KR20060086450A

KR20060086450A - 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법

Info

Publication number: KR20060086450A
Application number: KR1020067010669A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 혼다; 마사키 고바야시; 데츠야 나카노; 아키히로 야마모토; 신이치 가가
Original assignee: 미쯔비시 히다찌 세이떼쯔 기까이 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2006-07-31
Also published as: TW200631685A; CN100427232C; WO2006059667A1; US7364492B2; US20070082585A1; JP4447440B2; DE112005000112T5; TWI286496B; DE112005000112B4; CN1905959A; JP2006159298A; KR100832762B1

Abstract

작업용 롤에 가해지는 회전 연삭 휠의 가압 하중이 설정된 연삭 가압 하중을 초과하는 오버슈트를 감소시킬 수 있는 작업용 롤을 위한 온라인 롤 연삭 방법이 제공된다. 이 방법은 작업용 롤을 연삭하기 위해 탄성을 가지는 회전 연삭 휠 (3a) 을 압연기의 작업용 롤 (1) 에 가압하게 되는 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법으로서, 회전 연삭 휠 (3a) 이 작업용 롤 (1) 에 접촉한 후, 회전 연삭 휠 (3a) 의 가압 하중이 사전에 설정되었던 설정 하중 (F) 과 같아지면, 작업용 롤 (1) 에 가해지는 회전 연삭 휠 (3a) 의 가압 하중이 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 을 초과하는 오버슈트를 감소시키기 위해 회전 연삭 휠 (3a) 의 전진 속도를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법 {ON-LINE GRINDING METHOD FOR WORK ROLL}

본 발명은 압연기 작업 동안 작업용 롤을 연삭하기 위한 온라인 연삭 방법에 관한 것이다.

온라인 롤 연삭 장치는 압연이 발생되는 작업용 롤의 표면 상의 울퉁불퉁함을 제거하기 위해서 압연기 작업 동안 작업용 롤 (이하, "롤" 이라 함) 을 연삭하여, 단일 롤로 압연함으로 달성될 수 있는 생산량 (롤 유닛) 을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 그러한 온라인 롤 연삭 장치는 연속적인 열간 압연 공정 (HOT) 에서 마무리 장치로 지금까지 사용되어왔다.

다시말하면, 판 압연기의 작업용 롤이 강판을 구를 때, 그 강판과 접촉해 있는 작업용 부분만이 마모되고, 그 마멸된 부분과 강판과 접촉하지 않은 비압연부 사이에서 마모 단계가 나타난다. 그러한 마모 단계를 갖는 롤이 마모의 폭과 같거나 그보다 큰 폭을 갖는 강판을 구르는데 사용되면, 판의 두께 또는 편평함의 정밀도를 저하시키는 문제가 발생하였다.

이는 폭이 감소하는 순으로의 판의 압연과 같은 압연 스케쥴에 대한 제약을 필요로 하였다. 그러나, 온라인 연삭 장치의 설치로 인하여 압연 공정을 증가 시키는 마모 단계가 연속하여 연마되고 제거될 수 있다. 따라서, 상기 제약은 제거되어 롤 유닛을 증가시킬 수 있게 되었다.

온라인 롤 연삭 장치에 의해, 회전 연삭 휠 (이하 '연삭 휠' 로 불림) 에 대한 손상 또는 상기 연삭 장치의 파손을 막기 위해서, 비압연부의 마모 단계는 압연될 소재를 압연기에 물고 그 압연기로부터 압연된 소재를 해체하는 순간과는 다른 한정된 시간 안에 연마되어 제거되어야 한다.

따라서, 효율적으로 마모 단계를 연마하고 제거하기 위해서는, 고연삭 성능을 가지는 연삭 휠을 사용하여 실제 연삭 시간을 가능한 한 길게 보장하는 것이 필요하다.

상기 연삭 휠이, 압연될 소재를 압연기에 물고 그 압연기로부터 소재를 해체할 때의 충격에 의해 발생되는 진동으로 인해 롤과 연삭 휠이 접촉하면서 손상입지 않도록 하기 위해서, 연삭 작업을 하지 않을 때, 연삭 휠은 롤 표면으로부터 10 mm ~ 20 mm 떨어져 대기한다.

만일 그 시기가 연삭을 시작하는데 적절하다면, 연삭 휠은 전방 이동을 시작하여 롤에 접촉한다. 그런 다음, 사전에 설정된 연삭 가압 하중에 이르면, 연삭이 시작된다. 실제 긴 연삭 시간을 보장하기 위해, 연삭 휠의 전방 이동의 시작에서부터 상기 설정된 연삭 가압 하중에 이를 때까지의 연삭 준비 시간은 단축될 필요가 있다. 다시 말해, 연삭 휠의 전방 이동의 속도 (즉, 전진 속도) 는 높아질 필요가 있다.

연삭 휠의 연삭 성능은 롤에 대한 연삭 가압 하중에 따라 다양하다. 따 라서, 연삭 중에는, 내장된 로드셀에 의해 가압 하중을 감지하고 연삭 휠의 가압량을 제어하여, 가압 하중을 제어하는 것이 필요하다. 연삭 장치의 구조 및 그 제어의 기본적인 방법은, 예컨대 특허 문헌 1 에 개시되어 있다.

기본적으로, 이 방법은 롤의 윤곽을 유지하기 위해서 소정의 가압 하중 하에서 소정의 깊이로 연삭하는 것을 포함한다. 상기 윤곽이 의도적으로 변화될 수 있다면, 가압 하중은 롤의 위치에 따라 변화되어 연삭 깊이를 제어할 수 있다.

그러나, 이 종래의 방법은 연삭 휠이 연삭을 시작할 때 높은 속도로 전방 이동된다면, 가압 하중은 빠르게 증가하여 연삭 가압 하중의 설정치를 상당히 초과함으로써 과도한 연삭을 유발하거나 어떤 경우에는 연삭 휠을 손상시키는 문제를 가지고 있다.

특히, 연속적 열간 압연 공정을 위한 압연기의 종래의 온라인 연삭에 있어서, 압연될 소재를 체결하는 동안 연삭이 수행되었고, 60 초 ~ 120 초의 비교적 긴 시간동안 상기 연삭을 계속하였다. 이 충분한 연삭 시간 때문에, 연삭 준비 시간을 단축시킬 필요성은 최소화되었다. 따라서, 과도한 연삭이나 연삭 휠의 손상을 방지하는데 우선권을 두었고, 그 채택된 방법으로 느린 속도로 대기 위치로부터 연삭 휠을 이동시켜 그 연삭 휠을 롤과 접촉시킬 수 있다.

그러나, 6 mm 이상의 판 두께를 갖는 두꺼운 판을 압연하는데 있어서, 1 개 또는 2 개의 압연기에 의한 단속적인 압연이 수행된다. 따라서, 압연될 소재가 체결되거나 압연되는 동안의 압연 시간은 길어야 10 초 정도이다. 이 시간에 대해서, 1 행정으로 롤 연삭을 완료할 수 없다. 연삭이 일어날 수 있는 시기는 강판의 압연 방향이 바뀔 때의 전환 시기이거나 무부하 운전시기이다.

"무부하 운전" 상태란, 압연될 전 소재를 압연한 후, 롤이 압연될 다음 소재를 물기 위해 대기하는 동안의 무부하 운전 상태를 가리키며, 그 상태는 약 20 초의 단시간 동안 계속된다.

이들 상황 하에서, 롤 연삭 시간을 가능한 한 길게 보장하여 작업용 롤에 가해지는 회전 연삭 휠의 가압 하중이 설정된 연삭 가압 하중을 초과하는 오버슈트를 감소시킴으로써 과도한 연삭이나 연삭 휠에 대한 손상을 방지하는 온라인 연삭 방법을 실현하는 것이 필요하였다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 1996-309411

따라서, 본 발명의 목적은, 회전 연삭 휠을 위한 상기 연삭 준비 시간을 최소로 하여, 작업용 롤에 가해지는 회전 연삭 휠의 가압 하중이 설정된 연삭 가압 하중을 초과하는 오버슈트 (overshoot) 를 감소시킬 수 있는 작업용 롤을 위한 온라인 롤 연삭 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 이루려는 시도에서 이루어졌다. 그를 이루기 위한 수단은 다음과 같다.

(1) 탄성을 가지는 회전 연삭 휠을 압연기의 작업용 롤에 가압하여 상기 작업용 롤을 연삭하게 되는 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법으로서, 회전 연삭 휠이 작업용 롤에 접촉한 후, 회전 연삭 휠의 가압 하중이 사전에 설정되었던 설정 하중 (F) 과 같아지면, 회전 연삭 휠의 전진 속도를 감소시켜, 작업용 롤에 가해지는 회전 연삭 휠의 가압 하중 (F) 이 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 을 초과하는 오버슈트를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

(2) 수단 (1) 에 따른 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법으로서, 사전에 설정되었던 하중 (F) 은 다음 식 (A) 을 만족시키는 범위의 값을 가지는 것을 특징으로 한다 :

F≤F₀-K×V1×△t … (A)

여기서, F : 설정 하중 [N],

F₀ : 설정된 연삭 가압 하중 [N],

K : 연삭 휠 스프링 강도 [N/mm],

V1 : 감속 이전에 연삭 휠의 전진 속도 [mm/s],

△t : 제어 지연 시간 [s].

(3) 수단 (1) 또는 (2) 에 따른 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법으로서, 감속 이후에 회전 연삭 휠의 전진 속도 (V2) 는 다음 식 (B) 을 만족시키는 것을 특징으로 한다 :

0.6×(S×F₀/(K×△t))≤V2≤S×F₀/(K×△t) … (B)

여기서, V2 : 감속 이후에 회전 연삭 휠의 전진 속도 [mm/s],

S : 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 에 대한 허용 오버슈트량의 비,

K : 연삭 휠 스프링 강도 [N/mm],

△t : 제어 지연 시간 [s].

본 발명에 따르면, 탄성을 가지는 회전 연삭 휠이 작업용 롤에 접촉하여, 사전에 설정되었던 설정 하중 (F) 에 이르는 단계에서, 회전 연삭 휠의 전진 속도가 감소되어 작업용 롤에 가해지는 회전 연삭 휠의 가압 하중이 설정된 연삭 가압 하중을 초과하는 오버슈트량이 줄어들어, 그 오버슈트를 허용치 내로 한정할 수 있다. 따라서, 산업적으로 유용하고 두드러진 효과를 얻게 되어, 작업용 롤의 과도한 연삭 및 회전 연삭 휠의 손상을 방지할 수 있다.

도 1 은 도시되고 있는 압연기의 측단면도로서, 본 발명에 따른 온라인 롤 연삭 방법의 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 2 는 종래의 온라인 롤 연삭 방법에서 오버슈트를 나타내고 있는 도면이다.

도 3 은 회전 연삭 휠의 전진 속도가 낮을 때, 종래의 온라인 롤 연삭 방법에서 회전 연삭 휠의 가압 하중 변화를 나타내는 도면이다.

도 4 는 본 발명의 온라인 롤 연삭 방법에서 가압율 및 가압 하중의 변화를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 4 를 통해 본 발명을 실시하기 위한 가장 좋은 방법을 상세히 설명할 것이다.

본 실시형태에서는, 압연될 소재의 대표적인 예로서 강판이 설명되어질 것이 다.

도 1 은 본 발명에 따른 온라인 연삭 방법의 일 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 1 에서, 1 은 작업용 롤을 나타내고, 2 는 백업용 롤을 나타내며, 3 은 롤 연삭 장치를 나타낸다.

본 실시형태에서, 상하부 작업용 롤 (1) 각각을 위해 한 쌍 (즉, 좌우측) 의 롤 연삭 장치 (3) 가 제공되는데, 다시 말하면, 롤 연삭 장치 (3) 는 총 4 개가 제공된다. 도 1 에서 도시되는 바와 같이, 롤 연삭 장치 (3) 가 회전 연삭 휠 (3a) 이 작업용 롤 (1) 의 표면에 가압되면서 롤의 축선 방향으로 이동됨에 따라, 작업용 롤 (1) 의 표면이 연삭될 수 있다.

도 1 에서 도시되는 바와 같이, 만일 회전 연삭 휠 (3a) 이 롤에 가압되어 연삭 휠 변형량 변화 (△h) 가 생기면, 연삭 휠의 가압 하중은 △F 만큼 변하게 된다.

도 2 는 회전 연삭 휠의 전진 속도가 높을 때, 종래의 온라인 롤 연삭 방법에서 회전 연삭 휠의 가압 하중의 변화를 나타내는 도면이다. 만일, 회전 연삭 휠이 작업용 롤과 회전 연삭 휠의 접촉 후에도 높은 속도로 전방으로 이동된다면, 전술한 연삭 준비 시간은 짧아지게 된다. 그러나, 가압 하중이 급격하게 증가하고, 그 가압 하중의 피드백 제어의 지연으로 인해 상기 가압 하중은 설정된 연삭 가압 하중인 F₀ 를 초과하여, 허용치를 넘어선 오버슈트를 발생시킨다. 이 오버 슈트는 회전 연삭 휠에 과도한 연삭이나 손상을 유발한다.

도 3 은 회전 연삭 휠의 전진 속도가 낮을 때, 회전 연삭 휠의 가압 하중의 변화를 나타내는 도면이다. 만일 회전 연삭 휠의 전진 속도가 낮게 설정되면, 위에서 언급한 것처럼 허용치를 넘어선 오버슈트는 발생하지 않는다. 그러나, 상기 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 에 이를 때까지는 긴 연삭 준비 시간이 걸린다. 따라서, 소정의 연삭을 수행하기 위해서는 긴 연삭 시간이 요구된다.

이들 상황 하에서, 본 발명자는 그 가압 하중의 피드백 제어에서 지연이 있다 하더라도 허용치를 넘어선 오버슈트를 피하면서 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 이 짧은 시간 안에 도달될 수 있는 방법에 대한 연구를 행해왔다.

회전 연삭 휠의 연삭 휠 스프링 강성을 K[N/mm] 라 하고, 연삭 휠이 가압량 (변형량) 변화를 △h [mm] 라 한다. 그러면, 도 1 에서 나타난 가압 하중 변화 (△F[N]) 는 다음과 같다.

△F=K×△h … (1)

작업용 롤과 접촉하기 위해 대기 위치에서 전방으로 이동하는 동안의 회전 연삭 휠의 전진 속도를 V1 [mm/s] 으로 한다. 그리고 나서, 회전 연삭 휠이 작업용 롤과 접촉한 후의 경과 시간을 △t[s] 라 하면, 상기 회전 연삭 휠의 가압량 변화 (△h[mm]) 는 다음과 같다.

△h=V1×△t … (2)

그러므로, 작업용 롤과의 접촉 후의 가압 하중의 변화는 다음과 같다.

△F=K×V1×△t … (3)

따라서, 회전 연삭 휠의 강성 또는 전진 속도가 커지면 커질수록, 가압 하중이 증가하는데 걸리는 시간은 더 짧아진다. 또한, 전진 속도가 높아지면 높아질수록, 제어의 지연이 길어짐으로 인해 더 큰 오버슈트가 발생한다.

식 (3) 에서 보여지듯이, 가압 하중의 급격한 증가는 회전 연삭 휠의 강성을 낮게 함으로써 억제될 수 있다. 그러나, 회전 연삭 휠이 연삭에 의해 부과되는 가압 하중을 받아 소성 변형되지 않게 하기 위해서, 회전 연삭 휠의 강성은 연삭 성능 (grinding ability) 에 필요한 가압 하중에 의해 제한된다.

하중 감지를 위한 샘플링 시간, 모터 제어특성 등에 의해 제어 지연이 발생된다. 따라서, 회전 연삭 휠의 높은 전진 속도 이동시에도 과도한 하중을 피하기 위해서, 제어 지연으로부터 보충할 목적으로 작업용 롤과 접촉한 후 가압 하중이 설정된 가압 하중 (F₀) 에 이르기 전에 전진 속도를 감소시키 것이 필요하다. 만일 제어 지연 시간 (△t) 이 알려지면, 이 지연 시간을 고려하여 허용치를 넘어선 오버슈트를 막을 수 있다. 이러한 목적으로, 회전 연삭 휠의 전진 속도가 변할 때 한 시점에서의 설정 하중 (F) 은 식 (4) 에서 나타나는 값을 취할 수 있다.

F≤F₀-K×V1×△t … (4)

그러나, 회전 연삭 휠의 연삭 휠 스프링 강성 (K) 은 일반적으로 1,000 N/mm ~ 3,000 N/mm 이다. 따라서, 회전 연삭 휠이 5 mm/s 의 전진 속도로 작업 용 롤에 가압될 때, 하중 감지의 샘플링 시간이 10 밀리초라면, 50 N ~ 150 N 의 하중 변화가 각 샘플링시에 발생한다. 만일 연삭 휠의 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 이 일반적으로 500 N ~ 2,000 N 이라 한다면, 상기 하중 변화는 비교적 클 것이다. 따라서, 허용치를 넘어선 오버슈트를 신뢰적으로 막기 위해서는, 상기 식 (4) 에 나타나 있는 설정 하중 (F) 을 초과하기 전에 회전 연삭 휠의 전진 속도가 감소되도록 하중을 설정하는 것은 바람직하다.

감속 이후에 회전 연삭 휠은 속도 (V2) 로 전방으로 이동하며, 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 의 감지시에 정지한다. 이 경우에, 전술한 제어 지연이 발생하여, 허용치를 넘어선 오버슈트가 발생하기 쉽다. 따라서, 제어 지연 시간 (△t) 및 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 에 대한 허용 오버슈트량의 비 (S) 를 고려하여 다음 식 (5) 으로부터 계산된 범위 내에 있는 전진 속도를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 상한에 가깝다.

0.6×(S×F₀/(K×△t))≤V2≤S×F₀/(K×△t) … (5)

감속 후 회전 연삭 휠의 전진 속도 (V2) 의 하한을 0.6×(S×F₀/(K×△t)) 로 설정하는 이유는, V2 가 상기 하한보다 작다면 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 에 이를 때까지 불필요하게 긴 시간이 걸리기 때문이다.

도 4 에서 보여지는 바와 같이, 회전 연삭 휠이 작업용 롤에 접촉할 때까지, 회전 연삭 휠의 전진 속도는 5 mm/s 로 설정된다. 회전 연삭 휠이 작업용 롤에 접촉한 후, 그리고 예컨대 가압 하중이 1,000 (N) 에 달하는 단계에서, 회전 연삭 휠의 전진 속도는 5 mm/s 에서 1 mm/s 로 감소된다. 그렇게 함으로써, 작업용 롤에 가해지는 회전 연삭 휠의 가압 하중이 설정된 연삭 압력 하중 (F₀ (1,500 N)) 을 초과하는 오버슈트가 감소되어 오버슈트량이 허용 오버슈트 범위 내로 한정되며, 상기 설정된 연삭 압력 하중 (F₀) 에 이를 때까지 걸리는 시간 (즉, 연삭 준비 시간) 이 짧아질 수 있다.

예

본 발명에 따른 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법의 실시예를 표 1 에서 볼 수 있다.

본 발명의 예 1 내지 예 3 에서, 회전 연삭 휠의 전진 속도의 감소를 시작하게 하는 설정 하중 (F) 은 청구항 2 의 계산식 (A) 을 만족시켰고, 속도 감소 후의 전진 속도는 또한 청구항 3 의 계산식 (B) 을 만족시켰다. 따라서, 연삭 준비 시간이 짧고, 거의 오버슈트가 발생하지 않으며 회전 연삭 휠에 발생되는 손상도 없이 연삭이 시작될 수 있었다.

비교예 1 은 본 발명의 청구항 2 에 대한 비교예이며, 회전 연삭 휠의 전진 속도의 감소를 시작하게 하는 설정 하중 (F) 이 상기 청구항 2 의 계산식 (A) 을 만족시키지 못했던 예이다 (상기 설정 하중은 계산치보다 더 큰 값을 취함). 비교예 1 에서, 허용치 내에 있었더라도 오버슈트량은 컸다.

비교예 2 는 본 발명의 청구항 3 에 대한 비교예이며, 감속 이후에 회전 연삭 휠의 전진 속도 (V2) 가 청구항 3 의 계산식 (B) 을 만족시키지 못했던 예이다 (이 속도는 계산치보다 약간 더 높은 값을 취함).

비교예 2 에서, 허용치 내에 있었더라도 오버슈트량은 컸다.

종래의 예 1 은 회전 연삭 휠의 전진 속도가 감소되지 않았지만, 5 mm/s 로 유지되었던 예이다. 이 예에서, 오버슈트량이 허용치 내에 유지될 수 있는 롤 접촉부는 과도한 하중을 부과하였고, 그 결과, 연삭이 목표치보다 더 큰 깊이까지 일어났다. 또한, 연삭 휠은 크게 변형되어 균열이 발생하였다.

종래의 예 2 는 회전 연삭 휠의 전진 속도가 처음부터 1 mm/s 의 낮은 값으로 유지되었던 예이다. 어떠한 오버슈트도 발생하지 않았지만, 연삭 준비 시간이 길었다.

본 발명에 따른 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법은 연속적인 열간 압연 장치의 마무리 연삭의 사용에 바람직하다.

Claims

탄성을 가지는 회전 연삭 휠을 압연기의 작업용 롤에 가압하여 상기 작업용 롤을 연삭하게 되는 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법에 있어서,

회전 연삭 휠이 작업용 롤에 접촉한 후, 회전 연삭 휠의 가압 하중이 사전에 설정되었던 설정 하중 (F) 과 같아지면, 회전 연삭 휠의 전진 속도를 감소시켜, 작업용 롤에 가해지는 회전 연삭 휠의 가압 하중이 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 을 초과하는 오버슈트를 감소시키는 것을 특징으로 하는 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법.
제 1 항에 있어서, 사전에 설정되었던 하중 (F) 은 다음 식 (A), 즉

F≤F₀-K×V1×△t … (A)

여기서, F : 설정 하중 [N],

F₀ : 설정된 연삭 가압 하중 [N],

K : 연삭 휠 스프링 강성 [N/mm],

V1 : 감속 전 연삭 휠의 전진 속도 [mm/s],

△t : 제어 지연 시간 [s]

을 만족시키는 범위의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 감속 후 회전 연삭 휠의 전진 속도 (V2) 는 다음 식 (B), 즉

0.6×(S×F₀/(K×△t))≤V2≤S×F₀/(K×△t) … (B)

여기서, V2 : 감속 후 회전 연삭 휠의 전진 속도 [mm/s],

S : 설정된 연삭 가압 하중 (F₀) 에 대한 허용 오버슈트량의 비,

K : 연삭 휠 스프링 강성 [N/mm],

△t : 제어 지연 시간 [s]

을 만족시키는 것을 특징으로 하는 작업용 롤을 위한 온라인 연삭 방법.