KR101536355B1 - 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 히트 싱크;와, 상기 히트 싱크 외부에 적층되고, 길이 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 내부 모듈; 및 상기 내부 모듈 외부에 적층되고, 반경 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 외부 모듈;을 포함하되, 상기 외부 모듈은, 상기 외부 모듈의 상부에 배치된 고온부; 및 상기 고온부와 내부 모듈의 사이에 배치된 저온부;를 포함하는 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤을 제공한다.
내부 모듈, 외부 모듈, 링, 적층

Description

롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤{Cooling roll for the crown control of roll}
본 발명의 일 측면은 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤에 관한 것으로, 특히 열전모듈을 이용한 내부 냉각방식에 의한 냉각 롤에 관한 것이다.
도 1은 종래의 롤의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 주조공정이나 압연공정에서 롤(1)은 소재(2)와 접촉하여 마찰에 의해 발생한 열 또는 소재(2)로부터 전달된 열에 의해서 열 팽창하게 된다. 이러한 열 팽창은 제품의 두께에 영향을 주기 때문에 결과적으로 제품의 품질을 저하시킨다.
롤(1)의 팽창을 억제하기 위한 종래의 냉각방법은 내부 냉각방식과 외부 냉각방식으로 분류된다. 주로 주조에서 사용되는 내부 냉각방식은 롤(1)의 내부에 파이프로 이루어진 냉각회로를 가지고 있다. 이러한 냉각회로에 냉각액체(보통은 물)를 주입해서 롤(1)의 내부에서 롤(1)을 냉각시키는 방법이다. 외부 냉각방식은 복수의 스프레이 노즐을 두고 외부에서 롤(1)에 직접 냉각액체를 분사하여 롤(1) 표면으로부터 롤(1)을 냉각시킨다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 내부 냉각방식과 외부 냉각방식의 냉각 롤이 다.
도 2a를 참조하면, 내부 냉각방식은 롤(1) 내부에 유체를 통과시키기 위한 공간이 필요하므로 압연과 같이 롤(1)에 큰 하중이 걸리는 작업에서는 하중에 의한 변형이 일어나기 때문에 그 사용상의 제한을 받는다. 그리고, 냉각 파이프(3)에 흐르는 냉각액체(4)의 온도를 롤(1)의 각 부분에서 자유롭게 변화시킬 수 없으므로 롤(1) 표면의 형상제어가 불가능하다.
도 2b를 참조하면, 외부 냉각방식은 롤(1)의 내부에서 온도의 상승을 차단하지 못하므로 장시간 조업하게 되면 롤(1)의 중심부까지 온도가 변화한다. 이와 같은 경우에, 롤(1)의 외부에서 스프레이 노즐(5)로 냉각액체(4)를 분사시킴으로써 롤(1)의 표면만을 냉각시켜 롤(1)의 중심부까지 냉각하기 위해서는 상당한 시간이 걸리기 때문에 냉각의 응답성이 늦다.
도 3에 종래의 열전모듈의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 열전모듈은 p형 반도체(6), n형 반도체(7), 금속판의 고온부(8) 및 저온부(9)로 이루어져 있다.
n형 반도체(7)에서 금속판의 저온부(9)로 전류가 흐르면 내부의 전도전자가 금속판에서 n형 반도체(7)로 이동하며, 이때 평균 운동에너지가 증가하게 된다. 이 운동에너지의 변화가 열의 흡수로 발생하게 된다. 전류가 이와 반대 방향으로 흐르게 되면, 전자의 운동에너지가 감소하면서 발열반응이 생긴다.
금속과 p형 반도체(6) 접합에서는 양공의 흐름이 전류의 방향과 일치하므로 n형 반도체(7) 접합의 전류의 방향과는 반대 방향으로 흡열반응 및 발열반응이 생긴다. 이러한 원리에 의해 모듈에 전류가 흐르면 금속판의 고온부(8)에서 금속판의 저온부(9)로 열을 이동시킬 수 있다. 이동하는 총 열량 Qtotal은 수학식 1과 같이 결정된다.
Figure 112007094070270-pat00001
여기서,
Figure 112007094070270-pat00002
은 제벡(Seebeck) 계수, I는 전류, TH는 금속판 고온부(8)의 온도, TC는 금속판 저온부(9)의 온도, K는 열 전도계수, r은 저항이다.
이와 같이 모듈을 직렬로 다수 연결하면 금속판의 고온부(8) 온도를 원하는 온도 또는 일정온도로 유지시킬 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 냉각방식은 압축 변형에 강하게 하면서 롤을 냉각시킬 수 없다. 그리고, 상기와 같은 종래의 냉각방식은 열 팽창에 의한 롤 크라운을 빠른 응답성으로 억제할 수 없을 뿐만 아니라, 소재의 표면 형상을 원하는 형상으로 제어할 수 없다.
본 발명의 일 측면은, 압축 변형에 강하면서 롤을 냉각할 수 있는 내부 냉각방식의 냉각 롤을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 측면은, 열 팽창에 의한 롤 크라운을 빠른 응답성으로 억제할 뿐만 아니라 롤 표면의 온도를 자유롭게 변화시켜 소재의 표면 형상을 원하는 형상으로 제어하는 냉각 롤을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 히트 싱크;와, 상기 히트 싱크 외부에 적층되고, 길이 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 내부 모듈; 및 상기 내부 모듈 외부에 적층되고, 반경 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 외부 모듈;을 포함하되, 상기 외부 모듈은, 상기 외부 모듈의 상부에 배치된 고온부; 및 상기 고온부와 내부 모듈의 사이에 배치된 저온부;를 포함하는 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 히트 싱크;와, 상기 히트 싱크 외부에 적층되고, 길이 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 내부 모듈; 및 상기 내부 모듈 외부에 적층되고, 반경 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 외부 모듈;을 포함하되, 상기 외부 모듈의 단위 링은 길이 방향으로 적층될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 히트 싱크;와, 상기 히트 싱크 외부에 적층되고, 길이 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 내부 모듈; 및 상기 내부 모듈 외부에 적층되고, 반경 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 외부 모듈;을 포함하되, 상기 히트 싱크와 내부 모듈 사이는 절연체로 절연될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 히트 싱크;와, 상기 히트 싱크 외부에 적층되고, 길이 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 내부 모듈; 및 상기 내부 모듈 외부에 적층되고, 반경 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 외부 모듈;을 포함하되, 상기 내부 모듈과 외부 모듈 사이는 절연체로 절연된 것을 특징으로 하는 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤.
삭제
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부 냉각방식으로 롤을 냉각하기 때문에 열 팽창에 의한 롤 크라운을 빠른 응답성으로 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 롤의 길이 방향으로 독립적인 온도 제어가 가능하도록 열전 모듈이 배치되어 있으므로 롤의 표면 형상을 변화시켜 스트립의 표면 형상 제어가 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, p-n 소자는 세라믹으로 압축 하중에 강하므로 압연과 같이 하중이 크게 걸리는 경우에도 사용이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 4는 본 발명의 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤의 분해 사시도이다. 도 4를 참조하면, 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤은, 크게 히트 싱크(12), 내부 모듈(11) 및 외부 모듈(10)로 구성된다.
내부 모듈(11)은 상기 히트 싱크(12) 외부에 적층되되, 길이 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태를 갖는다. 외부 모듈(10)은 상기 내부 모듈(11) 외부에 적층되되, 반경 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태를 갖는다.
그리고, 히트 싱크(12)와 내부 모듈(11)의 사이와 내부 모듈(11)과 외부 모듈(10)의 사이에는 절연체로 절연되어 있다.
도 5a는 본 발명의 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤 외부 모듈의 단위 링의 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 단위 링이 길이 방향으로 적층된 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5a를 참조하면, 2단으로 적층된 외부 모듈(10)의 상태를 보이고 있다. 외부 모듈(10)은 고온부(10a)와 저온부(10b)로 구성되어 있다. 외부 모듈(10)의 고온부(10a)는 외부 모듈(10)의 상부에 배치되어 있고, 외부 모듈(10)의 저온부(10b)는 외부 모듈(10)의 하부에 배치되어 있다. 외부 모듈(10)의 고온부(10a)는 냉각 롤의 표면을 향하고, 외부 모듈(10)의 저온부(10b)는 내부 모듈(11)과 연결되어 있다. 외부 모듈(10)은 1개의 링을 전류량을 제어하는 하나의 단위로 한다.
도 5b를 참조하면, 외부 모듈(10)은 상부의 고온부(10a)와 하부의 저온부(10b)가 결합되어 단위 링을 형성하고 있고, 각 단위 링은 길이 방향으로 적층되어 있다. 이와 같이, 외부 모듈(10)의 단위 링은 길이 방향으로 독립된 단위로 구성되어 있기 때문에 각 단위 링에 흐르는 전류의 양을 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 냉각 롤의 길이 방향으로 다른 온도가 분포될 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤의 외부 모듈과 내부 모듈이 결합된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 6을 참조하면, 내부 모듈(11)은 길이방향으로 적층되어 있고, 상부의 외부모듈(10) 저온부(10b)와 하부의 히트 싱크(heat sink, 12)에 연결되어 있다.
내부 모듈(11)은 외부 모듈(10)이 냉각 롤의 표면으로부터 냉각 롤 내부로 이동시킨 열을 다시 히트 싱크(12)로 이동시킨다. 히트 싱크(12)의 위치는 냉각 롤의 일면 또는 양면에 설치한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도 1은 종래의 롤의 사시도이다.
도 2a는 종래의 내부 냉각방식의 냉각 롤의 사시도이다.
도 2b는 종래의 외부 냉각방식의 냉각 롤의 사시도이다.
도 3에 종래의 열전모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤의 분해 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤 외부 모듈의 단위 링의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 단위 링이 길이 방향으로 적층된 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤의 외부 모듈과 내부 모듈이 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 외부 모듈 10a : 고온부
10b : 저온부 11 : 내부 모듈
12 : 히트 싱크

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 히트 싱크;
    상기 히트 싱크 외부에 적층되고, 길이 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 내부 모듈; 및
    상기 내부 모듈 외부에 적층되고, 반경 방향으로 적어도 하나의 층으로 적층된 링 형태의 외부 모듈;을 포함하되,
    상기 외부 모듈은,
    상기 외부 모듈의 상부에 배치된 고온부; 및
    상기 고온부와 내부 모듈의 사이에 배치된 저온부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외부 모듈의 단위 링은 길이 방향으로 적층된 것을 특징으로 하는 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 히트 싱크와 내부 모듈 사이는 절연체로 절연된 것을 특징으로 하는 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 내부 모듈과 외부 모듈 사이는 절연체로 절연된 것을 특징으로 하는 롤 크라운 제어가 가능한 냉각 롤.
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