KR20100050941A - 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 및 그 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면은 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 및 그 운용방법에 관한 것으로, 특히 표면경도를 향상시켜 마모를 줄일 수 있게 하는 작업롤 및 그 운용방법에 관한 것이다.

본 발명의 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤은, 일정 폭의 표면부위에 경화처리되고, 상기 경화처리된 표면부위가 크라운 가공된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 운용방법은, 열간압연을 위한 작업롤에 의해 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보를 획득하는 단계; 상기 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보로부터, 경화처리할 작업롤의 표면부위를 결정하는 단계; 상기 결정된 상기 작업롤의 표면부위를 경화처리하는 단계;상기 경화처리된 작업롤의 표면부위를 크라운 가공하는 단계; 및 상기 크라운 가공된 작업롤로 상기 소재를 압연하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

열간압연, 작업롤, 표면경도, 경화처리, 크라운 가공

Description

열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 및 그 운용방법{Work roll for abrasion in hot rolling process and method for handling thereof}

본 발명의 일 측면은 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 및 그 운용방법에 관한 것으로, 특히 표면경도를 향상시켜 마모를 줄일 수 있게 하는 작업롤 및 그 운용방법에 관한 것이다.

열간압연 중 마무리압연 공정의 작업롤은 고온의 소재와 지속적으로 접촉하고 높은 하중이 작용하기 때문에 시간이 경과됨에 따라 마모가 많이 일어난다. 두께 및 판형상이 매우 중요한 마무리압연 공정에서 롤의 마모는 소재의 치수 및 형상의 품질에 큰 영향을 미치는 인자이다.

도 1는 종래의 압연매수 증가에 따른 상부 압연롤의 프로파일, 하부 압연롤의 프로파일 및 상부 압연롤과 하부 압연롤의 갭 프로파일을 나타낸 그래프이다. 상부 압연롤의 프로파일, 하부 압연롤의 프로파일, 상부 압연롤과 하부 압연롤의 갭 프로파일을 각각 a, b, c로 나타내었다. 그리고, (a), (b), (c), (d)는 각각 압연매수가 20매, 40매, 60매, 80매인 경우를 각각 나타내었다.

작업롤의 마모는 소재와 접촉하는 부위에서 일어나므로, 다양한 소재의 폭을 생산하는 열간압연공정에서는 소재 폭의 스케줄에 따라 마모 패턴도 다르게 나타난다. 특히, 마모가 문제가 되는 부위는 소재의 가장자리 부위인데, 생산량이 증가하여 일정량의 마모가 진행되고 열 팽창에 의해 작업롤 중심부위가 팽창하게 되면, 상부 작업롤과 하부 작업롤 사이의 간격에 의해 결정되는 롤갭 프로파일(c)은 이상 프로파일이 된다. 이에 따라, 소재의 두께도 이상 프로파일을 가지게 되는데, 심한 경우에는 소재의 두께 불량으로 발전한다.

따라서, 일정한 매수의 소재를 압연한 후에는 반드시 작업롤을 교체한 후, 가공된 작업롤로 소재를 생산하게 된다. 이때, 작업롤 교체를 위해 소요되는 시간은 대략 10분 내외이며, 약 2~3시간에 한 번씩 작업을 정지해야 하므로 생산성에 영향을 미치게 된다.

도 2는 종래의 마무리 압연기 최종 스탠드의 작업롤의 길이방향 위치에 따른 마모량을 나타낸 그래프이다. 여기서, a는 작업롤의 마모량 측정값을 나타내고, b는 작업롤의 마모량 계산값을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 작업롤이 소재와 접촉하는 부위에서 급격한 롤경 차이가 발생하고, 이로 인하여 도 1의 (d)에 도시된 이상 롤갭 프로파일이 발생하게 된다.

작업롤의 마모에 의한 이러한 문제점을 개선하기 위해서 작업롤을 교체하지 않고, 작업롤을 연마하는 ORG(On-line Roll Grinder)가 개발되어 사용되고 있는데, ORG는 작업롤의 마크 등의 국부적인 작업롤 손상이나 부분적인 연마를 통하여 부정기적으로 작업롤 교체시간을 줄이는 역할을 수행하고 있다.

그러나, ORG도 작업롤 마모에 의해 발생하는 모든 문제를 해결할 수 없을 뿐만 아니라, 연삭량 및 조업 중의 설비운용방법에도 한계가 있으므로, 새로운 개념의 마모에 대한 작업롤 및 그 운용방법이 필요한 실정이다.

본 발명의 일 측면은, 동일한 폭의 소재에 대한 압연매수 증가에 따른 국부의 압연롤 마모를 감소시켜 최대 연연속 압연매수를 증가시킬뿐만 아니라, 소재 두께의 품질을 향상시킬 수 있는 작업롤 및 그 운용방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은, 일정 폭의 표면부위에 경화처리되고, 상기 경화처리된 표면부위가 크라운 가공된 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 경화처리되는 일정 폭의 표면부위는, 상기 표면부위에 접촉하는 가장 큰 폭을 갖는 소재의 양단 위치에서 기 설정된 폭만큼 양측으로 동등하게 넓힌 양측 위치 사이의 표면부위인 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤을 제공한다.

본 발명의 일 측면은, 열간압연을 위한 작업롤에 의해 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보를 획득하는 단계; 상기 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보로부터, 경화처리할 작업롤의 표면부위를 결정하는 단계; 상기 결정된 상기 작업롤의 표면부위를 경화처리하는 단계; 상기 경화처리된 작업롤의 표면부위를 크라운 가공하는 단계; 및 상기 크라운 가공된 작업롤로 상기 소재를 압연하는 단계;를 포함하 는 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 운용방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 경화처리할 작업롤의 표면부위를 결정하는 단계는, 상기 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보로부터, 가장 큰 폭을 갖는 소재와 접촉하는 작업롤 표면부위의 폭 방향 양단 위치를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 가장 큰 폭을 갖는 소재의 양단 위치에서 기 설정된 폭만큼 양측으로 동등하게 넓힌 양측 위치 사이의 표면부위를 경화처리할 부위로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 운용방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 작업롤의 표면부위를 경화처리하는 단계는, 상기 작업롤의 표면에 용사코팅, 콜드 스프레이, 레이저 피닝 중에서 어느 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 운용방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 크라운 가공하는 단계는, 상기 경화처리된 작업롤의 중앙부를 에지부에 비하여 -200 ~ +100㎛의 두께가 되도록 가공하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 운용방법을 제공한다.

발명의 일 측면에 따르면, 작업롤의 갭 프로파일이 이상 프로파일이 되는 것을 억제하여 작업롤의 교체 후에 생산되는 소재의 압연매수를 최대로 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 일반적인 배치(batch)압연에서 작업롤 단위 내의 최대 압연매수를 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, 연연속 압연에 적용할 경우에 동일한 폭의 소재에 대한 압연매수 증가에 따른 국부의 압연롤 마모를 감소시켜 최대 연연속 압연매수를 증가시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

마모는 두 물체사이에 작용하는 상대운동에 기인하며, 마모량은 두 물체간에 작용하는 하중, 접촉면적, 접촉길이 및 경도에 의해 결정된다. 이와 같은 요인 중에서 경도를 제외한 나머지 부분은 소재 및 공정조건에 의존하는 값이므로 제어가 불가능하지만, 작업롤의 표면경도에 관해서는 본 발명에서 제시하는 방법을 이용하여 국부적으로 경도를 향상시켜 마모를 저감시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 운용방법의 흐 름도이다. 조업자는 PLC(Programmable Logic Controller)에 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보를 입력하고, 연산장치는 PLC로부터 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보를 수신하여 경화처리할 위치를 결정한 후, 조업자는 경화처리 및 가공을 실시하여 압연을 실시할 수 있게 된다. 이를 상세히 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 조업자가 열간압연을 위한 작업롤에 의해 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보를 PLC에 입력하면, 연산장치가 PLC로부터 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보를 획득한다(S100).

이후에, 연산장치가 S100에서 획득한 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보로부터 가장 큰 폭을 갖는 소재와 접촉하는 작업롤 표면부위의 폭 방향 양단 위치를 결정한다(S200). 연산장치에는 소재의 폭에 따라 소재와 접촉하는 작업롤 표면부위의 폭 방향 양단 위치가 설정되어 있고, 연산장치는 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보로부터 가장 큰 폭을 갖는 소재의 폭을 연산하여 작업롤 표면부위의 폭 방향 양단 위치를 결정한다.

이후에, 연산장치가 S200에서 결정된 가장 큰 폭을 갖는 소재의 양단 위치에서 기 설정된 폭만큼 양측으로 동등하게 넓힌 양측 위치의 표면부위를 경화처리할 부위로 결정한다(S300). 이와 같은 이유는, 압연해야 할 작업롤의 폭으로 정해진 표면부위를 확실히 포함시켜 경화처리하기 위함이다.

이후에, 조업자가 S300에서 결정된 작업롤의 표면부위를 경화처리한다 (S400). 작업롤의 전 표면을 경화처리하지 않고 경화처리할 부위로 결정된 표면만 경화처리하는 이유는, 경제적인 비용이 많이 들고, 마찰계수의 변경에 따른 소재의 취입성이 좋지 않게 되기 때문이다. 이와 같이 작업롤의 표면에 대한 경화처리는 작업롤이 내 마모성 및 내 충격성을 가질 수 있게 한다. 경화처리의 예로는 용사코팅, 콜드 스프레이(cold spray), 레이저 피닝(laser peening)이 있으며, 작업롤의 종류 및 생산하는 소재의 특성에 적합하게 선택하여 사용할 수 있다.

이후에, 조업자가 S400에서 경화처리된 작업롤의 표면부위를 크라운 가공한다(S500). 작업롤의 크라운은 작업롤의 중앙부와 에지부의 두께 차이로 정의되는데, 본 발명에서 작업롤의 크라운 가공시에는 작업롤의 중앙부를 에지부에 비하여 -200 ~ +100㎛의 두께가 되도록 가공한다.

이후에, 조업자가 크라운 가공된 작업롤로 소재를 압연한다(S600). 소재 압연시에는 동일한 폭의 소재에 대한 압연매수 증가에 따른 국부의 압연롤 마모를 감소시켜 최대 연연속 압연매수를 증가시킬 수 있게 된다.

상술한 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤은, 일정 폭의 표면부위가 경화처리되고, 경화처리된 표면부위가 크라운 가공된다. 경화처리되는 일정 폭의 표면부위는, 표면부위에 접촉하는 가장 큰 폭을 갖는 소재의 양단 위치에서 기 설정된 폭만큼 양측으로 동등하게 넓힌 양측 위치 사이의 표면부위이다.

도 4는 본 발명의 경화처리할 작업롤의 표면부위를 결정하는 방법을 나타낸 개략도이다. 도 4를 참조하면, 작업롤의 폭이 결정되면, 작업롤 폭의 양단위치는 작업롤 표면의 중앙부로부터 양측으로 같은 거리에 위치하게 된다.

그리고, 경화처리할 작업롤의 표면부위는 작업롤 폭의 양단위치에서 기 설정된 폭(a)만큼 양측으로 동등하게 넓힌 양측 위치 사이의 표면부위로 결정한다.

도 5는 본 발명의 압연매수 증가에 따른 상부 압연롤의 프로파일, 하부 압연롤의 프로파일 및 상부 압연롤과 하부 압연롤의 갭 프로파일을 나타낸 그래프이다.상부 압연롤의 프로파일, 하부 압연롤의 프로파일, 상부 압연롤과 하부 압연롤의 갭 프로파일을 각각 a, b, c로 나타내었다. 그리고, (a), (b), (c), (d)는 각각 압연매수가 20매, 40매, 60매, 80매인 경우를 각각 나타내었다.

소재의 압연매수가 80매로 증가된 (d)의 경우에는, 도 1의 (d)와 비교하여 상부 압연롤과 하부 압연롤의 갭 프로파일이 개선되었음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서 제시하는 작업롤 운용방법을 통하여 폭 가장자리의 마모를 줄여 이상 롤갭 프로파일을 방지할 수 있게 된다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 종래의 압연매수 증가에 따른 상부 압연롤의 프로파일, 하부 압연롤의 프로파일 및 상부 압연롤과 하부 압연롤의 갭 프로파일을 나타낸 그래프이다.

도 2는 종래의 마무리 압연기 최종 스탠드의 작업롤의 길이방향 위치에 따른 마모량을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤 운용방법의 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 경화처리할 작업롤의 표면부위를 결정하는 방법을 나타낸 개략도이다.

도 5는 본 발명의 압연매수 증가에 따른 상부 압연롤의 프로파일, 하부 압연롤의 프로파일 및 상부 압연롤과 하부 압연롤의 갭 프로파일을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 작업롤

Claims (6)

1. 일정 폭의 표면부위에 경화처리되고, 상기 경화처리된 표면부위가 크라운 가공된 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤.
2. 제1항에 있어서,

   상기 경화처리되는 일정 폭의 표면부위는,

   상기 표면부위에 접촉하는 가장 큰 폭을 갖는 소재의 양단 위치에서 기 설정된 폭만큼 양측으로 동등하게 넓힌 양측 위치 사이의 표면부위인 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 마모에 대응한 작업롤.
3. 열간압연을 위한 작업롤에 의해 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보를 획득하는 단계;

   상기 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보로부터, 경화처리할 작업롤의 일정 폭의 표면부위를 결정하는 단계;

   상기 결정된 상기 작업롤의 표면부위를 경화처리하는 단계;

   상기 경화처리된 작업롤의 표면부위를 크라운 가공하는 단계; 및

   상기 크라운 가공된 작업롤로 상기 소재를 압연하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 작업롤 마모에 대응한 작업롤 운용방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 경화처리할 작업롤의 표면부위를 결정하는 단계는,

   상기 압연될 소재의 폭 스케쥴에 관한 정보로부터, 가장 큰 폭을 갖는 소재와 접촉하는 작업롤 표면부위의 폭 방향 양단 위치를 결정하는 단계; 및

   상기 결정된 가장 큰 폭을 갖는 소재의 양단 위치에서 기 설정된 폭만큼 양측으로 동등하게 넓힌 양측 위치 사이의 표면부위를 경화처리할 부위로 결정하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 작업롤 마모에 대응한 작업롤 운용방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 작업롤의 표면부위를 경화처리하는 단계는, 상기 작업롤의 표면에 용사코팅, 콜드 스프레이, 레이저 피닝 중에서 어느 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 작업롤 마모에 대응한 작업롤 운용방법.
6. 제3항에 있어서,

   상기 크라운 가공하는 단계는, 상기 경화처리된 작업롤의 중앙부를 에지부에 비하여 -200 ~ +100㎛의 두께가 되도록 가공하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정에서의 작업롤 마모에 대응한 작업롤 운용방법.

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