KR101639893B1 - 강편의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강편의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 이는 강편을 길이방향으로 이송하는 이송부; 이 이송부에서 강편의 길이방향 앞뒤로 각각 배치한 한 쌍의 금형; 이들 금형에 의해 강편의 선단부와 후단부를 원하는 형상으로 성형하는 프레스기; 및 이 프레스기에서 선단부와 후단부가 성형된 강편을 전달받아 압연하는 압연기를 포함하여서, 압연 전단계에서 경사진 단부를 가진 강편을 제조하여 강편의 압연 이후에 선단부 및 후단부에 발생하는 불균일한 변형부를 현저하게 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 크롭에 의한 손실을 감소시켜 제품의 실수율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

Description

강편의 제조장치 및 제조방법 {Apparatus and method for manufacturing billet}

본 발명은 강편의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크롭(Crop)에 의한 손실을 감소시켜 제품의 실수율을 향상시킬 수 있는 강편의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.

일관 제철소에서는 제선 - 제강 - 연속주조 - 열간압연과 같은 일련의 공정을 통해 원료인 철광석으로부터 다양한 종류의 철강재를 생산하고 있다. 여기서, 압연은 강편을 수요처가 원하는 두께와 폭으로 가공하는 공정으로서, 강편을 좁은 틈이 있는 1쌍의 롤 사이로 통과시켜, 후판, 박판, 봉강, 형강, 선재 등의 최종 제품으로 만들게 된다.

특히 열간압연은 가열로 공정에서 적정 온도로 가열된 블룸(Bloom)과 같은 강편을 조압연 공정에서 일정 두께를 가진 빌렛(Billet) 형태의 강편으로 압연한 후에 사상압연 공정을 거쳐 마무리압연 공정에서 수요처가 주문한 두께로 최종 압연하는 것을 말한다.

조압연의 주목적은 연속주조에서 생산된 강편을 사상압연에서 작업이 가능하도록 그 두께를 감소시키는 데에 있다. 압하량이 많은 조압연 공정에서는 선단부 및 후단부에서 그 표면과 중앙부의 전단변형률 차이에 의하여 물고기 꼬리와 같은 모양의 피쉬테일(Fish-tail)부가 현저하게 발생한다.

도 1은 일반적인 강편의 조압연 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이는 대략 사각 단면을 가지고 있는 강편(1; 예컨대 SCM435)을 1050℃로 가열하여 압연기(10)에서 조압연한 시뮬레이션의 결과이다. 표면과 중앙부가 갖는 변형 속도의 차이에 의하여 선단부에 피쉬테일부가 뚜렷하게 관찰된다.

이러한 피쉬테일부와 같은 불균일한 변형부는 주로 후공정에서 절단되는 크롭량을 증가시키는 방법으로 해결한다. 하지만, 크롭량의 증가는 강편의 실수율을 낮추어 원가의 상승을 유발한다. 따라서, 피쉬테일부와 같은 불균일한 변형부를 감소시켜 제품의 생산성을 증대시킬 수 있는 장치 및 방법이 요구되었다.

이에 본 발명은 압연 전단계에서 경사진 단부를 가진 강편을 제조하여 강편의 압연 이후에 선단부 및 후단부에 발생하는 불균일한 변형부를 줄임으로써, 크롭에 의한 손실을 감소시켜 제품의 실수율을 향상시킬 수 있는 강편의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 강편의 제조장치는, 강편을 길이방향으로 이송하는 이송부; 상기 이송부에서 상기 강편의 길이방향 앞뒤로 각각 배치한 한 쌍의 금형; 상기 금형들에 의해 상기 강편의 선단부와 후단부를 원하는 형상으로 성형하는 프레스기; 및 상기 프레스기에서 선단부와 후단부가 성형된 상기 강편을 전달받아 압연하는 압연기를 포함하고, 상기 금형은, 상기 강편의 상하 양면과 평행한 수평부와, 상기 수평부에 연접해서 설치된 경사부를 각각 갖는 상부금형과 하부금형을 포함하며, 상기 강편의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이를 L이라 하고, 상기 경사부에 상기 강편의 모서리가 맨 먼저 접촉하는 지점부터 성형으로 인해 연장되어 도달하는 지점까지의 길이를 L2라 할 때, 상기 L2는 0.2L ~ 0.3L의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강편의 제조방법은, 강편의 길이방향 앞뒤에서 선단부와 후단부가 경사진 단부를 갖도록 금형을 사용하여 프레스기로 성형하는 단계; 상기 금형의 수평부에 상기 강편이 접촉할 때, 하중검출센서로부터의 출력신호에 근거하여 상기 강편에 가하는 하중을 감시하는 단계; 제어부의 제어하에 상기 프레스기의 스트로크를 제한하는 단계; 및 성형된 상기 강편을 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명의 의하면, 압연 전단계에서 경사진 단부를 가진 강편을 제조하여 강편의 압연 이후에 선단부 및 후단부에 발생하는 불균일한 변형부를 현저하게 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 크롭에 의한 손실을 감소시켜 제품의 실수율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 일반적인 강편의 조압연 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강편의 제조장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강편의 제조장치 중 일부를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 금형의 일부를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 금형으로 경사진 단부를 성형한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)와 경사각(α)을 변수로 하여 강편을 조압연한 후 변형부의 유무를 나타낸 도면들이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강편의 제조장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강편의 제조장치 중 일부를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 금형의 일부를 도시한 도면이며, 도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 금형으로 경사진 단부를 성형한 상태를 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 강편의 제조장치는, 강편(1)을 길이방향으로 이송하는 이송부(20); 이 이송부(20)에서 강편(1)의 길이방향 앞뒤로 각각 배치한 한 쌍의 금형(30); 이들 금형(30)에 의해 강편(1)의 선단부와 후단부를 원하는 형상으로 성형하는 프레스기(40); 및 이 프레스기(40)에서 선단부와 후단부가 성형된 강편(1)을 전달받아 압연하는 압연기(10)를 포함하고 있다.

연속 주조를 완료해, 가열로(미도시)에서 가열되어 온도가 균일화된 강편(1)은 이송부(20)에 의해 그 길이방향으로 이송되게 된다. 이송부(20)로는 복수의 이송롤을 구비하는 이송롤 테이블이 채용될 수 있다.

이송부(20)에는 강편(1)의 길이방향 앞뒤로 각각 금형(30)이 배치될 수 있다. 또, 각 금형(30)에는 강편(1)의 두께방향으로 압력을 가해 성형하는 프레스기(40)가 접속된다. 금형(30)마다 하나의 프레스기(40)가 접속될 수 있지만, 단일한 프레스기(40) 내에서 상류측 금형과 하류측 금형을 동시에 가압하여도 무방하다.

프레스기(40)에는 구동부(M)로서 유압장치, 전동모터, 크랭크장치 등이 적절히 적용될 수 있다. 또한, 본 발명과 관련되는 프레스기(40)에서는, 가압하는 하중을 감시하는 하중검출센서(S)와, 이 하중검출센서(S)로부터의 출력신호에 근거하여 강편에 가하는 하중을 감시하고 유압장치 또는 전동모터 등과 같은 구동부(M)를 제어하는 제어부(C), 및 이 제어부(C)의 제어하에 과부하의 검출시 스트로크를 제한하는 제동부(B)를 구비하는 것이 바람직하다. 하지만, 경우에 따라서는 별도의 제동부(B) 없이 제어부(C)가 구동부(M)의 작동을 저지하여 스트로크를 제한하도록 할 수 있다.

또한, 프레스기(40)에서 금형(30)의 주위에는 강편(1)의 폭방향 양측으로 지지블록(50)이 추가로 설치될 수 있다. 이러한 지지블록(50)은 금형(30)에 의한 성형 중 강편(1)이 폭방향으로 퍼지면서 변형되는 것을 방지하게 된다.

금형(30)은 강편(1)의 상하 양면과 평행한 수평부(33)와, 이 수평부(33)에 연접해서 설치된 경사부(34)를 각각 갖는 상부금형(31)과 하부금형(32)을 포함한다. 수평부(33)와 경사부(34)는 분리 및 결합가능하게 구성되는 것이 좋은데, 예를 들어 수평부(33)와 경사부(34)는 장부이음 등에 의해 결합한 후 견고한 결합을 위해 추가로 장부와 장부구멍을 체결하는 고정나사(미도시)가 사용될 수 있다.

따라서, 경사부(34)가 수평부(33)에 대해 갖는 경사각(α)과 경사부(34)의 경사면(35)이 갖는 길이(I)가 제어될 수 있으며, 이로써 강편의 경사진 단부가 갖는 경사각(즉 α)과 경사면의 길이(L)가 제어될 수 있게 된다.

도 4를 참조하면, 금형(30)을 만나기 전의 강편(1)은 사각 단면을 가지고 있으며, 이러한 강편(1)의 모서리가 상부금형(31) 또는 하부금형(32)에서 맨 먼저 접촉하는 부위는 경사면의 J지점이다.

이어서 강편(1)이 성형이 되면 도 5에 도시된 바와 같이 재료의 유동으로 인해 강편(1)의 단부가 K지점까지 늘어나게 된다. 결국, 강편(1)의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)는, 경사면(35)이 시작되는 O지점과 맨 먼저 접촉하는 J지점 사이의 길이(L1), 및 J지점에서부터 성형으로 인해 연장되어 도달하는 K지점까지의 길이(L2)를 더한 값으로 되는 것이다.

이로 인해, 상부금형(31) 또는 하부금형(32)이 갖는 경사부(34)의 경사면(35)의 길이(I)는 적어도 강편(1)의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)와 같거나 다소 길게 되어야 한다. 여기서, L2는 0.2L ~ 0.3L의 값을 갖도록, 바람직하게는 0.24L의 값을 갖도록 설계되어야 하는데, 이는 유한요소해석을 통해 확인된 값이다.

성형으로 인해 연장되는 길이(L2)를 0.3L보다 크게　하여 제작하게 되면, 금형의 크기가 커지고 이에 따라 재료비가 많이 소요되기 때문에 바람직하지 않다. 그러므로, 성형으로 인해 연장되는 길이(L2)를 적절히 예측하여 설계하면, 경사부(34)의 경사면(35)이 갖는 길이(I)를 최적화할 수 있어 금형(30)의 재료비를 최소화할 수 있다.

반대로, 성형으로 인해 연장될 길이(L2)가 0.2L 미만으로 너무 짧으면 피쉬테일부와 같은 불균일한 변형부를 감소시키는 효과가 떨어지게 된다.

한편, 프레스기(40)의 가압 하중을 최소화하기 위해서는 강편(1)의 경사진 단부가 갖는 경사각은 높이고 강편(1)의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)를 짧게 하여 접촉 면적을 줄이는 것이 유리하지만, 금형(30)의 국부적인 마모 내지 파손을 고려하면 경사부(34)의 적당한 경사각(α)과 강편(1)의 경사진 단부가 갖는 경사면의 알맞은 길이(L)가 요구된다.

본 발명에서 피쉬테일부와 같은 불균일한 변형부를 감소시키는 효과를 극대화하면서 성형시 하중과 금형의 수명을 고려한 설계기준으로, 경사부(34)의 경사각(α)은 15 ~ 25˚의 범위 내에 있고, 강편(1)의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)는 150 ~ 250mm의 범위 내에 있다. 바람직하기로 최적의 설계기준은 경사각(α)이 20 ~ 25˚의 범위 내에 있고, 경사면의 길이(L)는 200 ~ 250mm의 범위 내에 있는 것이다.

경사각(α)이 25˚를 초과하면 금형(30)의 국부적인 마모 내지 파손이 빈번하게 일어나는 문제가 있고, 15˚ 미만으로 너무 낮으면 피쉬테일부와 같은 불균일한 변형부를 감소시키는 효과가 떨어짐과 더불어, 다음 공정인 압연에서 압하되지 못하는 부분이 생길 수 있다. 따라서, 경사각(α)이 20 ~ 25˚의 최적의 설계기준 내에 있게 되면 프레스기(40)의 가압 하중을 최소화할 수 있음은 물론, 압연 초반에 강편의 유동이 부드럽게 일어나 압연 하중의 구배가 적게 될 수 있다.

강편(1)의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)가 250mm를 초과하면 금형은 이보다 여유있는 크기로 설계되어야 하기 때문에 전술한 바와 같이 금형(30)의 크기가 커지고 이에 따라 재료비가 많이 소요되는 문제가 있게 된다. 또, 강편(1)의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)가 150mm 미만으로 너무 짧으면 피쉬테일부와 같은 불균일한 변형부를 감소시키는 효과가 현저히 떨어지게 된다.

프레스기(40)에서 선단부와 후단부가 성형된 강편(1), 즉 경사진 단부를 가진 강편(1)은 압연기(10)로 보내어져 압연 공정이 수행되게 된다.

도 6은 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)와 경사각(α)을 변수로 하여 강편을 조압연한 후 변형부의 유무를 나타낸 도면들이다. 도 6의 (a)는 경사면의 길이(L)가 150mm이고 경사각(α)이 15˚이하인 경우인데, 피쉬테일부와 같은 불균일한 변형부가 나타나는 것을 볼 수 있다. 반면에, 도 6의 (b) 내지 (e)에서와 같이, 경사각(α)이 20 ~ 25˚이거나, 경사면의 길이(L)가 200 ~ 250mm인 경우에는 피쉬테일부가 발생하지 않았다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 강편의 제조장치는, 강편(1)을 길이방향으로 이송하는 이송부(20)의 위로 이격되게 설치되어, 강편(1)의 성형시 강편(1)이 흔들리거나 굽힘이 일어나는 것을 방지하도록 강편(1)을 이송부(20)의 반대측에서 지지하는 지지부(60)를 더 포함할 수 있다. 이러한 지지부(60)는 복수의 지지롤로 구성될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 강편의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 강편의 제조방법은, 강편의 길이방향 앞뒤에서 선단부와 후단부를 원하는 형상으로 성형하는 단계; 및 성형된 강편을 압연하는 단계를 포함하고 있다.

이송부(20)와 지지부(60) 사이에 지지되면서 강편(1)이 그 길이방향 앞뒤에 있는 한 쌍의 금형(30) 내에 선단부와 후단부가 위치되도록 이송된다. 강편(1)의 사각 단면을 구성하는 앞뒤 모서리가 금형(30)에 접촉하여 그 이동이 제한된다.

그 이후, 프레스기(40)의 유압장치, 전동모터, 크랭크장치 등과 같은 구동부(M)의 구동력으로 금형(30)이 그 높이방향으로 이동하게 되고, 가압하는 하중에 의해 강편(1)의 선단부 및 후단부가 국부적으로 성형된다.

이때, 금형의 수평부(33)에 강편(1)이 접촉하게 되면 하중이 급격히 증대되는데, 하중검출센서(S)로부터의 출력신호에 근거하여 강편에 가하는 하중을 감시하고 구동부(M)를 제어하는 제어부(C)의 제어하에 제동부(B)가 프레스기(40)의 스트로크를 제한함으로써, 성형을 자동으로 종료시킨다.

이어서 성형된 강편(1)은 이송부(20)에 의해 압연기(10)로 전달되며, 이 압연기(10)에서 강편(1)의 전체 두께가 감소되도록 압연된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 소재 10: 압연기
20: 이송부 30: 금형
40: 프레스기 50: 지지블록
60: 지지부

Claims (12)

1. 강편을 길이방향으로 이송하는 이송부;
   상기 이송부에서 상기 강편의 길이방향 앞뒤로 각각 배치한 한 쌍의 금형;
   상기 금형들에 의해 상기 강편의 선단부와 후단부를 원하는 형상으로 성형하는 프레스기; 및
   상기 프레스기에서 선단부와 후단부가 성형된 상기 강편을 전달받아 압연하는 압연기
   를 포함하고,
   상기 금형은, 상기 강편의 상하 양면과 평행한 수평부와, 상기 수평부에 연접해서 설치된 경사부를 각각 갖는 상부금형과 하부금형을 포함하며,
   상기 강편의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이를 L이라 하고, 상기 경사부에 상기 강편의 모서리가 맨 먼저 접촉하는 지점부터 성형으로 인해 연장되어 도달하는 지점까지의 길이를 L2라 할 때, 상기 L2는 0.2L ~ 0.3L의 값을 갖는 강편의 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 금형의 주위에는 상기 강편의 폭방향 양측으로 지지블록이 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 강편의 제조장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 수평부와 상기 경사부가 분리 및 결합가능하게 됨으로써, 상기 경사부가 상기 수평부에 대해 갖는 경사각(α)과 상기 경사부의 경사면이 갖는 길이(I)가 제어되는 것을 특징으로 하는 강편의 제조장치.
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   상기 경사부의 경사각(α)은 15 ~ 25˚의 범위 내에 있거나, 상기 강편의 경사진 단부가 갖는 경사면의 길이(L)는 150 ~ 250mm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 강편의 제조장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 이송부의 위로 이격되게 설치되어, 상기 강편을 상기 이송부의 반대측에서 지지하는 지지부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 강편의 제조장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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