KR890001610B1 - 연속 또는 반연속 주조 유니트에서의 용융 금속 수준 제어방법. - Google Patents

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Description

연속 또는 반연속 주조 유니트에서의 용융 금속 수준 제어방법.

제1도는 전자기(EM)주조 유니트의 부분 단면 사시도.

제2도는 단일의 주조 스테이숀에 있는 여러개의 전자기 주조 유니트의 평면도.

제3도는 제2도의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따라 취한 2개의 전자기 주조 유니트들의 부분 단면 측면도.

제4도 및 제5도는 홈통으로 부터 주형 또는 유도자에 공급되는 용융 금속의 유량을 조절하는 밸브 작동 아암 조립체의 각각 측면도 및 평면도.

제6도는 용융 금속 수준제어 장치의 개략도.

제7도는 주조 시작시의 용융 금속 수준의 조절을 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 냉각재 자켓-유도자 조립체 11 : 저블록 조립체

12 : 용융 금속 공급기 조립체 14 : 전자기 유도자

23 : 잉곳트 27 : 주조 테이블

30 : 저부 블록 40 : 유량 제어핀

48 : 레버 아암 51 : 균형추

55 : 캠 56 : 모우터

60 : 부유체 65 : 변위 트랜스듀서

80 : 주 제어기

본 발명은 다수의 수직으로 배치된 연속 또는 반연속 주조 유니트들에서의 용융 금속 수준(레벨)의 제어 방법에 관한 것으로, 특히, 용융 금속 기둥(collumn)을 둘러싸는 환형의 유도자(inductor)에 의해 발생된 전자기 장을 이용하여 고화하는 금속 성형하는 전술한 주조 유니트에서의 용융 금속 수준 제어 방법에 관한 것이다.

단부가 개방되고 관형인 통상의 주형들내에서 연속 또는 반연속으로 직접 냉경(direct chill)주조된 알루미늄 잉곳트 또는 빌레트들은, 주로, 고화되는 미완성(embrvonic)금속 껍질과 주형과의 사이의 접촉으로 인하여 발생되는 냉간 주름(cold fold), 용리(liquation), 열간균열과 같은 여러가지 표면 결함을 통상 갖는다. 또한, 통상의 직접 냉경 주조 잉곳트 또는 빌레트는, 주형 보어(bore)의 표면들에의 접촉에 의한 용융금속 표면의 초기 냉각 및 부분과 고화, 금속이 수축하여 주형 보어로 부터 떨어진 후의 금속표면의 재가열, 및 냉각재 직접적인 적용에 의한 용융 금속의 최종 고화의 연속적인 단계들에 기인한 표면의 현저한 합금 편식(segregation)의 특징을 갖는다. 통상의 직접 냉경 주조 잉곳트 또는 빌레트는 압연, 단조, 등과 같은 후속처리전 금속 표면에 인접한 합금 약화 지역(alloy impovrished zone) 및 표면 결함 모두를 제거하도록 스캘핑(scalping)을 대개 요구한다.

전자기 주조(electromagnetic casting)는, 통상의 직접 냉경 주조에서 사용되는 관 형태의 주형 대신에, 환형의 전자기 유도자를 사용하여 용융 금속기둥 주위에 전자기장을 발생시켜, 금속이 냉각제의 직접적인 적용에 의해 그의 최종 형태로 고화될 때까지 그 용융 금속의 형태를 조절하는데 충분한 반경 방향 압력을 그 용융 금속 기둥에 부여하도록 하는 것을 제외하고는 통상의 직접냉경 주조와 매우 유사하다. 전자기 주조 유니트의 작동에 있어서, 고화중에 미완성 금속 껍질과의 접촉이 일어나지 않아서 전술한 표면결함들이 제거된다, 더우기, 미완성 금속 껍질과 주형 보어의 냉경 표면과의 사이의 접촉이 없기 때문에, 잉곳트 또는 빌레트 표면에 인접한 합금약화 지역이 형성되지 않고, 따라서 전자기 주조된 금속은 그의 전체 단면에 걸쳐 매우 균질하게 된다. 후속 처리전, 전자기 주조 물질을 스캘핑할 필요도 없고, 그 균질의 조직에 의해 열간 압연중 통상의 직접 냉경 주조 잉곳트의 가장자리 균열 특성의 상당히 감소되거나 제거된다.

전자기(EM) 주조에서의 전자기장은 링형의 유도자에 의해 발생되고, 그 유도자의 내측 주변 지역내 용융 금속에 유도된 와전류(eddy current)와 유도자에 의해 발생된 전자기장의 상호작용이 고화되는 금속의 단면을 제어하는 전자기 압력을 발생한다. 그의 반경방향 힘 성분들이 용융 금속의 측방 위치를 제어하고, 유도자의 저부로 부터 나오는 고화하는 표면에 냉각재가 가해질때까지 그 고화중의 용융 금속에의 접촉이 일어나지 않는다. 용융 금속의 고화는 용융 금속으로 부터 냉각재가 적용되는 고화된 금속부분 쪽으로 축방향 열전도에 의해 주로 달성된다.

그 유도자는 높은 주파수(예를들어, 초당 500-15,000사이클)의 전원으로 부터 전력을 받는 것이 바람직한데, 이는 높은 주파수에서, 용융 금속에 유도된 전류가 고화중의 금속 표면에 집중하여(통상"스킨 효과"(skin effect)라 불림), 용융 금속의 본체에 생기는 난류(turbulence)가 매우 적게되기 때문이다.

전자기 주조의 원리에 대한 또 다른 정보는 미국 특허제 2,686,864호, 제3,467,166호, 제3,405,865호, 제3,646,988호, 제3,702,155호, 제3,773,101호, 제3,985,179호, 제4,004,631호에서 볼수 있다.

잉곳트 또는 빌레트가 그의 축방향 길이를 따라 일정한 단면 칫수를 가지고 전자기 주조 되도록 하기 위해, 전자기 압력의 반경방향 성분은 용융 금속의 정액압과 동적 평형 상태로 계속되어 있어야 한다. 그 동적 평형 상태를 유지하는데 필요한 제어를 행하는 것은 그것이 처음 나타날때보다 매우 더어려운데 이는 전자기장, 강하 비율 또는 용융 금속의 높이의 작은 변동이 생성된 잉곳트 또는 빌레트의 단평면 칫수에 중대한 영향을 끼칠수 있기 때문이다. 용융 금속의 국부 압력이 반경 방향 전자기 압력을 초과하여, 저부 블록을 넘어 용융 금속이 이탈할 수 있기 때문에 특히 시동시 주의를 요한다. 길이를 따라 일정한 단면 칫수를 갖는 하나의 잉곳트 또는 빌레트를 주조하는 것도 어려웁지만 다수의 잉곳트 또는 빌레트들이 동일 주조 스테이숀에서 주조될때 그러한 제어를 행하는 것은 더 어렵게 된다.

그 칫수 제어문제를 해결하기 위한 여러가지 시도가 있었으나 그 어느 것도 널리 받아들여지지 못하였다. 그러한 예로써 미국특허 제4,014,379호에서는, 유도자에의 전류 수준이 유도자내 용융 금속 높이의 감지된 편차에 감응하여 제어된다. 또한, 구리에만 한정되지만, 미국특허 제4,161,206호에서는 유도자에의 전류가 유도자의 내측 표면과 용융 금속 기둥의 수직 표면과의 사이의 간격의 편차에 감응하여 제어된다. 상기 양 특허의 경우, 측정된 간격과 요구되는 간격 사이의 차를 보상 하도록 전자기 압력을 조절하기 위해 유도자 내 전류 수준이 변경된다.

이들 종래의 방식에서도 잉곳트 또는 빌레트의 칫수들을 어느정도 제어할 수 있으나, 그 칫수 제어의 정밀도는 요구되는것보다 상당히 떨어지는 것으로 믿어진다. 더우기, 그 공정들은 단일 주조 스테이숀에서의 다수의 잉곳트 또는 빌레트의 전자기 주조를 제어하는 데에는 쉽게 적용될 수 없다.

본 발명은, 다수의 수직으로 배치된 연속 또는 반연속 주조 유니트들, 특히 용융 금속이 그의 최종 형태로 고화할때 까지 그 용융 금속의 형태를 전자기 유도자에 의해 발생된 반경방향 압력에 의해 제어하는 전술한 주조 유니트들에서 용융 금속의 수준을 제어하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따라, 각 주조 유니트내 용융 금속의 수준이 전체 유니트에 걸쳐 실질적으로 동일면에 유지되도록, 각 주조 유니트로 흐르는 용융 금속의 유량이 제어된다. 이 제어를 용이하게 하기위해, 각 주조 유니트는 테이블 또는 유사한 지지 구조물에 정확히 부착되어 유도자 또는 주형들이 동일수준에 있도록 한다. 저부 블록들을 위한 지지 구조물은 모든 잉곳트 또는 빌레트들이 동일 비율로 강하되도록 하는데 적합하게 되어 있다.

본 발명에 의한 용융 금속 수준 제어는, 각 주조 유니트 내 용융 금속을 감지하고, 그 감지된 용융 금속 수준들 각각을 나타내는 신호들을 발생시키고, 그들 각 신호를 모든 주조 유니트에 소망의 용융 금속수준을 나타내는 주 제어기로부터의 설정점(set point)신호와 비교함에 의해 수행된다. 특정 유니트에서 감지된 수준을 나타내는 신호와 소망의 수준을 나타내는 신호 사이에 미리 정해진 차이가 있을때, 그 특정 주조 유니트로 공급되는 용융 금속의 유량이 그 특정 주조 유니트내 용융 금속의 수준을 소망의 수준으로 하는데 필요한 만큼 자동적으로 조절된다. 장치 시동후 제어기간중, 주조 유니트들 각각의 용융 금속의 수준은 일반적으로 0.10인치(0.25cm)이상 변하지 않아야 하고, 이변화는 0.05인치(0.13cm)이하로 되는것이 바람직하다. 또한, 초기 시동 기간후, 동일 주조 스테이숀의 모든 유도자들내 용융 금속의 수준이 서로에 대해 0.10인치(0.25cm)이상 변하지 않아야 한다. 그 한계들이 유지되지 않으면, 각 잉곳트 또는 빌레트의 길이를 따라 단면 칫수의 중대한 변동이 일어날 수 있고, 또한 동시에 주조된 잉곳트 또는 빌레트들 사이에서의 단면 칫수의 변동이 일어날 수 있다.

다수의 전자기 주조 유니트들의 시동시에는 가장 어려운 문제들이 발생하는데, 이는 공급 홈통(trough)내 또는 주조 유니트들중 어느 하나의 유니트 내 용융 금속의 중대한 응고없이 그리고 주조의 시작시 유도자내에 위치된 저부 블록의 가장자리를 넘어 용융 금속이 중대하게 이탈하게 이탈함이 없이 저부블록들의 강하 시작전에 모든 전자기 주조 유니트들내 용융 금속을 동일한 특정 수준에 유지하여야 하기 때문이다. 용융 금속 공급원으로부터 가장 먼쪽의 주조 유니트들이 먼저 응고되는 경향이 있어, 그들 주조 유니트들로 흐르는 용융 금속 공급원에 가까운 주조 유니트들로 흐르는 용융 금속의 유량보다 많아야 한다. 주조의 모든 시점에서 어느 정도의 제어를 행하도록 하기 위해 모든 주조 유니트들이 억제공급(choke feed)되는 것이 바람직하다. 즉, 탕구를 통해 주조 유니트에 공급되는 유량은 최대용융 금속 유량보다 작은 것이 바람직하다.

주조 개시시에 주조 유니트들에 공급되는 초기 용융 금속의 흐름 비율은 그후의 주조시와 비교하여 상대적으로 높게 설정되고, 이것은 수동 또는 자동적으로 제어되될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일예에 따라, 주조 유니트들중 어느 하나의 주조 유니트내 용융 금속의 수준이 미리 정해진 수준에 도달한때, 자동적인 용융 금속 수준제어 과정이 시작된다. 이 자동 제어 과정에서, 모든 주조 유니트들에 대한 용융 금속의 수준의 설정점 신호가 주제어기로 부터 발생된다. 그 신호는 시간 경과에 따라 증대하는 경사진 설정적인 것이 바람직하다. 그 설정점에 의해 요구되는 그러한 증대하는 용융 금속 수준에 부합하도록 하는데 필요한 공급률은, 모든 주조 유니트들이 상기 요구되는 수준에 달할 수 있도록 주조 유니트들에의 용융 금속의 초기 흐름률보다 작다, 각 주조 유니트내 용융 금속 수준이 일단 요구 수준에 도달하면, 그 용융 금속 수준은 증대하는 설정점으로 제어되어 최종의 소망의 수준까지 이른다. 그 증대하는(즉, 경사진)설정점 제어 신호는 최종의 요구되는 용융 금속을 초과하는 것을 최소화 시키도록 하기 위해 초기 단계에서 보다 나중의 단계들에서 시간에 대한 금속 수준의 변화율이 더 적은 2이상의 단계들을 가지는 것이 바람직하다. 모든 주조 유니트들내 용융 금속 수준이 최종의 소망의 수준에 도달하기 직전에 저부 블록의 하강을 작하는 것이 바람직하다. 그 시작에 적당한 시기는 용융 금속이 최종 수준으로 부터 약 0.25-0.50인치(064-10.27cm)의 위치에 있을때이다.

최종 용융 금속 수준은 전체 주조 과정에 걸쳐 전술한 한계들내에 자동적 유지된다. 주조 과정의 종료 시점에 서 용융 금속 공급원이 폐쇠되고 홈통내 용융 금속은 주조 유니트들중 어느 유니트내 특정 금속 수준도 더이상 유지될 수 없게 될때까지 주조 유니트들로 배출된다. 이때 그 홈통은 상승되어 용기내로 완전히 배출되게 한 다음, 주조 지역으로부터 제거되어, 테이블들이 주조 피이트(casting pit)로 부터 제거될 수 있도록 한다. 홈통이 배출을 위해 상승된때, 배출 용기에 인접한 주조 유니트들이 그용기로 부터 먼쪽에 있는 유니트들에서 보다 많은 용융 금속을 수용하며, 그리하여 모든 잉곳트 또는 빌레트들이 대략 동일길이를 갖도록 주조 종료전에 감소시키는 것이 바람직하다. 용융 금속 높이의 예를들어 1인치(2.54cm)이하로 비교적 작고, 큰, 시이트 잉곳트에서는 통상 0.1-0.5인치(0.25-1.27cm)이다.

주조의 종료시에, 유도자 또는 주형의 배출단부에서의 잉곳트 또는 빌레트 표면에의 냉각제 적용은, 고화가 완료되고 잉곳트 또는 빌레트의 단부가 유도자 또는 주형으로 부터 배출될때까지 계속된다.

여기에 기술된 용융 금속수준의 제어는 각종 주조 유니트들에 사용하는데 적당하다. 전자기 주조 유니트들의 작동에 있어서, 유도자내 용융 금속의 높이는 전자기장에 의해 발생된 전자기 압력과 불가분적으로 관련한다. 바람직한 실시예에서, 그 전자기장과 그에 용융 금속 기둥의 높이(즉, 수준)은 가변적으로 제어된다. 이 제어 방법은 각, 주조 유니트에서 유도자 전류가 동일한 진폭과 주파수를 갖는 것을 요한다.

이하, 본 발명의 방법을 실시하는 장치의 바람직한 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

특히 제1도-제3도에서, 이 전자기 장치는 일반적으로 냉각재 자켓-유도자 조립체(10), 저부 블록 조립체(11)및 용융 금속 공급기 조립체(12)를 포함한다.

냉각제 자켓-유도자 조립체(10)은 전자기 유도자(14), 상부 부재(15), 저부 부재(16) 및 뒷벽(17)을 가지며, 그 전자기 유도자(14)는 상기 부재들과 밀봉적인관계로 설치되고 상기 조립체(10)의 최내측 벽으로 작용하다. 그 전자기 유도자(14)에 인접히 동심으로 설치된 방벽(baffle wall)(18)이 그 냉각재 자켓-유도자 조립체(10)의 내부를 2개의 환형의 냉각재 실(19) 및 (20)으로 분할한다. 그 방벽(18)은 냉각재 실(19)로부터 냉각재 실(20)으로 냉각재를 흐르게 하기 위한 구멍(21)을 가지고 있다. 냉각재 실(20)으로 부터의 냉각재는 전자기 유도자(14)의 하부 부분에 제공된 배출구멍(22)를 통해 고화하는 잉곳트 또는 빌레트(23)으로 보내진다. 냉각재 자켓-유도자 조립체(10)의 상부 부재(15), 저부 부재(16), 뒷벽(17) 및 방벽(18)은 적당한 플라스틱 물질과 같은 비금속 물질로 만들어지는 것이 바람직하다.

전자기 유도자(14)의 상부 부분(25)는 도시된 바와같이 냉각재 자켓-유도자 조립체(10)의 수직축으로 부터 먼쪽으로 경사져 있어, 미국 특허 제3,985,179호에 따라 용융 금속(26)의 상부 부분에 대한 전자기력을 감소시키고 더 정확히 제어 하도록 하는 것이 바람직하다. 냉각제 자켓-유도자 조립체(10)의 수직축과 상부 부분(25)의 표면 사이의 각도는 금속 액두(헤드), 잉곳트 또는 빌레트의 크기와 같은 인자들에 따라 결정된다. 통상, 바람직한 각도는 경험적으로 결정되며 약10°-50°의 범위내이다.

전자기 유도자(14)는 구리 또는 알루미늄과 같은 금속으로 되어 있고, 전자기 유도자에 의해 발생된 전자기장에 중대하게 영향을 끼치지 않는 비금속 피복층(도시되지 않음)에 의해 용융 금속과의 우연한 접촉으로부터 보호되고 있는 것이 바람직하다.

냉각재 자켓-유도자 조립체(10)은 적당한 방식(도시않됨)으로 주조 테이블(27)에 부착되어 있고, 그 주조 테이블(27)은 일 측부에서 피봇트되거나 또는 로울러들 상에 설치되어, 그 주조테이블과 그의에 부착된 상기 조립체(10)이 주조된 잉곳트 또는 빌레트(23)을 주조 피트(casting)로부터 제거할 수 있도록 주조 종료시에 제거될 수 있다.

저부 블록 조립체(11)이 제3도에 상세히 도시되어있다. 도시된 바와같이, 저부 블록들(30)각각이 주조 유니트들 사이에서의 강하율의 어떠한 변동도 생기지 않게 하기 위해 지지체(32)에 의해 동일 테이블 또는 지지면(31)에 지지 및 부착되어 있다. 지지면(또는, 플래톤(platen))(31)의 하강은 균일한 속도로 원활하게 행해져야 하는데, 이는 그 지지면의 어떤 급격한 운동이 잉곳트 또는 빌레트의 크기 및 형태에 나쁜 영향을 끼칠수 있기 때문이다. 저부 블록(30)들은 필요한 경우 개별적으로 하강될 수 있으나, 통상적으로 행해지는 바와같이 그 저부 블록들 모두를 동일 지지면(31)에 지지시키고 지지면(31)을 하강 시킴에 의해 저부 블록들 모두를 하강시키도록 하는 것이 더 편리하다.

용융 금속 공급기 조립체(12)는 바람직하게는 스테인리스 강과 같은 적당한 비자성 물질로 만들어지고 내화라이닝(36)을 가진 공급 홈통(trough)(35)를 포함한다. 용융 금속(37)은 전자기 유도자(14)의 내측 주변 지역내로 돌출하여 있는 탕구(38)들에 의해 다수의 전자기 주조 유니트들에 분배된다. 전자기 유도자(14)로 흐르는 용융 금속의 유량은 유량 제어 핀(또는, 밸브 플러그)(40)에 의해 제어된다. 그유량제어 핀의 하단부(41)은 탕구(38)의 상부 부분에 제공된 요홈부(42)내에 결합되는데 적합하게 되어 있다.

제4도 및 제5도에 보다 상세히 도시된 바와같이, 유량제어핀(또는, 밸브 플러그)(40)의 상부 부분(43)은 나사홈을 가지는 것이 바람직하며, 요홈부(42)에 대한 유량제어핀(40)의 미세한 위치 조정을 위해 나사홈을 가진 칼러(coller)(44)가 상기 상부부분(43)의 나사홈 부분에 설치된다.

그칼러(44)는 레버 아암(48)의 요우크(yoke)(47)에 제공된 요홈부(46)에 결합되는 아암(45)를 가지고 있다. 레버 아암(48)은 지점(49) 및 (50)에서 피봇트되어 있어, 그들 지점을 중심으로 한 레버 아암(48)의 회전시 유량제어핀(40)이 상승 또는 하강되어 전자기 유도자(14)의 내측주변으로 흐르는 용융 금속의 유량을 조절한다. 레버아암(48)의 단부에는 균형추(51)(제1도)이 설치되어 있다.

레버 아암(48)의 운동은, 적당한 제어신호에 응하여 모우터(또는, 회전 작동기)(56)에 의해 구동되는 캠(55)의 회전에 의해 달성된다. 그 캠(55)에 의해 제1도 및 제4도에 도시된 바와같은 편심 형태를 가지는 것이 바람직한데, 이는 그러한 형태에서 캠(55)의 매 단위의 각운동시 레버 아암(48)이 동일 단위의 직선 이동을 하고 따라서 유량제어핀(40)이 동일단위직선 운동을 하기 때문이다.

유량제어핀(40)은 주조가 시작되기 전에 모우터(또는, 회전작동기)(56)에 의해 원격적으로 미리 설정되어 소정의 밸브 개방을 제공하도록 하는 것이 바람직하다. 용융 금속 공급원으로 가장가까운 주조 유니트들에서보다 밸브 개방이 크고 그에 따라 많은 양의 용융 금속이 흐르도록 하여야 한다. 이 조절에 의해 용융 금속공급원에 가까운 주조 유니트들에의 초기 유량이 보상되고, 또한, 주조 시작전 용융 금속의 응고가 방지 된다.

각 주조 유니트들에서의 용융 금속 수준 감지는 전자기 유도자(14)내 용융 금속(26)의 상부 표면에 얹혀 있는 부유체(60)에 의해 수행된다. 그 부유체(60)은 봉(62) 및 연결기(63)에 의해 변위 트랜스듀서(displacement transducer)(65)의 축(64)에 작동적으로 연결되어 있고, 그변위 트랜스듀서(65)가 부유체(60)에 의해 감지된 용융 금속의 수준을 나타내는 출력 신호를 발생한다. 주조시 봉(62)의 상하 운동을 안내 하도록 안내부재(또는, 브라켓트)(66)이 홈통(35)의 측부에 부착되어 있다. 주조중이 아닌때 부유체(60)의 하향 운동을 정지시키도록 콜렛트(collet)(67)이 봉(62)에 설치되어 있다.

변위 트랜스듀서(65)는 약4인치(10.16cm)의 범위를 가져야 하고, 0.01인치(0.025cm), 바람직하게는 0.005인치(0.013cm)의 정밀도를 가져야 한다. 적당한 변위 트랜스듀서로서는 미국, 뉴욕의 "쉬에비츠 코오포레이숀"에서 판매되는 모델 2000HPA가 있다. 수준 감지 및 신호 발생 유니트가 선형 변위 트랜스듀서에 연결된 부유체인 것으로 주로 설명되었지만, 용융 금속 수준을 감지하고 그 감지된 수준을 나타내는 신호를 발생시키기 위하여 다른 수단들을 이용될 수 있다.

부유체(60)의 수직 방향위치 결정은 전자기 유도자(14)내 용융 금속 표면(61)의 수준의 정확한 제어를 위해 매우 중요하다. 그 부유체의 재료는 용융 금속 또는 불순물들을 흡수하지 않아야 하고, 용융 금속 표면(61)상에서의 부유체(60)변위의 어떠한 변동도 방지하도록 전체주조 과정에 걸쳐 시종 그의 일체성을 유지한다. 그 부유체를 위한 적당한 재료는 "존스 맨빌 코오포레이숀"에서 제조되는 경량의 섬유질 내화 물질(마그네슘 실리케이트)인 Maritnite

이다.

홈통(35)는 제3도에 도시된 바와같이, 주조 테이블(27)상에 정확히 배치되어야 하는데, 이는 변위 트랜스듀서(65)가 그 홈통에 부착되어 있고, 전자기 유도자(14)내 용융 금속 수준을 정확히 측정하도록 그 트랜스듀서가 정확히 배치될 필요가 있기 때문이다. 홈통(35)의 배치는 그 홈통의 단부(69)에 있는 하나 이상의 원추형 수(male)의 (68)와, 이 수부재(68)이 정확히 결합되는데 적합하게된 암(female)부재(70)에 의해 달성된다. 그 홈통(35)의 반대측 단부는 도시되지 않은 필터-가스 제거 유니트의 배출측 또는 홈통에 정확하게 부착되어있다.

모든 주조 유니트들을 위한 용융 금속 수준 제어장치(제6도에 개략적으로 도시됨)는 주 제어기(80)을 포함하고, 그 주 제어기는 여러가지 지령 및 용융 금속 수준의 설정점(set point)신호를 각 주조 유니트에 연결된 국부 제어기(71)에 제공 한다. 국부 제어기(71)은 감지된 조건, 예를들어, 용융 금속 수준을 나타내는 신호를 주 제어기(80)으로 부터의 소망의 설정점을 나타내는 신호와 비교하여 요구되는 수정 작동을 지령한다. 제6도를 간략하게 하기위해, 하나의 부분적인 주조 유니트만이 도시되었다. 주 제어기(80)은 또한, 제어기(82)를 통하여 저부 블록들의 하강 및 냉각 재 유량 제어와 같은 다른 작용들도 지령할 수 있다.

주 제어기(80)을 위한 적당한 제어유니트로는 미국의 "굴드 캠퍼니"에서 판매되는 모델 번호 484 Modicon 콘트롤러가 있고, 적당한 국부 제어기(71)로서는 미국의 "리이드 앤드 노오드럽 컴패니"에서 판매되는 Electromax Ⅲ이 있다.

주조중, 용융 금속 표면(61)의 수준은 부유체(60)에 의해 감지되고, 변위 트랜스듀서(65)가 그 감지된 수준을 나타내는 신호를 발생한다. 그 감지된 용융 금속 수준 신호는 국부 제어기(71)로 보내져 그 국부 제어기가 그 신호를 주 제어기(80)으로 부터의 소망의 용융 금속 수준을 나타내는 신호와 비교한다. 그리하여, 그 신호들 사이에 어떤 차이가 있을 경우 국부 제어기(71)이 제어 신호를 구동 모우터(또는, 회전 작동기)(56)에 보내어 캠(55)를 회전시키고 그리하여 유량 제어핀(40)을 상승 또는 하강시켜 주조 유니트로 흐르는 용융 금속의 유량을 적절히 조절하여 용융 금속 표면(61)이 소망의 수준으로 유지되도록 한다.

적당한 구동 모우터, 즉, 회전 작동기는 미국의 "폭스 보로/요르단, 인코포레이티드"에서 제조 판매되는 모델 번호 SM-1180작동기이다. 그 작동기를 구동 시키도록 모델 AD 7530과 같은 폭스보로/요르단 증폭기가 추가되는 것이 보통이다.

주 제어기(80)은 동일한 소망의 용융 금속 수준 설정점 신호를 각 전자기 주조 유니트들을 위한 국부 제어기(71)각각에 보내어 각 주조 유니트내 금속 수준이 모두 동일 수평면에 있게 한다. 이때문에, 전자기 유도자, 부유체 및 변위 트랜스듀서를 각각 가지는 전자기 주조 유니트들 각각은 동일한 상대 수준에 정확히 배치되어야 한다. 주조 유니트 구성요소들의 오정렬을 야기할 수 있는 주조시의 열 왜곡(thermal distortion)을 방지하기 위해, 홈통(35) 및 유도자 조립체를 수냉시킨 것이 바람직하다. 전자기 주조의 개시는 주조 과정중 제어하기가 가장 어려운 부분이다. 이는 그 때의 시스템이 동적 평형상태에 있지 않고 많은 조건들이 잘못될 수 있기 때문이다. 본 발명에서의 특히 효과적인 시동 과정이 제7도에 그래프로 도시되어 있다. 본 발명의 이 예에 따라, 주조 개시시에 있어서 유량 제어핀(40)들은, 용융 금속의 유량이 용융 금속 공급원에서 가장 먼저쪽의 주조 유니트들에서 가장 크게하여 모든 주조 유니트들에의 용융 금속유량을 가능한한 최대로 균등화시키고 응고 문제를 최소화시키도록 위치 설정된다. 주조 개시시 전자기 유도자(14)내에 위치된 사발(bdwl)형태의 저부 블록(30)들 내에서 금속 수준이 상승함에 따라 부유체(60)이상 다. 주조 유니트들중 어느 하나의 유니트에서 감지된 용융 금속 표면(61)의 수준이 제7도에서 지점(A)로 나타낸 소정의 초기 수준에 도달한때, 주 제어기(80)이 시간 경과에 따른 소망의 용융 금속 수준(제7도에서 선AB)을 나타내는 경사(ramping)진 설정점 신호를 각 국부 제어기(71)에 보내어 각 주조 유니트의 용융 금속 유량을 조절한다. 유량 제어핀(40)의 위치는 모우터(회전 작동기)(56)에 의해 자동적으로 조절되어, 주 제어기(80)으로 부터의 경사 설정점 신호에 의해 지시된 용융 금속의 높이를 제공한다. 자동제어를 처음 시작하는 주조 유니트의 용융 금속 수준은 제7도의 선 AB를 따라 증대하고, 이 주조 유니트는 제7도의 1번에 해당된다. 제7도의 2-5번으로 나타내어진 다른 주조 유니트들의 작동에 있어서는, 국부 제어기(71)들이 유량 제어핀(40)들을 조정하여, 주조 유니트 2-5의 금속 수준이 상기 경사 설정점을 다르도록 하기 위해 용융 금속의 유량을 조절한다.

모든 주조 유니트 들에서의 용융 금속의 수준들은 상기 경사 설정점에 도달하면 그 경사를 다라 증가하여, 제7도에서 지점(B)로 나타낸 소정의 금속수준에 도달 한다. 지점(B)에서 주 제어기(80)으로 부터의 경사 설정점 신호의 변동율이 감소되어 용융 금속 수준의 증대율을 감소시킨다. 이것이 제7도에 선 BC로 나타내어져 있다. 모든 주조 유니트들에서의 금속 수준은 그러한 완만한 공급률을 따르는데, 이유는 주조 유니트들에서의 금속 수준들이 한계를 넘지 않고 최종의 소망의 수준(제7도의 지점(C))에 느리게 도달하게 하기 위한것이다. 저부 블록의 강하 운동은 최종 단계에서 모든 주조 유니트들의 용융 금속 수준이 최종의 소망의 수준에 도달하기 직전의 어떤 소정의 금속 수준 또는 시점, 예를들면, 금속 수준이 최종의 소망의 수준으로 부터 0.25인치(0.63cm)내로 된때 시작된다.

용융 금속 표면(61)의 수준이 최종의 서망의 수준에 도달한때 전체 주조과정중 시종 그 수준이 자동적으로 유지된다. 주조중의 용융 금속 수중의 미세한 조정은 주 제어기(80)을 통해 국부 제어기(71)에 새로운 설정점을 수동으로 지령함에 의해 행해질수 있다. 그 조정은, 앞에서 언급된 바와같이 용융 금속 높이의 어떠한 작은변화도 잉곳트 또는 빌레트 칫수에 중대한 변동을 발생시키기 때문에 세밀하여야 한다. 이 시스템은 국부 제어기(71)이 전자기 유도자내 용융 금속 수준을 유지할 수 없을 때에는 음향이나 시각적 경보 또는 그 두가지 경보를 발하는 것이 바람직하다. 안전을 위해, 전자기장의 어떤 중대한 저하시, 유량 제어핀(40)을 닫도록 구동시키는 프로그램을 국부 제어기(71)에 짜넣는 것이 바람직하다. 주조 과정은 수동 또는 자동으로 용융 금속 공급원으로 부터의 용융 금속의 흐름을 차단시키고 홈통내 용융 금속을 주로 유니트들로 배출 시킴에 의해 종료된다. 그 종료 조작은 용융 금속 공급원으로 부터의 흐름이 중단된 시점에서 홈통내에 잔류하는 용융 금속의 양을 고려하여 소망의 길이의 잉곳트 또는 빌레트를 제공하도록 공정의 어떤 소정의 시점(예를들어, 시간 또는 주조 금속의 길이를 기초로 하여)에서 개시된다. 각 주조 유니트들로 흐르는 용융 금속의 양의 어떤 차이들을 보상 하기 위해, 용융 금속 공급원이 차단되기 전에 용융 금속 수준의 미세한 변경이 행해지는 것이 바람직할 수 있다. 용융금속 공급원으로 부터의 용융 금속 흐름이 정지된때, 용융 금속 공급원으로 부터 가장 먼쪽의 주조 유니트들이 가장 가까운 것들보다 적은 양의 금속을 수용하는 것이 보통이다. 잉곳트 또는 빌레트 표면의 냉각재 부여는, 잉곳트 또는 빌레트의 단부들이 주조 유니트들의 단부로 부터 나오고 그 잉곳트가 완전히 고화될때까지 계속되는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 다라 잉곳트 또는 빌레트의 크기 및 형태의 매우 정밀한 제어가 가능하게 된다. 예를들어, 공칭 크기가 19×43×138인치(48.3×109.×350.5cm)인 잉곳트 5개를 전자기 주조할 때, 그 잉곳트의 길이를 다라 측정된 최대 단면 치수의 최대 편차는 0.1인치(0.25cm)이하이었다. 여러 잉곳트들 사이에서의 최대편차는 0.25인치(0.64cm)이하 이었다.

Claims (5)

1. 용융 금속이 주조 유니트들 각각의 상부 공급부로 흐르고, 저부 블록들에 지지되어 완전히 고화되거나 부분적으로 고화된 잉곳트 또는 빌레트가 주조 유니트의 배출부들로 부터 배출되는 다수의 수직으로 배치된 연속 또는 반연속 주조 유니트들의 용융 금속의 수준을 주조 작동중에 정확하게 제어하기 위한 방법으로서 : (A) 상기 각 주조 유니트내 용융 금속의 수준을 감지하고, (B) 각 주조 유니트에서 감지된 상기 용융 금속 수준을 나타내는 신호를 발생시키고, (C) 모든 주조 유니트들에 요구되는 용융 금속 수준을 나타내는 설정점 신호를 발생시키고, (D)상기 감지된 용융 금속 수준들을 나타내는 각 신호들과, 상기 요구되는 용융 금속을 수준을 나타내는 설정점 신호를 비교하여, 감지된 용융 금속 수준과 소망의 용융 금속 사이의 차이를 측정하고, (E) 비교된 신호들 사이의 차이에 응하여 주조 유니트들로 흐르는 용융 금속의 양을 조절하는 단계들로 구성된, 연속 또는 반연속 주조 유니트에서의 용융 금속 수준 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 저부 블록들의 강하 비율이 서로 동일 하도록 조절되는 상기 방법.
3. 제1항에 있어서, 주조 유니트들 각각에서의 용융 금속 수준이 동일한 수평면에 유지되는 상기 방법.
4. 제1항에 있어서, 용융 금속이 주조 유니트들 내에서 고화하는 동안 그 용융 금속을 성형하는 수단이, 전자기장을 발생시키는 환형의 전자기 유도자이고, 그 전자기장이 그 전자기 유도자내 용융 금속에 대해 전자기 압력을 발생시켜 용융 금속이 그의 최종 형태로 고화될때까지 그 용융 금속의 형태를 제어하는 상기 방법.
5. 제4항에 있어서, 환형 전자기 유도자들 각각에 공급되는 전류의 진폭 및 주파가 동일하고 전체 주조 과정에 걸쳐 동일한 짙폭및 주파수로 유지되는 상기 방법.

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