KR100636397B1 - 고강도 선재의 겹침 흠 발생을 방지하기 위한 선재압연장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 선재의 겹침 흠 발생을 방지하기 위한 선재압연장치에 관한 것으로, 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하도록 스탠드의 입구 부위에 한 쌍의 가이드롤러가 설치된 선재압연장치에 있어서, 상기 한 쌍의 가이드롤러는 일측 가이드롤러는 압연 소재의 상부 모서리의 일측에 접촉되고 타측 가이드롤러는 상기 일측 가이드롤러에 접촉하는 압연 소재의 접촉부에 대한 대각선 모서리에 접촉되도록 배치되고, 상기 가이드롤러는 그 가이드롤러와 압연 소재의 접촉 부위가 가이드롤러의 중앙에서 먼 쪽 단부에 인접하도록 배치되며, 상기 가이드롤러는 중앙과 그 중앙에서 먼 쪽 단부가 라운드 형상을 가짐을 특징으로 한다.

고강도, 선재의, 겹침 흠, 입구가이드

Description

고강도 선재의 겹침 흠 발생을 방지하기 위한 선재압연장치{Wire rods rolling apparatus for wrinkles prevention of high strength wires}

도1은 일반적인 선재압연장치를 전체적으로 나타낸 개략 구성도;

도2는 압연 소재의 회전 구간을 나타낸 개략 구성도;

도3은 조압연시 스탠드의 롤 공형에 맞추어지도록 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하는 가이드롤러의 종래 구성을 나타낸 도면;

도4 및 도5는 사상압연시 압연 소재의 경로를 제어하도록 설치된 루퍼부의 개략 구성도;

도6은 압연 소재를 회전시키는 가이드롤러의 구성을 나타낸 도면;

도7은 조압연시 스탠드의 롤 공형에 맞추어지도록 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하는 본 발명의 가이드롤러를 나타낸 도면;

도8은 루퍼부에서 배출된 선재를 압연 롤러로 안내하는 본 발명의 입구가이드를 나타낸 도면이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

W : 선재 B : 압연소재

110 : 가이드롤러 110c : 가장자리라운드부

110a : 직선부 110b : 중앙라운드부

112 : 회전지지축 120 : 입구가이드

122 : 스테틱 124 : 경사구간

126 : 직선구간 128 : 롤러

본 발명은 고강도 선재의 겹침 흠 발생을 방지하기 위한 선재압연장치에 관한 것이다.

일반적으로 선재 압연시 선재의 표면에 발생되는 주름 모양의 겹침 흠은 그 선재의 길이방향을 따라 단속적으로 발생되며, 후가공시 단선 및 크랙 발생의 요인이 된다.

특히, 자동차 및 기계산업 등의 첨단화와 지속적인 성장은 고강도 선재와 같은 고급 고탄소 강재의 공급능력확대를 요구하며, 동시에 고강도 선재의 표면 품질에 대한 기준을 매우 엄격하게 적용하고 있다.

따라서, 고강도 선재의 표면에 겹침 흠이 발생되면 공급능력확대가 곤란함은 물론, 주문자 용도특성에 맞는 선재 표면품질을 확보할 수 없는 문제점을 갖는다.

고강도 선재의 겹침 흠 발생을 억제하기 위한 종래 기술로서 대한민국 특허공개번호 1999-0052833호가 알려져 있으며, 이는 조압연의 박스 공형롤에 대한 공형면의 모서리 라운드 크기 및 박스 및 오벌 공형롤을 통과하는 압연소재의 모서리 라운드에 대한 크기를 제시하고 있다.

또한, 다른 종래 기술로서 대한민국 특허공개번호 2000-0045531호가 알려져 있으며, 이는 조압연이 수행되는 1번 스탠드와 2번 스탠드의 오벌 공형롤의 공형에 대한 곡률 반경비율 및 구성 반경비율을 제시하고 있다.

또한, 또 다른 종래 기술로서 대한민국 등록실용신안 181421호가 알려져 있으며, 이는 오벌 공형롤에서 압연되어진 강재를 다음 스탠드의 롤 공형에 맞추어 진입이 가능하도록 압연 강재를 회전시켜주는 트위스트 가이드에 대한 구조를 제시하고 있다.

그러나, 위에서 제시된 여러 기술들이 채택되어 사용되어짐에도 불구하고, 고강도 선재의 표면에 겹침 흠이 여전히 발생되었다.

본 발명자 등은 고강도 선재의 표면에 겹침 흠이 발생되는 현상에 대하여 오랜 기간 연구와 시험을 행한 결과, 조압연시 스탠드의 롤 공형에 맞추어지도록 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하는 가이드롤러와, 사상압연시 압연 소재의 경로를 제어하도록 설치된 루퍼로 소재를 안내하는 가이드가 고강도 선재의 겹침 흠 발생에 가장 큰 영향을 미치는 것을 알았다.

이를 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 일반적인 선재압연장치를 전체적으로 나타낸 개략 구성도로서, 빌렛이 가열로(1)에서 일정 온도로 가열되고, 가열로(1)에서 배출된 빌렛은 조압연부(2) 및 중간조압연부(3)를 통과하면서 선재(W)로 조압연되며, 중간조압연부(3)에서 배출된 선재는 중간사상압연부(4) 및 사상압연부(5)를 통과한 후 냉각부(6)에서 냉각되며, 냉각부(6)에서 배출된 선재는 최종적으로 권취부(7)에서 권취된다. 그리고, 상기 중간사상압연부(4)와 사상압연부(5)의 사이에는 소재의 경로 길이를 제어하도록 설치된 루퍼부(8)가 구비된다.

이러한 선재압연장치는 스탠드의 롤 공형에 맞추어지도록 압연 소재를 90°회전시키는 구간을 가지며, 특히 조압연부(2) 및 중간조압연부(3)에서는 원형보다는 직사각형에 가까운 압연소재(B)를 다음 스탠드로 안내하는 가이드롤러가 쉽게 손상된다.

이를 도2 및 도3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도2는 압연 소재의 회전 구간을 나타낸 개략 구성도이다.

압연 소재(B)의 진행 경로에 대하여 가열로 쪽에 가깝게 위치된 스탠드(이하 1번 스탠드라 한다)의 스탠드 롤(2A)과 권취부 쪽에 가깝게 위치된 스탠드(이하 2번 스탠드라 한다)의 스탠드 롤(2B)이 일정 거리 떨어져 배치되고, 1번 스탠드의 스탠드 롤(2A)의 출측과 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)의 입측에는 가이드롤러(9)(10)가 설치된다.

그리고, 1번 스탠드의 스탠드 롤(2A)에서 배출된 압연소재(B)는 수평하게 진행되며, 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)로 들어가는 압연소재(B)는 수직하게 진행되도록 압연소재(B)가 90°회전된다.

도3은 조압연시 스탠드의 롤 공형에 맞추어지도록 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하는 가이드롤러의 종래 구성을 나타낸 도면이다.

이에 의하면, 한 쌍의 가이드롤러(10)가 나란하게 배치되고, 이들 가이드롤러(10)의 중심선 사이의 거리(L)는 압연소재(B)의 양측 상, 하부가 가이드롤러(10) 의 표면에 밀착되어 압연소재(B)가 수직한 상태로 진행할 수 있도록 설정된다.

그리고, 상기 1번 스탠드의 스탠드 롤(2A)의 출측에 설치된 한 쌍의 가이드롤러(9)는 도6에 도시된 것처럼 그 가이드롤러(9) 사이를 통과하는 압연소재(B)를 비틀게 하는 힘을 가할 수 있도록 원추 형상을 갖추어 원추면이 서로 마주보는 형태로 배치되며, 서로의 간격이 조절 가능한 구성을 갖는다.

그러나, 압연소재(B)가 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)로 들어가기 직전에 수직한 상태로 진행할 수 있으면 충분한 것으로, 도3에서 도시된 것처럼 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)과 소정 거리 떨어져 배치된 가이드롤러(10)에서 압연소재(B)가 수직한 상태로 진행하도록 설치된 종래의 구성은, 압연소재(B)가 수직한 상태로 진행하도록 하는 힘의 대부분을 가이드롤러(10)에서 받음은 물론 압연소재(B)가 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)로 들어가는 치입에 따른 출렁임에 의해, 가이드롤러(10)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(미도시됨)이 쉽게 파손될 뿐만 아니라, 가이드롤러(10)의 표면 마모가 매우 빠르게 진행되어 잦은 교체를 요한다.

특히, 베어링의 파손에 의한 가이드롤러(10)의 회전 불능은 압연 소재의 표면에 겹침 흠을 발생시켜 고강도 선재의 품질에 악영향을 미친다.

도4 및 도5는 사상압연시 압연 소재의 경로를 제어하도록 설치된 루퍼부의 개략 구성도로서, 루퍼부(8)에는 여러 개의 루퍼 롤러(11)가 설치되어 선재(W)를 안내하고, 이들 루퍼 롤러(11)들 중 루퍼부(8)의 입구 부위에 설치된 한 쌍은 푸시암(12)에 의해 상하 승강이 가능하게 설치된다. 또한, 루퍼부(8)에서 배출된 선재(W)는 한 쌍의 롤러(15)를 갖는 입구가이드(13)를 통해 압연 롤러(14)로 안내된다.

이러한 루퍼에서는 루프의 크기가 도4에서 도시된 것처럼 크게 형성되는 경우 입구가이드(13)의 하부 롤러(15)에 과부하가 걸리며, 루프의 크기가 도5에 도시된 것처럼 작게 형성되는 경우 입구가이드(13)의 상부 롤러(15)에 과부하가 걸리는 문제점을 갖는다.

이렇게 입구가이드(13)의 상부 및 하부 롤러(15)의 어느 일측에 과부하가 걸리면, 그 롤러(15)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(미도시됨)이 쉽게 파손될 뿐만 아니라, 롤러(15)의 표면 마모가 매우 빠르게 진행되어 잦은 교체를 요한다. 특히, 베어링의 파손에 의한 롤러(15)의 회전 불능은 압연 소재의 표면에 겹침 흠을 발생시켜 고강도 선재의 품질에 악영향을 미친다. 게다가, 선재(W)가 입구가이드(13)의 표면과 접촉하여 입구가이드(13)의 표면을 마모시켜 손상시킴은 물론, 이러한 접촉에 의해 선재 표면이 긁혀 품질이 저하된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 조압연시 스탠드의 롤 공형에 맞추어지도록 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하는 가이드롤러를 최적의 구조로 하여 고강도 선재의 겹침 흠을 방지할 수 있는 선재압연장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 사상압연시 압연 소재의 경로 길이를 제어하도록 설치된 루퍼로 압연 소재를 안내하는 입구가이드를 최적의 구조로 하여 고강도 선재의 겹침 흠을 방지할 수 있는 선재압연장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하도록 스탠드의 입구 부위에 한 쌍의 가이드롤러가 설치된 선재압연장치에 있어서, 상기 한 쌍의 가이드롤러는 일측 가이드롤러는 압연 소재의 상부 모서리의 일측에 접촉되고 타측 가이드롤러는 상기 일측 가이드롤러에 접촉하는 압연 소재의 접촉부에 대한 대각선 모서리에 접촉되도록 배치되고, 상기 가이드롤러는 그 가이드롤러와 압연 소재의 접촉 부위가 가이드롤러의 중앙에서 먼 쪽 단부에 인접하도록 배치되며, 상기 가이드롤러는 중앙과 그 중앙에서 먼 쪽 단부가 라운드 형상을 가지는 고강도 선재의 겹침 흠 발생을 방지하기 위한 선재압연장치에 의해 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도6은 조압연시 스탠드의 롤 공형에 맞추어지도록 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하는 가이드롤러의 본 발명 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명의 가이드롤러(110)는 도2에 도시된 가이드롤러(10), 즉 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)의 입측에 설치되는 가이드롤러(10)를 대체하는 것으로, 압연설비를 구성하는 설비프레임(미도시됨)에 장착된 회전지지축(112)에 회전 가능하게 설치된다.

필요한 경우, 즉 가이드롤러(110)를 통과하는 압연 소재인 압연소재(B)의 크기가 변경되는 경우, 상기 회전지지축(112)을 서로 가까워지게 하거나 서로로부터 멀어지도록 이동 가능하게 설치할 수 있다.

상기 가이드롤러(110) 사이의 거리와 그 가이드롤러(110)의 형상은 가이드롤러(110) 사이를 통과하는 압연소재(B)의 회전상태 및 형상의 영향을 받는다.

먼저, 상기 가이드롤러(110) 사이의 거리는 압연소재(B)의 회전상태에 영향을 받는데, 여기에서 압연소재(B)의 회전상태는 그 압연소재(B)가 가이드롤러(110) 사이를 통과할 때 수직한 기준선에 대하여 소정의 각도로 기울어진 상태를 말한다.

압연소재(B)는 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)과 접촉하기 시작하는 시점에서 수직한 상태로 진행되며, 이러한 스탠드 롤(2B)로부터 소정 거리 떨어져 위치된 가이드롤러(110) 사이를 통과하는 압연소재(B)는 수직한 기준선에 대하여 약간의 각도(θ)를 갖도록 기울어진 상태이다. 즉, 압연소재(B)는 1번 스탠드의 스탠드 롤(2A)에서 빠져나오는 시점의 상태가 수평한 상태이며 그 1번 스탠드의 스탠드 롤(2A) 출구에 배치된 가이드롤러(9)에 의해 비틀려져 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)에 진입하는 시점에서 수직한 상태로 된다.

따라서, 압연소재(B)가 상기 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)에서 소정 거리 떨어진 입구 부위에 배치된 상기 가이드롤러(110) 사이를 통과할 때 그 압연소재(B)의 회전 상태는 수직한 기준선으로부터 약간의 각도(θ)를 갖도록 기울어진 상태로 진행하며, 상기 가이드롤러(110)는 이러한 압연소재(B)의 기울어진 정도에 영향을 주지 않으면서 그 압연소재(B)가 원활하게 진행할 수 있도록 안내할 수있는 정도의 거리를 갖도록 배치된다.

이러한 가이드롤러(110)의 배치에 의하면, 일측 가이드롤러에는 압연소재(B)의 상부 일측이 접촉되고 그 접촉 부위에 대한 대각선 부위가 타측 가이드롤러에 접촉되는 2점 접촉의 형태를 취한다.

가이드롤러(110)와 압연소재(B)의 접촉 부위에서 발생되는 압력의 크기가 최소화될 수 있도록 가이드롤러(110) 사이의 거리가 설정되는 것이 바람직하며, 이 경우, 가이드롤러(110)는 압연소재(B)의 회전상태를 변화시키지 않으면서 그 압연 소재(B)의 진행을 안내하는 역할만 수행함으로써 가이드롤러(110)의 표면 마모가 빠르게 진행하는 것을 억제한다.

또한, 압연소재(B)가 수직한 상태로 진행하도록 하는 힘을 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)에서 받음으로써 가이드롤러(110)를 회전 가능하게 지지하는 회전지지축(112)의 베어링(미도시됨)이 파손되는 것을 방지한다.

게다가, 압연소재(B)가 2번 스탠드의 스탠드 롤(2B)로 들어가면서 다소 출렁이는 경우에도, 압연소재(B)가 가이드롤러(110) 사이의 상, 하부로 이동하거나 또는 가이드롤러(110) 사이에서 약간의 각도로 회전하면서 출렁임에 대한 충격을 흡수한다.

다음, 상기 가이드롤러(110)의 형상은 압연소재(B)의 형상에 영향을 받는다.

상기 가이드롤러(110)의 표면은 중앙 쪽으로 갈수록 외경이 일정하게 감소되는 직선부(110a)와, 가이드롤러(110)의 표면에 대하여 압연소재(B) 쪽에 곡률 반경이 중심이 위치된 라운드 형상을 가지며 상기 직선부(110a)를 가이드롤러(110)의 중앙에서 연결시키는 중앙라운드부(110b)와, 가이드롤러(110)의 표면에 대하여 회전지지축(112) 쪽에 곡률 반경의 중심이 위치된 라운드 형상을 가지며 상기 직선부(110a)를 가이드롤러(110)의 가장자리를 이루는 가장자리라운드부(110c)가 구비된다.

상기 직선부(110a)의 경사 각도는 가이드롤러(110)에 접촉되는 부위의 압연소재(B)의 표면 기울기와 동일한 각도(이하 기준각도라 한다)를 갖는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 직선부(110a)의 경사 각도가 기준각도보다 크면 압연소재(B)의 귀퉁이 부위가 가이드롤러(110)에 접촉하여 가이드롤러(110)의 표면 마모를 촉진시킨다는 측면에서 바람직하지 않다(도면의 110a' 참조).

또한, 상기 직선부(110a)의 경사 각도가 기준각도보다 작으면 압연소재(B) 중심 부위가 가이드롤러(110)에 접촉될 뿐만 아니라 압연소재(B)와 가이드롤러(110)의 사이에 형성된 공간의 크기, 즉 압연소재(B)의 출렁임을 흡수하는 공간이 축소된다는 측면에서 바람직하지 않다(도면의 110a" 참조).

도8은 루퍼부에서 배출된 선재를 압연 롤러로 안내하는 본 발명의 입구가이드를 나타낸 도면이다.

본 발명의 입구가이드(120)는 압연 소재를 안내하도록 관통된 스테틱(122)과, 상기 스테틱(122)의 출구 부위를 감싸는 형태로 설치되어 미도시된 설비프레임에 장착되는 바디(127)와, 스테틱(122)에서 배출되는 압연 소재를 지지하도록 상기 바디(127)에 회전 가능하게 장착되는 롤러(128)를 포함한다.

상기 스테틱(122)의 관통 부위는 대략의 형상이 종래의 것과 크게 다르지 않으나, 선재가 진입하는 부위의 경사구간(124)이 이루는 경사각도, 선재가 배출되는 부위의 직선구간(126)이 이루는 길이 및 이들 경사구간(124)과 직선구간(126)의 단면 규격이 압연 소재의 안내에 적합하도록 설정된다.

상기 경사구간(124)은 압연 소재가 진입하는 부위와 그 이외의 부위가 서로 다른 경사를 갖도록 형성되며, 압연 소재가 진입하는 부위의 경사가 그 이외의 부위의 경사보다 더 크게 형성된다. 또한, 상기 경사구간(124)의 선단, 즉 압연 소재 가 진입하는 부위의 가장 끝단 부위가 라운드 형상을 갖는다. 이들은 압연 소재가 스테틱(122)의 내부로 진입되는데 지장이 없도록 하는데 효과적이다.

그리고, 상기 경사구간(124)이 이루는 경사각도는 최대한 작게 형성될 것이 요구되며, 이는 경사구간(124)의 경사각도가 불필요하게 큰 경우, 압연 소재의 선단이 경사구간(124)에 충돌하면서 입구가이드에 충격을 가하는 문제점과, 압연 소재의 선단이 경사구간(124)에 접촉하면서 그 경사구간(124)의 표면을 손상시키는 문제점을 발생시킬 염려가 있기 때문이다.

상기 직선구간(126)은 압연 소재의 직진 안정성, 즉 압연 소재가 최적의 경로를 따라 안정적으로 진행하는데 도움이 되도록 가급적 길게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 경사구간(124)과 직선구간(126)의 내부 표면이 이루는 단면 형상과 그 크기는 통과하는 압연 소재의 외양 및 크기에 적합하도록 설정되며, 바람직하게는 압연 소재의 외부 표면과 직선구간(126)의 표면 사이에 형성되는 간격의 크기가 최대한 작게 형성되도록 한다.

이는 직선구간(126)을 통과하는 압연 소재의 직진 안정성을 향상시킴으로써 직선구간(126)에서 배출된 압연 소재가 롤러(128)의 어느 일측으로 편중되어 진행하면서 과도한 하중을 가하고, 이에 의해 롤러(128)의 표면이 마모되거나 그 롤러(128)를 회전 가능하게 지지하는 미도시된 베어링의 파손에 의해 롤러(128)의 회전이 불능 상태로 되는 것을 방지한다. 따라서, 롤러(128)의 표면 마모나 회전 불능에 의해 압연 소재의 표면에 겹침 흠이 발생되는 것을 효과적으로 방지한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고강도 선재의 겹침 흠 발생을 방지하기 위한 선재압연장치에 의하면 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 조압연시 스탠드의 롤 공형에 맞추어지도록 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하는 한 쌍의 가이드롤러를 압연 소재를 안내하는 역할만을 수행하도록 그 간격을 설정함으로써 가이드롤러의 표면 마모 및 회전 불능에 따른 고강도 선재의 겹침 흠 방지에 매우 효과적이다.

둘째, 사상압연시 압연 소재의 경로 길이를 제어하도록 설치된 루퍼로 압연 소재를 안내하는 입구가이드를 이루는 스테틱의 경사구간의 경사를 완만하게 형성시키고 직선구간의 길이를 길게 설정함으로써 이에 의하면 스테틱에 의한 압연 소재의 직진 안정성이 향상되어 스테틱 출구에 장착된 롤러의 마모 및 회전 불능에 따른 고강도 선재의 겹침 흠 방지에 효과적이다.

Claims (3)

1. 회전된 압연 소재를 스탠드로 안내하도록 스탠드의 입구 부위에 한 쌍의 가이드롤러가 설치된 선재압연장치에 있어서,

   상기 한 쌍의 가이드롤러는 일측 가이드롤러는 압연 소재의 상부 모서리의 일측에 접촉되고 타측 가이드롤러는 상기 일측 가이드롤러에 접촉하는 압연 소재의 접촉부에 대한 대각선 모서리에 접촉되도록 배치되고, 상기 가이드롤러는 그 가이드롤러와 압연 소재의 접촉 부위가 가이드롤러의 중앙에서 먼 쪽 단부에 인접하도록 배치되며, 상기 가이드롤러는 중앙과 그 중앙에서 먼 쪽 단부가 라운드 형상을 가짐을 특징으로 하는 고강도 선재의 겹침 흠 발생을 방지하기 위한 선재압연장치.
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