KR101135509B1 - 금속 스트랜드 주조용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 재료 공급 용기를 구비하는, 금속, 특히 스틸의 스트랜드(strands of metal)를 주조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 재료 공급 용기의 주입 노즐을 통해 액체 금속이 순환용 컨베이어 벨트의 운반부에 전달되며, 컨베이어 벨트는 제1 편향 롤러와 제2 편향 롤러 사이에서 순환하는 얇은 내열 벨트로 구성되고, 제1 편향 롤러 뒤의 주입 노즐의 영역 내에서 액체 금속을 수용하기 위한 홈통 모양을 취하며, 제2 편향 롤러 부근에서 평 벨트의 모양을 다시 회복한다. 벨트에 대한 변형을 감소시키기 위해서, 본 발명은 편향 롤러 중 하나 이상이 볼록하게 캠버가 형성되어야 하는 것을 제안하고 있다.
주입 노즐, 컨베이어 벨트, 재료 공급 용기, 편향 롤러, 캠버

Description

금속 스트랜드 주조용 장치{DEVICE FOR CASTING STRANDS OF METAL}
본 발명은, 재료 공급 용기를 구비하는, 금속, 특히 스틸의 스트랜드(strands of metal) 주조용 장치에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 재료 공급 용기의 주입 노즐에 의해 액체 금속이 순환용 컨베이어 벨트의 운반부에 전달되며, 컨베이어 벨트는 제1 편향 롤러와 제2 편향 롤러 사이에서 순환하는 얇은 내열 벨트로 구성되고, 제1 편향 롤러의 뒤의 주입 노즐의 영역 내에서 액체 금속을 수용하기 위한 홈통 모양을 취하며, 제2 편향 롤러 부근에서 평 벨트의 모양을 다시 회복한다.
상술한 유형의 장치는 일본 공개특허 제59147755A호로부터 공지되어 있는 바, 상기 장치에서는, 두 편향 롤러 사이의 운반 경로를 따라 배치되어, 벨트에 작용하는 수직 및 수평 운반 롤러에 의해 벨트가 홈통 모양을 이룬다.
액체 금속을 통해 벨트에 작용하는 벨트의 폭에 따른 비교적 큰 온도차라는 요인과, 벨트 형상의 변형, 즉 평평한 형상에서 홈통 모양으로, 그리고 다시 평 벨트 형상으로 회복되는 벨트의 변형이라는 요인으로 인해 벨트의 폭 방향으로 벨트의 길이 변화가 매우 커서 벨트 재료는 특히 에지 영역에서 큰 응력을 받는다.
벨트(이러한 목적으로 보통 스틸 벨트가 사용됨)는 사용되는 벨트 재료에 상응하는 탄성을 갖지만, 벨트에는 그 폭 방향으로 상이한 응력이 작용하기 때문에 벨트의 비용 효율적 수명을 달성하기 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은, 벨트에 대한 응력이 감소하거나 균일해지도록, 장치를 설계하는 데 있다. 또한, 벨트에 대한 응력이 감소하거나 더욱 균일해지기 때문에 벨트 재료에 새로운 재료가 사용된다. 또한, 캠버(camber) 각도의 특정 조절을 위해 홈통의 단면 형상에 맞게 입구 길이와 출구 길이가 조정된다. 이로 인하여, 주조 공정의 비용 효율이 상당히 증가한다.
본 발명에 따른 상술한 목적은 하나 이상의 편향 롤러에 볼록하게 캠버(camber)를 형성함으로써 달성된다.
하나 이상의 편향 롤러에 의도적으로 캠버를 형성하면, 벨트가 홈통 형상을 형성함으로써 생긴 벨트의 수축이 적어도 부분적으로 보상될 수 있고, 또한 벨트의 폭 방향에서의 상이한 온도 분포가 캠버의 형성에 고려되기 때문에, 벨트에 대한 응력이 균일해지고, 결국 벨트 수명에 긍정적인 영향을 미친다.
예컨대, 주물 파라미터의 변경으로 생기는 길이의 변화를 보상할 수 있도록 편향 롤러의 캠버가 압력 매체에 의해 변경되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 롤러의 쉘(roller shell)에 공동부(profiled cavity)가 형성된다. 이와 관련하여, 제1 편향 롤러의 캠버가 제2 편향 롤러의 캠버보다 작은 것이 바람직하다.
캠버는 홈통의 기하학적 형상에 기반하여 산출될 수 있다. 주물의 수축에 대응하여 홈통의 단면 형상이 벨트의 길이에 걸쳐 변하는 경우에는 평균적인 홈통의 형상이 계산에 사용된다.
세부 구성이 도 1 내지 도 4에 도시되고 있다.
도 1은 편향 롤러를 구비한 벨트의 개략적인 측면도이다.
도 2는 홈통 모양에 대한 단면도이다.
도 3은 편향 롤러의 계산 및 캠버링을 위한, 직사각형 형상 등의 단순화된 홈통 모양을 갖는 계산 모델이다.
도 4는 온도의 영향을 계산하기 위한 홈통 단면도이다.
도 1은 금속 스트랜드 주조용 장치에 사용되는 편향 롤러를 구비한 벨트의 개략적인 측면도이다. 도시된 바와 같이, 주입 노즐(16)을 통해 액체 금속이 벨트(10)에 전달된다. 벨트(10)는 제1 편향 롤러(12)와 제2 편향 롤러(14) 사이에서 순환하는 얇은 내열성 재료로 된 컨베이어 벨트(10)로 구성된다. 벨트(10)는 제1 편향 롤러(12)을 지나 주입 노즐(16) 영역에서 전달된 액체 금속을 수용할 수 있도록 홈통의 단면 형상(도 2)을 취하고, 제2 편향 롤러(14) 부근에서 다시 평평한 형상을 회복한다. 또한, 편향 롤러(12, 14) 중 하나 이상의 롤러에는 볼록하게 캠버(camber)가 형성된다.
캠버(camber)는 각각의 편향 롤러(12, 14)와 홈통 단면 형상(trough profile) 사이의 벨트 길이 Le(입구 길이)와 La(출구 길이)의 함수이거나, 또는, 다른 관점에서 보면, 캠버(camber)는 벨트 폭(BB), 홈통 폭(BT), 홈통 높이(HT), 및 홈통의 단면 형상(도 2)의 함수이다. 단, 홈통의 단면 형상은 계산의 편의를 위해 벨트의 길이 방향으로의 직사각형 형상을 가정한다.
캠버는 함수 f(Le(a), BB, BT, HT, 홈통 단면 형상)에 의해 산출된다.
홈통 단면의 A 점과 B 점 간의 좌표(X, Y)와, 길이 Le(a)에 따라 편향 롤러상의 C 점과 D 점 간의 벨트 폭(BB)의 절반에 있어서 모든 점에 대해 캠버의 계산이 이루어질 수 있다. 캠버의 계산은 입구부와 출구부에 대해서 이루어져야 한다.
벨트의 폭에 걸친 온도 분포의 변화로 인한 벨트의 길이 변화의 계산은 다음의 식에 의해 간단히 이루어질 수 있다. 정확한 계산을 위하여, 벨트의 폭에 걸친 온도 프로파일이 주물 파라미터에 따라 계산된다.
2개의 식에 의하여, 벨트의 폭에 걸쳐 인장 응력이 균일해지도록 하기 위한 편향 롤러의 최적의 캠버는 중첩에 의해 소정의 홈통 단면(주물 형태) 및 온도 프로파일에 대해 계산될 수 있다.
Figure 112009049414005-pct00001
Figure 112009049414005-pct00002
Figure 112009049414005-pct00003
여기서,
BB는 벨트의 폭(도 3 참조),
BT는 홈통의 폭(도 3 참조),
HT는 홈통의 높이(도 2 및 3 참조),
LTrough은 입구와 출구 사이의 (최종적인) 홈통 형상의 길이(도 1),
Le는 제1 편향 롤러의 중심으로부터 최종적인 홈통 형상까지의 입구 길이(도 1 참조),
La는 최종적인 홈통 형상으로부터 제2 편향 롤러의 중심까지의 출구 길이(도 1 참조),
L V 는 홈통의 길이방향으로의 공간 대각선의 길이(도 3 참조),
X는 LV를 계산하기 위한 X 좌표(도 3 참조),
XB는 점 C로부터 떨어진 거리(도 3 참조),
XT는 벨트 또는 홈통의 중심으로부터 떨어진 거리(도 3 참조),
Y는 LV를 계산하기 위한 Y 좌표(도 3 참조),
ΔlTemp는 벨트의 폭에 걸친 온도 분포의 변화로 인한 벨트의 길이 변화
TM은 벨트의 중심에서의 온도(도 4 참조),
TR은 벨트의 에지 영역에서의 온도(도 4 참조),
α는 벨트 재료의 팽창 계수, 및
β는 수직으로부터의 편향 각도이다.
본 발명의 실시예는 종속 청구항에서 나타내어진다.
바람직하게, 제1 편향 롤러의 캠버는 제2 편향 롤러의 캠버보다 작을 수 있다.
편향 롤러 중 하나 이상의 롤러의 캠버는, 예컨대 압력 매체에 의해 변형될 수 있어야 한다. 이를 위해, 롤러의 쉘에는 압력을 가하기 위한 공동부가 형성될 수 있다.
입구 길이 및 출구 길이는 각각, 바람직하게 500㎜ 보다 더 커야 한다.
최대 입구 길이 또는 출구 길이는, 캠버가 홈통 형상으로 인해 2% 보다 커지지 않도록, 선택된다.
벨트는 편향 롤러에 의해 홈통 형상 또는 평 벨트를 형성하기 위한 거리(Le(a))에 대해 계속해서 바람직하게 형성될 수 있다.
벨트의 재료로서 특히 적합한 것으로는 CuNi, Fe계 내열충격 합금이 있다.
벨트의 재료는 단상 또는 다상 Cu 합금이나 니켈계 합금으로 이루어질 수 있다.
벨트 재료의 두께는 0.5㎜ 내지 2.0㎜이어야 한다.
홈통 형상은 아크 형상을 가져야 하고, 바람직하게는 대칭을 이루어야 한다.
홈통 형상의 양 단부는 실질적으로 직선 영역을 가진다. 또한, 홈통 형상의 측면은 주물보다 10㎜만큼 더 높다. 그리고, 홈통 형상의 측면은 수직에 대하여 +25° 및 -25°의 편향 각도를 가질 수 있다. 또한, 상기 홈통 형상은 홈통의 길이에 걸쳐 주물 방향으로 롤러를 조정하여 주물 단면의 수축에 대응하도록 조절될 수 있다.

Claims (21)

  1. 재료 공급 용기를 구비하는 금속 스트랜드 주조용 장치에 있어서,
    상기 재료 공급 용기의 주입 노즐(16)에 의해, 액체 금속이 순환용 컨베이어 벨트(10)의 운반부에 전달되고,
    상기 컨베이어 벨트(10)는 제1 편향 롤러(12)와 제2 편향 롤러(14) 사이에서 순환하는 얇은 내열성 벨트로 구성되며,
    상기 컨베이어 벨트(10)는 상기 제1 편향 롤러(12)을 지나 주입 노즐(16)의 영역에서 상기 주입 노즐(16)에 의해 주입되는 액체 금속을 수용할 수 있도록 홈통 형상을 취하고, 상기 제2 편향 롤러(14) 앞에서 평 벨트의 모양을 회복하며,
    상기 편향 롤러(12, 14) 중 하나 이상의 롤러에 볼록하게 캠버(camber)가 형성된 것을 특징으로 하는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캠버는 홈통 형상의 형성으로 인한 벨트의 수축이 보상되도록 형성되는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캠버는 다음의 식에 따라 계산되는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
    Figure 112011066597324-pct00004
    Figure 112011066597324-pct00005
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벨트의 폭에 걸친 온도 분포의 변화로 인한 상기 벨트의 길이 변화가 상기 캠버의 형성에 고려되어 다음의 식에 따라 계산되는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
    Figure 112011066597324-pct00006
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 벨트의 폭에 걸쳐 인장 응력이 균일해지도록 하기 위한 편향 롤러의 최적의 캠버는 중첩에 의해 주어진 홈통 형상(주물 형태) 및 온도 프로파일에 대해 계산되는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 편향 롤러의 캠버는 상기 제2 편향 롤러의 캠버보다 작은, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 롤러 중 하나 이상의 롤러의 캠버가 압력 매체에 의해 변경될 수 있는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    롤러의 쉘에 압력을 가하기 위한 공동부가 형성되어 있는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    입구 길이 및 출구 길이는 각각 500㎜보다 큰, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    최대 입구 길이 또는 최대 출구 길이는, 상기 홈통 형상으로 인한 상기 캠버가 2%보다 크지 않도록, 선택되는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨트는 상기 편향 롤러에 의해 상기 홈통 형상 또는 평 벨트를 형성하기 위한 거리(Le(a))에서 계속해서 형성되는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨트의 재료는 CuNi계 내열 충격성 합금 또는 Fe계 내열충격 합금으로 이루어진, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨트의 재료는 단상 Cu 합금 또는 다상 Cu 합금으로 이루어진, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨트의 재료는 니켈계 합금으로 이루어진, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨트의 두께는 0.5㎜ 내지 2.0㎜인, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  16. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈통 형상은 아크 형상인, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  17. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈통 형상은 대칭을 이루는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  18. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈통 형상의 양 단부는 직선 영역을 가지는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  19. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈통 형상의 측면은 주물보다 10㎜만큼 더 높은, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 홈통 형상의 측면은 수직에 대하여 +25° 및 -25°의 편향 각도를 가지는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
  21. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈통 형상은 홈통의 길이에 걸쳐 주물 방향으로 롤러를 조정하여 주물 단면의 수축에 대응하도록 조절될 수 있는, 금속 스트랜드 주조용 장치.
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