KR20140084610A - 냉각휠과 노즐간 간격제어장치 및 방법 - Google Patents

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KR20140084610A
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wheel
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nozzle
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공남웅
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 냉각휠과 노즐간 간격제어장치 및 방법을 공개한다. 본 발명의 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어장치 및 방법은, 용융물을 급속 냉각시켜 얇은 제품을 제조할 때 용융물이 냉각휠을 통과하는 동안 냉각휠의 온도 변동으로 인한 냉각휠의 열팽창으로 냉각휠과 상기 냉각휠에 용융물을 분사하는 노즐 사이의 간격이 변하더라도 냉각휠 및 노즐 간의 간격을 일정하게 유지하여 원하는 두께 및 품질을 갖는 제품을 제조할 수 있도록 해준다.

Description

냉각휠과 노즐간 간격제어장치 및 방법{Control apparatus and method of gap between molten material and nozzle}
본 발명은 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
용융물을 급속 냉각시켜 얇은 제품을 만드는 공정을 RSP(Rapid Solidification Process)라고 한다. 이때 용융물을 제품으로 만드는 공정에서 냉각휠 및 노즐간의 간격이 제품의 품질 및 두께를 결정짓는 인자(factor)들 중 하나이다.
그러나 제품 공정 중 냉각휠의 용융물이 노즐을 통해 분사되기 때문에 냉각휠의 온도가 급격하게 증가하게 된다. 이로 인해서 미리 설정된 냉각휠과 노즐간 간격은 냉각휠의 온도가 증감함에 따라 열팽창으로 변하게 된다. 즉 노즐을 통과한 용융물이 제품이 될 때 냉각휠과 노즐 사이의 간격이 제품이 제조되는 동안 변하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2012-0074550호(공개일: 2012년 07월 06일)가 있다.
본 발명의 목적은 용융물을 급속 냉각시켜 얇은 제품을 제조할 때 용융물이 냉각휠을 통과하는 동안 냉각휠의 온도 변동으로 인한 냉각휠의 열팽창으로 냉각휠과 노즐 사이의 간격이 변하더라도 냉각휠 및 노즐 간의 간격을 일정하게 유지하여 원하는 두께 및 품질을 갖는 제품을 제조하도록 한 냉각휠과 노즐간 간격제어장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 냉각휠과 노즐 간 간격제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각휠과 노즐간 간격제어장치의 실시예는, 냉각휠 및 상기 냉각휠에 용융물을 분사하는 노즐을 구비하는 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격제어장치에 있어서, 상기 냉각휠의 표면온도를 측정하는 휠표면 온도 계측부와 상기 냉각휠의 표면온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출해서 상기 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 일정하게 제어하는 간격 제어부를 구비한다.
상기 간격 제어부는, 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 하기의 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
(
Figure pat00002
는 상기 냉각휠의 열팽창 모델값[mm]이며,
Figure pat00003
는 상기 냉각휠 재질의 열팽창계수[mm/℃]이며,
Figure pat00004
는 t시간에서의 상기 냉각휠의 표면온도이며,
Figure pat00005
는 초기시간에서의 상기 냉각휠의 표면온도이다.)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각휠과 노즐간 간격제어장치의 다른 실시예는, 냉각휠 및 상기 냉각휠에 용융물을 분사하는 노즐을 구비하는 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격제어장치에 있어서, 상기 냉각휠의 표면온도를 측정하는 휠표면 온도 계측부, 상기 냉각휠을 냉각시키기 위해 상기 냉각휠에 유입되는 냉각수의 입측 온도를 측정하는 입측 냉각수 온도 측정부, 상기 냉각휠에 유입된 후 유출되는 냉각수의 출측 온도를 측정하는 출측 냉각수 온도 측정부, 및 상기 냉각휠의 표면온도, 상기 냉각수의 입측 온도 및 상기 냉각수의 출측 온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출해서 상기 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 일정하게 제어하는 간격 제어부를 구비한다.
상기 간격 제어부는, 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 하기의 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00006
(
Figure pat00007
는 상기 냉각휠의 열팽창 모델값[mm]이며,
Figure pat00008
은 상기 냉각수의 출측 온도이며,
Figure pat00009
은 상기 냉각수의 입측 온도이며,
Figure pat00010
는 상기 냉각휠 재질의 열팽창계수(A)[mm/℃]와, 상기 냉각휠의 표면온도 및 상기 냉각수의 입측 온도와 출측 온도 차이 값 사이의 기울기(B)를 곱하여 얻어지는 값(
Figure pat00011
)이다.)
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각휠과 노즐간 간격제어방법의 실시예는, 냉각휠 및 상기 냉각휠에 용융물을 분사하는 노즐을 구비하는 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격제어방법에 있어서, 상기 냉각휠의 표면온도를 측정하는 단계; 상기 냉각휠의 표면온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출하는 단계; 및 상기 산출한 냉각휠의 열팽창 모델값을 이용하여 상기 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 제어하는 단계를 구비한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각휠과 노즐간 간격제어방법의 다른 실시예는, 냉각휠 및 상기 냉각휠에 용융물을 분사하는 노즐을 구비하는 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격제어방법에 있어서, 상기 냉각휠의 표면온도를 측정하는 단계; 상기 냉각휠을 냉각시키기 위해 상기 냉각휠에 유입되는 냉각수의 입측 온도를 측정하는 단계; 상기 냉각휠에 유입된 후 유출되는 냉각수의 출측 온도를 측정하는 단계; 상기 냉각휠의 표면온도, 상기 냉각수의 입측 온도 및 상기 냉각수의 출측 온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 냉각휠의 열팽창 모델값을 이용하여 상기 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 일정하게 제어하는 단계를 구비한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 용융물을 급속 냉각시켜 얇은 제품을 제조할 때 용융물이 냉각휠을 통과하는 동안 냉각휠의 온도 변동으로 인한 냉각휠의 열팽창으로 냉각휠과 노즐 사이의 간격이 변하더라도 냉각휠 및 노즐 간의 간격을 일정하게 유지하여 원하는 두께 및 품질을 갖는 제품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어방법에 대한 플로차트를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어방법에 대한 플로차트이다.
도 5는 냉각휠의 표면온도(Temperature of Cooling Wheel) 및 냉각수의 입출측 온도 차이값(Temperature of Water) 사이의 기울기를 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어장치의 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어장치는 휠표면 온도 계측부(100), 입측 냉각수 온도 측정부(200), 출측 냉각수 온도 측정부(300) 및 간격제어부(400)를 포함한다. 도 1 및 도 2에서, 10은 노즐을, 20은 냉각휠을, 30은 입측 냉각수관을, 40은 출측 냉각수관을 각각 나타낸다. 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 급냉응고 주편제조장치는 노즐(10) 및 냉각휠(20)을 구비할 수 있다. 노즐(10)은 용융물을 냉각휠(20)에 분사한다. 상기 용융물은 냉각휠(20)에 의해 급속하게 응고될 수 있으며, 이러한 응고를 통하여 비정질 또는 결정질의 급냉응고 스트립 등의 주편을 제조할 수 있다.
휠표면 온도 계측부(100)는 냉각 휠(20)의 표면온도를 측정한다.
입측 냉각수 온도 측정부(200)는 냉각 휠(20)을 냉각시키기 위해 냉각 휠(20)에 유입되는 냉각수의 입측 온도를 측정한다. 이 때 냉각수는 입측 냉각수관(30)을 통해서 냉각 휠(20)에 유입될 수 있다. 따라서 상기 냉각수의 입측 온도는 실제로 입측 냉각수관(30)의 표면온도를 측정함으로써 이루어질 수 있다.
출측 냉각수 온도 측정부(300)는 냉각 휠(20)에 유입된 후 유출되는 냉각수의 출측 온도를 측정한다. 이 때 냉각수는 출측 냉각수관(40)을 통해서 냉각 휠(20)으로부터 유출될 수 있다. 따라서 상기 냉각수의 출측 온도는 실제로 출측 냉각수관(40)의 표면온도를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 상기 입측 냉각수관(30) 및 출측 냉각수관(40)은 일체로 구성되거나 별개로 구성되어 결합수단(미도시)에 의해서 결합될 수 있으며, 상기 냉각 휠(20)의 중앙에 형성된 관통홀(50)을 통하여 냉각휠(20)을 관통할 수 있다.
일 실시예에 있어서 간격제어부(400)는, 상기 냉각 휠(20)의 표면온도를 이용하여 냉각휠(20)의 열팽창 모델값을 산출해서 노즐(10)과 상기 냉각휠(20)의 간격을 일정하게 제어한다. 노즐(10)과 냉각휠(20)간의 일정 간격이 유지되도록, 냉각휠(20)의 열팽창 모델값의 증가에 비례하여 노즐(10)과 냉각휠(20) 간의 간격을 넓히고 냉각휠(20)의 열팽창 모델값의 감소에 따라 노즐(10)과 냉각휠(20) 간의 간격을 좁힐 수 있다. 이는 간격제어부(400)가 노즐(10) 또는 냉각휠(20)의 위치를 제어함으로써 수행될 수 있다.
이때, 간격제어부(400)는, 상기 냉각휠(20)의 열팽창 모델값을 하기의 수학식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure pat00012
Figure pat00013
는 상기 냉각휠(20)의 열팽창 모델값[mm]이며,
Figure pat00014
는 상기 냉각휠(20) 재질의 열팽창계수[mm/℃]이며,
Figure pat00015
는 t시간에서의 냉각휠(20)의 표면온도이며,
Figure pat00016
는 초기시간에서의 냉각휠(20)의 표면온도이다.
한편, 다른 실시예에 있어서, 간격제어부(400)는, 냉각 휠(20)의 표면온도, 상기 냉각수의 입측 온도 및 상기 냉각수의 출측 온도를 이용하여 상기 냉각휠(20)의 열팽창 모델값을 산출해서 노즐(10)과 상기 냉각휠(20)의 간격을 일정하게 제어한다.
이때, 간격제어부(400)는 상기 냉각휠(20)의 열팽창 모델값을 하기의 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure pat00017
Figure pat00018
는 상기 냉각휠(20)의 열팽창 모델값[mm]이며,
Figure pat00019
은 상기 냉각수의 출측 온도이며,
Figure pat00020
은 상기 냉각수의 입측 온도이며,
Figure pat00021
는 상기 냉각휠(20) 재질의 열팽창계수(A)[mm/℃]와, 상기 냉각휠(20)의 표면온도 및 상기 냉각수의 입측 온도와 출측 온도 차이 값 사이의 기울기(B)를 곱하여 얻어지는 값(
Figure pat00022
)이다. 그리고 냉각휠(20)의 표면온도(Temperature of Cooling Wheel) 및 냉각수의 입출측 온도 차이값(Temperature of Water) 사이의 기울기를 예시한 도면이 도 5에 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어방법에 대한 플로차트를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어방법은, 도 1 및 도 2의 도시된 본 발명의 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어장치에 의해서 수행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
먼저 냉각 휠의 표면온도를 측정한다(S1).
상기 냉각 휠의 표면온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출한다(S2). 이 때 상기 냉각휠의 열팽창 모델값은 상기 수학식 1을 이용하여 산출될 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이후 상기 산출한 냉각휠의 열팽창 모델값을 이용하여 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 제어한다(S3).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어방법에 대한 플로차트이다.
도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어방법은 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 냉각휠과 노즐간 간격제어장치에 의해서 수행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
먼저 냉각 휠의 표면온도를 측정한다(S10).
상기 냉각 휠을 냉각시키기 위해 상기 냉각 휠에 유입되는 냉각수의 입측 온도를 측정한다(S11).
상기 냉각 휠에 유입된 후 유출되는 냉각수의 출측 온도를 측정한다(S12). 이 때 도 4에는 단계 S10, S11, S12의 순으로 수행되는 것으로 도시되어 있으나 이는 일 예시에 불과하며 S10, S11 및 S12가 동시에 수행되거나 S11, S12 및 S10 순으로 수행되거나 S12, S10 및 S11의 순으로 수행되거나, S12, S10 및 S11의 순으로 수행되거나 S12, S11 및 S10의 수행될 수도 있다.
이후 상기 냉각 휠의 표면온도, 상기 냉각수의 입측 온도 및 상기 냉각수의 출측 온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출한다(S13). 이 때 상기 냉각휠의 열팽창 모델값은 상기 수학식 2에 의해서 산출될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 산출된 냉각휠의 열팽창 모델값을 이용하여 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 일정하게 제어한다(S14).
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 휠표면 온도 계측부
200 : 입측 냉각수 온도 측정부
300 : 출측 냉각수 온도 측정부
400 : 간격제어부

Claims (8)

  1. 냉각휠 및 상기 냉각 휠에 용융물을 분사하는 노즐을 구비하는 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격제어장치에 있어서,
    상기 냉각휠의 표면온도를 측정하는 휠표면 온도 계측부; 및
    상기 냉각휠의 표면온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출해서 상기 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 일정하게 제어하는 간격 제어부를 구비하는 냉각휠과 노즐간 간격제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 간격 제어부는
    상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 냉각휠과 노즐간 간격제어장치.
    [수학식]
    Figure pat00023

    (
    Figure pat00024
    는 상기 냉각휠의 열팽창 모델값[mm]이며,
    Figure pat00025
    는 상기 냉각휠 재질의 열팽창계수[mm/℃]이며,
    Figure pat00026
    는 t시간에서의 상기 냉각휠의 표면온도이며,
    Figure pat00027
    는 초기시간에서의 상기 냉각휠의 표면온도이다.)
  3. 냉각휠 및 상기 냉각휠에 용융물을 분사하는 노즐을 구비하는 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격제어장치에 있어서,
    상기 냉각휠의 표면온도를 측정하는 휠표면 온도 계측부;
    상기 냉각휠을 냉각시키기 위해 상기 냉각휠에 유입되는 냉각수의 입측 온도를 측정하는 입측 냉각수 온도 측정부;
    상기 냉각휠에 유입된 후 유출되는 냉각수의 출측 온도를 측정하는 출측 냉각수 온도 측정부; 및
    상기 냉각휠의 표면온도, 상기 냉각수의 입측 온도 및 상기 냉각수의 출측 온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출해서 상기 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 일정하게 제어하는 간격 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각휠과 노즐간 간격제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 간격 제어부는,
    상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 냉각휠과 노즐간 간격제어장치.
    [수학식]
    Figure pat00028

    (
    Figure pat00029
    는 상기 냉각휠의 열팽창 모델값[mm]이며,
    Figure pat00030
    은 상기 냉각수의 출측 온도이며,
    Figure pat00031
    은 상기 냉각수의 입측 온도이며,
    Figure pat00032
    는 상기 냉각휠 재질의 열팽창계수(A)[mm/℃]와, 상기 냉각휠의 표면온도 및 상기 냉각수의 입측 온도와 출측 온도 차이 값 사이의 기울기(B)를 곱하여 얻어지는 값(
    Figure pat00033
    )이다.)
  5. 냉각휠 및 상기 냉각휠에 용융물을 분사하는 노즐을 구비하는 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격제어방법에 있어서,
    상기 냉각휠의 표면온도를 측정하는 단계;
    상기 냉각휠의 표면온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출한 냉각휠의 열팽창 모델값을 이용하여 상기 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각휠과 노즐간 간격제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 냉각 휠의 표면온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출하는 단계는,
    상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 냉각휠과 노즐간 간격제어방법.
    [수학식]
    Figure pat00034

    (
    Figure pat00035
    는 상기 냉각휠의 열팽창 모델값[mm]이며,
    Figure pat00036
    는 상기 냉각휠 재질의 열팽창계수[mm/℃]이며,
    Figure pat00037
    는 t시간에서의 상기 냉각휠의 표면온도이며,
    Figure pat00038
    는 초기시간에서의 상기 냉각휠의 표면온도이다.)
  7. 냉각휠 및 상기 냉각휠에 용융물을 분사하는 노즐을 구비하는 급냉응고 주편제조장치의 냉각휠과 노즐간 간격제어방법에 있어서,
    상기 냉각휠의 표면온도를 측정하는 단계;
    상기 냉각휠을 냉각시키기 위해 상기 냉각휠에 유입되는 냉각수의 입측 온도를 측정하는 단계;
    상기 냉각휠에 유입된 후 유출되는 냉각수의 출측 온도를 측정하는 단계;
    상기 냉각휠의 표면온도, 상기 냉각수의 입측 온도 및 상기 냉각수의 출측 온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 냉각휠의 열팽창 모델값을 이용하여 상기 노즐과 상기 냉각휠의 간격을 일정하게 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각휠과 노즐간 간격제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 냉각휠의 표면온도, 상기 냉각수의 입측 온도 및 상기 냉각수의 출측 온도를 이용하여 상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 산출하는 단계는,
    상기 냉각휠의 열팽창 모델값을 하기의 수학식을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 냉각휠과 노즐간 간격제어방법.
    [수학식]
    Figure pat00039

    (
    Figure pat00040
    는 상기 냉각휠의 열팽창 모델값[mm]이며,
    Figure pat00041
    은 상기 냉각수의 출측 온도이며,
    Figure pat00042
    은 상기 냉각수의 입측 온도이며,
    Figure pat00043
    는 상기 냉각휠 재질의 열팽창계수(A)[mm/℃]와, 상기 냉각휠의 표면온도 및 상기 냉각수의 입측 온도와 출측 온도 차이 값 사이의 기울기(B)를 곱하여 얻어지는 값(
    Figure pat00044
    )이다.)
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