KR101461475B1 - 백업롤 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워크롤 및 백업롤이 설치된 복수 개의 스탠드로 이루어진 사상압연기의 백업롤 제작방법에 있어서, 상기 백업롤을 통해 사상압연공정을 진행하면서 기설정된 시간 간격으로 상기 백업롤의 마모 프로파일이 측정 및 저장되는 저장단계; 상기 저장단계에서 저장된 상기 마모 프로파일들 중에서, 상기 백업롤의 마모량이 포화된 상태의 마모 프로파일인 마모포화 프로파일이 산출되는 산출단계; 그리고 상기 마모포화 프로파일을 이용하여 새로운 백업롤이 제작되는 제작단계;를 포함한다.

Description

백업롤 제작방법{Method for manufacturing backup-roll in hot rolling mill}

본 발명은 사상압연기의 백업롤 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사상압연기의 각 스탠드별 백업롤의 마모특성 및 워크롤의 열크라운을 파악하여 백업롤을 제작함으로써 판형상 및 통판성을 향상시킬 수 있는 백업롤 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 열간압연 공정에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 열간 압연시 압연 반력(F2)에 따른 롤굽힘이 발생하게 된다. 즉 압연시 롤에 가해지는 압하력(F1)에 따라 압연소재로부터의 압연반력(F2)이 발생하며, 압연반력(F2)은 압연소재기준으로 중앙부에서 최대 엣지부로 가면서 감소하는 분포를 보인다. 이때, 압연반력(F2)과 롤 지지점의 위치 차이로 인한 롤 굽힘이 발생하게 되는 것이다. 이러한 롤굽힘은 압연소재의 형상 불량, 통판성 불량을 유발시킨다.

대한민국공개특허공보 제10-2012-0073398호(2012.07.05.)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 롤굽힘으로 인한 압연소재의 형상 불량 및 통판성 불량이 발생하지 않는 백업롤 제작방법을 제공하는 것이다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 워크롤 및 백업롤이 설치된 복수 개의 스탠드로 이루어진 사상압연기의 백업롤 제작 방법에 있어서, 상기 백업롤을 통해 사상압연공정을 진행하면서 기설정된 시간 간격으로 상기 백업롤의 마모 프로파일이 측정 및 저장되는 저장단계와;

상기 저장단계에서 저장된 상기 마모 프로파일들 중에서, 상기 백업롤의 마모량이 포화된 상태의 마모 프로파일인 마모포화 프로파일이 산출되는 산출단계와;

상기 마모포화 프로파일을 이용하여 새로운 백업롤이 제작되는 제작단계;를 포함하는 백업롤 제작방법을 제공한다.

여기서, 상기 백업롤 제작방법은 상기 워크롤의 열크라운이 측정 및 저장되는 단계;를 더 포함하며, 상기 제작단계는 볼록형태의 상기 워크롤의 열크라운에 대응되도록 상기 백업롤의 형상을 오목형태로 제작될 수 있다.

또한, 상기 스탠드는 압연소재의 진행 방향으로 스탠드 F1 내지 F7로 구성되며, 상기 스탠드 F1 내지 F4의 백업롤은 오목 형태로 제작되며 상기 스탠드 F5 내지 F7의 백업롤은 볼록 형태로 제작될 수 있다.

본 발명에 따른 백업롤 제작방법은 사상압연기의 각 스탠드별 백업롤의 마모특성을 파악하여 백업롤의 프로파일을 설정함으로써 판형상 및 통판성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 열간 압연시 압연반력(F2)에 따른 롤굽힘을 나타낸 도면.
도 2(a)는 백업롤이 사용되기 전의 상태를 나타낸 도면.
도 2(b)는 백업롤의 사용초기의 상태를 나타낸 도면.
도 2(c)는 백업롤의 사용말기의 상태를 나타낸 도면.
도 3은 스탠드별 백업롤의 마모량이 포화되는 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 스탠드별 백업롤의 프로파일 형태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백업롤 제작방법의 순서도.

열간 압연시 압연 반력에 따른 롤굽힘량을 감소시키기 위해서는 롤 직경을 크게 하는 것이 유리하나, 롤 직경이 크게 되면 압연소재와 롤의 접촉장의 증가로 압연소재 변형에 필요한 부하가 증가하게 되어 압연소재 변형의 측면에서는 롤 직경이 작은 소경롤이 유리한 모순현상이 발생한다. 따라서 압연소재와 접촉하는 부분은 직경이 작은 워크롤(10)이 사용되고, 압연소재와 닿지 않는 부분은 직경이 큰 백업롤(20)이 사용된다.

이러한 백업롤(20)을 사용함에 있어 종래에는 롤 프로파일을 설정하지 않거나 단순한 오목 볼록 형태의 프로파일을 설정함으로서 정교한 압연이 불가능하였다.

도 2(a)는 백업롤이 사용되기 전의 상태를 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 백업롤의 사용초기의 상태를 나타낸 도면이며, 도 2(c)는 백업롤의 사용말기의 상태를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 롤 마모량을 고려하지 않은 백업롤(20) 사용으로 백업롤(20)의 사용 초기(도2(b))에는 압연소재의 폭 방향 중앙부가 상대적으로 많이 연신되는 중파, 사용 말기(도2(c))에는 압연소재의 폭 방향 엣지부가 상대적으로 많이 연신되는 양파발생이 집중되는 현상이 현장에서 일상적으로 발생하고 있으며, 이로 인한 통판성 악화가 고질적 문제가 되고 있다. 이는 백업롤(20) 사용 초기에는 마모가 심하지 않지만, 백업롤(20) 사용 말기에는 심한 마모로 인해 워크롤(10)과의 접촉 응력이 커지는 사실에 기인한다.

또한, 교체주기가 짧은 워크롤(10)은 마모가 되면 바로 교체가 되지만, 통상 1주에서 길게는 1개월 이상 연마 없이 사용하게 되는 백업롤(20)의 교체주기 패턴이 이러한 언밸런스 현상을 초래하게 된다. 즉, 종래에는 이러한 백업롤(20)을 다단 스탠드에 사용함에 있어 스탠드별 롤형상을 고려하지 못하거나 잘못된 형상을 설정하여 스탠드간의 소재의 폭방향 두께비가 균형을 맞추지 못하게 됨으로써 판형상 불량 및 압연 통판성 불량을 초래하는 원인이 되었다.

이하, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 백업롤 제작방법의 실시 예를 설명한다.

도 3은 스탠드별 백업롤의 마모량이 포화되는 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 스탠드별 백업롤의 프로파일 형태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백업롤 제작방법의 순서도다. 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 백업롤 제작방법을 설명한다.

도 3을 참조하면, 백업롤의 마모특성을 파악하기 위하여 스탠드별 백업롤의 마모 프로파일을 측정하였다. 이런 백업롤의 마모 프로파일을 분석하면, 백업롤의 마모가 백업롤과 워크롤의 접촉 응력에 의한 것일지라도 그 마모량이 무한히 커지는 것이 아니라 어느 한계에서 포화하는 특성이 있다.

이렇게 백업롤의 마모량이 포화하는 특성은 백업롤과 접촉하고 있는 워크롤의 형상 변화와 관련이 있다. 즉, 워크롤은 판 압연시 약 900[℃]의 고온으로 인하여 열크라운이 발생하는데, 이러한 열크라운은 특정수치에서 포화하기 때문에 열크라운과 접촉하고 있는 백업롤의 마모량도 포화하는 것이다.

먼저, 상기 백업롤을 통해 사상압연공정을 진행하면서 기설정된 시간 간격으로 스탠드별 백업롤의 마모 프로파일이 측정 및 저장되는 저장단계가 수행된다(S10). 여기서, 백업롤의 마모 프로파일은 백업롤의 길이방향으로 특정지점에서 측정된 백업롤의 마모량을 말한다. 예컨데, 스탠드별로 설치된 백업롤의 마모 프로파일을 24시간마다 측정하여 이를 저장하게 되는데, 이러한 백업롤의 마모 프로파일은 그래프의 형태로 저장될 수도 있다.

다음으로, 저장단계(S10)에서 저장된 상기 백업롤의 마모 프로파일을 이용하여 백업롤의 마모가 포화된 상태의 마모 프로파일인 마모포화 프로파일이 산출되는 산출단계가 수행된다(S20). 여기서, 백업롤의 마모포화 프로파일이란 백업롤의 마모량은 무한히 커지는 것이 아니라 어느 한계에 달하면 포화하는 특성이 있는데 이런 한계에 도달하였을 때의 백업롤의 마모 프로파일을 말한다.

다음으로, 산출단계(S20)에서 산출된 마모포화 프로파일을 적용하여 새로운 백업롤이 제작되는 제작단계가 수행된다(S30).

다음으로, 제작단계(S30)에서 제작된 새로운 백업롤이 스탠드에 장착되는 단계가 수행된다.

또한, 본 실시예에 따른 백업롤 제작방법은 워크롤의 열크라운이 측정 및 저장되는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 워크롤은 압연소재로부터 받은 열에 의해 열팽창하여 워크롤의 폭 방향 중앙부가 단부보다 더 볼록해지는 형태가 되는데, 이를 열크라운이라 한다. 이때, 제작단계(S30)에서는 백업롤의 형상을 볼록형태의 워크롤의 열크라운에 대응되도록 오목형태로 제작함으로써 백업롤과 워크롤의 접촉압력을 최소화할 수 있다.

결과적으로, 백업롤의 마모량 및 워크롤의 열크라운이 포화하는 특성을 이용하여 백업롤을 미리 포화 마모 프로파일의 형상으로 제작함으로써, 백업롤의 마모편차에 따른 판형상 및 통판성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 백업롤 제작방법에 의하면, 사상압연의 전단스탠드의 백업롤은 상술한 바와 같은 방법으로 제작되고, 후단스탠드의 백업롤은 볼록 형태로 제작할 수 있다. 즉, 전단스탠드의 오목형태의 백업롤이 마모편차를 줄이기 위한 것이라면, 판의 통판성과 웨이브 품질이 결정되는 후단스탠드에서는 백업롤과 워크롤의 접촉응력을 최소화하는 볼록 형태로 제작함으로서 후단스탠드서의 양파발생을 방지할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 7개의 스탠드 F1 내지 F7로 구성된 사상압연기에 있어서, 전단스탠드 F1 내지 F4의 백업롤은 상술한 방법으로 제작되고 후단스탠드 F5 내지 F7의 백업롤은 볼록 형태로 제작된 것이다. 이렇게 함으로써, 롤굽힘이 상대적으로 큰 후단스탠드에서 양파(Edge wave)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

하기의 [표 1]은 사상압연기의 스탠드별 백업롤 초기 프로파일 설정치(㎛)를 나타낸 표이다.

구분		F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7
종래	백업롤	0	0	0	0	0	0	0
	워크롤	-50	-50	-50	-50	150	150	50
본 발명	백업롤	-80	-50	-90	-100	100	150	50
	워크롤	0	0	0	0	120	100	50

[표 1]을 살펴보면, 전단스탠드(F1 ~ F4)의 백업롤의 형상을 볼록형태의 워크롤의 열크라운에 대응되도록 오목형태로 제작함으로써 백업롤의 마모편차를 현저하게 줄일 수 있었으며, 후단스탠드(F5 ~ F7)의 백업롤을 볼록형태로 제작함으로써 양파(Edge wave) 발생을 방지함으로써 통판의 안정성과 판형상 제어에 큰 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10: 워크롤 20: 백업롤

Claims (2)

1. 워크롤 및 백업롤이 설치된 복수 개의 스탠드로 이루어진 사상압연기의 백업롤 제작방법에 있어서,
   상기 백업롤을 통해 사상압연공정을 진행하면서 기설정된 시간 간격으로 상기 백업롤의 마모 프로파일이 측정 및 저장되는 저장단계;
   상기 저장단계에서 저장된 상기 마모 프로파일들 중에서, 상기 백업롤의 마모량이 포화된 상태의 마모 프로파일인 마모포화 프로파일이 산출되는 산출단계;및
   상기 마모포화 프로파일을 이용하여 새로운 백업롤이 제작되는 제작단계;를 포함하는 백업롤 제작방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스탠드는 압연소재의 진행 방향으로 스탠드 F1 내지 F7로 구성되며,
   상기 스탠드 F1 내지 F4의 백업롤은 오목 형태로 제작되며 상기 스탠드 F5 내지 F7의 백업롤은 볼록 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 백업롤 제작방법.

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