KR20130027581A - 주조용 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 순(純)마그네슘이나 마그네슘합금의 주조재를 제조하는 데에 적합한 주조용 노즐을 제공한다. 노즐(1)은, 용해한 용탕을 주형으로 되는 롤(10) 사이에 공급하고, 주조재(100)를 제조하는 데에 이용되며, 대향 배치되는 한쌍의 롤(10) 사이에 주탕구(4)가 위치하도록 배치된다. 이 노즐(1)은, 알루미나 등의 산화물재료로 이루어지는 본체(1a)와, 본체(1a)에 있어서 용탕에 접촉하는 내주면에, 실질적으로 산소를 함유하지 않는 재료로 이루어지는 피복층(3)을 구비한다. 본체(1a)는, 피복층(3)에 의해 용탕에 직접 접촉하지 않기 때문에, 본체(1a)에 함유되는 산소와 용탕이 반응하는 것을 방지할 수 있다. 또, 노즐(1)에 있어서 롤러(10)에 접촉하는 주형접촉부(2)가 단열재로 형성됨으로써, 노즐(1) 내의 용탕이 주형접촉부(2)를 개재해서 롤러(10)에 의해 냉각되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

주조용 노즐{CASTING NOZZLE}

본 발명은, 쌍롤 가동주형을 이용해서 연속주조를 실행할 때에, 금속 용탕(溶湯)을 가동주형에 공급하는 주조용 노즐에 관한 것이다. 특히, 순(純)마그네슘 또는 마그네슘합금의 주조재를 제조하는 데에 적합한 주조용 노즐에 관한 것이다.

종래, 롤이나 벨트 등으로 이루어지는 가동주형에 용해시킨 금속용탕을 공급하고, 이 용탕을 주형에 접촉시킴으로써 냉각해서 응고시키고, 주조재를 연속적으로 제조하는 연속주조가 공지되어 있다. 이와 같은 연속주조로서, 예를 들면, 한쌍 의 롤로 이루어지는 쌍롤 가동주형을 구비한 쌍롤(트윈롤)법이 있다. 이 방법은, 서로 반대방향으로 회전하는 한쌍의 롤을 대향 배치시키고, 롤 사이에 금속용탕을 주입해서 주조재를 얻는 방법이다. 이 쌍롤법은, 순알루미늄이나 알루미늄합금의 판재의 제조에 자주 이용되고 있으며, 용탕을 롤 사이에 공급하는 노즐로서, 알루미나나 실리카와 같은 단열재로 형성된 것이 공지되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

한편, Mg은, 비중(밀도 g/㎤, 20℃)이 1.74로 상기 Al보다도 작으며, 구조용으로 이용되는 금속재료 중에서 가장 경량인 금속이다. 이런 연유로, 순마그네슘이나 Mg을 주성분으로 하는 마그네슘합금은, 경량화가 요구되는 다양한 분야의 재료로서 기대된다. 예를 들면, 마그네슘합금 재료로서, 특허문헌 2에서는, 연속주조에 의해 주조재를 제조하는 것이 기재되어 있다.

[특허문헌 1] 일본공개특허11-226702호 공보 [특허문헌 2] 국제공개 제02/083341호 팜플렛 순마그네슘이나 마그네슘합금의 주조재를 제조하는 데에 있어서, 알루미늄합금 등과 마찬가지로 쌍롤법에 의한 연속주조를 실행하면, 대량생산이 가능하다. 그러나, 주조용 노즐로서 알루미늄합금 등에 의해 이용되고 있는 것을 그대로 이용하면, Mg은 활성인 금속이기 때문에, 노즐을 형성하는 실리카나 알루미나 등과 같은 산화물과 용탕이 반응되어서, 주조가 곤란하다고 하는 문제가 있다.

그래서, 본 발명의 주된 목적은, 순마그네슘 또는 마그네슘합금의 주조재를 생산성 양호하게 제조하는 데에 적합한 주조용 노즐을 제공하는 데에 있다.

순알루미늄이나 알루미늄합금을 대상으로 한 연속주조에 이용되고 있는 알루미나나 실리카와 같은 산화물재료로 이루어지는 주조용 노즐을 순마그네슘이나 마그네슘합금의 연속주조에 이용하는 경우, 노즐에 있어서 용탕이 접촉되는 개소를 저산소재료로 형성함으로써, 노즐의 형성재료에 함유되는 산소와 용탕이 반응되는 것을 방지할 수 있다. 또, 쌍롤법에서는, 통상, 노즐 선단부에 구비하는 주탕구를 가능한 한 롤에 접근시켜서 배치하는, 구체적으로는 롤 사이에 노즐 선단부가 끼워지도록 노즐 선단부와 롤을 접촉시켜서 배치한다. 이때, 노즐이 단열재가 아니라 열전도성이 우수한 재료로 형성되어 있으면, 노즐과 롤이 접촉됨으로써, 용탕이 노즐을 개재해서 롤에 의해 냉각되거나, 용탕이 노즐 외부의 공기에 의해 냉각되어서, 롤 사이에 주입되기 전에 노즐 내에서 용탕이 응고될 우려가 있다. 특히, 롤이 수냉구조를 구비하는 경우, 노즐을 개재해서 용탕이 한층더 냉각되기 쉬워진다. 그러나, 노즐에 있어서 적어도 롤과 접촉하는 개소가 단열재로 형성됨으로써, 용탕이 노즐을 개재해서 롤에 의해 냉각되는 것을 방지할 수 있다. 이들의 식견에 의거하여, 본 발명은, 노즐에 있어서 용탕에 접촉하는 개소의 적어도 일부를 산소 함유량이 낮은 저산소재료로 형성하고, 노즐에 있어서 롤(가동주형)에 접촉하는 개소를 단열재로 형성하는 것을 규정한다.

즉, 본 발명은, 용해한 순마그네슘 또는 마그네슘합금의 용탕을 쌍롤 가동주형에 공급하는 주조용 노즐로서, 주조용 노즐은 적어도 2층으로 구성되며, 적어도 내부층은 저산소재료로 이루어져 있다. 또, 본 발명은, 용해한 순마그네슘 또는 마그네슘합금의 용탕을 쌍롤 가동주형에 공급하는 주조용 노즐로서, 상기 용탕에 접촉하는 용탕접촉부와, 상기 가동주형에 접촉하는 주형접촉부와, 용탕을 가동주형에 주탕(注湯)하는 주탕구를 구비한다. 그리고, 상기 주형접촉부는, 단열재로 형성하고, 상기 용탕접촉부 중 적어도 일부는, 저산소재료로 형성한다. 이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명 주조용 노즐은, 용해한 순마그네슘 또는 마그네슘합금의 용탕을 가동주형에 공급하는 수송로로서 이용되는 것이다. 특히, 본 발명 노즐은, 쌍롤 가동주형을 구비한 쌍롤(트윈롤)법에 의한 연속주조에 이용한다. 쌍롤법은, 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 원주형상의 롤(가동주형)을 소정의 간격을 두고 대향 배치하며, 이 롤 사이에 용탕을 주입하여 롤에 접촉시켜서 냉각하고, 용탕을 응고시켜서 주조재를 연속적으로 제조하는 방법이다. 이 가동주형으로서, 롤 내부에 냉각수로를 형성하고, 롤 내부에 물이 흐르는 수냉구조를 가지는 것을 이용하면, 용탕의 냉각속도를 높일 수 있으며, 결정석출물이나 결정립의 성장을 억제해서, 미세한 조직의 주조재를 얻을 수 있다. 알루미늄합금 등의 연속주조에 이용되고 있는 쌍롤 가동주형이나 쌍롤 주조기를 이용해도 된다.

본 발명 노즐은, 예를 들면, 일단부쪽을, 금속을 용해시키는 용해로(爐)로부터의 용탕을 일시적으로 저류하는 용탕저류조에 고정시키고, 타단부쪽을 롤 사이에 배치시켜서, 용탕저류조에서 가동주형까지의 사이에 배치되어서, 용탕의 수송을 실행하거나, 용탕저류조와 일체로 되어서 용해로에서 가동주형까지의 사이에 배치되어서, 용탕의 수송을 실행한다. 이와 같은 본 발명 노즐은, 용탕을 수송 가능한 형상이면 되며, 특히, 수송 시에, 용탕이 외부의 공기와 접촉해서 공기 중의 산소와 용탕이 반응되는 것을 방지하기 위해서, 용탕이 외부의 공기와 접촉되지 않도록 통형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 통형상으로 일체 성형해도 되고, 복수의 부재를 조합해서 통형상으로 되도록 형성해도 된다. 이 통형상의 노즐에 있어서 한쪽 개구부는, 용탕을 가동주형에 주탕하는 주탕구로서 이용하고, 다른 쪽 개구부는, 용해로나 용탕저류조로부터의 용탕을 노즐 내에 공급하는 공급구로서 이용한다. 주탕구는, 롤에 가능한 한 접근시켜서 배치한다. 구체적으로는, 주탕구가 상기 롤 사이에 배치되도록, 노즐의 일부를 롤(가동주형)에 접촉시켜서 배치한다. 주탕구가 가동주형으로부터 떨어져서 배치되면, 메니스커스(meniscus)(노즐 선단부에서 유출한 용탕이 가동주형에 최초로 접촉하는 부분까지의 영역에 형성되는 용탕면)가 커져서 리플 마크(ripple mark)가 커지며, 주조편(鑄片)의 표면품질을 저하시키거나, 용탕이 주형의 외부로 누출된다고 하는 문제가 발생하기 때문이다.

상기와 같이 주조 중에 있어서 가동주형에 대해서 노즐의 일부가 접촉되도록 노즐을 배치하기 때문에, 본 발명 노즐에 있어서 적어도 가동주형과 접촉하는 개소(주형접촉부)는, 단열재로 형성한다. 주형접촉부를 단열재가 아니라, 열전도성이 우수한 재료로 형성했을 경우, 상술한 바와 같이 용탕이 노즐을 개재해서 롤에 의해 냉각되며, 롤 사이에 수송되기 전에 용탕이 응고되어서 주조할 수 없다고 하는 문제가 발생하기 때문이다. 주형접촉부로서는, 구체적으로는 주탕구 근방의 외주부분을 들 수 있다. 노즐의 외주쪽에 위치하는 주형접촉부는, 용탕에 거의 접촉하지 않거나, 혹은 전혀 접촉하지 않는 개소이다. 따라서, 주형접촉부를 형성하는 단열재로서 산소농도가 비교적 높은 고산소재료, 예를 들면, 산화물재료를 이용해도, 용탕이 산화물에 함유되는 산소와 반응한다고 하는 문제가 거의 발생하지 않거나, 혹은 전혀 발생하지 않는다. 산화물재료로서는, 예를 들면, 산화알루미늄(알루미나, Al₂O₃)이나 산화규소(실리카, Si0₂)를 주체로 하는 재료를 들 수 있다. 이와 같은 산화물재료로 이루어지는 단열재로서는, 알루미나섬유나 유리섬유 등의 부직포를 규산소다 등에 의해 굳어진 것을 들 수 있다. 기타, 단열재로서, 규산칼슘을 주체로 하는 재료, 질화붕소 소결체를 주체로 하는 재료, 알루미나 소결체를 주체로 하는 재료를 이용해도 된다. 또한, 주체로 한다는 것은, 50질량%이상 함유하는 것을 의미한다. 또, 알루미나, 실리카, 규산칼슘, 질화붕소 소결체, 알루미나 소결체 중 적어도 1종을 주체로 하고, 첨가물로서, 탄소 및 흑연 중 적어도 1종을 함유하는 단열재를 이용해도 된다. 탄소나 흑연을 함유함으로써, 단열재의 가열수축이 작아지거나, 단열재의 공극이 즉 강직성이 향상되거나, 단열재의 공극이 꽉 차서 외부 공기와의 차단성이 보다 향상된다고 하는 효과가 있다. 탄소나 흑연의 함유량은, 5 ~ 30질량%정도가 적절하다. 또, 내화물 재료로서 시판되고 있는 알루미나-흑연재, 알루미나-실리카재 등을 이용해도 된다. 주형접촉부는, 1종류의 단열재로 형성해도 되고, 2종 이상의 단열재로 형성해도 되며, 예를 들면, 복수 종의 단열재로 이루어지는 다층구조로 해도 된다. 또한, 단열재로서, 내부에 기공을 포함하는 것은, 단열성이 높으며, 열방산을 억제할 수 있다. 또, 기공을 포함한 단열재의 경우, 기공을 포함하지 않거나 혹은 기공이 적은 단열재와 비교해서 탄성 변형하기 쉽기 때문에, 롤이 회전해도 롤에 접촉시킨 상태를 유지하기 쉽다. 기공을 포함한 단열재로서는, 예를 들면, 상기 알루미나섬유 등으로 이루어지는 압축성형체를 이용한 것을 들 수 있다.

주형접촉부만을 단열재로 형성해도 되지만, 주탕구 근방 전체를 단열재로 형성해도 되며, 종래 알루미늄합금 등에 이용되고 있는 노즐과 같이 노즐 전체(단, 후술하는 용탕접촉부 중 적어도 일부는 제외함)를 단열재로 형성해도 된다. 노즐 전체를 단열재로 형성하는 경우, 용탕이 롤에 접촉될 때까지의 동안, 용탕온도가 거의 저하되지 않으며, 고온상태의 용탕을 수송할 수 있다. 주탕구 근방 전체나 노즐 전체를 단열재로 형성하는 경우, 단열재가 비교적 강성이 낮은 재료로 이루어지는 경우, 용탕의 중량이나 노즐 자체의 중량에 의해 왜곡될(변형될) 우려가 있다. 특히, 폭이 넓은 주조재를 제조할 경우, 주탕구는, 롤의 폭방향으로 균일하게 용탕을 공급할 수 있도록, 폭을 넓게 하고, 또한 소정의 단면적이 유지되는 것이 요망된다. 그러나, 단열재가 저강성재료로 이루어지는 경우, 주탕구의 폭을 넓게 함으로써, 주탕구의 중앙부가 왜곡되어서 소정의 단면적을 확보할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 주탕구 근방 전체나 노즐 전체를 단열재로 형성하는 경우, 단열재로서, 예를 들면, 강성이 비교적 높은 것을 이용해서, 주탕구 근방이 단열재 자체의 중량에 의해 왜곡되거나, 주탕구 이외의 개소에서도 용탕의 중량 등에 의해 왜곡되거나 한다고 하는 문제를 회피하는 것이 바람직하다. 고강성재료로서는, 알루미나 소결체나 질화붕소 소결체를 주체로 하는 재료를 들 수 있다.

단열재로서, 저강성재료, 예를 들면, 알루미나섬유나 유리섬유 등을 주체로 하는 단열재나 규산칼슘을 주체로 하는 단열재를 이용하는 경우, 보강재를 배치해서 왜곡을 방지해도 된다. 보강재는, 왜곡되기 쉬운 개소, 예를 들면, 주탕구 근방을 형성하는 단열재의 외주에 배치하거나, 주탕구 근방을 형성하는 단열재에 삽입해서 단열재에 내장시키는 것을 들 수 있다. 단열재로 형성된 노즐에 있어서 주탕구 근방 이외에도 용탕의 중량에 의해 왜곡되기 쉬운 개소의 외주에 배치하거나, 왜곡되기 쉬운 개소에 내장시켜도 된다. 롤러 사이와 같은 스페이스가 좁은 개소에 배치되는 주탕구 근방은, 그 외주에 보강재를 배치하는 스페이스가 없는 경우도 고려할 수 있다. 이와 같은 경우, 보강재는, 노즐형성부재의 내부에 삽입해서 내장시키는 것이 바람직하다. 보강재로서는, 강도가 우수한 것이면 되며, 예를 들면, 스테인리스나 강철 등의 금속재료로 이루어지는 봉재나 판재, 망상(網狀)재를 들 수 있다. 특히, 스테인리스는, 고온환경에 있어서도 우수한 강도를 구비하고, 열왜곡에 의한 변형이 작기 때문에 바람직하다. 또, 보강재의 배치위치나 크기는, 노즐을 형성하는 단열재의 재질, 두께, 노즐의 폭이나 길이 등에 따라서 적절히 변경하면 된다.

혹은, 저강성재료로 이루어지는 단열재를 이용해도, 용탕의 공급압력을 조정하여, 용탕이 통과됨으로써 왜곡을 제거하고, 주탕구가 소정의 단면적을 유지할 수 있도록 해도 된다. 주탕구 근방은, 상술한 바와 같이 롤 사이에 배치되기 때문에, 보강재를 배치할 수 있는 스페이스가 없을 우려가 있다. 이와 같은 경우, 용탕의 공급압력을 조정해서, 소정의 단면적을 확보할 수 있도록 해도 된다. 공급압력은, 왜곡을 회복시켜서 소정의 단면적이 되는 정도로 노즐을 변형할 수 있는 크기이면 되고, 과도하게 크게 하면, 노즐을 파손하거나, 노즐과 가동주형간의 틈새로부터 용탕 누출이 발생할 우려가 있다. 또한, 저강성재료로 이루어지는 단열재는, 용탕에 의해 왜곡되어도(변형되어도), 파손되지 않을 정도의 강도를 구비하는 것을 이용한다.

한편, 단열재가 알루미나나 실리카와 같은 산화물재료로 이루어지는 경우, 이와 같은 단열재로 노즐 전체가 형성되면, 용탕이 노즐에 접촉됨으로써 산화물재료 중의 산소와 용탕의 Mg이 반응되어서 주조를 실행할 수 없거나, 혹은, 노즐의 구성재료가 용융손실되며, 용탕에 혼입됨으로써 주조재의 품질이 저하되는 경우가 있다. 그래서, 본 발명에서는, 용탕이 접촉되는 용탕접촉부 중 적어도 일부는, 산화물재료보다도 산소농도가 낮은, 바람직하게는 실질적으로 산소를 함유하고 있지 않은 저산소재료로 형성된다. 저산소재료로서는, 산소농도가 20질량%이하인 것이 바람직하며, 이후에 상세히 설명하겠지만, 예를 들면, 몰리브덴 등의 Mg과 거의 반응하지 않는 금속판상재나, SiC 등의 산소함유율이 낮은 세라믹스 재료, 질화붕소나 흑연을 이용할 수 있다. 노즐에 있어서 용탕에 접촉하는 용탕접촉부는, 통상, 노즐의 내주면이다. 따라서, 예를 들면, 노즐 본체 전체를 단열재, 특히, 산소농도가 높은 단열재로 형성하고, 이 노즐 본체의 내주면의 적어도 일부에 상기 저산소재료로 이루어지는 피복층을 형성해도 되며, 내주면의 전체면에 걸쳐서 피복층을 형성해도 된다. 또, 주탕구 근방만을 단열재로 형성하고, 잔부를 저산소재료로 형성해도 되며, 주형접촉부만을 단열재로 형성하고, 잔부를 저산소재료로 형성해도 된다.

상기 용탕접촉부에 있어서 저산소재료로 형성하는 개소, 혹은 저산소재료의 피복층을 형성하는 개소로서는, 구체적으로는, 순마그네슘 또는 마그네슘합금의 융점(액상선 온도)을 Tm℃로 할 경우에, Tm+10℃이상의 용탕에 접촉 개소를 들 수 있다. 본 발명자들은 산화물재료로 이루어지는 노즐을 이용해서 마그네슘합금의 용탕을 주조했던바, 노즐에 있어서 Tm+10℃이상의 용탕에 접촉하는 개소에서, 노즐과 용탕과의 반응이 개시되며, 노즐 파손에 이른다고 하는 식견을 얻었다. 노즐의 용탕저류조쪽(혹은 용해로쪽)으로부터 주탕구쪽으로 수송되는 용탕은, 노즐이 단열재로 형성되어 있어도, 주탕구쪽을 향함에 따라서 온도가 저하되고, 용탕저류조 내 혹은 용해로 내에서 융점초과의 온도로 되어 있어도 응고가 개시되는 주탕구 근방에서 거의 융점에 도달한다. 그래서, 본 발명자들은, 노즐 내의 용탕의 온도분포와 산소와의 반응을 조사했던바, 상기와 같이 노즐에 있어서 Tm+10℃이상의 용탕에 접촉하는 개소에서, 용탕이 산소와 반응되는 것을 알게 되었다. 그래서, 노즐에 있어서 Tm+10℃이상의 용탕에 접촉하는 개소를 포함한 부분을 저산소재료로 형성하거나, 동일개소에 저산소재료로 이루어지는 피복층을 형성한다. 보다 바람직하게는, 산소를 실질적으로 함유하지 않은 재료로 상기 부분을 형성하거나, 피복층을 형성한다. 노즐에 있어서 Tm+10℃이상의 용탕이 통과되는 개소는, 구체적으로는, 용탕저류조쪽 혹은 용해로쪽이다. 따라서, Tm+10℃미만의 용탕에 접촉하는 주탕구 근방은, 산소농도가 높은 재료, 예를 들면, 산화물재료로 이루어지는 단열재로 형성되어 있어도 된다. 즉, 노즐에 있어서 용탕저류조쪽 혹은 용해로쪽을 저산소재료로 형성하고, 주탕구쪽을 산화물재료로 이루어지는 단열재로 형성해도 되며, 또한 상기 저산소재료 및 단열재로 이루어지는 노즐 본체의 내주면에 있어서 용탕저류조쪽 혹은 용해로쪽에 저산소재료로 이루어지는 피복층을 형성해도 되고, 동일 노즐 본체의 내주면 전체에 걸쳐서 피복층을 형성해도 된다. 혹은, 노즐 본체 전체를 산화물재료로 이루어지는 단열재로 형성하고, 노즐 본체의 내주면에 있어서 적어도 용탕저류조쪽 혹은 용해로쪽에 저산소재료로 이루어지는 피복층을 형성해도 되며, 노즐 본체의 내주면 전체면에 걸쳐서 피복층을 형성해도 된다. 즉, 알루미늄합금 등에 이용되고 있는 산화물재료로 이루어지는 단열재로 형성된 노즐 본체에 대해서, 상기 피복층을 형성함으로써, 순마그네슘이나 마그네슘합금의 주조에 이용할 수 있다. 이때, 주탕구 근방에 피복층을 형성하면, 주탕구의 단면적이 피복층에 의해 작아진다. 주탕구의 단면적이 작아짐으로써, 주탕구 배출 후에 있어서 용탕에 가해지는 압력의 저하가 커지고, 주탕구와 가동주형간의 틈새에 있어서의 용탕의 충전율이 낮아지기 때문에, 주탕구에서 유출한 용탕이 가동주형에 접촉할 때까지의 부분에 형성되는 메니스커스가 커지며, 주조편의 표면성상(性狀)의 저하를 초래할 우려가 있다. 따라서, 용탕의 공급압력을 크게 해서 공급속도를 높게 하는 등의 조정을 적절히 실행하는 것이 바람직하다. 한편, 주탕구 근방에 피복층을 형성하지 않는 경우, 주탕구의 단면적이 피복층에 의해 작아지는 경우가 없기 때문에, 공급압력을 증대시키지 않아도 표면성상이 우수한 주조재를 얻을 수 있다. 이와 같은 구성의 본 발명 노즐을 이용함으로써, 노즐과 용탕이 반응하는 것을 방지하며, 또한 노즐을 개재해서 롤에 의해 용탕이 냉각되는 것을 방지해서, 순마그네슘이나 마그네슘합금의 주조재를 생산성 양호하게 제조할 수 있다.

저산소재료로서는, 예를 들면, 질화붕소, 흑연(그래파이트), 탄소(카본)로부터 선택되는 1종 이상의 재료를 들 수 있다. 기타, 철, 티탄, 텅스텐, 몰리브덴으로부터 선택되는 1종 이상의 금속재료나, 이들 금속원소를 50질량%이상 함유한 합금, 예를 들면 스테인리스와 같은 합금재료를 들 수 있다. 이들 재료는, 열전도성도 우수하기 때문에, 예를 들면, 노즐에 있어서 용탕저류조쪽 혹은 용해로쪽을 이들 열전도성이 우수한 재료로 형성하는 경우, 이 열전도성이 우수한 재료로 이루어지는 부분의 외주에 히터 등의 가열수단을 배치해서 용탕을 가열할 수 있도록 하면, 용탕이 롤에 접촉될 때까지의 동안에 있어서 온도저하를 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 노즐의 용탕저류조쪽 혹은 용해로쪽은, 롤로부터 떨어져 있으며, 히터 등의 가열수단을 배치하는 스페이스를 확보하기 쉽다. 상기 저산소재료 중, 특히, 질화붕소, 탄소, 흑연은, 실질적으로 산소를 함유하지 않고, 순마그네슘이나 마그네슘합금의 용탕과의 반응에 의해 거의 침식되지 않는다고 하는 효과를 가지고 있으며, 특히 바람직하다. 흑연은, 천연흑연이어도 되고, 인조흑연이어도 된다.

상기 저산소재료로 피복층을 형성하기 위해서는, 예를 들면, 상기 재료를 판형상으로 형성해서, 노즐 본체의 내주면에 고정시켜도 되지만, 피복층이 강직한 판재로 이루어짐으로써, 노즐 본체가 용탕에 의해 열수축할 때에, 피복층은, 이 수축에 추종하지 못하고 본체로부터 박리하거나, 파손될 우려가 있다. 그래서, 피복층은, 상기 재료의 분말로 형성하는 것을 들 수 있다. 예를 들면, 상기 재료로 이루어지는 분말을 노즐의 내주면에 도포함으로써 피복층을 형성해도 된다. 이때, 분말은, 1종만 이용해도 되고, 복수 종을 혼합시켜서 이용해도 된다. 또, 피복층은, 적층구조로 해도 되고, 층마다 다른 종류의 분말을 이용해도 되며, 동일 종의 분말을 이용해서 적층구조를 형성해도 된다. 분말을 용이하게 도포하기 위해서는, 예를 들면, 분말을 용제에 혼합시켜서 노즐 본체의 내주면에 도포한 후, 용제를 건조시키는 것을 들 수 있다. 용제로서는, 예를 들면, 에탄올 등의 알코올이나 물 등을 들 수 있다. 용제에 탄소분말이나 흑연분말을 혼합시킨 시판되는 스프레이를 이용해도 된다. 용제는, 자연건조시켜도 되며, 보다 확실히 건조시키기 위해서, 가열처리(소성)를 실행해도 된다. 또, 분말을 도포하기 전에 노즐 본체를 가열해서, 노즐 내에 존재하는 수분 등을 제거해도 된다. 분말로 피복층을 형성하는 경우, 노즐의 내주면에 틈새없이 분말을 도포하고, 용탕과 노즐 본체와의 접촉을 방지하는 것이 요망된다. 그래서, 분말로 피복층을 형성하는 경우, 복수 회에 걸쳐서 도포해서 적층구조로 하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 분말을 용제에 혼합시켜서 도포함으로써, 용이하게 적층구조를 형성할 수 있다. 도포 후에 소성을 실행하는 경우, 한 층마다 소성을 실행해도 되고, 복수 층마다 소성을 실행해도 된다.

또한, 상기 피복층은, 노즐 본체의 내주면에 형성해 있으면 되고, 외주면에 형성할 필요는 없다. 노즐 본체의 외주면, 특히, 롤과의 접촉 개소에 피복층이 있으면, 롤과의 마찰에 의해 피복층이 박리하거나, 파손되는 것 이외에, 최악의 경우, 피복층의 파손에 따라서 노즐 자체도 파손될 우려가 있다.

본 발명에 있어서 순마그네슘은, Mg과 불순물로 이루어지는 것으로 하고, 마그네슘합금은, 첨가원소와 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 것으로 한다. 첨가원소로서는, 예를 들면, Al, Zn, Mn, Si, Cu, Ag, Y, Zr 등의 원소군 중, 적어도 1종의 원소를 들 수 있다. 이와 같은 첨가원소를 함유한 마그네슘합금으로서, 예를 들면, ASTM기호에 있어서의 AZ계, AS계, AM계, ZK계 등을 이용해도 된다. 그 밖에, 본 발명 노즐은, 마그네슘합금과 탄화물로 이루어지는 복합재료, 마그네슘합금과 산화물로 이루어지는 복합재료의 연속주조에도 이용할 수 있다. 본 발명 노즐을 이용해서 연속주조를 실행함으로써, 실질적으로 무한히 긴 주조재, 특히 판상재를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명 주조용 노즐은, 쌍롤법에 이용함으로써, 순마그네슘 또는 마그네슘합금의 주조재를 생산성 양호하게 제조할 수 있다. 특히, 얻어진 주조재는, 표면성상이 우수하다.

도 1(a)는 본 발명노즐을 이용해서 쌍롤법에 의한 연속주조를 실행하고 있는 형태를 도시한 개략구성도, 도 1(b)는, 본 발명 노즐의 개략구성을 도시한 단면도, 도 1(c)는, 본 발명 노즐을 주탕구쪽에서 본 정면도;
도 2는 용탕저류조에서 롤 사이까지의 용탕의 온도분포를 도시한 그래프;
도 3은 본 발명 노즐의 다른 실시예를 도시한 단면도이며, 도 3(a)는, 도 1에 도시한 노즐과 형성재료가 다른 예, 도 3(b), 도 3(c)는, 본체가 2종류의 다른 재료로 형성되고, 도 3(d), 도 3(e)는, 보강재를 구비한 예를 도시함.

<실시예>

이하, 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.

도 1(a)는, 본 발명 주조용 노즐을 이용해서 쌍롤법에 의한 연속주조를 실행하고 있는 형태를 도시한 설명도, 도 1(b)는, 본 발명 노즐의 개략구성을 도시한 단면도, 도 1(c)는, 게이트(gate)를 배치한 상태에 있어서, 본 발명 노즐을 주탕구쪽에서 본 정면도이다. 본 발명 노즐(1)은, 용해로(도시하지 않음)에 용해된 순마그네슘의 용탕이나 마그네슘합금의 용탕을, 용탕저류조 등을 개재해서 가동주형에 공급하는 용탕의 수송로로서 이용되는 부재이며, 특히, 한쌍의 롤(10)로 이루어지는 쌍롤 가동주형을 이용한 연속주조(쌍롤법)에 이용되는 노즐이다.

노즐(1)은, 통형상의 본체(1a)를 구비하고, 그 내주쪽이 용탕의 수송로가 된다. 본체(1a)에 있어서 개구부를 가지는 일단부쪽은, 끝을 테이퍼지게 하고 있으며, 이 끝을 테이퍼지게 한 쪽의 개구부가 용탕을 주형에 공급하는 주탕구(4)로서 이용된다. 주탕구(4)는, 도 1(c)에 도시한 바와 같이 긴 직경(폭) > 짧은 직경(두께)의 직사각형상이다. 도 1(c)에 도시한 예에서는, 주조재가 소망하는 크기가 되도록 주탕구(4)의 양쪽에 게이트(200)를 배치시키고 있다. 주탕구(4)의 폭이나 두께는, 소망하는 주조재의 폭이나 두께에 대응시켜서, 적절히 선택한다. 본체(1a)의 타단부쪽은, 용해로(도시하지 않음)로부터의 용탕을 일시적으로 저류하는 용탕저류조(20)에 고정된다. 본 예에서는, 노즐(1)에 있어서 용탕저류조쪽의 외주에 스테인리스제 서포터(보강재)(21)를 배치하고, 노즐(1)의 강성을 높이고 있다. 용탕저류조(20)에는, 이송관(22)이 접속되고, 용해로로부터의 용탕은 이송관(22)을 개재해서 용탕저류조(20)에 공급된다. 그리고, 용탕은, 용탕저류조(20)로부터 노즐(1)로 수송되고, 노즐(1)로부터 롤(10) 사이에 공급된다. 각 롤(10)은, 원통상체이며, 소정의 간격을 두고 대향 배치되고, 도 1(a)의 화살표로 나타내는 바와 같이 서로 반대방향으로 회전한다. 롤(10) 사이의 간격은, 소망하는 주조재의 두께에 따라서 적절히 선택된다. 롤(10)의 폭(축방향의 길이)은, 소망하는 주조재의 폭에 따라서 적절히 선택되며, 롤(10)의 폭이 소망하는 주조재의 폭보다도 큰 경우, 적절히 게이트(도시하지 않음)를 형성해서, 주조재가 소망하는 폭으로 되도록 한다. 롤(10)의 내부에는, 수로(11)가 형성되어서 수시로 물이 흐르게 되고, 롤(10) 표면은, 이 물에 의해 냉각된다. 즉, 롤(10)은, 이른바 수냉구조를 구비한 것이다. 그리고, 노즐(1)은, 주탕구(4)가 롤(10) 사이에 위치하도록, 또한 주탕구(4)와 롤러(10)와의 간격이 실질적으로 0이 되도록, 주탕구(4)의 외주쪽이 롤(10)에 접촉하도록 배치된다. 노즐(1)에 있어서 이 롤과 접촉하는 개소가 주형접촉부(2)가 된다.

상기 노즐(1) 및 롤(10)을 이용함으로써, 순마그네슘이나 마그네슘합금의 용탕으로부터 주조재(100)를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 용해로에 용해된 용탕은, 용해로로부터 이송관(22)을 경유해서 용탕저류조(20)를 개재해서 노즐(1)에 공급되며, 또한 노즐(1)의 주탕구(4)로부터 롤(10) 사이에 공급된다. 용탕은, 노즐(1) 내부를 수송함으로써 서서히 온도가 저하되기 시작하며, 롤(10) 사이에 공급되어서 롤(10)에 접촉함으로써 급격히 냉각되어서 응고하고, 롤(10)의 회전에 의해서 주조재(100)가 배출된다. 이와 같이 용탕을 롤(10) 사이에 연속적으로 공급함으로써, 장척의 주조재(100)를 얻을 수 있다. 본 예에서는, 판형상의 주조재(100)가 제조된다.

이 노즐(1)이 특징으로 하는 바는, 순마그네슘의 용탕이나 마그네슘합금의 용탕과 노즐의 형성재료와의 반응을 방지하기 위해서, 용탕에 접촉하는 노즐(1)의 내주면에, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 이루어지는 피복층(3)을 구비하는 점에 있다. 본 예에서는, 노즐(1)의 본체(1a)를 알루미나나 실리카와 같은 산화물재료로 이루어지는 단열재로 형성되어 있으며, 이와 같은 노즐(1)과 Mg을 주성분으로 하는 용탕이 접촉되면, 단열재 중의 산소와 용탕 중의 Mg이 반응해서 노즐(1)이 파손되는 등 해서 주조할 수 없을 우려가 있다. 그래서, 노즐(1)에 있어서 용탕과 접촉하는 내주면에 피복층(3)을 형성하고 있다. 본 예에서는, 노즐(1)의 내주면 전체면에 피복층(3)을 형성하였다. 또, 본 예에 있어서 피복층(3)은, 흑연분말을 도포해서 형성하였다.

이와 같이 산화물재료와 비교해서 산소농도가 낮은 재료(본 예에서는, 실질적으로 산소를 함유하고 있지 않은 재료)로 이루어지는 피복층을 구비하는 본 발명 노즐은, 산화물재료로 이루어지는 본체가 순마그네슘이나 마그네슘합금과 같은 산소와 반응되기 쉬운 용탕에 직접 접촉하지 않고, 용탕과 노즐이 반응되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 본 발명 노즐은, 롤러와의 접촉 개소(주형접촉부)를 단열재로 형성하고 있기 때문에, 노즐 내의 용탕의 열이 주형접촉부를 개재해서 롤러에 거의 전달되지 않는다. 이런 연유로, 본 발명 노즐은, 노즐 내의 용탕이 주형접촉부를 개재해서 롤러에 의해 냉각되는 것을 억제할 수 있고, 노즐 내에서 용탕이 냉각되어서 응고되며, 주조할 수 없게 된다고 하는 문제가 거의 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명 노즐을 이용함으로써, 안정적으로 주조재를 제조할 수 있다. 또한, 본 예에서는, 서포터에 의해 노즐을 지지하고 있으며, 용탕의 중량이나 노즐 자체의 중량에 의해, 노즐 본체가 왜곡되거나 하는 것을 방지할 수 있다.

시험예 1

도 1에 도시한 바와 같은 본체의 내주면에 피복층을 구비하는 노즐을 제작하고, 도 1에 도시한 쌍롤 가동주형을 이용해서, 순마그네슘이나 마그네슘합금의 주조를 실행하였다. 비교로서, 피복층을 구비하고 있지 않은 노즐을 이용해서, 마찬가지로 순마그네슘이나 마그네슘합금의 주조를 실행하였다.

이 시험에서는, 노즐 본체로서, 산화알루미늄 및 산화규소를 주체로 하는 Zircar사 제품 주조 노즐을 가공해서 이용하였다(전체길이 100㎜, 선단부 두께 1.8㎜, 폭 250㎜, 용탕저류조쪽의 단면적: 2500㎟, 긴 직경: 250㎜, 짧은 직경: 10㎜, 주탕구의 단면적: 125O㎟, 긴 직경: 250㎜, 짧은 직경: 5㎜). 또, 피복층을 구비한 노즐은, 노즐 본체의 내주면 전체면에 피복층을 형성하였다. 피복층은, 질화붕소분말을 용제(에탄올)에 혼합시킨 질화붕소 스프레이와, 흑연분말을 용제(에탄올)에 혼합시킨 흑연 스프레이를 이용하여, 한쪽 스프레이에 의해 분말을 도포한 후, 다른 쪽 스프레이에 의해 분말을 도포해서 적층시킨 후, 300℃의 온도에서 소성하였다. 이 적층도포공정과 소성공정을 5회 반복해서 실행하여, 얻어진 피복층의 두께는 약 0.35㎜이었다.

이 시험에서는, 롤 직경 1000㎜ × 폭 500㎜의 쌍롤 주조기를 이용하여, 두께 5㎜ × 폭 250㎜의 판형상의 주조재를 제작한다. 주조재의 폭은, 도 1(c)에 도시한 바와 같이 적절히 게이트(200)를 형성함으로써 소망하는 폭으로 되도록 조정하였다. 노즐은, 도 1에 도시한 바와 같이 주탕구를 구비하는 일단부쪽을 롤 사이에 배치하고, 타단부쪽을 용탕저류조에 고정시켰다. 또, 이 시험에서는, 순마그네슘(99.9질량%이상의 Mg과 불순물로 이루어짐), AZ31 상당 합금(질량%로, Al: 3.0%, Zn: 1.0%, Mn: 0.15%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물), AZ91 상당 합금(질량%로 Al: 9.0%, Zn: 0.7%, Mn: 0.32%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물)의 용탕을 이용하였다.

그 결과, 피복층을 구비하는 노즐을 이용했을 경우는, 주조 중에 용탕이 노즐과 반응하는 일이 없으며, 순마그네슘 주조재 및 마그네슘합금 주조재를 얻을 수 있었다. 그것에 대해서, 피복층을 구비하고 있지 않은 노즐을 이용했을 경우는, 주조 시, 용탕(Mg)과 격렬하게 반응해서 노즐이 파손되며, 주조재를 얻을 수 없었다. 또한, 어느 노즐도, 용탕저류조쪽 외주에 스테인리스제 서포터를 배치하였다. 본 예에서는, 두께 0.2㎜, 폭 240㎜의 스테인리스판을 2매 준비하고, 노즐에 있어서 용탕저류조쪽을 양쪽 판 사이에 끼우도록 배치하였다. 또, 용탕을 수송하기 전에 있어서 노즐의 주탕구 근방을 조사했던바, 어느 노즐도 부분적으로 왜곡된 개소가 없었다.

또한, 용탕저류조 내부로부터 롤 사이에 있어서의 용탕의 온도분포를 조사하였다. 용탕은, 순마그네슘(융점 Tm: 약 650℃)을 이용하였다. 용탕은, 용탕저류조 내부의 온도가 약 710℃로 되도록 조정하였다. 용탕의 온도는, 측정개소에 온도센서를 배치해서 조사하였다. 그 결과를 도 2의 그래프에 나타낸다. 또, 비교로서, 흑연제 노즐을 동일한 형상으로 제작하고, 마찬가지로 주탕구를 구비하는 일단부쪽을 롤 사이에, 타단부쪽을 용탕저류조에 고정시켜서, 용탕의 온도분포를 조사하였다. 그 결과도 도 2의 그래프에 나타낸다. 또한, 도 2에 있어서 도 1과 동일부호는, 도 1과 동일물질을 나타낸다.

본체의 내주면에 피복층을 구비하는 본 발명 노즐을 이용했을 경우, 용탕저류조(20) 내부에 약 710℃였던 용탕은, 도 2의 실선 A로 나타낸 바와 같이 용탕저류조(20)를 나와서 노즐(N) 내부를 통과 중, 온도가 저하되며, 주탕구(4) 근방에서 융점 Tm 근방까지 되고, 주탕구(4)를 나와서 롤(10)에 접촉함으로써 급격히 온도가 저하되며, 융점보다도 낮아졌다. 또한, 이 노즐을 2시간 사용한 후에 마찬가지로 용탕의 온도분포를 조사했던바, 파선 A'로 나타낸 바와 같이, 실선 A와 거의 동일한 온도분포를 나타냈다. 이로써, 본 발명 노즐을 이용함으로써, 장기간의 사용에 걸쳐서, 안정적으로 주조재를 얻을 수 있음이 확인되었다.

이것에 대해서, 흑연제 노즐을 이용했을 경우, 용탕저류조(20) 내부에 약 710℃였던 용탕은, 파선 a로 나타낸 바와 같이 노즐 내에서 융점 Tm보다도 온도가 저하해서 응고되어서, 주조할 수 없었다. 이것은, 본 발명 노즐에서 이용한 단열재와 비교해서 흑연 쪽이 열전도성이 좋기 때문에, 롤 등과의 접촉에 의해 노즐이 냉각됨으로써 노즐 내의 용탕도 냉각되어서 용탕의 온도가 저하되었기 때문이라고 사료된다. 그래서, 주조할 수 있도록 하기 위해서는, 용탕저류조(20) 내부의 용탕온도를 융점 Tm보다도 100℃ 상승시킬 필요가 있었다. 이 상태에서 온도분포를 조사했던바, 용탕저류조(20) 내부에서 Tm+100℃였던 용탕은, 파선 a'로 나타낸 바와 같이 용탕저류조(20)를 나와서 노즐(N)을 통과 중, 온도가 저하되어서, 주탕구(4) 근방에서 융점 Tm 근방까지 되고, 주탕구(4)를 나와서 롤(10)에 접촉함으로써 급격히 온도가 저하되어서, 융점보다도 낮아졌다. 이로써, 흑연제 노즐을 이용할 경우, 용탕의 온도를 높임으로써, 본 발명 노즐과 마찬가지로 용탕과 노즐이 반응하지 않고, 주조할 수 있음이 확인되었다. 그러나, 이 노즐을 10분간 사용한 후에 마찬가지로 용탕의 온도분포를 조사했던바, 파선 a"로 나타낸 바와 같이, 주탕구(4) 근방에 있어서도 용탕의 온도가 융점 Tm 근방까지 저하시키지 않고, 주탕구(4) 근방에서의 온도와, 롤(10)과의 접촉 개소에서의 온도와의 차가 커지며, 얻어진 주조재의 표면에 주름형상의 결함이 생기게 되었다. 이것은, 상기와 같이 흑연은, 열전도성이 좋기 때문에, 용탕에 의해 노즐이 계속 데워짐으로써 노즐의 온도가 높아지며, 용탕의 온도가 거의 떨어지지 않게 되었기 때문이라고 사료된다. 따라서, 흑연제 노즐을 이용하는 경우, 용탕의 온도를 보다 높게 해 둘 필요가 있는 동시에, 장기간에 걸쳐서 주조재를 제조할 경우에는, 노즐을 적절히 냉각시킬 필요가 있으며, 본 발명 노즐을 이용하는 것이 생산성 양호하게 주조재를 제조할 수 있다.

시험예 2

시험예 1에서 이용한 피복층을 구비한 노즐에 있어서, 피복층을 형성하는 영역을 다양하게 변경시킨 노즐을 제작하였다. 이 시험에서는, 노즐의 내주면에 있어서 용탕저류조쪽에 피복층을 구비하고, 주탕구족에 피복층을 가지고 있지 않은 노즐을 복수 제작하였다. 구체적으로는, 노즐의 내주면에 있어서 피복층 형성영역을 노즐의 주탕구쪽으로부터 서서히 후퇴시켜서, 주탕구쪽으로부터 피복층 형성영역까지의 크기(길이)가 다른 노즐을 제작하였다. 피복층을 가지는 개소와 피복층을 가지지 않는 개소를 가지는 노즐은, 피복층을 실시하지 않는 곳을 미리 마스킹해 두고, 마스킹 부분을 제외하고 피복층을 형성함으로써 얻을 수 있다. 이 시험에서는, 주탕구로부터의 거리를 다르게 해서 마스킹함으로써, 피복층의 형성영역을 변화시키고, 주탕구로부터 피복층 형성영역까지의 크기가 다른 노즐을 복수 제조하였다. 이와 같이 해서 얻어진 용탕저류조쪽에 피복층을 구비하고, 주탕구쪽에 피복층을 구비하고 있지 않은 노즐에 대해서, 피복층의 형성 개소와, 피복층을 구비하고 있지 않은 개소와의 경계에 온도센서(열전대)를 매립하고, 노즐 내의 온도분포를 조사하였다. 용탕은, 시험예 1과 동일한 순마그네슘, AZ31 상당재, AZ91 상당재를 이용하였다.

그 결과, 순마그네슘, 마그네슘합금의 어느 용탕에 있어서도, 노즐 내의 용탕의 온도가 융점(액상선온도)보다도 13 ~ 15℃정도 높은 개소에서 급격한 반응이 발생하며, 노즐 전체가 파손되었다. 이로써, 노즐에 있어서 적어도 융점 +Tm℃로 되는 개소, 구체적으로는 용탕저류조쪽 영역에 피복층을 실시해 두면, 고산소재료로 이루어지는 노즐과 용탕이 반응해서 주조할 수 없게 되거나, 노즐이 파손된다고 하는 문제를 방지할 수 있음이 확인되었다.

시험예 3

시험예 1에서 이용한 본체의 내주면 전체면에 피복층을 구비하는 노즐과, 주탕구 근방을 제외하고 피복층을 구비하는 노즐을 제작하고, 도 1에 도시한 쌍롤 주형을 이용해서, 순마그네슘이나 마그네슘합금의 주조를 실행하였다. 주탕구 근방에 피복층을 구비하고 있지 않은 노즐은, 주탕구로부터의 거리가 30㎜까지의 영역을 마스킹하고, 이 마스킹 부분을 제외하고 피복층을 형성함으로써 얻었다. 피복층은, 시험예 1과 동일하게 해서 형성하였다. 본 예에서는, 두께 4.5㎜ × 폭 200㎜의 판형상의 주조재를 200kg 제조하였다. 주조재의 두께는, 롤러 사이의 간격을 조정함으로써 변경하였다. 또, 주조재의 폭은, 적절히 게이트를 형성해서 조정하였다. 용탕은, 시험예 1과 마찬가지로 순마그네슘, AZ31 상당 합금, AZ91 상당 합금을 이용하였다.

그 결과, 어느 노즐도 문제없이 판형상의 주조재 200kg을 제조할 수 있었다. 특히, 주탕구 근방에 피복층을 구비하고 있지 않은 노즐은, 주탕구의 단면적이 피복층에 의해 감소되는 일이 없고, 주탕구 근방에도 피복층을 구비하는 노즐과 비교해서 주탕구의 단면적이 크다. 이런 연유로, 용탕의 공급압력을 크게 하거나 하지 않고, 표면성상이 우수한 주조재를 얻을 수 있었다. 이것에 대해서, 노즐의 내주면 전체면에 피복층을 구비한 노즐에서는, 피복층(두께 3.5㎜)에 의해, 주탕구의 짧은 직경이 0.7 ~ 0.8㎜정도 작아진다. 그래서, 주탕구의 단면적이 작아짐에 따른 표면성상의 열화를 저감하기 위해서는, 용탕의 주탕압력을 조금 크게 하는 등의 조작을 실행할 필요가 있었다.

시험예 4

도 3에 도시한 바와 같은 다양한 노즐를 제작하고, 도 1에 도시한 쌍롤 가동주형을 이용해서, 순마그네슘이나 마그네슘합금의 주조를 실행하였다. 이 시험에서는, 시험예 1과 동일한 롤 직경 1000㎜ × 폭 500㎜의 쌍롤 주조기를 이용하여, 두께 5㎜ × 폭 250㎜의 판형상의 주조재를 100kg 제작하였다. 용탕은, 시험예 1과 마찬가지로 순마그네슘, AZ31 상당 합금, AZ91 상당히 합금을 이용하였다.

도 3(a)에 도시한 노즐(1A)은, 본체(1Aa)를 니치아스가부시키가이샤 제품 루미보드(Lumi Board)(규산칼슘을 주체)에 의해 형성하고, 본체(1Aa)의 내주면 전체면에 피복층(3A)을 형성하였다. 피복층(3A)은, 질화붕소와 흑연과의 혼합분말을 용제(에탄올)에 혼합시킨 스프레이를 이용하여, 본체(1Aa)의 내주면에 분말을 도포한 후, 160℃의 온도에서 소성한다고 하는 작업을 10회 반복하여 실행해서 형성하고, 두께를 약 0.2㎜으로 하였다. 피복층(3A)이 형성된 주탕구(4A)는, 긴 직경 250㎜, 짧은 직경 5㎜의 직사각형상이다.

도 3(b)에 도시한 노즐(1B)은, 본체(1Ba)를 주탕구쪽과 용탕저류조쪽에서 다른 재료로 형성하였다. 주탕구쪽 본체(1b)는, 알루미나 소결체로 형성하고, 용탕저류조쪽 본체(1bb)는, 흑연으로 형성하였다. 이 본체(1Ba)의 내주면에 있어서, 주탕구(4B) 근방(주탕구로부터의 거리 0.3㎜까지의 영역)을 제외하고 피복층(3B)을 형성하였다. 피복층(3B)은, 질화붕소분말을 용제(에탄올)에 혼합시킨 질화붕소 스프레이와, 흑연분말을 용제(에탄올)에 혼합시킨 흑연 스프레이를 준비하고, 양쪽 스프레이를 교대로 이용해서 본체(1Ba)의 내주면(마스킹한 주탕구 근방은 제외함)에 분말을 적층시킨 후, 300℃의 온도에서 소성한다고 하는 작업을 10회 반복하여 실행해서 형성하고, 두께를 약 0.4㎜으로 하였다. 주탕구(4B)는, 긴 직경 250㎜, 짧은 직경 5.4㎜의 직사각형상이다.

도 3(c)에 도시한 노즐(1C)은, 노즐(1B)과 마찬가지로 본체(1Ca)를 주탕구쪽과 용탕저류조쪽에서 다른 재료로 형성하고 있으며, 주탕구쪽 본체(1c)는, 질화붕소 소결체로 형성하고, 용탕저류조쪽 본체(1cc)는, 흑연으로 형성하였다. 이 본체(1Ca)의 내주면에 있어서, 주탕구쪽 본체(1c)의 내주면의 일부에만 피복층(3C)을 형성하고, 주탕구로부터의 거리 40㎜까지의 영역, 및 흑연으로 이루어지는 용탕저류조쪽 본체(1cc)의 내주면에는, 피복층(3C)을 형성하고 있지 않다. 피복층(3C)은, 질화붕소분말, 탄소, 흑연의 혼합분말을 용제(에탄올)에 혼합시킨 스프레이를 이용하여, 본체(1Ca)의 내주면(마스킹한 주탕구쪽의 영역, 및 용탕저류조쪽 본체는 제외함)에 분말을 도포한 후, 160℃의 온도에서 소성한다고 하는 작업을 8회 반복하여 실행해서 형성하고, 두께를 약 0.4㎜으로 하였다. 주탕구(4C)는, 긴 직경 250㎜, 짧은 직경 5.4㎜의 직사각형상이다.

도 3(d)에 도시한 노즐(1D)은, 본체(1Da)를 이소라이트고교가부시키가이샤 제품 이소울 보드(Isowool Board)(알루미나 및 실리카를 주체)에 의해 형성하고, 본체(1Da)의 내주면 전체면에 피복층(3D)을 형성하였다. 피복층(3D)은, 질화붕소분말을 용제(에탄올)에 혼합시킨 스프레이를 이용하여, 본체(1Da)의 내주면에 분말을 도포한 후, 160℃의 온도에서 소성한다고 하는 작업을 5회 반복하여 실행해서 형성하고, 두께를 약 0.25㎜으로 하였다. 피복층(3D)이 형성된 주탕구(4D)는, 긴 직경 250㎜, 짧은 직경 4.9㎜의 직사각형상이다. 그리고, 이 노즐(1D)은, 본체(1Da)에 보강재(5)로서 스테인리스봉을 복수 개 삽입해서, 내장시키고 있다. 본 예에서는, 특히, 용탕저류조쪽에 보강재(5)를 배치하였다. 이와 같이 보강재(5)를 배치시킴으로써, 노즐(1D)은, 용탕의 중량에 의해 본체(1Da)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

도 3(e)에 도시한 노즐(1E)은, 본체(1Ea)를 규산칼슘보드에 의해 형성하고, 본체(1Ea)의 내주면에 있어서 용탕저류조쪽에만 피복층(3E)을 형성하고, 주탕구쪽(주탕구(4E)로부터의 거리 75㎜까지의 영역)에는 피복층(3E)을 형성하고 있지 않다. 즉, 이 노즐(1E)은, 내주면에 있어서 온도가 Tm+10℃이상인 용탕에 접촉되는 개소만 피복층(3E)을 형성하고 있다. 피복층(3E)은, 흑연분말을 용제(에탄올)에 혼합시킨 스프레이를 이용하여, 본체(1Ea)의 내주면(마스킹한 주탕구쪽의 영역은 제외함)에 분말을 도포한 후, 300℃의 온도에서 소성한다고 하는 작업을 8회 반복하여 실행해서 형성하고, 두께를 약 0.4㎜으로 하였다. 주탕구(4E)는, 긴 직경 250㎜, 짧은 직경 5.4㎜의 직사각형상이다. 그리고, 이 노즐(1E)은, 노즐(1D)과 마찬가지로 본체(1Ea)의 용탕저류조쪽에 보강재(6)를 배치하고 있다. 노즐(1E)에서는, 본체(1Ea)의 외주면에 보강재(6)로서 스테인리스판을 배치시키고 있다. 본 예에서는, 특히, 용탕저류조쪽에 보강재(6)를 배치하였다. 이와 같이 보강재(6)를 배치시킴으로써, 노즐(1E)은, 용탕의 중량에 의해 본체(1Ea)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기 노즐을 이용해서 주조를 실행했던바, 어느 노즐도 문제없이 판형상의 주조재 10Okg을 제조할 수 있었다. 이때, 주탕구 근방에 피복층을 구비하고 있지 않은 노즐(1B, 1C, 1E)은, 주탕구의 단면적이 피복층에 의해 감소되는 일이 없기 때문에, 용탕의 공급압력을 크게 하거나 하지 않고, 표면성상이 우수한 주조재를 얻을 수 있었다. 노즐의 내주면 전체면에 피복층을 구비한 노즐(1A, 1D)은, 피복층에 의해 주탕구의 단면적이 작아졌지만, 용탕의 주탕압력을 조금 크게 하는 등의 조작을 실행함으로써 표면성상이 우수한 주조재를 얻을 수 있었다.

또, 노즐 본체의 일부를 열전도성이 우수한 흑연으로 제작한 노즐(1B, 1C)에서는, 흑연으로 제작된 용탕저류조쪽 본체의 외주에 히터 등을 배치해서 용탕을 가열할 수 있으며, 노즐 내에서 용탕온도가 저하되는 것을 저감할 수 있었다. 또, 노즐의 가동주형 접촉쪽에 내마모성 부재를 배치하면, 가동주형과의 슬라이딩에 의한 노즐의 손상을 경감할 수 있었다.

본 발명을 상세히 또 특정의 실시형태를 참조해서 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 부가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은 2005년 3월 24일 출원된 일본특허출원(특원2005-087328)에 의거한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

본 발명 주조용 노즐은, 마그네슘이나 마그네슘합금의 연속주조를 실행할 때에, 용해로 등으로부터 가동주형에 용탕을 공급하는 용탕수송부재로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.

1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, N: 노즐 1a, 1Aa, 1Ba, 1Ca, 1Da, 1Ea: 본체
1b, 1c: 주탕구쪽 본체 1bb, 1cc: 용탕저류조쪽 본체
2: 주형접촉부 3, 3A, 3B, 3C, 3D, 3E: 피복층
4, 4A, 4B, 4C, 4D, 4E: 주탕구 5, 6: 보강재
10: 롤 11: 수로
20: 용탕저류조 21: 서포터
22: 이송관 100: 주조재
200: 게이트

Claims (10)

1. 용해한 순(純)마그네슘 또는 마그네슘합금의 용탕을 쌍롤 가동주형에 공급하는 주조용 노즐로서,
   주조용 노즐은 적어도 2층으로 구성되며, 적어도 내부층은 저산소재료로 이루어지고,
   상기 주조용 노즐에는,
   상기 용탕에 접촉하는 용탕접촉부와,
   상기 가동주형에 접촉하는 주형접촉부와,
   상기 용탕을 가동주형에 주탕(注湯)하는 주탕구를 구비하고,
   상기 주형접촉부는 단열재로 형성되고,
   상기 단열재는, 산화알루미늄, 규산칼슘, 질화붕소 소결체 및 알루미나 소결체 중 적어도 1종을 50질량%이상 함유하는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
2. 제 1항에 있어서,
   순마그네슘 또는 마그네슘합금의 융점을 Tm℃로 할 경우,
   용탕접촉부 중 Tm+10℃이상의 용탕에 접촉하는 개소는, 저산소재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   저산소재료는, 질화붕소, 흑연, 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
4. 제 1항에 있어서,
   주탕구 근방은, 단열재로 형성되고,
   주탕구가 소정의 단면적을 확보할 수 있도록 주탕구 근방에 보강재를 구비하는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
5. 제 1항에 있어서,
   주탕구 근방은, 단열재로 형성되고,
   단열재는, 고강성재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
6. 제 1항에 있어서,
   단열재는, 또한, 탄소 및 흑연 중 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
7. 제 1항에 있어서,
   단열재는, 해당 내부에 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
8. 제 1항에 있어서,
   용탕접촉부 중 적어도 일부는, 질화붕소, 흑연, 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 재료로 이루어지는 피복층을 구비하고,
   상기 피복층은, 상기 재료의 분말로 형성되는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
9. 제 1항에 있어서,
   용탕접촉부 중 적어도 일부는, 질화붕소, 흑연, 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 재료로 이루어지는 피복층을 구비하고,
   피복층은, 복수의 적층구조인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    피복층은, 소성처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.

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