KR101406814B1 - 대구경관 수평연속주조용 몰드장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평연속주조에 쓰이는 몰드장치에 관한 것으로, 튜브몰드와 맨드릴이 비교적 단순한 구조임에도 불구하고 내구성을 향상시켜 경제성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 유입개구의 원주방향 단면적과 지지플랜지의 길이 비율을 최적화하여, 제품 생산성과 제품의 내구성을 향상시키는 효과가 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 대구경관 수평연속주조용 몰드장치는 관상의 튜브몰드와, 상기 튜브몰드의 내부에 동심적으로 수용되어 상기 튜브몰드와의 사이에 유입 용융 금속의 원통상 성형간극을 형성하는 맨드릴본체부와 상기 맨드릴본체부의 유입측 단부 영역에 원주방향을 따라 용융금속의 유입개구를 두고 상호 이격 배치되어 상기 튜브몰드의 유입측 단부의 내경면에 접촉하는 복수의 지지플랜지와 상기 각 지지플랜지의 유입측 전방에서 상기 맨드릴본체부의 외표면으로부터 돌출하여 상기 튜브몰드의 유입측 단부면에 접촉하는 복수의 멈춤플랜지를 갖는 맨드릴을 가진다.

Description

대구경관 수평연속주조용 몰드장치{Molding apparatus for horizontal continuous casting of large diameter pipe}

본 발명은 대구경관 수평연속주조에 쓰이는 몰드장치에 관한 것이다.

비교적 용융온도가 낮은 동합금 등을 파이프로 수평연속주조하는 몰드장치는 용융 금속을 수용한 노체의 유출구에 직접 결합되어 유출되는 용융 금속을 수령하여 성형한다. 이러한 몰드장치는 외부의 관상 튜브몰드와 이 튜브몰드의 내부에 수용되어 원통상의 성형공간을 형성하는 맨드릴로 구성되어 있다.

이러한 수평연속주조용 몰드장치에서는 일반적으로 튜브몰드에 맨드릴이 부분적으로 압입되어 일체로 결합된다. 그런데, 수평연속주조용 몰드장치는 연속주조 작업 중에 고온의 금속 용융물과 항상 접촉되어 심한 열적 스트레스를 받기 때문에, 튜브몰드와 맨드릴의 견고한 결합상태가 약화되거나 변형되는 경우가 발생할 수 있으며, 이는 생산품의 품질 저하로 귀결된다. 그래서 맨드릴과 튜브몰드를 상호 나사결합 등 비교적 복잡한 형상적 혹은 구조적 배려를 통해 내구적 견고성을 도모하고 있지만, 제조비용의 증가를 수반하는 등 내구성과 경제성을 동시에 제공하고 있지는 못하다.

한편, 구경이 큰 관을 수평연속주조법을 통하여 주조할 때는 중력의 영향으로 금속용융물이 아래쪽으로 하강하는 현상이 현저히 나타난다. 이러한 문제점으로 파이프의 전체적인 두께가 일정치 않게 제조되는 경우가 빈번히 발생하기 때문에 현재까지 수평연속주조를 이용해서 직경 250mm이상의 대구경관을 주조 하는 기술은 공개된 바가 없다.

본 발명의 목적은 비교적 단순하고 경제적으로 제조할 수 있으며 내구성 성능과 성형물의 품질을 보장할 수 있는 대구경관 수평연속주조용 몰드장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 대구경관 수평연속주조용 몰드장치는, 관상의 튜브몰드와, 상기 튜브몰드의 내부에 동심적으로 수용되어 상기 튜브몰드와의 사이에 유입 용융 금속의 원통상 성형간극을 형성하는 맨드릴본체부와 상기 맨드릴본체부의 유입측 단부 영역에 원주방향을 따라 용융금속의 유입개구를 두고 상호 이격 배치되어 상기 튜브몰드의 유입측 단부의 내경면에 접촉하는 복수의 지지플랜지와 상기 각 맨드릴본체부의 유입측 전방에서 상기 지지플랜지의 외표면으로부터 돌출하여 상기 튜브몰드의 유입측 단부면에 접촉하는 복수의 멈춤플랜지를 갖는 맨드릴을 가진다.

여기서 상기 유입개구와 상기 지지플랜지의 원주방향 단면적 비율은 1:1 내지 1:1.5의 범위에 있으며, 상기 지지플랜지에 의한 접촉지지 길이는 상기 튜브몰드 길이의 7~12% 범위인 것이 바람직하다.

또한, 상기 튜브몰드를 반경방향을 따라 관통하여 상기 지지플랜지에 고정되는 복수의 고정핀을 더 가질 수 있다.

한편, 상기 맨드릴본체부는 성형유동방향을 따라 점진적으로 축경되는 축경구배와, 유출측 단부로부터 일부 길이구간에 걸쳐 함몰 형성된 중공부를 더 가질 수 있다.

그리고 상기 튜브몰드는 상기 지지플랜지에 의해 지지된 축선방향 영역에 적어도 하나 이상의 가스배출구를 더 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 튜브몰드와 맨드릴이 비교적 단순한 구조임에도 불구하고 내구성을 향상시켜 경제성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 유입개구의 원주방향 단면적과 지지플랜지의 길이 비율을 최적화하여, 대구경관 제품의 생산성 및 제품성과 몰드장치의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대구경관 수평연속주조용 몰드장치의 유입측 정면도이고,
도 2(a)와 도 2(b)는 각 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 및 Ⅱ-Ⅱ′선에 따른 측단면도이며,
도 3은 도2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 정단면도이다.

도 1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대구경관 수평연속주조용 몰드장치는 튜브몰드(10)와 맨드릴(20)을 가진다.

튜브몰드(10)는 관상체이며, 그 내부에 맨드릴(20)이 삽입된다. 맨드릴(20)은 맨드릴본체부(21), 지지플랜지(23) 및 멈춤플랜지(25)를 가진다. 맨드릴본체부(21)는 튜브몰드(10)의 내부에 동심적으로 배치된다. 맨드릴본체부(21)는 튜브몰드(10)의 내경보다 작은 직경을 가지며, 이에 의해 튜브몰드(10)와의 사이에 유입된 용융 금속의 성형을 위한 원통상의 성형간격을 형성한다.

맨드릴본체부(21)의 유입측 단부 영역에는 지지플랜지(23)가 마련되어 있다. 지지플랜지(23)는 원주방향을 따라 용융 금속의 유입개구(30)를 두고 상호 이격 배치되어 있다. 도시된 실시예에서는 3개의 지지플랜지(23)가 등각도 간격을 두고 배치되어 있으며, 이들 지지플랜지(23)에 의해 그들 사이에 같은 수의 유입개구(30)가 형성된다. 지지플랜지(23) 및 유입개구(30)의 수는 자유로운 선택이 가능하다. 다만 최적 성형조건을 충족하기 위해 유입개구(30)와 지지플랜지(23)의 원주방향 단면적비율은 적절히 조절할 필요가 있다. 성형조건에 영향을 미치는 요소로서는 용탕의 온도, 성형 속도, 성형 간극, 성형 길이, 튜브몰드의 직경, 냉각용량 등이 있다. 이들 요소들에 대해 통상적인 성형조건을 고려할 때, 지지플랜지(23)와 유입개구(30)의 단면적 비율이 1 : 1 내지 1 : 1.5범위 내에 있는 경우 적절한 품질의 성형물을 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.

지지플랜지(23)는 유입측 단부 영역에서 튜브몰드(10)의 내경면에 접촉하여 튜브몰드(10)를 맨드릴(20)에 대해 상대 위치를 유지하도록 지지하는 역할을 한다. 이에 의해 튜브몰드(10)는 맨드릴본체부(21)에 대해 동심적으로 유지된다. 한편 용융금속은 유동방향을 따라 지지플랜지(23)의 영역을 벗어나면 원통상으로 합류하여 관상의 성형물을 형성하게 된다. 그래서 지지플랜지(23)에 의한 접촉지지 길이(Lc)는 지지강도를 위해서는 충분히 길어야 하고 성형 품질을 위해서는 가능한 한 짧은 것이 바람직하다. 실제 실험을 통해 확인한 최적의 지지길이는 튜브몰드(10)의 전체 길이(Lt)의 7~12% 범위였다.

지지플랜지(23)의 유입측 전방에서 멈춤플랜지(25)들이 마련되어 있다. 멈춤플랜지(25)들은 각 지지플랜지(23)의 영역에 대응하는 원주방향 위치에 실질적으로 동일한 각도 간격만큼 마련되며, 지지플랜지(23)보다 반경방향 돌출 높이가 더 높다. 이에 따라 튜브몰드(10)의 유입측 단부면이 멈춤플랜지(25)에 접촉하게 되어, 튜브몰드(10)의 유입방향 이동이 제한되어 맨드릴(20)과의 조립위치를 정확히 설정되게 된다. 이는 동시에 용융금속의 유동압력이 가해지더라도 맨드릴(20)이 유동방향을 따라 튜브몰드(10)에 대해 상대적 위치가 이동하는 것을 제한하는 역할을 함을 의미한다.

튜브몰드(10)의 내경면에 접촉하는 3개의 지지플랜지(23) 각각의 중심부에는 핀고정홀(29)이 한 개씩 형성되고, 각 핀고정홀(29)과 대응하는 튜브몰드(10)의 위치에 반경방향을 따라 관통된 핀관통공(11)이 형성되어 있다. 핀관통공(11)에는 고정핀(40)이 관통하여 핀고정홀(29)에 삽입된다. 이에 의해 튜브몰드(10)와 맨드릴(20)이 상호 견고히 결합된다. 고정핀(40)에 의해 튜브몰드(10)와 맨드릴(20)은 동심도를 유지한 채로 상대적인 움직임이 방지된다. 이러한 고정핀(40)은 경우에 따라서는 튜브몰드(10)와 지지플랜지(23) 간의 충분한 강도의 압입이나 기타 체결 혹은 고착 수단에 의해 대체될 수도 있다.

튜브몰드(10)는 또한 지지플랜지(23)에 의해 지지된 영역 중 성형간극(33) 영역 혹은 유입개구(30)의 영역에 마련된 가스배출구(13)를 갖는다. 가스배출구(13)는 용융 금속에 함유된 가스를 배출하여 최종성형물 내에 잔존할 수 있는 기포를 줄이는 역할을 한다.

한편, 바람직한 실시예에서는 맨드릴본체부(21)는 성형유동방향을 따라 점진적으로 축경되는 축경구배를 갖는다. 이 축경구배는 냉각되어 고체화된 금속 파이프가 인출될 때, 맨드릴본체부(21)와 상기 금속 파이프의 마찰을 최소화시키는 역할을 한다.

맨드릴본체부(21)는 또한 유출측 단부로부터 맨드릴본체부(21)의 절반정도 길이구간에 걸쳐 함몰 형성된 중공부(27)를 갖는다. 중공부(27)를 형성함으로써 맨드릴본체부(21)의 중량 및 재료비용을 절감할 수 있으며, 경우에 따라서는 성형 온도 조건 조절을 위해 활용될 수도 있다. 중공부(27)는 도 1에 도시된 바와 같이 크게 하나로 형성되거나, 혹은 작은 중공부(27)가 복수개로 형성될 수도 있다. 성형물의 직경이 비교적 작은 경우에는 중공부(27)가 생략될 수도 있다.

10: 튜브몰드 11: 핀관통공
13: 가스배출구 20: 맨드릴
21: 맨드릴몸체부 23: 지지플랜지
25: 멈춤플랜지 27: 중공부
29: 핀고정홀 30: 유입개구
33: 성형간극 40: 고정핀

Claims (6)

1. 대구경관 수평연속주조용 몰드장치에 있어서,
   관상의 튜브몰드와;
   상기 튜브몰드의 내부에 동심적으로 수용되어 상기 튜브몰드와의 사이에 유입 용융 금속의 원통상 성형간극을 형성하는 맨드릴본체부와, 상기 맨드릴본체부의 유입측 단부 영역에 원주방향을 따라 용융금속의 유입개구를 두고 상호 이격 배치되어 상기 튜브몰드의 유입측 단부의 내경면에 접촉하는 복수의 지지플랜지와, 상기 각 지지플랜지의 유입측 전방에서 상기 맨드릴본체부의 외표면으로부터 돌출하여 상기 튜브몰드의 유입측 단부면에 접촉하는 복수의 멈춤플랜지를 갖는 맨드릴을 포함하며,
   상기 맨드릴본체부는 유출측 단부로부터 축선방향을 따라 일부 길이구간에 걸쳐 함몰 형성된 중공부를 갖는 것을 특징으로 하는 대구경관 수평연속주조용 몰드장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 튜브몰드를 반경방향을 따라 관통하여 상기 지지플랜지에 고정되는 복수의 고정핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경관 수평연속주조용 몰드장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 맨드릴본체부는 성형유동방향을 따라 점진적으로 축경되는 축경구배를 갖는 것을 특징으로 하는 대구경관 수평연속주조용 몰드장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 유입개구와 상기 지지플랜지의 원주방향 단면적 비율은 1:1 내지 1:1.5의 범위에 있으며, 상기 지지플랜지에 의한 접촉지지 길이는 상기 튜브몰드 길이의 7~12% 범위인 것을 특징으로 하는 대구경관 수평연속주조용 몰드장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 튜브몰드는 상기 지지플랜지에 의해 지지된 축선방향 영역에 적어도 하나 이상의 가스배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 대구경관 수평연속주조용 몰드장치.
   
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