현대 봉강 및 경형강 밀의 핵심 혁신 기술

현대 봉강 및 경형강 밀의 주요 특징

봉강 및 경형강 밀의 목적은 강괴를 재가열하고 압연해 봉강과 경형강을 생산하는 것입니다. 이들 밀에서의 봉강 및 경형강 생산은 끊임없는 변화의 대상이 됩니다. 제품 품질뿐만 아니라 밀의 유연성과 비용 효율성에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 이로 인해 새롭고 혁신적인 기술과 공정의 개발이 필수적이 되었습니다. 현대 봉강 및 경형강 밀은 특수 봉강 품질 강종과 기계구조용 강을 높은 생산 속도로 압연하면서 투자비와 운영비를 합리적인 수준으로 유지할 수 있는 고속 밀입니다.

현대 봉강 및 경형강 밀은 다음 요구사항을 충족해야 합니다.

• 높은 밀 가동률과 높은 생산성, 높은 수율
• 저비용 유지보수 필요 충족
• 저에너지 소비 필요 충족
• 엄격한 치수 공차
• 단면 중량의 마이너스 공차
• 전장(全長)에 걸친 치수 변화 없음
• 균일한 물리적 특성

이러한 까다로운 요구사항을 달성하기 위해 현대 봉강 및 경형강 밀에는 많은 중요한 특징이 적용됩니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.

• 재가열로 – 현대 봉강 및 경형강 밀은 일반적으로 컴퓨터 제어되는 에너지 효율적인 워킹 빔 로(walking beam furnace)를 갖추고 있습니다. 이 재가열로는 강괴를 목표 온도까지 균일하게 가열하여 요구되는 생산 속도를 맞추며, 스키드 마크(skid marks)와 콜드 스팟(cold spots) 없이 가열합니다. 이 로는 냉괴나 열괴를 모두 장입 재료로 받아들일 수 있습니다. 현대 재가열로의 특징은 (i) 우수한 가열 강괴 품질, (ii) 향상된 가열 효율, (iii) 매우 낮은 연료 소비, (iv) 최소 스케일 손실로 높은 소재 수율 달성, (v) 낮은 탈탄으로 고품질 강종에 적합, (vi) 저생산성에서도 최대 운전 유연성과 양호한 작업 조건 제공입니다.
• 하우징리스 롤 스탠드 – 하우징리스(HL) 롤 스탠드는 현대 봉강 및 경형강 밀의 조압연 및 중압연 스탠드 그룹에 일반적으로 사용됩니다. 모듈식 설계로 HL 스탠드 카세트를 수평, 수직, 틸터블(tiltable), 유니버설 등 모든 가능한 구성으로 사용할 수 있습니다. 스탠드 크기는 롤과 롤 저널의 필요 치수, 패스 스케줄, 패스 형상, 기어박스와 모터 특성에 따라 다릅니다. HL 스탠드의 주요 특징은 구성품의 콤팩트함과 강성, 낮은 롤 벤딩 모듈러스, 하중 하에서 셀프 얼라인(self-aligning) 척(chock)을 가진 내구성 높은 다열 롤러 베어링, 백래시 없는 척 밸런싱, 가이드와 가드 조정을 간단하고 정밀하게 할 수 있는 롤러 빔 등입니다. 이 스탠드의 장점은 (i) 기초 깊이와 크기 절감, (ii) 압연 제품이 요구되는 형상과 치수 공차 충족, (iii) 롤 교체가 압연 라인 외부에서 이루어져 스탠드 교체 시간 단축, (iv) 구성품 수 감소와 접근성 향상으로 유지보수 시간 대폭 단축, (v) 자동 롤 간극 조정, (vi) 동일 스탠드 유닛을 어느 위치에서나 사용 가능한 운전 유연성입니다.
• 감경정밀압연기(RSM, Reducing Sizing Mill) – 다재다능하고 요구되는 압연 기술입니다. 정밀 사이징 밀(precision sizing mill)이라고도 합니다. 기존 통상 압연기로는 엄격한 공차 요구사항을 충족하기 어렵습니다. 이는 효율 손실, 특히 밀 가동률 손실과 낮은 수율의 대가를 치르고서야 어렵게 가능할 뿐이며, 때로는 비현실적이거나 비용이 너무 많이 듭니다. 기존 조압연기와 중압연기에서 완제품 공차는 주로 피니싱 구간으로 들어가는 공급 재료의 단면 변화에 의해 영향을 받습니다. RSM은 변형 시 전개(spread)가 낮고 변형 효율이 높은 3롤 기술의 특수 기능을 활용합니다. 감경정밀압연기의 장점은 많습니다. RSM은 밀 라인에 설치되어 원하는 마감 사이즈를 매우 엄격한 공차로 압연합니다. 각 롤 간극을 하중 하에서 조정 가능하며 완전 자동화할 수 있습니다.
• 열기계 압연 – 저온 압연(low temperature rolling)이라고도 하며, 압연 공정 중 최종 소재 물성을 온라인으로 제어하는 기본적인 방법입니다. 부분 재결정 또는 재결정 억제에 해당하는 온도 범위에서 밀의 마지막 패스에 소재 변형을 가하는 것을 포함합니다. 재결정이 억제되면 미세조직 정제 현상이 발생하여 최종 제품의 기술적 물성이 향상됩니다. 또한 표면 품질이 상당히 개선됩니다. 열기계 압연의 장점은 미세 입자 크기, 오프라인 노말라이징 생략, 저온 인성 향상, 침탄강의 열처리 후 물성 개선, 스프링강의 어닐링 시간 단축, 최종 부품의 피로 강도 향상, 미세합금강의 인장 강도를 인라인으로 직접 향상, 탈탄 깊이 감소 등입니다.
• 워킹 랙 타입 냉각 베드 – 이동식 랙 설계의 냉각 베드 목적은 압연된 봉강이나 경형강을 균일하게 공랭하고, 냉각 베드 입구에서 배출 측으로 순차적으로 이송하는 것입니다. 봉강과 경형강의 앞단도 배출 측에서 평탄화되며, 고정된 개수의 압연 제품이 냉간 전단(cold shear)에 의해 최종 길이로 절단되어 번들링 또는 적재됩니다. 이동식 랙 타입 냉각 베드는 보통 워킹 빔 설계입니다. 이 메커니즘은 봉강과 경형강이 톱니 랙 위에 균일하게 위치하도록 보장합니다. 냉각 베드는 보통 밀의 피니싱 스탠드에서 인도되는 가장 작은 크기와 가장 큰 크기의 봉강 및 경형강, 그리고 다양한 크기의 봉강 및 경형강에 필요한 냉각 시간을 고려해 설계됩니다. 랙 타입 냉각 베드 설계는 이전에 주어진 길이로 절단된 봉강을 감속시키고, 냉각 면을 가로질러 횡방향으로 이송하여 매우 넓은 길이 범위의 압연 봉강이나 경형강을 가능한 한 직선적으로 유지하고, 냉각 면 끝에서 콜드 전단의 요구사항에 맞춘 미리 정해진 팩으로 봉강이나 경형강을 모아 최종적으로 롤러 테이블에 배출해 콜드 전단으로 이송하는 역할을 합니다. 일반적인 냉각 베드는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 일반적인 냉각 베드

• 밀의 피니싱 구역에서 봉강과 형강의 마감을 위한 여러 솔루션이 있습니다. 일반적인 봉강 밀은 게이지 빔이 있는 콜드 전단을 포함하고, 형강 밀은 교정기(straightening machine)가 콜드 전단에 공급하는 형태입니다. 올바른 레이어 준비가 생산성의 열쇠이며, 이는 프로파일 피딩 시스템으로 달성됩니다. 플라잉 타입 콜드 전단도 밀의 생산 속도가 높을 때 사용됩니다. 멀티 라인 교정기는 높은 생산성에서 사용됩니다. 개념은 냉각 베드 길이를 교정하여 피딩 횟수를 줄이고 교정 롤 드라이브의 활용도를 높이는 것입니다. 롤 아래에서 봉강의 올바른 정렬과 센터링이 필수적입니다. 이 분야의 최근 개선사항은 (i) 교정기로의 자동 형강 피딩, (ii) 캐리지에 장착된 롤 세트의 퀵 체인지, (iii) 모터라이즈드 롤 간극 조정, (iv) 전체 유닛을 라인 밖으로 이동시킬 수 있는 플랫폼에 장착하여 밀 생산을 멈추지 않고 유지보수 가능하도록 한 것 등입니다. 또한 냉각 베드 런아웃 롤러 테이블에서 봉강 레이어를 사전 정렬하기 위해 체인 트랜스퍼와 캐리지 타입 추출 시스템이 보통 제공되어, 봉강이 요구되는 중심 거리 간격으로 베드 랙에서 인치 아웃(inch out)되어 캐리지에 의해 런아웃 롤러 테이블에 부드럽게 퇴적되면서 이 상태를 유지하도록 합니다.
• 밀의 번들링 및 적재 구역에도 여러 솔루션이 있습니다. 일반적인 솔루션은 심플한 번들링 머신으로 구성되며, 형강의 경우 마그네틱 스태커가 표준입니다. 모든 작업은 짧은 봉강 제거나 태그의 이상적인 스캔 위치에서의 라벨링을 포함해 기계화 및 자동화되어야 합니다. 봉강과 형강의 최적 배열로 번들의 최종 형상에 특별한 주의를 기울입니다. 스태커는 요구사항에 따라 다양한 설계를 가질 수 있습니다. 경형강의 정밀 적재에는 오버헤드 펜듈럼 시스템이 사용되고, 중경형강에는 자석이 아래에 있는 적재 시스템이 사용됩니다.
• 봉강 계수 시스템은 광학 원리로 작동하는 자동 계수와 번들 형성을 위한 분리 시스템으로 구성됩니다. 분리 시스템은 계수 시스템이 설치된 세 개의 고정 체인 트랜스퍼 장치로 구성됩니다. 광학 장치와 체인 트랜스퍼 드라이브에 설치된 펄스 발생기가 중복 판독 없이 통과하는 각 봉강을 개별적으로 계수하고 기록합니다.
• 봉강 및 형강 밀에는 번들과 파일용 타이잉 및 스트래핑 머신이 있습니다. 이 기계들은 연속 운전을 위해 설계되었습니다. 타이잉 머신은 상용 규격 와이어를 사용해 타이잉하고 머신 헤드는 유압으로 작동합니다. 스트래핑 머신은 공압으로 작동하며 다양한 폭의 상용 강철 스트랩을 사용합니다. 스트래핑은 클램핑 또는 용접 방식으로 수행할 수 있습니다.