KR100812065B1 - 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법 - Google Patents

스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법에 관한 것으로, 본 발명의 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법은 주조된 스테인레스강 주편의 표면에 물을 살수하는 단계와, 상기 살수된 스테인레스강 주편을 절단하는 단계와, 상기 절단된 스테인레스강 주편의 표면에 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 이용하여 상기 주편의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 스테인레스강 주편의 표면에 부착되었던 스케일 및 몰드슬래그를 제거하여 표면 품질이 우수한 스테인레스강 주편을 생산할 수 있다.
연속주조, 롤러 브러쉬, 고압의 물 스프레이, 면 거침 결함, 스테인리스강

Description

스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법{Improvement method of surface roughness of hot rolled stainless steel coils}
도 1은 종래 기술에 따른 스테인리스강의 연속주조기를 나타내는 단면도.
도 2a는 종래 기술에 따른 스테인레스강 열연 코일 표면의 면거침 결함 사진.
도 2b는 종래 기술에 따른 스테인레스강 열연 코일 표면의 면거침 결함 형상을 나타내는 모식도.
도 3은 종래 기술에 따른 스테인레스강 주편의 결함 발생기구를 도식적으로 나타낸 모식도.
도 4는 본 발명에 따른 스테인리스강의 연속주조기를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 절단된 스테인리스강 주편의 이물질 제거 장치를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 절단된 스테인리스강 주편의 이물질 제거 고압의 물 스프레이 장치를 나타내는 확대 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 절단된 스테인리스강 주편의 이물질 제거 롤러브러쉬를 나타내는 확대 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 물 스프레이의 분사거리에 따른 충돌압을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 주편 표면에 형성된 몰드슬래그의 부착량 지수를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 열연 코일 표면의 면거침 결함 발생율을 나타내는 그래프.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10, 110 : 용강 20, 120 : 래들
30, 130 : 턴디쉬 40, 140 : 몰드
50, 150 : 주편 지지롤 60, 160 : 2차 냉각 스프레이
70, 170 : 절단된 주편 180 : 고압의 물 스프레이
190 : 롤러 브러쉬 191 : 센서
본 발명은 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스테인레스강의 연속주조 공정시 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 사용하여 응고가 완료된 용강을 절단한 후 고온의 상태에서 주편에 부착되어 있는 몰드슬래그 및 스케일을 제거하여, 스테인레스강 주편의 면거침 결함을 개선할 수 있는 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법에 관한 것이다.
일반적으로, 스테인레스강 열간 및 냉간 압연 제품은 제강 및 연주 공장에서 생산한 슬라브를 열연공장 가열로에서 재가열하여 압연한 다음, 소둔 및 산세 공정을 거쳐 제품화하여 일반 건축용도 등으로 사용하거나 다시 냉간압연 후 주방용품 등으로 사용하고 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 연속주조기를 이용한 스테인리스강의 연속주조 공정과정을 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래의 스테인리스강의 연속주조기를 나타내는 단면도이다. 도 2a는 종래 기술에 따른 스테인레스강 열연 코일 표면의 면거침 결함 사진이다. 도 2b는 종래 기술에 따른 스테인레스강 열연 코일 표면의 면거침 결함 형상을 나타내는 모식도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 일반적으로 철강제품 생산을 위한 제강공정은 전기로 또는 정련로에서 용강(10)을 제조한 다음, 정렬로에서 용강(10)의 목표하는 조성 및 온도를 확보한다. 이 후, 용강(10)을 래들(20)에 담아 연속 주조공정단계를 통해 주조를 시작한다. 래들(20)에 담겨진 용강(10)은 턴디쉬(30)로 이동되고, 턴디쉬(30)와 몰드(40) 사이에 구비된 침지노즐을 통하여 몰드(40)에 공급된다. 몰드(40) 내부로 공급된 용강(10)은 물로 냉각되는 주편 지지롤(50)에 부어져서 응고가 시작된 후, 몰드(40) 외부로 배출되어 2차 냉각 스프레이(60)의 물 스프레이에 의해 응고가 완료된다. 이 후, 응고가 완료된 용강(10)을 일정한 크기로 절단하여 주편(slab:70)으로 형성하고, 절단된 주편(70)을 가열로에 장입하여 통상적인 가열 및 압연조건으로 열간 압연시킨다.
그러나, 절단된 주편(70)의 표면에는 주편 지지롤(50)에 의해 1차 냉각 중 용강(10)의 보온 및 윤활작용을 위해 첨가되는 몰드 파우더(mold powder) 및 고온에서 형성되는 스케일이 부착되어 면거침 결함을 나타낸다. 이러한 면거침 결함은 가열 및 압연공정 전에 제거되지 않으면, 절단된 스테인레스강 주편(70)의 내부 스케일을 취약하게 만들어 주편(70)의 가열공정시 불균일 산화를 촉진시켜 주편(70)의 표면을 더욱 거칠게 만든다. 이는 도2a의 "A" 및 도 2b의 "B"에서와 같이, 열간 압연후 제품(열연코일)의 표면에 줄무늬 형상의 선상 결함을 발생시킴을 알 수 있다.
도 3은 종래 기술에 따른 스테인레스강 주편의 결함 발생기구를 도식적으로 나타낸 모식도이다.
도 3을 참조하면, 몰드슬래그 및 스케일로 인한 스테인레스강 주편(70)의 결함 발생을 순차적으로 보여준다. 보다 구체적으로, 종래 기술에 따른 스테인레스강 주편의 미제거된 몰드파우더 및 스케일에 의해 야기되는 면거침(줄무늬) 결함의 발생 기구를 도시적으로 나타낸 모식도이다.
우선, 주편(70)의 표면에 몰드슬래그(71)가 완전히 제거되지 않고 가열로에 장입될 경우, 가열로 내부에 위치한 주편(70)은 몰드슬래그(71)가 위치한 영역에서 산소의 확산 속도가 저하되어 내부 스케일(72)의 제거가 용이하지 않은 얇고 치밀한 구조의 산화스케일 층을 형성시킨다. 반면, 몰드슬래그(71)가 없는 위치의 주편(70) 표층부는 산소의 확산 속도가 빠르게 되어 다공질의 결합력이 약한 스케일을 형성한다. 이 후, 주편(70)은 열간 압연공정시 스케일(72) 제거 공정을 실시하 는데 이 때, 몰드슬래그(71)가 부착된 주편(70) 직하에 형성된 응집력이 강한 스케일(72)은 용이하게 제거되지 않고, 주편(70)의 표면에 남아 면거침 결함으로 나타나는 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 연속주조 공정시 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 사용하여 응고가 완료된 용강을 절단한 후 고온의 상태에서 주편에 부착되어 있는 몰드슬래그 및 스케일을 제거하여, 주편의 면거침 결함을 개선하는 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법을 제공하는 것을 목적으로한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법은 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법에 있어서, 주조된 스테인레스강 주편의 표면에 물을 살수하는 단계와, 상기 살수된 스테인레스강 주편을 절단하는 단계와, 상기 절단된 스테인레스강 주편의 표면에 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 이용하여 상기 주편의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 단계를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법을 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 스테인리스강의 연속주조기를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 일반적으로 철강제품 생산을 위한 제강공정은 전기로 또는 정련로에서 용강(110)을 제조한 다음, 정련로에서 용강(110)의 목표하는 조성 및 온도를 확보한다. 이 후, 용강(110)을 래들(120)에 담겨 연속 주조공정으로 이동되어 주조가 시작된다. 래들(120)에 담겨진 용강(110)은 턴디쉬(130)로 이동되고, 턴디쉬(130)와 몰드(140) 사이에 구비된 침지노즐을 통하여 몰드(140)에 공급된다. 몰드(140) 내부로 공급된 용강(110)은 물로 냉각되는 주편 지지롤(150)에 부어져서 응고가 시작된 후, 몰드(140) 외부로 배출되어 2차 냉각 스프레이(160)의 물 스프레이에 의해 응고가 완료된다. 이 후, 응고가 완료된 용강(110)을 일정한 크기로 절단하여 주편(slab:170)으로 형성한다.
절단된 주편(170)의 표면에 부착된 몰드슬래그(mold slag)와 스케일(scale)은 고압의 물 스프레이(180) 및 롤러 브러쉬(brush:190)를 이용하여 깨끗이 제거한다.
이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 물 스프레이 장치 및 롤러 브러쉬를 이용하여 주편에 부착될 몰드슬래그 및 스케일을 제거하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 스테인리스강의 연속주조기를 나타내는 단면도이다. 도 5는 본 발명에 따른 절단된 스테인리스강 주편의 이물질 제거 장치를 나타내는 단면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 절단된 스테인리스강 주편의 이물질 제거 고압의 물 스프레이 장치를 나타내는 확대 단면도이다. 도 7 은 본 발명에 따른 절단된 스테인리스강 주편의 이물질 제거 롤러브러쉬를 나타내는 확대 단면도이다. 도 8은 본 발명에 따른 물 스프레이의 분사거리에 따른 충돌압을 나타내는 그래프이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 주편(170)에 부착된 몰드슬래그와 스케일을 제거하기 위해 주편(170)의 표면의 상부 및 하부에 고압의 물 스프레이(180) 및 롤러 브러쉬(190)를 상·하 대칭되게 각각 설치한다. 한편, 주편(170)에 부착된 몰드슬래그와 스케일을 보다 효과적으로 제거하기 위해서는 주편(170)에 분사되는 물 스프레이(180)의 충돌압(spray impact pressure: MPa)을 향상시켜야 한다.
이하 수학식 1에서는 주편(170)의 표면에 부착된 이물질들을 제거하는 충돌압의 최적의 조건을 알 수 있다.
Figure 112006085930870-pat00001
여기서, K : 상수, Q : 유량(L/min), P : 노즐 또는 펌프의 압력(MPa), A : 충돌면적(m2)을 나타낸다.
수학식 1에 의하면, 충돌압을 향상시키기 위해서는 유량 및 압력을 증가시켜야하며, 충돌면적은 감소되야 한다. 충돌면적 "A"는 고압의 물이 분사되는 노즐과 주편 사이의 거리에 제곱(노즐과 주편 사이의 거리2) 즉, 분사거리에 지수함수적으로 반비례하므로, 충돌면적을 감소시키기 위해서는 분사 거리를 감소시켜야 한 다. 이는 도 8에 나타난 바와 같이, 분사거리가 감소함에 따라 충돌압은 크게 증가됨을 알 수 있다. 즉, 분사거리가 감소함에 따라 충돌압은 지수함수적으로 증가하는 것이다.
이러한 이론적 검토을 통하여 본 발명의 고압 스프레이(180)의 전체 유량은 200 내지 300ℓ/min, 노즐의 수는 상하면 각각 11개 (전체 22개=2x11), 노즐의 타입은 스케일 제거 전용 노즐(DNH series), 노즐 커버의 폭은 900mm, 고압 스프레이를 만들기 위한 노즐내 물의 압력은 100 내지 200bar, 주편내 스케일을 효과적으로 제거하기에 충분한 충돌압을 확보하기 위해 노즐 선단부터 주편사이의 분사거리를 100 내지 200mm로 설정한다. 또한, 물 스프레이(180)를 구동시키는 펌프의 용량은 상기와 같이 설정된 유량 및 압력을 만족시키기 위해 75KW 용량의 펌프를 3대 설치한다.
물 스프레이(180)의 유량은 200 내지 300ℓ/min로 하는데 이는 물 스프레이 (180)의 유량이 200ℓ/min보다 작을 경우 충돌압이 부족하여 주편(170) 표면의 스케일 제거능이 부족하고, 물 스프레이(180)의 유량이 300ℓ/min보다 클 경우 스케일 제거능의 증가 효과가 크지 않기 때문이다. 물 스프레이(180)의 노즐수는 예를 들어, 11개로 구비할 수 있는데 이는 물 스프레이(180)가 설치된 공장에서 생산되는 주편(170)의 폭을 고려하여 설정한 것이다. 즉, 노즐수가 11개보다 작을 경우 생산되는 주편(170)의 폭을 모두 커버하지 못하고, 물 스프레이(180)의 노즐수가 11개보다 클 경우 불필요한 노즐이 발생하기 때문이다. 물 스프레이(180)의 노즐 커버 폭은 900mm로 하는데 이는 생산되는 주편(170)의 폭 및 스케일 결함이 발생하 는 주편(170)의 폭별의 위치를 고려하여 설정한 것이다.
물 스프레이(180) 노즐내 물의 압력은 100 내지 200bar로 하는데 이는 물 스프레이(180)의 압력이 100bar보다 작을 경우 충돌압이 부족하여 주편(170) 표면의 스케일 제거능이 부족하기 때문이고, 200bar보다 클 경우 스케일 제거의 증가 효과가 크지 않기 때문이다.
물 스프레이(180)의 분사거리는 본 장치에서 가장 중요한 인자로써 본 발명에서 물 스프레이(180)의 분사거리는 100 내지 200mm로 하는데 이는 물 스프레이 (180)의 분사거리가 100보다 작을 경우 충돌압이 매우 커서 주편(170)의 스케일 제거능은 양호하나 스프레이가 커버하는 면적이 너무 작아져서 많은 양의 노즐이 필요하고 이러한 노즐의 설치공간 확보가 어렵우며, 분사거리가 200mm 이상일 경우 충돌압이 급격히 감소하여 주편내 스케일 제거능이 현저하게 감소하기 때문이다.
또한, 물 스프레이(180)를 구동시키는 펌프의 용량은 위에서 기술된 유량 및 압력을 만족시키는 용량은 75KW용 펌프를 3대 사용하면 될 것이다.
이와 같이 고압의 스프레이로 주편 표면에 있는 이물질 즉, 스케일, 몰드슬래그 등을 강력한 충돌압으로 제거한 후, 고속으로 회전하는 롤러 브러쉬(190)를 이용하여 주편(170)내 부착된 이물질을 완전히 제거한다. 예를 들어, 롤러 브러쉬(190)를 물 스프레이(180)와 이격되어 주편(170) 표면의 상·하 대칭되게 설치한 후, 회전시켜 주편(170) 표면에 마찰을 주어 몰드슬래그 및 스케일이 박리되도록 한다. 이때, 롤러 브러쉬(190)의 폭은 생산되는 주편 폭 및 결함발생 위치를 고려하여 1000mm로 형성하여, 이물질을 효과적으로 제거한다.
또한, 본 발명에서는 주편(170)의 위치를 인식하는 센서(191)를 구비하여, 주편(170)이 물 스프레이(180) 및 롤러 브러쉬(190)에 진입하고 빠져나가는 경로를 센서(191)로 인식하여, 물 스프레이(180) 및 롤러 브러쉬(190)의 작동시간을 최적화시킨다. 센서(191)는 고정밀 레이저 센서로 레이져 빛을 이용하여 주편(170)을 인식하도록 설계된 것이다.
이와 같이, 물 스프레이(180) 및 롤러 브러쉬(190)를 이용하여 주편(170) 표면에 부착된 이물질을 제거함으로써, 청정한 표면을 갖는 주편(170)을 가열로에 장입하여 통상적인 가열 및 압연조건으로 열간 압연시킬 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 주편 표면에 형성된 몰드슬래그의 부착량 지수를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 주편 표층부의 일정 면적(대략 0.5mm)의 시료를 채취하여 몰드슬래그에 존재하는 성분 즉, 칼슘(Ca)을 분석하여 시료 중 몰드슬래그의 양을 나타낸 그래프이다. 종래발명과 본 발명에 의해 도출된 주편내 슬래그 부착지수를 비교해 보면, 종래발명의 주편에 부착된 슬래그 부착지수는 대략 8.3인 반면, 본 발명의 주편에 부착된 슬래그 부착지수는 대략 1.5로 나타난다. 즉, 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 이용하여 청정작업을 실시한 주편의 슬래그 부착지수는 종래발명의 주편 표면에 부착된 슬래그 부착지수보다 6.8정도 낮게 나타난다.
도 10은 본 발명에 따른 열연 코일 표면의 면거침 결함 발생율을 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 적용한 코일의 면거침 발생율(%)을 알 수 있다. 종래발명과 본 발명에 의해 도출된 냉연코일의 면거침 발생율을 비교해 보면, 종래발명의 냉연코일 면거침 발생율은 대략 21.4(%)인 반면, 본 발명의 냉연코일 면거침 발생율은 대략 3.1(%)로 측정된다. 즉, 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 이용하면 냉연코일의 면거침 발생율이 종래에 비해 18.3(%) 감소한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 스테인레스강의 연속주조 공정시 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 사용하여 응고가 완료된 용강을 절단한 후 고온의 상태에서 주편에 부착되어 있는 몰드슬래그 및 스케일을 제거하여, 스테인레스강 주편의 면거침 결함을 개선시킨다.

Claims (5)

  1. 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법에 있어서,
    주조된 스테인레스강 주편의 표면에 물을 살수하는 단계;
    상기 살수된 스테인레스강 주편을 절단하는 단계;
    상기 절단된 스테인레스강 주편의 표면에 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 이용하여 상기 주편의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 단계를 포함하는 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 절단된 스테인레스강 주편의 표면에 분사되는 고압의 물 스프레이의 유량은 200 내지 300ℓ/min이며, 상기 물 스프레이의 노즐내 물의 압력은 100 내지 200bar인 것을 특징으로 하는 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 노즐 선단에서 상기 절단된 스테인레스강 주편의 표면까지의 분사 거리는 100 내지 200mm인 것을 특징으로 하는 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 절단된 스테인레스강 주편의 표면에 고압의 물 스프 레이 및 롤러 브러쉬를 이용하여 상기 주편의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 단계는,
    상기 절단된 스테인레스강 주편의 위치를 인식하는 센서를 구비하는 단계를 더 포함하는 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 절단된 스테인레스강 주편의 표면에 고압의 물 스프레이 및 롤러 브러쉬를 이용하여 상기 주편의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 단계 후,
    상기 절단된 스테인레스강 주편을 가열로에 장입하여 열간 압연하는 단계를 포함하는 스테인레스강 열간 및 냉간 압연재의 면거침 결함 개선방법.
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