KR101543921B1 - 냉각장치를 구비하는 열간 코일 권취용 맨드릴 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴은 권취기 모터의 출력축에 연결된 메인 샤프트, 상기 메인 샤프트의 내측에는 중공부가 구비되며 상기 중공부에서 실린더에 의해 축 방향으로 이동되도록 구비되는 실린더로드, 상기 실린더로드의 이동에 따라 외측 경계가 확장 또는 축소되도록 상기 메인 샤프트의 외면에 구비되는 웨지 및 복수개의 세그먼트;를 포함하고, 상기 세그먼트, 상기 메인 샤프트 및 상기 웨지에는 냉각수가 이동하는 이동홀이 구비될 수 있다.

Description

냉각장치를 구비하는 열간 코일 권취용 맨드릴{Mandrel having cooling apparatus for hot coil coiling}

본 발명은 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴에 관한 것으로, 보다 상세히는 맨드릴의 내부에 냉각수 이동홀이 구비된 열간 코일 권취용 맨드릴에 관한 것이다.

제철소의 열연 공장에서 슬라브를 소재로 하여 고온으로 가열된 상태에서 압연기를 거쳐 생산된 제품을 강판이라고 하며, 상기 강판은 권취기를 이용하여 코일 상태로 권취되고 있다.

여기서, 일반적으로 압연이라 함은 강괴 또는 강편과 같은 소재를 회전하는 2개의 롤 사이를 통과시키고 롤의 간격을 점차 좁히면서 연속적인 힘을 가하여 늘리거나 얇게 형성하여 소정의 폭과 두께를 갖는 제품을 생산하는 것을 의미한다.

이러한 권취기는 크게 동력이 발생되는 모터와. 상기 모터에 연결되는 맨드릴로 구성될 수 있다.

또한, 맨드릴은 실린더를 내부에 포함하는 메인 샤프트와 실린더가 작동함에 따라 축 방향으로 이동되는 실린더 로드로 구성되며, 메인 샤프트의 외측에는 실린더 로드의 이동에 따라 외경부가 축소 또는 확대되는 웨지와 세그먼트가 구성될 수 있다.

즉, 압연기를 거친 강판은 모터에 연결된 맨드릴이 회전함에 따라 맨드릴의 외부면에 코일의 형태로 권취될 수 있다.

이때, 맨드릴에 권취되는 강판은 고온으로 가열된 상태이기 때문에, 맨드릴의 정상적인 작동을 위해 권취작업 중 맨드릴의 냉각은 필수적이다.

종래에는 이러한 맨드릴의 냉각을 위해 맨드릴의 내부 및 외부에 별도의 분사 노즐을 구비하여 맨드릴에 직접적으로 냉각수를 분사하는 스프레이(spray)방식이 주로 이용되었다.

하지만, 이러한 스프레이(spray)방식으로 맨드릴을 냉각시키는 경우, 냉각수를 직접적으로 맨드릴에 분사하기 때문에 맨드릴에 구비되는 이격공간 사이로 냉각수가 유출되어 강판과 접촉할 수 있다는 문제점이 있었다.

즉, 맨드릴의 냉각에 이용되는 냉각수가 강판까지 냉각시킴으로써 제품 불량 및 생산성 저하의 원인이 되었다.

따라서, 이를 해결하기 위한 연구가 시급한 실정이다.

본 발명은 맨드릴의 내부에 냉각수 이동홀을 구비하여 냉각수가 강판과 접촉하지 않는 열간 코일 권취용 맨드릴을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴은 권취기 모터의 출력축에 연결된 메인 샤프트; 상기 메인 샤프트의 내측에는 중공부가 구비되며 상기 중공부에서 실린더에 의해 축 방향으로 이동되도록 구비되는 실린더 로드; 상기 실린더 로드의 이동에 따라 외측 경계가 확장 또는 축소되도록 상기 메인 샤프트의 외면에 구비되는 웨지 및 복수개의 세그먼트;를 포함하고, 상기 메인 샤프트, 상기 웨지 및 상기 세그먼트에는 냉각수가 이동하는 이동홀이 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴에 있어서, 상기 이동홀은 상기 메인 샤프트, 상기 웨지 및 세그먼트의 내부에 연속되게 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간 코일 권취용 맨드릴에 있어서, 상기 이동홀은 상기 메인 샤프트, 상기 웨지 및 상기 세그먼트의 외측면에 대응하도록 지그재그 형상으로 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴에 있어서, 상기 이동홀은 상기 메인 샤프트에 구비되는 냉각수 유입부, 상기 웨지에 구비되는 냉각수 연결부 및 상기 세그먼트에 구비되는 냉각수 배출부로 이루어질 수 있으며, 상기 냉각수 유입부, 상기 냉각수 연결부 및 상기 냉각수 배출부는 연통되게 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴에 있어서, 상기 메인 샤프트의 일측에는 냉각수 유입구가 구비되며, 상기 메인 샤프트에 구비되는 이동홀은 상기 냉각수 유입구와 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴에 있어서, 상기 세그먼트의 일측에는 냉각수 배출구가 구비되며, 상기 세그먼트에 구비되는 이동홀은 상기 배출구와 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴은 냉각수가 이동하는 이동홀이 맨드릴 내부에 구비됨으로써 냉각수가 강판과 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴을 포함하는 귄취기의 개략 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 맨드릴의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 맨드릴의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 세그먼트의 부분절개도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴에서 냉각수가 이동하는 개략적인 흐름을 도시한 단면도이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비하는 열간코일 권취용 맨드릴를 포함하는 귄취기의 개략 정면도이다.

도 1을 참조하면, 권취기(500)는 모터(100), 샤프트(101), 감속기(102) 및 맨드릴(200)을 포함할 수 있다.

상기 모터(100)는 동력을 발생시키기 위한 것으로 모터(100)의 일측에는 샤프트(101)가 결합될 수 있으며, 상기 샤프트(101)는 다시 회전력을 증가 시키기 위한 감속기(102)와 연결될 수 있다.

상기 모터(100)는 동력을 발생시키기 위한 것으로 모터(100)의 일측에는 샤프트(101)가 결합될 수 있으며, 맨드릴(200)의 회전속도를 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 모터(100) 및 감속기(102)를 통해 강판이 맨드릴(200) 외면에 권취되는 속도를 조절할 수 있다.

이때, 감속기(102)는 출력축(103)을 구비할 수 있으며, 상기 출력축(103)에는 외측 경계가 확장 또는 축소되는 맨드릴(200)이 구비될 수 있다.

또한, 상기 감속기(102)의 일측에는 맨드릴(200)의 외측 경계를 확장 또는 축소시키기 위한 실린더(104)가 구비될 수 있다.

즉, 권취기(500)에 구비된 모터(100)는 동력원 기능을 수행하며, 상기 모터에서 발생한 회전력은 샤프트(101) 및 감속기(102)를 거쳐 맨드릴(200)에 전달될 수 있다.

여기서, 강판이 권취되는 과정을 간략히 설명하면, 사상 압연을 거쳐 소정의 규격으로 최종 압연된 강판이 제공되면, 상기 권취기(500)에 구비된 모터(100)는 회전하게 되고, 이에 따라 상기 모터(100)의 일측에 구비된 샤프트(101)도 회전하게 된다.

이때, 상기 샤프트(101)와 연결된 감속기(102)는 상기 샤프트(101)의 회전력을 상기 감속기(102)에 구비된 출력축(103)에 전달하며, 상기 출력축(103)이 회전함에 따라 출력축(103)에 구비된 맨드릴(200) 역시 회전하게 된다.

결과적으로, 사상 압연을 거친 강판은 맨드릴(200)이 회전함에 따라 상기 맨드릴(200)의 외면에 권취될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 맨드릴의 A-A'에 따른 단면도이고, 도3은 도 1에 도시된 맨드릴의 B-B'에 따른 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 세그먼트의 부분 절개도이다.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열간 코일 권취용 맨드릴(200)에 대해 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 맨드릴(200)은 실린더 로드(231), 메인 샤프트(230), 웨지(210), 및 세그먼트(220)를 포함할 수 있다.

상기 메인 샤프트(230)은 권취기(500)의 감속기(102)에 구비된 출력축(103)과 연결될 수 있으며, 예컨대 상기 감속기(102)의 출력축(103) 내측에 삽입되어 연결될 수 있다.

또한, 상기 메인 샤프트(230)의 내측에는 중공부가 구비될 수 있으며, 상기 중공부에는 권취기에 구비되는 실린더(104)에 의해 축 방향으로 이동되도록 실린더 로드(231)가 구비될 수 있다.

여기서 방향에 대한 용어를 정의하면, 축 방향이란 도 2를 기준으로 실린더 로드(231)의 일단에서 타단으로 향하는 방향 또는 그 반대 방향을 의미할 수 있다.

한편, 상기 메인 샤프트(230)와 후술할 웨지(210)와 세그먼트(220)의 내부에는 냉각수가 이동하는 적어도 하나의 이동홀(240)이 구비될 수 있으며, 상기 이동홀(240)은 상기 메인 샤프트(230)에서 웨지(210)를 지나 세그먼트(220)를 따라 연속되게 구비될 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 이동홀(240)은 상기 메인 샤프트(230) 및 상기 웨지(210)와 상기 세그먼트(220)의 테두리를 따라 일 방향으로 복수개가 구비될 수 있으며, 상기 냉각수 이동홀(240)은 상기 메인 샤프트(230), 상기 웨지(210) 및 상기 세그먼트(220) 각각의 외측면에 대응하도록 지그재그 형상으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 이동홀(240)은 메인 샤프트(230)의 일측에 구비되는 냉각수 유입구(미도시)와 연결될 수 있다. 여기서 상기 이동홀(240)과 상기 냉각수 유입구(미도시)는 관부재로 연결될 수 있다.

또한, 상기 이동홀(240)은 상기 메인 샤프트(230)에 구비되는 냉각수 유입부(242), 상기 웨지(210)에 구비되는 냉각수 연결부(243) 및 후술할 세그먼트(220)에 구비되는 냉각수 배출부(244)로 이루어질 수 있으며, 상기 냉각수 유입부(242), 상기 냉각수 연결부(243) 및 상기 냉각수 배출부(244)는 연통되게 구비될 수 있다.

즉, 상기 냉각수 유입구(241)에서 유입된 냉각수는 상기 메인 샤프트(230) 에 구비된 냉각수 유입부(242)를 거쳐서 상기 웨지(210)에 구비된 냉각수 연결부(243)로 흐를 수 있다. 또한, 상기 냉각수 연결부(243)를 통과한 냉각수는 다시 세그먼트(220)에 구비되는 이동홀(240)의 냉각수 배출부(244)로 흐를 수 있다.

결과적으로, 냉각수는 상기 메인 샤프트(230) 및 웨지(210)와 세그먼트(220)에 구비되는 이동홀(240)을 통해 흐를 수 있으며, 이러한 과정에서 상기 메인 샤프트(230) 및 웨지(210)와 세그먼트(220)는 냉각될 수 있다.

한편, 웨지(210)와 세그먼트(220)는 메인 샤프트(230)의 외측에 구비될 수 있으며, 감속기(102)의 일측에 구비되는 메인 샤프트(230)에 의해 회전될 수 있다

상기 웨지(210)는 상기 세그먼트(220)의 외측 경계, 즉 외경을 확장 또는 축소하기 위한 것으로, 상기 웨지(210)의 일측은 세그먼트(220)의 일측과 기계적으로 연결될 수 있다.

예컨대, 상기 세그먼트(220)는 일측이 실린더 로드(231)에 연결되어 실린더 로드(231)가 축 방향으로 이동함에 따라 상기 세그먼트(220)의 외경이 확장 또는 축소될 수 있으며, 상기 웨지(210)의 내면이 경사지게 구비되어 상기 실린더 로드(231)의 이동에 따라 상기 세그먼트(220)가 빗면 이동되어 외경이 확장 또는 축소 될 수도 있다.

즉, 도면에는 실린더 로드(231), 메인 샤프트(230) 및 세그먼트(220)가 기계적으로 연결된 구성을 도시하였으나, 이는 구조적, 설계적 필요에 따라 변경가능한 구성임을 밝혀두며, 변경된 구성 또한 본 발명의 기술적 사상 범위 내에 포함된다 할 것이다.

또한, 상기 웨지(210)에는 냉각수 이동홀(240), 상세히는 냉각수 연결부(243)가 구비될 수 있으며, 상기 메인 샤프트(230)에 구비된 냉각수 유입부(240) 및 상기 세그먼트(220)에 구비된 냉각수 배출부(240)와 연통될 수 있으며, 상기 냉각수 연결부(243)는 상기 웨지(210)의 외측면에 대응되도록 지그재그 형상으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 세그먼트(220)의 내부에는 냉각수가 이동하는 적어도 하나의 이동홀(240)이 구비될 수 있으며, 상기 이동홀(240)은 세그먼트(220)의 외측면에 대응하도록 지그재그 형상으로 연속되게 구비될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 세그먼트(220)에는 상기 이동홀(240)의 냉각수 배출부(244)가 구비될 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 냉각수 배출부(244)는 상기 세그먼트(220)의 외측면에 대응하도록 지그재그 형상으로 구비될 수 있으며, 이러한 이동홀(240)은 연통될 수 있다.

또한, 상기 냉각수 배출부(244)의 일단은 상기 웨지(210) 에 구비되는 냉각수 연결부(243)와 연결될 수 있으며 상기 연결부(243)는 로터리 조인트(rotary joint)로 이뤄질 수 있다. 따라서, 상기 냉각수 연결부(243) 및 상기 냉각수 배출부(244)를 따라 냉각수가 흐를 수 있다.

즉, 상기 냉각수 연결부(243)로부터 상기 냉각수 배출부(244)로 냉각수가 유입되면 냉각수는 상기 냉각수 배출부(244)를 따라 이동하게 되며, 상기 세그먼트(230)의 축 방향 끝단부에서 이웃하게 배치된 냉각수 배출부(244)로 흐를 수 있다.

결과적으로, 냉각수는 상기 웨지(210)와 세그먼트(230) 내부에 구비된 이동홀(240), 상세히는 이동홀(240)의 냉각수 배출부(244)를 따라 흐르면서, 상기 세그먼트(230)를 냉각시킬 수 있다.

한편, 웨지(210)와 세그먼트(230)의 일측에는 냉각수 배출구(245)가 구비될 수 있으며, 이때 상기 냉각수 배출구(245)는 밸브로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 웨지(210)와 세그먼트(230)에 내부에 구비된 이동홀(240)은 상기 냉각수 배출구(245)와 연결되어 냉각작용이 끝난 냉각수는 외부로 배출될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 실시예에 따른 맨드릴(200)에서 냉각수의 흐름을 화살표로 도시하였으며, 도 5를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 맨드릴(200)의 내부에서 냉각수가 이동홀(240)을 따라 이동하는 모습을 확인할 수 있을 것이다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

500: 모터 200: 맨드릴
210: 웨지 220: 세그먼트
230: 메인 샤프트 240: 이동홀
231: 실린더 로드

Claims (6)

1. 권취기 모터의 출력축에 연결된 메인 샤프트;
   상기 메인 샤프트의 내측에는 중공부가 구비되며 상기 중공부에서 실린더에 의해 축 방향으로 이동되도록 구비되는 실린더로드;
   상기 실린더로드의 이동에 따라 외측 경계가 확장 또는 축소되도록 상기 메인 샤프트의 외면에 구비되는 웨지 및 복수개의 세그먼트;를 포함하고,
   상기 메인 샤프트, 상기 웨지 및 상기 세그먼트에는 냉각수가 이동하는 이동홀이 구비되며
   상기 냉각수가 이동하는 이동홀은 상기 메인 샤프트, 상기 웨지 및 상기 세그먼트의 내부에 연속되게 구비되고,
   상기 이동홀은 상기 메인 샤프트, 상기 웨지 및 상기 세그먼트의 외측면에 대응하도록 지그재그 형상으로 구비되며,
   상기 이동홀은 상기 메인 샤프트에 구비되는 냉각수 유입부, 상기 웨지에 구비되는 냉각수 연결부 및 상기 세그먼트에 구비되는 냉각수 배출부로 이루어 질 수 있으며, 상기 냉각수 유입부, 상기 냉각수 연결부 및 상기 냉각수 배출부는 연통되게 구비되고,
   상기 메인 샤프트의 일측에는 냉각수 유입구가 구비되며, 상기 메인 샤프트에 구비되는 이동홀은 상기 냉각수 유입구와 연결되는 냉각장치를 구비하며,
   상기 세그먼트의 일측에는 냉각수 배출구가 구비되며, 상기 세그먼트에 구비되는 이동홀의 일단은 상기 배출구와 연결되는 열간코일 권취용 맨드릴.
   
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