KR101129500B1 - Fluid Control Device and the Method Using Electro-Magnetic Braking Principle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제철소의 연속 주조 공정에서 생산되는 제품의 품질을 향상시키기 위해 전자기력을 이용하여 용강의 유동을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 개의 침지노즐 아래의 불활성 가스가 침지노즐을 통해 유입되는 연속 주조 공정에서 용강이 과도하게 솟아오르는 부분에 대해서는 약한 자기장을 형성하여 솟아오르는 형태의 흐름을 약화시키고, 과냉이 심하게 발생하여 유동을 약화시켜야 하는 부분에서는 자기장 세기를 강하게 인가하여 과냉을 억제함으로써 탕면의 폭방향의 유동을 적절히 배분하여 주편의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 전자기 제동 원리를 이용한 유동 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling the flow of molten steel by using electromagnetic force to improve the quality of the product produced in the continuous casting process of steel mill, more specifically, the inert gas under the two immersion nozzles through the immersion nozzle In the continuous casting process, a weak magnetic field is formed for the excessively rising part of the molten steel to weaken the rising flow, and in the part where excessive cooling occurs to weaken the flow, the magnetic field strength is strongly applied to suppress the subcooling. The present invention relates to a flow control device using the electromagnetic braking principle and a method thereof, by which the flow in the width direction of the hot water surface is appropriately distributed to improve the surface quality of the cast steel.
본 발명에 따른 유동 제어 장치는 상기와 같은 과정을 통해 연속 주조 주형 내의 유동 형태를 적절히 제어함으로써 탕면 안정화에 따른 몰드 파우더의 혼입 저감과 용강 중 비금속 개재물 및 불활성 가스 기포 등을 저감시켜 표면 품질이 양호한 연속 주조 주편을 제조할 수 있다는 장점을 가진다.The flow control device according to the present invention by controlling the flow form in the continuous casting mold through the above process to reduce the mixing of the mold powder and the non-metallic inclusions and inert gas bubbles in the molten steel to improve the surface quality is good It has the advantage of being able to produce continuous cast slabs.
연속 주조, 용강, 유속, 전자기장, 코어, 코일Continuous casting, molten steel, flow rate, electromagnetic field, core, coil
Description
도 1은 종래의 일반적으로 사용되는 연속 주조 공정에 대한 개략도이다.1 is a schematic diagram of a conventional generally used continuous casting process.
도 2a 내지 도 2e는 종래의 다양한 방법을 이용한 연속 주조 공정의 몰드 내에서 발생하는 유동 형태를 도시한 단면도이다.2A-2E are cross-sectional views illustrating flow patterns occurring in a mold of a continuous casting process using various conventional methods.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 전자기 유동 제어 장치의 종단면도와 사시도이며, 도 3c 및 도 3d는 각각 전자기 유동 제어 장치의 상부 전자석과 하부 전자석의 형태를 도시한 횡단면도와 사시도이다.3A and 3B are cross-sectional views and perspective views, respectively, of the electromagnetic flow control device according to the present invention, and FIGS. 3C and 3D are cross-sectional views and perspective views showing the shapes of the upper and lower electromagnets of the electromagnetic flow control device, respectively.
도 4a 내지 도 4b는 종래의 발명 및 본 발명에 따른 자기장의 분포 변화를 3차원으로 도시한 그래프이다.4A to 4B are graphs showing a distribution change of a magnetic field according to the related art and the present invention in three dimensions.
도 5a 내지 도 5b는 상기 도 6a 내지 도 6b의 자기장 비에 따른 유속 분포를 시뮬레이션한 그래프이다.5A to 5B are graphs simulating flow rate distribution according to the magnetic field ratios of FIGS. 6A to 6B.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명에 따른 유동 제어 장치를 적용한 결과, 표면에 집적되어 있는 결함 요인이 감소한 결과를 보여주는 표이다.6A to 6B are tables showing the result of reducing the defect factor accumulated on the surface as a result of applying the flow control device according to the present invention.
도 7a 내지 도 7b는 종래의 장치와 본 발명에 따른 유동 제어 장치를 각각 사용할 경우, 최적의 사용 조건에서 통계적인 분석법을 이용하여, 상부와 하부 자 기장의 세기에 따른 주편의 표층 아래에 있는 불순물의 정도를 도시한 상자그림이다.
Figures 7a to 7b are impurities under the surface layer of the slab according to the strength of the upper and lower magnetic field, using a statistical analysis method at the optimum conditions of use, when using the conventional apparatus and the flow control apparatus according to the present invention, respectively A box plot showing the degree of
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
2 : 래들 4 : 턴디쉬2: ladle 4: tundish
6 : 침지노즐 8 : 몰드6: immersion nozzle 8: mold
10 : 몰드 파우더 12 : 토출류10: mold powder 12: discharge flow
14 : 상승류 16 : 하강류14: upward flow 16: downward flow
18 : 기포상승류 20 : 전자기 코어18: bubble rise 20: electromagnetic core
22 : 코어에 의한 이상 유동 24 : 전자기 하부 코어22: ideal flow by the core 24: electromagnetic lower core
26 : 전자기 상부 코어 28 : 초전도 자석26: electromagnetic upper core 28: superconducting magnet
32 : 하부 코일 34 : 상부코일32: lower coil 34: upper coil
36 : Water Jacket 38 : 전류제어장치36: Water Jacket 38: Current Control Device
50 : 상부 전자석 60 : 하부 전자석50: upper electromagnet 60: lower electromagnet
72 : 최소값 74 : 최대값72: minimum value 74: maximum value
76 : 중앙값 78 : 제1사분위수76: median 78: first quartile
80 : 제3사분위수 82 : 평균80: third quartile 82: mean
84 : 25~75% 사분위범위
84: 25-75% quartile
본 발명은 제철소의 연속 주조 공정에서 생산되는 제품의 품질을 향상시키기 위해 전자기력을 이용하여 용강의 유동을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 개의 침지노즐 아래의 불활성 가스가 침지노즐을 통해 유입되는 연속 주조 공정에서 용강이 과도하게 솟아오르는 부분에 대해서는 약한 자기장을 형성하여 솟아오르는 형태의 흐름을 약화시키고, 과냉이 심하게 발생하여 유동을 약화시켜야 하는 부분에서는 자기장 세기를 강하게 인가하여 과냉을 억제함으로써 탕면의 폭, 방향의 유동을 적절히 배분하여 주편의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 전자기 제동 원리를 이용한 유동 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling the flow of molten steel by using electromagnetic force to improve the quality of the product produced in the continuous casting process of steel mill, more specifically, the inert gas under the two immersion nozzles through the immersion nozzle In the continuous casting process, a weak magnetic field is formed for the excessively rising part of the molten steel to weaken the rising flow, and in the part where excessive cooling occurs to weaken the flow, the magnetic field strength is strongly applied to suppress the subcooling. Therefore, the present invention relates to a flow control apparatus and a method using an electromagnetic braking principle that can distribute the flow in the width and direction of the hot water surface appropriately to improve the surface quality of the cast steel.
상기 유동 제어 장치는 연속 주조 주형 내의 유동 형태를 적절히 제어함으로써 탕면 안정화에 따른 몰드 파우더의 혼입 저감과 용강 중 비금속 개재물 및 불활성 가스 기포 등을 저감시켜 표면 품질이 양호한 연속 주조 주편을 제조할 수 있다는 장점을 가진다.
The flow control device is capable of producing a continuous casting cast with good surface quality by reducing the mixing of the mold powder and the non-metallic inclusions and inert gas bubbles in molten steel by appropriately controlling the flow pattern in the continuous casting mold. Has
도 1은 일반적으로 사용되는 종래의 연속 주조 공정에 대한 개략도이다.1 is a schematic diagram of a conventional continuous casting process that is commonly used.
도 1을 참조하면, 통상적인 연속 주조는 래들(2)을 빠져나온 용강이 턴디쉬(4)에서 침지노즐(Submerged Entry Nozzle)(6)을 통해 몰드(Mold)(8) 내부로 유입되면서 냉각이 시작되어 주편의 표면이 형성된다. 따라서 표면 품질의 대부분은 몰드(8)에서 결정이 된다.
Referring to FIG. 1, the conventional continuous casting is cooled while the molten steel exiting the
도 2a는 연속 주조 공정의 몰드 내에서 발생하는 일반적인 유동 형태를 도시한 단면도이고, 도 2b는 초기 전자기 제동을 이용한 유동 제어 장치의 코어의 설치 위치와 그에 따른 유동을 도시한 단면도이고, 도 2c는 초기 전자기 유동 제어 장치의 문제를 보완하기 위해 고안된 유동 제어 장치에 따른 유동을 도시한 단면도이고, 도 2d는 전자기 제동 방식의 유동 제어 장치로 2쌍의 코어를 가지고 있는 형태의 몰드에서의 유동 형태를 도시한 단면도이고, 도 2e는 초전도 방식을 이용한 전자기 제동방식의 유동 제어 장치의 코어의 형태를 도시한 단면도이다.FIG. 2A is a cross-sectional view showing a general flow pattern occurring in a mold of a continuous casting process, FIG. 2B is a cross-sectional view showing the installation position of the core of the flow control apparatus using initial electromagnetic braking and the flow thereof, and FIG. 2C Figure 2 is a cross-sectional view showing the flow according to the flow control device designed to solve the problem of the initial electromagnetic flow control device, Figure 2d is a flow control device of the electromagnetic braking type in the mold having two pairs of cores FIG. 2E is a cross-sectional view showing the shape of a core of a flow control apparatus of an electromagnetic braking method using a superconducting method.
일반적인 유동 형태는 도 2a에서 보는 바와 같이 침지노즐(6)에서 토출된 용강(12)이 몰드(8)의 벽부에 부딪힌 후에, 몰드 파우더(10)와 용강이 접촉하고 있는 탕면쪽으로 향하게 되는 상승류(14)와, 주편 내부로 들어가는 하강류(16)와, 노즐의 막힘을 방지하기 위해 침지노즐(6) 내부에서 취입하는 불활성 기체의 부력에 의해 발생하는 침지노즐 주변의 기포상승류(18)로 형성된다. The general flow form is an upward flow in which the
이 때, 주편에서 나타나는 표면 결함의 대부분은 표면으로부터 수 mm이내에 위치한 것으로 통상적으로 알려져 있으며, 몰드(8)에서 냉각 조건을 감안할 때 대부분이 탕면과 토출류(12)가 몰드(8)의 단면과 부딪히는 부분 사이에서 표면 결함의 원인이 생성된다.At this time, most of the surface defects appearing in the cast steel is commonly known to be located within a few mm from the surface, and considering the cooling conditions in the mold (8), most of the hot water surface and the discharge flows 12 and the cross section of the mold (8) The cause of the surface defects is created between the hitting parts.
상기와 유사한 문제들을 해결하기 위해 종래에는 주로 침지노즐(6)의 토출각도를 적절히 변경시켜 주편의 품질을 향상시키는 기술을 사용하였다. 즉, 하강류(16)의 양이 증가하고 상승류(14)의 양이 감소하여, 상승류(14)에 의해 결함이 많 이 발생하는 경우에는 토출각도를 크게 하고, 탕면의 온도가 낮아 과냉에 의해 결함이 많이 발생하는 경우에는 토출각도를 작게 함으로써 품질을 향상시키는 방법을 사용해 왔다. In order to solve the problems similar to the above, in the related art, a technique of mainly improving the quality of the cast steel by appropriately changing the discharge angle of the
그러나, 상기와 같이 토출 각도를 조절하여 표면 결함을 줄이고자 하는 종래의 기술은, 상승류(14)의 양이 작아지는 경우에는 탕면으로 공급되는 열이 그만큼 감소하게 되므로 과냉의 문제가 다시 대두되며, 또한, 상승류(14)의 양을 증가시키는 경우에는 몰드 파우더의(10) 혼입의 문제가 여전히 남아 있는 실정이다. 더구나 주조 속도, 주조 폭, 침지 깊이, 노즐의 막힘 등을 방지하기 위해 사용하는 불활성 가스의 양에 따라 유동 형태가 변경이 되는데, 이와 같이 주조 공정 중에 해당 인자들이 변하게 되어, 고정된 토출각도를 가진 침지노즐(6)을 사용하여 결함을 줄이고자 하는 기술은 한계가 있었다.However, in the conventional technique of reducing the surface defect by adjusting the discharge angle as described above, when the amount of the
이처럼 침지노즐(6)만을 이용하여 결함을 감소시키는 방법에는 한계가 존재함에 따라 도 2b와 같이 침지노즐(6)의 바로 아래에 토출류(12)가 지나가는 곳에 전자기 제동원리를 이용한 전자기 제동 장치(EMBR : Electro Magnetic Brake Ruler)(20)를 두어, 용강의 유동과 자기장과의 관계에 의해 발생하는 로렌쯔 힘(Lorentz Force)에 의하여 유속을 감소시키는 발명이 제안되었다(스웨덴 특허 SE 8,003,695, 미국 특허 US 4,495,984). 그러나, 이 기술을 실제 적용했을 때에는 예상대로 유속이 줄어드는 것이 아니라 제동력이 미치는 부분을 우회하는, 이상 유동(22)이 발생함에 따라 품질 향상 효과가 미비하였다.As described above, there is a limit to the method of reducing defects using only the
상기의 문제점을 보완하기 위해, 도 2c와 같이 침지노즐(6) 바로 아래에 한 쌍의 전자기 하부 코어(24)를 수평으로 배치하여 주편 전폭에 걸쳐 제동력이 작동될 수 있도록 수평 방향으로 자기장을 분포시키는 방법이 제시되었다(스웨덴 특허 SE 9,100,184:미국 특허 US 5,404,933). In order to solve the above problem, as shown in FIG. 2C, a pair of electromagnetic
그러나, 이와 같은 방법은 하강류(16) 전체에 대해 제동력이 작용하여 하강류(16)가 줄어드는 대신 상승류(14)가 증가하여, 고속 주조의 경우 오히려 탕면이 불안정해지면서 몰드 파우더(10)의 혼입에 의한 결함 발생이 증가하는 문제점이 발생되었다.However, in this method, the braking force is applied to the entire downstream 16 so that the upstream 14 is increased instead of the downstream 16, so that the
상기와 같은 탕면 불안정 현상을 해소하기 위해, 도 2d와 같이 침지노즐(6)의 아래 부분의 전자기 하부 코어(24) 이외에 탕면 부분에도 전자기 상부 코어(26)를 두어 전자기장을 인가하여 두 개의 코어(24, 26) 사이에 토출류(12)를 가둬둠으로써 탕면을 안정화시킬 수 있는 방법이 고안되었다(일본 특개평 2-284750). In order to solve the above-mentioned surface instability, in addition to the electromagnetic
그러나, 상기와 같은 방법은 상부와 하부의 전자기 코어(24, 26)에 의해 수직 방향으로 동일한 자기장을 분포시켜, 하강류(16)를 줄이기 위해 자기장의 세기를 증가시키면, 상승류(14)에도 동일한 자기장 세기가 인가되어, 탕면으로 올라가는 상승류(14)를 과도하게 감소시킴으로써 탕면의 열공급이 차단되어 과냉이 발생한다는 문제점을 발생시키고 있다. 이외에도 노즐의 막힘을 방지하기 위해 투입하는 불활성 기체에 의해 침지노즐(6) 근처에서 기포상승류(18)가 더욱 많이 형성되어, 유동 현상이 역전되기도 하여 몰드(8) 내의 불안정한 유동 현상을 조장함으로써 결함을 저감시키는데 그 효과가 미비하였다. However, such a method distributes the same magnetic field in the vertical direction by the upper and lower
전자기를 이용한 유동 제어의 또 다른 접근 방법으로 도 2e처럼 침지노즐(6) 좌우의 몰드(8) 전체를 초전도자석(Superconductive Magnet)(28)을 이용하여 강자기장을 인가하는 방법으로 6.0 ton/min 이상의 고 토출량 아래에서 품질 향상을 이루고자 하는데 그 목적이 있었다. As another approach of flow control using electromagnetic, 6.0 ton / min is applied to the
하지만, 초전도자석의 특성상 극저온에서만 사용할 수 있다는 것과, 도 2e와 같이 좌우로 배치된 코어로 인해 탕면으로 상승하는 유동이 급격히 감소되는 관계로 과냉의 문제에 대해 특별한 해결책을 주지 못하고 그 실효성도 없는 실정이다(특1996-7004658).
However, due to the characteristics of the superconducting magnet, it can be used only at cryogenic temperatures, and due to the cores arranged left and right as shown in FIG. (JP 1996-7004658).
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 발명은 목적은 연속 주조 공정 시에 2공 침지노즐을 사용하면서 침지노즐 내부에서 불활성 기체를 투입하는 방식에서 탕면부근의 유동을 제어하기 위해 독립된 2쌍의 전자석을 이용하고 폭방향으로 균일하지 않는 자기장세기를 이용하는 방식을 사용함으로써 탕면의 유동이 필요한 곳에는 약한 자기장을 형성하여 유동을 발생시켜 주고, 유동을 약화시켜야 할 부분에 대해서는 자기장 세기를 강하게 인가하여 유동을 감소시켜 줌으로써 탕면의 폭방향 유동을 적절히 배분하여 주편의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 전자기 제동 원리를 이용한 유동 제어장치를 제공하는데 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, the present invention is an object to control the flow near the water surface in the method of injecting inert gas inside the immersion nozzle while using a two-hole immersion nozzle in the continuous casting process By using a pair of electromagnets and using a non-uniform magnetic field strength in the width direction, a weak magnetic field is formed where a flow of water is required, and a flow is generated. The present invention provides a flow control apparatus using an electromagnetic braking principle that can improve the surface quality of a cast steel by appropriately distributing the flow in the width direction of the hot water surface by reducing the flow by applying a strong force.
그리고 상기와 같은 장치를 이용하여, 몰드 내의 유동을 흐름을 효과적으로 제어하여 탕면의 유속을 넓은 면적에 걸쳐 존재하게 함으로써 유속 분포 또한 더 균일해질 수 있어 주편의 표면의 개재물이나 몰드 파우더, 기포 등의 결함인자를 줄일 수 있고, 과냉을 억제하며 개재물이 집적되는 것을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
By using the above apparatus, the flow rate in the mold can be controlled effectively so that the flow rate of the hot water surface is present over a large area, so that the flow rate distribution can be made more uniform, so that defects such as inclusions on the surface of the cast steel, mold powder, and bubbles can be obtained. Factors can be reduced, suppress subcooling and prevent inclusions from accumulating.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전자기 제동 원리를 이용한 유동 제어장치를 제안한다.In order to achieve the above object, the present invention proposes a flow control apparatus using the electromagnetic braking principle.
연속 주조 공정에서 전자기력을 이용하여 유동을 제어하기 위하여 본 발명은, 몰드 외주면의 상부에 대향 위치된 한 쌍의 상부 전자석과, 몰드 침지노즐의 하부에 대응하는 몰드 외주면의 하부에 대향 위치하고, 상기 상부 전자석과 독립적으로 작용하는 한 쌍의 하부 전자석을 포함하며, 상기 상부 전자석은 코어와 상기 코어 주위에 감긴 코일을 포함하고, 상기 상부 전자석 코어의 상기 몰드를 향하는 면은 가운데가 볼록한 형상을 지닌 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 몰드 외주면의 상부에 대향 위치된 한 쌍의 상부 전자석과,
몰드 침지노즐의 하부에 대응하는 몰드 외주면의 하부에 대향 위치하고, 상기 상부 전자석과 독립적으로 작용하는 한 쌍의 하부 전자석을 포함하며, 상기 하부 전자석은 코어와 상기 코어 주위에 감긴 코일을 포함하고, 상기 하부 전자석 코어의 상기 몰드를 향하는 면은 가운데가 오목한 형상을 지닌 것을 특징으로 한다.In order to control the flow by using an electromagnetic force in the continuous casting process, the present invention, a pair of upper electromagnets opposed to the upper portion of the mold outer peripheral surface, and the lower portion of the mold outer peripheral surface corresponding to the lower portion of the mold immersion nozzle, the upper portion, A pair of lower electromagnets acting independently of the electromagnet, wherein the upper electromagnet comprises a core and a coil wound around the core, the face of the upper electromagnet core facing the mold has a convex shape in the center It is done.
In addition, the present invention is a pair of upper electromagnets opposed to the upper portion of the mold outer peripheral surface,
A pair of lower electromagnets opposed to the lower part of the mold outer peripheral surface corresponding to the lower part of the mold immersion nozzle, the pair of electromagnets acting independently of the upper electromagnet, the lower electromagnet comprising a core and a coil wound around the core, The surface facing the mold of the lower electromagnet core is characterized by having a concave shape in the middle.
바람직하게, 상기 상부 및 하부의 전자석에 인가되는 전류 세기가 서로 다를 수도 있으며, 상기 상부 전자석의 자기장 세기가 하부 전자석의 자기장 세기보다 작게 유지될 수도 있다.Preferably, the current intensity applied to the upper and lower electromagnets may be different from each other, and the magnetic field strength of the upper electromagnet may be kept smaller than the magnetic field strength of the lower electromagnet.
또한, 상기 하부 전자석은 코어와 상기 코어 주위에 감긴 코일을 포함하고, 상기 하부 전자석 코어의 상기 몰드를 향하는 면은 가운데가 오목한 형상을 지닐 수도 있다. 그리고 상기 상부 및 하부 전자석은 서로 분리되어 있을 수도 있고, 상기 상부 및 하부 전자석은 상기 상부 전자석에 의한 상부 자기장과 상기 하부 전자석에 의한 하부 자기장 간의 연동을 감소시키는 요우크(Yoke)로 연결될 수도 있다.In addition, the lower electromagnet may include a core and a coil wound around the core, and a surface of the lower electromagnet core facing the mold may have a concave shape in the middle. The upper and lower electromagnets may be separated from each other, and the upper and lower electromagnets may be connected to yokes for reducing interlocking between the upper magnetic field by the upper electromagnet and the lower magnetic field by the lower electromagnet.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the most preferred embodiment of the present invention will be described in detail as follows.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 전자기 유동 제어 장치의 종단면도와 사시도이다. 3A and 3B are a longitudinal sectional view and a perspective view, respectively, of the electromagnetic flow control apparatus according to the present invention.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자기 유동 제어 장치는 몰드 외주면의 상부에 대향 위치된 한 쌍의 상부 전자석(50)과, 몰드 침지노즐의 하부에 대응하는 몰드 외주면의 하부에 대향 위치하고, 상기 상부 전자석과 독립적으로 작용하는 한 쌍의 하부 전자석(60)을 포함하는, 각각 독립된 전자석 두 쌍으로 구성되어 있는 것을 볼 수 있다.3A and 3B, the electromagnetic flow control apparatus according to the present invention faces a pair of
본 발명에서는 상기 상부 전자석(50)의 코어(26)와 하부 전자석(60)의 코어(24)는 각각 분리되어 있거나, 공기와 유사한 자기투과율을 가진 재질로 이루어진 요우크(yoke)로 연결되어 상부와 하부 자기장이 서로 연동되는 것을 최대한 줄일 수 있도록 한다. 상기 상하부 전자석의 각 코어의 외부에는 자기장을 형성시키기 위해 코일(32, 34)이 감겨져 있으며, 각 코일의 외부에는 이를 냉각할 수 있는 설비도 갖춰져 있다. In the present invention, the
또한, 상기 상부 코일(34) 및 하부 코일(32)에는 전자장의 세기를 조절하기 위해 전류를 공급하는 전류제어장치(38, 40)가 각각 구비되어 있다. 이에 따라, 본 발명은 상부 코일(34)과 하부 코일(32)에 따로 전류를 공급함으로써 다른 세기의 자기장을 형성할 수 있고, 그에 따라 독립적인 조절이 가능하다.In addition, the
도 3c 및 도 3d는 상기 전자기 유동 제어 장치의 상부 전자석과 하부 전자석의 형태를 도시한 횡단면도와 사시도이다.3C and 3D are cross-sectional views and perspective views showing the shape of the upper electromagnet and the lower electromagnet of the electromagnetic flow control device.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 2공 노즐을 사용하는 연속 주조 공정에서 침지노즐(6)을 통해 들어온 용강의 흐름은 도 2a 내지 도 2e에서 볼 수 있듯이 침지노즐(6)에서 토출된 용강이 몰드(8)의 벽부에 부딪힌 후 생성되는 상승류(14) 및 하강류(16), 그리고 노즐 막힘 방지를 위해 발생시키는 불활성 기체의 부력에 의해 침지노즐(6) 근처에서도 생성되는 기포상승류(18)를 발생시킨다. 특히, 상기의 불활성 기체에 의해 생성되는 기포상승류(18)의 경우는 대부분 침지노즐(6)로부터 300 mm 이내의 범위에서 부상되고, 이로 인해 탕면이 교란되면서 몰드 파우더(10)가 혼입되는 상황이 자주 발생되어, 상당수의 결함이 이 부분에서 발생하고 있다. 따라서 이 부분에서 발생하는 결함을 방지하기 위해서는 부력에 의해 발생하는 상승류(14)에 제동력을 걸어주어야 한다. 3C and 3D, the flow of molten steel introduced through the
이에 따라, 상부 코어(26)는 양쪽 끝단보다 침지노즐(6) 근처에서 상대적으로 강한 자기장을 형성하여, 불활성 기체에 의해 부상되는 기포상승류(18)를 강하게 제동하여 탕면을 안정화시키도록 가운데가 볼록한 코어(26)의 형상을 가진다. 상기의 상부 코어(26)의 가운데가 볼록한 형상은 양쪽 끝부분에서 가장 약한 자기장을 가지게 되고, 상기 가운데의 약한 자기장은 몰드(8)의 벽부 근처로 적절한 상승류(14)를 유도하여 과냉을 억제하며 개재물이 집적되는 것을 방지하는 역할을 한다.Accordingly, the
이에 비해, 하부 코어(24)는 가운데가 오목하고 양 끝으로 갈수록 볼록한 형상을 가진다. 상기 하부 코어(24)에 의해 형성되는 자기장은 침지노즐(6)에서 토출된 용강에 포함되어 있던 비금속 개재물이 주편 내부 깊은 곳까지 도달하는 것을 방지하여 주편의 내부품질이 향상되는 효과가 있다. 또한, 침지노즐(6)의 토출류(12)가 단변에 직접적으로 충돌하는 힘을 감소시켜 주편의 재용융 현상에 의한 주편 터짐 현상을 방지할 수 있다.In contrast, the
특히, 상기 하부 코어(24)의 양끝 부분인 주형의 단변 근처에서 최대 자기장 세기를 형성하고, 하부 코어(24)의 중심부에서는 자기장의 세기를 최대로 약화시킴으로써 유동이 하강류(16)를 따라 내려가 다시 올라올 때, 해당 제동력을 약화시킴으로써 개재물의 부상 분리를 촉진시키는 것을 목적으로 하고 있다.In particular, the maximum magnetic field strength is formed near the short sides of the mold, which are both ends of the
따라서, 본 발명에서는 상기 탕면에서는 중심부의 자기장 세기가 양쪽 끝부분의 자기장 세기보다 크게 유지되고, 상기 침지노즐 하부에서는 중심부의 자기장 세기가 양쪽 끝부분의 자기장 세기보다 작게 유지되어, 주편의 표면의 개재물이나 몰드 파우더, 기포 등의 결함인자를 크게 줄일 수 있다.
Therefore, in the present invention, the magnetic field strength of the center portion is maintained larger than the magnetic field strengths of both ends at the bath surface, and the magnetic field strength of the center portion is kept smaller than the magnetic field strengths of both ends at the lower part of the immersion nozzle, and the inclusions on the surface of the cast steel Or defects such as mold powder and bubbles can be greatly reduced.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 유동 제어 장치를 실제 설비에 적용하여 테스트한 결과로 자기장 세기를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.4A to 4B are graphs showing the results of measuring the magnetic field strength as a result of testing the flow control apparatus according to the present invention in actual equipment.
도 4a 내지 도 4b는, 본 발명에서의 유동 제어 장치를 설치한 후에 하부 코어(24)에 인가된 자기장 세기를 고정시킨 채, 상부 코어(26)에 인가되는 자기장의 세기를 변화시키면서 측정한 것이다. 상기의 실험은 하부 코어(24)에 인가되는 하 부 전류의 세기를 고정하고, 상부 코어(26)에 인가되는 상부 전류의 세기를 변화시킴으로써 상부와 하부 자기장 세기의 독립적인 조절을 가능하게 하였다. 본 실험에서 자기장 세기의 깊이 방향 실험은 탕면을 기준으로 수심 0 mm부터 1000 mm까지의 자기장 세기를 측정하였으며, 자기장 세기의 폭방향 실험은 탕면의 중심을 기준으로 0 mm에서 반경 800 mm까지의 자기장 세기를 측정하였다.4A to 4B are measured while varying the intensity of the magnetic field applied to the
먼저, 도 4a를 참조하면, 상부 코어(26)에 의한 깊이 방향으로의 자기장 분포를 보면, 탕면의 꼭대기에서의 자기장 세기는 약 100 mT이고, 꼭대기에서 멀어져 바닥에 가까이 갈수록 자기장의 세기는 감소해, 바닥 부분에서는 자기장의 세기가 약 67 mT 로 중심부 자기장 세기의 약 67% 정도의 세기를 가지도록 자기장 분포를 형성하고 있는 것을 알 수 있다.First, referring to FIG. 4A, when looking at the distribution of the magnetic field in the depth direction by the
도 4b를 참조하면, 상부 코어(26)에 의한 폭방향으로의 자기장 분포를 보면, 중심부에서는 약 140 mT의 자기장 세기를 가지고, 끝부분으로 갈수록 85 mT 정도의 자기장 세기를 가져, 몰드 중심부에서 멀어질수록 자기장의 세기가 작아지고, 끝부분에서는 중심부 자기장 세기의 약 60% 정도 세기를 가지도록 자기장 분포를 형성하고 있다.
Referring to FIG. 4B, the magnetic field distribution in the width direction by the
도 5a 내지 도 5b는 종래의 발명 및 본 발명에 따른 자기장의 분포 변화를 3차원으로 도시한 그래프이고, 도 6a 내지 도 6b는 상기 도 5a 내지 도 5b의 자기장의 비에 따른 유속 분포를 시뮬레이션한 그래프를 도시한 것이다.5A to 5B are graphs illustrating a distribution change of a magnetic field according to a conventional invention and the present invention in three dimensions, and FIGS. 6A to 6B are simulations of a flow velocity distribution according to a ratio of magnetic fields of FIGS. 5A to 5B. The graph is shown.
먼저 도 5a는 기존의 방식을 사용하여 상부 자기장과 하부 자기장의 세기비 가 1:1로 서로 같은 크기의 자기장을 형성하고 있는 경우를 나타낸 것이고, 도 6b는 본 발명에 따른 상부 자기장과 하부 자기장의 크기를 각각 조절할 수 있는 유동 제어 장치를 사용하여 상부 자기장과 하부 자기장의 세기비가 0.5:1로 상부 자기장의 세기가 하부 자기장 세기의 50% 일 때의 자기장의 분포를 나타낸 것이다. First, FIG. 5A illustrates a case where the intensity ratios of the upper magnetic field and the lower magnetic field are 1: 1 to form magnetic fields having the same size, and FIG. 6B illustrates the upper magnetic field and the lower magnetic field according to the present invention. Using a flow control device with adjustable size, the intensity ratio of the upper magnetic field and the lower magnetic field is 0.5: 1, and the distribution of the magnetic field when the strength of the upper magnetic field is 50% of the lower magnetic field is shown.
도 6a에서는, 도 5a와 같은 기존의 방식을 이용할 경우, 하부로 내려가는 유동을 제어하기 위해 강한 전자기장을 인가하게 되면, 탕면에서도 똑같은 크기의 강한 자기장이 인가되어 탕면으로 용강이 상승하지 못하는 문제가 발생하고, 이로 인해 불활성가스에 의한 기포상승류만이 존재하는 것처럼 보인다. 따라서 탕면 유속이 빠른 부분이 침지노즐 근처로 국한되면서 주편의 표면의 개재물이나 몰드 파우더, 기포 등의 결함인자가 많아진다.In FIG. 6A, when using a conventional method as illustrated in FIG. 5A, when a strong electromagnetic field is applied to control the flow flowing downward, a strong magnetic field of the same size is also applied on the surface of the molten steel, thereby preventing the molten steel from rising to the surface of the molten iron. As a result, only bubbles rise by the inert gas appear to exist. As a result, the portion of the surface of the cast steel has a high defect factor, such as inclusions on the surface of the cast steel, mold powder, and bubbles.
그러나, 도 5b와 같이 상부 자기장과 하부 자기장의 비율을 조절한 경우를 보면, 도 6b처럼 탕면의 유속이 넓은 면적에 걸쳐 존재하며, 유속 분포 또한 더 균일해지는 형태로 가는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 기존의 같은 세기의 자기장을 인가하는 기존의 발명을 이용한 경우보다 주편의 표면의 개재물이나 몰드 파우더, 기포 등의 결함인자가 크게 줄게 되는 것을 알 수 있다.
However, when the ratio of the upper magnetic field and the lower magnetic field is adjusted as shown in FIG. 5B, it can be seen that the flow velocity of the tap surface exists over a large area as shown in FIG. 6B, and the flow velocity distribution is also more uniform. Accordingly, it can be seen that defect factors such as inclusions on the surface of the cast steel, mold powder, bubbles, etc. are greatly reduced than in the case of using the conventional invention of applying the existing magnetic field of the same intensity.
도 7a 내지 도 7b는 종래의 장치와 본 발명에 따른 유동 제어 장치를 각각 사용할 경우, 최적의 사용 조건에서 통계적인 분석법을 이용하여, 상부와 하부 자기장의 세기에 따른 주편의 표층 아래에 있는 불순물의 정도를 도시한 상자그림(Boxplot)이다. 7A to 7B illustrate the use of the impurities below the surface layer of the slab according to the strength of the upper and lower magnetic fields, using statistical analysis at the optimum conditions of use, when using the conventional apparatus and the flow control apparatus according to the present invention, respectively. Boxplot showing the degree.
상기 상자그림은 자료의 최소값(Minimum)(72), 최대값(Maximum)(74), 중앙값(Median)(76), 제1사분위수(First Quartile)(78), 제3사분위수(Third Quartile)(80)를 도시하여 그래프로 나타낸 것으로서 자료의 분포 형태를 종합적으로 나타내며, 특히, 이상치(Outlier)에 대한 객관적인 기준을 제시하는 그래프로 두 개 이상의 자료를 비교할 때 많이 쓰이는 통계 그래프이다.The box plot shows the Minimum (72), Maximum (74), Median (76), First Quartile (78), and Third Quartile of the data. (80) is a graph showing the distribution form of data as a graph, and especially, a graph that presents an objective criterion for outliers, and is a statistical graph commonly used when comparing two or more data.
보다 상세하게 도 7a를 참조하면, 본 발명에 따라 유동제어장치를 이용할 경우, 폭방향의 양쪽 끝부분의 개재물이나 몰드 파우더 등의 결함 요인의 평균(Average)(82)은 약 0.0068 정도이고, 25%~75% 사이의 사분위범위(Interquartile Range)(84)는 약 0.0067로써 기존의 방식을 이용한 결함 요인의 평균(82)이 약 0.0375이고, 25%~75% 사이의 사분위범위(84)가 약 0.0436인 것에 비해 약 5배 이상 현저하게 감소된 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 7A in more detail, in the case of using the flow control apparatus according to the present invention, the average 82 of defects such as inclusions and mold powder at both ends in the width direction is about 0.0068, and 25 The interquartile range (84) between% and 75% is about 0.0067, with an average (82) of the defect factor using the conventional method (82) of about 0.0375, and the interquartile range (84) between 25% and 75%. It can be seen that is significantly reduced by about five times compared to about 0.0436.
마찬가지로 도 7b를 참조하면, 본 발명에 따라 유동제어장치를 이용할 경우, 폭방향의 중심 부분에 집적되어 있는 개재물이나 몰드 파우더 등의 결함 요인의 평균(82)은 약 0.0065 정도이고 25%~75% 사이의 사분위범위(84)는 약 0.0058이고, 기존의 방식을 이용한 결함 요인의 평균(82)이 약 0.0155 정도이고, 25%~75% 사이의 사분위범위(84)는 약 0.0161인 것에 비해 약 2배 이상 감소된 것을 볼 수 있다.Similarly, referring to FIG. 7B, in the case of using the flow control apparatus according to the present invention, the average 82 of defect factors such as inclusions and mold powder accumulated in the center portion in the width direction is about 0.0065, and is 25% to 75%. The
따라서, 본 발명에 따라 독립된 두 쌍의 전자석을 사용하여, 독립된 세기의 자기장을 형성하였을 때, 주편의 표면에 개재물이나 몰드 파우더, 기포 등의 결함인자가 줄어드는 효과가 있음을 알 수 있다.
Therefore, when using two independent pairs of electromagnets according to the present invention, when the magnetic field of the independent strength is formed, it can be seen that there is an effect of reducing the defect factors such as inclusions, mold powder, bubbles, etc. on the surface of the cast steel.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable Example, the scope of the present invention is not limited to a specific Example and should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 연속 주조 공정 시에 2공 침지노즐을 사용하면서 침지노즐 내부에서 불활성 기체를 투입하는 방식에서 탕면부근의 유동을 제어하기 위해 독립된 2쌍의 전자석을 이용하고 폭방향으로 균일하지 않는 자기장세기를 이용하는 방식을 사용함으로써 탕면의 유동이 필요한 곳에는 약한 자기장을 형성하여 유동을 발생시켜 주고, 유동을 약화시켜야 할 부분에 대해서는 자기장 세기를 강하게 인가하여 유동을 감소시켜 줌으로써 탕면의 폭방향 유동을 적절히 배분하여 주편의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.As described above, the present invention, in the continuous casting process using a two-hole immersion nozzle while using an inert gas in the inside of the immersion nozzle to use the two independent pair of electromagnets in order to control the flow near the water surface and the width direction By using a method that uses a non-uniform magnetic field strength, a weak magnetic field is generated where a flow surface is needed, and a flow is generated.In the part where the flow is to be weakened, the magnetic field strength is strongly applied to reduce the flow surface. By appropriately distributing the flow in the width direction has the effect of improving the surface quality of the cast.
그리고 상기와 같은 시스템을 이용하여, 몰드 내의 유동을 흐름을 효과적으로 제어하여 탕면의 유속을 넓은 면적에 걸쳐 존재하게 함으로써 유속 분포 또한 더 균일해질 수 있어 주편의 표면의 개재물이나 몰드 파우더, 기포 등의 결함인자를 줄일 수 있고, 과냉을 억제하며 개재물이 집적되는 것을 방지하는 데 있어서 큰 효과를 거둘 수가 있다. By using the system as described above, the flow velocity in the mold can be controlled effectively so that the flow velocity of the hot water surface exists over a large area so that the flow velocity distribution can be made more uniform, so that defects such as inclusions on the surface of the cast steel, mold powder, and bubbles can be obtained. Factors can be reduced, have a great effect in suppressing supercooling and preventing inclusions from accumulating.
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