KR101114419B1 - 슬래브 단변부 품질 개선을 위한 연속주조 몰드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래브 형태의 주편을 연속 주조하는 공정에서 교류 전자기장을 이용하여 주편 단면부에서 몰드플럭스의 유입을 안정적으로 확보함과 동시에 후크 형태의 초기 응고층 생성을 억제하여 의해 개재물 부착을 방지할 수 있는 슬래브 단변부 품질 개선을 위한 연속주조 몰드에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 용탕을 슬래브 형태로 연속주조하도록 장변 동판과 단변 동판으로 이루어지는 연속주조 몰드에 있어서, 상기 단변 동판의 상부에 길이방향으로 관통 형성되는 다수의 절개부와; 상기 절개부가 형성된 단변 동판 외부에 설치되는 인덕터 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드를 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 주편의 단변부 표면에는 오실레이션 마크와 같은 표면결함을 억제함과 동시에, 단변부 표면 직하부에는 개재물 집적현상을 해소하여 주편의 단변부 표층결함을 제거하기 위한 부가적인 작업공정이 필요 없기 때문에 이에 기인한 공정단축, 제품의 수율향상 등의 경제적 효과가 있다.

연속주조, 연주몰드, 단변동판, 절개부, 인덕터코일, 교류자기장

Description

슬래브 단변부 품질 개선을 위한 연속주조 몰드{CONTINUOS CASTING MOLD WITH A FUNCTION OF IMPROVING THE QUALITY OF SHORT SIDE OF SLAB}

도 1은 연주 몰드 내부에서 용탕의 초기응고거동을 도시한 모식도;

도 2는 본 발명에 따른 연속주조 몰드의 설치 개념을 도시한 평면도;

도 3은 본 발명에 따른 연속주조 몰드를 단변동판의 형상 및 인덕터 코일의 설치부위를 도시한 개념도;

도 4는 본 발명에 따른 연속주조 몰드를 구성하는 인덕터 코일의 세부 구성도;

도 5는 본 발명에 따른 연속주조 몰드를 구성하는 인덕터 코일의 설치높이를 도시한 개념도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1. :장변 동판 2: 단변 동판 3: 인덕터 코일 4: 전원장치

5: 단변 동판 절개부 6: 고 자속투자율 물질 7: 코일

8: 응고층 9: 용탕

본 발명은 슬래브 단변부 품질 개선을 위한 연속주조 몰드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬래브 형태의 주편을 연속 주조하는 공정에서 교류 전자기장을 이용하여 주편 단면부에서 몰드플럭스의 유입을 안정적으로 확보함과 동시에 후크 형태의 초기 응고층 생성을 억제하여 의해 개재물 부착을 방지할 수 있는 슬래브 단변부 품질 개선을 위한 연속주조 몰드에 관한 것이다.

일반적으로, 용융금속의 연속주조공정은 액체상태의 용탕을 몰드의 상부로 투입하고 몰드의 하부로 응고된 금속편을 연속적으로 인발, 추출하는 공정이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 용탕이 몰드와 접촉하면서 용탕이 냉각되고 이로 인해 연주몰드와 접촉하는 부분부터 응고층이 형성된다. 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 탕면부에 형성되는 초기 응고층은 측면의 몰드와 상부의 파우더층으로 열이 전달됨에 따라 갈고리 형태(후크; Hook)로 시작한다.

한편, 용탕 내부에 존재하는 기포나 비금속 개재물들은 비중차이에 의해 탕면부로 부상되어 나오게 되는데, 이러한 것들이 후크 형태로 응고된 부위에 포집되어 주편 내부에 집적되면 후 공정에서 내부 결함으로 발달하게 된다. 또한 상기 후크형태의 응고층은 응고가 진행되면서 변형을 받아서 최종적으로 주편 표면에 오실레이션 마크(Oscillation Mark)라 불리는 가로 홈을 형성하여 연주몰드 내에서 주편-몰드 간의 열전달을 감소시키는 등 주편 표면 결함의 근원으로 작용하기도 한다.

이러한 관점에서 보면, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 초기 응고층이후크 형태로 시작하지 않는 것이 바람직한데, 이를 달성하기 위해서는 초기 응고층이 형 성될 때 몰드 냉각을 최소화시켜야 한다.

이를 위하여 다양한 방법들이 고안되어 시도되고 있는데, 발열성 몰드 파우더, 탕면부 몰드 도금두께 증가, 전자기 연속주조 등이 알려져 있다. 상기한 발열성 몰드 파우더의 채용은 파우더의 물성 면에서 제한적이고 탕면부 도금두께 증가는 현재 다양한 방법으로 시도되고 있다.

최근 주목받고 있는 전자기 연속주조 기술의 경우, 고주파수 전자기장을 이용하는 것은 몰드 제작과 대용량 전원 장치에서 난점이 있고 저주파수를 이용하는 방법은 용탕에 발생하는 유동을 해결해야 하는 어려운 문제점을 안고 있는 실정이다.

상기한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 슬래브 연주몰드의 양쪽 단변 동판에 교류 전자기장을 발생시키는 인덕터 코일을 부착하여 이로부터 발생하는 전자기장으로 단면부의 몰드플럭스의 용해 및 유입을 안정적으로 확보함과 동시에, 후크 형태의 초기 응고층 생성을 억제함으로써 개재물의 부착을 방지하여 연속주조되는 슬래브 단변부 품질을 개선할 수 있는 슬래브 단변부 품질 개선을 위한 연속주조 몰드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용탕을 슬래브 형태로 연속주조하도록 장변 동판과 단변 동판으로 이루어지는 연속주조 몰드에 있어서, 상기 단변 동판의 상부에 길이방향으로 관통 형성되는 다수의 절개부와; 상기 절개부가 형성 된 단변 동판 외부에 설치되는 인덕터 코일을 포함하는 연속주조 몰드를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 인덕터 코일의 상하길이가 100±10㎜이고, 그 상단부가 연주몰드 내부의 용탕 탕면높이와 근접하도록 설치되도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 인덕터 코일이 ㄷ형의 고자속투자율 물질과, 이의 내외부에 접촉하도록 설치되는 코일과, 이에 전원을 공급하는 전원장치를 포함하도록 구성한다.

현편, 본 발명을 구성하는 상기 절개부는 그 길이가 상기 인덕터 코일 상하길이의 3배 이상이 되도록 형성되어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 연속주조 몰드의 설치 개념을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 연속주조 몰드를 단변동판의 형상 및 인덕터 코일의 설치부위를 도시한 개념도이다. 도 4는 본 발명에 따른 연속주조 몰드를 구성하는 인덕터 코일의 세부 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연속주조 몰드를 구성하는 인덕터 코일의 설치높이를 도시한 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속주조 몰드는 몰드의 단변 동판(2) 외부에 유도전류를 발생시킬 수 있는 인덕터 코일(3)을 설치하는 것을 기본구성으로 한다. 즉, 일반적으로 연주몰드의 한 쌍의 단변 동판(2)은 한 쌍의 장변 동판(1)의 사이에 고정된 형태이며, 이 한 쌍의 단면 동판(2) 상부 외부에 교류 전기장을 발생시켜 몰드 내부의 용탕에 유도전류를 발생시킬 수 있는 인덕터 코일(3)을 설치하는 것이며, 이 인덕터 코일(3)은 전원을 공급할 수 있는 전원공급장치(4) 와 케이블로 연결되어진다.

본 발명을 구성하는 단변 동판(2)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상단부 일부를 길이방향으로 관통되도록 절개부(5)를 형성하여 인덕터 코일(3)로부터 발생된 교류자기장이 몰드의 단변 동판(2)을 통과하여 용탕에 작용하도록 한다.

이때 절개부(5)의 길이는 인덕터 코일(3) 길이의 3배 이상이 되도록 하는데, 그 이유는 상기 인덕터 코일(3)로부터 발생되는 교류자기장이 단변 동판(2)을 보다 효율적으로 통과하여 용탕(9)에 작용하기 위한 것으로서, 그보다 작게 절개부(5)가 형성되는 경우에는 발생된 교류자기장이 전도성의 단변 동판(2)에 흡수되어 효율이 저하되기 때문이다.

한편, 본 발명을 구성하는 인덕터 코일(3)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 전류가 흐르는 코일(7)과 이로부터 발생하는 자기장을 연주몰드와 용탕 쪽으로 집속시키는 고 자속투자율 물질(6)로 구성되어 있다.

상기 고 자속투자율 물질(6)은 전도체의 성질을 지닌 전기강판을 적층하여 제조하거나 금속분말을 성형하여 제조된 코아형으로 제조할 수 있다.

또한 상기 인덕터 코일(3)의 주조방향 상하길이, 즉 고 자속투자율 물질(6)은 100±10㎜ 내외로 제한하여 인덕터 코일(3)에 의한 자기장이 주조 방향으로 일부 영역에서만 역할을 하도록 한다. 즉, 인덕터 코일(3)의 크기가 과대하게 큰 경우 보다 넓은 부위에 자기장을 인가하여 이로 인한 열이 몰드 내부의 용탕면에 작용함으로써 응고층의 형성이 어려워지고, 그 효율이 저하되기 때문이다.

상기한 본 발명의 인덕터 코일(3)의 설치 높이는, 도 5에 도시된 바와 같이, 주조 중인 몰드 내부의 용탕(9)의 탕면 위치와 거의 일치되도록 설치되어야 이로부터 발생되는 교류자기장이 용탕(9)에 양호하게 작용할 수 있다. 따라서, 인덕터 코일(3)의 상단과 대체로 일치시킴이 바람직하며, 탕면과의 높이 차이는 ±15㎜를 벗어나지 않도록 관리하여야만 보다 안정적인 자기장의 적용이 가능한다.

상술한 구성으로 주조할 때, 본 발명의 인덕터 코일(3)에서 발생된 교류 자기장(B_AC)은 용탕(9)에 유도전류(J_AC)를 발생시킨다. 용탕(9)에 유도된 전류는 옴의 법칙(Ohm's Law)에 따라 용탕에 열(Q)을 발생시킨다.

Q = J_AC?J_AC/σ ………………………………(1)

여기서, σ는 용탕의 전기전도도이다.

이때 인덕터 코일(3)에 공급하는 전류의 주파수를 높이면, 식(1)에 따라 발생하는 열은 용탕의 표면부분에 집중시킬 수 있다. 따라서, 연주몰드의 단변동판(2) 상부 부근의 탕면에서 발생된 열은 상부의 몰드 파우더에 공급되어 용탕(9)의 온도저하 없이 단변 동판(2)부의 몰드 파우더의 용해를 촉진시키고, 응고층에서 발생하는 열은 몰드로 전달되어 이 부분에서 응고가 급격히 진행되는 것을 방지한다.

이러한 상황은 전체적인 용탕의 온도 변화없이 몰드 냉각에 의해 진행되는 초기 응고층의 생성 및 성장을 억제하여, 궁극적으로 초기 응고층을 도 1의 (b)에 도시된 형태와 같이 후크형태의 응고층 형성없이 얇게 유지되도록 한다.

또한 몰드의 단변 동판(2)부의 상부 영역에서 충분한 양이 용해된 몰드 파우 더는 주조작업의 안정성을 제고시키게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 연속주조되는 주편의 단변부에 열을 가하여 몰드 파우더를 충분히 용해시켜 후크형태의 초기 응고층의 생성 및 성장을 억제하여 주편의 단변부 표면에는 오실레이션 마크와 같은 표면결함을 억제함과 동시에, 단변부 표면 직하부에는 개재물 집적현상을 해소하여 주편의 단변부 표층결함을 제거하기 위한 부가적인 작업공정이 필요 없기 때문에 이에 기인한 공정단축, 제품의 수율향상 등의 경제적 효과가 있다.

Claims (5)

1. 용탕을 슬래브 형태로 연속주조하도록 장변 동판과 단변 동판으로 이루어지는 연속주조 몰드에 있어서,

   상기 단변 동판의 상부에 길이방향으로 관통 형성되는 다수의 절개부와;

   상기 절개부가 형성된 단변 동판 외부에 설치되며, 상단부가 연속주조 몰드 내부의 용탕 탕면 높이와 근접하도록 설치되는 인덕터 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 인덕터 코일은 상하길이가 100±10㎜인 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
3. 삭제
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 인덕터 코일은 ㄷ형의 고자속투자율 물질과, 이의 내외부에 접촉하도록 설치되는 코일과, 이에 전원을 공급하는 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 절개부는 그 길이가 상기 인덕터 코일 상하길이의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 연속주조 몰드.

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