KR100350069B1 - 선재의사행방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간압연된 직후의 선재(4)를 일정피치의 링형태로 냉각대의 롤러 컨베이어(5)상에 적치하여 이송하고, 이송되는 선재(4)를 냉각공기에 의하여 냉각하도록 된 선재 제조설비에 있어서, 이송선재의 사행을 방지하여 선재에 대한 냉각처리가 최대한 균일한 온도분포로 이루어지도록 구성된 고온선재의 사행방지 장치에 관한 것이다.

본 발명은 권취기(3)로부터 10∼20m 떨어진 지점인 변태점에 설치된 온도분포측정수단인 온도측정센서(8)로부터 측정된 선재의 복수개소의 온도값으로부터 컨베이어(5) 양측의 복수개소에 설치된 사이드가이드(12)를 미세하게 자동조정 작동시키도록 되어 있다. 선재의 폭방향 적치밀도차에 의해 발생하는 불균일한 온도분포를 온도측정센서(8)를 통해 측정하고, 그 측정값으로부터 상기 사이드가이드(12)의 작동양이 자동결정된다. 이러한 본 발명의 장치를 통하여 선재(4)가 폭방향의 모든 위치에서 균일하게 냉각되어 재질편차가 최소화되는 효과가 얻어진다.

Description

선재의 사행방지 장치

본 발명은 선재를 코일상으로 권취제조하는 설비에 있어서 선재의 사행을 방지하여 선재에 대한 균일한 열처리가 이루어질 수 있도록 된 고온선재의 사행방지 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명이 관련된 선재 제조설비로서 종래의 선재 제조설비의 구성개요를 보여 준다. 압연기(1)에 의해 압연되고, 수냉장치(2)에 의해 냉각된 열간압연 선재(4)는 권취기(3)에 의해 권취되어 컨베이어(5) 위에 링모양으로 적치되어 이송된다. 이때, 컨베이어(5)의 하부에 설치된 송풍기(7)로부터 슬릿형태의 노즐(6)을 통해 분사된 냉각공기가 선재(4)를 하부로부터 직접 냉각한다. 도면중 ▽는 일점온도계가 설치된 지점을 나타낸다. 상기 선재(4)에 대한 냉각공기의 폭방향의 유속을 조정하기위한 수단으로서 댐퍼형태의 송풍구각도조정수단이 송풍기(7) 내에 설치되어 있고, 이 송풍구각도조정수단의 댐퍼 후단에 칸막이가 설치되어 있어 분할 급기되는 냉각공기가 다시 섞이지 않도록 되어 있다.

이러한 선재 제조설비에 있어서 선재에 대한 냉각공정은 압연단계 이후에 최종제품으로 가기 위한 전단계로서, 선재를 물로 냉각하는 수냉대와 공기로 냉각하는 공냉대로 이루어져 있다. 수냉대에서 수분사에 의해 1차로 냉각된 선재는 일명 레잉헤드(laying head)라고 하는 권취기에서 직선상으로부터 링모양으로 감겨져서 공냉대 위로 이송된다. 이때, 상기 선재가 링모양으로 감겨져서 이송되므로 필연적으로 에지부에서 많이 겹쳐지는 부분과 중앙부에서 덜 겹쳐지는 부분이 존재하게 된다. 따라서, 이러한 링모양 선재를 그 폭방향 전반에 걸쳐 동일한 공기량으로 냉각을 시킬 경우에는 많이 겹쳐져 있는 에지부분과 그렇지 않은 중앙부분사이에서는냉각차가 발생하게 되어 불균일하게 냉각이 이루어지게 된다. 특히, 변태가 일어나는 지점에서의 냉각차는 제품불량의 중요한 원인이 된다. 즉, 불균일한 냉각이 되면 변태가 일어나는 온도는 일정하므로 변태가 일어나는 지점이 달라지어 제품품질이 불균일하게 되는 것이다. 따라서, 송풍구 각도(댐퍼각도)를 조정하여 냉각공기의 폭방향 유속분포를 M자형으로 만들어 코일 선재의 겹침밀도에 따라 유속분포를 조정하는 방법으로 링상으로 감긴 선재의 위치별로 동일한 냉각이 이루어지도록 하고 있다.

위와 같이 열간압연 선재를 링상으로 권취제조하는 설비에 있어서 선재에 대한 대표적인 냉각방법으로는 전세계적으로 스텔모어(Stelmor)방식이 가장 널리 사용되고 있다. 이 방법은 800∼900℃의 열간압연 선재를 권취기에서 링모양으로 형성한 후 콘베이어상에 낙하시켜, 비동심링 상태로 이송하면서 댐퍼라고 하는 송풍구각도조정수단에 의하여 선재에 대한 냉각공기의 폭방향 유속을, 선재겹침밀도가 높은 에지부에 많은 양의 공기를 분사시키고 겹침밀도가 낮은 중앙부에는 적은양의 공기를 분사시키도록 조정하여 선재를 냉각하는 방법이다. 그러나, 이 방법에 의해 작업을 할 경우에 이송되는 선재가 중앙으로 이송되지 않으면 그 선재는 유속의 최대정점을 벗어나게 되어 에지부가 거의 냉각되지 않게 되므로 좌우 온도편차가 발생하게 되어 불균일한 재질의 선재가 얻어지게 된다. 이러한 스텔모어 냉각법의 사행문제를 해결하기 위하여 선재이송 콘베이어의 좌우측벽에 사이드가이드를 장착하여 선재이송중 선재의 사행발생시 선재를 중앙으로 밀어주거나 지그재그로 이송하는 방법이 제안된 바 있다.

일반적으로 선재의 냉각공정에서 사용하는 냉각방법은 냉각매체의 종류에 따라 공기를 이용하는 방법, 물을 이용하는 방법 그리고 다른 매체를 이용하는 방법들로 나뉘어지는데, 본 발명은 특히 공기를 이용하여 선재를 냉각하는 것과 관련된 것으로, 전세계적으로 가장 보편화되어 있는 스텔모어설비가 여기에 해당된다. 이 냉각방법은 1964년부터 공업적으로 이용되기 시작하여 1981년 까지 전세계적으로 많은 개소에 설치 가동되고 있는 가장 보편화된 냉각방식으로 모건(Morgan)에 의해 설계되고 스텔코(Stelco)에 의해 처음으로 적용되었다. 이 냉각방식이 널리 보급된 이유는 탄소강 선재의 직접 열처리를 실시하여 제품의 강도 및 신선성을 높일 수 있고, 송풍을 이용하는 설비구조가 간단하며 작업성이 우수한 특성을 갖고 있어 코일 단중 및 압연속도의 제약이 작으며, 얇고 균일한 두께의 스케일 생성으로 손실이 적고 산세비용이 절감되며, 비교적 넓은 범위의 냉각속도 제어가 가능하다는 장점이 있기 때문이다. 그러나 이는 상술한 바와 같이 선재이송시 선재의 사행으로 인한 폭방향 온도불균일에 의하여 재질편차를 발생시키는 단점이 있다.

도 2는 선재의 중첩상태에 따른 선재 코일내 폭방향 중량비를 나타낸 그림으로 코일 중심부를 1.0으로 할 때 코일 양단부에서는 3.0∼5.0정도로 매우 커짐을 알 수 있다. 따라서, 코일의 양단부에서의 필요 냉각량 또한 위에 비례하여 중앙부에서 보다 커져야만 한다는 것을 추정할 수 있다. 이때, 냉각공기량이 코일의 폭방향으로 동일하다면 코일 양단부의 냉각속도는 중심부에 비하여 떨어질 수 밖에 없으므로, 이의 제어를 위해 송풍구 각도(댐퍼 각도)와 송풍기 회전수를 조절하기도 한다. 그러나, 송풍구각도변경에 의하여 폭방향 송풍량을 조정하여 폭방향 온도편차를 줄이는 방법은 선재가 정상적으로 중앙으로 이송될 때를 가정한 것으로, 선재가 사행에 의하여 좌측 또는 우측으로 쏠려서 이송될 때에는 에지부의 선재겹침부가 노즐슬릿을 벗어나 아예 냉각되지 않은 채 흘러가게 되어 더 큰 재질편차를 야기하게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 선재이송 콘베이어 양측에 가이드수단을 설치하여 이송선재의 사행발생시 그 선재를 중앙부로 밀어줄 수 있도록 하고 있으나 이는 순간적으로 바뀌는 선재의 이송위치에 따라 적절한 제어를 할 수 없는 단점이 있다. 즉, 종전의 가이드수단은 이송되는 선재를 단순히 밀어주는 보조수단에 불과한 것으로, 선재가 불규칙으로 좌측 또는 우측으로 쏠려서 이송될 경우에는 제어가 불가능하게 되어 있다. 또한, 사행방지를 위해서는 사행발생정도를 측정하여 그 측정치에 의하여 선재를 밀어주는 양을 결정해야 하므로 사행발생량을 측정하는 수단이 필수적인데, 측정수단이 없는 실정이다. 사행의 양을 측정할 수 없기 때문에, 선재 발생시 조업자의 육안에 의한 경험치로써 가이드수단을 수동조작하여 선재를 밀어주도록 하고 있어 정확한 가이드가 거의 불가능하다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 연구발명된 것으로, 코일 선재의 이송중 선재의 사행발생시 일어나게 되는 온도편차에 따라 선재의 사행을 자동교정하여 선재에 대한 균일한 냉각이 이루어지도록 할 수 있는 고온선재의 사행방지 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

선재의 사행을 막기 위해서는 선재의 사행발생정도를 파악할 수 있는 선재 폭방향 온도분포측정수단을 구비하여 동 수단을 통해 측정된 선재의 폭방향 온도분포로부터 선재의 좌측 또는 우측 쏠림량을 계산하고, 이를 토대로 가이드수단의 작동이 이루어지도록 장치를 구성하는 것이 요망된다. 본 발명에서는 링형상으로 권취기에서 권취되어 냉각대를 통과하는 선재의 온도분포를 측정하여 선재의 폭방향 위치별 복수 영역의 온도를 컴퓨터로 송신하여 불균일한 온도분포 발생시 가이드수단의 동적제어가 가능하도록 장치를 구성하였다.

도1은 종래의 선재 제조설비의 구성개요도,

도2는 선재의 폭방향 적치밀도 상태도,

도3은 선재의 폭방향 온도분포 상태도,

도4a는 본 발명이 적용된 선재 제조설비의 요부발췌 평면도,

도4b는 본 발명이 적용된 선재 제조설비의 구성개요도,

도5는 종래의 선재 온도분포와 본 발명을 사용한 후의 온도분포 비교도.

도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압연기 2 : 수냉장치 3 : 권취기

4 : 선재 5 : 컨베이어 6 : 노즐

7 : 송풍기 8 : 온도측정센서 9 : 원격입출력기

10 : 콘트롤러 11 : 모니터 12 : 사이드가이드

13 : 구동모터 14 : 작동축 15 : 상부 지지대

17 : 제어부

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열간압연된 직후의 선재를 일정피치의 링형태로 적치하여 이송하는 냉각대의 롤러 컨베이어의 양측부에 설치된 다수개의 구동모터와; 상기 구동모터와 기어결합하여 전후진 작동되도록 설치되면서 상기 롤러 컨베이어의 선재이송부로 확장된 작동축과; 상기 작동축의 단부와 유동적으로 체결되면서 후미부가 상기 롤러 컨베니어의 양측 상부 지지대에 회전 가능하도록 핀결합하여 교번으로 설치되는 다수개의 사이드가이드와; 상기 사이드가이드가 설치된 후방에 위치하여 상기 롤러 컨베이어 상의 복수개소에 설치되어 이송되는 선재의 온도분포를 측정하는 온도측정센서와; 상기 온도측정센서로부터 측정된 온도분포값에 따라 상기 구동모터를 구동시키는 제어 컴퓨터 및 원격입출력기, 컨트롤러가 전기 신호적으로 연결된 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 선재의 사행방지 장치를 제공한다.

도 3은 냉각공기에 의해 냉각되는 선재의 폭방향 온도분포를 나타낸 그림이다. 폭방향으로 보면 겹침밀도가 높은 양단부의 온도가 겹침밀도가 낮은 중앙부의 온도보다 높은 것을 알수 있다.

현재 스텔모어 냉각법을 적용하여 가동 중인 선재 제조설비들에서는 냉각대상을 이송하는 선재의 폭방향 온도분포를 제어하기 위한 수단인 댐퍼가 송풍기내에 설치되어 있으나, 전술한 바와 같이 선재의 사행이 발생할 경우에는 온도분포 불균일에 의해 재질편차가 발생하게 된다. 또한, 냉각대 중간에서 사행발생정도를 알 수 있는 수단의 미비로 인해 냉각대상에서 선재의 사행을 정확히 제어할 방법이 없다. 사행이 발생하여도 제어가 이루어지지 않기 때문에 같은 소재를 연속해서 수십코일씩 작업하는 도중 계속적인 온도편차가 발생한다. 이로 인한 재질편차가 수요가 또는 후공정에서 발생하여 클레임 제기의 원인이 되고 있다.

본 발명은 선재의 이송시 선재가 중앙으로 흘러가도록 하기 위한 사이드가이드(12)를 도4a의 예와 같이 선재 냉각대의 선재이송 컨베이어(5)의 양측 적소에 교대로 설치구비토록 하였다. 도4b는 본 발명이 적용된 선재 제조설비의 구성개요를 보여 주고 있다. 상기 사이드가이드(12)는 그 일단이 장치적소에 회동가능하게 지지되고 타단은 구동모터(13)에 의해 화살표방향으로 이동될 수 있는 작동축(14)의 선단에 연결설치되어 있다. 상기 구동모터(13)는 냉각대상의 적소에 설치된 선재 온도분포측정수단으로부터 측정된 선재의 온도분포에 따라 작동되도록 제어된다.

즉, 본 발명의 장치는 냉각대상에 설치한 선재 온도분포측정수단인 온도측정센서(8)로부터 측정된 선재의 온도분포값이 컴퓨터(11)에 입력되어, 이 온도분포값을 토대로 상기 컴퓨터(11)의 제어에 의해 상기 사이드가이드(12)를 동작시키는 구동모터(13)를 작동시켜 선재의 사행을 방지하도록 구성되어 있다. 온도분포측정수단인 온도측정센서(8)로부터 측정된 온도분포는 원격입출력기(9)를 통해 냉각공기분사유량을 제어하면서 상기 구동모터(13)를 작동시키는 콘트롤러(10)로 송신된다. 상기 온도측정센서(8)는 선재의 폭방향 복수개소의 온도값을 측정하여 그 측정값을 토대로 사이드가이드(12)의 작동이 자동 제어되도록 한다. 선재의 폭방향으로 불균일한 온도분포가 검출됨과 동시에 상기 사이드가이드(12)의 작동량이 자동 제어됨으로써 냉각대 중앙으로 선재가 이송되도록 할 수 있다. 이때, 변화하는 온도분포는 모니터(11)에서 육안으로 확인할 수 있다. 이 방법은 종래에 사용되는 냉각방법의 단점인 수시로 변화하는 선재이송상태에 따른 온도분포변화에 신속 정확히 대응할 수 없다는 단점을 개선한 것이다.

상기와 같은 구성으로 컨베이어(5)의 양쪽 측부에 교번 설치되어 있는 사이드가이드(12)를 이송선재의 폭방향 온도분포변화에 상응하여 자동동작시킴으로써 선재의 사행을 효과있게 방지할 수 있고, 이로써 선재에 대한 균일한 열처리가 이루어질 수 있다.

도 5는 기존의 방식에 의하여 냉각한 선재의 온도분포와 본 발명을 사용할 경우의 온도분포를 명확히 비교하여 보여 준다.

본 발명은 상술한 구성, 작용에 의해 선재(4)를 롤러 컨베이어(5)로 이송시키면서 냉각시키는 냉각대 적소에 설치된 선재의 온도분포측정수단을 통하여 선재의 폭방향 온도분포를 측정하고 그 결과에 따라 선재(4)를 컨베이어(5) 중앙으로 밀어주는 사이드가이드(12)를 동적 제어함으로써 선재(4)가 항상 중앙으로만 이송되도록 할 수 있고, 이로써 선재(4)가 모든 위치에서 균일하게 냉각처리되도록 하여 선재의 폭방향 재질편차를 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 열간압연된 직후의 선재(4)를 일정피치의 링형태로 냉각대의 롤러 컨베이어 (5)상에 적치하여 이송하고, 이송되는 선재(4)를 냉각공기에 의하여 냉각되도록 된 선재 이송설비에 있어서,

   상기 롤러 컨베이어(5)의 양측부에 설치된 다수개의 구동모터(13)와;

   상기 구동모터(13)와 기어결합하여 전후진 작동되도록 설치되면서 상기 롤러 컨베이어의 선재 이송부로 확장된 작동축(14)과;

   상기 작동축(14)의 단부와 유동적으로 체결되면서 후미부가 상기 롤러 컨베니어(5)의 양측 상부 지지대(15)에 회전 가능하도록 핀결합(16)하여 교번으로 설치되는 다수개의 사이드가이드(12)와;

   상기 사이드가이드(12)가 설치된 후방부에 위치하여 상기 롤러 컨베이어(5) 상의 복수개소에 설치되어 이송되는 선재의 폭방향 온도값을 측정하는 온도측정센서(8)와;

   상기 온도측정센서(8)로부터 측정된 온도분포값에 따라 상기 구동모터(13)를 구동시키는 상기 사이드가이드(12)를 작동시키도록 제어 컴퓨터(11) 및 원격입출력기(9), 컨트롤러(10)가 전기 신호적으로 연결된 제어부(17)로 구성되는 것을 특징으로 하는 선재의 사행방지장치.

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