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WO2011027930A1 - 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치 및 이를 이용한 진공융해방법 - Google Patents

전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치 및 이를 이용한 진공융해방법 Download PDF

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Publication number
WO2011027930A1
WO2011027930A1 PCT/KR2009/005486 KR2009005486W WO2011027930A1 WO 2011027930 A1 WO2011027930 A1 WO 2011027930A1 KR 2009005486 W KR2009005486 W KR 2009005486W WO 2011027930 A1 WO2011027930 A1 WO 2011027930A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vacuum
vacuum melting
molten metal
melting
melting chamber
Prior art date
Application number
PCT/KR2009/005486
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
고동근
Original Assignee
주식회사 엔티티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엔티티 filed Critical 주식회사 엔티티
Publication of WO2011027930A1 publication Critical patent/WO2011027930A1/ko

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/04—Crucible or pot furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/04—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/04—Refining by applying a vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum melting apparatus using electron stirring and a vacuum melting method thereof. More particularly, the composition of the molten metal is melted by melting the light metal raw material by a heating unit in a high vacuum state, and by stirring it by an electron stirring unit.
  • the present invention relates to a light metal vacuum melting apparatus using electron stirring and a vacuum melting method using the same, which improves uniformity, improves melting efficiency, gas (bubble) removing efficiency, and the like, thereby producing high quality molten metal.
  • light metals are lighter in weight than titanium (specific gravity 4.5), and typically beryllium (specific gravity 1.85), magnesium (1.74), aluminum (2.7), titanium (4.5), and the like.
  • specific gravity 4.5 titanium
  • beryllium specific gravity 1.85
  • magnesium (1.74)
  • aluminum 2.7
  • titanium titanium
  • titanium is widely used in aircraft materials.
  • alkali metals (1 or less) such as silicon (2.3), yttrium (4.3), sodium, potassium, lithium, etc.
  • alkaline earth metals such as calcium (1.5) also enter the light metal, but in general, the light metal Point out the four metals listed above as the material.
  • magnesium is the eighth most abundant element, accounting for about 2.7% of the planet.
  • Magnesium alloy has a specific gravity of 1.79 ⁇ 1.81, which is light and has a weight reduction effect of about 70% compared to steel, and is applied to a wide range of fields due to its excellent strength, castability, machinability, electromagnetic shielding ability, vibration and shock absorption ability. Its usage is increasing rapidly.
  • a die casting method is mainly used, and the die casting method includes a hot chamber, a cold chamber, thixomolding, and the like.
  • the mold casting machine and the light metal melting furnace are separately configured, and the molten molten metal is poured into the injection sleeve of the mold casting machine, and the molten metal is pressed by an injection plunger and injected into the mold.
  • the hot chamber method is a method in which an injection cylinder is installed in a melting furnace and pressurized so that a high temperature molten metal flows into a mold.
  • the thixomolding method is a combination of the conventional injection molding method and the metal die casting method, and uses light metal raw materials in the form of chips such as resin injection.
  • magnesium when used as the raw material for the die casting method, it is ignited when it is melted in the air. Therefore, measures to prevent oxidation of the molten metal are necessary. Therefore, when the magnesium alloy is melted, a large amount of flame retardant flux (SF 6 + CO 2 mixed gas) or inert gas is injected into the melting furnace. It is regulated. In addition, since the price is also rising, the melting of magnesium alloy by the die casting method has a relatively high production cost in terms of production cost and causes air pollution.
  • flame retardant flux SF 6 + CO 2 mixed gas
  • thixomolding stores raw materials in the form of chips in a hopper, feeds magnesium alloy chips into cylinders, moves them forward by the rotation of the screw, and simultaneously heats them into a slurry phase having a predetermined solid phase rate.
  • the slurry is filled in the molding part of the mold by the fast forward motion of the screw.
  • raw materials in the form of chips are quite expensive, and scraps (molding defects, runners, gates) generated during metal forming are also impossible to reuse, which results in high raw materials.
  • the present invention has been made in view of the above, and the composition of the molten metal is made uniform by melting the light metal raw materials by the heating unit in a high vacuum state and by stirring the electrons by the electron stirring unit, and melting efficiency and gas ( It is an object of the present invention to provide a light metal vacuum melting apparatus using an electron stirring and a vacuum melting method using the same, which can improve bubble removal efficiency and generate high quality molten metal.
  • Vacuum melting apparatus of the present invention for achieving the above object
  • Vacuum melting chamber provided with an air discharge pipe on the upper side;
  • a first material input pipe connected to one side of the vacuum melting chamber and communicatively connected to one side of the vacuum melting chamber;
  • a second material introduction tube connected between the first material introduction tube and the vacuum melting chamber
  • a heating unit for melting installed on an outer side of the vacuum melting chamber
  • An electronic stirring unit installed outside the heating unit for melting and having a spiral coil embedded therein;
  • First and second vacuum valves installed at both ends of the first material input pipe
  • a first molten metal heat insulating tube communicating with the other side of the vacuum melting chamber
  • the heating unit for melting is disposed on the lower outer peripheral surface of the vacuum melting chamber, the heating unit for thermal insulation is disposed on the outer peripheral surfaces of the first and second molten metal insulation tube.
  • a material input support is disposed at the rear of the second vacuum valve, and a charge plunger is installed at the rear of the material input support so as to move forward and backward.
  • the first and second vacuum valves are provided with a valve housing, a drive cylinder installed at an upper end of the valve housing, an operating rod vertically operated by the drive cylinder, and a valve body provided at an end of the operating rod, respectively.
  • the valve element of the second vacuum valve has a plug hole at one side thereof, and is configured such that a charging plunger is inserted into the plug hole.
  • a molten metal valve cylinder is installed at an upper end of the second molten metal heat insulating tube, and an operating rod vertically operated by the molten metal valve cylinder and a molten valve body installed at an end of the operating rod are installed inside the second molten metal heat insulating tube.
  • the charging plunger is advanced again to close the plug hole of the second vacuum valve, and then open the air discharge pipe on one side of the first material input pipe to open the inside of the first material input pipe.
  • the space is formed in a vacuum state, and the vacuum degree of the material introduction pipe is the same as that of the vacuum melting chamber, the first and second molten metal insulation tubes, the first vacuum valve is opened, and the charging plunger is advanced to light metal.
  • the predetermined amount of molten metal is stored and stored in the vacuum melting chamber, the first and second molten metal insulation tubes by repeating the preparing of the light metal raw material (S1), the filling of the light metal raw material (S2), and the melting of the light metal raw material (S3). Characterized in that.
  • the molten metal is characterized in that it is kept at a temperature of about 10 ⁇ 200 °C lower than the melting point of the light metal raw materials.
  • the first and second material injection pipes can be fed into the light metal raw material in a high vacuum state by a plurality of vacuum valves on the outside of the vacuum melting chamber, and vacuum melting operation in the vacuum melting chamber is very high. There is an advantage that is made smoothly.
  • the present invention by disposing a heating unit on the outside of the vacuum melting chamber, an electronic stirring unit on the outside of the heating unit to significantly improve the dissolution efficiency of light metal raw materials and to significantly improve the degassing effect and light metal alloy There is an advantage that the composition of the molten metal becomes uniform.
  • FIG. 1 is a partial cutaway perspective view showing a vacuum melting apparatus of a light metal according to an embodiment of the present invention.
  • 2 to 4 is a view showing a step of preparing a light metal raw material according to the present invention.
  • 5 to 10 is a view showing a charging step of the light metal raw material according to the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a melting step of light metal raw materials according to the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a step of keeping the molten metal according to the present invention.
  • FIG. 13 and 14 are views showing the tapping step of the molten metal according to the present invention.
  • FIG. 1 is a partial cutaway perspective view showing a light metal vacuum melting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the light metal vacuum melting apparatus is a vacuum melting chamber 10, the first material input pipe 40, the first material input pipe (40) which is communicatively connected to one side of the vacuum melting chamber 10 ( 40 and the first and second vacuum valves 30 and 50 respectively installed at both ends of the first material introduction pipe 40 and the first material introduction pipe 40 connected between the vacuum melting chamber 10 and the vacuum melting.
  • the first molten metal heat insulating tube 70 communicated with the other side of the chamber 10, and the second molten metal heat insulating tube 80 communicating with the first molten metal heat insulating tube 70.
  • a molten metal is accommodated therein, and an air discharge pipe 11 is provided on an upper side thereof, and an air discharge valve is installed in the air discharge pipe 11. Through the air discharge valve and the air discharge pipe 11, the interior of the vacuum melting chamber 10 is in a vacuum state.
  • a melting heating unit 15 is disposed on the outer circumferential surface of the vacuum melting chamber 10, in particular, a lower outer circumferential surface, and the melting heating unit 15 is a kind of electric heating device, and a light metal raw material introduced into the vacuum melting chamber 10. It is configured to apply a predetermined heat to melt (1).
  • the electromagnetic stirring unit 16 is disposed outside the heating unit 15 for melting, and is provided with a spiral coil 16a therein to generate an electromagnetic field as electricity is applied to the coil 16a side. It is composed.
  • One side of the vacuum melting chamber 10 is connected to the first material input pipe 40 in communication with each other, the second material input pipe 42 between the first material input pipe 40 and the vacuum melting chamber 10 is Connected.
  • One end of the second material introduction pipe 42 is directly connected to one side of the vacuum melting chamber 10, and the other end of the second material introduction pipe 42 is connected to the first material introduction pipe 40. .
  • a flange 42a is formed at the other end of the second material introduction pipe 42, and the flange 42a is sealingly coupled to one side of the valve housing 33 of the first vacuum valve 30.
  • the light metal raw material 1 is introduced into the inner space of the first material input pipe 40 and the second material input pipe 42, and an air discharge pipe 41 is installed at one side of the first material input pipe 40.
  • the air discharge valve 41 is provided with an air discharge valve.
  • First and second vacuum valves 30 and 50 are installed at both ends of the first material input pipe 40, respectively, and the air discharge pipe 41 and the first and second vacuum valves 30 and 50 may be operated together. As a result, the internal space of the material introduction pipe 40 is in a vacuum state.
  • Flanges 40a and 40b are formed at both ends of the first material input pipe 40, respectively, and the first and second vacuum valves 30 and 50 are individually sealed to the flange of the first material input pipe 40. do.
  • the first vacuum valve 30 is the valve housing 33, the driving cylinder 35 installed on the upper end of the valve housing 33, the operation rod 34 which is operated up and down by the driving cylinder 35, the operation rod 34
  • the valve body 31 provided in the edge part is provided.
  • Both sides of the valve housing 33 are sealingly coupled to the other end flange 42a of the second material input pipe 42 and one end flange 40a of the first material input pipe 40, respectively.
  • the operation rod 34 is operated up and down, and the valve body 31 is operated by the operation of the operation rod 34 up and down by the other material input pipe 42.
  • the stage and one end of the first material input pipe 40 are opened and closed.
  • the second vacuum valve 50 includes a valve housing 53, a driving cylinder 55 installed at an upper end of the valve housing 53, an operation rod 54 operating up and down by the driving cylinder 55, and an operation rod 54.
  • the valve body 51 provided in the edge part is provided.
  • the other end flange 40b of the first material input pipe 40 is sealingly coupled to the valve housing 53.
  • the operation rod 54 is operated up and down, and the valve body 51 is connected to the other end of the first material input pipe 40 by the operation of the operation rod 54 up and down. Open and close
  • the valve body 51 has a plug hole 51a on one side thereof, and is configured such that the charging plunger 60 is inserted into the plug hole 51a. Accordingly, even when the valve body 51 of the second vacuum valve 50 closes the other end of the first material injection pipe 40, the charging plunger 60 can move forward while penetrating the plug hole 51a. By the forward operation of the charging plunger 60, the light metal raw material 1 can be charged into the vacuum melting chamber 10.
  • a material input support 66 is disposed behind the second vacuum valve 50, and the material input support 66 has an arc-shaped cross section.
  • a charging plunger 60 is installed at the rear of the material input support 66 so as to be able to move back and forth.
  • a light metal raw material 1 in a solid state is located, and the light metal raw material 1 is connected to the first material input pipe 40 and the second material input pipe 42 by the charging plunger 60. You can move inside.
  • the other side of the vacuum melting chamber 10 is inclinedly communicated with the first molten metal insulation tube 70 at a predetermined angle, and the second molten metal insulation tube 80 is obliquely communicated with the first molten metal insulation tube 70 at a predetermined angle.
  • a molten valve cylinder 90 is installed at an upper end of the second molten metal heat insulating tube 80, and an operating rod 91 and an upper and lower operation operated by the molten valve cylinder 90 are operated inside the second molten metal heat insulating tube 80.
  • the molten valve body 85 provided in the edge part of the rod 91 is provided.
  • the hydraulic rod or the pneumatic pressure is applied to the molten valve cylinder 90, the operation rod 91 is operated up and down, and the molten valve body 85 is configured to open and close the injection hole of the second molten metal insulation tube (80). .
  • an insulating heating unit 75 may be disposed on the outer circumferential surfaces of the first and second molten metal insulating tubes 70 and 80, and the insulating heating unit 75 is a kind of electrical heating device. 2 It is configured to prevent the solidification of the molten metal and to keep warm by applying a predetermined heat to the molten heat insulating tube (70, 80) side.
  • the mold casting machine of various structures is connected to the injection hole of the second molten metal heat insulating tube 80, and the die casting machine of the present invention is a die casting machine (patent registration No. 10-0578257) and a vertical vacuum squeeze casting machine (patent of the present invention). 10-0572583), vertical vacuum forging machine (Patent No. 10-0572589), vacuum gravity mold casting machine (Patent No. 10-0572581) and the like may be referred to.
  • the vacuum melting chamber 10 is opened by opening the air discharge valve of the air discharge pipe 11. ), The second material injection tube 42, the first and the second molten metal insulation tube (70, 80) inside to form a vacuum. Then, the light metal raw material 1 is placed in the material input support 66.
  • the second vacuum valve 50 is opened as shown in FIG. 3, and the charging plunger 60 is advanced as shown in FIG. 4 to push the light metal raw material 1 into the first material input pipe 40.
  • the second vacuum valve 50 is closed and operated as shown in FIG. 6, and then the charging plunger 60 is advanced again to the plug hole 51a of the valve body 51. Insert it.
  • the charging plunger 60 closes the plug hole 51a of the valve body 51.
  • the air discharge valve of the air discharge pipe 41 is opened to form the internal space of the first material input pipe 40 in a vacuum state.
  • the air discharge valve of the air discharge pipe 41 is closed, and the first vacuum valve 30 is opened.
  • the charging plunger 60 is advanced as shown in FIG. 8 to charge the light metal raw material 1 into the vacuum melting chamber 10, and the charging plunger 60 is reversed as shown in FIG. 9 and the first vacuum valve ( 30) close. At this time, the charging plunger 60 moves backward to maintain the plug hole 51a of the second vacuum valve 50 in a closed state.
  • the charging plunger 60 is reversed so as to be separated from the plug hole 51a of the second vacuum valve 50, thereby destroying the internal vacuum of the first material injection pipe 40.
  • the light metal raw material 1 charged in the vacuum melting chamber 10 is melted by operating the heating unit 15 for melting.
  • the electromagnetic stirring unit 16 is operated to generate an electromagnetic field by the coil 16a of the electromagnetic stirring unit 16, and the light metal raw material 1 is stirred while the electromagnetic field is melted.
  • the gas inside the molten metal 2 is effectively separated, and furthermore, since the inside of the vacuum melting chamber 10 is in a vacuum state, the degassing effect is further maximized, and the composition of the molten metal alloy
  • the molten metal 2 stored in the vacuum melting chamber 10 by being uniform has an advantage in that its quality is very high.
  • the molten metal 2 in the first and second molten metal heat insulating tubes 70 and 80 by the heating operation of the heating unit 75 for warming is kept warm in a state where the solidification is prevented and is kept constant.
  • the molten metal 2 is kept at a temperature about 10 to 200 ° C. lower than the melting point of light metal raw materials.
  • the molten metal valve 85 is opened to tap the molten metal 2 to a mold casting machine (not shown), and the molten metal valve body 85 is closed as shown in FIG. It can be temporarily stored in the first and second molten metal insulation tube (70, 80).

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Abstract

본 발명은 경금속 진공융해장치 및 그 진공융해방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고진공도 상태에서 경금속 원재료를 가열유닛에 의해 융해시킴과 더불어 전자교반유닛에 의해 전자교반시킴으로써 용탕의 조성이 균일해지며, 융해효율, 가스(기포) 제거효율 등을 향상시키고, 이에 양질의 용탕을 생성할 수 있는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치 및 이를 이용한 진공융해방법에 관한 것이다. 본 발명의 진공융해장치는, 상측에 공기배출관이 구비되는 진공융해챔버; 상기 진공융해챔버의 일측에 소통가능하게 연결되고, 일측에 공기배출관이 구비되는 제1재료투입관; 상기 제1재료투입관과 상기 진공융해챔버 사이에 연결되는 제2재료투입관; 상기 진공융해챔버의 외측에 설치되는 용융용 가열유닛; 상기 용융용 가열유닛의 외측에 설치되고, 나선형 코일이 내장된 전자교반유닛; 상기 제1재료투입관의 양단에 각각 설치되는 제1 및 제2 진공밸브; 상기 진공융해챔버의 타측에 연통되는 제1용탕보온관; 및 상기 제1용탕보온관에 연통되는 제2용탕보온관;을 포함한다.

Description

전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치 및 이를 이용한 진공융해방법
본 발명은 전자교반을 이용한 진공융해장치 및 그 진공융해방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고진공도 상태에서 경금속 원재료를 가열유닛에 의해 융해시킴과 더불어 전자교반유닛에 의해 전자교반시킴으로써 용탕의 조성이 균일해지며, 융해효율, 가스(기포) 제거효율 등을 향상시키고, 이에 양질의 용탕을 생성할 수 있는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치 및 이를 이용한 진공융해방법에 관한 것이다.
일반적으로, 경금속은 티타늄(비중 4.5)보다도 비중이 가벼운 금속으로 일반적으로 베릴륨(비중 1.85)·마그네슘(1.74)·알루미늄(2.7)·티타늄(4.5) 등이 대표적이다. 이 가운데 가장 빨리 실용화된 것은 알루미늄이고 티타늄은 항공기 재료로 많이 쓰이고 있다. 비중이 작은 관점에서는 규소(2.3)·이트륨(4.3)이나 나트륨·칼륨·리튬 등의 알칼리 금속(1 이하) 및 칼슘(1.5)과 같은 알칼리 토금속도 경금속에 들어가지만, 보통 경금속이라고 할 경우에는 구조용 재료가 되는, 앞에 예로 든 4가지 금속을 가리킨다.
이 중에서 가장 빨리 실용화된 것은 알루미늄으로, 20세기 초 두랄루민이라고 하는 강력합금이 발명되었는데, 같은 중량당의 강도가 일반용 강재의 3배 가까이나 되어 때마침 발달하기 시작한 항공기의 발전에 크게 기여하였다. 그 후에 다시 비중이 가벼운 구조재료가 필요해져 마그네슘이 공업적으로 생산되어, 여러 가지 강력한 마그네슘합금을 만들어냈다.
또한, 1940년대 중엽부터 티타늄이 공업적으로 생산되어 여러 가지 티타늄합금이 사용되면서 오늘날 초음속 항공기의 생산이 가능해졌다. 베릴륨은 가공해서 얇은 판으로 한다든가, 완성된 판을 구부려도 갈라지지 않을 정도의 점도(粘度)를 가지도록 개량하는 데 시간이 걸리기는 하였으나, 1960년대 중엽에는 우주개발용을 위시하여 항공용으로도 사용하게 되었다. 또 베릴륨은 열중성자(熱中性子)를 흡수하지 않으므로 원자로의 구조재로서도 우수하다.
특히, 마그네슘 원소는 지구상의 약 2.7%를 차지하면서 8번째로 풍부하게 존재한다. 마그네슘합금은 비중이 1.79~1.81로서 가볍고 철강대비 70% 내외의 중량감소 효과가 있으며, 비강도, 주조성, 기계가공성, 전자파차폐능, 진동 및 충격흡수능 등이 우수하여 폭넓은 분야에 응용되고 있고 그 사용량이 급증하고 있는 추세이다.
이러한 경금속 주조법의 대표적인 예로서 다이캐스팅법이 주로 이용되고 있으며, 다이캐스팅법에는 핫챔버(Hot chamber), 콜드챔버(Cold chamber), 틱소몰딩(Thixomolding) 등이 있다.
콜드챔버 방식은 금형주조성형기 및 경금속 융해로를 개별적으로 구성하고, 융해된 용탕을 금형주조성형기의 사출슬리브 속에 부어 사출플런저에 의해 그 용탕을 가압하여 금형에 주입하는 방식이다. 핫챔버 방식은 사출실린더를 융해로 내에 설치하여 고온의 용탕을 금형에 유입되도록 가압하여 성형하는 방식이다. 틱소몰딩 방식은 기존의 사출성형공법과 금속 다이캐스팅공법을 접목시킨 기술로서 수지사출과 같이 칩형태의 경금속 원재료를 사용한다.
한편, 다이캐스팅법에 마그네슘을 원재료로 사용하는 경우, 대기 중에서 융해시키면 발화하기 때문에 용탕의 산화방지 대책이 필요하다. 이에, 마그네슘합금 융해 시에 융해로 내에 방연 플럭스(SF6 + CO2 혼합가스) 또는 불활성가스를 다량으로 주입하고 있는데, 이러한 플럭스(Flux)는 온실가스로서 대기환경에 악영향을 미치므로 그 사용이 규제되고 있다. 그리고, 가격 또한 상승하고 있기 때문에 다이캐스팅법에 의한 마그네슘합금의 융해는 생산비용적인 측면에서 그 생산비가 비교적 높고, 대기오염을 일으키는 문제가 있었다.
또한, 틱소몰딩은 호퍼에 칩 형태의 원재료를 저장하고 실린더 내로 마그네슘합금 칩을 공급하여 스크류의 회전에 의해 전방으로 이동시킴과 동시에 가열하며, 소정의 고상율을 갖는 슬러리 상으로 만든 다음, 이 금속슬러리를 스크류의 고속전진운동에 의해 금형의 성형부 내에서 충전시키는 방식이다. 하지만, 칩 형태의 원재료는 상당히 고가이며, 금속성형 시에 발생하는 스크랩(성형불량품, 런너(runner), 게이트(gate)) 또한 재사용이 불가능하기 때문에 원재료값이 높은 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 고진공도 상태에서 경금속 원재료를 가열유닛에 의해 융해시킴과 더불어 전자교반유닛에 의해 전자교반시킴으로써 용탕의 조성이 균일해지며, 융해효율, 가스(기포) 제거효율 등을 향상시키고, 이에 양질의 용탕을 생성할 수 있는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치 및 이를 이용한 진공융해방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공융해장치는,
상측에 공기배출관이 구비되는 진공융해챔버;
상기 진공융해챔버의 일측에 소통가능하게 연결되고, 일측에 공기배출관이 구비되는 제1재료투입관;
상기 제1재료투입관과 상기 진공융해챔버 사이에 연결되는 제2재료투입관;
상기 진공융해챔버의 외측에 설치되는 용융용 가열유닛;
상기 용융용 가열유닛의 외측에 설치되고, 나선형 코일이 내장된 전자교반유닛;
상기 제1재료투입관의 양단에 각각 설치되는 제1 및 제2 진공밸브;
상기 진공융해챔버의 타측에 연통되는 제1용탕보온관; 및
상기 제1용탕보온관에 연통되는 제2용탕보온관;을 포함한다.
상기 용융용 가열유닛은 상기 진공융해챔버의 하부 외주면에 배치되고, 상기 제1 및 제2 용탕보온관의 외주면에는 보온용 가열유닛이 배치된다.
상기 제2진공밸브의 후방에는 재료투입받침대가 배치되고, 상기 재료투입받침대의 후방에는 장입플런저가 전후진 가능하게 설치된다.
상기 제1 및 제2 진공밸브는 밸브하우징, 밸브하우징의 상단에 설치된 구동실린더, 상기 구동실린더에 의해 상하 작동하는 작동로드, 상기 작동로드의 단부에 설치된 밸브체를 각각 구비하고,
상기 제2진공밸브의 밸브체는 그 일측에 플러그구멍을 가지고, 상기 플러그구멍에는 장입플런저가 삽입되도록 구성된다.
상기 제2용탕보온관의 상단에는 용탕밸브실린더가 설치되고, 상기 제2용탕보온관의 내부에는 용탕밸브실린더에 의해 상하 작동하는 작동로드 및 상기 작동로드의 단부에 설치된 용탕밸브체가 설치된다.
한편, 본 발명에 의한 진공융해방법은,
제1진공밸브와 용탕밸브체의 폐쇄작동 및 상기 진공융해챔버의 상측 공기배출관의 개방작동에 의해 진공융해챔버, 제1 및 제2 용탕보온관 내부를 진공상태로 조성하고, 제2진공밸브를 개방시킨 후에 장입플런저를 전진시켜 경금속 원재료를 상기 제1재료투입관 내로 밀어넣는 경금속 원재료의 준비단계(S1);
상기 장입플런저를 후진시키고 제2진공밸브를 폐쇄한 후에 다시 장입플런저를 전진시켜 제2 진공밸브의 플러그구멍을 막은 후 제1재료투입관의 일측 공기배출관을 개방함으로써 상기 제1재료투입관의 내부공간을 진공상태로 조성하고, 상기 재료투입관의 진공도를 상기 진공융해챔버, 제1 및 제2 용탕보온관의 진공도와 동일하게 한 후에 상기 제1진공밸브를 개방시킨 후 장입플런저를 전진시켜 경금속 원재료를 상기 진공융해챔버 내로 장입하는 경금속 원재료의 장입단계(S2);
용융용 가열유닛을 작동시킴으로써 상기 진공융해챔버 내의 경금속 원재료를 용융시킴과 더불어, 전자교반유닛을 작동시켜 용탕을 교반시키는 경금속 원재료의 용융단계(S3);
상기 용탕을 상기 진공융해챔버를 통해 상기 제1 및 제2 용탕보온관에 일시 저장하고, 상기 보온용 가열유닛의 가열작동에 의해 제1 및 제2 용탕보온관 내의 용탕의 응고를 방지하면서 보온하는 용탕의 보온단계(S4);를 포함한다.
상기 경금속 원재료의 준비단계(S1), 경금속 원재료의 장입단계(S2), 경금속 원재료의 용융단계(S3)를 반복함으로써 일정량의 용탕을 상기 진공융해챔버, 제1 및 제2 용탕보온관 내에 보관저장하는 것을 특징으로 한다.
상기 용탕의 보온단계에서, 용탕은 경금속 원재료의 융점 보다 10~200℃ 정도 낮은 온도로 보온되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명은, 진공융해챔버의 외측에 제1 및 제2 재료투입관이 복수의 진공밸브에 의해 고진공 상태에서 경금속 원재료를 투입할 수 있고, 이에 진공융해챔버 내에서 진공융해작동이 매우 원활하게 이루어지는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 진공융해챔버의 외측에 가열유닛을 배치하고, 가열유닛의 외측에 전자교반유닛을 설치함으로써 경금속 원재료의 용해효율을 대폭 향상시킴과 더불어 탈가스효과를 대폭 향상시킬 수 있고 경금속합금의 용탕의 조성이 균일해지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경금속의 진공융해장치를 도시한 부분 절취 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 경금속 원재료의 준비단계를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명에 의한 경금속 원재료의 장입단계를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 의한 경금속 원재료의 용융단계를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 의한 용탕의 보온단계를 도시한 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 의한 용탕의 출탕단계를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경금속 진공융해장치를 도시한 부분 절취사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 경금속 진공융해장치는 진공융해챔버(10), 진공융해챔버(10)의 일측에 소통가능하게 연결되는 제1재료투입관(40), 제1재료투입관(40)과 진공융해챔버(10) 사이에 연결되는 제2재료투입관(42), 제1재료투입관(40)의 양단에 각각 설치된 제1 및 제2 진공밸브(30, 50), 진공융해챔버(10)의 타측에 연통되는 제1용탕보온관(70), 제1용탕보온관(70)에 연통되는 제2용탕보온관(80)을 포함한다.
진공융해챔버(10)는 그 내부에 용탕이 수용되고, 그 상측에는 공기배출관(11)이 구비되며, 이 공기배출관(11)에는 공기배출밸브가 설치된다. 공기배출밸브 및 공기배출관(11)을 통해 진공융해챔버(10)의 내부는 진공상태가 된다.
진공융해챔버(10)의 외주면 특히, 하부 외주면에는 용융용 가열유닛(15)이 배치되고, 이 용융용 가열유닛(15)은 전기적 가열장치의 일종으로 진공융해챔버(10) 내로 투입되는 경금속 원재료(1)를 용융시키도록 소정의 열을 인가하도록 구성된다.
전자교반유닛(16)은 용융용 가열유닛(15)의 외측에 배치되고, 그 내부에 나선형의 코일(16a)이 구비되며, 이 코일(16a)측에 전기가 인가됨에 따라 전자기장을 발생시키도록 구성된다. 이러한 전자교반유닛(16)의 전자기장에 의해 용탕(2)을 교반시킴으로써 용탕(2) 내의 탈가스효과를 높일 수 있는 장점이 있다.
진공융해챔버(10)의 일측에는 제1재료투입관(40)이 소통가능하게 연결되고, 제1재료투입관(40)과 진공융해챔버(10) 사이에는 제2재료투입관(42)이 연결된다.
제2재료투입관(42)은 그 일단이 진공융해챔버(10)의 일측에 직접적으로 소통되게 연결되고, 제2재료투입관(42)의 타단에는 제1재료투입관(40)이 연결된다. 제2재료투입관(42)의 타단에는 플랜지(42a)가 형성되고, 이 플랜지(42a)는 제1진공밸브(30)의 밸브하우징(33) 일측에 밀봉적으로 결합된다.
제1재료투입관(40) 및 제2재료투입관(42)의 내부공간에는 경금속 원재료(1)가 투입되고, 제1재료투입관(40)의 일측에는 공기배출관(41)이 설치되며, 공기배출관(41)에는 공기배출밸브가 설치된다. 제1재료투입관(40)의 양단에는 제1 및 제2 진공밸브(30, 50)가 각각 설치되고, 공기배출관(41), 제1 및 제2 진공밸브(30, 50)의 상호작동에 의해 재료투입관(40)의 내부공간은 진공상태가 된다. 제1재료투입관(40)의 양단부에는 플랜지(40a, 40b)가 각각 형성되고, 제1재료투입관(40)의 플랜지에 제1 및 제2 진공밸브(30, 50)가 개별적으로 밀봉결합된다.
제1진공밸브(30)는 밸브하우징(33), 밸브하우징(33)의 상단에 설치된 구동실린더(35), 구동실린더(35)에 의해 상하 작동하는 작동로드(34), 작동로드(34)의 단부에 설치된 밸브체(31)를 구비한다.
밸브하우징(33)의 양측에는 제2재료투입관(42)의 타단 플랜지(42a) 및 제1재료투입관(40)의 일단 플랜지(40a)가 각각 밀봉적으로 결합된다.
구동실린더(35)에는 유압 또는 공압이 인가됨에 따라 작동로드(34)가 상하 작동하고, 이러한 작동로드(34)의 상하 작동에 의해 밸브체(31)는 제2재료투입관(42)의 타단과 제1재료투입관(40)의 일단을 개폐한다.
제2진공밸브(50)는 밸브하우징(53), 밸브하우징(53)의 상단에 설치된 구동실린더(55), 구동실린더(55)에 의해 상하작동하는 작동로드(54), 작동로드(54)의 단부에 설치된 밸브체(51)를 구비한다.
밸브하우징(53)에는 제1재료투입관(40)의 타단 플랜지(40b)가 밀봉적으로 결합된다.
구동실린더(55)에는 유압 또는 공압이 인가됨에 따라 작동로드(54)가 상하작동하고, 이러한 작동로드(54)의 상하 작동에 의해 밸브체(51)는 제1재료투입관(40)의 타단을 개폐한다. 그리고, 밸브체(51)는 그 일측에 플러그구멍(51a)을 가지고, 이 플러그구멍(51a)에는 장입플런저(60)가 삽입되도록 구성된다. 이에 제2진공밸브(50)의 밸브체(51)가 제1재료투입관(40)의 타단을 폐쇄한 상태에서도 장입플런저(60)가 플러그구멍(51a)을 관통하면서 전진작동할 수 있고, 이러한 장입플런저(60)의 전진작동에 의해 경금속 원재료(1)를 진공융해챔버(10) 내로 장입할 수 있다.
제2진공밸브(50)의 후방에는 재료투입받침대(66)가 배치되고, 재료투입받침대(66)는 원호상의 단면을 가진다. 재료투입받침대(66)의 후방에는 장입플런저(60)가 전후진 가능하게 설치된다. 재료투입받침대(66)에는 고체 상태의 경금속 원재료(1)가 위치하며, 이에 경금속 원재료(1)는 장입플런저(60)에 의해 제1재료투입관(40) 및 제2재료투입관(42) 내로 이동할 수 있다.
진공융해챔버(10)의 타측에는 제1용탕보온관(70)이 소정각도로 경사지게 연통되고, 제1용탕보온관(70)에는 제2용탕보온관(80)이 소정각도로 경사지게 연통된다.
제2용탕보온관(80)의 상단에는 용탕밸브실린더(90)가 설치되고, 제2용탕보온관(80)의 내부에는 용탕밸브실린더(90)에 의해 상하 작동하는 작동로드(91) 및 작동로드(91)의 단부에 설치된 용탕밸브체(85)가 설치된다. 이에, 용탕밸브실린더(90)에 유압 또는 공압이 인가됨에 따라 작동로드(91)가 상하 작동하고, 이에 용탕밸브체(85)는 제2용탕보온관(80)의 투입공을 개폐하도록 구성된다.
그리고, 제1 및 제2 용탕보온관(70, 80)의 외주면에는 보온용 가열유닛(75)이 배치될 수 있고, 이 보온용 가열유닛(75)은 전기적 가열장치의 일종으로 제1 및 제2 용탕보온관(70, 80) 측으로 소정의 열을 가하여 용탕의 응고를 방지함과 더불어 보온하도록 구성된다.
제2용탕보온관(80)의 투입공에는 다양한 구조의 금형주조성형기가 연결되고, 이러한 금형주조성형기로는 본 발명자의 다이케스팅기(특허등록 제10-0578257호), 수직진공 스퀴즈 캐스팅기(특허등록 제10-0572583호), 수직진공 용탕단조기(특허등록 제10-0572589호), 진공중력 금형주조기(특허등록 제10-0572581호) 등이 참조될 수도 있다.
도 2 내지 도 14는 본 발명의 진공융해장치의 작동 관계 및 이를 참조하여 본 발명의 진공융해방법을 상세히 설명한다.
S1: 경금속 원재료의 준비단계
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 용탕밸브체(85)와 제1 및 제2 진공밸브(30, 50)를 폐쇄작동시킨 후에 공기배출관(11)의 공기배출밸브를 개방시킴으로써 진공융해챔버(10), 제2재료투입관(42), 제1 및 제2 용탕보온관(70, 80) 내부를 진공상태로 조성한다. 그런 다음, 재료투입받침대(66)에 경금속 원재료(1)를 위치시킨다.
이어서, 도 3과 같이 제2진공밸브(50)를 개방시키고, 도 4와 같이 장입플런저(60)를 전진시켜 경금속 원재료(1)를 제1재료투입관(40) 내로 밀어넣는다.
S2: 경금속 원재료의 장입단계
도 5와 같이 장입플런저(60)를 후진시킨 후에 도 6과 같이 제2진공밸브(50)를 폐쇄작동시킨 후에 장입플런저(60)를 다시 전진시킴으로써 밸브체(51)의 플러그구멍(51a)에 삽입한다. 이에, 장입플런저(60)는 밸브체(51)의 플러그구멍(51a)을 폐쇄시킨다. 이런 상태에서 공기배출관(41)의 공기배출밸브를 개방함으로써 제1재료투입관(40)의 내부공간을 진공상태로 조성한다.
그런 다음, 제1재료투입관(40) 내의 진공도가 진공융해챔버(10), 제2재료투입관(42), 제1 및 제2 용탕보온관(70, 80)의 진공도와 동일하게 조성되면 도 7과 같이 공기배출관(41)의 공기배출밸브를 폐쇄함과 더불어 제1진공밸브(30)를 개방작동시킨다.
이어서, 도 8과 같이 장입플런저(60)를 전진시켜 경금속 원재료(1)를 진공융해챔버(10) 내로 장입하고, 다시 도 9와 같이 장입플런저(60)를 후진시킴과 더불어 제1진공밸브(30)를 폐쇄작동시킨다. 이때, 장입플런저(60)는 제2진공밸브(50)의 플러그구멍(51a)을 폐쇄한 상태로 유지시키도록 후진시킨다.
그 후, 도 10과 같이 장입플런저(60)를 제2진공밸브(50)의 플러그구멍(51a)으로부터 분리되도록 후진시킴으로써 제1재료투입관(40)의 내부 진공을 파기한다.
S3: 경금속 원재료의 용융단계
도 11에 도시된 바와 같이, 용융용 가열유닛(15)을 작동시킴으로써 진공융해챔버(10) 내에 장입된 경금속 원재료(1)를 용융시킨다. 그리고, 전자교반유닛(16)을 작동시킴으로써 전자교반유닛(16)의 코일(16a)에 의해 전자기장을 발생시키고, 이 전자기장에 의해 경금속 원재료(1)가 용융되면서 교반된다. 이와 같이 전자기장에 의해 교반됨에 따라 용탕(2)은 그 내부의 가스가 효과적으로 분리되고, 더욱이 진공융해챔버(10)의 내부가 진공상태이므로 탈가스효과가 더욱 극대화되며, 경금속합금의 용탕의 조성이 균일해짐으로써 진공융해챔버(10) 내에 저장된 용탕(2)은 그 품질이 매우 높은 장점이 있다.
S4: 용탕의 보온단계
그리고, 도 2 내지 도 11의 작동을 반복적으로 수행함으로써 도 12와 같이 일정량의 용탕(2)을 진공융해챔버(10)와 제1 및 제2 용탕보온관(70, 80) 내에 보온저장시킬 수 있다.
이때, 보온용 가열유닛(75)의 가열작동에 의해 제1 및 제2 용탕보온관(70, 80) 내의 용탕(2)은 그 응고가 방지된 상태로 보온되어 일정하게 유지된다. 이때, 용탕(2)은 경금속 원재료의 융점 보다 10~200℃ 정도 낮은 온도로 보온된다.
S5: 용탕의 출탕단계
그리고, 도 13과 같이 용탕밸브체(85)를 개방하여 용탕(2)을 금형주조성형기(미도시)측으로 일정량 출탕시킨 후에, 도 14와 같이 용탕밸브체(85)를 폐쇄하여 용탕(2)을 제1 및 제2 용탕보온관(70, 80) 내에 일시 저장할 수 있다.

Claims (8)

  1. 상측에 공기배출관이 구비되는 진공융해챔버;
    상기 진공융해챔버의 일측에 소통가능하게 연결되고, 일측에 공기배출관이 구비되는 제1재료투입관;
    상기 제1재료투입관과 상기 진공융해챔버 사이에 연결되는 제2재료투입관;
    상기 진공융해챔버의 외측에 설치되는 용융용 가열유닛;
    상기 용융용 가열유닛의 외측에 설치되고, 나선형 코일이 내장된 전자교반유닛;
    상기 제1재료투입관의 양단에 각각 설치되는 제1 및 제2 진공밸브;
    상기 진공융해챔버의 타측에 연통되는 제1용탕보온관; 및
    상기 제1용탕보온관에 연통되는 제2용탕보온관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융용 가열유닛은 상기 진공융해챔버의 하부 외주면에 배치되고, 상기 제1 및 제2 용탕보온관의 외주면에는 보온용 가열유닛이 배치되는 것을 특징으로 하는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2진공밸브의 후방에는 재료투입받침대가 배치되고, 상기 재료투입받침대의 후방에는 장입플런저가 전후진 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 진공밸브는 밸브하우징, 밸브하우징의 상단에 설치된 구동실린더, 상기 구동실린더에 의해 상하 작동하는 작동로드, 상기 작동로드의 단부에 설치된 밸브체를 각각 구비하고,
    상기 제2진공밸브의 밸브체는 그 일측에 플러그구멍을 가지고, 상기 플러그구멍에는 장입플런저가 삽입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2용탕보온관의 상단에는 용탕밸브실린더가 설치되고, 상기 제2용탕보온관의 내부에는 용탕밸브실린더에 의해 상하 작동하는 작동로드 및 상기 작동로드의 단부에 설치된 용탕밸브체가 설치되는 것을 특징으로 하는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중에서 어느 한항에 의한 진공융해장치를 이용한 진공융해방법으로서,
    제1진공밸브와 용탕밸브체의 폐쇄작동 및 상기 진공융해챔버의 상측 공기배출관의 개방작동에 의해 진공융해챔버, 제1 및 제2 용탕보온관 내부를 진공상태로 조성하고, 제2진공밸브를 개방시킨 후에 장입플런저를 전진시켜 경금속 원재료를 상기 제1재료투입관 내로 밀어넣는 경금속 원재료의 준비단계(S1);
    상기 장입플런저를 후진시키고 제2진공밸브를 폐쇄한 후에 다시 장입플런저를 전진시켜 제2 진공밸브의 플러그구멍을 막은 후 제1재료투입관의 일측 공기배출관을 개방함으로써 상기 제1재료투입관의 내부공간을 진공상태로 조성하고, 상기 재료투입관의 진공도를 상기 진공융해챔버, 제1 및 제2 용탕보온관의 진공도와 동일하게 한 후에 상기 제1진공밸브를 개방시킨 후 장입플런저를 전진시켜 경금속 원재료를 상기 진공융해챔버 내로 장입하는 경금속 원재료의 장입단계(S2);
    용융용 가열유닛을 작동시킴으로써 상기 진공융해챔버 내의 경금속 원재료를 용융시킴과 더불어, 전자교반유닛을 작동시켜 용탕을 교반시키는 경금속 원재료의 용융단계(S3);
    상기 용탕을 상기 진공융해챔버를 통해 상기 제1 및 제2 용탕보온관에 일시 저장하고, 상기 보온용 가열유닛의 가열작동에 의해 제1 및 제2 용탕보온관 내의 용탕의 응고를 방지하면서 보온하는 용탕의 보온단계(S4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 경금속 원재료의 준비단계(S1), 경금속 원재료의 장입단계(S2), 경금속 원재료의 용융단계(S3)를 반복함으로써 일정량의 용탕을 상기 진공융해챔버, 제1 및 제2 용탕보온관 내에 보관저장하는 것을 특징으로 하는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 용탕의 보온단계에서, 용탕은 경금속 원재료의 융점 보다 10~200℃ 정도 낮은 온도로 보온되는 것을 특징으로 하는 전자교반을 이용한 경금속 진공융해방법.
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