KR100641618B1 - 전자기장을 사용하여 연속 주조중의 금속흐름을 제어하는방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법 및 장치에 관한 것이다. 몰드내로 공급되는 고온의 1차 금속 용융물 흐름 (P) 은 하나 이상의 정적 또는 주기적 저주파 자기장에 의해서 영향을 받게 되어 1차 흐름을 제동하여 분기시키고 주조 스트랜드의 응고되지 않은 부분에서 제어된 2차 흐름 패턴을 형성한다. 자기장의 자속밀도는 주조조건에 근거하여 제어된다. 몰드안의 2차 흐름 (M, U, C1, C2, c3, c4, G1, G2, g3, g4, O1, O2, o3, o4) 은 주조 전반에 걸쳐서 관측되고, 흐름의 변화 검출시 관측된 흐름의 검출된 변화에 대한 정보가 변화가 평가되는 제어 유니트 (44) 에 공급되고, 자속밀도는 이 평가에 근거하여 조절되어 제어된 2차 흐름을 유지하거나 조절한다.

Description

전자기장을 사용하여 연속 주조중의 금속흐름을 제어하는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROL OF METAL FLOW DURING CONTINUOUS CASTING USING ELECTROMAGNETIC FIELDS}

본 발명은 금속 주조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 몰드에서의 연속 또는 반연속 주조방법에 관한 것이며, 여기서 스트랜드 주조의 미응고 부분의 금속흐름이 주조중의 몰드안의 용융 금속에 작용하도록 가해진 하나 이상의 정적 또는 주기적 저주파 자기장에 의해서 영향을 받아 제어되는 것에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 방법을 실시하는 장치에 관한 것이다.

연속 또는 반연속 주조방법에서, 금속 용융물은 냉각되어 신장된 스트랜드로 성형된다. 이 스트랜드는 단면 치수에 따라 빌렛 (billet), 블룸 (bloom) 또는 슬래브로 불린다. 고온의 1차 금속흐름이 주조시에 냉경 몰드 (chilled mold) 에 공급되며, 여기서 금속이 냉각되고 적어도 부분적으로 응고되어 신장된 스트랜드로 된다. 냉각되어 부분적으로 응고된 스트랜드는 연속적으로 몰드로부터 배출된다. 스트랜드가 몰드로부터 배출되는 지점에서 스트랜드는 적어도 미응고된 중심을 둘러싸서 기계적으로 스스로 지지하는 표피를 가진다. 냉경 몰드는 주조방향으로 그 양단부가 개방되어 있고 상기 몰드를 지지하는 수단과 상기 몰드 및 지지체에 냉매를 공급하는 수단과 연결되는 것이 바람직하다. 냉경 몰드는 4개의 몰드 플레이트로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 플레이트는 구리 또는 적당한 열전도성을 갖는 다른 재료로 제조된다. 상기 지지수단은 일반적으로 물과 같은 냉매의 공급을 위한 내부채널을 갖는 비임이 바람직하고, 따라서 이런 비임은 종종 수냉식 비임 (water beam) 이라 불린다. 상기 수냉식 비임은 냉경 몰드 주위에 배치되어 냉경 몰드와 양호하게 열적 접촉하여 몰드를 지지함과 동시에 냉각시키는 이중기능을 충족시킨다.

고온의 1차 금속흐름은 용탕 내의 침지 노즐 (submerged nozzle), 즉 폐쇄 주조 또는 자유 탭핑 제트, 즉 개방 주조를 통하여 공급된다. 이들 2개의 선택적인 방법은 별개의 흐름상태를 생성하여, 자기장이 가해지는 방법 및 장소에 영향을 미친다. 고온의 1차 금속흐름이 제어되지 않은 방식으로 몰드에 유입된다면, 이 금속흐름은 주조되는 스트랜드안에 깊게 침투할 것이고 이것은 품질 및 생산성에 악영향을 미치기 쉽다. 비금속 입자 및/또는 가스가 빨려들어 응고된 스트랜드에 포획될 수 있다. 스트랜드에서의 제어되지 않은 고온의 금속흐름은 또한 주조되는 스트랜드의 내부구조에 결함을 생기게 한다. 또한 고온의 1차 흐름이 깊히 침투하면 응고된 표피가 부분적으로 재용해되어 용융물이 몰드의 표피에 침투하여 심각한 장애를 발생시켜 수리로 인해 장기간동안 가동되지 못한다. 이런 문제점을 회피하거나 최소화하고 제조조건을 향상시키기 위한, 유럽특허 공보 EP-A1-0 040 383 에 개시된 바에 따르면, 유입흐름을 제동하고 1차 흐름을 분기시킴으로써 스트랜드의 용융부분에서 2차 흐름이 제어되도록 몰드에서 유입하는 고온의 1차 용융물 흐름에 작용하게 1 이상의 정적 자기장이 가해질 수 있다. 이 자기장은 하나 이상의 자석으로 이루어진 자기브레이크에 의해서 가해진다. 자극철심을 중심으로 수회 감겨진 코일과 같은 하나 이상의 감은 선으로 이루어진 장치와 같은 전자장치가 사용되는 것이 바람직하다. 이런 장치는 전자 제동 장치 (EMBR) 로 불린다.

유럽특허 공보 EP-B1-0 401 504 에서 개시된 바에 따르면, 자기장은 침지된 주입노즐에 의한, 폐쇄 주조시에 주조방향으로 차례로 배열된 2개의 레벨에서 작용하도록 가해질 수 있다. 자석은 주조 스트랜드의 전체 폭을 실질적으로 커버하는 자기 밴드 영역을 갖는 극으로 이루어지고, 제 1 레벨은 침지노즐의 출구위에 배열되고 제 2 레벨은 침지노즐의 출구아래에 배열된다. 또한, EP-B1-0 401 504 는 자속(magnetic flux)을 주조조건, 즉 스트랜드 또는 몰드치수 및 주조속도에 따라 채택하여야 한다는 것을 개시하고 있다. 자속 및 자속 분포는 응고를 피하도록 메니스커스에 열을 충분히 전달하도록 채택되어야 하면서, 동시에 메니스커스에서의 유동속도가 용융물로부터 가스 또는 함유물이 제거되도록 제한되고 제어되어야 한다. 또한, 메니스커스의 높은 유동속도가 제어되지 않으면 몰드 분말이 용융물내로 빨려 들어가게 할 수 있다. 이 공보에서는 도 9 에 도시된 바와 같이, 메니스커스에서 유동속도의 최적 범위가 존재한다고 제안하고 있다. 이 공보에서는 주조작업시 효과가 나타난다고 추정된 다음의 특정 조건에 기초하여 주조작업을 하기 전에, 몰드에 대한 자속밀도가 채택되어야 한다고 제안하고 있다. 이를 달성하기 위하여, EP-B1-0 401 504 는 도 15 와 컬럼 8, 라인 34 내지 50 에 나타나 있는 바와 같이, 하나의 상호 작동쌍으로 이루어지고 몰드의 반대측에서 서로 대향하여 배열된 자극들 사이의 거리를 변화시키도록 실질적으로 축선방향으로 자극을 이동시키게 배열된 기계식 자속 제어장치를 제안하고 있다. 그러나, 이런 기계식 자속 제어장치는 특히, 제동장치의 작동시에 발생하는 큰 자기력을 받게 될 때 안정된 자속밀도를 얻을 수 있도록 매우 견고해야 하고, 동시에 자속밀도가 자극들 간의 거리의 변화에 대해 민감하므로, 필요한 자속밀도의 변경을 조정할 수 있을 정도로 미세한 운동이 가능해야 한다. 이러한 기계식 자속밀도 제어장치는 비중이 큰 게이지 재료, 견고한 구조 및 자기장의 방향으로의 미세한 운동을 조합시켜야 할 것이이므로, 실시하기가 어렵고 비용이 많이 든다. 또 다른 실시예에 의하면, 기계식 자속밀도 장치는 스테인레스강과 같은 비자성 재료로 자극의 일부를 대체함으로써, 다시 말해서 자극의 형상의 변화를 통해, 주조 전에 몰드에서의 자속의 패턴을 변경한다. 자극의 형상에 대한 유사한 아이디어가 EP-A1-577 831 및 WO92/12814 등 타 공보에서도 또한 논의되고 있다. 특허공보 WO96/26029 에서는 몰드내의 2차 흐름의 제어를 보다 향상시키기 위하여 몰드의 출구 단부 또는 그 하류에 하나 이상의 레벨을 포함하는 추가의 레벨에 자기장을 가하는 것이 개시되어 있다. 기계적 수단에 의해 자극의 형상을 변경시키거나 또는 운동시키는 것에 기초한 이런 형태의 자속밀도 제어장치는, 자기력에 견디도록 자극 철심 또는 일부 철심을 고정하기 위한 수단이 보완되어야 하고, 자속밀도를 사전에 설정하여야 하며, 다음 주조시 나타나게 될 것으로 예상되는 주조 조건이 적용되므로, 상기 장치는 자속밀도를 온라인으로 조절하기 위해 많은 비용과 수고스러운 개발 작업이 포함될 것이다.

유럽특허 공보 EP-A1-0 707 909 에 따르면, 연속주조법에서의 메니스커스에서 유동속도는 0.20 - 0.40m/sec 의 범위 내에 있어야 하고, 유입 흐름을 제어할 수 있는 노즐을 통하여 1차 흐름이 몰드에 공급되고, 몰드 전체 폭에 걸쳐서 실질적으로 균일한 자속밀도 분포를 갖는 정적 자기장이 몰드의 금속에 작용하도록 가해진다. 또한, 상기 공보에 의하면 메니스커스에서의 흐름은 다음의 매개변수를 설정함으로써 상기 범위 내에 유지될 수 있다;

- 침지노즐에서 포트(들) 의 각도,

- 몰드내의 노즐 포트(들) 의 위치,

- 자속밀도.

노즐 포트(들) 의 각도와 위치 뿐만 아니라 자기장(들) 의 위치도 주조의 개시전에 측정되어 미리 설정되어 자속이 2개의 다른 알고리즘중의 하나에 따라 제어된다. 사용될 알고리즘의 선택은 1차 흐름에 대한 자기장의 위치에, 다시 말해서 노즐 포트(들) 에서 나가는 1차 흐름이 측벽에 도달하기 전에 자기 제동장 (magnetic brake field) 을 가로지르는지 여부에 의존한다. 상기 알고리즘(들) 은 오직, 자기장이 가해지지 않을 때의 메니스커스에서의 유동속도, 즉 이전의 주조 또는 제동장치가 작동하지 않는 상태로 주조가 개시 가능한 경우 그 주조의 개시시에 측정된 이력치에만 근거한다. 알고리즘의 다른 값은 모두 미리 설정된다. 이 값에는 상수인 몰드의 두께와 폭, 및 상수값 또는 소정의 시간 함수로서 처리되는 노즐 포트(들) 를 통한 용강의 평균유동속도, 즉 1차 흐름의 평균 유동속도가 포함된다. 따라서, 이 방법에 따른 자속밀도는 소정의 미리 설정된 파라미터에만 근거하여 설정될 것이고, 제어는 실제 주조 조건 또는 동적 진행 공정에서의 어떤 변화에 대하여도 고려되지 않을 것이므로, 실제 흐름의 변화에 근거한 자속밀도를 온라인으로 조절할 수 없을 것이다. 2차 흐름에 영향을 미치고 주조시 변하기 쉬운 파라미터 또는 조건의 예로는 침식 또는 부착으로 인한 노즐 포트(들) 에서의 철정압(ferrostatic pressure), 노즐각도(들) 또는 노즐치수, 융점에 대비 온도와 같은 1차 흐름의 과열, 메니스커스의 냉경 및 몰드에서의 메니스커스 위치가 있다. 1차 흐름은 또한 주조속도의 변화나 별도로 제어되는 다른 생산 변수에 따라 채택되어야 한다.

발명의 목적

본 발명의 1차 목적은 금속의 연속 주조방법을 제공하는데 있고, 여기서 주조시 몰드내의 흐름은 유입되는 고온의 1차 금속흐름을 제동하고 분기시키도록 상기 금속에 작용하게 가해진 자기장의 자속밀도의 온라인으로 조절되어, 몰드에서의 제어된 2차 흐름 패턴을 형성한다. 상기 온라인 조절은 주조 전반에 걸쳐서 제공되어야 하며, 최소의 결함을 가지고 개선된 생산성으로 제조되는 주조품을 제공하도록, 몰드에 작용하거나 몰드의 조건에 영향을 미치는 작업 파리미터 또는 실제 주조조건에 근거해야 한다.

메니스커스에서의 흐름은, 몰드 분말과 가스의 포획 및 불순물의 제거와 몰드의 흐름상황을 나타내는데 중요하기 때문에, 본 발명의 목적은 또한 직접적이거나 간접적인 방법에 의해서 주조 전반에 걸쳐 메니스커스에서 흐름을 관측하고 주조품에서 비금속 개재물, 몰드 분말 또는 가스의 포획 또는 축적이 최소화되도록 자속밀도가 온라인으로 조절되는 이 흐름에서 검출되는 어떠한 변화도 포함하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 방법을 실시하는 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 이점은 본 발명의 설명과 본 발명의 바람직한 실시예로부터 명확해질 것이다. 하나 이상의 파라미터가 변할 때 주조 전반에 걸쳐서 개선되고 제어된 흐름 패턴을 제공할 수 있고, 이에 따라 주조시에 몰드 치수, 금속 조성 등의 작업 파라미터가 넓은 범위에 걸쳐 변한 경우나, 어떠한 이유에서 주조시에 하나 이상의 파라미터가 변한 경우에도, 주조조건이 실질적으로 안정하거나 바람직한 한계내에 있게 조정될 수 있도록, 주조품의 응고조건, 상기 주조품으로부터 비금속 불순물의 제거 및 상기 주조품에서 몰드 분말 또는 가스의 포획을 한층 더 제어할 수 있다

발명의 개요

이를 달성하기 위하여, 본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 주조방법을 제안하고 있고, 이 방법은 청구항 1 의 특징부에 의해서 특징지워진다. 본 발명에 따른 연속 또는 반연속 주조방법에 있어서, 고온의 1차 금속 용융물 흐름이 몰드내에 공급되고 하나 이상의 정적 또는 저주파수의 주기적인 자기장이 몰드내의 용융물에 작용하도록 가해진다. 하나 이상의 자기장은 1차 흐름을 제동하고 분기하여 주조 스트랜드의 미응고 부분에 제어된 2차 흐름을 형성하도록 배열된다. 원하는 2차 흐름을 달성하기 위하여, 자기장의 자속밀도가 주조 조건에 기초하여 조절된다. 본 발명의 1차 목적을 달성하기 위하여, 몰드안의 2차 흐름은 주조 전반에 걸쳐 관측되고 관측된 흐름에서의 검출된 모든 변화는 변화가 평가되는 제어 유니트로 공급된다. 그 후, 자속밀도는 제어된 2차 흐름을 유지하거나 조절하도록 이 평가에 근거하여 조절된다. 바람직하게는, 몰드의 하나 이상의 특정부분에서의 2차 흐름의 유동속도는 실질적으로 주조 전반에 걸쳐서 연속적으로 측정된다. 유동속도의 연속적인 측정에 대한 대안으로서 유동속도는 또한 실질적으로 전체 주조작업 전반에 걸쳐 비연속적으로 측정되거나 샘플링될 수 있다. 흐름의 모든 변화의 검출시, 이것이 연속적으로 측정되거나 샘플링되는 것에 상관없이 이 변화에 대한 정보는 이것이 평가되는 제어 유니트로 공급될 것이다. 이 후 자속밀도는 이 평가에 기초하여 조절된다.

금속의 연속 주조 또는 반연속 주조를 실시하는 장치는 주조 스트랜드를 성형하는 몰드, 이 몰드에 고온의 1차 금속 용융물 흐름을 공급하는 수단 및 상기 몰드내의 금속에 작용하도록 하나 이상의 자기장을 가하도록 배열된 자기적 수단으로 이루어지고, 본 발명에 따라 제어 유니트와 연결된 자기적 수단이 배열된다. 상기 제어 유니트는 검출수단과 연결되고, 이 수단은 몰드의 금속흐름을 관측하여 상기 흐름의 모든 변화를 검출하도록 배열된다. 주조 조건 또는 흐름의 변화의 검출되는 경우 변화에 대한 정보는 상기 검출된 변화를 평가하는 평가수단과 상기 흐름의 검출된 변화의 평가에 근거한 자기장의 자속밀도를 조절하는 제어수단으로 이루어진 제어 유니트로 공급된다.

상기 검출수단은 와전류기술에 근거하거나 영구자석으로 이루어진 유동센서, 좁은 측면중의 하나 또는 메니스커스의 온도 프로파일을 관측할 수 있는 온도센서, 몰드에서의 용융물 표면, 메니스커스의 프로파일과 레벨 높이를 측정 및 관리하는 레벨감지장치와 같은 고온의 금속 용융물에서 유동속도를 직접 또는 간접 측정하는 모든 공지된 센서 또는 장치일 수 있다. 적당한 검출수단은 하기에서 더욱 상세하게 예시되고 설명될 것이다.

제어 유니트는 바람직하게는 주조 파라미터 및 흐름에 대한 검출수단으로부터의 정보를 처리하기 위한 알고리즘, 통계학적 모델 또는 다변량 데이타분석의 형태의 소프트웨어를 갖는 전자장치 형태의 수단과, 상기 처리결과에 근거하여 자속밀도를 조절하는 수단을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어 유니트는 주조작업과 연관된 추가의 단계 및 장치의 관리와 제어를 위한 전자수단으로 이루어진 신경 통신망 (neural network) 내에 배열된다. 제어 유니트는 또한 자기 브레이크의 자속밀도를 조절하는 수단을 포함한다. 전자 제동장치의 경우, 이러한 것은 전자 제동장치의 전자석의 권선에 공급되는 암페어수의 제어에 의해서 가장 잘 제어된다. 이러한 것은 제어 유니트로부터의 출력신호에 의해서 제어된 모든 전류 제한장치에 의해서 달성된다. 다른 방법으로는, 제어 유니트로부터의 출력신호에 의해 전압을 제어하는 전원에 전자석을 연결하여 자석 권선에서 전류의 암페어수를 간접적으로 제어할 수 있다. 제어 유니트는 하기에서 한층 더 예시될 것이다. 또한, 본 발명의 개발은 추가의 청구범위의 특성에 의해서 특징지워진다.

흐름조건은 몰드내에서 변할 수 있기 때문에, 경우에 따라서는 몰드내의 2 이상의 장소에서 흐름을 관측하고, 또한 하나의 자기장의 자속밀도가 자기장이 가해지는 몰드의 일부에서 나타나는 흐름에 기초한 다른 자기장과 별개로 독립적으로 조정되도록 자기장에 가하는 것이 바람직하다. 일반적인 상황은 슬래브 몰드 폭의 2개의 폭측면과 몰드의 중심의 탭핑점의 경우에, 하나 이상의 자기회로가 몰드의 각각의 절반에서 용융물에 작용하도록 하나 이상의 자기장을 가하도록 배열되는 것이다, 다시 말해서 주조방향으로 몰드가 2개의 제어영역으로 분기되고 각각의 제어영역은 몰드의 절반으로 이루어져 폭측면의 중심선으로 이루어진 평면의 각각의 측면에 배치되는 것이다. 메니스커스에서 흐름은 양쪽 제어영역, 다시 말해서 몰드 절반들에 대해서 직접 또는 간접적으로 측정되고, 좌측 제어영역센서는 몰드의 좌측 절반에서 용융물에 작용하는 자기장의 자속밀도를 조절하는 수단과 연결되고, 우측 제어센서는 몰드의 우측 절반에서 용융물에 작용하는 자기장의 자속밀도를 조절하는 수단과 연결된다. 몰드는 자연적으로 여러개의 영역과, 하나 이상의 센서와 하나 이상의 자속밀도 조절수단이 각각의 영역과 연결되는 형상으로 분리될 수 있다. 2개의 제어영역을 사용하면 실질적으로 대칭인 2개의 루프흐름이 몰드의 상부에서 확실하게 전개되고, 용융물이 하나의 몰드 측면을 따라서 위로, 메니스커스를 가로질러서 다른 측면으로, 노즐 포트와 동일한 레벨 또는 그 하류에서 몰드아래로, 또한 몰드를 가로질러서 뒤로 흐르는 원하지 않는 하나의 루프 흐름으로 변형하는 극단적인 경우에서도 편류 (biased flow) 라 불리는 2개의 몰드 절반들에 대한 메니스커스에서 유동속도가 현저하게 다른 비대칭 또는 불균형한 2개의 루프 흐름으로 전개되는 위험이 실질적으로 제거되게 한다.

일 실시예에 따르면, 메니스커스에서의 유동속도 (Vm) 가 관측되어 샘플링된다. 메니스커스에서의 유동속도 (Vm) 의 변화 검출시 이런 변화에 대한 정보는 이것이 평가되는 제어 유니트로 공급된다. 이런 평가에 근거하여 자속밀도는 적당한 방식으로 조절되어 2차 흐름 패턴을 유지하거나 이 흐름을 적당하게 변화시킨다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 자속밀도는 소정의 유동속도 범위내에 있도록 메니스커스에서의 유동속도 (Vm) 를 유지하거나 조절하도록 제어된다.

다른 일 실시예에 따르면, 몰드 좁은 측중의 하나에서 상향 2차 흐름 (Vu) 이 관측되거나 샘플링된다. 이런 상향 2차 흐름 (Vu) 의 변화 검출시, 이에 대한 정보는 제어 유니트로 공급된다. 이런 평가에 근거하여 자속밀도는 이 상향 흐름 (Vu) 의 유동속도를 유지하거나 조절하도록 조정되거나, 메니스커스에서의 유동속도 (Vm) 가 이 상향 흐름의 함수이면 소정의 유동속도범위내에 있도록 메니스커스에서의 유동속도 (Vm) 를 유지하거나 조절한다. 이 유동속도범위는 주조속도, 노즐의 기하학적 형상, 노즐의 침지깊이, 가스가 가스흐름으로부터 제거될 때의 과열상태 및 몰드치수에 따라 변할 것이나, 측면 포트를 가진 침지 주입 노즐을 사용하는 통상적인 주조속도의 주조 슬래브의 경우에 일반적으로 상술된 범위내에서 유지될 것이다.

또 다른 실시예에 따르면, 몰드의 좁은 일 측면에서 상향 2차 흐름에 의해 메니스커스에서 발생되는 정재파(standing wave)의 높이 (hw), 위치 및/또는 형상과 같은 것을 특징으로 하는 메니스커스의 프로파일, 이 프로파일의 일부 또는 파라미터가 실질적으로 전체 주조에 걸쳐서 관리되거나 샘플링된다. 메니스커스의 프로파일, 특히 정재파는 위에서 언급한 바와 같이 메니스커스에서의 유동속도와 같이 상향 흐름 (Vu) 에 밀접하게 좌우된다. 그러므로, 정재파의 높이, 위치 또는 형상과 같은 프로파일의 모든 검출된 변화는 유동속도와 서로 연관될 수 있다. 이런 상호 관계 또는 평가에 근거하여 소정의 범위내에서 정재파, 상향 흐름의 유동속도 및/또는 메니스커스에서의 유동속도를 유지하도록 자속밀도가 조절된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 검출된 변화를 처리하는데 사용되는 알고리즘, 통계학적 모델 또는 데이타 분석방법은 또한 하기의 파라미터군 중의 하나 이상의 소정의 파라미터 값을 포함한다;

- 몰드 치수,

- 노즐 치수 및 포트의 각도를 포함한 노즐 형상,

- 자극의 치수, 형상 및 위치,

- 주조 금속의 조성,

- 사용된 몰드 분말의 조성.

이런 파라미터값은 측정된 흐름의 변화를 평가하고 자기장의 자속밀도를 온라인으로 조절하는데 사용되는 알고리즘, 통계학적 모델 또는 데이타 분석방법에 포함된다. 이 파라미터는 상수로서 포함하거나, 또는 주조순서에 대해 알려진 방식으로 변하는 것으로 추정되는 시간함수로서, 또는 다른 주조 파라미터 또는 흐름의 함수로서 포함된다. 파라미터의 값이 시간의 함수로서 알고리즘, 통계학적 모델 또는 데이타 분석방법에 포함될 수 있는 종속 파라미터 또는 다른 파라미터의 예는 다음과 같다;

- 노즐의 부착 및/또는 마모로 인한 1차 흐름의 변화,

- 1차 흐름, 즉 몰드로의 주입시의 금속의 과열상태,

- 노즐 출구에서의 철정압.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 하기의 파라미터군 중의 하나 이상의 파라미터가 주조동안 2차 흐름과 함께 관측되거나 샘플링된다;

- 몰드내에 주입시의 금속의 과열상태,

- 노즐 출구에서의 철정압,

- 노즐로부터 배출시의 1차 흐름의 유동속도,

- 몰드내의 기포발생,

- 주조속도,

- 몰드 분말 부가속도,

- 몰드내에서 노즐 포트에 대한 메니스커스의 위치,

- 몰드에 대한 노즐 포트의 위치,

- 메니스커스 및 노즐 포트에 대한 자기장(들) 의 위치,

- 자기장의 방향, 및

- 주조동안 변하기 쉬운 2차 흐름에 중요한 다른 주조 파라미터. 바람직하게는, 이들 하나 이상의 파라미터는 실질적으로 전체 주조공정에 걸쳐서 관리되거나 샘플링되어, 흐름에 대하여 측정된 변화를 평가하고 자기장의 자속밀도를 온라인으로 조절하는데 사용되는 알고리즘, 통계학적 모델 또는 데이타 분석방법에서 온라인으로 포함된다. 이런 변화는 시간에 의존하는 공정 또는 주조 조건에 따라 유도된 변화에 기인한 것일 수 있다. 알고리즘, 통계학적 모델 또는 다변량 데이타 분석방법에 제공되는 이들 파라미터는, 자속밀도가 상기 변화에 맞추어 채택될 수 있도록, 자속의 온라인 조절에 영향을 미치므로 보다 양호하게 2차 흐름을 제어할 수 있다.
바람직하게는, 알고리즘, 수치모델 또는 다변량 데이타 분석방법은 관측되거나 샘플링된 흐름 파라미터 외에도 미리 설정되거나 미리 측정된 상수, 소정 함수 뿐만 아니라 관측되거나 샘플링된 파라미터값의 형태의 주조 파라미터를 또한 포함한다. 이로써, 2차 흐름은 더 안정적으로 제어되고 몰드의 실제 작용조건에 대한 바람직한 흐름 패턴이 주어지도록 채택될 것이다.

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다른 실시예에 따르면, 제어 유니트는 또한 하나 이상의 다른 전자기장치에 연결되고 이 장치는 몰드 또는 스트랜드내의 용융물에 작용하도록 하나 이상의 교류자기장을 가하도록 배열된다. 이런 전자기장치는 몰드안의 용융물 또는 몰드하류의 용융물, 예를 들면 웅덩이(sump)라 불리는 곳에 최종적으로 남아 있는 용융물에 작용하도록 배열될 수 있는 교반기이거나, 또한 고주파 히터가 사용되어 응고를 방지하고, 몰드 분말을 용해시키며, 예를 들어 저과열량으로 주조할 때 양호한 열적 조건을 제공하도록 메니스커스에 인접한 용융물에 작용하도록 가해지는 것이 바람직하다.

본 발명은 주조품의 청정도와 개선된 생산성을 확보하면서 원하는 주조조직을 달성하도록 흐름 및 이에 따른 열적 조건을 채택하는 수단을 제공한다. 추가의 파라미터 및/또는 생산성 파라미터에서 유도된 변화에 대한 정보를 관측하거나 샘플링하는 것을 포함하는 실시예는, 주조 파라미터 변화의 검출시 이 변화의 결과로서 생기기 쉬운 장애를 방해하도록 자속밀도를 채택하거나 이런 변화의 결과가 될 것으로 알려진 장애 등을 최소화하는 조치를 취하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 실시예는 도면을 참고로 하여 하기에 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1 은 메니스커스 및 전형적인 2차 흐름을 나타내는 본 발명의 방법을 실시하는 몰드의 일실시예의 상단부를 개략적으로 나타내고 있다.

도 2 및 3은 전자 제동 장치가 몰드내에서 2개의 별개의 레벨로 2개의 자기 밴드 영역에서 작용하도록 자기 제동장을 가하고, 고온의 1차 금속흐름이 침지 주입 노즐의 측면 포트를 통하여 몰드에 들어가고, 하나 이상의 자기 밴드 영역이 측면 포트와 동일한 레벨이거나 하류에 배치되는 본 발명의 실시예로 얻어진 흐름 패턴을 예시하고 있다.

도 4 는 연속 주조몰드, 전자 제동 장치 및 주조조건을 관리하고 주조조건의 변화에 근거하여 브레이크를 조절하는 제어장치로 이루어진 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방법을 실시하는 장치를 개략적으로 예시하고 있다.

도 5, 도 6, 도 7 및 도 8 은 본 발명의 다른 실시예로 얻어진 흐름 패턴을 예시하고 있다.

도 5 및 도 6 은 자기장이 하나의 레벨에만 가해지는 실시예를 예시하고 있다.

도 7 은 역류를 안정화하는데 사용되는 본발명의 실시예를 예시하고 있다.

도 8 은 흐름이 각각의 몰드 절반에서 별개로 관측되고 상기 몰드의 하나의 절반에서 작용하는 자기장이 다른 절반에서 작용하는 자기장과 독립적으로 조절되는 실시예를 예시하고 있다.

대형 슬래브의 연속 주조를 위한 몰드의 상단부위가 도시된 도 1 에서, 몰드는 좁은 측 플레이트만이 도시된 4개의 냉경 몰드 플레이트 (11, 12) 로 이루어져 있다. 이 플레이트는 도시되지는 않았지만 수냉식 비임이라 불리는 것에 의해서 지지되는 것이 바람직하다. 이 수냉식 비임은 또한 냉매, 바람직하게는 물을 위한 내부 캐비티 또는 채널로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 1 에서 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 주조하는 동안 고온의 1차 금속흐름이 용융물에 침지된 노즐 (13) 을 통하여 공급된다. 다른 방법으로는, 고온의 금속은 자유 탭핑 제트, 즉 개방 주조를 통하여 공급될 수 있다. 용융물은 냉각되어 부분적으로 응고된 스트랜드가 성형된다. 이 스트랜드는 몰드로부터 연속적으로 배출된다. 고온의 1차 금속흐름이 제어되지 않은 방식으로 몰드에 들어가면 이 흐름은 주조-스트랜드내로 깊게 침투할 것이다. 이렇게 스트랜드내로 깊이 침투하는 것은 품질 및 생산성에 악영향을 미치기 쉽다. 주조 스트랜드에서 고온의 금속흐름이 제어되지 않으면 응고된 스트랜드내에 비금속 입자 및/또는 가스의 포획을 생기게 하거나, 응고시 열전달 및 물질 전달 조건의 장애로 인하여 주조 스트랜드의 내부조직에 결함이 생긴다. 또한, 고온의 금속흐름이 깊이 침투하면, 응고된 표피가 부분적으로 재용해되어 용융물이 몰드아래의 표피에 침투하여 심각한 장애를 발생시켜 수리로 인해 장기간동안 가동되지 못하게 한다. 도 1 에서 예시된 방법에 따르면, 하나 이상의 정적 자기장이 몰드에서 유입하는 고온의 1차 용융물에 작용하도록 가해져 유입하는 흐름을 제동하여 1차 흐름을 분기시킨다. 이에 따라, 스트랜드의 용융된 부분에서 제어된 흐름 패턴이 발생된다. 도시된 금속의 연속 주조방법에 따르면, 1차 금속흐름은 침지 주입 노즐에서 측면 포트를 통하여 몰드에 들어가고 이 흐름이 분기되어 몰드의 좁은 측면과 충돌할 때, 2차 금속흐름이 전개된다. 몰드의 상부부분의 흐름은 가해진 자기장에 의해서 제어되고, 좁은 측벽을 따라서 위로 흐르는 상향 흐름 (U) , 메니스커스 (14) 를 따라 그에 인접하는 흐름 (M) 및 좁은 측벽에 인접한 메니스커스에서 형성된 정재파 (15) 가 발생한다. 도 7 에서 O1 및 O2 로 도시된 바와 같이, 몰드의 중심에서 위로 향하고 메니스커스에서 좁은 측면을 향하여 바깥쪽으로 향하는 역방향 2차 흐름은 특정 조건하에서, 예를 들면 노즐에 부착을 막도록 노즐을 통하여 가스가 취입될 때 전개될 것이다. 메니스커스에서의 흐름 (M) 과 특히 그 유동속도 (Vm) 는 몰드 분말과 가스를 포획, 불순물을 제거하고 몰드에서의 흐름 상황을 나타내는데 중요하다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 직접적이거나 간접적인 방법으로 주조 전반에 걸쳐 메니스커스에서 흐름을 관측하고, 주조품내에 비금속 개재물, 몰드 분말 또는 가스의 포획 또는 축적이 최소화되도록 이 흐름 (M) 에서 검출된 어떠한 변화도 자속밀도의 온라인 조절에 포함되는 것이 유력함이 입증되었다. 대개의 경우, 메니스커스 흐름 (M) 과 정재파 (15) 의 높이, 위치 및 형상은 상향 흐름 (U) 에 의해 좌우되기 때문에 본 발명에 따른 온라인 조절이 상기 흐름 (U) 의 직간접적인 측정 또는 정재파의 성질 또는 위치에 기초할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 모든 파라미터는 예를 들면, 와전류기술에 근거하거나 영구자석으로 이루어진 장치 (43) 또는 몰드 또는 레이들과 같은 용기내에 담겨진 액체 또는 용융물의 레벨 또는 유동속도의 측정을 위해 채택된 다른 장치를 사용하여 주조 전반에 걸쳐서 연속적으로 관측되거나 샘플링될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 온라인조절은 이들 파라미터의 연속 측정 또는 샘플링으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방법은 주조 전반에 걸쳐서 제어되고 안정한 흐름 패턴을 제공하는 능력을 향상시키고, 또한 필요한 경우 흐름을 조정하는 능력을 제공한다. 이 방법은 또한 복수의 작업 파라미터의 연속적인 관측 또는 샘플링에 근거한 연속 주조시 몰드내의 흐름을 제어, 안정화하고 조절하는 능력을 향상시켜, 주조품의 응고조건을 향상시키고, 주조품으로부터 비금속 불순물의 제거 조건을 향상시키며, 주조품내에 몰드 분말 또는 가스의 포획을 최소화하는 조건을 향상시켜 주조시 어떤 이유든 하나 이상의 작업 파라미터가 변할 때, 주조조건이 실질적으로 안정적이거나 바람직한 범위내에서 조절될 수 있다는 것을 보여준다.

도 2 에 예시된 흐름 패턴은 일반적으로 1차 고온 용융물 흐름 (p) 이 침지 주입 노즐의 측면 포트를 통하여 몰드로 들어가고, 몰드안의 금속에 작용하도록 자기장을 가하는 브레이크가 하기의 영역에 적용된다;

- 메니스커스와 동일한 레벨이거나 메니스커스와 측면 포트사이의 레벨에서의 제 1 자기 밴드 영역 (A); 및

- 측면 포트 하류의 레벨에서 제 2 자기 밴드 영역 (B).

도 2 에서 도시된 바와 같이, 자기 밴드 영역의 폭은 실질적으로 주조품의 전체 폭을 덮는다. 이 자기 밴드 영역 (A, B) 의 형상은 몰드 상단부의 2개의 자기 밴드 영역 (A,B) 레벨 사이에 현저한 순환 2차 흐름 (C1, C2) 을 제공하고 이 흐름은 유동센서 (43) 에 의해서 관측된다. 제 2 자기 밴드 영역 (B) 의 하류에는 덜 안정한 순환 흐름 (c3, c4) 이 나타나지만, 도 2 에서 도시된 실시예에 따른 주조를 할 때, 2차 흐름은 자기 밴드 영역 (B) 으로 자기력, 유도전류 및 2개의 밴드영역사이의 영역에서의 1차 흐름의 모멘텀의 상호 작동에 의해서 발생된 1차 흐름의 제동 및 분기로 안정한 2차 흐름 (C1, C2) 이 생기게 되는 것을 특징으로 한다. 도 2 에서 도시된 상황에서, 2차 흐름 (C1, C2) 은 메니스커스 또는 좁은 측면에 위치된 적당한 센서 (43) 를 사용하여 이들을 관측하거나 정재파를 관측함으로써 관리되는 것이 바람직하다. 자속밀도는 미리 설정된 범위내에서 흐름 (C1, C2) 을 유지하도록 조절되는 것이 바람직하지만, 때때로 한쪽 또는 양쪽 자기 밴드 영역의 극성이 역전되도록 자속밀도를 조절하는 것도 바람직하다. 흐름 (C1, C2) 을 관측하는 센서 (43) 를 별개로 배열함으로써, 용융물에 작용하는 자기장력이 각각의 몰드의 절반에 대해서 제어될 수 있다면 흐름 (C1, C2) 이 독립적으로 제어될 수 있다.

유사한 몰드에서 사용된 다른 실시예에 따르면, 폐쇄 주조의 경우에 자기장은 다음의 영역에서 작용하도록 가해진다;

- 침지 주입 노즐의 측면 포트 개구부와 동일한 레벨에서 제 1 자기 밴드 영역 (D); 및

- 측면 포트 하류의 레벨의 제 2 자기 밴드 영역 (E).

또한 이 실시예에 따르면, 자기 밴드 영역 (D, E) 의 폭은 실질적으로 주조품의 전체 폭을 덮는다. 도 3 에서 도시된 바와 같은 자기 밴드 영역 (D, E) 의 형상으로, 몰드의 상부부분에서, 즉 밴드영역 (D) 위에서 작지만 안정한 2차 흐름 (g3, g4) 에 의해서 보충되는 밴드영역 (D, E) 사이의 영역에서 안정한 2차 흐름 (G1, G2) 의 발생과 결합하여 1차 흐름 (p) 을 양호하게 제동할 수 있다. 또한 이런 상황에서, 적당한 센서 (45) 를 사용하여 좁은 측면에서 주 2차 흐름을 관측함으로써 주 2차 흐름 (G1, G2) 이 관리되는 것이 바람직하다. 그러나, 또한 상단부에서의 작은 흐름 (g3, g4) 도 적당한 센서 (43) 에 의해서 관측되어야 한다. 밴드영역 (D) 에서 작용하는 자기장의 자속밀도는 조절되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 흐름 (G1, G2) 및 흐름 (g3, g4) 은 미리 설정된 범위내에서 유지되지만, 때때로 복수의 한쪽 또는 양쪽 자기 밴드 영역의 극성이 역전되도록 자속밀도가 조절되는 것이 바람직하다. 흐름 (G1, G2) 을 관측하는 센서 (45) 를 별개로 배열함으로써, 흐름 (G1, G2) 은 또한 용융물에 작용하는 자기장력이 각각의 몰드의 절반에 대해서 제어될 수 있다면 독립적으로 제어될 수 있다. 다른 흐름 (g3, g4) 에 대해서도 마찬가지이다.

도 4 에서 도시된 장치는 본 발명의 방법을 실시하는 주요부를 예시하고 있다. 몰드 (41) 및 브레이크 (42) 외에도 장치는 또한 다음 구성을 추가로 포함한다;

- 몰드내의 하나 이상의 흐름 파라미터를 관리하는 검출수단 (43, 45);

- 검출수단 (43, 45) 및 자기적 수단 (즉, 브레이크 (42) 또는 자심의 전방단부와 몰드사이의 거리를 조절하거나 자석과 몰드사이의 자기장에 영향을 미치는 플레이트를 삽입하는 기계수단과 같은 자속밀도를 조절하는 다른 장치) 모두에 연결된 제어 유니트 (44). 도면에서 도시된 몰드 (41) 는, 지지수단, 냉매의 공급 및 분배 시스템, 몰드 진동수단, 고온의 금속을 몰드에 공급하는 수단 및 몰드의 하류 주조 스트랜드를 취급하는데 필요한 완전한 주조기계장치와 같은, 하나 이상의 주조 스트랜드를 연속 또는 반연속적으로 주조할 수 있는 몰드와 연결된 모든 장치를 나타낸다. 도시된 브레이크 (42) 는 전자 브레이크로, 자석과, 도시되지 않은 자기 요크 및 전원 (421) 과 같은 관련부로 이루어진다. 브레이크 (42) 는 몰드에서 원하는 2차 흐름 패턴을 발생시키도록 배열되어 몰드내의 용융물에 작용하게 된다. 충분한 자속밀도가 발생된다면 전자 제동 장치 대신에 영구자석을 기본으로 한 브레이크가 사용될 수도 있다. 검출수단 (43, 45) 은 제어할 흐름의 특성을 나타내는 하나 이상의 파라미터의 관리를 위한 센서로 이루어지지만, 일부 바람직한 실시예에서는 추가의 주조 파라미터를 연속적으로 관측하거나 샘플링하기 위한 센서를 추가로 포함한다. 흐름 파라미터를 관측하거나 샘플링하기에 적당한 센서는, 용기 내부의 흐름 또는 레벨의 측정을 위한 와전류에 근거한 장치 또는 영구자석으로 이루어진 장치이며, 이들 장치는 용기의 외부에 배치되며, 타금속분야에 공지되어 있다. 제어 유니트 (44) 에 포함된 입력수단은 검출수단 (43) 으로부터 신호 (X₁, X₂, ......X_n) 와 일부 실시예에서 상술된 바와 같은 하나 이상의 주조 파라미터를 관측하도록 배치된 다른 센서로부터 추가적인 신호 (y, w, t, u 등) 를 수신하게 된다. 일부의 실시예에서는, 입력수단은 또한 미리 설정된 조건 또는 파라미터에 대한 정보 (△, Φ, Σ 등) 를 받아들이도록 배치된다. 일부의 실시예에 따르면, 입력수단은 바람직하게는, 흐름이 어떻게 제어되는지에 대한 지시를 받아 들이는 수단을 포함하며, 예를 들면 일정한 파라미터가 유지되어야 하는 소정의 범위내에서, 만일 흐름이 변경되면 작업자가 온라인으로 조건을 변화시킬 수 있는데, 예를 들면, 자기장(들) 의 극성이 역전되도록 자속밀도를 변경함으로써 흐름의 방향을 변화시킬 수 있다. 제어 유니트 (44) 는 주조 파라미터와 같은 입력수단을 통하여 받아 들여진 정보와, 수용된 기타 정보와 함께 검출수단 (43) 으로부터의 정보의 처리를 위한 알고리즘, 통계학적 모델 또는 다변량 분석 형식의 소프트웨어를 갖는 일반적인 전자장치의 형태로 배치되는 것이 바람직하고, 이 처리결과에 근거하여 제어 유니트안에 포함된 출력수단을 통하여 자속밀도를 조절한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어 유니트 (44) 및 검출수단은 플랜트에서의 주조작업 또는 전체 제조와 연관된 추가의 단계 및 장치의 관리 및 제어를 위한 전자수단으로 이루어진 신경 통신망내에 배열되거나 그에 연결된다. 제어 유니트 (44) 안에 포함된 출력수단은 입력될 관리되는 흐름 파라미터에서 검출된 변화의 정보를 적어도 포함하는 제어 유니트 (44) 에서의 처리에 기초하여 자기브레이크의 자속밀도를 조절하게 된다. 전자 브레이크의 경우, 전자 브레이크의 전자석에서 전원으로부터 권선으로의 전류의 암페어수를 제어하여 자속밀도를 조절하는 것이 바람직하다. 이것은 제어 유니트 (44) 의 출력신호에 의해서 제어되는 전류제한장치에 의해서 수행된다. 다른 방법으로는, 전자석을 전압이 제어되는 전원에 연결하고, 전압은 제어 유니트로부터의 출력신호에 의해서 제어되므로 자석 권선의 전류 암페어수를 간접적으로 제어할 수 있다. 전자석 대신에 영구자석을 포함하는 브레이크의 경우, 자속밀도는 자석의 전방단부와 몰드사이의 거리 및/또는 자석과 몰드사이에 존재하는 재료에 의해서 제어된다.

도 5 에서 예시된 흐름 패턴은 일반적으로 고온의 1차 용융물 흐름 (p) 이 침지 주입 노즐의 측면 포트를 통하여 몰드로 들어가고 브레이크가 측면 포트 하류의 레벨에서 자기 밴드 영역 (H) 내 몰드의 금속에 작용하도록 자기장을 가하는 방법에서 전형적으로 나타난다. 도 5 에서 도시된 바와 같이, 자기 밴드 영역 (H) 의 폭은 주조품의 전체 폭을 실질적으로 덮는 것이 바람직하다. 이러한 자기 밴드 영역 (H) 의 형상은 유동센서 (43) 에 의해서 관측되는 상단부에 주된 순환 2차 흐름 (C1, C2) 을 제공한다. 제 2 자기 밴드 영역 (H) 의 하류에는 덜 안정한 순환 흐름 (c3, c4) 이 나타나지만, 도 5 에서 예시된 실시예에 따른 주조를 할 때 2차 흐름은 자기 밴드 영역 (H) 에 의해서 발생된 1차 흐름의 제동 및 분기로 자기력, 유도전류 및 2개의 밴드영역사이의 영역에서의 1차 흐름의 모멘텀의 상호 작동에 의해서 안정한 2차 흐름 (C1, C2) 이 생기는 것을 특징으로 한다. 도 5 에서 도시된 상태에서, 2차 흐름 (C1, C2) 은 메니스커스 또는 좁은 측면에 위치된 적당한 센서 (43) 를 사용하여 이들을 관측하거나 정재파를 관측하여 관리하는 것이 바람직하다. 자속밀도는 미리 설정된 범위내에서 흐름 (C1, C2) 을 유지하도록 조절되는 것이 바람직하지만, 때때로 한쪽 또는 양쪽 자기 밴드 영역의 극성이 역전되도록 자속밀도를 조절하는 것도 바람직하다. 흐름 (C1, C2) 을 관측하는 센서 (43) 를 별개로 배열함으로써, 용융물에 작용하는 자기장력이 각각의 몰드의 절반에 대해서 제어될 수 있다면 흐름 (C1, C2) 은 또한 독립적으로 제어될 수 있다.

폐쇄 주조로, 유사한 몰드를 사용한 다른 실시예에 따르면, 자기장은 침지 주입 노즐의 측면 포트 개구부와 동일한 레벨에서 자기 밴드 영역 (F) 에 작용하도록 가해진다. 또한 이 실시예에 따르면, 자기 밴드 영역 (F) 의 폭은, 실질적으로 주조품의 전체 폭을 덮는다. 도 6 에서 도시된 것과 같은, 자기 밴드 영역 (F) 의 형상으로, 몰드의 상부부분에서, 즉 밴드영역 (F) 위의 작지만 안정한 2차 흐름 (g3, g4 ) 에 의해서 보충되는 밴드영역 (F) 아래 영역의 안정한 2차 흐름 (G1, G2) 의 발생이 조합되어 1차 흐름 (p) 을 양호하게 제동한다. 또한 이런 상태에서, 적당한 센서 (45) 를 사용하여 좁은 측면에서 2차 주흐름을 관측함으로써 2차 주흐름 (G1, G2) 을 관리하는 것이 바람직하다. 그러나, 또한 상단부의 부흐름 (g3, g4) 을 적당한 센서 (43) 로 관측할 필요가 있다. 밴드영역 (D) 에 작용하는 자기장의 자속밀도는 조절되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 흐름 (G1, G2) 및 흐름 (g3, g4) 은 미리 설정된 범위내에서 유지되지만, 때때로 복수의 한쪽 또는 양쪽 자기 밴드 영역의 극성이 역전되도록 자속밀도가 조절되는 것이 바람직하다. 흐름 (G1, G2) 을 관측하는 센서 (45) 를 별개로 배열함으로써, 용융물에 작용하는 자기장력이 각각의 몰드의 절반에 대해서 제어될 수 있다면 흐름 (G1, G2) 은 또한 독립적으로 제어될 수 있다.

도 7 에서 예시된 흐름 패턴은, 노즐내에서 아르곤과 같은 가스가 실질적으로 분사되는 것이 추가된 도 5 에 따른 방법에서 전형적으로 나타난다. 침지 주입 노즐의 측면 포트를 통하여 몰드로 들어가는 고온의 1차 용융물 흐름 (p) 에는 기포 (Ar) 와, 그리고 측면 포트 하류의 레벨의 자기 밴드 영역 (K) 에서 몰드안의 금속에 작용하도록 가해진 자기장이 작용하게 된다. 도 5 에서 도시된 바와 같이, 자기 밴드 영역 (K) 의 폭은 주조품의 전체 폭을 실질적으로 덮는 것이 바람직하다. 노즐 표면을 따르는 기포 (Ar) 의 상향흐름과 결합된 자기 밴드 영역 (K) 의 형상은, 역전된 상단부의 주된 2차 순환흐름 (O1, O2) 을 제공한다. 다시 말해서 상기 2차 순환흐름은 몰드의 중심에서 상향으로 향하고 메니스커스에서 좁은 측면을 향하여 바깥으로, 좁은 측면을 따라서 아래쪽으로, 그리고 상기 자기 밴드 영역 (K) 위에서 안쪽으로 향한다. 역전된 흐름 (O1, O2) 은 유동센서 (43) 에 의해서 관측된다. 자기 밴드 영역 (K) 하류에는 역전되거나 정상적인 덜 안정한 순환흐름 (c3, c4) 이 전개된다. 도 7 에서 예시된 실시예에 따른 주조시, 2차 흐름은 기포 (Ar) 의 흐름과 결합하여 자기 밴드 영역 (K) 에 의해서 발생된 1차 흐름의 제동 및 분기로, 자기력, 유도전류, 기포 (Ar) 및 노즐 포트에서의 영역에서의 1차 흐름의 모멘텀의 상호 작동에 의해서 안정적인 2차 흐름 (C1, C2) 이 생기는 것을 특징으로 한다. 도 7 에서 도시된 상황에서, 역전된 2차 흐름 (O1, O2) 은 메니스커스 또는 좁은 측면에 위치된 적당한 센서 (43) 를 사용하여 이들을 관측하거나 정재파를 관측함으로써 관리하는 것이 바람직하다. 자속밀도는 미리 설정된 범위내에서 2차 흐름 (O1, O2) 의 유동속도와 역류패턴을 유지하도록 조절되는 것이 바람직하지만, 때로는 한쪽 또는 양쪽 자기 밴드 영역의 극성이 역전되도록 자속밀도를 조절하는 것도 바람직하다. 흐름 (O1, O2) 을 관측하는 센서 (43) 를 별개로 배열함으로써, 용융물에 작용하는 자기장력이 각각의 몰드의 절반에 대해서 제어될 수 있다면 흐름 (O1, O2) 은 또한 독립적으로 제어될 수 있다.

도 8 에서 예시된 흐름 패턴은 고온의 1차 용융물 흐름 (p) 이 침지 주입 노즐의 측면 포트를 통하여 몰드로 들어가고 브레이크는 하기의 영역에서 몰드안의 금속에 작용하도록 자기장이 가해지게 되는 방법에서 전형적으로 발생한다;

- 메니스커스와 동일한 레벨에서, 또는 메니스커스와 측면 포트사이의 레벨에서 제 1 자기 밴드 영역 (L) 에서 노즐의 측면에 위치된 2개의 영역 (LⅠ, LⅡ);

- 측면 포트 하류의 레벨의 제 2 자기 밴드 영역에서 노즐의 측면에 위치된 2개의 영역 (LⅠ, LⅡ).

제어를 위하여, 몰드는 주조방향으로 절반으로 분할되어, 2개의 제어영역(Ⅰ, Ⅱ)으로 이루어지며, 여기서 제어영역 (Ⅰ) 은 자기영역 (LⅠ, NⅠ) 과 이 영역 (Ⅰ) 의 흐름을 관측하는 검출수단 (43a, 45a) 으로 이루어지고, 제어영역 (Ⅱ) 은 자기영역 (LⅡ, NⅡ) 과 이 영역 (Ⅱ) 의 흐름을 관측하는 검출수단 (43b, 45b) 으로 이루어진다. 2개의 제어영역을 사용하여 확실하게 몰드의 상부부분에서 실질적으로 대칭이면서 균형잡힌 2개의 루프흐름이 전개된다. 이에 따라, 비대칭 또는 불균형 흐름으로 2개의 루프 흐름이 전개되거나, 용융물이 몰드 일 측면을 따라서 위로, 메니스커스를 가로질러서 다른 측면으로, 아래를 향해 N 레벨에서 몰드를 역으로 가로지르는, 원하지 않는 하나의 루프 흐름으로 변형하는 극단적인 경우의 위험이 실질적으로 배제된다. 편류는 메니스커스에서 와류 및 소용돌이에 대한 위험을 증가시켜, 비금속 입자와 기포의 불완전하게 제거되고, 몰드 분말이 금속내로 빨려 들어가는 경향이 증대되기 때문에, 금속의 청정도에 영향을 미친다. 자기영역 (LⅠ, LⅡ, NⅠ, NⅡ) 은 도 8 에서 도시된 바와 같이, 노즐로 이루어진 중심영역이 자기장으로부터 실질적으로 벗어나도록 위치되는 것이 바람직하지만, 제어영역 (Ⅰ, Ⅱ) 과 폭이 동일한, 다시 말해서 노즐을 전체적으로나 부분적으로 덮는 자기영역을 사용하는 방법은 유사한 2차 흐름을 생기게 할 것이다. 이러한 자기영역 (LⅠ, LⅡ, NⅠ, NⅡ) 의 형상은 몰드의 상단부에서, 2개의 레벨 (L, N) 사이에서 주된 순환 2차 흐름 (C1, C2) 을 제공하며 이는 도 2 및 도 5 에서의 흐름과 유사하다. 흐름은 유동센서 (43a, 43b) 에 의해서 관측된다. 제 2 하부레벨 (N) 의 하류에는 덜 안정한 순환 흐름 (c3, c4) 이 나타나지만, 도 8 에서 예시된 실시예에 따른 주조를 할 때 2차 흐름은 자기영역 (NⅠ, NⅡ) 에 의해서 발생된 1차 흐름의 제동 및 분기로 자기력, 유도전류 및 2개의 레벨 사이의 영역에서의 1차 흐름의 모멘텀의 상호 작동에 의해서 안정한 2차 흐름 (C1, C2) 이 생기게 되는 것을 특징으로 한다. 도 8 에서 도시된 상황에서, 2차 흐름 (C1, C2) 은 메니스커스 또는 좁은 측면에서 양 제어영역 (Ⅰ, Ⅱ) 에서 위치된 적당한 센서 (43a, 43b) 를 사용하여 이들을 관측하거나 정재파를 관측함으로써 관리되는 것이 바람직하다. LⅠ, NⅠ의 한쪽 또는 양쪽의 자속밀도는 흐름 (C1) 을 관측하는 센서 (43a) 를 사용하여 흐름 (C1) 을 유지하도록 제어되는 것이 바람직하고, LⅡ, NⅡ의 한쪽 또는 양쪽의 자속 밀도는 흐름 (C2) 을 관측하는 센서 (43b) 를 사용하여 미리 설정된 범위내에서 흐름 (C2) 을 유지하도록 조절되는 것이 바람직하다.

Claims (37)

1. 몰드내로 공급된 고온의 금속 용융물 1차 흐름 (P) 이 하나 이상의 정적 또는 주기적 저주파수 자기장에 의한 작용을 받아 상기 1차 흐름이 제동되고 분기되어 주조 스트랜드의 미응고 부분에 제어된 2차 흐름을 형성하며, 자기장의 자속밀도가 주조조건에 기초하여 조절되는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법에 있어서,

   몰드내의 메니스커스를 따라 그에 인접하는 2차 흐름 (M, U, C1, C2, c3, c4, G1, G2, g3, g4, O1, O2, o3, o4) 의 유동 속도 (Vm) 가 전체 주조 전반에 걸쳐 관측되고, 상기 유동 속도의 변화를 검출하는 경우, 관측된 유동 속도의 변화에 대한 정보가 메니스커스에서의 유동 속도 (Vm) 의 변화를 평가하는 제어 유니트로 공급되고, 그 후 상기 평가에 기초하여 자속밀도가 온라인으로 조절되어, 소정의 유동 속도 범위내로 제어된 메니스커스를 따라 또는 그에 인접하는 2차 흐름의 유동 속도 (Vm) 를 유지하거나 조절하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 흐름 (M, U, C1, C2, c3, c4, G1, G2, g3, g4, O1, O2, o3, o4) 의 유동속도가 몰드의 하나 이상의 특정지점에서 연속적으로 측정되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 흐름 (M, U, C1, C2, c3, c4, G1, G2, g3, g4, O1, O2, o3, o4) 의 유동속도가 몰드의 하나 이상의 특정지점에서 샘플링되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 메니스커스에서의 유동속도 (Vm) 가 관측되고, 변화가 검출되는 경우 이 변화가 평가되고, 자속밀도가 상기 평가에 기초하여 조절되어 소정의 유동속도 범위 내에서 메니스커스에서의 유동속도 (Vm) 를 유지하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 몰드의 좁은 측면중의 하나에서 상향 2차 흐름의 유동속도 (Vu) 가 관측되고, 변화가 검출되는 경우 이 변화가 평가되고, 자속밀도가 상기 평가에 기초하여 조절되어 메니스커스를 따라 그에 인접하는 상기 상향 흐름의 유동속도 (Vu) 를 조절하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
6. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 몰드의 좁은 측면중의 하나에서 상향 2차 흐름에 의해 메니스커스에서 발생되는 정재파의 높이 (hw), 위치 또는 형상중 어느 하나 이상이 관측되고, 변화가 검출되는 경우 이 변화가 평가되고, 자속밀도가 상기 평가에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
7. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 몰드가 2 이상의 제어영역 (Ⅰ, Ⅱ) 으로 분할되고, 흐름 (P, M, U, O1, O2, o3, o4) 이 각각의 제어영역내에서 관측되며, 제어영역내의 검출된 흐름의 변화가 평가되고, 상기 제어영역내의 흐름에 영향을 미치는 자기장의 자속밀도가 상기 평가에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 몰드가 2개의 제어영역 (Ⅰ, Ⅱ) 으로 분할되고, 이 2개의 영역이 각각 몰드의 좌우 절반으로 이루어지며, 흐름 (P, M, U, O1, O2, o3, o4) 이 각각의 제어영역내에서 관측되고, 제어영역내의 검출된 흐름변화가 평가되며, 상기 제어영역내의 흐름에 영향을 미치는 자기장의 자속밀도가 상기 평가에 기초하여 조절되어 몰드내에 대칭이면서 균형잡힌 흐름을 유지하면서 불균형 편류가 나타나는 경향을 억제하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 메니스커스에서의 유동속도 (Vm) 가 각각의 제어영역에서 측정되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 몰드의 좁은 측면에서의 상향 흐름 (Vu) 이 몰드의 양쪽 좁은 측면에서 관측되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 몰드 좁은 측면에서 상향 2차 흐름에 의해서 메니스커스에서 발생되는 정재파의 높이 (hw), 위치 또는 형상중 어느 하나 이상이 몰드의 양쪽 좁은 측면에서 간접적으로 관측되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
12. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 몰드내 용융물에 작용하는 하나 이상의 자기장이, 전자 제동 장치 (42) 에 의해서 발생되고, 전원 (421) 으로부터 상기 전자 제동 장치의 권선으로 공급되는 전류의 암페어수가 제어되어 자기장의 자속밀도를 조절하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
13. 제 12 항에 있어서, 2 이상의 자기장이 몰드내의 금속에 작용하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 자기장이 주조방향으로 2 이상의 레벨에 번갈아 작용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
15. 제 14 항에 있어서, 하나 이상의 제 1 레벨 (B, N) 이, 상기 노즐의 출구(들)와 동일한 레벨 또는 하류에 배치되고, 하나 이상의 제 2 레벨 (A, L) 이 메니스커스와 동일한 레벨 또는 메니스커스와 노즐 포트(들) 사이의 레벨에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
16. 제 14 항에 있어서, 하나 이상의 제 1 레벨 (D) 이 노즐의 출구(들) 와 동일한 레벨에 배치되고, 하나 이상의 제 2 레벨 (E) 이 상기 제 1 레벨의 하류 레벨에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 몰드안의 금속이 2 이상의 자기장에 의해 영향을 받게 되고, 상기 자기장의 자속밀도가 서로 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
18. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 교류 자기장이 몰드내 또는 몰드의 하류의 스트랜드의 용융물에 작용하도록 가해지고, 제어 유니트가 온라인으로 상기 교류 자기장을 조절하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조방법.
19. 주조 스트랜드를 성형하는 몰드, 상기 몰드에 고온의 금속 용융물 1차 흐름 (P) 의 공급 수단 및 상기 몰드내의 금속에 작용하는 하나 이상의 자기장을 가하는 자기적 수단 (42) 을 포함하는 금속의 연속 또는 반연속 주조장치에 있어서, 상기 자기적 수단은 제어 유니트 (44) 와 연결되고, 상기 제어 유니트는 검출수단 (43, 43a, 43b, 45, 45a, 45b) 과 연결되며, 상기 검출수단은 몰드내의 메니스커스를 따라 그에 인접하는 2차 흐름 (M, U, C1, C2, c3, c4, G1, G2, g3, g4, O1, O2, o3, o4) 의 유동 속도 (Vm) 를 관측하여, 이 유동 속도의 변화를 검출하게 되고, 상기 제어 유니트는 검출된 메니스커스에서의 유동 속도의 변화를 평가하는 평가수단과, 상기 메니스커스를 따라 그에 인접하는 유동속도의 검출된 변화의 평가에 기초하여 유동속도가 소정의 범위내에 있도록 자기장의 자속밀도를 온라인으로 조절하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조장치.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 몰드가 몰드를 분할하는 제어영역 (Ⅰ, Ⅱ) 을 포함하고, 각각의 제어영역은 이 영역내의 흐름에 영향을 미치는 자기적 수단 (42) 및 제어 유니트 (44) 와 연결된 검출수단 (43a, 43b, 45a, 45b) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조장치.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 몰드는 2개의 제어영역 (Ⅰ, Ⅱ) 을 포함하고, 상기 2개의 제어영역이 각각 몰드의 좌우 절반으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조장치.
22. 제 19 항 내지 제 21 항중의 어느 한 항에 있어서, 복수의 전자석 (42) 이 주조방향으로 번갈아 배치된 하나 이상의 레벨에서 자기 밴드 영역의 형태로 작용하도록 자기장을 가하게 배열되고, 제어 유니트 (44) 가 하나 이상의 밴드영역에서 자속밀도를 조절하도록 전자석과 연결된 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조장치.
23. 제 22 항에 있어서, 하나의 제어 유니트 (44) 가 2쌍 이상의 자석 (42) 과 연결되어 이 자석에 의해서 가해진 자기장(들) 을 조절하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조장치.
24. 제 22 항에 있어서, 전자 제동 장치가 2 이상의 제어 유니트 (44) 에 연결되고, 각각의 유니트가 한쌍 이상의 자석 (42) 에 연결되어 한쌍 이상의 자석이 다른 쌍(들) 의 자석과 독립적으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조장치.
25. 제 19 항 내지 제 21 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유니트 (44) 가, 몰드내 또는 몰드 하류의 스트랜드의 용융물에 작용하도록 교류 전자기장을 가하도록 배열된 추가의 전자기장치에 연결되어 상기 장치에 의해서 발생된 자기장을 조절하는 것을 특징으로 하는 금속의 연속 또는 반연속 주조장치.
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