일반기술

빌렛 가열을 위한 Advanced 수직형 유도가열 시스템의 개발

반용융 성형공정에서 가능한 빨리 그리고 균일하게 반용융 상태로 빌렛을 재가열하기 위해서는 유도 코일의 설계는 실제로 중요한 측면이다. 코일과 빌렛을 구성하는 실제 시스템에서는, 빌렛의 전체 길이에 걸쳐서 유도 열량은 보통 등분포하지 않고, 그 결과로 비균일 온도 분포가 생긴다. 따라서 코일 설계의 최적화를 위한 중요한 점이 코일 길이와 빌렛 길이 사이의 정확한 관계를 규정하는 것이다. 따라서 본 발명에서는 반용융 소재의 종류와 크기에 따라서 구상화된 조직을 얻을 수 있는 상용 유도 가열 시스템의 코일의 크기를 정 홍규가 제안한 방법을 이용하여 설계하였다. 특히 수직형 빌렛 가열의 경우, 반용융 상태에서의 빌렛의 안정성이 주요한 고려 사항이다. 빌렛의 안정성은 액상율의 증가에 따라 감소하기 때문에, 빌렛이 자중에 의해 과도하게 변형되기 전까지 가열할 수 있는 최대 액상율이 존재한다. 액상 함유량과 미세조직의 제어의 관점에서 가열 공정 중에 액상율은 정밀하고 재생 가능한 방법으로 조절할 수 있어야 한다. 따라서, 사용되는 유도가열 시스템은 빌렛의 액상율을 직접 측정하고 제어할 수 있어야 한다. 다이에 충진시 균일한 재료 유동성을 위해서는 반용융 합금은 재가열된 상태에서 100 m 이하의 미세한 구상화 조직을 얻을 수 있어야 하고 형상계수 (form factor)는 점성을 감소시키기 위해서 가능한 1에 근접해야만 한다. 구형의 경우 형상계수가 1의 값을 가진다. A356의 경우, 0.6∼0.7의 형상계수 값을 가지며 재가열시에 균일한 재료 유동 및 우수한 치수 안정성을 부여한다. 여러 가지 형태의 코일이 미치는 영향을 조사하기 위해서, 다음의 예에 대한 계산을 수행하였다 : * 냉각 Canal이 있는 단 일층 코일 * 냉각 Canal이 있는 이 중층 코일 * 다층 Band Coil 기존의 코일에서 표면 효과 (Skin Effect)와 근접 효과 (Proximity Effect) 때문에, 전류는 오직 전도자 (Conductor)의 좁은 영역에서 유동하고 따라서 실제 저항성은 직류와 비교해 볼 때 성장한다. Band Winding을 사용하면, 이러한 효과들이 훨씬 작아지고 기존의 코일을 대신해서 몇 개의 평형 코일을 사용하면, 코일 손실을 줄일 수 있다. 이러한 사실은 다층 Band-Coil을 이끌어 낸다. 몇 개의 코일들의 도입으로 인하여 부가적인 손실들이 발생되며 이러한 손실들이 전도자(Conductor)의 높이에 종속적이라는 사실을 보여 주고 있다. 그러므로 우리는 Band-Coil을 사용함으로써 더 향상된 효율을 기대할 수 있으며, 실례에서 그 진보 성을 입증할 수 있다.