KR100917245B1 - 가스 또는 공기가 분사된 냉각 영역에서 강 또는알루미늄의 진동을 제한하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 분사 냉각 챔버 또는 공기 분사 냉각 구역의 냉각을 개선하고 및/또는 처리된 생산물들의 품질을 개선하기 위한 방법에 대한 것이며, 상기 가스 또는 공기의 분사들은 상기 구역 또는 챔버 내에 위치한 스트립의 각 표면을 향하여 분사된다. 본 발명에 따라, 분사 튜브들(52)로부터 방출된 가스 또는 공기의 분사들(58)은 스트립(53)이 위치한 방향에 수직하여 서로 거리를 두고 고정된 관 모양의 노즐들(51)에 제공된다. 상기 분사들은 스트립의 대응하는 면을 향하며, 스트립의 패널 및 스트립이 위치한 방향(100)에 수직한 평면에서 상기 스트립의 단부를 향하고 스트립의 평면에 수직하고 스트립이 위치한 방향(100)에 평행한 평면에서 스트립의 상류 또는 하류를 향하여 실질적으로 기울어진다.

냉각 장치 및 방법

Description

가스 또는 공기가 분사된 냉각 영역에서 강 또는 알루미늄의 진동을 제한하는 방법 및 장치{Method and device for limiting the vibration of steel or aluminium strips in gas or air blown cooling areas}

본 발명은 일반적으로, 강 또는 알루미늄에 열 처리를 하기 위한 라인의 가스 분사 냉각 챔버 또는 공기 분사 냉각 구역에서의 냉각을 향상시키고 및/또는 처리 중 생산물들의 품질을 개선하기 위한 방법에 대한 것이다.

특히, 본 발명의 방법은 연속 어닐링을 위한 열 처리 라인들 또는 금속 또는 비금속 코팅들을 하기 위한 라인들과 같이, 가스 또는 공기의 분사(jet)로 또는 가스 또는 공기의 분사로 냉각시키기 위한 냉각 영역에 의해 냉각시키기 위해서 적어도 하나의 챔버를 사용하여 강 또는 알루미늄 스트립에 열처리를 하기 위한 라인들에 대한 것이다.

상기 방법은 스트립 상의 진동 현상들을 예방하면서 스트립의 냉각을 개선하도록 한다.

도1 내지 도8을 참조하여, 강 또는 알루미늄의 스트립들을 처리하기 위한 라인들을 전반적으로 설명한다.

종래 기술에 따른 강 또는 알루미늄 스트립들을 처리하기 위한 라인의 수직 냉각 챔버는 도1에 도시된 원리로 구성되며, 도1은 강 또는 알루미늄 스트립(1)을 통과시키는 처리 오븐의 냉각 챔버(4)를 도시하며, 이런 스트립들은 상위 편향 롤러들(3)과 하위 편향 롤러들(3')을 통과할 때 냉각 요소들(2)의 동작에 영향을 받는다. 스트립(1)은 스트립의 온도보다 낮은 온도에서 가스를 분사시키도록 조립되어 구성된 냉각 요소들(2)에 의해서 주로 챔버(4)에서 냉각된다.

냉각 챔버(4) 통과시, 스트립(1)은 이동 라인의 각 면에 위치된 냉각 요소들(2)에 의해서 양쪽 면에서 냉각되고, 그리고 복수의 이동 라인에서 냉각이 수행될 때, 상기 스트립은 편향 롤러(3 또는 3')를 통과하는 시점에 그것의 이동 라인을 바꾼다. 챔버 내의 스트립 냉각 커브는 여러 냉각 요소들(2) 또는 동일한 방식으로 동작하는 냉각 요소들의 그룹들을 인덱싱(indexing)함으로써 제어된다.

종래 기술에 따른 강 또는 알루미늄 스트립에 대한 이동 라인의 수직 냉각 구역은 도2에서 도시된 원리로 구성되며, 도2는 수직 냉각 구역(10)을 도시하며, 상기 냉각 구역을 통하여 냉각 요소들(12)의 동작에 영향받는 스트립(11)을 통과시킨다. 상기 스트립(11)은 스트립의 온도보다 낮은 온도에서 공기를 분사시키도록 조립되어 구성된 냉각 요소들(12)에 의해서 주로 상기 구역 내에서 냉각된다. 스트립(11)에 대한 이상적인 이동 라인은 상위 편향 롤러(13)와 하위 편향 롤러(13')에 의해서 결정된다.

냉각 구역(10) 통과시, 스트립(11)은 이동 라인의 각 면에 위치된 냉각 요소들(12)에 의해서 양쪽 면에서 냉각된다. 상기 구역에서 스트립에 대한 냉각 커브는 여러 냉각 요소들(12) 또는 동일한 방식으로 동작하는 냉각 요소들의 그룹들을 인 덱싱함으로써 제어된다.

라인의 생산성 및 완성된 생산물의 품질

냉각 구역 또는 챔버의 출구에서의 스트립이 완성된 생산물의 야금 품질을 결정하는데 적절한 온도 및 (℃/초로 표현되는) 냉각율에 도달하도록 보장하기 위해서, 냉각 구역 또는 챔버의 생산성은 냉각 시의 열 전달 수용 능력에 의해서 결정된다. 열 전달은 스트립과 냉각 시스템 사이의 분사 거리, 분사의 기하학적인 구조, 분사 속도에 의존한다. 또한 열 전달은 분사 거리가 짧고, 분사 속도가 큰 경우에 더욱 효과적이다.

특정 한계를 넘어서, 분사 속도를 증가시키고, 스트립과 분사 시스템 사이의 거리를 감소시키는 것은 분사 시스템과 접촉하여 들어오는 스트립에 진동 및/또는 발진을 야기시킬 수 있으며, 그리하여 요구되는 표면 품질에 부적합한 흔적(스크레칭)을 야기하며, 극한 상황에서는 스트립이 파괴될 수 있다.

스트립의 진동

강 또는 알루미늄 처리에 대한 라인들의 성능을 개선하는 것은 생산물들이 더 가늘게 되고 더 넓어질수록 더 빠른 냉각율을 요구한다.

예를 들어, 강 스트립을 어닐링할 때, 연속 어닐링 오븐의 냉각 챔버에 대하여, 드로잉용(drawing quality)(DQ), 딥드로잉용(deep drawing quality)(DDQ) 및 고강도강(high strength steel)(HHS)으로 불리는 강들에 대한 냉각율 요구가 엄격하게(전형적으로 80℃/초) 명시되는 것이 보통이다. 냉각율은 소위 공업용 강들에 대해서는 낮다(전형적으로 20℃/초). 상기 요구 및 여러 응용들이 문서 EP 0 803 583 A2에 설명된다.

(예를 들어, DDQ 유형의) 고 스탬핑(stamping) 한계, 또는 (예를 들어, HSS의 유형의) 고 탄성 한계를 가지는 강들의 비율이 현저하게 증가됨이 관찰된다.

유사하게, 무게를 줄이기 위해서, 특히 자동차에의 응용에서, 강의 평균 두께가 줄어들며, 반면에 처리한 강들의 평균 폭은 스탬핑 수단들의 최적화로 인하여 증가한다.

최종적으로 처리 라인들의 수용 능력, 특히 어닐링 또는 아연 도금 라인들의 수용 능력은 크게 증가한다.

상술한 여러 파라미터들과 결합된 상기 증가는 냉각 구역들 또는 챔버들에 새로운 문제, 즉 스트립의 진동을 야기하며, 이런 현상은 종래 기술에 따른 기기에서는 제한되어 사용되거나 무시되어 사용된다.

물론, 도1과 도2에 도시된 바와 같이 상기 현상은 수직 구역들 또는 챔버들에 대하여 매우 중요하며, 비록 상기 현상이 스트립의 무게에 의해 감소되더라도 수평 이동 라인에도 또한 존재한다.

또한 도3에 도시된 바와 같이 고온 아연 도금에서 포스트(post) 코팅 냉각 영역은 상기 현상에 매우 민감하다. 강 스트립(21)이 용융된 아연 합금의 통(bath)(22)에 담겨져 코팅된 후에, 코팅의 두께는 공기 또는 질소로 액정 코팅을 와이핑(wiping)함으로써 제어된다. 상기 와이핑은 일반적으로 한 쌍의 분사 노즐들(23,23')에 의해서 수행된다. 후속하는 수직 냉각 영역(24)은 코팅을 고체화하고, 스트립이 타워 상부의 편향 롤러(25)에 도달했을 때, 특히 코팅에 어떤 흔적을 남기지 않고 처리하기에 적합한 온도가 되도록 보장한다.

대용량 라인들에 있어서, 수용 용량을 증가시키는 것은 용융 아연 통(22)에 담겨진 최후 롤러(26)와 타워 내의 상위 편향 롤러(25) 사이에서의 스트립(21)의 자유 스트랜드(strand)의 높이가 50미터를 초과함을 의미한다.

기술적인 이유 및 경제적인 이유 때문에 상기 높이를 감소시키는 것이 바람직하나, 그것은 열 교환 계수들을 증가시키고 완성된 생산물의 품질에 부적합한 진동 수준을 발생시킨다. 그러한 진동은 외부 요소들과 접촉하여 들어오는 스트립에 의해 흔적을 야기할 수 있으며, 또한 아연 코팅의 일정성에 해가 된다. 와이핑의 본질적인 파라미터들 중 하나는 분사 노즐(23 또는 23')과 스트립(21) 사이의 거리이며, 이상적으로는 불변하는 이동 라인이 후속한다. 스트립(21)의 진동은 스트립의 세로 및/또는 가로 방향으로 이동 라인의 변화를 야기하고, 그래서 코팅이 일정하지 않게 된다.

종래 기술

스트립 진동의 원치 않은 효과를 제한하기 위해서, 종래 기술에서는 안정화 롤러를 설치하기 위해서 분사 박스들(boxes)(또는 영역)의 길이를 축소함으로써 진동을 제한하는 시도들이 있어 왔다. 그럼에도 불구하고, 상기 기술은 냉각되는 길이가 제한되고, 그래서 상기 영역에서 냉각 효과가 제한되며, 더욱이 상기 기술은 스트립이 안정화 롤러들에 접촉하여 들어오도록 요구하는데, 이는 코팅이 완전히 고체화되지 않았기 때문에 고온 아연 도금에 후속하는 냉각 영역들에서 응용하기 부적합하다.

또한 공기 흐름 안정화 시스템들이 상술한 안정화 롤러들을 대체하기 위해서 제안되었다. 이러한 시스템들은 상대적으로 효과적이며, 냉각에 기여할 수 있으나, 열 교환 계수를 개선하고 최적화 냉각을 위해서, 최적화되지 않는다. 추가적으로 에너지 소비가 상대적으로 크다.

다른 시도는 스트립 상의 마찰을 증가시키는 것이나, 고온에서 미세한 스트립 상에 생성된 열 기계적인 응력들이 스트립들의 탄성 한계를 초과할 수 있으며, 영구적인 변형을 야기할 수 있고, 또는 심지어 스트립의 파괴를 야기할 수 있기 때문에, 상당한 두께를 가지는 스트립들과 낮은 스트립 온도에 대해서 오직 상기 해결책이 적용될 수 있다.

다른 해결책은 진동이 발생되는 상황에서, 분사 속도 및/또는 스트립과 분사 요소들 사이의 거리 및/또는 분사율을 적합하게 함으로써 스트립의 진동을 제어하는 것이다. 그것은 냉각의 효과를 제한하고, 그리하여 장비 성능을 제한하게 한다.

도4에 도시된 바와 같이, 다른 해결책은 분사 가스가 가로로 흐르도록 제안되었다. 상기 해결책은 참조번호(100)의 방향으로 이동하는 스트립(33)의 각 면에 위치된 분사 박스들(32,32') 상에 분사 튜브들(31.31')을 배치하여 이루어진다. 분사 튜브들(31,31')은 이동 스트립(33) 평면과 수직한 방향으로 방출되는 분사 제트들(34,34')를 유도할 수 있다. 비록 이러한 시스템이 단지 구멍들을 가지는 박스들과 비교하여 장점을 가지나, 만족할만한 해결책은 아니며, 그런 시스템에서는 스트립이 탈선하는 것으로 관찰되며, 그리하여 스트립이 두꺼워질 때 튜브에 손상을 야기하거나, 스트립이 가늘어질 때 스트립의 파괴를 야기할 수 있다. 일단 스트립의 이동 방향 또는 가로 방향으로 가스가 분사되면 오직 박스들의 측면을 향해서 배출될 수 있기 때문에, 상기 박스들의 단부로 이동하는 도중에 스트립과 박스들 사이에서 억류된 체적 내에서의 가스의 큰 흐름은 스트립과 평행하게 이동한다. 사실, 튜브들(31,31')의 존재는 단지 구멍들을 가지는 박스들과 비교하여 스트립과 박스들 사이에서 억류된 이용가능한 체적을 증가시킨다.

도4의 배치에서 관찰되는 장애들은 도4에서 화살표(A)를 따라 도시된 도5와 도6에 설명된다.

도5에 있어서, 산업적 구조에 적용되는 유체 역학을 포함하는 시뮬레이션들은 스트립(33)이 박스들의 한쪽 또는 다른 쪽으로 중앙을 벗어나 위치할 때를 도시하며, 상기 박스(32')의 경우에 있어서, 스트립 상에 가해진 압력은 상기 스트립을 상기 박스에 더 가까이 이동시키도록 힘(F)을 가하게 된다. 그래서 상기 시스템은 불안정하고, 박스들 사이에서 중앙에 위치한 이동 라인 상의 스트립을 안정화시키지 못한다. 도6에 있어서, 산업적 구조에서 유체 역학의 시뮬레이션은, 스트립(33)이 기울어졌을 때 스트립 상에 가해진 압력은 스트립을 더 기울어지도록 토크(T)를 가하고, 그리하여 박스 쪽으로 스트립의 단부를 이동시키는 것을 도시한다. 따라서 상기 시스템 또한 불안정하며, 박스 사이의 중앙에 위치한 이동 라인 상에 스트립을 안정화시키지 못한다. 도5와 도6의 결과는 유체 역학을 시뮬레이션하는 소프트웨어 및 스트립의 각 면에 가해진 압력의 결과를 계산함으로써 설명되었다. 스트립의 각 면에 결과적으로 가해지는 압력은 분사 튜브와 실질적으로 정합(register)되어 있는 영역에서의 양의 압력과 상기 튜브와 정합되도록 위치하지 않는 부분에 작용하는 음의 압력의 결과이다.

문서 WO-A-01/09397에서 설명된 것과 같이, 주로 냉각을 개선할 목적으로, 분사 튜브들이 스트립의 단부 쪽을 향하여 기울어지도록 제공함으로써 분사 가스의 흐름의 채널을 바꾸도록 제안되었으나, 도5와 도6에서 도식적으로 도시된 바와 같이 상기 모델은 효과면에서의 개선은 작다.

미국 특허 번호 6 054 095 또한 스트립의 단부를 향하여 박스들의 분사 튜브들을 기울이는 것이 개시되나, 스트립에 더 일정한 처리를 하기 위한 목적이며, 스트립이 이동하는 동안에 상기 스트립의 안정화에 대하여는 관련이 없다. 상이하게, 미국 특허 번호 4 673 447은 구멍을 가지는 분사 박스들의 사용을 설명하며, 가스의 분사로 기울어지게 하기 위해서 상기 구멍들은 두꺼운 플래이트에 배열된다. 상기 분사들은 단부들을 향하는 것이 아니라, 오히려 상기 평면과 대칭적으로 중앙 평면을 향하여 기울어져 있음이 관찰된다. 그것은 여러 안정화 스키드(skid)를 구성한다.

문서 EP-A-1 108 795에는 (스트립 평면과 수직으로) 직선 분사 튜브들을 가지는 박스들이 사용된 다른 기술들이 설명된다. 상기 아이디어는 단지 튜브들의 길이로 작용함으로써 냉각의 세기를 조정하는 것이며, 상기 튜브는 스트립의 단부에 더 근접하게 되도록 선택된다.

문서 EP-A-1 029 933은 블레이드(blades) 형태의 노즐을 가지는 박스를 구비한 또 다른 기술이 설명된다. 가로 블레이드는 어떤 분사들도 기울어지게 하지 않고, 상술한 바와 같이 박스들은 분사 가스를 스트립에 수직하게 복귀하도록 구성되지 않는다.

다른 디자인에서, 스트립의 이동 방향에 평행한 방향으로 가스 흐름을 제한하기 위해서, 폭 넓게 사용하는 해결책은 도7과 도8에 도시된 바와 같다(도8은 도7의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 절개한 단면도이다). 이런 해결책은 축(48), 두 개의 측벽(46), 및 가스 입구(47)를 구비하는 관 모양의 분사 노즐들(41)을 사용하여 이루어지며, 상기 노즐들은 타원형 또는 홈 형태인 각각의 복수의 원형 구멍들(42)에 의해서 구멍이 뚫려지고, 분사들(45)을 방향(100)으로 스트립(43) 이동에 대항하여 분사시킬 수 있다. 비록 스트립(43)과 분사 노즐(41) 사이의 억류(confinement)가 튜브들을 구비한 박스들을 사용하는 배치에서보다 작고, 분사 노즐들 사이에서 특정량의 가스를 스트립의 평면에 수직한 방향으로 복귀시킬 수 있더라도, 그러한 억류는 가장 불리한 효과를 야기하며, 도5와 도6을 참조하여 설명한 것과 같은 동일한 현상을 야기한다. 상기 결과는 상기 구조에 의해서 생성된 석션(suction)을 모델링함으로써 설명될 수 있으며, 그리고 스트립은 최적의 이동 라인으로, 즉 라인이 분사 노즐들 사이의 중앙에 위치되도록 안정화되지 않는다.

최종적으로, 문서 EP 1 067 204 A1은 스트립에 대하여 가로로 분사되는 압력 및/또는 가스의 흐름율을 조절함으로써 진동을 억제하기 위한 해결책을 설명한다. 처리 중, 각 생산물을 적합하게 하는 조절의 복잡성과 더불어, 상기 방법은 두 가지의 주요한 결점이 존재한다. 첫째는, 스트립이 분사 장치들과 평행하지 않게 될 수 있으며, 그리하여 스트립과 장치 사이의 거리가 줄어들고 접촉의 위험이 증가한다. 둘째는, 냉각 수용 용량이 최대화되지 않고, 만약 속도 또는 분사 수용 용량의 제한에 이미 도달한 경우에는 일 측면에 대항한 속도 및/또는 압력의 감소가 다른 측면에 대항한 분사들의 속도 또는 압력의 증가로 보상될 수 없다는 것이다.

본 발명의 목적

본 발명은 열적 양상들과 공기 흐름 양상들을 동시에 최적화하는 냉각 방법을 제한하는데, 즉 오프셋되거나 이론적인 이동 라인에서 벗어나는 경우에 이상적인 이동 라인으로 스트립이 되돌아 오는 자가 중심 효과를 제공함으로써, 스트립의 진동 또는 오프셋을 최소화하면서 냉각을 최대화한다.

본 발명에 이르는 근본적인 원리는 스트립에 냉각 및 안정성을 제공하기 위해서 엄격하게 분사들의 방향을 최적화하여 분사함으로써 억류를 최소화하고 스트립에 평행한 평면을 따른 가스 흐름을 최소화하는 장점들을 결합한데 있다.

따라서, 상기 접근은 부득이 그들의 특성상, (분사 튜브가 거기에 부착될 때) 스트립과 박스들 사이에서 이용가능한 체적을 제한시키는 (도4 내지 도6에 도시된 바와 같은) 냉각 박스들을 사용하는 종래 해결책들을 배제한다.

또한 상기 접근은 스트립과 노즐들 사이에 상당한 억류를 초래하는 (도7과 도8에 의해 도시된 바와 같은) 구멍 뚫린 분사 노즐을 사용하는 종래 해결책과는 거리가 멀다. 더욱이, 보통 분사 노즐의 좁은 벽 두께는 단지 분사 노즐들에 구멍을 뚫고 기계 가공을 함으로써는 분사들의 방향을 맞출 수 없게 한다.

본 발명의 일반적 정의

본 발명에 따라, 상술한 기술적 문제는 강 및/또는 알루미늄을 열처리하기 위한 라인에서 가스 분사 냉각 챔버 또는 공기 분사 냉각 구역의 냉각을 개선하고, 냉각에 의해서 생성된 진동을 감소시켜 처리 중 생산물들의 품질을 개선하는 방법에 의해서 해결되며, 가스 또는 공기의 분사들은 상기 구역 또는 챔버를 통하여 이동하는 스트립의 각 면에 대항하여 분사되며, 가스 또는 공기의 분사는 스트립의 이동 방향의 각 면에서 가로로 거리를 두고 배열된 관 모양의 노즐에 고정된 분사 튜브들로부터 방출되며, 상기 분사는 본질적으로 동시에 스트립 패널 및 스트립 이동 방향에 수직한 평면에서 스트립의 단부를 향하여 기울어지고 상기 스트립 평면에 수직하고 상기 스트립 이동 방향에 평행한 평면에서 스트립의 상류 또는 하류 단부를 향하여 기울어지면서 스트립의 대응하는 면을 향한다.

유리하게, 단일의 관 모양의 노즐로부터 방출된 가스 또는 공기의 분사는 스트립의 상류 단부 및 하류 단부를 향하여 기울어진다. 이것은 주어진 다수의 관 모양의 노즐에 대하여 더 효과적인 분사를 제공한다.

또한 바람직하게는, 스트립의 동일한 측면에서 두 개의 인접한 관 모양의 노즐들 사이의 거리는 스트립 상의 가스 또는 공기의 분사의 충격 지점이 본질적으로 상기 스트립의 이동 방향에 평행한 방향과 등거리가 되는 방식으로 선택된다. 이것이 스트립이 이동하는 동안에, 스트립의 안정화를 위해서 가장 적합한 것이다.

또한 유리하게, 주어진 관 모양의 노즐로부터 방출된 가스 또는 공기의 분사들은 상기 스트립 상의 분사들의 충격 지점이 본질적으로 스트립의 이동 방향에 수직한 방향과 등거리가 되는 방식으로 스트립의 단부를 향하여 실질적으로 기울어진다. 특히, 주어진 관 모양의 노즐로부터 방출된 가스 또는 공기의 분사들은 스트립의 중앙 라인으로부터 스트립의 단부를 향하여 약 0°에서 15°보다 작은 각도로 증가하는 기울기로 스트립의 단부를 향하여 본질적으로 기울어진다.

또한 바람직하게는, 가스 또는 공기의 분사들은 기울기의 각도와 무관하게 본질적으로 일정한 분사 거리를 가지도록 구성된다.

또한 본 발명은 상기 특성들의 적어도 하나를 가지는 개선된 방법을 실행하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는 이동 스트립의 각 측면에 복수의 관 모양의 노즐을 포함하는데 특징이 있으며, 상기 노즐은 스트립의 이동 방향에 대하여 가로로 서로 거리를 두고 배치되고, 각 관 모양의 노즐에는 스트립 측을 향하는 분사 튜브들이 고정되며, 상기 분사 튜브들은 스트립의 평면 및 스트립의 이동 방향에 수직한 평면에서 스트립의 단부를 향하여 실질적으로 기울어지고, 스트립의 평면에 수직하고 스트립의 이동 방향에 평행한 평면에서 스트립의 상류 단부 또는 하류 단부를 향하여 실질적으로 기울어진다.

각 관 모양의 노즐은 두 열의 분사 튜브들이 고정되어 제공되는 것이 유리하며, 상기 튜브들의 하나의 열이 상류로 기울어지면 튜브들의 다른 열은 하류로 기울어지며, 바람직하게는 동일한 각도의 기울기로 기울어진다. 특히 스트립의 동일한 측면에서 두 개의 인접한 관 모양의 노즐들 사이의 거리는 분사 튜브들의 열로부터 방출된 분사들의 충격 지점들이 스트립의 이동 방향에 평행한 방향으로 본질적으로 등거리가 되는 방식으로 선택된다.

상기 경우에 있어서, 유리하게는, 주어진 관 모양의 노즐의 각 열에 대한 분사 노즐들은 분사 노즐들의 열로부터 방출된 분사들의 충격 지점들이 스트립의 이동 방향에 수직한 방향으로 등거리가 되는 방식으로 스트립의 단부를 향하여 실질적으로 기울어진다. 특히, 주어진 열의 분사 튜브들은 스트립의 중앙 라인으로부터 스트립의 단부를 향하여 약 0°에서 15°보다 작은 각도로 증가하는 기울기로 스트립의 단부를 향하여 실질적으로 기울어진다.

또한 바람직하게는, 각 관 모양의 노즐의 분사 튜브들은 튜브들에 의해서 방출된 가스 또는 공기의 분사들이 기울기의 각도에 무관하게 본질적으로 일정한 분사 거리를 가지도록 길이가 정해진다.

최종적으로, 원형, 타원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 또는 다각형의 구역을 가지는 관 모양의 노즐들이 예비적으로 만들어질 수 있다.

본 발명의 다른 특성들 및 장점들은 도9와 도10을 참조하여 특정 실시예에 대하여 아래 설명으로 더 명확하게 나타나며, 도9는 도10의 Ⅸ-Ⅸ 선을 따른 단면도이다.

도1은 강 또는 알루미늄 스트립(1)을 통과시키는 처리 오븐의 냉각 챔버를 도시하며;

도2는 수직 냉각 구역(10)을 도시하며;

도3은 고온 아연 도금에서 포스트 코팅 냉각 영역을 도시하며;

도4는 분사 가스가 가로로 흐르도록 제안된 모델을 도시하며;

도5는 스트립(33)이 박스들의 한쪽 또는 다른 쪽으로 중앙을 벗어나 위치할 때를 도시하며;

도6은 스트립(33)이 기울어졌을 때, 스트립 상에 가해진 압력이 스트립을 더 기울어지도록 토크(T)를 가하고, 박스 쪽으로 스트립의 단부를 이동시키는 것을 도시하며;

도7은 스트립의 이동 방향에 평행한 방향으로 가스 흐름을 제안한 도이며;

도8은 도7의 Ⅷ-Ⅷ 선을 따른 단면도이며;

도9 및 도10은 두 쌍의 관 모양의 분사 노즐들(51)이 도시된 냉각 장치(50)를 도시하는데, 도9는 도10의 Ⅸ-Ⅸ 선을 따른 단면도이다.

본 발명의 실행 수단들에 대한 상세한 설명

기본적으로, 냉각 구역 또는 챔버 내의 본 발명의 실행 수단들은 아래 열거한 기술적 효과들을 결합하여 이루어진다:

·바람직하게 구역 내에서 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 다각형의 분사 노즐을 사용하여 스트립의 평면에 본질적으로 수직한 방향으로 스트립에 대항한 충격 후에 분사 가스를 복귀시키도록 하며, 그리하여 분사 가스가 노즐들 사이에 위치된 공간들을 통하여 복귀하도록 한다;

·스트립에 이상적 이동 라인에 대하여 어떤 오프셋(또는 어떤 회전)이 나타난 경우에, 분사 거리를 증가시키지 않으면서 이상적 이동 라인으로 스트립을 복귀시키기 위한 복귀력(또는 토크)을 갖도록 하기 위해서, 분사 노즐들과 스트립 사이에서 이용 가능한 체적을 증가시킴으로써 스트립과 분사 장치들 사이에서의 억류를 감소시킨다. 상기 억류의 감소는 하나 이상의 열을 지어 노즐들에 고정된 공동(hollow) 분사 튜브를 사용하여 분사 거리를 증가시키지 않으면서 스트립과 노즐 간의 거리를 증가시킴으로써 달성될 수 있다;

·스트립이 그것의 이상적 이동 라인에 대하여 오프셋(또는 회전하게) 되는 경우에, 스트립을 그것의 이상적 이동 라인으로 복귀시키는 복귀힘(또는 토크)을 가지도록 하기 위해서 스트립의 단부를 향하여 분사 제트들의 채널을 바꾸거나 분사 제트들을 유도한다. 모든 또는 어떤 튜브들을 스트립의 평면에 수직하게 기울여 상기 방식으로 분사 제트들의 방향을 바꾸는 것은 냉각을 최적화하는데, 즉 본질적으로 일정한 분사 가스 충격 지점들의 망을 형성하고, 본질적으로 일정한 분사 거리를 형성하는데 적합하다.

따라서, 스트립의 냉각 및 안정성이 최적화된다.

더 구체적이고 자세한 방식으로 본 발명의 특정 실시예를 설명하는 동안에 아래 도9와 도10이 참조로서 제공된다.

도9와 도10은 오직 두 쌍의 관 모양의 분사 노즐들(51)이 도시된 냉각 장치(50)를 도시하며, 이러한 분사 노즐들은 참조번호(100)의 이동 방향으로 이동하는 스트립의 각 측면에 위치된다. 분사 노즐들(51)은 도시된 바와 같이 구역 내에서 원형이고 축(56)을 가지는 것이 바람직하나, 본 발명의 다른 실시예들에서는, 타원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 또는 다각형의 구역을 가질 수 있다.

공동 분사 튜브들(52)은 관 모양의 노즐들(51)에 고정된다. 이러한 튜브들은 하나 또는 그 이상의 열로 배치된다. 상기 위치와 다수의 분사 튜브들의 열들은 냉각을 최적화하고 스트립 상에 존재하는 열 기계적 응력들을 제한하기 위해서, 스트 립 상에서 본질적으로 등거리의 충격 지점 망을 보장하도록 설계될 필요가 있다.

도9에서 도시된 바와 같이, 관 모양의 노즐들(51)은 스트립의 이동 방향(100)에 대하여 가로로 서로 거리를 두고 위치되며, 각 관 모양의 노즐(51)에는 스트립의 양 면에서 정합된 방출된 분사들(58)에 의한 충격 지점들이 형성되도록 스트립의 평면에 대칭적으로 위치하여 스트립의 한쪽 면을 지향하는 분사 튜브들(52)이 고정된다.

본 발명의 특성에 따라, 분사 튜브들(52)은 (도10에 도시된 바와 같이) 스트립 평면 및 스트립의 이동 방향에 수직한 평면에서 스트립(53)의 단부를 향하여 그리고 (도9에 도시된 바와 같이) 스트립의 평면에 수직하고 스트립의 이동 방향(100)에 평행한 평면에서 스트립(53)의 상류 또는 하류를 향하여 실질적으로 기울어져 있다.

상술한 "실질적"이라는 용어는 분사 튜브들(52)의 대다수가 스트립 평면의 수직선에 대하여 각 α의 기울기를 나타냄에도 불구하고, 스트립(53)의 중앙 라인(LM)에 근접한 몇몇의 분사 튜브들(52)은 스트립의 평면과 수직으로 분사들을 방출할 수 있다는 것을 의미한다. 상기 기울기의 각도는 약 0°에서 15°보다 작게 스트립의 중앙 라인으로부터 스트립의 단부를 향하여 증가한다.

명확히 말하면, 분사 튜브들(52)은 도9에서 방향B를 따라 도시된 바와 같이, 0°에서 최대 약 15°의 범위에서 각 α로 스트립의 단부를 향하여 기울어진다. 본 발명의 특정 실시예에 따라, 기울기의 각도는 모든 또는 임의의 튜브들에 적용될 수 있다. 이것은 스트립의 단부를 향하고 스트립을 안정화시키는 바람직한 방향을 따라서 잔류 가스 흐름(즉, 스트립과 열을 교환한 후에 스트립 평면에 수직한 후방 방향으로 배출되지 않는 흐름)의 채널을 바꿀 수 있다.

냉각 성능 파라미터들 중 하나는, 튜브(52)의 자유 단부(54)와 그 튜브에 의해서 방출된 분사에 대하여 스트립 상의 대응하는 충격 지점 사이의 거리인 분사 거리이다. 튜브의 기울기 각도와 무관하게 스트립 상에 일정 냉각 수용 능력을 유지하기 위해서, 각 튜브(52)의 길이는 본질적으로 일정한 분사 거리를 가져 일정한 냉각 수용 능력을 가지도록 하기 위해서 기울기의 각도 함수로서 결정될 수 있다. 실제로, 튜브들은 기울기 α의 각도가 증가함에 따라 더 길어진다. 수치 모델링은 튜브의 기울기 각도가 스트립의 단부를 향하여 15°보다 작게 유지될 때 최적의 안정화 효과를 가질 수 있음을 보여준다.

상기 구조의 수치 모델링은, 스트립이 이상적 이동 라인에 대하여 오프셋되거나 벗어나는 경우에, 자가 안정화 효과를 나타낸다. 그러므로 스트립이 중앙으로 복귀하도록 압력을 가한다.

상기 위치로 스트립의 복귀은 어떤 특정한 조정과 오퍼레이터 또는 컴퓨터의 어떤 동작 없이 자연적인 방식으로 달성됨이 관찰되며, 그리하여 최적 냉각 수용 능력이 유지된다.

도10에 있어서, 표시 D는 관 모양의 노즐들(51)과 스트립(53) 사이의 거리를 표시한다. 상기 거리 D는 단지 동일한 분사 거리의 구멍들을 갖는 노즐들에서 택하여졌던 거리보다 크다.

또한 분사 튜브들(52)은 스트립의 평면에 수직하고 스트립의 이동 방향(100) 에 평행한 평면에서 스트립의 상류 또는 하류 단부를 향하여 기울어진다.

관 모양의 노즐들(51)이 하류 또는 상류를 향하는 단일의 분사 튜브들(52)을 가지도록 제안될 수 있다. 더 큰 효율과 더 나은 컴팩트화를 위하여, 도9에 도시된 바와 같이, 각 관 모양의 노즐(51)에 두 열의 분사 튜브들(52)이 고정되도록 제공되며, 하나의 열의 튜브들은 상류로 기울어지고, 반면에 다른 열의 튜브들은 하류를 향하도록 제공되는 것이 유리하며, 동일한 β의 기울기 각을 가지는 것이 바람직하다.

각 관 모양의 노즐(51)의 두 열의 튜브들(52)로부터 방출된 분사들(58)의 충격 지점들(55)은 거리 i로 이격된다. 모든 충격 지점들(55)이 등거리(거리i)가 되도록, 동일한 스트립 측면에 위치된 두 개의 인접한 관 모양의 노즐들(51) 사이에서는 거리 d를 선택하는 것이 유리하다. 이것은 일정하고 최적화된 분사 충격 지점들(55)의 망을 제공한다. 상기 거리 d는 스트립의 평면에 본질적으로 수직한 방향으로 가스의 최적 복귀을 허용하며, 그리하여 충격 구역들 사이에 존재하는 어떤 압력을 감소시키는 효과를 가진다.

최종적으로, 모든 분사 튜브들(52)은 가스 또는 공기의 분사들(58)이 기울기 각도와 무관하게 본질적으로 일정한 분사 거리 (a)(튜브(52)의 출구와 대응하는 충격 지점(55) 사이의 거리)를 나타내는 길이로 정해지도록 제공되는 것이 유리하다.

이것은, 냉각력이 가스 또는 공기의 분사들에 영향받는 스트립의 부분 상에서 완전히 일정하게 분배되는 방식으로 전달되도록 보장한다.

본 발명은 아래 요약된 매우 중요한 장점들을 제공한다:

·통상적인 해결책에 의한 냉각 수용능력보다 큰 냉각 수용능력을 제공함으로써 라인 생산성을 증가시키고, 스트립의 진동을 억제하며;

·(품질을 저하시키고, 라인의 속도를 줄이고, 또는 스트립을 파괴하는데 관련된 결과를 초래하는) 진동으로 접촉에 의한 흔적을 만들지 않도록 보장함으로써 품질과 생산성을 증가시키며;

·전통적이 해결책에서의 진동 유형의 발생을 감소시키는 어떤 조절 및/또는 동작을 생략함으로써 유연성을 증가시키며; 그리고

·설비들의 수용 능력을 증가시키며: 상기 방법은 냉각을 최적화하는 동안에 진동을 감소시키고, 그리하여 냉각 구역들 또는 챔버들 내의 스트립에 대한 지지들 (supports)사이의 거리를 감소시킨다. 특히 중요한 장점은 도3에서 도시된 바와 같이 고온 아연 도금 후에 냉각 타워의 높이를 줄이는 것이 가능하다는 것이다.

본 발명은 상술한 실시예들로 제한되지 않으며, 오히려 상술한 주요 특성들을 재생산하기 위해서 동등한 수단들을 사용하는 어떤 변형들을 포함한다.

Claims (14)

1. 강 또는 알루미늄의 열 처리를 위한 라인에서 가스 분사 냉각 챔버 또는 공기 분사 냉각 구역의 냉각을 개선하고 또는 냉각에 의해 발생되는 진동을 감소키며 처리 중 생산물들의 품질을 개선하는 방법에 있어서, 가스 또는 공기의 분사들은 상기 구역 또는 챔버를 통하여 이동하는 스트립의 각 면에 대항하여 분사되고, 상기 방법은 상기 스트립(53)의 이동 방향(100)에 가로로 서로 거리를 두고 배치된 관 모양의 노즐들(51)에 고정된 분사 튜브들(52)로부터 가스 또는 공기의 분사들(58)이 방출되는 것을 특징으로 하며, 상기 분사들은 동시에 상기 스트립 패널 및 상기 스트립의 이동 방향에 수직하는 평면에서 상기 스트립의 단부를 향하여 기울어지고 상기 스트립의 평면에 수직하고 상기 스트립의 이동 방향(100)에 평행한 평면에서 스트립의 상류 또는 하류 단부를 향하여 기울어지면서 상기 스트립에 대응하는 면을 향하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   단일한 관 모양의 노즐(51)로부터 방출되는 가스 또는 공기의 분사들(58)은 상기 스트립(53)의 상류 단부 및 하류 단부를 향하여 기울어지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 스트립(53)의 동일한 측면에서 두 개의 인접한 관 모양의 노즐들(51) 사이의 거리(d)는 상기 스트립 상의 가스 또는 공기의 충격 지점들(55)이 상기 스트립의 이동 방향(100)에 평행한 방향으로 등거리가 되는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   주어진 관 모양의 노즐(51)로부터 방출된 가스 또는 공기의 분사들(58)은 상기 스트립 상의 분사들의 충격 지점들(55)이 상기 스트립의 이동 방향(100)에 수직한 방향으로 등거리가 되는 방식으로 상기 스트립(53)의 단부들을 향하여 기울어지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서,

   주어진 관 모양의 노즐(51)로부터 방출된 가스 또는 공기의 분사들(58)은 0°에서 15°보다 작은 각도로 상기 스트립의 단부들을 향하여 상기 스트립의 중앙 라인으로부터 증가하는 기울기로 상기 스트립(53)의 단부들을 향하여 기울어지는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가스 또는 공기의 분사들은(58)은 그것들의 기울기 각과 무관하게 일정한 분사 거리(a)를 나타내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서,

   상기 이동 스트립(53)의 각 면에서 복수의 관 모양의 노즐들(51)을 포함하며, 상기 노즐들은 상기 스트립의 이동 방향(100)에 가로로 서로 거리를 두고 배치되며, 각 관 모양의 노즐(51)에는 상기 스트립 측을 지향하는 분사 튜브들(52)이 고정되며, 상기 분사 튜브들은 상기 스트립 평면 및 상기 스트립의 이동 방향(100)에 수직한 평면에서 상기 스트립의 단부들을 향하여 기울어지고 상기 스트립 평면과 수직하고 상기 스트립 이동 방향(100)에 평행한 평면에서 상기 스트립의 상류 단부 또는 하류 단부를 향하여 기울어지는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서,

   각 관 모양의 노즐(51)에는 두 열의 분사 튜브들(52)이 고정되고, 상기 튜브들의 하나의 열은 상류로 기울어지며, 반면에 상기 튜브들의 다른 열은 하류로 기울어지는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 스트립(53)의 동일한 측면에서 두 개의 인접한 관 모양의 노즐들 사이의 거리(d)는 상기 분사 튜브들의 열들로부터 방출된 분사들의 충격 지점들(55)이 상기 스트립의 이동 방향(100)에 평행한 방향으로 등거리가 되는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제8항에 있어서,

    주어진 관 모양 노즐(51)의 각 열에 대한 상기 분사 튜브들(52)은 상기 열의 분사 튜브들로부터 방출된 분사들(58)의 충격 지점들(55)이 상기 스트립의 이동 방향(100)에 수직한 방향으로 등거리가 되는 방식으로 상기 스트립(53)의 단부들을 향하여 기울어지는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제10항에 있어서,

    주어진 열의 상기 분사 튜브들(52)은 0°에서 15°보다 작은 각도로 상기 스트립의 단부들을 향하여 스트립의 중앙으로부터 증가하는 기울기 각으로 상기 스트립의 단부들을 향하여 기울어지는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제7항에 있어서,

    상기 각 관 모양의 노즐(51)의 분사 튜브들(52)은 상기 튜브들에 의해 방출된 가스 또는 공기의 분사들(58)이 그들의 기울기 각에 무관하게 일정한 분사 거리(a)를 나타내는 방식으로 길이가 정해지는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제7항에 있어서,

    상기 관 모양의 노즐들(51)은 구역 내에서 원형, 타원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제8항에 있어서,

    상기 분사 튜브들(52)의 하나의 열과 상기 분사 튜브들(52)의 다른 열은 동일한 기울기 각으로 기울어진 것을 특징으로 하는 장치.

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