KR20140007914A - 노즐 헤더 - Google Patents

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폴 보우처
마이크 클라크
피터 크리스토포로우
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린데 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 냉매 공급 라인(3), 냉매(2)를 전달하기 위한 하나 이상의 전달 노즐(4), 및 상기 전달 노즐(4)의 적어도 부분적으로 둘러싸는 차폐 수단(6)을 포함하는, 냉매(2)를 작업편(1)으로 분무하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 차폐 수단(6)은 상기 작업편(1)과 함께 본질적으로 폐쇄된 공간을 형성하도록 배열되고, 상기 차폐 수단(6)은 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 가스를 배기하기 위한 배기 수단(11)을 포함하며, 상기 차폐 수단(6)의 외측을 이슬점 위의 온도로 유지하기 위한 수단(7, 8)을 더 포함한다.

Description

노즐 헤더 {NOZZLE HEADER}
본 발명은 냉매 공급 라인, 냉매를 전달하기 위한 하나 이상의 전달 노즐, 상기 전달 노즐의 적어도 일 부분을 둘러싸는 차폐 수단을 포함하는, 작업편(work piece)에 냉매를 분무하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 작업편에 냉매를 분무하기 위한 방법에 관한 것으로, 여기에서 상기 냉매는 하나 이상의 전달 노즐에 의해 분무되고, 상기 전달 노즐의 적어도 일 부분을 둘러싸는 차폐 수단이 제공된다.
금속 압연 프로세스들이 많은 열을 생성하고 이러한 열을 제거하기 위한 가장 통상적인 방법은 냉매를 롤(roll)들 상으로 분무하는 것이라는 것이 널리 알려져 있다. 가장 통상적인 냉매들은 물 및 등유(kerosene)이지만 최근에 극저온 유체들의 사용이 GB2466458A 및 DE102005001806에서 제안되었다.
알루미늄의 냉간 압연과 같은 몇몇 금속 압연 프로세스들에서 냉각을 위한 극저온 유체들의 사용이 가지는 주요 문제점은 주위 분위기로부터의 습기가 장비 상으로 응축되어 물, 얼음 또는 눈을 형성할 수 있으며 이에 따라 물, 얼음 또는 눈이 스트립 상으로 떨어지거나 운반될 수 있어 스트립을 손상시킬 수 있다는 것이다.
DE102005001806은 롤 온도를 측정하고 극저온 유체의 유동을 제어함으로써 응축을 최소화하여 롤이 과 냉각되지 않는 것을 제안한다. 그러나, 실험들은 비록 롤 자체의 표면이 정확한 온도로 유지되더라도, 생산된 많은 양의 차가운 가스는 주위 공기 및 장비의 냉각을 유발하여 응축을 초래한다는 것을 보여주었다.
GB2466458은 단지 불활성 건조 가스만을 포함하는 내부 챔버를 이용하여 압연기(rolling mill)를 둘러싸고 습기를 함유하는 공기가 내부 챔버로 유입되는 것을 방지하도록 양(positive)의 압력으로 이러한 내부 챔버를 유지함으로써 응축의 형성을 회피하는 것을 제안한다. 이러한 방법은 내부 챔버 내의 응출물의 형성을 방지하지만 실험들은 내부 챔버 내측의 많은 양의 차가운 가스가 내부 챔버를 형성하는 시트 재료가 냉각되는 것을 유발하고 이에 따라 응축이 내부 챔버 외측 상의 이러한 시트 재료상에 형성하는 것을 보여주었다. 응축이 내부 챔버 외측 상에 형성된 경우, 여전히 응축이 스트립 상으로 떨어져 스트립을 손상시키는 것이 가능하다. GB2466458에서 제안된 챔버의 또 다른 단점은 내부 챔버 내측에 있는 장비 모두가 차가운 가스에 의해 냉각되고 이는 베어링들, 유압 시스템들 및 내부 챔버 내측에 있는 다른 장비에 대해 문제들을 유발한다는 것이다.
응축을 회피하는 다른 방법은 EP1406738 B1에 제안된다. 야금 및 롤 바이트 마찰 이유들 때문에 이 경우에서 극저온 유체는 롤들을 냉각하는 대신 직접 스트립을 냉각하기 위해 사용되지만 그 원리들은 유사하다. EP 1406738 B1은 노즐들 주위에 건조 가스를 취입함으로써 노즐들을 뒤덮는 것이 제안된다. 그러나, 상기 건조 불활성 가스 덮개(shroud)는 단지 노즐들 자체 상의 응축을 방지한다. 이는 주위 분위기 및 차가운 가스에 노출되는 부근의 다른 장비에서의 응축을 방지하지 않는다. 극저온 스프레이들은 주위 공기 및 스프레이들의 부근의 다른 장비를 냉각시키는 많은 양의 차가운 가스를 생성하며 이는 응축을 초래한다. 더욱이, 건조 불활성 가스뿐만 아니라 기화된 질소는 공기를 변위시키고 작업 장소에서의 분위기 내의 산소 함량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 작업편 상으로 어떠한 물도 입수되는 것을 회피하는 것이다.
더욱이, 액체 질소의 기화에 의해 발생된 가스는 분무 효율에 영향을 미치는 난류를 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 액화 가스의 증발에 의해 발생된 난류가 감소되는 냉매, 특히 액화 가스를 분무하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉매, 특히 액화 가스를 분무하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 여기에서 작업 환경에서의 산소 함량은 감소되지 않거나 적어도 실질적으로 감소되지 않는다.
본 발명의 다른 목적은 물이 금속 스트립 상으로 입수될 수 있는 어떠한 영역에서도 또는 어떠한 장비상에도 응축의 형성을 방지하는, 금속 스트립을 압연하는 프로세스에서 극저온 냉매를 분무하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 냉매 공급 라인, 냉매를 전달하기 위한 하나 이상의 전달 노즐 및 상기 전달 노즐의 적어도 일 부분을 둘러싸는 차폐 수단을 포함하는, 냉매를 작업편으로 분무하기 위한 장치에 의해 달성되며, 상기 장치는 상기 차폐 수단이 작업편과 함께 본질적으로 폐쇄된 공간을 형성하도록 배열되고 상기 차폐 수단은 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 작업편으로부터 원격 위치에 가스상 냉매를 배출하기 위한 배출 수단을 포함하며, 상기 차폐 수단의 외측을 이슬점 위의 온도로 유지하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 목적은 또한 작업편에 냉매를 분무하기 위한 방법에 의해 달성되며, 상기 냉매는 하나 이상의 전달 노즐에 의해 분무되고 상기 전달 노즐의 적어도 일 부분을 둘러싸는 차폐 수단이 제공되며, 상기 차폐 수단은 작업편과 함께 본질적으로 페쇄된 공간을 형성하도록 배열되며, 가스상 냉매는 본질적으로 페쇄된 공간으로부터 작업편으로부터 원격의 위치로 인출되며 상기 차폐 수단의 외측은 이슬점 위의 온도로 유지되는 것을 특징으로 한다.
이슬점은 주어진 압력에서 수증기가 물로 응축될 온도로서 규정된다. 본 발명에 따라, 차폐 수단의 외부 벽들의 온도는 주위 대기의 이슬점 위이어야 한다. 특히, 차폐 수단의 외측은 대기의 이슬점 온도 위로 적어도 몇 ℃의 온도로 유지되어야 한다. 바람직한 실시예에서, 차폐 수단은 적어도 주위 분위기의 온도로 유지된다.
차폐 수단은 바람직하게는 엔클로저(enclosure), 쉘 또는 작업편을 향하여 회전되도록 배열된 개구를 구비한 박스형 요소를 포함한다. 작업편을 향하여 지향되는 차폐 수단의 에지는 바람직하게는 작업편과 시일을 형성하도록 설계된다.
본 발명에 따라 차폐 수단은 작업편과 함께 본질적으로 폐쇄된 공간을 형성하도록 배열된다. 본질적으로 폐쇄된 공간은 차폐 수단에 의해 그리고 작업편의 적어도 일 부분에 의해 한계가 정해진다. 냉매용 전달 노즐의 출구는 본질적으로 폐쇄된 공간 내측에 위치된다. 따라서, 냉매는 본질적으로 폐쇄된 공간 내로 분무되고 본질적으로 폐쇄된 공간의 경계를 형성하는 작업편의 부분 또는 영역과 접촉하여 냉각한다. 가스상 냉매는 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 인출되어 작업편으로부터 원격 위치로 지나간다.
본 발명에 따라 차폐 수단의 외측은 주변 분위기의 이슬점 위의 온도로 유지된다. 본 발명은 임의의 가스, 표면 또는 본질적으로 폐쇄된 공간 외측 부분이 이슬점 아래 온도로 냉각되는 것을 방지한다. 따라서, 많은 양의 냉매 및 기화 냉매는 폐쇄 시스템에서 취급될 수 있고 여기에서 단지 작업편의 소망하는 부분만이 냉각된다. 임의의 다른 영역 또는 임의의 다른 장비는 이슬점 위의 온도로 유지된다. 본질적으로 폐쇄된 공간 외측의 작업편 영역에서의 대기 분위기는 이슬점 아래의 어떠한 온도도 경험하지 않으며 응축이 방지된다. 본 발명은 전달 노즐 상의 응축 또는 전달 노즐의 빙결을 방지할 뿐만 아니라 작업편 주위의 영역에서의 응축 또는 빙결을 방지한다.
따라서, 본질적으로 폐쇄된 공간은 두가지를 성취한다:
● 본질적으로 폐쇄된 공간은 노즐 상 또는 작업편 상의 상기 폐쇄된 공간 내측에 응축 또는 결빙이 발생하는 것을 방지하는데, 이는 대기 분위기가 배제되고 상기 폐쇄된 공간이 단지 냉각 건조 가스 및 냉매를 포함하기 때문이다.
● 본질적으로 폐쇄된 공간은 상기 폐쇄된 공간의 외측의 응축 또는 결빙을 방지하는데, 이는 차폐 수단의 외측이 이슬점 위로 유지되고 차가운 가스가 상기 압연기(mill)로부터 멀리 배출되기 때문이다.
본 발명은 특히 금속 스트립을 압연하는 금속 압연 프로세스에서 냉각을 위해 사용된다. 이 경우 본질적으로 폐쇄된 공간은 차폐 수단 및 냉각되어야 할 작업 롤의 외측 표면의 부분에 의해 규정된다. 이 경우 작업 롤은 냉매가 분무되는 작업편이다. 차폐 수단의 개구는 작업 롤에 의해 폐쇄되며 이에 의해 본질적으로 폐쇄된 공간 내측을 형성한다. 본질적으로 폐쇄된 공간은 바람직하게는 작업편의 전체를 포함하지 않으며 이 경우 작업 롤의 전체를 포함하지 않는다. 본 발명은 본질적으로 폐쇄된 공간 외측의 응축을 방지하며 이에 따라 금속 스트립 상으로 떨어져 금속 스트립을 손상시킬 수 있는 물, 얼음 또는 눈이 형성되지 않는다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 차폐 수단은 차폐 수단과 작업편 사이의 갭을 밀봉식으로 폐쇄하도록 배열된 밀봉 부재를 포함한다. 바람직하게는, 밀봉 부재는 적어도 차폐 수단의 개구의 일 부분 주위로 연장하며, 더욱 바람직하게는 작업편을 향하여 차폐 수단의 개구의 전체 둘레를 따라 연장한다. 밀봉 부재는 탄성 재료, 예를 들면, 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 차폐 수단과 작업편 사이의 밀봉 수단은 이슬점 아래의 가스상 냉매가 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 작업편에 대한 국부 영역 내로 누출되는 것을 방지한다.
다른 실시예에서, 차폐 수단은 이슬점 아래의 어떠한 가스도 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 작업편에 대한 국부 영역 내로 누출되는 것을 방지하는 압력 배리어의 생성을 허용하도록 작업편에 충분히 근접하게 제공된다.
밀봉 부재는 가스 밀봉부를 더 포함할 수 있으며, 이는 분위기 공기가 상기 폐쇄 공간으로 유입되는 것을 방지하고 그리고 동일하게 더 중요하지 않은 경우 차가운 가스상 냉매가 상기 폐쇄된 공간으로부터 작업편의 근처로 누출되는 것을 방지하는 가스 유동을 의미한다.
전체로서 본 발명은 냉매 및 냉매와 관련된 저온 가스(가스상 냉매)를 위한 폐쇄된 시스템 또는 본질적으로 폐쇄된 시스템을 형성하는데, 이는 작업편 영역 내의 대기 분위기가 이의 이슬점 아래의 임의의 온도들을 경험하는 것을 방지한다.
본 발명에 따라 차폐 수단의 외측은 주위 대기 공기의 이슬점 위, 바람직하게는 주위 대기 공기의 온도 위의 온도로 유지될 것이다. 소망하는 범위에서 차폐 수단의 외측의 온도를 유지하기 위한 수단은 차폐 수단의 외부 벽들과 상기 폐쇄된 공간의 내측 사이의 열 전달의 속도를 감소시키는 단열부(thermal insulation)와 같은 수동 요소(passive element)들을 포함할 수 있다. 이들은 바람직하게는 낮은 열 전달 계수를 구비한 재료, 예를 들면 낮은 열 전도도를 구비한 고체 재료의 하나 또는 둘 이상의 층들을 포함하는 것을 의미한다. 또한 상기 차폐 수단의 외측을 이슬점 위의 온도로 유지하기 위한 수단은 또한 열 공급에 의해, 예를 들면 가열 수단, 특히 전기 가열 수단의 제공에 의해 상기 벽을 이슬점 위의 온도로 유지하는 능동 요소(active element)를 포함할 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따라 차폐 수단은 적어도 부분적으로 이중 벽을 가지며 가스의 소스는 상기 벽들 사이의 갭에 연결된다. 차폐 수단은 내부 및 외부 벽을 포함하며 외부 벽을 이슬점 위로 유지하기 위해 열원을 제공하도록 그리고 절연체로서 작용하도록 이러한 벽들 사이의 갭 내로 가스가 도입된다. 바람직하게는 대기 온도이거나 심지어 대기 온도 위인 또는 대기 온도 위의 온도로 따뜻해진(warm up) 가스가 사용된다.
차폐 수단의 벽들 사이의 갭은 차폐 수단과 작업편 사이의 갭에서 또는 상기 갭에 근접하여 가스 아웃렛을 포함하는 것이 더 바람직하다. 차폐 수단의 벽들 사이의 갭 내로 도입되는 가스의 일 부분은 작업편 근처의 가스 아웃렛으로부터 유동한다. 가스는 덮개, 가스 밀봉부 또는 압력 배리어로서 작용하며 분위기 공기가 이러한 갭을 통하여 본질적으로 폐쇄된 공간 내로 유입하는 것 및 차가운 가스가 상기 폐쇄된 공간으로부터 작업편 근처로 유출되는 것을 방지한다. 따라서, 본질적으로 폐쇄된 공간 및 상기 시스템의 차가운 내측 부분들로부터 임의의 응축이 제거된다.
위에서 언급된 가스 아웃렛(들) 대신 또는 이에 부가하여, 또한 가스, 바람직하게는 차폐 수단과 작업편 사이의 갭에 근접하여 따뜻한 가스를 공급하기 위한 개별 가스 공급 라인을 가지는 것이 가능하며 따뜻한 가스는 이때 차가운 가스가 누출되고 대기 공기가 본질적으로 폐쇄된 공간 내로 들어오는 것을 방지하기 위한 덮개 또는 가스 배리어로서 작용한다.
차폐 수단과 작업 편 사이의 갭의 근처 내로 분출되는 가스의 압력은 바람직하게는 주위 대기 공기의 분위기 압력 위 및 본질적으로 폐쇄된 공간 내측의 압력 위가 되도록 제어되는 것이다. 이는 공기가 본질적으로 폐쇄된 공간 내로 흡입되지 않거나 차가운 가스상 냉매가 상기 갭을 통하여 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 나오지 않는 것을 보장한다.
또한 상기 차폐 수단과 상기 작업편 사이의 갭의 근처에서 또는 상기 갭에 근접하여 취입되는 가스로 윤활제를 부가하는 것이 유용할 수 있다. 또한, 가스 밀봉부 또는 압력 배리어는 물리적 배리어들의 부가에 의해 강화될 수 있다.
본 발명에 따라 냉매는 하나 또는 둘 이상의 전달 노즐들을 경유하여 냉각되어야 하는 작업편 상으로 분무된다. 용어 전달 노즐은 임의의 종류의 냉매를 분무하기 위한 아웃렛, 오리피스 또는 노즐을 의미할 것이다. 가장 간단한 경우, 전달 노즐은 간단한 튜브 단부일 수 있다.
액체 질소와 같은 액화 가스가 냉매로서 사용될 때, 질소는 분무 동안 기화되고 차폐 수단 및 작업편에 의해 규정된 용적으로부터 공기를 변위할 것이다. 차폐 수단에는 바람직하게는 전달 노즐(들)의 오리피스와 정렬된 개구가 제공된다. 용어 "정렬된"은 차폐 수단의 개구 및 노즐 오리피스가 전달 노즐로부터 나오는 냉매가 차폐 수단의 내부의 부분, 즉 본질적으로 폐쇄된 공간을 지나고 이어서 작업편으로 또는 작업편 상으로 분무되도록 상기 개구를 통하여 차폐 수단으로부터 나오도록 배열되는 것을 의미할 것이다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 상기 개구의 에지에 근접하게 미리 따뜻하게 될 수 있는 건조 가스의 제트가 분출된다(blown).
용어 '건조 가스'는 이러한 가스가 냉매 또는 냉매에 의해 냉각되는 차폐부의 내부 부분의 에지와 같은 장비와 접촉될 때 응축 또는 얼음이 형성되지 않도록 이 같은 낮은 수준의 수증기를 포함하거나 본질적으로 수증기를 포함하지 않는 가스를 의미할 것이다. 건조 가스는 차폐 수단 상에, 특히 개구의 에지 상에 얼음의 형성을 방지할 것이다. 바람직하게는, 건조 가스에서 H20의 함량은 10 ppm 미만이거나 10 vpm(parts per million by volume) 미만이다.
본질적으로 폐쇄된 공간 내에 축적하는 가스/가스상 냉매가 종종 난류이고 냉매의 분무 특성들에 영향을 미친다는 것을 알았다. 더욱이, 가스/가스상 냉매는 열 완충부로서 기능할 수 있고 작업편을 분무된 냉매에 의한 소망하는 냉각으로부터 보호할 수 있는 냉각될 작업편의 표면상에 층을 생성할 수 있다. 따라서, 차폐 수단에는 차폐 수단에 의해 둘러싸인 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 가스/가스상 냉매를 인출하기 위한 배기 덕트가 제공된다. 덕트를 통하여 인출된 가스 및/또는 가스상 냉매의 양을 제어함으로써 냉매 스프레이의 특성들을 제어하는 것이 가능하다. 제어된 냉각으로 인해 작업편의 표면 품질이 더 높아지고 더 균일하게 될 것이다.
배기 덕트는 또한 차가운 가스상 냉매가 밀봉부(플라스틱 밀봉부든지 또는 가스 밀봉부든지)들을 지나서 누출되기 시작할 때까지 상기 폐쇄된 공간 내의 압력이 증가하는 것을 방지한다.
가스상 냉매가 누출되기 시작하는 경우, 이어서 차폐 수단의 외측에 응축물을 얻게 된다. 더욱이, 폐쇄된 공간 내측 압력은 매우 낮아지지 않을 것이다. 그렇지 않으면 습기를 함유하는 대기 공기는 폐쇄된 공간 내로 흡입될 수 있고 이어서 응축이 상기 차폐부 내측에 발생될 것이다. 바람직하게는, 배기 덕트는 폐쇄된 공간 내측의 압력을 공기가 시일(seal) 내로 흡입되는 것을 방지하기에 충분히 높게 그리고 차가운 가스가 시일을 지나서 누출되는 것을 회피하기에 충분히 낮게 유지하여야 한다. 더욱이, 배기물은 스트립 근처의 임계적 영역으로부터 차가운 가스를 제거하여야 한다. 이는 배기물을 통한 유동을 제어함으로써, 예를 들면 밸브 또는 유사 수단을 이용함으로써, 및/또는 냉매의 유동을 제어함으로써 달성된다.
위에서 설명된 바와 같이, 차폐 수단과 작업편 사이의 갭에 근접하여 가스 유동을 가지는 것이 바람직하다. 가스 유동은 차가운 가스가 본질적으로 폐쇄된 공간의 밖으로 나가고 본질적으로 폐쇄된 공간 내로 대기 공기가 들어오는 것을 방지하는 덮개 또는 가스 배리어로서 작용한다. 바람직하게는, 상기 가스 유동의 압력이 분위기 압력 위이고(대기 공기가 갭을 통하여 폐쇄된 공간으로 유입되는 것을 방지하도록) 그리고 본질적으로 폐쇄된 공간 내측의 압력 위이다(차가운 가스가 폐쇄된 공간으로부터 나오는 것을 방지하도록).
바람직한 실시예에 따라, 차폐 수단은 단열 처리된다. 단열은 차폐 수단에 의해 둘러싸인 용적 내의 온도가 실질적으로 감소된 경우라도 차폐 수단의 외측 표면이 따뜻하게 유지하는 것을 보장할 것이다. 차폐 수단의 외측 상에 얼음 또는 물 액적들의 형성이 방지된다.
단열은 또한 진공 절연을 제공함으로써 달성될 수 있다. 또한, 차폐 수단을 전기적으로 따뜻하게 함으로써 차폐 수단의 외부 벽을 따뜻하게 유지하는 것이 가능하다.
바람직한 일 실시예에서 단열은 상기 차폐 수단이 적어도 부분적으로 이중 벽으로 설계되고 상기 차폐 수단의 상기 벽들 사이의 갭을 통하여 가스가 지나감으로써 성취된다. 이를 위해 차폐 수단의 개구의 에지로 후속적으로 분출될 가스를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 단열을 향상시키기 위해 세 개 이상의 벽들을 구비한 차폐 수단을 제공하는 것이 또한 바람직하다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 차폐 수단의 내부로부터 배기 덕트를 경유하여 인출되는 가스상 냉매의 일 부분은 건조 가스 또는 가스 시일로서 재사용된다. 이를 위해, 이중 벽들 사이의 갭을 통하여 가스상 냉매가 지나가기 전 및/또는 가스상 냉매를 차폐 수단의 개구의 에지에 분출하기 전에 인출된 가스상 냉매를 따뜻하게 하는 것이 필요할 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 차폐 수단은 두 개 이상의 전달 노즐, 즉 두 개 또는 세 개 이상의 전달 노즐들을 둘러싼다. 바람직하게는 냉매를 공급하기 위한 전달 노즐들 모두 하나의 차폐 수단 내에 위치된다.
본 발명은 액화 또는 극저온 가스, 특히 액체 질소가 냉매로서 사용될 때 특히 유용하다. 상기 경우, 전달 노즐(들)은 액체 질소의 소스와 유체 소통된다. 용어 "액화 가스"는 액체 상태의 차가운 유체 또는 액체 및 가스 상태의 혼합물로서 의미할 것이다. 가스는 바람직하게는 불활성 가스이다.
다른 바람직한 실시예에 따라 가스상 질소는 건조 가스로서 사용된다. 건조 가스를 개구의 에지에 공급하기 위한 가스 아웃렛 또는 가스 아웃렛들은 바람직하게는 가스상 질소의 소스와 유체 소통된다. 다른 건조 가스들, 특히 건조 가스로서 불활성 가스들을 사용하는 것이 가능하지만 가스상 질소가 바람직하다.
본 발명은 바람직하게는 냉간 압연 프로세스 동안 작업 롤 및/또는 금속 스트립을 냉각하기 위해 사용된다. 냉간 압연에서 금속 스트립 또는 금속 포일은 두 개의 역회전 롤들 사이의 갭을 통하여 지나간다. 냉매는 금속 스트립 및/또는 금속 스트립을 압연하기 위한 롤들 상에 분무될 수 있다. 본 발명에 관하여, 제 1 케이스에서 금속 스트립이 작업편이고, 제 2 케이스에서 작업 롤 또는 작업 롤들이 작업편이다. 냉매로서 액체 질소를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
과도한 차가운 가스를 인출하기 위해 배기 덕트 내측의 극저온 유체(cryogen) 공급 라인의 적어도 일부가 배열되는 것이 또한 바람직하다. 이에 의해, 분위기 공기가 극저온 유체 공급 라인의 차가운 표면과 접촉하지 않는 것이 보장된다.
바람직하게는, 상기 차폐 수단과 상기 작업편 사이의 갭의 폭이 유지되거나 제어된다. 차폐 수단은 예를 들면 기계적 수단을 이용하여 작업편의 표면에 관련하여 동일한 위치에 유지될 수 있거나 작업편의 표면의 위치가 변화될 수 있는 경우, 차폐 수단의 위치가 변경될 수 있다. 예를 들면, 작업 롤의 직경은 종종 작업 롤의 성능을 향상시키기 위해 그라인딩된다. 결과적으로, 롤의 직경이 감소된다. 일 예는 챔버와 작업 롤 사이의 마찰을 감소시키기 위해 밀봉 영역에서 플라스틱 재료를 사용하는 것이며, 작은 힘을 이용하여 작업 롤 표면에 대해 챔버를 가압함으로써, 상기 차폐 수단과 상기 작업 롤(일반적으로 상기 작업편) 사이의 갭이 플라스틱 재료의 두께로 유지될 수 있다.
바람직하게는, 플라스틱 재료 또는 다른 종류의 스페이서들은 스트립과 접촉하는 롤의 영역의 외측의 차폐 수단의 에지들에서 사용된다. 이러한 영역에서 롤의 상기 부분이 스트립과 접촉하지 않기 때문에 플라스틱이 롤의 표면에 문질러지는 경우 문제가 되지 않는다. 상기 차폐 수단과 상기 작업편 사이에 정확한 갭을 얻기 위해 가스 배리어에 대해 갭을 설정하거나 제어하는 대안적인 방법은 차폐 수단 및 작업편의 상대 위치를 검출하기 위해 센서, 차폐 수단 및/또는 작업편을 이동시키기 위한 액추에이터 및 차폐 수단 및/또는 작업편의 위치를 조정하기 위한 제어 시스템을 가질 수 있다.
보수 목적들을 위해 작업 위치로부터 떨어져 수축(retract)될 수 있도록 차폐 수단을 설계하는 것이 또한 유용하다.
보수 또는 냉각이 사용하지 않는 주기 후, 본질적으로 폐쇄된 공간은 대기 공기로부터 약간의 수증기를 포함할 것이다. 따라서, 냉매, 특히 극저온 냉매가 다시 스위치 온되기 전에 건조 가스에 의해 본질적으로 폐쇄된 공간을 퍼지하는 것이 바람직하다. 본질적으로 폐쇄된 공간의 용적의 적어도 3배, 바람직하게는 적어도 5배인 가스의 양으로 본질적으로 폐쇄된 공간을 퍼지하는 것이 바람직하다. 본질적으로 폐쇄된 공간 및 건조 가스에 의해 본질적으로 폐쇄된 상기 공간 내측의 장비를 퍼지하고 및/또는 전기 가열에 의해 장비를 따뜻하게 하는 것이 또한 바람직하다.
본 발명은 지금부터 첨부된 도면들을 참조하여 예로서 더 특별히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 개략적으로 도시하며,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하며,
도 3은 본 발명의 제 3 실시예를 도시하며,
도 4는 본 발명의 제 4 실시예를 도시하며,
도 5는 본 발명의 제 5 실시예를 도시하며,
도 6은 본 발명의 제 6 실시예를 도시하며,
도 7은 본 발명의 제 7 실시예를 도시한다.
도 1은 금속 스트립 또는 금속 포일(10)을 냉간 압연하기 위해 사용되는 작업 롤(1) 상으로 액체 질소를 분무하기 위한 장치를 개략적으로 보여준다. 액체 질소(2)는 공급 라인(3)을 경유하여 복수의 전달 노즐(4)들에 공급된다. 액체 질소는 상기 롤(1)의 표면으로 지향되는 질소 제트(5)들의 형태로 전달 노즐(4)들로부터 나온다. 분무 프로세스 동안 및 분무 프로세스 후, 액체 질소는 기화하여 가스상 질소를 형성한다.
전달 노즐(4)들은 차폐 수단으로서 기능하는 엔클로저(enclosure; 6)에 의해 둘러싸인다. 엔클로저 또는 차폐 수단(6)은 작업 롤(1)을 향하여 개구를 가진다. 차폐 수단(6)은 적어도 부분적으로 이중 벽(7)들로 설계된다. 상온의 가스상 질소(8)가 차폐 수단(6)의 두 개의 벽(7)들 사이의 갭에 제공된다. 질소 가스(8)는 두 개의 벽(7)들 사이로 유동하고 이에 의해 차폐 수단(6)을 단열시킨다. 비록 액체 질소가 차폐 수단(6)과 작업 롤(1)에 의해 한정된 본질적으로 폐쇄된 공간 내측에서 증발되지만 차폐 수단의 외측 표면은 따뜻하게 남아 있다. 따뜻한 가스는 외부 벽을 절연할 뿐만 아니라 열을 제공한다. 건조 가스상 질소는 차폐 수단(6)의 개구의 에지들에 근접한, 즉 롤(1)에 근접하여 작동하는 이중 벽들 사이의 고리형 갭(7)으로부터 나온다.
갭(7)으로부터 나오는 따뜻한 질소 가스(9)는 가스 배리어로서 작용하고 차폐 수단(6)과 롤(1) 사이의 작은 갭을 차단하고 이에 따라 공기가 차폐 수단(6)의 내부 내로 유입하는 것 및 차가운 가스가 누출되는 것을 방지한다. 가스 유동(9)의 압력은 분위기 압력 위이고 차폐 수단(6)에 의해 한정된 본질적으로 폐쇄된 공간 내측의 압력 위이다.
엔클로저 또는 차폐 수단(6)은 차폐 수단(6)에 의해 한정된 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 가스를 인출하는 것을 허용하는 덕트(11)를 더 포함한다. 덕트(11)를 통한 가스 유동은 과잉 질소 가스가 엔클로저(6)로부터 그리고 롤(1)의 표면으로부터 추출되는 방식으로 제어된다. 상기 가스는 그렇지 않으면 액체 질소 분무의 효율에 영향을 미칠 수 있는 난류를 생성한다. 또한, 잠재적 질식성(asphyxiating)의 불활성 질소 가스는 작업 환경으로부터 제거된다. 다른 한편으로, 덕트(11)를 통한 가스 유동은 주변으로부터 엔클로저(6)와 롤(1) 사이의 갭을 경유하여 엔클로저(6) 내로 공기를 흡입하지 않아야 한다. 이는 덕트(11)를 통한 가스 유동이 바람직하게는 위에서 설명된 효과들의 최적화를 성취하도록 제어되는 것을 의미한다. 덕트(11)를 통한 가스 유동은 바람직하게는 엔클로저(6)의 설계, 액체 질소(2, 5)의 압력 및 유동 및/또는 이중 벽(7)들을 통과하여 지나가는 건조 가스(8)의 압력 및 유동에 따라 제어된다.
바람직하게는, 엔클로저(6)의 후방, 노즐(4)들의 뒤 또는 상류- 및 공급 라인(3)은 상기 부분들의 이슬점뿐만 아니라 이중 벽형 부분(7) 위에 있는 것을 보장하기 위해 절연된다. 또한 배기 덕트(11) 상에 임의의 응축이 스트립(10) 상에서 얻을 수 있는 적어도 임계적 구역 내에서, 배기 덕트(11)를 절연하는 것이 더 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예를 보여준다. 도 2는 또한 금속 스트립 또는 금속 포일(10)을 냉간 압연하기 위해 사용되는 롤(1) 상에 액체 질소를 분무하기 위한 장치를 보여준다. 이러한 실시예에서 액체 질소(21)는 전달 노즐(23)들에서 종료되는 공급 라인(22)을 경유하여 공급된다. 액체 질소는 전달 노즐(23)로부터 나오며 롤(1)의 표면으로 지향된다.
공급 라인(22) 및 전달 노즐(23)은 박스형 엔클로저(24)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 박스형 엔클로저(24)는 전달 노즐(23)의 아웃렛과 정렬되고 롤(1)을 향하여 지향되는 개구(25)를 가진다: 박스형 엔클로저(24)는 작업 롤(1)에 충분히 근접하게 배열되어 압력 배리어의 생성을 허용하고 이슬점 아래의 가스가 엔클로저(24)와 작업 롤(1) 사이의 작은 갭을 통하여 작업 롤(1)에 대한 국부 영역으로 누출되는 것을 방지한다. 박스형 엔클로저(24)에는 이중 벽(26)들이 제공된다. 가스상 질소(27)는 박스형 엔클로저(24)의 두 개의 벽(26)들 사이의 갭으로 공급된다. 질소 가스(27)는 두 개의 벽(26)들 사이의 갭을 채우며 이에 의해 박스형 엔클로저(24)를 단열 처리한다. 비록 박스형 엔클로저(24)의 내부가 질소를 기화시킴으로써 냉각되지만 박스형 엔클로저(24)의 외측 표면은 따뜻하게 남아 있다. 따뜻한 질소는 박스형 엔클로저(24)의 개구(25)의 에지에 근접한 이중 벽(26)들 사이의 고리형 갭으로부터 나온다. 도 1에 따른 실시예와 유사하게, 공급 라인(22) 및 배기부(30)가 절연된다.
두 개의 벽(26)들 사이의 갭으로부터 나오는 따뜻한 질소 가스(28)는 박스형 엔클로저(24)와 롤(1) 사이의 작은 갭(29)으로 유입되고 이에 따라 공기가 박스형 엔클로저(24)의 내부 내로 유입되는 것 및 차가운 가스가 누출되는 것을 방지한다. 박스형 엔클로저(24)는 박스형 엔클로저(24)의 내부로부터 가스를 인출하는 것을 허용하는 덕트(30)를 더 포함한다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 보여준다. 차폐 수단은 작업 롤(304)과 함께 본질적으로 폐쇄된 공간(302)을 함께 형성하는 박스형 챔버(301)로서 설계된다. 작업 롤(304)은 시계 방향(305) 또는 반시계 방향(306)으로 이동될 수 있다. 극저온 유체 공급 라인(307)을 경유하여 액체 질소는 유체 헤더(309)로 공급될 수 있고 수 개의 전달 노즐(310)들에 의해 작업 롤(304) 상으로 분무될 수 있다. 액추에이터들, 제어 밸브들 및 센서(308)들은 전달 노즐(310)들로의 극저온 유동을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
챔버(301)는 챔버(301)의 내부로부터 질소 가스를 인출하기 위한 배기 덕트(303)가 추가로 제공된다. 작업 롤(304)과 접촉하는 챔버(301)의 에지(311)들에는 챔버(301)의 둘러싸인 용적(302)을 밀봉하기 위해 시일, 예를 들면 플라스틱 재료가 제공된다.
챔버(301)의 외부 벽을 주변 분위기의 이슬점 위의 온도로 유지하기 위하여, 전기 가열부(312)가 제공된다. 전기 가열 요소(312)들은 물이 응축되는 것을 방지하도록 상기 챔버(301)의 외부 벽을 따뜻하게 한다.
도 4는 도 3에서 도시된 실시예와 매우 유사한 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 보여준다. 모든 도면들에서 동일한 도면 부호들은 동일한 부분들을 지칭한다.
이러한 실시예에 따라 그 사이에 갭(403)을 형성하는 이중 벽(401, 402)들을 구비한 챔버가 설계된다. 따뜻한 가스, 바람직하게는 대기 온도를 가진 질소 가스가 갭(403) 내로 도입되어 외부 벽(401)을 주변 분위기의 이슬점 위, 바람직하게는 주변 분위기 온도 위의 온도로 유지하는 절연 층을 형성한다.
도 5는 챔버와 작업 롤(304) 사이의 갭의 밀봉의 방식에서만 도 4에 따른 실시예와 상이한 다른 바람직한 실시예를 보여준다. 이러한 실시예에서 챔버와 작업 롤(304) 사이의 갭의 밀봉은 챔버의 외부 벽(401)과 내부 벽(402) 사이의 갭(403)으로부터 가스 아웃렛(511)을 가짐으로써 달성된다. 먼저 갭(403) 내에서 절연체로서 작용하는 따뜻한 질소 가스는 상기 갭(403)으로부터 나와서 챔버의 에지(511)에서, 즉 챔버와 작업 롤(304) 사이의 갭에서 밀봉 덮개를 형성한다. 갭(403) 내에서 유동하는 따뜻한 질소 가스의 압력은 바람직하게는 챔버의 내부(302) 내의 압력 보다 더 높으며 챔버와 작업 롤(304) 사이의 갭을 통하여 본질적으로 폐쇄된 공간(302)으로부터, 즉 챔버의 내부로부터 냉각 가스 및 액체가 누출되지 않고 분위기 공기가 본질적으로 폐쇄된 공간(302)으로 유입될 수 없도록 분위기 압력보다 더 높다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 보여준다. 이러한 경우 본 발명의 방법은 이동하거나 정지될 수 있는 금속 스트립(601)과 같은 평평한 피스(flat piece)의 금속을 냉각시키기 위해 사용된다. 이러한 경우 금속 스트립(601) 자체가 작업편이다. 챔버(604)는 금속 스트립(601) 상에 위치 설정되어 금속 스트립(601)과 함께 챔버(604)가 본절적으로 폐쇄된 공간(602)을 형성한다. 극저온 유체 공급 라인(606)을 경유하여 액체 질소는 유체 헤더에 공급될 수 있고 수 개의 전달 노즐(609)들에 의해 금속 스트립(601) 상으로 분무될 수 있다. 액추에이터들, 제어 밸브들 및 센서(608)들은 전달 노즐(609)들 및 극저온 유체 스프레이(610)로의 극저온 유체 유동을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
챔버(604)에는 챔버(604)의 내부(602)로부터 질소 가스를 인출하기 위한 배기 덕트(605)가 추가로 제공된다. 금속 스트립(601)과 접촉하는 챔버(604)의 에지들에는 챔버(604)의 둘러싸인 용적(602)을 밀봉하기 위해 시일들, 예를 들면 플라스틱 재료가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 작업 롤(708) 및 작업 롤(708)을 냉각시키기 위한 본 발명의 장치의 측면도를 보여주는 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 작업 롤(708)의 표면(706)에는 복수의 극저온 유체 노즐(705)들의 분무가 가해진다. 도면 부호 "704"는 유체 축적기들, 센서들, 액추에이터들, 유체 헤더, 밸브들 등과 같은 극저온 장비를 지칭한다. 도 1 내지 도 6과 유사하게, 극저온 유체 노즐(705)들은 작업 롤(708)을 구비한 본질적으로 폐쇄된 공간을 형성하는 챔버(703)에 의해 둘러싸인다.
노즐(705)에 의해 분무되는 극저온 유체, 바람직하게는 액체 질소는 극저온 유체 공급 라인(701)을 경유하여 공급된다. 극저온 유체의 분무 동안 생산되는 차가운 가스는 배기 덕트(702)를 통하여 인출된다. 극저온 유체 공급 라인(701)은 배기 덕트(702) 내측에 배열된다. 이러한 방법은 차가운 가스가 극저온 유체 공급 라인(701)을 둘러싸서 공급 라인(701)을 통하여 유동하는 극저온 유체로부터 분위기 열을 제거하는 것을 보장한다.
챔버(703)에는 바람직하게는 스트립 위의 구역에서, 이중 벽들을 또는 절연부가 제공되는 것이 바람직하다. 적어도 스트립에 근접한 구역에서 차폐 수단의 외부 벽은 습기의 응축을 회피하기 위해 따뜻하게 되어야 한다. 스트립 외에, 외부 벽을 따뜻하게 유지하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.

Claims (17)

  1. 냉매 공급 라인(3),
    냉매(2)를 전달하기 위한 하나 이상의 전달 노즐(4),
    상기 전달 노즐(4)의 적어도 일 부분을 둘러싸는 차폐 수단(6)을 포함하는 냉매(2)를 작업편(1)에 분무하기 위한 장치에 있어서,
    상기 차폐 수단(6)은 상기 작업편(1)과 함께 본질적으로 폐쇄된 공간을 형성하도록 배열되며,
    상기 차폐 수단(6)은 가스상 냉매를 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 상기 작업편으로부터 원격의 위치에 배기하기 위한 배기 수단(11)을 포함하며,
    상기 차폐 수단(6)의 외측을 이슬점 위의 온도로 유지하기 위한 수단(7, 8)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 수단(6)의 외측을 이슬점 위의 온도로 유지하기 위한 상기 수단은 단열(thermal insulation) 및/또는 가열 수단(312), 특히 전기 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차폐 수단(6)은 적어도 부분적으로 이중 벽(7)을 가지며 가스, 바람직하게는 따뜻한 가스의 소스가 상기 차폐 수단(6)의 상기 벽(7)들 사이의 갭에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    가스 아웃렛(9)은 상기 차폐 수단(6)과 상기 작업편(1) 사이의 갭에 또는 상기 갭에 근접하게 제공되며, 상기 가스 아웃렛(9)은 가스 공급원(8), 바람직하게는 가스상 질소의 소스 또는 따뜻한 가스상 질소의 소스와 유체 소통되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차폐 수단(6)의 상기 벽들 사이의 상기 갭(7)은 상기 차폐 수단(6)과 상기 작업편(1) 사이의 갭에 또는 상기 갭에 근접하게 가스 아웃렛(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차폐 수단(6)은 두 개 이상의 전달 노즐들을 둘러싸는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달 노즐(4)은 극저온 유체, 특히 액체 질소의 소스와 유체 소통되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 공급 라인(701)은 상기 배기 수단(702) 내에 적어도 부분적으로 위치되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 장치.
  9. 냉매(2)가 하나 이상의 전달 노즐(4)에 의해 분무되고 상기 전달 노즐(4)의 적어도 일 부분을 둘러싸는 차폐 수단(6)이 제공되는, 냉매(2)를 작업편(1)에 분무하기 위한 방법에 있어서,
    상기 차폐 수단(6)이 상기 작업편(1)과 함께 본질적으로 폐쇄된 공간을 형성하도록 배열되며, 가스상 냉매가 상기 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 상기 작업편으로부터 원격의 위치로 인출되며, 상기 차폐 수단(6)의 외측이 이슬점 위의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 차폐 수단(6)의 외측이 가열 수단(312)에 의해, 특히 전기 히터에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    가스, 특히 질소가 상기 차폐 수단(6)과 상기 작업편(1) 사이의 갭(9)으로 분출되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스의 압력은 상기 주변 분위기의 분위기 압력 위 및 상기 본질적으로 폐쇄된 공간 내측의 압력 위로 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    극저온 유체, 특히 액체 질소가 냉매(2)로서 사용되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매(2)는 금속 스트립을 압연하기 위해 금속 스트립(601) 상으로 및/또는 롤(1) 상으로 분무되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본질적으로 폐쇄된 공간 내의 압력이 분무된 냉매(2)의 유동을 조정함으로써 및/또는 상기 본질적으로 폐쇄된 공간으로부터 인출된 가스상 냉매의 유동을 조정함으로서 제어되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본질적으로 폐쇄된 공간은 상기 냉매를 분무하기 전에 건조 공기로 퍼지(purge)되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
  17. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차폐 수단(6)과 상기 작업편(1) 사이의 갭(9)의 폭이 유지되거나 제어되는 것을 특징으로 하는,
    냉매를 작업편에 분무하기 위한 방법.
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