KR20190137472A - Continuous casting system capable of suppressing vortex core in mold - Google Patents

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KR20190137472A
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vortex
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vortex core
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mold member
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박일석
이종희
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

According to one embodiment, a continuous casting system capable of suppressing a vortex core in a mold comprises a tundish member for draining a molten metal accommodated therein, a mold member having an inflow port into which the molten metal drained from the tundish member is provided, and a vortex core suppression part arranged on the outside of the mold member to suppress a generation of a vortex core from a molten surface during the inflow of the molten metal; and the vortex core suppression part can apply a magnetic field to the molten metal to disassemble a three-dimensional Taylor vortex structure in the molten metal.

Description

몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템{CONTINUOUS CASTING SYSTEM CAPABLE OF SUPPRESSING VORTEX CORE IN MOLD}CONTINUOUS CASTING SYSTEM CAPABLE OF SUPPRESSING VORTEX CORE IN MOLD}

본 발명은 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부에서 자기장을 인가하여 용탕의 몰드 부재 내 유입 중에 발생되는 테일러 보텍스 구조를 해체시키는 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous casting system capable of suppressing a vortex core in a mold, and more particularly, to suppress a vortex core in a mold that disassembles the Taylor vortex structure generated during inflow of the molten metal by applying a magnetic field from the outside. A continuous casting system is possible.

액체가 작은 배수구로 배수되는 동안 자유표면 와류 유동이 발생한다. 배수 전 액체가 채워진 용기를 회전시킨 후 배수하게 되면 자유표면에는 딤플(dimple) 또는 보텍스 코어가 생성되고, 아랫 방향으로 발달하여 배수구까지 연장되는 가느다란 기둥 형태의 기체 영역이 나타난다. 자유표면 와류 유동은 연속 주조 공정, 펌프를 이용한 수송, 액체 연료 분사 등의 경우에 관찰된다. 하지만 이러한 와류 유동은 액체의 질량 유량을 감소시키고, 불필요한 기체를 유입시켜서 기계설비 손상과 효율을 감소시키게 된다.Free surface vortex flow occurs while the liquid is drained to a small drain. Rotating the container filled with the liquid before draining and then draining creates a dimple or vortex core on the free surface, and shows a gas column in the form of a columnar shape that extends downward to the drain. Free surface vortex flow is observed in continuous casting processes, pumped transport, liquid fuel injection, and the like. However, this vortex flow reduces the mass flow rate of the liquid and introduces unnecessary gas, which reduces mechanical damage and efficiency.

이에 자유표면 와류 유동의 생성을 억제하거나 지연시키는 방법들이 연구되어 왔다.Therefore, methods for suppressing or retarding the generation of free surface vortex flow have been studied.

Gowda 등은 접시 형태의 와류 억제 장치를 제안하였다.Gowda et al. Proposed a vortex suppression device in the form of a dish.

Gowda 및 Udhayakumar는 날개 형태의 억제 장치를 사용하였다.Gowda and Udhayakumar used wing shaped suppressors.

Sohn 등은 배수구를 용기 바닥의 정중앙이 아닌 편심 위치에 놓고 물을 배수하는 실험 연구를 통해서 편심 길이에 따른 자유표면 와류 유동을 분석하였다.Sohn et al. Analyzed the free surface vortex flow according to the eccentric length through an experimental study in which the drain was placed in an eccentric position rather than the center of the bottom of the vessel.

Ramamurthi 및 Tharakan은 일반적인 원기둥 형태의 배수구 대신 계단 형태와 bellmouth 형태의 배수구를 제안하고 실험을 통해서 배수구 모양이 와류 억제에 미치는 영향을 연구하였다.Ramamurthi and Tharakan proposed stairway and bellmouth type drains instead of general cylindrical drains and studied the effect of drainage on vortex suppression through experiments.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The background art described above is possessed or acquired by the inventors in the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technology disclosed to the general public before the present application.

일 실시예에 따른 목적은 몰드 부재의 형상 변경 또는 구조물의 추가 없이 외부에서 자기장을 인가하여 용탕의 몰드 부재 내 유입 중에 발생되는 3차원적인 테일러 보텍스 구조(3-dimensional taylor vortex structure)를 간단하게 파괴 또는 해체시킬 수 있는 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to simply destroy the 3-dimensional taylor vortex structure generated during inflow into the mold member of the melt by applying a magnetic field from the outside without changing the shape of the mold member or adding the structure. Another object is to provide a continuous casting system capable of suppressing a vortex core in a mold that can be dismantled.

일 실시예에 따른 목적은 전자기적 제어를 통하여 용탕의 몰드 부재 내 유입 중에 보텍스 코어(vortex core) 또는 에어 코어(air core)의 발생 또는 유입 포트를 통한 보텍스 코어 또는 에어 코어의 배출을 효과적으로 억제할 수 있는 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to effectively suppress the generation of vortex cores or air cores or the discharge of vortex cores or air cores through inlet ports during inflow into the mold member of the melt through electromagnetic control. It is to provide a continuous casting system capable of suppressing the vortex core in the mold.

일 실시예에 따른 목적은 연속주조 몰드 탕면에서 발생하는 보텍스 코어 현상으로 탕면 몰드 플럭스들이 주조품 내부에 국소적으로 침투되어 주조품의 불량이 초래되는 것을 방지할 수 있는 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is a vortex core phenomenon occurring in a continuous casting mold surface, which enables continuous suppression of the vortex core in a mold, which can prevent the penetration of the mold surface flux locally into the casting. It is to provide a casting system.

일 실시예에 따른 목적은 보텍스 코어 형태의 기체 유입 현상의 근본 원인인 링 형태로 마련된 테일러 보텍스 구조를 해체시킬 수 있는 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to provide a continuous casting system capable of suppressing a vortex core in a mold capable of dismantling a Taylor vortex structure provided in a ring form, which is the root cause of the gas inflow phenomenon in the form of a vortex core.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템은, 내부에 수용된 용탕이 배수되는 턴디시 부재; 상기 턴디시 부재로부터 배수된 용탕이 유입되는 유입 포트를 구비하는 몰드 부재; 및 상기 몰드 부재의 외측에 배치되어 상기 용탕의 유입 중에 탕면으로부터 보텍스 코어(vortex core)의 발생을 억제하는 보텍스 코어 억제부;를 포함하고, 상기 보텍스 코어 억제부는 상기 용탕에 자기장을 인가하여, 상기 용탕 내 3차원적인 테일러 보텍스 구조(3-dimensional taylor vortex structure)를 해체시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a continuous casting system capable of suppressing a vortex core in a mold, including: a tundish member for discharging molten metal contained therein; A mold member having an inflow port through which the melted water drained from the tundish member flows; And a vortex core suppression unit disposed outside the mold member to suppress generation of a vortex core from a molten surface during the inflow of the molten metal, wherein the vortex core suppression unit applies a magnetic field to the molten metal, The three-dimensional taylor vortex structure in the melt can be dismantled.

일 측에 의하면, 상기 자기장은 상기 용탕의 상기 유입 포트를 통한 유입 방향에 대하여 수직하는 방향으로 인가될 수 있다.According to one side, the magnetic field may be applied in a direction perpendicular to the inflow direction through the inflow port of the molten metal.

일 측에 의하면, 상기 자기장은 상기 몰드 부재의 상부로부터 상기 몰드 부재의 상단을 향하는 방향으로 또는 상기 몰드 부재의 하부로부터 상기 몰드 부재의 하단을 향하는 방향으로 인가될 수 있다.According to one side, the magnetic field may be applied in a direction from the top of the mold member toward the top of the mold member or in a direction from the bottom of the mold member toward the bottom of the mold member.

일 측에 의하면, 상기 보텍스 코어 억제부는 영구 자석 또는 전자석으로 마련되고, 상기 보텍스 코어 억제부는 상기 몰드 부재의 상부, 하부 또는 측면부에 배치될 수 있다.According to one side, the vortex core suppression portion may be provided with a permanent magnet or an electromagnet, the vortex core suppression portion may be disposed on the upper, lower or side portions of the mold member.

일 측에 의하면, 상기 자기장은 상기 용탕의 보텍스 유동과 상호 작용을 통해서 유도 전류를 발생시키고, 상기 유도 전류 및 상기 자기장의 상호 작용에 의해서 전자기력 또는 로렌츠 힘이 생성되며, 상기 전자기력 또는 로렌츠 힘이 상기 용탕의 보텍스 유동에 반대되는 방향으로 작용될 수 있다.According to one side, the magnetic field generates an induced current through interaction with the vortex flow of the molten metal, an electromagnetic force or Lorentz force is generated by the interaction of the induced current and the magnetic field, the electromagnetic force or Lorentz force is It may act in a direction opposite to the vortex flow of the melt.

일 측에 의하면, 상기 보텍스 코어 억제부는 Ha 수가 4.5 초과 및 45 이하 범위가 되도록 상기 자기장의 세기를 제어하고, 상기 Ha 수는 상기 용탕의 점성력에 대한 상기 용탕에 인가되는 자기장 및 유도 전류에 의한 전자기력의 비가 될 수 있다.According to one side, the vortex core suppression unit controls the strength of the magnetic field so that the Ha number is in the range of more than 4.5 and 45 or less, the Ha number is the electromagnetic force due to the magnetic field and the induced current applied to the melt with respect to the viscosity of the melt It can be raining.

일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템에 의하면, 몰드 부재의 형상 변경 또는 구조물의 추가 없이 외부에서 자기장을 인가하여 용탕의 몰드 부재 내 유입 중에 발생되는 3차원적인 테일러 보텍스 구조(3-dimensional taylor vortex structure)를 간단하게 파괴 또는 해체시킬 수 있다.According to the continuous casting system capable of suppressing the vortex core in the mold according to an embodiment, the three-dimensional Taylor vortex structure generated during inflow into the mold member of the molten metal by applying a magnetic field from the outside without changing the shape of the mold member or adding the structure (3-dimensional taylor vortex structure) can be easily destroyed or dismantled.

일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템에 의하면, 전자기적 제어를 통하여 용탕의 몰드 부재 내 유입 중에 보텍스 코어(vortex core) 또는 에어 코어(air core)의 발생 또는 유입 포트를 통한 보텍스 코어 또는 에어 코어의 배출을 효과적으로 억제할 수 있다.According to the continuous casting system capable of suppressing the vortex core in the mold according to an embodiment, the generation or inflow port of the vortex core or the air core during inflow into the mold member of the molten metal is controlled through electromagnetic control. It is possible to effectively suppress the discharge of the vortex core or air core through.

일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템에 의하면, 연속주조 몰드 탕면에서 발생하는 보텍스 코어 현상으로 탕면 몰드 플럭스들이 주조품 내부에 국소적으로 침투되어 주조품의 불량이 초래되는 것을 방지할 수 있다.According to the continuous casting system capable of suppressing the vortex core in the mold according to an embodiment, the vortex core phenomenon occurring at the continuous casting mold molten surface prevents the surface mold fluxes from being locally penetrated into the casting to cause defects in the casting. can do.

일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템에 의하면, 보텍스 코어 형태의 기체 유입 현상의 근본 원인인 링 형태로 마련된 테일러 보텍스 구조를 해체시킬 수 있다.According to the continuous casting system capable of suppressing the vortex core in the mold according to an embodiment, the Taylor vortex structure provided in the ring form, which is the root cause of the gas inflow phenomenon in the form of the vortex core, may be dismantled.

도 1은 일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템을 도시한다.
도 2a 및 2b는 몰드 부재의 외측에 보텍스 코어 억제부가 배치된 모습을 도시한다.
도 3은 몰드 부재 내 용탕의 유입 중에 자유표면에서 보텍스 코어가 발생되는 모습을 도시한다.
도 4(a) 및 (b)는 회전 중인 용기 내부 입자의 유적선 및 배수 후 시간에 따른 속도 벡터와 유선을 도시한다.
도 5는 3차원적인 테일러 보텍스 구조를 도시한다.
도 6(a) 내지 (c)는 Hartmann 수에 따른 자유표면의 발달을 도시한다.
도 7은 Hartmann 수에 따른 배수 시간 동안 액체 높이 변화를 도시한다.
도 8은 Hartmann 수에 따른 배수 시간 동안 배수 속도 변화를 도시한다.
도 9(a) 내지 (f)는 Hartmann 수에 따른 속도 벡터 및 원주방향 와도를 도시한다.
도 10(a) 내지 (f)는 Hartmann 수가 4.5인 경우, 다양한 배수 시간에서 중앙 평면 및 자유표면 상의 무차원 전위를 도시한다.
도 11(a) 및 (b)는 Hartmann 수가 4.5인 경우, (a) 전기장 벡터 및 (b) 속도 및 자기장 사이의 벡터곱에 기초하여 다양한 배수 시간에서 전류 밀도의 벡터 플롯을 도시한다.
도 12(a) 내지 (e)는 Hartmann 수가 4.5인 경우, 다양한 배수 시간에 따른 자유표면 상의 3차원 전류 밀도 벡터를 도시한다.
도 13(a) 내지 (c)는 Hartmann 수에 따른 무차원 로렌츠 힘의 벡터 플롯을 도시한다.
도 14는 Hartmann 수에 따른 평균 무차원 로렌츠 힘의 시간 변화를 도시한다.
도 15(a) 내지 (f)는 Hartmann 수에 따른 축방향 속도 프로파일 및 선회 속도 프로파일을 도시한다.1 illustrates a continuous casting system capable of suppressing a vortex core in a mold according to one embodiment.
2A and 2B illustrate a state in which the vortex core suppressor is disposed outside the mold member.
Figure 3 shows the appearance of the vortex core on the free surface during the inflow of the molten metal in the mold member.
4 (a) and 4 (b) show the velocity vector and streamline over time after the drainage and drainage of particles in the vessel in rotation.
5 illustrates a three dimensional Taylor Vortex structure.
6 (a)-(c) show the development of the free surface according to the Hartmann number.
7 shows the liquid height change during drainage time according to Hartmann number.
8 shows the change in drainage rate during drainage time according to Hartmann number.
9 (a)-(f) show velocity vectors and circumferential vortices according to Hartmann number.
10 (a)-(f) show the dimensionless dislocations on the central plane and free surface at various drainage times when the Hartmann number is 4.5.
11 (a) and (b) show vector plots of current density at various drainage times based on (a) electric field vector and (b) vector product between velocity and magnetic field, when Hartmann number is 4.5.
12 (a)-(e) show three-dimensional current density vectors on the free surface with varying drainage times when the Hartmann number is 4.5.
13 (a)-(c) show vector plots of dimensionless Lorentz forces according to Hartmann number.
FIG. 14 shows the time change of the mean dimensionless Lorentz force with the Hartmann number.
15 (a)-(f) show the axial speed profile and the swing speed profile according to the Hartmann number.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In addition, in describing the embodiment, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but between components It will be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in any one embodiment and components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, the description in any one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions thereof will be omitted in the overlapping range.

도 1은 일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템을 도시하고, 도 2a 및 2b는 몰드 부재의 외측에 보텍스 코어 억제부가 배치된 모습을 도시하고, 도 3은 몰드 부재 내 용탕의 유입 중에 자유표면에서 보텍스 코어가 발생되는 모습을 도시하고, 도 4(a) 및 (b)는 회전 중인 용기 내부 입자의 유적선 및 배수 후 시간에 따른 속도 벡터와 유선을 도시하고, 도 5는 3차원적인 테일러 보텍스 구조를 도시한다.FIG. 1 illustrates a continuous casting system capable of suppressing a vortex core in a mold according to an embodiment, FIGS. 2A and 2B illustrate a state in which a vortex core suppressor is disposed outside the mold member, and FIG. 4 shows the vortex cores generated on the free surface during the inflow of the melt, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the recline of the particles inside the rotating vessel and the velocity vector and streamline over time after draining, and FIG. 5 shows a three-dimensional Taylor vortex structure.

도 1 및 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템(10)은 레이들 부재(100), 턴디시 부재(200), 몰드 부재(300), 압연 부재(400) 및 보텍스 코어 억제부(500)를 포함할 수 있다.1 and 2, a continuous casting system 10 capable of suppressing a vortex core in a mold according to an embodiment may include a ladle member 100, a tundish member 200, a mold member 300, and a rolling member. 400 and the vortex core suppression unit 500 may be included.

상기 레이들 부재(100)는 용융 금속과 같은 용탕(L)이 수용될 수 있다.The ladle member 100 may accommodate a molten metal (L) such as molten metal.

이때, 레이들 부재(100)의 하부에는 턴디시 부재(200)가 배치되어, 용탕(L)이 레이들 부재(100)의 하단으로부터 턴디시 부재(200)의 상부에 전달될 수 있다.At this time, the tundish member 200 is disposed below the ladle member 100, so that the molten metal L may be transferred from the lower end of the ladle member 100 to the upper portion of the tundish member 200.

상기 턴디시 부재(200)는 레이들 부재(100)에 수용된 용탕(L)을 몰드 부재(300)로 원활히 공급하기 위한 버퍼(buffer)이며, 몰드 부재(300)에 공급되는 유량을 제어하고, 일정한 주조 속도를 유지하기 위해서 적절한 양의 용탕(L)을 담아서 보관할 수 있다.The tundish member 200 is a buffer for smoothly supplying the molten metal L contained in the ladle member 100 to the mold member 300, and controls a flow rate supplied to the mold member 300. An appropriate amount of molten metal (L) may be contained and stored in order to maintain a constant casting speed.

더 나아가서, 턴디시 부재(200)는 용탕(L) 중 비금속 개재물의 부상 분리를 촉진하기 위한 정련 용기로서의 기능이 강화되고 있다.Furthermore, the tundish member 200 is strengthening its function as a refining vessel for promoting floating separation of nonmetallic inclusions in the molten metal L. As shown in FIG.

또한, 턴디시 부재(200)의 하부에는 몰드 부재(300)가 배치될 수 있다.In addition, the mold member 300 may be disposed under the tundish member 200.

상기 몰드 부재(300)의 상단이 개방되어 몰드 부재(300)의 상부에서 용탕의 자유표면, 다시 말해서 탕면이 형성될 수 있다.An upper end of the mold member 300 may be opened to form a free surface of the molten metal, that is, a molten surface at the upper portion of the mold member 300.

또한, 몰드 부재(300)의 상부에는 노즐 요소(310)가 배치될 수 있다.In addition, a nozzle element 310 may be disposed above the mold member 300.

상기 노즐 요소(310)의 상부는 턴디시 부재(200)의 하단과 연통될 수 있고, 노즐 요소(310)의 하부는 몰드 부재(300) 내에 배치될 수 있다.An upper portion of the nozzle element 310 may be in communication with a lower end of the tundish member 200, and a lower portion of the nozzle element 310 may be disposed in the mold member 300.

여기에서는 노즐 요소(310)가 몰드 부재(300)의 구성요소인 것으로 설명되었으나, 노즐 요소(310)가 턴디시 부재(200)의 하단에 연결될 수 있음은 당연하다.Although the nozzle element 310 has been described herein as being a component of the mold member 300, it is obvious that the nozzle element 310 may be connected to the bottom of the tundish member 200.

또한, 노즐 요소(310)의 하부 외측면에는 복수 개의 유입 포트(312)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 유입 포트(312)가 노즐 요소(310)의 외측면에 원주방향을 따라서 이격 배치될 수 있다.In addition, a plurality of inlet ports 312 may be provided on the lower outer surface of the nozzle element 310. For example, a plurality of inlet ports 312 may be spaced apart along the circumferential direction on the outer surface of the nozzle element 310.

이에 의해서 턴디시 부재(200)의 하단에서 배수된 용탕(L)이 노즐 요소(310)의 하부 외측면에 구비된 복수 개의 유입 포트(312)를 통해서 몰드 부재(300) 내에 유입될 수 있다.As a result, the molten metal L drained from the lower end of the tundish member 200 may be introduced into the mold member 300 through the plurality of inflow ports 312 provided on the lower outer surface of the nozzle element 310.

이때, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 복수 개의 유입 포트(312)를 통해서 몰드 부재(300) 내에 유입된 용탕(L)의 일부는 몰드 부재(300)의 상부 또는 탕면을 향하여 굴곡 형성되도록 보텍스가 발생되거나, 복수 개의 유입 포트(312)를 통해서 몰드 부재(300) 내에 유입된 용탕(L)의 다른 일부는 몰드 부재(300)의 하부를 향하여 굴곡 형성되도록 보텍스가 발생될 수 있다.In this case, as shown in FIGS. 2A and 2B, a part of the molten metal L introduced into the mold member 300 through the plurality of inflow ports 312 may be formed to be bent toward the upper surface or the melt surface of the mold member 300. A vortex may be generated or a vortex may be generated such that another portion of the molten metal L introduced into the mold member 300 through the plurality of inflow ports 312 may be bent toward the lower portion of the mold member 300.

한편, 몰드 부재(300)에서 탕면에는 몰드 플럭스가 주입될 수 있다.Meanwhile, mold flux may be injected into the molten surface of the mold member 300.

몰드 플럭스는 정련 기능뿐만 아니라 열전달 제어 기능 및 윤활 기능을 위한 것으로서, 탕면 상에 유지되는 것이 바람직할 수 있다.The mold flux is not only for the refining function but also for the heat transfer control function and the lubrication function, and may be preferably maintained on the hot water surface.

다시 도 1을 참조하여, 몰드 부재(300)의 하부에는 압연 부재(400)가 배치될 수 있다.Referring back to FIG. 1, the rolling member 400 may be disposed below the mold member 300.

구체적으로, 용탕(L)이 몰드 부재(300) 내의 형상으로 만들어진 후에, 압연 부재(400)를 통과함으로써, 예를 들어 슬래브(S)와 같은 주조품이 제조될 수 있다.Specifically, after the molten metal L is made into the shape in the mold member 300, the casting product, for example, the slab S, may be manufactured by passing through the rolling member 400.

전술된 바와 같이 복수 개의 유입 포트(312)를 통해서 몰드 부재(300) 내에 용탕(L)이 유입되는 중에 유입 포트(312) 주변에 보텍스가 발생되는데, 이에 대하여 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.As described above, the vortex is generated around the inflow port 312 while the molten metal L is introduced into the mold member 300 through the plurality of inflow ports 312, which will be described in more detail as follows.

특히, 도 3을 참조하여, 용탕(L)이 유입 포트(312)를 통하여 유입될 때, 탕면으로부터 보텍스 코어(vortex core) 또는 에어 코어(air core)가 발생될 수 있다.In particular, referring to FIG. 3, when the molten metal L is introduced through the inflow port 312, a vortex core or an air core may be generated from the hot water surface.

또한, 도 4(a)를 참조하여, 아직 배수가 진행되지 않은 상태에서 용기 내부에서 회전 중인 입자의 유적선(pathline)을 보면, 자유표면의 입자가 보텍스 코어의 중심으로 빨려 들어가고 하강 흐름을 타고 용기의 바닥으로 강하하는 것을 볼 수 있다. 바닥으로 이동한 입자는 바닥벽을 타고 회전하면서 점점 측벽으로 이동하며 측벽 주변에 형성된 상승 흐름을 타고 나선형으로 회전하면서 다시 상층부로 이동하는 Ekman spiral suction 흐름을 보인다. 이러한 유동 특성은 배수 후 용기의 중심부에 강한 하강 기류를 형성하는데 도움을 줘 보텍스 코어 현상을 촉진시킨다.In addition, referring to Figure 4 (a), when looking at the pathline of the particles that are rotating inside the vessel in the state that the drainage has not yet progressed, the particles of the free surface is sucked into the center of the vortex core and ride down the flow You can see it descending to the bottom of the container. Particles that have migrated to the bottom move toward the sidewalls as they rotate through the bottom wall, rotating in an upward flow formed around the sidewalls, showing an Ekman spiral suction flow back to the upper layer. This flow characteristic helps to create a strong downdraft in the center of the vessel after draining, thus promoting the vortex core phenomenon.

도 4(b)를 참조하여, 배수 후, 시간에 따른 속도 벡터(대칭축 왼쪽)와 유선(대칭축 오른쪽)을 확인할 수 있다. 이때, 속도 벡터는 선회속도 성분을 제외한 반경방향 속도와 축방향 속도를 나타낸다.Referring to FIG. 4 (b), after the drainage, the velocity vector (left of the symmetry axis) and the streamline (right of the symmetry axis) according to time can be confirmed. At this time, the velocity vector represents the radial velocity and the axial velocity except the revolution speed component.

배수가 시작되면 중심에는 축방향 벡터성분이 바닥에서부터 자유표면 부근까지 전체적으로 분포하게 된다. 배수 초반부터 측벽 부근에는 원주방향 중심축을 가지는 복잡한 테일러 보텍스(Taylor vortex)가 형성되고 있다.At the start of the drainage, the axial vector component is distributed throughout the center from the bottom to the free surface. From the beginning of the drainage, a complex Taylor vortex with a circumferential central axis is formed near the side wall.

배수가 진행됨에 따라 중심부와 측벽 부근이 서로 다른 회전유동 구조를 가지게 되는데, 중심부에는 Ekman spiral 흐름의 영향으로 측벽 부근에서 유입된 입자들이 각운동량 보존에 의해 축방향 중심축을 가지는 강한 하강 선회류를 형성하며, 측벽 부근에서는 테일러 보텍스의 크기가 확대되며 주변 전도성 액체들을 원주방향 중심축을 가지는 테일러 보텍스 구조 속에 가두는 경향을 보이고 있다.As the drainage proceeds, the central and side walls have different rotational flow structures.In the center, the particles flowing in the vicinity of the sidewalls form a strong descending vortex with an axial central axis due to the conservation of angular momentum under the influence of the Ekman spiral flow. In the vicinity of the sidewalls, the Taylor vortex increases in size and tends to trap surrounding conductive liquids in a Taylor vortex structure with a circumferential central axis.

결국 포트로부터 발생하는 강한 하강 운동량이 용기의 중심부로만 전달되어 중심부에서 보텍스 코어가 포트 쪽으로 급격하게 빨려드는 보텍스 코어 현상이 발생한다.As a result, a strong descending momentum generated from the port is transmitted only to the center of the container, and a vortex core phenomenon occurs in which the vortex core is rapidly sucked toward the port.

따라서, 도 5 도시된 바와 같이, 용기로부터 액체가 배수되는 중에 용기 내에 3차원적인 테일러 보텍스 구조(3-dimensional taylor vortex structure)가 생성될 수 있다.Thus, as shown in FIG. 5, a three-dimensional taylor vortex structure can be created in the vessel while the liquid is drained from the vessel.

이때, 3차원적인 테일러 보텍스 구조는 서로에 대하여 반대되는 방향으로 회전하는 테일러 보텍스 링이 적층된 구조로 마련될 수 있다.In this case, the three-dimensional Taylor vortex structure may be provided in a structure in which a Taylor vortex ring rotating in a direction opposite to each other is stacked.

또한, 적층된 테일러 보텍스 링들의 중앙을 관통하고 수직축으로 회전하는 강한 보텍스 유동(또는 와류 유동)이 공존한다. 배수가 진행됨에 따라서 이러한 간단한 적층된 링 구조가 혼란스러워지기는 하나, 배수가 종료될 때까지 원주방향 중심축을 따라서 회전하는 보텍스 구조가 계속 존재하면서 배수에 직접적으로 관여하지 않는 액체를 용기의 측면 영역에 가두는 것이 명확해진다.In addition, there is a strong vortex flow (or vortex flow) that passes through the center of the stacked Taylor vortex rings and rotates on a vertical axis. This simple stacked ring structure becomes confusing as the drainage proceeds, but the lateral area of the vessel holds liquid that is not directly involved in the drainage while the vortex structure continues to rotate along the circumferential central axis until the drainage ends. It becomes clear that it is imprisoned.

이러한 3차원적인 테일러 보텍스 구조의 작용에 의해서, 용기의 유효 직경이 용기의 실제 직경보다 훨씬 작아진다. 또한, 이러한 현상에 기초하여, 중앙에 배치된 전도성 액체만이 급격하게 배수되고, 결론적으로 액체의 자유표면으로부터 보텍스 코어가 형성되게 된다.By the action of this three-dimensional Taylor vortex structure, the effective diameter of the container is much smaller than the actual diameter of the container. Further, based on this phenomenon, only the centrally disposed conductive liquid is drained rapidly, and consequently, the vortex core is formed from the free surface of the liquid.

이와 같이 몰드 부재(300) 내에 탕면으로부터 형성되는 보텍스 코어는 보텍스 코어 억제부(500)에 의해서 제거 또는 억제될 수 있다.As such, the vortex core formed from the water surface in the mold member 300 may be removed or suppressed by the vortex core suppression unit 500.

상기 보텍스 코어 억제부(500)는 몰드 부재(300)의 외측에 배치될 수 있다.The vortex core suppression unit 500 may be disposed outside the mold member 300.

구체적으로, 보텍스 코어 억제부(500)는 몰드 부재(300) 내에 탕면으로부터 보텍스 코어가 형성되는 위치의 외측에 배치될 수 있다.Specifically, the vortex core suppression unit 500 may be disposed outside the position where the vortex core is formed from the surface of the mold member 300.

또한, 보텍스 코어 억제부(500)는 영구자석 또는 전자석 등과 같이 다양한 종류 또는 다양한 형상의 자석으로 마련되어, 용탕에 대하여 자기장(M)을 인가할 수 있다. 이때, 보텍스 코어 억제부(500)의 배치 또는 구성은 용탕에 대하여 자기장(M)을 인가할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.In addition, the vortex core suppression unit 500 may be formed of magnets of various kinds or shapes, such as permanent magnets or electromagnets, and may apply a magnetic field M to the molten metal. At this time, the arrangement or configuration of the vortex core suppression unit 500 may be any if the magnetic field (M) can be applied to the molten metal.

예를 들어, 보텍스 코어 억제부(500)는 적어도 하나의 말굽형으로 된 영구자석 또는 전자석을 포함하여 몰드 부재(300)의 외측의 적어도 일부를 감싸도록 배치되거나, 보텍스 코어 억제부(500)는 복수 개의 일자형으로 된 영구자석 또는 전자석을 포함하여 몰드 부재(300)의 외측을 따라서 서로 이격 배치될 수 있다.For example, the vortex core suppression unit 500 is disposed to surround at least a part of the outside of the mold member 300 including at least one horseshoe-shaped permanent magnet or an electromagnet, or the vortex core suppression unit 500 is It may be spaced apart from each other along the outside of the mold member 300, including a plurality of straight-shaped permanent magnets or electromagnets.

또는, 보텍스 코어 억제부(500)는 몰드 부재(300)의 외측에서 몰드 부재(300)의 길이방향을 따라서 연장되게 형성되거나, 몰드 부재(300)의 길이방향을 따라서 서로 이격 배치될 수 있고, 몰드 부재(300)의 외측에서 몰드 부재(300)의 폭 방향을 따라서 연장되게 형성되거나, 몰드 부재(300)의 폭 방향을 따라서 서로 이격 배치될 수 있다.Alternatively, the vortex core suppression unit 500 may be formed to extend along the longitudinal direction of the mold member 300 at the outside of the mold member 300, or may be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the mold member 300. The outside of the mold member 300 may be formed to extend along the width direction of the mold member 300, or may be spaced apart from each other along the width direction of the mold member 300.

도 2a 및 2b에는 보텍스 코어 억제부(500)가 몰드 부재(300)의 상부 또는 하부에 배치되는 것으로 도시되었으나, 보텍스 코어 억제부(500)의 배치는 이에 국한되지 아니하며, 몰드 부재(300)의 측면부에 배치되어, 몰드 부재(300) 내에 수용된 용탕(L)에 대하여 자기장(M)을 인가할 수 있다.2A and 2B, the vortex core suppression unit 500 is illustrated as being disposed above or below the mold member 300, but the arrangement of the vortex core suppression unit 500 is not limited thereto. The magnetic field M may be applied to the molten metal L disposed in the side surface portion and accommodated in the mold member 300.

또한, 도면에는 보텍스 코어 억제부(500)의 고정 구조에 대하여 구체적으로 도시되지는 않았으나, 보텍스 코어 억제부(500)는 몰드 부재(300)의 외측에서 별도의 고정 부재에 장착될 수 있음은 당연하다.Also, although not shown in detail with respect to the fixing structure of the vortex core suppression unit 500, it is natural that the vortex core suppression unit 500 may be mounted on a separate fixing member from the outside of the mold member 300. Do.

구체적으로, 보텍스 코어 억제부(500)는 용탕(L)의 유입 포트(312)를 통한 유입 방향에 대하여 수직하는 방향으로 인가될 수 있다. 예를 들어, 자기장(M)은 몰드 부재(300)의 상부로부터 몰드 부재(300)의 상단을 향하는 방향으로 또는 몰드 부재(300)의 하부로부터 몰드 부재(300)의 하단을 향하는 방향으로 인가될 수 있다.Specifically, the vortex core suppression unit 500 may be applied in a direction perpendicular to the inflow direction through the inflow port 312 of the molten metal (L). For example, the magnetic field M may be applied in a direction from the top of the mold member 300 toward the top of the mold member 300 or from the bottom of the mold member 300 toward the bottom of the mold member 300. Can be.

전술된 바와 같이, 보텍스 코어 억제부(500)는 몰드 부재(300)의 외측에서 경우에 따라서 용탕(L)에 대하여 자기장(M)을 인가하는 방향 또는 자기장(M)의 세기를 조절할 수 있다.As described above, the vortex core suppression unit 500 may adjust the strength of the magnetic field M or the direction in which the magnetic field M is applied to the molten metal L in some cases from the outside of the mold member 300.

이와 같이 보텍스 코어 억제부(500)에서 용탕(L)에 대하여 자기장(M)을 인가할 경우, 자기장(M)은 용탕(L)의 보텍스 유동(vortex flow)과 상호 작용을 통해서 유도 전류를 발생시키고, 유도 전류 및 자기장(M)의 상호 작용을 통해서 전자기력 또는 로렌츠 힘이 생성될 수 있다.As described above, when the vortex core suppressor 500 applies the magnetic field M to the molten metal L, the magnetic field M generates an induced current through interaction with the vortex flow of the molten metal L. And through the interaction of the induced current and the magnetic field M, an electromagnetic force or a Lorentz force can be generated.

구체적으로, 몰드 부재(300)에 용탕(L)이 유입되는 중에 노즐 요소(310)의 외측에 서로에 대하여 반대되는 방향으로 회전하는 테일러 보텍스 링이 적층된 구조를 갖는 3차원적인 테일러 보텍스 구조가 생성되므로, 보텍스 코어 억제부(500)에 의해서 일정한 방향 및 일정한 세기로 자기장(M)이 인가되더라도, 유도 전류, 또는 전자기력 또는 로렌츠 힘 또한 3차원적인 테일러 보텍스 구조 내에서 서로 다른 방향으로 생성될 수 있다. 이와 같이 보텍스 코어 억제부(500)는 일정한 방향 및 일정한 세기로 용탕(L)에 대하여 자기장(M)을 인가할 수 있다.Specifically, a three-dimensional Taylor vortex structure having a structure in which a Taylor vortex ring that rotates in a direction opposite to each other on the outside of the nozzle element 310 while the molten metal L is introduced into the mold member 300 is stacked. Since the magnetic field M is applied by the vortex core suppressor 500 in a constant direction and a constant intensity, the induced current, or the electromagnetic force or the Lorentz force may also be generated in different directions in the three-dimensional Taylor vortex structure. have. As such, the vortex core suppression unit 500 may apply the magnetic field M to the molten metal L in a predetermined direction and a predetermined intensity.

예를 들어, 보텍스 코어 억제부(500)는 Ha 수가 4.5 초과 및 45 이하가 되도록 자기장(M)의 세기를 제어할 수 있다.For example, the vortex core suppression unit 500 may control the strength of the magnetic field M such that the Ha number is greater than 4.5 and less than or equal to 45.

이때, Ha 수는 용탕(L)의 점성력에 대한 용탕(L)에 인가되는 자기장(M) 및 유도 전류에 의한 전자기력의 비로서, Ha 수가 4.5 초과 및 45 이하인 범위에서 보텍스 코어 억제부(500)에 의해서 보텍스 코어가 효과적으로 억제될 수 있다.At this time, Ha number is the ratio of the electromagnetic field due to the magnetic field (M) and the induced current applied to the melt (L) to the viscous force of the melt (L), the vortex core suppression unit 500 in a range of Ha number of more than 4.5 and 45 or less By this, the vortex core can be effectively suppressed.

특히, 유도 전류 및 자기장(M)의 상호 작용을 통해서 생성된 전자기력 또는 로렌츠 힘은 3차원적인 테일러 보텍스 구조에서 용탕(L)의 보텍스 유동에 반대되는 방향으로 작용될 수 있다. 이에 의해서 용탕(L)의 보텍스 유동이 지연되거나 제거될 수 있다. 결국 이러한 보텍스 코어 억제부(500)의 작용에 의해서 용탕(L)의 유입 중에 발생된 3차원적인 테일러 보텍스 구조가 파괴 또는 해체될 수 있다.In particular, the electromagnetic force or Lorentz force generated through the interaction of the induced current and the magnetic field M may act in a direction opposite to the vortex flow of the molten metal L in the three-dimensional Taylor vortex structure. As a result, the vortex flow of the molten metal L may be delayed or eliminated. As a result, the three-dimensional Taylor vortex structure generated during the inflow of the melt L may be destroyed or dismantled by the action of the vortex core suppression unit 500.

따라서 일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템(10)은 외부에서 자기장(M)을 인가하여 용탕(L) 내에서 발생되는 전자기력 또는 로렌츠 힘을 제어함으로써, 용탕(L)이 유입되면서 발생되는 3차원적인 테일러 보텍스 구조를 파괴 또는 해체하여, 용탕(L)의 유입 중에 보텍스 코어의 발생 또는 유입 포트(312)를 통한 보텍스 코어의 유입을 근본적으로 억제할 수 있다.Therefore, the continuous casting system 10 capable of suppressing the vortex core in the mold according to an embodiment may apply the magnetic field M from the outside to control the electromagnetic force or Lorentz force generated in the molten metal L, thereby melting the molten metal L. By breaking or dismantling the three-dimensional Taylor vortex structure generated by the inflow, it is possible to fundamentally suppress the inflow of the vortex core through the inlet port 312 or the generation of the vortex core during the inflow of the melt (L).

이와 같이 보텍스 코어 억제부(500)는 외부에서 자기장(M)을 인가하여서 용탕이 몰드 부재(300) 내에 유입되는 중에 탕면으로부터 생성되는 테일러 보텍스 구조를 파괴 또는 해체시킬 수 있는 방향으로 전자기력 또는 로렌츠 힘을 발생시킬 수 있고, 결과적으로 연속주조 공정에서 제조된 주조품 내 특정 위치에 보텍스 코어가 유입되거나 탕면 내 몰드 플럭스 또는 용탕 내 주입된 개재물이 국소적으로 집중되는 것을 억제하여, 주조품의 품질을 향상시킬 수 있다.As such, the vortex core suppression unit 500 applies a magnetic field M from the outside to induce electromagnetic or Lorentz force in a direction that can destroy or dismantle the Taylor Vortex structure generated from the molten surface while the molten metal flows into the mold member 300. As a result, it is possible to suppress the local concentration of vortex cores or local concentration of the injected flux in the molten mold or the molten metal in a specific position in the casting manufactured in the continuous casting process, thereby improving the quality of the casting. Can be.

이상 일 실시예에 따른 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 보텍스 코어 형상 및 보텍스 코어에 대한 자기장의 영향을 확인하는 실험 결과에 대하여 설명된다.The continuous casting system capable of suppressing the vortex core in the mold according to the exemplary embodiment has been described. Hereinafter, the experimental results for checking the influence of the vortex core shape and the magnetic field on the vortex core will be described.

도 6(a) 내지 (c)는 Hartmann 수에 따른 자유표면의 발달을 도시한다.6 (a)-(c) show the development of the free surface according to the Hartmann number.

도 6(a) 내지 (c)를 참조하여, Hartmann 수(

Figure pat00001
; 점성력에 대한 전자기력의 비)가 0.45, 4.5인 경우 내부 속도장의 큰 차이점은 발견되지 않는다. 용기의 중심부에서는 축방향으로 회전하면서 하강하는 흐름이 나타나며, 중심부를 제외한 영역에서는 복잡한 형태의 테일러 보텍스 구조가 형성되어 재순환 흐름을 만든다.Referring to Figs. 6 (a) to 6 (c), the Hartmann number (
Figure pat00001
; If the ratio of electromagnetic force to viscous force is 0.45, 4.5, no significant difference in the internal velocity field is found. In the center of the vessel, a descending flow appears while rotating in the axial direction, and in the region other than the center, a complex vortex vortex structure is formed to create a recycle flow.

Ha 수가 45까지 증가하면 Lorentz force에 의해 강한 억제력이 작용한다. 중심부의 축방향 하강 선회류와 테일러 보텍스 구조에 의한 재순환 유동이 완전히 억제되어 보텍스 코어 현상이 나타나지 않으며, 오직 출구에서 큰 속도의 배출 유동만이 관찰된다.When the Ha number increases to 45, a strong inhibitory force is acted upon by the Lorentz force. The axially descending vortex flow in the center and the recirculation flow by the Taylor vortex structure are completely suppressed, resulting in no vortex core phenomena, only high velocity exit flows observed at the outlet.

도 7은 Hartmann 수에 따른 배수 시간 동안 액체 높이 변화를 도시한다.7 shows the liquid height change during drainage time according to Hartmann number.

도 7을 참조하여, 자기장이 인가된 경우에는 대략 8τ0에서 수위 감소 속도에 급격한 변화를 보이지 않고, 자기장이 인가되지 않을 때 수반되는 보텍스 코어 배출이 발생한다.Referring to FIG. 7, when a magnetic field is applied, there is no sudden change in the level decrease rate at approximately 8τ 0 , and vortex core discharge occurs when the magnetic field is not applied.

Ha 수가 45인 경우에는 Ha 수가 0인 경우에 비해서 10% 더 빠른 수위 감소를 보인다. Ha 수가 증가함에 따라서, 수위 감소 속도는 증가한다.At a Ha number of 45, the water level decreases 10% faster than at a Ha number of zero. As the Ha number increases, the rate of water level decrease increases.

그러나, Ha 수가 4.5보다 큰 경우, 수위 감소 속도는 Ha 수 변화에 의해서 영향을 받지 않고, 수위는 거의 선형으로 감소한다.However, when the Ha number is greater than 4.5, the rate of water level reduction is not affected by the Ha number change, and the water level decreases almost linearly.

도 8은 Hartmann 수에 따른 배수 시간 동안 배수 속도 변화를 도시한다.8 shows the change in drainage rate during drainage time according to Hartmann number.

무차원 배수 속도는 다음과 같이 정의된다.The dimensionless drainage velocity is defined as

Figure pat00002
Figure pat00002

이때,At this time,

Adrain은 포트의 단면적이고,A drain is the cross section of the port,

ρ l 은 액체의 밀도이고, ρ l is the density of the liquid,

Figure pat00003
은 순간 배수 유량이다.
Figure pat00003
Is the instantaneous drainage flow rate.

우선, 자기장이 인가되지 않는 경우, 보텍스 코어가 배출되는 대략 8τ0에서 배수 속도가 급격히 감소하고, 22τ0까지 계속 감소된다. 이어서, 배수 속도의 변동이 30τ0까지 반복된다. 이는 보텍스 코어가 포트를 통해서 배출되면서 단속적인 깨짐에 의한 것으로 파악된다.First, when no magnetic field is applied, the drainage speed decreases rapidly at approximately 8τ 0 at which the vortex core is discharged and continues to decrease to 22τ 0 . Subsequently, the variation in the drainage speed is repeated up to 30τ 0 . This is believed to be due to intermittent cracking as the vortex core is discharged through the port.

Ha 수가 45인 경우에는 용기 내 남아 있는 액체의 감소된 포텐셜 에너지에 의해서 배수 속도가 선형으로 감소되는 것을 보인다.At a Ha number of 45, the rate of drainage appears to decrease linearly with the reduced potential energy of the liquid remaining in the vessel.

Ha 수가 0.45 및 4.5인 경우에는 배수 속도가 12τ0까지 감소하나, Ha 수가 0인 경우보다 훨씬 크다. 보텍스 코어가 발생되는 모든 경우에 전체 배수 시간 동안 배수 속도의 상당한 변동을 연속적으로 나타낸다. Ha 수가 0.45 및 4.5인 경우에는 보텍스 코어의 배출이 12τ0 주위에서 짧게 드러난 후에 사라진다. 이는, 보텍스 코어의 배출 시 포트 안에 가스가 직접 빨려 들어가지는 않았으나, 배수 유량이 심하게 방해받는다는 것을 의미한다. 따라서, 액체 추진 엔진에서 연료 공급 시스템의 유량에 대한 상당한 불안정성이 발생할 수 있다.For the Ha numbers of 0.45 and 4.5, the drainage rate decreases to 12τ 0 , but much larger than for the Ha number of zero. In all cases where vortex cores occur, there is a continuous fluctuation in the drainage rate over the entire drainage time. For the Ha numbers 0.45 and 4.5, the emission of the vortex core disappears after a short appearance around 12τ 0 . This means that the gas is not sucked directly into the port when the vortex core is discharged, but the drain flow rate is severely disturbed. Thus, significant instability with respect to the flow rate of the fuel supply system in liquid propulsion engines may occur.

도 9(a) 내지 (f)는 Hartmann 수에 따른 속도 벡터 및 원주방향 와도를 도시한다.9 (a)-(f) show velocity vectors and circumferential vortices according to Hartmann number.

도 9(a) 내지 (f)를 참조하여, Ha 수가 45인 경우, 테일러 보텍스 구조가 배수 초반 단계에서 약하게 나타나고, 배수가 진행됨에 따라서 거의 사라진다. 그리고 포트 근처에서만 큰 속도가 검출된다. Ha 수가 0.45 및 4.5인 경우에는 용기 내에서 원주방향 축을 기준으로 회전하는 보텍스 구조가 생성되고, 이는 Ha 수가 0인 경우와 거의 유사하다.9 (a) to (f), when the Ha number is 45, the Taylor vortex structure appears weak at the early stage of drainage and almost disappears as the drainage proceeds. And a large speed is detected only near the port. If the Ha numbers are 0.45 and 4.5, a vortex structure is created that rotates around the circumferential axis in the vessel, which is almost the same as the Ha number is zero.

용기 내 유동 구조는 도입된 자기장에 의해서 유도된 전류 및 도입된 자기장에 의해서 생성된 전자기력, 즉 로렌츠 힘으로 인하여 인가된 자기장의 강도에 의해 상당히 영향을 받게 된다. 이때, 힘은 도입된 자기장 및 유도 전류에 대하여 수직하는 방향으로 된다. 또한, 유도 전류는 인가된 자기장 및 하전 입자의 속도 모두에 대하여도 수직하는 방향으로 된다. 따라서, 전류 및 자기장 사이의 벡터곱으로 되는 로렌츠 힘은 연속적으로 하전 입자를 감속시킨다.The flow structure in the vessel is significantly influenced by the current induced by the introduced magnetic field and the strength of the applied magnetic field due to the electromagnetic force generated by the introduced magnetic field, ie Lorentz force. At this time, the force is in a direction perpendicular to the introduced magnetic field and the induced current. Also, the induced current is in a direction perpendicular to both the applied magnetic field and the velocity of the charged particles. Thus, the Lorentz force, which is the vector product between the current and the magnetic field, continuously slows down the charged particles.

도 10(a) 내지 (f)는 Hartmann 수가 4.5인 경우, 다양한 배수 시간에서 중앙 평면 및 자유표면 상의 무차원 전위를 도시한다.10 (a)-(f) show the dimensionless dislocations on the central plane and free surface at various drainage times when the Hartmann number is 4.5.

전위의 공간 구배는 전기장 벡터(electric field intensity vector)의 일부이고, 용기 내 생성된 전류의 일 부분을 포함한다. 따라서, 도 11(a) 내지 (f)에 도시된 전위 분포로부터, 배수가 진행됨에 따라서 전기장의 공간 구배로부터의 전류가 더 약화될 것으로 예측될 수 있다.The spatial gradient of potential is part of the electric field intensity vector and includes a portion of the current generated in the vessel. Therefore, from the potential distribution shown in Figs. 11A to 11F, it can be expected that the current from the spatial gradient of the electric field will be further weakened as the drainage proceeds.

도 111(a) 및 (b)는 Hartmann 수가 4.5인 경우, (a) 전기장 벡터 및 (b) 속도 및 자기장 사이의 벡터곱에 기초하여 다양한 배수 시간에서 전류 밀도의 벡터 플롯을 도시하고, 도 15(a) 내지 (e)는 Hartmann 수가 4.5인 경우, 다양한 배수 시간에 따른 자유표면 상의 3차원 전류 밀도 벡터를 도시한다.111 (a) and (b) show vector plots of current density at various drainage times based on (a) electric field vector and (b) vector product between velocity and magnetic field when Hartmann number is 4.5, and FIG. 15 (a) to (e) show three-dimensional current density vectors on the free surface with varying drainage times when the Hartmann number is 4.5.

도 11(a) 및 (b)를 참조하여, Ha 수가 4.5인 경우에, 배수가 진행됨에 따라서 전기장 벡터의 공간 구배로부터의 전류 벡터 및 속도와 자기장 사이의 벡터의 외적이 바닥으로부터 멀리 위치된 평면 2R 상에 표현된다. 전술된 바와 같이, 전기장으로부터 전류의 세기는 지속적으로 감소한다. 반면, 속도-자기장 외적에 의해 유도된 전류는 12τ0까지 더 강해지고, 그런 다음에 점차 감소된다. 또한 두 개의 전류 성분의 절대 크기는 상당히 다르다. 전기장에 의한 전류는 대략적으로 유도 전류의 1/000이다. 유도 전류가 중심부로부터 용기의 측벽을 향하는 동안, 전기장으로부터의 전류는 반대되는 방향으로 향한다.Referring to Figs. 11 (a) and (b), when the Ha number is 4.5, a plane in which the product of the current vector from the spatial gradient of the electric field vector and the cross product of the vector between the velocity and the magnetic field is located away from the floor as the drainage proceeds. Represented on 2R. As mentioned above, the intensity of the current from the electric field is continuously reduced. On the other hand, the current induced by the velocity-magnetic field cross product becomes stronger up to 12τ 0 , and then gradually decreases. The absolute magnitudes of the two current components are also quite different. The current by the electric field is approximately 1/000 of the induced current. While the induced current is from the center to the side wall of the container, the current from the electric field is directed in the opposite direction.

참고로, 도 12(a) 내지 (e)를 참조하여, Ha 수가 4.5인 경우에, 배수가 진행됨에 따라서 자유표면 상에서 전류 밀도가 표현되고, 대략 12τ0에서 전류 밀도가 최대로 된다.For reference, with reference to Figs. 12A to 12E, when the Ha number is 4.5, the current density is expressed on the free surface as the drainage proceeds, and the current density becomes maximum at approximately 12? 0 .

도 13(a) 내지 (c)는 Hartmann 수에 따른 무차원 로렌츠 힘의 벡터 플롯을 도시한다.13 (a)-(c) show vector plots of dimensionless Lorentz forces according to Hartmann number.

도 13(a) 내지 (c)를 참조하여, 배수가 진행됨에 따라서 세 개의 다른 Hartmann 수에 대하여 바닥면으로부터 멀리 위치된 평면 2R 상에서 무차원 로렌츠 힘의 벡터가 표현된다. 비교를 위해서 각각의 경우에 동일한 벡터 스케일이 적용된다.Referring to Figures 13 (a)-(c), as the drainage proceeds, a vector of dimensionless Lorentz forces is represented on a plane 2R positioned away from the bottom surface for three different Hartmann numbers. The same vector scale is applied in each case for comparison.

도 13(a)에 도시된 바와 같이, Ha 수가 0.45인 경우에는 다른 경우에 비해서 매우 작은 로렌츠 힘이 생성되고, 벡터를 현재 스케일로는 분별할 수 없다.As shown in Fig. 13A, when the Ha number is 0.45, very small Lorentz forces are generated as compared with the other cases, and the vector cannot be discerned at the current scale.

도 13(b)에 도시된 바와 같이, Ha 수가 4.5인 경우에는 초기 용기의 회전 방향과 반대되게, 로렌츠 힘이 시계 방향으로 작용하는 것을 알 수 있다. 도시된 전류 밀도로부터, 로렌츠 힘이 대략 12τ0에서 최대화된다.As shown in FIG. 13B, when the Ha number is 4.5, it can be seen that the Lorentz force acts in the clockwise direction as opposed to the rotational direction of the initial vessel. From the current density shown, the Lorentz force is maximized at approximately 12τ 0 .

도 13(c)에 도시된 바와 같이, Ha 수가 45인 경우에는 배수 초반 동안에 시계 방향으로 매우 큰 전자기력이 작용한다. 이러한 효과에 의해서, 용기 내 회전하는 유동이 매우 급격하게 감속되고, 용기 내 액체의 선회 모션(swirl motion)이 거의 사라진다. 따라서, 자기장과 속도 사이의 벡터곱에 의해서 생성된 전류가 거의 유도되지 않고, 배수 초반 동안 큰 로렌츠 힘이 작용한 후에 로렌츠 힘은 거의 나타나지 않는다.As shown in Fig. 13C, when the Ha number is 45, a very large electromagnetic force is applied in the clockwise direction during the early multiples. By this effect, the rotating flow in the vessel is decelerated very rapidly and the swirl motion of the liquid in the vessel is almost eliminated. Thus, the current produced by the vector product between the magnetic field and the velocity is hardly induced, and the Lorentz force hardly appears after the large Lorentz force is applied during the early multiples.

도 14는 Hartmann 수에 따른 평균 무차원 로렌츠 힘의 시간 변화를 도시한다.FIG. 14 shows the time change of the mean dimensionless Lorentz force with the Hartmann number.

도 14를 참조하여, 다른 Hartmann 수에 대하여 바닥으로부터 멀리 위치된 평면 2R에서 평균 무차원 로렌츠 힘이 배수 시간에 따라서 모니터링되었다. Referring to FIG. 14, the average dimensionless Lorentz force in plane 2R, located away from the floor, for different Hartmann numbers was monitored according to the drainage time.

Ha 수가 0.45 및 4.5인 경우에는 로렌츠 힘은 배수 기간의 대부분에 걸쳐서 거의 일정하게 유지된다.When the Ha numbers are 0.45 and 4.5, the Lorentz force remains nearly constant over most of the draining period.

반면, Ha 수가 45인 경우에는 배수 초반 동안 큰 로렌츠 힘이 작용하고, 7τ0까지 지속적으로 감소하고, 20τ0까지 일정한 수준에 이른다. Ha 수가 45인 경우에 7τ0 및 20τ0 사이의 로렌츠 힘은 Ha 수가 4.5인 경우보다 낮은 크기로 된다. Ha 수가 10배로 증가할 때, 배수 시에 로렌츠 힘은 100배로 증가한다. 이는 로렌츠 힘이 자기장에 의해 유도된 전류 밀도 및 도입된 자기장 강도의 곱에 의해서 결정되고, 유도 전류의 크기가 외부에서 도입된 자기장 세기에 비례하기 때문이다.On the other hand, if the number 45 has a great Ha Lorentz force for early action and drainage, 7τ 0 continuously reduced to, and reach a certain level to 20τ 0. When the Ha number is 45, the Lorentz force between 7τ 0 and 20τ 0 is lower than the Ha number is 4.5. When the Ha number increases tenfold, the Lorentz force increases by one hundred times when drained. This is because the Lorentz force is determined by the product of the current density induced by the magnetic field and the introduced magnetic field strength, and the magnitude of the induced current is proportional to the magnetic field strength introduced from the outside.

도 15(a) 내지 (f)는 Hartmann 수에 따른 축방향 속도 프로파일 및 선회 속도 프로파일을 도시한다.15 (a)-(f) show the axial speed profile and the swing speed profile according to the Hartmann number.

도 15(a) 내지 (f)를 참조하여, 바닥으로부터 멀리 위치된 평면 2R 상에서 축방향 및 선회 속도 프로파일이 다른 Ha 수에 따라서 플롯될 수 있다.Referring to Figures 15 (a)-(f), the axial and pivot speed profiles on a plane 2R located away from the floor can be plotted according to different Ha numbers.

Ha 수가 0인 경우와 비교해서, Ha 수가 0.45인 경우, 로렌츠 힘이 약하게 작용하고 상당한 차이를 보이지 않는다.When the Ha number is 0.45 as compared with the Ha number 0, the Lorentz force is weak and does not show a significant difference.

그러나, Ha 수가 4.5인 경우 로렌츠 힘에 의해서 중심부 근처에서 약간 감소된 선회 속도가 발견된다.However, with a Ha number of 4.5, a slightly reduced turning speed is found near the center by the Lorentz force.

매우 큰 로렌츠 힘이 작용하는 Ha 수가 45인 경우에는 선회 속도 프로파일이 완전히 사라진다. 중심부에서 이러한 선회 모멘텀의 사라짐에 의해서, 테일러 보텍스 구조가 용기 내에서 발생되지 않고, 축방향 속도가 변동되지 않게 된다.If the number of Has with a very large Lorentz force acting at 45, the revolution speed profile disappears completely. By the disappearance of this turning momentum at the center, no Taylor Vortex structure is generated in the vessel and the axial velocity does not change.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although embodiments have been described with reference to the accompanying drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described structure, apparatus, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or may be combined with other components or equivalents Appropriate results can be achieved even if they are replaced or substituted.

10: 연속주조 시스템.
100: 레이들 부재
200: 턴디시 부재
300: 몰드 부재
310: 노즐 요소
312: 유입 포트
400: 압연 부재
500: 보텍스 코어 억제부
L: 용탕
M: 자기장10: Continuous casting system.
100: ladle member
200: tundish absence
300: mold member
310: nozzle element
312: inlet port
400: rolled member
500: vortex core restraint
L: molten metal
M: magnetic field

Claims (6)

내부에 수용된 용탕이 배수되는 턴디시 부재;
상기 턴디시 부재로부터 배수된 용탕이 유입되는 유입 포트를 구비하는 몰드 부재; 및
상기 몰드 부재의 외측에 배치되어 상기 용탕의 유입 중에 탕면으로부터 보텍스 코어(vortex core)의 발생을 억제하는 보텍스 코어 억제부;
를 포함하고,
상기 보텍스 코어 억제부는 상기 용탕에 자기장을 인가하여, 상기 용탕 내 3차원적인 테일러 보텍스 구조(3-dimensional taylor vortex structure)를 해체시키는, 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템.
A tundish member for draining the molten metal accommodated therein;
A mold member having an inflow port through which the melted water drained from the tundish member flows; And
A vortex core suppression unit disposed outside the mold member to suppress generation of a vortex core from a molten surface during inflow of the molten metal;
Including,
The vortex core suppression unit applies a magnetic field to the molten metal to dismantle a three-dimensional taylor vortex structure in the molten metal.
제1항에 있어서,
상기 자기장은 상기 용탕의 상기 유입 포트를 통한 유입 방향에 대하여 수직하는 방향으로 인가되는, 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템.
The method of claim 1,
And the magnetic field is applied in a direction perpendicular to the inflow direction through the inflow port of the molten metal.
제1항에 있어서,
상기 자기장은 상기 몰드 부재의 상부로부터 상기 몰드 부재의 상단을 향하는 방향으로 또는 상기 몰드 부재의 하부로부터 상기 몰드 부재의 하단을 향하는 방향으로 인가되는, 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템.
The method of claim 1,
And the magnetic field is applied in a direction from the top of the mold member toward the top of the mold member or in a direction from the bottom of the mold member to the bottom of the mold member.
제1항에 있어서,
상기 보텍스 코어 억제부는 영구 자석 또는 전자석으로 마련되고,
상기 보텍스 코어 억제부는 상기 몰드 부재의 상부, 하부 또는 측면부에 배치되는, 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템.
The method of claim 1,
The vortex core suppressor is provided as a permanent magnet or an electromagnet,
And the vortex core suppressor is disposed on the upper, lower, or side portions of the mold member.
제1항에 있어서,
상기 자기장은 상기 용탕의 보텍스 유동과 상호 작용을 통해서 유도 전류를 발생시키고, 상기 유도 전류 및 상기 자기장의 상호 작용에 의해서 전자기력 또는 로렌츠 힘이 생성되며, 상기 전자기력 또는 로렌츠 힘이 상기 용탕의 보텍스 유동에 반대되는 방향으로 작용되는, 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템.
The method of claim 1,
The magnetic field generates an induced current through interaction with the vortex flow of the molten metal, and electromagnetic or Lorentz forces are generated by the interaction of the induced current and the magnetic field, and the electromagnetic or Lorentz force is applied to the vortex flow of the molten metal. Continuous casting system capable of suppressing the vortex core in a mold, acting in the opposite direction.
제5항에 있어서,
상기 보텍스 코어 억제부는 Ha 수가 4.5 초과 및 45 이하 범위가 되도록 상기 자기장의 세기를 제어하고,
상기 Ha 수는 상기 용탕의 점성력에 대한 상기 용탕에 인가되는 자기장 및 유도 전류에 의한 전자기력의 비인, 몰드 내 보텍스 코어의 억제가 가능한 연속주조 시스템.The method of claim 5,
The vortex core suppressor controls the strength of the magnetic field so that the Ha number is greater than 4.5 and less than or equal to 45,
The Ha number is a continuous casting system capable of suppressing the vortex core in the mold is a ratio of the electromagnetic force due to the magnetic field and the induced current applied to the molten metal to the viscous force of the molten metal.
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