KR100580357B1 - 강판의 냉각 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강판의 상면측이 되는 위치에 형성된 1 개의 슬릿 노즐과, 강판의 하면측이 되는 위치에 강판의 반송 방향 및 반송 방향과 직각인 방향을 따라 형성된 복수의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐을 사용하여 냉각수를 서로 충돌하도록 분사하여 워터풀을 형성하는 공정과, 워터풀 중에 강판을 통과시키는 공정을 가지고, 강판 선단부가 적어도 최상류측에 있는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 상을 통과할 때에는, 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수량이 감소되는 강판의 냉각 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해, 열간 압연 후의 고온의 강판을 온라인으로 냉각할 때에 강판 선단부의 과냉각을 방지할 수 있고, 강판을 균일하게 냉각할 수 있다.
강판의 냉각 방법

Description

강판의 냉각 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR COOLING STEEL SHEET}
본 발명은 강판의 냉각 방법, 특히 열간 압연 후의 고온의 강판을 온라인으로 균일하게 냉각하기 위한 냉각 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
열간 압연된 고온의 강판을 온라인으로 냉각하는 경우, 강판의 상하면을 동일한 냉각 능력으로 냉각하는 것은 어렵다. 특히, 강판의 하면에서는 냉각수가 강판에 충돌 후 중력에 의해 바로 강판에서 이탈하기 때문에, 충돌분류에만 의한 냉각밖에 기대할 수 없어 강판의 상면에 비하여 냉각 능력이 낮다. 그 때문에, 종래는 강판의 상하면에 대한 냉각수량을 바꾸어 냉각의 균일화가 도모되어 왔다. 그러나, 강판의 온도나 판두께, 냉각수의 온도 등에 따라 최적인 상하면의 냉각수량은 상이하기 때문에, 균일한 냉각을 실시하는 것은 곤란하고, 강판에는 냉각 불균일이 발생하기 쉬웠다. 그 때문에, 냉각후의 강판에는 변형, 잔류 응력, 특성의 편차 등이 생기고, 조업상의 트러블이나 수율 저하 등을 초래하는 경우가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 강판의 하면의 냉각 능력을 향상시키기 위한 냉각 장치나, 강판의 상하면의 냉각을 균일화시키기 위한 냉각 장치가 여러 가지 제안되어 있다.
일본 특허공보 소63-4604호에는 도 1 에 나타낸 바와 같은 냉각 장치가 개시되어 있다.
이 냉각 장치는 강판 (1) 의 하면측에 일정한 간격을 두고 설치된 수조 (2) 와, 수조 (2) 의 저부에 수직으로 고정된 원관(圓管)의 냉각 노즐 (3) 과, 냉각 노즐 (3) 의 상부에 수직으로 설치되고 냉각 노즐 (3) 의 단면과 거의 유사하면서 냉각 노즐 (3) 의 단면보다도 큰 단면을 갖는 도관 (4) 을 가지고 있다. 또한, 냉각 노즐 (3) 의 선단부와 도관 (4) 의 하단부는 수조 (2) 의 수면하에 있고, 도관 (4) 의 상단부는 수조 (2) 의 수면상에 노출되어 있다.
이 도관 (4) 도 포함시킨 냉각 노즐 (3) 은 도관이 부착된 원관 라미나 (laminar) 노즐 (6) 로 불리고 있다 또한, 이로써 강판 (1) 의 하면을 균일하면서 안정되게 냉각할 수 있고, 또한 냉각 능력을 광범위하게 제어할 수 있다고 설명되어 있다.
일본 공개특허공보 평10-166023 호에는 도 2 에 나타낸 바와 같은 냉각 장치가 개시되어 있다.
이 냉각 장치는 각 반송 롤 (7) 사이에 강판 (1) 의 상면측에 설치된 냉각 노즐 (3A) 과 강판 (1) 의 하면측에 설치된 냉각 노즐 (3B) 을 가지고 있다. 또한, 하면측의 냉각 노즐 (3B) 의 수가 상면측의 냉각 노즐 (3A) 의 수보다도 많으면서 각 반송 롤 (7) 사이에서 강판 (1) 의 상하면에서 냉각이 동시에 개시되도록 상하의 냉각 노즐 (3A, 3B) 이 배치되어 있다. 이로써, 강판 (1) 의 상하면의 냉각 능력이 동일해지고, 또한 강판의 하면측의 냉각 노즐 (3B) 에 상기 도관이 부착된 원관 라미나 노즐을 사용하면, 상하면에서 보다 균일한 냉각이 가능해지고, 변형의 발생이 방지되어 특성의 편차도 감소한다고 기재되어 있다.
그러나, 일본 특허공보 소63-4604호나 일본 공개특허공보 평10-166023호에 기재되어 있는 냉각 장치를 사용해도, 강판의 선단부에서는 압연 후의 온도 강하가 크고 더구나 냉각 수류의 흐트러짐 등에 의해 과냉각되기 쉽기 때문에, 휨이 생긴다는 문제가 있다. 특히, 일본 특허공보 소63-4604호에 기재된 도관이 부착된 원관 라미나 노즐을 사용하면, 강판 중앙부를 냉각하는 냉각수에는 강판을 냉각한 후에 수조에 돌아온 냉각수가 사용되기 때문에 수온이 높아지고 강판 선단부의 과냉각이 현저해져 휨이 더욱 발생되기 쉬워진다.
이러한 강판 선단부의 과냉각을 방지하기 위해, 일본 특허공보 평5-61005호에는 강판의 하면측에 이동 가능한 차폐판을 설치하고, 하면측으로부터 뿜어올려진 냉각수가 강판의 상면에 올라가지 않도록 하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 이 방법으로는 강판 선단부는 항상 차폐판에 의해 냉각되지 않아 강판의 길이방향으로 균일한 냉각을 실시할 수 없다.
본 발명의 목적은, 열간 압연 후의 고온의 강판을 온라인으로 냉각할 때에, 강판 선단부의 과냉각을 방지할 수 있고, 강판을 균일하게 냉각할 수 있는 냉각 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
이 목적은 강판의 상면측이 되는 위치에 형성된 1 개의 슬릿 노즐과, 강판의 하면측이 되는 위치에 강판의 반송 방향 및 반송 방향과 직각인 방향을 따라 형성된 복수의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐을 사용하여 냉각수를 서로 충돌하도록 분사하여 워터풀 (water pool) 을 형성하는 공정과, 워터풀 안에 강판을 통과시키는 공정을 가지고, 강판 선단부가 적어도 최상류측에 있는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 상을 통과할 때에는, 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수량이 감소되는 강판의 냉각 방법에 의해 달성된다. 특히, 이러한 냉각 방법을 복수회 반복하여 실시하는 것이 유효하다.
또한, 상기 방법은 강판의 상면측이 되는 위치에 형성된 1 개의 슬릿 노즐과, 강판의 하면측이 되는 위치에 강판의 반송 방향 및 반송 방향과 직각인 방향을 따라 형성된 복수의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐을 구비하고, 슬릿 노즐과 도관이 부착된 원관 라미나 노즐에서 분사되는 냉각수에 의해 워터풀을 형성하여 강판을 냉각하는 냉각 존이 복수 형성되며, 더구나 복수의 냉각 존 중 적어도 최상류측에 있는 냉각 존에는 적어도 최상류측에 있는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수량을 제어하기 위한 냉각수 제어 수단이 형성된 강판의 냉각 장치에 의해 실현할 수 있다.
도 1 은 일본 특허공보 소63-4604호에 기재된 강판의 냉각 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 일본 공개특허공보 평10-166023호에 기재된 강판의 냉각 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명인 강판의 냉각 방법의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4 는 강판의 냉각 방법의 비교예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는 강판의 냉각 방법의 다른 비교예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6 은 종래의 방법으로 냉각한 직후의 강판 길이방향에서의 강판 상하면의 온도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 7 은 강판의 상하면의 온도차와 변형량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8 은 종래의 방법으로 냉각 후의 강판 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 강판의 냉각 장치에서의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은 도 9 의 A-A 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 형태
본 발명의 냉각 방법의 제 1 특징은, 강판의 상하면의 냉각 능력을 동일하게 하여 균일 냉각을 실시하기 위해, 강판의 상면측에 형성된 1 개의 슬릿 노즐과 강판의 하면측에 형성된 복수의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐로부터 냉각수를 서로 충돌시켜 워터풀을 형성하도록 분사시키며, 그 워터풀 중에 강판을 통과시키는 것에 있다.
이로써, 냉각 노즐로부터 냉각수가 강판의 상하면을 향하여 분사되기 때문에 냉각수가 강판에 접촉한 부분의 수량 밀도가 높아지고, 주위보다 과냉각되어 냉각 불균일이 생긴다는 종래의 방법에서 볼 수 있는 현상이 회피된다.
도 3 에 본 발명인 강판의 냉각 방법의 일례를 모식적으로 나타낸다.
강판의 냉각은 강판의 상면측에 형성된 1 개의 슬릿 노즐과 강판의 하면측에 형성된 복수의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐에 의해 형성된 워터풀 중에서 실시되기 때문에, 강판과 냉각수의 접촉을 확실하게 실시하여 강판 하면의 냉각 능력을 증가시킬 수 있어 균일 냉각이 가능해진다.
비교예로서, 도 4 에는 강판의 상하면측 모두에 분무 노즐을 사용한 예를, 또한 도 5 에는 강판의 상하면측 모두에 슬릿 노즐을 사용한 예를 나타낸다.
도 3 의 경우에 비교하여, 어떤 경우에도 워터풀이 형성되지 않기 때문에, 강판 하면에서는 부분적으로 강판과 냉각수의 비접촉 영역이 생기므로 냉각 불균일이 발생한다.
본 발명의 냉각 방법의 제 2 특징은, 강판 선단부의 과냉각을 방지하기 위해, 강판 선단부가 적어도 최상류측에 있는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 상을 통과할 때에는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수량을 감소시킴에 있다.
도 6 에 나타낸 바와 같이, 종래의 방법으로 냉각한 직후의 강판의 상하면의 온도차는 강판 선단부에서 가장 커진다.
도 7 에 나타낸 바와 같이, 강판의 상하면의 온도차가 커지면 강판의 변형량이 증가하기 때문에, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 상하면의 온도차가 큰 강판 선단부가 상측으로 휜다. 이 선단부의 휨이 발생하면, 다음 공정에서 콜드 레벨러나 프레스 장치에 의해 강판 선단부를 교정할 필요가 있어 제조 비용의 증가를 초래한다.
이 선단부의 휨을 방지하기 위해서는, 상기한 바와 같이, 강판 선단부가 적어도 최상류측에 있는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 상을 통과할 때에는, 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수량을 감소시켜 강판 선단부의 과냉각을 방지하면 된다.
도 9 에 본 발명의 강판의 냉각 장치에서의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 일례를 모식적으로 나타낸다. 또한, 도 10 은 도 9 의 A-A 단면도이다.
도 9 는 반송 롤 (7) 쌍에 의해 구분된 하나의 냉각 존에서의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6) 을 나타내고 있고, 실제의 라인에서는 이러한 냉각 존이 복수 형성되어 있다. 또한, 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6) 은 강판 (1) 의 폭방향과 반송 방향을 따라 복수개 배치되어 있다.
도 10 에 나타낸 바와 같이, 최상류측에 있는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6A) 의 상부에는 강판의 반송 방향과 직교하는 방향으로 이동 수단 (9) 에 의해 수평 이동 가능하고, 일정 간격으로 복수개의 개구부 (8A) 를 갖는 차폐판 (8) 이 형성되어 있다. 강판 선단부가 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6A) 상을 통과할 때, 이 차폐판 (8) 을 수평 이동시키면, 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6A) 로부터 강판 (1) 의 하면을 향하여 분사되는 냉각수의 일부가 차폐되어 강판 선단부의 과냉각이 방지된다.
차폐판 (8) 으로 냉각수를 제어할 때, 완전하게 냉각수를 차폐하면 강판 반송 방향의 상하면에서의 냉각수와의 접촉 개시 위치가 상이하여 강판에 변형을 일으키는 경우가 있다. 그 때문에, 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6A) 의 관구의 절반을 차폐하여 냉각수량을 통상의 1/2 정도로 하는 것이 바람직하다.
차폐판 (8) 은 통상, 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6A) 의 관구를 전부 개방시키는 위치에 있지만, 반송 롤 (7) 사이에 설치한 센서 (도시 생략) 가 강판 선단부를 검지하면 차폐판 (8) 이 수평 이동하여 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6A) 의 관구의 절반을 차폐한다. 강판 선단부가 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6A) 상을 통과한 후에는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6A) 의 관구를 전부 개방시키도록 차폐판 (8) 이 수평 이동하여 강판 상하면에서의 냉각 능력이 동일해지게 된다.
한편, 차폐판 (8) 에 의해 차폐하는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 (6) 은 최상류측의 일렬에만 한정되지 않고 복수렬일 수도 있다.
이러한 조작을 그 후의 냉각 존에서도 반복함으로써, 강판 선단부의 과냉각을 거의 완전하게 방지할 수 있다. 한편, 이러한 조작은 강판 상하면의 온도 분포가 균일화될 때까지 실시하면 되기 때문에 모든 냉각존에서 실시될 필요는 없다.
또한, 이러한 조작을 복수의 냉각 존에서 반복하여 강판을 냉각할 때, 적어도 두 개의 냉각 존에서 강판을 공냉하는 공정을 형성하면, 수냉과 공랭을 교대로 실시하는 것이 가능해져 강판의 특성을 보다 광범위하게 제어할 수 있다.
각 냉각 존마다에 유량 조정 밸브를 형성하면, 보다 세밀한 냉각 제어가 가능해진다. 한편, 수냉과 공냉을 교대로 실시하는 냉각의 경우에는 유량 조정 밸브 대신에 온 오프 밸브로도 사용할 수 있다.
또한, 각 냉각 존에서 강판 선단부가 통과시에 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수량뿐만 아니라 슬릿 노즐로부터의 냉각수량을 감소시키면, 강판 선단부 전체의 온도 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에서는 최상류측에 있는 냉각존의 입구측에 교정기를 배치하여 강판의 변형 교정을 실시한 후에 냉각하는 것이 균일 냉각이나 냉각시의 변형 발생 방지를 위해 효과적이다. 이 교정기는 판두께 50 ㎜ 이하의 고온의 강판을 교정하기 때문에 통상의 열간 교정기에 비하여 간단한 구조의 것을 사용할 수 있다.
도 3 내지 5 에 나타낸 바와 같은 냉각 방법에 의해, 판두께 20 ㎜, 판 폭 4000 ㎜, 판 길이 12 내지 36 m 의 강판을 45 mpm 의 반송 속도로 반송하면서 800 ℃ 에서 500 ℃ 또는 실온까지 냉각하였다. 이 때, 강판의 하면측에는 차폐판을 형성하고, 강판 선단부로의 냉각수의 분사를 제어하였다. 그리고, 열간 교정을 실시하여 실온에서 강판 선단부의 변형량을 측정하고 냉각의 균일성을 평가하였다.
결과를 표 1 에 나타낸다.
도 3 의 방법을 사용하고, 또한 강판 선단부를 차폐하여 냉각을 실시한 본 발명예 1 내지 3 에서는 모두 강판 길이, 냉각 정지 온도에 상관없이 강판의 폭방향 및 선단부의 변형량은 현저하게 작다. 그 때문에, 후공정에 있어서 변형 교정은 필요없었다.
한편, 도 3 의 방법을 사용해도 강판 선단부를 차폐하지 않은 비교예 1 에서는 선단부의 변형량이 크다. 또한, 도 4, 도 5 의 방법으로 실시한 비교예 2 내지 5 에서는 강판의 폭방향이나 선단부의 변형량이 크다. 그 때문에, 모든 비교예에서, 후공정에서 교정이 필요하였다.
시험 방법 차폐조건 판길이 (m) 냉각 정지 온도 (℃) 판폭 변형 (㎜) 판선단부 변형 (㎜)
실시예 1 도 3 선단부만 12 500 3 2
실시예 2 도 3 선단부만 36 500 5 2
실시예 3 도 3 선단부만 36 실온 4 3
비교예 1 도 3 없음 12 500 5 45
비교예 2 도 4 선단부만 12 500 60 20
비교예 3 도 4 없음 12 500 80 50
비교예 4 도 5 선단부만 12 500 50 45
비교예 5 도 5 없음 12 500 65 50

Claims (9)

  1. 강판의 상면측이 되는 위치에 형성된 1 개의 슬릿 노즐과, 상기 강판의 하면측이 되는 위치에 상기 강판의 반송 방향 및 상기 반송 방향과 직각인 방향을 따라 형성된 복수의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐을 사용하여 냉각수를 서로 충돌하도록 분사하여 워터풀 (water pool) 을 형성하는 공정과,
    상기 워터풀 중에 상기 강판을 통과시키는 공정을 가지고,
    상기 강판의 선단부가 적어도 최상류측에 있는 상기 도관이 부착된 원관 라미나 (laminar) 노즐 상을 통과할 때에는, 상기 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수량이 감소되는 강판의 냉각 방법.
  2. 제 1 항의 냉각 방법에 의한 강판의 냉각을 복수회 반복하여 실시하는 강판의 냉각 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 복수회 반복하여 강판을 냉각하는 동안에 적어도 2 회 강판을 공냉하는 공정을 추가로 형성하는 강판의 냉각 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 강판의 선단부가 적어도 최상류측에 있는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐 상을 통과할 때, 또한 슬릿 노즐의 냉각수량도 감소되는 강판의 냉각 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 강판의 냉각 전에 상기 강판을 교정하는 공정을 추가로 갖는 강판의 냉각 방법.
  6. 강판의 상면측이 되는 위치에 형성된 1 개의 슬릿 노즐과,
    상기 강판의 하면측이 되는 위치에 상기 강판의 반송 방향 및 상기 반송 방향과 직각인 방향을 따라 형성된 복수의 도관이 부착된 원관 라미나 노즐을 구비하고,
    상기 슬릿 노즐과 상기 도관이 부착된 원관 라미나 노즐에서 분사되는 냉각수에 의해 워터풀을 형성하여 상기 강판을 냉각하는 냉각 존이 복수 형성되며,
    더구나 상기 복수의 냉각 존 중 적어도 최상류측에 있는 냉각 존에는 적어도 최상류측에 있는 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수량을 제어하기 위한 냉각수 제어 수단이 형성된 강판의 냉각 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 냉각수 제어 수단이 차폐판인 강판의 냉각 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 각 냉각존마다에 슬릿 노즐 및 도관이 부착된 원관 라미나 노즐의 냉각수의 유량을 조정하기 위한 유량 조정 밸브가 추가로 형성된 강판의 냉각 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 최상류측에 있는 냉각존의 입구측에 강판을 교정하기 위 한 교정기가 추가로 형성된 강판의 냉각 장치.
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