KR100245473B1 - 압연기 및 압연방법 - Google Patents

Abstract

압연기는 작업롤(1)과, 작업롤(1)을 수직으로 지지하고 구동하기 위한 백업롤(2)를 각는다. 복수의 수평 지지롤러(4,6)는 압연영역 외측의 배럴직경에서와 작업롤의 양 수평측에서 작업롤을 접촉시키고, 압연동안 양 수평 방향에서 작업롤의 위치를 고정하고 수평압연력에 대항하도록 작용한다. 압연동안 작업롤의 벤딩을 줄이도록, 예를 들어 롤러와 같은 부재(5,7)를 포함하는 작업롤에 수평 역벤딩력을 적용하고, 지지롤러(4,6) 보다 압연 영역으로부터 더욱 축방향 위치에서 작업롤을 접촉시키는 수단과, 작업롤에 대향하여 부재(5,7)를 가압하기 위한 작동수단(14)이 제공된다. 역벤딩력은 백업롤과 압연되는 재료로 상기 작업롤에 적용된 순 수평력과 같은 방향으로 된다. 되도록 작업롤의 최소한 한 상태가 압연동안 감지되고, 압연동안 감지된 상태에 의존하여 역벤딩력을 제어하도록 작용하는 제어수단이 있다.

Description

압연기 및 압연방법

제1도는 본 발명의 압연기의 실시예를 나타내는 수직 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 압연기의 상측 작업롤 부분의 수직단면의 확대도.

제3도는 제2도에 도시된 상측 작업롤 부분의 평면도.

제4a, b, c도는 작업롤에 적용된 힘을 나타내고, 여기에서

제4a도는 수평 편향이 전혀 존재하지 않는 상태를 나타내고,

제4b도는 수평편향이 존재하는 상태를 나타내고,

제4c도는 제4b도를 위에서 본 도면.

제5도는 편형과 강성이 작업롤의 종단부의 지지조건에 따라 가변될 수 있는 모드를 도시하는 도면.

제6도는 실제 하중 조건하에서 적용되는 역벤딩력으로 편형된 상태를 도시하는 도면.

제7도는 함수 f(B/L)의 값을 나타내는 그래프.

제8도는 도면 형식으로 제1기어기를 추가적으로 도시한 제3도와 대응하는 도면.

제9도는 제8도의 제어기에 의한 제어 블록도.

제10도는 블록도 형태로 다른 제어기를 추가적으로 나타내는 제3도에 상응하는 도면.

제11도는 제10도의 제어기에 의한 제어 블록도.

본 발명은 압연기와 압연방법에 관한 것으로, 특히 단단하고 얇은재료를 압연하기에 적당한 비교적 작은 직경의 작업롤이 사용되는 금속 스트립용 압연기와 압연방법에 관한 것이다. 본 발명은 중간 백업롤과 외부 백업롤을 구비한 6단 압연기 또는 중간 백업롤을 전혀 구비하지 않은 4단 압연기와 같이, 작업롤이 백업롤에 의하여 수직으로 지지되고 구동되는 형태의 압연기에 적용된다.

금속 스트립 특히, 스테인레스강, 고탄소강, 스프링강, 그리고 티타늄 합금과 고니켈 합금 등의 일부 합금강과 같은 단단하고 매우 얇은 재료를 압연하는 압연기는 작은 직경의 작업롤을 사용한다. 이러한 작업롤은 압연 토크를상기 작업롤에 직접 적용하기에는 너무 작은 직경을 가지기 때문에, 구동력이 한 쌍 이상의 백업롤 쌍을 통하여 작업롤에 전달되는 센지미어(sendzimir) 압연기와, 또 다른 압연기 같은 다중롤 압연기가 개발되었다. 제품의 편평함을 성취하기 위해 축방향으로 백업롤을 상대적으로 이동시키고 또한 작업롤과 백업롤(US-A-4369646참조)에 수직롤 벤딩력을 적용함으로써, 이러한 압연기에서 작업롤의 벤딩을 제어하는 방법이 또한 개발되었다.

본 발명은 수평 압연방향, 즉 압연되는 재료의 이동방향에서의 벤딩의 제어와 관련이 있다. 이 방향을 이하에서는 "수평방향" 또는 "수평 압연방향"으로 언급하고, 이 표현을 롤의 축방향은 포함하지 않는다.

수평 방향에서의 작업롤의 벤딩은 롤직경이 감소함에 따라 증대하기 때문에, 롤직경의 감소에는 한계가 있다. 수평방향에서의 롤벤딩 현상은 이하에서 더 설명된다.

미합중국 특허 제4631948호는 구동력이 백업롤에 의해 작업롤에 전달되고 작업롤이 백업롤의 수직축면으로부터 수평방향으로 오프셋(offset)되는 압연기를 기술한다. 백업롤에 의하여 작업롤에 인가된 마찰력이 압연력(즉, 작업롤에 의해 압연되는 재료에 인가된 힘)의 수평 성분에 반대방향이기 때문에, 작업롤의 수평벤딩은 작업롤의 축면을 백업롤 측평면으로부터 하류방향(압연방향)으로 오프셋 시킴으로써 감소되는 것으로 알려져 있다. 미합중국 특허 제4631948호에서 작업롤은 백업롤에 대해 오프셋되어 압연기 프레임 내의 고정된 수평 위치에 유지되고, 압연된 재료와 접촉하는 영역의 외측에 있으나 그 영역과 같은 직경(즉, 배럴직경(barrel (diameter))을 가지며 일부분에서 작업롤과 접촉하는 지지롤러에 의해 수평방향으로 지지된다. 수평방향으로 작업롤의 양측에 위치하는 지지 롤러는 지지롤러의 고정된 베어링 블럭사이의 롤에 수평적으로 벤딩력을 인가함으로써 작업롤에 대해 유압식으로 가압되는 수평 벤딩을 제어하는 역할을 수행한다. 지지롤러를 미는 유압실린더는 독립적으로 제어되어 요구된 벤딩을 발생시킨다. 그러나, 이 압연기에 있어서 베어링 블럭이 압연기 프레임내의 고정된 수평 위치에 위치하기 때문에, 압연 방향뿐만 아니라 토오크와 압연력과 같은 압연동안의 다양한 다른 요소에 따라서도 가변되는 수평력의 적당한 제어가 불가능하다.

일본국 특허 제88-60006호는 미합중국 특허 제4361948호와 매우 유사한 구성을 보여주고, 작업롤의 베어링 블럭은 압연동안 수평으로 고정된다.

일본국 특허 제85-18206호는 양작업롤의 양단부의 양측에 작업롤의 수평 지지를 제공하는 롤러의 유사한 적용을 보여준다. 이 경우에 쌍으로된 롤러가 기계적 조절시스템에 의해 작업롤에 대하여 적용된다. 모든 롤러는 수평방향으로 조정할 수 있으나, 백업롤 축의 수직면에서 축과 함께 도시된 작업롤의 수평위치의 제어에 대한 제안은 전혀 없다. 아마도 모든 수평력이 롤러에 의해 제어되기 때문에, 작업롤의 저널 베어링은 제거될 수 있다. 도시된 기계적 조절시스템은 압연동안 롤벤딩력의 적용에 대해서는 적절하지 않다. 이 종래 기술은 수평롤 벤딩의 제어문제에 대한 해결책은 전혀 언급하지 않는다.

작업롤의 전체 폭에 걸친 작업롤 벤딩 제어는 위에 언급된 센지미어 압연기에서와 같은 지지롤러 또는 베어링 롤러 시스템에 의해 제공된다. 이러한 장치는 작업롤의 우수한 수평 지지를 제공하는 한편, 이격된 베어링은 작업롤 상에 흠집을 야기시켜 압연된 제품에 흠집이 생기게 한다. 다른 문제는 지지롤러가 작업롤의 냉각을 방해하는 것이다.

미합중국 특허 제4691548호는 압연기, 예를 들어 작업롤의 감소된 직경의 저너부분 상의 내부와 외부 베어링 블록이 유압식 피스톤-실린더 조절 유닛에 의해 수평방향으로 독립적으로 조절될 수 있는 4단 압연기를 보인다. 이 발명의 목적은 스트립의 평편도탄화에 요구되는 작업롤의 수평 벤딩커브를 유지하면서 수평력 및/ 또는 스트립 두께를 조정 하는 것이다. 조정 유닛의 요구된 설정값의 연속적인 계산 및 상응하는 조정이 언급된다. 이러한 구성이 갖는 문제는 롤의 축소된 직경부에 반드시 인가될 큰 벤딩 모멘트이고, 상기 벤딩 모멘트는 수평 압연력에 의해 가해지는 선형 하중방향으로 외부 베어링에 작용하는 벤딩력을 인가함으로써 감소될 수 있으나, 이는 동시에 내부 베어링에 응력을 증가시킨다. 반대로, 상기 외부 베어링에 의해 가해진 벤딩력이 반대방향으로 작용할 때, 롤의 베어링 응력은 감소되나, 롤의 임계위치에서의 벤딩 모멘트는 증대된다. 종래 기술은 이러한 문제를 해결하는데 명백하게 실패하였고, 더욱이 압연영역에서의 롤 벤딩을 최소화하는데도 실패하였다.

(일본국 특혀 No 89-231602와 90-235518호에 대응하는) 유럽 특허 A-416880호는 압연영역에서 작업롤의 벤딩을 최소화하는 것을 목적으로 하고, 작업롤의 양 수평측상 배럴직경에서 압연영역 외측의 작업롤과 접촉하는 지지롤러가 제공된 압연기를 개시하고, 이 지지롤러는 (백업롤 평면에 대해)요구된 만큼 오프셋된 수평위치에 작업롤을 배치하고 수평 압연력에 대항하여 작업롤을 지지한다. 특히, 지지롤러가 보다 긴 축길이를 가지면, 작업롤의 효과적인 강성이 개선되어 수평벤딩이 감소된다.

위에 기술된 유럽 특허 A-416880의 지지롤러 시스템에 있어서, 다수의 지지롤러에 의해 지지가 실행되는 어떤 방법에서든 지지 롤러의 표면 및 축(허브) 부분의 탄성변형으로 인하여, (아래에 "강성 지지"로 언급되는) 압연영역 외측의 작업롤 부분의 전체 강성 수평 유지 상태에서 얻는 강성의 약 1/2 정도까지만 개선될 수 있다. 작업롤의 오프셋시켜 수평력을 감소시킴으로써 작업롤의 수평편향이 낮은 수준으로 제한될 수 있다 하더라도 이러한 구성만으로 작업롤 직경의 축소를 가능하게 하는데는 한계가 있다. 더욱이, 이러한 기술은 수평력이 적용될 때 수평력을 감소시키고 작업롤의 편향을 감소시키는 방법만 기술하고 있고, 작업롤에 인가된 압연하중과 수평편향 사이의 상호작용으로부터 발생되는 매우 감소된 직경의 롤에서 발생하는 불안정 현상을 고려하지 않았다. 이러한 불안정 현상을 방지하고 안정된 압연을 실행할 수 있는 수단에 대해 전혀 설명되지 않았다.

안정된 압연을 실행하기 위해, 작업롤의 수평편향 강성이 얼마나 중요한 역할을 하는가 그리고 효과적인 강성을 최대로 높이기 위한 저해요인은 무엇인가에 대한 고찰이 필요하다. 그러나, 종래 기술은 이러한 요소들을 충분히 고려하지 않아서 작업롤의 직경을 최대한 감소시키는데 실패했다.

본 발명의 목적은 작업롤의 효과적인 강성을 더욱 증대할 수 있어 작업롤의 직경 축소를 가능케 하는 압연기와 압연방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 제1측면에서, 작업롤과, 작업롤을 수직으로 지지하고 작업롤을 구동하는 백업롤과, 그리고 압연영역 외측의 배럴직경에서와 작업롤의 양 수평측에서 작업롤과 접촉하며 압연동안 양 수평방향으로 작업롤 위치를 고정시키고 수평압연력에 대항하도록 작용하는 다수의 수평지지 롤로를 구비한 압연기가 제공된다. 압연기는 상기 작업롤에 대항하여 부재를 압박하는 지지롤러 및 작동기 보다 압연영역으로부터 더욱 축방향으로 먼 위치에서 작업롤과 접촉하는 부재를 포함하는 작업롤에 수평의 역벤딩력을 인가하는 수단을 특징으로 한다. 역벤딩력은 백업롤 및 압연되는 재료에 의해 작업롤에 인가된 순 수평력과 같은 방햐으로 작용한다.

지지롤러와 조합하여 역 벤딩력의 효과은 작업롤의 수평벤딩을 감소시켜 수평방향으로의 압연력에 대항하는 작업롤의 효과적인 강성을 증대시킨다.

압연동안 역벤딩력의 제어를 제공하는것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게, 압연기는 압연동안 작업롤의 적어도 한 상태를 감지하기 위한 감지수단과 감지된 상태에 따라서 엑벤딩력을 적용하기 위한 수단을 제어하기 위해 압연동안 작용하는 제어수단을 구비한다. 감지수단에 의해 감지된 상태 또는 상태들은 (i) 작업롤의 수평편향과, (ii) 백업롤 및 압연되는 재료에 의해 작업롤에 인가된 순 수평력으로 부터 선택된다.

바람직하게, 압연동안 작업롤에 인가된 수평압연력은 거의 지지롤러에 의해 인가된 힘과 역벤딩력을 인가하는 수단에 의해서만 균형을 이룬다.

바람직하게, 역벤딩력을 인가하는 상기 수단의 작업롤과 접촉하는 부재는 배럴직경에서 작업롤과 접촉하는 다수의 역벤딩 롤러를 포함하고, 작동기수단은 지지롤러에 대해 수평방향으로 이 역벤딩 롤러를 움직인다. 지지롤러 및 역벤딩 롤러를 장착하기 위해, 압연기는 작업롤의 각 수평측에 지지롤러 또는 롤러들과 역벤딩롤러 또는 롤러들을 운반하는 강성지지 부재를 구비하고, 상기 강성지지 부재는 작업롤의 수평위치를 조절하기 위해, 즉, 백업롤러에 대한 요구된 오프셋을 제공하도록 이동가능하다.

원하는 수평 위치에서 작업롤의 정확한 위치지정을 성취하기 위해, 바람직하게, 작업의 롤의 한 수평측에서, 상기 지지 롤러는 압연동안 지지롤러의 소정의 수평위치를 제공하는 제1지지수단에 의해 운반되고, 작업롤의 다른 수평측에서 상기 지지롤러는 제2지지수단에 의해 운반된다. 압연기는 제1지지수단에 대항하여 작업롤을 압박하는 지지롤러를 통하여 소정의 수평력을 작업롤에 인가하도록 제2지지수단에 작용하는 힘 인가수단을 더 구비한다.

다른 측면에서, 본 발명은 한 쌍의 대향하는 작업롤과, 각각 작업롤을 수직으로 지지하고 작업롤을 구동하는 한 쌍의 백업롤과, 압연영역 외측의 배럴직경에서와 작업롤의 양 수평측에서 작업롤가 접촉하며 압연동안 양 수평방향으로 작업롤 위치를 고정하고 수평압연력에 대항하도록 작용하는 다수의 수평 지지롤러를 구비한 압연기를 제공한다. 각 경우에 지지롤러보다 압연 영역으로부터 축방향으로 더 먼 위치에서 작업롤과 접촉하는 부재 및 작업롤에 대항하여 상기 부재를 미는 작동기수단을 포함하는 2개의 작업롤에 수평 역벤딩력을 적용하는 수단이 각각 존재한다. 역벤딩력은 각 백업롤 및 압연되는 재료에 의해 작업롤에 인가된 순 수평력과 같은 수평 방향으로 작용한다. 각 작업롤에 대해 인가된 역벤딩력이 순 수평력과 같은 수평 방향이 되도록 다른 작업롤에 인가된 역벤딩력과는 독립적으로 각 작업롤에 역벤딩력을 인가하도록 각 작동기수단을 제어하기 위해 배치된 제어수단이 더욱 제공된다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 작업롤이 백업롤에 의해 수직으로 지지되고 구동되며 압연여역 외측의 배럴직경 위치에서 작업롤과 접촉하는 지지롤러에 의해 수평적으로 위치되고 수평적으로 지지되는 압연기의 제어방법을 제공한다. 상기 방벙은 압연동안 (a) 작업롤의 수평편향과, (b) 작업롤에 작용하는 수평력중 적어도 하나에 따라 지지롤러 외측 축방향 위치에서 역벤딩력을 인가하는 것을 특징으로 하고, 상기 역벤딩력은 벡업롤 및 압연된 재료에 의해 작업롤에 인가된 순 수평력과 같은 방향으로 작용한다. 바람직하게, 상기 방법은 상기 지지롤러를 이동시킴으로써 압연을 위한 소정위치에 상기 작업롤을 수평으로 움직이는 것을 더 포함한다.

본 발명은 작업롤이 백업롤에 의해 수직적으로 지지되고 구동되는 압연기의 작동방법을 제공하고, 상기 방법은 작업롤을 수평으로 배치하고, 압연영역 외측의 배럴직경에서 작업롤과 접촉하는 지지롤러에 의해 작업롤을 수평 압연력에 대항하게 지지하고, 지지롤러 보다 압연영역으로부터 더 먼 축방향 위치에서 배럴직경에 작업롤과 접촉하는 역벤딩 롤러에 의해 작업롤의 수평 벤딩을 줄이는 경향의 수평 역벤딩력을 인가하는 것을 포함하고, 상기 역벤딩 롤러는 지지롤러에 대해 수평방향으로 이동가능하다.

다른 측면에서, 본 발명은 2개의 대향하는 작업롤이 각 백업롤에 의해 수직으로 지지되고 구동되는 압연기의 제어방법을 제공하고, 상기 방법은 압연동안 각 작업롤의 하나 이상의 감지된 상태에 따라서 독립적으로 2개의 작업롤에 수평롤 벤딩력을 인가함으로써 각 롤의 벤딩을 줄이도록 상기 2개의 작업롤의 수평 벤딩을 제공하는 것을 포함한다.

발명의 실시예가 첨부된 도시적 도면을 참조하여 비제한적인 예를 통하여 아래에 기술된다.

본 발명에 의해, 작업롤의 효과적인 강성이 현저하게 증대되고 작업롤의 직경이 최소로 감소되는 것이 가능하게 된다. 본 발명에 따른 원리를 특정 실시예를 기술하기 전에 설명한다.

먼저, 작업롤의 강성에 의해 구동된 롤이 제4도를 참조하여 설명된다. 수평편향이 전혀 존재하지 않는 제4a도에 보인 상태에서, 하나의 작업롤에 인가된 수평력(2F)은 중간 백업롤(2)로부터의 압연하중의 반력의 수평성분(P₁)과, 구동력(t)과, 그리고 압연되는 재료의 길이방향의 잘력(T_b, T_f)사이의 차의 합이다. 그러나, 이 작업롤이 dl수평력(제4b도와 4c도)에 기인하여 다른 작업롤에 대해 편향이 되면, 압연하중(P)의 수평성분이 위에 기술된 힘에 부가되어 수평편향이 더욱 증대되는 결과가 발생한다. (작업롤의 직경이 작기 때문에, 미소한 수평편향일지라도 이성분을 크게 한다). 이것은 차례로 압연하중(P)의 분력을 증대시키고 만약 이 힘이 작업롤의 벤딩강성과 균형을 이루지 않으면, 수평편형은 ∞로 되어, 소위 "좌굴(buckling)"이 일어난다. 그러나, 작업롤의 수평벤딩 강성이 크면, 작업롤이 특정 편향 위치에서 안정되어, 압연이 실행될 수 있다. 이론적 학습과 실제측정의 결과, 작업롤이 수평방향으로 좌굴되는 한계치에서의 압연하중은 수평편향 강성에 비례하는 것을 알수 있다. 이 이유로, 작업롤의 효과적인 강성을 증가시키는 방법이 작업롤의 직경을 감소시키는데 있어서 중요요인이 된다.

유럽 특허 A-416880호에 개시된 방법은 최대 판폭(압연 영역)의 바로 외측 위치에서 작업롤을 지지함으로써 지지폭(support span)을 최소로 하고, 각 측에서 이중지지롤러에 의해 작업롤을 지지함으로써 강성지지 상태로 만든다. 본 발명자에 의한 이론과 실험의 확증에 따르면, 이러한 강성 지지상태는 표면과 지지롤러의 축부분의 탄성변형 때문에 달성될 수 없고, 강성의 한계는 앞에 언급되었듯이 강성지지상태의 강성 한계의 겨우 40~60%이다. (이것은 단순 지지의 강성의 2~3배에 상응한다. 강성 지지가 달성될 수 있을때, 강성은 단순 지지의 강성보다 5배까지 개선될 수 있다. 단순 지지는 오직 두 지점에서 지지된다). 이러한 강성의 개량으로 인한 작업롤의 직경축소가 검토될 것이다. 강성은 작업롤 직경(d_W)의 4승에 비례하기 때문에, 각 측에서 다수 지지롤러에 의한 지지의 경우에 롤 직경은 단순 지지 경우의 롤직경에 대해 (0.4~0.5)의 4제곱근 즉, (0.8~0.88)이 되어, 20~12%의 롤직경의 축소가 성취될 수 있다(따라서, 강성지지 상태가 성취될 수 있으면, 롤직경은 (1/5)의 4제곱근 즉, (0.67)이 되어 롤직경의 축소가 33%로 성취될 수 있다.)

제5도는 (i)와 (ii)에서 단순지지와 강성지지를 그리고 (iii)에서 유럽 특허 A-416880호에 상응하는 가용성 지지의 상태를 보인다.

심지어 강성지지의 경우에도, 제5도에서 명백히 보이듯이 편형( ₂)이 중앙에 존재한다. 본 발명에 따라 역벤딩이 제5(iv)도에 나타나듯이 인가되면, 편향이 현저하게 축소될 수 있고, 효과적인 강성이 원칙적으로 강성지지의 4배(단순지지의 20배)만큼 증대될 수 있고, 작업롤 직경은 단순 지지의 (1/20)의 4제곱근 즉 (0.47)까지 축소될 수 있다. 따라서, 롤직경은 원칙적으로 53%까지 축소될 수 있다.

위에 설명되었듯이, 수평편향 강성은 수평편형을 정밀하게 제어함으로써 증대될 수 있어서, 이 결과 작업롤 직경의 축소가 이룩될 수 있다. 이러한 수평편향의 정밀한 제어를 수행하는 것이 항상 바람직하다. 작업롤의 직경이 최소로 축소되면, 천연 강성이 아주 작어져 예를 들면 단순지지의 강성의 약 1/20이다. 심지어 미소한 제어지연은 작업롤의 큰 수평편향으로 이러질 것이다. 결과적으로, 압연하중으로 인하여 수평분력이 증대하고 작업롤이 중간 백업롤(또는 보강롤) 및 압연되는 재료와 접촉하기 때문에, 역벤딩력에 의해 상기 편향을 순간적으로 영으로 복귀시킬 수 는 없다. 압연하중의 분력이 커지면, 작업롤의 수평편향이 증대하여 결국 압연이 불가능하게 된다. 따라서, 항상 빠른 응답으로 수평편향을 제어하는 것이 매우 중요하다.

제1도에서 3도는 본 발명에 따른 압연기의 개략적인 실시예이다. 제1도에서 3도에 보인 압연기는 전형적인 6단 압연기이다. 작업롤(1)은 압연되는 스트립재료( 20)의 상하에 있고, 중간백업롤(2)과 외부백업롤(3)은 작업롤(1)의 상하에 배치된다. 일반적으로, 작업롤(1)의 직경은 너무 작아 압연에 필요한 토크가 여기에 직접 적용될 수는 없다. 따라서, 토크는 중간롤(2)(또는 외부롤(3))에 적용되어 작업롤( 1)로 전달된다.

압연되는 재료(20)의 최대판폭 외측의 각 작업롤(1)의 롤 드럼 부분은 작업롤의 입출측상에서 다수의 롤러(4,5,6,7)에의해 빌럴직경(즉 압연직경)에서 지지된다. 작업롤(1)에 수평방향으로 인가된 수평력은 오직 롤러(4,5,6,7)에 의해서만 지지된다. 제3도에 보이듯이, 각 롤(1)의 각 단부상에 각 수평측에서 2개씩 4개의 롤러(4,5,6,7)가 있다. 롤러(4,6)는 여기서 지지 및 위치지정 롤러로서 작용하고, 외부롤러(5,7)는 역벤딩롤러로서 작용한다. 내부 지지롤러(4,6)는 각각 작업롤에 평행하에 연장된 작업롤의 대향 수평측상의 강성빔(8,9)에 설치된다. 외부 지지롤러 (5,7)는 베어링(13)을 통해 강빔에 고정된 유압식 피스톤-실린더 유닛(14)에 의해 작업롤(1)을 밀도록 빔(8,9)에 대하여 이동가능하다. 한측의 강성빔(8)은 가이드( 17) 내로 안내되어 로드셀(10)을 거처 (유럽 특허 416880호에 기술된 것과 유사한) 스크류 스핀들 (spindle)을 구동하는 모터 구동기어를 구비한 기계적 위치결정장치 (11)에 의해 지지되고, 외부롤러(6,7)를 지지하는 강성빔(9)은 가이드(17)내로 안내되어 유압식 피스톤-실린더 유닛(12)에 의해 작업롤(1)을 향해 가압된다. 유압센서(도면에 도시안됨)가 가압력을 측정하기 위해 유압 시린더(12)에 설치된다. 갭센서(즉, 롤 변위센서) (21)가 중앙세서 작업롤(1)의 수평편향을 측정하기 위해 강성빔(8)에 설치된다.

작업롤(1)의 수평 오프셋을 조절하기 위해, 위에 기술된 압연기의 작업롤(1)은 수평방향으로 이동가능하게 배열되어, 압연된 재료(20)가 통과하는 방향으로 오프셋될 수 있다. 따라서, 제3도에 보이듯이, 작업롤의 축소된 직경단부(15)는 수평적으로 활주 가능한 베어링블럭(16)에 저널되고, 베어링 블럭(16)은 수직적으로 제어한다. 압연 베어링(17)은 축방향 제한을 적용한다. 수직 롤벤딩력은 베어링 블럭 (16)을 통해 적용될 수 있다. 작업롤(1)의 수평 위치결정 및 제한은 지지롤러( 4,6) 및 빔(8,9)의 이동과 위치결졍에 의해 실행된다.

역벤딩력을 적용하는 실린더(14)는 기계적 모터구동 기어장치로 대체될 수 있다.

다음에, 위에 기술한 구성을 갖는 압연기에서의 압연방법이 설명될 것이다.

본 발명은 작업롤의 수평력에 대응하기 위한 역벤딩력을 제공하고 효과적인 수평편향 강성을 현저하게 증대시킨다. 앞서 설명했듯이, 본 발명의 방법에 있어서 항상 빠른 응답으로 수평편향을 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 작업롤에 작용하는 수평력을 검출하거나 작업롤의 수평편향을 검출하여 역벤딩력을 적용하는 수단에 이것을 보내는 것이 필요하다.

먼저, 작업롤에 적용된 수평력을 검출하여 역벤딩력을 제어하는 방법을 설명한다.

제6도에서, 중앙에서 편항( _C)을 영으로 하기위해 필요한 역벤딩력(Q)은 다음 방법에서 결정될 수 있다.

L은 압연영역의 대향측상의 지지롤러(4)(또는 6)사이의 폭길이, a는 인접 지지롤러(4)(또는 6)로부터 역벤딩 롤러(5)(또는 7)까지의 거리, B는 압연된 재료의 판폭, 그리고 2F는 작업로에 가해진 총수평력이고, f(B/L)은 다음식에서 계산될 수 있다.

실제로 사용되는 판폭 범위내에서, f(B/L은 제7도에서 보이듯이 1.0~1.5의 범위내에서 값을 취한다.

식(1)에서, 판폭(B)은 실제작업에서 알수 있다. 따라서, 작업롤의 수평력(F)을 알면 역벤딩력(Q)을 알수 있다.

실제로 이 수평력(F)은 제4c도에 보인 로드셀의 하중(Lc)과 유압실린더력(T)이 제3도에 보인 로드셀(10)과 유압실린더(12)의 유압센서 도면에 도시안됨)에 의해 측정될 수 있기 때문에 다음식에 의해 결정된다.

F = Lc - T ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ 식 (3)

(롤러와 롤 사이의 가압력(R, Q)과 역벤딩롤러(5,7)용의 각 유압 실린더(14)의 임은 내력이어서 작업롤(1) 상의 수평력 계산으로부터 제외된다. 따라서, 작업롤(1) 상의 수평력(2F)은 로드셀의 하중(L_C)과 유압 실린더의 힘(T)사이의 차이로 결정될 수 있다.).

위에 기술했듯이 역벤딩에 필요한 힘(Q)은 하중(L_C)과 유압실린더힘(T)을 계속 측정함으로써 연속적으로 또는 간헐적으로 결정될 수 있어 요구된 대로 제어될 수 있다.

다소의 제어지연이 허용되면, 제3도에서 보이듯이 갭센서(21)에 의해 작업롤의 실제수평편향을 측정하고, 수평편향이 작아지도록 역벤딩력(Q)을 조절함으로써, 작업롤의 수평편향은 극히 낮은 레벨로 억제될 수 있다. 결과적으로, 작업롤의 현저한 직경감소가 달성될 수 있다.

표 1은 본 발명에 따라 작업롤의 직경이 어떻게 축소될 수 있는지에 대한 수치게산 예를 보인다.

[표 1]

지지롤로 시이의 거리(L)는 강성의 1/4승에 비례하고, 지지 상태는 강서의 1승에 비례하며, 롤 직경은 강성의 1/4승에 비례한다. 따라서, 작업롤 직경이 축소되는 동안 효과적인 강성이 동일하게 유지되면, L은 롤직경에 비례하고, 지지상태는 롤직경의 4승에 비례한다.

이 방법에서, 본 발명은 수평방향으로 지지롤러를 통해 압연영역에서 작업롤에 어떤 표면상처도 부가하지 않는 시스템으로 종래 기술의 방법보다 작업롤 직경을 더 축소할 수 있어 고표면품질을 구비한 극히 얇고 단단한 재료의 압연작업이 안정적으로 수행될 수 있다.

다음에, 작업롤의 오프셋에 대해 설명한다.

작업롤의 수평력이 과도하게 크면, 역벤딩후에 잔류편향인₁제5도의 (iv) 에서 ₄또한 수평력에 이 비례하여 커져, 압연된 재료의 불량한 형태가 발생된다. 또한, 역벤딩력이 과대하게 되어 유압 실린더(14)의 치수 제약, 작업롤의 벤딩응력과대, 롤러 베어링의 수명단축 등과 같은 심각한 실질적인 문제가 생긴다. 따라서, 수평력의 축소가 매우 중요하다. 유럽국 특허 416880호에 기술되었듯이, 이것은 백업롤의 축방향 면으로부터 작업롤을 오프셋하는 것으로 성취될 수 있다. 오프셋량 ()은 빔 위치결정 장치(11)에 의해 조절될 수 있다. 오프셋량()이 조정될 때, 수평방향에서 중간 백업롤로부터 힘(P₁)의 성분은 제4a도로부터 이해될 수 있듯이 조절될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 다수의 롤러(4,5,6,7)는 수평 지지력을 제공한다. 따라서, 이 벤딩모멘트에 견딜 수 있는 강성빔(8,9)이 사용된다. 따라서, 역벤딩력이 작업롤에 가해질 수 있다.

상기 언급한 설명은 6단 압연기와 관련 있을지라도, 본 발명은 중간 백업롤을 구비하지 않은 4단 압연기, 또는 상하측중 한측에 대해서만 축소된 직경의 작업롤을 사용하는 수직 비대칭 압연기에도 명백히 적용될 수 있다.

요약하여, 위에 기술된 본 발명의 압연기와 압연방법으로서, 작업롤의 효과적인 강성은 현저히 개선될 수 있고, 작업롤의 직경은 크게 축소될 수 있다. 따라서, 작은 직경을 구비한 작업롤을 사용하여 압연이 수행될 때도, 작업롤의 순 수평벤딩력은 축소될 수 있고, 수평벤딩에 대항하여 높은 강성이 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명은 압연이 안정적으로 될 수 있는 장점을 제공하고, 단단하면서 아주 얇은 재료의 생산이 매우 효과적으로 성취될 수 있다.

제8도는 역벤딩롤러(5,7)에 의해 인가된 역벤딩력을 연산하고 제어하는 제3도의 아연기의 제어기(22)를 블록도로서 도시하였다. 데이터 프로세싱 유닛인 제어기(22)는 압연되는 재료에 대해 압연기의 소정의 요구되는 압연상태를 입력 정보로서 수신한다. 제어기는 입력정보로부터 압연기의 초기 설정상태를 연산하는 연산유닛(23)을 구비한다. 다음으로, 압연동안 작업롤(1)의 벤딩정도를 나타내는 갭센서 (21)의 출력을 수신하고 그것으로부터 요구된 역벤딩력(Q)을 연산하는 연산유닛( 24)이 있다. 유닛(24)의 출력으로부터, 연산유닛(25)은 역벤딩롤러(5)에 작용하는 실린더(14)의 가압력을 연산하고 제어한다. 다른 연산유닛(26)은 수평력(F)을 연산하고, 또다른 연산유닛(27)은 작업롤의 오프셋()에 대한 오프셋 신호를 연산하고, 오프셋 신호는 빔(8,9)용 위치 결정수단(11)을 제어하도록 사용되어, 지지롤러 (4,6)는 요구된 위치에 롤(1)을 위치시킨다.

연산과 제어방법을 제9도로써 아래와 같이 설명한다. 작업롤이 최초로만큼 오프셋되어 작업롤상의 수평력(F)이 최소로 될 것이다. 압연작동이 시작되면 수평편향( _C)이 센서(21)에 의해 검출되어, 역벤딩력(Q)의 피드백 제어가 수행되어 _C= 0이 된다. 한편, 앞에 언급된 제어동안, 수평력은 상기 식(1)에 따라 역벤딩력(Q)으로 부터 연산된다. 그후 작업롤 오프셋()가 제어되어 수평력(F)이 작아질 것이다. 즉, 중간롤(2)로부터의 압연하중의 수평성분이 오프셋()에 따라 가변되기 때문에, 수평력(F)은 오프셋, 중간롤의 구동에 의해 작업롤에 적용된 수평력(접선력), 압연동안 신장의 차이, 및 작업롤의 수평 편향에 의해 야기된 수평력에 기인한 압연하중의 수평성분의 작용으로서 표현될 수 있다.

여기서 d_W는 작업롤의 직경이고, d_i는 중간롤의 직경이고는 0.67 정도의 계수이다.

제10도는 제3도의 압연기의 제어기(22)의 다른 실시예를 보인다. 연산유닛( 23)은 인가된 압연상태의 입력정보를 수신하여 초기 압연기 설정을 위해 오프셋 위치 제어 신호 계산기(28)에 출력신호를 제공한다. 연산유닛(26)은 로드셀(10)과 위치결정수단(11)으로 부터의 신호로부터 수평력(F)을 연산한다. 이 유닛(26)은 요구되는 역벤딩력(Q)을 연산하는 연산수단(24)과, 작업롤(1)의 오프셋()을 연산하는연산수단(27)에 연결된다. 유닛(24)의 출력은 실린더(14)을 통해 엑벤딩롤러 가압력을 설정하고 제어하는 연산유닛에 입력된다. 연산수단(28)은 유닛(23,27)으로부터 데이터를 수신하여 위치결정수단(11)에 오프셋 위치제어신호를 제공한다.

제10도의 제어기(22)에 의해 수행된 제어방법을 제11도로서 아래와 같이 설명한다. 수령력(L_C, T)이 측정되어, 수평력(F)이 식(3)을 따른 연산을 통해 획득된다. 역벤딩력(Q)은 식(1)에 기초하여 수평력(F)에 따라서 제어된다. 오프셋신호 ()는 식(4)을 따라 제외되어 수평력(F)은 작아질 것이다.

간소화를 위해 제8도와 10도는 작업롤(1)의 수평측에만 인가된 역벤딩력과 그 제어를 도시할 지라도,동일한 원리가 요구된 바와 같이 양측에 실질적으로 적용된다.

제1도의 장치를 사용하는 본 발명의 특정 실시예에서, 다음의 아연이 수행된다. 최대 스트립 폭은 1050㎜이고 작업롤 배럴직경은 110㎜이다. 작업롤의 배럴직경 길이는 1520㎜이다. 지지롤러 시이의 거리(L)는 1100㎜이고, 지지롤러로 부터 역벤딩롤러 까지의 거리(a)는 180㎜이다. 압연하중(P)은 최대 1000톤이다. 오프셋()과 역벤딩력(Q)의 제어에 의해, 수평력(F)은 최대 10톤으로 제한된다. 전형적으로 Q의 값은 12톤이다. _C의 값은 영이되도록 제어된다.

본 발명은 고광택을 갖도록 요구된 얇은 스트립을 산출하기 위해 특별히 사용될 수 있어, 스테인레스 강을 압연하기에 매우 적당하다. 대부분의 경우에, 두게는 1㎜ 이하이고, 축소 정도는 5~30%이다.

Claims (17)

1. 작업롤(1); 상기 작업롤(1)을 수직으로 지지하고 작업롤(1)을 구동하는 백업롤(2); 압연영역 외측의 배럴직경 및 상기 작업롤(1)의 양 수평측에서 상기 작업롤(1)에 접촉하고 압연동안 양 수평방향으로 작업롤(1)의 위치를 고정하고 수평압연력에 대항하도록 작용하는 다수의 수평지지 롤러(4,6); 상기 지지롤러(4,6) 보다 상기 압연 영역으로부터 더욱 축방향으로 멀어진 위치에서 상기 작업롤(1)에 접촉하는 작업롤(1)에 수평력을 인가하도록 되어 있는부재(5,7)를 포함하는 압연기에 있어서, 상기 부재(5,7) 및 상기 작업롤에 대항하여 상기 부재(5,7)를 가압하기 위한 작동수단(14)을 구비하여 상기 작업롤(1)에 수평 역벤딩력을 적용하는 수단을 포함하여, 상기 역벤딩력은 압연되는 재료(20) 및 상기 백업롤(2)에 의해 상기 작업롤(1)에 인가된 순 수평력과 같은 방향인 것을 특징으로 하는 압연기.
2. 제1항에 있어서, 압연기는 상기 작업롤(1)의 적어도 한 상태를 감지하기 위한 감지수단(10,21); 감지된 상태에 따라서 엑벤딩력을 적용하기 위해 압연동안 상기 수단(5,7,14)을 제어하도록 작동하는 제어수단(22)을 구비하는 것을 특징으로 하는 압연기.
3. 제2항에 있어서, 상기 감지수단(10,21)으로 감지된 상기 적어도 한 상태는, (i) 상기 작업롤의 수평편향 및 (ii) 상기 백업롤 및 압연되는 재료에 의해 상기 작업롤에 적용되는 상기 순 수평력으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 압연기.
4. 제1항 내지 3항중 어느 한항에 있어서 역벤딩력을 적용하는 상기 부재(5,7)는 배럴직경에서 상기 작업롤에 접촉하는 다수의 역벤딩 롤러를 포함하고, 상기 작동수단(14)은 상기 지지롤러(4,6)에 대해 수평방향으로 상기 역벤딩 롤러를 움직이는 것을 특징으로 하는 압연기.
5. 제4항에 있어서, 상기 작업롤의 각 수평측에서 적어도 하나의 상기 지지롤러 (4,6)및 적어도 하나의 상기 역벤딩롤러(5,7)를 운반하는 강성 지지부재(8,9)를 구비하고, 상기 강성 지지부재(8,9)는 상기 작업롤(1)의 수평 위치를 조절하도록 움직이는 것을 특징으로 하는 압연기.
6. 제5항에 있어서,상기 각 역벤딩롤러(5,7)를 위해 상기 작동기수단은 각 상기 강성 지지부재(8,9)에 장착된 유압식 피스톤-실린더 유닛(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압연기.
7. 제5항에 있어서, 각 강성 지지부재(8,9)는 상기 압연영역의 대향하는 축선측에서 상기 작업롤(1)에 접촉하는 2개의 지지롤러(4,6), 및 상기 압연영역의 대향하는 축선측에서 상기 작업롤에 접촉하는 2개의 상기 역벤딩롤러(5,7)를 운반하는 것을 특징으로 하는 압연기.
8. 제1항에 있어서, 상기 작업롤(1)의 한 수평측에서 상기 지지롤러(4)는 압연동안 상기 지지롤러(4)에 소정의 수평위치를 제공하는 제1지지수단(8,11)에 의해 운반되고, 상기 작업롤(1)의 다른 수평측에서 상기 지지롤러(6)는 제2지지수단(a)에 의해 운반되고. 상기 압연기는 상기 지지롤로(4,6)를 경유하여 상기 제1 지지수단(8)에 대항하여 상기 작업롤(1)을 가압하는 소정의 수평력을 상기 작업롤(1)에 인가하도록 상기 제2지지수단(9)상에 작용하는 힘- 인가수단(12)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연기.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1지지수단(8)의 위치는 수평으로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 압연기.
10. 제1항에 있어서, 압연동안 상기 작업롤에 적용된 수평압연력은 상기 지지롤러(4,6)와 역벤딩력을 적용하는 상기 수단(5,7,14)에 의해 인가된 힘만으로 실질적으로 균형잡히는 것을 특징으로 하는 압연기.
11. 제1항에 있어서, 롤 사이에서 재료가 압연되는 2개의 작업롤(1)을 구비하고, 상기 작업롤을 지지하고 구동하는 각 백업롤(2)과 각 지지롤러(4,6)와 제어수단( 22)은 다른 작업롤에 인가된 역벤딩력과는 독립적으로 각 작업롤(1)에 상기 역벤딩력을 적용하기 위하여 각 작동기수단(14)를 제어하도록 배열되어, 각 작업롤에 대해 적용된 엑벤딩력은 압연되는 재료 및 각 백업롤(2)에 의해 상기 작업롤에 적용된 순 수평력과 같은 수평방향인 것을 특징으로 하는 압연기.
12. 상기 작업롤(1)을 수직으로 지지하며 상기 작업롤(1)을 구동하는 백업롤(2)과, 압연영역 외측의 배럴직경 및 상기 작업롤(1)의 양 수평측에서 상기 작업롤(1)과 접촉하고, 압연도안 양 수평방향으로 작업롤(1)의 위치를 고정하고 수평 압연력에 대항하도록 작동하는 다수의 수평 지지롤러(4,6); 상기 지지롤러(4,6) 보다 상기 압연 영역으로부터 더욱 축방향으로 이격된 위치의 배럴직경에서 및 상기 작업롤의 수평측에서 상기 작업롤(1)에 접촉하는 다수의 외부롤러(5,7)를 포함하는 압연기에 있어서, 상기 지지롤러(4,6)에 대해 상기 외부롤러를 움직이고 상기 작업롤에 수평 역벤딩력을 적용하도록 상기 작업롤에 대항하여 상기 외부롤러를 가압하는 상기 외부롤러(5,7)용 작동수단(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압연기.
13. 제12항에 있어서, 상기 작동수단(14)을 제어하는 제어수단(22)을 구비하여, 상기 외부롤러(5,7)는 압연동안 상기 지지롤러(4,6)에의해 인가된 순 수평력에 반대의 수평방향으로 상기 역벤딩력을 인가하는 것을 특징으로 하는 압연기.
14. 작업롤(1)을 수직으로 지지하며 백업롤(2)에 의해 구동되고 압연영역 외측의 배럴직경 위치에서 작업롤에 접촉하는 지지롤러(4,6)에 의해 수평방향으로 위치 결정되고 지지되는 압연기의 제어방법에 있어서,작업롤(1)의 수평편향과 작업롤(1)에 작용하는 수평력 중의 적어도 하나의 양 에 따라서 지지롤러(4,6) 외측 축방향 위치에서 압연동안 역벤딩력을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 역벤딩력은 압연되는 재료(20) 및 백업롤(2)에 의해 작업롤(1)에 인가된 순 수평력과 같은 방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는 압연기의 제어 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 지지롤러(4,6)를 이동시킴으로써 압연 작업을 위해 상기 작업롤(1)을 소정 위치에 수평적으로 옮기는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연기의 제어 방법.
16. 작업롤이 수직으로 지지되며 백업롤(2)에 의해 구동되는 압연기의 작동방법으로서, 작업롤(1)이 수평적으로 배치시키는 단계, 압연영역 외측의 배럴직경에서 상기 작업롤에 접촉하는 지지롤러(4,6)에 의해 수평 압연력에 대항하여 상기 작업롤을 지지하는 단계를 포함하는 압연기 작동방법에 있어서, 상기 지지롤러(4,6) 보다 상기 압연영역으로 부터 더욱 축방향으로 멀이진 위치의 배럴직경에서 상기 작업롤과 접촉하는 역벤딩롤러(5,7)에 의해 상기 작업롤(1)의 수평 벤팅을 줄이는 수평 역벤딩력을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 역벤딩 롤러는 상기 지지롤러(4,6)에 대해 수평 방향으로 움직이는 것을 특징으로 하는 압연기 작동방법.
17. 제6항에 있어서, 각 강성 지지부재(8,9)는 상기 압연영역의 대향하는 축선측에서 상기 작업롤(1)에접촉하는 2개의 지지롤러(4,6), 및 상기 압연영역의 대향하는 축선측에서 상기 작업롤에 접촉하는 2개의 상기 역벤딩롤러(5,7)를 운반하는 것을 특징으로 하는 압연기.