KR101400054B1 - 압연롤 주조용 엔드커버의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔드커버의 조형재를 기존의 캐스타블 특성과 압축강도를 유지하도록 새로운 재료를 선택하고, 이 재료를 이용하여 엔드커버의 외피가 용탕과 최소한으로 접촉하도록 성형하는 압연롤 주조용 엔드커버 제조방법에 관한 것으로, 중앙부에는 용탕주입홀이 형성되고 외곽에는 마감판이 형성된 외피에 용탕주입홀을 관통하도록 성형틀을 삽입하는 단계; 마감판과 성형틀의 사이 공간에 50~55중량%의 SiO₂와, 40~45중량%의 Al₂O₃와, 나머지 불가피한 불순물을 포함하는 조형재를 주입하는 단계; 주입된 조형재를 외압을 이용해 다진후 일정시간 건조시켜 응고 시키는 단계; 및 응고된 조형재로부터 성형틀을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

압연롤 주조용 엔드커버의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF END COVER}

본 발명은 압연롤 주조용 엔드커버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캐스타블의 특성과 압축강도를 유지하면서 고온에 견디고 형을 유지하며 조형성도 좋은 압연롤 주조용 엔드커버의 제조방법에 관한 것이다.

압연롤을 제조하기 위한 원심주조는 원통 형상의 몰드(mold)를 그 중심축의 둘레로 회전시키면서 용융금속을 주입하고, 용융금속을 원심력에 의해 몰드 내면에 압착 응고시켜 관 형상의 주물을 제조하는 방법으로, 회전 시 몰드의 중심축의 방향에 따라 수평원심주조와, 수직원심주조로 구분된다.

특히, 수평원심주조 열연롤의 제조 시에는, 수평 상태의 몰드에 용탕을 주입하고, 몰드를 회전시켜 원심력에 의해 몰드 내면에 압착 응고시킨 후, 몰드를 수직으로 세워 피트로 이송하여 상형 및 하형 플라스크와 합형하고, 상형 및 하형 플라스크와 합형된 몰드에 코어 용탕을 주입하고 응고시켜 열연롤을 제조하게 된다.

이때, 원통 형상의 몰드 양단에는 내부에 주입되는 용탕이 원심주조금형의 외부로 유출되지 않도록 차단하는 엔드커버가 결합된다. 이러한 엔드커버는 내열, 내화성 모래재질로 이루어져 금형에 주입되어 응고를 통해 형성되는 것으로, 고온의 용탕과 직접 접촉하고, 고속의 회전에서도 형을 유지하여야 하기 때문에 조형후 건조강도는 일반 주물사(인조규사)의 압축강도(10~20kg/cm²)에 비하여 훨씬 높은 기계적 특성을 요구하게 된다.

관련 선행기술로는 한국공개특허공보 제10-2009-0093006호 (공개일자 : 2009년09월02일, 명칭 : 원심주조금형)가 있다.

본 발명은 엔드커버의 조형재를 기존의 캐스타블 특성과 압축강도를 유지하도록 새로운 재료를 선택하고, 이 재료를 이용하여 엔드커버의 외피가 용탕과 접촉하지 않도록 하는 압연롤 주조용 엔드커버의 제조방법을 제공하려는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 압연롤 주조용 엔드커버 제조방법은, 중앙부에는 관통홀이 형성되고 외곽에는 마감판이 형성된 외피에 관통홀보다 작은 외경의 원기둥을 갖는 성형틀을 관통홀로 삽입하는 단계; 마감판과 성형틀의 사이 공간에 50~55중량%의 SiO₂와, 40~45중량%의 Al₂O₃와, 나머지 불가피한 불순물을 포함하는 조형재를 주입하는 단계; 주입된 조형재를 외압을 이용해 다진후 일정시간 건조시켜 응고 시키는 단계; 및 응고된 조형재로부터 성형틀을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

구체적으로는, 상기 조형재의 총 중량 대비 7~10%의 중인산 알루미늄이 더 포함될 수도 있다.

본 발명에 따른 압연롤 주조용 엔드커버는 문제가 많음에도 불구하고 피치못해 사용할 수 밖에 없었던 캐스타블 조형재를 사용하지 않게 되어 조업의 단축 및 안전성 확보와 함께, 과다한 건조과정이 불필요하여 에너지 절약을 도모할 수 있게 된다.

또한, 엔드커버의 외부를 감싸는 외피가 엔드커버의 중앙부 용탕주입홀측으로 연장되지 않게 하여 외피와 용탕의 접촉을 배제시킬 수 있어 압연롤의 품질을 높일 수 있게 된다.

도 1은 수평식 원심주조장치의 몰드 구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 일반적인 엔드커버의 구조를 보인 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 엔드커버를 제작하는 모습을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명 엔드커버와 캐스타블 엔드커버의 특성을 실험한 비교 그래프이며, 그리고
도 5는 중인산 알루미늄의 함유량에 따른 본 발명 엔드커버의 압축강도 비교를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 수평식 원심주조장치의 몰드 구조를 나타낸 도면으로서, 원형통의 몰드(10)를 수평으로 배치한 상태에서 양단에 엔드커버(20)가 장착된다. 이렇게 준비된 상태에서 몰드(10)내로 용탕을 주입하여 회전시키게 되면 압연롤의 외층재가 몰드(10) 내주면을 따라 주조된다.

엔드커버(20)는 도 2에서 보는 것과 같이 외피(21)와, 커버체(22)로 구성된다. 여기에서 커버체(22)는 고온 조건하에서 강도를 유지하면도 형을 유지할 수 있는 캐스타블(castable) 조형재를 사용하여 조형해 왔으나, 소재 특유의 흡습성(吸濕性)으로 인하여 주입중 또는 수분 건조단계에서 수분팽창에 의한 폭발과 균열발생 등의 여러 문제들을 야기하여 왔다.

이에 대응하기 위하여 여러 조형재를 적용해 봤으나 캐스타블의 압축강도(350kg/cm²) 수준에는 미치지 못하였다.

또한, 캐스타블은 수분을 첨가 혼련하여 조형하는 공정으로 반드시 물이 포함된 액상상의 겔(젤) 상태에서 조형을 실시하고 응고후 차기 공정으로 진행하는 공정으로 별도의 건조장치가 필요하며 형틀이 고정적으로 존재하여야 함에도 불구하고 사용을 계속하였다. 이러한 캐스타블은 완전히 응고되기 전까지 형틀의 제거는 불가능하며, 제거시에도 형틀과 캐스타블의 접촉면이 매끄럽지 못하여 추가 마무리 손질의 공정이 필요한 것이다.

캐스타블 조형재는 겔 상태이기 때문에 도 2에서 보는 것과 같이 외피(21)의 중앙부에 차단벽(21a)이 필요하게 된다. 이러한 차단벽(21a)은 금속재로 제작되는데, 압연롤 주조과정에서 이 차단벽이 용탕과 2번에 걸쳐 접촉하면서 용탕내로 불순물이 침투하는 등의 문제도 발생하였다.

본 발명에 따른 엔드커버는 이와 같은 캐스타블 조형재를 대체하는 새로운 조형재와 함께 엔드커버의 형태 구조를 새롭게 하는 것을 제공하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 엔드커버를 제작하는 모습을 나타낸 도면으로서, 엔드커버(100)는 캐스타블 조형재로 이루어진 기존의 엔드커버(20)와 동일한 구조인 외피(110) 및 커버체(120)를 포함하여 구성된다. 단, 본 발명에 따른 엔드커버(100)는 캐스타블 조형재로 된 엔드커버(20)에서 문제시 되었던 차단벽(21a)이 없는 것이 특징이며, 더불어 차단벽이 있던 위치에 커버체(120)가 형성되도록 하여 외피(110)의 용탕 접촉을 배제할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 엔드커버(100)의 제작방법은 외피(110) 및 성형틀(130)을 준비하고, 외피(110)와 성형틀(130)을 조립하고, 외피(110)내에 조형재를 투입하고, 조형재를 외압을 이용해 다지고, 다져진 조형재를 일정시간 건조시켜 응고시킨후, 성형틀(130)을 제거하여 완성된다.

외피(110)는 원판형으로서, 그 중앙부에는 관통홀(111)이 형성되고, 외곽에는 마감판(112)이 돌출되도록 형성된다. 성형틀(130)은 "ㅗ"자 형상을 갖는 것으로, 하부는 외피(110)의 하부면상에 맞닿는 판이고, 중앙부는 상측으로 돌출된 원기둥으로서, 원기둥은 관통홀(111)보다 작은 직경을 갖는다.

따라서 조형재가 마감판(112)과 성형틀(130)의 사이에 충진되어도 성형틀(130)의 하부판에 의해 조형재가 관통홀(111)을 통해 외부로 누출되지 않게 되며, 응고된 후에는 성형틀(130)의 원기둥에 의해 커버체(120)의 중앙부에 차단벽 대신 용탕주입홀(122)이 형성된다.

즉, 본 발명에 따른 엔드커버(100)는 관통홀(111)의 내경보다 성형틀(130)의 외경을 더 작게하여 성형틀(130)과 관통홀(111)의 사이에 일정한 이격 공간이 형성되도록 하였고, 그 사이 공간에 조형재가 채워져 용탕주입홀(122)이 조형재로 된 커버체(120)에서만 형성되도록 하였다. 기존에는 이 용탕주입홀이 외피에 형성되어 있어 용탕과의 빈번한 접촉으로 인해 많은 문제점이 발생되었던 것이다.

본 발명에 따른 커버체(120)의 조형재는 캐스타블을 대체하여 50~55중량%의 SiO₂와, 40~45중량%의 Al₂O₃와, 나머지는 불가피한 불순물을 포함한다. 캐스타블 조형재는 SiO₂ 및 Al₂O₃의 성분비가 5:90정도이었음에 비하면 본 발명에 따른 조형재의 주요 성분비가 많이 달라졌음을 알 수 있을 것이다.

이때, 본 발명 조형재의 SiO₂가 50% 미만으로 함유될 경우 내열성이 용강의 온도를 견디지 못할 정도로 하락하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 그리고 SiO₂의 함량이 55%를 초과할 경우 내열성에서의 차이가 거의 없는 상태로 제조비가 상승되는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, Al₂O₃의 함량이 40% 미만으로 함유될 경우 열전도율이 하락하여 기준치에 미치지 못하게 되는 문제점이 발생될 수 있고, Al₂O₃의 함량이 45%를 초과할 경우 필요이상으로 열전도율이 상승되면서 제조단가가 증가될 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.

도 4는 본 발명 엔드커버와 캐스타블 엔드커버의 특성을 실험한 비교 그래프로서, 내화도 및 열전도율에 있어서는 큰 차이가 나지 않았지만, 반드시 요구되는 사항인 압축강도에서는 캐스타블에 비해 65%의 수준밖에는 되지 않았다. 본 발명 조형재의 내열성이 1,670℃이므로 일반적으로 몰드에 주입되는 용강의 온도인 1,300~1,600℃를 고려할 때 충분히 감당할 수 있음을 알 수 있다.

따라서 본 발명에서는 압축강도 개선을 위해 인산 및 중인산 알루미늄을 첨가하게 되었다. 인산은 조형재가 일정 시간동안 건조되어 응고되도록 경화속도를 조절하는데 사용하게 되고, 중인산 알루미늄은 강도증진에 그 목적이 있다.

인산은 약 75%농도의 것이 사용되며, 조형재의 총중량 대비 7±2%가 첨가되고, 중인산 알루미늄은 조형재의 총중량 대비 7~10%가 첨가된다.

여기에서 중요한 것이 중인산 알루미늄인데, 중인산 알루미늄을 7% 미만으로 첨가했을때에는 도 5에서 보는 것과 같이 캐스타블에 비해 현저하게 낮은 압축강도를 갖게 되고(4%로 실험), 8%를 첨가하여 실험했을때에는 캐스타블 대비 90%의 수준까지 올라감을 알 수 있었다.

그렇지만, 중인산 알루미늄이 많이 들어갈수록 강도증진에는 도움이 되지만, 조형재에 수분이 많게 되어 캐스타블과 같은 문제점이 발생된다. 따라서 중인산 알루미늄은 7~10% 정도가 바람직하게 된다.

상기와 같은 압연롤 제조용 엔드커버는 위에서 설명된 실시 예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시 예들은 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10 : 몰드
100 : 엔드커버 110 : 외피
111 : 관통홀 120 : 커버체
122 : 용탕주입홀

Claims (2)

1. 중앙부에는 관통홀이 형성되고 외곽에는 마감판이 형성된 외피에 관통홀보다 작은 외경의 원기둥을 갖는 성형틀을 상기 관통홀로 삽입하는 단계;
   상기 마감판과 성형틀의 사이 공간에 50~55중량%의 SiO₂와, 40~45중량%의 Al₂O₃와, 나머지 불가피한 불순물을 포함하는 조형재를 주입하는 단계;
   주입된 조형재를 외압을 이용해 다진후 일정시간 건조시켜 응고 시키는 단계; 및
   응고된 조형재로부터 상기 성형틀을 제거하는 단계;를 포함하는 압연롤 주조용 엔드커버 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 조형재의 총 중량 대비 7~10%의 중인산 알루미늄이 더 포함되는 압연롤 주조용 엔드커버 제조방법.
   

Images