KR100636396B1 - 고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법 - Google Patents

고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적특성이 향상되도록 고온의 온도로 소둔하는 연속소둔로내부의 온도 상승으로 인하여 강판이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 연속소둔로 내부의 온도를 소정의 온도로 유지할 수 있는 고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 연속소둔로 작업중 장애발생시 강판의 온도를 소정온도로 유지하도록 로내의 온도를 조절하는 온도제어방법에 있어서, 상기 강판의 이동속도를 감지하여 정상속도의 1/2이상으로 이동하면 정상가동하고 1/2미만으로 이동하면 냉각제어를 수행하는 단계; 상기 냉각제어가 수행되면 연소가스를 차단하고 로내부로 냉각공기가 유입되도록 배기팬의 출력을 향상시키는 단계; 상기 강판의 온도가 정상 온도범위보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 정상 온도범위보다 낮으면 로온을 측정하는 단계; 상기 로온의 온도가 정상 온도범위 보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 정상 온도범위보다 낮으면 튜브 온도를 측정하는 단계; 및 상기 튜브의 온도가 정상 온도범위 보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 정상 온도범위보다 낮으면 냉각공기의 유입량을 감소시켜 판온, 로온, 튜브온도를 유지하는 단계를 포함하여서 된 것이다.
전기강판, 연속소둔로, 가열대, 균열대, 냉각대

Description

고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법{Temperature control method of continuous annealing furnace for high quality electrical strip marking}
도1은 일반적인 연속소둔로를 나타낸 개략도.
도2는 일반적인 연속소둔로의 가열대에 설치된 가열수단을 나타낸 개략도.
도3은 종래 방법에 의한 소둔로 가열대 및 균열대의 로온 및 판온을 나타낸도표.
도4는 종래 방법에 의한 판온 과잉상승시 고온연신 및 판파단을 나타낸 그래프.
도5는 소둔처리 재료별 고온기계적특성을 나타낸 그래프.
도6은 본 발명에 따른 온도제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
도7은 연속소둔로의 버너 소화 후 판온 조건에 따른 판 형상변화를 나타낸 비교표.
도8은 연속소둔로의 버너 소화 후 로내 온도 분포를 나타낸 비교표.
도9는 본 발명에 따른 판온 과잉상승시 고온연신 및 판파단을 나타낸 그래프.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
S : 강판 10 : 안내롤
100 : 가열대 101 : 가열수단
102 : 연소가스 공급관 103 : 연소공기 공급관
104 : 버너 105 : 튜브
106 : 배기가스 배출관 110 : 균열대
120 : 서냉대 130 : 제1급냉대
140 : 제2급냉대
본 발명은 고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적특성이 향상되도록 고온의 온도로 소둔하는 연속소둔로내부의 온도 상승으로 인하여 강판이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 연속소둔로 내부의 온도를 소정의 온도로 유지할 수 있는 고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 모터, 발전기, 안정기 등과 같은 전기기기에는 전기적 특성이 우수산 고급전기강판을 사용하고 있으며, 이러한 고급전기강판을 제조할 때에는 내부가 고온(약 950℃ 이상)으로 유지되는 연속소둔로를 이용하고 있다.
상기 연속소둔로는 도1에 나타낸 바와 같이 강판(S)의 이동을 안내하는 복수개의 안내롤(10)이 마련되어 있는 것으로서, 강판(S)을 고온으로 가열하는 가열대 (100)와, 강판(S)의 온도를 소정시간 유지하면서 전기적 특성을 향상시키는 균열대(110)와, 강판의 온도를 냉각시키는 서냉대(120), 제1급냉대(130) 및 제2급냉대(140)로 이루어져 있다.
한편, 상기 가열대(100)의 내부에는 도2에 나타낸 바와 같이 가열수단(101)이 마련되어 있으며, 그 가열수단(101)에는 연소가스 공급관(102)과 연소공기 공급관(103)이 연결된 버너(104)가 설치되어 있고, 그 버너(104)의 일측에는 화염의 온도를 전달하기 위한 튜브(105)의 일단이 설치되어 있고, 상기 튜브(105)의 타단에는 배기가스 배출관(106)이 연결되어 있다.
따라서, 가열대(100)의 내부가 소정온도로 유지되도록 연소가스 및 연소공기를 혼합하여 버너(104)에서 점화시키면 튜브(105)를 통하여 가열대(100) 내부의 온도가 상승되는 것이며, 상기 튜브(105)를 통과한 배기가스는 배기가스 배출관(106)을 통하여 외부로 배출되는 것이다.
한편, 가열대(100)에서 온도가 상승된 강판(S)은 균열대(110)를 통과하면서 전기적 특성이 향상된 전기강판으로 소둔된 후 서냉대(120), 제1급냉대(130) 및 제2급냉대(140)를 통과하면서 냉각되는 것이다.
이와 같이 연속소둔 과정중 입측 또는 출측설비의 장애 및 정전으로 인하여 연속소둔로의 내부를 강판이 안정적으로 이동(공급 및 배출)되니 않을 경우에는 강판을 가열 및 균열시키는데 필요한 열량 중 45~63%의 공급열량이 로내 분위기온도를 급상승시키게 되므로 연속소둔로 내부의 잠열에 의한 로내온도가 순간적으로 상승하게된다.
따라서, 로내를 통과하면서 기 가열된 강판이 소둔온도 이상으로 과열되어 재료의 고온강도(기계적 고온특성치)가 급격히 저하되는 온도구간(약 770℃)을 초과하여 고온강고온연신이 발생하고 로내에 설치된 안내롤 및 처리재료의 관성 모멘트에 의하여 장력 변동이 크게되어 로내의 재료가 형상변형(Buckle) 및 판파단이 발생한다.
또한, 최근 연속소둔설비는 고속화, 자동화 및 대형화 되어지고 그 중에서 연속소둔설비의 로내의 판파단은 중.대형장애로서, 생산성저하와 복구를 위한 정비비용의 상승 하므로 파단방지기술의 조업기술 및 시스템이 요구되고 있다.
연속소둔설비의 수직형 소둔로내의 로온도를 강제로 제어하지 못하면 판의 중량과 구동롤에 작용하는 관성모멘트의 작용방향 장력변동의 외란에 의해 고온연신에 의한 버클(Buckle) 및 판파단이 발생하게 된다. 특히 전기적 특성이 우수하며 두께가 얇은 전기강판의 경우에서는 그 발생정도가 쉽게 나타난다.
따라서, 연속소둔로 내부를 통과하는 강판의 판 파단을 방지할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이러한 강판의 판파단을 방지하기 위하여 종래에는 장애시 가열대 및 균열대의 연소시스템의 가스를 차단하고 버너를 소화하여 로온을 강하시키고 판의 장력을 하향하는 방법이었으나 이 방법으로는 간접가열 튜브를 통하여 전달되는 고온의 열원과 로내 잠열을 짧은 시간내 충분히 냉각제어가 어렵고 결국 고온의 열원에 의한 고온연신의 판파단 발생을 억제하는데 한계가 있었다.
종래의 연속소둔설비에서 도3의 조건으로 고온 소둔처리하는 과정에서 소둔 설비내에 소재의 연속적 공급이 불가한 경우에 가열대 및 균열대의 가열을 위한 연소가스를 차단하고 연소용 공기를 최소한으로 공급하여 튜브내의 잔류가스만을 완전연소시키기 위해 구성된 시스템에서는 도4에 나타낸 바와 같이 간접가열장치의 튜브와 분위기가스의 잉여열원에 의한 간접가열장치의 튜브와 로내 분위가스의 온도가 급상승하여 제어범위를 벗어나고 고온분위기에서 재료가 급가열로 고온연신과 외란(관성 및 장력변동)에 의해 770℃이상 과잉가열로 판 파단이 발생하였다.
그 이유는 도5에 나타낸 바와 같이 전기강판 소재는 770℃이상으로 가열시 고온열변형 즉 고온강도가 현격하게 저하되기 때문에 재료의 형상변형 및 판단발생이 일어나기 쉽다,
따라서, 상술한 종래의 판단방지방법은 장애시 가열대 및 균열대의 연소시스템의 가스를 차단하고 버너를 소화하여 로온을 강하시키고 판의 장력을 하향하고 있으나, 이 방법으로는 간접가열 튜브의 고온의 열원과 로내 잠열을 짧은 시간내 충분히 냉각제어가 어렵고 결국 고온의 열원에 의한 고온연신의 판파단 발생은 억제하지 못했다,
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 강판이 연속소둔로를 통과할 때 로내부 고온의 잠열에 의한 열영향을 적게 하기 위해서, 장애발생시 가스를 차단하여 버너를 소화하고 배량을 조절하여 연속소둔로의 온도를 조절할 수 있는 제어방법을 이용하여 튜브를 냉각시키고 로내의 잠열은 흡수하여 로외로 배출시켜 로내분위기 온도를 재료의 종류 및 싸이즈에 따른 파단임 계온도 이하의 안정영역이내로 유지할 수 있는 고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법은 연속소둔로 작업중 장애발생시 강판의 온도를 소정온도로 유지하도록 로내의 온도를 조절하는 온도제어방법에 있어서, 상기 강판의 이동속도를 감지하여 정상속도의 1/2이상으로 이동하면 정상가동하고 1/2미만으로 이동하면 냉각제어를 수행하는 단계; 상기 냉각제어가 수행되면 연소가스를 차단하고 로내부로 냉각공기가 유입되도록 배기팬의 출력을 향상시키는 단계; 상기 강판의 온도가 정상 온도범위인 740 ~ 760℃보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 상기 정상 온도범위보다 낮으면 로온을 측정하는 단계; 상기 로온의 온도가 정상 온도범위인 760 ~ 770℃보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 상기 정상 온도범위보다 낮으면 튜브 온도를 측정하는 단계; 및 상기 튜브의 온도가 정상 온도범위인 780 ~ 800℃보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 상기 정상 온도범위보다 낮으면 냉각공기의 유입량을 감소시켜 판온, 로온, 튜브온도를 유지하는 단계를 포함하여서 된 것이다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 도2에 도시된 바와 같이 연속소둔로 내에서 이송되는 강판의 온도를 측정하는 판온도계(150), 연속소둔로 내의 온도의 측정하는 로온도계(151) 및 강판의 가열수단인 래디안트튜브의 온도를 측정하는 래디안트튜브 온도계(152)가 추가로 설치되고, 이들 온도계의 측정치를 검출하고 이를 적정온도범위 내로 제어하기 위해 로온 및 판온제어(DSC)를 포함한 냉각 제어계가 설치된다.
또한, 본 발명은 도3에서 도시된 바와 같이 연속소둔로의 가열대에 설치된 튜브의 온도 및 로내의 분위기 온도를 조절하도록 연소공기 공급관에 바이패스관(170)이 연결되어 필요시에 냉각공기를 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위해 상기 바이패스관(170)에는 연소가스 공급관(102)의 조절밸브(102a), 연소공기 공급관(103)의 조절밸브(103a)와 같은 조절밸브(107a)가 설치된다.
튜브 내부로 연결하는 배관과 공기의 량 및 속도를 제어하는 공기콘트롤 밸브를 2개의 튜브 단위로 1개씩 설치할 수도 있지만, 더욱 상세하게는 대용량화되어가는 연속소둔로는 수직형로의 높이가 18미터이상의 소둔로내에서는 고온의 분위기가스의 상승기류가 형성되어 로내의 상부 부분이 상대적으로 로내의 중하위부위보다 온도가 약150℃에서 200℃정도가 높아 수직형 소둔로에서는 중상부의 판이 급격하게 가열되고 판의처짐과 자중에 의한 고온연신으로 파단이 발생하게되므로, 온도제어효과를 향상시키기 위하여 수직형 중상부에는 튜브 내부로 연결하는 배관과 공기의 량 및 속도를 제어하기 이한 공기콘트롤 밸브 등을 튜브 단위로 1개씩 설치하고 잉여잠열을 흡수할 수 있는 장치를 보조로 설치하여 흡수한 열을 냉각대의 열교환장치에 연결한 배관을 통하여 냉각대에 보내어 냉각대의 분위기가스의 온도를 항온시킴으로써 판의 과냉과 과냉에 의한 버클(Buckle)발생을 억제하는 것이 바람직하다.
본 발명은 연속소둔로의 내부를 통과하는 강판의 과잉상승온도과 고온연신에 의한 판파단을 해소하기 위해서 로온의 순간 냉각제어시스템 및 잉여열을 흡수할 수 있는 장치를 설치하여 제어함으로써 로의 과잉상승온도와 고온연신은 억제하여 처리재료의 파단임계이하의 안정영역대의 온도(약 680~760℃)로 제어하여 연속소둔로의 순간장애에 의한 판파단을 방지하고자 하는 것이다.
이를 위하여 본 발명은 가열대(100) 및 균열대(110)의 분위기가스를 흡수하여 일부를 냉각대에 송출하여 냉각대의 과냉을 방지하고 흡수량과 흡수팬의 출력은 냉각대의 분위기온도를 관찰하여 온도가 일정범위(560℃를 초과하지 않고 350℃이하)를 유지하도록 분위기 흡수팬의 출력을 제어한다.
연속소둔작업중에 소둔로의 입.출측 및 소둔로의 장애로 인하여 소재공급속도가 정상작업속도의 1/2이하로 감속되는 경우에 로내온도감지기로부터 로온의 상승속도와 판온의 상승온도 조건을 모니터링하여 분당 5~10℃이상의 급격한 온도상승시에 버너를 자동소화하고 냉각제어시스템으로 전환하여 간접가열장치인 튜브에 냉각공기를 통입시켜 로내의 가열대의 분위가스온도와 판의 온도를 750~770℃이하의 안정영역의 온도로 유지하도록 튜브내의 투입 냉각공기의 량과 속도를 제어하고 열흡수장치로 로내의 고온 분위기가스를 흡수하여 냉각대로 보내어 냉각대의 분위기온도를 350~560℃로 유지토록 분위기가스의 흡입량을 제어하고 냉각대의 분위기온도를 항온함으로써 급냉에 의한 쿨링버클을 방지하게 된다.
한편, 본 발명은 튜브의 내면 및 표면온도를 연소용공기를 투입하여 가열된 튜브를 680~820℃로 냉각하고 로내 고온 분위기가스를 흡입해서 분위기온도 급격상승과 그것에 의해 과열되어 판온이 770℃이상의 고온 연신되는 것을 방지하게 된다.
연속소둔로 가열대의 고온연신에 의한 로내 판파단을 방지하기 위한 본 발명의 제어방법은 연속소둔로의 가열대 및 균열대의 냉각제어계의 로직을 이용하여 공기공급 및 배기팬의 출력을 제어하되, 공정제어컴퓨터(SCC)와 구동제어계(PLC) 재료의 종료 및 싸이즈에 따라 도3에 나타낸 작업조건을 계장제어계(DCS)에 지령 및 인터패이스하여 계장제어계(DCS)에서 로내의 온도계(판온, 로온)에 검출된 온도를 목표값에 일치하도록 가열대 및 균열대의 연소시스템을 제어한다.
본 발명의 제어방법의 과정을 나타낸 도6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 라인 구동제어장치에서 판속을 모니터링 및 트래킹을 하고 연소제어장치에서 로온 및 판온, 가열장치의 튜브온도를 모니터링하여 판속과 재료의 종류 및 싸이즈에 필요한 한계온도구간을 설정하여 소둔로의 입.출측 및 로내 장애로 판속이 정상작업속도의 1/2이하로 저하되는 경우와 재료가 정지되는 경우에는 버너를 소화 후 냉각제어를 수행하는 것이며, 이러한 냉각제어는 분위기가스온도 및 판의 온도를 안정영역온도 범위로 유지하는 것이다.
상기 안정영역온도 범위로 유지하기 위하여 연속소둔로 내부의 강판온도를 측정하는 것으로서, 강판의 온도가 740℃이하이면 자성이 불균일 하게 되어 전기적 특성이 감소되고 760℃이상이면 판파단이 발생되므로 강판의 정상 온도범위는 740 ~ 760℃로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 강판의 그 온도가 정상 온도범위(740 ~ 760℃)보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 정상 온도범위보다 낮으면 로온을 측정한다.
그리고 상기 로온의 온도가 정상 온도범위(760 ~ 770℃)보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 정상 온도범위보다 낮으면 튜브 온도를 측정하며, 상기 튜브의 온도가 정상 온도범위(780 ~ 800℃)보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 정상 온도범위보다 낮으면 냉각공기의 유입량을 감소시켜 판온, 로온, 튜브온도를 유지하게 되는 것이다.
이때에는 도7 및 도8에 나타낸 바와 같이 공기량을 제어하는 것으로서, 냉각공기의 투입량 및 배기량, 로내의 잉여열의 흡수량을 조절장치에서 안정영역의 온도구간으로 도달할때까지 밸브의 개폐량을 조절한다.
도9는 연속소둔작업중에 소둔로의 입.출측 및 소둔로의 장애로 인하여 소재공급속도가 정상작업속도의 1/2이하로 감속되는 경우와 재료의 공급이 중단되는 경우에 로내의온도, 판온도 및 튜뷰의 온도 변화를 보여주는 일실시예이다.
즉, 종래의 방법에 의한 도4와 비교하면 연소용 가스배관의 차단변을 닫고 공기팬 및 배기가스팬의 출력을 상향조절시켜 연소용공기의 량과 속도를 증가시켜 간접가열장치의 튜브내로 공기의 통입량을 증가시키므로써 열교환능력을 상향시켜 튜브의 온도와 분위기가스온도를 강온시켜 판에 전달되는 열원의 영향을 짧은 시간에 차단 및 억제하는 효과가 향상되어 판온이 과잉가열되는 것을 방지하게 되는 것이다.
또한 본 발명은 로온, 판온 및 튜브의 온도를 유효하게 제어하기 위해서 기존 시스템의 연소 및 온도의 모니터링시스템을 활용하여 온도를 모니터링하고 기존 연소제어 시스템에 공기 바이패스방법과 공기제어계 그리고 연소공기 및 배기가스팬의 출력 자동증감제어 가능토록 자동제어계를 프로그램처리하여 장애발생시 자동으로 냉각제어시스템으로 전환제어하여 로내 파단발생을 방지할 수가 있다.
각 튜브의 냉각공기팬과 배기가스팬의 출력을 소둔조건의 연소조건보다 순차적(예 : 25%, 35%)으로 증가시키면서 온도강온 현상을 모니터링하고 온도의 변화를 관찰하여 나타낸 도8 및 도9와 같이 각 공기의량을 증가시키면 튜브의 온도강하가 빠르고 로내분위기 온도는 로 벽체의 연화 및 내화재의 잠열에 의해 순간 상승했다가 점점 강하되었으며 그영향으로 판의 온도도 약간 상승했다가 강온되는 현상이 보였고 잠열에 의한 판의 과잉온도 상승이 억제되었고 고온연신과 판터짐은 발생하 지 않았다.
즉, 도5에 나타낸 바와 같이 750℃이상에서 재료의 고온기계적특성이 급격히 저하되는 것이며, 도7에 나타낸 바와 같이 정상적인 소둔작업 온도조건인 온도조건에서는 770℃이하의 조건에서는 재료의 형상 및 판터짐이 없었으나 소둔로의 입.출측의 설비장애로 재료공급속도가 1/2이하로 감속되거나 정지되는 경우에는 760~790℃ 정도에서 판형상의 경미한 변형이 발생하고, 790℃이상에서는 고온연신에 의한 판터짐이 발생하므로, 본 발명에 의한 냉각제어방법을 적용한 실시예를 나타낸 도8과 같이 로내 재료의 온도를 750~770℃로 제어시 로내에서의 재료의 열변형 및 판터짐이 최소화의 임계온도를 표시하였고, 냉각공기팬과 배기팬의출력 상향제어하여 튜브의 온도 및 로온 판온을 고찰한 결과 시험2,3조건에서 만족한결과를 얻게 되었다.
이와 같이 본 발명은 연속소둔로의 작업중에 장애발생으로 소재의 공급이 중단되어 잉여열에 의한 판의 과소둔에 의한 고온연신 및 판터짐을 방지하기 위해 가열 및 균열대의 간접가열장치에 냉각제어시스템을 구성하고 장애시 냉각제어시스템을 가동하여 판터짐 임계온도 750~770℃로 제어하여 로온의 순간 강온과 판의 열변형 및 판파단을 방지할 수 있게되는 특유의 효과가 있다.
또한 본 발명은 연속소둔로의 작업중 강판의 열변형 및 판파단을 방지하여 설비의 가동효율을 향상시킴은 물론, 생산성을 향상시킬 수 있게되는 특유의 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 연속소둔로 작업중 장애발생시 강판의 온도를 소정온도로 유지하도록 로내의 온도를 조절하는 온도제어방법에 있어서,
    상기 강판의 이동속도를 감지하여 정상속도의 1/2이상으로 이동하면 정상가동하고 1/2미만으로 이동하면 냉각제어를 수행하는 단계;
    상기 냉각제어가 수행되면 연소가스를 차단하고 로내부로 냉각공기가 유입되도록 배기팬의 출력을 향상시키는 단계;
    상기 강판의 온도가 정상 온도범위인 740 ~ 760℃보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 상기 정상 온도범위보다 낮으면 로온을 측정하는 단계;
    상기 로온의 온도가 정상 온도범위인 760 ~ 770℃보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 상기 정상 온도범위보다 낮으면 튜브 온도를 측정하는 단계;
    상기 튜브의 온도가 정상 온도범위인 780 ~ 800℃보다 높으면 냉각공기의 유입량을 증가시키고 상기 정상 온도범위보다 낮으면 냉각공기의 유입량을 감소시켜 판온, 로온, 튜브온도를 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 고급전기강판 제조용 연속소둔로의 온도제어방법.
  2. 삭제
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