KR100850601B1 - 일체식 금속 처리 설비 - Google Patents

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Abstract

용융된 금속이 주입 스테이션에서 일련의 주형 내로 주입되어 금속 주물을 형성하고, 그 후 이 금속 주물이 열처리 라인으로 전달되는 일체식 금속 처리 설비가 개시된다. 주물이 열처리 라인의 열처리 스테이션 내로 도입되기 전에, 주물은 주물의 금속에 대한 처리 제어 온도에서 또는 그 이상에서 주물의 냉각을 억제하기에 충분한 가열을 받는다.
열처리, 주물, 주형, 금속 처리 설비, 복사 히터

Description

일체식 금속 처리 설비 {INTEGRATED METAL PROCESSING FACILITY}
관련 출원
본 출원은 2001년 2월 2일 출원된 미국 가출원 번호 제60/266,357호의 이익을 청구한다.
본 발명은 일반적으로 야금 주조 및 처리 공정에 관한 것이며, 특히 일체식 금속 처리 설비 및 열처리 주조의 방법에 관한 것이다.
전통적으로 금속 주물을 성형하기 위한 종래의 공정에서는, 내부에 형성된 소정의 주물의 외부 형상을 갖는 내부 챔버를 구비한 금속 다이 또는 모래 주형과 같은 주형이 용융된 금속으로 충진된다. 주물의 내부 형상을 형성하는 모래 코어는 용융된 금속이 코어 주위에 응고될 때 주물의 상세한 내부 형상이 형성되도록 주물 내에 수용되거나 또는 위치된다. 주물의 용융된 금속이 응고된 후, 주물은 일반적으로 주물의 열처리, 모래 코어 및/또는 주형으로부터의 모래 제거 및 다른 필요한 공정을 위해 처리 노로 이동된다. 열처리 공정들은 주물의 금속 합금 또는 금속이 다양한 적용에 알맞은 소정의 물리적 특성을 갖도록 주물의 금속 합금 또는 금속을 조절한다.
일반적으로, 주입 스테이션으로부터 열처리 스테이션으로의 주물의 이송 중, 특히 주물이 상당한 시간동안 머무르는 것이 허용되면, 주물은 주조 또는 금속 처리 설비의 주위 환경에 노출된다. 그 결과, 주물은 용융 또는 반 용융 온도로부터 빨리 냉각되는 경향이 있다. 주물이 응고하기 위해서 주물은 약간 냉각되어야 하는 반면에, 본 발명자/출원인은 주물의 온도가 많이 강하될수록 주물은 주물의 처리 임계 또는 처리 제어 온도 이하에서 오래 유지되고, 소정의 물리적 특성을 얻도록 주물을 열처리하기 위해 소정의 열처리 온도까지 주물을 다시 가열하고 상기 온도로 주물을 유지하기 위해 더 많은 열처리 시간이 요구된다는 것을 발견했다.
특정 형태의 금속에서, 주물이 그의 처리 제어 온도 미만으로 온도 저하되는 매시점마다, 4분 이상 정도의 여분의 열처리 시간이 소정 공정을 성취하기 위해 요구된다. 따라서, 주물의 금속의 처리 제어 온도 미만으로 10분 정도 동안의 온도 저하조차 소정의 처리된 물리적 특성을 성취하기 위해 40분 이상 정도의 여분의 열처리 시간을 요구할 수 있다. 따라서, 통상적으로 이들 주물은 소정의 열처리 효과를 성취하기 위해, 적어도 2 내지 6시간 동안, 몇몇 경우에는 더 긴 시간 동안 열처리된다. 그러나, 그 결과 주물을 적절하고 완전하게 열처리하는데 필요한 열처리 시간이 길어지고 열이 많아질수록, 열처리 공정의 비용이 증가하고 열 및 에너지의 소비가 증가한다.
주입 스테이션과 열처리 스테이션 사이의 거리를 단축시켜 열의 손실을 저감시키기 위한 시도가 행해져왔다. 예컨대, 독일의 다임러 벤츠의 메르세데스 유닛은 회전 목마형(carousel type) 주입 스테이션의 취출점 또는 이송점에 근접하여 열처리 노를 배치하였다. 주물이 다이로부터 제거되는 취출점에 주물이 도달할 때, 주물은 일반적으로 주물의 배치(batch)의 수집을 위해 배스킷 또는 캐리어로 운반된다. 다음, 주물은 일괄 공정을 위해 열처리 노 내로 도입된다. 이 시스템에 의한 문제점은, 수집 배스킷으로의 주물의 이송 도중 및 주물이 배스킷 내에 위치되어 열처리 노 내로의 도입을 대기하는 동안, 주물이 일반적으로 주물의 소정 처리 제어 온도보다 훨씬 낮은 온도인 상온에 있게 되는 문제점을 여전히 해결하지 못한다는 것이다. 이러한 방치 시간은 주입 스테이션 및 열처리 스테이션의 처리 속도에 따라 10분 이상 정도일 수 있다. 그러나, 주물이 열처리에 앞서 적절하게 응고될 수 있게 하기 위해, 주물이 냉각되어 적어도 소정 시간 동안 주조 금속(들)의 열처리 온도 이하의 온도로 유지되는 것이 또한 중요하다. 따라서, 주입으로부터 열처리로 주물을 너무 급속히 이동시키면 주물의 형성을 방해하고 적합한 응고를 저해할 수 있다.
따라서, 금속 주물의 더욱 효율적인 열처리 및 프로세싱을 가능하게 하고, 또한 잠재적으로는 더욱 효율적인 모래 코어 및/또는 모래 주형 제거 및 재생을 가능하게 하기 위해 더욱 효율적인 방법 및 시스템 또는 설비에 대한 연속적인 요구가 존재하는 바와 같이 열처리 주물의 공정을 향상시키기 위한 요구가 이 기술 분야에 존재한다.
요약하여 설명하자면, 본 발명은 일반적으로 주입, 성형, 열처리용 일체식 금속 처리 설비와, 금속 또는 금속 합금으로 형성된 처리 주물을 포함한다. 일체식 금속 처리 설비는 일반적으로 알루미늄 또는 철과 같은 주조 금속 또는 금속 합 금이 영구적 금속 주형, 반영구적 주형과 같은 주형 또는 다이, 또는 모래 주형으로 주입되는 주입 스테이션을 포함한다. 이후 주형은 주입 스테이션의 주물 또는 주입 위치로부터 이송 위치로 이송되며, 상기 주물은 그 주형으로부터 제거되거나 또는 주물이 내장된 주형으로부터 제거된 뒤 이송 기구에 의해 열처리 라인으로 이송된다. 상기 이송 기구는 통상적으로 로봇식 아암, 크레인, 오버헤드 호이스트 또는 리프트, 푸셔, 컨베이어 또는 유사한 이송 기구를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서는 주형으로부터 주물을 제거하여 열처리 라인으로 주물을 이송시키는 데 동일한 기구가 사용될 수도 있다. 주입 위치로부터 이송 위치 또는 이송 지점 및/또는 열처리 라인으로의 이송 중에, 주물의 주조 금속은 그 내부에서 주물을 형성하기 위해 응고되는데 충분할 정도로 냉각된다.
열처리 라인 또는 유닛은 일반적으로 처리 온도 제어 스테이션과 하나 이상의 노 챔버를 통상적으로 갖는 노 또는 열처리 스테이션을 포함하며, 몇몇 실시예에서는 담금질 스테이션이 일반적으로 열처리 스테이션으로부터 하류에 위치된다. 처리 온도 제어 스테이션은 주물이 열처리 스테이션으로 유입되기 전에 이를 통해 수납되는 긴 터널 또는 챔버로써 형성된다. 처리 온도 제어 스테이션의 챔버는 복사 히터, 적외선, 유도식, 대류식, 전도성 또는 그 내부의 가열 환경을 발생시키도록 열을 공급하기 위해 장착된 다른 형태의 가열 요소와 같은 일련의 열원을 통상적으로 포함한다. 처리 온도 제어 스테이션의 벽 및 천장은 일반적으로 자체에 도포되는 복사 재료로 형성되거나 이를 갖고, 이 재료는 챔버를 통과할 때 주물 및/또는 주형 방향으로 열을 복사하거나 지향시키는 경향이 있다.
주물 및/또는 그 안에 주물을 가지는 주형이 처리 온도 제어 스테이션의 챔버 내부에 수용되어 챔버를 따라 통과할 때, 주물의 냉각은 처리 제어 온도 이상에서 정지된다. 처리 제어 온도는 일반적으로 금속 주물에 대해 주물이 응고되기에 충분한 양 또는 범위로 냉각되기 위해서 요구되는 용융 열처리 온도 이하이지만 그 온도 아래에서 주물을 용융 열처리 온도까지 상승시키는데 요구되는 시간 및 주물의 열처리는 기하급수적으로 증가된다. 주물이 열처리 스테이션으로의 주입 이전에 처리 온도 제어 스테이션을 따라 통과될 때 주물은 처리 제어 온도 이상으로 유지된다.
다르게는, 적외선 유도 가열 요소와 같은 복사 가열 요소, 대류, 전도 또는 다른 형태의 열원을 포함하는 일련의 열원들은 열처리 스테이션으로의 공급을 위해 주입 스테이션으로부터 열처리 라인으로 이송되는 경우 주물의 이송 경로를 따라 위치 설정될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 주물 또는 주형이 주입 스테이션으로부터 열처리 스테이션으로 공급될 때 주물 또는 주형에서 이를테면 가열된 공기 또는 다른 매체의 유동을 통해 직접 가열하기 위해 처리 온도 제어 스테이션은 주입 스테이션으로부터 열처리 노까지의 주물의 이송 경로를 따라 장착되는 일련의 열원으로 대체될 수 있다. 또한, 가열 요소 또는 열원은 주물 및/또는 주물이 그 안에 내장된 모래 주형을 향하거나 반대 방향으로 열 유동의 방향을 취하도록 적절한 위치에서 이송 기구에 직접 장착될 수 있다. 따라서, 처리 제어 온도 아래에서의 주물의 냉각은 주입 스테이션으로부터 열처리 스테이션으로의 주물의 직접 이송 및 주입 동안 이송 기구 그 자체로부터의 직접 가열을 적용시킴으로써 정지될 것이 다.
주물의 냉각을 정지시키고 그 후 주물을 실질적으로 금속 주물에 대한 처리 제어 온도 이상의 온도로 유지시킴으로써, 주물이 열처리 스테이션 또는 열처리 노 내부로의 주입 이후 비교적 짧은 기간 내에 용융 열처리 온도까지 급속하게 도달될 수 있기 때문에 주물의 열처리에 요구되는 시간은 현저하게 감소될 수 있다. 따라서, 주물에 대한 주입 스테이션의 출력은 증가될 수 있고, 따라서 주물에 대한 전체 공정 및 열처리 시간은 향상 또는 감소될 수 있다.
주물이 열처리 스테이션을 통해 통과될 때, 주물은 금속 주물을 완전히 그리고 충분하게 열처리시키고 주물의 모래 코어 및 모래 주형의 모래를 파괴 및 재생시키는데 필요한 만큼의 소정 길이의 시간 동안 용융 열처리 온도에서 유지 또는 담겨진다. 따라서, 주물은 담금질 스테이션을 통해 통과될 수 있고, 또한 에이징(aging) 및 주물에 대한 부가 처리와 공정을 위한 에이징 스테이션을 통해 통과될 수 있다.
본 발명의 다양한 목적, 특징 및 장점은 기술분야의 숙련자에게 있어 첨부된 도면과 연계된 다음의 상세한 설명의 검토를 통해 명백해질 것이다.
도1a는 본 발명에 따른 주물의 처리를 개략적으로 도시한, 일체식 다기능 금속 처리 설비의 개략도이다.
도1b는 본 발명의 다수의 주입 스테이션으로부터 열처리 유닛까지 주물의 수집 및 이송을 도시한 본 발명의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도1c는 주형으로부터 칠(chill)이 제거되는 본 발명의 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도1d는 주물이 열처리 유닛으로 이송될 때, 이송 기구에 의해 주물의 이송 및 가열 공정을 도시하는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예의 개략도이다.
도2a는 본 발명의 처리 온도 제어 및 열처리 스테이션의 평면도이다.
도2b는 도2a에 도시된 본 발명의 처리 온도 제어 및 열처리 스테이션의 측면도이다.
도3은 열처리 스테이션 내부로 공급하기 위해 주물이 처리 온도 제어 스테이션을 통해 배치로 공급되는 본 발명의 대안적인 실시예의 사시도이다.
도4a 및 4b는 대류 열원을 사용한 처리 온도 제어 모듈 또는 스테이션의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도5a 및 5b는 직접 가열/충격 열원을 사용한 처리 온도 제어 모듈 또는 스테이션의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도6a 및 6b는 복사 열원을 사용한 처리 온도 제어 모듈 또는 스테이션의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
지금부터 도면을 자세히 참조하면 동일한 도면 부호는 여러 도면에서 동일한 부분을 나타내고, 도1a 내지 도3은 일체식 금속 처리 설비 또는 시스템(5) 및 금속 주물을 처리하는 방법을 개략적으로 도시한다. 금속 주조 공정은 본 기술 분야에 숙련된 자들에게는 일반적으로 잘 알려져 있고, 일반적인 주조 공정은 참조의 목적 으로 단지 간단하게 설명될 것이다. 본 발명은 알루미늄, 순철, 강철 및/또는 다른 형태의 금속 및 금속 합금 주물을 형성하기 위한 금속 주조 공정을 포함하는 임의의 형태의 주조 공정을 사용할 수 있다는 것을 본 기술 분야에 숙련된 기술을 가진 자는 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 특별한 주조 공정 또는 특별한 형태의 금속이나 금속 합금을 사용하는 데에만 한정되지 않고 또한 한정되어서는 안된다.
도1a에 도시된 바와 같이, 용융된 금속 또는 금속 합금(M)은 실린더 헤드나 엔진 블록 또는 그와 유사한 주형부와 같이, 주물(12)을 형성하기 위해 주입 또는 주물 스테이션에서 다이 또는 주형(10) 내부로 주입된다. 일반적으로, 모래 및 석탄계 수지와 같은 유기물 접합제로부터 형성된 주물 코어(13)는 각 주형 내부에 형성된 주형 내부의 중공 및/또는 주물 상세부 또는 코어 프린트를 형성하기 위해, 주형(10) 내부에 수용되거나 위치된다. 또한 각 주형은 그로부터 주물의 개방 및 제거를 용이하게 하기 위해 클램-쉘형 설계(clam-shell style design)를 갖고, 본 기술 분야에서 공지된 강철, 주철 또는 다른 재료로 형성된 일반적으로 영구적인 금속 주형 또는 다이일 수 있다. 대안으로서, 주형은 모래 주물 코어(13)와 유사하고, 일반적으로 본 기술 분야에서 공지된 석탄계 수지 또는 다른 결합제와 같은 결합제와 혼합된, 실리카 모래 또는 지르콘 모래와 같은 모래 재료로부터 형성된 "정밀 모래 주형" 형태의 주형 및/또는 "그린 모래 주형(green sand molds)"을 포함할 수 있다. 주형은 모래 및 결합제, 강철과 같은 금속 또는 양쪽 재료의 혼합물로부터 형성된 외부 주형벽을 갖는 일반적으로 반영구적인 모래 주형을 더 포함할 수 있다.
용어 "주형(mold)"는 이하에서 특정 형태의 주형으로 지시되는 것을 제외한 영구 또는 금속 다이, 반영구 및 정밀 모래 주형 및 다른 금속 주물 주형을 포함하는, 앞서 설명된 모든 형태의 주형을 가리키기 위해서 일반적으로 사용된다는 것을 알아야 한다. 또한, 아래에서 설명되는 다양한 실시예들에서 특정 형태의 주형 및/또는 열처리 공정이 지시되지 않는다면 본 발명은 영구 주형으로부터 제거된 또는 복합 열처리 및 모래 주형 붕괴 및 모래 교정(sand reclamation)을 위해 모래 주형 내부에 남아있는 주물을 열처리하기 위하여 사용될 수 있다.
도1a에 도시된 바와 같이, 주형(10)의 각각은 용융된 금속이 수용되어 주물(12)로 형성되는 내부 공동(18)을 집합적으로 형성하는 측벽(14), 상부벽 또는 상부(16), 하부벽 또는 바닥(17)을 포함한다. 주입 개구(19)는 일반적으로 각각의 주형의 상부벽 또는 상부(16)에 형성되고 각각의 주형을 통해 주입 스테이션(11)에서 내측 공동(18)으로의 용융된 금속의 통과를 위한 내부 공동과 연통한다. 도1a 내지 도1c에 지시된 바와 같이, 주입 스테이션(11)은 용융된 금속(M)을 주형 내로 주입하기 위한 래들 또는 유사한 기구(21)와, 용융된 금속이 주형 내로 주입되는 23으로 지시된 주입 또는 주물 위치로부터 주물이 이의 주형으로부터 제거되거나 또는 그 내부에 주물을 갖는 주형이 주입 스테이션에서 열처리 유닛(26) 또는 열처리를 위한 라인으로 전달되는, 24로 지시된 전달 지점 또는 위치로 하나 이상의 주형을 이동하는 회전식 원형 컨베이어(carousel), 피스톤, 인덱스형 또는 유사 이송 기구와 같은 컨베이어(22)를 포함한다. 용융 금속이 이의 주형 내로 주입된 후에 주형은 전달 위치로 이송되고, 그 동안 금속이 주물로 응고되게 하는데 필요한 만큼 다이 내부에서 원하는 정도 또는 온도로 금속이 냉각되는 것이 허용되고, 그런 후 주물은 소정의 열처리 온도에서 열처리될 수 있다.
본 발명자가 발견한 바와 같이, 주물의 금속이 냉각됨에 따라, 이는 처리 제어 온도에 도달하고, 그 이하에서 주물을 열처리 온도로 다시 상승시키고 그리고 열처리를 수행하는 데 요구되는 시간이 현저하게 증가된다. 이 처리 제어 온도는 주물을 형성하는 데 사용되는 금속 및/또는 금속 합금에 따라서 변하고, 어떤 합금 또는 금속에 대해서는 대략 400 ℃ 이하에서, 철과 같은 다른 금속의 합금에 대해서는 대략 1000 ℃ 내지 1300 ℃이상의 온도의 범위이다. 예를 들면, 알루미늄/구리 합금에 대해서는, 처리 제어 온도는 일반적으로 약 400 ℃로부터 470 ℃까지의 범위일 수 있고, 이 온도는 통상적으로 대략 475 ℃로부터 대략 495 ℃까지에 걸쳐있는 대부분의 구리 합금의 용액 열처리 온도 이하이다. 주물이 이의 처리 제어 온도 내에 있는 동안에도, 주물이 이의 금속이 원하는 대로 응고되는 것을 허용하는 데 충분한 수준으로 냉각될 수 있는 것이 발견되었다.
하지만, 주물의 금속이 그 처리 제어 온도 이하로 냉각되도록 허용될 때, 소정의 열처리 온도, 예를 들어 알루미늄/구리 합금들에 대해서는 475℃ 내지 495℃ 또는 알루미늄/마그네슘 합금들에 대해서는 510℃ 내지 570℃까지 주물의 온도를 상승 및 유지시켜서 열처리가 수행될 수 있도록, 주물의 금속이 그 처리 제어 온도 이하로 냉각되는 각각의 순간에 대해 대략적으로 추가적인 4분 이상동안 주물을 가열할 필요가 있다는 것이 본 발명자들에 의해 추가적으로 발견되었다. 이에 따라, 주물들이 짧은 시간동안조차도 그들의 처리 제어 온도 이하로 냉각되도록 허용되면, 이후부터는 주물들을 적절하고 완전하게 열처리하는데 요구되는 시간이 현저하게 증가된다. 또한, 몇몇 주물들이 단일 배치에서 열처리 스테이션을 통해 처리되는, 도1b, 도1c 및 도1d에 도시된 바와 같은 배치 처리 타입 시스템에서, 주물들의 전체 배치에 대한 열처리 시간은 배치에서 최저온인 주물(들)에 요구되는 열처리 시간에 일반적으로 기초된다. 결과적으로, 처리되는 주물들의 배치에서의 주물들 중 하나가 예를 들면 대략 10분 동안 그 처리 제어 온도 이하로 냉각되면, 모든 주물들이 적절하고 완전하게 열처리되는 것을 보장하도록 대략 40분 이상의 추가적인 열처리 시간에 놓여지게 된다.
따라서, 본 발명은 주물의 용탕의 냉각이 대략 주물들의 금속의 처리 제어 온도 또는 그 이상으로 저지되게 하지만, 주물들의 필요한 응고 냉각을 수용하고 주물에 대하여 더 효율적이고 더 짧은 열처리 횟수를 허용하도록 주물들의 금속의 처리 제어 온도 또는 그 이상이 되게 하면서, 주입 스테이션(11)에서 열처리 시스템 또는 유닛(26)으로 주물들을 (이들의 주형 내에 또는 이들의 주형들로부터 벗어나서)이동 및/또는 운반하도록 설계되는 금속 주물들의 통합 처리 설비 또는 시스템(5, 도1a 내지 도3 참조) 및 방법들을 목적으로 한다. 본 발명에 의해 처리되는 주물들에 대한 처리 제어 온도는 주물들에 사용되는 특정 금속 및/또는 금속 합금들에 따라 변화된다는 것은 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 많은 금속 및 금속 합금들에 대한 처리 제어 온도가 대체적으로 알루미늄과 같은 금속에 대해서는 대략 400℃의 범위내, 주철과 같은 금속들에 대해서는 대략 1300℃ 이상의 범위내에 있을 때, 더 높거나 또는 더 낮은 온도가 처리되는 주물 재료에 따라 또한 조절될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
이를 통해서 주물들을 이동시키고 및/또는 처리하기 위한 일체식 설비(5) 및 처리의 제1 실시예가 도1a 및 도2a 내지 도2b에 도시된다. 도1b 및 도3은 주물들이 배치 처리 타입 장치에서 열처리를 통해 수집되고 처리되는 주물들을 형성하고 처리하기 위한 일체식 설비(5) 및 처리의 추가적인 다른 실시예를 더 설명한다. 하지만, 본 발명의 원리들은 설비 및 이에 따라 본 발명을 통해 주물들이 각각 처리되는 배치 타입 및 연속 처리 타입 설비들에 동일하게 적용될 수 있다는 것은 본 기술 분야의 당업자에게 이해될 것이다. 따라서, 이후에 설명되는 실시예들은 연속 또는 배치타입 처리 설비에만 한정되지 않고 또한 한정되어서도 안된다. 도1c 및 도1d는 주물들로부터 칠 제거(도1c 참조)와 같은 추가적인 처리 단계들을 수행하거나 또는 다중 열처리 노(도1d 참조)로 주물들을 공급하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 추가로 설명한다. 또한, 이후에 설명되고 도면에서 도시되는 실시예들의 다양한 특징들은 본 발명의 추가적인 실시예들을 형성하도록 조합될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 당업자들에 의해 이해될 것이다.
도1a 및 도2a 내지 도2b에 도시된 실시예에서, 일반적으로 주물(12)은 이송 기구(27)에 의해 이송 또는 주입 단계에서 그 주형(10)으로부터 제거된다. 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 이송 시스템 또는 기구(27)는 28로 도시된 로봇식 아암 또는 크레인을 포함하지만, 오버헤드 붐(overhead boom) 또는 호이스트, 컨베이어, 푸셔 로드, 또는 다른 유사한 재료 취급 기구와 같이 주물 및/또는 주형을 이 동시키는 장치가 또한 사용될 수 있다. 도1a, 도1b 및 도2a에 도시된 바와 같이, 이송 기구의 로봇식 아암(28)은 일반적으로 주형 또는 주물을 결합하고 유지하기 위한 결합 또는 파지부 또는 클램프(29)와, 화살표(32, 32')에 의해 나타난 바와 같이 주입 단계의 이송점(24)과 열처리 라인 사이에서 이동할 수 있도록 아암(28)이 피봇식으로 장착된 기부(31)를 포함한다.(도2a) 더욱이, 도1b에 도시된 바와 같이, 이송 기구는 다중 주입 단계(11, 11')로부터 주형 및/또는 주물을 이송하는데 사용될 수 있고 그 주형 및/또는 주물을 다중 열처리 라인 또는 유닛(26)으로 이송할 수 있다.(도1c)
내부에 주물을 구비한 주형은 이송 기구(27)가 일반적으로 내부에 주물을 함유한 주형을 픽업할 때 도2a에 도시된 바와 같이 주입 단계(11)에서 픽업 또는 이송점(24)으로 전형적으로 이동되거나, 또는 그 주형으로부터 주물(12)을 제거하여 주물을 열처리 유닛(26)으로 전달한다. 따라서, 동일한 조작자(manipulator) 또는 이송 기구는 주입 단계로부터 주물을 제거하는데 및 주물을 열처리 유닛으로 주입하는데 사용할 수 있다. 전형적으로, 열원 또는 가열 요소(33)는 열을 거기에 인가하기 위해 주물에 대해 이송점(28) 근처에 위치된다. 전형적으로 열원은 전도, 복사, 적외선, 전도, 대류 및 직접 충돌 형태의 열원과 같은 임의 형태의 가열 요소 또는 공급원을 포함할 수 있다. 도2a에 도시된 바와 같이, 다중 열원(33)은 주입 단계로부터 열처리 라인까지 이송 작동 중 열을 주형으로 가장 효과적으로 인가하도록 배치되어 사용될 수 있다.
전형적으로, 영구 또는 금속 다이 또는 주형의 경우, 주형은 도1d에 도시된 바와 같이 이송점에서 개방되고, 주물이 이송 기구에 의해 제거된다. 다음, 이송 기구는 주형을 일체형 처리 설비(5)의 열처리 유닛, 라인 또는 시스템(26)의 하나 이상의 입구 컨베이어[(도1b, 도2a의)34]로 이송한다. 주형이 개방되고 주물이 제거될 때, 열원(33)(도2a)은 주조공장 또는 공장의 대기 환경으로 노출시에 주물의 냉각을 억제하거나 또는 다르게 제어하도록 열을 직접 인가하고, 주물이 열처리 유닛으로 이송되어 대략적으로 주물의 처리 제어 온도나 그 위의 온도에서 주물이 유지된다.
주형의 모래를 보유하는 결합제 재료의 열분해에 의해 주형이 부서지는 동안 반영구적으로 형성된 주물과 열처리 동안 통상적으로 주물이 주형 내에 잔류하는 모래 주형의 처리를 위해, 이송 기구(27)가 이송점으로부터 입구 컨베이어(34)로 주물을 수용한 주형과 함께 전체 주물을 이송할 것이다. 따라서, 열원(33)은 주형 자체에 주형의 과도 또는 조기 분해를 야기하지 않고 대략 주물 금속의 처리 제어 온도 내지 그 이상으로 주형 내측의 주물의 온도를 유지하도록 제어되어 인가되는 열량으로 열의 인가를 계속할 것이다.
이후에, 다르게 지시된 것을 제외하고 "주물"을 수송, 가열, 취급 또는 다른 이동 또는 처리하는 것을 언급할 때, 이러한 논의가 주형 및 처리 없이 자체적으로 주물의 제거 및 처리를 모두 포함하고, 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제5,294,994호, 제5,565,046호, 제5,738,162호, 제6,217,317호 및 2000년 9월 9일에 출원되어 계류중인 미국 특허 출원 제09/665,354호에 개시된 바와 같이 상기 주물은 열처리, 성형 및 코어 붕괴, 모래 교정용 모래 주형에 잔류하는 것을 알게 될 것이다.
도1a 및 2a 내지 2b에 도시된 바와 같이, 주물은 초기에 입구 컨베이어(34)(도2a 및 2b) 또는 컨베이어들(34, 34')(도1b)에 의해 예비 챔버 또는 처리 온도 제어 스테이션 또는 모듈(36)내로 인덱스되거나 이송된다. 도2a 및 2b에 지시된 바와 같이, 처리 온도 제어 스테이션 또는 모듈은 일반적으로 주물 및/또는 주물을 갖는 주형이 체인 컨베이어, 롤러 또는 유사한 이송 기구(38)의 열처리 라인의 처리 경로를 따라 이송되는 가열된 내부 챔버를 포함한다. 주물은 상류 또는 입구 단부(39)에서 챔버(37)로 들어가고 하류 또는 출구 단부(41)를 통해 챔버(37)로부터 빠져나오고 일반적으로 열처리 라인(26)의 열처리 노 또는 스테이션(42)으로 직접 도입된다. 처리 온도 제어 스테이션의 입구 단부(39) 및 출구 단부(41)는 열의 과도한 손실을 방지하기 위해 챔버(37)의 밀봉을 조력하기 위해 개방될 수 있거나 또는 도어 또는 도2b의 도면 부호 43으로 지시한 것과 같은 유사한 폐쇄 구조를 포함할 수 있다. 통상적으로, 열처리 및 처리 온도 제어 스테이션은 열의 잠재 손실을 방지하고 열의 분배를 가능하도록 함께 링크되어 주물이 처리 온도 제어 스테이션(36)으로부터 열처리 스테이션(42)으로 직접 공급된다.
일반적으로 챔버(37)는 복사 챔버이고 챔버의 벽(46) 및/또는 천장(47)에 위치된 것을 포함하여 그 안에 장착된 일련의 열원(45)을 포함한다. 통상적으로, 다중 열원(45)이 이용될 수 있고 적외선, 전자기 또는 유도 에너지원과 같은 복사성 열원, 전도성, 대류성 및 챔버 내로 가스 화염을 도입하는 가스 점화식 버너 튜브와 같은 직접 작용식 열원을 포함하는 하나 이상의 다양한 다른 형식의 열원 또는 가열 요소를 포함할 수 있다. 게다가, 복사성 챔버(37)의 측벽 및 천장은 일반적으로 금속, 금속막 또는 유사한 재료, 세라믹 또는 열의 복사가 가능하고 벽 및 천장에 일반적으로 비점착 표면을 형성할 수 있는 복합 재료와 같은 고온 복사 재료로 형성되거나 이러한 재료로 코팅된다. 그 결과, 챔버의 벽 및 천장이 가열됨에 따라, 벽 및 천장은 주물 쪽으로 열을 복사하기 쉬운 반면, 같은 시간에 그 표면은 챔버의 벽 및 천장에 수집 및 축적되는 것을 방지하기 위해 모래 주형 및/또는 코어의 결합제의 연소로부터 폐가스와 그을음과 같은 잔여물을 연소시키기에 충분한 온도로 가열된다.
도4a 내지 도6b는 처리 온도 제어 스테이션의 다양하고 상이한 실시예를 도시한다. 도4a 및 도4b는 대류형 열원(45)을 사용하는 처리 온도 제어 스테이션(36)을 도시한다. 각각의 대류 열원은 전체적으로 도관(52)에 의해 열 매체원에 연결된 하나 이상의 노즐 또는 송풍기(51)를 포함한다. 송풍기는 챔버 내로 그리고 그 내부에 내장된 주물 및/또는 주형에 대향하여 공기 또는 다른 기체 및/또는 유체와 같은 열 매체를 유도하도록 챔버(37)의 천정(47) 및 측벽(46)의 주변에 배열되거나 배치된다. 대류 송풍기는 화살표(53)로 지시된 바와 같이 주물 주변에 난류 가열 유체 유동을 생성시키는 경향이 있어서, 열을 실질적으로 주물 및 또는 모래 주형의 모든 측면에 인가한다. 결과로서, 주물은 열 매체 내에서 실질적으로 균일하게 둘러싸이고, 따라서, 대략 그 금속의 처리 제어 온도 또는 그 이상의 온도에서 주물의 온도를 유지한다. 또한, 주물이 그 모래 주형 내에서 처리되면, 처리 온도 제어 스테이션 내부의 열의 인가는, 내부의 접합 재료가 연소, 열 분해 또는 그렇지 않으면 해체되기 시작하는 분해 또는 연소 온도를 향하여 그 온도를 상승시키면서 주형 자체를 가열하는 경향이 있다.
또한, 보다 빨리 주물 및/또는 주형의 냉각을 억제하기 위한 보다 높은 속도 및/또는 온도에서 작동하는 송풍기 또는 노즐(52)을 처리 온도 제어 스테이션의 그 입구 단부에 인접한 전방에 가질 수 있다. 처리 온도 제어 스테이션의 출구와 같은 챔버의 중앙 및/또는 단부를 향해 배치된 노즐 또는 송풍기(52)는 여전히 처리 온도 제어 스테이션 내에 있는 모래 주형의 완전 열화를 방지하고 주물의 응고가 열처리 이전에 완료될 수 있게 하기 위해 주형 및/또는 모래 주형이 바람직한 온도 수준을 유지하도록 보다 낮은 온도 및 속도에서 작동될 수 있다.
다른 대안으로, 도5a 및 도5b는 그 내부의 열원(45')이 일반적으로 적외선 가열 요소, 전자기 에너지원 또는 유사한 복사 가열원과 같은 하나 이상의 복사 히터(54)를 포함하는 처리 온도 제어 스테이션(36')의 다른 실시예를 도시한다. 통상적으로, 복사 히터(54)는 다중 위치에 배열될 것이고 또는 대류 송풍기(51)의 배열과 유사하게 처리 온도 제어 스테이션(36)의 복사 챔버(37)의 벽 및 천정(46 및 47) 주변에 바람직한 위치 및 배향으로 설정된다. 대류 열원(52)과 같이, 챔버의 입구 단부에 인접한 복사 가열기는 처리 온도 제어 스테이션에 들어갈 때 그 모래 주형 내의 주물의 냉각을 보다 빨리 억제하기 위해 보다 높은 온도에서 작동될 수 있다. 또한, 진공 송풍기, 펌프 또는 배기 팬/시스템(56)은 전체적으로 도관(57)을 통해서 복사 챔버에 연결되고 복사 챔버 내부에 음압을 생성하여, 챔버 내부의 모래 코어 및/또는 모래 주형의 접합부의 점화 또는 연소로부터 생성된 열 및/또는 연소 가스를 배출하여 냉각을 보조하고 복사 히터의 요소의 과열을 방지한다.
처리 온도 제어 스테이션(36")의 다른 대안적인 실시예가 도6a 및 도6b에 예시되어 있으며, 이들 도면은 직접 충격식 열원(45")을 도시하고 있다. 직접 충격식 열원은 복사 챔버(37) 내에서의 선택된 위치에 또는 배향으로 세트 또는 어레이로 배열된 일련의 버너 또는 노즐(58)을 포함한다. 이들 버너(58)는 도관(59)에 의해 천연 가스 등의 연료원에 통상 연결된다. 직접 충격식 열원의 노즐 또는 버너 요소들은 실질적으로 주물의 측면, 상면, 저면 측으로 열을 가한다. 따라서, 주물은 실질적으로 균일하게 가열되고, 주물로부터 분리된 모래 재료는 자체의 결합제 물질을 태워버리기 위하여 직접 가열에 노출될 수 있다.
본 기술의 당업자들은, 상기한 다양한 열원이 복사 챔버 내에서 사용되기 위해 결합될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 처리 제어 온도에서 또는 그 이상에서 주물의 냉각을 저지한 후, 주물이 열처리 스테이션으로 유입되기 위해 대기할 때 주물의 온도를 유지하기 위하여 다중 챔버가 연속하여 사용될 수 있다.
다양한 종류의 열원을 사용하는 것 이외에, 도1a에 도시된 바와 같이, 주물을 위한 금속의 가열로부터 에너지의 회복 및 공유 가열을 고려하기 위하여, 화살표(60)로 지시된 바와 같이 처리 온도 제어 스테이션(36)의 복사 챔버 내로, 주입 스테이션(11) 내의 자체 주형 내로 용융 금속을 붓는 동안에 발생되어 포획된 폐가스를 안내 및/또는 회복하는 것도 가능하다. 다르게는, 처리 온도 제어 스테이션의 복사 챔버의 내부 환경을 가열하는 것을 돕기 위해, 열처리 스테이션(42) 내의 모래 주형 및/또는 주물의 모래 코어용 결합제의 연소와 와해, 그리고 주물의 열처 리의 결과로서 발생한 잉여 열이, 도1a에 점선 화살표(61)로 지시된 바와 같이, 처리 온도 제어 스테이션으로 다시 보내질 수도 있다. 그러한 폐가스와 열의 재포획은, 통과 주물의 냉각을 저지하는데 바람직하거나 필요한 온도까지 처리 온도 제어 스테이션의 챔버를 가열하는데 요구되는 에너지의 양을 감소시키는데 도움이 된다.
도2b, 도4a, 도5a 및 도6a에 추가 도시된 바와 같이, 수집 호퍼 또는 슈트(62)는 자체의 복사 챔버(37) 아래에 위치한 처리 온도 제어 스테이션(36)의 저면을 따라 통상 형성된다. 이러한 호퍼(62)는 자체 하단부(64)에서 하향 경사진 측벽(63)을 통상 포함한다. 이 경사 측벽은 자체 결합제의 열 강하가 처리 온도 제어 스테이션에서 시작될 때 모래 주형 및/또는 주물의 모래 코어로부터 제거된 모래를 수집한다. 모래는 호퍼(62)의 개방 하단부 아래에 위치한 수집 컨베이어(66)로 아래쪽으로 통상 보내진다. 일반적으로, 유동화 시스템 또는 기구(67)는 호퍼(62)의 벽의 하부(64)를 따라 위치된다. 유동화기(fluidizer)는, 본 명세서에 참조되는 미국 특허 제5,294,994호, 제5,565,046호 및 제5,738,162호에 개시된 바와 같은, 버너, 송풍기, 디스트리뷰터 또는 유사 유동화 유닛을 통상 포함하며, 이들은 실질적으로 순수한 형태의 주물을 위해 모래 주형 및/또는 모래 코어의 모래를 재생 이용하는 것을 돕도록 주물로부터 제거될 수 있는 결합제 및 모래의 어떠한 덩어리도 분쇄시키는 것을 돕도록 결합제의 분해를 더 촉진시키기 위하여 공기 또는 기타 유체와 같은 소정 유량의 가열된 매질을 모래에 인가한다. 재생 이용된 모래는 컨베이어(66)상에 수집되어 처리 온도 제어 스테이션으로부터 운반된다.
또한, 도1a, 도2a, 도2b, 도4a, 도5a 및 도6a에 도시된 바와 같이, 주물의 모래 코어 및/또는 모래 주형을 위한 결합제 재료의 연소에 의해 발생되는 여분의 열과 버려지는 가스는 처리 온도 제어 스테이션(36)의 복사 챔버(37) 밖으로 수집되거나 빨아 당겨져서, 도1a의 화살표(68)로 표시되는 바와 같이 열처리 스테이션(42)으로 보내진다. 이러한 처리 온도 제어 스테이션으로부터 열처리 스테이션으로의 여분의 열과 버려지는 가스의 전달은 처리 온도 제어 스테이션의 챔버 내에 발생된 열의 근본적인 회복과 열처리 스테이션 내의 모래 주형 및/또는 코어의 결합제의 질적 저하에 기인하는 버려지는 가스의 추가의 가열 및/또는 연소를 가능하게 한다. 도1a에 표시된 바와 같이, 송풍기 또는 유사한 공기 분배 기구(69)는 열처리 스테이션을 따라 일반적으로 추가로 장착되고, 주물의 열처리 동안 발생된 버려지는 가스와 주물의 모래 코어 및/또는 모래 주형의 결합제 재료의 결과적인 연소물을 빨아당긴다. 이러한 버려지는 가스는 송풍기에 의해 수집되어, 일반적으로 이러한 버려지는 가스들의 추가의 처리 및 연소를 위해 소각로(71)로 보내져서 이러한 가스를 재처리하고 주조 및 열처리 공정에 의해 생산된 오염량을 감소시키게 된다. 열처리 스테이션으로 유도되기 전에 처리 온도 제어 스테이션에서 발생되는 버려지는 가스를 추가로 여과하고, 열처리 스테이션에서 소각로까지 발생되는 가스를 여과하기 위해 필터를 사용하는 것이 또한 가능하다.
처리 온도 제어 스테이션은 결과적으로 열처리 스테이션 또는 챔버의 전방의 안착 영역으로서 기능하여, 주물이 처리 제어 온도 또는 온도의 위에, 그러나 주물이 열처리 스테이션으로의 도입 대기중인 동안에는 원하는 열처리 온도 이하로 유지되거나 저지되는 온도로 유지된다. 따라서, 시스템은 주위 환경에 노출되는 동안 주물이 열처리 스테이션으로 공급되기 위해 대기하는 줄 또는 라인에 놓여져, 주물이 처리 제어 온도 이하로 냉각되지 않고 주입 라인 또는 라인들이 더 빠르거나 더 효율적인 속도로 작동되는 것이 가능하게 한다. 그에 따라, 주물은 도1a, 도1c 및 도2a, 도2b에 도시된 바와 같이 개별적으로, 도1b, 도1c 및 도3에 도시된 바와 같이 일괄적으로 열처리, 모래 코어 및/또는 모래 주형 파괴 및 제거, 가능하게는 모래 교정을 위해 열처리 스테이션(42)으로 공급된다.
열처리 스테이션(42)(도2b 참조)은 컨베이어(76)가 그 사이로 주물의 운반을 위해 연장되는, 일련으로 장착되는 하나 이상의 노 챔버(75)를 포함하는 긴 노이다. 공기 또는 다른 유체와 같은 가열 매체를 가하는 송풍기 또는 노즐과 같은 대류 열원, 유체화된 베드, 유도, 복사와 같은 전도 열원 및/또는 다른 형태의 열원을 포함하는 열원(77)(도2a 참조)은 주물을 금속을 위한 적절한 열처리 온도로 가열하기 위해 변하는 정도와 양으로 주물 주위로 열 및 가능하게는 공기류를 제공하기 위해 챔버(75)의 벽 및/또는 천정에 장착된다. 이러한 원하는 열처리 온도와 열처리 시간은 기술 분야에서 숙련된 자들에게 알려진 바와 같이, 주물이 형성되는 금속 또는 금속 합금의 형태에 따라 변화된다.
열처리를 위한 열처리 노, 주물의 모래 코어 및/또는 모래 주형의 제거 및 적어도 부분적 파손, 그리고 모래 코어 및 모래 주형으로부터의 모래의 재생에 대한 예시는 본 명세서에 참고 문헌으로 참조된 미국 특허 제5,294,994호, 제5,565,046호 및 제5,738,162호에 개시된다. 본 발명에 사용되는 열처리 노 또는 스테이션의 다른 예시는 본 명세서에 참고 문헌으로 참조되는, 1999년 5월 17일에 출원된 미국 특허 출원 제09/313,111호 및 2000년 9월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제09/665,354호에 개시된다. 그러한 열처리 스테이션 또는 열처리 노는 일반적으로 주물의 모래 코어 및/또는 모래 주형으로부터 주물의 열처리 중에 제거된 모래를 재생시킬 수 있다.
열처리 후에, 주물은 일반적으로 열처리 스테이션에서 제거되어 세척되어 처리될 수 있는 주물의 담금질을 위한 담금질 스테이션(78; 도1a)으로 이동된다. 담금질 스테이션은 통상 물 또는 다른 공지된 냉매와 같은 냉각 유체를 갖는 담금질 탱크를 포함하거나, 공기, 물 또는 당해 분야에 공지된 유사한 냉각 매체와 같은 냉각 유체를 공급하는 일련의 노즐을 갖는 챔버를 포함할 수 있다. 그 후에, 주물은 세척 및 다른 필요한 처리를 위해 담금질 스테이션으로부터 제거될 수 있다.
일체형 설비(5)의 다른 실시예는 도1b에 도시된다. 이러한 실시예에서, 본 명세서에서 크레인 또는 로봇 아암(28)으로 설명되는 이송 기구(27)는 주형이 주입 또는 주조 위치(23)와 모래 주형을 내부의 주물로 이송하여 결합시키거나 주물을 주형으로부터 제거하여 열처리 유닛(26)의 하나 이상의 입구 컨베이어(34, 34')로 주물을 이송하는 이송 위치(24) 사이에서 회전되는 원형 컨베이어형 시스템으로 도시되는 다중 주입선 또는 스테이션(11, 11')으로부터 주물을 제거한다. 주물은 열처리 스테이션(42) 내로 안내하기 위한 처리 온도 제어 시스템(36) 내로 이동하여 이를 관통하도록 각각 이동 될 수 있거나, 배치 내의 주물을 처리하기 위해 바스켓 또는 이송 트레이(79) 내에 수집될 수 있다.
도1b에 도시된 실시예에서, 처리 온도 제어 스테이션(36)은 일반적으로 내부에 주물을 포함하는 주형 및/또는 모래 주형이 이동되거나 이송되는 챔버(82)를 형성하는 긴 복사 터널(81)로 형성된다. 복사 터널(81)은 일반적으로 도2a, 도2b 및 도4a 내지 도6b의 실시예에 대해 이하에 설명될 다양한 다른 열원(45, 45', 45")와 같이 터널을 따라 장착되는 일련의 열원(83)을 포함한다. 통상, 복사 터널(81) 챔버(82)의 벽(84) 및 천장은 복사 터널 내에서 발생한 열이 터널을 따라 이동하는 주물을 향하여 반사/복사되도록 내화성 재료로 형성되거나 코팅된다. 복사 터널(81)의 단부에는 주물이 수집되거나 바스켓(79) 또는 주물의 배치 처리를 위한 유사한 이송 트레이, 또는 내부에 주물을 포함하는 모래 주형 내에 침전될 수 있는 수집 스테이션(86)이 있다. 열처리 스테이션 내의 배치 처리를 위한 바스켓 내의 주물을 수집하는 것은 주물이 도1c 내지 도3에 도시된 바와 같이 처리 온도 제어 스테이션(36)의 복사 챔버 또는 터널을 가로지기 전에 수행될 수 있다.
본 발명의 집적 설비(5)의 다른 실시예가 도1c에 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, (도1b에 도시된 바와 같이) 긴 복사 터널 또는 챔버(81)를 포함하는 것으로 본원 명세서에 표시되어 있는 처리 온도 제어 스테이션(36)은 열처리 스테이션(42)과 연통하거나 또는 주물을 열처리 스테이션으로 공급하는 칠 제거 스테이션(87)과 접촉하거나 또는 칠 제거 스테이션에 공급된다. 통상, 이 실시예에서, 주물은 내부에 장착된 "칠(chill)"을 포함하는 반영구적 주형 또는 모래 주형 내에 남아 있는 동안 이동되고 열처리 또는 프로세싱될 것이다. 칠은 일반적으로 강 또는 유사 재료로 통상 제조되며 원하는 설계 특성의 주물면을 형성하기 위한 설계 릴리프를 갖는 금속 판이며, 주형 내부에 용융 금속 재료를 주입할 때 또는 그 이전에 주형 내에 위치된다. 따라서, 칠은 주물의 열처리 또는 칠의 교정 및 재사용 이전에 제거되어야만 한다. 일반적으로 모래 주형의 연소가 적어도 부분적으로 시작되는 동안 복사 터널(81)의 챔버(82)를 통과한 후에, 칠은 열처리 스테이션(42) 속으로의 주형과 주물의 이동을 현저하게 지연시키지 않고 제거될 수 있다. 칠 제거 스테이션에서 칠을 제거한 후에, 내부에 주물을 갖는 주형은 일반적으로 열처리용 열처리 스테이션 속을 직접 통과하여, 모래코어와 모래 주형이 파손되고 모래는 교정된다.
본 발명의 집적 설비의 다른 실시예가 도1d에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 주물은 일반적으로 그 주형으로부터 제거되어, 하나 이상의 열처리 노 또는 스테이션(92)으로 직접 공급되도록 입구 컨베이어(90 또는 91)로 운반될 수 있다. 다르게는, 주물이 모래 주형 내부에 형성된다면, 전체 주형은 이송점(28)으로부터 입구 컨베이어(90 또는 91) 중 하나까지 운반될 것이다. 도1d에 도시된 바와 같이, 주형으로부터의 주물의 제거와, 주물의 순차적인 이동, 또는 주입 스테이션으로부터 내부에 잔류하는 주물을 갖는 주형의 제거와, 열처리 스테이션(92)으로의 이동이 동일한 운반 기구 또는 메니퓨레터에 의해 수행될 수 있다.
이 실시예에서, 도시된 열원(93)은 자체적으로 전환 기구(27)에 장착되어, 주물이 주입 라인의 전환 위치로부터 열처리 노(92)용 입구 컨베이어(90 또는 91) 중 하나로 이동되면서 직접 주물 또는 모래 주형으로 가해진다. 상술한 열원은 당업자라면 용이하게 알 수 있는 적외선 또는 전자기 방출기, 유도, 복사 및 전도 열 원 또는 다른 형태의 열원과 같은 복사 에너지원을 포함할 수 있다. 전환 기구(27)에 장착된 열원(93)으로부터의 열은 일반적으로 주물 및 /또는 주형의 냉각을 저지하여 대체로 금속의 프로세스 제어 온도 또는 그 이상으로 주물 금속의 온도를 유지하도록, 주물 또는 주형이 입구 컨베이어로 전환되면서 주물 또는 주형의 상부면 및/또는 측면과 같은 하나 이상의 표면으로 배향된다.
94로 지시된, 추가 열원은 도1d에서 지시된 바와 같이 입구 컨베이어(90, 91) 위 또는 이에 인접하여, 또는 주물의 온도의 가열 및 억제를 유지하도록 화살표(96, 96' 및 97, 97')에 의해 지시된 이송 기구의 주행 통로를 따라 장착될 수 있다. 또한, 송풍기, 팬 또는 (도시되지 않은)다른 유사한 공기 운동 장치는, 주입 라인부터 열처리 노(92)까지 이송 중에 주물의 불균등한 가열 또는 냉각 및 냉각 스폿의 발생률을 감소시키도록, 그 측면, 상부 및 바닥부에 대해 실질적으로 수송되는 주형 및/또는 주물에 인가되는 열을 분포시키기 위한 공기 또는 다른 가열된 유체 등, 가열된 매체를 인가하기 위해서 화살표(96, 96' 및 97, 97')에 의해 지시된 이동 통로를 따라 또는 이송 기구에 인접하게 위치될 수 있다. 이송 기구 상 및 일부 장치 내에, 주물의 주행 통로를 따라 장착된 이러한 열원 또는 요소들의 사용은 주물을 처리 제어 온도 이상으로 억제 및 유지시키도록 처리 온도 제어 스테이션의 기능을 수행한다.
도3에서 도시된 바와 같이, 일체의 금속 처리 설비의 다른 실시예에서, 주물 및/또는 모래 주형은 도3에서 나타난 바와 같이, 주물에 대한 전체 배치 가열 공정의 일부분으로써 처리 온도 제어 스테이션으로 공급하기 위한 이송 기구(27)에 의 해 수집 배스킷 또는 이송 트레이(100) 내에 직접 위치될 수 있다. 이러한 장치에서, 주물(12)은 일반적으로 공지된 대로 위치된 주물을 갖는, 일련의 반송 트레이(100)의 격실 또는 챔버(101)에 적재될 것이며, 주물은 본 명세서에서 참조된, 2000년 9월 9일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/665,354호에서 개시되고 청구된 바와 같이, 주물이 처리 온도 제어 스테이션(102) 및 열처리 스테이션(103)으로 이를 통해 이동할 때 코어 제거(de-coring) 및 다른 기능을 위해 지향된 열을 인가하도록 공지된 인덱스된 위치에 위치된다. 본 실시예에서, 주물이 내부에 적재됨에 따라, 트레이(100)는 전형적으로 화살표(106, 106')에 의해 지시된 처리 온도 제어 스테이션의 챔버(104) 안밖으로 인덱스될 것이다. 결과적으로, 처리 제어 또는 임계 온도 이하로 냉각되는 것을 허용하는, 주위 환경에 대한 주물의 노출은, 트레이(101)의 다양한 다른 격실(101)이 배치의 잔류 주물로 적재되는 동안 줄어들 것이다.
또한, 도3에서 지시된 바와 같이, 트레이(100)의 각 격실(101)에 안내된 열원(107)을 더 제공될 수 있다. 예를 들어, 도3에서 도시된 바와 같이 제1 격실(101')에 주물(12')이 설치되고, 처리 온도 제어 스테이션(102)으로 인덱스됨에 따라, 제1 열원(107')은 특정 챔버 내에 주물 및/또는 모래 주형으로 특히 안내된 열을 인가하도록 결합될 것이다. 따라서, 연속적 주물 도는 주형은 배스킷의 다른 챔버 또는 격실로 설치되고, 격실로 안내된 추가 열원(107)은 결합된다. 따라서, 처리 온도 제어 스테이션의 챔버(104)의 가열은 주물의 더욱 효과적인 가열에 요구되는 바와 같이 특정 영역 또는 구역으로 제한되거나 안내될 수 있다.
또한 도3에서 도시된 바와 같이, 가스 및 추가 남은 열이 도관(109)을 통해 열 재생 및 오염 감소에 대한 열처리 스테이션(103)으로 전달된 후, 일련의 송풍기 또는 다른 유사한 공기 운동 장치(108)는 모래 코어 및/또는 모래 주형 결합제 재료의 열화에 의해 발생된 폐가스를 배출하기 위해, 뿐만 아니라 처리 온도 제어 스테이션(102) 챔버의 측벽 및 천장 상에 가연 폐기물의 수집을 피하기 위해서 처리 온도 제어 스테이션의 루프에 일반적으로 장착될 수 있다.
본 발명은 상술된 바와 같이 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 추가, 삭제, 수정 및 변화가 가능함을 이해할 것이다. 다양한 실시예 및/또는 그 특징은 본 발명의 추가 실시예를 형성하도록 결합될 수 있을 것이다.

Claims (31)

  1. 금속 주물의 형성 및 열처리를 위한 일체식 금속 처리 설비이며,
    주물을 형성하기 위해 일련의 주형에 용융된 금속을 주입하는 주입 스테이션과,
    주물을 열처리하기 위해 하나 이상의 열처리 스테이션을 포함하는 열처리 유닛과,
    주물을 상기 주입 스테이션으로부터 열처리 유닛으로 이동시키는 이송 시스템과,
    주물을 주물의 금속에 대한 처리 제어 온도 또는 그 이상으로 유지하도록 열처리 스테이션으로 주물을 도입하기 전에 주물에 열을 인가하기 위해 주물의 이동 경로를 따라 배치된 열원을 포함하여,
    주물이 열처리 스테이션으로 도입될 때까지 주물이 처리 제어 온도 또는 그 이상으로 유지되면서, 주물이 상기 주입 스테이션으로부터 열처리 유닛으로 이동함에 따라 주물의 용융된 금속은 응고되는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이송 시스템은 주물을 함께 갖는 주형을 주입 스테이션으로부터 열처리 스테이션으로 파지 및 이동시키도록 구성된 로봇식 또는 기계식 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열원은 주입 스테이션으로부터 열처리 유닛으로의 이송 중에 주물로 열을 인가하기 위해 이송 시스템에 장착된 가열 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열처리 스테이션의 입구 단부에 인접하여 위치된 처리 온도 제어 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  5. 제4항에 있어서, 상기 처리 온도 제어 스테이션은 주물이 통과 이동하는 복사 챔버를 포함하고, 상기 열원은 열을 복사 챔버에 공급하기 위해 처리 온도 제어 스테이션을 따라 장착된 일련의 가열 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  6. 제5항에 있어서, 가열 요소는 복사 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  7. 제5항에 있어서, 상기 열원의 상기 일련의 가열 요소는 대류 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  8. 제5항에 있어서, 상기 열원의 상기 일련의 가열 요소는 연료 공급부에 연결된 일련의 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  9. 제1항에 있어서, 상기 열처리 유닛은 열처리 스테이션을 각각 한정하는 복수개의 노 챔버를 갖는 노를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열처리 유닛은 주물이 상기 열처리 스테이션으로 도입되기 전에 수용되는 긴 챔버를 포함하는 처리 온도 제어 스테이션과, 주물의 냉각이 정지되고 그에 따라 주물이 처리 제어 온도 또는 그 이상으로 유지되는 내부의 가열된 환경을 생성하기 위해 상기 챔버로 열을 공급하는 복수개의 열원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체식 금속 처리 설비.
  11. 금속 주물을 형성하고 처리하는 방법이며,
    주형에 용융된 금속을 주입하는 단계와,
    주물을 형성하도록 용융된 금속을 응고하기에 충분한 온도로 주형 내의 용융된 금속을 냉각하는 것을 허용하는 단계와,
    주물이 열처리 라인의 열처리 스테이션 내로 이동될 때 주물의 냉각을 억제시키는 단계 및 주물을 주물의 금속에 대한 처리 제어 온도 또는 그 이상으로 유지하는 단계와,
    주물을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 주물의 냉각을 억제시키는 단계 및 주물을 처리 제어 온도 또는 그 이상으로 유지하는 단계는, 주물의 금속에 대한 용액 열처리 온도 이상으로 주물을 가열하지 않고서 주물의 냉각을 정지시키기에 충분한 온도로 주물에 열을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 주물의 냉각을 억제시키는 단계 및 주물을 처리 제어 온도 또는 그 이상으로 유지하는 단계는, 주물에 열을 인가하기 위해 내부에 장착된 일련의 열원을 갖는 복사 챔버를 통해 주물을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 열원은 주물 쪽으로 열을 복사하는 복사 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 열원은 주물 쪽으로 가열된 매체의 유동을 유도하는 대류 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 주형으로부터 주물을 제거하는 단계와, 그 후 주입 스테이션으로부터 열처리 라인으로 주물을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제11항에 있어서, 내부에 주물이 포함된 주형을 이송 기구와 결합시키는 단계와, 주입 스테이션으로부터 열처리 라인용 입구 컨베이어로 주물을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 주물의 냉각을 억제시키는 단계는 주물 및 주형이 열처리 라인으로 이송됨에 따라 이송 기구에 장착된 열원으로부터 주물 쪽으로 열을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 주물을 열처리하는 단계는 주물 배치(batch) 내의 주물을 가열하기 위해 주물을 배스킷 내로 적재하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제13항에 있어서, 복사 챔버로부터 열처리 스테이션 내로 폐가스와 열을 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제11항에 있어서, 주물의 냉각을 억제하는 단계는 주입 스테이션으로부터 열처리 라인으로 주물을 이송하는 중에 주물에 열을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제11항에 있어서, 주물을 열처리하기 전에 주형으로부터 칠을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 용융 금속으로 형성된 주물을 처리하는 시스템이며,
    주물을 형성하기 위해 일련의 주형으로 용융 금속이 주입되는 주입 스테이션과,
    상기 주입 스테이션으로부터 하류측에 위치한 열처리 라인을 포함하고,
    상기 열처리 라인은,
    주물이 열처리를 위해 통과되는 적어도 하나의 열처리 노와,
    상기 열처리 노에서 상류 측에 위치하고, 열처리 전에 주물이 통과되는 챔버를 구비하며, 금속 주물의 처리 제어 온도 또는 그 이상에서 주물의 냉각을 충분히 억제하도록 상기 챔버 내에서 주물에 열을 인가하는 일련의 가열 요소들을 구비하는 처리 온도 제어 스테이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 주입 스테이션으로부터 상기 열처리 라인으로 주물을 이송하는 이송 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제23항에 있어서, 상기 가열 요소는 복사 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제23항에 있어서, 상기 가열 요소는 대류 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제23항에 있어서, 상기 가열 요소는 연료 공급원에 연결된 일련의 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제23항에 있어서, 상기 챔버는 주물이 통과할 때 열을 주물로 유도하는 복사 재료를 포함하는 천장 및 측벽을 구비한 긴 터널을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제24항에 있어서, 상기 이송 기구에 장착되고, 주물이 상기 주입 스테이션으로부터 상기 열처리 라인으로 수송되는 동안 주물에 열을 가하도록 구성된 열원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제23항에 있어서, 상기 열처리 라인은 열처리 스테이션을 각각 한정하는 복수의 노 챔버를 갖는 노를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제23항에 있어서, 주입 스테이션으로부터 주물을 수용하고, 연속하는 주물이 그 안에 위치될 때 상기 처리 온도 제어 스테이션 안밖으로 왕복 이동 가능한 수집 트레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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