KR101376563B1 - 소경롤을 이용한 열간 압연 방법 - Google Patents

소경롤을 이용한 열간 압연 방법 Download PDF

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Abstract

스트립의 폭 방향 두께 편차를 감소하고, 양파 발생을 억제할 수 있는 소경롤을 이용한 열간 압연 방법이 소개된다.
본 발명의 소경롤을 이용한 열간 압연 방법은, 가열과정, 조압연 과정 및 연속적으로 배치되는 고속도 공구강 재질의 제1압연기 내지 제7압연기에서 마무리 압연하는 열간 압연 방법으로서, 상기 제5압연기는 서로 반대측에 제1테이퍼부가 형성되고, 상기 제1압연기 내지 제4압연기의 워크롤보다 직경이 작은 제1상부소경롤과 제1하부소경롤을 포함하고, 상기 제1상부소경롤 및 제1하부소경롤은 초기에 서로 어긋난 지점에서 시프트 작동하며 슬라브를 유압연하고, 상기 제6압연기는 서로 반대측에 제2테이퍼부가 형성되고, 상기 제1압연기 내지 제4압연기의 워크롤보다 직경이 작은 제2상부소경롤과 제2하부소경롤을 포함하고, 상기 제2상부소경롤 및 제2하부소경롤은 초기에 서로 어긋난 지점에서 시프트 작동하며 슬라브를 유압연하고, 상기 제1상, 하부소경롤의 초기 위치는 상기 제2상, 하부소경롤의 초기 위치와 각각 서로 대칭되는 것을 특징으로 하는, 소경롤을 이용한 열간 압연 방법.

Description

소경롤을 이용한 열간 압연 방법{HOT ROLLING METHOD USING SMALL SIZE ROLL}
본 발명은 소경롤을 이용한 열간 압연 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열간 압연의 마무리 압연 과정에서 소경롤 마모량 증가에 따라 발생되는 스트립의 폭 방향 두께 편차와 양파 발생을 더 효율적으로 감소시킬 수 있는 소경롤을 이용한 열간 압연 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속 열간압연 공정에서 후단 스탠드에 설치되는 워크롤은 고온의 압연소재를 변형시키는 기능을 하는 바, 소재로부터 기인한 변형 저항으로 높은 압연 하중을 받게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 워크롤은 반복적으로 작용되는 변형 저항에 의해 휘게 되는데, 이로 인해 압연 소재의 폭 방향 단면은 중앙 부분은 두껍고, 양 엣지부는 얇아지는 현상이 발생된다.
이렇듯, 워크롤은 그것의 초기 모양, 열팽창 정도, 마모량 및 편평화 정도에 따라 압연 소재의 폭 방향 단면은 복잡하게 변형될 수 있는 바, 특히, 워크롤의 마모량은 압연 소재의 강도 및 온도에 비례하여 증가하는 경향이 있다.
또한, 압연 소재의 폭에 해당하는 만큼 워크롤의 길이 방향 마모가 증가하는 경향이 있으며, 압연 소재의 폭에 따라 워크롤에는 마모 단차가 발생하기도 한다.
이렇게 발생된 워크롤의 마모 단차는 광폭 소재 압연시 그 광폭 소재 엣지 부분에서 과압에 의한 연신율 증가를 일으키고, 폭 방향 연신율 차이로 인하여 광폭 소재의 평탄도 불량을 초래하기도 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 워크롤의 마모 단차에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 워크롤의 축 방향으로 이동할 수 있는 워크롤 시프트 장치가 개발되어, 워크롤의 마모 위치를 분산시키는 효과를 얻고 있다.
한국공개특허 제2000-0041275호에는 이러한 워크롤의 마모 단차에 따른 문제점을 해결하기 위한 '시프트 압연기의 워크롤 시프트량 설정 방법'이 개시되어 있다.
그러나, 최근 열연 소재의 박물화 및 고강도화를 요구하는 수요자가 증가함에 따라, 마무리 압연기 후단 스탠드의 압연롤은 압연 하중 저감을 위해 소경화되는 추세에 있으며, 압연롤 소경화에 따른 다양한 문제점이 발생되고 있는 바, 이에 대한 해결 방안 연구가 진행 중에 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 워크롤의 직경을 작게 하면(이하 "소경 워크롤"이라 한다), 소경 워크롤과 압연 소재의 접촉장이 작아지고, 압연 하중이 감소하여 소경 워크롤의 굽힘 변형량이 작아질 것 같지만, 소경 워크롤의 회전수가 증가되어 소경 워크롤의 마모량이 증가하고, 소경 워크롤의 굽힘 모멘트가 작아져 반대로 굽힘 변형량은 오히려 증가하게 된다.
특히, 소경 워크롤의 마모 분산을 위해서 후단 스탠드에 적용된 워크롤 시프트 장치의 경우, 전단 스탠드 워크롤보다 그 동장이 길어서 굽힘 변형량은 더욱 증가하는 바, 후단 스탠드에서 양파 발생 사례가 빈번하게 일어나는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 후단 스탠드의 워크롤 초기 크라운을 기존 (-)에서 +30 ~ +150㎛로 변경하거나, 워크롤 단부를 테이퍼진 형태로 가공하여 압연 소재의 엣지부가 워크롤의 테이퍼진 부분에 걸치게 하여 스트립의의 엣지부 두께 및 양파를 제어하였지만, 워크롤 수의 증가 및 고탄소강과 같은 고부하강의 생산량 증가로 워크롤 마모 방지를 위한 압연 소재 고크라운 및 양파 제어의 한계에 부딪히게 되었다.
최근에는 두께가 얇은 소재, 강도가 높은 소재, 롤 단위 내의 압연 매수가 증가하고 있는 바, 이러한 한계가 더욱 부각되는 경향이 있다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
한국공개특허 제2000-0041275호
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 열간 압연 공정의 마무리 압연 과정에서 소경롤 사용시, 고강도, 박물 소재의 연속 압연 매수 증가에 따른 소경롤 마모와, 굽힘 변형 한계 극복 가능하도록, 소경롤의 재질 및 형상을 변형하고, 윤활 압연을 적용하여 스트립의 폭 방향 두께 편차를 감소, 양파 발생을 억제한 소경롤을 이용한 열간 압연 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소경롤을 이용한 열간 압연 방법은, 가열과정, 조압연 과정 및 연속적으로 배치되는 고속도 공구강 재질의 제1압연기 내지 제7압연기에서 마무리 압연하는 열간 압연 방법으로서, 상기 제5압연기는 서로 반대측에 제1테이퍼부가 형성되고, 상기 제1압연기 내지 제4압연기의 워크롤보다 직경이 작은 제1상부소경롤과 제1하부소경롤을 포함하고, 상기 제1상부소경롤 및 제1하부소경롤은 초기에 서로 어긋난 지점에서 시프트 작동하며 슬라브를 유압연하고, 상기 제6압연기는 서로 반대측에 제2테이퍼부가 형성되고, 상기 제1압연기 내지 제4압연기의 워크롤보다 직경이 작은 제2상부소경롤과 제2하부소경롤을 포함하고, 상기 제2상부소경롤 및 제2하부소경롤은 초기에 서로 어긋난 지점에서 시프트 작동하며 슬라브를 유압연하고, 상기 제1상, 하부소경롤의 초기 위치는 상기 제2상, 하부소경롤의 초기 위치와 각각 서로 대칭되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 제1, 2테이퍼부는 상기 제1상,하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤의 끝단에서 내측으로 600 ~ 700mm 사이에 150 ~ 200㎛의 높이 변화를 갖도록 형성되고, 상기 제1상부소경롤의 초기 위치는 센터에서 우측으로 150mm 지점, 상기 제1하부소경롤의 초기 위치는 센터에서 좌측으로 150mm 지점에 위치하고, 상기 제2상부소경롤의 초기 위치는 센터에서 좌측으로 150mm 지점, 상기 제2하부소경롤의 초기 위치는 센터에서 우측으로 150mm 지점에 위치하며, 상기 제1상, 하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤은 각각 3~4코일당 10mm 씩 시프트하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1압연기 내지 제3압연기를 구성하는 작업롤에는 각각 100~150cc/min의 속도로 직접 오일이 분사되며, 상기 제4압연기 및 상기 제5, 6압연기를 구성하는 상기 제1상, 하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤에는 스트립과의 마찰계수가 감소될 수 있도록 50~100cc/min 의 속도로 직접 오일이 분사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 고강도재의 박물화 및 동일 폭 연속 압연 매수 증가시 발생되는 소경롤 마모량에 따른 스트립 폭 방향 두께 편차 및 양파 발생을 더 효과적으로 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
이로 인해, 스트립 형상 불량에 따른 롤의 부정기적 교체, 오작동 발생, 평탕도 발생 회수 등을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 스트립 폭 방향 두께 편차 발생 메커니즘을 나타낸 도면,
도 2는 워크롤 시프트 구동 상태를 나타낸 도면,
도 3은 워크롤의 굽힘 변형을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에서 마무리 압연 과정 중 후단스탠드에 장착되는 제1,2 상, 하부소경롤의 테이퍼진 형상을 나타내 도면,
도 5는 본 발명의 시프트 패턴을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 압연 하중 변화를 나타낸 도면,
도 7은 고부하강 및 고크라운 다발 소재인 DN-50CrV4을 본 발명에 따른 소경롤을 이용한 열간 압연 방법으로 마무리 압연한 결과를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소경롤을 이용한 열간 압연 방법을 설명한다.
본 발명의 소경롤을 이용한 열간 압연 방법은, 7개의 압연기가 연속적으로 배치되어 압연하는 마무리 압연 과정에 관한 것이다. 가열과정 및 조압연 과정을 통과한 슬라브는 상기한 마무리 압연 과정을 거치게 된다.
마무리 압연 과정에는, 제1압연기 내지 제7압연기가 연속적으로 배치된다. 이렇나 각각의 압연기에는 고속도 공구강(High Speed Steel, HSS) 재질의 작업롤들이 설치된다.
종래, 제1압연기 내지 제7압연기에는, 내사고성이 우수하고, 열팽창 계수가 작은 니켈-그레인(Ni-Gr) 재질의 워크롤을 사용하였으나, 본 발명에 따른 소경롤을 이용한 열간 압연 방법에서, 작업롤인 소경워크롤로는 니켈-그레인(Ni-Gr) 재질 대비 내마모성이 5배 우수한 고속도 공구강을 이용한다.
이러한 고속도 공구강을 물성치와 주요 특성을 종래 니켈-그레인(Ni-Gr) 재질과 비교하면 아래와 같다.
구분 니켈-그레인 롤 고속도 공구강 롤


물성치

 경도(HS) 75-85 80-85
인장강도(kgf/mm2) 40-60 70-90
열전도도(W/mK) 23.5 23.5
열팽창계수(1/K) 0.8 * 10-5 1.3 * 10-5
Young`s Modulus(kgf/mm2) 19,000 23,000

주요
특성
내마모성
고속도 공구강≥5 * (니켈-그레인 롤)

내표면거침성
고속도 공구강≥2~3 * (니켈-그레인 롤)
본 발명의 소경롤을 이용한 열간 압연 방법에서는, 제5압연기 및 제6압연기를 시프트 이동시키면서 마무리 압연 작업을 진행한다.
제5압연기는 제1상부소경롤과 제1하부소경롤을 포함하며, 이러한 제1상부소경롤 및 제1하부소경롤에는 각각 제1테이퍼부가 형성되는 바, 제1테이퍼부는 제1상부소경롤의 일측과, 제1하부소경롤의 타측(제1상부소경롤에 형성된 지점과 반대 지점)에 형성된다.
제6압연기는 제2상부소경롤과 제2하부소경롤을 포함하며, 이러한 제2상부소경롤 및 제2하부소경롤에는 각각 제2테이퍼부가 형성되는 바, 제2테이퍼부는 제2상부소경롤의 일측과, 제2하부소경롤의 타측(제2하부소경롤에 형성된 지점과 반대 지점)에 형성된다.
제5, 6압연기에 장착되는 소경롤은 직경 560~640mm의 롤을 의미한다.
초기 제1상부소경롤 및 제1하부소경롤은 롤의 폭 방향 중심에서 서로 어긋난 지점에 위치하는 바, 서로 크로스되면서 시프트 이동한다. 시프트 이동은 제1상부소경롤 및 제1하부소경롤에 형성된 제1테이퍼부가 스트립의 엣지부에 접할 수 있도록 진행된다.
초기 제2상부소경롤 및 제2하부소경롤은 롤의 폭 방향 중심에서 서로 어긋난 지점에 위치하는 바, 역시 크로스되면서 시프트 이동한다. 시프트 이동은 제2상부소경롤 및 제2하부소경롤에 형성된 제2테이퍼부가 스트립의 엣지부에 접할 수 있도록 진행된다.
초기 제1상부소경롤과 제2상부소경롤의 위치는, 롤의 폭 방향 중심에서 서로 어긋난 지점에 위치하며, 제1하부소경롤과 제2하부소경롤 또한 서로 어긋난 지점에 위치한다. 즉, 상기 제1상, 하부소경롤의 초기 위치는 상기 제2상, 하부소경롤의 초기 위치와 각각 서로 대칭되는 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1테이퍼부는 제1상,하부소경롤의 끝단에서 내측으로 700mm 사이에 200㎛의 높이 변화를 갖도록 형성되고, 제2테이퍼부는 상기 제2상, 하부소경롤의 끝단에서 내측으로 650mm 사이에 150㎛의 높이 변화를 갖도록 형성된다.
또한, 도 5는 압연 매수 증가에 따른 시프트 이동 방식을 나타낸 것으로, 제1상부소경롤 및 제2상부소경롤의 초기 위치 및 그로부터 시프트 이동하는 위치를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 종래에는 초기 일반 재질의 상, 하부작업롤을 폭 방향 중심에 위치시킨 후에 매 코일당 10mm씩 사이클릭 시프트를 이용하여 압연 작업하거나, 니켈-그레인 재질의 상, 하부작업롤을 서로 엇갈리게 배치한 후에 매 코일당 10mm씩 이동시키면서 압연 작업하였으나, 본 발명에 따른 제5압연기(F5) 및 제6압연기(F6)를 구성하는 제1상, 하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤은 초기에 시프트된 위치에서 3~4 코일당 10mm씩 시프트 이동한다.
제1상부소경롤의 초기 위치는 센터에서 우측으로 150mm 지점, 제1하부소경롤의 초기 위치는 센터에서 좌측으로 150mm 지점에 위치하고, 제2상부소경롤의 초기 위치는 센터에서 좌측으로 150mm 지점, 제2하부소경롤의 초기 위치는 센터에서 우측으로 150mm 지점에 위치하며, 제1상, 하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤은 각각 3~4코일당 10mm 씩 시프트 이동한다.
한편, 본 발명의 소경롤을 이용한 열간 압연 방법은, 제1압연기 내지 제3압연기를 구성하는 작업롤에는 각각 100~150cc/min의 속도로 직접 오일이 분사되며, 제4압연기 및 제5, 6압연기를 구성하는 상기 제1상, 하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤에는 스트립과의 마찰계수가 감소될 수 있도록 50~100cc/min 의 속도로 직접 오일이 분사되는 것이 바람직하다.
고속도 공구강 재질의 롤은 내열 및 내마모성이 우수한 반면, 기지와 탄화물인 VC 간의 경도차가 커서 기지의 상대적인 과마모 발생에 의해 롤 표면의 마찰계수가 증가하여 압연 하중이 증가하는 단점이 있는 바, 이러한 단점은 롤의 표면에 유막을 형성함으로써 최소화할 수 있으며, 오일 분사 방식은 응답성이 우수한 워크롤 직접 분사 방식으로 진행하는 것이 바랍직하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 마무리 압연 과정의 전단 스탠드를 구성하는 제1압연기(F1), 제2압연기(F2) 및 제3압연기(F3)에 유압연 방식을 적용하는 경우, 약 10% 정도의 압연 하중 감소 효과를 얻을 수 있는 바, 후단 스탠드를 구성하는 제4압연기 내지 제6압연기에서는 상대적으로 적은 양의 윤활유를 사용하여 마찰계수를 줄일 수 있을 것이다.
도 7은 고부하강 및 고크라운 다발 소재인 DN-50CrV4을 본 발명에 따른 소경롤을 이용한 열간 압연 방법으로 마무리 압연한 결과를 나타낸 도표이다.
고속도 공구강 재질의 테이퍼진 제1상, 하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤을 포함하는 제5압연기 및 제6압연기에 50~100cc/min 의 속도로 오일을 직접 분사하여 마무리 압연을 진행한 경우, 기존의 통상적인 마무리 압연 진행과 비교하여 약 14㎛ 이상 스트립 크라운 발생이 감소되었는 바, 양파 발생으로 인한 워크롤의 부정기적인 교체 현상은 발생하지 않았다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
F1 : 제1압연기 F2 : 제2압연기
F3 : 제3압연기 F4 : 제4압연기
F5 : 제5압연기 F6 : 제6압연기

Claims (4)

  1. 가열과정, 조압연 과정 및 연속적으로 배치되는 고속도 공구강 재질의 제1압연기 내지 제7압연기에서 마무리 압연하는 열간 압연 방법으로서,
    상기 제5압연기는 서로 반대측에 제1테이퍼부가 형성되고, 상기 제1압연기 내지 제4압연기의 워크롤보다 직경이 작은 제1상부소경롤과 제1하부소경롤을 포함하고, 상기 제1상부소경롤 및 제1하부소경롤은 초기에 서로 어긋난 지점에서 시프트 작동하며 슬라브를 유압연하고,
    상기 제6압연기는 서로 반대측에 제2테이퍼부가 형성되고, 상기 제1압연기 내지 제4압연기의 워크롤보다 직경이 작은 제2상부소경롤과 제2하부소경롤을 포함하고, 상기 제2상부소경롤 및 제2하부소경롤은 초기에 서로 어긋난 지점에서 시프트 작동하며 슬라브를 유압연하고,
    상기 제1상, 하부소경롤의 초기 위치는 상기 제2상, 하부소경롤의 초기 위치와 각각 서로 대칭되는 것을 특징으로 하는, 소경롤을 이용한 열간 압연 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1, 2테이퍼부는 상기 제1상,하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤의 끝단에서 내측으로 600 ~ 700mm 사이에 150 ~ 200㎛의 높이 변화를 갖도록 형성되고,
    상기 제1상부소경롤의 초기 위치는 센터에서 우측으로 150mm 지점, 상기 제1하부소경롤의 초기 위치는 센터에서 좌측으로 150mm 지점에 위치하고,
    상기 제2상부소경롤의 초기 위치는 센터에서 좌측으로 150mm 지점, 상기 제2하부소경롤의 초기 위치는 센터에서 우측으로 150mm 지점에 위치하며,
    상기 제1상, 하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤은 각각 3~4코일당 10mm 씩 시프트하는 것을 특징으로 하는, 소경롤을 이용한 열간 압연 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1압연기 내지 제3압연기를 구성하는 작업롤에는 각각 100~150cc/min의 속도로 직접 오일이 분사되며,
    상기 제4압연기 및 상기 제5, 6압연기를 구성하는 상기 제1상, 하부소경롤 및 제2상, 하부소경롤에는 스트립과의 마찰계수가 감소될 수 있도록 50~100cc/min 의 속도로 직접 오일이 분사되는 것을 특징으로 하는, 소경롤을 이용한 열간 압연 방법.
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