KR20150016411A

KR20150016411A - 주조 설비, 압연 설비 또는 기타 스트립 처리 라인에서 표면을 냉각하기 위한 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20150016411A
Application number: KR1020157001392A
Authority: KR
Inventors: 요아네스 알켄; 토르스텐 뮐러; 토마스 하슈케
Original assignee: 에스엠에스 지마크 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2015-02-11
Also published as: RU2612467C2; RU2015103150A; US20150239027A1; CN104602831A; CN104602831B; JP5840818B2; EP2866957A1; EP2866957B1; JP2015527199A; WO2014006008A1; US9421593B2; KR101659474B1; DE102012211454A1

Abstract

본 발명은, 주조 재료, 압연 재료(1), 또는 압연롤의 표면을 냉각하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법을 위해, 유입구(3)와, 냉각할 표면에 대향하여 위치하는 유출구(5)를 포함하는 노즐이 제공된다. 또한, 유입구(3)를 통해 노즐(2)로 공급되어 유출구(5)를 통해 노즐(2)에서 배출되는 냉각 유체의 바람직하게는 단상인 체적 유량(V)이 제공된다. 본 발명에 따라, 노즐 유출구(5)는 냉각할 표면에 대해 가변하는 이격 간격(d)으로 이격되어 장착되며, 노즐(2)의 유입구(3)로 공급되는 냉각 유체의 체적 유량(V)은, 노즐(2)이 베르누이 원리에 따라서 냉각할 표면(1) 쪽에 흡인되는 방식으로 설정된다. 그 밖에도, 본 발명은, 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 냉각 장치(10), 그리고 이 냉각 장치(10)를 포함하는 압연 장치에도 관한 것이다.

Description

주조 설비, 압연 설비 또는 기타 스트립 처리 라인에서 표면을 냉각하기 위한 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR COOLING SURFACES IN CASTING INSTALLATIONS, ROLLING INSTALLATIONS OR OTHER STRIP PROCESSING LINES}

본 발명은, 주조 설비, 압연 설비, 또는 기타 스트립 처리 라인에서 표면을 냉각하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 이 경우, 바람직하게 냉각 매체는 주조 재료, 또는 압연 재료, 특히 금속 스트립 내지 박판, 또는 압연롤의 표면 상에 도포된다.

종래 기술로부터는 금속 스트립 또는 압연롤을 냉각하기 위한 다수의 방법이 공지되었다.

DE 41 16 019 A1은 예컨대 직진형 분무 노즐들로서 형성되어 양측에 배치된 액체 노즐들을 이용하여 금속 스트립을 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 노즐들을 통해, 충돌 제트들(impinging jet)이 형성되고, 개별 충돌 제트들의 충돌 지점을 중심으로 초임계 유동(supercritical flowing)의 영역들이 형성된다. 상기 장치의 경우, 제트들은 자유롭게, 그리고 각각의 안내 또는 제한 없이 바닥 표면에 부딪친다. 상기 장치에서 단점은, 예컨대 상대적으로 물 소모량이 높을 뿐 아니라, 실행되는 제어에도 불구하고 초임계 유동과 냉각할 표면 사이에서 어렵게만 방지될 수 있는 증기 층이 형성된다는 점에 있다.

DE 27 51 013 A1은, 물방울을 포함하는 분사 제트가 생성되어 냉각할 금속 플레이트 상으로 향하는 냉각 장치를 개시하고 있다. 이를 위해 필요한 노즐들은 벤츄리 관들로서 형성되며, 이들 벤츄리 관을 통해 공기와 물의 목표하는 혼합물이 이송된다. 이 결과 발생하는 다상 냉각제 유량은 냉각 작용을 대폭 저하시키는 증기 층 형성을 야기한다.

JP 2005118838 A는 분사 노즐들을 통한 냉각을 위한 장치를 개시하고 있다. 분사 노즐들의 이용을 통해, 액체와 기상 성분들로 구성되는 제트가 형성된다. 그 결과, 마찬가지로 냉각할 재료 상에서 증기 층이 형성되며, 이런 증기 층은 효과적인 냉각에 장애가 된다.

본 발명의 과제는, 주조 재료, 압연 재료 또는 압연롤을 냉각하기 위한 개량된 방법을 제공하는 것에 있다.

바람직한 과제는, 앞서 언급한 단점들 중 하나 이상의 단점을 극복하는 것에 있다.

특히 바람직한 과제는, 소요되는 냉각제량이 감소되고 냉각의 효율성, 효과 및/또는 유연성이 개량되도록 하는 것에 있다.

기술적 과제는, 독립 청구항 제1항의 특징들을 통해 해결된다. 주조 재료, 압연 재료(특히 금속 스트립 또는 박판) 또는 압연롤의 표면을 냉각하기 위한 청구되는 방법에 따라서, 제1 안쪽 내지 내부 횡단면을 갖는 유입구와, 바람직하게는 제1 횡단면보다 더 큰 제2 안쪽 내지 내부 횡단면을 가지면서 냉각할 표면에 대향하여 위치하는 유출구를 포함하는 노즐이 제공된다. 또한, 유입구를 통해 노즐로 공급되고 유출구를 통해서는 노즐에서 배출되는 냉각 유체의 바람직하게는 단상(single phase)인 체적 유량이 제공된다. 적어도 노즐 유출구 또는 노즐은 냉각할 표면까지 가변하는(또는 자유롭게 설정 가능한) 이격 간격으로 이격되어 장착된다. 또한, 노즐의 유입구로 공급되는 냉각 유체의 체적 유량은, 노즐 내지 노즐 유출구가 베르누이 원리(내지 유체동역학적 역설)에 따라서 냉각할 표면 쪽으로 (저절로) 흡인되는 방식으로 설정된다.

노즐은 냉각할 표면까지 가변하거나 자유롭게 조정될 수 있는 이격 간격으로 이격되어 장착된다는 점, 그리고 노즐을 통해 관류하는 냉각 유체의 체적 유량은 노즐이 베르누이 원리(영어: Bernoulli's principle)에 따라서 자동으로 표면 쪽으로 흡인되는 방식으로 설정된다는 점을 통해, 표면의 효과적인 냉각이 가능해진다. 언급한 원리에 따라서, 노즐 유출구에서 냉각 유체(예: 물, 공기, 또는 물과 오일로 이루어진 에멀젼)가 유출될 때, 노즐의 주변에 상대적으로 더 낮은 압력(부압)이 형성되며, 이런 압력은 노즐이 냉각할 표면 쪽으로 흡인되게 하거나, 또는 달리 말하면 유출구와 표면 사이의 이격 간격이 자체적으로 감소되게 한다. 이는, 예컨대, 유출구에서 유출되는 유체의 유동 속도가 증가됨으로써, 베르누이 원리에 따라 노즐로부터 유출되는 액체의 압력이 감소되는 것을 통해 야기될 수 있다. 이처럼 냉각할 표면과 노즐 유출구 사이의 유동의 영역에서 압력 감소를 통해, 노즐이 노즐의 주변 내 압력에 대한 압력 차이로 인해 냉각할 표면 쪽으로 흡인되는 상태가 달성된다. 그러나 노즐은 냉각할 표면과 충돌되지 않는데, 그 이유는 체적 유량이 (지속적으로) 유입구를 통해 노즐로 공급 또는 이송되기 때문이다. 따라서 체적 유량이 바람직하게 일정한 경우, 노즐 유출구와 냉각할 표면 사이에 실질적으로 변하지 않는 이격 간격이 보장된다. 이런 이격 간격은 자기 조정되거나, 또는 달리 표현하면 이격 간격이 스스로 설정된다.

표면까지의 이격 간격에서 노즐의 가변하거나 이동 가능한 장착은 바람직하게는 0.1㎜과 5㎜ 사이, 바람직하게는 0.5㎜와 2㎜ 사이의 범위 이내에서 수행될 수 있다.

본 발명의 추가 장점들은 냉각할 표면과 노즐 사이의 높은 열 전달 계수와 공지된 시스템들에 비한 효율 증가이다. 또한, 스트립 이동 방향으로 스트립의 냉각 시 냉각 장치의 길이는 증가된 효율성을 통해 감소될 수 있다. 특히 냉각제는 필요한 위치에 직접 도포될 수 있으며, 그럼으로써 한편으로 냉각할 표면의 개별 영역들이 목표하는 방식으로 냉각되고 다른 한편으로는 냉각을 위한 냉각제의 손실이 방지된다. 표면 상에서 표류하는 냉각 매체는 노즐을 통해 실질적인 냉각 구역으로부터 차단된다. 따라서 노즐의 냉각 용량은 실질적으로 표류하는 냉각 매체와는 무관하다. 압연롤 폭 또는 스트립 폭에 걸쳐 복수의 노즐이 분포 배치된다면, 압연롤 또는 스트립의 부분 영역들은, 좀 더 덜 강하게 냉각될 수 있거나, 또는 노즐들이 상기 영역들에서 비활성화됨으로써 완전히 냉각되지 않는 상태로 유지될 수도 있다.

본원의 방법의 바람직한 실시예에 따라서, 유출구의 이격 간격은, 냉각할 표면에 대해 실질적으로 수직을 이루는 방향으로(혹은 수직을 이루는 방향으로만) 가변한다. 이는, 이격 간격이 고정된 범위로만 국한되지 않는다는 것을 의미한다. 이격 간격은 체적 유량을 통해 설정될 수 있다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 노즐은 적어도 부분적으로 가이드를 통해 활주하는 방식으로 장착된다. 상기 가이드는 예컨대 미끄럼 베어링을 포함할 수 있으며, 노즐은 베어링의 슬리브 내에서 활주하는 방식으로 변위 가능하게 장착된다. 장착은, 냉각할 표면에 대해 수직을 이루는 방향에서의 이동만이 가능해지는 방식으로 수행될 수 있다. 이는, 노즐 유출구와 냉각할 표면 사이의 이격 간격의 최대한 힘 작용이 없는 독립적인 설정을 보장한다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 노즐은 탄지되게, 그리고/또는 추가로 완충 장치를 구비하여 장착된다. 바람직하게 노즐은 표면에 대해 수직을 이루는 방향으로 예압된다. 냉각할 표면은 하나 또는 그 이상의 노즐을 통해 지지될 수 있다. 이런 경우에, 노즐들의 예압식 장착은 특히 바람직한데, 그 이유는 한편으로 냉각할 표면과 그에 따른 예컨대 압연 또는 주조 재료가 지지될 수 있지만, 그러나 다른 한편으로는 냉각할 표면과 스트립 사이에서 독립적으로 설정되는 이격 간격이 가능해지기 때문이다. 상기 노즐들은 금속 스트립 또는 박판의 상면 상에서뿐만 아니라 그 하면 상에도 배치될 수 있다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 노즐은 냉각할 표면에 실질적으로 평행하게 특히 발진 장치를 통해 진동될 수 있다. 이런 유형의 특징을 통해, 표면의 불균일한 냉각은 상쇄될 수 있다. 특히 제한되는 개수의 노즐에 의해 상대적으로 더 큰 표면이 냉각 충족될 수 있다. 진동은 바람직하게는 적어도 스트립 이동 방향에 대해 수직인 성분, 또는 압연롤의 축 방향에 평행한 성분을 보유한다. 이 경우, 바람직하게 진동은 냉각할 표면에 평행하게 위치하는 평면에서 수행된다. 복수의 노즐을 배치할 경우, 상기 노즐들은 다양한 방향들로, 그리고 다양한 주파수들로 진동될 수 있다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 노즐은 유입구와 유출구 사이에 가이드 영역을 포함하고, 이 가이드 영역 내에서 냉각제는 실질적으로 냉각할 표면에 대해 수직을 이루는 방향으로 안내되고 측면에서는 상기 가이드 영역에 의해 에워싸인다. 달리 말하면, 체적 유량은 유출구의 횡단면에 대해 실질적으로 수직을 이루면서 유출구로 공급된다. 그 결과, 특히 냉각액을 이용할 때, 기포의 형성을 초래할 수도 있는 의도치 않은 와류는 방지될 수 있다. 그래서 냉각액과 냉각할 표면 사이의 열 전달은 기포의 방지를 통해 실질적으로 향상될 수 있다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 노즐의 유출구의 횡단면은 냉각할 표면의 방향으로 갈수록 확대된다. 냉각할 표면의 방향으로 갈수록 유출구의 넓어지거나 확대되는 형태를 통해, 냉각제 유량의 부분들은 수평 방향으로 편향될 수 있다. 이런 유형의 형태는 흡인 효과를 계속해서 강화시킬 수 있다. 바람직하게는 이른바 확대는 끊임없이, 그리고/또는 예컨대 깔때기 형태로, 또는 바깥쪽을 향해 만곡되는 방식으로 수행된다.

본원의 방법의 바람직한 실시예에 따라서, 제2 횡단면은 냉각할 표면에 평행하게 위치하는 평면에서 실질적으로 회전 대칭형으로 형성된다. 달리 말하면, 횡단면은 실질적으로 원형으로 형성될 수 있다. 이런 유형의 형성을 통해, 냉각제의 균일한 공급이 달성될 수 있다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 노즐은 냉각할 표면에 평행하게 위치하는 평면에서 회전 비대칭형으로 형성된다. 노즐은 바람직하게는 길쭉하게, 특히 타원형으로 형성된다. 이런 특징을 통해, 예컨대 냉각 표면들이 이동될 때 비대칭형 냉각 구역은 상쇄될 수 있다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 체적 유량의 설정은 체적 유량의 유동 속도 및/또는 그 압력의 설정을 포함한다. 상기 압력 또는 체적 유량의 정확한 값들은 노즐의 각각 존재하는 기하구조 및 그 크기에 따라 결정된다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 유출구와 냉각할 표면 사이의 가변하는 이격 간격은 (제공되는 체적 유량과 무관하게) 제한 부재를 통해 0.1㎜보다 크게, 바람직하게는 0.5㎜보다 크게 유지된다. 상기 제한 부재를 통해, 또는 정지부를 통해, 예컨대 체적 유량에 손실이 있을 경우이더라도, 냉각할 표면과 노즐의 충돌은 방지될 수 있다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 복수의 노즐은 냉각할 표면에 대향하여 위치하는 평면에 격자의 유형으로 배치된다. 이처럼 노즐들이 격자의 유형으로 배치되는 것을 통해, 냉각할 표면의 큰 영역이 냉각 충족될 수 있다. 달리 말하면, 복수의 노즐이 냉각할 표면에 대향하여 병치되는 방식으로 배치된다. 달리 기술하면, 복수의 노즐, 예컨대 4개보다 많은 노즐이 하나의 열로 배치될 수 있다. 압연롤을 냉각할 경우에는, 바람직하게 복수의 노즐이 롤 축에 평행하게 위치하는 방향으로 배치될 수 있다. 일반적으로 상기 열은 복수 개로도 제공될 수 있다. 금속 스트립과 같은 압연 재료 또는 주조 재료를 냉각할 경우에는 상기 열들은 스트립 이동 방향에 대해 횡방향으로 연장될 수 있다. 또한, 복수의 열이 연이어 스트립 이동 방향으로 배치될 수 있다. 마찬가지로 열들은 스트립 이동 방향에 대해 횡방향으로 상호 간에 상대적으로 오프셋 될 수도 있으며, 그럼으로써 스트립 이동 방향으로 볼 때, 하나의 열의 2개의 인접한 노즐의 중간 공간에, 스트립 이동 방향으로 인접하는 열의 노즐들이 위치하게 된다. 마찬가지로, 최대한 균일한 냉각 결과를 얻기 위해, 개별 노즐들 또는 노즐 열들은 동일한 방향으로, 또는 여러 방향으로 냉각 표면에 평행하게 진동할 수도 있다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 실시예에 따라서, 노즐의 유출구는 압연롤의 표면에 대향하여 배치되거나, 또는 특히 압연기열의 2개의 롤 스탠드 사이에서 금속 스트립의 표면에 대향하여 배치된다. 특히 상기 위치들에서, 본 발명에 따른 방법은 특히 바람직하다.

그 밖에도, 본 발명은 금속 스트립, 박판, 또는 압연롤의 표면을 냉각하기 위한, 그리고 바람직하게는 전술한 실시예들 중 어느 하나의 실시예에 따르는 방법을 실행하기 위한 냉각 장치에도 관한 것이다. 이 경우, 본원의 장치는 하나 이상의 노즐을 포함하고, 이 노즐은 체적 유량을 안내하기 위한 제1 횡단면을 갖는 유입구와, 제1 횡단면보다 더 크면서 체적 유량을 안내하기 위한 제2 횡단면을 가지면서 냉각할 표면에 대향하여 위치하는 유출구를 포함하며, 그리고 본원의 냉각 장치는, 그 밖에, 바람직하게는 냉각할 표면까지 수직으로 노즐의 유출구의 이격 간격이 0.1㎜와 10㎜ 사이, 바람직하게는 0.5㎜와 5㎜ 사이, 또는 0.5㎜와 2㎜ 사이에서 가변되거나 자유롭게 조정될 수 있는 방식으로 형성된다. 특히 노즐은 가이드를 통해 활주하는 방식으로 안내될 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 냉각 장치를 포함하여 압연 재료를 압연하기 위한 압연 장치에도 관한 것이다. 본원의 압연 장치는, 노즐 유출구가 롤 표면을 냉각하도록 방향 조정되어 있는, 냉각할 롤 표면을 구비한 하나 이상의 압연롤을 포함한다. 대체되거나 추가되는 방식으로, 본원의 압연 장치는 금속 스트립을 압연하기 위한 2개 이상의 롤 스탠드를 포함하며, 본 발명에 따른 냉각 장치는 두 롤 스탠드 사이에 위치하는 금속 스트립의 표면을 냉각하기 위해 두 롤 스탠드 사이에 배치된다.

또한, 노즐은, 바람직하게는, 국소적으로, 다시 말하면 노즐의 위치에서 냉각할 몸체(특히 압연 재료) 내의 목표하는 조직 처리를 야기하기 위해 이용된다.

앞서 기술한 실시예들의 모든 특징은 상호 간에 조합될 수 있거나, 또는 상호 간에 교체될 수 있다.

하기에는 실시예들의 도면들이 짧게 기술된다. 추가의 상세 내용들은 실시예들의 상세한 기술 내용에서 제시된다.

도 1은 본 발명에 따른 노즐의 일 실시예의 개략적 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 냉각 장치의 일 실시예의 개략적 횡단면도이다.
도 3은 냉각 장치의 추가의 본 발명에 따른 실시예의 부분적으로 투명한 개략적 상면도이다.

도 1에는, 본 발명에 따른 방법을 위해 이용될 수 있는 노즐(2)의 일 실시예의 개략적 횡단면도가 도시되어 있다. 도시된 노즐(2)은 유입구(3)뿐 아니라, 몸체 내지 스트립(1)의 냉각할 표면에 대향하여 배치되는 유출구(5)를 포함한다. 유입구(3)와 유출구(5) 사이에서 노즐(2)은 바람직하게는 유입구(3) 내로 안내된 체적 유량(V)을 유출구(5) 쪽으로 안내하기 위한 영역(9)을 포함한다. 체적 유량(V)은 바람직하게는 냉각할 표면에 대해 수직을 이루면서 유출구(5)로 공급된다. 유입구(3)는 바람직하게는 유출구(5)보다 더 작은 안지름 내지 안쪽 횡단면(E)을 보유한다. 달리 말하면, 유출구(5)는 유입구 영역(3) 및/또는 가이드 영역(9)보다 더 큰 안지름 내지 안쪽 횡단면(A)을 보유한다. 노즐(2) 내지 이 노즐의 유출구(5)는 냉각할 표면의 방향으로 갈수록 확대되며, 바람직하게는 가이드 영역(9) 내에서 가이드 부재(7)를 통해 변위 가능하게 장착되며, 그리고 냉각할 스트립(1)의 표면에 상대적으로, 냉각할 스트립(1)과 노즐(2)의 유출구(5) 사이의 이격 간격(d)이 가변하는 방식으로 장착된다. 이 경우, 노즐(2)은 바람직하게는 가이드(7) 내에서 활주한다. 이런 이동은 바람직하게는 냉각할 표면에 대해 수직을 이루는 방향(S)으로 개시된다. 가이드(7)를 통해, 노즐(2)은 특히 경사 모멘트(tilting moment)에 대항하여 고정된다. 방향(S)에서부터, 또는 그 방향으로, 바람직하게는, 노즐 유출구(5)에서는 냉각 유체의 체적 유량(V)이 흘러 통과한다. 유체로서는 일반적으로 액체, 특히 물 또는 오일-물 혼합물이 고려될 수 있다. 대체되는 방식으로, 예컨대 공기나 불활성 가스와 같은 가스들을 통한 냉각도 똑같은 정도로 가능하다. 그러나 바람직하게는, 냉각제로서, 일반적으로 액체가 이용되는데, 그 이유는 가스들의 경우에서보다 훨씬 더 높은 열 전달 계수가 실현될 수 있기 때문이다. 그러나 바람직하게는 단상 냉각 유체만이 이용되어야 한다. 체적 유량(V)이 그에 상응하게 설정되면, 노즐(2)은 냉각할 표면 쪽으로 흡인될 수 있다. 이는 이미 앞서 기술한 것처럼 베르누이 원리에 따라서, 또는 달리 표현하면 유체동역학적 역설에 따라서 수행된다. 설정은 노즐(2)로 공급되는 체적 유량(V)의 압력 또는 그 속도의 적합한 조정을 통해 수행될 수 있다.

베르누이 원리 그 자체는 당업자에게 공지되어 있다. 상응하는 효과는 예컨대 화물 자동차를 승용차가 스쳐 지나갈 때에도 마찬가지로 발생하며, 두 차량이 동일한 높이에 위치해 있는 동안 승용차는 화물 자동차에 상대적으로 흡인된다. 화물 자동차가 통과한 후에, 승용차는 자신의 주행 방향에 대해 횡방향으로 다시 되돌아간다. 통과하는 동안 발생하는 흡인은 두 차량 사이에서 제한되어 가속화되는 공기 흐름을 통해 야기된다. 베르누이의 원리에 따라서, 제한되고 가속화되는 상기 공기 흐름은 결과적으로 차량들의 나머지 주변에 존재하는 공기 압력에 상대적으로 두 차량 사이의 부압을 야기한다. 그러나 이런 설명은 구체적인 설명을 위한 것으로만 이용되고 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

본 발명 내지 기술된 실시예와 관련하여, 유출구(5)에서 유출된 체적 유량(V')은 유출구(5)와 냉각할 표면(1) 사이에서 충분히 높은 상대 속도에 도달함으로써 유출구(5)와 냉각할 표면(1) 사이에서 유동하는 체적 유량(V') 내부의 압력이 노즐(2)을 에워싸는 압력 미만으로 하락할 때, 흡인 효과가 발생한다. 상기 압력은 대기 압력에 상응할 수 있다. 흡인 효과가 설정되었을 때 체적 유량(V)이 일정하게 유지된다면, 베르누이 원리에 따라서 스스로 보존되는 힘 평형이 존재한다. 한편, 냉각할 표면과 노즐 유출구(5) 사이의 이격 간격(d)이 변동되면, 노즐은 자동으로 힘 평형에서 이격 간격을 다시 형성한다. 이런 이격 간격 변동은 예컨대 불균일한 냉각할 표면을 통해 야기될 수 있거나, 또는 변형된 롤 표면 또는 금속 스트립(1)의 부정확한 안내를 통해 야기될 수 있다. 이와 동일한 사항은 압연롤들을 냉각할 때 불균일한 롤 표면에도 적용된다.

일반적으로 노즐(2) 및 본 발명에 따른 방법은 스트립 상면에서 적용될 수 있지만, 그러나 스트립 하면에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.

도 2에는, 금속 스트립(1)을 냉각하기 위한 냉각 장치(10)의 일 실시예의 개략적 횡단면도가 도시되어 있다. 단순화를 위해, 동일하거나 유사한 부재들에 대해서는 도 1에서와 동일한 도면 부호들이 이용되었다. 도 2에 도시된 장치(10)는 복수의 노즐(2)을 포함하고, 이 노즐들은 함께 하나의 냉각 유체 탱크(14)를 통해 냉각 유체를 공급받는다. 냉각 장치(10)는 금속 스트립(1)의 냉각을 위해 스트립 상면 상에, 그리고 스트립 하면 상에 각각 배치된다. 개별 노즐(2)들은 스트립 이동 방향(B)으로 연이어 위치하는 열들로 배치된다. 각각의 열은 바람직하게는 스트립 이동 방향(B)에 대해 횡방향으로 연장된다. 이런 열들은 스트립 이동 방향(B)에 대해 수직으로 오프셋 될 수 있으며, 그럼으로써 스트립 이동 방향(B)에서 관찰할 때, 열들 중 하나의 열을 통한 경우보다, 노즐(2)들을 통해 스트립(1)의 폭 중 더 많은 부분이 냉각 충족된다. 노즐(2)들은 도 1에 도시된 것과 유사하게 각각 자신의 유입구(3)를 통해 체적 유량(V)을 공급받는다. 이 경우, 탱크(14)는, 노즐(2)들의 유입구(3)들 내로 냉각 유체를 압입하기 위해, 그에 상응하게 압력 상태로 유지될 수 있다. 노즐(2)들은 냉각할 표면에 대해 수직으로 가이드 부재(7)들(예: 미끄럼 베어링들)을 통해 활주하는 방식으로 안내되며, 그럼으로써 노즐 유출구(5)와 냉각할 표면 사이의 이격 간격(d)은 가변한다. 그럼에도, 이격 간격(d)은 예컨대 기계적인 방식으로 제한될 수 있다. 냉각할 표면과의 충돌을 방지하기 위해, 본원의 장치(10), 특히 노즐(2)들 및/또는 가이드 부재(7)들은, 바람직하게는 냉각할 표면의 방향으로 노즐(2)들의 이동을 제한하는 정지부(11)들을 포함한다. 추가로, 노즐(2)들은 탄성 수단들 및/또는 스프링 부재(13)들을 통해 실질적으로 냉각할 표면에 수직인 방향으로 예압될 수 있다.

또한, 일반적으로, 냉각 장치(10)는 하나 또는 그 이상의 발진 장치(미도시)를 포함할 수 있으며, 이 발진 장치는 냉각할 표면에 평행하게 각각의 개별 노즐(2)을 진동하도록 형성되거나, 또는 본원의 장치(10)의 모든 노즐(2)을 함께 진동할 수 있다. 바람직하게는 탱크(14)에 장착된 노즐(2)들과 함께 전체 탱크(14)를 진동시킬 수도 있다.

도 3에는, 냉각 장치(10')의 일 실시예에 대한 부분적으로 투명한 상면도가 도시되어 있다. 상기 장치(10')는 실질적으로 도 2에 따른 장치에 상응하지만, 그러나 스트립 이동 방향(B)으로 연이어 배치되는 6개의 노즐 열이 제공된다. 도 2에 따르는 장치는 상기 열을 4개만 포함한다. 노즐(2)들은 유체 탱크(14')를 통해 냉각 유체를 공급받는다. 유체는 체적 유량(V')의 형태로 노즐(2)들의 유출구(5)들로부터 유출되며, 그럼으로써 스트립(1)과 냉각 유체 내지 체적 유량(V') 사이에서 열 전달이 수행될 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 체적 유량(V')은 바람직하게, 그리고 일반적으로 냉각할 표면에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 노즐의 유출구(5)에서 배출된다. 노즐 유출구(5)가 도시된 회전 대칭형 내지 원형 형태를 보유한다면, 유출구에서 배출되는 체적 유량(V')은 실질적으로 동심으로 노즐(2)로부터 이격 이동된다.

일반적으로 본 발명에 따른 노즐(2)은, 예컨대 슬롯 유형 또는 원형 형태들과 같은 다양한 형태들을 보유할 수 있다. 슬롯 유형으로 형성되는 경우, 노즐(2)은, 예컨대 압연롤 또는 금속 스트립의 폭에 걸쳐 연장되는 것처럼, 적어도 냉각할 표면의 폭 중 적어도 일부분에 걸쳐 연장될 수 있다.

그러나 일반적으로 노즐(2) 내지 노즐 유출구(5)의 횡단면은 마찬가지로 냉각할 표면의 이동으로 인해 설정되는 비대칭형 작용 영역에 매칭될 수 있다.

또한, 노즐 유출구의 안지름은 바람직하게는 0.5㎝와 10㎝ 사이이거나, 또는 1㎝와 5㎝ 사이일 수 있다.

예컨대 공기나 불활성 가스와 같은 가스를 이용한 냉각의 경우에, 노즐(2)의 유출구(5)와 냉각할 표면 사이의 이격 간격은 예컨대 0.1㎜와 5㎜ 사이일 수 있거나, 또는 바람직하게는 0.1㎜와 3㎜ 사이일 수 있다.

예컨대 물, 물 혼합물, 또는 에멀젼과 같은 액체를 이용한 냉각의 경우, 노즐(2)의 유출구(5)와 냉각할 표면 사이의 이격 간격은 예컨대 0.5㎜와 5㎜ 사이일 수 있거나, 또는 바람직하게는 1㎜와 5㎜ 사이, 또는 심지어 1㎜와 2㎜ 사이일 수 있다.

전술한 이격 간격보다 훨씬 더 작은 이격 간격들은 일반적으로 바람직하지 못한데, 그 이유는 그럴 경우 냉각할 표면과 노즐(2) 사이에 증가한 충돌 위험이 존재할 수도 있기 때문이다. 이런 유형의 충돌은 노즐(2) 및/또는 냉각할 표면의 손상을 초래할 수 있다.

복수의 노즐이 냉각할 표면에 대향하여 배치된다면, 노즐들은 바람직하게는 상호 간에 유출구(5)의 안지름의 0.5배 내지 5배, 또는 바람직하게는 1배 내지 2배에 상응하는 이격 간격을 보유할 수 있다.

앞서 기술한 실시예들은 특히 본 발명의 더 나은 이해를 위해 이용되며, 따라서 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 본 특허 출원의 보호 범위는 특허청구범위로부터 제시된다.

기술한 실시예들의 특징들은 상호 간에 조합될 수 있거나, 또는 상호 간에 교체될 수 있다.

또한, 기술한 특징들은, 당업자에 의해, 제공되는 조건들 또는 존재하는 요건들에 부합하게 수정될 수도 있다.

1 압연 재료, 주조 재료, 금속 스트립, 또는 박판
2 노즐
3 유입구
5 유출구
7 가이드 부재
9 가이드 영역
10 냉각 장치
10' 냉각 장치
11 제한 부재
13 예압 부재 / 스프링 부재 / 완충 부재
14 유체 탱크
14' 유체 탱크
A 유출구의 횡단면
B 스트립 이동 방향
E 유입구의 횡단면
S 냉각할 표면에 대해 수직인 방향
V 냉각제의 체적 유량
V' 노즐의 유출구에서 유출되는 체적 유량
d 냉각할 표면까지 노즐의 이격 간격

Claims

주조 재료, 압연 재료(1) 또는 압연롤의 표면을 냉각하기 위한 방법이며,
유입구(3)와 냉각할 표면에 대향하여 위치하는 유출구(5)를 포함하는 노즐(2)을 제공하는 단계와,
유입구(3)를 통해 노즐(2)로 공급되어 유출구(5)를 통해 노즐(2)에서 배출되는 냉각 유체의 바람직하게는 단상인 체적 유량(V)을 제공하는 단계를 포함하는 상기 방법에 있어서,
적어도 상기 노즐 유출구(5)는 냉각할 표면에 대해 가변하는 이격 간격(d)으로 이격되어 장착되고,
상기 노즐(2)의 유입구(3)로 공급되는 냉각 유체의 체적 유량(V)은, 상기 노즐(2)이 베르누이 원리에 따라서 상기 냉각할 표면(1) 쪽으로 흡인되는 방식으로 설정되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각할 표면으로부터 상기 유출구(5)의 이격 간격(d)은 실질적으로 상기 냉각할 표면에 대해 수직을 이루는 방향(S)으로 가변하는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐(2)은 적어도 부분적으로 가이드(7) 내에서 활주하는 방식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐(2)은 상기 냉각할 표면에 대해 실질적으로 수직으로 예압되는 방식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유출구(5)의 횡단면(A)은 상기 냉각할 표면에 평행하게 위치하는 평면에서 실질적으로 회전 대칭형으로 형성되거나, 또는 대체되는 방식으로 이동되는 냉각할 표면의 영향을 상쇄하기 위해 길쭉하게, 특히 실질적으로 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐(2)은 상기 냉각할 표면(1)에 실질적으로 평행하게 진동 운동하는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 노즐(2) 또는 노즐(2)들의 복수의 열이 상기 냉각할 표면(1)에 실질적으로 평행하게 진동 운동하며, 그리고 인접한 노즐(2)들 또는 노즐 열(2)들의 진동은 적어도 부분적으로 동일한 방향으로, 또는 반대되는 방향으로 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐(2)은 상기 유입구(3)와 상기 유출구(5) 사이에 가이드 영역(9)을 포함하고, 이 가이드 영역 내에서 냉각제는 실질적으로 상기 냉각할 표면(1)에 대해 수직을 이루는 방향(S)으로 상기 유입구(3)에서 상기 유출구(5)로 안내되며, 그리고 측면에서는 상기 가이드 영역에 의해 에워싸이는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유출구(5)의 횡단면(A)은 하류 방향으로 향해 바람직하게는 끊임없이 확대되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 체적 유량의 설정은 체적 유량의 유동 속도 및/또는 그 압력의 설정을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유출구(5)와 상기 냉각할 표면(1) 사이에서 가변하는 이격 간격(d)은, 제공되는 체적 유량(V)과 무관하게, 제한 부재(11)를 통해 0.09㎜보다 더 크게, 바람직하게는 0.5㎜보다 더 크게 유지되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급되는 체적 유량(V)은 냉각액을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐(2)의 유출구(5)는 압연롤의 표면에 대향하여, 또는 압연기열의 2개의 롤 스탠드 사이에서 금속 스트립(1)의 표면에 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 노즐(2)은 격자의 유형으로 상기 냉각할 표면(1)에 대향하여 위치하는 평면에 배치되거나, 또는 각각 복수의 노즐(2)은, 병치되고 상기 냉각할 표면에 대향하여 위치하는 복수의 열로 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 냉각 방법.
주조 재료, 압연 재료(1) 또는 압연롤의 표면을 냉각하고, 바람직하게는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 실행하기 위한 냉각 장치(10)에 있어서, 상기 냉각 장치는
제1 안쪽 횡단면(E)을 갖는 유입구(3)와, 상기 제1 안쪽 횡단면(E)보다 더 큰 제2 안쪽 횡단면(A)을 가지면서 냉각할 표면(1)에 대향하여 위치하는 유출구(5)를 구비하는 하나 이상의 노즐(2)을 포함하며, 그리고
상기 냉각 장치(10)는, 그 밖에, 상기 냉각할 표면에 대해 수직을 이루면서 상기 유출구(5)와 상기 노즐(2) 사이에서 형성되는 이격 간격(d)은 0.1㎜와 5㎜ 사이에서, 바람직하게는 0.5㎜와 2㎜ 사이에서 가변하면서 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제15항에 따르는 하나 이상의 냉각 장치(10)를 포함하여 압연 재료를 압연하기 위한 압연 장치에 있어서,
상기 압연 장치는 냉각할 롤 표면을 갖는 하나 이상의 압연롤을 포함하고, 노즐(2)의 유출구(5)는 냉각을 위해 상기 롤 표면 쪽으로 방향 조정되거나, 또는
상기 압연 장치는, 금속 스트립(1)을 압연하기 위한 2개 이상의 병치되는 롤 스탠드를 포함하고, 상기 냉각 장치(10)는 두 롤 스탠드 사이에 위치하는 금속 스트립(1)의 표면을 냉각하기 위해 상기 두 롤 스탠드 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 압연 장치.