KR101668628B1

KR101668628B1 - 압연롤의 제조 방법 및 압연롤, 및 압연롤의 제조 장치

Info

Publication number: KR101668628B1
Application number: KR1020147033251A
Authority: KR
Inventors: 겐지 기무라; 아키오 소노다; 히로시 요시나가; 히데아키 나가요시
Original assignee: 후지코 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2016-10-24
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: EP2985088B1; CN104379269B; JPWO2014168142A1; US10155283B2; EP2985088A1; EP2985088A4; KR20150013204A; JP5756889B2; RU2630726C2; US20160023300A1; US20170095884A1; ES2686366T3; US9566662B2; WO2014168142A1; RU2014153098A; CN104379269A

Abstract

Cr―Mo강 또는 탄소강으로 이루어지는 심재(11)의 외주에 땜질 육성층(12)이 형성된 롤 보디 부재(13)와, 심재(11)의 축 방향 양측에 설치된 Cr―Mo강의 축재(14, 15)를 구비하는 압연롤(10)의 제조 방법은, 롤 보디 부재(13) 및/또는 축재(14, 15)의 접합 단부(16∼19)의 예열 단계와, 축재(14, 15)를 심재(11)에 압압하면서 회전시켜 접합 단부(16∼19)를 마찰 가열한 후에 강압하여 접합하는 마찰 압접 단계를 포함한다. 제조 장치(20)는, 롤 보디 부재(13)와 축재(14, 15)의 제1, 제2 파지 수단(29, 23)과 축재(14, 15)를 회전시키는 회전 수단과, 심재(11)와 축재(14, 15)를 축 방향으로 압압하는 압압 수단(24)과, 롤 보디 부재(13)와 축재(14, 15)의 접합 단부(16∼19)를 예열하는 예열 수단(31)을 가진다.

Description

압연롤의 제조 방법 및 압연롤, 및 압연롤의 제조 장치{METHOD FOR PRODUCING ROLLING ROLL, ROLLING ROLL, AND DEVICE FOR PRODUCING ROLLING ROLL}

본 발명은, 제철 압연(壓延) 설비에 사용하는 압연롤(rolling roll)의 제조 방법 및 압연롤, 및 압연롤의 제조 장치에 관한 것이다.

종래, 예를 들면, 형강(形鋼)의 압연에 있어서, 압연재(壓延材)의 고품질화와 수고 저감 및 에너지 절약화를 도모하기 위해, 보다 과혹(過酷)한 압연 조건에 견디고, 또한 장수명의 압연롤이 요구되어 왔다.

그러므로, 예를 들면, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이, 롤 보디 부재의 표층부가 경질의 금속(예를 들면, 고속도강계 다합금 백주철)으로 구성된 압연롤 등이 사용되고 있다. 이 압연롤은, 심재(芯材)의 외주에 경질의 금속층을 형성한 롤용 소재로부터, 롤 보디 부재와 그 축 방향 양측에 설치된 축재(軸材)가 일체로 된 압연롤을 깍아냄으로써 제조되어 있었다.

그러나, 롤용 소재로부터 축재가 긴 압연롤을 깍아내는 경우, 깍아낼 때에서의 여분의 가공 여유가 많아지게 되어, 제조 시간을 단축할 수 없고, 또한 커팅날의 러닝 비용(running cost)이 소요되어 경제적이지 않았다. 또한, 1개의 롤용 소재로부터 복수 개의 압연롤을 제조할 수 없으므로, 예를 들면, 새롭게 롤용 소재를 준비할 필요가 있어, 압연롤의 납기 단축이나 제조 비용의 삭감을 도모하는 것이 어려웠다.

그래서, 예를 들면, 특허 문헌 2와 같이, 롤 보디 부재의 양측에, 각각 개선(開先; groove)를 형성하여 축재를 배치하고, 이 각각의 개선을 용접하여, 롤 보디 부재와 축재를 접합하는 방법이 제안되어 있었다.

일본 공개특허 제2000―158020호 공보 일본 공개특허 제2005―324204호 공보

그러나, 압연롤은, 큰 하중이 걸리는 제철 압연 설비에서 사용하므로, 롤 보디 부재와 축재를 접합하는 경우, 그 접합 부분이 손상되기 쉽고, 또한 수명의 연장을 도모하는 것이 어려웠다.

또한, 특허 문헌 2에 기재된 기술에 있어서는, 롤 보디 부재에 대하여 축재가 편심(偏心) 또는 굽혀져 용접되기 쉽고, 용접 후의 불균일의 보정을 필요로 하므로, 불균일의 보정을 완전히 행하는 것은 곤란하므로, 다소 굵은 축재를 사용할 필요가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 짧은 공사 기간에 염가로 제조할 수 있고, 종래보다 장수명화가 도모되는 압연롤의 제조 방법 및 압연롤, 및 압연롤의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적에 따르는 제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법은, 크롬―몰리브덴강(鋼) 또는 탄소강으로 이루어지는 원기둥형의 심재의 외주에, 경질의 땜질 육성층(肉盛層)이 형성된 롤 보디 부재와 크롬―몰리브덴강으로 이루어지고, 상기 심재의 축 방향 양측에 각각 설치된 축재를 구비하는 압연롤의 제조 방법에 있어서,

상기 축재의 접합 단부의 직경을 상기 심재의 직경보다 작게 하고,

상기 롤 보디 부재 및 상기 축재 중 어느 한쪽 또는 양쪽 중 적어도 접합 단부(端部)를, 미리 설정한 온도로 예열하는 예열 단계와,

상기 심재의 축심(軸心)에 상기 축재의 축심을 맞춘 상태에서, 상기 축재를 상기 심재에 압압(押壓)하면서 회전시켜 상기 심재 및 상기 축재의 접합 단부를 마찰 가열한 후, 상기 심재에 상기 축재를 강압(强壓)하여 접합하는 마찰 압접(壓接) 단계를 포함한다.

제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법에 있어서, 상기 축재의 접합 단부의 직경은 상기 심재의 직경의 0.86배 이상 0.96배 이하로 할 수 있다.

제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법에 있어서, 상기 심재는 상기 롤 보디 부재의 단부로부터 돌출되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우의 돌출량은 1∼10㎜ 이면 충분하지만, 본 발명은 이 수치에 한정되지 않는다.

제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법에 있어서, 상기 마찰 압접 단계 후에, 상기 롤 보디 부재와 상기 축재의 접합 부분에 기계 가공을 행하여 금속면을 노출시키고, 상기 접합 부분의 원주 용접을 행하는 것이 바람직하다.

제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법에 있어서, 상기 예열 단계에서의 상기 접합 단부의 예열 온도는, 500℃ 이상, 상기 축재의 융점 이하인 것이 바람직하다.

제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법에 있어서, 상기 롤 보디 부재에, 그 외주에 새로운 상기 땜질 육성층이 형성된 사용이 끝난 롤을 사용할 수 있다.

제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법에 있어서, 상기 사용이 끝난 롤은, 소둔(燒鈍) 후, 외주의 땜질 육성층이 기계 가공에 의해 일부 또는 전부가 제거되어 있는 것이 바람직하다.

제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법에 있어서, 상기 축재는 사용이 끝난 롤로부터 절단 분리된 축재를 사용할 수도 있다.

상기 목적에 따르는 제2 발명에 관한 압연롤은, 제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법에 의해 제조되고 있다.

상기 목적에 따르는 제3 발명에 관한 압연롤의 제조 장치는, 제1 발명에 관한 압연롤의 제조 방법으로 사용하는 제조 장치로서,

상기 롤 보디 부재를 수평 또는 수직으로 파지(把持)하는 제1 파지 수단과,

상기 축재를 상기 롤 보디 부재의 축심에 맞추어 파지하는 제2 파지 수단과,

상기 제2 파지 수단에 설치되고, 상기 축재를 그 축심을 중심으로 하여 회전시키는 회전 수단과,

상기 제1 파지 수단 또는 상기 제2 파지 수단에 설치되고, 상기 심재와 상기 축재의 접합면끼리를 맞대어, 상기 심재와 상기 축재를 축 방향으로 압압하는 압압 수단과,

상기 롤 보디 부재 및 상기 축재의 양쪽의 접합 단부를 예열하는 예열 수단을 가진다.

제3 발명에 관한 압연롤의 제조 장치에 있어서, 상기 예열 수단은, 간격을 두고 대향 배치된 상기 롤 보디 부재와 상기 축재의 각 접합 단부에 각각 마주보고 배치되는 복수의 버너로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

제3 발명에 관한 압연롤의 제조 장치에 있어서, 상기 접합 단부에 마주보고 배치되는 복수의 상기 버너는, 상기 접합 단부의 주위 에지부보다 중앙부 쪽이 조밀하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.

제3 발명에 관한 압연롤의 제조 장치에 있어서, 복수의 상기 버너의 화염 분출구 측에는, 내열 부재가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

제3 발명에 관한 압연롤의 제조 장치에 있어서, 복수의 상기 버너에는, 수냉 수단이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

제3 발명에 관한 압연롤의 제조 장치에 있어서, 상기 예열 수단은, 상기 롤 보디 부재와 상기 축재의 접합 단부를 예열하는 예열 위치와, 상기 예열 위치의 측방에 위치하는 비예열 위치와의 사이를 이동 가능한 이동 수단에 설치할 수도 있다.

제3 발명에 관한 압연롤의 제조 장치에 있어서, 상기 예열 수단은, 상기 롤 보디 부재 및 상기 축재의 접합 단부를 동시에 또는 순차적으로 가열하는 버너와, 선단부에 상기 버너가 장착된 로봇암을 가지고, 상기 로봇암에 의해 상기 버너의 방향 및 이동 궤적을 결정하는 것이 바람직하다.

제3 발명에 관한 압연롤의 제조 장치에 있어서, 상기 버너는, 상기 롤 보디 부재의 접합 단부를 예열하는 제1 버너와, 상기 축재의 접합 단부를 예열하는 제2 버너를 가지고 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 압연롤의 제조 방법 및 압연롤, 및 압연롤의 제조 장치는, 예열 단계와 마찰 압접 단계에 의해, 롤 보디 부재와 축재와의 접합을 행하므로, 짧은 공사 기간에 염가로 제조할 수 있고, 종래보다 장수명화가 도모된다.

또한, 축재의 접합 단부의 직경을 심재의 직경보다 작게 하고 있으므로, 크롬―몰리브덴강 또는 탄소강으로 이루어지는 심재와 크롬―몰리브덴강으로 이루어지는 축재가 확실하게 축심을 맞추어 맞닿게 하여 용접(마찰 압접)할 수 있다. 그리고, 롤 보디 부재의 외측의 경질의 땜질 육성층이 축재와는 접하지 않기 때문에, 압연롤로서 충분한 접합 강도를 가지는 비틀림이나 불균일이 적은 마찰 압접이 확실하게 행할 수 있다.

특히, 롤 보디 부재로부터 심재를 돌출시키는 경우에는, 또한 축재가 롤 보디 부재의 경질의 땜질 육성층에 접합하지 않아, 마찰 압접을 확실하게 행할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 압연롤의 제조 장치에 있어서, 롤 보디 부재와 축재의 접합 단부를 예열하는 예열 수단으로서, 로봇암의 선단부에 설치된 버너를 사용하는 경우에는, 로봇암을 제어함으로써, 롤 보디 부재와 축재의 임의의 개소(箇所)를 임의의 시기에 버너로 가열할 수 있다. 그리고, 로봇암의 프로그램을 변경함으로써, 임의의 직경의 롤 보디 부재 및 축재에 맞추어 가열 영역을 변경할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 압연롤의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법의 설명도이다.
도 3의 (A), (B)는 각각 동 압연롤의 제조 방법으로 사용하는 압연롤의 제조 장치의 예열 수단의 측단면도, 정면도이다.
도 4는 동 예열 수단이 설치된 구동 수단의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법의 설명도이다.
도 6의 (A)∼(C)는 본 발명에 사용하는 예열 수단의 설명도이다.
도 7은 본 발명에 사용하는 다른 예열 수단의 설명도이다.

이어서, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명을 구체화한 실시예에 대하여 설명하고, 본 발명의 이해에 제공한다.

먼저, 도 1을 참조하면서, 본 발명의 일 실시예에 관한 압연롤(10)에 대하여 설명한다.

압연롤(10)은, 철강의 압연에 있어서, 특히, 박판(薄板), 봉강(棒鋼), 선재(線材), 또는 형강의 열간(熱間) 압연 작업이나 냉간(冷間) 압연 작업(압연이나 교정)에 사용되는 롤이며, 사용 목적에 따라 소정의 가공 처리가 행해진 롤이다.

이 압연롤(10)은, 원기둥형의 심재(11)의 외주에 땜질 육성층(12)이 형성된 롤 보디 부재(13)와, 심재(11)의 축 방향 양측에 각각 설치된 축재(14, 15)를 구비한다. 그리고, 압연롤(10)의 치수는, 롤 보디 부재(13)의 외경(外徑)(보디 직경) D가, 예를 들면, 300∼900㎜ 정도이며, 폭(보디 길이) W가, 예를 들면, 1500∼2500㎜ 정도이며, 축재(14, 15)도 포함한 전체 길이 L이, 예를 들면, 4000∼7000㎜ 정도이다.

여기서, 롤 보디 부재(13)의 심재(11)는, 크롬―몰리브덴(Cr―Mo)강 또는 탄소강으로 이루어지고, 축재(14, 15)는 크롬―몰리브덴(Cr―Mo)강으로 이루어진다.

심재(11)의 외주에 형성된 땜질 육성층(12)은, 예를 들면, 일본 공개특허2012―110968호 공보에 기재된 철계(鐵系) 외층재[쇼어 경도(shore hardness) HS가 70∼100 정도)나, 고속도강계 다합금 백주철(고속도강의 일례) 등의 경질의 재료로 이루어진다. 그리고, 땜질 육성층(12)의 두께는, 사용 목적에 따라 여러 가지 변경할 수 있지만, 예를 들면, 50∼150㎜ 정도이다.

이 롤 보디 부재(13)는, 예를 들면, 일본 공개특허 제2000―158020호 공보에 개시된 방법 등으로 제조할 수 있으므로, 여기서는, 설명을 생략한다.

상기한 압연롤(10)은, 롤 보디 부재(13)와 축재(14, 15)를 별개로 형성하고, 롤 보디 부재(13)의 심재(11)의 한쪽의 접합 단부(16)와, 한쪽의 축재(14)의 접합 단부(17)를 마찰 접합하고, 심재(11)의 다른 쪽의 접합 단부(18)와, 다른 쪽의 축재(15)의 접합 단부(19)를 마찰 접합한 것이다.

그러나, 필요에 따라, 심재의 한쪽의 축재만을, 기계 가공에 의해 심재와 일체로 형성하고, 심재의 다른 쪽의 축재만을, 심재와는 별개로 형성하여, 심재와 축재의 접합 단부를 마찰 접합할 수도 있다.

이와 같이, 축재(14, 15)는 롤 보디 부재(13)에 마찰 접합하므로, 심재(11)와 축재(14, 15)와의 접합이 양호한 상태로 행해지도록, 축재(14, 15)의 접합 단부(17, 19)의 직경(외경)을, 심재(11)의 직경보다 작게 하고 있다. 구체적으로는, 축재(14, 15)의 접합 단부(17, 19)의 직경을, 심재(11)의 직경의 0.86배 이상 0.96배 이하로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 롤 보디 부재(13)와 축재(14, 15)의 접합 부분(주위 방향의 경계 부분)에는, 또한 원주 용접(육성 용접)을 행하여, 보강하는 것이 바람직하다. 이 용접에는, 예를 들면, 고장력강(高張力鋼)(하이텐) 등의 용가재(溶加材)를 사용한 MIG법 또는 TIG법을 적용할 수 있다.

여기서, 롤 보디 부재(13)는, 미사용의 롤 보디 부재(미사용 부재)를 사용할 수 있지만, 사용이 끝난 롤의 롤 보디 부재(사용이 끝난 부재)를 사용할 수도 있다. 그리고, 사용이 끝난 부재를 사용하는 경우에는, 사용이 끝난 롤의 축 방향 양측(또는 한쪽)의 축재를 절단하여 제거한 후, 얻어진 롤 보디 부재의 외주에, 필요하면 기계 가공 후, 상기한 구성의 새로운 땜질 육성층을 형성한다.

또한, 축재(14, 15)도, 미사용의 축재(미사용 부재)를 사용할 수 있지만, 사용이 끝난 롤의 축재(사용이 끝난 부재)를 사용할 수도 있다. 그리고, 사용이 끝난 부재를 사용하는 경우에는, 사용이 끝난 롤로부터 절단 분리된 축재를, 필요에 따라 기계 가공[축경(縮徑)]한다.

다음에, 도 1∼도 4를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 장치(이하, 단지 제조 장치라고도 함)(20)에 대하여 설명한다.

압연롤의 제조 장치(20)는, 베이스 테이블(21)과, 이 베이스 테이블(21) 상에 설치되고, 롤 보디 부재(13)를 파지하는 복수(여기서는 3개)의 클램프(clamp)(22)와, 축재(14)[또는 축재(15), 이하 마찬가지]를 파지하는 척(chuck)(제2 파지 수단의 일례)(23)과, 복수의 클램프(22)와 파지된 롤 보디 부재(13)를 그 축 방향으로 압압하는 유압 실린더(압압 수단의 일례)(24)를 가지고 있다.

베이스 테이블(21)의 길이 방향 한쪽[롤 보디 부재(13) 측] 단부에는, 유압 실린더(24)가 설치된 제1 지지대(25)가 장착되어 고정되고, 길이 방향 다른 쪽[축재(14) 측] 단부에는, 척(23)이 설치된 제2 지지대(26)가 장착고정되어 있다.

척(23)은, 축재(14)가 수평 상태로 되도록, 축재(14)의 베이스측을 파지하는 것이다. 그리고, 이 척(23)에는, 축재(14)의 축심을 중심으로 하여 회전시키는 회전 수단의 일례인 감속기 및 모터(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 또한, 척(23)의 전방(축재(14)의 앞쪽)에는, 척(23)에 파지된 축재(14)의 축심 위치가, 축재(14)의 회전 시에 진동하는 것을 억제, 또한 방지하기 위한 진동 정지 수단(27)이 배치되어 있다.

베이스 테이블(21)의 길이 방향 양측 단부에 각각 배치된 지지대(25)와 지지대(26)의 사이에는, 베이스 테이블(21)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 된 테이블(28)이 배치되어 있다. 이 테이블(28) 상에는, 복수의 클램프(22)가, 베이스 테이블(21)의 길이 방향으로 간격을 두고 장착고정되어 있다.

이로써, 롤 보디 부재(13)와 축재(14)를, 그 축심을 맞추어 베이스 테이블(21) 상에 수평 배치할 수 있다.

그리고, 여기서는, 클램프(22)와 테이블(28)을 가지고 제1 파지 수단(29)이 구성된다. 또한, 테이블(28)의 길이 방향 한쪽 단부에 유압 실린더(24)가 접촉되고 있으므로, 유압 실린더(24)는 제1 파지 수단(29)에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이로써, 유압 실린더(24)를 사용함으로써, 제1 파지 수단(29)을 통하여, 롤 보디 부재(13)를 축재(14)에 대하여 압압할 수 있다. 이 때, 압압력(押壓力)에 의해, 지지대(25)와 지지대(26)의 상부의 간격이 개방될 우려가 있지만, 이것은, 지지대(25)와 지지대(26)의 하부가 베이스 테이블(21)로 연결되고, 상부가 연결 로드(30)와 연결되어 있으므로 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 여기서는, 제1 파지 수단(29)에 설치된 유압 실린더(24)에 의해, 롤 보디 부재(13)를 축재(14) 측으로 가압한 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 롤 보디 부재(13)의 중량이나 길이 등을 고려하면, 롤 보디 부재(13)의 설치 위치를 고정하고(이동시키지 않고), 베이스 테이블(21)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 된 테이블에 척(또한 진동 정지 수단)을 장착하고, 또한 이 척에 유압 실린더(압압 수단의 일례)를 설치하여, 축재(14)를 롤 보디 부재(13) 측으로 압압하는 것이 바람직하다.

그리고, 압압 수단은, 심재(11)와 축재(14)를 축 방향으로 압압할 수 있는 것이면, 유압 실린더에 한정되는 것이 아니고, 공압(空壓) 실린더, 전동 실린더 등이라도 된다.

도 2, 도 3의 (A), (B), 도 4에 나타낸 바와 같이, 척(23)과 클램프(22)의 사이에는, 예열 수단(31)이 설치되어 있다.

예열 수단(31)은, 클램프(22)와 척(23)에 각각 파지되어 간격을 두고 대향 배치된 롤 보디 부재(13)와 축재(14)[축재(15)도 마찬가지]의 각 접합 단부(16, 17)에 각각 마주보고 배치되는 복수의 버너(32)로 구성되어 있고, 롤 보디 부재(13)의 접합 단부(16)와 축재(14)의 접합 단부(17)의 양쪽을, 미리 설정한 온도로 예열하는 것이다.

도 3의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 예열 수단(31)에는 수냉 수단(33)이 설치되어 있다.

수냉 수단(33)은, 롤 보디 부재(13)의 심재(11)의 접합면에 간격을 두고 대향 배치되는 원반형의 수냉 쟈켓(34)과, 축재(14)의 접합면에 간격을 두고 대향 배치되는 원반형의 수냉 쟈켓(35)을 가지고 있다. 이 수냉 쟈켓(34)과 수냉 쟈켓(35)은, 그 축심을 맞추어, 장착 테이블(36)의 두께 방향 양측에 장착되어 고정되고, 이 수냉 쟈켓(34, 35)에 복수의 버너(32)가 각각 장착고정되어 있다.

수냉 쟈켓(34, 35)의 상부 및 하부에는, 수냉 쟈켓(34, 35)으로의 송수와 수냉 쟈켓(34, 35)으로부터의 배수를 행하는 배관(37, 38)이 접속되어 있다.

또한, 각각의 수냉 쟈켓(34, 35)의 표면측, 즉 복수의 버너(32)의 화염 분출구측[롤 보디 부재(13)의 접합면과의 대향면 측과 축재(14)의 접합면과의 대향면 측]에게는, 세라믹스제(예를 들면, 알루미나)의 내열판(내열 부재의 일례)(39, 40)이, 각각 설치되어 있다. 그리고, 내열판(39, 40)에는, 각 버너(32)의 화염 분출구의 위치에 따라, 개구부(41)가 형성되어 있다.

한편, 각각의 수냉 쟈켓(34, 35)의 이면측(裏面側)에는, 가스 공급관(42)으로부터 보내진 가스를 각 버너(32)에 공급하기 위한 가스 공급실(43, 44)이, 각각 설치되어 있다.

이와 같이, 복수의 버너(32)에 수냉 수단(33)과 내열판(39, 40)을 설치함으로써, 복수의 버너(32)와 롤 보디 부재(13)의 접합 단부(16)와 축재(14)의 접합 단부(17)의 양쪽을 예열하고 있는 가장 도중에, 버너(32)의 불꽃이 각각의 접합면에서 튀어올라, 버너(32)의 장착 부분이 고온으로 되어 변형, 또는 용융되는 것을 억제, 또한 방지할 수 있다.

그리고, 여기서는, 복수의 버너(32)에, 수냉 수단(33)과 내열판(39, 40)의 양쪽을 설치한 경우에 대하여 설명하였으나, 버너(32)의 사용 상황(예열 온도 등)에 따라, 이들을 사용하지 않고, 또한 수냉 수단(33)과 내열판(39, 40) 중 어느 한쪽만을 사용할 수도 있다.

도 3의 (B), 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수의 버너(32)는, 수냉 쟈켓(34)[수냉 쟈켓(35)도 마찬가지]의 축심 위치 및 그 축심 위치를 중심으로 한 동심원 상에 배치되어 있다. 특히, 본 실시예에서는, 축재(14)[축재(15)도 마찬가지]를 롤 보디 부재(13)에 마찰 접합하므로, 심재(11)와 축재(14)와의 접합이 양호한 상태로 행해지도록, 각 접합 단부(16, 17)에 마주하여 배치되는 복수의 버너(32)는, 접합 단부(16, 17)[수냉 쟈켓(34, 35)]의 주위 에지부보다 중앙부(축심부) 쪽이 조밀하게 배치되어 있다.

이로써, 각 접합 단부(16, 17)의 중앙부의 온도를, 그 주위 에지부보다 상승시킬 수 있다.

그리고, 여기서는, 예열 수단(31)으로서, 복수의 버너(32)를 사용한 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 전자(電磁) 유도 가열 코일 등을 사용할 수도 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 예열 수단(31)은, 롤 보디 부재(13)와 축재(14)[축재(15)도 마찬가지]의 접합 단부(16, 17)를 예열하는 예열 위치(45)[도 4 중의 예열 수단(31)의 2점 쇄선 위치]와, 이 예열 위치(45)의 측방에 위치하는 비예열 위치(46)[도 4 중의 예열 수단(31)의 실선 위치, 즉 대기 위치]와의 사이를 이동 가능하게 하는 이동 수단(47)에 설치되어 있다.

이동 수단(47)은, 예열 위치(45)와 비예열 위치(46)와의 사이에 걸쳐 배치되는 가이드 레일(48)과, 이 가이드 레일(48) 상을 주행 가능하며, 예열 수단(31)의 장착 테이블(36)의 하단부가 장착되어 고정된 반송 테이블(49)을 가지고 있다.

이로써, 예열 수단(31)을, 예열 위치(45)와 비예열 위치(46)와의 사이에서 왕복 이동시킬 수 있다.

또한, 이동 수단(47)에는, 예열 수단(31)의 버너(32)에 가스를 공급하는 가스 공급용 호스(50)가 설치되어 있다.

가스 공급용 호스(50)의 앞쪽 단부는, 반송 테이블(49)에 접속되고, 반송 테이블(49)에 접속된 가스 공급관(42)에, 가스를 공급 가능한 구성으로 되어 있다. 한편, 가스 공급용 호스(50)의 베이스측 단부는, 베이스 테이블(21)의 측방을, 베이스 테이블(21)과 평행하게 주행 가능하게 한 대차(臺車; carriage)(51)에 접속되어 있다.

또한, 예열 수단(31)이, 예열 위치(45)와 비예열 위치(46)와의 사이에서 왕복 이동할 때는, 가스 공급용 호스(50)를 가이드 롤러(52)에 의해 지지하는 동시에 가이드하고[루퍼(looper) 기구(機構)], 가스 공급용 호스(50)가 바닥면(53)에 접촉하는 것을 방지하고 있다.

그리고, 압연롤의 제조 장치(20)에는, 또한 예열된 롤 보디 부재(13) 및 축재(14)의 온도를 측정하는 온도계나, 심재(11)와 축재(14)와의 압압 시의 토크를 검출하는 토크 검출기, 또한 압압 시에 가해지는 압력을 측정하는 압력계 등도 설치되어 있다.

상기한 모터, 유압 실린더(24), 및 예열 수단(31)의 각각의 동작은, 제어 장치(도시하지 않음)에 의해 제어할 수 있다. 그리고, 제어 장치는, 온도계, 토크 검출기, 및 압력계의 각각의 계측값도 관리하고 있고, 이들의 측정값에 기초하여, 모터, 유압 실린더(24), 및 예열 수단(31)의 각각의 동작을 제어할 수 있다.

이로써, 예열된 심재(11)의 축심에 예열된 축재(14, 15)의 축심을 맞춘 상태에서, 심재(11)와 축재(14, 15)의 접합면끼리를 맞대어, 유압 실린더(24)에 의해 심재(11)를 축재(14, 15)에 압압하면서, 모터에 의해 척(23)[축재(14, 15)]를 회전시켜, 심재(11) 및 축재(14, 15)의 접합 단부(16∼19)를 마찰 가열한 후, 유압 실린더(24)에 의해 심재(11)를 축재(14, 15)에 강압하여 접합할 수 있다. 그리고, 강압은 유압 실린더(24) 이외에 의해 행해도 된다.

다음에, 도 1, 도 5를 참조하면서, 본 발명의 제2 실시예에 관한 압연롤의 제조 장치(이하, 단지 제조 장치라고도 함)(60)에 대하여 설명한다.

압연롤의 제조 장치(60)는, 베이스 테이블(61)과, 이 베이스 테이블(61) 상에 설치되고, 롤 보디 부재(13)를 파지하는 클램프(제1 파지 수단의 일례)(62)와, 축재(14)[또는 축재(15), 이하 마찬가지]를 파지하는 척(제2 파지 수단의 일례)(63)을 가지고 있다.

이 클램프(62)는, 롤 보디 부재(13)를, 심재(11)의 축심이 수직 방향이 되도록 파지하는 것이다. 또한, 척(63)은, 파지한 축재(14)의 축심이, 심재(11)의 축심에 맞도록[즉, 축재(14)의 축심이 수직 방향이 되도록], 클램프(62)의 위쪽에 배치되어 있다.

상기한 척(63)에는, 이 척(63)에 파지된 축재(14)를, 그 축심을 중심으로 하여 회전시키는 회전 수단의 일례인 모터(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

이 척(63)에는, 또한 척(63)에 파지된 축재(14)를, 클램프(62)에 파지된 롤 보디 부재(13)에 대하여 상하 이동시키고, 심재(11)와 축재(14, 15)를, 그 접합면끼리를 맞대어 축 방향으로 압압하는 도시하지 않은 압압 수단(예를 들면, 유압 실린더 등)이 설치되어 있다. 그리고, 압압 수단은, 클램프 측에 설치할 수도 있다.

척(63)과 클램프(62)의 사이에는, 예열 수단(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 이 예열 수단에는, 상기한 예열 수단(31)과 마찬가지의 기능을 가지는 것을 사용할 수 있다.

그리고, 압연롤의 제조 장치(60)에는, 또한 상기한 압연롤의 제조 장치(20)와 마찬가지로, 온도계나 토크 검출기, 또한 압력계 등도 설치되어 있다.

또한, 상기한 모터, 압압 수단, 및 예열 수단의 각각의 동작은, 제어 장치(도시하지 않음)에 의해 제어할 수 있다. 그리고, 제어 장치는, 온도계, 토크 검출기, 및 압력계의 각각의 계측값도 관리하고 있고, 이들 측정값에 기초하여, 모터, 압압 수단, 및 예열 수단의 각각의 동작을 제어할 수 있다.

이로써, 예열된 심재(11)의 축심에 축재(14, 15)의 축심을 맞춘 상태에서, 심재(11)와 축재(14, 15)의 접합면끼리를 맞대고, 압압 수단에 의해 축재(14, 15)를 심재(11)에 압압하면서, 모터에 의해 척(63)[축재(14, 15)]를 회전시켜, 심재(11) 및 축재(14, 15)의 접합 단부(16∼19)를 마찰 가열한 후, 압압 수단에 의해 심재(11)에 축재(14, 15)를 강압하여 접합할 수 있다.

이어서, 도 1∼도 4를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법에 대하여 설명한다.

압연롤의 제조 방법은, 준비 단계, 예열 단계, 마찰 압접 단계, 및 마무리 단계를 포함하고 있다.

먼저, 준비 단계에 대하여 설명한다.

이 준비 단계에서는, 롤 보디 부재(13)와 축재(14, 15)를 준비한다.

롤 보디 부재(13)로서, 미사용의 롤 보디 부재(미사용 부재)를 사용하는 경우, 먼저, 장척(長尺)의 롤용 소재(Cr―Mo 강 또는 탄소강)를 기계 가공하여, 심재(11)와 같은 직경의 장척 심재[심재(11)의 복수 개 분의 길이를 가지는 심재]를 제조한다. 다음에, 제조한 장척 심재의 외주에, 땜질 육성층(12)을 형성한 후, 이 장척 심재를 절단하여 롤 보디 부재(13)를 얻는다.

그리고, 롤용 소재로부터, 심재의 한쪽의 축재만을, 기계 가공에 의해 심재와 일체로 형성해도 된다.

이 롤 보디 부재(13)로서, 사용이 끝난 롤의 롤 보디 부재(사용이 끝난 부재)를 사용하는 경우, 사용이 끝난 롤의 축 방향 양측의 축재를 절단하여 제거한 후, 얻어진 롤 보디 부재의 외주에, 새로운 땜질 육성층(12)을 형성한다. 이 새로운 땜질 육성층(12)의 형성은, 사용이 끝난 롤의 축 방향 양측의 축재를 절단하여 제거한 롤 보디 부재를 소둔한 후, 기계 가공에 의해, 외주의 기존의 땜질 육성층의 일부 또는 전부를 제거하여(잔여 두께를 0 또는 0 초과 30㎜ 이하 정도로 하여) 행하는 것이 바람직하다.

그리고, 사용이 끝난 롤로부터의 축재의 절단은, 압연롤의 한쪽의 축재에 대하여만 행해도 된다.

여기서, 상기한 롤 보디 부재(13)[심재(11)]의 축재(14, 15)와의 접합 단부(16, 18)에는, 축재(14, 15)와 동일 직경 또는 대경(大徑)의 돌출부(축심 방향의 돌출량: 예를 들면, 1∼100㎜ 정도, 더욱 바람직하게는, 2∼10㎜)를 형성하여 두는 것이 바람직하다.

또한, 축재(14)[축재(15)도 마찬가지]로서, 미사용의 축재(미사용 부재)를 사용하는 경우, 롤용 소재(Cr―Mo강)를 기계 가공·절단(기계 가공이나 절단)하여, 접합 단부(17)단면(端面)이 평면인 축재(14)를 얻는다.

그리고, 사용이 끝난 롤의 축재(사용이 끝난 부재)를 사용하는 경우, 사용이 끝난 롤로부터 절단 분리된 축재를, 필요에 따라 기계 가공(축경)한다. 이 경우에도, 상기한 사용이 끝난 롤의 롤 보디 부재와 마찬가지로, 기계 가공 전에 미리 소둔하는 것이 바람직하다.

여기서, 축재(14)의 접합 단부(17)의 직경은, 심재(11)의 직경보다 작게 하여 둔다[심재(11)의 직경의 0.86∼0.96배].

상기한 방법에 의해 얻어진 롤 보디 부재(13)와 축재(14, 15)를, 압연롤의 제조 장치(20)까지 반송하고, 클램프(22)에 롤 보디 부재(13)를 파지시켜, 척(23)에 축재(14)[축재(15)도 마찬가지]를 파지시킨다.

이 때, 롤 보디 부재(13)의 심재(11)의 축심과, 축재(14)의 축심이 일치하도록, 클램프(22)와 척(23)과의 상대 위치도 조정한다.

다음에, 예열 단계에 대하여 설명한다.

이 예열 단계에서는, 상기한 예열 수단(31)에 의해, 롤 보디 부재(13)의 접합 단부(16)와 축재(14)[또는 축재(15), 이하 마찬가지]의 접합 단부(17)를, 미리 설정한 온도로 예열한다.

먼저, 이동 수단(47)의 반송 테이블(49)을 움직여, 비예열 위치(46)에 위치하고 있었던 예열 수단(31)을, 예열 위치(45)[롤 보디 부재(13)와 축재(14)의 각 접합 단부(16, 17)에 각각 마주보고 배치되는 위치])까지 이동시킨다.

다음에, 접합 단부(16, 17)가, 상기한 온도로 되도록 예열을 행한다.

이 예열을 행하는 데 있어서는, 상기한 예열 수단(31)을 사용하므로, 심재(11)와 축재(14)의 각 접합 단부(16, 17)의 중앙부의 온도가, 그 주위 에지부보다 상승한다(예를 들면, 중앙부의 온도를 주위 에지부보다 50℃ 이상 150℃ 이하의 범위에서 높게 한다). 이로써, 심재(11)와 축재(14)의 각 접합 단부(16, 17)의 중앙부에서의 축심 방향의 돌출량은, 각 접합 단부(16, 17)의 주위 에지부보다 커진다.

그리고, 예열은, 적어도 롤 보디 부재(13)의 접합 단부(16)와 축재(14)의 접합 단부(17)에 대하여 행하면 되므로, 접합 단부(16)를 포함하는 롤 보디 부재(13)의 일부 또는 전부, 또한 접합 단부(17)를 포함하는 축재(14)의 일부 또는 전부에 대하여 행해도 된다.

또한, 예열은, 필요에 따라, 롤 보디 부재(13)의 접합 단부(16)만, 또는 축재(14)의 접합 단부(17)에만 대하여 행해도 된다.

또한, 심재(11)와 축재(14)의 각 접합 단부(16, 17) 중 적어도 한쪽의 단면을, 미리 중앙부에서의 다른 부분(중앙부를 제외한 부분)에 대한 축심 방향의 돌출량이 0.1㎜∼수㎜ 돌출된 대략 원호형상, 산형상, 볼록형상 등으로 기계 가공하여 두어도 된다. 이 경우, 접합 단부를 대략 균일하게 가열할 수 있는 가열 수단을 사용해도 된다.

여기서, 예열 온도[심재(11)와 축재(14)의 각 접합 단부(16, 17)의 중앙부의 온도]는, 롤 보디 부재(13)와 축재(14)와의 접합이 양호하게 행해지는 온도이면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 특히, 500℃ 이상, 축재(14)의 융점 이하에서 행하는 것이 바람직하다.

예열 온도가 500℃ 미만인 경우, 온도가 너무 낮아, 롤 보디 부재와 축재와의 접합 강도가 충분히 높아지지 않을 우려가 있다. 한편, 예열 온도가 축재의 융점을 초과하는 경우, 예를 들면, 축재가 연화되고, 또한 금속 조직(組織)이 변화되어, 축재로서 사용할 수 없게 될 우려가 있다.

따라서, 예열 온도를, 500℃ 이상, 축재(14)의 융점 이하로 하였으나, 하한을 550℃ 또는 600℃로 하는 것이 바람직하고, 상한을 「축재(14)의 융점―50℃」, 또한 「축재(14)의 융점―100℃」로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 예열이 종료한 후에는, 이동 수단(47)의 반송 테이블(49)을 움직여, 예열 위치(45)에 위치하고 있었던 예열 수단(31)을, 비예열 위치(46)까지 이동시킨다.

이어서, 마찰 압접 단계에 대하여 설명한다.

이 마찰 압접 단계에서는, 롤 보디 부재(13)에 축재(14)를 접합한다.

먼저, 상기한 예열 단계에서 예열된 심재(11)의 축심에 축재(14)의 축심을 맞춘 상태에서, 모터에 의해 척(23)[축재(14, 15)]를 회전시키면서, 유압 실린더(24)에 의해 심재(11)를 축재(14)에 압압하여, 심재(11) 및 축재(14)의 접합 단부(16, 17)를 마찰 가열한다.

여기서, 심재(11)의 압압력과 축재(14)의 회전 속도는, 충분한 마찰 가열을 실시할 수 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압압력은, 예를 들면, 10 MPa 이상 40 MPa 이하(바람직하게는, 하한값이 15 MPa, 상한값이 30 MPa) 정도이며, 회전 속도는, 예를 들면, 100 rpm(회/분) 이상 500 rpm 이하(바람직하게는, 하한값이 150 rpm, 상한값이 300 rpm) 정도이다.

이로써, 심재(11)와 축재(14)는, 그 중앙부로부터 먼저 접촉하여 마찰 가열·용융(마찰 가열하여 용융)하고, 이어서, 주위 에지부가 접촉하여 마찰 용융시킴으로써, 심재(11)와 축재(14)의 각 접합 단부(16, 17)는, 그 전체면에 걸쳐서 용융시킨다. 이와 같이, 중앙부로부터 주위 에지부를 향해 서서히 마찰 가열이 생기는 것, 및 용융한 금속이 말하자면 윤활제적인 역할을 행함으로써, 심재(11)와 축재(14)와의 사이의 마찰 토크가 작아도 되므로, 접합 단부(16, 17)의 직경이 커도, 파워가 작은 모터를 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 심재(11) 및 축재(14)의 접합 단부(16, 17)를 마찰 가열·용융한 후, 유압 실린더(24)에 의해 심재(11)를 축재(14)에 강압하고, 축재(14)의 회전을 정지하여 접합한다[업셋(upset)]. 즉, 심재(11)와 축재(14)의 접합 단부(16, 17)의 마찰 가열로 용융한 금속끼리가 냉각·고화(固化)(냉각시키고 고화)함으로써, 심재(11)와 축재(14)가 견고하게 접합되는 것이다.

여기서, 마찰 가열 후의 심재(11)의 축재(14)에 대한 강압은, 심재(11)와 축재(14)와의 접합 강도를, 충분히 높일 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 강압력(强壓力)은, 상기한 마찰 가열시의 압압력보다 높고, 예를 들면, 20 MPa 이상 80 MPa 이하(바람직하게는, 하한값이 30 MPa, 상한값이 60 MPa) 정도이다.

또한, 축재(14)의 회전을 정지하는 타이밍은, 심재(11) 및 축재(14)의 접합 단부(16, 17)를 마찰 가열했을 때, 이 접합 단부(16, 17)가 연화(용융)되는 것에 의한 변형량으로 설정할 수 있지만, 심재(11)를 축재(14)에 강압하는 강압 개시의 타이밍으로부터의 시간(예를 들면, 5초 이하)으로 설정할 수도 있다.

마지막으로, 마무리 단계에 대하여 설명한다.

이 마무리 단계에서는, 마찰 접합한 압연롤을 마무리 가공(fine―processing)한다.

먼저, 마찰 접합한 압연롤을, 마무리 상태에 가까운 상태까지 러프(rough) 가공하고, 또한 조질(調質; thermal refining) 처리, 즉 소정의 담금질(hardening), 템퍼링 등의 열처리를 행한다. 그리고, 조질 처리된 압연롤을, 사용 용도에 따른 제품 형상으로 기계 가공하여, 압연롤(10)로 한다.

그리고, 상기한 마찰 압접 단계 후에, 롤 보디 부재(13)와 축재(14)의 접합 부분에 기계 가공하여 금속면을 노출시키고, 이 접합 부분에 원주 용접(육성 용접)을 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 바와 같이, 롤 보디 부재(13)와 축재(14)의 접합 부분의 금속면을 노출시킨 후, 이 접합 부분에 대하여 초음파 검사를 행하고, 롤 보디 부재(13)와 축재(14)와의 접합이 양호하게 행해지고 있는지의 여부를 검사하는 것이 바람직하다(품질 검사).

이어서, 도 1, 도 5를 참조하면서, 본 발명의 제2 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법에 대하여 설명하지만, 본 발명은, 상기한 본 발명의 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법과는, 압연롤의 제조 장치(60)의 사용 방법 이외에, 대략 동일하므로, 상이한 부분에 대하여만 설명한다.

먼저, 준비 단계에 대하여 설명한다.

상기한 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법으로 준비한 롤 보디 부재(13)와 축재(14, 15)를, 압연롤의 제조 장치(60)까지 반송하고, 클램프(62)에 롤 보디 부재(13)를 파지시켜, 척(63)에 축재(14)[축재(15)도 마찬가지]를 파지시킨다.

그리고, 롤 보디 부재(13)의 심재(11)의 축심과, 축재(14)의 축심이 일치하도록, 클램프(62)와 척(63)과의 상대 위치를 조정한다.

다음에, 예열 단계에 대하여 설명한다.

이 예열 단계에서는, 상기한 예열 수단에 의해, 롤 보디 부재(13)의 접합 단부(16)와 축재(14)[또는 축재(15), 이하 마찬가지]의 접합 단부(17)를, 상기한 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법에 나타낸 바와 같이, 미리 설정한 온도로 예열한다.

이어서, 마찰 압접 단계에 대하여 설명한다.

먼저, 상기한 예열 단계에서 예열된 심재(11)의 축심에 축재(14)의 축심을 맞춘 상태에서, 압압 수단에 의해 축재(14)를 심재(11)에 압압하면서, 모터에 의해 척(63)[축재(14, 15)]를 회전시켜, 심재(11) 및 축재(14)의 접합 단부(16, 17)를 마찰 가열한다. 그리고, 축재(14)의 압압력은, 상기한 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법에 나타낸 심재(11)의 압압력을 적용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 심재(11) 및 축재(14)의 접합 단부(16, 17)를 마찰 가열한 후, 압압 수단에 의해 축재(14)를 심재(11)에 강압하고, 축재(14)의 회전을 정지하여 접합한다. 그리고, 축재(14)의 강압력은, 상기한 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법으로 나타낸 심재(11)의 강압력을 적용할 수 있다.

마지막으로, 마무리 단계에 대하여 설명한다.

상기한 제1 실시예에 관한 압연롤의 제조 방법으로 나타낸 방법으로, 마찰 접합한 압연롤을 마무리 가공(fine―processing)하여, 압연롤(10)로 한다. 그리고, 상기한 마찰 압접 단계 후에, 롤 보디 부재(13)와 축재(14)의 접합 부분에 기계 가공하여 금속면을 노출시키고, 이 접합 부분에 원주 용접(육성 용접)을 행하는 것이 바람직하고, 또한 접합 부분의 금속면을 노출시킨 후, 이 접합 부분에 대하여 초음파 검사를 행하고, 롤 보디 부재(13)와 축재(14)와의 접합이 양호하게 행해지고 있는지의 여부를 검사하는 것이 바람직하다(품질 검사).

이어서, 도 6의 (A)∼(C), 도 7을 참조하면서, 예열 단계에서 사용하는 예열 수단의 다른 예에 대하여 설명한다. 이 예열 수단에 있어서는, 주지 구조의 로봇암(6축 다관절 로봇을 사용하는 것이 바람직함)(65)과, 로봇암(65)의 암(arm)(66)의 선단부에 장착된 버너(67)를 가지고 있다. 로봇암(65)은 도시하지 않은 제어부를 가지고, 제어부에 입력된 프로그램에 따라, 버너(67)의 방향 및 이동 궤적을 결정하여, 버너(67)를 임의의 위치에 임의의 방향을 향해 배치할 수 있다. 그리고, 버너(67)는 수냉 구조로 되어, 버너(67) 자체가 발하는 열에 의해 가열되지 않도록 되어 있다. 로봇암(65)의 암(66)도 필요에 따라서 수냉할 수 있다.

따라서, 로봇암(65)을 조작하고, 통상은 버너(67)를 대기 위치에 배치하여 두지만, 롤 보디 부재(13)의 접합 단부(16)("18"도 마찬가지) 및 축재(14)("15"도 마찬가지)의 접합 단부(17)("19"도 마찬가지)를 예열하는 경우에는, 롤 보디 부재(13)의 접합 단부(16)와 축재(14)의 접합 단부(17)와의 사이에 충분한 간극을 형성하고, 이 간극의 사이의 중앙 위치에 버너(67)를 배치한다. 그리고, 버너(67)에 가연 가스(예를 들면, LPG, LNG)와 산소(또는 공기)를 보내어, 착화한다. 그리고, "69"는 워터 쟈켓을 나타낸다.

다음에, 로봇암(65)을 조작하여, 버너(67)를 접합 단부(16)를 향해 버너(67)의 화염이 소용돌이형으로 접합 단부(16)를 가열하도록 한다. 이 접합 단부(16)의 가열이 끝난 후, 버너(67)를 180도 회전시켜, 접합 단부(17)를 소용돌이형으로 가열하도록 한다. 그리고, 버너(67)의 소용돌이 운동은, 도 6의 (B)의 A로부터 B에(즉, 외주로부터 중심 측에) 이동해도 되고, 도 6의 (B)의 B로부터 A를 향하도록 소용돌이 이동을 해도 된다.

그리고, 도 6의 (C)의 D→C, 또는 C→D로 나타낸 바와 같이, 상이한 직경의 원 상을 이동시키는 것도 가능하다.

또한, 1개의 버너(67)를 사용하면, 한쪽의 접합 단부(16)로부터 다른 쪽의 접합 단부(17)에 버너(67)의 화염 분출 방향을, 단시간 중에 변경하는 것이 필요하므로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 버너를 구성하는 제1, 제2 버너(71, 72)를 배향(背向)하여(180도 상이한 각도) 배치하고, 양쪽의 제1, 제2 버너(71, 72)로부터 화염을 발하여, 접합 단부(16, 17)의 양쪽을 동시에 가열할 수도 있다.

여기서, 접합 단부(16, 17)의 직경이 상이한 경우에는, 양쪽의 제1, 제2 버너(71, 72)의 밸브(73, 74)를 설치하는 것이 바람직하다. 소경(小徑)의 접합 단부(17)에 대하여 제2 버너(72)를 일부 미사용으로 하는 경우에는, 밸브(74)를 오프로 하여 비가열로 할 수도 있다. 그리고, 이 제1, 제2 버너(71, 72)는 도시하지 않은 로봇암의 암의 앞에 설치되어 있다.

이상에 나타낸 본 발명의 압연롤의 제조 방법을 이용함으로써, 압연롤을 짧은 공사 기간에 염가로 제조할 수 있고, 종래보다 장수명화가 도모된다.

이상, 본 발명을, 실시예를 참조하여 설명했으나, 본 발명은 어떤 상기한 실시예에 기재된 구성에 한정되지 않고, 청구의 범위에 기재되어 있는 사항의 범위 내에서 생각되는 그 외의 실시예나 변형예도 포함하는 것이다. 예를 들면, 상기한 각각의 실시예나 변형예의 일부 또는 전부를 조합시켜 본 발명의 압연롤의 제조 방법 및 압연롤, 및 압연롤의 제조 장치를 구성하는 경우도 본 발명의 권리 범위에 포함된다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명에 관한 압연롤의 제조 방법 및 압연롤, 및 압연롤의 제조 장치는, 예열 단계와 마찰 압접 단계에 의해, 롤 보디 부재와 축재와의 접합을 행하므로, 재료비를 절약할 수 있어, 종래보다 간단한 방법으로, 보다 정밀도 높은 압연롤을 제조할 수 있다.

10: 압연롤, 11: 심재, 12: 땜질 육성층, 13: 롤 보디 부재, 14, 15: 축재, 16∼19: 접합 단부, 20: 압연롤의 제조 장치, 21: 베이스 테이블, 22: 클램프, 23: 척(제2 파지 수단), 24: 유압 실린더(압압 수단), 25, 26: 지지대, 27: 진동 정지 수단, 28: 테이블, 29: 제1 파지 수단, 30: 연결 로드, 31: 예열 수단, 32: 버너, 33: 수냉 수단, 34, 35: 수냉 쟈켓, 36: 장착 테이블, 37, 38: 배관, 39, 40: 내열판(내열 부재), 41: 개구부, 42: 가스 공급관, 43, 44: 가스 공급실, 45: 예열 위치, 46: 비예열 위치, 47: 이동 수단, 48: 가이드 레일, 49: 반송 테이블, 50: 가스 공급용 호스, 51: 대차, 52: 가이드 롤러, 53: 바닥면, 60: 압연롤의 제조 장치, 61: 베이스 테이블, 62: 클램프(제1 파지 수단), 63: 척(제2 파지 수단), 65: 로봇암, 66: 암, 67: 버너, 69: 워터 쟈켓, 71, 72: 버너, 73, 74: 밸브

Claims

크롬―몰리브덴강 또는 탄소강으로 이루어지는 원기둥형의 심재(芯材)의 외주에, 경질의 땜질 육성층(肉盛層)이 형성된 롤 보디 부재와, 크롬―몰리브덴강으로 이루어지고, 상기 심재의 축 방향 양측에 각각 설치된 축재(軸材)를 포함하며, 제철 압연 설비로 사용하는 압연롤(rolling roll)의 제조 방법에 있어서,
상기 축재의 접합 단부의 직경을 상기 심재의 직경보다 작게 하고, 상기 심재를 상기 롤 보디 부재의 단부로부터 돌출시키고,
상기 롤 보디 부재 및 상기 축재 양쪽의 접합 단부(端部)를, 상기 접합 단부의 양쪽을 예열하는 예열 위치와 상기 예열 위치의 측방에 위치한 비예열 위치 사이를 이동 가능하게 배치된 예열 수단에 의해, 미리 설정한 온도로 예열하는 예열 단계;
상기 심재의 축심(軸心)에 상기 축재의 축심을 맞춘 상태에서, 상기 축재를 상기 심재에 압압(押壓)하면서 회전시켜 상기 심재 및 상기 축재의 접합 단부를 마찰 가열한 후, 상기 심재에 상기 축재를 강압(强壓)하여 접합하는 마찰 압접(壓接) 단계; 및
상기 롤 보디 부재와 상기 축재의 접합 부분을 기계 가공하여 금속면을 노출시키는 단계
를 포함하고,
또한, 상기 예열 단계에서, 상기 심재 및 상기 축재 양쪽의 접합 단부의 중앙부의 예열 온도를 그 주위 에지부보다 높게 하고, 상기 접합 단부의 중앙부에서의 축심 방향의 돌출량을 그 주위 에지부보다 크게 하거나, 또는 사전 기계 가공에 의해 상기 접합 단부의 중앙부에서의 축심 방향의 돌출량을 그 주위 에지부보다 크게 하고, 상기 마찰 압접 공정에서는, 상기 심재와 상기 축재가 먼저 그 중앙부로부터 접촉하여 마찰 가열되어 용융되고, 이어서 상기 주위 에지부가 접촉하여 마찰 용융되는,
압연롤의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 예열 단계에서의 상기 접합 단부의 예열 온도는, 500℃ 이상, 상기 축재의 융점 이하인, 압연롤의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 축재의 접합 단부의 직경은 상기 심재의 직경의 0.86배 이상이고 0.96배 이하인, 압연롤의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 롤 보디 부재와 상기 축재의 접합 부분을 기계 가공하여 금속면을 노출시키는 단계 이후에, 상기 접합 부분의 초음파 검사를 행하는, 압연롤의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 마찰 압접 단계 후에, 상기 롤 보디 부재와 상기 축재의 접합 부분을 기계 가공하여 금속면을 노출시키는 단계 이후에, 상기 접합 부분의 원주 용접을 행하는, 압연롤의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 롤 보디 부재는, 상기 롤 보디 부재의 외주에 새로운 상기 땜질 육성층이 형성된 사용이 끝난 롤을 사용하는, 압연롤의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 사용이 끝난 롤은, 소둔(燒鈍) 후, 외주의 땜질 육성층이 기계 가공에 의해 일부 또는 전부가 제거되어 있는, 압연롤의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 압연롤의 제조 방법에 의해 제조된, 압연롤.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 압연롤의 제조 방법에 사용하는 압연롤의 제조 장치로서,
상기 롤 보디 부재를 수평 또는 수직으로 파지(把持)하는 제1 파지 수단;
상기 축재를 상기 롤 보디 부재의 축심에 맞추어 파지하는 제2 파지 수단;
상기 제2 파지 수단에 설치되고, 상기 축재를 그 축심을 중심으로 하여 회전시키는 회전 수단;
상기 제1 파지 수단 또는 상기 제2 파지 수단에 설치되고, 상기 심재와 상기 축재의 접합면끼리를 맞대어, 상기 심재와 상기 축재를 축 방향으로 압압하는 압압 수단; 및
상기 롤 보디 부재 및 상기 축재의 양쪽의 접합 단부를 예열하는 상기 예열 수단;
을 포함하고,
또한 상기 예열 수단은 상기 예열 위치와 상기 비예열 위치 사이를 이동 가능한 이동 수단에 설치되어 있는,
압연롤의 제조 장치.
제9항에 있어서,
상기 예열 수단은, 간격을 두고 대향 배치된 상기 롤 보디 부재와, 상기 축재의 각 접합 단부에 각각 마주보고 배치되고, 상기 각 접합 단부를 예열하는 복수의 버너로 구성되어 있는, 압연롤의 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 접합 단부에 마주보고 배치되는 복수의 상기 버너는, 상기 접합 단부의 주위 에지부보다 중앙부 쪽이 조밀하게 배치되어 있는, 압연롤의 제조 장치.
제10항에 있어서,
복수의 상기 버너의 화염 분출구 측에는, 내열 부재가 설치되어 있는, 압연롤의 제조 장치.
제10항에 있어서,
복수의 상기 버너에는, 수냉 수단이 설치되어 있는, 압연롤의 제조 장치.
제9항에 있어서,
상기 예열 수단은, 상기 롤 보디 부재 및 상기 축재의 접합 단부를 동시에 또는 순차적으로 가열하는 버너와, 선단부에 상기 버너가 장착된 로봇암을 가지고, 상기 로봇암에 의해 상기 버너의 방향 및 이동 궤적을 결정하는,
압연롤의 제조 장치.
제14항에 있어서,
상기 버너는, 상기 롤 보디 부재의 접합 단부를 예열하는 제1 버너와, 상기 축재의 접합 단부를 예열하는 제2 버너를 포함하여 구성되어 있는,
압연롤의 제조 장치.
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