KR102122682B1 - 열간압연용 롤의 제조 장치 - Google Patents

열간압연용 롤의 제조 장치 Download PDF

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안용섭
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Abstract

본 발명은 롤을 형성하기 위하여 용강이 주입되는 주조공간을 둘러싸는 수냉형 몰드; 및 상기 수냉형 몰드의 내주부와 외주부 사이에 가로질러 배치되되, 서로 이격되어 원주 방향으로 복수개로 배열되는 보강판; 을 포함하는 열간압연용 롤의 제조 장치를 제공한다.

Description

열간압연용 롤의 제조 장치{APPARATUS OF MANUFACTURING ROLL FOR HOT ROLLING}
본 발명은 롤의 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간압연용 롤의 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제철공장에서 압연재를 생산하기 위해서는 압연공정을 거치게 되는데, 상기 압연공정은 연속주조공정에서 제작된 슬라브, 블룸, 빌렛 등의 반제품을 2개의 회전하는 롤(Roll) 사이에 끼워 가늘고 길게 성형하는 것이다. 압연기는 상온 또는 고온에서 회전하는 롤 사이에 재료를 통과시키면서 재료의 소성변형을 통해 판재, 봉재 등을 성형하는 장치이다. 압연공정에서 이용되는 롤(Roll)은 열간압연 공정의 특성상, 그 표면부 쪽에는 높은 경도 및 균열저항성이 요구되며, 내부 쪽에는 높은 압력에 견딜 수 있도록 강도와 인성이 요구된다.
종래의 롤 주조 시에 사용되는 주형은 외측은 주철 등의 금속을 사용하고 내측은 주물사를 적용하여 최종 제품의 형상을 조형하여 사용하였다. 이로 인해 주물사의 낮은 열전달 계수로 인해 용강의 냉각속도가 낮아 롤 표면 탄화물 및 미세조직의 조대화를 유발하게 되고 이로 인한 용질 편석 및 입자 조대화로 표면 경도 저하의 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 원심주조를 통해 응고 초기, 롤 표면 수지상의 성장을 원심력을 통해 억제하는 기술이 개발되어 적용되고 있으나, 이는 표면 용질 편석 저감에는 효과가 있으나 냉각속도를 증가시켜 주지는 못하여 정출 탄화물 및 기지조직의 미세화에는 제한이 있다.
관련된 선행기술로는 한국공개특허 제1993-0017650호(공개일; 1993.09.20)가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 롤 표면에서 정출되는 탄화물 및 기지조직의 입자 크기를 제어할 수 있으며, 주철계 강종의 냉각 시, 발생하는 응고 팽창에 의한 주형 변형을 방지할 수 있는 열간압연용 롤의 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치는 롤을 형성하기 위하여 용강이 주입되는 주조공간을 둘러싸는 수냉형 몰드; 및 상기 수냉형 몰드의 내주부와 외주부 사이에 가로질러 배치되되, 서로 이격되어 원주 방향으로 복수개로 배열되는 보강판; 을 포함한다.
상기 열간압연용 롤의 제조 장치에서, 상기 수냉형 몰드는 상기 내주부와 외주부 사이에 냉각수가 수용될 수 있는 내부공간을 포함할 수 있다.
상기 열간압연용 롤의 제조 장치에서, 상기 수냉형 몰드는 상기 냉각수가 상기 내부공간으로 인입되는 입측부와 상기 냉각수가 상기 내부공간으로부터 외부로 인출되는 출측부를 더 포함하되, 상기 입측부는 상기 수냉형 몰드의 하방에 배치되고, 상기 출측부는 상기 수냉형 몰드의 상방에 배치될 수 있다.
상기 열간압연용 롤의 제조 장치에서, 각각의 상기 보강판은 상기 롤의 길이방향으로 신장하되, 상하로 배치된 복수의 서브보강판들로 이루어질 수 있다.
상기 열간압연용 롤의 제조 장치에서, 상기 보강판은 상기 보강판을 관통하여 냉각수가 흐를 수 있도록 형성된 관통공을 구비할 수 있다.
상기 열간압연용 롤의 제조 장치에서, 상기 보강판의 강도는 상기 수냉형 몰드의 강도 보다 더 높을 수 있다.
상기 열간압연용 롤의 제조 장치에서, 상기 수냉형 몰드는 상기 주조공간을 원주방향으로 절반만큼 둘러싸는 제 1 주형과 상기 주조공간을 원주방향으로 나머지 절반만큼 둘러싸는 제 2 주형을 구비하되, 상기 제 1 주형과 상기 제 2 주형은 고정핀과 고정죔쇠를 이용하여 상호 결합고정되거나 상호 분리이격될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 롤 표면에서 정출되는 탄화물 및 기지조직의 입자 크기를 제어할 수 있으며, 주철계 강종의 냉각 시, 발생하는 응고 팽창에 의한 주형 변형을 방지할 수 있는 열간압연용 롤의 제조 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치의 종단면을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치의 횡단면을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치의 종단면을 개요적으로 도해하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치를 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
종래의 롤 주조 시에 사용되는 주형은 외측은 주철 등의 금속을 사용하고 내측은 주물사를 적용하여 최종 제품의 형상을 조형하여 사용하였다. 이로 인해 주물사의 낮은 열전달 계수로 인해 용강의 냉각속도가 낮아 롤 표면 탄화물 및 미세조직의 조대화를 유발하게 되고 이로 인한 용질 편석 및 입자 조대화로 표면 경도 저하의 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 원심주조를 통해 응고 초기, 롤 표면 수지상의 성장을 원심력을 통해 억제하는 기술이 개발되어 적용되고 있으나, 이는 표면 용질 편석 저감에는 효과가 있으나 냉각속도를 증가시켜 주지는 못하여 정출 탄화물 및 기지조직의 미세화에는 제한이 있다.
본 발명은 롤 제조 시, 주형을 수냉하여 빠른 냉각속도를 통한 롤 표면 조직을 미세화하여 표면경도가 우수한 열간압연용 롤을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 주형 내부로 공급된 용강의 초기 응고 시, 수냉 몰드를 이용하여 롤 표면 냉각속도를 증가시켜 롤 표면 정출 탄화물의 입자 및 기지조직을 미세화시키고, 응고 직후, 주형 내부 고온의 용강에 의한 표면온도 복열을 억제하여 정출 탄화물 및 미세조직의 조대화를 억제하고자 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치의 종단면을 개요적으로 도해하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치의 횡단면을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치는 롤(300)을 형성하기 위하여 용강이 주입되는 주조공간(110)을 둘러싸는 수냉형 몰드(100); 및 상기 수냉형 몰드(100)의 내주부(102)와 외주부(106) 사이에 가로질러 배치되되, 서로 이격되어 복수개로 배열되며, 예를 들어, 원주 방향으로 복수개로 배열되는 보강판(200); 을 포함하는, 열간압연용 롤의 제조 장치가 제공된다.
용강을 주입하고 주조하여 구현된 열간압연용 롤(300)은 롤 동체(302), 롤 동체(302)의 하부에 연결된 바텀네크(304), 롤 동체(302)의 상부에 연결된 탑네크(306)를 구비한다. 롤 동체(302)의 직경이 바텀네크(304)나 탑네크(306)의 직경 보다 더 크다. 따라서, 수냉형 몰드(100) 내 용강이 주입되는 주조공간(110)은 롤 동체(302)가 형성되는 영역의 폭이 바텀네크(304) 또는 탑네크(306)가 형성되는 영역의 폭 보다 더 크도록 구성된다. 참고로, 도 2에 도시된 횡단면에서 내주부(102)는 롤 동체(302) 영역에 대응되는 내주부를 나타낸다.
수냉형 몰드(100)는 용강이 주입되는 주조공간(110)을 한정하는 내주부(102)와 내주부(102)와 이격되어 내주부(102)를 둘러싸는 외주부(106)를 구비한다. 내주부(102)와 외주부(106) 사이의 내부공간(120)은 냉각수(W)가 채워진다. 상기 수냉형 몰드(100)의 내주부(102)와 외주부(106)는 금속으로 이루어지고, 금속으로 이루어진 상기 수냉형 몰드(100)의 내주부(102)는 주물사를 개재하지 않고 상기 용강과 직접 접촉하도록 구성될 수 있다.
주물사의 낮은 열전달 계수로 인해 용강의 냉각속도가 낮아 롤 표면 탄화물 및 미세조직의 조대화를 유발하게 되고 이로 인한 용질 편석 및 입자 조대화로 표면 경도 저하의 문제가 있으나, 본 발명은 주형(100)에 공급되는 냉각수(W)의 입/퇴수온도 및 냉각수량 조절을 통하여 롤 표면에서 정출되는 탄화물 및 기지조직의 입자 크기를 제어하여 얻고자 하는 특정 롤 표면 경도의 확보가 가능하다
한편, 상기 수냉형 몰드(100)의 내주부(102)와 외주부(106) 사이에 가로질러 배치되는 보강판(200)이 제공된다.
상기 보강판(200)의 강도는 상기 수냉형 몰드(100)의 강도 보다 더 높을 수 있다. 예를 들어, 보강판(200)을 구성하는 재질의 강도는 수냉형 몰드(100)의 내주부(102) 및 외주부(106)를 구성하는 재질의 강도 보다 더 높을 수 있다. 주철계 강종의 냉각 시, 발생하는 응고 팽창에 의한 주형 변형을 방지하기 위하여 주형 내부에는 복수개의 내부 보강판(200)을 설치하여 수냉형 몰드(100)의 강도를 보완하는 기술을 포함한다. 수냉형 몰드(100) 내부에 설계된 보강판(200)은 내부 용강에 의한 응고 팽창 및 주형 온도 상승에 의한 열변형을 억제할 수 있도록 롤(300)의 재질 및 수냉형 몰드(100)의 크기에 따라 개수 및 재질에 차이를 준다.
보강판(200)은 복수개로 제공될 수 있으며, 예를 들어, 내주부(102)와 외주부(106) 사이에서 원주 방향으로 복수개로 배열될 수 있다. 예컨대, 도 2를 참조하면, 수냉형 몰드(100)의 내주부(102)와 외주부(106) 사이에 16개의 보강판이 원주 방향으로 서로 이격되어 배열될 수 있다.
도 1을 참조하면, 각각의 상기 보강판(200)은 상기 롤(300)의 길이방향(z방향)으로 신장하되, 상하로 배치된 복수의 서브보강판들(201, 202, 203, 204, 205)로 이루어질 수 있다. 롤 동체(302)의 직경이 바텀네크(304)나 탑네크(306)의 직경 보다 더 크므로, 롤 동체(302)에 대응되는 내주부(102)와 외주부(106) 사이의 이격거리는 바텀네크(304)나 탑네크(306)에 대응되는 내주부(102)와 외주부(106) 사이의 이격 거리보다 작을 수 있다. 따라서, 롤 동체(302) 영역에 대응되는 서브보강판(203)의 가로폭(x방향의 폭)은 바텀네크(304) 영역이나 탑네크(306) 영역에 대응되는 서브보강판(201, 202, 204, 205)의 가로폭(x방향의 폭) 보다 더 작을 수 있다.
상기 보강판(200)은 상기 보강판(200)을 관통하여 냉각수(W)가 흐를 수 있도록 형성된 관통공(210)을 구비할 수 있다. 상기 냉각수(W)는 내주부(102)와 외주부(106) 사이에 제공되는 냉각수이다. 냉각수(W)가 흐를 수 있도록 형성된 관통공(210)을 통하여 냉각수(W)가 내주부(102)와 외주부(106) 사이에 원주방향으로 서로 이격되어 배열된 복수의 보강판(200) 사이를 이동할 수 있다.
한편, 상기 수냉형 몰드(100)는 상기 냉각수(W)가 상기 내부공간(120)으로 인입되는 입측부(150)와 상기 냉각수(W)가 상기 내부공간(120)으로부터 외부로 인출되는 출측부(160)를 더 포함하되, 상기 입측부(150)는 상기 수냉형 몰드(100)의 하방에 배치되고, 상기 출측부(160)는 상기 수냉형 몰드(100)의 상방에 배치될 수 있다.
상기 수냉형 몰드(100)는 상기 주조공간(110)을 원주방향으로 절반만큼 둘러싸는 제 1 주형(100a)과 상기 주조공간(110)을 원주방향으로 나머지 절반만큼 둘러싸는 제 2 주형(100b)을 구비하되, 상기 제 1 주형(100a)과 상기 제 2 주형(100b)은 고정핀(410)과 고정죔쇠(420)를 이용하여 상호 결합고정되거나 상호 분리이격될 수 있다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 열간압연용 롤의 제조 장치의 종단면을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예에 의한 롤 제조방법에 의하면, 동체 주형(10)의 상하부에 플라스크(20, 30)를 결합하여 만들어진 틀에 동일 재질 혹은 이종 재질의 용강을 주입하여 자연 냉각을 통해 용강을 응고시키는 정치 주조 방식으로 롤을 제조한다. 상기 롤 제조방식에서 사용되는 주형(10) 및 플라스크(20, 30)의 외측은 주철 등의 금속을 사용하고 내측은 주물사를 적용하여 최종 제품의 형상을 조형하여 사용하였다. 이로 인해 주물사의 낮은 열전달 계수로 인해 용강의 냉각속도가 낮아 롤 표면 탄화물 및 미세조직의 조대화를 유발하게 되고 이로 인한 용질 편석 및 입자 조대화로 표면 경도 저하의 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 원심주조를 통해 응고 초기, 롤 표면 수지상의 성장을 원심력을 통해 억제하는 기술이 개발되어 적용되고 있으나, 이는 표면 용질 편석 저감에는 효과가 있으나 냉각속도를 증가시켜 주지는 못하여 정출 탄화물 및 기지조직의 미세화에는 제한이 있다.
이와 달리, 본 발명에서는 수냉형 주형(100)에 용강을 주입하여 롤(300)을 제조함으로써, 주형(100)에 공급되는 냉각수(W)의 입/퇴수온도 및 냉각수량 조절을 통하여 롤 표면에서 정출되는 탄화물 및 기지조직의 입자 크기를 제어하여 얻고자 하는 특정 롤 표면 경도의 확보가 가능하다. 또한, 본 발명에서는 주철계 강종의 냉각 시, 발생하는 응고 팽창에 의한 주형 변형을 방지하기 위하여 주형 내부에는 복수개의 내부 보강판(200)을 설치하여 주형(100)의 강도를 보완하는 기술을 포함한다. 주형(100) 내부에 설계된 보강판(200)은 내부 용강에 의한 응고 팽창 및 주형 온도 상승에 의한 열변형을 억제할 수 있도록 롤(300)의 재질 및 주형(100)의 크기에 따라 개수 및 재질에 차이를 줄 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 수냉형 몰드
100a : 제 1 주형
100b : 제 2 주형
110 : 주조공간
120 : 내부공간
150 : 입측부
160 : 출측부
200 : 보강판
201, 202, 203, 204, 205 : 서브보강판
210 : 관통공
300 : 롤
302 : 롤 동체
304 : 바텀네크
306 : 탑네크
410 : 고정핀
420 : 고정죔쇠

Claims (7)

  1. 롤을 형성하기 위하여 용강이 주입되는 주조공간을 둘러싸는 수냉형 몰드; 및
    상기 수냉형 몰드의 내주부와 외주부 사이에 가로질러 배치되되, 서로 이격되어 복수개로 배열되는 보강판; 을 포함하는,
    열간압연용 롤의 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수냉형 몰드는 상기 내주부와 외주부 사이에 냉각수가 수용될 수 있는 내부공간을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    열간압연용 롤의 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수냉형 몰드는 상기 냉각수가 상기 내부공간으로 인입되는 입측부와 상기 냉각수가 상기 내부공간으로부터 외부로 인출되는 출측부를 더 포함하되,
    상기 입측부는 상기 수냉형 몰드의 하방에 배치되고, 상기 출측부는 상기 수냉형 몰드의 상방에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    열간압연용 롤의 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 보강판은 상기 롤의 길이방향으로 신장하되, 상하로 배치된 복수의 서브보강판들로 이루어진,
    열간압연용 롤의 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보강판은 상기 보강판을 관통하여 냉각수가 흐를 수 있도록 형성된 관통공을 구비하는,
    열간압연용 롤의 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강판의 강도는 상기 수냉형 몰드의 강도 보다 더 높은 것을 특징으로 하는,
    열간압연용 롤의 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수냉형 몰드는 상기 주조공간을 원주방향으로 절반만큼 둘러싸는 제 1 주형과 상기 주조공간을 원주방향으로 나머지 절반만큼 둘러싸는 제 2 주형을 구비하되, 상기 제 1 주형과 상기 제 2 주형은 고정핀과 고정죔쇠를 이용하여 상호 결합고정되거나 상호 분리이격될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    열간압연용 롤의 제조 장치.
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