KR101782607B1 - 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치 - Google Patents

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Abstract

냉각롤에 대한 노즐의 간격을 확인하여 노즐을 제어함으로써 냉각롤에 대한 노즐의 수평상태를 계속 유지할 수 있도록, 내부에 용융합금이 수용되는 도가니를 구비한 턴디쉬와, 상기 턴디쉬 하부에 장착되고 도가니에 연결되어 용융합금을 배출하는 노즐, 상기 노즐의 하부에 배치되어 상기 노즐로부터 배출되는 용융합금을 급속 냉각시키는 냉각롤, 상기 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 검출하는 검출부, 상기 검출부의 출력값에 따라 턴디쉬를 승하강시켜 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 조절하는 제어부를 포함하는 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치를 제공한다.

Description

비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치{DEVICE FOR CONTROLING LEVEL OF NOZZLE FOR MANUFACTURING AMORPHOUS STRIP}
본 발명은 비정질 스트립 제조장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 롤에 대한 노즐의 간격을 보다 용이하고 정밀하게 제어하여 노즐의 수평을 유지할 수 있도록 된 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비결정질 합금(이하 비정질 합금이라 한다)은 금속을 용융상태에서 급속 냉각시켜 제조된다. 이에 비정질 합금은 원자가 규칙적으로 배열하여 결정화할 시간이 없이 액상의 무질서한 원자배열 상태를 고체에서까지 유지시키게 된다.
비정질 합금은 통상적인 결정질 합금과는 달리 원자들이 불규칙하게 배열함으로써 결정성을 갖지 않는 액상과 유사한 구조를 지닌다. 따라서 비정질 합금은 결정질 합금의 특징인 결정입계(grain boundary), 전위(dislocation) 등과 같은 결정결함(crystalline imperfection)이 존재하지 않으며, 같은 조성의 결정질 금속에 비하여 우수한 연자성, 초자왜, 강인성, 내식성, 초전도성 등의 우수한 특성을 갖는다.
이러한 비정질 합금 제조 방법으로서는 다이캐스팅/영구주형주조법(die casting/permanent mold casting)과 멜트 스피닝법(melt spinning)이 주로 이용되고 있다. 멜트 스피닝법은 합금을 용융시키는 도가니와, 상기 도가니의 하부 일측에 장착되어 용융합금을 배출하는 노즐과, 상기 노즐의 하부에 근접 설치되어 회전하는 냉각롤로 구성된다.
이에 도가니 내의 용융합금이 노즐을 통해 고속으로 회전하는 상기 냉각롤의 원주면에 배출되면서 급속으로 냉각되어, 비정질 상태를 유지하는 일정폭 및 두께를 가지는 스트립 또는 리본으로 제조된다.
여기서 비정질 소재의 특성상 용융합금은 105K/s 이상의 급속 냉각이 요구되므로 매우 적은 양의 용융합금 만을 냉각롤에 배출하여 급속 냉각시키게 된다. 용융합금을 미세한 양으로 제어하여 냉각롤에 배출시키기 위해서는 용융합금을 배출하는 노즐과 냉각롤 사이의 미세 간격 제어가 필수적이다. 노즐과 냉각롤 사이의 간격은 통상 500㎛ 이내로 유지되며, 노즐이 냉각롤에 대해 수평을 유지하여 노즐과 냉각롤 사이의 간격이 일정해야 균일한 두께의 스트립 또는 리본을 제조할 수 있다.
그런데, 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 용탕 분사전에 일정하게 설정해 놓더라도 용탕이 분사된 이후 시간이 지남에 따라 노즐이나 턴디쉬가 열변형되면서 처음의 간격이 유지되지 못하고 달라지게 된다. 이에 노즐이 냉각롤에 대해 수평 상태를 유지하지 못하게 되고, 그 영향으로 스트립의 폭방향 두께 편차가 발생하게 된다.
이에, 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 확인하여 노즐을 제어함으로써 냉각롤에 대한 노즐의 수평상태를 계속 유지할 수 있도록 된 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치를 제공한다.
또한, 용탕 분사 과정에서 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 지속적으로 검출하고 바로 노즐의 수평 상태를 제어할 수 있도록 된 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치를 제공한다.
이를 위해 본 장치는 내부에 용융합금이 수용되는 도가니를 구비한 턴디쉬와, 상기 턴디쉬 하부에 장착되고 도가니에 연결되어 용융합금을 배출하는 노즐, 상기 노즐의 하부에 배치되어 상기 노즐로부터 배출되는 용융합금을 급속 냉각시키는 냉각롤, 상기 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 검출하는 검출부, 상기 검출부의 출력값에 따라 턴디쉬를 승하강시켜 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 검출부는 노즐과 냉각롤 사이의 거리에 따른 자계 변화를 구하여 간격을 검출하는 구조일 수 있다.
상기 검출부는 상기 냉각롤의 일측 외주면을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 자성체와, 상기 노즐에 자성체와 대응되는 위치에 설치되어 자성체와의 이격 거리에 따른 자계의 세기를 검출하는 적어도 하나 이상의 자력센서를 포함할 수 있다.
상기 자력센서는 노즐의 길이방향 양 선단에 각각 설치되고, 상기 자성체는 자력센서와 대응되는 위치에서 상기 냉각롤의 양 선단에 각각 설치되어, 냉각롤에 대한 노즐의 양 선단간 상대적인 간격을 검출하는 구조일 수 있다.
상기 제어부는 상기 노즐의 길이방향 양측에서 배치되고 상기 턴디쉬와 연결되는 한 쌍의 구동실린더와, 상기 검출부의 출력신호를 연산하여, 상기 각 구동실린더를 제어작동하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 실시예에 의하면, 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 지속적으로 확인하여 노즐의 수평도를 최적의 상태로 유지할 수 있게 된다.
또한, 공정 과정에서 냉각롤에 대한 노즐의 간격 및 노즐의 수평 상태를 계속 일정하게 유지할 수 있게 되어, 두께가 균일하고 우수한 품질의 비정질 스트립을 제조할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 비정질 스트립 제조설비의 노즐 수평 유지장치를 도시한 개략적인 정면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 비정질 스트립 제조설비의 노즐 수평 유지장치를 도시한 개략적인 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 비정질 스트립 제조설비(100)는 합금을 용융시켜 배출시키기 위해 내부에 용융 합금이 저장되는 도가니(112)가 구비된 턴디쉬(110)와, 상기 턴디쉬(110) 하부에 설치되고 상기 도가니(112)와 연결되어 용융 합금을 배출하는 노즐(120)을 포함한다.
그리고 노즐(120)로부터 배출되는 용융 합금을 급냉시킬 수 있도록 상기 노즐(120)의 하부에 냉각롤(130)이 근접 설치된다. 이에 상기 노즐(120)로부터 배출되는 용융합금은 고속 회전하는 냉각롤(130)에 의해 급속 냉각되어 비정질 금속 스트립을 형성하게 된다.
상기 냉각롤(130)의 일측에는 냉각롤(130)에 급냉되어 부착된 금속 스트립을 냉각롤(130)에서 분리시키기 위한 분리장치(140)가 구비된다.
상기 노즐(120)의 하단에는 냉각롤(130)의 폭방향으로 길게 형성된 슬릿이 형성되어, 용융 합금을 냉각롤(130) 폭방향으로 길게 분사할 수 있도록 되어 있다.
여기서 본 설비는 상기 노즐(120)과 상기 냉각롤(130) 사이의 간격을 검출하기 위한 검출부를 포함한다.
본 실시예에서 상기 검출부는 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 거리에 따른 자계 변화를 이용하여 간격을 검출하는 구조로 되어 있다.
상기 검출부는 상기 냉각롤(130)의 일측 외주면을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 자성체(10)와, 상기 노즐(120)에 자성체(10)와 대응되는 위치에 설치되어 자성체(10)와의 이격 거리에 따른 자계의 세기를 검출하는 적어도 하나 이상의 자력센서(12)를 포함한다.
이에 자력센서(12)의 검출값을 통해, 자성체(10)가 설치된 냉각롤(130)과 자력센서(12)가 설치된 노즐(120) 사이의 거리를 확인할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 검출부는 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 간격 뿐 아니라, 냉각롤(130)에 대한 노즐(120) 양 선단간의 상대적인 간격 즉, 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 수평상태를 확인하는 구조로 되어 있다.
이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자력센서(12)는 노즐(120)의 길이방향 양 선단부에 각각 설치된다. 그리고 상기 자성체(10)는 자력센서(12)에 대응되는 위치에서 상기 냉각롤(130)의 양 선단에 각각 설치된다. 도 1에서 노즐(120)의 우측 선단에 설치된 자력센서(12)는 냉각롤(130)의 우측 선단에 설치된 자성체(10)와 대응되어 해당 자성체(10)에 대한 자계의 세기를 검출하게 된다. 마찬가지로 노즐(120)의 좌측 선단에 설치된 자력센서(12)는 냉각롤(130)의 좌측 선단에 설치된 자성체(10)에 대한 자계의 세기를 검출하게 된다.
이와 같이 노즐(120) 양 선단에서 각각 냉각롤(130)과의 상대적인 간격을 확인할 수 있게 되어, 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 수평상태를 검출할 수 있게 된다.
본 실시예에서 상기 자성체(10)는 자성을 띠는 금속으로 산화철, 산화크롬, 코발트, 페라이트 등 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 자성체(10)는 냉각롤(130)의 외주면을 따라 연속적으로 설치된다. 여기서 상기 자성체(10)의 외경은 냉각롤(130)의 외경과 동일한 구조로 되어 있다. 이에 냉각롤(130) 회전에 따라 자성체(10)와 상기 자력센서(12) 사이의 간격이 균일하게 된다.
상기 자력센서(12)는 자성체(10)의 거리에 따라 달라지는 자장변화로부터 자계의 세기를 검출하는 센서이다. 상기 자력센서(12)는 자계의 세기를 검출할 수 있으면 다양한 구조의 센서가 적용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
한편, 본 설비(100)는 상기 자력센서(12)에 의해 검출된 신호를 연산하여 턴디쉬(110)를 승하강시킴으로써, 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 간격을 조절하는 제어부를 더 포함한다.
이를 위해 상기 제어부는 상기 노즐(120)의 길이방향 양측에서 배치되고, 상기 턴디쉬(110)와 연결되어 턴디쉬(110)를 승하강시키는 한 쌍의 구동실린더(20)와, 상기 검출부의 출력신호를 연산하여, 상기 각 구동실린더(20)를 제어작동하는 컨트롤러(24)를 포함한다.
상기 컨트롤러(24)는 자력센서(12)의 출력값에 따른 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 거리를 구하는 연산식과, 냉각롤(130)과 노즐(120) 사이의 최적 거리에 대한 기준값을 데이터로 내장하고 있다.
이에, 상기 컨트롤러(24)는 자력센서(12)의 출력값을 연산하여 해당 자력센서(12) 설치 위치에서의 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 간격을 계산할 수 있게 된다.
상기 컨트롤러(24)는 상기와 같이 구해진 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 실제 거리를 기준값과 비교하거나, 노즐(120)에 설치된 각 자력센서(12)의 출력값을 상호 비교하여 상기 구동실린더(20)를 제어작동함으로써 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 간격을 조절하게 된다.
본 실시예에서, 상기 구동실린더(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(110)의 좌우측에 각각 배치되어 컨트롤러(24)의 제어에 따라 구동된다. 상기 구동실린더(20)는 설비 바닥에 수직으로 설치되며, 피스톤로드(22) 선단은 턴디쉬(110)에 연결된다. 상기 두 개의 구동실린더(20)는 컨트롤러(24)의 제어신호에 따라 같이 구동되거나 서로 개별적으로 구동되어 턴디쉬(110)를 이동시키게 된다. 상기 구동실린더(20)가 신장작동되면 턴디쉬(110)가 상승되면서 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 간격이 커지게 된다. 상기 구동실린더(20)가 수축작동되면 턴디쉬(110)가 하강되면서 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 간격이 작아지게 된다. 이에 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 간격을 조절할 수 있게 된다.
또한, 각 구동실린더(20)가 개별적으로 작동되면 노즐(120)의 길이방향을 따라 어느 한쪽만을 승하강시켜 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 수평 상태를 조절할 수 있게 된다.
여기서, 상기 제어부는 구동실린더(20) 외에 턴디쉬(110)를 승하강시킬 수 있는 구조면 모두 적용가능하며 특별히 한정되지 않는다.
이하 본 설비의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 설비(100)는 자력센서(12)의 자계 검출값 변화를 이용하여 노즐(120)과 냉각롤(130)과의 간격 변화를 검출하게 된다. 노즐(120) 일측에 설치된 자력센서(12)는 냉각롤(130)에 설치된 자성체(10)로부터 나오는 자계의 세기를 검출하게 된다. 상기 자력센서(12)는 자성체(10)의 자계를 지속적으로 검출하고, 상기 자력센서(12)에서 검출된 신호는 컨트롤러(24)로 실시간으로 인가된다.
이 상태에서 예를 들어, 노즐(120)이 냉각롤(130) 표면으로 이동되어 근접하게 되면 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이가 가까워질수록 자력센서(12)에서 검출되는 자성체(10)의 자력의 세기가 커지게 된다.
이러한 자력의 세기 변화는 노즐(120)에 설치된 각 자력센서(12)에 검출되고 컨트롤러에 인가된다. 상기 컨트롤러(24)는 내부에 저장된 연산식을 이용하여 상기 자력센서(12)로부터 검출된 출력값으로부터 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 간격을 연산한다.
상기 컨트롤러(24)는 연산된 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 간격 변화에 따라 구동실린더(20)에 출력신호를 인가하여 구동실린더(20)를 제어작동하게 된다. 예를 들어, 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 간격이 컨트롤러(24)에 기 입력된 기준값보다 작아진 경우에는 컨트롤러(24)는 구동실린더(20)를 신장작동시켜 턴디쉬(110)를 승강시키게 된다. 턴디쉬(110)가 승강됨에 따라 턴디쉬(110) 하부에 설치된 노즐(120)은 냉각롤(130)부터 이격되어 두 부재 사이의 간격은 커지게 된다.
또한, 컨트롤러(24)는 노즐(120)의 양 선단에 설치된 각 자력센서(12)의 출력값을 비교 연산함으로써, 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 수평 상태를 확인할 수 있다. 이에 컨트롤러(24)는 두 개의 구동실린더(20) 중 어느 한쪽의 구동실린더(20)를 제어작동하여 턴디쉬(110)의 어느 한쪽만을 승하강시킴으로써, 냉각롤(130)에 대해 노즐(120)을 수평상태로 유지할 수 있게 된다.
이와 같이, 냉각롤(130)에 대한 노즐(120)의 간격을 실시간으로 모니터링하여 조절함으로써, 노즐(120)과 냉각롤(130) 사이의 간격을 항상 일정하게 유지하여 균일하고 우수한 품질의 비정질 합금 스트립을 연속 제조할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
10 : 자성체 12 : 자력센서
20 : 구동실린더 24 : 컨트롤러
110 : 턴디쉬 120 : 노즐
130 : 냉각롤

Claims (5)

  1. 내부에 용융합금이 수용되는 도가니를 구비한 턴디쉬와, 상기 턴디쉬 하부에 장착되고 도가니에 연결되어 용융합금을 배출하는 노즐, 상기 노즐의 하부에 배치되어 상기 노즐로부터 배출되는 용융합금을 급속 냉각시키는 냉각롤, 상기 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 검출하는 검출부, 상기 검출부의 출력값에 따라 턴디쉬를 승하강시켜 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 검출부는 상기 노즐과 냉각롤 사이의 거리에 따른 자계 변화를 구하여 간격을 검출하는 구조이고,
    상기 검출부는 상기 냉각롤의 일측 외주면을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 자성체와, 상기 노즐에 자성체와 대응되는 위치에 설치되어 자성체와의 이격 거리에 따른 자계의 세기를 검출하는 적어도 하나 이상의 자력센서를 포함하며,
    상기 자력센서는 상기 노즐의 길이방향 양 선단부에 각각 설치되고, 상기 자성체는 상기 자력센서와 대응되는 위치에서 상기 냉각롤의 양 선단에 각각 설치되어, 상기 냉각롤에 대한 노즐의 양 선단간 상대적인 간격을 검출하는 구조의 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 노즐의 길이방향 양측에서 배치되고 상기 턴디쉬와 연결되는 한 쌍의 구동실린더와, 상기 검출부의 출력신호를 연산하여, 상기 각 구동실린더를 제어작동하는 컨트롤러를 포함하는 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치.
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