KR960000327B1 - 반연속주조시의 탕면제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반연속주조시의 탕면제어장치

제1도는 종래의 반연속주조시의 탕면제어장치 구성도.

제2도는 본 발명의 반연속주조시의 탕면제어장치 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 와전류 센서의 상세구성도.

제4도는 본 발명에 따른 콘트롤러의 상세회로도.

제5도 (a)는 종래장치에서 얻어진 슬리브 표면사진이고

(b)는 본 발명장치에서 얻어진 슬라브 표면사진이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 래들박스(Laddle Box) 2 : 노즐(Nozzle)

3 : 부표(Float) 4 : 금형(Mould)

5 : 하부 플러그 6 : 스토퍼(Stopper)

7 : 와전류센서 8 : 용탕탕면

9 : 유압실린더 10 : 슬라브

11 : 콘트롤러 12 : 알루미나 보호관

13 : 공기주입구 14 : 공기배출구

본 발명은 비철금속(알루미늄, 구리등)의 반연속 주조장치에 있어서, 금형에 주입되는 용탕의 탕면을 일정하게 유지하기 위한 반연속주조시의 탕면제어장치에 관한 것이다.

알루미늄 및 알루미늄합금의 주괴(압연용 슬라브, 압출용 빌레트)의 제조는 일반적으로 수직형 반연속주조(Direct Chill Casting)에 의하여 만들어진다.

제1도는 종래의 탕면제어 장치의 구성도를 보이고 있다.

여기에서 참조되는 바와같이 래들박스(1)에 주입된 용탕은 노즐(2)을 거쳐 금형(4)에 주입되게 구성되고, 상기 금형(4)에 의해 성형 경화된 슬라브(10)의 선단은 유압실린더(9)로 작동되는 하부 플러그(5)에 의해 하강 이동되게 구성된다.

상기 노즐(2)의 상, 하측에는 각각 스토퍼(6,16)가 마련되며, 상측 스토퍼(6)는 용탕탕면에 떠있는 부표(3)의 시각적인 위치 검출을 통하여 스토퍼 액튜에이터의 기계적 조작으로 작동되고, 하측 스토퍼는 상기 부표(3)에 의해 직접 작동되게 구성한다.

상기 스토퍼(6,16)는 어느 하나를 선택적으로 사용하게 된다.

이에 따라 비철금속을 소정의 온도로 가열하여 용해시킨 용탕을 래들박스(1)에 주입하고 노즐(2)을 통하여 금형(4) 사이에 주입하게 되면, 냉각수가 내부를 관통하는 금형(4)에 의해 일정한 형상의 슬라브(10)로 응고된 후 유압실린더(9)에 연결된 하부 플러그(5)에 의해 일정한 속도로 하향 이동된다. 이때 부표(3)는 일정한 속도로 하강하는 하부 플러그(5)의 속도에 맞추어 용탕의 탕면(8)을 일정한 높이로 유지하게 된다. 즉, 하부 플러그(5)와 금형(4) 사이의 공간에 주입된 용탕에 의하여 부표(3)가 용탕위에 떠있으면서 소정의 높이까지 용탕이 차오르면 부표(3)의 부력에 의하여 스토퍼(16)로 노즐(2) 구멍을 막아서 더 이상 용탕이 빠져나오지 않도록 하고, 또한, 하부플러그(5)가 일정한 속도로 하강하기 때문에 용탕의 지속적인 공급이 필요하게 되면 노즐(2) 구멍을 막고 있던 부표(3)가 용탕면을 따라서 하강하기 때문에 스토퍼(16)에 의해 노즐(2) 구멍이 열리게 되어 용탕이 다시 공급된다. 이와같은 부표(3)의 노즐(2) 구멍 개폐에 의하여 공급되는 용탕의 탕면을 제어하게 된다.

또다른 방식으로는 부포(3) 대신에 스토퍼(6)를 이용하여 기계적인 방법 혹은 육안으로 용탕면을 확인하면서 일정한 높이로 유지하기 위하여, 스토퍼(6)를 개폐하면서 탕면을 제어할 수 있다.

그러나 상기에 열거한 기존의 장치에 의하여 비철금속의 주괴(압연용 슬라브, 압출용 빌레트)를 제조할 경우에, 부표(3)를 사용하면 노즐(2)의 직경보다 큰 부표를 사용하여야 하기 때문에 작은 직경(100mm이하)의 빌레트를 제조하기가 힘든 단점이 있으며, 주조전후에 부표(3)의 탈착을 하여야 하고 보수 및 주조중에 부표의 작동을 관리하기 위한 작업인원이 필요하게 된다. 또한 스토퍼(6)를 이용하여 탕면을 제어할 경우에도 탕면을 제어하기 위한 작업 인원이 필요하고 정확하게 탕면을 제어하기 위해서는 고도로 숙련된 작업자를 필요로 한다. 그렇지 않을 경우에는 주조된 슬라브나 빌레트의 표면에 용탕 공급의 불균일에 의한 물결모양의 주릉이 생기거나 불량품이 되는 단점이 있다. 미숙련공이 작업을 하면 용탕이 누출되어 화재의 발생이나 폭발의 위험성이 있으며 재현성이 있는 주괴를 제조하기 어려운 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와같은 기존의 탕면제어장치에서의 문제점들을 해결하기 위해, 래들박스와 용탕탕면 사이에 와전류 발생 및 검출센서를 설치하고, 이 센서에서 얻어진 데이터를 처리하여 노즐개폐용 스토퍼를 자동제어할 수 있도록 함으로써, 용탕면의 높이를 항상 일정한 레벨로 유지시킬 수 있는 반연속주조시의 탕면제어장치를 제공하는데 있다.

이하, 첨부한 도면에 기초하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

제2도에서 보이는 바와같이 본 발명장치는 온탕을 저장하는 래들박스(1)와, 상기 래들라스(1)에 설치되어 용탕을 금형(4)으로 주입하는 노즐(2)과, 상기 금형(4)에서 나온 주형물의 선단을 하향이동시키며 유압실린더(9)에 고정된 하부플러그(5)와, 상기 금형(4)내의 용탕탕면(8)으로부터 일정길이 높이(h)에 설치되는 와전류 센서(7)와, 상기 와전류 센서(7)의 센싱 값을 처리하여 스토퍼 액튜에이터(15) 제어신호를 발생하는 콘트롤러(11)와, 상기 스토퍼 액튜에이터(15)에 의해 작동하여 노즐(2)를 개폐하는 스토퍼(6)를 포함한다.

상기 와전류 센서(7)는 제3도에서 보이고 있는 바와같이, 1차 로일(21)과 2차 코일(23)과 검출코일(22)을, 외부에서 공기가 주입되는 에어가이더(20)에 설치하고, 이를 알루미나 보호관(12) 및 공기 배출구(14)가 마련되고 상기 에어가이더(20)의 공기주입구(13)를 노출시키는 덮개로 케이싱하여 구성한다.

상기 콘트롤러(11)는 제4도에서 보이고 있는 바와같이, 궤환소자(19)를 가지며 발진기(17)의 발진신호가 입력되는 궤환증폭기(18)의 출력이 와전류센서(7)의 1차 코일(21)에 인가되게 연결하고, 상기 1차 코일(21)에 의해 유도된 전압을 발생하는 2차 코일(23)의 전압성분차 검출코일(22)에 유기된 와전류 성분이 차동증폭기(24)에서 차동중폭된 후 가산기(25)에서 궤환소자(19)를 통하여 궤환되는 궤환증폭기(18)의 출력에 가산되어 궤환 증폭기(18)에 입력되게 연결한다.

상기 궤환증폭기(18)의 출력은 직선검파기(26)와 A/D 변환기(27)를 차례로 거쳐 디스플레이(29)를 가지는 마이크로 프로세서(28)로 제공되게 연결한다.

상기 마이크로 프로세서(28)에서 연산 처리된 데이터는 D/A 변환기(30)를 거쳐 스토퍼 액튜에이터(15)에 제어신호로 제공되게 연결하여 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 와전류 센서(7)의 1차 코일에 궤환증폭기(18)를 통한 발진기(17)의 50kHz 발진신호가 인가되면, 2차 코일(23)에는 1차 코일로부터 유도된 전압이 발생되고 검출코일(22)에는 1차 코일(21)에 의해서 비철금속의 용탕탕면(8)에 형성되는 와전류에 의해 일정한 전압이 나타나게 된다. 이러한 와전류는 1차 코일(21)에 의해 형성되는 전자장에 의해 형성되는데 그 크기는 1차 코일(21)과 용탕탕면(8)과의 거리(h)에 함수관계를 가지게 된다.

이러한 2차 코일(23)과 검출로일(22)에서 얻어진 전압은 차동증폭기(24)에서 차동 증폭되고, 그 차동 증폭된 값과 궤환소자(19)를 통하여 궤환되는 궤환증폭기(18)의 출력값은 가산기(24)에서 가산되어 상기 궤환증폭기(18)에 입력값으로 제공된다.

한편 상기 궤환증폭기(18)는, 주조시에 와전류 센서(7)를 초기화 시키기 위하여 차동전력값이 0이 되는 값을 원점으로 설정하게 되며, 이후 그의 출력은 용탕탕면(8)의 높이 변화를 직선으로 검파하는 직선검파기(26)와 마이크로 프로세서(28)에서의 처리를 위한 A/D 변환기(27)를 거쳐 디지탈 값으로 변환된다.

이와같이 A/D 변환기(27)에서 출력되는 디지탈 값은 마이크로 프로세서(28)에서 선형화 프로그램에 따라 처리되어 용탕탕면(8)과 와전류 센서(7) 사이의 거리(h)와 출력값이 선형화되어 출력된다.

상기 마이크로 프로세서(28)에서 선형화 프로그램이 사용되는 이유는 A/D 변환기(27)에서 출력되는 값이 용탕 탕면의 높이와 전압값이 비선형 함수를 가지기 때문이다.

한편 마이크로 프로세서(28)에서 출력되는 선형화 데이터 값은 D/A 변환기(30)에서 아날로그 값으로 변환되어 스토퍼 액튜에이터(15)에 제공된다.

따라서 상기 스토퍼 액튜에이터(15)에 의해 노즐(2) 개폐용 스토퍼(6)가 작동하게 되므로 금형(4)에 주입되는 비철금속의 용탕양의 조절을 통하여 탕면(8)을 항상 일정하게 제어할 수 있게 된다.

이러한 탕면높이의 일정한 제어에 기초하여, 먼저 하부플러그(5)를 상승시켜서 금형(4)의 아랫부분에 삽입하고, 금형(4)과 하부플러그(5)의 공간에 소정의 온도로 가열되어 용해된 비철금속의 용탕을 래들박스(1)에 저탕을 한후 와전류 센서의 작동범위를 설정하고(작동범위란 와전류센서의 하부로부터 용탕탕면까지의 거리를 뜻함), 이어서 센서를 작동시키면 스토퍼(6)가 열리면서 용탕이 금형(4)과 하부 플러그(5)로 구성된 공간에 주입이 되기 시작한다. 용탕이 주입되어 소정의 작동범위에 달하면 센서가 작동되어 탕면을 일정하게 유지시키기 위하여 스토퍼(6)의 개폐가 반복된다. 또한 탕면제어가 되는 동안에 하부플러그는 유압실린더(9)에 의하여 설정된 값에 따라 일정한 속도로 하강한다. 이때 금형(4)은 물로 냉각이 되기 때문에 금형과 접촉하고 있는 용탕은 응고가 되고 노즐(2)를 통하여 새로운 용탕이 공습되고 하부 플러그(5)는 하강하기 때문에 탕면이 제어되면서 래들박스(1)에 있는 용탕이 전부 흘러나오게 된다.

이러한 반연속주조를 행하는 것으로 주괴(압연용 슬라브, 압출용 빌레트)를 추출하게 된다.

제5도(a)는 종래의 장치로부터 추출된 슬라브의 표만사진으로서 그 표면에 용탕공급불균일에 따른 물결모양의 주름이 발생되고 있음을 보이고 있다.

제5도(b)는 본 발명에 장치로부터 추출된 슬라브의 표면사진으로서, 그 표면에 물결무의 등이 나타나지 않게 되었음을 보이고 있다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명은 슬라브나 빌레트 제조시 종래의 부표나 숙련공에 의해 작업을 해야하는 스토퍼 조작방식에 비하여 미숙련공에 의해서도 주괴의 제조가 가능하게 된다 또한 기존의 장치에서는 탕면제어의 범위가 설정된 값보다 실제로 약 10-l5mm정도의 편차가 생겨 제조된 슬라브나 빌레트의 표면에 용탕의 불연속적인 공급에 의한 물결 무늬가 발생하였으나 본 발명의 경우 실제로 5mm정도의 편차내에서 용탕면이 유지되어 물결무늬가 발생되지 않음으로 압연하기전에 물결무늬를 제거할 필요성이 없어서 생산효율면 및 생산원가 면에서도 많은 효과가 있다. 또한 주괴제조시 숙련공, 미숙련공에 관계없이 정밀제어가 가능하여 주괴품질의 개선은 물론 제품의 재현성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (3)

1. 용탕저장용 래들박스(1)와 금형(4)에 용탕을 공급하는 노즐(2)과 상기 노즐 개폐용 스토퍼(6)를 포함하는 비철금속 슬라브의 반연속주조장치에 있어서, 금형(4)의 용탕면 상부에 와전류 센서(7)를 설치하고, 상기 와전류센서(7)에 의해 검출되며 용탕높이와 함수관계를 갖는 전압성분이 콘트롤러(11)에서 선형프로그램으로 처리되게 구성하고, 상기 콘트롤러(11)의 출력에 의해 상기 스토퍼(6) 제어용 스토퍼 액튜에이터(15)가 작동되게 구성하는 것을 특징으로 하는 반연속 주조시의 탕면제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 와전류 센서(7)는 냉각용 공기가 주입되는 에어가이드(20)상에 1,2차 코일(21,23) 및 검출코일(22)을 설치하고, 상기 코일(21-23)을 감싸는 보호관(12)과 공기 배출구(14)가 마련된 상부덮개로 케이싱한 것을 특징으토 하는 반연속 주조시의 탕면제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 콘트롤러(11)는 와전류 센서(7)의 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭기(24)와, 상기 차동증폭기(24)의 출력신호와 발진기(17)의 발진신호를 궤환소자(19)에 의해 궤환증폭하는 궤환증폭기(18)와, 상기 궤환증폭기(18)의 출력을 직선 검파하는 직선검파기(26)와, 상기 직선검파기(26)의 출력을 디지탈값으로 변환하는 A/D 변환기(27)와, A/D 변환기의 출력을 내부 선형 프로그램으로 처리하는 마이크로 프로세서(28)와, 상기 마이크로 프로세서(28)의 출력을 아날로그 값으로 변환하여 스토퍼(15)로 제공하는 D/A 변환기(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반연속주조시의 탕면제어장치.