KR100314847B1 - 연속주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 연속주조시 주형내부의 용강 유동제어를 통하여 주편의 품질을 개선할수 있도록한 연속 주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치에 관한 것으로 그 기술적인 구성은, 주형(130)의 양측으로 직류 자기장 철심(10)이 설치되고, 상기 직류 자기장 철심(10)의 양측단부에는 주형측으로 직류 자기장을 형성하는 코일(13)이 권선되며, 상기 직류 자기장 철심(10)의 전단부는 침지노즐(100)을 중심으로 일정한 반경(R)과 두께(t)를 갖는 원호형상으로 형성하여 용융 금속내의 용탕 유동을 제어토록 하는 것을 요지로 한다.

이에따라서, 강의 연속 주조시 용강의 흐름을 효과적으로 제어하여, 개재물의 분리 부상능력을 극대화 하며, 용탕면의 유속 저하로 인한 주형내 용탕면의 안정성을 용이하게 확보할수 있도록 하는 것이다.

Description

연속주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치

본 발명은 강의 연속주조시 주형내부의 용강 유동제어를 통하여 주편의 품질을 개선할수 있도록한 연속 주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치에 관한 것으로 이는 특히, 강의 연속 주조시 용강의 흐름을 효과적으로 제어하는 직류 자기장을 부여하여, 침지노즐에서 나온 유동이 탕면 방향이나 하부 방향으로 흐르지 않고, 속도를 저감시킴으로 인한 개재물의 분리 부상능력을 극대화 하며, 용탕면의 유속 저하로 인한 주형내 용탕면의 안정성을 용이하게 확보할수 있도록 하여, 고속 주조작업을 안정적으로 실시할수 있게됨은 물론, 이에따라 연속주조의 생산성을 가일층 향상시킬수 있도록한 연속 주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 강의 연속 주조법은 용강의 주입, 주조 , 절단 및 압연에 이르기까지 연속적으로 공정이 이루어지는 것으로실수율과, 에너지의 효율면에서 일반 죄괴법에 비해 유리하고, 인력이 크게 감소하는 등의 장점을 갖고있는 실정이며, 최근의 연속 주조법에서는 생산성을 향상시키기 위하여 주조속도를 2m/min 이상으로 고속화되고 있으며, 두께 100mm 이하의 박슬라브의 연주방법에 있어서는 5m/min 이상의 무척 빠른 주조 속도가 요구되고 있는 실정인 것이다.

도 1은 연속 주조시 용강의 일반적인 유동상태를 도시한 도면으로서, 침지 노즐(100)을 통해 주형(130)내에 주입되는 용강(150)의 주형(130)과 접촉에 따른 냉각에 의해 응고층(140)이 형성되며, 용탕면(120)의 상측에는 몰드 플럭스(110) 등의 개재물이 부상도록 되는 것이다.

그러나, 상기와같은 고속 주조시에는 수냉 주형(130)에 의한 응고층 형성시간이 짧고, 주형(130)내 용강(150)의 유동속도가 빠르기 때문에 주형(130) 및 용탕면(120)의 유동이 불안정해 지며, 개재물의 부상 분리능력이 크게 저하되는 것이다.

상기 주형 및 용탕면의 유동 불안정은, 주형과 주편 사이에서 윤활 및 열전달 역할을 수행하는 몰드 플럭스(Mold flux)(110)의 공급을 불균일하게 함으로 인하여, 응고층(140)이 불균일하게 성장하게 되고, 몰드 플럭스가 용강의 내부로 혼입되기도 하여, 주편의 표면 및 내부 결함을 일으키게 되는 요인이 되며, 심할경우에는 조정사고를 유발하게 되는 단점이 있는 것이다.

또한, 주형 내부의 용강 흐름이 빠르게 됨으로 인하여, 개재물의 분리 부상능력이 저하되어, 큰 개재물이 탕면으로 부상되지 못하고 주편의 내부에 잔존하게 되어 압연가공시 품질저하가 발생하게되는 문제점이 있는 것이다.

상기와같은 문제점들을 개선하기 위하여 전자기력을 이용한 용강의 유동 제어장치가 알려져있다.

즉, 도 2의 (가)에 있어서는, 침지노즐(100)의 양측으로 직류 자기장(10)을 인가하여 주형(130)내에 주입되는 용강(150)의 흐름을 제어토록 하는 것이며, 또한 도 2의 (나)에 있어서는 침지노즐(100)의 직하부에 직류 자기장(11)을 인가하여 주형(130)내에 주입되는 용강(150)의 흐름을 제어하는 것이고, 또한 도 2의 (다)에 있어서는 침지노즐(100)의 직하부에 상,하로 직류자기장(12)을 인가시켜 주형(130)내에 주입되는 용강(150)의 흐름을 제어토록 하는 것이다.

상기와같은 도 2의 (가)-(다)에서 제안된 주형(130)내에 주입되는 용강(150)의 흐름 제어방법은, 직류 자기장과 용융 금속의 유동에 의해 형성되는 유도전류의 작용으로 유동방향의 반대방향으로 작용하는 로렌츠력(Lorentz force)을 이용하여 유동속도를 늦춰줌으로써 용융금속의 금속 분사흐름의 침투깊이를 짧게 해주고, 응고층의 직접적인 충돌을 방지하며, 용탕면의 온도를 상승시켜 주는 등의 효과를 갖게된다.

그러나, 상기와같은 전자 감속장치도 고속으로 연속주조 작업을 하는 경우에는, 용강내의 흐름을 충분히 효과적으로 제어하지 못하므로서, 탕면의 제어 및 개재물 측면에서 보다 더 개선을 요구하거나, 오히려 주편의 품질을 저하시키는 문제점이 있는 것이다.

도 3은 주형의 내부에 개재물이 작용하는 힘의 분포도를 도시한 도면으로써,침지노즐(100)을 통해 용강(150)과 함께 유입되는 개재물의 무게가 200, 부력은 210 그리고 유동물에 의해 개재물을 미는 항력(Drag force)이 220에 의해 결정된다.

따라서, 개재물의 부상 분리능력을 향상시키기 위하여서는 우선 개재물의 무게를 줄여야 하며, 아르곤가스를 침지노즐(100)을 통해 투입함으로써 아르곤 가스와 개재물의 부착으로 인하여 전체 개재물의 무게를 줄이게 된다.

또한, 개재물의 부상 분리능력을 향상시키는 방법으로써 항력을 탕면으로 향하게 하는 방법으로써, 유동이 탕면으로 향하게되면, 유동의 연속성으로 탕면으로 흐르는 유동은 주형 단면부로 흐르게 되어 다시 개재물이 단면부로 집적되게 된다.

따라서, 유동제어를 통하여 개재물의 분리 부상능력을 향상시키기 위해서는 주형내 대부분 하향하는 항력을 최소화하는 방법이 필요하게 되며, 상기 항력을 최소화하는 것은 침지노즐에서 나온 유동을 최대한 억제하여 속도 크기를 줄이는 것으로, 그 결과 개재물은 부력과 개재물의 무게에 의해서만 거동이 결정되게 되어, 개재물의 분리 부상능력이 극대화되며, 아울러 유동의 속도가 저감되어 탕면도 안정될수 있는 것이다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 여러 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 강의 연속 주조시 용강의 흐름을 효과적으로 제어하는 직류 자기장을 부여하여, 침지노즐에서 나온 유동이 탕면 방향이나 하부 방향으로 흐르지 않고, 속도를 저감시킴으로 인한 개재물의 분리 부상능력을 극대화 하며, 용탕면의 유속 저하로 인한 주형내 용탕면의 안정성을 용이하게 확보할수 있도록 하여, 고속 주조작업을 안정적으로 실시할수 있게됨은 물론, 이에따라 연속주조의 생산성을 가일층 향상시킬수 있는 연속 주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치를 제공하는데 있다.

도 1은 연속 주조시 용강의 일반적인 유동상태를 도시한 도면.

도 2 (가)(나) 및 (다)는 종래의 침지노즐 양측 및 직하부, 상하측에 직류 자기장 철심을 설치한 용강의 유동 제어장치를 각각 도시한 도면.

도 3은 주형의 내부에 개재물이 작용하는 힘의 분포도를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 연속 주조시 전자기력을 이용한 용강 유동 제어장치 의 구조를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 용강의 유동을 제어하는 직류 자기장 철심 의 설치구조도.

도 6은 본 발명의 다른 실시에에 의한 용강의 유동을 제어하는 직류 자기장 철심과 직선부 형태의 철심의 설치 구조도.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 용강의 유동을 제어하는 직류 자기 장 철심의 중간을 절단한 상태의 설치 구조도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10,11,12...직류 자기장 철심 13...코일

100...침지노즐 110...몰드 플럭스

120...용탕면 130...주형

140...응고층 150...용강

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 주형의 양측으로 직류 자기장 철심이 설치되고, 상기 직류 자기장 철심의 양측단부에는 주형측으로 직류 자기장을 형성하는 코일이 권선되며, 상기 직류 자기장 철심의 전단부는 침지노즐을 중심으로 일정한 반경R과 두께t를 갖는 원호형상으로 형성하여 용융 금속내의 용탕 유동을 제어토록 하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속 주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치를 마련함에 의한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 연속 주조시 전자기력을 이용한 용강 유동 제어장치의 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 용강의 유동을 제어하는 직류 자기장 철심의 설치구조도로서, 주형(130)의 침지 노즐(100)을 통해 주형(130)내에 주입되는 용강(150)의 주형(130)과 접촉에 따른 냉각에 의해 응고층(140)이 형성되며, 용탕면(120)의 상측에는 몰드 플럭스(110)가 형성된다.

또한, 상기 주형(130)의 양측으로 직류 자기장 철심(10)이 설치되고, 상기 직류 자기장 철심(10)의 양측단부에는 주형측으로 직류 자기장을 형성하는 코일(13)이 권선되며, 상기 직류 자기장 철심(10)의 전단부는 침지노즐(100)을 중심으로 일정한 반경(R)과 두께(t)를 갖는 원호형상으로 형성하여 용융 금속내의 용탕 유동을 제어토록 하는 구성으로 이루어진다.

이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

도4 및 도 5에 도시한 바와같이, 상기 주형(130)의 양측으로 직류 자기장 철심(10)이 설치한 상태에서, 상기 직류 자기장 철심(10)의 양측단부에는 주형측으로 직류 자기장을 형성하는 코일(13)을 권선시켜, 상기 직류 자기장 철심(10)의 전단부가 침지노즐(100)을 중심으로 일정한 반경(R)과 두께(t)를 갖는 원호형상으로 형성함으로 인하여, 침지노즐(100)의 양쪽으로 나온 유동이 탕면이나 하부로 흐르지 않으면서 속도가 저감되도록 침지노즐(100)의 출구를 중심으로 원호로 구성된 직류자기장이 인가되도록 코아가 설치되어 용융 금속내의 용탕 유동을 억제하게 되어 탕면의 높이차를 최소화하게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시에에 의한 용강의 유동을 제어하는 직류 자기장 철심과 직선부 형태의 철심의 설치 구조도로서, 상기 주형(130)의 양측으로 직류 자기장 철심(10)이 설치한 상태에서, 상기 직류 자기장 철심(10)의 양측단부에는 주형측으로 직류 자기장을 형성하는 코일(13)을 권선시켜, 상기 직류 자기장 철심(10)의 전단부가 침지노즐(100)을 중심으로 일정한 반경(R)과 두께(t)를 갖는 원호형상으로 형성하고, 상기 직류 자기장 철심(10)에 수직 직선부 형태의 철심(400)을 일체로 설치함으로써, 침지노즐(100)의 양쪽으로 나온 유동이 탕면이나 하부로 흐르지 않으면서 속도가 저감 되어, 용융 금속내의 용탕 유동을 억제하게 된다.

또한, 도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 용강의 유동을 제어하는 직류 자기장 철심의 중간을 절단한 상태의 설치 구조도로서, 주형(130)의 양측으로 직류 자기장 철심(10)이 설치한 상태에서, 상기 직류 자기장 철심(10)의 양측단부에는 주형측으로 직류 자기장을 형성하는 코일(13)을 권선시켜, 상기 직류 자기장 철심(10)의 전단부가 침지노즐(100)을 중심으로 일정한 반경(R)과 두께(t)를 갖는 원호형상으로 형성하고, 상기 직류 자기장 철심(10)의 하단부를 절단하여 침지노즐(100) 직하부의 용강 유동을 제어하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 연속주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치에 의하면, 강의 연속 주조시 용강의 흐름을 효과적으로 제어하는 직류 자기장을 부여하여, 침지노즐에서 나온 유동이 탕면 방향이나 하부 방향으로 흐르지 않고, 속도를 저감시킴으로 인한 개재물의 분리 부상능력을 극대화 하며, 용탕면의 유속 저하로 인한 주형내 용탕면의 안정성을 용이하게 확보할수 있도록 하여, 고속 주조작업을 안정적으로 실시할수 있게됨은 물론, 이에따라 연속주조의 생산성을 가일층 향상시킬수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 연속 주조시 주형의 내부에서 용융금 금속의 유동을 제어하는 유동 제어장치에 있어서,

   주형(130)의 양측으로 직류 자기장 철심(10)이 설치되고, 상기 직류 자기장 철심(10)의 양측단부에는 주형측으로 직류 자기장을 형성하는 코일(13)이 권선되며, 상기 직류 자기장 철심(10)의 전단부는 침지노즐(100)을 중심으로 일정한 반경(R)과 두께(t)를 갖는 원호형상으로 형성하여 용융 금속내의 용탕 유동을 제어토록 하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 원호 형상의 직류 자기장 철심(10)에 수직 직선부 형태의 철심(400)을 일체로 설치하는 것을 특징으로 하는 연속주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 수직 직선부 형태의 철심(400)을 일체로 설치된 원호 형상의 직류 자기장 철심(10)의 하단부를 절단하여 침지노즐 직하부의 용강 유동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연속주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치.

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