KR20160070397A - 연속주조설비의 롤 변형 및 마모 측정 장치 - Google Patents

연속주조설비의 롤 변형 및 마모 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속주조설비의 롤에 발생한 변형 및 마모를 측정하기 위한 롤 변형 및 마모 측정 장치에 있어서, 상기 롤을 회전 가능하게 지지하는 롤 지지부와, 상기 롤 지지부에 지지된 롤을 회전시키는 롤 회전기구와, 상기 롤로부터 일정 간격 이격되게 설치되며 상기 롤의 복수의 개소와의 거리를 각각 측정하는 복수의 비접촉 센서와, 상기 롤의 회전에 따라 상기 비접촉 센서로부터 상기 롤의 회전 각도별 센싱값을 수신하며 상기 센싱값을 처리하여 상기 롤의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 산출하는 데이터 처리부를 포함하는 롤 변형 및 마모 측정 장치를 개시한다.

Description

연속주조설비의 롤 변형 및 마모 측정 장치 {DEVICE FOR MEASURING DEFORMATION AND ABRASION OF ROLL IN CONTINUOUS CASTING MACHINE}
본 발명은 연속주조설비에 적용되는 롤을 가동함에 따라 롤에 발생한 형상 변형 및 마모 정도를 측정하기 위한 롤 변형 및 마모 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 연속주조공정(continuous casting process, 이하 '연주공정'이라 약칭함)은 일정한 형상의 주형에 용강을 연속적으로 주입하고, 주형 내에서 반응고 된 주편을 연속적으로 하측으로 인발하여 슬래브, 블룸, 빌릿 등과 같은 다양한 형상의 반제품을 제조하는 공정이다.
이러한 연주공정을 위한 연속주조설비에는 주편의 인발을 위해 복수의 롤이 대향하여 설치되는데, 연속주조설비의 가동에 따라 롤에 작용하는 열, 압력, 마찰 등에 의해 롤의 형상에 변형이 일어나거나 마모가 발생하게 된다.
연속주조설비에서 사용된 후 취외된 롤은 변형 및 마모 정도에 따라 표면 가공 또는 하드 페이싱(hard facing) 등을 거친 후 롤을 재사용하며, 롤의 변형 정도가 심한 경우 재사용하지 않고 폐기한다. 이 때 롤의 재사용 여부를 판정함에 있어서 롤의 변형 및 마모를 정확하게 측정하는 것이 매우 중요하다.
도 1은 종래기술에 따른 롤 변형 및 마모 측정 장치를 나타낸 사진이고, 도 2는 이를 이용한 롤 변형 및 마모를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 따르면, 롤 변형 및 마모 측정 장치는 롤(10)을 거치하기 위한 지그(20)와, 기준 위치로부터 롤(10)의 표면까지의 거리를 측정하기 위한 다이얼 게이지(30)로 이루어진다.
지그(20)는 롤(10)의 양 단부를 지지할 수 있게 구성되며, 롤(10)을 회전시킬 수 있도록 회전식 휠이 설치된 구조를 갖는다. 다이얼 게이지(30)는 정반 등에 설치되어 롤(10)의 회전 각도(예를 들어 0°- 90°- 180°- 270°) 별로 거리를 측정하게 되며, 이를 각 회전 각도에서의 측정 결과를 종합하여 롤(10)의 변형 상태를 알 수 있게 된다.
도 2의 도시와 같이, 롤(10)의 축 방향에 따른 복수의 개소별, 예를 들어 롤(10)의 ①번 위치(왼쪽) - ②번 위치(중앙)- ③번 위치(오른쪽) 별로 상기와 같은 과정을 반복하여 롤(10)의 변형량을 측정하게 된다.
예를 들어 다이얼 게이지(30)를 롤(10)의 ①번 위치에 설치하고 롤(10)을 0°- 90°- 180°- 270°의 회전 각도별로 다이얼 게이지(30)로 측정한 후, 다이얼 게이지(30)를 롤(10)의 ②번 위치로 옮겨 롤(10)을 회전 각도별로 측정한 후, 다이얼 게이지(30)를 롤(10)의 ③번 위치로 옮겨 회전 각도별로 측정하는 프로세스로 이루어진다.
한편 롤(10)의 마모량 측정은 외경 측정용 마이크로 미터를 이용하여 롤(10)의 직경을 측정하는 방식으로 이루어지며, 롤의 각 개소별(①번 위치-②번 위치-③번 위치)로 직경의 축소량을 측정하여 마모 여부를 판정한다.
이와 같은 구성의 장비를 이용한 측정방법에 따르면, 롤(10)의 축 방향 개소별로 순차적으로 측정이 이루어져 과다한 측정 시간이 요구되는 문제가 있다. 아울러 롤(10)의 마모 측정시에도 작업자의 기능도에 따라 측정값 오차가 발생하는 문제가 있다.
또한 롤(10)의 모든 회전 각도별로 측정이 이루어지지 않고 4개의 회전 각도(0°- 90°- 180°- 270°)에서만 측정이 이루어지기 때문에 형상 변형량 측정에 정확도가 떨어지며, 이는 롤의 재사용 여부에 대한 판정 오류로 이어지게 된다.
나아가 롤(10)의 재사용을 위한 표면 가공시 롤(10) 표면의 하드페이싱 층의 가공을 최소화해야 롤(10)의 수명을 최대화할 수 있지만, 현재 임의의 값을 기준으로 표면 가공을 수행하고 있어 롤(10) 표면을 필요없이 과다하게 가공하고 있는 실정이다.
공개특허공보 제10-2003-0046771호 (2003.06.18)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 롤의 재사용 여부의 판정을 위한 롤 형상 및 마모 측정시 측정 결과의 정확도를 높이고 측정 시간을 감소시킬 수 있는 롤 형상 및 마모 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 연속주조설비의 롤에 발생한 변형 및 마모를 측정하기 위한 롤 변형 및 마모 측정 장치에 있어서, 상기 롤을 회전 가능하게 지지하는 롤 지지부와, 상기 롤 지지부에 지지된 롤을 회전시키는 롤 회전기구와, 상기 롤로부터 일정 간격 이격되게 설치되며 상기 롤의 복수의 개소와의 거리를 각각 측정하는 복수의 비접촉 센서와, 상기 롤의 회전에 따라 상기 비접촉 센서로부터 상기 롤의 회전 각도별 센싱값을 수신하며 상기 센싱값을 처리하여 상기 롤의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 산출하는 데이터 처리부를 포함하는 롤 변형 및 마모 측정 장치를 개시한다.
본 발명의 롤 변형 및 마모 측정 장치에 따르면, 상기 롤 지지부는 상기 롤의 일단을 회전 가능하게 지지하는 주축대이고, 상기 롤 회전기구는 상기 롤의 타단을 지지하는 심압축에 연결된 회전 핸들이 구비된 심압대의 구성을 가질 수 있다.
본 발명의 롤 변형 및 마모 측정 장치에 따르면, 상기 데이터 처리부는 상기 롤의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 근거로 상기 롤의 최소 직경 부위의 직경값을 산출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 롤 변형 및 마모 측정 장치에 따르면, 상기 데이터 처리부에는 상기 롤의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 시각적으로 표시하는 디스플레이부가 추가로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 디스플레이부는 각 개소별 롤의 단면 형상을 시각적으로 표시하거나, 롤의 기준 직경 대비 마모 및 변형선을 비교한 그래프를 표시할 수 있다.
본 발명의 롤 변형 및 마모 측정 장치는 상기 각 비접촉 센서 사이의 간격을 조절할 수 있도록 상기 비접촉 센서가 수평 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 지지대와, 상기 지지대를 지지하도록 프레임에 설치되며 상기 지지대의 상하 높이를 조절하는 높이 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 롤의 회전시 롤의 연속적인 회전 각도별로 획득한 센싱값을 이용하므로 변형 및 마모 측정의 정확도를 높일 수 있으며, 복수의 비접촉 센서를 이용하여 복수의 개소에 대한 측정이 동시에 이루어지므로 측정 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.
또한 종래에 롤의 변형 여부 측정과 마모 측정을 별개로 수행하는 것과 달리 측정장치 작동시 변형 측정과 마모 측정을 동시에 수행할 수 있으며, 롤과 측정 기구 간의 접촉이 이루어지지 않으므로 측정 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 롤의 각 개소별 데이터 처리값을 종합하여 롤의 최소 직경값을 산출할 수 있으며, 이를 롤 재사용을 위한 표면 가공시 기준 직경으로 사용하여 롤 표면의 하드페이싱 층의 가공량을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 롤 변형 및 마모 측정 장치를 나타낸 사진.
도 2는 도 1의 측정 장치를 이용한 롤 변형 및 마모 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 변형 및 마모 측정 장치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 롤 변형 및 마모 데이터의 표시 방법의 일 예를 나타낸 도면.
이하, 본 발명과 관련된 연속주조설비의 롤 변형 및 마모 측정 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 변형 및 마모 측정 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 롤 변형 및 마모 측정 장치는 롤 지지부(110), 롤 회전기구(120), 비접촉 센서(130), 데이터 처리부(140)를 포함한다.
롤 지지부(110)는 롤(10)을 회전 가능하게 지지하는 구성이다. 본 실시예의 경우 롤 지지부(110)로서 롤(110)의 일단을 회전 가능하게 지지하는 주축대의 구성을 예시하고 있다. 주축대는 베드(105)에 고정되게 설치되며, 롤(110)의 일단을 지지하는 주축(111)을 구비하고 있다.
롤 회전기구(120)는 롤 지지부(110)에 지지된 롤(10)을 회전시키기 위한 구성이다. 본 실시예의 경우 롤 회전기구(120)로서 심압대의 구성을 예시하고 있으며, 이에 따르면 심압대는 롤(10)의 타단을 지지하는 심압축(121)과, 그에 연결된 회전 핸들(122)를 구비하고 있다. 심압대는 베드(105)에 설치된 레일(108)에 직선 이동 가능하게 설치될 수 있다. 다만 롤 회전기구(120)의 구성은 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형실시 가능하며, 예를 들어 전동기의 구동에 의해 롤(10)을 회전시키는 구성을 갖는 것도 가능하다.
비접촉 센서(130)는 롤(10)의 축 방향(수평 방향)을 따라 복수로 배치된다. 복수의 비접촉 센서(130)는 롤(10)로부터 일 방향으로 일정 간격 이격되게 설치되며, 본 실시예의 경우 상측 방향으로 이격되게 설치된 것을 예시하고 있다. 각 비접촉 센서(130)는 롤(10)의 복수의 개소(P1 내지 P5)와의 거리(D)를 각각 측정하는 기능을 한다. 비접촉 센서(130)로서 레이저 거리 센서와 같은 광학식 센서를 사용할 수 있다.
본 실시예의 경우 롤(10)의 측정 위치로서 5개소(P1 내지 P5)를 설정한 것을 예로 들었으나, 측정 위치의 개수는 달리 설정될 수 있으며 비접촉 센서(130)는 측정 위치의 개수에 대응되는 개수만큼 사용된다.
각 비접촉 센서(130)는 지지대(160)에 의해 지지될 수 있으며, 비접촉 센서(130)는 지지대에 수평 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치된다. 이러한 구성을 통해 각 비접촉 센서(130)의 위치를 조정하거나 각 비접촉 센서(130) 사이의 간격을 조정할 수 있다.
지지대(160)에는 지지대(160)의 높이를 조절하기 위한 높이 조절부(170)가 연결되며, 높이 조절부(170)는 별도의 지지구조인 프레임(180)에 설치된다. 프레임(180)은 베드(105)에 의해 지지될 수 있다. 높이 조절부(170)는 지지대(160)를 지지하도록 프레임(180)에 설치되며, 핸들(175)와 같은 조작 기구의 조작에 의해 지지대(160)를 승강시키는 구성을 가질 수 있다. 이와 같이 지지대(160)의 높이를 조절하는 구성을 통해 비접촉 센서(130)와 롤러(10) 표면 사이의 상하 높이를 조절할 수 있다.
데이터 처리부(140)는 각 비접촉 센서(130)의 유선 또는 무선적으로 연결되며, 롤(10)의 회전에 따라 각 비접촉 센서(130)로부터 롤(10)의 회전 각도별 센싱값을 수신한다. 데이터의 획득 주기는 임의로 설정할 수 있으며, 예를 들어 데이터 획득 주기를 1°로 설정한 경우 롤(10)이 1회 회전하는 동안 각 비접촉 센서(130)로 360개의 데이터를 수신하게 된다.
데이터 처리부(140)는 각 비접촉 센서(130)로부터 받은 센싱값을 처리하여 롤(10)의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 산출한다. 각 비접촉 센서(130)의 센싱값은 비접촉 센서(130)로부터 롤(10) 표면까지의 거리(D)이고, 비접촉 센서(130)로부터 롤(10)의 회전 중심까지의 거리는 이미 알고 있는 값이므로, 각 비접촉 센서(130)의 센싱값으로부터 롤(10)의 회전 각도별 반경(또는 직경)을 산출할 수 있게 되며, 이러한 값을 조합하면 해당 개소에서의 롤(10)의 단면 형상 및 마모 정도를 산출할 수 있게 되는 것이다.
이상과 같은 구성의 롤 변형 및 마모 측정 장치를 이용한 롤 변형 및 마모 측정 방법을 살펴보면, 먼저 롤 지지부(110)에 롤(10)을 설치하고 롤 회전기구(120)를 롤(10)에 결합시켜 롤(110)을 측정 장치에 고정 및 안착시킨다. 그리고 높이 조절부(170)를 이용하여 지지대(10)의 상하 높이를 조절함으로써 비접촉 센서(130)의 높이를 조절하거나, 지지대(10) 상의 비접촉 센서(130)를 슬라이드 이동시켜 수평 위치 또는 센서 간 간격을 조절할 수 있다.
다음으로 비접촉 센서(130) 및 롤 회전 기구(120)를 가동하여 각 비접촉 센서(130)가 롤(10)의 회전 각도별 센싱값을 획득하도록 하며, 데이터 처리부(140)는 각 비접촉 센서(130)로부터 수신한 센싱값을 처리하여 롤(10)의 각 개소(P1 내지 P5)에서의 롤(10)의 단면 형상 및 마모 데이터를 산출하게 되는 것이다.
한편 데이터 처리부(140)에는 롤(10)의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 시각적으로 표시하는 디스플레이부(150)가 연결될 수 있다. 디스플레이부(150)는 데이터 처리부(140)와 별도 구성으로서 구비되거나, 데이터 처리부(140)와 일체로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 롤 변형 및 마모 데이터의 표시 방법의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4는 데이터 처리부(140)의 처리 결과가 디스플레이부(150)에 표시되는 형태의 예들을 보이고 있다.
도 4에 의하면, 디스플레이부(150)에 각 롤의 측정 개소(P1 내지 P5) 별로 그 처리 결과가 표시되어 있다.
도 4의 왼쪽과 같이 롤(10)의 각 개소(P1 내지 P5)별로 롤(10)의 단면 형상을 시각적으로 표시할 수 있다. 이러한 단면 형상은 각 개소(P1 내지 P5)별로 롤(10)의 회전 각도별 반경을 조합하여 나타낼 수 있다. 여기서 굵은 실선은 롤(10)의 전체적인 윤곽을 나타내고 있고, 얇은 실선(10)은 롤(10)의 마모 부분을 나타내고 있다.
도 4에 예시된 바에 따르면, P1 위치의 경우 롤(10)의 형상 변형이 거의 이루어지지 않았으나, 나머지 P2 내지 P5 위치의 경우 찌그러진 타원 형상으로 변형된 것을 알 수 있다. 이러한 처리 결과로부터 롤(10)의 벤딩, 뒤틀림 등과 같은 형상 변형을 판정할 수 있다 할 것이다.
한편 도 4의 오른쪽과 같이 롤(10)의 기준 직경 대비 마모 및 변형선을 비교한 그래프를 표시할 수 있다. 이 그래프의 가로축은 롤(10)의 회전 각도이고, 세로축은 롤(10)의 직경이다. 그리고 빨간색으로 표시된 선이 롤(10)의 실제 롤(10)의 표면 라인(즉, 마모 변형선으로 지칭할 수 있음)을 의미한다.
나아가 데이터 처리부(140)는 이러한 롤(10)의 각 개소별 데이터 처리값을 종합하여 롤(10)의 최소 직경 부위(최대 마모 및 변형 부위)에서의 직경값(또는 반경값)을 산출할 수 있다. 여기서 최소 직경값은 롤(10)의 재사용을 위한 표면 가공시 기준 가공 직경이 되며, 이를 통해 롤(10)의 표면의 하드페이싱 층의 가공량을 최소화할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 연속주조설비의 롤 변형 및 마모 측정 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
10: 롤 110: 롤 지지부
120: 롤 회전기구 130: 비접촉 센서
140: 데이터 처리부 150: 디스플레이부
160: 지지대 170: 높이 조절부
180: 프레임

Claims (7)

  1. 연속주조설비의 롤에 발생한 변형 및 마모를 측정하기 위한 롤 변형 및 마모 측정 장치에 있어서,
    상기 롤을 회전 가능하게 지지하는 롤 지지부;
    상기 롤 지지부에 지지된 롤을 회전시키는 롤 회전기구;
    상기 롤로부터 일정 간격 이격되게 설치되며, 상기 롤의 복수의 개소와의 거리를 각각 측정하는 복수의 비접촉 센서; 및
    상기 롤의 회전에 따라 상기 비접촉 센서로부터 상기 롤의 회전 각도별 센싱값을 수신하며, 상기 센싱값을 처리하여 상기 롤의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 산출하는 데이터 처리부;를 포함하는 롤 변형 및 마모 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 롤 지지부는 상기 롤의 일단을 회전 가능하게 지지하는 주축대이고,
    상기 롤 회전기구는 상기 롤의 타단을 지지하는 심압축에 연결된 회전 핸들이 구비된 심압대인 것을 특징으로 하는 롤 변형 및 마모 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는 상기 롤의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 근거로 상기 롤의 최소 직경 부위의 직경값을 산출하는 것을 특징으로 하는 롤 변형 및 마모 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리부에 연결되며, 상기 롤의 각 개소별 변형 및 마모 데이터를 시각적으로 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 변형 및 마모 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 각 개소별 롤의 단면 형상을 시각적으로 표시하는 것을 특징으로 하는 롤 변형 및 마모 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 롤의 기준 직경 대비 마모 및 변형선을 비교한 그래프를 표시하는 것을 특징으로 하는 롤 변형 및 마모 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각 비접촉 센서 사이의 간격을 조절할 수 있도록 상기 비접촉 센서가 수평 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 지지대; 및
    상기 지지대를 지지하도록 프레임에 설치되며, 상기 지지대의 상하 높이를 조절하는 높이 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 변형 및 마모 측정 장치.
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