KR100909168B1 - 가열로용 이동빔의 캠 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캠 형상의 프로파일을 변경하여 이동빔의 슬라브 이동성을 만족하는 범위내에서 고정빔의 스키드 버튼과 슬라브의 접촉시 충격량을 최소화하도록 한 가열로용 이동빔의 캠 구조체에 관한 것이다.

본 발명 캠의 단면 형상은 외주연을 구성하는 일부 구간이 원형의 형태를 가지며, 나머지 구간이 둘이상의 서로 다른 포물선 기울기의 곡률 형태를 갖는다.

즉, 캠의 단면은 동심원의 중심을 기준으로 X,Y축 방향으로 구분할 경우 X축에 대해 하측에 위치하는 각도 구간에서는 원형 형태의 곡률을 갖도록 형성되어 동심원의 곡률 반경과 동일한 반지름을 갖도록 형성되고, 나머지 포물선 기울기의 곡률을 갖는 구간은 X축에 대해 상측에 위치하게 된다.

이에 따르면 본 발명은 고정빔의 스키드 버튼과 슬라브의 접촉시 발생되는 충격량을 최소화할 수 있으므로, 스키드 버튼의 수명을 연장할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

가열로용 이동빔의 캠 구조체{Cam structure for working beam in heating furnace}

본 발명은 가열로용 이동빔의 캠 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가열로의 스키드 버튼의 충격량을 감소시키기 위한 최적의 프로파일 형상을 갖도록 그 구조가 개량된 가열로용 이동빔의 캠 구조체에 관한 것이다.

압연공정의 기본이 되는 열간압연공정은 연속주조에 의하여 제조된 슬라브(Slab)를 가열로에 장입하여 고온으로 재가열한 조압연, 사상압연 등의 과정을 거쳐 냉각설비에서 냉각시켜 최종 강재로 생산하는 것이다.

기존의 가열로는 일반적으로 슬라브등의 가열대상물을 자체적으로 이동시키면서 가열하는 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 슬라브를 장입시켜 이송시키기 위한 복수개의 고정빔(30)들과 이동빔(20)(워킹빔이라고도 함)들로 구성된다.

고정빔(30)은 슬라브(10)가 정지된 상태에서 지지하는 기능을 가지며, 이동빔(20)은 고정빔(30) 사이에 배치되어 상승, 전진, 하강, 후진 운동하면서 가열대상물을 정해진 거리만큼씩 이동시키게 된다.

또한, 각 이동빔(20)과 고정빔(30)의 상단부에는 스키드 버튼(22)(32)이 각 각 배치되어 슬라브(10)를 지지하도록 되어 있으나, 여기서는 스키드 버튼이라 함은 고정빔(30)상에 배치된 스키드 버튼(32)을 지칭하기로 한다.

그리고, 이동빔(20)의 이동구조는 이동빔(20)의 하부가 로드부재(25)를 매개로 모터(50)의 회전에 의해 회전 구동되는 캠(40)과 크랭크 운동되도록 연결된 구조를 가지며, 캠(40)의 회전시 상승,하강 동작을 수행하게 된다.

도 2는 종래 이동빔을 움직이는 캠(CAM)의 단면 형상을 나타낸 것이다. 이는 캠의 중심에서 외경까지의 반지름을 R이라고 하고 R값이 최소값이 되는 곳의 각도는 0°가 되고, 캠이 한바퀴 회전하는 경우(θ가 0°에서 360°까지 변하는 동안) 반지름 (R) 값도 변하게 되며, 반지름 (R)의 단면 변화를 따라 이동빔(20)이 동작하게 된다.

도 3은 종래 캠이 단위 각속도 1 degree/sec로 회전할 때, 캠의 1회전에 따른 고정빔의 높이 방향의 변위를 나타내고 있다. 0° 일 때 최저점 상태를, 180°에서 최정점인 상사점 위치에서의 상태를 나타낸 것이다.

도 4는 종래 캠의 1회전에 따른 이동빔(20)의 높이 방향의 속도를 나타낸 그래프로서, 각각 40°, 130°에서는 상 방향으로, 230°, 320° 부근에서는 하 방향으로의 속도의 피크점임을 알 수 있다.

도 5는 캠의 1회전에 따른 이동빔의 높이 방향의 가속도를 나타낸 그래프로서, 0° 부근에서 가장 큰 가속도 프로파일을 나타내고 있다.

기존에는 이동빔(20)이 최하단에 위치할 때인, 캠의 각도가 0일 때의 변위(R) 값은 269mm 이며, 고정빔의 스키드 버튼(32)이 고정빔 상에 있는 슬라브(10) 를 들어올리기 위해 접촉하는 순간의 변위 값은 90mm가 상승된 359mm이며, 이후 고정빔에 의해 슬라브(10)가 상승되어 정점에 이른 후 다시 하강하여 고정빔의 스키드 버튼(32)에 장착되는 위치도 359mm가 된다.

고정빔(30)에 지지된 슬라브(10)가 이동빔(20)으로 상승 혹은 이동빔 상에서 고정빔 상으로 하강하는 시점, 즉 슬라브와 고정빔상의 스키드 버튼(32)과 접촉하는 순간(359mm 위치)의 가속도는 거의 0mm/sec²이 되어 접촉 시의 충격이 최소화하도록 캠 프로파일이 설계되는 것이 바람직하다.

그런데, 가열로 내에 장입된 슬라브(10)는 먼저 고정빔(30) 위에 안착된 상태에서 이동빔(20)이 상승함에 따라 이동빔(20) 위에 안착된 상태가 되고, 이 상태에서 이동빔(20)이 전진운동한다.

이어서, 이동빔(20)이 하강하여 전진 이동된 슬라브(10)를 고정빔(30) 상에 안착시킨다.

즉, 가열로에 장입된 슬라브(10)는 이동빔(20)에 의해 이송되어 고정빔(30)에 안착되고, 다시 이동빔(20)의 상승에 의해 상승되어 전진하는 과정을 반복하면서 가열로 입구로부터 출구방향으로 점진적으로 이동되면서 가열된다.

스키드 버튼(32)은 고온의 슬라브(10)와 접촉되는데, 특히 고정빔의 상부에 배치된 스키드 버튼(32)은 고온 및 고하중의 슬라브(10)와 장시간 접촉됨에 따라 마모가 발생하게 되고, 이로 인해 휨 및 좌굴 현상이 발생하게 된다.

이는, 이동빔(20)이 하강동작되어 최하단에 위치할 경우, 이동빔(20)과 고정빔의 스키드 버튼(32) 사이의 간극(ℓ₁)은 대략 90mm정도가 되며, 이는 이동 빔(20)이 상승동작되어 고정빔(30)보다 높은 위치에 위치하는 상사점 위치에 위치한 상태에서 슬라브(10)가 고정빔(30)의 스키드 버튼(32)에 안착될 경우 충격에너지가 발생하게 된다.

또한, 스키드 버튼(32)이 단열재의 기능성이 우수하나 충격에 약한 세라믹 소재일 경우, 슬라브(10)가 고정빔(30)의 스키드 버튼(32)과 접촉시 마모가 생기며 고정빔(30)이 슬라브(10)를 장시간 동안 지지하고 있는 경우 고 하중의 슬라브(10)로 인한 고정빔(30)의 휨 및 좌굴 현상으로 인해 가열로 설비 당시의 스키드 버튼(32)의 위치보다 점점 아래 방향으로 위치를 이동하게 된다.

이로 인해, 고정빔의 스키드 버튼(32)은 시간이 경과되어 마모량이 증가하게 됨에 따라, 이동빔(20)의 상사점 위치와 간격이 더 벌어지게 되며 충격에너지가 더 증가하게 되는 문제점이 있다.

즉, 노후된 가열로의 경우 고정빔(30) 상에 있는 스키드 버튼(32)의 마모와 고하중의 슬라브(10)로 인한 고정빔의 좌굴이나 휨으로 인해 스키드 버튼(32)의 위치가 아래로 변형되는 근본적인 이유는 슬라브(10)에 의한 스키드 버튼(32)의 충격량으로 인한 것이다.

따라서, 초기에 캠의 프로파일에 의해 최적화 설계된 고정빔의 스키드 버튼의 위치가 변하므로 이동빔에 의해 이동되는 슬라브와의 접촉시 더 큰 충격이 발생하여 고정빔상의 스키드 버튼의 수명이 단축될 뿐만 아니라, 이로 인해 교체작업으로 인해 조업이 중단되어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 이동빔에 의해 이동되는 슬라브와 고정빔의 스키드 버튼과의 충격량을 최소화하기 위해 이동빔용 캠이 최적화된 프로파일 형상을 갖도록 그 구조가 개선된 가열로용 이동빔의 캠 구조체를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가열로용 이동빔의 하부에 배치되고 모터의 회전에 의해 회전 구동되어 상기 모터의 회전력을 이동빔측에 전달하기 위한 캠을 가지되,

상기 캠의 단면 형상이,

외주연을 구성하는 일부 구간은 원형 형태의 곡률을 갖도록 형성되고, 나머지 구간은 적어도 둘이상의 서로 다른 기울기의 포물선 형태의 곡률을 갖는 구간으로 형성되며,

상기 원형 형태의 곡률과 내접하여 일치하도록 대응되는 동심원을 "C"라 할 때,

상기 캠의 회전 중심은 상기 "C"의 중심보다 상부에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 캠의 회전 중심은 상기 "C"의 중심보다 상측에 위치하되,

상기 캠의 회전 중심과 "C"의 중심간의 간격은 상기 "C"의 반지름에 대하여 0.400~0.415의 비율 범위에 해당한다.

상기 캠의 단면 형상은 상기 동심원의 중심을 기준으로 X,Y축 방향으로 360 °의 각도로 분할할 경우,

상기 원형 형태의 곡률을 갖는 구간은 X축을 기준으로 하측에 위치하며 상기 "C"의 반지름과 동일한 반지름을 가지고,

상기 포물선 형태의 곡률을 갖는 구간은 X축을 기준으로 상측에 위치하되, 0°각도의 위치에서 상기 "C"의 반지름과 동일한 반지름을 가지며,

상기 포물선 형태의 곡률을 갖는 구간에 해당하는 36.5°와 323.5°의 각도에서 상기 "C"의 외접원에 대해 각각 외측으로 최대값을 갖도록 형성된 것이다.

본 발명은 캠 형상의 프로파일을 변경하여 이동빔의 슬라브 이동성을 만족하는 범위내에서 고정빔의 스키드 버튼과 슬라브의 접촉시 충격량을 최소화하도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 고정빔의 스키드 버튼과 슬라브의 접촉시 발생되는 충격량을 최소화할 수 있으므로, 스키드 버튼의 수명을 연장할 수 있음과 아울러, 스키드 버튼 유지 보수를 위한 작업 시간 및 비용을 절감할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 하되, 일반적인 가열로의 구성을 나타낸 도 1을 다시 참조하여 설명하기로 하며, 도면부호는 동일하게 기재하기로 한다.

본 발명에 따른 가열로용 이동빔의 캠 구조체는, 캠(40)의 회전 동작시 발생 되는 슬라브(10)와 스키드 버튼(32)의 충격량을 최소화하도록 캠의 단면 형상(C₁;이하, 캠 형상과 혼용하여 지칭하기로 함)이 최적의 프로파일 형상을 갖도록 한 것이다.

더 상세히 설명하면, 캠의 단면 형상(C₁)은 도 6에 도시된 바와 같이, 외주연을 구성하는 일부 구간이 원형의 형태를 가지며, 나머지 구간이 둘이상의 서로 다른 포물선 기울기의 곡률 형태를 갖는다.

즉, 캠(40)의 형상(C₁)은 동심원(C)의 중심을 기준으로 X,Y축 방향으로 구분할 경우 X축에 대해 하측에 위치하는 각도 구간에서는 원형 형태의 곡률을 갖도록 형성되어 동심원(C)과 내접하도록 동일한 곡률 반경의 반지름(R)을 갖도록 형성되고, 나머지 포물선 기울기의 곡률을 갖는 구간은 X축에 대해 상측에 위치하게 된다.

이때, 캠(40)의 회전 중심은 도 7에 도시된 바와 같이, 동심원(C)의 중심부위보다 상측에 위치하게 되며, 슬라브(10)를 이동시키는 이동에너지의 변위량을 위해 36.5°와 323.5°의 각도에서 동심원(C)의 외접원 부위에 대해 외측으로 최대 값(동심원의 외접원으로부터 동심원의 반지름값에 대해 0.124의 비율)을 갖는다.

캠의 단면 형상(C₁)의 회전 중심과 동심원의 중심간의 간격은 동심원(C)의 반지름에 대하여 0.400~0.415의 비율 범위에 해당하는 것이 바람직하며, 이는 캠(40)의 회전 중심 위치와 가속도값을 고려하여 0.400 보다 낮을 때는 이동빔(20)과의 크랭크 운동이 원활하지 못하게 되고, 0.415보다 클 경우에는 가속도값이 커지게 되어 스키드 버튼(32)측에 전달되는 충격에너지가 커질 우려가 있다.

본 발명의 캠 형상(C₁)은 단면 형상을 구성하는 일부 구간(하측 구간)이 동심원(C)의 외접원과 일치하며, 나머지 부위 구간(상측 구간)이 기존의 캠 형상(C₂)보다 외접원이 축소된 형상을 갖는다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 가열로용 이동빔의 캠구조체는, 캠의 각도(θ)에 따른 가속도값을 나타낸 도 8에서와 같이, 가속도가 0이 되는 위치 (36.5 degree, 323.5 degree) 부근에서 가속도의 기울기 값이 기존의 기울기 보다 낮은 기울기를 갖도록 함으로써, 가열로의 노후로 인하여 고정빔(30)의 스키드 버튼(32)이 변형이 생기더라도 기존의 가속도 값보다 낮은 값이 적용되어 고정빔(30)의 스키드 버튼(32)과 슬라브(10)의 접촉시 충격량을 줄일수 있다.

또, 도 9은 도 8에서 표현된 가속도 값을 통해 얻을 수 있는 속도 값을 나타낸 그래프이고, 도 10은 도 9을 통해 얻은 이동빔의 변위량을 나타낸 그래프이다.

이를 보면, 기존의 캠 변위량 및 속도가 급격한 기울기를 갖는 부위가 많은 반면에, 본 발명의 캠 변위량 및 속도는 기존 캠에 비해 다소 완만한 기울기를 갖는 것을 알 수 있다.

이로써, 본 발명은 이동빔(20)의 캠 형상이 이동빔(20)의 슬라브(10) 이동성을 만족하는 범위내에서 고정빔(30)의 스키드 버튼(32)과 슬라브(10)의 접촉시 충격량을 최소화하도록 한 기술적 사상을 갖는 것이다.

도 1은 일반적인 가열로의 구성을 나타낸 사시도.

도 2는 종래 이동빔의 캠 형상을 나타낸 도면.

도 3은 종래 캠 형상의 각도에 따른 변위량을 나타낸 그래프.

도 4는 종래 캠의 1회전에 따른 이동빔의 높이 방향의 속도를 나타낸 그래프

도 5는 종래 캠의 1회전에 따른 이동빔의 높이 방향의 가속도를 나타낸 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 가열로용 이동빔의 캠 구조체의 형상을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 캠 형상과 동심원 및 기존 캠 형상을 각각 비교한 도면.

도 8은 본 발명 캠 1회전시 이동빔의 높이 방향의 가속도를 나타낸 그래프.

도 9는 도 8를 통해 얻은 속도와 각도와의 관계를 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명의 각도에 따른 변위량을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 슬라브 20 : 이동빔

30 : 고정빔 40 : 캠

50 : 모터 C : 동심원

C₁: 캠 형상 R : 반지름

Claims (3)

1. 가열로용 이동빔(20)의 하부에 배치되고 모터(50)의 회전에 의해 회전 구동되어 상기 모터(50)의 회전력을 이동빔(20)측에 전달하기 위한 캠(40)을 가지되,

   상기 캠(40)의 단면 형상(C₁)은,

   외주연이 원형 형태의 곡률구간과, 둘이상의 서로 다른 기울기의 포물선 형태의 곡률을 갖는 구간으로 구성되며,

   상기 원형 형태의 곡률과 내접하여 일치하도록 대응되는 동심원을 "C"라 하고 상기 동심원(C)의 중심을 기준으로 X,Y축 방향으로 360 °의 각도로 분할할 경우,

   상기 캠의 단면 형상(C₁)의 회전 중심은 상기 "C"의 중심보다 상부에 위치하도록 형성되며,

   상기 원형 형태의 곡률구간은 상기 X축을 기준으로 하측에 위치하며 상기 "C"의 반지름과 동일한 반지름을 가지고,

   상기 포물선 형태의 곡률을 갖는 구간은 상기 X축을 기준으로 상측에 위치하되, 0°각도의 위치에서 상기 "C"의 반지름과 동일한 반지름을 가지며,

   상기 포물선 형태의 곡률을 갖는 구간에 해당하는 36.5°와 323.5°의 각도에서 상기 "C"의 외접원에 대해 각각 외측으로 최대값을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 가열로용 이동빔의 캠구조체.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 캠의 단면 형상(C₁)의 회전 중심은 상기 "C"의 중심보다 상측에 위치하되,

   상기 캠의 단면 형상(C₁)의 회전 중심과 "C"의 단면 중심간의 간격은 상기 "C"의 반지름에 대하여 0.400~0.415의 비율 범위에 해당하는 것을 특징으로 하는 가열로용 이동빔의 캠구조체.
3. 삭제

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