KR100232421B1 - 로드로부터 스트립을 제조하기 위한 냉간 압연 가공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폭 대 두께의 비가 대략 17 대 1 이상인 스트립 안으로 열간 압연형 금속의 봉을 전향시키는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 복수의 연속 압연기 사이의 봉을 냉각시키고, 상기 스트립 안쪽으로 평평해질 때 상기 봉에 의해 경험된 열적 충격 및 기계적 충격을 감소시키기 위해 각각의 개별 업라인(upline) 압연기의 속도에 다다르도록 이송 후방 인장 제어장치를 이용한다.

Description

로드로부터 스트립을 제조하기 위한 냉간 압연 가공방법
핀 튜브(finned tubes)는 매체의 혼합이 필요하지 않은 서로 다른 온도의 매체 사이에 열교환이 발생할 수 있도록 하기 위한 수단으로서 많은 업무상 출원에 이용된다. 상기 핀 튜브의 한 일반적인 설계는 금속 핀 재료의 연속 스트립으로 구성된 핀을 이용한다. 단면도에서, 이 스트립은 그 두께 치수를 초과하는 폭을 갖는 직사각형 형상이다. 핀 튜브를 제조하기 위해 스트립은 중공 튜브의 외부면 주변에 나선형으로 둘러싸여서 고정되어 있어서, 직사각형 단면을 가진 스트립의 짧은 측 중 한 측이 튜브의 외부면에 인접해 고정되고 스트립의 폭이 튜브의 외부면으로부터 외측으로 및 상기 튜브의 외부면에 수직으로 연장한다.
핀 튜브의 최적의 수행을 위해, 폭 대 두께의 비(폭을 두께로 나누어 산출된 비)가 17 대 1인 스트립을 이용하는 것이 바람직하다. 예를들어, 한 일반적인 스트립의 크기는 폭이 0.80 인치이고 두께가 0.047 인치이며, 폭 대 두께의 비는 대략 17.2 대 1 이다.
소정의 치수를 갖는 스트립을 제조하기 위한 일반적인 방법은 소정의 두께를 갖는 한 장의 연속 냉간 압연형 금속, 때로는 탄소강(carbon steel)과 함께 시작한다. 그런 후, 쉬트(sheet)는 소정의 폭을 갖는 스트립 안으로 가느다랗게 쪼개어진다. 냉간 압연형 쉬트의 제조시, 쉬트는 내구성을 조밀화하기 위해 일정하게 압연된다. 이러한 쉬트의 가격은 내구성을 조밀하게 하기 위해 상기 쉬트를 압연하는데 필요한 시간 및 노력이 반영된다. 쉬트를 가느다랗게 쪼개는데 드는 비용이 상기 쉬트의 비용에 추가될 때, 통상적인 방법에 따른 스트립을 제조하는데 드는 전체 비용은 대단히 비싸다.
만일 스트립이 냉간 압연형 쉬트 대신에 보다 가격이 싼 열간 압연 가공된 봉으로 만들어질 수 있다면, 스트립을 제조하는데 드는 비용은 크게 감소될 수 있을 것이다. 열간 압연 가공된 봉을 스트립 안으로 전향시키기 위한 일반적인 방법은 봉을 일련의 압연기에 연속적으로 통과시키는 단계로 이루어진다. 각각의 압연기는 소정의 스트립 치수가 달성될 때까지 봉을 더 평탄하게 그리고 더 넓어지게 한다. 그러나, 어떤 치수상의 한계는 봉을 스트립 안으로 전향시키기 위한 공지된 방법을 이용할 때 만나게 된다.
상세하게 설명하면, 봉을 스트립 안으로 전향시키기 위한 일반적인 방법은 폭 대 두께의 비가 12 대 1 이하인 스트립의 제조에 한정된다. 일반적인 방법이 폭 대 두께의 비가 대략 12 대 1을 초과하는, 예를들어 폭 대 두께의 비가 15 대 1 또는 17 대 1인 스트립을 제조하는데 이용될 때, 압연 과정동안 금속 스트립은 엄격한 에지 형태를 성장시킨다. 이러한 분열의 원인은 2개의 폴드(fold)로 나타나게 된다. 첫째, 금속 봉이 각각의 연속적인 압연기를 통과하는 동안, 상기 금속에 분열 또는 파열이 초래되고 결함이 생기는 최종 온도에 도달할 때까지 가열된다. 둘째, 금속상에 가해진 열응력에 추가하여, 봉을 밀 쪽으로 끌어당길 때 기계적 응력은 봉 상에서 연속적인 압연기로부터 힘껏 끌어당김으로써 금속상에 가해진다. 이러한 기계적 응력은 관찰된 금속 결함에 영향을 끼치는 것으로 보인다. 결함의 원인에 관해 추측해보면, 지금까지 스트립 안으로 봉을 압연하기 위한 실제 상한은 폭 대 두께의 비가 12 대 1 이었다. 폭 대 두께의 비가 12 대 1 이상인 스트립이 핀 튜브의 구성을 위해 필요하기 때문에, 열간 압연 가공된 봉을 사용한 스트립의 제조는 지금까지는 선택의 여지가 없었다.
본 발명은 폭 대 두께의 비가 대략 17 대 1인 스트립을 제조하기 위하여 인접한 압연기 사이에서 후방 인장 제어를 공급하고 냉각을 이용한 봉으로 스트립을 제조하기 위한 방법을 제공함으로써 제한된 폭 대 두께의 비에 관한 문제점이 제기된다.
발명의 요약
본 발명은 폭 대 두께의 비가 대략 17 내지 1을 이루는 스트립이 제조되도록 열간 압연형 금속 봉으로 스트립을 제조하기 위한 과정에 관한 것이다. 상기 과정은 봉 상의 열응력을 감소시키기 위한 각각의 연속 압연기를 봉이 통과한 후 봉을 냉각시키는 단계로 이루어지고, 상기 압연기를 제어함으로해서 봉 상의 기계적 응력을 감소시키기 위하여 각각의 연속 압연기에 이어진 이송 후방 인장 제어장치(feed backward tension controllers)를 이용한다. 냉각단계는 바람직하게는 액체 냉각 용기 속에 봉을 담그는 동시에 봉 상에 직접적으로 냉각유체를 분무함으로써 완성된다.
본 발명은 일련의 봉을 압연기(rolling mills)에 연속적으로 통과시킴으로써 열간 압연형 둥근 봉(hot rolled, round rod)으로부터 직사각형 스트립을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 더욱 상세히 설명하면, 본 발명은 현재 달성가능한 최대 폭 대 두께의 비를 초과하는 스트립을 제조하기 위해 스트립 인장 제어(strip tension control) 및, 연속 압연기 사이의 중간냉각(intercooling)을 이용하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 열간 압연 가공된 봉의 스풀(spool)을 구비한 좌측면 상에서 출발하고, 스풀 안으로 다시 묶여지고 사용 및 추가의 처리를 위해 준비된 스트립을 구비한 우측면 상에서 끝나는 본 발명의 과정을 도시한 선도이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 취해진 봉의 단면도이다.
도 3은 도 1의 라인 3-3을 따라 취해진, 부분적으로 평평한 봉의 단면도이다.
도 4는 도 1의 라인 4-4를 따라 취해진, 다른 평평한 봉의 단면도이다.
도 5는 도 1의 라인 1-1을 따라 취해진, 또다른 평평한 봉의 단면도이다.
도 6은 도 1의 라인 6-6을 따라 취해진, 봉을 평탄하게 함으로써 만들어진 스트립의 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 액체 냉각용기 및 이송 후방 인장 제어장치 중 하나의 확대도이다.
이제 도면 중 우선적으로 도 1을 참조하면, 핀 튜브용 또는 다른 업무상의 출원용의 핀으로서 사용하기에 적합한 스트립(12)의 안쪽으로, 탄소강으로 된 열간 압연 가공된 봉과 같은 봉(10)을 전향시키기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과정이 선도로 도시되어 있다. 도 1의 좌측면 상에서 출발하여 우측면 쪽으로 이동하면, 아이(eye;16)를 통해서 가까이 풀려있는 압연형 봉(10)의 스풀(14)이 도시되어 있다. 아이(16)의 목적은 봉이 스풀(14)로부터 풀려있기 때문에 상기 봉이 엉키거나 꼬이는 것을 방지하기 위한 것이다. 다음으로, 봉(10)은 상기 봉(10)의 표면상에 존재하는 산화 생성물 또는 어떤 스케일을 제거하는 디스케일러(descaler;18) 속으로 들어간다. 디스케일된 후, 봉(10)은 로울링 트레인부(22)에 들어가도록 준비하여 봉을 정렬시킨 스트레이트너(straightener;20) 속으로 들어간다. 로울링 트레인부(22)는 각각의 개별 압연기(24,26,28,30)를 갖추고 그 각각의 액체 냉각용기(34,36,38 또는 40)에 의해 이어져 연속적으로 배열된 다수의 압연기(24,26,28,30 등)로 이루어진다. 이러한 배열체는, 로울링 트레인부(22)가 최종 액체 냉각용기(40)에 의해 이어진 최종 압연기(30)와 함께 끝나기까지, 제 1 압연기(24)가 제 1 액체 냉각용기(34), 제 2 압연기(26), 제 2 액체 냉각용기(36), 제 3 압연기(28), 제 2 액체 냉각용기(38) 등에 의해 연속적으로 이어진 도 1에 잘 도시되어 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 봉(10)은 로울링 트레인부(22)를 통해서 진행하기 때문에, 상기 봉(10)은 점차 평평해지고 넓어지며, 상기 봉(10)이 로울링 트레인부(22)를 빠져나갈 때 스트립(12)에 봉(10)의 변환이 초래된다. 스트립(12)은 폭(42)과 상기 폭(42)에 수직으로 측정된 두께(44)를 갖는다. 이제 도 7을 참조하면, 제 1 액체 냉각용기(34)의 바람직한 배열체의 확대 상세도가 도시되어 있다. 비록 제 1 액체 냉각용기(34)가 도시되고 논의되더라도, 나머지 액체 냉각용기(36,38,40 등)은 비슷하게 배열된다. 제 1 액체 냉각용기(34)는 물과 같은 냉각유체(46)로 채워지고, 상기 냉각유체(46)는 입구(48)를 통해 제 1 액체 냉각용기(34) 속으로 들어가고 하기에 추가로 설명될 바와 같이 출구(50)를 통해 제 1 액체 냉각용기(34)를 빠져나간다.
도 7에 도시된 바와 같이, 봉(10)은 제 1 압연기(24)로부터 제 1 액체 냉각용기(34)의 상류로 빠져나간다. 이어서, 봉(10)은 상기 봉(10)이 냉각유체(46)와 직접 접촉하여 냉각된 제 1 액체 냉각용기(34) 속으로 들어간다. 봉(10)은 제 2 압연기(26)를 통해 이동하기 위하여 제 1 액체 냉각용기(34)로부터 재출현하기 전에 상기 봉(10)이 이송 후방 인장 제어장치(54) 상에 제공된 로울러(52) 아래를 지나기 때문에 냉각유체 속에 담궈진다.
비록 본 과정이 각각의 인접한 압연기(24,26,28 및 30) 사이에 제공된 봉(10)의 냉각에 대해 설명되고 있지만, 봉(10)의 알맞은 냉각은 소수의 냉각용기(34,36,38 및 40), 소수의 냉각노즐(58), 또는 소수의 다른 선택적인 (도면에 도시되지 않은) 냉각수단으로 완성될 수 있을 것으로 예상된다.
로울러(52)는 봉(10)이 제 1 액체 냉각용기(34)를 통해서 이동할 때 로울러(52) 아래를 지나는 상기 봉(10)과 압연 접촉하고 있다. 로울러(52)는 상방향으로 이동함으로써 봉(10)에서의 인장 증가에 반응하고 하방으로 이동함으로써 봉(10)에서의 인장 감소에 반응한다. 이러한 상향 및 하향 이동은 도 7에 도시된 화살표에 도시되어 있다. 이러한 상향 및 하향 운동은 이송 후방 인장 제어장치(54) 및 제 1 압연기(24)를 연결하는 파단선(56)에 의해 개략적으로 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제 1 압연기(24)의 구동속도를 제어하는 전자신호로 번역된다. 상기 제 1 압연기(24)의 속도를 제어함으로써, 기계적 응력은 봉(10)이 제 1 압연기(24)를 빠져나갈 때 봉(10) 상에서 감소된다.
수용가능한 온도, 즉 냉각유체(46)의 비등점 아래의 온도인 제 1 액체 냉각용기(34) 속에 저장된 냉각유체(46)를 유지하기 위하여, 따뜻한 냉각유체(46-W)는 출구(50)를 통해 연속적으로 제거되고, 종래의 열교환 과정(57)을 거친 후 입구(48)를 통해서 제 1 액체 냉각용기(34)에 역방향으로 차가운 냉각유체(46-C)를 왕복운동시킴으로써 냉각된다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각 노즐(58)은 각각의 압연기(24,26,28 및 30)에 선택적으로 제공된다. 이들 냉각 노즐(58)의 목적은 냉각 유체원(60)으로부터 제공된 냉각유체(46)의 형태 내에서 추가의 냉각을 제공하는데 있다. 냉각유체(46)는 냉각 유체원(60)으로부터 냉각 노즐(58) 속으로 들어가서, 봉(10)이 각각의 압연기(24,26,28 및 30)를 통과할 때 가열된 봉(10) 상에 직접적으로 영향을 미치면서 상기 냉각노즐(58)로부터 방출된다.
선택적으로, 냉각노즐(58)은 봉(10)에 대해 필요한 냉각을 제공하고 냉각 용기(34 내지 40)에 대한 요구를 제거하기 위해 하나만 사용될 수도 있다. 비록 냉각노즐(58) 및 냉각용기(34 내지 40)가 냉각유체(46)와 함께 사용하기 위해 설명되었지만, 액체 또는 가스와 같은 도면에 도시되지 않은 다른 냉매는 냉각 유체의 대용으로 쓰일 수 있고, 도면에 도시되지 않은 다른 선택적인 냉각수단은 냉각노즐(58) 또는 냉각용기(34 내지 40) 대신 이용될 수도 있다.
스트립(12)이 만들어질 때, 스트립(12)은 도 1에 도시된 바와 같이 스풀(62) 안으로 다시 묶여진다. 이어서, 스트립(12)의 스풀(62)은 사용을 위해 또는 추가의 처리를 위해 준비된다.
달성된 결과의 실시예
하기 데이터는 이러한 과정을 이용하여 연속적으로 달성된 결과를 나타낸 것이다.
실시예 1:
봉 직경: 7/16"
압연기의 번호 및 크기: 4 10" 직경의 로울
스트립의 폭: 0.80"
스트립의 두께: 0.048"
폭/두께비: 17:1
실시예 2:
봉 직경: 1/2"
압연기의 번호: 5 6 1/2" 직경의 로울
스트립의 폭: 0.80"
스트립의 두께: 0.048"
폭/두께비: 17:1
비록 본 과정이 핀 튜브를 제조하는데 사용될 탄소강 스트립의 제조에 한해 설명되었지만, 본 과정은 거기에만 한정되지 않으며 서로 다른 금속 구조의 스트립 또는 서로 다른 기능상의 출원에서 사용하기 위한 스트립을 제조하는데 이용될 수도 있다.
본 발명이 어떤 수준의 세부사항과 함께 설명되어오는 동안, 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않은 구성부재의 배열체 및 구조에 관한 세부 사항에서 많은 변화가 만들어질 수 있음은 명백하다. 본 발명은 예증을 위한 목적으로 상기 실시예에만 한정되지 않고, 각각의 부재가 자격을 부여받는데 상당하는 전체적인 범주를 포함하고 있는 첨부된 특허청구의 범위의 영역에 의해서만 제한될 것이다.

Claims (14)

  1. 봉으로 스트립을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    봉이 일련의 압연기를 통과하는 단계와,
    상기 봉이 연속 압연기 사이를 통과할 때 상기 봉을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스트립의 냉각은 냉각유체 속에 봉을 담금으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 냉각유체로는 물이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 스트립의 냉각은 상기 봉 상에 냉각유체를 분무함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 냉각유체로는 물이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 스트립의 냉각은 상기 봉 상에 냉각유체를 분무함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 냉각유체로는 물이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 이송 후방 인장 제어장치를 구비한 각각의 압연기의 하류에 인접하여 봉에서의 인장을 모니터하는 단계와,
    상류 압연기의 속도를 제어하기 위한 이송 후방 인장 제어장치를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 봉으로 스트립을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    1. 상기 봉을 정화하고 곧게 하는 단계와,
    2. 상기 봉을 압연기에 통과시키는 단계와,
    3. 상기 봉을 냉각하는 단계와, 그리고
    4. 소정의 치수를 갖는 스트립이 제조될 때까지 상기 단계 2 및 단계 3을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 단계 3의 냉각은 냉각유체로 채워진 냉각용기 내에 상기 봉을 담금으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 냉각용기는 물로 채워지는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 각각의 상기 압연기의 속도는 상기 봉의 인장을 연속적으로 모니터하는 이송 후방 인장 제어장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 단계 3의 냉각은 각각의 압연기에 위치된 분무 헤드로부터 봉 위로 냉각유체를 분무함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 냉각유체는 물인 것을 특징으로 하는 방법.
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