KR100939893B1 - 열연강판의 냉각제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열연강판의 냉각제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 열간압연되어 권취된 코일이 길이방향으로 균일한 기계적 성질을 가지도록 열연강판에 분사되는 냉각수의 양을 제어하는 방법에 있어서, 코일의 최외곽부위에 감아지는 열연강판의 후단부에 대해 권취전 열연강판의 다른부분과 온도편차를 두는 냉각제어를 하여 균일한 인장강도, 항복강도, 연신율을 확보하도록 한다. 본 발명에서는 코일의 최외곽부위에 감기는 열연강판의 후단부에 대해 권취전 목표CT보다 50~70℃ 상승되도록 냉각제어를 실시하므로 종래 목표CT 만큼의 냉각량을 제어하였던 것에 비하여 열연강판 전체가 균일한 재질을 가질 수 있어 제품의 실수율이 증가되는 이점이 있다.

열연강판, 균일제어, 냉각량 제어

Description

열연강판의 냉각제어 방법{Method for cooling control of hot-rolled steel sheet}

본 발명은 열연강판의 냉각제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 권취된 열연강판 코일의 냉각속도를 고려한 냉각량 제어를 통하여 균일한 재질의 열연강판을 생산하도록 한 열연강판의 냉각제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열간압연강판(이하 '열연강판'이라 칭함)은 연속주조에 의하여 제조된 슬라브(Slab)를 가열로에 주입하여 고온으로 재가열하여 조압연, 중간압연, 사상압연 등의 과정을 거쳐 원하는 두께와 폭으로 압연된 최종 강재에 해당된다.

상기 열연강판은 연속적인 작업공정 중 사상압연에서 최종제품과 동일한 형상을 형성하게 되고, 상기 사상압연을 통과한 후 런 아웃 테이블(Run Out Table)의 상하부에 설치되는 냉각설비에서 분사되는 냉각수에 의해 냉각된다. 그리고 상기 열연강판은 이동이 편리하도록 권취기에서 일정길이만큼 코일형태로 권취된다.

이때, 상기 사상압연기을 통과한 상기 열연강판의 기계적 성질은 냉각온도에 따라 결정되므로 원하는 기계적 성질을 확보하기 위해서는 상기 열연강판에 분사되는 냉각수의 양이 중요하다.

종래의 열간압연된 강재의 냉각제어 방법이 국내 특허 특1998-053190에 개시되어 있다. 상기 특1998-053190에서는 열간압연된 강재가 길이방향으로 일정한 소정의 목표재질이 확보되도록 강재를 냉각제어하는 방법이다. 즉, 사상압연기를 통과한 열연강판이 코일형태로 권취될때의 온도(CT, Coiling Temperature)에 대한 목표치를 설정하여 런 아웃 테이블(ROT,Run Out Table)에서의 냉각제어함으로써 권취기에서 열연강판이 코일로 감길 때 코일 전체에 관하여 균일한 CT를 유지하도록 하여 강판의 재질을 확보하게 된다.

여기서 코일링 온도(CT)는 열연 제품에 있어서 길이 방향으로 일정한 재질을 확보하는데 매우 중요한 요소로 관리된다. 그러나 열연제품의 상황을 보면 코일링 온도(CT)가 100% 적중된다고 해서 반드시 균일한 재질의 강제를 확보할 수 있는 것은 아니다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 수식 모델을 이용하여 학습하고, 코일링 온도(CT)를 제어함으로써 열연강판의 길이 방향으로 재질을 일정하게 할 수 있다. 그러나 이러한 시스템에서 압연강판 전체에 관하여 코일링 온도(CT)를 균일하게 유지할 경우, 도 1 및 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 코일로 권취된 열연강판은 코일 최 외곽부위의 냉각이 빨라 코일 후단부의 재질이 중단부의 재질에 비하여 강도는 높고 연신율은 낮은 현상을 보이게 된다. 이러한 재질변화는 변태가 냉각 종료시 활발할 경우에 더 심하게 나타난다. (참고로, 도 2에서 열연강판의 후단부는 코일위치에서 원점을 향한 방향이다.)

그리고 일반적인 코일의 재질 평가를 위해서 코일 후단부위로부터 일정한 간 격으로 샘플을 채취하여 대표부위에 대한 인장강도, 항복강도, 연신율등을 측정하게 된다. 하지만 상기한 방법에 의해 열연강판의 냉각을 제어하게 되면 코일의 최외곽부위가 내권부위보다 과냉되어 정확한 데이터값을 확보할 수가 없고, 열연강판이 재질불량으로 판정되어 제품에 대한 신뢰성을 확보할 수 없는 것은 물론, 제품의 실수율 또한 저하되는 문제점이 발생된다.

특히, 35kg 정도 이하의 강도를 가지는 강판에 대해서는 재질 합격 수준에 대한 폭이 넓지만, 40~45kg 정도의 강도를 가지는 강판은 재질 합결 수준에 대한 폭이 좁으므로 코일 전체에 균일하면서도 적정한 재질 수준을 유지하는 기술을 확보하는 것이 중요하게 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 코일이 감긴 최 외곽부위가 내권부위에 비해 과냉되는 것을 방지하여 균일한 재질의 강코일을 생산할 수 있도록 한 열연강판의 냉각제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 열간압연되어 권취된 코일이 길이방향으로 균일한 기계적 성질을 가지도록 열연강판에 분사되는 냉각수의 양을 제어하는 방법에 있어서, 코일의 최외곽부위에 감아지는 열연강판의 후단부에 대해 권취전 열연강판의 다른부분과 온도편차를 두는 냉각제어를 냉각수 분사량을 제어하여 실시함을 특징으로 한다.

상기 열연강판의 후단부는 열연강판의 다른부분보다 냉각제어온도가 50~70℃ 정도 더 높은 온도로 냉각되게 냉각수 분사량을 제어한다.

상기 냉각제어는 상기 열연강판 후단부 즉, 열연강판 코일의 후단부 15m이하 에서 적용된다.

상기 냉각제어는 열연강판의 끝단이 사상압연기를 통과한 시점에서 적용된다.

열간압연되어 권취된 코일이 길이방향으로 균일한 기계적 성질을 가지도록 열연강판에 분사되는 냉각수의 양을 제어하는 방법에 있어서, 감지센서가 열연공정 중 사상압연기를 통과한 열연강판의 진행상태를 추적하여 감지하는 제 1단계와, 제어부가 상기 감지센서가 감지한 신호를 인가받아 제어개시 위치에 도달하였는지를 판단하는 제 2단계와; 상기 제어부가 제어 개시 위치라고 판단하면 목표CT보다 50~70℃ 상승하도록 냉각 제어를 실시하는 3단계를 포함하여 구성되고, 상기 열연강판은 제어개시 위치에 도달하기 전까지는 런 아웃 테이블에서 미리 설정된 목표CT에 의해 냉각제어된다.

본 발명에 의하면 권취된 열연강판 코일의 최외곽부위가 내권부위보다 과냉되는 것이 방지되도록 코일로 권취되기 전, 열연강판의 후단부에 대하여 목표CT보다 50~70℃ 상승되도록 냉각제어를 실시한다. 따라서 본 발명에서는 열연강판이 코일로 권취되어 최외곽부위가 내권부위보다 더 빨리 냉각되더라도 균일한 재질의 열연강판을 얻을 수 있으므로 종래 목표CT 만큼의 냉각량을 제어하였던 것에 비하여 제품의 실수율이 증가되는 효과가 있다.

이하 본 발명에 의한 열연강판의 냉각제어 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 발명에 의한 열연강판의 제조를 위한 냉각설비가 개략도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 바람직한 실시예가 채용된 코일위치와 코일링온도(CT)의 관계가 그래프로 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 의해 권취된 코일을 풀었을 경우 코일위치와 코일위치에 따른 기계적 성질이 그래프로 도시되어 있다.

열연공정은 가열로에서 가열된 슬라브를 조압연, 중간압연, 사상압연을 통해서 수요자가 원하는 두께와 폭을 가진 스트립(Strip) 형태의 열연강판으로 생산하는 공정으로 각 용도에 적합한 재질 및 표면 그리고 형상을 확보하기 위한 핵심공정이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 열연강판(S)은 사상압연기(마무리압연기)(1)에서 마무리 압연된 후 런 아웃 테이블(Run Out Table)(3)을 거쳐 권취기(5)에서 코일형태로 권취된다. 이 공정을 거치는 동안 요구되는 재질을 확보하기 위한 냉각과정이 이루어진다.

상기 냉각은 런 아웃 테이블(3)의 상하에 구비되는 냉각장치(7)에서 분사되는 냉각수에 의해 행해진다. 이때의 냉각온도에 따라 상기 열연강판(S)의 재질이 결정된다. 하지만 상기 열연강판(S)의 최종재질은 코일로 권취된 후에 이루어지는 공냉시 권취된 위치로 인한 냉각속도 차이에 의해서도 결정될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 열간압연되어 권취된 코일이 길이방향으로 균일한 기계적 성질을 가지도록 열연강판(S)에 분사되는 냉각수의 양을 제어하기 위한 방법이 제안된다.

상기 제어방법은 권취기에서 코일형태로 감긴 열연강판의 최외곽부위가 내권부위에 비하여 과냉되는 것을 고려하여, 코일의 최외곽부위가 되는 열연강판의 후단부가 목표CT보다 대략 50~70℃ 상승하도록 냉각수의 양을 제어하는 것이다.

이때, 상기 냉각장치에서 분사되는 냉각수의 양이 제어되는 상기 열연강판(S)의 후단부는 권취된 코일의 직경이 대략 6~7m정도라 가정할 때 대략 상기 열 연강판 코일의 끝단으로부터 15m인 지점이 된다.

아래의 수학식은 상기 열연강판의 두께 및 폭, 목표두께를 이용하여 냉각수의 양이 제어되어야 하는 열연강판의 후단부 지점을 구하는 식이다.

(1)

△H=H_cal(i-1)-H_cal(i)

여기서 Ld_cal(i)는 코일 예측 길이이고, Rd_cal(i)는 압연 롤 반경, H_cal(i)는 계산된 목표두께, △H는 압연에 의해 감소된 소재의 두께, H_cal(i-1)는 압연전 소재의 두께를 나타낸다. 여기서, 소재는 압연 전에는 슬라브라 칭하고 압연이 완료된 후에는 열연강판이라 칭한다.

상기 런 아웃 테이블(3)의 출측으로는 냉각출측온도센서(9)가 구비된다. 상기 냉각출측온도센서(9)는 상기 권취기(5)의 상방으로 설치되어 열연강판(S)이 냉각수에 의해 냉각되어 권취될 때의 온도인 CT(Coiling Temperature)를 측정하게 된다. 상기 냉각출측온도센서(9)에서 감지된 코일링 온도(CT)는 제어부에 전달된다.

상기 CT(냉각출측온도)를 이용한 방법은 CT에 대한 목표치를 설정하고 런 아웃 테이블(3)에서 냉각수의 양을 제어하는 방법으로 상기 열연강판(S)이 권취기(5)에서 코일로 감길 때 코일전체에 대하여 균일한 온도가 유지되도록 한다.

상기 런 아웃 테이블(3)의 출측으로는 감지센서(11)가 더 구비된다. 상기 감지센서(11)는 코일로 권취되는 열연강판(S)의 후단부가 설정된 지점에 해당되는지를 감지한다. 이때, 상기 감지센서(11)는 권취되는 코일의 전체길이를 예측하여 권 취되지 않은 열연강판(S)이 설정된 지점 즉, 열연강판(S)의 후단부 15m 지점에 해당되는지를 감지하게 된다. 그리고 상기 감지센서(11)에서 감지한 데이터는 제어부에 전달된다.

상기 제어부는 냉각출측온도센서(9) 및 감지센서(11)의 신호에 따라 냉각수의 분사량을 제어한다. 이때, 상기 냉각출측온도센서(9)의 감지결과보다는 감지센서(11)의 감지결과가 선행된다.

보다 상세하게는 상기 수학식(1)에 의해 코일길이를 예측하고 계산된 코일길이 값이 입력된 감지센서(11)에서 열연강판(S)의 진행상태를 추적하여 데이터값을 제어부에 전달하고, 상기 제어부는 열연강판이 미리 정하여진 제어 개시 위치에 도달하였는지를 판단하여 입력된 프로그램에 의해 냉각 제어를 실시한다. 이때, 상기 열연강판의 냉각 제어시 목표온도 설정은 냉각 제어 실시 직전 부위의 온도를 피드백하여 설정한다.

이와 같은 제어방법은 감지센서(11)에 의해 열연강판(S)의 설정된 후단부 지점이 감지되기 전까지는 기존의 방법 즉, 강종의 두께에 따라 미리 설정된 목표CT를 설정한 런 아웃 테이블(3)에서의 냉각제어로 열연강판을 냉각한다. 그리고 감지센서(11)에 의해 열연강판(S)의 설정된 후단부 지점이 감지된 후에는 제어부의 제어에 의해 상기 열연강판(S)의 후단부에 대하여 목표CT보다 50~70℃ 상승하도록 냉각수 분사량을 제어하게 된다.

즉, 열연강판의 후단부에 대하여 목표CT보다 50~70℃ 상승하도록 냉각수 분사량을 제어함으로써 코일로 권취된 후 코일의 최외곽부위가 내권부위에 비해 과냉 되는 것을 방지하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열연강판의 냉각제어 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 균일한 재질의 열연강판(S)을 생산하기 위해서는 연속주조된 슬라브를 재가열하는 과정이 선행되어야 하므로 가열로 공정부터 열간압연공정, 권취공정의 순서로 먼저 설명하기로 한다.

우선, 연속주조된 슬라브를 재가열하는 가열로 공정을 실시한다.

상기 가열로 공정에서는 슬라브 주조시 편석된 성분을 재고용하기 위하여 1200±50℃로 재가열하여 균질화 처리한다. 이때, 상기 재가열온도가 1200±50℃보다 낮은 경우에는 편석된 성분이 재고용되지 못하고, 과도하게 높은 경우에는 오스테나이트 결정립도가 증가하여 페라이트 결정립이 조대화되면서 강도가 감소하게 되므로 1200±50℃의 온도로 재가열하는 것이 바람직하다.

다음으로, 열간 압연 공정을 실시한다.

상기 가열로 공정에서 균질화 처리된 슬라브를 Ar3 직상인 850℃~ 900℃에서 열간압연을 마무리한다. 이때, 상기 마무리 열간압연 온도가 850℃이하인 경우에는 압연후 잔류 응력이 존재하여 냉각 혹은 권취시 결정립이 조대화되므로 상기 마무리 열간압연은 Ar3 직상인 850℃~ 900℃에서 실시되는 것이 바람직하다.

다음으로, 열간 마무리 압연된 열연강판을 권취하는 권취 공정을 실시한다.

권취온도는 590℃~620℃의 코일링 온도(CT)로 마무리한다. 이는 620℃ 이상으로 권취시 결정립과 탄화물이 조대화되어 코일 전반에 걸쳐 인장강도가 감소하고 연신율이 증가되며, 590℃이하로 권취되면 열연판의 과냉으로 인해 인장강도가 중가하고 연신율이 감소하기 때문이다.

상기 코일링 온도(CT)에 의한 냉각제어는 열연강판의 목표CT 및 목표두께의 설정에 의해 제어된다. 예를 들어 사상압연기, 런 아웃 테이블 및 권취기 순으로 배열된 냉각설비에서 열연강판의 목표CT 및 목표두께를 맞춘다. 물론 강판에 따라 상이한 값이 제공될 수 있다.

상기 코일링 온도(CT)에 의한 냉각제어에 의해 상기 열연강판(S)에는 목표CT만큼의 냉각수가 분사된다. 이때, 냉각출측온도센서(9)는 런 아웃 테이블(3)에서 냉각된 후 코일로 권취되는 열연강판(S)의 온도를 측정하여 균일한 CT(냉각출측온도)가 유지되도록 한다.

이와 같이 열연강판(S)이 코일형태로 권취되는 과정에서 코일의 최외각부에 감아지는 열연강판(S)의 후단부에 대해서는 코일의 내권부위와 최외각부위의 냉각속도 차를 고려한 냉각량 제어가 적용된다.

즉, 코일의 권취과정에서 감지센서(11)가 열연강판(S) 후단부 15m지점(수학식(1)에 의해 계산된 값)을 감지하여 제어부에 전달하면, 제어부는 냉각패턴을 다시 설정하므로, 상기 열연강판(S)의 후단이 런 아웃 테이블(3) 상에서 냉각장치(7)를 통과할 때 목표CT보다 50~70℃ 상승하도록 냉각수가 분사된다. 이와 같이 되면 상기 열연강판(S)은 코일로 권취되어 최외곽부위가 내권부위보다 더 빨리 냉각되더라도 균일한 재질의 열연강판을 얻을 수 있게 된다.

이하 본 발명에 따른 열연강판의 냉각제어 방법을 일 실시예를 통해 종래의 방법과 비교하여 상세하게 설명하기로 한다.

[실시예]

강종은 SAPH440으로 실시하고, 열연강판의 후단부 15m 지점에서 목표CT보다 50~70℃ 상승하도록 냉각량을 설정한다. 그 결과는 도 4에 나타내었다. 그리고, 도 4에 나타난 결과로 열연강판(S)의 후단부위에 대하여 냉각제어를 실시하였으며, 열연강판(S) 코일의 최외권부로부터 일정간격으로 인장시험을 실시하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 4 및 도 5의 결과를 통해 본 발명에 의한 열연강판의 냉각제어 방법이 종래보다 균일한 인장강도, 항복강도 및 연신율을 나타냄을 확인할 수 있다.

다음으로 본 발명에 의한 열연강판의 냉각제어 방법의 다른 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 열연강판의 냉각제어 방법은 열연강판의 끝단부가 사상압연기를 통과한 시점을 감지하여 상기 열연강판에 목표CT보다 50~70℃ 상승되도록 냉각수량을 제어하는 것이다.

즉, 코일의 권취과정에서 상기 수학식(1)에 의해 열연강판 후단부 15m지점을 감지하는 것이 아니라 열연강판(S)의 끝단이 사상압연기(1)를 통과한 후 사상압연기의 온도가 하강되는 것을 이용하여 감지센서(11)가 상기 열연강판(S)의 끝단이 사상압연기를 통과했는지를 감지하게 된다. 이때, 상기 감지센서(11)에서 감지한 결과는 제어부에 전달되고, 상기 제어부는 상술한 과정과 동일한 방법으로 입력된 프로그램에 의해 냉각 제어를 실시한다. 따라서 상기 열연강판(S)은 코일로 권취되어 최외곽부위가 더 빨리 냉각되더라도 균일한 재질의 열연강판(S)을 얻을 수 있게 된다.

참고로, 본 발명은 40~45kg 강도 강판에 대해 적용 가능하며, 그 외 다른 종류의 강재에 대해서는 코일링 온도(CT)가 변태온도 이상일 경우에 강도와 연신율 및 공정 조건에 따라 냉각조건을 달리하여 적용될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 코일위치와 코일링온도(CT)의 관계를 나타낸 그래프.

도 2는 도 1에 의해 권취된 코일을 풀었을 경우 코일위치와 코일위치에 따른 기계적 성질을 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명에 의한 열연강판의 제조를 위한 냉각설비의 개략도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예가 채용된 코일위치와 코일링온도(CT)의 관계를 나타낸 그래프.

도 5는 도 4에 의해 권취된 코일을 풀었을 경우 코일위치와 코일위치에 따른 기계적 성질을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1:사상압연기 3:런 아웃 테이블

5:권취기 7:냉각장치

9:냉각출측온도센서 11:감지센서

S:열연강판

Claims (5)

1. 열간압연되어 권취된 코일이 길이방향으로 균일한 기계적 성질을 가지도록 열연강판에 분사되는 냉각수의 양을 제어하는 방법에 있어서,

   코일의 최외곽부위에 감아지는 열연강판의 후단부에 대해 권취전 열연강판의 다른부분과 온도편차를 두는 냉각제어를 냉각수 분사량을 제어하여 실시하되,

   상기 열연강판의 후단부는 열연강판의 다른부분보다 냉각제어온도가 50~70℃ 정도 더 높은 온도로 냉각되게 냉각수 분사량을 제어하는 것을 특징으로 하는 열연강판의 냉각제어 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각제어는 상기 열연강판 후단부 즉, 열연강판 코일의 후단부 15m이하 에서 적용됨을 특징으로 하는 열연강판의 냉각제어 방법.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 냉각제어는 열연강판의 끝단이 사상압연기를 통과한 시점에서 적용됨을 특징으로 하는 열연강판의 냉각제어 방법.
5. 열간압연되어 권취된 코일이 길이방향으로 균일한 기계적 성질을 가지도록 열연강판에 분사되는 냉각수의 양을 제어하는 방법에 있어서,

   감지센서가 열연공정 중 사상압연기를 통과한 열연강판의 진행상태를 추적하여 감지하는 제 1단계와,

   제어부가 상기 감지센서가 감지한 신호를 인가받아 제어개시 위치에 도달하였는지를 판단하는 제 2단계와;

   상기 제어부가 제어 개시 위치라고 판단하면 목표CT보다 50~70℃ 상승하도록 냉각 제어를 실시하는 3단계를 포함하여 구성되고,

   상기 열연강판은 제어개시 위치에 도달하기 전까지는 런 아웃 테이블에서 미리 설정된 목표CT에 의해 냉각제어됨을 특징으로 하는 열연강판의 냉각 제어방법.

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