KR100423422B1 - 열간 테이퍼 바 압연방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 테이퍼 바 압연방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 다듬질압연에서 바의 톱부에서 테일부까지 두께를 감소 또는 증가시킴으로서, 톱 테일의 두께가 서로 다른 바를 제조하여 톱부에서 테일부까지의 온도차를 줄일 수 있는 방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열연공정 중 조압연하는 방법에 있었서, 바의 톱부에서 테일부까지 두께 감소량 또는 증가량을 설정하는 단계; 통상의 압연수식모델에 의해 바의 압연후 예측길이를 구한 후 조압연통판시간을 구하는 단계; 상기 조압연 통판시간을 이용하여 제어횟수(n)을 구하는 단계; 상기 제어횟수(n)와 설정한 두께 감소량 또는 증가량을 이용하여 1회 바 두께의 제어량을 구하는 단계; 바의 톱부가 조압연기에 도달되는 시점에서 상기 1회 바 두께의 제어량만큼 일정 제어주기로 두께가 감소하는 방향 또는 증가하는 방향으로 바의 테일부까지 제어하는 단계;를 포함하여 구성되는 열간 테이퍼 바 압연방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

열간 테이퍼 바 압연방법{Hot Rolling Method for Preparing Taper Bar}

본 발명은 제철소 열연공정의 중간 압연공정인 조압연에서 바(Bar)의 두께를 제어하여 압연하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바의 톱(Top)부에서 테일(Tail)부까지 두께를 감소 또는 증가시키는 압연을 행하여 톱 테일의 두께가 서로 다른 바를 제조하는 압연방법에 관한 것이다.

일반적으로 열간압연시 공기중에 노출된 고온강판의 냉각은 주로 강판의 절대온도에 의한 복사와 대기온도와 강판온도의 차이에 의한 대류에 의해 발생한다. 두께가 다른 두 개의 강판이 같은 온도로 가열된 후 동일한 냉각환경에 놓일 경우 두꺼운 강판의 냉각속도가 느리다. 이것은 두꺼운 강판의 온도가 얇은 판에 비해 서서히 낮아지는 것을 말하며 그 이유는 다음과 같이 두가지 관점에서 설명할 수 있다.

첫째, 두께가 두꺼운 것은 단위길이당 부피가 크므로 그 만큼의 열에너지(엔탈피)를 더 보유하고 있어, 표면에서 같은 양의 열에너지를 방출해도 전체 부피가 큰 강판의 온도가 서서히 떨어진다. 이것을 수식으로 나타내면 하기 식1과 같이 표현할 수 있다.

[강판표면에서 방출되는 열량 = 단위길이당 강판이 잃은 열량

= 비열 × 밀도 × 폭 × 두께 × 온도변화량]

따라서, 두 강판의 비열, 밀도, 폭이 같고 단위길이당 표면에서 방출되는 열량이 같다면 (두께 × 온도변화량)은 같으므로 두께가 두꺼운 강판의 온도변화량(온도 Drop)이 적게 된다.

둘째, 강판내부에서는 전도에 의해 열이 전달되므로 강판의 표면부에서는 온도가 내려가도 표면으로 부터 깊은 안쪽에는 상대적으로 고온을 유지한다. 특히 강판표면에서 대기에 방출되는 전열속도보다 내부에서 확산되는 전열속도가 느릴수록 이런 현상은 두드러진다. 따라서, 표면의 온도가 같게 측정되었다 할지라도 두꺼운강판의 내부온도는 얇은 강판에 비해서 높으며 평균온도 역시 얇은 판에 비해 높다.

일반적으로, 조압연공정은 연속압연기인 다듬질압연기에서 압연하기 좋도록 충분히 균열된 슬라브를 소정의 바(Bar)두께(25-50mm)로 압연하는 공정으로 조압연이 끝난 소정의 소재는 수요가가 요구하는 최종적인 두께(1.2-25.4mm)로 압연하는 공정인 다듬질압연에서 통상 5-7개의 연속된 스탠드를 사용하여 고속(최대 1400mpm정도)으로 압연한다.

고속으로 압연하는 다듬질압연공정에서도 바의 톱(Top)부 압연시간과 바의 테일(Tail)부 압연시간의 차이가 발생하여 강판의 톱부와 강판의 테일부의 온도차가 생기기 때문에 통상 다듬질 압연시에 강판의 톱부에서 강판의 테일부까지 압연속도를 증가시키는 방법으로 압연을 실시하였다. 그러나 압연속도의 증가량이 클 경우에는 강판 톱부의 온도보다 강판 테일부의 온도가 높아 압연속도 증가 중에 압연속도 증가를 중지하고 그대로 압연하기 때문에 생산성이 감소하는 반면에, 압연속도 증가량이 작을 경우에는 강판 톱부의 온도보다 강판 테일부의 온도가 낮아 압연하중이 많이 걸려 강판 테일부 압연시 강판의 테일부가 절단되는 사고가 발생되는 사고가 발생되어 압연이 중단되는 문제가 발생되었다. 따라서, 최근에는 압연속도를 증가시키지 않고 강판의 톱부에서 강판의 테일부까지 압연속도를 일정하게 유지하는 정속압연을 실시하여 변형속도의 영향을 최소화시키는 특별한 강종의 압연이 요구되기도 한다.

이 같이 종래 열연공정에서의 바두께 제조방법은 바의 톱부에서 테일부까지 두께를 일정하게 압연하는 단순한 방법만을 사용하여 압연하였기 때문에 다듬질압연시에 강판의 테일부의 온도차가 발생할 경우, 압연속도의 증가량을 변경시키는 방법을 적용하여 강판 톱부와 강판 테일부의 온도차를 줄였으며, 이러한 방법은 상기한 바와 같은 문제점을 초래하였다.

이에 본 발명은 다듬질압연에서 바의 톱부에서 테일부까지 두께를 감소 또는 증가시킴으로서, 톱 테일의 두께가 서로 다른 바를 제조하여 톱부에서 테일부까지의 온도차를 줄일 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 바를 제조하기 위한 열연공정에서의 조압연설비를 간략히 나타낸 구성도

도 2는 본 발명에 의해 제조된 바의 형상을 모식적으로 나타내는 모식도

도 3은 바의 두께별 온도를 보이는 그래프

도 4는 본 발명의 계산순서를 보이는 플로우챠트

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10...조압연 설비 20...조압연 두께제어기

30...조압연기 최종스탠드

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열연공정 중 조압연하는 방법에 있었서,

바의 톱부에서 테일부까지 두께 감소량 또는 증가량을 설정하는 단계;

통상의 압연수식모델에 의해 바의 압연후 예측길이를 하기 식(2)에 의해 구한 후 조압연통판시간을 하기 식(3)에 의해 구하는 단계;

바의 예측길이(Bar Length) = 중량 / (바두께 × 바폭 × 소재의밀도)

조압연 통판시간 = 바의길이 / 압연속도

상기 조압연 통판시간을 이용하여 제어횟수(n)을 하기 식(4)에 의해 구하는 단계;

제어횟수(n) = 조압연통판시간 / 제어주기

상기 제어횟수(n)와 설정한 두께 감소량 또는 증가량을 이용하여 1회 바 두께의 제어량을 하기 식(5)에 의해 구하는 단계;

1회 바 두께의 제어량 = 두께 감소량 또는 증가량 / 제어횟수(n)

바의 톱부가 조압연기에 도달되는 시점에서 상기 1회 바 두께의 제어량만큼 일정 제어주기로 두께가 감소하는 방향 또는 증가하는 방향으로 바의 테일부까지 제어하는 단계;를 포함하여 구성되는 열간 테이퍼 바 압연방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 열연공정의 다듬질압연에서 강판의 톱부에서 테일부까지의 온도차를 최소화시키기 위해 도 1과 같은 조압연공정에서 조압연기(10)를 이용하여 바를 제조할 때 바의 톱부에서 테일부까지 두께를 도 2와 같은 테이퍼 형태로 감소 또는 증가시키는 제어방법을 적용하여 톱 테일의 두께가 서로 다른 바를 제조하는 방법에 관한 것이다. 다음에서는 본 발명을 단계별로 구분하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 바의 톱부에서 테일부까지 두께 감소량 또는 증가량을 설정하는 과정을 거친다.

상기 감소량 또는 증가량의 설정은 강판의 톱부에서 테일부까지의 온도차를 최소화시키기 위해 전회 유사강종의 압연온도실적을 기준하여 바의 톱부에서 테일부까지 두께 변화량(감소량 또는 증가량)을 설정하는 것이다. 이같은 두께 감소량 또는 증가량 설정은 조업의 조건에 맞게 행할 수있는데, 일예를 들어 설명하면 다음과 같다.

즉, t초후의 강판의 온도는 일반적으로 하기 식(6)과 같이 구할 수 있으며, 이는 도 3과 같은 그래프로 표현되고 이를 근사적으로 1차원의 직선으로 나타낼 수 있고 이는 하기 식(7)과 같이 구해진다.

t초후의온도=100{(초기온도+273)/100)^-3+(6×σ×ε×t)/(100×cp×γ×h)}^-1/3-273

[σ:스테판 볼쯔만상수(=4.88), ε:소재의 방사율(=0.5), t:시간(=80초), cp:소재의 비열, γ:소재의 밀도, h:바두께]

두께 감소량 또는 증가량 = 0.4496 × (톱부온도 - 테일부온도)

상기와 같은 식에 의해 구해진 값이 "-"인 경우 통상적으로 압연속도의 증가량이 클 때 두께를 감소시키는 제어를 실시하고, "+"일 경우 통상적으로 압연속도의 증가량이 작을 때와 변형속도의 영향이 큰 소재를 정속압연할 때 두께를 증가시키는 제어를 실시하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 통상의 압연수식모델에 의해 바의 길이를 하기 식(2)에 의해 구한 후 조압연통판시간을 하기 식(3)에 의해 구하는 과정을 거친다.

[수학식 2]

바의 예측길이(Bar Length) = 중량 / (바두께 × 바폭 × 소재의밀도)

[수학식 3]

조압연 통판시간 = 바의길이 / 압연속도

상기 식(2)에 있어 중량은 슬라브의 실평중량에서 스케일로스(scale loss)량을 뺀값을 적용하는 것이 바람직하고, 바두께는 톱부 바두께와 테일부 바두께의 평균값을 적용하며, 소재의 밀도는 강종 및 온도에 따라 다른데 본 발명에서는 7.2-8.0의 범위 값을 적용하는 것이 바람직하다.

상기 식(3)에 있어 압연속도는 롤속도에 선진율을 곱한 속도를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 선진율은 "(소재가 롤을 빠져나오는 속도-롤의 속도)/롤의 속도"를 의미한다.

또한, 본 발명에서는 상기 조압연 통판시간을 이용하여 제어횟수(n)을 하기 식(4)에 의해 구하는 과정을 거친다.

[수학식 4]

제어횟수(n) = 조압연통판시간 / 제어주기

상기 식(4)에 있어 제어주기는 조압연 두께제어기(20)의 속도를 나타내는 값으로 본 발명에서는 0.01-0.10초가 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 제어횟수(n)와 설정한 두께 감소량 또는 증가량을 이용하여 1회 바 두께의 제어량을 하기 식(5)에 의해 구하는 과정을 거친다.

[수학식 5]

1회 바 두께의 제어량 = 두께 감소량 또는 증가량 / 제어횟수(n)

상기 [두께 감소량 또는 증가량]과 [제어횟수]를 이용하면 1회 바두께의 제어량을 계산할 수 있는데, 실조업에서는 약간의 오차를 주어 적용할 수도 있다.

또한, 본 발명에서는 바의 톱부가 조압연기에 도달되는 시점에서 상기 1회 바 두께의 제어량만큼 일정 제어주기로 두께가 감소하는 방향 또는 증가하는 방향으로 바의 테일부까지 제어하는 과정을 거친다.

상기 두께감소의 예를 들면 바의 톱부가 조압연기의 최종스탠드(30)에 도달되는 시점에서 상기에서 구한 1회 바두께의 제어량 정도 일정 제어주기로 두께가 감소하는 방향으로 바의 테일부까지 제어하고, 두께증가의 예를 들면 바의 톱부가 조압연기의 최종스탠드에 도달되는 시점에서 상기에서 구한 1회 바 두께의 제어량 정도 일정 제어주기로 두께가 증가하는 방향으로 바의 테일부까지 제어하므로서, 도 2에 나타낸 바와같이 톱 테일의 두께가 서로 다른 바가 제조된다.

상기한 바와 같은 과정을 거치는 본 발명을 순서도로서 나타내면 도 4와 같이 나타낼 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

전회 유사강종의 톱, 테일부의 압연온도차가 +10℃인 경우와, -10℃인 경우를 예로 들어, 상기 식(7)을 이용하여 두께 감소량과 증가량을 설정하였다. 즉, +10℃인 경우는 (0.4496×10)이므로 +4.496mm이었고, -10℃인 경우는 [0.4496×(-10)]이므로 -4.496mm이었다.

사용된 슬라브 중량이 18ton, 평균 바두께가 35mm, 바폭이 1200mm, 소재밀도가 7.6이었다. 따라서, 상기 식(2)에 의해 바길이는 [18/(0.035m×1.2m×7.6)]이므로 56.4m로 예측되었다. 또한, 압연속도가 4.0m/sec일 때, 상기 식(3)에 의해 조압연 통판시간은 [56.4/4.0]이므로 14.1sec이었다.

또한, 제어주기를 0.05sec로 할 때, 제어횟수(n)는 상기 식(4)에 의해 [14.1/0.05]이므로 282회이었다.

따라서, 전회 유사강종의 톱, 테일부의 압연온도차가 +10℃인 경우의 1회 바두께의 제어량은 상기 식(5)에 의해 [+4.496/282]이므로 +0.016mm이었고, 또한 -10℃인 경우의 1회 바두께의 제어량은 상기 식(5)에 의해 [-4.496/282]이므로 -0.016mm이었다.

이와같이 구한 1회 바두께의 제어량 만큼 상기의 일정 제어주기로 바의 톱부에서 테일부까지 두께를 감소 또는 증가하는 제어를 행하였다. 그 결과, 바의 톱부에서테일부까지의 온도차가 기존에 비해 월등이 줄어듬을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 열연공정의 중간 압연공정인 조압연에서 테이퍼 바를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 조압연에서 바를 제조할 때 바의 톱부에서 테일부까지 두께를 감소 또는 증가시키는 제어방법을 적용하여, 최종 두께압연공정인 다듬질 압연에서 강판의 톱부에서 테일부까지의 온도차를 최소화시킴과 동시에 압연속도의 증가량을 크게하여 생산성의 향상을 도모하고 강판 톱부의 온도보다 강판 테일부의 온도가 낮아 압연하중이 많이 걸려 강판 테일부 압연시 강판의 테일부가 절단되는 사고를 방지하여 원활한 압연이 이루어지도록 하며, 변형속도의 영향을 최소화시킬 수 있는 압연방법이 제공된다.

Claims (1)

1. 열연공정 중 조압연하는 방법에 있었서,

   바의 톱부에서 테일부까지 두께 감소량 또는 증가량을 설정하는 단계;

   통상의 압연수식모델에 의해 바의 압연후 예측길이를 하기 식(2)에 의해 구한 후 조압연통판시간을 하기 식(3)에 의해 구하는 단계;

   [수학식 2]

   바의 예측길이(Bar Length) = 중량 / (바두께 × 바폭 × 소재의밀도)

   [수학식 3]

   조압연 통판시간 = 바의길이 / 압연속도

   상기 조압연 통판시간을 이용하여 제어횟수(n)을 하기 식(4)에 의해 구하는 단계;

   [수학식 4]

   제어횟수(n) = 조압연통판시간 / 제어주기

   상기 제어횟수(n)와 설정한 두께 감소량 또는 증가량을 이용하여 1회 바 두께의 제어량을 하기 식(5)에 의해 구하는 단계;

   [수학식 5]

   1회 바 두께의 제어량 = 두께 감소량 또는 증가량 / 제어횟수(n)

   바의 톱부가 조압연기에 도달되는 시점에서 상기 1회 바 두께의 제어량만큼 일정 제어주기로 두께가 감소하는 방향 또는 증가하는 방향으로 바의 테일부까지 제어하는 단계;를 포함하여 구성되는 열간 테이퍼 바 압연방법