KR100517894B1 - 초음파 진동을 이용한 스트립의 트리밍 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉간압연전, 연속소둔공정의 출측 또는 연속산세 및 도유공정의 출측에서 스트립을 초음파진동을 이용하여 트리밍하는 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 트리밍 장치는, 일측에는 결합체(407)가 고정되고 타측에는 아이들 스핀들(404)이 고정되는 한 쌍의 나이프(401, 402)를 수평 클리어런스(clearance) 및 수직 클리어런스를 갖도록 배열하고, 한 쌍의 나이프(401, 402) 중 적어도 한 쪽의 나이프에는 결합체(407)의 피팅 플레이트(406)를 통해 외부의 초음파 진동을 나이프에 전달하는 초음파 진동장치를 설치하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 트리밍 장치는 나이프에 초음파진동을 부가하여 전단력을 감소시키고 나이프의 끝 부분에 응력을 집중시켜 트리밍시 발생하는 버(burr)를 감소시키거나 완전히 제거함으로써 롤 손상방지, 제품의 표면결함 방지, 냉간압연에서의 폭 역전압연 가능 및 제품 실수율 향상이 가능하다.

Description

초음파 진동을 이용한 스트립의 트리밍 장치 및 그 방법{Apparatus and method for trimming of strip by using ultrasonic vibration}

본 발명은 스트립의 트리밍(trimming) 장치에 관한 것이며, 특히, 냉간압연전, 연속소둔공정의 출측 또는 연속산세 및 도유공정의 출측에서 스트립을 초음파진동을 이용하여 트리밍하는 장치에 관한 것이다.

스트립의 양 에지부를 트리밍하는 사이드 트리밍 공정은 냉간압연전 수요가의 요구 폭 마진, 압연시 판파단의 원인이 되는 열연판의 에지부 크랙 및 에지부의 기타 결함 제거를 위해 행해진다. 또한, 사이드 트리밍 공정은 연속소둔공정의 출측에서 수요가들의 폭 요구정도가 높은 폭 엄격재를 대상으로 행해지고, 또한 연속산세 및 도유공정의 출측에서 수요가의 요구 폭을 맞추기 위하여 행해진다. 또한, 트리밍 공정은 광폭재의 스트립을 일정폭으로 연속 분할하는 수요가의 슬리터(slitter)공정에도 행해진다.

철강공정에서의 사이드 트리밍 공정 및 이와 유사한 공정은 상기에서 언급한 바와 같이 많이 있지만, 연속냉간 압연공정에서의 사이드 트리밍 공정을 중심으로 종래기술 및 문제점을 정리하면 다음과 같다.

연속냉간 압연공정에서의 사이드 트리밍 공정의 역할은 수요가가 요구하는 냉연판의 판폭을 맞추고, 또한 크랙 및 기타 결함이 존재하는 열연판의 에지부를 제거함으로써 냉간 압연시에 발생할 수 있는 판파단을 방지하는 것이다. 이러한 목적을 위해 현재 사용하고 있는 사이드 트리밍 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 수평 클리어런스(a ; clearance) 및 수직 클리어런스(b)를 갖는 상부 및 하부 원형 나이프(101, 102)로 구성된다. 여기서, 수평 클리어런스(a)는 상부 및 하부 원형 나이프(101, 102)가 수평방향으로 서로 떨어져 있는 갭(gap)을 의미하고, 수직 클리어런스(b)는 상부 및 하부 원형 나이프(101, 102)가 수직방향으로 서로 겹쳐져 있는 랩(lap)을 의미한다.

이렇게 수평 및 수직 클리어런스(a, b)를 갖는 상부 및 하부 원형 나이프(101, 102)를 열연판(103)이 연속적으로 통과하면서 열연판(103)의 에지부가 일정량 잘리게 된다. 이 때, 상부 및 하부 원형 나이프(101, 102)는 자체 구동력을 갖지 않고, 열연판(103)의 이송력에 의해 회전하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 즉, 열연판(203)의 에지부는 상부 및 하부 원형 나이프(201, 202)를 통해 전단(shearing)과 찢김(tearing)에 의해 절단된다. 먼저, 설정된 수직 클리어런스(b) 양 만큼 나이프(201, 202)가 열연판(203)을 전단 변형시킨다. 그리고, 전단 변형의 끝 부분, 즉 나이프(201, 202)가 열연판(203)을 파고 들어간 끝 부분에서 나이프(201, 202)의 회전력에 의해 크랙(204, 205)이 각각 발생한다. 이렇게 상부 및 하부 원형 나이프(201, 202)의 끝 부분에서 발생한 각각의 크랙(204, 205)이 진전되어 열연판(203)의 절단면 중앙에서 만나 최종적으로 잘리게 된다.

상기와 같은 절단과정에서 현장의 여러 가지 작업요인에 의해 상부 원형 나이프(201)에 의해 형성되는 크랙(204)과 하부 원형 나이프(202)에 의해 형성되는 크랙(205)이 동시에 발생하여 열연판(203)의 절단면의 중앙에서 만나 절단되지 못하는 사례가 종종 있다. 즉, 나이프(201, 202)에 의해 형성되는 크랙(204, 205)이 서로 빗겨나가, 상부에서 발생된 크랙(204)은 열연판(203)의 절단면 하부까지 관통하고, 하부에서 발생된 크랙(205)은 열연판(203)의 절단면 상부까지 관통하게 된다. 그로 인해, 열연판(203)의 두께방향으로 상부 또는 하부에 날카로운 버(burr)를 형성하게 된다.

이와 같이 형성된 버는 사이드 트리밍 장치의 출측의 많은 고무롤들을 손상시킨다. 또한, 버에 의해 뜯겨져 나온 고무조각들이 열연판에 그대로 부착되어 냉간압연되어 표면결함을 유발하게 된다. 또한, 열연판에 존재하는 날카로운 버에 의해 냉간압연시에 크랙 및 결함을 유발시킨다. 특히, 첫번째 스탠드에 사용되는 작업롤에 크랙 및 결함이 생성되고, 이 작업롤에 의해 스트립에 표면결함이 생성된다.

그리고, 버는 스트립 폭에 무관하게 압연을 행하는 폭 역전 압연을 불가능하게 하는 주요 요인으로 작용한다. 즉, 협폭재를 압연한 후 광폭재를 압연하게 되면, 협폭재 압연시 작업롤에 생성된 결함마크가 광폭재 압연시에 스트립에 표면결함을 생성한다. 그래서, 현재 압연은 광폭재부터 시작해서 최종적으로 협폭재를 압연하는 순서로 이루어지게 되는데, 이와 같은 제약조건 때문에 제품품질 및 물류흐름에 많은 지장을 초래하고 있다.

또한, 종래의 트리밍 장치는 정해진 수직 클리어런스 량 만큼 나이프가 별 다른 저항없이 부드럽게 전단을 발생시키지 못하고, 초기 불균일한 전단력에 의해 나이프 끝 부분이 아닌 중간부분에서 크랙이 발생하는 2차 전단현상이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 사이드 트리밍시 발생하는 버를 감소시키거나 제거하기 위한 방안이 제안되고 있다. 즉, 수직 및 수평 클리어런스를 트리밍 소재인 열연판의 두께, 폭 및 강종 등에 따라 최적화하는 방법, 트리밍 장치의 재질 변경, 그리고 도 3에 도시된 바와 같이 원형 나이프(301, 302)의 둘레에 날카로운 각을 갖는 홈(groove)을 가공하여 전단면을 감소시켜 버를 감소시키는 방법(SEAISI, Vol1, 1997, New Trimming Method for burr-less Trimming)등이 제안되고 있다. 하지만, 상기 방법은 가공이 힘들뿐만 아니라 실제 적용시 날카로운 부분에 마모가 촉진되어 원하는 목적을 충분히 달성할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 나이프에 초음파진동을 부가하여 전단력을 감소시키고 나이프의 끝 부분에 응력을 집중시켜 트리밍시 발생하는 버를 감소시키거나 완전히 제거함으로써 롤 손상방지, 제품의 표면결함 방지, 냉간압연에서의 폭 역전압연 가능 및 제품 실수율 향상이 가능한 초음파 진동을 이용한 스트립의 트리밍 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 트리밍 장치는, 일측에는 결합체가 고정되고 타측에는 아이들 스핀들이 고정되는 한 쌍의 나이프를 수평 클리어런스(clearance) 및 수직 클리어런스를 갖도록 배열하고, 상기 한 쌍의 나이프 중 적어도 한 쪽의 나이프에는 상기 결합체의 피팅 플레이트를 통해 외부의 초음파 진동을 상기 나이프에 전달하는 초음파 진동장치를 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 트리밍 방법은 상기와 같이 구성된 트리밍 장치를 통해 스트립을 트리밍하는 것으로서, 상기 한 쌍의 나이프의 회전시에 상기 나이프에 설치된 상기 초음파 진동장치를 작동시켜 상기 결합체의 피팅 플레이트를 통해 초음파 진동을 상기 나이프에 전달하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 초음파 진동을 이용한 스트립의 트리밍 장치 및 그 방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 진동을 이용한 스트립의 트리밍 장치를 개략적으로 도시한 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사이드 트리밍 장치(400)는 연속적으로 회전하고 있는 상부 및 하부 원형 나이프(401, 402)에 초음파진동을 인가하도록 구성된 것을 제외하고는 도 1에 도시된 종래의 사이드 트리밍 장치(100)와 동일하게 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사이드 트리밍 장치(400)는 상부 및 하부 원형 나이프(401, 402)를 포함한다. 이 나이프(401, 402)는 스트립(403)의 진행력에 따라 공회전하는 아이들 스핀들(404)에 각각 결합되어 있다. 이 때, 나이프(401, 402)만 스핀들(404)에 단독적으로 결합되지 않고, 스핀들(404)에 나이프(401, 402)가 각각 끼워지고, 그 뒤를 패드링(405 ; pad ring)과 피팅 플레이트(406 ; fitting plate)가 결합된 결합체(407)에 의해 볼트(408)로 결합된다. 상기 피팅 플레이트(406)는 알루미늄으로 제작된다.

본 발명은 상기와 같이 구성되어 연속적으로 회전하는 나이프(401, 402)에 초음파진동을 인가하기 위해서, 결합체(407)의 피팅 플레이트(406)가 후술하는 초음파 진동장치의 초음파 진동을 나이프(401, 402)에 전달하는 매개체가 되도록 구성한 것이다.

본 발명의 초음파 진동장치는 초음파 진동을 발생시키는 진동자(409)와, 발생된 진동의 진폭을 조정해 주는 부스터(410 ; booster)와, 초음파 진동을 나이프(401, 402)에 최종적으로 전달해 주는 호온부(411)와, 전기를 공급하는 전원(412) 및, 전기 공급 케이블(413)이 회전에 의해 꼬이는 것을 방지해 주는 회전자(414) 등으로 구성된다.

본 발명의 초음파 진동장치를 결합체(407)에 결합하기 위해, 피팅 플레이트(406)에는 스터드를 설치할 수 있도록 나사산을 가공하고, 이 나사산에 스터드(415)를 결합한다. 그리고, 초음파 진동장치의 끝 부분이자 진동을 매개체로 전달하는 호온부(411 ; horn)에도 역시 나사산을 가공하여 스터드(415)에 결합한다. 이렇게 피팅 플레이트(406)에 결합된 초음파 진동장치는 나이프(401, 402) 및 나이프(401, 402)를 밀어주는 결합체(407)와 동일하게 회전하여야 한다. 그래서, 초음파 진동장치의 끝 부분을 회전자(414)로 구성하여 전원(412)을 공급하는 케이블(413)이 꼬이지 않도록 한다.

이와 같이 초음파 진동장치가 결합체(407)에 결합되어 회전하고 있는 상태에서 앰프(416)에 의해 설정되는 주파수 및 진폭을 가지는 초음파 진동을 연속적으로 나이프(401, 402)에 인가해 주게 된다. 이 앰프(416)의 주파수 및 진폭은 신호 전송용 케이블(417)을 통해 진동자(409)로 전송되는데, 이 케이블(417)은 회전자(414)를 통해 진동자(409)로 연결되기 때문에 꼬이지 않게 된다. 그리고, 앰프(416)에서 인가되는 초음파의 주파수 대역은 통상 15 ~ 20kHz를 사용한다.

이와 같은 방법에 의해 나이프(401, 402)에 일정 주파수를 가지는 초음파 진동을 연속적으로 인가하게 되면, 나이프(401, 402)와 스트립(403)의 절단면이 접촉하는 접촉부에서 전단력이 감소하고, 나이프(401, 402)의 끝 부분에 응력집중 현상이 발생한다. 그로 인해, 나이프(401, 402)의 끝 부분에서 용이하게 크랙이 각각 발생하고, 그 크랙이 쉽게 진전되어 스트립(403)의 절단면을 형성하게 된다. 결론적으로, 스트립(403)의 절단면에서 버가 감소되거나 제거된다.

그리고, 수직 클리어런스 량이 일정하게 세팅된 상태에서 상부 및 하부 나이프(401, 402)에 인가되는 주파수 대역을 비대칭으로 작용시켜, 상부 및 하부 나이프(401, 402)의 끝 부분(모서리)에서 발생되는 크랙의 거동을 제어함으로써 보다 효과적으로 버를 제어할 수 있다.

즉, 본 발명은 트리밍시 나이프(401, 402)에 연속적으로 일정 주파수 대역의 초음파 진동을 인가함으로써 나이프(401, 402)와 절단 대상체인 스트립(403)의 절단면사이에 마찰계수를 감소시킨다. 그로 인해, 전단력이 감소하고, 전단변형 후 크랙이 발생하게 되는 나이프(401, 402)의 끝 부분에서 응력이 집중되며, 2차 전단방지에 의해 스트립의 절단면 상부 및 하부에서 발생하는 버가 감소 또는 제거된다.

도 5는 실제 연속냉간 압연공정의 산세탱크 출측에 설치되어 있는 사이드 트리밍 공정에서 초음파 진동을 상부 원형 나이프에만 연속적으로 인가했을 때 절단면의 구조가 다르게 나타나는 것을 예시한 것이다. 즉, 도 5의 (a)에 나타난 바와 같이, 초음파 진동을 인가하지 않았을 때에는 절단면의 구조가 롤 오버층(501 ; roll over - 초기에 나이프가 스트립을 순수하게 누르는 부분), 전단변형층(502) 및 파단층(503) 등으로 구성된다(종래기술). 그러나, 도 5의 (b)에 나타난 바와 같이, 초음파 진동을 인가했을 때에는 롤 오버층이 나타나지 않고 전단변형층(504)과 파단층(505)만 나타나는 것을 볼 수 있다(본 발명). 이는 초기에 전단력의 변화가 나타남을 입증해 주는 것이다.

또한, 도 6은 초음파 진동 인가시와 비인가시의 실제 절단면을 비교하여 나타낸 것인데, 버가 나타나는 하부부분이 초음파 진동을 인가했을 때[도 6의 (b) - 본 발명]가 인가하지 않았을 때[도 6의 (a) - 종래기술]보다 훨씬 무디게 나타나는 것을 볼 수 있다. 도 6에서 미설명 부호 601은 초음파 진동 무 인가시의 파단형태를, 602는 초음파 진동 인가시의 파단형태를 각각 나타낸다.

본 발명은 상부 및 하부 원형 나이프(401, 402)중 어느 한 쪽에만 초음파 진동을 부가하거나, 양 쪽 모두에 초음파 진동을 인가할 수 있으며, 또한, 상부 및 하부 원형 나이프(401, 402)에 대칭 또는 비대칭적인 초음파 진동을 인가할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 초음파 진동을 이용한 스트립의 트리밍 장치 및 그 방법은 나이프에 초음파진동을 부가하여 전단력을 감소시키고 나이프의 끝 부분에 응력을 집중시켜 트리밍시 발생하는 버를 감소시키거나 완전히 제거함으로써, 롤 손상방지, 제품의 표면결함 방지, 냉간압연에서의 폭 역전 압연 가능 및 제품 실수율 향상이 가능하다.

이상에서 본 발명의 초음파 진동을 이용한 스트립의 트리밍 장치 및 그 방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 종래기술에 따른 스트립의 트리밍 장치를 개략적으로 도시한 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 트리밍 장치를 통한 스트립의 절단 메카니즘을 도시한 개략도이고,

도 3은 도 1에 도시된 트리밍 장치의 나이프의 다른 형태를 도시한 개략도이고,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 진동을 이용한 스트립의 트리밍 장치를 개략적으로 도시한 개략도이고,

도 5는 종래기술의 트리밍 장치와 본 발명의 트리밍 장치를 통해 각각 절단된 열연판의 절단면의 구조를 비교한 사진이며,

도 6은 종래기술의 트리밍 장치와 본 발명의 트리밍 장치를 통해 각각 절단된 열연판의 절단면의 파단형태를 비교한 사진이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

400 : 트리밍 장치 401, 402 : 나이프

403 : 스트립 407 : 결합체

409 : 진동자 410 : 부스터

411 : 호온부 414 : 회전자

415 : 스터드 416 : 앰프

Claims (4)

1. 일측에는 결합체가 고정되고 타측에는 아이들 스핀들이 고정되는 한 쌍의 나이프를 수평 클리어런스(clearance) 및 수직 클리어런스를 갖도록 배열하여 스트립을 트리밍(trimming)하는 트리밍 장치에 있어서,

   상기 한 쌍의 나이프 중 적어도 한 쪽의 나이프에는 상기 결합체의 피팅 플레이트를 통해 외부의 초음파 진동을 상기 나이프에 전달하는 초음파 진동장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 트리밍 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 진동장치는 초음파 진동을 발생시키는 진동자와, 발생된 진동의 진폭을 조정해 주는 부스터(booster)와, 초음파 진동을 상기 나이프에 최종적으로 전달해 주는 호온부와, 전기를 공급하는 전원 및, 전기 공급 케이블이 회전에 의해 꼬이는 것을 방지해 주는 회전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리밍 장치.
3. 일측에는 결합체가 고정되고 타측에는 아이들 스핀들이 고정되는 한 쌍의 나이프가 수평 클리어런스(clearance) 및 수직 클리어런스를 갖도록 배열되어 있으며, 상기 한 쌍의 나이프 중 적어도 한 쪽의 나이프에 상기 결합체의 피팅 플레이트를 통해 외부의 초음파 진동을 상기 나이프에 전달하는 초음파 진동장치가 설치되는 트리밍(trimming) 장치를 통해 스트립을 트리밍하는 방법에 있어서,

   상기 한 쌍의 나이프의 회전시에 상기 나이프에 설치된 상기 초음파 진동장치를 작동시켜 상기 결합체의 피팅 플레이트를 통해 초음파 진동을 상기 나이프에 전달하는 것을 특징으로 하는 트리밍 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 한 쌍의 나이프에 각각의 상기 초음파 진동장치를 설치할 경우, 상기 한 쌍의 나이프에 대칭 또는 비대칭적인 초음파 진동을 부가하는 것을 특징으로 하는 트리밍 방법.