KR100511117B1 - 종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤 및 그것을이용한 종형 열처리로 - Google Patents

종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤 및 그것을이용한 종형 열처리로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉연 스트립 강 등의 금속 스트립을 통과시켜 열처리하는 종형 열처리로와 그 종형 열처리로의 가열·균열로에 적용되는 하스 롤에 관한 것이다. 본 발명의 구체적인 수단으로서, 가열·균열로용 하스 롤의 중앙부의 평탄부에 연결되는 제 1 테이퍼부의 롤축 방향으로부터 테이퍼 각이 계속되는 제 2 테이퍼부의 롤축 방향으로부터의 테이퍼 각보다 크고, 또한 평탄부의 길이[Lc(mm)]와 제 1 테이퍼부의 길이[L1(mm)]가 0.5W최소≤Lc≤W최소 및 W최소≤Lc+2×L1≤W최대 -400으로 규정되는 것을 특징으로 한다. 단, W최소는 금속 스트립의 최소폭(mm)이고, W최대는 최대폭(mm)이다.

Description

종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤 및 그것을 이용한 종형 열처리로{HEARTH ROLLS FOR HEATING FURNACE AND SOAKING FURNACE OF VERTICAL HEAT TREATING FURNACE AND VERTICAL HEAT TREATING FURNACE INCLUDING HEARTH ROLLS}
본 발명은 냉연 스트립 강 등의 금속 스트립을 통과시켜 열처리를 행하는 종형 열처리로의 가열로 및 균열로용 하스 롤(hearth roll) 및 그 하스 롤을 사용한 종형 열처리로(vertical heat treating furnace)에 관한 것이다.
종형 열처리로는 통상 가열로, 균열로 및 냉각로의 각 섹션으로 나뉘고, 소정의 열처리 사이클을 부여하도록 되어 있다. 또한, 본 발명에서는 종형 열처리로내에 있는 가열로 및 균열로를 하나의 설비로서 취급하고, 이하 가열·균열로라 칭한다. 또한, 종형 열처리로는 노내의 상부와 하부에 다수의 하스 롤을 반송 롤로서 배치하고, 이들 하스 롤에 금속 스트립을 순차적으로 현가하면서 통과시키고, 이 과정에서 금속 스트립에 필요한 열처리를 행하는 것이다.
그러나, 통과하는 금속 스트립도 결코 평탄한 것이 아니고, 휘어짐이나 국소적인 신장 등이 존재하기 때문에, 통과시에 사행(meandering) 등의 반송 문제가 발생하기 쉽다.
특히, 최근, 대형의 종형 열처리로(상측 롤과 하측 롤의 간격이 15m 내지 20m를 초과하는 종류)가 다수 건설되어 있고, 이러한 설비에 있어서는 반송 문제의 방지가 주요 과제라고 말해도 과언은 아니다.
이 금속 스트립의 반송 문제를 방지하기 위해서, 종래부터 하스 롤에 크라운을 설치하는 등 롤 형상의 고안이 이루어지고 있다. 그러나, 반송 문제중 사행을 방지하기 위해 큰 크라운을 부여해 버리면, 이번에는 금속 스트립이 폭 방향으로 좌굴해 버리는 휨(buckling)이라고 하는 문제가 발생할 우려가 있다. 이러한 현상은 특히 노내의 온도가 높은 경우에 현저하고, 통과상의 문제와 연관되어 설비의 가동 능률 저하 및 양품률 저하의 주요한 원인의 하나로 되었다.
종형 열처리로 내부를 통과하는 금속 스트립의 반송 문제인 사행이나 휨을 효율적으로 방지하기 위해서 종래부터 여러가지 고안이 이루어져 왔다.
예를 들면, 하스 롤의 내부 구조를 고안하여 롤 내부의 열 팽창을 이용하여 롤 크라운을 제어하도록 한 예로서, 일본 특허 공개 공보 제 1980-100919 호, 일본 특허 공개 공보 제 1982-137431 호가 있다.
또한, 일본 특허 공개 공보 제 1995-331335 호, 일본 특허 공개 공보 제 1991-47926 호에는 하스 롤의 외부로부터 열을 받아 온도를 제어하여 하스 롤의 크라운을 제어하는 기술이 개시되어 있다.
한편, 하스 롤의 형상 자체를 고안한 종래예로서는 일본 특허 공개 공보 제 1996-199247 호, 일본 특허 공개 공보 제 1995-138656 호, 일본 특허 공개 공보 제 1983-120739 호, 일본 특허 공개 공보 제 1977-136812 호 등이 있다. 이들 공보는 하스 롤의 중앙부를 평탄한 형상 또는 크라운 형상으로 하여, 그 양측에 테이퍼를 설치하도록 한 1 단 테이퍼를 갖는 하스 롤에 관한 것이다.
여기서, 본 출원인은 일본 특허 공개 공보 제 1984-116331 호에 있어서, 하스 롤의 형상으로서, 상술한 1 단의 테이퍼 형상의 롤, 크라운 형상의 롤과 함께, 2 단 테이퍼 형상의 롤을 이용할 수도 있다는 것을 이미 개시하고 있다(일본 특허 공개 공보 제 1984-116331 호의 도 3 참조).
그러나, 최근 자동차 차체의 일체 성형용 강판으로서 종래보다 폭이 넓은 강판이 요구되고 있다.
그 때문에, 하나의 종형 열처리로에 있어서, 종래 이상으로 판 폭 범위가 넓은 금속판, 특히 강판을 통과시키는 것이 요구되고 있다.
자동차용 강판의 경우, 종래에는 판 폭 800mm 내지 1500mm의 범위에서의 작업이지만, 최근에는 동일 라인에서 판 폭 800mm 내지 1800mm정도, 경우에 따라서는 그 이상의 판 폭의 통과도 요구되기에 이르고 있다.
이와 같이 판 폭 범위가 넓으면, 종래와 같이 단순히 1 단 테이퍼 롤의 롤 형상 그 자체만을 고안해서는 반송 문제에 충분히 대응할 수 없다.
1 단 테이퍼 롤에 대해서는 최적의 롤 형상이 이미 알려져 있고, 종래의 판 폭 범위의 작업에 있어서, 사행과 휨의 발생을 방지하는 유효한 수단이라고 하지만, 예를 들면 최대와 최소의 판폭비가 2 이상과 같이 넓은 판 폭 범위에 그대로 적용할 수 없다.
본 출원인은 1 단 테이퍼 롤의 경우, 테이퍼의 경사를 작게 하면 판 폭이 넓은 금속 스트립에 대하여 휨의 발생을 효율적으로 방지할 수 있지만, 한편 판 폭이 좁은 금속 스트립에서 사행이 발생하기 쉽게 되고, 또한 테이퍼의 경사를 크게 하면 판 폭이 좁은 금속 스트립에서 사행을 효율적으로 방지할 수 있지만, 판 폭이 넓은 금속 스트립에서 특히 판 두께가 얇은 경우, 휨이 발생하기 쉽다는 문제가 있다는 것을 발견했다. 그 때문에, 1 단 테이퍼 롤을 이용하여, 넓은 판 폭 범위를 따라 대응시킬 수 없다.
또한, 온도 제어에 의해서 하스 롤의 크라운을 제어하는 방식을 적용하더라도, 그대로는 이러한 넓은 판 폭 범위를 따라 대응시킬 수 없고, 이러한 넓은 판 폭 범위를 따라 대응시키기 위해서는 큰 설비 개조가 필요하게 되는 것이다.
또한, 종형 열처리로에 있어서 거의 일정한 속도로 통과하는 정상 상태라면, 종래의 하스 롤에 의해서도 어느 정도 안정적으로 통과할 수 있지만, 여러 치수 및 여러 강의 종류에 대응하는 노 등의 작업 조건이 변동하거나 작업 이상에 대응하여 작업 조건을 변경하는 경우, 종종 상당하는 통과 속도의 변경을 수반한다. 이러한 속도 변경시(정상 속도의 40내지 50에 상당하는 변동시)에 자주 사행이나 휨이 발생하기 쉽고, 종래의 하스 롤에서는 이들의 통과 속도 변경까지 고려하여 안정한 통과성을 달성하는 것은 지극히 어렵고, 또한 2 단 테이퍼의 롤을 이용하는 것조차 이것은 용이하지 않았다.
또한, 예를 들면 스트립 강의 연속 소둔로의 경우, 정상 상태에 있어서의 통과 속도는 200m/분 내지 400m/분 정도인 것이 보통이다.
본 발명은 큰 설비 개조를 필요로 하는 일 없이, 염가인 설비 비용만으로 또한 간단한 하스 롤의 최적화를 행하는 것만으로 넓은 판 폭 범위의 반송에 대응시키는 것을 가능하게 한 것으로, 특히 최대와 최소의 판폭비가 2 이상으로 되는 판 폭 범위가 넓은 경우의 종형 열처리로의 가열·균열로에 특히 적합하다.
본 출원인은 2 단 테이퍼 롤의 형상과 배치를 최적화함으로써, 종래보다 한층 더, 특히 넓은 판 폭 범위 및 속도 변화에도 대응하여 사행과 휨을 방지할 수 있다는 것을 발견했다.
즉, 중앙부에 평탄부를 갖고, 그 평탄부의 양측에 각각 2 단의 테이퍼부를 대칭으로 갖고 있고, 평탄부에 이어지는 제 1 테이퍼부의 경사가 계속되는 제 2 테이퍼부의 경사보다 크고, 또한 평탄부의 길이[Lc(mm)]와 제 1 테이퍼부의 길이[L1(mm)]가 하기 수학식 1 및 수학식 2로 규정되는 관계에 있는 종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤에 의해서 상기 과제를 해결한 것이다.
또한, 상기 평탄부와 제 1 테이퍼부의 경계부에 볼록한 곡률부와, 제 1 테이퍼부와 제 2 테이퍼부의 경계부에 오목한 곡률부를 각각 곡률 반경 20m 이상으로 설치해 놓는 것이 바람직하다는 것을 발견했다.
그리고, 상기 제 1 테이퍼부의 경사(R1)가 0.2 ×10-3 내지 10 ×10-3의 범위에 있고, 제 2 테이퍼부의 경사(R2)가 0.05 ×10-3 내지 4 ×10-3의 범위에 있는 것이 바람직하다는 것을 발견했다.
또한, 상술한 종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤을 반송 롤로 이용하는 종형 열처리로에 있어서, 상기 종형 열처리로의 가열·균열로의 입구측의 하스 롤이 하기 수학식 3 및 수학식 4를 충족시키고, 가열·균열로의 중간에서부터 출구측까지의 하스 롤이 하기 수학식 5 및 수학식 6을 충족시키고, 또한 가열·균열로의 노내에 나란히 배치된 상측 롤과 하측 롤의 각각의 하스 롤 그룹에 있어서, 길이[Lc 및 (Lc+ 2 ×L1)]가 노의 입구측으로부터 출구측을 향하여 단계적으로 또는 순차적으로 커지는 것을 특징으로 하는 종형 열처리로에 의해서 상기 과제를 해결한 것이다.
또한, 상기 종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤을 반송 롤로 이용하는 종형 열처리로에 있어서, 상기 가열·균열로의 입구측의 하스 롤이 하기 수학식 3, 수학식 4, 수학식 7 및 수학식 8을 충족시키고, 가열·균열로의 중간에서부터 출구측의 하스 롤이 하기 수학식 5, 수학식 6, 수학식 9 및 수학식 10을 충족시키고, 또한, 노내에 나란히 배치된 상측 롤과 하측 롤의 각각의 하스 롤 그룹에 있어서, 길이[Lc 및 (Lc+ 2 ×L1)]가 노의 입구측으로부터 출구측을 향하여 단계적으로 또는 순차적으로 커지고, 테이퍼의 경사(R1, R2)가 노의 입구측으로부터 출구측을 향하여 단계적으로 또는 순차적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 종형 열처리로에 의해서 상기 과제를 해결한 것이다.
여기서,
0.5W최소 ≤ Lc ≤ W최소
W최소 ≤ Lc+ 2×L1 ≤ W최대-400
0.5W최소 ≤ Lc ≤ 0.7W최소
W최소 ≤ Lc+2×L1 ≤ (W최소+ W최대-400)/2
0.7W최소 ≤ Lc ≤ W최소
(W최소+ W최대-400)/2 ≤ Lc+ 2×L1 ≤ W최대-400
3.0×10-3 ≤ R1 ≤ 10×10-3
1.2×10-3 ≤ R2 ≤ 4.0×10-3
0.2×10-3 ≤ R1 ≤ 3.0×10-3
0.05×10-3 ≤ R2 ≤ 1.2×10-3
여기에서, W최소 : 열처리하는 금속 스트립의 최소폭(mm)
W최대 : 열처리하는 금속 스트립의 최대폭(mm)
또한, 여기서 노의 입구측, 중간, 출구측의 구분은 임의적이어도 무방하다.
또한, 단계적으로 크게 한다는 것은, 인접하는 롤(상측 롤, 하측 롤을 상이한 롤 계열로서 취급하는 경우는 각각의 계열 내에 인접하는 롤)에 있어서 Lc 등의 값이 같은 개소도 있지만, 입구측으로부터 출구측에까지 적어도 하나의 개소에서는 이들의 값이 인접하는 다음 롤이 커지고 있다는 것을 지시한다. 단계적으로 작게 하는 경우도 마찬가지이다. 이들의 전형적인 형태로서는 노내의 롤을 몇개의 블럭으로 나누고, 블록 사이에서 값을 변화시키는 것을 생각할 수 있다.
우선, 본 발명의 하스 롤(hearth roll)로서 적용되는 2 단 테이퍼 롤에 대하여 도 1에 근거하여 설명한다.
본 발명의 하스 롤(1)은 그 중앙부에 길이[Lc(mm)]의 평탄부가 있고, 그 평탄부의 양측에 길이[L1(mm)]의 제 1 테이퍼부, 또한 양측에 길이[L2(mm)]의 제 2 테이퍼부가 있고, 좌우 대칭의 2 단 테이퍼 구조로 되어 있다.
또한, 평탄부는 대략 평탄하더라도 무방하고, 예를 들면 곡률 반경 1OOm 이상의 완만한 곡면을 형성하고 있어도 좋다.
여기서, 제 1 테이퍼부의 경사(C1/L1)는 R1이고, 제 2 테이퍼부의 경사(C2/L2)는 R2이고, R1 > R2로 되어 있다.
또한, 평탄부와 제 1 테이퍼부의 경계와, 제 1 테이퍼부와 제 2 테이퍼부의 경계는 사행 및 휨을 방지하기 위해서도, 걸림과 각이 없는 둥근 형상으로서 하는 것이 적합하고, 각각 볼록한 곡률부(11) 및 오목한 곡률부(12)로 된다. 단, 될 수 있는 한 이음매를 완만하게 하는 것이 바람직하기 때문에, 각각의 곡률 반경은 20m 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 평탄부의 양측의 2단의 테이퍼부는 반드시 대칭일 필요는 없고, 목적에 따라서 좌우의 2 단 테이퍼부의 경사 또는 그 테이퍼부의 폭을 변경해도 무방하다.
다음에, 본 발명을 적용하는 대표적인 종형 열처리로의 개략도를 도 2에 도시한다.
도 2의 예에서, 종형 열처리로(2)는 가열을 행하는 가열로(3)와 균열을 행하는 균열로(4)로 이루어져 있고, 그 노가 연속화되어 있다. 또한, 가열로(3) 전에 예열로를 설치하는 경우도 있지만, 그 경우에 예열로의 하스 롤은 가열로의 입구측의 하스 롤 그룹과 동등하다고 볼 수 있다. 금속 스트립(7)은 종형 열처리로(2), 즉 가열로(3)의 입구부로부터 노내로 들어가고, 노내의 상하에 설치된 상측 하스 롤(1a)과 하측 하스 롤(1b)에 현가되어 통과된다. 노내를 통과하는 금속 스트립(7)은 가열체(5)에서 필요한 가열이 행해진다. 여기서, 도면을 보기 편하게 하기 위해 일부밖에 가열체(5)를 기재하지 않고 있지만, 실제로는 노내의 가열로(3), 균열로(4)의 소요 개소에 다수 가열체(5)가 배치되어 있다. 실제 가열체로서는 라디에이터 튜브 등이 사용되고 있다.
여기서, 하스 롤(1)의 크라운이 가열체(라디에이터 튜브)(5)로부터의 복사열에 의해 변형하지 않는 형태로, 하스 롤(1)과 가열체(라디에이터 튜브)(5) 사이에 차폐판(6)을 설치하는 것이 종래에 실행되고 있었지만, 이 차폐판(6)에 대해서도 가장 효과적인 설치 장소를 검토했다.
그 결과, 금속 스트립(7)의 온도가 이미 노내의 온도 및 가열체(라디에이터 튜브)(5)의 온도에 근접하는 가열로(3)의 후반 및 균열로(4)에 있어서, 이 차폐판(6)의 효과는 현저하지 않고 금속 스트립(7)의 온도가 노내의 온도 및 가열체(라디에이터 튜브)의 온도와 비교해서, 상당히 낮은 가열로(3)의 전반에 있어서, 이 차폐판(6)의 효과가 크다는 것이 확인되었다.
이 차폐판(6)이 없는 경우에는, 가열로(3)의 전반의 하스 롤(1)의 양단부가 가열체(라디에이터 튜브)(5)에 의해 가열되고, 그 반대로 하스 롤(1)의 중앙부는 온도가 낮은 금속 스트립(7)에 의해서 저온으로 유지되기 때문에, 하스 롤이 오목 크라운이 되기 쉽고, 금속 스트립(7)의 사행이 발생하기 쉽게 된다.
차폐판(6)을 설치함으로써, 하스 롤(1)의 양단부가 가열체(라디에이터 튜브)(5)에 의해 가열되기 어렵게 되고, 하스 롤의 크라운은 정상으로 유지되며, 사행도 경감할 수 있다는 것이 판명되었다.
도 3은 노내를 통과하는 금속 스트립의 판 폭을 횡축으로 하고, 판 두께를 종축으로 하고, 종래의 1 단 테이퍼 롤과 비교하여 본 발명에서 적용하는 2 단 테이퍼 롤의 적용에 의해 사행성 및 휨성이 어떻게 양호해지고, 작업을 안정시킬 수 있는가를 설명하는 그래프이다.
여기서, 롤의 테이퍼 각, 테이퍼 경계부의 곡률 반경 등은 본 발명에 기재하는 바람직한 조건을 충족시키는 것을 사용했다. 또한, 도 4 및 도 5의 그래프내의 표시(△, ◇)에 있어서의, 각 통과 문제의 발생은 통과 속도를 정상 속도(300m/분)보다 50저하시킨 경우의 문제 발생의 유무로 판정하였다. 또, 후술하는 도 4 및 도 5에 있어서도 마찬가지이다.
종래의 1 단 테이퍼 롤에서는 금속 스트립의 최대/최소 판폭비(W최대/W최소)가 기껏해야 1 내지 2 미만의 범위내에서 사행과 휨을 거의 방지할 수 있어서 작업을 안정시킬 수 있다. 그리고, 판폭비(W최대/W최소)가 2 이상에서는 하스 롤의 평탄부의 길이, 테이퍼 길이 등을 어떻게 조정하더라도, 판 폭이 넓고 판두께가 얇은 금속 스트립에 대해서는 휨의 발생을 완전히 방지할 수가 없었다. 한편, 본 발명에 사용하는 2 단 테이퍼 롤에서는 하스 롤의 설정 조건까지 조정되면, 판폭비(W최대/W최소)가 2 이상의 넓은 범위에서 사행 및 휨을 효율적으로 방지할 수 있다.
본 출원인은 이상의 사실을 바탕으로 하여 더욱 상세한 연구를 행하여 본 발명에 이른 것이다.
이하에, 본 출원인이 행한 연구의 결과 얻어진 사실을 설명한다.
우선, 2 단 테이퍼 롤(도 1 참조)인 하스 롤의 평탄부의 길이(Lc)의 최적값은 통과하는 금속 스트립의 최소 판 폭(W최소)에 의해서 결정되고, 0.5W최소 ≤ Lc ≤ W최소으로 하는 것이 최적이다.
Lc가 0.5W최소 이하로 되면, 통상은 테이퍼부에서의 판의 폭이 지나치게 커져서 휨이 발생하기 쉽게 된다.
여기서, 이 값은 종형 열처리로의 노내에서의 하스 롤을 배치하는 위치에 의해서 변화하도록 하는 것이 바람직하고, 노의 입구측부(즉, 가열로 입구측부)에서는 판 폭이 좁은 금속 스트립의 사행을 방지하기 위해서도 0.5W최소 ≤ Lc ≤ 0.7W최소로 하고, 노의 중간에서부터 출구측(즉, 균열로 출구측)까지는 금속 스트립의 온도가 올라가는 것 등으로부터 0.7W최소 ≤ Lc ≤ W최소로 하는 것이 최적이다고 판명되었다.
노의 후반에서는 통상 판의 형상은 개선되어 있고, 사행은 일어나기 어렵게 된다. 따라서, Lc를 0.7W최소 이상으로 하는 범위에서 크게 하는 쪽이, 휨 방지에 효과적이다는 것을 판명하였다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 가열로의 입구측에서 W최소가 지나치게 크면, 금속 스트립의 형상이 아직 완전히 바로잡히지 않았기 때문에, 하스 롤 양측의 테이퍼를 어떻게 조정하더라도, 자주 사행의 문제가 발생하고 속도 저하 등의 문제가 발생한다.
역으로, 도 4에 도시하는 바와 같이, 가열로의 중앙으로부터 균열로까지는 평탄부 길이(Lc)를 가열로의 입구측과 비교하여 크게하지 않으면, 하스 롤 양측의 테이퍼를 어떻게 조정하더라도, 폭이 넓은 금속 스트립에 있어서는 자주 휨 문제가 발생한다. 단, Lc의 최대값은 W최소를 초과하는 일이 없다. Lc를 W최소보다도 크게 설계하면, 가열로의 중앙으로부터 균열로까지의 금속 스트립의 형상은 수정되지만, W최소의 경우에 가열로의 중앙으로부터 균열로까지 사행이 발생하기 때문이다.
다음에, 제 1 테이퍼부의 폭(L1)에 대해서도 철저한 연구와 실제 기계에 있어서의 테스트를 반복한 결과, W최소 ≤ Lc+2×L1 ≤ W최대-400의 범위에서, 또한 Lc+2×L1이 가열로의 입구측으로부터 출구측에까지 순차적으로 커지도록 설계하는 것이 적합하다는 것을 판명하였다.
Lc+2×L1은 폭이 좁은 금속 스트립의 사행을 방지하기 위해서, 금속 스트립의 최소폭(W최소) 이상으로 할 필요가 있다. 또한, Lc+2×L1이 최대폭(W최대)-400 보다도 커지면, 하스 롤의 2 단에 있는 테이퍼부의 경사(R1, R2)를 어떻게 선택하더라도, 폭이 넓은 금속 스트립에서 휨이 발생하기 쉽게 된다.
도 5에서, Lc+2×L1의 최적 범위와 이 범위를 벗어난 경우의 사행 및 휨의 발생 상황을 도시한다. R1, R2를 어떻게 선택하더라도, Lc+2×L1이 적절하지 않으면 사행 및 휨의 발생을 완전히 방지하는 것은 어렵다는 것을 판명했다.
또한, 테이퍼부의 경사(R1, R2)에 대해서는, R1 > R2의 관계로 하고, R1을 0.2×10-3 내지 10×10-3으로 하고, R2를 0.05×10-3 내지 4×10-3 으로 하는 것이 적합하다는 것이 명확하게 되었다.
또한, R1, R2에 대해서는 노의 입구측부에서 각각 3.0×10-3 ≤ R1 ≤ 10×10-3 및 1.2×10-3 ≤ R2 ≤ 4.0×10-3 을 충족시키고, 노의 출구측부에서는 각각 0.2×10-3 ≤ R1 ≤ 3.0×10-3 및 0.05×10-3 ≤ R2 ≤ 1.2×10-3 을 충족시키는 것이 더욱 바람직하다는 것을 알았다. 그 이유도 Lc 등의 경우와 마찬가지로, 노의 후반부에서 보다 휨 방지를 중시하는 설계로 하는 것이 바람직하기 때문이다.
여기서, L1, Lc+2×L1, R1, R2의 각각의 값은 종형 열처리로의 가열·균열로의 입구측에서부터 출구측에까지 순차적으로 크게 하지만, 경우에 따라서 동일하게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 순차적으로 크게 하는 방식으로서는, 노내를 2 부분으로 나누어, 전단과 후단의 2 단계로 하여 변화시키도록 해도 무방하고, 3 단계 내지 5 단계 정도로 순차적으로 크게 하도록 해도 무방하다. 또한, 연속하여 순차적으로 크게 하도록 해도 무방할 것이다. 또, 통상적으로 노내에 설치되는 여러개의 CPC(사행 교정) 롤 등의 특수 롤에 대해서는 갯수가 적기 때문에, 본 발명의 롤 형상의 범위가 아니고, 예컨대, 플랫 롤에서도 본 발명의 효과는 충분히 얻어진다는 것도 판명되었다.
하스 롤은 종형 열처리로의 노내에 상하로 설치되지만, 그 상측과 하측에서는 중력의 영향 등에 의해 금속 스트립에 대한 장력의 인가 상태가 상이해지기 때문에, 상술한 롤 파라미터를 순차적으로 크게하는 것은 상측 롤과 하측 롤의 각 롤 그룹으로 개별로 실행하도록 하는 것이 바람직하다는 것도 분명하게 되었다.
여기서 실제의 하스 롤의 롤 형상(Lc 및 L1로 규정)을 표 1에서 몇개를 예시하고 있다.
표 1에서는 종형 열처리로내를 통과하는 금속 스트립의 최소 판 폭(W최소)과 최대 판 폭(W최대)의 각 케이스에 대하여, 노내에 적용하는 하스 롤의 Lc 및 L1의 관계를 나타내고 있다.
표 1에서는 W최소와 W최대의 각 케이스에 대하여, Lc의 최소값(최소), 중앙값(중앙), 최대값(최대)의 각각 대하여 L1의 최소값(최소), 중앙값(중앙), 최대값(최대)을 매트릭스로 표시하고 있다. 여기서, 괄호로 나타낸 수치는 실제로는 적용하지 않는 값이다.
본 발명에 있어서는, 종형 열처리로내의 가열·균열로의 입구측부에서는 Lc의 최소값(min) 및 중앙값(mid)과, L1의 최소값(min) 및 중앙값(mid)의 범위의 값을 이용하고, 종형 열처리로내의 가열·균열로의 중간에서부터 출구측부에서는 Lc의 중앙값(mid) 및 최대값(max)과 L1의 중앙값(mid) 및 최대값(max)의 범위의 값을 이용하도록 하는 것이 바람직하다.
케이스 W최소(mm) W최대(mm) W최대 W최소 Lc(mm) L1 (mm) 판의 통과성
최소 중앙 최대 사행 휨
1 500 1000 2.0 최소 : 250 125 150 (175)
중앙 : 350 75 100 125
최대 : 500 (0) 25 50
2 500 1500 3.0 최소 : 250 125 275 (425)
중앙 : 350 75 225 375
최대 : 500 (0) 150 300
3 800 1500 1.9 최소 : 400 200 275 (350)
중앙 : 560 120 195 270
최대 : 800 (0) 75 150
4 800 1800 2.3 최소 : 400 250 350 (500)
중앙 : 560 150 270 420
최대 : 800 (0) 150 300
5 800 2000 2.5 최소 : 400 250 400 (600)
중앙 : 560 150 300 520
최대 : 800 (0) 200 400
6 1000 2000 2.0 최소 : 500 250 400 (550)
중앙 : 700 150 300 450
최대 : 1000 (0) 150 300
7 800 1800 2.3 최소 : 700 400 450 500 × ×
중앙 : 850 300 350 400
최대 : 1000 250 275 300
8 800 1800 2.3 최소 : 200 250 275 300 × ×
중앙 : 300 200 225 250
최대 : 400 150 175 200
비고 W최소≤Lc+2×L1≤W최대-400 W최소 : 최소 판 폭 W최대 : 최대 판 폭 Lc : 하스 롤 중앙부의 플랫부 폭 L1 : 중앙부 테이퍼의 폭 : 정상 ×: 문제 발생
케이스 7에서는, 수학식 1; 0.5W최소 ≤ Lc ≤ W최소 및/또는 수학식 2; W최소 ≤ Lc+ 2×L1 ≤ W최대-400를 만족하지 않기 때문에, 폭이 좁은 재료는 수학식 1을 만족하지 않으므로 사행이 빈발하고, 폭이 넓은 재료는 Lc+2×L1이 지나치게 커서 수학식 2를 만족하지 않으므로 휨이 빈발했다.
역으로, 케이스 8에서는, 수학식 2의 전제 조건인 수학식 1을 만족하지 않으므로 휨이 빈발했다. 단지, 케이스 8에서는, Lc+2×L1의 값이 작기 때문에 사행 교정 능력이 작아져서 사행도 빈발했다.
본 발명의 채용에 의해서, 라인 정지, 라인 속도 저하 등에 의해서 발생하는 불량품에 의해 열화하는 양품율이 평균 0.2개선된 이외에, 사행 및 휨에 의한 설비의 가동율과 속도 달성율 각각의 저하율이 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이 크게 향상되었다.
도 6은 본 발명에 의한 종형로를 채용한 경우와, 종래 형태의 종형로를 채용한 경우의 사행 및 휨에 의한 설비 가동율의 저하율을 나타낸 도면이다. 큰 사행 또는 강판의 큰 휨이 발생하면, 결국 속도를 저하하여 작업하는 것으로 되지만, 정도가 심하게 되면, 운전을 멈추고 노의 온도를 내려 스트립 강의 처리를 하게 되어 설비의 가동율이 저하하게 된다. 이 경우, 설비 가동율의 저하율은 사행 및 휨에 의한 설비 정지 시간과 작업 시간의 비율로 나타내고 있다. 본 발명의 채용에 의해, 종래 3정도 발생하고 있었던 가동율의 저하율이 0.5이하로 되었다(주: 이 작업 시간은 보통의 시간으로부터 휴식 시간, 처리 대체 시간 등을 뺀 후의 가능 운전 시간이다).
또한, 도 7은 본 발명에 의한 종형로를 채용한 경우와 종래 형태의 종형로를 채용한 경우의 사행 및 휨에 의한 속도 달성율의 저하율을 나타낸 도면이다. 이 속도 달성율은 설비의 능력으로부터 계산되는 속도와 실제의 운전 속도의 비율로서, 운전중의 능력을 나타내는 지표이다. 사행 또는 강판의 휨이 발생하면, 속도가 저하하고, 큰 불량이 발생하지 않도록 운전을 계속하는 처리가 보통 채용되어, 결국 속도의 달성율이 저하하게 되어서 예정된 생산량을 달성할 수 없게 된다. 본 발명의 채용에 의해, 종래 7% 정도 발생하고 있었던 속도 달성율의 저하율이 2% 정도로 되었다.
표 2 내지 표 4에 나타내는 롤 구성의 연속 소둔로(번호 1, 2, 4, 5, 6 ) 또는 연속 용융 아연로(번호 3, 7, 8)(상측 롤과 하측 롤 간격 20m, 정상 통과 속도 300m/분)를 사용하여 스트립 강의 통과를 행하였다.
본 발명에 있어서는, 판 폭 대응 범위가 넓은 종형 열처리로(W최대/W최소≥2)에 있어서, 통과 속도가 40%(최적 조건하에서는 50%) 이상 속도 변동이 발생하더라도, 사행 및 휨 등의 문제를 발생시키지 않아 안정되게 판이 통과할 수 있다는 것이 확인되었다.
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번호 블록 3(상열:상측 롤, 하열:하측 롤) 블록 4(상열:상측 롤, 하열:하측 롤)
대상 롤 (번호) Lc (mm) L1 (mm) Lc+2×L1(mm) R1 R2 대상 롤 (번호) Lc (mm) L1 (mm) Lc+2×L1(mm) R1 R2
(10-3)
(10-3)
1 8~208~20 600600 350350 13001300 0.20.4 0.10.2
2 6~76~7 600600 300300 12001200 1.01.5 0.81.2 8~118~11 650650 350350 13501350 0.40.6 0.20.4
3
4 8~207~20 850800 325275 15001350 0.20.35 0.150.25
5 8~207~20 500500 250250 10001000 0.30.5 0.20.3
6 9~208~20 700700 325325 13501350 0.20.4 0.10.2
7
8 6~76~7 600600 300300 12001200 0.30.5 0.20.3
번호 블록 5(상열:상측 롤, 하열:하측 롤) 대응 속도
대상 롤 (번호) Lc (mm) L1 (mm) Lc+2×L1(mm) R1 R2 사행 휨 구분
(10-3)
1 50 50 발명예
2 12~2012~20 750750 400400 15501550 0.150.2 0.050.1 50 50 발명예
3 50 50 발명예
4 50 50 발명예
5 50 50 발명예
6 4040 발명예
7 4040 발명예
8 4040 발명예
본 발명에 의해서, 종형 열처리로 즉, 가열·균열로내의 하스 롤의 형상이나 치수를 최적화할 수 있어서 넓은 판 폭 범위의 금속 스트립에서 사행과 휨이 발생하지 않는 안정한 작업이 가능해졌다. 그 결과, 양품율 저하, 라인 정지 및 라인 속도 저하 등의 문제 발생을 해소할 수 있었다.
도 1은 본 발명의 하스 롤의 설명도,
도 2는 종형 열처리로의 개략도,
도 3은 판 폭과 판 두께에 의해서 사행과 휨이 발생하는 조건을 설명하는 그래프,
도 4는 종형 열처리로에 있어서 사행과 휨이 발생하는 Lc의 조건을 나타내는 그래프,
도 5는 종형 열처리로에 있어서 사행과 휨이 발생하는 Lc+2×L1의 조건을 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 효과를 나타내는 사행, 휨에 의한 가동율 저하율의 도면,
도 7은 본 발명의 효과를 나타내는 사행, 휨에 의한 속도 달성율 저하율의 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 하스 롤 2 : 종형 열처리로
3 : 가열로 4 : 균열로
5 : 가열체(라디에이터 튜브) 6 : 차폐판
7 : 금속 스트립 11 : 볼록한 곡률부
12 : 오목한 곡률부 Lc : 하스 롤의 평탄부의 길이
L1 : 하스 롤의 제 1 테이퍼부의 길이
L2 : 하스 롤의 제 2 테이퍼부의 길이
R1 : 하스 롤의 제 1 테이퍼부의 경사
R2 : 하스 롤의 제 2 테이퍼부의 경사

Claims (7)

  1. 종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤(hearth rolls)에 있어서,
    중앙부에 평탄부를 갖고, 상기 평탄부의 양측에 각각 2 단의 테이퍼부를 대칭으로 구비하고, 상기 평탄부에 이어지는 제 1 테이퍼부의 경사가 제 1 테이퍼부에 이어지는 제 2 테이퍼부의 경사보다 크고, 또한 상기 평탄부의 길이[Lc(mm)]와 상기 제 1 테이퍼부의 길이[L1(mm)]의 관계가, 수학식 1 및 수학식 2, 즉,
    수학식 1
    0.5W최소 ≤ Lc ≤ W최소
    수학식 2
    W최소 ≤ Lc+2×L1 ≤ W최대 -400
    여기에서, W최소 : 열처리하는 금속 스트립의 최소폭(mm),
    W최대 : 열처리하는 금속 스트립의 최대폭(mm)으로 규정되는
    종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄부와 상기 제 1 테이퍼부의 경계부에 볼록한 곡률부 및 상기 제 1 테이퍼부와 상기 제 2 테이퍼부의 경계부에 오목한 곡률부를 각각 곡률 반경 20m 이상으로 설치하는 것을 특징으로 하는
    종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 테이퍼부의 경사(R1)가 0.2×10-3 내지 10×10-3의 범위에 있고, 상기 제 2 테이퍼부의 경사(R2)가 0.05×10-3 내지 4×10-3의 범위에 있으며, 단 R1 = C1/L1, R2 = C2/L2이며, 여기서 C1은 길이 L1의 제 1 테이퍼부 양단부의 롤 반경 차이이고, C2는 길이 L2의 제 2 테이퍼부 양단부의 롤 반경 차이인 것을 특징으로 하는
    종형 열처리로의 가열·균열로용 하스 롤.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 가열·균열로용 하스 롤을 반송 롤로 이용하는 종형 열처리로에 있어서,
    상기 종형 열처리로의 입구측의 하스 롤이 하기 수학식 3 및 수학식 4를 충족시키고, 중간에서부터 출구측까지의 하스 롤이 하기 수학식 5 및 수학식 6을 충족시키고, 또한 노내에 나란히 배치된 상측 롤과 하측 롤의 각각의 하스 롤 그룹에 있어서, 길이[Lc 및 (Lc+2×L1)]가 노의 입구측에서부터 출구측을 향하여 단계적으로 또는 순차적으로 커지는 것을 특징으로 하는
    수학식 3
    0.5W최소 ≤ Lc ≤ 0.7W최소
    수학식 4
    W최소 ≤ Lc+2×L1 ≤ (W최소+ W최대 -400)/2
    수학식 5
    0.7W최소 ≤ Lc ≤ W최소
    수학식 6
    (W최소+ W최대-400)/2 ≤ Lc+ 2×L1 ≤ W최대-400
    종형 열처리로.
  5. 제 3 항에 기재된 가열·균열로용 하스 롤을 반송 롤로 이용하는 종형 열처리로에 있어서,
    상기 가열·균열로의 입구측의 하스 롤이 하기 수학식 3, 수학식 4, 수학식 7 및 수학식 8을 충족시키고, 상기 가열·균열로의 중간에서부터 출구측까지의 하스 롤이 하기 수학식 5, 수학식 6, 수학식 9 및 수학식 10을 충족시키고, 또한 노내에 나란히 배치된 상측 롤과 하측 롤의 각각의 하스 롤 그룹에 있어서, 길이[Lc 및 (Lc+2×L1)]가 노의 입구측으로부터 출구측을 향해서 단계적으로 또는 순차적으로 커지고, 테이퍼의 경사(R1, R2)가 노의 입구측으로부터 출구측을 향하여 단계적으로 또는 순차적으로 작아지는 것을 특징으로 하는
    수학식 3
    0.5W최소 ≤ Lc ≤ 0.7W최소
    수학식 4
    W최소 ≤ Lc+2×L1 ≤ (W최소+ W최대 -400)/2
    수학식 5
    0.7W최소 ≤ Lc ≤ W최소
    수학식 6
    (W최소+ W최대-400)/2 ≤ Lc+ 2×L1 ≤ W최대-400
    수학식 7
    3.0×10-3 ≤ R1 ≤ 10×10-3
    수학식 8
    1.2×10-3 ≤ R2 ≤ 4.0×10-3
    수학식 9
    0.2×10-3 ≤ R1 ≤ 3.0×10-3
    수학식 10
    0.05×10-3 ≤ R2 ≤ 1.2×10-3
    종형 열처리로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    적어도 가열·균열로 전반의 하스 롤과 가열체 사이에 차폐판을 설치하는 것을 특징으로 하는
    종형 열처리로.
  7. 제 3 항에 기재된 가열·균열로용 하스 롤을 반송 롤로 이용하는 종형 열처리로에 있어서,
    상기 종형 열처리로의 입구측의 하스 롤이 하기 수학식 3 및 수학식 4를 충족시키고, 중간에서부터 출구측까지의 하스 롤이 하기 수학식 5 및 수학식 6을 충족시키고, 또한 노내에 나란히 배치된 상측 롤과 하측 롤의 각각의 하스 롤 그룹에 있어서, 길이[Lc 및 (Lc+2×L1)]가 노의 입구측에서부터 출구측을 향하여 단계적으로 또는 순차적으로 커지는 것을 특징으로 하는
    수학식 3
    0.5W최소 ≤ Lc ≤ 0.7W최소
    수학식 4
    W최소 ≤ Lc+2×L1 ≤ (W최소+ W최대 -400)/2
    수학식 5
    0.7W최소 ≤ Lc ≤ W최소
    수학식 6
    (W최소+ W최대-400)/2 ≤ Lc+ 2×L1 ≤ W최대-400
    종형 열처리로.
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