KR100418988B1

KR100418988B1 - 고온선재의 폭방향 균일냉각 방법

Info

Publication number: KR100418988B1
Application number: KR10-1999-0062330A
Authority: KR
Inventors: 시성규
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2004-02-14
Also published as: KR20010064192A

Abstract

본 발명은 열간압연된 직후의 선재를 냉각하는 열간압연선재의 공냉장치에 있어서 이송중인 선재를 폭방향으로 균일하게 냉각하기 위한 고온선재의 폭방향 균일냉각 방법에 관한 것이다.

본 발명은 이송선재의 균일급냉을 위하여 겹침밀도가 낮은 중앙부의 상하부에 스프레이 수냉각 노즐 또는 미스트 수냉각 노즐을 폭방향으로 다수열 배치하고, 겹침밀도가 높은 양사이드 에지부에 라미나 프로우 냉각노즐을 배치하여, 온도분포 측정장치로부터 측정된 온도분포 데이타에 의해 치수, 강종 및 냉각조건에 따라 각 노즐별로 냉각수의 분사량을 동적제어함으로써 고온선재의 폭방향 균일냉각 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면 냉각대 중간에 설치된 온도분포 측정장치를 통하여 폭방향의 온도분포를 산출하여 조업인자변화에 따라 에지부의 라미나프로우와 중앙부의 스프레이 또는 미스트의 분사량을 동적제어를 함에 따라서 균일한 온도분포를 얻을 수 있고, 종래의 냉각대상의 불균일 냉각에 의해 발생하는 폭방향의 재질편차를 줄일 수 있으며, 코일내 및 코일간의 조업인자의 변화에 의한 변동요인을 감지하여 온도분포를 균일하게 제어할 수 있는 장점이 있다.

Description

고온선재의 폭방향 균일냉각 방법{TRANSVERSAL HOMOGENEOUS COOLING METHOD OF HOT ROLLED WIRE}

본 발명은 열간압연된 직후의 선재를 냉각하는 열간압연선재의 공냉장치에있어서 이송중인 선재를 폭방향으로 균일하게 냉각하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 선재의 폭방향 겹침밀도가 심한 선재 에지부에는 냉각능이 높은 라미나프로우 냉각을 실시하고 겹침밀도가 낮은 선재 중앙부에는 상대적으로 낮은 냉각능을 가진 미스트냉각이나 스프레이냉각을 실시하는 것을 특징으로 하는 고온선재의 폭방향 균일냉각 방법에 관한 것이다.

선재압연에서의 냉각공정은 압연 이후 최종제품으로 생산하기 위한 전단계로서, 물로 냉각하는 수냉대와 공기로 냉각하는 공냉대로 이루어져 있다.

즉, 도 1에서와 같이, 압연기(1)에서 압연되어 수냉장치(2)에 의해 냉각된 열간압연선재(4)는 권취기(3)에 의해 권취되어 콘베이어(5)위에 링모양으로 적치되어 이송되며, 이때 콘베이어 하부에 설치된 송풍기(7)로부터 슬릿형태의 노즐(6)을 통해 분사된 냉각공기가 선재의 하부로부터 직접 냉각하고, 콘베이어 상부에는 일점온도계(16)가 설치되어 냉각되어 나오는 선재들을 다수개의 구간에서 온도를 측정하면서 냉각정도를 제어하게 된다.이때, 이들 선재의 폭방향 유속을 조정하기 위한 수단으로서 댐퍼(미도시)라고 하는 송풍구 각도 조정장치가 송풍기 내에 설치되어 있고, 이 댐퍼 후단에 칸막이가 설치되어 있어 일단 분할된 공기가 다시 섞이지 않도록 되어 있다.이러한 열간압연 선재의 냉각방법중 대표적인 냉각방법으로는 스텔모어(stelmor) 방식이 널리 사용되고 있는데 이 방법은 800∼900℃의 열간압연선재를 권취기에서 링모양으로 형성한 후 콘베이어상에 낙하시켜 비동심링 상태로 이송하면서 콘베이어 하부의 송풍기로부터 20∼50m/sec의 냉각공기를 불어 냉각하는 방식이나 선재의 냉각속도가 낮아서 원하는 강도를 가지는 선재를 제조하기 곤란하다는 단점을 가진다.

이러한 냉각방법의 결점을 해결하기 위하여 물을 미소입자로 분무하거나 물을 냉각공기에 혼합하여 분사하는 스프레이 냉각법과 미스트 냉각법이 제안되고 있다.(일본특허공개 소51-112721, 일본특허공개 소53-138917)

그러나, 이러한 방법은 단순히 냉각매체로 냉각능력을 높이기 위한 것으로, 링모양 선재내에 발생하는 냉각속도 편차의 해결법으로는 어떠한 제안도 나타나 있지 않는 실정이다.

또한, 균일냉각을 위하여 종래의 냉각대에서는 모터로 폭방향의 풍량을 조절하거나 송풍구 각도를 변경 냉각대에서 폭방향 풍속분포를 조절하는 방법이 제안되어 왔다. 그러나, 종래에는 폭방향의 온도분포를 제어할 수 있는 수단이 없거나 있으되 소재의 종류에 따라 가변시킬수 없이 전 소재에 대해 고정되어 있어서 소재변화에 따라 폭방향 온도분포 제어가 불가능한 상태이다.

최근에 개발된 방법으로 송풍구 입측의 댐퍼와 출측의 디플렉터를 송풍기내에 설치하여 제어가 가능하게 한 것이 있으나, 이 방법으로는 댐퍼와 디플렉터만으로는 폭방향의 온도분포를 균일하게 하는데 한계가 있다.

그 외, 폭방향의 온도분포를 균일하게 하기 위하여 선재이송시 상하면에서 전체적으로 같은 양의 스프레이 또는 미스트냉각수를 분사하면서 폭방향의 노즐배치를 달리하여 에지부에 더 많은 숫자의 노즐을 배치하는 방법과, 겹침밀도가 높은 에지부에만 미스트냉각수를 분사하는 방법이 제안되고 있다.(일본특허공개 평6-10054, US patent 5,526,652)

도2는 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. 이 때 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(댐퍼 각도)와 송풍기 회전수를 조절하기도 한다. 그러나, 송풍구각도 변경에 의하여 폭방향 송풍량을 조정하여 폭방향 온도편차를 줄이는 방법은 고속으로 공기가 유입되는 덕트내에서 바람의 면적을 넓은 판으로 조절하기 때문에, 각도를 미세조정하더라도 공기속도에 의한 진동으로 동일한 유속분포가 얻어지는 경향이 있어, 제어시 분해능이 떨어진다. 따라서, 현재 사용되고 있는 제어수단으로는 에지부와 중앙부의 온도편차를 줄이는 데는 한계가 있고, 특히, 동일한 에지부라 하더라도 겹침밀도의 불균일에 의하여 공기만으로 냉각하면 냉각속도 증가에 한계가 발생하게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 스프레이 또는 미스트 냉각수를 분사하는 방법이 제안되고 있으나, 이러한 개선안 들은 모두 단순히 스프레이 또는 미스트를 선재의 상면 또는 하면에서 분사시키는 것으로 냉각속도를 증가시킴으로써 문제가 되고 있는 냉각편차에 대한 감소 제안이 없는 실정이다. 겹침밀도가 높은 에지부에 미스트나 스프레이로 냉각할 경우 냉각수량의 제한에 의하여 원하는 냉각속도를 얻을 수 없다. 아울러 높은 냉각속도요구에도 폭방향 냉각에 균일하게 유지하기 위해서는 겹침밀도가 특히 높은 에지부에 강력한 냉각능력을 가진 냉각을 실시하여야 한다.

따라서, 본 발명은 높은 냉각속도가 요구되는 선재 급냉시 폭방향 온도불균일문제와 냉각속도 향상을 동시에 해결하기 위해 안출된 것으로, 고온선재의 폭방향 균일냉각방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래의 선재 냉각대를 나타낸 개략적인 구성도

도2는 본 발명 관련 선재 냉각대에서 폭방향 적치밀도를 나타낸 상태도

도3은 본 발명 관련 선재 냉각대에서 선재 폭방향 온도분포를 나타낸 상태도

제4도는 본 발명에 따른 선재 균일급냉 장치의 구성도 및 단면도

제5도는 종래의 선재 냉각곡선과 본 발명의 냉각곡선을 나타낸 그래프

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 압연기 2 : 수냉장치 3 : 권취기(laying head)

4 : 선재 5 : 콘베이어 6 : 노즐

7 : 송풍기 8 : 센서 9 : 리모트아이오

10 : 콘트롤러 11 : 모니터 12 : 라미나프로우노즐

13 : 미스트노즐 14 : 송수관 15 : 제어변

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로써,

이송선재의 균일급냉을 위하여 겹침밀도가 낮은 중앙부의 상하부에 스프레이 수냉각 노즐 또는 미스트 수냉각 노즐을 폭방향으로 다수열 배치하고, 겹침밀도가 높은 양사이드 에지부에 라미나 프로우 냉각노즐을 배치하여, 온도분포 측정장치로부터 측정된 온도분포 데이타에 의해 치수, 강종 및 냉각조건에 따라 각 노즐별로 냉각수의 분사량을 동적제어함으로써 고온선재의 폭방향 균일냉각 방법이 제공된다.

본 발명에서는 특히, 미스트 냉각노즐과 스프레이 냉각노즐은 공기와 물 또는 물을 통하여 미세한 입자의 액적을 만들 수 있는 장점이 있으나 냉각능력이 떨어지고 많은 양의 에너지가 필요한 반면에 라미나프로우 냉각노즐은 작은양의 에너지로 높은 냉각속도를 얻을 수 있는 점에 착안하여 선재의 에지부와 같이 좁은 영역에서 선재가 조밀하게 중첩되어 있는 경우에는 냉각수를 집중시켜야 하므로 라미나프로우와 같이 연속냉각할 수 있는 냉각노즐을 채용하였다.

본 발명에서는 권취기에서 권취되어 냉각대에 이송되는 선재를 상기와 같은 냉각장치의 배치로 냉각중에서의 온도분포를 측정하여 폭방향 위치별 다수개 영역의 온도를 상위 컴퓨터로 송신하여 불균일한 온도분포 발생 즉시 동적제어가 가능하게 구성하는 방법이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[실시예]

도3은 선재 냉각대 폭방향 온도분포를 나타낸 그림이다. 선재 공정 냉각대에서 측정한 폭방향 온도분포의 예로써, 폭방향으로 보면 중첩밀도가 높은 양단부의 온도가 중첩밀도가 낮은 중앙부의 온도보다 높은 것을 알수 있다. 즉 폭방향 적치밀도차에 의해 온도가 차이가 난다는 것을 보여준다.

도4는 본 발명의 구성도 및 단면도이다. 본 발명은 스프레이 노즐 또는 미스트노즐(13)을 폭방향으로 선재 중앙부의 상부와 하부에 각각 다수개 설치하고, 라미나프로우 냉각노즐(12)을 선재 에지부에 설치하여 작업중인 냉각대상의 온도분포를 자동제어하는 방법으로, 냉각대 상부에 설치한 온도분포 측정장치(8)로부터 측정된 온도분포 값을 냉각대상에 설치된 스프레이 노즐 또는 미스트 노즐(13)의 분사량 및 라미나프로우 냉각노즐(12)의 수두에 입력값으로 하여 폭방향 온도분포를 제어하는 방법이다. 이때 온도분포측정장치(8)로부터 측정된 온도분포는 리모트아이오(원격 입출력기)(9)를 통해 상기 분사유량 제어용 콘트롤러(10)으로 송신된다. 폭방향 10개 위치의 온도값으로부터 각각의 노즐로 제어정보를 주게 되어 분사량과 수두를 자동으로 제어하게 된다. 또 만일 폭방향으로 불균일한 온도분포가 검출될 때는검출됨과 동시에 냉각 노즐의 분사량이 자동제어됨으로써 균일한 온도분포가 유지될 수 있다. 이때 변화하는 온도분포는 모니터에서 육안으로 확인할 수 있다.

이와 같이 종래 냉각방법의 단점인 수시로 변화하는 조업 및 운전조건에 따른 온도분포의 변화에 대응할 수 없는 점을 본 발명에서는 스프레이 또는 미스트를 통하여 중앙부를 냉각하고 라미나프로우 노즐을 통해 에지부를 급냉을 시킬 수 있고 온도분포 측정결과에 따라 중앙부와 에지부의 냉각량을 조정함으로써 폭방향의 온도분포를 균일하게 할 수 있다.

도5는 선재 폭방향에 따를 종래의 냉각곡선과 본 발명의 냉각곡선 온도분포를 나타낸 그래프로써 본 발명의 실시전에는 선재의 폭 양단 에지부에 온도분포가 높게 나타나고 있으나 본 발명의 실시후에는 폭 양단 에지부 또는 중앙부 구분없이 거의 일정한 온도분포를 보여주고 있음을 알 수 있다.

선재 냉각대에서의 균일급냉을 위하여 냉각대 중간에 설치된 온도분포 측정장치를 통하여 폭방향의 온도분포를 산출하여 조업인자변화에 따라 에지부의 라미나프로우와 중앙부의 스프레이 또는 미스트의 분사량을 동적제어를 함에 따라서 균일한 온도분포를 얻을 수 있고, 종래의 냉각대상의 불균일 냉각에 의해 발생하는 폭방향의 재질편차를 줄일 수 있다. 또 스프레이 또는 미스트에 의해 선재 중앙부를 냉각하고 라미나프로우를 통해 에지부의 급냉이 가능하면서 코일내 및 코일간의 조업인자의 변화에 의한 변동요인을 감지하여 온도분포를 균일하게 제어할 수 있는 장점이 있다.

Claims

열간압연된 직후의 선재를 일정피치의 링형태로 냉각대의 롤러콘베이어상에 적치하여 이송하는 열간압연선재의 냉각장치에 있어서, 균일급냉을 위하여 이송선재 중앙부의 상하부에 스프레이 수냉각 노즐 또는 미스트 수냉각 노즐을 다수열 배치하고, 양사이드 에지부에 라미나 프로우 냉각노즐을 배치하여, 온도분포 측정장치로부터 측정된 온도분포 데이타에 의해 수냉각 노즐의 분사량을 동적제어함으로써 냉각대에서의 선재를 급냉하면서 온도분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 고온선재의 폭방향 균일냉각 방법.
제1항에 있어서, 아래의 유량범위를 가지는 고온선재의 폭방향 균일냉각방법.

미스트 : 유량(1/hr) = (4.3∼15.8)ΔT

스프레이 : 유량(1/hr) = (2.1∼7.9)ΔT

라미나프로우 : 유량(1/hr) = (3.0∼30)ΔT
제1항에 있어서, 권취기로부터 10∼20m 떨어진 지점인 변태점에 설치된 온도분포 측정장치로부터 측정된 10개 영역의 온도값으로부터 수냉각 노즐의 분사량 및 라미나프로우 노즐의 수두를 각각 미세하게 조정하는 것을 특징으로 하는 고온 선재의 폭방향 균일냉각방법.