KR20130075785A - 연속 주조 몰드에서의 전자기 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

750 내지 3500mm의 형식 너비 및 30 내지 500mm의 형식 두께를 보유하는 슬래브 및 박슬래브 제품을 제조하기 위해 액상 금속, 특히 액상 강재를 주조하기 위한 연속 주조 플랜트로서, 제품 품질의 향상을 위해 전자기 브레이크 장치를 장착한 상기 연속 주조 플랜트에 적용되는 연속 주조 몰드(1)에서, 몰드(1)의 몰드 침지 노즐(2)로부터 유출되는 유체 제트에 직접적으로 영향을 주기 위해, 본 발명에 따라, 각각의 몰드 광폭 측면(3)마다 2개의 극(10)이 몰드 침지 노즐(2)의 수직 기준선에 대해 대칭을 이루는 방식으로 배치되며, 이런 배치는, 상기 극들의 방출 횡단면(11_a)의 주축들(12)이 몰드 노즐(2)의 수직 기준선(4)에 대해 소정의 각도(α₁, α₂)로 배향되도록 이루어지는 점이 제안된다.

Description

연속 주조 몰드에서의 전자기 브레이크 장치{ELECTROMAGNETIC BRAKING DEVICE ON CONTINUOUS CASTING MOLDS}

본 발명은, 제품 품질의 향상을 위해, 코어 및 요크(yoke)를 구비하여 형성되고, 생성되는 자기장 작용을 통해서는 몰드 내 액상 금속 내부의 흐름 조건에 영향을 주는 코일들로 구성되는 전자기 브레이크 장치를 장착한 연속 주조 플랜트에서, 750 내지 3500mm의 형식 너비와 30 내지 500mm의 형식 두께를 갖는 슬래브 및 박슬래브 제품을 제조하기 위해 액상 금속, 특히 액상 강재를 주조하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

연속 주조 몰드 내부에서 흐름 조건에 긍정적인 영향을 미침으로써 제품 품질을 향상시키기 위해, 그 연속 주조 몰드에 전자기 브레이크를 장착하는 점은 공지되었다. 전자기 브레이크는, 코어 및 요크를 구비하여 몰드 내부의 강욕(steel bath)의 기존 흐름 조건에 작용하는 자기장을 생성하는데 이용되는 코일들로 구성된다. 이와 관련하여, 자기장의 효율성을 가능한 완전하게 발휘할 수 있도록 하기 위해서는, 연속 주조 몰드에 가능한 가까이 자기장을 접근시켜야 한다. 그러므로 통상적으로 전자기 브레이크는 주조기에 몰드를 삽입한 후에 비로소 유압 또는 전기기계 방식으로 몰드 쪽으로 이송되거나, 또는 다양한 배치 방식으로 연속 주조 플랜트의 몰드에 견고하게 장착된다. 이와 관련하여 실질적으로 코일들은, 또는 각각 코어를 구비한 코일 조합체들은 외부로부터 몰드 및 수류식 저수탱크 각각에, 또는 동판 후면에 배치되거나, 또는 코일이 강재 구조(steel structure)에 이동 불가능하게 고정되고 이동식 코어는 몰드 내에서 그 코일을 통과하도록 장착된다.

따라서 WO 2004/022264 A1로부터는 연속 주조 몰드 내로 유입되는 용강(steel melt)을 위한 전자기 브레이크 장치가 공지되었다. 이 전자기 브레이크 장치는, 몰드 광폭 측면에 장착될 수 있는 강자성 코어를 구비한 적어도 하나의 자기 코일을 포함한다. 발진 질량(oscillation mass)을 감소시키고, 그와 동시에 자화력(magnetizing force)을 높이기 위해, 코어는 한편으로 자기 코일을 수용하고 광폭 측벽부에 대해 이격되어 이송될 수 있는 주요 부재로 구성되고, 다른 한편으로 몰드의 저수탱크 내에 고정되어 배치되는 추가 부재들로 구성되되, 코어 부재들은 서로 수축되는 작동 위치에서 폐쇄된 자속을 형성하기 위한 U자형 요크를 만든다. DE 10 2004 046 729 A1로부터는 연속 주조 몰드를 위한 자기 브레이크가 공지되었다. 이런 자기 브레이크의 경우, 영구 자석에 의해 생성된 자기장은 액상 금속의 흐름에 영향을 미친다고 한다. 자기장 세기의 변화를 확보하기 위해, 몰드에 배치되는 영구 자석들은 다양한 장 세기 분포를 위해 그룹별로 다양하게 조정될 수 있다. 이와 관련하여, 영구 자석들은, 연속 주조 몰드의 저수탱크 내에 배치되고, 몰드 플레이트에 직접 인접할 수 있도록 조정될 수 있다. DE 600 16 255 T2에서는 자기 코어들을 구비한 전자기 브레이크를 포함하는 금속 주조 장치가 설명된다. 그에 따른 자기 코어들은, 실질적으로 중앙 구간을 제외하고 몰드의 폭 전체를 덮으면서 탈착식 요크와 연결되는 방식으로 몰드의 일측 측면에 영구적으로 고정되되, 권선은, 권선의 중앙 축이 실질적으로 몰드의 종축에 대해 평행하고 몰드의 주조 방향에 대해서는 직각을 이루면서 연장되는 방식으로 요크 둘레에 배치된다. 이와 같은 조치를 통해, 원래 수직으로 배향되던 액상 용탕의 흐름 속도는, 유입 튜브(infeed tube)의 영역에서 전환되면서, 적어도, 그러나 강하게 감소(제동)되는 점이 달성된다. 이에 추가로 용탕은 수평 및 수직 방향으로 회전된다. 마지막으로 DE 602 19 062 T2에서도 금속 주조 장치가 설명된다. 이 경우, 자기 코어 및 전기 도체 권선을 포함하는 자석 부재들이 인가되는 다상 교류 전압을 통해 자기장을 생성할 수 있도록 몰드의 각각의 길이방향 측면을 따라 배치된다. 이와 같이 자석 부재들을 배치하는 것을 통해, 용융된 재료의 이동은 말단 영역의 상부 표면 영역에서 영향을 받으면서, 용탕의 하향 이동의 제동을 가능하게 한다.

본 발명의 목적은, 앞서 기술한 선행기술로부터 출발하여, 몰드의 침지 노즐로부터 유출되는 액상 강재의 유체 흐름에 직접적으로 영향을 줄 수 있도록 하는 배치 및 배향 구조를 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 청구항 제1항의 특징부의 특징들을 이용하여, 몰드 침지 노즐로부터 유출되는 유체 제트(fluid jet)에 직접 및 즉각적인 전자기 영향을 주기 위해, 각각의 몰드 광폭 측면마다, 몰드 침지 노즐의 수직 기준선에 대해 대칭을 이루는 방식으로 배치되는 적어도 2개의 극(pole)이 자체의 방출 횡단면의 주축으로 각각 소정의 각도(α₁ 및 α₂)를 이루면서 그에 상응하게 배향됨으로써 달성된다.

침지 노즐 흐름의 주요 흐름 방향으로 전자기 브레이크 장치의 극을 배향함으로써, 전자기 브레이크 장치는 국소적으로 작용하는 장(locally-acting field)으로서, 몰드 침지 노즐로부터 유출되는 유체 제트의 방향, 속도 프로파일 및 난류 구조와 관련하여, 그 유체 제트에 직접 및 즉각적으로 영향을 준다. 이와 같은 방식으로 수정된 유체 제트에 의해 바람직하게는 용탕 액위에서 해로운 속도 변동의 발생은 적어도 제한되며, 이를 통해 제어될 수 있다. 그렇게 함으로써 달성 가능한 결과로서, 특히 용탕 액위 내 적은 난류 현상, 예컨대 주조 분말 또는 슬래그의 바람직하지 못한 영향의 감소, 및 균일한 온도 분포와 그에 따라 전체적으로 주조 제품의 품질 향상과 주조 속도 증가가 달성된다.

침지 노즐 흐름에 대해 전자기 브레이크 장치의 본 발명에 따른 극 배치 및 극 형성의 집중된 작용을 통해, 브레이크 장치의 요구되는 전력 소요는 매우 낮으며, 가령 통상적으로 장착되는 전기 전력의 약 1/4 내지 1/2에 상당할 뿐이며, 형식 너비에 따라 브레이크 장치를 적응하지 않아도 될 뿐 아니라, 생산량에 따라 장 세기를 조정하기만 하면 된다.

이와 관련하여 브레이크 장치는 실질적으로 직류 전류에 의해 조정 가능한 장 세기와 영구적인 장(permanent field)을 이용하여 작동된다. 그러나 대체되는 실시예에 따라 교류 전류에 의해 가능한 방향 전환 및 가변하는 장 세기를 이용한 작동도 실행될 수 있다.

본 발명에 따른 전자기 브레이크 장치의 극들은 주축이 형성된 임의의 방출 횡단면을 포함하며, 이런 방출 횡단면은 예컨대 삼각형 또는 직사각형으로서, 또는 임의의 다각형으로서 형성될 수 있거나, 또는 호 형태의 윤곽을 갖는 방식으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따라, 극들의 주축들의 배향은, 그 주축들이 극들의 상부에서 1° 내지 89°사이의 각도(α₁)로, 또는 그에 대체되는 실시예에 따라서는 극들의 하부에서 1° 내지 89°사이의 각도(α₂)로 몰드 침지 노즐의 수직 기준선과 교차하는 방식으로 범위 한정되면서 실시된다.

각도(α₁ 또는 α₂)의 설정은 연속 주조 플랜트의 작동 개시 전에 수동으로 극을 회전시키는 것을 통해 조정되거나, 또는 본 발명의 추가 실시예에 따라 연속 주조 플랜트의 작동 중에 가변적으로 극의 동력 구동식 회전(power-operated rotation)을 통해 조정되고, 그런 다음 필요에 따라 변경되되, 각도의 동력 구동식 설정은 예컨대 모터, 유압식 회전 구동장치, 유압 실린더, 또는 공압 실린더에 의해 이루어진다. 극들의 가능한 회전점은 바람직하게는 그 극의 주축에 위치하지만, 대체되는 실시예에 따라 상기 회전점은 극의 형성된 기하 구조에 따라 극의 외부에 배치될 수도 있다.

본 발명의 가능한 실시예에 따라, 코일, 코어 및 요크를 포함하는 전자기 브레이크 장치는 몰드 상에 직접 배치되며, 그럼으로써 전자기 브레이크 장치는 연속 주조 플랜트의 작동 중에 몰드와 함께 진동한다.

본 발명의 추가 가능한 실시예에 따라, 전자기 브레이크 장치는 몰드와 분리되는 방식으로 위치 고정되어 배치되며, 그럼으로써 전자기 브레이크 장치는 몰드의 진동을 함께 수행하지 않는다.

마지막으로, 전자기 브레이크 장치의 분리 역시도 가능하며, 이 경우 예컨대 극 단부들은 몰드 상에 배치되고, 코일, 부분 코어 및 요크는 D상에 배치된다.

본 발명의 추가 장점 및 상세 내용은 다음에서 개략적인 도들에 도시된 실시예들에 따라 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 전자기 브레이크 장치를 포함하는 몰드를 도시한 사시도이다.
도 2는 전자기 브레이크 장치를 포함하는 박슬래브용 몰드를 도시한 측면 단면도이다.
도 3은 전자기 브레이크 장치를 포함하는 박슬래브용 몰드를 도시한 측면 단면도이다.
도 4 및 도 5는 회전 가능한 극들을 포함하는 도 2의 몰드를 서로 다른 각도 위치에서 각각 도시한 측면 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 대체되는 실시예에 따라 형성된 구조의 회전 가능한 극들을 포함하는 몰드를 서로 다른 각도 위치에서 각각 도시한 개략도이다.
도 9는 실례에 따라 형성된 극들을 주축과 함께 도시한 개략도이다.

도 1에는 몰드 침지 노즐(2)의 하부 영역에 배치되는 전자기 브레이크 장치를 포함하는 연속 주조 플랜트의 몰드(1)가 사시도로 도시되어 있다. 코어들(14), 요크(14') 및 자기 코일들(13)로 구성되는 전자기 브레이크 장치는, 본 발명에 따라, 각각의 몰드 광폭 측면(3)마다 2개의 극(10)이 서로 마주보고 위치하도록 배치된다. 2개의 극은 몰드 침지 노즐(2)의 수직 기준선(4)에 대해 대칭을 이루면서 침지 노즐 흐름의 주요 흐름 방향 쪽으로 배향되며, 이 배향은, 극의 방출 횡단면의 주축(12)이 소정의 각도(α₁)로 상기 기준선(4)과 교차하는 방식으로 이루어진다. 침지 노즐 흐름의 주요 흐름 방향 쪽으로 극(10)을 배향시킴으로써, 극들(10) 사이에서 형성되는 자기장 선분(15)에 의해, 몰드(1) 내로 유입되는 유체 제트는 직접적으로 영향을 받게 된다. 도 1의 사시도에 표시되지 않은 침지 노즐 흐름의 주요 흐름 방향은 도 2 내지 도 5의 각각의 측면 단면도에 도시되어 있다.

도 2는 대략 직각을 이루면서 몰드 침지 노즐(1)로부터 측면으로 유출되는 침지 노즐 흐름의 주요 흐름 방향(5)을 갖는 박슬래브용 몰드(1)를 도시하고 있다. 상기 주요 흐름 방향(5)에 상응하게, 몰드 침지 노즐(2)의 하부 영역에서 측면에는, 각각의 극(10)의 방출 횡단면(11_a)의 주축들(12)이 소정의 각도(α)로 몰드 침지 노즐(2)의 수직 기준선과 교차하는 방식으로, 각각의 극(10)이 배치된다. 그로 인한 교차점은 극들(10)의 상부에 위치하기 때문에, 상기 각도는 α₁로 표시되어 있다.

도 3에는 대략 45°를 이루면서 몰드 침지 노즐(2)로부터 측면으로 유출되는 침지 노즐 흐름의 주요 흐름 방향(5)을 갖는 박슬래브용 몰드(1)가 도시되어 있다. 상기 주요 흐름 방향(5)과 관련한 극들(10)의 배치는 도 2에 비해서, 몰드 침지 노즐(2)의 수직 기준선과 각각의 극(10)의 방출 횡단면(11_a)의 주축들(12)의 교차점이 극들(10)의 하부에 위치하는 방식으로 변경되어 있으며, 그에 따라 상기 각도는 각도(α₁)와의 구분을 위해 α₂로 표시되어 있다.

몰드 침지 노즐(2)로부터 유출되는 유체 제트의 변경된 조건에 적응할 수 있도록 도 2에 상응하는 박슬래브 몰드(1)용 전자기 브레이크를 대체되는 실시예에 따라 형성한 구조는 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 본 실시예의 극들(10)은 방출 횡단면(11_a)의 주축들(12) 상에 위치하는 회전점(20)을 중심으로 시계 바늘 방향(18) 또는 그 반대 방향(19)으로 회전 가능하게 형성된다. 도 5에는 두 극(10)이 회전 방향(18 또는 19)에 상응하게 도 4의 원래 위치에 비해 회전되어 있으며, 그럼으로써 도 2 및 도 4의 원래 각도(α₁)는 도 5에서와 같은 새로운 각도(α₁')로 확대된다.

극들(10)이 실례에 따라 회전되어 가능한 상태들은 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다. 방출 횡단면(11_c)이 호 형태의 윤곽을 갖도록 형성된 극들(10)은 유출구(6) 영역에서 몰드 침지 노즐(2)의 수직 기준선에 대해 대칭을 이루는 방식으로 몰드(1)에 배치된다. 도 6은 가정된 출발 위치를 도시하고 있다. 이와 같은 도 6의 출발 위치에 비해, 좌측 극(10)이 회전 방향(18)으로, 다시 말해 시계 바늘 방향으로, 그리고 우측 극(10)은 그 시계 바늘 방향의 반대 방향(19)으로 각각 5°의 각도 값만큼 안쪽을 향해 회전되면, 그로 인해 극들은 도 7에 도시한 위치에 도달한다. 또한, 도 6의 출발 위치에 비해, 20°의 각도 값만큼 바깥쪽을 향해 극들(10)이 회전되면, 도 8에 도시한 극 위치가 제공된다.

본 발명에 따라 극들(10)의 어떤 방출 횡단면(11)이 이용될 수 있는지를 설명하기 위해, 도 9에는 선택할 수 있는 다양한 방출 횡단면(11)이 도시되어 있다. 방출 횡단면(11)은 방출 횡단면(11) 자체의 표시된 주축(12)과 함께 도시되어 있되, 위쪽 열의 도들은 가정된 출발 위치를 도시하며, 아래쪽 열의 도들은 소정의 각도 값만큼 회전 방향(19)으로 회전된 최종 위치를 도시하고 있다. 보다 상세하게는 방출 횡단면들은 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 아래와 같은 순서로 도시되어 있다:

직사각형 방출 횡단면(11_a);

삼각형 방출 횡단면(11_b);

다각형으로서 형성된 방출 횡단면(11_c); 및

타원형 방출 횡단면(11_d).

1: 몰드
2: 몰드 침지 노즐(mold submerged entry nozzle)
3: 몰드 광폭 측면
4: 몰드 침지 노즐의 수직 기준선
5: 침지 노즐 흐름의 주요 흐름 방향
6: 몰드 침지 노즐의 유출구
10: 극(pole)
11_a-e: 극의 방출 횡단면
12: 극의 방출 횡단면의 주축(primary axis)
13: 자기 코일(magnetic coil)
14: 코어(core)
14': 요크(yoke)
15: 자기장 선분(magnetic field line)
16: 극의 상부에서의 교차점
17: 극의 하부에서의 교차점
18: 회전 방향(시계 바늘 방향)
19: 회전 방향(시계 바늘 반대 방향)
20: 회전점
α₁: 극의 상부에서 교차점을 갖는 극의 방출 횡단면 내 주축과 몰드 침지 노즐의 수직 기준선 사이의 각도
α₂: 극의 상부에서 교차점을 갖는 극의 방출 횡단면 내 주축과 몰드 침지 노즐의 수직 기준선 사이의 각도

Claims (1)

1. 제품 품질의 향상을 위해, 코어들(14) 및 요크(14')를 구비하여 형성되고, 생성되는 자기장 작용을 통해서는 몰드(1) 내 액상 금속 내부의 흐름 조건에 영향을 주는 코일들(13)로 구성되는 전자기 브레이크 장치를 장착한 연속 주조 플랜트에서, 750 내지 3500mm의 형식 너비와 30 내지 500mm의 형식 두께를 갖는 슬래브 및 박슬래브 제품을 제조하기 위해 액상 금속을 주조하기 위한 주조 방법으로서,
   몰드 침지 노즐(2)로부터 유출되는 유체 제트에 직접 및 즉각적인 전자기 영향을 주기 위해, 각각의 몰드 광폭 측면(3)마다, 상기 몰드 침지 노즐(2)의 수직 기준선(4)에 대해 대칭을 이루면서 배치되는 2개 이상의 극이 제공되고,
   각각의 몰드 광폭 측면(3)의 상기 2개 이상의 극은 자체의 방출 횡단면들(11_a-e)의 주축들(12)이 몰드 침지 노즐의 수직 기준선(4)에 대하여 소정의 각도를 이루도록 배향되며,
   상기 전자기 브레이크 장치는 직류 전류에 의한 영구적인 장(field)으로 작동되는, 상기 주조 방법에 있어서,
   각도(α₁)는 상기 연속 주조 플랜트의 작동 중에 가변적으로 상기 극들의 수동 또는 동력 구동식 회전을 통해 조정되며,
   상기 주축들(12)의 배향은, 상기 극들(10)의 주축들(12)이 상기 극들(10)의 상부에서 1°와 89° 사이의 각도(α₁)로 상기 몰드 침지 노즐(2)의 수직 기준선(4)과 교차하는 방식으로 범위 한정되면서 실시되며,
   상기 브레이크 장치의 장(field) 세기는 상기 몰드(1)의 생산량에 따라 조정되며,
   상기 극(10)의 가능한 회전점(20)은 그 극 자체의 주축(12) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 주조 방법.

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