KR101242730B1 - 주편 연속 주조용 연속 타격 장치 - Google Patents

Abstract

주편(鑄片)(1)을 타격하기 위한 타격 부재(22)와, 타격 부재를 주편을 향하여 바이어스하는 압축 스프링(30)과, 타격 부재를 주편으로부터 떨어지는 방향으로 이동시켜 압축 스프링을 압축하고 이어서 타격 부재를 자유롭게 운동시키는 캠 기구(32)와, 타격 부재, 압축 스프링, 및 캠 기구를 지지하는 본체(14)를 구비한다. 타격 시에 캠 기구(32)가 타격 부재(22)로부터 떨어져 타격 부재를 자유 가속시키고, 이에 의해 압축 스프링(30)의 압축 에너지가 타격 부재(22)의 운동 에너지로 변환되어 타격 부재(22)가 주편(1)에 충돌함으로써 소정의 타격 에너지를 주편에 부여한다.

Description

주편 연속 주조용 연속 타격 장치{CONTINUOUS HAMMERING DEVICE FOR CONTINUOUS CASTING}

본 발명은 주편(鑄片)의 단변면에서 타격 진동을 부여하여 중심 편석(center segregation) 등을 개선하는 주편 연속 주조용(鑄造用) 연속 타격 장치에 관한 것이다.

연속 주조된 주편의 두께 중심부와 그 근방에는 중심 편석이나 V 편석으로 불리는 매크로 편석인 내부 결함이 발생하기 쉽다.

이 중, 중심 편석은 주편의 최종 응고부에 C, S, P, Mn 등의 편석되기 쉬운 용질 성분(이하, 편석 성분이라고도 한다.)이 농화(濃化)되어 나타나는 내부 결함이고, V 편석은 주편의 최종 응고부의 근방에 이들 편석 성분이 V자 형상으로 농화되어 나타나는 내부 결함이다.

그리고, 이들 매크로 편석이 발생한 주편을 열간가공(hot working)한 제품에서는 인성(靭性)의 저하나 수소 유기 크랙(hydrogen-induced cracking) 등이 발생하기 쉬워진다. 또한, 이들 제품을 냉간에서 최종 제품으로 가공할 때 크랙이 발생하기 쉬워진다.

그런데, 주편에 있어서의 편석의 생성 메커니즘은 이하와 같이 생각되고 있다.

즉, 응고의 진행에 따라 응고 조직인 기둥상 결정의 덴드라이트(dendrite) 사이에 편석 성분이 농화된다. 편석 성분이 농화된 용강(molten steel)은 응고 때의 주편의 수축, 또는 벌징(bulging)으로 불리는 주편의 팽창 등에 의해 기둥상 결정의 덴드라이트 사이로부터 유출된다. 유출된 농화 용강은 최종 응고부의 응고 완료점을 향하여 유동하고, 그대로 응고되어 편석 성분의 농화대(濃化帶)가 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 편석 성분의 농화대가 편석이다.

이와 같은 주편의 편석을 방지하려면, 기둥상 결정의 덴드라이트 사이에 남은 편석 성분이 농화된 용강의 이동을 방지하는 것, 및 이들 농화 용강이 국소적으로 집적되는 것을 방지하는 것 등이 효과적이며, 이미 본 발명의 출원인으로부터 특허 문헌 1 및 2가 제안되어 있다.

특허 문헌 1의 ‘연속 주조 방법’은 주편에 타격을 부여함으로써 중심 편석이나 V 편석 등의 편석의 발생을 방지하여 내부 품질이 양호한 주편을 얻는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 이 방법은 횡단면 형상이 직사각형인 주편을 주조할 때, 미응고부를 포함한 주편의 단변면의 적어도 1곳을 연속하여 타격함으로써 주편에 진동을 부여하면서 주조하는 방법으로서, E≥0.0065×W에 의해 나타내는 관계를 만족하는 타격 에너지를 주편에 부여하는 것이다. 여기서, E는 주편에 부여하는 1회의 타격당의 타격 에너지(J)를, W는 주편의 장변폭(㎜)을 각각 나타낸다.

특허 문헌 2의 ‘강철의 연속 주조 방법 및 타격 진동 장치’는 주편폭이 큰 주편이라도 미응고부를 포함한 주편에 주편 표면으로부터 효과적으로 타격을 부여하여 주편의 편석 발생을 효과적으로 방지하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 이 방법은 직사각형 모양의 횡단면을 가지는 주편(1)을 주조할 때, 주편 두께 중심부의 중심 고상율 fs가 적어도 0.1 ~ 0.9인 범위를, 주편(1)의 두께 방향으로 1m당 압하율(壓下率)이 1% 이내가 되도록 하여 연속하여 경압하(輕壓下)함과 함께, 중심 고상율 fs가 0.1 ~ 0.9 범위 내인 적어도 1곳에서 주편(1)의 대향하는 양측의 단변면을, 주편의 폭방향으로 연속하여 타격하는 연속 주조 방법이다. 또한, 이 방법은 타격 진동 주파수 4 ~ 12Hz, 진동 에너지 30 ~ 150J로 타격하는 것이다.

특허 문헌 2의 강철의 연속 주조 방법은 도 1에 나타내는 바와 같이, 주형 내에서 응고 주조된 주편(51)을 세그먼트(segment)(52)의 복수의 가이드 롤(52a)로 안내하면서 주조 방향의 하류 측으로 뽑아내는 도중에, 세그먼트(52) 내에 금형(53) 등을 배치한 타격 진동 장치를 사용함으로써 실시할 수 있다.

도 1에서, 참조부호 53은 주편(51)의 단변면을 타격하는 금형이며, 복수의 가이드 롤(52a)로 구성되는 세그먼트(52) 중 적어도 1개의 세그먼트(52)의 주편(51)의 단변면 전체를 일체로서 일괄 타격할 수 있도록, 1개의 세그먼트 내에서 연속해서 타격이 가능한 타격판(53a)을 가진 구조이다.

세그먼트(52)는 일반적으로 상하로 분할되며 상부 세그먼트(52b)의 압하 구배를 조절할 수 있어 경압하하지 않게도 할 수 있는 구조이다. 한편, 도 1에 나타낸 세그먼트(52)는 상부 세그먼트(52b)를 하부 세그먼트(52c)와 평행을 이루게 하여 압하 구배를 마련하지 않아서 주편(51)을 압하하지 않는 통상적인 가이드 롤 쌍으로 한 것이다.

참조부호 54는 선단부에 금형(53)을 부착한 타격 장치이며, 주기적인 진동을 발생시켜 이 진동을 금형(53)에 전달하는 것으로, 예를 들어 에어 실린더가 채용된다. 타격 장치(54)는 미응고부를 포함한 주편(51)의 양측 단변면 측의 예를 들어 2곳에 배치된다.

참조부호 55는 타격 위치 결정 장치이며, 도 2a에 나타내는 대기 위치로부터 금형(53)을 주편(51)의 단변면으로 프레스하고(도 2b 참조), 이 프레스 위치를 검출한 후, 금형(53)의 복귀 위치(도 2c 참조)에서 금형(53)의 선단면과 주편(1)의 단변면의 간격 L(타격 진폭: 약 8㎜)을 설정하는 것이다.

금형(53)과 주편(51)의 단변면의 간격 L은 주조하는 주편(51)의 폭에 따라서도 다르기 때문에, 주조 중인 주편(51)의 단변면을 기준으로 하여 설정하는 것이 필요하다. 즉, 간격 L은 타격 장치(54)의 스트로크에 영향을 미치며, 스트로크가 부족한 경우에는 타격 때의 속도를 확보할 수 없어서 타격 진동 에너지를 충분히 얻을 수 없게 된다. 따라서, 타격 개시 때는 위치 결정이라고 칭하며 금형(53)과 주편(51)의 단변면의 상대 위치를 조정한다.

특허 문헌 2의 강철의 연속 주조 방법은, 직사각형 모양의 횡단면을 가지는 주편(51)을 주조할 때, 주편 두께 중심부의 중심 고상율 fs가 적어도 0.1 ~ 0.9인 범위를, 주편(51)의 두께 방향으로 1m 당 압하율이 1% 이내가 되도록 하여 연속하여 경압하함과 함께, 중심 고상율 fs가 0.1 ~ 0.9 범위 내인 적어도 1곳에서 주편(51)의 대향하는 양측의 단변면을, 상기 타격 진동 장치를 이용하여 타격 진동 주파수 4 ~ 12Hz, 진동 에너지 30 ~ 150J로 주편의 폭방향으로 연속하여 타격하는 것이다.

그러나, 상술한 타격 진동 장치에는 이하의 문제점이 있었다.

상술한 타격 진동 장치는 고온(예를 들어, 약 1200℃)의 주편(51)으로부터의 복사열, 스케일, 물 등에 노출되면서 고빈도(4 ~ 12Hz)로 큰 충격(30 ~ 150J)을 받기 때문에 내구성이 낮은 문제점이 있었다.

즉, 타격 장치(54)로서 에어 실린더를 이용하고, 전자(電磁) 밸브의 전기 제어에 의해 타격한 경우, 상술한 가혹한 환경하에서는 전자 밸브, 에어 실린더, 케이블 등의 파손이 빈발하여 수일 이상의 연속 사용은 도저히 불가능하였다.

또한, 타격 위치 결정 장치(55)로서 도 1과 같이 간격 L을 설정할 경우, 연속 주조 중의 주편(51)에 금형(53)이 끌려가고, 횡방향(주편(51)의 이동 방향)으로 큰 힘을 받기 때문에, 타격 장치(54) 및 타격 위치 결정 장치(55)가 손상을 입기 쉬운 문제점이 있었다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2006-110620호 공보, ‘연속 주조 방법’ 특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2007-229748호 공보, ‘강철의 연속 주조 방법 및 타격 진동 장치’

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 제1 목적은, 강철의 연속 주조에 의한 주편의 대향하는 양측의 단변면을, 소정의 타격 진동 주파수(예를 들어, 4 ~ 12Hz), 소정의 타격 에너지(예를 들어, 30 ~ 150J)로 주편의 폭방향으로 연속하여 타격할 수 있고, 또한 고온(예를 들어, 약 1200℃)의 주편으로부터의 복사열, 스케일, 물 등에 노출되면서 고빈도(4 ~ 12Hz)로 큰 충격(30 ~ 150J)을 받아도 장기간의 연속 사용이 가능한 높은 내구성을 가지는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 제2 목적은, 타격 진동 주파수를 변화시켜도 일정한 타격 에너지로 타격할 수 있는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 제3 목적은, 주편이 없어서 헛타격을 반복해도 장기간의 연속 사용이 가능한 높은 내구성을 가지는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 제4 목적은, 연속 주조 중의 주편에 대하여 횡방향으로 큰 힘을 받지 않고 정확하게 위치 결정하고, 소정의 타격 에너지로 타격할 수 있는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, 주편을 타격하기 위한 타격 부재와,

타격 부재를 주편을 향하여 바이어스하는 압축 스프링과,

타격 부재를 주편으로부터 떨어지는 방향으로 이동시켜 상기 압축 스프링을 압축하고 이어서 타격 부재를 자유롭게 운동시키는 캠 기구와,

상기 타격 부재, 압축 스프링, 및 캠 기구를 지지하는 본체를 구비하고,

타격 시에 캠 기구가 타격 부재로부터 떨어져 타격 부재를 자유 가속시키고, 이에 의해 압축 스프링의 압축 에너지가 타격 부재의 운동 에너지로 변환되어 타격 부재가 주편에 충돌함으로써 소정의 타격 에너지를 주편에 부여하는 것을 특징으로 하는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치가 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 타격 부재는 주편의 타격면을 타격하는 금형과,

금형에 일단이 고정되고, 타격면과 접촉하는 타격 위치와 타격면으로부터 소정 거리 떨어진 축적 위치 사이에서 왕복 운동 가능한 왕복 운동 부재로 이루어지고,

상기 압축 스프링은 상기 왕복 운동 부재와 본체 사이에 설치되고, 상기 축적 위치에서 소정의 압축 에너지를 보유하고, 상기 타격 위치에서 상기 운동 에너지를 방출하고,

상기 캠 기구는 상기 본체에 회전 가능하게 지지되고, 상기 왕복 운동 부재를 상기 축적 위치까지 소정의 주기로 이동시키고, 이어서 왕복 운동 부재를 타격 위치까지 자유 운동시키는 회전 캠과, 회전 캠을 회전 구동시키는 회전 구동 장치로 이루어진다.

또한, 상기 회전 캠의 캠 곡선은 회전 각도와 변위가 비례하는 아르키메데스 곡선인 것이 바람직하다.

또한, 상기 왕복 운동 부재는 회전 캠과 접촉하면서 자유 회전하는 캠 팔로워(cam follower)를 가진다.

또한, 압축 스프링의 압축 위치에서 회전 캠과 캠 팔로워가 재접촉하도록 상기 압축 스프링의 고유 주기가 설정된다.

또한, 상기 왕복 운동 부재가 타격 위치를 통과하여 주편 측으로 이동할 때 그 이동 속도를 감쇠시키는 댐퍼 장치를 구비한다.

또한, 상기 본체를 주편에 대하여 전후진시키는 이동 장치와, 상기 본체를 주편에 대하여 소정의 위치로 위치 결정하는 위치 결정 기구를 구비한다.

또한, 상기 위치 결정 기구는 상기 본체에 회전 가능하게 부착되고, 주편의 타격면과 소정의 위치에서 접촉하면서 자유 회전하는 복수의 가이드 롤러로 이루어진다.

상기 본 발명의 구성에 따르면, 연속 타격 장치는 타격 부재, 압축 스프링, 캠 기구, 및 본체를 구비하고, 캠 기구에 의해 타격 부재를 주편으로부터 떨어지는 방향으로 이동시켜 압축 스프링을 압축하고 이어서 타격 시에 캠 기구가 타격 부재로부터 떨어져 타격 부재를 자유 가속시키고, 이에 의해 압축 스프링의 압축 에너지가 타격 부재의 운동 에너지로 변환되어 타격 부재가 주편에 충돌함으로써 소정의 타격 에너지를 주편에 부여하므로, 전기 제어에 의지하지 않는 내구성을 가지는 장치를 제공할 수 있다.

즉, 본 발명의 연속 타격 장치는, 강철의 연속 주조에 의한 주편의 대향하는 양측의 단변면을, 주편의 폭방향으로 연속하여 타격할 수 있고, 또한 고온(예를 들어, 약 1200℃)의 주편으로부터의 복사열, 스케일, 물 등에 노출되면서 고빈도(4 ~ 12Hz)로 큰 충격(30 ~ 150J)을 받아도 장기간의 연속 사용이 가능한 높은 내구성을 가진다.

또한, 압축 스프링이 왕복 운동 부재와 본체 사이에 설치되고, 축적 위치에서 소정의 압축 에너지를 보유하고, 타격 위치에서 운동 에너지를 방출하고, 캠 기구가 왕복 운동 부재를 축적 위치까지 소정의 주기로 이동시키고, 이어서 왕복 운동 부재를 타격 위치까지 자유 운동시키는 회전 캠과, 회전 캠을 회전 구동시키는 회전 구동 장치로 이루어지는 구성에 의해, 회전 구동 장치에 의한 회전 캠의 회전 속도에 의해 소정의 타격 진동 주파수(예를 들어, 4 ~ 12Hz)를 설정할 수 있고, 압축 스프링의 소정의 압축 에너지를 소정의 타격 에너지(예를 들어, 30 ~ 150J)로 설정할 수 있다.

또한, 회전 캠의 캠 곡선이 회전 각도와 변위가 비례하는 아르키메데스 곡선이므로, 타격 시에 캠 기구가 타격 부재로부터 떨어져 타격 부재를 자유 가속시키는 것을 용이하게 할 수 있다.

또한, 축적 위치와 타격 위치에서의 회전 캠에 의한 압축 스프링의 변위(변형량)는 일정하므로, 회전 캠의 회전 속도에 의해 타격 진동 주파수를 변화시켜도 일정한 타격 에너지로 타격할 수 있다.

또한, 압축 스프링의 압축 위치에서 회전 캠과 캠 팔로워가 재접촉하도록 압축 스프링의 고유 주기가 설정되므로, 회전 캠이 캠 팔로워에 재접촉할 때의 충돌 속도를 저감할 수 있고, 회전 캠과 캠 팔로워의 내구성을 높일 수 있다.

또한, 왕복 운동 부재가 타격 위치를 통과하여 주편 측으로 이동할 때 댐퍼 장치에 의해 왕복 운동 부재의 이동 속도를 감쇠시킴으로써 캠 팔로워와 회전 캠의 충돌을 방지할 수 있으므로, 주편이 없어서 헛타격을 반복해도 장기간의 연속 사용이 가능한 높은 내구성을 구비할 수 있다.

또한, 본체를 주편에 대하여 전후진시키는 이동 장치와, 본체를 주편에 대하여 소정의 위치로 위치 결정하는 위치 결정 기구(예를 들어, 복수의 가이드 롤러)를 구비함으로써, 연속 주조 중의 주편에 대하여 횡방향으로 큰 힘을 받지 않고 정확하게 위치 결정하고, 소정의 타격 에너지로 타격할 수 있다.

도 1은 특허 문헌 2의 타격 진동 장치를 부착한 강철의 연속 주조 설비의 구성도이다.
도 2a는 특허 문헌 2의 타격 진동 장치의 작동 설명도이다.
도 2b는 도 2a에 나타내는 대기 위치로부터 금형(53)을 주편(51)의 단변면에 프레스한 상태를 나타낸다.
도 2c는 도 2b의 상태로부터 금형(53)을 되돌린 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 주편 연속 주조용 연속 타격 장치의 전체 사시도이다.
도 4는 주편(1)과 2대의 연속 타격 장치(10)의 관계를 나타내는 전체 평면도이다.
도 5a는 연속 타격 장치(10)의 주요부의 구성도이며 축적 위치를 나타낸다.
도 5b는 연속 타격 장치(10)의 주요부의 구성도이며 타격 위치를 나타낸다.
도 6은 연속 타격 장치(10)의 주요부의 다른 구성도이다.
도 7a는 회전 캠(33)과 캠 팔로워(26)의 위치 관계를 나타내며 주편(1)에 금형(12)이 충돌하지 않는 경우를 나타낸다.
도 7b는 회전 캠(33)과 캠 팔로워(26)의 위치 관계를 나타내며 주편(1)에 금형(12)이 충돌하는 경우를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 장치와 종래 방식의 설비 내구성의 비교도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 주편 연속 주조용 연속 타격 장치의 전체 사시도이다.

도면에서, 본 발명의 연속 타격 장치(10)는 주편(1)의 대향하는 양측의 단변면(1a)을 동시 또는 교대로 타격하도록 양측에 총 2대 마련된다. 또한, 참조부호 12는 금형, 참조부호 14는 본체, 참조부호 16은 이동 장치이다.

주편(1)은 강철의 연속 주조에 의해 주형 내에서 응고 주조된 것이며, 거의 직사각형 단면을 가지고, 한 방향으로 연속적으로 이동한다.

한편, 실제의 연속 주조에서 주편(1)은 원호상으로 늘어나고, 그 이동 방향은 수직에서 비스듬하게 하향으로 45 ~ 54도의 각도가 되는 것이 바람직하지만 본 발명은 이러한 경사 각도에 한정되지 않으며, 주편(1)을 수평 또는 수직으로 이동시킬 수도 있다.

또한, 연속 타격 장치(10)가 마련되는 위치에서 주편(1)은 미응고부를 포함하는 주편이며, 표면은 응고되어 스케일이 부착되어 있지만 표면 온도는 고온(예를 들어, 약 120O℃)이며, 내부는 아직 응고 중 또는 반용융 상태에 있다. 한편, 본 발명은 이와 같은 상태의 주편(1)으로 한정되지 않으며, 그 밖의 상태일 수도 있다.

도 3에서 금형(12)은 주편(1)의 대향하는 양측의 단변면(1a)(이하, ‘타격면’이라고 부른다)을 타격한다. 금형(12)은 주편(1)을 따라 주편의 이동 방향으로 늘어나고, 또한 단변면(1a)(타격면)의 전체 높이의 중앙 부분을 타격하도록, 타격면(1a)의 전체 높이(높이 방향의 두께)보다 낮은 높이(두께)를 가진다.

본체(14)는 지지대(15) 위에 실려 도시하지 않은 직선 가이드에 의해 타격면(1a)에 직교하는 방향(예를 들어, 수평 방향)으로 직선 이동 가능하게 안내된다.

이동 장치(16)는 이 예에서는 공압 또는 액압의 직동(直動) 실린더(17), 요동축(18), 링크(19a, 19b, 19c)로 이루어지고, 직동 실린더(17)의 신축에 의해 본체(14)를 주편(1)에 대하여 전후진시킨다.

한편, 이동 장치(16)의 구성은 이 예로 한정되지 않는다.

도 4는 주편(1)과 2대의 연속 타격 장치(10)의 관계를 나타내는 전체 평면도이다.

도면에서 참조부호 20은 위치 결정 기구이며, 이 예에서 본체(14)에 회전 가능하게 부착되고, 주편(1)의 타격면(1a)과 소정의 위치에서 접촉하면서 자유 회전하는 복수(도면에서 3개)의 가이드 롤러(20a)로 이루어진다.

이 구성에 의해, 이동 장치(16)에 의해 본체(14)를 주편(1)에 대하여 전진시켜 복수의 가이드 롤러(20a)를 주편(1)의 타격면(1a)과 접촉시킴으로써, 연속 주조 중인 주편(1)에 대하여 가이드 롤러(20a)가 접촉하면서 자유 회전하므로, 횡방향으로 큰 힘을 받지 않고 본체(14)를 주편(1)에 대하여 소정의 위치로 위치 결정할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 연속 타격 장치(10)의 주요부의 구성도이며, 도 5a는 축적 위치, 도 5b는 타격 위치를 나타낸다.

도면에서 본 발명의 연속 타격 장치(10)는 타격 부재(22), 압축 스프링(30), 캠 기구(32)를 구비한다. 이들 타격 부재, 압축 스프링, 및 캠 기구는 본체(14)에 지지된다.

타격 부재(22)는 주편(1)의 타격면(1a)을 타격하는 금형(12)과, 왕복 운동 부재(23)로 이루어진다. 왕복 운동 부재(23)는 이 예에서는 2개의 슬라이딩부(24), 캠 팔로워 베이스(25), 캠 팔로워(26), 2곳의 연결부(27)로 이루어진다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 타격 부재(22)가 금형(12)과 왕복 운동 부재(23)로 구성되고, 왕복 부재(23)가 1곳의 슬라이딩부(24), 캠 팔로워 베이스(25), 캠 팔로워(26), 1곳의 연결부(27)로 이루어지는 경우도 동일한 작용이다. 이하, 2곳의 슬라이딩부 및 2곳의 연결부에 의해 구성되는 경우에 대하여 설명한다.

2곳의 연결부(27)는 금형(12)에 일단(도면에서 상단)이 고정되고, 타격면(1a)에 직교하는 방향으로 평행하게 연장되고, 본체(14)의 지지판(14a)에 고정된 베어링(21a)에 의해 타격면(1a)에 직교하는 방향으로 왕복 운동 가능하게 지지된다. 또한, 2곳의 슬라이딩부(24)는 타격면(1a)에 직교하는 방향으로 평행하게 연장되고, 본체(14)의 지지판(14b)에 고정된 베어링(21b)에 의해 타격면(1a)에 직교하는 방향으로 왕복 운동 가능하게 지지된다.

캠 팔로워 베이스(25)는 2곳의 슬라이딩부(24) 및 2곳의 연결부(27)에 양단이 고정되고, 2곳의 슬라이딩부(24) 및 2곳의 연결부(27)와 일체로 왕복 운동 가능하게 구성된다. 한편, 이 예에서 캠 팔로워 베이스(25)는 중앙부가 타격면(1a)으로부터 떨어지는 방향으로 움푹 패여 있지만 본 발명은 이것으로 한정되지 않으며, 예를 들어 직선 모양으로도 할 수 있다.

캠 팔로워(26)는 캠 팔로워 베이스(25)의 중간부에 자유 회전 가능하게 부착되고, 후술하는 회전 캠(33)과 접촉하면서 자유 회전한다. 한편, 본 발명에서 캠 팔로워(26)는 회전 캠(33)과 상시 접촉은 하지 않으며, 회전 캠(33)으로 압축 스프링(30)을 압축하는 동안은 접촉하고, 타격 시에는 회전 캠(33)이 캠 팔로워(26)로부터 떨어져 캠 팔로워(26)와 함께 왕복 운동 부재(23)를 자유 가속시킨다.

이 구성에 의해, 왕복 운동 부재(23)는 금형(12)에 일단(도면에서 상단)이 고정되고, 금형(12)이 타격면(1a)과 접촉하는 타격 위치(F)와 금형(12)이 타격면(1a)으로부터 소정 거리 떨어진 축적 위치(B) 사이에서 왕복 운동 가능하게 구성된다.

‘소정 거리’는 회전 캠(33)에 의한 압축 스프링(30)의 압축 거리에 해당한다.

압축 스프링(30)은 이 예에서는 코일 스프링이며, 왕복 운동 부재(23)(이 예에서는 캠 팔로워 베이스(25))와 본체(14)(이 예에서는 지지판(14b)) 사이에 압축 상태로 설치되고, 축적 위치(도 5a의 위치)에서 소정의 압축 에너지 E1을 보유하고, 타격 위치(도 5b의 위치)에서 운동 에너지 E2를 방출한다.

운동 에너지 E2는 축적 위치(도 5a의 위치)와 타격 위치(도 5b의 위치)에서의 압축 스프링(30)의 압축 에너지의 차이다. 운동 에너지 E2≤압축 에너지 E1의 관계가 있으며, 쐐기(shim) 등으로 압축 스프링(30)의 타격 위치(도 5b의 위치)에서의 압축량을 증대시킴으로써 운동 에너지 E2를 증가시킬 수 있다.

캠 기구(32)는 본체(14)에 회전 가능하게 지지된 회전 캠(33)과, 회전 캠(33)을 회전 구동하는 회전 구동 장치로 이루어진다.

회전 캠(33)은 왕복 운동 부재(23)의 캠 팔로워(26)와 접촉하면서 회전하고, 왕복 운동 부재(23)(이 예에서는 캠 팔로워 베이스(25))를 축적 위치(도 5a의 위치)까지 소정의 주기로 이동하고, 이어서 캠 팔로워(26)로부터 떨어져 왕복 운동 부재(23)를 타격 위치(도 5b의 위치)까지 자유 운동시킨다.

이 예에서 회전 캠(33)의 캠 곡선은 회전 각도와 변위가 비례하는 아르키메데스 곡선이다. 한편, 본 발명은 아르키메데스 곡선으로 한정되지 않으며, 왕복 운동 부재(23)를 축적 위치(도 5a의 위치)까지 소정의 주기로 이동하여 압축 스프링(30)을 압축하고, 이어서 캠 팔로워(26)로부터 떨어져 왕복 운동 부재(23)를 타격 위치(도 5b의 위치)까지 자유 운동시킬 수 있는 한 그 밖의 곡선이라도 괜찮다.

도시하지 않은 회전 구동 장치는 회전 캠(33)을 소정의 속도로 회전 구동할 수 있는 한 임의의 회전 구동 장치(예를 들어, 전동기+감속기)를 이용할 수 있다.

또한, 회전 구동 장치는 이동 장치(16)에 의해 본체(14)를 주편(1)에 대하여 전후진시킨 경우에도 회전 캠(33)에 회전 동력을 전달할 수 있도록, 그 중간에 주지의 유니버설 조인트(예를 들어, 슈미츠(Schmitz) 커플링, 유니버설 커플링 등)를 마련하는 것이 좋다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 연속 타격 장치(10)가 타격 부재(22), 압축 스프링(30), 캠 기구(32), 및 본체(14)를 구비하고, 캠 기구(32)에 의해 타격 부재(22)를 주편(1)으로부터 떨어지는 방향으로 이동시켜 압축 스프링(30)을 압축한다(도 5a).

이어서, 타격 시에 캠 기구(32)(회전 캠(33))가 타격 부재(22)(캠 팔로워(26))로부터 떨어져 이것을 자유 가속시키고, 이에 의해 압축 스프링(30)의 압축 에너지 E1이 타격 부재(22)(금형(12))의 운동 에너지 E2로 변환되어 타격 부재(22)가 주편(1)에 충돌함으로써 소정의 타격 에너지(=운동 에너지 E2)를 주편(1)에 부여한다(도 5b).

따라서, 본 발명의 연속 타격 장치(10)는 전기 제어에 의지하지 않는 내구성을 가지는 장치가 된다.

즉, 본 발명의 연속 타격 장치(10)는 강철의 연속 주조에 의한 주편(1)의 대향하는 양측의 단변면(1a)을, 주편의 폭방향으로 연속하여 타격할 수 있고, 또한 고온(예를 들어, 약 1,200℃)의 주편(1)으로부터의 복사열, 스케일, 물 등에 노출되면서 고빈도(4 ~ 12Hz)로 큰 충격(30 ~ 150J)을 받아도 장기간의 연속 사용이 가능한 높은 내구성을 가진다.

또한, 압축 스프링(30)이 왕복 운동 부재(23)(캠 팔로워 베이스(25))와 본체(14)(지지판(14b)) 사이에 설치되고, 축적 위치(도 5a의 위치)에서 소정의 압축 에너지 E1을 보유하고, 타격 위치(도 5b의 위치)에서 운동 에너지 E2를 방출하고, 캠 기구(32)가 왕복 운동 부재(23)를 축적 위치(도 5a의 위치)까지 소정의 주기로 이동하고, 이어서 왕복 운동 부재(23)를 타격 위치(도 5b의 위치)까지 자유 운동시키는 회전 캠(33)과, 회전 캠(33)을 회전 구동하는 회전 구동 장치로 이루어지는 구성에 의해, 회전 구동 장치에 의한 회전 캠(33)의 회전 속도에 의해 소정의 타격 진동 주파수(예를 들어, 4 ~ 12Hz)를 자유롭게 설정할 수 있고, 압축 스프링(30)의 소정의 압축 에너지 E1을 소정의 타격 에너지 E2(예를 들어, 30 ~ 150J)로 변환할 수 있다.

또한, 회전 캠(33)의 캠 곡선이 회전 각도와 변위가 비례하는 아르키메데스 곡선이므로, 타격 시에 캠 기구(32)가 타격 부재(22)로부터 떨어져 타격 부재(22)를 자유 가속시키는 것이 용이하게 가능하다.

또한, 축적 위치(도 5a의 위치)와 타격 위치(도 5b의 위치)에서의 회전 캠(33)에 의한 압축 스프링(30)의 변위(변형량)는 일정하므로, 회전 캠(33)의 회전 속도에 의해 타격 진동 주파수를 변화시켜도 일정한 타격 에너지로 타격할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 회전 캠(33)과 캠 팔로워(26)의 위치 관계를 나타내는 도면이며, 도 7a는 주편(1)에 금형(12)이 충돌하지 않는 경우, 도 7b는 주편(1)에 금형(12)이 충돌하는 경우를 나타낸다.

도 7a 및 도 7b에서 횡축 θ는 회전 캠(33)의 회전 각도이며 0 ~ 2π의 값을 1회전마다 반복한다. 또한, 종축 y는 캠 팔로워(26)의 변위이다.

도면에서 회전 캠(33)의 캠 곡선(33a)은 회전 각도 θ와 변위 y가 비례하는 아르키메데스 곡선이며, 도면 중의 A-B-C의 꺾인 선을 회전 캠(33)의 1회전마다 반복한다. 직선 AB는 이하의 식 (1)로 나타낼 수 있다.

y=a×θ-y3…식 (1)

여기서, a는 직선 AB의 기울기(=(y1+y3)/2π)이다.

도 7a 및 도 7b에서 캠 팔로워(26)의 궤적(26a)과 캠 곡선(33a)이 나타내는 바와 같이, 캠 팔로워(26)는 회전 캠(33)의 회전 각도 θ가, 각도 α와 2π의 중간 각도 β에서 2π 사이는 회전 캠(33)과 접촉하여 캠 곡선(33a)을 추종하여 변위되고, 각도 0에서 각도 β까지는 회전 캠(33)과 접촉하지 않고 스프링 힘에 의해 자유롭게 운동한다.

주편(1)에 금형(12)이 충돌하지 않는 경우 도 7a에 나타내는 바와 같이, 캠 팔로워(26)의 궤적(26a)은 a-b-c-d-e-f의 곡선이 된다. 즉, 축적 위치(도 5a의 위치)는 점 B에 대응하며, 압축 스프링(30)은 초기 위치로부터 y1의 거리 압축되고, 소정의 압축 에너지 E1을 보유한다.

이어서, 회전 캠(33)의 회전 각도 θ가 0을 넘으면 캠 팔로워(26)는 스프링 힘에 의해 가속되어 곡선 a-b-c의 궤적을 그린다. 이 중, 곡선 a-b는 스프링이 압축 상태로부터 변형 0(자연 길이의 상태)까지 늘어나는 가속 기간, 곡선 b-c는 스프링이 초기 위치를 넘어 늘어나는 감속 기간이다.

본 발명에서는 도 5a 및 도 5b에 나타내는 바와 같이, 왕복 운동 부재(23)가 타격 위치(y=0)를 통과하여 주편 측으로 이동할 때 그 이동 속도를 감쇠시키는 댐퍼 장치(35)를 구비한다. 댐퍼 장치(35)는 예를 들어, 유압(油壓) 댐퍼 또는 댐퍼 고무이다. 도 5a 및 도 5b의 예에서 댐퍼 장치(35)는 왕복 이동 부재(23)와 본체(14)(지지판(14a)) 사이에 마련된다.

댐퍼 장치(35)는 곡선 b-c에서만 작동하며, 곡선 b-c-d가 캠 곡선(33a)과 충돌하지 않게 감쇠력을 설정한다.

이 구성에 의해, 왕복 운동 부재(23)가 타격 위치(y=0)를 통과하여 주편 측으로 이동할 때 댐퍼 장치(35)에 의해 왕복 운동 부재(23)의 이동 속도를 감쇠시킴으로써 캠 팔로워(26)와 회전 캠(33)의 충돌을 방지할 수 있고, 주편(1)이 없어서 헛타격을 반복해도 장기간의 연속 사용이 가능한 높은 내구성을 구비할 수 있다.

도 7a에서 곡선 c-d-e-f는 스프링의 자유 진동이며, 압축 스프링(30)의 고유 주기에 의해 정해진다. 고유 주기는 압축 스프링(30)의 압축 위치(도면의 f점)에서 회전 캠(33)과 캠 팔로워(26)가 재접촉하도록 설정된다.

이 구성에 의해, 회전 캠(33)이 캠 팔로워(26)에 재접촉할 때(도면의 f점)의 충돌 속도를 저감할 수 있고, 회전 캠(33)과 캠 팔로워(26)의 내구성을 높일 수 있다.

주편(1)에 금형(12)이 충돌할 경우 도 7b에 나타내는 바와 같이, 캠 팔로워(26)의 궤적(26a)은 a-b-g 곡선과 a-b-h-i-j-k 곡선 사이가 된다.

즉, 축적 위치(도 5a의 위치)는 점 B에 대응하고, 압축 스프링(30)은 초기 위치로부터 y1의 거리 압축되고, 소정의 압축 에너지 E1을 보유한다.

이어서, 회전 캠(33)의 회전 각도 θ가 0을 넘으면 캠 팔로워(26)는 스프링 힘에 의해 가속되어 곡선 a-b의 궤적을 그린다. 곡선 a-b는 스프링이 압축 상태로부터 변형 0(자연 길이의 상태)까지 늘어나는 가속 기간이다.

소정의 위치(y=0)에 주편(1)이 존재하고 그 반발 계수가 0, 즉 주편(1)이 완전 소성체인 경우, 캠 팔로워(26)는 주편(1)에 충돌하여 그 위치에서 정지하고, 직선 g를 유지하고, 각도 α에서 캠 곡선(33a)과 접촉하고, 그 후에는 캠 곡선(33a)을 따라 점 B까지 압축된다.

소정의 위치(y=0)에 주편(1)이 존재하고 그 반발 계수가 1인 경우, 캠 팔로워(26)는 주편(1)에 충돌하여 동일 속도로 반발되고, h-i-j-k의 곡선을 따라 k점에서 회전 캠(33)과 충돌하고, 이후에는 캠 곡선(33a)을 따라 압축된다.

소정의 위치(y=0)에 주편(1)이 존재하고 그 반발 계수가 0과 1의 중간인 경우, 캠 팔로워(26)의 궤적(26a)은 a-b-g 곡선과 a-b-h-i-j-k 곡선 사이가 된다.

압축 스프링의 고유 주기는 압축 스프링의 압축 위치(도면의 k점)에서 회전 캠(33)과 캠 팔로워(26)가 재접촉하도록 설정된다.

이 구성에 의해, 회전 캠(33)이 캠 팔로워(26)에 재접촉할 때(도면의 k점)의 충돌 속도를 저감할 수 있고, 회전 캠(33)과 캠 팔로워(26)의 내구성을 높일 수 있다.

실시예

상술한 구성의 연속 타격 장치(10)를 실제로 제작하고 실제의 주편(1)을 이용하여 시험한 결과, 본 발명의 연속 타격 장치(10)는 강철의 연속 주조에 의한 주편(1)의 대향하는 양측의 단변면을, 주편의 폭방향으로 연속하여 타격할 수 있고, 또한 고온(예를 들어, 약 1200℃)의 주편(1)으로부터의 복사열, 스케일, 물 등에 노출되면서 고빈도(4 ~ 12Hz)로 큰 충격(30 ~ 150J)을 받아도 장기간의 연속 사용이 가능함이 확인되었다.

즉, 타격 장치로서 에어 실린더를 이용하고 전자 밸브의 전기 제어에 의해 타격을 행한 종래 방식에서의 설비 내구성(중고장(major failure)에 의한 유지 및 보수 실시)을 베이스로 하여 본 발명의 내구성을 비교한 결과를 도 8에 나타낸다.

연속 주조용 세그먼트는 롤 마모 및 고장(베어링 손상, 누수 등)이 없으면 6개월에서 1년 정도 온라인으로 계속해서 사용하는 것이 일반적이다. 설비 내구성 평가는, 연속 타격 장치가 중고장 트러블에 의해 세그먼트의 수명 이외에 유지 및 보수를 위해, 설비 휴지(休止)·오프라인 유지 및 보수가 발생한 것을 의미한다. 종래 방식에 비하여 약 12배의 장시간 연속 타격을 가능하게 하였다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.

Claims (8)

1. 주편(鑄片)을 타격하기 위한 타격 부재와,
   상기 타격 부재를 주편을 향하여 바이어스하는 압축 스프링과,
   타격 부재를 주편으로부터 떨어지는 방향으로 이동시켜 상기 압축 스프링을 압축하고 이어서 타격 부재를 자유롭게 운동시키는 캠 기구와,
   상기 타격 부재, 압축 스프링, 및 캠 기구를 지지하는 본체를 구비하고,
   타격 시에 캠 기구가 타격 부재로부터 떨어져 타격 부재를 자유 가속시키고, 이에 의해 압축 스프링의 압축 에너지가 타격 부재의 운동 에너지로 변환되어 타격 부재가 주편에 충돌함으로써 소정의 타격 에너지를 주편에 부여하고,
   상기 타격 부재는 주편의 타격면과 접촉하는 타격 위치와 타격면으로부터 소정 거리 떨어진 축적 위치 사이에서 왕복 운동 가능하도록 구성되고,
   상기 압축 스프링은 상기 타격 부재와 본체 사이에 설치되고, 상기 축적 위치에서 소정의 압축 에너지를 보유하고, 상기 타격 위치에서 상기 운동 에너지를 방출하도록 구성되어 있으며,
   상기 본체를 주편에 대하여 전후진시키는 이동 장치와,
   상기 본체에 회전 가능하게 부착된 복수의 가이드 롤러를 구비하고,
   상기 이동 장치에 의해 상기 본체를 주편에 대하여 전진시켜 상기 복수의 가이드 롤러를 주편의 타격면과 접촉시킨 상태에서, 상기 복수의 가이드 롤러는 자유 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타격 부재는 주편의 타격면을 타격하는 금형과,
   상기 금형에 일단이 고정되고, 상기 타격 위치와 상기 축적 위치 사이에서 왕복 운동 가능한 왕복 운동 부재로 이루어지고,
   상기 캠 기구는 상기 본체에 회전 가능하게 지지되고, 상기 왕복 운동 부재를 상기 축적 위치까지 소정의 주기로 이동시키고, 이어서 왕복 운동 부재를 타격 위치까지 자유 운동시키는 회전 캠과, 상기 회전 캠을 회전 구동시키는 회전 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전 캠의 캠 곡선은 회전 각도와 변위가 비례하는 아르키메데스 곡선인 것을 특징으로 하는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 왕복 운동 부재는, 회전 캠과 접촉하면서 자유 회전하는 캠 팔로워를 가지는 것을 특징으로 하는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치.
5. 제4항에 있어서,
   압축 스프링의 압축 위치에서 회전 캠과 캠 팔로워가 재접촉하도록 상기 압축 스프링의 고유 주기가 설정되는 것을 특징으로 하는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 왕복 운동 부재가 타격 위치를 통과하여 주편 측으로 이동할 때 그 이동 속도를 감쇠시키는 댐퍼 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 댐퍼 장치는, 상기 왕복 운동 부재가 주편을 향하여 상기 타격 위치로 왔을 때부터 상기 왕복 운동 부재가 상기 타격 위치를 통과하여 감속하는 기간 동안만, 상기 왕복 운동 부재의 이동 속도를 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 주편 연속 주조용 연속 타격 장치.
8. 삭제

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