KR20120031006A - 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비 - Google Patents

분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로 장입 설비 내의 분배 슈트(14)용 구동 기구에 관한 것이다. 이 구동 기구는 분배 슈트를 중심 회전 축선(A)에 대해 회전 가능하게 지지하는 회전형 지지 수단(15)과, 이를 지지하는 고정 구조(10)를 포함한다. 구동 기구는 슈트를 회전시키는 주 구동 모터(30)와, 슈트의 위치, 통상 수평 피벗 축선(B)에 대한 피벗 위치를 조절하는 부 구동 모터(40)를 포함한다. 상기 구동 기구는 또한 제 1, 제 2 및 제 3 변속 수단(34;46;54)을 포함한다. 제 1 변속 수단(34)은 회전형 지지 수단(15)에 강성 연결된 제 1 링 기어(40)에 주 구동 모터(30)를 작동적으로 결합한다. 제 2 변속 수단(46)은 중심 회전 축선(A)에 독립적으로 회전가능한 제 2 링 기어(48)에 부 구동 모터(40)를 작동적으로 결합한다. 제 3 변속 수단(54)은 회전형 지지 수단(15)에 의해 지지되고, 분배 슈트의 위치, 통상 그 피벗 위치를 조절하기 위해 제 2 링 기어(48)를 분배 슈트(14)에 작동적으로 결합한다. 본 발명에 따르면, 제 3 변속 수단(54)은 회전형 지지 수단(15)에 의해 지지되고, 고정 구조(10)에 강성 연결된 제 3 링 기어(71;471)에 작동적으로 결합되는 하나 이상의 주전원 태양-유성 기어 트레인(56;256;356)을 포함한다. 주전원 태양-유성 기어 트레인(56;256;356)은 제 2 링 기어(48)에 의해 구동되는 입력 축(58;258)과 분배 슈트(14)의 위치를 조절하기 위해 연결되는 출력 축(74;274)을 갖는다.

Description

분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비{A SHAFT FURNACE CHARGING INSTALLATION HAVING A DRIVE MECHANISM FOR A DISTRIBUTION CHUTE}
본 발명은 일반적으로 고로, 특히 용광로용 장입 설비에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고로 내부의 벌크 장입 재료 분배용 분배 슈트를 조작하기 위한 이러한 타입의 장입 설비에 사용되는 구동 기구에 관한 것이다.
회전형이고 피벗가능한 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로용 장입 설비가 미국특허 3,814,403에 개시되어 있다. 이 구동 기구는 고정 구조에 의해 지지되고 분배 슈트를 지지할 수 있는 회전형 지지 수단을 갖는다. 이 구동 기구는 회전형 지지 수단의 수직 축선에 대해 회전을 부여하는 주 구동 모터와 분배 슈트의 수평 축선에 대하여 피벗 움직임을 부여하는 부 구동 모터를 갖는다. 회전형 지지 수단에 회전을 부여하기 위하여, 제 1 변속 수단은 상기 주 구동 모터를 상기 회전형 지지 수단에 강성 연결된 제 1 링 기어에 작동적으로 결합한다. 독립적으로 회전가능한 제 2 링 기어는 회전형 지지 수단에 장착되고, 제 2 변속 수단에 의해 부 구동 모터에 작동적으로 결합된다. 상기 회전형 지지 수단에 의해 지지되는 제 3 변속 수단은 분배 슈트의 피벗 위치를 조절하기 위해 분배 슈트에 제 2 링 기어를 작동적으로 결합시킨다.
미국특허 제3,814,403호의 구동 기구에 있어서, 주전원(epicyclic) 태양-유성 기어 트레인, 구어체 표현으로는 유성 기어(planetary gear)는 부 구동 모터를 제 2 링 기어에 작동적으로 결합시키는 제 2 변속 수단의 일부를 형성한다. 구동 모터와 함께, 주전원 태양-유성 기어 트레인이 그에 따라 고정 구조에 의해 지지된다. 태양-유성 기어 트레인은 주 구동 모터의 단일 동작, 즉 부 구동 모터를 작동시킬 필요 없이 제 2 링 기어 및 회전형 지지 수단의 동일한 회전 속도를 보장하는 한편, 제 2 링 기어와 회전형 지지 수단 사이의 차동 회전이 부 구동 모터를 작동시켜 생산될 수 있도록 보장한다.
미국특허 제3,814,403호에 일반적으로 개시되어 있는 장입 설비로, 슈트를 수직 노 축선에 대해 회전시키고, 슈트의 피벗 경사를 수평 축선에 대해 변화시킴으로써, 벌크 재료 (장입물) 를 장입 표면(스톡 라인, stockline)의 가상의 어떠한 지점으로도 향하게 할 수 있다. 다른 이점들보다, 상기 타입의 장입 설비는 이로 인해 장입 설비 상에 장입물을 분배하는데 있어서의 다목적성(versatility)으로 인하여 다양한 장입 프로파일을 가능하게 한다. 그 결과, 이러한 타입의 장입 설비는 최근 십여년간 산업계에서 널리 사용되어 왔다.
노 사용기간(furnace campaign) 동안의 내구성(heavy-duty) 및 장기적인 사용의 관점에서, 장입 설비의 구동 기구는 신뢰할 수 있고 내마모성인(wear-resistant)인 부품을 요하며, 특히 주전원 태양-유성 기어 트레인에 관해서는 기구의 핵심 요소이다. 구동 기구는 장입 설비의 총 비용의 상당 부분을 차지하기 때문에, 일반적으로는 구동 기구, 특히 주전원 태양-유성 기어 트레인 상에 덜 엄격한 요구조건을 부과함으로써 비용 절감을 가능케 하는 해결 방안에 대한 요구가 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 목적은, 그 구성 부품에 관하여 덜 엄격한 요구조건을 받도록 구성되는 고로 장입 설비용 구동 기구를 제공하는 것이다.
본 발명은 일반적으로는 분배 슈트, 통상적으로는 회전형 및 피벗가능한 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이 구동 기구는 분배 슈트가 회전될 수 있도록, 분배 슈트를 지지하기 위한 회전형 지지 수단과, 이들 회전형 지지 수단을 회전가능하게 지지하기 위한 고정 구조를 포함한다. 구동 기구는 또한, 슈트를 회전시키는데 사용되는 주 구동 모터와, 회전형 지지 수단에 대한 슈트의 위치, 통상적으로는 수평 축선에 대한 피벗 위치를 조절하기 위해 사용되는 부 구동 모터를 추가로 포함한다. 두 가지 모터 모두 고정 구조 상에 장착된다.
구동 기구는 제 1 변속 수단, 제 2 변속 수단 및 제 3 변속 수단을 추가로 포함한다. 회전 축선, 통상적으로는 고로의 수직 중심 축선에 대해 회전형 지지 수단의 회전 운동을 부여하기 위하여, 제 1 변속 수단은 주 구동 모터를 상기 회전형 지지 수단에 강성 연결된 제 1 링 기어에 작동적으로 결합한다. 제 2 변속 수단은 상기 회전축에 대해 독립적으로 회전가능한 제 2 링 기어에 부 구동 모터를 작동적으로 결합한다. 제 3 변속 수단은 상기 회전형 지지 수단에 의해 지지되고, 상기 분배 슈트의 위치, 통상적으로는 수평 축선에 대한 피벗 위치를 조절하기 위하여, 분배 슈트에 제 2 링 기어를 작동적으로 결합한다.
상기 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 제 3 변속 수단이, 상기 회전형 지지 수단에 의해 지지되고, 상기 고정 구조에 강성 연결된 제 3 링 기어에 작동적으로 결합되는 하나 이상의 주전원 태양-유성 기어 트레인을 포함하는 구성을 제안한다. 제안된 상기 주전원 태양-유성 기어 트레인은 상기 제 2 링 기어에 의해 구동되도록 배열되는 입력 축과, 상기 분배 슈트의 위치를 조절하도록 배열되는 출력 축을 갖는다.
태양-유성 기어가 상기 회전형 지지 수단의 일부를 형성하는 상기 제안된 구성에 의하여, 특정 기구 요소의 전체적인 마모는 감소된다. 이는 특히 하나 이상의 주전원 태양-유성 기어 트레인 자체의 구성요소에 적용된다. 따라서, 내마모성에 관하여 덜 엄격한 요구조건을 갖는 설계가 달성된다. 또한, 상기 제안된 구성은 구조적인 공간의 관점에서의 절감이 가능하게 하는데, 이는 태양-유성 기어가 상기 고정 구조의 상부에 배열될 필요가 없기 때문이다.
또한, 제 2 링 기어가 상기 고정 구조에 부착된 고정식(stationary) 원통형 지지부 상에 회전가능하게 지지되는 경우, 상기 독립적으로 회전가능한 제 2 링 기어에 요구되는 구름 베어링(rolling bearing)은 하중을 받게 되고, 부가적인 모터에 의해 제 2 변속 수단 및 제 3 변속 수단을 통해 슈트의 위치가 변화되는 경우에만 회전한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 태양-유성 기어 트레인은 상기 제 3 링 기어와 맞물리는 유성 기어 캐리어를 포함한다. 후자의 경우, 구조적인 이유로 인해, 상기 고리는 입력 축에 강성 연결되어 구동되며, 상기 태양 기어는 출령 축에 강성 연결되어 구동되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 제 2 링 기어 및 유성 캐리어의 레벨에서 실제적인 기어비를 가능하게 한다. 바로 사용 가능한 기어휠 설계를 선택함으로써, 상기 제 2 링 기어의 레벨에서 기어비 세팅을 단순화하기 위하여, 상기 입력 축은 상기 제 2 링 기어와 맞물리는 입력 기어휠과 연결되는 것이 바람직하다.
유리하게는, 상기 입력 기어휠과 상기 제 2 링 기어 사이의 기어비와, 상기 유성 기어 캐리어와 제 3 링 기어 사이의 기어비가 가양한 설계 변수로서 사용되어, 바로 사용 가능한 유성 기어의 설계가 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 태양 기어가 움직임 없이 유지되도록, 즉 제 2 링 기어가 상기 고정 구조에 대해 고정되어 있는 동안 회전형 지지 수단이 회전하면, 상기 회전형 지지 수단에 대해 고정되도록, 이러한 기어비가 용이하게 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 서로 반대편에 배열된 한 쌍의 장착 수단은 회전형 지지 수단에 배열되고, 회전형 지지 수단의 회전 축에 수직인 피벗 축에 대하여 분배 슈트를 피벗팅시키기 위해, 분배 슈트를 피벗 지지하도록 구성된다. 이 실시형태의 바람직한 구성에 있어서, 2 개의 유성 기어 트레인은 회전형 지지 수단에 의해 지지되고, 태양-유성 기어 트레인 각가의 출력 축은 상기 피벗가능한 장착 수단 중 어느 하나에 작동적으로 결합된다.
정상 하중의 절반인 하중용으로 치수 설계된 2 개의 더 작은 유성 기어를 사용하여, 총 비용을 더욱 절감할 수 있다. 바람직하게는, 상기 태양-유성 기어 트레인 각각의 출력 축은, 상기 유성 기어의 출력 축이 토크를 전달하지 않는 경우, 상기 슈트가 그 피벗팅 위치를 유지하도록, 자기 차폐형(self-blocking) 기어 배열을 이용하여 상기 피벗가능한 장착 수단 중 어느 하나에 작동적으로 결합된다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 기구는, 단일 구동 축과, 분배 슈트를 그 피벗팅 축선에 대해 피벗시키기 위해 2 개의 마주보는 제어 레버를 갖는 크랭크 및 커넥팅로드 기구를 포함하는 각도 구동 배열을 포함한다. 이러한 형태의 각도 구동 배열은 단일 구동 축의 회전을 2 개의 측방향 서스펜션을 갖는 분배 슈트의 피벗 운동으로 변환하도록 구성된다. 따라서, 후자의 실시형태에 있어서, 상기 회전형 지지 수단과 상기 단일 구동 축에 작동적으로 결합되는 출력 축에 의해 지지되는 단일의 태양-유성 기어 트레인이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 2 변속 수단은, 상기 부 구동 모터가 작업 중이 아닌 경우, 제 2 링 기어가 고정 구조에 대해 고정 상태를 유지하도록, 상기 부 구동 모터와 상기 제 2 링 기어 사이의 기어 트레인 내에 자기 차폐형 기어 배열을 포함한다. 또한, 제 2 링 기어를 회전가능하게 지지하기 위해, 상기 회전형 지지 수단 주위로 연장하는 고정인 원통형 지지부가 구비되는 경우, 상기 제 3 링 기어는 바람직하게 그러한 고정 지지부에 강성 연결된다.
상기 설명한 바와 같이, 제안된 형태의 구동 기구는 고로 장입 설비의 많은 형태, 특히 야금 용광로용 장입 설비에 산업상 이용가능하다.
본 발명의 추가적인 세부사항 및 이점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이며, 다만 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1 은 본 발명에 따른 구동 기구의 제 1 실시형태가 구비되는 고로 장입 설비의 직교 수직 평면을 따르는 두 개의 부분 절단면으로 이루어진 개략도.
도 2 는 본 발명에 따른 구동 기구의 제 2 실시형태가 구비되는 고로 장입 설비의 직교 수직 평면을 따르는 두 개의 부분 절단면으로 이루어진 개략도.
도 3 은 본 발명에 따른 구동 기구의 제 3 실시형태가 구비되는 고로 장입 설비의 수직 평면을 따르는 부분 절단면을 나타내는 개략도.
도 4 는 본 발명에 따른 구동 기구의 제 4 실시형태가 구비되는 고로 장입 설비의 수직 평면을 따르는 부분 절단면을 나타내는 개략도.
본 발명의 도면에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에 대하여는 동일한 도면부호가 사용되었다.
도 1 은 본 발명에 따른 구동 기구의 제 1 실시형태를 개략적으로 나타낸다. 이러한 구동 기구는 고로 장입 설비, 예컨대 미국특허 제3,693,812호로부터 공지된 형태의 고로 장입 설비의 일부이다. 도 1 은 노의 중심 축선 A 에서 교차하는 직교 수직 평면을 따른 두 개의 절단면으로 이루어진 도면에 해당한다. 구동 기구는 고정 외부 케이싱 (11) 을 갖는 고정 구조 (10) 를 포함한다. 고정 구조 (10) 에는 벌크 재료가 노 내로 통과할 수 있는 수직인 내부 이송관 (12) 이 구비된다.
따라서, 고정 구조 (10) 는, 이송관 (12) 이 노의 수직인 중심 회전 축선 (A) 과 실질적으로 동축선이 되는 방식으로, 고로, 특히 용광로의 목부(throat)에 장착된다. 구동 기구는 분배 슈트를 회전하고 피벗시키게 되며, 이는 도면 부호 "14" 에 부분적으로 및 개략적으로만 도시되어 있는데, 공지된 방법으로 노 내로 원주상으로 및 방사상으로 벌크 재료를 분배하기 위하여, 이송관 (12) 하부에 배열되어 있다.
고정 구조 (10) 는 제 1 구름 베어링 (18) 에 의하여 회전형 원통 몸체 (16) 를 포함하는 회전형 지지 수단 (15) 을 지지한다. 제 1 구름 베어링 (18) 은 회전형 원통 몸체 (16) 가 중심 회전 축선 (A) 에 대해 회전할 수 있도록 지지한다. 디스크 형태의 보호 플랜지 (22) 는 회전형 원통 몸체 (16) 의 하부 단부에 부착된다.
회전형 원통 몸체 (16) 및 보호 플랜지 (22) 와 함께 고정 외부 케이싱 (11) 은 구동 기구 요소를 보호하기 위하여 용광로 대기로부터 내부 챔버 (26) 를 한정하는 하우징을 형성한다. 분배 슈트 (14) 는 분배 슈트 (14) 가 수평 피벗 축선 (B) 에 대해 기울어질(tilt) 수 있도록 회전형 지지 수단 (15) 상에 피벗 지지된다. 따라서, 회전형 지지 수단 (15) 을 중심 회전 축선 (A) 에 대해 회전시켜 벌크 재료의 원주상(circumferrential) 분배가 달성되는 한편, 분배 슈트 (14) 를 수평 피벗 축선 (B) 에 대해 피벗시켜 방사상(radial) 분배가 달성된다.
주 구동 모터 (30) 는 고정 구조 (10) 상에 장착되어, 회전형 지지 수단 (15) 에 대한 회전 운동을 부여한다. 주 구동 모터 (30) 는 제 1 변속 수단 (34) 을 통하여 회전형 지지 수단 (15) 에 작동적으로 결합된다. 제 1 변속 수단 (34) 은 제 1 감속 기어 (38) 를 통하여 주 출력 축 (32) 에 결합되는 제 1 구동 기어휠 (36) 을 포함한다. 제 1 구동 기어휠 (36) 은 회전형 원통 몸체 (16) 상에 강성 고정되는 환형의 제 1 링 기어 (40) 의 외측 치차와 맞물린다. 따라서, 중심 회전 축선 (A) 에 대한 분배 슈트 (14) 의 회전은 주 구동 모터 (30) 의 작동에 의해 제어된다.
분배 슈트 (14) 의 경사 (기울어짐 각도) 및 피벗 움직임을 제어하기 위해 부 출력 축 (44) 을 갖는 부 구동 모터 (42) 가 구비된다. 부 구동 모터 (42) 는 고정 구조 (10) 에 장착되고, 제 2 변속 수단 (46) 을 통해 제 2 링 기어 (48) 에 작동적으로 결합된다. 이러한 제 2 링 기어 (48) 는, 회전형 원통 몸체 (16) 의 위치 또는 움직임에 독립적으로 중심 회전 축선 (A) 에 대해 회전할 수 있는 방식으로, 제 2 구름 베어링 (50) 에 의하여 고정인 원통형 지지부 (49) 상에 회전가능하게 지지된다. 원통형 지지부 (49) 는 고정 구조 (10) 에 부착되어 이송관 (12) 및 회전형 원통 몸체 (16) 주위로 동축선상으로 내부 챔버 (26) 내부로 연장되어 내려간다.
제 2 변속 수단 (46) 은 제 2 감속 기어 (53), 예컨대 자기 차폐형 웜 기어에 의해 부 출력 축 (44) 에 결합되는 제 2 구동 기어휠 (52) 을 포함한다. 제 2 구동 기어휠 (52) 은, 토크를 부 구동 모터 (42) 로부터 제 2 링 기어 (48) 로 전달하기 위하여, 제 2 링 기어 (48) 의 상부 외측 치차 (도면부호 64) 와 맞물린다. 따라서, 부 구동 모터 (42) 는 제 2 링 기어 (48) 의 회전을 직접 제어한다.
분배 슈트 (14) 의 경사를 제어하기 위하여, 제 2 링 기어 (48) 는 이하에 상술하는 바와 같이, 제 3 변속 수단 (54) 을 통하여 분배 슈트 (14) 에 작동적으로 결합된다. 도 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 제 3 변속 수단 (54) 은 회전형 지지 수단 (15) 에 의해 지지되며, 내부 챔버 (26) 내에 배열된다. 따라서, 제 3 변속 수단 (54) 은 중심 회전 축선 (A) 에 대해 회전형 원통 몸체 (16) 및 분배 슈트 (14) 와 함께 회전한다.
도 1 의 실시형태에 있어서, 제 3 변속 수단 (54) 은 내부 챔버 (26) 의 반대편 부분에 배열되는 두 개의 주전원 태양-유성 기어 트레인 (56) (유성 기어라고도 함) 를 포함한다. 간결함을 위하여, 이하에서는 두 개의 주전원 태양-유성 기어 트레인 중 하나에 대하여만 상술한다. 나머지 태양-유성 기어 트레인은 동일한 방식으로 구성된다.
도 1 에 도시된 바람직한 실시형태에 따르면, 태양-유성 기어 트레인 (56) 은 제 2 링 기어 (48) 의 하부 외측 치차 (도면부호 65) 와 맞물리는 입력 기어휠 (60) 이 제 1 단부에 구비되는 입력 축 (58) 을 포함한다. 입력 축 (58) 은 고리 (62) 의 제 2 단부에 강성 연결되어, 태양-유성 기어 트레인 (56) 의 외부 링 기어를 형성한다.
따라서, 고리 (62) 는, 유성 기어 (66) 가 고리 (62) 내부에서 구르고(roll) 고리 (62) 의 중심 축선에 대해 회전하는 방식으로, 고리 (62) 내부에 배열되는 두 개 이상의 유성 기어 (66) 와 맞물리는 내부 치차를 갖는다. 주 구동 모터 (30) 에 의해 회전형 지지 수단 (15) 이 중심 회전 축선 (A) 에 대해 회전하는 경우, 입력 기어휠 (60) 은 중심 회전 축선 (A) 에 대해 제 3 변속 수단 (54) 과 함께 회전한다.
유성 기어 (66) 는 캐리어 축 (68) 을 통하여 캐리어 (70) 상에 지지되어, 유성 기어 (66) 가 회전가능하게 장착된다. 캐리어 (70) 에는 고정 구조 (10) 에 강성 부착되는 고정인 제 3 링 기어 (71) 의 외측 치차와 맞물리는 치차가 형성된 외주부가 구비된다. 도 1 의 실시형태에 있어서, 회전형 원통 몸체 (16) 와 보호 플랜지 (22) 사이의 간극 (28) 을 통하여 내부 챔버 (26) 내로 방사상으로 돌출하도록, 제 3 링 기어 (71) 는 이송관 (12) 에 고정된다.
다르게는, 제 3 링 기어 (71) 는 도 4 에 도시된 바와 같이 원통형 지지부 (49) 에, 또는 고정 외부 케이싱 (11) 에 고정될 수도 있으며, 후자의 경우, 내부 치차가 구비되어 있다. 주 구동 모터 (30) 에 의해 회전형 지지 수단 (15) 이 중심 회전 축선 (A) 에 대해 회전하는 경우, 캐리어 (70) 는 제 3 변속 수단 (54) 과 함께 중심 회전 축선 (A) 에 대해 회전한다.
통상적인 방식에 있어서, 태양-유성 기어 트레인 (56) 은 유성 기어 (66) 사이에 배열되고, 고리 (62) 의 중심 축선에 대해 회전하는 경우 태양 기어 (72) 의 외측 치차 상에서 유성 기어 (66) 가 구르는 방식으로, 유성 기어 (66) 와 맞물리는 외측 치차를 갖는 태양 기어 (72) 를 포함한다.
도 1 에 도시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 태양 기어 (72) 는 출력 축 (74) 에 강성 연결되며, 출력 축 (74) 은 캐리어 (70) 를 통해 동축선으로 통과하고, 분배 슈트 (14) 의 경사를 조절하기 위하여 피벗가능한 장착 수단에 결합된다. 상기 피벗가능한 장착 수단은 공지된 구성이며, 제 3 변속 수단 (54) 의 일부분으로서 회전식으로 지지하는 보호 플랜지 (22) 상에 배열된다.
예컨대, 미국특허 제3,814,403호에 개시되어 있는 바와 같이, 각각의 피벗가능한 장착 수단은 자기 차폐형 웜 기어를 포함할 수 있으며, 이는 나사 스핀들 (76), 부분 링 기어 (78) 및 회전 가능 지지 축 (80) 을 포함한다. 각각의 지지 축 (80) 은 수평 피벗 축선 (B) 에 대해 회전가능하고, 반대편에 배열되는 두 개의 장착 부재 (도시 생략) 중 하나에 강성 연결되어 분배 슈트 (14) 를 회전형 지지 수단 (15) 에 제거가능하게 장착한다. 따라서, 분배 슈트 (14) 의 경사는 태양 기어 (72) 의 회전을 제어함으로써, 출력 축 (74) 을 통하여 조절될 수 있다.
구동 기구의 작동은 이하에서 상술한다. 주 구동 모터 (30) 에 의해 회전형 지지 수단 (15) 이 회전하고, 제 2 링 기어 (48) 의 회전 속도가 회전형 지지 수단 (15) 의 회전 속도와 다른 경우, 입력 기어휠 (60) 은 제 2 링 기어 (48) 의 하부 외측 치차 (65) 상에서 구르게 되고, 이에 의해 고리 (62) 의 회전 운동을 부여한다. 자체 축에 대한 고리 (62) 의 대응 회전 속도 ω1 은 입력 기어휠 (60) 의 치차와 제 2 링 기어 (48) 의 하부 외측 치차 (65) 사이의 기어비 (GR1) 에 좌우된다.
또한, 주 구동 모터 (30) 에 의해 회전형 지지 수단 (15) 이 회전하면, 고정인 제 3 링 기어 (71) 에 체결되는 캐리어 (70) 는 제 3 링 기어 (71) 의 외측 치차 상에서 구르게 되어, 이에 의해 각각의 유성 기어 (66) 가 고리 (62) 의 중심 축에 대해 회전하고, 그 자체 축, 즉 각각의 캐리어 축 (68) 의 축선에 대해 회전하도록 한다. 자체 축에 대한 캐리어 (70) 의 대응 회전 속도ω2 는 캐리어 (70) 와 제 3 링 기어 (71) 의 치차 사이의 기어비 (GR2) 에 의해 좌우된다.
구동 기구는, 제 2 링 기어 (48) 가 고정 구조 (11) 에 대해 정지 상태를 유지하고, 주 구동 모터 (30) 에 의해 회전형 지지 수단 (15) 이 회전하는 경우, 고리 (62) 의 회전 속도 ω1 과 캐리어 (70) 의 회전 속도 ω2 사이의 특정비 ω1/ω2, 즉 태양 기어 (72) 가 회전형 지지 수단 (15) 에 대해 정지 상태를 유지하는 속도비 ω1/ω2 가 얻어진다. 이는 전술한 기어비 GR1 및 GR2 의 적절한 선택을 통하여 달성된다. 다시 말해, 부 구동 모터 (42) 가 정지하면, 태양 기어 (72) 에, 그리고 출력 축 (74) 에 아무런 구동 토크도 전달되지 않고, 이에 의해 분배 슈트 (14) 는 회전형 지지 수단 (15) 의 실제 회전 속도에 무관하게 그 피벗 위치를 유지한다.
반대로, 부 구동 모터 (42) 에 의해 제 2 링 기어 (48) 가 회전하면, 고리 (62) 의 회전 속도는 ω1 와 달라져서, 구동 토크가 태양 기어 (72) 및 출력 축 (74) 에 전달된다. 이에 의해 작동적으로 결합되어 있는 출력 축 (74) 과 회전 가능 지지 축 (80) 은 부 구동 모터 (42) 에 의해 구동되어, 수평 피벗 축선 (B) 에 대해 분배 슈트 (14) 를 피벗시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 도 2 에 도시되어 있으며, 도 1 에서와 유사한 구동 기구를 나타내며, 다만 태양-유성 기어 트레인 (256) 이 다른 구성을 갖고 있다. 도 1 의 구동 기구와의 주요 차이는 이하에 상술한다.
도 2 의 실시형태에 있어서, 태양-유성 기어 트레인 (256) 의 입력 축 (258) 은 그 하부 단부에서 태양 기어 (272) 에 연결된다. 따라서, 도 1 과 관련하여 상기 설명한 바와 같이 입력 기어휠 (260) 이 제 2 링 기어 (48) 상에서 구를 때, 태양 기어 (272) 는 입력 축 (258) 과 회전한다. 고리 (262) 는 상기 설명한 피벗가능한 장착 수단에 의하여 분배 슈트 (14) 의 경사를 조절하기 위해 출력 축 (274) 에 강성 연결한다. 도 1 의 실시형태에서와 같이, 유성 기어 (266) 를 지지하는 캐리어 (270) 는 제 3 링 기어 (71) 상에서 구르도록 구성된다.
결과적으로, 제 2 링 기어 (48) 가 고정 구조 (10) 에 대해 정지되어 있고 회전형 지지 수단 (15) 이 회전하는 경우, 태양 기어 (272) 의 회전 속도 ω3 과 캐리어 (270) 의 회전 속도 ω2 사이의 특정 속도비 ω3/ω2 가 얻어진다. 도 2 의 구동 기구는, 도 1 의 구동 기구와는 반대로, 속도비 ω3/ω2 인 회전형 지지 수단 (15) 에 대해 정지된 상태로 유지되도록 구성된다. 이 또한, 전술한 기어비 GR1 및 GR2 의 적절한 선택에 의해 얻어진다.
반대로, 부 구동 모터 (42) 에 의해 제 2 링 기어 (48) 가 회전하면, 태양 기어 (272) 의 회전 속도는 ω3 와 달라져, 구동 토크는 고리 (262) 및 출력 축 (274) 에 전달된다. 이에 의해 작동적으로 결합되어 있는 출력 축 (274) 과 회전 가능 지지 축 (80) 은 부 구동 모터 (42) 에 의해 구동되어, 수평 피벗 축선 (B) 에 대해 분배 슈트 (14) 를 피벗시킬 수 있다.
이해할 수 있는 바와 같이, 기어비 GR1 및 GR2 의 선택에 관한 제한의 경우, 태양 기어 (72; 272), 유성 기어 (66; 266) 및/또는 고리 (62; 262) 는, 제 2 링 기어 (48) 가 부 구동 모터 (42) 에 의해 구동되지 않는 경우, 구동 토크가 출력 축 (74; 274) 에 전달되지 않도록 치수가 정해진다.
도 3 은 본 발명에 따른 구동 기구의 제 3 실시형태를 나타낸다. 전술한 구동 기구에 대한 주요 차이를 이하에 상술한다. 도 3 의 구동 기구는 회전형 지지 수단 (15) 에 지지되는 단일의 태양-유성 기어 트레인 (356) 을 나타낸다. 그 구성요소는 보다 높은 하중용으로 치수가 정해지는데 반해, 이러한 단일 태양-유성 기어 트레인 (356) 자체의 일반적인 구성은 도 1 의 제 1 실시형태에서 사용되는 두 개의 태양-유성 기어 트레인 (56) 중 하나의 구성과 동일하다.
입력 축 (58) 은 또한 제 2 링 기어 (48) 의 하부 외측 치차와 맞물리는 입력 기어휠 (60) 에 연결된다. 하지만, 태양-유성 기어 트레인 (356) 의 출력 축 (74) 은 분배 슈트 (14) 를 피벗하기 위한 다른 배열과 결합되며, 이는 도 3 에 개략적으로만 도시되어 있다. 보다 구체적으로는, 출력 축 (74) 은 미국특허 제6,916,146호에 개시된 각도 구동기(angular drive)에 연결되며, 그 개시내용은 여기에 참조로 인용된다. 이 각도 구동기는 분배 슈트 (14) 를 단일 구동 축을 가지면서 직경의 반대편의 적용 지점에서 피벗시키도록 구성된다. 따라서, 미국특허 제6,916,146호에 따른 각도 구동기는 단일의 태양-유성 기어 트레인 (356) 을 사용할 수 있도록 해준다.
출력 축 (74) 의 회전을 분배 슈트 (14) 의 피벗 운동으로 변환하기 위하여, 각도 구동기는 크랭크 및 커넥팅로드 기구를 포함하며, 이는 도 3 에 도면부호 382 로 개략적으로 표시되어 있다. 크랭크 및 커넥팅로드 기구 (382) 는 분배 슈트 (14) 를 수평 피벗 축선 (B) 에 대해 피벗시키기 위한 두 개의 반대편의 제어 레버를 갖는다. 도 3 의 실시형태에서 사용된 각도 구동기의 세부 사항은 미국특허 제6,916,146호에 나타나 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 구동 기구의 제 4 실시형태를 나타낸다. 도 4 의 실시형태는 일반적으로 도 3 의 실시형태와 동일하며, 다만 구름 베어링 (50) 을 통해 제 2 링 기어 (48) 를 지지하는 원통형 지지부 (449) 가 다른 설계를 갖고, 제 3 링 기어 (471) 가 원통형 지지부 (449) 의 하부 단부에 강성 연결된다는 점에 차이가 있다. 따라서, 도 3 에 비해, 원통형 지지부 (449) 는 제 3 링 기어 (471) 를 지지하기 위해 케이싱 (11) 내부에서 회전형 원통 몸체 (16) 주위로 하부로 더욱 연장된다.
이해할 수 있는 바와 같이, 원칙적으로 태양-유성 기어 트레인의 세 개의 주요 구성, 즉 고리, 유성 기어 캐리어 및 태양 기어 중 하나는 입력 축, 출력 축 또는 제 3 링 기어에 연결될 수 있다. 본 발명은 미국특허 제3,693,812호에 일반적으로 공지된 형태의 고로 장입 설비, 즉, 두 개의 직교하는 축선에 대한 분배 슈트의 회전 및 피벗을 제공하는 장입 설비에 적용하는 것에 한정되지 않는다는 점 또한 이해될 수 있다. 예컨대, 상기 설명된 바와 같이 구성된 구동 기구는 또한 일본특허출원 JP 63 096 205 호에 개시된 형태의 설비를 개선하는데 사용될 수도 있다. 보다 구체적으로는, 도 3 과 관련하여 상기 설명한 바와 같이 구성된 단일의 태양-유성 기어 트레인은 JP 63 096 205 에 따른 두-부분의 슈트의 하부 회전 슈트를 회전시키는데 사용될 수도 있다.
A 중심 회전 축선 B 수평 피벗 축선
10 고정 구조 11 고정 외부 케이싱
12 이송관 14 분배 슈트
15 회전형 지지 수단 16 회전형 원통 몸체
18 제 1 구름 베어링 22 보호 플랜지
26 내부 챔버 28 간극
30 주 구동 모터 32 주 출력 축
34 제 1 변속 수단 36 제 1 구동 기어휠
38 제 1 감속 기어 40 제 1 링 기어
42 부 구동 모터 44 부 출력 축
46 제 2 변속 수단 48 제 2 링 기어
49; 449 원통형 지지부 50 제 2 구름 베어링
52 제 2 구동 기어휠 53 제 2 감속 기어
54 제 3 변속 수단
56, 256; 356 태양-유성 기어 트레인
58, 258 입력 축 60, 260 입력 기어휠
62, 262 고리
64 제 2 링 기어의 상부 외측 치차
65 제 2 링 기어의 하부 외측 치차
66, 266 유성 기어 68 캐리어 축
70, 270 캐리어 71; 471 제 3 링 기어
72, 272 태양 기어 74, 274 출력 축
76 나사 스핀들 78 부분 링 기어
80 회전가능 지지 축 382 크랭크 및 커넥팅로드 기구

Claims (13)

  1. 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비로서, 상기 구동 기구는,
    분배 슈트를 지지하기 위한 회전형 지지 수단;
    상기 회전형 지지 수단을 회전가능하게 지지하기 위한 고정 구조;
    상기 고정 구조 상에 장착되는 주 구동 모터 및 부 구동 모터;
    회전 축선에 대해 상기 회전형 지지 수단에 회전 운동을 부여하기 위하여, 상기 주 구동 모터를 상기 회전형 지지 수단에 강성 연결된 제 1 링 기어에 작동적으로 결합하는 제 1 변속 수단;
    상기 회전 축선에 대해 독립적으로 회전가능한 제 2 링 기어에 부 구동 모터를 작동적으로 결합하는 제 2 변속 수단;
    상기 회전형 지지 수단에 의해 지지되고, 상기 분배 슈트의 위치를 조절하기 위하여 상기 분배 슈트에 제 2 링 기어를 작동적으로 결합하는 제 3 변속 수단을 포함하고,
    상기 제 3 변속 수단은 하나 이상의 주전원 태양-유성 기어 트레인을 포함하고, 상기 주전원 태양-유성 기어 트레인은 상기 회전형 지지 수단에 의해 지지되고, 상기 제 2 링 기어에 의해 구동되도록 배열되는 입력 축과,
    상기 분배 슈트의 위치를 조절하도록 배열되는 출력 축을 갖고,
    상기 태양-유성 기어 트레인은 상기 고정 구조에 강성 연결되는 제 3 링 기어에 작동적으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양-유성 기어 트레인은 고리, 태양 기어 및 제 3 링 기어와 맞물리는 유성 기어 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고리는 상기 입력 축에 연결되고, 상기 태양 기어는 상기 출력 축에 연결되는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 입력 축은 상기 제 2 링 기어와 맞물리는 입력 기어휠에 연결되는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전형 지지 수단이 회전하고 상기 제 2 링 기어가 상기 고정 구조에 대해 고정 상태를 유지하면, 상기 회전형 지지 수단에 대해 상기 태양 기어가 고정 상태를 유지하도록, 상기 입력 기어휠과 상기 제 2 링 기어 사이의 기어비, 및 상기 유성 기어 캐리어와 상기 제 3 링 기어 사이의 기어비가 각각 선택되는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 변속 수단은,
    상기 회전형 지지 수단에 배열되고, 상기 회전형 지지 수단의 회전 축선에 직교하는 피벗 축선에 대해 상기 분배 슈트를 피벗시키기 위해, 상기 분배 슈트를 피벗 지지하도록 구성되는, 서로 반대편에 배열된 피벗가능한 장착 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 변속 수단은,
    상기 회전형 지지 수단에 의해 지지되는 한 쌍의 태양-유성 기어 트레인으로서, 태양-유성 기어 트레인 각각의 출력 축은 상기 피벗가능한 장착 수단 중 하나에 작동적으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 출력 축이 토크를 전달하지 않는 경우 상기 슈트가 그 피벗 위치를 유지하도록, 상기 태양-유성 기어 트레인 각각의 출력 축이 자기-차폐형 기어 배열에 의하여 상기 피벗가능한 장착 수단 중 하나에 작동적으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 변속 수단은,
    단일 구동 축과, 분배 슈트를 그 피벗팅 축선에 대해 피벗시키기 위해 2 개의 마주보는 제어 레버를 갖는 크랭크 및 커넥팅로드 기구를 포함하며, 상기 구동 축의 회전을 분배 슈트의 피벗 운동으로 변환하도록 구성되는 각도 구동 배열; 및
    상기 회전형 지지 수단에 의해 지지되고, 그 출력축은 상기 구동 축에 작동적으로 결합되는 출력 축에 의해 지지되는 단일의 태양-유성 기어 트레인;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 변속 수단은, 상기 부 구동 모터가 작동하지 않을 때, 상기 제 2 링 기어가 상기 고정 구조에 대해 고정 상태를 유지하도록 하는 자기-차폐형 기어 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 링 기어는 상기 고정 구조에 부착되는 고정인 원통형 지지부 상에 회전가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고정인 원통형 지지부는 상기 회전형 지지 수단 주위로 연장하며, 상기 제 3 링 기어는 상기 원통형 지지부에 강성 연결되는 것을 특징으로 하는, 분배 슈트용 구동 기구를 갖는 고로 장입 설비.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 장입 설비를 포함하는 고로, 특히 용광로.
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