KR100286660B1 - 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 래들 또는 턴디쉬내에서 용탕의 회전와류발생을 억제하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 금속의 연속주조시 래들 또는 턴디쉬내로 전자장을 가하여 탕면저하시 발생되는 회전와류의 생성을 방지함으로서 용탕으로의 슬래그 혼입을 최소화하고 잔탕량도 최소화하도록 개선된 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치에 관한 것이다.

본 발명은 래들 또는 턴디쉬내에서 용탕의 회전와류발생을 억제하는 장치에 있어서, 레들 또는 턴디쉬와 같은 용기의 하부측면으로 전자석의 N 또는 S극이 위치하여 자장(B)을 용기내로 수평방향으로 가하고, 용기의 하부바닥부분에는 전자석의 S극 또는 N극이 위치되어 자장(B)을 용기의 하부방향으로 작용하도록 구성됨을 특정으로 하는 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치를 제공한다.

Description

래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치.

본 발명은 래들 또는 턴디쉬내에서 용탕의 회전와류발생을 억제하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 금속의 연속주조시 래들 또는 턴디쉬내로 전자장을 가하여 탕면저하시 발생되는 회전와류의 생성을 억제함으로서 용탕으로의 슬래그 혼입을 최소화하고 잔탕량도 최소화하도록 개선된 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치에 관한 것이다.

일반적으로 용강중에 포함된 불순물의 제거, 성분 또는 온도조절 그리고, 용강의 청정성 향상을 목적으로 하는 제강공정은 다음과 같은 전로( BOF) → 레들 → 턴디쉬 → 연속주조몰드 등의 여러 가지 단위공정을 통해 이루어진다. 이때 각각의 단위 공정과정에서 사용하는 슬래그는 각각 목적하는 바가 다르기 때문에 다음 단위 공정으로 이월되면 여러 가지 바람직하지 못한 영향을 미치게 되는 것이다. 실제 조업시 레들과 턴디쉬내에서 용강이 바닥을 통하여 흘러 나갈 때 지구자전의 편향력에 의해서 또는 레들내 용강의 초기유통상태에 따라서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 와류가 발생된다. 이러한 와류는 레들내의 용강의 량이 적어질수록 점점 심해지고 최종적으로는 유출되는 노즐측으로 용강표면의 슬래그등 부유물이 빨려나가는 심한 소용돌이 현상이 발생한다. 따라서, 레들로 부터 혼입되는 슬래그는 턴디쉬내로 용강과 함께 흘러 들어간다. 이중 미세한 슬래그는 턴디쉬내에서 부상하지 못하고 연속주조몰드까지 혼입되어 주괴내에 개재물로 존재하여 압연판재의 결함이 된다.

이러한 와류는 용기의 모양 또는 크기, 용강의 유입흐름방향, 노즐의 상대적 위치, 주입속도, 용강의 점성 또는 온도 등에 영향을 받는다.

종래에 알려진 와류형성억제 또는 슬래그 유입방지방법을 살펴보면, 첫째, 전자기 센서에 의해 와류의 형성시점을 감시하고, 슬라이딩 게이트를 이용하여 주입 노즐을 폐쇄하는 방법( 미국특허 제 4l73299 )이 있으나, 이 방법은 슬래그의 유입시점을 감지하고 노즐을 즉시 폐쇄하므로 슬래그는 유입되지 않으나 주입완료 후 턴디쉬 바닥에 잔류용강이 많아서 실수율을 감소시키는 문제점이 있다. 둘째, 노즐 직상부에 봉형의 스토퍼와 링모양의 내화물을 슬래그와 용탕탕면사이의 계면에 위치하도록 하여 와류를 억제하는 방법( 대한민국 실용신안공보 제 88-2058호 )은 스토퍼에 의한 유량제어 방식의 턴디쉬에 적용하는 방법으로 대부분의 턴디쉬가 슬라이딩 게이트로 유량을 제어하는 현재의 턴디쉬에서는 비현실적이다. 셋째, 내부에 철제를 삽입한 구형의 내화물을 슬래그와 용탕탕면사이에 위치시켜 와류형성과 슬래그의 유입을 방지하는 방법( 대한민국 특허공보 제 8l-l97호 )이 있으나, 이 방법은 와류발생시점에 정확하게 투입하지 않으면 와류억제효과가 떨어지며, 매번 턴디쉬내로 투입해야 하는 단점도 있다. 넷째, 턴디쉬 또는 레들바닥에 블록형의 내화물댐을 설치하는 방법으로, 이는 와류억제효과는 우수하나 내화물댐이 와류에 의해 마모되어 수리 또는 보수가 필요하며 내화물댐재료가 용강에 혼입되는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 금속의 연속주조시 래들 또는 턴디쉬내로 전자장을 가하여 탕면저하시 발생되는 회전와류의 생성을 억제함으로서 용탕으로의 슬래그 혼입을 최소화하고 잔탕량도 최소화하도록 개선된 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치를 제공함을 그 목적으로 하는 것이다.

제l도는 본 발명에 따른 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치를 도시한 구성도

제2도는 본 발명에 따른 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치에서 동작원리를 설명하기 위한 구성도,

제3도는 래들 또는 턴디쉬내에서 와류발생시 점을 설명하기 위한 그래프도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

l4 : 노즐 l5 : 슬래그

l6a : N 극 또는 S 극 16b : S 극 또는 N 극

B : 자장 J : 유도전류

V : 속도 F : 로렌쯔력

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 래들 또는 턴디쉬내에서 용탕의 회전와류발생을 억제하는 장치에 있어서, 레들 또는 턴디쉬와 같은 용기의 하부측면으로 전자석의 N 극 또는 S 극이 위치하여 자장을 용기내로 수평방향으로 가하고, 용기의 하부바닥부분에는 전자석의 S 극 또는 N 극이 위치되어 자장을 용기의 하부방향으로 작용시켜 탕면저하시 발생되는 회전와류의 생성을 방지하도록 구성됨을 특정으로 하는 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치(10)는 래들(11)내에 용강(12)이 담겨져 있는 경우, 여러 가지 외부요인에 의하여 와류가 발생되는 것을 방지하고자 하는 것이다. 이는 용강(12)이 점차 노즐(14)을 통하여 유출되어 용강(12)탕면의 높이가 낮아지면서 와류가 발생되며, 이때 와류에 슬래그(15)가 혼입되어 유출되며, 본 발명은 이를 방지하기 위하여 래들(ll) 또는 턴디쉬의 바닥 또는 하부주위에 전자장을 가하게 된다. 본 발명의 래들(1l) 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치(10)는 래들(1l) 또는 턴디쉬와 같은 용기의 하부측면으로 전자석의 N(S) 극(16a)이 위치하여 자장(B)을 용강(12)의 수평방향으로 가하고, 용기의 하부바닥부분에는 전자석의 S(N) 극(16b)이 위치되며, 자장(B)은 하부방향으로 작용하도록 구성되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 래들(1l) 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치(10)는 제 2도에 도시된 바와 같이, 자장 (B)내에서 전도성 유체(용강(12))가 V의 속도로 움직이면, 오옴의 법칙에 의해 유도전류(J)가 발생된다. 이때 발생하는 유도전류(J)는 V 와 B가 이루는 면에 수직이고, 그 전류밀도는 J = σV X B로서 나타낼수 있다. 또한, 이때 발생된 유도전류(J)와 전자석에 의해서 인가된 자장(B)과의 사이에는 플레밍의 왼손법칙에 의하여 로렌쯔력(F)이 생성된다. 이러한 로렌쯔력은 F = J X B 로서 표시되며, 이러한 로렌쯔력은 용강(12)의 유동방향(13)과 반대방향으로 생성되어 용강(12)의 유동 즉, 와류의 생성을 방지하는 것이다.

제 2도는 래들(11) 또는 턴디쉬를 단면으로 도시한 것으로서, 구역(Ⅰ)은 래들(11)의 하부측면으로 전자석의 N(S) 극(16a)이 위치하며 자장(B)을 용기의 수평방향으로 가하며, 속도(V)를 갖는 용강(12)의 이동방향(ⓞ)이 지면(紙面)으로 나오는 방향 즉, 래들(1l)의 상부에서 보았을 때 반시계 방향일 경우, 상기 설명한 오옴의 법칙에 의해 유도전류(J)는 용강(12)의 유동방향(13)과 수직인 상부방향으로 발생한다. 또한 로렌쯔력은 용강(12) 유동방향(ⓞ)의 반대방향인 지면(紙面)속으로 들어가는 방향(ⓧ)으로 생성되어 용강(12)의 흐름올 억제하게 된다.

한편, 구역(Ⅱ)은 래들(1l)의 하부바닥부분으로 전자석의 S(N) 극(16b)이 위치되며, 자장(B)은 하부방향으로 작용하고 있으며, 속도(V)를 갖는 용강(l2)의 유동방향(l3)은 우측으로 이루어진다. 이때 유도전류(J)는 자장과 수직방향, 즉 지면(紙面)으로 들어가는 방향(ⓧ)으로 발생되며, 이러한 자장과 유도전류에 의하여 로렌쯔력(F)이 용강(12)의 운동방향과 반대방향으로 발생하여 용강(12)의 흐름을 억제하는 것이다.

이와 같은 원리를 이용하여 래들(1l) 또는 턴디쉬내의 용강(l2)의 유통 즉, 와류의 발생을 억제할 수가 있게된다. 이러한 장치를 이용할 경우에는 이미 보고된 다른 방법에 비하여 용강(12)유동억제효과가 우수하며, 모든 래들(11)에 설치하는 것이 아니라 전자석을 설치한 구조물위에 래들(1l)을 올려 놓으면 되기 때문에 수리보수 또는 유지비가 적게 소요되는 것이다. 또한 결과적으로 본 발명을 활용할 경우, 연속주조시 래들(1l) 또는 턴디쉬의 용강탕면저하시 회전와류의 생성을 방지함으로서 슬래그의 혼입을 최소화하고 잔탕량도 최소화되어 품질향상 또는 생산성향상과 원가절감을 이룰수가 있는 것이다.

[실시예]

본 발명의 장치를 이용하여 용융금속의 와류를 억제하는 실시예에 대하여 설명한다. 실험에 사용된 금속은 저융점금속인 우드메탈( Wood Metal )(Bi-25%-l2.5Sn-l2.5Cd)로서 융점은 72℃이며, 물성치는 용강(12)과 흡사함으로서 용강(l2)의 모사금속으로 사용되는 재료이다. 와류측정은 정확한 와류측정시기를 측정하기 위하여 로드셀을 이용하여 용기전체의 무게변화를 측정하였다. 즉, 배출이 시작된 후 시간에 따라서 용기전체의 무게가 감소하는 것을 로드셀을 이용하여 전기적인 신호로 읽어들였다. 와류가 발생하면 공기가 노즐(14)에 유입되기 때문에 실제 노즐(14)을 통하여 빠져나가는 유효 단면적이 감소하게 되어 시간에 따른 무게 감소율이 감소하게 된다. 따라서,제 3도에서 곡선( Load - Time )의 기울기가 갑자기 감소하는 점이 바로 와류생성시점인 것이다. 본 실시예의 장치는 실제 사용하는 래들(11)을 l/13으로 축소한 것이다. 노즐(14)은 1/13으로 축소할 경우 와류를 발생시키기 어렵기 때문에 노즐(l4)의 내경은 l/10의 크기인 8㎜로 하였다. 용융금속을 자연배출시킬 경우, 용기의 내용적과 노즐(14)의 직경이 작기 때문에 와류가 발생되지 않아서 본 장치에서는 용융금속을 교반시켜 강제로 와류를 발생시켰다. 제 3도에서 굵은 실선(Nostirring)은 래들(11)에 용탕을 공급한 후 5분간 유지시킨 다음 배출실험을 행한 것으로 와류가 발생하지 않았다. 즉, 시간이 경과함에 따라서 일정하게 용융금속이 배출됨을 알 수 있다. 그리고, 가는 실선(S1O5RPM)은 2분동안 1O5rpm 으로 용탕을 교반시킨 후 1분간 유지시켜 배출실험을 행한 것으로 42초 부터 로드셀에 감지되는 무계의 감소가 작아지고 불규칙해짐을 알수 있는 것이다. 즉 배출개시 42초 후 부터 로드셀에 감지되는 무게의 감소가 작아지고 불규칙해짐올 알수 있다. 즉, 배출개시 약 42초후에 공기가 유입되어 와류가 생성되는 것을 알수 있다. 점선(PM1)은 2분동안 1O5rpm으로 용탕을 교반시킨 후 1분간 유지시킨 다음, 0.1테슬라의 전자장을 인가하면서 배출실험을 행한 것으로서 와류가 발생하지 않았다. 즉, 가는 실선(S1O5RPM)과 같은 조건에서는 약 42초 후에 와류가 발생되어야 하나, 전자장을 인가하는 것에 의하여 와류가 억제되어 굵은 실선(NOSTIRRING)과 같은 결과를 얻었다. 이와 같은 모사실험 결과로 부터 실제의 래들(1l) 또는 턴디쉬와 같은 용기내에서 와류가 발생할 때, 본 발명의 장치를 래들(1l)과 턴디쉬와 같은 용기의 바닥과 측면하부측에 설치하여 전자기력을 인가함으로서 와류발생을 억제할수 있음을 예측가능한 것이다.

상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 금속의 연속주조시 래들(11) 또는 턴디쉬내로 전자장을 가하여 탕면저하시 발생되는 회전와류의 생성을 방지하기 때문에 용탕으로의 슬래그 혼입을 최소화하고 잔탕량도 최소화하도록 개선된 효과가 얻어지는 것이다.

Claims (1)

1. 래들(11) 또는 턴디쉬의 용기내에서 용탕의 회전와류발생을 억제하는 장치에 있어서, 래들(1l) 또는 턴디쉬와 같은 용기의 하부측면으로 전자석의 N(S) 극(l6a)이 위치하여 자장(B)을 용기내로 수평방향으로 가하고, 용기의 하부바닥부분에는 전자석의 S(N) 극(16b)이 위치되어 자장(B)을 용기의 하부방향으로 작용시켜 탕면저하시 발생되는 회전와류의 생성을 방지하도록 구성됨을 특정으로 하는 래들 또는 턴디쉬내의 와류발생 억제장치.