KR101536906B1 - 소재 냉각장치 - Google Patents

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윤일성
송혁진
임준석
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현대제철 주식회사
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Abstract

소재 냉각장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 소재 냉각장치는: 소재의 상측에서 소재의 폭방향으로 냉각수를 공급하는 제1공급관로부와, 제1공급관로부에서 연장되어 소재의 상측으로 냉각수를 분사하는 제1분사부와, 제1분사부에 설치되어 냉각수의 온도를 상승시키는 제1가열부와, 제1가열부의 작동을 제어하는 제어부 및 소재의 온도를 측정하여 제어부로 측정값을 전달하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

소재 냉각장치{COOLING APPARATUS FOR MATERIAL}
본 발명은 소재 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압연이 완료된 소재를 냉각시키는 냉각수의 온도를 제어하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 소재 냉각장치에 관한 것이다.
일반적인 철강제조는 용선을 생산하는 제선공정, 용선에서 불순물을 제거하는 제강공정, 액체상태의 철을 고체로 변형시키는 연주공정, 철을 강판이나 선재로 만드는 압연공정으로 이루어진다. 압연공정은 슬라브를 가열로에 장입하여 압연에 적합한 온도(1100~1300 ℃)로 재가열하여 추출한 후, 조압연기를 통해 폭압연 및 두께압연을 실시하고 사상압연기에서 수요자가 원하는 두께를 갖는 소재로 최종 압연을 한 후 냉각하는 공정을 갖는다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0022336호(2011.03.07. 공개, 발명의 명칭 : 열연판재의 국부과냉 방지장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 압연이 완료된 소재를 냉각시키는 냉각수의 온도를 제어하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 소재 냉각장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 소재 냉각장치는: 소재의 상측에서 소재의 폭방향으로 냉각수를 공급하는 제1공급관로부와, 제1공급관로부에서 연장되어 소재의 상측으로 냉각수를 분사하는 제1분사부와, 제1분사부에 설치되어 냉각수의 온도를 상승시키는 제1가열부와, 제1가열부의 작동을 제어하는 제어부 및 소재의 온도를 측정하여 제어부로 측정값을 전달하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 소재의 하측에서 소재의 폭방향으로 냉각수를 공급하는 제2공급관로부와, 제2공급관로부에서 연장되어 소재의 하측으로 냉각수를 분사하는 제2분사부 및 제2분사부에 설치되어 냉각수의 온도를 상승시키는 제2가열부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 제1가열부는 제1분사부의 외측에 권선되는 제1열선부재를 포함하며, 제2가열부는 제2분사부의 외측에 권선되는 제2열선부재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 제어부는, 소재의 폭방향 양측으로 분사되는 냉각수의 온도가 소재의 가운데로 분사되는 냉각수의 온도보다 높게 형성되도록 제1가열부와 제2가열부를 제어하는 것이 바람직하다.
또한 센서부는, 제1분사부로 진입되기 전에 소재의 온도를 측정하는 제1측정부재와, 제1측정부재와 이격된 상태로 설치되며 냉각수가 분사되는 소재의 온도를 측정하는 제2측정부재 및 제2측정부재와 이격된 상태로 설치되며 제1분사부를 통과한 소재의 온도를 측정하는 제3측정부재를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 소재 냉각장치는, 제어부가 제1가열부와 제2가열부를 제어하여 소재의 상측과 하측으로 분사되는 냉각수의 온도를 제어하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 소재의 중앙부로 분사되는 냉각수의 온도보다 소재의 가장자리부로 분사되는 냉각수의 온도를 높게 하여 소재의 가장자리의 과냉을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1가열부가 제1분사부에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2가열부가 제2분사부에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1분사부에서 분사된 냉각수가 소재를 냉각시키는 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치의 블록도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치를 설명한다. 설명의 편의를 위해 제철공장에 설치되는 소재 냉각장치를 예로 들어 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1가열부가 제1분사부에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2가열부가 제2분사부에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1분사부에서 분사된 냉각수가 소재를 냉각시키는 상태를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치의 블록도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치(1)는, 제1공급관로부(20), 제1분사부(30), 제1가열부(40), 제어부(50), 센서부(60), 제2공급관로부(70), 제2분사부(80), 제2가열부(90), 물탱크(100)를 포함한다.
사상압연기(10)를 통과하며 마무리압연이 종료된 시점에서 소재(110)의 온도는 대략 600도 내지 1000℃가 되며, 사상압연기(10)를 통과한 소재(110)는 이송롤러(12)를 따라 후공정으로 이송된다. 소재(110)는 소재 냉각장치(1)를 통과하여 설정된 온도로 냉각된 후 권취기(14)에서 코일 형상으로 권선된다.
제1공급관로부(20)는 소재(110)의 상측에서 소재(110)의 폭방향(W)으로 냉각수(16)를 공급하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 제1공급관로부(20)는 사상압연기(10)와 권취기(14)의 사이에 설치되며, 이송롤러(12)를 통과하는 소재(110)의 상측에 위치한다. 제1공급관로부(20)는 파이프 형상으로 형성되며, 소재(110)의 폭방향(W)으로 설치되어 냉각수(16)를 소재(110)의 폭방향(W)으로 이송한다. 소재(110)의 길이방향을 따라 제1공급관로부(20)는 복수로 설치되며, 각각의 제1공급관로부(20)에 제1제어밸브(22)가 연결되어 냉각수(16)의 공급을 제어한다.
제1공급관로부(20)의 내측에는 냉각수(16)의 공급 유로가 형성되며, 제1공급관로부(20)의 상측에는 제1공급관로부(20)의 길이방향을 따라 복수 개의 제1분사부(30)가 설치된다. 제1분사부(30)는 제1공급관로부(20)에서 연장되어 소재(110)의 상측으로 냉각수(16)를 분사하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 제1분사부(30)의 일측은 제1공급관로부(20)에 연통되며, 제1분사부(30)의 타측은 소재(110)의 상측으로 연장된다. 제1공급관로부(20)을 통해 이동하는 냉각수(16)는 제1분사부(30)를 통해 소재(110)의 상측으로 낙하되므로, 소재(110)를 설정된 온도로 냉각시킨다.
제1가열부(40)는 제1분사부(30)에 설치되어 냉각수(16)의 온도를 상승시키는 기술사상 안에서 다양한 종류의 가열장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 제1가열부(40)는, 제1분사부(30)의 외측에 권선되는 제1열선부재(42)와, 제1열선부재(42)를 커버하는 제1커버(44)를 포함한다.
제1열선부재(42)는 제1분사부(30)의 외측에 권선되며, 전기의 공급으로 열을 발생시켜 제1분사부(30)의 내측을 이동하는 냉각수(16)를 가열한다. 제1커버(44)는 제1열선부재(42)를 감싸는 형상으로 설치되며, 제1분사부(30)의 외측에 탈착 가능하게 설치되므로 제1가열부(40)의 유지보수 작업이 용이하게 이루어진다.
제어부(50)는 센서부(60)의 측정값을 전달받아 제1가열부(40)와 제2가열부(90)의 작동을 제어하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 제어장치가 사용될 수 있다. 일 실시에에 따른 제어부(50)는 소재(110)의 폭방향(W) 양측으로 분사되는 냉각수(16)의 온도가 소재(110)의 가운데로 분사되는 냉각수(16)의 온도보다 높게 형성되도록 제1가열부(40)와 제2가열부(90)를 제어한다. 즉, 소재(110)의 중앙부(112)로 분사되는 냉각수(16)의 온도보다 소재(110)의 가장자리부(114)로 분사되는 냉각수(16)의 온도가 높도록 제1가열부(40)와 제2가열부(90)의 동작을 제어하여 소재(110)의 가장자리부(114)가 과냉됨을 방지한다.
센서부(60)는 소재(110)의 온도를 측정하여 제어부(50)로 측정값을 전달하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 센서가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 센서부(60)는 제1측정부재(62), 제2측정부재(64), 제3측정부재(66), 수온센서(68)를 포함한다.
제1측정부재(62)와 제2측정부재(64)와 제3측정부재(66)는 소재(110)의 상측에 위치하며, 소재(110)의 온도를 촬영하여 제어부(50)로 측정값을 전달한다. 제1측정부재(62)는 사상압연기(10)와 제1분사부(30) 사이에 위치하며, 제1분사부(30)로 진입되기 전에 소재(110)의 온도를 측정하여 제어부(50)로 전달한다. 제2측정부재(64)는 복수의 열로 설치된 제1측정부재(62)의 상측에 위치하며, 냉각수(16)가 분사되는 소재(110)의 온도를 측정한다. 제2측정부재(64)는 제1측정부재(62)와 제3측정부재(66)의 사이에 위치하며, 제1측정부재(62)와 이격된 상태로 설치된다. 제3측정부재(66)는 제1분사부(30)와 권취기(14)의 사이에 설치되며, 제1분사부(30)를 통과한 소재(110)의 온도를 측정하여 제어부(50)로 측정값을 전달한다. 제3측정부재(66)는 제2측정부재(64)와 이격된 상태로 설치되어 냉각이 완료된 소재(110)의 온도를 측정한다.
수온센서(68)는 제1공급관로부(20)와 제2공급관로부(70)로 냉각수(16)를 공급하는 물탱크(100)에 설치되어 물탱크(100)에 저장된 냉각수(16)의 온도를 측정한 후 제어부(50)로 측정값을 전달한다.
제2공급관로부(70)는 소재(110)의 하측에서 소재(110)의 폭방향(W)으로 냉각수(16)를 공급하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 제2공급관로부(70)는 사상압연기(10)와 권취기(14)의 사이에 설치되며, 이송롤러(12)를 통과하는 소재(110)의 하측에 위치한다. 제2공급관로부(70)는 파이프 형상으로 형성되며, 소재(110)의 폭방향(W)으로 설치되어 냉각수(16)를 소재(110)의 폭방향(W)으로 이송한다. 소재(110)의 길이방향을 따라 제2급관로부는 복수로 설치되며, 각각의 제2공급관로부(70)에 제2제어밸브(72)가 연결되어 냉각수(16)의 공급을 제어한다.
제2공급관로부(70)의 내측에는 냉각수(16)의 공급 유로가 형성되며, 제2공급관로부(70)의 상측에는 제2공급관로부(70)의 길이방향을 따라 복수 개의 제2분사부(80)가 설치된다. 제2분사부(80)는 제2공급관로부(70)에서 연장되어 소재(110)의 하측으로 냉각수(16)를 분사하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 제2분사부(80)의 일측은 제2공급관로부(70)에 연통되며, 제2분사부(80)의 타측은 소재(110)를 향하여 상측으로 연장된다. 제2공급관로부(70)을 통해 이동하는 냉각수(16)는 제2분사부(80)를 통해 소재(110)의 하측으로 분사되므로, 소재(110)를 설정된 온도로 냉각시킨다.
제2가열부(90)는 제2분사부(80)에 설치되어 냉각수(16)의 온도를 상승시키는 기술사상 안에서 다양한 종류의 가열장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 제2가열부(90)는, 제2분사부(80)의 외측에 권선되는 제2열선부재(92)와, 제2열선부재(92)를 커버하는 제2커버(94)를 포함한다.
제2열선부재(92)는 제2분사부(80)의 외측에 권선되며, 전기의 공급으로 열을 발생시켜 제2분사부(80)의 내측을 이동하는 냉각수(16)를 가열한다. 제2커버(94)는 제2열선부재(92)를 감싸는 형상으로 설치되며, 제2분사부(80)의 외측에 탈착 가능하게 설치되므로 제2가열부(90)의 유지보수 작업이 용이하게 이루어진다.
한편, 소재(110)의 폭방향(W) 양측에는 가장자리부(114)가 위치하며, 소재(110)의 가운데에는 중앙부(112)가 위치한다. 제어부(50)는 제1분사부(30)와 제2분사부(80) 마다 설치된 제1가열부(40)와 제2가열부(90)를 개별적으로 제어하여 소재(110)의 재질과 작업상태에 따라 냉각수(16)의 가열정도를 조절하여 가장자리부(114)의 과냉을 방지하면서도 빠른 시간안에 소재(110)를 균일한 온도로 냉각시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각장치(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.
수온센서(68)의 측정값과, 제1측정부재(62)와 제2측정부재(64)와 제3측정부재(66)의 측정값이 제어부(50)로 전달되면, 제어부(50)는 소재(110)의 종류와 물탱크(100)에 저장된 냉각수(16)의 온도를 고려하여 제1가열부(40)와 제2가열부(90)의 가열온도를 제어한다.
동일한 온도의 냉각수(16)를 소재(110)로 분사하는 경우, 소재(110)의 중앙부(112) 보다 가장자리부(114)가 과냉될 우려가 있으므로, 소재(110)의 중앙부(112)와 마주하는 제1가열부(40)와 제2가열부(90)의 작동온도는 낮게 하며, 소재(110)의 가장자리부(114)와 마주하는 제1가열부(40)와 제2가열부(90)의 온도는 높게 하여 소재(110)의 가장자리부(114) 과냉을 방지한다.
또한 센서부(60)의 측정을 바탕으로 제어부(50)가 동작되어 실시간으로 냉각수(16)의 이동량과 냉각수(16)의 온도를 조절하므로 소재(110)의 냉각이 일정하게 이루어질 수 있다. 그리고 제1가열부(40)와 제2가열부(90)가 전기의 공급으로 동작되어 순간적인 냉각수(16)의 승온이 가능하므로 냉각수(16)의 온도 조절이 용이하게 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 제어부(50)가 제1가열부(40)와 제2가열부(90)를 제어하여 소재(110)의 상측과 하측으로 분사되는 냉각수(16)의 온도를 제어하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 소재(110)의 중앙부(112)로 분사되는 냉각수(16)의 온도보다 소재(110)의 가장자리부(114)로 분사되는 냉각수(16)의 온도를 높게 하여 소재(110)의 가장자리의 과냉을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한, 제철공장에 설치되는 소재 냉각장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 열연소재를 냉각하기 위한 다른 공장에서도 본 발명에 의한 소재 냉각장치가 사용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 소재 냉각장치 10: 사상압연기
12: 이송롤러 14: 권취기
16: 냉각수 20: 제1공급관로부
22: 제1제어밸브 30: 제1분사부
40: 제1가열부 42: 제1열선부재
44: 제1커버 50: 제어부
60: 센서부 62: 제1측정부재
64: 제2측정부재 66: 제3측정부재
68: 수온센서 70: 제2공급관로부
72: 제2제어밸브 80: 제2분사부
90: 제2가열부 92: 제2열선부재
94: 제2커버 100: 물탱크
110: 소재 112: 중앙부
114: 가장자리부 W: 폭방향

Claims (5)

  1. 소재의 상측에서 상기 소재의 폭방향으로 냉각수를 공급하는 제1공급관로부;
    상기 제1공급관로부에서 연장되어 상기 소재의 상측으로 냉각수를 분사하는 제1분사부;
    상기 제1분사부에 설치되어 냉각수의 온도를 상승시키는 제1가열부;
    상기 제1가열부의 작동을 제어하는 제어부;
    상기 소재의 온도를 측정하여 상기 제어부로 측정값을 전달하는 센서부;
    상기 소재의 하측에서 상기 소재의 폭방향으로 냉각수를 공급하는 제2공급관로부;
    상기 제2공급관로부에서 연장되어 상기 소재의 하측으로 냉각수를 분사하는 제2분사부; 및
    상기 제2분사부에 설치되어 냉각수의 온도를 상승시키는 제2가열부;를 포함하며,
    상기 제1가열부는, 상기 제1분사부의 외측에 권선되는 제1열선부재; 및
    상기 제1열선부재를 감싸는 형상으로 설치되며, 상기 제1분사부의 외측에 탈착 가능하게 설치되는 제1커버;를 포함하며,
    상기 제2가열부는 상기 제2분사부의 외측에 권선되는 제2열선부재; 및
    상기 제2열선부재를 감싸는 형상으로 설치되며, 상기 제2분사부의 외측에 탈착 가능하게 설치되는 제2커버;를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 소재의 폭방향 양측으로 분사되는 냉각수의 온도가 상기 소재의 가운데로 분사되는 냉각수의 온도보다 높게 형성되도록 상기 제1가열부와 상기 제2가열부를 제어하는 것을 특징으로 하는 소재 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 제1분사부로 진입되기 전에 상기 소재의 온도를 측정하는 제1측정부재;
    상기 제1측정부재와 이격된 상태로 설치되며, 냉각수가 분사되는 상기 소재의 온도를 측정하는 제2측정부재; 및
    상기 제2측정부재와 이격된 상태로 설치되며, 상기 제1분사부를 통과한 상기 소재의 온도를 측정하는 제3측정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 냉각장치.
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