KR20060103728A - 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선재 압연의 중간 공정인 냉각대에 설치되는 수냉장치로서 몸체의 양쪽에 설치된 회전 분사노즐에 의해 냉각수를 양방향으로 회전 분사하도록 하여 선재를 보다 균일하고 신속하게 냉각시킬 수 있도록 마련된 양방향 회전 수냉장치에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 선재가 통과하는 내부 통로가 형성되고 이 내부 통로와 연통되는 냉각수 유입구가 형성되며 상기 내부 통로의 바닥에는 외부와 연통되는 냉각수 배출구가 형성된 몸체가 마련되고, 이 몸체의 양측면에 결합되는 측면 커버의 전면에는 상기 내부 통로 상에 놓여지고 선재가 통과할 수 있도록 중공형을 이루는 회전 샤프트가 설치되며, 이 회전 샤프트 상에는 그 외주면을 따라 상기 냉각수 유입구와 연통되는 다수개의 분사공이 형성된 회전 분사노즐이 삽입 설치되어 내부 통로를 지나는 선재를 향해 양방향으로 냉각수를 분사할 수 있도록 마련되고, 상기 냉각수 배출구에는 내부 통로로 분사된 냉각수의 무게가 일정 기준치 이상이 될 때 자동적으로 개방될 수 있는 배출 밸브가 설치된다.

선재압연, 양방향, 회전, 수냉장치

Description

선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치{Apparatus for rotation type water cooling bidirectionally in the cooling zone of wire rods}

도1은 종래 선재 냉각대에 사용되는 수냉장치를 도시한 도면.

도2는 본 발명에 따른 양방향 회전 수냉장치를 분해 사시도.

도3은 본 발명에 따른 양방향 회전 수냉장치의 작동 상태도.

도4는 본 발명에 따른 양방향 회전 수냉장치의 배출 밸브의 작동 상태도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10: 수냉장치 11: 몸체

12: 내부 통로 13: 냉각수 유입구

14: 냉각수 배출구 15: 결합공

20: 측면 커버 21: 회전 샤프트

22: 관통공 23: 체결 볼트

24: 베어링 내륜 25: 베어링 외륜

26: 회전 분사노즐 27: 분사공

28: 고정 와셔 29: 고정 너트

30: 배출 밸브 31: 베이스 플레이트

32: 배출공 33: 지지봉

34: 코일 스프링 35: 러브 패킹

36: 패킹

본 발명은 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치에 관한 것으로서, 선재 압연의 중간 공정인 냉각대에 설치되는 수냉장치로서 몸체의 양쪽에 설치된 회전 분사노즐에 의해 냉각수를 양방향으로 회전 분사하도록 하여 선재를 보다 균일하고 신속하게 냉각시킬 수 있도록 마련된 양방향 회전 수냉장치에 관한 것이다.

선재 압연은 현재 실용화된 압연속도 중에서 최저속도에서부터 최고속도까지 모든 범위에 걸쳐서 이루어지고, 압연 중의 가공 발열로 인해 사상압연 스탠드에서 온도가 상승하는 패턴을 보인다. 이와 같이 선재 압연 시에는 사상온도가 높기 때문에 냉각대에서 선재를 냉각한 후에 조정 냉각을 행하는 것이 일반적이며, 사상 압연의 온도가 낮아지면 결정립 성장이 최대한 억제되어 미세한 선재 조직을 만들 수 있다. 이를 위한 저온 압연의 방법은 고온 고능률을 위해 압연 스탠드 사이에 중간 냉각대를 설치하여 냉각시키는 방법으로 이루어진다.

즉, 사상압연 전 중간 사상압연 단계에서 수냉대를 이용하여 강제 냉각을 시키고 있는데, 이에 따르면 선재의 미세 조직을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 압연속도의 고속화에 따른 압연재의 온도 상승, 사상압연 후의 냉각능력 부족, 제품 불량(cobble)의 발생 등을 방지해 주는 효과도 얻을 수 있다.

도1은 상기 냉각대에서 사용되는 수냉장치(1)를 도시한 것으로, 몸체(2)의 내부 통로를 통해 선재가 통과하는 동안 몸체(2)와 그 양측면에 설치된 측면 커버(3) 사이에 형성된 냉각관으로부터 냉각수(6)가 분사되어 선재를 냉각시킬 수 있도록 구성된다. 또한, 외부로부터 냉각수가 공급되도록 몸체(2)의 양측 하부에 냉각수 유입구(4)가 형성되고 몸체(2)의 내부 통로의 중앙 바닥부에는 다수개의 냉각수 배출구(5)가 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 수냉장치(1)에는 냉각관이 환상 슬릿형태로 형성되고 선재의 진행 방향(A)과 동일한 방향(B)으로 경사지게 냉각수(6)가 분사되도록 구성된 수냉장치(a)와, 선재의 진행방향(A)과 반대 방향(B)으로 경사지게 냉각수(6)가 분사되도록 구성된 수냉장치(b)가 있었다. 일반적으로 사용되는 수냉장치는 전자와 같은 것으로, 이는 냉각관의 내경이 작을수록 관내유속이 커지고 단위길이당 냉각수 처리량이 같을 때 냉각관이 길어질수록 냉각관 1본당 냉각수 유량이 증가하며 선재의 진행방향으로 냉각수를 분사하여 냉각하도록 냉각관이 복수개 설치된다.

그러나, 종래와 같이 냉각수가 선재의 진행방향과 동일하거나 반대인 어느 한 방향으로만 분사되면, 냉각수의 분사 경로가 매우 단순하여 선재의 표면에 균일하게 분사되지 못하여 냉각 효율이 매우 낮으며, 특히 진동 등과 같은 외부 요인이 발생되는 경우 냉각 효율이 더욱 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 수냉장치의 양 측에 상호 마주보도록 회전 분사노즐을 설치하고 이를 통해 냉각수를 분사시킴으로써, 선재의 진행방향을 기준으로 냉각수를 양방향으로 회전 분사시켜 그 경로를 복잡하게 만들어 선재의 표면에 보다 균일하게 접촉될 수 있도록 한 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치를 마련하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 분사된 냉각수를 수냉장치의 외부로 자동적으로 배출할 수 있도록 구성된 배출 밸브를 마련하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치는, 선재가 통과하는 내부 통로가 형성되고 이 내부 통로와 연통되는 냉각수 유입구가 형성되며 상기 내부 통로의 바닥에는 외부와 연통되는 냉각수 배출구가 형성된 몸체가 마련되고, 이 몸체의 양측면에 결합되는 측면 커버의 전면에는 상기 내부 통로 상에 놓여지고 선재가 통과할 수 있도록 중공형을 이루는 회전 샤프트가 설치되며, 이 회전 샤프트 상에는 그 외주면을 따라 상기 냉각수 유입구와 연통되는 다수개의 분사공이 형성된 회전 분사노즐이 삽입 설치되어 내부 통로를 지나는 선재를 향해 양방향으로 냉각수를 분사할 수 있도록 마련되고, 상기 냉각수 배출구에는 내부 통로로 분사된 냉각수의 무게가 일정 기준치 이상이 될 때 자동적으로 개방될 수 있는 배출 밸브가 설치된다.

또한, 상기 회전 샤프트에는 회전 분사노즐의 회전을 원활하게 하기 위해 베어링이 설치되고, 상기 회전 분사노즐이 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 회전 샤프트의 선단에 고정 너트가 끼워지도록 구성된다.

또한, 상기 배출 밸브는 다수개의 배출공이 형성된 베이스 플레이트 상에 지지봉이 설치되고, 이 지지봉에 끼워져 상기 냉각수 배출구를 선택적으로 개폐하도록 설치된 패킹은 지지봉에 장착된 코일 스프링에 의해 탄성 지지되어 냉각수의 무게가 일정 기준치 이상이 될 때 패킹이 코일 스프링을 눌러 냉각수 배출구를 개방하도록 구성된다.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치의 일 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 수냉장치는 크게 내부 통로(12)가 형성된 몸체(11)와, 몸체(11)의 양측단에 결합되어 내부 통로를 향해 양방향으로 냉각수를 분사할 수 있도록 마련된 분사수단과, 몸체(11)의 내부 통로(12) 바닥부에 형성된 냉각수 배출구(14)를 자동적으로 개폐할 수 있도록 설치된 배출 밸브(30)로 구성된다.

상기 몸체(11)는 가로가 긴 직육면체를 이루고 가로 방향으로 연통되도록 내부 통로(12)가 형성되어 있다. 내부 통로(12)의 중앙은 일정한 직경으로 형성되어 관 형태를 이루나 몸체의 양측부에서는 후술하는 회전 분사노즐(26)이 설치될 공간을 확보하기 위해 직경이 점차 증가하는 원뿔 형태를 이룬다. 몸체(11)의 양측 하단에는 상기 내부 통로(12)와 연통되도록 냉각수 유입구(13)가 형성되고, 내부 통로(12)의 중앙 바닥부에는 외부와 연통되도록 다수개의 냉각수 배출구(14)가 형성된다. 또한, 상기 몸체의 양측면에는 상기 내부 통로의 주변으로 내면에 나사산이 형성된 결합공(15)이 형성되어 있다.

한편, 상기 분사수단은 몸체(11)의 양측단에 동일한 형태로 서로 마주보도록 설치된다. 먼저, 몸체(11)의 양측면에는 측면 커버(20)가 결합 설치되는데, 측면 커버(20)에 형성된 관통공(22)을 통해 삽입된 결합 볼트(23)가 상기 몸체(11)의 양측면에 형성된 결합공(15)에 나사 결합됨으로써 측면 커버(20)가 몸체(11)에 밀착 고정되며, 이는 내부 통로(12) 상에 분사된 냉각수가 몸체(12)의 측면으로 유출되는 것을 방지해준다.

상기 측면 커버(20)의 전면에는 내부 통로(12)를 향하도록 돌출된 회전 샤프트(21)가 설치된다. 이 회전 샤프트(21)는 외부에 마련된 구동 모터(미도시)와 연결되어 회전되도록 구성되며, 그 내부는 선재가 통과될 수 있도록 중공형을 이룬다. 회전 샤프트(21) 상에는 그 외주면을 따라 상기 냉각수 유입구(12)와 연통되는 다수개의 분사공(27)이 형성된 회전 분사노즐(24)이 삽입 설치되어 내부 통로(12)를 지나는 선재를 향해 양방향으로 냉각수를 분사할 수 있도록 마련된다. 바람직하게는, 상기 회전 샤프트(21)에는 회전 분사노즐(24)의 회전을 원활하게 하기 위해 베어링(24,25)이 설치된다. 이 베어링(24,25)은 소정 길이를 가진 회전 샤프트(21)에 설치되기 위해서 선접촉되는 롤러 베어링인 것이 바람직하고, 이 롤러 베어링은 외주면 상에 원통형 롤러가 장착된 베어링 내륜(24)과 내주면이 원통형 롤러와 선접촉되는 베어링 외륜(25)으로 이루어진다.

상기 회전 분사노즐(24)의 외주면 상에 형성된 다수개의 분사공(27)은 상호 연통되도록 마련되고, 몸체(11)의 양측 하단부에 형성된 냉각수 유입구(13)와도 연통되어 외부로부터 유입되는 냉각수가 한개의 분사공(27)을 통해 유입되면 나머지 분사공(27)을 통해서 분사될 수 있도록 구성된다. 이 때, 회전 분사노즐(24)은 회전 샤프트(21)에 의해 회전되어 냉각수의 분사 경로를 더욱 복잡하게 만들어 준다. 또한, 분사 과정에서 상기 회전 분사노즐(26)이 회전 샤프트(21)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 회전 분사노즐(26)이 회전 샤프트(21) 상에 삽입 설치된 후에 회전 샤프트(21)의 선단에 형성된 나사산에 고정 너트(29)가 고정 와셔(28)를 매개로 끼워진다.

한편, 상기 배출 밸브(30)는 본 발명에 따른 특징적 기술 구성 중에 하나로서 회전 분사노즐(26)을 통해 몸체(11)의 내부 통로(12)로 분사된 냉각수가 일정한 무게 이상이 되면 자동적으로 개방되어 외부로 배출되도록 해준다. 이를 위해, 배출 밸브(30)는 다수개의 배출공(32)이 형성된 베이스 플레이트(31) 상에 지지봉(33)이 설치되고, 이 지지봉(33)에 끼워져 상기 냉각수 배출구(14)를 선택적으로 개폐하도록 패킹이 설치된다.

이 패킹은 두개가 이중으로 설치되는데, 수냉장치의 몸체(11)와 직접 접촉되는 상부에는 일반 패킹(36)을 사용하여도 무방하나, 그 하부에는 개폐시의 충격을 흡수할 수 있도록 러브 패킹(35)을 사용하는 것이 바람직하다. 이 패킹(35,36)은 지지봉(33)에 장착된 코일 스프링(34)에 의해 탄성 지지되어 냉각수의 무게가 일정 기준치 이상이 될 때 패킹(35,36)이 코일 스프링(34)을 눌러 냉각수 배출구(14)를 개방하도록 구성된다. 즉, 본 발명의 배출 밸브(30)에 따르면 냉각수의 무게에 따라 자동적으로 개폐되기 때문에 다른 구동수단을 이용하여 제어할 필요가 없어 편리하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 양방향 회전 수냉장치의 작용을 도3 및 도4를 참조하여 설명한다.

사상압연된 선재(W)가 중간 냉각을 위해 본 발명에 따른 수냉장치(10)의 몸체(11) 내부를 통과하면, 냉각수가 냉각수 유입구(13)를 통해 몸체(11) 내부로 유입된다. 이 때, 회전 분사노즐(26)이 회전하면서 그 외주면에 형성된 분사공(27)을 통해 냉각수를 내부 통로(12)로 분사하게 된다. 이 때, 회전 분사노즐(26)은 몸체(11)의 양측단에서 설치되어 내부 통로(12)를 향해 서로 대면한 상태에서 작동하기 때문에 선재의 진행방향을 기준으로 양방향으로 냉각수를 분사하게 된다.

보다 상세하게 설명하면, 도3에서 몸체의 좌측에 설치된 회전 분사노즐(26)은 선재의 진행방향과 동일한 방향으로 냉각수를 분사하고 몸체의 우측에 설치된 회전 분사노즐(26)은 선재의 진행방향과 반대 방향으로 냉각수를 분사함으로써, 냉각수가 선재의 표면에 보다 균일하게 접촉하게 만들어 냉각 효율을 증가시킨다. 더욱이 상기 회전 분사노즐(26)은 회전에 의해 냉각수의 분사 경로를 더욱 복잡하게 만들고 이로 의해 냉각 효율은 더욱 증가된다.

한편, 몸체(11)의 내부 통로(12)로 분사된 냉각수는 내부 통로(12)의 중앙 바닥부에 형성된 냉각수 배출구(14)을 통해 외부로 배출되는데, 분사된 냉각수가 곧바로 배출되면 냉각 효율이 저하되므로 분사된 냉각수가 일정시간 동안 내부 통로(12) 상에 머무를 수 있도록 상기 냉각수 배출구(14) 상에 배출 밸브(30)가 설치되어 냉각수의 배출을 제어한다. 이 배출밸브(30)은 별도의 구동수단에 의해 제어되는 것이 아니라, 스프링의 탄성력에 의해 그 개폐가 자동적으로 제어된다.

즉, 베이스 플레이트(31) 상에 설치된 지지봉(32)에 끼워진 패킹(35,36)은 냉각수가 분사되기 전에는 코일 스프링(34)에 의해 위쪽으로 탄성 바이어스되어 냉각수 배출구(14)를 밀폐된 상태로 유지시킨다. 그러나, 냉각수가 분사되어 내부 통로(12)의 바닥에 모이게 되고 이 냉각수의 무게가 일정한 기준치 이상 다시 말해 코일 스프링(34)의 탄성력을 극복할 수 있는 무게 이상이 되면 패킹(35,36)이 코일 스프링(34)을 눌러 아래쪽으로 탄성 바이어스됨으로써 자동적으로 냉각수 배출구(14)가 개방된다. 그 후, 일정량의 냉각수가 배출되어 내부 통로(12)에 모인 냉각수의 무게가 일정 기준치 이하가 되면 패킹(35,36)은 다시 위쪽으로 탄성 바이어스되어 냉각수 배출구(14)가 밀폐시킨다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치에 의하면, 선재의 표면에 양방향으로 냉각수를 분사할 뿐만 아니라 분사노즐의 회전에 의해 냉각수의 분사 경로를 복잡하게 만들어 줌으로써 냉각 효율을 증대시켜 준다. 또한, 분사된 냉각수의 배출은 코일 스프링이 장착된 배출 밸브에 의해 자동적으로 제어된다.

Claims (3)

1. 선재가 통과하는 내부 통로(12)가 형성되고 이 내부 통로(12)와 연통되는 냉각수 유입구(13)가 형성되며 상기 내부 통로(12)의 바닥에는 외부와 연통되는 냉각수 배출구(14)가 형성된 몸체(10)가 마련되고, 이 몸체(10)의 양측면에 결합되는 측면 커버(20)의 전면에는 상기 내부 통로(12) 상에 놓여지고 선재가 통과할 수 있도록 중공형을 이루는 회전 샤프트(21)가 설치되며, 이 회전 샤프트(21) 상에는 그 외주면을 따라 상기 냉각수 유입구(12)와 연통되는 다수개의 분사공(27)이 형성된 회전 분사노즐(24)이 삽입 설치되어 내부 통로(12)를 지나는 선재를 향해 양방향으로 냉각수를 분사할 수 있도록 마련되고, 상기 냉각수 배출구(14)에는 내부 통로(12)로 분사된 냉각수의 무게가 일정 기준치 이상이 될 때 자동적으로 개방될 수 있는 배출 밸브(30)가 설치된 것을 특징으로 하는 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전 샤프트(21)에는 회전 분사노즐(24)의 회전을 원활하게 하기 위해 베어링(24,25)이 설치되고, 상기 회전 분사노즐(24)이 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 회전 샤프트(21)의 선단에 고정 너트(29)가 끼워지는 것을 특징으로 하는 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 배출 밸브(30)는 다수개의 배출공(32)이 형성된 베이 스 플레이트(31) 상에 지지봉(33)이 설치되고, 이 지지봉(33)에 끼워져 상기 냉각수 배출구(14)를 선택적으로 개폐하도록 설치된 패킹(35,36)은 지지봉(33)에 장착된 코일 스프링(34)에 의해 탄성 지지되어 냉각수의 무게가 일정 기준치 이상이 될 때 패킹(35,36)이 코일 스프링(34)을 눌러 냉각수 배출구(14)를 개방하도록 구성된 것을 특징으로 하는 선재 냉각대의 양방향 회전 수냉장치.

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