KR100209996B1 - 반응고 금속 혼합재의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

고 - 액 금속혼합재를 인정되게 연속제조하는 방법 및 장치에서, 비수지상 1차 고상입자가 잔류액상내로 분산되며 용융금속이 벽부재와 수평회전축선을 갖는 원통드럼으로 구성된 회전교반기 사이의 틈새 내로 주입된다.

Description

반 응고 금속 혼합재의 제조방법 및 그 장치

제1도는 반 응고 금속 혼합재의 고상분율과 겉보기 점성과의 관계를 나타내는 그래프.

제2a도는 본 발명에 따른 제1실시예의 장치를 나타내는 개략도.

제2b도는 제2a도의 장치의 정면도.

제3도는 제2a도의 장치의 냉각 교반부의 확대 개략도.

제4도는 본 발명에 따른 제2실시예의 개략도.

제5도는 본 발명에 따른 제3실시예의 종단면도.

제6도는 제5도의 장치의 밀봉부의 측단면도.

제7도는 제5도의 배출부의 확대 단면도.

제8도는 본 발명에 따른 제4실시예의 개략도.

제9도는 본 발명에 따른 제5실시예의 개략도.

제10도는 제1실시예의 작동에 있어서 교반기의 부하 토크를 일정하게 하기 위하여 틈새를 조절할 때, 부하토크와 시간과의 관계를 나타내는 그래프.

제11도는 제2실시예의 장치에서 배출시간에 대한 응고속도, 전단속도, 배출속도 및 고상분율간의 관계를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전교반기 2 : 물재킷

2a : 냉각벽 3 : 내화판

4 : 내화측판 6, 7 : 구동기구

9 : 응고편 10 : 반 응고 금속 혼합재

11 : 냉각수 12 : 벽부재

13 : 배출부 14 : 히터

15 : 레이들(ladle) 16 : 주입노즐

17 : 성형롤러 18, 23 : 스크레이핑(scraping) 부재

21 : 벽부재 21a : 내화벽

22 : 수냉회전 롤러 28 : 슬라이드 밸브

31 : 벨트 c : 틈새

본 발명은 비수지상 (非樹枝狀, non-dendritic) 의 1차 고상입자를 잔류 액상기지 (liquid matrix) 에 분산시킨 고상-액상 금속 혼합체 (이하, 반 응고 금속 혼합재라 칭한다.) 를 안정적이고 연속적으로 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

여기서 사용된 반 응고 금속 혼합재 (semi-solidified metal composition) 라는 용어의 의미는 용융금속 (일반적으로 용융합금) 을 냉각 도중에 격렬하게 교반시킴으로써, 잔류액상기지에 존재하는 수지상을, 실질적으로 제거 또는 감소시킨 구형 또는 입형 ( 비 수지상 1차 고상입자라 한다.) 의 상태로 변환시켜 상기 1차 고상입자를 액상기지에 분산시킨 것을 말한다.

반 응고 금속 혼합재는, 액상에 분산된 미세한 비수지상의 1차 고상 입자로 인한 주조품의 품질 향상 뿐만아니라 주조등과 같은 후속 공정에 있어서도 우수한 가공 특성을 나타낸다. 따라서, 반 응고 금속 혼합재의 제조에 있어서는 다음의 2가지 조건을 만족하여야 한다 :

(1) 수지상을, 수지상의 가지가 일반적으로 구형이나 입형으로 제거 또는 축소된 미세한 비수지상 1차 고상입자로 깨뜨리고 분리할 수 있는 격렬한 교반 작용과,

(2) 가능한 한 냉각속도를 증가시킬 수 있는 강력한 냉각 작용이 있어야 한다.

그러나, 반 응고 금속 혼합재의 제조에 있어서, 고상분율이 증가함에 따라 점성이 커지게 되며, 따라서 장치로부터 상기 반 응고 금속 혼합재를 연속적으로 배출하는 것이 곤란하게 되며 결국 배출 자체가 불가능하게 된다.

상기의 반 응고 금속 혼합재를 연속적으로 제조하기 위한 방법으로써, 일본 공개 특허 공보 제56-20944호에는, 교반기를 냉각하면서 고속회전시킴으로써, 용융금속을 원통형 냉각 교반조에서 격렬하게 교반하여, 잔류 액상기지의 수지상을, 수지상 가지가 구형 또는 입형으로 제거 또는 축소된 비수지상 1차 고상입자로 변환시키고, 상기 비수지상 1차 고상입자를 액상 기지에 분산시켜 반 응고 금속 혼합재의 슬러리(slurry)를 만들고, 냉각 교반조의 저면에 배치된 노즐로부터 연속적으로 배출하는 방법이 기재되어 있다.

상기 방법에서는, 용융금속이, 수직회전축을 가진 고속 회전 교반기와 동축으로 배열된 원통형 냉각교반조 사이의 틈새로 주입되어, 적절한 냉각과 격렬한 교반에 의해서 반 응고 상태가 되며, 다음에 반 응고 금속 혼합재가 되어 노즐에서 연속 배출된다. 상기 방법에 따르면, 냉각된 벽면상에서의 응고편(solidification shell) 의 형성 및 성장으로 인한 틈새의 막힘을 방지하기 위해서, 냉각속도는 2℃/s(Al - 10 % Cu 합금의 경우) 이하로 제한한다. 또한, 응고편의 성장때문에 교반정도, 냉각속도 및 배출속도의 조절이 곤란하다.

본 발명자들은 상기 기술에 대해서 검토한 결과 다음과 같은 문제점이 있음을 알았다.

(i) 교반 효과를 증진시키기 위해서는, 회전 교반기의 회전수를 증가시키거나, 냉각 교반조와 교반기 사이의 틈새를 작게하는 것이 효과적이다. 그러나, 회전수가 증가하면, 액상기지는 원심력에 의해 교반기로부터 벗어나려는 경향이 커지며, 따라서 가스를 혼합하게 될 위험이 커진다. 또한, 회전수의 증가는 구조 강도의 관점에서도 위험하다.

한편, 틈새가 작으면, 응고편이 용이하게 형성되고 점성저항이 커져서, 실용상 틈새는 작게 만들 수 없다.

(ii) 냉각속도를 증가시키기 위하여 강력한 냉각 수단을 채택할 경우, 냉각 벽면에 응고편이 형성되어 교반기에 부착되므로, 작동이 불가능하게 된다.

(iii) 초기 작동단계와 같은 비평형 열전달에서는, 온도 조절이 용이하지 않으며, 과냉각에 따라 응고편이 교반기에 부착될 수도 있다. 즉 작동을 안정적으로 시작하기가 어렵다.

(iv) 반 응고 금속 혼합재가 중력하에서 배출될 때, 냉각 교반조와 교반기 사이의 틈새를 통하여 반 응고 금속 혼합재를 통과시키는 힘은, 단지 중력에 따른 압력 뿐이며, 따라서 고상분율이 증가하여 점성이 증가하면 배출이 불가능하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 상술한 문제점들을 효과적으로 해결하는 것이다.

본 발명자들은 다음과 같은 중요한 조건을 고려하면서 다양한 연구를 하였다.

(1) 교반효과를 상승시킨다 ;

(2) 냉각속도를 증가시킨다 ;

(3) 가스등의 혼입이 없이 균일한 반 응고 금속 혼합재를 연속적이고, 쉽게 배출시킨다.

일반적으로, 교반 효과는 회전 교반기의 회전수에 비례한다. 그러나, 교반기의 직경이 커지거나 교반기와 냉각 벽면간의 틈새가 작아지면, 고속회전 없이도 충분한 교반효과를 얻는다. 또한, 종래기술에 따르면 상기의 틈새는 작업중에는 조절할 수 없고 반 응고 금속 혼합재의 배출력은 단지 중력이라는 것을 알 수 있었다. 더구나, 교반기의 회전축은 종래기술에서는 수직이다. 상기의 상황하에서 본 발명을 달성하였으며 본 발명은 교반기의 회전축이 수평이라는 점에 있다.

본 발명의 제1양태에 따르면, 수평 회전축을 가지는 원통형 드럼으로 구성된 회전교반기와 드럼의 외주면을 따라 오목한 면을 갖는 벽부재 사이에 형성된 틈새로 용융 금속을 연속 충진하는 단계와, 강제 냉각에 의한 응고에 의해서 틈새 내의 잔류 액상 기지에 형성된 수지상을 교반기의 회전에 의한 전단력으로 깨뜨려 미세한 비수지상의 1차 고상입자가 분산된 반 응고 금속 혼합재를 형성하는 단계와, 틈새의 하부로부터 반 응고 금속 혼합재를 연속 배출하는 단계로 이루어지는 반 응고 금속 혼합재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2양태에 따르면, 원통형 드럼으로 구성된 회전교반기와 상기 드럼의 외주면을 따라 오목한 면을 갖는 벽부재로 이루어지는 반 응고 금속 혼합재의 제조장치로서, 교반기는 수평 회전축을 갖는 것을 특징으로 한다.

제1발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 강제 냉각은 교반기 및 / 또는 벽부재의 내부에 냉각수를 통과시켜 실행하며, 교반기의 부하 토크를 검출함으로써 교반기나 벽부재를 움직여서 틈새를 적절히 조정하며, 드럼의 외주 표면에 부착된 응고편은 배출부의 드럼 근처에 배열된 스크레이핑(scraping) 부재로써 긁어내도록 하며, 수냉회전 롤러는 틈새 아래의 스크레이핑 부재와 대향하는 위치에 있는 벽 부재의 하단에 설치하여, 회전축이 교반기의 회전축과 평행이 되도록 하고, 교반기의 원주속도는 수냉 회전을 속도보다 빠르며, 슬라이드 밸브를 틈새 아래에 설치하여 반 응고 금속 혼합재를 지지하고, 배출속도와 배출부의 형상을 조절하며, 반 응고 금속 혼합재는 드럼의 외주의 접선 방향으로 수평하게 배출되어, 벨트나 캐터필러 (caterpillar) 상에 놓여서 다음 단계로 연속 도입되며, 벨트나 캐터필러의 하역 (take-up) 속도를 조절하여 반 응고 금속재의 배출을 조정한다.

제2발명의 바람직한 실시예에서는, 교반기 회전축상에 토크 검출기를 배치하고, 벽부재 및 / 또는 교반기 내측에 냉각수단을 구비하며, 틈새 아래의 드럼의 외주 가까이에 드럼의 외주면에 부착된 응고편을 긁어내기 위한 스크레이핑 수단을 구비하며, 수냉 회전 롤러는 틈새 하부의 스크레이핑 부재에 대향하는 위치에 있는 벽부재의 하부에 설치하여 회전축이 교반기의 회전축과 평행이 되도록하며, 슬라이드 밸브는 틈새 아래에 설치한다.

본 발명에 따르면, 원통형 드럼으로 구성된 회전 교반기의 회전축은 수평이어서 교반기의 직경을 크게 하는데 용이하며, 따라서 교반기의 회전수를 증가시키지 않고서도 격렬한 교반 작용이 가능하다.

또한, 회전 교반기에 수냉 수단을 구비함으로써, 용융금속의 냉각 면적이 증가되어 급냉효과가 달성될 수 있다. 따라서, 반 응고 금속 혼합재의 배출용 최적 틈새를 조정 ㆍ 유지하면서 충분한 냉각 및 교반 효과를 달성할 수 있다.

더구나, 배출력은 중력과, 반 응고 금속 혼합재의 유동증가를 위한 교반기의 회전에 의한 힘과의 합력이며, 따라서, 보다 큰 고성분율 및 점성의 반 응고 금속 혼합재도 배출할 수 있다. 결과적으로, 초기 작동이 용이하고 반 응고 금속 혼합재 등에 의한 틈새의 막힘과 같은 고장을 피할 수 있어 안정적이고 변동없는 작업이 가능하다.

만일, 연속 공정에서 쌍롤러 주조기계 등으로 반 응고 금속 혼합재를 공급하고자 하는 경우, 종래기술에 따르면, 롤러 사이에 균일하게 공급하기가 매우 어렵지만, 본 발명에 따르면, 배출된 반 응고 금속 혼합재가 교반기의 종 방향에서 균일하기 때문에 쌍롤러 주조기계에서 주조를 용이하게 할 수 있다.

일반적으로, 결정 입자크기 등의 반 응고 금속 혼합재의 품질은 반 응고 금속 혼합재의 생산시 냉각속도 또는 고상 - 액상 공존 상태에서 단위 시간당 고상분율의 증가율 (이하 응고속도라 함), 교반 속도에 따른 유동체의 단위 길이당 속도 변화의 평균값 (이하 전단 변형속도라 함), 고상분율등에 크게 의존한다는 것이 잘 알려져 있다.

제조장치로부터 낮은 유동도의 반 응고 금속 혼합재를 안정적이고 연속적으로 배출시키기 위해서는 배출부의 소정의 단면적을 안정적으로 보장할 필요가 있다. 비록 수평 회전축을 가지는 원통형 드럼과 고정벽 부재를 포함하는 반 응고 금속 혼합재의 제조장치에서도, 안정적이고 연속적으로 장시간 소망의 품질을 갖는 반 응고 금속 혼합재를 배출하기 위해서는, 냉각ㆍ교반 영역 내의 응고편의 형성 및 성장을 방지하고, 냉각속도, 응고속도, 전단속도, 고상분율 및 배출속도를 안정화시킬 필요가 있다.

본 발명자들은 또한, 안정적이고, 연속적으로 제조장치로부터 배출되기 위하여 반 응고 금속 혼합재의 결정입자크기, 고상분율 및 배출속도에 미치는 여러가지 인자들에 대해서도 연구를 하였다.

일반적으로, 반 응고 금속 혼합재의 유동도 () 를 나타내는 겉보기 점성은 제1도에 도시한 바와 같이 반 응고 금속 혼합재의 생산시의 응고속도 및 전단속도외에도 액상기지에서의 고상분율 (fs) 또는 분산정도에 크게 의존한다. 즉, 고상분율이 증가하면 점성은 커지지만, 반 응고 금속 혼합재를 유동시킬 수 있는 상한치로서 한계 고상분율이 존재한다. 이러한 한계 고상분율은, 반 응고 금속 혼합재의 제조시에 응고속도가 더 커지거나 전단속도가 더 작아지면 작게된다고 알려져 있다. 따라서, 반 응고 금속 혼합물의 배출이 가능한 고상분율 또는 점성은 자연히, 응고속도, 전단속도, 배출속도 및 반 응고 금속 혼합물 제조장치에서의 배출부 형상에 의해 결정되며, 따라서 배출가능한 고상분율 또는 점성보다 더 큰 값을 갖는 반 응고 금속 혼합재는 배출이 불가능하다. 소정의 응고속도 및 고상분율에서 장기간에 걸쳐 반 응고 금속 혼합재를 안정적이고 연속적으로 배출하기 위하여, 배출가능 고상분율 또는 점성을 증가시키기 위해서, 본 발명자들은, 여러가지의 응고속도, 교반조건 및 배출조건 하에서 반 응고 금속 슬러리를 제조하기 위하여 많은 실험을 하고, 반 응고 금속 혼합재의 냉각교반에서의 냉각조건과 고상분율의 관계 및 응고속도와 배출속도에 대한 냉각 벽면상의 응고편 형성상태와의 관계를 검토하였으며, 그 결과, 냉각 교반부에, 안정적인 배출공정을 가능하게 하는 냉각 수단을 선택하고, 더 나아가 냉각 벽면상에 형성되는 응고편을 제거하기 위한 스크레이핑 부재를 사용함으로써, 상술한 문제점들을 유효하게 해결할 수 있는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명에 따르면, 강제 냉각은, 벽부재 및 / 또는 교반기의 내측에 냉각수를 순환시키고, 교반기인 드럼의 외주면에 형성되는 응고편을, 배출부에 설치한 스크레이핑 부재로서 긁어냄으로써 틈새의 하부로부터 반 응고 금속 혼합재를 연속적으로 배출한다.

안정한 배출을 더 보증하기 위하여, 배출부의 단면 형태 및 단면적을 다양하게 할 수 있는 기구 즉 슬라이드 밸브를 틈새 아래에 설치하여, 반 응고 금속 혼합재의 지지, 배출속도 및 배출부의 형상의 조절이 가능하다.

더구나, 회전 교반기로서의 원통형 드럼과 벽부재 사이의 틈새 아래의 벽부재의 하부에 수냉 회전롤러를 구비하고, 교반기와 함께 구동되어, 틈새의 하부에서 형성되고, 모여진 반 응고 금속 혼합재가 수냉회전롤러와 계속 접촉함으로써 더 냉각되고 시트 제품으로 고상화될 수 있다.

이 경우에, 수냉 회전 롤러는 반 응고 금속 혼합재를 강력하게 냉각, 응고하므로, 강력한 냉각을 수행할 수 있는 높은 열전도성을 갖는 금속을 사용하는 것이 바람직하다.

더구나, 틈새 하부에서 반 응고 금속 혼합재가 배출될 때, 배출특성은 배출부의 구조에 크게 의존할 수도 있다. 특히 다음과 같은 문제점들을 주의해야 할 것으로 생각된다 :

(1) 반 응고 금속 혼합재의 슬러리의 유동이, 배출부에서, 교반기의 회전 방향으로부터 그에 수직 방향으로 변할 때, 만일 고상분율이 높으면 배출부에서 유동체가 쌓여서 배출부의 막힘이 일어난다.

(2) 비록 반 응고 금속 혼합재가 배출된다 하더라도, 배출 슬러리는 엉김 상태 또는 분산상태로 배출부로부터 낙하하여 공기나 가스의 혼입을 초래하여 다음 공정으로의 이송 및 최종 제품의 품질면에서 심각한 문제를 초래한다.

상기의 문제점들을 해결하기 위하여, 배출부로부터의 반 응고 금속 혼합재를 교반기의 회전방향의 접선 방향으로 배출하고, 벨트나 캐터필러 상에 놓여져서 다음 공정으로 연속적으로 보낸다. 상기의 접선 방향은 설비비 감소 및 장치의 높이를 낮추기 위하여 수평으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 배출속도는 벨트나 캐터필러의 이동 속도를 제어함으로써 조절이 가능하다.

제2a도 및 제2b도에 도시된 반 응고 금속 혼합재의 제조장치를 참고로 하여 본 발명의 제1실시예를 설명한다.

도시된 장치는 수평 회전축선을 가진 원통 드럼으로 구성된 회전교반기 (1), 냉각벽 (2a) 을 가진 물재킷 (2), 용융금속조를 구성하는 내화판 (3) 과 내화측판 (4), 배출부를 구성하는 내화판 (5a 및 5b), 냉각벽 (2a) 과 회전교반기 (1) 사이의 틈새를 조절하기 위한 구동기구 (6) 및 교반기 (1) 를 회전시키는 구동기구 (7)를 포함한다.

구동기구 (7) 로 교반기 (1) 를 회전시키면 냉각하의 용융금속에 교반작용이 일어나, 잔류액상내에 존재하는 수지상을 깨뜨려서 미세한 비수지상 1차 고상입자로 만들며, 이들은 생성된 반 응고 금속 혼합재 내로 균일하게 분산된다. 교반기 (1) 의 직경은 배출될 반 응고 금속 혼합재의 양과 냉각능력에 따라 결정된다. 통상적으로 교반기 (1) 는 교반기의 외면을 내화재로 피막하여 냉각속도를 제어하고 있으나, 반 응고 금속 혼합재의 냉각속도를 증가시키고자 할 경우에는, 금속으로 제작된 교반기의 내부에 냉각수를 통과시킴으로써 교반기 (1) 를 냉각할 수도 있다.

냉각벽 (2a) 을 가진 물재킷 (2) 에서, 냉각수 (11) 를 물재킷 (2) 의 내부를 통과시킴으로써 강제 냉각을 실시하여 용융금속을 반 응고 온도까지 직접 냉각시킨다. 또한, 물재킷 (2) 이 유압식 구동기구 (6) 에 연결되어 있으므로 냉각벽 (2a) 을 교반기 (1) 의 반경방향 쪽으로 이동시킬 수 있어서 회전 교반기 (1) 와 물재킷 (2a) 의 냉각벽 (2a) 사이의 틈새를 조절할 수 있다.

물재킷 (2) 의 윗쪽에 위치한 내화판 (3) 은 충진될 용융금속 (8) 의 양변화를 감당하기 위한 용융금속조를 구성하고 있다. 용융금속의 누출방지용 내화측판 (4) 은 물재킷 (2) 의 측면에 밀착되어 있고 회전교반기 (1) 의 측면에 매우 작은 간격을 두고 슬라이딩 가능하게 부착되어 있다.

틈새의 배출부는 교반기 (1) 의 세로 길이를 따라 전방 내화판 (5a) 과 후방 내화판 (5b) 으로 이루어져 있다. 따라서 최종의 반 응고 금속 혼합재 (10) 는 배출부에서 교반기 (1) 의 세로 방향으로 균일하게 배출된다.

먼저, 레이들 (ladle) 에 의해 운반된 용융금속을 회전 교반기와 냉각벽 사이의 틈새로 주입노즐을 통해 공급한다. 공급된 용융금속을 수냉벽으로 냉각하여 온도를 낮추고, 교반 회전기로 강력한 전단력을 가한다. 이 경우에서 교반기를 회전시켜 생성되는 반 응고 금속 혼합재의 유동을 촉진시키고 ( 제2a도의 화살표 A 로 나타나 있음), 이는, 반 응고 금속 혼합재에 배출력으로서의 중력에 부가된다. 따라서 고점도의 반 응고 금속 혼합재를 배출부에서 용이하고 균일하게 배출할 수 있다.

교반기를 일정한 회전속도로 회전시키기 때문에 교반기에 걸리는 토크를 토크 검출기로 검출한다. 검출된 토크를 기초로 하여 유압식 구동기구를 작동시켜 물재킷을 회전 교반기의 반경 방향쪽으로 이동시킴으로써 냉각벽과 교반기 사이의 틈새를 반 응고 금속 혼합재가 통과하는 최적의 틈새로 조절한다. 따라서 일정한 점도를 갖는 반 응고 금속 혼합재를 배출할 수 있고, 따라서 냉각조건의 급속한 변화때문에 반 응고 금속 혼합재로 장치의 내부가 막히는 일을 방지할 수 있다.

냉각벽과 회전 교반기로 형성된 냉각 교반 구역에서 일어나는 동작에 대해서 제3도를 참조로 설명한다.

본 발명에 의하면, 물재킷 (2) 의 냉각벽 (2a) 은 가능하면 냉각속도를 증가시키기 위해 동판으로 제작되며, 냉각수를 물재킷 (2) 의 내부를 고속으로 통과시켜 급냉 작용을 얻을 수 있다. 냉각벽 (2a) 과 회전교반기 (1) 사이의 틈새에서 충진된 용융금속 (8) 을 냉각벽 (2a) 과 직접 접촉시켜 강제 냉각하여 냉각벽 위에 응고편 (9) 을 형성한다. 응고편 (9) 의 두께 (d) 는 냉각능력과 교반 효과 간의 균형에 따라 결정되며 작업중에서는 매우 불안정하다. 특히 응고편의 두께는 작업 초기에 더 두껍게 되는 경향이 있다.

한편, 교반기 (1) 의 회전에 의한 교반효과는 회전교반기의 원주속도에 비례하고 틈새에 반비례하며, 일반적으로 전단속도라는 인자로서 나타낸다.

교반기의 회전속도는 원심력에 의한 가스 혼입과 장치의 구조 강도면에서 중요하므로, 10m/s 이상의 원주속도는 일반적으로 곤란하며 또 더 고속의 회전 역시 안전상 바람직하지 않다. 그러므로 충분한 교반효과를 얻기 위해서는 용융금속용의 틈새를 적절하게 유지하는 것이 가장 실용적이다 (제3도에서 장치의 틈새 (c) 에서 응고편의 두께 (d) 를 감해서 얻은 값에 해당한다).

강력 냉각에 의해 응고편 (9) 이 두께 (d) 로 형성되면 실제의 틈새는 장치의 틈새 (c) 보다 좁은 (c-d) 이다. 이러한 틈새는 매우 불안정하기 때문에 너무 좁은 경우에는 반 응고 금속 혼합재의 점도가 증가하여 교반기에 과도한 토크가 걸리게 하며, 이에 의해 반 응고 금속 혼합재가 교반기에 들러붙어 버릴 우려가 있다. 이와 관련하여, 종래의 기술로는 설계 안전상 틈새 (c) 를 크게 하였기 때문에 충분한 교반효과를 얻을 수 없었다. 한편 본 발명에 의하면, 물재킷 (2) 을 교반기 (1) 의 반경 방향쪽으로 이동시켜서 틈새 (c) 를 선택적으로 조절하며 충분한 교반 효과를 얻을 수 있다.

제4도는 본 발명에 의한 반 응고 금속 혼합재의 제조장치의 제2실시예를 나타내고 있으며, (1) 은 원통드럼으로 구성된 회전교반기, (12) 는 내화재로 제작되고 이동할 수 있는 이동벽부재, (3) 은 용융금속조를 구성하는 내화판, (4) 는 상기 용융금속조를 구성하는 내화측판, (5) 는 벽부재 (12) 의 아래부분과 함께 배출부 (13)를 구성하는 내화판, (6) 은 벽부재 (12) 의 위치조절용 구동기구, (8) 은 용융금속, (9) 는 응고편, (10) 은 반 응고 금속 혼합재, (11) 은 냉각수, (14) 는 벽부재 (12) 의 가열용 히터, (15) 는 레이들, (16) 은 주입노즐, (17)은 성형롤러, (18) 은 스크레이핑부재, (19) 는 스크레이핑부재 (18)의 위치조절용 구동기구, (20) 은 반 응고 금속 혼합재 (10)의 스트립이다.

도시된 실시예에서, 벽부재 (12) 는 교반기 (1) 인 원통드럼의 외주면을 따라 오목면을 구비하고 단열벽으로서 기능을 한다.

제1도에서 전술한 바와같이, 반 응고 금속 혼합재의 유동성을 고려하여 벽부재와 교반기 간의 틈새를 확대하기 위해서는, 배출부 (13) 에 배치된 온도계 (도시생략) 로 반 응고 금속 혼합재의 온도를 측정하여, 이로부터 배출된 반 응고 금속 혼합재의 고상분율을 평형상태도에 의해 계산하며, 또한 교반기의 부하토크도 토크검출기 (도시생략) 로 측정하고, 반 응고 금속 혼합재용의 수용기에 부착된 로드셀 (load cell) (도시생략) 로 반 응고금속 혼합재의 배출속도 또는 성형롤러 (17) 의 회전수를 측정한다. 이들 측정된 값들인 고상분율, 부하토크, 및 배출속도를 근거로 하여 벽부재를 교반기의 반경방향으로 이동시켜 배출부에서의 벽부재와 교반기간의 틈새를 소정의 고상분율과 배출속도를 충분히 얻을 수 있는 개방도까지 조절하며, 따라서 소정의 고상분율을 갖는 반 응고금속 혼합재를 소정의 배출속도로 연속적으로 안정되게 배출할 수 있다.

도시된 실시예에서, 교반기 (1) 는 수평회전축선을 갖는 원통드럼으로 구성되며, 교반기 안에는 냉각수(11)가 공급되며, 그의 회전축선에 연결된 구동기구 (도시생략) 에 의해 회전하며, 여기서 냉각하에서의 용융금속에 교반효과를 작용시켜 미세한 비수지성 1 차 고상입자가 용융금속 내에서 균일하게 분산된 반 응고 금속 혼합재를 형성한다.

반 응고 금속 혼합재 (10) 용의 배출부 (13) 에서, 회전교반기 (1) 의 외주면에 부착된 응고편 또는 반 응고편 (9) 을 내열성 공구강 등으로 제작된 바이트형 스크레이핑 부재 (18) 로 긁어내어, 교반기 (1) 로부터의 반 응고 금속 혼합재의 이탈과 배출이 촉진된다.

레이들 (15) 을 통해 운반된 용융금속 (8) 을 주입노즐 (16) 을 통해 교반기 (1) 와 벽부재 (12) 사이의 틈새로 충진하고, 그곳에서 교반기 (1) 에 있는 냉각수 (11) 에 의해 냉각시키는 동시에 교반기 (1) 로 강력한 전단력을 부여하여 미세한 비수지상 1 차 고상입자가 분산된 반 응고 금속 혼합재의 슬러리를 형성한다.

이러한 반 응고 금속 혼합재 (10) 의 배출에 있어서, 교반기 (1) 와 벽부재 (12) 간의 틈새를, 전술한 바와 같이 벽부재 (12) 를 교반기 (1) 의 반경방향 쪽으로 이동시켜 최적으로 조절함으로써, 장치내부에서의 막힘을 방지할 수 있다.

단열효과를 증대시키기 위하여, 히터 (14) 를 벽부재 (12) 에 배치하는 것이 바람직하며, 배출된 반 응고 금속 혼합재의 고상분율을 소정값으로 조절할 수 있다.

또한, 스크레이핑 부재 (18) 를 교반기 (1) 쪽으로 이동시키는 구동기구 (19) 를 스크레이핑 부재 (18) 에 연결하여, 교반기 (1) 의 외주면에 부착된 응고편 (9) 의 일부가 남아서 용융금속 (8) 과 접촉하는 교반기 (1) 의 표면을 보호하도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 교반기 (1) 를 회전시켜 반 응고 금속 혼합재 (10) 의 배출유동을 촉진시키고, 이와 동시에 교반기 (1) 의 외주면에 부착된 응고편과 반 응고 금속 혼합재가 스크레이핑 부재 (18) 에 의해 긁어내어져 항상 교반기 (1) 의 표면상태와 배출부 (13) 의 단면적을 동일 수준으로 유지함으로써, 냉각조건과 배출속도가 일정하게 되고, 따라서 보다 고점도의 반 응고 금속 혼합재를 연속적으로 안정되게 배출할 수 있다.

특히, 교반기 (1) 의 외주면에 부착된 용융금속 (8) 의 응고편 (9) 을 긁어내는 스크레이핑 부재 (18) 를 바람직하게 드럼의 외면과 2㎜ 이하의 간격을 두고 배열하여, 교반기 (1) 의 외면상에 응고편의 일부를 자체 코팅막으로서 남겨둠으로써, 용융금속 또는 반 응고금속 등과의 반응에 의한 교반기의 손상이 방지되어 교반기 (1) 의 사용수명을 연장할 수 있다.

제5도는 본 발명에 의한 반 응고 금속 혼합재 제조장치의 제3실시예를 나타내고, 제6도는 제5도에 도시된 장치의 측부에 있는 밀봉부를 나타내고, 제7도는 제5도에 도시된 장치의 배출부를 확대하여 나타낸다.

도시된 실시예에서, 장치는 수평회전축선을 가진 원통드럼으로 구성되고 냉각수 (11) 가 구비된 회전교반기 (1), 내화벽 (21a) 으로 라이닝되어 있고 교반기의 외주면을 따라 오목면을 가진 벽부재 (21), 교반기 (1) 의 회전축선에 평행한 회전축선을 가진 수냉롤러 (22), 스크레이핑 부재 (23) 및 외면에 밀봉푸시부재 (4a) 가 설치된 내화측판 (4) 으로 이루어져 있다.

회전교반기 (1) 는 세라믹 슬리이브 (1b) 를 롤러몸체 (1a) 위에 끼우거나 롤러몸체 (1a) 에 세라믹재 (1b)를 피막하여 형성된다. 교반기 (1) 는 한쪽에서는 냉각수 (11) 를 교반기의 내부에 통과시켜 냉각되고, 다른 쪽에서는 가스버어너 등의 가열부재 (5) 로 가열된다. 또한, 온도검출기 (25)로 드럼의 표면온도를 측정하여 가열양을 조절하여, 소정의 표면온도를 유지하여 장치의 냉각능력을 제어한다.

틈새는 회전교반기 (1), 벽부재 (21) 및 내화측판 (4) 에 의해 형성된다. 벽부재 (21) 는 내화재 또는 세라믹 (21a) 으로 라이닝되어 있어서, 용융금속 (8) 을 과도하게 냉각시키지 않으며 적절한 가열부재 (도시생략) 에 의해 사전에 가열될 수도 있다.

밀봉푸시부재 (4a) 는 스프링 등을 통해 내화측판 (4) 과 함께 벽부재 (21) 의 측면에 밀착되며, 교반기 (1) 의 측면에 미끄러질 수 있게 닿고 있어 용융금속 (8) 을 밀봉한다. 또한 벽부재 (21) 를 나사, 유압실린더 등으로 이동시켜 교반기와 벽부재간의 틈새를 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

벽부재 (21) 의 배출부 하단에는, 회전축선이 회전 교반기 (1) 의 회전축선과 평행하고, 회전 교반기 (1) 와 적절한 간격을 두며, 벽부재와 일체로 결합된 수냉회전롤러 (22) 가 설치된다. 롤러 (22) 는 교반기 (1) 에서와 같은 구동기구나 다른 상이한 구동기구 (도시생략) 에 의해 교반기 (1) 의 원주속도 보다 낮은 소정의 원주속도로 반 응고 금속 혼합재의 배출방향, 즉 화살표 (B) 로 표시된 방향으로 회전한다 (교반기 (1) 의 회전방향은 화살표 (A) 로 표시되어 있음).

또한, 수냉회전롤러 (22) 는 롤러표면과 접촉하는 반 응고 금속 혼합재를 강력냉각하여 판상 스트립으로 응고시키므로, Cu 등과 같이 고열전도율을 갖는 금속으로 제작될 수도 있으며, 냉각수를 롤러내부를 통과시켜 강제 냉각할 수도 있다.

제5도~제7도에 도시된 장치를 사용하여 반 응고 금속 혼합재를 다음과 같이 제조한다.

먼저, 용융금속 (8) 을 장치의 윗부분에서 교반기 (1) 와 벽부재 (21) 사이의 틈새로 연속 충진한다. 이때, 회전 교반기 (1) 로 적절한 냉각조건하에서 용융금속 (8) 을 강력교반시켜 미세하게 분산된 비수지상 1 차 고상 입자가 분산된 반 응고 금속 혼합재를 형성한다. 반 응고 금속 혼합재 (10) 를, 교반기 (1) 의 회전을 통해 고상분율을 증가시키면서, 배출방향으로 이동시켜 장치의 배출부에서 소정의 고상분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재를 얻는다. 이 반 응고 금속 혼합재 (10) 를 교반기 (1) 와 동기되어 회전하는 수냉롤러 (22) 와 접촉시켜 강력냉각한 다음, 스트립 형태로 연속배출한다.

스트립 (10) 이 교반기 (1) 상의 굴곡진 상태로 배출되는 것을 방지하기 위해 스크레이핑 부재 (23) 를 교반기 (1) 의 외주면과 접촉하게 배치한다. 따라서 교반기 (1) 상에 감긴 스트립 (10) 을 스크레이핑 부재 (23) 로 교반기 (1) 의 외원주면에서 이탈시켜 소정의 방향으로 연속배출한다.

이러한 장치의 배출부에서의 가장 중요한 동작을 제7도를 참조로 상세히 설명한다.

비수지상 1 차 고상입자 (10a) 를 잔류액상 안으로 균일하게 분산시켜 교반기 (1) 와 벽부재 (21) 사이의 틈새로 배출되는 반 응고 금속 혼합재 (10) 를 얻어 배출방향쪽으로 이동시키고, 냉각하여 배출부에서 소정의 고상 분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재를 형성한다. 이 반 응고 금속 혼합재를 화살표 B 의 방향으로 회전하는 수냉롤러 (22) 와 접촉시켜 강제 냉각하고 스트립으로 연속배출한다.

반 응고 금속 혼합재 (10) 의 스트립의 배출양은 [회전교반기 (1) 의 드럼폭] × [교반기 (1) 와 수냉회전롤러 (22) 간의 간격] × [ 롤러 (22) 의 원주속도 ] 로 나타내며, 따라서 롤러 (22) 의 원주속도를 일정치로 유지하면 항상 일정한 배출양이 얻어진다.

또한, 냉각부를 이루는 수냉회전롤러 (22) 의 일부는 벽부재 (21) 의 배출단 (C) 에서의 법선과 롤러 (22) 의 접촉단에서의 법선으로 이루어지는 각 (α) 의 좁은 구역으로 되어 있다. 반 응고 금속 혼합재가 그 구역에 도달하기 전에 미리 다량의 잠열을 방출시킴으로써, 그 영역에서 응고를 의한 충분한 냉각과 스트립으로의 성형이 이루어질 수 있다. 한편, 교반기 (1) 와 수냉회전롤러 (22) 의 원주속도를 동일하게 할 수도 있으나, 반 응고 금속 혼합재의 형성을 위한 충분한 교반력을 부여하기 위해서 교반기 (1) 를 바람직하게 롤러 (22) 의 원주속도 보다 큰 원주속도로 구동함으로써 양호한 품질을 갖는 반 응고 금속혼합물의 스트립이 얻어진다.

제8도는 본 발명에 의한 반 응고 금속 혼합재의 제조장치의 제4실시예를 나타내며, (1) 은 수평회전축선을 가진 원통드럼으로 구성된 회전교반기, (12) 는 내화재로 제작된 이동벽부재, (3) 은 용융금속조를 구성하는 내화판, (4) 는 상기 금속조를 구성하는 내화측판, (5) 는 벽부재 (12) 의 아래부분과 함께 배출부 (13) 를 구성하는 내화판, (6) 은 벽부재 (12) 의 위치조절용 구동기구, (8) 은 용융금속, (9) 는 응고편, (10) 은 반 응고 금속 혼합재, (11) 은 냉각수, (14) 는 벽부재 (12) 가열용 히타, (15) 는 레이들, (16) 은 주입노즐, (17) 은 성형롤러, (18) 은 스크레이핑 부재, (19) 는 스크레이핑 부재 (18) 의 위치조절용 구동기구, (20) 은 반 응고 금속 혼합재 (10) 의 스트립, (27)은 온도계, (28) 은 슬라이드밸브, (29) 는 슬라이드밸브용 구동기구이다.

도시된 장치는 제4도의 장치와 동일한 방식으로 작동한다. 이 경우에서, 배출부 (13) 의 형태는 교반기 (1) 와 벽부재 (12) 사이의 틈새 밑에 배치된 슬라이드밸브 (28) 에 의해 작동기구 (29)를 통하여 조절될 수 있다. 또한, 반 응고 금속 혼합재의 온도를 온도계 (27) 로 측정하고, 이로부터 평형상태도에 의거 배출된 고상분율을 계산하는 동시에 토크검출기 (도시생략) 로 교반기 (1) 의 부하토크를 측정한다. 이 측정값들을 근거로 작동기구 (29) 로 슬라이드밸브를 조절하여 소정의 배출속도를 제공한다. 따라서 일정한 고상분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재를 연속적으로 배출할 수 있고, 또 장치의 막힘도 방지할 수 있다.

슬라이드밸브 (28) 의 노즐형태는 필요에 따라 장방형, 원형 등 중에서 선택할 수 있다.

제9도는 본 발명에 의한 반 응고 금속 혼합재의 제조장치의 제5실시예를 나타내며, 도면번호 (1) 은 수평회전축선을 가진 원통드럼으로 구성되고 냉각수가 구비된 회전교반기, (21) 은 교반기 (1) 의 외주면을 따라 오목면을 갖는 벽부재, (15) 는 용융금속 (8) 용 레이들, (23) 은 스크레이핑 부재이다.

도시된 장치에서, 용융금속 (8) 을 레이들 (15) 에서 교반기 (1) 와 벽부재 (21) 사이에 형성된 틈새로 충진하고, 그 곳에서 교반 및 냉각하여 반 응고 금속 혼합재(10)를 형성한다. 이 반 응고 금속 혼합재 (10) 를 교반기 (1) 의 회전방향에 접선 방향으로 배출하고 구동롤러 (30) 로 구동되는 벨트 (31) 위로 이동시키며, 상기 구동롤러 (30) 는 장치의 외측으로 틈새의 배출부 밑에 설치된다. 배출된 반 응고 금속 혼합재 (10) 를 성형롤러 (17) 를 통과시켜, 반 응고 금속 혼합재 (10) 의 스트립을 얻는다.

따라서, 반 응고 금속 혼합재 (10) 는 배출부의 근방에서 막히는 일 등이 없이 원활하고 연속적으로 배출될 수 있다. 그 결과 반 응고 금속 혼합재 등에 공기가 혼입되는 일이 전혀 없다.

또한, 구동롤러 (30) 의 회전속도의 변화로 벨트 (31) 의 운반속도를 바꿀 수 있으므로, 반 응고 금속 혼합재의 배출속도를 조절할 수 있고 따라서 고상분율을 용이하게 제어할 수 있다.

상기한 장치들에서, 더 넓은 폭을 갖는 반 응고 금속 혼합재 스트립도 교반기와 벽부재의 길이방향 길이를 확대함으로써 용이하게 얻을 수 있다.

다음의 실시예들은 본 발명의 예시로서 주어지며, 그것들에 제한되지 않는다.

[실시예 1]

이 실시예에서, 제2도의 장치와 쌍롤러 주조기를 사용하여 반 응고 금속 혼합재 스트립을 연속제조하였다.

용융금속 (8) 을 주입노즐을 통해 레이들로부터 반경 500 ㎜, 길이 1000 ㎜ 의 원통드럼으로 구성된 회전교반기 (1) 와 구리 물재킷 (2) (교반기의 부하토크를 검출하여 조절된다) 사이에 형성된 약 10 ㎜ 의 틈새로 충진하고, 그 곳에서 교반기를 냉각하에서 100 rmp 으로 회전시켜 0.3 의 고상분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재를 형성하였다. 이어서 반 응고 금속 혼합재 (10) 를 제2도의 장치에서 연속배출하고, 롤러반경 300㎜, 길이 700㎜ 의 쌍롤러 주조기에 공급하여 두께 3㎜, 폭 500㎜ 의 주조 스트립을 형성하였다.

제10도는 회전교반기와 수냉벽부재 사이의 틈새의 조절에 의한 결과를 나타내며, 점선은 틈새가 조절없이 10㎜ 일때 교반기의 부하토크와 반 응고 금속 혼합재의 배출속도의 변화이다. 제10도에서 알 수 있듯이, 틈새 조절이 없는 경우 충진된 용융금속의 온도변화, 벽부재의 냉각능력변화에 따라 부하토크가 변화되며, 결국에는 부하토크가 상당히 증가하여 배출이 불가능해진다. 한편 제10도의 실선으로 나타난 바와같이, 본 발명에 의해 교반기의 부하토크를 검출하여 틈새를 제어하는 경우, 부하토크는 대략 일정치로 유지되며, 따라서 0.3 의 고상분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재를 안정하게 배출한다.

[실시예 2]

반 응고 금속 혼합재를 제4도에 나타낸 장치를 사용하여 Al - 4.5 % Cu 합금 용융 금속으로 만들었다.

용융금속을 배출부 (13) 에서 내화벽부재 (12) 와 교반기 (1) 사이에 5㎜ 로 형성된 틈새에 부어넣고, 400㎜ 의 외경을 갖는 교반기 (1) 를 250 rpm 으로 회전시키며, 평균응고속도가 3.0% / s 인 조건하에서 냉각시켜, 반 응고 금속 혼합재를 형성시켰다. 배출부 (13) 에서 배출된 반 응고 금속 혼합재의 온도를 온도계 (도시되지 않음) 로 측정하였고, 그 고상분율은 평형상태도에 따라 계산하면 25 % 이었다. 따라서, 반 응고 금속 혼합재는 틈새 막힘을 야기하지 않고, 연속적이고 안정하게 만들어지고 배출될 수 있었다.

제11도에는 시간의 경과에 따른 고상분율 및 배출속도의 변화에 있어 실시예 (실선) 와 비교 실시예 (점선, 틈새제어 없음) 를 비교하여 나타낸다. 제11도에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 고상분율 및 배출속도는 안정되지만, 비교 실시예에서는 고상분율 및 배출속도의 변화가 장치의 막힘을 야기하고, 반 응고 혼합재의 배출을 정지시킨다.

[실시예 3]

반 응고 금속 혼합재를 실시예 2 와 같은 방법으로 Al - 10 % Cu 합금 용융금속으로 만들었다.

용융금속을 내화벽부재 (12) 와 교반기 (1) 사이에 배출부 (13) 에서 5㎜ 로 형성된 틈새에 부어넣고, 교반기 (1) 를 120 rpm 으로 회전시키며 평균응고속도가 0.45 % / s 인 조건하에서 냉각시켜, 반 응고 금속 혼합재를 형성시켰다. 또한, 교반기 (1) 의 외부표면에 두께 1㎜ 의 응고편 자체피막을 형성시키기 위해 교반기 (1) 로부터 1㎜ 의 거리에 스크레이핑 부재 (18) 를 설치하였다. 결과로서, 배출부 (13) 에서 측정된 온도로부터 계산된 32 % 의 고상분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재가 연속적이고 안정하게 만들어지고 배출될 수 있었다.

[실시예 4]

반 응고 금속 혼합재를 제5도에 나타낸 장치를 사용하여 Al - 10 % Cu 합금 용융금속으로 연속적으로 만들었다.

먼저, 용융금속을 약 700℃에서, 400 ㎜ 의 직경과 100㎜ 의 드럼폭을 갖는 원통드럼으로 구성된 수냉 회전교반기 (1) 와 벽부재 (21) 사이에 형성된 5㎜ 의 틈새로 부어넣는데, 벽부재는 가스버어너에 의해 550℃ 로 예열되고, 드럼의 외부표면은 530℃ 로 가열되며, 교반기는 수냉회전롤러 없이 600 kcal/min 의 냉각제어상태 하에서 100 rpm (원주속도 : 2093 ㎜/s) 로 회전시켰다. 결과로서, 0.2 의 고상분율 및 양호한 품질을 갖는 반 응고 금속 혼합재가 만들어질 수 있었으나, 혼합재가 거의 유동성 상실 바로전의 상태에 있기 때문에 이 반 응고 금속 혼합재를 연속적으로 배출한다는 것은 실제적으로 어려웠다.

본 발명에 따르면, 150㎜ 의 직경을 갖는 수냉회전롤러 (22) 는 교반기 (1) 로부터 2㎜ 간격에서 벽부재 (21) 의 하단부에 배치되어 400 kcal/min 의 냉각상태하에서 교반기 (1) 에 동기되어 100 rpm (원주속도 : 785 ㎜/s) 로 회전되었다. 결과로, 2㎜ 두께와 100㎜ 폭을 갖는 반 응고 금속 혼합재 스트립이 약 785 ㎜/s 의 배출속도로 제5도의 장치로부터 연속적으로 배출되었다.

상기와 같이 만들어진 스트립은 실제적으로 고체화된 상태이고 어느정도 강도를 갖기 때문에, 코일로 연속적으로 감겨질 수 있었다.

[실시예 5]

반 응고 금속 혼합재를 제8도에 나타낸 장치를 사용하여 Al - 4.5 % Cu 합금 용융금속으로 연속적으로 만들었다.

먼저, 400㎜ 의 외경을 갖는 원통형 드럼으로 구성된 수냉회전교반기 (1) 와 벽부재 (21) 사이에 형성된 5㎜ 의 틈새로 부어넣는데, 교반기 (1) 를 250 rpm 으로 회전시키고, 평균응고속도가 3.1 % / s 인 조건하에서 냉각시켰다. 한편, 10㎜ 정도의 노즐 개방도를 갖도록 배출부 (13) 아래에 20㎜의 직경을 갖는 슬라이드밸브 (19) 를 설치하였고, 최종 반 응고 금속 혼합재의 온도를 온도계 (27) 에 의해 연속적으로 측정하였으며, 그로부터 평형상태도에 따라 고상분율은 0.27 로 계산되었다. 따라서, 장치의 막힘을 야기함이 없이 반 응고 금속 혼합재는 연속적이고 안정하게 만들어지고 배출되었다.

[실시예 6]

반 응고 금속 혼합재를 실시예 5 와 동일한 방법으로 Al - 10% Cu 합금의 용융금속으로부터 연속적으로 제조하였다.

이 경우에 있어서, 용융금속을 수냉식의 회전교반기 (1) 와 벽부재 (21) 간의 5㎜ 틈새로 붓고, 평균응고속도가 0.45 % / s 인 상태하에서 냉각시키면서, 교반기 (1) 를 120 rpm 으로 회전시킨다. 결과적으로 반 응고 금속 혼합재는 배출부 (13) 아래에 형성되고 20㎜ 의 직경과 10㎜ 정도의 노즐 개방도인 슬라이드밸브 (28) 를 통해 배출되며, 동시에 교반기 (1) 로부터 1㎜ 의 거리에 스크레이핑 부재 (18) 를 설치함으로써, 교반기 (1) 의 외표면상으로 1㎜ 의 응고편의 자체 피복을 형성한다.

그리하여, 배출부에서 측정된 온도로부터 계산되어진 바와같이 0.31 의 고상분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재가 안정하게 생성되고 배출되어진다.

[실시예 7]

반 응고 금속 혼합재를 제9도에 도시된 장치를 이용하여 Al - 10 % Cu 합금의 용융금속으로부터 제조하였다.

이 경우에 있어서, 수평회전축과 400㎜ 의 직경 및 100㎜ 의 너비를 갖는 원통형 드럼으로 구성된 회전교반기 (1) 는 교반기 (1) 의 외주변을 따라 오목면을 갖는 벽부재 (21) 가까이에 배치되어, 교반기와 벽부재 간의 틈새 5㎜ 의 배출부를 형성하였다. 용융금속은 약 700℃ 에서 틈새로 연속적으로 부어지는데, 여기서 교반기 (1) 는 100 rpm 에서 회전하여 0.3 의 고상분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재를 형성하였다.

중력에 의해 아래로 배출되어지는 종래 기술에 있어서, 높은 고상분율을 갖는 반 응고 금속 혼합재는 점도가 너무 높기 때문에 배출될 수 없었다. 그러나, 제9도의 장치에 있어서, 반 응고 금속 혼합재는 교반기 (1) 의 외주변에 접선방향으로 반 응고 금속 혼합재의 유동을 수평으로 안내하고 동시에 그것을 벨트구동장치 (30,31) 를 통해 꺼냄으로써 연속적으로 배출되어질 수 있다.

상술된 바와같이, 본 발명은 반 응고 금속 혼합재의 제조에 있어서 다음과 같은 장점을 갖는다.

(1) 교반효과 및 안정성의 측면에서 최적 최소 틈새에서의 동작할 뿐만 아니라 강력냉각작동이 가능하여, 냉각비는 3℃/s 이상이 되고 (Al - 10 % Cu 합금), 또한 개선된 특성을 갖고 미세한 비수지상 1 차 고상입자가 분산된 반 응고 금속 혼합재를 만들 수 있다. 특히, 강력냉각으로 인해 실제 생산성이 높고 실용적이 된다.

(2) 교반이 최적 최소 틈새에서 이행되므로써, 비록 회전속도가 종래기술에 비해 늦더라도 충분한 교반효과가 얻어지며, 또한 고속회전시 가스혼입의 위험과 구조상의 모든 문제점, 장치의 강도 및 안전성이 해결될 수 있다.

(3) 반 응고 금속 혼합재의 품질은 최적 최소 틈새와 냉각속도에서 작동될 수 있음으로써 안정된다.

(4) 상기 작동은 초기 작동단계에서 비정상 상태에서의 응고편의 과다형성에 쉽게 대처할 수 있다. 더우기, 부하 토크가 오랜시간에 걸쳐 연속적인 동작시에 일정하게 제어됨으로써, 장치내의 반 응고 금속 혼합재의 막힘 또는 달라붙음에 의한 고장이 생기지 않는다.

(5) 반 응고 금속 혼합재가 쌍롤러 주조기로 주입될 때, 그것은 상기 주조기의 너비방향으로 균일하게 공급되어져, 양호한 특성을 갖는 얇고 균일한 금속판을 생성할 수 있다.

(6) 수냉회전롤러가 반 응고 금속 혼합재 형성장치의 하부 배출단에 배치될 경우, 반 응고 금속 혼합재의 스트립은 연속적으로 안정하게 생성될 수 있어, 반 응고 가공처리의 실용성에 크게 기여한다.

(7) 응고 편의 자체피복은 가혹한 상태하에 사용되는 회전교반기의 표면상에 형성될 수 있어, 교반기의 사용수명이 연장될 수 있고, 또한 사용되는 교반기의 재료가 폭넓어질 수 있다.

(8) 반 응고 금속 혼합재는 응고속도가 높고, 유동성이 나쁜 제조장치에서 조차도 연속적으로 안정하게 생성되고 배출될 수 있어서, 장치 내측의 막힘을 유발하지 않고 안정한 작동을 얻을 수 있다.

Claims (14)

1. 수평회전축선을 갖는 원통형 드럼으로 구성된 회전교반기(1)와 상기 드럼의 외주를 따라 오목면을 갖는 벽부재(2a) 사이에 형성된 틈새(c) 내로 용융금속을 연속적으로 충진하는 단계와, 강제냉각에 의한 응고에 의해서 틈새(c) 내의 잔류액상기지에 형성된 수지상을 회전교반기(1)의 회전에 의한 전단력으로 깨뜨려서 미세한 비수지상의 1 차 고상입자를 분산시킨 반 응고 금속 혼합재(10)를 형성하는 단계와, 상기 반 응고 금속 혼합재(10)를 틈새의 하부로부터 연속적으로 배출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 강제 냉각은 냉각수(11)를 교반기(1)와 벽부재(2a)의 내부로 통과시키거나, 교반기(1)나 벽부재(2a)의 내부로 통과시켜서 실시하는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 교반기(1)의 부하토크를 검출하여 교반기(1) 또는 벽부재(2a)를 이동시킴으로써 상기 틈새(c)를 적절히 조절하는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 드럼의 외주면에 부착된 응고편(9)을, 배출부에서 드럼에 가까이 배치된 스크레이핑 부재(18)로 긁어내어 상기 반 응고 금속 혼합재(10)를 틈새의 하부로부터 연속적으로 배출하는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 수냉회전롤러(22)가, 틈새의 아래에서 스크레이핑 부재(23)의 반대편에 위치한, 벽부재(21a)의 하단에 설치되고, 상기 수냉회전롤러(22)의 회전축선이 상기 교반기(1)의 회전축선과 평행하게 되는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 교반기(1)의 원주속도가 상기 수냉회전롤러(22)의 원주속도 보다 더 빠른 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조방법.
7. 제4항에 있어서, 슬라이드밸브(28)가 틈새의 아래에 설치되어서, 상기 슬라이드 밸브(28)에 의하여, 반 응고 금속 혼합재(10)를 지지하고, 반 응고 금속 혼합재(10)의 배출속도와 배출부의 형상을 조절하는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 반 응고 금속 혼합재(10)가 드럼의 외주면의 접선방향으로 수평하게 배출되고, 벨트(31) 또는 캐터필러상에 놓여서 후속단계로 연속적으로 도입되며, 상기 벨트(31) 또는 캐터필러의 이송속도를 제어하여 반 응고 금속 혼합재(10)의 배출을 조절하는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조방법.
9. 원통형 드럼으로 구성된 회전교반기(1)와 드럼의 외주를 따라 오목면을 가진 벽부재(21a)로 구성되는 반 응고 금속혼합재(10)의 제조장치에 있어서, 교반기(1)가 수평회전축선을 가지는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조장치.
10. 제9항에 있어서, 토크검출기가 교반기(1)의 회전축선상에 설치되는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조장치.
11. 제9항에 있어서, 냉각수단이 벽부재(2a)와 교반기(1)의 내부나, 벽부재(2a)나 교반기(1)의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 반 응고금속 혼합재(10)의 제조장치.
12. 제9항에 있어서, 스크레이핑 수단(18)이 틈새의 아래에서 드럼의 외주면에 가까이 설치되어, 상기 드럼의 외주면에 부착된 응고편(9)을 긁어내는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조장치.
13. 제12항에 있어서, 수냉회전롤러(22)가, 틈새의 아래에서 스크레이핑 부재(23)의 맞은편에 위치한, 벽부재(21a)의 하단에 설치되고, 상기 수냉회전롤러(22)의 회전축선이 상기 교반기(1)의 회전축선과 평행하게 되는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조장치.
14. 제9항에 있어서, 슬라이드밸브(28)가 틈새의 아래에 설치되는 것을 특징으로 하는 반 응고 금속 혼합재(10)의 제조장치.