KR20090016445A - 교반기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 주형 (1), 상기 주형 (1) 내에 이미 존재하는 용융 금속 (2) 의 메니스커스 (7) 하부 일정 거리에 있는 영역에 용융 금속을 공급하는 주조 튜브 (3) 와, 철심 및 그 주위에 감긴 코일을 갖고, 상기 용융 금속의 교반을 얻기 위해 상기 용융 금속 (2) 에 자기장을 가하도록 되어 있는 하나 이상의 교반기 (4) 를 포함하고, 철심은 주형 (1) 의 폭이 넓은 측면을 따라 연장되도록 배치되며, 주형 (1) 의 폭이 넓은 측면의 길이에 대한 철심의 길이는 폭이 넓은 측면의 50 % 및 최대 80 % 이다. 상기 철심은 그 상부가 메니스커스 (7) 로부터 일정 거리, 즉 메니스커스 (7) 의 표면 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 아래쪽 195 ㎜ 까지의 거리에 위치하도록 배치된다.

금속의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치, 교반기.

Description

교반기{A STIRRER}

본 발명은 금속의 연속적 또는 반연속적 (semicontinuous) 주조를 위한 장치로서, 청구항 1 의 전제부에 따른 교반기를 포함하는 장치에 관한 것이다.

연속적 또는 반연속적 주조 동안, 주조 주형 (이하 '주형') 에 용융 금속이 공급되며, 이 용융 금속은 냉각되어 기다란 스트랜드 (strand) 로 형성된다. 그 단면 치수에 따라, 상기 스트랜드는 빌렛(BILLET), 블룸(BLOOM) 또는 슬래브(SLAB) 로 불린다. 주조 동안, 고온 용융 금속의 주 유동이 상기 냉각된 주형에 공급되고, 주형 내에서 상기 금속은 냉각되어 적어도 부분적으로 기다란 스트랜드로 고체화된다. 냉각되어 부분적으로 고체화된 스트랜드는 그 후 연속적으로 주형을 빠져나간다. 상기 스트랜드가 주형을 빠져나가는 지점에서, 고체화되지 않은 중심을 둘러싸는 기계적으로 자립인 고체화된 케이싱을 갖는다. 냉각된 주형은 주조 방향의 두 맞은편 단부에서 개방되어 있으며, 주형을 지지하기 위한 수단 및 상기 주형과 지지 수단에 냉각제를 공급하기 위한 수단에 연결되어 있는 것이 바람직하다. 주형은 양호한 열전도성을 갖는 구리계 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

주조 박스 (턴디쉬로도 지칭함) 로부터 용융 금속이 주형 내로 연장해 내려 가는 주조 튜브를 통하여 주형에 공급된다. 주조 튜브는 주형 안에 존재하는 용융 금속 내로 들어가도록 하방으로 주형 안으로 진입하는 것이 바람직하다. 튜브로부터의 용융 금속이 주형 내에 이미 존재하는 용융 금속 내로 유입할 때, 소위 주 유동 (primary flow) 및 이차 유동 (secondary flow) 을 생성한다. 주 유동은 주조 방향으로 하방으로 향하는 반면, 이차 유동은 주형의 벽 영역으로부터 주형 내에 위치한 금속욕 ('메니스커스'로 지칭) 의 표면 쪽으로 상방으로 이어지고, 서로 다른 금속욕 (메니스커스) 내에서 하방으로, 그리고 다시 하방으로 이어진다. 메니스커스는 주위 대기에 대한 보호막으로서 작용하고 열손실을 최소화하기 위한 주조 분말로 구성된 층으로 덮여 있다.

주형 내에 존재하는 금속욕의 서로 다른 부분에서, 주조 과정 동안 주기적인 속도 변동이 일어난다. 이로 인해, 상부 및 하부 루프가 발생하며, 이 루프 내에서 용융 금속은 공지된 방식으로 유동한다. 그와 같은 루프의 주기적인 진동과 관련한 공진 현상으로 인해, 큰 방울, 예컨대 아르곤 기체 방울, 주조 튜브로부터의 산화 개재, 및 금속욕의 표면으로부터의 다양한 종류의 슬래그가 주조 방향으로 아래로, 즉 주형 내에 최초로 형성된 주조 스트랜드까지 아래로 이동하게 된다. 이 결과, 완성된 고체화된 주조 스트랜드 내에 개재 및 불규칙성이 생기게 된다.

고온 금속 유동이 제어되지 않은 방식으로 주형 내에 유입되면, 유동은 주조 스트랜드 내로 깊이 침투하게 되어, 아마도 품질 및 생산성에 부정적인 영향을 미치게 될 것이다. 주조 스트랜드 내의 제어되지 않은 고온 금속 유동은 고체화 된 스트랜드 내에 비금속 입자의 캡슐화 및/또는 가스 폐색으로 이어지고, 주조 스트랜드의 내부 구조에 주조 결함을 야기한다. 고온 금속 유동의 깊은 침투는 또한 고체화된 표면 구조의 부분적인 재용융을 일으켜, 용융 금속은 주형 아래의 표면층에 침투하고, 이는 생산에 있어서의 심각한 방해 및 수리를 위한 긴 작업 중단 시간을 야기하게 된다.

주형 내의 진동하는 유동에 의해 야기되는 속도 변화는 메니스커스에서의 압력 변화 및 메니스커스에서의 높이 변화를 일으킨다. 유동의 속도 및 이로 인한 메니스커스에서의 난류가 너무 높아지면, 슬래그가 주조 분말로부터 고체화된 스트랜드까지 밑으로 끌려 내려가서, 고르지 않은 쉘 성장으로 인해 균열 위험의 증가로 이어진다.

한편, 메니스커스에서의 속도가 너무 낮은 경우에는, 온도차가 발생할 위험이 있으며, 이 때문에 메니스커스에서 국소적인 고체화가 일어나서 이로 인한 균열 위험 및 슬래그 입자가 메니스커스에서 고체화되는 쉘 하부에 부착되는 위험이 생길 수 있다. 따라서, 특히 낮은 주조 속도에서, 주조 분말을 용융시키기 위한 열을 공급함과 동시에 낮은 난류를 얻기 위하여, 메니스커스에서의 거동을 상기 속도에 대하여 최적으로 유지하는 것이 중요하다. 주조 튜브 주위의 영역에는, 용융 금속의 국소적인 부적합 유동 또는 정체가 발생하여, 주조 스트랜드 내에 균열이 형성될 위험이 상당히 존재한다. 또한, 진동하는 유동은 주형 내에서 아래로 향하는 비대칭적인 속도를 제공한다. 어떤 상황에서, 주형의 폭이 좁은 일 측 상의 속도는 반대편의 폭이 좁은 측 상에서보다 상당히 높으며, 이로 인해 개재 및 가스 방울이 대량으로 하방으로 옮겨져 주조물의 품질 악화로 이어지게 된다.

일본 특허 공보 JP-57017355 에는 전자기적 교반기의 배치가 공지되어 있는데, 이 교반기는, 주조 분말이 용융 금속의 메니스커스로부터 밀려 내려오고 주조 스트랜드 내로 더욱 내려오는 것을 방지할 목적에서, 상부 가장자리로부터 메니스커스까지의 거리가 주형의 긴 측에서 200 ㎜ 이상이 되도록 수직 방향으로 위치한다. 주형의 넓은 측에 대한 교반기의 치수는 주형의 넓은 측 치수에 0.4 ~ 0.7 배한 값인 (0.4~0.7)*b 가 된다. 하지만, 이러한 해법은 용융 금속 내에서 특정 거리만큼 하부에 교반을 생성하려는 의도일 뿐이며, 속도 변화에 대해 상기 언급한 문제를 완전히 해결하지는 못한다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 불리함을 줄이거나 없애는 데 기여하는 금속, 특히 슬래브의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 장치는 유입하는 용융 금속의 다양한 속도에 대하여 메니스커스에서 균일한 유동을 생성하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 상세한 설명의 도입부에 개시된 장치에 의해 달성되며, 그 장치는 철심의 상부가 메니스커스로부터 일정 거리, 즉 메니스커스의 표면 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 아래쪽 195 ㎜ 까지의 거리에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이 장치에 의하여, 메니스커스에서의 금속 유동은 주형의 폭이 좁은 측면으로부터 멀어져 안쪽으로 주조 튜브 쪽으로 향하고, 용융 금속의 전체 폭을 균일하게 가로지르며, 또한, 유동이 전체 주형 폭에 걸쳐 균일한 경우 최저 난류를 제공하는 균일 유동 구조가 메니스커스에서 얻어진다. 전술한 바와 같이 위치한 교반기로, 충분히 큰 반대 방향의 메니스커스 유동이 주조 주형의 전체 폭에 걸쳐 균일하게 얻어지는 동시에, 난류가 제한된다. 교반기의 위치로 인해 또한 주조 튜브 주위의 용융 금속의 양호한 회전이 얻어지며, 교반기의 설치는 종래 기술의 해법과 비교하여 상당히 간단하다. 전술한 바와 같이 교반기를 배치함으로써, 이차 유동은 최적의 방식으로 활용되는 동시에, 교반기의 도움으로, 주조 튜브 주위의 용융 금속의 양호한 수평 유동을 포함한 주형 내의 용융 금속의 양호한 대칭 유동을 얻도록 변경되며, 이는 균등한 쉘 성장을 촉진하는 동시에 최종 스트랜드 내의 개재 양이 감소된다. 최적 유동이란, 메니스커스에서의 용융 금속 (이차 유동) 의 속도가 시간에 따라 변하지 않고 일정한 수준에서 유지되는 한편, 이와 동시에 주조 튜브로부터 하향하는 금속 유동 (주 유동) 의 속도는 개재물이 고체화된 스트랜드 내로 밑으로 용융 금속에 수반되는 위험을 최소화할 수 있도록 가능한 낮게 유지되는 것을 의미한다. 교반기의 철심의 수직 방향 크기는 통상적으로 240 ~ 280 ㎜ 이다.

대안적인 실시형태에 따르면, 상기 철심은 그 상부가 메니스커스로부터 일정 거리, 즉 메니스커스의 표면 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 아래쪽 150 ㎜ 까지의 거리에 위치하도록 배치된다.

대안적인 실시형태에 따르면, 상기 철심은 그 상부가 메니스커스로부터 일정 거리, 즉 메니스커스의 표면 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 아래쪽 100 ㎜ 까지의 거리에 위치하도록 배치된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 두 개의 교반기가 상기 주형의 폭이 넓은 측면의 중심선 주위에서 상기 폭이 넓은 측면의 양 측에 대칭적으로 배치된다. 교반기의 철심은 주조 스트랜드의 폭의 일부만 덮으면 되기 때문에, 그와 같은 장치는 주조 튜브 주위의 용융 금속의 양호한 회전 뿐 아니라 주조 스트랜드 폭의 두께에 걸쳐 균일한 속도 분포를 얻음으로 인하여 비용 효율적인 해법을 제공한다.

본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 두 개의 교반기는 상기 주형의 폭이 넓은 측면의 각 측에 비대칭적으로 위치된다. 이 실시형태는 보다 적은 중량, 보다 적은 동력 소비 및 주변에 대한 자기장의 영향 감소와 같은 이점을 제공한다. 또한, 극 간격 (pole pitch) 이 커서 최대한 효과적인 교반기가 된다.

본 발명의 추가적인 이점 및 유리한 특성은 이하의 설명 및 다른 종속항들의 특징으로부터 명확해질 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 설명을 위한 개요도.

도 2 는 본 발명에 따른 장치의 한 실시형태에 따른 상면도.

도 3 은 본 발명에 따른 연속적 주조 장치의 분해도.

다양한 실시형태를 이용하여 본 발명을 설명하기로 한다.

도 1 은 용융 금속 (2) 내로 하강한 주조 튜브 (3) 를 이용하여 주형 (1) 에 공급되는 용융 금속 (2) 을 둘러싸는 주형 (1) 을 포함하는, 본 발명에 따른 장치의 설명을 위한 개요도를 나타낸다. 용융 금속 (2) 은 냉각되어 부분적으로 고체화된 스트랜드가 형성된다. 이 스트랜드는 그 후 주형 (1) 외부로 연속적으로 이동된다. 본 발명에 따르면, 철심 및 그 주위에 감긴 코일을 갖는 하나 이상의 교반기 (4) 가 상기 주형의 넓은 측면의 양측에서 주형 (1) 의 중심선 (5) 주위에 대칭적으로 배치되어 있으며, 상기 철심은 주형의 넓은 측면의 전체 길이가 아니라 그 대신 주형의 넓은 측면의 50 % 이상 80 % 이하를 덮도록 배치되어 있다. 주기적인 저주파 이동 자기장에 의해 메니스커스 (7) 하부의 용융 금속의 회전 교반을 생성하기 위하여, 상기 철심은 그 상부가 메니스커스로부터 일정 거리, 즉 메니스커스 표면 (7) 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 (7) 아래쪽 195 ㎜ 까지의 거리에 위치한다. 교반기 (4) 를 전술한 바와 같이 배치함으로써, 주조 튜브 (3) 주위의 용융 금속의 양호한 교반을 포함한 주형 내의 용융 금속의 양호한 회전 교반이 얻어진다. 또한, 교반기 (4) 가 전체 주형 폭을 덮지 않는다는 사실은, 주조 튜브 (3) 를 통하여 용융 금속이 주형에 공급될 때, 발생하는 일반적인 유동 패턴이 부정적으로 영향을 받지 않음을 의미한다.

도 2 는 본 발명의 대안적인 실시형태를 나타내며, 교반기 (8) 는 주형 (9) 의 폭이 넓은 측면 (10) 의 각 측에 비대칭적으로 위치하고, 철심의 상부가 메니스커스로부터 일정 거리, 즉 메니스커스 표면 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 아래쪽 195 ㎜ 까지의 거리에 위치하도록 배치된다.

본 발명은 도시된 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 이하의 청구 범위 내에서 변화 및 수정될 수 있다.

Claims (5)

1. 두 개의 폭이 넓은 측면 및 두 개의 폭이 좁은 측면으로 구성되고, 폭이 좁은 측면에 대한 폭이 넓은 측면의 비는 2:1 이며, 주조 과정 동안 용융 금속 (2) 이 통과해 지나가는 주형 (1), 및

   상기 주형 (1) 내에 이미 존재하는 용융 금속 (2) 의 메니스커스 (7) 하부 일정 거리에 있는 영역에 용융 금속을 공급하는 주조 튜브 (3) 를 포함하는, 금속의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치로서,

   상기 장치는, 철심 및 그 주위에 감긴 코일을 갖고, 상기 용융 금속의 교반을 이루기 위해 상기 용융 금속 (2) 에 자기장을 가하도록 되어 있는 하나 이상의 교반기 (4) 를 포함하고, 철심은 주형 (1) 의 폭이 넓은 측면을 따라 연장되도록 배치되고, 주형 (1) 의 폭이 넓은 측면의 길이에 대한 철심의 길이는 폭이 넓은 측면의 50 % 및 최대 80 % 이며,

   상기 철심은 그 상부가 메니스커스 (7) 로부터 일정 거리, 즉 메니스커스 (7) 의 표면 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 아래쪽 195 ㎜ 까지의 거리에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 금속의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 철심은 그 상부가 메니스커스 (7) 로부터 일정 거리, 즉 메니스커스 (7) 의 표면 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 아래쪽 150 ㎜ 까지의 거리에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 금속의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 철심은 그 상부가 메니스커스 (7) 로부터 일정 거리, 즉 메니스커스 (7) 의 표면 위쪽 50 ㎜ 부터 상기 표면 아래쪽 100 ㎜ 까지의 거리에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 금속의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   두 개의 교반기 (4) 는 상기 주형 (1) 의 폭이 넓은 측면의 중심선 (5) 주위에서 상기 폭이 넓은 측면의 양 측에 대칭적으로 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 금속의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   두 개의 교반기 (4) 가 상기 주형 (1) 의 폭이 넓은 측면의 각 측에 비대칭적으로 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 금속의 연속적 또는 반연속적 주조를 위한 장치.

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