KR100887077B1 - Ａｐｉ재 열함량 일정화 조업방법 - Google Patents
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Abstract
API재 및 일반 열연재를 포함한 가열 대상재를 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하고, 온도 제어기를 구비한 가열로에서 가열함에 있어서, 상기 API재가 상기 가열로에 장입되기 전에 상기 예열대, 가열대, 균열대의 목표 온도를 미리 설정하는 단계와 상기 가열로의 온도 제어기에 의해 예열대, 가열대, 균열대의 온도를 상기 목표 온도로 세팅한 후에 상기 예열대, 가열대, 균열대가 목표 온도에 도달될 때까지 가열로를 승온하는 단계와 상기 목표 온도에 도달한 후에 상기 가열로에 API재를 장입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법이 제공된다.
API재, 가열로, 열함량, 열 전달계수
Description
본 발명은 열간압연 공정에 있어서, 가열로에서의 API재의 온도 편차를 줄이기 위한 조업방법으로서, 보다 상세하게는 API재 및 일반 열연재를 포함한 가열 대상재를 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하고, 온도 제어기를 구비한 가열로에서 가열함에 있어서, 상기 API재가 상기 가열로에 장입되기 전에 상기 예열대, 가열대, 균열대의 목표 온도를 미리 설정하는 단계와 상기 가열로의 온도 제어기에 의해 예열대, 가열대, 균열대의 온도를 상기 목표 온도로 세팅한 후에 상기 예열대, 가열대, 균열대가 목표 온도에 도달될 때까지 가열로를 승온하는 단계와 상기 목표 온도에 도달한 후에 상기 가열로에 API재를 장입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법에 관한 것이다.
열간압연 공정은 크게 재가열 과정, 압연 및 냉각 과정, 정정 및 검사 등의 공정으로 구성된다. 재가열은 주조가 완료된 슬래브(slab)나 빌렛(billet)을 약 1273~1573K의 오스테나이트 영역에서 1~3시간 동안 유지하여 주조조직을 제거하고, 두께, 폭, 길이 방향으로 균일하게 가열하는 과정이다. 도 1은 가열로 및 열간압연 공정을 나타낸 개략도로써, 가열로(100), 각 압연기(102,103,104), 냉각장치(105) 및 소재 권취기(106) 등을 나타내고 있다.
가열로는 통상적으로 4개의 구획으로 구분된다. 도 2에 나타난 바와 같이 장입대(charging zone), 예열대(preheating zone), 가열대(heating zone) 및 균열대(soaking zone)로 구성되어 있으며, 이와 같이 각 대별로 구분한 것은, 슬래브나 빌렛을 초기에 급속하게 가열하면 부분적으로 과열되는 편열 현상이나 재질의 균열 발생 가능성이 있으므로, 이를 막기 위함이다. 이를 위하여 예열대에서는 낮은 온도로 가열하여 소재를 예열하고, 가열대에서는 가열 속도를 높여 목표하는 온도에 도달시키고, 균열대에서는 소재의 모든 부분의 온도가 균일하게 분포하도록 조정하는 것이다. 열간압연에 있어서, 온도는 매우 중요한 공정 인자이며 이는 가열로에서 배출되는 온도에 의해 제어되므로 가열로 내에서 슬래브나 빌렛의 온도 분포를 균일하게 유지하는 것은 매우 중요하므로, 온도에 대한 관리가 잘 이루어지지 않는 경우에는 가열 조건의 차이에 의해 발생하는 재질편차, 압연 작업성에서 문제가 발생하게 된다.
도 3은 각 대별 온도 설정예를 나타낸 것으로써, 실제 작업 현장에서는 슬래브의 상부와 하부의 온도 관리를 따로 하고 있음을 나타내고 있다.
한편, 이와 같이 온도 관리가 중요함에도 불구하고, 실제 작업에 있어서는 작업 수율 등을 고려하여 동일한 목표온도를 가지는 소재로만 작업 순서를 구성하기가 어렵다는 문제점이 있다. 이 때문에 목표 온도 조건이 다른 소재 단위라 할 지라도 연속해서 가열로에 장입되는 경우가 빈번한다. 일반적으로 소재의 목표 온도는 소재의 비열이나 두께, 폭 등과 같은 소재 조건과 가열 예정 시간 등의 외부적 환경에 따라서 달라진다. 통상적으로 목표 온도가 다른 소재라 하더라도 작업 수율 등을 고려하여 가열로에 함께 장입되는 경우도 빈번한데, 이 때에는 일반적으로 각 소재 중에 압연 작업이 어려운 소재단위의 목표온도로 가열로 온도를 설정하여 작업을 진행한다.
상기에서 언급한 바와 같이 일반 열연재의 경우에는 소재의 목표 온도가 약간 차이가 있더라도, 작업 수율 등을 고려하여 연속작업을 하면서 목표 온도를 조정하여 작업을 하는 경우가 빈번하다. 하지만 API재의 경우는 보다 엄격한 품질 관리가 요구되는데 이는 하기와 같은 이유에서이다.
API재는 Americam Petroleum Institute의 약자로써, 송유관이나 유정관 등 석유 수송이나 채굴 등에 사용되는 소재를 일컫는 용어이다. 석유산업에 관련된 소재의 여러가지 규격은 API 규격집에서 규정하는데, API 규격집에 정의된 송유관용 철강소재를 API재라고도 일컫는다. 대부분의 API 재는 원유 수송 효율을 높이기 위해 고압의 송유관에 적합한 후물, 고강도의 철강재로 이루어진다. 또한 석유채굴 환경 및 수송환경의 가혹화에 따라 보증 기준이 날로 까다로와지고 있으며, 특히 영하 -30℃~0℃에서의 저온 인성값을 요구한다. 이러한 극후물, 고강도, 저온인성 등의 특성이 요구되기 때문에 가열로에서의 승온 이력에 대한 관리 또한 다른 소재에 비하여 엄격한 관리를 요하는 것이다. 하기 표1은 API 재와 일반 열연재의 여러가지 특성을 비교한 것이다.
[표 1] 일반열연재와 API재의 비교
| 구분 | 일반열연재 | API재 |
| 규격 | JS-SS400 | API-X70 |
| 두께 | 2mm~18mm | 22mm |
| 최소YS | 245Mpa이상 | 483Mpa이상 |
| 최소TS | 400Mpa이상 | 565Mpa이상 |
| 인성보증 | 없음 | 연성파면율 70%이상 (-20℃) |
| 충격치보증 | 없음 | Charpy Energy 170J이상 (-20℃) |
| 용도 | 절판용 등 | 석유,가스용 송유관 |
상기 표1에서 보는 바와 같이 API재는 극후물, 고강도, 저온 인성특성을 더욱 요한다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 재질 특성을 확보하기 위하여 제조 공정 단계에서부터 더욱 엄격한 관리를 요하는 것이고, 가열로에서의 온도 관리가 더욱 필요한 것이다. 도 4는 API재 단위와 API재 이외의 전, 후 단위 노온 설정값을 나타낸 그래프이다. 도 4에서 보는 바와 같이, API재는 일반 열연재와는 예열대와 가열대에서의 목표 온도가 차이가 있음을 알 수 있다. 다만, 균열대에서는 큰 차이를 보이고 있지는 않다. 이는 API재가 일반 열연재와는 가열로에서의 관리하는 온도가 차이가 나는 것임을 나타내는 일 예이다.
즉, 열간 압연에 있어서, 가열로는 소재를 장입한 후 가열할 경우에는 가열 조건의 차이로 인하여 온도편차가 발생하는데, 이로 인하여, 재질편차, 압연 작업성의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 온도 편차를 줄이기 위하여 승온(昇溫) 이력을 일정하게 관리함으로써, 재질편차의 해소 및 압연 작업성을 확보할 수 있는 것이다. 특히 API재의 경우에는 상기와 같은 고강도 및 저온 인성특성의 신뢰성을 확보하기 위하여 일반 열연재에 비하여 가열로에서의 온도 관리가 더욱 엄격한 것이다.
상기와 같은 API재의 재질 특성을 보다 안정적으로 확보하기 위하여 가열로의 장입 전에 가열로의 목표 온도를 미리 설정하는 단계와 가열로의 예열대, 가열대, 균열대를 가열하여 목표 온도로 가열하여 목표 온도에 도달하는 단계와 목표 온도에 도달한 후에 가열로에 API재를 장입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법을 제공함으로써, API재의 안정적인 품질 확보를 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, API재 및 일반 열연재를 포함한 가열 대상재를 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하고, 온도 제어기를 구비한 가열로에서 가열함에 있어서, 상기 API재가 상기 가열로에 장입되기 전에 상기 예열대, 가열대, 균열대의 목표 온도를 미리 설정하는 단계와 상기 가열로의 온도 제어기에 의해 예열대, 가열대, 균열대의 온도를 상기 목표 온도로 세팅한 후에 상기 예열대, 가열대, 균열대가 목표 온도에 도달될 때까지 가열로를 승온하는 단계와 상기 목표 온도에 도달한 후에 상기 가열로에 API재를 장입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법이 제공된다.
이는 API재는 가열로의 목표 온도가 도 4에서 보는 바와 같이 일반 열연재와는 차이가 있으므로 목표 온도를 미리 설정하여 가열하는 단계를 요한다. 또한, 목표 온도와 실제 온도와의 차이가 발생하지 않도록 목표 온도에 도달하도록 가열하는 단계를 요하는 것이다. 만일, 목표 온도에 도달하기 이전에 API재를 가열로에 장입하게 되면, 실제 가열로 내의 온도와 목표로 하는 가열로 내의 온도와의 차이로 인한 온도 편차가 발생하게 되어 API재의 열함량을 일정하게 관리하기가 어렵게 된다. 따라서, 이를 방지하기 위하여서는 목표 온도를 미리 설정한 후, 일정 시간 동안 목표 온도에 도달하도록 가열로를 가열시키고, 목표 온도에 도달한 후에 API재를 가열로에 장입하는 것이 필요하다.
보다 구체적으로 설명하면, API재는 온도 제어기에 의해 목표 온도가 세팅된 후 약 40분 경과 후에 장입되는 것이 바람직하다. 이는 목표 온도 설정 후 일정시간이 경과하여야 가열로 내의 실제 온도가 목표 온도에 도달하기 때문에 일정 시간이 필요한 것인데, 실험을 통하여 약 40분 정도가 경과한 시점이 각 대에서 목표 온도에 도달하였음을 알 수 있다.(도6(a) 참조)
본 발명의 다른 실시예에 따르면, API재를 상기 가열로에 장입하기 전의 외부 온도가 5℃ 이상인 것이 바람직하다. 이는 외부 온도가 5℃ 미만인 경우에는 낮은 온도로 인하여 API재가 영향을 받은 상태에 있어서, 목표 온도에 도달된 가열로에 장입되더라도 동일한 품질을 유지하기가 어렵기 때문이다. 외부 온도가 5℃ 미 만인 경우에는 외부 온도가 5℃ 이상이 되는 때에 작업하는 것이 바람직하다. 외부 온도가 5℃ 미만인 경우에는 외부 온도가 API재의 온도에 영향을 미치기 때문에, 가열로 내의 조건을 상기와 같이 설정하여 장입시점을 결정하더라도, 외부 온도의 영향에 의하여 온도 편차가 발생하기 때문이다. 도 5(a), (b)는 외부 온도에 따른 사행량의 발생 정도를 나타낸 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, API재 및 일반 열연재를 포함하는 가열 대상재를 가열 스케줄에 따라 가열로에서 연속적으로 가열하는 가열 방법에 있어서, 상기 가열 스케줄에서 상기 연속 작업시 작업 중단되는 시간을 정하는 단계와 상기 가열 대상재 중에서 상기 API재는 상기 작업 중단되는 시간에는 가열로 내에 장입되지 않도록 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법이 제공된다.
연속 작업시에 가열로에 가열 대상재가 장입되는 경우에는 API재 이외의 일반 열연재도 함께 장입된다. 이때에 불가피하게 작업이 중단되는 경우가 생길 수 있는데, 작업이 중단되는 시간에 가열로 내에 API재가 장입된 경우에는 열함량이 달라질 수 있는바, 온도 편차로 인한 문제가 생길 수 있다. 상기에서 불가피하게 작업이 중단되는 경우는 작업의 특성상 예측이 가능한 부분이 있는데, 예측이 가능한 경우에는 이를 예측하여 이 시간에는 인위적으로 가열로 내에 API재가 장입되지 않도록 할 수 있다. 이때, 예측할 수 있는 경우로서는 열간 압연롤의 교체 등을 예 로 들 수 있다. 압연롤의 경우에는 일정 작업을 한 경우에는 주기적으로 보수나 교체를 해주어야 하기 때문이다. 따라서, 이러한 롤교체가 예상되는 시간에 맞추어서 그 시간 동안에는 가열로에 API재가 장입되지 않도록 할 수 있다.
API재의 열함량을 일정하게 유지하게 함으로써, 온도 편차를 줄여서 API재의 사행방지 또는 품질확보를 할 수 있다.
-사행 정도의 변화
도 5는은 외부 온도의 변화에 따른 슬래브의 사행 발생 정도를 나타낸 그래프이다. 도 5(a)는 외부온도가 3℃인 경우의 사행 발생 정도를 나타낸 그래프이고, 도 5(b)는 외부온도가 20℃인 경우의 사행 발생 정도를 나타낸 그래프이다. 실험 결과치의 대상재는 API-X70 15t이고, 나머지 가열로 내의 조건은 외부 온도를 제외하고는 동일하게 조성하였다. 사행 발생 정도의 측정은 조압연 출측 바(Bar) 휨 측정장치에서 측정하는데, 이는 도 1의 중간 압연기(103)와 마무리 압연기(104) 사이에서 측정하는 것이다. 그래프가 나타내는 것은 압연라인 설비의 중심선과 압연된 슬래브 폭 방향의 중심선 간의 거리를 표시하는 것으로서, 그래프의 요동이 작을수록 사행 정도가 작음을 나타내는 것이다. 도 6(a), (b)에서 보는 바와 같이, 외부온도가 3℃인 경우에는 사행 편차가 외부온도가 20℃인 경우에 비해서 크다는 것을 알 수 있다. 이는 슬래브의 사행 편차를 줄이기 위해서는 외부 온도가 일정 온도 이상에서 작업을 하는 것이 중요한 요인임을 보여주는 것이다.
-각 대별 설정온도와 목표온도 도달시점 및 API재 장입시점의 결정
도 6(a)는 각 대별로 목표온도 설정 후 목표온도로의 도달 시점 및 이에 따른 API재의 장입시점을 결정하기 위한 것을 알아보기 위한 실험 결과를 나타낸 것이다. 세로축은 각 대별 분위기 온도를 나타내고, 가로축은 작업 롤 단위 내의 연속 작업시 슬래브의 순서를 의미하는 것이며, 그래프에서의 점(dot)은 각 대에서의 온도를 측정한 것이다. 가로축이 슬래브의 순서를 나타내는 것으로 시간의 개념으로 환산하면, 슬래브 한 매의 온도실적 기록 후 다음 단위의 온도실적 기록시까지 통상 대략 6~7분의 시간 간격이 있다.
예컨데, 좌측에서 첫번째 굵은 세로실선이 예열대의 목표온도를 설정한 시점으로, 목표 온도를 설정한 시점에서부터 목표 온도에 도달한 시점은 가열로의 온도가 일정한 수준을 유지하고 있는 6매의 슬래브가 통과한 시점이 되는 것이다. 이는 예열대에서는 목표 온도 설정 후에 대략 6매의 슬래브가 통과하여야 설정온도가 목표 온도에 도달할 수 있음을 나타내는 것으로 시간으로는 대략 40분 정도가 소요되는 것이다. 이와 마찬가지로, 좌측에서 두번째 굵은 세로 실선이 가열대의 목표온도를 설정한 시점으로서, 목표 온도를 설정한 시점에서부터 목표 온도에 도달한 시점은 가열로의 온도가 일정한 수준을 유지하고 있는 5매의 슬래브가 통과한 시점이 되는 것이다. 이와 마찬가지로, 장입대와 균열대에서도 목표온도에 도달하는 시점을 측정하였는데, 대의 특성상, 온도 편차로 인한 재질편차가 예열대나 균열대보다 그 중요성이 떨어지기 때문에, 예열대와 균열대에서의 온도 관리가 가장 중요하며, 목표 온도에 도달하는데 가장 시간이 오래 걸리는 예열대를 기준으로 하여, API재의 장입 시점을 결정하게 된다.
즉, API재가 균일한 열함량을 갖기 위해서는 노온 설정 후에 소재를 바로 장입하지 않고, 상기의 실험 결과치를 종합하여 판단해 볼 경우에, 노온 설정 후, 최소한 예열대의 온도가 목표 온도에 도달하는데 걸리는 시간인 대략 40분 후에 API재를 장입하여야 함을 알 수 있다. 이는 각 대별 목표 온도와 각 대의 구조적인 특성상 목표 온도로 도달하는데 필요한 시간이 달라지기 때문에, 목표 온도에 도달하는 시간이 가장 늦은 시간을 기준으로 하여 장입 시점을 결정하는 것이 온도 편차를 줄일 수 있기 때문이다.
도6(b)는 분위기 온도에 따른 열전달 계수의 변화를 나타낸 그래프이다. 점선 박스 안의 소재가 가열로의 모든 대별 온도가 목표 온도로 도달한 이후에 가열을 받은 슬래브를 나타낸 것이다. 각 대별 분위기 온도가 목표 온도로 도달하고 난 이후에 열전달 계수가 일정한 값을 가지고 냉각되고 있음을 알 수 있다.
열전달계수란, 열연공정 도1의 냉각공정(105)의 자동제어 모델에서 사용되는 용어로 열유속계수라고도 한다. 그리고 권취모델에서의 역할에 따라 학습계수라고도 불린다. 이는 임의의 철강소재의 단위면적당, 단위시간 동안에 1℃의 온도를 낮출 때 빠져나가는 열량이다. 단위는 ㎉/㎡ hr ℃이고, 실제 압연에 있어서,가열로 내의 열함량 편차에 따라서 냉각시에 계산되는 열전달계수 값들이 차이가 발생한다. 열전달계수가 높으면 단위 면적, 단위 시간 동안에 단위 온도를 낮추기 위해서는 더 작은 양의 냉각수가 요구되지만, 이에 반하여 열전달계수가 낮으면, 온도를 낮추기 위해서는 상대적으로 더 많은 양의 냉각수가 요구되는 것이다. 이는 다시 말하면, 열전달계수는 냉각수 양과 밀접한 관계가 있음을 나타내는 것이다. 소재의 열전달계수의 편차가 크다는 것은, 냉각수의 양에서 차이가 많이 발생하고, 이는 온도 편차로 이어지며, 열전달계수의 편차를 작게 하는 것은 온도 편차를 작게 하는 것과 유사하여, 열전달계수의 편차를 줄이는 것이 재질 편차를 줄이기 위한 또 하나의 중요한 관리 요인인 것이다.
도 1은 가열로 및 열간 공정을 나타낸 개략도
도 2는 가열로의 측면도(a) 및 단면도(b)
도 3은 대별 목표 온도 설정예
도 4는 API 단위와 전, 후 단위 노온 설정값
도 5는 압연재의 사행 정도를 나타내는 것으로, 외부온도가 20℃일 때의 사 행량을 나타내는 그래프(a)와 외부온도가 3℃일 때의 사행 정도를 나타낸 그래프(b)
도6(a)는 각 대별 설정온도와 목표온도 도달시점을 나타낸 그래프
도6(b)는 분위기 온도에 따른 열전달 계수 변화를 나타낸 그래프
〔도면의 주요 부분에 대한 설명〕
100 : 가열로 101 : 소재
102 : 수평, 수직 압연기 103 : 중간 압연기
104 : 마무리 압연기 105 : 소재 냉각장치
106 : 소재 권취기 107 : 완제품
Claims (4)
- API재 및 일반 열연재를 포함한 가열 대상재를 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하고, 온도 제어기를 구비한 가열로에서 가열함에 있어서,상기 API재가 상기 가열로에 장입되기 전에 상기 예열대, 가열대, 균열대의 목표 온도를 미리 설정하는 단계;상기 가열로의 온도 제어기에 의해 예열대, 가열대, 균열대의 온도를 상기 목표 온도로 세팅한 후에 상기 예열대, 가열대, 균열대가 목표 온도에 도달될 때까지 가열로를 승온하는 단계; 및상기 목표 온도에 도달한 후에 상기 가열로에 상기 API재를 장입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법.
- 제1항에 있어서,상기 API재는 상기 온도 제어기에 의해 목표 온도가 세팅된 후 약 40분 경과 후에 장입되는 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법.
- 제1항에 있어서,API재를 상기 가열로에 장입하기 전의 외부 온도가 5℃ 이상인 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법.
- API재 및 일반 열연재를 포함하는 가열 대상재를 가열 스케줄에 따라 가열로에서 연속적으로 가열하는 가열 방법에 있어서,상기 가열 스케줄에서 상기 연속 작업시 작업 중단되는 시간을 정하는 단계; 및상기 가열 대상재 중에서 상기 API재는 상기 작업 중단되는 시간에는 가열로 내에 장입되지 않도록 설계하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 API재 열함량 일정화 조업방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070087024A KR100887077B1 (ko) | 2007-08-29 | 2007-08-29 | Ａｐｉ재 열함량 일정화 조업방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR100887077B1 true KR100887077B1 (ko) | 2009-03-04 |
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ID=40697745
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| KR (1) | KR100887077B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101090877B1 (ko) * | 2009-07-21 | 2011-12-08 | 주식회사 포스코 | 슬라브 압연방법 |
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| JP2005146307A (ja) | 2003-11-12 | 2005-06-09 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 条鋼製造方法 |
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2007
- 2007-08-29 KR KR1020070087024A patent/KR100887077B1/ko active IP Right Grant
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