용융 금속용 연속 주조 장치에서, 용융 금속에 적용된 자장의 감쇠는 주형 둘레에 감겨진 코일에 고주파 교류 전류의 적용 대신 저주파 교류 전류를 적용하므로써 상당히 감소될 수 있다. 저주파 교류 전류가 본 발명내 주형 둘레에 감겨진 코일에 연속적으로 또는 간헐적으로 적용될 때, 용융 금속에 제공된 자장의 감쇠는 감소된다. 결과적으로, 주형의 분할된 냉각 부의 분할 수는 크게 감소된다. 본 발명에서 의도는 바람직하게 제공되었다. 주형 각각의 분할된 냉각 부의 형성은 조립된 주형의 견고함이 재강화되도록 비자성 스테인레스 강 후판을 가진 각각의 분할된 냉각 동판을 지지하고 및 고정하므로써 가능하게 만들었다. 주형의 분할된 냉각 부의 수에서 감소, 즉 분할된 냉각 부의 확대는 냉각 영역을 증가시킬 수 있다. 주형의 분할된 냉각 부가 폐쇄 및 고정 전 냉각 통로 준비에 의해 형성된 구조를 구비하고, 및 연속적으로 냉각 동판 및 상응한 각각의 후판을 폐쇄하고 및 고정하는 것은, 제조 비용을 절감시킬 수 있다. 비자성 스테인레스 강을 가진 후판의 준비는 그들 스스로가 후판에서 발생된 와상 전류를 감소시킬 수 있고, 및 추가로 반월 모양의 용융 금속의 응고 부분에 제공된 전자기 코일의 자장 효율성을 개선한다. 추가로, 절연 재료는 냉각 동판들 사이의 틈, 후판과 상응한 각각의 냉각 동판들 사이의 틈 및 후판들 사이의 틈으로 투여되고, 및 냉각 동판 및 후판이 죄어지는 것으로, 전기적으로 분할된 각각의 분할된 냉각 부의 냉각 동판 및 후판을 가진 일체로 죄어진 주형 구조의 실현화가 가능하게 된다. 결과적으로, 저주파 교류 전류가 추가로 감소된다. 또한, 후판은 절연 재료의 어떠한 것도 틈 내부로 투여되지 않은 동안은 틈 간격을 유지하므로써 서로로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 상기 경우에서, 절연될 위치는 저주파 교류 전류의 용량에 따라서 마음대로 선택되어진다. 추가로, 주형 둘레에 감겨진 전자기 코일에 대한 저주파 교류 전류의 간헐적 적용은 용융 금속 레벨의 안정화, 연속 주조 슬라브의 매끄러운 표면 특성, 및 높은 주조 속도를 이루는 것을 가능하게 한다.
본 발명에서 연속 주조 장치의 주형에 대해서, 반월 모양의 용융 금속의 최초로 응고된 부분 근처 주형의 내부 벽에 대하여 수직 방향으로 전자기 력을 발휘하기 위해서, 주형의 조건들은 다음 공식에 의해 한정된 효율적인 자성 압력 요소 (A)가 특별한 범위가 되도록 결정된다.
A = P x n/{L x (50t1+ t2) x}
여기에서, P는 전자기력을 발휘하기 위한 전력원의 적용된 전력(MW)이고, n은 주형의 분할 수(-)이고, L은 주형의 내부 원주 길이(m)이고, f는 전자기 력을 발휘하기 위한 전력 원의 주파수(Hz)이고, t1은 동판의 두께(m)이고 및 t2는 후판의 두께(m)이다.
효율적인 자성 압력 인자(A)가 0.3 이하일 때, 주형의 내부 표면에 대한 수직 방향에서 발생된 자성 압력은 불충분하게 되고, 연소 주조 슬라브의 매끄러운 표면 특성은 불만족하게 된다. 효율적인 자성 압력 인자(A)가 1.5 이상일 때, 전자기 코일을 통하여 관통된 저주파 교류 전류는 과도하게 되고, 및 전자기 코일 주변 금속은 과열되고, 응고 셀 내부로 용융 금속의 발전을 저지한다.
따라서, 바람직하게 효율적인 자성 압력 인자(A)는 0.3 내지 1.5의 범위이다.
분할된 냉각 부내에서 냉각 동판과 후판의 고정 면들은 일반적으로 폐쇄되고 및 볼트로 고정된다. 냉각 동판 및 후판의 고정 면에 제공된 냉각 통로를 폐쇄하고 고정하기 위해서, O-링이 냉각 동판과 후판의 냉각 통로에 대한 주변 고정면들 사이에 끼워진다. 또한, 절연 재료는 저주파 교류 전류 용량에 따라서 냉각 동판과 후판의 고정 면들 사이에 삽입되고, 및 고정된다. 만족스런 냉각 통로 영역을 확보하기 위해서, 용융 금속으로부터 불충분한 열 추출을 방지하고 및 최악의 파괴를 피하고, 주형의 분리된 냉각 부의 분리 피치는 약 100mm 이상으로 결정된다.
종래 기술에서 주형의 상부를 관통하는 슬릿이 제공된 주형에 있어서, 비유기 부착제와 같은 물질이 그 안에 끼워져야 한다. 그러나 상기 물질들은 상기 물질들의 밀도화가 어렵고 및 상기 물질들이 주형의 모재에 잘 부착되지 않기 때문에 주조시 쉽게 벗겨지고, 및 장 기간동안의 주형 사용이 불가능하게 된다. 따라서, 본 발명에서, 주형은 주조 방향의 전체 길이를 통하여 분할되어, 결과적으로, 개개의 개별 냉각 동판의 접합 면은 높은 정밀도로 작업될 수 있다. 따라서, 전기 절연 세라믹 판들은 각각의 냉각 동판 및 그의 부근 냉각 동판의 접합 면에 결합될 수 있고, 및 접합 면들은 전기 절연 세라믹으로 화염 분사될 수 있다. 주형 각각의 냉각 동판과 그의 부근 냉각 동판 사이의 접합면 부착은 개선되고, 및 주형의 열 저항이 개선되고, 주형의 장기간 사용을 가능하게 한다.
본 발명에서, 주형 각각의 분할된 냉각 부에서 냉각 동판의 고정 면과 상응한 후판의 고정면은 폐쇄되고 및 볼트로 고정될 수 있다. 또한, 냉각 동판과 후판은 상기 냉각 동판과 후판의 고정 면들을 확산 결합으로 결합되고 및 고정시킬 수 있다. 상기 절차는 다음과 같이, O-링의 사용이 불필요하게 되고, 냉각 영역이 확대되고, 열 저항이 개선되고, 및 주형의 가공이 단순화될 수 있는 장점을 가진다.
본 발명은 추가로 도면들을 인용하므로써 설명될 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 용융 금속용 연속 주조 장치의 단면도를 나타내었다. 도 1에 나타낸 것 처럼, 용융 금속의 연속 주조 장치(1)는 몇 십 내지 몇 백 헤르쯔로 낮은 주파수인 교류 전류가 전자기력이 주형(2)의 내부 벽에 대하여 수직 방향으로 주형(2) 내부 반월 모양의 용융 금속(12)의 최초로 응고된 부분내에 발휘되도록 연속적으로 또는 간헐적으로 적용되는 주형(2)의 원주 표면 둘레 전자기 코일(10)을 갖춘다.
도 2, 3은 본 발명의 연속 주조 장치(1)의 조립체 구성도를 나타낸다. 본 발명의 연속 주조 장치(1)는 주형(2), 전자기 코일(10), 후 프레임(24) 및 외부 프레임(25)을 갖춘다. 또한, 주형(2)은 첫 번째 냉각 동판(4)과 첫 번째 후판(종래 주형의 보다 짧은 측), 및 두 번째 냉각 동판과 두 번째 후판(종래 주형의 보다 긴쪽)으로 형성된다. 각각의 주형(2)은 주조 조건에 의존하여 분할되고, 및 독단적으로 그루브(8)(냉각 통로), 냉각 통로(9), 냉각수 유입구(26) 및 냉각수 유출구를 구비할 수 있다. 분할된 냉각 부(3)를 구성하는 본 발명의 주형(2)은 후 프레임 (24)과 절연체로 죄어지고, 및 외부 프레임(25)에 고정된다. 또한 후 프레임은 주형의 견고함을 재강화한다.
도 4에 나타낸 것 처럼, 자장의 감쇠 증가가 주형(2)에서 적을 때(와상 전류의 발생이 적을 때), 첫 번째 냉각 동판(4) 및 상응한 각각의 첫 번째 후판(6), 즉, 종래 주형의 보다 짧은 측의 한쌍으로 형성된 냉각 부(3), 및 두 번째 냉각 동판(5) 및 상응한 각각의 첫 번째 후판(7), 즉, 종래 주형의 보다 긴 측의 한쌍으로 형성된 냉각 부(3)의 단독인 네 개의 접합 면(17)은 수동으로 및 절연되게 죄어진다. 또한, 자장의 감쇠가 과도할 때, 절연 재료는 각각의 두 번째 냉각 동판(5)과 상응한 두 번째 후판(7) 사이에 삽입되고, 및 동판 및 후판은 절연 죔 볼트(15)로 절연체로 죄어진다.
추가로, 도 8은 냉각 동판(4, 5)과 후판(6,7)이 각각 분할되고 및 반대 면이 절연되는 경우 죄어진 부분을 나타낸다. 절연 재료(18)는 분할된 냉각 부(3)에서 냉각 동판(4,5)의 접합 면과 후판(6, 7) 사이에 삽입되고, 및 냉각 동판과 상응한 각각의 후판은 절연체로 죄어진다. 주형의 견고함이 자장 감쇠의 증가가 약간의 범위로 허용되는 동안 확보될 때, 냉각 동판은 단독으로 분할될 수 있다. 도 5는 두 번째 냉각 동판(5)이 단독으로 분할되는 본 발명 주형의 단면도를 나타내었다. 첫 번째 냉각 동판(4)과 첫 번째 후판(6)으로 형성된 분할된 냉각 부(3), 두 번째 냉각 동판(5)과 첫 번째 후판(7)으로 형성된 분할된 냉각 부(3)는 용융 금속(12)의 측부 위에 배열된 냉각 통로(8)를 가진 복 수개의 냉각 동판(4, 5)과 동판들 사이 및 각각의 동판과 상응한 후판 사이에 끼워진 절연 재료를 가진 상응한 각각의 냉각 동판 외측에 각각 위치한 비자성 스테인레스 강 후판(6, 7)으로 형성된다. 또한 상기 첫 번째 냉각 동판(4)과 첫 번째 후판(6)은 상기 첫 번째 냉각 동판(4)이 절연 재료를 가진 두 번째 냉각 동판(5)으로부터 절연되고 및 첫 번째 후판(6)이 절연 결합 볼트(15)를 가진 두 번째 후판(7)으로 부터 절연되기 때문에 종래 결합 볼트(14)로 고정된다. 즉, 분할된 냉각 부(3)는 냉각 통로(8) 및 절연 재료(18)를 통하여 각각 냉각 동판(4, 5)을 마주하는 비자성 스테인레스 강 후판(6, 7)을 만들고, 및 절연체 고정 볼트(도 9에 도시)를 가진 후판(6, 7) 및 동판(4, 5)을 폐쇄하고 고정하므로써 형성된다. 또한, 주형의 냉각 효과를 증가시키기 위해서, 후판(6, 7)은 바람직하게 각각 복 수개의 냉각 통로가 제공되어 있다. 냉각 동판(4, 5)과 후판(6, 7)으로 형성된 냉각 통로(8)에서 냉각 수의 누수를 방지하기 위해서, O-링과 같은 밀봉 부품이 삽입된 그루브가 각각의 냉각 통로(8)의 원주에 제공될 수 있다. 또한, 분할된 냉각 부(3)는 서로로부터 절연되고 및 주형을 제공하기 위해 죄어지고 고정된다.
추가로, 도 5(A) 및 5(B)에서 나타낸 것 처럼, 반월 모양의 최초로 응고된 부분 근처 주형 부는 전자기 코일에 의해 둘러싸여지고, 및 전자기 력은 주형의 내부 벽에 대하여 수직 방향으로 용융 금속에 적용된다.
주형의 보다 긴 측(두 번째 냉각 부)의 폭이 크고 및, 결과적으로, 자성의 감쇠가 과도할 때, 두 번째 냉각 동판(5) 및 두 번째 후판(7)은 바람직하게 도 6에서 나타낸 것 처럼 분할된다. 또한, 주형의 냉각 효과를 증가시키기 위해서, 복 수개의 냉각 통로(9)는 바람직하게 각각의 후판(6, 7)에 제공된다. 보다 짧은 측(첫 번째 냉각 부)의 폭이 크고 및 결과적으로 자장의 감쇠가 과도할 때, 첫 번째 냉각 동판(5) 및 첫 번째 후판(7)은 바람직하게 도 7에서 나타낸 것 처럼 분할된다. 또한, 주형의 냉각 효과를 증가시키기 위해서, 복 수개의 냉각 통로는 바람직하게 각각의 후판(6, 7)에 제공된다.
도 10은 접합 면(17)이 냉각 동판(4, 5)이 서로로부터 절연되도록 세라믹 판 (17)으로 제공되는 결합된 냉각 동판(4, 5)의 단편도를 나타낸다. 상기 전자 절연 세라믹은 순도 높은(99.5%) Al2O3세라믹 판이다. 길이가 100mm 및 넓이 14mm인 세라믹 판(폭은 냉각 동판의 마무리 두께와 동등하다)은 소결 후 1.0mm의 두께를 가지며, 얻어진 세라믹 판들은 냉각 동판(4, 5)의 접합면에 결합된다.
또한 다음의 절연재료(18), 도 6에서 두 번째 냉각 동판(5)과 두 번째 후판 (7)사이의 절연재료(18), 첫 번째 냉각 동판(4)과 첫 번째 후판(6) 사이의 절연 재료(18), 및 도 7 과 8에서 두 번째 냉각 동판(5)과 두 번째 후판 사이의 절연 재료(18)는 생략될 수 있다. 즉, 각 한 쌍의 냉각 동판(5)과 후판이 전기적으로 서로 접촉되었을 때 조차, 본 발명의 효과는 절연 재료(18)에 의해 서로로부터 절연된 분할 냉각 부가 분할된 첫 번째 및/또는 분할된 두 번째 동판에서 존재하기 때문에 얻어질 수 있다.
본 발명에서, 냉각 동판(4)과 냉각 동판(5) 사이의 접합면(17)은 세라믹 판 (19)을 사용한 장소에서 서로로부터 냉각 동판(4, 5)들을 전기적으로 절연하도록 세라믹으로 화염 분사되어 있다. 도 11은 접합면(17)이 냉각 동판들(4, 5)이 서로로부터 절연되도록 세라믹(20)으로 화염 분사된 결합된 냉각 동판의 단편도를 나타내었다. 상기 전기 절연 화염 분사된 세라믹은 ZrO2를 가진 냉각 동판(4, 5)의 접합면(17)을 화염 분사하고, 및 0.5mm의 두께로 세라믹을 연마(polishing)하므로써 형성되었다.
상기에 설명된 본 발명에서, 냉각 동판들(4, 5)은 각각 비자성 스테인레스 강 후판(6, 7)을 마주하여 만들어졌고, 및 주형(2)의 분할된 냉각 부(3)를 형성하기 위하여 결합 볼트(14)로 폐쇄되고 및 고정되었다. 그러나, 각각의 냉각 동판들 (4, 5) 사이의 반대 면들과 상응한 비자성 스테인레스 후판(6 또는 7)은 결합 볼트 (14)로 폐쇄 및 고정되는 장소에서 확산 결합될 수 있다. 도 12는 HIP(1500 atm. x 950℃ x 2 시간)에 의해 각각의 냉각 동판(4, 5)과 상응한 비자성 스테인레스 강 후판(6 또는 7) 사이의 상호 반대하는 접합 면들을 결합시키므로써 갖추어진 주형의 부분 단면도를 나타내고 있다. HIP 동안 각각의 냉각 동판(4, 5)과 상응한 후판(6 또는 7)사이의 확산 결합된 면들(22)의 열뒤틀림(warpage)을 방지하기 위해서, 상기는 핀(22)으로 각각의 냉각 동판(4, 5)과 상응한 후판(6 또는 7)을 미리 고정하는 것이 바람직하다. 냉각 통로(8)의 원주에 제공된 밀봉 부품(16)을 삽입하기 위한 그루브의 형성은 확산 결합이 사용될 때 생략될 수 있다. 결과적으로, 거기에는 밀봉 부품(16)의 열 저항 온도에 의해 부과된 제약은 없다.
[실시예]
실시예 1 내지 3
본 발명의 연속 주조 장치를 사용하여, 강이 표 1에 목록된 조건으로 연속 주조되었다.
강의 타입 |
S 45C |
슬라브 크기 |
100mm (두께) x 400mm (폭) |
주조 속도 |
2.0 m/min |
표 2는 연속 주조 장치의 분할 주형의 두께 및 재료를 나타내고 있다.
냉각 동판의 두께 |
20mm |
냉각 동판의 재료 |
Cr-Zr(85% I.A.C.S의 전도성 |
후판의 두께 |
50mm |
후판의 재료 |
SUS 304 |
본 발명의 연속 주조 주형은 반월 모양의 용융 금속의 최초로 응고된 부분 근처 주형의 내부 벽에 대하여 수직 방향으로 전자기력을 발휘하기 위한 전자기 코일을 갖추고 있다. 표 3은 전자기 코일이 사용된 조건을 나열하고 있다.
적용된 전압 |
2.60 MW |
주파수 |
200 Hz |
직각 펄스를 적용하기 위한 시간 주기 |
75 msec ON |
직각 펄스를 적용하지 않기 위한 시간 주기 |
75 msec OFF |
주형의 보다 짧은 측의 냉각 부(첫 번째 냉각 동판과 첫 번째 후판으로 형성됨), 및 주형의 보다 긴 측의 냉각 부(두 번째 냉각 동판과 두 번째 후판으로 형성됨)는 상기 언급된 조건하에 표 4에 나타낸 것과 같은 방법으로 분할되었다.
발명예 1 |
6겹으로 분할(주형의 보다 긴 측위에 단독으로 두 번째 냉각 동판들이 분할되고,절연 재료는 각각의 후판과 상응한 냉각 동판사이에 존재) |
발명예 2 |
6겹으로 분할(주형의 보다 긴 측의 두 번째 냉각 동판과 보다 긴 측의 후판은분할되고, 절연 재료는 각각의 후판과 상응한 냉각 동판사이에 존재하지 않음) |
발명예 3 |
4겹으로 분할(주형의 보다 긴 측의 분할된 두 번째 냉각 부 및 상응한 분할된첫 번째 냉각 부 중의 하나로 형성된 각 코너 부분은 절연 분할되고, 및 절연재료는 각각의 후판과 상응한 냉각 동판사이에 존재하지 않음) |
비교예 1 |
6겹으로 분할(주형의 보다 긴 측위에 단독으로 두 번째 냉각 동판들이 분할되고,절연 재료는 후판과 냉각 동판사이에 존재하지 않음) |
비교예 2 |
통합 형태 |
발명예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 주형을 사용하여, 표 1에 나타낸 치수를 가진 슬라브들이 준비되었다. 표 5는 각 슬라브들의 평균 표면 조도(μm)를 나타내었다.
실시예번호 |
주형의치수폭 두께(m) (m) |
원주길이L(m) |
Cu 판두께t1(m) |
후판두께t2(m) |
분할수n(-) |
주파수f(Hz) |
부가전력P(MW) |
식(1)에서A |
주조 결과평균 표면조도(μm) |
1 |
0.40 |
0.10 |
1.00 |
0.020 |
0.050 |
6 |
200 |
2.60 |
1.05 |
100 |
2 |
0.40 |
0.10 |
1.00 |
0.020 |
0.050 |
6 |
200 |
2.60 |
1.05 |
90 |
3 |
0.40 |
0.10 |
1.00 |
0.020 |
0.050 |
4 |
200 |
2.60 |
0.70 |
140 |
CE1 |
0.40 |
0.10 |
1.00 |
0.020 |
0.050 |
6 |
200 |
2.60 |
1.05 |
140 |
CE2 |
0.40 |
0.10 |
1.00 |
0.020 |
0.050 |
1 |
200 |
2.60 |
0.18 |
570 |
비고 : CE = 비교예
실시예 4 내지 9
본 발명의 연속 주조 장치 및 종래 기술의 장치를 사용하여, 중탄소강(S12C, C = 0.10 내지 0.12)이 주조되었다. 표 6은 주조 조건 및 주조 결과를 나타내었다. 다음이 표 6에 주조 결과로부터 분명하였다. 실시예 4에서, 얻어진 표면 매끄러움은 실질적으로 만족스러웠고, 및 효과적인 자성 압력 인자(A)는 0.55이었고; 비교예 3에서, 얻어진 표면 매끄러움은 불만족스러웠고, 및 효과적인 자성 압력 인자(A)는 0.11이었고; 비교예 4에서, 효과적인 자성 압력 인자(A)는 1.77이었고, 및 크랙이 슬라브 표면위에 형성되었다.
실시예번호 |
주형의치수폭 두께(m) (m) |
원주길이L(m) |
Cu 판두께t1(m) |
후판두께t2(m) |
분할수n(-) |
주파수f(Hz) |
부가전력P(MW) |
식(1)에서A |
주조 결과평균 표면조도(μm) |
4 |
0.16 |
0.16 |
0.64 |
0.014 |
0.025 |
4 |
200 |
0.50 |
0.30 |
300 |
5 |
0.16 |
0.16 |
0.64 |
0.014 |
0.025 |
4 |
200 |
1.00 |
0.61 |
160 |
6 |
0.40 |
0.10 |
1.00 |
0.020 |
0.050 |
4 |
200 |
3.00 |
0.81 |
120 |
7 |
0.40 |
0.10 |
1.00 |
0.020 |
0.050 |
6 |
200 |
3.00 |
1.21 |
80 |
8 |
0.80 |
0.10 |
1.80 |
0.020 |
0.050 |
4 |
200 |
3.00 |
0.45 |
200 |
9 |
0.80 |
0.10 |
1.80 |
0.020 |
0.050 |
8 *1 |
200 |
3.00 |
0.90 |
110 |
10 |
0.40 |
0.40 |
1.60 |
0.020 |
0.050 |
8 *2 |
200 |
3.00 |
1.01 |
100 |
CE3 |
0.16 |
0.16 |
0.64 |
0.014 |
0.025 |
1 |
200 |
1.00 |
0.15 |
650 |
CE4 |
0.16 |
0.16 |
0.64 |
0.014 |
0.025 |
4 |
200 |
3.00 |
1.83 |
x *3 |
비고 : *1 : 3겹 분할의 (더 긴측의 동판 + 상응한 후판) (절연 재료는 후판과 상응한 냉각 동판사이에 존재 않음)
*2 : 2겹 분할의 (더 긴측의 동판 + 상응한 후판), 2겹 분할의 (더 짧은 측 동판 + 상응한 후판)
*3 : 블리드(bleed)가 형성
CE = 비교예
다른 주조 조건은 다음과 같이 1.2m/min 주조속도, 및 전류(0.075 sec ON - 0.075 sec OFF)의 간헐적 적용이다.
본 발명의 용융 금속을 위한 연속 주조 장치는 저주파 교류 전류가 적용되기 때문에 주형의 분할된 냉각 부를 형성하는 냉각 동판 및 후판의 분할 수를 감소하고, 상응한 각각의 비자성 후판을 가진 주형 각각의 냉각 동판을 고정하고 지지하므로써 주형의 견고함을 재강화하고, 냉각 영역을 증가하고, 및 제조 비용의 절감을 가능케 한다. 결과적으로, 상기는 용융 금속의 레벨을 안정화하고, 슬라브 표면 특성을 매끄럽게하고, 및 높은 주조속도를 만드는 것을 가능하게 한다.
본 발명에서, 주형은 전체 길이에 걸쳐 주조 방향으로 분할되고, 및 결과적으로 각각의 냉각 동판 접합면 및 그의 부근 냉각 동판은 높은 정확성으로 작업될 수 있다. 결과적으로, 전기 절연 세라믹판은 접합면에 체결되고, 및 상기 접합면은 전기적으로 절연 세라믹으로 화염 분사될 수 있고, 각각의 주형 냉각 동판과 그의 부근 냉각 동판 사이의 접합 면 부착은 개선되고, 주형의 열 저항은 개선된다.
본 발명에서, 냉각 동판의 고정면과 주형의 분할된 냉각 부에서 상응한 후판의 고정면은 볼트로 차단되고 및 고정될 수 있다. 추가로, 냉각 동판 및 후판은 고정 면들을 확산 결합하므로써 결합 및 고정될 수 있다.