KR100679313B1 - 고주파 전자기장을 이용한 마그네슘 빌렛 또는 슬래브 연속주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기장을 이용하여 마그네슘의 작은 응고 잠열을 보상하고 응고 속도를 제어할 수 있도록 하여 연속 주조를 가능하게 하는 장치에 관한 것으로, 내부에 슬릿이 가공된 몰드와 상기 몰드의 외부에 설치된 고주파 전류 인가용 코일과 상기 몰드의 하부에 설치된 전자기 교반장치로 구성된 것을 특징으로 하는 고주파 전자기장을 이용한 마그네슘 빌렛 또는 슬래브 연속주조장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 마그네슘을 연속 주조할 때, 특수한 몰드에 고주파 전자기장을 인가하고 몰드 하부에 저주파 전자기 교반장치를 인가하여 표면 결함이 없는 주편을 고속으로 생산하고 내부품질을 높일 수 있다.

고주파 전자기장, 마그네슘, 연속주조

Description

고주파 전자기장을 이용한 마그네슘 빌렛 또는 슬래브 연속주조장치{Apparatus for continuous casting of Magnesium billet or slab using high frequency electromagnetic field}

도 1은 본 발명의 전체 개념도,

도 2는 본 발명의 고주파 전자기 주조용 몰드의 모식도,

도 3은 본 발명에 의하여 제조된 주편의 표층부를 나타내는 사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 몰드 2 : 전자기장 인가용 코일

3 : 전자기 교반장치 4 : 냉각용 노즐

5 : 용탕 6 : 주편

7 : 냉각수통로 8 : 메니폴드

9 : 슬릿 10 : 세그먼트

본 발명은 전자기장을 이용하여 마그네슘의 작은 응고 잠열을 보상하고 응고 속도를 제어할 수 있도록 하여 연속 주조를 가능하게 하는 기술로, 마그네슘을 연속 주조할 때, 특수한 몰드에 고주파 전자기장을 인가하고 몰드 하부에 저주파 전자기 교반장치를 인가하여 표면 결함이 없는 주편을 고속으로 생산하고 내부품질을 높이는 장치에 관한 것이다.

마그네슘 합금은 높은 비강도, 우수한 전자파 차폐성, 방열특성 및 진동 감쇠능 등의 우수한 물리적 특성을 갖고 있어 경량 금속으로 수송기기의 경량화 부품 및 전자 정보통신용 부품으로 널리 사용되고 있다. 마그네슘은 응고 잠열이 매우 작아 주조시에 급속하게 응고되어 일반적인 연속주조 방법으로는 주조가 곤란한 실정이다.

마그네슘은 다이케스팅법으로 제품을 주로 제조하고 있으며 연속 주조와 관련된 특허 및 보고는 없는 실정이며 일부 쌍롤 연속주조법으로 판재를 생산하고 있다.

마그네슘 빌렛 연속 주조 기술은 오스트리아의 LKR에서 MAGCAST라는 기술을 개발하였다. 이 기술은 알루미늄 연속 주조에 이용하던 기존의 DC(direct chill casting)법을 개조하여 마그네슘 빌렛을 연속 주조하는 기술로 주조한 주편의 표면에는 많은 결함이 발생하여 이를 제거하기 위하여 표면을 스카핑하는 공정이 필요하며 주조속도도 매우 낮은 문제점이 있다.

또한 수평 연속 주조법으로 마그네슘 빌렛을 생산하는 기술이 있으나 주편에 표면 결함이 다량으로 발생하며 주조속도도 매우 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 오랜 연구 끝 에 창안된 것으로서, 마그네슘 주조시에 전자기장을 이용하여, 전기 전도도가 양호한 동 또는 동합금으로 제조된 몰드와 몰드 외부에 전자기장을 인가할 수 있는 코일을 설치하여 전자기장으로 마그네슘 용탕을 유도가열하고 전자기압으로 몰드와 응고셀의 접촉압을 감소시켜 주조시에 발생하는 각종 표면 결함을 해소함과 동시에 주조 속도를 증가시켜서 주형내 용탕풀의 깊이를 깊게 하여 몰드 하단부에 전자기 교반 장치를 설치하여 용탕을 교반시켜 내부 조직을 등축정화시켜 각종 내부 결함을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 연속주조 기술과 설비를 확보하는 것이 본 발명의 목적이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 슬릿이 가공된 몰드와 상기 몰드의 외부에 설치된 고주파 전류 인가용 코일과 상기 몰드의 하부에 설치된 전자기 교반장치로 구성된 것을 특징으로 하는 고주파 전자기장을 이용한 마그네슘 빌렛 또는 슬래브 연속주조장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 몰드는 상기 슬릿으로 나누어진 세그먼트의 내부에 냉각수 통로가 구비되는 것을 특징으로 하는 고주파 전자기장을 이용한 마그네슘 빌렛 또는 슬래브 연속주조장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 몰드와 상기 교반장치의 사이에 주편의 냉각노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전자기장을 이용한 마그네슘 빌렛 또는 슬래브 연속주조장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기의 장치를 이용하여 상기 고주파 전류 인가용 코일에 는 주파수 200~200,000Hz, 50~10,000A의 전류를 인가하고, 상기 교반장치에는 주파수 범위 2~100Hz, 20~1000A의 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 고주파 전자기장을 이용한 마그네슘 빌렛 또는 슬래브 연속주조방법을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 설명한다.

우선, 본 발명에 적용된 새로운 전자기연속주조기술의 원리를 설명한다.

도 1은 본 발명 장치의 개념도이며, 용탕(5)을 응고하는 몰드(1)와 그 외부에 고주파 전자기장을 인가하기 위한 고주파 전류 인가용 코일(2)이 설치되고, 몰드(1)의 하부에는 용탕(5)을 교반하기 위한 전자기 교반장치(3)가 설치되며, 몰드(1)와 교반장치(3)의 사이에는 주편(6)을 냉각시키기 위하여 냉매를 분사하는 노즐(4)이 설치되어 있다.

몰드(1) 내부에는 냉각수 통로(7)가 형성되어 냉각수가 순환되며 냉각수를 공급하고 배출하기 위한 메니폴드(8)가 몰드(1)에 접촉 부착된다.

도 2는 본 발명의 몰드의 개략도이다. 몰드(1)에는 고주파 전자기장이 마그네슘 용탕에 인가되도록 주조 방향으로 슬릿(9)이 가공된다.

(a)는 몰드(1)를 정면에서 본 그림으로서, 슬릿(9)은 상하부의 끝단까지는 연장되지 않고 멈추도록 되어 있으며, 슬릿(9)의 길이는 몰드(1)의 강성에 문제가 되지 않는 범위 내에서 결정된다. 슬릿(9)의 폭은 0.1mm이상으로 하였으며 슬릿(9)의 개수는 몰드의 강성에 문제가 되지 않는 범위 내에서 결정된다.

(b)는 (a)의 A-A' 단면도로서 슬릿으로 분리되어 있는 각 세그먼트(10)에 독립적으로 냉각수 통로(7)을 가공하여 몰드(1)를 냉각할 수 있도록 하였다.

이하, 본 발명의 장치의 작용에 대하여 설명한다.

코일(2)에 고주파 전류를 인가하면 슬릿(9)으로 분할된 몰드(1)를 통하여 몰드 내부의 마그네슘 용탕(5)에 유도 자장과 전류를 발생시킨다. 유도된 전류는 용탕을 가열(Joule heating)할 뿐 아니라 자장과 작용하여 용융금속에 전자기력을 발생시킨다. 전자기력은 몰드(1)와 접촉하는 용탕의 탕면(S) 곡률을 크게 하고(도 1 참조), 주편(6)과 몰드(1)간의 접촉압을 감소시킨다. 가열에 의해 용융 금속의 표면이 집중적으로 가열되어 응고 속도를 제어할 수 있어 작은 응고 잠열을 크게 하는 효과를 얻을 수 있어 응고 불균일과 급냉에 의한 결함이 없이 연속 주조를 할 수 있게 된다.

몰드(1) 하부에 주편을 냉각할 수 있도록 노즐(4)을 부착하여 가스 또는 물을 분무할 수 있도록 하였다.

위에서 설명한 고주파 전자기장으로는 주편의 냉각을 제어하여 연속 주조가 가능하도록 하는 기능이 있으며 내부품질 제어를 위하여 몰드 하부에 용탕을 교반할 수 있는 전자기 교반장치(3)를 부착하였다. 회전형 전자기 교반장치(3)로 몰드 내 용탕을 원주방향으로 회전시키면 주상정 조직이 절단되어 주편 전체가 등축정 조직으로 되고 주조 조직이 미세화된 주편을 얻을 수 있다.

이하, 상기 장치를 활용한 제조방법에 대하여 설명한다.

상기 양호한 표면품질과 내부품질이 향상된 주편을 얻기 위하여는 코일(2)에의 전류 인가범위는 주파수 200~200,000Hz, 코일 전류 50~10,000A를 적용하여 고주파의 영역에서 전류를 인가한다.

또한, 전자기 교반장치(3)의 전원 주파수 범위 2~100Hz, 코일 전류 20~1000A를 적용하여 저주파의 영역에서 전류를 인가한다.

상기 인가된 주파수는 주편의 크기에 따라 결정되며, 전류의 세기도 주편의 크기 및 주조속도에 따라 결정된다.

본 발명에서는 주편(6)의 단면을 원형 또는 사각형으로 할 수 있다.

본 발명에 의하여 AZ31 마그네슘 합금을 용해하여 주조한 후 주편의 표층부 사진을 도 3에 나타내었다. (a)는 전자기장을 인가하지 않은 경우로 주편의 표면에 많은 결함이 발생하였으며 정상적인 주조가 불가능하였다. 전자기장을 인가한 (b)의 주편은 표면에 결함이 없었으며 주조 속도도 0.4m/min이상으로 높일 수 있었다.

본 발명으로, 마그네슘 및 마그네슘 합금 주조시에 본 발명의 장치를 이용하여 주편의 표면 결함이 없는 주편을 주조할 수 있으며 주조 속도도 증가 시킬 수 있고 내부 품질도 향상 시킬 수 있는 효과를 얻었다.

Claims (4)

1. 내부에 주조방향으로 다수의 슬릿이 가공된 몰드와;

   상기 슬릿으로 나누어진 몰드의 세그먼트 내부에 구비된 냉각수 통로와;

   상기 몰드의 외부에 설치되고, 주파수 200~200,000Hz, 전류 50~10,000A를 인가하는 고주파 전류 인가용 코일과;

   상기 몰드의 하부에 설치되고, 주파수 2~100Hz, 전류 20~1000A를 인가하는 전자기 교반장치와;

   상기 몰드와 상기 교반장치의 사이에 주편 냉각을 위해 설치된 냉각노즐을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고주파 전자기장을 이용한 마그네슘 빌렛 또는 슬래브 연속주조장치.
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