KR100236172B1 - 선재 냉각대 온도 제어장치 - Google Patents

Abstract

선재 냉각대 온도 제어장치에 관한 것으로 열간 압연된 선재를 일정 피치의 링령태로 냉각대의 롤러 콘베이어상에서 적치하여 이송하는 중간에 냉각대의 송풍기에서 분사되는 냉각공기에 의하여 선재를 냉각하는 열간 압연 선재의 공냉장치에 있어서, 상기 냉각대의 폭방향으로 바람을 송풍하는 송풍기와, 상기 냉각대와 상기 송풍기 사이에 설치되어 폭 방향 중앙부와 가장자리 부위를 막는 칸막이로된 댐퍼와, 상기 냉각대 폭 방향으로 다수의 온도센서를 구비하여 온도분포를 측정하는 온도 분포 측정장치와, 상기 냉각대상인 선재의 소재 강종 및 직경에 대한 정보를 저장하고 상기 온도 분포 측정 장치로부터 선재의 폭 방향 온도 분포를 입력받는 컴퓨터와, 상기 컴퓨터로부터 데이터를 입력받아 상기 데이터에 따라 송풍기 파워, 댐퍼각도 및 상기 보조 송풍기 파워를 제어하는 PCL를 구비하여 균일한 온도 분포를 얻을 수 있어 냉각대상의 불균일 냉각에 의해 발생되는 폭방향의 재질편차를 줄일 수 있고 코일 내 및 코일 간의 조업인자의 변화에 의한 변동요인을 감지하여 온도분포를 균일하게 제어할 수 있다.

Description

선재 냉각대 온도 제어장치

제1도(a) 및 (b)는 종래 선재 냉각라인의 개략구성도이다.

제2도는 선재냉각대 폭방향 적치밀도를 나타낸 상태도이다.

제3도는 선재 냉각대 폭방향 온도분포를 나타낸 상태도이다.

제4도는 선재링내 재질편차(TS)를 나타낸 상태도이다.

제5도는 본 고안에 의한 선재 냉각대 냉각장치의 구성도이다.

제6도는 송풍구 각도변경에 의한 폭방향 유속분포를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압연기 2 : 수냉장치

3 : 권취기 4 : 선재

5 : 콘베이어 6 : 노즐

7 : 송풍기 8 : 온도분포 측정장치

9 : 원격입출력 10 : PCL

11 : 댐퍼 12 : 컴퓨터

13 : 냉각대

본 발명은 선재냉각대 온도제어장치에 관한 것으로, 특히 열간압연된 직후의 선재를 일정피치의 링형태로 냉각대의 롤러콘베이어상에 적치하여 이송하는 중간에, 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각공기에 의하여 선재를 냉각하는 열간압연선재의 공냉장치에서 이송중인 선재의 폭방향 온도를 제어하는 선재냉각대 온도제어장치에 관한 것이다.

제 1 도(a)는 종래 선재 라인의 개략구성도이다. 압연기(1)에 의해 압연되어 수냉장치(2)에 의해 냉각된 열간압연선재(4)는 권취기(laying head)(3)에 의해 권취되어 콘베이어(5)위에 링 모양을 적치되어 이송된다. 이때 콘베이어 하부에 설치된 송풍기(7)로부터 슬릿형태의 노즐(6)을 통해 분사된 냉각공기가 선재를 하부로부터 직접 냉각한다. ∇는 일점온도계가 설치된 지점이다. 폭방향의 유속을 조정하기 위한 수단으로서 댐퍼(11)라고 하는 송풍구 각도 조정장치가 송풍기내에 설치되어있고 이 댐퍼(11)후단에 칸막이가 설치되어 있어 일단 분할된 유속이 다시 섞이지 않도록 되어 있다. 제 1 도(b)는 중 공냉대만을 상세히 나타낸 것이다.

선재압연에서의 냉각공정은 압연기 이후에 최종제품으로 가기 위한 전단계로서, 물로 냉각하는 수냉대와 공기로 냉각하는 공냉대로 이루어져 있다. 수냉대에서 수분사에 의해 1차로 냉각된 선재는 레잉헤드(laying head)라고 하는 권취기에서 직선에서 링모양으로 감겨져서 공냉대위를 이송한다. 이때 선재가 링모양으로 감겨져서 이송함에 따라 필연적으로 에지부에서 많이 겹쳐지는 부분과 중앙부에서 덜 겹쳐지는 부분이 존재하게 된다. 따라서 동일한 양으로 냉각을 시킬 경우에는 많이 겹쳐져 있는 부분과 그렇지 않은 부분사이에서는 냉각차가 발생하게 되어 불균일하게 냉각이 이루어진다. 특히, 변태가 일어나는 지점에서는 냉각차는 제품불량의 중요한 원인이 된다. 불균일한 냉각이 되면 변태가 일어나는 온도는 일정하므로 변태가 일어나는 지점이 달라지게 되어 제품품질이 불균일하게 된다. 따라서 가장 바람직한 경우는 균일하게 냉각이 선재 링위치별로 동일한 냉각곡선을 그리면서 냉각되는 경우이다.

종래의 선재냉각대에서는 폭방향의 온도분포를 제어할 수 있는 수단이 없거나(포항제철소 제 1선재공장), 있으되 전 소재에 대해 고정되어 있어 가변시킬 수 없는 포항제철소 2선재공장의 경우와 같이 거의 제어가 불가능한 상태이다. 최근에 건설된 포항제철소 3선재공장의 경우에는 온도분포제어의 수단으로서 송풍구 입측의 댐퍼와 출측의 디플렉터가 송풍기내에 설치되어 제어가 가능하나 현재 선재직경별로 하나의 값으로 고정되어 있다. 이것은 온도분포 제어방법으로 폭방향의 온도분포를 균일하게 하기 위해 최종제품 상태에서 링내의 인장강도편차가 최소가 되는 최적의 송풍구 각도를 선정하여 고정시키는 방법이다. 이방법에서는 선재 냉각대에서의 온도제어에 미치는 영향인자로 선재의 직경만을 고려한 것이다. 또한 냉각대상에서의 온도를 측정할 수 있는 계측수단으로서 권취기 출측에 설치되어 있는 일점방사온도계가 유일한 수단이다.

다음의 표 1 은 종래의 선재 냉각라인에 설치되어 사용되고 있는 일점방사 온도계의 설치현황이다. 각 지점에서 한점의 온도만을 계측하도록 되어 있다.

[표 1]

다음의 표2는 선재 냉각대에서의 온도분포를 균일하게 제어하기 위하여, 선재의 직경별로 송풍구 각도를 다르게 고정시켜 선재직경차에 따른 폭방향 겹침밀도차를 반영시킨 예이다.

[표 2]

일반적으로 선재의 냉각공정에서 사용하는 냉각방법은 냉각매체의 종류에 따라 공기를 이용하는 방법, 물을 이용하는 방법 그리고 다른 매체를 이용하는 방법들로 나뉘어지는데 본 고안은 공기를 이용하여 냉각하는 방법에 대한 것으로, 전 세계적으로 가장 보편화되어 있는 스텔모어설비가 여기에 해당된다. 이 냉각방법은 1964년부터 공업적으로 이용되기 시작하여 1981년 까지 전세계적으로 155개 라인이 가동되고 있는 가장 보편화된 냉각방식으로 모건(Morgan)에 의해 설계되고 스텔코(Stelco)에 의해 처음으로 적용되었다. 이 냉각방식이 널리 보급된 이유는 탄소강선재의 직접 열처리를 실시하여 제품의 강도 및 신선성을 높일 수 있고, 송풍을 이용하는 설비구조가 간단하며 작업성이 우수한 특성을 갖고 있어 코일 단층 및 압연속도의 제약이 작으며, 얇고 균일한 두께의 스케일 생성으로 손실이 적고 산세비용이 절감되며, 비교적 넓은 범위의 냉각속도 제어가 가능하다는 장점이 있기 때문이다. 그러나, 냉각속도가 클 경우 일부 경질조직이 발생할 가능성이 있으며 폭방향 냉각의 불균일이라는 단점이 있다.

제 2 도는 선재의 중첩상태에 따른 코일내 폭방향 중량비를 나타낸 그림으로 중심부를 1.0으로 할 때 양단부에서는 3.0-5.0으로 매우 커짐을 알 수 있다. 따라서 양단부에서의 필요 냉각량 또한 이에 비례하여 커져야만 한다는 것을 추정할 수 있다. 이때 냉각공기량이 폭방향으로 동일하다면 양단부의 냉각속도는 중심부에 비하여 떨어질 수 밖에 없으므로 통상 이의 제어를 위해 냉각공기 토출부 즉 노즐부의 면적 혹은 노즐의 수량을 폭방향으로 불균일하게 설정하거나 송풍구 각도(댐퍼각도)와 송풍기 회전수를 조절하기도 한다. 그러나, 냉각대상의 온도분포를 측정할 수 있는 수단이 없어 선재직경에 따라 일정하게 고정되어 있는 송풍구 각도를 조정할 수 있는 기준값이 없고, 권취기온도, 압연속도 및 냉각대의 이송속도와 선경 등 조업조건에 따라 수시로 변하는 폭방향의 온도분포를 균일하게 제어하는 것은 불가능하다.

그리고, 스텐모어 공정은 링모양으로 콘베이어상을 이송하기 때문에 폭방향으로 동일한 양만큼의 냉각공기를 불어주면 상대적으로 많이 겹쳐져 있는 링 에지부가 적게 겹쳐져 있는 링 중앙부보다 덜 냉각된다. 따라서 스텔모어 냉각장치에서는 이 문제점을 해결하기 위하여 송풍구 각도를 조정하여 많이 겹쳐져 있는 (겹침밀도가 높은) 링에지부에는 많은 냉각공기를 불어주고, 성글게 겹쳐져 있는 (겹침밀도가 낮은) 링 중앙부에는 적은 양의 냉각공기가 지나가도록 하고 있다.

그러나 순간적으로 변화하는 선재의 온도를 측정할 수 없어서 항상 일정한 송풍구 각도로 고정되어 사용하고 있다.

현재 스텔모어 냉각공정에서는 권취기(laying head)이후에서는 폭방향의 온도편차가 존재할 수 밖에 없는 구조로 되어 있다. 그러나 폭방향의 불균일한 온도분포를 검출할 수 있는 장치가 설치되어 있지 않고, 일점 방사온도계 만이 설치되어 사용되고 있을 뿐이다. 따라서 근본적으로 냉각대에서의 온도분포를 폭방향 겹침밀도에 따라 측정할 수 있는 장치의 부착이 필요하다. 또한, 온도분포 측정장치를 통해 폭방향의 온도를 검출하여 송풍구 각도를 조정함으로써 폭방향의 온도를 균일하게 냉각시켜야 한다.

현재 조업중인 선재공장들에서는 송풍구 각도변화와 송풍기 회전수 변경에 의한 폭방향 유속제어를 실시하고 있으나 동적제어는 이루어지지 않고 있다. 송풍구 각도변화에 의한 유속제어는 가장 보편화되어 있는 방법이나 선재직경별로 동일 송풍기내에서 일정한 각도로 공정되어 있어 수시로 변화하는 냉각대상의 선재온도분포에 따라서는 제어가 불가능하다. 따라서 균일냉각을 위하여 치수, 강종 및 냉각조건에 따라 각 송풍기별로 송풍구 각도가 가변가능한 냉각방법의 사용이 바람직하다.

현재 스텔모어 냉각법을 적용하여 가동중인 선재공장들에서는 냉각대상을 이송하는 선재의 폭방향 온도분포를 제어하기 위한 설비인 댐퍼(11)가 송풍기내에 설치되어 있으나 고정되어 움직일 수 없거나(포항제철소 1,2 선재공장), 특정소재에 대해서만 일정한 값으로 설정해 두고 있다.(포항제철소 3선재공장) 또한 냉각대중간의 온도분포를 알 수 있는 계측장치의 미비로 인해 냉각대상에서 불균일한 온도분포를 확인할 방법이 없다. 또한 불균일한 온도분포가 발생하여도 제어가 이루어지지 않기 때문에 같은 소재를 연속해서 수십코일씩 작업하는 도중에 계속적인 온도편차가 발생한다. 이로 인한 재질편차가 수요가 또는 후공정에서 발생하여 소비자 불만제기 등의 원인이 되기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 선재를 균일하게 냉각하기 위하여 냉각대 상에 설치한 온도 분포 측정 장치로부터 측정된 온도 분포에 따라 댐퍼의 송풍구의 열림각도를 제어하는 선재 냉각대 온도 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 선재의 치수, 강종 및 냉각조건에 따라 각 송풍기별로 송풍구 각도가 가변 가능한 선재 냉각대 온도 제어장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 장치는 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써, 본 발명은 선재 냉각대의 냉각 가속장치에 있어서, 상기 냉각대의 폭방향으로 바람을 송풍하는 송풍기와, 상기 냉각대와 상기 송풍기 사이에 설치되어 폭 방향 중앙부와 가장자리 부위를 막는 칸막이로된 댐퍼와, 상기 냉각대 폭 방향으로 다수의 온도센서를 구비하여 온도분포를 측정하는 온도 분포 측정장치와, 상기 냉각대상인 선재의 소재 강종 및 직경에 대한 정보를 저장하고 상기 온도 분포 측정 장치로부터 선재의 폭 방향 온도 분포를 입력받는 컴퓨터와, 상기 컴퓨터로부터 데이터를 입력받아 상기 데이터에 따라 송풍기 파워, 댐퍼각도 및 상기 보조 송풍기 파워를 제어하는 PCL를 구비한다.

이하 본 발명을 도면을 참고로하여 상세히 설명한다.

제 5 도에 본 고안에 의한 선재 냉각대 냉각장치의 구성도가 도시되어 있으며, 제 5 도를 참조한면, 본고안에 의한 장치는 냉각대(13)의 폭방향으로 바람을 송풍하는 송풍기(7)와, 상기 냉각대(13)와 상기 송풍기(7) 사이에 설치되어 폭 방향 중앙부와 가장자리 부위를 막는 칸막이로된 댐퍼(11)와, 상기 냉각대(13) 폭 방향으로 다수의 온도센서를 구비하여 온도분포를 측정하는 온도 분포 측정장치(8)와, 상기 냉각대상인 선재의 소재 강종 및 직경에 대한 정보를 저장하고 상기 온도 분포 측정 장치(8)로부터 선재의 폭 방향 온도 분포를 입력받는 컴퓨터(12)와, 상기 컴퓨터(12)로부터 데이터를 입력받아 상기 데이터를 따라 송풍기(7)의 파워 및 댐퍼각도를 제어하는 PLC(Programmable Logic Controller)(10)와, 상기 컴퓨터(12)와 상기 PLC(10) 사이에 데이터 입,출력을 제어하는 원격 입,출력장치(9)를 구비한다.

이하 본 고안의 작용, 효과를 설명한다.

제 5 도 및 제 6도를 참조하면, 온도분포 측정장치(8)는 다수의 온도센서를 냉각대(13)의 폭 방향으로 구비하여 폭 방향 온도 분포를 측정한다. 제 3도는 선재 냉각대(13) 폭방향 온도분포를 나타낸 도면이다. 폭 방향으로 보면 중첩밀도가 높은 양단부의 온도가 중첩밀도가 낮은 중앙부의 온도보다 높은것을 알 수 있다. 선재 공장 냉각대에서 측정한 폭 방향 온도분포의 예로써 폭 방향 적치 밀도차에 의해 온도 차이가 발생한다.

제 4도는 선재 링내 재질편차를 인장강도로 나타낸 예로서, 제 4 도를 참조하면, 제 1 도와 제 2 도에 도시된 바와 같이, 폭 방향의 중첩밀도가 서로 다른 상태에서 측정한 링내 16개소의 평균값이다. 이 도면은 선재 직경 13 mm 일 때 송풍구각도를 6° - 14°로 변화시켰을 때 인장강도의 편차와 범위를 나타낸 것으로, 동일한 조건하에서도 송풍구 각도변화에 따라 많은 편차가 발생한다는 것을 보여준다.

이와같은 인장강도의 측정 실험을 통하여 최적의 값인 6°로 송풍구 각도를 고정시켰음에도 불구하고 표준편차가 1.4 정고 발생함을 알 수 있다. 이는 냉각대상을 이송할 때 발생하는 여러 가지 조업인자들의 변화에 기인하는 것으로 송풍구각도를 고정시킴에 기인하는 것이다.

온도분포측정장치(8)로부터 측정된 선재의 온도분포는 원격 입,출력장치(9)를 통해 송풍구 각도를 제어하기 위한 PLC(10)로 송신된다. 폭 방향 10개 위치의 온도값으로부터 기존에 고정되어 있던 댐퍼(11)의 각도를 자동으로 제어하게 된다. 폭 방향으로 불균일한 온도 분포가 검출됨과 동시에 댐퍼의 각도가 자동 제어됨으로써 균일한 온도분포가 유지될 수 있다. 이때 변화하는 온도분포는 컴퓨터(12)의 모니터에서 육안으로 확인할 수 있다. 이 방법은 종래에 사용되는 냉각방법의 단점인 수시로 변화하는 운전 조건에 따른 온도 분포의 변화에 대응할 수 없다는 점을 개선하여 댐퍼(11)의 가변각도를 0°- 18°로 한 것이다.

제 6 도는 통상의 송풍구 각도 변경에 의한 폭 방향 유속분포를 도시한 그래프로서, 제 6 도를 참조하면, 현재 사용하고있는 송풍구 각도 변화에 의한 폭방향 유속제어방법으로 송풍구 각돈 변화에 의해 1 개 송풍기 내의 유속분포를 전체적으로 조정할 수 있다. 송풍기 출구에 차단판을 부착하여 인입공기의 양을 각도조정에 의해 조정함으로써 선재 폭 방향 에지부로 많은 공기가 유출되도록 하는 형태이다. 그러나 동일 송풍기 내에서 길이 방향 위치별 노즐출구의 유속으로 제어하기는 불가능하며 수시로 변화하는 온도 분포에 따라서는 제어가 불가능하다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 선재 냉각대에서의 균일 냉각을 위하여 냉각대 중간에 설치된 온도분포 측정장치를 통하여 폭방향의 온도분포를 산출하여 조업인자 변화에 따라 송풍구 각도를 동적제어함으로써 균일한 온도 분포를 얻을 수 있어 냉각대상의 불균일 냉각에 의해 발생되는 폭방향의 재질편차를 줄일 수 있고 코일내 및 코일 간의 조업인자의 변화에 의한 변동요인을 감지하여 온도분포를 균일하게 제어할 수 있다.

Claims (3)

1. 열간 압연된 선재를 일정 피치의 링형태로 냉각대의 롤러 콘베이어상에서 적치하여 이송하는 중간에 냉각대의 송풍기에서 분사되는 냉각공기에 의하여 선재를 냉각하는 열간 압연 선재의 공냉장치에 있어서, 상기 냉각대의 폭방향으로 바람을 송풍하는 송풍기와, 상기 냉각대와 상기 송풍기 사이에 설치되어 폭 방향 중앙부와 가장자리 부위를 막는 칸막이로된 댐퍼와, 상기 냉각대 폭 방향으로 다수의 온도센서를 구비하여 온도분포를 측정하는 온도 분포 측정장치와, 상기 냉각대상인 선재의 소재 강종 및 직경에 대한 정보를 저장하고 상기 온도 분포 측정 장치로부터 선재의 폭 방향 온도 분포를 입력받는 컴퓨터와, 상기 컴퓨터로부터 데이터를 입력받아 상기 데이터에 따라 송풍기 파워, 댐퍼각도 및 상기 보조 송풍기 파워를 제어하는 PLC를 구비하는 것을 특징으로 하는 선재 냉각대 온도 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도분포 측정장치는 변태점에 설치되는 것을 특징으로 하는 선재 냉각대 온도 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 댐퍼는 상기 온도 측정 장치로부터 측정된 온도분포의 중앙부와 에지부의 값의 차에 의해 그 열리는 각도가 제어되는 것을 특징으로 하는 냉각대 온도 제어장치.