KR100775325B1 - 열간 압연롤의 교체주기 설정방법 - Google Patents

Abstract

열간 압연롤 특히, 마무리 압연기의 전단 워크롤의 교체주기를 경험치나 운전자의 육안판단에 의하지 않고 수학식을 구하여 설정하는 방법을 제공한다.

상기 열간 압연롤의 교체주기 설정방법은,

열간압연 마무리압연기의 전단 워크롤의 마모량과 압연통판성과의 상관성으로부터 허용마모량을 구하는 단계;와, 상기 구해진 허용마모량에서 현재 마모량을 빼고, 사용중인 워크롤의 잔류마모량을 다음의 수학식들로 부터 구하는 단계; 와,

여기서, i는 스탠드 번호이고, j는 압연시 j번째 압연판이고, △W(i,j)는 압연재에서의 1코일당 마모량이고, A(i,j)는 압연응력이며, l(i,j)는 접촉투영길이이고, C(i,j)는 롤회전수이며, P'(i,j)는 압연하중이고, Dw(i)는 롤직경이며, L(i,j)는 압연길이이고, B'(j)는 판폭이며, f(i,j)는 선진율이고, a,b,α,β는 상수이고, 상기 허용롤마모량은 0.2mm 이고,

상기 잔류 사용 마모량으로부터 향후 압연가능한 압연매수(n)을 다음의 수학식으로 부터 구하는 단계; 및,

상기와 같이 구한 압연매수(n)에 의해 마무리 압연기의 워크롤 교체주기를 설정하는 단계;로 구성되어 있다.

따라서, 이와 같은 본 발명에 의하면, 열간 마무리압연기의 전단 워크롤에서의 마모량이 압연통판성에 미치는 영향의 정량화를 통해 워크롤의 적정 교체주기를 설정함으로써, 열연 강판의 생산성 및 롤원단위를 향상시키는 효과를 제공하는 것이다.

열간압연, 압연기,워크롤, 워크롤 마모, 통판, 워크롤 교체주기, 주기 설정방법

Description

열간 압연롤의 교체주기 설정방법{A METHOD FOR SETTING UP A EXCHANGE CYCLE OF A WORK ROLL IN HOT ROLLING LINE}

도 1은 열간 압연롤중 워크롤의 마모형태를 도시한 개략도

도 2는 마무리 압연공정에서 전단 워크롤의 마모량과 압연통판과의 상관성을 도시한 그래프도

도 3은 종래와 본 발명에 따른 설정방법에 의한 열간 압연롤의 교체주기를 비교하여 나타낸 그래프도

본 발명은 열간 압연기에서의 마무리 압연용 전단 워크롤의 교체주기 설정방법에 관한 것으로 이는 특히, 종래 열간 압연라인에서 누적된 경험치로서 열간 압연기의 워크롤 교체주기를 결정하거나 또는, 운전자가 워크롤의 마모상태를 육안으로 판단하여 워크롤의 교체를 결정하는 것에 비하여, 정확한 워크롤의 마모량을 판단하여 워크롤의 잔여 조업매수를 예측함으로서, 워크롤의 통판이 유지되는 상태에 서 최대한으로 워크롤을 사용하기 때문에, 열연강판의 생산성 및 롤원단위를 향상시킬 수 있도록 한 열간 압연롤의 교체주기 설정방법에 관한 것이다.

일반적으로 열간압연은 연속주조공정을 통해 제조된 슬라브(SLAB)를 재가열하여 주어진 크기의 열연강판(HOT ROLLED STRIP)을 만드는 공정인데, 이와 같은 열연 압연공정은 여러단계의 열간 압연과정을 거치게 된다.

즉, 크게 조압연공정과 마무리압연공정으로 분류할 수 있는데, 통상적으로 조압연공정에서는 대략 250mm 두께의 가열된 슬라브를 40mm 두께의 바아형태로 압연하며, 그 다음 마무리압연공정에서는 상기 조압연된 바아형태의 슬라브를 수요자가 요구하는 두께로 최종압연하여 열연강판을 제조하도록 하는 것이다.

한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 이와같은 열간압연을 위해 설치된 압연기는 슬라브와 직접 접촉하여 압연하는 워크롤과 이를 지지 구동시키는 압연롤로 나누어 지고, 이와 같은 압연기의 워크롤은, 각 압연 공정에서의 열적.기계적 부하상태가 각각 다르기 때문에 열연공장에서는 사용되는 워크롤의 종류는 다양하다.

그런데, 열연공정중에서 마무리압연용으로 사용되는 워크롤은 압연 작업성 및 제품의 치수-형상와 표면품질에 직접적인 영향을 미치기 때문에 상기와 같은 워크롤의 관리가 특히 중요하다.

그리고, 이와 같은 열간압연라인의 마무리 압연공정에서는 통상 7개의 압연기가 연속적으로 붙어 있는데, 1번째에서 4번째 압연기를 전단(前段), 5번째에서 7번째 압연기를 후단(後段)이라 하고, 그 배치순서에 따라 상기 워크롤들의 재질도 구분된다.

다음의 표 1에서는 마무리압연 공정에서 사용되는 워크롤 재질의 화학성분을 나타내고 있는데, 현재 일반적으로 마무리 압연공정에서 전단 워크롤은 고속도-공구강롤이 사용되고, 후단 워크롤로는 니켈그레인주철롤이 사용되고 있다.

마무리 압연공정에 사용되는 워크롤 재질의 화학성분(wt%)

구분	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	V
고속도공구강롤	1.5-2.5	0.5-1.6	0.3-2.0	3.0-8.0	1.0-3.0	2.0-5.0	3.0-7.0
니켈그레인주철롤	3.0-3.4	0.5-2.0	0.2-1.0	0.5-1.5	2.0-5.0	0.2-1.0

한편, 마무리압연 공정중에서도 전단 워크롤의 재질인 고속도공구강롤은 내마모성이 매우 우수하여 장시간 사용하는 것이 가능하지만, 워크롤을 적정 교체주기보다 너무 일찍 교체하게 되면 제품의 생산성 및 롤원단위가 감소되게 되며, 너무 늦게 교체하게 되면 압연 통판성이 저하되어 사고의 위험성이 높고, 형상품질이 열악하게 되어 제품불량이 증대되게 된다.

따라서, 열간 마무리 압연공정의 워크롤은 적정한 교체주기를 설정하는 것이 필요한 것이다.

그런데, 열간 마무리공정에서 사용중인 워크롤을 교체하는 기준이 되는 변수는 표면거침과 마모정도가 될 수 있는데, 롤표면거침은 강판 표면결함에 직접적인 영향을 미치고, 마모정도는 강판의 형상 및 압연통판성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 그 관리가 중요하다,

또한, 종래에는 주로 롤표면거침이 마모보다 강판에 미치는 영향이 크기 때문에 표면거침을 기준으로 워크롤을 교체하였는데, 이와 같은 롤의 표면거침을 고려하여 마무리압연공정의 워크롤 교체주기 설정방법은 국내 특허출원 제 1994-34285호에 제안된 바 있다.

그런데, 최근에는 내거침성이 매우 우수한 고속도공구강이 사용되고 있고, 또한 압연중에 롤표면거침을 제거할 수 있는 온라인 상태에서의 롤 연마장치(On-line roll grinder)(ORG)를 사용함으로서, 현재에는 롤표면거침보다는 롤의 마모정도가 압연롤의 교체기준이 되게 되었다.

그러나, 현재까지는 압연공정 특히, 마무리 압연공정에서 사용되는 워크롤의 교체주기을 정확하게 설정하여 수행하지 못하고, 압연라인의 운전자가 롤의 마모상태를 육안으로 파악하거나, 라인에서 축적된 압연매수에 근접하면 롤을 교체하고 있는 실정이고, 결국 마무리압연공정에서 압연조업을 더할 수 있는 데에도 워크롤을 교체하는 경우가 빈번하고, 이는 결국 워크롤의 필요없는 교체로 이어져 공정의 생산성 및 롤원단위를 저하시키는 문제가 있는 것이고, 이와 같은 종래의 문제점은 다음의 실시예에서 본 발명과 비교 설명할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 라인의 운전 경험치나 운전자의 육안 판단과 같은 개략적인 롤교체주기를 결정하지 않고, 상기 워크롤 특히, 전단 워크롤에서의 마모량이 압연통판성에 미치는 영향의 정량화를 통해 워크롤의 적정 교체주기를 설정함으로써, 열연강판의 생산성 및 롤원단위를 향상시키도록 한 열간 압연롤의 교체주기 설정방법를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 열간압연 마무리압연기의 전단 워크롤의 마모량과 압연통판성과의 상관성으로부터 허용마모량을 구하는 단계;와,

상기 구해진 허용마모량에서 현재 마모량을 빼고, 사용중인 워크롤의 잔류마모량을 다음의 수학식들로 부터 구하는 단계; 와,

여기서, i는 스탠드 번호이고, j는 압연시 j번째 압연판이고, △W(i,j)는 압연재에서의 1코일당 마모량이고, A(i,j)는 압연응력(= P'(i,j)/(B'(j)*l(i,j))이며, l(i,j)는 접촉투영길이이고, C(i,j)는 롤회전수(= L(i,j)/{π*Dw(i)(1+f( i,j))}이며, P'(i,j)는 압연하중이고, Dw(i)는 롤직경이며, L(i,j)는 압연길이이고, B'(j)는 판폭이며, f(i,j)는 선진율이고, a,b,α,β는 상수이고,

상기 잔류 사용 마모량으로부터 향후 압연가능한 압연매수(n)을 다음의 수학 식으로 부터 구하는 단계; 및,

상기와 같이 구한 압연매수(n)에 의해 마무리 압연기의 워크롤 교체주기를 설정하는 단계;로 구성된 열간 압연롤의 교체주기 설정방법을 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 에서는 열간 압연롤중 워크롤의 마모형태를 도시하고 있는데, 이는 압연통판성과 전단워크롤의 마모량과의 상관성을 살펴보기 위한 것이고, 이해를 돕기 위하여 부호대신 명칭으로 나타내었다.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 전단 워크롤의 롤길이 방향으로 가운데는 압연판이 통과하는 통판부가 있고, 바깥쪽으로는 압연판이 통과하지 않는 비통판부가 있다.

또한, 주로 상기 통판부에서 마모가 발생되는데, 이는 압연매수 즉, 슬라브를 롤의 보수교체후 최초 압연작업을 첫번째 압연매수라 한다면, 압연매수가 증가함에 따라 마모량이 증가하여 통판부와 비통판부 사이에 단차가 발생하고, 이와 같은 단차가 마모량이 되며, 그 마모량이 일정 이상이 되면 압연 통판성 즉, 압연시 강판을 접촉 피딩시키는 통판성이 나빠지게 된다.

한편, 마무리 압연작업시 압연통판성과 마모량의 상관성을 구하기 위해 압연 통판성의 난이도를 나타내는 기준표를 다음의 표 2에서 나타내었다.

마무리 압연공정에서의 압연 통판성을 나타내는 기준표

평점	압연통판성
1	압연통판성에 전혀 문제가 없음
2	압연통판의 어려움은 조금 있지만 사고 위험이 없음
3	압연통판이 어렵고 사고 위험이 높음

즉, 상기 표 2에서와 같이, 압연통판성에 전혀 문제가 없는 양호한 경우에는 평점 1을 주고, 통판의 어려움은 조금 있지만 사고 위험이 없는 경우에는 평점 2를 주며, 통판이 어렵고 사고 위험이 높은 경우에는 평점 3을 부여하였다.

다음은, 롤교체직전의 압연재 5매에 대한 압연통판성과 실제 전단 워크롤의 마모량을 측정하여 이들의 상관성을 조사하였으며, 그 결과를 도 2에서 도시하였다.

따라서, 도 2에서 도시한 바와 같이, 전단 워크롤의 마모량이 0.2mm 이상이 되면 압연통판성이 악화되었다. 따라서 압연통판성을 확보하기 위해서는 도 1의 워크롤 마모량이 0.2mm 이하에서 롤의 교체를 실시해야 하는데, 이것이 압연 워크롤의 교체기준이 되는 허용마모량값이 되는데, 이를 다음의 수학식 1로 나타내었다.

(워크롤의 교체기준에 따른) 롤의 허용마모량 = 0.2 mm

이때, 상기 허용롤마모량은 도 2에서도 도시한 바와 같이, 0.2mm 이하인 경우에는 압연통판성은 양호하지만, 실제 0.15mm 이하의 롤마모량은 롤의 압연매수가 너무 적은 상태에서 롤을 교체하기 때문에, 롤허용마모량은 통판성과 롤의 수명을 감안할때, 0.15-0.2 mm 가장 바람직하기는 0.2mm 이고, 이하에서는 가장 바람직한 0.2mm를 롤허용마모량을 한다.

다음, 상기와 같은 기준을 적용하여 롤을 교체하기 위해서는 현재 사용중인 롤의 마모량을 알아야 하기 때문에 롤의 마모량에 관련된 마모식이 필요하다.

즉, 본발명에서 사용한 롤의 마모식은 Holm식을 기본으로 하여 주어진 압연스탠드에서 1 코일 압연한 후 마모된 마모량은 다음의 수학식2로부터 구할 수 있다.

여기서, △W(i,j)는 i번째 스탠드, j번째 압연재에서의 1코일당 마모량이고, A(i,j)는 압연응력(= P'(i,j)/(B'(j)*l(i,j))이며,

l(i,j)는 접촉투영길이이고,

C(i,j)는 롤회전수(= L(i,j)/(π*Dw(i)(1+f(i,j))}이며,

P'(i,j)는 압연하중이고,

Dw(i)는 롤직경이며,

L(i,j)는 압연길이이고,

B'(j)는 판폭이며,

f(i,j)는 선진율이고, a,b,α,β는 상수이다.

다음, 상기 수학식 2를 근거로 n매 압연후 누적된 마모량은 다음의 수학식 3으로부터 구할 수 있다.

여기서, W(i,j)는 i 스탠드에서의 n 압연매수를 압연한 후 누적 롤마모량이다.

따라서, 상기 수학식 1과 수학식 3으로 부터 전단 워크롤의 교체시점은 다음의 수학식 4가 되는 조건에서의 압연매수(n)이 된다.

그런데, 실제 압연작업시 작업자들에게 현재 사용중인 워크롤이 앞으로 어느 정도의 압연매수를 압연한 후에 교체될 것이라는 사실을 미리 알려주어야 하기 때문에, 이를 위해 현재 사용중인 워크롤의 잔류사용 마모량은 상기 수학식 4를 정리하면 다음의 수학식 5와 같이 된다.

그리고 상기 수학식 5를 이용하여 현재 압연되는 압연재의 마모량을 상기 수학식 2로부터 계산하면, 현재 사용중인 워크롤에 대한 앞으로의 압연가능한 압연매수는 다음의 수학식 6으로부터 구할 수 있다.

따라서, 마무리압연 공정에서 전단 워크롤의 압연매수를 경험치로 그 교체주기를 결정하는 종래의 방법과 상기 수학식들을 이용한 본발명의 비교를 실시예를 통하여 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

먼저, 도 3에서는 종래와 본 발명에 따른 설정방법에 의한 열간 압연롤의 교체주기를 비교하여 그래프로 나타내고 있다.

즉, 도 3에서 도시한 바와 같이, 압연소재 즉, 압연판의 두께가 1.2-20mm인 범위에서 종래방법을 통한 롤교체주기는 F1, F2, F3는 800매이고, F4는 600매 이었으며, 이때 F는 마무리압연을 나타내고, 그 뒤의 숫자는 첫번째 스탠드 측 소재의 입측에서 부터 네번째 스탠드를 의미하며, F4가 종래의 방법에서 압연매수가 낮은 이유는 7개의 스탠드를 기준으로 출측 즉, F7스탠드로 갈수록 압연강판이 얇게 되면서 압연마모가 심하기 때문이다.

그런데, 이때 측정된 각 워크롤의 마모량은 F1은 0.07mm, F2는 0.18mm, F3은 0.17mm, F4는 0.12mm 이었다.

따라서, 상기 마모량을 상기 수학식 5에 대입하면, 롤교체기준인 허용마모량 0.2mm가 되기 위해서는 F1은 0.13mm, F2는 0.02mm, F3은 0.03mm, F4는 0.08mm 만큼 더 압연할 수 있음을 알수 있고, 이를 두께가 2.3mm 인 압연판을 기준으로 하여 압연매수로 환산하면 종래의 겸험치에 비하여 본 발명의 방법에 의하면 F1은 1485매, F2는 85매, F3은 141매, F4는 418매를 각각 더 압연할 수 있다는 것을 알수 있는 것이다.

결국, 종래의 단순한 근접치로 워크롤의 압연매수를 정하여 압연조업을 수행하는 것에 비하여, 본 발명의 열간 압연롤의 교체주기 설정방법을 통하면, 종래에 비하여 워크롤의 총 압연할 수 있는 압연매수를 상당히 증가시킬 수 있음을 알수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명인 열간 압연롤의 교체주기 설정방법에 의하면, 압연통판성을 저하시키지 않은 전제하에서 전단 워크롤의 허용마모량을 바탕으로 그 교체주기를 설정함으로써, 적기에 워크롤을 교체할 수 있고, 결국 압연생산성을 향상시키고, 필요없는 롤연마의 부하를 줄이며, 롤의 원단위를 증가시키도록 하는 우수한 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (2)

1. 열간압연 마무리압연기의 전단 워크롤의 마모량과 압연통판성과의 상관성으로부터 허용마모량을 구하는 단계;와,

   상기 구해진 허용마모량에서 현재 마모량을 빼고, 사용중인 워크롤의 잔류마모량을 다음의 수학식들로 부터 구하는 단계; 와,

   

   

   여기서, i는 스탠드 번호이고, j는 압연시 j번째 압연판이고, △W(i,j)는 압연재에서의 1코일당 마모량이고, A(i,j)는 압연응력(= P'(i,j)/(B'(j)*l(i,j))이며, l(i,j)는 접촉투영길이이고, C(i,j)는 롤회전수(= L(i,j)/{π*Dw(i)(1+f( i,j))}이며, P'(i,j)는 압연하중이고, Dw(i)는 롤직경이며, L(i,j)는 압연길이이고, B'(j)는 판폭이며, f(i,j)는 선진율이고, a,b,α,β는 상수이고,

   상기 잔류 사용 마모량으로부터 향후 압연가능한 압연매수(n)을 다음의 수학식으로 부터 구하는 단계; 및,

   

   상기와 같이 구한 압연매수(n)에 의해 마무리 압연기의 워크롤 교체주기를 설정하는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 열간 압연롤의 교체주기 설정방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 수학식에서 허용롤마모량(mm)은 0.15 - 0.20 mm 인 것을 특징으로 하는 열간 압연롤의 교체주기 설정방법

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