 되어 있음을 알 수 있다. (도 6 참조).
In addition, the results of observation of the structure of the cast billets B and C are shown in A and B, respectively. In case of A, it is possible to confirm that the tissue is large without applying the electromagnetic field. When the electromagnetic field is applied, it can be seen that the structure is made finer. (See FIG. 6).

100: 몰드 110: 몰드 외각부
111: 슬릿 120: 몰드 내각부
130: 더미바 200: 전자기장 형성부
210: 코일 300: 냉각수 분사 장치100: mold 110: mold outer part
111: Slit 120: Mold interior part
130: dummy bar 200: electromagnetic field forming part
210: Coil 300: Cooling water injection device

Claims

A mold for casting a billet material, and
And an electromagnetic field forming unit located outside the mold and generating an induction current in the mold,
Wherein the metal casting mold apparatus comprises:

The method according to claim 1,
Wherein the mold comprises a mold interior portion in direct contact with the melt, and a mold outer portion.

3. The method of claim 2,
And a cooling water injecting device located outside the mold outer periphery.

3. The method of claim 2,
Wherein the mold outer portion comprises a copper (Cu) material.

5. The method of claim 4,
Wherein the mold interior portion includes a graphite material.

6. The method of claim 5,
And a slit located inside the mold outer part.

The method according to claim 6,
Wherein the plurality of slits are located at regular intervals along a circumferential surface of the mold outer periphery.

8. The method of claim 7,
Wherein the electromagnetic field forming portion includes a coil for applying a high frequency electromagnetic field.

9. The method of claim 8,
Wherein the coil has the same shape as the outer shape of the mold outer portion.

10. The method of claim 9,
Wherein the coil is in the form of a pipe.

11. The method of claim 10,
Wherein the coil cooling portion is located inside the coil

Preparing a molten metal; And
Casting the billet by injecting the molten metal into a mold,
Casting the billet by injecting the molten metal into a mold,
And an induction current is generated in the mold to form an electromagnetic field.

13. The method of claim 12,
Wherein the mold comprises an outer mold part and an inner mold part.

14. The method of claim 13,
Wherein the mold outer portion comprises a copper (Cu) material.

14. The method of claim 13,
Wherein the mold interior portion comprises a graphite material.