KR20010041468A - 연속 주조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

금속 및 합금을 연속 또는 반연속 주조하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 고온의 용융 금속이 냉각된 연속 주조 몰드로 공급되며, 용융 금속이 몰드를 통과함에 따라 그 금속은 적어도 부분적으로라도 응고된 주조 스트랜드를 형성한다. 유도 코일이 몰드 상단에 배치되어, 그 코일에 고주파 교류가 가해졌을 때 고주파 자장을 발생시켜, 용융금속내에서 열을 발생시키고 또한 몰드 벽과 용융금속을 분리하는 압축력을 발생시킨다. 그 코일은, 50 Hz 또는 그 이상의 기본 주파수를 가지는 고주파 교류를 유도 코일에 공급하는 전류 제어수단을 구비한 전력 공급 유닛으로부터 고주파 전류를 공급받는다. 전류 제어 수단은, 10 Hz 또는 그 이하의 진폭 변조된 변조 주파수를 가지는 펄스화된 진폭 변조 방식으로 공급전류를 변조 및 제어하여, 진폭 변조 전류의 실질적인 최대 진폭이 펄스의 도입부에서 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1 싸이클에 상응하는 상승 시간내에 달성되도록 하는 변조 수단을 포함한다.

Description

연속 주조 방법 및 장치{METHOD FOR CONTINUOUS CASTING AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD}

금속 및 합금을 연속 또는 반연속 주조하는 중에, 고온의 용융 금속이 냉각된 연속 주조 몰드 즉, 주조 방향의 양 단부가 개방된 몰드에 공급된다. 그 몰드는 수냉(水冷)되는 것이 바람직하고, 통상적으로는 지지 비임(beam) 구조물에 의해 둘러싸여 지지된다. 용융 금속은 그 금속이 응고되는 몰드내로 공급되고, 그 용융 금속이 몰드를 통과함에 따라 주조 스트랜드가 형성된다. 몰드로 부터 인출되는 주조 스트랜드는 잔류 용융 금속을 둘러 싸는 응고된, 자가(self)-지지 표면층 또는 껍질부를 포함한다. 일반적으로, 초기 응고 조건은 품질 및 생산성에 결정적인 영향을 미친다고 말할 수 있다. 초기 응고 조건은 서로 복잡하게 영향을 미치는 수많은 요소들에 따라 달라지며, 그 요소의 예를 들면 다음과 같다.

- 몰드 상부에서의 금속 유동

- 몰드와 용융/주조 스트랜드 간의 윤활

- 미니스커스(meniscus) 부에서의 열 손실 및 전체 열 조건

- 응고부 전방의 열 조건 및 열 발산

- 몰드의 진동이 있다면, 그 진동

통상적으로, 윤활제는 몰드내의 용융 금속 상부면으로 공급된다. 그 윤활제는 많은 역할을 하는데, 그 중에서도 먼저 형성된 주조 스트랜드의 표면이 몰드 벽에 달라 붙는 것을 방지하는 역할을 한다. 응고된 표면이 몰드에 보다 심하게 고착 또는 달라 붙게 되면, 표면 결함이 나타나게 되거나, 먼저 응고된 표면이 벌어지는 경우도 발생할 것이다. 스트랜드의 크기가 큰 경우, 윤활제로는 미니스커스에서 열에 의해 용융되는 유리 또는 유리 형성 혼합물을 포함하는 소위 몰드 파우더를 주로 이용한다. 그 몰드 파우더는 주조 중에 몰드내의 용융 금속의 상부면에 주로 연속적으로 첨가되며, 이때 그 몰드 파우더는 반드시 자유롭게 유동하는 고체 분진 파우더 형태로 첨가된다. 몰드 파우더의 조성은 필요에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 파우더는 원하는 속도로 용융되고, 원하는 속도로 윤활제가 공급되어 윤활 작용을 할 것이다. 또한, 몰드와 주조 스트랜드 사이의 윤활제 층이 너무 두꺼우면 응고 조건 및 표면 품질에 바람직하지 못한 영향을 미치게 되고, 그에 따라 미니스커스에서의 열조건을 조절하여야 할 필요가 발생하게 된다. 작은 스트랜드 또는 비철 금속에서는, 오일, 통상적으로는 식물성 오일 또는 구리스(grease)가 윤활제로 사용된다. 어떤 종류의 몰드 윤활제가 사용되는냐에 관계없이, 윤활제는 주조 스트랜드/몰드 계면에 얇은 균질 필름을 형성하기에 충분한 속도로 그 계면에 공급되어 몰드와 스트랜드가 고착되어 발생하는 표면결함을 피할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 너무 두꺼운 필름은 표면을 고르지 못하게 하고 열과 관련한 상태에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.

미니스커스에서의 열 손실 및 전체 열 조건은 몰드내에서 형성되는 2 차 유동에 의해 주로 제어된다. 상단부의 열적 상태에 영향을 미치기 위해 유도 고주파(HF) 히터를 사용하는 것은 예를 들어, US-A-5 375 648 및 아직 공보 발행되지 않은 스웨덴 특허 출원 제 SE9703892-1 에 개시되어 있다. 고온 용융 금속을 상향 유동하도록 조절하거나 또는 히터에 의해 상부면에 열을 공급하여 큰 열 손실을 보상하며, 그렇게 열손실을 보상하지 않으면 미니스커스는 응고되기 시작할 것이다. 그러한 응고는 주조 공정에 큰 장애가 되며, 여러가지 관점에서 주조 제품의 품질을 손상시킨다.

연속 주조 몰드의 상단에 배치된 고주파 유도 히터는 용융 금속의 상부면 즉, 미니스커스에서 금속의 온도를 제어하는 능력을 개선하는 수단을 제공하며, 동시에 용융 금속과 몰드를 분리하는 압축력을 발생시킴으로서, 고착 위험을 감소시키고, 진동에 의한 자국(mark)을 감소시키며, 전체적으로 몰드 윤활 조건을 개선시키게 된다. 그러한 개선된 윤활작용은 주로 용융 금속과 몰드를 분리하는 압축력에 기인한 것이다. 유도 히터는 단상(single-phase)형 또는 다상(poly-phase)형이 될 수 있다. 바람직하게는, 고주파 교번 자장(magnetic alternating field)이 가해진다. 고주파 자장에 의해 발생하는 압축력은 몰드 벽과 용융 금속 사이의 압력을 감소시킴으로서, 윤활 조건을 크게 개선한다. 주조 스트랜드의 표면 품질은 개선되고, 표면 품질을 손상시키지 않고 주조 속도를 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 주조 스트랜드가 몰드와 확실히 분리되게 하기 위해 진동을 가한다. 그러나, 표면 형성중에 몰드와 스트랜드가 접촉하여, 소위 진동 자국이라하는 작은 표면 결함이 주조 스트랜드에 대개 형성된다. 주조 스트랜드에 불순물이 종종 함유됨에 따라, 그러한 진동 자국이 주조 스트랜드의 조직에 영향을 미치게 된다. 압축력이 용융 금속과 몰드를 분리시키는 작용을 함에 따라, 표면의 초기 응고중에 용융금속과 몰드가 접촉하는 것이 최소화되고 윤활제 공급이 개선되어, 주조 스트랜드의 표면 품질이 보다 개선된다. 따라서, 고주파 교류가 공급되고 미니스커스에 배치된 멀티-턴(multi-turn) 코일을 사용하는 것은 진동 자국을 제거하거나 또는 실질적으로 감소시키는 수단을 제공하는 것이라 믿어지며, 그에 따라 표면 품질, 내부 조직, 청정도, 및 생산성이 개선된다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 금속 스트랜드를 연속적으로 주조하는 방법을 제공하는 것으로서, 그 방법에서는 몰드내의 주조 금속의 초기 응고조건이 개선되고, 특히 몰드 윤활 조건이 개선된다. 특히, 본 발명의 목적은, 몰드의 상단에서 용융금속에 가해지는 고주파 자장을 조절하여, 몰드와 용융금속을 분리하는 역할을 하는 압축력에 의해 몰드와 스트랜드 사이의 계면으로 몰드 윤활제가 안정되게 공급되게 하며 또한 그 계면에 윤활 필름이 형성되게하는 것이다. 그에 따라, 내부 진동 자국 및 다른 결점 또는 그와 관련한 생산성 저하에 대한 염려를 실질적으로 제거할 수 있거나 또는 적어도 줄일 수 있다. 이러한 것은 본 발명에 의해 달성될 수 있으며, 그러한 본 발명은, 일면으로는 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법을 제공하고, 청구범위 제 1 항의 특징부의 구성에 의해 특징지어 진다. 그러한 방법 발명의 다른 개선점은 청구범위 제 2 항 내지 제 13 항의 구성에 의해 특징지어 진다.

본 발명의 또 다른 목적은, 냉각된 연속 주조 몰드, 진동수단, 고주파 교류가 공급되는 멀티-턴 유도 코일, 및 몰드의 상단에서 용융금속에 작용하는 고주파 자장을 발생 및 제어하는 전류 제어수단을 구비한 전력공급 유닛을 포함한다.

특히, 주조 장치는 고주파 자장 발생장치에 공급되는 교류를 제어하는 제어수단을 포함하여, 주조조건 및 작동 변수들을 최적화함으로써, 품질 개선 및 생산성 향상을 달성할 것이다. 특히, 그 주조 장치는, 진동 자국이 실질적으로 제거되거나 또는 적어도 감소되도록 용융금속 및 용융금속의 유동부 또는 이동부에 가해지는 힘을 제어하는 수단을 구비할 것이다. 몰드의 상단에서 열, 유동, 윤활 및 전체 조건을 양호하게 제어하여 품질과 생산성을 상당히 개선하는 연속 주조장치를 제공하는 것도 본 발명의 목적이다. 이러한 목적은 본 발명의 다른 일면에 따른 금속의 연속 주조장치에 의해 달성되며, 이러한 본 발명은 청구범위 제 14 항의 전제부에 따른 금속의 연속 또는 반연속 주조장치를 제공하고, 청구범위 제 14 항의 특징부의 구성을 특징으로 한다. 그러한 발명의 다른 개선점은 청구범위 제 15 항 내지 제 22 항의 구성에 의해 특징지어 진다.

또한, 불순물 및/또는 결함들이 진동 자국에 포획되기 때문에, 진동 자국의 제거 또는 실질적인 감소는 주조물 조직을 개선하고 불순물 제거를 촉진한다.

본 발명은 금속 또는 합금을 긴 스트랜드(strand)로 연속 또는 반연속 주조하는 방법에 관한 것이다. 그 스트랜드는, 냉각된 연속 주조 몰드 및 그 몰드의 상단에 배치된 유도 코일을 포함하는 장치에 의해 주조된다. 그 코일에는 전원 공급부로 부터 고주파 교류가 공급된다. 본 발명의 방법에 따라, 몰드내의 초기 응고 상태를 결정하는 온도 및 기타 주조조건을 제어하여, 개선된 표면 성질 및 조절된 주조 조직을 가지며 함유 불순물 및 기타 결점이 적은 주조 제품 즉, 스트랜드를 안정된 생산성 또는 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 또한 본 발명은 연속 주조 몰드와, 코일 및, 본 방법 발명에 적합한 제어 수단을 구비한 전원 공급부를 포함하는 장치에 관한 것이다.

이하에서는, 첨부 도면 및 바람직한 실시예에 관한 설명을 통해, 본 발명을 보다 상세히 설명하고 예시한다.

도 1 은 몰드의 상단에 배치된 전자기장 발생장치를 포함한, 금속의 연속 주조용 몰드의 상단을 주조 방햐을 따라 단면 도시한 단면도.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따라, 멀티-턴 코일로의 전류 공급을 제어하는데 사용되는 전력 공급부에 포함되는 일련의 공진 회로를 도시한 회로도.

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 장치에 사용되는 일련의 공진 컨버터의 통상적인 공진 부하 코일 전류를 나타낸 그래프.

도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 특별히 빠른 상승 시간의 사각형 온-오프 변조 모드에서 특정 급냉 사이리스터를 사용하였을 때, 장치의 작동 중 통상적인 부하 코일 전류를 나타낸 그래프.

도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 2 레벨 사각형 펄스 변조 모드에서, 장치의 작동 중 부하 코일 전류를 도시한 그래프.

도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 사인 곡선형 변조 모드에서, 장치의 작동 중 부하 코일 전류를 도시한 그래프.

도 7 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 삼각형 변조 모드에서, 장치의 작동 중 부하 코일 전류를 도시한 그래프.

금속의 연속 또는 반연속 주조 방법으로서,

- 고온의 용융금속을 냉각된 연속 주조몰드로 공급하고,

- 몰드를 통과함에 따라, 용융금속은 냉각되어 적어도 부분적으로라도 응고된 스트랜드를 형성하며,

- 전류를 전원 공급부로 부터 유도코일에 공급하고 그 코일을 이용하여 고주파 자장을 형성하고, 50 Hz 또는 그 이상의 기본 주파수를 가지는 고주파 자장을 몰드의 상단에 가하여, 용융금속내에서 열을 발생시키고 또한 몰드 벽과 용융금속을 분리하는 압축력을 발생시키는 주조방법에서, 본 발명에 따라, 10 Hz 또는 그 이하의 진폭 변조된 변조 주파수를 가지는 펄스화된 진폭 변조 방식으로 공급전류를 제어함으로써, 진폭 변조된 전류의 실체적인 최대 진폭이 펄스의 도입부에서 기본 주파수 또는 그 이하의 1 싸이클에 상응하는 상승 시간내에 달성된다. 각 펄스 싸이클의 도입부에서의 이렇게 최소화된 전류 진폭 상승 시간은, 몰드의 상단에서 몰드 벽과 용융금속 간의 압력을 줄이는 작용을 하는 압축력을 원하는 데로 제어하는데 필수적이다. 이에 따라, 윤활에 필요한 조건이 크게 개선되고, 또한 그러한 조건들은 진폭 변조 전류 공급부에 의해 제어될 수 있다. 이에 따라, 주조 스트랜드의 표면 품질을 개선할 수 있고, 또한 표면 품질의 저하 없이도 주조 속도를 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 진폭 변조 전류의 실체적인 최대 진폭이 펄스의 도입부에서 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1/4 (0.25) 싸이클에 상응하는 상승 시간내에 달성되도록, 상승시간을 최소화 한다.

본 발명에 따른 방법을 실행할 때, 50 내지 1000 Hz 의 기본 주파수를 가지는 고주파 전류를 공급하고, 전력 공급부로 부터 유도코일로 공급되는 이러한 전류를 0.1 내지 10 Hz 의 진폭 변조된 변조 주파수를 가지는 펄스화된 진폭 변조 방식으로 제어하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 약 200 Hz 의 기본 주파수를 가지는 고주파 전류를 공급한다. 고주파 전류의 듀티 싸이클(duty cycle)은 변조 주파수 주기의 0 내지 100 % 에서 조절할 수 있다.

하나의 바람직한 실시예에서, 펄스화된 전류는 출력 전류가 2 개의 레벨 사이에서 변화하는 본질적인 사각형 방식으로 공급된다. 이때, 출력 전류는 온-오프 방식으로 공급될 수 있으며, 이경우 오프 동안의 출력 전류는 실질적으로 제로(0) 출력 전류가 된다. 그 대신에, 펄스화된 전류를 2 개의 전류 진폭 레벨 사이에서 실질적인 사각형 방식으로 공급하며, 이때 양 레벨에서 출력 전류는 제로(0)와 구별된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 펄스의 단부에서 전류 진폭의 강하(fall) 소요시간은 고주파 전류의 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1 싸이클에 상응하는, 바람직하게는 고주파 전류의 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1/4 (0.25) 싸이클에 상응하는 시간으로 최소화 된다.

통상적으로, 몰드는 주조중에 진동하며, 본 발명에 따른 방법을 그러한 진동 몰드에서 실행할 때, 진폭 변조 전류의 펄스화된 변조 주파수를 몰드 진동과 상호 관련시켜 압축력의 변화가 몰드 진동과 조화되도록 하는 것이 때때로 바람직하다.

바람직한 방식에 따라, 전류는 진동 주파수와 동일한 차수(order)의 변조 주파수로 펄스화되나, 몰드의 상단에서 몰드 벽과 용융금속 간의 압력을 줄이는 작용을 하는 압축력을 제어하는 적당한 방식으로 그 펄스화된 주파수 및 진동 주파수를 상호 관련시킬 수도 있다.

본 발명에 따라 금속을 연속 또는 반연속 주조하는 방법을 실행하는데 적절한 장치는,

- 냉각된 연속 주조 몰드,

- 그 몰드내로 고온 용융금속을 공급하는 공급수단,

- 몰드내에서 형성된 주조 스트랜드를 그 몰드로 부터 추출 및/또는 수용하는 수단,

- 고주파 교류가 공급될 때 몰드내의 용융금속에 가해지는 고주파 자장을 발생시켜, 용융금속내에서 열을 발생시키고 몰드 벽과 용융금속을 분리하는 압축력을 발생시키는, 몰드의 상단에 배치된 유도 코일, 및

- 50 Hz 또는 그 이상의 기본 주파수를 가지는 고주파 교류를 유도 코일에 공급하는 전류 제어수단을 구비한 전력 공급 유닛을 포함하며,

본 발명에 따른 전류 제어 수단은, 10 Hz 또는 그 이하의 진폭 변조된 변조 주파수를 가지는 펄스화된 진폭 변조 방식으로 공급전류를 변조 및 제어하여, 진폭 변조 전류의 실질적인 최대 진폭이 펄스의 도입부에서 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1 싸이클에 상응하는 상승 시간내에 달성되도록 하는 변조 수단을 추가로 포함한다.

그 전류 제어수단은, 연속 주조장치 및 주조 변수에 따라, 다음의 기능을 하는 수단을 포함한다; 즉,

- 코일에 공급된 부하 코일 전류를 온-오프 변조하는 기능,

- 코일에 공급된 부하 코일 전류의 어떤 2 개의 전류 레벨 사이에서 변조하는 기능,

- 코일에 공급된 부하 코일 전류의 사인형, 삼각형, 사다리꼴 변조 엔벨롭(envelope)과 같은 주기적인 파형 패턴을 가지는 파형 엔벨롭 형상의 변조 기능,

- 코일에 공급된 부하 코일 전류의 프로그램 가능한 임의 변조 파형 패턴 발생 기능.

일 실시예에 따라, 전류 제어수단은, 실질적으로 사각형 파형의 진폭 변조 패턴을 가지는 전류를 공급하는 변조수단을 구비한 일련의 공진 회로를 포함한 컨버터를 구비한다. 바람직하게는, 공급 주파수에서 오프 주기와 온 주기를 교호적으로 가지고 실질적으로 사각형 파형을 나타내는 진폭 변조 패턴을 가지는 전류를 공급하는 변조수단이 배치되며, 이때 오프 및 온 주기는 유도 코일에 공급되는 진폭 변조 전류의 기본 주파수의 다수의 싸이클을 포함한다.

바람직한 일 실시예에 사용된 일련의 공명 회로는 통상적으로 DC 평활 리엑터와 병렬 연결된 급냉 사이리스터(quench thyristor)를 포함하고, 온-오프 사각형 변조 모드에서 그 사이리스터는;

- 각각의 변조 주기 말기에, 일련의 공진 커페시터에 대해 충전되는 전류를 최적의 레벨로 제어하는 기능과,

- 각 변조 싸이클에서, 오프 주기 동안 평활 리엑터에 저장된 에너지를 포획하여, 다음 변조 주기의 도입부에서 인버터 회로로 에너지가 방출되게하는 기능을 한다. 이러한 두가지 기능은, 컨버터의 출력 전류가 거의 완전한 사각형의 선단부 변조 엔벨롭 형상을 갖게 하는데 중요하며, 또한 최종 연속 주조제품의 금속 조직학상의 최적의 미세 조직 및 최적의 표면을 얻는데 필수적이다.

하나의 변형 실시예에 따라, 2 개의 레벨 사이에서 변화하는 실질적인 사각형 파형의 변조 패턴을 가지는 전류를 공급하는 변조 수단을 배치하고, 이때 유도코일에 공급된 진폭 변조 전류의 기본 진동수의 다수의 싸이클을 포함하는 시간 동안, 전류 진폭은 이러한 2 개의 레벨 사이에서 실질적으로 일정하게 유지된다.

도 1 에 도시한 연속 주조 장치는 연속 주조 몰드(22)를 포함한다. 연속 주조 몰드의 주조 방향 양 단부는 개방되어 있으며, 그 몰드는 냉각수단과 함께 배치된다. 바람직하게는 그 몰드는, 작동중에 냉매가 유동하는 내부의 공동 또는 채널 시스템과, 형성된 주조 스트랜드(20)를 몰드로 부터 연속 배출하는 수단을 포함한다. 냉각된 몰드(22)에는 고온 용융금속의 1 차 유동이 연속적으로 공급되고, 그 고온 금속(21)은 몰드(22)내에서 냉각되어 주조 스트랜드(20)를 형성한다. 몰드(22)는 주로 수냉식 구리 몰드이다. 도시하지는 않았지만, 몰드(22) 및 지지 비임은 주조 중에 물이 통과하는 내부의 공동 또는 채널을 포함한다. 주조중에, 고온 용융금속의 1 차 유동이 몰드(22)내로 공급된다. 금속이 몰드(22)를 통과함에 따라, 그 금속은 냉각되고 응고되어 주조 스트랜드(20)를 형성한다. 주조 스트랜드(20)가 몰드(22)로 부터 벗어날 때, 그 스트랜드(20)는 내부의 잔류 용융 금속(21)을 둘러 싸는 응고된 자가-지지(self-supporting)면 외곽틀을 포함한다. 일반적으로, 표면 조건 및, 주조물 조직은 초기 응고조건에 상당히 의존한다고 말할 수 있다. 그러나, 금속의 청정도는 몰드 상단 즉, 금속의 응고가 시작되는 위치의 조건과 몰드/스트랜드의 계면 및 미니스커스에서의 조건에 의존할 것이다. 몰드(22) 상단의 열적 환경과 윤활 조건을 조절하기 위해, 몰드내의 용융금속 상단면 즉, 미니스커스(26)의 높이에 맞춰 몰드 상단에 배치된 유도코일(24,25)과 같은 고주파 자장 발생장치를 마련한다. 코일(24)은, 도 1 에 도시한 바와 같이, 몰드(22)의 외측에 배치되고, 코일(24)에 의해 발생하는 교번 고주파 자장은 몰드(22)를 관통하여 용융금속(21)에 도달하여야 한다. 유도코일(24,25)은 단상 또는 다상 코일이다. 용융금속(21)에 고주파 자장을 가할 때, 용융금속내에 열이 발생되므로, 미니스커스(26)에 인접한 용융금속의 온도를 조절할 수 있다. 그와 동시에, 용융금속에 가해지는 압축력이 고주파 교번 자장에 의해 발생한다. 그 압축력은 몰드(22)와 용융금속(21) 간의 압력을 줄임으로서, 윤활 조건을 현저하게 개선한다. 본 발명에 따라 주조하였을 때 얻어지는 개선점은 다음과 같이 품질 및 생산성에 관련된 것이다. 즉;

열효율;

보다 기계적으로 안정된 주조;

청정도;

표면 품질;

조절된 주조 조직;

감소된 다운-타임(down-time)

주조 속도가 향상된 및/또는 진동이 감소된 설비

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 일련의 공진 부하 회로를 포함하는 컨버터를 마련하여, 최대 진폭까지의 상승시간이 본 발명에 따른 장치에 사용되는 일련의 공진 부하 회로의 고유 공진 주파수 싸이클의 1/4 정도가 되도록하고 본 발명에 따른 방법의 실행이 용이하게 되도록, 진폭 또는 펄스 변조될 수 있는 교류를 발생시킨다.

도 2 는, 본 발명에 따라 사용되며 특별히 배치된 일련의 공진 컨버터의 개략도이다. 이 도면의 구성을 살펴보면, 작동 원리를 이해할 수 있을 것이다. 통상적으로 적당한 정격(定格)의 3 상 교류 전압(AC-전압)인 전력원이 정류기(1)에 연결된다. 그 정류기는 교류를 비례 직류 전압(DC 전압)으로 전환시킨다. 그 직류 전압은 평활 리엑터를 통해 인버터 사이리스터(3)의 양극에 가해진다. 비록 사이리스터를 도시하였지만, 트랜지스터, IGBT, IGCT 등과 같은 스위칭 장치를 이용할 수도 있다. 다이오드(4)는 사이리스터에 역병렬(antiparallel) 접속된다. 커패시터(5) 및 유도코일(6)을 포함하는 일련의 공진 부하 회로는 인버터 사이리스터(3)를 가로질러 연결된다. 인버터의 특징중 하나는 평활 리엑터(2)와 연결된 급냉 사이리스터(7) 이다.

이하에서는 일련의 공진 컨버터의 작동을 설명한다.

사용 전압을 정류기(1)의 입력단에 가하면, 그 정류기의 출력단에서 비례 직류 전압이 발생한다. 일련의 공진 커패시터(5)는 초기에 방전 상태이다. 결과적으로, 커패시터(5)가 완전히 충전될 때까지, 전류가 사인 곡선(sinusoidal)형으로 평활 리엑터(2)를 통과하여 유동한다. 다음 식에 따라, 평활 리엑터(2)에 저장된 에너지는 커패시터(5)로 방전될 것이다. 즉,

1/2 * L * I²=1/2 * C * V²

이에 따라, 정류기(1) 출력 단자의 공칭 직류전압의 약 2 배인 전압이 커패시터(5)에 저장된다. 이 전압은 스너버(snubber) 다이오드(8)를 통해 저항(18)으로 전류가 빠져나감에 따라 공칭 정류기 직류전압까지 낮아지며, 그 값에 따라 방전 시간 상수가 결정된다.

필수적으로, 2 가지의 작동 모드가 있다. 온-오프 펄스 변조 모드에서, 가변 듀티(duty) 싸이클 펄스 제어신호 발생기(10)가 사용된다. 출력 신호는 독립적인 가변 싸이클 시간 및 반복 속도를 가진다. 반복 속도는, 연속 주조 몰드의 종방향 진동기구와 연결된 외부의 트리거(trigger) 입력(11)에 의해 조정된다. 전술한 바와 같은 공정 최적화를 위해, 이러한 진동기구와의 연결에 의해 몰드 운동과 컨버터 출력 전류의 변조를 원하는대로 동기화 할 수 있다.

변조 펄스 발생기로부터의 출력 신호는, 인버터 사이리스터의 신뢰성 있는 방전(firing)에 필요한 적절한 신호를 발생시키는 방전 펄스 발생기(17)에 전달된다.

사이리스터의 게이트를 가로질러 방전 펄스가 가해짐에 따라, 그 사이리스터는 도체가 되고, 전류가 정류기(1)로부터 리엑터(2)를 통해 사이리스터(3)로 유동한다. 직류 전류는, 자체 인덕턴스에 의해 정해지는 일정한 속도로, 리엑터(2)를 통해 선형 증가한다. 동시에, 일련의 공진 커패시터(5)는, 사이리스터를 통해 반사인파형(half sine contour) 공진 전류를 공진적으로 만들면서, 인덕터(6)를 통해 사이리스터(3)로 방전한다. 유도 코일(6)의 임피던스 및 커패시터(5)를 통한 초기 방전 전압에 따라 정해지는 피크 값까지, 전류가 사인파형으로 상승한다. 그리고 전류는 공진적으로 제로(0)까지 완만하게 강하한다. 사이리스터(3)를 통해 전류가 제로(0)를 통과한 직 후, 사이리스터는 비전도 상태로 전환된다. 그러나, 역병렬 다이오드(4)를 통한 전도에 의해, 전류는 마이너스 방햐으로 공진적으로 계속 완만히 강하한다. 다이오드(4)의 전도 시간 동안, 직류 전류는 리엑터(2)를 통해 계속 상승하고, 다이오드(4)를 통해 전류로부터 실질적으로 공제하게 된다. 그 후 다이오드(4)를 통해 공진 전류는 제로(0) 교차점을 향해 공진적으로 완만히 하강한다. 제로(0)를 통과한 직 후, 다이오드(4)는 오프 상태로 전환된다. 이 때, 리엑터(2)에 축적된 에너지는 일련의 공진 커패시터(5)로 방전되고, 그 커패시터의 전압은 상승하기 시작한다. 이러한 과정에서, 리엑터(2)의 전압이 전압 역치(threshold) 감지기(9)의 설정값에 상응하는 정도까지 상승하였을 때, 방전 펄스가 리엑터(2) 단자 회로를 효과적으로 단락시키는 급냉 사이리스터(7)에 전달되어, 그 사이리스터의 전압이 설정값 이상으로 상승하는 것을 방지한다. 급냉 사이리스터(7)를 트리거시키는 다른 기구로는 가변 지연 발생기(19)가 있으며, 그 가변 지연 발생기는, 방전 펄스 발생기(16)를 통해, 가변 듀티 싸이클 온-오프 변조 펄스 발생기(10)의 말단으로 부터 제어된 지연 시간에 방전 펄스를 발생시킨다. 가변 지연 수단(11)이나 전압 비교 수단(9) 중 하나, 또는 양자의 조합을 이용하여 급냉 사이리스터(7)의 방전 순간을 적절히 제어할 수 있다.

급냉 사이리스터(7)는, 이어지는 상승 변조 엔벨롭 연부(edge)가 전류 파형의 가능한 한 사각형에 가까운 변조 엔벨롭를 가지도록, 일련의 공진 커패시터(5)의 전압을 소정 최적 전압으로 제한한다. 동시에, 사이리스터(7)는, 리엑터(2)와 조합된 그 급냉 사이리스터의 (L/R) 시간 상수에 상응하는 최대 시간 동안, 리엑터에 저장된 에너지를 유지한다. 이러한 시간은 리엑터(2)의 인덕턴스에 따라 몇 초간이 될 수도 있다. 리엑터(2)내에 에너지를 유지함으로서, 전류 변조 엔벨롭 형상의 선단부를 안정화하는 효과가 발생하고, 거의 완전한 사각형 변조 엔벨롭 패턴을 얻는데 일조를 한다. 각 변조 엔벨롭의 단부에서, 직류 전류가 제로(0)를 통과하고, 정류기(1)내의 다이오드로부터의 회복 에너지는 다이오드(8)를 통해 커패시터(12)로 전도되는 고에너지 전압 과도전류 형태로 나타나며, 그 후, 그 에너지는 저항(18)으로 방전된다. 이러한 특징이 없다면, 제로(0)를 통과하는 전류의 변환 중에, 잠재적으로 손상을 가하는 정도의 과도전류 전압이 정류기(1)에 가해질 것이다.

전술한 바와 같은 급냉 사이리스터 수단 및 관련 제어 수단이 없다면, 변조 엔벨롭 패턴의 선단부는 사각형 펄스 변조 엔벨롭과 중첩되어 감쇠된 사인형상이 될 것이며, 이는 최종 연속 주조 제품의 표면 성질에 해로울 것이다.

일련의 부하 회로의 자체 공진 주파수의 80 % 이하이고 통상적으로 일정한 주파수인 프로그램된 방진 주파수 비율에서, 전술한 진동 공정이 반복된다. 전압의 제어신호 입력에 대한 가변 제어 전압을 주파수 컨버터(13)에 제공하는 전력 설정치 전위차계(14)와 조합된 주파수 컨버터(13)에 대한 전압에 의해 최대 값의 약 10 내지 1 범위의 방전 주파수를 변화시킴으로서, 부하 회로에 가해지는 평균 전력 및 전류는를 제어한다.

전술한 바와 같이, 온-오프 변조에 대한 대안으로서 현저히 빠른 상승 시간 및 사각형 엔벨롭 제어 수단을 구비한 것으로서, 다른 주기적인 또는 임의의 파형에 따른 컨버터의 출력전류의 변조는, 소정 제어 신호를 변조 엔벨롭 신호 발생기(15)의 출력부로부터 제어가능한 정류기(1)의 제어 입력부에 인가함으로서 달성될 수 있다. 이어서, 최종 연속 주조 제품의 표면 품질 및 금속 미세조직의 최적화에 대한 필요에 따라, 몰드의 길이방향 진동기구로부터의 외부 트리거 입력에 의해 정해지는 속도 또는 기설정된 반복 속도를 가지는 사인형, 삼각형, 사다리꼴, 2 레벨(level) 펄스, 및 임의 패턴에 따른 가변 진폭 변조를 얻을 수 있다.

도 3 내지 도 7 에는, 본 발명에 따른 연속 주조기의 변형 실시예에 사용되는 일련의 공진 컨버터의 작동 중에, 부하 코일 전류와 관련된 전형적인 작동 파형을 도시하였다.

도 3 은, 전술한 바와 같이, 일련의 공진 컨버터를 구비한 실시예의 작동중에 전형적인 공진 부하 코일 전류를 나타것이다.

도 4 는 특정 급냉 사이리스터를 사용하여 상승 시간이 특별히 빠르고 사각형 온-오프 변조 모드를 가지는 것을 특징으로 하며, 일련의 공진 컨버터를 구비한 실시예에서 작동중의 전형적인 부하 코일 전류를 나타낸 것이다.

도 5 는 2 개 레벨의 사각형 펄스 변조 모드를 가지는 것을 특징으로 하며, 일련의 공진 컨버터를 구비한 변형 실시예에서 작동중의 전형적인 부하 코일 전류를 나타낸 것이다.

도 6 은 사인곡선형 변조 모드를 가지는 것을 특징으로 하며, 일련의 공진 컨버터를 구비한 다른 실시예에서 작동중의 전형적인 부하 코일 전류를 나타낸 것이다.

도 7 은 삼각형 변조 모드를 가지는 것을 특징으로 하며, 일련의 공진 컨버터를 구비한 또 다른 실시예에서 작동중의 전형적인 부하 코일 전류를 나타낸 것이다.

Claims (22)

1. - 고온의 용융금속을 냉각된 연속 주조몰드로 공급하고,

   - 몰드를 통과함에 따라, 용융금속은 냉각되어 적어도 부분적으로라도 응고된 스트랜드를 형성하며,

   - 전류를 전원 공급부로 부터 유도코일에 공급하고 그 코일을 이용하여 고주파 자장을 형성하고, 50 Hz 또는 그 이상의 기본 주파수를 가지는 고주파 자장을 몰드의 상단의 용융금속에 가하여, 용융금속내에서 열을 발생시키고 또한 몰드 벽과 용융금속을 분리하는 압축력을 발생시키는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법에 있어서,

   10 Hz 또는 그 이하의 진폭 변조된 변조 주파수를 가지는 펄스화된 진폭 변조 방식으로 공급전류를 제어함으로써, 진폭 변조된 전류의 실체적인 최대 진폭이 펄스의 도입부에서 기본 주파수 또는 그 이하의 1 싸이클에 상응하는 상승 시간내에 달성되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 진폭 변조 전류의 실체적인 최대 진폭이 펄스의 도입부에서 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1/4 (0.25) 싸이클에 상응하는 상승 시간내에 달성되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전류는 0.1 내지 10 Hz 의 변조 주파수를 가지게 펄스화되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 고주파 전류의 듀티 싸이클은 변조 주파수 주기의 0 내지 100 % 에서 변화되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전류는 50 내지 1000 Hz 의 기본 주파수로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 고주파 전류는 200 Hz 의 기본 주파수로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스화된 전류는 2 개의 전류 레벨 사이에서 진폭이 변하는 실질적인 사각형 방식으로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 펄스화된 전류는, 오프-주기에서 출력 전류가 실질적으로 제로(0) 출력 전류가 되는 실질적인 사각형 온-오프 방식으로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 펄스화된 전류는, 2 개의 전류 레벨 사이에서 진폭이 변하고, 양 전류 레벨에서의 출력 전류가 제로(0)로 부터 이격된 실질적인 사각형 방식으로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
10. 제 7 항, 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 펄스의 단부에서 전류 진폭의 강하 시간은 고주파 전류의 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1 싸이클에 상응하는 시간으로 최소화 되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 펄스의 단부에서 전류 진폭의 강하 시간은 고주파 전류의 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1/4 (0.25) 싸이클에 상응하는 시간으로 최소화 되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몰드를 진동시키고, 진폭 변조 전류의 펄스화된 변조 주파수를 몰드 진동과 상호 관련시켜, 압축력의 변화가 몰드 진동과 조화되도록 하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 전류는 진동 주파수와 동일한 차수의 변조 주파수로 펄스화되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법.
14. - 냉각된 연속 주조 몰드,

    - 상기 몰드내로 고온 용융금속을 공급하는 공급수단,

    - 상기 몰드내에서 형성된 주조 스트랜드를 그 몰드로 부터 추출 및/또는 수용하는 수단,

    - 고주파 교류가 공급될 때 몰드내의 용융금속에 가해지는 고주파 자장을 발생시켜, 용융금속내에서 열을 발생시키고 몰드 벽과 용융금속을 분리하는 압축력을 발생시키는, 몰드의 상단에 배치된 유도 코일, 및

    - 50 Hz 또는 그 이상의 기본 주파수를 가지는 고주파 교류를 유도 코일에 공급하는 전류 제어수단을 구비한 전력 공급 유닛을 포함하는, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법을 실행하는 장치에 있어서,

    상기 전류 제어 수단은, 10 Hz 또는 그 이하의 진폭 변조된 변조 주파수를 가지는 펄스화된 진폭 변조 방식으로 공급전류를 변조 및 제어하여 진폭 변조 전류의 실질적인 최대 진폭이 펄스의 도입부에서 기본 주파수 또는 그 이하 주파수의 1 싸이클에 상응하는 상승 시간내에 달성되도록 하는, 변조 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은 코일에 공급되는 부하 코일 전류의 온-오프 변조를 위한 변조 수단를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은 코일에 공급되는 부하 코일 전류의 2 개의 전류 레벨 사이에서 변조하는 변조 수단를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은, 코일에 공급된 부하 코일 전류의 사인곡선형, 삼각형, 또는 사다리꼴 변조 엔벨롭과 같은 주기적인 파형 패턴을 가지는 파형 엔벨롭 형상을 변조하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.
18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은 코일에 공급되는 부하 코일 전류의 프로그램 가능한 임의 변조 파형 패턴 발생을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 전류 제어수단은 실질적으로 사각형 파형의 진폭 변조 패턴을 가지는 전류를 공급하는 변조수단을 구비한 일련의 공진 회로를 포함한 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.
20. 제 19 항에 있어서, 공급 주파수에서 오프 주기와 온 주기를 교호적으로 가지고 실질적으로 사각형 파형을 나타내는 진폭 변조 패턴을 가지는 전류를 공급하는 변조수단이 배치되며, 상기 오프 주기 및 온 주기는 유도 코일에 공급되는 진폭 변조 전류의 기본 주파수의 다수의 싸이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 일련의 공명 회로는 DC 평활 리엑터와 병렬 연결된 급냉 사이리스터를 포함하고, 온-오프 사각형 변조 모드에서 상기 사이리스터는;

    - 각각의 변조 주기 말기에, 일련의 공진 커페시터에 대해 충전되는 전압을 최적의 레벨로 제어하며,

    - 각 변조 싸이클에서, 오프 주기 동안 평활 리엑터에 저장된 에너지를 포획하여, 다음 변조 주기의 도입부에서 인버터 회로로 에너지가 방출되게하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.
22. 제 18 항에 있어서, 2 개의 레벨 사이에서 변화하는 실질적인 사각형 파형의 변조 패턴을 가지는 전류를 공급하는 변조 수단을 배치하고, 상기 유도코일에 공급되는 진폭 변조 전류의 기본 진동수의 다수의 싸이클을 포함하는 시간 동안, 상기 전류 진폭이 이러한 2 개의 레벨 사이에서 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조 장치.