KR20010021838A - 연속적인 스트립 처리 공정에서의 스트립 고속 이송 방법및 장치 - Google Patents

연속적인 스트립 처리 공정에서의 스트립 고속 이송 방법및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 스트립의 고속 코일링을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의해 그 라인의 속도를 늦추지 않고 하나의 코일로부터 빈 맨드릴로 이동하는 금속 스트립을 이송할 수 있게 되어 상기 고속 코일링이 연속적인 주조 공정에 걸쳐 수행될 수 있다. 라인의 속도가 약 3600 fpm(1097.28 m/min)이므로, 이는 처리 기술의 진보를 나타낸다. 일반적으로, 이동하는 스트립의 이송은 매우 고속의 칼날과 벨트 랩퍼(belt wrapper)를 사용하여 수행된다. 상기 이동하는 스트립은 코일을 형성하기 위해 하나의 맨드릴 상에서 축적되며, 상기 코일은 상기 칼날에 의해 절단되어 이탈되고 제 2 맨드릴이 위치되어진다. 상기 칼날은 상기 이동하는 알루미늄 스트립에 위치되고 상기 스트립을 절단하고 상기 스트립을 이동하는 벨트로 터킹 롤로 편향시키기 위해 가속된다. 상기 이동하는 스트립은 상기 제 2 맨드릴 주위로 강제되고(forced) 코일을 형성하기 위해 감기기 시작한다. 그 완료된 코일은 제거되고 이 공정이 반복된다.

Description

연속적인 스트립 처리 공정에서의 스트립 고속 이송 방법 및 장치{High speed transfer of strip in a continuous strip processing application}
본 발명은 연속적인 스트립 공정 라인에서의 경량 비철 및 철 재료(light gauge non-ferrous and ferrous material)의 처리에 관한 것이다. 일반적으로, 상기 라인의 처리 부분은 연속적으로 중단되지 않는 방식으로 운영된다. 이 연속적인 작업을 제공하기 위해, 종래 기술은 처리 속도를 늦추고, 스트립을 분리하고, 상기 스트립을 제 1 코일러(coiler)로부터 제 2 코일러로 전환하는 시간동안 상기 처리 부분으로부터 평편한 압연된 재료를 축적하는 장치(루퍼(looper) 또는 어큐뮬레이터(accumulator)라고 부름)를 사용한다. 어떤 공정 라인에서는, 하나의 코일러만이 설치되어 어큐뮬레이터 또는 루핑 시스템(looping system)은 그 시스템이 새 코일을 감기 시작하는 동안 마무리된 코일을 제거할 수 있도록 적절한 용량을 가져야 한다. 대안적인 방법은 상기 이송(transfer)이 느린 속도에서 작동할 수 있는 종래의 이송 기구로 늦은 속도에서 이루어질 수 있도록 그 처리 부분을 감속하는 것이다.
본 발명의 목적은 이중 코일러(dual coiler)라고 불리는 것이 고속에서 금속 스트립을 하나의 맨드릴(mandrel)에서 다른 맨드릴로 이송할 수 있게 하는 것이다. 이 장점은 그 라인의 제조 성능을 유지하면서 상기 처리 부분이 제조물의 품질을 손상함 없이 최적 속도로 작동하도록 하고 축적용 기기(accumulating equipment)를 정교하게 할 필요가 없어지게 한다.
본 발명은 인 라인 금속 처리(in-line metal processing)에 관한 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 금속 스트립(metal strip)을 연속적인 고속 작동 중에 하나의 코일(coil)로부터 제 2 코일로 이송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 절단 전 및 절단시의 설정도.
도 2는 본 발명에 따른 절단 후의 설정도.
도 3은 본 발명에 따른 라인 작동 설정도.
본 발명은 스트립이 1200 fpm(1200 feet per minute = 365.76 m/min) 이상에서 이동할 때 금속 스트립을 냉각 및 이송할 수 있는 기구에 관한 것이다. 양호하게는, 그 스트립은 2000, 2500, 3000 또는 3600 fpm(609.6, 762, 914.4, 1097.28 m/min) 이상의 속도에서 이송될 수 있다. 양호하게는, 상기 기구는 이동하는 금속 스트립을 코일로 감을 수 있는 제 1 및 제 2 맨드릴과, 상기 이동하는 금속 스트립 근처에 위치될 수 있고 상기 스트립이 이동하고 상기 제 1 맨드릴에 감기는 동안 상기 스트립을 절단할 수 있는 칼날(knife)과, 상기 이동하는 금속 스트립을 상기 제 2 맨드릴 주위에 편향하고 감는 수단을 포함한다.
이동하는 금속 스트립을 감는 본 발명에 적합한 공정은 1200 fpm(365.75m/min) 이상의 속도로 금속 스트립을 이동시키는 것과, 상기 스트립을 맨드릴 주위에 감는 것과, 상기 스트립이 감싸지고 감겨지는(wrapped and coiled) 제 2 맨드릴에 편향함과 실질적으로 동시에 상기 스트립을 절단하는 것을 포함한다. 양호하게는, 상기 금속은 알루미늄이다.
여러 인자 중에서, 본 발명은 알루미늄 스트립과 같은 이동하는 금속 스트립이 매우 고속으로 이동하면서 하나의 코일으로부터 다른 코일로 이송될 수 있다는 놀라운 발견에 의한 것이다. 본 방법 및 장치는 연속적인 작동을 늦추거나 중단함 없이, 또는 그 라인의 속도가 의도한 만큼 고속이면 필요할 수 있는 대용량의 어큐뮬레이터를 도입하지 않고 인 라인 처리를 할 수 있다. 본 발명은 상기 고속으로 이동하는 스트립을 절단하는 고속 선회 칼날(high speed pivoting knife)을 사용하여 상술한 장점을 적합하게 수행한다. 그러므로, 벨트 랩퍼(belt wrapper)를 갖는 하나 이상의 아이어닝 롤(ironing roll)과 상기 칼날은 상기 스트립을 제 2 맨드릴로 이송시킨다.
더 상세하게는, 본 발명에 따른 고속 코일링 및 알루미늄 스트립 이송용 장치는 이동가능하며 공통의 프레임에 장착된 제 1 및 제 2 맨드릴을 포함하며, 상기 맨드릴은 이동하는 알루미늄 스트립을 저장할 수 있으며, 상기 제 1 맨드릴은 상기 알루미늄 스트립을 감는데 연동된다. 반면에 상기 제 2 맨드릴은 실질적으로 비어 있지만, 일단 스트립이 상기 제 1 맨드릴로부터 이송되면 그 이동하는 스트립을 감기 시작하도록 설계되어 있다. 부가적으로, 본 발명은 양호하게는 고속 임팩트 공기 실린더와, 40 fps(40 feet per second = 12.192 m/second) 이상으로 이동할 수 있고 상기 알루미늄 스트립으로부터 1 in(2.54cm) 내로 위치될 수 있는 선회하는 단일 칼날(pivoting single blade knife)을 포함하며, 상기 칼날은 상기 스트립이 약 3600 fpm(1097.28 m/min)까지의 속도로 이동하는 동안 상기 스트립을 절단할 수 있고 벨트 랩퍼와 협동하여 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 제 2 맨드릴로 편향하는 것을 보조하도록 고안되었다. 상기 벨트 랩퍼는 상기 스트립이 상기 칼날에 의해 절단된 후 상기 제 2 맨드릴 주위에 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 감쌀 수 있도록 상기 칼날과 상기 제 2 맨드릴 부근에 위치된다. 상기 벨트 랩퍼는 상기 이동하는 스트립의 선단 에지(leading edge)를 잡기 위해 이동하는 벨트를 사용하는 터킹 롤(tucking roll)을 포함한다.
본 발명에 따른 공정은 더 상세하게는 이동하는 금속 스트립을 제 1 맨드릴 위로 감는 것과, 제 2 맨드릴을 칼날과 벨트 랩퍼 부근에 위치하는 것과, 상기 이동하는 스트립의 1 in 내로 상기 칼날을 위치시키는 것과, 상기 벨트 랩퍼는 상기 칼날에 의해 절단된 후 상기 제 2 맨드릴 주위로 상기 스트립을 감싸기 위해 상기 제 2 맨드릴 주위에 상기 벨트 랩퍼를 위치하는 것과, 상기 칼날로 상기 이동하는 스트립을 절단하고 거의 동시에 상기 스트립을 상기 벨트 랩퍼와 상기 제 2 맨드릴로 편향시키는 것과, 상기 이동하는 스트립을 상기 제 2 맨드릴 주위에 감싸고 감는 것을 포함하며, 상기 벨트 랩퍼는 이동하는 스트립의 선단 에지를 잡기 위해 상기 칼날에 밀접하게 위치된 이동하는 벨트 상에 터킹 롤을 갖고, 상기 스트립은 1200 fpm(365.75m/min)이상의 속도로 이동한다.
본 발명은 고속의 연속적인 주조 공정에서 이동하는 금속 스트립을 하나의 코일에서 다른 코일로 전환하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 상기 금속 스트립으로서 알루미늄을 사용하며 다음과 같다.
"코일"은 금속 스트립이 감긴 실린더를 말한다. 상기 금속 스트립은 양호하게는 알루미늄이다. 반면에, 이 금속 스트립은 스트립으로 형성되는 강철, 구리 등과 같은 다른 금속 또한 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 이동하는 알루미늄 스트립은 전형적으로 두께가 0.006 내지 0.030 in(0.01524 내지 0.0762 cm)이며, 더 바람직하게는 두께가 0.008 내지 0.012 in(0.02032 내지 0.03048 cm)이다. 바람직하게는, 상기 스트립은 폭이 6 in(15.24cm)이상, 더 바람직하게는 폭이 12 또는 14in(30.48 또는 35.56cm)이다. 바람직하게는, 상기 스트립은 폭이 80 in(203.2cm)이하이다. 상기 코일의 사이즈는 바람직하게는 직경이 96in(243.84cm)이며 또는 소비자의 완성된 코일의 요구치에 따를 수 있다.
"맨드릴(mandrel)"은 상기 스트립이 그 주위에 감겨 코일을 형성하는 원통형 슬리브(sleeve), 허브(hub) 또는 튜브로 정의된다. 상기 맨드릴은 16″, 20″, 24″(40.64, 50.8, 60.96cm)일 수 있고 또는 소비자의 요구치에 따를 수 있다. 상기 맨드릴은 회전하는 실린더를 갖는 확장형 형식, 이중 스터브(double stub) 또는 위에 매달린(overhung) 형식일 수 있다. 맨드릴 직경과 코일 폭은 모든 스트립 처리 응용에 적합하게 될 수 있다. 양호하게는, 각각의 맨드릴은 가변 속도 A.C. 또는 D.C. 모터에 의해 개별적으로 구동될 수 있다. 상기 맨드릴은 독립적인 구동장치(gearing)에 의해 작동된다. 예를 들어, 하나의 맨드릴은 다른 맨드릴과 상이한 속도 및 방향으로 작동될 수 있다. 이러한 유연성은 이중 코일러(dual coiler)를 부가적인 오프라인 코일러(offline coiler)로서 사용될 수 있게 하여, 예전에 감긴 스트립을 다시 감아야 할 때 추가 장비가 불필요하게 한다.
"코일러"는 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 저장을 위해 맨드릴 상에 감는 모든 장치로 정의된다. 본 발명에 사용된 코일러의 양호한 예는 연속적인 주조 및 압연 라인의 말단부의 페리스 휠(Ferris wheel) 형식이다. 양호하게는, 코일러는 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 고속에서 감을 수 있어야 한다. 고속의 정의는 절대치는 아니지만, 일반적으로 적어도 1200 또는 2000 fpm(365.75 또는 609.6 m/min)이며, 더 높을 수도 있다. 양호하게는 코일러는 약 2500 또는 3600 fpm(762 또는 1097.28 m/min)까지의 속도로 동작되어야 한다. 부가적으로, 코일러는 스트립 치수(strip gauge) 0.030″(0.0762 cm)에서 적어도 1200fpm(365.76 m/min)의 속도로 코일 대 코일(coil-to-coil) 이송해야 하고 스트립 게이지 0.008″미만에서 전형적인 최대 고속 단부 이송 속도(maximum higher end transfer speed)는 코일 대 코일로 약 3600 fpm(1097.28 m/min)이어야 한다. 양호하게는 적어도 2000 또는 2500 fpm(609.6 또는 762 m/min)의 속도로 코일 대 코일 이송되며, 더 양호하게는 3000 또는 3600 fpm(914.4 또는 1097.28 m/min)의 속도로 코일 대 코일 이송된다.
"벨트 랩퍼(belt wrapper)"는 전단되고 이동하는 스트립의 빈 맨드릴 상으로 편향시키는 것을 도울 수 있는 모든 기기로 정의된다. 양호하게는 상기 벨트 랩퍼는 상기 칼날에 밀접하게 위치된 터킹 롤(tucking roll)을 가지고 이 편향을 보조하기 위해 빈 맨드릴을 상기 벨트 랩퍼의 이동하는 벨트로 둘러싼다. 상기 벨트 랩퍼는 양호하게는 오버와인드(overwind) 형식, 궁형 및 선회(articulate and pivoting) 형식이다. 양호하게는, 이는 모든 조건하에서 일정 벨트 장력으로 4000 fpm(1219.2 m/min) 정도의 속도로 작동할 수 있는 벨트 트랙킹 시스템(belt tracking system)을 구현한다. 상기 터킹 롤은 상기 벨트 랩퍼의 선단 에지에 위치되고 그 전단 점으로부터 최소 위치로 이격되도록 설계된다. 상기 벨트 랩퍼는 상기 스트립이 전단되고 상기 맨드릴 상으로 편향된 후 맨드릴 주위로 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 감싸도록 설계되고 배치된다. 상기 스트립이 상기 맨드릴 상에 감기기 시작한 일정 시간 후, 상기 벨트 랩퍼는 이탈될 수 있다.
"칼날"은 이동하는 알루미늄 스트립을 절단할 수 있는 하나 이상의 기기로 정의된다. 예를 들어, 이들 기기는 날카롭게 된 절삭 에지 또는 블레이드와 같은 기계적 기기이거나 물 또는 공기 제트와 같은 유압식(hydraulic)이거나 레이저 또는 화염 절단기일 수 있다. 많은 형식의 일반적으로 사용가능한 칼날들이 있으나, 바람직한 칼날은 40 fps(12.192 m/s) 이상에서 이동할 수 있는 고속 임팩트 공기 실린더에 의해 작동되는 선회형 단일 블레이드(pivoting single-blade)식, 특수한 형상의 칼날이다. 더 무거운 게이지(gauge)의 알루미늄이 사용되거나, 더 절단하기 어려운 금속이 사용되는 경우에는 더 빠른 칼날의 속도가 채용되어야 한다. 양호하게는, 상기 칼날은 상기 스트립과 맨드릴 상의 벨트 닙 장력 점(belt nip tension point)에 매우 근접하게 위치되며, 더 양호하게는, 상기 이동하는 알루미늄 스트립으로부터 1 인치 또는 2 인치(2.54 또는 5.08 cm) 내에 위치된다. 가장 양호한 실시예에서, 상기 칼날은 톱니를 갖는 톱니형 에지를 가지며, 상기 톱니는 높이가 약 0.5 in(1.27cm), 톱니 사이의 거리가 약 0.25in(0.635cm)이다.
상기 알루미늄 스트립은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 스트립은 그 완전성에서 모두 참고문헌으로서 통합된 하기의 미국 특허 중 어느 하나의 방법에 따라 제조될 수 있다: 미국 특허 제 5,470,405 호, 제 5,515,908 호, 제 5,564,491 호, 제5,496,423 호, 제 5,356,495 호. 상기 알루미늄 스트립은 피복되지 않은 상태로 감겨져 저장될 수 있다. 반면에, 본 발명은 상술한 미국 특허에 개시된 공정들 중 어느 하나와 같은 인 라인 처리에서 직접 스트립을 얻는 것을 고려하다. 상기 이동하는 스트립은 코일로 감기기 시작하는 공정 라인에서 또한 얻어질 수 있다. 스트립을 코일링 및 처리하기 위한 장치는 당업자에게 공지된 것이고 이는 다음 형식을 포함한다: 코일 레벨링 라인(coil leveling line), 코일 풀림 라인(coil annealing line), 코일 유기 코팅(organic coating) 라인, 코일 금속 코팅 라인.
본 발명에 적합한 스트립 주조 공정에서, 주조된 금속, 양호하게는 알루미늄은 상기의 참고문헌에 통합된 미국 특허에 개시된 트윈 벨트 캐스터(twin belt caster)에 의해 스트립으로 형성된다. 그 다음에, 상기 주조된 스트립은 적절한 치수로 상기 스트립을 감소시키기 위해 다양한 장치와 몇 개의 압연 스탠드(rolling stand)를 통과한다.
여기서, 상기 스트립은 fpm단위로 측정된 감소된 라인 속도로 이동될 수 있다. 본 발명의 전형적인 라인 속도는 상술한 바와 같이 1200(365.75 m/min)이상일 수 있다. 상기 스트립은 이 속도에서 감겨야 하고, 상술한 바와 같이, 궁극적으로는 일단 제 1 코일이 가득 차면 빈 맨드릴로 이송되어야 한다. 이것이 종래 기술에서 라인 속도가 감속되어야 하거나 상기 스트립이 절단되고 제 2 코일 또는 맨드릴로 전환되는 동안 어큐뮬레이터가 필요한 이유이다. 본 발명은 작동의 중단 또는 라인 속도에 뚜렷한 감소없이 이송을 완수한다.
본 발명에 따른 이중 코일러(dual coiler)의 양호한 설정 및 작동은 도 1에 도시되었고, 하기에 설명된다. 상기 금속 스트립은 처음에 비어 있고 스트립의 이송을 대기하는 맨드릴(2)과 함께 맨드릴(4) 상에 감겨있다. 이들 두 개의 맨드릴은 위치 8에 회전 장착된 공통 프레임(6) 상에 장착된다. 공통 프레임은 필요하지는 않으나, 사용되는 것이 바람직하다. 상기 코일을 이송방향에서 이동하고 상기 빈 맨드릴을 제 위치에 넣는 기기들의 모든 조합은 허용된다.
양호하게는 상기 맨드릴은 이동가능한 프레임에 장착된다. 이 프레임은 양호하게는 중심선으로부터 회전지지되어 하기의 사항을 가능하게 한다. 상기 스트립을 감는 맨드릴은 빈 맨드릴로 대체하기 위해 궤도를 벗어나(out of the way) 이동할 수 있다. 코일러 피벗 프레임(coiler pivot frame)은 이송시간에 상기 스트립의 선단 단부에 대해 최소 이송 거리의 선회 전단(pivot shear)에서 고정된 통과 라인을 유지하는 종동 편향 롤(driven deflector roll)을 갖는다. 선회 억제 롤(pivoting hold-down roll; 하나는 코일의 상부에 하나는 하부에 있음)이 상기 스트립이 전단되고 빈 맨드릴로 이송된 후 완성된 코일의 끝부분(tail)을 억제하기 위해 제공된다.
양호하게는, 두 개의 롤(10, 12)은 또한 상기 공통 프레임(6) 상에 장착된다. 이들 롤은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 코일이 상이한 위치에서 회전할 수 있게 하면서 상기 이동하는 스트립을 코일로 이송하는 것을 보조한다. 상기 도면은 맨드릴(4) 상으로 감기는 완전한 코일(full coil)을 도시하지만, 맨드릴(2) 상에 스트립이 없다. 이동하는 스트립은 롤(16, 12) 주위로 전환되고, 맨드릴(4) 상으로 감긴다. 이는 코일(32), 스트립(30)과 맨드릴(2, 4)의 '이송 바로 전' 조건이다.
또한 도 1은 맨드릴(2) 주위의 위치에서 벨트 랩퍼(22)의 부분도를 도시한다. 이 기기는 스트립 처리 산업계에 일반적인 것이다. 벨트(24)는 도시되지 않은 부가적인 롤(roll) 주위를 연속적으로 통과한다. 도 2 및 도 3은 선회 칼날 조립체(26)를 작동하는 임팩트 공기 실린더(18)의 "절단 후" 및 "라인 가동(line run)" 위치를 도시한다. 벨트 랩퍼(22)를 상기 독특한 선회 칼날(26)과 함께 사용하는 것이 하기에 설명되며, 이는 본 발명을 더 느린 속도로 제한하는 다른 이송 기기와 구별되게 한다. 상기 조합(밸트 랩퍼와 선회 칼날의 조합)은 그 절단된 스트립이 신속히 방향을 바꾸고 실질적으로 빈 제 2 맨드릴(2) 주위로 감기 시작하게 하는 특수한 기하학적 연관성을 제공한다. 상기 선회 칼날 조립체(26)는 특수한 외형을 갖는 칼날(28)을 가지고 양호하게는 초고속 임팩트 공기 실린더(18)에 의해 작동된다(상기 칼날이 상기 제 2 맨드릴을 향한 이동에 부정적인 영향을 주지 않고 상기 스트립을 절단하기 충분한 속도로 작동하는 것이 중요하다). 상기 선회 칼날 조립체(26)는 분리 목적으로 대부분의 전단기에 일반적으로 요구되는 제 2 전단 블레이드(shear blade)를 사용하지 않고 상기 스트립을 분리할 수 있다. 이 설정은 상기 칼날(28)이 상기 스트립(30)을 절단하기 위해 상기 코일(32)로부터 상기 맨드릴(2)로 이동하는 것이 매우 작게 되도록 위치될 수 있게 한다. 예를 들어, 상기 칼날이 상기 스트립으로부터 1″또는 2″(2.54 또는 5.08 cm)까지인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 특수한 외형의 칼날은 톱니형 단부(serrated edge)를 가지고 3차원 형상(contoured in three dimension)을 갖는다. 상기 칼날은 여러 톱니를 가지고 그 중심점을 향해 2차원으로 단일 경사(single bevel)를 갖는다. 그 바람직한 치수는 톱니 사이가 약 0.25in(0.635 cm)이고 각각의 톱니가 약 0.5 in(1.27 cm) 높이(long)인 것이다. 상기 톱니는 약 60°경사이다. 그 블레이드는 0.50 in (1.27cm) 바아(bar)로 만들어지고 적어도 절단되는 재료의 폭만큼의 폭을 갖는다. 상기 칼날의 치수는 다양한 용도에 적합하도록 수정될 수 있다. 반면에 하나의 주 설계 목표는 톱니가 이동하는 스트립과 맞물리는 시간을 최소화하는 것이다. 그 맞물리는 시간이 길수록, 그 절단 작업이 원활하게 진행되지 않을 것이다.
상기 블레이드는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 스트립을 절단하기 전에는 그 하우징으로 후퇴될 수 있다. 절단 중에, 상기 블레이드는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 스트립과 맞물리기 위해 연장되고 전단한다. 상기 하우징은 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 상기 벨트 랩퍼와 맨드릴로 누르기 위해 작용하도록 설계되었다.
또한, 벨트 랩퍼 터킹 롤(34; belt wrapper tucking roll)은 맨드릴(2)과 접촉하여 구동되는 이동하는 벨트(24)의 핀치 포인트(pinch point; 접힘점)로 상기 스트립의 선단 단부를 잡아넣기(capture) 위해 절단 스트립에 매우 가깝게 위치된다. 바람직한 거리는 상기 스트립으로부터 1 또는 2″(2.54 또는 5.08 cm)인 것이다. 공기 실린더(38)에 의해 작동하는 롤(36)은 효과적으로 상기 스트립을 맨드릴(4)로 감싸는 것을 완수하기 위해 상기 칼날(28)이 상기 스트립(30)을 상기 코일로부터 상기 맨드릴(4) 상에서 전단한 직후 아이어닝 롤(ironing roll)로서 작용한다. 맨드릴(4) 상의 상기 코일의 끝부분의 단부(tail end)는 상기 코일(32)이 감속되어 정지할 때 롤(12)을 떠난다. 도시되지 않은 부가적인 롤과 랩퍼가 상기 코일을 맨드릴(4) 상에 감는 것을 마무리하도록 그 끝부분을 억제하는 것을 돕는다.
상기 이동하는 알루미늄 스트립이 절단된 다음, 상기 빈 맨드릴(2) 상으로 편향된다는 것을 이해해야 한다. 롤, 디플렉터(deflector), 판, 벨트 등과 같은 상기 스트립을 전환하는 많은 수단이 사용될 수 있다. 이들 기기는 상기 신속하게 이동하는 스트립을 그 원래의 이동위치로부터 새로운 맨드릴로 물리적으로 편향시키는 것을 단순히 필요로 한다. 본 발명에 적합한 실시예에서, 상기 칼날(28)과 그 조립체(롤(36)을 포함함)의 상호작용은 기술한 바와 같이 상기 스트립을 상기 빈 맨드릴(2) 상으로 편향시킨다. 적절한 편향 장치가 다른 장치와 양립할 수 있고 스트립을 감는 장치로 상기 스트립을 편향시키기 위해 충분한 속도에서 작동한다.
일단 절단된 후, 벨트 랩퍼(22)는 상기 이동하는 스트립을 잡아넣는 것을 도울 수 있다. 다른 장치가 상기 이동하는 스트립을 잡아넣고 새로운 맨드릴 상으로 감기도록 상기 이동하는 스트립을 안내하기 위해 사용될 수 있다. 이들 장치는 종동 블로커 롤(driven blocker roll), 판 등을 포함한다. 본 발명에 적합한 장치는 상기 스트립이 상기 맨드릴을 둘러싸는 것을 보장하는 벨트(belt)이다.
일단 절단 작업이 도 2에 도시된 바와 같이 완료된다. 상기 실린더(18)는 상기 칼날(28)을 상기 맨드릴(2)로부터 후퇴시키기 위해 에너지가 소거된다(de-energize). 장력이 맨드릴(2)에 적용되고, 상기 스트립이 상기 맨드릴에 연결된 것을 보장하기 위해 몇 번 감은 후, 상기 벨트 랩퍼(22)의 조(jaw)는 개방되고 상기 벨트 랩퍼(22)는 후퇴한다.
도 3은 "라인 작동" 상태를 도시한다. 선회 칼날 프레임(40)과 롤(36)은 실린더(36)에 의해 더 수축된다. 상기 코일러 프레임(6)은 도시된 위치에 대해 시계방향으로 약간 회전된다. 롤(36)은 상기 랩(wrap)을 아이어닝(ironing)하는 위치에 놓여져, 상기 코일 집합체(coil build-up)에 걸쳐 그 랩 사이에 갇힌 공기를 제거할 수 있다. 코일(42)이 맨드릴(2) 상에서 커져감에 따라, 전체 칼날 및 롤러 조립체는 맨드릴(2) 상에서 상기 스트립(30), 롤(16), 롤(36)과 상기 코일(42) 사이의 관계를 유지시키기 위해 실린더(44)에 의해 후퇴한다. 상기 코일(42)을 맨드릴(2)에서 형성하는 동안, 상기 맨드릴의 완성된 코일(30)은 종래의 방법에 의해 제거된다. 코일러 프레임(6)은 일단 코일(32)이 제거되고 상기 코일이 맨드릴(2) 상에 축적된 다음 회전할 준비가 된다.
맨드릴(2) 상의 상기 코일(42)이 소정의 크기에 도달할 때, 상기 칼날(40)과 롤러 조립체(16)는 실린더(44)에 의해 후퇴되고 맨드릴(2, 4)과 롤(10, 12)을 포함하는 상기 코일러 프레임(6)은 도 1에 원래 도시된 바와 같이 맨드릴(2)의 (앞서의)위치로 빈 맨드릴을 다시 위치시키기 위해 시계방향으로 회전된다. 이 사이클은 코일을 바꿀 때마다 반복된다.
어떤 소비자에 의해 요구된 새로운 슬리브가 상기 코일을 제거한 후 상기 빈 맨드릴 상에 놓일 수 있다. 양호하게는 자동 아암(automatic arm)이 상기 슬리브를 교환하기 위해 사용된다. 상기 자동 아암은 슬리브를 중력 공급식 랙(gravity fed rack)으로부터 제거한 다음 상기 슬리브를 상기 빈 맨드릴 상으로 회전 및 미끄러져 들어가도록 적용된다. 그 다음, 상기 아암은 그 경로를 이탈하여 다음 작동을 위한 위치로 회전한다. 또한 상기 맨드릴은 슬리브 없이 작동될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 이중 코일러는 알루미늄 스트립을 기존의 코일로부터 실질적으로 빈 맨드릴로 자동적으로 이송시킨다. 이송이 종료한 후, 그 완성된 코일은 제거되고 저장용으로 사용될 수 있는 랙에 놓이고 그 코일을 운송한다.
상술한 이중 코일러의 요소는 적절한 유압(액체 또는 공기) 또는 전기적 수단에 의해 작동 및 이동된다. 예를 들어, 상기 칼날을 위치시키기 위한 기구는 상기 수단에 의해 제자리로 놓여지고 후퇴될 수 있다. 또한 예를 들어, 슬리브 교환용 자동 아암과, 상기 벨트 랩퍼 및 맨드릴을 위치시키기 위한 수단이 상기 동력 수단(powered means)에 포함된다.
정확하고 알맞은 시각에 동작하는 모든 동작의 절차(sequence)는 모든 기하학적 형상과 속도 연관성을 통합하는 알고리즘(algorithm)을 사용하는 디지털 컴퓨터 제어 시스템에 의하여 가장 잘 수행될 수 있다. 반면에, 타이머, 릴레이(relay)와 종래의 제어 설비(control hardware)를 사용하는 다른 순차(sequencing) 시스템이 또한 사용될 수 있다.
하기의 예들은 본 발명에 따른 장치 및 방법의 독특한 특질을 더 상세히 예시한다. 당업자는 본 발명이 실시예에 의해 예시되었고 하기에 기재된 양호한 실시예에 근거하여 청구범위에 어떠한 제한도 가해질 수 없음을 인식할 것이다.
실시예 1
특수하게 설계된 시험용 기구가 본 발명에 따른 이중 코일러를 시험하기 위해 구성되었다. 연속적이고 선형으로 이동하는 스트립 상에 상기 칼날을 작동하는 곳에, 본 발명자들은 순환하는 이동하는 알루미늄 밴드를 사용하는 시험용 기구를 구성하였다. 이 기구는 코일이 누적되는 것을 피할 수 있는 장점을 갖는다. 상기 기구는 정상 코일링 작동 중에 발생하는 조건들을 모사한다(simulate). 상기 조건들은 3600 fpm(1097.28 m/min)과 다른 조건들과 같은 상기 양호한 실시예에 상술한 조건과 유사하다. 이 실험은 본 발명에 따른 각각의 시험에 대해 새로운 맨드릴 주위로 그 알루미늄 스트립을 절단하고 감싸는 데에 성공적이었다.
실시예 2
도 1 내지 도 3에 도시된 것과 유사한 양호한 장치가 상기에 참조한 미국 특허에 실질적으로 보인 인 라인 연속적 주조 작업에 사용되는 시스템으로서 구성 및 설치되었다. 스트립을 코일로부터 맨드릴로 이송하는 많은 성공적 사례들은 2500 fpm(762 m/min)만큼의 고속에서 수행되었다.
본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 기술되었다. 반면에, 그 응용은 당업자에게 첨부된 청구범위의 정의 및 범위를 벗어나지 않고 이루어지는 변형 및 교환(change and substitution)을 포함한다.

Claims (35)

  1. 금속 스트립(strip)이 1200 fpm(365.75 m/min) 이상의 속도로 이동할 때 금속 스트립을 코일링(coiling) 및 이송할 수 있는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스트립은 2000 fpm(609.6 m/min) 이상의 속도로 이동하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스트립은 2500 fpm(762 m/min) 이상의 속도로 이동하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스트립은 3600fpm(1097.28 m/min) 이상의 속도로 이동하는 장치.
  5. 이동하는 금속 스트립을 코일로 감을 수 있는 제 1 및 제 2 맨드릴(mandrel)과,
    상기 이동하는 금속 스트립 근처에 위치될 수 있고 상기 스트립이 이동하여 상기 제 1 맨드릴 상에 감기는 동안 상기 스트립을 절단할 수 있는 칼날(knife)과,
    상기 이동하는 금속 스트립을 상기 제 2 맨드릴 주위로 편향하여 감싸는 수단을 포함하는 이동하는 금속 스트립을 고속으로 코일링하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 칼날은 40 fps(12.192 m/s) 이상으로 이동할 수 있는 고속, 단일 블레이드(blade) 칼날을 포함하며, 상기 칼날은 상기 이동하는 스트립을 절단할 수 있는 코일링 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 편향 및 감싸는 수단은 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 상기 제 2 맨드릴 주위로 감을 수 있도록 상기 칼날 및 제 2 맨드릴 근처에 위치된 벨트 랩퍼(belt wrapper)를 포함하는 코일링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄인 장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄인 코일링 장치.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 칼날은 톱니형 에지(serrated edge)인 코일링 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 칼날은 각각의 톱니의 길이가 약 0.5 in(1.27 cm)이고 각각의 톱니 사이의 거리가 0.25in(0.635 cm)인 톱니형 에지를 갖는 코일링 장치.
  12. 금속 스트립을 1200 fpm(m/min) 이상의 속도로 이동시키는 단계와,
    상기 스트립을 맨드릴 주위에 코일링하는 단계와,
    상기 스트립을 절단하는 것과 거의 동시에 상기 스트립을 제 2 맨드릴로 편향하여 상기 스트립이 제 2 맨드릴 주위에 감싸지며 코일링되는 단계를 포함하는, 이동하는 금속 스트립을 코일링(coiling)하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 속도는 2000 fpm(609.6 m/min) 이상인 코일링 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 속도는 2500 fpm(762 m/min) 이상인 코일링 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 속도는 3000 fpm(914.4 m/min) 이상인 코일링 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 속도는 3600 fpm(1097.28 m/min) 이상인 코일링 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄인 코일링 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 스트립은 고속의 칼날에 의해 절단되는 코일링 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 칼날은 40 fps(12.192 m/s) 이상의 속도로 이동할 수 있는 코일링 방법.
  20. 이동하는 금속 스트립을 제 1 맨드릴 상에 감는 단계와,
    제 2 맨드릴을 벨트 랩퍼와 이동하는 스트립 부근의 위치로 이동시키는 단계와,
    칼날을 상기 이동하는 스트립 부근의 위치로 위치시키는 단계와,
    상기 이동하는 스트립을 칼날로 절단하고 상기 벨트 랩퍼와 상기 제 2 맨드릴로 편향시키는 단계와,
    상기 이동하는 스트립을 상기 제 2 맨드릴 주위로 감싸며 감는 단계를 포함하는 이동하는 금속 스트립 코일링 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 스트립은 1200 fpm(365.76 m/min) 이상의 속도로 이동하는 코일링 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 스트립은 2000 fpm(609.6 m/min) 이상의 속도로 이동하는 코일링 방법.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 스트립은 2500 fpm(762 m/min) 이상의 속도로 이동하는 코일링 방법.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 스트립은 3000 fpm(914.4 m/min) 이상의 속도로 이동하는 코일링 방법.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 스트립은 3600 fpm(1097.28 m/min)이상의 속도로 이동하는 코일링 방법.
  26. 제 17 항에 있어서, 상기 칼날은 상기 이동하는 스트립의 2 in(5.08 cm) 내에 위치되는 코일링 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 칼날은 상기 스트립을 절단할 때 40 fps(12.192 m/s) 이상의 속도로 이동하는 코일링 방법.
  28. 제 20 항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄인 코일링 방법.
  29. 이동가능한 공통의 프레임에 장착된 제 1 및 제 2 맨드릴과,
    40 fps(12.192 m/s) 이상의 속도로 이동할 수 있고 이동하는 알루미늄 스트립으로부터 1 in(2.54 cm) 내에 위치될 수 있는 단일 블레이드 칼날을 피벗 지지하는 고속 임팩트 공기 실린더와,
    상기 칼날에 의해 절단된 후 상기 제 2 맨드릴 주위로 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 감쌀 수 있도록, 상기 칼날과 상기 제 2 맨드릴 근처에 위치된 벨트 랩퍼를 포함하고,
    상기 맨드릴은 이동하는 알루미늄 스트립을 저장할 수 있고, 상기 제 1 맨드릴은 상기 알루미늄 스트립을 감는 데 연동되는 반면, 상기 제 2 맨드릴은 실질적으로 비어 있지만, 일단 상기 이동하는 스트립이 상기 제 1 맨드릴으로부터 이송되면 상기 이동하는 스트립을 감기 시작하도록 설계되어 있고,
    상기 칼날은 상기 스트립이 약 3600 fpm(1097.28 m/min)까지의 속도로 이동하는 동안 상기 스트립을 절단할 수 있고, 또한 상기 이동하는 알루미늄 스트립을 상기 제 2 맨드릴로 편향할 수 있고,
    상기 벨트 랩퍼는 상기 이동하는 스트립의 선단 에지를 잡기 위해 터킹 롤(tucking roll)에 의해 지지되는, 알루미늄 스트립의 고속 코일링 및 이송을 위한 장치.
  30. 이동하는 금속 스트립을 코일링하는 방법에 있어서,
    이동하는 금속 스트립을 제 1 맨드릴 상에 감는 단계와,
    제 2 맨드릴을 칼날과 벨트 랩퍼 근처에 위치시키는 단계와,
    상기 칼날을 상기 이동하는 스트립의 1 in(2.54 cm) 내로 위치시키는 단계와,
    상기 칼날에 의해 절단된 후 상기 스트립을 상기 제 2 맨드릴 주위로 감싸기 위해 상기 벨트 랩퍼를 상기 제 2 맨드릴 주위로 위치시키는 단계와,
    상기 이동하는 스트립을 상기 칼날로 절단하고 거의 동시에 상기 스트립을 상기 벨트 랩퍼와 상기 제 2 맨드릴로 편향시키는 단계와,
    상기 이동하는 스트립을 상기 제 2 맨드릴 주위로 감싸고 감는 단계를 포함하고,
    상기 벨트 랩퍼는 상기 이동하는 금속 스트립의 선단 에지를 잡기 위해 상기 이동하는 벨트를 지지하는 터킹 롤을 갖고,
    상기 스트립은 1200 fpm(365.76 m/min) 이상의 속도로 이동하는 코일링 방법.
  31. 제 5 항에 있어서, 상기 스트립이 1200 fpm(365.76 m/min) 이상의 속도로 이동할 때 금속 스트립을 코일링 및 이송할 수 있는 코일링 장치.
  32. 제 5 항에 있어서, 상기 스트립이 2000 fpm(609.6 m/min) 이상의 속도로 이동할 때 금속 스트립을 코일링 및 이송할 수 있는 코일링 장치.
  33. 제 5 항에 있어서, 상기 스트립이 2500 fpm(762 m/min) 이상의 속도로 이동할 때 금속 스트립을 코일링 및 이송할 수 있는 코일링 장치.
  34. 제 5 항에 있어서, 상기 스트립이 3600 fpm(1097.28 m/min) 이상의 속도로 이동할 때 금속 스트립을 코일링 및 이송할 수 있는 코일링 장치.
  35. 제 30 항에 있어서, 컴퓨터 제어 시스템이 상기 스트립을 제 1 맨드릴로부터 제 2 맨드릴로 코일링 및 이송하기 위해 사용되는 코일링 방법.
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