KR20040096029A - 연연속 열간 압연설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연연속 열간 압연설비에 관한 것으로, 조압연기를 통하여 압연된 열간 압연재가 코일박스에 권취되고 그 권취된 코일박스로부터 인출되는 열간 압연재의 선/후단을 크롭절단기를 이용하여 절단하며 선행하는 열간 압연재의 후단과 후행하는 열간 압연재의 선단을 접합장치를 이용하여 접합한 후 사상압연기를 통하여 마무리 압연하는 연연속 열간 압연설비에 있어서, 상기 크롭절단기와 접합장치의 사이에 상기 접합장치에서 접합되는 열간 압연재의 접합강도를 향상시키고 그 열간 압연재의 폭 방향에 대한 접합강도를 균일하게 형성시키도록 상기 열간 압연재의 폭 방향에 대한 양측 단부를 가열하기 위한 에지히터와 상기 열간 압연재의 길이 방향에 대한 온도편차를 감소시키도록 열간 압연재를 가열하기 위한 바히터가 설치된 것을 특징으로 하며, 이러한 구성에 의하면 접합장치로 공급되기 전에 열간 압연재의 폭 방향에 대한 양측 단부를 가열하여 폭 방향에 대한 온도 편차를 감소시킴에 의하여 접합장치에서 배출된 열간 압연재의 접합부분 접합강도를 향상시키고 그 열간 압연재의 폭 방향에 대한 접합강도를 균일하게 형성시킨다.

Description

연연속 열간 압연설비{Endless hot rolling equipment}

본 발명은 연연속 열간 압연설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접합장치로 공급되기 전에 열간 압연재의 폭 방향에 대한 양측 단부를 가열하여 폭 방향에 대한 온도 편차를 감소시킴에 의하여 접합장치에서 배출된 열간 압연재의 접합부 강도를 향상시키고 그 열간 압연재의 폭 방향에 대한 접합강도를 균일하게 형성시키도록 된 연연속 열간 압연설비에 관한 것이다.

최근에 열간압연 분야에서 주목받는 기술들 중 하나는 연연속 열간 압연이며, 이는 종래에 슬래브를 1매씩 압연하던 것을 선행 슬래브의 후단과 후행 슬래브의 선단을 사상압연기의 입측에서 용접하여 연속적으로 압연한 후, 권취기 전에서 절단하여 제품을 생산하는 기술이다.

따라서, 연연속 열간 압연은 슬래브의 선단과 후단에 발생되는 비정상 부분을 없애는 것이 가능하여 슬래브 전장에 대해 더욱 엄격한 제어가 가능하며, 초극박의 통판성 향상, 고윤활·고압하 압연, 고정도·고냉각 등이 가능해져 두께·정밀도·실수율 등의 향상에 큰 효과를 갖는다.

상기 연연속 열간압연에 요구되는 핵심적인 기술은 슬래브, 즉 열간 압연재를 빠른 시간 내에 충분한 강도를 갖도록 접합하는 것인데, 냉간 압연의 경우 압연재의 두께가 얇기 때문에 비교적 충분하게 주어진 시간 동안 용접 등에 의해 적절한 강도를 갖는 접합이 가능하지만, 열간 압연의 경우 압연재의 두께가 두꺼운데다 압연재의 온도가 떨어지기 전에 압연이 종료되어야 하기 때문에 압연속도가 냉간 압연에 비하여 상대적으로 빨라 용접에 의한 접합이 곤란하다.

또한, 열간 압연재의 접합 기술로 알려진 유도가열방식, 가스가열법, 용제법 및 마찰법 등의 방법들도 접합에 많은 시간을 요구한다는 단점을 가지며, 특히 주행방식의 접합장치를 사용하는 경우, 전술한 것처럼 열간 압연속도가 빠르기 때문에 접합을 빠른 시간 내에 완료하지 않으면 접합장치의 주행거리가 매우 길어져 실질적으로 압연설비에 적용하는 것이 곤란하다.

종래 기술의 연연속 열간 압연설비를 보다 구체적으로 살펴봄으로써 상기한 문제점에 대하여 상세하게 설명한다.

도1은 일본국 특허공개 제2002-346624호에 개시된 종래 기술을 나타내며, 접합장치(110)를 사상압연기(120)의 입측에 배치시키고, 상기 접합장치(110)와 사상압연기(120)의 사이에 가열장치(130)와 에지 가열장치(140)를 순차 배치시킴에 의하여, 열간 압연재(B)를 사상압연에 적합한 온도를 갖도록 가열하여 고품질을 스트립을 얻기 위한 구성을 갖는다. 미도시된 부호 (150)는 코일박스, (160)은 크롭절단기를 각각 나타낸다.

그러나, 상기 도1의 종래 기술은 용접 등에 의해 열간 압연재(B)를 접합시킴으로써 접합에 많은 시간이 소요되기 때문에 접합장치(110)가 열간 압연재(B)의 길이 방향을 따라 일정 거리 주행하는 구성을 갖는바, 이는 열간압연 라인의 전체적인 길이를 증가시켜 실질적으로 압연설비에 적용하는 것이 곤란한 문제점을 갖는다.

도2는 일본국 특개평 제10-244301호에 개시된 종래 기술을 나타내며, 열간 압연재(B)의 진행 방향을 따라 조압연기(210), 유도가열장치(220), 접합장치(230) 및 사상압연기(240)를 순차 배치시킴에 의하여, 열간압연재(B)가 접합장치(130)로 공급되기 전에 유도가열장치(220)에 의하여 접합에 필요한 온도 부근까지 상승됨으로써 접합장치(230)로 공급된 열간 압연재(B)의 접합이 비교적 빠른 시간에 가능하도록 된 구성을 갖는다.

그러나, 상기 도2의 종래 기술은 접합장치(230)에서 열간 압연재(B)의 접합이 빠르게 이루어지려면 접합장치(230)로 진입되기 전에 열간 압연재(B)를 접합에 충분한 고온을 갖도록 가열하여야 하는바, 유도가열장치(220)에서 배출된 열간 압연재(B)의 온도를 정밀하게 제어하기 위한 별도의 제어장치가 필요하여 설비가 복잡해지며, 열간 압연재(B)가 너무 고온으로 가열되는 경우 그 열간 압연재(B)의 선단 및 후단이 정상적인 라인 경로에서 하부로 처져 이탈되는 문제점을 갖는다.

도3은 대한민국 특허공개번호 제2001-62404호에 개시된 종래 기술을 나타내며, 열간 압연재(B)의 진행 방향을 따라, 조압연기(310), 코일박스(320), 크롭절단기(330), 디스케일러(340), 승강장치(350), 접합장치(360), 크롭 제거장치(370) 및 사상 압연기(380)가 순차적으로 배치되며, 상기 접합장치(360)는 열간 압연재(B)의 접합 예정부위를 중첩시켜 전단하면서 전단면끼리 서로 맞대어 눌리어지도록 가압력을 발생시켜 접합시킴에 의하여, 접합이 매우 빠른 시간에 이루어져 설비의 라인을 획기적으로 줄일 수 있는 구성을 갖는다.

그러나, 상기 도3의 기술은 접합이 매우 빠르게 이루어지는 반면, 접합부의 폭 방향에 대한 접합 강도가 균일하지 않아, 실질적으로는 고품질의 스트립을 얻는 것이 매우 곤란한 문제점을 갖는바, 이 원인은 접합장치(360)로 공급되는 열간 압연재(B)의 폭 방향에 대한 온도가 폭 방향을 따라 많은 편차를 갖는 것에 있다. 즉, 열간 압연재(B)가 코일박스(320)와 크롭절단기(330)를 통과하여 접합장치(360)로 공급되면서 냉각되는데, 열간 압연재(B)의 폭 방향에 대한 양측 단부의 온도가 다른 부분에 비하여 더 냉각됨으로써 접합이 완료된 후에도 폭 방향에 대한 접합 강도가 균일하지 않은 것이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 접합장치에서 접합되는 열간 압연재의 폭 방향에 대한 접합강도를 균일하게 형성시킴은 물론, 접합강도를 향상시키고, 접합이 신속하게 이루어질 수 있도록 된 연연속 열간 압연설비를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 용접을 이용한 접합 방식의 연연속 열간압연설비를 나타낸 개략 구성도;

도2는 종래 기술에 따른 유도가열을 이용한 접합 방식의 연연속 열간압연설비를 나타낸 개략 구성도;

도3은 종래 기술에 따른 전단 가압을 이용한 접합 방식의 연연속 열간압연설비를 나타낸 개략 구성도;

도4는 본 발명에 따른 연연속 열간압연설비를 나타낸 구성도;

도5는 본 발명과 종래 방식의 접합에 따른 접합강도를 시험하기 위한 시편 채취 위치를 나타낸 설명도;

도6 및 도7은 에지히터를 사용하지 않은 종래 방식의 접합과 에지히터를 사용하는 본 발명의 접합에 따른 시편의 접합강도를 그래프로 나타낸 시험 결과도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 조압연기 20 : 코일박스

30 : 레벨러 40 : 크롭절단기

50 : 에지히터 55 : 바히터

60 : 접합장치 70 : 크롭 제거장치

80 : 스케일 제거장치 90 : 사상압연기

B : 열간 압연재

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 조압연기를 통하여 압연된 열간 압연재가 코일박스에 권취되고 그 권취된 코일박스로부터 인출되는 열간 압연재의 선/후단을 크롭절단기를 이용하여 절단하며 선행하는 열간 압연재의 후단과 후행하는 열간 압연재의 선단을 접합장치를 이용하여 접합한 후 사상압연기를 통하여 마무리 압연하는 연연속 열간 압연설비에 있어서, 상기 크롭절단기와 접합장치의 사이에 상기 접합장치에서 접합되는 열간 압연재의 접합강도를 향상시키고 그 열간 압연재의 폭 방향에 대한 접합강도를 균일하게 형성시키도록 상기 열간 압연재의 폭 방향에 대한 양측 단부를 가열하기 위한 에지히터와 상기 열간 압연재의 길이 방향에 대한 온도편차를 감소시키도록 열간 압연재를 가열하기 위한 바히터가 설치된 것을 특징으로 하는 연연속 열간 압연설비를 마련함에 의한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 에지히터와 바히터는 열간 압연재의 길이방향에 대하여 순차적으로 설치됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 코일박스의 출측에 에지히터와 바히터를 보호하고 열간 압연재의 선단부가 원활하게 통판되도록 열간 압연재를 편평하게 하는 레벨러가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 접합장치는 선행하는 열간 압연재의 후단과 후행하는 열간 압연재의 선단에 대한 접합 예정부위를 중첩시켜 전단하면서 전단면끼리 서로 맞대어 눌리어지도록 가압력을 발생시켜 접합시키도록 된 고정식의 크롭 절단겸용 접합장치이며, 상기 접합장치의 출측에 전단된 크롭을 열간 압연재로부터 분리하여 제거하기 위한 크롭 제거장치가 설치됨을 특징으로 한다. 그리고, 상기 크롭 제거장치와 사상압연기의 사이에 열간 압연재의 표면에 존재하는 스케일을 제거하기 위한 스케일 제거장치가 더 설치됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 접합장치와 사상압연기의 사이에 열간 압연재의 접합시 발생된 크롭을 제거하기 위한 크롭 제거장치와 열간 압연재의 표면에 존재하는 스케일을 제거하기 위한 스케일 제거장치가 순차적으로 더 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 연연속 열간압연설비의 구성도이다.

(10)는 조압연기를 나타내며, 가열로에서 추출된 슬래브인 열간 압연재(B)를 사상압연이 용이하게 수행될 수 있는 두께를 갖도록 압연시킨다.

상기 조압연기(10)에서 배출된 열간 압연재(B)는 코일박스(20)로 공급되며, 상기 코일박스(20)는 열간 압연재(B)를 코일 형태로 권취시키거나 코일 형태로 권취된 열간 압연재(B)를 풀어 요구 속도로 배출시킨다. 즉, 상기 코일박스(20)에서 후공정으로 진행되는 열간 압연재(B)의 속도가 조절된다.

상기 코일박스(20)에서 배출된 열간 압연재(B)는 레벨러(30)를 통과하면서 미리 설정된 경로보다 상향 또는 하향 절곡된 부위, 예컨대 코일 형태에서 풀려진 후에도 곡선 형태로 유지되어 있는 선단과 후단 부위가 다른 부분과 동일 평면을 이루도록 편평하게 펴진다. 이는 열간 압연재(B)의 선단 및 후단이 설비를 이루는 구성 요소들에 간섭되지 않으면서 원활하게 통판될 수 있도록 한다.

상기 레벨러(30)를 통과한 열간 압연재(B)는 크롭절단기(40)로 진입되어 불균일한 형상을 갖는 선단과 후단의 소정 길이가 절단되며, 이는 후공정에서의 접합작업이 원활하게 수행되게 한다.

계속하여, 상기 크롭절단기(40)에서 배출된 열간 압연재(B)는 에지히터(50)와 바히터(55)를 순차 통과하면서 가열된다.

상기 에지히터(50)는 다른 부분보다 냉각속도가 빠른 열간 압연재(B)의 폭 방향에 대한 양측 단부를 가열하여 그 부분의 온도를 상승시킴에 의하여 접합작업이 수행되기 직전의 열간 압연재(B)의 폭 방향에 대한 온도편차를 최소화시킴으로써 접합 후의 접합강도를 향상시킴은 물론, 열간 압연재의 폭 방향에 대한 접합강도를 균일하게 형성시킨다.

그리고, 상기 바히터(55)는 열간 압연재(B)를 가열하여 길이 방향에 대한 온도편차를 최소화시킴으로써 조직을 균일하게 한다.

본 발명에서는 상기 에지히터(50)와 바히터(55)를 열간 압연재(B)의 진행 방향을 따라 순차적으로 배치하고 있으나, 그 배치 순서를 역으로 하여도 무관하다.

상기 바히터(55)에서 배출된 열간 압연재(B)는 크롭 절단기능을 갖는 접합장치(60)로 공급되는데, 상기 접합장치(60)는 대한민국 특허공개번호 제2001-62404호에 제시된 것처럼 선행하는 열간 압연재의 후단과 후행하는 열간 압연재의 선단에 대한 접합 예정부위를 중첩시켜 전단하면서 전단면끼리 서로 맞대어 눌리어지도록 가압력을 발생시켜 접합함으로써 열간압연 라인의 판속도에 따르면서 단시간에 접합이 가능한 것을 채택하여 사용하면 충분하다. 게다가, 상기 접합장치(60)는 일반 배치 압연이 수행될 때 크롭 절단기능을 사용할 수 있다.

계속하여, 상기 접합장치(60)를 통과한 열간 압연재(B)는 크롭 제거장치(70)를 통과하면서 상기 접합장치(60)에서 절단이 행하여질 때 발생된 크롭이 분리 제거된다.

또한, 상기 크롭 제거장치(70)에서 배출된 열간 압연재(B)는 스케일 제거장치(80)를 통과하면서 표면에 존재하는 스케일이 제거됨으로써 청정한 상태로 사상 압연기(90)로 진입되게 하며, 이러한 스케일이 열간 압연재(B)에 잔류하는 경우 최종 제품의 품질에 악영향을 미치게 된다.

상기 스케일 제거장치(80)는 다양한 형태의 구조를 가질 수 있으며, 일례로서 고압수를 열간 압연재(B)의 표면에 분사시켜 스케일을 제거하는 방식이 사용될 수 있다.

본 발명자 등은 에지히터를 이용하지 않고 열간 압연재를 가열한 후 접합시키는 경우와 에지히터를 이용하여 열간 압연재를 가열한 후 접합시킨 경우에 대한 접합강도의 차이점을 알아보기 위하여 접합강도 시험을 하였다.

도5는 본 발명과 종래 방식의 접합에 따른 접합강도를 시험하기 위한 시편 채취 위치를 나타낸 설명도로서, 폭 방향의 길이(W)가 450㎜이고, 길이 방향의 길이(L)가 430㎜인 열간 압연재 즉 접합재(B')를 채취한 다음, 그 접한재(B')의 폭 방향에 대한 양측 끝단에서 중앙 쪽으로 30㎜의 폭을 갖도록 2개씩의 시편을 각각 채취하며, 접합재(B')의 중앙에 대한 좌, 우측에 30㎜의 폭을 갖는 시편을 각각 채취하여, 좌측에서 우측으로 #1, #2, #3, #4, #5, #6으로 나타내었다.

그리고, 채취된 각각의 시편을 이용하여 인장시험을 실시한 다음, 그 결과를 측정하고 도6 및 도7에 나타내었다.

도6은 JS-SS400을 이용하여 시편을 채취하여 접합부 인장시험을 실시한 결과를 나타낸 것으로, (a)는 에지히터를 사용하지 않은 경우이고, (b)는 에지히터를사용한 경우이다.

도6에 의하면, 에지히터를 사용하지 않은 경우, 중앙 부위의 시편 #3과 #4는 약 300㎫의 인장강도를 나타내고, 가장자리 부위의 시편 #2와 #5는 약 280㎫의 인장강도를 나타내며, 가장자리 끝단의 시편 #1과 #6은 다른 부분에 비하여 현저하게 작은 값인 약 190 및 180㎫의 인장강도를 나타내는 반면에, 에지히터를 사용한 경우에는 시편 #1, #2, #5, #6이 270 및 280㎫의 인장강도를 나타냈다. 즉, 에지히터를 사용하지 않았을 때 접합이 완료된 다음 폭 방향에 대한 접합강도가 가장자리 부위에서 현저하게 작아졌으나, 에지히터를 사용하였을 때 접합이 완료된 다음 폭 방향에 대한 가장자리 부위의 접합강도가 크게 향상됨으로써 전체적으로 균일한 접합강도를 나타냄을 알 수 있었다.

도7은 STS304를 이용하여 시편을 채취하여 접합부 인장시험을 실시한 결과를 나타낸 것으로, (a)는 에지히터를 사용하지 않은 경우이고, (b)는 에지히터를 사용한 경우이다.

도7에 의하면, 에지히터를 사용하지 않은 경우, 중앙 부위의 시편 #3과 #4는 약 530㎫의 인장강도를 나타내고, 가장자리 부위의 시편 #2와 #5는 약 450 및 440㎫의 인장강도를 나타내며, 가장자리 끝단의 시편 #1과 #6은 다른 부분에 비하여 현저하게 작은 값인 약 290 및 280㎫의 인장강도를 나타내는 반면에, 에지히터를 사용한 경우에는 시편 #1, #2, #5, #6이 420 내지 450㎫의 인장강도를 나타냈다. 즉, 도6과 마찬가지로 사용하지 않았을 때 접합이 완료된 다음 폭 방향에 대한 접합강도가 가장자리 부위에서 현저하게 작아졌으나, 에지히터를 사용하였을 때 접합이 완료된 다음 폭 방향에 대한 가장자리 부위의 접합강도가 크게 향상됨으로써 전체적으로 균일한 접합강도를 나타냄을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연연속 열간압연설비에 의하면, 접합장치의 입측에 에지히터가 설치되어 열간 압연재의 폭 방향에 대한 양측 단부를 가열함으로써 가장자리 부위의 접합강도가 현저하게 향상되고 결과적으로 폭 방향에 대한 접합강도가 균일하게 형성되는 우수한 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 조압연기를 통하여 압연된 열간 압연재가 코일박스에 권취되고 그 권취된 코일박스로부터 인출되는 열간 압연재의 선/후단을 크롭절단기를 이용하여 절단하며 선행하는 열간 압연재의 후단과 후행하는 열간 압연재의 선단을 접합장치를 이용하여 접합한 후 사상압연기를 통하여 마무리 압연하는 연연속 열간 압연설비에 있어서,

   상기 크롭절단기와 접합장치의 사이에 상기 접합장치에서 접합되는 열간 압연재의 접합강도를 향상시키고 그 열간 압연재의 폭 방향에 대한 접합강도를 균일하게 형성시키도록 상기 열간 압연재의 폭 방향에 대한 양측 단부를 가열하기 위한 에지히터와 상기 열간 압연재의 길이 방향에 대한 온도편차를 감소시키도록 열간 압연재를 가열하기 위한 바히터가 설치된 것을 특징으로 하는 연연속 열간 압연설비.
2. 제1항에 있어서, 상기 에지히터와 바히터는 열간 압연재의 길이방향에 대하여 순차적으로 설치됨을 특징으로 하는 연연속 열간 압연설비.
3. 제1항에 있어서, 상기 코일박스의 출측에 에지히터와 바히터를 보호하고 열간 압연재의 선단부가 원활하게 통판되도록 열간 압연재를 편평하게 하는 레벨러가 설치된 것을 특징으로 하는 연연속 열간 압연설비.
4. 제1항에 있어서, 상기 접합장치는 선행하는 열간 압연재의 후단과 후행하는 열간 압연재의 선단에 대한 접합 예정부위를 중첩시켜 전단하면서 전단면끼리 서로 맞대어 눌리어지도록 가압력을 발생시켜 접합시키도록 된 고정식의 크롭 절단겸용 접합장치이며, 상기 접합장치의 출측에 전단된 크롭을 열간 압연재로부터 분리하여 제거하기 위한 크롭 제거장치가 설치됨을 특징으로 하는 연연속 열간 압연설비.
5. 제4항에 있어서, 상기 크롭 제거장치와 사상압연기의 사이에 열간 압연재의 표면에 존재하는 스케일을 제거하기 위한 스케일 제거장치가 더 설치됨을 특징으로 하는 연연속 열간 압연설비.
6. 제1항에 있어서, 상기 접합장치와 사상압연기의 사이에 열간 압연재의 접합시 발생된 크롭을 제거하기 위한 크롭 제거장치와 열간 압연재의 표면에 존재하는 스케일을 제거하기 위한 스케일 제거장치가 순차적으로 더 설치된 것을 특징으로 하는 연연속 열간 압연설비.