KR101353468B1 - 연속주조장치의 가이드롤러 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조장치에서 주편을 안내하고 압착하는 가이드롤러 조립체에 있어서, 주편의 폭방향 양쪽에 각각 위치하고 롤샤프트와 롤쉘이 일체형으로 형성되며 각각의 롤샤프트가 연장되어 서로 연결되는 연장샤프트를 형성하는 한 쌍의 양쪽 가이드롤러부와, 주편의 폭방향 중앙에 위치하고 연장샤프트 상에 롤쉘이 조립되는 중앙 가이드롤러부를 포함하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 개시한다. 상기와 같은 연속주조장치의 가이드롤러 조립체는 주조 공정 시 주편의 폭방향 응고 불균일을 방지하여 폭방향으로 품질 편차가 없는 주편을 생산할 수 있다. 또한, 본 발명은 주편의 폭방향 양쪽 에지부 약냉 시 주편의 온도 상승으로 인한 롤러의 표면마모를 방지할 수 있다.

Description

연속주조장치의 가이드롤러 조립체{GUIDE ROLLER ASSEMBLY OF CONTINUOUS CASTING APPARATUS}

본 발명은 연속주조장치의 가이드롤러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속주조장치에서 세그먼트 상하부 프레임에 설치되어 주편을 안내하고 압착하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 공정(continuous casting process)은 액상의 용강(Molten steel)을 일정한 형태의 고상으로 연속 응고시키는 공정이다.

도 1은 일반적인 연속주조장치 스트랜드의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 정련과정을 마친 용강이 담겨지는 레이들(ladle)(11)에서 롱노즐(long nozzle)을 통해 턴디쉬(tundish)(13)로 용강이 주입되고, 턴디쉬(13)에 일시 저장된 용강이 턴디쉬(13)와 주형(mold)(15)사이에 위치되는 용강 전달장치(미도시)를 거쳐 주형(15)에 주입되며, 주형(15)에서의 1차 냉각, 주형(15) 하부에서의 2차 냉각을 거쳐 응고시킴에 따라 빌렛(billet), 블룸(bloom), 슬래브(slab) 등과 같은 주편(3)을 생산하는 일련의 공정을 말한다.

주형(3)을 통해 배출되는 용강은 주형(3)에서 1차 냉각을 거쳐 표면이 다소 응고되는 상태로 연속주조장치(1)의 세그먼트(Segment)(17)에 구비되는 상부 및 하부 가이드롤러(20) 사이로 인입되며, 이때 용강의 빠른 응고를 위해 냉각수가 분사되어 주편(3)의 형상으로 연속적으로 변화되어 간다.

도 2는 도 1에 나타낸 세그먼트의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 세그먼트에 구비되는 가이드롤러(20)는 일반적으로 5~10개의 롤러로 구성되는 상부 가이드롤러와 하부 가이드롤러 결합체로 구성되며 그 사이에서 용강이 주조 및 압연되어 슬라브로 제조된다. 도 2에서 미 설명된 도면부호 18과 19는 상부 프레임과 하부 프레임를 각각 표시한다. 이러한 가이드롤러(20)는 한 개의 롤러로 형성되는 일체식 롤러와 여러 개의 롤러로 나누어지는 분할식 롤러로 나누어진다. 또한, 분할식 롤러는 분할부위가 단절되는 구조와 하나의 롤샤프트 상에 여러 개의 롤쉘이 조립되는 구조로 나누어진다. 여기서, 분할식 롤러가 일체식 롤러에 비하여 주조 중에 발생하는 하중에 의한 변형에 유리하며, 분할부위가 단절되어 있는 롤러는 분해, 조립 등 정비성이 우수하고, 롤샤프트와 롤쉘을 사용하는 구조는 수직, 수평방향 부위에 가장 저항력이 크므로 고하중을 받는 곳에 적합하다.

도 3 및 도 4는 종래기술에 따른 스트랜드 가이드롤러의 단면도이다.

종래기술에 따른 연속주조장치의 가이드롤러(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 롤샤프트(roll shaft)(21) 상에 각각의 롤쉘(roll shell)(23)이 조립되는 구조로 되어 있거나, 도 4에 도시된 바와 같이, 일체형롤(25) 형태로 되어 있으면서 각각의 베어링지지부(27)에서 완전히 분할되는 구조로 되어 있어 폭방향으로 주편의 냉각능력이 동일하게 되어 있다. 또한, 가이드롤러(20)는 대부분 내부에 형성된 냉각수로(21a,25a)를 따라 공급되는 냉각수에 의하여 냉각되는 구조를 가지며, 냉각되는 가이드롤러는 냉각되지 않는 가이드롤러에 비해 마모에 강할 뿐만 아니라 약 30%의 주편(3) 냉각효과를 갖는 것으로 알려져 있다.

그러나, 일반적으로 연속주조장치(1)에서 주편(3)의 폭방향 온도를 측정해보면 도(6)에서와 같이 주편(3)의 폭방향 양쪽(왼쪽, 오른쪽) 근처에서 가장 높은 것을 확인할 수 있으며(그래프 실선①), 그로 인하여 주편(3)의 폭방향으로 응고 불균일이 발생하여 주편(3)의 폭방향 품질편차가 발생한다.

또한, 크랙에 민감한 강종을 주조 시에는 주편(3)의 폭방향 양쪽에서는 크랙 발생 방지를 위해 주편(3)에 냉각수를 뿌리지 않거나 아주 약하게 뿌리게 되는데, 이와 같은 경우는 주편(3)의 폭방향 온도 불균일이 더욱 심해지고, 주편(3)의 폭방향 양쪽의 가이드롤러에는 롤러의 표면온도 상승으로 인하여 롤러의 마모가 심해지는 문제가 발생한다.

또한, 가이드롤러(20)가 일체형롤 형태인 구조는 주편(3)의 열을 잘 흡수하여 냉각수로 잘 전달시키지만, 롤샤프트 상에 롤쉘이 조립되는 구조는 조립경계면 사이에 존재하는 접촉열저항(thermal contact resistance)으로 인하여 열전달율이 떨어지는 현상이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연속주조 공정 시 주편의 폭방향 응고 불균일을 방지하여 폭방향으로 품질 편차가 없는 주편을 생산할 수 있는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 주편의 폭방향 양쪽 에지부 약냉 시 주편의 온도 상승으로 인한 롤러의 표면마모를 방지할 수 있는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 제공하고자 한다.

본 발명은 연속주조장치에서 주편을 안내하고 압착하는 가이드롤러 조립체에 있어서, 상기 주편의 폭방향 양쪽에 각각 위치하고, 롤샤프트와 롤쉘이 일체형으로 형성되며, 각각의 롤샤프트가 연장되어 서로 연결되는 연장샤프트를 형성하는 한 쌍의 양쪽 가이드롤러부; 및 상기 주편의 폭방향 중앙에 위치하고, 상기 연장샤프트 상에 롤쉘이 조립되는 중앙 가이드롤러부를 포함하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 개시한다.

또한, 상기 양쪽 가이드롤러부 및 상기 중앙 가이드롤러부의 샤프트 중심을 따라 냉각수가 유동하도록 냉각수로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 개시한다.

또한, 상기 양쪽 가이드롤러부의 상기 연장샤프트와 상기 중앙 가이드롤러부의 상기 롤쉘 사이 경계면에는 상기 연장샤프트와 상기 롤쉘의 상대운동을 방지하기 위한 상대운동방지부가 마련되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 개시한다.

또한, 상기 연장샤프트는 상기 양쪽 가이드롤러부로부터 연장되는 각각의 롤샤프트가 중앙부에서 중첩 결합되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 개시한다.

또한, 상기 연장샤프트의 중첩 결합부는 오목, 볼록 형상의 결합 구조로 되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 개시한다.

또한, 상기 연장샤프트의 중첩 결합부에는 냉각수의 누출을 방지하는 밀봉부가 마련되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체를 개시한다.

본 발명에 따른 연속주조장치의 가이드롤러 조립체는 다음과 같은 효과를 갖는다.

(1) 본 발명에 따른 연속주조장치의 가이드롤러 조립체는 가이드롤러의 양쪽 끝단부와 중앙부의 냉각능력을 달리하여 주편의 폭방향 응고 불균일을 방지하여 폭방향으로 균일한 품질의 주편을 생산할 수 있다는 효과를 갖는다.

(2) 본 발명에 따른 연속주조장치의 가이드롤러 조립체는 주편 크랙 방지를 위해 가이드롤러의 양쪽 에지부 주편에 냉각수를 살수하지 않거나 약냉을 실시할 경우 발생하는 롤러의 표면 마모를 감소시킬 수 있고, 고온에 다른 재질 물성변화를 저감시킬 수 있어 롤러의 강도(strength) 및 강성(stiffness)이 저하되는 것을 방지할 수 있다는 효과를 갖는다.

(3) 본 발명에 따른 연속주조장치의 가이드롤러 조립체는 가이드롤러의 중앙부분만 롤샤프트상에 롤쉘을 조립하면 되기 때문에, 가이드롤러의 분해, 조립이 간단하고, 롤러의 유지 및 보수 시간을 단축시킴으로써 연속주조설비의 생산성을 향상시킬 수 있다는 효과를 갖는다.

도 1은 일반적인 연속주조장치 스트랜드의 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 세그먼트의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 종래기술에 따른 스트랜드 가이드롤러의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속주조장치의 가이드롤러 조립체의 단면도이다.
도 6은 주편 폭방향 온도분포를 나타내는 그래프이다.
도 7은 롤샤프트 상에 롤쉘이 조립되는 가이드롤러의 단면 온도분포 및 열전단율을 보여주는 도면이다.
도 8은 롤샤프트와 롤쉘이 일체형으로 형성되는 가이드롤러의 단면 온도분포 및 열전단율을 보여주는 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 설명에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속주조장치(1)의 가이드롤러 조립체(100)는 분할롤러의 개수가 3개이든 5개이든 그 개수에 구애받지 않고 다양하게 적용할 수 있으나, 이하에서는 주로 3분할롤러 형태로 제작되는 가이드롤러 조립체(100)에 적용하여 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속주조장치의 가이드롤러 조립체의 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속주조장치(1)의 가이드롤러 조립체(100)는 양쪽 가이드롤러부(110,120) 및 중앙 가이드롤러부(130)를 포함하여, 연속주조장치(1)에서 주편(3)을 안내하고 압착하는 데에 이용된다.

양쪽 가이드롤러부(110,120)는 한 쌍으로 구성되어 주편(30의 폭방향 양쪽(왼쪽과 오른쪽)에 각각 위치한다. 또한, 양쪽 가이드롤러부(110,120)는 롤샤프트와 롤쉘을 따로 제작하여 조립하지 않고 롤샤프트(111)와 롤쉘(112)을 하나의 몸통, 즉 일체형으로 제작하여 열전달 효율을 좋게 한다. 또한, 양쪽 가이드롤러부(110,120)는 각각의 롤샤프트(111,121)가 중앙부로 연장되어 서로 연결되는 연장샤프트(131)를 형성한다.

연장샤프트(131)는 양쪽 가이드롤러부(110,120)로부터 연장되는 각각의 롤샤프트(111,121)가 중앙부에서 중첩 결합된다. 또한, 연장샤프트(131)의 중첩 결합부는 오목, 볼록 형상의 결합 구조로 되어 있다. 또한, 연장샤프트(131)의 중첩 결합부의 중앙 표면에는 냉각수의 누출을 방지하는 밀봉부(137)가 마련된다. 밀봉부(137)는 단면이 원형인 오링(O-Ring)을 사용하는 것이 바람직하다.

중앙 가이드롤러부(130)는 주편(3)의 폭방향 중앙에 위치한다. 중앙 가이드롤러부(130)는 양쪽 가이드롤러부(110,120)의 중앙 연장샤프트(131) 상에 롤쉘(132)을 조립하는 형태로 제작된다. 즉, 중앙 가이드롤러부(130)의 롤쉘(132)을 조립, 지지하는 샤프트는 양쪽 일체형으로부터 연장하여 형성되는 연장샤프트(131)를 절반씩 이용한다.

또한, 양쪽 가이드롤러부(110,120) 및 중앙 가이드롤러부(130)의 중심을 따라 냉각수가 유동하도록 냉각수로(101)가 형성된다. 즉, 양쪽 가이드롤러(110,120)의 중심과 중앙 연장샤프트(131)의 중심에 냉각수로(101)를 형성하며, 이 냉각수로(101)의 직경은 통상적으로 30~35mm 정도가 바람직하다.

또한, 양쪽 가이드롤러부(110,120)의 연장샤프트(131)와 중앙 가이드롤러부(130)의 롤쉘(132) 사이 경계면에는 연장샤프트(131)에 대하여 롤쉘(132)의 상대 회전운동을 방지하기 위한 상대운동방지부(135)가 마련된다. 여기서, 상대운동방지부(135)는 평행키 형태로 제작이 가능하며, 평행키는 연장샤프트(131)와 롤쉘(132)에 종방향으로 형성되는 키홈에 삽입되어 설치된다.

또한, 양쪽 가이드롤러(110,120)의 끝단에는 통상적인 롤러와 마찬가지로 로터리 조인트(141)가 설치되어 가이드 롤러가 회전하여도 냉각수 공급과 배출을 원활하게 할 수 있다.

또한, 가이드롤러는 4개의 베어링(143)이 분할부를 지지하여 회전을 가능하게 하며, 각각의 베어링(143)은 베어링 하우징(미도시) 내에 설치된다. 여기서, 베어링 하우징은 베어링(143) 윤활을 위한 윤활유 공급과 자체 냉각을 위한 냉각수 공급이 되는 구조로 되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 일반적으로 자동조심 기능이 있는 구름(roller) 베어링을 사용하였지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 베어링을 사용할 수 있다.

도 6은 주편 폭방향 온도분포를 나타내는 그래프이다.

도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속주조장치(1)의 가이드롤러 조립체(100)에서 주편(3)의 폭방향 온도를 측정해보면 조립형인 중앙 가이드롤러부(130) 보다 일체형인 양쪽 가이드롤러부(110,120)에서 열전달 효율이 더 좋기 때문에 주편(3)의 폭방향 양쪽(왼쪽, 오른쪽) 근처에서 냉각능력이 높아져 온도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다(그래프 점선②).

도 7 및 도 8은 컴퓨터 시뮬레이션으로 2차원 열전달 해석을 수행하여 온도분포와 열전달율을 보여주는 도면으로, 도 7은 롤샤프트 상에 롤쉘이 조립되는 가이드롤러의 단면 온도분포 및 열전단율을 보여주는 도면이고, 도 8은 롤샤프트와 롤쉘이 일체형으로 형성되는 가이드롤러의 단면 온도분포 및 열전단율을 보여주는 도면이다.

도 7에서 롤샤프트 상에 롤쉘이 조립되는 조립형 가이드롤러인 경우는 조립 경계면에서 불연속적인 온도분포를 보여주고 있다. 한편, 도 8에서 롤샤프트와 롤쉘이 일체로 형성되는 일체형 가이드롤러인 경우는 경계면이 없기 때문에 연속적인 온도분포를 보여주고 있다.

아래 [표 1]은 컴퓨터 시뮬레이션으로 조립형과 일체형 가이드롤러의 두 경우에 대하여 열전달율과 롤러의 표면온도를 실험한 것으로, 일체형이 조립형에 비하여 열전달율은 2배 이상이고, 롤러의 표면온도는 100도 이상 낮은 것을 볼 수 있다.

	조립형 가이드롤러	일체형 가이드롤러
Max. temp.	784(℃)	678 (℃)
Q/mm	7.6(W/mm)	15.6(W/mm)

본 발명은 연속주조 공정작업 중 가이드롤러 조립체(100)의 외부표면은 주편(3)과 접촉된 상태에 있어 그 열을 흡수한다. 이렇게 흡수된 열은 냉각수가 흐르는 가이드롤러 조립체(100)의 반경방향 중심으로 전달되고 냉각수 통로 경계면에서 대류 열전달에 의하여 냉각수로(101)로 흡수되어 외부로 배출된다.

이때, 양쪽 가이드롤러(110,120)는 롤샤프트(111,121)와 롤쉘(112,122)이 일체형으로 되는 구조이므로 열전달 효율이 뛰어나고, 또한 롤러의 표면 온도도 낮게 유지된다. 반면에, 중앙 가이드롤러(130)는 양쪽 가이드롤러(110,120)의 중앙 연장샤프트(131)상에 롤쉘(132)이 조립되는 구조이므로 그 경계면에서 열접촉 저항으로 인하여 열전달 효율이 일체형에 비하여 많이 떨어지고 롤러의 표면온도도 상대적으로 높게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 연속주조장치(1)의 가이드롤러 조립체(100)는 롤러의 양쪽 끝단부와 중앙부의 냉각능력을 달리하여 주편(3)의 폭방향 응고 불균일을 방지하여 폭방향으로 균일한 품질의 주편을 생산할 수 있다. 또한, 본 발명은 주편(3) 크랙 방지를 위해 가이드롤러의 양쪽 에지부 주편(3)에 냉각수를 살수하지 않거나 약냉을 실시할 경우 발생하는 롤러의 표면 마모를 감소시킬 수 있고, 고온에 다른 재질 물성변화를 저감시킬 수 있어 롤러의 강도(strength) 및 강성(stiffness)이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 또한, 특허청구범위의 기재 중 괄호 내의 기재는 기재의 불명료함을 방지하기 위한 것이며, 특허청구범위의 권리범위는 괄호 내의 기재를 모두 포함하여 해석되어야 한다.

1 : 연속주조장치 100 : 가이드롤러 조립체
110,120 : 양쪽 가이드롤러부 111,121 : 롤샤프트
112,122,132 : 롤쉘 130 : 중앙 가이드롤러부
131 : 연장샤프트 135 : 상대운동방지부
137 : 밀봉부 143 : 베어링

Claims (6)

1. 연속주조장치에서 주편을 안내하고 압착하는 가이드롤러 조립체에 있어서,
   상기 주편의 폭방향 양쪽에 각각 위치하고, 롤샤프트와 롤쉘이 일체형으로 형성되며, 각각의 롤샤프트가 연장되어 서로 연결되는 연장샤프트를 형성하는 한 쌍의 양쪽 가이드롤러부; 및
   상기 주편의 폭방향 중앙에 위치하고, 상기 연장샤프트 상에 롤쉘이 조립되는 중앙 가이드롤러부를 포함하되,
   상기 양쪽 가이드롤러부 및 상기 중앙 가이드롤러부의 중심을 따라 냉각수가 유동하도록 냉각수로가 형성되어, 상기 냉각수로를 통해 냉각수가 유동하면, 상기 양쪽 가이드롤러부에 접촉되는 상기 주편의 표면이 상기 중앙 가이드롤러부에 접촉되는 주편의 표면보다 냉각 효율이 2배 이상 높은 것을 특징으로 하는, 연속주조장치의 가이드롤러 조립체.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 양쪽 가이드롤러부의 상기 연장샤프트와 상기 중앙 가이드롤러부의 상기 롤쉘 사이 경계면에는 상기 연장샤프트와 상기 롤쉘의 상대운동을 방지하기 위한 상대운동방지부가 마련되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 연장샤프트는 상기 양쪽 가이드롤러부로부터 연장되는 각각의 롤샤프트가 중앙부에서 중첩 결합되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 연장샤프트의 중첩 결합부는 오목, 볼록 형상의 결합 구조로 되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 연장샤프트의 중첩 결합부에는 냉각수의 누출을 방지하는 밀봉부가 마련되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치의 가이드롤러 조립체.

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