KR20210016840A

KR20210016840A - 스트립의 진동 감쇠 장치

Info

Publication number: KR20210016840A
Application number: KR1020190095109A
Authority: KR
Inventors: 장태인; 권용훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2021-02-17
Also published as: KR102348526B1; KR20210097677A

Abstract

본 발명은, 예를 들어 용융아연 도금라인에서 가스 와이핑으로 인해 발생하는 금속 스트립의 고주파 진동을 감쇠시켜 스트립의 채터링을 억제할 수 있는 스트립의 진동 감쇠 장치에 관한 것으로, 이는 스트립의 진행경로에 인접하게 배치된 본체; 상기 본체에 장착되어 상기 스트립에 자기력을 가하는 자석부; 및 상기 본체에 설치되어 상기 스트립을 향해 냉각유체를 분사하는 노즐부를 포함하고, 상기 노즐부에는 상기 냉각유체에 맥동을 인가하는 맥동 발생부를 구비한다.

Description

스트립의 진동 감쇠 장치{APPARATUS FOR DAMPING VIBRATION OF STRIP}

본 발명은, 예를 들어 용융아연 도금라인에서 가스 와이핑으로 인해 발생하는 금속 스트립의 고주파 진동을 실시간으로 감쇠시켜 스트립의 채터링을 억제할 수 있도록 된 스트립의 진동 감쇠 장치에 관한 것이다.

예를 들어 용융아연 도금라인에서는, 표면을 청정화하고 적정 온도로 가열한 강판의 스트립을 용융아연 도금조에 침지시키고, 도금조 내의 싱크롤에 의해 방향을 변경시켜 용융아연이 부착된 스트립을 수직방향으로 이동시킨다. 도금된 스트립을 향해 가스를 분출시키는 가스 와이핑 장치에 의해 스트립에 부착된 용융아연을 깎아서 스트립의 표면에서 도금층의 두께를 조절하게 된다.

여기서, 도금조부터 시작하는 스트립의 수직경로가 길고 장력이 변동되는 등의 원인으로 인하여 스트립에 진동이 발생하기 쉽다. 강판이 진동하게 되면, 스트립 표면에서 길이(진행)방향에 대한 용융아연의 부착량이 불균일하게 되고, 용융아연이 비산하는 현상이 발생할 수 있어, 도금의 표면 품질이 악화되는 문제가 있다.

이러한 도금라인에서 스트립의 진동을 억제하기 위해 전자기 제진장치가 사용되고 있는데, 이 전자기 제진장치는 전자석을 이용한 비접촉 방식으로서, 저주파 진동만 감소시킬 수 있는 단점이 있다.

결국, 종래의 전자기 제진장치로는 가스 와이핑으로 인한 고주파 진동을 감소시킬 수 없어 스트립의 길이방향으로 채터링(Chattering)이 발생하게 된다. 이로써, 도금량의 편차를 야기하여 여전히 도금의 표면 품질을 저하시키고, 생산성 관점에서는 고주파 진동의 유발로 인해 고속화하기 어렵다.

(특허문헌 1) KR 146885 B1

이에 본 발명은, 예를 들어 용융아연 도금라인에서 가스 와이핑으로 인해 발생하는 금속 스트립의 고주파 진동을 실시간으로 감쇠시켜 스트립의 채터링을 억제할 수 있는 스트립의 진동 감쇠 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 도금량의 편차를 최소화시킴은 물론, 더욱 빠른 냉각이 이루어지고, 스트립과 가스 와이핑 장치 간 거리를 항상 일정하게 유지할 수 있는 스트립의 진동 감쇠 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치는, 스트립의 진행경로에 인접하게 배치된 본체; 상기 본체에 장착되어 상기 스트립에 자기력을 가하는 자석부; 및 상기 본체에 설치되어 상기 스트립을 향해 냉각유체를 분사하는 노즐부를 포함하고, 상기 노즐부는 냉각유체에 맥동을 인가하는 맥동 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 실시간으로 금속 스트립의 고주파 진동을 최소화함으로써 댐핑뿐 아니라 냉각능을 높일 수 있어서 라인 속도를 증대시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 도금의 품질 측면에서 길이방향의 채터링에 의한 도금량의 편차가 줄어들 수 있어 제품 표면의 품질을 향상시킴과 더불어, 필요한 만큼의 용융아연을 사용할 수 있게 됨으로써 원가의 절감이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치에 적용 가능한 맥동 발생부의 예를 도시한 단면도들이다.
도 6은 종래기술과 본 발명에 의한 도금량의 편차를 비교하기 위한 그래프들이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치는, 스트립(S)의 진행경로에 인접하게 배치된 본체(10); 이 본체에 장착되어 스트립에 자기력을 가하는 자석부(20); 및 본체에 설치되어 스트립을 향해 냉각유체를 분사하는 노즐부(30)를 포함하고, 노즐부는 냉각유체에 맥동을 인가하는 맥동 발생부(40; 도 2 내지 도 5 참조)를 구비하고 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치가 강판으로 된 스트립의 용융아연 도금라인에 적용되는 경우를 예로 들어 설명하지만, 그 적용예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 길이방향으로 길게 형성된 스트립을 진행시키는 모든 설비에 적용 가능함을 밝혀둔다.

용융아연 도금라인에서, 스트립은 용융아연 도금조에 설치한 싱크롤에 의해 그 방향이 변경되어 거의 수직하게 위로 끌어 올려진다. 그 후에, 스트립의 표면에 부착한 용융아연은 가스 와이핑 장치에 의해 깎여 나가고, 스트립의 표면에는 원하는 도금층의 두께가 부여된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치는, 용융아연 도금라인 중 가스 와이핑 장치의 바로 위에 배치되는 것이 좋으나, 그 배치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본체(10)는 별도의 설비 프레임(미도시)에 의해 지지되면서 스트립(S)의 진행경로에 인접하게 배치된다.

스트립(S)은 용융아연 도금조를 통과하여 가스 와이핑 장치를 지나면서 가스의 압력, 그리고 진행경로 상에 있는 롤과 그 베어링 및 주변 구조물의 진동 등과 같은 다양한 외력에 의해 주파수가 낮은 진동과 주파수가 높은 진동이 혼합되어 발생하게 된다.

자석부(20)는 본체(10)에서 스트립(S)을 향해 자력이 발생하도록 장착된다. 이러한 자석부는 영구자석 또는 전자석을 포함할 수 있는데, 자기장의 세기, 즉 자력의 세기를 조절할 수 있다는 점에서 전자석이 보다 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치가 쌍으로 구비되어 스트립(S)의 전면과 이면 각각에 대해 배치될 때, 스트립의 전면에 있는 자석부(20)와 스트립의 이면에 있는 자석부(20)는 서로 같은 극성으로 되는 것이 좋다. 또한, 이들 자석부는 효율적인 진동 제어를 위하여 스트립을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다.

이러한 자석부(20)는 대략 4 ~ 15mm 정도의 큰 변위를 갖는 스트립의 저주파 진동을 감쇠시킴과 더불어 스트립의 형상 교정이 이루어지게 할 수 있다. 하지만, 채터링을 수반하는 고주파 진동은 감쇠시키기가 어렵다.

노즐부(30)는 본체(10)의 일측 단부에 설치되어 스트립(S)을 향해 냉각유체를 분사할 수 있다. 예를 들어, 복수의 노즐부가 본체의 높이방향을 따라 다단이나 복열 또는 복수의 층으로 배열될 수 있다.

냉각유체로는 냉각수 등과 같은 액체, 공기나 불활성 가스 등과 같은 기체, 혹은 이들 액체와 기체의 조합이 사용될 수 있다.

용융아연 도금라인에서는, 용융아연이 아직 응고가 되지 않은 상황이기 때문에 스트립의 표면에 있는 아연과 마그네슘의 산화를 방지하기 위해, N₂, Ar 등의 불활성 가스를 냉각유체로 채용하는 것이 보다 바람직하다.

노즐부(30)는 본체(10) 내에 형성된 유로 및 노즐부(30) 내에 형성된 유로(32)에 연통되는 노즐공(34)이 마련되어 있다. 이러한 노즐공은 가늘고 길게 형성된 일자형 슬릿으로 형성되는 것이 좋다. 이에 따라, 노즐부는 스트립(S)의 대략 전체 폭에 걸쳐 냉각유체를 균일하게 분사할 수 있다.

진동으로 인하여 스트립(S)에 변위가 생기면, 노즐부(30)는 적당한 압력으로 냉각유체를 스트립의 양측면 또는 일측면에 분사함으로써, 스트립의 진동을 억제할 수 있게 된다.

한편, 본체(10) 내 유로를 거쳐 노즐부(30)의 노즐공(34)까지 지나가는 냉각유체는 본체 자체는 물론, 자석부(20)가 전자석인 경우에 본체 내에서 발열하는 전자석을 냉각시킬 수 있다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치에 적용 가능한 맥동 발생부의 예를 도시한 단면도들이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치는, 냉각유체에 맥동을 인가하는 맥동 발생부(40)를 노즐부(30)에 구비하는 것을 주요 특징으로 한다.

도 2와 도 3에는 공동형 맥동 발생부가 도시되어 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치에서, 맥동 발생부(40)는 노즐부(30) 내 유로(32)의 양측 벽면에 대응되게 형성된 적어도 한 쌍의 공동부(Cavity; 42)를 포함할 수 있다.

이러한 공동형 맥동 발생부의 경우에, 본체(10)로부터 제공된 냉각유체의 정상 유동이 노즐부(30) 내 유로(32)의 공동부(42)를 통과할 때, 공동부의 내부로 흘러들어간 유체에 의해 와류가 발생한다. 이렇게 발생된 와류가 공동부의 모서리에 부딪치면서 반사파 형태의 음파가 발생하여 노즐부의 노즐공(34) 쪽으로 전파된다. 이러한 반사파에 의해, 정상 유동은 특정한 주파수를 가진 맥동 유동으로 바뀌게 된다.

도 3에는 노즐부(30) 내 유로(32)의 양측 벽면에 복수의 쌍으로 형성된 공동부(42)를 포함한 멀티 공동형 맥동 발생부가 나타나 있다. 맥동 유동이 갖는 주파수는 맥동 발생부(40)의 형상에 따라 변화될 수 있으며, 멀티 공동형 맥동 발생부에서는 고주파수의 맥동 유동을 보다 효율적으로 만들 수 있는 장점이 있다.

도 4와 도 5에는 돌기형 맥동 발생부가 도시되어 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치에서, 맥동 발생부(40)는 노즐부(30) 내 유로(32)의 적어도 일측 벽면에 형성된 적어도 하나의 돌기부(44)를 포함할 수 있다.

이러한 돌기형 맥동 발생부의 경우에, 본체(10)로부터 제공된 냉각유체의 정상 유동이 노즐부(30) 내 유로(32)에 있는 돌기부(44)를 지나갈 때, 유로 단면적의 불연속 변화로 인하여 돌기부의 뒤에서 와류가 발생한다. 이렇게 발생된 와류로 인해 음파가 발생한다. 발생된 음파는 노즐부 내 유로의 벽면에 반복적으로 반사되면서 노즐공(34)을 통해 냉각유체가 분사되는 과정 중에 맥동울 유발하게 된다.

도 5에는 노즐부(30) 내 유로(32)의 양측 벽면에 형성된 복수의 돌기부(44)를 포함한 멀티 돌기형 맥동 발생부가 나타나 있다. 복수의 돌기부가 유로의 양측 벽면에 마련될 때 유로의 일측 벽면에 형성된 돌기부는 유로의 타측 벽면에 형성된 돌기부와 엇갈려 배치되는 것이 좋다. 멀티 돌기형 맥동 발생부에서는 정상 유동이 복수의 돌기부를 거치면서 고주파수의 맥동 유동을 보다 효율적으로 만들 수 있는 장점이 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치에서는 노즐부(30)가 맥동 발생부(40)를 구비함으로써, 노즐부로 유입된 냉각유체의 정상 유동이 노즐부의 유로(32)를 통하여 노즐공(34)으로 진행할 때 맥동 발생부에 의해 맥동 유동으로 바뀌면서 분사되게 된다.

여기서, 노즐부(30)가 냉각유체를 분사함으로써 스트립(S)의 표면에 있는 용융아연의 추가적인 가스 와이핑이 일어나지 않도록, 냉각유체는 30 ~ 180mpm의 라인 속도에서 노즐공(34)을 기준으로 대략 3 ~ 40kPa의 압력으로 분사될 수 있다. 이러한 노즐부의 분사 압력은 노즐공의 단면적 또는 노즐부의 높이에 의해 결정될 수도 있다.

또, 맥동파를 가진 냉각유체의 난류로 인하여 추가로 스트립의 진동을 유발하지 않도록, 노즐부(30)의 선단과 스트립(S) 사이의 거리는 노즐부의 높이의 6배 이하로 설정되는 것이 좋다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치는, 맥동 발생부(40)에 의해 노즐부(30)에서 스트립(S)에 발생한 진동의 위상과 반대인 맥동파를 만들어 스트립에 인위적으로 충돌시킬 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치는 비접촉 방식으로 스트립에 고주파 진동이 일어나지 않도록 억제할 수 있게 되는 것이다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치는, 본체(10)에 설치되어 스트립(S)으로부터의 거리를 감지하는 비접촉식 거리센서(50)를 더 포함할 수 있다. 거리센서는 정밀도를 향상시키기 위하여 복수로 설치될 수 있다.

채터링이 수반되는 스트립의 통과시, 거리센서(50)는 스트립(S)에 발생한 저주파(대략 1 ~ 3Hz) 진동의 변위 데이터를 실시간으로 추출하게 되고, 고주파(대략 5 ~ 10Hz) 진동을 그 위상(Phase)과 함께 검출한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치는, 거리센서(50)와 연결되고, 거리센서에 의해 측정된 변위 데이터에 의거하여 자석부(20)의 전자석, 냉각유체의 펌핑수단(미도시) 또는 밸브(미도시)에 전류를 인가하고 이들의 작동을 제어하는 제어부(60)를 더 포함할 수 있다.

제어부(60)는 거리센서(50)에 의해 측정된 변위 데이터와 미리 저장된 기준값을 비교하고, 이러한 비교에 의해 스트립의 위치 이동, 즉 진동을 인식하면 그 진동을 억제하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치를 작동시킨다.

바람직하기로, 자석부(20)는 스트립(S)에 인력을 가하게 됨과 동시에 노즐부(30)에 의해 스트립에 척력이 가해져, 양자의 균형에 의해 장력의 변동 등과 같은 다양한 원인으로 발생한 스트립의 진동을 감쇠시킬 수 있다.

이때, 노즐부(30))에서는 맥동 발생부(40)에 의해 예를 들어 채터링을 수반한 스트립의 고주파 진동과 동일한 대략 5 ~ 10Hz 정도의 주파수를 갖고서 위상이 반대인 맥동 유동을 발생시켜 이를 사용한다.

뿐만 아니라, 이러한 스트립(S)의 진동 감쇠로 인하여, 가스 와이핑 장치와 스트립 사이의 간격이 일정하게 유지될 수 있다.

도 6은 종래기술과 본 발명에 의한 도금량의 편차를 비교하기 위한 그래프들이다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 냉각유체 및 그 맥동 유동을 이용하지 않고 단지 전자기 제진장치를 사용한 종래기술에서는 스트립의 진동이 스트립의 도금량 변화에 그대로 전사되게 된다.

반면에, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치에서는 자석부가 큰 변위를 갖는 스트립의 저주파 진동을 감쇠시킴과 동시에, 스트립에 분사되는 냉각유체 및 그 맥동 유동이 채터링을 수반하는 스트립의 고주파 진동도 감쇠시킬 수 있어, 결국 스트립의 진동이 줄어든다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치에 의하면, 스트립은 실시간으로 그 진동이 감쇠되면서 더욱 빨리 냉각될 수 있다. 또한, 가스 와이핑 장치와 스트립 사이의 간격을 약 4 ~ 5mm까지 근접하게 유지한 채로 스트립이 진행할 수 있어, 기존에 불가능하였던 약 170 ~ 180mpm의 라인 속도로 고속의 박도금(편면 40g 이하)이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 진동 감쇠 장치에 의하면, 도금의 품질 측면에서 길이방향의 채터링에 의한 도금량의 편차가 줄어들 수 있어 제품 표면의 품질을 향상시킴과 더불어, 필요한 만큼의 용융아연을 사용할 수 있게 됨으로써 원가의 절감이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

S: 스트립 10: 본체
20: 자석부 30: 노즐부
34: 노즐공 40: 맥동 발생부
42: 공동부 44: 돌기부
50: 거리센서 60: 제어부

Claims

스트립의 진행경로에 인접하게 배치된 본체;
상기 본체에 장착되어 상기 스트립에 자기력을 가하는 자석부; 및
상기 본체에 설치되어 상기 스트립을 향해 냉각유체를 분사하는 노즐부
를 포함하고,
상기 노즐부는 냉각유체에 맥동을 인가하는 맥동 발생부를 구비하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐부는 냉각유체를 위한 유로에 연통되는 노즐공을 구비하고,
상기 노즐공은 일자형 슬릿으로 형성된 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제2항에 있어서,
상기 맥동 발생부는 상기 노즐부 내 유로의 양측 벽면에 대응되게 형성된 적어도 한 쌍의 공동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제2항에 있어서,
상기 맥동 발생부는 상기 노즐부 내 유로의 적어도 일측 벽면에 형성된 적어도 하나의 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제4항에 있어서,
상기 노즐부 내 유로의 양측 벽면에 복수의 돌기부가 형성될 때, 유로의 일측 벽면에 형성된 돌기부는 유로의 타측 벽면에 형성된 돌기부와 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐부의 선단과 상기 스트립 사이의 거리는 상기 노즐부의 높이의 6배 이하인 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제1항에 있어서,
상기 본체에 설치되어 상기 스트립으로부터의 거리를 감지하고 진동의 위상을 검출하는 거리센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제7항에 있어서,
상기 거리센서와 연결되고, 상기 거리센서에 의해 측정된 데이터에 의거하여 상기 스트립의 진동 감쇠 장치의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제8항에 있어서,
상기 노즐부에서는 상기 맥동 발생부에 의해 상기 스트립의 진동과 동일한 주파수를 갖고서 위상이 반대인 맥동 유동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각유체는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 스트립의 진동 감쇠 장치.