KR100785255B1 - 아연 도금 또는 어닐링 라인에 있어서 금속 스트립의 예열방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가열된 금속 스트립의 산화를 제한하기 위해 직접 연소식 예열부에서 금속, 특히 강철 스트립을 예열하기 위한 방법으로서, 어떠한 제작 구성이라도, 하나의 버너에 대응하는 단위 길이의 복수의 영역으로 길이 방향을 따라 분할될 수 있는 예열 영역을 사용하는, 각각의 버너가 공기/가스 설정 및 그에 따른 노의 분위기를 정확하게 조절하도록 고정된 상태에서 개별적으로 작동될 수 있다. 이 때, 상기 예열 영역의 하류 단부로부터 시작하여 특정 수의 버너가 점화되고, 상기 버너들의 점화에 의해 영향을 받는 노 영역의 길이와 재생 영역, 즉 상기 버너들이 소화되는 영역의 길이는 열적 수요에 의해 변화될 수 있으며, 상기 각각의 버너들은 전체 동력 및 일정한 공기/가스 설정하에서 작동된다.
금속 스트립, 산화, 예열부, 버너, 노, 노 영역, 재생 영역
Description
도 1은 종래의 2개의 예열 영역을 포함하는 예열 장치의 실시예를 개략적으로 도시한 측면 입면도.
도 1a는 상기 도 1과 관련된 2개의 예열 영역에서 사용되는 가열 동력과 상기 영역에 있어서 스트립 온도의 변화를 나타내는 곡선을 도시한 도면.
도 2는 종래의 스트립 표면상에 형성된 산화층의 두께와 노의 영역에 있어서 가스 온도 또는 벽 온도의 함수를 나타내는 도면.
도 3은 예열 영역이 하나의 버너에 대응하는 유니트 길이의 복수의 영역 안으로 분할되는 방식으로 대체되는 방법을 도시한 도 1과 유사한 도면.
도 3a는 도 1a에 도시된 것과 유사한 예열 출구 온도에 대한 스트립 온도의 변화를 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 스트립 2,3: 예열 영역
4: 버너 5,7: 매니폴드
6,8,11: 밸브
본 발명은 고온의 아연 도금 라인 또는 어닐링 라인에서, 특히 도입점에 설치된 직접 연소식 예열부에서 금속 스트립, 특히 강 스트립의 예열을 개선하기 위한 것이다.
현재 수행되고 있는 바와 같은 아연 도금 또는 어닐링 이전에 직접 연소식 예열은 다음의 3가지 기능을 수행한다:
- 상기 스트립을 가열함;
- 상기 라인이 예비 세정부가 설치되지 않을 때 압연 잔류물 또는 보호 오일을 제거함;
- 버너 가열에 따른 강 스트립의 산화를 제한하거나 또는 제거함.
종래 기술에 따라 만들어진 연속 라인에 있어서, 예열은 몇 개의 연속 영역에서 수행되며, 그 온도는 독립적으로 제어되며, 일반적으로는 고-용량 라인을 위한 4개의 영역과 저-용량 라인을 위한 2개의 영역이 예를 들면 각각 노의 각 측부 상에서 4개 내지 6개의 버너를 구비하고 있다.
연속 라인에서 아연 도금 또는 어닐링된 스트립은 규격, 폭 또는 두께가 변하며, 또한 가변 속도로 주행한다. 그에 따라 중요한 변수인 노 영역의 가열에 대한 필요성에 영향을 미친다. 그와 같은 가변적 가열 필요성을 허용하기 위해, 예를 들면 스트립 단면이 작거나 또는 그 속도가 낮을 때, 제 1 영역을 상기 스트립의 진행 방향으로 차단하거나 또는 정격 동력의 약 15 내지 20%에 달하는 최소 열 출력에서 예열 영역들을 유지하는 것에 의하여, 대체로 단지 적은 수의 예열 영역들만이 사용된다.
후자의 경우에, 특히 얇은 제품을 예열시키기 위해, 적은 동력이 사용된다.
본 발명에 의해 해결하기 위한 기술적 문제점을 완전히 이해하기 위해, 2개의 예열 영역을 포함하는 예열 장치의 실시예로서 측면도로서 개략적으로 도시된 첨부된 도 1을 참고하였다. 도 1과 관련된 도 1a는 2개의 예열 영역에서 사용되는 가열 동력과 상기 영역에서의 스트립의 온도 변화를 나타내는 곡선을 도시한다.
도 1은 2개의 예열 영역(2,3)을 포함하는 스트립(1)을 예열하기 위한 장치를 도시한다. 상기 각각의 영역은 매니폴드(5)를 거쳐서 연소 공기가, 그리고 매니폴드(7)를 거쳐서 연료가 공급되는 버너(4)가 설치된다. 각각의 영역으로 제공되는 동력은 각각 산화제와 연료의 유동 속도를 조절하기 위한 밸브(6,8)에 의해 조절된다. 상기 예에서, 도 1a의 그래프에서 사선 영역으로 도시된 가열 동력은 제 2 영역(3)의 정격 동력의 60%에 상당하며, 제 1 영역(1)은 예를 들면 15%의 최소 동력으로 작동한다. 곡선(9)은 예열 영역에서의 스트립의 온도 상승을 나타낸다. 이와 같은 환경하에서, 가스의 온도와 제 2 예열 영역(3)의 벽의 온도는 약 1150℃ 이하의 낮은 수준에서 안정된다.
스트립의 산화가 적으면 적을수록, 직접 예열 노 영역의 벽의 온도나 주변 온도는 더 높아진다는 것이 공지되어 있다. 이와 관련하여, 특히 "MPT-야금학 설비 및 기술 인터내셔널"의 제 4/1991호에서 공개된 "연속 핫-딥 아연 도금 라인에 있어서의 직접 연소 가열"을 참고하였으며, 이에 대하여는 첨부된 도 2에 설명되어 있다. 도 2에서 y-축 좌표는 스트립 표면상에 형성된 산화층의 두께를 나타내며, 단위는 옹스트롬을 나타내고, x-축 좌표는 상기 노의 영역에 있어서 가스 온도 또는 벽 온도의 함수를 나타내며, 예를 들어, 상기 예열 영역을 빠져나가는 스트립의 온도는 650℃이다. 이와 같은 도면은 산화물의 형성이 1150℃의 가스 또는 벽 온도에서 최대가 되며, 또한 1250℃ 이상의 가스 또는 벽 온도에서는 훨씬 작아짐을 나타낸다.
이는 또한 상술한 바와 같은 작동 상태하에서의 노의 작동이 스트립의 산화를 최대화하는 환경하에 스트립을 놓이게 함을 알 수 있다.
이와 같은 환경하에서 스트립 표면상에 형성된 산화물은 제거되어야만 한다. 이러한 것은 수소를 함유하는 분위기에 있는 보유 영역을 상기 예열 영역의 하류에 설치하는 것을 요구하며, 이러한 보유 영역은 형성된 산화물이 환원에 의하여 제거되도록 충분히 길다. 이와 같은 환원은 높은 온도하에서 수행되어야만 하며, 단지 이러한 환원을 얻는 목적으로만 성취되는 수준이 상기 스트립의 강철 규격에 따른 금속학적 처리에 필요하지 않을지라도, 통상 스트립을 상기 수준으로 예열할 것을 요구한다.
종래 기술에 따른 예열시의 열 공급을 제어하는데 있어서의 융통성의 결여 및 그의 산화가 제한될 수 있는 상태하에서 스트립 설치에 대한 불가능성은, 대체로 문제의 작동 상태에 대한 라인의 오정합을 발생시키는 스트립 온도를 초래한다. 상기 노의 설계는 그와 같은 결함으로부터 파생되었으며, 충분한 냉각 설비를 갖는 긴 라인을 생성한다. 그와 같은 부가적인 노의 길이는 설비 단가와, 크기와 보수 및 작업 비용을 증가시킨다.
본 발명의 목적은, 모든 제작 구성(라인 속도, 처리 특성, 제품 특성, 특히 규격과 단면)에 대해 제한된 산화를 갖는 직접 연소식 예열부에 있어서 스트립을 가열하기 위한 새로운 방법 및 개량된 노를 제공함으로써, 상술된 기술적인 문제점을 해결하는 것이다.
또한, 본 발명은 최종 생산물의 질적인 개선과는 별도로, 상술된 종래 기술이 갖는 장치의 크기에 따른 문제점을 해결하여, 치수를 감소시키고 또한 제공된 어닐링 또는 아연 도금 라인의 비용을 저감시킬 수 있는 수단을 제공한다.
결론적으로, 본 발명은 첫째로 상기 가열된 금속 스트립의 산화를 제한하기 위해 직접 연소식 예열부에 있어서의 금속, 특히 강 스트립을 예열하기 위한 방법에 관한 것이며, 하나의 버너에 대응하는 단위 길이의 복수의 영역으로 길이 방향을 따라 분할될 수 있는 예열 영역을 사용하는 제작 구성에 관계 없이, 각각의 버너는 공기/가스 설정 및 그에 따른 노의 분위기를 정확하게 조절하도록 고정된 상태에서 개별적으로 작동될 수 있으며, 여기서, 상기 예열 영역의 하류 단부로부터 시작하는 특정 수의 버너가 점화되고, 상기 버너들의 점화에 의해 영향을 받는 노 영역의 길이와 회수 영역, 즉 상기 버너들이 소화되는 영역의 길이는 열 수요에 의해 변화될 수 있으며, 상기 각각의 버너들은 전체 동력하에서 일정한 공기/가스 설정으로 작동된다.
상술된 바와 같은 본 발명의 목적을 형성하는 방법을 실행함으로써, 특히, 모든 라인 속도에 대해, 종래 기술에 따른 장비로는 성취할 수 없는 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다:
- 상기 스트립은, 길이가 변할 수 있지만 온도 및 분위기 상태는 산화에 대해 최적 상태인 예열 영역에서 가열되며, 그러나, 이러한 것은 라인이 모든 스트립 또는 처리 사이클(treatment-cycle) 특성을 위하여 작동되며, 또한, 처리된 제품의 단면 또는 상기 라인의 속도에 관계없이, 한정된 예열 영역의 길이는 (어닐링 또는 아연 도금 라인과 같은) 처리 라인에 의해 생산되는 생산량(tonnage)에 따라 맞추어진다.
- 모든 버너들은 상기 스트립의 표면상에서 수행되야만 하는 화학적 처리에 대해 최적의 불꽃 기하학 및 특징을 제공하는 상태하에서 그리고 그런 설정으로 작동한다.
본 발명의 목적을 형성하는 방법의 신규성은, 제조된 라인의 작동 민감성이 매우 넓은 제조 범위에 걸쳐 최종 제품의 품질을 개량하는 것을 가능하게 하도록 구성에 있어서 특정 수의 특징들(온/오프 또는 비례 모드에 있어서 버너의 제어, 가변성 길이를 갖는 예열 영역, 간소화된 공기/가스 버너 공급 속도)을 동시에 사용함으로써 파생된다.
본 발명에 따르면, 상기 예열 영역의 주변 및 벽 온도는 약 1100℃ 이상, 바람직하게 1250℃ 내지 1300℃ 사이이다.
본 발명을 수행하는 한 방법에 따라서, 스트립의 열처리에 적용되는 상기 예열 영역의 출구 온도는 이러한 처리에 맞추어지며, 따라서 예열 영역의 하류에 설치되는 냉각 영역의 길이를 한정하는 것을 가능하게 하거나, 또는 심지어 냉각 영역을 없애는 것도 가능하게 한다.
본 발명을 수행하는 다른 방법에 따라서, 강 스트립의 열처리에 적용되는 상기 예열 영역의 최소 출구 온도는 상기 예열 영역의 하류에 제공되는 냉각 영역의 길이를 한정하거나 또는 적절한 경우에 냉각 영역을 없애도록 이러한 처리에 맞추어진다.
본 발명은 또한 상술된 바와 같은 방법을 수행하기 위한 노에 관한 것이며, 노는 각각 하나의 버너에 대응하는 단위 길이의 복수의 영역으로 분할되는 예열 영역을 포함하며, 상기 각각의 버너는 고정된 상태에서 개별적으로 작동되며, 여기서, 각각의 버너는, 열 수요에 대응하는 예열 영역의 하류 단부로부터 시작하여 복수의 버너를 점화시키도록 산화제 공급에서 작용하는 밸브에 의하여 그리고 연료 공급에서 작용하는 밸브에 의해 개별적으로 제어되며, 상기 버너는 일정한 공기/가스 설정으로 전체 동력에서 작동한다.
본 발명에 따른 또 다른 특징 및 장점들은 각각 본 발명에 따른 장치와, 도 1a의 경우와 동일한 예열 출구 온도에 대해 상기 스트립의 온도에 있어서의 변화를 나타내는 곡선을 설명하는 첨부 도면의 도 3 및 도 3a를 참조하여 아래에 주어진 기술로부터 명백하게 된다
도 3은 도 1을 참고로 하여 상술된 것과 유사한 요소들을 나타내는 부위에 대하여는 동일한 도면 부호를 사용하였다.
도 3은 다수의 버너를 묶은 종래 기술에 따른 종래의 조절 영역으로의 예열 영역의 구획화가 본 발명에 따라서 하나의 버너에 대응하는 단위 길이의 복수의 영역으로의 이러한 예열 영역을 구획화하는 것으로 대체되는 것을 도시한다. 버너들은 종래의 비례 형태 또는 온/오프 형태의 것일 수 있는 개별 조절 시스템에 의해 작동된다.
본 실시예에 있어서, 상기 예열 영역은 매니폴드(5,7)를 통해 산화제 및 연료가 공급되는 2개의 예열 영역으로 분할되며, 이러한 것은 2개의 예열 영역의 각각의 버너들(4)이 산화제 회로 상에 작용하는 밸브(10)와 연료 회로 상에 작용하는 밸브(11)에 의해 개별적으로 작동되는 것을 가능하게 한다. 상기 밸브들은 산화제나 연료의 유동 속도를 변화시킴으로써 분사력을 변화시키기 위한 비례 모드 또는 온/오프 모드에서 작동될 수 있으며, 다음에 상기 영역에서의 분사력의 설정은 버너가 작동하는 시간과 버너가 작동하지 않는 시간의 비에 의해 조절되거나 또는 전체 동력하에서 사용되는 버너의 수를 선택함으로써 조절된다.
그러므로, 본 발명에 따라서, 상기 버너들이 설치되는 영역이 예를 들면 1300℃의 필수 온도 수준으로 상승되도록 전체 동력하에 상기 노의 열 수요에 대응하는 복수의 버너를 작동시키는 것이 가능해진다. 상기 열 수요는 대응하는 수만큼의 버너를 연소시키는 노-조절 시스템에 의해 측정 및 제어되며, 상기 버너들은 전체 동력하에 작동된다. 본 예에서, 상기 예열 영역의 출구에 설치된 4개의 버너는 이것들의 정격 용량의 100%로 영구적으로 작동되며, 상기 영역의 5개의 버너는 비례 모드에서 그 유동 속도를 조절하거나 또는 작동 시간을 조절함으로써 분사되는 동력의 양을 조절한다.
속도의 변화 또는 처리될 제품의 횡단면의 변화와 관련하여, 상기 노의 열적 수요에 있어서의 변화는 점화되는 버너의 수를 증가시키거나 또는 감소시키며, 따라서, 그 산화가 감소되는 온도 영역에서 스트립을 유지하도록 온도 상태가 결합되는 영역의 길이가 변화된다. 다음에 상기 버너가 작동하지 않는 영역은 예열 영역의 상류에 존재하는 회수 영역 연장부로서 작용한다.
도 3a의 좌표는 도 1a에 도시된 것과 동일한 예열 출구 온도에 대한 스트립 온도의 변화를 도시하는 곡선을 나타낸다.
산화가 감소되는 스트립의 최종 온도 범위는 노의 길이를 최적화하도록 양호한 사용으로 설정된다. 예를 들면, 열간 압연강의 경우, 상기 예열 영역을 벗어나는 스트립의 출구 온도는 500℃로 선택되며, 이 온도는 종래 기술에 따른 예열 수단에 의해 종래 부과되던 650℃의 온도 대신에 그 처리를 위하여 충분하다. 스트립이 그렇게 고온이 아닌 것으로, 상기 라인의 하류측에 위치된 냉각 설비가 보다 작게 될 수 있으며, 따라서 장비의 크기 및 그 비용이 더욱 절감될 수 있음이 명백하다.
본 발명의 목적을 실행하기 위한 방법의 이점에 의하여, 그 산화를 증가시킴이 없이 적어도 약 730℃의 온도로 예를 들면 상업적 규격의 연강의 스트립을 가열하는 것이 가능하며, 따라서, 종래 기술에 따른 처리 라인에서 예열 영역의 하류에 사용된 종래의 환원 분위기에서 보충 가열 영역의 길이를 더욱 감소시키거나 또는 상기 보충 가열 영역을 없애는 것을 가능하게 한다. 환원 분위기에서의 보충 가열 영역의 길이의 감소는 또한 크기와 장비 가격에 직접 영향을 미칠 수 있다.
모든 처리될 제품에 대하여, 본 발명의 목적을 형성하는 방법을 실행하는 것에 의하여 산화량을 제한하는 것은 환원 분위기에서의 스트립의 체류 시간을 감소시키는 것을 가능하게 하며, 또한 그에 따라 상기 라인의 길이를 감소시키거나 또는 산화물의 환원이 발생하는 상기 영역에서의 수소의 양을 감소시키는 것이 가능하다.
모든 경우에 있어서, 본 발명의 목적을 실행하는 방법을 수행함으로써 스트립의 산화를 감소시키는 것은 최종 제품의 품질과, 그의 표면 다듬질, 및 예를 들면 아연 도금 라인에서 만들어지는 코팅의 품질을 개선할 수 있게 된다.
본 발명의 목적을 실행하는 방법은 예열시에 스트립의 산화를 제한하는 가능성 때문에 저온 처리 사이클이 수행되는 것을 허용한다:
- 형성된 산화물을 환원시키기 위해 더 이상 스트립을 과열시킬 필요가 없게 되며, 따라서 저온 사이클을 수행할 수 있는 가능성을 허용하여, 에너지 소모를 감소시키고 더욱 짧은 노가 따르게 되는 장점을 갖는다.
- 처리 사이클이 저온에서 수행될 때, 라인 하류의 스트립-냉각 장비를 감소시키거나 또는 스트립-냉각 장비 없애는 것도 가능하다.
- 산화가 제한됨에 따라, 산화물을 환원시키는 시간이 짧아지며, 따라서 하류의 노가 짧아진다. 마찬가지로, 예열시에 산화물이 환원될 때, 상기 영역에서 상기 스트립을 더욱 높은 온도로 가열하는 것이 가능하며, 따라서 환원 분위기에 서 가열 영역의 길이를 감소시키는 것이 가능하다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래 기술에 따른 장치보다 더욱 다양하고, 더욱 효율적이고, 또한 더욱 저렴한 열처리 장치를 생산할 수 있다.
물론, 본 발명은 위에서 설명 및/또는 예시된 수행 방법 및 실시예에 한정되지 않으며, 그의 모든 변형도 포함한다.
Claims (9)
- 가열된 금속 스트립의 산화를 제한하기 위해 직접 연소식 예열부에서 금속, 특히 강철 스트립을 예열하기 위한 방법으로서, 어떠한 제작 구성이라도, 하나의 버너에 대응하는 단위 길이의 복수의 영역으로 길이 방향을 따라서 분할될 수 있는 예열 영역을 사용하는 것으로 이루어지며, 각각의 버너가 공기/가스 설정 및 그에 따른 노의 분위기를 정확하게 조절하도록 고정된 상태에서 개별적으로 작동될 수 있는 금속의 예열 방법으로서,상기 예열 영역의 하류 단부로부터 시작하는 특정 수의 버너가 점화되고, 상기 버너들의 점화에 의해 영향을 받는 노 영역의 길이와 회수 영역, 즉 상기 버너들이 소화되는 영역의 길이는 열 수요에 따라서 변화될 수 있고, 상기 각각의 버너들은 전체 동력 및 일정한 공기/가스 설정하에서 작동되는 것을 특징으로 하는 금속의 예열 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 예열 영역의 주변 및 벽 온도는 1250 내지 1300℃인 것을 특징으로 하는 금속의 예열 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 예열 방법은 저온 열처리를 수행할 목적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 금속의 예열 방법.
- 각각 하나의 버너(4)에 대응하는 단위 길이의 복수의 영역으로 분할되는 예열 영역을 포함하며, 상기 각각의 버너는 고정된 상태에서 개별적으로 작동될 수 있는, 제 1 항에 따른 금속 예열 방법을 수행하기 위한 노로서,상기 각각의 버너(4)는, 열 수요에 대응하는 예열 영역의 하류 단부로부터 시작하는 복수의 버너를 점화시키도록 산화제 공급에서 작용하는 밸브(10)와 연료 공급에서 작용하는 밸브(11)에 의해 개별적으로 제어되며, 상기 버너는 전체 동력 및 일정한 공기/가스 설정하에서 작동되는 것을 특징으로 하는 노.
- 제 4 항에 있어서, 상기 밸브(10,11)는 상기 버너(4)로 공급되는 연료와 산화제의 유동 속도를 변화시킴으로써 분사력을 변화시키도록 비례 모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 노.
- 제 4 항에 있어서, 상기 예열 영역에 설정되는 분사력은 버너(4)가 작동되지 않는 시간에 대한 상기 버너의 작동하는 시간의 비에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 노.
- 제 4 항에 있어서, 상기 예열 영역에 설정되는 분사력은 전체 동력하에서 사용되는 버너(4)의 수를 선택함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 노.
- 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 스트립의 열처리에 적용되는 상기 예열 영역의 출구 온도는 예열 영역의 하류에 설치되는 냉각 영역의 길이를 한정하거나 또는 냉각 영역을 없애도록 상기 열처리에 맞추어지는 것을 특징으로 하는 노.
- 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 강철 스트립의 열처리에 적용되는 상기 예열 영역의 최소 출구 온도는 상기 예열 영역의 하류에 제공되는 냉각 영역의 길이를 한정하거나 또는 냉각 영역을 없애도록 상기 열 처리에 맞추어지는 것을 특징으로 하는 노.
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