KR20150028867A

KR20150028867A - 금속소재의 중심편석 제거장치

Info

Publication number: KR20150028867A
Application number: KR20130098122A
Authority: KR
Inventors: 손일헌; 신우기; 최명수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2015-03-17

Abstract

본 발명은 금속소재에 중심편석이 포함되는 브릿지를 형성하고 이러한 브릿지를 압연방식으로 밀어 매끄럽게 제거함으로써, 중심편석 제거와 동시에 금속소재의 표면에 버(burr)가 발생되는 것을 차단할 수 있는 금속소재의 중심편석 제거장치 및 제거방법에 관한 것이다.

Description

금속소재의 중심편석 제거장치 및 제거방법{Apparatus for eliminating center segregation of metal materials and method having the same}

본 발명은 금속소재의 중심편석 제거장치 및 제거방법에 관한 것으로, 구체적으로 블룸(bloom) 등의 금속소재에 중심편석이 포함되는 브릿지를 형성하고, 이를 밀어 압연하며 제거하여 금속소재의 표면에 버(burr)가 발생되는 것을 방지할 수 있는 금속소재의 중심편석 제거장치 및 제거방법에 관한 것이다.

고탄소강 선재는 주로 타이어코드(tire cord)나 베어링강(bearing steel) 제품에 많이 사용되고 있어 우수한 내부 품질을 확보하는 것이 중요하다. 타이어코드의 경우 고객사의 품질 지표로서 단선율이 중요하며, 이것에 영향을 줄 수 있는 것으로는 개재물과 중심편석을 들 수 있다. 베어링강의 경우 모든 기계의 필수품으로 사용되고 있으며 압축응력을 주기적으로 받기 때문에 피로수명(fatigue life)이 가장 중요한 품질 지표이며, 이에 영향을 줄 수 있는 인자로는 역시 개재물과 중심편석을 들 수 있다.

특히 고합금강인 베어링강의 중심편석은 연주 단계에서 불균일 냉각으로 인하여 발생이 되므로 구조적으로 발생할 수 밖에 없다. 중심편석을 효과적으로 제거할 수 있는 방법은 확산균열로를 사용하여 고온에서 장시간 유지함으로써 중심편석 정도를 감소시키는 것이다. 가열로의 온도와 시간을 조절함으로써 쉽게 적용할 수 있는 방법이지만 장시간 가열로 인하여 생산성이 저하되고 스케일이 많이 발생하여 실수율을 하락시키는 문제점이 있다. 가열로 스케일은 가열 온도가 상승함에 따라 급격히 증가하는 경향을 나타내므로 중심편석을 제거하기 위한 장시간의 가열은 제조 원가를 상승시킨다. 따라서 중심편석을 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 보유한다면 생산성 향상 및 실수율 향상을 동시에 이룰 수 있다.

도 1a는 일반압연과정을 도시하고 있는데, 블룸(bloom;S1)의 중심부에 자리잡고 있는 중심편석(C1)은 압연이 완전히 진행되어 빌렛(billet)이 된 이후에도 여전히 중심부에 자리잡고 제거되지 않는다. 이는 제품 품질 저하의 원인이 된다.

이러한 중심편석으로 인한 문제를 해결하기 위해 도 1b에 도시된 것과 같이 슬릿압연과정이 도출되었다. 이는 블룸(S2)의 중앙부를 단계적으로 압연하여 2 개의 빌렛으로 형성하며 중심편석(C2) 부분이 블룸(S2)의 표층에 가까워지도록 하는 것이다. 이후 그라인딩(grinding) 등을 통해 중심편석(C2)이 포함된 부위를 제거하게 된다.

다만, 이 경우 중심편석 제거는 효과적이지만 압연 후에 중심편석이 제거되는 부위(A)에 그라인딩(grinding) 등에 의해 발생된 버(burr)가 잔존하게 되어 추가적인 제거작업이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 버(burr)가 완전히 제거되지 않는 경우에는 후속 공정에서 품질 저하를 유발할 수 있다.

중심편석 제거와 관련된 종래 기술로는 출원번호 PCT - BY2001 - 000009(출원일자:2001.06.29) 가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 금속소재에 중심편석이 포함되는 브릿지를 형성하고, 이러한 브릿지를 밀어 압연하여 절단함으로써, 금속소재로부터 중심편석이 제거될 때 금속소재의 표면에 버(burr)가 발생되는 것을 차단할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 다음과 같은 금속소재의 중심편석 제거장치 및 제거방법을 제공한다.

본 발명인 금속소재의 중심편석 제거장치 및 제거방법의 일 실시예는 금속소재의 중앙부를 압연하여 서로 대칭되는 한 쌍의 금속블록을 형성하고, 이러한 한 쌍의 금속블록간의 연결부에 중심편석이 포함되는 브릿지를 가공하며, 상기 브릿지를 압연방식을 통해 밀며 매끄럽게 절단함으로써, 금속소재에서 중심편석을 제거할 때에 종종 발생되는 버(burr)의 생성을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1a는 종래 일반압연과정에 따른 블룸(bloom) 중심부에 중심편석이 잔존하는 상태가 도시된 도이다.
도 1b는 종래 블룸(bloom) 중심부의 중심편석을 제거하기 위한 슬릿압연과정이 도시된 도이다.
도 2는 본 발명인 금속소재의 중심편석 제거장치에 의한 일 실시예의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 발명에 의해 금속소재의 중심편석 제거과정이 도시된 도이다.
도 4는 도 2에 도시된 발명에서 브릿지 절단롤의 부분확대도이다.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 금속소재의 중심편석 제거장치 및 제거방법에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.

이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 금속소재에 중심편석이 포함되는 브릿지를 형성하고, 이러한 브릿지를 밀어 압연하여 절단함으로써, 금속소재로부터 중심편석이 제거될 때 금속소재의 표면에 버(burr)가 발생되는 것을 차단하는 것을 기초로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명인 금속소재의 중심편석 제거장치에 의한 일 실시예의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 발명에 의해 금속소재의 중심편석 제거과정이 도시된 도이며, 도 4는 도 2에 도시된 발명에서 브릿지 절단롤의 부분확대도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명인 금속소재의 중심편석 제거장치(10)의 일 실시예는 브릿지 형성롤(20)과 브릿지 절단롤(30)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 브릿지 형성롤(20)은 유입되는 블룸(bloom) 등의 금속소재를 압연하여 금속소재를 서로 대칭되는 한 쌍의 금속블록(S3)으로 가공하고, 상기 한 쌍의 금속블록(S3)간의 연결부에 금속소재의 중심편석(C3)이 포함되는 브릿지(B)를 형성하도록 제공될 수 있다.

이러한 상기 브릿지 형성롤(20)은 압연기상에 상하로 한 쌍으로 배치되며, 중앙부에는 각각 브릿지 형성바(21a,21b,21c,21d)를 구비할 수 있다. 도 2를 참고하면, 상기 브릿지 절단롤(30)의 전방에 복수개의 브릿지 형성롤(20)이 배치된 것을 확인할 수 있다.

상기 브릿지 형성롤(20)은 복수개로 배치되며, 금속소재의 중앙부를 단계적으로 압연함으로써, 상기 브릿지(B)가 원활하게 형성되도록 한다. 이때 각각의 브릿지 형성롤(20)은 서로 다른 크기의 상기 브릿지 형성바(21a,21b,21c,21d)를 구비할 수 있다.

상기 브릿지 형성바(21a,21b,21c,21d)의 길이는 금속소재의 유입방향에서 상기 브릿지 절단롤(30)이 장착되는 압연기로 갈수록 커지도록 구성될 수 있다. 즉 금속소재는 상기 브릿지 형성롤(20)을 단계적으로 통과함에 따라 한 쌍의 금속블록(S3)으로 나눠지며, 상기 한 쌍의 금속블록(S3)간의 연결부는 상기 브릿지 형성바(21a,21b,21c,21d)에 의해 상기 브릿지(B)로 가공되게 된다.

이때 상기 브릿지 형성바(21a,21b,21c,21d)는 금속소재의 중앙부를 압연하게 되므로, 금속소재의 중심부에 위치한 중심편석(C3)은 상기 브릿지(B) 내부에 위치하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 브릿지 형성롤(20)을 4 개로 구성하고 있으나, 금속소재의 재질, 크기 등의 적용환경에 따라서는 2 개 또는 3개 등 다른 개수로 배치될 수 있다. 따라서 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 유입되는 금속소재는 각각의 브릿지 형성롤(20)을 복수회로 왕복하며, 각 단계에서 원하는 크기까지 브릿지(B)를 형성하도록 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 금속소재가 각 브릿지 형성롤(20)을 왕복하는 회수는 2회일 수 있으나, 이는 적용환경에 따라 달라질 수 있으므로, 반드시 이에 한정될 것은 아니다.

다음으로, 상기 브릿지 절단롤(30)은 상기 브릿지 형성롤(20)의 후방에 배치되며, 상기 브릿지 형성롤(20)에 의해 형성된 상기 브릿지(B)를 절단하여 금속소재의 중심편석(C3)을 제거하도록 제공될 수 있다.

이러한 상기 브릿지 절단롤(30)은 압연기상에 상하로 한 쌍으로 배치되며, 중앙부에는 서로 맞물리는 형상을 가진 제1,2 브릿지 절단바(31,35)를 구비할 수 있다.

도 4를 참고하면, 상기 제1 브릿지 절단바(31)는 상측 브릿지 절단롤(34)에 형성되며, 양측이 하방향으로 돌출된 양측돌출부(32)를 구비할 수 있고, 상기 제2 브릿지 절단바(35)는 하측 브릿지 절단롤(38)에 형성되며, 중앙측이 상방향으로 돌출된 중앙돌출부(36)를 구비할 수 있다. 이때 상기 양측돌출부(32)와 상기 중앙돌출부(36)는 서로 맞물려 있을 수 있다.

그리고 상기 양측돌출부(32)의 하단선(H1)상인 돌출단부(32a)는 상기 금속블록(S3)과 상기 브릿지(B)간의 연결중심선(P)보다 낮을 수 있다. 즉, 양측돌출부(32)의 돌출단부(32a)는 연결중심선(P)을 넘어서 돌출된다.

상기 중앙돌출부(36)의 상단선(H2)상인 돌출단부(36)는 상기 금속블록(S3)과 상기 브릿지(B)간의 연결중심선(P)보다 높을 수 있다. 즉, 중앙돌출부(36)의 돌출단부(36)는 연결중심선(P)을 넘어서 돌출된다.

이에 따라 유입되는 상기 한 쌍의 금속블록(S3)간에 형성된 브릿지(B)는 회전하는 상기 제1,2 브릿지 절단바(31,35)에 의해 상기 금속블록(S3)과 상기 브릿지(B)의 연결부위는 상기 양측돌출부(32)에 의해 하방향으로 밀리며 압연되고, 상기 브릿지(B)의 중앙부위는 상기 중앙돌출부(36)에 의해 상방향으로 밀리며 압연되며, 상기 한 쌍의 금속블록(S3)으로부터 절단되게 된다. 절단된 브릿지(B)는 전체적으로 역 브이(Λ)자 형태를 띄게 된다.

여기서 상기 제1,2 브릿지 절단바(31,35)는 서로 상하 비대칭으로 구성되어 있으나, 상기 제1,2 브릿지 절단바(31,35)는 압연방향으로 동일한 속도로 회전하고 있는 상태에서, 상기 브릿지(B) 부분을 역 브이(Λ)자 형태로 단단히 잡게 되므로, 상기 브릿지(B)의 절단은 밀림없이 보다 분명하게 이뤄지게 된다.

물론, 상기 제1,2 브릿지 절단바(31,35)는 상기 브릿지 절단롤(30)에 각각 서로 상하 반대로 부착되어 절단된 브릿지(B)가 브이(Ｖ)자 형태를 띄우도록 할 수 있다.

이때 상기 브릿지(B) 절단 간에 금속소재를 단단히 구속하기 위해 상기 브릿지 형성바(21a,21b,21c,21d)와 상기 제1,2 브릿지 절단바(31,35)의 폭(W)은 동일하게 구성할 수 있다. 이 경우 상기 브릿지 형성바(21a,21b,21c,21d)에 의해 형성된 한 쌍의 금속블록(S3)간의 연결부분에 상기 제1,2 브릿지 절단바(31,35)가 밀착되며 삽입되게 되어, 상기 브릿지(B)의 절단이 보다 정밀하게 이뤄질 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1 브릿지 절단바(31)에서 양측돌출부(32)의 하단선 및 상기 제2 브릿지 절단에서 중앙돌출부(36)의 상단선의 길이, 즉 상기 제1,2 브릿지 절단바(31,35)의 길이(H1,H2)는 다음 관계식으로 성립될 수 있다.

여기서 기호(H)는 상,하측 브릿지 절단롤(34,38)간의 거리이며, 기호(d)는 브릿지(B)의 두께를 나타낸다.

이때 상기 제1 브릿지 절단바(31)의 길이는 상기 금속블록(S3)과 상기 브릿지(B)간의 연결중심선(P)보다 낮게 위치하게 되고, 상기 제2 브릿지 절단바(35)의 길이는 상기 연결중심선(P)보다 높게 위치하게 되어, 상기 브릿지(B)를 절단할 수 있게 된다.

본 발명인 금속소재의 중심편석 제거장치(10)의 구성은 상기와 같으며, 이하에서는 금속소재의 중심편석 제거방법을 살펴보도록 한다.

본 발명인 금속소재의 중심편석 제거방법은 상기된 금속소재의 중심편석 제거장치(10)를 기본적으로 적용하여 도출하는 것이되, 반드시 이에 한정될 것은 아니며 동일한 작용, 효과를 가지는 다른 구성을 가진 장치를 통해서도 도출될 수 있음은 물론이다.

본 발명인 금속소재의 중심편석 제거방법의 일 실시예는 브릿지 형성단계와 브릿지 제거단계를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 브릿지 형성단계는 금속소재의 중심편석(C3)이 포함되는 브릿지(B)가 형성되도록, 금속소재를 압연하는 단계일 수 있다. 이는 상기 브릿지 형성롤(20)을 통해 구현되는데, 상기 브릿지 형성롤(20)을 이용하여 금속소재의 중앙부를 압연하여 금속소재를 서로 대칭되는 한 쌍의 금속블록(S3)으로 형성하고, 상기 한 쌍의 금속블록(S3)간의 연결부를 중심편석(C3)이 포함되는 브릿지(B)로 가공하게 된다.

상기된 바와 같이, 상기 브릿지 형성롤(20)은 복수개로 배치되고, 각각 서로 다른 크기의 브릿지 형성바(21a,21b,21c,21d)를 가지고 있으며, 유입되는 금속소재는 각각의 브릿지 형성롤(20)에 복수회로 왕복함으로써, 한 쌍의 금속블록(S3)으로 형성됨과 동시에 원하는 형상과 크기를 가진 브릿지(B)를 가공하게 된다.

이때 상기 금속블록(S3)의 형상은 상기 브릿지 형성롤(20)의 공형에 따라 다를 수 있으며, 작업자가 최종적으로 원하는 제품 형상으로 가공이 용이하도록 타원형, 원형, 직사각형 또는 마름모형 등으로 구현될 수 있다.

다음으로, 상기 브릿지 제거단계는 금속소재로부터 중심편석(C3)을 제거하기 위해, 상기 브릿지(B)를 제거하는 단계일 수 있으며, 이는 상기 브릿지 절단롤(30)을 이용하여 구현되게 된다.

이때 상기 브릿지(B) 제거시에 상기 금속소재의 표면, 엄밀하게는 상기 금속블록(S3)과 상기 브릿지(B)간의 연결부위에 버(burr)가 발생되는 것을 방지하도록, 상기 브릿지 절단롤(30)의 중앙부에 장착된 상기 제1,2 브릿지 절단바(31,35)가 상기 한 쌍의 금속블록(S3) 사이에 밀착되어 삽입되어 상기 한 쌍의 금속블록(S3)을 연결하는 상기 브릿지(B)를 상방향 또는 하방향으로 밀어 압연하며 제거하게 된다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1 브릿지 절단바(31)의 양측돌출부(32)가 상기 브릿지(B)를 하방향으로 밀어 압연하며 상기 브릿지(B)를 상기 금속블록(S3)으로부터 매끄럽게 절단하게 된다. 물론 상기 제1 브릿지 절단바(31)가 하측 브릿지 절단롤(34)에 장착되는 경우에는 상기 브릿지(B)를 상방향으로 밀어 매끄럽게 절단할 수도 있다.

본 발명은 상기와 같은 구성 및 방법을 통해 금속소재에 중심편석이 포함되는 브릿지를 형성하고, 이러한 브릿지를 밀어 압연하여 절단함으로써, 금속소재로부터 중심편석이 제거될 때 금속소재의 표면에 버(burr)가 발생되는 것을 차단할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

이상의 사항은 금속소재의 중심편석 제거장치 및 제거방법의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

20...브릿지 형성롤 30...브릿지 절단롤
31...제1 브릿지 절단바 32...양측돌출부
35...제2 브릿지 절단바 36...중앙돌출부
B...브릿지

Claims

금속소재를 서로 대칭되는 한 쌍의 금속블록으로 가공하여, 상기 한 쌍의 금속블록간의 연결부에 중심편석이 포함되는 브릿지가 형성되도록, 금속소재의 중앙부를 압연하는 브릿지 형성롤; 및
상기 브릿지 형성롤의 후방에 배치되며, 상기 브릿지를 절단하여 금속소재의 중심편석을 제거하는 브릿지 절단롤;
을 포함하는 금속소재의 중심편석 제거장치.
제1항에 있어서,
상기 브릿지 형성롤은 상하로 한 쌍으로 배치되며 중앙부에는 각각 브릿지 형성바를 구비하되, 금속소재의 중앙부를 단계적으로 압연하도록, 상기 브릿지 형성바를 서로 다른 크기로 구비하며 복수로 배치되는 것을 특징으로 하는 금속소재의 중심편석 제거장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 브릿지 절단롤은 상하로 한 쌍으로 배치되며 중앙부에는 서로 맞물리는 형상을 가진 제1,2 브릿지 절단바를 구비하되,
상기 제1 브릿지 절단바는 상측 브릿지 절단롤과 하측 브릿지 절단롤 중 어느 하나에 형성되며 양측이 하방향으로 돌출된 양측돌출부를 구비하고,
상기 제2 브릿지 절단바는 상측 브릿지 절단롤과 하측 브릿지 절단롤 중 다른 하나에 형성되며 중앙측이 상방향으로 돌출된 중앙돌출부를 구비하며,
상기 양측돌출부와 상기 중앙돌출부는 서로 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 금속소재의 중심편석 제거장치.
제3항에 있어서,
상기 양측돌출부의 돌출단부가 상기 금속블록과 상기 브릿지간의 연결중심선을 넘어 돌출되거나 상기 중앙돌출부의 돌출단부가 상기 연결중심선을 넘어 돌출되게 구성되는 것을 특징으로 하는 금속소재의 중심편석 제거장치.
제4항에 있어서,
상기 브릿지 형성바의 폭과 상기 제1,2 브릿지 절단바의 폭은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 금속소재의 중심편석 제거장치.
금속소재의 중심편석이 포함되는 브릿지가 형성되도록, 금속소재를 압연하는 브릿지 형성단계; 및
금속소재로부터 중심편석을 제거하기 위해, 상기 브릿지를 제거하는 브릿지 제거단계;
를 포함하는 금속소재의 중심편석 제거방법.
제6항에 있어서,
상기 브릿지 형성단계는,
금속소재의 중앙부를 압연하여 금속소재를 서로 대칭되는 한 쌍의 금속블록으로 형성하고, 상기 한 쌍의 금속블록간의 연결부를 중심편석이 포함되는 브릿지로 가공하는 것을 특징으로 하는 금속소재의 중심편석 제거방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 브릿지 제거단계는,
상기 브릿지 제거시에 상기 금속소재의 표면에 버(burr)가 발생되는 것을 방지하도록, 상기 브릿지를 상방향 또는 하방향으로 밀어 압연하며 제거하는 것을 특징으로 하는 금속소재의 중심편석 제거방법.