KR100653556B1 - 연속주조시 용융물, 특히 강 용융물의 온도제어 및/또는온도유지를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분배 용기(11) 내에 있는 용융물(10), 특히 강 용융물의 온도를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 용융물의 온도를 측정하여 측정 결과를 목표값으로서 미리 설정된 온도 범위와 비교하고, 용융물의 온도가 요구되는 범위 내에 유지되도록 열을 공급 및 방출시키는 방법을 특징으로 한다. 용융 온도를 제어하기 위해서는 유체 냉각식 유도 코일(1)이 내부에 설치되고 바닥이 폐쇄된 내화성의 성형체(24)가 용융물(10) 내에 침지되도록 설치된다. 열전달은 유도 전자 교번 자장에 쇄교된 성형체(24)의 벽에서의 열전도 및/또는 용융물(10)에 대한 직접적인 쇄교부를 통하여 이루어진다. 성형체(24)는 냉각 채널(9)이 개방되었을 때 교환할 수 있도록 설치된 유도 코일(1)을 수용하고, 승강 및 회전이 가능한 머니퓰레이터(16)에 의해 외부로부터 위치된다.
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용융물, 연속주조, 유도 코일, 냉각장치, 성형체, 도체

Description

연속주조시 용융물, 특히 강 용융물의 온도제어 및/또는 온도유지를 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AND/OR MAINTAINING THE TEMPERATURE OF A MELT, PREFERABLY OF A STEEL MELT DURING CONTINUOUS CASTING}
본 발명은 용융물, 특히 강 용융물의 온도를 제어 및/또는 유지하기 위한 방법에 관한 것으로서, 용기 내에 있는 용융물의 온도를 측정하여 측정 결과를 목표값으로서 미리 설정된 온도 범위와 비교하고, 유도 코일의 전기적 유도에 의하여 용융물에 열이 공급되거나 냉각장치를 사용하여 용융물로부터 열이 방출되도록 하여, 용융물의 온도가 요구치 범위 내에 유지되도록 한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 대한 것도 포함한다.
연속주조, 특히 강의 연속주조에서 강의 품질 및 작업상의 이유로 이하 턴디쉬(tundish)라고도 불리는 분배 용기 내에 있는 용융물의 온도를 가능한 한 균일하게 하고, 좁은 온도장을 유지하는 것이 필요하다. 레이들에서 분배기로 이송할 시 온도손실이 발생할 수 있으며, 또한 분배기 자체에서도 용융물 온도 손실이 발생할 수 있기 때문에 일반적으로 주조시간은 제한되어진다.
상기 시간문제를 극복하기 위하여, 분배 용기내에 있는 용융물의 온도를 조절하는 온도 제어장치를 설치함으로써, 레이들에 있는 다른 용융물의 온도가 분배기내에서 보상될 수 있게 함으로써, 주조시간을 가능한 한 연장시킬 수 있게 된다. 상기 장치의 장점으로는 주조상에 발생할 수 있는 문제를 비교적 유연하게 처리할 수 있다는 데 있으며, 턴디쉬 내의 온도레벨을 비교적 균일하게 할 수 있다는 것에 있다. 이로 인하여 연속주조 제품의 높은 품질을 기대할 수 있다. 또한, 강이 거의 액체인 상태에서 주조하는 것이 가능해진다.
분배기 내의 온도를 조절하는 기존의 장치는 예를 들면 주로 분배기의 상부에 위치하는 플라즈마 가열장치이다. 플라즈마 가열장치의 원리는 챔버에서, 턴디쉬내에서 수직 충전 레벨에 따라 전기 아크가 아크 전극에 의해 자유 금속 표면에 전달된 다는 것이다. 아크는 아르곤으로 안정화되어 플라즈마라 불리는 것으로 된다. 챔버 영역에는 고온 스폿이 발생하고, 강은 댐 및 장벽 혹은 예를 들면 가스 투과성의 다공질 바닥 세척대와 같은 추가 설치 세척장치를 가로질러 고온 스폿을 지나 공급되어야 한다.
상기 공정의 단점으로는 챔버 내부에 자유 용융물 표면이 반드시 필요하여, 챔버 공기와 용융물 사이의 물리적 및 화학적 상호작용이 생기게 된다는 것이다. 게다가, 아크의 매우 높은 온도로 인하여 챔버 내부에 증기와 먼지가 발생하게 된다. 또한, 유도식 턴디쉬 가열장치가 알려져 있는데, 이 가열장치는 소위 도가니형 유도장치와 유도장치의 구조적 구성요소와 견고하게 플랜지로 연결된 거터 또는 채널 유도장치 사이에서 차별화되어 있다. 거터 유도장치는 도가니형 유도장치에 비하여 그 제작 비용 및 유지보수 비용이 훨씬 많이 소모되는 단점이 있다.
특허 US-A-5 084 089에는 분배기 및 용융물 온도제어를 위해 분배기내의 용융물에 잠겨진 냉각장치의 오목한 영역 외부에 고정배열된 유도 코일을 개시하고 있다.
유도 가열의 장점은, 용융물과의 낮은 접촉성과, 유도된 전자 교번 자장으로부터 생기는 용융물 내부에 힘의 발생에 의하여 기인하며, 상기 힘 발생은 용융물의 교반 운동을 일으켜, 그에 따라 분배기 용기 내부의 신속한 열분산을 야기한다. 상기의 유도식 턴디쉬 가열장치의 단점은, 턴디쉬에의 강한 고정으로부터 초래되며, 이는 유연성이 저하된다는 악영향을 가진다. 또한, 점검비용과 수리비용이 많이 든다.
미공개된 특허 DE 197 52 548 A1에는 연속주조 지속시간에 걸쳐 주조 공정의 좁은 온도 한계에서 특히 강 용융물의 온도를 제어하고 유지하는 방법이 알려져 있으며, 상기 방법에서는 가열을 통하여 온도의 저하분을 보상하게 된다. 이 방법은 분배 용기의 출구에서 용융물의 온도를 측정하고 측정 결과를 미리 설정된 하한 온도한계와 비교하고 한계치에 도달하거나 그 아래로 떨어질 때 온도가 다시 미리 설정된 범위 내에 놓일 때까지 용융물을 계속 가열한다는 점에서 향상되었다. 또한, 유도식 가열장치에 의한 용융물의 가열방법이 알려져 있지만, 여기에 필요한 부품과 상응하는 장치에 대해서는 개시되어 있지 않다.
특허 EP 0 657 236 A1에는 장입 작업을 위해 형성되고 금속 용융물의 주조를 위해 유도식 가열기를 설치한 경동식 주조 용기가 개시되어 있다. 상기 주조 용기는 조정가능한 간격을 두고 금속 표면에 평행하게 설치되고, 수직 방향으로 재조정 가능한, 평탄하고 원형의 유도 코일을 포함하고 있으며, 이 유도 코일로 유도 전자 교번 자장의 직접적 쇄교(鎖交)에 의하여 용융물이 비접촉식으로 가열될 수 있다. 유도 자장의 효율은 용융물에 대한 유도 코일의 간격이 증가하면 심하게 낮아지므로 간격을 가능한 한 최소한으로 유지하여야 한다. 이를 위해 슬래그 덮개가 없는 작업이 요구되고, 이에 의해 용융물과 대기 사이의 직접적인 접촉이 생긴다.
전술한 분배 용기는 장입 반응기로서 설계되어 있기 때문에, 연속주조시 연속적 작업에는 부적합하다. 그 외에도 강에 있어서, 대기에 노출된 상태의 작업은 강 용융물과 대기간의 즉각적으로 개시되는 물리적 및 화학적 반응으로 인해 불가능하다.
상기 2개의 특허에서는 용융 금속의 가열 장치와 방법만이 개시되어 있으며, 용융물 온도의 제어는 거의 개시되어 있지 않다.
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 기술된 바와 같은 방법을 비롯하여 이를 실시하기 위한 장치를 제공하며, 기존 기술에 따른 단점과 문제점을 해소하여 기술적으로 간단하고 유연성 있게 작동할 수 있도록 하며, 분배 용기 내의 금속 용융물의 온도를 경제적으로 제어할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 청구범위 제 1 항의 전제부에 기술된 바와 같은 방법에 있어서 용융물 온도를 제어하기 위하여 바닥이 폐쇄된 내화성의 성형체 내에 수용되어 유도 코일이 용융물내에 침지되는 것을 제안한다. 이하에서 가열봉이라고 하는 장치의 가열 출력부는 유도 코일을 통해 흐르는 전류의 전류세기로 제어된다. 유도 코일은 냉각 유체, 주로 공기를 사용하여 내부 및/혹은 외부에서 냉각된다.
본 발명에 따른 방법에서 열은 성형체의 벽을 통해 열전도에 의해 용융물에 전달되고, 성형체의 벽은 유도된 전자 교번 자장에 쇄교된다.
선택적으로, 열은 전자 교번 자장의 쇄교에 의해 용융물에 공급될 수 있다. 또한, 열은 성형체의 벽을 통한 열전도에 의해 용융물에서 방출될 수 있다.
본 발명에서는 또한 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치도 포함되며, 성형체는, 바닥이 폐쇄되어 있고, 유도식으로 쇄교될 수 있고, 교체가능하게 유도 코일을 수용하고, 또한 유체 냉각장치 특히 공기 냉각장치를 수용하고 있는 내화성 튜브를 구비하고 있고; 용융물에 침지되도록 설치되며; 상단부에 유체로 냉각되는 도체를 관입안내하기 위한 출구와 함께 추가적인 냉각 유체를 공급 및 배출하기 위한 접속부를 가지고 있다.
본 발명에 따른 추가적인 상세 및 특징들을 실시예를 도식적으로 나타낸 도면을 참조하여 더 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가열봉의 종단면도,
도 2a는 머니퓰레이터와 함께 작용하는 가열봉의 측면도,
도 2b는 다른 머니퓰레이터가 설치된 가열봉의 측면도,
도 3a는 용융물에 잠진 가열봉 및 용융물의 온도 제어용 장치가 달려 함께 작용하는 온도 센서가 있는 분배기의 측면도,
도 3b는 도 3a에 따른 분배기의 평면도,
도 4a는 다른 형태의 분배기에 대한 측면도,
도 4b는 도 4a에 따른 장치의 평면도,
도 5a는 용탕 주입 플랫폼에 설치된 스탠드를 사용하여 가이드에 잠긴 가열봉이 있는 선택적 분배기 형태를 도 5b의 V-V로 절단하여 도시한 장치의 단면도,
도 5b는 도 5a에 따른 배치의 평면도.
본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 도 1에 도시한 가열봉(20)은 유체(45, 45')로 내부를 냉각하고 전류가 흐르는 도체(2)의 유도 코일(1)을 포함하고 있고, 유도 코일은 코일 길이(L)와 비교하여 상대적으로 작은 나선 직경(D)을 가지고 수직 축선 y-y를 따라 배열되고 내화성 성형체(24)내에 위치된 복수의 나선부(3)를 포함하고 있다. 성형체(24)는 폐쇄된 바닥(15)을 가지고, 슬리브 형태로 튜브형 중공 공간이 형성되고 수직의 냉각 채널(9)이 형성되어 있는 상태로, 유도 코일(1)을 교체가능하게 수용하고 있다. 상단부에는 내부에서 냉각되는 도체(2)를 관입안내하기 위한 출구(17)와 함께 추가적인 냉각 유체를 공급 및 배출시키는 접속부(18)와 가열봉(20)을 지지하여 이동시키거나 회전시키는 머니퓰레이터(16)의 링크 아암(23)을 연결하는 고정 부재(14)가 설치된다.
가열봉(20)의 슬리브 즉 벽(20')은 유도 코일(1)의 전자 교번 자장에 쇄교될 수 있는 내화성 재료로 구성된다(예, EP 0 526 718 B1과 비교). 열은 벽(20')의 열전도에 의해 용융물(10)에 전달된다. 여기에서 용융물(10)에는 유도 교번 자장을 변화시킴으로써 직접적인 쇄교에 의해 열이 공급된다. 슬리브(20') 재료의 특수한 특성으로 인하여 용융물은 외부 다른 가열장치 및 주변을 에워싸는 쇄교 재료 없이 유도식으로 가열될 수 있다.
도 1에는 또한 내부에 액상의 강 용융물(10)이 수용되고 상부에 슬래그 층(22)이 부유하고 있는 분배기(11)의 단면을 도시하고 있다. 슬리브(20')의 재료는 강 용융물(10)에 대하여 불활성이지만, 슬래그 층(22)의 영역에서의 기계적 및 화학적 마모에 대항하여 추가적인 슬래그 방호 커버(25)로 보강되어 있다. 분배기(11)의 바닥은 내화성 라이닝(21)이 설치된 강재 커버로 제작한다. 유도 코일(1)로 제어가 가능하도록 공급되는 교류는 기호 33으로 도시하였다.
또 다른 도면인 도 2a, 도 2b 내지 도 5a, 도 5b는 동일한 구성요소에 동일한 부재번호가 사용되어 도시되어 있다.
도 2a는 슬래그 방호 커버(25)가 있는 가열봉(20)을 비롯하여 머니퓰레이터(16)와 연결된 매체 접속부(18, 33)를 도시하고 있다.
머니퓰레이터(16)는 강재 스탠드(32)상에 회전 및 승강가능한 슬리브(43)가 구비된 가이드 칼럼(34)을 포함하고, 가열봉(20)과 링크 아암(23)으로 관절이음 방식으로 연결되어 있다. 머니퓰레이터(16)에는 한편으로 유압 부품 형태의 승강 장치(26)가 설치되고, 다른 한편으로 링크 아암(23)의 피벗운동을 위한 유압 작동 장치(27)도 포함된다.
도 2b에 따른 변경된 장치는 강철 스탠드(32)상에 가이드 롤러 사이에서 수직방향으로 이동가능하고 선회가능한 지지부재(36)를 수용하는 고정 가이드(35)를 가지고 있다. 필요한 승강 장치 및 선회 장치(26, 27)도 도시되어 있다.
도 3 내지 도 5에 따라서 용융물(10)에 잠기는 가열봉(20) 또는 가열봉 그룹은 각각 온도 센서(28)가 설치되고, 제어 라인(31)을 통하여 머니퓰레이터(16)의 이동 및 용융물(10)의 온도 측정치에 따라 전자 교번 자장을 제어하기 위한 전류 세기(33)를 조정 또는 제어하는 연산장치(30)에 연결될 수 있다. 이것은 도 3a에서 해당하는 제어 도면으로 원리적으로 도시하였다. 연산장치(30)는 측정치를 미리 설정된 특정치와 비교하고 차이가 나타나는 경우에는 가열봉(20)의 가열출력을 조정한다. 상기로부터 제어 라인(31)이 달린 연산장치(30)를 사용하여 전류 도체의 내부 냉각 및 가열봉(20)의 유체 냉각을 위한 냉각 유체 공급라인(39)과 냉각 유체 접속부(18)를 통한 냉각 유체 공급은 감시되고 제어될 수 있어, 과열이 생기는 경우에는 열을 가열봉(20)과 용융물(10)에서 방출시킬 수 있게 된다.
도 3a는 액상 강의 공급구(12) 및 제어 가능한 출구(13)가 있는 분배기(11)의 긴 형태를 도시한 것이다. 공급구(12)와 출구(13) 사이에는 최소한 하나의 온도 센서(28)가 설치되고 신호 라인(29)을 통하여 연산장치와 연결된다. 금속 용융물의 유동 제어를 위하여 분배기 및 턴디쉬(11)에는 관류 가능한 개구부가 있는 중간벽(37)이 설치되어, 가열봉(20) 주위에서 균일한 열 배출과 공급이 이루어지도록 도 3b의 평면도와 같이 보다 좋은 유동 분포가 얻어진다.
도 4a와 도 4b에는 용융물을 위한 중앙 공급구(12) 및 2개의 측면에 배치된 제어 가능한 출구(13)를 구비한 분배기(11)의 또다른 형태를 도시하고 있다. 각각의 제어 가능한 가열봉(20) 또는 가열봉 그룹과 온도 센서(28)의 다중 배열은 분배기(11) 내의 용융물 온도의 보다 정확한 감시를 제공한다.
도 5a와 도 5b에는 L자 형태의 분배기(11)를 도시하였다. 공급구(12)와 출구(13) 사이에는, 2개의 온도 센서(28) 사이에 2개의 가열봉(20)이 설치되어 있다. 그것들은 피벗가능하게 관절이음된 링크 아암(23)을 통하여 머니퓰레이터(16)와 연결되고, 이로 인하여 수직 및 수평 방향으로 상하 및 회전 운동이 가능하도록 설치된다. 머니퓰레이터(16)는 스탠드(41)에 의하여 연속주조장치의 용탕 주입 플랫폼(40)과 고정 연결된다. 도 2a와 도 2b에서와 유사하게 분배기(11) 내에 있는 용융물(10) 내부의 가열봉(20)의 위치를 정하기 위하여 승강장치(26)와 선회 장치(27)가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 방법과 도 1 내지 도 5에서 상기 방법을 실시하기 위한 장치는 해당하는 분배기 형태와 다른 용탕 주입 플랫폼 구성요소의 구조적 조건에 최적으로 맞추어진다. 이로 인하여 기존의 설비를 간단하게 보완하는 것이 가능해진다.

Claims (7)

  1. 연속주조시 용융물(10)의 온도를 제어 및 유지하기 위한 방법으로서, 용기 내에 있는 용융물(10)의 온도를 측정하여 측정 결과를 목표값으로서 미리 설정된 온도 범위와 비교하고, 유도 코일의 전기적 유도에 의하여 용융물(10)에 열이 공급되거나 냉각장치를 사용하여 용융물로부터 열이 방출되도록 하여, 용융물의 온도가 요구치 범위 내에 유지되도록 하는 방법에 있어서, 용융물 온도를 제어하기 위하여 바닥이 폐쇄된 내화성의 성형체(24) 내에 수용되어 유도 코일(1)이 용융물(10)에 침지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 열은 유도된 전자 교번 자장의 쇄교에 의해 용융물(10)에 직접적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 열은 성형체(24)의 벽으로부터 용융물(10)에 공급되고, 성형체의 벽은 유도된 전자 교번 자장에 쇄교되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 열은 열전도에 의해 튜브형 성형체(24)의 벽을 통해 용융물(10)에서 방출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 유도 코일(1)은 냉각 유체(45), 주로 공기를 사용하여 내부 및 외부에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 연속주조시 용융물(10)의 온도를 제어하기 위한 장치로서, 청구항 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위하여 내화성 성형체(24)내에 다수의 나선부(3)가 구비된 유도 코일(1)을 포함하고 있는 장치에 있어서, 성형체는, 바닥이 폐쇄되어 있고, 유도식으로 쇄교될 수 있고, 교체가능하게 유도 코일을 수용하고, 또한 유체 냉각장치를 수용하고 있는 내화성 튜브를 구비하고 있고; 용융물(10) 내에 침지되도록 설치되고; 상단부에 유체로 냉각되는 도체(2)를 관입안내하기 위한 출구(17)와 함께 추가적인 냉각 유체를 공급 및 배출하기 위한 접속부(18)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 삭제
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