KR102166086B1 - 이동 중인 피가공재의 스케일 제거 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장치에 상대적으로 이동 방향으로 이동되는 피가공재에서 스케일을 제거하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 상기 장치는, 피가공재의 표면 상의 직교선에 상대적으로 소정의 각도로 비스듬하게 경사져 있는 회전축(R)을 중심으로 회전될 수 있는 로터 헤드(14)를 포함한다. 또한, 상기 장치는 로터 헤드(14) 상에 장착되는 복수의 제트 노즐(16)도 포함하며, 제트 노즐(16)들에서부터는 액체, 특히 물이 피가공재의 표면에 대해 비스듬한 입사 각도로 피가공재 상으로 방출될 수 있다. 복수의 제트 노즐(16.1; 16.2; 16.3)은 로터 헤드(14) 상에서 로터 헤드의 회전축(R)까지 서로 상이한 크기의 반경 방향 이격 간격(s1; s2; s3)으로 장착되며, 회전축(R)까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐(16.1; 16.2; 16.3)에서부터는, 회전축(R)까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량(V1; V2; V3)의 액체가 방출될 수 있다.

Description

이동 중인 피가공재의 스케일 제거 장치 및 방법
본 발명은 장치에 상대적으로 이동 방향으로 이동되는 피가공재(workpiece)에서 스케일을 제거하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 피가공재는 특히 열간압연 스톡(hot-rolled stock)이다.
종래 기술에 따라서, 피가공재들에서, 특히 열간압연 스톡에서 스케일을 제거하기 위해, 피가공재의 표면 상으로 물을 고압하에 분사하는 점은 공지되어 있다. 피가공재의 표면에서 완전한 스케일 제거를 위해, 고압 분사수는 일반적으로 스케일 제거 장치의 복수의 노즐에서부터 분출된다. 이와 관련하여, 열간 압연기의 경우, 압연 스톡의 표면에서 스케일의 제거, 다시 말하면 철 산화물로 이루어진 오염물들의 제거를 위해 제공되는 어셈블리 그룹이 스케일 제거 장치로서 지칭된다.
WO 2005/082555 A1호로부터는, 스케일 제거 장치에 상대적으로 이동되는 압연 스톡이 고압 분사수를 이용하여 제트 분사하는 것을 통해 스케일이 제거되게 하는 스케일 제거 장치가 공지되어 있다. 상기 스케일 제거 장치는 복수의 노즐 헤드를 포함하여 압연 스톡 폭을 덮는 적어도 하나의 노즐 헤드 열을 포함하며, 각각의 노즐 헤드는 압연 스톡 표면에 대해 수직인 회전축을 중심으로 모터로 회전 구동된다. 또한, 각각의 노즐 헤드에는, 회전축에 상대적으로 편심되어 배치되는 적어도 2개의 노즐이 제공되며, 이들 노즐은 구조적으로 가능한 한 가깝게 노즐 헤드의 주연(circumference) 상에 배치된다. 상기 스케일 제거 장치에는, 에너지 투입량이 압연 스톡의 폭에 걸쳐서 불균일성을 나타낼 수 있고 그로 인해 지속적인 온도 스트립(temperature strip)이 발생한다는 단점이 있다. 또한, 각각의 노즐 헤드들 상의 노즐들은 입사 각도만큼 바깥쪽을 향해 경사져서 배치된다. 그 결과로 인해, 자신의 회전축을 중심으로 하는 노즐 헤드들의 회전 동안 상기 노즐들의 분사 방향은 압연 스톡의 전진 이송의 방향으로 배향된다. 이런 점에 한해, 노즐들에서부터 배출되는 고압 분사수의 상기 배향은, 이런 경우 분사수의 제트가 효과가 없고 그로 인해 피가공재의 표면의 스케일 제거에 기여하지 않기 때문에 바람직하지 못하다.
WO 1997/27955 A1호로부터는, 액체 제트(liquid jet)가 압연 스톡의 스케일 제거 대상 표면 상으로 분사되게 하는 로터 스케일 제거 장치가 제공되어 있는 것인, 압연 스톡에서 스케일을 제거하기 위한 방법이 공지되어 있다. 사소한 정도만으로 압연 스톡의 냉각의 보장을 위해, 그리고 작동 액압(operating liquid pressure)이 낮은 조건에서 높은 제트 압력의 생성을 위해, 액체 제트는 간헐적으로, 다시 말하면 일시 중지하는 방식으로 형성된다. 액체 제트의 1회 또는 수회 중단으로 인해, 제트 압력 증대로서 작용하는 압력 피크가 생성되며, 그럼으로써 압연 스톡에 대한 스케일 제거 작용의 향상이 달성되게 된다. 그러나 이런 목적을 위해 제공되어 압력 매체 공급 라인과 유체로 연결되는 제어 캠(control cam)이 상기 스케일 제거 기술을 위한 구조적인 비용을 바람직하지 못한 방식으로 증대시킨다. 또한, 압력 피크의 형성 동안 특히 공동 현상(cavitation)을 통해 증가된 재료 스트레스(material stress)가 발생한다는 위험도 존재한다.
DE 10 2014 109 160 A1호로부터는 장치에 상대적으로 이동 방향으로 이동되는 피가공재에서 스케일을 제거하기 위한 일반적인 장치 및 일반적인 방법이 공지되어 있다. 이런 목적을 위해, 복수의 제트 노즐이 노즐 홀더의 형태로 회전하는 로터 헤드 상에 제공되며, 액체는, 고압하에, 이 경우 제트 노즐들에서부터 액체가 분출되는 방출 방향이 항상 압연 스톡의 이동 방향에 대해 비스듬한 각도로 연장되는 방식으로, 제트 노즐들에서부터 압연 스톡의 표면 상으로 방출되거나 분사된다. 이처럼 방출 방향의 비스듬한 배향을 통해, 제거된 스케일이 압연 스톡의 표면에서부터 측면 쪽으로 압연 스톡의 이격 방향으로 이송되는 점이 달성된다. 그러나 이에 수반되어 설비 및 그 주변 표면에서 바람직하지 못하고 심각한 오염이 발생한다.
본 발명의 과제는, 간단한 수단들을 이용하여 피가공재의 스케일 제거를 최적화하는 것에 있다.
상기 과제는 청구항 제1항 및 청구항 제3항에 한정된 특징들을 갖는 장치를 통해, 그리고 청구항 제6항 및 제8항에 한정된 특징들을 갖는 방법을 통해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 한정되어 있다.
본 발명에 따른 장치는, 장치에 상대적으로 이동 방향으로 이동되는 피가공재, 바람직하게는 열간압연 스톡에서 스케일을 제거하기 위해 이용되며, 그리고 회전축을 중심으로 회전될 수 있는 적어도 하나의 로터 헤드를 포함하며, 이 로터 헤드 상에는 복수의 제트 노즐이 장착되고, 이들 제트 노즐에서부터는 액체, 특히 물이 피가공재의 표면에 대해 비스듬한 입사 각도로 피가공재 상으로 방출될 수 있다. 또한, 본원의 장치는 제어 장치도 포함하며, 이 제어 장치는, 시그널링의 측면에서 로터 헤드의 구동 수단들과 연결되며, 그리고 프로그램 기술의 측면에서는, 자신의 회전축을 중심으로 로터 헤드를 회전시키는 회전수가 자신의 이동 방향으로 피가공재를 이동시키는 전진 이송 속도에 매칭될 수 있는 방식으로 구성된다. 바람직하게는, 제어 장치는, 상기 목적을 위해, 결과적으로 피가공재의 전진 이송 속도에 로터 헤드의 회전수의 상술한 매칭을 실현하기 위해, 폐루프 제어 회로를 포함한다. 또한, 이와 관련하여 필요한 변경을 가하여, 피가공재의 전진 이송 속도 역시도 로터 헤드의 회전수에 매칭될 수 있다.
이에 보충하여, 그리고/또는 그 대안으로, 본원의 장치를 위해, 복수의 제트 노즐은 로터 헤드 상에서 로터 헤드의 회전축까지 서로 상이한 크기의 반경 방향 이격 간격으로 장착되며, 회전축까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에서부터는, 회전축까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량의 액체가 방출될 수 있다.
동일한 방식으로, 본 발명은 피가공재, 바람직하게는 열간압연 스톡에서 스케일을 제거하기 위한 방법 역시도 제공한다. 이런 경우, 피가공재는 장치에 상대적으로 이동 방향으로 이동되며, 상기 장치는 회전축을 중심으로 회전될 수 있는 적어도 하나의 로터 헤드를 포함하며, 이 로터 헤드 상에는 복수의 제트 노즐이 장착된다. 로터 헤드가 자신의 회전축을 중심으로 회전되는 동안, 액체, 특히 물은 제트 노즐들에서부터 피가공재의 표면에 대해 비스듬한 입사 각도로 피가공재 상으로 방출되거나 분사된다. 본원의 방법을 위해, 자신의 회전축을 중심으로 로터 헤드를 회전시키는 회전수는, 제어 장치에 의해, 자신의 이동 방향으로 피가공재를 이동시키는 전진 이송 속도에 매칭된다. 바람직하게는, 피가공재의 전진 이송 속도에 대한 로터 헤드의 회전수의 상기 매칭은 폐루프 제어 방식으로, 다시 말하면 제어 장치에 구비되는 상응하는 폐루프 제어 회로의 이용을 통해 수행된다. 이미 본원의 장치에 대해 앞서 상술한 것처럼, 필요한 변경을 가하여, 피가공재의 전진 이송 속도 역시도 로터 헤드의 회전수에 매칭될 수 있다.
이에 보충하여, 그리고/또는 그 대안으로, 본원의 방법을 위해, 로터 헤드 상에서 각각 로터 헤드의 회전축까지 서로 상이한 크기의 반경 방향 이격 간격으로 장착되는 복수의 제트 노즐에서부터 상이한 정도의 체적 유량의 액체가 분출되고, 회전축까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에서부터는, 회전축까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량의 액체가 분사될 수 있다.
본 발명은, 피가공재를 따라서, 다시 말하면 피가공재의 이동 방향으로, 요컨대 피가공재 상으로 고압하에 분사되는 액체를 통해 피가공재의 표면 상에 공급되는 비에너지 투입량의 최적화 및 균일화가 피가공재의 전진 이송 속도에 대한 로터 헤드의 회전수의 매칭에 의해 가능하다는 주요 지식을 기초로 한다.
비에너지 투입량의 또 다른 최적화는, 고압으로 피가공재의 표면 상으로 분사되는 액체의 경우, 복수의 제트 노즐이 로터 헤드 상에서 로터 헤드의 회전축까지 각각 서로 상이한 크기의 반경 방향 이격 간격으로 장착되고, 이런 경우 회전축까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에서부터는, 회전축까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량의 액체 역시 방출되는 것을 통해 달성된다. 이는, 간단한 방식으로, 적합한 노즐 유형(nozzle type)의 선택을 통해 달성될 수 있으며, 그럼으로써 반경 방향으로 로터 헤드의 회전축으로부터 훨씬 더 멀리 이격 배치되는 제트 노즐에서부터 그에 상응하게 상대적으로 더 많은 양의 액체, 다시 말하면 상대적으로 더 많은 체적 유량이 분출된다. 따라서, 로터 헤드 상에 복수의 제트 노즐이 장착되는 상기 구현예를 통해, 피가공재의 이동 방향에 대해 횡방향으로, 다시 말하면 피가공재의 폭에 걸쳐서 액체를 위한 에너지 투입량은 최적화된다.
비에너지 투입량은, 본 발명에 따라서, 피가공재의 표면 상으로 액체를 충돌시키는 충돌 압력; 및 피가공재의 폭당 비체적 유량(specific volume flow), 다시 말하면 피가공재 상으로 분사되는 액체의 체적 유량;을 피가공재의 이동 방향과 관련한 분사폭으로 나누는 것으로 결정된다. 충돌 압력은, 액체가 제트 노즐들로 공급되게 하는 압력; 분출되는 체적 유량; 및 피가공재의 표면에서부터 제트 노즐들의 이격 간격;에 따라서 결정된다. 또한, 비에너지 투입량은 피가공재가 자신의 이동 방향으로 이동되게 하는 전진 이송 속도에 따라서 결정된다. 표면 검사 장치의 신호들에 따르는 비에너지 투입량의 변동은, 하기에서 재차 상세하게 설명되는 것처럼, 요컨대 제어 장치를 이용하여 앞서 전술한 매개변수들의 매칭을 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선예에서, 피가공재의 이동 방향과 관련하여 연이어, 그리고 특히 서로 인접하게 배치되는 제1 로터 헤드 어셈블리와 제2 제트 노즐 어셈블리가 제공된다. 로터 헤드 어셈블리는, 본 발명의 경우, 로터 헤드가 피가공재의 상부 및 하부에, 다시 말하면 피가공재의 상면 및 하면 상에 각각 제공되어 있는 것인 로터 헤드 쌍이거나, 또는 (피가공재의 상부 및 하부에) 각각 복수의 로터 헤드가 서로 나란히, 그리고 피가공재의 이동 방향에 대해 횡방향으로 통합되어 있는 것인 로터 모듈 쌍이다. 정상 작동 모드 중에, 액체는 단지 제1 로터 헤드 어셈블리의 제트 노즐들에서부터만 피가공재 상으로 분출될 수 있다. 특별 작동 모드 중에는, 제2 제트 노즐 어셈블리의 제트 노즐들이 접속될 수 있으며, 그럼으로써 액체는 상기 제2 제트 노즐 어셈블리의 제트 노즐들에서도 피가공재 상으로 방출되거나 분사된다. 이런 경우에, 그 다음, 피가공재에서 스케일을 제거하기 위해, 제1 로터 헤드 어셈블리 및 제2 로터 헤드 어셈블리 모두의 제트 노즐들이 이용된다. 특별 작동 모드에서 두 어셈블리의 이용은 예컨대 스케일 제거가 쉽지 않은 강종들을 위해, 또는 예컨대 노 롤러들(furnace roller) 상에서의 지지면들을 통해 발생할 수 있는 스케일 잔여물이 완고하게 고착된 경우 권장된다. 정상 작동 모드 중에 오직 제1 로터 헤드 어셈블리의 제트 노즐들만이 이용되는 상기 실시형태의 경우, 작동 소모량(operating consumption)은 바람직하게 최소화될 수 있다.
이는, 동일한 방식으로, 복수의 로터 헤드가 (설명한 것처럼) 통합되어 하나의 로터 헤드 모듈을 형성하는 경우에 적합하다. 요컨대, 이런 경우, 정상 작동 모드 중에 단지 하나의 로터 모듈 쌍만이 이용되며, 피가공재의 이동 방향에서 예컨대 하류에 배치되는 추가 제트 노즐 쌍은 필요한 경우에 접속된다. 이는, 동일한 방식으로, 예컨대 제2 어셈블리가 스프레이 바로서 형성됨으로써, 제1 로터 헤드 어셈블리와 제2 제트 노즐 어셈블리가 구조적으로 서로 구별되는 경우에 적합하다.
본 발명의 바람직한 개선예에서, 시그널링의 측면에서 제어 장치와 연결되는 표면 검사 장치가 제공될 수 있으며, 이 표면 검사 장치는, 결과적으로 피가공재의 표면 상에 잔존하는 스케일을 검출할 수 있도록 하기 위해, 피가공재의 이동 방향과 관련하여 로터 헤드의 하류에, 그리고 로터 헤드에 가깝게 배치된다. 상기 표면 검사 장치의 신호들을 기반으로, 피가공재의 스케일 제거 품질은 제어 장치에 의해 기결정 목표값(predetermined target value)과 비교되고 그 다음 이 비교에 따라서 로터 헤드의 제트 노즐들과 유체로 연결되어 있는 고압 펌프 유닛은 적합하게 개루프 모드로, 또는 폐루프 모드로 제어된다. 로터 헤드의 제트 노즐들과 유체로 연결되어 있는 고압 펌프 유닛의 제어는, 액체가 제트 노즐들에서부터 피가공재의 표면 상으로 분출되게 하는 압력이 표면 검사 장치의 신호들에 따라서 설정되는 방식으로 수행될 수 있다. 이는, 분출 대상 액체를 위한 압력이 정확히 그에 따라 피가공재를 위해 여전히 충분한 스케일 제거 품질이 달성될 정도로 설정된다는 점을 의미한다. (피가공재의 이동 방향으로 볼 때) 적어도 2개의 제트 노즐 어셈블리가 연이어 배치되는 경우, 상술한 제어를 통해, 접속 가능한 제트 노즐 어셈블리가 표면 검사 장치의 신호들에 따라서 적합하게 접속되는 점이 달성될 수 있으며, 이는 본 발명에 따르는 전술한 특별 작동 모드에 상응한다. 로터 헤드들 또는 스프레이 바들의 통상적인 2열 배치에 비해, 상기 1열 배치, 다시 말하면, 정상 작동 모드 중에 이용되는 단일의 로터 헤드 어셈블리 또는 제트 노즐 어셈블리를 통해 작동 매체들의 실질적인 절약이 달성된다.
압력의 앞서 전술한 매칭을 통해, 다시 말하면 압력의 감소를 통해, 모든 주변 재료 또는 설비 부품에 대한 액체의 감소된 마멸 작용(abrasion action) 역시도 설정되며, 그럼으로써 유지보수 비용뿐만 아니라 제트 노즐들 자체의 마모 역시도 감소된다.
표면 검사 장치의 설치 및 개루프 또는 폐루프 제어 장치 내에 표면 검사 장치의 통합을 통해, 피가공재의 깔끔한 스케일 제거를 위해 필요한 수량은 압력 및/또는 체적 유량의 변동을 통해 적합하게 최소화될 수 있다. 이는, 고압수의 공급을 위한 에너지의 절약;뿐만 아니라, 동일한 방식으로 피가공재 상으로 분출되는 액체의 감소된 양의 결과로서 피가공재의 감소된 냉각; 역시도 달성한다.
이에 보충하여, 주지해야 할 사항은, 피가공재의 표면까지 로터 헤드의 이격 간격이 조정될 수 있다는 점이다. 그에 따라, 상이한 크기의 높이를 갖는 피가공재들의 상이한 로트들(lot)에 대한 매칭도 가능하다. 또한, 이에 보충하여, 표면 검사 장치의 신호들에 따라서 피가공재의 표면까지 로터 헤드의 상기 이격 간격을 설정할 수도 있다. 예컨대, 상기 방식으로, 스케일 제거 품질이 충분하지 않은 경우, 피가공재의 표면까지 로터 헤드의 이격 간격은 감소될 수 있으며, 그럼으로써 그 결과로 피가공재의 표면 상에서, 피가공재 상에 분사되는 액체와 관련하여 상대적으로 더 높은 충돌 압력이 설정되게 된다. 이는 필요한 변경을 가하여 그 반대의 경우에도 역시 적용되며, 그에 따라서 스케일 제거 품질이 기결정 목표값을 상회하는 경우 피가공재의 표면까지 로터 헤드의 이격 간격은 적어도 극미하게 증가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선예에서, 피가공재의 하부에 배치되는 로터 헤드 어셈블리 상으로 액체를 공급하는 압력은, 피가공재의 상부에 배치되는 로터 헤드 어셈블리를 위한 경우보다 더 높게 선택될 수 있다. 이로써, 피가공재의 하면으로부터는, 그 하면에 예컨대 가이드 롤러들에 대한 접촉의 결과로서 형성된 완고하게 고착된 스케일 역시도 신뢰성 있게 제거될 수 있다. 그에 상응하게, 피가공재를 위해, 스케일이 없으면서 깔끔한 표면은 비교적 적은 물 소모량으로 달성되며, 그럼으로써 고압수의 생성을 위한 에너지가 현저한 정도로 절약된다.
피가공재의 스케일 제거를 위해 이용되는 감소된 비수량(specific water quantity)을 통해, 노를 위해, 그리고/또는 유도 가열 장치를 위해 필요한 가열 에너지, 또는 피가공재의 후속 압연을 위해 필요한 성형 에너지는 현저하게 감소될 수 있다. 그에 따라, 온도 절약으로 인해, 피가공재 또는 열간압연 스톡에 대해 상대적으로 더 얇은 최종 두께가 생성될 수 있으며, 그럼으로써 제품 믹스(product mix)가 확대될 수 있게 된다. 이에 부수적으로, 노 온도가 상대적으로 더 낮은 경우 노 롤러들의 유효수명 역시도 대폭 증가된다.
하기에서는, 본 발명의 실시예들이 개략적으로 간소화된 도면에 따라서 상세하게 기재된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 원칙에 따라 간소화하여 도시한 측면도이다.
도 2는 또 다른 실시형태에 따르는 본 발명에 따른 장치를 원칙에 따라 간소화하여 도시한 상면도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는, 도 1 또는 도 2에 따른 장치의 제트 노즐들의 분사 방향과 피가공재가 상기 장치를 통과하여 이동되는 이동 방향 간의 원칙에 따른 관계를 각각 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 따르는 장치의 부분일 수 있는 로터 모듈 쌍을 간소화여 도시한 정면도이다.
도 5는 도 1 또는 도 2에 따르는 장치에서 이용을 위한 로터 헤드의 제트 노즐들의 가능한 배치구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실행을 위한 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b는 피가공재 상으로 분출되는 액체에 의해 피가공재의 표면 상에서 형성되는 분사 이미지를 각각 도시한 도면이다.
하기에서는, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 여러 실시형태가 상세하게 기재된다. 도면들에서, 동일한 기술적 특징들은 각각 동일한 도면부호들로 표시되어 있다. 그에 추가로 주지할 사항은, 도면 페이지의 도면들은 원칙에 따라서 간소화되어, 그리고 특히 일정한 축척 비율과 다르게 도시되어 있다는 점이다. 일부 도면에는, 스케일 제거 대상이면서 이동 중인 피가공재와 관련하여 본 발명에 따른 실시형태들의 공간상 배향 설정을 목적으로 데카르트 좌표계들이 도시되어 있다.
본 발명에 따른 장치(10)는, 장치(10)에 상대적으로 이동 방향(X)으로 이동되는 피가공재(12)에서 스케일을 제거하기 위해 이용된다. 피가공재는 본원의 장치(10)를 통과하여 이동되는 열간압연 스톡일 수 있다.
본 발명에 따른 장치(10)는, 복수의 제트 노즐을 구비한 제트 노즐 어셈블리를 포함하며, 상기 제트 노즐들에서부터는 액체, 특히 물이 피가공재의 표면 상으로 고압하에 분출된다. 제트 노즐 어셈블리는 회전축(R)을 중심으로 회전될 수 있는 로터 헤드(14)(도 1)로 형성된다. 자신의 회전축(R)을 중심으로 하는 로터 헤드(14)의 회전은, 도 1에 상징적으로 도면부호 "M"으로 표시되어 있고 예컨대 전기 모터로 형성될 수 있는 구동 수단들을 통해 수행된다. 피가공재(12)로 향해 있는 로터 헤드(14)의 단부면 상에는 제트 노즐(16)들이 장착된다. 제트 노즐(16)들에서부터는, 피가공재(12)에서 적합하게 스케일을 제거하기 위해, (도 1에 간소화되어 파선으로 상징적으로 도시된) 액체(18)가 고압하에 피가공재(12)의 표면(20) 상으로 분사된다.
제트 노즐(16)들은, 도 1의 실시형태의 경우, 로터 헤드(14) 상에 고정 장착된다. 이런 경우, 제트 노즐(16)들의 종축(L)들은 로터 헤드(14)의 회전축(R)에 대해 평행하게 배향된다. 그에 상응하게, 액체가 제트 노즐(16)들에서부터 분출되는 분사 방향(S) 역시도 로터 헤드의 회전축(R)에 대해 평행하게 연장된다. 회전축(R)은 피가공재(12)의 표면(20) 상의 직교선에 상대적으로 소정의 각도(γ)로 비스듬하게 경사져 배치된다. 이에 기인하여, 분사 노즐(16)들의 경우, 제트 노즐(16)들에서부터 분사되는 액체(18)가 피가공재의 표면(20) 상에 충돌하게 하는 입사 각도(α)가 발생한다. 회전축(R)에 대한 종축(L)들의 평행성으로 인해, 도시된 예시의 경우, 입사 각도(α)는 회전축(R)의 경사 각도(γ)와 같고, 입사 각도(α)는 자신의 회전축(R)을 중심으로 하는 로터 헤드(14)의 회전 동안 일정하게 변함이 없다. 상기 실시형태는 특히 바람직한 방식으로 본 발명의 기능을 보조하지만, 그러나 또 다른 구조 유형들의 로터 헤드-제트 노즐 어셈블리들 역시도 이용될 수 있다.
로터 헤드(14)는 높이 조정 가능하게 형성되며, 이런 높이 조정은 예컨대 도 1에 간소화되어 양방향 화살표 "H"를 통해 상징적으로 도시되어 있는 높이 조정이 가능한 파지 장치 상에 장착되는 것을 통해 실현된다. 파지 장치(H)는 (도면에는 미도시한) 작동 구동부를 포함할 수 있다. 그에 따라, 피가공재(12)의 표면(20)까지 로터 헤드(14)의 단부면과 회전축(R)의 교차점이 갖는 이격 간격(A)은 필요한 경우 작동 구동부의 제어를 통해 조정된다. 본 발명의 문맥에서, 상기 이격 간격(A)은 분사 이격 간격으로서 해석되어야 한다. 상기 이격 간격(A)이 감소되는 경우, 피가공재(12)의 표면(20) 상에서 액체(18)의 결과에 따른 충돌 압력은 증가한다.
본원의 장치(10)는, 제어 장치(22)와; 이 제어 장치(22)와 시그널링의 측면에서 연결되는 고압 펌프 유닛(24)을; 포함한다. 로터 헤드(14)는, 제트 노즐(16)들이 고압 펌프 유닛(24)과 유체로 연결되고 그에 따라 고압 펌프 유닛(24)으로부터 고압하에 액체를 공급받는 방식으로, 연결 라인을 통해 고압 펌프 유닛(24)과 연결된다. 이런 경우 고압하에 제트 노즐(16)들에서부터 피가공재(12) 상으로 분사되는 액체(18)는 바람직하게는 물이지만, 그러나 본원에서 오직 물의 매체로만 제한되는 것으로 해석하지 않아야 한다.
고압 펌프 유닛(24)의 적어도 하나의 펌프는 주파수 조절기(25)를 구비한다. 이로써, 액체(18)가 제트 노즐(16)들로 공급되게 하는 압력을 조금씩 변동시킬 수 있도록 하기 위해, 제어 장치(22)를 이용하여 고압 펌프 유닛(24)을 최대한 연속해서 제어할 수 있다. 고압 펌프 유닛(24)의 상기 제어에 대한 또 다른 상세내용은 하기에서 재차 상세하게 설명된다.
본원의 장치(10)는 [피가공재(12)의 이동 방향(X)과 관련하여] 로터 헤드(14)의 하류에, 그리고 그에 가깝게 배치되는 표면 검사 장치(26)를 포함한다. 표면 검사 장치(26)는, 피가공재(12)의 표면(20)에 대해 3D 측정이 수행되고 이로부터 피가공재(12)의 표면(20)에 대한 높이 프로파일이 도출되는 것인 광학 측정 원리를 기반으로 할 수 있다. 그 대안으로, 표면 검사 장치(26)에 의해, 피가공재(12)의 표면(20)에 대한 스펙트럼 분석도 실행된다. 표면 검사 장치(26)는 시그널링의 측면에서 제어 장치(22)와 연결되어 있다. 그에 따라, 표면 검사 장치(26); 및 제어 장치(22) 내에서의 상응하는 평가;에 의해, 피가공재(12)의 표면(20) 상의 스케일 또는 잔여 스케일이 검출될 수 있다. 따라서, 표면 검사 장치(26)는 스케일 검출 장치에 상응한다. 이런 목적을 위해, 표면 검사 장치(26)는, 피가공재(12)의 상면뿐만 아니라 그 하면 역시도 모니터링되는 방식으로 형성된다.
로터 헤드(14)의 구동 수단(M)들은 시그널링의 측면에서 제어 장치(22)와 연결된다. 이로써, 자신의 회전축(14)을 중심으로 하는 로터 헤드(14)의 회전수를 설정할 수 있다. 동일한 방식으로, 피가공재(12)의 전진 이송 속도(v)가 설정되거나 변동될 수 있게 하는 (미도시한) 수단들; 및 높이 조정이 가능한 파지 장치(H);는, 하기에서 재차 상세하게 설명되는 것처럼, 시그널링의 측면에서 제어 장치(22)와 각각 연결된다.
도 2에는, 본 발명에 따른 장치(10)의 또 다른 실시형태가 요컨대 간소화된 상면도로 도시되어 있다. 상기 실시형태의 경우, 2개의 제트 노즐 어셈블리 또는 로터 헤드(14.1 및 14.2)는 피가공재(12)의 이동 방향(X)과 관련하여 연이어 배치된다. 상기 로터 헤드(14.1 및 14.2)들 각각은, 도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 고압 펌프 유닛(24)에 연결된다. 도 2의 실시형태의 경우, 표면 검사 장치(26)는 로터 헤드(14.2)의 하류에 포지셔닝된다. 여기서 명백한 설명을 위해, 주지해야 할 사항은, 도 2의 도면에서 피가공재(12)의 폭이 y 방향으로 연장되고, 로터 헤드(14.1 및 14.2)들에 대한 회전축(R)들은 각각 도면 평면에 대해 수직으로 연장된다는 점이다. 하류에 포지셔닝되는 제2 제트 노즐 어셈블리에서는, 예컨대 스프레이 바로서의 또 다른 실시형태들 역시도 이용될 수 있다.
일측에서 제어 장치(22)와 타측에서는 본원의 장치(10)의 개별 구성요소들 간의 시그널링 연결부들은 도 1 및 도 2에 각각 파선들을 통해 상징적으로 예시되어 있다. 이에 대해 개별적으로 설명하면, 제어 장치(22)와 고압 펌프 유닛(24) 간의 시그널링 연결부는 도면부호 23.1을 통해 표시되어 있다. 제어 장치(22)와 표면 검사 장치(26) 간의 시그널링 연결부는 도면부호 23.2로 표시되어 있다. 제어 장치(22)와 로터 헤드(14)의 구동 수단(M)들 간의 시그널링 연결부는 도면부호 23.3으로 표시되어 있다. 제어 장치(22)와 높이 조정부(H) 간의 시그널링 연결부는 도면부호 23.4를 통해 표시되어 있다. 제어 장치(22)와 피가공재(12)의 전진 이송 속도(v)가 설정되거나 변동될 수 있게 하는 (미도시한) 장치 간의 시그널링 연결부는 도면부호 23.5를 통해 표시되어 있다. 상기 연결부(23.1 ~ 23.5)들은 물리적 라인들일 수 있거나, 또는 적합한 무선 링크 등일 수 있다.
도 3에는, 액체(18)가 제트 노즐(16)들에서부터 분사되는 분사 방향(S);과 피가공재(12)가 본원의 장치(10) 또는 그 로터 헤드(14)를 통과하여 이동되는 이동 방향(X); 간의 관계가 분명하게 도시되어 있다. 더욱 상세하게는, 도 3에는, 피가공재(12)의 표면(20)에 대해 평행한 평면에서의 분사 방향(S)의 투영이 분명하게 도시되어 있다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 따르는 예시에서, 액체(18)가 제트 노즐(16)의 노즐 팁(17)(nozzle tip)에서부터 방출되는 분사 방향(S)은 이동 방향(X)에 대해 반대되는 방향으로, 다시 말하면 이동 방향(X)에 대해 약 170° ~ 190°의 분사 각도(β)로 배향된다. 그 결과로 인해, 액체가 지속적으로 고압하에 피가공재(12) 상으로 분사될 때 액체(18)의 분사 방향(S)은 피가공재(12)의 측면 가장자리의 방향으로 향하는 어떠한 성분도 포함하지 않거나, 또는 단지 극미한 성분만을 포함하게 된다. 이런 작용 방식은, 특히 목적에 부합하게, 본 발명의 작용에 도움이 된다.
본 발명의 특히 적합한 작용은, 도 3a, 도 3b 및 도 3c의 도면들에 따라서 앞에서 설명한 분사 방향(S)의 배향이 자신의 회전축(R)을 중심으로 하는 로터 헤드(14)의 회전 동안 변함없이, 또는 일정하게 유지되는 것을 통해서도 달성된다. 이와 동일한 사항은 입사 각도(α)에도 적용된다.
하기에서는, 도 4를 참조하여, 도 2의 실시형태에서 이용될 수 있는 로터 헤드(14)들의 가능한 배치구조가 도시되고 설명된다.
도 4에는, 로터 모듈들의 정면도가 도시되어 있으며, 하나의 로터 모듈(30.1)이 피가공재(12)의 상부에, 그리고 하나의 로터 모듈(30.2)은 피가공재(12)의 하부에 제공되고, 그 결과 하나의 로터 모듈 쌍(32)이 형성된다. 보다 상세하게는, 로터 모듈(30.1 및 30.2)들은, 서로 나란히, 그리고 피가공재의 이동 방향(X)에 대해 횡방향으로(다시 말하면 도 4에서는 y 축의 방향으로) 배치되는 복수의 로터 헤드(14)로 각각 구성된다. 균일한 비에너지 투입량을 위해, 개별 로터들의 이격 간격은, 바깥쪽 제트 노즐들의 분사 흔적들이 분사 이미지에서 중첩되지만, 그러나 상기 노즐들 중 2개 노즐의 제트가 동시에 피가공재의 동일한 위치에 충돌하지는 않는 방식으로 결정되어야 한다. 또한, 도 4에서의 도면과 달리, 3개보다 적거나 많은 로터 헤드(14)도 통합되어 하나의 로터 모듈(30.1, 30.2)을 형성할 수 있다.
도 4에 따른 실시형태와 관련하여 주지할 사항은, 개별 로터 헤드(14)들이 하나의 공통 압력수 라인(D)에 연결되고, 이 압력수 라인은 고압 펌프 유닛(24)과 연결되어 있다는 점이다. 이로써, 로터 헤드(14)들 상에 장착된 제트 노즐(16)들로 고압수의 공급이 보장된다.
도 5에는, 로터 헤드(14)의 하부 단부면 상에 복수의 노즐 제트(16)를 장착하는 점이 상징적으로 도시되어 있다. 도 5의 예시의 경우, 로터 헤드(14)의 회전축(R)까지 상이한 이격 간격(s)을 각각 갖는 3개의 제트 노즐(16.1, 16.2 및 16.3)이 제공되어 있다. 도 5의 도면에서, 회전축(R)은 도면 평면에 대해 수직으로 연장된다.
각각의 제트 노즐(16.1, 16.2 및 16.3)들의 상이한 이격 간격들은 도 5에는 각각 도면부호 s1, s2 및 s3으로 표시되어 있으며, 단 s1 > s2 > s3의 관계가 적용된다. 회전축(R)까지 각각 상이한 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐들의 상기 배치구조의 경우, 회전축(R)까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에서부터는, 회전축까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량의 액체가 분출된다. 이런 경우, 도 5에 따른 3개의 노즐(16.1, 16.2 및 16.3)과 관련하여, 상기 노즐들에서부터 방출되는 체적 유량에 대해서는
Figure 112018095233713-pct00001
의 관계가 적용된다. 이런 경우, 체적 유량(
Figure 112018095233713-pct00002
)은 제트 노즐(16.1)에서부터, 체적 유량(
Figure 112018095233713-pct00003
)은 제트 노즐(16.2)에서부터, 그리고 체적 유량(
Figure 112018095233713-pct00004
)은 제트 노즐(16.3)에서부터 배출되고 분사된다. 이로써, 제트 노즐(16.1, 16.2 및 16.3)들에서부터 방출되는 액체의 경우, 피가공재의 이동 방향(X)에 대해 횡방향으로 피가공재(12)의 표면(20) 상에서 균일한 에너지 투입량이 달성된다.
도 5의 도면과 관련하여 바로 위에 설명한 관계들은, 3개보다 많거나 적은 제트 노즐들의 개수에 대해서도, 요컨대 어느 경우에서든 로터 헤드(14)의 회전축(R)까지 각각 상이한 이격 간격을 갖는 복수의 제트 노즐에 대해서도 분명하게 고려된다. 그에 추가로 주지할 사항은, 도 5의 예시가 도 1 ~ 4에 도시되고 설명되는 모든 로터 헤드(14)에도 적용된다는 점이다.
앞서 전술한 실시형태들 모두에서, 피가공재(12)는, 요컨대 상응하는 도면들에 각각 "v"로 상징적으로 도시되어 있는 전진 이송 속도로 본원의 장치(10)를 통과하여 이동된다.
고압하에 물의 분사를 통해, 피가공재(12)의 표면(20)들은 하기 공식처럼 결정되는 비에너지 투입량(E)[또는 "분사 에너지(Spray Energy)"]을 공급받는다..
Figure 112018095233713-pct00005
상기 공식에서, 각 항목의 의미는 하기와 같다.
E: 비에너지 투입량[kJ/㎡],
l: 충돌 압력[N/㎟],
Figure 112018095233713-pct00006
: 피가공재의 1m 폭당 비체적 유량[l/s·m],
v: 피가공재의 전진 이송 속도[m/s].
이런 경우, 피가공재(12)의 표면(20) 상으로 액체(18)를 충돌시키는 충돌 압력은, 액체가 제트 노즐(16)들에서부터 분출되게 하는 압력 및 체적에 따라서 뿐만 아니라, 피가공재의 표면(20)에서부터 제트 노즐(16)들의 이격 간격에 따라서도 결정된다.
전진 이송 속도(v)를 고려하지 않으면서, 오직 스케일 제거 결과의 폐루프 제어를 위해 불충분한 충돌 압력(I)의 정상 상태 검사(steady-state inspection)만이 수행되기도 한다.
또한, 비체적 유량 (
Figure 112018095233713-pct00007
)은 하기 공식에 따라 결정된다.
Figure 112018095233713-pct00008
상기 공식에서, 각 항목의 의미는 하기와 같다.
Figure 112018095233713-pct00009
: 피가공재의 1m 폭당 비체적 유량[l/s·m],
Figure 112018095233713-pct00010
: 분출되는 액체의 체적 유량[l/s]
b: 이동 방향(X)에 대해 횡방향인 분사 폭[m].
이제, 본 발명은 하기와 같은 기능을 발휘한다.
피가공재(12)의 표면(20)들의 요구되는 스케일 제거를 위해, 상기 피가공재는 본 발명에 따른 장치(10)에 상대적으로 이동 방향(X)으로 이동된다. 이런 경우, 제트 노즐(16)들에서부터는 액체(18)가 고압하에 피가공재(12)의 표면(20)들 상으로, 요컨대 피가공재의 상면 상으로뿐만 아니라 그 하면 상으로도 분사된다.
도 6에는, 본 발명에 따른 장치(10)의 작동 방식 또는 본 발명에 따른 방법의 실행을 일목요연하게 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다.
피가공재(12)가 본원의 장치(10)를 통과하여 이동 방향(X)으로 이동되면서 이와 동시에 스케일이 제거되는 동안, 스케일 제거 품질은 지속적으로 표면 검사 장치(26)에 의해 모니터링된다. 이로써, 제트 노즐 어셈블리에 가깝고 바로 그에 인접한 위치에서, 피가공재(12)에 대해 요구되는 표면 품질이 기결정 설정 값을 달성하는지 그 여부가 확인될 수 있다. 만일 달성되지 않는다면, 최대한 적은 비에너지 투입량으로 요구되는 표면 품질을 달성하기 위해, 또는 품질이 충분한 경우에는 최대한 적은 에너지 투입량으로 허용 품질을 달성하도록 비에너지 투입량을 연속해서 감소시키기 위해, 매칭을 위한 상이한 액추에이터들이 제공된다.
그에 상응하게, 제어 장치(22)를 이용하여 고압 펌프 유닛(24) 또는 이를 위해 제공된 주파수 조절기(들)(25)를 적합하게 제어하는 것을 통해, 액체(18)가 제트 노즐(16)들로 공급되게 하는 압력은 증가될 수 있고, 경우에 따라서는 고압 펌프 유닛(24)의 추가 펌프 역시도 접속된다.
또한, 압력의 이미 전술한 매칭에 보충하여, 또는 그 대안으로, 추가 제트 노즐 어셈블리를 접속시키거나, 또는 차단시킬 수도 있다. 도 2에 따른 실시형태에서, 상기 추가 제트 노즐 어셈블리는, 제트 노즐 어셈블리(14.1)의 하류에 제공되는, 예컨대 로터 헤드 쌍(28) 또는 로터 모듈 쌍(32)의 형태인 제트 노즐 어셈블리(14.2)이다. 이는, 피가공재(12)에 대해 요구되는 표면 품질의 준수 시, [본 발명의 정상 작동 모드(normal operation)에 따라서] 오직 단일의 제트 노즐 어셈블리만이 이용된다는 점을 의미한다. 오직 피가공재(12)에 대한 표면 품질이 기결정 설정 값을 하회하는 경우에만, [본 발명의 특별 작동 모드(special operation)에 따라서] 제2 제트 노즐 어셈블리(도 2에서 14.2 참조)가 접속되며, 그 다음 상기 접속된 제2 제트 노즐 어셈블리의 제트 노즐(16)들에서부터도 마찬가지로 액체(18)가 고압하에 피가공재의 표면(20) 상으로 분사된다. 이런 점이 더 이상 필요하지 않으면, 그 즉시 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)의 접속은 다시 취소된다. 본 발명의 정상 작동 모드에서 오직 단일의 제트 노즐 어셈블리만이 이용된다는 사실은 에너지 및 고압수의 절약에 기여한다.
또한, 도 6의 흐름도에 따라, 본원의 장치(10)의 작동 매개변수들의 매칭 역시도 실행될 수 있다. 요컨대 제어 장치(22)를 이용한 고압 펌프 유닛(24)의 적합한 제어를 통해, 액체(18)가 제트 노즐(16)들로 공급되게 하는 압력은, 잔여 스케일이 검출됨에 따라 최소 비에너지 투입량이 하회되는 점이 확인되고 그 다음 상기 압력 자체가 다시 약간 증가되어야만 할 때까지 감소될 수 있다. 이런 경우, 제트 노즐(16)들로 공급되는 액체(18)를 위한 압력은, 표면 품질이 기결정 설정 값을 달성하게 하는 충분히 큰 값으로 설정된다. 달리 표현하면, 액체(18)가 제트 노즐(16)들로 공급되게 하는 압력은, 피가공재(12)의 표면 또는 스케일 제거 품질이 기결정 설정 값을 준수하는 동안에는 감소된다.
이에 보충하여, 그리고/또는 그 대안으로, 충돌 압력 또는 스케일 제거 압력의 변동은 로터 헤드 어셈블리의 높이 조정을 통해 수행될 수 있다. 이런 높이 조정은 도 1에 화살표 "H"를 통해 상징적으로 도시되어 있으며, 그리고 제트 노즐 어셈블리가 그 상에 장착되어 있는 높이 조정이 가능한 파지 장치(H)의 작동 구동부가 제어 장치(22)에 의해 적합하게 제어되면서, 상기 높이 조정이 달성된다.
도 6에 따른 흐름도에는, 피가공재(12)에서 스케일을 제거하는데 이용되는 요구되는 비에너지 투입량(E)을 결정하고 설정하기 위한 폐루프 제어 회로가 일목요연하게 도시되어 있다. 이런 경우, 피가공재에 대한 표면 품질이 (도 6에서는 "설정 결과"로서 지칭되는) 기결정 설정 값을 달성할 때까지, 앞서 전술한 가능성들이 실행되고 평가된다.
또한, 제어 장치(22)가 자신의 이동 방향(X)으로 이동하는 피가공재(12)의 실제 전진 이송 속도(v)와 관련한 정보를 수신받게 하는 (미도시한) 수단들도 제공된다. 이와 동일한 사항은, 전진 이송 속도(v)가 매칭되었거나 변동되었고, 이런 사항은 전술한 수단들을 통해 그 다음 마찬가지로 제어 장치(22)로 시그널링되는 경우에 적용된다. 이를 기반으로, 제어 장치(22)에 의해서는, 로터 헤드(14)를 위해 요구되는 회전수가 요컨대 피가공재(12)의 전진 이송 속도에 매칭되어 설정될 수 있다. 또한, 상기 매칭은 생산 모드의 진행 중에 피가공재(12)를 위한 전진 이송 속도(v)에서 변동이 발생하거나, 또는 상기 전진 이송 속도가 스케일 제거 품질의 매칭을 위해 필요한 작동 요소로서 변동되는 경우에도 가능하다. 제어 장치(22)는, 프로그램 기술의 측면에서, 로터 헤드(14)의 회전수의 상기 매칭이 폐루프 제어 방식으로도 수행되는 방식으로 구성될 수 있다.
자신의 이동 방향(X)으로 이동하는 피가공재(12)의 전진 이송 속도(v)에 대해 로터 헤드(14)의 회전수의 방금 전 전술한 매칭에 의해서는, 요컨대 이동 방향(X)을 따라서 피가공재(12)의 표면(20) 상으로 분사되는 액체(18)를 위한 최적의 에너지 투입량이 달성된다. 피가공재(12)의 전진 이송 속도(v)에 대해 상기와 같이 최적인 로터 헤드(14)의 회전수의 매칭은, 피가공재(12)의 표면(20) 중 잘라 낸 부분을 상면도로 도시하고 있는 도 7a에 따르는 분사 이미지에 도시되어 있다. 이와 반대로, 도 7b의 도면에는, 피가공재(12)의 전진 이송 속도(v)에 대해 최적의 상태가 아닌 로터 헤드(14)의 회전수의 매칭이 분명하게 도시되어 있다. 본 발명에 의해서는, 도 7b의 도면에 따르는 분사 이미지를 방지할 수 있다.
상기에서 이미 도 5와 관련하여 설명한 것처럼, 회전축(R)과 관련하여 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐(16)들에서부터는 상대적으로 더 많은 체적 유량(
Figure 112018095233713-pct00011
)의 액체(18)가 피가공재(12) 상으로 분출되는 것을 통해, 피가공재(12)의 이동 방향(X)에 대해 횡방향으로, 다시 말하면 y 방향으로 에너지 투입량의 최적화가 달성된다. 회전축(R)까지 서로 상이한 크기의 이격 간격을 각각 갖는 제트 노즐(16)들을 위해 상기와 같이 상이한 정도의 체적 유량(
Figure 112018095233713-pct00012
)의 설정은 본 발명에 따른 장치(10)의 제조 동안 여러 노즐 유형의 적합한 선택을 통해 보장된다.
이에 보충하여, 그리고/또는 그 대안으로, 자신의 이동 방향(X)으로 피가공재를 이동시키는 전진 이송 속도(v) 역시도, 예컨대 피가공재(12)의 검출되는 표면 또는 스케일 제거 품질에 따라서, 그리고/또는 제어 장치(22)에 따라서, 개루프 모드로 제어되는, 바람직하게는 폐루프 모드로 제어되는 방식으로 설정될 수 있다.
10: 장치
12: 피가공재
14: 로터 헤드
14.1: 로터 헤드 어셈블리
14.2: 로터 헤드 어셈블리
16: 제트 노즐
16.1: 제트 노즐
16.2: 제트 노즐
16.3: 제트 노즐
18: 액체
20: 표면
22: 제어 장치
24: 고압 펌프 유닛
26: 표면 검사 장치
29: 로터 헤드 쌍
32: 스케일 검출 장치
α: 입사 각도
β: 분사 각도
M: 구동 수단
R: 회전축
S: 분사 방향
s1: 이격 간격
s2: 이격 간격
s3: 이격 간격
Figure 112018095233713-pct00013
: 체적 유량
Figure 112018095233713-pct00014
: 체적 유량
Figure 112018095233713-pct00015
: 체적 유량
v: 전진 이송 속도
X: 이동 방향

Claims (23)

  1. 장치(10)에 상대적으로 이동 방향(X)으로 이동되는 피가공재(12), 또는 열간압연 스톡에서 스케일을 제거하기 위한 장치(10)로서,
    복수의 제트 노즐(16)이 그 상에 장착되는 것이면서 회전축(R)을 중심으로 회전될 수 있는 적어도 하나의 로터 헤드(14)이면서, 제트 노즐(16)들에서부터는 액체(18), 또는 물이 피가공재(12)의 표면(20) 상의 직교선에 상대적으로 비스듬한 입사 각도(α)로 피가공재(12) 상으로 방출될 수 있는 것인, 상기 적어도 하나의 로터 헤드(14); 및
    제어 장치(22);
    를 포함하는 상기 피가공재의 스케일 제거 장치에 있어서,
    상기 제어 장치(22)는 시그널링의 측면에서 상기 로터 헤드(14)의 구동 수단(M)들과 연결되며, 그리고 프로그램 기술의 측면에서는, 자신의 회전축(R)을 중심으로 상기 로터 헤드(14)를 회전시키는 회전수가 자신의 이동 방향으로 상기 피가공재(12)를 이동시키는 전진 이송 속도에 매칭될 수 있는 방식으로 구성되며, 상기 제어 장치(22)는 폐루프 제어 회로를 포함할 수 있고, 그에 따라 상기 피가공재(12)의 전진 이송 속도에 대한 상기 로터 헤드(14)의 회전수의 매칭은 폐루프 제어 방식으로 수행되고,
    상기 복수의 제트 노즐(16)은 상기 로터 헤드(14) 상에서 상기 로터 헤드의 회전축(R)까지 서로 상이한 크기의 반경 방향 이격 간격(s1; s2; s3)으로 장착되고, 회전축(R)까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐(16.1; 16.2; 16.3)에서부터는, 회전축(R)까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량(
    Figure 112020067838110-pct00029
    )의 액체(18)가 방출될 수 있는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  2. 삭제
  3. 장치(10)에 상대적으로 이동 방향(X)으로 이동되는 피가공재(12), 또는 열간압연 스톡에서 스케일을 제거하기 위한 장치(10)로서,
    복수의 제트 노즐(16)이 그 상에 장착되는 것이면서 회전축(R)을 중심으로 회전될 수 있는 적어도 하나의 로터 헤드(14)이면서, 제트 노즐(16)들에서부터는 액체(18), 또는 물이 피가공재(12)의 표면(20) 상의 직교선에 상대적으로 비스듬한 입사 각도(α)로 피가공재(12) 상으로 방출될 수 있는 것인, 상기 적어도 하나의 로터 헤드(14); 및
    제어 장치(22);
    를 포함하는 상기 피가공재의 스케일 제거 장치에 있어서,
    상기 복수의 제트 노즐(16)은 상기 로터 헤드(14) 상에서 상기 로터 헤드의 회전축(R)까지 서로 상이한 크기의 반경 방향 이격 간격(s1; s2; s3)으로 장착되고, 회전축(R)까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐(16.1; 16.2; 16.3)에서부터는, 회전축(R)까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량(
    Figure 112020021493892-pct00017
    )의 액체(18)가 방출될 수 있는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 장치(22)는 시그널링의 측면에서 상기 로터 헤드(14)의 구동 수단(M)들과 연결되며, 그리고 프로그램 기술의 측면에서는, 자신의 회전축(R)을 중심으로 상기 로터 헤드(14)를 회전시키는 회전수가 자신의 이동 방향으로 상기 피가공재(12)를 이동시키는 전진 이송 속도에 매칭될 수 있는 방식으로 구성되며, 상기 제어 장치(22)는 폐루프 제어 회로를 포함할 수 있고, 그에 따라 상기 피가공재(12)의 전진 이송 속도에 대한 상기 로터 헤드(14)의 회전수의 매칭은 폐루프 제어 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피가공재(12)의 전진 이송 속도(v)는 상기 제어 장치(22)에 의해 개루프 모드로 제어되는, 또는 폐루프 모드로 제어되는 방식으로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  6. 복수의 제트 노즐(16)이 그 상에 장착되는 것이면서 회전축(R)을 중심으로 회전될 수 있는 적어도 하나의 로터 헤드(14)를 포함하는 장치(10)에 상대적으로 이동 방향(X)으로 이동되는 피가공재(12), 또는 열간압연 스톡에서 스케일을 제거하기 위한 방법으로서,
    액체(18), 또는 물이, 상기 로터 헤드(14)가 자신의 회전축(R)을 중심으로 회전되는 동안, 제트 노즐(16)들에서부터, 상기 피가공재(12)의 표면(20)에 대해 비스듬한 입사 각도(α)로 상기 피가공재(12) 상으로 방출되는 것인, 상기 피가공재의 스케일 제거 방법에 있어서,
    자신의 회전축(R)을 중심으로 상기 적어도 하나의 로터 헤드(14)를 회전시키는 회전수는, 제어 장치(22)에 의해, 자신의 이동 방향(X)으로 상기 피가공재(12)를 이동시키는 전진 이송 속도에 매칭되며, 상기 피가공재(12)의 전진 이송 속도에 대한 상기 로터 헤드(14)의 회전수의 매칭은 폐루프 제어 방식으로 수행될 수 있고,
    상기 로터 헤드(14) 상에서 각각 상기 로터 헤드의 회전축(R)까지 서로 상이한 크기의 반경 방향 이격 간격(s1; s2; s3)으로 장착되는 복수의 제트 노즐(16.1, 16.2, 16.3)에서부터 상이한 정도의 체적 유량(
    Figure 112020067838110-pct00030
    )의 액체(18)가 분출되고, 회전축(R)까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐(16.1; 16.2; 16.3)에서부터는, 회전축(R)까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량(
    Figure 112020067838110-pct00031
    )의 액체(18)가 분사되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  7. 삭제
  8. 복수의 제트 노즐(16)이 그 상에 장착되는 것이면서 회전축(R)을 중심으로 회전될 수 있는 적어도 하나의 로터 헤드(14)를 포함하는 장치(10)에 상대적으로 이동 방향(X)으로 이동되는 피가공재(12), 또는 열간압연 스톡에서 스케일을 제거하기 위한 방법으로서,
    액체(18), 또는 물이, 상기 로터 헤드(14)가 자신의 회전축(R)을 중심으로 회전되는 동안, 제트 노즐(16)들에서부터, 상기 피가공재(12)의 표면(20)에 대해 비스듬한 입사 각도(α)로 상기 피가공재(12) 상으로 방출되는 것인, 상기 피가공재의 스케일 제거 방법에 있어서,
    상기 로터 헤드(14) 상에서 각각 상기 로터 헤드의 회전축(R)까지 서로 상이한 크기의 반경 방향 이격 간격(s1; s2; s3)으로 장착되는 복수의 제트 노즐(16.1, 16.2, 16.3)에서부터 상이한 정도의 체적 유량의 액체(18)가 분출되고, 회전축(R)까지 상대적으로 더 큰 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐(16.1; 16.2; 16.3)에서부터는, 회전축(R)까지 상대적으로 더 작은 반경 방향 이격 간격을 갖는 제트 노즐에 비해서보다 더 많은 체적 유량(
    Figure 112020021493892-pct00020
    )의 액체(18)가 분사되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  9. 제8항에 있어서, 자신의 회전축(R)을 중심으로 상기 적어도 하나의 로터 헤드(14)를 회전시키는 회전수는, 제어 장치(22)에 의해, 자신의 이동 방향(X)으로 상기 피가공재(12)를 이동시키는 전진 이송 속도에 매칭되며, 상기 피가공재(12)의 전진 이송 속도에 대한 상기 로터 헤드(14)의 회전수의 매칭은 폐루프 제어 방식으로 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  10. 제6항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 자신의 회전축(R)을 중심으로 하는 상기 로터 헤드(14)의 회전 동안, 상기 제트 노즐(16)들에서부터 방출되는 액체(18)의 분사 방향(S)은, 상기 피가공재(12)의 표면(20)에 대해 평행한 평면에서의 투영과 관련하여, 상기 피가공재(12)의 이동 방향(X)에 대해 지속적으로 반대되는 방향으로, 다시 말하면 170°와 190°사이의 분사 각도(β)로, 또는 정확히 180°의 분사 각도(β)로 배향되어 유지되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  11. 제6항 또는 제9항에 따르는 피가공재의 스케일 제거 방법에 있어서, 상기 피가공재(12)의 이동 방향(X)과 관련하여 연이어, 또는 서로 인접하게 배치되는 제1 로터 헤드 어셈블리(14.1)와 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)가 제공되며, 정상 작동 모드 중에 액체(18)는 단지 상기 제1 로터 헤드 어셈블리(14.1)의 제트 노즐(16)들에서부터만 상기 피가공재(12) 상으로 방출되고, 특별 작동 모드 중에는 상기 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)의 제트 노즐(16)들이 접속될 수 있거나 접속되며, 그럼으로써 액체(18)는 상기 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)의 제트 노즐(16)들에서부터도 상기 피가공재(12) 상으로 방출되며, 그리고 그 다음 그에 상응하게 상기 피가공재(12)에서 스케일을 제거하기 위해, 두 로터 헤드 또는 제트 노즐 어셈블리(14.1, 14.2)가 이용되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  12. 제6항 또는 제9항에 있어서, 상기 피가공재(12)의 이동 방향(X)과 관련하여 상기 로터 헤드(14)의 하류에 배치되는 표면 검사 장치(26)가 제공되고, 상기 표면 검사 장치는 시그널링의 측면에서 상기 제어 장치(22)와 연결되고, 상기 표면 검사 장치(26)에 의해 상기 피가공재(12)의 표면(20) 상에 잔존하는 스케일이 검출될 수 있거나 검출되며, 상기 제어 장치(22)는, 프로그램 기술의 측면에서, 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들을 기반으로 상기 피가공재(12)의 스케일 제거 품질이 기결정 목표값과 비교되고 이 비교에 따라서 상기 로터 헤드(14)의 제트 노즐(16)들과 유체로 연결되어 있는 고압 펌프 유닛(24)이 개루프 모드로 제어되도록, 또는 폐루프 모드로 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 피가공재(12)의 이동 방향(X)과 관련하여 상기 로터 헤드(14)의 하류에 배치되는 표면 검사 장치(26)가 제공되고, 상기 표면 검사 장치는 시그널링의 측면에서 상기 제어 장치(22)와 연결되고, 상기 표면 검사 장치(26)에 의해 상기 피가공재(12)의 표면(20) 상에 잔존하는 스케일이 검출될 수 있거나 검출되며, 상기 제어 장치(22)는, 프로그램 기술의 측면에서, 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들을 기반으로 상기 피가공재(12)의 스케일 제거 품질이 기결정 목표값과 비교되고 이 비교에 따라서 상기 로터 헤드(14)의 제트 노즐(16)들과 유체로 연결되어 있는 고압 펌프 유닛(24)이 개루프 모드로 제어되도록, 또는 폐루프 모드로 제어되도록 구성되고,
    상기 접속 가능한 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)의 제트 노즐(16)들은 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들에 따라서 요컨대 특별 작동 모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 고압 펌프 유닛(24)의 제어에 의해, 액체(18)가 상기 제트 노즐(16)들에서부터 분출되게 하는 압력은 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들에 따라서 설정될 수 있거나 설정되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 피가공재(12)의 표면(20)까지 로터 헤드의 이격 간격(A)은 요컨대 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들에 따라서 조정될 수 있거나 조정되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 피가공재(12)의 스케일 제거 품질이 기결정 목표값을 하회하는 경우 자신의 이동 방향(X)으로 이동하는 상기 피가공재(12)의 전진 이송 속도(v)는 감소되거나, 또는 상기 피가공재(12)의 스케일 제거 품질이 기결정 목표값을 준수하는 동안에는 자신의 이동 방향(X)으로 이동하는 상기 피가공재(12)의 전진 이송 속도(v)는 증가되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  17. 제6항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 로터 헤드(14)가 이동 중인 피가공재(12)의 상부 및 하부에 각각 배치되어 있는 것인 로터 헤드 쌍(29) 또는 로터 모듈 쌍(31)이 제공되고, 액체(18)가 상기 피가공재(12)의 하부에 배치되는 로터 헤드의 제트 노즐(16)들을 통해 상기 피가공재(12) 상으로 방출되게 하는 압력은 상기 피가공재(12)의 상부에 배치되는 로터 헤드의 제트 노즐(16)들의 경우에서보다 더 높은 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 방법.
  18. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 따르는 피가공재의 스케일 제거 장치(10)에 있어서, 상기 피가공재(12)의 이동 방향(X)과 관련하여 연이어, 또는 서로 인접하게 배치되는 제1 로터 헤드 어셈블리(14.1)와 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)가 제공되며, 정상 작동 모드 중에 액체(18)는 단지 상기 제1 로터 헤드 어셈블리(14.1)의 제트 노즐(16)들에서부터만 상기 피가공재(12) 상으로 방출되고, 특별 작동 모드 중에는 상기 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)의 제트 노즐(16)들이 접속될 수 있거나 접속되며, 그럼으로써 액체(18)는 상기 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)의 제트 노즐(16)들에서부터도 상기 피가공재(12) 상으로 방출되며, 그리고 그 다음 그에 상응하게 상기 피가공재(12)에서 스케일을 제거하기 위해, 두 로터 헤드 또는 제트 노즐 어셈블리(14.1, 14.2)가 이용되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  19. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피가공재(12)의 이동 방향(X)과 관련하여 상기 로터 헤드(14)의 하류에 배치되는 표면 검사 장치(26)가 제공되고, 상기 표면 검사 장치는 시그널링의 측면에서 상기 제어 장치(22)와 연결되고, 상기 표면 검사 장치(26)에 의해 상기 피가공재(12)의 표면(20) 상에 잔존하는 스케일이 검출될 수 있거나 검출되며, 상기 제어 장치(22)는, 프로그램 기술의 측면에서, 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들을 기반으로 상기 피가공재(12)의 스케일 제거 품질이 기결정 목표값과 비교되고 이 비교에 따라서 상기 로터 헤드(14)의 제트 노즐(16)들과 유체로 연결되어 있는 고압 펌프 유닛(24)이 개루프 모드로 제어되도록, 또는 폐루프 모드로 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  20. 제18항에 있어서, 상기 피가공재(12)의 이동 방향(X)과 관련하여 상기 로터 헤드(14)의 하류에 배치되는 표면 검사 장치(26)가 제공되고, 상기 표면 검사 장치는 시그널링의 측면에서 상기 제어 장치(22)와 연결되고, 상기 표면 검사 장치(26)에 의해 상기 피가공재(12)의 표면(20) 상에 잔존하는 스케일이 검출될 수 있거나 검출되며, 상기 제어 장치(22)는, 프로그램 기술의 측면에서, 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들을 기반으로 상기 피가공재(12)의 스케일 제거 품질이 기결정 목표값과 비교되고 이 비교에 따라서 상기 로터 헤드(14)의 제트 노즐(16)들과 유체로 연결되어 있는 고압 펌프 유닛(24)이 개루프 모드로 제어되도록, 또는 폐루프 모드로 제어되도록 구성되고,
    상기 접속 가능한 제2 제트 노즐 어셈블리(14.2)의 제트 노즐(16)들은 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들에 따라서 요컨대 특별 작동 모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  21. 제19항에 있어서, 상기 고압 펌프 유닛(24)의 제어에 의해, 액체(18)가 상기 제트 노즐(16)들에서부터 분출되게 하는 압력은 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들에 따라서 설정될 수 있거나 설정되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  22. 제19항에 있어서, 상기 피가공재(12)의 표면(20)까지 로터 헤드의 이격 간격(A)은 요컨대 상기 표면 검사 장치(26)의 신호들에 따라서 조정될 수 있거나 조정되는 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
  23. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 로터 헤드(14)가 이동 중인 피가공재(12)의 상부 및 하부에 각각 배치되어 있는 것인 로터 헤드 쌍(29) 또는 로터 모듈 쌍(31)이 제공되고, 액체(18)가 상기 피가공재(12)의 하부에 배치되는 로터 헤드의 제트 노즐(16)들을 통해 상기 피가공재(12) 상으로 방출되게 하는 압력은 상기 피가공재(12)의 상부에 배치되는 로터 헤드의 제트 노즐(16)들의 경우에서보다 더 높은 것을 특징으로 하는 피가공재의 스케일 제거 장치(10).
KR1020187027829A 2016-03-18 2017-03-17 이동 중인 피가공재의 스케일 제거 장치 및 방법 KR102166086B1 (ko)

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