KR100928980B1

KR100928980B1 - 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치

Info

Publication number: KR100928980B1
Application number: KR1020020082500A
Authority: KR
Inventors: 김형수
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2009-11-26
Also published as: KR20040055998A

Abstract

본 발명은 상온의 분사가스 대신 압축기 및 팽창기를 이용하여 저온의 분사가스를 냉각매체로 사용함으로써 도금강판의 냉각목표량을 달성하고, 높은 충돌압으로 인한 진동 문제를 해결할 수 있는 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 연속용융도금라인의 도금강판(7)을 냉각하기 위하여 상하면이 개방되어 강판(7)이 통판되는 냉각대(11)에 설치되는 냉각장치에 있어서, 상기 냉각대(11)의 양측면 또는 일측면으로부터 기사용된 냉각용 가스를 취입하는 흡기관(9a)에 연결되어 취입된 가스를 특정 압력까지 압축시키는 가스압축기(41)와; 상기 가스압축기(41)에 의하여 압축된 가스를 특정 온도까지 냉각시키기 위한 열교환기(21)와; 상기 열교환기(21)로부터 냉각된 압축가스를 팽창시켜 저온가스를 발생시켜 냉각대(11)로 공급하는 가스팽창기(51)로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치를 제공한다.

용융아연도금, 냉각대, 열교환기, 가스압축기, 스나우트, 에어나이프

Description

냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치{APPARATUS FOR COOLING GALVANIZING ZINC PLATING STEEL WITH IMPROVED COOLING ABILITY}

도 1은 연속용융도금라인의 도금공정을 도시한 개략도;

도 2는 종래의 가스제트냉각장치 개략도

도 3은 본 발명에 따른 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치의 구성도;

도 4는 본 발명에 따른 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치에 의하여 소비된 가스유량 감소율을 도시한 그래프도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1:스나우트 2:싱크 롤 3:도금욕조 4:에어나이프

5,6:GA 합금화로 7:도금강판 11:냉각대 21:열교환기

31:송풍기 41:가스압축기 51:가스팽창기

본 발명은 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상온의 분사가스 대신 압축기 및 팽창기를 이용하여 저온의 분사 가스를 냉각매체로 사용함으로써 도금강판의 냉각목표량을 달성하고, 높은 충돌압으로 인한 진동 문제를 해결할 수 있는 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치에 관한 것이다.

연속용융도금라인(Continuous Galvanizing Line; CGL)은 여러 단위 공정들로 구성되어 있으나, 그 핵심공정은 도 1에 나타낸 바와 같이 도금욕조, 에어나이프(Air Knife), 가스젯 냉각기(Gas Jet Cooler)로 구성된 도금공정이다.

용융도금공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

즉, 소둔로(미도시)에서 열처리된 강판(7)이 스나우트(Snout; 1)를 통해 도금욕조(3)의 아연용탕 속으로 유입된 후 도금욕조(3)를 빠져 나오면서 강판 표면에는 용융아연이 부착된다.

부착된 용융아연은 에어나이프(4)에서 고속으로 분사되는 가스에 의해 적정 두께로 조절된 후, 가스젯 냉각기에 의한 냉각대(11)를 통과하면서 냉각되어 응고된다.

도금강판(7)은 냉각 공정 중에 고속가스의 충격에 의해서 진동, 휨 또는 떨림 현상이 나타날 수 있고, 이로 인해 강판의 흠집이나 긁힘 불량이 나타날 수 있으며, 에어나이프(4)에서 도금 두께를 정밀하게 제어할 수 없는 문제점이 발생한다.

이러한 냉각공정의 문제는 스트립의 폭 증가에 따른 냉각속도 증가의 요구가 더욱 커짐에 따라 문제의 중요성이 더욱 커지고 있다.

일반적으로 강판의 진동문제로 인해 가스의 분사 속도는 마하수의 1/3을 초 과하지 않는다.

종래의 가스젯 냉각기를 이용한 냉각대(11)는 도 2에서 볼 수 있듯이 냉각존 내의 기사용된 가스를 가스라인(9a)을 통하여 취입하여 냉각수를 냉매로 사용하는 열교환기(21)를 거쳐 냉각된 다음, 상온에서 송풍기(31)에 의해 도금강판(7)에 분사하는 구조로 되어 있다.

이에 따라 도금강판(7)과 노즐의 기하학적 형상이 결정되고 나면, 도금강판(7)과 가스 사이의 전열량은 전적으로 가스분사노즐에서의 분사유량에 의해 결정된다.

즉, 도금강판(7)의 이동속도가 증가하거나 판폭이 증가하여 냉각부하가 증가한다면 강판(7)을 냉각시키기 위해서는 가스유량을 증가시켜야 하며, 이는 강판(7)의 진동을 초래하여 도금품질에 나쁜 영향을 미치게 된다.

냉각공정 중 나타나는 도금강판(7)의 진동을 억제하기 위한 여러 가지 방법이 제시되어 있다.

그 중 가장 간단한 방법은 도금강판(7)에 작용하는 장력을 증가시키는 것이 있으나, 장력이 과도할 경우 강판(7)에 높은 전단응력이 작용하여 변형 또는 파단현상이 발생될 수 있다.

또 다른 방법으로서, 미합중국 특허 제6,126,891호에 개시된 수소함량이 높은 혼합가스를 사용하여 냉각하는 방법이 개시되어 있다.

이 기술은 강판의 산화를 방지하기 위해서 수소-질소 혼합가스를 냉각용 가스로 사용하는데, 통상 수소 5%와 질소 95%의 비율로 혼합하여 사용한다.

상기 혼합가스 중 수소의 함량이 증가할수록 혼합가스의 비열이 증가하여 냉각효율이 증가하기 때문에 최대 50%까지 수소 함량을 증가시켜 사용할 수 있다.

그러나, 이와 같이 수소함량이 증가된 혼합가스를 사용하면 적은 유량으로도 충분히 목표 냉각량을 달성할 수 있기 때문에 강판의 진동을 감소시킬 수 있으나, 혼합가스 중 수소함량이 증가할수록 폭발의 위험성이 증가하기 때문에 수소함량이 높은 혼합가스를 사용한 냉각공정에는 안전성에 문제가 있을 수 있다.

이와 같이 냉각가스의 분사속도가 높을 때는 강판의 진동이 발생하여 에어나이프(4)에서 도금두께를 정밀하게 제어하지 못하는 문제가 있으며, 분사속도를 낮추기 위해 사용되는 종래기술들도 상기한 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 상온의 분사가스 대신 저온의 분사가스를 사용함으로써 강판의 냉각시 낮은 분사속도로도 충분히 소기의 냉각목표량을 달성하고, 높은 충돌압으로 인한 도금강판의 진동문제를 해결하여 양질의 도금강판을 생산할 수 있는 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연속용융도금라인의 도금강판을 냉각하기 위하여 상하면이 개방되어 강판이 통판되는 냉각대에 설치되는 냉각장치에 있어서, 상기 냉각대의 양측면 또는 일측면으로부터 기사용된 냉각용 가스를 취입하는 흡기관에 연결되어 취입된 가스를 압축시키는 가스압축기와; 상기 가스압축기에 의하여 압축된 가스를 냉각시키기 위한 열교환기와; 상기 열교환기로부터 냉각된 압축가스를 팽창시켜 저온가스를 발생시켜 냉각대로 공급하는 가스팽창기로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 가스압축기가 취입된 가스를 5~10 Bar 범위의 압력으로 압축하는 것을 특징으로 하는 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치의 구성도이다.

본 발명에 의한 가스젯 냉각기(Gas Jet Cooler)는 저온의 가스를 이용하여 도금강판(7)과 가스 사이의 냉각능력을 극대화할 수 있도록 구현한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각존 내의 기사용된 가스를 취입하여 가스압축기(41)에 의해 압축된 후, 냉각수를 냉매로 사용하는 열교환기(21)를 거쳐 상온 상태에서 가스팽창기(51)로 보내지고,

상기 가스팽창기(51)에서 가스가 단열 팽창함에 따라 발생된 저온가스를 강판에 분사하는 구조로 되어 있다.

여기서, 가스배관(9a, 9b) 내에서 고압의 압축가스 유동으로 인해 압력 전달이 불규칙할 경우 필요에 따라 압력을 일정하게 유지시켜 주는 압력 제어기(Pressure Regulator)를 설치할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 상용 CGL에서 측정된 가스젯 냉각기(Gas Jet Cooler)의 가스유량과 도금강판(7)의 온도를 본 발명에 적용한 경우와 비교 설명한다.

상용 CGL에서 강판의 두께가 0.7㎜이고, 통판속도가 120mpm, 가스젯 냉각장치에 의한 냉각대(11)의 길이가 6m 일 때, 가스젯 냉각장치의 가스분사노즐은 40℃/Sec의 냉각속도를 나타내었다.

동일한 설비조건에서 30℃에서 5Bar로 압축된 가스를 도금강판(7)에 분사할 경우 통상 노즐에서 분사된 가스의 압력은 대기압으로 회복되므로 단열 팽창기(51) 출구에서 가스의 온도는 -82℃가 된다.

이 저온가스를 냉각용 가스로 사용하면 냉각속도는 52℃/Sec로 약 31%의 냉각속도가 증가되는 것으로 나타났다.

이에 따른 냉각존에서 압축기로 취입되는 가스의 온도는 -38℃, 압축기(41) 출구에서의 가스 온도는 99℃이다.

본 발명에 따른 가스젯 냉각장치가 적용된 냉각대(11)의 냉각속도는 가스압축기 출구에서의 압력에 따라 달라지며, 도 4에 보인 바와 같이 압력에 따라 로그함수적인 분포를 보인다.

즉, 상대적으로 저압에서는 냉각효율이 급격히 증가하지만, 고압에서는 압력 에 따른 냉각효율의 증가가 거의 없다.

이에 따라 냉각시스템의 경제성 및 효율을 고려할 때 5~10Bar의 압력범위에서 본 발명의 가스젯 냉각장치를 냉각대(11)에 적용하는 것이 가장 효율적임을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 가스 압축기 및 냉각기, 팽창기를 통하여 냉각분사되는 저온가스를 강판의 냉각매체로 사용함으로써 냉각능력을 증가시키고, 보다 적은 가스 유량으로 목표 냉각량을 달성할 수 있어, 분사가스의 충돌압으로 인한 강판의 진동을 감소시켜 용융아연도금강판의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

연속용융도금라인의 도금강판(7)을 냉각하기 위하여 상하면이 개방되어 강판(7)이 통판되는 냉각대(11)에 설치되는 냉각장치에 있어서,

상기 냉각대(11)의 양측면 또는 일측면으로부터 기사용된 냉각용 가스를 취입하는 흡기관(9a)에 연결되어 취입된 가스를 압축시키는 가스압축기(41)와;

상기 가스압축기(41)에 의하여 압축된 가스를 냉각시키기 위한 열교환기(21)와;

상기 열교환기(21)로부터 냉각된 압축가스를 팽창시켜 저온가스를 발생시켜 냉각대(11)로 공급하는 가스팽창기(51)로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각능이 향상된 용융아연도금강판의 냉각장치.
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