KR200155904Y1 - 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열간압연된 직후의 선재를 일정한 간격의 링형태로 냉각대의 롤러 콘베이어상에서 적치하여 이송하는 도중에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각공기에 의하여 선재를 냉각하는 열간압연선재의 공냉장치에 관한 것으로, 일정 길이를 갖추어 노즐 출구에 장착되는 노즐차단장치인 티이-캡(8)이 갖추어지고, 상기 티이-캡(8)의 좌우측 상부로는 적정한 정도의 면적과 길이를 갖춘 차단길이 가변판(9)이 좌우로 이동가능하도록 위치되며, 상기 차단길이 가변판(9)의 각각은 모터(10)에 타이밍벨트(12)를 매개로 회전구동력을 전달받도록 된 스크류축(15)의 서로 다른 방향으로 형성된 나사부(13)(14)에 각각 나사결합되어 상기 모터(10)의 회전시 서로에 대하여 가까워지거나 멀어지는 운동을 하도록 하고, 상기 모터(10)는 제어판넬(11)에 전기적으로 연결되어 제어되도록 함으로서 모터(10)의 회전에 의하여 노즐출구의 차단폭을 제어함을 특징으로 하는 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치를 제공한다.

Description

선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치

제1(a)(b)도는 종래의 선재 생산 설비를 도시한 개략 구성도.

제2도는 선재의 중첩상태에 따른 코일내 폭방향 중량비를 나타낸 그래프도.

제3도는 선재 냉각대 폭방향 온도분포를 나타낸 그래프도.

제4도는 선재 냉각대 폭방향 재질편차(TS)를 타나낸 그래프도.

제5(a)(b)도는 본 고안에 따른 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치를 도시한 개략 구성도 및 장착 상태도.

제6도는 통상의 송풍구 각도 변경에 의한 폭방향 유속분포를 도시한 그래프도.

제7도는 본 고안의 장치에 의한 폭방향의 유속분포변화를 도시한 그래프도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압연기 2 : 수냉장치

3 : 권취기 4 : 선재

5 : 콘베이어 6 : 노즐

7 : 송풍기 8 : 티이-캡(T-Cap)

9 : 차단길이 가변판 10 : 모터

11 : 제어판넬 12 : 타이밍 벨트

13 : 왼나사 14 : 오른나사

15 : 스크류축 16 : 댐퍼

본 고안은 열간압연된 직후의 선재를 일정한 간격의 링형태로 냉각대의 롤로 콘베이어상에서 적치하여 이송하는 도중에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각 공기에 의하여 선재를 냉각하는 열간압연선재의 공냉장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간압연된 직후의 선재를 일정한 간격의 링형태로 냉각대의 롤로 콘베이어상에서 적치하여 이송하는 도중에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각공기에 의하여 선재를 냉각하는 경우에, 냉각공기를 분사하기 위한 노즐의 폭을 좌우로 이동가능한 차단길이 가변판(9)에 의하여 조정함으로서, 조업 조건에 따라 노즐 부위별로 송풍량을 조정할 수 있고, 균일 냉각을 위하여 치수 및 강종에 따라 노즐 위치별로 차단 길이가 가변 가능하게 하며, 냉각대에서의 온도분포를 측정하여 불균일한 온도분포 발생시 동적제어가 가능하게 하고, 에지부의 풍속을 더욱 증가시킬 수 있도록 하여, 냉각제어정도가 우수한 선재를 얻을 수 있게 한 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치에 관한 것이다.

제1(a)도는 종래의 선재를 생산하기 위한 설비를 도시한 개략 구성도로서, 압연기(1)에 의하여 압연되고 수냉장치(2)에 의하여 냉각되어진 열간압연선재(4)는, 권취기(Laying Head)(3)에 의해 권취되며 콘베이어(5)상에 링의 형상으로 적치되어 이송되는 도중에, 콘베이어(5)의 하부에 설치된 송풍기(7)로부터 슬릿 형태의 노즐(6)을 통해 분사된 냉각공기가 선재를 직접 냉각하게 된다.

폭방향의 유속을 조정하기 위한 수단으로서 댐퍼(16)라고 하는 송풍구 각도 조정기가 송풍기 내에 설치되어 있고 이러한 댐퍼의 후단에 칸막이가 설치되어 있어 일단 분할된 유속이 다시 섞이지 않도록 구성된다. 또한, 송풍기 출구에 설치된 슬릿 모양의 노즐의 중앙부에 티이-캡(T-Cap)이라고 하는 송풍구 차단장치가 부착되어 있어 노즐 중앙부로 유입되는 냉각공기를 차단할 수 있는 구조로 되어 있다. 제1(b)도는 냉각대 중의 공냉대에 해당하는 부분을 상세하게 도시한다.

선재압연에서의 선재의 냉각공정은 압연기 이후에 최종제품으로 가기 위한 전단계로서, 물로 냉각하는 수냉대와 공기로 냉각하는 공냉대로 이루어져 있다.

수냉대에서 수분사에 의하여 1차로 냉각된 선재는 레잉헤드(Laying Head)라고 하는 권취기에서 직선에서 링 모양으로 감겨져서 공냉대 위를 이송한다.

이때, 선재가 링 모양으로 감겨져서 이송함에 따라 필연적으로 에지부에서 많이 겹쳐지는 부분과 중앙부에서 덜 겹쳐지는 부분이 존재하게 된다.

따라서, 동일한 양으로 냉각을 시킬 경우에는 많이 겹쳐져 있는 부분과 그렇지 않은 부분 사이에서는 냉각차가 발생하게 되어 불균일하게 냉각이 이루어진다. 특히, 변태가 일어나는 지점에서의 냉각차는 제품불량의 중요한 원인이 되는 것이다.

불균일한 냉각이 이루어지면, 변태가 일어나는 온도는 일정하므로 변태가 일어나는 지점이 달라지게 되어 제품품질이 불균일하게 된다. 따라서, 가장 바람직한 경우는 균일하게 냉각되어, 선재 링 위치별로 동일한 냉각 곡선을 그리면서 냉각되는 경우이다.

일반적으로 선재의 냉각공정에서 사용되어지는 냉각방법은 냉각매체의 종류에 따라 공기를 이용하는 방법인 공냉식, 물을 이용하는 방법인 수냉식, 및 그 이외의 다른 매체를 이용하는 방법들로 이루어지고, 이들중 가장 보편적으로 사용되어지는 방법은 공냉식, 특히 스텔모어 냉각설비가 사용되어진다.

이러한 스텔모어 냉각설비에 의한 냉각방법은 1964년부터 공업적으로 이용되어지기 시작하여 1981년까지 전 세계적으로 가장 보편화된 냉각방식으로 사용되어지는 방식으로, 모건(Morgan)에 의하여 설계되고, 스텔코(Stelco)에 의해 처음으로 적용되었다.

이러한 냉각방식이 널리 보급되어진 이유는 탄소강 선재의 직접적인 열처리를 실시하여 제품의 강도 및 신선성을 높일 수 있고, 송풍을 이용하는 설비구조가 간단하며, 작업성이 우수한 장점을 가지고 있어, 코일 단중 및 압연속도등의 제약이 작으며, 얇고 균일한 두께의 스케일 생성으로 생산품의 손실이 적고 산세비용이 절감되며, 비교적 넓은 범위의 냉각속도 제어가 가능하다는 장점이 있으나, 냉각속도가 클 경우 일부 경질 조직이 발생할 가능성이 있으며 폭방향 냉각의 불균일이라는 단점이 있다.

제2도는 선재의 중첩상태에 따른 코일내 폭방향 중량비를 나타낸 그래프도로서, 중심부를 1.0으로 할 때, 양단부에서는 3.0-5.0으로 매우 커짐을 알 수 있다. 따라서 양단부에서의 필요 냉각량 또한 이에 비례하여 커져야만 한다는 것을 추정할 수 있다.

이때 냉각공기량이 폭방향으로 동일하다면 양단부의 냉각속도는 중심부에 비하여 떨어질 수 밖에 없으므로, 통상 이의 제어를 위하여는 냉각공기 토출부 즉, 노즐부의 면적 혹은 노즐의 수량을 폭방향으로 균일하게 설정하거나 송풍구 각도(댐퍼 각도)와 송풍기 회전수를 조절하기도 한다.

그러나, 압연속도 및 냉각대의 이송속도와 선경 등 조업조건에 따라 변화하는 단부 중첩량의 변화 및 냉각대 위의 선재 밀도변화에 따라 필요 냉각량을 조절하는 것은 불가능하다.

기존의 냉각대에서의 송풍량 조정방법의 문제점은 다음과 같다.

송풍량 조정에 사용되어지는 방법이, 첫째로 송풍구 각도 조정장치인 댐퍼를 이용하여 송풍기 전체의 송풍량을 조절하는 것이고, 둘째로 티이-캡을 사용하여 노즐 중앙부의 냉각공기를 차단하는 것인데, 상기 댐퍼를 이용하는 방법은, 각도가 항상 일정하게 고정되어 있어 순간적인 송풍량을 미세 조정하는 것이 불가능하고, 하나의 송풍기 내에서는 동일한 값으로 설정될 수 밖에 없는 것이며, 노즐 중앙부의 냉각 공기를 차단하는 방법 역시, 항상 고정되어 있어 순간적으로 변화하는 조업조건에 따라 가변될 수 없는 문제를 가지는 것이다. 이는 본 고안의 목적이 조업 조건에 따라 노즐 부위별로 송풍량을 조정할 수 있는 장치를 제공하는 것임을 알 수 있다.

현재, 조업중인 선재 공장들에서는 송풍구 각도변화와 송풍기 회전수 변경에 의한 폭방향 유속 제어를 실시하고 있으나, 동적 제어는 이루어지지 않고 있다. 송풍구 각도 변화에 의한 유속제어는 가장 보편화되어 있는 방법이긴 하지만, 동일 송풍기 내에서 일정한 각도로 고정되어 있어 수시로 변화하는 온도분포에 따른 노즐마다의 제어가 불가능하다. 또한, 노즐 차단 장치를 냉각대 노즐 사이에 추가하여 폭방향의 유속 분포를 조정하고 있으나, 전 강종에 대하여 일정한 배열을 사용함으로서 특정 치수 또는 강종에 대하여 불균일한 온도분포를 나타낸다. 따라서, 본 고안은 균일 냉각을 위하여 치수 및 강종에 따라 노즐 위치별로 차단 길이가 가변 가능한 장치의 사용이 바람직하다. 또한 냉각대에서의 온도분포를 측정하여 불균일한 온도 분포 발생시 동적제어가 가능하게 구성하는 것이 바람직하다.

최근에, 균일 냉각을 위한 방법으로서 롤러 콘베이어의 양단부 롤러경을 중앙부의 경보다 작게 하여 선재의 중첩밀도가 높은 단부의 노즐 출구 면적을 늘려 중앙부보다 많은 풍량으로 선재를 냉각하는 방법이 일본국 특허공보 소 59-113918호에 의해 제안되었다.

그러나, 여기에서는 노즐의 출구가 고정되어 있어 이송되는 선재의 직경 및 강종과 같은 냉각대의 상태에 따라 대응하지 못하고 제어가 힘들다는 단점이 있다.

제3도는 선재 냉각대 폭방향 온도분포를 나타낸 그래프도로서, 폭방향을 보면 중첩밀도가 높은 양단부의 온도가 중첩밀도가 낮은 중앙부의 온도보다 낮은 것을 알 수 있다. 선재 공장 냉각대에서 측정한 폭방향 온도분포의 예이다. 폭방향 적치 밀도차에 의하여 온도 역시 중아부보다 더 높다.

제4도는 선재 냉각대 폭방향 재질편차(TS)를 나타낸 그래프도이다. 제1도와 제2도에 도시한 바와같이 폭방향의 중첩 밀도가 서로 다른 상태에서 측정한 링내 16개소의 재질 편차이다. 불균일한 온도분포에 의하여 링내에서 폭방향의 인장강도 측정치가 특정위치에서 상승 또는 하강하는 것을 알 수 있다. 도면에서 냉각용 공기의 유속이 빨라서 냉각속도가 빠른 부분에서 인장강도가 큰 것을 확인할 수 있으마, 적치밀도가 큰 에지부에서는 동일한 공기속도임에도 불구하고 냉각속도가 낮은 것임을 알 수 있다. 따라서, 본 고안은 에지부의 풍속을 더욱 증가시킬 필요가 있다는 것을 알 수 있다.

본 고안은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은, 조업 조건에 따라 노즐 부위별로 송풍량을 조정할 수 있고, 균일 냉각을 위하여 치수 및 강종에 따라 노즐 위치별로 차단 길이가 가변 가능하게 하며, 냉각대에서의 온도분포를 측정하여 불균일한 온도분포 발생시 동적제어가 가능하게 하고, 에지부의 풍속을 더욱 증가시킬 수 있도록 하여, 미세한 유속제어가 가능하여 폭방향의 균일 냉각이 가능하도록 한 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 고안은, 열간압연된 직후의 선재를 일정한 간격의 링형태로 냉각대의 롤러 콘베이어상에서 적치하여 이송하는 도중에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각공기에 의하여 선재를 냉각하는 열간압연선재의 공냉장치에 있어서, 일정 길이를 갖추어 노즐 출구에 장착되는 노즐차단 장치인 티이-캡이 갖추어지고, 상기 티이-캡의 좌우측 상부로는 적정한 정도의 면적과 길이를 갖춘 차단길이 가변판이 좌우로 이동가능하도록 위치되며, 상기 차단 길이 가변판의 각각은 모터에 타이밍벨트를 매개로 회전구동력을 전달받도록 된 스크류축의 서로 다른 방향으로 형성된 나사부에 각각 나사결합되어 상기 모터의 회전시 서로에 대하여 가까워지거나 멀어지는 운동을 하도록 하고, 상기 모터는 제어판넬에 전기적으로 연결되어 제어되도록 함으로서 모터의 회전에 의하여 노즐출구의 차단폭을 제어함을 특징으로 하는 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안의 일실시예를 첨부된 도면에 의하여 보다 상세하게 설명한다.

제5(a)도는 본 고안에 따른 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치를 도시한 개략 구성도로서, 현재 각 노즐 출구에 무작위로 고정부착되어 있는 노즐차단장치인 티이-캡(8)에 차단길이 가변판(9)을 장착하여 그 길이방향으로 미끄럼 이동할 수 있게 한다.

보다 상세하게는 일정길이를 가지는 티이-캡(8)이 마련되고, 상기 티이-캡(8)의 좌우측 상부로는 적정한 정도의 면적과 길이를 갖춘 평활한 상부면을 가지는 차단길이 가변판(9)이 좌우로 이동가능하도록 위치되며, 상기 차단길이 가변판(9)의 각각은 모터(10)에 타이밍벨트(12)를 매개로 회전구동력을 전달받도록 된 스크류축(Screw Shaft)(15)의 서로 다른 방향으로 형성된 나사부(13)(14)에 각각 나사결합되어 상기 모터(10)의 회전시 서로에 대하여 가까워지거나 멀어지는 운동을 하도록 한다.

그리고, 상기 모터(10)는 제어판넬(11)에 전기적으로 연결되어 제어되도록 한다.

상기 차단길이 가변판(9)이 좌우로 이동하는 차단폭은 600-1000㎜까지 가변될 수 있게 하고, 그 폭은 왼나사산과 오른나사산을 각각 형성한 나사부(13)(14)의 회전에 의하여 중앙에 대하여 서로 동일한 양만큼 이루어지며, 이러한 가변폭은 냉각대에서 측정되는 온도분포에 대하여 상기 제어판넬(11)에 의하여 제어된다. 이는 종래에 사용되어지는 냉각방법의 단점인 동일한 송풍기 내에서 유속 분포의 제어가 불가능하다는 것과, 수시로 변화하는 운전조건에 따른 온도분포의 변화에 대응할 수 없다는 것을 개선한 것이다.

본 고안의 장치는 이송대를 지나는 선재의 하면에서 냉각공기를 불어주는 슬릿 노즐의 상부에 설치된다. 이러한 본 고안의 장치의 특성은 블로워에서 불어주는 냉각 공기를 슬릿노즐의 에지부로 많은 양의 공기가 나가도록 슬릿노즐의 중앙부를 차단시켜 주되, 그 차단량이 가변이 가능하도록 한다는 것이다.

즉, 서로다른 방향으로 된 나사부(13)(14)가 구동모터(10)에 의하여 구동이 되면, 이들 각각이 슬릿노즐의 에지부 혹은 중앙부로 이동하여 노즐출구를 막고 있는 상기 차단길이 가변판(9)를 좌우로 이동시킴으로서 그 노즐출구의 차단폭이 늘어나거나 줄어들게 되는 것이다.

노즐의 차단폭이 늘어나면 에지부로부터 송풍되는 공기량이 많아지고, 노즐의 차단폭이 줄어들면 좌우의 에지부로 송풍되어지는 냉각 공기량이 줄어든다. 이렇게 에지부로 공급되어지는 냉각공기량이 많아지게 되면, 겹침밀도가 높아져서 상대적으로 온도가 높은 에지부의 온도가 떨어지게 되어 폭방향의 온도편차 감소로 인한 균일 냉각이 가능하게 된다.

제5(b)도는 본 고안에 따른 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치가 기존의 냉각장치부에 설치되는 것을 도시한 개략 구성도로서, 이는 기존의 노즐 출구에 티이-캡(8)과 차단길이 가변판(9)을 부착하여 폭방향의 에지부로 나가는 공기량을 조절하여 더 많이 분사되게 한다. 이렇게 함으로서 에지부에 보다 많이 겹쳐져 있게 되는 선재들도 적정한 정도로 냉각될 수 있으므로, 결국 전폭에 걸쳐 균일한 온도 분포를 가지게 된다. 이렇게 폭방향으로 균일하게 냉각되어지면 최종제품의 인장강도에 대한 편차 역시 균일하게 되어, 후공정으로 가서 더 가늘게 형성되는 등의 가공이 행하여지더라도 단선이 발생하는 등의 불량요인이 줄어들게 된다.

제6도는 통상의 송풍구 각도 변경에 의한 폭방향 유속분포를 도시한 그래프도로서, 현재 제철소에서 사용하고 있는 송풍구 각도 변화에 의한 폭방향 유속제어방법을 이용하여 송풍구 각도변화에 의해 1개 송풍기 내의 유속분포를 전체적으로 조정할 수 있다. 그리고, 송풍기 출구에 차단판을 부착하여 인입되는 공기의 양을 각도 조정에 의하여 조정함으로서, 선재의 폭방향의 에지부로 많은 공기가 유출될 수 있도록 하는 형태이다. 그러나, 이는 동일한 송풍기 내에서 길이방향의 위치별 노즐 출구의 유속을 제어하기는 사실상 불가능하며, 또한 수시로 변화하는 온도분포에 따른 연동제어가 불가능하다.

제7도는 본 고안에 따른 폭방향의 유속분포변화를 도시한 그래프도로서, 본 고안의 차단길이 가변판(9)의 차단폭을 가변하였을때의 노즐출구의 유속을 측정한 것이다. 이에 의하면, 본 고안의 장치를 이용하여 600, 800, 1000㎜로 노즐 출구의 차단폭의 변화에 따른 유속분포의 제어정도는 송풍기 각도 변화에 따른 유속분포의 변화정도에 비하여 우수하며, 또한 이러한 본 고안의 장치를 각각의 노즐에 장착하는 경우에는 그 노즐을 각각 제어할 수 있음으로서 냉각제어정도가 우수한 선재를 얻을 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와같이 본 고안에 따른 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치에 의하면, 열간압연된 직후의 선재를 일정한 간격의 링형태로 냉각대의 롤러 콘베이어상에서 적치하여 이송하는 도중에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각공기에 의하여 선재를 냉각하는 경우에, 냉각공기를 분사하기 위한 노즐의 폭을 좌우로 이동가능한 차단 길이 가변판(9)에 의하여 조정함으로서, 조업 조건에 따라 노즐 부위별로 송풍량을 조정할 수 있고, 균일 냉각을 위하여 치수 및 강종에 따라 노즐 위치별로 차단 길이가 가변 가능하게 하며, 냉각대에서의 온도분포를 측정하여 불균일한 온도분포 발생시 동적제어가 가능하게 하고, 에지부의 풍속을 더욱 증가시킬 수 있도록 하여, 냉각제어정도가 우수한 선재를 얻을 수 있는 실용상의 효과를 가지는 것이다.

Claims (1)

1. 열간압연된 직후의 선재를 일정한 간격의 링형태로 냉각대의 롤러 콘베이어상에서 적치하여 이송하는 도중에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각공기에 의하여 선재를 냉각하는 열간압연선재의 공냉장치에 있어서, 일정 길이를 갖추어 노즐 출구에 장착되는 노즐차단장치인 티이-캡(8)이 갖추어지고, 상기 티이-캡(8)의 좌우측 상부로는 적정한 정도의 면적과 길이를 갖춘 차단길이 가변판(9)이 좌우로 이동가능하도록 위치되며, 상기 차단길이 가변판(9)의 각각은 모터(10)에 타이밍벨트(12)를 매개로 회전구동력을 전달받도록 된 스크류축(15)의 서로 다른 방향으로 형성된 나사부(13)(14)에 각각 나사결합되어 상기 모터(10)의 회전시 서로에 대하여 가까워지거나 멀어지는 운동을 하도록 하고, 상기 모터(10)는 제어판넬(11)에 전기적으로 연결되어 제어되도록 함으로서 모터(10)의 회전에 의하여 노즐출구의 차단폭을 제어함을 특징으로 하는 선재냉각대 폭방향 송풍량 조정장치.