KR100217031B1 - 연속주조용 주형의 전자기 진동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 연속주조용 주형의 진동폭 및 연속주조 공정 중에 실시간으로 동시에 독립적으로 제어함과 동시에 공명 현상의 발생을 방지할 수 있는 진동 장치 및 진동 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 연속주조용 주형의 외벽 바깥에 전자석을 설치하여 주형의 진동을 유발하는 연속 주조용 전자기 주형 진동 장치에 있어서, 상기 주형의 외측벽에 부착되어 상기 주형의 길이 방향과 수직 방향으로 연장되는 하나 이상의 자기철심판과, 상기 자기철심판의 상하에 설치되는 복수개의 전자석을 가지고, 상기 복수개의 전자석에 공급되는 전류를 제어함으로써 상기 주형 및 자기철심판의 진동을 제어할 수 있는 연속주조용 주형 전자기 진동 장치를 제공한다.

Description

연속주조용 주형 전자기 진동 장치

본 발명은 여러 가지 철 및 비철금속과 그 합금의 연속주조에 적용할 수 있는 전자기 주형 진동 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 공정에서 액체 금속은 수냉되고 있는 주형 벽과 접촉에 의한 열전단에 의해 주편의 외벽에서부터 응고가 진행된다. 이때 주형의 주 기능은 부분적으로 응고된 주편이 주형을 빠져나갈 때 아직 응고하지 않은 용탕의 정수압을 견딜 수 있는 정도로 균일하고 충분히 두꺼운 응고층을 형성시키는 것이다.

그런데, 부분 응고된 주편이 주형으로부터 원활히 빠져나가게 하기 위해서는 주형 내벽과 주편 표면과의 마찰을 최소화하여야 하며 이를 위해 기계적으로 주형을 진동시키는 방법을 채택하고 있다. 그러나, 이와 같이 진동을 주기 위해서는 주형 뿐만 아니라 냉각수 연결 장치 및 그 밖의 부대 장치등에 해당하는 수십톤 중량을 한꺼번에 진동시켜야 하기 때문에 전력 소비가 커지고 주조 중에는 진폭 변화를 가져올 수 없다는 단점이 있다.

상기 단점을 보완하기 위해 주형 진동폭과 주파수를 동시에 조절할 수 있고 주형만을 진동시키므로서 진동 하중을 현저히 줄인 유압식 진동 장치가 최근 개발되었다. 그러나, 유압식 진동 장치는 유압 제어 설비가 고가이고 유지 보수가 기계식보다 복잡한 뿐만 아니라 스프링을 사용할 경우 공명 현상을 제어하는 것이 용이하지 않다는 단점이 있어 아직 널리 보급되고 있지 않다.

상술한 기계식 및 유압식 진동 장치의 단점을 보완할 수 있는 새로운 장치로써 전자기 진동 장치가 있다. 이에 관한 종래 기술로는 일본공개특허공보 소60-234739가 있다.

그러나, 상기 기술에는 전자석이 주형의 하부에만 설치되어 있기 때문에 진동 모드를 원하는 대로 자유로이 제어하기가 곤란하고 주형 내벽과 주편 표면 사이의 마찰이 커질 경우 진동대가 전자석에 붙게되는 문제점이 있다. 이는 전자기력이 서로 끌어 당기는 방향(여기서는 중력의 방향과 일치함)의 힘만 있기 때문이다.

본 발명의 목적은 연속주조용 주형의 진동폭 및 주파수를 연속주조 공정 중에 실시간으로 동시에 독립적으로 제어함과 동시에 공명 현상의 발생을 방지할 수 있는 진동 장치 및 진동 제어 방법을 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명에 의한 연속주조용 전자기 주형 진동 장치를 개략적으로 보인 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주형 2 : 자기 철심판

3 : 전자석 4 : 진동 장치대

5 : 스프링 6 : 선형 운동 가이드 시스템

7 : 전자석 전력 제어기

본 발명은 연속주조용 주형의 외벽 바깥에 전자석을 설치하여 주형의 진동을 유발하는 연속 주조용 전자기 주형 진동 장치에 있어서, 상기 주형의 외측벽에 부착되어 상기 주형의 길이 방향과 수직 방향으로 연장되는 하나 이상의 자기철심판과, 상기 자기철심판의 상하에 설치되는 복수개의 전자석을 가지고, 상기 복수개의 전자석에 공급되는 전류를 제어하므로서 상기 주형 및 자기철심판의 진동을 제어할 수 있는 연속주조용 주형 전자기 진동 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 자기철심판에 수평 방향의 진동을 최소화하기 위한 선형 운동 가이드 및 상하 진동 보정용 스프링이 설치되는 연속주조용 주형의 전자기 진동장치를 제공한다.

즉, 본 발명은 전자기력을 중력 방향과 그 반대 방향 양쪽 모두 제어할 수 있도록 전자석을 제1도과 같이 진동대의 상하에 동시에 설치하였으며 진동제어에 필요한 전자기력을 최소화하기 위해 선형운동 가이드 및 스프링 장치를 적용한 것이 특징이다.

따라서, 주형의 진동폭과 주파수를 안정하게 유지하기 위해서는 주편 표면과 주형 내벽 사이의 마찰력을 상쇄시킬 만큼의 전력만을 전자석에 계속 공급하면 된다.

상하 진동시켜야 할 장치의 총 무게를 M, 주형 내벽과 주편 표면사이의 상대 마찰 계수를 v(=c/M, c는 마찰 계수), 스프링의 탄성계수를 K, 공명 주파수를 ωo²= K/M, 그리고 진동 행정 거리(stroke)를 X라 하면 진동 운동은 다음과 같은 식으로 표현된다.

전자기력이

와 같이 주어진 경우 X는 다음과 같은 해를 갖는다.

이를 좀 더 편리한 형태의 식으로 전개하면

와 같이 표현된다. 따라서 임의의 주기를 갖는 전자기력이 가해진 경우 푸리에 멱급수(Furie power series) 형태의 해를 얻을 수 있으며 진동모드는 이 해에 의해 결정된다. 따라서, 식(1)은 주형의 진동을 지배하는 기본 방정식이며 이의 해를 통해 원하는 진동 모드를 제어할 수 있게 된다.

제1도에 위의 원리를 적용한 주형 진동 장치의 한 예를 도식적으로 나타내었다. 주형(1) 시스템의 상하 진동은 강자성 성질을 갖는 자기 철심판(2), 예를 들면 연강판을 주형에 부착하고 이의 상하에 각각 복수개의 전자석(3)을 설치한 다음 전자석에 공급되는 전류를 전자석 전력제어기(7)로 조절함으로써 진동폭과 주파수를 제어할 수 있다. 이때 연강판과 전자석 사이의 거리는 공정에서 요구되는 진동폭의 범위에 따라 적정한 값을 선택하면 된다.

한편, 수평 방향의 진동 성분을 최소화하고 상하 진동을 원활히 유지하며 주형 시스템의 무게를 보정하기 위해 선형 운동 가이드(6) 및 스프링(5)을 사용하였다.

자기철심판의 상하에 설치된 전자석(3)은 필요에 따라 전류의 세기 및 주파수를 각각 독립적으로 또는 동기시켜 제어할 수 있는 전자석 전력제어기(7)에 의해 구공된다. 전자석에 의해 형성되는 전자기력의 크기는 전자석 코일의 권선수 및 여기에 흐르는 전류의 세기에 의해 지배되는 자기 유도의 거리에 따른 평균값 B와 전자석 및 자기 철심판 사이의 단면적 S에 의존하는 다음과 같은 식으로 표시된다.

[실시예]

상하 진동시켜야 할 주형 시스템의 총 무게가 4ton이고 진동 형태는 삼각 함수의 형태이며 최대 행정 거리(stroke)는 ±5mm, 주형 내벽과 주편 표면과의 최대 마찰력이 500kgf라고 하자. 행정 거리는 ±5mm를 안정적으로 유지하기 위해 상하 전자석사이의 간격은 자기철심판의 두께에 10mm를 더한 값으로 고정시킨다. 4개의 스프링을 사용하는 경우 각각의 스프링에는 약 1 ton의 하중이 항상 걸리게 된다. 전자석에 의해 발생되는 자기력이 주형 내벽과 주편 표면 사이의 최대 마찰력보다 커야하므로 총 1 tonf의 힘을 전자석을 사용하면 적절할 것이다. 따라서 각 스프링에는 250kgf의 전자기력이 작용하게 되며 이때 사용하는 스프링의 탄성계수는 다음식으로부터 정할 수 있다.

주형 내벽과 주편 표면 사이의 마찰이 없을 때의 공명 주파수는 다음 식과 같이 주어진다.

식(3)을 적용하면 전자석의 전자기력은 다음과 같이 주어지게 된다.

만약 전자석의 B값이 0.5T라면 자기철심판과 전자석 사이의 단면적의 최소값은 다음과 같이 주어진다.

따라서, 상하의 전자석을 각각 두 개씩 적용하는 경우에 각 전자석의 단면적은 약0.05m²이상이면 된다.

본 발명은 상하 양 방향의 주형 진동 운동을 각각의 전자석을 사용하여 개별적으로 조절할 수 있으므로 진동폭과 주파수를 연속주조 공정 중에 실시간으로 동시에 독립적으로 제어할 수 있는 획기적인 장점이 있으며 아울러 공명현상의 발생을 방지할 수도 있는 장점이 있다.

그 밖에 안정적인 진동 상태를 유지하기 위해 상하의 전자석에 공급되는 전류의 변화 양상을 관찰하고 이 자료를 연속주조 공정 제어 시스템과 실시간 연계시킨다면 주편의 표면 품질을 현저히 향상시키고 브레이크 아웃(brake out) 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다. 즉, 공급 전류의 이상 변화를 감지하여 주형 내 응고층 형성 상태를 예측하므로서 연속주조시 주편 표면의 불량 발생 및 브레이크 아웃을 예방할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 연속주조용 주형(1)의 외벽 바깥에 전자석(3)을 설치하여 주형(1)의 진동을 유발하는 연속 주조용 전자기 주형 진동 장치에 있어서, 상기 주형(1)의 외측벽에 부착되어 상기 주형(1)의 길이 방향과 수직 방향으로 연장되는 하나 이상의 자기철심판(2)과, 상기 자기철심판(2)의 상하에 설치되는 복수개의 전자석(3)을 가지고, 상기 복수개의 전자석(3)에 공급되는 전류를 제어하므로서 상기 주형(1) 및 자기철심판(2)의 진동을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 연속주조용 주형 전자기 진동 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 자기철심판(2)에 수평 방향의 진동을 최소화하기 위한 선형 운동 가이드(6)가 설치되는 것을 특징으로 하는 연속주조용 주형 전자식 진동 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 선형 운동 가이드(6)에 상하 진동 보정용 스프링(5)이 설치되는 것을 특징으로 하는 연속주조용 주형 전자기 진동 장치.

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