KR970005364B1 - 금속의 연속주조용 주형의 진동방법과 장치 - Google Patents

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Description

금속의 연속주조용 주형의 진동방법과 장치

제1도는 본 발명에 따른 진동장치가 구비된 금속의 연속주조용 주형의 종단면도.

제2도는 다른 실시형태의 진동장치가 구비된 주형의 부분단면도.

본 발명은 주형의 벽에 초음파진동을 전달하는 에미터로 구성되는 형태의 금속연속주조용 주형을 진동시키는 방법과 장치에 관한 것이다.

연속주조되는 금속제품, 특히 강철제품의 표면의 질은 주형내에서 용융금속의 자유표면(통상 이러한 표면을 미니스커스라 함)으로부터 이러한 제품의 최초 표피를 응고시키는 것에 따라 크게 좌우된다. 개방분류형이든 침지노즐형이든 간에 금속, 특히 강철의 연속주조에 있어서 한가지 문제점은 주형의 강제냉각벽과 접촉하는 주조금속봉의 외주연 부분의 응고에 따라 응고외피가 주형내면에 부착되거나 점착되는 것이다. 이러한 부착현상으로 주형내에 주조금속봉이 이동하는 중에 응고외피의 파열이 일어나 미처 응고되지 못한 주조금속봉 내부의 용융금속이 흘러 나오게 되는 원인이 된다.

이러한 표면의 질을 개선하고 용융금속이 흘러 나오는 것을 방지하기 위한 지금까지 알려진 기술의 하나는 주형의 벽에, 특히 미니스커스의 영역에서 이러한 벽에 초음파진동을 전달하므로서 응고외피와 주형벽의 내면 사이의 마찰계수를 감소시키는 것이 있다. 이러한 경우에 있어서 요구된 초음파진동을 얻기 위하여 압전식 초음파에미터(piezoelectric ultrasound emitter)가 사용되는 것이 좋다.

이들 초음파진동은 주형의 측벽에서 외면에 부착된 하나 이상의 에미터에 의하여 전달될 수 있다. 이 경우에 진동은 주조축선에 수직인 방향으로 전달되고 주형의 벽으로 전파되는 횡방향 압력파가 이와 동일한 방향으로 굴절되므로서 주형을 변형시킨다. 이는 예를들어 프랑스 특허 제2,497,130호의 경우이다. 이러만 에미터 또는 이들 에미터는 주형의 상측변부 또는 하측변부에 부착될 수 있다. 주조축선에 평행한 방향으로 주형에 전달된 진동은 동일방향으로 주형에 종방향 압력파를 전파하는 바, 이러한 종방향 압력파는 일반적으로 정지파로서 주형벽의 부분적인 팽창을 통하여 변형이 일어나도록 한다. 본원출원인 명의의 유럽 특허 제0,178,967호는 이러한 구조의 한 예를 보이고 있다.

주형의 축선에 대하여 순수 횡방향으로 주형을 진동시키는 것은 문제가 있다. 초음파 에미터는 주형의 내면에 가능한 한 근접하게 배치하여 이들이 발생하는 진동에너지의 상당한 부분이 주조제품과 접촉하는 표면에 효과적으로 전달될 수 있어야 한다. 통상적으로 에미터는 주형의 냉각을 위하여 사용되는 슬리이브형 부분을 통하여 관통하여야 하므로 그 주조가 복잡하게 된다. 상기 언급된 프랑스 특허 제2,497,130호의 경우와 같이, 에미터가 배치되는 영역에서 주형의 벽두께를 부분적으로 얇게 하는 것이 상례이다. 더우기 용융금속을 교반하는 전자교반기를 주형에 설치하는 것이 매우 어렵다. 이와 같이 기존의 주형에 이러한 에미터를 부착시키는 것은 매우 곤란하다. 더우기 이들 진동의 야금학적 효율은 제품의 표면상태에 대한 이들 작용의 영향이 최적하게 되도록 에미터에 대하여 영구적으로 유지되어야 하는 미니스커스의 높이의 안정성에 밀접한 관계가 있다.

예를들어 상기 언급된 유럽 특허 제0,178,967호에 기술된 바와 같은 장치에 의하여 종방향으로 파동을 전파하는 방식에 따라 주형을 진동시키므로서 미니스커스의 높이변화에 대한 이러한 민감성을 극복하고 이러한 방법의 야금학적 결과의 재현가능성을 개선할 수 있도록 한다. 통상적인 설계의 주형은 이러한 용도에 완벽하게 적합하다. 더우기 에미터는 이를 수정함이 없이 기존의 주형에 쉽게 적용될 수 있다. 그러나, 이들이 주형의 상측변부에서 수직위치에 배치되는 경우, 이들은 주형파 용융금속이 공급되는 컨디쉬의 하측부 사이에 있는 공간의 일부를 차지한다. 이는 광학적으로 미니스커스의 높이를 조절하고 주형피복분말을 공급하며 작업자에 의한 관측이 이루어지도록 하는 장치에 대하여 미니스커스에 대한 접근을 방해할 수 있다. 더우기, 에미터는 미니스커스로부터 비산되는 용융금속에 노출되기도 한다. 만약 이들 에미터가 주형의 하측변부에 배치된다면 상기 문제점들은 일어나지 아니한다. 그러나, 이러한 경우에 있어서는 에미터가 주형으로부터 나오는 제품의 복사열에 노출된다. 더우기, 주형의 유출구에서 응고외피가 파열되어 용융금속이 누출되는 경우에 이러한 용융금속에 의하여 에미터가 손상될 수 있다.

본 발명은 기존의 두 주형형식을 조화시켜 그 진동효율을 증가시키는 한편 이들 두 주형에서 확인되지 않은 잇점을 제공토록 제안한다.

이를 위하여, 본 발명의 대상으로서, 초음파진동이 주형의 벽에 가하여지는 금속 특히 강철의 연속주조방법은 상기 진동이 주형의 축선에 평행한 제1진동성분과 주형의 축선에 수직인 제2진동성분으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 대상으로서, 특정방향으로 진동을 가할 수 있게 되어 있으며 주형의 일측단부에 배치되는 적어도 하나의 초음파에미터로 구성되는 형태인 금속의 연속주조용 주형의 진동장치는 주형에 일체로 구성되어 있으며 주형의 축선에 대하여 경사각도를 이루고 상기 에미터가 착설되며 초음파방사 방향이 수직을 이루게 되는 적어도 하나의 표면으로 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 표면은 주형의 일측안부의 주연부를 둘러싸는 링의 경사변부로 구성된다. 이 링은 주형에 착설되거나 주형의 제작중에 일체로 성형될 수 있다.

이후의 설명으로 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명에 있어서 초음파진동이 주형에 경사지게 가하여지므로서 이러한 초음파진동이 주형의 종방향과 횡방향 모두에 전파할 수 있게 되어 있다. 이와 같이 주형의 진동은 종방향 성분이나 횡방향 성분중 하나만을 갖는 종래 장치에 의하여 발생되는 진동과는 다르게 종방향 성분과 횡방향 성분을 갖는다.

주형의 축선에 대하여 초음파에미터를 경사지게 배열하므로서 주형의 진동장치는 그 수직크기가 작아질 수 있다. 만약 이들이 주형의 상측변부에 배치되는 경우 이러한 위치선정의 문제점이 최소화된다. 더우기 주형에 이들 경사방향의 진동을 전달하므로서 순수 횡방향 진동과 순수 종방향 진동에 의하여 이루어지는 운동을 절충한 운동이 주형내에서 발생된다. 본 발명자들은 주형축선에 대한 에미터의 경사각도를 적당히 선택하므로서 이러한 각도가 제로인 경우보다 주형내에서 진동에너지의 분포가 양호하게 이루어지는 한편 에미터로부터 주형으로의 만족스러운 진동의 전달이 유지됨을 확인하였다. 대부분의 경우, 이러한 경사각도는 연속주조기의 상류측 방향을 향하여 개방된 최적값으로 약 60 또는 120°이다.

본 발명을 첨부도면에 의지하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서, 주형(1)은 동이나 동합금과 같이 열전도성이 양호한 물질로 만들어진 벽(2)을 가지며, 이 벽(2)은 물과 같은 냉각액체의 순환으로 벽(2)의 강제냉각이 이루어지도록 하는 슬리이브(3)로 둘러싸여 있다. 이 주형은 정사각형, 직사각형 또는 원형의 단면을 가질 수 있다. 이 주형에는 내화물질로 구성되어 턴디쉬(14)에 연결된 노즐(4)을 통하여 용융금속(5)이 공급된다. 용융금속(5)은 벽(2)의 내면에 접촉하여 응고되기 시작하며 제품(7)이 화살표(8)로 보인 방향으로 주형으로부터 인출됨에 따라 두께가 증가하는 응고외피(6)가 형성된다. 주형을 진동시키는 목적은 제품의 표면 상태를 개선하고 응고외피(6)가 벽(2)의 내면에 점착되어 파열되는 것을 방지하는데 있다.

본 발명에 따른 장치에서 주형에는 그 일측단부에 링(9)이 구비되어 있다. 도시된 구조에서는 주형의 상측단부에 이 링이 설치되어 있다. 이 링은 주형의 주연부를 둘러싸고 있으며 스크류(10)(10')들의 고정수단에 의하여 고정된다. 링과 주형사이의 접촉은 링에 가하여지는 진동이 최대한으로 주형에 전달될 수 있을 정도로 유지되어야 한다. 링(9)의 상측변부는 경사져 있어 이 링은 하나 이상의 초음파에미터(12)(12')가 부착되는 경사면(11)을 갖게 된다. 이 경사면(11)은 이 경사면에 수직인 에미터(12)(12')의 축선이 연속주조기의 상류측부분의 방향으로 개방된 예각의 각도 α만큼 주형의 축선에 대하여 경사지게 배치된다. 이와 같이 하므로서 에미터는 링에, 즉 전체 주형에 이들의 축선을 따라서 수평성분과 수직성분을 갖는 진동을 가할 수 있다. 이와 같이 진동에너지의 일부는 주조축선에 수직인 방향으로 주형의 벽을 진동시키는데 이용되며 나머지 진동에너지는 주조축선에 평행한 방향으로 주형을 진동시킨다.

횡방향 운동과 종방향 운동에 할당된 진동에너지의 비율은 각도 α의 값을 선택함에 따라서 달라진다.

초음파에미터가 주형의 상측변부에 직접 수직으로 착설될 경우에 있어서 장치의 수직방향 크기를 줄일 수 있다. 또한 에미터를 미니스커스로부터 거리를 두어 미니스커스로부터 비산되는 용융금속에 노출되는 기회를 줄일 수 있다. 이러한 보호기능을 개선하고 노즐(4)의 복사열로부터 에미터를 보호하기 위하여 커어버를 설치할 수 있으나 이는 주형의 내부로 접근하는 것을 크게 방해하지는 아니한다.

제2도에서 보인 다른 실시형태에서, 링(9)이 주형에 착설되지 않고 이에 일체로 형성되어 있다. 더우기 이 링(9)의 상측변부는 경사지게 형성되어 있지 아니하고 대신에 하측변부가 경사지게 형성되어 있다. 이와 같이 연속주조기의 저면을 향하는 경사면(13)이 링에 형성된다. 초음파에미터(12)(12')가 경사면(13)에 착설된다. 이때에 연속주조기의 상류측 방향으로 개방된 각도 α는 둔각을 이룬다. 이러한 구조는 이와 같이 하므로서 진동장치의 수직크기가 링(9)을 형성하게 되어 두꺼워진 두께만으로 제한되므로 특히 유리하다. 더우기 초음파에미터는 선행실시형태의 경우보다 비산되는 용융금속으로부터 양호하게 보호될 수 있으며 노즐(4)의 복사열에도 더 이상 노출되지 아니한다.

만약 다른 이유에서 주형의 상측부에 진동장치를 설치하는 것이 불가능하거나 바람직하지 않은 경우 진동장치는 주형의 하측부에 배치될 수 있다. 그러나, 이러한 배치구조는 비록 종래 장치의 경우보다는 심하지 않으나 상기 언급된 결점이 있을 수 있다. 실제로, 본 발명에 따른 장치의 효과중에 하나가 초음파에미터를 주조제품과는 거리를 두는 것이므로 제품이나 용융금속의 복사열에 대하여 에미터를 보호하기 위한 수단을 제공하는 것이 보다 용이하게 된다.

에미터에 의하여 가하여지는 진동은 지나친 잡음의 발생을 방지하기 위하여 적어도 16kHz인 고주파 초음파의 진동이 좋다. 초음파에미터는 압전변환기와 같은 공지된 형태이며, 이러한 압전변환기는 장시간 동안 고출력레벨의 진동을 공급할 수 있어 추천할 만한 것이다.

초음파에미터의 수는 주형의 모든 부분에서 마찰력의 균일한 감소가 이루어지도록 주형의 만족스러운 대칭성을 갖는 진동을 가하도록 선택되어야 한다. 강봉이나 단강봉을 주조하기 위한 주형의 경우에 있어서, 각면에 적어도 하나의 초음파에미터가 설치되는 것이 좋다. 슬라브를 주조하기 위한 주형의 경우에 있어서는 슬라브의 넓은 면의 중앙에 단일 에미터를 설치하여 이러만 단일 에미터에 의하여 가하여지는 진동이 슬라브의 넓은 면의 측단부에 도달하기 전에 크게 감쇠되는 경우 슬라브의 전후 각면에 대하여 여러개의 에미터를 착설할 수 있다. 주형의 단면이 원형인 경우에 이러한 주형의 직경이 너무 크지 않는 한 두개의 에미터를 직경방향으로 대향된 위치에 착설하면 될 것이다.

이상의 본 발명은 상기 설명된 실시예로 한정되지는 않는다. 본 발명은 모든 크기의 제품, 예를들어 단강봉, 강봉, 슬라브와 같은 제품의 제조나 얇은 제품의 직접주조를 위한 것이라 할지라도 예를들어 직선형, 만곡형 또는 수직 또는 수평형의 모든 통상적인 연속주조 주형에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명 장치의 다른 실시형태는 연속형의 링 대신에 다수의 경사면으로 구성되고 이들 각각에는 상기 언급된 바와 같은 적어도 하나의 에미터가 착설될 수 있다. 그러나, 에미터의 주파수, 이러한 에비터가 착설되는 경사면의 특성과, 주형과의 접촉특성의 차이로 인하여 맥놀이 현상(beat phenomena)이 일어나 설비의 만족스러운 작동에 해를 줄 수도 있다. 그러나, 이러한 본 발명의 다른 실시형태는 주형의 주연일부분에서 주형과 제품사이의 마찰을 최소화하기 위하여 주형의 특별한 구조를 필요로 할 때에 적용될 수 있다. 이는 예를들어 두 회전로울러 사이에서 연속주조하기 위한 주형에 적용된다. 이 경우에 있어서는 주형의 측면을 폐쇄하는 측분 폐쇄판이 상기 언급된 장치에 의하여 진동된다.

더우기, 초음까진동방향은 주형에 독립하여 구성되고 초음파에미터에 일체로 구성된 수단에 의하여 특정방향으로 향하게 할 수 있다. 이 경우에 있어서 초음파에미터의 축선에 대하여 경사진 방향의 진동을 주형에 가할 수 있다. 그리고 초음파에미터를 지지하는 주형의 부분은 주형의 축선에 대하여 경사진 방향으로 향할 괼요는 없다.

본 발명의 방법과 장치는 그대로 이용되거나 주형의 벽에 응고외피가 점착되는 위험을 줄이는 다른 수단으로서 기계적인 저주파진동을 가하는 수단과 윤활유로 주형의 내벽을 윤활처리하는 수단이나 미니스커스를 슬래그로 피복하는 수단 등의 다른 수단이 결합되어 이용될 수 있다.

Claims (9)

1. 강철과 같은 금속의 연속주조를 위한 것으로, 주형의 내벽에 초음파진동이 가하여지는 금속의 연속주조용 주형의 진동방법에 있어서, 주형의 벽에 초음파발생수단을 착설하여 주형의 축선에 평행한 진동성분과 주형의 축선에 수직인 진동성분을 갖는 진동을 주형의 벽에 가함을 특징으로 하는 금속의 연속주조용 주형의 진동방법.
2. 특정 방향으로 진동을 전달할 수 있도록 주형의 일측단부에 배치되는 적어도 하나의 초음파에미터(12,12')로 구성되는 금속의 연속주조용 주형의 벽(2)을 진동시키는 장치에 있어서, 이 장치가 주형에 고정되며 주형축선에 대하여 제로나 직각이 아닌 각도 α를 이루는 경사면(11,13)으로 구성되고, 이 경사면에 수직인 초음파를 전달하는 상기 초음파에미터가 착설됨을 특징으로 하는 금속의 연속주조용 주형의 진동장치.
3. 청구범위 제2항에 있어서, 상기 경사면(11,13)이 주형(1)의 일측단부를 둘러싸고 있는 링(9)의 경사변부에 형성됨을 특징으로 하는 장치.
4. 청구범위 제2항 또는 제3항에 있어서, 연속주조주형에 유입단부를 향하는 상기 각도 α도의 값이 60°임을 특징으로 하는 장치.
5. 청구범위 제2항 또는 제3항에 있어서, 연속주조주형의 유입단부를 향하는 상기 각도 α도의 값이 120°임을 특징으로 하는 장치.
6. 청구범위 제3항에 있어서, 상기 링(9)이 주형(1)에 착설됨을 특징으로 하는 장치.
7. 청구범위 제3항에 있어서, 상기 링(9)이 주형(1)의 제조중에 이에 일체로 성형됨을 특징으로 하는 장치.
8. 청구범위 제2항에 있어서, 경사면에 착설되는 초음파에미터가 두 회전로울러 사이에서 연속주조가 이루어지는 주형의 측부폐쇄판에 착설됨을 특징으로 하는 장치.
9. 청구범위 제2항에 있어서, 초음파에미터가 압전초음파에미터임을 특징으로 하는 장치.

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