KR100695902B1 - 용강 전자 교반장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조설비에 있어서의 이동자계를 이용하여 용강을 교반할 수 있도록 하는 전자 교반장치에 관한 것이다.

본 발명의 연속주조설비의 전자 교반장치는 철편들을 적층하는 것에 의해 베이스 상면에 다수의 수직 전극봉을 형성하고, 상기 전극봉에 다수의 수평 코일뭉치를 배열하여 3상 교류전원을 인가하는 것에 의해 자계를 형성하는 이동자계방식의 전자 교반장치로서, 상기 수평 코일뭉치를 전극봉 상방에서 하방으로 순차적으로 제1 내지 제6코일뭉치를 설치하되 상기 제1코일뭉치와 제4코일뭉치는 제2,3,4 전극봉에 설치하여 R상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하고; 상기 제2코일뭉치와 제5코일뭉치는 제1,2,3 전극봉에 설치하여 T상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하고; 상기 제3코일뭉치와 제6코일뭉치는 제3,4,5 전극봉에 설치하여 S상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하는 것에 의해 상기 전극봉에 순차적으로 N,S,S,S,N극의 자극이 형성되게 하는 것을 특징으로 한다.

전자 교반장치, 전극봉, 코일뭉치, 용해로, 용강,

Description

용강 전자 교반장치{MELT ELECTROMAGNETIC STIRRER}

도 1은 본 발명에 따른 전자 교반장치의 코일뭉치 배열관계를 보인 종단면도,

도 2는 본 발명에 따른 전극봉의 형상을 보인 평단면도,

도 3은 본 발명에 따른 적극봉의 깊이를 설명하기 위한 개략단면도,

도 4는 본 발명에 따른 용해로의 온도변화를 설명하기 위한 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 교반장치의 등가도,

도 6은 종래 교반장치의 등가도,

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10;교반장치 11;코어

12;베이스 13-17;전극봉

18-21;협곡

본 발명은 연속주조설비에 있어서의 이동자계를 이용하여 용강을 교반할 수 있도록 하는 전자 교반장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 교반장치는 용해로의 노저면에 설치하여 사용하고, 전자력의 작용에 의해 용강과 전혀 접촉하지 않고 용강을 교반하는 장치로서, 전자 유도작용을 응용한 것이다. 이 교반장치는 유도자에 3상교류 전원을 인가하는 것에 의해 자장(H)과 소용돌이 전류(I)의 상호작용으로 플레밍 법칙에 따라 자계의 힘(F)이 발생하게 되는데, 이 자계의 작용에 의하여 용강내에 유도전류가 흐르면서 용강에 운동에너지가 가해지게 되면, 이 운동에너지에 의해 용강이 사선방형으로 흐르면서 교반되고 그 이동방향은 이동자계의 방향으로 움직인다.

이러한 전자 교반장치는 회전자계방식과 이동자계방식으로 구분할 수 있는데, 도 6은 본 발명과 대비되는 종래 이동자계방식의 전자 교반장치의 단면을 보인 개념도이다.

도면을 참조하면, 종래 이동자계방식의 전자 교반장치는 저면이 비자성체로 이루어진 용해로의 하방에 설치하게 되며, 이 교반장치는 철심과 이 철심에 수평으로 감겨진 R,S,T의 3상권선으로 이루어지지는 코일로 이루어진다.

종래 전자 교반장치는 철심들을 적층하여 가로 방향으로 5개의 전극봉들을 형성하고, 이 전극봉에 3상의 코일뭉치를 설치하여 각각의 전극봉에 N극 또는 S극 의 자계를 형성하는 것에 의해 운동에너지를 발생시키고, 이 운동에너지는 교반장치 상방에 있는 용해로에 운동에너지가 작용되어 용강을 교반하게 된다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 종래 전자 교반장치는 5개의 전극봉에 코일뭉치를 설치하되, 제2,3,4 전극봉에 코일을 권선하여 S상의 전원이 인가되게 하고, 제1,2,3 전극봉에 코일뭉치를 설치하여 R상의 전원이 인가되고, 제3,4,5 전극봉에 코일뭉치를 설치하여 T상이 전원이 인가되게 상부로부터 일정한 간격을 갖고 순차적으로 반복 설치되는데, 이러한 코일 권선구조에 의하면, 제1 전극봉은 그 자성이 S극, 제2전극봉이 N극, 제3전극봉이 N극, 제4전극봉은 N극, 제5전극봉이 S극의 극성을 띠게 된다.

이와 같이 구성된 전자 교반장치는 각각의 코일뭉치에 상부로부터 S,R,T의 3상 전원을 인가하고, 이 인가된 전원에 의해 각각의 전극봉들은 가로방향으로 제1전극봉부터 제5전극봉까지 순차적으로 S,N,N,N,S의 극성을 띠면서 자계를 발생하게 된다.

그러나 이러한 코일 배치구조에 의하면, 종래 교반장치는 도 6의 등가도와 같이 양측에 S극이 형성되고, 중앙에 N극이 배치되는 형상이 되기 때문에 전체적으로 수평방향으로 운동에너지가 이동하지 못하고 용해로의 양측에서 교반이 이루어지는 현상이 일어나고 모멘트가 약하여 원할한 교반이 이루어지지 않는다.

따라서 용강이 용해로 양측에서 와류되면서 노벽과 충돌하여 그 충돌에너지가 열에너지로 바뀌는 것에 의해 용강의 온도가 상대적으로 상승할 뿐만 아니라 노벽에 충격에너지가 지속적으로 발생하여 용해로의 수명이 단축되고, 또한 용강의 과열에 의해 냉각에너지가 더욱 요구되는 문제가 있다.

본 발명은 종래 교반장치에서 전극봉의 자성을 변화시켜 교반효율을 향상시키고, 또한 용강의 과열을 방지할 수 있는 연속주조설비의 전자교반장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연속주조설비의 전자 교반장치는 철편들을 적층하는 것에 의해 베이스 상면에 다수의 수직 전극봉을 형성하고, 상기 전극봉에 다수의 수평 코일뭉치를 배열하여 3상 교류전원을 인가하는 것에 의해 자계를 형성하는 이동자계방식의 전자 교반장치로서, 상기 수평 코일뭉치를 전극봉 상방에서 하방으로 순차적으로 제1 내지 제6코일뭉치를 설치하되 상기 제1코일뭉치와 제4코일뭉치는 제2,3,4 전극봉에 설치하여 R상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하고; 상기 제2코일뭉치와 제5코일뭉치는 제1,2,3 전극봉에 설치하여 T상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하고; 상기 제3코일뭉치와 제6코일뭉치는 제3,4,5 전극봉에 설치하여 S상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하는 것에 의해 상기 전극봉에 순차적으로 N,S,S,S,N극의 자극이 형성되게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 전극봉들에 의해 형성된 협곡을 각각 제1,2,3,4협곡이라 가정할 때 그 협곡의 깊이를 제2협곡 〉 제3협곡 〉(제1협곡 = 제4협곡)의 순으로 형성하여 제2협곡에서 가장 강력한 와류가 형성되게 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 교반장치의 코일뭉치 배열관계를 설명하기 위한 종단면도이고, 도 2는 교반장치의 전극봉의 형상을 보인 도 1의 평단면도이고, 도 3은 본 발명의 전극봉 협곡 깊이를 설명하기 위한 개략도이다.

도면을 참조하면, 전체를 부호 10으로 표시한 본 발명의 교반장치는 다수의 철편들로 적층된 코어(11)를 갖고, 상기 코어(11)는 철편들의 적층에 의해 베이스(12)와 제1내지 제5전극봉(13-17)을 갖으며, 상기 제1 내지 제5전극봉(13-17) 사이에는 제1내지 제4협곡(18-21)이 형성된다.

상기 전극봉들 사이에 형성되는 제1내지 제4협곡(18-21)들은 각각 그 협곡의 깊이를 달리하되, 제2협곡(19) 〉 제3협곡(20) 〉(제1협곡(18) = 제4협곡(21))의 깊이를 갖는다.

이러한 협곡들의 깊이는 각각의 전극봉에 형성되는 자기장의 강도를 달리하고자 하는 것으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 제1전극봉(13)과 제2전극봉(14)에 의해 형성되는 제2협곡(19)에서 가장 강력한 자기장이 형성되게 함으로써 본 발명에서 개시하고자 하는 이동자계방식에 의한 교반효율을 최적의 상태로 유지할 수 있다.

상기 코어(11)는 철편들을 성형하여 적층한 것으로, 하부에서 일정한 높이까지는 그 모양을 동일하게 하여 베이스(12)를 형성하고, 상기 베이스(12) 상부에 화살표 방향의 자계 이동방향으로 전극봉(13-17)들이 등간격을 갖도록 적층하되, 전극봉(13-17)들의 상면은 모두 동일 등고선상에 위치되게 한다.

이와 같이 적층된 철편들은 하나의 코어(11)를 형성하게 되며, 또한 전극봉(13-17) 사이에는 일정한 깊이의 협곡이 형성되고, 상기 전극봉(13-17) 각각은 그 평단면이 직사각형상으로 이루어져 있으나, 본 발명의 전극봉은 상기한 형상에 한정되지 않고 임의의 형상이어도 좋다.

상기 전극봉(13-17)에 의해 형성된 협곡들은 각각 그 깊이들을 달리하되 제2협곡(19)을 가장 깊이 형성하여 다른 협곡들에 비해 상대적으로 강한 자기장이 형성되게 하고, 그 결과 그 상방에 위치하는 용해로에 용융된 용강이 자계이동방향으로 원활하게 흐르면서 교반이 가능하게 된다.

본 발명은 상기 코어(11)에 형성된 전극봉(13-17)에 다수의 코일뭉치(22-27)들을 상방에서 하방으로 순차적으로 일정한 규칙을 갖고 설치하는 것에 의해 각각의 전극봉(13-17)이 자성을 갖도록 한다.

상기 코일뭉치(22-27)는 코일을 일정한 권서비로 권선하되 3개의 전극봉이 끼워질 수 있는 내주연을 갖고, 전극봉에 6개의 코일뭉치들이 상방에서 하방으로 순차 배열된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 코일뭉치(22-27)들은 전극봉의 하부에서부터 상부로 순차적으로 설치하며, 설명의 편의상 최상부에 위치한 코일뭉치를 제1코일뭉치라 한다.

도면을 참조하면, 본 발명은 제2,3,4전극봉(14-16)에 제1 및 제4코일뭉치 (22)(25)가 설치되고, 제1,2,3전극봉에 제2 및 제5코일뭉치(23)(26)가 설치되며, 제3,4,5전극봉에 제3 및 제6코일뭉치(24)(27)가 설치된다. 이러한 코일뭉치들은 그 내주연과 전극봉의 외주연 사이에 접착제에 의해 고정되게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 코어(11)에 순차적으로 배열되는 각각의 코일뭉치(22-27)에 R.S.T 3상의 교류전원을 인가하는 것에 의해 각각의 전극봉에 S극 또는 N극의 자성이 형성된다.

실시예에 의하면, 본 발명은 제1 및 제4코일뭉치(22)(25)에 R상의 교류전원이 인가되고, 제2 및 제5코일뭉치(23)(26)에는 T상의 교류전원이 인가되며, 제3 및 제6코일뭉치(24)(27)에는 S상의 교류전원이 인가되게 한다.

이와 같이 3상 교류전원을 각각의 코일뭉치에 인가할 경우 제1전극봉부터 제5전극봉에는 각각 순차적으로 N,S,S,S,N극의 자극이 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 교반장치는 고정된 용해로의 하방에서 수평으로 이동하여 설치되며, 설치가 완료된 상태에서 교반장치에 3상교류 전원을 인가하면, 제2협곡을 시작점으로 하여 이동자계가 형성되며, 이렇게 형성된 이동자계는 용해로의 용강에 운동에너지를 발생시켜 용강을 유동시키는 교반이 이루어진다.

즉, 본 발명은 5개의 전극봉 전체에서 자계가 형성되지만 제2전극봉과 제3전극봉사이에서 가장 강력한 전자력이 발생하므로서 제2전극봉(14)과 제3전극봉(15)사이의 제2협곡으로부터 용강이 제5전극봉(17)측으로 유동하게 되며, 제5전극봉(17)으로 유동한 용강은 자연스럽게 제1전극봉(13)측으로 유동하는 유동과정을 반 복하면서 교반이 된다. 이러한 이유는 제2협곡(19)에 강력란 전자력 즉 운동에너지가 작용하기 때문에 가능하다.

이러한 전자력에 의해 유동하는 용강은 그 유동이 자연스럽기 때문에 유동중 노벽과 충돌하지 않고 운동에너지에 의해 순환되므로 노벽과의 충돌로 인한 용강의 온도가 어느 지점에 도달하면 일정온도를 유지하게 된다.

도 4는 본 발명과 종래기술을 비교하기 위한 용강의 온도 상승분포를 보인 그래프이다.

상기 그래프(동일한 부하에서 코일뭉치 발열곡선)를 참조하면, 본 발명과 종래기술에 의한 실험을 개시하기 전의 초기온도는 16℃였다. 종래기술은 시간이 60분이 경과될 때까지 용강의 온도가 점차 상승하면 106℃까지 도달하였으나 본 발명은 40분이 경과한 시점부터는 65℃를 계속 유지함을 알 수 있다.

이러한 결과에 의하면, 종래기술은 용강이 교반하면서 교반장치의 양측에서 강한 와류전류가 발생하기 때문에 용강이 한방향으로 유동하지 않고 양측에서 유동하므로 노벽 양측에 충돌에너지가 발생하는 것에 의해 용강의 온도가 상승하게 되는 것이고, 이 결과 교반장치에 가해지는 온도를 냉각시키기 위해서 강력한 냉각장치가 요구되지만 본 발명은 중심점의 좌측에서 강력한 와류가 발생하기 때문에 용강이 자연스럽게 우측으로 순환하고, 최 우측에 도달한 용강은 상대적으로 노벽과의 마찰력을 최소화하면서 좌측으로 유동하기 때문에 충돌에너지를 감소시킬 수 있고, 따라서 일정한 시점부터 정온을 유지할 수 있어 용강의 온도 상승을 억제시킬 수 있음을 알 수 있다.

즉, 본 발명은 도 5와 같이 교반기의 양측 전극봉에 각각 N극과 S극이 형성되고, 중앙에 S극이 형성되고 동시에 제2협곡에서 가장 강력한 자기장이 형성되기 때문에 제2협곡을 시작으로 화살표 방향으로 자계가 이동하므로, 이 자계의 이동방향과 동일하게 용강이 유동하므로 그 유동이 원활하여 노벽과의 충돌력이 크지 않지만 종래기술은 도 6과 같이 교반장치의 양측이 동일하게 S극이 형성되고, 중앙에 N극이 형성되기 때문에 교반장치의 중앙을 중심으로 용강이 양측으로 와류되고 이 결과 용강이 노벽 양측과 마찰하는 마찰력이 증대되어 상대적으로 용강의 온도가 상승하게 되는 것이다.

종래 기술과 같이 용강의 회전 모멘트가 불균형하면, 용강량이 작을 경우에는 교반이 약하고, 반대로 용강량이 많을 경우에는 교반이 이루어지지 않게 되지만 본 발명은 용강이 순환하기 때문에 노벽과의 마찰을 최소화하면서 그 교반력을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 철편을 적층한 코어를 갖고, 상기 코어에 형성된 5개의 전극봉중 3개의 전극봉에 각각 6개의 코일뭉치들을 상방에서 하방으로 순차 설치하고, 상방부터 R.T.S 3상교류 전원을 반복 인가함으로써 제2전극봉과 제3전극봉 사이에서 가장 강력한 자기장이 형성되게 하는 것에 의해 용강이 용해로에서 일방향으로 순환되게 하는 구조를 갖는다.

이 결과 본 발명은 용강이 일방향으로 이동하면서 교반되기 때문에 용강과 노벽과의 마찰력이 최소화되어 용해로의 온도를 일정시점에서 일정한 온도로 유지할 수 있고, 따라서 용해로를 냉각하기 위한 냉각에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 용강의 교반력을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 철편들을 적층하는 것에 의해 베이스 상면에 다수의 수직 전극봉을 형성하고, 상기 전극봉에 다수의 수평 코일뭉치를 배열하여 3상 교류전원을 인가하는 것에 의해 자계를 형성하는 이동자계방식의 전자 교반장치로서,

   상기 수평 코일뭉치(22-27)를 전극봉(13-17) 상방에서 하방으로 순차적으로 제1,2,3,4,5,6코일뭉치(22,23,24,25,26,27)를 설치하되,

   a)상기 제1코일뭉치(22)와 제4코일뭉치(25)는 제2,3,4 전극봉(14,15,16)에 설치하여 R상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하고;

   b)상기 제2코일뭉치(23)와 제5코일뭉치(26)는 제1,2,3 전극봉(13,14,15)에 설치하여 T상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하고;

   c)상기 제3코일뭉치(24)와 제6코일뭉치(27)는 제3,4,5 전극봉(15,16,17)에 설치하여 S상의 전원이 인가되게 전기적으로 연결하는 것;에 의해 상기 전극봉(13-17)에 순차적으로 N,N,S,S,S극의 자극이 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 전자 교반장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전극봉(13-17)들에 의해 형성된 협곡(18-21)을 각각 제1,2,3,4협곡(18,19,20,21)이라 가정할 때,

   그 협곡의 깊이를 제2협곡(19) 〉 제3협곡(20) 〉(제1협곡(18) = 제4협곡(21))의 순으로 형성하여 제2협곡(19)에서 가장 강력한 와류가 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 전자 교반장치.

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