KR810002139B1 - 교번전자기장에 의한 연속주조 주형의 용융금속 수준 제어방법 - Google Patents

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Description

교번전자기장에 의한 연속주조 주형의 용융금속 수준 제어방법

제1도는 본 발명을 구현하기 위한 장치가 장비된 판상주형 형태의 연속주조주형을 예시하는 사시도.

제2도는 제1도의 일부절개 확대하시도.

제3도는 본 발명을 구현하기 위한 장치와 관련된 판상주형의 일부절개 종단면도.

제4도는 본 발명을 구현하기 위한 장치와 조정시스템의 블럭 회로도.

제5도는 본 발명의 원리를 이용한 관상주형의 평면도.

제6도는 제5도의 VI-VI선 확대단면도.

제7도는 관상주형의 부분적인 종단면도.

제8도는 용융금속 수준의 함수로서 입력신호의 위상각과 진폭을 표시하는 선도.

제9도는 보정된 입력신호를 표시하는 선도.

제10도는 본 발명에 의한 판상주형의 일부 종단면도.

본 발명은 인덕턴스(inductance)의 변화를 용융금속 수준의 함수로서 측정하여 용융금속 수준 조절용 입력신호로 사용하는 교번 전자기장에 의한 연속주조 주형의 용융금속 수준 제어방법에 관한 것이다.

연속주조 주형, 특히 강철의 연속주조 설비에서 용융금속 수준을 자동제어하기 위해서는, 예컨대 방사선기기, 감온소자, 광학장치 등이 잘 알려져 있으며, 실제로 도입되어 널리 사용되고 있다.

또한, 교번전자기장에 의해서 연속주조 주형의 용융금속 수준의 변화를 측정하는 것을 이미 연속주조 기술에 관한 문헌에 공포되어 있다. 이들 문헌에 따르면, 1개 혹은 2 이상의 코일이 용융금속 수준 영역에 있는 냉각재킷의 외부에 설치되어있거나, 주형벽의 전장에 걸쳐 배설되어 있어서, 액체 주조금속이 가동 코일코어로서 작용하여 용융금속 수준이 변함에 따라 교번전자기장내의 변화를 발생시킨다.

이 인덕턴스의 변화를 용융금속 수준의 함수로서 1개 혹은 그 이상의 수신코일에서 측정하여 용융금속 수준 제어장치의 입력신호로서 사용하는데, 실제로 입력신호가 주형의 용융금속 수준의 변화에 의한 것보다 외란(外亂)의 영향을 더 많이 받는 결점이 있다.

주형주위에 코일이 배설된 측정장치로서는 예컨대, 1cm의 용융금속 수준변화에 관해서, 출력인덕턴스에 비해서 0.1%의 변화보다 적은 특성치로서 측정되었다.

그와 같은 적은 측정치차(差)를 조정장치의 입력신호로서 사용하면 주입되는 용융금속의 제어에 대하여 부정확한 출력신호를 발생한다.

또한, 구리벽과 지지프레임에서의 온도차는 코일사이에서 1% 정도의 상호 인덕턴스의 변화를 일으킨다.

이들 중복현상에 따른 외란작용 때문에 측정결과가 용융금속 수준을 정확히 제어하는데 적합하지 않을 정도로까지 감쇄 및 변조된다.

이 때문에 이러한 측정방법은 현재까지 연속주조 기술에서 실용화되지 않고 있다.

본 발명의 목적은 교번자기장에 의해서 연속주조 주형의 용융금속 수준을 측정하는데 있어 전술한 장해작용과 종래에서돠 같은 제한을 받지 않는 방법을 제공하려는 것이다.

또한, 본 발며의 중대한 목적은 교번전자기장에 의해 연속주조 주형에서의 용융금속 수준은 측정하는 동안 전술한 외란의 영향을 근본적으로 억제 및 배제할 수 있는 연속주조 주형의 용융금속 수준 제어방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 용융금속 수준제어에 사용되는 측정신호의 감쇄에 따른 허위효과를 배제하고 극히 확실하고, 허용가능하며 효과적인 연속주조 설비의 주조주형 수준을 제어하는 방법을 제공하려는 것이다. 본 발명의 방법에 의하면 제1차 교번자기장을 주형의 주입구측에서 주형벽면으로 지향되고, 이 교번자기장에 의해 주형벽에 전류를 유도하며, 이 전류에 의해 발생된 제2차 교번전자기장을 측정하고, 이 2차 교번전자기장을 용융금속 수준 제어용 입력신호로서 사용하므로써 이러한 목적을 성취하게 된다.

본 발명의 방법에서는 먼저, 용융금속 수준 상방의 주형벽의 높이를 측정하여 하나의 매개변수로 사용하며, 주형벽에 발생된 2차 교변전자기장에 의해 주형공동내의 그 자유높이를 측정하므로, 현상태의 기술에 의한 교번자기장을 이용하는 측정방법에 비해서 용융금속 수준상방의 벽의 높이에 의해 영향을 받는 입력신호의 장해 부분으로부처 게이트회로에 의해 용이하게 분리하여 측정치로서 사용할 수 있는 장점이 있다. 주형벽에서의 온도차나, 구리벽과 강제의 지지대에서의 전기저항등 잘 알려진 장해를 일으키는 요인들이 용융금속 수준 상부에서는 비교적으로 일정하게 유지되므로, 실제로 측정결과에 나쁜 영향을 미치지 않고 있다.

본 발명의 방법으로 측정된 결과들은 종래의 용융금속 수준 측정 장치에 실제 유용하게 받아들여지고 알려져 있다.

방사성 원을 사용한 측정결과와 최소한 같은 정도의 정확도를 갖고 있으며, 본 발명의 방법을 사용하면 방사성 재료를 사용하는데 따르는 위험, 불리한 요소들도 제거될 수 있다.

상술한 바와같은 본 발명에서는 용융금속 수준의 상부 영역에 발신코일이 배설되어 있도, 발신코일에서 발생된 자력선 방향이 주형벽으로 지향되며, 2차 교번 전자기장의 유도전자장 내에 수신코일이 배설된 구조의 장치를 사용한다.

1차 교번 자기장이 주형 곤간에 대면하고 주형벽의 측면에 향한다는 데에 본 발명의 색다른 장점이 있다.

교번 기장의 주파수를 선택하는 것에 의해서 전동기나 자석등에서 발생하는 기존 교번 자기장의 장해영향을 제거할 수 있으며, 반면에 1차와 2차교번자기장간의 위상변위와 같이 구리벽에 발생된 유도 침투깊이가 영향을 주므로, 본 발명에서는 2차 교번자기장을 측정함에 있어서 용융금속 수준 주형벽의 냉각수용 간극의 외부계면에 30-500Hz의 교번자기장을 적용하였으며, 수신코일은 용융금속 수준 영역의 주형벽의 냉각수용 간극의 외부계면에 설치하였다.

또, 수신코일을 설치한 장치와 이 방법은 일반적으로 관상주형에도 사용된다.

용융금속 수준제어를 조절하는 신호를 얻기 위해서는 2차 교류장을 기준 용융금속 수준에서 측정하는 것이 유리한 바, 이 경우 수신코일을 기준용융금속 수준 하부의 주형벽의 냉각수용 간극의 외부계면에 설치하므로써 2차 교번자기장의 진폭과 위상각을 유리하게 측정할 수 있으며, 이 진폭과 위상을 결합하여 입력신호로서 사용할 수 있다.

이들의 결합에 인하여 용융금속 수준과 거의 비례하는 전기적 조절신호가 발생된다.

코일의 장치에 관해서는 1차 교번자기장이 연속 주조 스트랜드의 종축에 대해 횡방향으로 설치된 주형벽의 단부로 향하도록 하는 것이 유리하다.

발신코일의 권취코일과, 필요에 따라서는 수신코일의 권취코일도 그 권선이 연속주조 스트랜드의 종축에 대해 횡방향으로 설정된 평면상에 위치하도록 하므로서 냉각과 절연이 촉진된다.

발신 및 수신코일이 용융금속 수준상부 영역에 주형곤간을 향하여 설치되어 있을 때에는 측정에서 매우 중요한 요소인 2차교번전자기장이 구리벽을 통화하도록 할 필요가 없다.

또한, 본 발명에 의하면 발신 및 수신코일이 용융금속 수준에서 등거리로 동일 수평면상에 있도록 설치하는 것이 좋으며, 이러한 간단한 기하학적 배열은 예컨대 슬라브 주조를 위한 판상주형과 같은 단면형상이 거대한 스트랜드 주조의 경우에 권장된다.

여기에서는 코일은 밑에 있는 구리벽에 대해서 동일방향으로 하는 것이 좋다.

주형벽의 주입구 측계면에서 2차 교번전자기장을 측정할 때에는 1000의 교번자기장을 사용하며, 교번자기장의 구리벽 침투 깊이가 낮아지게 되어 입력신호가 부가적으로 개량되어 유리하다.

장해발생 가능성은 발신 및 수신코일을 주형벽의 주입구 측이나 유입구측의 계면에 서로 이격되게 배설하고 양 코일을 서로 절연시키므로써 제거되며, 이 경우 2코일을 그들의 중심축간 거리가 250-350Hz되게 평행하게 설치하는 것이 좋다.

이렇게 하므로써 코일로부터 용융금속 수준상부의 구리벽까지의 거리가 최소로 되며, 이로써 장해의 영향이 배제되어 용융금속 수준 측정에 높은 정밀도를 기할 수 있게된다.

장해의 영향을 피하기 위해서는 코일의 인접부에서 일어날 수 있는 모든 불명확한 전기적 접촉을 피하는 것이 특히 중요하다.

코일의 인접부분의 금속부분은 용접이나 나사체결시에 서로 절연시켜야 한다.

본 발명에서는 비자성 금속판으로 된 비교적 얇은 금속하우징내에 양코일을 장착하고, 코일과 하우징을 절연시키며, 특히 하우징을 그 부착위치에 있어서 절연시킨다.

코일 위에 주형덮개판을 자성철로 형성하면 코일에서 발생된 상부로 향하는 자력선이 아무런 해도 없이 유효하게 얻어지며, 또한 이 덮개판은 외부 자기장으로부터 코일을 보호하고, 이로써 불리한 장해자기장을 제거하게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의하며 설명한다.

제1도는 용융금속 수준을 측정하기 위한 발신코일(3)과 수신코일(4)이 연속주조주형(1)(여기서는 판상주형을 도시했음)의 용융금속 주입구측에 기준 용융금속 수준영역(2)위에 설치되어 있으며, 용융금속 수준 측정장치의 조절장치의 조절장치(5)에 회로로서 연결되어 있다.

조절장치(5)는 주형내로 주입되는 용융금속의 흐름을 조절하거나, 주물인출속도를 하는 인출장치에 사용되는 공지의 조절수단(미도시)에 종래의 방식으로 연결되어 있다.

제2도에서는 발신코일(3)과 수신코일(4)의 기하학적 배열과 발신코일(3)에 의해서 발생된 자력선(8)의 진로를 도시한다.

자력선(8)의 진로는 주형공동(1a)에 면한 주형벽(22)의 측면(9)에서 진행한다.

이 예에서는 코일(3)(4)이 판상주형(1)의 넓은 폭 구리벽(1c)의 주입구측 계면(1b)에서의 동일평면에 서로 이격 배설되어 있다.

두 코일(3)(4)의 중심축(11)(12)은 평행하며, 그 사이의 거리(13)는 슬라브 제조용 판상주형일 경우, 250-350mm이다.

또한, 좁은 주형의 경우에는 코일(3)(4)가 대향 위치된 주형벽에 배설해도 좋다.

코일(3)(4)의 권선(14)(15)은 주형벽(22)의 측면에 대체로 평행하게 되어 있다.

부호(24)(25)는 이후의 방법 설명에서 설명한다.

제3도는 구리 주형벽(22)과 강제의 프레임(21)을 포함하는 통상의 주형벽으로 구성된 판상주형(110)에 코일(3)이 설치된 상태를 도시하며, 코일(4)의 결합은 코일(3)에서와 기본적으로 동일하므로, 도시하지 않았으나, 코일(3)의 배열을 참조하면 충분히 알 수 있을 것이다.

코일(3)의 권선(14)은 비자성 강철이나 기타 적당한 비자성 재료로 형성된 판금속 하우징(18)내에 열저항 절연체(19)로 둘러싸여 있다.

금속판특(18)과 주형벽(22)의 주입구축 계면(26)의 사이에는 절연체(21)가 설치되어 있으며, 코일과 절연체(20)의 위에는 주형덮개판(23)이 설치되어 있다.

주형덮개판(23)은 자성철 또는 강으로 형성하여 코일상부에 설치하는 것이 좋다.

제4도는 본 발명을 구현하기 위한 장치의 조절장치(5)의 조작방법을 표시하는 블럭회로도이며, 수정 제어발전기(41)에서 발생한 교류 1000HZ가 제어회로(42)에 의해 증폭기(43)에 공급된다.

발신코일(3)은 약 2암페어 이하 전류에서 작동하며, 이 교류의 진폭은 제어회로(42)에 의해서 일정하게 유지된다.

발신코일(3)의 교류는 전류변환기(45)에 의해서 감지되며, 전류변환기(45)는 제어회로(42)의 입력측에 입력신호로서 조절신호를 공급한다.

제어회로(42)의 출력측(42b)에서의 출력교류는 위상 조절기(46)를 거쳐 동기 위상검파기(47)로 흐른다.

수신코일(4)의 입력신호는 마찬가지로 증폭기(50)을 거친다음 증폭기 출력측(50a)에서 동기 위상 검파기(47)의 입력측(47a)에 공급된다.

동기 위상검파기(47)은 그 출력측(47b)에서 수신코일(4)에서의 수신신호의 진폭에 필수적으로 비례하는 출력신호(51)를 보낸다.

그 신호(51)는 다시 첨두치 정류기(peak value vectifier)(49)를 거쳐 제어회로(42)의 출력교류신호(53)를 수신하는 전위차계(potentionmeter)(52)에 공급된다.

신호(51)와 전류(53)의 전류차는 증폭기(54)에 공급되고, 증폭기(54)에서 증폭되며, 그 증폭신호(55)는 후술한 발진보정기(57)의 출력측(57a)에서 나와서, 주형의 주입상태의 사실치에 일치한다. 이 사실치의 신호(55)는 전술한 바와 같이 발진보정기 출력측(57a)에서 나와서 잘 알려진 바와 같이 깔때기 모양의 용기에서의 단속적인 주입수준 제어장치나 연속주조 설비의 구동장치 또는 스트랜드 인출유니트와 같은 임의의 주입수준 제어장치에 공급된다.

주형진동에 따라 용융 금속수준과 주형벽간의 상대적인 움직임을 보정하기 위해서는 전기한 전기발진 보정장치(57)를 보유하는 조절장치(5)를 장치할 수 있다.

이렇게 하면 시간을 일정하게 선택함으로써 입력신호의 간섭과 싸인 곡선의 진동을 제거할 수 있다.

본 발명의 작동에 대해서 제2도에 따라 설명한다.

교번자기장이 발신코일(3)에 의해서 주형(1)의 주입구측으로부터 주형공동에 대면하는 주형벽(22)의 측면(9)으로 지향된다.

이 교번자기장은 자력선(8)을 보유하며, 주형벽(22)에서 유동하는 전류를 유도시킨다.

이와같이 주형벽(22)에는 화살표(24)로 도시된 단일권선을 보유하는 코일을 형성한다.

구리제 주형벽(22)에 유도된 전류는 화살표(25)로 표시된 2차 교번자기장을 발생시키고, 이 2차 교번자기장은 수신코일(4)에 용융금속 수준 측정장치의 조절장치(5)의 입력신호로 공급되는 전압을 발생시킨다.

발신코일을 공급된 교류는 그 주화수가 1000Hz이다.

발신코일(3)의 1차 교번자기장의 일부는 기초치로서 수신코일(4)에 수신된다.

그런데, 이 기초치은 용융금속 높이에 따라 용융금속 수준 상부의 주형벽(22)에서 나온 2차 교번자기장의 수신코일(4)에서의 수신치에 나쁜 영향을 주지 않는다.

제5도와 제6도에는 제1도에 도시한 판상주형(1)과 마찬가지로 관상주형(60)의 구리벽(59)의 주입구측계면에 발신코일(3')이 설치되어 있다.

수신코일(4')는 용융금속 수준영역의 냉각수용 간극(62)의 외부계면(61)위에 설치되며, 냉가수용 간극(62)과 경계를 형성하고 있는 벽(64)의 요부(64a)에 나사체결되어 있다.

코일(4')의 권선(4a)은 비자성의 스테인레스판금속하우징(18')내에 절연체(1

9')로 둘러싸여 있으며, 도시하지는 않았으나 (64b)로 표시한 절연층이 판금속 하우징(18')과 벽(64)사이에 삽입되어 있다.

수신코일(4')의 권선(4a)은 구리주형벽(59)의 측면(65)에 거의 평행한 평면상에 설치되며, 그 구리벽(59)은 통상 관주형의 경우 8-15mm의 두께로 된다.

도면에서(70)은 주형(60)의 지지프레임이며, (71)은 강제의 주형덮개 판이다.

발신코일(3')의 전자기장(8')의 주파수는 구리주형벽(59) 뒤쪽에 있는 수신코일(4')의 설치에 따라 제1도의 경우보다 약간 낮다.

그 주파수는 보통 30-500Hz이나, 100~300Hz가 바람직하다.

자기장(8')은 구리벽에 전류를 발생시키며, 이 전류는 용융금속수준(67)의 함수로서, 2차 전자기장이 발생을 발생시키고, 그 결과 수신코일(4')에 전압이 유도된다.

조절장치(5)의 동기 검파기(47)(제4도)에는 입력신호 전위차의 장해는 게이트회로에 의해서 분리되며, 용융금속 수준에 따른 신호부분은 용융금속 수준제어를 조절하기 위해서 사용된다.

스트랜드의 진행방향(68)에서 측정범위를 넓게하기 위해서는 수신코일(4')의 길이를 예컨대 약 200mm로 한다.

그 코일은 중앙축이 주형의 기준 용융금속 수준에 일치되도록 하는 높이로 설치되며, 코일의 폭은 스트랜드 횡단면의 측정길이보다 조금 작게 한다.

환형(丸形), 팔각형 단면등 스트랜드용 주형일 경우에는 수신코일(4')은 냉각수용 간극(62)의 계면(61)에 주형공동(65a)의 측면(65)에 평행하게 설치한다.

주입개시로부터 기준 용융금속 수준범위에 이르기 전에는 주형내에서의 용융금속 수준을 정확하게 탐지하기 위해서 주형 높이 전체에 걸쳐서 상승하는 용융금속 수준을 탐지하고 자동적으로 스트랜드 인출개시를 제어할 수 있는 용융금속 수준 측정장치에 본 발명을 결합할 수 있다.

부수적인 용융금속 수준 측정장치로서는 예컨대 주형벽의 각각 다른 높이에 설치된 감온 소자나 등가구조를 사용할 수 있다.

발신코일(3)(3')와 수신코일(4)을 용융금속 수준의 윗부분에 설치하므로써 주입된 용융금속의 흐름 또는 용융금속 수준으로 부터의 복사열을 받게 된다.

따라서, 적어도 코일이 배설된 주형벽(3)(4)에 평행한 코일측면을 수냉시키는 것이 좋다.

또한, 코일은 수냉구리 주형벽상 또는 그 안에 또는 수냉식 주형덮개 판에 설치할 수도 있다.

코일(3)(4)에서의 열영향과 온도변화에 따른 코일 하우징을 통해 나오는 자력선의 전류 유동저항이나 체적비저항을 감소기키거나, 보정하기 위해서는 스테인레스판으로서 된 전기한 코일하우징과 적어도 부품을 1.6mm의 두께로 하고, 구리판을 0.2mm의 두께로 입히는 것이 좋다.

제7도에서는 부분적으로 도시한 주형(82)내의 기중 용융금속 수준높이(81)의 하부에 수신코일(4＂)이 설치되어 있으며, 주형(82)의 기타 부분은 제6도와 동일하아.

이와같은 발신코일(3')과 수신코일(4＂)의 배열에 의한 측정결과는 제8도에 잘 나타나 있다.

제8도의 좌측을 보면 용융금속 수준은 수직축(85)로 표시되어 있고, 용융금속 수준의 함수로서 싸인파형의 제2차 교번자기장의 측정위상각이 수평선(86)을 따라 표시되어 있고, 곡선(87)은 용융금속수준(89) 및 그 이하에서 입력신호(250Hz)의 위상각이 270°이며, 용융금속 수준(90) 및 그 이상에서는 90°임을 나타내고 있다.

제8도의 우측 수평선(92)상에는 교번자기장의 진폭이 표시되어 있다.

곡선(93)은 용융금속 수준의 함수로서 측정된 진폭을 표시한다.

용융금속수준(89)와 (9)의 영역에서는 곡선은 거의 ＂0＂임을 표시한다.

직폭곡선(93)으로부터 용융금속수준의 함수로서 다른 두개의 2차 자기장을 측정할 수 있으며, 진폭곡선(93)을 위상각곡선(87)에 따라서 적당히 결합하면 제9도에 표시한, 입력신호 곡선(95)이 나오는 것을 알 수 있다.

제9도에는 그 상부 용융금속 수준이 수직축(96)으로 표시되어 있으며, 입력신호의 교번자기장의 보정진폭이 수평축(97)로서 표시되어 있다.

이 곡선(95)은 약간 만곡되어 있으며, 입력신호는 거의 용융금속 수준에 비례한다.

기준 용융금속 수준은 예컨대 수준(89)와 (90)의 사이에 설정할 수 있다.

1개의 주형으로서 적당수의 기준 용융금속 수준을 설정하겨나 혹은 많은 측정범위를 얻는데는 다수의 수신코일을 각기 다른 높이에 설치하므로써 가능하다.

수신신호의 특징은 다수의 수신코일을 사용하므로써 개량할 수 있다.

제10도에서는 발신코일(100)의 권선(101)이 주조 스트랜드의 종축에 대해 횡으로 위치하고 있는 평면(103)에 위치하도록 발신코일(100)이 설치되어 있다.

이러한 배열로서는 주조스트랜드 종축(102)에 대해 횡으로 설치된 주형벽(104)의 전방단면(105)에 1차 교번자기장을 지향하게 할 수 있다.

필요하다면 발신코일(100)과 같은 위치의 전방단면(105)에 수신코일(4)을 설치할 수도 있다.

Claims (1)

1. 주조 스트랜드의 진행방향에 대해 가로방향으로 연장되는 중심축선을 보유하는 발신코일에 의해 주형의 주입구측에 주형공동내로 지향하는 1차 교번전자기장을 형성시키고, 이 1차 교번 전자기장에 의해 주형벽에 전류를 유도하며, 이 전류에 의해 2차 교번전자기장을 발생시키고, 그 중심축선이 발신코일의 중심축선으로 부터 이격되어 있는 수신코일에 의해서 용융금속 수준상부에서 주형벽 외부로 발산되는 2차 교번 전자기장을 측정하며, 2차 교번 전자기장을 용융금속 수준제어용 입력신호로서 사용하는 것을 특징으로하는 교번 전자기장에 의한 연속주조 주형의 용융금속 수준 제어방법.

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