KR100620762B1

KR100620762B1 - 열간압연선재의 균일냉각장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100620762B1
Application number: KR1020030098873A
Authority: KR
Inventors: 시성규; 임성욱; 이충열; 김혜곤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2006-09-13
Also published as: KR20050067849A

Abstract

본 발명은 열간압연된 직후의 선재를 일정 피치의 링형태로 냉각대의 롤러컨베이어 상에 적치하여 이송시키는 중간에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각수와 미스트를 통해 균일하게 냉각하는 열간압연선재의 균일냉각장치에 관한 것으로서, 본 발명의 열간압연선재의 균일냉각장치는, 냉각대의 커버(18)와 측벽(19)에 각각 설치되는 다수개의 측부 노즐과, 컨베이어(15)의 상부를 따라 골고루 설치되며 다수개의 스프레이 노즐(24)과 미스트 노즐(25)로 구성되는 상부 노즐과, 컨베이어의 상부에 폭방향으로 다수개 설치되는 온도분포 측정장치 및, 온도분포 측정장치로부터 측정된 온도분포 값에 따라 측부 노즐 및 상부 노즐의 분사량을 제어하는 제어장치(29)로 구성된다. 따라서, 본 발명은 스프레이 냉각을 통해 급냉시키고 미스트 냉각을 통해 조정냉각시키는 양 장점을 병합하되, 선재의 폭방향 온도를 감지하여 냉각수 및 미스트의 분사압 및/또는 분사량을 조절함으로, 선재의 균일냉각이 가능하다.

Description

열간압연선재의 균일냉각장치 및 그 방법{Uniform cooling apparatus of hot rolled wire rod and method thereof}

도 1은 통상적인 열간압연선재의 생산라인을 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 2는 냉각대에 적치되는 열연압연선재의 폭방향 적치밀도를 나타낸 도면이며,

도 3은 냉각대에 적치되는 열간압연선재의 폭방향 온도분포를 나타낸 그래프이고,

도 4a는 종래기술에 따른 열간압연선재의 냉각장치의 구성도이며,

도 4b는 폭방향 적치밀도에 따라 노즐 개수를 차등배열한 종래의 냉각방식을 도시한 도면이고,

도 4c는 종래기술에 따른 DLP 다단냉각방식을 도시한 도면이며,

도 4d는 미스트와 DLP 다단냉각시의 냉각곡선을 나타낸 개략도이고,

도 5a는 본 발명의 한 실시예에 따른 열간압연선재의 균일냉각장치의 구성도이고,

도 5b는 도 5a에 도시된 컨베이어의 상부를 따라 설치되는 노즐의 배열상태를 도시한 개념도이며,

도 5c 및 도 5d는 도 5b의 선 A-A 및 선 B-B를 따라 배열된 노즐의 폭방향 배열상태 및 균일냉각의 원리를 도시한 도면이고,

도 5e 및 도 5f는 도 5a에 도시된 컨베이어 이송 롤러의 양 단부에 설치되는 슬리브 롤러의 배열 및 작동관계를 도시한 개념도이며,

도 6은 미스트와 스프레이 냉각시의 냉각곡선을 나타낸 개략도이고,

도 7a 내지 도 7c는 분무냉각에 따른 인장강도의 편차를 나타낸 그래프이며,

도 8은 미스트 냉각 및 스프레이 냉각에 따른 냉각곡선을 도시한 그래프이고,

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 적용전후의 인장강도의 편차를 나타낸 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

11 : 압연기 12 : 수냉장치

13 : 권취기 14 : 열간압연선재

15 : 컨베이어 16 : 노즐

17 : 송풍기 18 : 커버

19 : 측벽 21, 24, 26 : 스프레이 노즐

22 : 슬리브 롤러 23, 25 : 미스트 노즐

27 : 센서 28 : 원격 입출력기

29 : 제어장치

본 발명은 열간압연선재의 균일냉각장치에 관한 것이며, 특히, 열간압연된 직후의 선재를 일정 피치의 링형태로 냉각대의 롤러컨베이어 상에 적치하여 이송시키는 중간에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각수와 미스트를 통해 균일하게 냉각하는 열간압연선재의 균일냉각장치 및 그 방법에 관한 것이다.

도 1은 통상적인 열간압연선재의 생산라인을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열간압연선재(14)는 압연기(11)에 의해 압연되어, 물로 냉각하는 수냉장치(12)에 의해 냉각된 후 권취기(13 ; laying head)에 의해 권취되어 컨베이어(15)위에 링형태로 적치되어 이송된다. 이 때, 열간압연선재(14)는 컨베이어(15)의 하부에 설치된 송풍기(17)로부터 슬릿형태의 노즐(16)을 통해 분사되는 냉각공기에 의해 직접 냉각된다. 송풍기(17)내에는 폭방향의 유속을 조정하기 위한 수단으로서 댐퍼라고 하는 송풍구 각도 조정장치가 설치되어 있는데, 이러한 댐퍼의 후단에는 칸막이가 설치되어 있어 일단 분할된 유속이 다시 섞이지 않도록 되어 있다.

이렇듯, 열간압연선재(14)는 하부에 위치하는 송풍기(17)를 통해 냉각되기 때문에, 필요한 냉각속도를 충분히 달성하지 못하는 경우가 많이 있다. 특히, 수요가가 열처리시에 납조열처리(lead patenting)를 생략하기 위해서는 보다 빠른 냉각속도를 필요로 한다. 또한, 열간압연선재(14)는 링형태로 감겨져 이송됨에 따라 필연적으로 에지부에서 많이 겹쳐지는 부분과 중앙부에서 덜 겹쳐지는 부분이 존재하게 된다. 도 1에서 ∇는 일점온도계가 설치된 지점을 나타낸다.

일반적으로 선재의 냉각공정에서 사용하는 냉각방법은 냉각매체의 종류에 따라 공기를 이용하는 방법, 물을 이용하는 방법 그리고 다른 매체를 이용하는 방법들로 나눌 수 있다. 그 중에서 공기를 이용하는 냉각방법으로는 스텔모어(Stelmor)방식이 전세계적으로 가장 널리 사용되고 있다.

이 스텔모어방법은 1964년부터 공업적으로 이용되기 시작하여 1981년까지 전 세계적으로 155개 라인이 가동되고 있는 가장 보편화된 냉각방식이다. 이 냉각방식이 널리 보급된 이유는 탄소강 선재의 직접 열처리를 실시하여 제품의 강도 및 드로잉(drawing) 성능을 향상시킬 수 있고, 송풍을 이용하는 설비구조가 간단하며 작업성이 우수한 특성을 갖고 있어, 선재의 단선 및 압연속도의 제약이 작으며, 얇고 균일한 두께의 스케일 생성으로 손실이 적고 산세비용이 절감되며, 비교적 넓은 범위의 냉각속도 제어가 가능하다는 장점이 있기 때문이다.

이러한 스텔모어방식으로 열간압연선재를 생산하는 방법은 800∼900℃의 열간압연선재를 권취기에서 링형태로 형성한 후 컨베이어 위에 적치하고, 비동심 링 상태로 이송하면서 컨베이어 하부의 송풍기로부터 20∼50m/sec의 냉각공기를 불어 냉각하는 것이다. 그러나, 이 방법은 선재의 냉각속도가 낮기 때문에 원하는 강도를 가지는 선재를 제조하기가 곤란하다.

그래서, 일본특허공개 소51-112721호, 일본특허공개 소53-138917호에서는 이러한 스텔모어방식의 결점을 해결하기 위하여 물을 미소입자로 분무하거나 물을 냉각공기에 혼합하여 분사하는 방법과 같은 스프레이 냉각법과 미스트 냉각법을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 스프레이 냉각법과 미스트 냉각법은 단순히 냉각매체 의 냉각능력을 높이기 위한 것으로, 링형태의 선재내에 발생하는 냉각속도의 편차의 해결법은 제시하지 못하고 있다.

최근에는, 열간압연선재를 침적수에 침적냉각하는 방법[NSC사 DLP(Direct Lead Patenting)]이나, 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 평6-10054호, 일본특허공개 평1-313108호 및 미국특허 제5,526,652호).

도 2는 냉각대에 적치되는 열연압연선재의 폭방향 적치밀도를 나타낸 도면이다. 도 2에서 알 수 있듯이, 선재의 폭방향 적치밀도는 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.

통상 냉각공기의 제어를 위해서는 냉각공기 토출부, 즉 노즐부의 면적 혹은 노즐의 개수를 폭방향으로 불균일하게 설정하거나 송풍구 각도(댐퍼 각도)와 송풍기 회전수를 조절하기도 한다. 그러나, 송풍구 각도변경을 통해 폭방향 송풍량을 조정하여 폭방향 온도편차를 줄이는 방법은, 고속으로 공기가 유입되는 덕트내에서 바람의 면적을 넓은 판으로 조절하기 때문에, 각도를 미세 조정하더라도 공기속도에 의한 진동으로 인해 동일한 유속분포가 얻어지는 경향이 있어 제어시에 그 분해능이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 현재 사용되고 있는 제어수단으로는 에지부와 중앙부의 온도편차를 줄이는 데는 한계가 있고, 특히, 동일한 에지부라 하더라도 겹침밀도의 불균일성으로 인해 공기만으로 냉각하면 냉각속도 역시 떨어지게 되어 냉각편차가 더욱 크게 발생하게 된다.

이와 같은 문제점을 보완하기 위한 기술로는 스프레이 또는 미스트 냉각수를 분사하는 방법이 제안되고 있으나, 이러한 개선안들은 모두 단순히 스프레이 또는 미스트를 선재의 상면 또는 하면에서 분사하는 것으로서, 냉각속도를 증가시킴으로써 문제가 되는 냉각편차 감소라든지 설비간섭 등에 대한 해결책은 제시하지 못하고 있다. 또한, 미스트 냉각수를 분사하는 방법은 공기와 물을 혼합하여 분사하기 때문에 시스템이 복잡해지고 많은 에너지를 필요로 할 뿐만 아니라, 폭방향의 겹침밀도나 순간적으로 변화하는 조업인자에 따른 즉각적인 제어까지는 해결하지 못하고 있다. 따라서, 스프레이 또는 미스트 냉각수를 분사하는 방법은 폭방향 겹침밀도차의 발생에 대한 대응수단이 미미하여 겹침밀도가 특히 높은 에지부와 상대적으로 낮은 정중앙부의 냉각차이가 많이 발생하는 문제점이 있다.

그리고, 종래에는 선재 에지부의 겹침을 와해시키기 위해 리브를 부착하는 방법이 제안되기도 하였으나, 이로 인하여 선재 표면에 마찰흠을 발생시키는 문제점이 발생하여 현재는 사용하고 있지 않는 실정이다.

도 3은 냉각대에 적치되는 열간압연선재의 폭방향 온도분포를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 선재의 폭방향 온도분포는 중첩밀도가 높은 양 에지부의 온도가 중첩밀도가 낮은 중앙부의 온도보다 높은 것을 알 수 있다.

도 4a는 종래기술에 따른 열간압연선재의 냉각장치의 구성도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 종래에는 1단의 미스트 냉각을 통해 열간압연선재를 냉각하였다. 그러나, 이러한 1단 냉각방식은 전체 냉각영역을 하나의 조건으로 냉각하기 때문에 다양한 조건에 대한 냉각곡선을 나타낼 수 없는 단점이 있다. 그리고, 종래에는 도 4b에 도시된 바와 같이 겹침밀도에 따른 냉각능력을 제어하기 위하여 폭방향 노즐 개수를 차등배열하는 방법을 이용하였다. 도 4b는 폭방향 적치밀도에 따라 노즐 개수를 차등배열한 종래의 냉각방식을 도시한 도면이다.

도 4c는 종래기술에 따른 DLP 다단냉각방식을 도시한 도면이다. 도 4c에 도시된 바와 같이, DLP 다단냉각방식은 1단 냉각방식에서의 냉각 제어능력이 부족한 부분을 해결하기 위해 8-9m 길이를 가지는 냉각대 안에서 구간을 적절히 나누어 다수개의 침적조와 세정조를 설치하여 욕조온도를 조정하여 냉각제어를 실시한 것이다. 그러나, 이러한 DLP 다단냉각방식은 별도의 침적조를 설치해야 하므로, 기존 공정을 활용할 수 없을 뿐만 아니라 고가의 설치비가 필요하다는 단점이 있다. 도 4d는 미스트와 DLP 다단냉각시의 냉각곡선을 나타낸 개략도이다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스프레이 냉각을 통해 급냉시키고 미스트 냉각을 통해 조정냉각시키는 양 장점을 병합하되, 선재의 폭방향 온도를 감지하여 냉각수 및 미스트의 분사압 및/또는 분사량을 조절함으로써, 선재의 균일냉각이 가능한 열간압연선재의 균일냉각장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열간압연선재의 균일냉각장치는, 냉각대의 커버와 측벽에 각각 설치되는 다수개의 측부 노즐과, 컨베이어의 상부를 따라 골고루 설치되며 다수개의 스프레이 노즐과 미스트 노즐로 구성되는 상부 노즐과, 상기 컨베이어의 상부에 폭방향으로 다수개 설치되는 온도분포 측정장치 및, 상기 온도분포 측정장치로부터 측정된 온도분포 값에 따라 상기 측부 노즐 및 상기 상부 노즐의 분사량을 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방법은 상기 열간압연선재의 균일냉각장치를 제어하고 상기 컨베이어 이송 롤러의 회전속도를 조절하여 다단냉각을 실시하되, 상기 측부 노즐 및 상기 상부 노즐의 분사압 및/또는 분사량을 크게 하여 냉각속도는 빠르게 하고 상기 이송 롤러의 회전속도를 느리게 하여 선재의 이송속도는 느리게 하여 급냉하는 단계와, 상기 측부 노즐 및 상기 상부 노즐의 분사압 및/또는 분사량을 작게 하여 냉각속도는 느리게 하고 상기 이송 롤러의 회전속도를 빠르게 하여 선재의 이송속도는 빠르게 하여 조정냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 열간압연선재의 균일냉각장치 및 그 방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 5a는 본 발명의 한 실시예에 따른 열간압연선재의 균일냉각장치의 구성도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 컨베이어의 상부를 따라 설치되는 노즐의 배열상태를 도시한 개념도이며, 도 5c 및 도 5d는 도 5b의 선 A-A 및 선 B-B를 따라 배열된 노즐의 폭방향 배열상태 및 균일냉각의 원리를 도시한 도면이다. 그리고, 도 5e 및 도 5f는 도 5a에 도시된 컨베이어 이송 롤러의 양 단부에 설치되는 슬리브 롤러 의 배열 및 작동관계를 도시한 개념도이다.

도 5a 내지 도 5f에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열간압연선재의 균일냉각장치는 선재 냉각대의 커버(18)와 측벽(19)에 각각 설치되는 다수개의 측부 노즐과, 컨베이어(15)의 상부를 따라 골고루 설치되며 다수개의 여러 종류로 구성되는 상부 노즐과, 컨베이어(15)의 하부 양 에지부를 따라 설치되는 하부 노즐과, 컨베이어(15) 이송 롤러의 양 단부에 설치되는 슬리브 롤러와, 컨베이어의 상부에 폭방향으로 다수개 설치되는 온도분포 측정장치 및, 온도분포 측정장치로부터 측정된 온도분포 값에 따라 측부 노즐 및 상부 노즐의 분사압 및/또는 분사량을 조절하는 조절장치로 구성된다.

본 발명은 균일한 냉각을 위해 선재 냉각대의 커버(18)와 측벽(19)에 측부 노즐에 해당하는 미스트 노즐(도시안됨)을 다수개 배치하고, 겹침밀도가 높아 높은 냉각속도를 필요로 하는 컨베이어(15)의 하부 양 에지부를 따라 하부 노즐에 해당하는 스프레이 노즐(21)을 다수개 설치하여 겹침부의 아래쪽에서 냉각수가 분사되도록 하여 상부와 하부가 적절히 조화되어 냉각되도록 구성한 것이다. 즉, 본 발명은 상기 스프레이 노즐(21)을 설치함에 있어 컨베이어(15) 이송 롤러와 간섭하지 않으면서 하부 에지부만 국한적으로 냉각할 수 있도록 설치한 것이다. 이 때, 스프레이 노즐(21)은 양 에지부의 겹침밀도가 가장 높은 부분에서 유량분포가 가장 높도록 설치된다.

그리고, 본 발명은 상부 노즐을 구성함에 있어서, 열간압연선재(14)의 적치밀도가 높은 양 에지부에는 유량밀도가 높은 미스트 노즐(23)을 열간압연선재(14)의 진행방향으로 배열하고, 적치밀도가 낮은 중앙부에는 유량밀도가 낮은 스프레이 노즐(24)과 미스트 노즐(25)을 열간압연선재(14)의 폭방향으로 배열하며, 중앙부 중에서 겹침밀도가 가장 낮은 정중앙부에는 열간압연선재(14)의 진행방향으로 일정 간격을 두고 스프레이 노즐(26)을 설치한 것이다. 이러한 스프레이 노즐(26)은 중앙부에 설치되는 스프레이 노즐(24) 및 미스트 노즐(25)을 통해 분사되는 냉각수 및 미스트의 영향을 적게 받는 정중앙부 또한 균일하게 냉각시키기 위해서 설치되는 것으로서, 상기 노즐(24, 25)과 90°방향으로 설치된다. 상기 중앙부에 설치되는 노즐(24, 25)은 2열[스프레이 노즐(24)], 3열 또는 4열[미스트 노즐(25)]로 배열되거나, 또는 다열로 배열된다(도 5b 내지 도 5d 참고). 이 때, 중앙부에 설치되는 다수개의 스프레이 노즐(24) 및 미스트 노즐(25)은 선재의 진행방향으로 교대로 배열된다.

또한, 본 발명은 선재의 에지부의 겹침을 와해하기 위하여 컨베이어(15) 이송 롤러의 양 에지부에 슬리브 롤러(22)를 부착하여 표면흠이 발생하지 않으면서 이송중인 선재에 진동을 부가하여 냉각수의 유입이 원활하도록 구성한 것이다(도 5e, 도 5f 참고).

그리고, 본 발명은 열간압연선재(14)의 폭방향 온도분포를 자동제어하기 위하여, 온도분포 측정장치의 센서(27)로부터 측정된 온도분포를 원격 입출력기(28 ; 예를 들어, 리모트아이오)를 통해 제어장치(29)로 송신한다. 이 때, 센서(27)는 권취기(13)로부터 10∼20m 떨어진 변태점 지점에 설치되는 것으로서, 폭방향으로 다수개(예를 들어, 10개)가 일정 간격을 두고 각각 설치된다. 따라서, 본 발명은 각각의 센서(27)에서 제공되는 각 위치별 온도 값으로부터 센서(27)가 위치하는 다수개의 노즐을 하나로 블록화한 영역에 해당하는 각 위치별 노즐에 제어정보를 주어 분사량을 자동제어하게 된다. 즉, 본 발명은 열간압연선재(14)를 폭방향으로 여러 개(예를 들어, 2~6개)의 영역으로 분할하고, 열간압연선재(14)의 직경과 강종에 따라 해당 영역의 스프레이 및 미스트 노즐의 분사압 및/또는 분사량을 각각 자동제어하게 된다.

즉, 본 발명은 폭방향으로 불균일한 온도분포가 검출됨과 동시에 해당 노즐의 분사압 및/또는 분사량이 자동제어되어 균일한 온도분포를 유지하게 된다. 이 때, 변화하는 온도분포는 모니터에서 육안으로 확인할 수 있도록 구성된다. 이렇듯, 본 발명은 종래에 사용되는 냉각방법의 단점인 수시로 변화하는 운전조건에 따른 온도분포의 변화에 대응할 수 없는 문제점을 개선한 것이다.

또한, 본 발명은 다단냉각을 실시하여 1단계로 강한 냉각능력을 가지면서 이송속도를 느리게 하고, 2단계로 약한 냉각능력을 가지면서 이송속도를 빠르게 하여 초기에 냉각이 많이 되도록 하면서 후반부로 갈수록 이송속도가 빨라짐에 따라 선재의 간격이 멀어지도록 하여 선재를 냉각한 것이다. 즉, 본 발명은 열간압연선재의 균일냉각장치를 제어하여 냉각속도를 조절하고, 컨베이어(15)의 이송 롤러를 개별적으로 구동시키는 모터의 구동속도를 조절하여 선재(14)의 이송속도를 조절하는 것이다. 이렇듯, 본 발명은 느린 이송속도로 강한 냉각을 한 후(측부 노즐 및 상부 노즐의 분사압 및/또는 분사량을 크게 하고, 이송 롤러의 회전속도를 느리게 함), 빠른 이송속도로 약간 냉각을 하여(측부 노즐 및 상부 노즐의 분사압 및/또는 분사량을 작게 하고, 이송 롤러의 회전속도를 빠르게 함), 폭방향 균일 냉각을 가능하게 하는 것이다.

즉, 본 발명은 다단계 냉각을 통해 이송속도 및 냉각속도를 제어하여 열간압연선재(14)의 간격을 조절하여 균일냉각이 이루어지게 하는 것이다. 이 때, 본 발명은 상부 노즐이 송풍기(17)의 송풍속도에 대응하는 적정 분사높이에서 적정 분사압으로 분사하도록 구성되어, 측부 노즐 및 상하부 노즐에서 분사되는 냉각수 및 미스트와 송풍기(17)에서 분사되는 공기에 의한 냉각수의 비산량이 적을 뿐만 아니라 냉각수가 송풍기(17)를 따라 자연적으로 외부로 배출된다. 따라서, 본 발명은 비산된 냉각수를 흡입하기 위한 별도의 장치를 필요로 하지 않는다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 스프레이 및 미스트 냉각을 동시에 하도록 구성되어 있다. 이렇게 구성한 것은 미스트만으로 냉각할 경우 냉각능력이 떨어지고, 스프레이만으로 냉각할 경우 냉각능력이 뛰어나다는 장점이 있으나 스프레이의 입자크기가 커서 균일한 냉각 및 미세제어에는 부적절하기 때문이다. 또한, 스프레이 냉각은 냉각능력이 뛰어나고 공기가 필요하지 않아 미스트 냉각시에 과다한 공기량을 필요하다는 단점을 해결하는 장점은 있으나, 부적절한 냉각시에 마르텐사이트라고 하는 과냉조직이 발생하여 제품에 치명적인 결함을 야기하는 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 스프레이 냉각을 통해 급냉시키고 미스트 냉각을 통해 조정냉각시키는 양 장점을 병합하여 냉각속도를 조절하는 다단냉각을 하는 것이다.

도 6은 미스트와 스프레이 냉각시의 냉각곡선을 나타낸 개략도이다. 도 6에는 CCT곡선에서 미스트의 냉각곡선과 스프레이와 미스트를 동시에 사용한 냉각곡선 이 비교 도시되어 있다. 도 6에서 알 수 있듯이, 스프레이와 미스트를 동시에 이용할 경우에는 스프레이 단독사용이나 미스트 단독사용시보다 높은 냉각능력을 가질 수 있고, 냉각능력을 제어하기 위하여 미스트의 분사압력/유량을 조절할 수 있다는 장점이 발생한다.

도 7a 내지 도 7c는 분무냉각에 따른 인장강도의 편차를 나타낸 그래프로서, 도 7a는 미스트 냉각만을 실시한 경우이고, 도 7b 및 도 7c는 미스트와 스프레이 냉각을 동시에 하면서 에지부의 분사압력을 조정한 경우이다.

도 7a의 경우에는 냉각능력의 미흡으로 인해 인장강도 상승량이 부족하게 나타났고, 도 7b의 경우에는 인장강도는 상승하였으나 인장강도의 편차가 심하게 나타났다. 그러나, 도 7c의 경우에는 스프레이 냉각과 미스트 냉각을 적절히 조합하여 사용함으로써 인장강도의 편차를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 인장강도의 편차는 2차 공정에서의 선재 코일의 단선 등의 문제를 야기할 수 있는 중요한 문제점 중의 하나이다. 도 7b는 에지부의 분사압력이 과다하게 사용된 경우이고, 도 7c는 에지부의 분사압력을 전체적으로 균일하게 하여 균일한 인장강도를 얻은 경우이다. 도 7b의 해칭 부분은 과냉조직(마르텐사이트)이 발생하여 인장강도가 측정되지 않은 구간이다. 도 7a 내지 도 7c에서 X축은 선재코일의 폭방향 위치를 나타낸 것으로서, 2번 감겨진 선재코일을 16등분하여 그 번호를 부여한 것이다. 따라서, X축의 1, 16, 8, 9는 양 에지부를 각각 나타내고, X축의 5, 12, 13, 3은 중앙부를 각각 나타낸다. 그리고, DS(Drive Side)는 이송 롤러를 구동시키는 모터가 위치하는 구동측을 나타내고, WS(Work Side)는 작업자가 작업하는 작업측을 나타낸 다.

도 8은 미스트 냉각 및 스프레이 냉각에 따른 냉각곡선을 도시한 그래프이다. 도 8에서 알 수 있듯이, 스프레이 냉각과 미스트 냉각을 동시에 적용한 것이 미스트 냉각만으로 냉각한 것보다 우수한 냉각능력을 가짐을 알 수 있다. 통상적으로 미스트 냉각은 스프레이 냉각보다 냉각제어범위가 넓다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에서와 같이 스프레이 냉각과 미스트 냉각을 동시에 사용할 경우, 냉각능력을 높이면서 냉각제어범위를 넓히는 장점이 있다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 적용전후의 인장강도의 편차를 나타낸 그래프이다. 도 9a는 미스트 냉각만을 실시한 경우로서, 냉각능력의 미흡으로 인해 인장강도 상승량이 부족하고 겹침밀도가 높은 양 에지부와 정중앙부의 강도가 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 9b는 본 발명의 균일냉각장치를 이용한 경우로서, 인장강도가 상승하고 인장강도의 편차가 감소함을 알 수 있다. 도 9a의 경우 인장강도의 평균은 111.8, 편차는 3.4 수준이나, 도 9b의 경우 인장강도의 평균은 115.9, 편차는 2.0 수준으로 양호하게 나타났다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 열간압연선재의 균일냉각장치는 스프레이 냉각을 통해 급냉시키고 미스트 냉각을 통해 조정냉각시키는 양 장점을 병합하되, 선재의 폭방향 온도를 감지하여 냉각수 및 미스트의 분사압 및/또는 분사량을 조절함으로, 선재의 균일냉각이 가능하다.

또한, 본 발명의 방법은 느린 이송속도로 강한 냉각을 한 후 빠른 이송속도 로 약한 냉각을 하는 다단냉각을 실시함과 더불어 냉각수 및 미스트의 분사압 및/또는 분사량을 조절함으로, 선재의 균일냉각이 가능하다.

또한, 본 발명은 냉각수 및 미스트의 분사압 및/또는 분사량의 조절을 통해 일반공냉재와 서냉재의 냉각이 가능함으로 신속한 작업전환이 가능하다.

이상에서 본 발명의 열간압연선재의 균일냉각장치 및 그 방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

열간압연된 직후의 선재를 권취기를 통해 일정 피치의 링형태로 권취한 후 냉각대의 컨베이어 위에 적치하여 이송시키는 중간에 냉각대의 노즐에서 분사되는 냉각공기를 통해 냉각하는 열간압연선재의 냉각장치에 있어서,

상기 냉각대의 커버와 측벽에 각각 설치되는 다수개의 측부 노즐과, 상기 컨베이어의 상부를 따라 골고루 설치되는 상부 노즐과, 상기 컨베이어의 상부에 폭방향으로 다수개 설치되는 온도분포 측정장치 및, 상기 온도분포 측정장치로부터 측정된 온도분포 값에 따라 상기 측부 노즐 및 상기 상부 노즐의 분사량을 제어하는 제어장치를 포함하며,

상기 상부 노즐은 상기 선재의 적치밀도가 높은 양 에지부에 선재의 진행방향으로 설치되는 다수개의 미스트 노즐과, 상기 선재의 적치밀도가 낮은 중앙부에 선재의 폭방향으로 설치되며 다열로 배열되는 다수개의 스프레이 노즐 및 미스트 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 컨베이어의 하부 양 에지부를 따라 설치되는 스프레이 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컨베이어의 이송 롤러의 양 단부에 설치되는 슬리브 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 중앙부에 설치되는 다수개의 스프레이 노즐 및 미스트 노즐은 선재의 진행방향으로 교대로 배열되는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각장치.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 상부 노즐은 상기 중앙부 중에서 겹침밀도가 가장 낮은 정중앙부에 선재의 진행방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 다수개의 스프레이 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각장치.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 중앙부에 설치되는 다수개의 스프레이 노즐 및 미스트 노즐은 2열, 3열, 4열 중 어느 한 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각장치.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 제어장치는 상기 중앙부에 설치되는 다수개의 스프레이 노즐 및 미스트 노즐을 여러 영역으로 분할하여 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 온도분포 측정장치는 상기 권취기로부터 10∼20m 떨어진 변태점에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각장치.
제1항에 기재된 열간압연선재의 균일냉각장치를 이용하여 선재를 균일냉각하는 방법으로서,

상기 열간압연선재의 균일냉각장치를 제어하고 상기 컨베이어의 이송 롤러의 회전속도를 조절하여 다단냉각을 실시하되, 상기 측부 노즐 및 상기 상부 노즐의 분사압과 분사량을 크게 하여 냉각속도는 빠르게 하고 상기 이송 롤러의 회전속도를 느리게 하여 선재의 이송속도는 느리게 하여 급냉하는 단계와, 상기 측부 노즐 및 상기 상부 노즐의 분사압과 분사량을 작게 하여 냉각속도는 느리게 하고 상기 이송 롤러의 회전속도를 빠르게 하여 선재의 이송속도는 빠르게 하여 조정냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연선재의 균일냉각방법.