KR100913152B1 - 선재냉각용 편심구동형 컨베이어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선재를 균일하게 냉각시키는 편심구동롤러를 구비한 컨베이어장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 컨베이어장치는 상부에 선재를 적치시켜 이동시키며, 선재의 진행 방향을 따라 나란히 배열되어 있는 다수의 편심구동롤러, 편심구동롤러의 한쪽 단부에 구비된 편심구동수단, 그리고 편심구동롤러의 다른쪽 단부에 구비된 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명을 통하여 짧은 냉각구간에서도 선재코일전장에 걸쳐 균일한 냉각 효과를 얻을 수 있으므로, 선재코일의 인장강도편차를 최소화하고 인장강도를 적절하게 제어할 수 있다.

선재코일, 냉각, 컨베이어, 편심구동, 마찰차

Description

선재냉각용 편심구동형 컨베이어장치 {CONVEYOR DEVICE OPERATING ECCENTRICALLY IN COOLING WIRES}

도 1은 본 발명에 따른 컨베이어 장치를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 컨베이어 장치의 선재코일 진행방향의 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 컨베이어 장치의 편심구동롤러의 사시도이다.

도 3b는 본 발명에 따른 편심구동롤러의 분해도이다.

도 4는 본 발명에 따른 편심구동롤러의 움직임을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 편심구동롤러의 회전 각도를 나타내는 도면이다.

도 6은 선재 제조 설비를 나타내는 도면이다.

도 7은 종래 기술의 컨베이어 장치를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10. 편심구동롤러 20. 내부마찰차

30. 외부마찰차 40. 완충스프링

50. 유니버셜축 60. 스프라켓

70. 체인 80. 모터

본 발명은 선제냉각공정에서의 컨베이어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선재를 균일하게 냉각시키기 위하여 선재냉각공정중의 편심구동롤러부를 구비한 컨베이어 장치에 관한 것이다.

선재는 신축성 가공에 의하여 각종 선을 제조하는 소재의 환봉을 말하며, 열간 압연으로 직경 5.5~20mm 크기로 제조된 후 코일 형태로 시판되고 있다. 이러한 선재를 제조하는 경우, 선재의 냉각 방법으로 종래에는 온수법 또는 DLP법을 이용하였으나, 최근에는 스텔모어 냉각설비를 이용한 방법이 많이 채용되고 있다. 스텔모어 냉각 설비는 1964년 캐나다의 스텔코(Stelco)사와 모르간(Morgan)사에 의하여 공동 개발된 것으로서 현재 전세계에서 많이 채용되고 있다.

선재 냉각에 있어서는 먼저 단면이 원형이 되도록 열간 압연된 선재를 권취기인 레잉 헤드(laying head)를 사용하여 직선 형태에서 코일 형태로 변형시킨다. 이러한 공정을 거친 선재를 냉각하기 위한 스텔모어 냉각설비는 롤러에 낙하된 선재를 집적기 쪽으로 이송하면서 롤러 하부에 설치한 송풍기로부터 공기를 강제로 불어 넣어 롤러 상에서 이송되는 선재를 강제 냉각시키는 장치이다.

도 6은 이러한 선재 냉각에 쓰이는 선재 제조 라인을 나타내고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 선재 제조용 장치는 빌릿(billet)을 가열하기 위한 가열로(61), 가열한 빌릿을 열간 압연하기 위한 압연기(62), 열간 압연된 빌릿을 냉각하기 위한 수냉장치(63), 수냉장치(63) 후단에 연결되어 선재를 권취하기 위한 권취기(64), 그리고 권취된 선재를 냉각시키면서 이송하기 위한 스텔모어 냉각설비(65)를 포함한다.

도 6의 선재 제조용 장치에서의 선재 제조는 다음과 같은 공정으로 이루어진다. 먼저 빌릿(billet)은 가열로에서 일정 온도까지 가열된다. 일정한 온도로 가열된 빌릿이 이송되어 다수의 압연기(62), 예를 들면 사상 블럭 밀(block mill)로 열간 압연되고, 다수의 수냉장치(63)로 냉각되는 공정을 반복하면서 그 직경이 점차 감소되어 적당한 직경인 5.5~20.0mm로 가공 완성된다. 이와 같이 가공 완성된 선재는 열간 압연 설비 후단에 있는 권취기(64)를 거치면서 직선 형태에서 비동심 코일 형태로 변형된 후, 스텔모어 냉각설비(65)의 롤러상에 적치된 상태로 이송된다. 비동심 코일 형태로 변형된 선재는 롤러로 이루어진 컨베이어 상에서 이송되면서 컨베이어 하단에 설치된 강제 송풍 장치의 송풍기로 강제 냉각된다. 선재는 이와 같은 냉각 공정을 거치면서 수요자측에서 원하는 인장강도(tensile strength)와 인장강도편차(tensile strength devation)를 확보할 수 있다.

도 6의 스텔모어 냉각설비에 나타낸 바와 같이, 코일은 권취기(64)로부터 스텔모어 냉각설비(65)의 컨베이어상에 낙하되어 이송되면서 냉각된다. 이 경우, 고온의 선재는 약 1070mm 직경의 동심원을 그리면서 컨베이어로 낙하되기 때문에 컨베이어 상에는 선재 코일 중 겹침 밀도가 높은 부분인 양측면부와 상대적으로 겹침 밀도가 낮은 부분인 중심부가 상존한다. 이 상태에서 컨베이어 하부로부터 강제로 공기를 송풍하여 선재를 냉각시키면, 선재의 냉각 온도 편차가 그 겹침 밀도차에 비례하여 커지는 문제점이 발생한다. 이와 같은 문제점은 탄소 함량이 높은 강종 인 고탄소강 선재를 생산하는 경우에 더욱 심각하다. 특히 강제 공기에 의한 선재 냉각시 겹침 밀도차에서 발생하는 냉각 온도 편차로 인하여 조직이 균질화되지 못하는 경우, 수요자측에서 가공시 인장강도편차가 커져서 단선이 발생하는 문제점이 있다.또한 1990년 이후로 수요자들은, 수요자측에서 실시하는 1차 열처리 공정인 연욕(lead patenting) 공정을 생략할 수 있고, 선재를 신선(drawing)하는 경우 인장강도편차를 최대한으로 줄일 수 있는 고강도 고인성의 특성을 지닌 제품을 요구하고 있으므로, 이러한 제품의 상용화가 보편화되는 추세이다.

전술한 문제점을 해결하고 수요자측의 요구를 충족시키기 위하여 선재 냉각시 냉각 온도를 균일하게 함으로써 선재 조직을 균질화하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.

이처럼 인장강도를 높이면서 인장강도편차를 최소화하기 위한 방법의 하나로서 체인 이송 방법이 있다. 체인 이송 방법은 선재를 권취하여 스텔모어 냉각설비의 냉각 구간내에 떨어뜨리는 경우, 형상을 그대로 유지하면서 냉각하는 방법으로서 에를 들면, KKP(Kobe Kakogawa Patenting) 냉각 방법이 개발되었다. 이 방법은 스텔모어 냉각설비에서 강제로 공기를 토출하는 에어슬릿(air slit)의 크기 및 방향을 서로 다르게 설치함으로써, 선재 코일의 겹침 밀도가 높은 부분과 낮은 부분에 가해지는 에어의 양과 속도를 다르게 한 것이다.

이 방법은 선재 코일간의 겹침 밀도차에서 발생하는 냉각온도편차 및 인장강도편차를 최소화하여 선재를 수요자측에 공급할 수 있지만, 기존의 스텔모어 냉각설비의 노즐을 개조해야 하므로 초기 투자 비용이 많이 드는 단점이 있다.

또한 이 방법은 선재를 이송시 중간에 선재를 지지해 주는 캐쳐(catcher)가 장착되어 있어, 이송되는 선재를 초기에 정확히 잡아서 이송시키므로 인위적으로 선재의 겹침 밀도를 분산시켜 냉각 온도 편차를 제어할 수 없다. 따라서 권취기에서 선재를 낙하시키는 경우, 필연적으로 발생하는 겹침 밀도를 초기에 분산시켜야 하는 문제점이 있다. 이에 대한 해결책으로 선재가 권취기로부터 낙하함과 동시에 강제 송풍이 이루어지는 노즐 슬릿의 방향 및 이에 따른 송풍량을 선재 겹침 밀도가 높은 구간과 상대적으로 낮은 구간으로 분류하여 강제 냉각을 실시하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이 경우에도 역시 고온의 선재가 체인 캐쳐에 끼일 수 있고, 노즐 슬릿의 설계에 따른 송풍량 패턴의 설정을 좀더 최적화해야 하는 문제점이 있다.

인장강도편차를 최소화하기 위한 또다른 방법으로는 권취하여 낙하하는 선재의 집적 밀도 변화를 롤러의 속도로 변화시킬 수 있는 방식인 테이블 롤러 방식이 있다. 이 방식에서는 권취기로부터 동심원 상태로 선재를 형성하여 스텔모어 냉각설비의 테이블 롤러에 낙하 이송시, 고온의 선재 접촉에 의하여 테이블 롤러의 편마모 및 미끄러짐에 따른 선재의 겹침 밀도차가 심하다는 문제점이 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 냉각 구간을 몇 개로 나누어 각 구간별로 회전 속도차를 발생시킴으로써 이러한 문제점을 해결하고자 하지만, 선재의 겹침밀도를 그리 크게 개선하지는 못하고 있다.

또다른 방법으로는 한국 공개특허공보 제2001-0035574호에 개시된 바와 같이, 사이드 롤러, 대경롤러 및 간격조절롤러를 설치한 컨베이어에서 선재를 냉각하 여 이송하는 방법이 있다. 도 7은 이와 같은 종래의 선재냉각장치 중 사이드 롤러를 구비한 선재냉각장치를 도시하고 있다. 여기에서는 롤러(70)의 측면부에 사이드롤러(71)을 체결하고 이를 컨베이어의 일정구간의 좌측 및 우측에 설치하여 코일의 진행 방향을 지그재그로 유도하고 있다.

그러나 이러한 종래의 선재냉각장치는 컨베이어상에서 코일이 지그재그로 이송하는 패턴이 일정하지 않고, 이송할 때 많은 코일이 연속으로 겹쳐서 이송되기 때문에 롤러사이에 미끄러짐이 발생하여 각 선재코일간 접점부 분리효과가 미흡하다. 또한 서로 다른 형태의 롤러들이 배치되므로 선재코일이 이송될 때 진행장애가 발생함과 동시에 코일의 형상이 변화하는 문제점도 발생한다. 따라서 부분적인 균일냉각효과는 있을 수 있으나, 연속적인 신뢰성이 없고 장치 구조에 있어서도 많은 제약이 따르는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선재코일을 이송하면서 냉각하는 중에 선재코일의 인장강도를 높이고 인장강도편차를 최소화하여 고품질의 선재제품을 생산할 수 있는 컨베이어 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선재 냉각을 위한 편심 구동형 컨베이어 장치에 관한 것으로, 상부에 선재를 적치시켜 이동시키며 선재의 진행 방향을 따라 나란히 배열되어 있는 다수의 편심구동롤러, 편심구동롤러의 한쪽 단부에 구비된 편심구동수단 및 편심구동롤러의 다른쪽 단부에 구비된 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 편심구동수단은 상기 편심구동수단은 편심구동롤러의 한쪽 단부와 연결되며 일자형 제1홈이 끝단에 형성된 원추형 내부마찰차, 내부마찰차와 접촉하며 오목형의 원추형 공간을 지니고 내부 중심에 내부마찰차의 제1홈과 빗겨서 맞물리는 제2홈이 형성된 외부마찰차 및 외부마찰차와 연결되어 외부마찰차를 구동하는 동력전달수단을 포함하며, 내부마찰자는 외부마찰차의 구동에 따라 외부마찰차의 중심 주변부에서 편심 구동될 수 있다.

그리고 고정수단은 편심구동롤러의 다른쪽 단부에 연결되는 유니버셜축, 유니버셜축과 연결되어 유니버셜축을 고정하며, 유니버셜축을 일정 각도의 범위에서만 움직이도록 하는 고정축, 그리고 유니버셜축과 고정축의 연결부 주위를 감싸는 완충스프링을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 내부마찰차의 원추형 각도, 외부마찰자의 중심에서의 내면 각도 및 외부마찰자의 편심에서의 각도는 모두 동일한 것이 바람직하다.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 편심구동롤러를 구비한 컨베이어 장치를 나타낸 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 컨베이어 장치는 선재코일의 이송 방향으로 게속하여 다수 배열된 편심구동롤러(10)를 구비하며, 이 편심구동롤러(10)는 한쪽 단부에 내부마찰차(20)와 접합되어 있고, 내부마찰차(20)는 외부마찰차(30)와 서로 맞닿아 있다. 여기서 외부마찰차(30)는 스프라켓(60)과 동축으로 연결되어 있고, 체인(70)에 의하여 모터(80)의 구동력에 따라 구동된다. 편심구동롤러(10)의 다른쪽 단부는 유니버셜축(50)에 의하여 고정되며, 유니버셜축(50)의 주위에는 완충스프링(40)이 설치되어 진동 및 불규칙한 회전 운동을 완충시킴으로써 편심구동롤러(10)가 원활하게 움직이도록 돕는다.

도 1에 도시한 본 발명의 컨베이어 장치에서는 코일이 편심구동롤러(10)의 구동에 따라 이동하게 되는데, 편심구동롤러(10)는 수평방향 주변부가 중앙부에 비해 점차 두꺼워지는 형상으로 되어 있어서 컨베이어 장치를 따라 이동하는 선재코일이 편심구동에 불구하고 좌우로 치우치지 않도록 해주며, 코일안내판(90)도 동일한 역할을 한다. 또한, 코일안내판(90)에는 A로 나타낸 바와 같이 충분한 공간 여유가 있어서, 편심구동시 편심구동롤러(10)가 모터(80)의 구동에 의하여 상하좌우로 원활하게 움직일 수 있도록 해 준다.

도 2는 본 발명의 컨베이어 장치를 선재 코일 이송 방향에서 나타낸 내부 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 컨베이어 장치는 다수의 편심구동롤러(10)로 이루어지며, 그 한쪽 단부에 내부마찰차(20)가 부착되어 있고 이와 접촉하는 외부마찰차(30)의 구동에 의하여 편심 구동된다. 외부마찰차(30)는 스프라켓(60)을 통하여 모터(80)에 연결되어 구동된다. 한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 편심구동롤러(10)의 다른쪽 단부는 고정축(100)에 유니버셜축(50)이 연결되어 고정되어 있고, 편심 구동을 원활하게 하도록 완충스프링(40)이 유니버셜축(50)을 감싸고 있다.

편심구동롤러(10)의 좌우에는 코일안내판(90)이 설치되어 코일이 좌우로 진행하지 않고 전후방향으로 계속하여 이동할 수 있도록 해 주며, A로 나타낸 바와 같이 편심 구동에 필요한 충분한 공간을 제공하여 편심 구동이 원활하게 일어날 수 있도록 해준다. 또한, 컨베이어장치의 하부에서는 하부 송풍기(110)에 의하여 컨베이어 장치의 상부로 공기를 송풍함으로써 컨베이어 장치를 통하여 이동하는 선재 코일을 냉각시킨다.

본 발명에서는 도 2에 나타낸 바와 같이, 내부마찰차(20)의 중심과 외부마찰차(30)의 중심간의 각도차가 최대 α가 되도록 편심 구동되므로 편심구동롤러(10)가 상하 좌우로 요동한다. 따라서, 선재코일이 컨베이어 장치 위에서 이송되면서 균일한 패턴으로 겹침점이 자연적으로 분리되고 겹침밀도가 분산되도록 하여 코일의 형상에 관계없이 제품의 모든 부위가 균일하게 공기 냉각이 이루어지도록 한다. 이하에서는 본 발명의 편심 구동에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.

도 3a는 본 발명의 컨베이어 장치에 사용되는 편심구동롤러를 분해하여 나타낸 도면으로서, 본 발명의 편심구동롤러의 각 단부의 형태를 좀더 상세하게 도시한다. 도 3a에 도시한 편심구동롤러(10)의 한쪽 단부에는 원추형의 내부마찰차(20)가 부착되어 있고, 이 내부마찰차(20)는 내부가 오목형으로 패인 외부마찰차(30)에 접촉하고 있다. 외부마찰차(30)는 내부마찰차(20)보다 큰 형태의 각도로 벌어져서 내부마찰차(20)를 감싸고 있다.

도 3b는 도 3a에 도시한 편심구동롤러의 양쪽 단부를 좀더 상세하게 분해하여 도시한 도면이다. 도 3b에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 컨베이어 장치에 사용되는 편심구동롤러(10)의 한쪽 단부에 부착된 내부마찰차(20)에는 일자형 오목홈(21)이 형성되어 있고, 내부마찰차(20)를 편심 구동하도록 내부마찰차(20)와 접촉하고 있는 외부마찰차(30)의 중심부에는 일자형 볼록홈(31)이 형성되어 있다. 따라서 외부마찰차(30)에 형성된 일자형 볼록홈(31)은 내부마찰차(20)의 일자형 오목홈(21)에 고정되어 편심 구동에도 불구하고 내부마찰자(20)가 외부마찰자(30)로부터 미끄러지지 않도록 해 준다.

또한, 동력 전달시 내부마찰자(20)의 각도(θ3)는 외부마찰자(30)의 내면 각도(θ1)와 편심에서의 각도(θ2)와 동일하므로, 모터(80)로부터 회전력이 전달될 때 마찰력이 같이 전달되도록 한다. 즉, 원추형인 내부마찰차(20)의 중심부에서 끝단으로 퍼져 있는 각도(θ3), 일자형 볼록홈(31)이 형성된 외부마찰자(30)의 중심에서의 내면 각도(θ1) 그리고 외부마찰자(30)의 중심에서 비껴나서 내부마찰자(20)의 회전 운동의 중심이 되는 편심에서의 각도(θ2)는 모두 동일하다. 따라서 모터(80)의 구동에 따라 스프라켓(60)이 구동되며 이에 따라 외부마찰차(30)가 회전하므로, 외부마찰차(30)에 비스듬히 접촉하고 있는 내부마찰차(20)는 이러한 외부마찰차(30)의 회전 구동에 따라 마찰력이 전달된다.

그리고 이와 같은 편심구동롤러(10)의 한쪽 단부의 원활한 편심 구동을 돕기 위하여 편심구동롤러(10)의 다른쪽 단부에서는 유니버셜축(50)이 고정축(100)과 핀(51)으로 고정되고, 그 주위가 완충스프링(40)으로 둘러싸여 편심구동롤러(10)의 편심 구동에 따른 충격 및 진동을 완화시킨다.

도 4는 본 발명의 편심구동롤러의 편심 구동을 개념적으로 설명하는 도면이다. 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 편심구동롤러(10)는 모터(80)와 연결된 외부마찰차(30)와 내부마찰차(20)의 편심 구동에 따라 수평방향에서 최고 + α의 각도로 편심구동롤러(10)의 한쪽 상부로 기울어진다. 도 4의 (B)에서는 모터의 구동에 따라 다시 편심구동롤러(10)가 다시 하부로 향하여 수평방향에서 볼 때, 0°를 유지한다. 도 4의 (C)에서는 계속 편심구동롤러(10)가 내려가서 수평방향에서 최저 -α의 각도로 편심구동롤러(10)의 한쪽 하부로 기울어진다. 따라서 편심구동롤러(10)가 회전할 때, 이들의 높이차는 일정하게 유지된다.

도 5는 이와 같은 편심구동롤러(10)의 편심 구동에 따른 편심 각도의 변화를 나타낸다. 내부마찰차(20)가 모터(80)에 의한 외부마찰자(30)의 구동에 따라 90°로 회전하면서 편심각이 최대 α가 되며, 180°로 회전하면 다시 편심각이 0°가 된다. 계속 회전하여 내부마찰차(20)가 270°로 회전하면 편심각이 최소 -α로 된다. 이어서 360°회전하면 다시 제자리로 돌아와 앞서의 과정을 계속적으로 반복하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 선재코일끼리 겹치는 점점이 자연적으로 분리되고 겹침 밀도가 분산됨으로써 짧은 냉각구간에서도 선재코일 전장에 걸쳐 균일한 냉각 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명을 통하여 선재코일의 인장강도편차를 최소화하고, 인장강도를 적절하게 제어할 수 있다. 따라서 보다 고품질의 제품을 생산하여 고부가가치 창출에 기여할 수 있다.

그리고 본 발명은 종래의 컨베이어 장치의 구조를 변형하여 간단히 설치하고 사용할 수 있으며, 선재 제품의 금속조직변태가 진행되는 구간만 적용하므로 적은 투자비로 고품질의 제품을 생산할 수 있고, 생산 조건에 따라 변형 적용이 가능하여 더욱 큰 효과를 기대할 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (4)

1. 선재 냉각을 위한 편심 구동형 컨베이어 장치에 있어서,

   상부에 선재를 적치시켜 이동시키며, 상기 선재의 진행 방향을 따라 나란히 배열되어 있는 다수의 편심구동롤러,

   상기 편심구동롤러의 한쪽 단부에 구비된 편심구동수단 및

   상기 편심구동롤러의 다른쪽 단부에 구비된 고정수단을 포함하고,

   상기 편심구동수단은, 상기 편심구동롤러의 한쪽 단부와 연결되며, 일자형 제1홈이 끝단에 형성된 원추형 내부마찰차, 상기 내부마찰차가 접촉하며, 오목형의 원추형 공간을 지니고, 내부 중심에 상기 내부마찰차의 제1홈과 빗겨서 맞물리는 제2홈이 형성된 외부마찰차 및 상기 외부마찰차와 연결되어 상기 외부마찰차를 구동하는 동력전달수단을 포함하며, 상기 내부마찰자는 상기 외부마찰차의 구동에 따라 상기 외부마찰차의 중심 주변부에서 편심 구동되는 것을 특징으로 하는 편심 구동형 컨베이어 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,

   상기 고정수단은,

   상기 편심구동롤러의 다른쪽 단부에 연결되는 유니버셜축,

   상기 유니버셜축과 연결되어 상기 유니버셜축을 고정하며, 상기 유니버셜축을 일정 각도의 범위에서만 움직이도록 하는 고정축 및

   상기 유니버셜축과 상기 고정축의 연결부 주위를 감싸는 완충스프링

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 편심 구동형 컨베이어 장치.
4. 제1항에서,

   상기 내부마찰차의 원추형 각도, 상기 외부마찰차의 중심에서의 내면 각도 및 상기 외부마찰자의 편심에서의 각도는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 편심 구동형 컨베이어 장치.

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