KR200272350Y1 - 쌍롤형박판주조장치용냉각롤 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 용탕으로부터 직접 박판을 제조하는 쌍롤형 박판주조장치 중 롤 내부에 통입되는 냉각수의 냉각효과에의해 용강을 박판으로 만드는 냉각롤에 관한 것으로, 박판을 제조하는 냉각롤을 냉각시키기 위하여 냉각수가 흐르도록 원주방향을 따라 등간격으로 다수의 냉각수 구멍을 형성함에 있어서, 상기 냉각수구멍의 입측과 출측의 직경을 달리하되, 입측의 냉각수 구멍은 크고 출측의 냉각수 구멍은 작게 하여서 됨을 특징으로하는 쌍롤형 박판주조 장치용 냉각롤을 요지로 한다.

Description

쌍롤형 박판주조장치용 냉각롤
본 고안은 용탕으로부터 직접 박판을 제조하는 쌍롤형 판주조장치중 롤 내부에 통입되는 냉각수의 냉각효과에의해 용강을 박판으로 만드는 냉각롤에 관한 것으로, 특히 냉각롤 구멍의 직경을 입측과 출측을 다르게 하여 롤폭방향 양단간의 롤 냉각능을 균일화하여 주조시 조업 안정화 및 박판의 품질향상을 도모할 수 있도록 한 것이다.
쌍롤형 박판주조 장치는 도 1에서 나타낸 바와 같이 노즐(1)로부터 공급된 용강(2)을 냉각수가 흐르는 냉각수 구멍(4)을 지닌 회전하는 냉각롤(3)을 통하여 직접 박판(5)을 제조하는 장치이며, 냉각롤(3)의 냉각 특성은 냉각롤(3)을 냉각시키는 냉각수 구멍(4)에 의해 크게 의존된다.
도 2는 종래의 냉각롤(3) 내부의 냉각수로를 나타낸 것으로 냉각롤(3)중앙을 통해 들어온 냉각수는 롤 폭 방향 양단부(7)에서 다른쪽 롤 폭방향 양단부(7)로 향하는 일방향 흐름을 하는 경우가 보통이다.
그러나 이러한 일방향 냉각수 흐름을 지닌 냉각롤(3)을 사용하여 박판(5)을 주조할 경우의 문제점으로는 냉각수가냉각롤 폭방향 양단부(7)에서 다른 쪽 냉각롤 폭방향 양단부(7)로 지나가는 도중에 용강으로부터 흡열된 열량 때문에 냉각수 온도가 상승하여 냉각롤의 롤 폭방향 양단부(7)사이의 응고능 구배 및 냉각롤(3) 폭방향의 온도구배로 인한 냉각롤(3) 직경방향의 열팽창량 차이로 인해 궁극적으로 주조된 주편(6)의 형상이 냉각롤(3) 폭 방향으로 균일하게 되지 못함은 물론, 롤 폭방향 양단부(7)간의 롤 반발력 차이에 영향을 미쳐 극도의 정밀성이 요구되는 쌍롤 주조법의 공정제어에도 많은 문제점을 가져오는 요인으로 작용 된다.
일반적으로 냉각수 구멍(4)에서의 열전달 현상은 냉각수 구멍(4)에서의 유속, 기하학적 크기 및 형상에 의해 결정되는 냉각수 구멍(4)에서의 열전달계수에 의해 좌우되며, 열전단계수값은 동일 형상(접촉 면적)을 지닌 냉각수 구멍(4) 형상을 지녀 폭 방향으로 열전달계수값이 같은 종래의 냉각수 구멍(4)에서는 냉각롤(3)폭 방향의 열팽창량차이를 근복적으로 해소하기는 어려운 문제로 남아 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 방편의 하나로서 도 3에서와 같은 냉각수 구멍(4)에 냉각롤(3)폭방향으로 직경이 상이한 삽입물(6)(6a)을 장착하여 롤 양단부(7)사이의 냉각롤(3) 열팽창량 차이에 기인한 두께 편차 및 롤반발력 차이를 감소시킬 수 있는 냉각롤(3)을 고안하였다.
이러한 종래의 고안은 도 4에서와 같이 냉각수 구멍 유속 조절용 삽입물(6)이 냉각롤(3)의 냉각수 구멍(4)에 삽입되면 냉각수 구멍의 입측(4)과 냉각수 구멍 출측(8)에서의 열전달계수가 냉각수 속도 및 냉각수 구멍(4)의 유효지름 변화에 의해 달라져 냉각롤(3)의 열전달 차이를 자져와 냉각수 온도 증가에 의한 효과를 상쇄시킬 수 있다.
그러나 냉각수 구멍(4)에 냉각롤(3) 폭 방향으로 직경이 상이한 삽입물(6)을 장착하여 롤양단부(7)의 열전달을 조정하는 종래의 방법은 삽입물의 형상이 단순하지 않기 때문에 제작에 상당 액수의 별도 경비가 소요되는 문제점이있을 뿐 아니라 무엇보다도 냉각수 구멍(4)안에 삽입물(6)(6a)을 장착하기 위해서는 냉각수 구멍(4)이 일정크기이상이어야 하는 제약을 받는다.
즉 상업화용 롤에서는 보통 롤폭이 1000mm를 넘는 것이 일반적이며, 냉각수 구멍(4)의 크기가 10mm내외로 작아질경우 삽입물(6)(6a)의 직경이 너무 작게 되어 효과적인 열전달 차이를 가져올수 있는 삽입물(6)(6a)의 가공이 거의 불가능할 뿐 아니라 장착에도 많은 어려움이 있으며 삽입물(6)(6a)의 효과적인 가공 및 장착을 위해서는 롤 폭이1000mm가 넘는 광폭의 롤에 있어서는 최소한 20mm이상이어야 한다.
따라서 본 고안에서는 종래의 삽입물을 사용하는 롤이 지닌 이러한 문제점을 해결하기 위해 별도의 삽입물이 없어도 냉각수구멍의 크기가 냉각수 입측 및 출측을 상이하게 함으로써 롤 양단부 사이의 롤 열팽창량 차이에 기인한두께 편차 및 롤 반발력 차이를 감소시킬 수 있는 냉각롤을 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같이 목적을 갖는 본 고안은 쌍롤형 박판 제조장치에 사용되는 냉각롤 중 롤 폭방향 양단부의 냉각수 구멍에서의 열전달 효과 차이를 발생시킴과 동시에 냉각수 구멍의 크기를 작게하여 롤의 전반적인 냉각능 향상을 도모할수 있는 목적으로 냉각수 구멍의 입측과 출측의 직경을 목표로 하는 열전달계수값 비율만큼 상이하게 하여 냉각롤을 균일하게 냉각시키는 구조를 지닌 쌍롤형 박판주조장치용 냉각롤을 특징으로한다.
도 1은 일반적인 쌍롤형 박판주조 장치에서 박판을 제조하는 냉각롤의 측면을 나타내기 위한 개략도
도 2는 종래의 쌍롤형 박판주조장치용 냉각롤 내부의 냉각수 흐름을 나타낸 단면 개략도
도 3a,b는 종래의 쌍롤형 박판주조장치용 냉각롤 내부의 냉각수 구멍에 사용되는 삽입물의 사시도
도 4a,b는 종래의 삽입물이 장착된 쌍롤형 박판주조장치용 냉각롤에 삽입물을 삽입한 상태의 단면도
도 5는 본 고안의 쌍롤형 박판주조장치용 냉각롤의 냉각수 구멍을 나타낸 단면도
도 6은 본 고안의 쌍롤형 박판주조장치용 냉각롤의 냉각수 구멍을 나타낸 정면도
〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉
1 : 노즐 2 : 용강
3 : 냉각롤 4 : 냉각수 구멍
5 : 박판 6,6a : 삽입물
7 : 양단부
도 5 및 도 6은 본 고안의 냉각수 입측 및 출측의 냉각수 구멍(4)크기가 다른 냉각롤(3)의 측단면도와 정면도를 나타낸 것이며, 냉각수 구멍(4)크기의 차이가 냉각롤(3) 양단부(7)의 냉각능에 미치는 효과를 종래의 삽입물(6)(6a)을 사용하는 경우와 비교하여 나타내면 다음과 같다.
일정 형상을 지닌 냉각수 구멍에서 삽입물이 있는 경우 냉각수 구멍(4)에서의 열전단계수값은 실험식으로 구하여지며 다음과 같은Dittus-Boelter식이 널리 사용되고 있다.
Nu=(h×D')/k=0.023×Re0.8×Pr0.4
Re=(U×D)/ν
Pr=(Cp×ν×ρ)/k
여기서 h : 열전달계수
D' : 대표길이(D-d, D : 냉각수 구멍 직경, d :삽입물 직경)
k : 냉각수열전도도,
U : 냉각수 평균 유속,
ν : 냉각수 동점성계수,
CP: 냉각수 비열
ρ : 냉각수 밀도
이 식으로부터 냉각수 온도에 의존하는 항들을 상수로 하여 정리하면 h는 다음과 같이 나타내 진다.
h = Constant × U0.8×D-0.2
U=Constant'/(D2-d2)
최종적으로 정리하면
h = Constant"×(1/CD-d)0.2×(1/(D2-d2))0.8
〈실시예 1〉
냉각수 구멍(4)에 종래의 삽입물(6)(6a)을 사용하는 경우
실시예로서 20mm직경을 지닌 냉각수 구멍(4)에 도 3a, b의 삽입물(6)(6a)이 각각 5mm와 15mm의 직경으로 되어 있다면 각 삽입물(6)(6a)직경에 있어 열전달계수값은 다음과 같다.
5mm삽입물 : h=constant"×(1/15)0.2×(1/375)0.8=constant"×5.1×10-3
15mm삽입물 : h=constant"×(1/5)0.2×(1/175)0.8=constant"×11.6×10-3
따라서 롤 폭 양단부(7)의 열전달계수 값은 약 2배의 차이를 보여 냉각수온도 증가에 의한 효과를 상쇄시킬수 있는 효과를 가져올 수 있다.
〈실시예 2〉
본 발명의 경우 냉각수 입측의 구멍 직경이 20mm인 경우는 냉각수 출측의 구멍 직경이 약 13.5mm 로 하면 다음과 같이 실시예 1과동일한 효과를 얻을 수 있다.
20 mm구멍 : h = constant"×(1/20)0.2×(1/400)0.8=constant"×4.6×10-3
13.5mm구멍 : h=constant"×(1/13.5)0.2×(1/182.25)0.8=constant"×9.2×10-3
뿐만 아니라 냉각수 구멍의 크기가 작은 경우도 본 발명의 경우는 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있으며 예를 들어 입측 구멍 직경이 10mm 그리고 출측 직경이 7mm인 경우에도 다음과 같이 냉각롤 폭 양단부(7)의 열전달계수값은 약 2배의 차이가 남을 알수 있다.
10 mm구멍 : h = constant"×(1/10)0.2×(1/100)0.8=constant"×15.8×10-3
7mm구멍 : h=constant"×(1/7)0.2×(1/49)0.8=constant"×30.1×10-3
특히 냉각수 구멍(4)의 크기가 작은 경우는 폭 양단부(7)의 열전달계수값의 차이를 가져올 수 있을 뿐 아니라 전반적인 열전달계수값이 커지게 되어 쌍롤(3)자체의 냉각능 증대로 인해 생산성의 향상 및 내구성 증대를 동시에얻을 수 있는 부수적인 효과도 지니게 된다.
쌍롤형 박판 제조장치에 사용되는 냉각롤 중 냉각롤 폭방향 양단부의 냉각수 구멍에서의 열전달 효과 차이를 발생시킴과 동시에 냉각수 구멍의 크기를 작게하여 롤의 전반적인 냉각능 향상을 도모할수 있는 목적으로 냉각수 구멍의 입측과 출측의 직경을 목표로 하는 열전달계수값 비율만큼 상이하게 하여 냉각롤을 균일하게 냉각시키는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 박판(5)을 제조하는 냉각롤(3)을 냉각시키기 위하여 냉각수가 흐르도록 원주방향을 따라 등간격으로 다수의 냉각수 구멍(4)을 형성함에 있어서, 상기 냉각수구멍의 입측과 출측의 직경을 달리하되, 입측의 냉각수 구멍은 크고 출측의 냉각수 구멍은 작게 하여서 됨을 특징으로하는 쌍롤형 박판주조 장치용 냉각롤
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