KR20150047327A - H형강 제조용 연속 압연기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 H형강 제조용 연속 압연기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 H형강의 플랜지 폭 확대로 인해 대형 H형강을 생산하도록 하는 H형강 제조용 연속 압연기에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예는 다수의 압연롤을 갖는 H형강 제조용 연속 압연기에 있어서, H형강의 웨브를 형성하는 상측 및 하측 수평롤과, H형강의 플랜지를 형성하는 좌측 및 우측 수직롤을 포함하되, 상기 수평롤에서 H형강의 플랜지와 접하는 측면부는 경사면을 형성하고, 상기 수직롤은 상기 수평롤의 경사면과 대향하게 배치되어 제 1 테이퍼각으로 형성된 제 1 테이퍼면과 상기 제 1 테이퍼면에서 연장 형성되어 제 2 테이퍼각으로 형성된 제 2 테이퍼면을 포함하는 것을 제공한다.

Description

H형강 제조용 연속 압연기{CONTINUOUS SHAPE ROLLING MILL FOR H-BEAM}
본 발명은 H형강 제조용 연속 압연기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 H형강의 플랜지 폭 확대로 인해 대형 H형강을 생산하도록 하는 H형강 제조용 연속 압연기에 관한 것이다.
일반적으로 H형강은 구조용 강재로서 열간압연(熱間壓延)에 의해서 만들어진다. H형 중앙의 가로봉에 해당하는 부분을 웨브(web), 양쪽의 세로봉에 해당하는 부분을 플랜지(flange)라고 한다.
H형강에 있어서, 플랜지가 300mm 이하인 것을 주니어 사이즈, 300mm 이상인 것을 시니어 사이즈라고 한다. 웨브의 너비가 넓은 것은 와이드 플랜지 H형강이라 하는데, 전체적인 단면 형상이 사각형이기 때문에 건물의 기둥과 보로 사용하기 쉽다. H형강의 규격은 KS D 3503에, 그 모양과 치수는 KS D 3051에 규정되어 있다.
H형강은 연주설비로 제조된 빔 블랭크(Beam Blank)를 가열로에서 재가열한 후 이송시키면서 상측, 하측, 좌측, 우측, 4방향에서 열간 압연한 후 냉각 장치로 냉각하여 제조한다.
이와 같은 압연과정은 일반적으로 연속 밀이라는 복수의 연속 압연기에서 조압연, 중간압연, 사상 압연을 통해 순차적으로 수행된다. 압연기에서는 압연롤이 서로 마주보는 방향으로 회전하면서 빔 블랭크에 힘을 가해 연속적으로 압연을 수행하게 된다. 일예로 빔 블랭크가 이송되는 경로 상에 9개의 압연기가 구비되는 경우, 통상, 제 3, 6, 8 압연기로는 2단 압연기가 사용되고, 제 1, 9 압연기로는 유니버셜 압연기가 사용되며, 제 2, 4, 5, 7 압연기로는 2단 압연기와 유니버셜 압연기가 선택적으로 사용될 수 있다.
여기서, 2단 압연기는 상, 하측에 대향하게 배치되는 수평롤부재를 구비한 압연기이고, 유니버셜 압연기는 상, 하측에 대향하게 구비되는 수평롤부재 및 좌, 우측에 대향하게 배치되는 수직롤부재를 구비한 압연기이다.
가열로에서 압연된 반제품인 빔 블랭크는 조압연, 중간 압연, 사상 압연 공정을 행하는 복수의 연속 압연기로 치입되기 전에 상, 하측 수평롤부재를 구비한 2단 압연기인 리버스 압연기로 몸체 중앙부를 압연하여 중앙의 웨브와 양측 플랜지를 갖는 H형강용 압연 소재로 성형하는 초기 조형 공정단계를 거친 후 연속 압연기의 제 1 압연기로 치입될 수 있다.
이와 같은H형강을 제조하기 위한 연속 압연기는, 안정적인 압연 공정을 거치면서 치입 시 발생하는 오작동을 방지하고, 압연 제품의 생산성과 내구성을 증대시켜 불량률을 줄이는 효과가 요구되었다.
따라서, 종래에는 공개특허 제 10-2009-0068922호가 제시되었다.
도 1에서 도시한 것과 같이, 종래의 연속 압연기(10)는 상측 및 하측 수평롤(12′; 12″ )과 좌측 및 우측 수직롤(14′; 14″)의 4롤로 이루어진 유니버셜 압연기로서 압하율 및 감면율이 크게 형성된다. 가열로를 통과한 빔 블랭크는 연속 압연기(10)의 수평롤(12) 및 수직롤(14) 사이로 통과되어 웨브와 플랜지로 이루어지는 H형강(1)의 형상이 만들어진다. 순차적인 압연 공정을 거친 뒤 최종 압연기(10n)로서 유니버셜 압연기를 사용하여 최종제품과 동일한 규격의 H형강(1)을 제조한다.
이때, 도 2에서 도시한 것과 같이, 단일 테이퍼면이 적용된 연속 압연기(10)의 수직롤(14)은 단계적으로 단일 테이퍼면(14a)의 각도가 A°에서 A′°를 거쳐 단계적으로 0°(수직)로 변화되면서 H형강(1)의 플랜지 각도를 변화시키고, 이로 인해 플랜지의 폭과 압연 치입성이 증대된다.
하지만, 종래 수직롤(14)은 단일 테이퍼면(14a)이 적용되므로, 작은 사이즈의 소재로 대형 소재를 압연할 시 압연 소재의 플랜지 폭 한계로 제품의 치수불량 및 표면불량이 발생하는 문제점이 제기되었다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 초기 압연시 확보된 플랜지 폭을 선단부로 확장시켜 대형 H형강을 생산할 수 있도록 하는 H형강 제조용 연속 압연기를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 다수의 압연롤을 갖는 H형강 제조용 연속 압연기에 있어서, H형강의 웨브를 형성하는 상측 및 하측 수평롤과, H형강의 플랜지를 형성하는 좌측 및 우측 수직롤을 포함하되, 상기 수평롤에서 H형강의 플랜지와 접하는 측면부는 경사면을 형성하고, 상기 수직롤은 상기 수평롤의 경사면과 대향하게 배치되어 제 1 테이퍼각으로 형성된 제 1 테이퍼면과 상기 제 1 테이퍼면에서 연장 형성되어 제 2 테이퍼각으로 형성된 제 2 테이퍼면을 포함하는 것을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 수직롤의 제 2 테이퍼각은 상기 제 1 테이퍼각에 비해 작을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 수평롤의 경사면은 외주면을 중심으로 α°의 기울기를 갖고, 상기 기울기 α°로 상기 수직롤의 제 1 테이퍼각이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 수직롤의 중심부에서 상기 제 1 테이퍼면과 상기 제 2 테이퍼면이 접하는 모서리까지의 거리 D는 연속 압연기의 후단으로 갈수록 커질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 수직롤에는 세 개 이상의 테이퍼면이 형성된 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 수직롤에 형성된 제 2 테이퍼면으로 인해 H형강의 플랜지 폭이 확보되어 다음 압연기의 압연을 통해 플랜지의 선단부로 폭을 확장할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 H형강 제조용 연속 압연기의 공정도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 공정도를 통한 종래 H형강의 단면변화 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 H형강 제조용 연속 압연기의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 본 발명에 따른 실시예로 제조된 H형강 압연 중간 단계의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 H형강 제조용 연속 압연기의 또다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 H형강 제조용 연속 압연기의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 실시예로 제조된 H형강 압연 중간 단계의 도면인 바, 이를 바탕으로 설명한다.
먼저, 도 3에서 도시된 바와 같이, 다수의 압연롤을 갖는 H형강(5) 제조용 연속 압연기(50)는 H형강(5)의 웨브를 형성하는 상측 및 하측 수평롤(52′, 52″)과, H형강(5)의 플랜지를 형성하는 좌측 및 우측 수직롤(54′, 54″)을 포함한다.
수평롤(52)에서 H형강(5)의 플랜지와 접하는 측면부는 경사면(52a)을 형성하고, 수직롤(54)은 수평롤(52)의 경사면(52a)과 대향하게 배치되어 제 1 테이퍼각으로 형성된 제 1 테이퍼면(54a)과 제 1 테이퍼면(54a)에서 연장 형성되어 제 2 테이퍼각으로 형성된 제 2 테이퍼면(54b)을 포함한다.
그리고, 수평롤(52)의 경사면(52a)은 가상의 수직면에 대해 α°의 기울기를 갖고, 기울기 α°로 수직롤(54)의 제 1 테이퍼각이 형성된다.
본 실시예에 따른 연속 압연기(50)의 구조에 있어서, 상측 수평롤(52′)과 대향하게 하측 수평롤(52″)이 배치되고, 상측 및 하측 수평롤(52′, 52″)을 기준으로 좌측 및 우측 수직롤(54′, 54″)이 배치되는데, 상측 및 하측 수평롤(52', 52")과 좌측 및 우측 수직롤(54′, 54″)의 이격된 거리 또는 수평롤(52)과 수직롤(54)의 소재종류 및 설치방법 등과 같이 본 실시예가 설명하고자 하는 기술내용을 벗어나는 사항들은 공지된 표준규격 등과 같은 공보기술로 충분히 대체가능하므로 구체적인 설명은 생략한다.
수직롤(54)의 제 2 테이퍼각 β°는 제 1 테이퍼면(54a)에 대해 제 2 테이퍼면(54b)이 이루는 것을 의미한다. 제 2 테이퍼각 β°는 제 1 테이퍼각 α°에 비해 작을 수 있다.
수직롤(54)의 제 2 테이퍼각을 설정함에 있어서, 제 2 테이퍼각에 급격한 변화를 주면 H형강(5)의 플랜지 폭 선단부가 안정적으로 확보되지 못하는 결과를 가져올 수 있다.
따라서, 제 2 테이퍼각 β°를 제 1 테이퍼각 α°에 비해 작게 설정한다면 최소한의 치수변화로 플랜지 선단부의 충만도를 높이고 플랜지 폭도 확보할 수 있다.
전술한 실시예에서는 수직롤(54)에 2개의 테이퍼면이 형성된 것으로 설명하였으나, 수직롤(54)에는 세 개 이상의 테이퍼면이 형성될 수도 있다.
예컨대, 수직롤(54)의 제 2 테이퍼면(54b)에서 연장 형성되어 제 3 테이퍼면을 형성 후 추가적인 테이퍼면의 연장 형성을 이룬다면 플랜지 선단부로 압연 소재의 흐름이 늘어나기 때문에 플랜지 폭이 더욱 늘어날 수 있고, 다음 단계의 압연기를 통해서 늘어난 플랜지의 폭을 확보할 수 있다.
이때, 수직롤(54)의 제 2 테이퍼면(54b) 이후에 형성되는 테이퍼면은 앞서 형성된 테이퍼면의 테이퍼각보다 작도록 설정하여 형성될 수 있다.
추가적인 수직롤(54)의 테이퍼면 형성에 있어서, 무리한 수직롤(54)의 테이퍼면 형성은 작업자가 뜻하지 않은 규격의 결과물이 생산될 수 있으므로, 본 발명에 따른 테이퍼면은 반복적인 실시예를 바탕으로 한 공정실험을 거친 뒤 생산된 소재가 작업현장에서 안정적인 내구성으로 설치될 수 있도록 형성되어야 함은 물론이다.
한편, 도 4는 도 3의 본 발명에 따른 실시예로 제조된 H형강 압연 중간 단계의 도면이다.
도 3을 참고로 도 4를 설명하자면, 전술된 본 발명에 따른 H형강(5) 제조용 연속 압연기(50)를 통해 제조된 H형강(5)은, 제 2 테이퍼면(54b)의 제 2 테이퍼각에 대응하여 플랜지의 선단부에 압연 소재의 흐름이 원활해지고, 이로 인해 선단부의 폭이 늘어나면서 후공정 압연 시 플랜지의 선단부로 폭 확장이 구현될 수 있다.
따라서, 전술된 수직롤(54)의 제 2 테이퍼면(54b)으로 인해 H형강(5)의 선단부에서 증가된 폭(T)이 연속 압연과정을 거쳐 플랜지의 각도가 0°로 이루어짐과 동시에 늘어나면서 H형강(5)의 대형화가 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 H형강 제조용 연속 압연기의 또다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5에서 도시된 바와 같이, 수직롤(54)의 중심부에서 상기 제 1 테이퍼면(54a)과 상기 제 2 테이퍼면(54b)이 접하는 모서리(M)까지의 거리 D는 연속 압연기(50)의 후단으로 갈수록 커질 수 있다.
연속 압연기(50)에 있어서, 도 5(a)의 선공정을 진행하는 연속 압연기(50)의 수직롤(54)에는 제 1 테이퍼면(54a)에서 연장 형성되어 접하는 제 2 테이퍼면(54b)과 제 2 테이퍼면(54b)의 모서리(M)는 수직롤(54)의 중심부에서 거리 D1의 위치에 형성되고, 후공정인 도 5(b)의 연속 압연기(50a)에서는 수직롤(54)의 중심부에서 거리 D2에 위치할 수 있으며, 마무리 단계에 이르는 연속 압연기(50c)에서는 도 5(c)에서와 같이, 플랜지의 선단부에 이르는 위치까지 거리 D3를 갖는 제 2 테이퍼면(54b)이 형성될 수 있다.
여기서, D1보다 D2가 크고, D2보다 D3가 크게 형성된다.
따라서, 도 5(d)에서 도시한 것과 같이, 압연 소재의 형상이 완료되는 최종 단계의 연속 압연기(50c)에서는, 전술된 도 5(a) 내지 도 5(c)의 순차적인 공정으로 인해 수직롤(54)의 제 1 테이퍼면(54a)과 제 2 테이퍼면(54b)이 접하여 형성된 모서리(M)가 수직롤(54)의 중심부에서 거리 D의 위치로 변화되므로, 플랜지의 선단부로 폭 확장이 되도록 압연 소재의 흐름을 선단부로 유도가능하게 하여 최종 생산된 압연 소재의 플랜지 폭은 안정적으로 확보될 수 있게 된다.
한편, 전술된 기술내용과 도시된 도 5에서는, 우측 수직롤(54″)로 실시예를 설명했지만, 수직롤(54)은 좌측 및 우측 수직롤(54′, 54″)이 대향하게 위치하므로 전술된 우측 수직롤(54″)의 기술내용은 좌측 수직롤(54′)에도 적용되는 것이고, 수직롤(54)의 중심부에서 제 1 테이퍼면(54a)과 제 2 테이퍼면(54b)이 접하는 모서리(M)까지의 거리 D는 높이 또는 길이 등과 같이 이격된 위치를 나타낼 수 있는 명칭이라면 통상적이거나 또는 공보기술의 명칭으로 대체가능함은 물론이다.
다음으로, 전술된 내용을 참고하여 본 발명에 따른 H형강(5) 제조용 연속 압연기(50)를 사용하여 H형강(5)을 압연하는 제조방법을 개략적으로 설명하고자 한다.
그러나, 본 발명의 실시예가 후술될 제조방법으로 한정되는 것은 아님을 밝힌다.
본 발명에 따른 H형강(5)의 압연 제조방법은 생산하고자 하는 소재의 압연 시 안정적인 압연으로 플랜지의 폭을 확보하여 대형 H형강(5)을 제조하기 위함이다.
따라서, 압연 소재는 조압연을 거치면서 두께와 폭을 확보하고, 사상 압연에서 연속밀 압연을 거쳐 더욱 정교한 내구성의 제품으로 만들어지는 것이다.
본 발명에 따른 구체적인 H형강(5)의 제조방법에 있어서, 일단 가열로에서 빔 블랭크를 재가열한 후 상측 및 하측 롤부재를 구비한 2단 압연기인 리버스 압연기로 빔 블랭크의 몸체 중앙부를 압연하여 중앙의 웨브와 양측 플랜지를 갖는 H형강 압연 소재로 성형하는 초기 조형 공정단계를 거친다.
초기 조형 공정 단계로 형성된 압연 소재는 조압연, 중간 압연, 사상 압연 공정이 행해지는 복수의 압연기로 치입되는데, 치입될 때 단부가 일단 모터에 의해 구동되는 수평롤(52)에 접촉하면서 수평롤(52)의 구동력에 의해 원활히 내부로 치입되며, 치입된 후 수평롤(52)와 수직롤(54)에 의해 웨브의 상, 하부면과 플랜지의 내, 외측면이 동시에 압연된다.
이때, 본 발명에 따른 제 1, 2 테이퍼면(54a, 54b)이 형성된 수직롤(54)은 H형강(5)용 압연 소재의 형상에 대응되는 서로 다른 기울기의 제 1, 2 테이퍼각을 형성하여 순차적인 연속 압연을 거치는 동안에 플랜지의 선단부로 폭 확장이 유도되기 때문에 플랜지 폭의 한계를 극복하여 대형 H형강(5)을 생산할 수 있는 것이다.
한편, H형강(5) 제조 시에는 압연 소재의 치입 과정에서 압연 소재의 센터링에 문제가 발생할 수 있으므로 롤부재의 폭 조정이 필요하다.
그러므로, 생산하고자 하는 제품의 규격보다 규격이 큰 H형강(5) 생산라인에서는 상측, 하측 롤부재의 간격 조정을 통해 압연을 수행하는데, 이 경우 상측, 하측 롤부재의 간격이 조정되면 높은 압하비로 인해 플랜지가 구부려지는 과에징이 발생하고, 압연 소재의 다음 압연기 치입 시 문제가 발생할 수 있다.
또한, 플랜지의 과에징은 압연 소재의 다음 압연기 치입이 가능한 경우에도 과하게 구부려진 부분이 펴지면서 웨브와 플랜지의 편심 편차를 발생시켜 최종 제품의 품질에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 플랜지의 과에징 발생이 방지되도록 조압연과 조압연 다음의 첫 번째 연속밀 압연에서 웨브와 플랜지의 압하비를 조절해야만 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1, 5: H형강 10, 50,: 연속 압연기
12, 52: 수평롤 14, 54: 수직롤
52a: 경사면 54a: 제 1 테이퍼면
54b: 제 2 테이퍼면
T: 충만된 폭 M: 모서리

Claims (5)

  1. 다수의 압연롤을 갖는 H형강 제조용 연속 압연기에 있어서,
    H형강의 웨브를 형성하는 상측 및 하측 수평롤과, H형강의 플랜지를 형성하는 좌측 및 우측 수직롤을 포함하되,
    상기 수평롤에서 H형강의 플랜지와 접하는 측면부는 경사면을 형성하고,
    상기 수직롤은 상기 수평롤의 경사면과 대향하게 배치되어 제 1 테이퍼각으로 형성된 제 1 테이퍼면과 상기 제 1 테이퍼면에서 연장 형성되어 제 2 테이퍼각으로 형성된 제 2 테이퍼면을 포함하는 것을 특징으로 하는 H형강 제조용 연속 압연기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직롤의 제 2 테이퍼각은 상기 제 1 테이퍼각에 비해 작은 것을 특징으로 하는 H형강 제조용 연속 압연기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수평롤의 경사면은 외주면을 중심으로 α°의 기울기를 갖고, 상기 기울기 α°로 상기 수직롤의 제 1 테이퍼각이 형성된 것을 특징으로 하는 H형강 제조용 연속 압연기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직롤의 중심부에서 상기 제 1 테이퍼면과 상기 제 2 테이퍼면이 접하는 모서리까지의 거리 D는 연속 압연기의 후단으로 갈수록 커지는 것을 특징으로 하는 H형강 제조용 연속 압연기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직롤에는 세 개 이상의 테이퍼면이 형성된 것을 더 포함하는 H형강 제조용 연속 압연기.
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