KR20060097970A - 금속판의 절단 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속판의 절단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소 토치를 이용하여 후금속판을 절단할 때, 금속판의 절단면으로부터 흘러내리는 용강으로부터 생성되는 절단설을 최소화할 수 있는 금속판의 절단장치에 관한 것이다.

본 발명의 절단장치는 용융금속이 흘러내려 절단설을 형성하는 것을 최소화하고 불가피하게 형성된 절단설도 용이하게 제거될수 있도록 하기 위하여 금속판 절단용 용융 방식 절단노즐과 상기 절단 노즐에 의하여 절단된 부위를 물로 냉각 및 재응고시키는 물분사 노즐로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 절단장치에 의할 경우 절단설 생성량이 종래의 절단장치에 의할 경우보다 획기적으로 감소될 수 있으며, 형성된 절단설도 잔류응력으로 인하여 용이하게 금속판으로부터 제거될 수 있다.

금속판, 절단장치, 절단설, 용융금속, 가스절단

Description

금속판의 절단 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CUTTING METAL PLATE}

도 1은 종래의 방식으로 금속판을 절단할 경우 절단설이 형성되어 부착되는 원리를 나타내는 개념도,

도 2는 절단설 생성량을 감소시키기 위한 종래 기술의 개략도,

도 3은 생성된 절단설을 제거시키기 위한 종래 장치를 나타내는 개략도,

도 4는 용융금속이 벽을 따라 형성되게 하여 절단설 제거를 용이하게 하는 종래 기술의 개념도,

도 5는 절단노즐과 물분사 노즐이 한 세트로 이루어진 본 발명의 절단장치의 개략도,

도 6은 본 발명에 따른 절단장치에서 물분사 노즐이 절단노즐 주위에 복수개 형성되어 있는 것을 나타내는 개략도로서 도 6a는 저면도 이며 도 6b는 저면사시도,

도 7은 종래의 절단장치를 이용하여 강판을 절단한 경우 절단면 하부를 나타내는 사진, 그리고

도 8는 본 발명의 절단장치를 이용하여 강판을 절단한 경우 절단면 하부를 나타내는 사진이다.

(부호의 설명)

1 : 금속판 2 : 가스 토치

3 : 화염 경로 4 : 절단면

5, 6 : 상하 절단 에지 7 : 절단편

8 : 절단편 하부 에지 9 : 분사노즐

10 : 가스류 11 : 가스 분사각(예각)

12 : 칼 13 : 조정장치

14 : 간격 조절 부재

21 : 절단 노즐 22 : 물 공급관

23 : 물분사 노즐 24 : 연결부재

25 : 물 공급관

본 발명은 금속판의 절단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소 토치를 이용하여 후금속판을 절단할 때, 금속판의 절단면으로부터 흘러내리는 용강으로부터 생성되는 절단설을 최소화할 수 있는 금속판의 절단장치에 관한 것이다.

종래, 금속판 특히 후금속판을 절단할 경우에는 가스 토치를 많이 사용하는데, 이는 토치에 의하여 가열된 금속판이 산소와 산화반응을 일으키고 상기 산화반응열에 의하여 가열된 부분에 금속 용융부가 생성되며, 상기 생성된 금속 용융부는 중력에 의하여 하방으로 흘러 제거되어 결국에는 금속판사이에 틈이 발생하고 그 틈으로 인하여 금속판이 분리되도록 하는 원리를 가지고 있다.

이러한 경우, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 하방으로 흘러 내리는 용융 금속은 절단면의 하부 및 금속판의 하부면과 그 에지부에 맺혀 '절단설'이라는 부위를 형성한다.

이러한, 현상은 비단 가스 토치 뿐만 아니라 플라즈마 및 레이저 절단 또는 브라운 가스 절단에서도 공통적으로 발생하는 것으로서 절단하고자 하는 소재의 절단부위를 용융시켜 발생하는 틈을 이용하여 절단하는 방식에서는 모두 발생하는 현상이다.

그런데, 상기 절단설이 절단된 금속판에 존재할 경우 그 자체로 금속판의 형상을 바람직하지 않게 할 뿐만 아니라, 금속판이 추후 선박, 강관 또는 구조물와 같은 특별한 용도로 용접되거나 별도의 가공을 받을 경우 최종품의 형상과 구조를 불량하게 할 우려가 있다.

따라서, 상기 절단설은 금속판 절단후에 필수적으로 금속판으로부터 제거되어야 하는데, 상술한 절단과정의 특성상 필연적으로 1) 금속판을 뒤집어서, 2) 강하게 부착된 절단설을 연마하여야 하는 과정을 통하여 제거될 수 밖에 없다. 이때, 하중이 큰 후금속판을 뒤집는 공정은 그 자체로 많은 에너지가 소요될 뿐 아니 라, 후판 절단설을 제거하기 위하여 특별히 마련해 둔 보수장으로 이동하여 절단설을 제거하여야 하므로 공정 간섭이 발생될 수 있으며, 절단설을 제거하기 위해서는 추가적인 비용이 소모되므로, 가능한한 절단설이 발생되지 않도록 할 필요가 있다.

상기와 같이 절단설이 발생되지 않도록 하기 위한 기술로서, 미국 특허공보 US4362448 호에는 도 2에 기재된 것과 같은 형태의 절단설 생성 방지 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 금속판 하면에서 흘러 내리는 용융금속이 금속판(1) 하면에 부착된 채로 응고할 경우 절단설이 된다는 점에 착안하여 상기 용융금속이 응고되기 전에 용융금속을 금속판으로부터 제거하기 위하여 절단 부위(6)에 분사노즐(9)을 통하여 고속의 가스를 취입하여 용융금속을 제거하는 것을 핵심 사상으로 하고 있다.

그런데, 이러한 경우에는 가스에 의해 제거되는 용융금속이 금속판 하면 중 다른 부위에 고착되거나 아니면 제거되는 도중에 응고되어 절단설이 완전히 제거되지 못하는 문제점을 가질 수 있었다.

미국 특허공보 US4362448에는 상기 특허와는 다른 관점에서 문제를 해결하고자 하였는데, 절단설이 생성되는 것 자체는 방지하지 못하더라도 이후에 용이하게 제거할 수 있는 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것으로, 도 3에 도시한 바와 같이 디버러(deburrer)를 사용하여 슬라브의 절단설에 충격을 가하여 절단설이 제거되게 하는 것을 핵심적 기술사상으로 하고 있다. 그러나, 상기 기술은 연속주조 라인상에서 바로 절단설을 제거하기 위한 것으로 일단 슬라브 하면에 충분한 공간이 마련되어 있어야 하기 때문에 공간제약 많은 통상 공정에 적용하기는 힘들다는 문제점을 가지고 있었다.

일본 특개소 61-279359에는 강판을 절단한 다음, 이후 공정에서의 절단설 제거가 용이하도록 하기 위하여 도 4에 기재된 것과 같은 방식으로 절단할 위치의 강판 하부에 벽을 만든 후 용융 철이 벽을 따라 흘러내리도록 하는 방식의 기술이 제안되어 있다. 상기와 같이 용융철이 벽을 따라 흘러내리는 경우에는 절단설이 강판의 하면을 따라 부착되는 것이 아니라, 하면에는 일부만 접촉하고 벽면을 따라 형성되기 때문에, 상기 벽을 제거한 이후에는 작은 충격만으로도 절단설을 용이하게 제거할 수 있는 것이다.

그러나, 상기 일본 특개소 61-279359에 기재된 기술은 다음과 같은 문제점을 가지고 있었다. 즉, 강판을 절단하는 위치는 항상 일정한 것이 아니라, 조업조건(압연강판일 경우에는 압연속도와 강판규격, 연속주조 슬라브일 경우에는 주조속도 및 슬라브 규격 등)에 따라 변동될 수 밖에 없는데, 상기 벽을 절단하는 위치에 맞추어 항상 형성시킨다는 것은 어려우며, 특히 강판을 이동시키면서 절단시키는 경우에는 더욱 더 적용하기가 힘들게 된다는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 금속판의 절단시 절단설의 발생을 최소화 함과 동시에, 상기 발생된 절단설이 강판에 부착되는 부위를 최소화 하여 절단설 제거 작업을 용이하게 할 수 있도록 하는 절단방법과 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 금속판의 절단시 발생될 수 있는 판변형을 최소화 할 수 있는 절단방법과 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 절단장치는, 금속판 절단용 용융 방식 절단노즐과 상기 절단 노즐에 의하여 절단된 부위를 물로 냉각 및 재응고시키는 물분사 노즐로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 절단노즐은 가스 절단, 플라즈마 절단 또는 레이저 절단에 사용되는 노즐인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 물분사 노즐은 절단 방향에서 볼 때 상기 절단노즐의 후방에 위치하는 것이 절단설 생성방지를 위하여 바람직하다.

또는, 절단설 생성방지를 위한 상기 물분사 노즐은 상기 절단노즐 주위에 일정거리를 두고 원형 또는 원호형으로 복수개 배치될 수도 있다.

상기 물분사 노즐이 원호형으로 배치될 경우에는 상기 원호의 적어도 일부는 절단 방향에서 볼 때 상기 절단노즐의 후방에 배치되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 절단장치의 구성에서, 상기 절단 노즐과 상기 물분사 노즐의 간격은 10mm 내지 50mm 인 것이 바람직하다.

본 발명의 절단방법은 금속판의 절단라인을 따라 용융절단하는 단계; 및 상기 절단라인에서 용융된 금속이 완전히 흘러내리기 전에 냉각시키는 단계로 이루어져 있다.

상기와 같은 본 발명의 절단방법은 상술한 본 발명의 절단장치를 이용하는 것이 보다 효과적이다.

이하 첨부하는 도 5 내지 도 8를 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 절단장치와 절단방법을 나타내는 개략도로서, 두 개의 노즐이 한 세트로 이루어져 상기 두개의 노즐에 의하여 금속판을 절단하는 절단방식을 설명하는 것이다. 상기 노즐 중 화살표로 나타낸 절단 방향의 전방에 위치한 노즐은 절단노즐로서 가스 절단, 플라즈마 절단, 레이저 절단 등에 사용되는 용융식 절단방식에 사용되는 노즐이면 모두 본 발명의 범위에 속한다. 상기와 같은 노즐은 금속판의 절단부위를 용융시켜 상기 절단부위에 위치하던 금속을 제거하기 위한 것으로 종래 절단방식에서 사용되는 노즐과 같은 노즐이다.

절단방향으로 보아 상기 절단노즐 뒤에 위치하는 또 하나의 노즐은 물분사 노즐을 나타낸 것인데, 상기 절단노즐에 의해 용융된 금속을 냉각시키는 역할을 한다. 상기와 같은 물분사 노즐이 있을 경우 절단 노즐에 의하여 용융된 금속 중 소량의 금속만 하부로 제거되고 나머지 용융금속은 물분사 노즐로부터 분사된 물에 의하여 급속히 냉각되어 다시 응고되게 된다.

종래의 경우에는 상기 금속판을 절단하기 위하여 절단 노즐로 열을 공급하는 경우 화염등의 접촉면적이 넓고 금속판의 열전도도가 높아 용융되는 부위가 절단에 필요한 정도 이상으로 넓게 되는데, 이러할 경우 용융된 금속이 대부분 금속판 하부로 흘러내린 후 금속판의 하면에 고착되어 절단설을 형성하게 되며 상기 형성된 절단설의 접촉면적이 넓어지고 부착량도 커지는 것이다.

본 발명의 물분사 노즐은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용융되는 부위가 금속판의 절단에 필요한 정도이상으로 되더라도, 일단 용융에 의하여 금속판이 두개의 판으로 분리된 다음에는 용융된 금속이 더 이상 흘러내리지 않도록 물로 냉각하는 기능을 가진 것이다. 이러할 경우 종래의 방법에 의한 경우보다 분리된 두 판사이의 거리가 매우 좁고 정밀하며 용융금속이 흘러내려 형성된 절단설의 양도 상당히 줄어들게 된다. 또한, 종래의 방법에 의할 경우에는 용융금속이 금속판의 하면으로 계속 흘러내릴 경우 절단설의 형상이 금속판의 하면에 접촉면적이 큰 형태로 되어 제거가 어렵게 되는데, 본 발명에 의할 경우에는 흘러내리는 용융금속자체도 흘러내리는 도중에 물분사에 의하여 냉각되기 때문에 상기 용융금속이 금속판의 하면에서 퍼질 수 있는 시간적 여유를 주지 않고 상기 흘러내린 용융금속을 냉각시키게 되므로 절단설과 금속판이 접촉하는 면적은 상당히 줄어들게 된다. 또한, 상기 냉각되는 금속의 냉각수축에 의하여 금속판과 절단설 사이에는 잔류응력이 존재하게 된다. 따라서, 절단설과 금속판의 결합강도는 접촉면적에 비례할 것이기 때문에 상기 금속판이 접촉하는 면적이 줄어들수록 절단설을 제거하기가 용이해지고, 절단설과 금속판 사이에 잔류응력이 존재하기 때문에 후공정에서 약한 충격만으로도 상기 절단설을 제거할 수 있는 것이다.

이때, 상기 본 발명의 물분사 노즐은 상기 절단노즐과 일정한 간격을 가지면서 설치되는 것이 바람직한데, 이는 상기 물분사 노즐이 상기 절단노즐과 너무 밀접하게 설치된 경우에는 상기 절단노즐에 의하여 가열 및 용융된 용융금속이 충분히 흘러내리기 전에 냉각시켜 버리게 되고 그 결과 두 금속판 사이에 틈이 발생하지 않아 절단자체가 이루어질 수 없기 때문이며, 상기 두 노즐이 너무 멀리 설치된 경우에는 용융금속이 과다하게 흘러내리거나 이미 다 흘러내린 후에 냉각이 실시되기 때문에 절단설 감소효과를 얻기 어렵기 때문이다.

따라서, 본 발명의 발명자들은 상기 물분사 노즐과 절단 노즐의 설치간격에 대하여 면밀 검토한 결과 상기 물분사 노즐과 절단노즐의 간격은 상기 노즐 세트의 진행시간에 따라 다르게 되지만 통상적으로는 상기 물분사 노즐과 절단노즐은 약 10 내지 50 mm의 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

상기와 같은 물분사 노즐은 도 5에서와 같이 일렬로 배치되어 한 세트를 구성할 수도 있으나, 보다 넓은 면적에 대하여 냉각효과를 부여하기 위하여 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이 절단 노즐(21) 주위를 복수개의 물분사 노즐(23)이 거리를 두고 둘러싸는 형태로 한 세트를 구성할 수 있다.

또한, 상기 물분사 노즐 중 절단 노즐(21)의 진행방향 전방에 위치한 노즐은 본 발명에서 의도하는 용융금속 냉각효과에 크게 기여하지 못하므로 상기 복수개의 물분사 노즐은 원호형으로 배치되어 절단노즐과 한세트를 구성할 수도 있다. 다만, 상기 원호는 적어도 일부가 절단 노즐의 후방에 형성되어야 효과적인 용융금속 냉각효과를 얻을 수 있다.

(실시예)

하기 표 1에 기재된 조건으로 강판의 절단시험을 행하였다.

항목	실시예	비교예
강판 규격	800 X 1400 X 30	800 X 1400 X 30
절단기	CNC 가스 절단기	CNC 가스 절단기
절단속도	380mm/min	380mm/min
산소압력	3.0kg/cm2	3.0kg/cm2
가스압력	0.4kg/cm2	0.4kg/cm2
절단노즐과 물분사노즐의 간격(mm)	10(최소) ~ 50(최대)mm	설치안함
물분사노즐 갯수	10구
물분사 유량	20ml/mm2	분사안함

상기 표 1 중 실시예는 도 6의 형상을 가진 것을 사용하였으며, 비교예는 절단노즐만 설치한 것을 사용하였다. 상기 표 중 물분사유량은 절단면의 면적 1mm² 당 물을 분사하는 양을 뜻하는 것이다.

절단 이후 절단설 부착 정도를 비교하기 위하여 절단설의 형상, 크기, 절단면 형상등을 관찰하였다. 도 7은 물분사노즐을 이용하지 않은 비교예에 의하여 절단된 강판의 형상을 나타낸 것인데, 절단설이 다량 발생하는 것은 물론이며, 그 길이도 3~5mm 정도로서 절단측면에 연속하여 발생하는 양상을 나타내었다.

그러나, 도 8에 나타내었듯이 본 발명에 따른 실시예에 따라 강판을 절단하였을 경우에는, 절단설이 거의 발생하지 않으며 발생된 절단설도 그 길이가 1mm 정도로서 아주 양호한 절단면을 나타내고 있었다.

이에 본 발명에 의한 절단 장치의 우수한 효과를 확인할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 금속판의 절단시 물분사에 의하여 용융금속 절단설의 발생을 최소화 함과 동시에, 상기 발생된 절단설이 강판에 부착되는 부위를 최소화 하여 절단설 제거 작업을 용이하게 할 수 있으며, 금속판의 절단시 발생될 수 있는 판변형을 최소화 할 수 있다는 부가적인 효과도 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 금속판 절단용 용융 방식 절단노즐;과

   상기 절단 노즐에 의하여 절단된 부위를 물로 냉각 및 재응고시키는 물분사 노즐;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속판의 절단장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 절단노즐은 가스 절단, 플라즈마 절단 또는 레이저 절단에 사용되는 노즐인 것을 특징으로 하는 금속판의 절단장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 물분사 노즐은 절단 방향에서 볼 때 상기 절단노즐의 후방에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속판의 절단장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 물분사 노즐은 상기 절단노즐 주위에 일정거리를 두고 원형 또는 원호형으로 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 금속판의 절단장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 물분사 노즐이 원호형으로 배치될 경우 상기 원호의 적어도 일부는 절단 방향에서 볼 때 상기 절단노즐의 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속판의 절단장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절단 노즐과 상기 물분사 노즐의 간격은 10 내지 50mm 인 것을 특징으로 하는 금속판의 절단장치.
7. 금속판의 절단라인을 따라 용융절단하는 단계; 및

   상기 절단라인에서 용융된 금속이 완전히 흘러내리기 전에 냉각시키는 단계로 이루어진 금속판의 절단방법.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 절단장치를 이용하여

   금속판의 절단라인을 따라 용융절단하는 단계; 및

   상기 절단라인에서 용융된 금속이 완전히 흘러내리기 전에 냉각시키는 단계로 이루어진 금속판의 절단방법.

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