주물기술/ 상향식 연속주조설비에 의한 無산소동 시험제조
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서울국제야금&주.단조&열처리산업전
상향식 연속주조설비에 의한 無산소동 시험제조
유성유도로 대표 민운기

1.서 론
1950년대부터 산업화되기 시작한 연속주조기술은 새로운 공정설비의 개발과 함께 고 능률 화, 대형화 및 자동화가 추진되어 왔다.
철강에 비해 비철금속은 그 용융점이 낮고 열전도율이 높기 때문에 용탕을 응고시키기 위 한 조작도 일반 강에 비해 비교적 용이하다.
따라서 비철금속의 연속주조기술은 철강보다 먼저 공업화되었고 여러 형태의 연속 주조법도 꾸준히 연구 개발되어 왔다. 비철금속에서 공업화된 고정 주형을 이용한 연속 주조법은 그 주조되는 방향에 따라 수직, 수평식으로 구 분되고 수직은 다시 하향식과 상향식 연속 주조법으로 구분할 수 있다.
최근 동 합금을 중심으로 소량 다품종 소재에 관심이 높아지고 하향식 연속 주조법으로는 제조가 불가능한 소구경이나 소 단면적 소재의 다양한 형상의 제조에 있어서 공정단축의 효 과가 큰 수평식 연속 주조법이 장점으로 부각되면서 국내에서도 1990년 초부터 개발, 범용 화 되어 왔다.
여기에 비해 상향식 연속 주조법은 선진 각국에서는 산업화에 적용 된지 꽤 오랜 역사를 가지고 있으나 국내에서는 개발의 태동단계라 볼 수 있겠다.
상향식 연속 주조 법은 제조되는 제품의 재질의 폭이 좁다는 단점이 있기는 하지만 제품생산성과 카본 주형의 수명에 비행 3~5배 이상을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 특수형상의 제품의 제조가 가능하 다는 장점 때문에 그 효율성이 점진적으로 높아지고 있다.
본고에서는 그 효율성에 비해 국내에서는 아직 미개발상태인 상향식 연속 주조법에 의한 시험설를 제작, 순동 롯-드를 제조한 설비를 중심으로 소개하고자 한다.

2. 상향식 연속 주조설비의 구성
일반적인 동 및 동 합금 수평연속주조방식의 설비구성과 동일한 용해로, 보온로, 주조기, 인출장치, 절단기 또는 권치기로 구성되어 있으며 부대설비로는 용해 & 보온로의 유도코일 을 냉각시켜주는 에어공급장치, 주조기에 냉각수를 공급, 제어하는 냉각수 관계장치, 용탕의 레벨을 유지. 제어하기 위한 레벨 감지기로 구성하였다.

(1)용해 & 보온로
동의 용해 및 용탕의 본온에는 중유 또는 가스연료에 의한 열에너지를 이용한 도가니형로, 반사로 및 사프트로와 전기에너지를 이용한 저하항로 와 유도로 등이 사용되어지고 있다.
본 제조 시험에는 용해작업과 보온작업을 동시에 충족시킬 수 있는 "L" TYPE 60kw/500kg 찬넬식 그림 1과 같은 저주파 유도로를 채택하여 용해실에서 용해된 용탕이 爐 低부의 터널 을 통과하여 보온실로 공기접촉 없이 흘러들어 가는 방법을 채택하였다.(사진 1참조)

그림 1

전원장치는 유도 용해-보온로에 단상 전원을 인가하고 콘덴서와 리액터를 부착하여 투입 되는 전원은 그림 2와 같이 3상 △평행회로를 구성하였으며 전력의 제어는 보온실 용탕중심 부에 장착된 용탕 온도 감지기의 신호에 의해 자동 조정되도록 설계하였다

(2) 주조기
용해된 금속의 용탕을 제품형상의 카본 주형으로 흘러 들어오게 하여 응고시키는 주조기는 주조된 2중의 동관과 냉각수자켓, 카본 주형, 주형보호관, 냉각수 입출용 접속구를 그림 2와 같이 "I"자형의 형태로 제작하였다.

(3)인출장치
주조기에 의해 주조된 제품을 상향으로 인출하기 위한 인출장치는 주조상황에 따라 정지 또는 운전되어지기도 하고 속도를 조절할 필요성이 있으므로 제어에 민감하고 그 조절폭이 크며 정지 후 재 가동시 가동 토오크가 커야할 것이다.
일반적으로 산업화에 응용되고 있는 V.S모터, DC모터, 인버터모터, 서보모터 등이 이용되고 있는데 본 시험제조에서는 인버터 모터를 이용하여 회전속도 N=120F/P(R.P.M) (단, F:주파수, P:극수)를 제어하고 출력된 동 력 감속기에 의해 캠으로 전달, 주조제품을 인출토록 하였다.

(4)절단 또는 권치기
인출된 제품은 적정 길이로 자동 절단하거나 또는 원형 롤러로 절곡하여 자동 권치기에 코 일상태로 감기게 했으며 절단기와 권치기는 인출되는 제품의 생산속도와 동기화 하였다.

3. 무 산소동봉 제조시험
찬넬식 유도 용해-보온로에 주입된 순동몰드와 전해동으로 400kg로 용해하였으나 용해시 간이 길어지면서 불순물의 혼입과 용탕에 대한 분위기 조질 실패등으로 탈가스 처리한 후 300kg을 출탕하고 건조된 목탄을 100mm 도포한 후 100×200mm로 절단처리된 전해동을 용탕과 공기와의 접촉을 최소화하면서 투입 200kg을 용해 하였다.
본온로의 온도감지기를 1,200℃로 조절한 후 목탄 속에서 예열된 카본 주형을 보호관 상부까지 용탕에 투입한 후 인출장치를 가동, 인출제품의 속도를 저속으로부터 300mm/분 까지 서서히 증가시켰다.

그림 4
인출제품의 냉각상태 등을 파악하면서 최고 생산속도 700mm/분 까지 조정 정상적인 연속 작업으로 시험 제조하였다.

4. 결 론
시험 제조결과 용탕중의 불순물을 제거하고 재질에 중대한 영향을 주는 O₂, H₂, H2O를 적절히 제거한 후 용탕표면에 100mm의 목탄을 도포하고 용탕 온도를 1200℃ ±5℃로 관리 하면서 분당 650mm의 생산속도가 제품생산에 효과적이라는 결론을 얻었다.
향후의 과제로 서는 용해재료 선택에 폭을 넓히고 신속하고 효과적인 용탕처리에 대한 연구가 있어야 할 것이다.

<참고문험>
1. 류봉선, 박원욱: 한국주조공학지, Vol15, No4(1995) 331
2. 권혁천: 한국주조공학지, Vol16, No4(1996) 273
3. 신일본주단조협회: 비철금속과 합금의 수평연속주조 (1994) 18
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