KR100950859B1

KR100950859B1 - 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템

Info

Publication number: KR100950859B1
Application number: KR20090099614A
Authority: KR
Inventors: 권 최; 김형철; 조창래; 고승일
Original assignee: 현대하이스코 주식회사
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2010-03-31

Abstract

본 발명은 냉연강판 제조 설비의 에너지 효율을 증가시키기 위한 폐열 회수 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 데미워터를 이용하여 낭비되는 열을 재활용하는 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 미네랄이 제거된 데미워터(demineralized water)를 상온에서 저장하는 저온데미탱크; 상기 저온데미탱크에 저장된 저온데미워터를 냉연강판 제조설비에 공급하는 저온데미공급관; 65~80℃로 승온된 데미워터를 저장하는 고온데미탱크; 및 상기 고온데미탱크에 저장된 고온데미워터를 냉연강판 제조설비에 공급하는 고온데미공급관;을 포함하며, 상기 고온데미탱크에 저장되는 고온데미워터는 상기 저온데미탱크에서 공급되는 저온데미워터가 가스젯쿨링부에서 열교환하여 폐열을 흡수하여 승온된 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템을 제공한다.

냉연강판 제조설비, 폐열 회수, 가스젯쿨링부

Description

냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템 {Waste heat absorber system of cold roll steel manufacturing equipment}

냉연강판 제조 설비는 여러가지의 복합적인 설비들로 구성되어 있으며, 각각의 공정에서는 가열과 냉각이 선택적/반복적으로 이루어진다.

가열은 히터류에 의해서 이루어지고, 냉각은 공업용 냉각수 또는 데미워터에 의하여 이루어진다.

데미워터(demineralized water)라 함은 미네랄을 제거한 순수(純水)를 의미하며, 증류수라고도 한다.

이하 본 명세서에서는 물을 데미워터와 냉각수로 구분하며, 냉각수는 일반적인 공업용으로 사용되는 정제되지 않은 냉각수를 말한다. 또한, 데미워터는 저온데 미워터와 고온데미워터로 다시 구별하는데, 저온데미워터는 상온 상태의 데미워터로 26℃ 내외의 온도의 데미워터를 의미하며, 고온데미워터란 폐열을 흡수하여 승온된 데미워터로 65~80℃ 의 데미워터를 의미한다.

도 1은 종래의 냉연강판 제조설비의 데미워터와 냉각수의 흐름을 나타낸 블럭도이다.

종래에는 상온상태에서 데미탱크(10)에 저장되어 있는 데미워터를 BAF 폐열회수장치(20)에서 열교환하여 32℃ 정도로 승온한 후, 각각의 설비의 필요부로 공급하고 있었다. 그런데, 데미워터는 냉각의 용도로 사용되는 경우에는 그대로 사용해도 무방하지만, 60℃ 이상의 온도로 승온된 후 사용되어야 하는 경우도 있다. 그리고, 데미워터가 승온되어야 하는 부분에는 스팀을 공급하여 데미워터를 가열하고 있었다. 스팀은 데미워터를 보일러(미도시)로 가열하여 만들어지며 보일러는 화석연료를 사용하고 있었다.

한편, 냉연강판 제조설비에는 데미워터가 아닌 냉각수도 사용되고 있었는데, 냉각수는 냉연아연도금복합설비(H-CVGL) 또는 용융아연도금설비(CGL)의 가스젯쿨링부(40)에서 사용되며, 열교환을 통해 가열된 냉각수는 별도의 냉각탑(30)에 의하여 냉각된 후 다시 순환되며 사용되고 있었다.

즉, 종래의 냉연강판 제조설비는 일부 구간에서는 승온이 필요하여 보일러를 작동시키고 있었으며, 다른 부분에서는 냉각이 필요하여 냉각탑을 작동시킴으로써 에너지를 소비하고 있었다.

본 발명은 이러한 냉연강판 제조설비의 낭비되는 폐열을 활용하여 보일러의 작동을 감소시킴으로써 저탄소 녹색성장의 트랜드에 맞춰 에너지 소비를 줄여 원가를 절감하고, 탄소 배출을 감소하기 위한 냉연강판 설비의 폐열 회수 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 저탄소 녹색성장에 부응하여 화석연료의 소비를 절감하고, 이산화탄소 배출량을 감소시킬 수 있는 냉연강판 제조설비의 폐열 회수 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 데미워터를 가스젯쿨링부의 냉각매체로 사용하여, 가스젯쿨링부의 냉각효과와 데미워터의 승온효과를 동시에 가져옴으로써 에너지 사용을 절감하여 생산원가를 절감할 수 있는 냉연강판 제조설비의 폐열 회수 시스템을 제공함에 있다.

상기 저온데미워터는 상자소둔설비에서 1차적으로 열교환하여 30~35℃로 승 온된 후, 가스젯쿨링부에서 2차적으로 열교환하여 65~80℃로 승온되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 가스젯쿨링부는 데미워터 또는 냉각수를 선택적으로 사용할 수 있는 것이 바람직하며, 상기 가스젯쿨링부는 냉연아연도금복합설비(H-CVGL) 또는 용융아연도금설비(CGL)에 형성된다.

또한, 상기 저온데미공급관은 냉연아연도금복합설비(H-CVGL), 용융아연도금설비(CGL), 산세용융아연도금설비(PGL), 착색도장설비(CCL) 및 전해청정설비(ECL) 중 어느 하나 이상의 설비의 냉각설비로 연결되며,

상기 고온데미공급관은 냉연아연도금복합설비(H-CVGL), 용융아연도금설비(CGL), 산세용융아연도금설비(PGL), 착색도장설비(CCL) 및 전해청정설비(ECL) 중 어느 하나 이상의 설비의 전처리부로 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템은 별도의 고온데미탱크를 구비하여, 폐열을 흡수하여 승온된 데미워터를 상기 고온데미탱크에 저장하였다가 사용하는 방식을 취함으로써 데미워터를 승온시키는데 소요되었던 스팀의 사용량을 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다.

또한, 스팀은 데미워터를 가열하여 발생시키는 것으로 스팀발생에 소모되었던 데미워터의 사용량을 줄일 수 있는 효과도 가져온다.

따라서, 본 발명은 폐열로 버려지던 가스젯냉각부의 열을 재활용하여 데미워 터의 승온에 사용토록 함으로써, 화석연료의 소비를 줄이고 이산화탄소의 배출을 감소시켜주는 저탄소 녹색성장에 부응하는 폐열 회수 시스템을 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 살펴본다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템의 블럭 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템은 데미워터를 저온데미워터와 고온데미워터로 구분하여 저장하고 공급하는 것을 특징으로 한다. 종래에는 데미워터를 상온에서 저장하고 있다가 그대로 공급하고, 승온이 필요한 부분에 스팀을 추가적으로 공급하여 온도를 맞추고 있었으나, 본원발명은 폐열을 활용하여 데미워터를 가열하고, 가열된 데미워터를 별도로 저장하고 있다가 고온의 데미워터가 필요한 곳에 공급하는 것이다.

이를 위해서, 본 발명은 저온데미탱크(110)와, 고온데미탱크(120)를 별도로 형성하고 있으며, 저온데미탱크(110)는 점선으로 표시된 저온데미공급관으로 각 설비와 연결되어 저온데미워터를 공급하며, 고온데미탱크(120)는 실선으로 표시된 고온데미공급관으로 각 설비와 연결되어 고온데미워터를 공급한다.

또한, 고온데미탱크(120)에 저장되는 고온데미워터는 BAF 폐열회수장치(130)와, 가스젯쿨링부(140)를 거치며 승온된 것이다. 1차적으로 BAF 폐열회수장치(130)를 통해서 열교환하면 약 32℃의 온도로 승온되며, 가스젯쿨링부(140)에서 2차적으로 열교환을 마치면 65~80℃ 까지 승온된다.

이렇게 데미워터를 순환시킴으로써 종래의 냉각수 사용 및 냉각탑 작동에 소모되는 에너지를 절감할 수 있다. 또한 고온데미워터를 저장하고 있다가 공급함으로써 종래의 구조에 비하여 스팀 소모량을 감소시킬 수 있게 된다.

종래에는 데미워터는 상온의 저장탱크에 저장하고 있다가, 필요한 부분으로 공급함과 동시에 필요온도로 상승시키는 것은 별도의 스팀을 주입하여 이루어지고 있었다. 그런데, 스팀은 LNG등의 화석연료를 사용하는 보일러에서 발생하는 것으로 스팀의 사용량이 증가하면 그만큼 에너지 사용량이 증가하며, 또한 이산화탄소의 배출량도 늘어나는 것이다.

도시된 실시예의 경우 가스젯쿨링부(140)에서 데미워터만을 냉각매체(열교환매체)로 사용하는 것으로 도시하였으나, 필요에 따라서 가스젯쿨링부(140)는 공업용 냉각수도 냉매로 사용할 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 데미워터만으로 가스젯쿨링부(140)에서 충분한 냉각이 이루어지지 않을 경우에는 냉각수를 사용할 수도 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 고온데미탱크에 저장되는 고온데미워터를 가열할 수 있는 별도의 보조보일러를 구비하여 고온데미워터의 온도를 추가적으로 승온시킬 수 있는 구조를 채택할 수도 있다.

도 3은 상자소둔 열처리설비를 개략적으로 나타낸 도면이다.

저온데미워터는 약 26℃ 내외의 온도를 나타내며, 상자소둔열처리설비(Batch Annealing Furnace, BAF)(210)에서 폐열을 흡수하면 약 32℃ 까지 승온된다.

상자소둔열처리설비(210)는 전해청정설비의 출구측에서 권취된 코일을 수납하여 소둔열처리를 시행하는 것으로, 소둔 베이스(Annealing base), 보온커버(Inner cover), 가열장치(Heating hood), 냉각장치(Cooling hood)로 구성되며, 소둔 베이스에 냉연코일을 적재하여 가열 및 냉각 등의 열처리 과정을 수행한다.

상자소둔설비에서 처리하는 열처리 공정은 크게 가열(Heating), 유지(Soaking), 냉각(Cooling)으로 구분하는데 처리하는 량 및 강종에 따른 각 공정별 처리조건(온도,시간)은 다르게 취급한다.

BAF 폐열회수장치는 상자소둔열처리설비(210)의 냉각공정에서 열을 흡수하는 것이다.

그런데, 데미워터의 사용처는 냉각용으로 사용되는 이외에는 65~80℃ 범위이므로, 상자소둔열처리설비(210)에서 발생하는 폐열의 흡수만으로는 충분한 승온효과가 얻어지지 않아, 별도의 화석연료를 사용하는 보일러에서 발생되는 스팀으로 추가적인 승온을 하고 있는 실정이었다.

본 발명은 냉연강판설비에 있어서, 데미워터가 아닌 순환 냉각수(공업용 냉각수)가 사용되고 있던 구간에 데미워터를 사용하여, 데미워터가 열교환을 통해 가열된 후 별도로 저장하는 것을 특징으로 한다.

종래에 순환 냉각수가 사용되고 있던 설비는 아연도금설비들인데 이들은 도 4와 도 5를 참조하여 후술한다.

도 4는 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 냉연아연도금복합설비를 나타낸 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 용융아연도금설비를 나타낸 개략도이다.

먼저 도 4를 참조하면, 냉연아연도금복합설비(H-Continuous Vertical Galvanizing Line, 이하 H-CVGL 설비)는 전해탈지에서 연속소둔뿐만 아니라, 아연도금까지 가능한 설비로서, 압연공정을 거친 풀하드(Full Hard)를 소재로 하여 연속열처리후 냉연강판을 생산하거나 아연도금하여 용융아연도금강판, 합금화아연도금강판을 생산하는 설비이다. 냉연아연도금복합설비의 전처리 구간에는 고온데미워터가 공급되고, 냉각 구간에는 저온데미워터가 공급된다.

다음으로 도 5를 참조하면, 용융아연도금설비(Continuous Galvanizing Line, 이하 CGL 설비)는 라인내에서 열처리(소둔로)-도금-표면성향상과형상교정(합금화처리)-내식성향상을 위한 후처리공정(회복성처리)의 과정을 모두 거쳐 용융아연도금강판을 생산하는 설비이다. 용용아연도금설비에서도 전처리 구간에는 고온데미워터가 공급되고, 냉각 구간에는 저온데미워터가 공급된다.

이러한 H-CVGL 설비(220)와 CGL 설비(230)에는 가스젯쿨링부(Gas Jet Cooling, GJC)가 구비된다. 가스젯쿨링부는 스트립을 냉각시키는 부분으로, H-CVGL 설비의 경우 입측 스트립의 온도가 약 820℃ 이고, 출측의 온도는 약 650℃이며, CGL 설비의 경우 입측 온도가 약 680℃이고, 출측의 온도가 약 480℃ 이다. 이러한 온도는 생산되는 제품의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 대략적으로 600℃ 이상의 고온에서 100~200℃의 냉각이 이루어지는 것임을 알 수 있다.

종래에는 이러한 가스젯쿨링부에 데미워터가 아닌 순환 냉각수를 사용하여 열교환을 하고, 열교환으로 인하여 가열된 냉각수는 별도의 냉각탑에서 다시 냉각하여 순환시키는 방식을 사용하고 있었으나, 본원 발명은 데미워터를 가스젯쿨링부를 냉각시키는 매체로 사용하고, 가열된 데미워터를 별도의 탱크에 보관하였다가 필요한 부분으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본원발명의 폐열 회수 방식은 냉각탑의 작동에 소모되던 에너지를 절감할 수 있으며, 데미워터의 가열을 위해 작동하던 보일러의 사용을 줄일 수 있게 된다.

가스젯쿨링부에서 냉각매체로 사용되는 데미워터는 1차적으로 상자소둔설비와 열교환을 하며 가열된 데미워터로, 가스젯쿨링부로 공급되는 온도가 약 32℃이며, 가스젯쿨링부에서 가열된 후 배출되는 온도는 약 65~80℃이다.

즉, 고온데미탱크에서는 65~80℃의 고온데미워터가 저장되며, 저장된 고온데미워터는 각 설비의 필요부에 공급된다. 고온데미워터가 사용되는 부분은 구체적으로 설비마다 약간씩 차이는 있으나 대체로 산세처리를 위한 전처리부이다.

도 6은 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 산세압연설비를 나타낸 개략도이다.

산세압연설비(PL/TCM, Pickling Line/Tandem Cold Rolling Mill)(240)에서는 산세공정과 냉간압연 공정이 연속적으로 이루어진다.

열연강판코일을 입구측에서 풀어서 연속적으로 산세처리와 냉간압연을 시행하여 출구측에서 냉연강판코일로 권취하게 된다. 열연강판코일은 통상 800℃ 이상의 고온에서 마무리 압연되어 그 표면에 다량의 스케일(산화철)이 발생하게 되므로, 염산 또는 황산을 이용하여 산세처리한 후, 연속적으로 상온에서 냉간압연하여 원하는 두께로 만들게 된다. 산세압연설비의 데미워터 공급을 살펴보면 전처리 구간에는 고온데미워터가 공급되고, 냉각구간에는 저온데미워터가 공급된다.

다시 도 2를 참조하면, 이러한 산세압연설비의 산세가 이루어지는 부분(PL)에는 고온데미워터가 공급되고, 압연이 이루어지는 부분(TCM)에는 저온데미워터가 공급된다.

도 7은 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 산세용융아연도금설비를 나타낸 개략도이다.

산세용융아연도금설비(Pickling & Galvanizing Line, PGL)는 열연강판의 표면에 부착되어 있는 산화물 등을 산세처리에 의해 깨끗이 제거한 후, 산세강판을 생산하거나 강판표면에 아연도금을 하여 열연도금강판을 생산하는 설비이다.

도시된 바와 같이, PGL 설비의 전처리부에는 고온데미워터가 공급되고, 냉각설비부분에는 저온데미워터가 공급된다.

도 8은 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 착색도장설비를 나타낸 개략도이다.

착색도장설비(Color Coating Line, CCL)는 냉연제품중 부가가치가 가장 높은 제품을 생산하는 설비로 용융아연도금강판, 전기아연도금강판, 냉연강판, 알루미늄 및 스테인레스 등을 소재로하여 수요가 요구에 따라 다양한 종류의 컬러를 코팅한 후 소부경화시켜 제품을 생산하는 설비이다.

CCL 설비에도 전처리 구간에는 고온데미워터가 공급되고, 냉각 구간에는 저온데미워터가 공급된다.

도 9는 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 전해청정설비를 나타낸 개략도이다.

전해청정설비(Electrolytic Cleaning Line, ECL)는 냉간압연 후 강판 표면에 붙어있는 압연유와 철분등의 오염물을 제거하기 위하여 알카리 및 전해탈지처리 하여 동시에 브러쉬 롤로 세척 후 건조시키는 설비이다.

ECL 설비도 전처리 구간에는 고온데미워터가 공급된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템은 각 설비에서 사용되는 데미워터를 매체로 사용하여, 상자소둔설비와 가스젯쿨링부의 폐열을 회수한다. 회수된 폐열은 데미워터의 온도를 상승시키게 되고 승온된 데미워터를 별도의 고온데미탱크에 보관하였다가 각 설비로 공급함으로써 스팀의 사용량과, 스팀 발생에 소모되는 데미워터의 사용량을 절감할 수 있다.

표 1은 CVGL 라인에 가스젯쿨링부에서 폐열회수의 기대효과를 나타낸 것이다.

표 2는 CGL 라인에 가스젯쿨링부에서 폐열회수의 기대효과를 나타낸 것이다.

가스젯쿨링부에서 회수되는 폐열은 스팀의 사용량을 기준으로 할 때 종래 대비 약 80%를 절감할 수 있으며, 금액으로 환산할 때 CVGL 라인의 경우 연간 약 15억원의 비용을 절감할 수 있으며, CGL라인의 경우 연간 약 3억5천만원의 비용을 절감할 수 있는 효과를 가져온다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 종래의 냉연강판 제조설비의 데미워터와 냉각수의 흐름을 나타낸 블럭도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템의 블럭 구성도,

도 3은 상자소둔 열처리설비를 개략적으로 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 냉연아연도금복합설비를 나타낸 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 용융아연도금설비를 나타낸 개략도,

도 6은 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 산세압연설비를 나타낸 개략도,

도 7은 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 산세용융아연도금설비를 나타낸 개략도,

도 8은 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 착색도장설비를 나타낸 개략도,

도 9는 본 발명에 따른 냉연강판 설비 중 전해청정설비를 나타낸 개략도임.

Claims

미네랄이 제거된 데미워터(demineralized water)를 상온에서 저장하는 저온데미탱크;

상기 저온데미탱크에 저장된 저온데미워터를 냉연강판 제조설비에 공급하는 저온데미공급관;

65~80℃로 승온된 데미워터를 저장하는 고온데미탱크; 및

상기 고온데미탱크에 저장된 고온데미워터를 냉연강판 제조설비에 공급하는 고온데미공급관;을 포함하며,

상기 고온데미워터는 상기 저온데미워터가 승온되어 형성되는 것으로, 상기 저온데미워터의 승온은 냉연아연도금복합설비(H-CVGL) 또는 용융아연도금설비(CGL)에 형성된 가스젯쿨링부에서 열교환을 통한 폐열의 흡수에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 저온데미워터는 가스젯쿨링부에서 열교환하여 65~80℃로 승온되는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 가스젯쿨링부는 데미워터 또는 냉각수를 선택적으로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 저온데미공급관은 냉연아연도금복합설비(H-CVGL), 용융아연도금설비(CGL), 산세용융아연도금설비(PGL), 착색도장설비(CCL) 및 전해청정설비(ECL) 중 어느 하나 이상의 설비의 냉각설비로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 고온데미공급관은 냉연아연도금복합설비(H-CVGL), 용융아연도금설비(CGL), 산세용융아연도금설비(PGL), 착색도장설비(CCL) 및 전해청정설비(ECL) 중 어느 하나 이상의 설비의 전처리부로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 고온데미탱크에 저장되는 고온데미워터를 승온하기 위한 별도의 보조보일러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조 설비의 폐열 회수 시스템.