KR100738857B1

KR100738857B1 - 용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법 및 그방법을 행하기 위한 용탕 주입 홈통

Info

Publication number: KR100738857B1
Application number: KR1020010075299A
Authority: KR
Inventors: 크라우제안드레아스; 로데디어크; 콰트파젤우베; 욀만하르트부트; 프랑켄베르그랄프; 브륀닝후베르투스
Original assignee: 카엠 오이로파 메탈 악티엔 게젤샤프트
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-07-16
Also published as: PL350879A1; US20030075249A1; HUP0105221A2; US6763877B2; HK1047719A1; TW561081B; HU0105221D0; HUP0105221A3; CN1358590A; EP1211002A1; DE10059744A1; KR20020043181A; HU222720B1; CN1274440C; HK1047719B

Abstract

구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕(2)의 공급 용기(3)와 하나 이상의 연속 주조 주형(6)간에 편입되는 용탕 주입 홈통(5)을 목표의 온도로 조절하기 위해, 용탕 주입 홈통(5)의 홈통 벽(13) 및 홈통 바닥(14)에는 그 내측에 적어도 부분적으로 10^-1 Ω·m 내지 10^-6 Ω·m의 전기 비 저항을 보이고 용탕(2)에 대해 내열성을 갖는 라이닝 층(15)을 마련한다. 라이닝 층(15)은 용탕 주입 홈통(5)의 둘레에 배치된 전기 가열 장치에 의해 유도 가열된다.

용탕 주입 홈통, 연속 주조 설비, 연속 주조 주형, 공급 용기, 라이닝 층, 전기 가열 장치

Description

용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법 및 그 방법을 행하기 위한 용탕 주입 홈통{METHOD FOR PURPOSEFULLY MODERATING OF POURING SPOUT AND POURING SPOUT FOR PERFORMING THE SAME}

도 1은 연속 주조 설비의 개략적인 수직 단면도;

도 2는 도 1의 연속 주조 설비의 용탕 주입 홈통의 개략적인 평면도;

도 3은 도 2에서 Ⅲa의 화살표 방향으로 바라본 Ⅲ-Ⅲ 선을 따른 용탕 주입 홈통의 수직 단면도;

도 4는 도 2에서 Ⅳa의 화살표 방향으로 바라본 Ⅳ-Ⅳ 선을 따른 수직 단면도;

도 5 내지 도 9는 유도 전류의 흐름 방향이 다양한 도 1 내지 도 3에 따른 용탕 주입 홈통의 개략적인 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연속 주조 설비

2 : 용탕

3 : 노

4 : 주조 탕구

5 : 용탕 주입 홈통

6 : 연속 주조 주형

7 : 차폐 수단

8 : 주위 환경

9 : 유출 개구부

10 : 플러그

11 : 공급 관

12 : 용탕

13 : 홈통 벽

14 : 홈통 바닥

15 : 라이닝 층

16 : 가열 장치

17, 18 : 용탕 주입 홈통의 측벽

19 : 전류

B : 용탕 주입 홈통의 내부 폭

D : 용탕 주입 홈통의 두께

L : 용탕 주입 홈통의 내부 길이

구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕의 연속 주조 설비에서의 작업장 오염은 적어도 부분적으로 연속 주조 설비의 용탕 주입 홈통을 가열하는 것과 직접 연 관되어 있다. 용탕 주입 홈통이란 용탕이 공급 용기, 예컨대 용광로 또는 주조로 내지 레이들(ladle)로부터 연속 주조 주형으로 흐르는 부분으로서, 이어서 용탕은 연속 주조 주형에서 금속 빌렛으로 응고된다.

연속 주조 공정의 시작 전이자 용탕을 충전시키기 전에 용탕 주입 홈통을 집중적으로 가열하는 것이 필요하다. 그래야만, 용탕이 조기에 응고됨이 없이 제대로 연속 주조 주형에 도달되는 것이 보장될 수 있다.

선행 기술 중의 하나는 구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕을 주조할 경우에 용탕 주입 홈통을 가스 연소에 의해 가열하는 것이다. 그러한 과정은 용인될 수 있는 기술적 비용으로, 그리고 상대적으로 높은 가열 속도로 행해질 수 있다.

그럼에도 불구하고, 가스 연소에 의한 가열은 일련의 단점을 수반한다. 그와 관련하여, 우선 상당한 소음이 전개된다는 것을 단점으로 들 수 있는데, 그 원인은 연소 노즐로부터 분출되는 연소 가스의 속도가 높기 때문이다. 또한, 연소 구역에서의 연소 가스의 흐름 속도가 높음으로 인해, 그리고 슬래그 입자, 산화된 주조 금속, 용탕 주입 홈통에 점착된 용탕 잔류물이나 분말형 차폐 수단의 휘발성 성분의 형태의 열 분진 입자로 인해, 분진이 날아올라 그 중의 적어도 일부가 연속 주조 설비의 주위 환경 중에 도달되는데, 그 곳에서 분진은 그 작업장에 종사하는 종업원의 건강에 해를 끼칠 수 있다. 또한, 가스 버너의 고온의 화염은 대개 용탕 주입 홈통으로부터 솟아 나와 열기에 의해 상당한 작업장 오염을 유발하게 된다.

가스 버너를 사용할 때의 또 다른 문제점은 용탕 주입 홈통의 벽의 온도를 제어함에 있어서의 정확도이다.

가열하려는 용탕 주입 홈통에서는 공정의 시작 전에 언제나 그 벽의 온도가 어디에서나 정확히 동일한 온도로 존재하는 것은 아닌데, 그것은 연소 화염의 온도 자체도 역시 어디에서나 동일한 온도로 되지 않기 때문이다. 그러한 사정으로 인해, 각각의 연소 화염 내에는 서로 온도 차이가 나는 국부적으로 상이한 연소 구역이 존재한다. 그 결과, 용탕 주입 홈통의 벽에 국부적으로 상이한 온도가 생기게 된다. 상이한 온도 구역의 위치는 연소 공간 내에서 화염이 안내되는 것의 여하에 따라 달라진다. 구체적으로, 화염의 안내는 다시 상당 부분 연소 공간 및 가스 버너의 기하 형태의 소산이다. 용탕 주입 홈통의 경우, 연소 공간은 그 단면 형상이 변경될 수 있는, 특히 용탕 및 열기의 작용으로 인해 라이닝 또는 홈통 차폐물이 마모됨으로써, 그리고 금속 슬래그 및 금속 딱지가 눌어붙음으로써 변경될 수 있는 바로 그 용탕 주입 홈통이다. 마찬가지로, 연소 노즐도 열기의 작용에 의해 마모된다.

따라서, 전술된 국부적 불균일성으로 인해, 용탕 주입 홈통의 벽의 온도는 각각의 주조 과정에 대해 전체적으로 동일한 평균 벽 온도가 주어질 정도로 재현이 가능하게끔 아주 정확하게 세팅되지 못한다. 그 결과, 상이한 주조 작업 시에 주입 과정 동안 용탕 주입 홈통을 통해 흐르는 용탕이 상이하게 열을 벽에 방출하고/하거나 그 벽으로부터 흡수하게 된다.

또한, 용탕 주입 홈통 내의 용탕의 온도는 가스 연소에 의해 용탕에 직접 영향을 미치는 것으로써는 충분히 신속하게 제어될 수 없는데, 그것은 연소 화염/용탕의 계면에서의 열 전달이 충분히 크지 못하기 때문이다.

따라서, 실제로는 대부분 용탕이 용탕 주입 홈통을 통해 흐를 때에 열을 방출하도록 한다. 통상적으로, 주조의 시작 시에는 용탕이 냉각되는 정도가 추후에 용탕 주입 홈통이 용탕으로부터의 열 흡수에 의해 균일하게 가열되었을 때보다 더 크다. 그로 인해, 연소 주조 주형에서의 응고 공정이 주조 공정 동안 변경되어 즉각적으로 쉽게 제어할 수 없는 용탕의 온도를 전제로 출발하게 된다.

그에는 또 다른 불리한 영향이 수반된다.

금속 빌렛의 형태로 주조되는 용탕은 냉각 중에 자연적으로 체적 수축을 겪는다. 금속 빌렛의 내부에서의 냉각은 필연적으로 표면에 인접된 구역에 비해 상이하게 진행되기 때문에, 그로 인해 금속 빌렛에는 기계적 내부 응력이 생기는데, 그 내부 응력은 금속 빌렛에 의해 제공되는 재료의 가공성에 상이한 정도의 영향을 미치게 된다.

즉, 내부 응력이 재료의 강도를 넘을 때에는 가공하려는 재료 내에 균열이 생기고, 그로 인해 여러 경우에 제작상의 문제점 또는 최종 제품의 열화된 특성을 유발하게 된다. 또한, 재료의 성형성도 역시 그것이 금속 빌렛의 내부 응력의 여하에 따라 달라지기 때문에 일정하지 않게 된다. 그 결과, 불량한 응력 상태에 있거나 성형성이 낮은 재료까지도 가공될 수 있도록 가공 공정을 결함이 없는 제작과 관련하여 설계해야만 한다. 그러나, 그것은 경제적으로 가공을 제약하는 원인이 된다.

야금 용탕 홈통의 각종의 용도에 적용되는 또 다른 가열 방법들이 선행 기술에 속해 있다. 그러한 가열 방법의 사용 하에서는 가스 연소와 관련하여 특정된 적어도 몇 가지 문제점이 회피될 수 있다.

즉, 예컨대 진공로의 출탕 홈통을 그 위에 배치된 방사 가열 수단에 의해 가열하는 것이 공지되어 있다. 그것은 작열하는 금속 와이어에 의거한 것으로, 진공 용광로 및 주조로의 경우에 통용되는 것이다. 그 반면에, 방사 가열 수단은 상대적으로 낮은 출력 밀도를 보이므로, 연속 주조 설비의 구성 요소로서의 용탕 주입 홈통의 가열은 가스 연소에 의한 것보다 훨씬 더 오랜 시간이 걸리게 된다. 따라서, 그러한 방사 가열 수단은 원칙적으로 오직 충분한 시간이 가열에 가용될 수 있는 그러한 용도에만 적합하다. 또한, 낮은 출력 밀도 때문에, 산업적으로 작업되고 있는 바와 같이 초당 다수의 톤의 원료를 투입하는 생산 공정의 조건 하에서는 흐르는 용탕의 온도를 제어하는 것이 불가능하게 된다.

또 다른 방사 가열 수단은 작열하는 탄화규소 봉을 사용하고 있다. 그 경우에도 역시 전술된 불리한 영향을 수반하는 낮은 방사 밀도의 근본적 단점이 존재한다. 또한, 탄화규소는 공기에 접하면 상대적으로 빨리 산화되어 파괴되기 때문에, 그러한 가열 봉의 수명이 상대적으로 짧다. 그로 인해, 탄화규소 가열 봉은 기계적 하중에 매우 민감하게 반응하여 쉽게 부서질 수 있다. 따라서, 그것은 연속 주조 설비의 구성 요소로서의 용탕 주입 홈통의 가열과 관련하여서는 부적합하다.

또한, 금속을 유도 가열하는 것은 광범위하게 보급된 기술 중의 하나이다. 그것은 흔히 유도 용광로에 사용된다. 연속 주조 설비의 연속 주조 주형의 바로 앞에서 용탕을 가열하는 것도 공지되어 있다.

즉, FR-PS 1,465,577은 연속 주조 중에 공급 용기로부터 나오는 용탕이 조밀 한 관형의 내화 공급 라인을 통해 연속 주조 주형으로 흐를 때에 유도 가열되도록 하는 장치를 개시하고 있다. 그러한 공급 관은 폐쇄된 채로 단부에서만 개방되는데, 그에 의해 용탕이 주위 공기와의 반응으로부터 보호되게 된다.

그러나, 그러한 유형의 장치는 용탕의 공급 수단과 연속 주조 주형간에 조밀한 결합이 이뤄져 있는 그러한 특수한 주조 설비에만 적합한 것이다. 그로 인해, 연속 주조 주형이 별개로 배치되어 연속 주조 주형에의 충전 상태가 가시적으로 제어될 수 있는, 구리 또는 구리 합금의 연속 주조 시에 통용되는 주조 공정에 그 장치를 사용하는 것은 고려되지 않는다. 또한, 폐쇄된 용탕 공급 수단에 조밀하게 커플링됨으로 인해 연속 주조 주형에의 접근이 나빠지게 된다. 즉, 때때로 주조 후에 주형 벽으로부터 바람직하지 않은 슬래그 점착물을 청소하는 것이 필요하다.

FR-PS 1,319,891에는 둘레 측에 유도 코일을 구비하는, 특히 강의 연속 주조용 연속 주조 설비의 용탕 깔때기(tundish)가 개시되어 있다. 그러한 유도 코일은 2가지 기능을 담당하는데, 그것도 항상 동시에 2가지 기능을 담당한다. 한편으로, 용탕은 정련의 목적으로 그 코일에 의해 전체적으로 정해진 회전 이동으로 전위된다. 그를 위해, 강 용탕까지도 액상의 강의 처리를 위해 특정된 화학 반응 및 반응 생성물을 가져오는 정해진 합금 원소로 조성되게 된다. 용탕의 그러한 집중적이고 특정적인 회전 이동은 50 내지 60 ㎐의 주파수에 의해 얻어진다. 또 하나의 기능은 용탕 내에서 생성되는 전류에 의해 용탕을 가열하는 것이다.

그 결과, 그러한 프랑스 특허의 사상은 공급 용기와 연속 주조 주형간에 있는 아직 빈 상태의 용탕 주입 홈통을 가열하는데 적합하지 않다. 용탕 주입 홈통 이 아직 용탕을 담고 있지 않기 때문에, 유도 전자계도 역시 커플링될 수 없다. 또한, 그러한 방안은 용탕 주입 홈통을 통해 흐를 때에 그처럼 집중적으로 요동되지 않아야 할 그러한 용탕에는 이치적으로 적용될 수 없다. 그러나, 구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕의 주조 시에는 다수의 경우에 가능한 한 정적인 흐름이 바람직한데, 그것은 그럴 경우에 용탕에 의해 탑승된 입자가 침강되고 바람직하지 않은 주위 공기와의 반응이 회피될 수 있기 때문이다.

또한, 강을 연속 주조할 때의 용탕 주입 홈통에 대해서는 몇몇 경우에 플라즈마 가열 수단이 공정의 시작을 위해 빈 용탕 주입 홈통 또는 용탕 깔때기를 예열하는데 사용된다. 플라즈마의 상대적으로 높은 온도에 의해, 매우 유용한 가열 시간이 제공되게 된다. 주조 중에 그러한 형식으로 가열하는 것은 용탕이 용탕 주입 홈통을 통해 흐를 때에 그것의 온도를 정확하게 세팅하는데도 사용될 수 있다. 그러나, 그러한 방법의 단점은 플라즈마의 너무 높은 온도로 인해 금속이 증발될 수 있다는 것이다. 그것도 특히 증기압이 높은 금속의 경우에는 금속 증기가 문제가 된다. 그 결과, 플라즈마 가열 수단은 구리 또는 구리 합금에 대해서는 구리 및 일정한 휘발성 합금 요소, 예컨대 아연 및 납의 증발로 인해 바람직하지 않고, 따라서 부정적이다.

끝으로, 용탕을 진행파(travelling-wave)의 유도 전자계를 통해 홈통에 의해 이송하는 것도 역시 선행 기술 중의 하나이다(DE-PS 2 212 924). 그와 같이 이송하는 것은 중력을 거슬러서도 행해질 수 있다. 용탕이 그와 같이 이송될 수 있도록 하기 위해, 이송 홈통의 아래에는 특수한 선형 인덕터가 장착된다. 진행파의 유도 전자계의 영향 하에 있는 그러한 이송 홈통은 그 이송 홈통을 통해 흐르는 용탕을 가열하는데 적합한데, 그 경우에 가열은 언제나 용탕 이송의 부산물로서 얻어지게 된다. 따라서, 그러한 유형의 이송 홈통에서는 용탕의 이송 출력과 가열이 각각 정해진 용도에 의해 특정되는 관계에 있게 된다. 예컨대, 이송 높이에 따라 달라지게 된다.

전술된 선행 기술로부터 출발된 본 발명의 목적은 구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕의 공급 용기와 하나 이상의 연속 주조 주형간에 편입되는 용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법 및 그 방법을 행하기 위한 용탕 주입 홈통을 제공함으로써 주조 공정이 양호한 공정 윈도우(process window)에서 가능한 한 일정한 공정 파라미터로 작업되고 용탕의 온도 변동이 회피될 수 있게끔 하고, 그에 따라 주조된 금속 빌렛으로 된 재료를 가공할 때의 제작상의 문제점 및 그에 수반되는 최종 제품의 불리한 특성이 함께 배제될 수 있도록 하는 것이다.

그러한 목적 중의 방법과 관련된 부분은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징에 의해 달성된다.

이제 최초로, 본 발명은 구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕의 연속 주조 설비의 구성 요소로서의 용탕 주입 홈통이 빈 상태에서 유도 가열의 형식으로 가열될 수 있게끔 하고 있다.

본 발명에 따른 방법에서는 용탕 주입 홈통이 용탕을 하나의 연속 주조 주형 에 인도하는지, 아니면 다단 연속 주조 설비에서와 같이 다수의 연속 주조 주형으로 인도하는지의 여부는 중요하지 않다. 용탕을 용탕 주입 홈통에 이송하는 것까지도 필요하지 않은데, 그것은 용탕의 표면의 높이가 중력에 의해 흐름 방향으로 감소되어 자연히 이송되기 때문이다.

본 발명에 따른 방법에서는 용탕 주입 홈통의 홈통 벽 및 홈통 바닥이 그 내측에 적어도 부분적으로 10^-1 Ω·m 내지 10^-6 Ω·m의 전기 비 저항을 보이는 라이닝 층을 구비하고, 아울러 그 라이닝 층의 특성은 그것이 용탕에 대해 충분한 내열성을 갖게 되게끔 형성된다.

또한, 라이닝 층은 용탕 주입 홈통의 둘레에 배치된 가열 장치와 조합된다.

그와 관련하여, 그 전도성이 충분히 높음으로써 발생된 유도 가열 전류가 충분히 흐를 수 있는 그러한 라이닝 층이 선택된다. 또한, 가열 장치와 유도 커플링된 라이닝 층은 충분한 가열 출력이 유도될 수 있도록 하는 일정한 기하 형태로 형성된다. 아울러, 라이닝 층은 용탕 주입 홈통 내의 용탕 수용 공간의 충분히 넓은 면적을 커버하여 충분한 가열이 보장되도록 하게끔 선택된다.

그러한 형식의 방법은 일련의 장점을 나타낸다. 유도 가열은 소음, 분진, 및 열기로 인한 작업장 오염을 가스 연소에 의한 경우보다 현저히 더 낮게 유지시킨다. 그와 동시에, 벽의 온도가 균일하게 될 수 있도록 한다. 따라서, 빈 용탕 주입 홈통의 온도가 가열 시에 재현이 가능하게끔 양호하게 세팅될 수 있다. 그러한 방법 형식의 효과는 연이어 용탕 주입 홈통을 용탕으로 충전시켰을 때와 주조 시에 용탕과 벽간의 열 교환이 더욱 양호하게 제어될 수 있다는데 있다. 그럴 경 우, 그에 상응하게 공정 윈도우도 최적의 공정 파라미터를 재현이 가능하게끔 확실하게 얻을 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 방법은 빈 용탕 주입 홈통을 목표한 대로 균일하게 가열하는 이외에 용탕 주입 홈통을 용탕으로 충전시킨 후에 용탕의 온도 변동을 보상할 수 있게끔 한다. 특히, 청구항 2의 특징이 그러한 역할을 하는데, 그에 따르면 유도 가열에 의한 라이닝 층의 균일 가열이 제어되거나 조정된다.

그를 위해, 예컨대 용탕의 온도가 용탕 중에 담긴 열전 소자와 같은 온도 검출 요소에 의해 연속적으로 측정될 수 있다. 그 경우, 유도 가열 장치의 출력은 각각의 순간에 용탕 주입 홈통을 통해 흐른 후의 용탕의 온도가 거의 일정하게 되도록 제어 회로에 의해 제어된다. 그에 의해, 변동이 매우 작은 거의 균일한 공정 진행 경과를 가져옴으로써 금속 빌렛의 매우 균일한 응고 조직을 재현이 가능하게끔 세팅할 수 있는데, 그에 따라 금속 빌렛으로부터 분할된 재료의 추후의 성형 내지 가공 공정이 그러한 응고 조직에 최적으로 맞춰질 수 있게 된다.

통상적으로, 구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕을 연속 주조할 경우에는 선행 기술에 관해 전술된 예에서와는 다르게 용탕 주입 홈통 내에 용탕의 강력한 난류가 있는 것은 바람직하지 않다. 즉, 용탕과 주위 공기와의 접촉은 용탕의 특성에 악영향을 미친다. 또한, 난류로 인해 바람직하지 않은 탑승 입자의 부유도 어렵게 된다. 따라서, 가열 장치는 그를 지양하기 위해 청구항 3의 특징에 따른 바와 같이 각각의 사용 주파수에 의거하여 라이닝 층 내의 유도 출력의 대부분이 열로 전환되게끔 설계된다. 그 경우, 용탕의 가열은 벽으로부터의 용탕으로의 전 도성 열 운반에 의해 이뤄지게 된다.

또한, 본 발명은 주조 공정의 시작 시에 용탕 주입 홈통의 주입 온도가 재현이 가능하게끔 설정될 수 있고 가능한 한 용탕의 융점에 가까운 온도로 되는 것이 양호한 결과를 위한 중요한 전제임을 인지하고 있다. 따라서, 용탕 주입 홈통의 라이닝 층의 온도는 청구항 4의 특징에 따른 바와 같이 주조의 시작 전에, ℃ 단위로 나타내었을 때의 용탕의 액상선 온도의 50%를 넘는, 바람직하게는 80 %를 넘는 크기로 유도 가열된다. 그러한 조치는 유도 가열될 수 있는 용탕 주입 홈통에 의해 용인될 수 있는 가열 시간 내에 확실하게 보장될 수 있게 된다.

또한, 내부 시험 결과, 본 발명에 따른 방법을 적용할 경우에 놀랍게도 가열 단계 및 공정의 시작 이후에 이어지는 고유의 주조 공정과 관련된 상당한 시간상의 지연에 의해 추가의 이점이 생기는 것으로 밝혀졌다.

연속 주조 방법에서 얻어지는 재료의 품질은 특히 공극, 내부 조직 틈새, 함유물, 및 기타의 조직 결함과 같은 주조 결함의 개수에 따라 달라지게 된다. 여기에서의 시험 결과, 놀랍게도 주조 조직의 품질은 주조 잉곳(ingot)의 최초 약 40 ㎝ 내에서의 주입 직후뿐만이 아니라 훨씬 더 나중에도, 예컨대 주조 길이가 수 미터를 넘은 후에도 용탕 주입 홈통이 가스 연소에 의해 가열될 때보다 더 양호한 것으로 나타났다. 본 발명의 측면에서, 그 이유는 용탕 주입 홈통의 유도 가열에 의해 상대적으로 조기에 안정성이 개선된 공정 상태에 도달되기 때문인 것으로 보인다.

또한, 시작 단계 동안의 속도가 약 20 %까지 상승될 수 있는 것으로 판명되었다.

종래, 주조 공정은 낮은 인출 속도로 시작되게 되는데, 그것은 특히 하부 구역에서 공극 또는 균열과 같은 주조 조직의 불완전함이 발생하기 때문이다. 다수의 경우, 주조 속도는 기계적 내부 응력이 발생함으로써 제한되게 되는 데, 그러한 내부 응력은 주조 잉곳의 냉각 시에 주조 속도의 상승에 따라 증대되어, 궁극적으로 일정 임계 속도 이상에서 내부 응력이 재료의 강도를 초과하게 되어 균열을 일으키게 된다.

공정의 시작 중에, 응고의 진행은 주조하려는 판형에 의존하여 흔히 0.5 m 내지 2 m에 달하게 되는 정적인 상태로부터는 여전히 멀리 벗어나 있다. 따라서, 인출 속도는 점차로 또는 단계적으로 상승되게 되는데, 그 경우에 임계 주조 속도에 도달되지 않도록 유의해야 한다.

본 발명에 따르면, 이제는 용탕 주입 홈통의 유도 가열 덕분에 시작 단계 중에 그러한 임계 속도를 보다 더 높은 값으로 바꾸는 것이 가능하게 된다. 본 발명의 교시에 따르면, 연소 가스에 의한 가열에 비해 유도 가열 시에 용탕의 오염이 보다 더 낮다는 점과 가열 및 주입 시에 온도가 전체적으로 균일하게 조절된다는 점은 상당한 역할을 하는데, 그것은 그와 같이 하여 상대적으로 확실하게 재현이 가능하게끔 규정된 공정 상태에 도달되기 때문이다. 또한, 용탕의 온도를 연속적으로 측정하여 유도 가열 장치에 의해 제어하는 제어 회로를 제어에 사용할 경우, 주조 공정 중에 용탕 주입 홈통의 벽을 제어되게 유도 가열함으로써 최적의 공정 윈도우가 보다 더 정확하게 세팅될 수 있게 된다.

본 발명의 목적 중의 물(product)과 관련된 부분은 청구항 5의 특징에 의해 달성된다.

홈통의 체적에 대한 벽 표면의 비가 비교적 큰 경우에는 변동하거나 불균일 한 평균 벽 온도의 영향이 각별한 장애가 된다. 즉, 예컨대 종 방향으로 연장된 좁은 용탕 주입 홈통의 경우에는 상이한 벽 온도의 영향이 매우 크고, 짧고 넓고 깊은 콤팩트한 용탕 주입 홈통의 경우에는 그에 상응하게 보다 더 낮다. 따라서, 본 발명은 용탕 주입 홈통의 폭에 대한 길이의 비가 ≥ 3일 것을 제안한다. 그러한 치수는 용탕과 접촉하는 용탕 주입 홈통의 구역의 최대 치수에 맞춰진 것이다.

유도 코일의 형태의 전기 가열 장치는 용탕 주입 홈통의 둘레를 따라 수평면으로 연장되되, 코일의 축이 용탕 주입 홈통의 종 방향 축에 대해 수직하게 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 그 경우에는 용탕 주입 홈통이 위로부터 양호하게 접근될 수 있는 것이 중요한데, 그것은 용탕이 차폐 수단에 의해 차폐되어야 하고, 주조 후에는 대부분 용탕 주입 홈통으로부터 용탕 잔류물을 청소하기 때문이다.

가열 장치에 유도 커플링된 라이닝 층은 충분한 가열 출력이 유도될 수 있도록 하기 위해 의도적으로 정해진 기하 형태상의 요건을 충족시키고 있다. 즉, 본 발명은 라이닝 층의 두께가 9 ㎜ 내지 150 ㎜의 범위로 될 것을 제안한다.

청구항 6의 특징에 따른 바와 같이, 라이닝 층은 20 ㎜ 내지 80 ㎜의 두께로 되는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 따르면, 청구항 7의 특징에 따른 바와 같이 내열 내부 라이닝 층이 예컨대 흑연, 점토질 흑연, 탄소, 또는 탄화규소와 같은 재료나 그러한 개별 성분 중의 2개 이상의 혼합물로 이뤄지는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 도시된 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 개략적으로 도시된 구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕(2)의 연속 주조 설비(1)는 우선 주조 탕구(4)를 구비한 경사질 수 있는 노(3)를 포함한다. 또한, 연속 주조 설비(1)는 노(3)와 연속 주조 주형(6)간의 연결 부재로서 용탕 주입 홈통(5)을 포함한다. 도 2 및 도 3으로부터 보다 상세히 알 수 있는 바와 같이, 용탕 주입 홈통(5)의 내부 길이(L)는 내부 폭(B)에 대한 비가 ≥ 3인 크기로 된다.

용탕 주입 홈통(5) 내에는 노(3)로부터 출탕된 용탕(2)이 들어 있는데, 그 용탕(2)은 차폐 수단(7)에 의해 주위 환경(8)으로부터 차폐된다.

노(3)와 반대측의 용탕 주입 홈통(5)의 단부에는 플러그(10)에 의해 폐쇄될 수 있는 유출 개구부(9)가 마련된다. 용탕(2)은 유출 개구부(9) 및 연이은 공급 관(11)을 경유하여 연속 주조 주형(6)으로 인도되어 그 곳에서 금속 빌렛(12)으로 응고된다.

또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 용탕 주입 홈통의 홈통 벽(13) 및 홈통 바닥(14)은 용탕(2)에 대해 내열성을 갖는 내부 라이닝 층(15)을 구비하는데, 그 라이닝 층(15)은 흑연, 점토질 흑연, 탄소, 또는 탄화규소로 이뤄지거나 그러한 개별 성분 중의 2개 이상의 혼합물로 이뤄질 수 있다. 라이닝 층(15)의 두께(D)는 20 ㎜ 내지 80 ㎜의 범위로 된다. 라이닝 층(15)의 재료는 10^-1 Ω·m 내지 10^-6 Ω·m의 전기 비 저항을 갖는다.

그러한 라이닝 층(15)은 용탕(2)과 접촉하는 용탕 주입 홈통(5)의 내부 표면 의 1/3 이상인 홈통 벽(13) 및 홈통 바닥(14)의 면적 부분을 커버한다. 라이닝 층(15)은 용탕 주입 홈통(5)의 내부 표면의 절반 이상을 커버하는 것이 바람직하다.

라이닝 층(15)은 도 2 내지 도 4에 따른 바와 같이 용탕 주입 홈통(5)의 둘레에 배치되는 가열 장치(16)에 의해 가열된다. 전류가 통해 흐르는 가열 장치(16)의 도체는 용탕 주입 홈통(15)의 측벽(17, 18)을 따라 전면적으로 연장된다.

그러한 가열 장치(16)는 바람직하게는 1000 ㎐ 내지 8000 ㎐의 주파수로 작동된다. 빈 용탕 주입 홈통(5)의 가열은 물론 용탕(2)의 가열도 역시 목표된 대로 제어되거나 조정되고, 그와 같이 하여 빈 용탕 주입 홈통(5)이 균일하게 가열되는 것과, 충전된 용탕 주입 홈통(5)의 경우에는 그 용탕 주입 홈통(5)의 내부에서 용탕이 가능한 한 적게 움직이는 것이 보장되게 된다.

빈 용탕 주입 홈통(5)의 유도 가열 및 용탕(2)의 가열에 있어서, 전기 전도성 라이닝 층(15)에서 전류가 어느 방향으로 흐르는지는 별로 중요하지 않다.

도 5에 따르면, 예컨대 라이닝 층(15)의 유도 전류(19)가 좌측에서는 관찰자로부터 멀어지게끔 흐르는 것으로 도시되어 있다. 우측에서는 라이닝 층(15)의 유도 전류(19)가 관찰자 쪽을 향해 흐르고 있다.

그러한 전류 흐름은 도 6의 실시예에 따르면 반전된다.

도 7의 실시예에서는 유도 전류(19)가 라이닝 층(15)의 벽 및 바닥을 통해 시계 방향의 반대로 흐르는 반면에, 도 8의 실시예에서는 시계 방향으로 흐르고 있다.

도 9의 실시예의 경우에는 유도 전류(19)가 라이닝 층(15)의 벽에서만 흐르고, 그것도 특히 시계 방향으로 흐르는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 유도 전류(19)는 시계 방향의 반대로 또는 양측의 벽에서 반대의 방향으로 흐를 수도 있다.

본 발명은 구리 또는 구리 합금으로 이뤄진 용탕의 공급 용기와 하나 이상의 연속 주조 주형간에 편입되는 용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법 및 그 방법을 행하기 위한 용탕 주입 홈통을 제공함으로써 주조 공정이 양호한 공정 윈도우에서 가능한 한 일정한 공정 파라미터로 작업되고 용탕의 온도 변동이 회피될 수 있게끔 하고, 그에 따라 주조된 금속 빌렛으로 된 재료를 가공할 때의 제작상의 문제점 및 그에 수반되는 최종 제품의 불리한 특성이 함께 배제될 수 있도록 한다. 특히, 유도 가열은 소음, 분진, 및 열기로 인한 작업장 오염을 가스 연소에 의한 경우보다 현저히 더 낮게 유지시키는 동시에, 벽의 온도가 균일하게 될 수 있도록 한다. 따라서, 빈 용탕 주입 홈통의 온도가 가열 시에 재현이 가능하게끔 양호하게 세팅될 수 있고, 연이어 용탕 주입 홈통을 용탕으로 충전시켰을 때와 주조 시에 용탕과 벽간의 열 교환이 더욱 양호하게 제어될 수 있다. 그럴 경우, 그에 상응하게 공정 윈도우도 최적의 공정 파라미터를 재현이 가능하게끔 확실하게 얻을 수 있게 된다.

Claims

구리 또는 구리 합금으로 이루어진 용탕(2)의 공급 용기(3)와 하나 이상의 연속 주조 주형(6)간에 편입되는 용탕 주입 홈통(5)을 목표의 온도로 조절하는 방법으로서,

용탕 주입 홈통(5)의 홈통 벽(13) 및 홈통 바닥(14)에는 그 내측에 적어도 부분적으로 10^-1 Ω·m 내지 10^-6 Ω·m의 전기 비저항을 가지며 용탕(2)에 대해 내열성을 갖는 라이닝 층(15)을 마련하고, 라이닝 층(15)을 그 라이닝 층(15)의 외부에 배치된 전기 가열 장치(16)에 의해 유도 가열하는 것을 특징으로 하는 용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법.
제1항에 있어서, 유도 가열에 의한 라이닝 층(15)의 균일 가열을 제어하거나 조정하는 것을 특징으로 하는 용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 전기 가열 장치(16)를 100 ㎐ 내지 15000 ㎐의 주파수로 작동시키는 것을 특징으로 하는 용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 주조의 시작 전에 라이닝 층(15)을 ℃ 단위로 나타내었을 때의 용탕의 액상선 온도의 50%를 넘는 온도로 유도 가열하는 것을 특징으로 하는 용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법.
폭(B)에 대한 길이의 비가 ≥3인 동시에, 전기 비 저항이 10^-1 Ω·m 내지 10^-6 Ω·m이고 두께(D)가 9 ㎜ 내지 150 ㎜이며 용탕(2)에 대해 내열성을 갖는 라이닝 층(15)을 구비하고, 라이닝 층(15)의 내부 표면은 용탕(2)에 의해 덮이는 용탕 주입 홈통(5)의 내부 표면의 1/3 이상의 크기를 가지며, 적어도 홈통 벽(13)의 종 방향으로의 둘레 측에는 전류(19)가 통해 흐르고 라이닝 층(15)과 조합되는 가열 장치(16)의 도체가 배치되는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 방법을 행하기 위한 용탕 주입 홈통.
제5항에 있어서, 라이닝 층(15)은 20 ㎜ 내지 80 ㎜의 두께(D)로 되는 것을 특징으로 하는 용탕 주입 홈통.
제5항 또는 제6항에 있어서, 라이닝 층(15)은 흑연, 점토질 흑연, 탄소, 또는 탄화규소로 이루어지거나 그러한 개별 성분 중의 2개 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용탕 주입 홈통.