KR101353869B1

KR101353869B1 - 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법

Info

Publication number: KR101353869B1
Application number: KR1020110140238A
Authority: KR
Inventors: 오상현; 문창호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2014-01-20
Also published as: KR20130072699A

Abstract

본 발명에 따른 이동형 냉각장치는, 진행되는 소재의 폭방향으로 배치된 가이드프레임을 따라 이동가능하도록 설치되어 소재의 폭방향으로 왕복이동하면서 냉각유체를 분사하는 분사수단을 구비함으로써, 진행되는 소재의 폭방향에 대한 냉각유체를 균일하게 분사할 수 있고 이에 따라 소재의 폭방향에 대한 냉각효율을 균일하게 할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 불균일한 냉각에 의해 소재의 표면에 형성되는 줄무늬의 발생을 방지하고, 소재의 폭방향으로 발생하는 재질편차를 감소시킴에 따라 소재 제품에 대한 품질을 높일 수 있는 장점을 가진다.

Description

이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법{Method for cooling material with mobile cooling apparatus}

본 발명은 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법으로서, 진행되는 고온의 소재에 대한 폭방향 균일냉각을 위한 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 냉각헤더를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 냉각헤더가 진행되는 소재에 냉각유체를 분사하는 것을 나타낸 도이다.

도면을 참조하면, 철강제품은 그 소재의 목적에 따른 각각의 제조 과정을 갖고 있으며, 그 중 TMCP,API, AHSS 등 높은 강도를 요구하는 제품은 그 소재의 특성을 만들기 위해 냉각 공정을 필요로 한다.

철강 제품의 냉각을 위해서는 물, 공기 등을 분사하여 철강을 급냉하는 방법을 주로 사용한다. 필요한 유체를 소재(1)의 폭방향으로 고르게 분사하기 위해서는 냉각유체(5)를 분사할 수 있는 냉각헤더(2)가 필요하다.

이때, 대부분의 냉각헤더(2)는 도 2에 도시된 바와 같은 일종의 고정부재 또는 기기장치로 고정되어 있어서, 고정된 냉각헤더(2)를 통해서 냉각유체(5)이 분사된다.

또한 폭방향으로 균일하게 분사하는 것이 소재(1)의 균일한 재질을 만들어냄에 있어서 필수적이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 다양한 노즐 패턴, 노즐 직경, 냉각유체 공급방법 등에 대한 다양한 방법들이 적용된다.

하지만, 종래의 고정된 냉각헤더(2)의 경우 소재(1)가 지나감에 따라 도 2와 같이 고정된 노즐(2a) 배열대로 냉각유체(5)를 맞게 된다.

어떠한 방식으로 노즐 패턴을 적용하더라도 고정된 노즐 패턴이라는 기계적 구조에 의해 냉각유체(5)의 폭방향 편차가 발생한다.

이로 인해 아주 적은 유량을 사용하는 경우나 아주 많은 유량을 사용하는 경우 철강 제품에 줄무늬가 발생하고, 심한 경우 줄무늬 형상대로 재질 불량이 발생하기도 한다.

이에 따라, 고정된 냉각헤더(2)에서 발생하는 고정된 냉각패턴이라는 구조적인 한계를 극복하여 국부적인 폭방향 냉각편차를 해소하고자 하는 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 진행되는 고온의 소재에 대한 폭방향 균일냉각을 위해 폭방향 이동되는 냉각헤더를 가진 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법은, 진행되는 소재의 폭방향으로 배치된 가이드프레임과, 상기 가이드프레임을 따라 이동되도록 설치되며, 폭방향 일정간격 이격된 복수 개의 분사노즐로 냉각유체를 분사하는 냉각헤더와, 상기 냉각헤더를 이동시키는 구동부를 구비하는 이동형 냉각장치를 준비하는 냉각장치 준비단계; 및 진행되는 소재에 대해 냉각유체를 분사 시 상기 구동부에 의해 상기 냉각헤더를 소재의 폭방향으로 왕복운동하면서 소재를 균일하게 냉각시키는 냉각유체 분사단계;를 포함한다.

삭제

여기에서, 일 실시예에 따르면, 상기 구동부는, 상기 냉각헤더의 일측으로부터 소재의 폭방향으로 연장된 랙기어; 및 상기 랙기어와 맞물리는 피니언기어가 모터축 단부에 형성되어 정역회전하는 리버시블 모터;를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 다른 실시예에 따르면, 상기 구동부는, 단부가 상기 냉각헤더의 일측에 체결되고 소재의 폭방향으로 배치되어 신장 및 수축하는 피스톤을 가진 왕복실린더;를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각유체 분사단계에서, 상기 냉각헤더를 기준으로 소재가 들어오는 속도벡터가 Vy이고, 상기 냉각헤더를 기준으로 냉각유체가 소재로 주수되는 속도벡터가 Vz이고, 정지된 상기 냉각헤더에 의해 냉각되는 소재에서 바라보는 냉각유체의 속도벡터는 Vyz이며, 폭방향 직선운동하는 상기 냉각헤더의 속도벡터 Vx가 포함되면, 폭방향 직선운동하는 상기 냉각헤더에 의해 냉각되는 소재에서 바라보는 냉각유체의 속도벡터 Vxyz인 경우, 속도벡터 Vyz와 Vxyz 사이의 각 θxyz는 20도 이하인 것이 바람직하다.

이에 더하여, 상기 가이드프레임에는 소재의 폭방향으로 LM가이드홈이 형성되고, 상기 냉각헤더에는 상기 LM가이드홈에 삽입되어 회전되는 LM베어링이 장착된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법은, 진행되는 소재의 폭방향으로 배치된 가이드프레임을 따라 이동가능하도록 설치되어 소재의 폭방향으로 왕복이동하면서 냉각유체를 분사하는 분사수단을 구비함으로써, 진행되는 소재의 폭방향에 대한 냉각유체를 균일하게 분사할 수 있고 이에 따라 소재의 폭방향에 대한 냉각효율을 균일하게 할 수 있다.

결과적으로, 불균일한 냉각에 의해 소재의 표면에 형성되는 줄무늬의 발생을 방지하고, 소재의 폭방향으로 발생하는 재질편차를 감소시킴에 따라 소재 제품에 대한 품질을 높일 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 일반적인 냉각헤더를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 냉각헤더가 진행되는 소재에 냉각유체를 분사하는 것을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동형 냉각장치를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 이동형 냉각장치를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 이동형 냉각장치에서 냉각헤더의 이동속도를 설정하기 위한 속도벡터를 나타낸 도이다.
도 6은 종래의 냉각장치와 본 발명의 이동형 냉각장치에 의해 분사되는 냉각유체의 분사경로를 각각 나타낸 도이다.
도 7은 종래의 냉각장치와 본 발명의 이동형 냉각장치에 대한 폭길이 대비 냉각효율을 각각 나타낸 그래프이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동형 냉각장치를 나타낸 도이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 이동형 냉각장치를 나타낸 도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 진행되는 소재(1)의 폭방향으로 배치된 가이드프레임(10)과, 상기 가이드프레임(10)을 따라 이동가능하도록 설치된 분사수단을 구비하는 이동형 냉각장치를 준비하는 냉각장치 준비단계, 및 진행되는 소재(1)에 대해 냉각유체(5)를 분사 시 분사수단이 소재(1)의 폭방향으로 왕복운동하면서 소재(1)를 균일하게 냉각시키는 냉각유체 분사단계를 포함한다.

상기 가이드프레임(10)은 분사수단의 냉각헤더(20)가 설치되어 이동되는 것을 가이드 지지하도록 하는 역할을 수행한다.

이러한 가이드프레임(10)은 냉각헤더(20)의 외부형상과 대응되도록, 나아가 부분적으로 형합될 수 있는 구조를 취한다.

즉, 일례로서 가이드프레임(10)은 냉각헤더(20)의 상부 일측 테두리와, 하부 양측 테두리를 지지하도록 구성되는데, 각각 테두리에 접하는 두 개의 접면을 일정부분 감싸는 형상을 가진다.

이와 같은 가이드프레임(10)에는 소재(1)의 폭방향으로 LM가이드홈(10a)이 형성되고, 상기 냉각헤더(20)에는 상기 LM가이드홈(10a)에 삽입되어 회전되는 LM베어링(11)이 장착될 수 있다. 이에 따라, 냉각헤더(20)가 가이드프레임(10)에 설치되어 가이드프레임(10)을 따라 이동시 LM가이드홈(10a)에 삽입되어 회전하는 LM베어링(11)에 의해 마찰저항이 최소화되고 흔들림도 거의 발생하지 않게 된다. 참고로, 여기에서 LM은 'Liner Motion'을 지칭한다.

또한, 상기 분사수단은 가이드프레임(10)을 따라 이동가능하도록 설치되어 냉각유체 분사단계에서 소재(1)의 폭방향으로 왕복이동하면서 냉각유체(5)를 분사하도록 구성된다.

이와 같은 분사수단은 폭방향 일정간격 이격된 복수 개의 분사노즐(21)이 형성된 냉각헤더(20)와, 상기 냉각헤더(20)를 소재(1)의 폭방향으로 왕복이동시키도록 구성되는 구동부를 구비한다.

이때, 상기 구동부에 대한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 랙기와 리버시블 모터(40)(Reversible motor)가 구성된다.

상기 랙기어(30)는 냉각헤더(20)의 일측으로부터 소재(1)의 폭방향으로 연장되어 배치된다. 이와 같은 랙기어(30)는 기어가이드부재(31)에 체결되어 기어가이드부재(31)를 따라 안정적으로 슬라이드 이동될 수 있다.

또한, 상기 리버시블 모터(40)는 모터지지부재(43)에 견고하게 안착고정되며, 상기 랙기어(30)와 맞물리는 피니언기어(42)가 모터축(41) 단부에 형성된다.

이때, 상기 리버시블 모터(40)는 자주회전방향을 바꿔야하는 곳에 적합한 모터로서, 냉각헤더(20)의 분사노즐(21)이 인접한 분사노즐(21)의 위치에까지 이동한 후 복귀하는 동작이 가능하도록 정역회전한다.

여기에서, 냉각헤더(20)는 타측으로부터 슬라이드바(50)가 소재(1)의 폭방향으로 연장되어 배치되며, 상기 슬라이드바(50)는 바닥에 설치고정된 슬라이드가이드부재(51)에 체결되어 슬라이드가이드부재(51)를 따라 안정적으로 슬라이드 이동될 수 있다.

상기와 같이 랙기어(30)와 리버시블 모터(40)로 구성되는 구동부는, 리버시블 모터(40)가 정역회전함에 따라 모터축(41)의 단부에 형성된 피니언기어(42)도 정역회전하게 되고, 이에 의해 랙기어(30)가 소재(1)의 폭방향으로 왕복운동함에 따라 랙기어(30)와 연결된 냉각헤더(20)가 소재(1)의 폭방향으로 일정거리만큼 안정적이면서도 원활하게 왕복운동을 하게 된다.

이때, 상기 구동부에 대한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 왕복실린더(60)가 구성된다.

이때, 왕복실린더(60)는 실린더지지부재(62)에 견고하게 안착고정되며, 단부가 상기 냉각헤더(20)의 일측에 체결되고 소재(1)의 폭방향으로 배치되어 신장 및 수축하는 피스톤(61)을 가진다.

즉, 왕복실린더(60)의 피스톤(61)은 냉각헤더(20)의 일측에 고정되어 신장 및 수축하면서 왕복운동함에 따라, 냉각헤더(20)가 소재(1)의 폭방향으로 왕복운동을 하게 된다.

상기와 같이 왕복실린더(60)로 구성되는 구동부는, 피스톤(61)이 반복적으로 신장 및 수축함에 따라 피스톤(61) 단부에 고정된 냉각헤더(20)가 소재(1)의 폭방향으로 일정거리만큼 안정적이면서도 원활하게 왕복운동을 하게 된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 소재(1)의 진행속도, 냉각헤더(20)의 분사노즐(21)로부터 주수되는 냉각유체(5)의 분사속도를 고려하여 적정한 냉각헤더(20)의 폭방향 이송속도를 구할 수 있다.

Vy는 냉각헤더(20)를 기준으로 소재(1)가 들어오는 속도벡터이고, Vz는 냉각헤더(20)를 기준으로 냉각유체(5)가 소재(1)로 주수되는 속도벡터이며, 이때 참고로 종래의 발명에 따른 냉각장치에 의해 냉각되는 소재(1)에서 바라보는 냉각유체(5)의 속도벡터는 Vyz이다.

여기에서, 본 발명은 냉각헤더(20)의 폭방향 직선운동 따른 속도벡터 Vx가 포함된다. 이를 고려하면, 소재(1)의 위치에서 바라보는 냉각유체(5)의 속도 벡터는 Vxyz가 된다.

종래의 발명과 본 발명의 차이점인 냉각헤더(20)의 폭방향 이동 속도에 따라 Vyz 와 Vxyz가 이루는 θxyz가 결정된다.

냉각헤더(20)의 폭방향 이동이 너무 빠르면 Vz방향으로 내려오는 냉각유체(5)의 직진성이 불량해져 동일 유량을 주수하더라고 냉각효율이 낮아질 수 있다.

이에 따라, 본 발명이 폭방향 균일냉각성능을 확보하며 기존의 냉각효율을 유지하기 위해선 θxyz의 값이 20도 이하가 되어야 한다.

도 6은 종래의 냉각장치와 본 발명의 이동형 냉각장치에 의해 분사되는 냉각유체의 분사경로를 각각 나타낸 도이고, 도 7은 종래의 냉각장치와 본 발명의 이동형 냉각장치에 대한 폭길이 대비 냉각효율을 각각 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 진행되는 소재(1)의 폭방향으로 배치된 가이드프레임(10)을 따라 이동가능하도록 설치된 분사수단이 냉각유체 분사단계에서 소재(1)의 폭방향으로 왕복이동하면서 냉각유체(5)를 분사하도록 구성됨으로써, 진행되는 소재(1)의 폭방향에 대한 냉각유체(5)를 균일하게 분사할 수 있고 이에 따라 소재(1)의 폭방향에 대한 냉각효율을 균일하게 할 수 있다.

결과적으로, 불균일한 냉각에 의해 소재(1)의 표면에 형성되는 줄무늬의 발생을 방지하고, 소재(1)의 폭방향으로 발생하는 재질편차를 감소시킴에 따라 소재(1) 제품에 대한 품질을 높일 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 가이드프레임 10a : LM가이드홈
11 : LM베어링 20 : 냉각헤더
21 : 분사노즐 30 : 랙기어
31 : 기어가이드부재 40 : 리버시블 모터
41 : 모터축 42 : 피니언기어
43 : 모터지지부재 50 : 슬라이드바
51 : 슬라이드가이드부재 60 : 왕복실린더
61 : 피스톤 62 : 실린더지지부재
50 : 슬라이드바 51 : 슬라이드가이드부재

Claims

진행되는 소재(1)의 폭방향으로 배치된 가이드프레임(10)과, 상기 가이드프레임(10)을 따라 이동되도록 설치되며, 폭방향 일정간격 이격된 복수 개의 분사노즐(21)로 냉각유체(5)를 분사하는 냉각헤더(20)와, 상기 냉각헤더(20)를 이동시키는 구동부를 구비하는 이동형 냉각장치를 준비하는 냉각장치 준비단계; 및
진행되는 소재(1)에 대해 냉각유체(5)를 분사 시 상기 구동부에 의해 상기 냉각헤더(20)를 소재(1)의 폭방향으로 왕복운동하면서 소재(1)를 균일하게 냉각시키는 냉각유체 분사단계;
를 포함하는 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 구동부는, 상기 냉각헤더(20)의 일측으로부터 소재(1)의 폭방향으로 연장된 랙기어(30); 및 상기 랙기어(30)와 맞물리는 피니언기어(42)가 모터축(41) 단부에 형성되어 정역회전하는 리버시블 모터(40);
를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법.
제1항에 있어서,
상기 구동부는, 단부가 상기 냉각헤더(20)의 일측에 체결되고 소재(1)의 폭방향으로 배치되어 신장 및 수축하는 피스톤(61)을 가진 왕복실린더(60);
를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각유체 분사단계에서,
상기 냉각헤더(20)를 기준으로 소재(1)가 들어오는 속도벡터가 Vy이고, 상기 냉각헤더(20)를 기준으로 냉각유체(5)가 소재(1)로 주수되는 속도벡터가 Vz이고, 정지된 상기 냉각헤더(20)에 의해 냉각되는 소재(1)에서 바라보는 냉각유체(5)의 속도벡터는 Vyz이며,
폭방향 직선운동하는 상기 냉각헤더(20)의 속도벡터 Vx가 포함되면, 폭방향 직선운동하는 상기 냉각헤더(20)에 의해 냉각되는 소재(1)에서 바라보는 냉각유체(5)의 속도벡터 Vxyz인 경우, 속도벡터 Vyz와 Vxyz 사이의 각 θxyz는 20도 이하인 것을 특징으로 하는 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법.
제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가이드프레임(10)에는 소재(1)의 폭방향으로 LM가이드홈(10a)이 형성되고, 상기 냉각헤더(20)에는 상기 LM가이드홈(10a)에 삽입되어 회전되는 LM베어링(11)이 장착된 것을 특징으로 하는 이동형 냉각장치에 의한 소재 냉각방법.