KR20020004632A

KR20020004632A - 압연유 순환정화용 전자기 필터

Info

Publication number: KR20020004632A
Application number: KR1020000038698A
Authority: KR
Inventors: 양충진; 황봉택; 최승덕; 박언병; 김영규
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2002-01-16

Abstract

본 발명은 압연유를 순환정화시키는데 사용되는 전자기 필터에 관한 것으로, 보다 상세히는 철강재 압연공정에서 사용하는 압연유(주로 윤활유)의 순환 재사용의 과정에서 강판의 표면품질을 향상시키고, 압연유의 사용량을 줄일수 있도록 순환과정에서 고자장에 의해 용이하게 감자화되는 강자성 매쉬필터의 자화에 의해 압연유에 함유된 각종 철계 미립자를 여과할수 있는 압연유 순환정화용 전자기필터에 관한 것이다.

본 발명은 호프먼필터(3)와 유입라인(19a)을 매개로 연결되어 압연유가 일방향으로 흐르는 내부케이스(11)와 이를 감싸는 외부케이스(12)를 갖는 본체부(10); 상기 내부케이스(11)의 상,하단에 상,하부전극(23a)(23b)을 각각 설치하고, 상기 상,하부자극(23a)(23b)과 접지단이 서로 대응하고, 코일(22)이 복수회 권취된 요크(21a)(21b)를 상기 외부케이스(12)내에 갖추어 전원인가시 자력을 발생시키는 자력부(20); 및 상기 상,하부전극(23a)(23b)사이에 매쉬필터(31)를 갖추어 상기 내부케이스(11)를 통과하는 압연유에 함유된 철계 미립자를 자력에 의해서 여과하는 필터부(30);를 포함하는 압연유 순환정화용 전자기필터를 제공한다.

Description

압연유 순환정화용 전자기 필터{MAGNETIC FILTER FOR CIRCULATING ROLL MILLING OIL}

일반적으로 철강제품 압연공정에서 압연유를 순환정화하는 시스템은 도 1에 도시한 바와같이, 일방향 진행되는 강판을 압연롤(1a)로서 압연하는 압연설비(1)에서 사용된 후 회수되는 압연유는, 먼저 저장탱크(dirty tank)(2)에 1차로 저장되어 각종의 조대한 이물질을 비중차에 의해서 상기 저장탱크(2)의 바닥에 1차로 걸러낸다. 이때 수 mm 이상의 모든 입자는 바닥에서 회수되어 제거된다.

이어서, 상기 저장탱크(2)에 연통 연결된 호프먼필터(hoffman filter)측으로 1차 여과된 압연유가 유입되면, 상기 저장탱크(2)에서 여과하기 곤란한 수백 마이크론(㎛)이상의 이물질 입자는 상기 호프먼필터(3)에서 비교적 엄격하게 2차로 수거 제거된다.

그러나, 수백마이크론이하의 철계 미립자는 상기 호프먼필터(3)를 통과하면서 여과된 압연유에도 함유되어 있으며, 이러한 이물질 입자는 압연유에 현탁(suspension)되어 일반적인 여과장치로서는 완벽하게 걸러낼수 없는 것이다. 이에 따라, 수거된 압연유를 순환정화하여 재사용하기 위해서는 상기 호프먼필터(3)와 압연설비(1)사이에 미처 제거되지 않은 미세한 철계 미립자만을 자력과 같은 물리적특성을 이용하여 제거하는 별도의 여과장치를 설치해야만 하는 것이다.

즉, 수질향상 또는 공업용수의 순환과정에서 용수의 재활용을 위해 철계 이물질을 여과하여 제거하는 고자장 자기필터(high gradient magnetic filter)를 사용하는 기술은 학술적으로 이미 1975년대부터 확인되어 왔다.(C.de Lauter and H. Kolm, IEEE Trans. on Magn., MAG-11(5), 1975, p.1570 및 J.A. Oberteuffer. I. Wechaler and N.J. McNallan, IEEE Trans. on Magn.,MAG-11(5),1975,p.1591). 그 이후 실험실에서 그 효율에 관한 많은 연구결과를 토대로 실제현장에서 사용되기는 10여년후에 시작되었다.

일반적인 전자석인 솔레노이드 코일(solenoid coil)을 유체가 흐르는 배관주위에 감은 다음 자장을 발생시켜 여과를 하는 장치(미국특허 4,279,748 1981, 일본특허 소60-179109, 1985)와, 유체속의 원하는 입자등의 자기특성별로 각기 분급하여 여과할수 있는 회전형 여과장치(rotary magnetic separator)(미국특허 4,445,228, 1984)가 알려져 있다.

그러나, 이러한 종래의 여과장치중 상기 회전형 여과장치는 자기필터의 핵심원리가 되는 자장을 발생시키는 장치인 전자석(electromagnetic)의 설계기술이 한정되어 고자장을 얻기 위해 전자석의 크기가 비효율적으로 대형화되는 문제점이 있었고, 솔레노이드형태의 단순한 전자석형태를 갖는 여과장치의 경우에는 전자석의 설치구조가 간단한 반면에 높은 자장력의 발생이 불가능하여 여과효율이 낮은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은 고자장을 발생시킬수 있는 전자석을 조립식으로 간편하게 제작하여 비용이 저렴하고, 보수정비가 간편하며, 사용수명을 연장할수 있는 한편, 압연유의 여과효율성을 극대화시켜 에너지를 절약할수 있는 압연유 순환정화용 전자기필터를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터의 설치상태도,

도 2는 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터를 도시한 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터를 도시한 휭단면도,

도 4는 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터를 구성하는 매쉬필터를도시한 분해사시도,

도 5는 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터에서 자속 및 압연유 흐름을 도시한 작동상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 ...... 저장탱크 3 ...... 호프만필터

4 ...... 전자기필터 5 ....... 세정탱크

11 ..... 내부케이스 12 ..... 외부케이스

21a,21b ... 요크 22 ..... 코일

23a,23b ... 상,하부자극 31 ..... 매쉬필터

32 ..... 수용체 32a .... 고정축

32b .... 삽입구 33 ..... 프레임

33a ..... 메쉬네트 38 ..... 자기유도센서

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,

압연설비의 강판압연공정에 사용된 후 수거된 압연유가 통과하는 저장탱크, 호프만필터를 갖추고, 이들을 거치면서 조대한 이물질이 제거된 압연유에 함유된 철계 미립자 이물질을 여과하는 설비에 있어서,

상기 호프먼필터와 유입라인을 매개로 연결되어 압연유가 일방향으로 흐르는 내부케이스와 이를 감싸는 외부케이스를 갖는 본체부;

상기 내부케이스의 상,하단에 상,하부전극을 각각 설치하고, 상기 상,하부자극과 접지단이 서로 대응하고, 코일이 복수회 권취된 요크를 상기 외부케이스내에 갖추어 전원인가시 자력을 발생시키는 자력부; 및

상기 상,하부전극사이에 매쉬필터를 갖추어 상기 내부케이스를 통과하는 압연유에 함유된 철계 미립자를 자력에 의해서 여과하는 필터부;를 포함함을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기필터를 마련함에 의한다.

이하,본 발명에 대해서 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기 필터의 설치상태도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터를 도시한 종단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터를 도시한 휭단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터를 구성하는 매쉬필터를 도시한 분해사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 압연유 순환정화용 전자기필터에서 자속 및 압연유 흐름을 도시한 작동상태도이다.

본 발명에 따른 전자기필터(4)는 도 1내지 4에 도시한 바와같이, 호프만필터(3)과 세정탱크(5)사이에 설치되어 전원인가시 발생되는 자력으로서 압연유의 사용수명을 연장시킬수 있도록 이에 함유된 미세 철계 미립자를 제거하는 것으로서, 이러한 전자기필터(4)는 본체부(10), 자력부(20) 및 필터부(30)로 구성된다.

즉, 상기 본체부(10)는 상기 호프먼필터(3)와 유입라인(19a)을 매개로 일단이 연결되어 조대한 이물질을 1,2차에 걸쳐서 여과한 압연유가 일방향으로 흐를수 있도록 중공원통형의 내부케이스(11)를 갖추고, 상기 내부케이스(11)의 타단에는 여과된 압연유를 순환사용할수 있도록 상기 세정탱크(5)와 유출라인(19b)을 매개로 연결하는 한편, 상기 내부케이스(11)의 외측에는 이를 감싸면서 후술하는요크(21a)(21b)를 내장할수 있는 충분한 내부공간을 형성할수 있도록 외부케이스(12)를 갖추어 구성한다.

여기서, 상기 내,외부케이스(11)(12)는 내식성이 매우 우수한 스테인레스 계통의 소재로 구성되며, 상기 외부케이스(12)는 완전히 절연되어 안전이 지장이 없도록 제작되어야 한다.

그리고, 전원인가시 압연유에 함유된 철계미립자를 제거할수 있도록 내부케이스(11)내의 여과실에 자속이 일방향으로 흐르도록 자력을 발생시키는 자력부(20)는 상기 외부케이스(12)내에 외부전원과 연결된 코일(22)을 복수회 감은 철심 요크(21a)(21b)를 갖추고, 상기 요크(21a)(21b)의 접지단과 대응하는 상기 내부케이스(11)의 상,하부단에는 각각 상,하부자극(23a)(23b)을 각각 장착한다. 이에 따라, 철계 미립자를 함유한 압연유가 내부케이스(21)의 하부로부터 상부로 유입되는 반면에, 전원인가시 솔레노이드 코일(22)을 N,S극에 해당하는 요크(21a)(21b)에 감아 발생한 자속(magnetic flux)은 도 5에 도시한 바와같이, 자극에 해당하는 상부자극(23a)으로부터 하부자극(23b)으로 흐르게 된다.

이러한 요크(21a)(21b)는 전기에너지손실을 극소화시킬수 있도록 전기강판소재로 구성되고, 상기 상,하부자극(23a)(23b)은 투자율을 최대로 하고, 자속의 집속을 극대화시킬수 있도록 극저탄소강소재로 구성되며, 몸체에는 유입라인(19a)으로부터 유입되는 압연유가 원할하게 통과할수 있도록 복수개의 구멍(23)이 천공되어 있으며, 상기 요크(21a)(21b)의 접지단과 이에 대응하는 상,하부전극(23a)(23b)사이에는 상기 요크(21a)(21b)의 자속을 잘 감응할수 있도록 튜자율이 우수한 극저탄소강으로 이루어진 매개체(24a)(24b)를 각각 설치한다.

또한, 상기 내부케이스(11)내를 통과하는 압연유에 함유된 철계 미립자를 전원인가시 발생되는 자력에 의해서 여과하는 필터부(30)는 상기 내부케이스(11)의 상,하단부에 고정설치되는 상,하부전극(23a)(23b)사이에 매쉬필터(31)를 갖추어 구성하는바, 이러한 매쉬필터(31)는 상기 상,하부자극(23a)(23b)사이에 수직하게 설치되는 고정축(32a)에 일정간격을 두고 복수개 설치되고, 원주방향으로 등간격 분할되어 상,하부면이 개방된 삽입구(32b)를 복수개 갖는 디스크형 수용체(32)와, 상기 각 삽입구(32b)에 끼워지고, 선재와이어로서 매쉬네트(33a)를 형성한 부채꼴형 프레임(33)으로 구성된다.

이때, 상기 프레임(33)에 감기는 선재와이어는 압연에 대하여 내식성이 우수하여 사용수명이 길고, 자기 투과율(magnetic permeability)이 커서 상기 상,하부자극(23a)(23b)사이를 흐르는 자속에 쉽게 자화됨으로서 압연유에 함유된 철계 미립자 이물질을 효과적으로 제거할수 있도록 Fe-Ni계 합금(42wt.% 내지 80wt.%)으로 구성되며, 상기 와이어(33a)의 직경은 0.5 내지 2mm가 적당하며, 상기 프레임(33)에 감기는 간격은 적절히 경우에 따라 조절하여 사용하지만 와이어의 선재직경의 1 내지 5배 범위가 가장 적당하다.

한편, 상기 프레임(33)에 설치되는 매쉬네트(33a)는 와이어 대신에 극저탄소강 판재 또는 전기강판을 대체하여 사용할수 있는데, 즉 두께 0.5 내지 2mm 의 극저탄소강 도는 전기강판 판재를 폭 1 내지 10mm 으로 절단하여 상기 프레임(33)에 끼우되 두께방향이 압연유가 흐르는 방향과 평행이 되도록 위치를 결정하고, 상기극저탄소강 또는 전기강판소재를 이용한 매쉬네트(33a)의 폭은 상기 프레임(33)의 폭과 동일하게 구성한다. 그리고, 극저탄소강 또는 전기강판 판재를 사용한 매쉬네트는 압연유 및 이에 함유된 염산성분으로부터 내식성을 가지면서 자기투과율을 향상시켜 철계 미립자 이물질의 수거능력을 향상시킬수 있도록 100 내지 300㎛ 의 두께로 Ni 도금층을 형성하면 좋다.

상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과에 대해서 설명한다.

먼저, 압연설비에서 사용된 압연유는 재활용하기 위해서 저장탱크(2), 호프만필터(3)를 연속하여 거치면서 수백마이크론(㎛)이상의 조대한 이물질이 1,2차에 걸쳐서 제거된 다음, 유입라인(19a)을 통하여 본 발명의 전자기필터(4)를 구성하는 내부케이스(11)내로 유입된다.

연속하여 도 5에 도시한 바와같이, 압연유가 내부케이스(11)내를 통과하는 동안에 요크(21a)(21b)에 이중으로 감긴 코일(22)측으로 외부전원을 공급하여 코일(22)에 전류를 인가하면, 상기 요크(21a)(21b)에서 발생한 자속은 상기 압연유가 유입되어 유출되는 방향의 역방향으로 상부자극(23a)에서 하부자극(23b)측으로 흐르게 되고, 상기 코일(22)에서 발생하는 자장에 의해서 상기 상,하부자극(23a)(23b)사이에 배치된 매쉬필터(31)는 강력하게 자화되는 것이다.

이러한 경우, 상기 메쉬필터(31)를 구성하는 프레임(33)의 매쉬네트(33a)도 자화되기 때문에, 상기 내부케이스(11)의 하부측으로 유입되어 상기 프레임(33)을 통과하는 압연유에 함유된 철계 미립자 이물질도 역시 쉽게 자화되어 상기 매쉬네트(33a)에 부착되는 것이다.

따라서, 상기 매쉬필터(31)를 통과하면서 수백마이크론(㎛)이하의 철계 미립자가 여과된 압연유는 수백 ppm이하의 농도로 정화되어 상부자극(23a)의 구멍(23)을 통하여 유출라인(19b)에 연결된 세정탱크(5)에 저장된 다음, 재차 압연설비(1)로 순환공급되는 것이다.

이때 순환공급되는 압연유를 수거하여 이에 함유된 이물질의 입자크기를 측정한 결과, 십수 마이크론(㎛)이하로 낮아져 여과효율이 향상됨을 알수 있으며, 또한, 압연유의 농도도 100 내지 200ppm이하로 낮아져 연속되는 강판압연공정에서 표면강판에 발생하던 표면결함은 거의 일어나지 않게 되는 것이다.

한편, 장시간의 여과작용으로 인하여 상기 매쉬필터(31)를 구성하는 프레임(33)의 매쉬네트(33a)에서 여과된 이물질의 량이 많아지면, 상기 매쉬필터(31)에 침적되어 있는 철계 미립자의 침적량에 따라 변하는 필터메쉬(33a)의 감자율(magnetic susceptibility) 변화를 수시로 감지할수 있도록 자기유도센서(38)를 상기 매쉬필터(31)의 근방에 설치하여 일정량의 이물질 침적이 되었을 때 상기 매쉬필터(31)에 대한 보수, 정비의 시기를 검출하여 작업자에게 알려주도록 한다.

이에 따라, 상기 매쉬필터(31)에서의 여과량이 많아져 상기 자기유도센서(38)에서 검지된 감자율이 설정된 기준이상으로 감지되면, 감지된 신호를 수신한 제어기(미도시)에 의해서 상기 유입라인(19a)의 개폐밸브(18a)를 닫아 더 이상의 압연유공급을 중단하고, 유출라인(19b)의 개폐밸브(18b)도 닫는다.

이러한 상태에서 공급배관(16a)의 밸브부재(16b)를 개방하여 압축공기를 내부케이스(11)의 상부측에서 하부측으로 압연유가 유입되는 방향의 역방향으로 일시에 공급하면, 상부측에서 일시에 공급되는 압축공기에 의해서 상기 내부케이스(11)내에 설치되는 매쉬필터(31)가 역세됨과 동시에 이물질이 침전된 메쉬네트(33a)를 청소할수 있는 한편, 제거된 이물질은 압축공기와 더불어 유입라인(19a)에 연통되고, 밸브부재(17b)가 개방된 배출배관(17a)을 통하여 후처리된다.

이때, 상기 매시필터(31)를 역세하기 위해서 공급되는 압축공기는 온수 및 냉수로 대체하여 메쉬네트(33a)에 부착된 이물질을 제거할수 있다.

상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 전자석을 구성하는 요크와 상,하부자극의 설계를 최적화함으로서 고자장을 형성하여 압연유의 여과효율을 높일수 있고, 압연유의 사용수명을 연장할수 있으며, 압연유가 통과하고 전원인가시 자력을 갖는 매쉬필터의 메쉬네트소재를 고투자율의 Fe-Ni합금조성을 사용함으로써, 매쉬네트의 자화능력을 향상시켜 압연유에 함유된 철계미립자 이물질에 대한 수거능력을 극대화시킬수 있다.

또한, 상기 매쉬필터를 조립식으로 내부케이스내에 충진할수 있도록 하여 작업자가 보수, 정비를 용이하게 수행할수 있으며, 여과되어 철계미립자가 침적됨에 따라 변화하는 메쉬네트에서의 자화능력을 자기유도센서로 감지함으로써, 매쉬필터의 세척기간을 미리 탐지할수 있어 작업자의 작업능력을 향상시킬수 있는 효과가 얻어진다.

Claims

압연설비(1)의 강판압연공정에 사용된 후 수거된 압연유가 통과하는 저장탱크(2), 호프만필터(3)를 갖추고, 이들을 거치면서 조대한 이물질이 제거된 압연유에 함유된 철계 미립자 이물질을 여과하는 설비에 있어서,

상기 호프먼필터(3)와 유입라인(19a)을 매개로 연결되어 압연유가 일방향으로 흐르는 내부케이스(11)와 이를 감싸는 외부케이스(12)를 갖는 본체부(10);

상기 내부케이스(11)의 상,하단에 상,하부전극(23a)(23b)을 각각 설치하고, 상기 상,하부자극(23a)(23b)과 접지단이 서로 대응하고, 코일(22)이 복수회 권취된 요크(21a)(21b)를 상기 외부케이스(12)내에 갖추어 전원인가시 자력을 발생시키는 자력부(20); 및

상기 상,하부전극(23a)(23b)사이에 매쉬필터(31)를 갖추어 상기 내부케이스(11)를 통과하는 압연유에 함유된 철계 미립자를 자력에 의해서 여과하는 필터부(30);를 포함함을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기필터.
제 1항에 있어서,

상기 내,외부케이스(11)(12)는 내식성이 우수한 스테인레스 계통의 소재로 구성됨을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기필터.
제 1항에 있어서,

상기 요크(21a)(21b)는 전기에너지손실을 극소화시킬수 있도록 전기강판소재로 구성되고, 상기 상,하부자극(23a)(23b)은 투자율을 최대로 하고, 자속의 집속을 극대화시킬수 있도록 극저탄소강소재로 구성됨을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기필터.
제 1항에 있어서,

상기 매쉬필터(31)는 상기 상,하부자극(23a)(23b)사이에 수직하게 설치되는 고정축(32a)에 일정간격을 두고 복수개 설치되고, 원주방향으로 등간격 분할되어 상,하부면이 개방된 삽입구(32b)를 복수개 갖는 디스크형 수용체(32)와, 상기 각 삽입구(32b)에 끼워지고, 선재와이어로서 매쉬네트(33a)를 형성한 부채꼴형 프레임(33)으로 구성됨을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기 필터.
제 4항에 있어서,

상기 매쉬네트(33a)는 내식성이 우수하여 사용수명이 길고, 자기 투과율(magnetic permeability)이 크도록 Fe-Ni계 합금(42wt.% 내지 80wt.%)으로 구성된 선재와이어로 구성됨을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기 필터.
제 4항에 있어서,

상기 매쉬네트(33a)는 상기 프레임(33)의 폭과 동일하게 구성되어 두께방향이 압연유가 흐르는 방향과 평행이 되도록 위치를 결정하고, 100 내지 300㎛ 의 두께로 Ni 도금층을 형성한 극저탄소강 판재 또는 전기강판 판재로 구성됨을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기필터.
제 1항에 있어서,

상기 요크(21a)(21b)에서 발생한 자속은 상기 압연유가 유입되어 유출되는 방향의 역방향으로 상부자극(23a)에서 하부자극(23b)측으로 흐르게 됨을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기필터.
제 1항에 있어서,

상기 매쉬필터(31)에는 이에 침적되어 있는 철계 미립자의 침적량에 따라 변하는 필터메쉬(33a)의 감자율(magnetic susceptibility) 변화를 수시로 감지하여 세척시기를 알수 있도록 자기유도센서(38)를 설치함을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기필터.