KR100219886B1 - 엔드리스 압연에 있어서 판크라운의 제어방법 및 압연 설비라인 - Google Patents

Abstract

반송되는 판재들을 상호 접합한 후에 압연설비열을 통과시켜 연속적으로 압연하는 엔드리스 압연에 사용되는 판크라운의 제어방법 및 장치.

압연설비열은 반송되는 판재들을 상호 접합시키는 접합장치와, 이 접합장치의 하류에 직렬방식으로 배열되면서 롤 벤더 하중 조정기구 및 롤 크로싱기구를 갖는 복수의 스탠드를 포함한다. 목표 판크라운을 각각의 판재에 가하는 롤 크로스각이 존재하는 경우 각각의 압연기의 스탠드에 결합된 롤의 롤 크로스각은 사전에 소정의 수치로 설정되고, 또한 각각의 스탠드의 롤벤더 하중은 온라인으로 조정됨으로써, 이에 따라 판크라운의 제어를 실시하게 된다. 압연은 또한, 각각의 압연기의 스탠드 내에 결합된 롤의 롤 크로스각을 롤벤더하중과 함께 온라인으로 조정하면서, 실행된다. 상기의 롤벤더 하중과 롤 크로스 각은, 판재들간의 접합부가 존재하는 비정상역 또는 동일한 판재가 순차적으로 주행되는 정상역에서 조정된다.

Description

엔드리스 압연에 있어서 판크라운의 제어방법 및 압연설비라인

제1A도, 제1B도는 크로스 압연기의 롤 크로스각θ를 도시한 도면.

제2도는 롤 크로스각 과 메카니칼 크라운 과의 관계를 도시한 도면.

제3도는 롤 크로스각 과 벤더 하중 과의 관계를 도시한 도면.

제4도는 롤 크로스각 과 벤더 하중과의 관계를 도시한 도면.

제5도는 판크라운의 제어방법의 설명도.

제6도는 실적 메카니칼 크라운(actual mechanical crown)의 조사결과를 도시한 도면.

제7도는 압연 설비라인의 구성도.

제8도는 시트 바아(sheet bar)의 압연 방법의 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상 작업롤(upper work roll) 2 : 하 작업롤(lower work roll)

3 : 판 4 : 접합장치

5 : 압연설비

본 발명은 선행하여 반송(搬送)되는 판재의 후단과 이 판재에 계속되어 반송되는 판재의 선단을 열간압연설비의 입구측에서 상호 접한한 후에, 연속하여 압연하는 엔드리스 압연(endless rolling)에 있어서, 판두께나 판나비 또는 재질의 변경에 관계없이, 각각의 판재에 적절한 판크라운(sheet crown)을 신속히 부여할 수 있는 방법 및 압연설비라인에 관한 것이다.

열간압연 마무리 압연설비의 입구측에서 판재의 후단과 선단을 순차적으로 접합하고, 이것을 연속적으로 마무리 압연하는 엔드리스 압연은 판의 통과시에 발생하는 트러블을 감소시킬 수 있고, 압연한계의 대폭적인 확대가 기대될 수 있는 이점이 있다(일본 공개특허공보 평4-262804호 참조).

그리고, 이와같은 압연방식에 있어서 판크라운의 ㅈ어는 일본 공개특허 공보 소 62-3818호에 개시되어 있는 바와 같이, 각각의 스탠드에 있어서 판두께 오차. 혹은 하중오차를 예측 파악하고, 이에 의거하여 롤벤더의 하중을 조정함으로써 목표로 하는 판크라운(target sheet crown)을 달성하는 것이 일반적이었다.

그런데, 전술한 엔드리스 압연은 다음에 설명하는 바와 같은 문제점이 있다.

즉, 접합하려고 하는 판재들의 재질이 동일하고 마무리 판두께를 동일하게 하는 경우에는, 압연기의 설정조건에 아무런 변화없이 압연할 수 있지만, 열간 마무리 압연되는 제품의 재질, 치수는 여러가지이기 때문에 반드시 동일재질, 동일치수의 판재를 압연한다고는 한정되지 않는다.

엔드리스 압연을 최대한으로 실시하려고 하면, 자연히 재질, 치수가 상이한 것을 접합시킬 수 밖에 없다.

그리고, 압연하려고 하는 판재의 각각에 소정의 판크라운을 부여하는 데는 압연하중의 변화, 또는 각각의 판재의 목표로 하는 판크라운의 변화에 따라서 상하 작업롤에 부여하는 메카니칼 크라운 그 자체를, 판의 반송시에, 판크라운의 목표치에 부합되도록 변경시킬 필요가 있다.

그러나, 메카니칼 크라운을 변경하기 위하여 롤벤더(roll bender)의 하중변경을 실히하는 종래의 기술에서는 제어범위가 지극히 좁다고 하는 불리함이 있었다.

통상, 롤벤더는 롤초크(roll chock)의 응력한계인 약 ± 120 t 정도의 범위내에서 힘을 작용시킬 수 있음에 불과하고, 이 경우에 메카니칼 크라운의 변경량은 약 600㎛ 정도의 좁은 값이다.

본 발명은 선행하여 반송되는 판재와 이 판재에 계속되는 판재를 상호접합하고 이것을, 복수의 압연기를 배열한 압연설비라인을 통하여, 연속적으로 압연함에 있어서, 상기 가각의압연기의 스탠드 내에 결합된 롤의 롤 크로스각(roll cross angle)을 사전에 소정의 값으로 설정하여 놓고, 각각의 스탠드의 롤벤더 하중을 온라인으로 조정함으로써 판크라운을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어 방법이고, 본 발명에 있어서는 상기 각각의 압연기의 스탠드에 결합된 롤의 롤 크로스각을 롤벤더 하중과 함께 온라인으로 조정하면서 압연을 실시하도록 해도 좋다.

또한 본 발명은 판재의 접합부가 존재하는 비정상역(非定常域), 또는 동일한 판재의 것이 계속되는 정상역 내에서의 롤벤더 하중, 롤 크로스각을 조정하도록 하여도 좋고, 정상역 내에서의 롤벤더 하중 또는 롤 크로스각의 조정중에는, 메카니칼 크라운을 일정하게 유지하는 것이 좋다. 또한 판나비, 판두께, 재질등이 여러가지로 상이한 판재, 또는 판나비, 판두께 등이 여러가지로 상이한 동일재질의 판재를 상호 접합하면서 압연하는 것이 특히 생산효율을 개선하는 면에서도 유리하다.

또한, 본 발명은 선행하여 반송되는 판재와 이 판재에 계속되는 판재를 상호 접합시키는 접합장치를 구비하고, 이 접합장치의 하류(downstream side)에 롤 벤딩기구 및 롤 크로싱기구(roll crossing mechanism)를 갖는 복수의 압연기를 직렬로 배열하여 구성되는 압연설비라인을 제공한다.

또한, 본 발명은 선행하여 반송되는 판재와 이 판재에 계속되는 판재를 상호접합하고, 이들을 롤 벤딩기구를 구비한 복수의 크로스 압연기를 베열한 압연설비라인을 통해 연속적으로 압연하는 경우, 각각의 상기 크로스 압연기에 대해서, 연속하여 압연하려고 하는 각각의 판재에 관하여, 각각의 상기 크로스 압연기에 있어서 목표가 되는 판크라운을 부여할 수있는 롤 크로스각의 설정가능 범위를 구하고, 연속하여 압연하려고 하는 판재의 전부에 대해서 공통인 롤 크로스각이 존재하는 경우에는, 사전에 각각의 압연기 스탠드에 대해서 롤 크로스각을 공통의 롤 크로스각으로 설정하여 각각의 상기 압연기 스탠드의 롤벤더 하중을 조정하여 각각의 상기 판재에 대해서 목표로 하는 판크라운으로 제어하며, 연속하여 압연하려고 하는 판재에 공통의 롤 크로스각이 존재하지 않는 경우에는, 선행하는 판재와 후행하는 판재의 접합부를 포함하는 영역에 있어서, 후행하는 판재의 롤 크로스각을 선행하는 판재의 롤 크로스각과는 상이한 값으로 변경하는 동시에, 롤벤더 하중을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조로 본발명을 더욱 상세히 설명한다.

스탠드내에 결합되는 상하 작업롤(1,2)의 롤 크로스각은, 제1A도, 제1B도에 도시된 바와같이 판재(3)를 상하로 끼우는 상하작업롤(1.2)의 롤축이 서로 교차한 경우에 이루는 각도 θ를 말한다.

그리고 상하 작업롤에 롤 크로스각 θ를 부여하는 기능을 구비한 압연기는, 크로스 압연기(cross rolling mill)로 호칭된다.

판두께, 판나비, 압연하중 등의 조건들이 주어진 경우의 크로스 압연기에 잇어서, 메카니칼 크라운의 제어범위를 제2도에 도시한다.

제2도에 있어서, 상측의 곡선은 상하 작업롤에 최소 롤벤더 하중을 가한 경우이고, 롤벤더에 의한 메카니칼 크라운 제어의 최소치를 도시한다.

또한, 하측의 곡선은 상하 작업롤에 최대 롤벤더 하중을 가한 경우이고, 롤벤더에 의한 메카니칼 크라운 제어의 최대치를 도시한다.

그리고, 목표 메카니칼 크라운 C_Ri를 설정한 경우에는 제2도에 도시된 바와 같은 크로스각 θ의 설정가능한 범위가 있다.

여기에서 소정의 재료를 압연하는 경우에, 복수의 스태드 중 임의의 스탠드에 잇어서, 목표 판크라운 C_hi를 설정했다고 가정하면, 일반적으로 목표로 하는 판크라운 C_hi는 전사울 α₁, 유전계수 β_i, 메카니칼 크라운 C_Ri로 하여 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

C_hi= α₁ㆍC_Ri+ β₁ㆍC_hi-1

따라서, 목표로 하는 메카니칼 크라운 C_Ri는 다음의 식으로 구해진다.

C_Ri= ( C_hi- β₁ㆍC_hi) / α₁

상기와 같이 산출된 메카니칼 크라운 C_Ri의 제어범위를 도시한 것이 제2도이다.

목표로 하는 메카니칼 크라운 C_Ri를 얻기 위해서는, 롤벤더에 의한 제어의 최대~최소의 범위와, 이에 대응하는 롤 크로스각의 최대(θmax)~최소(θmax)의 범위에서 롤벤더 하중, 롤 크로스각 θ를 조정하면 좋다.

롤 크로스각 θ의 최대치 θmax와 최소치 θmin, 즉, 롤 크로스각 θ의 제어가능범위는 압연해야 할 판재의 판두께, 판나비 및 재질 등에 의하여 결정된다.

본 발명에서는, 연속적으로 압연하려고 하는 판재의 각각에 대해서 롤 크로스각의 설정가능범위 θ_i를 구한다. 그 실예를 제3도 및 제4도에 도시한다.

제3도 및 제4도는 어느 것이나 연속적으로 압연하려고 하는 판재의 갯수는 15개이고 각각의 판재에 대해서 θ₁~θ₁₅를 구한 것이다.

제3도는 연속하여 압연하려고 하는 판재의 전부에 대하여 공통인 롤 크로스각 θ_A가 존재하는 경우를 도시한다. 이와같이 공통인 롤 크로스각 θ_A가 존재하는 경우에는 사전에 각각의 압연기 스탠드의 상하 작업롤(1,2)(제1도 참조)의 롤 크로스각을 θ_A에 설정하여 놓는다. 그리고, 압연하려고 하는 판재가 변할 때마다, 각각의 압연기 스탠드의 롤벤더 하중을 조정하여 각각의 판재에 대하여 목표로 하는 판크라운 C_hi를 얻도록 한다.

제4도는, 압연하려고 하는 판재의 전부에 대한, 롤 크로스각 θ의 공통범위를 알아낼 수 없는 경우를 나타낸다.

제4도의 예에서는, 11번째의 선행판재와 12번째의 후행판재에 대해서 롤 크로스각 θ의 공통범위가 없다.

이와 같은 경우에는, 12번째의 후행판재의 롤 크로스각 θ를 11번째의 선행판재의 롤 크로스각 θ와는 상이한 각으로 변경한다.

그때에, 롤 크로스각의 변경속도는 일반적으로 매우 늦어서, 온라인에 있어서 그것만으로 판재의 크라운 제어를 실시하는 것은 원료 손실이 매우 커지는 불이익이 수반하기 때문에, 본 발명에서는 응답성이 높은 롤벤더를 병용하는 것이다.

제5도에서, 제4도의 11번째의 선행재와 12번째의 후행재의 접합부에서, 선행재 와는 상이한 판크라운 C_h12를 부여하는 경우의 상황을 도시한다. 이 예는 판크라운을 증가시키는 경우이다.

제5도에 있어서, 12번째의 후행재의 롤 크로스각 θ를 증가시키는 경우에는, 우선 11번째의 선행재와 12번째의 후행재의 접합부가 압연기에 도달하기 전부터, 이 압연기의 롤 크로스각 θ를 서서히 증가시켜 간다.

이 때, 압연중의 판재의 판크라운 C_h11의 변함이 없도록, 롤 크로스각 θ의 증가에 따라서 롤벤더 하중을 감소시켜 간다.

또한, 통상적으로 정상역의 압연에 있어서, 롤벤더 하중은 중립하중(제2도 참조)으로 설정되어 있기 때문에, 롤벤더 하중은 중립하중에서 감소되어 간다. 그리고, 롤 크로스각의 증가와 롤벤더 하중의 감소는 판재의 접합부가 압연기에 도달하기까지 계속된다. 여기에서, 롤 크로스각 θ의 증가는 제2도에 도시된 롤 크로스각의 제어가능 범위내에서 실시된다.

다음에, 판재의 접합부가 압연기에 도달한 단계에 있어서 롤 크로스각 θ는 그대로 계속하여 증가시키지만, 롤벤더 하중에 대해서는 12번째의 후행재에 목표로 하는 판크라운 C_h12를 부여할 수 있는 최대치까지 단시간에 증가시킨다.

이 접합부는 판크라운의 제어를 실시하지 않는 비정상역이다. 이 비정상역은 잘라서 버리는 부분이기 때문에, 가급적 짧은 것이 바람직하다. 비정상역은 제1의 스탠드의 통과시간에서 약 1초로 하는 것이 바람직하다.

다음에 롤벤더 하중을 최대치까지 증가시킨 시점 후에, 롤벤더 하중 이중립하중이 되도록 서서히 롤벤더 하중을 감소시키는 한편, 후행재가 목표인 판크라운을 얻도록 롤 크로스각 θ를 계속하여 증가시켜 간다.

그리고, 롤벤더하중이 중립하중이 된 시점에서 롤 크로스각 θ의 증가는 종료된다. 이후는 크로스각 θ를 일정하게 하여 12번째의 후행재를 압연한다. 또한 제5도에 있어서, Δθmin은 크로스각의 최소 변경량, Δθmax는 롤 크로스각의 최대 변경량이다.

상기의 예는 후행재의롤 크로스각을 크게 하는 경우이지만, 후행재의 롤 크로스각을 작게 하는 경우에는, 롤 크로스각, 롤벤더 하중을 상기와 반대의 순서에 따라 조정해 가면 된다.

이상 설명한 본 발명의 제어에 있어서, 롤 크로스각 θ의 변화량이 Δθ가 되는 경우, 메카니칼 크라운의 변화량 ΔC_Ri는 제(1)식에서 구해진다.

ΔC_Ri= L²/DㆍtanθㆍΔθ -------------------(1)

여기서 L : 작업롤의 롤 바렐(roll barrel)

D : 작업롤의 지름

θ : 설정 롤 크로스각

또한 롤벤더 하중의 변화량 ΔB는 제 (2)식에서 구해진다.

ΔB = f (W, L, D, ΔC_Ri) ------------------------(2)

이와같이, 롤 크로스각 θ의 변화에 따라서 벤더하중을 조정해 감으로써, 접합부를 포함하는 비정상역을 제외하고, 선행재 및 후행재의 각각의 압연시에 있어서의 메카니칼 크라운은 거의 일정하게 유지되고, 잘라서 버리는 부분(scrap portion)도 극히 적게 될 수 있다.

목표 메카니칼 크라운 C_Ri에 대응시켜서, 롤 크로스각 θ와 벤더하중을 조정하여, 선행재, 후행재의 판크라운을 제어한 경우의 실적 메카니칼 크라운을 제6도에 도시한다.

제6도에 있어서, θmax₁는 선행재의 압연에 있어서 벤더하중을 최소로 한 경우에 필요한 롤 크로스각이고, 롤 크로스각 θ의 최대치이다.

θmax₁을 초과하여 롤이 크로스 되면, 선행재는 센터 버클(center buckle) 된다.

θmin₁은, 선행재의 압연에 있어서, 벤더하중을 최대로 한 경우에 필요한 롤 크로스각이고, 롤 크로스각 θ의 최소치이다.

θmax₂, θmin₂는 후행재의 압연에 있어서, 상기와 같은 값이다.

θc₁~ θc₂의 선에 있어서, AB간은 정상영역이다.

BC간은 선행재 또는 후행재의 목표크라운을 얻을 수 없는 비정상영역이다.

CD간은 선행재 또는 후행재의 목표크라운을 얻을 수 없는 비정상영역이다.

DE간은 벤더 하중과 롤 크로스각을 변화시키지만, 후행재의 목표크라운이 얻어지는 영역이다.

EF간은 정상영역이다.

제7도는 본 발명을 실시하는데 사용되는 적절한 압연설비라인의 구성예이고, 도면중에서 부호4는 선행재의 후단과 후행재의 선단을 단시간에 접합하는 접합장치를 도시하며, 부호5는 이 접합장치의 하류에 배치되어 접합이 끝난 판재를 연속하여 압연하는 열간 마무리 압연설비이고, 이 압연설비(5)는 7개의 스탠드를 직렬방식으로 배열한 것으로 도시되어 있으며, 제4의 스탠드 ~제7의 스탠드에는 롤 벤딩기구 외에 롤 크로싱 기구가 구비되어 있다.

제7도에 도시된 바와 같은 압연설비라인을 구성하는 압연기로서는 백업롤(back-up roll)과 작업롤의 조합으로 구성된, 소위 페어크로스 압연기(pair cross rolling mill)가 적합하지만 작업롤 만이 결합된 싱글 크로스 압연기도 또한 적용가능하다. 그리고, 메카니칼 크라운의 변경은 백업롤의 크라운을 조절하는 것으로도 얻어질 수 있다.

(실시예)

제8도에 도시된 바와같이, 판두께가 30mm, 판나비가 1250~1350mm인 시트 바아(코통 강)를 3개 (이하 A 그룹으로 호칭함) 동일하게 판두께가 30mm, 판나비가 1050mm~1200mm인 시트바아(보통 강)를 4개 (이하 C그룹으로 호칭함), 또한 판두께가 30mm, 판나비가 850~1000mm인 시트 바아(고장력강)를 4개(이하 D그룹으로 호칭함)를 준비하고, 이 시트 바아 들을 압연설비라인의 입구측에서 순차접합하여 판크라운의 제어(각각의 그룹으로 전환하는 시점에서 판두께의 변경 및 롤 크로스각의 변경상황은 제3도, 제4도와 대략동일)을 수반하는 엔드리스 압연(압연속도는 모두 700mpm)을 실시하고, 얻어진 판(A 그룹의 마무리 판두께는 4.5mm, B 그룹의 마무리 판두께는 3.0mm, C 그룹의 마무리 판두께는 2.0mm, D그룹의 마루리 판두께는 1.6mm)의 크라운 정밀도, 형상에 대하여 조사하였다.

압연은 A 그룹~D 그룹에, 적절한 하중 및 최적 롤 크로스 각을 설정하여 압연한 결과 1.6mm의 마무리재에 잇어서, 종래에는 25m 정도의 비전상부가 생겼지만, 본 발명을 적용함으로써, 비정상부는 10m로 저감될 수 있었다.

본 발명에 따르면, 복수의 판재를 차례대로 연결하여 연속적으로 압연을 실시하는 경우에, 판두께나 판나비 또는 재질의 변경에 관계없이 신속히 적절한 판크라운으로 제어될 수 있고, 원료활용 저하원인이 되는 잘라서 버리는 부분도 극히 적기 때문에, 효율적인 압연을 실시할 수 있다.

Claims (9)

1. 선행하여 반송되는 판재와 이 판재에 계속되는 판재를 상호 접합하고 이들을 복수의 압연기를 배열한 압연설비라인을 통하여 연속적으로 압연함에 있어서, 상기 각 압연기의 스탠드내에 결합된 롤의 롤 크로스각을 사전에 소정의 값으로 설정하고, 스탠드의 롤벤더 하중을 온라인으로 조정함으로써, 판크라운을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법.
2. 선행하여 반송되는 판재와 이 판재에 계속되는 판재를 상호 접합하고 이들을 복수의 압연기를 배열한 압연설비라인을 통하여 연속적으로 압연함에 있어서, 상기 각 압연기의 스탠드내에 결합된 롤의 롤크로스각을 롤벤더 하중과 함께 온라인으로 조정하면서 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 판재의 접합부가 존재하는 비정상역 또는 동일한 판재가 계속되는 정상역 내에서 롤벤더 하중, 롤 크로스각을 조정하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 정상역 내에서의 롤벤더 하중, 롤 크로스각의 조정 중에 메카니칼 크라운을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법.
5. 제1항에 있어서, 판나비, 판두께, 재질등이 여러가지로 상이한 판재 또는, 판나비, 판두께 등이 여러가지로 상이한 동일재질의 판재를 상호 접합하면서 압연하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법.
6. 선행하여 반송되는 판재와 이 판재에 계속되는 판재를 상호접합하는 접합장치를 구비하고, 이 접합장치의 하류에 롤 벤딩기구 및 롤 크로싱 기구를 갖는 복수의 압연기를 직렬로 배열하여 이루어지는 압연 설비라인.
7. 선행하여 반송되는 판재와 이 판재에 계속되는 판재를 상호접합하고, 이들을 롤 벤딩기구를 구비한 복수의 크로스 압연기를 배열한 압연설비라인을 통해 연속적으로 압연하는 경우, 각각의 상기 크로스 압연기에 대해서, 연속하여 압연하려고 하는 판재의 각각에 대하여, 각각의 상기 크로스 압연기에 있어서 목표가 되는 판크라운을 부여할 수 있는 롤 크로스각의 설정가능 범위를 구하고, 연속하여 압연하려고 하는 판재의 전부에 대해서 공통인 롤 크로스각이 존재하는 경우에는 사전에 각각의 압연기 스탠드에 대해서 롤 크로스각을 공통의 롤 크로스각으로 설정하고 각각의 압연기 스탠드의 롤벤더 하중을 조정하여, 각각의 판재에 대해서 목표로 하는 팔크라운으로 제어하며, 연속하여 압연하려고 하는 판재에 공통의 롤 크로스각이 존재하지 않는 경우에는 선행하는 판재와 후행하는 판재의 접합부를 포함하는 영역에 있어서, 후행하는 판재의 롤 크로스각을 선행하는 판재의 롤 크로스각과는 상이한 값으로 변경하는 동시에. 롤벤더 하중을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법.
8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 판나비, 판두께, 재질등이 여러가지로 상이한 판재 또는 판자비, 판두께 등이 여러가지로 상이한 동일재질의 판재를 상호 접합하면서 압연하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법.
9. 제4항에 있어서, 판나비, 판두께, 재질등이 여러가지로 상이한 판재 또는, 판나비, 판두께 등이 여러가지로 상이한 동일재질의 판재를 상호 접합하면서 압연하는 것을 특징으로 하는 엔드리스 압연에 있어서의 판크라운의 제어방법.