KR101105917B1 - 연속 주조용 몰드를 위한 오실레이팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 몰드를 지지하는 오실레이팅 테이블, 스프링 세트, 기초, 액추에이터, 및 제어유닛을 포함하는 연속 주조용 몰드를 위한 오실레이팅 장치를 개시한다. 액추에이터는 모터 실린더이다. 스프링 세트의 강도는 스프링 세트의 수 또는 길이를 조절함으로써 변할 수 있고, 따라서 상기 모터 실린더를 포함하는 오실레이팅 시스템의 자연 주파수는 원하는 진동 주파수에 근접할 수있고, 따라서 모터 실린더의 출력을 줄일 수 있다. 제어 유닛은 주파수, 편차, 및 진폭의 온라인 조절가능 웨이브 신호를 제공하여 상기 몰드를 정현적 또는 비정현적으로 진동하도록 구동하는 상기 모터 실린더의 동작을 제어하고 상기 스프링 세트의 강도를 조절하도록 주파수 범위에 기초한 대응 구동 시스템의 동작을 제어한다.
오실레이팅 장치, 오실레이팅 테이블, 스프링 세트, 기초, 액추에이터, 제어 유닛

Description

연속 주조용 몰드를 위한 오실레이팅 장치{OSCILLATING APPARATUS FOR THE MOLD OF CONTINUOUS CASTING}
본 발명은 연속 주조용 몰드를 위한 오실레이팅 장치에 관한 것이고, 특히 개량된 비정현 오실레이팅 장치에 관한 것이다.
연속 주조용 몰드는 소정의 주파수와 파형 및 진폭으로 진동하는데 이 중 저속의 하강 동작과 고속의 상방 동작을 갖는 비정현 오실레이팅 동작이 특히 바람직하다. 이러한 비정현 오실레이팅 동작은 몰드분말의 윤활효과를 개선시킬 수 있고, 응결쉘과 몰드간의 마찰력을 크게 줄이며 응고각(solidification shell)에 형성된 립과 클로즈립을 줄일 수 있고 캐스팅 빌렛의 표면 품질과 진동 속도를 실질적으로 개선시킬 수 있다. 이렇게 고안된 오실레이팅 장치용 액추에이터는 두 군으로 묶을 수 있다. 그 하나는 헤비 듀티 엘렉트로하이드롤릭 서보 밸브, 하이드롤릭 서보 실린더, 하이드롤릭 펌프등을 포함하는 (EP0468607A11에 개시된 것과 같은) (1) 하이드롤릭 서보 시스템인데, 일 단점은 시스템이 복잡하고 비싸며 유지관리가 어렵다는 것이다. 나머지 하나는 크랭크 로드를 구비한 기계적 트랜스미션이다(중국 특허 제 ZL99216172.X호 및 ZL01205318.X 참조). 후자의 경우 시스템용 액추에이터로서 수평 모터를 채용한다. 이러한 기계적 트랜스미션은 비용이 저렴하지만 진폭이나 파형을 온라인으로 조절할 수 없고 따라서 고효율을 갖는 연속 주조가 불가능하다. 또한 이러한 두 타입의 오실레이팅 장치를 구동하기 위한 전력소모가 상당히 크다.
본 발명의 목적은 구동을 위한 전력 소모를 줄이고 온라인으로 몰드의 진동 주파수, 파형 및 진폭을 조절할 수 있고 모터 실린더가 액추에이터로서 제공되는 몰드용 오실레이팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 모터 실린더의 관성 모멘트와 진동 질량에 따라 지지 스프링 세트의 강도가 조절되어 오실레이팅 시스템의 자연 주파수가 원하는 진동 주파수에 근접할 수 있고 오실레이팅 시스템의 운동 에너지와 위치 에너지사이에 전환이 균형적으로 구현될 수 있도록 달성된다. 따라서, 모터 실린더는 액추에이터로서의 기능을 성공적으로 수행할 수 있고 전력은 상당히 줄어들 수 있다.
스프링 세트밑에 하이드롤릭 실린더가 제공된다. 따라서, 오실레이팅 테이블을 물리적으로 지지하는 스프링 세트의 수는 오실레이팅 시스템의 자연 주파수가 몰드의 진동 주파수에 근접할 수 있도록 바뀔 수 있다.
스프링 세트는 대응 뉴매틱 클램프를 통해 적절한 위치에 고정될 수 있는 세퍼레이터에 의해 복수의 세그먼트로 분리된다. 따라서, 오실레이팅 테이블을 물리적으로 지지하는 스프링 세트의 길이가 변화하고 이에 대응하여 오실레이팅 시스템의 자연 주파수가 몰드의 진동 주파수에 근접하도록 변화될 수 있다.
본 발명에 의하며, 구동을 위한 전력 소모를 줄이고 온라인으로 몰드의 진동 주파수, 파형 및 진폭을 조절할 수 있고 모터 실린더가 액추에이터로서 제공되는 몰드용 오실레이팅 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하여, 모터 실린더의 관성 모멘트와 진동 질량에 따라 지지 스프링 세트의 강도가 조절되어 오실레이팅 시스템의 자연 주파수가 원하는 진동 주파수에 근접할 수 있고 오실레이팅 시스템의 운동 에너지와 위치 에너지사이에 전환이 균형적으로 구현될 수 있도록 달성할 수 있다. 따라서, 모터 실린더는 액추에이터로서의 기능을 성공적으로 수행할 수 있고 전력은 상당히 줄어들 수 있다.
제어 유닛은 온라인으로 조절가능한 주파수, 편차, 및 진폭의 웨이브 신호를 제공하여 몰드가 진동하도록 구동하는 모터 실린더의 동작을 제어하고 스프링 세트의 수 또는 길이가 각각 조절될 수 있도록 하이드롤릭 실린더 또는 뉴매틱 클램프의 동작을 제어한다.
모터와 볼 스크루를 포함하는 모터 실린더는 소정의 속도표에 따라 축이동을 수행하도록 용이하게 프로그래밍될 수 있다. 따라서 충분한 토크나 전력이 공급되는 경우에는 수직으로 배치된 모터 실린더가, 오실레이팅 테이블을 구동하여 몰드에 진폭, 주파수 및 파형이 온라인으로 조절가능한 정현적 또는 비정현적 진동을 일으키기 위한 가장 확실하고도 직접적인 해결책이다. 그러나, 모터 실린더내의 너트의 상호 동작은 로터와 스크루의 전후방 회전으로 구현된다. 분당 수백회 정도의 빠른 회전 방향의 전환이 일어나는 프로세스동안, 비교적 무거운 몰드와 오실레이팅 테이블의 상하 가속 동작과 비교적 큰 관성 모멘트를 가진 로터와 스크루의 전후방 가속 회전을 이루는데 상대적으로 높은 토크와 전력이 필요하다. 일반적으로 후자, 즉 로터와 스크루의 가속 회전에 필요한 전력은 몰드와 오실레이팅 테이블의 가속 동작에 의해 요구된 것보다 크다. 단 하나의 모터 실린더에 대해서만 그렇게 많은 토크와 전력을 공급하는 것은 비실용적이다. 종래의 해결책은 오실레이팅 테이블밑에 스프링 세트를 제공하는 것인데, 스프링 세트의 강도는 스프링 세트를 포함하는 시스템의 자연 주파수와 진동 질량이 몰드의 진동 주파수와 매치되도록 선택된다. 본 출원인은 모터 실린더의 관성 모멘트, 몰드내 진동 부품의 질량, 및 스프링 세트의 강도의 효과를 종합적으로 고려하여 시스템의 자연 주파수 (fn)가 아래와 같이 표현될 수 있음을 발견했다.
Figure 112009046535916-pat00001
여기서 m은 몰드내 진동 부품의 질량, I는 모터 실린더의 관성 모멘트, d는 모터 실린더의 스크루의 스트로크, 그리고 k는 스프링 세트의 강도이다. 몰드의 진동 주파수가 fn에 접근할 때, 몰드내 진동 부품의 중력 위치 에너지와 스프링 세트의 탄성 위치 에너지 및 모터 실린더의 회전 운동 에너지와 몰드의 진동 운동 에너지 사이의 상당히 균형잡힌 전환이 구현되어 최적의 보상을 이룰 수 있다. 따라서, 모터 실린더의 출력 토크와 전력은 효과적으로 줄어들 수 있고 모터 실린더를 액추에이터로 제공하여 시스템이 원하는 주파수, 파형 및 진폭과 감소된 전력 소모 로 진동할 수 있도록 몰드를 구동하는 상기 목적은 성공적으로 실현될 수 있다. 일반적으로 몰드의 진동 주파수는 빌렛의 진동 속도에 따라 변한다. 진동 속도가 0에서 지정된 진동 속도까지 증가하는 초기 동작 단계 동안, 원하는 진동 속도에 대하여 스프링 세트의 강도가 조절된 경우, 액추에이터로부터 비교적 큰 전력 출력이 필요할 수 있다. 그러나, 이 단계의 반복주기는 비교적 짧고 일반적인 모터 실린더는 이러한 동작 조건에 맞도록 정상적인 출력보다 큰 전력 공급을 순간적으로 출력할 수 있다.
동일한 길이와 강도의 스프링 세트가 몰드와 오실레이팅 테이블의 중력 중심을 중심으로 대칭적으로 배치될 때, 스프링 세트의 강도는 스프링 세트의 수에 비례한다. 몰드의 진동 주파수가 서로 다른 동작 조건 (예컨대 서로 다른 빌렛 섹션 및 서로 다른 스틸 타입)에 따라 크게 변하는 경우에는, 스프링 세트의 수는 스프링 세트의 강도가 원하는 진동 주파수와 매치될 수 있도록 변화될 수 있다. 오실레이팅 테이블을 물리적으로 지지하는 이러한 스프링 세트의 수의 변화는 스프링 세트의 일부를 들어올리고 나머지 스프링 세트를 낮춤으로써 구현될 수 있다. 하이드롤릭 실린더는 스프링 세트의 강도가 제어 유닛에 의해 간편하게 조절될 수 있도록 스프링 세트밑에 제공된다.
스프링 세트의 강도는 길이에 반비례한다. 각각의 스프링 세트는 n개의 세그먼트(즉, n개의 동일 스프링이 같이 적층되어 하나의 스프링 세트를 이룬다)와 같이 몇 개의 세그먼트로 나누어지고 각각의 세그먼트사이에 세퍼레이터가 삽입된다. 몰드와 오실레이팅 테이블이 스프링 세트 조립체를 균형 위치아래로 압축하고 몰드가 평형 위치에 놓인 후, 뉴매틱 클램프를 사용하여 세그먼트를 적절한 위치에 m번째 세그먼트(상부 세그먼트는 I번째 세그먼트로 정의된다)밑에 고정시킨다. 결과적으로 스프링 세트의 강도는 원래값보다 n/m배 커질 것이다.
도 1 내지 3에 본 발명의 제 1 실시예가 도시된다. 몰드(101)는 오실레이팅 테이블(102)상에 배치된다. 네 개의 모터 실린더(104)가 몰드의 중력중심을 중심으로 대칭적으로 배치된다. 오실레이팅 테이블(102)은 여덟개의 스프링 세트(103)에 의해 지지된다. 이러한 스프링 세트(103)는 길이와 강도가 같고 몰드(101)와 오실레이팅 테이블(102)의 중력 중심을 중심으로 대칭적으로 배치된다. 몰드(101)와 오실레이팅 테이블(102)의 무게에 의해 압축될 때 여덟개의 스프링 세트(103)는 거리(δ)만큼 하방으로 똑같이 변위되고, 이에 탄성력과 중력간의 힘의 평형이 이루어진다. 하이드롤릭 실린더(106)는 기초(107)상에 장착되고 스프링 세트(103)아래에 제공된다. 이러한 하이드롤릭 실린더는 스프링 세트의 높이를 변화시켜 물리적으로 오실레이팅 테이블을 지지하는 스프링 세트의 수를 증감시킨다. 오실레이팅 테이블(102)을 물리적으로 지지하는 스프링 세트(103)의 수가 감소하면 따라서 스프링 세트(103)의 강도를 줄인다. 예컨대, 몰드(101)와 오실레이팅 테이블(102)의 중력중심을 중심으로 대칭적으로 배치된 한 쌍의 스프링 세트(103)가 제거되면, 좌측 스프링 세트의 강도는 원래값의 3/4로 줄어들고 반면 스프링 세트의 압축변위는 대응하여 4/3δ으로 증가한다. 이를 위해, 제어유닛(105)이 대응하는 하이드롤릭 실린더(106)를 제어하고 따라서 이러한 한 쌍의 스프링 세트(103)가 거리(δ+s)(s는 몰드의 스트로크)만큼 하방으로 동작하고 다른 세쌍의 스프링 세트는 1/3 δ의 거리 만큼 높아진다. 마찬가지로, 몰드(101)와 오실레이팅 테이블(102)의 중력중심을 중심으로 대칭적으로 배치된 두 쌍 또는 세 쌍의 스프링 세트(103)는 이러한 좌측 스프링 세트의 강도가 원래값의 1/2 또는 1/4로 줄어들 수 있도록 조절된다. 제어유닛(105)은 주파수, 편차 및 진폭에 대한 온라인-조절가능한 웨이브 신호를 제공하여 몰드(101)가 진동하도록 구동하는 모터 실린더(104)의 동작을 제어하고 스프링 세트(103)의 수가 적절히 조절될 수 있도록 하이드롤릭 실린더(106)의 동작을 제어한다.
도 4에 본 발명의 제 2 실시예가 도시된다. 몰드(201)는 오실레이팅 테이블(202)상에 배치된다. 네 개의 모터 실린더(204)는 몰드의 중력중심을 중심으로 대칭적으로 배치된다. 오실레이팅 테이블(202)은 네 개의 같은 스프링 세트(203)에 의해 지지된다. 이러한 스프링 세트(203)는 기초(208)에 접하고 각각은 두 개의 중첩 스프링, 즉 상부 스프링(203a)과 하부 스프링(203b)을 포함한다. 스프링(203a)의 유효길이는 스프링(203b)의 1/3과 같고 세퍼레이터(206)가 그 사이에 삽입된다. 몰드(201)와 오실레이팅 테이블(202)이 거리(δ) 만큼 하방으로 스프링 세트(203)를 압축하여 평형상태를 이룰 때, 뉴매틱 클램프(207)가 기동하여 세퍼레이터(206)를 적절한 위치에 고정시킨다. 따라서, 스프링 세트(203)의 상부 스프링(203a)만이 작업을 수행하도록 동작되고, 이것은 스프링 세트의 강도가 4정도로 개선됨을 의미한다. 마찬가지로, 각각의 스프링 세트(203)는 몇 개의 세그먼트로 나눌 수 있고, 세퍼레이터(206)가 이러한 세그먼트 사이에 대응하여 삽입되고, 뉴매틱 클램프(207)는 각각의 세퍼레이터(206)의 평형 위치에 각각 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 스프링 세트(203)의 강도는 보다 큰 범위로 조절될 수 있다. 제어유닛(205)은 주파수, 편차 및 진폭의 온라인 조절가능 웨이브 신호를 제공하여 몰드(201)를 진동하도록 구동하는 모터 실린더(204)의 동작을 제어하고 스프링 세트(203)의 길이가 각각 조절될 수 있도록 뉴매틱 클램프(207)의 동작을 제어한다.
도 1은 본 발명에 따른 스프링 세트의 수가 조절가능한 몰드용 오실레이팅 장치의 시스템도,
도 2는 도 1의 오실레이팅 장치의 평면도,
도 3은 도 1의 오실레이팅 장치의 좌측면도, 및
도 4는 본 발명에 따른 스프링 세트의 길이가 조절가능한 몰드용 오실레이팅 장치의 시스템도.

Claims (5)

  1. 연속 주조용 몰드를 위한 오실레이팅 장치로서,
    상기 몰드를 지지하는 오실레이팅 테이블과,
    상기 오실레이팅 테이블을 지지하는 액츄에이터 및 스프링세트와,
    상기 액츄에이터 및 상기 스프링세트를 지지하는 기초와,
    제어유닛을 포함하고,
    상기 오실레이팅 장치의 상기 액츄에이터는 모터 실린더이며,
    상기 제어유닛은, 상기 몰드의 진동 주파수와 상기 오실레이팅 장치의 자연 주파수(fn)의 차이가 감소되도록 하며,
    상기 오실레이팅 장치의 자연 주파수(fn)는,
    Figure 112011015690153-pat00007
    이며, m은 몰드 내 진동 부품의 질량, I는 모터 실린더의 관성 모멘트, d는 모터 실린더의 스크루의 스트로크, k는 스프링 세트의 강도인 것을 특징으로 하는 오실레이팅 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링 세트 밑에 제공되어, 상기 오실레이팅 테이블을 지지하는 상기 스프링 세트의 수를 조절하는 하이드롤릭 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오실레이팅 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스프링 세트는 세퍼레이터가 삽입되어 복수개의 세그멘트로 분할되며,
    상기 스프링 세트의 측면에 마련되며, 대응되는 상기 세퍼레이터의 위치를 조정함으로서 상기 오실레이팅 테이블을 지지하는 상기 스프링 세트의 길이를 조절하는 뉴매틱 클렘프를 포함하는 것을 특징으로 하는 오실레이팅 장치.
  5. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    주파수, 편차, 및 진폭을 조절하는 온라인으로 조절가능한 웨이브 신호를 제공하여 상기 몰드가 정현적 또는 비정현적으로 진동되도록 구동하는 상기 모터 실린더의 동작을 제어하고, 상기 스프링 세트의 수 또는 길이가 조절되도록 대응된 구동 시스템의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 오실레이팅 장치.
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