KR101121995B1 - 금속 박판 및 스트립의 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 박판 및 스트립을 생산하는 동안, 무엇보다 압연 공정 후에 상기 금속 박판 및 스트립을 냉각시키기 위한 냉각 장치(1)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 하우징(3)과 연결되어, 냉매를, 특히 냉각수를 공급하기 위한 공급관(2)을 구비한 냉각 장치(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따라 상기 하우징(3) 내에는 상호 간에 상대적으로 변위 가능하게 배치되는 2개의 노즐 레일(4, 5)이 제공되되, 이들 노즐 레일(4, 5)은 짧은 간격으로 이격될 수 있으며, 그에 따라 냉매에 대해 횡단면이 장방형인 노즐 갭(6)을 형성한다. 또한, 본 발명에 따른 냉각 장치의 경우, 상기 하우징(3) 내부에서, 하우징(3) 내로 냉매가 유입되는 유입구 지점(7)과 상기 노즐 갭(6) 사이에 냉매에 대해 장벽을 형성하는 적어도 하나의 부재(8)가 배치된다.
냉각 장치, 노즐 갭, 노즐 레일, 금속 박판, 스트립

Description

금속 박판 및 스트립의 냉각 장치{DEVICE FOR COOLING METAL SHEETS AND STRIPS}
본 발명은 금속 박판 및 스트립을 제조할 시에, 특히 압연 후에 상기 금속 박판 및 스트립을 냉각시키기 위한 냉각 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하우징과 연결되어, 냉매를, 특히 냉각수를 공급하기 위한 공급관을 구비한 냉각 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 하우징 내에는 상호 간에 상대적으로 변위 가능하게 배치되는 2개의 노즐 레일이 제공되되, 이들 노즐 레일들은 짧은 간격으로 이격될 수 있으며, 그에 따라 상기 냉매에 대해 횡단면이 장방형인 노즐 갭을 형성한다.
특히 평판 압연기에 있어서 금속 박판 및 스트립을 제조할 시에, 여러 위치에서 압연 재료의 재료 물성(material property)에 목적한 바대로 영향을 미치고 그에 따라 상기 압연 재료에 목표하는 물성을 제공할 수 있도록 하기 위해, 박판 및 스트립을 냉각시켜야 한다. 이와 관련하여 선행 기술로서의 다양한 냉각 장치들이 공지되어 있다.
박판 및 스트립을 제조할 시에 박판 및 스트립을 냉각하기 위한 장치로서, 엇갈리게 배치된 노즐들을 구비한 스프레이 헤더(spray header)가 공지되어 있다. 이와 같은 스프레이 헤더를 이용하여, 소정의 기하 구조 형태로 형성된 유동 냉각 수를 압연 재료상에 분사할 수 있다. 이와 관련하여 시간당 냉각수량뿐 아니라 냉각수 분사의 종류는 목표하는 냉각 작용에 매우 중요하다. 각각의 적용에 따라, 직진 분무형 노즐(solid-stream spray nozzle), 부채꼴형 노즐(flat-spray nozzle) 혹은 원뿔형 노즐(cone nozzle)이 이용된다.
때로는 다수(수백 개까지)의 개별 노즐을 구비한 스프레이 헤더가 박판 제조 시스템에서 냉각 구간을 형성하는 냉각 시스템에 구성되기도 한다.
이와 관련하여, 적합한 노즐 형식의 선택과 분사 패턴을 정의하는 노즐 배치의 결정은 어려운 문제점을 초래한다. 그러나 냉각 시스템을 제조할 시에 개별 노즐들을 위치시키고 나사 부재들을 이용하거나 용접 혹은 접착을 이용하여 배치시키는 것은 상당한 비용을 자주 야기한다. 또한, 이와 관련하여 바람직하지 못한 점으로서, 전술한 유형의 공지된 노즐들은 쉽게 막힐 수 있으며, 이에 따라 막힌 내용물을 제거하는데 많은 비용이 소요된다.
DE 36 34 188 C2호로부터 평판의 압연 재료용 냉각 장치가 개시된다. 이에 따른 냉각 장치의 경우, 냉각은 층류를 형성하는 수막을 이용하여 이루어진다. 냉각될 재료의 폭에 맞게 수막을 조정할 수 있도록 하기 위해, 특별히 설계된 슬롯 노즐이 제공된다. 이 슬롯 노즐은 상호 간에 상대적으로 변위 가능한 2개의 L-형상 부재로 구성된다. DE 32 15 248 A1호에는 스트립 및 박판을 냉각하기 위한 폐쇄형 수막(closed water curtain)을 생성하기 위한 장치가 개시된다. 낙하 높이가 클 시에 노즐들의 조정이 가능하거나 회동이 가능한 벽부를 배제한 상태에서 일관된 수막 및 넓은 습윤 폭(wetting width)을 유지하기 위해, 상기 참조 인용물의 경 우, 노즐 입구의 영역이나 혹은 냉각수 유동의 낙하 높이의 일 부분 상에서 의도한 바에 따라 횡단면을 확대함으로써, 압력 강하와 그에 따른 배출 유속의 감속이 설정된다. 스프레이 노즐 및 스프레이 헤더의 각각에 대한 특히 효율적인 설계와 관련하는 유사한 해결 방법은 DE 33 34 251 C2호, JP 60 13 39 11호, JP 80 39 126호 및 JP 58 06 84 19호로부터 개시된다.
최초에 언급한 유형인 박판 및 스트립 냉각 장치는 JP 57 10 37 28호에서 기재되어있다. 냉각 장치의 하우징에는 공급관을 이용하여 냉각수가 공급된다. 상기 하우징은 상호 간에 상대적으로 변위 가능하게 배치되는 2개의 노즐 레일을 포함하며, 이 노즐 레일들은 사전에 지정된 간격으로 이격되어 위치 결정될 수 있다. 그렇게 함으로써 횡단면이 장방형인 노즐 갭이 형성되고, 이 노즐 갭을 통해 냉각수가 압력 하에서 유출되고 냉각될 압연 재료상으로 유도된다. 상기 노즐 레일들의 간격과 그에 따른 노즐 갭의 폭의 조정은 전동기에 의해 실행된다.
상기와 같은 종류의 냉각 장치를 이용하여 거의 우수한 작업 결과를 달성할 수 있기는 하지만, 앞서 공지된 구성의 냉각 시스템은 여전히 최적의 상태로 기능하지 못하는 것으로 확인되었다. 왜냐하면, 냉각될 제품상에 이루어지는 균일한 냉각수 분배가 때로는 문제점을 야기하기 때문이다. 앞서 공지된 시스템은 냉매 공급부 내의 압력 변동에 민감하며, 그로써 항시 모든 작동 조건 하에서, 박판 또는 스트립을 제조할 시 최적의 분사 패턴과 그에 따라 최대로 가능한 재료 물성의 보증이 보장될 수 없다.
그러므로 본 발명의 목적은, 최초에 언급한 종류로 금속 박판 및 스트립을 냉각시키기 위한 냉각 장치에 있어서, 전술한 단점들이 해소되는 방식으로, 즉 상기 박판 및 스트립에 냉매가 절대적으로 균일하게 공급되는 점이 보장되는 방식으로, 상기 냉각 장치를 개선하는 것에 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라 금속 박판 및 스트립을 냉각시키기 위한 냉각 장치에서 하우징 내로 냉매가 유입되는 유입구 지점과 노즐 갭 사이에 냉매에 대한 장벽을 형성하는 적어도 하나의 부재가 배치됨으로써 달성된다.
바람직하게는 상기 장벽 형성 부재는 하우징의 내부에서 냉매의 유동을 편향시키는 배플판으로서 형성된다. 이와 관련하여 상기 부재는 노즐 레일들에 대해 평행하게 연장되는 평면판으로서도 형성될 수 있다. 상기 장벽 형성 부재의 길이는 바람직하게는 본질적으로 (박판 혹은 스트립의 이송 방향에 대해 횡방향에서 고려할 때) 상기 노즐 레일들의 길이에 상응한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 냉매는 하우징 내로 유입되는 유입구 지점에서 2개의 대칭 유동으로 분리되고, 이 유동들은 각각의 노즐 레일의 2개의 채널로 공급되되, 채널과 노즐 레일 사이에, 또는 채널 내부에 각각 적어도 하나의 장벽 부재가 배치된다. 이와 관련하여 특히 바람직하게는, 상기 장벽 부재와 상기 노즐 레일에 있어 노즐 갭으로부터 반대방향으로 향해 있는 그 측면은 냉매에 대해 횡단면이 장방형인 갭을 형성한다. 바람직하게는 냉매는 상기 장방형 갭으로부터 노즐 갭으로 안내되되, 2개의 냉매 유동은 노즐 갭의 유입구 위치에서 다시금 결합된다. 최종적으로 본 실시예에 따라 상기 채널들은 횡단면이 아치 모양인, 더욱 상세하게는 원호 모양인 곡선 형상을 가질 수 있게 된다.
본 발명의 대안의 실시예에 따라, 냉매는 유입구 지점에서 2개의 대칭 유동으로 분리되며, 이 유동들은 2개의 채널로 안내되어 노즐 갭으로 공급되되, 두 채널의 횡단면을 축소시키는 단 하나의 부재가 배치된다. 바람직하게는 상기 부재는 판으로 형성되며, 이 판은, 정의된 폭을 갖는 2개의 관통 갭이 생성되는 방식으로 두 하우징 벽부 사이에 배치된다.
본 발명에 따른 제안을 이용함으로써 다양한 장점들이 달성된다:
우선, 두 노즐 레일들을 변위 시킴으로써, 즉 상기 노즐 레일들을 목표하는 짧은 이격 간격에 맞도록 설정함으로써, 간단하게 슬롯 노즐 폭을 조정할 수 있고, 그에 따라 목표하는 분사 두께를 달성할 수 있다. 분사는 전체 스트립 또는 박판의 폭에 걸쳐 일정하게 이루어진다. 즉 냉각 분사의 두께는 각각의 기술적 요건에 맞추어진 조정 가능성에 따라 용이하게 조정될 수 있다.
이와 같은 설계 방식을 통해, 금속 박판 또는 스트립에 있어서 다른 영역들과 비교하여 상이하게 강 냉각된 영역에 냉각띠가 야기되는 우려가 사라지게 된다.
제안되는 냉각 장치는 저렴하게 실현될 수 있는 간단한 구조를 특징으로 한다.
특히 강조할만한 점으로, 냉각될 금속 박판 또는 스트립에 절대적으로 균일하게 냉각수가 공급되며, 그럼으로써 박판 또는 스트립 내 재료 구조의 최대 균질성이 달성될 수 있다. 그에 따라 박판 또는 스트립상의 냉각띠 형성이 배제된다.
오염이 되었을 시에, 제안되는 노즐 시스템은 손쉽게 청소할 수 있으며, 그럼으로써 높은 가용성 및 작동 안전성이 제공된다.
이하에서 본 발명은 도면에 도시된 2가지 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명된다.
도1은 금속 박판 또는 스트립을 냉각시키기 위한 냉각 장치를 절결하여 도시한 측면도이다.
도2는 도1에 대체되는 실시예를 도시한 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
1: 냉각 장치 2: 공급관
3: 하우징 4: 노즐 레일
5: 노즐 레일 6: 노즐 갭(nozzle gap)
7: 냉매의 유입구 지점 8: (장벽 형성) 부재
8': (장벽 형성) 부재 8": (장벽 형성) 부재
9': 냉매 유동 9": 냉매 유동
10': 채널 10": 채널
11': 노즐 레일의 측면 11": 노즐 레일의 측면
12': 갭(gap) 12": 갭
13: 노즐 갭의 유입구 위치 14': 하우징 벽부
14": 하우징 벽부 15': 관통 갭
15": 관통 갭 16: (금속) 박판, 스트립
17: 다리부 18: 다리부
19: 가이드 롤러 a: (이격) 간격
b: 폭 R: 이송 방향
도 1에는 금속 박판 또는 스트립을 제조할 시에 상기 박판 또는 스트립을 냉각시키기 위한 냉각 장치(1)를 개략적으로 도시하고 있다. 박판 또는 스트립(16)은 상기 냉각 장치(1) 하부에서 이송 방향(R)으로 일정한 속도로써 이동된다. 목표하는 재료 물성을 달성하기 위해, 냉각수 형태의 냉매가 정의된 방식으로 상기 박판(16)의 표면상에 분사되어야 하며, 이는 상기 냉각 장치(1)에 의해 실행된다.
주지하여야 할 점으로서, 도 1에 따른 도식은 장치의 단면도를 도시하고 있고, 도시된 구조는 도면 평면에 대해 수직으로 소정의 폭에 걸쳐 연장되며, 냉각 장치(1)의 폭은 적어도 냉각될 박판(16)의 폭과 동일하다.
상기 박판(16)의 표면상에 냉각수 형태의 냉매를 정의된 방식으로 분사할 수 있도록 하기 위해, 본원의 냉각 장치(1)는 하우징(3)을 구비하고 있으며, 이 하우징(3)에 냉각수를 공급하기 위한 공급관(2)이 연결된다. 냉각수는 상기 하우징(3)의 내부에서 상기 공급관(2)에 접하는 냉각수 유입구 지점(7)으로부터 노즐 갭(6)으로 이송된다. 상기 노즐 갭(6)은 상호 간에 이격 배치되는 2개의 노즐 레일(4 및 5)에 의해 형성된다. 상기 두 노즐 레일(4, 5)은 도시한 횡단면이 L-형상인 윤곽을 갖는다. 그리고 상기 노즐 레일들은 상호 간에 상대적으로 이송 방향(R)으로 또는 이 이송 방향(R)의 반대 방향으로 이동될 수 있고(상세히 도시되어 있지 않 음), 이러한 이동은 상기 노즐 레일(4, 5)의 두 다리부(17 및 18) 사이에 목표하는 짧은 이격 간격이 제공되는 방식으로 이루어진다. 그렇게 함으로써 노즐 갭이 범위 한정되며, 이러한 노즐 갭을 이용하여 냉매를 수막 형태로 상기 박판(16) 상에 분사할 수 있다.
냉각수를 상기 노즐 갭(6)으로부터 가능한 한 균일한 방식으로 배출하고, 그에 따라 상기 박판(16) 상에서의 냉각띠의 형성을 억제하기 위해서, 상기 하우징(3)의 내부에서 유입구 지점(7)과 노즐 갭(6) 사이의 냉각수의 유동 경로 영역에 냉각수에 대한 장벽 기능을 하는 부재(8)가 배치된다. 이 부재(8)는 도 1에 따른 실시예의 경우 배플판으로서 형성된다. 이러한 배플판은 도시된 장방형 윤곽을 가지면서, 도면 평면에 대해 수직으로 본원의 냉각 장치(1)의 폭에 걸쳐 연장된다.
유입구 지점(7)에서부터 냉각수는 2개의 대칭 유동(9' 및 9")으로 분리되며, 이 대칭 유동들은 원호 모양으로 형성된 2개의 채널(10' 및 10") 내에서 상기 각각의 노즐 레일(4 및 5)의 다리부(17 및 18)의 상호 간에 마주보는 측면(11' 및 11") 영역에 도달한다. 이러한 영역에 냉각수에 대한 장벽을 형성하는 배플판(8)이 배치되며, 그로써 도 1에 지시되는 화살표에 따른 편향이 이루어지게 된다. 냉각수는 횡단면이 장방형인 각각의 갭(12' 및 12")을 통해 안내된다. 이러한 장방형 갭은 상호 간에 마주보는 측면(11' 및 11")과 배플판(8' 및 8") 사이에 각각 형성된다. 상기 각각의 갭(12' 및 12")의 상부 말단 영역에서 냉각수는 새로이 편향되고, 노즐 갭(6)의 유입구 위치(13)로 유도된다. 그 다음 상기 유입구 위치에서 냉각수의 두 유동(9' 및 9")은 다시 결합되고, 상기 노즐 갭(6)을 통해 함께 배출된 다.
도 1에 도시된 냉각 장치는 특히 상부로부터 박판(16) 상에 냉각수를 유도할 시에 적합하다.
하지만, 그뿐만 아니라, 상기 박판(16)이 하부로부터 냉각되어야 한다고 하면, 도 2에 도시된 바와 같은 냉각 장치가 이용되는 것이 바람직하다.
도 2에 따라서, 상기 박판(16)은 가이드 롤러들(19)을 이용하여 이송 방향(R)으로 이송되고, 상기 박판은 냉각 장치(1)를 이용하여 하부로부터 냉각수를 공급받게 된다.
도 2에서 알 수 있는 냉각 장치의 기본적인 구성은 도 1에 따른 냉각 장치의 구성에 상응한다. 냉각수는 공급관(1)의 유입구 지점(7)에서 하우징(3) 내로 유입된다. 두 노즐 레일들(4, 5) 역시 도 2에서도 또한 L-형상으로 설계되되, 상기 노즐 레일(4, 5)의 두 다리부(17, 18) 사이에는 이격 간격(a)이 형성되고, 그에 따라 노즐 갭(6)의 폭이 범위 한정된다.
유입구 지점(7)에서 냉각수는 다시금 2개의 대칭 유동(9' 및 9")으로 분리되며, 이 대칭 유동들은 상기 하우징(3) 내부의 각각의 채널(10', 10")을 통해 노즐 갭(6)으로 유도된다.
이러한 경우, 상기 장벽 부재(8)는 단 하나의 평면판으로서 형성되고, 이러한 평면판은, 2개의 하우징 벽부(14' 및 14") 각각에 각각의 폭(b)을 갖는 관통 갭(15' 및 15")이 형성되는 방식으로, 상기 채널(10', 10")의 영역에 설치된다. 상기 각각의 관통 갭(15' 및 15")을 통과한 후 두 냉각수 유동(9' 및 9")은 노즐 갭(6)의 유입구 위치(13)에서 결합되고, 상기 노즐 갭(6)을 통과하여 함께 배출된다.
제안된 실시예를 통해, 박판(16)에 냉각수가 절대적으로 균일하게 공급되고, 그에 따라 목표하는 재료 물성을 달성하기 위한 기술적 한계 조건이 정확하게 설정될 수 있으며, 그로 인해 제조될 스트립 또는 박판의 품질이 증대될 수 있다.
본 발명은 주로 평판 압연기에서, 특히 금속 박판 및 스트립을 제조할 시의 냉각 시스템에 이용된다.

Claims (10)

  1. 금속 박판 및 스트립을 제조할 시에, 압연 공정 후에 상기 금속 박판 및 스트립을 냉각시키기 위한 냉각 장치(1)로서, 하우징(3)과 연결되어, 냉매를 공급하기 위한 공급관(2)을 구비하고, 하우징(3) 내에는 상호 간에 상대적으로 변위 가능하게 배치되는 2개의 노즐 레일(4, 5)이 제공되며, 이 노즐 레일들은 짧은 간격(a)으로 이격되어 배치되어, 냉매에 대해 횡단면이 장방형인 노즐 갭(6)을 형성하는 상기 냉각 장치(1)에 있어서,
    하우징(3) 내부에서 냉매가 상기 하우징(3) 내로 유입되는 유입구 지점(7)과 상기 노즐 갭(6) 사이에 냉매에 대해 장벽을 형성하는 적어도 하나의 장벽 형성 부재(8)가 배치되고,
    냉매는 상기 하우징(3) 내로 유입되는 유입구 지점(7)에서 2개의 대칭 유동(9', 9")으로 분리되며, 상기 대칭 유동들은 각각의 노즐 레일(4, 5)의 2개의 채널(10', 10")로 공급되고, 유동 방향으로 상기 노즐 레일(4, 5)의 전방에 냉매에 대해 장벽을 형성하는 장벽 형성 부재(8', 8")가 상기 채널(10', 10") 내부에 각각 배치되고,
    상기 장벽 형성 부재(8', 8")와 상기 노즐 레일(4, 5)의 노즐 갭(6)에 대해 반대측에 있는 노즐 레일의 측면(11', 11")은 냉매에 대해 횡단면이 장방형인 갭(12', 12")을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 장벽 형성 부재(8)는 상기 하우징(3)의 내부에서 냉매의 유동을 편향시키는 배플판으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 장벽 형성 부재(8)는 상기 노즐 레일(4, 5)에 대해 평행하게 연장되는 평면판으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 장벽 형성 부재(8)의 길이는 상기 노즐 레일들(4, 5)의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 냉매는 상기 갭(12', 12")으로부터 상기 노즐 갭(6)으로 안내되고, 냉매의 두 유동(9', 9")은 상기 노즐 갭(6)의 유입구 위치(13)에서 다시 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 채널(10', 10")은 적어도 부분적으로 횡단면이 아치 형상인 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉매는 상기 하우징(3) 내로 유입되는 유입구 지점(7)에서 2개의 대칭 유동(9', 9")으로 분리되며, 상기 대칭 유동들은 2개의 채널(10', 10")로 안내되어 상기 노즐 갭(6)으로 공급되고, 상기 2개의 채널(10', 10")의 횡단면을 축소시키는 방식으로 하나의 부재(8)가 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 부재(8)는 판으로 형성되며, 상기 판은 이격 폭(b)을 갖는 2개의 관통 갭(15', 15")이 형성되는 방식으로 2개의 하우징 벽부(14', 14") 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
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