긴 제품 압연기의 압연 공정 이해

장형 제품 압연기의 압연 공정 이해  

철강 압연은 일반적으로 철도 차량이라고 하는 재료를 반대 방향(하나는 시계 방향 및 두 번째는 반시계 방향)으로 동일한 원주 속도로 구동되는 두 롤 사이에 통과시키는 것으로 구성되며 그들 사이의 거리가 들어가는 단면의 두께. 이러한 조건에서 롤은 재료를 잡고 두께는 줄이고 길이는 늘리고 너비는 다소 늘린 상태로 전달합니다. 높은 생산성과 낮은 운영 비용으로 인해 모든 금속 가공 공정 중에서 가장 널리 사용되는 공정 중 하나입니다. 압연은 전체 길이에 걸쳐 일정한 단면을 갖는 제품을 생산할 수 있습니다. 강철 압연 공정으로 많은 형상과 단면을 압연할 수 있습니다.

강철 섹션은 일반적으로 초기 투입 재료와 완제품의 최종 단면적 비율에 의해 결정되는 여러 패스로 압연됩니다. 단면적은 각 패스와 형태에서 줄어들고 스톡의 크기는 점차 원하는 프로파일에 접근합니다.

압연은 금속 가공 공정에서 생산되는 모든 재료의 약 90%를 차지합니다. 1500년대 후반에 처음 개발되었습니다. 열간 압연은 재결정 온도 이상의 승온에서 수행됩니다. 이 단계에서 연속주조강의 조대, 취성 및 다공성 구조는 더 미세한 입자 크기와 개선된 특성을 갖는 단조 구조로 분해됩니다.

재가열, 압연 및 냉각 장비로 구성된 긴 제품 압연기. 압연 단계의 주요 목표는 들어오는 스톡의 단면을 줄이고 제품의 계획된 단면 프로필, 기계적 특성 및 미세 구조를 생성하는 것입니다.

밀링 가공의 3단계에서 주요 매개변수는 다음과 같습니다.

• 재가열 – 일반적으로 투입 재료 빌릿은 재가열로에서 압연 온도로 가열됩니다. 중요한 매개변수는 가열 속도, 가열 시간 및 재가열 온도입니다.
• 압연 – 압연기 스탠드의 황삭, 중간 및 마무리 그룹에서 압연을 위한 중요한 매개변수는 온도, 면적 감소율, 통과 시간 및 변형률입니다.
• 냉각 – 압연 제품의 냉각 중 마무리 압연 후 주요 매개변수는 시작 온도, 냉각 속도 및 최종 온도입니다.

긴 제품을 제조할 때 높은 생산 속도를 얻기 위해 일련의 압연 스탠드를 함께 사용하는 것이 일반적입니다. 스탠드는 황삭, 중간 및 정삭 단계로 그룹화됩니다. 일반적인 온도, 속도, 스탠드 간 시간(각 스탠드 사이의 시간), 각 단계의 실제 변형률 및 변형률 속도 범위는 표 1에 나와 있습니다. 압연기의 각 단계에서의 속도. 예를 들어, 선재 압연기는 시작 빌릿(예:150mm 정사각형, 10-12m 길이)의 단면적을 완성된 봉(직경 5.0mm, 길이 1.93km)까지 점진적으로 줄입니다. ) 높은 마무리 속도(최대 120m/초).

탭 1 롤링 단계의 일반적인 매개변수
	단위	황삭	중급	마무리
온도 범위	도 C	1000-1100	950-1050	850-950
속도 범위	m/초	0.1-1	1-10	10-120
스탠드 간 시간 범위	밀리초	1600-10300	1000-1300	5-60
실제 변형률 범위		0.20-0.40	0.30-0.40	0.15-0.50
변형률 범위	초당	0.90-10	10-130	190-2000

압연 제품의 최종 치수 품질은 마무리 공장 내의 압연 스탠드에 의해 결정됩니다. 최종 제품의 치수 정확도는 초기 스톡 치수, 롤 통과 순서, 온도, 미세 구조, 롤 표면 품질, 롤 및 스탠드 강성, 스톡/롤 마찰 조건을 비롯한 여러 요인에 따라 달라집니다.

강재 강재의 경우 압연 중 미세 조직의 발달은 복잡하고 오스테나이트의 정적 및 동적 재결정화를 포함합니다. 실용적인 관점에서 볼 때 압연 제품의 오스테나이트 입자 크기 분포는 기계적 특성을 제어하는 ​​데 가장 중요합니다. 압연기의 황삭 및 중간 단계에서 스톡은 스탠드 사이에서 천천히 이동하므로 재료가 회복 및 재결정화의 결과로 스스로 '정상화'될 수 있습니다. 마무리 압연 단계에서 스톡은 밀접하게 이격된 스탠드 사이를 고속으로 이동하므로 결과적으로 정상화할 충분한 시간이 없습니다. 이러한 정규화 부족은 압연 제품의 최종 미세 구조 및 기계적 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

특정 강종에 대해 화학 조성이 고정되어 있기 때문에 압연기에서 제어할 수 있는 특정 제품에 대한 요구 사항은 형상, 기계적 특성 및 미세 구조로 구성됩니다. 제어되는 제품 특성은 기하학적 모양과 공차입니다. 이는 완제품의 단면 프로파일에서 결정됩니다. 기계적 특성에는 항복 및 극한 인장 강도, 면적 감소율(연성) 및 경도가 포함됩니다. 미세구조 특성에는 입자 크기, 입자 분포, 상 조성 및 상 분포가 포함됩니다.

압연에는 거시적 및 미시적 현상이 포함됩니다(그림 1). 거시적 현상은 크게 (i) 압연 중 열 흐름과 (ii) 압연 하중이 가해질 때의 변형으로 분류할 수 있습니다. 거시적 현상에는 다음과 같은 요인이 포함됩니다.

• 철도 차량 및 롤의 전도 및 환경에 대한 대류/복사
• 변형으로 인한 단열 가열
• 가열 및 냉각 주기 동안의 열 팽창 및 수축
• 소성 흐름으로 인한 큰 변형 및 변위
• 변형률, 변형률 및 온도의 영향
• 접촉과 마찰

미시적 수준의 과정은 핵 생성 및 미세 구조의 진화와 관련된 많은 복잡한 물리적 현상을 포함합니다. 압연 과정에서 중요한 주요 현미경 현상은 (i) 오스테나이트 재결정화 및 결정립 성장, (ii) 오스테나이트가 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트(및/또는 기타 상)로 변태하는 것입니다.

그림 1 압연 중 거시적 및 미시적 현상

스프레드와 측면 자유 표면은 롤링에서 매우 중요합니다. 스프레드는 압연 방향에 수직인 방향으로 압연한 후 변형된 스톡의 치수로 정의됩니다. 롤링 변형으로 인한 스톡 폭의 증가를 측정합니다. 측면 자유 표면은 압연 과정에서 롤과 접촉하지 않는 스톡 표면의 영역으로 정의됩니다. 변형된 스톡의 표면 프로파일은 스프레드, 자유 표면 프로파일 및 스톡의 연신율에 따라 달라집니다. 이것은 스톡의 최종 모양이 주로 이러한 매개변수에 의존한다는 것을 의미합니다. 스톡의 최종 모양은 압연 제품에 매우 중요하기 때문에 이러한 매개변수는 특정 모양 및 크기 요구 사항에 대한 특정 압연 패스를 설계할 때 롤 패스 설계자에게 매우 중요합니다. 이러한 매개변수 계산의 정확성은 진원도(막대 및 봉의 경우) 및 공차와 같은 기하학적 요구 사항을 충족할 때 매우 중요합니다. 진원도는 최대 지름과 최소 지름의 차이로 정의됩니다. 공차는 공칭 치수에 대한 최대/최소 치수의 허용차입니다.

평균 유효 소성 변형률은 압연 후 압연 제품의 기계적 특성을 예측하고 제어하는 ​​데 매우 중요합니다. 압연 스탠드에서의 평균 유효 소성 변형은 주어진 압연기에서 철도 차량의 최대 평균 유효(등가) 소성 변형으로 정의됩니다. 롤링 과정에서 서십시오. 미세 구조의 진화는 평균 유효 소성 변형률, 평균 유효 소성 변형률 및 각 압연 스탠드의 온도와 같은 열역학적 변수를 필요로 합니다. 변형 과정에서 열로 변환된 기계적 에너지로 인한 온도 변화는 평균 유효 소성 변형률 및 평균 유효 소성 변형률에도 의존합니다. 또한 평균 유효 소성 변형률은 평균 유효 변형률과 공정 시간의 함수입니다. 이 모든 것은 평균 소성 변형률을 예측하는 능력이 압연 제품의 기계적 특성과 미세 구조를 제어하는 ​​데 필수적임을 시사합니다.

압연기의 토크 및 출력 계산은 압연력 계산을 기반으로 하기 때문에 압연력 계산은 중요합니다. 그루브 압연에 대한 롤 힘의 정확한 예측은 차량의 형상을 예측하는 것보다 훨씬 더 어렵습니다. 기본적으로 세 가지 문제가 있습니다. 롤링 중에도 존재하지만 다소 다루기 쉽습니다. 그것들은 (i) 변형률, 변형률 속도 및 온도의 함수로서 변형에 대한 재료의 저항, (ii) 변형 영역에서 변형률, 변형률 속도, 응력 및 온도의 분포를 계산하는 능력, 및 (iii) 롤 금속 계면의 조건, 즉 마찰 계수 및 열 전달.

고속 고온 압연의 또 다른 중요한 매개변수는 특정 강종의 유동 응력 거동입니다. 흐름 응력은 강철이 연속 소성 변형을 겪기 시작할 때 정의되는 강철의 순간 항복 응력 또는 실제 응력으로 정의됩니다. 특정 등급의 강의 유동 응력을 정확하게 구하는 두 가지 주요 방법은 직접 실험 결과와 경험적 구성 방정식입니다. 경험적 구성 방정식은 종종 실험 데이터의 회귀 분석에서 파생됩니다. 일반적으로 이러한 방정식은 중요한 것으로 간주되는 변수의 함수로 재료의 흐름 강도를 정의합니다.

롤 및 롤 패스 디자인

롤은 압연기의 도구이며 압연기에서 가장 값비싼 소모품입니다. 강철을 변형시키는 역할을 수행하기 위해 롤이 사용되는 방식은 많은 경우 롤 패스 설계에 의해 크게 결정됩니다. 롤 패스 설계의 목적은 (i) 우수한 표면 조도(표면 결함 없음)로 공차 범위 내에서 정확한 프로파일 생산, (ii) 최저 비용으로 최대 생산성, (iii) 최소 롤 마모, (iv) 용이함 작동 및 (v) 최적의 에너지 활용.

작업의 정확성과 속도 및 롤 수명은 모두 롤 패스 설계 및 롤 재료 선택과 관련이 있습니다. 롤 패스 설계의 롤링 시퀀스는 롤링 하중, 롤 강도 및 롤링에 사용할 수 있는 토크에 의해 적용되는 제한 사항의 적용을 받습니다. 롤 패스 디자인은 롤의 물리적 치수와 재료가 롤링 시퀀스 동안 발생하는 가장 무거운 하중을 견딜 수 있도록 하는 것이기도 합니다.

롤의 재료는 자체 소성 변형 없이 철도 차량을 소성 변형시키는 하중을 견딜 수 있어야 하기 때문에 중요합니다. 열간 압연에서 이것은 어려운 문제가 아니며 철도 차량의 온도보다 상당히 낮은 온도에서 작동되는 경우 철 또는 강철 롤이 적합합니다. 주철 또는 강철(주조 또는 단조) 여부에 관계없이 롤 재료의 선택은 롤이 수행해야 하는 특정 의무와 표면 인성, 열 균열 또는 충격 하중에 대한 내성 또는 내마모성과 같은 중요한 특성에 따라 다릅니다. 특정 롤의 선택은 생산 요구 사항, 초기 비용 및 필요한 특정 품질에 따라 다릅니다. 텅스텐 카바이드 롤은 일반적으로 선재 마감 블록 및 일부 형상 압연 응용 분야에 사용됩니다. 이 카바이드 롤은 좁은 pH 범위와 제한된 경도의 고품질 냉각수가 필요합니다.

롤 재료는 롤이 견뎌야 하는 하중을 추정하는 데 중요합니다. 또한 밀 작업의 합리적인 효율성을 보장하기 위해 주어진 제품 범위에 가장 적합한 밀 크기를 제안합니다. 아마도 롤 수명과 관련된 가장 중요한 단일 요소 중 하나는 롤 재료의 마모 특성일 것입니다.

강철의 열간 압연 중에 열이 롤에 전달됩니다. 냉각되지 않으면 열 축적으로 인해 롤의 온도가 압연되는 스톡의 온도와 동일한 온도로 증가합니다. 이 단계에서 롤도 소성 변형을 겪습니다. 롤에서 열을 제거하기 위해 냉각수가 적용됩니다. 롤에서 열 제거의 어려움은 두 가지 요인의 결과입니다. 첫 번째는 열전도율 계수라고 하고 두 번째는 냉각수와 롤의 경계면과 비교하여 롤과 철도 차량 사이의 계면입니다. 열은 전도, 대류 및 복사에 의해 전달됩니다.

패스에서 철도 차량의 접촉 시간 동안 열간 차량은 롤과의 접촉 시간 동안 전도로 인해 롤을 가열합니다. 결과적으로, 롤 표면의 온도 프로파일은 롤과 접촉할 때 증가하고 열이 롤 본체에 흡수됨에 따라 떨어집니다. 이것은 또한 롤에서 열을 제거하기에 가장 좋은 장소는 바가 롤과 접촉한 직후라는 것을 의미합니다. 가장 좋은 열 제거율은 온도 차이가 가장 클 때 발생합니다. 일반적인 롤 냉각수 공급 시스템은 가능한 한 철도 차량이 롤과 접촉하는 지점에 가깝게 물을 공급하기 위한 공급 가이드의 구멍으로 구성됩니다. 각 롤에 대한 2개의 반원형 수도관은 또한 롤 본체에 열이 침투하지 않도록 2차 냉각수를 공급합니다. 냉각수의 적용은 물이 롤 진입 지점에서 철도 차량에 떨어지지 않도록 제어되어야 합니다. 이 경우 철도 차량을 냉각시키고 롤과 철도 차량 사이에 증기 주머니를 만들고 롤의 다른 쪽에서 더 잘 사용할 수 있는 폐수를 만듭니다. 롤 마모를 최소화하기 위해 롤 냉각수는 철도 차량이 롤을 떠나는 지점에 최대한 가깝게 적용해야 합니다. 냉각수의 일반적인 압력은 분당 약 1.5리터/mm의 유량에서 2kg/sq cm ~ 5kg/sq cm입니다. 최고의 전달 시스템은 튜브, 노즐 및 스프레이 헤더를 사용하여 롤에서 물을 '튀게'하는 하드 제트가 아니라 저압 및 고유량에서 '부드러운 냉각'을 얻습니다.

롤 표면 열화는 주로 표면 아래 및 인접 재료의 비교적 정상 상태에 대한 표면 가열 및 냉각의 열 순환으로 인해 발생합니다. 이것은 롤이 360도 회전할 때 국부적인 장력과 압축을 생성합니다. 롤 냉각의 목적은 이 주기를 최소화하는 것입니다. 롤 재료 선택의 목적은 화재 균열, 균열 또는 조기 마모 없이 이 주기를 견딜 수 있는 재료를 사용하는 것입니다. 롤 표면에 발생한 화염은 롤의 상당 부분을 줄이고 롤 직경을 줄이는 과정에서 제거해야 합니다. 이는 롤 수명에 영향을 미치고 톤당 롤 비용을 증가시킵니다.

모든 밀 롤은 결국 열화되고 롤 패스는 크기 제어와 완제품 표면 품질을 달성하기 위해 변경되어야 하는 것이 사실입니다. 롤 직경이 회전 후 밀 스탠드에 필요한 최소 직경보다 작아지면 롤은 폐기됩니다.

스탠드 앤 롤 가이드 설정

밀 및 롤 가이드 설정의 목표는 제품 변경 시 첫 번째 막대를 냉각 베드에서 허용 오차 범위 내에서 굴려 판매 가능한 제품이 되도록 하는 것입니다. 이 기능을 수행하는 데 필요한 데이터는 일반적으로 두 가지 형태로 제공됩니다. 하나는 공장 빌더가 제공하며 이전 설정에서 변경해야 하는 롤, 가이드 부품 및 기타 장비에 대한 정보를 제공합니다. 또한 간격 설정, 가이드 조정 및 모든 특별 지침이 포함됩니다.

밀 바닥 및 강단 설정 시트에는 루프 높이 설정, 모터 rpm(분당 회전 수), 런아웃 속도, 생산 속도, R-계수, 전단 설정 정보 및 기타 관련 정보도 포함되어 있습니다. 가능한 가장 빠른 시작을 가능하게 하려면 유지된 정보가 시작 시 조건을 반영해야 합니다. 즉, 롤이 체인지 오버 시 항상 옷을 입는 경우 R-팩터는 새 롤에서 마지막으로 성공한 롤링이어야 합니다. 사용한 롤로 롤링이 끝날 때 수집된 데이터는 새 롤에서 롤링할 때 정확하지 않습니다.

장력 조절

연속식 압연기에서 압연기를 통해 일정한 질량 흐름을 달성하기 위해 스탠드와 일치하는 속도는 낮은 자갈 비율과 더 적은 결함을 보장합니다. 높은 장력으로 인해 막대의 단면이 줄어들어 형상 제어가 매우 어려워질 수 있습니다. 극단적으로 긴장으로 인해 막대가 떨어져 나와 자갈이 생성될 수 있습니다. 스탠드 사이의 바를 압축하면 펄럭이는 현상이 발생하여 결함이 발생할 수 있으며, 극단적으로 루프가 성장하여 자갈이 생성될 수 있습니다.

롤의 작업 직경을 사용하여 롤 rpm(분당 회전수)은 밀을 통과하는 바 속도와 일치합니다. 롤이 마모되고 패스에서 바의 퍼짐이 변경됨에 따라 바 면적이 변경됨에 따라 스탠드의 rpm을 조정해야 합니다. 대부분의 현대식 제어 시스템은 이러한 일이 발생하면 R-Factor를 수정합니다.

각 스탠드의 바 속도는 제품의 생산 톤수를 분쇄기 상수로 사용하여 계산됩니다.

밀 모터 속도 설정을 위한 입력 값은 생산 속도, 롤 칼라 직경 및 롤 간격, 바 면적 및 너비, 기어비입니다. 모터 속도 등급은 일반적으로 계산된 속도와 비교하여 확인됩니다.

밀 활용

압연기 이용률은 압연기가 강재를 압연하는 시간의 백분율을 측정한 것입니다. 성능의 가장 정확한 측정은 달력 시간의 백분율입니다. 활용도에 영향을 미치는 요인은 유지보수 중단, 예정 및 예정되지 않은 휴가 중단, 자갈 청소를 위한 가동 중지 시간, 롤 및 통과 변경, 과도한 빌릿 간격 및 빌릿이 공장에 없을 때 시간을 생성하는 기타 요인입니다. 로드 및 바 밀의 경우 양호한 수치는 90% ~ 93%이고 구조용 밀의 경우 양호한 밀 사용률 수치는 75% ~ 78%입니다.

공장이 달력 연도의 80%를 롤링하면 365 x 24 x 0.80 =7008시간입니다. 공장이 연간 800,000톤을 압연하면 평균 생산 속도로 시간당 114.16톤이 가동됩니다. 활용도를 1% 향상시킬 수 있는 경우 사용 가능한 롤링 시간은 365 x 24 x 0.81 =7096.6으로 87.6시간의 추가 롤링 시간이 생성됩니다. 시간당 114.16톤으로 추가로 10,000톤을 굴릴 수 있습니다.

과도한 빌릿 간격은 압연 시간 손실을 설명할 수 없습니다. 밀이 1.25톤 중량의 빌렛을 사용하여 연간 800,000톤을 압연하면 연간 640,000개의 빌렛을 압연합니다. 그것은 639,999개의 빌릿 갭입니다. 평균 빌릿 간격이 5초인 경우 (5초 x 639,999)/3600초/시간 =888.89시간의 빌릿 간격입니다. 평균 빌릿 간격이 0.5초 감소하면 (4.5초 x 639,999)/3600초/시간 =800시간의 빌릿 간격이 되어 추가로 88.89시간의 롤링 시간이 생성됩니다. 시간당 114.16톤은 압연 강재 10147톤이 추가로 필요합니다.

수율

수율은 용광로 장입에서 묶음, 쌓임 또는 감긴 완제품까지의 생산 손실을 측정한 것입니다. 수확량에 영향을 미치는 요소는 스케일 손실, 작물 손실, 자갈 손실 및 완제품의 무게를 줄이는 기타 요소입니다. 빌릿이 재가열로에 장입될 때 단면과 등급에 따라 무게가 측정되거나 공칭 중량이 있는 것으로 가정됩니다. 퍼니스를 통과하면서 스케일이 형성되어 디스케일러에서 제거되거나 롤링 중에 떨어집니다. 이는 충전 중량의 약 1% ~ 1.2%에 달할 수 있습니다. 압연기를 통과할 때 막대의 기형 전단부를 자르는 가위는 각 전단기에서 최대 0.3m ~ 0.4m의 재료를 제거할 수 있습니다. 막대를 냉각 베드로 나눈 후 냉간 전단기 또는 톱을 사용하여 막대를 판매 가능한 길이로 절단하여 길이의 변화를 제거합니다. 구조 공장은 종종 쌓여 있고 묶인 재료에 추가 톱 절단을 사용합니다. 제거된 모든 재료는 수율 손실에 기여합니다. 수율에 대한 좋은 수치는 봉 및 봉 압연기의 경우 약 97% ~ 98%이고 구조용 압연기의 경우 92% ~ 94%입니다. 제품이 음의 허용 오차로 압연되고 명목 중량 기준으로 판매되면 수율이 훨씬 높아집니다. 이러한 이유로 음의 허용 오차로 압연되고 공칭 중량 기준으로 철근을 판매하는 일부 철근 공장에서는 공칭 공장 수율이 정상 97%이지만 완제품 수율이 100% 이상이라고 보고하고 있습니다.

자갈 비율

자갈 비율은 자갈로 손실된 충전된 빌릿의 백분율을 측정한 것입니다. 자갈 비율이 0.75%이면 장입된 모든 빌릿의 0.75%가 자갈로 손실됩니다. 밀이 연간 640,000개의 빌렛을 굴린다면 4,800개의 빌렛이 손실된다는 의미입니다. 빌릿당 1.25톤에서 톤 단위의 손실은 6000톤입니다. 따라서 자갈 비율을 줄이기 위해 공장에서 모든 시도가 이루어져야 합니다.