롤 패스 디자인

롤 패스 디자인

  긴 제품은 일반적으로 여러 패스로 압연되며, 그 수는 초기 투입 강재(사각형 또는 원형 빌렛 또는 블룸)와 완제품의 최종 단면의 비율에 의해 결정됩니다. 단면적은 각 패스에서 감소되고 압연되는 강재의 형태와 크기는 점차 원하는 프로파일에 접근합니다.

롤링은 홈이 있는 롤 사이에서 수행됩니다. 협력 롤에 있는 두 개의 반대 홈은 통과 후 예상되는 공작물의 단면 모양에 해당하는 통과를 형성합니다. 통과할 때마다 단면이 줄어들고 모양이 최종 제품의 모양에 가까워집니다. 후속 패스 모양의 개발과 롤의 적절한 위치를 롤 패스 디자인이라고 합니다.

롤 패스 디자인은 봉형 제품 압연기의 성형 롤 사이에서 봉형 제품이 압연되기 때문에 봉형 제품 압연 공정의 필수 부분입니다. 롤 패스 설계는 일반적으로 원하는 윤곽과 크기를 얻기 위해 압연할 강철이 순차적으로 통과하도록 하는 롤 본체의 홈을 절단하는 것을 의미합니다.

롤 패스 설계의 주요 목적은 허용 오차 범위 내에서 결함이 없고 우수한 표면 품질과 필요한 기계적 특성을 지닌 올바른 프로파일의 제품을 생산하는 것입니다. 또한, 제품을 압연하는 동안 경제적인 조건(예:최저 비용으로 최대 생산성, 최적의 에너지 활용, 압연 작업자의 쉬운 작업 조건 및 최소 롤 마모)이 달성되어야 합니다.

롤 패스 디자인은 압연기 패스의 치수, 모양, 수 및 배열 유형을 결정하기 위한 일련의 방법입니다. 롤 패스 디자인에는 누르는 힘의 계산과 롤 패스에 대한 분포도 포함됩니다. 각 섹션에 대해 여러 패스가 만들어집니다. 정사각형 또는 원형 빌렛 또는 블룸은 각 연속 패스에서 지정된 형태를 얻습니다. 롤 패스는 압연되는 강철의 과도한 응력을 방지하도록 설계되었습니다. 이러한 응력은 균열 및 기타 결함의 형성으로 이어질 수 있기 때문입니다.

Roll Pass 설계는 초기 투입 특성(Billet/Bloom 중량, 강종, 압연 전 및 압연 중 강재 온도), 압연 완제품의 특성(단면 치수, 공차 및 기계적 물성에 관한 사양)을 기반으로 합니다. , 압연 제품의 표면 조도) 및 압연기의 특성(스탠드 수, 롤 직경, 롤 강도, 압연 속도, 구동 모터의 가용 동력 및 압연 장비 사용 가능). 우수한 롤 패스 설계를 위해 중요한 고려 사항인 다른 요소는 강재의 소성 흐름 상태에 영향을 미치는 롤링 하중, 드래프트, 변형 및 열 전달 속도입니다. 특정 패스의 단면 모양은 롤 갭/그루브에서 강철의 자유로운 흐름을 보장해야 합니다. 롤에 강재가 끼는 것을 방지하려면 패스에서 적절한 테이퍼/그루브 각도를 선택해야 합니다.

전통적으로 롤 패스 디자인은 과학보다 예술로 여겨졌습니다. 1969년에는 롤 패스 디자인의 원리를 체계화한 주요 작업이 Wusatowsky에 의해 출판되었습니다. 그 이후로 긴 제품 압연 공정의 복잡성이 증가했습니다. 현대의 긴 제품 압연기는 연속 또는 반연속 압연기로 제작됩니다. 또한 열 기계 가공으로 알려진 제어된 압연 및 제어된 냉각과 같은 새로운 압연 전략이 필요한 많은 새로운 강종이 개발되었습니다. 오늘날 이러한 가공은 재결정 및 결정립 성장과 같은 온도 구동 공정 및 변형에 의해 얻어지는 미세 구조를 최적화하여 제품 품질을 향상시키는 일반적인 관행입니다. 따라서 롤 패스 설계는 최종 미세 구조를 최적화할 때 훨씬 더 복잡해지며 롤 패스 설계자는 작업에 정교한 재료 및 프로세스 모델을 적용해야 합니다. 다행스럽게도 지난 10년 동안 컴퓨터 지원 시뮬레이션이 이러한 접근 방식을 실현할 수 있게 되었으며 긴 제품 롤링 프로세스를 최적화하기 위해 비용이 많이 드는 시행착오 방식을 점차 줄여나가고 있습니다.

롤 그루브

섹션 롤링에 사용되는 다양한 유형의 홈이 있습니다. 일반적인 홈은 직사각형 상자 홈, 정사각형 및 마름모꼴 홈(다이아몬드)과 같은 대각선 홈, 원형 또는 거짓 원형 홈 및 타원형 홈입니다. 홈은 대칭, 비대칭 및 슬릿이 될 수 있습니다. 홈의 중요한 매개변수는 높이(깊이), 홈 각도, 릴리프 반경, 하단 반경, 칼라, 상단, 중간 하단 및 중간 하단 편향에서의 너비입니다. 일반적으로 롤 패스 설계에는 홈 조합이 사용됩니다. 일부 대칭, 비대칭 및 슬릿 통과 홈의 일반적인 도면이 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 일부 통과 홈의 일반적인 도면

기본 규칙

  홈 각도, 릴리프 반경, 바닥 반경 및 피팅에 대한 롤 패스 설계에 사용되는 몇 가지 엄지 규칙은 탭 1에 나와 있습니다.

올바른 롤 패스 디자인을 위한 기본 요구 사항은 다음과 같습니다.

• 특정 롤 스탠드의 패스 수와 배열은 각 스탠드의 모든 패스를 균일하게 사용할 수 있도록 해야 합니다. 패스 수가 많을수록 롤 스탠드의 출력이 낮아지고 패스 수가 적을수록 롤이 과도하게 마모됩니다. 또한 패스 수가 최적이 아닐 경우 롤링 불량의 위험이 있거나 롤 파단의 가능성이 있습니다.
• 단면이 크고 강철이 뜨거운 프로파일의 초기 성형 패스에서는 최종 패스에서 균일한 드래프트가 있어야 하고 다른 드래프트가 있어야 합니다.
• 패스가 최대한 균일하게 마모되도록 하고 드라이브와 롤에 과부하가 걸리지 않도록 드래프트를 분산해야 합니다.

다음은 좋은 롤패스 디자인의 특징입니다.

• 매끄러운 표면을 가진 프로파일과 관련 표준에 지정된 한계 내에서 정확한 치수를 보장해야 합니다.
• 에너지, 전력 및 롤의 특정 소비를 최소화해야 합니다.
• 완제품의 내부 응력을 최소화할 수 있는 방식과 단계에서 차량에 변형을 주어야 합니다.
• 간단하고 편리한 스탠드 업무 문화를 조성하고, 수작업을 최소화하고 기술 프로세스의 자동화를 도입할 수 있어야 합니다.
• 롤 변경 및 조정에 소요되는 최소 시간으로 총 롤링 시간 주기를 줄이기 위해 롤링에 필요한 패스 수를 최적화해야 합니다.

롤 패스 디자인 프로세스에는 다음과 같은 계산이 포함됩니다.

• 완제품의 치수 결정. 치수는 형상, 강재, 온도 및 장력의 함수로 계산됩니다. 계산은 일반적으로 Lendl의 방법에 적용된 Wusatowski 스프레드 공식인 스프레드 공식을 사용하여 이루어집니다.
• 철강 수축 계수 계산. 저온 치수는 고온 치수를 실제 온도와 실제 유동 응력을 기반으로 하는 팽창 계수로 나눈 값입니다.
• 열간 압연은 압축 공정입니다. 열간 압연 중 가공된 금속이 롤에 가하는 힘인 롤 힘은 중요한 설계 문제입니다. 롤 분리력과 토크는 롤 패스 설계의 전 과정에 영향을 미칩니다. 압연기에 과부하가 걸리지 않고 압연 감소에 사용할 수 있는 충분한 전력이 있는지 확인하려면 압연력 계산이 필요합니다.
• 평균 신장 및 필요한 통과 횟수 계산.
• 필요한 회전력 및 기계 장비의 부하 계산. 하중, 토크 및 출력의 계산은 빌릿/블룸에서 형상, 강철 등급, 온도 및 장력의 함수로 마감 치수까지 Sim 공식을 기반으로 수행됩니다. 온도 계산은 전력, 치수 및 열 전달 계수의 함수입니다.
• 합격 진척도 및 가계도 결정.
• 세부 패스 모양 그리기.

또한 스탠드간 장력 제어를 위해서는 연속밀에서 스탠드/모터 간의 정확한 속도 및 모터 회전 제어 관계를 설정하는 것이 중요합니다. 속도 및 모터 회전의 계산은 일정한 질량 흐름의 원리에 따라 빌렛/블룸 상류의 마무리 출구 속도에서 이루어집니다. 속도 계산은 마무리 속도, 바 면적, 롤 직경, 장력 및 전진 슬립의 함수입니다.

롤 패스 설계는 압연 제품의 크기, 모양 및 기계적 특성을 개선하는 것뿐만 아니라 롤 패스 프로세스 자체를 최적화하는 것을 목표로 합니다. 단면 압연을 위한 롤 패스 설계는 일반적으로 인간 전문가의 경험적 지식을 기반으로 하지만 대부분의 경험식은 제한된 적용 범위 내에서만 좋은 결과를 제공합니다. 섹션 롤링은 항상 최적화를 위한 가장 복잡한 롤링 프로세스를 나타냅니다.

주어진 롤 패스 설계 문제에 대한 최적의 솔루션을 결정하는 것은 여전히 ​​어렵습니다. 문제의 일부는 롤 패스 설계에 대해 미리 정해진 특정 규칙이 없기 때문에 문제가 발생했을 때 정확한 원인을 알기 어렵다는 것입니다. 또한 계층적 경쟁 목표가 있는 경우 문제가 더 복잡해집니다.

롤 패스 디자인의 오래된 예술은 과학적 진보를 기반으로 현대 기술로 바뀌고 있습니다. 오늘날 열간 압연 설계 작업은 모뎀 설계 도구와 방법론을 사용해야 합니다. 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어의 급속한 발전으로 다음과 같은 방법론이 개발되었습니다.

• 단면 압연에서 롤 패스 설계를 위한 유한 요소 방법 또는 FEM.
• 계층적 형상 구성은 롤 패스 설계에서 설계 문제를 분류하고 강조하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 계단식 메뉴 시스템을 사용하여 계층적 분류 시스템을 구현할 수 있음이 입증되었습니다.
• Matrix 기반의 Hot Roll Pass 설계 방식. 롤 패스 설계는 다양한 매개변수의 계산에 의해 좌우되는 것으로 나타났습니다. 압연력, 토크, 퍼짐, 연신율 및 드래프트 등과 같은 이러한 매개변수는 복잡한 계산 프로세스를 포함합니다. 모든 공식과 방법은 매트릭스 기반 롤 패스 디자인 시스템에 통합되어 있습니다.

긴 제품의 열간 압연의 복잡한 설계 프로세스가 매트릭스 기반 롤 설계 시스템에 통합되었습니다. 실증적, 실험적, 이론적, FE적 방법 등 가용한 설계 방법과 정보를 매트릭스에서 찾을 수 있기 때문에 적용 조건을 사용하는 방법보다 최적화된 롤 패스 설계 방법을 사용하여 더 높은 품질의 압연 제품을 생산할 수 있는 가능성이 있습니다. 기존 adhoc 방법의. 따라서 최근 매트릭스 기반의 롤 패스 디자인 시스템이 대중화되고 있습니다.