KR101235768B1 - 멘드릴 드럼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열연강판 제조공정 중에 조압연된 열연강판을 코일 박스에 코일링(coiling) 및 언코일링(uncoiling)하는 멘드릴 드럼에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 멘드릴 드럼은 열간압연 설비에서 이동되는 열연강판을 코일링(coiling) 및 언코일링(uncoiling)하도록 코일 박스에 구비되는 멘드릴 드럼으로서, 상기 강판이 권취되도록 내부가 중공된 파이프 형상으로 형성되고, 상기 강판의 단부가 인입되는 슬롯이 길이방향으로 형성되는 드럼쉘과; 상기 드럼쉘의 중심부에 길이방향으로 축결합되어 상기 드럼쉘이 회전 가능하도록 장착되는 샤프트축을 포함하고, 상기 드럼쉘의 슬롯으로 인입되는 상기 강판의 꺽임각도를 가이드하도록 상시 드럼쉘의 내주면 중 상기 슬롯의 인접영역에서 상기 슬롯방향으로 돌출되는 다수의 가이드돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

멘드릴 드럼{MANDREL DRUM}

본 발명은 멘드릴 드럼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열연강판 제조공정 중에 조압연된 열연강판을 코일 박스에 코일링(coiling) 및 언코일링(uncoiling)하는 멘드릴 드럼에 관한 것이다.

일관 제철소는 제선 -> 제강 -> 연속주조 -> 열간압연과 같은 일련의 공정을 통해 원료인 철광석으로부터 다양한 종류의 철강재를 생산하고 있다. 각 공정을 간략하게 설명하면, 제선은 고로의 상부를 통해 괴 형태의 철광석 및 코크스를 장입한 후 아래로부터 열풍을 불어 넣어 상호 환원시킴으로써 쇳물인 용선을 얻는 공정이고, 제강은 용선을 전로, 2차 정련 등의 여러 단계의 성분 조정을 통해 불순물을 제거함으로써 용강을 얻는 공정이다.

연속주조는 통상 만곡 형태로 된 연속주조기를 통해 액체 상태인 용강을 연속적으로 냉각 응고시켜 250mm 두께의 슬래브와 같은 중간소재를 얻는 공정이며, 열간압연은 중간소재를 1100 ~ 1300℃의 고온으로 재가열한 후 조압연 및 마무리 압연을 통해 고객이 원하는 두께와 폭으로 최종 압연하는 공정이다. 자동차 강판 등 더욱 우수한 품질이 요구되는 경우 열간압연된 강판을 가지고 냉간압연 및 도금 공정을 실시하는 경우도 있으나, 기본적인 제철 공정은 상기 제선, 제강, 연속주조, 열간압연으로 이루어진다.

이상에서 설명한 전통적인 제철 공정을 개선하여 효율성을 증대시키고자 미니밀 공정 및 하이밀 공정 등이 개발되어 사용되고 있다.

전통적인 제철 공정이나 미니밀 공정 및 하이밀 공정에서 열간압연을 하는 동안 강판의 온도, 특히 열연강판의 길이 방향 온도를 일정하게 유지하게 위하여 맨드릴(mandrel) 타입의 코일 박스를 구비하는 경우가 있다. 맨드릴 타입의 코일 박스는 통상 조압연과 마무리 압연 사이에 위치하여 열연강판을 감거나(coiling) 풀(uncoiling) 수 있도록 해주는 장치이다. 맨드릴 타입의 코일 박스의 사용 여부는 열연강판의 두께에 따라 결정되나, 통상적으로 강판의 두께가 20mm 이하에서는 맨드릴을 사용하여야 원형으로 권취할 수 있다고 알려져 있다.

종래 맨드릴 타입이 적용되는 열연강판의 제조 장치 및 방법에 대해서는 "열연강판의 온도 균일화 장치 그 방법(공개특허 10-2011-0072963)"에서 구체적으로 공지되어 있다.

도 1은 코일 박스가 사용되는 일반적인 열간압연 장치를 보여주는 도면으로서, 턴디쉬(1)에서 공급되는 용강은 만곡형의 연속주조기(2)를 통해 50 ~ 100mm의 얇은 슬라브로 주조되고, 이 얇은 슬라브는 조압연기(3)를 통해 1차 압연된다. 1차 압연된 열연강판은 절단기(4)를 통해 1개의 코일 길이에 해당하는 무게 단위로 절단되고, 유도 가열로(5)를 통과하는 동안 통상 1100℃ 이상 온도로 균일하게 재가열된다.

재가열된 열연강판은 마무리 압연기(7)의 압연속도에 맞추기 위하여 코일 박스(6) 내에 설치된 맨드릴 드럼(6a)에 임시로 권취된다. 권취된 동안에 일정한 온도를 유지하기 위하여 코일 박스(6)에는 가열로 기능이 포함된다. 맨드릴 드럼(6a)에서 권출된 열연강판은 마무리 압연기(7)에서 소비자가 원하는 두께로 압연되어 다운 코일러(8)에 최종 권취된다.

도 2는 종래의 맨드릴 드럼을 보여주는 단면도로서, 맨드릴 드럼(6a)은 슬라브(또는 바; S)가 권취되도록 내부가 중공된 파이프 형상으로 형성되고, 상기 슬라브(S)의 단부가 인입되도록 길이방향으로 슬롯이 형성되는 드럼쉘(10)과; 상기 드럼쉘(10)의 중심부에 길이방향으로 축결합되어 상기 드럼쉘(10)과 일체로 회전 구동되는 샤프트축(20)을 포함한다. 이때 상기 드럼쉘(10)의 내주면에는 상기 슬롯(11)의 형성 및 슬롯(11) 부위의 구조 변경에 의해 드럼쉘(10)의 회전시 무게 중심이 샤프트축(20)과 일치하지 않는 것을 보상하기 위하여 슬롯(11)이 형성되는 위치의 반대 위치에 드럼쉘(10)의 길이방향으로 복수의 보강재(13)가 형성된다.

하지만, 복수의 보강재(13) 형성에 의해 상기 드럼쉘(10)에는 보강재(13)의 형성부위에 열팽창에 의한 열응력이 집중되고, 이에 따라 보강재(13)가 형성된 부위의 드럼쉘(10) 외주면 및 내주면에는 길이방향의 크랙이 발생되는 문제가 있었다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 슬라브(S)는 드럼쉘(10)의 외주면에 권취될 때 그 단부가 고정되기 위하여 슬라브(S)의 단부가 드럼쉘(10)의 슬롯(11)을 통과하면서 꺽인 다음 샤프트축(20)을 지나도록 인입된다. 그래서 슬라브(S) 단부의 일면이 샤프트축(20)에 지지되고, 슬라브(S) 단부의 타면이 슬롯(11)에 지지됨에 따라 슬라브(S)의 단부가 드럼쉘(10)에 고정되는 것이다.

이렇게 슬라브(S)를 드럼쉘(10)에 고정시키기 위하여 슬라브(S)의 단부를 드럼쉘(10)의 내부로 인입시키는 과정이 필수적으로 필요하지만, 드럼쉘(10)의 내부로 인입된 슬라브(S)의 단부는 드럼쉘(10) 내부와 외부의 온도차에 의해 열변형이 발생되어 최종적으로 절단되어 제거되어야 한다. 그런데 종래의 방법으로는 드럼쉘(10)의 내부로 인입되는 슬라브(S)의 길이가 너무 길어 절단되어 제거되는 양이 많아지게 되고, 이는 열연강판의 생산성을 저하시키는 요인으로 작용하였다.

공개번호 10-2011-0072963 (2011.06.29)

본 발명은 슬라브를 맨드릴 드럼에 권취시키기 위하여 드럼쉘의 내부로 인입되어 고정되는 길이를 최소화하여 열연강판의 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 맨드릴 드럼을 제공한다.

또한, 본 발명은 종래의 맨드릴 드럼에서 보강재가 형성되는 부위에 집중되어 발생되는 길이방향 크랙의 발생을 방지할 수 있는 맨드릴 드럼을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 멘드릴 드럼은 열간압연 설비에서 이동되는 열연강판을 코일링(coiling) 및 언코일링(uncoiling)하도록 코일 박스에 구비되는 멘드릴 드럼으로서, 상기 강판이 권취되도록 내부가 중공된 파이프 형상으로 형성되고, 상기 강판의 단부가 인입되는 슬롯이 길이방향으로 형성되는 드럼쉘과; 상기 드럼쉘의 중심부에 길이방향으로 축결합되어 상기 드럼쉘이 회전 가능하도록 장착되는 샤프트축을 포함하고, 상기 드럼쉘의 슬롯으로 인입되는 상기 강판의 꺽임각도를 가이드하도록 상시 드럼쉘의 내주면 중 상기 슬롯의 인접영역에서 상기 슬롯방향으로 돌출되는 다수의 가이드돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 각각의 가이드돌기는 상기 드럼쉘의 길이방향으로 서로 이격되고, 상기 드럼쉘의 원주방향으로 돌출되는 것을 특징으로 한다.

상기 각각의 가이드돌기는 상기 드럼쉘의 내주면 중 상기 슬롯의 일측 내주면에서 연장되어 상기 샤프트축과 슬롯 사이의 공간을 향하여 경사지도록 돌출되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 드럼쉘의 내주면에는 상기 드럼쉘의 중심을 향하여 돌출되는 루프타입의 보강리브가 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 보강리브는 슬롯형성 방향으로 반대방향으로 상기 가이드돌기에서 연장되어 상기 드럼쉘의 원주방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 드럼쉘의 외부로 노출되는 샤프트축에는 상기 드럼쉘의 슬롯이 형성된 위치의 반대위치에 무게중심 보정용 웨이트가 돌출되어 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 맨드릴 드럼의 슬롯으로 인입되는 열연강판의 꺽임각도를 가이드하는 다수의 가이드돌기를 형성하여 맨드릴 드럼 내부로 인입되는 열연강판의 길이를 줄임에 따라 후공정에서 절단되는 열연강판의 양을 절감시킬 수 있다. 이에 따라 열연강판의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 고온인 코일 박스에서 사용되는 드럼쉘이 종래와 같이 보강재가 형성되는 영역에서 열팽창에 의한 열응력이 집중되는 것을 분산시켜 드럼쉘의 수명을 향상시킬 수 있다.

도 1은 코일 박스가 사용되는 일반적인 열간압연 장치를 보여주는 도면이고,
도 2는 종래의 맨드릴 드럼을 보여주는 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맨드릴 드럼을 보여주는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 맨드릴 드럼을 보여주는 단면도이며,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 드럼쉘을 보여주는 사시도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 맨드릴 드럼의 사용상태를 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맨드릴 드럼을 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 맨드릴 드럼을 보여주는 단면도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 드럼쉘을 보여주는 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 맨드릴 드럼(100)은 크게 열연강판(이하, "강판"이라함)이 권취되는 드럼쉘(110)과, 상기 드럼쉘(110)의 중심부에 길이방향으로 축결합되는 샤프트축(120)을 포함한다.

상기 드럼쉘(110)은 강판의 단부가 내부로 인입되어 고정되고 그 외주면에 강판이 권취되는 수단으로서, 대략 내부가 중공된 파이프 형상으로 형성된다. 이때 상기 드럼쉘(110)의 중간부위에는 강판의 단부가 인입되도록 강판의 폭보다는 길게 드럼쉘(110)의 길이방향(도 3의 "X"방향)으로 슬롯이 형성된다. 이때 상기 슬롯(111)은 드럼쉘(110)의 원주방향(도 3의 "Y"방향)으로 상기 강판의 두께보다 두꺼운 폭을 갖는 것이 바람직하다.

상기 드럼쉘(110)의 내주면에는 드럼쉘(110)의 강도를 보강하면서 공정 중 드럼쉘(110)의 일부분으로 열팽창 응력이 집중되는 것을 분산시키기 위하여 다수의 보강리브(115)가 형성된다. 이때 종래의 드럼쉘에 형성되었던 드럼쉘 길이방향의 보강재(도 2의 13)는 제거하였다.

상기 보강리브(115)는 상기 드럼쉘(110)의 내주면에서 상기 드럼쉘(110)의 중심을 향하여 돌출되는 루프타입으로서, 부연하자면 대략 "C"자형으로 형성되어 상기 드럼쉘(110)에 형성된 슬롯(111)부분에 의해서 오픈되는 루프 형상을 갖는다. 이때 상기 보강리브(115)는 드럼쉘(110)의 길이방향으로 일정하게 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 보강리브(115)가 드럼쉘(110)의 원주방향으로 형성됨에 따라 종래의 드럼쉘에서 빈번하게 발생되던 드럼쉘 길이방향의 크랙발생을 억제할 수 있다.

그리고, 상기 드럼쉘(110)에는 상기 슬롯(111)을 통하여 내부로 인입되는 강판의 꺽임각도를 가이드 하도록 다수의 가이드돌기(113)가 형성된다.

상기 가이드돌기(113)는 상기 각각의 보강리브(115)에서 상기 슬롯(111)형성 방향으로 돌출되어 형성된다. 부연하자면, 상기 가이드돌기(113)는 상시 드럼쉘(110)의 내주면 중 상기 슬롯(111)의 인접영역, 즉 보강리브(115)의 단부에서 상기 슬롯(111)방향으로 돌출된다. 이때 상기 가이드돌기(113)의 단부는 상기 샤프트축(120)과 상기 슬롯(111) 사이의 공간을 향하여 경사지도록 돌출되는 것이 바람직하다. 그래서, 상기 드럼쉘(110)의 내부로 인입되는 강판을 드럼쉘(110)의 내부에 고정시킬 때 강판 단부의 일면이 샤프트축(120)에 지지되지 않고 상기 가이드돌기(113)의 단부에 지지되도록 하고, 강판 단부의 타면이 슬롯(111)에 지지되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 상기 드럼쉘(110)을 회전시키기 위하여 상기 드럼쉘(110)의 중심부에 길이방향으로 축결합되어 상기 드럼쉘(110)이 회전 가능하게 장착되는 샤프트축(120)이 구비된다.

상기 샤프트축(120)은 상기 드럼쉘(110)이 회전 가능하게 장착되기 위해서 양단이 베어링 박스(140)에 의해 지지된다.

그리고, 상기 샤프트축(120)에는 상기 드럼쉘(110)의 외부로 노출되는 영역에 상기 드럼쉘(110)의 회전시 무게 중심이 맞춰져서 원활하게 회전되도록 무게중심 보정용 웨이트(130)가 돌출되어 부착된다. 예를 들어 상기 드럼쉘(110)은 중공형의 파이프 형상으로 제작되어 몸체의 일측부에 슬롯(111)이 형성되고, 슬롯(111)의 인접부위에 다수의 가이드돌기(113)가 형성됨에 따라 무게중심이 드럼쉘(110)의 회전시 무게 중심이 샤프트축(120)과 일치하지 않는 것을 보상하기 위하여 상기 드럼쉘(110)에서 슬롯(111)이 형성된 위치의 반대방향 위치에 상기 웨이트(130)를 부착한다.

이때 상기 웨이트(130)는 반원형상으로 형성될 수 있다. 물론 상기 웨이트(130)의 형상 및 위치는 상기 드럼쉘(110)의 무게중심 변화에 대응하여 다양하게 변경되어 구현될 수 있을 것이다.

한편 본 발명에 따른 맨드릴 드럼을 이용하여 강판을 드럼쉘에 고정시키는 동작과 종래의 맨드릴 드럼을 이용하여 강판을 드럼쉘에 고정시키는 동작을 비교한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 맨드릴 드럼의 사용상태를 보여주는 단면도이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 드럼쉘(10)에 강판(S)의 단부를 고정시키기 위해서는 강판(S)의 단부가 드럼쉘(10)의 슬롯(11)을 통과하면서 꺽인 다음 샤프트축(20)을 지나도록 인입시켜야 한다. 그래서 강판(S) 단부의 일면이 샤프트축(20)에 지지되고, 강판(S) 단부의 타면이 슬롯(11)에 지지됨에 따라 강판(S)의 단부가 드럼쉘(10)에 고정되는 것이다.

반면에, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 드럼쉘(110)에 강판(S)의 단부를 고정시키기 위해서는 강판(S)의 단부가 종래와 같이 샤프트축(120)을 지나는 부위까지 인입되지 않고 가이드돌기(113)의 단부를 지나도록만 인입시킨다. 이렇게 드럼쉘(110)의 내부로 인입되는 길이(B)를 종래의 길이(도 2의 A)에 비하여 짧게 하더라도 강판(S) 단부의 일면이 상기 가이드돌기(113)에 지지되고, 강판(S) 단부의 타면이 슬롯(111)에 지지됨에 따라 강판(S)의 단부를 드럼쉘(110)에 충분히 고정시킬 수 있는 것이다.

더욱이 가이드돌기(113)에 의해 종래에 비하여 강판(S)이 슬롯(111)에서 꺽이는 정도를 더 많이 꺽이게 함에 따라 강판(S)을 드럼쉘(110)에 고정시키는 유지력을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본원 발명에 따른 드럼쉘(110)의 내부에 강판(S)의 단부를 고정시킬 때 종래에 비하여 드럼쉘(110)의 내부로 인입되는 강판(S)의 길이를 더 짧게 하면서도 고정 유지력을 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 멘드릴 드럼 110: 드럼쉘
111: 슬롯 113: 가이드 돌기
115: 보강리브 120: 샤프트축
130: 웨이트 140: 베어링 박스

Claims (6)

1. 열간압연 설비에서 이동되는 열연강판을 코일링(coiling) 및 언코일링(uncoiling)하도록 코일 박스에 구비되는 멘드릴 드럼으로서,
   상기 강판이 권취되도록 내부가 중공된 파이프 형상으로 형성되고, 상기 강판의 단부가 인입되는 슬롯이 길이방향으로 형성되는 드럼쉘과;
   상기 드럼쉘의 중심부에 길이방향으로 축결합되어 상기 드럼쉘이 회전 가능하도록 장착되는 샤프트축을 포함하고,
   상기 드럼쉘의 슬롯으로 인입되는 상기 강판의 꺽임각도를 가이드하도록 상시 드럼쉘의 내주면 중 상기 슬롯의 인접영역에서 상기 슬롯방향으로 돌출되는 다수의 가이드돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 멘드릴 드럼.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 각각의 가이드돌기는 상기 드럼쉘의 길이방향으로 서로 이격되고, 상기 드럼쉘의 원주방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 멘드릴 드럼.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 각각의 가이드돌기는 상기 드럼쉘의 내주면 중 상기 슬롯의 일측 내주면에서 연장되어 상기 샤프트축과 슬롯 사이의 공간을 향하여 경사지도록 돌출되는 것을 특징으로 하는 멘드릴 드럼.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 드럼쉘의 내주면에는 상기 드럼쉘의 중심을 향하여 돌출되는 루프타입의 보강리브가 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 멘드릴 드럼.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 보강리브는 슬롯형성 방향으로 반대방향으로 상기 가이드돌기에서 연장되어 상기 드럼쉘의 원주방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멘드릴 드럼.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 드럼쉘의 외부로 노출되는 샤프트축에는 상기 드럼쉘의 슬롯이 형성된 위치의 반대위치에 무게중심 보정용 웨이트가 돌출되어 부착되는 것을 특징으로 하는 멘드릴 드럼.
   

Images