KR100419884B1 - 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치를 제공하기 위한 것으로, 전자기연속주조기에 있어서, 몰드(11) 외부에서 1차 냉각 스프레이(16)가 냉각수(17)를 상기 몰드(11)로 분사하도록 하고, 상기 몰드(11)에 대해 스프레이 방식으로 냉각수 분사가 가능한 코일(12)은 안쪽면에 일정 크기의 복수개의 구멍이 일정한 간격으로 뚫리며, 상기 몰드(11)를 빠져나온 주편이 2차 냉각 스프레이(18)에 의해 냉각되도록 구성함으로써, 알루미늄 및 그 합금을 전자기연속주조할 때 스프레이 방식의 코일을 이용하여 몰드 냉각 부족으로 인한 변형 방지하고 주편 와이퍼를 이용하여 주편의 과대 냉각으로 인한 냉간 크랙을 방지하여 안정적으로 주조할 수 있게 되는 것이다.

Description

전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치{Cooling system of mold and cast in the electromagnetic casting}

본 발명은 알루미늄 및 그 합금을 연속적으로 주조하는 전자기주조장치에 관한 것으로, 특히 스프레이 방식의 냉각수 분사가 가능한 코일을 이용하여 몰드 냉각 부족으로 인한 변형 방지하고 주편 와이퍼(wiper)를 이용하여 주편의 과대 냉각으로 인한 냉간 크랙(cold crack) 방지하기에 적당하도록 한 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄을 연속 주조하는 종래의 방법에는 용탕을 냉간 몰드로 직접 냉각하여 주조하는 DC(direct chill casting)법이 있다.

주조된 주편은 압연하여 최종 제품으로 사용된다.

그러나 이러한 DC법으로 주조한 주편은 표면에 많은 결함이 발생하여 이를 제거하기 위해 표면을 50~100mm 스카핑(scalping)하는 공정이 필요하게 되어 실수율 및 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.

이러한 표면 결함을 해결하기 위한 방법으로 전자기장을 인가하여 몰드 없이 슬라브를 주조하는 무주형 전자기연속주조법(EMC)이 있다.

종래의 무주형 전자기연속주조법으로 주조하면 주편의 표면 결함은 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

그러나 이러한 무주형 전자기연속주조법은 몰드 없이 전자기장으로 탕면을 유지시키기 때문에 탕면이 불안정하여 고속으로 주조할 수 없다는 단점이 있었다.

또한 무주형 전자기연속주조법의 단점을 보완한 연접촉식 전자기연속주조법이 있다.

종래의 연접촉식 전자기연속주조법은 알루미늄을 주조할 때 전자기장이 잘 침투되도록 설계된 전자기 몰드 주위에 코일을 감아 용탕에 주울열과 전자기압으로 몰드와 응고셀의 접촉압을 감소시켜 주조시 발생하는 각종 표면 결함을 해소시킨다. 또한 주조 속도를 증가시켜 주조-압연 직결 공정을 실현하여 제품 품질과 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

연접촉식 전자기연속주조에 사용하는 몰드의 냉각은 몰드 내부에 냉각수 채널을 가공하여 냉각하는 것과 몰드 외부에서 스프레이 방식으로 냉각수를 분사하여 냉각하는 방법이 있다.

그래서 몰드 내부에 냉각수 채널을 가공하여 냉각하는 것은 몰드 가공이 어렵고 주변 장치가 복잡하여 비용이 많이 소요되는 단점이 있었다. 따라서 간단한 구조인 몰드 외부에서 스프레이 방식으로 냉각수를 분사하는 방식이 적합하다.

전자기연속주조에는 몰드 주위에 코일이 있으며, 전자기장의 세기는 거리에 반비례하는 특성이 있기 때문에 몰드와 코일간의 간격을 좁게 하는 것이 효율적이다. 이러한 전자기연속주조 장치의 구조 때문에 코일부의 몰드 냉각 장치가 필요하다.

몰드를 빠져나온 주편은 2차 냉각대에서 스프레이 방식으로 냉각된다.

그러나 몰드 외부에서 스프레이 방식으로 냉각수를 분사하는 종래의 기술에서 2차 냉각수는 주편을 따라 흘러 내리게 되는 데, 알루미늄 경합금(Al hard alloy, 예를 들면 AlCuMg, AlZnMgCu 합금 등) 주조시 주편의 과대 냉각으로 에지크랙(edge crack)과 같은 냉간 크랙(cold crack)이 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 알루미늄 및 그 합금을 전자기연속주조할 때 스프레이 방식으로 냉각수 분사가 가능한 코일을 이용하여 몰드 냉각 부족으로 인한 변형 방지하고 몰드와 코일의 간격을 좁게 하여 몰드 변형이 작게 발생하도록 한 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 주편 와이퍼를 이용하여 2차 냉각대에서 주편의 과대 냉각으로 인한 주편 결함을 해소하여 주편의 과대 냉각으로 인한 냉간 크랙 방지할 수 있는 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치는,

전자기연속주조기에 있어서, 몰드(11) 외부에서 1차 냉각 스프레이(16)가 냉각수(17)를 상기 몰드(11)로 분사하도록 하고, 상기 몰드(11)에 대해 스프레이 방식으로 냉각수 분사가 가능한 코일(12)은 안쪽면에 일정 크기의 복수개의 구멍이 일정한 간격으로 뚫리며, 상기 몰드(11)를 빠져나온 주편이 2차 냉각 스프레이(18)에 의해 냉각되도록 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치의 개념도이고,

도 2는 종래 전자기주조에서 코일 상단과 하단부 몰드가 벌어진 모습을 보인 개념도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 몰드 12 : 코일

13 : 슬릿 14 : 용탕

15 : 응고셀 16 : 1차 냉각 스프레이

17 : 냉각수 18 : 2차 냉각 스프레이

19 : 와이퍼

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명, 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치의 개념도이고, 도 2는 전자기주조에서 코일 상단과 하단부 몰드가 벌어진 모습을 보인 개념도이다.

이에 도시된 바와 같이, 전자기연속주조기에 있어서, 몰드(11) 외부에서 1차 냉각 스프레이(16)가 냉각수(17)를 상기 몰드(11)로 분사하도록 하고, 상기 몰드(11)에 대해 스프레이 형태로 냉각수 분사가 가능하도록 코일(12)은 안쪽면에 일정 크기의 복수개의 구멍이 일정한 간격으로 뚫리며, 상기 몰드(11)를 빠져나온 주편이 2차 냉각 스프레이(18)에 의해 냉각되도록 한다.

상기에서 코일(12)은, 안쪽면에 지름이 0.5mm 내지 1mm인 복수개의 구멍을 5mm 내지 30mm 간격으로 뚫는다.

상기에서 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치는, 상기 2차 냉각 스프레이(18)에 의해 주편을 냉각시킨 다음 흘러내리는 냉각수를 제거하는 와이퍼(19)를 미응고 용탕 깊이의 위치에 설치한다.

여기서 도면부호 13은 슬릿이고, 14는 용탕이며, 15는 응고셀이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1은 본 발명에 의한 전자기연속주조기술의 원리를 나타낸 개념도이다.

그래서 주조 길이 방향으로 슬릿(slit)이 가공된 몰드(11) 주위의 코일(12)에 전류를 인가하면 슬릿(13)으로 분할된 몰드에 자장이 유도되고, 이 자장에 의해 전류가 유도된다.

이 전류는 슬릿(13)을 통해 몰드(11) 내부의 용탕(14)에 유도 자장(B)과 전류(J)가 발생시킨다. 이렇게 유도된 전류는 용탕을 가열할 뿐만 아니라 자장과 상호 작용하여 용융금속에 전자기력(F)을 발생시킨다.

이러한 전자기력(F)은 몰드(11)와 접촉하는 탕면 곡률을 크게 하고 응고셀(solidification shell)(15)과 몰드(11) 간의 접촉압을 감소시킨다. 또한 주울열은 용융금속의 표면에 집중 가열되어 응고 불균일과 급냉에 의한 결함이 발생되지 않게 한다.

본 발명의 전자기연속주조기는 몰드(11) 외부에 1차 냉각 스프레이(16)를 설치하여 몰드(11)를 냉각하는 방식이다.

몰드(11) 주위에 코일(12)이 감겨 있어서 이 부분의 냉각은 코일(12)의 상부에서 분사된 냉각수가 몰드(11)와 코일(12) 틈으로 흘러내리는 냉각수(17)에 의한 것 뿐이다.

전자기연속주조에서는 몰드(11)에 유도되는 자장의 세기가 몰드(11)와 코일(12)간의 거리에 반비례하므로 몰드(11)와 코일(12) 간의 간격을 좁게 하여야 하기 때문에 냉각에 어려움이 있다. 특히, 이 부분은 용탕(14)에서 몰드(11)로 전달되는 열량이 가장 많을 뿐만 아니라 유도 전류가 집중 발생하는 부분이기 때문에 냉각이 제대로 되지 않으면 몰드 변형이 발생하게 된다.

도 2는 전자기연속주조에서 코일부 몰드의 냉각이 부족할 경우 몰드 변형 모드를 나타내었다. 코일부 몰드(11)의 온도가 상승하면 열팽창에 의해 인장 응력이 발생하고 상대적으로 낮은 온도인 코일(12)의 상단과 하단부의 몰드(11)는 수축 응력을 받게 된다. 전자기연속주조 몰드는 슬릿(13)이 있기 때문에 코일(12)의 상단과 하단부의 몰드(11)가 도 2에 나타낸 것처럼 벌어지게 된다.

그래서 몰드(11)에 스프레이가 분사된 냉각수(17)가 이 틈을 따라 몰드(11)내로 침투할 수 있게 된다. 이 경우 용탕과 접촉한 물은 기화되어 끓기 때문에 주조의 안정성이 문제가 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 전자기 인가 코일(12)의 안쪽면에 지름 0.5 ~ 1mm 의 구멍을 5 ~ 30mm 간격으로 뚫어 스프레이 방식의 코일을 제작하였다. 주조를 하지 않는 상태에서 일반 코일에 전류(4500 AT)를 인가하였을 경우 몰드(11)의 최고 온도가 약 90℃이지만, 본 발명의 스프레이 코일을 사용하면 40℃였다.

몰드(11)를 빠져나온 주편은 2차 냉각 스프레이(18)에서 스프레이 방식으로 냉각된다. 2차 냉각수는 주편을 따라 흘러 내리게 되는 데, 알루미늄 경합금(Al hard alloy, 예를 들면 AlCuMg, AlZnMgCu 합금 등) 주조시 주편의 과대 냉각으로 에지크랙(edge crack)과 같은 냉간 크랙(cold crack)이 발생하는 요인이 된다. 냉각 조절을 스프레이 분사량으로 조절할 수 있지만 주편을 따라 흘러내리는 냉각수에 의한 냉각에 의한 것은 문제가 된다.

따라서 본 발명에서는 흘러내리는 냉각수를 제거하는 와이퍼(19)를 설치하였다. 소재는 주편과의 마찰에 의한 주편 스크래치를 발생하지 않게 무른 소재로 고온에 견디는 것이 적합하다. 와이퍼(19)를 너무 높게 설치하면 냉각 부족에 의한 주편 터짐이 발생할 수 있고, 낮으면 과대 냉각으로 인한 냉간 크랙과 같은 주편 결함이 발생할 수 있으므로, 적절한 위치 설정이 필요하다. 본 발명에서는 미응고 용탕 깊이의 위치에 설치하였으며, 이 위치는 주조 속도, 냉각수량, 인가 전류 등의 주조 조건에 따라 변한다.

이처럼 본 발명은 스프레이 방식의 코일을 이용하여 몰드 냉각 부족으로 인한 변형 방지하고 주편 와이퍼를 이용하여 주편의 과대 냉각으로 인한 냉간 크랙을 방지하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치는 알루미늄 및 그 합금을 전자기연속주조할 때 스프레이 방식으로 냉각수 분사가 가능한 구조를 갖춘 코일을 이용하여 몰드 냉각 부족으로 인한 변형 방지하고 주편 와이퍼(wiper)를 이용하여 주편의 과대 냉각으로 인한 냉간 크랙(cold crack)을 방지하여 안정적으로 주조할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 전자기연속주조기에 있어서,

   몰드(11) 외부에서 1차 냉각 스프레이(16)가 냉각수(17)를 상기 몰드(11)로 분사하도록 하고, 상기 몰드(11)에 대해 스프레이 형태로 냉각수 분사가 가능하도록 코일(12)은 안쪽면에 일정 크기의 복수개의 구멍이 일정한 간격으로 뚫리며, 상기 몰드(11)를 빠져나온 주편이 2차 냉각 스프레이(18)에 의해 냉각되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코일(12)은,

   안쪽면에 지름이 0.5mm 내지 1mm인 복수개의 구멍을 5mm 내지 30mm 간격으로 뚫어 구성된 것을 특징으로 하는 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치는,

   상기 2차 냉각 스프레이(18)에 의해 주편을 냉각시킨 다음 흘러내리는 냉각수를 제거하는 와이퍼(19)를 미응고 용탕 깊이의 위치에 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자기주조에서 몰드 및 주편 냉각 장치.