KR100264946B1 - 전자기식장치를갖는연속주조몰드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 스틸을 주조하기 위한 고정된 연속주조 몰드에 관한 것으로서, 다수의 교반기요소를 포함하는 전자기식 장치를 가지며, 상기 교반기는 쌍을 이루어 상기 연속주조 몰드의 외벽 위에 간격을 두고 서로 배열되며 교류 전원에 접속된다.

상기 교반기요소들(21 ~ 24)은 최소한 두 쌍을 이루고, 각쌍의 상기 교반기요소들은 서로 맞은편에 위치하여 한 평면에서 주조방향에 평행하게 X-형 각도로 비틀려 배열되고, 모든 쌍들은 대체로 동일한 높이에 위치한다.

Description

연속주조 몰드를 위한 전자기식 장치

고정된 연속주조 몰드는 침지관(沈漬管) 주조방법에서 스틸을 주조하기 위한 방법을 실시하는 데 적합하며, 상기 방법에서는 상기 연속주조 몰드 안에 다다르는 침지관이 상기 용융체 안으로 잠수한다. 고융점 금속들, 예를 들어 스틸의 연속주조에 있어서의 응고가 교반으로 인한 상기 연속주조 몰드 안에서의 회전 전자기장 발생에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 상기 고정된 연속주조 몰드를 위한, 서로 독립적으로 작동될 수 있으며 주조방향에서 앞뒤로 상기 연속주조 몰드의 외벽에 배열되는 두 개의 교반기요소들을 가지는 교반기는 예를 들어 DE-OS 38 19 492에 개시되어 있다. 여기에서는 상기 회전 전자기장들이 상기 몰드 안에서 발생된다. 상기 교반기로 주조빌릿의 일정하고 비교적 얇은 구조, 비금속 함유물의 균등한 분배 및 개선된 열운반이 이루어진다고 한다.

상기 자기유속의 발생을 위해 상기 교반기("Hermann, E., Handbuch des Stranggiessens, Aluminium-Verlag GmbH, Duesseldorf 1958, Seiten 417-429")가 예를 들어 연속 몰드의 벽 위에 수직 또는 수평으로 배열되는 편자 모양의 변압기 자심용 규소동판으로 만들어진 다수의 전자석들로 형성된다. 상기 유도 유속(induced flux)은 상기 편자의 아치 정점에서 액상 금속 용융체를 거쳐 다른 정점으로 이동한다. 상기 몰드에 의해 유도된 금속 용융체는 연속 기계적 순환전류(circulating current)의 발생 자기유속에 의해 지배된다. 상기 교반기가 작동됨으로써 예를 들어 상기 몰드의 수직축 방향으로 확장되는 상기 자기장을 가지는 상기 전자석들의 방향은 상기 최대 자기유속의 방향이 상기 몰드의 수직축 주위를 회전하도록 트리거(trigger)된다. 따라서 상기 금속 용융체의 우수한 순환은 동시에 효율이 뛰어날 때 이루어진다고 한다.

그러나 상기와 같은 교반기를 이용한 상기 용융체의 교반은 여러 가지의 단점을 수반한다. 따라서 상기 교반에도 불구하고 상기 용융체의 표면에 기포가 일정하게 발생하고, 이 결과로 상기 침지관 표면에 있는 주조 파우더와 슬래그(slag) 조각이 상기 빌릿 셀 부분 안으로 침투된다. 다른 단점으로는 상기 교반에도 불구하고 세라믹 유입관 및 몰드벽 사이에 응고된 금속 브리지가 상기 연속주조 몰드의 상부에 계속해서 형성된다는 것이다. 또한 이러한 식의 교반에서는 과열이 여전히 상기 몰드 내부에서 정류하게 되고, 이는 대부분 바람직하지 않은 글로불라이트로서 상기 용융체의 응고 인터페이스에 퇴적되는 덴드라이트(dendrite) 형성을 강화시킨다. 개시된 장치를 가지고 균일한 응고 인터페이스를 얻을 수 있음에도 불구하고, 부정적인 편석(偏析)을 나타내는 스트립들이 상기 용융체 안에 생성된다.

본 발명은 특히 스틸을 주조하기 위한 고정된 연속주조 몰드(continuous-casting mould)에 관한 것으로서, 다수의 교반기요소를 포함하는 전자기식 장치를 가지며, 상기 교반기요소는 상기 연속주조 몰드의 외벽 위에 간격을 두고 서로 배열되고, 해당하는 위상(phase position)을 가지는 교류 전압(ac power supply)에 접속되어 회전 전자기장을 발생시킨다.

도 1은 금속의 연속주조를 위한 본 발명에 의한 전자기식 장치를 가지는 고정된 연속주조 몰드의 도식화된 입체도면.

도 2는 상기 전자기식 장치의 교반기요소들의 교류전원에의 접속도를 가지는, 도 1에 나타난 고정된 연속주조 몰드의 정면도.

도 3은 본 발명에 의한 전자기식 장치에 의해 상기 용융체 안에서 유도되는 기계적인 전자기장을 가지는, 도 1에 의한 고정된 연속주조 몰드의 도식화된 입체도면.

본 발명의 목적은 고정된 연속주조 몰드를 위한 전자기식 장치를 제공하는 것으로서, 상기 장치에서는 상기 용융체가 상기 연속주조 몰드에서 교반되기 때문에, 상기 용융체 표면에의 기포발생, 세라믹 유입관 및 상기 연속주조 몰드의 상부에 위치하는 몰드벽 사이에 응고된 금속 브리지의 형성, 그리고 상기 몰드 내부에서 과열의 정류가 방지된다.

본 발명은 특허 청구항 1에 나타난 특징들을 통해 상기 문제점을 해결한다. 후속항 2 내지 7에 나타난 특징들을 통해 본 발명에 의한 고정된 연속주조 몰드의 장치가 바람직하게 형성될 수 있다.

본 발명에서는, 상기 전자기식 장치가 최소한 두 쌍의 교반기요소들을 포함하고, 각쌍의 교반기요소들은 서로 맞은편에 위치하여, 즉 X-형 각도로 서로 반대로 비틀려 배열되며, 상기 비틀림(torsion)은 한 평면에서 상기 주조방향에 평행하게 이루어진다. 두 쌍 모두 실질적으로 동일한 높이에 배열된다.

따라서 상기 유입관의 부분에서 상기 액상 금속 용융체의 유속이 원래 수직방향이었던 것이 역방향으로 이루어지며, 상기 유속의 빠름이 최소한이기는 하지만 심하게 감소되고, 상기 교반기요소들이 각각 추가로 액상 금속 용융체의 수평 교반을 야기함으로써 수직 유속이 심하게 감소되기 때문에 온도층(temperature lamination) 형성이 방해를 받는다. 상기 전자기식 장치들은 상기 몰드의 중간부의 액상 금속 용융체가 위쪽을 향하는 나선형으로 회전하도록 유도하고, 이는 과열된 스틸이 상기 몰드의 하부에서 위로 움직이게 야기하며, 이는 다시금 세라믹 유입관과 몰드벽 사이의 용융체의 응고(소위 브리지 형성)를 방지한다. 상기 용융체 안에서 발생되는 회전은 흰색의 스트립들(부정적인 편석을 나타내는 스트립들)의 형성을 효과적으로 방지한다.

상기 전자기식 장치는 주조빌릿 순도의 향상을 야기하는데, 이는 상기 용융체 안에서의 수직 유속의 감소가 상기 슬래그 부분 안으로 들어가는 오염물질들의 부상을 조장하기 때문이다.

직사각형, 소위 빔-블랭크(beam-blank) 횡단면을 가지는 고정된 연속주조 몰드에 있어서 바람직하게 교반기요소들 두 쌍이 장착되며, 쌍들의 교반기요소들은 서로 마주보고 광면(廣面)들 위에 배열된다. 두 쌍들은 서로 독립적으로 이들 사이에 위치하는 몰드 부분 안에서 각각 나선형으로 위를 향하는 역회전 운동을 나타내며, 상기 고정된 연속주조 몰드 안의 상기 스틸 용융체 유속이 상기 침지관의 부분에서 서로 영향을 주고받기 때문에, 상기 침지관 주위에서도 나선형으로 위를 향하는 상기 용융체의 회전 운동이 발생한다.

각쌍의 교반기요소들을 전자식으로 직렬 접속하면, 두 쌍의 교반기요소들을 가지는 직사각형 횡단면의 고정된 연속주조 몰드에 있어서 상기 교반기요소들을 트리거하기가 간편해진다.

상기 주조방향에 비해 상기 교반기요소들을 비틀어 배열하는 각도가 30。 ~ 60。 의 범위에 달할 때, 본 발명에 의한 전자기식 장치는 더욱 바람직한 효과가 있다.

적절한 실시예에 있어서, 상기 교반기요소들은 강자성 U-형 코어(core)를 가지는 코일들로서 형성된다. 따라서 적은 비용으로 강력한 자기장이 상기 고정된 연속주조 몰드에 발생될 수 있다.

다양한 주조조건에 간단하게 조작될 수 있는 조정은, 쌍을 이루는 각쌍의 교반기요소들을 작동중에 서로 반대로 비틀 수 있는 액츄에이터에 의해 이루어진다. 그러므로 상기 전자기식 장치는 적은 비용을 들여 최적으로 조절될 수 있다. 이밖에도 본 발명에 있어서, 상기 교반기요소들은 상기 액츄에이터에 의해 잘못 조절될 수 있는 회전 가능한 고정장치 안에 장착된다. 상기 트리거는 일반적으로 수동조절 또는 지정된 조절 알고리즘을 통해 이루어진다. 조작변수로서 예를 들어 상기 용융체 표면에의 기포발생 빈도가 이용될 수 있으며. 상기 침지관 위에 형성되는 상기 금속 용융체의 흡입 호퍼(hopper)의 길이도 이용될 수 있다.

금속들, 특히 스틸의 연속주조를 위한 본 발명에 의한 전자기식 장치를 가지는 고정된 연속주조 몰드의 실시예는 첨부되는 도식화된 도면을 통해 설명된다.

도 1에 나타난 바와 같이, 금속 연속주조를 위한 고정된 연속주조 몰드 10은 네 개의 금속 몰드벽들 11, 12, 즉 두 개의 광면들 12 및 두 개의 협면(狹面)들 11에 의해 형성되는 연속주조 몰드의 형태를 나타낸다. 상기 연속주조 몰드 10은 아래위로 개방되어 있다; 상기 하부 횡단면은 일반적으로 상기 연속주조 몰드 10의 상부 횡단면과 같이 비교적 작다. 상기 몰드벽들 11, 12가 상기 몰드중공(-中空) 13을 에워싸고, 자유로운 끝부분에 하나 또는 다수의 송출개구부를 나타내는 침지관 14가 상기 몰드중공 안으로 돌출된다. 상기 몰드중공 13 안에는 상기 침지관 14를 통해 연속적으로 공급될 수 있으며 하부 몰드 송출 개구부를 통해 계속해서 배출되는 용융 금속이 존재한다. 상기 용융 금속은 상기 연속주조 몰드 10 안의 냉각된 몰드벽들 11, 12와 접촉할 때 냉각하기 때문에 빌릿셸이 형성된다. 상기 금속이 상기 연속주조 몰드 10을 통과하여 빌릿으로서 상기 연속주조 몰드 10의 하부로부터 유출될 때까지, 상기 빌릿셸의 두께는 점차적으로 증가한다. 상기 빌릿셸은 상기 연속주조 몰드 10으로부터 유출될 때, 상기 빌릿이 아직 완전히 응고되지 않으므로, 결과적으로는 응고되어 단단한 빌릿을 형성하는 용융된 코어를 제어하기 위해 상기 시점에는 상기 빌릿셸이 충분한 두께를 가져야 한다.

상기 몰드중공 13 안에서 나타나는 주조경은 상기 침지관 14의 배출 개구부 위에 위치하여 상기 주조 파우더로 덮인다. 상기 주조 파우더는 슬라이딩 수단으로서 사용되어 상기 용융체의 외면과 상기 몰드벽들 11, 12 간의 마찰을 감소시킨다.

상기 연속주조 몰드 10에는 상기 몰드벽들 11, 12 위에 배열된 교반기요소들 21 ~ 24로 구성되는 전자기식 장치 20이 구비된다. 상기 교반기요소들 21 ~ 24는 쌍들 21, 24 및 22, 23으로 함께 접속된다. 상기 실시예에서는 주조방향의 오른쪽과 왼쪽에 배열되는 두 쌍 21, 24 및 22, 23이 각각 장착되어, 각쌍 21, 24 및 22, 23의 상기 교반기요소들은 각각 상기 연속주조 몰드 10의 광면들 12 위에 서로 마주보고 위치한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 한 쌍의 상기 교반기요소들 21, 24 및 22, 23은 한 평면에서 상기 주조방향에 나란히 서로 반대로 X-형 각도로 비틀린다. 한 쌍의 상기 교반기요소들이 각각 서로 반대로 비틀려 배열되는 각도는 바람직하게 30。 ~ 60。 범위에 달한다. 상기 실시예에서는 한 쌍의 교반기요소들이 각각 45。로 서로 반대로 비틀리는데, 즉 이것은 한 쌍의 교반기요소들의 회전은 (45。의 두 배와 같은) 90。로 이루어짐을 말한다. 정확한 각도는 알려진 방식대로 상기 교반기요소들 21 ~ 24의 여기(勵起)를 야기하는 상기 교류 전압의 위상에 따라 맞춰진다. 상기 실시예에서와 같이 상기 교반기요소들 21 ~ 24가 이 순서대로 45。의 위상편차를 나타내는 교류 전원에 접속되면, 한 쌍의 교반기요소들의 각각 서로 반대로 비틀려 배열되는 각도가 45。에 달하게 된다.

각각의 교반기요소들 21 ~ 24는 강자성 U-형 코어를 가진다. 상기 실시예에서 상기 코어는 철심(iron core)을 말한다. 상기 철심은 다이너모판(dynamo sheet)으로 제조되고, 구리철사로된 코일을 수용한다. 상기 코어들의 횡단면은 직사각형으로 형성된다; 상기 자극편(pole shoe)들은 상기 몰드벽들 11, 12 위에 위치한다. 상기 교반기요소들 21 ~ 24의 발생 자기장들은 상기 몰드벽들 11, 12를 거쳐 상기 몰드중공 13 안으로 침투되고, 상기 금속 용융체를 관통한다.

상기 유동 용융체 안에서 유도법칙에 따라 전류가 유도되고, 상기 전류는 시간에 따라 자기유속을 유도해내는 것과 같다. 상기 유도된 전류에서 기인하는 전자 유속은 바이오트-사바르트의 법칙(Biot-Savart's law)에 따라 상기 용융체 안에서 자력작용을 야기한다. 상기 용융체는 인덕턴스(inductance)와 전류로 이루어진 벡터(vector)의 곱셈에 비례한다. 상기 자기장에 의해 유도된 전자기장은 상기 용융체의 교반을 야기하는 상기 용융체 안에서의 기계적 유속으로 이어진다.

각쌍의 교반기요소들 21, 24 및 22, 23은 서로 독립적으로 작동되고, 위상에 적합하게 접속되기 때문에, 상기 교반기요소들 21, 24 및 22, 23 사이에 각각 위치하는 상기 몰드중공 13 안에서 이의 결과로서 나타나는 회전 자기장이 발생하고, 상기 회전 자기장은 도 3에서 나타난 바와 같이 상기 용융체 안에서 회전하는 기계적 전자기장을 유도하고, 상기 기계적 전자기장은 양쪽으로 나뉜 몰드 중 왼쪽 안에서는 앞쪽의 광면 12, 그리고 오른쪽 안에서는 뒷쪽의 광면 12에 가깝게 그 발원지를 가진다. 상기 회전 전자기장은 각각 위쪽을 향하기는 하지만 마주보고 위치하는 몰드벽도 향한다. 즉, 전자기장의 구성요소들은 수직 뿐만 아니라 수평 방향으로도 위치한다. 따라서 상기 몰드의 왼쪽과 오른쪽 안에서 반대방향으로 뻗어 있는 전자기장들이 유도되고, 상기 전자기장들은 상기 몰드의 왼쪽 안에서는 왼쪽 외벽의 중앙, 그리고 상기 몰드의 오른쪽 안에서는 상기 오른쪽 벽의 중앙으로부터 상기 용융체 안에서의 회전 유속을 발생시킨다. 상기 몰드의 중앙부에서 상기 전자기장의 수직 구성요소들은 윗쪽을 향한다; 그러나 상기 수평 벡터 구성요소들은 상기 몰드의 양쪽에 있어서 반대방향으로 뻗어 있다. 상기 침지관 부근의 상기 용융체가 교반 운동을 수행하고, 상기 침지관을 통해 상기 몰드 안으로 돌입하는 용융체가 미리 상기 침지관 안에서부터 억제되지 않도록 상기 교반기요소 쌍들 21, 24 및 22, 23의 간격을 선택한다. 상기 전자기식 장치 20의 억제효과는 상기 침지관 외부에서 매우 바람직하게 나타난다.

상기 몰드의 중간부에서는 상기 교반기요소 쌍들 21, 24 및 22, 23으로 인해 결과적으로 뜨거운 용융체의 끊임없는 상향유속이 이루어진다; 상기 용융체가 위를 향하는 나선형 회전 운동을 하지 않을 수 없게 된다. 상기 회전 운동의 방향은 상기 몰드중공 13 안의 용융체의 자연스러운 운동 방향과 반대이기 때문에, 상기 몰드중공 13 내에서의 상기 용융체의 자연스러운 운동을 최소한 부분적으로나마 억제하게 되고, 상기 빌릿셸 영역 안으로 주조 파우더 및 슬래그 조각이 유입되는 단점과 연관되는 상기 표면에의 기포발생이 방지된다.

상기 전자기식 장치 20은 상기 용융체의 동시 수평 교반에 있어서의 상기 언급된 장점들을 통하여 상기 고정된 연속주조 몰드 안의 수직 유속 방향을 역방향으로 전환시킬 수 있다.

상기 몰드의 왼쪽 및 오른쪽에서 동시에 이루어지는 수평 교반에 의해 온도층 형성이 방해를 받고, 과열은 균등하게 제거된다. 글로불라이트들로서 상기 용융체의 응고 인터페이스에 퇴적되는 형성되는 덴드라이트들이 교반되어 제거된다. 상기 용융체의 수평 및 수직 교반에 의해 제한적으로 상기 부정적인 편석들(소위 흰색의 스트립들)의 형성이 방지된다.

도 2는 도 1에 나타난 고정된 연속주조 몰드의 정면도를 나타내고 있다. 추가적으로 상기 전자기식 장치 20의 상기 교반기요소들 21 ~ 24의 접속도가 나타나 있다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 전자기식 장치 20의 교반기요소 쌍들 21, 24 및 22, 23이 각각 전자식으로 직렬접속된다. 그러므로 상기 코일들 25, 27 및 26, 28의 상부 접속부들이 서로 연결된다. 표준 교류 전원에 접속된 쌍을 이루는 교반기요소들 21, 24 및 22, 23은 상기 직렬접속에 의해 작동될 수 있다.

이와 같은 효과는, 상응하는 상기 교반기요소 쌍들 21, 24 및 22, 23의 비대칭 공간 배열이 이용되면, 120。 정도 서로 위상이 바뀌는 다상의 삼상(三相) 교류들로도 물론 가능할 수 있다.

다양한 주조조건들에의 조절을 이루기 위해 액츄에이터(도시되지 않음)가 장착된다. 상기 액츄에이터에 의해 각쌍 21, 24 및 22, 23의 교반기요소들이 작동중 미리 지정 가능하도록 서로 반대로 비틀릴 수 있어, 상기 전자기식 장치 20이 최적으로 조절된다. 상기 교반기요소들 21, 24 및 22, 23은 이밖에도 실용적으로 상기 액츄에이터에 의해 조절될 수 있는 회전 가능한 고정 장치들 안에 장착된다. 상기 트리거는 일반적으로 수동조절 또는 지정된 조절 알고리즘을 통해 이루어진다. 조작변수로서 예를 들어 상기 용융체의 표면에 기포발생의 빈도가 이용될 수 있으며, 상기 침지관에 형성되는 금속 용융체의 흡입 호퍼의 길이도 이용될 수 있다.

물론 상기 전자기식 장치 20도 다수의 교반기요소 쌍 21, 24 및 22, 23으로 구성될 수 있고, 상기 교반기요소 쌍들은 각각 고정된 연속주조 몰드의 일부공간 안에서 앞에서 언급된 상응하는 회전 자기장을 상응하는 회전방향으로 발생시키고, 이는 쌍을 이루는 교반기요소들 21, 24 및 22, 23의 상응하는 각도의 비틀림 및 교반기요소 쌍들의 위상에 맞는 트리거에 의해 서로 반대로 조절될 수 있다.

-참고용어리스트-

연속주조 몰드 10

협면 11

광면 12

몰드중공 13

침지관 14

전자기식 장치 20

교반기요소 21-24

코일 25-28

주조방향 A

Claims (7)

1. 쌍을 이루어 외벽 위에 서로 간격을 두고 배열되고, 대응하는 위상을 가지는 교류 전원에 접속되어 회전 전자기장을 발생시키는 다수의 교반기요소들을 포함하는 전자기식 장치를 갖는 강 주조용 연속주조 몰드에 있어서,

   상기 교반기요소들(21 ~ 24)은 최소한 두 쌍(21, 24 및 22, 23)을 포함하고, 각각의 쌍(21, 24 및 22, 23)의 교반기요소들은 서로 맞은편에 위치하여 한 평면에서 주조방향에 평행하게 X-형 각도로 비틀리며, 모든 쌍들(21, 24 및 22, 23)이 실질적으로 동일한 높이에 배열되는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
2. 제1항에 있어서, 상기 연속주조 몰드는 직사각형 횡단면을 갖는 고정된 것이고, 상기 쌍들(21, 24 및 22, 23)의 교반기요소들은 서로 마주보고 광면들(12) 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
3. 제1항에 있어서, 각각의 쌍(21, 24 및 22, 23)의 상기 교반기요소들이 전자식으로 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
4. 제3항에 있어서, 상기 직렬 접속되는 교반기요소들(21, 24 및 22, 23)이 각각 90° 정도 위상변화되는 교류 전원에 접속되는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 교반기요소들(21, 24 및 22, 23)이 각각 서로 반대로 비틀려 배열되는 각도가 30° 내지 60° 에 달하는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 교반기요소들(21, 24 및 22, 23)이 강자성 U-형 코어를 가지는 코일들(25 ~ 28)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 쌍(21, 24 및 22, 23)의 교반기요소들을 작동중 미리 지정 가능하게 서로 반대로 비틀 수 있는 액츄에이터가 장착되는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.