KR100609242B1

KR100609242B1 - 연속 열처리로의 시일 롤 장치 및 시일 방법

Info

Publication number: KR100609242B1
Application number: KR1019990045523A
Authority: KR
Inventors: 우에노나오토; 이이다사치히로; 사메지마이치로
Original assignee: 제이에프이 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2006-08-04
Also published as: EP0995807A1; BR9905333A; CN1252518A; EP0995807B1; DE69914561D1; CA2287048A1; CN1186583C; DE69914561T2; KR20000029196A; US6341955B1; CA2287048C

Abstract

스트립 형상의 재료를 연속적으로 가열·냉각하는 복수의 열처리 영역을 갖는 연속 열처리로의 해당 열처리 영역의 상호간을 기밀 상태로 유지하는 시일 롤 장치에 있어서, 이 시일 롤 장치는 스트립 형상의 재료를 그 표리 양면에 갭을 두고 대향하는 적어도 한 쌍의 내부 수냉식 시일 롤과, 이 시일 롤의 입구측 및 출구측 각각에 설치한 것으로, 해당 스트립 형상의 재료를 통과시키기 위한 개구부를 갖는 칸막이벽에 의해 형성된 시일실로 구성되어 있다.

이에 따라, 통과 재료의 표면에 흠집이 생기는 등의 품질 열화를 일으키는 일없이 시일 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 시일 롤 원주속도는 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤의 표면 온도의 실측값에 근거하여 설정하도록 하였기 때문에, 시일 롤 원주속도와 강제 스트립의 반송 속도와의 차이를 무한하게 제로(zero)로 할 수 있어, 품질 열화의 원인이 되는 스크래치의 발생을 회피할 수 있다.

Description

연속 열처리로의 시일 롤 장치 및 시일 방법{SEALING APPARATUS IN CONTINUOUS HEAT-TREATMENT FURNACE AND SEALING METHOD}

도 1은 본 발명에 따른 시일 롤 장치의 구성을 설명한 도면,

도 2는 작업중의 시일 롤 표면의 온도를 비교하여 나타낸 도면,

도 3은 연속 열처리로의 구성을 나타낸 도면

도 4는 종래의 시일 롤 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면,

도 5a 내지 도 5c는 시일 롤의 서멀 크라운(thermal crown) 발생 상황을 설명한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 재료(금속 스트립) 2a, 2b : 통로

3 : 시일 롤 장치 4a, 4b : 칸막이벽

5a, 5b : 갭 조정 수단 6 : 시일 롤 갭 연산 장치

7 : 시일 롤 갭 제어 장치 8 : 노내 반송 롤(노상 롤)

9 : 롤 회전수 검출 장치 10 : 재료 반송 속도 연산 장치

11 : 시일 롤 원주속도 제어 장치 12 : 롤 표면 온도 검출 장치

13 : 시일 롤 원주속도 설정값 연산 장치

22a 내지 22f : 가스 공급 경로 23a 내지 23g : 가스 배출 경로

24a, 24b : 시일 롤 25 : 칸막이벽

30 : 수냉 튜브

본 발명은, 스트립 형상의 피열처리재, 예를 들면 강철이나 알루미늄 등의 금속 스트립을 연속적으로 열처리하는 연속 열처리로(a continuous heat-treatment furnace)에서, 노내의 열처리 영역의 분위기 가스의 누설을 방지하는 시일 롤 장치 및 시일 방법에 관한 것이다.

연속 열처리로는, 기본적으로, 스트립 형상의 재료를 소정의 온도로 가열하여 풀림 처리하는 가열 영역과, 풀림 처리된 고온의 재료를 실온까지 냉각시키는 냉각 영역으로 구성되어 있다. 그 전형적인 실시예인 냉간 압연 강제 스트립의 연속 열처리로는, 도 3에 도시하는 바와 같이 가열부(14)의 배기 가스 현열(顯熱)을 회수·열교환하여 강제 스트립(S)을 예열하는 예열부(15)와, 강제 스트립(S)을 소정의 온도까지 가열하는 가열부(14)와, 소정의 온도까지 가열된 강제 스트립(S)을 균일 가열시키는 균일 가열부(16)(soaking section)와, 균일 가열후의 강제 스트립(S)을 서서히 냉각시키는 저속냉각부(17)와, 과시효(over-ageing) 처리전에 급속 냉각하는 급속냉각부(18)와, 과시효 처리하는 과시효부(19)와, 과시효 처리후의 강제 스트립(S)을 최종적으로 실온까지 냉각시키는 최종 냉각부(20)가 순차적으로 배열되고, 예열부(15), 가열부(14) 및 균일 가열부(16)가 가열 영역을 형성하고, 저속냉각부(17) 내지 최종 냉각부(20)가 냉각 영역을 형성하고 있다.

냉간 압연되어 가공 경화한 강제 스트립(S)은 노내에 설치되어 있는 노상 롤(hearth roll)(21)에 의해 예열부(15) 내지 최종 냉각부(20)의 각 처리 영역내를 순차적으로 통과하여 풀림 처리된다. 이 때, 과시효 처리를 필요로 하지 않은 재료를 열처리할 때에는 과시효부를 저속냉각부로서 사용하는 경우도 있다.

풀림 처리중에 강제 스트립 표면이 산화되면 제품 품질을 손상시키기 때문에, 통상 연속 열처리로에서는 노의 각 처리 영역에 가스 공급 경로(22a 내지 22f) 및 가스 배출 경로(23a 내지 23g)를 설치하여 노내를 무산화성의 분위기 가스로 채워 무산화 분위기로 조정된다. 이때, 일반적인 강제 스트립의 열처리에서는 분위기 가스로서 수소 가스와 질소 가스의 혼합 가스(HN 가스라고 함)가 사용되고 있었다.

이 연속 열처리로에 있어서는, 가열 또는 냉각 영역의 서로 이웃하는 각 처리 영역 상호간에서 분위기 가스를 변경하여 열처리를 실시하는 경우가 있다.

예를 들어, 저탄소강의 시효성에 대한 개선책으로서, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 1980-1969 호나 일본 특허 공개 공보 제 1994-346156 호에는, 과시효 처리전의 급속냉각부에 있어서의 냉각 속도를 크게 하기 위해서 급속냉각부 내의 순환 사용되는 냉각 가스중 수소 농도 함유율을 높여서 열전달율을 향상시키는 방법이 개시되어 있다.

상기 공보에 개시되어 있는 프로세스에서는, 수소 농도 함유율이 높은 급속냉각부내의 분위기 가스가 급속 냉각로와 서로 이웃하는 저속냉각부나 과시효부로 누설(leak)된 경우, 급속냉각부내를 고 수소 농도로 유지하기 위해서 대량의 수소 가스 공급이 필요하게 된다. 이 때문에, 급속냉각로와 서로 이웃하는 저속냉각부 및 과시효부 사이에서 조성이 다른 분위기 가스끼리의 혼합을 방해하는 시일 장치가 필요하게 된다.

도 4는 연속 풀림로의 분위기 가스 차단을 목적으로 종래 설치되어 있는 시일 롤 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 것이다. 도 4에 있어서는 강제 스트립(S)의 표리 양면에 각각 대향하도록 2개의 시일 롤(24a, 24b)을 배치하고, 또한 시일성을 향상시키기 위해서 시일 롤의 근방에 칸막이벽(25)을 배치한 구조로 되어 있다.

강제 스트립(S)은 시일 롤(24a, 24b)의 롤 상호간의 간극(롤 갭이라고 함)을 통과하게 되는데, 이 롤 갭은 시일 성능을 향상시키기 위해서 될 수 있는 한 작아지도록 조정되어 있고, 또한 주행하는 강제 스트립(S)과 롤이 접촉한 경우에도 강제 스트립 표면에 스크래치가 발생하지 않도록 시일 롤은 각각 회전 구동하는 구조로 되어 있다.

또한, 분위기 가스의 시일 수단으로는 상기 시일 롤 장치 이외에, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 1993-125451 호에서는, 상이한 조성의 분위기 가스 경계부에 배치되어 상이한 조성의 분위기 가스의 공급·배출이 가능한 복수의 처리실을 겸한 격벽 구조가 개시되어 있다. 또한, 일본 실용신안 공개 공보 제 1988-19316 호에서는, 시일 부재를 강제 스트립의 표리 양면에 접촉시키는 시일 롤 장치가 개시되어 있고, 일본 특허 공개 공보 제 1984-133330 호에서는, 시일 롤, 블로잉 노즐, 시일 댐퍼를 조합한 장치가 개시되어 있다.

그런데, 상술한 바와 같은 종래 형식의 시일 장치에 있어서는, 다음에 설명하는 바와 같은 문제가 있어 그 해결이 요망되고 있었다.

접촉형 시일 장치는 시일성이라는 점에서는 우수하지만, 강제 스트립의 표리 양면에 있어서 스크래치가 발생할 우려가 있다.

가스 시일 장치에서는 비접촉 시일 구조를 위해 강제 스트립 표리 양면에 있어서의 스크래치 발생은 없지만, 시일 가스의 유량을 항상 확보할 필요가 있기 때문에, 그 사용량이 증가한다. 또한, 시일성 확보를 위해 고정밀도의 가스 유량 제어가 요구되어 설비가 고비용화된다.

강제 스트립을 시일 롤에 회전 접촉시키는 시일 롤 장치에 있어서는, 상술한 바와 같은 장치가 안고 있는 것과 같은 난점이 없다. 이 때문에, 이러한 시일 롤 장치는 실용면에서는 우수하다고 하겠지만, 시일 롤이 강제 스트립이나 노 벽으로부터 받는 복사열 또는 분위기 가스를 매체로 하는 대류열 전도에 기인한, 시일 롤 자체의 열팽창을 피할 수 없기 때문에, 시일 롤의 롤 갭을 좁히는 데는 한계가 있어, 분위기 가스를 충분히 차단하지는 못하고 있다.

도 5a 내지 도 5c는 강제 스트립을 시일 롤에 회전 접촉시키는 시일 롤 장치를 모식적으로 나타낸 것이다. 시일 롤(24a, 24b)이 풀림중인 고온의 강제 스트립 및 노 벽면으로부터 복사열을 받는 경우에는, 시일 롤(24a, 24b)의 롤 배럴 방향의 온도 프로파일이 불균일한 열팽창["서멀 크라운(thermal crown)"이라고도 함]을 수반하는 결과, 시일 롤(24a, 24b)의 롤 갭을 롤 배럴 방향에 대하여 최소 갭으로 유지하는 것이 어렵다.

또한, 이 서멀 크라운에 의한 영향을 없애기 위해서, 시일 롤과 각 처리 영역을 구분하는 칸막이벽(25)과의 간격도 어느 정도 확보할 필요가 있다.

또한, 상술한 바와 같이 시일 롤의 롤 갭을 좁힌 경우에는, 강제 스트립과 시일 롤이 접촉하더라도 강제 스트립에 스크래치가 발생하지 않도록 시일 롤을 구동시키게 된다. 이 때, 시일 롤의 원주속도(peripheral velocity)와 강제 스트립의 반송 속도가 일치하지 않으면 강제 스트립의 표리 양면에 스크래치가 발생하는 것을 피할 수 없다.

당연히, 이 스크래치는, 시일 롤의 롤 갭이 좁아지고, 시일 롤과 강제 스트립의 접촉 기회가 증가할수록 발생 확률은 높아지게 된다.

통상, 시일 롤의 원주속도의 설정값은, 반송 롤의 회전수를 실측한 값에, 미리 제어 장치에 입력되어 있는 해당 반송 롤의 롤 직경으로부터 계산되는 원주 길이를 곱한 값과 동등하게 설정된다. 그러나, 가열부내의 노내 반송 롤은 고온 분위기에 노출되어 있기 때문에, 열팽창에 의해 실제의 노내 반송 롤 직경이 미리 제어 장치에 입력되어 있는 롤 직경보다 커진다. 이 때문에, 실제 강제 스트립의 반송 속도는, 시일 롤의 원주속도 설정값보다도 빨라지게 된다. 또한, 노내 반송 롤의 회전수가 클 수록, 즉 반송 속도가 빠를 수록, 시일 롤 원주속도 설정값과 강제 스트립 반송 속도의 차는 커진다.

본 발명의 목적은 처리 재료의 품질에 악영향을 미치는 스크래치를 발생시키는 일 없이 시일 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 시일 롤 장치를 제안하는 데에 있다.

본 발명은 스트립 형상의 재료를 연속적으로 통과시켜 해당 재료를 순차적으로 가열·냉각하는 복수의 열처리 영역을 갖는 연속 열처리로에 의해, 해당 열처리 영역 상호간을 기밀 상태로 유지하는 시일 롤 장치를 제공한다. 또한, 이 시일 롤 장치는, 스트립 형상의 재료를 사이에 두고 그 표리 양면에서 대향하는 적어도 한 쌍의 내부 수냉식 시일 롤과, 해당 스트립 형상의 재료를 통과시키기 위한 개구부를 갖는 칸막이벽을, 상기 시일 롤의 입구측 및 출구측 각각에 가짐으로써, 시일실을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 시일 롤의 롤 원주속도 설정값(V_SR)을 다음 조건에 따라 설정하는 것에 그 특징을 갖는 것이다.

여기서, V_SR: 시일 롤 원주속도 설정값(m/분)

V_S : 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤 속도(m/분)

[=시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤의 회전수(실측값)×해당 반송 롤의 롤 원주 길이(실온 상태에서의 실측값)에 의해 산출되는 값]

R : 시일 롤 원주속도 선진율(a seal roll peripheral velocity forward slip)

T : 해당 노내 반송 롤의 롤 표면 온도(℃)

α : 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤의 열팽창율

A, B : 정수

또, 본 발명은 시일 롤의 롤 원주속도 설정값(V_SR)을 다음 조건에 따라서 설정하는 데에 그 특징을 갖는 것이다.

[수학식 1]

V_SR=V_S×(1+R)

[수학식 2]

R=A×α×T+B

여기서, V_SR: 시일 롤 원주속도 설정값(m/분)

V_S : 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤 속도(m/분)

R : 시일 롤 원주속도 선진율

T : 해당 노내 반송 롤 바로 근처의 강제 스트립 온도(℃)

α : 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤의 열팽창율

A, B : 정수

또한, 본 발명은, 시일 롤이 해당 스트립 형상 재료의 판 두께에 따라 롤 갭을 변경할 수 있는 롤 갭 조정 수단을 갖는 데에 그 특징을 갖는다.

본 발명에 있어서는, 시일 롤의 입구측 및 출구측에 각각 칸막이벽을 설치하여 시일 롤실을 형성하도록 하였기 때문에, 시일 롤이 열원이나 노 벽으로부터의 복사열을 직접 받는 일이 없다.

또한, 본 발명에 있어서는, 시일 롤로서, 롤의 쉘 내부에 수로를 형성하여 이 수로에 항상 냉각수를 통과시켜 롤을 냉각하도록 하였기 때문에, 롤 상호간을 통과하는 강제 스트립으로부터의 복사열에 의한 롤 자체의 열팽창이 억제되고, 그 결과 서멀 크라운(thermal crown)이 저감되어, 연속 풀림 작업중에 있어서도 시일 롤의 롤 배럴 방향의 불균일한 열팽창이 없기 때문에, 시일 롤의 롤 갭을 종래보다 작게 한 상태로 안정적으로 유지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 시일 롤과 칸막이벽 사이의 거리가 작업에 있어서 크게 변동하는 등의 경우는 없기 때문에, 시일 롤과 칸막이벽 사이의 거리를 지금보다 더 좁힐 수 있으며, 종래보다도 시일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 시일 롤의 원주속도 설정값을 산출할 때에, 시일 롤 바로 근처의 노상 롤 표면 온도 또는 상기 노상 롤 바로 근처의 강제 스트립 온도를 이용하여, 상기 노상 롤의 원주속도 실측값에 열팽창율에 의한 노상 롤 직경 증가분을 보정한 후, 시일 롤 원주속도 설정값을 계산하도록 하였기 때문에, 시일 롤과 강제 스트립 사이의 슬립이 발생하는 일 없이, 시일 롤과 강제 스트립 사이의 거리를 단축시키는 것이 가능하게 되었다.

보다 고온 분위기에 있어서 시일 롤 장치를 적용하는 경우에는, 시일 롤의 열팽창에 의한 변형 뿐만 아니라, 칸막이벽의 열변형이 문제가 되는 경우가 있다. 이러한 경우에 있어서는 시일 롤 뿐만 아니라, 도 1의 수냉 튜브(30)와 같은 수단에 의해서 칸막이벽도 내부 수냉식으로 함으로써 열변형을 방지할 수 있다.

실시예

이하, 도면을 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 시일 롤 장치의 구성을 나타낸 것이다. 도면에 있어서의 참조부호(1)는 열처리해야 할 스트립 형상의 재료(강제 스트립)이고, 참조부호(2a, 2b)는 각각 인접하는 열처리 영역 상호간을 연결하는 통로이며, 참조부호(3)는 통로(2a, 2b) 사이에 배치되는 시일 롤 장치이며, 이 시일 롤 장치(3)는 내부 수냉식의 수냉 롤(3a, 3b)을 갖는다. 참조부호(4a, 4b)는 칸막이벽으로서, 이 칸막이벽은 재료(1)를 통과시키는 개구부를 갖고, 시일 롤(3a, 3b)의 입구측 및 출구측에 배치되어 시일실을 형성한다. 또한, 참조부호(5a, 5b)는 시일 롤(3a, 3b)의 롤 갭을 조정하는 롤 갭 조정 수단이다. 이 롤 갭 조정 수단(5a, 5b)은 액압 실린더 등이 적용되며, 재료(1)의 판 두께 정보, 연속 열처리로내의 재료의 트랙킹 정보에 근거하여 시일 롤(3a, 3b)의 롤 갭이 연산 장치(6)에서 연산되어, 이 데이터에 따라 시일 롤 갭 제어 장치(7)의 지령에 의해 구동된다.

또한, 참조부호(8)는 노내 반송 롤이고, 참조부호(9)는 노내 반송 롤(8)의 회전수를 검출하는 롤 회전수 검출 장치이며, 참조부호(10)는 롤의 회전수에 근거하여 재료의 반송 속도를 연산하는 재료 반송 속도 연산 장치이고, 참조부호(11)는 시일 롤 원주속도를 제어하는 제어 장치로서, 재료 반송 속도 연산 장치(10)에서 연산된 값은 제어 장치(11)로 출력된다. 또한, 참조부호(12)는 노상 롤(8)의 롤 표면 온도를 검출하는 온도 검출 장치이며, 참조부호(13)는 검출한 온도에 근거하여 시일 롤(3a, 3b)의 원주속도 설정값을 연산하는 연산 장치로서, 여기서 연산된 값은 제어 장치(11)로 출력된다.

시일 롤(3a, 3b)의 롤 원주속도와 재료(강제 스트립)(1)의 반송 속도 사이에 속도차가 있으면, 재료(1)의 표리 양면에 있어서의 스크래치 발생은 피할 수 없다. 이 때문에, 본 발명에 있어서는 그 속도차를 제로(zero)에 접근시키도록, 다음 수학식 1 및 수학식 2에 따라 시일 롤의 원주속도 설정값(V_SR)을 설정한다.

[수학식 1]

V_SR=V_S×(1+R)

[수학식 2]

R=A×α×T+B

여기서, V_SR: 시일 롤 원주속도 설정값(m/분)

V_S : 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤 속도(m/분)

R : 시일 롤 원주속도 선진율

T : 해당 노내 반송 롤의 롤 표면 온도(℃)

α : 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤의 열팽창율

A, B : 정수

수학식 1중의 파라미터(R)는 시일 롤 원주속도의 선진율이고, 수학식 2로부터 구해지는 부분만큼 원주속도에 부가함으로써, 시일 롤 원주속도와 재료의 반송 속도의 속도차를 제로(zero)에 접근시킬 수 있다.

시일 롤과 재료 사이의 거리를 항상 일정하게 유지하여 시일성을 높이기 위해서는, 통과중인 재료의 판 두께 정보와 트랙킹 정보를 이용하여 통과 재료의 판 두께에 따라 시일 롤의 롤 갭을 조정 수단(5a, 5b)에 의해 조정하면 된다.

냉간 압연 강제 스트립의 연속 풀림로의 급속냉각부에 고농도의 수소 가스를 사용한 작업에 있어서, 본 발명에 따른 시일 롤 장치를 적용한 경우의 시일 상황에 대하여 이하에 설명한다.

이 연속 열처리로는 급속냉각부에 고 수소 농도 분위기 가스(수소 농도 40vol%, 나머지 질소)를 그리고 가열 영역에 저 수소 농도 가스(수소 농도 4vol%, 나머지 질소)를 이용한 연속 열처리로로서, 급속 냉각로의 입구 및 출구에 있어서 급속냉각부에 사용하는 고농도 수소 가스의 누설을 억제할 필요가 있다. 급속냉각부내의 고농도 수소 가스는 급속냉각부내에서 순환 사용되고 있지만, 시일 롤로부터의 수소 가스의 누설이 많으면 급속냉각부내의 수소 농도를 고농도로 유지하기 위해서 대량의 수소 가스의 투입이 필요하게 되기 때문에, 매우 우수한 시일성이 요구된다. 본 발명의 실시예에 있어서의 작업 조건은 다음과 같이 실시하였다.

작업 조건

대상으로 한 연속 열처리로 : 급속냉각부에 고농도 수소 가스를 사용한 냉간 압연 강제 스트립의 연속 풀림로

시일 롤 설치 장소 : 도 1에 나타낸 구성의 것을 저속냉각부와 급속냉각부의 경계에 배치

강제 스트립 치수 : 판 두께=0.8㎜, 판폭=1200㎜의 연속 스트립판

강제 스트립의 가열부 출구측 판 온도=780℃

강제 스트립 반송 속도 : 300m/분

노내 반송 롤 직경 : 1200㎜

시일 롤 직경 : 300㎜(내부 수냉식)

시일 롤 갭 : 4.8㎜

시일 롤과 칸막이벽 사이의 거리 : 2.0㎜

또, 시일 롤 바로 근처의 강제 스트립 반송 롤의 표면 온도는 롤 표면층에 매설한 열전쌍에 의해 검출하였다. 일반적으로, 롤 표면의 온도 검출에는, 열전쌍 이외에, 예를 들면 방사 온도계를 이용하는 방법이어도 무방하다.

상기 작업 조건에 의해 강제 스트립을 연속 통과시켰을 때의 시일 롤 표면의 온도 프로파일을 파악하기 위해서, 시일 롤 표면에 열전쌍을 매설하여 온도 측정하고, 종래에 사용하던 수냉 없는 시일 롤(롤 직경은 300㎜이고, 다른 조건도 동일)일 때의 온도 프로파일과 비교하였다.

도 2는 그 결과를 나타낸 것인데, 시일 롤의 수냉화에 따라서, 서멀 크라운은 종래 시일 롤과 비교하여 최대 약 350℃(롤 직경으로 환산하여 약 2㎜에 상당) 경감되었다.

또한, 시일 롤 원주속도의 선진율 설정의 효과를 확인하기 위해서, 본 발명에 따라 선진율을 고려하여 시일 롤 원주속도를 설정한 경우와, 종래대로 시일 롤 원주속도를 반송 롤 속도 실적값으로 하여 설정한 경우에 대해서, 강제 스트립 표면에 있어서의 스크래치 발생 유무를 조사하였다. 여기서, 시일 롤 갭을 4.8㎜로 하고, 각각의 경우에 있어서 연속 통과시킨 강제 스트립에 대하여, 스크래치 발생 길이를 1m 단위로 카운트하여 코일 전체 길이에 대한 스크래치 발생율을 비교해 본 바, 종래 방법에서는 스크래치 발생율이 0.43%[누계 스크래치 길이=86m, 모수(母數)=20,000m]였는데 반하여, 본 발명에 따르면 스크래치는 확인되지 않았다.

즉, 시일 롤을 수냉시켜 시일 롤 갭을 좁힌 것만으로는, 강제 스트립과 시일 롤이 접촉할 확률이 증가하기 때문에, 시일 롤 원주속도와 강제 스트립 반송 속도 사이에서 차이가 발생한 경우에는, 강제 스트립의 표리 양면에 스크래치가 발생한다. 한편, 본 발명에 있어서는 시일 롤 바로 근처의 강제 스트립 반송 롤의 열팽창을 고려한 시일 롤 원주속도의 설정(수학식 1 및 수학식 2에 의해 구해진 값)을 적용하였기 때문에, 시일 롤 원주속도와 강제 스트립 반송 속도와의 속도차를 무한하게 제로(zero)에 접근시키는 것이 가능하게 되고, 그 결과 강제 스트립 표리 양면의 스크래치 발생율을 제로(zero)로 할 수 있었다.

급속냉각부에 고 수소 농도 분위기 가스(수소 농도 40vol%, 나머지 질소), 가열 영역에 저 수소 농도 가스(수소 농도 4vol%, 나머지 질소)를 이용한 연속 열처리로에서의 작동에 있어서는, 「수냉없음, 시일 롤 갭 12.0㎜, 시일 롤 원주속도 선진율 설정없음」의 조건으로 한 종래의 시일 롤 장치를 사용한 경우와 비교할 때, 수소 가스 원단위(原單位)를 종래의 약 절반까지 삭감하는 것이 가능하고, 고농도 수소 가스를 사용한 급속냉각부를 갖는 연속 열처리로에서의 수소 가스 원단위를 현저히 삭감할 수 있었다.

또, 본 실시예에 있어서는, 노내 반송 롤의 열팽창을 고려한 시일 롤 원주속도 선진율을 산출할 때에, 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤의 표면 온도 측정값(T)을 사용하였는데, 이 온도(T)로서는 이 노내 반송 롤 바로 근처에서 측정된 강제 스트립 온도를 사용할 수도 있다. 왜냐하면, 강제 스트립이 노내 반송 롤에 감겨진 상태와, 금속의 높은 열전도도를 고려하면, 노내 반송 롤 표면 온도와 거기에 접촉하고 있는 강제 스트립 온도는 거의 동일하다고 생각되기 때문이다. 따라서, 노내 반송 롤 표면 온도를 직접 측정하는 수단이 없더라도 강제 스트립 온도를 방사 온도계 등으로 측정할 수 있으면, 본 발명에 의해 시일 롤의 원주속도 설정값을 산출할 수 있다.

시일 롤 갭을 좁혀 시일성을 향상시키기 위해서는, 통과하는 강제 스트립의 판 두께에 따라 시일 롤 갭을 정밀도 양호하게 제어할 필요가 있으며, 이를 위해 본 발명에서는 시일 롤 갭 조정을 위한 조정 수단을 설치하였지만, 여기에 전동 모터를 액츄에이터로서 사용하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서는, 고농도 수소 가스를 사용하는 급속냉각부를 갖는 연속 풀림로에서의 작업에 적용하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이밖에, 풀림 분위기의 제어가 가능한 용융 도금 강판의 연속 풀림로 등에도 적용이 가능하다. 이것은, 도금전의 강판 표면 산화 분위기하에서의 풀림에 의한 활성화 처리와 환원 분위기하에서의 풀림에 의한 환원 처리를 조합하여, 풀림 후의 도금 밀착성을 향상시키는 작업 방식으로서, 본 발명에 따른 시일 롤 장치를 산화 분위기부와 환원 분위기부의 경계부에 설치함으로써, 전혀 다른 분위기의 풀림 처리를 연속하여 실행하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따르면, 연속 열처리로 등에 적용되는 시일 롤 장치에 관해서, 시일 롤의 전후에 칸막이벽을 설치하여 시일 롤실을 형성함과 동시에, 시일 롤 자체를 수냉화하였기 때문에, 강제 스트립 표면이나 노 벽으로부터의 열 복사에 의한 시일 롤의 서멀 크라운(thermal crown)을 대폭 저감할 수 있었다.

또한, 시일 롤 원주속도는 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤의 표면 온도의 실측값에 근거하여 설정하도록 하였기 때문에, 시일 롤 원주속도와 강제 스트립의 반송 속도와의 차이를 무한하게 제로(zero)로 할 수 있어, 품질 열화의 원인이 되는 스크래치의 발생을 회피할 수 있게 되었다.

상기 2가지 요건, 즉 시일 롤의 수냉화와 롤 원주속도의 적정화에 의해, 시일 롤의 롤 갭은 종래의 12㎜ 내지 15㎜ 정도에 비해 5㎜ 정도까지 작게 할 수 있고, 또한 시일 롤과 칸막이판 사이의 거리에 대해서도 2.0㎜를 달성하는 것이 가능하게 되어, 결과적으로 시일 롤 장치의 성능을 현저히 향상시킬 수 있었다.

Claims

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연속 열처리로에서 스트립 형상의 재료(1)를 연속적으로 가열·냉각하는 복수의 열처리 영역 사이의 경계부를 기밀 상태로 유지하는 시일 롤 장치로서, 상기 시일 롤 장치는 상기 스트립 형상의 재료(1)를 통과시키기 위한 개구부를 갖는 칸막이벽(4a 4b)을 구비하는 시일실을 포함하며, 하나의 칸막이벽이 상기 시일실의 입구측에 설치되고, 다른 칸막이벽이 상기 시일실의 출구측에 설치되는, 상기 시일 롤 장치에 있어서,

상기 칸막이벽(4a 4b) 사이의 시일실내에서 상기 스트립 형상의 재료(1)를 통과시키기 위한 갭을 가지면서 서로 대향하는 적어도 한쌍의 내부 수냉식 시일 롤(3a, 3b)과, 상기 시일 롤(3a, 3b)의 롤 원주속도 설정값(V_SR)을 다음 조건을 만족시키도록 설정하여 제어하는 제어 수단(11)을 갖는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로의 시일 롤 장치.

[수학식 1]

V_SR=V_S×(1+R)

[수학식 2]

R=A×α×T+B

여기서, V_SR: 시일 롤(3a, 3b)의 원주속도 설정값(m/분)

V_S : 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤(8) 속도(m/분)

[=노내 반송 롤의 회전수(실측값)×해당 반송 롤의 롤 원주 길이(실온 상태에서의 실측값)에 의해 산출되는 값]

R : 시일 롤 원주속도 선진율(a seal roll peripheral velocity forward slip)

T : 해당 노내 반송 롤(8)의 롤 표면 온도(℃) 또는 해당 노내 반송 롤(8) 바로 근처의 강제 스트립(1) 온도(℃)

α : 노내 반송 롤(8)의 열팽창율

A, B : 정수
삭제
제 2 항에 있어서,

상기 스트립 형상 재료(1)의 판 두께에 따라 시일 롤(3a, 3b) 사이의 갭의 크기를 변경하는 롤 갭 조정 수단(7)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로의 시일 롤 장치.
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 칸막이벽(4a 4b)은 수냉되는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로의 시일 롤 장치.
연속 열처리로의 시일 방법에 있어서,

스트립 형상 재료(1)를 통과시키기 위한 개구부를 갖는 칸막이벽(4a, 4b)을 구비하는 시일실내에 적어도 한쌍의 회전하는 수냉식 시일 롤(3a, 3b)을 위치시킴으로써, 연속 열처리로내의 복수의 열처리 영역 사이의 경계부를 기밀 상태로 유지하는 단계로서, 하나의 칸막이벽이 상기 시일실의 입구측에 설치되고, 다른 칸막이벽이 상기 시일실의 출구측에 설치되는, 상기 기밀 상태 유지 단계와,

상기 시일 롤(3a 3b)의 롤 원주속도 설정값(V_SR)을 다음 조건을 만족시키도록 설정하여 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로의 시일 방법.

[수학식 1]

V_SR=V_S×(1+R)

[수학식 2]

R=A×α×T+B

여기서, V_SR: 시일 롤(3a, 3b)의 원주속도 설정값(m/분)

V_S : 시일 롤 바로 근처의 노내 반송 롤(8) 속도(m/분)

[=노내 반송 롤의 회전수(실측값)×해당 반송 롤의 롤 원주 길이(실온 상태에서의 실측값)에 의해 산출되는 값]

R : 시일 롤 원주속도 선진율(a seal roll peripheral velocity forward slip)

T : 해당 노내 반송 롤(8)의 롤 표면 온도(℃) 또는 해당 노내 반송 롤(8) 바로 근처의 강제 스트립(1) 온도(℃)

α : 노내 반송 롤(8)의 열팽창율

A, B : 정수
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제 6 항에 있어서,

상기 스트립 형상 재료(1)의 판 두께에 따라 시일 롤(3a, 3b) 사이의 갭의 크기를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로의 시일 롤 장치.
제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 칸막이벽(4a 4b)을 수냉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로의 시일 롤 장치.