KR100433768B1 - 클러스터형 다단 압연기 - Google Patents

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KR100433768B1
KR100433768B1 KR10-2001-0051993A KR20010051993A KR100433768B1 KR 100433768 B1 KR100433768 B1 KR 100433768B1 KR 20010051993 A KR20010051993 A KR 20010051993A KR 100433768 B1 KR100433768 B1 KR 100433768B1
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    • B21B13/147—Cluster mills, e.g. Sendzimir mills, Rohn mills, i.e. each work roll being supported by two rolls only arranged symmetrically with respect to the plane passing through the working rolls

Abstract

클러스터형 분할 하우징 압연기에 있어서, 판 두께 제어 능력은 밀 강성의 저하를 가능한 한 작게 억제함으로써 향상된다. 2개의 패스라인 조정장치(15, 16)가 상단 내부 하우징(8)의 상부측에 있는 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11) 사이에 배치되어, 이들 2개의 패스라인 조정장치(15, 16)의 로커판을 이용하여, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징(10, 11)에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상단 내부 하우징(8)의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단을 형성한다. 또한, 2개의 압하 실린더(17, 18)가 하단 내부 하우징(9)의 하부측에 있는 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11) 사이에 배치되어, 이들 2개의 압하 실린더(17, 18)의 로커판을 이용하여, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징(10, 11)에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 하단 내부 하우징(9)의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 형성한다.

Description

클러스터형 다단 압연기{CLUSTER TYPE MULTISTAGE ROLLING MILL}
본 발명은 클러스터형 다단 압연기에 관한 것으로서, 특히 한 롤 그룹을 포함하고 있는 하우징이 상기 롤 그룹의 상반부를 포함하고 있는 상단 내부 하우징과 상기 롤 그룹의 하반부를 포함하고 있는 하단 내부 하우징으로 분할되고, 상기 상단 및 하단 내부 하우징들이 조작측 및 구동측의 외부 하우징내에 포함되는 클러스터형 분할 하우징 압연기에 관한 것이다.
최근에는, 다양한 종류의 재료를 압연하여 제조되는 판재의 성상에 대한 사용자의 요구가 더욱 엄격해져서, 판 두께를 고정밀도로 제어하는 것이 요구된다. 널리 사용되어온 일체형 모노-블럭형 20단 압연기는, 작업 롤의 작은 휨 및 밀의 고강성으로 인하여 판 두께의 정밀도에 있어 우수하다. 그러나, 일체형 하우징에 의해 야기된 기하학적 치수 관계로 인하여, 작업 롤의 간격이 작기 때문에, 통판 작업을 하기가 어렵고, 압연재 파단 사고가 발생할 때 판 코블(plate cobble)을 제거하기가 어렵다는 단점이 있다. 일체형 하우징형 20단 압연기의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한 롤 그룹을 포함하고 있는 하우징이 상기 롤 그룹의 상반부를포함하고 있는 상단 내부 하우징과 상기 롤 그룹의 하반부를 포함하고 있는 하단 내부 하우징으로 분할되고, 상단 및 하단 내부 하우징들이 조작측 및 구동측의 외부 하우징내에 포함되는 클러스터형 분할 하우징 압연기가 제공되어 왔다. 예를 들어, 이러한 종류의 압연기는 일본 특허공보 제50-24902호에 개시되어 있다. 압연기는 작업 롤 간격을 증가시킬 수 있는 구조를 가진다. 또한, 유사한 구조를 가지는 클러스터형 분할 하우징 압연기는, 예를 들어 SYMPOSIUM ON PRODUCTION TECHNOLOGY, 1993 등에 기재되어 해외로 제공되기도 한다. 상기 압연기에 있어서, 상하단 내부 하우징은 균등하게 분할되고, 상단 내부 하우징은 조작측 및 구동측 외부 하우징 각각에 의해 2점에서 지지된다.
그러나, 종래의 클러스터형 분할 하우징 압연기는, 하우징이 분할되기 때문에, 밀 강성이 낮아 판 두께 정밀도를 떨어뜨리는 단점을 가진다.
다시 말해, 일본 특허공보 제50-24902호에 개시된 클러스터형 분할 하우징 압연기에 있어서는, 상하단 내부 하우징이 균등하게 분할되고, 상단 내부 하우징의 상부측이 패스라인 조정장치를 통하여 조작측 및 구동측 외부 하우징 각각에 의해 각각 하나의 중심점에서 지지되며, 하단 내부 하우징의 하부측이 압하 실린더를 통하여 조작측 및 구동측 외부 하우징 각각에 의해 하나의 중심점에서 지지된다. 따라서, 상하단 내부 하우징은 상하 양측에 배치된 4개의 백킹 베어링을 통해 작용하는 압연 반력(反力)의 수평성분(수평하중)에 의해 수평방향으로 용이하게 변형되어 하우징의 보어 오프닝(bore opening)이 생기게 된다. 수평방향으로의 보어 오프닝은 백킹 베어링을 이동시켜, 상하 작업 롤을 판으로부터 떨어지게 한다. 따라서,클러스터형 분할 하우징 압연기는 밀 강성이 낮아 판 두께 정밀도를 저하시킨다.
SYMPOSIUM ON PRODUCTION TECHNOLOGY, 1993에 기재된 클러스터형 분할 하우징 압연기에서, 상단 내부 하우징의 상부측은 조작측 및 구동측 외부 하우징 각각에 의해 2점에서 지지되지만, 상하단 내부 하우징은 균등하게 분할되고 하단 내부 하우징의 하부측은 조작측 및 구동측 외부 하우징 각각에 의해 1점에서 지지된다는 점에서 일본 특허공보 제50-24902호에 개시된 압연기와 동일하다. 따라서, 큰 보어 오프닝으로 인하여 밀 강성이 저하된다는 것에 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 클러스터형 분할 하우징 압연기에 있어서는 보어 오프닝으로 인하여 밀 강성에 대한 최적 설계가 이루어지지 않는다.
본 발명의 목적은 밀 강성의 저하를 가능한 한 작게 억제하여 판 두께 제어 능력이 우수한 클러스터형 분할 하우징 압연기를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기의 제1실시예를 도시한 정면도이다.
도 2는 클러스터형 다단 압연기의 제1실시예를 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 3은 20단 압연기에서의 백킹 베어링의 하중분포의 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 분할 하우징형 20단 압연기에서의 상단 내부 하우징의 변형(보어 오프닝)을 도시한 다이어그램이다.
도 5는 종래의 분할 하우징형 다단 압연기의 상단 내부 하우징의 간략화된 모델을 도시한 다이어그램이다.
도 6은 본 발명에 따른 내부 하우징의 모델을 도시한 다이어그램이다.
도 7은 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기의 제2실시예를 도시한 정면도이다.
도 8은 클러스터형 다단 압연기의 제1실시예를 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기의 제3실시예를 도시한 정면도이다.
도 10은 클러스터형 다단 압연기의 제1실시예를 도 9의 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 11은 제2실시예에 따른 압연기의 내부 하우징의 모델링 다이어그램이다.
도 12는 상하단 내부 하우징의 강성비와 상하단 내부 하우징의 높이비간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 13은 상하단 내부 하우징의 강성비와 상하단 내부 하우징의 합계 강성특성간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 14는 상하단 내부 하우징의 높이비와 상하단 내부 하우징의 합계 강성특성간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 15는 상하단 내부 하우징의 강성비와 상하단 내부 하우징의 폭비간의 관계를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 작업 롤
2 제1중간롤
3 제2중간롤
4 백킹 베어링
5 상단 롤 그룹
6 하단 롤 그룹
8, 8A, 8B 상단 내부 하우징
9, 9A, 9B 하단 내부 하우징
10, 11 외부 하우징
15, 16 패스라인 조정장치
17, 18, 20 압하 실린더
(1) 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기는 패스라인 위쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하는 상단 내부 하우징; 패스라인 아래쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하는 하단 내부 하우징; 및 상기 상단 및 하단 내부 하우징을 포함하기 위한 조작측 및 구동측 외부 하우징을 포함하는 클러스터형 다단 압연기에 있어서, 상단 내부 하우징의 상부측과 조작측 및 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 상기 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상단 내부 하우징의 상부측을 지지하는상단측 지지수단; 및 하단 내부 하우징의 하부측과 조작측 및 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 하단 내부 하우징의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 조작측 및 구동측 각 양측의 상하단 내부 하우징을 1점이 아닌 2점에서 지지함으로써, 압연 하중의 분력에 의하여 발생되는 상하 양측의 백킹 베어링의 변위를 작게 할 수 있고, 밀 강성의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 판 두께 제어 능력이 우수하고 안정된 압연을 할 수 있다.
(2) 또한, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기는 패스라인 위쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하는 상단 내부 하우징; 패스라인 아래쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하는 하단 내부 하우징; 및 상기 상단 및 하단 내부 하우징을 포함하는 조작측 및 구동측 외부 하우징을 포함하는 클러스터형 다단 압연기에 있어서, 상기 상단 내부 하우징의 상부측과 상기 조작측 및 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상단 내부 하우징의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단; 및 상기 하단 내부 하우징의 하부측과 상기 조작측 및 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대해 중간의 1점에서 하단 내부 하우징의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 포함하여 이루어지며, 여기에서 상단 및 하단 내부 하우징간의 수직 강성비가 상단 내부 하우징의 강성/하단 내부 하우징의 강성으로 정의될때, 하우징 비는 수직 강성비가 1.02 내지 1.18의 범위내의 값이 될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 조작측 및 구동측 양측의 상단 내부 하우징을 각각 1점이 아닌 2점에서 지지함으로써, 압연 하중의 분력에 의해 발생된 상하 양측의 백킹 베어링의 변위를 작게 할 수 있고, 밀 강성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 상기의 전제에 따라 상하단 내부 하우징간의 수직 강성비를 1.02 내지 1.18의 범위내의 값으로 설정함으로써, 상하단 내부 하우징의 합계 강성이 상하단 내부 하우징간의 수직 강성비가 1인 경우에 비해 증가될 수 있고, 그 결과 상하단 내부 하우징의 강성의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 판 두께 제어 능력이 우수하고 안정된 압연을 할 수 있다.
(3) 또한, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기는 패스라인 위쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하는 상단 내부 하우징; 패스라인 아래쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하는 하단 내부 하우징; 및 상기 상단 및 하단 내부 하우징을 포함하기 위한 조작측 및 구동측 외부 하우징을 포함하는 클러스터형 다단 압연기에 있어서, 상단 내부 하우징의 상부측과 조작측 및 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상단 내부 하우징의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단; 및 하단 내부 하우징의 하부측과 상기 조작측 및 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대해 중간의 1점에서 하단 내부 하우징의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 포함하여 이루어지며, 여기에서 하단 내부 하우징의 높이는 상단 내부 하우징의 높이보다 더 높은 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 조작측 및 구동측 양측의 상단 내부 하우징을 1점이 아닌 2점에서 각각 지지함으로써, 압연 하중의 분력에 의해 발생되는 상하 양측의 백킹 베어링의 변위를 작게 할 수 있고, 밀 강성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 상기의 전제에 따라 하단 내부 하우징의 높이를 상단 내부 하우징의 높이보다 더 높게 형성함으로써, 상하단 내부 하우징의 합계 강성이 상하단 내부 하우징의 높이가 서로 같은 경우에 비해 증가될 수 있다. 따라서, 판 두께 제어 능력이 우수하고 안정된 압연을 할 수 있다.
(4) 상기 항목 (3)에 있어서, 하단 내부 하우징에 대한 상단 내부 하우징의 높이비는 0.72 내지 0.98의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
그렇게 함으로써, 상하단 내부 하우징간의 수직 강성비가 1.02 내지 1.18의 범위내의 값이 된다. 따라서, 판 두께 제어 능력이 우수하고 안정된 압연을 할 수 있다.
(5) 또한, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기는 패스라인 위쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하는 상단 내부 하우징; 패스라인 아래쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하는 하단 내부 하우징; 및 상기 상단 및 하단 내부 하우징을 포함하는 조작측 및 구동측 외부 하우징을 포함하는 클러스터형 다단 압연기에 있어서, 상단 내부 하우징의 상부측과 조작측 및 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징에 대하여,패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상단 내부 하우징의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단; 및 상기 하단 내부 하우징의 하부측과 상기 조작측 및 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대해 중간의 1점에서 하단 내부 하우징의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 포함하여 이루어지며, 하단 내부 하우징의 패스방향으로의 폭은 상단 내부 하우징의 패스방향으로의 폭보다 더 넓은 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 조작측 및 구동측 각 양측의 상단 내부 하우징을 1점이 아닌 2점에서 지지함으로써, 압연 하중의 분력에 의해 발생된 상하 양측의 백킹 베어링의 변위를 작게 할 수 있고, 밀 강성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 상기의 전제에 따라 하단 내부 하우징의 폭을 상단 내부 하우징의 폭보다 더 넓게 형성함으로써, 상하단 내부 하우징의 합계 강성은, 상하단 내부 하우징의 폭이 서로 같은 경우에 비해 증가할 수 있다. 따라서, 판 두께 제어 능력이 우수하고 안정된 압연을 할 수 있다.
(6) 상기 항목 (5)에 있어서, 상기 하단 내부 하우징에 대한 상단 내부 하우징의 폭 비는 0.78 내지 0.94의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
그렇게 함으로써, 상하단 내부 하우징간의 수직 강성비가 1.02 내지 1.18의 범위내의 값이 된다. 따라서, 판 두께 제어 능력이 우수하고 안정된 압연을 할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기의 제1실시예를 도시한 정면도이고, 도 2는 상기 클러스터형 다단 압연기를 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선의 평면에서 취한 단면도이다. 본 실시예에 있어서, 상하단 내부 하우징 모두는 조작측 및 구동측 양측 각각에 있어 외부 하우징에 대해 2점에서 지지된다.
도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명에 따른 클러스터형 다단 압연기는 패스라인(PL) 위쪽에 배치된 상단 롤 그룹(5); 패스라인(PL) 아래쪽에 배치된 하단 롤 그룹(6); 상단 롤 그룹(5)을 포함하는 상단 내부 하우징(8); 하단 롤 그룹(6)을 포함하는 하단 내부 하우징(9); 및 상하단 내부 하우징(8, 9)을 포함하는 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11)을 포함하여 이루어진다. 각각의 상하 롤 그룹(5, 6)은 작업 롤(1); 제1중간롤(2); 제2중간롤(3) 및 백킹 베어링(4)을 구비한다. 작업 롤(1)의 수는 상하단 내부 하우징 각각에 1개, 제1중간롤(2)의 수는 상하단 내부 하우징 각각에 2개, 제2중간롤(3)의 수는 상하단 내부 하우징 각각에 3개, 백킹 베어링(4)의 수는 상하단 내부 하우징 각각에 4개이다. 상술한 바와 같이, 클러스터형 다단 압연기의 본 실시예는 20단 분할 하우징형의 다단 압연기이다.
2개의 패스라인 조정장치(15, 16)는 상단 내부 하우징(8)의 상부측에 있는 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11) 사이에 배치되고, 이들 2개의 패스라인 조정장치(15, 16)의 로커판(rocker plates)은 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징(10, 11)에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상단 내부 하우징(8)의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단을 형성한다. 또한, 2개의 압하 실린더(17, 18)는 하단 내부 하우징(9)의 하측에 있는 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11) 사이에 배치되고, 이들 2개의 압하 실린더(17, 18)의 로커판은 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징(10, 11)에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 하단 내부 하우징(9)의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 형성한다.
종래의 클러스터형 분할 하우징형 20단 압연기의 밀 강성(mill rigidity)은 그 내부 하우징이 분할되어 있기 때문에 동일한 크기의 모노-블럭형 20단 압연기에 비해 저하된다. 상기 강성을 저하시키는 인자들 중 하나는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술할 것이다.
도 3은 20단 압연기에서의 백킹 베어링의 하중분포의 예시를 도시한 도면이다. 이 도면에서, 참조문자 A 내지 H는 개별적인 백킹 베어링(4)의 위치들을 가리킨다. 이들 백킹 베어링(4) 중 상단 및 하단측 위치(A, D, E, H)의 백킹 베어링(4)은 압연 반력의 60%를 부담한다. 상기 위치(A, D, E, H)에서의 백킹 베어링(4)의 샤프트의 하중방향은 거의 수평이고, 하우징은 상기 하중에 의하여 수평방향으로 변형된다.
도 4는 분할 하우징형 20단 압연기에서의 상단 내부 하우징의 변형(보어 오프닝)을 도시한 다이어그램이다. 압연 반력의 60%를 부담하는 상기 위치(A, D, E, H)에서의 백킹 베어링(4)에 의해 발생된 하우징내의 변형은 상기 하우징을 분할함으로써 더 커지게 된다. 이러한 현상을 하우징의 보어 오프닝이라 일컫는다. 이것은 하단 내부 하우징(9)에서도 동일하게 나타날 수 있다.
보어 오프닝에 의한 백킹 베어링(4)의 수평이동은 상하 작업 롤의 위치를 판으로부터 분리시킨다. 따라서, 더 큰 보어 오프닝이 발생하여 일체형 모노-블럭 하우징 20단 압연기에 비해 분할 하우징형 압연기의 밀 강성이 저하되게 된다.
상술된 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 상기 위치(A, D, E, H)에서의 백킹 베어링의 샤프트의 수평방향 하중이 상기 보어 오프닝을 발생시켜 밀 강성의 저하를 가속시킨다는 사실에 주목하여, 내부 하우징의 변형을 효과적으로 억제할 수 있는 내부 하우징의 비율 및 지지 위치에 대해 연구하였으며, 그 결과 상술한 문제에 대한 해결책을 발견하여 본 발명에 제안하였다.
이하, 본 발명의 작용을 설명한다.
여기서는, 상단 내부 하우징(8)의 위치(A, D)에서 백킹 베어링(4)에 작용하는 압연 하중의 분력에 의해 발생된 내부 하우징(8)의 보어 오프닝이 고려된다. 도 5는 종래의 분할 하우징형 다단 압연기의 상단 내부 하우징의 간략화된 모델을 도시한 다이어그램이고, 그 중앙에 하나의 구속점(拘束点)이 있다. 도 6은 본 발명에 따른 상단 내부 하우징의 모델을 도시한 다이어그램이고, 상기 구속점들은 도 5에 도시된 바와 같이 중앙이 아닌, 패스방향 전후 양단에 위치한다.
상기 위치(A)에서의 백킹 베어링(4)(위치(D, E, H)의 베어링도 같은 모양일 수 있음)의 변위(δAx, δAy)를 고려하면, 종래의 압연기의 경우에 있어, 상단 내부 하우징의 상부측의 패스방향 전후 양단에 발생된 변위(δ1)가 상기 변위(δAx, δAy)에 영향을 주고, 이에 따라 종래의 압연기에서의 상기 변위(δAx, δAy)가 본 발명에 비해 더 커지게 된다는 점을 용이하게 예측할 수 있다.
본 발명의 발명자들은 만일 상기 위치(A, B, C, D)에서의 백킹 베어링(4)의 x-방향 및 y-방향으로의 변위(δIJ)가 알려져 있다면, 각각의 변위(δIJ) 및 작업 롤의 수직 변위(△IY) 사이의 선형의 관계를 다음과 같이 얻을 수 있다는 것을 확인했으며, 따라서 상기 위치(A, B, C, D)에서의 각 백킹 베어링(4)의 x-방향 및 y-방향으로의 변위(δIJ)를 알고 있다면, 작업 롤 샤프트의 수직방향으로의 변위(△h)는 다음 관계를 이용하여 △의 총합으로 계산할 수 있다.
여기서, αIJ는 비례 상수이고,
첨자 I는 백킹 베어링의 위치(A 내지 H)를 가리키며, 첨자 J는 방향(x, y)을 가리킨다.
구체적으로, 상단 내부 하우징에서의 작업 롤 샤프트의 변위(△ht)는 수학식 2로부터 계산되고, 하단 내부 하우징에서의 작업 롤 샤프트의 변위(△hb)는 수학식 3으로부터 계산된다.
△ht = △Ay + △By
위치 대칭성으로부터, A 및 B의 조합은 C 및 D의 조합으로 치환될 수 있다.
△hb = △Hy + △Gy
위치 대칭성으로부터, G 및 H의 조합은 E 및 F의 조합으로 치환될 수 있다.
내부 하우징의 상하 합계 수직 강성(K)은 다음 수학식으로 계산될 수 있다.
K = P/(△ht + △hb)
도 5에 도시된 바와 같이 구속점이 중앙 위치에 있는 경우에 비해, 구속점이 패스 방향 전후측 2개소에 있는 경우, 즉 도 6에 도시된 바와 같이 조작측 및 구동측에서 총 4개소에서, 상기 변위(δIJ)를 더 작은 값으로 억제할 수 있고, 이에 따라 작업 롤의 수직 변위(△h)를 작은 값으로 억제하여 밀의 수직 강성을 향상시킬 수 있음이 수학식 1 내지 수학식 4로부터 명백하다.
도 6의 모델의 구속점에 있어서, 본 실시예에서의 상단 내부 하우징(8)측 패스라인 조정장치(15, 16)의 로커판 및 하단 내부 하우징(9)측 압하 실린더(17, 18)의 로커판은 구속점(지지수단)의 기능으로서 작용할 수 있다. 즉, 작업 롤(1, 1)로부터 가해진 롤 분리력(roll separating force)은 상단 작업 롤(1)의 경우에 상단 내부 하우징(8)을 통과하여, 패스라인 조정장치(15, 16)를 통해 외부 하우징(10, 11)으로 전달되고, 하단 작업 롤(1)의 경우에 하단 내부 하우징(9)을 통과하여, 압하 실린더(17, 18)를 통해 외부 하우징(10, 11)으로 전달된다. 또한, 패스라인 조정장치(15, 16) 및 압하 실린더(17, 18) 모두는 그 높이를 조정할 수 있기 때문에, 패스라인 조정장치(15, 16) 및 압하 실린더(17, 18) 모두가 상하 작업 롤의 레벨, 즉 패스라인을 일정하게 유지하게 하는 기능을 가진다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 분할 하우징형 다단 압연기에 있어서, 밀 강성의 저하를 가능한 한 작게 억제할 수 있으며, 판 두께 제어 능력이 우수하고 안정된 압연을 할 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 제2실시예를 설명하고, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 제3실시예를 설명한다. 도면에서, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 구성요소들은 동일한 참조문자를 가리킨다.
제1실시예에 있어서, 압하 실린더는 조작측 및 구동측 각각에 대하여 2개소, 즉 하단 내부 하우징의 구속점으로서 총 4개소에 배치된다. 그러나, 압하 실린더를 4개소에 배치하는 것은 경제상의 관점 및 좌우 동조성(tuning ability)의 관점에서 보면 몇가지 어려운 점이 고려되어질 수 있다. 도 7 및 도 8의 제2실시예 및 도 9 및 도 10의 제3실시예는 상기 문제점을 고려하여 설계되었고, 하나의 압하 실린더는 패스방향으로 중간 위치에 위치하며, 수직 강성의 비율을 변화시키기 위하여 상하단 내부 하우징의 비율을 변화시킴으로써 최적 수직 강성을 얻는다.
우선, 도 7 및 도 8에 도시된 실시예를 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상단 롤 그룹(5)은 상단 내부 하우징(8A)내에 포함되고, 하단 롤 그룹(6)은 하단 내부 하우징(9A)내에 포함되며, 상기 상하단 내부 하우징(8A, 9A)은 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11)내에 포함되어 있다. 2개의 패스라인 조정장치(15, 16)는 상단 내부 하우징(8A)의 상부측의 조작측과 구동측 외부 하우징(10, 11) 사이에 배치되고, 이들 2개의 패스라인 조정장치(15, 16)의 로커판은 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징(10, 11)에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2개소에서 상단 내부 하우징(8A)의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단을 형성한다. 또한, 압하 실린더(20)는 하단 내부 하우징(9A)의 하측에 있는 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11) 사이에 배치되고, 상기 압하 실린더(20)의 로커판은 하단 내부 하우징(9A)의 하부측을 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징(10, 11)에 대하여, 패스방향에 대한 중간 위치의 한 점에서 지지하는 하단측 지지수단을 형성한다.
상하단 내부 하우징(8A, 9A) 각각의 폭을 W, 상하단 내부 하우징(8A, 9A)의 높이를 각각 ht, hb라 하고, 상하단 내부 하우징(8A, 9A)에 대한 폭(W)은 서로 같으며, 하단 내부 하우징(9A)의 높이(hb)는 상단 내부 하우징(8A)의 높이(ht)보다 δhb만큼 더 높게 하면, 압연기는 상하단 내부 하우징(8A, 9A)의 높이(ht, hb)의 비(ht/hb)가 0.72 내지 0.98 범위내의 값이 되는 하우징 비율을 가진다. 이것은 상하단 내부 하우징(8A, 9A) 사이의 수직 강성비(상단 내부 하우징의 강성/하단 내부 하우징의 강성)가 1.02 내지 1.18 범위내의 값이 되는 것에 상당한다(후술).
또한, 제1실시예와 비교하여, 상하단 내부 하우징(8A, 9A)의 폭(W)이 제1실시예의 상하단 내부 하우징(8, 9)의 폭과 같고, 상하단 내부 하우징(8A, 9A)의 높이(ht, hb)의 합은 제1실시예의 상하단 내부 하우징(8, 9)의 높이(ht, hb)의 합과 같다. 즉, 전체 압연기의 크기는 제1실시예와 동일하다.
상하단 내부 하우징(8A, 9A)의 폭(W)이 상술한 바와 같이 서로 같을 경우에는, 하단 내부 하우징(9A)의 상기 변위(δ1)가 줄어들 수 있고, 하단 내부 하우징(9A)의 수직 강성은 하단 내부 하우징(9A)의 높이를 상단 내부 하우징(8A)의 높이로 δhb만큼 높여 증가시킴으로써 강성비를 조정할 수 있다. 또한, 상하단 내부 하우징의 높이의 비를 조정하여 상하단 내부 하우징 높이의 치수를 결정함으로써, 낭비를 줄이고 경제적인 강성을 확보하는 하우징의 설계를 할 수 있다.
또한, 상하단 내부 하우징의 폭(W)이 서로 같기 때문에, 본 실시예는 내부 하우징과 외부 하우징간의 라이너(liners)의 유지보수가 행해질 때, 그 안에서 상하단 내부 하우징의 폭 비가 변경되는 후술할 실시예에 비해 상기 내부 하우징이 용이하게 인출될 수 있다는 장점을 가진다.
도 9 및 도 10에 도시된 실시예를 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상단 롤 그룹(5)은 상단 내부 하우징(8B)내에 포함되고, 하단 롤 그룹(6)은 하단 내부 하우징(9B)내에 포함되며, 상기 상하단 내부 하우징(8B, 9B)은 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11)내에 포함되어 있다. 2개의 패스라인 조정장치(15, 16)는 상단 내부 하우징(8B)의 상부측의 조작측과 구동측 외부 하우징(10, 11) 사이에 배치되고, 이들 2개의 패스라인 조정장치(15, 16)의 로커판은 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징(10, 11)에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2개소에서 상단 내부 하우징(8B)의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단을 형성한다. 또한, 압하 실린더(20)는 하단 내부 하우징(9B)의 하측에 있는 조작측 및 구동측 외부 하우징(10, 11) 사이에 배치되고, 상기 압하 실린더(20)의 로커판은 하단 내부 하우징(9B)의 하부측을 조작측 및 구동측 각각에 있는 외부 하우징(10, 11)에 대하여, 패스방향에 대한 중간 위치의 한 점에서 지지하는 하단측 지지수단을 형성한다.
상하단 내부 하우징(8B, 9B)의 폭을 wt 및 wb, 상하단 내부 하우징(8B, 9B)의 높이를 각각 ht, hb라 하고, 상하단 내부 하우징(8B, 9B)에 대한 높이는 서로같으며, 하단 내부 하우징(9B)의 폭(wb)은 상단 내부 하우징(8B)의 폭(wt)보다 더 넓게 하면(도 9 및 도 10의 해칭된 부분), 압연기는 상하단 내부 하우징(8B, 9B)의 폭(wt, wb)의 비(wt/wb)가 0.78 내지 0.94 범위내의 값이 되는 하우징 비율을 가진다. 이것은 상하단 내부 하우징(8B, 9B) 사이의 수직 강성비(상단 내부 하우징의 강성/하단 내부 하우징의 강성)가 1.02 내지 1.18 범위내의 값이 되는 것에 상당한다(후술).
상술한 바와 같이, 상하단 내부 하우징의 강성비는 상하단 내부 하우징(8B, 9B)의 폭 비를 변화시켜 조정될 수 있고, 하단 내부 하우징(9B)의 상술한 변위(δ1)가 줄어들 수 있으며, 하단 내부 하우징(9B)의 수직 강성이 증가될 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8의 제2실시예 및 도 9 및 도 10의 제3실시예의 작용 원리를 도 11 내지 도 15를 참조하여 설명한다.
도 11은 제2실시예에 따른 압연기의 내부 하우징의 모델링 다이어그램이다. 상단 내부 하우징(8A)은 패스라인 조정장치(15, 16)의 로커판에 의해 구속되고, 하단 내부 하우징(9A)은 작업 롤의 중앙에 있는 압하 실린더(10)의 로커판에 의해 구속된다. 상하단 내부 하우징(8A, 9A)의 폭은 서로 같다.
도 12는 도 11에 도시된 모델의 상하단 내부 하우징의 강성비를 가로축에, 상하단 내부 하우징의 높이비를 세로축에 나타낸 그래프이다. 상기 내부 하우징의 폭들은 같고, 즉 wt = wb 이다. 상하단 내부 하우징의 강성은 3차원 유한요소법(FEM)을 이용하여 계산되는 상하단 내부 하우징의 상하 롤 그룹을 포함하고 있는 각 보어 부분들의 변위(δIJ)로부터 수학식 2, 수학식 3을 이용하여 계산되는 작업 롤 샤프트의 수직 변위(△ht, △hb)로 압연 하중을 나눔으로써 계산된다.
Kt = P/P△ht
Kb = P/△hb
도 12로부터 명백한 바와 같이, 상하단 내부 하우징의 구속점들의 차이 때문에, 즉 상하단 내부 하우징의 높이가 서로 같을 경우, 다시 말해 높이비가 1 일 경우에는 강성비가 약 1.2 이기 때문에, 상단 내부 하우징의 강성이 하단 내부 하우징보다 더 크다는 것을 이해할 수 있다. 작업 롤의 변위를 억제하기 위해서는, 내부 하우징의 폭이 변화되지 않을 때 내부 하우징의 높이를 증가시키는 것이 효과적이라는 것이 명백하다. 그러나, 압연기를 설치하는 건물의 높이 제한, 원재료의 비용 및 제조 비용을 고려하면, 합계 내부 하우징 높이(ht + hb)를 일정한 값으로 고정하고, 최적 하우징 비율은 ht 및 hb를 조합하여 결정하는 것이 바람직하다.
이하, 최적 비율을 더욱 자세하게 설명한다.
도 13은 상하단 내부 하우징의 강성비(Kt/Kb)를 가로축에, 상하단 내부 하우징의 강성비(Kt/Kb)가 1일 경우의 상하 합계 내부 하우징의 강성(K0)에 대한 그 때의 상하 합계 내부 하우징의 강성(K)의 비(α)를 세로축에 나타낸 그래프이다.
각 기호의 의미는 다음 수학식에 관련된다.
내부 하우징의 높이(ht+hb)는 어느 한 강성치(K, K0)에 있어 일정한 값이다.
상하단 내부 하우징의 강성비가 1.02 내지 1.18의 범위내의 값으로 유지될 때, 상하 합계 내부 하우징의 강성비(α)는 1.0025를 초과한 값을 나타내고, 주어진 내부 하우징 높이(ht + hb)를 일정하게 유지하면서도 최적 하우징 비율을 얻을 수 있다는 것을 도 13으로부터 이해할 수 있다.
이하, 최적 하우징 비율을 실현하는 조건을 설명한다.
상하단 내부 하우징의 폭이 일정할 때, 상하단 내부 하우징의 비와 상하단 내부 하우징의 강성비간의 사이에는 선형 일대일 대응하는 관계이기 때문에, 상하단 내부 하우징의 높이비와 상하 합계 내부 하우징의 강성비(α)간의 관계를 용이하게 얻을 수 있다.
도 14는 상하단 내부 하우징의 높이비(ht/hb)를 가로축에, 상하단 내부 하우징의 높이비(ht/hb)가 1(하나)일 경우의 상하 합계 내부 하우징의 강성에 대한 그 때의 상하 합계 내부 하우징의 강성의 비(α)를 세로축에 나타낸 그래프이다. 상하단 내부 하우징의 높이비가 0.72 내지 0.98의 범위내의 값으로 유지될 때, 상하 합계 내부 하우징의 강성비(α)는 1.0025를 초과하는 값을 나타내고, 주어진 내부 하우징 높이(ht + hb)를 일정하게 유지하면서 최적 하우징 비율을 얻을 수 있다는 것을 도면으로부터 이해할 수 있다.
한편, 상하단 내부 하우징의 높이(ht, hb)가 서로 같더라도, 하우징의 폭을 서로 다르게 함으로써 강성을 동등하게 만들 수 있다.
도 15는 제3실시예와 같이, 상단 내부 하우징의 상부측이 조작측 및 구동측 외부 하우징 각각에 대해 2 점에서 지지되고, 압연 하중을 부가하기 위한 압하 실린더가 조작측 및 구동측에 배치되는 경우에, 상하단 내부 하우징의 강성비를 가로축에, 상기 폭 비를 세로축에 나타낸 그래프이다. 상하단 내부 하우징의 높이는 서로 같고, 즉 ht = hb 이다. 계산은 도 12의 계산과 동일한 방법을 기초로 한다.
상하단 내부 하우징의 폭 비(Wt/Wb)를 0.78 내지 0.94의 범위내의 값으로 설정함으로써, 상하단 내부 하우징의 강성비(Kt/Kb)를 1.02 내지 1.18의 범위내의 값으로 설정할 수 있으며, 이에 따라 제한된 밀 설치 공간내의 최적 하우징 비율을 결정할 수 있다.
상술된 실시예에 있어서, 상단 내부 하우징의 상부측을 외부 하우징에 지지시키기 위한 상단측 지지수단은 패스라인 조정장치의 로커판으로 형성되고, 하단 내부 하우징의 하부측을 외부 하우징에 지지시키기 위한 하단측 지지수단은 압하 실린더의 로커판으로 형성된다. 그러나, 이와는 반대로, 상단측 지지수단이 압하 실린더의 로커판으로 형성될 수 있으며, 하단측 지지수단이 패스라인 조정장치의 로커판으로 형성될 수 있다. 이 경우, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 비록 상기 실시예들은 20단 압연기에 관하여 기술하였지만, 본 발명을 12단 압연기에 적용시켜도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 분할 하우징형 다단 압연기에 있어서, 밀 강성의 저하를 가능한 한 작게 억제함으로써 우수한 판 제어 능력을 구비한 안정된 압연을 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 패스라인 위쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하기 위한 상단 내부 하우징; 패스라인 아래쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하기 위한 하단 내부 하우징; 및 상기 상단 및 상기 하단 내부 하우징을 포함하기 위한 조작측 및 구동측 외부 하우징을 포함하는 클러스터형 다단 압연기에 있어서,
    상기 상단 내부 하우징의 상부측 및 상기 조작측 및 상기 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 상기 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상기 상단 내부 하우징의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단; 및
    상기 하단 내부 하우징의 하부측 및 상기 조작측 및 상기 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 상기 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대해 중간의 1점에서 상기 하단 내부 하우징의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 포함하고,
    상기 상단 및 상기 하단 내부 하우징간의 수직 강성비가 상기 상단 내부 하우징의 강성/상기 하단 내부 하우징의 강성으로 정의되고, 하우징 비율은 상기 수직 강성비가 1.02 내지 1.18의 범위내의 값이 될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 클러스터형 다단 압연기.
  3. 패스라인 위쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하기 위한 상단 내부 하우징; 패스라인 아래쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하기 위한 하단 내부 하우징; 및 상기 상단 및 상기 하단 내부 하우징을 포함하기 위한 조작측 및 구동측 외부 하우징을 포함하는 클러스터형 다단 압연기에 있어서,
    상기 상단 내부 하우징의 상부측 및 상기 조작측 및 상기 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 상기 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상기 상단 내부 하우징의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단; 및
    상기 하단 내부 하우징의 하부측 및 상기 조작측 및 상기 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 상기 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대해 중간의 1점에서 상기 하단 내부 하우징의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 포함하고,
    상기 하단 내부 하우징의 높이는 상기 상단 내부 하우징의 높이보다 더 높은 것을 특징으로 하는 클러스터형 다단 압연기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 하단 내부 하우징에 대한 상기 상단 내부 하우징의 높이비는 0.72 내지 0.98의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 클러스터형 다단 압연기.
  5. 패스라인 위쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하기 위한 상단 내부 하우징; 패스라인 아래쪽에 배치된 한 롤 그룹을 포함하기 위한 하단 내부 하우징; 및 상기 상단 및 상기 하단 내부 하우징을 포함하기 위한 조작측 및 구동측 외부 하우징을 포함하는 클러스터형 다단 압연기에 있어서,
    상기 상단 내부 하우징의 상부측 및 상기 조작측 및 상기 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 상기 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대한 전후측의 2점에서 상기 상단 내부 하우징의 상부측을 지지하는 상단측 지지수단; 및
    상기 하단 내부 하우징의 하부측 및 상기 조작측 및 상기 구동측 외부 하우징 사이에 배치되어 있어, 조작측 및 구동측 각각에 있는 상기 외부 하우징에 대하여, 패스방향에 대해 중간의 1점에서 상기 하단 내부 하우징의 하부측을 지지하는 하단측 지지수단을 포함하고,
    상기 하단 내부 하우징의 패스방향으로의 폭은 상기 상단 내부 하우징의 패스방향으로의 폭보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 클러스터형 다단 압연기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 하단 내부 하우징에 대한 상기 상단 내부 하우징의 폭 비는 0.78 내지 0.94의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 클러스터형 다단 압연기.
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