KR920002105B1 - 금속의 연속주조용 진동주형 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속의 연속주조용 진동주형

제1도는 본 발명에 따른 수직형의 강의 연속 주조 주형의 내측 통상부재의 상방으로부터의 개략 사시도.

제2도는 제1도에 도시된 주형을 보다 확대한 칫수로 도시하는 길이방향 중립면에 의한 단면도.

제3도는 제2도에 도시한 주형의 상방 단부의 확대 상세도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 쟈켓 6, 7 : 도관

8 : 변환기 9, 10 : 작은 판

11 : 도전성 시트 12 : 금속체

14 : 통형부재 15 : 링

16, 17 : 전기 접속부 18 : 스킨

19 : 주형금속 20 : 가장자리부

본 발명은 연속 주조주형의 내측 통형부재를 초음파에 의해 진동하는 장치에 관한 것이다.

연속 주조주형의 내측 통형부재는 동 또는 동합금의 괴상재료를 기계 가공하든가, 혹은 4매의 판을 조합하여 주편이 내부를 관통하도록 구성된다. 이 내측 통형부재는 일반적으로 물을 순환시키므로서 강제 냉각되고, 주조되는 주편의 주위 모서리를 응고시킨다.

수직이나 만곡이나 수평형의 금속, 특히 강의 연속주조에 있어서의 문제점중 하나는 주조되는 금속이 주위 모서리로부터 냉각되기 때문에 응고한 스킨이 내측 통형부재의 표면에 부착하는 것이다. 이 스킨의 부착 때문에, 주편이 주형내를 진행하면, 응고한 스킨이 균열되고, 얻어지는 주편에 구멍이나 표면 결함이 생기게 된다.

예를 들면, 신일본 제철의 벨기에 특허출원 제886,924호, 일본강관의 프랑스 특허출원 제2,471,821호 및 일본 특허출원 특개소 54-86432호에는 내측 통형부재상에 횡방향으로 부착된 변환기에 의해서 통형부재의 표면에 직각인 방향, 즉 주입축과 직각인 방향으로 부착된 변환기에 의해서 통형부재의 표면에 직각인 방향, 즉 주입축과 직각인 방향으로 초음파 진동을 부여함으로써, 마찰을 감소시키고, 따라서 주조되는 금속과 주형의 내측벽과의 사이의 윤활성을 개선한 것이 기재되어 있다. 이와같이 하여 공극의 위험을 제한하고, 주편의 표면형상을 개선하기에 이르렀다.

그러나, 이 공지기술에는 몇가지의 결점이 있었다. 즉, 이와같은 진동에 의해서 통형부재의 벽부는 주형의 내측 방향으로의 변형을 받고, 이 변형의 강도는 초음파 변환기가 주형벽에 당접하고 있는 부분의 근방에 있어서만 최대로 된다. 그 결과, 상기의 프랑스 특허출원 제2,471,821호가 제안하는 바와같이 변환기의 수를 복수로 하지 않는 한은 전체적인 마찰력의 감소는 일반적으로 50%의 수준에 불과하다.

게다가, 주형내의 용강이 큰 중량이므로, 그 관성력이 주벽에 전달되는 진동과 대립한다. 이 문제를 경감하는데는 주형벽을 두껍게 하고, 따라서 주형의 중량을 크게 하며, 또 고가인 것으로 할 필요가 있지만, 이 종류의 주형의 냉각에는 내부 냉각수 통로가 불가결하므로 더욱 복잡하다.

또한, 브리티시 스틸사의 출원에 의한 영국 특허출원 제2,108,873호에는 연속주조기의 기대위에 부착된 발진기상에 주형을 지지하여 길이방향의 진동을 부여하는 기술이 기재되어 있다. 그러나, 이 공지기술에서는 내측 통형부재만이 아닌 주형전체가 진동되고, 그 결과 수톤이나 되는 대중량물 혹은 슬라브와 같은 큰 단면의 성형품의 주조의 경우에는 10톤을 넘은 대중량물의 초음파 주파대역에서의 진동을 기대할 수 있는 것은 당연하다.

본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하여, 연속 주조주형을 효과적으로 초음파 진동하는 것을 실현하는 것이다.

즉, 본 발명에 따르면, 주조되는 금속과 접촉하는 주형의 내측 통형부재에 진동을 부여하는 적어도 하나의 초음파 변환기를 구비한 형태의 금속의 연속주조용 진동주형이고, 상기 변환기는 상기 내측 통형부재의 연장상에 있고 또 그 모서리부상에 설치되고, 게다가 이 변환기는 주형의 주입축(A)과 평행 또는 거의 평행한 길이방향에 따라서 초음파 진동을 상기 통형부재에 전달하도록 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 주조용 진동주형이 제공된다.

본 발명에 따르면, 진동이 주형벽에 전달하는 방향은 주형내의 주조되는 용융 금속체가 전달되는 진동을 감쇄시키는 효과를 갖지 않도록 된 방향이다. 따라서, 상기한 공지기술과 같이 주형내에 공진 조건을 보지 하기 위해 주형벽을 두껍게 할 필요는 전혀 없다. 따라서, 주형은 종래 방법과 같이 불합리하지 않게 제작할 수 있다. 즉, 주형벽의 외면을 둘러싸는 환상공간내에 냉각 유체를 순환시킴으로써 냉각된 두께가 얇은 벽부에 의해 주형을 구성할 수 있다. 환원하면, 본 발명은 특별한 배려없이 기존의 주형에 적용할 수 있다.

또, 본 발명은 주형을 길이방향으로 진동시키는 것이며, 그 때문에 진동효율을 최적화하는 것이 가능하다. 이것은 주입축에 직각 방향으로 진동을 전달하는 공지방법에 대한 본 발명의 잇점이다.

게다가, 본 발명에 의한 초음파 진동은 주파수가 16KHz 이상, 예를들어 16내지 60KHz의 범위이며, 상당히 큰 공진을 방지할 수 있는 것이 바람직하다는데 유의해야 할 것이다.

초음파 진동 발진기는 여러 가지 형태의 것으로 좋다. 예를 들면, 자기 수축형 변환기라도 좋다. 그러나, 전기-기계 변환 효율이 95%에 달하는 압전형 변환기가 바람직하다.

단일의 압전형 변환기를 사용하는 경우에는 압전재료의 작은 판(예를 들면, 압전 세라믹과 같은 작은 판)을 그 자체 공지의 방법으로 발진 금속체 및 평형 금속체 사이에 배치하여 구성되지만, 이들 금속체의 한쪽은 주형 자체에 의해 형성되고, 압전성의 작은판의 한쪽은 주형 단부의 모서리부상에 지지되는 것이 바람직하다. 이와같은 배치는 변환기와 진동을 전달하고자 하는 물체와의 사이에 내재하는 문제를 해결하는데 바람직하다. 즉, 고출력 초음파 진동과 같이 진동이 고강도인 경우, 이 결합은 단단한 것으로 되어야만 된다.

본 발명에 따른 단일의 변환기를 구비하는 주형을 형성하는 경우에는 전압재료의 작은 판은 주형의 단면과 거의 동일한 형상을 하고 있다. 이와같이 주형의 단면과 동일의 치수를 이루는 전압성 작은 판과 주형의 단면 및 형상과 동일의 횡단면을 가지는 발진 금속체를 사용하는 경우에는 강제 구조로 콤팩트한 주형이 얻어진다.

주형의 공진의 최적조건을 실현시키기 위해서는 전압 변환기의 금속체의 한쪽이 주형벽으로 형성되어 있는 경우, 발진 금속체의 자유단과 평형 금속체의 자유단과의 사이의 거리 D가 다음식을 만족하도록 금속체의 치수를 선택한다.

단, K는 정수이고 , λ는 변환기(8)가 발진하는 초음파 진동의 파장이다.

더욱이, 2개의 작은 판으로 끼워진 전압재료의 변환기를 포함하는 본 발명의 주형을 최적화하기 위해서는 2개의 작은 판의 접합평면을 발생하는 초음파의 절결부의 평면과 일치시키는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 발진체의 자유단과 2개의 작은 판의 접합부와의 사이의 거리 D'가 다음식을 만족하도록 발진체의 치수를 결정한다.

단, n'는 0 또는 정수이고, λ는 변환기가 발진하는 초음파 진동의 파장이다.

이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 실시예에 의해 설명한다. 또 이들 실시예는 본 발명의 단순한 예시로서 본 발명의 범위를 하등 제한하는 것은 아니다.

[실시예]

도시되어 있는 연속주조주형은 주형편(19)의 통로를 구성하는 강 또는 동합금의 통형부재(14)로 종래 기술대로 구성되어 있다. 이 통형부재는 쟈켓(5)에 의해 일정거리로 둘러싸여 있다. 쟈켓(5) 및 부재(14)는 이들 사이에 냉각유체(일반적으로 물)의 순환 공간을 형성하고, 이 공간은 각각 물의 도입용 및 배출용인 도관(6,7)으로 외부와 연통하고 있다. 이 물의 순환으로부터 부재(14)의 벽부를 통하여 주형금속(19)의 열속을 빼앗고, 도면중에 화살표 A로 도시하는 주입축의 방향으로 금속을 주형으로부터 인발한때, 주형의 출구에서는 중심부는 또 용융상태로 유지하면서 바깥둘레에 응고한 스킨(18)을 형성한다. 인발측의 반대쪽 단부에서 주형내에 용융금속을 공급하는 상태는 도면을 간단히 하기 위해 도시를 생략한다.

본 실시예에서는 사각형 단면의 주형편을 제조하기 위해 각각 4개의 내측 측벽을 구성하는 4개의 판 1내지 4장을 조립함으로써 통형부재(14)가 형성되어 있다.

초음파 진동의 변환기(8)는 통형부재(14)의 상방단부의 가장자리부(20)상에 부착되어 있다. 이 변환기는 그 원리가 완전히 공지인 바와 압전형이다. 본 실시예에서는, 변환기는 상방의 작은 판(9)과 하방의 작은 판 (10)을 구비하고, 이들 작은판은 티탄 지르코네이트 납과 같이 압전 세라믹이다. 이들 작은 판은, 이들 사이에 도전성 시트(11)를 끼우고, 다시 제1의 상방 금속체에, 즉 발진체와, 제2의 하방의 금속체(본 실시예의 경우 내측 통형부재(14)에 의해 구성되어 있다. )와의 사이에 면과 면으로 끼워져 있다. 도면에 명료하게 도시하는 바와같이 이들 작은 판(9,10) 및 금속체(12)는 부재(14)의 상방 가장자리부의 전 윤곽상에 넓어져 있다. 이들 작은 판(9,10)은 이 가장자리부와 동일의 형상 및 치수를 이루고, 금속체(12)는 부재(14)의 형상 치수와 대응하는 단면을 가지며, 따라서 이 금속체(12)의 측면은 부재(14)의 연장상에 있다.

더욱이, 상방 금속체(12), 상방 작은 판(9), 도전성 시트(11), 하방 작은 판 (10) 및 통형부재(14)에 의해 형성되는 적층체는 금속체(12), 작은판(9,10), 도전성 시트(11)를 관통하고, 부재(14)의 벽부의 두께내에 그 단부가 묻힘 체결 보울트(13)에 의해 조립되어 유지된다.

이들 조립체에는 체결 보울트(13)를 작은 판(9,10) 및 도전성 시트(11)로부터 절연하는 링(15)과, 각각 도전성 시트(11) 및 상방 금속체(12)와 연결하고 또한 교류전원(도시되지 않음)과 연결하는 전기접속부(16,17)가 설치되어 있다.

한편 부재(14)의 중심에 공진의 조건을 실현하기 위하여 상방 금속체 및 부재(14)의 치수가 다음과 같이 결정된다. 즉 금속체(12)의 상단부로부터 부재(14)의 하단부까지의 거리가 변환기(8)에 의해 발진되는 진동의 반파장의 정수배와 같게 되도록 된 치수로 한다.

더욱이, 금속체(12)의 높이는 금속체(12)의 상단부로부터 시트(11)의 중립면까지의 거리 D'가 λ/4(모듀로 λ/2)에 같게 되도록 선택되어 있다. 여기서 λ는 변환기(8)에 의해 발진되는 진동의 파장이다.

상방 금속체(12) 및 주형의 내측 통형부재(14)의 상대적 위치를 고려하면 변환기(8)에 의해 발진되는 진동은 상기 부재내를 수직, 즉 제2도 A로 도시하는 주입축의 방향으로 발진되고, 이어서 부재의 벽부내를 수직으로 전도한다. 이때 부재(14)의 벽부는 주형의 길이 방향으로 진동한다. 이 진동에 의해 동제의 부재와 주형 금속의 아직 용융상의 중심부(19)를 둘러싸는 응고한 스킨(18)과의 계면에 있어서의 마찰이 감소하고, 이 때문에 부재(14)의 내측 표면상에 스킨이 부착할 우려가 현저히 감소한다.

본 발명은, 피복유 또는 파우더에 의한 공지의 윤활방법 및 주형전체를 길이 방향으로 기계적으로 진동하는 공지의 방법과 적절히 조합할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에서 설명한 일반적으로 슬라브 또는 치수가 큰 블룸에 사용되는 판을 조합하여 구성되는 주형에 적용할 수 있을 뿐 아니라, 일반적으로 구형 정방형, 직사각형, 그 밖의 빌렛 또는 블룸 주조용에 이용되는 기계 가공된 일체형 내측 통형부재를 구비한 주형에도 적용할 수 있다.

또, 피로 강도상의 이유로, 초음파 결절면에 위치하는 고정점에서 내측 통형부재를 주형체상 조립하도록 주의해야 한다.

상기 실시예에서는, 변환기는 2개의 세라믹 판을 구비하고 있으나, 본 발명은 예를들어 4장, 6장, 8장 등과같이 (통상적으로 짝수이다.) 2장 이상의 세라믹 판을 중첩시킴으로써 실현해도 좋다. 이와같이 구성함으로써 초음파 강도를 증대시킬 수 있다.

변환기의 작은 판을 구성하는 세라믹스는 티타노 지르코네이트 납에 한정되는 것은 아니며, 강도의 전장으로 충분한 강도를 유지하면서 기계적 강도가 양호한 재료이면 다른 종류의 재료라도 사용할 수 있다. 참고로 티타노 지르코네이트 납의 세라믹스는 상품번호 p762로 ＂쿼츠에 시리스 에스. 아-＂(Quartz etcilice S.A.)로 판매되고 있다.

또 본 발명은 주입 축을 중심으로 한 회전자계 혹은 주입축과 평행 또는 직각 이동자계에 대해 주형내 용융금속을 교반하는 방법과 완전히 조합할 수 있다.

또 본 발명은 연속주조 수직 주형에만 적용이 한정되는 것은 아니며, 경사, 만곡 및 수평 주형에도 적용할 수 있다.

현재 공업화에의 연구 개발중인 수평 연속 주조의 경우, 용융금속을 공급하는 용기와 접속하고, 이와 함께 혹은 독립하여 기계적 진동을 주형이 받고 있으나, 이는 본 발명자의 현 시점에서 알고 있는 한 큰 문제를 제기하고 있다. 본 발명은 이 문제에 대해 만족할 수 있는 해결방법을 제공하는 것이며, 이 해결방법은, 용융금속 공급용기의 출구 오리피스와 연결되는 단부와는 반대측 단부에 변환기를 설치함으로써 실시할 수 있다.

Claims (9)

1. 주조되는 금속과 접촉하는 주형 내측 통형부재(14)에 진동을 가하는 적어도 하나의 초음파 변환기(8)을 구비하는 금속 연속 주조용 진동 주형에 있어서, 상기 변환기(8)가 상기 내측 통형부재(14)의 연장부의 한 단부의 그 주위부(20)상에 설치되고 주형 주입축(A)에 평행 또는 거의 평행인 길이 방향으로 발생되는 초음파 진동을 상기 통형부재에 전달하도록 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 주조용 진동주형.
2. 제1항에 있어서, 상기 변환기(8)는 압전형 변환기인 것을 특징으로 하는 진동주형.
3. 제2항에 있어서, 발진금속체(12)와 평형 금속체 사이에 지지된 압전재료로 된 작은 판(9,10)을 갖는 하나의 압전 변환기(8)를 포함하고, 상기 금속체의 하나는 상기 내측 통형부재(14) 자체로 구성되며, 상기 작은판의 하나(10)은 그 면중 하나가 상기 내측 통형부재 주위부(20)상에 맞닿아 하는 것을 특징으로 하는 진동주형.
4. 제3항에 있어서, 상기 압전재료로 된 작은 판(9,10)은 상기 내측 통형부재(14)의 주위부(20)와 거의 같은 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하였는 진동주형.
5. 제4항에 있어서, 상기 작은 판(9,10)이 상기 주위부(20)와 거의 같은 치수이고, 상기 발진금속체(12)가 상기 주위부(20) 형상 및 형상 치수의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 진동주형.
6. 제3항에 있어서, 상기 발진체(12)의 자유단과 평형체(14)의 자유단과의 간극 D는

   

   의 식을 만족하는데, 여기서 K는 정수이며, λ는 변환기(8)가 발진하는 초음파 진동의 파장인 것을 특징으로 하는 진동주형.
7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 변환기가 2개의 압전재료로 된 작은 판을 포함하는데, 상기 발진체의 치수는 상기 발진체(12)의 자유단과 상기 2개의 작은 판의 접합부 사이에 거리 D'가

   

   인 식을 만족하도록 결정되는데, 여기서, n'는 제로, 또는 정수이며, λ는 변환기(8)가 발진하는 초음파 진동의 파장인 것을 특징으로 하는 진동주형.
8. 제1항 혹은 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 강으로 된 수평연속 주조용 주형인 것을 특징으로 하는 진동주형.
9. 제8항에 있어서, 상기 변환기(8)가 주형의 빼내기측 단부에 배치되어 있음을 특징으로 하는 진동주형.

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