KR101253882B1

KR101253882B1 - 선재 제조 방법

Info

Publication number: KR101253882B1
Application number: KR1020100135320A
Authority: KR
Inventors: 정석준; 손일헌; 허춘열
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2013-04-16
Also published as: KR20120073527A

Abstract

본 발명은 선재 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명의 선재 제조 방법은 가열된 소재를 조압연(Roughness Mill), 중간사상압엽(IFM), 사상압연(FM) 및 최종압연(RSM) 단계을 거쳐 압연하는 소재 압연 과정 및 상기 압연된 소재를 권취하는 압연소재 권취과정을 포함하고, 상기 사상압연(FM) 및 최종압연(RSM) 단계는 일부 롤만을 가동하여 압연한다.

Description

선재 제조 방법{wire material manufacturing method}

본 발명은 선재 사이즈 변화에도 불구하고 원 패밀리 방식을 유지하면서 선재를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

알려진 선재의 생산공정은 단면적 160x160 mm인 빌렛(billet)을 가열로에서 압연 가능한 900~1200℃의 온도로 가열하여 조압연, 중간 조압연, 중간 사상압연, 사상압연 및 최종 압연(사이징 압연) 등의 일련의 압연 공정을 수행한다.

그리고, 이와 같은 압연된 소재는 권취공정을 통하여 최종적으로 직경이 대략 5.5~50 mm의 선재로 생산된다.

즉, 가열로를 거친 소재는 위에서 설명한 일련의 압연공정을 거치면서 일정 직경으로 열간 압연되고, 압연된 소재는 목표하는 재질 확보를 위하여 수냉대를 거쳐 수냉되고, 선재 직경에 따라 직경 16mm 미만의 소경 선재는 레잉헤드에서 권취 후 집적된다.

선재 압연 공정의 경우 가열공정, 압연공정, 냉각공정, 시험/정정공정으로 나뉘어 진다. 압연 라인에서 표면 결함 발생하면 시험 공정에서는 선후단부에 대한 샘플 검사만을 통하여 품질 평가를 한다. 따라서, 시험공정에서 표면 결함 발견시에는 선후단부 추가 절사 및 스크랩 처리 등으로 결함을 제거하지만, 미발견시에는 고객사까지 전달되어 불량률 및 클레임 증가의 원인이 된다.

선재 표면 결함의 경우, 최대 0.03mm 이하까지 품질을 보증해야하는 바 육안확인 및 전장에 대한 품질검사는 현실적으로 불가능하다. 이러한 이유로 선재 제품 요구 품질 중 표면 품질에 대한 고객사 만족도가 상대적으로 낮으며, 특히 제품 선후단부의 품질이 열악하므로, 선재 압연 라인의 안정성을 향상시킬 필요가 있다.

본 발명은 선재 압연 라인의 안정성을 향상시킴으로써, 선재 사이즈의 변화에도 관계없이 원 패밀리 방식을 유지하면서 선재를 제조할 수 있는 방법을 제안한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 선재 제조 방법은 가열된 소재를 조압연(Roughness Mill, RM), 중간사상압엽(IFM), 사상압연(FM) 및 최종압연(RSM) 단계을 거쳐 압연하는 소재 압연 과정 및 상기 압연된 소재를 권취하는 압연소재 권취과정을 포함하고, 상기 사상압연(FM) 및 최종압연(RSM) 단계는 일부 롤(roll)만을 가동하여 압연한다.

상기 최종압연(RSM) 단계는 사이징 밀(sizing mill, SM) 단계만을 가동한다.

상기 소재 압연 과정은 최종압연(RSM) 단계가 RM(reducing mill) 단계 및 SM(sizing mill)을 가동할 때보다 빠른 속도로 소재를 압연한다.

상기 압연소재 권취과정은 압연소재의 테일부(tail)가 최종압연(RSM) 단계를 통과 시 테일 속도 증가를 시작하는 시점 및 속도 증가 정도를 최종압연(RSM) 단계가 RM(reducing mill) 단계 및 SM(sizing mill)을 가동할 때와 상이하다.

상기 해결 수단에 의한 본 발명의 선재 제조 방법에 따르면, 선재 압연 라인의 안정성을 해치던 노핀치 구간의 길이를 사상압연(FM) 단계의 롤을 일부 사용하여 해결할 수 있다.

또한, 상기 해결 수단에 의한 본 발명의 선재 제조 방법에 따르면, 압연 공정의 속도를 변경함으로써, 선재 압연을 위한 구동 롤의 변경에 따른 압연 공정의 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 선재 압연 방법이 적용되는 선재 압연 공정의 일부를 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 2는 종래 및 본 발명의 13mm 패스 스케줄의 중간사상압연(IFM) 내지 최종압연(RSM) 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 선재 제조 방법을 적용한 선재 압연 과정에서 권취 형상 불량이 발생한 경우를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 선재 제조 방법의 최종 압연 단계의 테일 속도 증가 기능의 제어 로직 개선을 분석한 ODG 분석 도면이다.
도 5는 본 발명의 선재 제조 방법의 일 구현예 및 이를 개선한 다른 구현예에 따른 13mm 패스 스케줄의 중간사상압연(IFM) 내지 최종압연(RSM) 과정을 도시한 흐름도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 선재 압연 방법이 적용되는 선재 압연 공정의 일부를 개략적으로 도시한 공정도이다.

도 1을 참조하면, 빌렛(billet)을 가열로에서 가열한 후, 조압연기(미도시), 중간 사상압연기(IFM)(15), 사상압연기(FM)(10), 최종 압연기(20)(RSM)를 차례로 거치하면서 열간 압연한 후 냉각시켜 선재로 제조한다.

즉, 빌렛을 가열로에 장입하여 가열하고, 그 다음 조압연하고, 조압연한 후에는 소재를 중간사상압연(IFM)한다.

그 다음, 도 1과 같이, 사상 압연기(10) 입구측에 설치된 제1 수냉대(예비 수냉대)(30)에서 소재를 냉각하고, 사상 압연기(10)에서 사상 압연한다.

그리고, 사상 압연기(10)와 최종 압연기(20)사이에 배치된 최종 압연기 입구측 제 1,2 수냉대(40)(50)에서 소재를 냉각한다.

그 다음, 최종 압연기(20)를 거친 소재(2)는 최종 압연기 출구측 제 1,2 수냉대(60)(70)에서 냉각하고, 최종적으로 레잉헤드(80)에서 권취시키고, 권취된 선재(2')는 공냉되는 이송테이블(90)을 거쳐 집적기(reform tube)(92)에서 선재코일(2'')로 집적된다.

특히, 선재 압연 공정은 5.5mm~16mm Size를 주로 생산하는 공정으로, 패스 스케줄(Pass Schedule)상 원 패밀리 방식(One Family Process) 으로 운영되고 있다. 원 패밀리 방식은 압연 공정 전체를 하나의 패스 스케줄로 구성하여, 제품 사이즈 증가 시 중간사상압연(IFM) 또는 사상압연(FM) 롤을 제거하여 원하는 사이즈를 생산하는 방식으로 롤 교체시간 단축, 롤 운용 수량 단축 등 압연 공정 운용 상 여러 가지 장점을 가진 방식이다.

그런데, 도 2를 참조하면, 패스 스케줄 특성상 사이즈가 증가할수록 중간사상압연(IFM) 또는 사상압연(FM) 스탠드(stand)에서 최종압연(RSM) 스탠드까지의 거리가 증가하게 되며, 이는 선후단부 소재유동, 압연 스톡(stock) 변동 등을 유발하고 이 때문에 선재 표면 품질이 열화 될 수 있다. 또한, 사상압연(FM)이나 최종압연(RSM)은 한 개의 모터에서 정해진 기어비로 구동되는 블록 압연으로써, 스톡 등 압연 변동사항에 대한 상시 조치가 어려워 압연 시 소재 유동의 원인이 된다.

따라서, 선재 표면 품질을 향상시키기 위해서는 중간사상압연(IFM) 또는 사상압연(FM) 스탠드(stand)에서 최종압연(RSM) 스탠드까지의 거리를 줄일 필요가 있다.

이에, IFM 또는 FM에 롤을 추가 삽입하여 상기의 문제를 개선할 수 있으나, 이러한 방식은 패스 스케줄 운용상 많은 이점을 가지는 원 패밀리 방식을 깨는 결과가 되기 때문에 추가 비용 및 장애 시간의 증가를 야기시킨다.

도 2는 종래 및 본 발명의 13mm 패스 스케줄의 중간사상압연(IFM) 내지 최종압연(RSM) 과정을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 종래의 13mm 패스 스케줄(a)에서는 No pinch 구간이 60M에 달했으나, 본 발명의 13mm 패스 스케줄(b)에서는 No pinch 구간이 30M로 감소한 것을 확인할 수 있다. No pinch 구간이 줄어듦에 따라서 소재 유동, 압연 스톡 변동이 감소하므로, 선재 표면 품질이 향상될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 선재 제조 방법은 No pinch 구간을 감소시키기 위해서, 최종압연(RSM) 중 리덕션 밀(RM) 단계를 더미(Dummy)로 두어서 실질적인 압연이 없도록 하면서, 리덕션 밀(RM) 과정에서 수행되어야 할 압연 단계를 사상압연(FM) 단계의 일부 롤을 구동시켜 수행토록 할 수 있다. 이 때문에, 중간사상압연(IFM) 단계 이후부터 최종압연(RSM) 단계 전단까지 구간 전체가 No pinch 구간이던 것이 사상압연(FM) 단계의 구동 롤 이후부터 사이징 압연(SM) 단계 전단까지로 줄어든다.

본 발명의 선재 제조 방법 적용에 따른 패스 스케줄 변경에 대한 초기 테스트 중 스탠드 간 장력 분배 오류로 사상압연(FM)과 최종압연(RSM) 단계 사이 구간에서 코블(Cobble)이 발생하거나 압연 중 단선이 발생할 수 있다. 이러한 문제점은 스탠드간 장력값 보완을 통하여 이 문제는 해결할 수 있다.

사상압연(FM) 및 최종압연(RSM) 중 일부 롤만을 구동하도록 하기 위해서는 종래의 패스 스케줄에서 선재 방출량 및 롤의 기어비 등을 충분히 검토하여 구동될 롤을 선택하고 스탠드 간 거리의 차이 및 방출 선재의 크기 차이에 의한 문제를 스탠드간 장력(조업 속도 조정)을 통해서 해결할 수 있다.

특히, 사상압연(FM) 및 최종압연(RSM) 중 일부 롤만을 구동하도록 하기 위해서는 스탠드간 장력을 종래의 수준보다 높게 가져가야 한다. 압연 소재의 이동 속도를 보다 빠르게 가져가야 한다.

표 1은 본 발명의 패스 스케줄을 적용한 일 구현예에 의해서 선재 사이즈 별로 No pinch 구간의 중량 감소량을 보여준다.

선재 사이즈	RM 더미 대상 Size	기존 패스	변경 패스	사상압연 기존스톡	사상압연 변경스톡	No Pinch 구간 감소량
15~16mm	15,15.5,16mm	17 -> RSM	19 -> SM	21.4mm	16.9mm	-85.1kg
12~14mm	12.5,13mm	19 -> RSM	21 -> SM	16.9mm	14.0mm	-69.0kg
10~11mm	10,10.5mm	21 -> RSM	23 -> SM	14.0mm	11.2mm	-14.0kg
8~9mm	8mm	23 -> RSM	25 -> SM	11.2mm	8.9mm	-8.6kg
6.5~7.5mm	6.5mm	25 -> RSM	27 -> SM	8.9mm	7.0mm	-5.2kg

선재 사이즈가 줄어듦에 따라서 사상압연(FM) 단계에서 구동되는 롤의 수를 늘리며, 종래보다 본 발명의 선재 제조 방법이 사상압연(FM) 단계에서 구동되는 롤의 수를 2개 더 많게 하고 이에 상응되도록 리덕션 밀(RM) 단계의 2개 롤이 구동되지 않도록 하고 있다.

각 선재 사이즈에 대해서 No pinch 구간의 감소가 발생함은 명확하다.

도 3은 본 발명의 선재 제조 방법을 적용한 선재 압연 과정에서 권취 형상 불량이 발생한 경우를 도시한 도면이다.

도 3(a) 내지 (c)를 참조하면, 선재의 테일(tail)부 링 직경 변동에 따른 권취 형상에 불량 발생함을 볼 수 있다.

선재 사이즈 별 패스 스케줄이 변경됨에 따라, 압연에서 냉각까지 제어 로직 또한 변경이 필요하다. 선재 압연 공정은 19 스탠드와 20 스탠드 사이에 선단부 치입성 향상을 위한 전단기(Shear)가 있는데, 전단기의 절단 신호는 선재 사이즈 별 기준 압연 속도를 근거로 계산된다. 그런데, 패스 스케줄 변경으로 압연 속도가 달라짐에 따라, 소재 절단 신호 오류로 코블이 발생되었다.

상기의 코블은 리덕션 밀(RM) 롤 삽입 유무에 따라 두 가지 제어 로직을 적용함으로써 이 문제를 해결할 수 있다.

이로써 압연작업에 대한 문제는 해결되었으나, 압연속도 및 장력량 변경에 따른 권취 형상 문제가 발생하였다.

선재 압연 공장에서는 13mm 이상 사이즈에 대하여 권취 형상을 위하여 최종압연(RSM) 테일 속도 증가(tail speed up) 기능을 사용한다. 최종압연(RSM) 테일 속도 증가 기능이란 소재 테일부가 최종압연(RSM) 통과 시 최종압연(RSM) 증속을 통하여 진행소재의 속도를 증가시킴으로 권취 시 링 직경이 작아지는 것을 말한다.

최종압연(RSM) 테일 속도 증가 기능을 사용하지 않는 6.5mm~12.5mm는 장력량 조정 및 운전 방법 변경 등을 통하여 권취 형상 이상 문제를 해결할 수 있다. 하지만, 최종압연(RSM) 테일 속도 증가 기능을 사용하는 13mm~16mm의 경우는 압연속도 증속 시점에서 권취 형상 이상이 발생할 수 있다.

도 4는 본 발명의 선재 제조 방법의 최종 압연 단계의 테일 속도 증가 기능의 제어 로직 개선을 분석한 ODG 분석 도면이다.

도 4를 참조하면, ODG 분석을 통한 추가적인 제어 로직 변경을 통해 권취 형상 이상 문제를 해결할 수 있다

개선 전의 테일 속도 증가 기능의 제어 로직을 살펴보면, 최종압연(RSM) 테일 속도 증가 시에 레잉헤드(L/H, 80)의 선속도가 최종압연(RSM) 테일 속도를 제대로 따라가지 못함을 확인할 수 있다. 레잉헤드(80)의 선속도가 최종압연(RSM) 테일 속도를 제대로 쫓아가지 못하면, 권취되는 선재의 직경이 좁아지면서 권취 형상 이상이 발생한다.

이에, 본 발명의 선재 제조 방법은 이를 개선하기 위해서 최종압연(RSM) 테일 속도 증가 적용시점을 앞당기고 증가 속도율을 감소시켜, 레잉헤드(80)의 선속도가 최종압연(RSM) 테일 속도를 원활히 쫓아가도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 선재 제조 방법의 일 구현예 및 이를 개선한 다른 구현예에 따른 13mm 패스 스케줄의 중간사상압연(IFM) 내지 최종압연(RSM) 과정을 도시한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 선재 제조 방법을 개선한 다른 구현예에 따르면, 사상압연(FM) 단계에서 최전단의 후단에 위치한 롤로 압연함으로써, No pinch 구간의 길이를 감소시킨다.

블록 압연 단계인 사상압연(FM) 단계의 스탠드간 압연비 검토를 통하여 20,21 스탠드와 22,23 스탠드의 롤 직경 및 기어비가 동일하다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 20,21 스탠드 사용 사이즈인 12.5~13mm 제품의 대하여 20,21 스탠드 대신 22, 23 스탠드를 사용하도록 하여 추가적인 패스 스케줄 개선을 이룰 수 있다. 추가적인 패스 스케줄 개선 시 No Pinch 발생 구간이 감소하며, 모터 감속비가 상대적으로 적은 22~23 스탠드 사용함으로 사상압연(FM) 단계의 전력 소모량을 줄일 수 있다.

표 2는 본 발명의 기존, 일 구현예(A) 및 다른 구현예(B)에 따른 선재 제조 방법 사용시의 중량 감소량 등을 보여준다.

적용 방식	패스 스케줄	압연 스톡	No Pinch 거리	No Pinch 구간 중량	중량 감소량
기존	19 -> SM	16.9mm	60m	105.6kg
A	21 -> SM	14.0mm	30m	36.0kg	-69.0kg
B	23 -> SM	14.0mm	28m	33.6kg	-2.8kg

이상과 같이, 압연공정에서 냉각공정까지 전체적인 제어 로직 및 운전 방법 개선을 통하여 최종압연(RSM) 설비의 리덕션 밀(RM) 더미 압연 방식을 확립할 수 있었다. 리덕션 밀(RM) 더미 압연 방식은 선재 표면 품질 개선 이외에도 작업자 세 명이 두 시간 작업해야 하던 최종압연(RSM) 롤 교체 부하를 감소시킬 수 있으며, 압연 라인에서 롤 교체 작업으로 인한 안전사고 위험을 줄일 수 있다. 또한 고부하 설비인 최종압연(RSM)의 가동률을 줄임으로 전력소비 절감 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명의 선재 압연 방법은 패스 스케줄에서 방출량 및 기어비 등을 검토하여, 최종압연(RSM) 중 리덕션 밀(RM)을 더미로 두고 중간사상압연(IFM) 또는 사상압연(FM)을 이용하여 압연을 수행하도록 한다. 또한 상기와 같은 구성에서 원활한 압연 공정이 수행되도록, 스탠드 간 장력을 조정(압연 속도 조정)하여 압연 작업이 가능하도록 한다. 즉, 본 발명의 선재 압연 방법은 압연에서 냉각까지 전체 제어 로직 및 운전 방법을 제안함으로써, 리덕션 밀(RM) 더미 압연 기술을 정립한다.

아울러, 리덕션 밀(RM) 더미 작업을 통해 최종압연(RSM) 롤 교체 부하 감소(세 사람이 두 시간 정도 소요됨) 및 압연 라인에서 롤 교체 작업으로 인한 안전사고 위험을 줄일 수 있으며, 또한 고부하 설비인 최종압연(RSM)의 가동률을 줄임으로 전력소비 절감 효과를 얻을 수 있다.

선재 압연 공정에 본 발명의 선재 제조 방법을 적용함으로써, 표면 흠 검출률, 고객 클레임률, 선재 표면 크랙 요인 스크랩 발생률이 절반 수준으로 감소시킬 수 있다. 또한, 롤 교체부하 감소 및 압연라인에서의 롤 교체작업으로 인한 안전사고 위험 감소 효과를 볼 수 있었다

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

2: 소재 2': 권취된 소재
2'': 소구경 선재 코일
10: 사상압연(FM) 15: 중간사상압연(IFM)
20: 최종압연(RSM) 30, 40, 50, 60, 70: 수냉대
80: 레잉 헤드 90: 이송 테이블
92:집적기

Claims

가열된 소재를 조압연(Roughness Mill), 중간사상압연(IFM), 사상압연(FM) 및 최종압연(RSM) 단계을 거쳐 압연하는 소재 압연 과정; 및
상기 압연된 소재를 권취하는 압연소재 권취과정을 포함하고,
상기 소재 압연 과정은,
상기 소재의 목표 사이즈에 따라 상기 중간사상압연 및 사상압연 단계에서 압연하는 롤의 개수를 조절하고, 상기 소재에 대한 노핀치(no-pinch) 구간의 길이에 따라 상기 최종압연(RSM)단계의 일부를 상기 사상압연(FM)단계에서 수행하는 선재 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 소재압연 과정은
상기 노핀치 구간의 길이에 따라서, 상기 사상압연(FM)단계는 상기 최종압연(RSM)단계에 포함되는 리덕션 밀(Reduction Mill, RM)단계 및 사이징 밀(Sizing Mill, SM)단계 중에서 상기 리덕션 밀(RM)단계를 수행하고, 상기 최종압연(RSM) 단계는 사이징 밀(Sizing Mill, SM) 단계만을 가동하는 선재 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 소재 압연 과정은
상기 리덕션 밀(RM)단계가 상기 사상압연(FM)단계에서 수행되면, 상기 소재를 압연하는 조업속도를 조정하여, 최종압연(RSM) 단계에서 리덕션 밀(Reducing Mill, RM) 단계 및 사이징 밀(SM) 단계 모두를 가동할 때보다 빠른 속도로 소재를 압연하는 선재 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 압연소재 권취과정은
상기 리덕션 밀(RM)단계가 상기 사상압연(FM)단계에서 수행되면, 상기 최종압연(RSM) 단계에서 리덕션 밀(RM) 단계 및 사이징 밀(SM) 단계 모두를 가동할 때보다 압연소재의 테일부(tail)가 최종압연(RSM) 단계를 통과 시 테일 속도 증가를 시작하는 시점을 빠르게 하고 속도 증가률을 낮추는 선재 제조 방법.