KR20230071787A

KR20230071787A - 금속 주조용 핫 탑을 위치시키고, 기하학적 구조를 제어하고 또한 그 핫 탑의 응력을 관리하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230071787A
Application number: KR1020237013544A
Authority: KR
Inventors: 조나단 클레쉬
Original assignee: 파이로텍, 인크.
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-05-23
Also published as: MX2023003091A; US20230364670A1; WO2022066733A1; CA3196154A1; JP2023544282A; EP4217132A1

Abstract

몰드 조립 동안에 정렬을 이루고 열팽창을 수용하기 위해 사용되는 방법 및 장치는, 압축 가능한 영역 및 변경된 인터페이스 치수를 사용하는 것을 포함한다.

Description

금속 주조용 핫 탑을 위치시키고, 기하학적 구조를 제어하고 또한 그 핫 탑의 응력을 관리하기 위한 장치 및 방법

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2020년 9월 23일에 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 63/082,286에 대한 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용이 참조로 포함된다.

본 발명은 주조 시스템과 함께 사용하기 위한 핫 탑(hot top) 몰드 어셈블리 장치에 관한 것이다. 핫 탑 주조는, 뱃치(batch) 수직 직접 냉각(VDC) 및 연속 수평 직접 냉각(HDC) 주조를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 직접 냉각 주조 시스템은 예를 들어 US Pat. No. 4,598,763에 설명되어 있다.

대부분의 다양한 주조 기계는, 금속 분배 어셈블리, 몰드 어셈블리 및 베이스 어셈블리를 포함하는 3개의 주요 부분 어셈블리를 포함한다. 분배 어셈블리는 구멍을 통해 금속을 몰드 어셈블리에 전달한다. VDC 설계에서, 금속 분배 어셈블리는 테이블 용접물, 분배 홈통(일명, 테이블탑 내화물) 및 종종 노즐(일명, 심블(thimble))을 포함한다. 액체 금속은 분배 홈통에 들어가고, 노즐이 있거나 없는 구멍을 통해, 분배 어셈블리에 체결된 몰드 어셈블리 안으로 들어가게 된다. 그 금속은 몰드 본체, 몰드 및 핫 탑(일명, 천이(transition) 플레이트)을 포함하는 몰드 어셈블리 내의 표면 및 표면 근처에서 부분적으로 고화된다. 주물이 형성됨에 따라, 그 주물은 단일 베이스 용접물에 장착된 시작 헤드로서 구성된 베이스 어셈블리와 함께 이동하게 된다.

베이스 어셈블리의 이동은 일반적으로 유압 실린더(들) 또는 모터, 풀리 및 케이블의 시스템에 의해 촉진된다. HDC 설계에서, 금속 분배 어셈블리는, 금속의 원하는 헤드 압력을 생성하기 위한 저장부를 제공하는 턴디시(tundish)(일명, 헤드박스)를 포함한다. 금속이 몰드 어셈블리 안으로 들어가기 위한 구멍(들)을 갖는 헤드 플레이트(일명, 노즐 플레이트)가 헤드 박스에 부착되거나 통합된다. 몰드 어셈블리는 몰드 본체, 몰드 및 핫 탑(일명, 헤더 플레이트)을 포함한다. VDC 기계와 마찬가지로, 금속은 몰드 어셈블리 내부에서 부분적으로 고화되며, 주물이 형성됨에 따라, 그 주물은 시작 헤드와 함께 이동하게 된다. VDC 기계와는 달리, 연속적인 주조 작업을 허용하는 주조의 결정된 길이 후에 시작 헤드가 떨어져 나가게 된다.

일반적인 핫 탑 몰드 어셈블리는 (1) 몰드 본체, (2) 몰드 및 (3) 핫 탑의 3가지 주요 구성 요소를 갖는다. 몰드 본체는 어셈블리의 구조물을 제공하며 주조 기계에 고정된다. 몰드 본체는 전형적으로 알루미늄으로 만들어지며, 시작 헤드(일명, 시작 베이스)를 중심 맞춤시키는 기능적 특징부, 순환수식 냉각 분배를 위한 채널 및 어셈블리의 다른 구성 요소를 수용하기 위한 특징부를 종종 포함한다. 몰드 어셈블리의 몰드는 주물의 원하는 최종 형상을 형성하기 위한 정밀한 기하학적 구조를 가지고 있으며, 일반적으로 흑연, 알루미늄 또는 구리로 만들어진다. 몰드는 내부적으로 몰드 본체 내부에서 중간 거리에 위치되며, 몰드 본체에 대한 억지 끼워맞춤 조인트를 사용하여 압축 하에서 기계적으로 고정되거나 설치된다. 몰드는 몰드 표면에서 또는 그 근처에서 금속 고화를 위한 원하는 열적 구배를 생성하기 위해 몰드 본체의 채널 또는 포트를 통해 순환수식으로 냉각된다. 일부 몰드 기술은 단면을 관통하는 작은 구멍을 통해 또는 몰드 재료(예컨대, 흑연)의 고유한 다공성을 이용하여 주물 윤활제와 가스를 분배하여 구성 요소를 추가로 냉각하고 또한 주물의 표면 품질을 개선하도록 설계된다.

핫 탑은 주물의 슬러시(slush) 및 액상선 영역에 출입하는 유체 유동을 제어하고 또한 금속이 몰드에 접근할 때 냉각을 개시하여 열전달을 관리하기 위한 경계를 생성한다. 그것들은 기하학적으로 몰드 본체 내부에서 중심 맞춤되고 몰드의 표면에 수직이다. 일반적인 핫 탑 구성 재료는 섬유 보강이 있거나 없는 전통적인 세라믹 재료(예컨대, 규산염)가 포함한다. 핫 탑은 단일 외부 나사 링 또는 스크류의 반경 방향 어레이 및 클램핑 링으로 클팸핑력 하에서 몰드 안에 고정된다.

주조 공정은 2개의 조건, 상태 또는 단계를 갖는다. 첫번째 상태는 주조의 시작시에 시작되는 과도기적 기간이고, 주조 파라미터가 안정적이면 끝나게 된다. 과도기적 상태 동안에 생성되는 주물의 일부분은 엔지니어링 스크랩이며 일반적으로 "버트(butt)"라고 하며, 단면에 대해 대략 등거리인 길이를 갖는다. 그것은 바람직하지 않은 야금학적 특성을 가지고 있으며 주물의 추가 처리 전에 폐기된다. 주조의 과도기적 상태 동안에, 금속은 핫 탑의 구멍을 통과하여, 일시적으로 몰드 어셈블리 내부에 배치되고 이 시작 위치에 있는 동안에 보조 냉각수에 의해 냉각되는 시작 헤드 상으로 흐르게 된다. 금속은 시작 헤드 상에서 고화되기 시작하고, 몰드 상의 주 고화 지점에 도달할 때까지 계속 채워지고 고화된다. 그런 다음에, 시작 헤드가 몰드 어셈블리 밖으로 느린 속도로 움직이기 시작한다. 형성된 고화된 금고 또는 주물은 시작 헤드와 함께 계속 이동하고, 보조 냉각수에 도입되어 형상을 완전히 굳히게 된다. 열적 안정성이 달성되면, 시스템은 정상 상태로 전환되고 시작 헤드의 이동 속도가 증가된다. 이는 주조가 끝날 때까지 계속되며, 일반적으로 제품이라고 하는 바람직한 야금학적 특성을 생성한다.

핫 탑의 열전달 요구를 무시하고, 오늘날 이용 가능한 대부분의 기술에서 어려운 것으로 입증된 2가지 중요한 측면이 있다. 주조에 부정적인 영향을 미치는 첫 번째 중요한 변수는 몰드 어셈블리에서 핫 탑의 끼워맞춤이다. 구성 요소는 몰드와 정확하게 정렬되어야 하며 주물의 표면 결함을 방지하기 위해 인접한 구성 요소 사이의 천이를 유지해야 한다. 두 번째 측면은 서비스 수명 및 예상 성능의 실패 및 파손으로 인한 파국적인 실패 모두의 위험에 영향을 준다. 주조 동안에, 몰드와 몰드 어셈블리는 낮은 온도를 유지하고 열팽창이 거의 없거나 전혀 없다. 반대로, 핫 탑 및 이것이 부착되는 분배 어셈블리 홈통은 일부 영역에서 금속 온도를 경험하고 팽창하게 된다. 재료 선택 및 조인트 설계의 기계 설계 관행을 통한 이러한 팽창의 수용은 팽창 동안에 구속으로 인한 열 응력을 줄이거나 제거하는 데에 필수적이다.

핫 탑의 끼워맞춤은 과도기적 상태 및 정상 상태 주조 조건 동안 모두에서 성공적인 주조에 중요하다. 연속적으로 윤활되는 기술의 경우, 핫 탑과 몰드 어셈블리의 몰드 사이의 천이부의 기하학적 구조와 배향은 주 고화에 영향을 준다. 정렬 불량은 일반적으로 주조 결함을 초래한다. 유사하게, 가스 쿠션 기술의 경우, 핫 탑과 몰드 사이의 천이부에 위치되는 핫 탑의 가스 포켓 기하학적 구조의 배향은 주물의 표면 결함을 제거하기 위해 일관적이어야 한다. 적절한 정렬은 제품 품질에 영향을 줄 뿐만 아니라 주조 중에 발생하는 응력에 상당한 영향을 준다. 몰드 본체에서 핫 탑이 잘못 정렬되면, 열응력이 유도되거나, 조인트 여유가 손상된 곳에서 강화된다. 또한, 모든 기술은 금속 침투의 위험을 제거하기 위해 핫 탑과 몰드 사이의 인터페이스에서 0.4 mm 미만의 틈을 유지해야 한다. 몰드 어셈블리에서 핫 탑의 정확한 위치는 주물의 표면 결함을 줄이는 데에 가장 중요하다.

핫 탑의 열적 과도기적 및 정상 상태 조건은 주조 기계의 것과 일치하지 않는다. 주조 공정의 과도기적 및 정상 상태 기간은 주물의 고화에 의해 정의된다. 핫 탑의 경우, 핫 탑은 급격한 열적 변화 기간 및 평형에 접근하는 느린 진행의 다른 기간으로 구별된다. 주조 시작부터 금속이 몰드를 채운 후 언젠가는, 핫 탑은 과도기적 상태에 있게 된다. 금속 접촉 영역의 온도는 금속 주조 온도에 접근하고 전도열 전달에 의해, 에너지가 구성 요소의 본체를 통해, 수냉식 몰드 어셈블리를 포함하는 저온 싱크(sink) 및 금속 반대편의 공기 공간 쪽으로 전달된다. 과도기적 상태 기간 동안에, 이 열 전선 이동은 스위핑(sweeping) 운동으로 금속 접촉 표면으로부터, 핫 탑과 몰드로의 천이부에서 축선을 갖는 인접하는 반대편 표면 상의 저온 영역 쪽으로 가게 된다. 이 전선의 진행이 0에 접근하면, 정상 상태가 되고 핫 탑의 열적 안정성이 실현된다.

과도기적 기간은, 정상 상태 동안에 내부 및 외부 열응력의 조합과 비교되는 내부 열응력을 유발한다. 핫 탑에 사용되는 전형적인 고강도 세라믹 재료 종류는 과도기적 상태와 정상 상태 모두에서 내부 열응력을 관리하기 위한 적절한 안전 계수를 제공한다. 구성 요소의 강도와 인성에 도전하는 것은 외부 제약 조건으로부터의 열응력이다. 몰드 본체와 몰드는 순환수식으로 냉각되고 또한 앞에서 언급한 바와 같이 그를 통과하는 윤활제와 가스의 대류에 의해 냉각되기 때문에 기하학적으로 안정적이라는 점을 고려한다. 핫 탑이 팽창함에 따라, 기술의 구성에 따라 몰드 또는 몰드 본체와의 간섭을 일으킬 수 있다. 이 제약 조건은, 일반적으로 사용되는 재료의 극한 강도를 종종 초과하는 강한 반경 방향 압축 응력을 유발한다. 이러한 응력은, 구성 요소가 다수의 주조 주기를 견딤에 따라, 첫 번째 주조 또는 전파 중에 균열 개시 및 빠른 파손을 유발한다.

금형은 일반적으로 중간 구동력 억지 끼워맞춤에 의해 몰드 본체의 정밀 기계 가공된 인터페이스에 설치된다. 핫 탑은 (1) 위치적 헐거운 끼워맞춤, (2) 위치적 중간 끼워맞춤 및 (3) 위치적 억지 끼워맞춤을 포함하는 다양한 위치적 끼워맞춤으로 설치된다. 조립을 위해, 위치적 억지 끼워맞춤은 핫 탑을 정확하게 위치시키기 때문에 최적이지만, 주조 동안에 열팽창을 위한 부적당한 공간을 제공한다. 구성 요소는 실온에서 설치할 때 구속된다. 구성 요소가 사용될 때, 그 구성 요소에서의 열적 구배가 정상 상태에 도달할 때까지 열응력이 즉시 발생하고 강화된다. 위치적 중간 끼워맞춤은 몰드와의 정렬을 유지하는 데에 도움이 되지만 팽창을 위한 공간을 거의 또는 전혀 제공하지 않는다. 어느 정도의 공간이 할당되면, 주조가 시작된 직후에 그 공간은 팽창하는 핫 탑에 의해 빠르게 소모되고 열응력이 발생한다. 위치적 헐거운 끼워맞춤은 조립 중에 정렬을 손상시키지만, 핫 탑의 팽창을 위한 약간의 공간을 제공한다. 위치적 헐거운 끼워맞춤을 갖는 더 작은 몰드 구성은, 열 구배가 안정화된 후에 정상 상태 동안에 열 응력을 거의 또는 전혀 경험하지 않는다. 그러나, 대부분의 구성에서, 조인트 여유는 부적절하고, 핫 탑은 몰드에 있는 인터페이싱 요소에 의해 구속될 때까지 팽창하고 열 응력의 크기가 증가한다.

주조 동안에 핫 탑의 간섭의 결과로, 구성 요소는 양의 z 방향으로 일시적으로 왜곡된다. 이것은 도 1에서 위에 나타나 있는 전형적인 큰 직경의 VDC 빌렛 주조 몰드 어셈블리의 시뮬레이션된 응력 플롯에 나타나 있다. 이 왜곡에는 부정적인 결과가 있다. 왜곡되는 동안, 노즐에서의 전형적인 조인트 여유는 감소하고 후프(hoop) 방향으로 구성 요소에 대한 반경 방향 압력이 증가된다. 또한, 노즐의 오버행이 증가한다. 이 오버행이 너무 크면, 천이부에 걸친 금속 유동이 난류를 생성하고 또한 결과적으로 몰드 및 주 고화를 향한 고속 금속의 기복(undulation)을 생성하게 된다. 이 결과, 일반적으로 랩핑(lapping)이라고 하며 쉘 영역 두께와 스크랩을 증가시키는 바람직하지 않은 표면 결함으로 간주되는 것이 나타나게 된다.

핫 탑의 팽창을 관리하는 문제를 더하면, 금속 전달 어셈블리는 구성 요소의 움직임 및 열응력 발달에 상당한 영향을 준다. VDC 주조시의 내화성 분배 홈통 및 HDC 주조시의 헤드 플레이트의 열팽창으로 인해 몰드의 정렬 불량이 생기게 된다. 핫 탑은 금속 분배 어셈블리의 이러한 구성 요소에 체결되기 때문에 그 구성 요소와 함께 움직이게 된다. 이러한 정렬 불량은 가스켓 재료(예컨대, 세라믹 종이)가 끼워지는 몰드 어셈블리의 핫 탑과 분배 어셈블리 사이에 팽창 조인트를 편입시킴으로써 수용될 수 있다. 그러나, 팽창 조인트 및 구멍 사이의 큰 거리 둘 다를 갖는 구성은 그것이 없는 설계와 유사하게 어려움을 겪는다. 주조 중에 이러한 분배 어셈블리가 평형에 도달하면, 단방향 하중이 핫 탑을 통해 전달되어, 그 핫 탑이 몰드 어셈블리의 한쪽으로 이동하여 강한 압축과 빠른 파손을 초래하게 된다.

일관적인 품질의 주물 및 핫 탑의 반복 가능한 성능은 본 발명으로 달성될 수 있으며, 아래에서 설명하는 바와 같이, 이는 몰드 내의 구성 요소의 정확한 정렬 및 구성 요소 자체 및 이것이 부착되는 것의 주조 동안에 증가된 온도로부터 핫 탑의 기하학적 변화 및 배향 모두를 수용하기 위한 팽창 여유를 포함한다.

기본적인 이해를 제공하기 위해 본 개시 내용의 다양한 상세가 이하에 요약된다. 이 요약은 개시 내용의 광범위한 개요가 아니며 개시 내용의 특정 요소를 식별하거나 그 범위를 기술하려는 의도는 없다. 오히려, 이 요약의 주 목적은, 이하에 주어지는 보다 상세한 설명에 앞서 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시하는 것이다.

한 예시적인 실시예에서, 핫 탑 몰드 어셈블리 시스템이 개시되며, 이 시스템은 핫 탑과 몰드 또는 몰드 어셈블리 사이에 위치적 헐거운 끼워맞춤을 생성하도록 변경되는 핫 탑 치수를 포함하는 핫 탑을 포함한다.

다른 실시예에서, 핫 탑 몰드 어셈블리 시스템에 사용되는 핫 탑이 개시되며, 이 핫 탑은 핫 탑의 압축 가능한 구성 요소를 구속하고 위치시키기 위한 특징부를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 핫 탑 몰드 어셈블리 시스템에 사용되는 핫 탑이 개시되며, 핫 탑은 핫 탑과 몰드 또는 몰드 어셈블리 사이에 위치적 헐거운 끼워맞춤을 생성하도록 변경되는 핫 탑 치수를 포함한다, 추가로, 핫 탑은 핫 탑의 압축 가능한 구성 요소를 구속하거나 위치시키기 위한 특징부를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 핫 탑의 열응력을 줄이는 방법이 개시된다. 이 방법은 핫 탑과 몰드 또는 몰드 어셈블리 사이에 위치적 헐거운 끼워맞춤을 생성하기 위해 핫 탑 치수를 변경하는 것을 포함한다.

다음은 도면에 대한 간단한 설명으로, 이 도면은 여기서 개시되는 예시적인 실시예를 설명하기 위한 목적으로 제공된 것으로 그를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 구성 요소의 낮은 응력 크기 및 하향 왜곡을 나타내는 개선된 방법 VDC 핫 탑의 정상 상태 3차 주 응력[MPa]의 응력 플롯을 나타낸다.
도 2는 종래 기술의 핫 탑 몰드 어셈블리 장치의 측면도를 나타낸다.
도 3은 핫 탑 몰드 어셈블리 장치의 측면도를 나타낸다.
도 4는 핫 탑 몰드 어셈블리 장치의 측면도를 나타낸다.

여기서 개시된 구성 요소, 공정 및 장치에 대한 보다 완전한 이해는 첨부된 도면을 참조하여 얻을 수 있다. 도면은 본 개시를 설명하기 위한 편의 및 용이성에 기초한 개략적인 표현일 뿐이며, 따라서 장치 또는 그의 구성 요소의 상대적인 크기 및 치수를 나타내고 그리고/또는 예시적인 실시예의 범위를 규정하거나 한정하려는 의도는 없다.

명확성을 위해 이하의 설명에서 특정 용어가 사용되지만, 이러한 용어는 도면에서 예시를 위해 선택된 실시예의 특정 구조만을 지칭하기 위한 것이며, 본 개시의 범위를 규정하거나 한정하려는 의도는 없다.

"일" 및 "한"과 같은 단수 형태는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 대상을 포함한다.

여기서 사용되는 "약", "일반적으로" 및 "실질적으로"와 같은 용어는, 이러한 용어의 수식을 받는 요소 또는 수치의 목적에 큰 영향을 주지 않는 구조적 또는 수치적 수정을 포함하도록 되어 있다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, "포함하는"이라는 용어는, "∼로 이루어지는" 및 "본질적으로 ∼로 이루어지는" 실시예를 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같은 "포함한다", "포괄한다", "갖는", "갖는다", "∼일 수 있다", "함유한다" 및 그의 변형어와 같은 용어는, 언급된 성분/단계의 존재를 요구하고 또한 다른 성분/단계의 존재를 허용하는 개방형 전이 구, 용어 또는 단어인 것으로 의도된다. 그러나, 그러한 설명은 또한 조성 또는 공정이 열거된 성분/단계로 "이루어지는" 또한 "본질적으로" 그 열거된 성분/단계로 "이루어지는" 것을 설명하는 것으로 해석되어야 하며, 이는 결과적으로 생길 수 있는 불순물과 함께, 언급된 성분/단계의 존재만 허용하고 다른 성분/단계는 배제한다.

몰드 조립 동안에 정렬을 달성하고 압축 가능한 또는 변형 가능한 영역 및 수정된 인터페이스 치수를 이용하여 열 팽창을 수용하는 방법이 여기에 개시된다. 설치시에, 압축 가능한 또는 변형 가능한 영역의 압축성 또는 변형 범위 중의 일부는 위치적 억지 끼워맞춤에 의해 소비된다. 핫 탑에 유도된 작은 크기의 압력은, 배치된 재료의 높은 압축성 또는 변형성으로 인해 무시 가능하다. 주조 동안에, 압축성 또는 변형성 범위는, 핫 탑 및 영향의 다른 구성 요소가 팽창됨에 따라 추가로 소비된다. 그러나, 설계상, 범위는 완전히 소비되고, 결과적으로, 핫 탑에 대한 약간의 압력만 실현된다. 이 방법은 주조 동안에 핫 탑과 몰드 어셈블리 또는 몰드의 간섭을 제거하고, 또한 발생하는 열응력을 크게 줄인다. 추가로, 간섭을 제거함으로써, 양의 z 방향의 왜곡이 제거되고, 약간 반전되어, 노즐의 팽창을 수용하는, 핫 탑과 노즐 사이의 조인트 여유를 증가시키고, 또한 노즐의 오버행(overhang)을 밀접하게 유지하여 주물에 대한 랩핑(lapping) 결합의 위험을 감소시킨다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 사용 결과로서, 구성 요소의 낮은 응력 크기 및 하향 왜곡을 나타내는 개선된 방법 VDC 핫 탑의 정상 상태 3차 주 응력[MPa]의 응력 플롯을 나타낸다.

본 발명의 한 실시예에서, 본 장치는 수정된 핫 탑 치수 및 핫 탑에 설치되는 압축 가능한 구성 요소이거나 또는 열팽창을 허용하기 위해 핫 탑으로부터 파단되도록 되어 있는 요소를 포함하는 변형 가능한 특징부를 포함하는 어셈블리를 이용한다. 핫 탑 치수는 핫 탑과 몰드 또는 몰드 어셈블리 사이에 상당한 위치적 헐거운 끼워맞춤을 생성하도록 변경된다.

다른 실시예에서, 본 장치는 변형 가능한 특징부 및 핫 탑과 몰드 또는 몰드 어셈블리 사이에 상당한 위치적 헐거운 끼워맞춤을 생성하기 위한 수정된 핫 탑 치수를 포함한다.

다른 실시예에서, 주조 온도(So)에서의 주조 동안에 열응력을 제거하기 위한 주변 온도에서의 핫 탑 치수는 다음과 같이 표현된다:

여기서, Mo는 주변 온도에서의 몰드 치수이고, Io는 주변 온도에서의 몰드 인터페이스 치수이며, α는 벌크 핫 탑 재료의 열팽창 계수이고, △T는 주변 온도와 주조 온도 사이의 온도 변화이다.

여기서, β는 몰드 인터페이스 치수이고, α는 벌크 핫 탑 재료의 열팽창 계수이고, △T는 주변 온도와 주조 온도 사이의 온도 변화이다.

추가 수정은 어셈블리의 압축 가능한 구성 요소를 구속하고 위치시키기 위한 특징부(예를 들어, 글랜드(gland), 홈)를 포함할 수 있다. 압축 가능한 구성 요소는 세라믹, 세라믹 종이, 세라믹 편조(braided) 로프, 고무 또는 폴리머를 포함하되 이에 한정되지 않는, 작은 벌크 모듈러스 또는 높은 탄성을 갖는 재료로 만들어진다. 바람직하지 않은 국부적 압력 또는 접촉 응력의 발생을 방지하기 위해, 압축 가능한 구성 요소는 65 kPa 미만의 압력에서 편향되어야 한다.

도 2는 VDC 시스템에서 종래 기술에서 이용되는 바와 같은 핫 탑(101) 및 몰드(102) 구성을 나타내는 전형적인 핫 탑 어셈블리 장치(100)의 측면도를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 핫 탑(101)의 직경은 감소되지 않고, 압축 가능한 구성 요소를 구속하고 위치시키는 특징부가 없고 또한 높은 온도에서 열팽창을 수용하기 위한 변형 간으한 특징부도 없다.

도 3은 핫 탑 어셈블리 장치(200)가 개선된 핫 탑(201)을 포함하는 본 발명의 일 실시예의 측면도를 나타낸 것으로, 그 개선된 핫 탑은 몰드(202)와의 관심 대상 인터페이스에서 감소된 핫 탑 직경 및 핫 탑(201)의 일부분인 글랜드 특징부(203)를 포함하고, 그 글랜드 특징부(203)는 압축 가능한 O-링(204)을 포함한다. 한 실시예에서, 핫 탑(201)은 핫 탑(201)의 압축 가능한 구성 요소를 구속하고 위치시키기 위한 특징부를 포함한다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 그 특징부는 글랜드 특징부(203)이지만, 홈 특징부 또는 유사한 특징부도 허용될 것이다. 압축 가능한 구성 요소는, 세라믹 종이, 세라믹 편조 로프, 고무 및 폴리머와 같은, 작은 벌크 모듈러스 또는 높은 탄성을 갖는 다수의 적절한 재료 중의 어떤 것이라도 포함할 수 있다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 압축 가능한 특징부는 임의의 적절한 재료로 만들어질 수 있는 O-링(204)이다.

도 4는 핫 탑 어셈블리 장치(300)가 개선된 핫 탑(301)을 포함하는 본 발명의 일 실시예의 측면도를 나타낸 것으로, 그 개선된 핫 탑은 몰드(302)와의 관심 대상 인터페이스에서 감소된 핫 탑 직경 및 개선된 핫 탑(301) 본체의 변형 가능한 특징부(303)를 포함하며, 개선된 핫 탑(301)이 주조 중에 경험하는 높은 온도에서 팽창하거나 변위될 때, 변형 가능한 특징부가 변형하게 된다. 변형 가능한 특징부(303)는 압축 가능하거나, 열팽창을 허용하기 위해 핫 탑(301) 본체로부터 파단되도록 되어 있는 요소를 포함한다.

한 실시예에서, 바람직하지 않은 국부적 압력 또는 접촉 응력의 발생을 방지하기 위해, 압축 가능한 구성 요소는 65 kPa 미만의 압력 하에서 편향된다. 다른 실시예에서, 압축 가능한 구성 요소는 50 kPa 미만의 압력 하에서 편향된다. 또 다른 실시예에서, 압축 가능한 구성 요소는 35 kPa 미만의 압력 하에서 편향된다.

본 발명은 설치 공정을 단순화하고 또한 적절한 핫 탑 위치에 대한 신뢰를 증가시킴으로써 핫 탑 성능을 대폭 개선시킬 것이다. 또한, 본 발명은 열 응력을 줄이거나 제거하여 서비스 수명을 연장하고 또한 파국적인 실패의 위험을 줄인다. 마지막으로, 본 발명은 대형 핫 탑의 기하학적 구조에서 원치 않는 왜곡을 방지하여 품질 주조의 가능성을 증가시킨다.

여기서 설명되고 청구된 예시적인 실시예는 예시로서 의도된 것이므로, 여기서 개시된 특정 실시예에 의해 범위가 한정되지 않는다. 어떠한 동등한 실시예도 본 출원의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 실제로, 여기서 나타나고 설명된 것 이외에 다양한 수정예가 전술한 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 수정예도 첨부된 청구 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 여기서 인용된 모든 간행물은 그 전체가 참조로 포함된다.

특허청 및 본 출원과 결과적으로 얻은 특허의 독자가 여기에 첨부된 청구 범위를 해석하는 데에 도움을 주기 위해, 출원인은, "∼하기 위한 수단" 또는 "∼하기 위한 단계" 라는 단어가 특정 청구항에서 명시적으로 사용되지 않는다면, 첨부된 청구 범위 또는 청구범위 요소 중의 어느 것도 35 U.S.C. 112(f)를 원용할 의도는 없다.

Claims

핫 탑(hot top) 몰드 어셈블리 시스템으로서,
핫 탑과 몰드 또는 몰드 어셈블리 사이의 위치적 헐거운 끼워맞춤을 생성하도록 변경되는 핫 탑 치수를 포함하는 핫 탑을 포함하는, 핫 탑 몰드 어셈블리 시스템.
제1항에 있어서,
주변 온도(So)에서 핫 탑 치수의 상기 위치적 헐거운 끼워맞춤은
으로 표현되고,
여기서, Mo는 주변 온도에서의 몰드 치수이고,
Io는 주변 온도에서의 몰드 인터페이스 치수이며,
α는 벌크 핫 탑 재료의 열팽창 계수이고,
△T는 주변 온도와 주조 온도 사이의 온도 변화인, 핫 탑 몰드 어셈블리 시스템.
핫 탑 몰드 어셈블리 시스템에 사용되는 핫 탑으로서, 상기 핫 탑의 열팽창 또는 전위(dislocation)를 수용하기 위한 변형 가능한 특징부를 포함하는 핫 탑.
제3항에 있어서,
상기 변형 가능한 특징부는 압축 가능하거나 또는 열팽창을 허용하도록 핫 탑으로부터 파단되도록 되어 있는 요소를 포함하는, 핫 탑.
핫 탑 몰드 어셈블리 시스템에 사용되는 핫 탑으로서, 상기 핫 탑의 압축 가능한 구성 요소를 구속하고 위치시키기 위한 특징부를 포함하는 핫 탑.
제5항에 있어서,
상기 특징부는 글랜드(gland), 어깨부 또는 홈인, 핫 탑.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 작은 벌크 모듈러스 또는 높은 탄성을 갖는 재료를 포함하는, 핫 탑.
제7항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 세라믹, 고무 및 폴리머 중의 적어도 하나인, 핫 탑.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 65 kPa 미만의 압력에서 편향되는, 핫 탑.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 50 kPa 미만의 압력에서 편향되는, 핫 탑.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 35 kPa 미만의 압력에서 편향되는, 핫 탑.
핫 탑 몰드 어셈블리 시스템에 사용되는 핫 탑으로서,
상기 핫 탑은 이 핫 탑과 몰드 또는 몰드 어셈블리 사이의 위치적 헐거운 끼워맞춤을 생성하도록 변경되는 핫 탑 치수를 포함하고, 또한 상기 핫 탑의 압축 가능한 구성 요소를 구속하거나 위치시키기 위한 특징부를 더 포함하는, 핫 탑 몰드 어셈블리 시스템에 사용되는 핫 탑.
제12항에 있어서,
주변 온도(So)에서 핫 탑 치수의 위치적 헐거운 끼워맞춤은
으로 표현되고,
여기서, Mo는 주변 온도에서의 몰드 치수이고,
Io는 주변 온도에서의 몰드 인터페이스 치수이며,
α는 벌크 핫 탑 재료의 열팽창 계수이고,
△T는 주변 온도와 주조 온도 사이의 온도 변화인, 핫 탑
제12항에 있어서,
상기 특징부는 글랜드, 어깨부 또는 홈인, 핫 탑.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 작은 벌크 모듈러스 또는 높은 탄성을 갖는 재료를 포함하는, 핫 탑.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 세라믹, 고무 및 폴리머 중의 적어도 하나인, 핫 탑.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 65 kPa 미만의 압력에서 편향되는, 핫 탑.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 50 kPa 미만의 압력에서 편향되는, 핫 탑.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 35 kPa 미만의 압력에서 편향되는, 핫 탑.
제12항에 있어서,
상기 핫 탑은 이 핫 탑의 열팽창 또는 전위를 수용하기 위한 변형 가능한 특징부를 포함하는, 핫 탑.
제20항에 있어서,
상기 변형 가능한 특징부는 압축 가능하거나 또는 열팽창을 허용하도록 핫 탑으로부터 파단되도록 되어 있는 요소를 포함하는, 핫 탑.
핫 탑의 열응력을 줄이는 방법으로서,
핫 탑과 몰드 또는 몰드 어셈블리 사이의 위치적 헐거운 끼워맞춤을 생성하기 위해 핫 탑 치수를 변경하는 것을 포함하는, 핫 탑의 열응력을 줄이는 방법.
제22항에 있어서,
상기 핫 탑의 열응력을 줄이기 위한 압축 가능한 구성 요소를 더 포함하는, 방법.
제22항에 있어서,
상기 핫 탑의 열팽창 또는 전위를 수용하기 위한 변형 가능한 특징부를 더 포함하는, 방법.
제22항에 있어서,
상기 압축 가능한 구성 요소는 65 kPa 미만의 압력에서 편향되는, 방법.