KR20110102443A

KR20110102443A - 3개 롤의 바 압연기에 의해 이음매 없는 관을 제조하기 위한 제조 방법

Info

Publication number: KR20110102443A
Application number: KR1020117015851A
Authority: KR
Inventors: 롤프 쿠멀링; 만프레드 벨만; 윈프리드 브라운; 히데노리 키누가사; 사사키 케니치
Original assignee: 파우 운트 엠 도이칠란트 게엠베하; 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-09-16
Also published as: EA018319B1; EA201100924A1; TN2011000273A1; DE102008061141A1; PL2358485T3; ZA201104275B; BRPI0922639A8; DE102008061141B4; HRP20120985T1; BRPI0922639B1; CN102245321B; JP2012510902A; CA2745586A1; EP2358485B1; BRPI0922639A2; US20120125068A1; JP5679981B2; UA100933C2; EP2358485A2; WO2010066230A3

Abstract

본 발명은 금속, 특히 강으로부터 이음매 없는 관을 제조하기 위한 제조 방법에 관한 것이며, 미리 제조된 열간 공동 블록은 모관을 형성하기 위해 맨드릴 상의 3개 롤의 바 압연기에 의해 신장되고, 바 압연기에 들어가기 전에, 공동 블록은 상류측 스탠드에 의해 직경을 더욱 일정하게 만드는 압연 단계를 받게 된다. 이 경우에, 상류측 스탠드의 롤은 바 압연기의 변형 스탠드와 마찬가지로 개방 및 폐쇄되게 이동되고, 상류측 스탠드의 롤의 캘리버 베이스 반경은 60°에 걸쳐 연장된 다음, 반경방향으로 전이되는 플랭크 반경이 되며, 이 플랭크 반경은 롤의 최대 폐쇄시에도 가장 클 것으로 예상되는 공동 블록 직경의 직경 감소가 플랭크 영역에서 실질적으로 발생되지 않도록 하는 크기를 갖는다.

Description

3개 롤의 바 압연기에 의해 이음매 없는 관을 제조하기 위한 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING SEAMLESS TUBES BY MEANS OF A THREE-ROLL BAR ROLLING MILL}

본 발명은 특허청구범위 제1항에 따른 3개 롤의 바 압연기에 의해 이음매 없는 관을 제조하기 위한 제조 방법에 관한 것이다.

일반적인 방법이 강관 핸드북(출판사: Vulkan-Verlag, Essen, 1995년 발행, 12 개정판, p 107-111)에 기술되어 있다.

예를 들면, 연속관 압연법에 따라 작동하는 바 압연기가 이음매 없는 관을 제조하는데 사용되고 있다. 이 바 압연기는 초기에 모관으로 전조 압연함으로써 제조된 공동 블록을 신장시키는데 사용된다.

기본적으로, 바 압연기는 스탠드당 2개 또는 3개 롤을 구비한 2가지 실시예가 있다. 통상적으로, 스탠드의 개수는 4개 내지 8개이다.

바 압연기는 도입 공동 블록(incoming hollow blocks)의 벽 두께 및 직경의 변동에 매우 민감한 것으로 알려져 있다. 그러나, 그러한 변동의 발생이 공동 블록을 제조하는데 통상 사용되는 전조 압연 공정에 의해 항상 방지될 수는 없다.

특히, 가이드 수단으로서 디셔 디스크(Diescher disks)를 구비한 전조 압연기는 헤드 부분과 바닥 부분에서 "필렛 영역(filet region)"으로부터 편향된 직경을 가진 공동 블록을 제조한다. 바 압연 공정에서는, 이들 편향에 의해, 캘리버 언더필(caliber underfills), 벽 두께 수축, 구멍 및 캘리버 오버필(caliber overfills)이 발생될 수 있다.

이들 에러를 최소화하기 위해, 바 압연 공정의 하류측에 공동 블록 감소 스탠드(공극 감소 스탠드)를 배치하는 것으로도 알려져 있다. 이러한 스탠드는 2개 롤의 바 압연기의 4개의 롤, 및 3개 롤의 바 압연기의 3개의 롤을 포함한다.

바람직하지 못하게, 종래의 공동 블록 감소 스탠드에서는 여전히 바 압연기의 압연 조건이 공동 블록의 상이한 직경에 따라 달라진다.

그 결과, 변형 동안 바 압연기에 대해 상이한 입력 조건(바에 대한 공동 블록 입력 조건, 제1 스탠드의 외경 감소)이 얻어지는데, 이는 다시 관의 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 목적은 공동 블록(hollow block)이 상이한 직경을 가질때 조차도 바 압연기의 변형에 대해 거의 동일한 압연 상태가 유지되도록 3개 롤의 바 압연기용 공극 감소 스탠드(VRS: void reduction stand)의 보정 및 이동을 이루는데 있다.

이에 따라, 공동 블록의 직경 편차를 되도록 동등하게 할 뿐만 아니라, 공동 블록 간의 직경 편차를 동등하게 하는 동시에 캘리버의 언더필링 또는 오버필링을 방지하는 것이 목표이다.

상기 목적은 청구항 제1항에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속청구항에 인용된다.

본 발명의 교시에 따라, 상기 목적은, 상류측 스탠드의 롤이 바 압연기의 변형 스탠드와 마찬가지로 개방 및 폐쇄되게 이동되어, 상류측 스탠드의 롤의 기본 보정 반경이 60°에 걸쳐 연장된 다음, 롤의 최대 폐쇄시에도 가장 클 것으로 예상되는 공동 블록 직경의 직경 감소가 플랭크 영역에서 거의 발생되지 않도록 하는 크기를 갖는 접선방향으로 전이되는 플랭크 반경을 형성하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 상당한 이점으로는, 제시된 방법 및 대응하는 보정에 의해, 한편으로, 바 압연기에 들어가는 공동 블록의 직경 변동 범위가 상당히 감소될 수 있고, 다른 한편으로, 본 발명에 따른 보정에 의해 공동 블록 관의 상이한 직경에 대해서 조차도 바 롤에 대해 거의 동일한 조건을 설정하는 것이 가능해져, 관의 기하학적 형상에 있어 훨씬 더 균일한 품질이 얻어진다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상류측 스탠드의 위치는 바에 대한 평균 조건의 절대값이 제1 스탠드의 위치 범위에 대해 일정한 상태로 유지되도록 바 압연기의 제1 스탠드의 위치에 따라 조절된다.

공극 감소 스탠드의 출력부에서 일정한 바 운동에 의해, 압연 공정 동안 균일한 변형 상태가 얻어져, 관의 품질이 상당히 개선된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 소정의 바 직경의 경우, 볼 롤링 밀의 하류측의 바 압연기의 모든 스탠드는 원하는 벽 두께를 얻기 위해 동일한 양만큼 위치될 수 있으며, 이 양은 또한 상류측 스탠드의 위치와 일치하기도 한다.

일정한 입력 조건과는 달리, 이 방법은 위치를 변경하는데 복잡한 계산을 필요로 하지 않는다. 이는, 어떠한 오버필링이나 언더필링도 바 압연기에 발생하지 않는, 즉 바 압연기의 압연에 대해 외경에 대한 입력 조건이 거의 일정하다는 추가 이점을 갖는다.

본 발명의 추가의 바람직한 특징에 따르면, 단지 상류측 스탠드의 위치의 절대값만이 바 압연기의 제1 스탠드의 위치에 대응한다. 압연 공정의 품질에 있어, 공극 감소 스탠드 및 후속하는 제1 작업 스탠드와의 상호 작용이 중요하다.

대안적으로, 상류측 스탠드의 위치의 상대값도 바 압연기의 제1 스탠드의 위치에 대응할 수 있다.

바 압연기에 대한 거의 일정한 입력 조건 외에도 바람직하게 마모(마모 보정)도 고려한 위치의 상대값을 사용함으로써, 유효 수명이 증가될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 캘리버 케이스 반경은 상류측 스탠드의 최대 개방 동안 0이 되는 편심을 갖는다.

바람직하게, 이로써 형성된 접촉면 롤-롤링 스톡은 캘리버 불연속시 롤 마모에 확실히 영향을 미친다. 또한, 이는, 예를 들면 캘리버 스트립(caliber stripes)과 같은 외측면 상의 균열을 감소시키는 긍정적인 효과를 나타낸다.

본 발명의 부가적인 특징, 이점 및 세부 내용이 도면에 도시된 전형적인 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 추측될 수 있다. 도면은 단지 공극 감소 스탠드(VRS: void reduction stand)의 상류 스탠드의 보정을 나타낼 뿐이며, 이에 대해서는 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

종래 기술에 따른 감소 스탠드가 통상 타원형으로 보정된다. 이를 위해, 캘리버 베이스 반경(AI)이 캘리버 플랭크 반경(BI)까지 계속해서 증가하는 것으로 규정된다.

이와 반대로, 본 발명에 따르면, 기본 반경(R1)이 각각의 플랭크에 대해 30°의 동작 범위를 갖는 플랭크 반경으로 접선 방향에 따라 60°의 각 길이에 걸쳐 변경되는 원형 보정이 제시되어 있다(도 1a). 또한, 도 1a에는 롤 축(1), 캘리버 윤곽(2), 캘리버 베이스 반경(R1)의 편심(3), 캘리버 베이스 반경(R1)(4) 및 캘리버 플랭크 반경(R2)(5)이 도시되어 있다. 이 보정에 의하면, 공극 감소 스탠드(VRS)를 빠져나가는 공동 블록의 직경 변화가 바람직하게 타원형 보정에 비해 반으로 줄어들 수 있다.

이에 대해서는, 다음의 예를 참조하여 설명하기로 한다. 이 예에서, 양(BI)은 롤 축과 캘리버 그라운드(caliber ground) 사이의 거리로 사용되고, 양(AI)은 롤 축과 캘리버 플랭크(caliber flank) 사이의 거리로 사용된다.

일반적으로, 전조 압연기에 의해 발생된 공동 블록의 외경은, 예를 들면 2.5%의 허용 오차를 갖는다.

VRS는 캘리버 불연속면에서 최대 공동 블록 직경×0.99 내지 1.00(2×AI)을 수용할 수 있어야 한다. 캘리버 중심 직경(2×BI)은 최소 공동 블록 직경×0.99 내지 1.00을 따라야 한다.

2가지 보정 방법은 다음의 결과를 산출한다.

타원형 보정

캘리버 중심에서의 BI의 반경은 계속 증가하여, 게이지 불연속면에서 AI가 된다. 그 결과, 평균 캘리버 직경은 2×(BI+(AI-BI)/2)이다.

원형 보정

60°(±30°)에 걸친 캘리버 중심에서의 BI의 반경은 계속 증가하여, 캘리버 불연속면에서 30°마다 AI가 된다. 평균 캘리버 직경은 2×(BI+(AI-BI)/4)의 아주 근사한 범위 내에 있다.

예:

최대 공동 블록 직경 102.50㎜

평균 공동 블록 직경 100.00㎜

최소 공동 블록 직경 97.50㎜

최대 입력 허용 오차 5.00㎜

타원형 보정

AI = 1.00 × 최대 공동 블록 직경/2 51.25㎜

BI = 1.00 × 최소 공동 블록 직경/2 48.75㎜

최소 VRS 직경 = 2 × BI 97.50㎜

최대 VRS 직경 = 2 × (48.75 + (51.25 - 48.75)/2) 100.00㎜

따라서, 100㎜ 이상의 직경을 갖는 공동 블록에 의해, VRS는 100㎜를 갖게 된다. 보다 작은 직경이 그 크기를 유지한다.

출력 허용 오차는 최대 2.5%이다.

원형 보정

AI = 1.00 × 최대 공동 블록 직경 51.25㎜

BI = 1.00 × 최소 공동 블록 직경/2 48.75㎜

최소 VRS 직경 = 2 × BI 97.50㎜

최대 VRS 직경 = 2 × (48.75 + (51.25 - 48.75)/4) 98.75㎜

따라서, 98.75㎜ 이상의 직경을 갖는 공동 블록에 의해, VRS는 98.75㎜를 갖게 된다. 보다 작은 직경이 그 크기를 유지한다.

출력 허용 오차는 공칭 공동 블록 직경과 비교하여 최대 1.25%이다.

타원형 보정에 따르면, 허용 오차는 5% 내지 2.5%(50%) 개선되는 반면에, 원형 보정에 따르면, 허용 오차는 5% 내지 1.25%(75%) 개선된다.

상이한 두께의 벽이 동일한 압연 바로 압연된다. 이를 위해, 작업대는 개방 및 밀폐되어야 한다. VRS는 대체로 이 개방 및 밀폐형 장치를 따라야 하는데, 이는 단지 VRS와 작업대와의 연동이 거의 일정한 상태를 유지하기 때문이다.

도 1b는 VRS 스탠드(좌측) 및 바 압연기의 제1 스탠드(우측)를 나타내고 있다. c 및 c'은 VRS 스탠드의 공칭 위치와 3개 롤의 바 압연기의 제1 스탠드의 공칭 위치를 나타내는 바, c'은 공칭 위치에서 VRS의 캘리버의 개방 크기이고, c는 공칭 위치에서 바 압연기의 캘리버의 개방 크기이다.

a 및 a'은 바 압연기 및 VRS 스탠드의 위치의 양의 변화(개방)를 나타낸다.

b 및 b'는 바 압연기 및 VRS 스탠드의 위치의 음의 변화(폐쇄)를 나타낸다.

계산

"절대적 동일"

바 압연기의 제1 스탠드 및 VRS 스탠드의 이동(양=개방, 음=폐쇄)은 동일한 절대값(a=a' 및 b=b')을 갖는다.

"상대적 동일"

VRS 스탠드 및 바 압연기의 제1 스탠드의 이동(양=개방, 음=폐쇄)은 상대적으로 동일한데, 즉 이는 공칭 위치(c, c')와 제1 압연 스탠드의 이동(a, b)의 함수이다.

"절대적 동일"

b ≥ a

a' = a

b' = b

"상대적 동일"

및

예를 들어, c=100㎜; a=1㎜; c=88㎜라면,

1 압연 축 2 캘리버 윤곽
3 편심 4 캘리버 베이스 반경(R1)
5 캘리버 플랭크 반경(R2)
a, a' VRS 및 제1 스탠드의 상대적 위치 변경(양)
b, b' VRS 및 제1 스탠드의 상대적 위치 변경(음)
c, c' VRS 및 제1 스탠드의 공칭 위치

Claims

금속, 특히 강으로부터 이음매 없는 관을 제조하기 위한 제조 방법으로서,
미리 제조된 열간 공동 블록은 모관을 형성하기 위해 맨드릴 바 상의 3개 롤의 바 압연기에 의해 두께가 감소되고, 상기 바 압연기에 들어가기 전에, 상기 공동 블록은 상류측 스탠드를 매개로 하여 직경을 더 일정하게 만드는 압연 단계를 받게 되며,
상기 상류측 스탠드의 롤은 상기 바 압연기의 변형 스탠드와 마찬가지로 개방 및 폐쇄되고, 상기 상류측 스탠드의 상기 롤의 캘리버 베이스 반경(caliber base radius)이 60°에 걸쳐 연장된 다음, 접선방향으로 전이되는 플랭크 반경(flank radius)이 되며, 상기 플랭크 반경은 롤의 최대 폐쇄시에도 가장 클 것으로 예상되는 공동 블록 직경의 직경 감소가 플랭크 영역에서 실질적으로 발생되지 않도록 하는 크기를 갖는,
이음매 없는 관 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 바 압연기의 모든 스탠드는 상기 바 압연기의 하류측에 원하는 벽 두께를 얻기 위해 동일한 양만큼 조절되며, 이 양은 또한 상기 상류측 스탠드의 위치와 일치하는, 이음매 없는 관 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상류측 스탠드의 위치의 절대값은 상기 바 압연기의 제1 스탠드의 위치에 대응하는, 이음매 없는 관 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상류측 스탠드의 위치의 상대값은 상기 바 압연기의 상기 제1 스탠드의 위치에 대응하는, 이음매 없는 관 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상류측 스탠드의 위치는 바에 대한 평균 조건의 절대값이 상기 제1 스탠드의 위치 범위에 대해 일정한 상태로 유지되도록 상기 바 압연기의 상기 제1 스탠드의 위치에 따라 조절되는, 이음매 없는 관 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캘리버 베이스 반경은 상기 상류측 스탠드의 최대 개방 동안 0이 되는 편심을 갖는, 이음매 없는 관 제조 방법.