WO2015093675A1 - 강판의 사이드 트리밍 장치 및 방법 - Google Patents

강판의 사이드 트리밍 장치 및 방법 Download PDF

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WO2015093675A1
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steel sheet
laser beam
laser
unit
processing unit
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임충수
허형준
곽성준
박상호
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주식회사 포스코
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Definitions

  • the present invention relates to a side trimming apparatus and a method of a steel sheet for trimming side portions of the steel sheet before the rolling process of the steel sheet.
  • the side trimming process of the steel sheet refers to a process of trimming the side portion of the steel sheet before rolling in a continuous cold rolling process of the steel sheet, which removes cracks and other defects at the edges of the hot rolled sheet, which causes sheet breakage during rolling. To be performed.
  • FIG. 1 shows a side trimming device having a general structure
  • FIG. 2 shows a side trimming mechanism of a steel sheet using the side trimming device of FIG. 1.
  • the side trimming device has a configuration including rotary knives 1 and 2 disposed at the top and bottom to cut the edge portion of the steel sheet.
  • the rotary knifes 1 and 2 are configured to rotate in the form of disks in accordance with the transfer of the steel sheet S, and the horizontal clearance a between the upper knife 1 and the lower knife 1 and 2, respectively.
  • vertical clearance (b) are formed.
  • the horizontal clearance (a) means a gap in which each rotary knife (1, 2) is separated from each other in the horizontal direction
  • the vertical clearance (b) is a vertical clearance (b) is a vertical direction
  • the steel sheet S is continuously cut through the rotary knifes 1 and 2 having horizontal and vertical clearances a and b so that the edge portion of the steel sheet S is cut by a certain amount.
  • the rotary knife (1, 2) does not have a driving force of its own, it is rotated by the feed force of the steel sheet (S).
  • the edge portion of the steel sheet S is cut by shearing and tearing through the upper and lower knives 1, 2.
  • the rotary knifes 1 and 2 shear the steel sheet S by the set vertical clearance b.
  • each crack (C) generated at the end of the rotary knife (1, 2) grows to meet at the center of the cut surface of the steel sheet (S) and finally the edge is cut.
  • the side trimming of the steel sheet is performed by a breaking mechanism following shearing while the pair of rotary knives 1 and 2 apply pressure to the upper and lower surfaces of the steel sheet S.
  • Continuous shearing of the steel plate being transported at high speed using such a mechanism causes continuous pressure and mechanical shock to be applied to the edges of the rotary knives 1 and 2 to cause breakage following wear. Therefore, the rotary knives 1 and 2 may be replaced when used for a certain period of time and may be reused after grinding.
  • the present invention is to solve the above problems, and to provide a side trimming device and method that can perform side trimming of high strength steel at high speed.
  • the present invention is installed on at least one side of the steel sheet to be transported, and a cutting unit for trimming the side of the steel sheet by mechanical cutting, and installed in front of the cutting unit and the laser to be cut portion of the steel sheet Disclosed is a side trimming device including a laser processing unit for irradiating a beam to form a groove in the portion to be cut or preheat the portion to be cut.
  • the cutting unit includes a stand, an upper knife rotatably installed on the stand and disposed above the steel plate, and rotatably installed on the stand, It may have a configuration including a lower knife disposed to apply a shear force to the side of the steel plate with the upper knife.
  • the laser processing unit includes a laser oscillator for generating a laser beam, and a condensing head installed on the stand and condensing the laser beam of the laser oscillator on the steel sheet.
  • a laser oscillator for generating a laser beam
  • a condensing head installed on the stand and condensing the laser beam of the laser oscillator on the steel sheet.
  • the condensing head may be rotatably installed on the stand to adjust the irradiation position of the laser beam.
  • the light collecting head may be provided on the upper side and the lower side of the steel sheet so as to irradiate a laser beam on the upper and lower surfaces of the steel sheet.
  • the side trimming apparatus may further include a gas injection unit for injecting an auxiliary gas into the groove portion formed by the laser processing unit.
  • the gas injection unit may have an inclination angle of 45 ° to 80 ° with respect to the direction perpendicular to the steel sheet.
  • the side trimming apparatus may further include a control unit connected to the laser processing unit and controlling the laser movable unit to adjust the spot shape or size of the laser beam.
  • the side trimming apparatus may further include a control unit connected to the laser processing unit and controlling a laser output of the laser preheating unit.
  • the control unit may be configured to control the output of the laser processing unit so that the temperature of the cutting portion cut by the cutting unit has a range of 400 °C to 600 °C.
  • the side trimming apparatus may further include an input unit connected to the control unit and receiving at least one of feed rate information and steel type information of the steel sheet from the main controller of the cold rolling line.
  • the control unit can be configured to control the output of the laser processing unit based on the input information of the input unit.
  • the present invention comprises the steps of transporting the steel sheet, forming a linear groove by irradiating a laser beam to the site trimming site of the steel sheet, and mechanically cutting the portion where the groove is formed to trim the side of the steel sheet
  • a side trimming method comprising the steps of:
  • the side trimming method may further include injecting an inert gas into the groove portion of the steel sheet when the groove is formed by irradiating a laser beam on the steel sheet.
  • the present invention comprises the steps of transferring the steel sheet, the step of preheating the side trimming site by irradiating a laser beam to the site trimming site of the steel sheet, and mechanically cutting the pre-heating site to trim the side of the steel sheet
  • a side trimming method comprising the steps of:
  • the spot shape of the laser beam may be controlled so that the spot of the laser beam has a circular shape when the laser beam is irradiated.
  • the spot shape of the laser beam when the laser beam is irradiated, the spot shape of the laser beam may be controlled so that the spot of the laser beam has a straight or ellipse shape having a longitudinal direction of the steel sheet in the transport direction.
  • the preheating of the steel sheet may be made such that the cut portion temperature of the steel sheet has a range of 400 ° C to 600 ° C.
  • the laser irradiation step receiving at least one of the feed rate information and steel type information of the steel sheet from the main controller of the cold rolling line, and based on the input information of the laser beam Controlling the output.
  • the present invention having the configuration described above, by forming a groove or pre-heating a portion to be cut of the rotary knife locally with a laser to locally reduce the strength of the steel sheet, it is possible to reduce the shear load of the rotary knife, Through the continuous cold rolling process there is an effect that can be performed at the high-speed side trimming of high strength steel.
  • the portion to be cut of the steel sheet may be locally heated or grooved in the form of a circular spot using a laser, a problem that may occur due to the wide preheating area may be prevented.
  • FIG. 1 is a front view showing a side trimming device having a general structure.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a side trimming mechanism using the side trimming apparatus of FIG. 1.
  • FIG 3 is a perspective view showing a side trimming device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view of the side trimming device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a side trimming device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a front view of the side trimming device shown in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a block diagram of the side trimming device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a side trimming apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a front view of the side trimming apparatus illustrated in FIG. 3.
  • the cutting unit 10 is installed on one side of the steel sheet S to be transferred, and has a configuration of trimming the side portion of the steel sheet S by mechanical cutting.
  • the cutting unit 10 has a configuration including a stand 11, an upper knife 12, and a lower knife 13.
  • the stand 11 is installed at the side of the steel plate S, and rotatably supports the upper and lower knives 12 and 13.
  • the upper knife 12 is rotatably installed on the stand 11, and is disposed above the steel plate S.
  • the lower knife 13 is rotatably installed on the stand 111, and is disposed below the steel plate S to apply shear force to the side portion of the steel plate S together with the upper knife 12.
  • the upper and lower knives 12, 13 are in the form of disks and are rotatably connected to the stand 11 by means of a rotation shaft 14, respectively.
  • the upper knife 12 and the lower knife 13 are arranged so that a horizontal clearance (a, see FIG. 1) and a vertical clearance (b, see FIG. 1) of a predetermined length are formed therebetween.
  • the horizontal clearance (a) means a gap in which the upper and lower knives 12 and 13 are separated from each other in the horizontal direction
  • the vertical clearance (b) indicates that the upper and lower knives 12 and 13 are vertical. It means a lap overlapping each other in the direction.
  • the upper and lower knives 12 and 13 do not have their own driving force and are rotated by the conveying force of the steel sheet S, and the steel sheet S continuously passes through the upper and lower knives 12 and 113 of the steel sheet S.
  • the side sites are cut by shearing and tearing.
  • the laser processing unit 20 reduces the load applied to the cutting unit 10, in particular, the knife when the side of the steel sheet is cut by the cutting unit 10 by forming a groove of a predetermined depth in the steel sheet by irradiating the laser. give.
  • the laser processing unit 20 has a configuration including a laser oscillator 21 and condensing heads 23 and 24.
  • the laser oscillator 21 functions to generate and oscillate a laser.
  • various types of laser oscillators such as a CW laser oscillator and a pulse laser oscillator, may be used, and lasers may be generated using various media such as gas, solid, and fiber lasers.
  • the short wavelength laser has high absorption of the steel sheet S, it is advantageous to use the short wavelength laser in the groove processing or preheating of the steel sheet S in the processing of high strength steel.
  • the condensing heads 23 and 24 serve to condense the laser beam L of the laser oscillator 21 onto the steel sheet S.
  • An optical system composed of one or more lenses is provided inside the light collecting heads 23 and 24, and the light collecting heads 23 and 24 are connected to the laser oscillator 21 through light transmission means such as an optical fiber 22.
  • the light collecting heads 22 and 23 may be provided on the upper side and the lower side of the steel sheet S to irradiate the laser beam L on the upper and lower surfaces of the steel sheet S, respectively.
  • the laser generated by the laser oscillator 21 is irradiated to the upper and lower surfaces of the steel sheet S via the optical fiber 22 and the light collecting heads 23 and 24.
  • 3 illustrates a case of using a fiber laser, but the present invention is not limited thereto, and other lasers may be used as described above.
  • the size of the laser beam at the optical fiber output end is small enough that the light collecting heads 23 and 24 are not used.
  • the light collecting heads 23 and 24 are used to ensure that the laser beam has a sufficient energy density on the surface of the steel sheet, and the final optical system is maintained at a sufficient distance from the steel sheet S so as not to be damaged by collision or heat.
  • the focusing heads 23 and 24 having the focusing lens can be used to focus the laser beam in a very small area with high density.
  • the laser beam focused at a high density is incident on the surface of the steel sheet S, part of the light energy is absorbed by the object, and the temperature of the steel sheet is increased due to the absorbed light energy.
  • the amount of absorbed light energy is large enough, the portion irradiated with light is melted.
  • the groove G can be processed in the steel sheet S by using such a melting phenomenon by light absorption.
  • the side trimming device of the high strength steel of the present embodiment may further include a gas injection unit 30.
  • the gas injection unit 30 includes an upper gas injection nozzle 31 and a lower gas injection nozzle 32 for discharging an auxiliary gas to the outside of the steel sheet to which the laser beam is irradiated to form a groove.
  • Each of the gas injection nozzles 31 and 32 is connected to a gas storage unit and a gas supply line 33 not shown, and each gas injection nozzle 31 and 32 is perpendicular to the surface of the steel sheet S. And a predetermined angle ⁇ . Since the larger the angle relative to the vertical direction of the surface of the steel sheet (S), the easier the discharge of the melt, the angle ( ⁇ ) of each gas injection nozzle is preferably provided at 45 ° to 80 °.
  • auxiliary gas used in each of the gas injection nozzles 31 and 32 may be made of an inert gas which does not cause a chemical reaction with the steel sheet.
  • air, nitrogen (N 2), carbon dioxide (CO 2), argon (Ar), or the like may be used.
  • the side trimming process using the high-strength steel side trimming device configured as described above is as follows.
  • the laser beam transmitted up to the vicinity of the steel sheet S is irradiated to the surface of the steel sheet with high density by the focusing heads 23 and 24 including the focusing lens.
  • the laser beam focused by the light collection heads 23 and 24 sufficiently high density is irradiated to predetermined points of the upper surface and the lower surface of the steel plate S, and the steel sheet irradiated with the laser beam is locally melted.
  • the auxiliary gas is injected by the gas injection unit 30 provided at a direction perpendicular to the surface of the steel sheet S and at a predetermined angle ⁇ to remove the melt from the outside of the steel sheet S. If necessary, it is preferable that the laser beam irradiation positions of the upper and lower surfaces of the steel sheet S and the angles ⁇ of the gas injection nozzles 31 and 32 can be properly adjusted.
  • the melt is removed to form grooves (G).
  • the width (W) and depth (D) of the groove (G) can be adjusted by adjusting the spot size and energy density of the laser beam irradiated onto the steel sheet and the incident gas incident angle ( ⁇ ). Adjust the shear load to a minimum.
  • the linear grooves G formed in the steel sheet S are transferred to the cutting positions of the upper and lower knives 12 and 13 according to the continuous movement of the steel sheet S, and the portion of the steel sheet in which the grooves G are formed is the upper knife. It is easily cut by the rotation of the 12 and the lower knife 13.
  • the embodiment of the present invention focuses the laser beam on the cut portion of the steel sheet S by the rotary knife in advance to form the groove G, thereby reducing the shear load by the knife, thereby enabling high-speed trimming of high strength steel. can do.
  • the laser beam can be focused in a spot shape that can be adjusted by using an optical refraction element such as a lens, when the laser beam transmitted in a predetermined manner is irradiated onto the steel sheet using the optical refraction element, the laser beam is absorbed. This is accompanied by a local melting phenomenon when the surface of the steel sheet is locally heated and the laser energy is sufficient.
  • an optical refraction element such as a lens
  • the melt may be removed and a groove is formed through the gas melt.
  • Part (G) is formed locally has the effect of reducing the thickness of the steel sheet and because of the irregular fine shape of the inner surface of the crack (crack) is easy to be broken easily by the rotary knife is easy to be cut easily.
  • the groove (G) is formed in advance using a laser even for high-strength steel, which cannot be used for high-speed side trimming, high-speed side trimming, which has not been possible in the past, is possible due to the reduction in thickness and the use of cracks caused by a knife. .
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a side trimming apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a front view of the side trimming apparatus illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a block diagram of the side trimming apparatus shown in FIG. 5.
  • the side trimming device also includes a cutting unit 110 and a laser processing unit 120 as in the previous embodiment.
  • the cutting unit 110 has a configuration including a stand 111, an upper knife 112, and a lower knife 113, and the upper and lower knives 112 and 113 are attached to the stand 111 by rotating shafts 114 and 115, respectively. It is rotatably connected.
  • the laser processing unit 120 is installed in front of the cutting unit 110, and serves to preheat the cutting scheduled portion by irradiating the laser beam (L) to the cutting scheduled portion of the steel sheet (S).
  • the laser processing unit 120 has a configuration including a laser oscillator 121 and condensing heads 122 and 123, and the condensing heads 122 and 123 are connected to the laser oscillator 121 by an optical fiber 124.
  • the side trimming apparatus of the present embodiment is configured such that the laser processing unit 120 preheats the cut scheduled portion without forming the grooves G (see FIG. 3) in the steel sheet S. Except for this, the other matters are the same as in the previous embodiment. Do. Therefore, the detailed configuration of the cutting unit 110 and the laser processing unit 120 has the same configuration as the previous embodiment, the description of the overlapping portion will be replaced with the previous embodiment.
  • the light collecting heads 122 and 123 may have a structure supported by the stand 111, and in this case, the light collecting heads 122 and 123 may adjust the irradiation position of the laser beam L in the stand 111. It can be installed to be rotatable drive. In this case, a rotation driving unit 125 such as a motor for rotating driving the light collecting heads 122 and 123 may be provided between the light collecting heads 122 and 123 and the stand 111.
  • a rotation driving unit 125 such as a motor for rotating driving the light collecting heads 122 and 123 may be provided between the light collecting heads 122 and 123 and the stand 111.
  • control unit 130 for controlling the operation of the laser processing unit 120 may be connected to the laser processing unit 120.
  • the controller 130 may control the laser processing unit 120 to adjust the spot shape or the size of the laser beam L, and for this purpose, the controller 130 is configured to control the optical systems of the light collecting heads 122 and 123.
  • controller 130 may be configured to control the laser output of the laser processing unit 120, specifically, the laser oscillator 121.
  • the side trimming apparatus of the present embodiment may further include an input unit 140 for receiving feed rate information, steel type information, etc. of the steel sheet S from the main controller of the cold rolling line, and the controller 130 may include the input unit 140.
  • the controller 130 may be configured to control the output of the laser oscillator 121 based on at least one of the feed rate information and the steel type information of the steel sheet S.
  • 8 and 9 are diagrams illustrating a side trimming method according to an embodiment of the present invention. 8 and 9 show side and top views, respectively, of the side trimming apparatus applied to the side trimming method of the present embodiment.
  • the site trimming scheduled portion of the steel sheet S is irradiated with a laser beam L to preheat the side trimming scheduled portion.
  • the spot 151 of the laser beam L may be controlled such that the spot of the laser beam L has a circular shape as shown in FIG. 9.
  • the controller 130 may control the light collecting heads 122 and 123 such that the spot 151 of the laser beam L has a circular shape.
  • the spot 151 of the laser beam can be controlled in a circular manner to locally heat the portion to be cut of the steel sheet S.
  • the width of the preheating portion can be minimized, thereby preventing a problem (for example, a problem of varying strength characteristics during cooling of the steel sheet) due to the wide preheating area.
  • Preheating line 150 is formed.
  • the preheating line 10 is to be transferred to the cutting positions of the upper and lower knives 112 and 113.
  • the upper and lower knives 112 and 113 mechanically cut the preheating portion formed by the laser beam L, that is, the preheating line 150 to trim the side portion of the steel sheet S.
  • the shear load of the upper and lower knives 112 and 113 can be reduced by focusing and preheating the laser beam L to the region to be cut of the steel sheet S to locally lower the intensity of the preheated portion, thereby providing high speed of high strength steel. Trimming is possible.
  • the laser beam spot You can adjust the shape, size and more.
  • the rotation angles of the light collecting heads 122 and 123 may be adjusted to adjust the irradiation position of the laser beam, that is, the distances D1 and D2 from the mechanical cutting point to the laser irradiation position.
  • the rotation angle control of the light collecting heads 122 and 123 may be performed by the controller 130 controlling the amount of rotation of the rotation driver 125.
  • 10 and 11 illustrate a side trimming method according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 10 and 11 show a side view and a plan view, respectively, of a side trimming device applied to the side trimming method of the present embodiment.
  • the shape of the spot 151 of the laser beam L is controlled such that the spot 151 of the laser beam L has an elliptic shape.
  • the ellipse is formed to have the conveying direction of the steel sheet (S) in the longitudinal direction, and the spot of the laser beam (L) in a straight form having the conveying direction of the steel sheet (S) in the longitudinal direction as well as the ellipse shape as in the present embodiment It is also possible to control the shape.
  • the spot 151 shape control of the laser beam L may be performed by the controller 130 controlling the optical systems of the light collecting heads 122 and 123.
  • the preheating area can be increased, thereby maintaining the temperature of the preheating site to a position close to the cutting site.
  • FIG. 12 is a graph showing the change in strength according to the temperature of high strength steel using a high temperature tensile strength measuring apparatus.
  • the strength is gradually reduced while the temperature of the steel sheet (S) is 400 °C or more.
  • the temperature of the steel sheet reaches 600 °C, the strength is reduced to 25% compared to the strength at room temperature.
  • the softening temperature range is 400 to 600 ° C.
  • the local preheating at the softening temperature of 400 to 600 ° C. using a laser greatly reduces the shear load of the upper and lower knives 112 and 113. have.
  • control unit 130 is configured to control the output of the laser processing unit 120 so that the temperature of the cutting portion cut by the cutting unit 110 has a range of 400 ° C to 600 ° C.
  • the temperature of the cut part is lower than 400 ° C., the yield stress does not decrease and thus the effect of shear load reduction cannot be obtained. If the temperature of the cut part is higher than 600 ° C., the material change occurs due to transformation after cooling, and thus the preheat temperature It is most preferable to have the range of 400-600 degreeC.
  • side trimming apparatus and method of the steel sheet described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the above embodiments may be configured by selectively combining all or some of the embodiments so that various modifications may be made. In addition, various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.

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Abstract

본 발명은 이송되는 강판의 적어도 일측에 설치되며 기계적 절단에 의해 상기 강판의 사이드를 트리밍하는 절단 유닛과, 상기 절단 유닛의 전방에 설치되며 상기 강판의 절단 예정 부위에 레이저 빔을 조사하여 상기 절단 예정 부위에 홈을 형성하거나 상기 절단 예정 부위를 예열하는 레이저 가공 유닛을 포함하는 사이드 트리밍 장치 및 이를 이용한 사이드 트리밍 방법을 개시한다.

Description

강판의 사이드 트리밍 장치 및 방법
본 발명은 강판의 압연 공정 전에 강판의 사이드 부분을 트리밍하기 위한 강판의 사이드 트리밍 장치 및 방법에 관한 것이다.
강판의 사이드 트리밍 공정은 강판의 연속 냉간 압연 공정에서 압연 전 강판의 사이드 부분을 트리밍(trimming)하는 공정을 말하며, 이는 압연시 판파단의 원인이 되는 열연판의 에지부의 크랙 및 기타 결함을 제거하기 위해 수행된다.
도 1은 일반적인 구조의 사이드 트리밍 장치를 나타내고 있으며, 도 2는 도 1의 사이드 트리밍 장치를 이용한 강판의 사이드 트리밍 메커니즘을 나타내고 있다.
도 1과 같이, 사이드 트리밍 장치는 상부와 하부에 배치되어 강판의 에니부를 절단하는 회전형 나이프(1,2)를 포함하는 구성을 갖는다. 회전형 나이프(1,2)는 디스크의 형태로서 강판(S)의 이송에 따라 회전하도록 구성되며, 상부에 위치한 나이프(1)와 하부에 위치한 나이프(1,2)의 사이에는 수평 클리어런스(a) 및 수직 클리어런스(b)가 형성된다. 여기서, 수평 클리어런스(a)는 각 회전형 나이프(1,2)가 수평 방향으로 서로 떨어져 있는 갭(gap)을 의미하고, 수직 클리어런스(b)는 각 회전형 나이프(1,2)가 수직방향으로 서로 겹쳐져 있는 랩(lap)을 의미한다.
강판(S)은 수평 및 수직 클리어런스(a,b)를 갖는 회전형 나이프(1,2)를 연속적으로 통과하면서 강판(S)의 에지부가 일정량 잘리게 된다. 이때, 회전형 나이프(1, 2)는 자체 구동력을 갖지 않고, 강판(S)의 이송력에 의해 회전하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 강판(S)의 에지부는 상부 및 하부 나이프(1, 2)를 통해 전단(shearing)과 찢김(tearing)에 의해 절단된다. 먼저, 설정된 수직 클리어런스(b) 양만큼 회전형 나이프(1,2)가 강판(S)을 전단 변형시킨다. 그리고, 전단 변형의 끝 부분, 즉 회전형 나이프(1,2)가 강판(S)을 파고 들어간 끝 부분에서 회전형 나이프(1,2)의 회전력에 의해 크랙(C)이 각각 발생한다. 이렇게 회전형 나이프(1, 2)의 끝 부분에서 발생한 각각의 크랙(C)이 성장하여 강판(S)의 절단면 중앙에서 만나 최종적으로 에지부가 절단되게 된다.
이와 같이 강판의 사이드 트리밍은 한 쌍의 회전형 나이프(1,2)가 강판(S)의 상하면에 압력을 가하면서 전단(shearing)에 이은 파단 메커니즘에 의해 이루어진다. 이러한 메커니즘을 이용하여 고속으로 이송 중인 강판을 연속적으로 전단할 경우 회전형 나이프(1,2)의 에지부에 지속적인 압력과 기계적 충격이 가해져 마모에 이은 파손이 발생한다. 따라서 회전형 나이프(1,2)는 일정 기간 사용된 경우 교체되며 연마작업을 거쳐 재사용되기도 한다.
최근 냉연공정에서는 고강도강(AHSS; Advanced High Strength Steel)의 생산이 증대되는 추세이며 강도가 향상된 고강도 강판의 개발이 지속적으로 진행되고 있다. 이와 같이 강판의 강도가 향상됨에 따라 사이드 트리밍시 회전형 나이프(1,2)가 받는 부하도 증대되며, 이러한 부하 증대는 필연적으로 회전형 나이프(1,2)의 마모 및 파손을 유발하게 한다. 회전형 나이프(1,2)의 마모로 인해 강판(S)의 에지부에 크랙(Crack)이나 버(Burr)와 같은 결함이 생길 수 있으며, 회전형 나이프(1,2)의 마모 또는 파손시 회전형 나이프(1,2)를 교체하기 위해 연속공정을 중단해야 하므로 이는 생산 속도를 저하시키게 된다.
상기와 같은 회전형 나이프(1,2)의 마모 및 파손 문제를 해결하기 위해 현재 강판의 이송 속도를 낮추어 사이드 트리밍을 실시하고 있으나, 이는 연속 공정에서 전체적인 생산 속도를 저하시키는바 근본적인 해결책이 될 수 없다. 아울러 일정 이상의 강도를 갖는 고강도 강판의 경우 회전형 나이프(1,2)의 파손이 너무 쉽게 발생하기 때문에 사이드 트리밍을 실시할 수 없는 실정이다.
나아가 회전형 나이프(1,2)의 파손을 방지하기 위한 또 다른 해결책으로 회전형 나이프(1,2)의 재질 변경을 통한 강도 증대가 추진되었으나 고속으로 이송 중인 고강도강의 트리밍에는 한계가 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고강도강의 사이드 트리밍을 고속으로 수행할 수 있는 사이드 트리밍 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 이송되는 강판의 적어도 일측에 설치되며 기계적 절단에 의해 상기 강판의 사이드를 트리밍하는 절단 유닛과, 상기 절단 유닛의 전방에 설치되며 상기 강판의 절단 예정 부위에 레이저 빔을 조사하여 상기 절단 예정 부위에 홈을 형성하거나 상기 절단 예정 부위를 예열하는 레이저 가공 유닛을 포함하는 사이드 트리밍 장치를 개시한다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 장치에 따르면, 상기 절단 유닛은, 스탠드와, 상기 스탠드에 회전 가능하게 설치되며 상기 강판의 상측에 배치되는 상부 나이프, 및 상기 스탠드에 회전 가능하게 설치되며 상기 강판의 하측에 배치되어 상기 상부 나이프와 함께 상기 강판의 사이드에 전단력을 인가하는 하부 나이프를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 장치에 따르면, 상기 레이저 가공 유닛은, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기와, 상기 스탠드에 설치되며 상기 레이저 발진기의 레이저 빔을 상기 강판에 집광시키는 집광헤드를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 장치에 따르면, 상기 집광헤드는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 조절할 수 있도록 상기 스탠드에 회전 구동 가능하게 설치될 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 장치에 따르면, 상기 집광헤드는 상기 강판의 상하면에 레이저 빔을 조사하도록 상기 강판의 상측과 하측에 각각 구비될 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 장치에 따르면, 상기 사이드 트리밍 장치는 상기 레이저 가공 유닛에 의해 형성된 홈 부위에 보조가스를 분사하는 가스분사유닛을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 가스분사유닛은 상기 강판에 수직한 방향에 대해 45°∼80°의 경사각을 가질 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 장치에 따르면, 상기 사이드 트리밍 장치는, 상기 레이저 가공 유닛에 연결되며 상기 레이저 빔의 스팟 형상 또는 크기를 조절하도록 상기 레이저 가동 유닛을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 장치에 따르면, 상기 사이드 트리밍 장치는 상기 레이저 가공 유닛에 연결되며 상기 레이저 예열유닛의 레이저 출력을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제어부는 상기 절단 유닛이 커팅하는 절단 부위의 온도가 400℃ 내지 600℃의 범위를 갖도록 상기 레이저 가공 유닛의 출력을 제어하도록 구성 가능하다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 장치에 따르면, 상기 사이드 트리밍 장치는 상기 제어부에 연결되며 냉연라인의 메인 컨트롤러로부터 상기 강판의 이송속도 정보 및 강종 정보 중 적어도 하나를 입력받는 입력부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 입력부의 입력 정보를 근거로 상기 레이저 가공 유닛의 출력을 제어하도록 구성 가능하다.
한편, 본 발명은 강판을 이송시키는 단계와, 상기 강판의 사이트 트리밍 예정 부위에 레이저 빔을 조사하여 선형의 홈을 형성하는 단계와, 상기 홈이 형성된 부위를 기계적으로 절단하여 상기 강판의 사이드를 트리밍하는 단계를 포함하는 사이드 트리밍 방법을 개시한다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 방법에 따르면, 상기 사이드 트리밍 방법은 상기 강판에 레이저 빔을 조사하여 홈을 형성할 때, 상기 강판의 홈 부위에 비활성가스를 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 강판을 이송시키는 단계와, 상기 강판의 사이트 트리밍 예정 부위에 레이저 빔을 조사하여 사이드 트리밍 예정 부위를 예열하는 단계, 및 상기 사전 예열 부위를 기계적으로 절단하여 상기 강판의 사이드를 트리밍하는 단계를 포함하는 사이드 트리밍 방법을 개시한다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 방법에 따르면, 상기 레이저 빔의 조사시 상기 레이저 빔의 스팟이 원형 형상을 갖도록 상기 레이저 빔의 스팟 형상을 제어할 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 방법에 따르면, 상기 레이저 빔의 조사시 상기 레이저 빔의 스팟이 상기 강판의 이송 방향을 길이 방향으로 갖는 직선 또는 타원 형상을 갖도록 상기 레이저 빔의 스팟 형상을 제어할 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 방법에 따르면, 상기 강판의 예열은 상기 강판의 절단 부위 온도가 400℃ 내지 600℃의 범위를 갖도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 사이드 트리밍 방법에 따르면, 상기 레이저 조사 단계는, 냉연 라인의 메인 컨트롤러로부터 상기 강판의 이송속도 정보 및 강종 정보 중 적어도 하나를 입력받는 단계와, 상기 입력 정보를 근거로 상기 레이저 빔의 출력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 회전형 나이프의 절단 예정 부위를 레이저로 홈을 형성하거나 사전 예열하여 강판의 강도를 국소적으로 저하시킴으로써, 회전형 나이프의 전단 부하를 저감할 수 있으며, 이를 통해 연속 냉연 공정에서 고강도강의 사이드 트리밍을 고속으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 레이저를 이용하여 강판의 절단 예정 부위를 원형 스팟 형태로서 국소적으로 가열하거나 홈을 할 수 있으므로 예열 면적이 넓음으로 인해 발생 가능한 문제를 방지할 수 있다.
또한 강판의 이송속도, 강종 등에 따라 레이저 빔의 출력, 절단 지점의 온도, 스팟 형상 및 크기, 조사 위치 등을 조절하여 전단 부하 성능을 최적화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 구조의 사이드 트리밍 장치를 나타내는 정면도.
도 2는 도 1의 사이드 트리밍 장치를 이용한 사이드 트리밍 메커니즘을 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 트리밍 장치를 나타내는 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 사이드 트리밍 장치의 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 트리밍 장치를 나타내는 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 사이드 트리밍 장치의 정면도.
도 7은 도 5에 도시된 사이드 트리밍 장치의 블록 다이어그램.
도 8 및 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 트리밍 방법을 나타내는 도면.
도 10 및 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사이드 트리밍 방법을 나타내는 도면.
도 12는 고강도강의 온도에 따른 강도 변화를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명과 관련된 강판의 사이드 트리밍 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 트리밍 장치를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 사이드 트리밍 장치의 정면도이다.
절단 유닛(10)은 이송되는 강판(S)의 일측에 설치되며, 기계적 절단에 의해 강판(S)의 사이드 부위를 트리밍하는 구성을 갖는다. 절단 유닛(10)은 스탠드(11), 상부 나이프(12), 및 하부 나이프(13)를 포함하는 구성을 갖는다.
스탠드(11)는 강판(S)의 사이드에 설치되며, 상부 및 하부 나이프(12,13)를 회전 가능하게 지지한다.
상부 나이프(12)는 스탠드(11)에 회전 가능하게 설치되며, 강판(S)의 상측에 배치된다. 하부 나이프(13)는 스탠드(111)에 회전 가능하게 설치되며, 강판(S)의 하측에 배치되어 상부 나이프(12)와 함께 강판(S)의 사이드 부위에 전단력을 인가한다.
상부 및 하부 나이프(12,13)는 디스크의 형태로서, 회전축(14)에 의해 스탠드(11)에 각각 회전 가능하게 연결된다. 상부 나이프(12)와 하부 나이프(13)는 그 사이에 일정 길이의 수평 클리어런스(a, 도 1 참조) 및 수직 클리어런스(b, 도 1 참조)가 형성되도록 배치된다. 여기서, 수평 클리어런스(a)는 각 상부 및 하부 나이프(12,13)가 수평 방향으로 서로 떨어져 있는 갭(gap)을 의미하고, 수직 클리어런스(b)는 상부 및 하부 나이프(12,13)가 수직 방향으로 서로 겹쳐져 있는 랩(lap)을 의미한다.
상부 및 하부 나이프(12, 13)는 자체 구동력을 갖지 않고 강판(S)의 이송력에 의해 회전하게 되며, 강판(S)이 상부 및 하부 나이프(12,113)를 연속적으로 통과하면서 강판(S)의 사이드 부위가 전단(shearing)과 찢김(tearing)에 의해 절단된다.
레이저 가공유닛(20)은 레이저를 조사하여 강판에 미리 소정 깊이의 홈을 형성함으로써 절단유닛(10)에 의해 강판의 사이드가 절단될 때 절단유닛(10), 특히 나이프에 가해지는 부하를 감소시켜 준다.
레이저 가공 유닛(20)은 레이저 발진기(21)와 집광헤드(23,24)을 포함하는 구성을 갖는다.
레이저 발진기(21)는 레이저를 발생시켜 발진시키는 기능을 한다. 레이저 발진기(21)로서 CW 레이저 발진기, 펄스 레이저 발진기 등 다양한 타입의 레이저 발진기가 사용될 수 있으며, 기체, 고체, 광섬유 레이저 등 다양한 매질을 사용하여 레이저를 발생시킬 수 있다. 다만 단파장의 레이저가 강판(S)의 흡수도가 높기 때문에 고강도강의 가공에서는 단파장의 레이저를 사용하는 것이 강판(S)의 홈 가공 또는 예열에 유리하다 할 것이다.
집광헤드(23,24)는 레이저 발진기(21)의 레이저 빔(L)을 강판(S)에 집광시키는 기능을 한다. 집광헤드(23,24)의 내부에는 하나 이상의 렌즈로 이루어진 광학계가 구비되며, 집광헤드(23,24)는 광 파이버(22) 등의 광 전송 수단을 통해 레이저 발진기(21)에 연결된다.
집광헤드(22,23)는 강판(S)의 상하면에 레이저 빔(L)을 조사하도록 강판(S)의 상측과 하측에 각각 구비될 수 있다. 레이저 발진기(21)에서 발생한 레이저는 광섬유(22), 집광헤드(23,24)을 거쳐 강판(S)의 상하면에 조사된다. 도 3은 광섬유 레이저(fiber laser)를 사용한 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 레이저의 사용도 가능함은 전술한 바와 같다.
본 실시예와 같이 광 파이버(22)를 이용해 레이저를 전송하는 경우 광 파이버 출력단에서의 레이저 빔의 크기는 충분히 작아 집광헤드(23,24)를 사용하지 않는 것도 가능하다. 다만 본 실시예의 경우 집광헤드(23,24)를 사용하여 레이저 빔이 강판 표면에서 충분한 에너지 밀도를 갖도록 하였으며 최종 광학계가 강판(S)으로부터 충분한 거리를 유지하여 충돌이나 열에 의해 손상되지 않도록 하였다.
상술한바 같이 집속렌즈를 구비한 집광헤드(23,24)를 이용하여 레이저 빔을 매우 작은 면적에 고밀도로 집속할 수 있다. 고밀도로 집속된 레이저 빔이 강판(S)의 표면에 입사되면 광 에너지의 일부가 물체에 의해 흡수되며, 흡수된 광 에너지로 인해 강판의 온도가 상승하게 된다. 이때 흡수된 광 에너지의 양이 충분히 많을 경우 빛이 조사된 부분이 용융된다. 이와 같은 광 흡수에 의한 용융 현상을 이용하여 강판(S)에 홈(G)을 가공할 수 있다.
본 실시예의 고강도강의 사이드 트리밍 장치는 가스분사유닛(30)을 더 포함할 수 있다. 가스분사유닛(30)은 홈을 형성하기 위해 레이저 빔이 조사되는 강판 부위에 보조가스를 분사하여 용융물을 외부로 배출시키는 상부 가스분사노즐(31) 및 하부가스분사노즐(32)을 포함한다.
각각의 가스분사노즐(31)(32)은 도시하지 않은 가스저장부와 가스공급라인(33)을 매개로 연결되며, 각 가스분사노즐(31)(32)은 강판(S) 표면의 수직 방향과 소정의 각도(θ)를 갖도록 설치된다. 강판(S) 표면의 수직 방향을 기준으로 그 각도가 클수록 용융물의 배출이 용이하므로, 각 가스분사노즐의 각도(θ)는 예컨대 45°∼80°로 설치되는 것이 좋다.
그리고 각 가스분사노즐(31)(32)에서 사용되는 보조가스는 강판과 화학반응을 일으키지 않는 비활성가스로 이루어지는 것이 좋다. 예컨대, 에어(air), 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 아르곤(Ar) 등이 사용될 수 있다.
이와 같이 구성된 고강도강의 사이드 트리밍 장치를 이용하여 사이드 트리밍 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 강판(S) 근처까지 전송된 레이저 빔은 집속렌즈를 포함하는 집광 헤드(23,24)에 의해 강판의 표면에 고밀도로 조사된다.
상부 및 하부 나이프(12,13) 전방에서 집광 헤드(23,24)로부터 강판(S) 표면에 고밀도로 레이저 빔이 조사되고 강판(S)이 일정한 속도로 이송 중에 있으므로 강판(S)의 길이 방향으로 선형의 홈(G)이 형성된다.
즉, 집광 헤드(23)(24)에 의해 충분히 고밀도로 집속된 레이저 빔은 강판(S)의 상면과 하면의 정해진 지점에 조사되며, 레이저 빔이 조사된 강판은 국소적으로 용융된다. 이때 강판(S)의 표면에 수직한 방향과 소정의 각도(θ)로 설치된 가스분사유닛(30)에 의해 보조가스가 분사되어 용융물을 강판(S)의 바깥쪽으로 제거한다. 필요에 따라서는 강판(S)의 상면 및 하면의 레이저 빔 조사위치와 가스분사노즐(31)(32)의 각도(θ)를 적절히 조절할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
이와 같이 가스압이 용융물에 인가되면 용융물이 제거되어 홈(groove,G)이 형성되는 것이다. 홈(G)의 폭(W)과 깊이(D)는 강판에 조사된 레이저 빔의 스폿(Spot) 크기와 에너지 밀도, 그리고 보조가스 입사각도(θ)의 조절을 통해 조정이 가능하며 회전식 나이프의 전단 부하가 최소가 되도록 조절한다.
이후, 강판(S)의 지속적인 이동에 따라 강판(S)에 형성된 선형 홈(G)은 상부 및 하부 나이프(12,13)의 절단 위치로 이송되고, 홈(G)이 형성된 강판 부위는 상부 나이프(12)와 하부 나이프(13)의 회전에 의해 용이하게 절단된다.
이와 같이 본 발명의 실시예는 회전식 나이프에 의한 강판(S)의 절단 부위에 사전에 레이저 빔을 집속하여 홈(G)을 형성함으로써 나이프에 의한 전단 부하를 저감하고 이를 통해 고강도강의 고속 트리밍을 가능케 할 수 있다.
즉, 레이저 빔은 렌즈 등과 같은 광 굴절 소자를 이용하여 조절이 가능한 스폿(Spot) 형태로 집광하는 것이 가능하므로 일정한 방법으로 전송된 레이저 빔을 광 굴절 소자를 이용하여 강판에 조사하면 레이저 광의 흡수에 의해 강판 표면이 국소적으로 가열되고 레이저 에너지가 충분할 경우 국소적 용융 현상이 동반된다.
이때 국소적 용융물의 측면에서 가스압(gas pressure)을 인가하면 용융물의 제거가 가능하고 이를 통해 홈(groove)이 형성된다.
PCM 라인에서 고속으로 사이드 트리밍을 실시하는 경우 회전식 나이프 전방에 상술한 바와 같이 레이저 빔을 집속하고 측면에서 가스압을 인가하면 회전식 나이프 전단 전에 일정한 깊이와 폭의 홈(G)을 형성할 수 있으며, 홈(G)이 형성된 부분은 국소적으로 강판의 두께가 감소되는 효과가 있으며 홈 내면의 불규칙한 미세 형상으로 인해 크랙(Crack) 발생이 용이하므로 회전식 나이프에 의해 쉽게 파단되어 절단이 용이하게 된다.
따라서 기존에는 고속 사이드 트리밍이 불가능하던 고강도 강에 대해서도 레이저를 이용하여 사전에 홈(G)을 형성하면 두께 감소 및 나이프에 의한 크랙 발생이용이함에 따라 기존에는 불가능하였던 고속 사이드 트리밍이 가능하게 되는 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사이드 트리밍 장치를 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 사이드 트리밍 장치의 정면도이다. 그리고 도 7은 도 5에 도시된 사이드 트리밍 장치의 블록 다이어그램이다.
본 실시예에 따른 사이드 트리밍 장치 또한 앞선 실시예와 마찬가지로 절단 유닛(110)과 레이저 가공 유닛(120)을 포함한다.
절단 유닛(110)은 스탠드(111), 상부 나이프(112), 및 하부 나이프(113)를 포함하는 구성을 가지며, 상부 및 하부 나이프(112,113)는 회전축(114,115)에 의해 스탠드(111)에 각각 회전 가능하게 연결된다.
레이저 가공 유닛(120)은 절단 유닛(110)의 전방에 설치되며, 강판(S)의 절단 예정 부위에 레이저 빔(L)을 조사하여 절단 예정 부위를 예열하는 기능을 한다. 레이저 가공 유닛(120)은 레이저 발진기(121)와 집광헤드(122,123)을 포함하는 구성을 가지며, 집광헤드(122,123)은 광 파이버(124)에 의해 레이저 발진기(121)와 연결된다.
본 실시예의 사이드 트리밍 장치는 레이저 가공 유닛(120)이 강판(S)에 홈(G, 도 3 참조)을 형성하지 않고 절단 예정 부위를 예열하도록 구성되며, 이를 제외한 나머지 사항은 앞선 실시예와 동일하다. 따라서 절단 유닛(110) 및 레이저 가공 유닛(120)의 세부 구성은 앞선 실시예와 동일한 구성을 가지므로, 중복되는 부분에 대한 설명은 앞선 실시예에 갈음하기로 한다.
본 실시예에 따르면, 집광헤드(122,123)는 스탠드(111)에 의해 지지되는 구조를 가질 수 있으며, 이러한 경우 집광헤드(122,123)는 레이저 빔(L)의 조사 위치를 조절할 수 있도록 스탠드(111)에 회전 구동 가능하게 설치될 수 있다. 이 때 집광헤드(122,123)와 스탠드(111) 사이에는 집광헤드(122,123)의 회전 구동을 위한 모터 등의 회전 구동부(125)가 구비될 수 있다.
한편 레이저 가공 유닛(120)에는 레이저 가공 유닛(120)의 동작을 제어하기 위한 제어부(130)가 연결될 수 있다.
제어부(130)는 레이저 빔(L)의 스팟 형상 또는 크기를 조절하도록 레이저 가공 유닛(120)을 제어할 수 있으며, 이를 위해 집광헤드(122,123)의 광학계를 제어하도록 구성된다.
또한 제어부(130)는 레이저 가공 유닛(120), 구체적으로 레이저 발진기(121)의 레이저 출력을 제어하도록 구성될 수 있다.
나아가 본 실시예의 사이드 트리밍 장치는 냉연라인의 메인 컨트롤러로부터 강판(S)의 이송속도 정보, 강종 정보 등을 입력받는 입력부(140)가 추가로 구비될 수 있으며, 제어부(130)는 입력부(140)에 연결되어 입력 정보를 근거로 레이저 가공 유닛(120)을 동작을 제어하도록 구성 가능하다. 예를 들어 제어부(130)는 강판(S)의 이송 속도 정보, 강종 정보 중 적어도 하나를 근거로 레이저 발진기(121)의 출력을 제어하도록 구성 가능하다.
도 8 및 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 트리밍 방법을 나타내는 도면이다. 도 8 및 9는 본 실시예의 사이드 트리밍 방법에 적용되는 사이드 트리밍 장치의 측면도와 평면도를 각각 나타내고 있다.
본 실시예에 따르면, 강판(S)을 특정 방향(도 6의 화살표 방향)으로 이송시킨 후, 강판(S)의 사이트 트리밍 예정 부위에 레이저 빔(L)을 조사하여 사이드 트리밍 예정 부위를 예열한다.
강판(S)의 예열시 레이저 빔(L)의 스팟이 도 9와 같이 원형 형상을 갖도록 레이저 빔(L)의 스팟(151)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여 제어부(130)는 레이저 빔(L)의 스팟(151)이 원형의 형상을 갖도록 집광헤드(122,123)를 제어할 수 있다.
이와 같이 레이저 빔의 스팟(151)을 원형으로 제어하여 강판(S)의 절단 예정 부위를 국소적으로 가열할 수 있다. 이로써 예열 부위의 폭을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 예열 면적이 넓음으로 인해 발생 가능한 문제(예를 들어, 강판의 냉각시 강도 특성이 달라지는 문제)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 레이저 가공 유닛(120)을 이용하여 상부 및 하부 나이프(112,113)의 전방 부위에 레이저 빔(L)을 조사하면, 강판(S)은 일정한 속도로 이송 중에 있으므로, 강판(S)의 길이 방향으로 예열 라인(150)이 형성된다. 예열 라인(10)은 상부 및 하부 나이프(112,113)의 절단 위치로 이송되게 된다.
상부 및 하부 나이프(112,113)는 레이저 빔(L)에 의해 형성된 예열 부위, 즉 예열 라인(150)을 기계적으로 절단하여 강판(S)의 사이드 부위를 트리밍하게 되는 것이다.
이와 같이 강판(S)의 절단 예정 부위에 레이저 빔(L)을 집속 및 예열하여 예열 부위의 강도를 국소적으로 저하시킴으로써 상부 및 하부 나이프(112,113)의 전단 부하를 저감할 수 있으므로, 고강도강의 고속 트리밍이 가능하게 되는 것이다.
한편 강판(S)에 레이저를 조사할 때 입력부(140)를 통해 입력된 정보(강판 이송 속도, 강종)를 이용하여 레이저 빔(L)의 조사 위치, 레이저 빔(L)의 출력, 레이저 빔 스폿의 형상, 크기 등을 조절할 수 있다.
도 8 및 9에 따르면, 집광헤드(122,123)의 회전 각도를 조절하여 레이저 빔의 조사 위치, 즉, 기계적 절단지점으로부터 레이저 조사위치까지의 거리(D1,D2)를 조절할 수 있다. 이 때 집광헤드(122,123)의 회전 각도 제어는 제어부(130)가 회전 구동부(125)의 회전량을 제어함으로써 이루어질 수 있다.
도 8 및 9는 기계적 절단지점으로부터 레이저 조사위치까지의 거리를 D1에서 D2에서 조절하는 것을 예시하고 있다. 강판(S)의 이송속도가 낮을수록 예열부위의 온도가 냉각되는 경향이 크기 때문에, 강판(S)의 이송속도가 낮을수록 레이저 빔(L)의 조사 위치를 절단지점에 근접시키는 것이 바람직하다.
또한 강판의 이송속도 및 강종을 근거로 레이저 빔(L)의 출력을 제어하여 예열 부위의 온도를 조절하는 것도 가능하다 할 것이다.
한편 도 8 및 9에서 설명된 사이드 트리밍 방법은 강판(S)을 사전 예열하는 방법을 예로 들어 설명하였으나, 여기에서 설명된 사항은 도 3 및 4와 관련된 실시예의 강판(S)에 홈(G)을 형성하는 방법에도 동일하게 적용 가능하다 할 것이다.
도 10 및 11는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사이드 트리밍 방법을 나타내는 도면이다. 도 10 및 11은 본 실시예의 사이드 트리밍 방법에 적용되는 사이드 트리밍 장치의 측면도와 평면도를 각각 나타내고 있다.
본 실시예의 경우 레이저 빔(L)의 스팟(151)이 타원 형상을 갖도록 레이저 빔(L)의 스팟(151) 형상을 제어하는 경우를 나타내고 있다. 이 때 타원은 강판(S)의 이송 방향을 길이 방향으로 갖도록 형성되며, 본 실시예와 같이 타원 형상뿐 아니라 강판(S)의 이송 방향을 길이 방향으로 갖는 직선 형태로 레이저 빔(L)의 스팟(151) 형상을 제어하는 것도 가능하다.
이와 같은 레이저 빔(L)의 스팟(151) 형상 제어는 제어부(130)가 집광헤드(122,123)의 광학계를 제어하여 이루어질 수 있다.
이와 같이 레이저 빔(L)의 스팟(151)을 타원 또는 직선 형태로 제어함에 따라 예열 면적을 증가시킬 수 있으며, 이로써 절단부위에 근접한 위치까지 예열 부위의 온도를 일정 이상으로 유지시킬 수 있는 이점이 있다.
도 12는 고온 인장 강도 측정장치를 이용하여 고강도강의 온도에 따른 강도 변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이 강판(S)의 온도가 400℃ 이상이 되면서 강도(항복응력)이 점차 저하됨을 알 수 있다. 강판의 온도가 600℃에 이르면 강도는 상온에서의 강도에 비해 25%로 저하된다.
즉, 본 고강도강의 경우 연성화 온도 범위가 400~600℃ 이며, 레이저를 이용하여 400~600℃의 연성화 온도로 국소적인 예열을 하면 상부 및 하부 나이프(112,113)의 전단 부하가 크게 감소함을 확인할 수 있다.
따라서 제어부(130)는 절단 유닛(110)이 커팅하는 절단 부위의 온도가 400℃ 내지 600℃의 범위를 갖도록 레이저 가공 유닛(120)의 출력을 제어하도록 구성된다.
이 때 절단 부위의 온도가 400℃보다 낮으면 항복응력이 감소하지 않아 전단 부하 감소의 효과를 얻을 수 없으며, 절단 부위의 온도가 600℃보다 높으면 냉각 후 변태에 의한 재질 변화가 발생하므로, 예열 온도는 400~600℃의 범위를 갖는 것이 가장 바람직하다.
이상에서 설명한 강판의 사이드 트리밍 장치 및 방법은 위에서 설명된 실시예의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있으며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (18)

  1. 이송되는 강판의 적어도 일측에 설치되며, 기계적 절단에 의해 상기 강판의 사이드를 트리밍하는 절단 유닛; 및
    상기 절단 유닛의 전방에 설치되며, 상기 강판의 절단 예정 부위에 레이저 빔을 조사하여 상기 절단 예정 부위에 홈을 형성하거나 상기 절단 예정 부위를 예열하는 레이저 가공 유닛을 포함하는 사이드 트리밍 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절단 유닛은,
    스탠드;
    상기 스탠드에 회전 가능하게 설치되며, 상기 강판의 상측에 배치되는 상부 나이프; 및
    상기 스탠드에 회전 가능하게 설치되며, 상기 강판의 하측에 배치되어 상기 상부 나이프와 함께 상기 강판의 사이드에 전단력을 인가하는 하부 나이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 레이저 가공 유닛은,
    레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기; 및
    상기 스탠드에 설치되며, 상기 레이저 발진기의 레이저 빔을 상기 강판에 집광시키는 집광헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 집광헤드는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 조절할 수 있도록 상기 스탠드에 회전 구동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 집광헤드는 상기 강판의 상하면에 레이저 빔을 조사하도록 상기 강판의 상측과 하측에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 가공 유닛에 의해 형성된 홈 부위에 보조가스를 분사하는 가스분사유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스분사유닛은 상기 강판에 수직한 방향에 대해 45°∼80°의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 가공 유닛에 연결되며, 상기 레이저 빔의 스팟 형상 또는 크기를 조절하도록 상기 레이저 가공 유닛을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 가공 유닛에 연결되며, 상기 레이저 예열유닛의 레이저 출력을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 절단 유닛이 커팅하는 절단 부위의 온도가 400℃ 내지 600℃의 범위를 갖도록 상기 레이저 가공 유닛의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부에 연결되며, 냉연라인의 메인 컨트롤러로부터 상기 강판의 이송속도 정보 및 강종 정보 중 적어도 하나를 입력받는 입력부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 입력부의 입력 정보를 근거로 상기 레이저 가공 유닛의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 장치.
  12. 강판을 이송시키는 단계;
    상기 강판의 사이트 트리밍 예정 부위에 레이저 빔을 조사하여 선형의 홈을 형성하는 단계; 및
    상기 홈이 형성된 부위를 기계적으로 절단하여 상기 강판의 사이드를 트리밍하는 단계를 포함하는 사이드 트리밍 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 강판에 레이저 빔을 조사하여 홈을 형성할 때, 상기 강판의 홈 부위에 비활성가스를 분사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 방법.
  14. 강판을 이송시키는 단계;
    상기 강판의 사이트 트리밍 예정 부위에 레이저 빔을 조사하여 사이드 트리밍 예정 부위를 예열하는 단계; 및
    상기 사전 예열 부위를 기계적으로 절단하여 상기 강판의 사이드를 트리밍하는 단계를 포함하는 사이드 트리밍 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 조사시 상기 레이저 빔의 스팟이 원형 형상을 갖도록 상기 레이저 빔의 스팟 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 조사시 상기 레이저 빔의 스팟이 상기 강판의 이송 방향을 길이 방향으로 갖는 직선 또는 타원 형상을 갖도록 상기 레이저 빔의 스팟 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 강판의 예열은 상기 강판의 절단 부위 온도가 400℃ 내지 600℃의 범위를 갖도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 레이저 조사 단계는,
    냉연 라인의 메인 컨트롤러로부터 상기 강판의 이송속도 정보 및 강종 정보 중 적어도 하나를 입력받는 단계; 및
    상기 입력 정보를 근거로 상기 레이저 빔의 출력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 트리밍 방법.
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