KR20100078427A

KR20100078427A - 주편 압하장치

Info

Publication number: KR20100078427A
Application number: KR1020080136687A
Authority: KR
Inventors: 권상흠; 임창희; 원영목; 이희춘
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2010-07-08
Also published as: KR101062948B1

Abstract

본 발명은 주편 압하장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 세그먼트가 주조방향을 따라 연속적으로 배열되는 연주기에서 세그먼트에 다중실린더 또는 증압실린더를 장착하거나 또는 이들을 동시에 장착하여 주편에 가해지는 압하력을 증가시키는 주편 압하장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 주편 압하장치는 상하로 이격된 상부프레임과 하부프레임사이에 구비되는 다수의 롤러 사이로 주편을 통과시키는 세그먼트와, 상기 세그먼트에 장착되고 복수의 유압 발생공간을 내측에 구비하여 상기 다수의 롤러를 상기 주편에 밀착시켜 상기 주편에 압하력을 가하는 실린더부와, 상기 실린더부에 유압원을 공급 또는 배출시키는 유압라인을 포함한다.

연속주조, 세그먼트, 다중실린더, 증압실린더, 진동, 펄스

Description

주편 압하장치{Apparatus for adding reduction force of slab}

연속주조(continuous casting) 공정은 일정한 형상의 주형에 용강을 연속적으로 주입하고, 주형내에서 반응고된 주편을 주형의 하측으로 연속하여 인발함으로써 슬래브(slab), 블룸(bloom), 빌릿(billet) 등과 같은 다양한 형상의 반제품을 제조하는 주조공정이다.

도 1을 참조하여 종래의 일반적인 연속주조기의 구성 및 세그먼트의 모습을 개략적으로 살펴보면, 일반적인 연속주조기는 제강공정에 정련된 용강이 담기는 래들(ladle;10)과, 래들(10)에 연결된 주입노즐을 통해 용강을 공급받아 일시 저장후 분배하는 턴디쉬(tundish;20)와, 턴디쉬(20)로부터 전달받은 용강을 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형(mold;30) 및 주형(30)의 하부에 구비되어 미응고된 주편(S)을 냉각시키면서 구부리거나 펴는 일련의 작업이 수행되는 냉각라인(40)을 포 함한다. 그리고, 냉각라인(40)에는 다수의 세그먼트(segment;100)가 주조방향(C방향)을 따라 연속적으로 배열된다.

종래의 세그먼트(100)의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도 2를 참조하면, 종래의 세그먼트(100)는 상하로 이격되는 상부프레임(110a)과 하부프레임(110b)에 의해서 외부 몸체가 형성되고, 상부프레임(110a)의 하단면과 하부프레임(110b)의 상단면에 각각 다수의 롤러(120; 120a, 120b)가 위치하여 주편(S)의 상면 및 하면에 마찰을 가하는 동시에 주편(S)을 일정한 방향(C방향)으로 이송시킨다.

세그먼트(100)에 통과되는 주편(S)은 주형(30)의 하측으로 인발 성형되는 과정에서 대기와 노출되는데, 대기와 노출되는 표면은 냉각되어 응고층(S₁)을 형성하고, 주편(S)의 내측 중앙부는 액상의 용강층(S₂)이 형성된다. 이러한 주편(S)의 세그먼트(100)를 통과하면서 다수의 롤러(120)로부터 압하력(reduction force;F)을 받아 용강층(S₂)의 두께 및 폭이 점차 줄어들며 응고된다.

이러한 주편(S)에는 응고과정을 거치면서 중심편석과 기공 등의 주편 결함이 발생되는데, 주편 결함의 문제를 해결하기 위해서 응고시 발생되는 수축공의 형상을 물리적으로 억제하고, 용강수축에 의해 주상정 사이에 존재하는 용강이 주편(S)의 내측 중앙부로 유입되는 것을 차단하기 위하여 주편(S)에 압하력(F)을 가하게 된다.

종래의 세그먼트(100)에 장착되는 유압실린더(130)는 피스톤(136)의 외주면 일측에 부착되는 돌출플레이트(136a)의 상하 양면에 유압원인 오일(Oil)이 반복적 으로 유입 또는 배출되어 피스톤(136)을 왕복시키는 더블작동실린더 방식을 사용한다. 세그먼트(100)에서는 피스톤(136)의 하단에 형성된 고정부(134)에 의해 피스톤(136)이 하부프레임(110b)에 고정되기 때문에 유압실린더(130)의 구동시 실린더 몸체(132)가 피스톤(136)을 따라 승강된다. 그리고, 실린더 몸체(132)는 상부프레임(110a)에 위치고정되어 결과적으로 유압실린더(130)의 구동에 의해 상부프레임(110a)과 하부프레임(110b) 사이의 이격거리가 변동된다.

예를 들어, 외부로부터 피스톤(136)의 하부면에 형성된 유압원 유입공간(R₁)에 오일이 유입되면(이때 피스톤(136)의 상부면에 형성된 유압원 배출공간(R₂)에서는 외부로 오일이 배출된다), 유입된 오일의 유압에 의해서 피스톤(136)이 실린더 몸체(132)에서 상승되고 이로 인하여 상부프레임(110a)이 하강하게 되어 주편(S)에 압하력(F)을 가하게 된다.

그런데, 종래의 세그먼트(100)에 장착되는 유압실린더(130)는 오일이 흡입되는 유압 발생공간이 단일 공간(R₁ 또는 R₂)으로 이루어져 충분한 압하력(F)을 발생시키지 못하는 문제점이 있었다. 또한, 압하력(F)을 증가시키기 위해 실린더 몸체(132)의 크기를 증가시킨 유압실린더를 사용하고자 하는 경우에도 유압실린더(130)가 세그먼트(100)내의 협소한 공간상에 설치되기 때문에 설치공간상의 많은 제약이 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 연속주조기에서 주조방향을 따라 연속적으로 배열되는 세그먼트에 다중실린더나 증압실린더를 장착하거나 또는 이를 동시에 장착하여 세그먼트내라는 협소한 설치공간에 따른 공간상의 제약을 받지 않으면서도 설치가 가능하고, 압하력을 증가시키는 주편 압하장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 주편 압하장치는 상하로 이격된 상부프레임과 하부프레임사이에 구비되는 다수의 롤러 사이로 주편을 통과시키는 세그먼트와, 상기 세그먼트에 장착되고 복수의 유압 발생공간을 내측에 구비하여 상기 다수의 롤러를 상기 주편에 밀착시켜 상기 주편에 압하력을 가하는 실린더부와, 상기 실린더부에 유압원을 공급 또는 배출시키는 유압라인을 포함한다.

본 발명에 따르면 연속주조기에서 주조방향을 따라 연속적으로 배열되어 주편에 압하력을 가하는 세그먼트에 장착된 유압실린더를 다중실린더로 교체하거나, 유압실린더에 증압실린더를 연결하거나 또는 다중실린더에 증압실린더를 연결하여 실린더 자체의 크기를 증가시키지 않고 세그먼트에 장착함으로써 세그먼트내 협소한 설치공간에 설치가 가능해진다.

또한, 기존에 사용하는 유압라인을 변경하지 않고서도 다중실린더 또는 증압실린더의 연결 또는 장착을 통해 주편에 가해지는 압하력을 증가시킬 수 있다.

따라서, 주편의 응고과정에서 발생하는 중심편석과 기공 등의 주편 결함을 방지하여 주편의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중실린더가 적용된 주편 압하장치의 내부 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 주편 압하장치에 적용되는 증압실린더의 동작 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다중실린더 및 증압실린더가 적용된 주편 압하장치의 내부 구성을 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 주편 압하장치는 상하로 이격된 상부프레임(upper frame; 210a)과 하부프레임(lower frame; 210b)사이에 다수의 롤러(220; 220a, 220b)가 구비되고, 다수의 롤러(220)사이로 주편을 통과시키는 세그 먼트(200)와, 상기 세그먼트(200)에 장착되고 복수의 유압 발생공간(B₁, B₂, B₃)을 내측에 구비하여 상기 다수의 롤러(220)를 상기 주편(S)에 밀착시킴으로써 상기 주편(S)에 압하력(F)을 가하는 실린더부(230, 300)와, 상기 실린더부(230, 300)에 유압원(hydraulic power source)을 공급 또는 배출시키는 유압라인(238, 239, 318, 319, 400, 410, 420)을 포함한다.

유압라인에는 체크 밸브(check valve), 컨트롤 밸브(control valve) 등과 같은 각종 밸브수단이 구비되어 실린더부(230, 300)에 유압원이 원활하게 공급 또는 배출되는 것을 제어한다.

본 발명에 따른 주편 압하장치는 세그먼트(200)를 통과하는 주편(S)에 보다 큰 압하력(F)을 가하기 위해서 종래 사용되었던 단순 유압실린더(130; 도2참조)를 본 발명의 제 1 실시예에 적용되는 다중실린더(230)로 교체하거나, 본 발명의 제 2 실시예에 적용되는 증압실린더(300)를 종래의 단순 유압실린더(130)에 결합하거나 또는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중실린더(230)와 본 발명의 제 2 실시예에 따른 증압실린더(300)를 동시에 세그먼트(200)에 장착시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 실린더부(230, 300)는 다중실린더(230), 증압실린더(300) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 실린더부를 이루는 다중실린더(230)와 증압실린더(300)에 관하여 살펴보면 다음과 같다.

다중실린더(230)는 세그먼트(200)에서 주편(S)에 가해지는 압하력(F)을 증가 시키기 위하여 실린더의 유효 면적을 증가시키는 구성으로 이루어진다. 압하력(F)은 유압이 일정하다는 가정하에서 실린더의 유효 면적에 비례하여 증가하기 때문에 다중실린더(230)는 세그먼트(200)의 상측으로 연장되는 다중실린더 몸체(232)의 내부에 복수의 유압 발생공간을 형성한다. 이와 같이 수직방향을 몸체가 증가되는 다중실린더(230)는 실린더의 유효 면적을 용이하게 증가시키는 동시에 세그먼트(200)내의 협소한 공간상에서도 제약을 받지 않고 설치가 가능하다.

다중실린더(230)는 세그먼트(200)의 상부프레임(210a)에 결합되고 복수의 유압 발생공간(B₁, B₂)을 내측에서 상하로 구비시키는 다중실린더 몸체(232)와, 다중실린더 몸체(232)의 상단면 및 하단면을 수직으로 관통하고 복수의 유압 발생공간(B₁, B₂)을 오일이 유입되는 유압원 유입공간(R₁)과 오일이 배출되는 유압원 배출공간(R₂)으로 각각 구획하는 피스톤(236)을 포함한다. 한편, 유압원 유입공간(R₁) 및 유압원 배출공간(R₂) 일측으로는 유압원으로 사용되는 오일이 공급 또는 배출될 수 있는 유압원 이송통로(238, 239)가 형성된다.

피스톤(236)의 외주면에는 다수의 돌출플레이트(236a)가 부착 또는 일체로 형성되는데, 돌출플레이트(236a)는 복수의 유압 발생공간(B₁, B₂)을 유압원 유입공간(R₁) 및 유압원 배출공간(R₂)으로 구획한다. 이를 위해 피스톤(236)은 다중실린더 몸체(232)의 내주면과 밀착됨과 동시에 다중실린더 몸체(232)의 내주면을 따라 수직방향으로 움직인다.

본 실시예에서와 같이 다중실린더 몸체(232)의 내부의 단면적이 원형으로 형성되는 경우에는 돌출플레이트(236a)의 외주면 형상도 다중실린더 몸체(232)와 같이 원형으로 이루어지며 이때 돌출플레이트(236a)의 직경과 다중실린더 몸체(232)의 내부 지경은 동일하다. 물론, 다중실린더 몸체(232)의 내부 형상이 변하면 이에 따라 돌출플레이트(236a)의 형상도 변하게 됨은 당연하다.

또한, 본 실시예에서는 다중실린더(230)의 내측에 유압 발생공간(B₁, B₂)를 2개 구비하고 이를 상하로 위치시켰으나, 본 발명의 변형예로서 유압 발생공간을 3개 이상으로 구비하고 이를 상하로 정렬시켜 구성할 수도 있다.

이처럼, 다중실린더(230)에서는 복수의 유압 발생공간(B₁, B₂)이 세그먼트(200)의 상측으로 위치하기 때문에 다중실린더(230)의 가로방향의 폭을 증가시키지 않고서도 세그먼트(200)의 상측으로 계속 그 길이를 연장시킬 수 있어서 세그먼트(200)내의 협소한 설치공간에도 공간상의 제약을 받지 않는 용이한 설치가 가능해진다.

한편, 주편(S)에 압하력(F)을 가하기 위하여 유압 발생공간(R₁, R₂)상에 구비되는 돌출플레이트(236a)을 경계로 하여 상측에 유압원 배출공간(R2)을 형성하고 하측에 유압원 유입공간(R₁)을 형성하였지만, 주편(S)에 가해지는 압하력(F)을 제거하고자 하는 경우에는 위와 반대로 돌출플레이트(236a)의 상측에 유압원 유입공간을 형성하고 하측에 유압원 배출공간을 형성할 수도 있다.

다중실린더(230)에 구비되는 복수의 유압 발생공간(R₁, R₂) 각각은 종래 기술에서 설명하였던 더블작동실린더 방식(하나의 공간에 오일이 들어오면 이에따라 다른 공간에서 오일이 빠져나오는 방식)으로 구동된다. 한편, 다중실린더 몸체(232)의 내부에는 복수의 유압 발생공간(R₁, R₂)을 다중실린더 몸체(232)의 내부 공간에서 이격시키는 격벽(233)이 형성된다.

다중실린더(230)의 상단면과 하단면을 관통하는 피스톤(236)의 하단부는 하부프레임(210b)과 결합된다. 세그먼트(200)에서 피스톤(236)의 하단부가 하부프레임(210b)과 연결되고, 피스톤(236)이 관통되는 다중실린더 몸체(232)가 상부프레임(210a)에 결합되기 때문에 다중실린더(230)에 오일이 유입되어 유압이 발생하면 하부프레임(210b)이 지면에 위치 고정되었다는 가정하에서 상부프레임(210a)이 피스톤(236)을 따라 하강 또는 상승하는 구동 모습을 보인다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 주편 압하장치에 적용되는 증압실린더(300)는 세그먼트(100, 200)내에 장착되는 기본 구조를 갖는 종래의 단순 유압실린더(130; 도2참조) 또는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중실린더(230)와 연결되어 사용된다.(종래의 단순 유압실린더와 다중실린더를 총칭하여 '유압실린더'라 한다) 증압실린더(300) 자체는 단독으로 세그먼트(100, 200)에 결합되어 사용되지 못하고, 이미 세그먼트(100, 200)에 장착된 다른 실린더, 즉 유압실린더에 연결되어 실린더의 유효 단면을 변경함으로써 압하력(F)의 크기를 조절한다.

이러한 증압실린더(300)는 증압실린더 몸체(310)와, 증압실린더 몸체(310)의 내부에 구비되는 격벽(312)과, 증압실린더 몸체(310)의 내측에서 하부방향으로 구동되는 피스톤(320) 및 증압실린더 몸체(310)에 유압원이 공급 또는 배출되는 유압라인(318, 319)를 포함한다.

본 발명에서 증압실린더(300)의 상하 내부단면적(A₂, A₃)은 유압실린더의 내부 단면적(A₁)보다 작게 형성된다.(도면에서는 유압실린더로서 종래의 단순 유압실린더가 증압실린더에 연결되어 사용되었다) 본 실시예에 따른 증압실린더(300)에 의해 유압실린더에 가해지는 유압의 크기는 아래와 같은 [수학식 1]을 통해 산출할 수 있다.

[수학식 1]

P₂ × A₂ = P₁ × A₃

P₁ = P₂ × (A₂ / A₃)

상기와 같이 유압의 크기와 유압이 작용하는 단면적과의 관계를 통해 증압실린더(300)에서 좁은 단면적으로 유압원을 유압실린더에 공급함으로써 유압실린더(130)가 갖는 유압(P₁)은 증가된다.(즉, 유압이 P₁인 밀폐 공간으로 단면적 A₂인 피스톤(320)을 단면적 A₂에 압력 P₂를 가하는 힘으로 밀어넣으면, 유압 P₁은 (A₂/A₃)배 만큼 증압된다) 단순하게 증압실린더(300)의 내부 단면적(A₂, A₃)의 크기를 변경시켜 압하력(F)을 증가시키는 것외에도 내부 단면적(A₂, A₃)의 크기를 미세하게 조절하여 작업자가 원하는 크기로 주편(S)에 압하력을 가할 수 있다.

한편, 증압실린더(300)는 증압실린더(300)에 공급되는 유압원을 펄스(Pulse)방식으로 공급하여 증압실린더(300)와 연결된 다른 유압실린더에서 주편(S)에 가하는 압하력(F)이 주기적으로 변하도록하여 주편(S)에 진동을 부여한다. 주편(S)에 부여된 진동은 주편(S)내 주상정을 파괴하고 주상정 사이의 용질이 농화된 용강이 주조방향의 역방향으로 쉽게 역류하는 것을 도와준다. 따라서, 주편(S)의 미응고층(S₂)을 교반시켜 주편(S)의 품질이 향상된다.

또한, 증압실린더(300)에서 단순한 펄스 구동을 가하지 않고, 펄스 진동수를 주편(S)의 고유진동수 또는 세그먼트(200)가 설치되는 연속주조기의 고유진동수와 공진효과가 발생하도록 조절함으로써 주편(S)의 내부까지 진동의 효과를 부여할 수도 있다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 주편 압하장치에는 전술한 다중실린더(230)와 증압실린더(300)가 동시에 결합되어 사용되며, 증압실린더(300)와 다중실린더(230) 사이의 복잡한 유압회로상에는 다수의 밸브수단이 내부에 포함되는 유압원 제어부(400)가 연결된다.

본 발명의 제 3 실시예에서와 같이 다중실린더(230)와 증압실린더(300)를 세그먼트(200)에 모두 장착함으로써 본 발명의 제 1 실시예와, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주편 압하장치보다 더욱 큰 압하력(F)을 주편(S)에 가할 수 있는 장점이 있으며, 증압실린더(300)의 펄스 구동을 통해 주편(S)의 잔류용강을 주변으로 이동시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 주편 압하장치를 통해 연속주조기의 세그먼트에 다중실린더, 증압실린더를 공간의 제약을 받지 않고 설치할 수 있으며, 주편에 가해지는 압하력을 증가시킬 수 있다. 이러한 잇점을 통해 주편의 응고과정에서 발생하는 중심편석, 기공 등의 주편 결함을 방지하여 주편의 품질이 향상되는 효과가 발생한다.

이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 일반적인 연속주조기의 구성 및 세그먼트의 모습을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 종래의 세그먼트의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 다중실린더가 적용된 주편 압하장치의 내부 구성을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따라 주편 압하장치에 적용되는 증압실린더의 동작 상태를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 다중실린더 및 증압실리더가 적용된 주편 압하장치의 내부 구성을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

200 : 세그먼트 210a : 상부프레임

210b : 하부프레임 220 : 롤러

230 : 다중실린더 232 : 다중실린더 몸체

233 : 격벽 236 : 피스톤

236a : 돌출플레이트 300 : 증압실린더

310 : 증압실린더 몸체 312 : 격벽

320 : 피스톤 400 : 유압원 제어부

Claims

상하로 이격된 상부프레임과 하부프레임사이에 구비되는 다수의 롤러 사이로 주편을 통과시키는 세그먼트와;

상기 세그먼트에 장착되고 복수의 유압 발생공간을 내측에 구비하여 상기 다수의 롤러를 상기 주편에 밀착시켜 상기 주편에 압하력을 가하는 실린더부와;

상기 실린더부에 유압원을 공급 또는 배출시키는 유압라인;

을 포함하는 주편 압하장치.
제 1항에 있어서,

상기 실린더부는 다중실린더, 증압실리더 중 적어도 하나를 포함하는 주편 압하장치.
제 2항에 있어서,

상기 다중실린더는,

상기 상부프레임에 결합되고 상기 복수의 유압 발생공간이 내측에 상하로 구비되는 다중실린더 몸체와;

상기 다중실린더 몸체의 상단면 및 하단면을 관통하고 상기 복수의 유압 발생공간을 각각 유압원 유입공간 및 유압원 배출공간으로 구획하는 피스톤;

을 포함하는 주편 압하장치.
제 3항에 있어서,

상기 유압원 유입공간 및 상기 유압원 배출공간에는 각각 상기 유압원이 유입 또는 배출되는 유압원 이송통로가 형성되는 주편 압하장치.
제 3항에 있어서,

상기 피스톤의 외주면에는 상기 다중실린더 몸체의 내주면과 밀착되어 상기 복수의 유압 발생공간을 구획하는 복수의 돌출플레이트가 결합되는 주편 압하장치.
제 5항에 있어서,

상기 복수의 유압 발생공간에는

상기 복수의 유압 발생공간에는 하나의 상기 돌출플레이트가 구비되며, 상기 돌출플레이트의 상측 또는 하측으로 상기 유압원 유입공간 또는 상기 유압원 배출공간이 형성되는 주편 압하장치.
제 3항에 있어서,

상기 피스톤의 하단부는 상기 하부프레임과 결합되는 주편 압하장치.
제 2항에 있어서,

상기 세그먼트와 상기 증압실린더 사이에는 유압실린더가 연결되고, 상기 증 압실린더의 내부 단면적은 상기 유압실린더의 내부 단면적보다 작게 형성되는 주편 압하장치.
제 8항에 있어서,

상기 유압실린더에는 다중실린더가 포함되는 주편 압하장치.
제 8항에 있어서,

상기 증압실린더는,

상기 유압실린더에 상기 유압원을 펄스 방식으로 공급하여 상기 주편에 진동을 부여하는 주편 압하장치.
제 10항에 있어서,

상기 펄스의 진동수는 상기 주편의 고유진동수 또는 상기 세그먼트가 설치되는 연주기의 고유진동수와 공진효과를 발생하는 주편 압하장치.