KR100778680B1

KR100778680B1 - 열간압연장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100778680B1
Application number: KR1020060123802A
Authority: KR
Inventors: 김철희
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2007-11-22

Abstract

강판의 열간압연장치 및 그 방법을 제공한다. 열간압연장치는 ⅰ) 조압연된 강판을 가열하는 히터, ⅱ) 가열된 강판을 열간 압연하는 사상압연기, Δⅲ) 열간 압연된 강판을 냉각하는 런아웃테이블(Run out Table) 및 ⅳ) 냉각된 강판을 권취하는 권취기를 포함한다. 여기서 사상압연기는, ⅴ) 상호 이격되어 갭(gap)을 형성하고, 압연 소재를 상기 갭을 통해서 압연하는 한 쌍 이상의 압연 롤(roll), ⅵ) 분사구가 롤을 향하고, 윤활제를 분사하는 제1분사장치, ⅶ) 분사구가 강판의 진행방향과 예각으로 경사져서 형성되고, 압연되는 강판 및 갭을 향하여 냉각수를 분사하는 제2분사장치, 및 ⅷ) 제2분사장치와 관으로 연결되고, 제2분사장치로 유입되는 냉각수 양을 조절하는 제어장치를 포함한다. 열간압연방법은 ⅰ) 압연 소재가 압연 롤에 삽입되기 직전 제1냉각속도로 압연 소재의 선단(先端)을 냉각하는 단계, ⅱ) 압연 소재가 압연 롤에 삽입된 이후 상기 압연 소재를 제2냉각속도로 냉각 및 윤활하고 동시에 압연하는 단계, 및 ⅲ) 압연 소재가 압연 롤을 빠져나가기 직전 윤활을 줄임과 동시에 제1냉각속도로 상기 압연 소재의 후단을 냉각하는 단계를 순차적으로 포함한다.

열간압연장치, 열간압연방법, 윤활, 마찰계수

Description

열간압연장치 및 그 방법 {APPARATUS FOR HOT ROLLING AND A METHOD OF THE SAME}

도 1은 본 발명 일 실시예의 열간압연장치의 개략적인 개념도이다.

도 2는 본 발명 일 실시예의 사상압연기의 개략적인 개념도이다.

도 3은 온도에 따른 롤(roll)과 강판의 마찰계수 변화를 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명 일 실시예의 열간압연방법을 나타낸 순서도이다.

도 5는 종래의 열간압연방법을 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명 일 실시예의 열간압연방법을 도시한 그래프이다.

본 발명은 강판의 열간압연장치 및 그 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 냉각 속도를 조절하여 삽입 강판의 선단(先端)이 압연장치에 잘 삽입되도록 하는 열간압연장치 및 그 방법에 관한 것이다.

강판의 열간 압연 방식에는 배치 압연 방식 및 연속 압연 방식이 있다. 배치 압연 방식은 고온(1000℃ 이상)의 슬라브를 한 장씩 차례로 압연하는 방식이고, 연속 압연 방식은 압연 중인 강판의 후단(後端)부와 이에 이어서 압연될 강판의 선 단부를 서로 접합하여 연속적으로 압연을 하는 방식이다.

이러한 강판의 열간 압연 공정에서, 작동 롤과 강판 사이의 과도한 마찰을 저감하고 압연 롤의 수명을 연장하기 위하여, 롤과 강판 사이의 접촉부를 윤활한다. 그러나 윤활로 인하여 선단부가 잘 삽입되지 않고 미끄러지는 현상이 발생하였다. 이러한 현상은 연속 압연 방식에도 나타나는데, 이는 강판의 연결부의 두께가 모재에 비해서 두껍기 때문이다.

따라서 이러한 현상을 방지하기 위하여 강판의 선단부가 롤에 물린 후부터 윤활을 시작하고, 후단부가 롤에서 완전히 빠지기 전에 윤활을 중지하는 방법으로 윤활을 실시한다. 그리고 이러한 패턴을 반복 실시하여 윤활로 인하여 다음 강판의 삽입이 영향을 받지 않도록 한다.

그러나 전술한 윤활 방식은 소재 중앙 부분만이 윤활 압연 되므로, 소재 선단부 및 후단부에서의 품질이 중앙부에 비해 떨어지고, 적극적인 윤활을 하는 것이 불가능한 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 소재의 선단 모서리를 절삭하여 치입을 원활하게 하는 방법이 소개되었다. 또한, 윤활제의 무기물을 용융시키는 방법으로, 치입시에는 마찰계수가 높고, 치입후에는 마찰계수가 낮은 윤활제를 사용하는 방법도 소개되었다. 그러나 전술한 방법은, 기존의 공정에 별도의 장치를 설치하거나, 윤활제의 종류를 변경하여야 함으로, 추가적인 비용이 발생하는 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 별도의 장치 설치 및 윤활제의 변경 없이 도 소재의 치입시에는 무윤활조건과 같은 높은 마찰 계수를 가지고, 치입후에는 낮은 마찰계수를 가지도록 하는 열간압연장치를 제공한다.

또한, 별도의 장치 및 윤활제의 변경 없이도, 치입이 잘 되고, 소재의 전 영역에 걸쳐 일정한 윤활이 수행되는 열간압연방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연장치는, ⅰ) 조압연된 강판을 가열하는 히터, ⅱ) 가열된 강판을 열간 압연하는 사상압연기, ⅲ) 열간 압연된 강판을 냉각하는 런아웃테이블(Run out Table) 및 ⅳ) 냉각된 강판을 권취하는 권취기를 포함한다. 여기서 사상압연기는, ⅴ) 상호 이격되어 갭(gap)을 형성하고, 압연 소재를 상기 갭을 통해서 압연하는 한 쌍 이상의 압연 롤(roll), ⅵ) 분사구가 롤을 향하고, 윤활제를 분사하는 제1분사장치, ⅶ) 분사구가 강판의 진행방향과 예각으로 경사져서 형성되고, 압연되는 강판 및 갭을 향하여 냉각수를 분사하는 제2분사장치, 및 ⅷ) 제2분사장치와 관으로 연결되고, 제2분사장치로 유입되는 냉각수 양을 조절하는 제어장치를 포함한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연방법은, ⅰ) 압연 소재가 압연 롤에 삽입되기 직전 제1냉각속도로 압연 소재의 선단(先端)을 냉각하는 단계, ⅱ) 압연 소재가 압연 롤에 삽입된 이후 상기 압연 소재를 제2냉각속도로 냉각 및 윤활하고 동시에 압연하는 단계, 및 ⅲ) 압연 소재가 압연 롤을 빠져나가기 직전 윤활을 줄임과 동시에 제1냉각속도로 상기 압연 소재의 후단을 냉각하는 단계를 순차적으로 포함한다. 그리고 압연 롤에 압연 소재가 삽입되기 전 윤활을 시작하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 제1냉각속도 값은 제2냉각속도 값보다 크도록 설정한다.

냉각방법으로는 물을 분무하는 방법을 사용할 수 있으며, 윤활방법으로는 물과 윤활제의 혼합물을 분무하는 방법을 사용할 수 있다. 제1냉각속도는 50 내지 100℃/초일 수 있다. 그리고 전술한 제2단계의 냉각은 1 내지 2초 동안 이루어질 수 있다. 또한, 제1냉각속도는 제2냉각속도에 비해서 실질적으로 2배일 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구형될 수 있으며, 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연장치(100)는 조압연기(10), 코일박스(20), 접합기(30), 히터(40), 사상압연기(50), 런아웃테이블(70), 및 권취기(80)을 포함하며, 각 장치는 일직선 상에 순차적으로 배열된다.

강 슬라브는 조압연기(10)에서 일차적으로 압연된 후 권취된다. 권취된 코일은 코일박스(20)로 이동되어, 연속으로 압연할 수 있도록 일시적으로 보관된다. 그리고 접합기(30)에서 압연 중인 강판의 후단부와 이에 이어서 압연될 강판의 선단부가 서로 접합되어 연속적으로 압연될 수 있도록 한다. 도 1에는 접합기(30)가 구비된 열간압연장치(100)가 도시되었지만, 연속 압연이 아닌 배치 압연의 경우에 는 접합기(30)를 구비하지 않아도 된다. 다음으로, 히터(40)를 지나면서 재결정 온도 이상으로 가열된 강판은 사상압연기(50)을 통과하면서 압연된다. 사상압연기(50)는 도2에서 자세히 설명한다. 압연된 강판은 런아웃테이블(70)을 지나면서 냉각되고, 권취기(80)를 통해서 권취된다. 여기서 히터(40)는 강판의 모서리 부분을 가열하는 엣지 히터를 사용할 수 있다.

이하에서는 도 2를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 사상압연기를 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사상압연기(50)를 개략적으로 나타낸다. 사상압연기(50)는 상, 하로 배치된 한 쌍의 롤(51), 한 쌍의 제2분사장치(55), 한 쌍의 제1분사장치(53), 한 쌍의 냉각수 제어장치(57), 및 한 쌍의 유수혼합기(59)를 포함한다.

한 쌍의 롤(51)은 이격되어 갭을 형성한다. 강판(F)은 화살표 방향으로 이동하고, 이 갭을 통과하면서 압연된다. 강판과 접촉하는 상하의 롤(51)은 각각의 롤이 보조롤(513) 및 작동롤(511)로 구성되나, 이와 달리 보조롤없이 작동롤만으로 구성될 수도 있다. 한 쌍의 제1분사장치(53)는 윤활제(L)를 분무하고, 윤활제(L)가 작동롤(511) 또는 보조롤(513) 방향으로 분무되도록 설치된다. 그리고 제1분사장치(53)는 갭의 연장선(CL)을 기준으로 하여, 상하(Z축 방향)대칭형으로 위치할 수 있다. 한 쌍의 제2분사장치(55)는 냉각수를 분무하고, 강판(F)의 진행방향에 예각으로 경사져서 설치된다. 그리고 강판(F)의 진행방향과 동일한 방향으로 냉각수를 분무하여, 냉각수가 강판(F) 및 보조롤(513)에 동시에 분무될 수 있다. 또한 제2분사장치(55)는 갭의 연장선(CL)을 기준으로, 상하(Z축 방향)대칭형으로 위치할 수 있다.

한 쌍의 냉각수 제어장치(57)는 전술한 제2분사장치(55)와 각각 관(pipe)(P)으로 연결된다. 그리고 냉각수 제어장치(57)는, 예를 들면 밸브와 같은 냉각수의 양을 조절할 수 있는 수단을 구비하여 제2분사장치(55)에 공급되는 냉각수 양을 조절한다. 단위시간당 냉각수의 분사량이 많아지면, 강판(F)의 냉각속도가 빨라진다. 따라서 냉각수 제어장치(57)를 통해서 압연되는 강판(F)의 냉각 속도를 조절할 수 있다. 그리고 이와 같이 냉각수를 이용해서 짧은 시간 동안 강판(F)을 강냉하면, 주로 강판(F) 표층의 온도가 더 크게 변하고, 강판(F) 내층의 온도는 크게 변하지 않는다. 따라서 압연되는 강판(F)과 이와 접촉하는 상하의 롤(51) 사이의 마찰계수는 크게 변하지만, 강판(F) 내부의 미세구조의 변화는 최소화할 수 있다. 따라서 냉각 속도 조절을 통해서 강판(F)의 미세구조 변화 없이도, 압연되는 강판(F)과 한 쌍의 롤(51) 사이의 마찰 계수를 조절할 수 있다. 강판(F)의 온도와 마찰력의 관계는 이하 도 3에서 자세히 설명한다. 또한, 냉각수 제어장치(57)는 갭의 연장선(CL)을 기준으로 하여, 상하(Z축 방향)대칭형으로 위치할 수 있다.

한 쌍의 유수혼합기(59)는 전술한 제1분사장치(53)와 관(P)으로 연결되고, 물과 윤활제를 유입 받아 상호 혼합하며, 이를 제1분사장치(53)로 공급한다. 도 2에는 한 쌍의 유수혼합기(59)를 구비한 사상압연기(50)를 도시하였지만, 사상압연기(50)에 유수혼합기(59)를 설치하지 않을 수 있다. 즉, 미리 혼합된 윤활제를 제1분사장치(53)에 공급할 수도 있다.

도 3은 열간압연에 있어서, 온도에 따른 마찰 계수의 변화를 도시한 그래프를 나타낸다. 점선 그래프(L1)는 윤활이 없는 경우에 온도에 따른 마찰계수의 변화를 도시한 것이고, 실선 그래프(L2)는 윤활이 있는 경우에 온도에 따른 마찰계수의 변화를 도시한 것이다. 점선 그래프(L1)는 이하 그래프1이라고 하고, 실선 그래프(L2)는 이하 그래프2이라고 한다. T1℃ 에서 윤활을 시작하면, 온도와 마찰계수와의 관계가 그래프1의 관계에서 그래프2의 관계로 변한다. 따라서 마찰계수는 μ_W에서 μ₀로 떨어진다. 그러나 압연 소재의 치입시에는, 그래프1과 같이, 윤활이 없을 때의 마찰력이 요구된다. 그러므로 그래프1의 T1℃일 때의 마찰계수와 동일한 마찰계수를 얻기 위해서 치입이 일어나기 직전 압연 소재의 선단(先端)을 T2℃로 냉각한다. 그래프2를 참조하면 열연강판 표층이 T1℃ 에서 T2℃ 로 냉각되면서 마찰계수도 μ₀에서 μ_W로 상승한다. 따라서 윤활을 멈추지 않아도 압연 소재 선단의 냉각을 통해서 윤활이 없을 때의 마찰력을 얻을 수 있다. 그러므로 전술한 바와 같이, 냉각속도를 조절하면 별도의 장치를 설치하거나, 윤활제를 변경하지 않아도 치입시와 치입 후 압연시에 요구되는 마찰력을 각각 얻을 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연방법을 설명한다.

도 4는 열간압연방법을 순서도로 나타낸다. 먼저, 롤에 압연소재가 치입되기 전 윤활을 시작한다(91). 따라서 강판 선단이 윤활이 없는 상태에서 압연되는 것을 막을 수 있으므로, 종래에 문제되었던 소재의 선단과 중앙의 두께 및 재질의 차이를 줄일 수 있다. 윤활은 물과 윤활제의 혼합물을 롤을 향하여 분무하는 방식으 로 수행할 수 있다. 다음으로, 강판이 롤에 치입되기 직전 제1냉각속도로 강판의 선단을 냉각한다(93). 냉각으로 인해서 강판 선단의 온도가 낮아지면, 도 3에서 설명한 바와 같이, 윤활을 멈추지 않고도 치입에 요구되는 마찰력을 얻을 수 있다. 여기서, 제1냉각속도는 50내지 100℃/초일 수 있다. 냉각속도가 50℃/초 미만이면, 치입시 요구되는 마찰력을 얻을 수 없고, 냉각속도가 100℃/초를 초과하면, 불필요하게 마찰력이 커진다. 치입시 마찰력이 너무 커도 압연 후 강판의 재질이 달라지거나, 롤의 수명이 단축되는 문제점이 있으므로 제1냉각속도는 50 내지 100℃/초로 하는 것이 바람직하다. 또한, 냉각은 1 내지 2초간 할 수 있다. 냉각이 1초 미만으로 되는 경우에는, 치입이 완료되기 전에 냉각이 종료되며, 냉각이 2초를 초과하여되는 경우에는, 이미 치입이 완료되었음에도 불필요한 높은 마찰력을 유지하게 된다. 그리고 냉각은 물을 소재에 분무하는 방식으로 수행할 수 있다. 이와 같은 방법으로 강판을 짧은 시간 동안 강냉하면, 주로 강판 표층의 온도변화가 크고, 강판 내층의 온도는 유지된다. 따라서, 강판의 미세구조 변화를 최소화 하면서, 치입시 요구되는 마찰력을 얻을 수 있다.

다음으로, 강판이 롤에 치입되고 나면, 제2냉각속도로 냉각 및 윤활을 하면서 동시에 소재를 압연한다(95). 여기서, 강판의 압연시에는 치입시 보다 낮은 마찰력을 유지하여야 함으로, 제2냉각속도 값은 제1냉각속도 값보다 작다. 그리고 제2냉각속도 값은 제1냉각속도에 비하여 실질적으로 1/2일 수 있다. 즉, 제2냉각속도 값이 제1냉각속도 값의 1/2에 가깝거나, 1/2일 수 있다. 열간 압연시 냉각이 빠르 게 이루어지면 표면에 Fe₂O₃ 또는 Fe₃O₄와 같은 경도가 높은 상이 형성되므로, 압연에 좋지 않은 영향을 준다. 따라서, 전술한 냉각속도로 설정하여, 강판의 표면에 경도가 높은 상의 생성을 억제하고, 압연이 원활하게 진행되도록 한다.

다음으로, 강판이 롤을 빠져나가기 직전 윤활을 줄이고, 동시에 제1냉각속도로 강판의 후단을 냉각한다(97). 이와 같이 강판의 후단을 제1냉각속도로 강냉하면, 강판과 롤 사이의 마찰계수를 순간적으로 증가시켜 강판이 롤을 잘 빠져나간다. 또한, 동시에 분사되는 냉각수의 양이 증가되므로, 롤 표면에 부착된 유분을 제거한다. 따라서 롤에 남아 있는 유분이 다음 강판의 치입시에 주는 영향을 줄일 수 있다.

도 5는 종래의 윤활 및 냉각 과정을 압연판 길이에 따라 도시한 것이고, 도 6은 도 4에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연방법을 압연판의 길이에 따라 도시한 것이다.

도 4에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 열간압연방법은 도 5의 종래의 방법과 비교하면, 강판의 치입시와 강판이 빠져나갈때의 냉각수(Q) 양이 압연시보다 실질적으로 2배 많다. 또한, 냉각을 통해서 마찰계수를 조절하므로, 압연판의 전장에 대해서 열간윤활압연을 수행할 수 있다. 반면에, 도 5를 참조하면 종래의 방법에서는 마찰계수 조절을 위해서 압연의 시작 및 종료시에 윤활제(L)를 분사하지 않으므로, 강판의 양 단은 윤활제 없이 압연된다.

아래의 표 1은 본 발명에 따른 실시예 및 종래 기술에 따른 비교예를 기재한 것이다. 실시예의 경우 모든 조건에서 물림상태가 양호 하다.

No.	강종	온도(℃)	열간윤활	바이트쿨링	물림상태
비교예1	SPAH	800	X	X	불량
실시예1	SPAH	800	O	O	양호
실시예2	SPAH	800	O	X	양호
실시예3	SPAH	800	X	O	양호
비교예2	SPAH	700	X	X	불량
실시예4	SPAH	700	O	O	양호
실시예5	SPAH	700	O	X	양호
실시예6	SPAH	700	X	O	양호

이와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하다. 그리고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연장치는 전술한 사상압연기를 포함하므로, 강판의 치입을 위한 추가 장치가 필요없으며, 마찰력 조절을 위한 윤활제의 변경이 필요없다. 따라서 보다 경제적으로 열간 압연을 수행할 수 있어, 강판의 열연 강판의 제조 원가를 낮출 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연방법을 이용하면, 강판의 선단(先端)부를 더 큰 냉각속도로 냉각하여, 윤활을 멈추지 않고도 치입시에 필요한 마찰력을 얻을 수 있으므로, 미끌림없이 안전하게 치입이 이루어진다.

또한, 강판이 롤에서 완전히 빠져나가기 전에 윤활을 줄이고, 냉각속도를 증대시키므로, 강판이 잘 빠져나가고, 롤 표면에 부착된 유분이 제거된다. 따라서 다음 롤에 남은 유분이 다음 강판의 치입시에 영향을 주지 않는다.

또한, 냉각속도만을 조절하여 열간 압연을 수행하므로, 간단한 제어시스템을 이용할 수 있다. 따라서 보다 안정적으로 열간 압연을 제어할 수 있다.

또한, 강판 전체에 걸쳐서 안정된 윤활이 가능하므로, 강판 전체에 걸쳐서 열간윤활압연이 가능하다. 따라서, 압연 후의 강판 두께, 형상, 및 전폭의 편차를 줄일 수 있다.

Claims

조압연된 강판을 가열하는 히터,

상기 가열된 강판을 열간 압연하는 사상압연기,

상기 열간 압연 강판을 냉각하는 런아웃테이블(Run Out Table), 및

상기 냉각된 강판을 권취하는 권취기를 포함하고,

상기 사상압연기는,

상호 이격되어 갭(gap)을 형성하고, 압연 소재를 상기 갭을 통해서 압연하는 상하의 롤(roll),

분사구가 상기 롤을 향하고, 윤활제를 분사하는 제1분사장치,

분사구가 상기 강판의 진행방향과 예각으로 경사져서 형성되고, 상기 강판 및 상기 갭을 향하여 냉각수를 분사하는 제2분사장치, 및

상기 제2분사장치와 관으로 연결되고, 제2분사장치로 유입되는 냉각수 양을 조절하는 제어장치

를 포함하는 열간압연장치.
압연 소재가 압연 롤에 삽입되기 직전 제1냉각속도로 상기 압연 소재의 선단(先端)을 냉각하는 단계,

상기 압연 소재가 상기 압연 롤에 삽입 된 이후 상기 압연 소재를 제2냉각속도로 냉각 및 윤활을 동시에 하면서 압연하는 단계,

상기 압연 소재가 상기 압연 롤을 빠져 나가기 직전 윤활을 줄임과 동시에 제1냉각속도로 상기 압연 소재의 후단(後端)을 냉각하는 단계를 순차적으로 포함하고,

제1냉각속도 값이 제2냉각속도 값 보다 큰 열간압연방법.
제2항에 있어서,

상기 압연 롤(roll)에 압연 소재가 삽입되기 전 윤활을 시작하는 단계를 더 포함하는 열간압연방법.
제2항에 있어서,

상기 냉각은 물을 분무하여 냉각하는 방법인 열간압연방법.
제2항에 있어서,

상기 윤활은 물과 윤활제의 혼합물을 분무하여 윤활하는 방법인 열간압연방법.
제2항에 있어서,

상기 제1냉각속도는 50 내지 100℃/초인 열간압연방법.
제6항에 있어서,

상기 제1단계에서,

상기 압연 소재의 선단을 1 내지 2초간 제1냉각속도로 냉각하는 열간압연방법.
제6항에 있어서,

제2냉각속도는 제1냉각속도의 실질적으로 1/2배인 열간압연방법.