KR20090061097A - 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치 - Google Patents

쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판주조기에서 주조롤 사이의 갭과 축방향 편차 및 주조롤의 정렬상태를 측정하는 비접촉식 주조롤 상태 측정장치이다.
본 발명 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치는 주조롤 배럴 위에 외륜이 안착되는 안착부 베어링 및 상기 안착부 베어링의 내륜에 삽입된 안착부 축으로 구성된 안착부, 상기 안착부 축에 고정된 센서베이스, 상기 센서 베이스 중앙부에 설치된 한 쌍의 와전류식 변위센서, 상기 와전류식 변위센서 상하에 설치된 프리즘을 포함한 레이저 마이크로미터, 상기 센서베이스 하단부에 설치된 레이저 변위센서, 주조롤 정렬을 측정하는 기준면을 제공하기 위해 에지댐 레일에 설치되는 기준장치 및 상기 센서베이스가 거치되는 캘리브레이션 거치대를 포함한다.
본 발명 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치를 통하여 주조롤 준비 작업의 자동화가 가능하고, 주조 작업의 안정성이 향상과 생산되는 박판의 품질도 향상시킬 수 있다.
쌍롤식 박판주조기, 레이저 마이크로미터, 프리즘, 와전류식 변위센서, 레이저 변위센서, 캘리브레이션 거치대

Description

쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치{NON-CONTACT ROLL MEASURING DEVICE FOR TWIN ROLL TYPE STRIP CASTER}
본 발명은 쌍롤식 박판주조기에서 주조롤 사이의 갭과 축방향 편차 및 주조롤의 정렬상태를 측정하는 비접촉식 주조롤 상태 측정장치로서, 보다 상세하게는 비접촉식으로 주조롤의 상태를 자동으로 측정 후 각 구동장치에 피드백하여 주조롤 준비작업의 자동화를 가능하게 하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치이다.
쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판의 연속주조공정은, 통상적으로 도 1에 도시된바와 같이, 턴디쉬(10)에 연결된 침지노즐(12)을 통해 수냉되고 있는 한 쌍의 주조롤(201) 사이로 용강(M)을 공급함과 동시에 주조롤(201)을 회전시킴으로써 이들의 표면에서 생성된 한쌍의 응고쉘(shell)이 주조롤(201)의 최근접점 부근에서 합체되어 두께 2~4 mm의 박판을 연속적으로 제조하는 방법이다.
목표 두께의 박판을 제작하기 위해서 한 쌍의 주조롤(201) 사이의 갭이 정확히 파악되어 제어되어야 하나 양 주조롤(201) 사이에는 용강(M)이 직접 닿아있고 측면에는 용강(M)의 유출을 막아주는 사이드 에지댐(13)이 장착되어 있기 때문에 양 주조롤(201) 사이에서 갭을 직접 측정할 수 있는 장치를 설치할 수 없다.
그래서 도 2와 같이 종래의 주조롤 측정장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 주조롤(201)의 구동을 위한 주조롤 베어링 하우징(203) 외부에 메인 실린더와 접촉식 변위 센서(204)를 설치하여 센서의 이동 거리로 주조롤(201) 갭을 간접적으로 파악하여 실린더를 구동하고 있다.
하지만 주조롤(201) 직경의 가공 편차, 주조롤 베어링 하우징(203) 내부에 설치된 베어링의 내부 공차, 주조 전후 주조롤(201)의 열팽창에 등으로 인해 주조롤(201) 사이의 갭은 계속 변하게 되며, 이를 보상하기 위해 주조 전 주조롤(201) 갭을 직접 측정한 후 접촉식 변위 센서(204)에 피드백 해주고 주조 중에는 주조 공정에 의해 생성된 박판의 두께를 측정하여 롤 갭을 보상해 주어야 한다.
이 중 주조 중 박판 두께 측정은 엑스레이를 사용하여 온라인에서 측정하여 주조롤(201)에 피드백하는 자동 측정 및 보상이 가능하나 주조 전 주조롤(201) 갭을 측정하기 위해서, 종래에는 필러 게이지를 주조롤(201) 사이에 찔러 넣어 필러 게이지의 두께로 주조롤(201) 갭을 측정하는 방법을 사용하였으나 이 방법은 측정시간이 많이 소요되고, 필러 게이지 최소 두께인 30 ㎛에 해당하는 측정 오차가 발생하며, 주조롤 측면 엔드페이스(202)를 마모시키기 때문에 작업성 및 측정 결과 신뢰성이 현저히 저하된다.
그리고 주조롤(201) 측면으로의 용강(M) 유출에 영향을 미치는 양 주조롤(201)의 축방향 편차는 스트레이트 에지를 한쪽 주조롤 측면 엔드 페이스(202)에 접촉 시킨 후 나머지 주조롤(201)과 스트레이트 에지 사이의 갭에 필러 게이지를 찔러 넣어 측정한 후 정렬 실린더(205)를 구동하여 보상하는 방식을 사용하고 있으나, 스트레이트 에지의 무게가 무거워 필러 게이지를 찔러 넣을 때 스트레이트 에지가 흔들려 정확한 갭의 측정이 어렵고 측정 시간이 많이 소요되며 필러 게이지 최소 두께인 30 마이크로에 해당하는 측정 오차가 발생한다.
또한 박판 두께의 중심을 결정하는 주조롤(201)의 정렬 상태는 외부 임의의 한 점에서 완전히 뒤로 후퇴한 한쪽 주조롤(201)까지의 거리를 측정하여 주조롤(101)의 위치를 정렬하고, 정렬된 한쪽 주조롤(201)을 주조 위치로 전진시킨 후, 나머지 주조롤(201)을 주조 위치로 전진시켜 정렬된 주조롤(201)에 맞추는 방법으로 측정하고 있으나, 최초 기준이 되는 외부 임의의 한 점이 가공되지 않은 면에 있으며 항시 변형 가능하고, 뒤로 후퇴한 주조롤(201)의 정렬상태를 측정하였으므로 주조 위치에서 주조롤(201)의 정렬상태를 검증하기 어려운 단점이 있다.
위 모든 측정은 작업자에 의해 수동으로 측정된 후 운전자에게 그 값을 알려주어 메인 실린더(204) 및 정렬 실린더(205)의 구동 장치를 조작한 후 다시 측정하여 확인하는 절차를 거치게 되는데, 수동 측정에 의한 오류가 발생할 수 있으며, 항시 2~3명의 인원이 필요하고, 상호 의사소통 간 오류가 발생할 수 있어 이의 개선이 시급하다.
과거에도 비접촉식 변위센서를 사용하여 주조롤(201) 갭을 측정하는 장치가 시도되었으나 주조롤(201) 직경 가공 정도, 가용 공간 부족, 고온의 환경으로 인해 오차가 크게 발생하여 정밀한 측정이 어렵고, 비접촉식 변위 센서가 부착되는 외부의 베이스가 주조롤(201)에 대해 항상 동일 위치를 보장하며 주조 전후에도 형태가 불변하다고 보장할 수 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비접촉식 센서를 사용하여 주조롤의 표면을 손상시키지 않고, 측정시간을 수분이내로 단축시켜 측정결과를 주조롤 구동장치에 피드백시켜 모든 공정을 자동화 할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치는 주조롤 배럴 위에 외륜이 안착되는 안착부 베어링 및 상기 안착부 베어링의 내륜에 삽입된 안착부 축으로 구성된 안착부; 상기 안착부 축에 고정된 센서베이스; 상기 센서 베이스 중앙부에 설치된 한 쌍의 와전류식 변위센서; 상기 와전류식 변위센서 상하에 설치된 프리즘을 포함한 레이저 마이크로미터; 상기 센서베이스 하단부에 설치된 레이저 변위센서; 상기 주조롤 정렬을 측정하는 기준면을 제공하기 위해 에지댐 레일에 설치되는 기준장치; 및 상기 센서베이스가 거치되는 캘리브레이션 거치대를 포함한다.
상기 센서베이스가 중력방향으로 상기 안착부와 수직을 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 와전류식 변위센서는 수평으로 설치되어 상기 주조롤의 축방향의 편차를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘을 포함한 레이저 마이크로미터는 투광부와 수광부로 구성되고, 상기 투광부와 수광부는 센서베이스의 일측에 상기 주조롤의 축방향을 향하여 설치되고, 상기 투광부에서 발광된 레이저가 상기 프리즘에 의해 90°로 두 번 꺽여 상기 수광부에 수광되어 상기 주조롤의 갭을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준장치는 상기 에지댐 레일에 고정할 수 있는 베이스와 상기 에지댐 레일의 센터를 기준으로 수직선이 단차를 두고 다단 가공된 수직블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 변위센서는 상기 기준장치의 수직블록에 레이저를 쏘아 반사되는 빛을 받아 거리를 측정하여 상기 주조롤의 정렬상태를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 캘리브레이션 거치대는 상기 센서 베이스에 설치된 상기 레이저 마이크로미터, 상기 와전류식 변위센서, 상기 레이저 변위센서의 영점을 조절할 수 있는 센서 영점 조정 홈이 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치를 직접적인 측정 대상인 주조롤 위에 올려놓아 주조롤의 갭, 축방향 편차 및 정렬 상태를 측정 후 각 구동장치에 피드백하여 주조롤 준비 작업의 자동화를 가능하게 한다.
이로서, 주조롤 상태의 측정 오차를 최소화하여 용강 유출 등의 사고를 미연에 방지하고 주조 작업의 안정성이 향상시킬 뿐만 아니라 주조설비를 보호하는 효과를 제공한다.
또한, 주조 준비시간을 획기적으로 줄일 수 있고, 박판의 중심 및 두께의 정밀도를 높여 제품으로 생산되는 박판의 품질을 향상시킬 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명인 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 측정장치를 쌍롤식 박판주조기에 설치한 개략도이다. 도 4는 본 발명인 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 측정장치의 사시도이고, 도 5는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 측정장치에서 캘리브레이션 거치대를 제외한 부분의 사시도와 기준장치의 수직블럭의 A-A'부분의 단면도를 나타내는 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 안착부 베어링(501)의 외륜은 주조롤(201) 배럴부에 직접 외륜이 닿도록 설치되고, 도 5에 도시된 바와 같이 안착부 베어링(501)의 내륜에 안착부 축(502)이 설치되고, 안착부 축(502)에 정밀 가공된 센서 베이스(503)가 설치된다.
센서 베이스(503)가 설치되지 않는 쪽의 안착부 축(502)은 길이를 길게 하여 센서 베이스(503)의 무게만큼 보상하여 안착부 베어링(501)에서 무게 중심이 이루도록 한다.
센서 베이스(503)가 고정된 안착부 베어링(501)에 의해 주조롤(201)을 같은 방향으로 회전시켜 임의의 위치에 대해서 센서 베이스(503)는 항상 중력방향으로 수직 상태를 유지하게 된다.
센서 베이스(503)는 안착부 베어링(501)을 통해 측정하고자 하는 대상인 주조롤(201) 위에 직접 설치되고, 센서 베이스(503)가 수직을 유지하며, 안착부 베어링(501)이 항상 양 주조롤(201)의 중심선 상에 위치함을 보장하기 때문에 이제까지 시도되었던 비접촉식 측정 장치의 베이스가 주조롤(201)에 대해 위치와 형태가 불변해야 한다는 제약 조건을 무시할 수 있게 된다.
센서 베이스(503)의 중앙부에는 한 쌍의 와전류식 변위센서(507)를 수평으로 설치하게 되는데, 각각의 와전류식 변위센서(507)는 각각의 주조롤 엔드페이스(202)까지의 거리를 측정하여 양 주조롤(201)의 축방향 거리 차이인 편차값을 검출하도록 한다.
이 편차값을 주조롤(201)을 축방향으로 움직이도록 기존에 설치되어 있는 정렬 실린더(205)에 피드백하여 주조롤(201) 축방향 정렬을 완료한다.
센서 베이스(503)의 중앙에서 상, 하 수직방향으로는 프리즘(506)이 부착된 레이저 마이크로미터 투광부(504)와 수광부(505)가 설치된다.
일반적으로 주조롤(201) 갭을 측정하기 위해서 레이저 마이크로미터를 사용하는데, 일정 폭의 레이저를 양 주조롤(201)이 만나는 곳에서 축에 수직방향으로 쏘아 주조롤(201)에 의해 제거된 후 남아있는 폭만을 감지하여 주조롤(201) 갭을 인식하는 방식이다. 하지만 일반적인 레이저 마이크로미터를 양 주조롤(201) 사이에 설치할 경우 직경이 1m 이상인 주조롤(201) 사이의 공간이 매우 좁기 때문에 측정거리가 멀어지게 되고, 레이저의 특성상 측정 거리에 비례하여 측정 정도가 떨어 지게 된다.
측정 거리를 짧게 하고 측정 정도를 높이기 위해서 레이저 마이크로미터 투광부(504)와 수광부(505)를 축방향으로 같은 방향으로 설치하고, 레이저 마이크로미터 투광부(504)와 수광부(505) 사이에 레이저를 90°로 2번 꺽을 수 있는 프리즘(506)을 2개 설치하는데, 프리즘의 폭은 최대 10mm의 측정 주조롤(201) 갭보다 폭이 큰 20mm이다.
주조롤(101) 갭 측정 원리는 레이저 마이크로미터 투광부(504)에서 나오는 전폭의 레이저가 레이저 마이크로미터 투광부(504)에 설치된 첫번째 프리즘에 의해 20mm 폭만 90° 밑으로 꺽이고 주조롤(201)갭을 지나며 10mm폭만 레이저 마이크로미터 수광부(505)에 설치된 두번째 프리즘에 의해 오른쪽으로 90° 꺽여 최종적으로 레이저 마이크로미터 수광부(505)에는 주조롤(201)갭만 수광하여 주조롤(201) 갭을 측정한다.
측정된 주조롤(201) 갭은 주조롤 베어링 하우징(203)에 설치된 메인 실린더(204)에 피드백되여 주조롤(101) 갭 설정을 완료한다.
주조롤(101)의 축방향 편차와 갭을 측정하여 설정하기 위해 주조롤(201) 자체의 정렬 상태가 보장되어야 하는데, 주조롤(201) 외부에 고정 설치되어 있으면서 주조롤(201) 정렬 상태를 보장할 수 있는 기준점은 주조롤(201) 측면에서 용강의 유출을 막아주는 에지댐 레일(206)이 가장 적합하다.
에지댐 레일(206)에 설치되는 기준 장치(509)는 에지댐 레일(206)에 고정할 수 있는 베이스(511)와 일정 높이에서 에지댐 레일(206)간 센터에 위치하며 에지댐 레일(206) 센터에 계단 형태의 미세한 수직선이 가공된 수직 블록(510)을 포함한다.
에지댐 레일(206)의 주조롤(201) 쪽에는 에지댐(13)이 주조롤(201)쪽으로 더 이상 나가지 못하는 에지댐 레일 스토퍼(207)가 설치되어 있고, 이 에지댐 레일 스토퍼(207)에서 주조롤(201)까지의 거리는 양쪽이 항상 같기 때문에 기준 장치(509)를 에지댐 레일(206)에 올려 놓고 에지댐 레일 스토퍼(207) 쪽에 접촉시켜 주조롤(201)에서 동일 거리에 떨어져 있음을 보장한다.
센서 베이스(503) 수직 중심선은 주조롤(201) 갭의 중심선과 일치하며, 센서 베이스(203)의 수직 중심선 하단에는 레이저를 쏘아 반사되는 빛을 받아 거리를 측정하는 레이저 변위센서(508)가 부착되고, 이 레이저 변위센서(508)는 상기 에지댐 레일(206)에 설치된 기준창치(509)의 수직 블록에 가공된 계단 형태의 미세한 수직선을 향해 레이저를 투광한다.
기준 장치(509)의 수직블록(510)에 계단 형태의 미세한 수직선은 레이저 스폿 직경의 10배 정도인 300㎛의 폭으로 가공된다.
도 5에 수직블럭의 A-A'부분의 단면도를 살펴보면, 300㎛로 동일한 폭의 가공면은 좌우측의 깊이가 서로 다른데, 에지댐 레일(106) 센터에서 가장 깊고 좌측으로는 11㎛의 높이로, 우측은 13㎛의 높이로 서로 최소공배수가 되면서 점점 높아지게 가공되어 있어 레이저 변위 센서(208)가 측정하는 길이로 주조롤(201) 갭의 중심이 에지댐 레일(206) 센터에서 틀어진 정도를 파악하여 주조롤 베어링 하우징(203)에 설치되어 있는 메인 실린더(204)를 구동하여 주조롤(201)을 정렬시키도 록 한다.
이때 주조롤(201) 양 측면에서 측정되는 거리가 계단 형태의 미세한 수직선의 가장 깊은 길이로 동일하게 감지되었을 때 주조롤(201)의 정렬이 완료된다.
안착부 베어링(501)이 설치된 센서 베이스(503)는 캘리브레이션 거치대(401)에 거치하게 되는데, 캘리브레이션 거치대(401)에 센서 베이스(503)를 올려 놓으면 안착부 베어링(501)이 안착부 베어링 거치 홈(502)에 안착되면서 주조롤(201)에 안착되었을 때와 동일한 주조롤(201) 갭 및 편차를 나타내는 센서 영점 조정 홈(403)을 제공하게 된다.
이 센서 영점 조정 홈(403)의 치수는 정밀 가공하여 그 값을 알고 있기 때문에 센서 영점 조정 홈(403)을 이용해 레이저 마이크로미터(504,505)의 기준 갭, 와전류식 변위센서(507)의 기준 거리의 영점을 조정할 수 있다.
또한 기준 장치(509)가 안착될 수 있는 정밀 가공되어 치수를 알고 있는 레일 및 스토퍼를 제공하고 있기 때문에 레이저 변위센서(508)의 기준 거리를 측정하여 영점을 조정할 수 있다.
도 1은 쌍롤식 박판주조기를 도시한 개략도이다.
도 2는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명인 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 측정장치를 쌍롤식 박판주조기에 설치한 개략도이다.
도 4는 본 발명인 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 측정장치의 사시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명인 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 측정장치에서 캘리브레이션 거치대를 제외한 부분의 사시도와 기준장치의 수직블럭의 A-A'부분의 단면도를 나타내는 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
201 : 주조롤 501 : 안착부 베어링
202 : 주조롤 측면 엔드페이스 502 : 안착부 축
203 : 주조롤 베어링 하우징 503 : 센서 베이스
204 : 메인 실린더와 접촉식 변위센서 504 : 레이저 마이크로미터 투광부
205 : 정렬 실린더 505 : 레이저 마이크로미터 수광부
206 : 에지댐 레일 506 : 프리즘
207 : 에지댐 레일 스토퍼 507 : 와전류식 변위센서
508 : 레이저 변위센서
509 : 기준 장치
510 : 수직블록
511 : 베이스
300 : 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치
301 : 캘리브레이션 거치대
302 : 안착부 베어링 거치 홈
303 : 센서 영점 조정 홈

Claims (8)

  1. 주조롤 배럴 위에 외륜이 안착되는 안착부 베어링 및 상기 안착부 베어링의 내륜에 삽입된 안착부 축으로 구성된 안착부;
    상기 안착부 축에 고정된 센서베이스;
    상기 센서 베이스 중앙부에 설치된 한 쌍의 와전류식 변위센서;
    상기 와전류식 변위센서 상하에 설치된 프리즘을 포함한 레이저 마이크로미터;
    상기 센서베이스 하단부에 설치된 레이저 변위센서;
    상기 주조롤 정렬을 측정하는 기준면을 제공하기 위해 에지댐 레일에 설치되는 기준장치; 및
    상기 센서베이스가 거치되는 캘리브레이션 거치대를 포함하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서베이스가 중력방향으로 상기 안착부와 수직을 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 와전류식 변위센서는 수평으로 설치되어 상기 주조롤의 축방향의 편차를 측정하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘을 포함한 레이저 마이크로미터는 투광부와 수광부로 구성되고, 상기 투광부와 수광부는 센서베이스의 일측에 상기 주조롤의 축방향을 향하여 설치된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투광부에서 발광된 레이저가 상기 프리즘에 의해 90°로 두 번 꺽여 상기 수광부에 수광되어 상기 주조롤의 갭을 측정하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준장치는 상기 에지댐 레일에 고정할 수 있는 베이스와 상기 에지댐 레일의 센터를 기준으로 수직선이 단차를 두고 다단 가공된 수직블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 변위센서는 상기 기준장치의 수직블록에 레이저를 쏘아 반사되는 빛을 받아 거리를 측정하여 상기 주조롤의 정렬상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 거치대는 상기 센서 베이스에 설치된 상기 레이저 마이크로미터, 상기 와전류식 변위센서, 상기 레이저 변위센서의 영점을 조절할 수 있는 센서 영점 조정 홈이 있는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 비접촉식 주조롤 측정 장치.
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