KR890002597B1 - 얇은 스트립을 감는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

얇은 스트립을 감는 방법

제1도는 종래의 직렬 배열 압연기(tandem mill)와 텐숀리일(tension reel)의 구성을 나타내는 개략도.

제2a도 및 제2b도는 각각 부적절한 코일링 장력으로 인하여 변형된 코일 형상을 나타내는 정면도.

제3도는 코일링 장력 및 스트립 두께에 따른 코일 변형한계치와 최종 스탠드의 출구측의 최적 장력 범위를 나타내는 그래프.

제4도는 약 0.2mm 두께의 스트립을 냉간 압연할때 최종 스탠드의 출구 측에서의 장력 분포를 나타내는 그래프.

제5도는 최종 스탠드의 출구 측 장력이 압연 특성에 미치는 영향을 나타내는 그래프.

제6도는 접촉각과 중립각의 관계를 나타내는 도해도.

제7도는 마찰계수가 최종 스탠드의 출구 측 장력과 접촉각에 대한 중립각의 비에 미치는 영향을 나타내는 그래프.

제8도는 코일링 장력과 두께와의 관계가 코일 변형에 미치는 영향을 나타내는 그래프.

제9도는 본 발명에 따라 최종 스탠드와 텐숀 리일 사이에 텐숀브리들 로울(tension bridle roll)을 갖는 냉각 압연 장치의 출구 측에서의 구성을 나타내는 개략도.

본 발명은 얇은 스트립을 감는 방법에 관한 것으로써, 특히 열간 압연된 강철 스트립을 직렬 배열 압연기를 통해 냉각압연 함으로써 수득한 얇은 스트립을 스트립의 파단 및 감겨진 코일 형상의 변형없이 바람직하게 감는 방법에 관한 것이다.

제1도에는 직렬 배열 압연기의 출구측의 텐숀 리일에 대한 종래의 구성이 도시되어 있다. 동도에서, 피클링 단(a pickling step)을 통과하여 열간 압연된 강스트립은 직렬배열 압연기(3)의 최종 스탠드(3a)를 통해 냉간 압연된 후 디플렉터 로울(deflector roll)(4)을 거쳐 텐숀리일(5)에 감겨져, 동도에 도시된 바와 같은 코일(2)로 형성된다. 이러한 코일링 과정에 있어서, 직렬 배열 압연기의 최종 스탠드(3a)의 출구 측 장력이 곧 코일링 장력이다. 따라서, 종래의 코일링 장치에서는 최종 스탠드(3a)와 텐숀 리일 (5)사이의 장력이 기본적으로 압연시 뿐만 아니라 코일코팅시의 장력으로써의 역활을 하고 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 코일링 기술은 일반적으로 장력을 공히 압연 장력과 코일링 장력으로서 사용하는 시스템이다.

이런 경우, 상기 장력을 압연 우선의 관점에서 볼때 소정치 이상의 값으로 설정해야 하는 것이 상식이다. 특히, 이런 경향은 아주 작은 두께를 갖는 얇은 스트립을 감는 경우에 현저히 나타난다. 때문에, 장력이 너무 낮을때는 슬립핑(slipping) 및 채터링 (chattering) 이 직렬 배열 압연기의 작동로울(6)과 스트립(1)사이에서 생기고 그것들은 제품 품질에 악 영향을 미친다.

여기에 사용되는 용어인 "슬립핑"은 후술할 중립점이 작동 로울(6)과 스트립(1)사이의 접촉원호로부터 이탈하는 것을 의미하며, 그 결과 스트립(1)의 파단이 초래된다. 또한, 용어 "채터링"은 중립점이 입구와 출구측을 향한 접촉 원호에서 심하게 진동하는 것을 의미하며, 그에따라 스트립 (1)의 두께가 변동되거나 또는 파단이 초래된다.

전술한 바와같이 코일링보다 오히려 압연이 우선일 경우, 코일(2)은 필요치 보다 더 큰 장력으로 텐숀 리일(5)에 감겨지며, 그 결과, 코일(2)을 텐숀 리일(5)로 부터 탈거한 후, 제2a도에 도시된 바와같은 코일 내측부의 좌굴(buckling)로 인한 코일의 변형이 초래된다. 이와 같은 현상은 작은 두께를 갖는 얇은 재료의 경우 더욱 현저하게 나타나며 그것은 제품 품질에 악 영향을 미친다.

이하, 제3도를 참조로 스트립 등의 감겨진 형상을 정성적으로 상세히 설명키로 한다. 동도에서 종축은 장력을, 횡축은 스트립의 두께를 나타내고 있다. 제3도에서, 경계선 (ab)에 의해 양분된 좌측 상방 영역(A)은 코일의 좌굴 변형 영역을 나타낸다. 한편, 코일링 장력이 너무 낮을 경우, 코일 전체는 제2b도에 도시된 바와 같이 타원형으로 변형되며, 경계선(cd)에 의해 양분된 좌측 하방부의 영역은 타원형 변형 영역(B)으로써 나타낼 수 있다. 따라서, 스트립의 두께가 t₁이상일 경우, σ₁의 장력에서 코일 변형없이 코일링이 수행될 수 있다. 이에 반해 슬립핑이나 채터링이 경계선 (gh)의 하방 영역에서 야기되고 스트립의 파단이 경계선 (ef)의 상방 영역에서 야기되기 때문에, 경계선(ef)와 (gh)사이에 형성된 영역(c)은 압연 특성에 비춰볼때, 최적의 코일 상태이다.

전술한 것으로부터 명백한 바와같이, 스트립의 두께가 t₂보다 더 클경우, σ₂로 설정하는 것이 압연 특성을 저해하지 않고 코일 변형을 일으키지 않는 장력으로써 가능하지만, 스트립의 두께가 t₁~t₂사이에 있을 경우에는 압연 우선에 비춰볼때 코일 변형(좌굴)이 발생된다.

따라서, 코일의 좌굴 변형을 방지하기 위하여 지금까지 두 방법이 채택되어 왔는데 제1의 방법은 두께(t₁)의 강철 스트립을, 강철 등으로 제작되고 텐숀 리일상에 끼워 맞춰진 실린더에, 제3도에 점 (R)으로 도시된 장력(σ₃)을 감는 것이며, 제2의 방법은 좌굴이 내측 코일부에서 발생하는 사실에 유의하여, 내측 코일부에 상당하는 스트립의 정부의 두께를 의도적으로 두껍게 압연하는 것이다. 즉, 제2방법에서는 두께(t₁)를 갖는 강철 스트립의 정부는 두께(t₃)에서 점(S)으로 도시된 상태를 갖도록 장력(σ₃)으로 감겨진다.

그러나 제1방법은 실린더의 제작비, 작업성, 안정성에 있어 불리한 반면 제2방법은 제품의 품질을 상당히 악화시킨다.

또한, 제3도에 도시된 임계두께(t₂)는 대략 0.30mm이라는 것이 경험적으로 확인되었다.

본 발명은 0.30mm 보다 작은 두께를 갖는 얇은 스트립의 사용시에도 앞서 언급된 종래 기술의 문제점을 바람직하게 해결 할 수 있는 스트립의 감는 방법을 제공하는데 있다. 이와같은 목적은 하기에 설명되는 바와같은 구체적인 구조에 의해 성취될수 있다.

제4도는 약 0.2mm의 두께를 갖는 강철 스트립에 대한 냉간 직렬 배열 압연기의 최종 스탠드에서의 출구측 장력 분포를 나타내며, 동도에서 횡축은 압연된 코일수를 나타내고 있다. 제4도로 부터 명백한바, 실제의 압연 장력은 5~10㎏/㎟, 특히7.0~7.5㎏/㎟범위에 있다. 압연 장력이 5㎏/㎟이하일 경우 슬립핑과 채터링의 발생율은 급격히 증가하며, 한편 압연 장력이 10㎏/㎟를 초과할 경우는 비록 압연이 코일링 보다 우선적이라 하더라도 코일의 좌굴변형이 빈번하게 일어난다. 그러나 코일 변형에 상관없이 스트립파단에 대한 압연 장력의 임계치는 약 16㎏/㎟임이 많은 실험으로 부터 확인 되었다. 따라서, 압연 우선의 견지에서, 최종 스탠드의 압연 장력 또는 출구측 장력의 최적치는 5~16㎏/㎟ 범위 내에 있음을 알 수 있다.

상기 사항을 제5도에 도시적으로 나타낸다. 그러나, 이런 현상은 0.30mm 이하의 두께를 갖는 얇은 스트립의 사용시, 작동중 생기 약간의 하자는 어느 정도 허용되는 것이 사실이다.

일반적으로, 스트립 통과 속도 혹은 압연 속도가 압연기의 작동 로울의 원주 속도와 정합되는 점을 중립정이라 칭한다. 이하, 최종 스탠드의 출구측 장력과, 스트립과 작동 로울간의 마찰 게수가 중립점의 위치에 어떠한 영향을 주는가에 대하여 알아보기로 한다.

우선, 중립점의 위치는 제6도에 나타난 바와 같이 접촉각 ø에 대한 중립각 ø_n의 비로써 결정된다. 이경우, 하기에 언급되는 바와같은 힐(Hill)의 압연 하중 방정식, 히치콕크(Hitchcock)의 압연 플래트닝(flattening) 방정식 및, 블랜드와 포드(Bland & Ford)의 중립점 방정식이 이용된다.

여기서, P : 압연하중, E : 영(Young)의 계수,

: 평균 변형 저항, ø_n: 중립각, R : 로울직경, Hn, Hi : 무차원량, R' : 로울평탄직경, t : 장력, h : 두께, k : 변형저항,△h=hi-ho, ø : 접촉각, μ : 마찰 계수, r : 감속비, m : 포와송 비, 첨자 i, o, n은 각각 입구측, 출구측, 중립점을 표시.

상기 방정식으로부터의 계산 결과가 제7도에 도시되어 있다. 즉, 최종 스탠드의 출구측 장력이 매우 작을 경우, ø_n/ø의 비도 작아진다. 또한, 동일 두께를 갖는 스트립의 경우, 마찰계수(μ)가 ø_n/ø에 미치는 영향은 장력이 작을수록 더욱 커진다. 환언하면, 마찰 계수가 압연 오일 등의 불균등한 점착과 같은 외적 장애에 의해 변화될 경우, 장력이 작을수록 중립접의 변화도 심해진다. 이것은 최종 스탠드의 출구측 장력이 감소함에 따라, 채터링과 슬립핑이 흔히 일어난다는 제5도의 경향을 입증하고 있다.

제8도는 스트립이 소정의 장력으로 감겨질 경우, 코일링 장력과 두께 사이의 관계를 보여주고 있다. 제8도로부터, 코일링 장력의 최적치는 4~7㎏/㎟의 범위, 특히 약5㎏/㎟임을 알수 있다.

또한, 코일링 장력이 코일의 감겨진 형상에 미치는 영향에 대한 제3도에 정성적인 실혐결과를 제8도로 부터도 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 관한 전술한 기재로부터, 얇은 스트립 특히 0.3mm 이하의 두께를 갖는 스트립을 감는데 있어서, 최종스탠드의 출구측 장력의 최적치는 5~16㎏/㎟이며, 최적의 코일링 장력은 4~7㎏㎟임을 알 수 있다. 본 발명에 따라 압연 특성과 얇은 스트립에 대한 감겨진 형상 모두를 공히 만족시키기 위해서, 상기한 장력 범위로 제어할 수 있는 텐숀 브리들 로울(Tension bridle roll)과 직렬 모우터식 장치등과 같은 장력제어수단이 냉간 직렬 배열 압연기의 최종 스탠드와 리일 사이에 설치된다.

제9도에는 장력 제어 수단의 구체적인 예로써 최종 스탠드(3a) 및 디플렉터 로울(4)사이에 설치된 텐숀 브리들 로울(7)의 구성를 나타내고 있다. 텐숀 브리들 로울(7)을 설치함으로써 최종 스탠드의 출구측 장력 및 코일링 장력을 서로 상이한 값으로 제어하는 것이 가능해진다. 이러한 실시예에 있어서, 텐숀 브리들 로울(7)에 대한 스트립(1)의 덮힘각(wrapping angle)은 2π이므로, 스트립과 텐숀 브리들 로울간의 마찰 계수가 0.08이라고 가정할 경우,

이 된다. 즉. 상기한 장력 제어 수단을 사용할 경우, 코일링 장력을 최종 스탠드의 출구측 장력의 1/1.65~1배의 범위내로 제어할 수 있다.

다음표는 장력 제어 수단 사용시의 실험결과를 나타낸다.

[표]

표 실린더를 사용함 없이 0.180mm의 두께를 가진 스트립의 감음

전술한 바와 같이, 최종 스탠드와 텐숀 리일 사이에 텐숀 브리들 로울을 설치하여 압연 장력과 코일링 장력을 독립적으로 서로 상이한 값으로 제어함으로써, 코일 변형을 배우 효과적으로 방지 할 수 있다. 또한, 텐숀 브리들 로울 대신에 직결 모우터식 장력 제어 장치를 사용해도 좋다.

아울러, 스트립을 배취 시스템(a batch system)내에서 단일 코일 유니트로 냉각 압연할 경우, 이 배취 시스템 내에서는 최내측 코일부의 두께가 코일 제품의 두께보다 두꺼워, 코일의 좌굴 변형이 용이하게 발생하지 않으므로, 최종 스탠드와 텐숀 리일 사이에서 전술한 장력제어를 행하는 것이 그다지 효과적이지 못하다.

그러나, 냉간 압연이 완전 연속 시스템(a completely continuous system)내에서, 냉간 직렬 배열 압연기의 입구측에 설치된 용접기에 의해서 스트립의 대향 단을 서로 용접함으로써 행해질 경우, 본 발명에 따른 장력 제어는 스트립의 두께가 일정하기 때문에 매우 효과적이다.

한편, 스트립을 리일에 감을 경우, 내측 코일부로 부터 외측 코일부로 코일팅 장력을 감소시킴(즉, 테이퍼 장력을 부여)으로써, 우수한 코일 형상(어떠한 코일 좌굴 변형도 어떠한 텔레스코프식 변형도 없음)이 제공된다는 것이 실험적으로 밝혀졌다. 이것은 본 발명에 의해 압연 조건에 영향을 주지 않고도 성취될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의해, 얇은 스트립을 감는 본 발명 분야에서 형상이 우수한 코일을 수득하는 것이 가능하며, 또한 우수한 압연 가공성을 갖는 코일링 작업이 고도의 제품 품질하에서 수행될 수 있다.

Claims (3)

1. 냉간 직렬 배열 압연기의 최종 스탠드(3a)를 통해 0.3mm이하의 두께로 압연된 스트립(1)을, 최종 스탠드 (3a)와 텐숀 리일(5)사이에 장력 제어 수단을 설치하여, 최종 스탠드(3a)의 출구측 장력과 코일링 장력을 서로 상이한 값으로 제어하는 상태하에서 감는 것을 특징으로 하는 텐숀 리일 상에 얇은 스트립을 감는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 최종 스탠드(3a)의 출구측 장력은 5~16㎏/㎟, 코일링 장력은 4~7㎏/㎟의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 장력 제어 수단은 텐숀 브리들 로울 (7)인것을 특징으로 하는 방법.

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