KR100936406B1 - 열간 압연용 고형 윤활장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 압연용 고형 윤활 장치에 관한 것으로서, 중공의　원판형으로　이루어져　압연롤의　회전에　의해　종동　회전하여　압연롤의　표면을　윤활하는　고형　윤활제；　상기　고형　윤활제의　중공부에　설치되는　축；　상기　축의　외주면에　설치되어　상기　고형　윤활제의　내주면과의　마찰접촉 강도에 의하여　고형　윤활제의　회전에　제동을　가할　수　있게　되는　마찰패드；　상기　고형　윤활제를　상기　압연롤의　폭방향에　대하여　상하　또는　좌우로　이동시키는　이송수단；　상기　축을　상기　고형　윤활제의　중공부에서　일측으로　편향되도록　하거나　상기　고형　윤활제를　이동시키는　상기　이송수단을　제어하는　제어부를 포함하는　것을　특징으로　한다．

이에　따라，본　발명에 의하면, 압연롤에 대하여 적기적소에 적정량의 고형 윤활제를 도포할 수가 있으므로 압연롤의 마모와 손상을 크게 저감하여 압연재의 품질향상과 설비보전에 기여하는 효과가 있다.

열간 압연, 원판형，고형, 고체, 윤활, 롤, 폭방향，액튜에이터

Description

열간 압연용 고형 윤활 장치{Solid-Lubrication Apparatus for Hot Rolling}

도 1은 본 발명에 따른 고형 윤활 장치가 압연롤을 상대로 설치된 상태를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 고형 윤활 장치의 고형 윤활제 내부를 나타낸 단면도,

도 3은 도　２의　Ａ－Ａ선 단면도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

１　：　압연롤 ２　：　고형　윤활제

２ａ　：　중공부 ３　：　축

４　：　탄성체 ５　：　마찰패드

６　：　이송장치 ６ａ　：　액튜에이터

６ｂ　：　이송레일 ６ｃ　：　구동장치

６ｄ　：　축제어봉 ７　：　제어부

８　：　씰링재

본 발명은 열간 압연용 윤활장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간 압연 공정에서 압연롤과 피압연재간의 마찰에 의한 롤의 마모를 저감하기 위하여 롤의 표면에 고형의 윤활제를 도포하는 열간 압연용 고형 윤활 장치에 관한 것이다.

금속재료, 특히 스테인리스강, 전기강, 고탄소강 등을 열간 가공 온도에서 압연하는 열간 압연 공정에 있어서는 압연롤과 피압연재간의 과도한 마찰과 압연롤의 국부적인 마모 현상이 발생하는 경우가 있으며, 이러한 마찰 및 마모 현상이 일어남에 따라 압연롤과 피압연재의 표면이 손상을 입게 되므로, 이를 방지하기 위하여 압연롤과 피압연재 사이에 윤활제를 공급하면서 압연을 하는 열간 윤활 압연이 행하여지고 있다.

이러한 열간 윤활 압연은, 종래부터 광유계 윤활유나 그리스 또는 이들에 분말형태의 고체 윤활제를 첨가한 유체 윤활제를 냉각수와 혼합하여 압연판재의 모서리부와 접촉하는 압연롤 외주면에 분사하거나 도포하는 방식으로 이루어져 왔다.

이와 같은 종래의 방식은 물과 기름(윤활유)을 혼합하여 압연롤의 표면에 분사하는 워터 인젝션(water injection)방식을 사용하고 있는데, 특히 고정형 노즐헤드를 통해 판재와 접촉하는 롤의 중심부와 모서리부로 나누어 분사하는 일정 지역 구분 분사 방식이 대부분을 차지하고 있다.

한편, 열간 압연에서의 압연판재와 압연롤의 모서리부간의 접촉에 따른 압연 롤의 국부적인 마모와 눌어붙음(sticking) 현상은 스테인리스강판이나 전기강판, 고판소강판과 같이 변형저항이 큰 강종의 압연에서 특히 심각한 문제로 나타나고 있다.

이에 따라, 압연롤 모서리부의 과도한 마찰에 의한 스티킹 방지 및 국부 마모를 해결하기 위한 수단으로서 모서리부에 대한 윤활방식이 주요한 해결과제로 대두되고 있다.

이러한 모서리부에 대한 윤활 방식으로는, 고정형 분사노즐헤드를 이용하여 압연판재의 모서리부에 해당하는 일정 지역(부위)에 대하여 윤활유(압연유)를 스프레이하는 방식과, 압연판재의 중앙부에 대한 윤활과는 별도로 변동하는 판폭과 연동하는 사이드 가이드(side guide)에 분사노즐헤드를 설치하여 모서리부에 윤활유를 집중적으로 분사하는 방식이 있다.

그런데, 고정형 분사노즐헤드를 이용한 지역 분사 방식의 경우에는, 압연판재의 폭변동과는 상관없이 정해진 압연롤의 모서리부 지역에 무조건 일정량의 윤활유를 분사하는 방식이기 때문에, 윤활이 가장 필요한 적정한 위치에 집중적으로 윤활이 이루어지지 못하고 모서리부에 해당하는 특정영역을 대상으로 분사가 이루어지므로 윤활의 효율성이 양호하지 못하다는 문제점이 있다. 아울러, 압연롤의 중심부 윤활부위에까지 경계를 침범하여 슬립 등의 문제를 야기하는 경우도 있으며, 분사노즐이 폐색됨으로써 사행(斜行) 등 조업상의 심각한 문제를 야기하는 사례도 있다.

또, 사이드 가이드에 의한 분사 방식은, 압연판재의 판폭과 연동하여 적정한 위치에 집중적으로 윤활을 행할 수 있는 장점이 있으나. 분사노즐의 막힘 현상 등은 여전히 해결하여야 할 과제로 남아 있다.

이와 같이, 기존의 윤활유 또는 그리스 등에 의한 유체윤활방식에서는 윤활하고자 하는 부위에 대한 적정위치분사, 분사 타이밍 제어 및 유지부수와 관련한 여러 가지 문제점들이 상존해 있다 할 것이다.

한편, 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로서, 최근 일본에서는 공개특허공보 특개2000-197901, 197907, 197909, 202507, 202508, 230183, 232217, 232218, 특개2001-293505 등을 통하여 고체 형태로 이루어진 각형 고형 윤활제의 사용이 제안되고 있다.

이러한 고형 윤활제에 의한 윤활방식은 종래의 유체윤활방식에 비하여 적정위치에 대한 윤활, 타 윤활지역과의 충돌, 윤활제의 공급량 제어, 윤활 타이밍 등에 있어서 장점이 있으나, 고형 윤활제를 압연롤의 표면에 도포하는 방법과 윤활제의 소모에 따른 보충방법, 그리고 특정부위에 대한 적시 적량의 윤활제 공급방법 등과 관련하여 고형 윤활제를 보다 효과적으로 사용할 수 있는 장치의 개선은 아직까지 보완되지 못하였다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 열간 압연시 압연롤의 압연재와 접촉하는 부위에 대하여 적기적소에 적정량의 고형 윤활제를 효과적으로 도포함으로써 압연롤의 마모와 손상 을 크게 저감할 수 있는 열간 압연용 고형 윤활 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 별도의 고형 윤활제 충전장치를 요하지 않도록 고형 윤활제를 일회 장착만으로도 장기간 사용할 수 있도록 하는 열간 압연용 고형 윤활 장치를 제공하는 데에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열간 압연용 고형 윤활 장치는, 중공의　원판형으로　이루어져　압연롤의　회전에　의해　종동　회전하여　압연롤의　표면을　윤활하는　고형　윤활제；　상기　고형　윤활제의　중공부에　설치되는　축；　상기　축의　외주면에　설치되어　상기　고형　윤활제의　내주면과의　마찰접촉 강도에 의하여　고형　윤활제의　회전에　제동을　가할　수　있게　되는　마찰패드；　상기　고형　윤활제를　상기　압연롤의　폭방향에　대하여　상하　또는　좌우로　이동시키는　이송수단；　상기　축을　상기　고형　윤활제의　중공부에서　일측으로　편향되도록　하거나　상기　고형　윤활제를　이동시키는　상기　이송수단을　제어하는　제어부를　포함하는　것을　특징으로　한다．

여기서，상기　고형　윤활제의　중공부와　상기　축의　사이에　상기　중공부로의　이물질　유입을　차단하는　씰링재가　설치될　수도　있다．

또，상기　이송수단은，상기　고형　윤활제를　상기　압연롤에　대하여　상하로　이동시키는　액튜에이터와，　상기　압연롤의　폭방향을　따라　설치되어　상기　액튜에이터가　상기　폭방향을　따라　활주할　수　있게　되는　이송레일과 ，상기　액튜에이터에　동력을　제공함과　아울러　상기　축과　축제어봉으로　연결되어　상기　축을　편향시키는　구동장치로　이루어질　수　있다．

또한，본　발명의　고형　윤활　장치는，상기　압연롤과　대향하여　압연롤의　폭방향을　따라　좌우측에　한쌍이　설치될　수　있다．

이하에서는　본　발명의　바람직한　실시예를　첨부도면에　의거하여　상세히　설명한다．

첨부도면　도　１은　본 발명에 따른 고형 윤활 장치가 압연롤을 상대로 설치된 상태를 나타낸 도면으로서，　압연롤（１）의　폭방향　면과　대향하여　압연롤（１）의　폭방향을　따라　좌우측에　한쌍이　설치됨을　보여주고　있는데，　이는　압연롤（１）과　접하는　피압연재（미도시）의　양　모서리부　근처에　대하여　윤활이　충분히　이루어질　수　있도록　하는　데에　가장　바람직한　배치라고　할　수　있다．

이와　같은　본　발명의　고형　윤활　장치에　대한　구체적인　구성을　도　１　내지　도　３을　참조하여　살펴보면　다음과　같다．

먼저，압연롤（１）의　표면에　윤활작용을　하는　윤할제로서　중공(中空)의　원판형으로　이루어진　고형　윤활제（２）가　구비되는데，　이　원판형의　고형　윤활제（２）는　압연롤（１）과　접촉하게　됨으로써　압연롤（１）이　회전할　때　종동　회전하여　압연롤（１）의　표면을　윤활하게　된다．　　특히，　고형　윤활제（２）의　압연롤（１）과　접촉하게　되는　폭부분의　치수는　５ ０∼１００ｍｍ로　하는　것이　바람직한데，　그　이유는　예컨대　강판의　압연시　판재　모서리부의　눌어붙음에　의해　발생한　압연롤（１）의　표면흠을　조사한　결과　폭　５０ｍｍ이내의　띠형태로　나타남에　따라，　표면흠의　폭보다　작으면　압연롤（１）의　모서리부　윤활구역보다　작은　영역에　대한　윤활만이　이루어져　윤활이　불충분하게　되고，　표면흠의　폭보다　크면　기존의　압연롤　모서리부　윤활방식에서의　지역분사방식과　큰　차이가　없이　윤활제의　소모량이　불필요하게　많아지기　때문이다．

한편，　고형　윤활제（２）의　중공부（２ａ）에는　하나의　축（３）이　관통되도록　설치되는데，　이　축（３）의　외주면에는　고형　윤활제（２）의　내주면에 대한　마찰접촉 강도의 변화에 의하여　고형　윤활제（２）의　회전에　제동을　가함으로써　회전속도를　변동시킬　수　있는　마찰패드（５）가　결합되며, 축(3)에 대한 마찰패드(5)의 결합을 용이하게 하기 위해 스프링과　같이　압축　또는　신장되는　한쌍의　탄성체（４）를 이용하는 것이 바람직하다． 이 때, 마찰패드(5)는 고형 윤활제(2)의 내주면과 가벼운 마찰접촉 상태를 유지하고 있게 된다.

상기　축（３）의　말단부에는　상기　고형　윤활제（２）를　압연롤（１）의　폭방향에　대하여　상하　또는　좌우로　이동시키기　위한　이송수단（６）이　연결되는데，이　이송수단（６）은　보다　구체적으로　다음과　같이　이루어진다．

즉，고형　윤활제（２）를　압연롤（１）에　대하여　상하로　이동시킬　수 　있는　유공압　실린더장치와　같은　예의　액튜에이터（６ａ）와，　압연롤（１）의　폭방향을　따라　설치되어　상기　액튜에이터（６ａ）가　압연롤（１）의　폭방향을　따라서　활주할　수　있게　되는　이송레일（６ｂ），그리고　액튜에이터（６ａ）에　동력을　제공하는　모터와　같은　구동장치（６ｃ）로　이루어진다． 이와 아울러, 한쌍의 고형 윤활 장치에 각각 구비되는 고형 윤활제(2)의 압연롤(1)에 대한 접촉 압력이 동일해지도록 상기 유공압 실린더장치의 경우 동기회로로 구성하는 것이 바람직하다.

또，　상기 구동장치（６ｃ）는　상기　축（３）과의　사이에서　베어링（미도시）이　개재된　축제어봉（６ｄ）과　연결되어　이　축제어봉（６ｄ）으로　하여금　축（３）이　고형　윤활제（２）의　중공부（２ａ）에서　일측으로　편향되도록　함으로써　축（３）에　설치되어　있는　마찰패드（５）가　고형　윤활제（２）의　내주면과　접촉하도록　구동되기도　한다．

이와　같은　이송수단（６）은　제어부（７）에　의해서　작동이　제어되는데，　이　제어부（７）는　상기　구동장치（６ｃ）를　제어함으로써，액튜에이터（６ａ）를　승강시켜　압연롤（１）의　표면에　대해　고형　윤활제（２）를　접촉　또는　이탈시킨다든지，액튜에이터（６ａ）를　이송레일（６ｂ）을　따라　활주시켜　고형　윤활제（２）가　압연롤（１）의　폭방향　길이를　따라　접촉하는　부위를　변동시킨다든지　하는　기능을　하게　된다．　　특히，구동장치（６ｃ）와의　사이에　축제어봉（６ｄ）이　개재된　구조로　연결되어　있는　축（３）이　고형　윤활제（２）의　내주면에　대해　편향되도록　구동장치（６ｃ）를　제 어한다．

한편，　상기　고형　윤활제（２）의　중공부（２ａ）와　상기　축（３）의　사이에는　고형　윤활제（２）의　중공부（２ａ）로　냉각수와　같은　이물질이　유입되는　것을　차단하는　링　형상의　씰링재（８）가　설치된다．

이와　같이　이루어진　본　발명에　따른　열간　압연용　고형　윤활　장치의　작동관계를　설명하면　다음과　같다．

도　１에서와　같이，본　발명의　고형　윤활　장치는　압연롤（１）의　폭방향면과　대향할　수　있도록　압연롤（１）의　후방　좌우측　근처에　한쌍이　설치되는　것이　바람직하다．

먼저，압연롤（１）이　구동되어　회전하면서　압연　조업이　이루어지는　상태에서，피압연재（미도시）의　가장자리부위와　접촉하는　압연롤（１）의　표면을　향하여　고형　윤활제（２）가　접근하여　마찰을　일으키도록　제어부（７）에　의해　이송수단（６）의　구동장치（６ｃ）를　작동시킨다．

그러면，　구동장치（６ｃ）로부터　동력을　제공받은　액튜에이터（６ａ）가　압연롤（１）　표면의　정해진　위치로　상승함으로써　액튜에이터（６ａ）의　말단부측에　위치하고　있는　고형　윤활제（２）가　압연롤（１）과　접촉하게　된다．

이에　따라，　고형　윤활제（２）는　압연롤（１）의　회전에　의해　종동　회전함으로써　압연롤（１）의　표면과　상대속도차에　의한　미끄럼 마찰을　일 으켜 적정량의　고형　윤활제　성분이　압연롤（１）의　표면에　도포된다．

이 때, 고형 윤활제(2)에 의하여 윤활되는 압연롤(1)의 폭방향 부위를 변경하거나 조정할 경우에는 제어부(7)에 의해 구동장치(6c)를 제어하여 액튜에이터(6a)가 이송레일(6b) 상에서 압연롤（１）의　폭방향을　따라　활주하도록 함으로써, 고형 윤활제(2)의 위치를 원하는 바대로 정할 수가 있다. 따라서, 협폭 및 광폭 등 변동하는 피압연재의 폭길이에 적절한 대응이 가능하다.

또, 윤활제의 도포량을 조절하고자 할 경우에는, 회전하는 압연롤(1)에 접촉하여 종동 회전하는 고형 윤활제(2)의 상대회전속도를 제어함으로써 구름 접촉에 의한 상대 미끄럼 비율, 즉 슬립율을 변화시켜 조절할 수 있다.

예컨대, 고형 윤활제(2)의 상대회전속도를 감소시켜 도포량을 증가시키기 위해서는, 제어부(7)에 의해 구동장치(6c)를 제어하여, 이 구동장치(6c)로 하여금 축제어봉(6d)을 움직이도록 하여 축제어봉(6d)과 연결되어 있는 축(3)이 고형 윤활제(2)의 중공부(2a)에서 한쪽으로 편향되도록 하면 된다. 이렇게 하면, 상기 축(3)에 탄성체(4)를 사이에 두고 결합되어 있는 마찰패드(5)를 최초 상태보다 고형 윤활제(2)의 내주면으로 보다 더 밀어붙이게 됨으로써 마찰패드(5)와 고형 윤활제(2)간의 마찰이 강화되어 고형 윤활제(2)의 회전속도가 감소함으로써 윤활제의 도포량이 증가된다.

참고로, 위에서 언급한 슬립율(S)은 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.

S = (V1-V2)/V1

여기서, V1은 압연롤의 회전속도이고, V2는 고형 윤활제의 회전속도이다.

전술한 바와는 달리, 윤활제의 공급량 조절은 고형 윤활제(2)를 회전하는 압연롤(1)에 밀어붙이는 압력의 가감을 통해서 조절할 수도 있는데, 이 때는 상기 축제어봉(6d)의 제어를 통해 축(3)의 이동량 범위를 보다 크게 함으로써 고형 윤활제(2)와 압연롤(1)간의 접촉강도를 변화시키면 된다.

한편, 고형 윤활제(2)의 중공부(2a)는 씰링재(8)에 의하여 외부와 차단되어 있으므로, 압연롤(1)을 냉각하기 위해 압연롤(1)의 표면에 다량으로 분사되는 냉각수가 고형 윤활제(2)의 작동에 지장을 주지는 않게 된다.

이상과 같은 본 발명의 고형 윤활 장치는, 가역압연기에서와 같은 압연롤의 정/역회전에 대해서도 모두 적용이 가능하므로, 정회전시와 역회전시에 별도로 사용하기 위한 윤활 장치를 압연기의 입출측에 각각 설치할 필요 없이 한쪽에만 설치에도 모두 작업이 가능하다 할 것이다.

<실 적용예>

※ 압연조건

압연기 : 4중 가역식 압연기

작동롤 : 지름 60mm이고 폭 50mm인 고속도강 롤

보강롤 : 지름 150mm이고 폭 50mm인 단조강 롤

피압연재 : STS304, 두께 1mm, 폭 2.4mm, 길이 600m, 5코일

압하율 : 20%, 압하속도 : 200mpm, 강판온도 : 700℃

위와 같은 압연조건에서, 물과 기름의 혼합액을 압연롤에 분사하는 종래의 워터 인젝션 방식과 전술한 바와 같은 본 발명의 고형 윤활 장치를 이용한 방식을 각각 적용하여 표 1과 같은 결과를 얻었다.

즉, 본 발명에 의한 방식이 종래와 비교하여 압연롤의 모서리부의 마모도가 훨씬 적게 나타남을 알 수 있다.

	종래의 워터 인젝션 방식	본 발명을 이용한 방식
압연롤 에지부 마모깊이(㎛)	10	3

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열간 압연용 고형 윤활 장치에 의하면, 압연롤에 대하여 적기적소에 적정량의 고형 윤활제를 도포할 수가 있으므로 압연롤의 마모와 손상을 크게 저감하여 압연재의 품질향상과 설비보전에 기여하는 효과가 있다.

아울러, 별도의 고형 윤활제 충전장치를 요하지 않도록 고형 윤활제를 일회 장착만으로도 장기간 사용할 수 있기 때문에 비용 절감 및 환경적인 측면에서도 유리한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 중공의 원판형으로 이루어져 압연롤의 회전에 의해 종동 회전하여 압연롤의 표면을 윤활하는 고형 윤활제;

   상기 고형 윤활제의 중공부에 설치되는 축;

   상기 축의 외주면에 설치되어 상기 고형 윤활제의 내주면과의 마찰접촉 강도에 의하여 고형 윤활제의 회전에 제동을 가할 수 있게 되는 마찰패드;

   상기 축과 상기 마찰패드 사이에 상하 한 쌍을 이루도록 마련되는 탄성체;

   상기 고형 윤활제를 상기 압연롤의 폭방향에 대하여 상하 또는 좌우로 이동시키는 이송수단;

   상기 축을 상기 고형 윤활제의 중공부에서 일측으로 편향되도록 하거나 상기　고형 윤활제를 이동시키는 상기 이송수단을 제어하는 제어부; 및

   상기 고형 윤활제의 중공부와 상기 축의 사이에 마련되어 상기 중공부로의 이물질 유입을 차단하는 씰링재;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 고형 윤활 장치.
2. 삭제
3. 제１항에　있어서，

   상기　이송수단은，

   상기　고형　윤활제를　상기　압연롤에　대하여　상하로　이동시키는　액튜에이터와，　상기　압연롤의　폭방향을　따라　설치되어　상기　액튜에이터가　상기　폭방향을　따라　활주할　수　있게　되는　이송레일과，상기　액튜에이터에　동력을　제공함과　아울러　상기　축과　축제어봉으로　연결되어　상기　축을　편향시키는　구동장치로　이루어지는　것을　특징으로　하는　열간　압연용　고형　윤활　장치．
4. 제１항　또는　제3항에　있어서，

   상기　고형　윤활　장치는，상기　압연롤과　대향하여　압연롤의　폭방향을　따라　좌우측에　한쌍이　설치되는　것을　특징으로　하는　열간　압연용　고형　윤활　장치．

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