KR101153302B1

KR101153302B1 - 무계목 강관의 제조방법

Info

Publication number: KR101153302B1
Application number: KR1020120001456A
Authority: KR
Inventors: 김호용
Original assignee: 서훈산업유한회사
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-06-07

Abstract

본 발명은 이음매가 없는 무계목 강관의 제조방법에 관한 것으로서 소재의 적치에서부터 절단, 가열, 성형, 디스케일링, 사이징, 열처리, 교정, 검사 및 코팅 작업이 일련의 연속적인 자동화 공정에 의하여 수행되도록 함으로써 기계적 강도, 내구성 및 가공 정밀도가 우수한 무계목 강관을 제조하기 위한 공법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 중실봉 형상의 소재를 가공하여 무계목 강관을 제조하기 위한 방법으로서, 일정한 길이로 절단된 소재의 일측 단부면 중심에 센터드릴구멍을 형성하는 센터드릴단계; 상기 센터드릴구멍이 형성된 소재를 가열로에 장입하여 가열하는 가열단계; 상기 가열된 소재의 센터드릴구멍에 맨드릴바를 위치시키고 소재를 회전 및 전진 가압시켜 피어싱함으써 내경부를 형성하는 피어싱단계; 상기 피어싱된 소재를 연신장치에 의하여 길이를 늘리고 내경 및 두께를 조절하여 1차 성형하는 연신단계; 상기 연신된 소재의 외주면에 고압수를 분사하여 스케일을 제거하는 디스케일링단계; 상기 디스케일링을 거친 소재를 서로 마주하여 회전하는 제1 내지 제3사이징롤러의 가압면 사이를 통과하게 함으로써 소재의 외경 및 길이를 재성형하는 사이징단계; 상기 사이징된 소재를 열처리로에서 종축을 중심으로 회전시켜가며 균등 가열한 후 소입 및 소려 열처리하는 열처리 단계; 상기 열처리된 소재를 이송 컨베이어 장치에 의하여 서서히 이동시키면서 공기중에서 냉각하는 냉각단계; 및 상기 냉각된 소재를 다수의 회전하는 상부 교정 롤러들과 상기 상부 교정 롤러들의 직하방에 엇갈리게 배치되어 회전하는 다수의 하부 교정 롤러들 사이로 마찰 접촉하여 회전하면서 통과하도록 함으로써 소재의 직진도와 진원도를 교정하는 스트레이트닝단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무계목 강관의 제조방법에 관하여 개시한다.

Description

무계목 강관의 제조방법{A manufacturing method of a seamless pipe}

본 발명은 무계목 강관, 일명 심리스 파이프(seamless pipe)의 제조방법에 관한 것으로서 일련의 연속된 공정을 거쳐서 고품질의 무계목 강관을 자동으로 생산할 수 있도록 하는 심리스 파이프 제조방법에 관한 것이다.

무계목 강관(Seamless Pipe)은 철판을 말아 용접을 하여 제작되는 이알더블유(ERW) 파이프에 비하여 용접 이음매가 없어 고온 및 고압의 환경 하에서 사용되는데, 주로 오일가스용 라인 파이프, 시추용 파이프, 압력용 기관, 선박용 배관, 원자력 및 화력 발전용 배관, 피팅용 모관 등에 폭 넓게 사용된다.

이러한 무계목 강관 제조의 경우 복잡한 공정과 많은 설비 투자가 선행되어야 하는 장치산업으로서 국내에서는 이렇다할 제조 메이커가 아직 확보되지 않은 실정이며, 주로 일본, 유럽 및 미국 등에서 생산, 제조되는 실정에 있다.

최근에는 중국에서 값싼 저 등급의 무계목 강관을 생산하여 공급하고 있으나 저 등급 제품으로 국제적 신뢰를 얻지는 못하고 있는 실정이다.

무계목 강관의 경우 전 세계적으로 연간 약 70조원의 시장을 형성하고 있으며, 국내의 경우 약 1조 5000억원의 시장이 형성되어 있다.

이와 같이 그 시장의 크기나 성장 기능성이 큰 분야임에도 불구하고 중대형 사이즈의 무계목 강관의 국내 제조는 아직 열악한 실정이며, 차후 이러한 무계목 강관의 제조 장치 및 공법의 적극적인 개발이 요청된다.

이와 같은 무계목 강관의 제조에 관한 것으로서 국내에 특허출원된 것으로는 등록특허 제10-1060107호 "심리스 파이프 제조장치", 공개특허공보 제10-2007-0084387호 "이음매 없는 열간 마무리된 강관의 제조방법 및 그 방법의 수행장치", 공개특허공보 제10-2011-0071026호 "냉각 압연에 의한 이음매가 없는 금속관의 제조 방법", 공개특허공보 제10-2009-0113331호 "일체 성형형 드라이브 샤프트용 냉각 마무리 이음매가 없는 강관 및 그것을 이용한 드라이브 샤프트, 및 그 냉간 마무리 이음매가 없는 강관의 제조 방법"과 같은 것들이 있다.

그런데 이러한 종래의 특허문헌들은 무계목 강관의 제조시 극히 부분적인 공정들에만 집중되어 있어 무계목 강관 제조의 전 공정을 아우를 수 없다는 문제가 있으며, 특히 일부의 문헌들은 냉간 압연 공정 등에 사용되는 것으로서 중대형 규격의 무계목 강관에 적용하기가 적당하지 않은 문제가 있다.

이에 소형, 중형 및 대형 사이즈의 무계목 강관을 그 규격에 상관없이 일관하여 연속적으로 제조할 수 있으며, 제조되는 제품의 내구 품질 및 기계적 강도가 우수하도록 설계된 제조장치와 공정의 개발이 절실하게 요청되었다.

등록특허 제10-1060107호 "심리스 파이프 제조장치" (2011.08.29) 공개특허공보 제10-2007-0084387호 "이음매 없는 열간 마무리된 강관의 제조방법 및 그 방법의 수행장치"(2007.08.24) 공개특허공보 제10-2011-0071026호 "냉각 압연에 의한 이음매가 없는 금속관의 제조 방법"(2011.06.27) 공개특허공보 제10-2009-0113331호 "일체 성형형 드라이브 샤프트용 냉각 마무리 이음매가 없는 강관 및 그것을 이용한 드라이브 샤프트, 및 그 냉간 마무리 이음매가 없는 강관의 제조 방법"(2009.10.29)

본 발명의 목적은 치수 정확도 및 기계적 강도가 우수한 다양한 사이즈의 무계목 강관을 자동화된 일련의 연속된 공정을 거쳐서 신속하고 효율적으로 생산할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.

아울러 품질이 우수한 무계목 강관의 국산화를 이룩하여 해당 제품의 가격 경쟁력 및 품질 경쟁력을 획기적으로 향상시켜 국내의 조선 산업 및 플랜트 산업과 같은 관련 산업의 발전을 이룩하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는, 중실봉 형상의 소재를 가공하여 무계목 강관을 제조하기 위한 방법으로서, 일정한 길이로 절단된 소재의 일측 단부면 중심에 센터드릴구멍을 형성하는 센터드릴단계; 상기 센터드릴구멍이 형성된 소재를 가열로에 장입하여 가열하는 가열단계; 상기 가열된 소재의 센터드릴구멍에 맨드릴바를 위치시키고 소재를 회전 및 전진 가압시켜 피어싱함으써 내경부를 형성하는 피어싱단계; 상기 피어싱된 소재를 연신장치에 의하여 길이를 늘리고 내경 및 두께를 조절하여 1차 성형하는 연신단계; 상기 연신된 소재가 내경면에 다수의 고압수 노즐이 원주방향으로 배치되는 디스케일링장치의 내부를 통과하는 동안 상기 연신된 소재의 외주면에 고압수를 분사하여 스케일을 제거하는 디스케일링단계; 상기 디스케일링을 거친 소재를 다수의 롤러스탠드가 일렬로 배치되어 이루어지는 사이징밀의 내부를 통과하도록 하되, 상기 각 롤러스탠드의 내부에는 서로 마주하여 회전하는 제1사이징롤러 내지 제3사이징롤러가 회전 가능하게 장착되고, 상기 각 사이징롤러의 마주하는 가압면은 일정한 곡률반경을 가지는 원을 이루며, 상기 각 롤러 스탠드에 장착되는 사이징롤러들의 가압면이 이루는 곡률반경은 소재 진입 방향의 입구 측에서 출구 측으로 갈수록 점점 작아지도록 함으로써 소재의 외경 및 길이를 재성형하는 사이징단계; 상기 사이징된 소재를 열처리로에서 종축을 중심으로 회전시켜가며 균등 가열한 후 소입 및 소려 열처리하는 열처리 단계; 상기 열처리된 소재를 이송 컨베이어 장치에 의하여 서서히 이동시키면서 공기중에서 냉각하는 냉각단계; 및 상기 냉각된 소재를 오목한 가압면을 가지며 회전하는 다수의 상부 교정 롤러들과 상기 상부 교정 롤러들의 직하방에 엇갈리게 배치되어 회전하며 오목한 가압면을 가지는 다수의 하부 교정 롤러들 사이로 마찰 접촉하여 회전하면서 통과하도록 함으로써 소재의 직진도와 진원도를 교정하는 스트레이트닝단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무계목 강관의 제조방법을 제안한다.

이때, 상기 스트레이트닝단계를 거친 무계목 강관의 양 끝단을 절단하고 절단면에 경사면을 가공하는 베벨작업을 수행하는 커팅 및 면절삭단계가 포함될 수 있다.

또한, 상기 커팅 및 면절삭된 무계목 강관의 외관, 치수, 무게 및 비파괴 검사를 수행하는 검사단계가 포함될 수 있다.

아울러, 상기 검사단계를 거친 무계목 강관의 표면에 데이터 마킹작업을 수행하고 마킹작업이 완료된 무계목 강관의 표면을 바니쉬로 코팅하는 마킹 및 코팅단계가 더 포함될 수 있다.

삭제

본 발명에 의하면 원소재의 적재단계에서부터 측정 및 절단, 내경 성형, 열처리, 재성형, 교정, 검사 및 포장작업이 일련의 연속되는 공정에 의하여 자동으로 수행되므로 공정 효율이 높고 생산성이 증가하게 된다.

특히, 본 발명에서는 내경 성형 후 연신 공정을 마친 중간 소재의 스케일을 디스케일링장치에서 제거하고, 사이징밀에서 외경 및 길이의 치수 정밀도를 향상시키며, 스트레이트너에서 무계목 강관의 직진도 및 진원도를 정밀하게 교정함으로써 치수 정밀도와 기계적 물성이 우수한 무계목 강관 제품을 얻을 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에 의하면 종래 외국 기술에 의존하던 무계목 강관의 제조를 국산화하는 것이 가능하여 관련 산업의 발전을 도모하고 국산화에 의한 수입대체 효과로 인하여 국내의 조선 산업이나 고압 플랜트 산업의 국제 경쟁력을 강화하는데 기여하게 될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 무계목 강관 제조 공정을 순서대로 나타낸 공정 순서도.
도2는 본 발명에 따른 컨베이어장치의 일 예로서 롤러 컨베이어의 평면도, 측면도 및 정면도.
도3은 본 발명에 따른 디스케일링장치의 정면도.
도4는 본 발명에 따른 사이징밀의 평면 배치도.
도5는 본 발명에 따른 사이징밀의 롤러 스탠드의 정단면도.
도6은 본 발명에 따른 롤러 스탠드의 내부에 장착되는 단위 사이징롤러의 단면도.
도7은 본 발명에 따른 스트레이트너의 평면도.
도8은 본 발명에 따른 스트레이트너의 정면도.
도9는 본 발명에 따른 교정 롤러의 정단면도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 관하여 상술한다. 도1은 본 발명에 따른 무계목 강관 제조 공정을 순서대로 나타낸 공정 순서도이다.

먼저, 원소대 적치대(11)는 빌렛(billet) 또는 환봉(중실봉) 형태의 원소재를 적치하여 원형 절단장치(circular sawing machine,12)로 투입하여 주는 장치이다. 이러한 원소대 적치대(11)에는 원소재의 적재 외에 그 길이 측정을 위한 장비를 추가할 수 있으며, 원소재 적치대(11)의 출구 측에는 컨베이어장치가 연설된다.

상기 원소재 적치대(11)에 적재되는 중실봉 형상의 원소재는 컨베이어 장치를 통하여 다음 단계인 원형 절단장치(Circular Sawing Machine,12)으로 공급된다. 상기 원형 절단장치(12)는 원소재의 길이를 레이저 측정한 후 규격에 맞도록 절단하는 장치이다.

일정한 길이로 절단된 중실봉 원소재는 컨베이어장치에 의하여 다음 단계인 센터드릴장치(13,Center Drilling Machine)로 이송된다.

도2는 본 발명에 따른 컨베이어장치의 일 예로서 롤러 컨베이어(110)의 평면도, 측면도 및 정면도를 나타낸 것이다. 상기 롤러 컨베이어(100)는 제조될 무계목 강관의 길이보다 길게 형성되어 지면에 설치되는 메인 프레임(111)의 상단에 다수의 롤러(114)가 회전 가능하게 장착되어 롤러(114)의 상부에 얹혀진 중실봉 원소재를 전진시켜 이송하기 위한 것이다.

상기 메인 프레임(111) 상에는 구동모터(112)와 이에 연결되는 클러치(112a)가 설치되고, 상기 구동모터(112)의 회전축에 체인에 의하여 동력연결되는 다수의 회전축(113)이 메인 프레임(111)의 길이 방향으로 일정 간격마다 회전 가능하게 장착된다. 도면에서 미설명부호 113a는 구동모터(112)의 회전축에 체인에 의하여 동력 연결하기 위한 스프로켓을 나타낸다.

상기 회전축(113) 하방의 상기 메인 프레임(111) 상에는 한 쌍의 유압 실린더(115)가 다수의 링크절(116a,116b)과 힌지축(117a,117b)들에 의하여 회전축에 연결된다. 따라서 유압 실린더(115)의 피스톤 로드의 신축에 의하여 롤러(114)의 상하 높이 내지는 각도가 조절될 수 있게 된다.

상기 원형 절단장치(12)에서 길이 절단된 원소재는 전술한 롤러 컨베이어(100)에 의하여 다음 공정인 센터드릴장치(13)로 공급된다.

상기 센터드릴장치(13)는 일정한 길이로 절단된 중실봉 원소재의 일측 선단부 면의 중심에 센터드릴작업을 하기 위한 것이다. 이것은 후술할 피어싱 공정에서 맨드릴을 이용한 내경 형성공정을 용이하게 하기 위한 예비 성형공정에 해당한다.

센터드릴링작업은 도시하지는 않았으나, 롤러 컨베이어(110)에 의하여 공급된 원소재의 일측 선단부면의 중심에 센터드릴장치의 센터드릴이 위치하도록 한 후 센터드릴을 회전시켜 면의 중심부에 일정한 깊이의 드릴 구멍을 형성하는 방식으로 수행된다.

센터 드릴링 작업을 마친 원소재는 전술한 롤러 컨베이어(100)와 같은 이송 컨베이어(14)에 의하여 가열로(15)로 이동한다. 상기 가열로(15)는 워킹 난로 타입 가열로(Working Hearth type Heating Furnace)로서 가열로의 유효 길이는 약 16m 정도로하며 원소재의 직경이 약 70 ~ 320mm 정도의 것을 수용할 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 가열로(15)에서 원소재는 약 1250℃의 온도로 가열된다.

가열로(15)에서 가열이 끝난 원소재는 이송 컨베이어(16)에 의하여 다음 공정인 피어싱 장치(17)로 공급된다. 상기 이송 컨베이어(16)로는 롤러 컨베이어와 체인 구동의 횡 방향 이송 베드 타입의 컨베이어를 조합하여 사용할 수 있다.

피어싱장치(17, Piercing Machine)는 가열된 원소재의 센터 드릴 구멍을 기준으로 중실봉의 내부에 내경을 형성하기 위한 것이다. 이와 같은 피어싱 작업은 중실봉을 종축(직경의 중심축)을 중심으로 회전(자전)시키면서 중실봉 또는 맨드릴을 중실봉의 길이 방향으로 진행시켜 가압함으로써 강제로 중실봉의 내부에 구멍을 성형하는 방식으로 수행되는데 구체적인 방법은 종래 널리 알려진 다양한 방식을 채용할 수 있으므로 이에 관하여 자세한 설명은 생략한다.

상기 피어싱 작업을 마친 원소재는 비로소 내경과 외경 간에 일정한 두께를 가지는 무계목 강관의 형상을 가지게 되는데 이러한 무계목 강관 중간 소재는 이송 컨베이어 등에 의하여 다음 공정인 연신장치(18)로 이송된다.

상기 연신장치(18,Elongator)는 피어싱 성형된 중간 소재의 길이를 늘이는 작업으로서 이 과정에서 피어싱 성형된 중간 소재의 내경 및 두께가 1차로 성형된다.

이와 같은 연신 작업은 회전하는 성형롤러들 사이에 로딩된 중간 소재가 전진하면서 맨드릴바에 의하여 직경이 축소되는 레듀서(Reducer)를 강제로 통과하도록 함으로써 수행되도록 할 수 있다.

연신 작업을 마친 무계목 강관 형태의 중간 소재는 소재의 외경면에 형성된 스케일을 제거하기 위하여 디스케일링장치(19,Descaling Machine)로 롤러 컨베이어와 같은 이송 컨베이어에 의하여 공급된다.

상기 디스케일링장치(19)는 롤러 컨베이어 등에 의하여 장치의 내부로 전진하며 공급되는 중간 소재의 외주면에 고압수를 분사함으로써 가열로 인하여 강관의 외면에 발생하는 스케일을 제거한다. 즉, 이 공정에서는 노즐에 의한 고압수의 분사 및 중간 소재의 공정 온도차에 의하여 소재의 외면에 형성된 스케일을 제거하게 된다.

도3은 본 발명에 따른 디스케일링장치의 정면도이다. 도시한 바와 같이 디스케일링장치(19,200)는 내경면에 다수의 고압수 노즐(202)이 원주방향으로 배치되는 본체(201)와 상기 노즐(202)에 고압수를 공급하기 위한 급수용 모터(212)와 고압 펌프(213)를 포함하여 구성된다.

본체(201)에는 무계목 강관 형상의 중간 소재가 관통하여 지나갈 수 있도록 내경이 형성되어 있으며 상기 내경부에는 다수의 노즐(202)이 방사형으로 배치되어 본체(201)의 내경부를 통과하는 중간 소재의 외부에 고압수를 분사할 수 있도로 구성된다.

상기 본체(201)의 내경부 하방에는 중간 소재에서 떨어져 나가는 스케일 찌꺼기들을 배출하기 위한 배출구(203)가 형성되고, 상기 배출구(203)를 통과하는 찌꺼기들은 배출용 모터(221)와 체인(222) 및 스프로켓(221a,221b)에 의하여 이루어지는 배출 컨베이어(223)에 의하여 외부로 배출된다.

모터 프레임(211) 상에 고정되는 상기 급수용 모터(212)는 벨트풀리(214a,214b)와 브이 벨트(V-belt,215)에 의하여 급수용 모터(212)의 하방에 마련되는 고압 펌프(213)에 동력 연결되고, 상기 고압 펌프(213)는 미도시한 급수 탱크에 연결된다. 상기 고압 펌프(213)는 전술한 다수의 노즐(202)들에 고압의 세척수를 공급한다.
디스케일링 작업이 종료한 무계목 강관 중간 소재는 보다 정확한 내경을 가지도록 성형하기 위하여 사이징밀(300)로 이송 컨베이어에 의하여 전진 이송된다.

삭제

도4는 본 발명에 따른 사이징밀의 평면 배치도이며, 도5는 사이징밀의 롤러 스탠드의 정단면도이며, 도6은 롤러 스탠드의 내부에 장착되는 단위 사이징롤러의 단면도이다.

상기 사이징밀(300)은 디스케일링이 끝난 중간 소재를 전진 이동시키며 외경부를 가압함으로써 연신 작업에서 1차로 조정된 무계목 강관의 길이 및 직경을 2차로 재성형하기 위한 것이다.

도시한 바와 같이 사이징밀(300)은 제1내지 제10롤러 스탠드(311~320)가 무계목 강관의 길이 방향으로 일렬로 배치되어 한 조의 롤러 스탠드 어셈블리(310)를 이룬다.

각 롤러 스탠드(311~320)에는 제1 내지 제10 구동모터(331~340)가 동력 연결된다. 도면에서 미설명부호 331a는 감속기, 331b는 회전축, 331c는 유니버설 죠인트 또는 기타의 커플링장치를 나타낸다.

도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 내지 제10 롤러 스탠드(311~320)는 각각 세 쌍의 회전하는 사이징롤러(355,356,357)가 그 내부에 회전 가능하게 장착된다.

즉, 롤러 스탠드 본체(351)에는 구동모터(331)의 회전축(331b)과 동력 연결되어 회전하는 드라이브 샤프트(352)가 축설된다. 상기 드라이브 샤프트(352)는 상기 롤러 스탠드 본체(351)에 다수의 베어링(363a,363b)에 의하여 회전 가능하게 설치되며, 일측 선단에는 회전축(331b)과 동력 연결하기 위한 드라이빙 기어(358)가 축결합한다.

상기 드라이브 샤프트(352)에는 도시한 바와 같이 제1 및 제2 드라이브 커넥트 기어(359,360)가 축설되고, 상기 제1 및 제2 드라이브 커넥트 기어(359,360) 사이의 드라이브 샤프트(352) 상에 제1사이징롤러(355)가 축설된다.

상기 제1 및 제2드라이브 커넥트 기어(359,360)는 베벨 기어 형상으로서 구동모터(331)의 회전력을 후술하는 제2 및 제3사이징롤러(356,357)에 전달하기 위한 것이다.

상기 드라이브 샤프트(352) 하방의 상기 롤러 스탠드 본체(351)에는 제1 및 제2아이들 샤프트(353,354)가 베어링(363c)에 의하여 회전 가능하게 결합한다. 상기 제1 및 제2아이들 샤프트(353,354)의 일측 선단부에는 제1 및 제2커넥트 기어(361,362)가 각각 축설 되어 제1 및 제2 드라이브 커넥트 기어(359,360)에 치합한다. 따라서 외부의 구동모터(331)에 의하여 드라이브 샤프트(352)가 회전하면 동시에 제1 및 제2아이들 샤프트(353,354)도 회전하게 된다.

상기 제1 내지 제3 사이징롤러(355,356,357)는 도6에 도시한 바와 같이 롤러 본체(335b)의 중심부에 축결합공(355a)이 형성되고 롤러 본체(355b)의 외주면에 원호형상으로 오목하게 가압면(355c)이 형성된다.

상기 제1 내지 제3사이징롤러(355~357)는 동일한 롤러 스탠드(311) 내에서는 각각 동일한 규격과 형상을 가진다. 즉, 하나의 롤러 스탠드(311) 내에 세 쌍으로 서로 마주하여 배치되는 제1 내지 제3사이징롤러(355~357)는 가압면(355c)의 곡률반경(R)이 모두 동일하다. 따라서 제1 내지 제3사이징롤러(355~357)의 가압면이 마주하여 이루는 입체의 형상은 원형을 이룬다. 즉, 도5에 도시한 바와 같이 세 개의 사이징롤러(355~357) 사이에 원형의 소재 통과공(370)이 형성되는 것이다.

상기 소재 통과공(370)으로는 중간 소재로서 디스케일링된 무계목 강관이 통과하게 되는데 이때 상기 제1 내지 제3사이징롤러(355~357)의 가압면(355c)의 곡률반경(R)이 피처리재인 무계목 강관의 외경보다 약간 작게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 가압면의 곡률반경(R)은 제1롤러 스탠드(311)에서 출발하여 후방의 제10롤러 스탠드(320) 측으로 갈수록 점점 작아지게 형성한다. 따라서 디스케일링된 무계목 강관이 상기 제1 롤러 스탠드(311)의 내부로 인입되어 진행하면서 제10롤러 스탠드까지 통과하는 과정에서 무계목 강관 소재의 내경과 외경은 축소되고 길이는 길어지는 방향으로 재성형되는 것이다.

이때, 상기 롤러 스탠드 어셈블리(310)의 내부를 통과하는 무계목 강관 소재의 전진 이동 속도는 약 500~700 mm/sec로 하는 것이 바람직하다.

사이징밀(20)에서 재성형을 마친 무계목 강관 소재는 이송 컨베이어에 의하여 열처리로(21)에 공급된다. 상기 재성형을 마친 무계목 강관 소재는 롤러 컨베이어 등에 의하여 무계목 강관의 길이 방향으로 연장되도록 설치되는 열처리로(21)의 내부로 공급된다.

상기 무계목 강관 소재의 열처리로 장입시 무계목 강관의 부분 가열 및 형상의 틀어짐을 방지하기 위하여 무계목 강관이 종축(직경의 중심축)을 중심으로 회전(자전)하면서 전진하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 열처리로(21)는 길이가 긴 베럴형(Barrel) 구조로 하는 것이 바람직하며, 열처리로의 내부에 회전형 롤러를 비스듬하게 연속하여 배치함으로써 상기 회전형 롤러면에 적재된 무계목 강관 소재가 열처리로 내에서 회전하면서 이송되도록 하여 변경 및 굽힘 현상을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다. 이때 열처리로 내부의 열처리 온도는 약 850~1100℃로 하는 것이 바람직하다.

열처리한 상기 무계목 강관 소재는 소입(Quenching) 및 소려(Tempering) 열처리공정을 거치게 된다.

먼저, 열처리로(21)에서 가열된 무계목 강관 소재는 노즐이 구비되는 소입 열처리 공급 탱크(Quenching Supply Tank,22)에서 소입 열처리되며, 소입 처리된 무계목 강관 소재는 연속하여 소려 열처리로(23)로 공급되어 소려 열처리된다.

상기 소입 열처리된 무계목 강관 소재는 비스듬하게 설치된 다수의 회전 롤러에 의하여 회전하면서 전진 이동하여 소려 열처리로(23)에 공급되는데 이때 회전 방향은 하드닝 공정을 위한 소입 열처리에서의 회전방향과 반대방향으로 회전시키는 것이 바람직하다.

이는 소려 열처리 가공시 하드닝 열처리에서의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하도록 함으로써 동일한 방향으로 연속하여 회전함에 의하여 발생할 수 있는 소재의 변형을 풀어주기 위한 것이다.

소려 열처리로(23)의 형식은 하드닝 열처리를 위한 열처리로(21)의 가열로와 같으며, 로 내의 온도 분위기는 약 680~900℃를 유지하는 것이 바람직하다. 여기서는 롤러의 회전이 하드닝 열처리시와 반대로 회전하므로 소재의 변형이 거의 발생하지 않게 되는 장점이 있다.

상기 소려 열처리를 마친 무계목 강관 소재는 냉각 이송을 위한 베드 및 컨베이어 장치(24)에 의하여 다음 공정으로 이동하면서 공기 냉각된다.

상기 소려 열처리된 무계목 강관 소재는 이동 컨베이어 장치에 의하여 넓은 면적에 걸쳐서 서서히 이동하면서 공랭 되는데 소려 열처리 후 공랭할 장치의 설치 면적이 부족할 경우에는 별도의 소입 탱크(Quenching Tank)를 소려 열처리로(23)의 후방에 배치할 수 있다. 따라서 공랭 공간의 부족시 냉각수로 냉각함으로써 작업 공정의 흐름이 원활하게 흐르도록 하며, 한정된 장소에서 충분한 냉각 시간을 확보할 수 있게 된다.

열처리과정을 모두 끝마친 무계목 강관 소재는 이후 다양한 형태와 방향으로 배치되는 종방향 및 횡방향 이송 컨베이어장치들에 의하여 서서히 이동하면서 냉각된다.

이러한 이송 컨베이어장치들은 회전롤러 위에 로딩된 무계목 강관 소재를 길이 방향으로 전진 이동시키기 위한 롤러 컨베이어 방식이거나 체인에 의하여 무계목 강관 소재를 측 방향으로 이동시키기 위한 체인 컨베이어 방식을 조합하여 적용할 수 있다. 이때 이송 컨베이어 상에 적재되어 이송되는 무계목 강관 소재는 종축을 중심으로 자전하면서 이동되도록 하는 것이 바람직하다.

열처리 후의 무계목 강관 소재를 더욱 효과적으로 공기 냉각하기 위하여 컨베이어 이송장치를 상하 2단으로 구성하고 이러한 2단 컨베이어 이송장치를 다수개 연속하여 배치함으로서 무계목 강관 소재가 하단과 상단의 베드 이송장치를 번갈아 이동하도록 구성하는 것도 가능하다.

열처리 과정을 마친 무계목 강관 소재는 전술한 공기 냉각용 이송 컨베이어 장치들을 통과하면서 스트레이트너(Straightner,25)의 전단에 이르기 전에 약 150℃이하로 냉각되는 것이 바람직하다.

도7 및 도8은 본 발명의 스트레이트너의 평면도 및 정면도이고, 도9는 본 발명의 교정 롤러의 정단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 스트레이트너(400)는 상부에 나란하게 배치되는 세 개의 상부 교정 롤러(461)와 하부에 나란하게 배치되는 하부 교정 롤러(462), 상기 각 교정 롤러에 회전력을 제공하는 구동모터(451) 및 프레임으로 이루어진다.

베이스 프레임(402)은 바닥면에 설치되는 베이스 고정 프레임(401) 상에 고정되며 상기 베이스 프레임(402) 상에는 세 개의 하부 터닝 베드(422)가 회동 가능하게 장착된다. 상기 하부 터닝 베드에 고정되는 롤러 스탠드(413b)에는 하부 교정 롤러(462)의 결합축이 결합하여 회전한다.

마찬가지로 상부 베이스 프레임(403)의 하방에는 상부 고정 프레임(411)이 위치하는데 상기 상부 고정 프레임(411)은 상기 상부 베이스 프레임(403)과 하방의 베이스 프레임(402) 사이를 연결하며 고정되는 가이드바(431) 상에서 상하로 슬라이드하여 승강하도록 결합한다. 도면에서 미설명부호 432는 가이드 부쉬를 나타내며 상부 고정 프레임(411)에 고정 결합한다.

상기 상부 터닝 베드(412)와 하부 터닝 베드(422)는 각각 상부 터닝 실린더(441)과 하부 터닝 실린더(442)에 의하여 베이스 프레임 상에서 회동한다. 이를 위하여 상기 상부 및 하부 터닝 실린더(441,442)의 실린더 로드(441a,442a)는 다수의 링크절(443a,443b)들에 의하여 상기 상부 및 하부 터닝 베드(412,422)에 연결된다.

상기 각 상부 및 하부 교정 롤러(461,462)에는 DC모터인 구동모터(451)가 동력 연결되는데, 도면에서 미설명부호 452는 감속기, 453은 레벨러, 454a~454c는 유니버설 죠인트를 나타낸다.

상기 레벨러(453)에 연결되는 다수의 회전축(455)은 각각 대응하는 상부 및 하부 교정롤러(461,462)에 결합한다.

상기 상부 또는 하부 교정롤러(461,462)를 포함하는 교정 롤러(460)는 도9에 도시한 바와 같이 몸체(460a)의 외주면이 오목하게 형성되는 가압면(460d)을 가지는 원통형 롤러 형상이며, 양 측단에 롤러 스탠드(413a,413b)에 결합하기 위한 제1 및 제2결합축(460b,460c)을 가진다.

열처리 과정을 마치고 온도가 약 150℃ 이하로 냉각된 무계목 강관 소재는 최종적으로 상기 스트레이트너(400)의 회전하는 상부 및 하부 교정 롤러(461,462)의 사이를 통과하면서 직진도 및 진원도가 교정 내지는 보정된다.

상기 회전하는 상부 및 하부 교정 롤러(461,462)들의 외주면은 통과하는 무계목 강관 소재의 외주면을 가압함으로써 무계목 강관 소재가 회전하면서 동시에 전진 이동하도록 한다.

상기 스트레이트너(400)는 상부 교정 롤러(461)와 하부 교정 롤러(462) 사이의 상하 간격을 조절하거나 그들 간에 엇갈리는 각도를 조절할 수 있도록 구성되어 있다.

스트레이트너(25,400)에서 직진도 및 진원도 교정 작업을 마친 무계목 강관은 이송 컨베이어에 의하여 커팅 및 면절삭 공정(26)으로 이동한다. 이 공정에서는 생산된 무계목 강관의 양 끝단을 절단하고 절단면에 경사면을 내는 베벨작업이 수행된다. 이 과정에서 제품에 요구되는 정확한 길이의 제품이 얻어진다.

다음으로 무계목 강관은 검사 공정(27)으로 이동하며, 검사공정에서는 생산된 무계목 강관의 외경의 이상 유무를 검사하고, 두께를 측정하며, 직진도 및 진원도를 검사한다. 또한 UT 검사 등을 통하여 제품 내부의 결함 여부를 검사하고 검사가 완료된 제품을 배출한다. 육안 또는 기기 검사가 종료된 무계목 강관 제품은 파이프 수압 테스트 장치에 로딩하여 내압을 테스트하게 된다.

파이프 내압 테스트가 종료하면 후처리 공정(28)에서 무게 측정, 마킹, 코팅 및 포장 작업이 수행된다. 무계목 강관의 무게 측정은 인장형 로드셀을 이용하여 측정하며, 마킹 공정에서는 제품의 표면에 각종 데이터를 표시하게 된다. 상기 마킹 작업은 도트 스프레이 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 마킹 작업이 종료된 제품의 외면에는 바니쉬 코팅(Vanish coating) 작업을 수행함으로써 발청을 방지하는데 이때 오일 미스트 분사 방식을 적용하는 것이 바람직하다.

바니쉬 코팅이 완료된 무계목 강관 제품은 건조 단계를 거쳐 포장 설비로 이송되어 포장된 후 저장 또는 반출된다.

이상의 공정으로 무계목 강관을 제조하게 되면 내구 품질이나 치수 정확도가 우수한 무계목 강관을 연속하여 효율적으로 생산할 수 있게 된다.

본 발명은 직경이 70mm 이상인 중대형 무계목 강관을 제조하기 위한 공정에 관한 것으로서 본 발명에 의하면 일련의 연속적인 공정을 자동으로 거쳐서 내구성 및 품질이 우수한 무계목 강관을 제조할 수 있게 되며, 그에 따라 무계목 강관의 국산화로 인하여 조선업 및 각종 플랜트 산업의 경쟁력을 강화시킬 수 있게 될 것이다.

11: 원소재 적치대 12: 원형 절단장치
13: 센터드릴장치 14: 이송 컨베이어
15: 가열로 16: 이송 컨베이어
17: 피어싱장치 18: 연신장치
19: 디스케일링장치 20: 사이징밀
21: 열처리로 22: 소입 열처리 공급 탱크
23: 소려 열처리로 24: 냉각이송 베드 및 컨베이어장치
25: 스트레이트너
100: 롤러 컨베이어 200: 디스케일링장치
202: 노즐 300: 사이징밀
311~320: 롤러 스탠드 355~357: 사이징 롤러
400: 스트레이트너 461: 상부 교정 롤러
462: 하부 교정 롤러

Claims

중실봉 형상의 소재를 가공하여 무계목 강관을 제조하기 위한 방법으로서,
일정한 길이로 절단된 소재의 일측 단부면 중심에 센터드릴구멍을 형성하는 센터드릴단계;
상기 센터드릴구멍이 형성된 소재를 가열로에 장입하여 가열하는 가열단계;
상기 가열된 소재의 센터드릴구멍에 맨드릴바를 위치시키고 소재를 회전 및 전진 가압시켜 피어싱함으써 내경부를 형성하는 피어싱단계;
상기 피어싱된 소재를 연신장치에 의하여 길이를 늘리고 내경 및 두께를 조절하여 1차 성형하는 연신단계;
상기 연신된 소재가 내경면에 다수의 고압수 노즐이 원주방향으로 배치되는 디스케일링장치의 내부를 통과하는 동안 상기 연신된 소재의 외주면에 고압수를 분사하여 스케일을 제거하는 디스케일링단계;
상기 디스케일링을 거친 소재를 다수의 롤러스탠드가 일렬로 배치되어 이루어지는 사이징밀의 내부를 통과하도록 하되, 상기 각 롤러스탠드의 내부에는 서로 마주하여 회전하는 제1사이징롤러 내지 제3사이징롤러가 회전 가능하게 장착되고, 상기 각 사이징롤러의 마주하는 가압면은 일정한 곡률반경을 가지는 원을 이루며, 상기 각 롤러 스탠드에 장착되는 사이징롤러들의 가압면이 이루는 곡률반경은 소재 진입 방향의 입구 측에서 출구 측으로 갈수록 점점 작아지도록 함으로써 소재의 외경 및 길이를 재성형하는 사이징단계;
상기 사이징된 소재를 열처리로에서 종축을 중심으로 회전시켜가며 균등 가열한 후 소입 및 소려 열처리하는 열처리 단계;
상기 열처리된 소재를 이송 컨베이어 장치에 의하여 서서히 이동시키면서 공기중에서 냉각하는 냉각단계; 및
상기 냉각된 소재를 오목한 가압면을 가지며 회전하는 다수의 상부 교정 롤러들과 상기 상부 교정 롤러들의 직하방에 엇갈리게 배치되어 회전하며 오목한 가압면을 가지는 다수의 하부 교정 롤러들 사이로 마찰 접촉하여 회전하면서 통과하도록 함으로써 소재의 직진도와 진원도를 교정하는 스트레이트닝단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무계목 강관의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 스트레이트닝단계를 거친 무계목 강관의 양 끝단을 절단하고 절단면에 경사면을 가공하는 베벨작업을 수행하는 커팅 및 면절삭단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 무계목 강관의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 커팅 및 면절삭된 무계목 강관의 외관검사, 치수검사, 무게검사, 비파괴 검사 및 수압 테스트를 수행하는 검사단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 무계목 강관의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 검사단계를 거친 무계목 강관의 표면에 데이터 마킹작업을 수행하고 마킹작업이 완료된 무계목 강관의 표면을 바니쉬로 코팅하는 마킹 및 코팅단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무계목 강관의 제조방법.
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