KR100544925B1

KR100544925B1 - 연속 주조기용 역학적 클램핑 시스템

Info

Publication number: KR100544925B1
Application number: KR1019997008782A
Authority: KR
Inventors: 그로브존에이.
Original assignee: 에이지 인더스트리즈, 인크.
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2006-01-24
Also published as: CN1077467C; CA2284918A1; AU6781298A; KR20010005714A; JP2001519717A; DE19882263T1; WO1998043760A1; DE19882263B4; US5901773A; CN1251061A

Abstract

연속 주조기에서 제1 주형 부품을 제2 주형 부품에 클램핑하기 위한 주형 클램핑 시스템(40)은, 제1 주형 부품에 연결된 인장 로드(44)와, 제2 주형 부품에 연결된 지지 프레임(46)과, 내측 부분(58)과 외측 부분(60) 및 이들 내측 부분과 외측 부분(58과 60) 사이에서 전달되는 축방향 힘의 크기를 측정하기 위한 힘 측정 수단(68)을 갖는 로드 셀 부재(56)를 포함한다. 내측 부분(58)은 인장 로드(44)에 고정되고, 외측 부분(60)은 지지 프레임(46)과 로드 셀 부재(56)의 외측 부분(60) 사이에 개재된 압축 스프링(48)에 의해 작용된다. 클램핑력의 조절을 허용하기 위하여 상기 시스템은 압축 스프링(48)의 편향을 상쇄시키기 위해 로드 셀 부재(56)의 외측 부분(60)에 힘을 인가하도록 위치한 반편향 수단(50)도 포함한다.

연속 주형 조립체, 클램핑 시스템, 로드, 지지 프레임, 편향 수단, 반편향 수단, 모니터링 수단

Description

연속 주조기용 역학적 클램핑 시스템 {DYNAMIC CLAMPING SYSTEM FOR CONTINUOUS CASTING MACHINE}

본 발명은 강철 등의 재료를 연속 주조하는 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연속 주조기의 주형 측벽들에 인가된 클램핑력을 모니터링하는 개선된 시스템 및 공정과, 이렇게 수행된 모니터링에 응답하여 연속 주조기를 제어하는 방법을 제공한다.

연속 주조 기술을 이용하여 금속을 제조하는 것은 약 30년 전부터 폭넓게 도입된 이래 증가되고 있으며, 여러 금속중에서도 강철을 사용하는 비중이 매년 높아지고 있다. 연속 주조기는 통상적으로 두개의 평행하고 대향하는 넓은 측벽과, 이들 넓은 측벽과 협동하여 단면이 장방형인 주조 통로를 한정하는 두개의 평행하고 대향하는 좁은 벽을 갖는 주형을 포함하는 것으로 잘 알려져 있다. 용융 금속은 주조 통로의 상단부 내로 연속적으로 공급되고, 주형은 그에 따라 형성된 슬래브 또는 스트랜드가 주조 통로의 바닥부에서 빠져나가기 전에 금속을 냉각시켜 외피를 형성하도록 설계된다. 스트랜드는 연속 주조기의 단부 또는 단부 근처에서 완전히 응고될 때까지, 주형으로부터 멀리 이동하면서 2차 냉각 스프레이에 의해 더욱 응고된다. 그 다음에, 스트랜드는 롤링 등의 종래 기술에 의해 강철판, 시트 또는 코일 등과 같은 중간 또는 최종 금속 제품으로 보다 더 처리될 수 있다.

일반적으로 연속 주형은 두개의 대향한 쌍의 측벽을 가지며, 이중 하나는 다른 하나에 대하여 클램핑 작용하여 그 사이에 유체기밀식 조인트를 유지한다. 주형 조립체 작업자에 의해 초기에 설정된 클램핑력은 열 부하에 기인하여 주조 작동중에 변화시킬 수 있다. 또한, 클램핑력을 설정하기 위한 통상의 기계적 장치는 작업자 실수에 의해 변동될 수도 있다. 조절가능한 측벽들을 갖는 주형은 몇몇 경우에 열 부하에 기인하여 클램핑 기구에 과도한 응력 변형이 작용되기도 한다. 또한, 필요 이상으로 큰 클램핑력은 하나의 클램핑 기구가 모든 크기의 주형에 사용될 때 안전상의 인자로 작용할 수 있다.

도1은 종래의 연속 주형 조립체(10)를 도시하며, 여기서 상기 조립체는 측벽(16, 18)을 각각 형성하는 주형 부품인 제1 및 제2 대향 주형 인서트(12, 14)를 포함하는 얇은 슬래브 형태이다. 주형 인서트(12, 14)는 제1 및 제2 지지 프레임(20, 22) 상에 각각 장착된다. 주형의 작동중에 측벽들을 함께 클램핑하기 위하여, 지지 프레임(20, 22)은 클램핑 기구(26)에 의해 장력이 각각 유지된 적어도 두개의 인장 로드(24)에 의해 서로를 향하여 가압된다. Wrhen의 미국 특허 제4,487,249호에 개시된 것과 동일한 대표적인 클램핑 기구(26)가 도2에 도시되어 있다. 이 기구에서, 인장 로드(24)의 일단은 제1 스프링 내장 블록(30)에서 나사형성 리세스 내에 위치한 나사형성 보스(28)로서 형성되어 있다. 다수의 벨빌(Belleville) 스프링 디스크로 형성된 압축 스프링(32)이 제1 스프링 내장 블록(30)과 제2 스프링 내장 블록(34) 사이에 개재되어 있다. 압축 로드 셀(36)은 제2 압축 스프링 내장 블록(34)과 지지 프레임(20) 사이에 위치하여 있다. 정상 주조 상태에서, 압축 스프링(32)은 제1 스프링 내장 블록(30)을 지지 프레임(20)으로부터 멀리 가압하고, 따라서 주형을 클램핑하도록 인장 로드(24)를 인장력 하에 두게 된다. 인장 로드(24)의 인장력은 압축 로드 셀(36)에 의해 측정된 스프링(32)에 의해 인가된 압축력과 동일해지게 된다. 로드 셀(36)의 출력을 모니터링함으로써, 시스템 또는 작업자는 주형에 인가된 클램핑력을 결정하고, 이 클램핑력이 소정 범위에 있지 않은 경우에 클램핑력을 조절한다.

도2에 도시된 형태의 기구에서 클램핑력을 조절하는 한가지 방법으로는 압축 스프링에 의해 인가된 힘의 일부에 반작용하기 위하여 기계적인 힘(예를 들어, 도면에서 보았을 때 제1 스프링 내장 블록(30)에 대한 하향 힘)을 인가하는 것이 있다. 불행히도, 도2에 도시된 로드 셀(36)은 클램핑력이 조절되는 경우에 로드(24)의 인장력을 정확하게 측정할 수 없다. 기계적인 힘은 로드 셀(36) 상에 추가의 힘으로써 등록되어 로드(24)에 인가된 실제 인장력을 측정할 수 없게 한다. 이렇게 제한되지 않고 모든 조건하에서 주형에 인가된 실제 클램핑력을 더욱 정확하게 반영하는 클램핑 기계 및 힘 모니터링 시스템에 대한 필요성이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 연속 주형의 벽들 상에서 클램핑력을 측정하고 이러한 모니터링에 응답하여 연속 주형의 작동을 제어함으로써 모든 조건하에서 주형에 인가된 실제 클램핑력을 정확하게 반영하는 개선된 시스템 및 장치를 마련하는 것이다.

상기 본 발명의 목적 및 기타 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따라, 제1 주형 부품을 연속 주조기내의 제2 주형 부품에 클램핑하기 위한 주형 클램핑 시스템은, 제1 주형 부품에 연결된 클램핑 로드와, 제2 주형 부품에 연결된 지지 프레임과, 제1 주형 부품이 제2 주형 부품을 향해 가압되도록 상기 클램핑 로드를 지지 프레임에 대하여 편향시키는 편향 수단과, 제1 주형 부품이 제2 주형 부품을 향해 가압되게 하는 힘을 조절하기 위하여 편향 수단의 편향을 상쇄시키기 위한 반편향 수단과, 반편향 수단에 의해 인가된 힘의 크기와는 무관하게 클램핑 로드 내의 실제 힘을 모니터링하기 위한 힘 모니터링 수단을 포함하며, 이로써 주형의 작동중에 클램핑력이 역학적으로 결정되고 조절될 수 있게 된다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 제1 주형 부품을 연속 주조기 내의 제2 ㅇ부품에 클램핑하기 위한 주형 클램핑 시스템은, 제1 주형 부품에 연결된 인장 로드와, 제2 주형 부품에 연결된 지지 프레임과, 인장 로드에 고정된 내측 부분과 외측 부분 및 이들 내측 부분과 외측 부분 사이에서 전달되는 축방향 힘의 크기를 측정하기 위한 힘 측정 수단을 갖는 로드 셀 부재와, 지지 프레임과 로드 셀 부재의 외측 부분 사이에 개재된 압축 스프링을 포함하며, 이로써 인장력이 인장 로드에 인가되고 힘 측정 수단이 인장력과 동일한 힘을 측정하게 된다.

본 발명을 특징짓는 상기 특징 및 여러 다른 장점은 본 명세서에 첨부되어 이의 일부를 구성하는 청구범위에 명확하게 기재되어 있다. 그러나, 본 발명의 장점 및 목적을 더 자세하게 이해시키기 위하여, 본 명세서의 일부를 구성하고 본 발 명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도1은 종래의 연속 주조기의 한가지 형태를 도시한 것으로, 클램핑 조립체를 명확하게 도시한 평면도.

도2는 종래의 연속 주형용 클램핑 조립체의 단면도.

도3은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 구성된 클램핑 조립체 및 힘 모니터링 장치의 단면도.

도4는 도3에 도시된 장치의 하나의 부품인 로드 셀의 측면도.

전체 도면에 걸쳐 유사한 부호는 대응하는 구성을 나타내며, 특히 도3에서, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 연속 주조기에서 제1 주형 부품(양호한 실시예에서는 제1 주형벽 조립체)을 제2 주형 부품(제2 대향 주형벽 조립체)에 클램핑하기 위한 주형 클램핑 시스템(40)은, 제1 주형 부품에 연결된 클램핑 로드(42)를 포함한다. 클램핑 로드(42)는 양호한 실시예에서 인장 로드(44)로 되며, 이 인장 로드는 도1에서 보았을 때 명백한 것처럼 두개의 주형 부품을 함께 당기기 위하여 인장되는 형태로 구성되어 있다. 시스템(40)은 제2 주형 부품에 연결된 지지 프레임(46)도 포함한다.

도3에 도시된 것처럼, 압축 스프링(48)으로서 실시된 편향 수단은 제1 주형 부품이 제2 주형 부품 쪽으로 가압되도록 인장 로드(44)를 지지 프레임(46)에 대하여 편향시키기 위해 마련된다. 압축 스프링(48)은 다수의 벨빌 디스크 스프링인 것으로 도시되어 있으나, 이 기술 분야에 공지되어 있는 다른 구조를 취할 수도 있다.

유압 피스톤-실린더 시스템(52)으로서 실시된 반편향 수단(50)은 제1 주형 부품을 제2 주형 부품 쪽으로 가압하는 힘을 조절하기 위하여 편향 수단의 편향에 대한 반작용을 제공한다. 다르게는, 반편향 수단은 공기식, 기계식 또는 전자기력 인가 구조를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 여러 구조를 취할 수 있다.

도3에 도시된 것처럼, 인장 로드(44)의 일단은 나사형성 보스(64)로서 형성되어 있다. 로드 셀(56)은 도4에 가장 양호하게 도시된 것처럼 내측 부분(58)과, 외측 부분(60)과, 연결 웨브(66)와, 상기 내측 부분과 외측 부분(58과 60) 사이에서 전달되는 축방향 힘의 크기를 측정하기 위하여 예컨대 스트레인 게이지(68)와 같은 힘 측정 수단을 갖춘 기구를 포함한다. 로드 셀(56)은 공지의 구조이며, 본 명세서에서 참조하게 되는 Ives의 미국 특허 제5,461,933호에 상세하게 개시되어 있다.

로드 셀(56)의 내측 부분(58)은 고정 너트(62)에 의해 로드(44)의 보스 단부에 고정된다. 압축 스프링(48) 및 반편향 수단(50)은 로드 셀(56)의 외측 부분(60) 상에 대향 방향으로 작용하는 힘을 작용시키도록 위치한다. 압축 스프링(48)은 힘을 외측 부분(60) 상에 직접 작용시키고, 반편향 수단(50)은 힘을 튜브형 힘 인가 블록(54)을 거쳐 외측 부분(60) 상에 작용시키는데, 이는 도3에서 명확하게 이해할 수 있다.

로드 셀(56)의 내측 부분과 외측 부분(58과 60) 사이에 작용하는 축방향 응력은 로드 셀(56)의 내측 부분(58)이 클램핑 시스템(40)과 로드(42) 사이의 유일한 연결 지점이기 때문에 클램핑 로드(42) 내의 축방향 인장력과 항상 같게 된다. 힘 측정 기구가 반편향 수단(50)에 의해 인가된 힘의 크기와는 무관하게 클램핑 로드(42) 내의 실제 힘을 모니터링하기 때문에, 클램핑력은 주형의 작동중에 역학적으로 결정되고 조절될 수 있다.

여기에 설명한 시스템은 연속 주형의 벽들 상에 작용하는 클램핑력을 측정하고 이렇게 모니터링된 클램핑력에 응답하여 연속 주형의 작동을 제어하여 모든 조건하에서 주형에 인가된 실제 클램핑력을 더욱 정확하게 반영하는 개선된 시스템 및 장치를 제공하기 위한 목적을 충족시킨다.

본 발명에 의해 허용되는 클램핑력의 측정 정확도는 클램핑력이 예를 들어 주조 제품상의 소위 "진동 마크(oscillation mark)"를 최소화하기 위하여 수직 주형에서 수평 주형 진동을 보상하기 위해 주형의 작동중에 자동적으로 조절되도록 된 주형에서 특히 유용하다. 이러한 형태의 주형 시스템은 본 명세서에서 참조하게 되는 Itoyama 등의 미국 특허 제5,579,824호에 개시되어 있다.

본 발명의 많은 특징 및 장점에 대하여 본 발명의 구조 및 기능과 함께 설명하였으나 상기 설명 내용은 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명은 첨부된 청구범위에서 표현된 용어의 전체적인 의미에 이르기까지 본 발명의 원리 내에서 부품의 형상, 크기 및 배열을 여러 형태로 변경할 수 있다.

Claims

제1 주형 부품을 연속 주형 조립체 내의 제2 주형 부품에 클램핑하기 위한 주형 클램핑 시스템을 포함하는 연속 주형 조립체이며,

제1 주형 부품에 연결된 클램핑 로드와,

제2 주형 부품에 연결된 지지 프레임과,

제1 주형 부품이 제2 주형 부품을 향해 가압되도록 상기 클램핑 로드를 지지 프레임에 대하여 편향시키는 편향 수단과,

제1 주형 부품이 제2 주형 부품을 향해 가압되게 하는 힘을 조절하기 위하여 편향 수단의 편향을 상쇄시키기 위해 힘을 편향 수단에 대하여 직접 작용시키는 반편향 수단과,

상기 반편향 수단에 의해 인가된 힘의 크기와는 무관하게 클램핑 로드 내의 실제 힘을 모니터링하여, 주형의 작동중에 클램핑력이 역학적으로 결정되고 조절될 수 있도록 하기 위한 힘 모니터링 수단을 포함하는 연속 주형 조립체.
제1항에 있어서, 클램핑 로드가 인장 로드인 연속 주형 조립체.
제1항에 있어서, 편향 수단이 지지 프레임과 클램핑 로드 사이에 개재된 압축 스프링을 포함하는 연속 주형 조립체.
제3항에 있어서, 상기 힘 모니터링 수단이 내측 부분과 외측 부분을 갖는 로드 셀 부재를 포함하며, 상기 클램핑 로드가 내측 부분에 고정되고, 상기 압축 스프링이 외측 부분에 힘을 인가하도록 위치된 연속 주형 조립체.
제4항에 있어서, 반편향 수단이 로드 셀 부재의 외측 부분에 힘을 인가하도록 위치된 연속 주형 조립체.
제5항에 있어서, 반편향 수단이 유압 피스톤-실린더 시스템을 포함하는 연속 주형 조립체.
제1항에 있어서, 반편향 수단이 유압 피스톤-실린더 시스템을 포함하는 연속 주형 조립체.
제1 주형 부품을 연속 주형 조립체 내의 제2 주형 부품에 클램핑하기 위한 주형 클램핑 시스템을 포함하는 연속 주형 조립체이며,

제1 주형 부품에 연결된 인장 로드와,

제2 주형 부품에 연결된 지지 프레임과,

인장 로드에 고정된 내측 부분, 외측 부분 및 이들 내측 부분과 외측 부분 사이에서 전달되는 축방향 힘의 크기를 측정하기 위한 힘 측정 수단을 갖는 로드 셀 부재와,

지지 프레임과 로드 셀 부재의 외측 부분 사이에 개재되어, 인장력이 인장 로드에 인가되고 힘 측정 수단이 인장력과 동일한 힘을 측정하도록 하는 압축 스프링을 포함하는 연속 주형 조립체.
제8항에 있어서, 제1 주형 부품이 제2 주형 부품을 향해 가압되게 하는 힘을 조절하기 위하여 압축 스프링의 편향을 상쇄시키기 위해 로드 셀 부재의 외측 부분에 힘을 인가하도록 위치된 반편향 수단을 더 포함하는 연속 주형 조립체.
제1항에 있어서, 반편향 수단이 유압 피스톤-실린더 시스템을 포함하는 연속 주형 조립체.