KR101360558B1 - 압연소재의 변형저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 압연소재의 변형저감방법은, 상부워크롤과 하부워크롤을 포함하는 복수 개의 압연스탠드를 통과하는 소재의 하부를 냉각하는 냉각공정을 포함하고, 복수 개의 압연스탠드에서 상부워크롤과 하부워크롤의 회전속도가 미차등 적용되는 마지막 압연스탠드의 압연부하를 저감시키는 압연부하저감공정을 포함함으로써, 상기 소재에서 상부보다 고온인 하부에 대한 냉각을 통해, 압연 중에 소재에서 진행방향 선단부에 발생되는 상향굽힘을 저감제어할 수 있다.

Description

압연소재의 변형저감방법{Method for upward bending reduction of slab in roughrolling process}

본 발명은 압연소재의 변형저감방법으로서, 조압연기에서의 소재 선단부의 상향굽힘을 저감시키는 저감방법에 관한 것이다.

압연공정은 소재를 수요자가 원하는 성질, 두께, 폭 등으로 가공하는 공정이다. 구체적으로 압연 공정은 소재를 1150~1250℃까지 가열시키면서 시작된다. 뜨겁게 달궈진 소재를 2200톤의 폭압연기로 폭을 줄인 후, 조압연기에서 왕복과정을 여러 차례 거치면서 조압연을 한다.

도 1은 조압연 과정을 나타낸 도이다.

도면을 참조하면, 조압연 라인은 바람직하게 세 개의 압연스탠드로 구성되며, 가열로(2)에서 나온 소재(1)를 첫 번째 압연스탠드(R1)와 두 번째 압연스탠드(R2)에서 약 3~5 회 정도의 패스를 통해 압연한 후, 세 번째 압연스탠드(R3)를 통해 진행시킨다.

그리고, 도 2(a)는 두 번째 압연스탠드에서 조압연되는 소재의 진행방향 선단부의 상향굽힘이 약하게 발생된 것을 나타낸 도이고, 도 2(b)는 세 번째 압연스탠드에서 소재의 진행방향 선단부의 상향굽힘이 크게 발생된 것을 나타낸 도이다.

도면을 참조하면, 일부 소재(1)에서는 두 번째 압연스탠드(R2)의 4~5패스부터 소재(1) 선단부가 상측으로 굽혀지기 시작하여 세 번째 압연스탠드(R3)에서 그 굽힘이 상측으로 심화되어 오작동 및 재열재가 발생하게 된다.

이로 인하여 생산 장애시간, 압연량이 없는 세 번째 압연스탠드(R3)의 더미(dummy) 작업으로 인한 피치(pitch) 지연이 발생하게 된다.

이는 세 번째 압연스탠드(R3)만이 상부워크롤과 하부워크롤의 회전속도가 차등적용이 되지 않기 때문이며, 이에 따라 소재(1)의 상향굽힘 발생시 이에 대한 대응이 어려운 한계점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 냉각과 압연부하 저하에 따라 압연소재의 변형저감방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압연소재의 변형저감방법은, 압연 시, 상부워크롤과 하부워크롤을 포함하는 복수 개의 압연스탠드를 통과하는 소재의 하부를 냉각하는 냉각단계;를 포함하여, 상기 소재에서 상부보다 고온인 하부에 대한 냉각을 통해, 압연 중에 상기 소재에서 진행방향 선단부에 발생되는 상향굽힘을 저감제어한다.

이때, 상기 냉각공정은, 선택된 하나의 압연스탠드 출측에서, 제1 냉각기로 상기 소재의 하부를 1차 냉각하는 제1 냉각단계;를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각공정은, 1차 냉각 후 통과하는 압연스탠드의 입측에서, 제2 냉각기로 상기 소재의 하부를 2차 냉각하는 제2 냉각단계;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 냉각공정은, 1차 냉각과 2차 냉각 사이에서, 보충 냉각기로 상기 소재의 하부를 보충 냉각하는 보충 냉각단계;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이에 더하여, 상기 냉각공정은, 1차 냉각 후 통과하는 압연스탠드의 출측에서, 바이트 냉각기로 상기 하부워크롤 및 상기 소재의 하부를 3차 냉각하는 제3 냉각단계;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 복수 개의 압연스탠드에서 상부워크롤과 하부워크롤의 회전속도가 미차등 적용되는 마지막 압연스탠드의 압연부하를 저감시키는 압연부하저감공정;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 압연소재의 변형저감방법은, 상부워크롤과 하부워크롤을 포함하는 복수 개의 압연스탠드를 통과하는 소재의 하부를 냉각하는 냉각공정을 포함하고, 복수 개의 압연스탠드에서 상부워크롤과 하부워크롤의 회전속도가 미차등 적용되는 마지막 압연스탠드의 압연부하를 저감시키는 압연부하저감공정을 포함함으로써, 상기 소재에서 상부보다 고온인 하부에 대한 냉각을 통해, 압연 중에 소재에서 진행방향 선단부에 발생되는 상향굽힘을 저감제어할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 조압연 과정을 나타낸 도이다.
도 2(a)는 두 번째 압연스탠드에서 조압연되는 소재의 진행방향 선단부의 상향굽힘이 약하게 발생된 것을 나타낸 도이고, 도 2(b)는 세 번째 압연스탠드에서 소재의 진행방향 선단부의 상향굽힘이 크게 발생된 것을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압연소재의 변형저감방법에서의 냉각수단들을 나타낸 도이다.
도 4는 도 3의 냉각수단에서 제1 냉각기의 미작동(off), 한번 패스 시에만 작동(1pass만 on), 계속해서 작동(on)에 따른 소재의 상향굽힘 정도에 대한 빈도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 세 번째 압연스탠드의 압연량 별 상향 수준을 나타낸 데이터 및 이에 따른 그래프이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압연소재의 변형저감방법에서의 냉각수단들을 나타낸 도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 압연 시 소재(1)의 선단부가 상향굽힘되는 것을 방지하도록 구성된다. 즉, 본 발명은 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)을 포함하는 압연스탠드를 통과하는 소재(1)에서 진행방향의 선단부가 상측으로 굽혀지는 것을 방지하도록 제어한다.

구체적으로, 본 발명은 압연 시, 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)을 포함하는 압연스탠드를 통과하는 소재(1)의 하부를 냉각하도록 구성된 냉각공정은 포함한다.

이와 같은 냉각과정에서, 일례로서 바람직하게 세 단계의 냉각단계가 순차적으로 수행될 수 있다.

아울러, 각 냉각단계의 냉각수단은 본 발명에 의해 한정되지 않고, 소재(1)의 온도를 효율적으로 낮추면서 소재(1)의 전체적인 면에 대해 균일적으로 냉각효과를 줄 수 있도록 구성된 종래의 어떠한 냉각기도 활용될 수 있음은 물론이다.

그러면, 본 발명에 의해 압연 시 이루어지는 냉각과정을 살펴보기로 한다.

먼저, 복수 개의 압연스탠드 중 선택된 하나의 압연스탠드 출측에서 제1 냉각기(10)로 소재(1)의 하부를 1차 냉각하는 제1 냉각단계가 이루어진다.

여기에서, 조압연 과정에서 압연스탠드는 복수 개가 배치되어 사용되는데, 마지막 압연스탠드 이전의 압연스탠드들은 소재(1)가 진행과 역진행을 반복하면서 압연이 이루어지며, 마지막의 압연스탠드는 소재(1)의 진행만이 이루어진다. 참고로, 소재(1)가 진행 또는 역진행 하는 것을 패스, 즉 'pass'로 지칭하고 하나의 압연스탠드에서 약 3 ~ 5 회 정도 패스를 한다.

본 발명은 일례로서 바람직하게 3개가 적정간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

이와 같이 3개의 압연스탠드가 설치된 경우, 바람직하게 소재(1)가 첫 번째의 압연스탠드를 통과한 후 다음으로 통과하는 두 번째 압연스탠드(R2)의 출측에 상기 제1 냉각단계가 수행될 수 있다.

이러한 제1 냉각단계에서는, 제1 냉각기(10)에 의해 소재(1)의 하부에 대한 냉각작업이 이루어지게 된다. 즉, 제1 냉각기(10)에 의해 일례로서 냉각유체가 소재(1)의 하면에 분사되어 소재(1)의 하면의 온도를 떨어뜨린다.

이때, 냉각부위가 소재(1)의 하부로서, 압연 시 소재(1)의 하부가 상부보다 온도가 높기 때문이다.

이는 일례로서 고탄소, 고망간은 일반강 대비 초기 오스테나이트 입경이 작고 석출물이 있는 경우, 전위 이동이 방해를 받아 스트레인 에너지(strain energy)의 복구가 늦어져 변형저항이 커지게 되고, 변형저항 증가에 따라 압연하중이 증가되어 동일 압연하중에서는 변형량이 더 적어짐에 따라, 표면온도에 따른 상,하부 변형 저항의 차이가 발생하기 때문에 소재(1)의 상부가 하부보다 더 빨리 냉각된다.

여기에서, 소재(1) 상,하부의 표면온도의 차이는, 조압연을 하기 전에 산화철 스케일을 제거하기 위한 스케일 제거과정이 이루어질 수 있는데, 이와 같은 과정에서 스케일 제거수가 분사 후 바로 낙하되는 소재(1)의 하부보다 소재(1)의 상부에서 보다 오래 머무르기 때문에, 소재(1)의 상부가 하부보다 더 빨리 냉각된다.

따라서, 제1 냉각기(10)와 더하여 비록 도시되지는 않았지만, 스케일 제거를 위해 스케일 제거수를 분사하는 디스케일 수단에서 소재(1) 하부를 향해 상향 분사하는 스케일 제거수단이 두 번째 압연스탠드(R2)의 출측에 배치될 수도 있다.

이와 같은 제1 냉각단계에서, 두 번째 압연스탠드(R2)의 제1 냉각기(10)를 운전시키지 않으면, 두 번째 압연스탠드(R2)에서는 소재(1) 선단부의 상향굽힘이 약하게 발생하나, 이러한 소재(1)가 진행되어 세번째 압연스탠드를 통과하게 되면 그 상향굽힘의 정도가 커지게 된다.

이에 대한 테스트 과정을 도 4를 참조하여 살펴보기로 한다.

여기에서, 소재(1) 선단부의 상향굽힘이 없는 경우는 '양호', 상향굽힘이 약하게 발생하는 경우는 '약상', 상향굽힘이 크게 발생하는 경우는 '상향'으로 나타내었으며, 각각에 찍혀진 점은 발생빈도를 나타낸 것이다.

먼저, 제1 냉각기(10)를 작동하지 않으면(off), 두 번째 압연스탠드(R2)에서는 양호, 약상, 상향의 비율이 0:3:1로 나타났지만, 세 번째 압연스탠드(R3)에서는 양호, 약상, 상향의 비율이 0:3:4로서 모든 경우에 소재(1) 선단부의 상향굽힘이 크게 발생하였다.

다음으로, 제1 냉각기(10)를 한번 진행 또는 역진행 시만 작동하면(1pass만 on), 두 번째 압연스탠드(R2)에서는 양호, 약상, 상향의 비율이 1:1:0로 나타났고, 세 번째 압연스탠드(R3)에서도 양호, 약상, 상향의 비율이 1:1:0로서 약 50%의 비율로 소재(1) 선단부의 상향굽힘이 약하게 발생하였다.

마지막으로, 제1 냉각기(10)를 계속해서 작동하면(on), 두 번째 압연스탠드(R2)에서 두 번째 압연스탠드(R2)에서는 양호, 약상, 상향의 비율이 14:5:0로 나타났고, 세 번째 압연스탠드(R3)에서도 유사하게 양호, 약상, 상향의 비율이 13:6:0로서 큰 비율로 소재(1) 선단부의 상향굽힘이 발생하지 않았다.

이와 같이 제1 냉각기(10)에 의해 두 번째 압연스탠드(R2)의 출측에 1차 냉각이 이루어지는 경우에, 소재(1)의 상향굽힘의 비율을 확연히 줄일 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 제1 냉각단계를 거친 후, 소재(1)가 1차 냉각 후 통과하는 압연스탠드의 입측에서, 제2 냉각기(20)에 의해 소재(1)의 하부가 2차 냉각된다.

즉, 이러한 제2 냉각단계는 일례로서 바람직하게 소재(1)가 두 번째 압연스탠드(R2)를 통과한 후 1차 냉각하고, 바로 다음으로 통과하는 세 번째 압연스탠드(R3)의 입측에 수행될 수 있다.

이러한 제2 냉각단계에서의 제2 냉각기(20)도 압연 시 진행 및 역진행하는 소재(1)의 하부를 향해 냉각유체를 분사하여 냉각이 이루어지게 한다.

이에 더하여, 두 번째 압연스탠드(R2)와 세 번째 압연스탠드(R3) 사이에 한차례 더 냉각단계가 이루어질 수 있다. 물론, 이와 같은 보충 냉각단계는 소재(1)의 냉각효율을 높이기 위해 이루어지는 것이다.

마지막으로, 1차 냉각 후 통과하는 압연스탠드의 출측에서, 바이트 냉각기(30)로 하부워크롤(5) 및 소재(1)의 하부를 3차 냉각하는 제3 냉각단계가 이루어진다.

다시 말해, 제3 냉각단계는 소재(1)가 두 번째 압연스탠드(R2)를 통과한 후 1차 냉각하고, 바로 다음으로 통과하는 세 번째 압연스탠드(R3)의 입측에서 2차 냉각한 후에, 세 번째 압연스탠드(R3)의 출측에서 수행된다.

이러한 제3 냉각단계에서의 바이트 냉각기(30)는, 압연 시 진행 및 역진행하는 소재(1)의 하부를 냉각시키고, 아울러 세 번째 압연스탠드(R3)에서의 하부워크롤(5)을 냉각시킨다. 즉, 냉각유체의 분사범위에는 소재(1)의 하부뿐만 아니라 소재(1)의 하부와 접촉하는 하부워크롤(5)도 포함됨으로써 소재(1)의 냉각효과를 높인다.

한편, 조압연기의 복수 개의 압연스탠드에서 마지막 압연스탠드를 제외하고는 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)이 서로 다른 구동원에 의해 구동됨으로써 회전속도를 각각 제어함에 따라, 소재(1) 상하면의 신장량에 대한 변화를 줄 수 있다.

그러나, 마지막 압연스탠드는 다른 압연스탠드와는 달리 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)이 하나의 구동원에 의해 구동되기 때문에, 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)은 동일한 회전속도로 회전함에 따라, 소재(1) 상하면의 신장량에 대한 변화를 줄 수 없다.

이에 따라, 마지막 압연스탠드에서 소재(1)의 선단부에는 상향굽힘 현상이 생기게 되는데, 이를 방지하기 위해 본 발명은 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)의 회전속도가 미차등 적용되는 마지막 압연스탠드의 압연부하를 저감(압하율 저감)시키는 압연부하저감공정가 수행된다.

압하율 증가에 따라 전위밀도가 증가하여 소재(1)의 변형저항이 커지기 때문에, 압연부하가 증가하면 표면온도에 의한 소재(1)의 전단부 상향굽힘의 영향도가 더욱 가중된다. 이에 따라, 상기와 같이 마지막 압연스탠드의 압연부하를 저감시킴으로써 소재(1)의 전단부에 대한 상향굽힘을 방지할 수 있다.

기존의 조압연기에서 이루어지는 압연과정에서는, 소재(1)에 따라 세 번째 압연스탠드(R3) 이전에 상향굽힘이 크게 발생하는 소재(1)인 경우에는, 세 번째 압연스탠드(R3)에서 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)의 이격거리를 크게 늘려 압연량을 0mm로 하는 더미과정을 하였고, 이에 부족한 압연량을 위해 첫 번째와 두 번째 압연스탠드(R2)(R1)(R2)에서 압연량을 늘여서 압연을 하였다. 이에 따라 압연스탠들의 교정시간이 길어지면 선단부가 상향굽힘된 소재(1)는 나중에 커팅작업을 별도로 실시해야 하는 번거로움이 발생하였다.

이를 방지하기 위해, 본 발명은 세 번째 압연스탠드(R3)에서 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)의 이격거리를 조금 늘려 세 번째 압연스탠드(R3)의 소재(1)에 대한 압연량을 저감시키고, 물론 이에 따라 두 번째 압연스탠드(R2)에서의 압연량을 늘여서 전체적인 압연량을 맞출 수 있다.

이때, 세 번째 압연스탠드(R3) 압연량을 약 7mm로 저감시키는 것이 소재(1) 선단부의 상향굽힘을 방지하는데에는 가장 바람직하며, 이에 대한 테스트 결과를 도 5의 세 번째 압연스탠드(R3)의 압연량 별 상향 수준을 나타낸 데이터 및 이에 따른 그래프를 통해 알 수 있다.

결과적으로, 소재(1) 선단부의 상향굽힘이 일어나지 않게 되었고, 이로 인하여 세 번째 압연스탠드(R3)의 더미과정도 없고 오작동도 없음으로써, 조압연에서의 피치(pitch)의 지연을 방지하여 생산성 측면에서 향상되었다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)을 포함하는 복수 개의 압연스탠드를 통과하는 소재(1)의 하부를 냉각하는 냉각공정을 포함하고, 복수 개의 압연스탠드에서 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)의 회전속도가 미차등 적용되는 마지막 압연스탠드의 압연부하를 저감시키는 압연부하저감공정을 포함함으로써, 상기 소재(1)에서 상부보다 고온인 하부에 대한 냉각을 통해, 압연 중에 소재(1)에서 진행방향 선단부에 발생되는 상향굽힘을 저감제어할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1 : 소재 R1 : 첫 번째 압연스탠드
R2 : 두 번째 압연스탠드 R3 : 세 번째 압연스탠드
10 : 제1 냉각기 15 : 보충 냉각기
20 : 제2 냉각기 30 : 바이트 냉각기

Claims (6)

1. 압연 시, 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)을 포함하는 복수 개의 압연스탠드를 통과하는 소재(1)의 하부를 냉각하는 냉각공정;을 포함하여, 상기 소재(1)에서 상부보다 고온인 하부에 대한 냉각을 통해, 압연 중에 상기 소재(1)에서 진행방향 선단부에 발생되는 상향굽힘을 저감제어하며,
   상기 냉각공정은, 선택된 하나의 압연스탠드 출측에서, 제1 냉각기(10)로 상기 소재(1)의 하부를 1차 냉각하는 제1 냉각단계; 1차 냉각 후 통과하는 압연스탠드의 입측에서, 제2 냉각기(20)로 상기 소재(1)의 하부를 2차 냉각하는 제2 냉각단계; 1차 냉각과 2차 냉각 사이에서, 보충 냉각기로 상기 소재(1)의 하부를 보충 냉각하는 보충 냉각단계; 및 1차 냉각 후 통과하는 압연스탠드의 출측에서, 바이트 냉각기(30)로 상기 하부워크롤(5) 및 상기 소재(1)의 하부를 3차 냉각하는 제3 냉각단계;를 구비하며,
   압연 시, 복수 개의 상기 압연스탠드에서 상기 상부워크롤(4)과 하부워크롤(5)의 회전속도가 미차등 적용되는 마지막 압연스탠드의 압연부하를 저감시키는 압연부하저감공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연소재의 변형저감방법.
   
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