KR100936405B1 - 열간 압연용 윤활장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열간 압연용 윤활장치에 관한 것으로서, 피압연재에 대해 압연 구동되는 작동롤과, 이 작동롤에 강성을 부여하는 보강롤을 구비한 열간 압연기에 있어서, 상기 보강롤의 폭에 상응하는 길이를 가지며 보강롤의 폭방향으로 배치되어 보강롤에 접한 상태에서 종동 회전할 수 있는 윤활용 로울러; 상기 윤활용 로울러의 전폭 길이에 걸쳐 윤활용 로울러에 윤활제를 도포하는 윤활제 도포수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와같은 본 발명은, 피압연재와 접촉하는 압연롤의 전폭방향에 걸쳐 윤활제가 균일하게 도포되도록 함으로써 압연롤과 피압연재간의 윤활 효과를 크게 향상시켜 우수한 품질의 압연재를 제조하는 데에 기여한다.
열간 압연, 윤활, 롤, 간접, 분사, 로울러, 전사, 균일

Description

열간 압연용 윤활장치{Lubricating Apparatus for Hot Rolling}
도 1은 종래의 작동롤 직접분사 윤활방식이 적용된 롤 설비의 배치도,
도 2는 종래의 보강롤 간접분사 윤활방식이 적용된 롤 설비의 배치도,
도 3은 본 발명에 따른 윤활장치가 설치된 롤 설비를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 윤활장치에 의한 윤활방식이 적용된 롤 설비의 배치도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 피압연재 2,2' : 작동롤
3,3' : 보강롤 4,4' : 윤활용 로울러
5,5' : 윤활제 도포수단 5a,5a' : 분출구
6,6' : 냉각수 분사수단 7,7' : 와이퍼 로울러
L : 윤활제 W : 냉각수
본 발명은 열간 압연용 윤활장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간 압연 공정에서 압연롤과 피압연재간의 마찰에 의한 롤의 마모를 저감하기 위하여 롤의 표면에 윤활제를 도포하는 열간 압연용 윤활장치에 관한 것이다.
금속재료를 열간 가공 온도에서 압연하는 열간 압연 공정에 있어서는 압연롤과 피압연재간의 마찰에 의하여 압연롤에 마모 현상이 발생하게 되며, 이러한 마모 현상이 일어남에 따라 피압연재의 표면이 손상을 입게 되므로, 이를 방지하기 위하여 압연롤과 피압연재 사이에 윤활제를 공급하면서 압연을 하는 열간 윤활 압연이 행하여지고 있다.
이와 같은 열간 윤활 압연은 주로 윤활유와 물을 혼합하여 롤바이트에 공급하는 워터 인젝션(water injection) 방식이 가장 많이 사용되고 있으며, 이 밖에 그리스와 같은 반고체의 윤활제가 사용되기도 한다.
특히, 전자의 경우, 열간 압연 윤활제를 공급하는 위치에 따라 작동롤 직접분사 윤활방식과 보강롤 간접분사 윤활방식으로 나뉘어지는데, 그 특징은 다음과 같다.
먼저, 작동롤 직접분사 윤활방식은, 첨부도면 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 윤활유(혹은 '압연유' ;L)를 분사하는 윤활유 분사노즐헤드(10.10')를 피압연재(20)가 진입하는 작동롤(30,30')의 전방 근처에 설치하고, 그 상방에는 작동롤(30,30')을 냉각하기 위한 냉각수 분사노즐헤드(40,40')를 설치하며, 윤활유 분사노즐헤드(10,10')와 냉각수 분사노즐헤드(40,40')의 사이에는 냉각수(W)의 간 섭을 막기 위한 수절판(wiper;50,50')를 배치함으로써, 피압연재(20)와 직접 접촉하는 작동롤(30,30')에 윤활제를 직접 분사하는 방식이다.
이 작동롤 직접분사 윤활방식은 롤바이트에 대한 가장 직접적이며 효과적인 윤활방식이라 할 수 있으나, 실제 현장 조업시에는, 분사노즐헤드(10,10',40,40')의 설치 공간상의 문제와, 수절판(50,50')의 불완전한 작동에 따른 윤활 불균일 및 불량, 냉각수(W)와 윤활유(L)간의 간섭, 분사노즐헤드(10,10',40,40')의 노즐 구멍 막힘, 그리고 통상 위쪽으로 휜 채로 작동롤(30,30')을 향해 진입하는 피압연재(20)와 윤활유 분사노즐헤드(10,10')간의 충돌 문제 등으로 인해 후술하는 보강롤 간접분사 윤활방식이 선호되고 있다.
즉, 보강롤 간접분사 윤활방식은, 도 2에 도시된 바와 같이, 보강롤(100,100')의 전후방에 각각 냉각수 분사노즐헤드(200,200')와 윤활유 분사노즐헤드(300,300')를 설치한 것으로서, 보강롤(100,100')에 1차적으로 분사된 윤활유(L)가 보강롤(100,100')의 회전시 작동롤(400,400')에 전사되도록 한 방식이다.
이러한 보강롤 간접분사 윤활방식은, 분사노즐헤드(200,200',300,300')의 설치공간상의 측면에서 바람직하고, 보강롤(100,100')에 일단 분사된 윤활유(L)가 작동롤(400,400')에 전사될 때 작동롤(400,400')의 폭방향으로 골고루 퍼져서 도포됨으로써 균질한 유막코팅 효과를 기대할 수가 있다. 그러나, 윤활유 분사 타이밍 제어의 곤란, 간접분사에 따른 윤활유 소모량의 증가라는 문제점이 지적되고 있으며, 롤(100,100',400,400')과 피압연재(500)가 접촉하는 중심부에 대한 윤활과 가 장자리부위에 대한 윤활의 정도에 차이를 두기가 어려워 가장자리부에 대한 윤활 효과가 반감되는 문제점이 있다.
특히, 보강롤 간접분사 윤활방식에 있어서 워터 인젝션법에 의해 보강롤(100,100')에 윤활유(L)를 분사하는 경우, 윤활유와 물이 혼합된 대부분의 혼합액은 보강롤(100,100')에 분사된 직후 후방으로 튕겨서 낙하해버림에 따라 보강롤(100,100')에 흡착되어 작동롤(400,400')로 전사되는 윤활유는 극히 일부에 지나지 않는다는 문제점이 있으며, 보강롤(100,100')의 냉각을 위해 분사하는 냉각수(W)가 보강롤(100,100')의 주위로 타올라가 표면에 수막을 형성함으로써 분사되는 윤활유(L)가 롤(100,100',400,400')의 표면에 까지 도달하지 못하고 물에 쓸려내려감에 따라 사실상의 윤활 효과가 거의 상실되고 마는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 제반 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 피압연재와 접촉하는 압연롤의 전폭방향에 걸쳐 윤활제가 균일하게 도포되도록 함으로써 압연롤과 피압연재간의 과도한 마찰과 압연롤의 마모를 저감할 수 있는 열간 압연용 윤활장치를 제공하는 데에 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열간 압연용 윤활장치는, 피압연재에 대해 압연 구동되는 작동롤과, 이 작동롤에 강성을 부여하는 보강롤을 구비한 열간 압연기에 있어서, 상기 보강롤의 길이와 동일한 길이를 가지며, 상기 보강롤의 길이방향으로 배치되어 외면이 상기 보강롤의 외면에 접촉되고, 상기 보강롤의 회전에 의해 종동 회전되는 윤활용 로울러와, 상기 윤활용 로울러의 상측에 위치되어 상기 윤활용 로울러의 외면에 윤활제를 도포하는 윤활제 도포수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 열간 압연용 윤활장치는, 상기 보강롤의 일측에 위치되어 상기 보강롤의 표면에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단 및 상기 냉각수 분사수단에 의해 분사된 냉각수가 상기 윤활용 로울러측으로 넘어가는 것이 방지될 수 있도록 상기 윤활용 로울러와 상기 냉각수분사수단 사이에서 상기 보강롤의 외면에 접촉되도록 설치되며 상기 보강롤 표면의 수막을 제거하는 와이퍼 로울러가 더 포함될 수도 있다.
그리고, 상기 윤활용 로울러는 상기 피압연재가 압연되어 나오는 보강롤의 후방측에 배치되고, 상기 냉각수 분사수단은 상기 보강롤의 전방측에 배치되며, 상기 와이퍼 로울러는 상기 윤활용 로울러와 상기 냉각수 분사수단의 사이에 배치될 수도 있다.
또, 상기 보강롤에 대한 윤활제의 공급량을 조절할 수 있도록 상기 윤활용 로울러와 상기 보강롤의 표면간의 접촉간격이 조정 가능하게 될 수도 있다.
또한, 상기 윤활제 도포수단은, 윤활제와 물의 혼합액을 분사하는 수단, 윤활제만을 분무하는 수단, 그리스를 공급하는 수단 중 어느 하나일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
첨부도면 도 3은 본 발명에 따른 윤활장치가 설치된 롤 설비를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 윤활장치에 의한 윤활방식이 적용된 롤 설비의 배 치도이다.
위의 도면에는, 피압연재(1)에 대하여 압하력을 가하는 한쌍의 작동롤(2,2')이 상하로 배치되고, 이들 작동롤(2,2')의 상하에 각각 작동롤(2,2')의 휨에 강성을 부여하는 보강롤(3,3')이 배치된 4중 가역식 압연기가 개략적으로 묘사되어 있으나, 본 발명의 윤활장치가 이러한 4중 가역식 압연기에만 한정적으로 적용되는 것은 아니다.
도면에 예시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 윤활장치는, 보강롤(3,3')의 폭방향으로 배치되는 윤활용 로울러(4,4')와, 이 윤활용 로울러(4,4')에 윤활제(L)를 도포하는 윤활제 도포수단(5,5')을 주요 구성요소로 하고 있다.
특히, 상기 윤활용 로울러(4,4')는 보강롤(3,3')의 폭길이에 상응하는 길이, 즉 보강롤(3,3')의 폭길이와 동등한 길이로 이루어져 보강롤(3,3')에 접한 상태로 종동 회전할 수 있게 되며, 상기 윤활제 도포수단(5,5')은 윤활용 로울러(4,4')의 전폭(全幅) 길이에 걸쳐서 윤활용 로울러(4,4')에 윤활제(L)를 도포할 수 있도록 일련의 분출구(5a,5a'), 예컨대 분사노즐들을 갖추고 있다.
한편, 본 발명을 구성함에 있어서, 상기 보강롤(3,3')의 표면에 냉각수(W)를 분사하기 위한 냉각수 분사수단(6,6')과, 이 냉각수 분사수단(6,6')에 의해 분사된 냉각수(W)가 보강롤(3,3')의 주위을 타고 윤활용 로울러(4,4')측으로 넘어가는 것을 방지하면서 보강롤(3,3') 표면의 수막을 제거하는 와이퍼 로울러(7,7')를 더 구비할 수도 있다.
이 때, 상기 윤활용 로울러(4,4')는 작동롤(2,2')에 의해 피압연재(1)가 압 연되어 나오는 출구쪽을 향하고 있는 보강롤(3,3')의 후방측에 배치되도록 하고, 상기 냉각수 분사수단(6,6')은 이와 반대로 보강롤(3,3')의 전방측에 배치되도록 하며, 상기 와이퍼 로울러(7,7')는 윤활용 로울러(4,4')와 냉각수 분사수단(6,6')의 사이에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
또, 상기 윤활용 로울러(4,4')와 상기 보강롤(3,3')의 표면간의 접촉간격이 윤활용 로울러(4,4')가 보강롤(3,3')의 회전에 의해 종동 회전하는 데에 지장이 없는 한도내에서 조정 가능하게 되도록 함으로써 보강롤(3,3')에 대한 윤활제(L)의 공급량을 조절할 수 있게 할 필요가 있다.
특히, 윤활용 로울러(4,4')는 펠트(felt) 또는 우레탄, 고무 등의 재질을 원통에 피복한 구조로 이루어지도록 함으로써 보강롤(3,3')의 전표면에 걸쳐 일정한 간격을 유지하면서 밀착되도록 할 수가 있는데, 이에 따라 윤활용 로울러(4,4')와 보강롤(3,3')간의 간격조정에 의해 일정량의 윤활제가 롤(2,2',3,3')의 표면에 전사되도록 하는 것이 가능하다.
한편, 상기 윤활제 도포수단(5,5')의 경우는 보다 구체적으로, 윤활제와 물의 혼합액을 분사하는 수단이라든지 또는 윤활제만을 분무하는 수단, 또는 그리스를 공급하는 수단 등을 사용할 수가 있다.
이상에서는 각 구성요소들에 대한 제어수단, 예컨대 보강롤(3,3')에 대하여 윤활용 로울러(4,4')의 간격을 조정한다든지, 윤활제 도포수단(5,5')으로 하여금 윤활제를 도포하도록 한다든지 하는 등의 제어를 행하는 수단에 대해서는 언급하지 않았으나, 통상의 제어수단으로 충분히 제어될 수 있는 것이므로 이에 대한 설명은 생략키로 한다.
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 열간 압연용 윤활장치의 작동을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 피압연재(1)를 압연하기 위한 작동롤(2,2')의 구동시 압연에 따른 롤바이트의 열을 냉각시킬 수 있도록 냉각수 분사수단(6,6')을 작동시켜 보강롤(3,3')의 전방측에서 롤 표면을 향하여 냉각수(W)를 분사한다.
분사된 냉각수(W)가 보강롤(3,3')의 표면에 부착된 상태로 혹은 수막을 형성한 상태로 보강롤(3,3')의 회전과 함께 와이퍼 로울러(7,7')측에 이르면, 보강롤(3,3')과 접하고 있는 이 와이퍼 로울러(7,7')에 의해 닦여서 제거된다.
이렇게 보강롤(3,3') 표면의 냉각수(W)가 제거된 부분이, 계속된 보강롤(3,3')의 회전에 의해, 보강롤(3,3')의 후방측에 위치하고 있는 윤활용 로울러(4,4')쪽으로 향하게 되는데, 이 때 윤활제 도포수단(5,5')을 작동시킴으로써 윤활용 로울러(4,4')의 표면에 윤활제(L)를 도포한다.
이에 따라, 윤활용 로울러(4,4')의 표면과 접촉하고 있는 보강롤(3,3')의 표면에 윤활제(L)가 전사되며, 이렇게 윤활제(L)가 전사된 보강롤(3,3')은 계속 회전하여 작동롤(2,2')의 표면과 접촉함으로써 작동롤(2,2')의 표면에 윤활제(L)를 재차 전사하게 된다.
결국, 윤활용 로울러(4,4')의 표면에 1차로 윤활제(L)를 공급하여 도포하면, 이 윤활제(L)가 윤활용 로울러(4,4')와 접하고 있는 보강롤(3,3')의 표면에 전사된 뒤, 보강롤(3,3')과 접하고 있는 작동롤(2,2')의 표면에 다시 전사됨으로써, 최종적으로는 작동롤(2,2')과 피압연재(1)의 사이에 윤활이 행하여지게 되는 것이다.
특히, 냉각수 분사수단(6,6')으로부터 분사되어 보강롤(3,3')의 표면을 냉각시킨 냉각수(W)가 윤활용 로울러(4,4')에 다다르기 전에 와이퍼 로울러(7,7')에 의해 제거되기 때문에, 보강롤(3,3') 표면이 건조된 상태로 윤활제(L)가 도포 및 전사되므로 보강롤(3,3')의 폭방향으로 윤활제(L)의 막이 균일하게 형성될 수가 있다.
아울러, 윤활제(L)의 공급량은 보강롤(3,3')에 대한 윤활용 로울러(4,4')의 접촉 간격을 조정함으로써 적절하게 제어될 수 있기 때문에, 조업 상황에 따라서 적정량의 윤활제(L)만이 사용되므로 윤활제(L)가 불필요하게 소모되는 것을 방지할 수가 있다.
다음은 본 발명의 윤활장치를 실제 현장 조업에 적용한 예를 기재한 것이다.
<실 적용예 1>
압연조건
작동롤 직경 60mm 및 보강롤 직경 150mm인 4중 가역식 압연기에 대한 일반 탄소강 스트립의 열간 압연 두께 2.3mm, 스트립 표면온도 900℃, 스트립 길이 500m, 압하율 30%, 압연속도 200mpm
윤활조건
윤활유량 : 0.3 l/m, 오일점도 : 50℃에서 99 cSt
결과
상기 압연조건 및 윤활조건에 의거하여 종래의 워터 인젝션 방식에 의한 윤활과 본 발명의 윤활장치를 이용한 윤활에 따른 하중저감율을 비교한 결과, 하기 표 1과 같은 결과를 얻었으며, 본 발명을 이용한 윤활방식이 보다 우수한 압연하중저감율을 나타내는 것을 알 수 있다.
종래 워터 인젝션 방식 본 발명을 이용한 방식
압연하중저감율(%) 17 22
롤 표면 형상 변화 양호 양호
롤 마모 양호 양호

<실 적용예 2>
압연조건
작동롤 직경 300mm의 2중 압연기에 대한 일반 탄소강 열간 압연 두께 10mm, 판 표면온도 900℃, 압하율 30%, 압연속도 100mpm, 판 매수 5장
윤활조건
윤활유량 : 0.3 l/m, 오일점도 : 50℃에서 99 cSt
결과
상기 압연조건 및 윤활조건에 의거하여 종래의 워터 인젝션 방식에 의한 윤활과 본 발명의 윤활장치를 이용한 윤활에 따른 하중저감율을 비교한 결과, 하기 표 2와 같은 결과를 얻었으며, 본 발명을 이용한 윤활방식이 보다 우수한 압연하중 저감율을 나타내는 것을 알 수 있다.
종래 워터 인젝션 방식 본 발명을 이용한 방식
입연하중저감율(%) 10 15
롤 표면 형상 변화 양호 양호
롤 마모 양호 양호

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열간 압연용 윤활장치는, 피압연재와 접촉하는 압연롤의 전폭방향에 걸쳐 윤활제가 균일하게 도포되도록 함으로써 압연롤과 피압연재간의 윤활 효과를 크게 향상시켜 우수한 품질의 압연재를 제조하는 데에 기여한다.
또한, 본 발명에 따른 열간 압연용 윤활장치는, 종래의 방식과 비교하여 동일한 윤활효과를 얻는 데에 소요되는 윤활유량을 30% 이상 절감할 수 있는 효과도 발휘한다.

Claims (5)

  1. 피압연재에 대해 압연 구동되는 작동롤과, 상기 작동롤에 강성을 부여하는 보강롤을 구비한 열간 압연기에 있어서,
    상기 보강롤의 길이와 동일한 길이를 가지며, 상기 보강롤의 길이방향으로 배치되어 외면이 상기 보강롤의 외면에 접촉되고, 상기 보강롤의 회전에 의해 종동 회전되는 윤활용 로울러;
    상기 윤활용 로울러의 상측에 위치되어 상기 윤활용 로울러의 외면에 윤활제를 도포하는 윤활제 도포수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 윤활장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강롤의 일측에 위치되어 상기 보강롤의 표면에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단; 및
    상기 냉각수 분사수단에 의해 분사된 냉각수가 상기 윤활용 로울러측으로 넘어가는 것이 방지될 수 있도록 상기 윤활용 로울러와 상기 냉각수분사수단 사이에서 상기 보강롤의 외면에 접촉되도록 설치되며 상기 보강롤 표면의 수막을 제거하는 와이퍼 로울러;
    를 더 포함된 것을 특징으로 하는 열간 압연용 윤활장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 윤활용 로울러는 상기 피압연재가 압연되어 나오는 보강롤의 후방측에 배치되고, 상기 냉각수 분사수단은 상기 보강롤의 전방측에 배치되며, 상기 와이퍼 로울러는 상기 윤활용 로울러와 상기 냉각수 분사수단의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 윤활장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보강롤에 대한 윤활제의 공급량을 조절할 수 있도록 상기 윤활용 로울러와 상기 보강롤의 표면간의 접촉간격이 조정 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 윤활장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 윤활제 도포수단은,
    윤활제와 물의 혼합액을 분사하는 수단, 윤활제만을 분무하는 수단, 그리스를 공급하는 수단 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열간 압연용 윤활장치.
KR1020020084027A 2002-12-26 2002-12-26 열간 압연용 윤활장치 KR100936405B1 (ko)

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