KR102411549B1 - 복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 관점에 따르면, 복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 직접 냉각 주조 장치는 금속의 용탕이 수용되는 턴디시; 상기 턴디시의 하부와 연결된 입구를 통해 상기 용탕을 수용하여 이를 소정의 형상으로 응고시키는 냉각 몰드; 및 상기 턴디시 내 용탕 표면의 상부에서 상기 냉각 몰드의 입구와 대응되는 위치에 설치되는 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치를 포함한다.

Description

복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치{Direct chill casting machine with magneto dynamics flow control device}

본 발명은 알루미늄 합금의 연속/반연속 주조 기술 중 하나인 직접 냉각 주조 (direct chill casting, 이하 DC 주조) 기술에 대한 것으로서, 상세하게는, 주조 과정 중에 펄스, 진동, 음향파 등의 복합적인 전자기 처리(Magneto Dynamics)를 이용하여 액상 금속의 유동을 제어함으로써 주조재에 대한 효과적인 교반 처리를 수행할 수 있는 복합 전자기 유동 제어 장치가 결합된 DC 주조 장치에 대한 것이다.

전신재 알루미늄 합금인 5000계, 6000계 및 7000계 합금의 연속 혹은 반연속 주조 방법으로서 DC 주조 방법이 사용되고 있다. DC 주조 방법은 턴디시에 수용된 금속의 용탕(용융 금속)을 관통형 냉각 몰드의 입구에 투입하여 상기 용탕을 응고시켜 빌렛 또는 슬라브를 제조하게 된다. 이러한 DC 주조 방법의 하나로서 에어 슬립형 DC 주조(air-slip direct chill casting) 방법이 사용되고 있다. 에어 슬립 형이란 용탕이 투입되는 냉각 몰드의 내면에 다공성의 흑연 링을 설치하고 상기 흑연 링을 통해 빌렛 혹은 슬라브 등을 포함하는 주조재의 표면에 오일과 혼합가스(질소와 산소)를 냉각 매체로서 공급해줌으로써 용탕과 냉각 몰드간의 직접적인 접촉을 최소화하도록 제어하는 방식의 주조 방법이다. 흑연 링을 통해 분사된 냉각 매체에 의해 주조재의 외각부에 해당되는 1차 응고 영역이 형성된 후 냉각수를 상기 1차 응고 영역에 투입하여 가속 냉각을 수행하게 된다.

그러나 이러한 에어 슬립형 DC 주조 방법의 경우 고상-액상 2상 영역의 온도범위(혹은 결정화 범위)가 큰 합금을 주조하는 경우에는 많은 주조결함들이　발생하게 된다. 예를 들어 고강도, 저밀도 및 높은 파괴 인성을 가지고 있어 항공기, 각종 군용 장비 등에 사용되는 7000계 합금을 에어 슬립형 DC 주조 방법으로 주조할 경우, 470℃에서 630℃까지의 넓은 결정화 범위로 인하여 주조된 빌렛 혹은 슬라브 내에 주조 결함, 개재물의 편석, 결정립계를 따라 형성된 미세 균열 등이 발생될 수 있다. 특히 7068 합금과 같이 아연(Zn)의 함량이 6 중량% 이상으로 첨가된 합금에서는 주조 중에 높은 열응력이 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 접촉식 및 비접촉식을 포함하는 여러가지 방법에 의해 응고되는 주조재 내부의 액상 섬프(liquid sump) 및 고액공존 영역인 머쉬 존(mushy zone)를 교반하는 기술이 제안되고 있다.

예를 들어, 접촉식으로서 임펠러 형태의 교반기 혹은 초음파 도파관을 액상 섬프나 고액공존 영역(머쉬 존)에 직접 침지하여 교반하는 방법이 제시되고 있다. 그러나 이러한 접촉식 교반 방식은 임펠러나 도파관에 의한 오염 문제가 발생될 수 있으며, 여러 부정적인 유체역학적 효과가 발생되는 등 연속 주조 공정에 있어서의 불안정성을 유발하는 문제점이 있다.

전자기장을 이용하는 비접촉식의 경우에는 접촉식에서와 같은 문제점이 일어나지 않은 장점이 있으나, 전자기장 파라메터(예를 들어, 주파수, 전자기력 벡터의 방향 및 강도, 적용 영역의 범위)에 크게 의존하게 된다. 전자기장을 이용한 교반장치는 주로 금형 내부에 내장된 동축 코일(coaxial coil) 형태의 전자기 유동 제어 장치를 이용하여 빌렛(혹은 슬라브)의 축에 대해서 환상면체 형상의 자기장(toroidal magnetic field)을 생성하는 방식을 이용한다. 이러한 시스템은 구조가 간단하며 빌렛(혹은 슬라브) 주변을 따라 균일한 자기장 분포를 제공할 수 있다. 이 경우 발생한 교류 자기장의 벡터 방향은 주조재의 축방향과 평행하다.

그러나, 이러한 전자기 유동 제어 을 위해서는 고전압 및 고주파를 사용해야 하며, 자기장을 형성하는 코일의 강제 냉각을 위한 수냉 시스템을 사용해야만 한다. 주조 과정 중 액상의 반달형상의 영역(meniscus zone)에 효과적인 표면 효과를 부여하기 위해서는 고주파 자기장이 필요하다. 그러나 고주파 자기장은 냉각 몰드 벽에서 액상 금속을 유지하는 데 효과적이지만 고주파 자기장의 집중으로 인하여 주조 장치가 과도하게 가열되는 문제가 발생될 수 있다. 또한 고전압/고주파 전력 공급장치용 권선은 사람에게 위험하며 고주파 인버터는 작업자의 청각에 불쾌한 소리를 내는 문제점이 있다. 또한 고주파 이용한 전자기 유동 제어 장치는 구조가 복잡하고 주조장치의 주조 테이블 내부로 내장하기가 어려우며, 특히 주조 장치 내에 냉각 몰드가 복수개로 구비된 경우에는 더욱 그러하다.

이러한 문제점을 해결하고 작업자의 안전을 우선적으로 고려한다면 외장형 자장 시스템을 이용한 비접촉식의 저주파 및 저전압의 사용이 바람직하다.

한국등록특허 10-0419884

본 발명은 상술한 문제를 포함하여 다양한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, DC 주조 방법에 저주파를 이용한 전자기 유동 제어 방식을 적용하여 종래에 비해 간단한 설비로서 균일하고 미세한 주조 조직을 가지는 주조재를 연속 혹은 반연속으로 제조하는 기술을 제공한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 직접 냉각 주조 장치는 금속의 용탕이 수용되는 턴디시; 상기 턴디시의 하부와 연결된 입구를 통해 상기 용탕을 수용하여 이를 소정의 형상으로 응고시키는 냉각 몰드; 및 상기 턴디시 내 용탕 표면의 상부에서 상기 냉각 몰드의 입구와 대응되는 위치에 설치되는 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 용탕으로 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 투입하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치는 전자석부를 포함하고, 상기 전자석부는, 상기 용탕의 상부에서 냉각 몰드의 입구쪽으로 소정의 각도로 기울어져 향하는 제 1 극점 및 상기 제 1 극점에 권선되는 제 1 코일; 상기 제 1 극점에 대해서 상기 냉각 몰드의 축 방향을 기준으로 대칭되게 배치되는 제 2 극점 및 상기 제 2 극점에 권선되는 제 2 코일; 및 양 단부가 상기 용탕의 표면을 기준으로 경사지게 형성될 수 있도록 중간부가 절곡되게 형성되며, 일단부에 제 1 극점이 설치되고 타단부에 제 2 극점이 설치되는 코어;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 상기 용탕 내에서 압축 및 희박을 포함하는 유체 음파를 생성하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 음파는 상기 냉각 몰드의 입구를 통해 주조재의 액상 영역에 투입되어 상기 액상 영역을 교반하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 상기 전자석부의 제 1 극점 및 제 2 극점에서 유도된 서로 다른 주파수를 가지는 교류 자기장의 중첩에 의해 생성된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서로 다른 주파수를 가지는 교류 자기장은 상기 제 1 코일 및 제 2 코일 각각에 서로 다른 주파수를 가지는 교류 전압이 인가되어 생성된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서로 다른 주파수를 가지는 교류 자기장은 상기 제 1 코일 및 제 2 코일 각각에 동일한 위상 변이 각도를 가지면 이미 진폭 변조된 교류 전압을 인가하여 생성된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 15 내지 60 Hz 범위의 반송 주파수 및 5 내지 15 Hz 범위의 변조 주파수 범위를 가지는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 몰드의 출구를 통과하는 주조재의 외측면에 설치되는 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치;를 더 포함하고, 상기 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 주조재의 표면에서 상기 주조재의 중심 방향으로 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 투입하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치는 복수의 전자석부를 포함하고, 상기 전자석부는, 제 1 극점 및 상기 제 1 극점에 권선되는 제 1 코일; 상기 제 1 극점에 이격하여 배치되는 제 2 극점 및 상기 제 2 극점에 권선되는 제 2 코일; 및 중간부가 절곡되어 있고 일단부에 상기 제 1 극점이 설치되고 타단부에 상기 제 2 극점에 고정되는 코어;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 복수의 전자석부가 상기 주조재의 외측면에서 상기 주조재를 둘러싸는 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 15 내지 35 Hz 범위의 반송 주파수 및 5 내지 15 Hz 범위의 변조 주파수 범위를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 주조재의 축 방향으로 소정의 경동각을 가지고 상하로 경동될 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 금속의 용탕이 수용되는 턴디시; 상기 턴디시의 하부와 연결된 입구를 통해 상기 용탕을 수용하여 이를 소정의 형상으로 응고시키는 냉각 몰드; 및 상기 냉각 냉각 몰드의 출구를 통과하는 주조재의 외측면에 설치되는 복합 전자기 유동 제어 장치;를 포함하고, 상기 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 주조재의 표면에서 상기 주조재의 중심 방향으로 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 투입하는, 복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합 전자기 유동 제어 장치는 복수의 전자석부를 포함하고, 상기 전자석부는, 제 1 극점 및 상기 제 1 극점에 권선되는 제 1 코일; 상기 제 1 극점에 이격하여 배치되는 제 2 극점 및 상기 제 2 극점에 권선되는 제 2 코일; 및 중간부가 절곡되어 있고 일단부에 상기 제 1 극점이 설치되고 타단부에 상기 제 2 극점에 고정되는 코어;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 몰드 내면에서는 오일 및 혼합 가스를 공급하는 흑연 링이 설치될 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 5000계, 6000계 및 7000계를 포함하는 여러 알루미늄 합금의 주조재를 DC 주조 장치로 제조함에 있어, 펄스, 진동, 음향파 및 공명 등의 복합적인 전자기 처리(Magneto Dynamics)를 이용하여 액상 금속의 유동을 제어함으로써 액상 영역에서의 효과적인 교반을 통해 수지상의 형성을 억제하고, 전체적으로 균일하고 미세한 결정립을 가지는 비수지상의 주조 조직을 구현할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예를 따르는 전자기 유동 제어 장치는 고주파/고전력의 종래 전자기 유동 제어 장치에 비교하여 구조가 상대적으로 간단하고 안전하며 기존의 DC 주조 장치에 용이하게 설치할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 전자기 유동 제어 장치가 배치된 에어 슬립형 DC 주조 장치이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치에서 생성된 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장 및 이에 따라 생성된 펄스형 전자기력의 파형이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제 1 실시예 및 비교예에 따라 제조된 알루미늄 합금 빌렛의 미세조직을 관찰한 결과이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치가 배치된 에어 슬립형 DC 주조 장치이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치에서 생성된 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장 및 이에 따라 생성된 펄스형 전자기력의 파형이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예 및 비교예에 따라 제조된 알루미늄 합금 빌렛의 미세조직을 관찰한 결과이다.
도 10, 도 11 및 도 13은 본 발명의 제 3 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치가 배치된 에어 슬립형 DC 주조 장치이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치에서 생성된 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장 및 이에 따라 생성된 펄스형 전자기력의 파형이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제 3 실시예 및 비교예에 따라 제조된 알루미늄 합금 빌렛의 미세조직을 관찰한 결과이다.
도 16 및 도 17은 제 1 실시예를 따르는 전자기 유동 제어 장치에 전력을 공급하는 2 채널 및 1 채널 3상 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 18 및 도 19는 제 3 실시예를 따르는 전자기 유동 제어 장치에 전력을 공급하는 2 채널 및 1 채널 3상 전원 공급 장치의 회로도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

본 발명의 기술사상에 의하면, DC 주조 장치를 이용한 주조 과정 중에 주조재 내부의 액상 영역에 교류 자기장의 중첩에 의해 생성된 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 인가하여 상기 액상 영역의 유동을 복합적으로 제어하여 교반을 수행하는 전자기 유동 제어 기술이 제공된다. 여기서 상기 액상 영역은 주조재 내에서 고상 및 액상의 공존 영역인 머쉬 존(mushy zone, 도 1의 M)과 액상 섬프(liquid sump, 도 1의 S)을 모두 포함하는 영역을 지칭한다.

본 기술사상을 구현하기 위한 전자기 유동 제어 장치는 코일이 권선된 복수의 극점으로 이루어진 전자석부를 하나 이상 포함한다. 전자석부 내에서 상기 극점은 서로 인접하여 배치된다. 상기 극점 각각으로 교류 전압이 인가됨에 따라 각 극점에서는 소정의 진폭 및 주파수를 가지는 교류 자기장이 발생되며, 서로 인접한 극점에서 발생한 교류 자기장은 서로 중첩됨에 따라 진폭 변조된 펄스 형 교류 자기장이 생성된다.

이러한 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 주조 과정에 있는 주조재 내부의 액상 영역에 투입할 경우, 투입 양상에 따라 펄스, 음파, 진동, 공명 등이 복합적인 모드에 의한 교반이 일어나게 된다.

진폭 변조된 펄스형 교류 자기장이 주조재의 액상 영역에 투입되면 주조재의 표면에서 중심부 방향으로 펄스 형태의 전자기 충격파를 인가할 수 있다. 이러한 전자기 충격파에 의해 액상 영역에서의 활발한 유동이 일어나게 된다. 이에 따라 해당 영역의 교반이 유도되고 온도 구배가 감소하면서 온도 분포의 균일화가 일어나게 된다. 이러한 교반 효과는 주조재의 조직을 미세하고 균일하게 하며, 특히 통상적인 주조 시 형성되는 수지상(dendrite phase)의 성장을 억제하여 주조재의 조직을 비수지상 형태로 제어함으로써 주조재 품질 향상이 기여할 수 있다.

또한 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장이 응고가 먼저 일어난 고상의 주조재 외각부를 통해 액상으로 투입되는 경우, 상기 외각부 내부에서 펄스형 전자기력을 생성할 수 있으며, 이러한 펄스형 전자기력은 상기 외각부의 진동 충격을 가해 진동시킬 수 있다. 이러한 외각부에서의 진동은 주조재 내부의 액상 영역으로 전달되어 상기 액상 영역을 교반하는 효과를 거둘 수 있다.

또한 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 액상 금속 내에서 압축(compression) 및 희박(rarefaction)을 가지는 유체 음파(hydro acoustic wave)를 헝성할 수 있다. 상기 유체 음파는 종 방향 음파로서, 평형 압력에서 압력 편차가 번갈아 나타나는 파동이며 국부적으로 파동의 밀도가 조밀해지는 압축(compression) 영역 및 파동의 밀도가 희박해지는 희박(rarefaction) 영역이 나타나게 된다. 이렇게 형성된 유체 음파는 주조재 내부의 액상 영역에 투입되어 해당 영역의 교반을 수행하게 된다.

본 발명의 기술사상에 의하면 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 이용하여 주조재 내부의 액상 영역의 유동을 복합적으로 제어하여 교반을 수행하는 복합 전자기 유동 제정 장치를 직접 냉각 주조 장치와 결합시킴으로써 종래에 비해 현저하게 우수한 전자기 유동 제어 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 기술 사상을 따르는 직접 냉각 주조 장치는, 제 1 실시예로서, DC 주조 장치의 냉각 몰드 출구 부근에 배치되고, 냉각 몰드 출구를 빠져나오는 주조재의 고상 외각부를 통해 액상 영역에 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 투입하는 복합 전자기 유동 제어 장치가 결합될 수 있다. 또한 제 2 실시예로서, 상기 주조 장치의 냉각 몰드 상부에 위치한 턴디시 상부에서 금속 용탕으로 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장 투입하는 복합 전자기 유동 제어 장치가 결합될 수 있다. 또한 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 동시에 적용하는 제 3 실시예도 가능한다.

이하에서는 본 발명의 기술사상을 따르는 제 1 내지 제 3 실시예에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 기술한다. 상기 실시예들에서는 연속 혹은 반연속 주조가 가능한 주조 장치로서 에어 슬립형 DC 주조 장치를 예시하여 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 연속 혹은 반연속 주조가 가능한 DC 주조 장치, 예를 들어 핫-탑 방식, 부유 방식 등에서 적용 가능함은 물론이다.

제 1 실시예

도 1에는 본 발명의 제 1 실시예를 따르는 에어 슬립형 DC 주조 장치에서의 복합 전자기 유동 제어 장치 배치 구성이 나타나 있다. 구체적으로 도 1의 좌측에는 제 1 실시예를 따라는 에어 슬립형 DC 주조 장치로서, 상기 주조 장치의 냉각 몰드 출구 쪽에 복합 전자기 유동 제어 장치가 설치된 구성이 제시되고 있다. 한편 도 1의 우측에는 비교예로서 이러한 복합 전자기 유동 제어 장치가 없는 종래의 구성이 나타나 있다.

도 1의 좌측 도면을 참조하면, 제 1 실시예의 에어 슬립형 DC 주조 장치는 수평의 주조 테이블(1), 주조 테이블(1) 위에 배치되며 용융 금속인 용탕(3)을 수용하기 위한 수조 형태의 턴디시(2)를 포함한다. 상기 용탕(3)은 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 상기 알루미늄 합금은 5000계, 6000계 및 7000계를 포함할 수 있다. 상기 용탕(3)은 주조 과정 동안 주조 냉각 몰드(8)의 입구(5)에서 기 설정된 수위로 유지될 수 있다.

용탕(3)이 투입되는 냉각 몰드(8)는 주조 테이블(1) 내부에 설치되며, 턴디시(2) 하부면에 형성된 용탕 배출구는 냉각 몰드(8)의 입구(5)와 연결되어 이를 통해 용탕(3)이 냉각 몰드(8)의 내부 공간으로 투입되며 응고가 진행되게 된다.

냉각 몰드(8)의 내주면을 둘러서는 오일 및 혼합가스를 공급하는 유체 공급 시스템과 연결되는 흑연 링(9)이 설치된다. 상기 흑연 링(9)의 내면 형상이 주조재(11)의 외면 형상이 된다. 주조재(11)는 사각형 혹은 원형 봉상 형태의 빌렛 혹은 판재 형태의 슬라브 등의 직접 냉각 주조가 가능한 다양한 형태를 모두 포함한다. 흑연 링(9)은 다공성이며, 이를 통해 오일 및 혼합가스가 주조재(11)의 표면으로 공급되어 흑연 링(9)과 주조재(11)의 마찰을 최소화하게 된다. 상기 오일 및 혼합가스에 의해 응고된 주조재(11)에 대해서 냉각수(10)을 공급하여 빠르게 냉각시키는 냉각수 공급 시스템(미도시)이 설치된다.

제 1 실시예에 의할 경우, 주조재(11)의 교반을 위하여 주조 테이블(1) 하부의 냉각 몰드(8)의 출구 근처에는 고정자(stator) 타입의 방사형 복합 전자기 유동 제어 장치(12)가 배치된다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 기술한다.

도 2a를 참조하면, 복합 전자기 유동 제어 장치(12)는 주조 테이블(1)의 하부면에 방수용 케이스(28) 내부에 장착되어 고정된다. 도 2b를 참조하면, 상기 전자기 유동 제어 장치(12)는 중간부가 소정의 각도로 절곡되어 C자 형태를 가지는 코어(13, 14, 15)를 포함하는 3개의 전자석부(EM1, EM2, EM3)로 구성된다. 상기 전자석부(EM1, EM2, EM3)는 주조재(11)의 축 방향에 대해서 수직(혹은 90 ± 15도 범위)하게 배치되며, 전자석부(EM1, EM2, EM3) 상호간에는 120도의 회전각을 두고 배치되는 구조를 가진다. 상기 주조재의 축 방향은 냉각 몰드(8)의 입구에서 출구로 향하는 방향으로서, 주조시 주조재가 인발되는 방향이다.

제 1 전자석부(EM1)는, 제 1 전자석부 제 1 극점(16), 상기 제 1 전자석부 제 1 극점(16)에 대해서 수평 방향으로 일정 간격으로 회전하여 배치되는 제 1 전자석부 제 2 극점(17), 상기 제 1 전자석부 제 1 극점(16)에 권선되는 제 1 전자석부 제 1 코일(22 L1), 상기 제 1 전자석부 제 2 극점(17)에 권선되는 제 1 전자석부 제 2 코일(23 L2) 및 상기 제 1 전자석부 제 1 극(16)과 상기 제 1 전자석부 제 2 극(17)을 고정하는 C자 형태의 제 1 코어(13)를 포함한다. 상기 제 1 전자자석부 내의 제 1 극점(16) 및 제 2 극점(17)은 60도의 회전각을 두고 인접하여 배치되는 구조를 가진다.

제 2 전자석부(EM2)는, 제 2 전자석부 제 1 극점(18), 상기 제 2 전자석부 제 1 극점(18)에 대해서 수평 방향으로 일정 간격으로 회전하여 배치되는 제 2 전자석부 제 2 극점(19), 상기 제 2 전자석부 제 1 극점(18)에 권선되는 제 2 전자석부 제 1 코일(24 L3), 상기 제 2 전자석부 제 2 극점(19)에 권선되는 제 2 전자석부 제 2 코일(25 L4) 및 상기 제 2 전자석부 제 1 극점(18)과 상기 제 2 전자석부 제 2 극(19)을 고정하는 C자 형태의 제 2 코어(14)를 포함한다. 상기 제 2 전자자석부 내의 제 1 극점(18) 및 제 2 극점(19)은 60도의 회전각을 두고 인접하여 배치되는 구조를 가진다.

제 3 전자석부(EM3)는, 제 3 전자석부 제 1 극(20), 상기 제 3 전자석부 제 1 극(20)에 대해서 수평 방향으로 일정 간격 회전하여 배치되는 제 3 전자석부 제 2 극(21), 상기 제 3 전자석부 제 1 극(20)에 권선되는 제 3 전자석부 제 1 코일(26 L5), 상기 제 3 전자석부 제 2 극(21)에 권선되는 제 3 전자석부 제 2 코일(27 L6), 및 상기 제 3 전자석부 제 1 극(20)과 상기 제 3 전자석부 제 2 극(21)을 고정하는 C자 형태의 제 3 코어(15)를 포함한다. 상기 제 3 전자자석부 내의 제 1 극점(20) 및 제 2 극점(21)은 60도의 회전각을 두고 인접하여 배치되는 구조를 가진다.

전자석부(EM1, EM2, EM3)는 상기 냉각 몰드(8)의 출구부를 통해 응고되어 배출되는 주조재(11)의 외측면 상에 상기 주조재(11)를 둘러싸는 환형으로 배치될 수 있다. 또한 상기 전자석부(EM1, EM2, EM3)는 주조재의 축 방향으로 소정의 각도, 예를 들어 약 -15도 내지 15도 범위의 경동각을 가지고 상하로 경동(tilting)이 가능하도록 설계될 수 있다.

전자석부(EM1, EM2, EM3) 각각은 냉각 몰드(8)를 통과하는 주조재의 외각부로부터 중심부로 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장(도 1의 B1, B2)을 투입할 수 있다. 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 저주파 범위를 가지며, 15 ~ 35Hz 범위의 반송 주파수(carrier frequency) 와 5 ~ 15Hz 범위의 변조 주파수(modulation frequency)를 가지며 최대 0.1T의 자기상 세기를 가진다.

상기 반송 주파수가 35Hz를 초과할 경우, 1차적으로 고상으로 응고되어 소정의 두께를 가지는 주조재의 외각부를 통해 투입한 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장의 손실로 인해 액상 섬프의 효과적인 교반을 수행하지 못하게 된다. 예를 들어 반송 주파수가 60Hz인 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장이 30mm 이상의 외각부(crust) 두께를 가지는 빌렛으로 투입할 경우 50% 이상의 손실이 발생하며, 이러한 손실로 인하여 투입된 교류 자기장의 상당 부분이 빌렛의 액상 섬프에 도달하지 못함에 따라 효과적인 교반을 수행할 수 없다. 그러나 반송 주파수가 35Hz인 경우에는 투입된 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장의 70% 이상이 빌렛의 액상 섬프에 도달함에 따라 효율적으로 교반을 수행할 수 있게 된다.

펄스형 자기장은 진폭 변조 방식을 포함하여 여러 방법(진폭, 주파수, 위상 및 이들의 결합된 변조 방식)으로 생성되며, 상기 변조 주파수는 펄스형 교류 자기장의 펄스 주파수로 정의된다.

진폭 변조된 펄스 교류 자기장은 고상으로 응고된 주조재(11)의 외각부(두께 5 ~ 20mm)를 통해 그 내부의 액상 영역에 투입된다. 이 경우 상기 펄스 교류 자기장에 의한 액상 영역에서의 유동과 펄스 형태의 전자기력에 의한 미세구조의 파쇄 효과에 의해 주조재 내부의 액상 섬프(도 1의 S)에서의 용융 금속을 교반할 수 있으며, 이로 인해 해당 영역의 온도 구배를 감소시켜 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.

특히 상기 펄스형 교류 자기장이 상기 외각부를 통해 주조재(11)의 액상 섬프에 투입되는 경우, 펄스형 교류 자기장에 의해 유도된 전자기력은 원주를 따라 주조재의 축방향에 대해서 펄스형태로 법선 방향으로 인가된다. 상기 법선 방향은 주조재의 축방향에 대해서 90도를 포함하는 방향으로서 75도 내지 105도의 각도 범위를 포함한다. 이러한 펄스형 전자기력은 전자기장을 발생시키는 전자석부의 극점(16 내지 21)으로부터 주조재(11)의 중심부까지 주조재의 축 방향에 대해서 수직 방향으로 펄스형의 수직 방향 벡터 성분을 가진다. 상기 펄스형 전자기력은 소정의 주기를 가지고 주조재 내부의 액상 영역에 충격을 인가하게 된다.

본 제 1 실시예에서 제안된 진폭 변조된 전자기력의 충격파는 수학식 (1)로 나타낼 수 있다

(1)

여기서,

- 주파수 진동의 일정진폭

M: 변조비

S(t): 변조커브(변조신호)

ω₀: 각주파수(ω₀=2πf)

φ₀: 위상변이

이러한 펄스형 교류 전기장은 서로 다른 주파수 (f1≠f2)를 가진 두 고조파 자기장(harmonic magnetic field)을 중첩시켜 생성할 수 있다. 이를 위해 전자석부 내 제 1 코일 및 제 2 코일에 서로 다른 주파수 f1 및 f2를 가지는 고조파 교류 전압

을 인가할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전자석부의 제 1 코일(22 L1)에는 제 1 주파수 f1을 가지는 고조파(harmonic wave) 교류 전압을 인가하고, 제1 전자석부의 제 2 코일(23 L2)에는 제 2 주파수 f2를 가지는 고조파 교류 전압을 각각 인가할 수 있다. 이종 전압의 인가에 따라 전자석부의 제 1 극점 및 제 2 극점에서 각각 서로 주파수가 상이한 고조파 자기장 B₁(t) 및 B₂(t)이 발생된다. 제 1 극점 및 제 2 극점에서 발생한 B₁(t) 및 B₂(t)이 서로 중첩됨에 따라 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장에 생성된다.

이때 두 개의 고조파 자기장이 중첩된 결과로서 나타나는 펄스형 교류 자기장(B_AM)은 B1=B2인 조건에서 수학식 (2)와 같이 자기장의 주 주파수인 (

) 와 변조 주파수인

의 곱으로 표현될 수 있다.

(2)

다른 방법으로는 상기 제 1 코일 및 제 2 코일에 동일한 위상 변이 각도(phase shift angle)를 가지며 이미 진폭 변조된 (U(t)=A(t)*U*sin(2πft))을 제공하는 것이다. 이 경우 중첩의 결과로 나타나는 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장의(B_AM)은 수학식 (3)과 같이 나타날 수 있다. 여기서 A(t)는 신호파에 해당되는 저속 변형파이다.

(3)

도 3a에는 예시적으로 두 개의 고조파 자기장이 중첩되어 형성된 것으로서 반송 주파수는 27.5Hz이고 변조 주파수는 15Hz인 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장(B, 단위는 T)이 제시되어 있으며, 도 3b에는 상기 이러한 진폭 변조된 자기장에 의한 펄스형 전자기력(EMF, 단위는 N)이 나타나 있다.

이렇게 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장에 의해 유도된 펄스형 전자기력이 주조재의 액상 영역에 소정의 주기로 펄스 충격을 인가함에 따라 해당 영역에서의 교반 효과가 나타나게 된다.

중첩 방식에 의한 자기장 진폭 변조를 수행하는 경우 최소 2 개의 주파수 인버터가 있는 2 채널의 3 상 전원 공급 장치를 사용할 수 있다. 하나의 채널에는 제 1 코일 그룹이 연결되고, 다른 채널에는 제 2 코일 그룹이 연결된다.

도 16은 본 발명에 따른 2 채널 3상 전원 공급 장치의 회로도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전력 공급은 두 개의 전력공급 채널(인버터)이 있고 각 인버터에 투입되는 전압, 주파수 및 전류가 독립적으로 제어되는 방식일 수 있다. 상기 인버터에는 최대 60Hz 주파수를 가지는 전압이 최대 460V이 공급될 수 있다. 상기 인버터로부터 출력되어 전자석부의 극점에 권선된 코일에 공급되는 교류 전압은 5V~ 50V 범위의 저전압이 공급된다

일예로서, 다른 주파수를 갖는 교류전류가 각각의 전자석 코일에 공급하기 위해 총 6개의 극점(16 내지 21)과 6개의 코일(22 L1 내지 27 L6)이 연결되어 있으며, 각 3개씩 두 그룹으로 나뉘어져 있다. 각 그룹은 각각의 채널에 의해 서로 다른 전압, 주파수 및 전류를 공급받게 된다. 제 1 전자석부 제 1 코일(22 L1), 제 2 전자석부 제 1 코일(24 L3) 및 제 3 전자석부 제 1 코일(26 L5)이 제 1 코일 그룹을 이루고, 제 1 전자석부 제2코일(23 L2), 제 2 전자석부 제2코일(25 L4) 및 제 3 전자석부 제2코일(27 L6)의 제 2 코일 그룹을 이루어 나뉘어 공급된다. 상기 제 1 코일 그룹은 제 1 주파수 인버터(Channel 1)에 연결되며, 제 2 코일 그룹은 제 2 주파수 인버터(Channel 2)에 연결된다.

제 1 코일 그룹과 제 2 코일 그룹에는 각각 다른 주파수를 가지는 고조파 교류 전압이 공급될 수 있다. 예를 들어, 제 1 코일 그룹에는

가 인가되고, 제 2 코일 그룹에는

가 인가되며, 여기서

,

, 주파수 f1 및 f2는 15~35Hz 범위를 가진다. 또한 자기장의 세기는 동일하며, 동일한 값으로 유지되는 자기장의 세기는

= (

)에 해당된다.

다른 예로서 직접 진폭 변조 자기장을 생성하기 위하여 최소 1 개의 3 상 주파수 인버터가 있는 1 채널 3상 전원 공급장치를 이용할 수 있다. 이때 진폭 변조된 전압은

이며, 여기서 반송 주파수는

범위이며, 진폭 변조 주파수는

범위이다.

주조재의 액상 영역에 가장 효과적인 펄스에 의한 유체 역학적 영향을 미치기 위해 각 전자석부의 코일에는 동일한 전압이 공급될 수 있다. 이때 전자석부 각각에 대해서는 3 상 전류가 서로 다른 위상을 가지도록 스위칭 되어 병렬로 제공될 수 있다.

전자석부 각각의 두 권선, 즉, 제 1 전자석부의 제 1 코일(22 L1) 및 제 2 코일(23 L2), 제 2 전자석부의 제 1 코일(24 L3) 및 제 2 코일(25 L4), 제 3 전자석부의 제 1 코일(25 L5) 및 제 2 코일(26 L6)을 동일한 위상으로 연결하여 극점(16, 18, 20) 및 극점(17, 19, 21)로부터 단방향 자기장을 형성하게 된다. 이때 전자석부 내부에서는, 동일한 자기장(즉, B1=B2 조건)을 가지는 경우, 자기장 간의 상호 반발에 의해 자기장선은 인접한 극점 사이가 아닌 주조재 내부로 향하게 된다. 만약 전자석 내부에서 형성된 자기장이 서로 다른 경우(B1≠B2), 즉 위상 변이가 상이하거나 극성이 다른 경우, 두 극점 사이에서 자기장이 폐쇄되어 자기장이 주조재로 향하지 못하게 된다.

이러한 펄스 교류 자기장을 사용함에 따라 다음과 같은 측면에서 교반 효과가 나타나게 된다.

제 1 측면으로 5 ~ 15Hz 주파수 범위를 가지며 빌렛 축으로 향하는 펄스형 저주파 전자기력에 의해서 주조재의 액상 섬프에 용융 금속의 열 및 물질 전달의 펄스 모드가 제공된다. 이러한 펄스 모드로 인하여 복합 전자기 유동 제어 장치의 극점으로부터 주조재의 중심 방향으로 미세 와류 유동 모드로 용융 금속의 교반을 제공한다. 이 경우 응고 전면 영역 또는 액상 섬프와 머쉬 존 사이 영역에서 불연속성의 형성을 유발할 수 있는 안정화된 층류가 형성되지 않는다. 또한 이러한 강제적 교반에 의해 액상 영역 내 용융 금속이 빠르게 교반됨에 따라 주조재의 중앙부에 있는 용융 금속과 머쉬 존의 끝 부분에서의 온도 차이를 제거하며, 이에 따라 주조재 중앙부에서의 편석이나 균열 발생을 방지하는 효과를 나타낼 수 있다.

제 2 측면으로 펄스 모드 전자기장에 의해 형성된 전자기력은 액상 섬프 (S)내부에서 압축(compression) 및 희박(rarefaction)을 포함하는 유체 음파(도 1a의 30)를 생성하며, 이는 용융 금속에 진동 효과를 발휘하고 이 과정은 액상 섬프(S)로부터 턴디시(2)쪽으로 더욱 확산된다. 이러한 유체역학적 음파 모드를 사용함에 따라 냉각 몰드(8)의 입구에서 고형화 된 용융 금속의 덩어리와 미세 결정을 파쇄함에 따라 용탕을 균질화 할 수 있다.

제 3 측면으로 주조재의 외각부에서 생성된 진동은 머쉬 존에 전달되고 액상 섬프까지 전달되어 교반 효과를 일으키며, 미세하고 균일한 주조 조직을 형성하게 된다.

일반적으로 전자기의 법칙에 따라 자기장의 전기 전도성 매체으로의 침투는 주파수에 따라 달라진다. 예를 들어, 액체 알루미늄의 경우 35mm 깊이에서 50Hz 자기장이 50% 강도를 소실한다. 그러나 주파수 20Hz는 최대 55mm까지 침투하여 50% 강도를 소실하게 된다. 주파수의 감소는 지수 법칙에 의해 자기장의 침투를 증가시키다.

따라서 만약 반송 주파수가 고주파수를 가지는 경우, 예를 들어 50 혹은 60Hz를 가지는 경우 침투 깊이는 전자석부의 극점으로부터 30~40mm에 해당된다. 상기 극점에 근접한 빌렛의 표면에는 응고된 고상의 외각부(external shell)가 이미 50mm 정도의 두께로 형성되어 있으며, 따라서 전자석부의 극점으로부터의 자기장은 응고된 외각부 내부의 액상 섬프까지 도달하지 못하게 된다. 따라서 액상 섬프는 전자기력에 의해서는 교반 효과가 나타나지 않는다.

그러나, 펄스 자기장은 상기 외각부 내부에서 펄스형 전자기력을 형성하기 때문에 상기 외각부와 서로 상호 작용을 하게 된다. 전자기력의 주파수는 자기장 주파수의 2배이므로 자기장의 주파수가 50~60Hz인 경우 100~120Hz의 주파수가 되며, 이러한 전자기력은 단단한 고상의 외각부에 진동 충격을 인가하게 된다. 결과적으로 빌렛의 외각부는 펄스 자기장에 의해 진동하게 되며, 이러한 진동이 액상 영역으로 전달되어 액상 섬프를 진동시키게 된다. 따라서 빌렛의 외각부에서 생성된 진동은 머쉬 존에 전달되고 액상 섬프까지 전달되어 교반 효과를 일으키며, 미세하고 균일한 주조 조직을 형성하게 된다.

제 1 실시예에 따른 펄스형 교류 자기장을 이용한 전자기 유동 제어 의 효과를 테스트하기 위하여 도 1a와 같이 에어 슬립 DC 주조 장치에 복합 전자기 유동 제어 장치를 고정 배치하고 전자기 유동 제어 을 수행하면서 빌렛을 주조하였다. 표 1에는 본 테스트를 위해 사용된 7075합금의 조성이 나타나 있다.

원소	Zn	Mg	Cu	Cr	Fe	Al
조성(wt%)	5.5	2.4	0.6	0.2	0.23	잔부

표 1의 조성을 가지는 알루미늄 합금 300kg을 저항 용해로에서 용해 및 탈가스 처리한 후, 형성한 용탕을 690 ~ 710℃의 온도에서 7 인치 직경의 빌렛용 반 연속 에어 슬립 주조 장치의 턴디시에 투입하였다. 다음 108 ~ 110 mm/min의 주물 인발 속도(pulling speed)로 주조하여 1.7m 길이의 빌렛을 제조하였다. 용탕의 온도는 690~710℃로 유지하였다. 테스트를 위해 제작된 시편의 공정 조건이 표 2에 나타나 있다.

시편	A1	A2	A3	A4
전자기 처리	x	O	X	O
미세화제 첨가	x	x	O	O

표 2를 참조하면, 시편 Al 및 A2는 미세화제인 Al-5Ti-1B가 첨가되지 않았으나, 시편 A3 및 A4는 용탕에 조직 미세화제인 Al-5Ti-1B를 첨가하였으며 이때 첨가량은 Ti 기준으로 0.08wt% 첨가하였다. 한편, 시편 A2 및 A4에 대해서는 전자기 유동 제어 처리를 수행하였다. 이를 위해 전자석부(EM1, EM2, EM3)의 제 1 극점 및 제 2 극점에는 각각 20Hz 및 35Hz의 주파수를 가지는 교류를 공급하였으며, 이로부터 27.5Hz의 반송 주파수 및 15Hz의 진폭 변조 주파수를 가지며 자기장의 세기가 0.1T인 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 생성하였다. 이에 비해 시편 A1 및 A3는 전자기 유동 제어 처리를 수행하지 않았다.

도 4a 및 4b에는 시편 A1 및 A2의 미세조직을 관찰한 결과가 나타나 있다. 도 4a 및 4b의 좌측 사진은 주조된 빌렛의 표면/중간부의 관찰 결과이며, 중앙은 빌렛의 중앙부의 관찰 결과이며, 우측은 빌렛 내부의 크랙을 육안으로 관찰한 결과이다. 여기서 중간부는 표면과 중간부 사이의 영역이다.

도 4a를 참조하면, 전자기 유동 제어 처리(PEMS)가 되지 않고 미세화제 첨가가 되지 않은 경우 빌렛의 표면/중간부에서 조대한 수지 조직이 관찰되었다. 결정립의 크기(GS)는 250~790μm 범위를 나타내었으며, 불균일한 결정립의 형상 및 크기 분포를 나타내었다. 중앙부에서의 미세조직도 표면/중간부와 유사한 경향을 나타내었으며 특히 중앙부에는 50 ~ 100mm 길이를 가지는 조대한 균열이 발견되었다.

이에 비해 도 4b를 참조하면, 전자기 유동 제어 처리가 된 시편 A2의 경우에는 표면/중간부에서는 주로 수지 상을 나타내었으나 시편 A1와 비교할 때 결정립의 크기는 60 ~ 350μm 범위로서 더 미세하고 균일한 것으로 관찰되었다. 중앙부도 표면/중간부의 미세조직과 유사하게 수지 상을 나타내었으나 결정립의 크기는 30 ~ 300μm 범위를 나타내어 시편 A1과 비교하여 더 미세하고 균일한 것으로 관찰되었다. 또한 중앙부에서의 조대한 균열은 발생하지 않았다. 이로부터 펄스형 교류 자기장를 이용한 전자기 유동 제어 처리에 의해 주조 조직이 더 미세해지고 균일해졌음을 확인할 수 있다. 이러한 미세조직은 펄스형 전자기력에 의해 머쉬 존의 응고 선단부에 강한 충격이 인가됨에 따라 응고 선단부의 분쇄 및 교반이 일어나기 때문으로 판단된다.

도 5a 및 5b에는 시편 A3 및 A4의 미세조직을 관찰한 결과가 나타나 있다. 도 5a 및 5b의 좌측 사진은 주조된 빌렛의 표면/중간부의 관찰 결과이며, 중앙은 빌렛의 중앙부의 관찰 결과이며, 우측은 빌렛 내부의 크랙을 육안으로 관찰한 결과이다.

도 5a를 참조하면, 전자기 유동 제어 처리없이 미세화제만 추가된 시편 A3의 경우, 결정립의 크기는 약 35 ~ 150μm이며 모든 영역에서 비수지상을 나타내었다. 그러나 중앙부에는 길이 30 ~ 50mm, 폭 0.5 ~ 1mm의 균열이 발견되었으며, 상기 균열은 빌렛의 길이 방향으로 연장되는 것을 확인하였다.

반면, 도 5b를 참조하면, 전자기 유동 제어 처리 및 미세화제 추가가 모두 이루어진 시편 A4의 경우에는 빌렛의 표면/중간부 및 중앙부에서 모두 매우 미세한 등축정(Equiaxed)이 관찰되었으며 결정립의 크기는 15 ~ 70μm 범위를 나타내었다. 표면/중간부 및 중앙부의 미세조직도 그 형상 및 크기가 거의 동일한 수준으로서 매우 우수한 조직 균일성은 나타내었다. 또한 시편 A3와 달리, 빌렛의 중앙부에서의 조대한 균열도 관찰되지 않았다. 이로부터 용탕에 미세화제가 첨가된 경우 전자기 유동 제어의 효과가 더욱 극대화되는 것을 확인할 수 있다.

제 2 실시예

본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 에어 슬립형 DC 주조 장치를 이용한 주조 과정 중 냉각 몰드 상부에 배치된 턴디시의 상부에서 턴디시 내에 수용된 용탕으로 펄스형 교류 자기장을 투입함으로써 전자기 유동 제어를 수행할 수 있다.

도 6에는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 전자기 유동 제어 장치가 배치된 에어 슬립형 DC 주조 장치가 나타나 있다. 도 7a 및 7b는 전자기 유동 제어 부(33)에 대해 상세하게 도시한 측면도 및 정면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면 전자기 유동 제어 장치(33)는 턴디시(2)에 수용된 용탕 표면의 상부에서 냉각 몰드(8)의 입구와 대응되는 위치에 설치되는 전자석부를 포함한다. 상기 전자석부는 용탕 표면(4)의 상부에서 냉각 몰드(8)의 입구쪽으로 소정의 각도로 기울어져 향하는 제 1 극점(16) 및 제 2 극점(17), 상기 제 1 극점(16) 및 제 2 극점(17) 각각에 권취되는 제 1 코일(22 L1) 및 제 2 코일(23 L2) 및 양 단부가 용탕 표면(4)을 기준으로 경사지게 형성될 수 있도록 중간부가 절곡되게 형성되며, 일단부에 제 1 극점(16)이 설치되고 타단부에 제 2 극점(17)이 설치되는 코어(13)로 구성되어 있다. 이때 상기 제 1 극점(16) 및 제 2 극점(17)은 냉각 몰드(8)의 축 방향(즉, 주조재(11)의 축 방향)을 기준으로 서로 대칭되도록 배치될 수 있다. 또한 제 1 극점(16) 및 제 2 극점(17) 간에는 60도의 각도를 이룰 수 있다.

전자기 유동 제어 장치(33)는 상술한 제 1 실시예와 비교할 때 턴디시(2)의 상측에 배치되었다는 점에서 차이가 있으나, 제 1 실시예에서 상술한 전자석부와 동일한 구조를 가진다. 따라서 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장과 관련하여 제 1 실시예와 중복되는 부분은 설명을 생략한다.

제 2 실시예에 따르면, 전자석부에서 생성된 진폭 변조된 펄스 교류 자기장은 주조재(11)의 축을 따라 수직 방향으로 턴디시(2) 내 용탕(3)으로 투입된다. 진폭 변조된 펄스 교류 자기장이 투입됨에 따라 용탕(3)의 표면(4)을 포함하는 상층부에서 펄스형 전자기력(도 6의 Fem)이 발생된다. 이렇게 생성된 펄스형 전자기력은 전자석부의 극점(16, 17)에서 용탕(3)으로 향하면서 용탕(3)에 대해서 주기적으로 힘을 인가하게 된다. 이에 따라 용탕(3)의 유동에 의해 용탕(3)의 상층부에서 압축 및 희박을 포함하는 유체 음파(hydro acoustic wave, 도 6의 HAW)가 생성된다. 생성된 유체 음파는 턴디시(2) 내 수용된 용탕(3)을 통해 하부로 전달되어 냉각 몰드(8) 입구를 통해 주조재(11)의 액상 영역에 도달하게 된다. 이러한 유체 음파는 액상 영역, 즉 액상 섬프(S) 및 머쉬 존(M)에서의 용융 금속의 교반을 유도하게 되며, 상술한 교반에 의한 온도 분포의 균일화 및 미세 조직의 분쇄 등에 의해 주조 조직의 미세화 및 균질화에 기여하게 된다.

용탕(3) 내 상층부에서 진폭 변조된 전자기력의 집중적인 생성을 보장하고, 주조재(11)의 축을 따라 유체 음파를 주조재(11)의 최종 응고 영역인 액상 영역으로 하향 전송을 성공적으로 수행하기 위해서는 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장의 반송 주파수는 15 ~ 60Hz 범위를 가지고, 변조 주파수는 5 ~15Hz 범위를 가지는 것이 바람직하다.

도 8a는 전자석부(EM)의 제 1 코일 및 제 2 코일에 각각 45Hz 및 60Hz의 교류 전압을 인가한 후 발생한 교류 자기장이 중첩되어 형성된 것으로서, 52.5Hz 반송 주파수 및 15Hz 변조 주파수를 가지는 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장이 나타나 있다. 또한 도 8b에는 이러한 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장에 의해 용탕(3) 내에서 생성된 펄스형 전자기력으로서, 반송 주파수 105Hz 및 펄스 주파수 15Hz를 가진다

본 제 2 실시예와 같이 용탕의 상부에서 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장으로부터 형성된 유체 음파를 이용하여 전자기 유동 제어를 수행하는 방법은 특히 5000계, 6000계, 7000계 등의 알루미늄 합금의 대구경 빌렛(지름 10인치 내지 50인치) 제조용 연속 주조 혹은 반연속 주조 방법에 유리한 장점이 있다. 제 1 실시예와 같은 주조재 외각부에 형성된 고상을 통해 전자기 유동 제어를 수행하는 경우, 전자기파의 낮은 침투 깊이에 의해 지름이 큰 대구경 주조재에 대해서는 교반의 효과가 크게 나타나지 않는 문제점이 있다. 이에 비해 제 2 실시예의 경우에는 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 턴디시의 상부에서 용탕으로 투입하여 펄스 전자기력을 유도하고, 이로부터 압축 및 희박을 포함하는 유체 음파를 생성하여 이를 냉각 몰드의 입구를 통해 최종 응고 영역까지 전달하기 때문에 대구경 빌렛의 경우에도 전자기 유동 제어가 효과적으로 수행될 수 있다.

제 2 실시예에 따른 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 이용한 전자기 유동 제어의 효과를 테스트하기 위하여 도 6와 같이 에어 슬립 DC 주조 장치에 전자기 유동 제어 장치를 설치하고 전자기 유동 제어를 수행하면서 빌렛을 주조하였다. 테스트에 사용한 알루미늄 합금은 표 1의 조성과 동일하였다. 알루미늄 합금 용탕은 600Kg의 알루미늄 합금을 용해하여 준비하였으며 1.7미터 길이의 빌렛을 동시에 2개 주조하여 제조하였다. 전자기 유동 제어 장치는 C 자형 코어를 가지는 전자석부가 도 6과 같이 턴디시의 상부에 배치되었으며, 3상 2채널 전원 공급장치를 통해 교류 전압을 인가하여 중첩방법에 의해 진폭 변조된 펄스 교류 자기장을 형성하였다. 주조 공정 중 전자기 유동 제어 장치와 용탕 사이의 거리는 30~40mm로 이격시켰으며, 전자석부의 극점이 용탕에 의해 가열되는 것을 방지하기 이하여 25mm의 두께를 가지는 미네랄 울(mineral wool)을 용탕과 극점 사이에 배치하였다.

테스트를 위해 제작된 샘플의 조건이 표 3에 나타나 있다. 표 3을 참조하면, 시편 B1 내지 B4 모두 Al-5Ti-1B 미세화제가 첨가되었다. 시편 B1은 전자기 유동 제어 처리가 수행되지 않았으나, 시편 B2, B3 및 B4는 전자기 유동 제어 처리가 수행되었다. 시편 B2, B3 및 B4는 각각 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장의 반송 주파수가 22.5Hz 가지고 자기장의 크기가 0.15T이었으며 펄스 주파수가 5Hz, 10Hz 및 15Hz로 서로 다른 값이 인가되었다.

시편	B1	B2	B3	B4
펄스 주파수	x	5Hz	10Hz	15Hz
미세화제 첨가	O	O	O	O

도 9a 내지 9d에는 시편 B1 내지 B4의 미세조직을 관찰한 결과가 나타나 있다. 전자기 유동 제어 처리없이 미세화제만 첨가된 시편 B1은 수지상 및 비수지상이 혼합된 혼합 조직을 가지며, 결정립 크기는 90 내지 320 μm 범위를 나타내었다. 또한 빌렛의 중앙부에서는 미세 균열 및 조대 균열이 모두 발견되었다.

그러나 도 9b를 참조하면, 펄스 주파수가 5Hz인 펄스 교류 자기장에 의해 전자기 유동 제어된 시편 B2의 경우에는 결정립 크기는 50 내지 200 μm 범위를 나타내어 시편 B1에 비해 더 미세하고 균일한 조직을 나타내었다. 또한 시편의 중앙부에는 미세 기포나 개재물 혹은 균열이 발견되지 않았다.

시편 B2의 제조 과정에서 용탕 상부에서 5Hz 펄스 주파수를 가지는 펄스 교류 자기장을 투입할 경우, 턴디시에 있는 용탕의 표면이 약 10mm의 폭으로 요동치는 것이 관찰되었다. 이러한 용탕 표면에서의 요동은 투입되는 펄스 교류 자기장의 펄스 주파수가 증가함에 따라 진동의 진폭이 감소하였으며 15Hz에서는 거의 관찰되지 않았다.

도 9c를 참조하면, 시편 B3는 시편 B2와 비교하여 펄스 주파수만 10Hz로 증가할 경우, 결정립 크기는 50 ~ 150 μm로 더 미세하고 균일하게 되었으며, 역시 빌렛 중앙부에의 균열은 발견되지 않았다. 도 9d를 참조하면, 펄스 주파수가 15Hz인 경우에는 결정립의 크기는 30 ~ 90 μm 범위로 이르렀으며, 빌렛 중앙부에서의 균열도 발견되지 않았다.

이로부터 본 실시예에 있어서 용탕을 통해 투입되는 펄스 교류 자기장의 펄스 주파수가 증가할수록 용탕 표면의 요동을 억제하면서 주조재의 조직을 더욱 미세하게 할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

제 3 실시예

본 발명의 제 3 실시예는 상술한 제 1 실시예와 제 2 실시예를 동시에 적용하는 것이다. 상기 제 3 실시예에 따른 복합 전자기 유동 제어 장치의 배치 구성이 도 10에 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 냉각 몰드(8)의 출구 부분에는 제 1 실시예를 따르는 고정자형 복합 전자기 유동 제어 장치가 환형으로 배치되고, 냉각 몰드(8) 입구의 상부측에는 제 2 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치가 배치되어 있다. 이때 제 2 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치를 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치로 지칭하고, 제 1 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치를 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치로 지칭한다.

도 11의 (a) 및 (b)에는 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치 및 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치의 측면도 및 정면도가 도시되어 있다. 한편 도 13에는 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치의 구조가 도시되어 있다. 도 11 및 도 13을 참조하면, 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치의 구조는 전자석부가 3개가 아닌 2개로 이루어져 있으며, 이점에서 도 2b에 도시된 제 1 실시예의 복합 전자기 유동 제어 장치와 차이가 있다. 그러나 나머지 하나의 전자석부는 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치에 사용됨에 따라 용탕의 유동 제어에 사용되는 복합 전자기 유동 제어 장치는 총 3개를 구성하게 된다.

제 1 복합 전자기 유동 제어 장치 및 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치를 구성하는 전자석부는 상술한 제 1 및 제 2 실시예에서의 전자석부와 동일하므로 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

본 실시예를 따르는 복합 전자기 유동 제어 장치는 3상 2 채널 전원 공급장치(도 18) 혹은 3상 1채널 전원 공급장치(도 19)를 통해 전압을 공급받을 수 있다. 도 18 및 도 19에서 L1 및 L2는 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치에 사용되는 코일들을 의미하며, L3 내지 L6는 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치에 사용되는 코일들을 의미한다.

본 실시예에 의할 경우에는 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치에 의한 영향과 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치에 의한 영향이 서로 중첩되어 유동 제어에 의한 교반 효과를 더욱 증진시킬 수 있다. 도 12a는 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치의 L1 및 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치의 L3 및 L5으로 이루어지는 제 1 코일 그룹과, 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치의 L2 및 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치의 L4 및 L6로 이루어지는 제 2 코일 그룹에 서로 다른 주파수를 가지는 교류 전류를 공급하여 생성된 교류 자기장의 중첩에 의해 형성된 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장의 파형이 나타나 있으며, 도 12b에는 이러한 펄스형 교류 자기장이 주조재의 액상 영역에 미치는 전자기력을 나타내고 있다

제 3 실시예에 따른 펄스 교류 자기장을 이용한 전자기 유동 제어의 효과를 테스트하기 위하여 도 10와 같이 에어 슬립 DC 주조 장치에 복합 전자기 유동 제어 장치를 배치하고 전자기 유동 제어을 수행하면서 빌렛을 주조하였다. 전자기 유동 제어 처리를 제외한 합금 조성, 용탕 제조 및 빌렛 제조 과정은 제 2 실시예와 동일하였다.

테스트를 위해 제작된 샘플의 조건이 표 4에 나타나 있다. 표 4을 참조하면, 시편 Cl 및 C2는 미세화제가 첨가되지 않았으며, 시편 C3 및 C4는 미세화제인 Al-5Ti-1B를 Ti원소 기준으로 0.08wt% 첨가하였다. 시편 C2 및 C4에 대해서는 제 3 실시예에 따른 전자기 유동 제어 처리를 수행하였다. 펄스 자기장 조건을 만들기 위하여 서로 다른 주파수의 자기장을 중첩하는 방법이 적용되었다. 제 1 코일 그룹(도 18의 L1, L3, L5)에는 주파수 20Hz의 교류 전압을 공급하고 제 2 코일 그룹(도 18의 L2, L4, L6)에 주파수 35Hz의 교류 전압을 공급하였으며, 이를 통해 자기장의 세가 0.1 T 며 펄스 주파수가 15Hz이고 자기장의 반송 주파수가 27.5Hz 인 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 생성하였다.

시편	C1	C2	C3	C4
전자기 유동 제어 처리	x	15Hz	X	15Hz
미세화제 첨가	x	x	O	O

도 14a 및 14b에는 각각 시편 C1 및 C2의 미세조직을 관찰한 결과가 나타나 있다. 도 14a의 좌측 사진은 주조된 빌렛의 표면/중간부의 관찰 결과이며, 우측 사진은 빌렛의 중앙부의 관찰 결과이다. 도 14b의 좌측 사진은 주조된 빌렛의 표면/중간부의 관찰 결과이며, 중앙 사진은 빌렛의 중앙부의 관찰 결과이며, 우측 사진은 우측은 빌렛 내부의 크랙을 관찰한 결과이다.

도 14a를 관찰하면, 전자기 유동 제어 처리가 되지 않고 미세화제 첨가가 되지 않은 경우 빌렛의 표면/중간부 및 중앙부에서 최대 140μm 크기를 가지는 조대한 수지상이 관찰되었으며, 중앙에는 균열이 있는 미세 다공성의 조직을 나타내었다.

이에 비해 도 14b를 참조하면, 전자기 유동 제어 처리(EMS)가 된 시편의 경우에는 전체적으로 주로 비수지상을 가지며 평균 결정립 크기가 100 ~ 140 μm 범위로서 균일한 미세조직을 나타내었으며 중앙부에서도 균열은 관찰되지 않았다.

도 15a 및 15b에는 각각 시편 C3 및 C4의 미세조직을 관찰한 결과가 나타나 있다.

도 15a를 참조하면, 전자기 유동 제어 처리를 사용하지 않고 미세화제를 첨가한 시편 C3의 경우에는 표면에서의 결정립 크기는 최대 100 μm, 중앙부에서의 결정립 크기는 약 60 μm으로 미세한 조직을 나타내었다. 그러나 빌렛 내부는 미세 공극 및 미세 균열 다수 발견되었으며, 빌렛의 중앙부에는 육안으로 관찰이 가능한 조대한 균열도 발견되었다.

이에 비해 도 15b를 참조하면, 전자기 유동 제어 처리 및 미세화제가 첨가된 시편 C4의 경우에는 전체적으로 비수지상으로서 평균 결정립 크기는 63 ~ 66 μm 범위로 매우 균일한 조직을 나타내었으며, 빌렛 중앙부에서의 균열도 발견되지 않았다.

상술한 실시예들에 의하면 7000계 알루미늄 합금을 포함한 다양한 알루미늄 합금 주조재를 에어 슬립형 DC 주조 장치로 제조함에 있어, 다양한 전자기 유동 제어 구조를 이용함으로써 액상 섬프 및 머쉬 존에서의 효과적인 교반으로 수지상의 형성을 억제하여 전체적으로 균일하고 미세한 결정립을 가지는 비수지상의 주조 조직을 구현할 수 있다. 또한 이러한 3가지 형태의 전자기 유동 제어 장치는 기존의 에어 슬립형 DC 주조 장치에 용이하게 설치 가능하다는 장점을 가지고 있다.

본 발명에서 사용한 용어는 특정한 실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (16)

1. 금속의 용탕이 수용되는 턴디시;
   상기 턴디시의 하부와 연결된 입구를 통해 상기 용탕을 수용하여 이를 소정의 형상으로 응고시키는 냉각 몰드; 및
   상기 턴디시 내 용탕 표면의 상부에서 상기 냉각 몰드의 입구와 대응되는 위치에 설치되는 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치를 포함하고,
   상기 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 용탕으로 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 투입하는 것인,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 복합 전자기 유동 제어 장치는 전자석부를 포함하고,
   상기 전자석부는,
   상기 용탕의 상부에서 냉각 몰드의 입구쪽으로 소정의 각도로 기울어져 향하는 제 1 극점 및 상기 제 1 극점에 권선되는 제 1 코일;
   상기 제 1 극점에 대해서 상기 냉각 몰드의 축 방향을 기준으로 대칭되게 배치되는 제 2 극점 및 상기 제 2 극점에 권선되는 제 2 코일; 및
   양 단부가 상기 용탕의 표면을 기준으로 경사지게 형성될 수 있도록 중간부가 절곡되게 형성되며, 일단부에 제 1 극점이 설치되고 타단부에 제 2 극점이 설치되는 코어;를 포함하는,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 상기 용탕 내에서 압축 및 희박을 포함하는 유체 음파를 생성하는,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 유체 음파는 상기 냉각 몰드의 입구를 통해 주조재의 액상 영역에 투입되어 상기 액상 영역을 교반하는,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 상기 전자석부의 제 1 극점 및 제 2 극점에서 유도된 서로 다른 주파수를 가지는 교류 자기장의 중첩에 의해 생성된 것인,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 서로 다른 주파수를 가지는 교류 자기장은 상기 제 1 코일 및 제 2 코일 각각에 서로 다른 주파수를 가지는 교류 전압이 인가되어 생성된 것인,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 서로 다른 주파수를 가지는 교류 자기장은 상기 제 1 코일 및 제 2 코일 각각에 동일한 위상 변이 각도를 가지면 이미 진폭 변조된 교류 전압을 인가하여 생성된 것인,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 15 내지 60 Hz 범위의 반송 주파수 및 5 내지 15 Hz 범위의 변조 주파수 범위를 가지는,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 몰드의 출구를 통과하는 주조재의 외측면에 설치되는 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치;를 더 포함하고,
   상기 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 주조재의 표면에서 상기 주조재의 중심 방향으로 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 투입하는 것인,
   복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치는 복수의 전자석부를 포함하고,
    상기 전자석부는,
    제 1 극점 및 상기 제 1 극점에 권선되는 제 1 코일;
    상기 제 1 극점에 이격하여 배치되는 제 2 극점 및 상기 제 2 극점에 권선되는 제 2 코일; 및
    중간부가 절곡되어 있고 일단부에 상기 제 1 극점이 설치되고 타단부에 상기 제 2 극점에 고정되는 코어;를 포함하는,
    복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    제 2 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 복수의 전자석부가 상기 주조재의 외측면에서 상기 주조재를 둘러싸는 형태를 가지는,
    복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치로부터 투입되는 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장은 15 내지 35 Hz 범위의 반송 주파수 및 5 내지 15 Hz 범위의 변조 주파수 범위를 가지는,
    복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 주조재의 축 방향으로 소정의 경동각을 가지고 상하로 경동될 수 있는,
    복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
14. 금속의 용탕이 수용되는 턴디시;
    상기 턴디시의 하부와 연결된 입구를 통해 상기 용탕을 수용하여 이를 소정의 형상으로 응고시키는 냉각 몰드; 및
    상기 냉각 냉각 몰드의 출구를 통과하는 주조재의 외측면에 설치되는 복합 전자기 유동 제어 장치;를 포함하고,
    상기 복합 전자기 유동 제어 장치는 상기 주조재의 표면에서 상기 주조재의 중심 방향으로 진폭 변조된 펄스형 교류 자기장을 투입하는,
    복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복합 전자기 유동 제어 장치는 복수의 전자석부를 포함하고,
    상기 전자석부는,
    제 1 극점 및 상기 제 1 극점에 권선되는 제 1 코일;
    상기 제 1 극점에 이격하여 배치되는 제 2 극점 및 상기 제 2 극점에 권선되는 제 2 코일; 및
    중간부가 절곡되어 있고 일단부에 상기 제 1 극점이 설치되고 타단부에 상기 제 2 극점에 고정되는 코어;를 포함하는,
    복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 냉각 몰드 내면에서는 오일 및 혼합 가스를 공급하는 흑연 링이 설치되는
    복합 전자기 유동 제어 장치를 결합한 직접 냉각 주조 장치.

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