KR0158581B1 - 열연강판의 수평조절이 가능한 가열식 열간압연방법 - Google Patents

열연강판의 수평조절이 가능한 가열식 열간압연방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가역식 열간압연 방법에 관한 것으로서, 가역식 열간압연기를 사용하여 열간압연함에 있어서, 압연판 유도가이드 및 이송용롤레테이블을 상, 하 이동가능하도록 구성하여 이들을 일정량만큰 상·하 이동하여 높이조절함으로서 열간압연시 열연강판이 수평하게 유지되어 열연강판의 선단부의 하향화 현상을 방지하고자 하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상, 하 대칭으로 설치되어 있는 작업롤 및 보강롤, 압연판을 유도하는 압연판 유도가이드 및 압연판을 이송하기 위한 다수개의 이송용 롤러테이블을 포함하여 구성되는 가역식 열간압연기를 이용하여 열연강판을 열간압연하는 방법에 있어서, 상기한 압연판 유도가이드 및 이송용롤러테이블을 상, 하 운동가능하도록 구성하여 하기식과 같이 표시되는 높이조정량(δi)만큼 상기 압연판 유도가이드 및 이송용롤러테이블을 높이조정하는 단계; 및
상기와 같이 높이조정된 상태에서 열간압연하는 단계를 포함하여 구성되는 열연강판의 수평조절이 가능한 가역식 열간압연 방법을 그 요지로 한다.

Description

열연강판의 수평조절이 가능한 가역식 열간압연 방법
제1도는 종래의 열간압연 방법을 설명하기 위한 통상적인 가역식 열간압연기의 개략도.
제2도는 열간압연강판의 선단부 휨발생 기구를 설명하기 위한 모식도.
제3도는 본 발명에 따라 열간압연을 수행할 수 있는 가역식 열간압연기의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 1' : 작업롤 2, 2' : 보강롤
3 : 압연판 4, 4', 4a, 4a' : 이송용롤러테이블
5, 5', 5a, 5a' : 압연판유도가이드
본 발명은 가역식 열간압연 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 열연강판의 수평조절이 가능한 가역식 열간압연 방법에 관한 것이다.
통상, 압연판의 휨 현상은 압연기의 상하부 작업롤의 속도차, 상하부 작업롤의 표면조도차, 하부 작업롤의 픽업량, 압연판의 상하부 온도차 등 여러 요인들이 복합적으로 작용되어 일어나며, 통상 압연재의 선단부에서 많이 발생한다. 압연판의 휨은 선단부가 윗쪽으로 휘어지는 상향과 아래쪽으로 휘어지는 하향으로 나뉘어진다. 가역식 압연기에서 상향이 발생하게 되면 가속냉각중 휘어진 선단부의 상하면에서 냉각속도가 달라, 결과적으로 재질의 불균일을 초래하게 된다. 한편, 선단부에 하향이 발생하게 되면 다음 패스로의 이송이나, 차공정으로의 이송도중 휘어진 선단부가 이송용 롤러테이블과 충돌하게 되어 설비의 파손이나 생산저해를 초래하게 되므로 상향이나 하향 모두 바람직하지 못한 현상이다.
그런데 전술한 바와 같이 압연판의 휨 현상은 여러 가지 요인이 복합적으로 작용하여 발생되므로 이를 제거하는 수단도 그리 간단하지는 않다. 압연판의 휨을 발생시키는 여러 가지 요인중 압연기의 상하부 작업롤의 속도차, 상하부 작업롤의 표면조도차, 압연판의 상하부 온도차 등은 압연과정에서 발생되는 요인이나, 하부 작업롤의 픽업량은 압연기의 구조에 따른 요인이다. 따라서 압연기의 구조를 변경함으로써 압연판의 선단부 휨발생을 저감시킬수 있다.
한편, 종래의 압연기 구조는 제1도에서와 같이 압연기를 중심으로 압연기 전, 후면(혹은 입.출측)에 이송용롤러테이블(4, 4')과 압연판 유도가이드(5, 5')가 설치된 형태로 되어 있다. 그리고 압연시에는 하부 작업롤(1') 및 압연판 유도가이드(5, 5')는 고정시키고, 상부 작업롤(1)만을 상하로 구동시켜 압하량을 조절하도록 되어 있다. 통상, 고정된 하부 작업롤(1')과 압연판 유도가이드(5, 5')와의 높이 차이를 픽업(pick up)량이라 하며, 픽업량의 2배가 최대 압하량이 되며 이를 압연기의 사양으로 규정하고 있다.
그런데, 압연조건과 무관하게 고정된 픽업량은 제1도에서 볼 수 있는 바와 같이 치입시 압연판(3)과 유도가이드(5, 5')사이에 경사를 이루는 소위 판 돌림현상을 유발하게 되며 이로 인해 압연중 판의 선단부가 아래쪽으로 휘게되는 하향현상이 발생하게 된다. 하향이 발생되는 원인을 좀더 명확하게 이해하기 위해 하향발생기구를 제2도에 설명하면 다음과 같다.
제2도는 픽업량 hp로 인해 압연판(3)과 이송용 롤러테이블(4) 사이에 θ의 경사각을 이룬 상태로 압연판이 압연기에 치입되는 순간에 압연판(3)과 작업롤(1,1')사이에 작용되는 힘의 상태를 나타내는 그림이다. 이송용 롤러테이블(4)에 의해 압연기 입측으로 이송된 압연판(3)은 맨처음 압연판(3)의 하단 A점이 하부 작업롤(1')과 접촉되면서 롤을 타고 올라간다. 그후 압연판(3)의 상단 B점이 상부 작업롤(1)과 접촉되는 순간 A점에서 수직력 Pn과 마찰력 Pf가 발생하게 된다. 통상, 마찰력 Pf는 하기식(1)과 같이, 마찰계수 μ와 수직력 Pa의 곱으로 표시된다.
이들 압연력 Pa과 Pf는 합성력 P로 표시할 수 있고, 합성력 P는 다시 압연방향의 힘인 Px와 압연기 중심축 방향인 Py로 나눌수 있다. 그런데 Px와 Py에 의해 압연판의 선단부에는 B점을 축으로 하는 시계방향의 휨 모멘트 M이 발생되는데, 이 휨 모멘트의 크기는 하기식(2)와 같이 나타낼 수 있다.
통상, 압연판의 길이 L에 비해 접촉높이 hc는 대단히 작으므로 경사각 θ역시 작게 된다. 경사각 θ가 대단히 작으면 sinθ0, Cosθ1이 될 것이므로 상기 식(2)는 하기식(4)와 같이 표시할 수 있다.
압연판의 하향은 상기 식(4)와 같이 압연판(3)과 이송용 롤러테이블(4) 사이의 비수평 상태로 인해 야기되는 시계방향의 휨 모멘트 M에 의해 발생된다. 따라서 고정식 압연판 유도가이드를 가진 현재와 같은 구조의 압연기에서는 언제나 압연판이 이송용롤러테이블과 경사를 이루며 치입되므로, 정도의 차이는 있느나 항상 하향발생의 가능성을 가지고 있으며 실제로 흔히 발생되고 있다. 특히, 압연판의 길이가 짧고 판두께가 두꺼운 경우에는 경사각이 더욱 커져 하향발생의 정도가 심하게 될 것이다.
이에 본 발명은 가역식 열간압연기를 사용하여 열간압연함에 있어서 유도가이드 및 이송용 롤러를 상, 하 이동 가능하도록 구성하여 이들을 일정량만큼 상하 이동하여 높이 조정함으로써 열간압연시 열연강판이 수평하게 유지되어 열연강판의 선단부의 하향화 현상을 방지하고자 하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 상, 하 대칭으로 설치되어 있는 작업롤 및 보강롤, 압연판을 유도하는 압연판 유도가이드 및 압연판을 이송하기 위한 다수개의 이송용 롤러테이블을 포함하여 구성되는 가역식 열간압연기를 이용하여 열연강판을 열간압연하는 방법에 있어서, 상기한 압연판 유도가이드 및 이송용롤러테이블을 상, 하 운동 가능하도록 구성하여 하기식과 같이 표시되는 높이 조정량(δi)만큼 상기 압연판 유도가이드 및 이송용 롤러테이블을 높이조정하는 단계; 및
상기와 같이 높이 조정된 상태에서 열간압연하는 단계를 포함하여 구성되는 열연강판의 수평조절이 가능한 가역식 열간압연 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
제3도에는 본 발명을 적용하기 위한 가역식 열간압연기의 일례가 제시되어 있다. 제3도에 나타난 바와 같이, 본 발명을 적용하기 위해서는 상, 하 대칭으로 설치되어 있는 작업롤(1)(1') 및 보강롤(2)(2'), 압연판(3)을 유도하기 위한 압연판 유도가이드(5)(5') 및 압연판(3)을 이송하기 위한 다수개의 이송용롤러테이블(4)(4')을 포함하여 구성되는 통상적인 가역식 열간압연기에 있어 적어도 일부의 이송용롤러테이블(4)(4') 및 압연판 유도가이드(5)(5')를 상, 하 이동이 가능하도록 구성해야 한다. 이하에서는 종래의 고정식 유도가이드(5)(5') 및 고정식 이송용롤러테이블(4)(4')과 구별하기 위하여 상·하 이동이 가능한 압연판 유도가이드는 (5a) 및 (5a')로, 그리고 상·하 이동이 가능한 이송용롤러테이블은(4a)(4a')로 표시한다.
상기와 같이 일부의 이송용롤러테이블(4a)(4a')을 상, 하 이동이 가능하도록 구성하는 이유는 압연판(3)의 길이가 압연판 유도가이드(5a)(5a')보다 길기 때문에 열연판을 들어올려 수평조절을 할 때 압연판 유도가이드(5a)(5a')와 함께 구동되어 힘의 평형을 유지하기 위함이다.
상기한 목적에 따라, 상, 하 이동이 가능한 이송용롤러테이블(4a)(4a')의 위치가 선정된다. 물론, 상기 이송용롤러테이블 전부를 이동 가능하게 할 수 있음은 당연하다.
상기 상, 하 이동 가능한 이송용롤러테이블(4a)(4a') 및 압연판 유도가이드(5a)(5a')는 수평 조절용 실린더(6)(6')에 의해 상, 하로 이동 가능하게 된다.
제3도에서 미설명부호 8은 압연판 유도가이드(5a)(5a') 및 이송용롤러테이블(4a)(4a')를 제어하기 위한 유도가이드 및 이송용 롤러 제어용 전산기를 나타내고, 그리고 9는 압연주전산기를 나타낸다.
이하, 상기 이송용롤러테이블 및 압연판 유도가이드의 높이 조정량(δi)에 대하여 설명한다.
가역식 열간압연기에서의 열간압연시 i번째 패스 압연시 압연전의 판두께를 Hi라 하고, 압연후의 판두께를 hi라 하면 압연량 Δhi는 하기식(5)와 같이 된다.
이때 압연판의 중심이 롤갭의 중심인 C-C'와 일치되도록 하려면 하부 작업롤(1')의 상부면과 압연판 유도가이드(5a)(5a')와의 사이에는 이론적으로 정확하게 Δhi/2만큼의 높이차가 있어야 한다.
그러나, 실제로는 원활한 압연을 위해서 약간의 간격을 유지해 주는 것이 좋다. 따라서 압연기의 픽업량 hp를 고려하여, 압연판의 선단부가 하향이 발생하지 않기 위한 수평조절식 압연판 유도가이드(5a)(5a')의 높이 조정량 δi는 하기식(6)과 같이 된다.
따라서, 압연 주전산기(9)로부터 전달된 매 패스 압연조건과 압연판 유도가이드 및 이송용롤러테이블 제어용 전산기(8)에 기억된 상기식(6)을 써서 압연판 유도가이드(5a)(5a')의 조정량을 계산하고, 압연판의 높이를 조절하게 되면 압연기 구조에 의해 발생되는 하향이 방지될 수 있다.
그런데 압연이 진행됨에 따라 압연판의 길이는 증가하고 두께는 얇게 되므로, 압연판(3)과 이송용롤러테이블(4, 4') 사이의 경사각 θ가 상대적으로 작아져 압연판의 선단부에 발생하는 휨 모멘트는 하향을 일으킬 만큼 크지 않게 된다. 따라서 가역식 열간압연의 모든 패스에 대해서 본 압연법을 사용할 필요는 없다. 따라서, 설비의 효율적인 운용을 위해서 다음과 같은 한계 경사각 θc를 정의하고 수평조절장치의 구동조건을 규정해 두는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따라 열간압연하는 방법에 대하여 설명한다.
가역식 열간압연기에서 첫 패스 압연시에는 압연판의 유도가이드(5a)의 높이를 이송용 롤러(4)와 같은 높이로 고정시켜 둔다. 압연판(3)이 압연기 입측에 도착하여 압연판 유도가이드(5a)에 얹히게 되면, 수평조절용 유압실린더(6)로 압연판 유도가이드(5a)와 이송용롤러테이블(4a)을 상향조정시켜 압연판의 중심을 롤갭의 중심인 C-C'과 일치시켜 압연판(3)이 수평이 유지된 상태로 압연을 시작한다. 압연이 완료되면 압연판 유도가이드(5a)와 수평 조절용 롤러테이블(4a)은 다음 압연을 위해 이송용롤러테이블(4)와 같은 높이인 위치로 복귀시킨다.
가역식 열간압연기에서는 압연기 입측과 출측에서 번갈아 가면서 압연을 하게 되므로 출측에서의 압연판을 역전시켜 압연하는 경우에서도 위에서와 같은 방법으로, 출측에 설치된 압연판 유도가이드(5a')와 수평 조절용 롤러테이블(4a')을 수평 조절용 유압실린더(6')로 높이 조절을 하여 압연판의 중심이 롤갭의 중심과 일치되도록 하여 압연하므로서, 선단부의 하향발생이 방지된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
다음은 본 발명의 수평조절식 압연방법의 실시예로써 열간압연과정의 유한요소해석법을 통해 얻어진 결과이다. 유한요소해석법은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 소성가공공정에서 가공 전후의 형상변화를 구하는 기법으로써, 실제공정과 거의 일치된 결과를 얻을 수 있다고 알려져 있다.
본 발명은 압연기의 구조적 문제로 인한 압연판의 선단부 휨 형상을 방지하는 방법을 제시한 것이므로, 압연기의 상하부 작업롤의 속도차, 상하부 작업롤의 표면조도차, 압연판의 상하부 온도차 등은 없는 것으로 하고, 단지 픽업량에 따른 휨 발생량만을 비교해 보았다.
하기 표1은 시뮬레이션에 사용된 후판압연기의 주요사양과 대표적인 패스 스케줄이다. 그리고, 하기 표2는 시뮬레이션 결과로써, 하기 표1의 압연조건에 대해 기존의 고정식 압연판 유도가이드를 사용한 경우와 본 발명의 수평조절용 압연판 유도가이드를 사용한 경우에 대한 하향 발생량의 비교 결과이다. 압연이 종료된 판에 생긴 발생량은 압연판의 평탄부와 휨이 발생된 선단부의 높이차를 의미한다.
상기 표2에 나타난 바와 같이, 종래의 고정식 압연판 유도가이드를 사용한 경우에는 픽업량이 77.55mm로 고정되어 있어 하향의 발생이 5-12mm정도 발생되고 있으나, 본 발명의 수평 조절용 압연판 유도가이드를 사용할 경우에는 입측 판두께에 따라 픽업량을 변경시켰으므로 하향이 전혀 발생하지 않았다. 물론 본 발명에 대한 시뮬레이션 결과는 모든 압연조건이 이상적인 상태로 유지되므로 하향이 전혀 없었으나, 실제의 경우에는 작업환경에 따라 약간 다른 결과가 나올수도 있을 것이다. 그러나 본 발명의 수평조절식 압연판 유도가이드를 사용하는 압연방법을 채택하게 되면 압연기 구조에 의해 발생하던 압연판의 선단부 하향발생은 방지될 것이다.

Claims (3)

  1. 상, 하 대칭으로 설치되어 있는 작업롤 및 보강롤, 압연판을 유도하는 압연판 유도가이드 및 압연판을 이송하기 위한 다수개의 이송용롤러테이블을 포함하여 구성되는 가역식 열간압연기를 이용하여 열연강판을 열간압연하는 방법에 있어서, 상기한 압연판 유도가이드(5a)(5a') 및 이송용롤러테이블(4a)(4a')을 상·하 운동 가능하도록 구성하여 하기식과 같이 표시되는 높이조정량(δi)만큼 상기 압연판 유도가이드(5a)(5a') 및 이송용롤러테이블(4a)(4a')을 높이 조정하는 단계; 및
    상기와 같이 높이 조정된 상태에서 열간압연하는 단계를 포함하여 구성되는 열연강판의 수평조절이 가능한 가역식 열간압연방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이송용롤러테이블중 일부만이 상·하 이동 가능하도록 구성되는 열연강판의 수평조절이 가능한 가역식 열간압연방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압연판과 이송용롤러테이블 사이의 경사각(θ)이 선단부 휨 현상을 발생시키지 않는 경사각(θc)보다 클때만 상기 압연판 유도가이드(5a)(5a') 및 이송용롤러테이블(4a)(4a')이 높이 조절됨을 특징으로 하는 열연강판의 수평조절이 가능한 가역식 열간압연방법.
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