KR100627482B1 - 후판 변태량 온라인 측정장치 - Google Patents

후판 변태량 온라인 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압연된 후 가속냉각대를 통과중인 후판의 변태량을 상기 가속냉각대 내에서 온라인으로 측정하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 압연후 가속냉각대를 통과하는 후판의 변태량 온라인 측정장치에 있어서, 내벽 및 외벽의 이중벽 구조를 가지며 내벽과 외벽 사이에 소정의 냉각물질을 포함하는 하우징; 상기 내벽 내에 상기 후판과 소정간격 이격되어 설치되는 자성체; 가속냉각대 통과시 상기 후판의 자성변화에 따라 상기 후판과 자성체 간의 인력을 검출하도록 상기 자성체에 연결된 인력검출부; 및 상기 인력검출부로부터 검출된 검출신호를 분석하여 상기 후판의 변태량을 계산하는 분석부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 후판 가속냉각대 내를 진행중인 후판의 변태량 측정시, 리프트 오프를 충분하게 확보할 수 있으며, 표층부 혹은 벌크 특성평가가 가능한 장점이 있다. 또한, 가속냉각대 내부의 고온, 고습의 열악한 환경에 영향을 크게 받지 않는 장점이 있다.
압연, 가속냉각대, 후판, 변태량, 이중벽 구조, 자성

Description

후판 변태량 온라인 측정장치{ONLINE DETERMINATION DEVICE OF TRANSFORMATION RATIO OF THICK STEEL PLATE}
도 1은 본 발명이 적용되는 후판 가속냉각대 내부의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 후판 가속냉각대의 냉각과정에서 상변태에 따른 자기적 특성 변화도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 후판 변태량 온라인 측정장치의 개략 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 가속냉각대 20 : 후판
31 : 하우징 32 : 자성체
33 : 인력검출부 34 : 내벽
35 : 외벽 36 : 냉각물질
37 : 유입관 38 : 배출관
39 : 분석부
본 발명은 후판 변태량 온라인 측정장치에 관한 것으로, 특히 후판 가속냉각대를 통과중인 후판의 변태량을 상기 가속냉각대 내에서 온라인으로 측정하는 장치에 관한 것이다.
후판은 두께가 6mm 이상의 열간강판을 지칭하는 것으로 특히 조선용 강재로 사용되는 TMCP 강의 경우에는 두께가 25mm~60mm 범주에 있는데, 이러한 후판을 가속 냉각하는 경우 조직의 입자 미세화가 발생되고 이로써 인장강도가 향상되어 인성이 증가하며 아울러 고입열 용접이 가능하므로 용접 수공이 현저히 절약되는 장점이 있다.
일반적으로, 압연 후 가속냉각대로 진입하는 후판의 온도는 750 내지 800℃이고, 가속냉각대로부터 배출되는 후판의 온도는 500 내지 550℃이며, 상기 가속냉각대 내를 통과하는 후판의 이동속도는 0.8 ~ 1.4 m/s이다. 이러한 후판은 가속냉각대 내에서의 냉각과정에 의해 상자성의 오스테나이트 상태에서 강자성의 페라이트 상태로 변태한다.
가속냉각대 출측에서 원하는 강자성의 페라이트 상태를 얻기 위해서는 무엇보다도 냉각과정, 특히 냉각수 량의 조절이 중요하다. 왜냐하면 가속냉각대의 냉각수 량에 많으면 과변태가 발생하게 되고 냉각수 량이 적으면 미변태가 발생하게 되어 가속냉각대 출측에서 원하는 상태를 확보하기 어렵기 때문이다. 따라서, 압연 후 가속냉각 시에 강판의 상변태를 온라인으로 측정하는 것은 후판의 변태량에 따라 냉각수의 량을 조절하기 위한 것으로 가속냉각대 출측에서 원하는 상태의 후판을 확보하기 위해 중요하며, 나아가 후판재의 판변형 방지를 위해서는 가속냉각대 내에서 실제 변태율을 측정하여 냉각제어를 행하는 작업이 필수적으로 요구된다.
그러나, 가속냉각대는 일종의 블랙박스(blackbox)로 그 내부에서 강판의 변태율을 쉽게 측정하기 어려우며, 실제로 현재 가속냉각대 내의 극한 환경 때문에 온도 및 변태 등의 측정하기는 매우 어려운 실정이다.
종래의 변태량 측정 기술로는 상변태시 잠열로 인한 온도 상승을 정밀 온도계로 측정하는 방식과 X-선 회절을 이용하는 방법 등이 있다.
온도측정법은 직접적으로 상변태를 검출하는 것이 아닌 간접적인 방법으로서 획득할 수 있는 정보가 개략적인 단점이 있다. 또한, 응답성이 늦고 정밀도 확보가 곤란하며, 수냉환경에서 방사 온도계를 이용한 측정이 곤란하다는 단점이 있다.
X-선 회절법은 강판의 표층부로부터 50㎛ 이내의 변태 정보만 확인이 가능하다. 강철재의 변태 특성은 200㎛ 이상의 깊이에서 정보를 꺼낼 필요가 있다는 점을 감안할 때 부적절한 방법이다. 또한, 가속냉각내의 열악한 물 및 공기의 혼합 냉각체 분사 분위기를 고려할 때 근본적으로 사용이 불가능하며, 아울러 사용되는 장치가 고가의 대형장치이며 유지 및 보수가 곤란한 단점이 있다. 더불어, 강한 X-선이 조사되므로 방사선 방호 및 차폐장치가 반드시 필요한 단점이 있다.
그 외에도, 대한민국 특허출원 제1995-20346호, 제1996-41353호, 제1996-51639호, 제1996-67984호와, 일본 특개평2-16874호 및 특개평5-126798호 등에 변태 량을 측정하는 장치 또는 방법이 개시되어 있으나, 본 발명에서 제시하는 방법과는 다르다.
따라서, 당 기술분야에서는 후판의 품질 향상을 위한 일환으로 후판 가속냉각대의 냉각수 량을 정확히 조절하기 위하여 가속냉각대를 통과중인 후판의 변태량을 정확히 측정하는 기술의 필요성이 점차 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 후판 압연 후 가속냉각대에서 온라인으로 후판의 변태량을 측정할 수 있고, 또한 고온 및 열악한 가속냉각대의 환경에 적용성이 우수한 후판 변태량 온라인 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 후판 변태량 온라인 측정장치는, 압연후 가속냉각대를 통과하는 후판의 변태량 온라인 측정장치에 있어서,
내벽 및 외벽의 이중벽 구조를 가지며 내벽과 외벽 사이에 소정의 냉각물질을 포함하는 하우징; 상기 내벽 내에 상기 후판과 소정간격 이격되어 설치되는 자성체; 가속냉각대 통과시 상기 후판의 자성변화에 따라 상기 후판과 자성체 간의 인력을 검출하도록 상기 자성체에 연결된 인력검출부; 및 상기 인력검출부로부터 검출된 검출신호를 분석하여 상기 후판의 변태량을 계산하는 분석부를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서 상기 내벽은 냉각물질을 포함할 수도 있으며, 바람직하게는 상기 냉각물질은 냉각유, 냉각수 또는 냉각기체 중 선택되는 하나의 물질일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 자성체는 바람직하게는 영구자석이다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 인력검출부는 바람직하게는 로드셀이다.
더하여, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 하우징은 상기 냉각물질이 외부로부터/로 유입 및 배출되는 유입관 및 배출관을 포함할 수 있다.
본 발명은 가속냉각대를 통과중인 후판의 변태량을 온라인으로 측정하는 장치를 제공한다. 가속냉각대를 통과하는 후판은 냉각과정을 통해 상자성의 오스테나이트 상태에서 강자성의 페라이트 상태로 변태하게 된다. 이와 같이 가속냉각대를 통하면서 후판의 자성변화가 발생하게 되는데, 이러한 후판의 자성변화를 검출하여 이를 분석함으로써 상기 가속냉각대를 통과하는 후판의 자성 변태량을 온라인으로 측정하는 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태가 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 후판 가속냉각대 내부의 개략적인 구조도이다. 도 1을 참조하면, 먼저, 압연된 후판(20)은 롤러(11)의 구동에 의해 가속냉각대(10) 입측으로 인입된다. 이와 같이, 상기 후판(20)이 가속냉각대(10) 입측으로 인입되면 이를 감지하여 상기 가속냉각대(10) 내의 상,하부에 설치된 냉각수 노즐(12)을 통해 설정된 양의 냉각수(14)를 상기 후판(20)의 상하면에 뿌려 상기 후판(20)을 냉각시킨다.
도면에는 미도시 되었으나, 가속냉각대(10)의 냉각장치에서는 에어컴프레셔를 통해 고압의 압축공기가 공급됨과 동시에 물이 공급된다. 공급된 압축공기와 물은 냉각수 노즐(12)의 한 지점에서 서로 만나면서 고압고속의 유출속도에 맞추어 물이 분사되면서 미세한 물입자가 고압의 압축공기에 의해 비산되는 미스트가 생성되게 된다. 이와 같이 생성된 미스트는 그 분출속도 때문에 후판(20)의 표면에 고속으로 스프레이되면서 열처리된 후판(20)을 고속으로 냉각하게 된다.
이러한 냉각과정을 통해, 단시간에 충분한 냉각이 이루어지기 때문에 열처리된 후판(20)의 조직이 미세화되고 이로써 인장강도가 급격히 향상된다.
도 2는 본 발명에 따른 후판 가속냉각대의 냉각과정에서 상변태에 따른 자기적 특성 변화도이다. 상술한 바와 같이, 후판(20)은 오스테나이트 상태에서 압연된 후 가속냉각대(10)로 이송되고 가속냉각대(10)를 통과하면서 냉각되어 페라이트 상태로 배출된다. 도 2를 참조하면, 압연된 직후에 후판(20)의 온도는 약 750 내지 800℃((a)위치)이며 이때는 면심입방체의 오스테나이트 상태(γ상)이고 투자율 μ는 1이다. 상기 후판(20)이 가속냉각대(10)로 진입하여 급냉이 시작되면 후판(20)의 온도는 점차 하강하고 A3변태선 온도 이하로 내려가면 오스테나이트 상태의 γ상은 점차 줄어들고 페라이트 상태의 α상이 점차 증가하게 된다. 이 경우 큐리(curie)온도 이상이므로 페라이트 상은 상자성 상태(α상)로 투자율 μ는 1이다. 즉, 냉각에 따라 A3 변태선 이하가 되면 오스테나이트 상태에서 페라이트 상태로 조금씩 변하고, 온도가 큐리온도 이상이면 모든 상자성체이지만 큐리온도 이하가 되면 페라이트 상은 강자성체가 되는 것이다. 계속해서 급냉이 진행되면서 후판(20)의 온도가 큐리(curie) 이하로 떨어지면 오스테나이트 상태에서 페라이트 상태로 변태된 페라이트 상은 강자성의 성질을 지니게 되고 투자율 μ는 1보다 크게 되어 대략 70부근이 된다. 이러한 변태과정에서 자성의 성질이 크게(즉, 투자율 μ가 1에서 70범위) 변화는 원리를 이용하는 것이다.
이와 같이 냉각과정이 진행될수록 변태량은 증가하게 되며 이는 곧 상자성의 오스테나이트 상태에서 강자성의 페라이트 상태로 변화한다는 것이다. 아울러, 격자구조는 면심입방체에서 체심입방체 구조로 변화되어 금속상의 변화가 발생한다. 여기서, 변태량은 하기 식1을 이용하여 계산될 수 있다.
[식1]
변태량(율)(%) = {(α상 체적)/(금속 전체 체적)} ×100
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 후판 변태량 온라인 측정장치의 개략 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 후판 변태량 온라인 측정장치(300)는, 내벽(34) 및 외벽(35)의 이중벽 구조를 가지며 내부에 냉각물질(36)을 포함하는 하우징(31)과, 상기 내벽(34) 내에 후판(20)과 소정간격(L) 이격되어 설치되는 자성체(32)와, 상기 후판(20)이 가속냉각대를 통과시 상기 후판(20)의 자성변화에 따라 상기 후판(20)과 자성체(32) 간의 인력을 검출하도록 상기 자성체(32)에 연결된 인력검출부(33)와, 상기 인력검출부(33)로부터 검출된 신호를 분석하여 상기 후판(20)의 변태량을 계산하는 분석부(39)를 포함한다.
본 발명에 따른 후판 변태량 측정장치는 고온의 후판에 근접하여 상기 후판의 변태량을 측정하기 때문에 바람직하게는 상기 측정장치의 냉각을 위한 장치가 필요할 수 있다. 이를 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 하우징(31)은 내벽(34) 및 외벽(35)의 이중벽 구조로 되어 있으며, 상기 외벽(35)에는 외부로부터 냉각물질(36)을 유입하기 위한 유입관(37)과 상기 냉각물질(36)을 외부로 배출하기 위한 배출관(38)을 포함할 수 있다. 따라서, 유입관(37)을 통해 외부로부터 유입된 상기 냉각물질(36)은 상기 내벽(34)과 외벽(35) 사이를 흐르면서 자성체(32) 및 인력검출부(33)를 냉각시킨 후 배출관(38)을 통해 외부로 배출된다. 또한, 상기 내벽(34)의 내부공간, 즉 내벽(34)으로 둘러싸인 내측의 내부공간에도 냉각물질이 포함될 수도 있다. 여기서, 상기한 냉각물질(36)은 냉각수, 냉각기체 또는 냉각유일 수 있다. 또한, 상기 자성체(32)는 바람직하게는 영구자석일 수 있으며, 더 바람직하게는 고에너지적을 보유할 수 있고 고온에서 안정적으로 자성체의 기능을 유지할 수 있는 영구자석일 수 있다. 나아가, 상기 인력검출부(33)는 바람직하게는 로드셀(load cell)일 수 있으며, 더 바람직하게는 CAS SB-20L과 같은 정밀 측정용 로드셀일 수 있다.
상기 자성체(32)는 상기 내벽(34) 내에서 상기 후판(20)과 소정간격(L, 이를 "리프트오프(lift-off)라 함)만큼 이격되어 설치된다. 이로써 온라인 상태로 측정이 가능하다.
상술한 바와 같이, 가속냉각대(10) 내로 진입한 후판(20)은 급냉이 진행되면서 상자성인 오스테나이트 상태(γ상)에서 강자성인 페라이트 상태(α상)로 변화된다. 이때, 상기 후판(20)이 강자성체로 점차 변해감에 따라서 상기 후판(20)으로부터 소정간격 이격되어 설치된 상기 자성체(32)와 상기 후판(20) 사이에는 인력이 발생하게 된다. 이러한 자성체(32)와 후판(20) 사이의 인력은 상자성의 오스테나이트 상태에서 강자성의 페라이트 상태로 변태함에 따라 점차 증가한다. 이와 같은 자성체(32)와 후판(20) 사이의 인력을 검출하기 위하여 인력검출부(33)가 상기 자성체(32)에 연결되는 것이다. 결과적으로, 후판(20)의 변태량에 따라 상기 자성체(32)와 후판(20)간의 인력은 증가하게 되고, 상기 인력이 증가함에 따라 인력검출부(33), 예를 들어 로드셀에서 검출되는 중량값은 증가하게 된다. 분석부(39)에서는 이러한 중량값 변화와 변태량 변화의 상관관계를 분석하여 상기 후판(20)의 변태량을 검출하게 된다. 여기서, 상기 분석부(39)는 마이크로프로세서 또는 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 소정의 프로그램을 이용하여 구현할 수 있을 것이다. 나아가, 상기 분석부(39)는 상기 인력검출부(33)로부터 검출신호를 유선을 통해서만이 아니라 무선으로도 수신이 가능할 것이다. 이러한 본 발명에 따른 후판의 변태량 온라인 측정장치는, 가속냉각대(10) 내에 복수 개소에 설치되어 각 위치에서 후판의 변태량을 온라인으로 측정할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명에 따른 후판의 변태량 온라인 측정장치에 대한 기술사상을 설명한 것으로서, 이는 발명의 가장 양호한 실시형태를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 특히 본 발명의 일 실시형태로서 자성체를 영구자석으로 적용할 수 있다고 기재하고 있으나, 예를 들어 자성체의 성질을 갖는 전자석 등도 적용이 가능할 것이다. 이와 유사하게 인력검출부를 로드셀로 적용할 수 있다고 기재하고 있으나 두 물체사이에 작용하는 힘을 측정할 수 있는 장치라면 어느 것이든 무관할 것이다.
또한, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 상세한 설명 또는 도면에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 후판 가속냉각대 내를 진행중인 후판의 변태량 측정시, 리프트 오프를 충분하게 확보할 수 있으며, 표층부 혹은 벌크 특성평가가 가능한 장점이 있다. 또한, 가속냉각대 내부의 고온, 고습의 열악한 환경에 영향을 크게 받지 않고 변태량을 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 압연후 가속냉각대를 통과하는 후판의 변태량 온라인 측정장치에 있어서,
    내벽 및 외벽의 이중벽 구조를 가지며 내벽과 외벽 사이에 소정의 냉각물질을 포함하는 하우징;
    상기 내벽 내에 상기 후판과 소정간격 이격되어 설치되는 자성체;
    가속냉각대 통과시 상기 후판의 자성변화에 따라 상기 후판과 자성체 간의 인력을 검출하도록 상기 자성체에 연결된 인력검출부; 및
    상기 인력검출부로부터 검출된 검출신호를 분석하여 상기 후판의 변태량을 계산하는 분석부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 후판 변태량 온라인 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내벽으로 둘러싸인 내측의 내부공간에 냉각물질이 포함되는 것을 특징으로 하는 후판 변태량 온라인 측정장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 냉각물질은 냉각유, 냉각수 또는 냉각기체 중 선택되는 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 후판 변태량 온라인 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자성체는 영구자석인 것을 특징으로 하는 후판 변태량 온라인 측정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인력검출부는 로드셀(load cell)인 것을 특징으로 하는 후판 변태량 온라인 측정장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 냉각물질이 외부로부터/로 유입 및 배출되는 유입관 및 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 후판 변태량 온라인 측정장치.
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