KR100349159B1 - 길이방향 두께차를 갖는 후판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두께차 후판(step plate)의 제조에 관한 것이며, 그 목적은 길이방향으로 두께가 상이한 후판을 제공함에 있다.

본 발명은 후판압연기에서 소재를 고르기 조압연, 폭내기 압연한 다음, 길이내기 압연공정에서, 목표로 하는 후판의 후측부의 두께(H)까지 임의의 동일두께 압연 패스수(N)를 정하여 (N-1)패스까지는 미리 정한 압하량과 압하력 정보를 기초로 동일 두께 압연을 진행한 후, N패스에서는 작업롤의 벤더력을 부여하면서 소재(1)의 박측부 두께(h) 만큼 압연을 진행하다가 작업롤(21)(23)을 열어 두께차 압연함을 포함하여 구성되는, 두께차 후판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

길이방향 두께차를 갖는 후판의 제조방법

본 발명은 길이방향으로 두께 차가 있는 후판(step plate)의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 교각이나 건축물 등의 구조물에서는 부재에 걸리는 응력이 일정하지 않은 경우 도1a와 같이, 2개의 후판(1a)(1b)을 서로 용접하여 사용하였다. 그러나, 구조물의 부재에 거리는 응력이 서로 다를 때, 도1a와 같이, 그 응력에 대응하는 각각의 두께를 갖는 2개의 일반 후판재를 서로 용접하여 사용할 경우, 건축물의 중량이 과다하게 되고 용접에 따른 인건비 뿐만아니라 용접부위의 용접취성 발생 위험성 등 여러 가지 시간적, 경제적 손실이 발생되는 단점이 있다.

이러한 경우 도1b와 같이, 부재의 각 요소에 걸리는 응력에 대응하는 두께를 갖는 두께차 후판(step plate)을 선택적으로 사용할 수 있다면, 불필요한 부재의 중량과다를 막고 사용 강재도 줄일 수 있다. 또한, 1개의 두께차 후판만을 사용하므로써 2개의 강판을 용접하여 사용하던 부위에 용접개소를 줄여 용접 취성 발생 위험성과 용접 비용 등을 줄일 수 있게 된다.

한편, 이러한 두께차 후판재는 도2와 같은 통상적인 후판 압연라인에서 제조될 수 있다. 일반 후판재는, 도2와 같은 장치의 가열로(11)에서 슬라브를 약 1000~ 1300℃의 범위로 가열한 후, 가열된 슬라브 표면의 스케일을 탈스케일장치(12)에서 제거하고, 스케일이 제거된 슬라브를 가역식 후판 압연기(20)에 의해 압연되어 제조된다. 일반 후판재의 압연은 조압연공정과, 조압연후 소재를 90。 회전하여 목표로 하는 폭에 도달될 때까지 폭내기를 하는 폭내기 압연공정, 그리고 폭내기 압연재를 다시 90。 회전하여 최종 제품의 두께까지 연속적으로 작업하면서 길이를 늘려가는 길이내기 압연공정을 걸쳐 진행된다.

전체 길이에 걸쳐 일정 두께를 갖는 일반 후판재를 제조할 때, 각 압연패스에서 롤 간격(roll gap)이 설정되면 해당 압연패스가 끝날 때까지 변하지 않고 압연이 진행된다. 따라서, 롤 갭 제어기(automatic gauge controller)(14)의 유압실린더의 변위 길이는 큰 변동이 없으며, 단지 판내에서의 두께 편차를 보정하기 위한 미세한 변동만이 있다.

반면, 두께차 압연(step rolling)에서는, 동일 두께 압연방법과는 달리, 소재의 선단부가 상하 작업롤 사이로 치입된 후 연속적으로 압연하다가 이미 압연된 판의 길이가 목표로 하는 박측부의 목표길이에 도달되면 압연 중간에 진행을 멈춘다음, 즉시 하부 백업롤의 하단에 설치된 롤 갭 제어기(26)의 실린더를 이용하여 롤갭을 가장 빠른 속도로 연 후, 박측부의 두께를 얻을 수 있는 롤 갭을 설정하여 압연을 진행하다 중간에 롤 갭을 열어 동일 판 내에서 판의 선단부와 후단부의 두께가 서로 다르게 되도록 압연을 진행하기 때문에 제조된 두께차 압연재의 정도(精度)를 높이는 것이 가장 큰 문제로 남아 있다.

따라서, 본 발명은 길이방향의 두께가 서로 다른 두께차 후판을 제조함에 있어서, 정확한 제품 두께 및 압연후 판의 평탄도를 확보할 수 있는 두께차 후판의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1a는 2개의 후판이 용접된 부재에 대한 모식도

도1b는 도1a의 부재와 대체 가능한 두께차 후판에 대한 모식도

도2는 일반 후판 제조장치의 개략 구성도

도3은 도2의 압연롤의 상세 구조도

도4는 본 발명에 의해 두께차 압연되는 소재의 모식도

도5a 내지 도5c는 본 발명의 두께차 압연에 대한 상세도

도6은 본 발명에서 설정된 목표 판평편도에 대한 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ........ 두께차 후판 11 ....... 가열로

12 ....... 탈스케일장치 13 ....... 열간교정기

14 ....... 롤 갭 제어기 16 ....... 공급롤

20 ....... 후판압연기 21, 23 .... 작업롤

22, 24 ... 백업롤 25 ........ 쵸크

26 ........ 벤더

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 양측의 롤 테이블 사이에 설치되어 승하강이 가능한 작업롤과 백업롤 및 상기 백업롤에 부착되어 작업롤의 양측을 가압하는 벤더를 구비한 후판압연기에서 소재를 고르기 조압연, 폭내기 압연공정, 및 길이내기 압연공정을 거쳐 후판 압연하는 방법에 있어서,

목표로 하는 후판의 후측부의 두께(H)까지 임의의 동일두께 압연 패스수(N)를 결정하는 단계;

상기 N패스중 동일 두께 압연을 행하는 (N-1)패스까지 임의의 (i)패스에서의 압하력(Phi)을 설정하는 단계;

상기에서 결정된 패스수(N)중 임의의 (i)패스가 첫패스이면 상기 폭내기 압연재의 두께(T)를, 그리고 아닌 경우는 이전 (i-1)패스의 두께(h_(i-1))를 기준으로 하여 상기 (i)패스의 압하력(Phi)에 해당되는 소재의 압하량(△hi)을 구한 다음, 이전(i-1)패스의 소재 두께(h_(i-1))에서 상기 압하량(△hi)을 빼서 (i)패스에서의 두께(hi)를 계산하는 단계;

상기 N패스중 두께차 압연을 행하는 N패스에서의 압하량(H-h)에 해당되는 압하력(P)을 계산하는 단계;

두께차 압연에서의 목표 판 평탄도(ε)를 설정하고, 이 목표 판 평탄도를 얻기 위한 벤더력(F_WRB)을 구하는 단계; 및

상기와 같이 설정된 압하량과 압하력 정보를 기초로 (N-1)패스까지는 동일 두께 압연을 진행한 후, N패스에서는 상기에서 구한 작업롤의 벤더력을 부여하면서 소재의 박측부 두께(h) 만큼 압연을 진행하다가 작업롤을 열어 두께차 압연하는 단계; 를 포함하여 구성되는 두께차 후판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 두께차 후판의 제조방법은, 도2와 같이, 가열로(11)와 탈스케일장치(12)를 거쳐 나온 슬라브를 후판압연하기 위한 가역식 후판압연기(20)와 압연된 후판재를 열간에서 교정하는 열간교정기(13)를 포함한 일반 후판 제조장치(10)를 이용한다. 상기 후판압연기(20)는 도3과 같이, 각각 베어링 쵸크(bearing chock)(25)에 연결된 한쌍의 작업롤(21)(23)과 백업롤(back-up roll)(22)(24)이 하우징(27)내에 안치되어 하나의 스탠드로 구성되며, 작업롤의 양측에는 작업롤 벤더(work roll bender)(26)가 마련되어 있으며, 롤 갭 제어기(14)에 의해 롤 간격이 제어된다.

이러한 압연기를 이용한 본 발명의 두께차 압연은, 일반 후판압연과 마찬가지로, 우선 가열로에서 약 1000∼1300℃로 가열된 슬라브를 표면을 고르게 하기 위하여 경압하의 조압연 공정을 거친 후, 조압연재를 90°회전하여 폭을 목표 폭만큼 넓힌 다음, 다시 90°회전하여 원래 위치에 돌아오도록 하는 폭내기 압연공정을 거치고 나서 이러한 폭내기를 완료한 후에 판을 원하는 길이로 압연하는 길이내기 압연공정에서 후판을 두께차 압연한다.

본 발명에 따른 두께차 압연을 도면을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도4는 폭내기 압연이 완료된 후 길이내기 압연에서 본 발명의 두께차 압연이 이루어지는 후판소재의 모식도가 나타나 있다. 또한, 도5에는 상기 후판소재의 두께차 압연 과정을 상세히 보이고 있다.

도4와 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 두께차 압연은, 먼저 목표로 하는 후판의 후측부의 두께(H)까지 임의의 동일두께 압연 패스수(N)를 정한 다음, 길이내기 마지막 패스에서 실시하게 된다. 즉, (N-1)패스까지 통상의 길이내기 압연을 실시한 후, 마지막 N패스에서 두께차 압연을 실시하게 된다.

이를 위해 우선, 길이내기 압연에서 동일두께 압연 패스수(N)를 결정하고, 동일 두께 압연 과정에서 각 (i)패스별 소재의 두께(hi), 압하량(△hi)과 압하력(P_hi)을 결정하고, 마지막으로 두께차 압연에서의 압하량(△H)을 구한다.

먼저, 동일 두께의 압연 패스수(N)는 폭내기 압연재의 두께(T)와 목표로 하는 후측부의 두께(H)를 기초로 수학식1에 의해 결정될 수 있다.

N = a e^bT+c x H

여기서, N: 패스수(소수점이하는 제외)

T: 폭내기 압연재의 두께

H: 최종 두께차 후판의 후측부 목표두께

a, b, c : 상수

압연을 N패스 만큼하기로 결정되면 구체적으로 동일 두께 압연의 각 임의의 (i)패스별 해당 압하력을 설정함이 필요하다. 본 발명의 경우 소재에 인가되어야 할 각 (i)패스의 압하력(Phi)은 길이내기에서의 시작시점부터 일정 두께까지 압연기 고유사양이 허락하는 강압하력으로 압연을 실시하고, 그 이후에는 전 패스와 후패스의 압하력 차가 일정 기울기로 감소되도록 각 패스의 해당 압하력을 배분하여 설정함이 바람직하다.

상기와 같이, 소재의 (i)패스의 압하력(Phi)이 결정되면 수학식2에 의해 상기 압하력(Phi)에 대응하는 (i)패스에서의 압하량(△hi)을 구할 수 있다. 이때, 결정된 패스수(N)중 임의의 (i)패스가 첫패스이면, 수학식2에서 (i-1)패스의 소재 두께(h_(i-1))는 폭내기 압연재의 두께(T)가 될 것이며, 그리고 첫패스가 아닌 경우는 이전 (i-1)패스의 두께(h_(i-1))이므로 결국 (i)패스에서의 압하력(Phi)에 따른 소재의 두께(hi)를 구할 수 있다.

△hi = h_(i-1)- hi = (Phi x h_(i-1))/(Ri ×W ×α)

수학식2에서 W는 폭내기 압연재의 폭이며, α는 롤의 영향계수로서, 약 1.0∼1.3의 값을 갖는다. 그리고, Ri은 (i)패스에서의 열간변형저항으로서, 수학식2a로 결정되는 상수이다.

Ri = WAF ×γ× Wi ×β×(1/2 ·Dw/Dr)

단, WAF: 고온강도(1000℃ 기준 상수값)

γ: 온도영향계수

Wi: (i)패스에서의 입측 폭

β: 두께 영향상수

Dw: 작업롤의 직경

Dr: 작업롤 직경의 기준치(상수값)

그 다음, 목표로 하는 소재의 후측부의 두께(H)와 박측부의 두께(h)의 차이는 두께차 압연에서의 압하량(△H)이 되므로 수학식3에 의해 두께차 압연에서의 압하력(P)을 결정할 수 있다.

여기서, R: 열간변형저항

α: 롤 영향계수(1.0~1.3)

한편, 두께차 압연된 후판은 그 선단부와 후단부의 두께가 상이함에 따라 통상 후판내의 평탄도가 다르게 나타난다. 두께차 압연재의 평탄도를 제어하기 위해서는 도3에서와 같은 작업롤 벤더(26)를 이용한다. 즉, 작업롤 벤더(26)는 도3에서와 같이, 작업롤(21)(23)과 백업롤(22)(24)의 사이에 설치되며, 백업롤(22)(24)에 지지되어 유압실린더에 의해 작업롤에 힘을 가함으로써 압연중에 작업롤의 휨을 제어하는 장치로서, 작업롤 벤더와 압하력의 설정치를 적절히 조정하면 판 평탄도를 제어할 수 있다.

먼저, (i)패스에서의 목표 판평판도(εi)는 박측부와 후측부의 두께(h)(H)와 폭에 따라 수학식4와 같이 목표 판평탄도를 설정한다. 도6에는 이러한 목표 판평탄도의 식을 도식화하였다.

여기서, ξ: 목표 형상 변화 계수

C_h: 박측 중앙부 두께와 양단부 두께의 차

C_H: 후측 중앙부 두께와 양단부 두께의 차

그 다음, 상기 설정된 목표평탄도를 얻을 수 있는 벤더의 크기를 수학식5를 통해 구하여 구해진 벤더력을 가하면, 상기에서 설정된 압연조건, 즉 두께차 압연 패스수, 압하력, 압하량 등으로 두께차 압연시 최종압연 종료후에 판의 평탄도가 보다 정교하게 확보될 수 있다.

여기서, F_WRB: 두께차 후판의 선단부와 미단부의 벤더력 차

Kc, E_F: 후판의 중앙부와 양측부의 두께차에 따른 영향계수

P_h: 박측부에서의 설정 압하력

상기와 같이 설정된 모든 압연정보를 기초로 N패스에서 두께차 압연하면 두께차 후판이 얻어지게 된다. 즉, 동일 두께 압연패스에서는 판이 상하 롤 사이로 치입하기 전에 패스후 목표로 하는 두께를 얻기 위하여 롤갭을 설정하여 소재의 선단부와 미단부까지 동일한 롤갭으로 연속적으로 압연을 실시하는 반면, 본 발명의 두께차 압연은 동일 두께 압연방법과는 달리, 도5a와 같이, 소재(1)의 선단부가 상하 작업롤(21)(23) 사이로 치입된 후 연속적으로 압연하다가 이미 압연된 판의 길이가 목표로 하는 박측부의 목표길이에 도달되면 도5b와 같이, 압연 중간에 진행을 멈춘다. 이때, 판이 압연되고 있는 도중 압연을 멈추게 되면 판에서 부터의 고온이 작업롤로 전도되어 작업롤에 열균열(heat crack)을 유발시키게 되므로 이를 방지하기 위하여는 압연이 멈춤과 동시에 즉시 하부 백업롤의 하단에 설치된 롤 갭 제어기(26)의 실린더를 이용하여 롤갭을 가장 빠른 속도로 연다. 그리고, 박측부의 두께를 얻을 수 있는 롤갭을 설정한 후 압연을 진행하다 도5c와 같이, 중간에 롤 갭을 열어 동일 판 내에서 판의 선단부와 후단부의 두께가 서로 다르게 되는 두께차 후판을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

가열로에서 약 1200℃로 추출된 220×2100×3500mm 크기의 JS-SS400 강 슬라브를 고르기압연, 폭내기 압연을 거친 후 총 9패스로 길이내기 압연을 한 다음, 1패스의 두께차 압연을 행하여 박측두께 25mm, 후측두께 35mm를 목표로 25/35×2900×18586mm 크기의 날판을 제조하였다.

이렇게 제조된 두께차 후판의 각 부위의 치수를 측정한 결과 표1과 같았다.

구분	두께(mm)	평탄도(=파고높이/길이), mm/M
	목표		실적
박측	25.0	24.95	박측	1/4L	중심	1/4L	후측
후측	35.0	35.06	1.9	1.5	1.3	0.7	0.5

표1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 두께차 압연에 의해 제조된 후판은 목표치수 대비 그 정도(精度)가 우수하였으며, 판의 평편도 또한 매우 정교함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 철구조물에 걸리는 응력에 따라 동일 강재 내에서 두께를 변화시킬 수 있는 신 개념의 두께차 후판을 제조 가능하게 되어 2개의 강판을 용접하여 사용하던 부위에 1개의 두께차 후판으로 대체 가능하고, 이에 따라 일반재를 사용할 때와는 달리, 건축물의 중량과다, 용접에 따른 인건비, 용접부위의 용접취성 발생위험성 등 여러 가지 시간적, 경제적 손실을 대폭적으로 줄일 수 있다.

Claims (1)

1. 양측의 롤 테이블 사이에 설치되어 승하강이 가능한 작업롤(21)(23)과 백업롤(22)(23) 및 상기 백업롤에 부착되어 작업롤의 양측을 가압하는 벤더(26)를 구비한 후판압연기(20)에서 소재를 고르기 조압연, 폭내기 압연공정, 및 길이내기 압연공정을 거쳐 후판 압연하는 방법에 있어서,

   목표로 하는 후판의 후측부의 두께(H)까지 임의의 동일두께 압연 패스수(N)을 결정하는 단계;

   상기 N패스중 동일 두께 압연을 행하는 (N-1)패스까지 임의의 (i)패스에서의 압하력(Phi)을 설정하는 단계;

   상기에서 결정된 패스수(N)중 임의의 (i)패스가 첫패스이면 상기 폭내기 압연재의 두께(T)를, 그리고 아닌 경우는 이전 (i-1)패스의 두께(h_(i-1))를 기준으로 하여 상기 (i)패스의 압하력(Phi)에 해당되는 소재의 압하량(△hi)을 구한 다음, 이전(i-1)패스의 소재 두께(h_(i-1))에서 상기 압하량(△hi)을 빼서 (i)패스에서의 두께(hi)를 계산하는 단계;

   상기 N패스중 두께차 압연을 행하는 N패스에서의 압하량(H-h)에 해당되는 압하력(P)을 계산하는 단계;

   두께차 압연에서의 목표 판 평탄도(ε)를 설정하고, 이 목표 판 평탄도를 얻기 위한 벤더력(F_WRB)을 구하는 단계; 및

   상기와 같이 설정된 압하량과 압하력 정보를 기초로 (N-1)패스까지는 동일 두께 압연을 진행한 후, N패스에서는 상기에서 구한 작업롤의 벤더력을 부여하면서 소재의 박측부 두께(h) 만큼 압연을 진행하다가 작업롤을 열어 두께차 압연하는 단계; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 두께차 후판의 제조방법