KR102325263B1 - 연속 주조공정의 전자 교반기 제어장치 - Google Patents

연속 주조공정의 전자 교반기 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 형태는 연속 주조 설비의 몰드의 외부 측면에 구비되는 복수개의 전자 교반기에 공급되는 전원을 제어하는 연속 주조공정의 전자 교반기 전원제어장치에 있어서, 상기 전자 교반기 전원제어장치는, 몰드 내의 용강 유동을 제어하는 용강 유동 제어 모드에 따른 자기장 발생이 이루어지도록 하는 DC 전류, AC 전류, DC 전류와 AC 전류가 존재하는 DC-AC 합성전류를 각 전자 교반기마다 다르게 공급하는 제어를 수행할 수 있다.

Description

연속 주조공정의 전자 교반기 제어장치{Apparatus for controlling electromagnetic stirring device in continuous casting process}
본 발명은 연속 주조공정에서의 전자 교반기에 공급되는 전류를 제어하는 전자 교반기 제어장치에 관한 것이다.
연속 주조 설비는 용탕 상태의 금속을 고상(solid)의 주편으로 연속 주조하는 설비로서, 정련된 용강(moltensteel)을 운반하는 래들(Ladle), 래들에서 용강을 공급받아 임시 저장하는 턴디시(Tundish), 턴디시로부터 지속적으로 용강을 공급받으면서 이를 주편(Slab)으로 1차 응고시키는 몰드(Mold), 및 몰드에서 지속적으로 인발되는 주편을 2차 냉각시키며 일련의 성형 작업을 수행하는 냉각대로 구성된다.
용강은 턴디시에 수강되어 소정 시간 체류되며 비금속 개재물이 부상 분리되고 슬래그가 안정화되며 재산화가 방지된다. 이후, 용강은 몰드로 공급되어 주편의 형상으로 초기 응고층을 형성한다.
이러한 턴디시나 몰드는 용강이 응고되어 블룸(Bloom), 빌랫(Billet), 슬라브(Slab) 등의 반제품의 형태가 되기 전에 마지막으로 불순물을 제거하는 역할을 수행한다. 따라서, 턴디시나 몰드에서의 조업은 제품의 수율과 품질을 결정하는데 중요한 역할을 수행한다.
몰드 내 주편의 품질은 탕면 유속, 몰드 내 용강의 유동 등 다양한 요소에 의해 결정된다. 이들 중 탕면 유속은 몰드 플럭스의 혼입 여부와 밀접한 관계가 있으며, 몰드 내 용강의 유동은 비금속 개재물의 부상분리와 부착위치에 영향을 미치게 된다. 몰드 내 용강의 유동은 용강을 주입하는 노즐의 형상, 아르곤(Ar) 취입량, 전자기 인가 등을 통해 제어될 수 있다.
이 중에서, 몰드 내 용강의 유동 제어를 위해 전자기 인가 방식을 사용하는 경우, 적절한 전자 교반기(EMS:Electro Magnetic Stirrer)의 전자 제어를 위해서는 몰드내 용강의 실제 유동을 고려할 필요가 있다. 전자 교반기의 전원공급장치는 몰드에 구비된 전자 교반기에 전원을 공급하여 몰드내 용강의 흐름을 제어하여 탕면을 안정화시켜 고속주조와 용강에 개재물 유입을 최소화하여 우수한 품질의 슬래브를 생산하기 위한 목적으로 사용한다.
이러한 몰드 내의 용강의 유동을 제어하는 전자 교반기의 제어 방식은, 상단과 하단의 코일에 DC 자속, AC 자속을 각각 사용하고 있다. 즉, 몰드 전면에 구비된 전자 교반기는 DC 또는 AC 전원만을 사용하고, 몰드 후면에 구비된 또 다른 전자 교반기는 EMBR 기능을 가지도록 DC 전원만을 사용한다.
이와 같이 기존의 전자 교반기의 전원 제어의 경우 어느 하나의 전원 형태로서만 고정하여 전자기를 발생시켜 용강 유동 제어를 하고 있어 효율성이 떨어지는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1486891호
본 발명의 기술적 과제는 몰드 내의 용강 유동을 제어하는 전자 교반기의 전원 제어를 함에 있어서 전자 교반기에 구비된 하나의 코일에 다양한 형태의 전류제어를 통해서 용강에 대한 다양한 유동 제어가 이루어지도록 하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 연속 주조 설비의 몰드의 외부 측면에 구비되는 복수개의 전자 교반기에 공급되는 전원을 제어하는 연속 주조공정의 전자 교반기 전원제어장치에 있어서, 상기 전자 교반기 전원제어장치는, 몰드 내의 용강 유동을 제어하는 용강 유동 제어 모드에 따른 자기장 발생이 이루어지도록 하는 DC 전류, AC 전류, DC 전류와 AC 전류가 존재하는 DC-AC 합성전류를 각 전자 교반기마다 다르게 공급하는 제어를 수행할 수 있다.
상기 전자 교반기는, 몰드 제1장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제1-1교반기; 상기 전자 제1-1교반기와 이격되어 몰드 제1장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제1-2교반기; 몰드 제2장변의 측벽 외부면에 구비되는 전자 제2-1교반기; 상기 전자 제2-1교반기와 이격되어 몰드 제2장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제2-2교반기;를 포함하며, 전자 제2-1교반기는 상기 전자 제1-1교반기와 마주보며 대향된 지점에 위치하며, 상기 전자 제2-2교반기는 상기 전자 제1-2교반기와 마주보며 대향된 지점에 위치할 수 있다.
상기 전자 교반기 전원제어장치는, 용강 유동 제어 모드가 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드, 몰드내의 용강에 대해서 침지 노즐측에서 단변면 방향으로 유동하도록 하는 EMLA 모드, EMBR 모드와 EMRS 모드의 합성인 EMBR+EMRS 합성모드 중에서 어느 하나의 모드로서 자기장이 발생하도록 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제1-2교반기, 전자 제2-1교반기, 전자 제2-2교반기에 각각 다른 형태의 전류로서 공급 제어할 수 있다.
상기 용강 유동 제어 모드가 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드인 경우, 상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제1-2교반기, 전자 제2-1교반기, 전자 제2-2교반기에 단변 방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류를 공급할 수 있다.
상기 용강 유동 제어 모드가, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드인 경우, 상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제1-2교반기에 장변의 제1측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 AC 전류를 공급하며, 상기 전자 제2-1교반기, 전자 제2-2교반기에는 상기 제1측 방향과 반대 방향인 장변의 제2측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 AC 전류를 공급할 수 있다.
상기 용강 유동 제어 모드가, 몰드내의 용강에 대해서 침지 노즐측에서 단변면 방향으로 유동하도록 하는 EMLA 모드인 경우, 상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제2-1교반기에 장변의 제1측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하며, 상기 전자 제1-2교반기, 전자 제2-2교반기에 상기 제1측 방향과 반대 방향인 장변의 제2측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급할 수 있다.
상기 용강 유동 제어 모드가, 몰드내의 용강에 대해서 단변면에서 침지 노즐측 방향으로 유동하도록 하는 EMLS 모드인 경우, 상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제2-1교반기에 장변의 제2측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하며, 상기 전자 제1-2교반기, 전자 제2-2교반기에는 상기 제2측 방향과 반대 방향인 장변의 제1측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급할 수 있다.
상기 용강 유동 제어 모드가, 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드와, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드의 합성인 EMBR+EMRS 합성모드인 경우, 상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기에는 단변 제1방향으로서 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 함께 공급하며, 상기 전자 제1-2교반기에는 상기 단변 제1방향과 반대인 단변 제2방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변의 제1방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 함께 공급하며, 상기 전자 제2-1교반기에는 상기 단변 제1방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향과 반대 방향인 장변 제2방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 함께 공급하며, 상기 전자 제2-2교반기에는 상기 단변 제2방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향과 반대 방향인 장변 제2방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 함께 공급할 수 있다.
상기 전자 교반기 전원제어장치는, 카메라를 통해 센싱되는 몰드 내의 용강 흐름에 따라서 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제1-2교반기, 전자 제2-1교반기, 전자 제2-2교반기에 각각 다른 형태의 전류로서 공급 제어할 수 있다.
상기 전자 교반기 전원제어장치는, 회전자기장이 발생하도록 하는 2상 전류 인가시에, U상 전류의 DC 오프셋(offset)의 극성을 + 또는 - 로 인가하고, W상 전류의 DC 오프셋(offset)의 극성을 + 또는 - 로 인가할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 전자 교반기의 코일에 DC 전류를 인가하여 제동 기능을 가지는 상태, AC 전류를 인가하여 EMLA, EMLS, EMRS의 기능을 가지는 상태, DC와 AC의 전류를 인가하여 두 가지 기능을 동시에 가지는 상태로 용강속도 및 흐름을 다양하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 주조 설비를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 몰드의 외측면에 구비된 전자 교반기를 도시한 그림.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치의 전류 출력 형태를 도시한 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 EMBR 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 EMRS 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 회전 자기장의 예시 그림.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 EMLA 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 EMLS 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림.
도 9는 DC 전류와 AC 전류 인가될 시에 자기장의 예시 그림.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 EMBR과 EMRS 합성 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 DC 오프셋 전용되는 2상 전류를 생성하는 전원 장치의 예시 그림.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 DC 오프셋(offset) 전류가 U상 +, W상 -로 인가되었을 때의 회전자기장의 예시 그림.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 DC 오프셋(offset) 전류가 U상 +, W상 -로 인가되었을 때의 회전자기장의 예시 그림.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 주조 설비를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 몰드의 외측면에 구비된 전자 교반기를 도시한 그림이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치의 전류 출력 형태를 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 EMBR 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 EMRS 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 회전 자기장의 예시 그림이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 EMLA 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 EMLS 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림이며, 도 9는 DC 전류와 AC 전류 인가될 시에 자기장의 예시 그림이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 EMBR과 EMRS 합성 모드시에 전자 교반기의 자기장 방향을 도시한 그림이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 DC 오프셋 전용되는 2상 전류를 생성하는 전원 장치의 예시 그림이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따라 DC 오프셋(offset) 전류가 U상 +, W상 -로 인가되었을 때의 회전자기장의 예시 그림이며, 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 DC 오프셋(offset) 전류가 U상 +, W상 -로 인가되었을 때의 회전자기장의 예시 그림이다.
본 발명은 전자 교반기에 구비된 코일에 DC 전류를 인가하여 제동 기능을 가지는 상태, AC 전류를 인가하여 EMLA, EMLS, EMRS의 기능을 가지는 상태, DC와 AC의 전류를 함께 인가하여 두 가지 기능을 동시에 가지는 상태로 용강속도 및 흐름을 제어하는 것이 가능한 전원공급장치를 제안한다.
본 발명의 연속 주조공정의 전자 교반기 전원제어장치의 설명에 앞서서, 우선, 연속주조설비에 대하여 도 1과 함께 간략히 설명한다.
턴디쉬(100)는, 용강이 수용될 수 있는 중공의 용기 형상으로 제작된다. 턴디쉬(100)에는 용강이 배출되는 배출구가 구비되고, 턴디쉬(100)의 내부에 이격되어 배치되는 위어와 댐이 구비될 수 있다.
노즐부는 턴디쉬의 하부에 배치되고, 턴디쉬의 배출구에 배치되는 상부노즐, 상부노즐의 하부에 배치되는 슬라이드 게이트와, 슬라이드 게이트의 하부에 배치되는 침지노즐을 포함한다. 상부노즐은 턴디쉬에 수용된 용강을 몰드에 주입하기 위해 턴디쉬의 바닥을 관통하며 형성되는 배출구에 배치된다. 상부노즐은 턴디쉬의 바닥 두께의 길이보다 길게 소정길이 연장 형성되어, 턴디쉬의 바닥에서 아래로 상부노즐이 돌출될 수 있다.
몰드(200)는, 턴디쉬의 하부에 이격되어 배치되어 턴디쉬의 용강이 노즐을 통해 유입된다. 몰드(200) 내의 액체 상태인 용강이 출력되어 연속 주조기를 통과하면서 냉각, 응고되어 연속적으로 슬래브나 블룸, 빌릿 등의 중간 소재로 만들어지게 된다.
전자 교반기(250)는, 몰드의 외부 측면 중 적어도 어느 한군데 이상 구비되어 자기장을 발생시킨다. 따라서 전자 교반기(250)에서 발생되는 자기장은, 몰드(200) 내의 용강의 유동 흐름에 영향을 미친다. 전자 교반기(250)의 내부에는 하나 이상의 코일이 존재하여 코일에 흐르는 전류에 의하여 자기장이 발생하며, 코일에 인가되는 전류 종류(DC 또는 AC), 전류 방향에 따라서 각각 다른 자기장이 발생된다. 이를 위해 DC 전류 인가될 시에 단변 방향으로 정자기장이 발생되도록 하며, AC 전류 인가될 시에 장변 방향으로 회전자기장이 발생되도록 코일이 감겨 있도록 한다.
여기서 정자기장이라 함은, 회전성이 없는 일정한 방향의 자기장을 말한다. 또한 회전 자기장이라 함은, 회전성을 가지는 자기장을 말하는 것으로서 AC 전류의 인가 형태에 따라서 회전 방향을 다르게 하는데, 예컨대, U상 전류와 W상 전류의 위상차를 +90도, -90도로 함으로써 자기장의 회전방향을 시계방향 또는 반시계 방향으로 선택적으로 가능하도록 함으로써, 결국, 몰드 내의 용강의 회전방향을 시계방향 또는 반시계 방향으로 선택적으로 가능하도록 할 수 있다.
이러한 전자 교반기 내의 코일 배치 구조는, 한국공개특허 10-2016-0059750 등과 같이 공지된 기존의 다양한 전자 교반기내의 코일 배치 구조를 가질 수 있을 것이며, 본 발명은 전자 교반기의 내부의 기계적 구조보다는 전원공급장치 제어에 관한 내용으로서 일한 전자 교반기의 내부의 기계적 구조에 관한 설명은 생략하기로 한다.
전자 교반기(250)는, 도 2에 도시한 바와 같이 몰드 제1장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제1-1교반기(250a)와, 전자 제1-1교반기(250a)와 이격되어 몰드 제1장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제1-2교반기(250b)와, 몰드 제2장변의 측벽 외부면에 구비되는 전자 제2-1교반기(250c)와, 전자 제2-1교반기(250c)와 이격되어 몰드 제2장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제2-2교반기(250d)로서 구비될 수 있다. 특히 전자 제2-1교반기(250c)는 전자 제1-1교반기(250a)와 마주보며 대향된 지점에 위치하며, 전자 제2-2교반기(250d)는 전자 제1-2교반기(250b)와 마주보며 대향된 지점에 위치하도록 한다.
이와 같이 4개의 전자 교반기(250a,250b,250c,250d)를 몰드의 장변 측벽에 구비시켜 위치시키고, 서로 대향된 지점에 마주보며 위치시킴으로써, 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드(Electro Magnetic Braker mode), 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드(Electromagnetic Rotative Stirring mode), 몰드내의 용강에 대해서 침지 노즐측에서 단변면 방향으로 유동하도록 하는 EMLA 모드(Electromagnetic Level Accelerating mode), 몰드내의 용강에 대해서 단변면에서 침지 노즐측 방향으로 유동하도록 하는 EMLS 모드(Electro-Magnetic Level Stabilizer mode), EMBR+EMRS 합성모드를 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
전자 교반기 전원제어장치는, 전자 교반기에 공급되는 전원을 제어하게 되는데, 몰드(200) 내의 용강 유동을 제어하는 용강 유동 제어 모드에 따른 자기장 발생이 이루어지도록 하는 DC 전류, AC 전류, DC 전류와 AC 전류가 존재하는 DC-AC 합성전류를 각 전자 교반기마다 선택적으로 다르게 공급하는 제어를 수행한다. 여기서 DC 전류는 도 3(a)에 도시한 바와 같이 직류 성분의 전류를 말하며, AC 전류는 도 3(b)에 도시한 바와 같이 교류 성분의 전류를 말하며, DC-AC 합성전류는 도 3(c)에 도시한 바와 같이 직류 성분의 전류와 교류 성분의 전류 형태를 말한다. 참고로, 여기서 AC 전류는, 90° 위상차를 가진 2상 AC 전류로 구현된다. 2상 전류는 Slab 안에서 한쪽 방향으로 힘을 발생시켜 용강의 이동 또는 회전을 발생시키게 된다.
이하, 본 발명의 전자 교반기 전원제어장치는, 용강 유동 제어 모드가 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드, 몰드내의 용강에 대해서 침지 노즐측에서 단변면 방향으로 유동하도록 하는 EMLA 모드, EMBR 모드와 EMRS 모드의 합성인 EMBR+EMRS 합성모드 중에서 어느 하나의 모드로서 자기장이 발생하도록 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제1-2교반기, 전자 제2-1교반기, 전자 제2-2교반기에 각각 다른 형태의 전류로서 공급 제어할 수 있다. 즉, 전류의 인가를 통하여 다양한 용강 유동 제어를 할 수 있는데, 이하, EMBR 모드(Electro Magnetic Braker mode), EMRS 모드(Electromagnetic Rotative Stirring mode), EMLA 모드(Electromagnetic Level Accelerating mode), EMLS 모드(Electro-Magnetic Level Stabilizer mode), EMBR+EMRS 합성모드를 수행하는 예시를 설명하기로 한다.
1. EMBR 모드(Electro Magnetic Braker mode)
EMBR 모드(Electro Magnetic Braker mode)는, 용강 유동 제어 모드가 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드이다. EMBR 모드의 유동 제어를 통하여, 몰드(200) 내에서 침적 노즐(nozzle)을 통하여 흘러들어온 용강이 깊이 내려가지 않도록 흐름을 끊어줌으로써 용강내에 포함되어 있는 불순물이 몰드(200) 표면으로 분리 부상할 수 있게 하여 주편 내부에 개재물이 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
EMBR 모드 동작을 위하여 전자 교반기 전원제어장치는 도 4에 도시한 바와 같이, 전자 제1-1교반기(250a), 전자 제1-2교반기(250b), 전자 제2-1교반기(250c), 전자 제2-2교반기(250d)에 단변 방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류를 공급한다. 참고로, 단변 방향으로의 정자기장은, 도 4와 같이 장변 측면에서 몰드 내부를 향하는 방향으로 발생되도록 할 수 있으며, 다른 실시예로서 몰드 내부에서 장변의 측면을 향하는 방향으로 발생되도록 할 수 있다.
2. EMRS 모드(Electromagnetic Rotative Stirring mode)
EMRS 모드(Electromagnetic Rotative Stirring mode)는, 도 5와 같이 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드이다. 즉, 몰드(200)의 용강을 수평방향으로 회전시키기 위하여 몰드의 장변 방향을 따라 수평으로 이동하는 자계를 상대적인 장변면을 따라 각각 상반되는 방향으로 이동시키고, 응고 계면을 따라 수평방향으로 회전하도록 한 용강 유동을 일으키는 전원 인가 모드이다. 이러한 EMRS의 모드에 의해 자장을 인가하는 경우, 몰드(200) 내의 용강 탕면에도 선회류가 부여된다. 이때, 주조 속도를 증가한 경우에는 침지 노즐로부터 토출되는 용강유속 자체가 증가하고, 몰드(200) 내의 용강 탕면 위치의 용강 유속도 빨라진다. 용강의 유동을 유도하기 위해 EMRS 모드 자기장을 가할 때는 이동자기장의 이동 방향은 도 5에 도시된 바와 같이 서로 마주보는 장변면을 따라 서로 반대방향이 된다.
EMRS 모드를 위하여 전자 교반기 전원제어장치는, 전자 제1-1교반기(250a), 전자 제1-2교반기(250b)에 장변의 제1측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 AC 전류를 공급하며, 전자 제2-1교반기(250c), 전자 제2-2교반기(250d)에는 제1측 방향과 반대 방향인 장변의 제2측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 AC 전류를 공급한다. 참고로, 공지된 한국공개특허 10-2016-0059750를 참조하면, 90° 위상 차이의 AC 전류를 전자 교반기(250) 내의 코일에 인가함으로써, 장변면을 따라서 회전자기장이 발생됨을 알 수 있다. 이는, AC 교류가 인가되는 후술할 EMLA 모드, EMLS 모드에도 마찬가지로 적용될 것이다.
이와 같이, U상 전류와 W상 전류의 위상차를 +90°, -90°로 함으로써 자기장의 회전방향을 시계방향 또는 반시계 방향으로 선택적으로 가능하도록 함으로써, 결국, 몰드 내의 용강의 회전방향을 시계방향 또는 반시계 방향으로 선택적으로 가능하도록 할 수 있다.
회전은 시간에 따라 U, W상이 90°위상차로 sine wave 파형이 되는 것을 의미하는데, 예를 들어, 도 6에 도시한 파형은 시간에 대한 2상 전류파형이며 오른쪽 파형은 x축-U상, y축-W상 전류를 표현한 파형이다. 도 6(a)의 파형처럼 U상이 W상에 대해 90° 앞서는 경우 오른쪽 파형은 시간이 대해 반시계 방향으로 회전하게 된다. 반대로, 도 6(b)의 파형처럼 W상이 U상에 대해 90° 앞서게 되면 시계방향으로 회전한다. DC 전류가 존재하지 않을 경우 원의 중심이 좌표축의 원점에 위치한다
3. EMLA 모드(Electromagnetic Level Accelerating mode)
EMLA 모드(Electromagnetic Level Accelerating mode)는, 도 7과 같이 몰드내의 용강에 대해서 침지 노즐측에서 단변면 방향으로 유동하도록 하는 모드이다. 즉, 침지 노즐에서 배출된 용강의 유동에 가속력을 주기 위해서 자기장의 이동 방향이 침지노즐 측에서 단변면을 향하도록 하는 모드이다. 따라서 협소한 측을 향한 강의 외부 유속은 가속되고 이로써 낮은 속도의 주조시에 이중 유동 패턴을 얻을 수 있음을 보장해 준다.
EMLA 모드를 위하여 전자 교반기 전원제어장치는, 전자 제1-1교반기(250a), 전자 제2-1교반기(250c)에 장변의 제1측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하며, 전자 제1-2교반기(250b), 전자 제2-2교반기(250d)에 제1측 방향과 반대 방향인 장변의 제2측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하도록 한다.
4. EMLS 모드(Electro-Magnetic Level Stabilizer mode)
EMLS 모드(Electro-Magnetic Level Stabilizer mode)는, EMLA 모드와 반대 방향으로 자기장을 발생시키는 모드이다. 즉, 도 8과 같이 몰드내의 용강에 대해서 단변면에서 침지 노즐측 방향으로 유동하도록 하는 모드이다.
몰드(200) 파우더의 인입은 주형 내 용강 탕면의 용강유속이 빠른 경우에 발생하는데, 이를 저감시키기 위해 침지 노즐로부터의 토출류에 제동력을 부여하도록 EMLS 모드로서 이동자장을 인가시킨다. 이러한 EMLS의 모드에 의해 자장을 인가하는 경우, 주조 속도가 빠른 경우(즉, 단위 시간당 용강 주입량이 많은 경우)에는 주형 내 용강 탕면의 용강유속을 감쇄시키는 것이 가능하여 몰드 파우더의 인입을 방지할 수 있게 된다.
EMLS 모드를 위하여 전자 교반기 전원제어장치는, 전자 제1-1교반기(250a), 전자 제2-1교반기(250c)에 장변의 제2측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하며, 전자 제1-2교반기(250b), 전자 제2-2교반기(250d)에는 제2측 방향과 반대 방향인 장변의 제1측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급한다.
5. EMBR+EMRS 합성모드
EMBR+EMRS 합성모드는, 용강 유동 제어 모드가, 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드와, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드의 합성 모드이다. 따라서 EMBR+EMRS 합성모드로 동작할 경우, EMRS 모드로만 동작할 때보다도 몰드 내부의 용강의 회전 교반이 더욱 잘 이루어질 수 있다.
이는, EMRS 모드에 의해 침지 노즐로부터 토출되는 용강유속 자체가 증가하고, 몰드(200) 내의 용강 탕면 위치의 용강 유속도 빨라지도록 하면서, 아울러, EMBR 모드에 의해 몰드(200) 내의 용강이 깊이 내려가지 않도록 흐름을 끊어줌으로써 용강내에 포함되어 있는 불순물이 몰드(200) 표면으로 분리 부상할 수 있도록 하기 위함이다.
EMBR+EMRS 합성모드를 위해서는 U상과 W상에 DC 전류를 인가해야 하는데, 도 9와 같이 2상제어에서 id와 iq의 값에 offset(DC전류)를 더하여 제어를 수행한다. U상과 W상의 DC 전류의 크기와 방향을 조절하여 원하는 자속과 힘을 가변할 수 있다. 좌표상의 원하는 위치에서 DC/AC 합성 전류를 생성할 수 있다.
이하, EMBR+EMRS 합성모드에서의 각 전자 교반기에 가해지는 전류 예시를 설명한다.
EMBR+EMRS 합성모드를 위하여 전자 교반기 전원제어장치는, 도 10에 도시한 바와 같이 전자 제1-1교반기(250a)에는 단변 제1방향으로서 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 각각 공급하는 제어를 수행한다. 예컨대, DC 전류와 AC 전류를 공급함으로써, EMBR 모드와 EMRS 모드가 합성된 용강 흐름으로서 제어할 수 있게 된다.
또한 전자 교반기 전원제어장치는, 전자 제1-2교반기(250b)에 단변 제1방향과 반대인 단변 제2방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변의 제1방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하는 제어를 수행한다.
또한 전자 교반기 전원제어장치는, 전자 제2-1교반기(250c)에 단변 제1방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향과 반대 방향인 장변 제2방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하는 제어를 수행한다.
또한 전자 교반기 전원제어장치는, 전자 제2-2교반기(250d)에 단변 제2방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향과 반대 방향인 장변 제2방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하는 제어를 수행한다.
결국, 본 발명의 전자 교반기 전원제어장치는, 전자 교반기에 DC 전류를 인가하여 제동 기능을 가지는 상태, AC 전류를 인가하여 EMLA, EMLS, EMRS의 기능을 가지는 상태, DC와 AC의 전류를 인가하여 두 가지 기능을 동시에 가지는 상태로 용강속도 및 흐름을 다양하게 제어할 수 있게 된다.
한편, 턴디쉬(100) 내부의 용강총량, 슬라이드 게이트의 개폐량 등에 따라서 침지 노즐을 통하여 몰드(200) 내부로 유입되는 용강의 속도가 달라질 수 있다. 이와 같이 침지 노즐을 통하여 몰드(200) 내부로 유입되는 용강의 속도에 따라서 몰드(200) 내부의 용강 흐름 방향이 달라질 수 있는데, 이러한 용강 흐름 방향을 탐지하여 불순물을 최소로 할 수 있는 용강 흐름을 가지도록 하는 모드로서 자기장 변환이 이루어지도록 할 필요가 있다.
이를 위하여 전자 교반기 전원제어장치는, 몰드의 용강 흐름을 카메라를 통해 센싱한다. 고정밀 카메라를 이용하여 용강 표면의 탕류 변화를 촬영하여 용강 흐름을 센싱하는 것이다. 이와 같이 카메라를 통해 센싱되는 몰드(200) 내의 용강 흐름에 따라서, 용강 유동 제어 모드가 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드, 몰드내의 용강에 대해서 침지 노즐측에서 단변면 방향으로 유동하도록 하는 EMLA 모드, EMBR 모드와 EMRS 모드의 합성인 EMBR+EMRS 합성모드 중에서 어느 하나의 모드로서 자기장이 발생하도록 전자 제1-1교반기(250a), 전자 제1-2교반기(250b), 전자 제2-1교반기(250c), 전자 제2-2교반기(250d)에 각각 다른 형태의 전류로서 공급 제어하도록 한다.
따라서 몰드(200) 내부의 용강 흐름 방향이 달라지는 경우 그에 맞는 제동 방향을 가지는 자기장이 발생하도록 전자 제1-1교반기(250a), 전자 제1-2교반기(250b), 전자 제2-1교반기(250c), 전자 제2-2교반기(250d)를 각각 AC 전류, DC 전류, AC-DC 전류를 선택적으로 조절하여 공급 제어하는 것이다.
한편, 전자 교반기 전원제어장치는, 회전자기장이 발생하도록 하는 2상 전류 인가시에, U상 전류의 DC 오프셋(offset)의 극성을 + 또는 - 로 인가하고, W상 전류의 DC 오프셋(offset)의 극성을 + 또는 - 로 임의로 가변하여 인가할 수 있다.
3상 제어에서는 각 상 별로 +, -를 반대로 인가할 수 없는데, 즉, U상은 + DC 전류, VW상은 - 전류 이런 방법이 가능하지 않기 때문에 2상 제어 만의 장점을 가지게 된다. 만일 U상을 +, W상을 -로 하여 DC 전류를 인가하였을 경우 W상의 전류는 U, W상의 합성으로 나타나며 크기는 U상과 W상의 크기보다 전류가 작게 되어 전원공급장치의 최대 전류용량을 줄일 수 있다. 자속의 회전력은 그대로 유지할 수 있으며 효율적인 설비 사용이 가능하게 된다.
DC 오프셋(offset)의 극성을 + 또는 - 로 가변하여 U상 전류, W상 전류를 인가하기 위하여, 도 11과 같이 3상 전원에 정류기, 커패시터, 인버터를 구비하여 DC 오프셋 전용되는 2상 전류를 생성하여 부하인 코일에 인가할 수 있게 된다.
참고로, 도 12의 경우 DC 오프셋(offset) 전류가 U상 +, W상 -로 인가되었을 때의 회전자기장의 예시를 도시하였으며, 도 13의 경우 DC 오프셋(offset) 전류가 U상 +, W상 -로 인가되었을 때의 회전자기장의 예시를 도시하였다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100:턴디쉬
200:몰드
250:전자 교반기

Claims (6)

  1. 연속 주조 설비의 몰드의 외부 측면에 구비되는 복수개의 전자 교반기에 공급되는 전원을 제어하는 연속 주조공정의 전자 교반기 전원제어장치에 있어서,
    상기 전자 교반기 전원제어장치는, 몰드 내의 용강 유동을 제어하는 용강 유동 제어 모드에 따른 자기장 발생이 이루어지도록 하는 DC 전류, AC 전류, DC 전류와 AC 전류가 존재하는 DC-AC 합성전류를 각 전자 교반기마다 다르게 공급하는 제어를 수행하며,
    상기 전자 교반기는,
    몰드 제1장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제1-1교반기; 상기 전자 제1-1교반기와 이격되어 몰드 제1장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제1-2교반기; 몰드 제2장변의 측벽 외부면에 구비되는 전자 제2-1교반기; 상기 전자 제2-1교반기와 이격되어 몰드 제2장변의 측벽 외부면에 위치하는 전자 제2-2교반기;를 포함하며,전자 제2-1교반기는 상기 전자 제1-1교반기와 마주보며 대향된 지점에 위치하며, 상기 전자 제2-2교반기는 상기 전자 제1-2교반기와 마주보며 대향된 지점에 위치하며,
    상기 전자 교반기 전원제어장치는,
    카메라를 통해 센싱되는 몰드 내의 용강 흐름에 따라서, 용강 유동 제어 모드가 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드, 몰드내의 용강에 대해서 침지 노즐측에서 단변면 방향으로 유동하도록 하는 EMLA 모드, EMBR 모드와 EMRS 모드의 합성인 EMBR+EMRS 합성모드 중에서 어느 하나의 모드로서 자기장이 발생하도록 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제1-2교반기, 전자 제2-1교반기, 전자 제2-2교반기에 각각 다른 형태의 전류로서 공급 제어하며,
    상기 용강 유동 제어 모드가, 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드와, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드의 합성인 EMBR+EMRS 합성모드인 경우,
    상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기에는 단변 제1방향으로서 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 함께 공급하며,
    상기 전자 제1-2교반기에는 상기 단변 제1방향과 반대인 단변 제2방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변의 제1방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 함께 공급하며,
    상기 전자 제2-1교반기에는 상기 단변 제1방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향과 반대 방향인 장변 제2방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 함께 공급하며,
    상기 전자 제2-2교반기에는 상기 단변 제2방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류와, 장변 제1방향과 반대 방향인 장변 제2방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 함께 공급하며,
    상기 전자 교반기 전원제어장치는, 회전자기장이 발생하도록 하는 2상 전류 인가시에, U상 전류의 DC 오프셋(offset)의 극성을 + 또는 - 로 인가하고, W상 전류의 DC 오프셋(offset)의 극성을 + 또는 - 로 임의로 가변하여 인가하는 것을 특징으로 하는 연속 주조공정의 전자 교반기 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 용강 유동 제어 모드가 몰드 하측 방향으로 이동하는 몰드내의 용강 유동 흐름을 끊어주는 제동 모드인 EMBR 모드인 경우,
    상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제1-2교반기, 전자 제2-1교반기, 전자 제2-2교반기에 단변 방향으로 정자기장을 발생시키도록 하는 DC 전류를 공급하는 연속 주조공정의 전자 교반기 제어장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 용강 유동 제어 모드가, 몰드내의 용강에 대한 회전성 교반 모드인 EMRS 모드인 경우,
    상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제1-2교반기에 장변의 제1측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 AC 전류를 공급하며, 상기 전자 제2-1교반기, 전자 제2-2교반기에는 상기 제1측 방향과 반대 방향인 장변의 제2측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 AC 전류를 공급하는 연속 주조공정의 전자 교반기 제어장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 용강 유동 제어 모드가, 몰드내의 용강에 대해서 침지 노즐측에서 단변면 방향으로 유동하도록 하는 EMLA 모드인 경우,
    상기 전자 교반기 전원제어장치는, 상기 전자 제1-1교반기, 전자 제2-1교반기에 장변의 제1측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하며, 상기 전자 제1-2교반기, 전자 제2-2교반기에 상기 제1측 방향과 반대 방향인 장변의 제2측 방향으로 회전자기장이 발생하도록 하는 AC 전류를 공급하는 연속 주조공정의 전자 교반기 제어장치.

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