KR101438774B1 - 극후강판 압연 설비와 압연 방법 - Google Patents

Abstract

압연기의 제한된 설비능력 하에서 보다 더 큰 강압하량을 부여하여 극후강판을 압연할 수 있고, 극후물재에 대해 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능하도록, 소재를 이송하는 이송테이블과, 이송테이블 상에 설치되어 소재를 압연하는 압연부를 포함하고, 상기 압연부는, 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 커 소재의 중앙부를 압하하는 이형작업롤을 구비한 이형압연기를 포함하는 후강판 압연 설비 및 압연 방법을 제공한다.

Description

극후강판 압연 설비와 압연 방법{ROLLING MILL AND ROLLING METHOD}

본 발명은 압연기에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 극후강판 제조가 가능한 극후강판 압연 설비와 압연 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 후강판 공정에서 압연강판은 가열, 압연, 냉각, 교정 과정을 거쳐 생산되며, 대략 압연강판의 두께에 따라 박강판(두께:~15mm), 중강판(두께:15~40mm), 후강판(두께:40mm 이상)로 구분한다.

후강판의 압연법(Reverse rolling)은 고온의 슬라브를 폭압연하고, 압연기로 압연하는 공정을 거친다. 이와 같은 후강판 압연법은 피압연재를 가공하기 이전에 슬라브 치수, 제품 치수 및 압연기의 설비제한치(설비하중, 설비토오크)로부터 압연패스별 압하량과 총 패스수를 결정한 후, 롤갭 및 압연속도 등을 계산하여 소재를 압연한다. 이러한 과정은 매 패스 압연후 최종 패스까지 반복된다.

일반적으로 후강판 압연공정에서 사용되는 슬라브의 두께는 고정되어 있고, 제품두께가 두꺼워 질수록 압연해야할 총 압하량(=슬라브 두께-제품두께)은 감소한다. 즉, 후물재일수록 총 압하량은 감소하나, 압연 패스는 항상 정수(integer)이어야 하므로 두께가 두꺼운 후강판재의 경우 패스당 압하율은 작아지는 경향이 많다. 또한, 두께가 큰 극후강판의 경우 박강판에 비해 압연중 변형영역의 크기가 커 동일한 압하량을 부여하기 위해서는 더 큰 힘(압연하중)과 에너지(동력)가 필요하다. 일반적으로 패스별 압하량은 압연기의 설비능력(설비하중, 모터동력)으로부터 결정된 값보다 클 수 없다. 또한, 박강판에 비해 두께가 큰 경우 압연변형이 두께 중앙부까지 침투하기 어려워 두께방향 내부 품질의 불균일화 가능성이 현저히 증가한다. 이러한 변형특성은 설비능력이 제한된 압연기에서 극후강판재의 제조 가능 두께가 제한되는 원인이고, 일반적으로 압연기의 물리적 한계로서 압하비(슬라브 두께와 해당 슬라브를 이용하여 제품으로 생산이 가능한 두께의 비) 제약으로 불린다.

따라서, 제한된 설비능력을 가진 후강판 압연기를 이용하여 극후물재의 패스당 강압하를 부여하고, 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능한 제조기술이 필요하다.

이에, 극후강판 제조시, 거칠기 압연 패스의 압하율 증가를 위해 종래 압연기의 설비값에 근사한 압하량을 설정하는 후단 강압하 기술이 개발되었다. 그러나, 이러한 기술은 압연기의 설비값들(설비하중 및 설비토오크)은 압연기 도입 초기에 결정되어 있기 때문에, 최근의 극후강판 제조와 무관하므로, 강압하율의 부여에는 그 한계를 가진다.

이렇게 노후화된 압연기의 설비능력을 대체하기 위해, 최근 건설된 후강판밀들은 점차 대형화 추세에 있으며, 건설 비용 및 건설 공기 또한 많이 소모된다. 그러나, 수요대비 공급의 과잉인 현 후강판재의 세계시장에서 새로운 설비로의 개조 및 신설은 매우 어려운 실정이다. 또한, 압연기의 설비한계를 증가시켰음에도 불구하고, 후강판밀은 후강판재의 요구특성변화(고강도, 고인성, 후물화)로 인해 끊임없이 설비 능력의 한계에 직면하고 있다.

또한, 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능한 제조기술로서, 극후강판 제조시 압연전의 슬라브의 두께나 폭을 단조한 후 압연기에서 압하하는 방법,압연전 두께 프레스 장치를 이용하여 공극률이 양호한 후강판을 제조하는 방법, 두께단자와 폭방향 단조를 번갈아 실시한 후 압연을실시하는 방법 등이 제시된 바 있다. 그러나, 단조기를 이용한 두께 압하 및 폭압하의 경우 압연기외 별도의 장치(단조기, 롤러 테이블, 폭단조를 위해 슬라브를 회전시키기 위한 대형집게, 단조기 냉각장치 등)가 요구된다. 또한, 제한된 단조기의 설비하중 조건하에서 패스당 높은 압하량을 부여하기 위해서는 소재와 접촉하는 단조기의 다이 길이 및 단조속도의 감소가 불가피하다. 따라서 단조기를 이용하여 슬라브의 전체길이를 압하하는 공정은 대단히 많은 연속 단조를 요구하며, 슬라브의 길이방향으로 과도한 온도편차를 유발한다. 또한, 단조다이의 마모에 따라 단조후 소재의 두께는 슬라브 길이방향으로 편차를 가지며, 심할 경우 소재의 랩핑이 발생할 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이 큰 설비능력을 가진 압연기를 이용하거나, 단조기를 이용하여 초기 변형을 부여한 후 종래의 압연시스템를 이용하여 2차 변형을 부여하는 기술에서 사용되는 후강판 압연시스템의 작업롤은 모두 배럴 중앙부와 배럴 끝이 동일한 직경을 가지는 직사각형 단면을 가진 평롤의 형태이다. 이때, 소재와 롤의 접촉폭은 압연기에 들어가는 소재폭과 거의 동일하다. 또한, 압연기의 설비하중으로부터 결정되는 패스별 압하량은 소재와 롤의 접촉폭에 반비례한다. 따라서, 종래의 평롤을 이용한 후강판 압연기에서 압하율은 압연기 설비능력의 크기와 소재폭에 의해 제한된다. 부연하여 설명하면, 슬라브 두께와 제품두께가 결정되면, 압연해야 할 총 패스수 및 평균압하율 등은 결정된다. 그러나, 종래의 경우 이러한 평균압하율이 재질요구 한계압하율보다 작은 경우 압연기의 설비능력을 키우는 것 외에는 방법이 없었다.

따라서, 압연기의 물리적 한계인 압하비(슬라브두께와 제품두께의 비)로부터 결정되는 극후강판의 두께 제조한계를 극복할 수 있는 후강판 압연 기술의 개발이 요구된다.

이에, 압연기의 제한된 설비능력 하에서 보다 더 큰 강압하량을 부여하여 극후강판을 압연할 수 있는 극후강판 압연 설비 및 압연 방법을 제공한다.

또한, 극후물재에 대해 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능한 극후강판 압연 설비 및 압연 방법을 제공한다.

본 압연 설비는 소재를 이송하는 이송테이블과, 이송테이블 상에 설치되어 소재를 압연하는 압연부를 포함하여, 극후강판을 제조하기 위한 압연 설비에 있어서,

상기 압연부는, 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 커 소재의 중앙부를 압하하는 이형작업롤을 구비한 이형압연기를 포함할 수 있다.

상기 압연부는, 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 커 소재의 중앙부를 압하하는 이형작업롤을 구비한 이형압연기와, 상기 이형압연기와 연속으로 배치되며 축방향을 따라 직경이 동일한 평형작업롤을 구비한 평형압연기를 포함할 수 있다.

상기 압연부는 이송테이블의 입측에서 출측 방향을 따라 이형압연기가 평형압연기 앞쪽에 배치될 수 있다.

상기 압연부는 이송테이블의 입측에서 출측방향을 따라 이형압연기가 평형압연기 뒤쪽에 배치될 수 있다.

상기 압연 설비는 이송테이블 상에 설치되어 압연부를 거친 소재를 마무리 압연하기 위한 마무리압연기를 더 포함할 수 있다.

상기 압연 설비는 이송테이블 상에 설치되어 압연부를 거친 소재의 폭방향 퍼짐을 제어하는 수직압연기를 더 포함할 수 있다.

상기 수직압연기는 소재의 이동방향을 따라 상기 이형압연기 출측에 배치될 수 있다.

상기 소재는 두께가 40mm 이상인 후강판 또는 두께가 100mm 이상인 극후강판일 수 있다.

본 압연 방법은 압연기로 소재를 적어도 1회 이상 패스하여 소재를 두께 방향으로 변형하는 압연단계를 포함하고,

상기 압연 단계는 소재 일 패스시 소재 폭방향을 따라 중앙부를 압하하여 변형하는 중앙강압하 단계와, 미압하된 소재의 양 측부를 압하하여 변형하는 측부강압하 단계를 포함할 수 있다.

상기 압연 단계는 소재 일 패스시 소재 폭방향 전면을 압하하여 변형하는 통상압하 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 압연 단계는 상기 측부강압하 단계를 거친 소재의 측방향 퍼짐을 제어하는 수직 압연 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 압연 단계를 거친 소재를 가압하여 마무리 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상 본 실시예에 의하면, 제한된 설비능력 하에서 패스당 압하율의 크기는 동일할지라도 두께 중앙부로의 변형의 침투를 더 크게 할 수 있게 된다.

이에, 후강판 압연 중 두께가 두꺼운 후강판재에 대해 두께방향으로 균일한 고품질 특성(고강도, 고인성, 용접성)을 가진 극후강판의 제조가 가능하게 된다.

또한, 기존 연주설비 및 압연 설비의 극후물재 제조시 압하비 제약을 극복할 수 있게 된다.

또한, 극후강판의 강도가 계속 증가하더라도 작업롤의 교체를 통해 압연설비의 능력을 증강시킬 수 있어, 압연 설비의 신설이나 설비 증강없이 지속적인 압연설비의 경쟁력을 유지할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 후강판 압연 설비를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따라 후강판 압연 설비에 구비되는 이형압연기를 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 6은 또다른 실시예의 후강판 압연 설비를 도시한 개략적인 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 실시예에 따른 후강판 압연 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따라 압연된 소재의 형상을 종래와 비교하여 도시한 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따라 압연된 소재의 변형율을 종래와 비교하여 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 실시예의 후강판 압연 설비는 두께가 100mm 이상인 극후강판을 압연하는 설비를 예로서 설명한다. 그러나 본 설비는 이에 한정되지 않으며 두께가 40mm 이하인 후강판에 대해서도 적용가능하다.

도 1은 본 실시예에 따른 후강판 압연 설비를 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 본 실시예의 압연 설비에 구비되는 이형압연기를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 압연 설비(100)는 소재(P)를 이송하는 이송테이블(10)과, 이송테이블(10) 상에 설치되어 소재를 압연하는 압연부(20)를 포함한다. 상기 압연부(20)는 극후강판 등의 소재를 연속적으로 거칠기 압연하게 된다.

본 실시예에서 상기 압연부(20)는 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 커 소재의 중앙부를 압하하는 이형작업롤(23)과 이형작업롤(23)을 지지하는 백업롤(25)을 구비한 이형압연기(21)와, 상기 이형압연기(21)와 연속으로 배치되며 축방향을 따라 직경이 동일한 평형작업롤(24)과 평형작업롤(24)을 지지하는 백업롤(26)을 구비한 평형압연기(22)를 포함한다. 이에, 소재는 이형압연기(21)를 통해 폭방향 중앙부가 압하되고 연속으로 평형압연기(22)를 거치면서 폭방향 측부가 압하된다.

여기서, 상기 압연부(20)는 이송테이블(10)의 입측에서 출측 방향을 따라 이형압연기(21)가 평형압연기(22) 앞쪽에 배치된 구조로 되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이형압연기(21)에 구비된 이형작업롤(23)은 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 큰 구조로 되어 있다.

이와 같이 이형작업롤(23)은 중앙부의 직경이 상대적으로 커서 이형 단면 구조를 이룸에 따라, 극후강판 등의 소재 압연시 소재의 폭방향 변형을 구속하고 중앙부의 압하 영역에 많은 에너지를 부여할 수 있게 된다.

상기 이형작업롤(23)은 돌출된 중앙부에 의해 소재 중앙부에만 압하중을 가해 압연하고, 양 측부는 소재에 압하중을 가하지 않아 압연하지 않거나 작은 압하중을 가해 약하게 압연하게 된다. 이에, 상기 이형압연기(21)는 소재의 중앙부만 압연하여 소재를 중앙부가 오목한 단면 형태로 압연하게 된다.

상기 이형작업롤(23)의 중앙부 돌출 정도 및 길이 등은 소재의 두께나 강도 등에 따라 달라질 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.

상기 이형작업롤(23)을 지지하는 백업롤(25)은 이형작업롤(23)과 대응되도록 중앙부가 오목하게 형성된 이형구조 또는 축방향을 따라 직경이 동일한 평형구조 모두 적용가능하다.

상기 평형압연기(22)는 축방향을 따라 직경이 동일한 일반적인 평형작업롤(24)을 구비한 압연기이다. 상기 평형작업롤(24)은 축방향을 따라 전면이 소재에 접하여 소재를 평평한 사각단면 형태로 가압하게 된다.

이에, 이송테이블(10)을 따라 이동되는 소재(P)는 이형압연기(21)와 평형압연기(22)로 이루어진 압연부(20)를 1회 이상 왕복 패스하면서 압연이 이루어진다.

본 실시예의 압연부(20)는 이형압연기(21)와 평형압연기(22) 두 개가 한 조를 이룸으로써, 한 패스당 압하율의 크기는 종래와 동일할지라도 극후강판이라 할지라도 두께 중앙부로의 변형의 침투를 더 크게 하여 두께 방향으로 균일한 품질을 가진 극후강판을 제조할 수 있게 된다. 여기서 패스라 함은 소재가 압연부(20)를 지나간 것을 의미하며, 소재(P)가 압연부(20)를 1회 지나갔을 때를 한 패스라 한다.

즉, 본 실시예의 압연부(20)는 한 패스에서 소재에 가해야할 압하량을 2개의 연속된 이형압연기(21)와 평형압연기(22)로 나누어 압하하고, 이때 이형압연기(21)와 평형압연기(22)는 소재와 작업롤과의 접촉폭을 소재의 입측 폭보다 작게 함으로써, 압하율을 크게 할 수 있다. 또한, 이형압연기(21)를 지나면서 소재가 중앙부만 압하되고 평형압연기(22)를 지나면서는 미압연된 소재의 양 측부만이 압연되므로 각 압연기에서 미압연되는 부분이 지지대로 작업하여 소재의 두께 중앙부로의 변형의 침투를 더 크게 할 수 있게 된다.

여기서, 상기 압연 설비는 이송테이블(10) 상에 설치되어 압연부(20)를 거친 소재를 마무리 압연하기 위한 마무리압연기(40)를 더 포함할 수 있다. 상기 마무리압연기(40)는 상기 압연부(20)를 적어도 1회 이상 패스하여 설정 두께로 압연된 소재를 마무리 압연하게 된다. 소재는 마무리압연기(40)를 적어도 1회 이상 패스하게 된다.

또한, 상기 압연 설비는 이송테이블(10) 상에 설치되어 압연부(20)를 거친 소재의 폭방향 퍼짐을 제어하는 수직압연기(30)를 더 포함한다.

본 실시예에서, 상기 수직압연기(30)는 소재의 이동방향을 따라 상기 이형압연기(21) 출측에 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수직압연기(30)는 이송테이블(10)의 입측에서 출측을 향해 상기 평형압연기(22) 후단에 배치된다. 이에, 상기 수직압연기(30)는 소재가 이형압연기(21)를 거친 후 평형압연기(22)를 거치면서 소재의 측부가 압연될 때, 소재의 과도한 폭퍼짐을 제어하게 된다.

상기 압연부(20)와 마무리압연기(40)의 입측에는 압연 전 소재와 압연기의 센터링을 확보하기 위한 사이드가이드(50)가 배치된다.

도 3은 또다른 실시예의 압연 설비를 도시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실싱예의 압연 설비는 압연부(20)가 이송테이블(10)의 입측에서 출측방향을 따라 이형압연기(21)가 평형압연기(22) 뒤쪽에 배치된 구조로 되어 있다.

본 실시예의 압연 설비는 상기와 같이 이형압연기(21)와 평형압연기(22)의 배치 구조를 제외하고 도 1의 실시예와 동일하므로, 이하 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3에서 이형압연기(21)가 평형압연기(22)의 뒤쪽에 배치됨에 따라 수직압연기(30)는 평형압연기(22) 앞쪽에 배치된다. 이에, 상기 수직압연기(30)는 소재(P)가 이형압연기(21)를 거친 후 평형압연기(22)를 거치면서 소재의 측부가 압연될 때 소재의 과도한 폭퍼짐을 제어하게 된다.

도 4는 하나의 압연부(20)를 구비하여 거칠기 압연 공정과 마무리 압연 공정을 완료하는 구조로, 예를 들어 후판밀에서 사용하는 압연 설비를 도시하고 있다.

도 4의 실시예에 도시된 압연 설비는 소재(P)를 이송하는 이송테이블(10)과, 이송테이블(10) 상에 설치되어 소재를 압연하는 압연부(20)를 포함한다. 상기 압연부(20)는 극후강판 등의 소재를 연속적으로 거칠기 압연한 후 마무리 압연까지 수행하게 된다.

상기 압연부(20)는 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 커 소재의 중앙부를 압하하는 이형작업롤(23)과 이형작업롤(23)을 지지하는 백업롤(25)을 구비한 이형압연기(21)와, 상기 이형압연기(21)와 연속으로 배치되며 축방향을 따라 직경이 동일한 평형작업롤(24)과 평형작업롤(24)을 지지하는 백업롤(26)을 구비한 평형압연기(22)를 포함한다. 이에, 소재는 이형압연기(21)를 통해 폭방향 중앙부가 압하되고 연속으로 평형압연기(22)를 거치면서 폭방향 측부가 압하된다.

여기서, 상기 압연부(20)는 이송테이블(10)의 입측에서 출측 방향을 따라 이형압연기(21)가 평형압연기(22) 앞쪽에 배치된 구조로 되어 있다.

상기 압연 설비는 이송테이블(10) 상에 설치되어 압연부(20)를 거친 소재의 폭방향 퍼짐을 제어하는 수직압연기(30)를 더 포함한다.

본 실시예에서, 상기 수직압연기(30)는 소재의 이동방향을 따라 상기 이형압연기(21) 출측에 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수직압연기(30)는 이송테이블(10)의 입측에서 출측을 향해 상기 평형압연기(22) 후단에 배치된다. 이에, 상기 수직압연기(30)는 소재가 이형압연기(21)를 거친 후 평형압연기(22)를 거치면서 소재의 측부가 압연될 때, 소재의 과도한 폭퍼짐을 제어하게 된다.

상기 압연부(20)와 마무리압연기(40)의 입측에는 압연 전 소재와 압연기의 센터링을 확보하기 위한 사이드가이드(50)가 배치된다.

도 5는 상기 도 4에 도시된 압연 설비의 또다른 실시예를 도시하고 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 압연 설비는 압연부(20)가 이송테이블(10)의 입측에서 출측방향을 따라 이형압연기(21)가 평형압연기(22) 뒤쪽에 배치된 구조로 되어 있다.

본 실시예의 압연 설비는 상기와 같이 이형압연기(21)와 평형압연기(22)의 배치 구조를 제외하고 도 4의 실시예와 동일하므로, 이하 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며 그 상세한 설명은 생략한다.

도 5에서 이형압연기(21)가 평형압연기(22)의 뒤쪽에 배치됨에 따라 수직압연기(30)는 평형압연기(22) 앞쪽에 배치된다. 이에, 상기 수직압연기(30)는 소재가 이형압연기(21)를 거친 후 평형압연기(22)를 거치면서 소재의 측부가 압연될 때 소재의 과도한 폭퍼짐을 제어하게 된다.

이에, 본 실시예에서 소재는 압연부(20)의 이형압연기(21)와 평형압연기(22)를 복수회 패스하면서 거칠기 압연된 후, 마무리 압연 공정시에는 이형압연기(21)는 롤갭을 오픈하여 평형압연기(22)만으로 마무리 압연을 실시하게 된다.

도 6은 또다른 실시예의 압연 설비를 도시하고 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 압연 설비는 소재(P)를 이송하는 이송테이블(10)과, 이송테이블(10) 상에 설치되어 소재를 압연하는 압연부(20), 압연부(20)를 거친 소재를 마무리 압연하기 위한 마무리압연기(40)를 포함한다.

상기 압연부(20)는 복수개의 압연기를 사용하지 않고 단일의 이형압연기(21)로 이루어지며, 상기 이형압연기(21)는 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 커 소재의 중앙부를 압하하는 이형작업롤(23)과 이형작업롤(23)을 지지하는 백업롤(25)을 구비한다.

본 실시예는 종래 거칠기 압연기 1개와 마무리 후강판 압연기 1개를 구비한 후판밀에서 별도의 이형압연기를 구비하지 않고 거칠기 압연기의 작업롤을 이형작업롤(23)로 교체하여 이형압연기(21)로 사용하는 구조이다.

상기 압연 설비는 이송테이블(10)을 따라 이형압연기(21)와 마무리압연기(40) 앞쪽에 소재의 폭방향 퍼짐을 제어하는 수직압연기(30)가 설치된다.

도 6에서, 소재는 이형압연기(21)를 통해 거칠기 압연되어 오목 단면 형태로 변형되며, 이 상태로 마무리압연기(40)로 이송되어 마무리압연기(40)를 통해 평평한 사각 단면 형태로 압연된다.

이하, 도 7 내지 9를 참조하여 본 실시예의 압연 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 실시예의 압연 방법에 대한 이해를 돕기 위해 종래의 거칠기 압연과정에 대해 총 5패스의 거칠기 압연을 하는 경우를 예로서 설명한다. 종래의 거칠기 압연기는 축방향을 따라 직경이 동일한 평롤을 구비한 하나의 압연기를 통해 이루어진다. 이에, 소재는 평롤에 의해 폭방향 전면이 압연(이하 통상압연이라 한다)된다. 압연 전 소재는 압연기 전면에 위치한 수직압연기를 거쳐 수직압연된 후 압연기을 통해 수평압연을 1패스 실시한다. 1패스 후 압연된 소재는 사각 단면을 가진다.

1패스 후 소재를 반대방향으로 진행시켜 압연기를 통해 2패스 수평압연을 실시한다. 이러한 압연순서는 총 5패스가 진행될 때까지 진행되며, 매 압연패스마다 압연기의 출측 단면은 사각형이다. 또한, 홀수패스 압연을 위해 수직압연기는 모터에 구동되며, 수직압연기와 압연기의 압연 속도차에 의한 소재표면의 슬립결함 방지를 위해 수직압연기의 회전속도는 압연기의 속도와 동기화하거나 압연기보다 작은 값을 가진다.

또한, 종래의 압연기를 이용하여 길이가 짧은 슬라브를 강하게 압하하여 강압연하는 경우 압연 중 소재와 작업롤 간의 2접 접촉이 발생하여 소재가 압연기 사이에 끼는 미스롤 현상 및 과도한 판들림 또는 판처짐에 의해 길이방향으로 바가지 형태를 가지는 결함이 발생한다. 이를 방지하기 위해 종래의 압연기에서는 1패스의 압하량을 약하게 설정한다. 또한, 종래의 경우, 현 패스 압연 후 다음 패스 압연을 위해 소재가 이송되는 시간동안 압연변형에 따라 소재로 전달된 에너지는 정적 재결정 현상에 의해 소재내부의 결정립 크기를 감소시키는 결정립 미세화를 만드는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 종래 후강판 압연기의 경우 소재로 전달되는 에너지는 소재표면 근방에 국한되는 단점이 있어 소재의 두께방향 결정립이 불균일해질 가능성을 가진다.

상기 종래 압연 방법에 대비하여, 본 실시예의 압연 방법은 소재를 압연하는 과정을 포함하며, 상기 압연 과정은 소재 일 패스시 소재 폭방향을 따라 중앙부를 압하하여 변형하는 중앙강압하 과정와, 미압하된 소재의 양 측부를 압하하여 변형하는 측부강압하 과정을 포함한다.

또한, 본 압연 과정은 소재 폭방향 전면을 압하하여 변형하는 통상압하 과정을 더 포함할 수 있다.

일 예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 압연 과정은 이형압연기(21)를 통해 중앙강압하 과정을 거쳐 소재 폭방향 중앙부를 1차 강압연하고, 이에 연속하여 평형압연기(22)를 통해 측부강압하 과정을 거쳐 미압하부인 소재 폭방향 양 측부를 2차 강압연하면서 압연부(20)를 1패스하게 된다.

평형압연기(22)를 통과한 소재는 후강판 압연기 후단에 위치한 비구동 수직압연기(30)를 통과하면서 폭제어되는 수직 압연 단계를 거친다.

종래의 압연기와 달리 1패스에서 중앙강압하 과정을 거쳐 1차 압연된 중간 소재는 오목한 대칭 단면 형상을 가지고, 바로 측부강압하 과정을 거쳐 1패스 후 압연된 소재는 사각 단면 형상을 가진다.

본 실시예에서, 이형압연기(21)와 평형압연기(22)를 통과하면서 이형작업롤(23) 및 평형작업롤(24)과 접촉되는 소재의 접촉 폭은 압연전 소재폭보다 작게 된다. 따라서, 이형압연기(21)와 평형압연기(22) 각각에서 설비능력이 제한된 종래의 압연기에서 보다 큰 압하량의 부여가 가능하다. 본 실시예에서 연속식 거칠기 압연 1패스는 소재 전체가 아닌 부분과 부분을 종래의 통상 압연보다 강하게 압연(이하 강압연이라 한다)하게 되며, 즉 소재 중앙부와 양 측부를 각각 강압연하는 과정을 거친다. 이에, 이형압연기(21)에 의한 1차 중앙강압하 과정을 통해 강압연 후 연속하여 평형압연기(22)에 의한 2차 측부강압하 과정을 거쳐 강압연이 이루어진다. 여기서, 2차 압연중 발생하는 동적 재결정과 1패스 압연후의 정적 재결정이 발생할 수 있다. 이러한 재결정 현상은 연속식 압연을 하는 열연 스트립 압연기에서 기 공지되어 있다. 따라서, 종래 압연기를 이용한 압연방법보다 소재의 결정립은 두께방향으로 균일화되고 더욱 미세화될수 있다.

또한, 종래의 후강판 압연기를 이용하여 길이가 짧은 슬라브를 강압연하는 경우와 달리, 본 실시예는 중앙강압하 과정을 통해 압연시 소재의 폭방향 양 측부는 압연되지 않고, 다음 2차 측부강압하 과정에서는 소재의 폭방향 중앙부는 압연되지 않는다. 이러한 특성으로 각 압연기에서 소재의 길이방향 변형을 미압하부에서 구속하여 종래 후강판 압연기의 문제점을 해결할 수 있다.

1패스 압연된 소재는 역방향으로 이동되어 압연부(20)를 지나 2패스 압연된다.

2패스 압연에서는 평형압연기(22)를 거쳐 소재를 통상압하 과정을 거쳐 1차 압연하고, 2차로 이형압연기(21)에 의한 중앙강압하 과정을 거쳐 강압연을 실시한다. 즉, 2패스는 통상압하 과정에 의한 통상압연 후 중앙강압하 과정에 의한 강압연 과정을 거친다. 또한, 1패스와는 달리 2패스에서 1차 압연된 중간 소재는 사각단면 형상을 가지고, 2패스후 압연된 소재는 오목한 대칭 단면 형상을 가진다.

2패스 압연된 소재는 다시 정방향으로 이동되어 압연부(20)를 지나 3패스 압연된다.

3패스 압연에서는 소재가 다시 이형압연기(21)를 거쳐 1차압연되고 연속해서 평형압연기(22)를 거쳐 2차 압연된다. 이형압연기(21)는 오목한 단면 형상을 가진 소재를 1패스와 달리 폭방향 중앙부와 양 측부 모두를 포함한 폭방향 전면에 걸쳐 1차 통상 압연한다. 즉, 상기 이형압연기(21)에 의한 압연은 소재의 폭방향 전면을 압하하여 변형하는 통상압하 과정이다. 연속하여 평형압연기(22)에 의한 측부가압하 과정을 통해 오목한 대칭 단면형상을 가진 소재에 대해 폭방향 측부 만을 2차 강압연 한다.

이와 같은 연속식 거칠기 압연시스템을 통과한 소재는 도 7에서 보는 바와 같이 최종적으로 사각단면 형상을 가진다. 본 실시예의 경우 종래에 비해 보다 적은 패스 수만으로도 충분히 소재를 압연할 수 있게 된다. 3패스 후 소재는 마무리 압연하는 과정을 거쳐 최종적으로 압연 과정을 완료한다.

도 8은 연속주조 공정에서 생산된 슬라브의 표면 품질이 좋지 않을 때 슬라브를 압연하기 위한 과정을 도시하고 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 압연 공정은 거칠기 압연 1패스와 2패스에서 이형압연기(21)의 롤갭을 오픈하여 평형압연기(22)만으로 통상압하 과정을 통한 통상압연을 실시하고, 3패스부터 이형압연기(21)와 평형압연기(22) 연속으로 압연을 실시한다. 이형압연기(21)와 평형압연기(22)에 의한 연속 압연 과정은 위에서 언급한 바와 같다. 즉, 소재 폭방향을 따라 중앙부를 압하하여 변형하는 중앙강압하 과정과, 미압하된 소재의 양 측부를 압하하여 변형하는 측부강압하 과정을 거쳐 소재를 압연한다.

도 9는 단일의 이형압연기(21)와 마무리압연기(40)를 구비한 후강판 압연 설비에서의 압연 과정을 도시하고 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 이형압연기(21)를 통한 중앙강압하 과정을 거쳐 소재의 폭방향 중앙부를 강압연하여 1패스 압연하고, 1패스 후 2패스와 3패스는 통상압하 과정을 거쳐 오목 단면 형상을 갖는 소재를 폭방향 중앙부와 양 측부 모두를 포함한 폭방향 전면에 걸쳐 통상압연한다. 상기 이형압연기(21)에 의한 압연은 소재의 폭방향 전면을 압하하여 변형하는 통상압하 과정이다. 3패스 후 오목한 대칭 단면형상을 가진 소재는 마무리압연기(40)로 이송되어 마무리 압연 공정을 거친다. 마무리 압연 공정시 1패스는 측부강압하 과정을 거친다. 측부강압하 과정을 통해 소재는 폭방향 측부만 강압연되어 평평항 사각 단면 형태로 압연된다. 이후 마무리압연기(40)를 복수회 패스하여 설정 두께로 마무리 압연된다.

도 10 내지 도 13은 본 실시예에 따라 압연된 소재의 형상과 변형율을 종래와 비교하여 도시하고 있다.

압연에 사용된 소재는 온도가 1150℃이고, 두께가 300mm, 폭이 2000mm이다. 압연기의 작업롤 직경은 1060mm 이고, 압연기의 압연 속도는 2.1m/sec이다.

비교예는 하나의 압연기를 이용하여 20% 압하율을 소재 폭방향 전체에 부여하는 싱글패스(Single pass) 압연을 실시하였다.

실시예는 20%압하율은 비교예와 동일하되 위에서 언급한 이형압연기(21)를 이용한 소재 폭방향 중앙부 압연 후 평형압연기(22)를 이용한 소재 폭방향 양 측부 압연하는 연속 2차 압연을 실시하였다.

도 10에 도시된 바와 같이, 비교예와 비교하여 실시예의 연속패스 압연후 소재 단면 모두 변형의 크기가 크게 증가했음을 알 수 있다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 실시예의 경우 연속한 소재 중앙부 압연과 양 측부 압연에서 모두 압연하중이 비교예보다 작음을 확인할 수 있다.

또한, 도 12에서 보는 바와 같이, 소재 폭방향 중앙부 압연시 실시예의 경우 비교예의 변형률 대비 1.4배 이상의 변형율 침투가 증가하였으며, 소재 폭방향 양 측부 압연시에는 중앙부의 대칭단면의 구속에 의해 압연후 비교예 대비 1.6배의 변형율 증가가 되었음을 알 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 압하량이 동일한 상태에서 소재 내부로 침투되는 변형의 크기를 증가시킴을 확인 할 수 있다.

또한, 도 13은 소재의 두께방향 중앙부에서 소재 중심으로부터 양 측부로 감에 따라 변형의 크기를 나타낸 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 이 분포 역시 실시예의 경우 비교예와 대비하여 개선되었음을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예는 극후강판의 두께 제조한계를 극복하기 위해 단순히 복수의 압연기를 연속적으로 배치하는 것이 아니라, 한 패스에서 눌러야 될 압하량을 2개의 연속 회수로 구분하여 압하하고, 각 패스에서 미압하되는 부분이 지지대로 작용하여 두께중앙부로의 변형의 침투를 더 크게 하는 것이 가능하다.

이에, 압연기의 물리적 한계인 압하비(슬라브두께와 제품두께의 비)를 극복할 수 있고, 극후강판재의 강도가 계속 증가한다 할지라도 볼롤한 작업롤의 교체를 통해 압연시스템의 끊임없는 능력증강과 신설없이 지속적인 압연시스템의 경쟁력을 유지할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 이송테이블 20 : 압연부
21 : 이형압연기 22 : 평형압연기
23 : 이형작업롤 24 : 평형작업롤
25,26 : 백업롤 30 : 수직압연기
40 : 마무리압연기

Claims (11)

1. 소재를 이송하는 이송테이블과, 이송테이블 상에 설치되어 소재를 압연하는 압연부를 포함하여, 극후강판을 제조하기 위한 압연 설비에 있어서,
   상기 압연부는, 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 커 소재의 중앙부를 압하하는 이형작업롤을 구비한 이형압연기와, 상기 이형압연기와 연속으로 배치되며 측방향을 따라 직경이 동일한 평형작업롤을 구비한 평형압연기를 포함하는 압연 설비.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 압연 설비는 이송테이블 상에 설치되어 압연부를 거친 소재를 마무리 압연하기 위한 마무리압연기를 더 포함하는 압연 설비.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 압연 설비는 이송테이블 상에 설치되어 압연부를 거친 소재의 폭방향 퍼짐을 제어하는 수직압연기를 더 포함하는 압연 설비.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 수직압연기는 소재의 이동방향을 따라 상기 이형압연기 출측에 배치되는 압연 설비.
5. 삭제
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압연부는 이송테이블의 입측에서 출측 방향을 따라 이형압연기가 평형압연기 앞쪽에 배치되는 압연 설비.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압연부는 이송테이블의 입측에서 출측방향을 따라 이형압연기가 평형압연기 뒤쪽에 배치되는 압연 설비.
8. 압연기로 소재를 적어도 1회 이상 패스하여 소재를 두께 방향으로 변형하는 압연단계를 포함하여, 극후강판을 제조하기 위한 압연 방법에 있어서,
   상기 압연 단계는 소재 일 패스시 축방향을 따라 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 커 소재의 중앙부를 압하하는 이형작업롤로 소재 중앙부를 압하하여 변형하는 중앙강압하 단계와, 축방향을 따라 직경이 동일한 평형작업롤로 소재를 압하하여 상기 중앙강압하 단계를 거쳐 미압하된 소재의 양 측부를 압하하여 변형하는 측부강압하 단계를 포함하는 압연 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 압연 단계는 소재 폭방향 전면을 압하하여 변형하는 통상압하 단계를 더 포함하는 압연 방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 압연 단계는 상기 측부강압하 단계를 거친 소재의 측방향 퍼짐을 제어하는 수직 압연 단계를 더 포함하는 압연 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 압연 단계를 거친 소재를 마무리 압연하는 단계를 더 포함하는 압연 방법.
    
    
    

Images