KR101185022B1 - 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치 - Google Patents

Abstract

압연롤 표면의 중간부분 온도가 크게 상승되는 것을 방지하여 압연롤이 전체적으로 균일한 온도 분포를 갖도록 하기 위해 압연롤 내부에 냉각유로가 형성된 압연롤 장치가 소개된다.
상기 장치는 내부에 중공부(111)가 형성되고 외주면은 일정두께의 표면부(112)를 가지며 상기 표면부(112) 내측면과 접촉되는 냉각유로부(113)가 형성된 원기둥 형태의 롤바디(110); 상기 중공부(111)에 롤바디(110)의 길이방향을 따라 배치되며 냉각수가 유입되는 인입관(120); 상기 중공부(111)에 롤바디(110)의 길이방향을 따라 배치되며 냉각수가 배출되는 배출관(130); 상기 인입관(120) 및 배출관(130)과 상기 냉각유로부(113)가 각각 연통되도록 하는 복수개의 가지관(140);을 포함한다.

Description

냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치{ROLLING ROLL HAVING COOLING PASS}

본 발명은 압연롤 표면의 중간부분 온도가 크게 상승되는 것을 방지하여 압연롤이 전체적으로 균일한 온도 분포를 갖도록 하기 위해 압연롤 내부에 냉각유로가 형성된 압연롤 장치에 관한 것이다.

도1에 도시된 바와 같이 압연공정에서 사용되는 압연롤(10)은 소재와 접촉하여 마찰에 의해 발생한 열 또는 소재로부터 전달된 열에 의해서 열 팽창하게 된다.

상기 압연롤의 롤표면(11)은 실질적으로 고온의 소재를 가압하는 부분인바, 대부분의 경우 롤표면의 양 끝단부는 대류에 의하여 중간부보다 온도가 낮아지고, 중간부는 계속해서 열이 누적되어 결국 중간부가 단부보다 더 볼록해지는 형태가 되는데, 이를 열크라운이라고 한다.

상기 압연롤(10)의 표면 상태는 제품의 표면품질 및 두께에 직접적인 영향을 미치기 때문에 압연롤(10)의 피로도 및 마모 등을 감안하여 일정시간마다 교체하여 사용되는데, 상기와 같이 교체된 압연롤은 최소 3-4시간 정도의 자연 공냉을 실시한 후 열연작업에 재사용된다.

이때 고온의 슬라브 또는 스트립과 접촉하는 압연롤(10)의 중간부와 양측 단부에는 위에서 설명한 바와 같이 심한 온도차가 발생하며, 이로 인해 열크라운이 심화되어 압연에 적합한 조건을 유지하지 못한다.

상기와 같이 발생되는 압연롤(10)의 열크라운은 제품 생산시 품질에 직접적인 영향을 미치므로 이를 보상하기 위하여 통판성, 압연롤의 재질 등을 고려하여 상기 압연롤에 초기 크라운(initial crown)을 부여하여 사용하고 있다.

그러나, 열연작업 후 교체된 압연롤의 공냉에 소요되는 시간(최소 3-4시간 정도)이 과다하여 열연작업의 생산성을 저하시키는 문제점이 발생하며, 압연롤의 공냉이 충분하지 못한 경우 열연공정에 투입된 압연롤은 고온의 슬라브나 스트립으로부터 열이 전달되어 열크라운이 쉽게 발생하는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 종래에는 상기 압연롤을 수냉시켰으나 상기 압연롤 표면이 냉각수로 인해 부식되어 조도가 불량해져 스트립의 표면 품질을 저하시킨다는 문제점이 발생된다.

그리고, 압연롤의 표면을 수냉시키는 경우 고온의 스트립과의 급격한 온도차에 의해 압연롤에 열충격이 가해져 절손되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 압연롤의 중간부에 열크라운이 발생하는 것을 방지하고 압연롤을 별도로 냉각시키는 공정을 최소화하여 작업효율을 높이기 위한 것으로 압연롤 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 별도의 냉각유로 구조를 마련하여 압연롤 중간부와 양단부 간의 온도차를 최소화하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,

내부에 중공부가 형성되고 외주면은 일정두께의 표면부를 가지며 상기 표면부 내측면과 접촉되는 냉각유로부가 형성된 원기둥 형태의 롤바디;

상기 중공부에 롤바디의 길이방향을 따라 배치되며 냉각수가 유입되는 인입관;

상기 중공부에 롤바디의 길이방향을 따라 배치되며 냉각수가 배출되는 배출관;

상기 인입관 및 배출관과 상기 냉각유로부가 각각 연통되도록 하는 복수개의 가지관;을 포함하는 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치를 제공한다.

또한 상기 가지관은 롤바디의 중간부분으로 많은 냉각수가 공급되도록 롤바디의 길이방향에 대한 중간부분에 가지관의 개수가 가장 많고 롤바디의 양단 쪽으로 갈수록 가지관의 개수가 줄어드는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가지관은 롤바디의 중간부분으로 많은 냉각수가 공급되도록 롤바디의 길이방향에 대한 중간부분에 배치되는 가지관의 단면적이 가장 크고 롤바디의 양단 쪽으로 갈수록 가지관의 단면적이 감소하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 냉각유로부는 롤바디의 중간부분에 많은 양의 냉각수가 잔류하도록 롤바디의 길이방향에 대한 중간부분에 배치되는 냉각유로부의 단면적이 가장 크고 롤바디의 양단 쪽으로 갈수록 냉각유로부의 단면적이 감소하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 압연롤 중간부가 양단보다 더 냉각되도록 하는 냉각유로 구조를 통해 냉각롤 전체가 비교적 균일한 온도분포를 갖도록 함으로써 압연롤의 중간부에 열크라운이 발생하는 것을 방지하고 압연롤을 별도로 냉각시키는 공정을 최소화하여 작업효율이 개선되도록 함에 있다.

도1은 종래 압연롤의 구조를 나타낸 단면도,
도2는 본 발명에 따른 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치를 나타낸 사시도,
도3은 본 발명에 따른 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치의 내부 구조를 보이기 위한 참고도,
도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 압연롤 장치의 냉각유로 구조를 보인 단면도,
도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 압연롤 장치의 냉각유로 구조를 보인 단면도,
도6은 본 발명의 제3실시예에 따른 압연롤 장치의 냉각유로 구조를 보인 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도2 및 도3에 도시된 바와 같이 본 발명은 압연롤의 중간부와 양 끝단부의 온도 차이를 최소화하기 위하여 압연롤 내부에 냉각유로 구조가 마련된 것을 특징으로 하고, 압연롤 내부에 형성된 냉각유로의 구조는 도4 내지 도6에 나타낸 각 실시예에 따른다.

먼저, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치는 크게 롤바디(110)와, 인입관(120)과, 배출관(130) 및 가지관(140)을 포함하여 이루어진다.

상기 롤바디(110)는 본 발명에 따른 압연롤의 전체적인 외관을 이루는 구성으로서, 상기 롤바디(110)의 내부에는 소정 직경을 갖는 중공부(111)가 형성된다.

또한 상기 롤바디(110)의 외주면은 소정 두께로 이루어진 표면부(112)를 갖는데, 상기 표면부(112)는 실질적으로 소재를 가압하여 압연하는 부위로 소재와의 마찰 또는 소재로부터 전달된 열에 의해 온도가 상승하는 부위이다.

또한, 상기 롤바디(110)에는 표면부(112) 내측면과 접촉되는 냉각유로부(113)가 형성되는데, 상기 냉각유로부(113)는 냉각수가 흐를 수 있도록 소정의 수용공간이 형성되는 부위로 상기 표면부(112)를 내측에서 감싸듯이 커버하고 있어서 냉각유로부(113)에 냉각수가 흐르게 되면 상기 표면부(112)와의 열교환을 통해 표면부(112) 온도를 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 인입관(120)은 상기 롤바디(110)의 중공부(111)에 배치되는 것으로, 상기 인입관(120)은 롤바디(110)의 길이방향을 따라 길게 배치되며 상기 인입관(120)에는 냉각수가 유입된다.

상기 인입관(120)은 도면에 나타내지 않은 별도의 냉각수공급수단과 파이프 또는 호스로 연결되어 냉각수를 공급받게 된다.

또한, 상기 배출관(130)은 상기 중공부(111)에 롤바디(110)의 길이방향을 따라 길게 배치되며 상기 인입관(120)으로 공급된 냉각수가 상기 냉각유로부(113)를 따라 이동하면서 표면부(112)와의 열교환을 끝내고 나면 외부로 배출되도록 하는 구성이다. 따라서 상기 표면부(112)와의 열교환에 의해 온도가 상승된 냉각수는 상기 배출관(130)을 통해 외부로 배출되는데 이때에도 별도의 파이프나 호스와 연결되어 외부로 배출이 유도된다.

참고로 상기 인입관(120)과 배출관(130)은 상기 롤바디(110)의 중공부(111)에 배치되는 것이기는 하지만, 도2에 도시된 바와 같이 롤바디(110)를 회전시키기 위해 롤바디(110)의 양단에 마련된 회전축(110a)에 의해 외부로 노출되지 않도록 커버되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 가지관(140)은 인입관(120) 및 배출관(130)이 상기 냉각유로부(113)와 각각 연통되도록 적어도 2개 이상 마련되는 것으로, 상기 인입관(120)과 냉각유로부(113)가 가지관(140)을 매개로 연통되어 인입관(120)으로 유입된 냉각수가 상기 가지관(140)을 거쳐 냉각유로부(113)로 공급될 수 있도록 한다.

또한, 냉각유로부(113)로 들어온 냉각수는 냉각유로부(113)를 따라 롤바디(110)의 길이방향 및 원주방향을 따라 흐르면서 표면부(112)와의 열교환을 마치게 되고 다시 다른 가지관(140)을 통해 배출관(130)을 거쳐 외부로 배출된다.

여기서, 상기 롤바디(110)의 표면부(112)는 앞에서 설명한 바와 같이 중간 부분의 온도가 양단의 온도보다 높기 때문에 온도 편차가 생겨 제품의 품질에 영향을 끼치는 바, 상기 표면부(112)의 전체 온도를 균일하게 유지시키기 위해서는 상기 표면부(112)의 중간 부위를 양단보다 더 냉각시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 롤바디(110) 표면부(112)의 중간부위가 양단보다 더 냉각되도록 하는 냉각유로 구조를 도4 내지 도6에 나타낸 바와 같이 서로 다른 실시예로써 제안한다.

먼저 도4에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의하면, 상기 가지관(140)은 롤바디(110)의 중간부분으로 많은 냉각수가 공급되도록 롤바디(110)의 길이방향에 대한 중간부분에 가지관(140)의 개수가 가장 많고 롤바디(110)의 양단 쪽으로 갈수록 가지관(140)의 개수가 줄어드는 구조로 이루어진다.

즉, 상기 롤바디(110)의 표면부(112) 중간부분에 상기 가지관(140)의 개수가 집중되어 있기 때문에 인입관(120)을 통해 유입된 냉각수는 롤바디(110)의 중간부분으로 최대 공급되는바, 이에 따라 롤바디(110)의 중간부분 냉각률이 최대가 되어 상대적으로 양단에 비해 고온이던 중간부분의 온도가 양단과 비슷해질 수 있다.

도4에서는 도면의 편의상 롤바디(110)의 중간부분에 3개의 가지관(140)이 배치되고 양단으로 갈수록 2개, 1개로 점차 줄어들게 실시되었으나, 상기 가지관(140)의 개수는 반드시 도시된 것에 국한되지 않고 제어하고자하는 롤바디(110) 표면부(112)의 온도를 고려하여 그 개수를 설정하면 된다.

또한, 도5에 도시된 본 발명의 제2실시예에 의하면, 상기 가지관(140)은 롤바디(110)의 중간부분으로 많은 냉각수가 공급되도록 롤바디(110)의 길이방향에 대한 중간부분에 배치되는 가지관(140)의 단면적이 가장 크고 롤바디(110)의 양단 쪽으로 갈수록 가지관(140)의 단면적이 감소되는 구조로 이루어진다.

도4에 의한 본 발명의 제1실시예가 가지관(140)의 개수를 통해 상기 표면부(112)의 온도편차를 제어했다면, 도5에 의한 본 발명의 제2실시예는 상기 가지관(140)의 단면적을 통해 표면부(112)의 온도편차를 제어하게 된다.

도5와 같이 상기 가지관(140)의 단면적이 롤바디(110)의 중간부분이 가장 크고 양단으로 갈수록 감소되도록 하면 상기 가지관(140)을 통해 흐르는 냉각수의 유량이 가지관(140) 단면적에 비례하여 변하기 때문에 롤바디(110)의 중간부분의 냉각률이 가장 커지게 된다.

또한 도6에 도시된 본 발명의 제3실시예에 의하면, 상기 냉각유로부(113)는 롤바디(110)의 중간부분에 많은 양의 냉각수가 잔류하도록 롤바디(110)의 길이방향에 대한 중간부분에 배치되는 냉각유로부(113)의 단면적이 가장 크고 롤바디(110)의 양단 쪽으로 갈수록 냉각유로부(113)의 단면적이 감소하는 구조로 이루어진다.

이때, 상기 가지관(140)은 도6에 도시된 바와 같이 등간격으로 이루어져도 무방하고 앞에서 설명한 제1실시예 및 제2실시예와 같은 구조로 이루어져도 무방하다.

다만, 도6에 도시된 제3실시예의 특징은 롤바디(110)의 중간부분에 잔류하는 냉각수의 양이 가장 크기 때문에 상기 표면부(112)와의 열교환이 가장 커서 중간부분의 냉각률이 양단보다 커지는데 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능한바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

110 : 롤바디 111 : 중공부
112 : 표면부 113 : 냉각유로부
120 : 인입관 130 : 배출관
140 : 가지관

Claims (4)

1. 내부에 중공부(111)가 형성되고 외주면은 일정두께의 표면부(112)를 가지며 상기 표면부(112) 내측면과 접촉되는 냉각유로부(113)가 형성된 원기둥 형태의 롤바디(110);
   상기 중공부(111)에 롤바디(110)의 길이방향을 따라 배치되며 냉각수가 유입되는 인입관(120);
   상기 중공부(111)에 롤바디(110)의 길이방향을 따라 배치되며 냉각수가 배출되는 배출관(130);
   상기 인입관(120) 및 배출관(130)과 상기 냉각유로부(113)가 각각 연통되도록 하는 복수개의 가지관(140);을 포함하는 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 가지관(140)은 롤바디(110)의 중간부분으로 많은 냉각수가 공급되도록 롤바디(110)의 길이방향에 대한 중간부분에 가지관(140)의 개수가 가장 많고 롤바디(110)의 양단 쪽으로 갈수록 가지관(140)의 개수가 줄어드는 것을 특징으로 하는 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가지관(140)은 롤바디(110)의 중간부분으로 많은 냉각수가 공급되도록 롤바디(110)의 길이방향에 대한 중간부분에 배치되는 가지관(140)의 단면적이 가장 크고 롤바디(110)의 양단 쪽으로 갈수록 가지관(140)의 단면적이 감소하는 것을 특징으로 하는 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각유로부(113)는 롤바디(110)의 중간부분에 많은 양의 냉각수가 잔류하도록 롤바디(110)의 길이방향에 대한 중간부분에 배치되는 냉각유로부(113)의 단면적이 가장 크고 롤바디(110)의 양단 쪽으로 갈수록 냉각유로부(113)의 단면적이 감소하는 것을 특징으로 하는 냉각유로 구조를 갖는 압연롤 장치.

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