KR850001522B1 - 용접 이음을 하지않은 대구경관의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용접 이음을 하지않은 대구경관의 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 장치의 개략도.

제2도와 제2a도는 본 발명에 따른 천공장치의 설명도.

제3도는 본 발명에 따른 신장장치의 설명도.

제4a도 내지 제4h도 본 발명에 따른 대표적인 실시예의 연속압연단계를 도시한 도면.

본 발명은 용접 이음을 하지않고 금속관을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 대구경 관의 제조방법에 관한 것이다.

금속관의 제조단계는 2단계로 구분되는 바, 제1단계는 단면형상이 원형 또는 다각형인 가열상태의 반제품에 구멍을 뚫어서 완제품관보다 두께가 두꺼운 중공 블랭크(관이 완성되기 전의 관형동체)를 만드는 단계이고, 제2단계는 맨드렐로 중공블랭크를 압연하여 두께가 얇고 길이가 긴 관을 완성하는 단계이다.

이러한 압연작업을 수행하는 압연기의 예로는 필거압연기(pilger mill)가 있는데, 이 압연기를 사용할 경우에는 길이가 25m에 이르는 얇은 관이나 두꺼운 관을 모두 제조할 수 있긴 하나 작업시간이 비교적 오래 걸리는 결점이 있다.

금속관 제조용 압연기의 다른 예로는 작업속도가 빠른 스티펠압연기(stiefel mill)가 있으나 이 압연기 역시 제조관의 두께와 길이에 제한을 받게되는 기술적인 문제점이 있다.

또한 외경 160mm까지는 두께 4.5mm의 관으로, 또는 외경이 그 이상일때는 두께 5.6mm의 관으로 만드는데 가능한 최대길이는 약 14m이다.

이러한 압연 단계를 수행하는 가장 최근의 방법은 다수에 하우징을 가진 연속압연기를 사용하는 것이다. 이들 연속 압연기는, 예를들어 76mm, 82mm, 114mm등(압연관의 직경)의 소구경관의 범위를 점차 만족시켜 가고 있으며, 결국 140mm의 관을 얻을수 있게 되었다. 면밀한 기술적인 주의를 기울인다면 어떤 압연기는 168mm관도 제작할 수 있다.

후자의 경우에 있어서 압연으로 일련의 로울쌍의 홈과 압연작업시 제품과 함께 이동하는 긴 맨드렐 또는 바 사이에서 약 1000-1100℃의 온도로 매우 두꺼운 원통형 중공 블랭크를 제조함에 의해 행하여진다.

일반적으로 8쌍(압연기 하우징 하나에 한쌍) 로울이 사용되며, 하우징은 하나의 프레임 위에 고정되어지며 서로 90°각도로 연속적으로 배치된다. 물론 압연되는 동안에 제품의 단면적을 변화할 수 있도록 로울의 각속도가 선택되어야 한다.

연속 압연기는 높은 생산성, 관의 균일성에 있어서 장점이 있다. 물론 전기한 높은 생산성과 관의 균일성을 개선하는 일은 새로운 생산 설비를 설치하거나 현존 설비의 용량을 확장시키는 경우에 매우 중요한 요인이 된다.

이러한 관점에서 연속 압연기의 투자중 약 절반 정도가 압연맨드렐을 위한 것인데, 이는 맨드렐이 작업상 결정적인 요소이기 때문이다. 그러므로 용접이음을 하지 않음 관의 제조에 필요한 장치중 맨드렐이 최적 작업조건하에 유지되어야 한다는 것은 필수적이다.

현재의 문제는 용접이음을 하지 않고도 직경이 170mm 이상인 대구경관을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

특히 어려운 점은 얇은 대구경관을 제조하는 것인데, 그 표준은 일반적으로 관의 직경과 두께 사이의 비(D/e)를 사용한다. 정상적인 조건하에서 현존하는 것이 압연기는 D/e의 비가 38(D=152.5mm, e=4mm)까지 도달할 수 있다. 그러나 D/e의 비가 증가하게 되면, 관의 제조가 거의 불가능해진다. 즉 최대한의 주의를 기울여서 관을 제조한다 할지라도 채산성이 맞는 만큼의 완제품을 생산할 수 없다. ("정상적인 압연조건"이라 하는 용어는, 압연시 호울더로서 사용되는 긴 맨드렐의 허용마모 값과 결합이 없는 관의 내부와 외부 표면의 정상적인 두께 오차(최대치 ±12.5%)내에서, 만족할만한 제품을 얻기위한 조건을 의미한다.)

그러므로 본 발명의 하나의 목적은 D=255mm이고 e=5.56mm(이 직경중에서는 최소 두께)로 된 D/e비가 45인 관을 제조하는 것이다.

현재의 압연기에 의해 대구경관을 제조하는 데에는 심각한 문제점들이 있다.

그 이유는, 만약 연속 압연기로써 대구경의 얇은 관을 제조하고자 할 경우, 다수의 압연 하우징이 필요하므로 압연기의 길이가 길어지게 되고, 따라서 제품의 온도가 급격히 감소되며, 특히 압연시 로울홈에서 금속이 횡방향으로 또는 원주방향으로 상당한 운동을 하기 때문이다.

그로므로 만족할만한 제품을 얻는 것은 어렵고, 어떤 경우에서도 맨드렐 또는 로울이 과다하게 마모된다.

본 발명의 목적을 좀더 정확히 말하면, 상기 언급한 문제점들을 제거하고 용점 이음을 하지 않은 대구경 금속관을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

이러한 목적은 본 발명에 따라, 경사진 로울러상에서 고온의 반제품으로부터 중공블랭크를 제조하는 천공공정과, 상기 고온의 중공블랭크를 신장하는 공정과, 이 고온의 중공블랭크로부터 소정의 직경 및 두께를 구비하는 관을 제조하는 연속 압연 공정으로 구성되는, 반제품으로부터 용접이음을 하지않은 금속관을 제조하는 방법에 있어서, 최초의 반제품을 관으로 변환시키는 총연신율이 (a) 천공 및 신장공정과(b) 연속 압연 공정 사이에서 균등하게 분배되게함과 동시에 천공 공정에서의 연신율과 신장공정에서, 연신율을 동일하게 하여 천공 공정에서의 연신율은 1.3-2, 신장 공정에서의 연신율은 1.4-2, 그리고 연속 압연 공정에서의 연신율은 4.5이하로 되게한 것을 특징으로 하는 용접이음을 하지 않은 대구경관 제조방법을 제공함으로써 달성되게 된다.

본 발명을 실시하는데 이용할 수 있는 장치에 있어서는 조정된 바에 고정된 천공 헤드로 구성된 하나의 맨드렐이 신장 장치와 연속 압연기에서 공동으로 사용되고, 신장 장치에는 맨드렐 헤드를 자유롭게 회전시키는 한편 축방향으로는 고정시키는 장치를 포함하고 있으며, 맨드렐의 조정된 바는 연속 압연기의 일련의 하우징 내에서 제품과 함께 구동되며, 맨드렐 및 냉각장치, 점검장치, 윤활장치등의 부속장치는 연속 압연기의 출구와 신장 장치의 입구 사이에서 운반된다. 또 연속 압연기는 맨드렐을 제어된 속도로 유지하기 위한 장치를 포함하고 있다.

또한, 본 발명을 실시하는 데 이용할 수 있는 장치에 있어서는 천공장치는 두개의 기울어진 로울과, 회전하는 두개의 베어링 디스크로 구성되어 있다. 신장장치는 두개의 비스듬한 실린더로 구성되고 상기 디스크와 동일한 디스크를 구비하고 있다. 연속 압연기는 7개 이하의 하우징으로 구성되어 있고, 연속압연기에 있어서 하우징에서의 로울은 닫혀진 홈 형태로 되어 있다.

본 발명의 또 다른 특징과 이점들은 첨부 도면을 참고로 한 하기 설명에 의해 명백하게 될 것이다.

본 발명의 방법은 연속 고온주조장치에 의해 작업장 혹은 다른 장소에서 제조된 강괴를 사용한다. 주지의 방법으로 강괴는 절단되어 반제품으로 되며, 반제품은 어떠한 단면을 가져도 무방하나 둥근 것이 바람직하다. 반제품은 가열로 (1)에서 1300℃ 정도의 온도로 가열된다. 가열후 반제품으로부터 신더(cinder)가 제거되며 반제품은 필요시 팔각형으로 성형되고 "센터링 프레스" 기계에 의해 한단부에 구멍이 만들어진다. 이러한 목적을 위해 사용되는 장치(도면을 간단히 하기위해 생략되었음)는 완성된 반제품의 온도가 약 1200℃정도가 되도록 고속으로 작동된다.

다음에 천공장치(2)로 들어가게 되는데, 제2도에 나타난 바와같이 천공장치는 블랭크(20)의 축에 관해 대칭인 기울어진 축 주위에서 같은 방향으로 회전하는 두 개의 실린더(21,22)로 구성되어 있다. 두 개의 실린더는 바(26)에서 돌출된 천공헤드(23)에 대향하여 블랭크에 압력을 가한다. 바(26)은 축방향 이동을 할 수 없는 반면 회전은 자유롭게 할 수 있도록 되어 있고, 같은 방식으로 블랭크(20)도 바아와 함께 실린더(21,22)의 회전에 의해 부과된 각속도로 회전하게 된다. 또 천공장치는 제2도에 수직이고 축(29)를 통하여 연장된 평면 근처에 두개의 가이드를 가지고 있다. 비록 오목한 횡방향홈을 가진 고정된 슈(shoe) 또는 축(29)에 평행한 아이들 실린더를 가이드로 이용할 수 있으나, 본 발명에서 이용한 장치에서는 디스크(27,28)(제2a도)과, 횡적으로 오목한 곡면으로 되어 있으며, 제2도의 평면에 평행한 축 주위를 회전하도록 되어있다. 본 발명에서 이용할 수 있는 장치가 최대직경까지 이러한 종류의 천공장치를 사용할 수 있기 때문에, 제조된 외부 표면은 결함이 없으며, 다른 천공 장치에서 가이드를 바꿈으로서 생기는 작업 중단이 일어나지 않았다. 제2도에서 블랭크(20)의 빗금친 부분은 금속이 변형되는 부분을 표시하는데, 이것은 출구에서 직경 d₁, 두께 e₁를 가지는 제1블랭크를 만들기 위한 것이다.

용접이음을 하지 않는 관의 제조에 있어서, 각 공정에서의 주요한 변수는 금속의 단면적 변화이다. "연신율"이라는 용어는, 각 공정에서의 최초의 단면적에 대한 최종 단면적의 비(A)를 의미한다. 특히 천공 공정에서의 연신율은 약 1.3 내지 2이다.

천공 공정시에 상기의 신장이 이루어지게 되면, 상술한 바와같은 본 발명의 근본적인 잇점 외에도 환상단면을 가진, 연속주조에 의해 얻어진 바를 정상조건(상기에서 정의함)하에서 사용할 수 있는 잇점이 제공된다.

또한, 천공 공정시에 블랭크의 D/e비를 낮게하는 것에 의해 중심위치의 정확성 및 높은 천공율을 얻을 수 있을뿐만 아니라 천공 맨드렐의 마모는 무시할 수 있을 정도로 된다. 또한 최초의 반제품의 길이와, 단위중량을 상당히 증가시킬 수 있기 때문에 단위시간당 생산고를 높일 수 있다.

제1도는 모터와 감속기어조립체(24,25)를 나타내는데, 이것은 각각 기울어진 실린더(21,22)를 구동시키는 것으로서, 그 회전 속도는 0-7m/sec 사이에서 조절될 수 있다. 또한 로울의 경사도를 조절하는 장치(도시안됨)도 있다.

천공후 천공 맨드렐은 장치(27)에 의해 후퇴하게 되며, 완전히 구멍이 뚫린 제1블랭크는 자동적으로 신장장치(3)(제1도)으로 운반되어 진다. 천공 맨드렐의 마모량이 얼마 안되기 때문에, 새로운 천공 작업을 위해 준비하여야 하는 복잡한 공정 회로를 준비할 필요가 없다.

본 발명의 중요한 특징에 따르면, 신장 공정시 천공된 제1블랭크는 셋 또는 두개의 로울로 되어 있는 신장장치에서 횡적으로 신장되는데, 이 신장장치에서 5-10%의 직경 감소가 일어날 수 있다.

이상과 같은 신장공정시 블랭크의 연신율(A)는 약 1.4-2 정도로 된다.

본 발명(제3도)에서 이용할 수 있는 신장장치는 두개의 기울어진 로울로 구성되며, 천공장치와 비교적 인접해 있다. 두개의 로울(31,32)는 같은 방향으로 회전하며, 바(36)에 달려있는 맨드렐(33)과 같은 방향으로 블랭크(30)를 회전시키는데, 여기서 바(36)는 축방향으로 이동할 수 없지만, 회전장치(37)에 의해 회전만은 자유롭게 할 수 있다. 로울(31,32)는 0-17°사이의 각도로 위치하고 있으며, 모터와 감속기어(34,35)에 의해 "0"에서부터 다양한 속도(최대회전속도=7m/sec) 사이에서 구동된다.

본 발명에서 이용할 수 있는 신장장치는 다소 두꺼운 블랭크에 사용할 수 있어서, 블랭크를 제조하기가 쉽고, 특히 블랭크의 직경이 감소되었을 때, 중심을 맞추기가 쉬워진다. 물론 장치의 출측 테이블은, 블랭크를 정확한 축 위치에 유지시키기 위해 바와 블랭크의 안내를 위한 일련의 장치를 가지고 있다.

다음에는 본 발명에 따라 연속 압연이 이루어진다. 따라서 블랭크는 신장장치(3)의 출측으로부터 연속 압연기(4)(제1도)의 입측으로 운반되어진다.

본 발명에서 이용할 수 있는 장치의 또 다른 특징에 따르면, 신장장치에서 사용한 맨드렐을 연속 압연기에 그대로 사용하는데, 그것의 헤드는 신장 장치에서 펀치역할을 하고, 그의 바는 연속 압연기에서 게이지 역할을 한다. 또 맨드렐은, 프랑스공화국 특허 제7231888호에 서술된 방법으로 연속 압연기의 입측에 위치한 맨드렐 지지벤치(bench)와 함께 작동하는 장치(40)에 의해 제어된 속도로 유지되어진다. 신장작업시 블랭크내로 삽입되어지는 신장바를 압연기 맨드렐로 사용하게 되면, 맨드렐과 블랭크 사이의 간격을 작게해도된다. 따라서, 블랭크에 맨드렐을 삽입한 채로 신속히 연속압연기로 이동시킬 수 있으므로 블랭크의 온도를 유지하기가 쉽다.

또, 연속 압연기는 각각의 90℃로 배치된 5-7개의 하우징(실시예에서 6개로 나타남)을 가지고 있다. 이들 하우징에서의 총연신율은 4.5 이하가 되도록 구성되어 있고, 응력이 가장 큰 하우징에서도 연신율이 1.4를 초과하지 않기 때문에 하우징 1개당의 연신율을 각 하우징에 균등하게 분배할 수 있다.

맨드렐의 마찰이 감소되므로, 그것의 마모는 정상 수준으로 유지된다. 특히 맨드렐 속도가 조절되어질때, 금속을 종방향으로 용이하게 이동할 수 있게 하고 맨드렐로부터의 이탈을 쉽게하며 얻어진 관의 두께를 일정하게 하기 위해서, 홈(닫혀진홈)의 형상을 수정한다.

제4a도로부터 제4h도까지는 본 발명에서 이용할 수 있는 6개의 하우징을 가진 연속압연기를 설명해준다. 실시예는 다음과 같다.

최초의 반제품 : 천공되지 않은 바, 직경=290mm, L=2m

천공후의 블랭크 : 직경=305mm, e=43.3mm, L=3.6mm, A=1.85(천공시)

신장후의 블랭크 : 직경=288mm, e=21.56mm, L=7.13m, A=1.98(신장시)

6개의 하우징을 가진 연속 압연 장치 :

하우징1 A=1.55 하우징4 A=1.25 A=4.21

하원징2 A=1.36 하우징5 A=1.12

하우징3 A=1.35 하우징6 A=1.06

압연된 관 : 직경=255mm, e=5.56mm, L=30m

제1도는, 관이 연속 압연기를 따라서 관과 맨드렐을 분리시키는 맨드렐 제거용 벤치(5) (캘리브레이터(calibrator)나 추출장치)로 이동되는 것을 나타내준다.

관은 콘베이어(6)쪽으로 이동되어지고, 맨드렐은 반환경로(50)을 따라 신장장치로 되돌아와서 냉각, 윤활 등 점검을 마친후 재사용된다.

다음에 관은 재조정(re-calibrated)되고, 재가열로를 통과한 후 수축장치나 인발장치 장치로 공급된 후 마무리처리를 행하게 된다.

신장 장치가 천공장치와 압연기 사이에 배치되어 있고, 또 전술한 바와같이 천공장치, 신장장치 및 압연기등에서의 신장되는 정도가 균등하므로, 강괴의 질이 고급이 아니더라도 우수한 품질을 가진 정상적인 두께의 대구경관의 제조에 사용되어질 수 있다. 또한, 같은 맨드렐을 신장과 압연에 함께 사용하기 때문에 압연시 맨드렐의 속도를 제어하게 되면 중심을 정확하게 잡을 수 있어서 압연에 기인되는 관의 살두께의 불균일성을 감소시킬 수 있고 관규격을 표준화시킬 수 있다. 또 다른 특징은 용이하게 맨드렐을 추출할 수 있다는 것과, 맨드렐의 마모를 적게하여 준다는 것인데, 본 발명을 실시하는데 이용한 장치가 있어서 맨드렐에 대한 투자비율이 크기 때문에 상기와 같은 사실은 중요한 인자가 된다.

물론 본 발명은 서술되어진 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 본 개념에 일치하는 다른 것들에도 적용되어질 수 있다. 예를 들어 두꺼운 관을 제조하기 위해서는, 제1도의 화살표(39)와 같은 우회 통로를 설비하여 블랭크를 신장장치로 직접 이동시키게 되면, 그 신장장치가 이번에는 천공 장치의 역할을 하게 된다.

Claims (1)

1. 경사진 로울러상에서 고온의 반제품으로부터 중공블랭크를 제조하는 천공공정과, 상기 고온의 중공블랭크를 신장하는 공정과, 이 고온의 중공블랭크로부터 소정의 직경 및 두께를 구비하는 관을 제조하는 연속압연공정으로 구성되는, 반제품으로부터 용접이음을 하지않은 금속관을 제조하는 방법에 있어서, 최초의 반제품을 관으로 변환시키는 총연신이(a)천공 및 신장공정과(b) 연속압연공정 사이에서 균등하게 분배되게 함과 동시에 천공공정에서의 연신율과 신장공정에서의 연신율을 동일하게 하여, 천공공정에서의 연신율은 1.3-2, 신장공정에서의 연신율은 1.4-2, 그리고 연속 압연공정에서의 연신율은 4.5이하로 되게 하는 것을 특징으로 용접이음을 하지않은 대구경관 제조방법.

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