KR100526137B1 - 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법 - Google Patents

연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법 Download PDF

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    • F27D2019/0028—Regulation
    • F27D2019/0056—Regulation involving cooling

Abstract

본 발명은 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법에 관한 것으로, 상기 급냉대의 입력단 및 출력단 스트립의 온도를 검출하는 단계와, 상기 급냉대의 라인속도(V)를 검출하는 단계와, 상기 급냉대의 입, 출력단 온도설정값(B,D) 및 라인속도(V)를 이용해 스트립의 현재 냉각속도(E)를 연산하는 단계와, 상기 급냉대에서 냉각되는 스트립의 목표 냉각속도(F)를 설정하는 단계와, 상기 현재 냉각속도(E)가 상기 목표 냉각속도(F)와 동일하도록 상기 급냉대 출력단 스트립의 판온보상값(X)을 연산하는 단계와, 상기 급냉대 출력단 스트립의 판온설정값(G)을 설정하는 단계와, 상기 판온보상값(X)을 상기 판온설정값(G)의 오차범위와 비교하여, 최종 판온설정값(Y)을 설정하는 단계와, 상기 급냉대 출력단 온도검출값(D)이 상기 최종 판온설정값(Y)과 같아지도록, 상기 급냉대에 설치된 냉각장치를 제어하는 단계로 이루어진다.
상기한 본 발명의 방법에 의하면, 본 발명은 급냉대를 통과하는 스트립의 냉각속도 및 스트립내 탄소농도를 일정하게 유지할 수 있어서 균일한 품질의 냉연강판을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법{A METHOD FOR CONTROLLING COOLING TEMPERATURE OF RAPID COOLING SECTION OF CONTINUOUS ANNEALING LINE}
본 발명은 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속소둔라인 급냉대 입력단과 출력단간의 온도편차에 따른 냉각속도를 보상함으로써, 상기 급냉대 출력단의 스트립 냉각속도를 일정하게 유지하는 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법에 관한 것이다.
도1은 일반적인 연속소둔라인의 구성도로서, 냉연입측에 위치한 POR(Pay Off Reel)(1)은 스트립(0)을 풀어서 용접기(2)에 공급하고, 상기 용접기(2)는 스트립과 스트립간을 연결시킨다. 상기 용접기(2) 후단에 설치된 전해 청정설비(3)는 스트립(0) 표면에 잔류하는 압연유를 제거하고, 상기 압연유가 제거된 스트립은 엔트리 루퍼(Entry looper)(4)에서 퍼니스(5)와의 스트립 속도가 조정된다.
상기 퍼니스(5)는 스트립을 가열 및 냉각시키는 장치로서, 상기 퍼니스(5)에서 스트립(0)은 수요가가 요구하는 조건에 맞는 스트립내 고용탄소 및 결정립이 형성된다.
상기 퍼니스(5)에서 배출되는 스트립(0)은 딜리버리 루퍼(Delivery looper)(6)에서 스트립 속도 조정이 되고, 스킨 패스 밀(7)에서 압연된다. 상기 스캔 패스 밀(70)에서 압연된 스트립(0)은 플라잉 샤(Flying shear)(8)에서 수요가가 원하는 크기로 컷팅(Cutting)된 후 텐션릴(9)에 권취된다.
도2는 일반적인 연속소둔라인 퍼니스의 구성도이고, 도2를 참조하면, 상기 퍼니스(5)의 입측으로 입력되는 스트립은 예열대(10)에서 가열대(11)의 배개스를 이용하여 150℃로 예열되어, 가열대(11)에서 라디안 튜브로 간접 가열하여 약 850℃까지 승온된다. 상기 가열대(11)를 통과한 스트립은 균열대(12)에서 일정한 온도(850℃)로 균열 처리되고, 서냉대(13)에서 분위기 개스를 순환 냉각시켜 약 650℃로 서냉된다. 상기 서냉대(13)를 통과한 스트립은 급냉대(14)에서 주 개스젯, 쿨링롤 및 보조 개스젯을 이용하여 약 450℃로 냉각되고, 과시효대(15)에서 과시효 처리되어 최종냉각대(16)에서 약 150℃로 냉각된다.
상기와 같이, 연속소둔라인 퍼니스의 각 섹션별 온도 변화는 도3에 도시된 그래프로 나타낼 수 있다. 또한, 각 섹션별 스트립을 가열시키고 냉각시키는 온도에 의해서 상기 스트립내 조직은 도3에 도시된 바와 같이 변화된다.
상기 예열대(10) 및 가열대(11)에서는 스트립내 결정립이 회복, 재결정되고, 상기 균열대(12)에서 결정립이 성장한다. 또한, 스트립의 온도를 하강시키는 서냉대(13)에서는 고용탄소 용해도가 커지고, 상기 급냉대(14)에서 고용탄소가 과포화되고, 상기 고용탄소의 과포화에 의해 형성된 탄화물(Fe3C)은 상기 과시효대(15)에서 석출된다.
도4는 종래 연속소둔라인 급냉대 판온제어장치의 구성도로서, 상기 급냉대(14) 출측에 설치되어 있는 방사온도검출기(41)에서 검출된 스트립의 판온 검출값이 온도제어기(43)에 입력되고, 운전자에 의해 설정된 급냉대 판온설정기(42)로부터 판온 설정값이 상기 온도제어기(43)로 입력된다. 상기 온도제어기(43)는 상기 판온 검출값과 판온 설정값을 비교하여 상기 판온 검출값이 상기 판온 설정값과 같아지도록 상기 급냉대(14)에 설치된 보조 개스젯(20), 쿨링롤(25) 및 주 개스젯(30)의 동작을 제어한다.
보다 구체적으로, 상기 보조 개스젯(20)은 상기 온도제어기(43)의 출력값에 의해 블로워(21)의 속도를 가감하여 열교환기(22)를 통해 개스젯 챔버(23)로 분위기 개스를 송풍함으로써, 급냉대 강판의 온도를 승, 하강시킨다.
상기 주 개스젯(30)은 상기 온도제어기(43)의 출력값에 의해 블로워(31)의 속도를 가감하여 열교환기(32)를 통해 개스젯 챔버(33)로 분위기 개스를 송풍함으로써, 급냉대 강판의 온도를 승, 하강시킨다.
상기 쿨링롤(25)은 롤 내부에 냉각수가 통입되어져 운전자에 의해 적당한 깊이로 투입됨으로써, 스트립과 직접 접촉하여 강판의 온도를 감소시킨다.
도5는 종래 연속소둔라인 급냉대를 통과하는 스트립의 온도 및 냉각속도를 나타낸 그래프로서, 라인속도가 231[mpm]일 때, 냉각속도는 대략 50[℃/sec]를 유지하다가, 상기 라인속도가 150[mpm]으로 하락하면 열부하가 감소하고 판온 목표온도가 변화되지 않은 상태에서 상기 서냉대(13) 및 급냉대(14)의 출구 온도는 도4에 도시된 바와 같이 급격하게 하락한다. 상기 서냉대(13)의 출구 온도는 660℃로 하락하고, 상기 급냉대(14)의 출구 온도는 420℃로 하락함으로써, 상기 급냉대를 통과하는 스트립의 냉각속도는 35[℃/sec]로 급격하게 감소한다. 이때, 상기 서냉대(13) 및 급냉대(14) 판온제어기를 정정 동작시킴으로써 상기 스트립의 냉각속도는 다시 50[℃/sec]로 회복될 수 있다.
또한, 상기 스트립의 두께를 1.2mm에서 1.1mm로 변화(라인속도 동일)할 경우, 상기 서냉대(13)의 출구 온도는 660℃로 상승하고, 상기 급냉대(14)의 출구 온도는 420℃로 상승하고, 이때 상기 스트립의 냉각속도는 65[℃/sec]로 급격하게 증가한다.
상기와 같이, 종래의 급냉대(14)는 라인속도의 변화나 스트립의 두께 및 재질에 따라 상기 급냉대(14)를 통과하는 스트립의 냉각속도에 많은 편차가 발생된다. 냉각속도가 너무 빠른 경우에는 급냉대의 스트립내 고용탄소가 결정립계로 확산하여 석출할 수 있는 시간적 여유가 부족하고, 냉각속도가 너무 느린 경우에는 스트립내 고용탄소의 과포화도가 낮아져서 상기 과시효대(15)에서 효과적인 탄소석출이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
또한, 종래 급냉대의 냉각속도 제어방법에 있어서, 상기 스트립을 냉각시키는 급냉라인이 짧아서 냉각속도 제어가 용이하지 못하고, 상기 스트립을 냉각시키는 쿨링롤의 위치가 자주 변동하거나 과다 사용함으로써, 스트립 표면에 스크래치 및 쿨링 버클과 같은 표면결함이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 블로워를 이용한 개스젯은 그 풍량이 미비하여 급냉대 출력단을 충분히 냉각시키지 못하여 스트립 길이방향에 대한 냉각속도가 불균일하게 이루어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 그 목적은 급냉대를 통과하는 스트립내 탄소농도를 일정하게 유지하기 위해서, 연속소둔라인 급냉대의 스트립 냉각속도에 따라 판온보상값을 결정하고 상기 판온보상값과 판온설정값을 비교하여 최종 판온설정값을 결정한 후 급냉도 출측 온도가 상기 최종 판온설정값이 되도록 냉각속도를 보상하는 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 방법은
급냉대의 입력단 및 출력단에서의 스트립 온도를 각각 검출하는 단계;
상기 급냉대의 라인속도(V)를 검출하는 단계;
상기 급냉대의 입, 출력단 온도설정값(B,D) 및 라인속도(V)를 이용해 스트립의 현재 냉각속도(E)를 연산하는 단계;
상기 급냉대에서 냉각되는 스트립의 목표 냉각속도(F)를 설정하는 단계;
상기 현재 냉각속도(E)가 상기 목표 냉각속도(F)와 동일하도록 상기 급냉대 출력단 스트립의 판온보상값(X)을 연산하는 단계;
상기 급냉대 출력단 스트립의 판온설정값(G)을 설정하는 단계;
상기 판온보상값(X)을 상기 판온설정값(G)의 오차범위와 비교하여, 상기 판온보상값(X)이 상기 판온설정값(G)의 오차범위에 포함되면 상기 판온보상값(X)을 최종 판온설정값(Y)으로 설정하고, 상기 판온보상값(X)이 상기 오차범위를 벗어나면 상기 오차범위를 최종 판온설정값(Y)으로 설정하는 단계; 및
상기 급냉대 출력단 온도검출값(D)이 상기 설정된 최종 판온설정값(Y)과 같아지도록, 상기 급냉대에 설치된 냉각장치를 제어하는 단계
로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 대한 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법은 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도6은 본 발명에 의한 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어장치의 구성도로서, 도6을 참조하면 본 발명은 상기 급냉대(14) 스트립의 온도를 조절하는 냉각장치로서 보조 개스젯(20), 쿨링롤(25) 및 주 개스젯(30)을 포함하고, 상기 급냉대(14)의 입력단과 출력단에 각각 설치되어 스트립의 온도(B,D)를 검출하는 제1,2방사온도검출기(51,52)와, 상기 급냉대(14)의 라인속도(V)를 검출하는 라인속도검출기(53)와, 상기 급냉대(14)에서 냉각되는 스트립의 목표 냉각속도(F)를 설정하는 냉각속도설정기(54)와, 상기 급냉대(14) 출력단 스트립의 출력단 판온설정값(G)을 설정하는 판온설정기(55)를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 제1,2방사온도검출기(51,52) 및 라인속도검출기(53)의 입, 출력단 온도설정값(B,D) 및 라인속도(V)를 입력받아 스트립의 현재 냉각속도(E)를 연산하는 냉각속도연산기(61)와, 상기 냉각속도연산기(61)의 현재 냉각속도(E)와 상기 냉각속도설정기(54)의 목표 냉각속도(F)를 연산하여 상기 냉각속도 변동에 따른 급냉대 출력단 스트립의 판온 변화를 보상하는 판온보상값(X)으로 출력하는 판온보상기(62)와, 상기 판온보상기(62)의 판온보상값(X)과 상기 판온설정기(55)의 출력단 판온설정값(G)을 비교하여, 상기 판온보상값(X)이 상기 판온설정값(G)의 ±15%이내이면 상기 판온보상값(X)을 최종 판온설정값(Y)으로 출력하고, 상기 판온보상값(X)이 상기 판온설정값(G)의 ±15%이내를 벗어나면 상기 판온설정값(G)의 ±15%를 상기 최종 판온설정값(Y)으로 출력하는 판온제한기(63)와, 상기 판온제한기(63)에서 출력되는 최종 판온설정값(Y)과 상기 제2방사온도검출기(52)에서 검출된 출력단 온도검출값(D)을 비교하여 상기 출력단 온도검출값(D)이 상기 판온설정값(Y)과 같아지도록 상기 보조 개스젯(20), 쿨링롤(25) 및 주 개스젯(30)을 제어하는 판온제어기(64)를 포함한다.
보다 구체적으로, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 보조 개스젯(20) 및 주 개스젯(30)은 상기 온도제어기(64)의 출력값에 의해 블로워(21,31)의 속도를 가감하여 열교환기(22,32)를 통해 개스젯 챔버(23,33)로 분위기 개스를 송풍함으로써, 급냉대 강판의 온도를 승, 하강시키는 장치이다. 또한, 상기 쿨링롤(25)은 상기 온도제어기(64)의 제어신호에 의해 상기 쿨링롤(25) 내부로 냉각수가 통입되어지고, 운전자에 의해 적당한 깊이로 투입됨으로써 스트립과 직접 접촉하여 스트립의 온도를 하강시키는 장치이다.
도7은 본 발명에 의한 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법을 나타낸 플로우차트로서, 도7을 참조하여 본 발명의 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법을 설명한다.
연속소둔라인 상기 급냉대(14) 입력단으로 스트립이 들어오면(S101), 상기 급냉대(14)의 입력단에 설치된 제1방사온도검출기(51)는 입력단 스트립의 온도(B)를 검출하고, 동시에 상기 급냉대(14)의 출력단에 설치된 제2방사온도검출기(52)는 출력단 스트립의 온도(D)를 검출한다(S102). 상기 라인속도검출기(53)는 상기 급냉대(14) 스트립의 라인속도(V)를 검출한다(S103). 상기 제1,2방사온도검출기(51,52)에서 각각 검출된 입, 출력단 온도검출값(B,D) 및 상기 라인속도검출기(53)의 라인속도(V)는 상기 냉각속도연산기(61)로 출력된다.
상기 냉각속도연산기(61)는 상기 입, 출력단 온도검출값(B,D) 및 상기 라인속도검출기(53)의 스트립 라인속도(V)를 입력받아, 하기 수학식1에 의해 스트립의 현재 냉각속도(E)를 연산한다(S104).
E: 현재 냉각속도[℃/sec]
B: 입력단 온도검출값[℃]
D: 출력단 온도검출값[℃]
V: 라인속도[mpm]
s: 초[sec]
L: 급냉대 급냉거리[m]
상기 수학식1에 의해 연산된 현재 냉각속도(E)는 상기 냉각속도보상기(62)로 출력되고, 상기 냉각속도설정기(54)에는 운전자에 의해 목표 냉각속도(F)가 설정된다(S105),
상기 냉각속도보상기(62)는 상기 냉각속도연산기(61)의 현재 냉각속도(E)와 상기 냉각속도설정기(54)의 목표 냉각속도(F)가 입력되면, 상기 현재 냉각속도(E)가 상기 목표 냉각속도(F)와 같아지는데 필요한 상기 급냉대 출력단 스트립의 판온보상값(X)을 하기 수학식2에 의해 연산한다(S106).
X: 급냉대 출력단 스트립의 판온보상값[℃]
L: 급냉대 급냉거리[m]
V: 라인속도[mpm]
s: 초[sec]
E: 현재 냉각속도[℃]
F: 목표 냉각속도[℃]
D: 출력단 온도검출값[℃]
상기 수학식2에 의해 급냉대 입, 출력단 온도편차에 따른 냉각속도 편차를 보상하는 판온보상값(X)은 연산되고, 상기 급냉대 출력단 스트립의 판온설정값(G)은 상기 판온설정기(55)에 설정되고(S107), 상기 판온보상값(X) 및 판온설정값(G)는 상기 판온제한기(63)로 출력된다.
상기 판온제한기(63)는 상기 판온보상값(X)과 상기 판온설정값(G)의 소정 오차범위를 비교하여(S108), 상기 판온보상값(X)이 상기 판온설정값(G)의 소정 오차범위에 포함되면 상기 판온보상값(X)을 최종 판온설정값(Y)으로 출력하고(S109), 상기 판온보상값(X)이 상기 소정 오차범위를 벗어나면 상기 소정 오차범위를 최종 판온설정값(Y)으로 출력한다(S110).
상기 소정의 오차범위는 운전자에 의해 결정되는데, 본 발명에서는 대략 ±15%로 하는 것이 바람직하다.
상기 판온제한기(63)에서 최종 판온설정값(Y)이 출력되면, 상기 판온제어기(64)는 상기 급냉대의 출력단 스트립의 출력단 온도검출값(D)이 상기 최종 판온설정값(Y)과 같아지도록, 상기 급냉대에 설치된 주 개스젯(30), 보조 개스젯(20), 쿨링롤(25)을 조절하여 상기 급냉대 출력단 스트립의 온도를 제어한다(S111).
보다 구체적으로, 라인속도가 250mpm에서 입력단 온도검출값(B)이 670℃이고 출력단 온도검출값(D)이 463℃이라면, 상기 수학식1에 의해 현재 냉각속도(E)는 50.73[℃/sec]이다. 이때, 상기 목표 냉각속도(F)가 50[℃/sec]로 설정되면 상기 수학식2에 의해 급냉대 출력단 판온보상값(X)은 466℃로 연산된다. 상기 466℃은 상기 판온설정기(55)의 출력단 판온설정값(G) 소정 편차범위에 포함되므로, 최종 판온설정값(Y)으로 출력된다.
상기 판온제어기(64)는 상기 출력단 온도검출값(D) 463℃이 상기 최종 판온설정값(Y) 466℃보다 작으므로, 상기 주 개스젯(30) 및 보조 개스젯(20)의 블로워(21,31) 회전속도를 감소시켜 상기 급냉대 스트립의 출력단 온도검출값(D)이 상승하도록 한다.
이와 반대로, 상기 라인속도(V)가 250mpm에서 200mpm으로 변하는 시점에서 열부하가 감소하여 상기 입력단 온도검출값(B)이 650℃이고 상기 출력단 온도검출값(D)이 410℃이면, 상기 수학식1에 의해 현재 냉각속도(E)는 47.059[℃/sec]이다. 이때, 목표 냉각속도(F)가 50[℃/sec]라면 상기 수학식2에 의해 출력단 판온보상값(X)은 395℃로 연산된다.
상기 395℃은 상기 판온설정기(55)의 출력단 판온설정값(G)의 소정 편차범위에 포함되므로, 최종 판온설정값(Y)으로 출력된다.
상기 판온제어기(64)는 상기 출력단 온도검출값(D) 410℃이 상기 최종 판온설정값(Y) 395℃보다 크므로, 상기 주 개스젯(30) 및 보조 개스젯(20)의 블로워(21,31) 회전속도를 증가시켜 상기 급냉대 스트립의 출력단 온도검출값(D)이 감소하도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 급냉대 입력단과 출력단간의 스트립 판온 편차에 따른 냉각속도의 불균일을 보상하여, 도8에 도시된 바와 같이, 라인속도 및 스트립 두께의 변화에 관계없이 스트립의 온도 및 냉각속도를 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명은 급냉대 입력단과 출력단간의 스트립 온도편차에 따른 냉각속도를 보상함으로써, 급냉대를 통과하는 스트립의 냉각속도 및 스트립내 탄소농도를 일정하게 유지할 수 있어서 균일한 품질의 냉연강판을 생산할 수 있는 효과가 있다.
도1은 일반적인 연속소둔라인의 구성도이다.
도2는 일반적인 연속소둔라인 퍼니스의 구성도이다.
도3은 연속소둔라인 퍼니스의 각 섹션별 온도 변화 그래프이다.
도4는 종래 급냉대 판온제어장치의 구성도이다.
도5는 종래 라인속도 및 스트립 두께에 따른 스트립 온도 및 냉각속도 그래프이다.
도6은 본 발명에 의한 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어장치의 구성도이다.
도7은 본 발명에 의한 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법을 나타낸 플로우차트이다.
도8은 본 발명에 의한 라인속도 및 스트립 두께에 따른 스트립 온도 및 냉각속도 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20: 보조 개스젯 25: 쿨링롤
30: 주 개스젯 51,52: 방사온도검출기
53: 라인속도검출기 55: 판온설정기
61: 냉각속도연산기 62: 냉각속도보상기
63: 판온제한기 64: 판온제어기

Claims (3)

  1. 급냉대의 입력단 및 출력단에서의 스트립 온도를 각각 검출하는 단계;
    상기 급냉대의 라인속도(V)를 검출하는 단계;
    상기 급냉대의 입, 출력단 온도설정값(B,D) 및 라인속도(V)를 이용해 스트립의 현재 냉각속도(E)를 연산하는 단계;
    상기 급냉대에서 냉각되는 스트립의 목표 냉각속도(F)를 설정하는 단계;
    상기 현재 냉각속도(E)가 상기 목표 냉각속도(F)와 동일하도록 상기 급냉대 출력단 스트립의 판온보상값(X)을 연산하는 단계;
    상기 급냉대 출력단 스트립의 판온설정값(G)을 설정하는 단계;
    상기 판온보상값(X)을 상기 판온설정값(G)의 오차범위와 비교하여, 상기 판온보상값(X)이 상기 판온설정값(G)의 오차범위에 포함되면 상기 판온보상값(X)을 최종 판온설정값(Y)으로 설정하고, 상기 판온보상값(X)이 상기 오차범위를 벗어나면 상기 오차범위를 최종 판온설정값(Y)으로 설정하는 단계;
    상기 급냉대 출력단 온도검출값(D)이 상기 설정된 최종 판온설정값(Y)과 같아지도록, 상기 급냉대에 설치된 냉각장치를 제어하는 단계;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스트립의 현재 냉각속도(E)를 연산하는 단계는 수학식(E: 현재 냉각속도[℃/sec], B: 입력단 온도검출값[℃], D: 출력단 온도검출값[℃], V: 라인속도[mpm], s: 초[sec], L: 급냉대 급냉거리[m])에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 급냉대 출력단 스트립의 판온보상값(X)을 연산하는 단계는 수학식(X: 급냉대 출력단 스트립의 판온보상값[℃], L: 급냉대 급냉거리[m], V: 라인속도[mpm], s: 초[sec], E: 현재 냉각속도[℃], F: 목표 냉각속도[℃], D: 출력단 온도검출값[℃])에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 연속소둔라인 급냉대 스트립 냉각속도 제어방법.
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