KR100798098B1 - 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 연속용융도금설비의 냉각탑에 있어서, 스트립(18)의 진동을 측정하는 센서(21)와; 상기 센서(21)에서 측정된 진동을 분석하여 공진여부를 확인하는 진동분석부(22)와; 상기 진동분석부(22)에서 분석된 결과에 따라 실린더(24)를 통해 냉각탑 상부에 위치한 상기 스트립(18)에 연결된 터치롤(25)을 제어하는 터치롤 제어부(23)를 포함하여 구성함으로써, 포트 상부에 위치한 에어 나이프가 도금층을 정확하게 재단할 수 있도록 냉각탑에서의 스트립 진동을 억제하여 스트립의 용융도금층의 균일한 도금품질을 얻을 수 있게 되는 것이다.
스트립 진동, CGL, 고유진동수, 에어 나이프
Description
도 1은 종래 용융도금설비의 냉각탑의 구성도이고,
도 2는 도 1에서 축수부 하중에 의한 마모 현상의 도식도이며,
도 3은 도 1의 냉각탑에서의 스트립 진동측정 결과를 보인 그래프이며,
도 4는 도 3의 스트립 진동측정 결과에 대한 주파수 분석 선도이고,
도 5는 도 1의 냉각탑에서의 스트립의 모드별 고유진동수의 도식도이며,
도 6은 도 5에서 스트립의 진동 모드의 파형도이고,
도 7은 도 1의 냉각탑에서의 싱크 롤의 편심회전 주기 및 스트립 고유진동수와 일치한 스트립 공진 현상의 측정결과를 보인 그래프이며,
도 8은 본 발명에 의한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치의 구성도이고,
도 9는 본 발명에 의한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 방법을 보인 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 도금 포트
13 : 싱크 롤 14 : 정정 롤
15 : 에어 나이프 16 : 냉각 디바이스
17 : 디플렉터 롤 18 : 스트립
19 : 베어링 20 : 축수부
21 : 스트립 진동측정 센서 22 : 진동분석부
23 : 터치롤 제어부 24 : 실린더
25 : 터치 롤
본 발명은 용융도금설비(Continuous Galvanizing Line, CGL) 라인의 냉각탑(Cooling Tower)에 관한 것으로, 특히 냉각탑에서의 스트립 진동을 억제하기에 적당하도록 한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉연/표면처리설비의 하나로서 연속 프로세스인 용융도금설비(Continuous Galvanizing Line)는 철판(steel strip)의 표면에 아연(Zn) 용융액을 도포시키는 설비이다.
도 1은 종래 용융도금설비의 냉각탑의 구성도이다.
여기서 도면부호 12는 도금 포트(pot)이며, 13은 싱크 롤(Sing Roll)이고, 14는 정정 롤(Correct Roll)이며, 15는 에어 나이프(Air Knife)이고, 16은 냉각 디바이스(Cooling Device)이며, 17은 디플렉터 롤(Deflector Roll)이고, 18은 스트립(Strip)이다.
그래서 용융도금은 스트립(18)을 아연(Zn)이 녹아 있는 도금 포트(12)에 침적시키므로써 이루어진다.
이때 스트립(18)은 연속적으로 이송이 되며, 도금 포트(12) 상부로부터 스트립(18)이 아연(Zn) 용융면으로 진입하고, 싱크 롤(13)에 감겨 방향을 전환하여 다시 용융면 밖으로 출수된다 .
이 과정에서 스트립(18) 표면에 Zn 용융액이 자연 도포되는데, 이와 같은 프로세스에 의하여 도금된 표면은 융융 도금 두께 측면에서 일정하지 않으며 도금 무늬도 불균일하게 된다.
따라서 도금 출수면 상부의 일정 위치에 설치된 에어 나이프(15)를 사용하여 도금층의 두께를 자유자재로 재단하고 무늬를 균일하게 만든다.
일반적으로 용융 도금 포트(12)의 용융아연액의 온도는 470도이며, 이 도금 포트(12)에서 바로 출수한 스트립(18)의 표면온도도 또한 470도 정도가 된다. 아연의 용융온도는 약 390도 정도이므로, 도금 포트(12)로부터 출수한 스트립(18) 표면에 도포된 아연층은 아직 용융상태를 유지한다. 따라서 스트립(18)의 아연도금층이 응고되기 전까지는 스트립(18)과 롤(roll)과의 접촉을 피해야 한다.
도금 포트(12)로부터 출수한 스트립(18)은 도금 포트(12)의 바로 상부에 위치한 냉각 디바이스(16)를 통과하면서 강제 냉각된다. 그리고 도금층이 응고되면서 냉각탑 상부의 디플렉터 롤(17)에 도달한 후 방향을 전환하여 다시 하강하면서 2차냉각되도록 되어 있다.
여기서 도금 포트(12)로부터 냉각탑 상부의 디플렉터 롤(17) 간의 거리는 도 1에 나타낸 바와 같이 약 45 ~ 50m 에 이른다.
이때 도금 포트(12)로부터 출수된 스트립(18)이 냉각탑의 상부로 이송되면서 스트립(18) 표면의 직각방향으로 진동이 발생한다. 이러한 진동은 여러 가지 원인으로부터 유발되는데 주요한 원인은 두 가지이다. 그 하나는 도금 포트(12) 내 싱크 롤(13)의 편심회전에 기인하는 것이고, 다른 하나의 원인은 도금 포트(12)로부터 냉각 디바이스(16)까지의 자유단(free span)에서의 스트립(18)의 공진현상에 기인하는 것이다.
이러한 스트립(18) 진동은 도금층의 두께를 정밀하게 깍아내는 에어 나이프(15)의 성능을 저하시키기 때문에 도금두께 불량을 초래하여 용융도금강판의 품질을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있게 된다.
종래 연속용융도금설비의 냉각탑에서의 스트립(18)의 진동을 억제하는 기술은 여러 가지가 강구되고 있는데, 첫째 냉각탑의 적정위치에 스트립(18)의 진동을 감소시키기 위한 에어 패드(Air-pad) 장치를 설치하는 방식, 둘째 터치 롤(touch roll)을 사용하는 방식, 그리고 셋째 최근 자기발생장치를 이용하여 자기력에 의하여 스트립(18)이 진동을 억제하는 방식 등이 강구되고 있다.
도 1에는 냉연설비의 하나인 연속용융도금설비의 Zn 융융도금 포트 및 냉각탑의 형상을 도식적으로 나타낸 것이다. 연속 용융도금설비는 Zn 을 용융시킨 도금 포트(12)에 스트립(18)을 연속적으로 침적시키면서 철판의 표면에 Zn 용융액을 도포시키도록 되어 있다. 이때 철판에 도포된 용융아연 도금액은 자유상태로 도포된 것이므로 도금 포트(12) 밖으로 출수된 강판의 도금층 표면이 불균일하다.
따라서 용융 도금 포트(12) 바로 위에 에어 나이프(15)를 설치하여 도금층을 일정한(필요한) 두께로 깍아내도록 되어 있다. 그런데 전술한 바와 같이, 강판 도금층의 응고에 필요한 비접촉 이송거리를 확보하기 위하여 싱크 롤(13)로부터 냉각탑 상부의 디플렉터 롤(17)까지 자유단(free span)이 되도록 설계 되며, 이 거리가 약 45 ~ 50 m 정도에 이른다.
이와 같이 긴 강판에 대한 고유진동수는 대략적으로 0.7 ~ 10 Hz 로서 매우 작으며, 약소한 외란에 대하여 쉽게 반응하는 경향이 나타낸다.
이때 에어 나이프(15)의 도금층 절삭에 의한 강판 폭방향에 대한 두께 적중율 및 길이방향의 두께 균일정도는 에어 나이프(15) 위치에서의 스트립(18)의 진동의 정도에 따라 달라지며, 진동이 증가할수록 도금층 두께가 불균일하게 된다.
냉각탑에서의 스트립(18)의 진동은 여러 가지 요인이 있지만, 다음의 두 가지가 있다.
첫째는 도 2에 나타낸 바와 같이, 주로 싱크 롤(13)의 축수부(20) 마모에 따른 편심회전에 의한 것이다. 그래서 편심회전이 롤과 접촉하여 이송중인 스트립(18)에 힘을 가하여 스트립(18)이 롤 회전주기에 일치하는 진동을 유발하는 경우이다.
두 번째는 싱크 롤(13)의 회전주기와 스트립(18)의 고유진동수가 일치하게 되는 경우 스트립(18)의 공진이 발생하여 스트립(18)의 과도한 진동이 발생하는 경우이다.
도 3은 냉각탑에서의 스트립(18)의 진동을 실제 측정한 파형을 나타낸 것이 고, 도 4는 이 진동파형에 대한 주파수분석 결과를 나타낸 것이다. 여기서 스트립(18)의 진동주기는 3.8 Hz로 나타난 것을 볼 수 있다. 이때 스트립(18) 이송 속도에 따른 싱크 롤(13)의 회전주기가 약 3.8 Hz 이었다. 이로부터 스트립(18)의 진동주기와 롤의 회전주기가 일치함을 알 수 있다.
도 5와 도 6에는 싱크 롤(13)과 냉각탑 상부의 디플렉터 롤(17) 사이의 스트립(18)에 대한 고유 진동수 및 진동 모드를 각각 나타낸 것이다. 도 6에서 (a)는 아이젠밸류(Eigenvalues) 일 경우의 고유 진동수이고, (b)는 모드 3일 경우의 진동 모드이며, (c)는 모드 5일 경우의 진동 모드이고, (c)는 모드 8일 경우의 진동 모드이다.
도 7에는 싱크 롤(13)의 회전주기와 스트립(18)의 고유진동수와 일치한 경우에 대한 스트립(18)의 공진 진동현상을 나타내었다. 전술한 바와 같이 스트립(18) 공진현상에 따른 진동증폭 현상이 나타나고 있다.
그러나 스트립의 진동을 억제하기 위한 종래의 기술 중 에어 패드를 장착하는 경우 에어 패드가 양쪽 압력을 고르게 분산시키는데 실패하여 진동 억제시 효과적이지 못한 문제점이 있었다.
또한 종래의 터치 롤을 사용하는 방식의 경우 도금액이 마르지 않은 상태에서 롤을 터치하기 때문에 도금액의 박리가 일어나 스트립의 표면이 악화되는 문제점이 있었다. 그렇다고 도금액이 마를 때까지 기다려 먼 위치에 터치 롤을 놓을 경우 진동 억제 효과를 전혀 발휘할 수 없게 된다.
더불어 종래의 자기력을 이용하는 경우에도 원하는 수준으로 진동의 감쇠가 안되어 진동억제시 효과적이지 못한 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 연속용융도금설비에 있어서 포트 상부에 위치한 에어 나이프가 도금층을 정확하게 재단할 수 있도록 냉각탑에서의 스트립 진동을 억제하여 스트립의 용융도금층의 균일한 도금품질을 얻을 수 있는 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치는,
연속용융도금설비의 냉각탑에 있어서, 스트립의 진동을 측정하는 센서와; 상기 센서에서 측정된 진동을 분석하여 공진여부를 확인하는 진동분석부와; 상기 진동분석부에서 분석된 결과에 따라 실린더를 통해 냉각탑 상부에 위치한 상기 스트립에 연결된 터치롤을 제어하는 터치롤 제어부를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 방법은,
스트립(18)의 진동을 측정하는 단계(ST11)와; 측정된 상기 스트립(18)의 진동을 분석하여 공진이 확인되면, 터치롤(25)을 제어하여 상기 스트립(18)의 공진주파수를 변경시켜 공진을 방지하는 단계(ST12)(ST13)를 포함하여 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명, 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치 및 그 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명에 의한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치의 구성도이고,
이에 도시된 바와 같이, 연속용융도금설비의 냉각탑에 있어서, 스트립(18)의 진동을 측정하는 센서(21)와; 상기 센서(21)에서 측정된 진동을 분석하여 공진여부를 확인하는 진동분석부(22)와; 상기 진동분석부(22)에서 분석된 결과에 따라 실린더(24)를 통해 냉각탑 상부에 위치한 상기 스트립(18)에 연결된 터치롤(25)을 제어하는 터치롤 제어부(23)를 포함하여 구성된다.
도 9는 본 발명에 의한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 스트립(18)의 진동을 측정하는 단계(ST11)와; 측정된 상기 스트립(18)의 진동을 분석하여 공진이 확인되면, 터치롤(25)을 제어하여 상기 스트립(18)의 공진주파수를 변경시켜 공진을 방지하는 단계(ST12)(ST13)를 포함하여 수행한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치 및 그 방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 도금 포트(12)로부터 냉각탑 상부의 디플렉터 롤(17) 사이에서의 스트립(18)의 진동을 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다.
그래서 본 발명은 용융도금라인의 냉각탑에서 스트립(18)의 진동이 발생하면, 스트립(18) 공진에 의하여 유발되는 스트립(18) 진동을 억제하고자 한다.
용융도금라인은 강판의 종류 및 두께, 폭에 따라 이송속도가 프로세스를 고려하여 특정한 값으로 설정된다.
따라서 싱크 롤(13)의 회전주기는 스트립(18) 이송속도에 따라 마찬가지로 일정하게 된다.
스트립(18) 이송속도 및 싱크 롤(13)의 회전주기가 일정한 경우 공교롭게도 스트립(18)의 공진주파수와 동일한 경우가 발생할 수 있다.
그래서 본 발명은 일정한 스트립(18) 이송속도에 대하여 스트립(18) 공진이 발생하여 진동이 증폭되는 현상을 방지하기 위하여 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 스트립(18) 진동크기를 측정하는 센서(21)를 설치하고, 냉각탑 내에 터치 롤(25)을 설치한다.
스트립(18)의 공진이 발생한 경우 진동 측정 센서(21)로부터 공진여부를 진동분석부(22)에서 확인한다.
그러면 터치롤 제어부(23)는 터치롤(23)을 제어하게 된다.
따라서 스트립(18)의 공진주파수를 인위적으로 변경하도록 하여 공진발생시 스트립(18)의 공진을 억제하게 된다. 스트립(18)의 고유주파수가 스트립(18)의 자유단 길이에 따라 달라지는 것에 착안하여 이 원리를 적용한 것이다.
이처럼 본 발명은 냉각탑에서의 스트립 진동을 억제하여 스트립의 용융도금층의 균일한 도금품질을 얻게 되는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치 및 그 방법은 연속용융도금설비에 있어서 포트 상부에 위치한 에어 나이프가 도금층을 정확하게 재단할 수 있도록 냉각탑에서의 스트립 진동을 억제하여 스트립의 용융도금층의 균일한 도금품질을 얻을 수 있는 효과가 있게 된다.
Claims (2)
- 연속용융도금설비의 냉각탑에 있어서,스트립(18)의 진동을 측정하는 센서(21)와;상기 센서(21)에서 측정된 진동을 분석하여 공진여부를 확인하는 진동분석부(22)와;상기 진동분석부(22)에서 분석된 결과에 따라 실린더(24)를 통해 냉각탑 상부에 위치한 터치롤(25)을 제어하는 터치롤 제어부(23)와;상기 냉각탑의 상부에 위치되어 상기 터치롤 제어부(23)의 제어에 따라 상기 스트립에 접촉되어 상기 스트립의 자유단 길이는 가변시키는 터치롤(15)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 장치.
- 연속용융도금설비의 냉각탑에 있어서,스트립(18)의 진동을 측정하는 단계(ST11)와;측정된 상기 스트립(18)의 진동을 분석하여 공진이 확인되면, 터치롤(25)을 상기 스트립(18)에 접촉시켜 상기 스트립(18)의 자유단 길이를 가변시키는 것에 의해 공진을 방지하는 단계(ST12)(ST13)를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 냉각탑의 스트립 공진 진동 억제 방법.
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2001
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