KR20210114210A - 주조용 용탕주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조용 용탕주입장치에 관한 것으로, 이러한 용탕주입장치는 외부에서 금속의 용탕을 공급하는 용탕공급관과; 상기 용탕공급관에서 용탕을 공급받고, 상기 주형에 용탕을 공급하는 포트부재와; 상기 포트부재에서 상기 주형으로 주입되는 용탕의 양을 제어하는 용량제어부재와; 상기 주형으로 주입되는 용탕의 높이에 대응하여 상기 포트부재의 위치를 제어하는 높이제어부재; 및 상기 용량제어부재와 상기 높이제어부재를 각각 제어하는 제어부로 구성된다.
그리고 상기 포트부재의 상기 잠입구의 단부는 상기 주형에 수용된 용탕에 잠입된 상태에서 용탕이 주입되는 구성이다.
이와 같은 구성에 의하여, 주입되는 용탕의 양이 정교하게 제어할 수 있고, 특히 상기 주형의 용탕에 잠입되는 상기 잠입구에 의하여 용탕의 하부공간으로 용탕이 주입되므로 공기의 차단이 효과적으로 이루어져서 드로스나 이물질이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있는 효과가 발생하게 된다.

Description

주조용 용탕주입장치{POURING APPARATUS FOR CASTING}

본 발명은 용탕주입장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 납(Pb) 잉곳을 주조하기 위하여 주조장치에 장착되어, 드로스가 발생하는 것을 최대한 억제하여 성형되는 납(Pb) 잉곳의 품질을 향상시키는 주조용 용탕주입장치에 관한 것이다.

일반적으로 주조공정은 금속을 가열하여 용해된 액상의 재료를 주형에 부어 일정한 형태로 응고 성형하는 것으로, 특히 납(Pb) 주조 공장의 납 잉곳(ingot, 주괴)의 중량은 25KG이 대부분이나 필요에 따라서 100KG의 잉곳을 주조하기도 한다.

그리고 이와 같은 주조공정에서 고온의 용탕을 받아 주형(mould)에 주입하기 과정에서는 용탕)은 항상 대기중에 노출된 상태로 존재하게 된다.

따라서, 고온의 용탕은 대기중의 산소 및 용존산소와 반응하여 산화물 및 이물질이 생성하게 되며, 여기서 생성된 산화물은 용탕속에 잔류되고, 이러한 용탕은 주형에 주입되어 잉곳으로 제조된다.

이러한 산화물이나 이물질이 함유되면, 잉곳의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 "고청정 주조품 제조를 위한 래들(등록번호 제10-0436400호 2004. 06. 16 공고)"이 제시되고 있다.

상기 "고청정 주조품 제조를 위한 래들(등록번호 제10-0436400호 2004. 06. 16 공고)"은 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 용기인 래들(ladle) 본체에는 용탕(1011)이 주입되어 있으며, 본체 상부 개구부에는 주입된 용탕(101)을 대기로부터 차단하여, 산화물 생성을 방지하는 실링 커버(sealing cover)(103)가 구비되어 본체를 밀폐하며, 실링 커버(103) 내부는 내화물(106)로 충진되어 있다.

상기 내화물(106)로 충진된 실링 커버(103) 내부에 설치된 실링용 배관은 래들 주위를 실링할수 있도록, 지름 10～15mm의 스테인레스 파이프를 사용하고, 실링 커버(103) 상부에 실링용 가스공급 커플링(104)을 설치되는 구성이다.

이때, 설치된 배관은 최소 100～120mm 간격으로 지름 5～10mm의 구멍을 내어, 래들 주위에 불활성가스를 분사하여 실링이 가능하도록 하는 구성이다.

그리고, 용탕(101) 표면으로 직접 불활성가스 공급이 가능하도록, 상기 커버(103) 상부에 용탕표면 산화방지용 가스공급 커플링(105)을 설치하여, 용탕(101)이 산소와 접촉되어 산화되는 것을 최대한 억제토록 한다.

또한, 상기 실링 커버(103)와 래들 본체간의 밀착력을 높이기 위해, 클립(clip)(108)을 이용하여 실링시 밀폐시키고, 래들 출탕구에는 마개(107)를 구비하여 실링중에는 밀폐시킨다.

래들 하부의 버블링(bubbling) 장치는 포러스 플러그(porus plug)(111)를 이용하여, 용탕(101)속에서 불활성가스 버블(110)을 발생시켜, 생성된 비금속개재물의 분리부상을 행하도록 하고, 주변은 내화물(106)로 충진하는 구성이다.

문헌1: 등록특허공보 제10-0819637호(2008. 04. 04 공고) "주조 금속스트립 잉곳을 형성하기 위한 용탕 주조방법 및 장치" 문헌2: 등록특허공보 제10-1245452호(2013. 03. 19 공고) "복합 잉곳 주조방법 및 장치" 문헌3: 등록특허공보 제10-1445931호(2014. 10. 26 공고) "다이캐스팅용 용탕 주입 장치" 문헌4: 등록특허공보 제10-1455597호(2014. 10. 28 공고) "압연롤 주조용 용탕주입장치" 문헌5: 등록특허공보 제10-1677582호(2016. 11. 18 공고) "다이 캐스팅 공정을 위한 금속 주입 방법"

그러나 도7에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 "고청정 주조품 제조를 위한 래들(등록번호 제10-0436400호 2004. 06. 16 공고)"을 이용하여서 주형에 용탕을 붓는 과정에서는 공기에 노출되게 된다.

상기와 같이 주형에 용탕이 주입되는 과정에서 공기와 접촉하므로, 상기 주형 내부에서 드로스와 이물질이 발생된다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상수한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 본 발명의 목적은 25KG 혹은 100KG의 중량을 갖는 납 잉곳(ingot, 주괴)을 주조하는 과정에서 드로스나 이물질이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있고, 동일한 중량의 납(Pb) 잉곳을 주조할 수 있는 주조용 용탕주입장치를 제공하는데 있다.

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 주조용 용탕주입장치는 외부에서 금속의 용탕을 공급하는 용탕공급관과; 상기 용탕공급관에서 용탕을 공급받고, 상기 주형에 용탕을 공급하는 포트부재와; 상기 포트부재에서 상기 주형으로 주입되는 용탕의 양을 제어하는 용량제어부재와; 상기 주형으로 주입되는 용탕의 높이에 대응하여 상기 포트부재의 위치를 제어하는 높이제어부재; 및 상기 용량제어부재와 상기 높이제어부재를 각각 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 포트부재는 상기 용탕곱급관에서 공급하는 용탕이 수용되는 수용부가 형성되는 메탈포트; 및 상기 메탈포트의 하부면에는 상기 수용부에 수용된 용탕이 하부에 위치하는 상기 주형으로 용탕이 배출되는 잠입구; 및 상기 잠입구에서 배출되는 용탕을 단속하는 단속밸브로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 높이제어부재는 수평으로 형성되고 상기 메탈포트와 고정되는 승강수평프레임과; 상기 승강수평프레임을 지지하는 승강수직프레임; 및 상기 승강수직프레임을 승강시키는 승강수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 승강수단은 승강모터와; 상기 승강모터에 의하여 작동되는 체인; 및 상기 체인에 체결되는 스프로킷 휠로 구성되어, 상기 스프로킷 휠의 작동에 의하여 상기 승강수직프레임이 승강되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 승강수평프레임은 상기 메탈포트의 양면에서 각각 고정되고, 상기 승강수직프레임은 실린더로 이루어져서 상기 스프로킷 휠의 작동에 의하여 승강되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 용량제어부재는 상기 주형에 수용되는 용탕의 높이에 연동되어 승강되는 주형플로트와; 상기 주형플로트의 승강 높이를 측정하는 레이저 센서와; 상기 단속밸브를 상하로 승강시키는 밸브작동축과; 상기 밸브작동축의 승강을 제어하는 작동축제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 상기 작동축제어수단은 실리더 또는 수치제어모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 잠입구는 관 형상으로 이루어지고 상기 잠입구의 단부는 상기 주형에 수용된 용탕에 잠입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메탈포트가 상승 시에는 상기 잡입구의 하단부가 상기 상기 주형에 수용된 용탕에 잠입되어고, 상기 단속밸브가 개방되어 용탕이 상기 주형으로 배출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 승강수평프레임의 일단부는 수직으로 고정되는 지지프레임에 연결되어 활주 가능하고, 타단은 승강되는 상기 승강수직프레임에 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 메탈포트에서 상기 용탕공급관에서 공급되는 용탕에 의하여 상하로 승강되는 포토플로트가 추가로 장착되고, 상기 포트플로트의 승강 높이에 따라 상기 용탕공급관에서 공급되는 용탕이 단속되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기와 같은 구성에 따라, 상기 메탈포트에 주입되는 용탕과 상기 주형에 주입되는 용탕의 양이 상기 포트플로트와 상기 주형플로트에 의하여 각각 측정되므로 주입되는 용탕의 양이 정교하게 제어할 수 있고, 특히 상기 주형의 용탕에 잠입되는 상기 잠입구에 의하여 용탕의 하부공간으로 용탕이 주입되므로 공기의 차단이 효과적으로 이루어져서 드로스나 이물질이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있는 효과가 발생하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주조용 용탕주입장치의 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 주조용 용탕주입장치의 평면도.
도 3은 도 1에 도시된 주조용 용탕주입장치의 측면도.
도 4는 주조용 용탕주입장치의 작동을 설명하기 위한 도면.
도 5는 주요 구성품의 구성도.
도 6과 도 7은 종래기술을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하며, 도면 전체에 있어서 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도면부호 10으로 도시한 본 발명에 의한 주조용 용탕주입장치는 포트부재(20), 용량제어부재(30) 및 높이제어부재(40) 등으로 구성된다.

상기 포트부재(20)는 용탕공급관(64)을 통하여 외부의 용탕을 공급받고, 하부에 위치한 주형(62)에 용탕을 공급하게 된다.

그리고 상기 용량제어부재(30)는 상기 포트부재(20)에서 상기 주형(62)으로 주입되는 용탕의 양을 제어하게 되고, 상기 높이제어부재(40)는 상기 주형(62)으로 주입되는 용탕의 높이에 대응하여 상기 포트부재(20)의 위치를 제어하는 부재이다.

그리고 상기 포트부재(20)와 상기 용량제어부재(30)와 상기 높이제어부재(40)를 각각 제어하는 제어부(50)가 구성된다.(도 5 참조)

상기 포트부재(20)는 도 1과 도 4를 참조하여 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 포트부재(20)는 메탈포트(21)와 잠입구(23)와 단속밸브(25) 등으로 구성된다.

상기 메탈포트(21)는 상부가 개방되고 측면과 하부는 밀폐되는 형상으로, 중앙에는 수용부가 형성되어서 상기 용탕곱급관(64)에서 공급하는 용탕이 수용되게 된다.

그리고 상기 잠입구(23)는 상기 메탈포트(21)의 하부면에 형성되는데, 상기 수용부에 수용된 용탕이 하부에 위치하는 상기 주형(62)으로 용탕이 배출되는 관(파이프)이다.

상기 단속밸브(25)는 상기 잠입구(23)에서 상기 주형(62)으로 배출되는 용탕을 단속하는 밸브이다.

상기 높이제어부재(40)는 승강수평프레임(41)과 승강수직프레임(43)과 승강수단(44)으로 구성된다. 상기 승강수평프레임(41)은 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이 수평으로 형성되고 상기 메탈포트(21)와 고정되게 된다.

한 쌍의 상기 승강수직프레임(43)은 한 쌍의 상기 승강수평프레임(41)의 단부에 고정된다. 그리고 상기 승강수단(44)은 한 쌍의 승강수직프레임(43)을 승강시키게 된다.

또한 한 쌍의 상기 승강수평프레임(41)의 일단부는 수직으로 고정되는 한 쌍의 지지프레임(71)에 연결되어 활주되고, 타단은 승강되는 상기 승강수직프레임(43)에 연결되게 된다.

따라서 상기 승강수단(44)에 의하여 상기 승강수직프레임(43)의 상단부가 상승하면, 상기 승강수평프레임(41)도 상승하게 되며, 이에 따라 상기 메탈포트(21)도 상승하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 승강수단(44)은 승강모터(45)와 상기 승강모터(45)에 의하여 작동되는 체인(47) 및 상기 체인(47)에 체결되는 스프로킷 휠(49) 등으로 구성된다. 이와 같은 구성에 의하여 상기 승강모터(45)의 작동에 의하여 상기 스프로킷 휠(49)이 구동되고, 이와 연동되어 상기 승강수직프레임(43)이 승강되게 된다.

그러나 상기 승강수단(44)은 상기 승강모터(45)와 체인(47)과 스프로킷 휠(49)로 한정되는게 아니고 실린더(미도시)에 의하여 승강될 수도 있다.

상기 용량제어부재(30)는 상기 주형(62)에 공급되는 용탕의 양을 제어하는 부재로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 주형(62)에 수용되는 용탕의 높이에 연동되어 승강되는 주형플로트(31)와 상기 주형플로트(31)의 승강 높이를 측정하는 레이저 센서(33)와 상기 단속밸브(25)를 상하로 승강시키는 밸브작동축(35)과 상기 밸브작동축(35)의 승강을 제어하는 작동축제어수단(37) 등으로 구성된다. 상기 작동축제어수단(37)은 수치제어모터(39)로 이루어진다.

본 발명의 상기 잠입구(23)는 관(PIPE) 형상으로 이루어지고, 상기 잠입구(23)의 단부는 상기 주형(62)에 수용된 용탕에 잠입되어 공기의 접촉을 차단하게 된다.

그리고 상기 메탈포트(21)가 상승 시에는 상기 잡입구(23)의 하단부가 상기 주형(62)에 수용된 용탕에 잠입되어고, 상기 단속밸브(25)가 개방되어 용탕이 상기 주형(62)으로 배출되는 구성이다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 메탈포트(21)에서 상기 용탕공급관(64)에서 공급되는 용탕에 의하여 상하로 승강되는 포토플로트(27)가 장착되고, 상기 포트플로트(27)의 승강 높이에 따라 상기 용탕공급관(64)에서 공급되는 용탕이 단속되게 된다.

본 발명의 상기와 같은 주조용 용탕주입장치(10)의 작동은 다음과 같이 상술한다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 높이제어부재(40)에 의하여 상기 메탈포트(21)가 상부로 이송된 상태에서, 상기 주형(62)이 이송레일(80)을 따라서 상기 메탈포트(21)의 하부 공간에 위치하게 되면, 상기 제어부(50)에서는 상기 높이제어부재(40)의 상기 승강수단(44)에 의하여 상기 메탈포트(21)가 도 1에 도시된 위치로 하강하게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 용탕공급관(64)에서 용탕이 상기 메탈포트(21)로 주입되고, 이와 같이 주입되는 용탕의 높이는 상기 포트플로트(27)에 의하여 감지되면서 상기 메탈포트(21)의 용탕의 수위가 조절되게 된다.

그리고 상기 용량제어부재(30)에서는 상기 수치제어모트(39)를 작동하여 상기 밸브작동축(35)을 상부로 이송하면, 상기 단속밸브(25)가 개방되면서 상기 메탈포트(21)에 수용된 용탕이 상기 잠입구(23)를 통하여 상기 주형(62)으로 주입되게 된다.

상기 주형(62)으로 주입된 용탕의 수위는 상기 주형플로트(31)에 의하여 감지되고, 감지된 신호에 의하여 상기 제어부(50)에서는 상기 높이제어부재(40)를 작동시켜 상기 메탈포트(21)를 도 4의 위치까지 상승시킨다.

이와 같이 상기 메탈포트(21)가 상승하는 동안에는 상기 잠입구(23)는 상기 주형(62)에 수용된 용탕에 담근 상태에서 상기 주형(62)으로 용탕이 주입된다.

참고로 용탕의 납(Pb)의 용융 온도는 400℃ 정도이므로 상기 잠입구(23)나 상기 메탈포트(21)는 용융온도가 1500℃ 정도인 철(Fe) 재질로 제작되어도 된다.

이와 같이 상기 잠입구(23)가 상기 주형(62) 내부의 용탕에 잠입된 상태에서 용탕이 주입되므로 공기의 접촉이 최소화된다.

상기 주형(62)에 주입되는 용탕이 일정량이 되면, 상기 제어부(50)에서는 상기 용량제어부재(30)를 작동하여 상기 단속밸브(25)가 폐쇄되어 용탕 주입이 정지된다.

이와 같은 상태에서 상기 높이제어부재(40)에 의하여 상기 메탈포트(21)가 일정한 높이로 상승하면, 용탕이 주입된 상기 주형(62)은 상기 이송레일(80)을 따라 외부로 이송되고, 새로운 주형(62)이 진입하면서 용탕 주입이 새롭게 이루어지게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 주조용 용탕주입장치를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하고 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

10: 주조용 용탕주입장치, 20: 포토부재,
21: 메탈포트, 23: 잠입구,
25: 단속밸브, 27: 포트플로트,
30: 용량제어부재, 31: 주형플로트,
33: 레이저센서, 35: 밸브작동축,
37: 작동축제어수단, 39: 수치제어모터,
40: 높이제어부재, 41: 승강수평프레임,
43: 승강수직프레임, 44: 승강수단,
45: 승강모터, 47: 체인,
49: 스프로킷휠, 50: 제어부,
62: 주형, 64: 용탕공급관,
71: 지지프레임, 80: 이송레일

Claims (11)

1. 금속의 용탕을 주형에 주입하는 장치에 있어서,
   외부에서 금속의 용탕을 공급하는 용탕공급관;
   상기 용탕공급관에서 용탕을 공급받고, 상기 주형에 용탕을 공급하는 포트부재;
   상기 포트부재에서 상기 주형으로 주입되는 용탕의 양을 제어하는 용량제어부재;
   상기 주형으로 주입되는 용탕의 높이에 대응하여 상기 포트부재의 위치를 제어하는 높이제어부재; 및 상기 용량제어부재와 상기 높이제어부재를 각각 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 포트부재는 상기 용탕곱급관에서 공급하는 용탕이 수용되는 수용부가 형성되는 메탈포트; 및 상기 메탈포트의 하부면에는 상기 수용부에 수용된 용탕이 하부에 위치하는 상기 주형으로 용탕이 배출되는 잠입구; 및 상기 잠입구에서 배출되는 용탕을 단속하는 단속밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 높이제어부재는 수평으로 형성되고 상기 메탈포트와 고정되는 승강수평프레임과; 상기 승강수평프레임을 지지하는 승강수직프레임; 및 상기 승강수직프레임을 승강시키는 승강수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 승강수단은 승강모터와; 상기 승강모터에 의하여 작동되는 체인; 및 상기 체인에 체결되는 스프로킷 휠로 구성되어, 상기 스프로킷 휠의 작동에 의하여 상기 승강수직프레임이 승강되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 승강수평프레임은 상기 메탈포트의 양면에서 각각 고정되고, 상기 승강수직프레임은 실린더로 이루어져서 상기 스프로킷 휠의 작동에 의하여 승강되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
6. 제 3항에 있어서, 상기 용량제어부재는 상기 주형에 수용되는 용탕의 높이에 연동되어 승강되는 주형플로트와; 상기 주형플로트의 승강 높이를 측정하는 레이저 센서와; 상기 단속밸브를 상하로 승강시키는 밸브작동축과; 상기 밸브작동축의 승강을 제어하는 작동축제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
7. 제 6항에 있어서 상기 작동축제어수단은 실리더 또는 수치제어모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 잠입구는 관 형상으로 이루어지고 상기 잠입구의 단부는 상기 주형에 수용된 용탕에 잠입되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
9. 제 7항에 있어서, 상기 메탈포트가 상승 시에는 상기 잡입구의 하단부가 상기 상기 주형에 수용된 용탕에 잠입되어고, 상기 단속밸브가 개방되어 용탕이 상기 주형으로 배출되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 승강수평프레임의 일단부는 수직으로 고정되는 지지프레임에 연결되어 활주 가능하고, 타단은 승강되는 상기 승강수직프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 메탈포트에서 상기 용탕공급관에서 공급되는 용탕에 의하여 상하로 승강되는 포토플로트가 추가로 장착되고, 상기 포트플로트의 승강 높이에 따라 상기 용탕공급관에서 공급되는 용탕이 단속되는 것을 특징으로 하는 주조용 용탕주입장치.
    

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