KR20000041679A

KR20000041679A - 반응고금속 제조장치

Info

Publication number: KR20000041679A
Application number: KR1019980057633A
Authority: KR
Inventors: 김기배; 이호인; 이재철; 강태욱; 문희경
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 박호군; 한국과학기술연구원; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR100423411B1

Abstract

본 발명은 턴디쉬 배출구와 주조기 사이에서 용강을 교반시켜 반응고금속을 제조하는 장치에 관한 것으로서,

교반실의 용강이, 교반실 외부에 설치된 전자교반기(100)와, 교반실 내부에 설치되어 유압실린더(230)에 의해 상하이동하며 서보모터(220)에 의해 회전하고 외표면에 나선형 교반돌기(212)를 형성한 기계교반자(200)에 의해 동시에 교반되도록 하는 구성 및,

기계교반자(200)가 내부에 냉각매체 순환통로를 형성하여 냉각매체를 유통시키고, 상기 냉각매체는 기계교반자(200)를 회전가능하도록 지지하면서 기계적인 실링을 담당하는 실링체(250)를 통해 냉각매체 순환통로에 공급되도록 하는 구성에 의해,

구형의 비수지상 고상입자가 액상금속중에 분산된, 고상율이 높은 반응고금속을 연속적으로 안정한 상태로 제조할 수 있는 효과를 가진다.

Description

반응고금속 제조장치

본 발명은 반응고금속을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구형의 비수지상 고상입자가 액상금속중에 분산된, 고상율이 높은 반응고금속을 연속적으로 안정한 상태로 제조할 수 있도록 된 반응고금속 제조장치에 관한 것이다.

금속재료의 특성향상을 도모하기 위한 새로운 제조법인 반응고가공법이 각광받고 있으며, 이에의해 제조되는 반응고금속은 용융금속을 응고시키는 과정에서 강력한 교반력을 가하여 응고시 나타나는 수지상 가지를 파괴함에 의해 미세하고 균일한 구형의 고상입자와 액상이 혼재된 상태에서 얻어지는 것이고, 이러한 반응고금속을 제조하기 위하여 용융금속을 교반하는 일반적인 방법은 기계적 교반자에 의한 기계교반법과 전자기 유도에 의해 교반하는 전자교반법으로 대별된다.

기계교반법은, Flemings등에 의한 미국특허 제 3902544, 3954455, 3948650, 3936298호에 개시되어 있으며, 이는 용융금속을 교반실과 기계교반자 사이의 환상공간 속에서 냉각되면서 아랫방향으로 내려가도록 하고, 이러한 과정중 용융금속이 부분적으로 응고되면서 나타나는 수지상 가지를 중앙에 설치된 기계교반자의 회전에 의해 파괴함으로서, 구형의 비수지상 고상입자로 된 반응고금속의 슬러리(slurry)를 제조하는 방법이다. 그러나, 이러한 기계교반법은 교반자의 마모와 부식에 의한 불순물 혼입 및 재료선정에 어려움이 있어 생산기술적으로 연속주조시스템에 결합하는 것이 매우 곤란하다는 단점이 있다.

전자교반법은, 기계교반에 의한 반응고금속 제조방법의 결점을 극복하기 위하여 전자교반을 사용함으로서 용융금속을 유도전자자계에 의해 간접적으로 교반시키는 방법이며, 미국특허출원 제 859132호(1977.12.12)에서 제안되었다. 이는 용융금속을 교반시키기 위하여 전자장을 이용하는 기술로써, 초기에는 교류유도 또는 직류자계를 사용하였으며, 용융금속 주위에 유도전류를 발생시키는 전자교반장치를 설치하여 간접적으로 교반시킬수 있어 교반자에 의한 불순물의 혼입이 이루어지지 않고 연속주조시스템에 적용하는 것이 매우 편리하다.

상기 전자교반법중 교류유도에 의한 전자교반방법은, 고주파에 의한 전자기력을 이용하는 것이지만, 통상 고주파특성은 침투깊이(최대 전자력과 이에따른 전단은 유도전류의 침투깊이에 의해 결정됨)가 작기 때문에, 교반실 벽에서 안쪽으로 들어갈수록 유도 전자기력이 급격히 감소되어 효과적인 교반이 이루어지지 않는다. 게다가, 냉각으로 인하여 교반실 벽면에 응고층이 존재하면 전자기력은 더 감소되며, 이는 일반적으로 고체의 전기전도도는 액체보다도 상당히 높아 전자기차폐가 많이 일어나기 때문이다. 이러한 단점을 극복하기 위하여는 침투깊이를 크게하여야 되는데, 이때에는 전력소비량을 크게 증가시켜야 되며, 이렇게 전력소비량이 증가되면 교반되는 용융금속의 저항가열이 현저하게 상승하고, 상승된 저항가열은 응고될 때 필요한 열량을 그만큼 증가시키는 것을 요구하여, 결과적으로는 용융금속의 냉각을 곤란하게 한다. 따라서, 반응고금속을 제조하기 위해 요구되는 교반에 의한 높은 전단력과 빠른 냉각에 의한 높은 응고속도를 달성할 수 없어, 양호한 반응고금속 슬러리를 제조하는 것이 불가능한 것이다.

또한, 상기 전자교반법중 직류자계를 사용하는 방법은, 인가직류자장과 유도전류와의 작용에 의해 발생하는 전자기력을 이용하는 방법이며, 이는 직류자장을 유동하는 용융금속에 인가하면 용융금속 내에서 전류가 유도되고, 이것이 인가직류자장과 작용하여 전자기력이 발생하게 됨으로써, 인가되는 직류자장의 강도와 분포를 변화시키는 것에 의해 용융금속의 유동상태를 비접촉으로 제어하여 냉각되는 용융금속을 비접촉으로 교반시키는 것이다. 그러나, 이러한 직류자계방법도 직류전극으로부터 거리가 멀어지면 전자기력이 급격히 감소되기 때문에, 반응고금속을 제조하는데 요구되는 높은 전단속도와 유체의 흐름패턴을 발생시키기 위해서는 기하학적으로 매우 복잡한 구조와 매우 커다란 자장강도를 가지는 전자교반장치가 요구되며, 따라서 고가이면서 대형화된 장치를 설치하여 연속주조시스템을 구성하는 것이 실질적으로 곤란하다.

최근에는 저주파를 사용하는 이동자계에 의한 전자교반법이 개시되어 있으며, 미국특허 제 4042008호 및 일본 특허공보 소62-25464등이 그것이다. 이는 고정자에 의한 회전자에 회전자장이 생성되며, 회전자장은 회전자 내에 유도전류를 발생시켜, 회전자 내의 유도전류와 회전자장과의 상호작용으로 회전자가 회전하게 되는 유도전동모타의 작동원리를 응용한 것으로써, 유도전동모타의 회전자장 속에 회전자 대신에 용융금속을 넣으면 용융금속 내에도 똑같이 유도전류가 발기되어 용융금속이 회전하기 시작한다. 이러한 이동자계에 의한 전자교반법은 주조축과 직각으로 이동하는 자계를 사용함으로서 생산성이 향상되고, 연속주조기술에 적용시켜도 장치가 복잡하지 않아 널리 이용되고 있다.

이러한 이동자계를 이용한 전자교반법에 의해 용융금속을 냉각교반하여 연속적으로 반응고금속 슬러리(slurry)를 제조하는 방법은 일본 특허공보 소62-25464호에 개시되어 있는데, 이는 연속주형 주위에 2극 다상 전동기 고정자를 설치하여 용융금속을 주형 상부에 주입하는 것으로, 상기 연속주형을 2부분으로 나누어, 주형의 위부분은 열전달이 느린 재료로 제조하고, 연이어져 있는 하부 주형은 열전달이 빠른 주형으로 제조함으로서, 용융금속이 상부주형에서 용융상태로 교반되다가 하부주형에 이르면 교반과 동시에 급격하게 냉각되어 반응고금속 슬러리로 제조되도록 하는 것이다.

그러나, 양호한 반응고금속을 제조하기 위해서는 용융금속을 냉각과 동시에 강력하게 교반하여야 하는 것이 요구되며, 상기 방법에서는 강력한 전자교반에 의해 냉각교반실 안의 용융금속에 고속회전유동이 나타나고, 따라서 큰 원심력이 발생하면서 중심부의 탕면에 와류(vortex)가 생성되는 것으로, 이를 통해 용융금속이 비산되거나 가스가 취입되어 공정상 위험을 초래하거나 양호한 반응고 금속을 제조할 수 없는 것이다.

이를 해결하기 위해 제시된 일본 공개특허공보 평3-170629호에서는, 도1에 도시한 바와같이 턴디쉬(5)의 일측 하부에 갖추어진 냉각교반실(1) 중심부에 비자성 및 부전도체인 코아(Core Member)(7)를 설치하여, 용융금속이 냉각교반실(1) 내측에 장착된 냉각실린더(2)와 코아(7) 사이에서 회전유동되도록 하고, 상기 코아(7)는 승강수단(11)에 의해 상하이동이 가능하도록 하여 반응고금속의 배출을 도와주며, 코아(7) 상부에 토오크측정기(16)를 설치하여 반응고금속 슬러리의 토오크를 측정함으로서 반응고금속 슬러리의 상태를 알 수 있도록 하였다.

그러나, 상기 방법으로는 냉각교반에 의해 제조된 반응고금속 슬러리를 연속적으로 제조하기 위해서는 배출부에 있는 노즐(6)을 통해 반응고금속 슬러리가 원활하게 배출되어야 하는데, 고상율(슬러리 중에 함유된 고체입자의 중량비율)이 0.3을 넘으면 코아(7)의 상하이동만으로는 반응고금속 슬러리가 원활하게 배출되지 않는 문제가 발생하는 것이었다. 여기에서, 배출되는 반응고금속 슬러리의 고상율은 차기 공정의 가공방식이나 최종제품의 품질 등을 고려하면 고상율 0.3이상인 경우가 많다.

따라서, 일본 공개특허공보 평6-315740호에서는 교반과 동시에 아랫방향으로 배출을 촉진할 수 있는 도2에 도시한 바와같은 나선형(spiral type) 전자유도코일(magnetic stirrer)(20)에 의해 고상율이 높은 반응고금속 슬러리를 연속적으로 제조할 수 있는 방법을 제시하고 있다.

그러나, 상기 방식과같이 S극(21)과 N극(22)을 나선형으로 형성하여 교반 및 배출기능을 복합적으로 가진 전자유도코일은 매우 복잡하여 제작에 어려운 점이 있고, 전자교반장치의 높이가 매우 길어지게 되는 단점이 있다. 또한, 본 발명자들이 이러한 전자교반장치를 사용하여 반응고금속의 연속주조를 실시한 결과, 전자교반장치의 커다란 교반력에 의한 원심력으로 인하여 교반실 벽 쪽에 붙어 있는 반응고금속은 배출되지 않고 계속 남아 있게되며, 전자교반장치와 교반실 사이에 냉각장치가 설치되어 교반실 벽 쪽에서 냉각이 이루어짐으로서, 배출되지 못한 교반실 벽에 붙어있는 반응고금속은 완전히 응고되어 응고층을 형성하게 되고, 이러한 응고층은 전자교반장치의 자속밀도를 차폐시켜 잔류 용융금속으로의 유도전류가 급격히 감소되어 교반효과를 크게 감소시키게된다. 따라서 보다 더 적극적인 배출기능과 새로운 냉각방식이 요구되었다.

특히, 반응고금속 슬러리를 냉각되는 쌍롤에 배출시켜 직접 판재로 제조하고자 할 경우 교반실의 하단부에 위치한 노즐을 통해 배출되어 쌍롤로 주입되는 반응고금속 슬러리는 일정한 물리적, 열적 특성을 가져야 하며, 배출속도도 일정하게 조절하여야 한다. 다시말해 반응고금속 슬러리의 온도는 물론 조직의 구형화 및 고상율등으로 평가되는 점도도 일정한 값을 가지도록 하여야 하며, 높은 점도의 반응고금속 슬러리의 배출속도의 제어도 가능하여야 한다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 전자교반과 기계교반을 동시에 실시하여 고상율이 높은 반응고금속을 연속적으로 안정한 상태로 제조할 수 있도록 된 혼합교반형 반응고금속 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 교반시 교반실 내부중앙부를 냉각함에 의해 전자교반의 효과를 향상시킬 수 있도록 된 반응고금속 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 반응고금속 슬러리의 연속제조장치를 도시한 개략 구성도

도 2는 종래기술에 따른 높은 고상율의 반응고금속 슬러리 연속제조장치에서 사용되는 나선형 전자교반기를 도시한 평면 및 사시도

도 3은 본 발명에 따른 반응고금속 제조장치를 전체적으로 도시한 정면 및 측면 개략도

도 4는 본 발명의 장치에서 사용하는 기계교반기를 상세하게 도시한 구성도

도 5는 본 발명의 장치에서 사용하는 전자교반기를 상세하게 도시한 정단면 및 평면개략도

도 6은 본 발명의 장치를 제어하기 위한 구성을 개략적으로 도시한 구성도

도 7은 본 발명의 장치에 의해 제조된 스테인레스 판재의 조직사진이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 ... 전자교반기 200 ... 기계교반자

212 ... 교반돌기 220 ... 서보모터

230 ... 유압실린더 250 ... 실링체

310 ... 고주파유도용해로 320 ... 턴디쉬

330 ... 교반실 340 ... 쌍롤형 주조기

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은,

턴디쉬 배출구와 주조기 사이에 교반실을 설치하고, 이러한 교반실에서 용강을 교반시켜 반응고금속을 제조하는 장치에 있어서, 상기 교반실의 용강은, 교반실 외부에 설치된 전자교반기와, 교반실 내부에 설치되어 유압실린더에 의해 상하이동하며 서보모터에 의해 회전하고 외표면에 나선형 교반돌기를 형성한 기계교반자에 의해 동시에 교반됨을 특징으로 하는 혼합교반형 반응고금속 제조장치를 마련함에 의한다.

또한, 본 발명은,

턴디쉬 배출구와 주조기 사이에 교반실을 설치하고, 상기 교반실 외부에 전자교반기를 설치하여 용강을 교반하며, 상기 교반실 내부 중앙에 유압실린더에 의해 상하로 이동하도록 된 코아를 갖추어 반응고금속을 제조하는 장치에 있어서, 상기 코아는 내부에 냉각매체 순환통로를 형성하여 냉각매체를 유통시킴으로써 교반실내의 용강이 중앙부로부터 냉각됨을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치를 마련함에 의한다.

또한, 본 발명은,

턴디쉬 배출구와 주조기 사이에 교반실을 설치하고, 상기 용강을 교반실 외부에 설치된 전자교반기와, 교반실 중앙에 설치되고 유압실린더에 의해 상하이동하며 서보모터에 의해 회전하는 기계교반자를 이용하여 교반함에 의해 반응고금속을 제조하는 장치에 있어서, 상기 기계교반자는 내부에 냉각매체 순환통로를 형성하여 냉각매체를 유통시키고, 상기 냉각매체는 기계교반자를 회전가능하도록 지지하면서 기계적인 실링을 담당하는 실링체를 통해 냉각매체 순환통로에 공급됨으로써 교반실내의 용강이 중앙부로부터 냉각됨을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 반응고금속 슬러리를 사용하여 쌍롤박판주조장치에서 판재로 제조하기 위하여, 양질의 반응고금속 슬러리를 제조하는 것이 가능하고, 배출속도를 조절하는 것이 가능하여, 쌍롤측으로 배출되는 양을 조절할 수 있도록 한다.

이를 위하여는, 교반실 외부에는 전자교반기를 설치하고, 동시에 교반실 중심부에는 회전이 가능한 기계교반자를 설치하여 용융금속에 전자교반과 기계교반을 동시에 실시하는 혼합 교반을 통해 반응 고금속 슬러리를 연속제조 및 배출할 수 있도록 한다.

상기 기계교반자는 교반기능과 배출기능을 동시에 부여할 수 있도록 바깥면이 헬리켈모양이나 나사모양인 실린더형태의 고온용 금속으로 제작하며, 내마모성 및 내열성을 확보할 수 있도록 바깥 면을 세라믹으로 코팅한다. 보다 바람직하게는 냉각기능을 동시에 부여하는 것이 좋다.

즉, 반응고금속 슬러리를 연속적으로 제조하기 위하여 종래에 탕면의 와류를 제거하기 위해 설치한 코아에서 담당하던 배출기능뿐만 아니라 교반기능을 더 갖도록 하며, 이는 바깥면을 길이방향으로 연속된 헬리켈모양 또는 나사모양으로 제작하고 회전가능하도록 함으로서, 상기 전자교반기에 의한 전자교반과 함께 기계교반이 이루어지며, 또한 기계교반은 전자교반보다 전단강도가 더 크기 때문에 용융 금속 교반시 전단력이 대폭 향상되어 교반효과가 극대화됨으로서 고상입자의 형상이 보다 더 구형화되어 양질의 반응고금속 슬러리를 제조할 수 있게 한다.

게다가, 기계교반자의 바깥면을 헬리켈모양 또는 나사모양으로 제작함에 의해, 교반실과 기계교반자 사이의 용융금속은 회전과 동시에 아랫방향으로 압출되는 힘을 받을 수 있고, 따라서, 배출되는 힘이 크게 증대되어 높은 점도의 반응고금속 슬러리도 배출이 가능하게 한다. 한편, 전자교반에 의한 용융금속의 회전속도와 기계교반자의 회전속도를 적절히 조절함으로서 배출속도를 임의로 조절가능하게 된다.

또한, 본 발명은 전자교반을 실시하는 경우 또는 전자교반과 기계교반을 동시에 실시하는 경우 교반실 중앙부를 냉각함에 의하여 보다 효과적인 반응고금속이 제조될 수 있도록 하며, 이를 위하여, 외부에서 냉각수 또는 냉각기체가 내부로 흘러 들어와 기계교반자(또는 코아) 내부전체를 지나서 다시 외부로 흘러 나갈수 있도록 한다. 이렇게 냉각기능을 부여함으로서 용융금속의 냉각이 기계교반자(또는 코아)를 통해서 이루어지게하여 종래와 같이 교반실 외부에 냉각실을 설치함으로서 교반실 벽면에서부터 응고층이 형성되어 전자교반효과가 급속히 감소되는 단점을 제거한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 혼합교반형 반응고금속 제조장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 양질의 반응고금속 슬러리를 제조하기 위하여 교반에 의한 전단속도를 극대화시키고, 높은 점도의 반응고금속 슬러리도 배출이 가능하도록 아랫방향으로 압출하는 힘을 크게 증가시키며, 배출속도를 조절가능하도록 하기 위하여, 전자교반기(100)에 의한 전자교반과 함께, 바깥면이 헬리켈모양 또는 나사모양으로 형성되어 교반 및 배출기능을 가지면서 냉각기능이 부여된 기계교반자(200)를 사용하는 것이다.

상기 기계교반자(200)는 내열성을 가지기 위하여 고온용 금속으로 된 원형단면을 가지는 축모양의 몸체(210)로 이루어지며, 상기 몸체(210)의 외표면은 내마모성 및 내열충격성을 확보할 수 있도록 세라믹으로 코팅되고, 교반실에 끼워지는 부분인 하단부로부터 중앙부까지의 외표면은 외측으로 돌출하면서 길이방향으로 연속된 나사모양의 교반돌기(212)를 형성한다. 물론, 이러한 교반돌기(212)는 통상의 헬리컬 및 일반나사형으로 이루어질 수 있다.

상기 기계교반자(200)는 서보모터(220)에 직접 또는 간접적으로 연결되어 회전동력을 제공받고, 또한 유압실린더(230)에 의해 상하방향으로 이동할 수 있도록 연결된다. 이는 서보모터(220)의 회전속도에 따라 기계교반자(200)의 회전속도가 결정됨을 의미하며, 그 회전방향은 전자교반속도 및 반응고금속의 배출속도에 따라 결정된다. 즉, 노즐을 통해 배출되는 반응고금속 슬러리가 많을 경우에는 기계교반자(200)의 회전속도를 감소시키고, 최대로 감소시킨 경우에도 배출량이 많을 경우에는 기계교반자(200)의 회전방향을 전자교반방향과 반대로 설정하면 반응고금속 슬러리의 배출속도가 더욱 감소된다. 반대로, 배출속도를 증가시켜야 될 경우에는 기계교반자의 회전속도를 더욱 증가시키면 가능하다. 따라서, 반응고금속의 배출속도를 보다 간단하고 정확하게 조절할 수 있게 된다. 물론, 상기 기계교반자(200)의 외표면에 형성된 교반돌기(212)의 돌출정도와 피치(pitch)를 조절하여 배출속도를 변경시키는 것도 가능하다.

또한, 기계교반자(200)와 서보모터(220)사이의 몸체(210)에 토오크측정센서(240)를 설치하여 교반시 생성되는 토오크를 측정함으로서 제조되는 반응고금속 슬러리의 반응고 물성을 조사 검토함에 의해 공정상황을 검토할 수 있으며, 따라서 자동제어가 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 기계교반자(200), 또는 교반돌기(212)를 가지지 않는 통상의 코아가 냉각기능을 가지는 것을 포함하는데, 이는 토오크측정센서(240) 하부측 몸체(210)에 냉각매체 입구(252)와 출구(254)가 형성되어 있는 실링체(250)를 설치하고, 이는 기계교반자(200)가 회전하는 경우에도 냉각매체가 새어나가지 않으면서 기계교반자(200) 내부로 유입된 후 일정경로를 통해 순환하여 다시 외부로 배출될 수 있도록 한다. 상기 몸체(210)의 중앙부에는 실링체(250)가 설치된 부분부터 하단부 근처까지 길이방향으로 연속된 냉각매체통로(214)를 형성하고, 상기 냉각매체통로(214)의 중앙부에는 냉각매체유입관(216)이 끼워지며, 상기 냉각매체유입관(216)의 하단부 위치는 냉각매체통로(214)의 하단부 위치보다 약간 더 높게 형성한다. 그리고, 상기 냉각매체유입관(216)은 실링체(250)의 입구(252)와 연결되도록 하고, 상기 냉각매체통로(214)는 실링체(250)의 출구(254)와 연결되도록 한다. 물론, 상기 실링체(250)는 고정된 상태를 유지하는 반면 몸체(210)는 회전하게 되므로 상기 연결구조를 유지하기 위하여는, 실링체(250)의 내표면에는 원주방향으로 연속된 오목한 환형홈(253)(255)을 각각 형성하여 그 환형홈(253)(255)이 입구(252)와 출구(254)에 각각 연결되도록 하고, 상기 냉각매체유입관(216)과 냉각매체통로(214)가 환형홈(253)(255)의 각각에 연결되면, 기계교반자(200)의 회전여부에 관계없이 냉각매체가 실링체(250)의 입구(252)와 환형홈(253)을 통해 냉각매체유입관(216)으로 유입되고, 하단부를 통해 냉각매체통로(214)를 거쳐 환형홈(255)과 출구(254)로 배출될 수 있는 것이다. 물론, 상기 실링체(250)의 입구(252)를 통해 유입되는 냉각매체의 유량은 미도시된 유량조절밸브에 의해 조절되고, 이는 용융금속의 냉각속도제어를 가능하게 한다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

(실시예)

도3은 본 발명에 따른 반응고금속(박판) 제조장치로서, 이는 철강의 반응고금속 슬러리를 제조하고 이를 판재형태로 연속 제조하기 위한 장치로서, 고주파 유도용해로(310), 턴디시(320), 교반실(330), 전자교반기(100), 기계교반자(200), 실링체(250), 토오크측정센서(240), 서보모터(220) 및 쌍롤형주조기(340)로 구성되어 있다. 혼합교반형 반응고박판 주조장치는 4개의 주기둥(350)에 최상판(351), 중상판(352), 중앙판(353), 중하판(354) 및 최하판(355)의 5개의 주요판재를 설치하였다. 최상판(351), 중앙판(353) 및 최하판(355)은 고정되어 있으며, 중상판(352)과 중하판(354)은 각각 구동모터(미도시)에 의한 체인(미도시)에 의해 독립적으로 상하운동이 가능하도록 하였다. 중앙판(353) 위에는 전자교반기(100)를 장착하였으며, 중상판(353) 위에는 턴디쉬(320)와 고주파유도 용해로(310)를 설치하였고, 중하판(354)에는 쌍롤형 주조기(340)를 설치하였다. 턴디쉬(320)에는 세라믹내화재로 제조된 교반실(330)이 연결되어 있으며, 이 교반실(330)은 전자교반기(100) 중심을 지나 출탕구인 노즐을 거쳐 쌍롤형주조기(340)의 쌍롤사이까지 도달할 수 있도록 설치하였다.

한편, 최상판(351) 위에는 4개의 부기둥(360)을 설치하고, 이들 중앙부에는 상하로 회전축(361)이 위치하며, 상기 회전축(361)에 기계교반자(200), 실링체(250), 토오크측정센서(240) 및 서보모터(220)가 연결되도록 하였다. 이 회전축(361)은 4개의 부기둥(360)을 따라 상하이동이 가능하도록 이동프레임(362) 상에 장착되었으며, 이동프레임(362)의 상하이동을 위하여 4개 부기둥(360) 최상부에 유압실린더(230)를 설치하였다. 상기 기계교반자(200), 교반실(330) 및 전자교반기(100)의 중심은 서로 일치하도록 하였다.

도5는 전자교반기(100)를 개략적으로 나타내며, 2극 3상으로 2개의 철심이 하나의 상을 구성하며, 따라서 12개의 철심에 코일이 감겨져 있다. 사용주파수는 60Hz로 전자교반기(100)의 중심부에서의 자속밀도는 전류 650A에서 1200Gauss로 나타났다. 교반실(330)에서의 열방출이 전자교반기(100)로 유입되는 것을 방지하기 위하여 전자교반기(100) 안쪽에 비자성체인 310S 스테인레스강으로 제작한 수냉자켓을 설치하였으며, 냉각효과가 우수하도록 냉각매체가 원주방향으로 흘러 나갈 수 있도록 다단실로 제작하였다.

교반실(330)은 직경 100mm인 중공원통형 구조로 상부는 턴디시(320)의 출탕구와 연결되어 있고, 하부는 직경이 줄어들면서 노즐을 형성하고 있다. 교반실(330)은 세라믹내화재로 제작하였으며, 비자성체인 310S 스테인레스강을 외피로 사용하였다. 전자교반기(100)와 교반실(330) 사이에는 단열재를 사용하여 열이 전자교반장치로 전도 및 방사되는 것을 방지하였다.

도4에 도시된 기계교반자(200)는 두께 5mm, 외경 50mm인 스테인레스강관 외부에 폭 20mm인 판재를 피치 50mm로 나사모양으로 용접하였으며, 표면에 내열성이 양호한 Ni-Al합금과 ZrO_z를 번갈아가며 8층으로 두께 2mm 까지 특수용사육성법(PTA surfacing)을 사용하여 플라즈마코팅을 실시하였다. 또한 기계교반자(200)에는 회전하는 상태에서도 냉각매체의 공급이 계속 이루어지도록 실링체(원형냉각회전체)(250)를 설치하였으며, 실링체(250)에는 냉각매체입구(252)와 출구(254)가 설치되어 있다. 기계교반자(200) 내부에는 중심에 냉각매체유입관(216)을 위에서 아래까지 설치하고, 관(216)의 상부 끝은 냉각매체유입구(252)와 연결됨으로서 냉각매체가 냉각매체유입관(216)을 따라 기계교반자(200) 아래부분까지 흘러 들어가서 냉각매체통로(214)를 통해 상부로 올라가 출구(254)로 빠져 나오도록 하였다. 따라서, 기계교반자(200)의 아래부분의 온도가 가장 낮게 유지되도록 하였다. 한편, 기계교반자(200)의 아래부분은 직경이 점차 감소되도록 하여 교반실(330)의 노즐을 폐쇄할 수 있도록 제작하였다.

기계교반자(200)는 서보모터(220)에 연결하여 회전방향과 회전속도를 조절할 수 있도록 하였다. 서보모터(220)를 사용함으로서 신속하고 정확하게 회전속도를 변화시킬수 있었으며, 따라서 균질한 반응고 금속 슬러리의 연속제조를 위한 자동공정제어가 가능하였다.

쌍롤형주조기(340)는 반응고 철강슬라브를 제조할 수 있도록 직경 200mm, 폭 200mm인 롤로 제작하였다. 롤 내부에는 200ℓ/min의 냉각매체를 흘릴 수 있는 냉각시스템을 가지고 있으며, 롤의 간격은 최고 300mm 까지 조절이 가능하고, 롤면은 일정하고 편차는 0.01mm이하로 하였으며, 고감도 간격측정장치(LVDT)를 부착하였다. 또한, 쌍롤주조기(340)의 구동모터는 30마력으로 회전속도는 최고 60RPM이며, 최저 1RPM까지도 조절 가능하며, 두 개의 롤(342) 사이에서 수직으로 빠져 나온 판재가 수평으로 이동할 수 있도록 가이드롤러(344)가 설치되어 있다.

이러한 실시예에 의한 장치를 이용하여 스테인레스강 판재를 제조하였으며, 고주파유도용해로에서 가열용해된 스테인레스 용강을 출탕시켜 턴디시를 지나 교반실로 주입하였다. 이때 기계교반자는 노즐과의 일정한 간격을 가진 위치까지 내려온 상태에서 회전하고 있으며, 냉각매체로는 고압가스를 사용하였다. 전자교반기에는 임의의 전류를 공급하여 스테인레스 용강이 교반실에서 적정한 회전속도로 교반되도록 하였다. 턴디시와 교반실은 프로판가스와 산소가스를 이용하여 예열을 하였다. 특히 노즐부위는 교반실의 예열온도보다 더 높게 예열하였다.

본 발명에 따른 혼합교반형 반응고박판 주조장치에서는 전자교반장치의 입력전압 즉 용융금속의 전자교반속도(용융금속의 전자교반속도가 증가하면 반응고금속 슬러리의 배출속도가 감소된다), 기계교반자의 회전방향, 회전속도 및 냉각유량, 용강온도, 턴디시,교반실 및 노즐의 예열온도, 노즐과 기계교반자와의 간격, 노즐의 면적 및 형상등의 많은 공정변수를 가진다. 따라서 노즐에서 배출되는 반응고금속 슬러리의 물리적, 열적 특성을 일정하게 하고 배출속도도 일정하게 하기 위해서는 상기와같은 많은 공정변수들을 조절할 수 있어야 한다. 따라서, 본 발명에서는 공정변수들을 측정 제어하기 위하여 도8에 도시한 바와같은 구성을 채택하였으며, 이는 다수개의 열전대(411)(412)(413)(414)(415)(416)를 턴디쉬(320) 내, 교반실(330) 벽, 및 교반실(330)의 노즐부에 설치하여 온도를 측정하고, 로드셀(420)을 쌍롤형 주조기(340)에 설치하여 롤의 압력을 측정하도록 하며, 이들 열전대와 로드셀 및 토오크측정센서(240)에서 측정된 값은 A/D 변환기(440)를 통해 제어부(450)로 입력되도록 하고, 또한 서보모터(220)를 제어부(450)에 연결하여 제어할 수 있도록 하였다. 데이터 기록장치는 26개의 채널로 구성되어 있으며 채널당 최대 8170data/sec 내에서 사용자가 지정하는 임의의 측정속도로 26채널을 동시에 측정할 수 있도록 설계하였다. 채널의 세부구성은 온도 16채널, 스트레인게이지 신호 7채널, LVDT신호 1채널, 그리고 압전 신호 2채널로 되어 있다. 용강온도, 교반실내의 온도분포, 노즐에서 배출되는 슬러리의 온도는 R형(R-type) 열전대로 측정하며, 기계교반자 냉각매체온도 및 롤의 냉각수 온도는 K형(K-type)열전대를 사용하여 측정하였다. 토오크센서와 서보모터를 연결시켜 반응고물성을 측정하고, 각 롤에는 하중센서와 롤간격을 측정하기 위한 LVDT(430)를 설치하였다.

특히 기계교반자를 통해 측정되는 토오크값과 쌍롤에서의 용탕풀의 높이로 알 수 있는 노즐에서의 배출속도를 일정하게 유지하도록 하였으며, 이를 위하여 기계교반자의 회전방향과 회전속도를 조절하였다.

상기와같은 혼합교반형 반응고 박판주조장치를 사용하여 스테인레스 304합금의 두께 2.5mm 의 반응고판재를 제조하였으며, 도7은 반응고판재의 조직사진으로 판재전체가 등축정조직을 가지는 아주 양호한 판재가 제조되었으며, 열처리하지 않고 90%이상까지 냉간압연이 가능하였다.

상술한 바와같이 본 발명은, 전자교반과 기계교반을 동시에 실시하여 고상율이 높은 반응고금속을 연속적으로 안정한 상태로 제조할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은, 교반시 교반실 내부중앙부를 냉각함에 의해 전자교반의 효과를 향상시킬 수 있다.

Claims

턴디쉬 배출구와 주조기 사이에 교반실을 설치하고, 이러한 교반실에서 용강을 교반시켜 반응고금속을 제조하는 장치에 있어서,

상기 교반실의 용강은, 교반실 외부에 설치된 전자교반기(100)와, 교반실 내부에 설치되어 유압실린더(230)에 의해 상하이동하며 서보모터(220)에 의해 회전하고 외표면에 나선형 교반돌기(212)를 형성한 기계교반자(200)에 의해 동시에 교반됨을 특징으로 하는 혼합교반형 반응고금속 제조장치.
제1항에 있어서,

상기 기계교반자(200)는 외표면이 내마모성 및 내열충격성 코팅층으로 형성되어 고융점 용강에 사용될 수 있음을 특징으로 하는 혼합교반형 반응고금속 제조장치.
턴디쉬 배출구와 주조기 사이에 교반실을 설치하고, 상기 교반실 외부에 전자교반기(100)를 설치하여 용강을 교반하며, 상기 교반실 내부 중앙에 유압실린더에 의해 상하로 이동하도록 된 코아를 갖추어 반응고금속을 제조하는 장치에 있어서,

상기 코아는 내부에 냉각매체 순환통로를 형성하여 냉각매체를 유통시킴으로써 교반실내의 용강이 중앙부로부터 냉각됨을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치.
제3항에 있어서,

상기 코아는 외표면이 내마모성 및 내열충격성 코팅층으로 형성되어 고융점 용강에 사용될 수 있음을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치.
제3항에 있어서,

상기 냉각매체 순환통로는, 상단이 냉각매체 유입구에 연결되고 하단이 코아의 하단부 근처까지 연장된 냉각매체유입관(216)과, 상기 냉각매체유입관(216)을 에워싸면서 냉각매체유입관(216)보다 더 하부측으로 연장되며 상부가 냉각매체 배출구에 연결된 냉각매체통로(214)로 이루어짐을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치.
턴디쉬 배출구와 주조기 사이에 교반실을 설치하고, 상기 용강을 교반실 외부에 설치된 전자교반기(100)와, 교반실 중앙에 설치되고 유압실린더(230)에 의해 상하이동하며 서보모터(220)에 의해 회전하는 기계교반자(200)를 이용하여 교반함에 의해 반응고금속을 제조하는 장치에 있어서,

상기 기계교반자(200)는 내부에 냉각매체 순환통로를 형성하여 냉각매체를 유통시키고, 상기 냉각매체는 기계교반자(200)를 회전가능하도록 지지하면서 기계적인 실링을 담당하는 실링체(250)를 통해 냉각매체 순환통로에 공급됨으로써 교반실내의 용강이 중앙부로부터 냉각됨을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치.
제6항에 있어서,

상기 기계교반자(200)는 외표면에 나선형 교반돌기(212)를 형성함을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치.
제7항에 있어서,

상기 기계교반자(200)는 외표면이 내마모성 및 내열충격성 코팅층으로 형성되어 고융점 용강에 사용될 수 있음을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치.
제6항에 있어서,

상기 냉각매체 순환통로는, 상단이 냉각매체 유입구에 연결되고 하단이 코아의 하단부 근처까지 연장된 냉각매체유입관(216)과, 상기 냉각매체유입관(216)을 에워싸면서 냉각매체유입관(216)보다 더 하부측으로 연장되며 상부가 냉각매체 배출구에 연결된 냉각매체통로(214)로 이루어짐을 특징으로 하는 반응고금속 제조장치.