KR20000012737U - 전자기장을 이용한 박판주조용 스컴 혼입 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전자기장을 이용하여 쌍롤식 박판 주조장치의 메니스커스중에 생성된 스컴이 롤 외표면부로부터 멀리 떨어지도록 하여 스컴혼입을 보다 효과적으로 방지하도록 된 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치에 관한 것으로써,

쌍롤식 박판주조설비의 용강 메니스커스에 발생되는 스컴이 롤(1)(1') 외표면부를 따라 용강 내부로 혼입되는 것을 방지하기 위한 장치에 있어서, 메니스커스 쉴드(6) 내측 용강 상부의 롤(1)(1')과 노즐(4) 사이에는 롤(1)(1')과 평행한 구리튜브(12)를 갖춘 전자석 코어를 다수개 내장한 전자석(10)(10')을 위치시키고, 상기 전자석 코어는 이동자계발생부(14)(14')와 전류가변기(16)를 통해 교류전원공급 및 제어부(15)에 연결되어 위상이 변화하는 교류전류를 롤(1)(1')로부터 노즐(4)측으로 순차적으로 공급받음을 특징으로 한다.

Description

전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치

본 고안은 전자기장을 이용하여 쌍롤식 박판 주조장치의 메니스커스중에 생성된 스컴이 롤 외표면부로부터 멀리 떨어지도록 하여 스컴혼입을 보다 효과적으로 방지하도록 된 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 철 및 비철 금속과 그 합금을 용탕에서 직접 박판으로 제조하는 쌍롤식 박판 주조 장치에서 메니스커스 중에 생성된 스컴의 혼입을 방지하기 위한 기술은 제품의 품질저하를 방지하는 측면에서 매우 중요하다.

종래의 스컴 혼입 방지 방법은, 일본 특개평 4-224053호(도1 참조)에 개시된 바와같이, 용강이 박판 주조용 롤(1), (1')의 상부에 설치된 턴디쉬(2)로부터 스토파(3)의 동작에 의해 원통형 상부 노즐(4)을 통해 메니스커스(5)로 공급되며, 공급된 용강의 재산화에 의해 발생된 스컴(9)(9') 혼입을 방지하기 위해 스컴 방지용 댐(7)을 설치하는 방법을 사용하거나, 일본 특개평 6-304714호에서와 같이 침적 제한판을 설치하여 스컴의 혼입을 방지하고 있다.

그러나, 특개평 4-224053과 같은 스컴 방지용 댐(7)을 사용하는 경우에, 댐(7)을 롤(1)(1')에서 일정간격 만큼 이격되도록 설치하면, 댐(7)과 롤(1)(1') 사이에 메니스커스(5)의 일부가 존재할 수밖에 없게 되고, 이는 댐(7)과 롤(1)(1') 사이의 메니스커스(5)가 산화성 분위기에 노출되면서 그 부분에 재산화성 스컴(9')이 형성되며, 따라서 그 스컴(9')이 혼입되는 것은 피할 수 없는 단점이 있다. 물론, 댐(7)과 롤(1)(1')사이에 메니스커스가 존재하지 않도록 댐(7)을 롤(1)(1') 외표면부에 밀착시키는 정도로 간격을 적게 설치하면, 재산화에 의한 스컴 혼입을 피할 수는 있지만, 댐(7)과 롤(1)(1') 사이의 미세한 틈에서 용강이 응고되어 응고성 스컬을 형성하면서 댐(7)의 일부가 파손되어 주편 응고각내로 혼입되거나 스컴이 응고각내로 유입되어 겹침흠 표면 결함을 야기하는 것이다. 또한, 댐의 파손이 일어나는 경우 메니스커스부의 높이가 불균일하게되어 응고각의 두께가 달라지고 주편에 형성된 열응력이 달라져 주편에 균열을 일으키기도 하는 것이어서 바람직하지 못한 것이었다.

한편, 일본 특개평 6-304714의 경우는, 용강 메니스커스부에 침적 제한판을 삽입하고 그 사이로 비산화성 분위기 개스를 취입하는 방법을 사용하고 있으나, 이러한 방법도 상기의 댐을 사용하는 방법에서와 같이 고온 용강과 접하는 재료의 표면에서 응고성 스컬이 형성되는 것은 물론, 장시간 사용할 때에는 용강의 고온에 의해 열변형이 가해져서 롤과의 갭을 유지하기가 어려울 뿐 아니라, 때로는 롤표면을 손상시켜 롤손상에 따른 주편 표면의 균열을 야기하며, 이러한 기술은 취입되는 개스의 압력을 정밀하게 제어해야 하는 것이지만, 매니스커스부의 높이 변화에 따른 외부 용강 정압의 변화와 그에 상응하는 분위기 개스 압력의 변화에 의해 취입개스의 압력을 정밀하게 제어하는 것은 현실적으로 매우 곤란하다.

또한, 상기한 종래 기술과 같이 용강과 접촉한 상태로 댐 또는 침적 제한판을 설치하는 경우에는, 고온, 고침식성 등에 견딜수 있는 재료여야 하며, 단열성도 양호하고 용강과의 접촉각도 커서 습윤이 일어나지 않아야 실용적이다. 그러나, 이같은 특성을 모두 만족하는 재료는 현실적으로 불가능하며, 지금까지 알려진 어떠한 재료도 1500℃이상의 고온 용강에 침적되면 재료의 표면에서 응고성 스컬이 형성되고, 장시간 침적되는 경우는 고온 열화에 의해 재료가 열변형되어 뒤틀리거나 산화가 진행되며, 특히 정밀한 틈새 제어가 필요한 침적 제한판으로서의 역할이 불가능한 실정이었다.

본 고안은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 쌍롤식 박판 주조장치의 롤 사이에 형성된 메니스커스에서 용강의 재산화에 의하여 발생하는 스컴 혼입을 용강과 비접촉식으로 장착된 상태로 보다 효과적으로 방지할 수 있도록 된 메니스커스부 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치를 제공함에 있다.

도1은 종래기술에 따라 스컴 혼입 방지댐을 이용하여 박판을 주조하는 상태를 보인 구성도

도2는 본 고안에 따른 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치를 갖추어 박판을 주조하는 상태를 보인 구성도

도3은 본 고안의 요부에 대한 구성을 도시한 사시도

도4는 본 고안의 장치에 의한 스컴 혼입방지작용을 설명하기 위한 구성도

도5는 본 고안의 장치에 대한 작용 원리를 나타내는 개념도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,1' ... 롤 4 ... 노즐

5 ... 메니스커스 6 ... 메니스커스 쉴드

10 ... 전자석 11A,11B,11C,11D ... 전자석 코어

12 ... 구리튜브 14,14' ... 이동자계발생부

15 ... 교류전원공급 및 제어부 16 ... 전류가변기

17 ... 냉각수공급기 20 ... 스컴분석용 카메라

21 ... 화상기 22 ... 스컴분석기

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 고안은,

쌍롤식 박판주조설비의 용강 메니스커스에 발생되는 스컴이 롤 외표면부를 따라 용강 내부로 혼입되는 것을 방지하기 위한 장치에 있어서,

메니스커스 쉴드 내측 용강 상부의 롤과 노즐 사이에는 롤과 평행한 구리튜브를 갖춘 전자석 코어를 다수개 내장한 전자석을 위치시키고, 상기 전자석 코어는 이동자계발생부와 전류가변기를 통해 교류전원공급 및 제어부에 연결되어 위상이 변화하는 교류전류를 롤로부터 노즐측으로 순차적으로 공급받음을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 고안은, 종래기술과 같이 용강 메니스커스 상부의 용강과 접촉하면서 스컴 혼입을 방지하는 혼입 방지용 댐 및 침적 제한판등과는 달리 전자기장을 이용하여 용강과 비접촉식으로 메니스커스부 표면의 용강의 흐름을 롤과 반대쪽으로 향하게하여 주편에 스컴 혼입을 방지하며 메니스커스부에 발생되는 스컬 생성을 억제하는 기술을 제안하고자 하는 것이다. 즉, 1500℃이상의 고온에 장시간 견딜수 있는 재료를 현실적으로 구하기 어렵기 때문에 비접촉식의 전자석 코아를 사용하여 전자기장을 발생시킴으로써, 용강류의 흐름이 메니스커스부의 롤과 반대 방향으로 향할 수 있도록 하여 용강 메니스커스부에서 약간의 스컴들이 계속 발생되더라도 그 스컴이 롤의 회전에 의해 응고각으로 혼입되지 않도록 하는 적극적인 방법을 사용한다. 이와같은 방법은, 용강과의 접촉시에 발생될수 있는 스컬, 댐파손품의 유입, 댐자체의 열변형에 따른 열화 및 그에 따른 롤 표면의 파손 우려없이 장시간의 주조에도 주편중에 스컴의 혼입없이 양호한 박판 주편을 안정되게 주조할 수 있게 할 것이다.

즉, 본 고안의 장치는 주조중 메니스커스 상부에서 발생된 스컴이 롤의 회전에 의해 응고각 표면으로 혼입되어 박판 주편중에 표면 결함으로 잔류되는 것을 방지하기 위해 전자기장을 이용하여 비접촉식으로 스컴을 롤과 반대쪽으로 이동시키는 구성을 가지며, 이는 도2 및 도3에 개략적으로 도시한 바와같이, 쌍롤(1)(1') 사이의 상부에 설치되어 용강이 외부공기와 접촉하는 것을 차단하는 메니스커스 실드(6)의 내부의 용강 상부에 전자석이 장착된다. 물론, 상기 전자석(10)(10')은 어느 하나의 롤(1)과 노즐(4) 사이의 용강 상부와, 다른 롤(1')과 노즐(4) 사이의 용강 상부에 각각 설치되어, 스컴을 노즐(4)측으로 이동시키도록 하여야 하며, 이하에서는 이들 전자석(10)(10')이 노즐(4)에 대하여 대칭되는 동일한 구조를 가지는 관계로 어느 하나의 전자석(10)에 대하여 상세하게 설명하고 다른 전자석(10')에 대한 설명을 생략하고자 한다.

상기 전자석(10)은 그로부터 발생된 전자기장이 롤(1)과 노즐(4) 사이의 용강 상부면 전체에 영향을 주도록 설치되는 것이 바람직하며, 최소한 롤(1)과 용강이 접촉하는 부분으로부터 노즐(4)측으로 적정영역에 전자기장이 형성될 수 있도록 한다.

상기 전자석(10)(10')은 전원공급선(19)을 매개로 이동자계발생부(14)(14')에 연결되며, 상기 자계발생부(14)(14')는 전류가변기(16)를 통해 교류전원공급 및 제어부(15)에 연결되고, 상기 교류전원공급 및 제어부(15)는 스컴분석기(22)를 통해 화상기(21)에 연결되며, 상기 화상기(21)에는 스컴분석용 카메라(20)가 설치된다. 이는, 스컴 혼입상황에 맞게 전자석의 자력을 조절하여 스컴 혼입을 제어하기 위하여 갖추어진다.

그리고, 상기 전원공급선(19)은 냉각수공급관(18)을 통해 공급되는 냉각수에 의해 전류 공급중 발생되는 주울열을 냉각함으로써 가열에 의한 파손을 방지하고, 상기 냉각수공급관(18)은 냉각수공급기(17)로부터 냉각수를 공급받는다. 물론, 상기 냉각수공급관(18)을 통해 공급되는 냉각수가 전원공급선(19)을 냉각하기 위하여는 미도시된 냉각하우징이 상기 전원공급선(19)을 에워싸도록 하고, 그 냉각하우징에 냉각수가 공급되어 배출되도록 하는 구성을 가져야 하며, 이러한 구성은 본 고안의 기술분야에 속하는 통상의 당업자에 의해 용이하게 실시할 수 있는 것으로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 전자석(10)은, 도4에 보다 상세하게 도시한 바와같이, 롤(1) 길이방향으로 형성된 전자석 코어(11A)(11B)(11C)(11D)를 다수개 가지며, 이들 코어들은 서로 일정간격 떨어져 있고 또한 용강의 상부면 동일 높이에 위치하고 있다.

상기 각각의 전자석 코어(11A)(11B)(11C)(11D)는 롤(1)과 동일한 길이방향으로 전류를 공급받는 다수개의 구리로 이루어진 구리튜브(12)를 일정수량 가지며, 상기 구리튜브(12)가 전원공급선(19)에 연결기구(13)를 통해 연결되어 전류를 공급받게 된다.

상기한 구성으로 된 본 고안의 장치를 이용하여 용강 메니스커스에 존재하는 스컴을 롤(1)(1')로부터 멀어지는 방향으로 유동시키기 것은, 다수개의 전자석 코어(11A)(11B)(11C)(11D)에 공급되는 교류전류를 조절함에 의해 가능하고, 이에 앞서 구리튜브(12) 각각이 전류를 공급받아 전자기장을 형성하고 그에 의해 유도기전력이 발생되는 원리를 도5를 참고로 하여 개념적으로 설명한다.

즉, 도5에 나타낸 것과 같이 용강 메니스커스(5)의 상부 일정 높이에 구리튜브(12)를 설치하여 교류전류를 공급하게 되면, 앙페르의 오른 나사법칙에 따라 구리튜브(12)의 배열 방향인 롤(1)과 평행한 방향인 전류의 흐름 방향에 직각으로 자기장이 형성되며, 교류를 공급하는 경우는 자기장의 방향이 교류의 주파수 주기만큼 바뀌며 자기장의 변화에 저항하는 방향으로 유도 기전력이 발생한다. 따라서 상기와같이 교류를 구리 튜브(12)에 통과시키면 구리 튜브(12) 직하의 메니스커스 용강에 구리 튜브(12)에 평행한 방향의 유도 기전력이 발생하며, 도면과 같이 구리 튜브(12)의 교류 통과 방향이 도면의 아래쪽으로 향하는 경우는 메니스커스 상부 용강에 구리 튜브(12)와 동일한 방향의 유도 기전력이 발생되며, 따라서 이 유도 전류와 구리 튜브(12)에 의해 발생된 자기장의 작용에 의해 메니스커스 상부 용강에 용강류의 흐름이 발생된다. 즉 메니스커스 용강이 구리튜브(12) 배열 방향의 직하 방향에서는 메니스커스 하부 방향으로 그리고 모든 방향으로 구리 튜브(12)를 중심으로 동심원의 법선 방향의 힘이 용강에 작용한다. 따라서, 구리 튜브에서 약간 떨어진 부분에서 메니스커스 표면 용강류는 롤쪽과 노즐 쪽으로 흐름이 발생된다. 이같은 용강류의 흐름은 교류 전류의 방향이 반대로 되어도 동일한 방향의 힘이 발생되며 이같은 힘을 사용하면 용강류의 연속적인 흐름을 발생시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 용강류의 흐름은 도4에 도시한 바와같이 전자석 코어(11A)(11B)(11C)(11D))가 4개 배열되어 구성된 경우, 교류전류를 동시에 공급하여 각 전자석 코어간의 위상이 동일하다면, 각 전자석 코어에 의한 용강류 유동이 서로 상쇄되어 노즐쪽으로의 용강류 이동이 불가능하다. 따라서, 노즐(4) 방향으로의 용강류 흐름을 일으키기 위해서는 전자석 코어 4개에 공급되는 교류에 위상차가 발생되도록 한다. 즉, 이동자계발생부(14)에 의해 코어에 공급되는 교류 전원의 위상차가 t 시간 동안 각 2π/n(n: 전자석 코어의 개수)만큼 발생하도록 하며, 도4에 도시한 것처럼 전자석 코어가 4개 있는 경우는 코어간 각각 t,t+π/2, t+π, t+3π/2, t+2π의 위상차로 도면의 롤(1)측에서 노즐(4)쪽으로 순차적으로 교류 전원이 인가되도록 하여 노즐 방향으로 연속적인 용강 유동류가 발생되도록 한다.

이러한 기능을 가진 본 고안에 따른 전자석(10)(10')은 교류전원공급 및 제어부(15)의 제어에 따라 전류 가변기(16)에서 전류의 크기를 가변하여 공급하므로써 메니스커스에서의 용강류의 흐름 및 세기를 제어할 수 있다. 물론, 인가되는 전류의 크기에 따라 용강류의 흐름이 변하며, 적절한 스컴 혼입 방지가 이루어지지 않는 경우는 주조중 스컴 혼입 상황을 스컴 분석용 카메라(20)에 의해 촬영하여 화상기(21)에 나타내고 그 분포를 스컴 분석기(22)을 이용하여 분석한다. 분석기를 통해 분석한 결과를 교류전원공급 및 제어부(15)에 피드백 하여 전류 가변기(16)를 조작하여 전류의 세기를 조절하므로써 적정한 스컴 혼입 방지조건을 찾아 적용 할 수 있다. 또한 용강 표면에 발생되는 유도 기전력의 주울열에 의해 스컬 생성을 억제할 수 있는 효과도 가진다.

이렇게 용강 및 스컴의 흐름을 노즐(4)측으로 향하도록 유도하게 되면, 용강의 재산화에 의해 발생된 스컴(9)에 롤(1)(1')의 외표면부에 부착되면서 주편품질을 저하시키는 종래의 문제점을 해결하게 된다.

상술한 바와같이 본 고안에 따른 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치에 의하면, 용강 메니스커스 상부에 용강 및 스컴을 중앙 노즐측으로 유동시키는 전자기장을 발생시킴에 의해 스컴에 의한 주편품질저하를 효과적으로 방지한다.

Claims (3)

1. 쌍롤식 박판주조설비의 용강 메니스커스에 발생되는 스컴이 롤(1)(1') 외표면부를 따라 용강 내부로 혼입되는 것을 방지하기 위한 장치에 있어서,

   메니스커스 쉴드(6) 내측 용강 상부의 롤(1)(1')과 노즐(4) 사이에는 롤(1)(1')과 평행한 구리튜브(12)를 갖춘 전자석 코어를 다수개 내장한 전자석(10)(10')을 위치시키고, 상기 전자석 코어는 이동자계발생부(14)(14')와 전류가변기(16)를 통해 교류전원공급 및 제어부(15)에 연결되어 위상이 변화하는 교류전류를 롤(1)(1')로부터 노즐(4)측으로 순차적으로 공급받음을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전자석(10)에 전원을 공급하는 전원공급선(19)은 냉각수공급관(18)으로부터 공급된 냉각수에 의해 냉각되고, 상기 냉각수공급관(18)은 냉각수공급기(17)에 연결되어 냉각수를 공급받음을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치.
3. 제1항에 있어서,

   롤(1)(1')을 통과한 주편(8)의 표면에 대한 화상을 제공하는 스컴분석용 카메라(20)가 설치되고, 상기 카메라(20)는 화상기(21)를 통하여 스컴분석기(22)에 연결되며, 상기 스컴분석기(22)는 주편표면에 대한 화상분석에 의한 스컴발생정도를 교류전원공급 및 제어부(15)에 전송하도록 연결됨으로써 상기 교류전원공급 및 제어부(15)가 전자석(10)에 공급되는 교류전류의 크기를 변화시킴을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 박판 주조용 스컴 혼입 방지장치.