KR102281204B1 - 압연롤 온도 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 압연롤의 롤 표면을 직접 측정할 수 있는 압연롤 온도 측정 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치는 압연롤의 롤 표면 하부와 사전에 설정된 기준 접점 간의 열기전력의 차이에 따라 온도를 측정하는 온도 측정부와, 상기 온도 측정부로부터 사전에 설정된 무선 방식으로 측정 정보를 전달받아 신호 처리하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

Description

압연롤 온도 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE OF ROLLING ROLL}
본 발명은 압연롤 온도 측정 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 압연롤은 소재와의 접촉에 의해 열을 받아 열팽창하게 되므로 롤 냉각을 위해 다수의 노즐을 압연롤인 워크롤의 폭방향으로 배열된 후 스프레이방식으로 냉각수를 분사하며, 분사된 냉각수는 와이퍼에 의해 집수 배출처리 되게 된다.
이러한 워크롤은 열간압연공정에서 소재가 수백도 이상의 고온에서 압연되고 소재를 압연하는 과정에서 가공에너지, 마찰에너지 등이 발생되어 순간적인 롤의 표면온도가 수백도 이상으로 올라 갔다가 다시 다량의 냉각수에 의해 냉각되면서 백도이내로 떨어지는 과정을 반복하게 되어 점차 승온되게 된다.
이에 따라, 롤의 열팽창정도가 시시각각 변하게 되어 원하는 제품의 형상을 확보하는데 있어 상당한 어려움이 유발되고, 또 열팽창에 의해 통판성이 나빠져서 제품의 생산속도를 높이지 못하는 등의 문제는 물론 롤이 고온경도 저하에 따른 마모 촉진으로 롤의 수명이 단축되는 문제가 발생한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0001253호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압연롤의 롤 표면을 직접 측정할 수 있는 압연롤 온도 측정 장치가 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치는 압연롤의 롤 표면 하부와 사전에 설정된 기준 접점 간의 열기전력의 차이에 따라 온도를 측정하는 온도 측정부와, 상기 온도 측정부로부터 사전에 설정된 무선 방식으로 측정 정보를 전달받아 신호 처리하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정확한 압연롤의 온도 분포를 측정할 수 있고, 최적의 압연롤 수명관리를 통해 제품의 품질결함 및 생산장래를 미연에 방지토록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치의 A방향 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치의 B방향 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치의 A방향 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치(100)는 온도 측정부(110) 및 신호 처리부(120)를 포함할 수 있다.
온도 측정부(110)는 측온 접점기(111), 기준 접점기(113) 및 전송부(115)를 포함할 수 있다.
측온 접점기(111)는 압연롤(10)의 표면 하부의 배치될 수 있고, 기준 접점기(113)는 압연롤(10)의 축(11)의 일단부(14)에 배치될 수 있다.
측온 접점기(111)와 기준 접점기(113) 간에는 케이블(114)로 연결될 수 있다. 케이블(114)은 측온 접점기(111)에 연결되는 일부(도면의 실선 참조)만 외부로 노출되고, 나머지 일부(도면의 점선 참조)는 압연롤(10)의 축(11) 내부를 통해 기준 접점기(113)에 연결될 수 있다.
압연롤(10)은 축(11)과 소재와 접촉하여 회전 운동에 의해 압연하는 압연부(13) 간에 형성된 단차(12)가 포함하고, 단차(12)의 일면에는 홀(12a)이 가공되어 측온 접점기(111)가 홀(12a)에 삽입되어 배치될 수 있다. 홀(12a)는 압연부(13)의 표면으로부터 일정 깊이(h1)에 가공될 수 있다. 예를 들어, 홀(12a)은 압연부(13)의 표면으로부터 14mm 내지 22mm의 깊이에 가공될 수 있다.
압연 중인 롤의 표면온도는 뜨거운 소재와 접촉되는 높은 온도구간을 시작으로 공기와 냉각수로 인해 점차 온도가 감소하는 패턴을 반복하게 된다. 이때 압연롤 표면 아래는 롤 표면온도보다는 늦게 반응함으로 두 지점에서 온도 차이가 발생하고 이로 인해 롤 표면 아래에서 최대 열 인장 응력(Thermal Tensile Stress)이 발생된다.
측온 접점기(111)는 홀(12a)에 삽입되고, 측온 접점기는 열전대일 수 있다.
열전대는 한쪽 접촉점을 기준점으로 삼고 측정하고자 하는 부위에 다른 접촉점을 위치하면 기전력의 크기로 온도차를 알 수 있으므로 기준점의 온도와 비교하여 온도를 측정하게 된다. 보통 기준 접촉점은 온도가 일정하여 기준접점이라 하고, 측정하고자 하는 곳에 위하는 접촉점을 측온접점이라 부른다.
열전대는 -200~1700℃까지 넓은 범위의 온도범위를 0.1~1%의 오차로 측정이 가능하고, 역학적 유연성이 있어 형태를 사용 부위에 따라 적합하게 바꿀 수 있다. 열전대 설치를 위해서 홀(12a)의 직경이 약 1~2mm 정도의 천공을 하게 될 경우 압연롤 수명에 영향을 주는 지를 유한 요소해석을 통해 피로분석을 수행한 결과, 천공 크기가 작아 롤의 수명에는 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다.
기준 접점기(113)는 압연롤(10)의 축(11)의 끝단부(14)에 형성될 수 있다.
전송부(115)는 압연롤(10)의 축(11)의 끝단부에 형성될 수 있으며, 기준 측점과 측온접점간 온도차로 인한 열기전력의 크기로부터 온도로 환산한 후 검출된 온도 정보를 외부에 사전에 설정된 무선 방식으로 전송할 수 있다.
열전대의 기전력으로 온도를 환산하는 장치 간에 거리가 멀어도 되며 측정 도중의 온도 변화는 측정치에 거의 영향을 주지 않는다.
상기 무선 방식은 블루투스(Bluetooth), 무선 전력 전송 방식 등 다양할 수 있다. 무선 전력 전송 방식은 전송선을 사용하지 않고 전기에너지를 특정 주파수 신호로 변환 시 발생하는 부하 및 전자기파를 이용하여 에너지를 전달하는 방법으로, 이 경우, 전송부(115)의 송신코일에 흐르는 전류로부터 발생된 공진 주파수를 신호 처리부(120)의 수신코일을 통해 에너지를 변환할 수 있다. 송수신 코일 사이의 공명현상을 이용하여 에너지를 전송하는 자기공명방식을 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치의 B방향 측면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압연롤 온도 측정 장치(200)의 온도 측정부(210)는 복수의 측온 접점기(211,212), 복수의 기준 접점기(213, 214) 및 복수의 케이블(215, 216)와 전송부(217)를 포함할 수 있다.
압연롤(20)은 축(21)과 소재와 접촉하여 회전 운동에 의해 압연하는 압연부(23) 간에 형성된 단차(22)를 포함하고, 단차(22)의 일면에는 복수의 홀(22a)이 형성될 수 있으며, 복수의 홀(22a) 각각에는 복수의 측온 접점기(211,212) 중 대응되는 측정 접점기가 삽입될 수 있다. 복수의 홀(22a) 각각의 압연부(23) 표면으로부터 깊이(압연부 표면과의 이격 거리)(h1, h2)는 적어도 일부가 서로 다르게 형성될 수도 있다.
더하여, 복수의 홀(22a) 각각의 압연부(23) 측면으로부터 가운데까지의 길이(압연부의 측면과의 이격 거리)(L1, L2)는 적어도 일부가 서로 다르게 형성될 수도 있다. 이에 따라, 압연부(23)의 표면에서 측면 부위와 가운데에 가까운 부위의 온도를 각각 측정함으로써 측면 부위와 가운데 간에 발생하는 온도 분포를 알 수 있다.
복수의 기준 접점기(213, 214)는 압연롤(20)의 축(21)의 끝단부(24)에 형성될 수 있으며, 복수의 측온 접점기(211, 212)와 복수의 기준 접점기(213, 214) 중 서로 대응되는 측온 접점기와 기준 접점기를 연결하는 복수의 케이블(215, 216) 각각은 측온 접점기(211, 212)에 연결되는 일부(도면의 실선 참조)만 외부로 노출되고, 나머지 일부(도면의 점선 참조)는 압연롤(20)의 축(21) 내부를 통해 기준 접점기(213, 214)에 연결될 수 있다.
전송부(217)은 복수의 측온 접점기(211, 212)와 복수의 기준 접점기(213, 214) 중 서로 대응되는 측온 접점기와 기준 접점기간 온도차로 인한 열기전력의 크기를 온도로 환산한 후 검출된 각 온도 정보를 외부에 사전에 설정된 무선 방식으로 전송하고, 신호 처리부(220)는 전송부(217)로부터의 각 온도 정보를 평균하여 압연롤(20)의 표면의 온도를 계산할 수 있다.
스마트 공장(Smart Factory)을 달성하기 위해서는 다양한 정보를 감지할 수 있는 센서 개발이 중요하지만 압연롤과 같이 회전하는 부품이나 가혹한 환경, 접근하기 어려운 곳에 위치한 설비에 대해서는 측정이 어려웠었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 측정이 불가능한 고온의 압연롤 표면온도측정을 위해 롤 표면 아래를 천공하여 IoT 온도 측정센서를 위치하여 정확한 압연롤 온도분포를 측정할 수 있다. 이에 인해 최적의 압연롤 수명관리를 통해 제품의 품질결함 및 생산장래를 미연에 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100, 200: 압연롤 온도 측정 장치
110, 210: 온도 측정부
111, 211, 212: 측온 접점기
113, 213, 214: 기준 접점기
114, 215, 216: 케이블
115, 217: 전송부
120, 220: 신호 처리부

Claims (10)

  1. 압연롤의 롤 표면 하부와 사전에 설정된 기준 접점 간의 열기전력의 차이에 따라 상기 압연롤의 롤 표면 온도를 측정하는 온도 측정부; 및
    상기 온도 측정부로부터 사전에 설정된 무선 방식으로 측정 정보를 전달받아 신호 처리하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 온도 측정부는
    상기 압연롤의 축과 소재에 접촉하는 압연부 간에 단차를 형성하는 측부에 상기 압연부 표면과 이격되어 형성된 홀에 삽입되는 열전대로 구성된 측온 접점기;
    상기 압연롤의 축의 끝단부에 배치되는 기준 접점기;
    상기 측온 접점기와 상기 기준 접점기 간에 연결되어 상기 측온 접점기의 측온 접점과 상기 기준 접점기의 기준 접점 간의 온도차에 따른 열기전력의 크기 정보를 전달하는 케이블; 및
    상기 열기전력의 크기 정보를 온도 데이터로 환산하여 상기 무선 방식으로 상기 신호 처리부에 전송하는 전송부
    를 포함하는 압연롤 온도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 압연롤에 가공된 적어도 하나의 홀에 배치되어 상기 압연롤의 롤 표면 하부의 온도를 측정하는 압연롤 온도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 압연롤의 롤 표면 하부와 상기 압연롤 중 온도 변화가 사전에 설정된 기준값 이하로 낮은 상기 기준 접점 간의 열기전력을 비교하여 상기 측정 정보를 전송하는 압연롤 온도 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 압연롤의 롤 표면 하부와 사전에 설정된 기준 접점 간의 열기전력의 차이에 따라 상기 압연롤의 롤 표면 온도를 측정하는 온도 측정부; 및
    상기 온도 측정부로부터 사전에 설정된 무선 방식으로 측정 정보를 전달받아 신호 처리하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 온도 측정부는
    상기 압연롤의 축과 소재에 접촉하는 압연부 간에 단차를 형성하는 측부에 상기 압연부 표면과 이격되어 형성된 복수의 홀에 각각 삽입되는 열전대로 구성된 복수의 측온 접점기;
    상기 압연롤의 축의 끝단부에 각각 배치되는 복수의 기준 접점기;
    상기 복수의 측온 접점기 중 해당 측온 접점기와 상기 복수의 기준 접점기 중 해당 기준 접점기 간에 연결되어 상기 해당 측온 접점기의 측온 접점과 상기 해당 기준 접점기의 기준 접점 간의 온도차에 따른 열기전력의 크기 정보를 전달하는 복수의 케이블; 및
    상기 열기전력의 크기 정보를 온도 데이터로 환산하여 상기 무선 방식으로 상기 신호 처리부에 전송하는 전송부
    를 포함하는 압연롤 온도 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 홀에 각각 삽입되는 복수의 측온 접점기의 상기 압연부 표면과의 이격 거리는 적어도 일부가 서로 상이한 압연롤 온도 측정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 홀에 각각 삽입되는 복수의 측온 접점기의 상기 압연부의 측면과의 이격 거리는 적어도 일부가 서로 상이한 압연롤 온도 측정 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 전송부로부터 각각 전달받은 온도 데이터를 평균하여 상기 압연롤의 표면 온도를 계산하는 압연롤 온도 측정 장치.

  9. 제5항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 압연롤에 가공된 복수의 홀에 배치되어 상기 압연롤의 롤 표면 하부의 온도를 측정하는 압연롤 온도 측정 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 압연롤의 롤 표면 하부와 상기 압연롤 중 온도 변화가 사전에 설정된 기준값 이하로 낮은 상기 기준 접점 간의 열기전력을 비교하여 상기 측정 정보를 전송하는 압연롤 온도 측정 장치.
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