KR100918323B1 - 전자기 교반 코일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래 실현할 수 없었던 콤팩트하면서 또한 높은 추력의 전자기 교반 코일을 제공하는 것으로, 주형 내의 용강을 전자기력에 의해 교반하는 전자기 교반 코일이며, 이 전자기 교반 코일의 횡단면에 있어서의 내면적에 대한 요크 단면적의 점적률(-)이 0.5 이상이고, 게다가 요크 폭(B)이 100 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하인 전자기 교반 코일이다. 바람직하게는, 상기 전자기 교반 코일의 기자력(F)을 요크 폭(B)으로 나눈 F/B의 값이 800 kAT/m 이상으로 한다.

전자기 교반 코일, 침지 노즐, 용강, 스트랜드 풀. 요크

Description

전자기 교반 코일 {INDUCTION STIRRING COIL}

본 발명은 주형 내의 용강을 전자기력에 의해 교반하는 전자기 교반 코일에 관한 것이다.

종래, 연속 주조 설비에 있어서, 주형 내의 용강에 포함되는 비금속 개재물이나 침지 노즐 내에 불어 넣은 Ar 가스 기포를 주편에 포착되지 않게 용강의 표면에 부상시켜 제거하고, 품질이 우수한 주편을 얻기 위해 주형 내의 용강을 전자기력에 의해 교반하는 방법이 이용되고 있고, 이 주형 내의 용강을 전자기력에 의해 교반하는 전자기 교반 코일에 관해서는 종래부터 다양한 제안이 이루어지고 있다.

예를 들어, 특허 제3273105호 공보에는, 코일을 권취하는 슬롯을 갖는 제1 철심(요크)의 배면에 접촉하는 제2 철심이나, 제1 철심(요크)의 상하면에 접촉하는 제3 철심을 설치함으로써, 철심의 실효 면적을 증가시켜 포화 자속 밀도를 증가시킴으로써, 종래 장치와 동일 정도의 외형이면서, 강한 자계를 용해 금속에 가할 수 있는 유동 제어 장치가 개시되어 있다.

그러나, 일본 특허 제3273105호 공보에는, 철심(요크)의 실효 면적을 증가시키는 방법은 개시되어 있지만, 그 실효 면적에 상당하는 전자기 교반 코일의 횡단면에 있어서의 내면적에 대한 요크 단면적의 점적률(-)이나, 요크 폭(B)의 구체적 인 수치 범위에 대해서는 충분한 검토가 이루어지고 있지 않았으므로, 콤팩트하면서 또한 높은 추력의 전자기 교반 코일을 실현할 수 없었다.

본 발명은, 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 종래 실현할 수 없었던 콤팩트하면서 또한 높은 추력의 전자기 교반 코일을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 철심(요크)의 실효 면적에 상당하는 전자기 교반 코일의 횡단면에 있어서의 내면적에 대한 요크 단면적의 점적률(-)이나 요크 폭(B)의 바람직한 수치 범위를 특정함으로써, 콤팩트하면서 또한 높은 추력의 전자기 교반 코일을 제공하는 것이고, 그 요지로 하는 것은 하기 내용이다.

(1) 주형 내의 용강을 전자기력에 의해 교반하는 전자기 교반 코일이며, 상기 전자기 교반 코일의 횡단면에 있어서의 내면적에 대한 요크 단면적의 점적률(-)이 0.5 이상 0.9 이하이며, 또한 요크 폭(B)이 100 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 전자기 교반 코일.

(2) 상기 전자기 교반 코일의 기자력(F)을 요크 폭(B)으로 나눈 F/B의 값이 800 kAT/m 이상인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 전자기 교반 코일.

도1은 본 발명에 있어서의 전자기 교반 코일의 실시 형태를 예시하는 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다.

도2는 본 발명에 있어서의 전자기 교반 코일을 포함한 주형 상부를 측면으로부터 본 상세도(단면도)이다.

도3은 본 발명에 있어서의 전자기 교반 코일 부분의 상세도이다.

도4는 요크 폭(B)과 전술한 점적률과의 관계를 나타내는 도면이다.

도5는 점적률(-)과 필요 추력을 얻기 위한 기자력과의 관계를 나타내는 도면이다.

도6은 요크 폭(B)과 기자력(F)/요크 폭(B)과의 관계를 나타내는 도면이다.

도7은 본 발명의 효과를 나타내는 도면이다.

본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해, 도1 내지 도7을 이용하여 상세하게 설명한다.

도1, 도2 및 도3은 본 발명에 있어서의 전자기 교반 코일의 실시 형태를 예시하는 도면이다.

도1 및 도2에 있어서, 1은 주형, 2는 전자기 교반 코일, 3은 침지 노즐, 4는 용강, 5는 스트랜드 풀, 6은 요크를 나타낸다.

도1의 (a)는 본 발명의 전자기 교반 코일의 평면도를 나타내고, (b)는 그 측면도를 나타낸다.

연속 주조기의 주형(1)에 용강(4)이 주입되고, 그 주형(1)의 주위에 배치된 전자기 교반 코일(2)에 전류를 흐르게 함으로써 전자기력이 발생하고, 용강(1)에 화살표(실선) 방향의 추력이 작용하여 스트랜드 풀(5) 내의 용강(4)이 교반된다.

또한, 스트랜드 풀(5)의 중앙에는 침지 노즐(3)이 설치되어 있고, 이 침지 노즐(3)로부터 용강이 주형 내에 주입된다. 그 결과, 용강(4)의 흐름은 화살표(점선)의 흐름이 형성된다. 이 양자의 흐름을 간섭시키지 않고 형성하는 것이, 품질이 양호한 주편을 주조하기 위해 필요하다.

도2는 본 발명에 있어서의 전자기 교반 코일을 포함한 주형부를 측면(횡단면)으로부터 본 상세도이며, 도3은 코일 부분의 확대도(단면도)이다.

전자기 교반 코일(2)의 내부에는 철심에 상당하는 요크(6)가 설치되어 있고, 이 요크 주위에 권취된 코일에 급전되어 자기장이 발생한다. 본 발명은, 전자기 교반 코일(2)의 횡단면에 있어서의 내면적[구체적으로는 도3의 코일 와인드 외형(7)으로 둘러싸인 면적]에 대한 요크(6)의 단면적(B × D)의 점적률(-)이 0.5 이상 0.9 이하이고, 또한 요크 폭(B)이 100 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.

우선, 요크 폭(B)의 한정 이유에 대해 설명한다.

도2에 나타내는 전자기 교반 코일(2)의 횡단면에 있어서의 요크 폭(B)을 100 ㎜ 이상으로 하는 것은, 응고 쉘 전방면에 용강의 유동을 부여함으로써 주편 표층부의 청정성을 개선하고자 하면 100 ㎜ 이상은 필요하기 때문이다.

또한, 전자기 교반 코일(2)의 횡단면에 있어서의 요크 폭(B)을 300 ㎜ 이하로 하는 것은, 노즐 토출류와 교반류와의 간섭을 회피할 수 있어 탕면 근방에서 선회류를 안정적으로 형성할 수 있기 때문이며, 도2에 나타내는 침지 깊이(L)보다도 요크 폭(B)을 작게 하는 것이 바람직하기 때문이고, 일반적으로 침지 깊이(L)는 300 ㎜ 정도이기 때문에, 그 상한을 300 ㎜로 하였다. 더욱 바람직하게는, 요크 폭(B)이 250 ㎜ 이하이면 노즐 토출류와 교반류와의 간섭을 확실하게 회피할 수 있다.

다음에, 요크의 점적률(-)을 0.5 이상 0.9 이하로 하는 이유를 이하에 서술한다.

전자기 교반 코일(2)의 횡단면에 있어서의 내면적, 더 구체적으로는 도3의 코일 와인드 외형(7)으로 둘러싸인 내면적은 전자기 교반 코일(2)의 크기를 나타내고, 이 내면적이 작을수록 콤팩트한 전자기 교반 코일이 된다.

전자기 교반 코일(2)에 급전함으로써 형성할 수 있는 자력의 크기는 기자력으로 규정된다. 그 기자력으로 만들어 낼 수 있는 자기장을 요크(6) 내에서 자기 포화하지 않고 형성할 수 있으면 고효율이 된다. 일단, 자기 포화해 버리면 그 이상 전자기 교반 코일(2)의 기자력을 증대시켰다고 해도 기자력의 증가분에 대응한 자기장을 형성할 수 없다.

한편, 기자력의 최대치는 200 kAT 정도이고, 이것을 초과하면, 요크(6)의 국부 발열의 문제가 생겨 요크(6)를 내부 수냉 구조로 하는 등의 고안이 필요해진다.

본 발명자들은 요크 폭이 100 내지 300 ㎜인 조건에서, 전자기 교반 코일(2)의 횡단면에 있어서의 내면적에 대한 요크(6)의 단면적(B × D)의 점적률(-)과 얻어지는 추력과의 관계를 조사한 결과, 점적률(-)을 0.5 이상 0.9 이하로 함으로써 대략 원하는 추력을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.

그래서, 본 발명에 있어서는, 전자기 교반 코일(2)의 횡단면에 있어서의 내면적[구체적으로는 도3의 코일 와인드 외형(7)으로 둘러싸인 내면적]에 대한 요 크(6)의 단면적(B × D)의 점적률(-)을 0.5 이상으로 하였다(도5 참조).

본 발명에 있어서는, 점적률의 상한은 규정하지 않지만 제조하기 용이함의 관점으로부터 0.9 이하가 바람직한 범위이다.

또한, 본 발명에 따르면, 규정 추력을 얻기 위한 기자력을 작게 할 수 있으므로, 전원 용량에 여유가 있고, 또한 요크 내의 자속 밀도에 여유가 있으면, 필요에 따라서 추력을 높이는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서는 점적률을 증가시키는 방법은 상관없지만, 코일을 형성하는 수냉되는 구리관의 외형을 예를 들어 4.0 ㎜ 이하로 작게 하여 구리관의 굽힘 반경을 저감시킴으로써 요크 단면 형상에 코일의 내측 형상을 근접시키는 것이 바람직하다.

또한, 전자기 교반 코일의 기자력(F)을 요크 폭(B)으로 나눈 F/B의 값이 800 kAT/m 이상인 것이 바람직하다. 기자력(F)/요크 폭(B)을 800 kAT/m 이상으로 하는 것은, 이에 의해 침지 노즐로부터의 토출류와 교반류와의 간섭을 회피하면서, 응고 쉘에의 개재물 포착 방지에 필요한 교반 유속을 얻을 수 있기 때문이다.

본 발명의 전자기 교반 코일의 실시예를 도4 내지 도6에 나타낸다.

요크 폭과 점적률이 다른 몇 개의 코일을 작성하고, 규정 추력 10,000 Pa/m을 얻을 수 있는지 여부를 조사하였다. 여기서, 추력이라 함은 주형 내벽면으로부터 15 ㎜의 위치에 진유판을 설치하고, 전자기 교반 코일에 통전한 상태에서 진유판에 작용하는 힘을 왜곡 게이지 등을 이용하여 측정한 값을 의미하고, 단위는 Pa/m이다.

또한, 전자기 교반 코일을 이용하여 실제로 주조를 행하였다. 강종은 저탄소 Al 킬드강으로 하고, 이 용강을 두께 250 ㎜, 폭 1800 ㎜의 슬래브로 주조하였다. 주조 속도는 1 m/분이고 노즐 내에 Ar 가스를 3 Nl/분 흐르게 하였다. 침지 깊이(L)는 300 ㎜로 하였다. 주편 표층부의 기포ㆍ개재물 개수에 대해서는, 전체 폭 × 주조 방향 길이 200 ㎜의 샘플을 주편의 상면, 하면 각각으로부터 잘라내고, 전체 폭 × 길이 200 ㎜의 표면 내에 있어서의 기포ㆍ개재물을 표면으로부터 1 ㎜ 간격으로 연삭하고, 표면으로부터 10 ㎜까지의 100 마이크론 이상의 기포ㆍ개재물 개수의 총합을 조사하였다.

게다가, 전자기 교반 코일에 의한 교반류와 침지 노즐로부터의 토출류가 주형 내 탕면 근방까지 짧은 변을 따라 상승하는 흐름과 간섭하고 있지 않은지를 명확하게 하기 위해, 주편 수평 단면에서의 응고 조직을 조사하였다.

도4는 요크 폭(B)과 전술한 점적률과의 관계를 나타내는 도면이고, 도4 중에 본 발명의 범위를 화살표로 나타내고 있다. 즉, 작성한 전자기 교반 코일 중에서 점적률이 0.5 이상이고 코어 두께가 100 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하인 경우에는 규정 추력의 교반류를 부여할 수 있었다. 또한, 그 조건이면, 주편의 응고 조직을 조사해도 주편 전체 폭에 걸쳐서 주편 표면으로부터 내부를 향해 성장하고 있는 덴드라이트가 흐름의 풍상방향(風上方向)으로 똑같은 경도를 갖고 성장하고 있는 것이 확인되었다.

도5는 점적률(-)과 규정 추력을 얻기 위한 기자력과의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도5 중에 몇 개의 플롯이 있지만, 점적률이 다른 몇 개의 전자기 교반 코일을 작성하고, 각각의 조건에서 목표 추력 10,000 Pa/m을 얻기 위한 조건을 검토한 결과를 나타내고 있다. 도5로부터, 점적률(-)을 0.5 이상 0.9 이하로 함으로써, 자기 포화하지 않고 필요한 추력을 인가할 수 있다. 여기서, 점적률(-)이 0.5 미만에서 기자력이 급속하게 증대하고 있는 것은 자기 포화하고 있는 것을 나타낸다.

도6에 도시한 요크 폭(B)과 기자력(F)/요크 폭이 다른 몇 개의 전자기 교반 코일을 이용하여 기자력(F)/요크 폭(B)과 주편에 발생하는 결함과의 관계를 나타낸 것이 도7이다. 도7의 종축에 나타낸 결함 지수라 함은, 주편 표면으로부터 10 ㎜까지의 기포 및 개재물 개수의 총합을 몇 가지 조건으로 구하고, 또한 전자기 교반을 인가하지 않은 경우의 개수를 1로 하여 지수화한 것을 나타내고 있다. 도7에서 기자력/요크 폭을 증대시킴으로써 결함 지수는 저감하는데, 그 중에서도 800 kAT/m 이상으로 함으로써 현저하게 저감시킬 수 있는 것이 확인되었다. 도7의 결과를 근거로 하여 도6 중에는 본 발명에서 바람직한 범위를 화살표로 도시하고 있다.

본 발명에 따르면, 철심(요크)의 실효 면적에 상당하는 전자기 교반 코일의 횡단면에 있어서의 내면적에 대한 요크 단면적의 점적률(-)이나 요크 폭(B)의 바람직한 수치 범위를 특정함으로써, 콤팩트하면서 또한 높은 추력의 전자기 교반 코일을 제공할 수 있는 데다가, 교반류와 침지 노즐로부터의 토출류와의 간섭을 회피할 수 있어 탕면 근방에서 선회류를 안정적으로 형성할 수 있는 등, 산업상 유용한 현저한 효과를 발휘한다.

Claims (2)

1. 주형 내의 용강을 전자기력에 의해 교반하는 전자기 교반 코일이며,

   상기 전자기 교반 코일은 그 내부가 수냉되는 구리관으로 형성되고,

   상기 전자기 교반 코일의 횡단면에 있어서의 내면적에 대한 요크 단면적의 점적률(-)이 0.5 이상 0.9 이하이고, 또한 요크 폭(B)이 100 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하이고,

   상기 전자기 교반 코일의 기자력(F)를 요크 폭(B)으로 나눈 F/B의 값이 800kAT/m이상인 것을 특징으로 하는 전자기 교반 코일.
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