KR102180704B1

KR102180704B1 - 롤 냉각장치

Info

Publication number: KR102180704B1
Application number: KR1020180142890A
Authority: KR
Inventors: 황선주
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2020-11-20
Also published as: KR20200058189A

Abstract

롤 냉각장치가 개시된다. 본 실시 예에 의한 롤 냉각장치는 박판을 이동시키는 롤을 냉각시키는 냉각장치에 있어서, 냉각장치를 순환하는 복수 개의 볼; 롤 내부에 볼을 수용하여 롤을 냉각시키는 냉각라인; 냉각라인에서 배출된 볼을 일시적으로 수용 및 냉각시키는 냉각탱크; 및 볼을 냉각탱크에서 롤로 공급하는 공급부;를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

롤 냉각장치{AN APPARATUS FOR COOLING A ROLL}

본 발명은 롤 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수 개의 냉각볼을 순환시켜 롤을 냉각하고 내부 배관에 이물질이 고착되는 것을 방지하는 롤 냉각장치이다.

일반적으로 연속주조기는 서로 반대방향으로 회전하는 주조롤 사이에 턴디쉬(Tundish) 하부의 침지노즐을 통하여 용강(Molten steel)을 공급하고, 공급된 용강으로서 용강풀을 형성하며, 용강풀의 용강이 주조롤의 외주면과 접촉하여 응고능을 형성하면서 주조롤이 회전함에 따라 주편을 형성한다.

주조롤에서 형성된 주편은 냉각대를 통과하고, 냉각대는 주편이 임의의 위치에서 일정한 두께의 응고쉘을 유지하도록 노즐에 의한 냉각 및 롤에 의한 압하를 수행한다.

이러한 냉각대에 설치되어 사용되는 롤은 주편의 인발을 담당하는 핀치 롤과 주편의 벌징(Bulging)을 방지하고 정해진 주조방향으로 주편을 안내해주는 가이드롤로 구성되는데, 이 롤들은 고온의 주편과 접촉해 있으므로 열부하에 의한 변형을 받기 쉽고, 이에 따른 롤들의 열변형은 주편 품질에 큰 악영향을 끼치게 된다.

종래에는, 주조롤, 핀치롤 및 가이드롤과 같은 롤들의 열변형을 억제하기 위해서 롤 내부에 다양한 형태로 냉각유체 배관을 형성하고 냉각유체를 순환시키는 방법을 이용하여 롤을 냉각시켰으나, 냉각유체에 더스트와 같은 이물질이 섞여 들어오면서 배관이 막히거나 유체흐름이 저하되는 현상이 발생한다. 이에 따라, 냉각유체 배관의 압력증대로 인해 배관이 파손되어 냉각유체가 비산하고, 롤의 열전달계수가 불규칙해지는 문제점이 존재하였다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0022860호(2013. 03. 07. 공개)

본 실시 예는 공정의 중단 없이 냉각된 볼을 지속적으로 순환시키는 롤 냉각장치를 제공하고자 한다.

본 실시 예는 롤 내부 배관의 이물질을 실시간으로 배출하여 배관 내 이물질 고착을 방지하는 롤 냉각장치를 제공하고자 한다.

본 실시 예는 롤의 열변형을 억제시키고 수명을 향상시키며 유지보수비용을 절감시키는 롤 냉각장치를 제공하고자 한다.

본 실시 예는 롤 변형에 따른 주편 손상을 방지하고 제품 품질을 향상시키는 롤 냉각장치를 제공하고자 한다.

본 실시 예는 설비의 진동이나 부분적인 균열에도 불구하고 열전달계수가 저하되지 않는 강인한 롤 냉각장치를 제공하고자 한다.

본 실시 예는 롤 내부에 순환되는 볼의 공급속도를 조절하여 냉각 온도를 조절할 수 있는 롤 냉각장치를 제공하고자 한다.

본 실시 예의 일 측면에 의하면, 박판을 이동시키는 롤을 냉각시키는 냉각장치에 있어서, 상기 냉각장치를 순환하는 복수 개의 볼; 상기 롤 내부에 상기 볼을 수용하여 상기 롤을 냉각시키는 냉각라인; 상기 냉각라인에서 배출된 상기 볼을 일시적으로 수용 및 냉각시키는 냉각탱크; 및 상기 볼을 상기 냉각탱크에서 상기 롤로 공급하는 공급부;를 포함하는 롤 냉각장치가 제공될 수 있다.

상기 냉각라인은 상기 볼이 유입되는 제1유입구와, 상기 볼이 배출되는 제2배출구와, 상기 볼이 이동 가능하도록 관통 형성되는 볼이동통로를 포함하는 롤 냉각장치가 제공될 수 있다.

상기 볼이동통로는 상기 롤의 중심축을 기준으로 나선형으로 마련되는 롤 냉각장치가 제공될 수 있다.

상기 냉각탱크는 일측에 상기 볼이 공급되는 제2유입구가 마련되고, 타측에 상기 볼이 배출되는 제2배출구가 마련되며, 상기 제2유입구와 상기 제2배출구는 서로 반대방향에 마련되는 롤 냉각장치가 제공될 수 있다.

상기 냉각탱크는 저면이 상기 제2배출구 측으로 하향 경사지게 형성되는 경사부를 포함하는 롤 냉각장치가 제공될 수 있다.

상기 공급부는 회전하면서 일방향으로 상기 볼을 밀어내는 스크류와 상기 스크류를 회전시키는 모터를 포함하는 롤 냉각장치가 제공될 수 있다.

상기 공급부는 상기 볼에 윤활액을 공급하는 윤활액 공급라인을 포함하는 롤 냉각장치가 제공될 수 있다.

상기 공급부의 상기 볼의 공급속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 롤 냉각장치가 제공될 수 있다.

본 실시 예에 의한 롤 냉각장치는 공정의 중단 없이 냉각된 볼을 지속적으로 순환시켜 롤을 냉각시키는 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 롤 냉각장치는 롤 내부 배관의 이물질을 실시간으로 배출하여 배관 내 이물질 고착을 방지하는 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 롤 냉각장치는 롤의 열변형을 억제시키고 수명을 향상시키며 유지보수비용을 절감시키는 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 롤 냉각장치는 롤 변형에 따른 주편의 손상을 방지하고 제품 품질을 향상시키는 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 롤 냉각장치는 설비의 진동이나 부분적인 균열에도 불구하고 열전달계수가 저하되지 않는 강인한 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 롤 냉각장치는 롤 내부에 순환되는 볼의 공급속도를 조절하여 냉각 온도를 조절할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 롤 냉각장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 실시 예에 의한 롤 냉각장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 실시 예에 의한 냉각라인을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 부분을 관통하여 나타내는 단면도이다.

이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 종래의 롤 냉각장치(1)를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 롤(1)은 연속주조기의 한 쌍의 주조롤, 가이드롤 등 주편을 생산하는데 사용되는 다양한 롤을 포함하는 개념으로서, 종래의 롤 냉각장치(10)는 롤(1)의 열변형을 억제하기 위해서 롤(1) 내부에 다양한 형태로 냉각유체 배관을 형성하고 냉각유체를 순환시키는 방법을 이용하여 롤(1)을 냉각시켰으나, 냉각유체에 이물질(D)이 섞여 들어오면서 배관이 막히거나 배관의 압력증대로 인해 배관이 파손되어 냉각유체가 비산하고, 롤(1)의 열전달계수가 불규칙해지는 문제점이 발생하였다. 이에 본 발명은 이물질을 제거함과 동시에 롤(1)을 냉각시키는 롤 냉각장치(10)를 제안한다.

도 2는 본 실시 예에 의한 롤 냉각장치(10)의 개략적인 단면도이고, 도 3은 본 실시 예에 의한 냉각라인(100)을 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 A-A 부분을 관통하여 나타내는 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 롤 냉각장치(10)는 냉각장치(10)를 순환하는 복수 개의 볼(200)과, 롤(1) 내부에 볼(200)을 수용하여 롤(1)을 냉각시키는 냉각라인(100)과, 냉각라인(100)에서 배출된 볼(200)을 일시적으로 수용 및 냉각시키는 냉각탱크(300)와, 볼(200)을 냉각탱크(300)에서 롤(1)로 공급하는 공급부(400)를 포함할 수 있다.

롤(1)은 주편을 안내하기 위해 회전 가능한 원기둥형태로 형성되고, 주편은 롤(1)의 외주면과 접촉하여 롤(1)의 회전방향으로 이동한다. 따라서, 롤(1) 내부에 롤(1)의 열변형을 억제하도록 롤(1)을 냉각시키는 냉각라인(100)이 마련될 수 있다.

냉각라인(100)은 롤(1) 내부에 볼(200)이 수용 및 순환 가능하게 마련될 수 있다. 보다 자세하게는, 냉각라인(100)은 롤(1) 내부에서 복수 개의 볼(200)이 이동 가능하도록 롤(1) 내부를 관통하는 통로 형태로 형성될 수 있다. 더 자세하게는, 냉각라인(100)은 롤(1)의 중심축 일단부 및 타단부에 각각 볼(200)이 유입되는 제1유입구(102)와 볼(200)이 배출되는 배출구가 마련되고, 제1유입구(102)와 배출구 사이에는 롤(1)의 중심축을 기준으로 나선형으로 볼이동통로(104)가 마련될 수 있다.

냉각라인(100)의 형태는 이에 한정되지 않고, 제1유입구(102)로부터 제1배출구(103)까지 롤(1) 내부를 관통하여 볼(200)이 순환하는 다양한 형태의 통로가 형성될 수 있다. 예를 들어, 냉각라인(100)은 롤(1)의 축과 평행하게 왕복하는 형태로 형성될 수 있고, 롤(1)의 중심축을 기준으로 나선형이 아니라 직각으로 꺾이는 계단 형태로 통로가 형성될 수도 있다. 다만, 본 발명의 롤 냉각장치(10)는 볼(200)의 순환 형태가 스크류(401) 회전에 의해 복수 개의 볼(200)을 일방향으로 밀어내는 방식인 바, 볼(200)의 순환이 원활하게 이루어지기 위해서는 냉각라인(100)이 나선형으로 마련되는 것이 바람직하다.

냉각라인(100)의 제1유입구(102), 제1배출구(103) 및 볼이동통로(104)의 직경은 복수 개의 볼(200)이 원활하게 순환하기 위하여 볼(200)의 직경보다 약간 더 크게 형성될 수 있다.

또한, 냉각라인(100)은 롤(1) 내부의 테두리부에 마련될 수 있다. 보다 자세하게는, 냉각라인(100)은 롤(1) 내부에 마련되되, 롤(1) 표면과 가깝게 마련되어야 롤(1)에 접촉하는 주편과 열교환이 원활하게 이루어지고 롤(1)의 열변형을 최소화할 수 있으며, 주편의 품질을 향상시킬 수 있으므로 롤(1) 내부의 테두리부에 마련되는 것이 바람직하다.

볼(200)은 롤(1) 내부를 순환 가능하도록 구 형태로 마련된다. 보다 자세하게는, 복수 개의 볼(200)은 롤(1) 내부로 공급되어 냉각라인(100)을 통과하며 열교환하고, 배출라인(500)을 통해 냉각탱크(300)로 배출되어 일시적으로 수용되어 냉각된 후, 공급부(400)의 작동으로 공급라인(600)을 통해 다시 롤(1) 내부의 냉각라인(100)으로 공급되어 지속적으로 순환한다.

볼(200)은 냉각라인(100), 배출라인(500), 공급라인(600)을 통과하면서 배관 내부의 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 기존의 롤 냉각장치(10)는 냉각수를 이용하여 롤(1)을 냉각하는 방식으로 냉각수에 이물질이 혼입될 수 있고, 그에 따른 냉각기능 저하 및 배관 내 압력 증가에 따른 설비 균열과 같은 문제점이 있었으나, 본 발명의 롤 냉각장치(10)는 볼(200)이 순환하면서 롤(1)을 냉각함과 동시에 이물질을 실시간으로 배출시킬 수 있다.

또한, 후술할 공급부(400)의 작동 속도를 제어하여 볼(200)의 순환 속도를 조절할 수 있고, 그에 따라 롤(1)의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.

볼(200)은 롤(1)의 냉각을 위하여 열전도도가 뛰어난 구리나 구리합금으로 제작될 수 있다.

냉각탱크(300)는 볼(200)을 일시적으로 수용하고 냉각시키도록 마련된다. 보다 자세하게는, 냉각탱크(300)는 복수 개의 볼(200)이 배출라인(500)과 연결된 제2유입구(302)로 유입되면 볼(200)을 순차적으로 수용함과 동시에 냉각시킨다. 다시 말해, 냉각라인(100)을 통과하면서 열교환하는 복수 개의 볼(200)을 제1배출부로 배출하기 전에 일시적으로 수용하고, 수용하는 동안 냉각시킨다.

냉각탱크(300)는 상측에 볼(200)이 공급되는 제2유입구(302)가 마련되고, 하측에 볼(200)이 배출되는 제2배출구(303)가 마련될 수 있다. 보다 자세하게는, 냉각탱크(300)는 배출라인(500) 측에 제2유입구(302)가 마련될 수 있고, 제2유입구(302)와 반대측에 제2배출구(303)가 마련되어 제2유입구(302)를 통해 유입된 볼(200)이 일시적으로 수용되었다가 순차적으로 제2배출구(303)로 배출되도록 공간이 마련될 수 있다. 예를 들어, 볼(200)이 냉각탱크(300) 내에서 중력에 의해 순차적으로 이동하기 위해 제2유입구(302)는 냉각탱크(300) 우측 상단에, 제2배출구(303)는 냉각탱크(300) 좌측 하단에 마련되고 냉각탱크(300) 저면은 제2배출구(303) 방향으로 경사지게 마련될 수 있다. 다시 말해, 도면에서와 같이 제2유입구(302)에서 유입된 볼(200)은 먼저 유입된 볼(200)들이 제2배출구(303)로 순차적으로 이동하여 배출되는 동안 냉각되고, 중력에 의해 경사부(301)를 따라서 제2배출구(303)로 이동하여 공급부(400)로 배출된다.

도면에 도시되어 있지 않지만 냉각탱크(300)는 볼(200)을 냉각시키는 별도의 냉각수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각수단은 냉각탱크(300) 하단에 냉각수가 흐르도록 마련되거나, 냉각탱크(300) 상단에 팬(Fan)이 설치되어 가열된 볼(200)을 냉각시키는 등 다양한 형태로 마련될 수 있다.

공급부(400)는 볼(200)을 냉각탱크(300)에서 롤(1)로 공급하도록 마련될 수 있다. 보다 자세하게는, 공급부(400)는 회전하면서 일방향으로 볼(200)을 밀어내는 스크류(401)와, 스크류(401)가 설치되는 스크류블록(403)과, 스크류(401)를 회전시키는 모터(402)를 포함할 수 있다.

스크류블록(403)은 일측이 제2배출구(303)와 연결되고, 타측이 공급라인(600)과 연결되며 내부에 스크류(401)가 설치된다.

스크류(401)는 모터(402)가 회전함에 따라 볼(200)을 일방향으로 밀어낼 수 있고, 롤 냉각장치(10)가 지속적으로 순환하게 하는 역할을 한다.

모터(402)는 스크류(401)와 연결되어 스크류(401)를 구동시키고, 스크류(401)의 회전축과 유니버셜조인트로 연결될 수 있다.

공급부(400)는 볼(200)에 윤활액을 공급하는 윤활액 공급라인(404)을 더 포함할 수 있다. 보다 자세하게는, 스크류블록(403)에 윤활액 공급라인(404)이 연결되어 냉각볼(200)이 스크류(401) 회전에 의해 원활하게 순환하도록 하는 역할을 한다.

냉각라인(100)으로 볼(200)을 공급하는 공급라인(600)과, 냉각라인(100)으로부터 볼(200)이 배출되는 배출라인(500)은 볼(200)이 원활하게 순환하기 위하여 주름관 형태로 제작될 수 있다.

롤 냉각장치(10)는 공급부(400)의 공급속도를 제어하는 제어부(700)를 더 포함할 수 있다. 제어부(700)는 롤(1)의 표면 온도를 측정하는 센서로부터 받은 정보에 근거하여 모터(402)의 회전속도를 조절하고 온도가 일정 수준 이상 올라가지 않도록 볼(200)의 순환 속도를 제어할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 의한 롤 냉각장치(10)의 작동에 대해 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 롤 냉각장치(10)는 고온의 주편을 다음 공정으로 안내하는 롤(1)이 주편과의 접촉에 의해 열변형되지 않도록 냉각시키는 장치로, 롤(1)이 일정 온도 이상이 되면 제어부(700)에서 공급부(400)의 모터(402)를 작동시켜 스크류(401)를 회전시킨다.

스크류(401)가 회전하면 복수 개의 볼(200)이 공급라인(600) 측으로 순차적으로 이동하며, 복수 개의 볼(200)은 스크류(401)가 밀어내는 방향으로 다음 볼(200)을 밀어내는 방식으로 순환 및 이동한다. 스크류(401)에서 배출된 볼(200)은 공급라인(600)을 지나서 롤(1)의 제1유입구(102)로 공급된다.

제1유입구(102)로 공급된 볼(200)은 볼이동통로(104)를 통해 롤(1) 내부를 이동하며 열교환하고, 배출구를 통해 냉각탱크(300)로 이동한다. 냉각탱크(300)의 제2유입구(302)로 유입된 볼(200)은 냉각탱크(300) 저면에 제2배출구(303) 방향으로 하측 경사지게 마련된 경사부(301)를 따라서 순차적으로 배출되며, 배출되기 전까지 수용되어 있는 동안 냉각된다.

냉각탱크(300)에서 배출된 볼(200)은 다시 스크류(401)로 유입되어 스크류(401)에 의해 다시 롤(1)로 공급되며 위의 과정이 반복되며, 이는 공정을 중단하지 않고 지속적으로 유지 가능하며, 볼(200)의 순환을 통해 롤(1)을 냉각함과 동시에 롤(1) 내부 배관의 이물질을 제거할 수 있다. 장기적으로는 냉각수로 롤(1)을 냉각하는 방식에 비하여 설비를 유지하기 쉽고, 이물질을 실시간으로 배출할 수 있으므로 배관이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

지금까지 본 발명의 롤 냉각장치(10)에 관한 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

본 발명의 롤 냉각장치(10)는 볼(200)을 이용한 냉각방식뿐만 아니라 기존의 냉각수를 이용한 냉각방식과 함께 이용할 수 있다. 즉, 냉각라인(100)에 볼(200)과 냉각수를 함께 순환시켜 냉각효과를 증대시킬 수 있으며 냉각수에 혼입되는 이물질(D)은 볼이 순환하면서 제거할 수 있는 바 기존의 롤 냉각장치에 비해 안정적이고 효과적으로 롤(1)을 냉각할 수 있다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시 예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허등록 청구범위뿐만 아니라 이 특허등록 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허등록 청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허등록 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

D: 이물질 1: 롤 냉각장치
10: 롤 100: 냉각라인
102: 제1유입구 103: 제1배출구
104: 볼이동통로 200: 볼
300: 냉각탱크 301: 경사부
302: 제2유입구 303: 제2배출구
400: 공급부 401: 스크류
402: 모터 403: 스크류블록
404: 윤활액 공급라인 500: 배출라인
600: 공급라인 601: 주름관
700: 제어부

Claims

박판을 이동시키는 롤을 냉각시키는 냉각장치에 있어서,
상기 냉각장치를 순환하는 복수 개의 볼;
상기 롤 내부에 상기 볼을 수용하고 상기 볼이 순환 가능하게 마련되며 상기 롤을 냉각시키는 냉각라인;
상기 냉각라인에서 배출된 상기 볼을 일시적으로 수용 및 냉각시키는 냉각탱크; 및
상기 볼을 상기 냉각탱크에서 상기 롤로 공급하는 공급부;를 포함하는 롤 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각라인은
상기 볼이 유입되는 제1유입구와, 상기 볼이 배출되는 제1배출구와, 상기 볼이 이동 가능하도록 상기 롤 내부에 관통 형성되는 볼이동통로를 포함하는 롤 냉각장치.
제2항에 있어서,
상기 볼이동통로는
상기 롤의 중심축을 기준으로 나선형으로 마련되는 롤 냉각장치.
제3항에 있어서,
상기 냉각탱크는
상측에 상기 볼이 공급되는 제2유입구가 마련되고, 하측에 상기 볼이 배출되는 제2배출구가 마련되며, 상기 제2유입구와 상기 제2배출구는 반대방향에 마련되는 롤 냉각장치.
제4항에 있어서,
상기 냉각탱크는
저면이 상기 제2배출구 측으로 하향 경사지게 형성되는 경사부를 포함하는 롤 냉각장치.
제5항에 있어서,
상기 공급부는
회전하면서 일방향으로 상기 볼을 밀어내는 스크류와, 상기 스크류를 회전시키는 모터를 포함하는 롤 냉각장치.
제6항에 있어서,
상기 공급부는
상기 볼에 윤활액을 공급하는 윤활액 공급라인을 포함하는 롤 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 공급부의 상기 볼의 공급속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 롤 냉각장치.