KR800001156B1 - 용융금속을 일정유속으로 주입할 수 있는 주입용기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용융금속을 일정유속으로 주입할 수 있는 주입용기

제1도는 종래 주입용기의 투시도.

제2도는 본 발명에 의한 주입용기의 투시도.

제3도는 본 발명의 주입용기를 사용하는 연속 주조기의 일부 측입면도.

본 발명은 일반적으로 용융금속을 금속봉으로 연속 주조하는 연속 주조기에 관한 것으로서, 특히 용융금속을 일정 유속으로 하여 연속 주조주형에 주입하기 위한 주입용기(Pouring pot)에 관한 것이다.

금속봉의 연속 주조시에, 용융 금속은 용융로 또는 지지로로부터 회전 주형 링(mold ring)에 설치된 연속 주조주형으로 이송되고, 이 주형 링이 횐전 구동되어 용융 금속이 주조봉으로 연속 주도되는 것이다. 용융 금속은 주형링이 회전하는 동안에 이송되므로, 만족할 만한 주조봉 제품을 얻기 위해서는 주조 주형에 용융 금속의 주입을 정확히 조정할 필요가 있다.

연속 주조기의 출현 이전에는, 일반적으로 용융 금속용 용융로로부터 직접 고정 주조 주형에 주입하는 방법이 사용되었으며, 그것은 1회분의 주입이었으므로 정확한 주입 조정을 할 수가 없었다. 그러나, 용융로의 구조가 대형화되어 복잡해지고 그 취급이 곤란하여 짐으로 인하여 중간 크기 정도의 주입 용기가 용융로와 주형 사이에 도입되었으며, 이 주입 용기는 일종의 용융 금속을 임시 보관하는 용기의 역할을 하고 용융 금속을 주형에 좀더 정확히 주입시킬 수 있게 하였다. 고정 주조 주형은 근본적으로 회분식공정(batch process)이므로 중간 주입 용기로부터 주형에 용융 금속을 주입할 때의 정확한 조정은 보통 복잡한 수동조정 및 기계조정법을 사용하여만 달성할 수 있었다.

그러나, 연속 주조법에서는 용융 금속이 이동 주형에 주입되므로 주형에 용융 금속의 주입 조정은 고정 주형을 사용하는 종래의 방법보다 좀더 정확성이 요구된다. 그러므로, 주조술에 있어서 연속 주형에 용융 금속의 주입을 좀더 정확하게 조절하기 위해서 중간 크기 정도의 주입 용기를 사용하는 것이 일반적인 관례로 되어 있다.

주입 용기의 주기능은 용융 금속을 일정하게 주형에 공급하기 위애 용융 금속을 일정한 유속으로 이동 주형에 주가하는 것이다. 주입 용기로부터 용융 금속의 유출속도는 그 용기내에서 용융 금속의 압력수두(pressure head)의 정함수인 용융 금속의 유출속도에 비례한다. 주입 용기내의 용융 금속량이 변함에 따라 압력수두도 유출속도의 변화를 일으킨다. 용융 금속은 통상 용융로로부터 주입 용기에 일정치 않은 속도로 공급되고 주입 용기의 기능은 용융로로부터의 용융 금속의 공급 속도의 변동을 보상하고 또 일정 유속으로 이동 주형에 용융 금속을 주입시키기 위한 것이다. 주입 용기로부터 용융 금속의 유출속도를 일정하게 유지함에 있어서의 주용 난점은 주입 용기에서 용융 금속의 유입 및 유출 속도의 차이를 초래하는 용융 금속 깊이의 변동을 보상하는데 있다. 주입 용기에 있어서 용융 금속의 임의의 깊이 변화는 유출 속도의 정비례 변화를 초래하므로, 조정된 범위내에서 깊이 변동을 최소로 하여 유지하거나 또는 용융 금속에 있어서 그러한 변화를 허용하면서 보상해 주는 조치가 필요하다. 후자와 같은 종류의 조정법이 더 많이 쓰이고 이를 위한 현재의 일반적인 방법은 유출량을 측정하기 위한 측정기구를 사용하고 용융 금속의 깊이 변화를 조절하는 것이다. 일반적으로 측정기구는 주입 용기의 출구를 증대 또는 감소시키므로서 용융 금속의 유량을 조절하는 조절 측정침으로 구성되고 있다. 이러한 종류의 결점은, 수동조작의 경우에는 작업인이 계속 지키고 있어야 하고, 또 자동 조작시에는 부대장비 및 조정을 필요로 하는데, 이로 인해 생산비와 유지비가 증가하게 된다. 또한, 완벽한 자동장치를 설계한다는 것이 현재까지는 불가능하였다.

다른 종류의 조정법은 주입 용기내의 용융 금속의 총용량의 일정변화에 대한 용융 금속의 깊이 변동량을 감소시킬 수 있도록 주입 용기의 총 용적을 증대시키는 것이다. 그러나, 이 방법은 주입용기에 용융 금속을 가득히 채울 때 상당한 중량을 가진 대형의 주입 용기를 필요로 한다는 결점이 있다. 그러므로, 그러한 대용량의 주입 용기를 지지하기 위해서는 보다 중형의 지지구조가 필요하며, 또 사고발생시에는, 소용량의 주입 용기를 사용하였을 때보다도 작업자에게 큰 상해를 줄 가능성이 많다. 더우기, 주입 용기로부터 용융 금속을 배출시켜야 할 문제점이 발생하였을 때에는, 대용량의 주입 용기는 소량시보다도 대량의 낭비를 초래한다는 결점이 있다.

일반적으로, 종래의 주입 용기는 그 기저부가 경사진 저벽을 가진 상자형 배열을 갖는다. 주입구가 경사벽면의 일측에 연결되어 있어서, 용융 금속은 일정 각도로 주입 용기에 주입된다. 주입 용기의 용융 금속의 표면적은 작으므로, 주입 용기내 용융 금속의 총량의 일정 변화는 용융 금속 깊이를 비교적 크게 변화시키는데 이것은 주입용기로부터 용융 금속 유출속도의 정비례 변화를 야기시킨다. 용융 금속 깊이의 변동은 유출속도의 정비례 변동을 초래하므로 용융 금속은 주형에 불규칙하게 공급된다. 용융 금속 깊이의 변도을 보상하려면, 비교적 정교하고 값이 비싼 자동 측정장치 또는 사용중 연속 조정을 하여야만 하는 수동 측정장치를 사용하여야 한다.

본 발명에 의하여 만들어진 주입 용기는 주입 용기내 용융 금속의 총량의 변화가 용융 금속 깊이에 최소한의 변동만 주도록 설계되어, 용융 금속은 일정한 유속으로 주입 용기로부터 유출된다. 주입 용기는 상단부와 하단부로 구성되는데, 상단부의 용적은 실지로 하단부의 유효 용적보다 크므로, 주입 용기내의 용융 금속의 총량의 변화에도 불구하고 용융 금속의 압력수두는 사실상 일정하게 유지되며 따라서 용융 금속이 일정 유속으로 유출되게 하는 효과를 가진다. 상단부의 용적은 하단부의 용적보다 최소 20% 혹은 20%-40% 정고 크게 하는 것이 좋다. 다시 말하면, 하단부의 유효 용적은 상단부 용적의 83.3%보다는 작으며, 보통 상단부 용적의 71.4%-83.3% 정도이다. 주입 용기의 전용량은 현재 사용중인 종래의 저용량 용기와 비슷하므로, 종래의 지지장비를 이 주입 용기 지지에 이용할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 주목적은 이상 설명한 종래의 주입 용기가 가지고 있는 조반 결점을 보완한 주입 용기를 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 용융 금속의 총량의 변동에도 불구하고 일정 유속으로 용융 금속을 주입하기 위한 주입용기를 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 주입 용기내 용융 금속의 총용량의 일정한 변동에 대한 용융 금속의 깊이 변동을 최소로 하고, 이로써 일정 유속으로 용융 금속을 주입할 수 있는 용융 금속의 압력수두를 일정하게 유지할 수 있도록 만들어진 주입 용기를 제공하고자 함에 있다.

또 한가지 목적은 주입 용기내 용융 금속의 용량 변동에도 불구하고 최소한의 측정장치만을 사용하여 일정 유속으로 용융 금속을 주입할 수 있는 주입 용기를 제공하고자 함에 있다.

또 다른 목적은, 연속 주조장치에 있어서, 용융 금속을 일정 유속으로 이동식 연속 주형에 주입하기 위한 주입 용기를 제공하고자 함에 있다.

이상 본 발명의 설명과 기타 목적 및 장점들을 고려할 때, 본 발명은 첨부 도면에 도시한 바와 같이 주입 동기 및 이러한 주입 용기를 사용하는 연속 주조기로 구성되는 바, 이들을 당분야에 숙련된 자들로 하여금 그 기능, 작용 및 효과를 명백히 이해할 수 있도록 첨부 도면에 따라 상술하면 다음과 같다.

본 발명의 주입 용기를 설명하기 전에, 종래의 대표적인 주입 용기와 그것의 작동원리를 제1도로서 간단히 설명하겠다. 주입 용기 10은 측벽부 13 및 14에 연접된 단면부 11 및 12로 구성된 일반적인 상자형 구조를 갖고 있다. 상자형 구조 10의 저벽은 일선에서 교접하는 일조의 저벽부 15 및 16으로 구성되는데, 이들 저벽부는 측벽 및 단면부의 하단부와 연접된다. 저벽부 16에는 출구부 17이 있는데, 여기에는 용융 금속의 주입을 돕기 위한 주입구 18이 연접된다. 상자형 구조 10은 도면에 도시한 바와 같이 일반적으로 정방형이다. 측정장치 19는 출구부 17의 크기를 조절하기 위하여 종래의 방법으로 연결된다. 주입용기 10의 사용시에, 용융 금속은 용융로로부터 공급되는데, 용융 금속은 출구부 17에 대하여 깊이 h까지 채워지며, 이것은 용융 금속의 깊이에 의한 정압수도(static pressure head) h에 해당하는 것이다. 출구부 17을 통하는 용융 금속의 유속은 출구부 17의 횡단면적 및 용융 금속의 유속에 좌우되고, 출구면적이 일정한 경우에, 유출속도는 단지 유속 또는 압력수두의 변동의 함수에 따라서만 변화한다.

출구부 17을 통하는 용융 금속의 유속은 압력수두 h의 함수로서 변화하며 다음 관계식으로 나타낸다.

여기서, v=

h=정압두

v=용융 금속의 유출 속도. k= 금속의 종류, 측정장치 및 주입구 구조에 따른 항수.

g=중형 항수

그로므로, 정압수두 또는 용융 금속의 깊이 h의 변화는 유출속도와 정비 변화임을 알 수 있다. 제1도에 도시한 주입 용기 10에 대하여, 주입 용기내의 용융 금속의 총용량이 △V만큼 변화하면, 용융 금속의 깊이는 h에서 h1만큼 감소하게 되고, 이로 인해 유출속도가 그만큼 감소하게 된다. 그러므로, 주입 용기 10에서 용융 금속의 총량이 작은 변동은 유출속도에 있어서 대응하는 변동을 초래하는데, 이것은 용융 금속이 주형에 불균일하게 주입되게 하는 결과를 야기시킨다.

본 발명에 의하여 제조된 주입 용기 20을 제2도에 의하여 설명하면 다음과 같다. 주입용기 20은 하부 22 및 이를 한 단위 구조로 형성하면서 구성요소로 연결된 상부 21로써 이루어져 있다.

상부 21은 상자형 구조를 형성하기 위해 상측벽 26,27과 서로 연결되어 있는 상단벽 24,25로서 이루어져 있다. 상자형 구조물의 상측 부분은 열려 있으며 이는 주입 용기를 사용중에도 용융로로부터 용융 금속을 넣을 수 있는 주입부를 갖고 있다. 한쌍의 저벽부 28,29는 측벽부 29,27의 저부와 각각 연결되고 있고, 이들은 길이가 꼭 같게 연접되어 있다. 저벽 돌출부는 용융 금속이 아래로 아무 방해없이 잘 흐를 수 있도록 하게 하기 위하여 각각 상호 내향하여 하측으로 조금씩 경사지게 하였다.

하부 22는 각각 상단벽 24,25와 연결되어 있든 하단벽 30,31로 이루어져 있다. 하단벽 30,31은 상단벽 24,25와 단위구조 즉 한 부분으로 형성되어 있다. 하측벽 34, 35는 하단벽 30과 31과 연결되어 있고, 또한 서술한 바와 같이 상부의 저벽 돌출부 28과 29와 각각 연결되어 있다. 하측벽들은 내향하고 또 하방으로 상호 대향한 형태를 이루며, 저벽부 37과 연결되어 있다.

도면에서 보이듯이 접하는 하측벽 34와 35는 각기 위의 것보다는 아래쪽의 부분이 좀더 경사가 큰 두개의 직사각형 부분으로 이루어져 있다.

출구부 38은 주입 용기로부터 용융 금속이 잘 유출될 수 있도록 하측벽 35에 마련되어 있다. 주입관 39는 하측벽 35에 뉘어져 연결되어 있고 용융 금속 주조시 이를 통해 주입을 하고 유출을 돕기 위해 출구부 38과 연결되어 있다. 상부와 하부 용기 부분이 이미 수학적으로 결정된 주입 용기의 크기인 평균 수평단 면적을 가진다는 것은 명백하다. 이제부터 주입 용기부의 단면적에 관한 것은 평균 수평단면적을 이용하려 한다. 하부 용기의 유효용적과 마찬가지로 평균 단면적은 배출구 38의 하부점에 대해서 결정되고, 이점 아래의 체적과 용융 금속의 깊이는 용기로부터의 유출속도에 영향을 끼치지 않는다는 것 또한 명백하다. 이안에 어떤 변수라도 배출수 38을 통하는 수평면으로부터 결정된 것과 같이 그 변수들의 크기를 기본으로 한다.

본 발명의 취지에 따라서 상부 21의 용기를 저부 22의 유효용적보다 적어도 20% 혹은 20-40% 크게 만들므로서 용융 금속을 주입하는 동안 이렇게 하지 않으면 발생할지도 모를 주입 유속의 변화를 최대한으로 극소화시킬 수 있는 것이다.

특히, 본 발명에 따르면, 용적의 차이는 상부 용기와 유효 하부 용기의 평균 수평 단면적에서의 대응차에 의해 구할 수 있다. 그래서 상부 21의 단면적은 하부 유효 단면적보다 적어도 20%-40% 정도 크다. 이러한 주입 용기는 주입용기에서 용융 금속의 전량의 변화는 단지 유기적으로 상부의 커다란 수평단면적에 따른 미미한 깊이 변화를 일으킬 뿐이라는 것을 말해준다. 주입 용기의 유효용적이 평균 횡단면적과 유효 깊이 매개변수에서 계산되는 것과의 정함수 관계에 있기 때문에, 또 상부 21은 유기적으로 큰 평균 단면적을 갖고 있기 때문에, 용기 사용시 발생하는 용융 금속 양의 일반적인 변화는 단지 용융금속의 유효 깊이의 미소변화에 따를 뿐이며, 그리하여 압력수두는 일정하게 유지될 수 있다.

제1도에 관련된 예와 제2도를 비교하여 좀더 상세한 설명을 하기 위해 주입 용기 20이 제1도에 도시된 주입 용기 10과 같이 용적이고 같은 양의 용융 금속을 갖는다고 가정한다. 주입 용기 20이 용융 금속으로 가득차 있을 때 용융 금속의 깊이는 h이고 그리하여 정압수두는 출구부 38의 취이에서 h로 나타난다.

그러므로, 전술한 주입 용기(제1도)와 같이 출구부와 주입관 39를 통한 용융 금속의 주입 유속은 압력수두 h에 비례할 것이다. 그런, 주입 용기 20의 용융 금속의 용적변화 ΔV 는 주입용기 20의 개량된 것에 따르고, 특히 상부 21을 하부 22의 유효 용적보다 적어도 20% 정도 크게 한 것에 따르면, 전술한 주입 용기 10의 경우에서 보다 용융 금속의 길이가 훨씬 적게 줄어들게 되며, 이는 제2도에 잘 나타나 있으며, 여기에서 수반되는 압력수두 h1′은 용융 금속의 전용적에 있어서 동일한 변화에 대해 앞의 주입용기 10에 대응하는 압력수두 h1′보다 크게 나타나고 있다.

그러므로, 이 주입 용기 20에 있는 용융 금속의 전용적에서 ΔV 용적만큼의 변화로 해서 압력수두 h는 주입 용기 20의 개량된 형태로 인하여 아주 작게 변화할 뿐이다. 그리하여 용융 금속의 주입유속은 일정한 수치를 유지할 수 있는 것이다. 주입 용기 20은 하부에서 보다 상부에서 용융 금속의 양을 보다 많게끔 설계를 함으로써 용융 금속 전량의 변화가 용융 금속 깊이의 변화에 아주 작은 영향을 줄 수 있게 하고, 따라서 전용융 금속량의 변화에도 불구하고 용융 금속의 주입유속은 충분히 일정하게 유지될 수 있는 것이다. 제3도에 본 발명에 따르는 주입 용기 20을 연속 주조 장치와 연결되어 실제로 작동하는 형태로 나타냈다.

본 연속 주조 장치는 단순히 개괄적인 형태로서만 그려졌고, 현 발명품을 이해하는데 필요한 형태로서만 표시되어 있을 뿐이다. 이것의 실제 가동시 연속 주조 장치는 다른 무수한 구성품을 포함하고 있으나, 여기에서는 설명의 편의와 명백성 때문에 생략하였다.

본 연속 주조 장치는 프레임(frame)조립체 위에서 자유자재로 회전이 가능하게 설치된 회전 주형링 45로 구성되어 있고 원주상의 홈 46은 주형 링의 원주상에 있다.

무단 유연성 금속밴드 48은 주형링의 홈 46에 의해 한정지어진 일조의 밴드 지지로울러 49 뿐만 아니라, 주형링 45와 그리고 A와 B점 사이에 놓여있는 금속 밴드 48을 둘러싼다. 회전 구동장치 50은 동일한 회전을 위하여 주형링 45에 기계적으로 연결되어 있다.

주입관 39가 A점에서 주조 주형의 입구에 곧바로 용융 금속이 흐를 수 있게끔 주입용기 20을 주형 링 45 위에 설치하고 적절한 지지구조(도면에는 없음)에 의해 바로 그 위치에 지지되어 있다. 작동시에 용융 금속은 용융로(도면에는 없음)로부터 주입용기 20에 공급되고, 또 이 용융 금속은 주입구 39를 통하여 용기 20으로부터 연속 주조 주형에 부어진다. 회전 구동장치 50은 출구 B점으로 금속을 운반하기 위하여 주형링 45를 회전시키고 있다. 용융 금속이 B점에 이르는 때에 그것이 고체 주조봉 52의 형태가 되도록 하기 위해 도표에 표시되어 있지는 않지만, 금속이 이동하는 동안 금속을 부분적으로 냉각시키고 응고시키기 위해 A점과 B점 사이에 냉각 장치와 다른 장치들이 있다.

본 주조장치는 연속형에서 작동하기 때문에 일정한 주조봉의 생산을 위하여 거의 일정한 유출 속도로 용융 금속을 연속주조 주형에 유입시키는 것이 필요하다. 본 발명의 주입 용기 20은 용융로로부터 용기에의 불균일한 공급에 의해 발생하는 주입용기 속의 용융 금속의 총량의 변동에도 불구하고 주형링에 일정한 주입 유속으로 용융 금속을 유지시키기 위해 용융 금속을 효과적으로 운반할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 주입 용기는 계량기를 계속적으로 조절할 필요가 없이 용융 금속의 주입 유속의 변동을 효과적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

물론, 주입 유속의 보다 고르고 정밀한 조절을 하기 위하여, 또 전생산 속도를 임의로 변화시키기 위하여, 주입구로 향하는 출구의 넓이를 조절하기 위하여, 계량기를 주입 용기 20과 연결하여 사용할 수 있다. 이러한 계량기 40은 제2 및 제3도에 나타나 있다.

계량기 40은 제1도에 나타나 있는 것과 유사한 것으로서 잘 알려진 장치이며, 본 발명에 이해하기 위해 더 이상의 설명은 필요없을 것이다.

이상의 실례에 의하여, 본 발명이 설명되었으나 다음의 사항도 이해해야 한다. 즉 당 분야의 숙련된 기술자가 본 발명의 정신과 특허청구 범위내에서 본 발명의 많은 수정과 개량을 행할 수 있다.

Claims (1)

1. 주입 용기에 용융 금속을 공급하고 유출구를 갖는 공급장치, 유출구로부터 유출되는 용융 금속의 성형장치, 일정체적을 갖고 일정선단까지 용융 금속을 담고 상부 용기와 하부 용기로 구성되며 연속적으로 용융 금속을 받기 위한 상부 용기의 주입구, 하부 용기의 아랫부분에 유출구를 가지는 주입 용기를 포함하는 연속 주조기계에 있어서 : 개선된 상부 용기는 최상의 자유단부, 대향단부벽과 자유단부로부터 아래로 뻗치는 대향수직측벽으로 한정지어지고 ; 개선된 하부 용기는 저벽부, 대향단부벽과 아래로 향하는 경사진 대향측벽, 하부 용기 단부벽과 상부 용기 단부벽의 저부선단으로부터 아래로 뻗치는 경사진 측벽과 수직측벽에 의해 한정지어지고 ; 상부 용기의 평균 횡단면적이 하부 용기보다 더 크고, 상부 용기의 용적이 하부 용기의 용적보다 20-40% 더 큰 유효용적과 유효한 평균 횡단면적을 갖음으로 해서, 주입 용기의 금속의 단위용적당 유속의 변화로부터 일어나는 상부의 변화속도가 같은 용적의 종래의 주입용기와 비교해서 감소되는 것을 특징으로 하는 용융금속 주입 용기.

Images