KR100586665B1 - 연속 주조 장치에서의 용융금속의 전자기적 제동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전원 및 주조물의 하나의 표면에 대향하여, 특히 잉곳 주형 주조 강철슬래브 (12) 의 대형 측벽 (14) 에 설치되도록 설계된 "슬라이딩 자계를 갖는 선형 모터의 다상 고정자" 와 같은 다중 권선 (1) 을 가지며, 전원과 접속된 권선 (A, B) 을 포함하는 전자기 인덕터를 구비하는 전자기적 제동장치에 관한 것이다. 이 전자기적 제동장치는 운반된 전류강도를 조절하기 위한 자체의 특별 수단 (10, 11) 으로 각각 제공되는 직류를 공급하는 복수개의 기본 전원 유닛 (8, 9) 을 포함하며, 인덕터의 상기 각각의 권선 (A, B) 은 단독으로 상기 기본 전원 유닛 (8, 9) 중 하나에 접속될 수 있다.

본 발명의 장치는, 인덕터의 위치를 변경시킬 필요없이, 주조 동안에도, 소정의 순간에 잉곳 주형의 제동 동작을 조절할 수 있다.

제동장치, 인덕터, 컨덕터, 권선, 주형, 주조

Description

연속 주조 장치에서의 용융금속의 전자기적 제동장치{ELECTROMAGNETIC BRAKING DEVICE FOR A SMELTING METAL IN A CONTINUOUS CASTING INSTALLATION}

본 발명은 금속, 특히 강철의 연속 주조에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 자계를 이용하여, 연속 주조 주형 (continous casting mold) 의 입구로 유입되는 용융금속의 순환을 일으키는 기술에 관한 것이다.

주형으로 유입되는 용융금속의 제트류 (jet) 는, 주형내에서 유체역학적인 교란을 발생시키는데, 이것은 이후에 압연 주조물 (rolled cast product) 에서 관찰되는 결함의 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 한편, 이 제트류는, 용융금속과 함께, 메니스커스 (meniscus; 주형에서 용융금속의 자유표면) 상에 자연적으로 침전하여 그 결과, 제거하기 어려운 비금속 개재물 (nonmetallic inclusion) 을, 주조중인 주조물 (product) 의 액체 코어 내의 깊이까지 운반한다. 이러한 일반적인 현상은, " 만곡 (curved) " 또는 "준만곡 (semicurved) " 형태의 주조기 (caster) 에서 더 나타나며, 넓은 단면의 주조물, 특히 슬래브를 주조할 때, 주조물의 내부 섬유의 응고전단부 (solidification front) 에는, 이 지점에서 적층하는 개재물에 의해 장애물을 형성한다. 한편, 주형 내에서 제트류에 의해 발생되는 액체금속의 재순환 운동은, 특히, 불규칙적으로 메니스커스를 교란시키는 난류를 일으키는데, 이 재순환 운동은, 주조속도 (즉, 더 구체적으로는 약 1.5㎜/min 이상) 가 높을수록 더욱 더 활발하게 일어난다. 이러한 표면 불안정은, 주형 주위의 주조물의 첫번째 셸 (shell) 이 불규칙적으로 응고하기 때문인데, 최종주조물의 원하지 않는 또는 심지어 수용할 수 없는 결함 (기포발생, 박리화 등) 의 원인이 되는 것으로 알려져 있다.

제트류로 인한 이러한 유체역학 교란에 의해 나타나는 문제점에 직면하여, 본 시점에서, 강철제조업자들 (steelmakers) 은 금속의 연속 주조에 적용되는 자기유체역학 (magnetohydrodynamics) 으로부터 이용가능한 기구를 사용하는 2 가지 해결책을 갖는다. 이들 중 하나는, 보다 "치료적인" 해결책으로서, 얻어진 주조물의 야금학적 품질 (metallugical quality) 에 끼치는 영향을 저감시킬 목적으로, 전자기 대류 (electromagnetic convection) (또는 교반) 를 이용하는 것이다. 또 다른 하나의 예방적인 해결책은, 전술한 교란 (perturbation) 에 대항하는 전자기적 제동 (electromagnetic braking) 을 이용하는 것이다.

전자기적 대류는, 주조 액체 금속의 강제전류를 상방향으로 이동, 예를 들면, 응고전단부에 트래핑되지 않은 비금속 개재물을 제거하도록 메니스커스로 개재물을 운반하여 응고전단부를 세정시킨다. 일반적으로, 이 액체 금속의 전류는 주형내의 슬래브 (BF 2358222 및 BF 2358223) 의 큰 대향면을 평행하게 대향하도록 배열시킨 다상 (2상 또는 3상) 선형 모터 고정자 형태의 다중 권선 인덕터에 의해 발생되는 이동 자계에 의해 생성된다. 일반적으로, 이러한 형태의 인덕터는 전기 권선으로 구성되는데, 이 전기 권선의 컨덕터는 균일하게 이격된 평행 막대의 형상 또는 와이어 코일의 형상으로 형상화되며, 이들은 자기요크 (magnetic yoke) 의 톱니부내에 하우징되어 있으며 직렬-대향의 쌍으로 장착된다. 각각의 권선은, 컨덕터와 직교하는 방향으로 인덕터를 따라 자계의 원하는 이동을 제공하는 접속 순서로, 다상 전원, 즉 3상 또는 2상 전원의 다른 위상에 접속된다. 다상 전원과 커플링하는 것에 의해 이동 자계를 발생할 수 있는, 이러한 형태의 다중 권선 인덕터는, 전기 공학 문헌에 널리 개시되어 있다.

한편, 본 발명에 포함되는 "전자기적 제동" 기술은, 주형으로 유입되는 금속의 제트류 또는 제트류들에 직접적으로 작용하도록 구성된다. 따라서, 전자기적 제동의 목적은 액체 금속의 침투 깊이를 한정할 뿐만 아니라, 액체 금속에 유도되는 재순환 운동을 감쇠시켜, 가능한한 안정적이고 평탄한 비교란 메니스커스의 형성을 용이하게 하는데 있다. 이러한 제동 동작은, 이동 액체금속 (좀더 일반적으로 전도성 유체) 이 정적 자계를 통과할 때, 이 정적자계에 의해, 이동 액체금속이, 자계의 속도와 금속의 속도에 의존하는 강도를 갖는 반작용력의 영향을 받는다는, 공지된 와상전류 원리를 따른다.

연속 주조 슬래브에 대한 주형의 전자기적 제동은, 자극들 간의 힘에 대한 이동 자계선을 생성하도록, 주형의 대형측벽들의 각각의 면상에 반대의 극성으로 서로 대향하는 2 개의 돌출 자극 (salient-pole) 전자석으로 본질적으로 구성된 것으로 알려져 있다. 이 전자석은 주형의 상단부에 위치하여 금속이 유입되는 즉시 금속의 제트류를 차단한다. 엄격히 말하면, 주형으로 유입되어 그러한 자계에 영향을 받는 액체 강철은, 실제적으로 제동되는 것이 아니라, 오히려 근처에 유용한 용량으로 재전환되어 분포되는 것이다. 이것은, 주조 금속의 전체 유속, 및 이에 따른 주조물의 주조속도가 제동에 의해 잘 변경되지 않기 때문이다. 실제적으로, 이 제동은 주형 상단에서의 플로우의 속도맵에서 매우 큰 균일성을 부여하는 플로우 분배자로서 기능한다. 따라서, 엄격히 말하면, "전자기적 제동" 이란 말은 부적절하지만, 편리성 및 일반적 실행을 따르기 위하여 계속 사용한다. 이러한 형태의 제동은, 예컨대, 문헌 EP-A-0,040,383 에 개시되어 있는데, 이 문헌에서는 연속 주조 슬래브용 주형의 대형측벽 상에서 서로 대향하여 배치되어 2 개씩 쌍으로 결합된 4 개의 전자석 사용을 제시하고 있으며, 하나의 쌍은 주형의 측벽으로 향해진 2 개의 공급 제트류용 측면 배출구를 갖는 주입 노즐의 각각의 측면에 배치된다.

문헌 PCT WO 92/12814 는, 각각의 대형측벽에, 주형의 전체 폭방향에 걸쳐서 2 개의 전자석을 막대자석으로 교체하여 제동효과를 강화하고, 이 막대자석을 주입 노즐의 측면 배출구에 대하여 높이 방향의 레벨로 배치하여, 측벽 방향으로 노즐의 각각의 배출구로 분출하는 제트류의 전파 동안, 영구적 제동작용을 발생시키는 것을 개시한다.

최근, 문헌 PCT WO 96/26029 는 측벽당 하나가 아닌 2 개의 막대 자석을 배치하는 것을 교시하고 있는데, 이 막대 자석들은, 주형에 존재하는 액체 금속의 나머지 체적으로부터 제트류영역을 유체역학적으로 분리하기 위하여 제트류 영역의 자기가둠현상을 발생시키도록, 노즐의 배출구의 각각의 측에서 하나를 다른 하나의 바로 밑에 두어, 2개의 막대자석을 높이 방향에서 상이한 레벨로 배치한다. 그러나, 공지된 바와 같이, 주형내의 액체 금속의 플로우 상태는, 주조속도, 노즐의 함침깊이, 제트류의 방향을 제공하는 노즐의 배출구 형태, 및 가변폭 형태인 경우 주형폭 등과 같은 다양한 파라미터에 의존하여, 하나의 주조 진행에서 다른 하나의 주조 진행 까지, 또는 동일한 주조 진행 동안, 현저하게 변화한다. 따라서, 이들 파라미터에 의존하는 주형에 자계의 작용 영역을 최적화하는 것이 바람직할 경우, 이것은 주형의 대형측벽을 따라 인덕터를 이동하는 것 없이는 달성될 수 없게 되어, 실제로 어떤 것도 실현할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은, 전원 파라미터를 간단히 조절하여, 주조기에 대해 어떠한 간섭도 할 필요가 없이, 특히 인덕터 또는 인덕터들의 위치를 변경시킬 필요가 없이, 다음의 주조공정 또는 진행중인 주조공정의 정밀한 상태에서 그들의 위치를 영구적으로 적응시킬 수 있도록, 연속 주조 주형에서 전자계 제동 작용 영역을 용이하게 즉시 변경하는 수단을 철강제조업자에게 제공하는 것이다.

이러한 목적을 위하여, 본 발명의 구성요소는 연속 주조물, 더욱 자세하게는 슬래브 내의 용융금속을 전자기적으로 제동하는 장치이며, 이 전자기적 제동장치는 전원, 및 상기 전원에 접속되고, 주조물의 일면에 대향하여 주조 플랜트에 장착되도록 구성한 "이동 자계 다상 고정자" 형태의 하나 이상의 전자기 인덕터를 구비하고, 상기 인덕터는 2 또는 3 상 권선을 가지며, 상기 전원은 2 또는 선택적으로 3 개의, 기본 DC 전원으로 구성되며, 각각의 DC 전원은 서로 독립적으로 전류강도에 의해서 조절될 수 있고, 상기 기본 전원의 각각은 인덕터의 상기 위상 권선에 하나씩만 각각 접속된다.

이하, 설명에서 명확해지는 바와 같이, 본 발명은, 오랫동안 널리 알려져 있는 설계 및 구성으로 형성한, 주형에서 용융금속을 수직으로 이동하는 수단 (예컨대, GB 1,507,444 및 1,542,316 참조) 으로서, 슬래브의 연속 주조에서 사용하는 공지된, "이동 자계 선형 모터 고정자" 형태의 인덕터를, 서로 독립적으로 조절될 수 있고 인덕터의 권선, 및 단독으로 각각 접속될 수 있는 개별 DC 전원들의 뱅크와 결합시켜, 이들 기본 전원이 전달하는 전류의 강도의 작동 파라미터를 조절함으로써, 인덕터의 권선을 간단히 선택적으로 활성화하여, 주형의 대형측벽의 높이방향 또는 폭방향을 따라 (그 문제에 관하여 더 일반적으로는, 이 지점에서의 주조물이 코어에서 비응고된 액체금속의 적정량을 여전히 함유하는 것을 제공하는 것을 제외한, 금속 높이방향에 따르는 소정의 선택점에서), 위치 (및 강도) 가 조절될 수 있는 고정 자계를 생성한다. 이러한 조절은, 필요에 따라 주조기로부터 원격적으로 주조 진행동안에 자체적으로 즉시 행해질 수 있기 때문에, 조작자가 완전히 안전하게 그리고 전체적으로 용이하게, 즉, 심지어 최소의 방해위험 없이, 주조동작의 적절한 실행을 수행할 수 있다.

이에 따라, 또한 본 발명의 요지는, 액체 금속에 작용하는 영구적인 자계가 액체 금속의 흐름을 제동하는데 사용되는 것에 따른, 연속 주조물 내의 액체 금속을 전자기적으로 제동하는 방법이며, 상기 자계는 상기 정의된 장치에 따라 개별적으로 조절할 수 있는 기본 DC 전원에 결합된 "이동 자계 다상 고정자" 형태의 다중 권선 전자계 인덕터를 갖는 제동장치에 의해 생성되며, 자극의 이동없이, 주조상태에 따라, 상기 인덕터의 자극 또는 자극들의 위치를 조절하기 위하여, 인덕터의 권선을 통하여 흐르는 전류의 강도 I_i 를 0 과 π라디안 (radiants) 사이에서 변하는 인자 (φ) 를 사용하여 조절하며, 각각의 순간에서, 2 개의 권선을 갖는 인덕터의 경우, I₁ ＝ K cosφ 및 I₂＝ K sinφ이며, 3개의 권선을 갖는 인덕터의 경우, I₁ ＝ K sinφ, I₂ ＝ K sin(φ＋2π/3), 및 I₃ ＝ K sin(φ＋4π/3) 이며, 여기서 K는 인덕터의 자극 또는 자극들의 위치에서 원하는 제동력을 나타내는 상수이며, K 의 최대값은 각각의 기본 전원에 의해 전달될 수 있는 전류의 최대 강도에 의해 제한된다.

본 발명의 또 다른 태양과 이점들을 첨부된 도면을 통해 설명하지만, 본 발명은 이들 실시형태에만 한정되지 않는다.

- 도 1은 연속 주조 주형으로 주입된 금속을 교반하기 위한 공지된 형태의 2상 전자기 인덕터 및 본 발명에 따른 제동장치에 나타낸 구성요소들을 개략적으로 나타낸다.

- 도 2는 도 1의 공지된 2상 교반 인덕터와 유사한 2 권선 실시형태에서의 본 발명에 따른 전자기적 제동장치를 개략적으로 나타낸다.

- 도 3은 제동작용이 발생하는 높이를 조절하는 제 1 방법에 따라 연속 주조 강철 슬래브용 주형의 몸체에 인덕터가 장착될 때, 도 2에 따른 본 발명에 따른 제동장치의 인덕터를 나타낸다.

- 도 4는 제동 인덕터의 구조가 주형폭에 걸쳐서 분리되는 것에 따라, 도 3의 플랜트의 다른 형태를 나타낸다.

- 도 5a 및 도 5b는 인덕터의 다른 실시형태에서의 본 발명에 따른 제동 장치의 사용방법을 각각 나타낸다.

- 도 6은 도 3의 주조축 (X) 을 통과하는 수직 단면에서, 본 장치의 한 조절방법을 나타내는 도 3에 따른 장치의 개략도이다.

- 도 7은 도 6과 유사하지만, 본 발명에 따른 제동장치의 또 다른 조절방법을 나타내는 도면이다.

- 도 8은 도 3과 유사하며, 주형폭에 걸쳐서 제동 장치를 조절하는 제 2 방법에 따라 연속 주조 강철 슬래브용 주형에 장착된 본 발명에 따른 제동장치를 나타낸다.

- 도 9는 상기 개략적으로 도시된 도 8의 평면 A-A 상의 단면으로서, 도 8에 도시된 제동장치의 조절방법을 나타낸다.

- 도 10은 도 9와 동일한 배열구성을 갖는, 본 장치의 또 다른 조절방법을 나타낸다.

도 11은 본 발명의 전원의 또 다른 형태를 개략적으로 나타낸다.

도 12는 도 8 및 도 4와 유사하고, 주형의 폭방향 및 높이방향에 걸쳐서 결합 제동작용을 조절하는 제 3 방법에 따른 연속 주조 강철 슬래브용 주형에 장착된 본 발명에 따른 제동장치를 나타낸다.

이들 도면에서, 동일한 구성 요소는 동일 부호로 나타낸다.

도 1에 도시된 교반 인덕터 (1) 의 작용과, 액체 금속의 흐름에 대한 이 인덕터의 영향은, 본 발명의 제동장치의 동작 및 영향과 완전히 다르지만, 이 인덕터 는 이 장치의 일종의 구성체계로서 작용한다. 이에 따라, 이 인덕터는 본 발명과 밀접한 구성 상의 유사성을 갖는다. 또한, 인덕터 및 인덕터의 동작 방법에 관한 몇몇의 주지에 의해 본 발명을 더 쉽게 이해할 수 있다.

이 이동계 고정 인덕터의 주요 작용부는, 전기 컨덕터로 형성하며, 이 경우, 자기 요크 (6) 로 형성한 직선 구리 막대 (2, 3, 4, 5) 가 균일하게 이격된 평행 노치 (또는 톱니) 에 하우징되어 있다. 이와 같이, 이들 막대는 인덕터의 자극 간격을 규정할 수 있는 거리만큼 서로 평행하고 균일하게 이격되도록 배열된다.

이 실시형태에서, 인덕터는 2상 고정자 형태이다. 이러한 목적을 위하여, 인덕터는, 그의 내부에서 전류가 반대 방향으로 흐르도록, 직렬-대향으로 쌍으로 2 개씩 전기적으로 장착된, 즉 인덕터의 동일 측면 상 (도면에서 우측 상) 에 배치된 그들의 단부에 의해 접속된, 4 개의 도전 막대를 포함한다. 각각의 쌍의 막대 (2-4 또는 3-5) 는, 도면에 도시된 순서로, 자유단 (도면에서 좌측 상) 이 2상 전원 (7) 의 단자에 접속된 권선을 형성하는데, 전원 (7) 의 2 상은 일반적으로 문자 U 와 V 로 식별되고, 전원 (7) 의 중립은 문자 N 으로 식별된다. 이들 자유단은, 자신에게 제공되는 위상의 문자와 동일한 문자, U 또는 V 로 표시되며, 전류입력단은 일반적 실예에 따라, 문자 상부에 수평 라인이 표시된 문자에 의해, 전류 환단과 구별된다. 권선을 형성하는 결합 막대는, 인접 막대가 아니라 다른 권선의 한 막대로 이격되어 있는 막대이기 때문에, 도시된 바와 같이, 여기서 이들 권선은 "비늘형상으로 겹쳐진 (imbricate)" 형태이다. 이와 같이, 막대 (2) 는 권선 (A) 을 형성하기 위하여 막대 (4) 에 접속되고, 막대 (3) 은 다른 권선 (B) 를 형성하기 위하여 막대 (5) 에 접속된다. 3상 고정자 형태의 인덕터의 경우에도, 또한 유사한 배열로 구성하여, 공지된 바와 같이, 하나의 막대가 아닌 2개의 막대인, 결합 막대들 간의 이격공간을 점프하여, 각각의 하나의 권선이 2 개의 다른 권선 중 하나의 권선 또는 또 다른 하나의 권선에 속하도록 함으로써, 3개의 권선이 비늘형상으로 겹쳐진 구성을 얻는다.

AC 전원을 인덕터 (1) 에 공급하는 경우, 도 1에 도시된 전기 회로도에서, 막대 (2, 3, 4, 5) 에서의 전류 흐름은 도면의 평면과 직교하고 막대의 방향과 직교하는 방향 (도면에서 화살표 V_B 로 도시된 방향) 으로 하나의 막대로부터 다음 막대로, 즉 위에서 아래로 이동하는 자계를 생성하고, 이 전류 흐름은 공급전류의 강도가 막대 (2) 아래로부터 막대 (5) 로 연속적으로 최대값에 도달하는 속도에 있게 된다. 도면의 좌측 상의 작은 "삽입"도는, 삼각법의 원으로 2 상의 동적구성을 나타낸 것으로, 이 원 주위를 시계방향으로 진행중인 것으로 보면 이해를 쉽게 할 수 있다. 이러한 종류의 교반 인덕터는 연속 주조 주형, 예컨대 주조 슬래브 내에 용이하게 배치할 수 있으며, 많은 문헌, 특히 특허명세서에 이러한 이용이 개시되어 있다.

이하, 설명할 본 발명은, 상술한 인덕터의 구조, 권선을 형성하기 위해, 결합한 컨덕터, 또는 인덕터와 연속주조기의 통합체와 완전히 대응한다.

본 발명에 따른 전자기적 제동장치를 구성하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1의 유도 장치를, 인덕터 상의 선택된 지점에 배치되지만 자유롭게 변경될 수 있는 영구적 고정 자계가 아닌, 이동 자계가 더이상 발생하지 않도록 변형시켜야 한다. 이에 따라, 고정 자계를 DC 전원으로부터 발생시킨다. 따라서, 이 고정 자계는 주조기를 교체할 필요 없이, 주형의 높이방향 (또는 이용한 장치에 따른 폭방향) 에 걸친 위치로 조절될 수 있는 작용영역을 제외하고는, 연속 주조 주형의 공지된 전자기적 제동 장치에 의해 발생되는 것과 유사하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 변형은, 2상 전원 (7) 을, 2 개의 개별적이고 상호 독립적인 DC 전원 (8, 9) 으로 교체하는 것으로 구성하며, 편리성을 위하여 공통으로 형성한 단일 공통 지점이 중립자 (N) 로 되도록 하는 것이 가능해진다. 이들 전원은, 전원이 운반하는 전류의 강도를 조절하는 수단이 각각 제공된다. 이에 따라, 이들 조절수단은, 당업계에서는 완전히 통상적으로 알려진 것이기 때문에, 도면에서는 각각의 구성요소 (10, 11) 로 간단히 나타낸다. 인덕터 (1) 는, 어떠한 방법으로도 변형할 수 없기 때문에, 권선 (A, B) 를 정의하는 컨덕터들간의 접속도 변경되지 않는다.

본 발명에 따른 장치는, 인덕터 (1) 의 각각의 권선 (A, B) 이 2 개의 기본전원 중에서 하나의 전원에, 그리고 단 하나의 전원에만 접속되어도, 동작 상태로 된다. 도 2 에 도시된 예에서, 권선 (A) 은 전원 (8) 에 접속되고, 권선 (B) 는 전원 (9) 에 접속된다.

이러한 장치는, 연속 주조 주형에 적용될 경우, 이러한 장치는, 제트류의 침투 깊이, 및 응고가 완료된 후 얻어진 주조물의 내부특성에 바람직하지 않은 영향을 감소시키기 위하여, 원하는 제동효과를 발생한다. 또한, 본 발명의 제동장치는, 실제로 주형 하부에 적용할 수 있으며, 더 일반적으로는, 연속 주조물, 예컨대, 내부가 결정적으로 여전히 액체상태인, 강철 슬래브에도 사용할 수 있다.

이 설명 단계에서, 도 3은 강철 슬래브 (13) 용 연속 주조 주형 (12) 의 대형측벽에 부착된 본 발명에 따른 제동장치의 인덕터를 구체적으로 나타낸다. 물론, 주형의 대향하는 대형측벽 양쪽은, 주조물의 각각의 측면 상에서 서로 대향하여 배치되어, 실질적으로 주형의 전체 폭방향에 걸쳐서 각각 연장해 있는 2개의 동일 인덕터를 구비하여 구성될 수 있다. 이하, 인덕터들중 하나의 인덕터와 대향하는 다른 하나의 인덕터에서 극성의 선택에 의존하여 제동효과를 주조물의 두께부를 관통하는 방향 ("횡"자계방향 구성) 으로 유도하거나 셸 근방에만 ("종"자계방향 구성) 집중시킬 수 있는 것을 설명한다.

공지된 바와 같이, 연속 주조 슬래브용 주형은, 구리 또는 구리 합금으로 형성한 4 개의 수직판, 즉 단부를 폐쇄시키고 "측벽" 이라 하는 2 개의 단부판 (16, 17) 과 함께, "대형측벽" 이라 하는 2개의 대형판 (14, 15) 의 조합으로 본질적으로 구성된다. 이 판들은, 그들 상부에 배치된 턴디시 (20; tundish) 의 하단부에 장착된 노즐 (19) 을 통하여 상부로부터 유입되는 용융 금속 (18) 에 대한 매우 깊은 주조공간을 한정한다. 이 판들의 외측은, 냉각수의 강제 순환에 의하여, 강제로 냉각됨으로써, 금속 셸의 형성에 필요한 열을 배출시키는데, 이 셸은 측벽과 접촉하여 충분한 두께로 응고되고, 주조물은 적절한 동작상태에서 배출된다. 용융 금속은 노즐 (19) 에 의해 주형으로 주입되는데, 그 하단부에 횡방향 배출구 (21, 21') 가 제공되는 노즐 (19) 은 주조하는 공정에서, 주형내에 존재하는 용융강철의 덩어리내에 이미 침지되어 있다. 이들 횡방향 배출구는, 용융 금속의 제트류 (27, 27') 를 주형의 측벽으로 각각 운반하고, 측벽 근처에서, 비금속 개재물을 깊이 방향으로 유입시키는 하강 주류 (28) 와, 메니스커스 (22) 를 교란시키는 상승류 (28') 간에 분리가 발생한다. 본 발명에 따른 제동수단은 이러한 제트류 (27, 27') 상에서 작용한다.

도 3에 도시된 예에서, 상술한 인덕터 (1) 를, 도전막대 (2∼5) 가 수평이 되는 방향으로 주형의 대형측벽 (14) 과 대향하도록 장착시켜, 주조축 (X) 자체를 수직으로 되게 한다. 이러한 상태하에서, 전원 (8) 의 동작을 고려하기 위하여, 도 2를 다시 참조하면, 전원 (8) 이 권선 (A) 으로 공급하는 직류 (그 강도는 조절수단 (10) 에 의해 조절됨) 는, 인덕터 (1) ( 및 이에 따른 주형) 의 상반부에 위치한 전류 루프를 형성하여, 전류가 도전 막대 (2) 를 통하여 좌측에서 우측으로 흐른 다음, 막대 (4) 를 통하여 우측에서 좌측으로 흐른다. 이에 따라, 이러한 전류 루프 영역에 의해 정의된 영역에서 고정 자계 (Bu) 가 생성되고, 상기 자계가 권선의 평면과 직교하게 되는데, 이 경우 평면은 도면과 같다. 이와 같이, 주형 상부에 형성되고 주형의 전체 폭방향에 걸쳐서 형성된 자기장은, 주조 방향 (X) 에 수직이고 금속의 제트류 (27, 27') 의 속도 증가에 대한 분포 평면에 수직인 고정 자계 (Bu) 이며, 이 고정 자계의 최대 강도는 권선 (A) 의 중앙, 즉 권선 (B) 의 수동막대 (3) 의 높이위치에서 최대강도로 된다. 전류를 공급하는 전원 (9) 과 권선 (B) 을 동일한 방식으로 고려하면, 최대 시간이 권선 (A) 의 수동막대 (4) 에 대한 레벨에 있는 것을 제외하고, 이전의 자계 (Bu) 와 동일한 자계 (Bv) 가 얻어진다.

전원 모두가 그들 각각의 권선에 대하여 동시에 전류를 운반하는 경우, 자계 (Bu, Bv) 가 동시에 나타나고, 권선 (A, B) 이 비늘형상으로 겹쳐짐에 의하여 막대 (2, 3) 사이에 오버랩 영역이 존재하게 되고, 이 영역에 2부분의 자계가 추가된다. 이에 따라, 최대 자기 유도 및 이에 따른 최대 제동효과는, 공급 전류가 동일한 강도인 경우, 이 중앙 영역의 코어에서 얻어진다. 한편, 개별전원 (9) 이 비동작상태에 있는 경우, 그 최대값을 권선 (A) 의 중심에서 달성하고 (도 5a 참조), 개별전원 (8) 이 비동작상태에 있는 경우, 그 최대값을 권선 (B) 의 중심에서 달성하며 (도 5b 참조), 그 밖에 이들 2 개의 위치간의 가능한 무한 공간에서는, 2개의 전원 (8, 9) 을 결합하여 동작시켜, 조절수단 (10, 11) 을 이용하여 전류를 고의적으로 불균일하게 함으로써 최대값을 달성한다. 이하 설명부에서는 간단히, 제동 자계가 최대인 공간 (이 경우, 제동 인덕터로 제공되는 주형의 대형 측벽 중 하나) 에서의 지점을 "자극" 이라고 한다.

이에 따라, 이 인덕터 (1) 는 공지된 전자기적 제동 장치에 의해, 주형으로 유입되는 용융 금속의 흐름에 작용하는 제동동작을 수행한다. 그러나, 본 발명의 경우, 전원을 간단히 조절함으로써, 인덕터의 소정의 구성요소를 이동시키지 않고도, 주형의 높이방향에 걸쳐서 제동 자계의 자극의 위치를 어떠한 순간에도 조절할 수 있는 결정적인 이점이 있다.

상술한 바와 같이, 실제로 주형의 상부에서의 제동 자계의 자극의 정확한 위치는, 소정의 주조상태하에서는 최적화될 수 있지만, 주조 파라미터, 예를 들면, 노즐 (19) 의 침지깊이, 주형의 메니스커스 (22) 의 레벨, 주형 속도 등과 같은 것이 주조공정과 다음의 주조공정에서 변경되는 경우, 또는 1회의 주조공정중에 변경되는 경우에는 최적화할 수 없다. 따라서, 주형의 높이방향에 걸쳐서 자극의 위치를 변경시킬 필요가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 이러한 변경은 단지 전원의 전기적 동작 파라미터를 조절하기만 하면 되므로, 본 발명의 장치에 의해 매우 용이하게 수행할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전체 폭방향에 걸쳐서 단일 인덕터에 의해서가 아니라, 주형의 대형측벽의 폭방향에 걸쳐서 나란히 배치된, 동일한 기능을 가진 3개의 인덕터 (1a, 1b, 1c) 로 주형의 대형측벽을 "클래드 (clad)" 하는 것이 가능하며, 이에 의해, 대형측벽의 중앙위치 및 측면에서 상이한 상태로 주조 금속에 대한 전자기적 제동 작용을 조절할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 제동 인덕터는, 주형의 전체 폭을 커버하는 대신, 이 폭의 일부만을 포함하도록 할 수도 있다. 예컨대, 중앙부 또는 노즐 (19) 의 각 측의 횡단부, 또는 이 외에, 도 4를 참조하여 상술한 바와 같은, 몇 개의 병치된 인덕터를 사용하여 동작의 독립적인 연속 영역에 의한 것을 제외한 폭전체의 부분들을 포함하도록 할 수 있다. 이와 같이 형성한 각각의 유도 모듈에서 다른 강도의 공급 전류를 간단히 사용하여, 주조 슬래브의 따라 상이한 상태로 자극에서의 제동작용의 강도를 조절할 수 있다. 또한, 인덕터가 주형의 대형측벽의 측면에 있는지 중앙에 있는지에 따라 상이한 레벨에서 높이 방향으로 자기제동 자극을 위치시킬 수도 있다. 또한, 이에 따라, 형 (format) 을 변경할 수 있는 주형에서 자기 제동 자계의 작용영역을 주조물의 폭에 맞추는 것이 가능하게 된다.

일반적으로, 각각의 인덕터의 자극의 지점에서 원하는 제동력의 선택된 상수를 "K" 로 나타내면, 그것의 최대값은, 기본 전원 (8, 9) 등에 의해 전달될 수 있는 전류의 최대강도로 제한되고, 이 자극의 원하는 위치는, 기본 전원들을 서로 기능적으로 링크하는 조절 파라미터 ( φ) 를 0 과 π 라디안 사이에서 간단히 변경시킴으로써, 조절수단 (10, 11) 등을 조절하여 조정할 수 있는데, 이 조절 파라미터 ( φ) 는, 2 개의 개별 전원 (인덕터당 별도의 2개의 권선) 을 갖는 장치의 경우, 권선을 통과하는 전류 강도 (I_i) 가 I₁ ＝ K cos φ 및 I₂ ＝ K sin φ인 식으로 주어지는 관계를 가지며, 3 개의 기본 전원 (즉, 인덕터당 3개의 개별 공급기) 을 갖는 장치의 경우, 권선을 통과하는 전류 강도 (I_i) 가 I₁ ＝ K sin φ, I₂ ＝ K sin(φ＋ 2π/3), 및 I₃ ＝ K sin (φ＋ 4π/3) 의 식으로 주어지는 관계를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 제동장치의 인덕터 (1 또는 1') 가 주형의 각각의 대형측벽과 마주하도록 설치될 수도 있다. 이 경우, 주조 슬래브의 각각의 측면에서 동작 권선의 극성을 동시에 변경시킴으로써, 주조물의 중앙에서의 제동작용을 강화시키거나, 셸 근처에 제동작용을 집중시키는 것이 가능하게 된다. 이러한 배열구성을 도 6과 도 7의 구성요소를 형성하도록 나타내었는데, 인덕터 (1) 을 다른 유사 인덕터와 구분시키기 위하여 인덕터 (1) 에 접미사 "a" 를 표시하고, 주형의 다른 측벽 상의 유사 인덕터를 접미사 "b" 로 표시한다. 2 개의 대향하는 인덕터에서 동일한 방향의 자계는, "횡" 방향으로 서로 상호강화하여, 주조금속의 코어에서의 제동작용을 향상시키는 반면 (도 6), 반대방향의 자계는, 금속의 코어에서 서로 반대로 작용하여, 주조금속의 주변부에 제동작용을 집중시켜 "종자계" 의 구성을 필수적으로 적용시켜야 한다 (도 7).

본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위를 벗어나지 않은 범위내에서 여러 변형 또는 동등물로 확장할 수 있다.

이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 인덕터 (la₁) 를 주형축 (X) 에 평행한 방향의 도전막대 (2...5) 와 함께 주형에 설치할 수 있다. 소정의 수직 레벨에서, 주입노즐 (19) 의 배출구 (21) 로부터 발생하는 금속 (27) 의 제트류의 전파에 따라 주조물의 반폭에 걸쳐 자계의 제동작용 위치를 원하는 정밀도로 변경시키는 것이 가능하다. 따라서, 노즐 (19) 의 각측 상부의 주형의 대형 측벽에 배치된 수직 컨덕터와 함께 이러한 2 개의 인덕터 (la₁, la₂ ) 를 사용함으로써, 노즐의 각각의 배출구 (21, 21') 로부터 원하는 거리에, 자기 제동자극의 위치를 완전히 자유롭게 설정할 수 있다. 또한, 주형의 다른 대형측벽에 2 개의 또 다른 유사한 인덕터를 사용함으로써, 선택을 보다 넓혀, 상술한 바와 같이, 주조물의 두께방향에서, 즉 주변부에서 보다는 코어에서, 또는 코어에서 보다는 주변부에서의 선택점에서 자계의 작용을 집중시킬 수도 있다.

도 9는 주조물 (13) 의 전체 두께에 걸쳐 제동효과를 제공하는, 상술한 형태의 2 쌍의 인덕터를 갖는 장치의 조절방법을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이러한 조절 원리는 매우 간단하다. 서로 대향하는 작용 권선에서는, 전류가 주조물의 각 측에서 서로 대향하는 컨덕터를 동일한 방향으로 통과하는 것만을 필요로 한다. 그 이유는, 이러한 상태하에서, 주조되는 액체 금속의 권선에 의해 발생되는 자계가 추가되어, 자기력선들이 인덕터에 부여된 초기 경로로부터 벗어나지 않고, 측벽과 실질적으로 직교하는 방향으로 주조물을 통과하기 때문이다. 이에 따라, 주조물의 두께방향에 걸쳐 및, 이에 따라, 특히 중앙에 제동 효과를 생성하는 "횡자계"구성 상태를 갖는다. 제트류 (27, 27') 는, 노즐에서 나갈 때, 더 강력하고 협소하게 한정되는 반면, 주형의 측벽을 향하여 전진할 때, 더 확산되고 외측으로 개방되기 때문에, 노즐 (19) 의 배출구 (21) 에 최인접한 권선을 동작시키는 것이 가장 바람직하다.

도 10은 동일한 장치를 나타내지만, 주조물의 셸내에서의 제동작용을 최대화하기 위한 설정을 역으로 구성한 것이다. 이를 위하여, 도시된 바와 같이, 서로 대향하는 2 개의 동작 권선 중 하나에 전류의 방향을 반전시키는 것만이 필요하며, 이에 의해, 이러한 2 개의 권선으로 발생되는 자계는 반대방향으로 된다. 따라서, "종자계"형 구성을 갖게 되는데, 이에 의해 자기력선들이 인덕터에 부여된 초기 방향에 대하여 주조물의 중앙의 중앙 평면에서 90°로 강하게 휘어지기 때문에, 자기 유도가 주조물의 중앙에서 최소로 된다. 제트류 (27, 27') 의 유선과 직교하는 자기성분만이 자기유도에 작용하기 때문에, 제동 효과는, 인덕터의 동작권선과 정확하게 반대로 놓인 위치에서 주조 금속의 응고전단부에 대하여 최대로 된다.

변형예로서, 도 12에 도시된 바와 같이, 주형의 대형측벽의 폭방향에 걸쳐서 병치시키고, 인덕터들간에 상이한 방향의 전기 컨덕터를 갖는 인덕터를 사용할 수도 있다. 이 도면에 도시된 예에서, 3 개의 인덕터를 나란히 배치하는데, 하나 (1c) 는 주입 노즐 (19) 영역의 중앙 위치에 배치되고, 나머지 둘 (1a, 1b) 은 중앙 컨덕터 (1c) 의 양 측 상부의 측면 위치에 배치된다. 인덕터 (1c) 의 컨덕터는, 주조축 (X) 과 직교하게 수평으로 배향시켜, 주입된 금속이 주형으로 유입되는 지점과 같은 레벨이 되도록, 자신의 자기제동 자극의 위치를 높이 방향으로 조절할 수 있다. 한편, 측면 인덕터 (1a, 1b) 의 컨덕터는 자신의 자기 제동 자극의 위치를 조절할 수 있기 위하여 대형측벽의 폭방향에 걸쳐서 수직으로 배향되어, 주형의 측벽 근처에 놓이게 된다. 물론, 이러한 상대적인 배열을 반대방향으로 행하여 측벽 근처의 높이 방향 조절 및 주형으로의 금속의 진입 지점 근처의 폭 방향 조절을 허용할 수도 있다.

또한, 본 발명의 본질적인 특성들중 하나를 특성화하기 위하여, 상세한 설명부 전체에 걸쳐 사용한 "기본 DC 전원들" 은, 상술한 도면을 참조하여 지금까지 사용된 것 들과 같은, 구조적으로 독립적인 개별 전원 뿐만 아니라, 직류를 얻기 위하여 제로 주파수로 설정된, 2 또는 3 상을 갖고 주파수 조정이 가능한 단일의 다상 전원을 이용할 수도 있다. 이러한 형태의 다상 전원은 공지되어 있다. 일반적으로, 이 다상 전원은 회전 또는 이동 자계를 갖는 전기 모터에 동력을 공급하는데 이용한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이 다상전원은 조절할 수 있는 세분화한 임계값 (threshold) 을 갖는 인버터 (28) 를 갖는 형태이다. 이 인버터에는, 일반적으로 전압 매칭 트랜스포머 (31) 와 스위치 (32) 를 통하여 회전 발생기 세트 (30) 의 출력부에 접속된 정류기 (29) 에 의해 정류된 전류가 공급된다.

전원 (당해 예에서는, 3상 전원) 의 각각의 상 (U, V, W) 을 이러한 방식으로 구성한다. 인버터는, 발생기 셋트 (30) 에 의해 발생된 위상들간의 위상 시프트를 고려하고 전원의 모든 위상을 공통 중립자 (N) 가 제공된 접속 박스 (33) 에 의해 이용할 수 있도록 보장한다.

본 발명에 의하면, 34 에서 개략적으로 도시된 제동장치의 권선에 권선 당 하나의 위상을 공급하기 위하여, 이러한 전원을 동작부에 설치하여, 인버터 (28) 를 제로 주파수로 설정하고 선택된 순간에 상술한 동작을 수행하는 과정을 실시함으로써, 이들 위상에 접속된 권선에서 얻어지는 각각의 위상의 전류강도가 원하는 전류강도가 되도록 할 수 있다.

Claims (9)

1. 연속 주조물 내의 용융 금속을 전자기적으로 제동하는 장치로서,

   전원, 및 상기 전원에 접속되고, 주조중인 주조물의 일 면에 대향하여 주조 플랜트에 장착되도록 한 "이동 자계 다상 고정자" 형태의 하나 이상의 전자기 인덕터 (1) 를 포함하고,

   상기 인덕터는 2 (또는 3) 상 권선 (A, B) 을 가지며,

   상기 전원 (29) 은 2 (또는 선택적으로 3) 개의 기본 DC 전원 (8, 9) 으로 구성되고,

   상기 각각의 기본 DC 전원은 서로 독립적으로 전류 강도에 의해 조절될 수 있으며, 인덕터의 상기 위상 권선 (A, B) 에 하나씩만 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 전자기적 제동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자기 인덕터 (1) 는 주조 플랜트의 주형 (12) 에 장착되는 것을 특징으로 하는 전자기적 제동 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 주조 플랜트에 장착되고, 주조중인 주조물의 각각의 측면에서 서로 대향하는, 2 개 이상의 전자기 인덕터 (1) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기적 제동 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   주조중인 주조물의 일면의 폭방향에 걸쳐서 나란히 배치된 2 개 이상의 인덕터 (1a, 1b) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기적 제동 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 기본 DC 전원 (8, 9) 은, 제로 주파수로 설정된, 2 또는 3 상을 갖고 주파수 조정이 가능한 단일의 다상 전원으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기적 제동 장치.
9. 연속 주조물 내의 액체 금속을 전자기적으로 제동하는 방법으로서,

   액체 금속에 작용하는 영구 자계는 액체금속의 흐름을 제동하는데 사용되고,

   상기 자계는 청구항 1에 따른 제동장치에 의해서 생성되고, "이동 자계 다상 고정자" 형태의 다중 권선 전자기 인덕터 (1) 를 가지며, 개별적으로 조절가능한 기본 DC 전원 (8, 9) 을 가지고,

   인덕터의 이동 없이, 주조 상태에 따라, 상기 인덕터 (1) 의 자극 또는 자극들의 위치를 조절하기 위하여, 인덕터의 권선 (2...5) 을 통하여 흐르는 전류의 강도 (I_i) 를, 0 과 π라디안 사이에서 변하는 인자 (φ) 를 사용하여 조절하며,

   각각의 순간에서, 2 개의 권선 (A, B) 을 갖는 인덕터 (1) 의 경우, I₁ ＝ K cos φ 및 I₂ ＝ K sin φ이고, 3개의 권선을 갖는 인덕터 (1) 의 경우, I₁ ＝ K sin φ, I₂ ＝ K sin (φ＋2π/3), 및 I₃ ＝ K sin (φ＋ 4π/3) 이며,

   여기서, K 는 인덕터의 자극 또는 자극들의 위치에서 원하는 제동력을 나타내는 상수이며, K 의 최대값은 각각의 기본 전원 (8, 9) 에 의해 전달될 수 있는 전류의 최대 강도에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 전자기적 제동 방법.

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