KR20130041393A - 재생형 레잉 파이프 - Google Patents

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Abstract

압연기 레잉 헤드 내에서 그의 축에 대해 회전하도록 구성된 레잉 파이프는 그의 축과 정렬된 진입 섹션, 그의 축으로부터 멀리 만곡된 중간 섹션, 및 그의 축으로부터 측정된 일정한 반경을 갖는 전달 섹션을 갖는 금속 외측 튜브(34)를 포함한다. 금속 내측 튜브(36)는 외측 튜브의 진입, 중간, 및 전달 섹션을 각각 라이닝하는 진입, 중간, 및 전달 섹션을 갖는다. 내측 튜브는 외측 튜브와의 마찰 접촉에 의해서만 외측 튜브에 대한 이동에 대항하여 구속된다. 내측 튜브는 그의 축에 대한 레잉 파이프의 회전 중에 가열 및 냉각 사이클에 응답하여 일 방향으로 외측 튜브 내에서 증분식으로 이동 가능하다.

Description

재생형 레잉 파이프 {REGENERATIVE LAYING PIPE}
본 발명은 일반적으로 열간 압연된 제품을 나선 고리 형태로 성형하기 위해 압연기 레잉 헤드 내에서 채용되는 레잉 파이프(laying pipe)에 관한 것이고, 특히 열간 압연된 제품과의 마찰 접촉에 의해 발생되는 국소적으로 가속된 마모를 겪기 쉬운 내부 파이프 표면을 주기적으로 변이시켜서 갱신함으로써 그러한 파이프의 유효 수명을 연장시키는 것과 관련된다.
도 1에 도식적으로 도시된 바와 같은 전형적인 로드 압연기에서, 빌릿(billet)이 노(10) 내에서 재가열된다. 가열된 빌릿은 노로부터 압출되어, 조질 압연기(12), 중간 압연기(14), 마무리 압연기(16), 및 몇몇 경우에 (도시되지 않은) 리듀싱/사이징 압연기를 통해 압연된다. 마무리된 제품은 그 다음 레잉 헤드(18)로 유도되고, 여기서 고리(20)로 성형된다. 고리들은 컨베이어(22) 상에 적층되어 재성형 스테이션(24)으로 운반되고, 여기서 코일로 모아진다. 컨베이어 상에서의 수송 시에, 고리들은 선택된 야금학적 특성을 달성하기 위한 제어된 냉각을 받는다.
다시, 도 2에 도식적으로 도시된 바와 같이, 레잉 헤드(18)는 만곡된 레잉 파이프(28)를 포함하는 중공 퀼(quill: 26)을 포함한다. 모터(32)에 의해 동력을 공급받는 베벨 기어 세트(30)가 축("A")에 대해 퀼 및 레잉 파이프를 회전 가능하게 구동하도록 역할한다.
지난 수십 년에 걸쳐, 로드 압연기의 전달 속도는 극적으로 증가하였다. 예를 들어, 압연기는 이제 110 m/sec 및 그 이상의 속도로 5.5 mm 로드를 압연하는 능력을 갖는다. 그러한 속도에서, 열간 압연된 제품은 레잉 파이프 상에 타격 효과를 발휘하여, 내부 파이프 표면이 빠른 국소적인 마찰 마모 및 조기 파손을 겪게 한다. 또한, 레잉 파이프가 마모됨에 따라, 컨베이어(22)로 안정된 고리 패턴을 전달하는 그의 능력이 악화된다. 불안정한 고리 패턴은 냉각 균일성을 훼손하고, 또한 재성형 스테이션(24)에서, "코블링(cobbling)"으로 일반적으로 불리는 코일링 실패에 기여한다. 빈번하며 비용이 드는 압연기 운전 정지가 조기에 마모된 레잉 파이프를 교체하고 재성형 스테이션에서 코블링과 관련된 문제를 해결하기 위해 요구된다.
본 기술 분야의 당업자는 레잉 파이프의 유효 수명을 증가시키는데 있어서 반복적인 시도를 해왔다. 예를 들어, 미국 특허 제4,074,684호 및 제5,839,684호에 개시되어 있는 바와 같이, 마모 저항 삽입물로 레잉 파이프를 라이닝(line)하는 것이 제안되었다. 미국 특허 제6,098,909호는 레잉 파이프가 원추형 외측 케이싱에 의해 에워싸인 원추형 삽입물의 외측 표면 내의 나선형 홈에 의해 형성되는 안내 경로에 유리하게 제거되고, 삽입물은 외측 케이싱의 내측 표면 상의 마모 패턴을 점진적으로 변이시키기 위해 외측 케이싱 내에서 회전 가능한, 상이한 접근을 개시한다.
다양한 이유로, 이러한 접근들은 조기 파이프 마모의 문제에 대한 실질적인 해결책인 것으로 입증되지 않았다.
경도 및 마모에 대한 저항을 증가시키기 위해 내부 파이프 표면을 침탄시키려는(carburizing) 시도가 또한 이루어졌다. 그러나, 침탄 공정은 상승된 처리 온도로부터의 급속 담금질을 요구하고, 이는 파이프 곡률을 왜곡시킬 수 있다. 침탄된 층은 또한 상대적으로 취성이고, 열간 압연된 제품에 대한 노출로부터 기인하는 상승된 온도에서 연질화되는(temper down) 것으로 발견되었다.
수년 동안, 감소된 보어 크기를 구비한 레잉 파이프가 다수의 상당한 장점을 제공하는 것이 수용되어 왔다. 열간 압연된 제품을 더 작은 공간 내에서 방사상으로 구속함으로써, 안내가 개선되고, 냉각 컨베이어로 전달되는 고리 패턴이 더 일관되어, 더 높은 속도에서 압연하는 것을 가능케 한다. 그러나, 불행히도, 이러한 장점은 현저하게 가속된 파이프 마모에 의해 크게 상쇄되었다. 따라서, 과거에, 본 기술 분야의 당업자는 더 큰 보어의 레잉 파이프를 채용하고 압연기의 정격 설계 속도 아래로 감소된 속도로 압연함으로써 절충하는 것이 필요하다고 생각하였다.
대략적으로 말하자면, 본 발명의 목적은 열간 압연된 제품과의 마찰 접촉에 의해 발생되는 국소화된 마찰 마모에 견디면서 장기간 동안 계속 사용되도록 허용하는 고유한 재생 능력을 갖는 개선된 레잉 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 레잉 파이프는 압연기 레잉 헤드 내의 축에 대해 회전하도록 구성된다. 레잉 파이프는 파이프 축과 정렬된 진입 섹션, 파이프 축으로부터 멀리 만곡된 중간 섹션, 및 파이프 축으로부터 측정된 일정한 반경을 갖는 전달 섹션을 갖는 금속 외측 튜브를 포함한다. 금속 내측 튜브는 외측 튜브의 진입, 중간, 및 전달 섹션을 각각 라이닝하는 진입, 중간, 및 전달 섹션을 갖는다. 내측 튜브는 외측 튜브와의 마찰 접촉에 의해서만 외측 튜브에 대한 이동에 대항하여 구속된다. 내측 튜브는 레잉 파이프의 그의 축에 대한 회전 중에 가열 및 냉각 사이클에 응답하여 외측 튜브 내에서 증분식으로 이동 가능하다. 이러한 증분식 이동은 열간 압연된 제품과의 마찰 접촉 시에 내부 파이프 표면을 주기적으로 변이시켜서 갱신하도록 역할하고, 그렇게 하여, 임의의 하나의 위치에서 지속되는 마모를 회피한다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 특징 및 수반되는 장점이 이제 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 전형적인 압연기 배치의 개략도이다.
도 2는 레잉 헤드 및 관련 압연기 구성요소의 확대된 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레잉 파이프의 측면도이다.
도 4는 레잉 파이프의 부분 종단면도이다.
도 5는 레잉 파이프의 진입 단부의 종단면도이다.
도 6은 도 3의 선 6-6을 따라 취한 단면도이다.
도 7a-7c는 가열 및 냉각 사이클 중에 내측 튜브 상에 작용하는 힘을 도시하는 개략도이다.
도 3 및 6을 참조하면, 본 발명에 따른 레잉 파이프(28)는 축(A)에 대해 회전하도록 구성된다. 레잉 파이프는 축(A)과 정렬된 진입 섹션(28a), 축(A)으로부터 멀리 만곡된 중간 섹션(28b), 및 축(A)으로부터 측정된 일정한 반경을 갖는 전달 섹션(28c)을 갖는 금속 외측 튜브(34)를 포함한다.
금속 내측 튜브(36)는 외측 튜브(34)의 진입, 중간, 및 전달 섹션을 각각 라이닝하는 진입, 중간, 및 전달 섹션을 갖는다. 내측 튜브(36)는 외측 튜브와의 마찰 접촉에 의해서만 외측 튜브(34)에 대한 이동에 대항하여 구속된다.
튜브(34, 36)는 다양한 금속으로부터 제조될 수 있고, 바람직한 예는 철금속, 니켈계 합금, 코발트계 합금, 및 티타늄계 합금이다.
사용 시에, 레잉 파이프의 내부 표면은 대략적으로 진입 섹션(28a) 및 중간 섹션(28b)의 접합부의 구역(Z), 및 다시 대략적으로 중간 섹션(28b)과 전달 섹션(28c) 사이의 접합부의 구역(Z2) 내에서 가속화된 국소 마모를 받기 쉬운 것이 관찰되었다. 이러한 국소화된 마모는 방치되면, 내부 파이프 표면의 조기 홈 형성의 결과를 낳고, 레잉 파이프의 벽을 통한 제품의 관통이 이어진다.
본 발명에 따르면, 이러한 마모 문제는 내측 튜브(36)로 외측 튜브(34)를 라이닝하고, 내측 튜브가 외측 튜브 내에서 그들 각각의 외측 및 내측 표면들 사이의 마찰 접촉에 의해서만 이동에 대항하여 억제되도록 허용함으로써, 해결된다.
레잉 파이프가 사용 중에 있을 때, 내측 튜브(36)는 열간 압연된 제품과의 접촉에 의해 가열된다. 전형적으로, 열간 압연된 제품은 약 900-1100℃의 온도이고, 이는 약 400℃의 상승된 온도로의 내측 튜브(36)의 가열을 일으킨다. 외측 튜브는 전형적으로 주변 대기로의 노출로 인해 더 낮은 온도를 가질 것이다.
추가로, 도 4에 도시된 바와 같이, 레잉 파이프의 중간 섹션(28b)은 축(A)에 대한 그의 회전의 결과로서 원심력(FCEN)을 받을 것이다. 이러한 힘은 레잉 파이프의 안내 경로에 대해 수직인 힘(FN)과, 레잉 파이프의 전달 단부를 향해 가해지는 구동력(FD)으로 분해될 수 있다. 구동력(FD)은 레잉 파이프를 통과하는 열간 압연된 제품에 의해 가해지는 추가의 구동력에 의해 증배될 것이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 내측 튜브가 열간 압연된 제품과의 접촉에 의해 가열되는 동안, 이는 팽창을 겪어서, 진입 단부(화살표(FEE) 및 전달 단부(화살표(FDE))를 향한 반대 방향들로 힘을 가할 것이다. 확창력(FEE, FDE)은 마찰력(FF)을 극복하기에 충분하다. 확장력(FEE)은 확장력(FDE) 및 구동력(FD)의 합에 의해 극복되어, 내측 튜브(36)가 외측 튜브의 전달 단부를 향해 외측 튜브(34) 내에서 증분식으로 변이되게 한다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 내측 튜브(36)의 온도가 안정화되면, 확장 또는 수축력이 없다. 마찰력(FF)은 구동력(FD)을 극복하고, 내측 튜브는 외측 튜브 내에서 고정 유지된다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 내측 튜브가 냉각되면, 이는 수축을 겪어서, 다시 진입 단부(화살표(CEE)) 및 전달 단부(화살표(CDE))를 향한 대향력들을 가할 것이다. 힘(CEE, CDE)은 마찰력(FF)을 극복하기에 충분하다. 수축력(CEE)은 수축력(CDE) 및 구동력(FD)의 합에 의해 극복되어, 내측 튜브(36)의 진입 단부가 외측 튜브의 전달 단부를 향해 외측 튜브 내에서 증분식으로 변이되게 한다.
따라서, 레잉 파이프가 가열 및 냉각 사이클을 겪는 동안, 내측 튜브(36)는 외측 튜브의 전달 단부를 향한 일 방향으로 증분식으로 변이됨을 알 것이다. 이러한 증분식 변이는 열간 압연된 제품과 마찰 접촉하는 내측 튜브의 내부 표면을 변화시켜서 갱신하고, 그렇게 하여, 임의의 하나의 주어진 영역에서 지속되는 마찰 접촉을 회피할 것이다.
내측 튜브의 증분식 전진을 보상하기 위해 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 레잉 파이프의 진입 단부는 외측 튜브(34)의 진입 섹션(28a)에 고정된 진입 안내부(38)를 구비한다. 진입 안내부는 내측 튜브(36)의 진입 섹션 내로 삽통식으로 돌출하는 안내 튜브(40)를 포함한다. 중첩 거리("D")는 내측 파이프 내로의 제품의 원활한 안내를 저해할 수 있는 갭을 생성하지 않고서 내측 튜브의 진입 단부의 증분식 전진을 수용하기에 충분하다.
내측 튜브(36)는, 예컨대, 빌릿들 사이에서, 압연기 보수를 위한 운전 정지 시간 중에, 압연 프로그램에서의 통상의 갭의 결과로서 가열 및 냉각 사이클을 겪을 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 가열 및 냉각 사이클은 도 5의 42에서 점선 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 예를 들어, 진입 안내부 내로 수증기를 도입함으로써, 제어될 것이다.

Claims (10)

  1. 압연기 레잉 헤드 내의 축에 대해 회전하도록 구성된 레잉 파이프이며,
    상기 축과 정렬된 진입 섹션, 상기 축으로부터 멀리 만곡된 중간 섹션, 및 상기 축으로부터 측정된 일정한 반경을 갖는 전달 섹션을 갖는 금속 외측 튜브;
    상기 외측 튜브의 진입, 중간, 및 전달 섹션을 각각 라이닝하는 진입, 중간, 및 전달 섹션을 갖는 금속 내측 튜브
    를 포함하고,
    상기 내측 튜브는 상기 외측 튜브와의 마찰 접촉에 의해서만 상기 외측 튜브에 대한 이동에 대항하여 구속되고, 상기 내측 튜브는 상기 축에 대한 상기 레잉 파이프의 회전 중에 가열 및 냉각 사이클에 응답하여 일 방향으로 상기 외측 튜브 내에서 증분식으로 이동 가능한 레잉 파이프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내측 및 외측 튜브의 금속은 철금속, 니켈계 합금, 코발트계 합금, 및 티타늄계 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 레잉 파이프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외측 튜브의 진입 섹션에 고정된 진입 안내부를 추가로 포함하고, 상기 진입 안내부는 상기 내측 튜브의 진입 섹션 내로 돌출하는 진입 튜브를 갖는 레잉 파이프.
  4. 제3항에 있어서, 상기 진입 튜브는 상기 진입 튜브와 상기 내측 튜브 사이에서 생성되는 갭이 없이 상기 내측 츄브의 진입 단부의 증분식 전진을 수용하기에 충분한 중첩 거리만큼 상기 내측 튜브의 진입 섹션 내로 돌출하는 레잉 파이프.
  5. 제3항에 있어서, 상기 진입 안내부는 유체 냉각제의 도입을 수용하도록 구성되고 배열되는 레잉 파이프.
  6. 축에 대해 회전하도록 구성되고, 열간 압연된 제품을 일련의 나선형 고리로 성형되도록 유도하는 레잉 파이프에서 사용하기 위한, 상기 제품과의 마찰 접촉으로부터 생성되는 국소적인 가속된 마모에 노출되는 내부 파이프 표면을 주기적으로 변화시키는 방법이며,
    금속 내측 튜브로 라이닝된 금속 외측 튜브의 조립체로서 레잉 파이프를 구성하는 단계 - 상기 내측 튜브는 상기 외측 튜브와의 마찰 접촉에 의해서만 상기 외측 튜브 내에서 이동에 대항하여 구속되고, 상기 레잉 파이프는 상기 축과 정렬된 진입 섹션, 상기 축으로부터 멀리 만곡된 중간 섹션, 및 상기 축으로부터 측정된 일정한 반경을 갖는 전달 섹션을 가짐 -;
    상기 축에 대해 상기 레잉 파이프를 회전시키며, 동시에 상기 내측 튜브를 통해 열간 압연된 제품을 유도하는 단계; 및
    상기 내측 튜브를 가열 및 냉각 사이클을 주기적으로 받게 함으로써 상기 외측 튜브 내에서 상기 내측 튜브를 증분식으로 전진시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 내측 및 외측 튜브의 금속은 철금속, 니켈계 합금, 코발트계 합금, 및 티타늄계 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 내측 튜브는 상기 레잉 파이프를 통해 유도되는 열간 압연된 제품과의 접촉에 의해 가열되는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 내측 튜브는 약 400℃의 상승된 온도로 가열되는 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 가열 및 냉각 사이클은 상기 축에 대한 상기 레잉 파이프의 회전 중에 발생하는 방법.
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