KR100660222B1 - 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사이징 프레스에 사용되는 폭압하용 엔빌의 형상을 최적화하여 열연과정에서 발생하는 스테인레스 강판의 에지부 결함을 최소화할 수 있도록 해주는 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술구성은, 스테인레스 강판의 열연공정 중 사이징 프레스에 사용되는 폭압하용 엔빌에 있어서 폭압연시에 슬라브(1)의 측단면과 직접 접촉되는 돌출부(9)의 형상은 150 ~ 250㎜ 두께의 슬라브를 기준으로 상단폭(a')이 55 ~ 65㎜, 하단폭(b')이 150 ~ 170㎜, 높이(c')가 27 ~ 33㎜, 및 필렛반경(r')이 37 ~ 43㎜인 것을 특징으로 한다.

사이징 프레스, 폭압하용 엔빌, 돌출부, 상단폭, 하단폭

Description

사이징 프레스의 폭압하용 엔빌{Anvil for width reduction in sizing press}

도1은 일반적인 열간압연 공정을 나타낸 개략도.

도2는 종래의 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌을 나타낸 도면.

도3은 본 발명에 따른 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌을 나타낸 도면.

도4는 본 발명에 따른 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌의 치수 범위를 나타낸 그래프.

도5는 사이징 프레스 후 슬라브에 결함이 발생되는 과정을 나타낸 도면.

도6은 본 발명에 따른 폭압하용 엔빌의 사용 효과를 나타낸 도면.

도7은 본 발명에 따른 폭압하용 엔빌의 사용 효과를 나타낸 그래프.

'도면의 주요부분에 대한 부호의 설명'

1: 슬라브 1: 가열로

3: 사이징 프레스 4: 조압연기

5: 사상압연기 6: 런 아웃 테이블

7: 권취롤 8: 폭압하용 엔빌

9: 돌출부

본 발명은 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테인레스강의 열연공정 중 하나인 사이징 프레스(sizing press)에 사용되는 폭압하용 엔빌의 형상을 최적화하여 열연과정에서 발생하는 스테인레스 강판의 에지부 결함을 최소화할 수 있도록 해주는 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌에 관한 것이다.

도1은 일반적인 스테인레스 강판의 열연공정을 나타낸 개략도이다. 열연공정은 연속주조 공정을 통해 생산된 슬라브를 스테인레스 강의 재결정 온도 이상의 고온에서 압연하여 원하는 두께의 스테인레스 강판을 생산하는 공정을 말한다. 가열로(2) 내부에서 열연에 필요한 온도까지 가열된 슬라브(1)는 조압연기(4)와 사상압연기(5)를 통과하는 동안 원하는 두께의 스테인레스 강판으로 압연되고 런 아웃 테이블(6)을 따라 이송된 후 최종적으로 권치롤(7)에 감겨 열연코일로 생산된다.

이 때, 일정 조건의 슬라브 두께를 얻고 최종 제품인 열연코일의 폭을 정밀하게 제어하기 위해 상기 조압연기(4) 입측에 폭압연을 실시하는 수직압연기(vertical roll) 또는 사이징 프레스(sizing press)가 설치되는데, 본 발명은 상기 사이징 프레스가 설치된 경우에 적용되는 것이다.

상기 사이징 프레스 설비에는 슬라브(1)를 폭방향으로 압하하기 위해 일정한 형상의 엔빌(anvil)이 설치된다. 도2에 도시된 바와 같이 사이징 프레스의 폭압하 용 엔빌(8)은 전체적으로 육면체의 형상을 이루되 슬라브(1)의 측단면과 접촉되는 부분에는 사다리꼴 형태의 돌출부(9)가 형성되어 있다, 상기 돌출부의 형상은 그 상단폭(a), 하단폭(b), 높이(c) 및 돌출부 모서리의 필렛반경(fillet radius, r)에 의해 규정되는데, 이 치수는 압연되는 슬라브의 두께에 따라 상대적으로 변하는 값들이다. 스테인레스 강판을 생산하는 열연공정에서 가장 많이 사용되는 200㎜ 두께의 슬라브에 대해 종래에 사용되었던 엔빌의 형상에 대한 치수를 적어보면, 상단폭(a)이 47.6㎜, 하단폭(b)이 140㎜, 높이(c)가 30㎜이고, 필렛반경(r1,r2,r3,r4, 이하에서 "r"로 표시)은 모두 30㎜이였다.

지금까지 상기와 같은 치수를 갖는 폭압하용 엔빌로 사이징 프레스를 실시하여 왔는데, 이 과정에서 슬라브(1)의 측단면 중에서 엔빌과 접촉되지 않은 부분에 벌징(bulging)이 발생하였고 이 벌징은 후속공정인 수평압연 후에 스테인레스 강판에 에지부 결함을 일으키는 주요 원인으로 지적되어 왔다. 이러한 에지부 결함을 방지하여 강판의 품질을 향상시키기 위해 여러 가지 방법들이 제안되어 왔으며, 본 발명 또한 이러한 에지부 결함 방지방법 중 하나이나, 지금까지 와는 달리 상기 폭압하용 엔빌의 돌출부 형상을 최적화하여 사이징 프레스 시에 벌징이 발생되지 않도록 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 제안된 것으로, 폭압하용 엔빌의 돌출부 형상 중에서 슬라브의 측단면과 직접 접촉되는 상단의 폭을 증가시켜 폭압연 시에 슬라브의 측단면에서 발생되는 메탈의 유동을 최소화함으로써 최종 제품인 열연코일의 에지부 결함을 감소시킬 수 있도록 고안된 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌은, 폭압연시에 슬라브의 측단면과 직접 접촉되는 돌출부의 형상이 150 ~ 250㎜ 두께의 슬라브를 기준으로 상단폭(a')이 55 ~ 65㎜, 하단폭(b')이 150 ~ 170㎜, 높이(c')가 27 ~ 33㎜, 및 필렛 반경(r')이 37 ~ 43㎜를 갖는다.

또한, 상기 치수의 돌출부를 갖는 폭압하용 엔빌은 200mm 두께의 슬라브의 폭압연에 사용되는 것이 가장 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌의 구성을 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 폭압하용 엔빌의 형상을 규정하는 치수를 나타낸다. 폭압하용 엔빌은 전체적으로 육면체의 형상을 이루되 슬라브(1)의 측단면과 접촉되는 부분에는 사다리꼴 형태의 돌출부(9)가 형성되어 있으며, 돌출부의 형상은 그 상단폭(a'), 하단폭(b'), 높이(c') 및 돌출부 모서리의 필렛반경(fillet radius, r')에 의해 규정된다는 점은 이미 도2를 참조로 상기한 바와 같다.

본 발명의 폭압하용 엔빌은 스테인레스 강판을 생산하는 열연공정에서 가장 많이 사용되는 150 ~ 250㎜ 두께의 슬라브를 기준으로 할 때, 상기 상단폭(a')이 55 ~ 65㎜, 하단폭(b')이 150 ~ 170㎜, 높이(c)가 27 ~ 33㎜이고, 필렛반경(r1',r2',r3',r4', 이하에서 "r'"로 표시)은 모두 40㎜이다. 이를 상기한 종래의 폭압하용 엔빌의 치수와 비교하여 보면 다음과 같다.

치수	종래기술(mm)	본발명(mm)	비교
상단폭(a, a')	47.6	55 ~ 65	증가
하단폭(b, b')	140	150 ~ 170	증가
높이(c, c')	30	27 ~ 33	유사
필렛반경(r, r')	30	37 ~ 43	증가

상기 표에서 보듯이, 본 발명에 따른 폭압하용 엔빌은 돌출부(9)의 형상에 있어서 종래에 비해 상단폭, 하단폭, 필렛반경이 모두 증가하였다는 것을 알 수 있다. 상기 상단폭과 하단폭이 증가하였다는 것은 폭압연시에 슬라브의 측단면과 접촉되는 부분이 넓어진다는 것을 의미하고, 필렛반경이 증가하였다는 것은 돌출부의 모서리 부분이 완만해져 폭압연시에 슬라브에 대한 가압력이 상대적으로 감소한다는 것을 의미한다. 이러한 형상의 돌출부를 갖는 본 발명의 폭압하용 엔빌에 따르면, 폭압연시에 슬라브의 벌징을 감소시켜 에지부 결함을 감소시켜주는 바, 이에 대한 상세한 내용을 후술하기로 한다.

종래에도 스테인레스 강판에 있어서 슬라브의 두께에 따른 돌출부의 형상을 최적화하려는 노력이 있었다. 일본 특개평9-256050호에 게시된 발명이 대표적이 것 인데, 이에 따르면 폭압하용 엔빌의 돌출부 형상 중 상단폭, 하단폭 및 높이를 각각 슬라브 두께의 1/3 ~ 3/4, 슬라브 두께의 +(10 ~ 30mm) 및 슬라브 두께의 1/15 ~ 1/4 정도의 범위로 규정하고 있다. 이는 돌출부의 형상을 비교적 넓게 설정한 것인데, 본 발명과 비교하기 위해 주요 치수(a,b,c)를 동시에 나타내보면 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명과 중복되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 폭압하용 엔빌이 스테인레스강의 에지부 결함을 방지해주는 작용에 대하여 상세히 설명한다.

도5는 사이징 프레스 후 슬라브에 결함이 발생되는 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다. 종래와 같이 돌출부의 폭이 작은 엔빌을 사용하여 폭압연을 행하면, 슬라브(1)의 측단면 중에서 엔빌의 돌출부와 접촉되는 면적이 작기 때문에 돌출부와 접촉되지 않은 슬라브의 상하단 부분(1a)이 중앙부보다 크게 벌징되어 부풀어오르게 된다. 이와 같은 벌징부위(t)는 후속하는 수평압연(조압연, 사상압연) 공정에서 상하 바깥쪽으로 이동하게 되고, 수평압연이 연속적으로 이루어지는 과정에서 슬라브의 표면쪽으로 이동하면서 압연롤과 접촉하게 된다. 이 같은 접촉부위는 슬라브 상단의 결함부 발생으로 잔존하게 되는데, 이를 슬라브의 에지부(slab edge) 결함 혹은 에지 심(edge seam) 결함이라 한다.

에지부 결함은 폭압연량이 증대할수록 두께방향의 수평압연량이 증가할수록 증가하게 되며, 특히 열간가공성이 떨어지는 스테인레스 강판에 주로 발생한다. 이 에지부 결함은 후속공정인 냉연공정을 거치면서 터짐과 같은 치명적인 결함으로 연결되기 때문에 이를 최소할 필요가 있다. 에지부 결함을 방지하기 위해서는 사이징 프레스 후에 슬라브 측단면에서 바깥쪽으로 이동하는 메탈의 양을 최소화하여 후속하는 수평압연 공정에서 슬라브의 표면쪽으로 들어가는 것을 방지하여야 한다.

본 발명은 이러한 점을 고려하여 폭압하용 엔빌의 돌출부 형상을 그 폭이 넓고(상단폭, 하단폭 증가), 모서리가 완만한 형태(필렛반경 증가)로 변경하였음은 이미 상기한 바와 같다. 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 폭압하용 엔빌을 사용하면, 슬라브(1) 측단면 중에서 엔빌과 접촉되는 부분이 넓어지기 때문에 중앙부에서 함몰되어 들어가는 메탈의 이동량이 많아지게 되고 그 결과 슬라브(1)의 상하단 부분(1a)이 벌징되는 양은 종래에 비해 감소된다. 따라서, 후속하는 수평압연 공정에서 폭압연 방향의 반대로 유동하면서 슬라브(1)의 표면으로 이동하는 메탈의 양도 감소되어 에지부 결함이 방지되는 것이다.

그러나, 폭압하용 엔빌의 돌출부 폭을 계속 증가시키게 되면, 슬라브 상하단 끝단부에 도그본(dogbone) 형상을 증가시켜 후속하는 수평압연 공정에서 또 다른 에지부 결합을 발생시키게 되므로 적당한 치수 범위 내에서 엔빌의 돌출부 형상을 규정할 필요가 있다. 본 발명자는 이를 위해 폭압하용 엔빌의 돌출부 형상을 규정하는 치수(a',b',c', r')를 다양하게 변화시켜가면서 에지부 결함의 발생 정도를 체크하여 상기한 최적의 범위를 산출하게 된 것이다. 이러한 치수 범위는 스테인레스 강판을 제조하는데 가장 많이 사용되는 200mm 두께의 슬라브를 기준으로 최적화한 것이다. 이 치수 범위의 돌출부를 다른 두께를 갖는 슬라브에 적용해 본 결과, 150mm ~ 250mm 두께를 가진 슬라브에서도 에지부 결함의 방지효과가 있는 것으로 나타났다.

종래의 폭압하용 엔빌과 달리 본 발명의 경우 사이징 프레스 작업시에 슬라브 메탈의 유동을 제어하여 후속하는 수평압연 공정에서 에지부 결함을 방지할 수 있다는 효과를 입증하기 위해 플라스티신(plasticine) 모사실험재료를 이용하여 테스트를 실시하였다. 그 결과를 도시한 도7을 보면, 실제 조업조건과 동일한 25mm, 40mm, 50mm, 75mm, 100mm의 폭압하량 모두에 있어서 본 발명의 폭압하용 엔빌이 종래의 엔빌보다 에지부 결함 발생폭이 작게 나타났음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌에 의하면, 사이징 프레스시에 슬라브 메탈의 유동을 제어하여 후속하는 수평압연 공정에서 발생하는 에지부 결함 또는 에지 심을 방지할 수 있고, 이에 의해 최종 제품은 열연코일의 표면 품질을 향상시켜준다.

Claims (2)

1. 스테인레스 강판의 열연공정 중 사이징 프레스에 사용되는 폭압하용 엔빌에 있어서, 폭압연시에 슬라브(1)의 측단면과 직접 접촉되는 돌출부(9)의 형상은 150 ~ 250㎜ 두께의 슬라브를 기준으로 상단폭(a')이 55 ~ 65㎜, 하단폭(b')이 150 ~ 170㎜, 높이(c')가 27 ~ 33㎜, 및 필렛반경(r')이 37 ~ 43㎜인 것을 특징으로 하는 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬라브(1)의 두께는 200mm인 것을 특징으로 하는 사이징 프레스의 폭압하용 엔빌.

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