KR100300466B1 - 용융금속교반장치와교반방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 금속물 유도 교반하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다. 자기장은 자기 재료를 포함하는 벽 (11) 을 통하여 용융물상에 작용하기 위하여 인가된다. 상기 벽은 이방성으로 안내된 자기 포화와 상대적으로 낮은 투자율이 포화방향 (S) 으로 얻어지도록 직류 자기장에 의하여 포화된다. 저주파수의 이동하는 교류 자기장은 벽면에 수직되고 상기 포화방향에 평행하게 배위된 면에 배치된 요소를 포함하며 직류 자기장상에 중첩되어 인가되고, 이에 의하여 저주파수의 이동하는 교류 자기장은 용융물에 바람직한 순환을 제공하는 교반 자기장을 인가하는 저손실과 저감쇠를 갖는 상기 벽을 통과한다.

Description

용융 금속 교반 장치와 교반 방법

용융물에 균질화와 온도 균등화를 야기시키고, 용융물의 정련, 탈기, 합금과 관련하여 반응조건을 개선하기 위하여 용융물이 교반된다. 저주파수의 이동성 교류자기장을 용융금속에 작용시키면, 충분한 전자기력이 발생되어 용융물을 양호하고 조절가능하게 순환시킨다. 이러한 순환에 의해 용융물이 교반되어 균질화 및 반응조건과 관련된 바람직한 개선이 이루어진다.

작업을 위해 용융물은 콘테이너, 바람직하기로는 거의 원통형상의 래들(ladle) 또는 도가니에 수용되고, 콘테이너의 외부에 배열된 코일에서 발생되는 저주파수의 이동성 교류자기장이 용융물에 인가된다.

교류자기장이 콘테이너 벽을 통하여 작용하도록 인가될 때 발생하는 문제점으로는 벽에서, 특히 벽이 자기 재료로 구성될 때 발생되는 손실이 있다.

대개 이 문제는 용융물에 작용하기 위해 저주파수의 교류자기장이 통과해야 하는 콘테이너벽의 최소한 일부분을 비자기 재료로 구성함으로써 해결된다. 특히 이송 (transport), 정련 (refining), 탈기 (degassing), 합금 (alloying), 유지 (holding) 및/또는 주조 (casting) 를 위해 용융금속이 수용되는 래들과 관련하여, 통상적인 강은 교류자기장이 인가되는 래들의 쉘 (shell) 용으로 사용될 수 없기 때문에 비용이 증가된다.

본 발명의 일목적은 용융물의 유도교반에 있어서 하나 이상의 자기재료층으 로 구성되는 벽을 통과하여 작용하도록 저주파수의 이동성 교류자기장을 인가하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하나 이상의 자기재료층으로 구성되는 벽을 갖춘 콘테이너에 수용된 용융물을 유도교반하는데 적합한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 용융금속을 교반하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 하나 이상의 자기재료층으로 구성된 벽을 갖춘 콘테이너에 수용되는 용융금속의 유도 교반에 관한 것이다.

제1도는 직류자기장이 자기 재료를 포함하는 콘테이너벽에 인가되고, 저주파수의 이동성 교류자기장이 콘테이너에 있는 용융금속을 교반하기 위하여 직류자기장에 중첩되어 인가되는 본 발명에 따른 용융물의 교반을 도시하는 도면.

제2도는 래들 내의 용융물을 교반하기 위한 본 발명의 실시예를 도시하는 도면.

콘테이너에 수용된 용융금속이 유도교반될 때 용융물에 작용하도록 인가되는 자기장은 콘테이너의 벽을 통과해야만 한다.

본 발명에 따른 유도교반에서 전술한 콘테이너벽은 최소한 하나 이상의 자기재료로 구성된다. 이에 따라, 용융물을 유도교반하기 위하여, 자기재료로된 벽의 부분에 작용하도록 하나 이상의 직류자기장이 인가되고 이에 따라 벽의 평면내에 배향되며 용융물의 바람직한 교반방향에 평행한 방향 (포화방향) 으로 이방성 자기포화 (낮은 상대 투자성) 가 벽의 부분에서 이루어진다. 본 발명에 따르면, 저주파수의 이동성 교류자기장은 또한 직류자기장에 중첩되어 인가된다. 이 교류자기장은 벽의 평면에 수직하고 포화 자기장에는 평행한 평면에 배치되는 성분들로 구성된다. 이에 따라, 저주파수의 교류자기장은 직류자기장에 의해 자기적으로 포화된 벽의 부분을 저손실과 저감쇠로 통과하고, 이에 의하여 교반 자기장의 형태로 충분한 전자기력이 용융금속 내에 발생하여 바람직한 순환을 제공한다.

용융금속을 교반하는 전술한 방법은 본 발명에 따른 다음의 구성요소로 구성되는 장치에 의하여 달성된다.

- 하나 이상의 자기재료층으로 이루어지는 벽을 갖춘 용융금속용 콘테이너,

- 직류가 공급되는 하나 이상의 코일 또는 영구자석의 형태로 직류자기장을 발생하는 장치, 및

- 복수의 코일의 형태로 저주파수의 교류가 공급되는 저주파수의 이동성 교류자기장을 발생시키는 장치를 포함하며,

상기 직류자기장은 벽의 자기재료상에 작용하여, 바람직한 교반방향에 평행하며 벽의 평면에 배향되는 방향 (포화방향) 으로 벽의 일부분을 이방성 자기포화시킬 수 있으며, 상기 이동성 교류자기장은 벽의 평면에 수직하고 상기 포화방향에 평행한 평면에 위치하는 성분들로 구성될 수 있어서, 교류자기장이 벽의 포화부분을 저손실과 저감쇠로 통과하며, 그리고 교류자기장은 용융금속 내에 교반 자기장의 형태로 전자기력을 발생시켜 벽의 평면에 수직하고 포화방향에 평행한 순환을 일으켜 용융금속을 교반한다.

본 발명에 따르면, 0.1 내지 5 ㎐ 의 주파수를 갖는 이동성 교류자기장이 용융금속을 유도교반하기 위하여 인가되는 것이 바람직하다. 이 저주파수의 교류자기장은 직류자기장에 중첩되어 인가되기 때문에, 직류자기장에 의해 포화된 콘테이너 벽의 부분을 저손실과 저감쇠로 통과하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 용융물은 래들 또는 도가니로와 같은 원통형상의 콘테이너에 수용되며, 여기서 원통형 콘테이너와 관련하여 축방향 및 반경방향으로 범위를 갖는 평면 내에 배향되는 순환이 바람직하다. 이에 따라, 축방향이며 벽의 평면 내에 배향되는 방향으로 원통형 콘테이너의 벽의 일부분을 포화시키기 위하여 직류자기장이 인가된다. 콘테이너의 벽을 통해 작용하여 용융물을 순환시키도록 용융물에 충분한 전자기력을 발생시키기 위하여, 저주파수의 이동성 교류자기장이 직류자기장에 중첩하여 인가된다. 저주파수 교류자기장은 직류자기장에 의하여 포화된 콘테이너 벽을 저손실과 감쇠로 통과하는 축방향 및 반경방향의 성분들을 포함하며, 이에 따라 바람직한 순환이 용융물 내에서 얻어진다.

원통형 콘테이너에 함유된 용융물을 위한 전술한 유도교반은 최소한 하나의 자기 재료층으로 구성된 벽을 갖춘 원통형 콘테이너를 포함하는 장치와, 축방향으로 콘테이너의 벽을 포화시키기 위하여 인가되는 직류자기장을 발생시키는 장치와, 그리고 저주파수의 이동성 교류자기장을 발생시키는 장치에 의하여 달성되며, 축방향 및 반경방향의 성분을 포함하는 상기 교류자기장은 직류자기장에 의해 포화된 콘테이너의 부분을 통해 용융물에 작용하여 용융물 내에 축방향과 반경방향의 순환을 발생시킨다.

직류자기장은 콘테이너 외부에 배열된 영구자석 또는 직류가 공급되는 하나이상의 코일에 의하여 발생된다. 이 코일 또는 영구자석은 직류자기장을 발생시키며, 이 직류자기장은 원통형 콘테이너에 대해 축방향으로 배향되고 콘테이너 벽의 자기 재료에 작용하도록 인가되어 콘테이너의 벽의 일부분을 축방향으로 자기포화시킨다.

저주파수의 이동성 교류자기장은 저주파수의 교류를 공급받으며 콘테이너 외부에 배열되는 하나 이상의 코일에 의하여 발생된다. 이 코일은 축방향 및 반경방향의 성분들을 갖는 저주파수의 이동성 교류자기장을 인가할 수 있다. 교류자기장은 직류자기장에 의하여 포화된 벽의 부분을 저손실과 저감쇠로 통과하며 용융물 내에 교반 자기장의 형태로 전자기력을 발생시킨다. 이 교반 자기장은 용융물 내에 바람직한 순환를 일으킨다.

바람직한 실시예에 있어서, 원통형 콘테이너는 래들의 형태로 설치되며, 여기서 용융금속은 이송, 정련, 탈기, 합금, 유지, 주조와 관련하여 교반된다.

또한, 자기 재료층을 포함하는 도가니를 갖춘 도가니로의 형태로 상기 콘테이너를 설치하는 것도 가능하며, 이 경우에는 직류자기장이 도가니벽의 일부분을 포화시키기 위해 인가되며, 도가니에 함유된 용융금속을 교반하기 위하여 도가니벽의 자기포화부를 통하여 작용하도록 직류자기장에 중첩된 이동성 교류자기장이 인가된다.

제 1 도는 용융금속을 유도교반하기 위한 장치를 도시한다. 이 용융금속은 콘테이너 (10) 내에 수용되고, 이 콘테이너의 벽 (11) 은 자기 재료로된 적어도 하나의 층 (12) 을 포함한다. 대개 이러한 용융금속용 콘테이너의 벽 (11)은 라이닝의 마모를 감소시키는 보호층 (14) 뿐만 아니라 단열 라이닝층 (13) (바람직하기로는 내화 브릭 (brick) 과 같은 세라믹 재료로 제조됨) 을 포함한다. 이들 층 (13, 14) 은 콘테이너 (10) 에 수용된 용융금속과 슬래그 층과의 반응을 최소화하도록 선택되는 조성과 밀도를 갖는 세라믹 재료로 제조되는 것이 바람직하다.

직류자기장은 직류자기장 발생장치에 의하여 용융금속상에 작용하도록 인가되며, 이 직류자기장 발생장치는 제 1 도에 철심 (16) 주위에 감겨지고 직류를 공급받는 코일 (15) 의 형상으로 도시되어 있다. 그러나 직류를 공급받는 코일은 영구자석으로 대체될 수도 있다. 저주파수의 이동성 교류자기장은 이 교류자기장을 발생시키는 장치에 의하여 용융금속에 인가되고, 이 교류자기장 발생장치는 제 1 도에 직류 코일 (15) 과 동일한 철심 (16) 주위에 감겨지고 저주파수의 교류를 공급받는 복수의 코일 (17a-17h) 의 형태로 도시되어 있다.

전술한 직류자기장은 벽 (11) 에 있는 자기 재료의 층 (12) 상에 작용하여 상기 층 (12) 에 이방성 자기포화를 일으킨다. 자기포화는 벽의 평면 내에 배향되고 바람직한 교반 방향에 평행한 방향 (포화방향 (S)) 으로 얻어진다.

전술한 이동성 교류자기장은 벽의 평면에 수직하고 전술한 포화방향 (S) 에 평행한 평면에 배치되는 성분을 포함하며, 이에 의하여 교류자기장은 저손실과 저감쇠로 벽의 포화부를 통과한다. 따라서, 교반 자기장 형태의 전자기력이 용융금속 내에 발생하며, 벽의 평면에 수직하고 포화방향 (S) 에 평행한 순환 (C) 을 일으켜 용융물을 교반한다. 전술한 교류자기장은 0.1 내지 5㎐ 사이의 주파수를 가지며 직류자기장에 중첩되어 인가되며, 이에 의하여 직류자기장에 의하여 포화된 콘테이너 벽 (12) 의 부분을 저손실과 저감쇠로 통과한다.

제 2 도는 래들 (20) 에 함유된 용융물에 적용되는 본 발명을 도시하고 있으며, 래들벽 (21) 은 자기 재료, 바람직하기로는 래들 쉘의 형태인 적어도 하나의 층 (22) 을 포함한다. 직류자기장은 래들 (20) 외부에서 철심 (26) 주위에 배열되며 직류를 공급받는 코일 (25), 또는 래들 외부에 배열된 영구자석에 의하여 발생된다. 이 코일 (25) 또는 영구자석에 의해 발생되는 직류자기장은 래들 (20) 에 대해 축방향으로 배향되고 래들 쉘 (22) 의 자기 재료상에 작용하기 위하여 인가되어, 쉘 (22) 의 일부분에 축방향의 자기포화를 일으킨다.

저주파수의 이동성 교류자기장은 래들 외부에서 직류를 공급받는 전술한 코일과 동일한 철심 (26) 주위에 배열된 복수의 코일 (27a- 27f) 에 의하여 발생되며, 이 코일에는 저주파수의 교류가 공급된다. 코일 (27a- 27f) 과 철심 (26) 은 0.5 내지 2Hz 사이의 주파수를 가지며 축방향 및 반경방향의 성분을 갖는 저주파수의 이동성 교류자기장을 인가할 수 있다. 교류자기장은 직류자기장에 의하여 포화된 래들 쉘 (22) 의 부분을 저손실과 저감쇠로 통과하며, 용융물 내에 바람직한 순환을 제공하는 교반 자기장의 형태로 전자기력을 발생시킨다.

바람직한 실시예에 있어서, 전술한 래들은 이송, 정련, 탈기, 합금, 유지, 주조와 관련하여 용융금속을 수용한다.

Claims (8)

1. 콘테이너 (10, 20) 에 수용된 용융금속을 유도 교반하는 방법에 있어서, 하나 이상의 자기 재료층 (12, 22) 으로 구성되며 콘테이너에 포함되는 벽 (11, 21) 을 통과하여 용융물에 작용하도록 자기장을 인가하고, 자기재료로 제조된 벽의 부분에 작용하도록 하나 이상의 직류자기장을 인가하여, 교반 방향에 평행하고 벽의 평면 내에 배향되는 방향 (포화방향 (S)) 으로 상기 벽부분을 이방성 자기포화 (낮은 상대투자성) 시키며, 저주파수의 이동성 교류자기장을 직류자기장에 중첩하여 인가하여, 벽의 평면에 수직하고 상기 포화방향에 평행한 평면 내에 배치되는 성분을 상기 교류자기장에 포함시키며, 그리고 상기 저주파수의 이동성 교류자기장을 저손실과 저감쇠로 상기 콘테이너벽의 포화부에 통과시켜 용융물 내에 순환 (C) 을 제공하는 교반 자기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 유도 교반 방법.
2. 제1항에 있어서, 0.l 내지 5㎐ 사이의 주파수를 갖는 저주파수의 교류자기장을 직류자기장에 중첩하여 인가시켜 용융물을 교반하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 유도 교반 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 래들 (20) 또는 도가니로와 같은 원통형 콘테이너에서의 교반과 관련하여, 축방향으로 배향된 직류자기장을 인가시켜 상기 원통형 콘테이너의 벽 (21) 의 일부분을 축방향으로 포화시키며, 상기 콘테이너의 벽을 통과하여 작용하도록 저주파수의 이동성 교류자기장을 상기 직류자기장에 중첩하여 인가시켜서 용융물을 순환시키며, 그리고 상기 교류자기장은 상기 포화된 콘테이너 벽을 저손실과 저감쇠로 관통하는 축방향 및 반경방향의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 유도 교반방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 원통형 콘테이너는 이송, 정련, 탈기, 합금, 유지, 주조와 관련하여 그 내부에서 용융금속이 교반되는 래들 (20) 인 것을 특징으로 하는 용융금속의 유도 교반 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 콘테이너는 교류를 공급받는 도가니로로서 도가니벽의 일부분을 포화시키도록 직류자기장이 인가되며, 도가니벽의 자기 포화 부분을 통과하여 작용하도록 교류자기장이 인가되는 것을 특징으로 하는 용융금속의 유도 교반 방법.
6. 하나 이상의 자기 재료층 (12 22) 을 포함하는 벽 (11, 21) 을 갖춘 용융금속용 콘테이너 (10, 20), 직류를 공급받는 하나 이상의 코일 (15, 25) 또는 영구자석의 형태로 직류자기장을 발생시키는 장치, 및 저주파수 교류를 공급받는 복수의 코일 (17a- 17h, 27a- 27f) 의 형태로 저주파수의 이동성 교류자기장을 발생시키는 장치를 포함하며, 상기 직류자기장은 벽의 자기 재료상에 작용하여, 벽의 평면 내에 배향되고 교반 방향에 평행한 방향 (포화방향) 으로 상기 벽의 일부분을 이방성 자기포화시킬 수 있으며, 상기 교류자기장은 벽의 평면에 수직하고 상기 포화방향에 평행한 평면에 배치되는 성분을 포함할 수 있어서, 벽의 포화부를 통과하여 포화방향에 수직하고 평행하게 배향된 성분을 갖는 교류자기장의 형태로 용융금속 내에 교반 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 유도교반 방법으로 용융금속을 교반하기 위한 교반 장치.
7. 제6항에 있어서, 교류를 공급받는 상기 코일 (17a- 17h, 27a- 27f) 이 0.1 내지 5 ㎐ 사이의 주파수를 갖는 이동성 교류자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 교반 장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 하나 이상의 자기 재료층 (22) 을 포함하는 벽 (21) 을 구비하며 용융금속을 수용할 수 있는 원통형 콘테이너 (20), 영구자석 또는 직류를 공급받는 하나 이상의 코일 (25) 의 형태로 축방향의 직류자기장을 발생시키는 장치, 및 저주파수의 교류를 공급받으며 축방향 및 반경방향의 교류자기장을 인가할 수 있는 복수의 코일 (27a- 27f) 을 포함하며, 상기 축방향의 직류자기장은 벽의 자기재료에 작용하여 상기 벽의 일부분을 축방향으로 자기포화시키며, 상기 축방향 및 반경방향의 교류자기장은 벽의 포화부를 통과하며, 또한 축방향 및 반경방향의 성분을 갖는 교류자기장의 형태로 용융금속 내에 교반 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 교반 장치.