KR20090067868A - 구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤 - Google Patents

구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융 아연 도금조 내에 침지된 서포트 롤의 실제 중량을 줄여서 관성 모멘트를 감소시킴으로써 롤의 구동성을 크게 향상시킬 수 있도록 구성된 용융 아연 도금조 내 서포트 롤에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 기술구성은, 용융 아연 도금조에 침지되어, 진행하는 스트립을 가이드하도록 설치된 서포트 롤에 있어서, 중공의 파이프 형태로 된 롤 몸체(21); 상기 롤 몸체(21) 내에 삽입 장착되고, 그 두께 조절을 통해 서포트 롤의 용융 아연 도금조 내의 중량을 조절하도록 구성된 튜브체(27); 및 일측에는 상기 롤 몸체(21)의 끝단에 끼워져 그 내부를 밀폐시키는 실링부(23)가 형성되고, 타측에는 서포트 롤의 회전을 위한 축수부(24)가 형성된 한 쌍의 샤프트 부재(22)로 이루어진다.
용융 아연, 도금조, 서포트 롤, 튜브체, 관성 모멘트

Description

구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤{Support Roll with excellent driving quality used in Zinc pot}
본 발명은 구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융 아연 도금조 내에서 스트립을 안내하도록 설치된 서포트 롤의 용융 아연 도금조 내의 중량을 줄여서 관성 모멘트를 감소시킴으로써 궁극적으로 롤의 구동성을 크게 향상시킨 용융 아연 도금조 내 서포트 롤에 관한 것이다.
도 1에는 본 발명이 속하는 용융 아연 도금장치가 간단히 도시되어 있다.
용융 아연 도금장치는 용융 아연욕(3)을 넣은 도금조(4)와, 용융 아연욕(3)의 표층 부분에 침지되어 용융 아연욕(3) 내에 도입되는 스트립(1)의 산화를 방지해 주는 스나웃(snout)(2)과, 용융 아연욕(3) 중에 배치된 싱크 롤(5)과, 용융 아연욕(3) 내에서 싱크 롤(5)의 상방에 위치하는 한 쌍의 서포트 롤(6)과, 용융 아연욕(3)의 표면보다 약간 상방에 위치하는 가스 와이핑 노즐(gas wiping nozzle)(7)로 구성된다.
싱크 롤(5) 자체에는 외부 구동력이 부여되지 않고, 이동하는 스트립(1)과의 접촉에 의해 구동된다. 또한, 서포트 롤(6)은 한쪽이 외부의 모터(도시하지 않음) 에 연결된 구동 롤이며, 다른 쪽이 비구동 롤로 구성되고, 서포트 롤에는 외부 구동력이 부여되지 않는 무구동 타입도 있다. 싱크 롤(5) 및 한 쌍의 서포트 롤(6)은 프레임(도시하지 않음)에 장착되어 있으며, 항상 일체로서 용융 아연욕(3) 내에 침지된다.
스트립(1)은 스나웃(2)을 거쳐 용융 아연욕(3) 내에 진입하고, 싱크 롤(5)을 경유하여 진행 방향이 변경된다. 용융 아연욕(3) 내에서 상승하는 스트립(1)은 한 쌍의 서포트 롤(6)에 끼워져, 패스 라인이 유지되는 동시에, 휨이나 진동이 방지된다. 가스 와이핑 노즐(7)은 용융 아연욕(3)으로부터 나온 스트립(1)에 고속 가스를 분사한다. 고속 가스의 가스압 및 분사 각도에 의해, 스트립(1)에 부착한 용융 아연의 두께를 균일하게 조정한다. 이러한 공정을 통해 용융 아연 도금이 부착된 스스트립(1')이 얻어진다.
상기 서포트 롤(6)이 무구동 타입인 경우에는 반송되는 스트립(1)과의 마찰력에 의해서 회전 구동되는데, 서포트 롤(6)의 회전 속도와 스트립(1)의 진행 속도가 불일치하게 되면 스트립에 표면 결함이 발생된다. 서포트 롤(6)의 회전 속도는 롤의 관성 모멘트(GD2)에 의해 결정되는데, 서포트 롤(6)의 관성 모멘트가 너무 크면 서포트 롤(6)을 구동시키는데 필요한 관성 토크(torque)도 증가하므로 스트립(1)과의 마찰력만으로 쉽게 회전되지 아니한다. 그 결과 서포트 롤(6)의 구동성이 저하되어 서포트 롤(6)의 회전 속도와 반송되는 스트립(1)의 진행 속도 간에 차이가 발생하게 되는 것이다.
서포트 롤(6)의 관성 모멘트는 롤의 중량, 보다 정확하게는 용융 아연욕 내에서의 중량(롤의 자중에서 용융 아연욕 내에서의 부력을 뺀 값)에 의해 크게 좌우된다. 따라서, 롤의 용융 아연욕 내에서의 중량의 줄여 관성 모멘트를 감소시키면 서포트 롤(6)의 구동성을 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 점을 고려해 롤의 용융 아연욕 내에서의 중량을 감소시키기 위한 새로운 서포트 롤(60)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
본 발명은 이러한 연구의 결과로 개발된 것으로서, 종래에 중공 개방형으로 제조되던 서포트 롤의 구조를 중공 밀폐형으로 변경함으로써 용융 아연욕 내에서의 서포트 롤의 중량을 효과적으로 감소시킬 수 있도록 해주는 구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 서포트 롤을 중공 밀폐형으로 제조하기 위한 최적의 구조를 제공함으로써, 굽힘 강성 및 생산성을 크게 향상시키는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술 구성은, 용융 아연 도금조에 침지되어 진행하는 스트립을 가이드하도록 설치된 서포트 롤에 있어서, 중공의 파이프 형태로 된 롤 몸체; 상기 롤 몸체 내에 삽입 장착되고, 그 두께 조절을 통해 서포트 롤의 용융 아연 도금조 내의 중량을 조절하도록 구성된 튜브체; 및 일측에는 상기 롤 몸체의 끝단에 끼워져 그 내부를 밀폐시키는 실링부가 형성되고, 타측에는 서포트 롤 의 회전을 위한 축수부가 형성된 한 쌍의 샤프트 부재로 구성된다.
또한, 상기 튜브체는 서포트 롤의 단면 강성을 증가시키기 위하여 그 외면이 상기 롤 몸체의 내면과 밀착되도록 삽입 장착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 튜브체와 샤프트 부재의 실링부는 이종 재료로 제조되고, 각 재료의 열팽창계수의 차이를 고려하여 상호 일정한 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 서포트 롤의 내부를 밀폐시켜 용융 아연욕 내에서의 부력을 크게 함으로써 궁극적으로 서포트 롤의 용융 아연 도금조 내의 중량을 감소시켜 롤의 구동성을 향상시켜준다. 또한, 튜브체를 서포트 롤의 내부에 밀착 장착하여 롤의 굽힘 강성을 증가시켜준다.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤의 바람직한 일 실시예를 설명한다.
본 발명은 용융 아연 도금장치 중에서 용융 아연 도금조 내에 침지되어, 싱크롤에 의해 방향이 전환되어 진행하는 스트립을 가이드하는 서포트 롤의 구조에 관한 것이다. 이 서포트 롤을 제외하고 용융 아연 도금장치를 구성하는 스나웃(2), 싱크 롤(5), 가스 와이핑 노즐(7) 등은 도 1을 참조로 설명한 종래의 것과 동일하다.
종래의 서포트 롤은 도 2에 도시된 바와 같이 주로 중공 개방형이 많이 사용 되었다. 이 중공 개방형 서포트 롤(10)은 일정한 두께로 가지고 중공의 파이프 형태를 이루는 롤 몸체(11)와, 이 롤 몸체(11)의 양측에 삽입되는 샤프트 부재(12)로 구성된다. 상기 샤프트 부재(12)의 일측에는 상기 롤 몸체(11)의 양측 내부로 장착되는 장착부(13)가 형성되고, 타측에는 서포트 롤(10)이 회전 가능하게 장착되도록 해주는 축수부(14)가 형성된다. 그리고, 상기 장착부(13)는 열십자 형태로 개방되어 있어, 서포트 롤(10)이 용융 아연 도금조 내에 침지되었을 때 롤 몸체(11)의 내부 공간(15)은 용융 아연으로 채워진다.
이와 같이, 서포트 롤(10)을 중공 개방형으로 제조한 이유는 롤 자체의 중량을 가볍게 하여 관성 모멘트(회전 저항)를 감소시킴으로써, 진행하는 스트립과 접촉될 때 그 마찰력(구동력)에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 해주기 위함이다.
그러나, 이러한 종래의 중공 개방형 서포트 롤(10)만으로는 관성 모멘트를 감소시키는 데에 한계가 있다. 왜냐하면, 서포트 롤의 실제 관성 모멘트는 서포트 롤의 자체 중량이 아니라 서포트 롤이 용융 아연 도금조 내에 침지된 상태에서 측정되는 중량에 의해 좌우되기 때문이다.
보다 상세히 설명하면, 서포트 롤의 용융 아연 도금조 내의 중량(L, Load)(이하 "도금조 내 중량"이라 함)은 서포트 롤의 자체 중량(W, Weight)에서 서포트 롤이 용융 아연 도금조 내에 침지된 상태에서 받은 부력(F, Floatage)을 뺀 값이 된다. 이 원리에 따르면, 종래의 중공 개방형 서포트 롤(10)은 자체 중량(W)은 작으나, 용융 아연 도금조 내에 침지되었을 때 서포트 롤(10)의 내부가 용융 아연욕으로 채워지기 때문에 상대적으로 부력(F)이 작게 작용하게 된다. 그러므로, 자체 중량(W)을 감소시키는 것만으로는 도금조 내 중량(L)을 충분히 감소시킬 수 없다.
서포트 롤은 상기 도금조 내 중량(L)이 작을수록 관성 모멘트도 작아지므로, 가급적 이 도금조 내 중량(L)을 제로에 가깝게 만들어주는 것이 바람직하다. 다만, 부력(F)이 너무 크게 작용하여 도금조 내 중량(L)이 마이너스가 되면, 도금조 내에 침지된 상태에서 서포트 롤 자체에 부양되는 힘이 작용하기 때문에 롤 양 끝단의 샤프트 부재와 그 지지부재 사이에 접촉저항이 증가하므로 오히려 회전 저항이 증가하게 된다.
따라서, 서포트 롤의 자체 중량(W)과 부력(F)을 제어하여 도금조 내 중량(L)이 제로에 가깝도록 만들어 주는 것이 본 발명에 따른 서포트 롤의 제조에 있어서 가장 중요한 설계 포인트가 된다.
이러한 점에서 볼 때, 종래의 중공 개방형 서포트 롤(10)은 부력(F)이 작게 작용하기 때문에, 도금조 내의 중량(L)을 제로에 가깝도록 충분히 감소시킬 수 없다. 본 발명은 이러한 종래의 중공 개방형 서포트 롤(10)의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로서, 기본적인 기술적 사상은 서포트 롤(10)의 양측을 밀폐시켜 용융 아연욕이 롤의 내부로 채워지지 않도록 함으로써 상대적으로 큰 부력이 작용하도록 한 것이다.
도 3a 내지 도 3c에는 본 발명에 따른 중공 밀폐형 서포트 롤(20)의 여러 가지 형태가 도시되어 있다.
도 3a에는 중공 밀폐형 서포트 롤(20)의 가장 간단한 형태로서, 중공의 파이 프 형태로 된 롤 몸체(21)와, 일측에는 상기 롤 몸체(21)의 끝단에 끼워져 그 내부를 밀폐시키는 실링부(23)가 형성되고, 타측에는 서포트 롤의 회전을 위한 축수부(24)가 형성된 한 쌍의 샤프트 부재(22)로 이루어진다.
이 형태에 따르면, 상기 실링부(23)에 의해 롤 몸체(21)에 밀폐된 내부 공간(25)이 형성되고 이로 인해 큰 부력(F)이 작용하게 된다. 그러나, 이 형태에서는 서포트 롤(20)의 자체 중량(W)을 제어할 수 있는 설계 인자가 거의 없다. 왜냐하면, 롤 몸체(21)의 전체 규격이나 두께는 스트립의 폭, 롤 강성 등의 문제로 인해 변경하기 어렵기 때문이다. 따라서, 도금조 내 중량(L)을 정밀하게 제어하지 못하고, 오히려 마이너스가 될 가능성이 있다.
도 3b에는 서포트 롤의 도금조 내 중량(L)을 제어할 수 있는 부재가 추가된 중공 밀폐형 서포트 롤(20)이 도시되어 있다. 이 중량 제어 부재는 상기 롤 몸체(21) 내에 삽입 장착되고, 그 직경의 조절을 통해 서포트 롤의 자체 중량(W)을 조절할 수 있도록 구성된 중앙 바(26)이다. 이 외에 롤 몸체(21)와 샤프트 부재(22)의 구성은 상기 도 3a와 동일하다.
상기 중앙 바(26)의 직경을 크게 하면 중량이 증가하므로 서포트 롤의 자체 중량(W)도 증가하는 반면, 롤 몸체(21) 내의 밀폐된 내부 공간(25)은 감소하므로 부력(F)은 오히려 감소한다. 반대로 중앙 바(26)의 직경을 작게 하면 서포트 롤의 중량(W)은 감소하는 반면, 롤 몸체(21)의 내부 공간(25)이 증가하므로 부력(F)은 증가한다. 따라서, 상기 중앙 바(26)의 직경을 조절함으로써 궁극적으로 서포트 롤(20)의 도금조 내 중량(L)을 정밀하게 제어할 수 있다. 그러나, 이 형태에 따르 면 상기 중앙 바(26)가 서포트 롤(20)의 도금조 내 중량(L)을 제어하는 부재로 밖에 작용하지 못한다.
도 3c에는 서포트 롤(20)의 도금조 내 중량(L)을 조절할 뿐만 아니라, 롤의 굽힘 강성을 증가시켜주는 부재가 추가된 중공 밀폐형 서포트 롤(20)이 도시되어 있다. 이 다기능 부재는 상기 롤 몸체(21) 내에 삽입 장착되고, 그 두께 조절을 통해 서포트 롤의 용융 아연 도금조 내의 중량을 조절하도록 구성된 튜브체(27)이다. 이 외에 롤 몸체(21)와 샤프트 부재(22)의 구성은 상기 도 3b와 동일하다.
상기 튜브체(27)는 그 두께를 조절하여 서포트 롤(20)의 자체 중량(W)과 부력(F)을 동시에 제어함으로써, 궁극적으로 서포트 롤(20)의 도금조 내 중량(L)을 정밀하게 제어할 수 있다는 점에서 상기한 도 3b를 참조로 설명한 중앙 바(26)의 원리와 동일하다.
그러나, 상기 튜브체(27)는 이러한 도금조 내 중량(L)을 제어하는 것 이외에도 그 외면이 상기 롤 몸체(21)의 내면과 밀착되도록 삽입 장착됨으로써, 서포트 롤(20)의 단면 강성을 증가시켜준다. 물체의 단면 강성은 그 단면적에 비례하는데, 상기 튜브체(27)가 롤 몸체(21)의 내면에 밀착되게 억지 끼움되면, 롤 몸체(21)의 단면에서 볼 때 튜브체(27)의 두께만큼 단면적이 증가하므로 롤의 단면 강성이 증가하게 된다. 단면 강성은 서포트 롤(20)의 굽힘 강성을 증가시켜 회전 시에 샤프트 부재(22)의 축수부(24)로부터 가해지는 굽힘 응력에 대한 롤 강성이 증가된다.
이와 같이, 튜브체(27)에 의해 롤의 단면 강성이 증가되면 동일한 굽힘 강성이 요구되는 경우 롤 몸체(21)의 두께를 감소시킬 수 있으므로, 도 3b와 같이 중앙 바(26)가 도금조 내 중량(L)만을 제어하는 경우보다 경제적으로 서포트 롤을 제조할 수 있다.
또한, 상기 롤 몸체(21)와 샤프트 부재(22)는 고온의 스트립에 직접 닿거나 롤 지지부재와 항상 마찰되는 부분이기 때문에 높은 내마모성이 요구된다. 따라서, 보통 STS316L과 같은 스테인레스 계열이나 DCH23과 같은 고급 내열강을 사용하여 제조된다. 이에 반해, 상기 튜브체(27)는 스트립과 직접 닿는 부분이 아니기 때문에 SM45C와 같은 일반 탄소강으로도 제조할 수도 있다. 따라서, 롤 몸체(21) 등의 두께를 줄이는 대신 튜브체(27)를 사용하여 롤 강성을 유지시키면 더욱 경제적으로 서포트 롤을 제조할 수 있다.
이와 같이, 튜브체(27)를 상기 롤 몸체(21) 또는 샤프트 부재(22)와 이종 재료로 제작하는 경우에는, 각 재료의 열팽창계수의 차이를 고려하여 상호 일정한 간격을 두고 설치하는 것이 바람직하다. 특히 튜브체(27)와 샤프트 부재(22)의 실링부(23)는 팽창 시에 직접 맞닿게 되는 부분이고 서포트 롤(20)이 고온의 용융 아연 도금조 내에 설치된다는 점을 감안할 때, 양 부재는 그 재료의 열팽창계수 차이를 고려해 충분한 간격(t)을 두고 설치하는 것이 바람직하다.
하기 표1에는 도 2에 도시된 중공 개방형 서포트 롤(10)과 도 3c에 도시된 중공 밀폐형 서포트 롤(20)의 도금조 내 중량(L)을 계산한 결과가 기재되어 있다.
구분 비교예 실시예
롤의 형태 중공 개방형 중공 밀폐형
롤의 자체 중량(W) 281kg 637kg
롤의 부력(F) 247kg 631kg
롤의 도금조 내 중량(L) 34kg 6kg
종래의 중공 개방형 서포트 롤(10)은 롤 자체 중량(W)이 281kg으로 작지만 도금조 내에 침지되었을 때 받는 부력도 247kg밖에 되지 않아 최종적인 도금조 내 중량(L)은 34kg이 된다. 반면, 본 발명에 따른 중공 밀폐형 서포트 롤(20)은 샤프트 부재(22), 튜브체(27)의 추가로 인해 롤 자체 중량(W)이 637kg이나 되지만, 롤 내부의 밀폐된 공간으로 인해 도금조 내에 침지되었을 때 받는 부력(F)이 631kg이나 되어 최종적인 도금조 내 중량(L)은 오히려 6kg밖에 되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 중공 밀폐형 서포트 롤(20)은 종래의 개방형 서포트 롤(10)보다 도금조 내 중량(L)이 28kg(34kg - 6kg)이나 감소하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 중공 밀폐형 서포트 롤(20)의 관성 모멘트 및 회전 저항이 감소하여 롤의 구동성이 향상된다.
도 1은 일반적인 용융 아연 도금장치를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 중공 개방형 서포트 롤을 나타낸 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 중공 밀폐형 서포트 롤의 여러 가지 실시예를 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20: 서포트 롤 21: 롤 몸체
22: 샤프트 부재 23: 실링부
24: 축수부 25: 내부 공간
26: 중앙 바 27: 튜브체

Claims (3)

  1. 용융 아연 도금조에 침지되어, 진행하는 스트립을 가이드하도록 설치된 서포트 롤에 있어서,
    중공의 파이프 형태로 된 롤 몸체(21);
    상기 롤 몸체(21) 내에 삽입 장착되고, 그 두께 조절을 통해 서포트 롤의 용융 아연 도금조 내의 중량을 조절하도록 구성된 튜브체(27); 및
    일측에는 상기 롤 몸체(21)의 끝단에 끼워져 그 내부를 밀폐시키는 실링부(23)가 형성되고, 타측에는 서포트 롤의 회전을 위한 축수부(24)가 형성된 한 쌍의 샤프트 부재(22);로 이루어진 것을 특징으로 하는 구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 튜브체(27)는 서포트 롤의 단면 강성을 증가시키기 위하여 그 외면이 상기 롤 몸체(21)의 내면과 밀착되도록 삽입 장착된 것을 특징으로 하는 구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 튜브체(27)와 샤프트 부재(22)의 실링부(23)는 이종 재료로 제조되고, 각 재료의 열팽창계수의 차이를 고려하여 상호 일정한 간격(t)을 두고 설치된 것을 특징으로 하는 구동성이 우수한 용융 아연 도금조 내의 서포트 롤.
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