KR100992372B1

KR100992372B1 - 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100992372B1
Application number: KR1020080099644A
Authority: KR
Inventors: 김대현; 남구원; 정철규
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-11-04
Also published as: KR20100040503A

Abstract

본 발명은 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치 및 방법에 관한 것으로, 바 쿨러의 사용 여부를 확인하는 단계; 상기 바 쿨러가 사용되면, 상기 바 쿨러의 냉각능과 통판 속도에 따른 공냉 시간을 고려하여 조압연기에서 사상압연기로의 이송시 바의 온도 저하량을 계산하는 단계; 및 조압연 공정 완료시 바온도에서 상기 바의 온도 저하량을 감하여, 상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 계산하는 단계를 포함하여 구성되며, 이에 의하여 바 쿨러의 적용시에도 조업 안정성을 확보할 수 있도록 해 줄 뿐 만 아니라, 제어압연온도 준수를 보다 정밀하게 수행할 수 있도록 안정적인 재질을 확보할 수 있도록 해준다.

TMCP, 가속냉각, 바, 바 쿨러, 바 온도, 공냉대기시간, 제어압연

Description

바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치 및 방법{Apparatus and method for calculating temperature for Rolling Process using Bar Cooler}

본 발명은 바(Bar)의 온도를 계산하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 TMCP(Thermo Mechanical Control Process) 강을 제조하기 위한 압연 공정에 바 쿨러(Bar Cooler)가 추가된 경우에도 정확하고 신뢰성있는 제어압연 동작을 수행할 수 있도록 하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치 및 방법에 관한 것이다.

고강도, 고인성 및 용접성이 우수한 TMCP 강을 제조하기 위한 TMCP 제조 공정은 가열공정에서부터 압연공정, 가속냉각공정, 열간교정 등의 세부 단위공정들을 필수적으로 구비하며, 후판 고급강재인 TMCP강의 특성상 미세조직(Microstructure)을 제어함으로써 원하는 고강도와 고인성의 물성을 확보하게 된다.

미세조직을 제어하는 TMCP 제조 공정은 강종별에 따라 사상압연(Finishing Mill, 이하 FM) 시작온도 및 종료온도를 준수해야 하는 제어압연(Controlled Rolling)을 실시하므로, 슬라브(Slab)가 조압연(Roughing Mill, 이하 RM) 공정을 거친 후, 중간 바 상태에서 FM 시작온도를 준수하기 위한 공냉대기시간을 반드시 가져야 한다.

이러한 공냉대기시간은 생산성 저하의 주요 요인이 된다. 이에 최근에는 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 도1에서와 같이 압연 공정의 RM(1)과 FM(2) 사이에 바 쿨러(Bar Cooler)(4)를 추가하고, 이를 통해 도2의 (a) 및 (b)에 나타난 바와 같이 냉각수가 분사되도록 한다. 이에 바 쿨러(4)를 통과하는 바의 온도는 바 표면으로 분사되는 냉각수에 의해 인위적으로 저하되게 된다.

그 결과, TMCP강의 공냉대기시간이 바 쿨러에 의해 인위적으로 저하된 온도만큼 감소되어, TMCP 제조 공정의 생산성은 전반적으로 향상된다.

그러나 압연 공정에 바 쿨러(4)를 추가하는 경우에는 FM(2)의 전면에 위치한 온도계(3)를 통해 바 온도를 정확하게 측정할 수 없는 문제가 부가적으로 발생한다.

RM 공정이 완료된 바의 두께는 통상 80t~130t 정도로 두꺼운 편이며 온도는 약 1050℃~1100℃ 정도로 굉장히 고온이므로, 바를 바 쿨러(4)를 통해 강제 수냉하게 되면 많은 수증기가 발생하게 되며, 바가 FM(2)에 도달할 때까지도 바 표층부에는 여전히 많은 수증기가 잔재하게 된다.

바 쿨러(4)의 출측에 도3에 도시된 바와 같이 측면 스프레이(Side Spray)(5)를 설치하여 수냉 실시 후에 바 표층부에 잔존하는 체류수를 제거하기는 하나 일정량의 체류수가 여전히 잔존할 수 있으며, 측면 스프레이가 미작동하게 되는 최악의 경우에는 바 표층부에 상당량의 체류수가 잔존하게 된다.

바 쿨러(4)가 추가되지 않은 경우에는 별도의 수증기 및 체류수가 발생하지 않아 온도계(3)를 통해 바 온도를 정확하게 측정할 수 있었으나, 바 쿨러(4)가 추가되는 경우에는 수증기 및 체류수로 인해 온도계(3)를 통해 바 온도를 정확하게 측정하기가 매우 어려워진다.

그 결과 압연모델 오류 및 작업이상 현상이 발생하고, 결국 조업 불량이 발생하는 문제가 초래된다.

뿐만 아니라 RM 공정이 완료된 바 두께는 통상 80t~130t 정도로서 매우 두꺼워 바 냉각을 실시한 후, 일정 시간을 두고 복열 과정을 거쳐야 하는데, 이러한 복열 과정은 바 냉각 실시후, 바가 온도계(3)까지 도달한 시점까지도 완료되지 못하는 경우가 많다. 특히 바 두께가 두꺼우면 두꺼울수록 온도 저하량이 작아져, 바가 온도계(3)까지 도달하고도 미완전 복열 상태가 되는 경우가 많아진다.

따라서 바 쿨러가 사용된 압연 공정에서 종래에서와 같이 온도계(3)를 통해 실측된 온도값을 이용하여 공냉대기시간을 계산하는 방식을 그대로 적용하는 것은 매우 위험하다 할 수 있다.

이에 상기와 같은 위험성을 해소하고 바 쿨러를 원활하게 활용하기 위해, 새로운 방식으로 바 온도를 파악하고자 하는 요구가 점차로 증대되고 있다.

이에 본 발명에서는 바의 온도 저하량을 계산하고 이로부터 바 온도를 예측함으로써, 바 쿨러가 사용됨에 따라 발생하는 체류수 및 수증기에 상관없이 항상 정확하고 안정적으로 FM에 진입하는 바 온도를 파악할 수 있도록 하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 바 쿨러의 사용 여부를 확인하는 단계; 상기 바 쿨러가 사용되면, 상기 바 쿨러의 냉각능과 통판 속도에 따른 공냉 시간을 고려하여 조압연기에서 사상압연기로의 이송시 바의 온도 저하량을 계산하는 단계; 및 조압연 공정 완료시 바온도에서 상기 바의 온도 저하량을 감하여, 상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 계산하는 단계를 포함하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 방법을 제공한다.

바람직하게는 상기 바의 온도 저하량을 계산하는 단계는 "Temp_Drop = 39.2+ 0.0539 × Bar_thick -18.1 × speed"로 정의되는 온도 저하량 계산식에 따라 상기 바의 온도 저하량을 계산하며, 상기 Temp_Drop 는 바의 온도 저하량, 상기 Bar_thick는 조압연 공정 완료시 바 두께, 상기 speed는 바의 통판 속도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 방법은 상기 바 쿨러가 미사용되면, 상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 실측하는 단계를 더 포함할 수 도 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 바 쿨러의 냉각능과 통판 속도에 따른 공냉시간을 고려하여 바의 온도 저하량을 계산하는 온도 저하량 계산부; 및 조압연 공정 완료시 바온도에서 상기 바의 온도 저하량을 감하여, 상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 계산하는 바온도 계산부를 포함하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치를 제공한다.

바람직하게는 상기 온도 저하량 계산부는 "Temp_Drop = 39.2+ 0.0539 × Bar_thick -18.1 × speed"로 정의되는 온도 저하량 계산식에 따라 상기 바의 온도 저하량을 계산하며, 상기 Temp_Drop 는 바의 온도 저하량, 상기 Bar_thick는 조압연 공정 완료시 바 두께, 상기 speed는 바의 통판 속도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치는 상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 실측하는 온도 실측부; 및 상기 바 쿨러의 사용 여부를 확인하고, 상기 바 쿨러의 사용시에는 상기 온도 저하량 계산부 및 바온도 계산부를 활성화시키고, 그렇지 않은 경우에는 상기 온도 실측부를 활성화시키는 동작 모드 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명의 TMCP강의 제어 압연을 위한 공냉대기시간 계산 방법 및 장치는 TMCP 제조를 위한 압연 공정에 바 쿨러를 적용하는 경우에도 바의 온도를 정확하게 획득할 수 있도록 해준다.

이에 바 쿨러를 원활하게 활용하여 TMCP강의 생산성을 획기적으로 향상시키면서도, 제어압연온도 준수를 보다 정밀하게 수행할 수 있어 안정적인 재질을 확보할 수 있도록 해준다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바 두께에 따른 바 쿨러의 냉각능 변화 및 바의 통판 속도에 따른 온도 저하량을 먼저 살펴보기로 한다.

도4는 바 두께에 따른 바 쿨러의 냉각능 변화를 도시한 도면이고, 도5는 바의 통판 속도에 따른 냉각능 변화를 도시한 도면이다.

도4을 참고하면, 바 쿨러(4)에 의한 냉각능은 바 두께가 증가함에 따라 감소됨을 알 수 있다. 즉, 바 쿨러(4)의 냉각능은 바 두께에 밀접한 영향을 받음을 알 수 있다.

또한, 도5를 참조하면, 바 쿨러(4)를 통과하는 바의 통판 속도가 느려지면 느려질수록 바의 온도 저하량은 증가됨을 알 수 있다. 이는 바 쿨러(4)를 통과하는 바의 통판 속도가 느려지면 느려질수록 바가 RM(1)에서 FM(2)로 이송되면서 공냉되는 시간이 길어지고, 그에 따라 바의 온도 저하량도 증가되기 때문이다.

즉, RM(1)에서 FM(2)으로 이송되는 바의 온도 저하량은 바 두께에 따라 변화되는 바 쿨러의 냉각능과 바 쿨러(4)를 통과하는 바의 통판 속도에 따라 변화되는 바의 공냉시간에 따라 결정됨을 알 수 있다.

참고로, 바 쿨러(4)를 통과하는 바의 통판 속도는 압연 모델에 의해 결정된다. 압연 모델은 대상재 투입 크기(size) 및 제어압연 조건 등의 여러가지 조업 여건을 고려하여 계산된 공냉대기시간을 결정하고, 그에 따라 바 쿨러(4)를 통과하는 바의 통판 속도를 가변해준다.

예를 들어, 공냉대기시간이 150 초 이상인 경우에는 통판 속도를 0.5 m/s로, 100~150초 사이인 경우에는 통판 속도를 1.0 m/s로, 100초 미만인 경우에는 통판 속도를 3.0 m/s로 가변해줄 수 있다.

이에 본 발명에서는 바 두께에 따라 변화되는 바 쿨러의 냉각능과 바의 통판 속도에 따라 변화되는 바의 공냉시간을 고려하여 RM(1)에서 FM(2)으로 이송시 바의 온도 저하량을 계산하고, 이로부터 FM(2)에 진입되는 바의 온도를 계산하고자 한다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치의 내부 블록도이다.

도6을 참조하면, 온도 계산 장치(100)는 동작모드 설정부(110), 온도 예측부(120) 및 온도 실측부(130)를 구비하고, 온도 예측부(120)는 온도 저하량 계산부(121) 및 바온도 계산부(122)를 구비한다.

이하 각 구성요소의 기능을 설명하면 다음과 같다.

동작모드 설정부(110)는 현재의 압연 공정에서 바 쿨러(4)를 사용하는지 여부를 확인하고, 바 쿨러(4)를 사용하는 경우에는 RM(1)에서 FM(2)으로 이송시 바의 온도 저하량을 계산하여 FM(2)에 진입되는 바의 온도를 예측하도록 하고, 그렇지 않은 경우에는 FM(2)에 진입되는 바의 온도를 실측하도록 한다. 즉, 동작모드 설정부(110)는 바 쿨러(4)의 사용 여부에 따라 온도 예측부(120)와 온도 실측부(130) 중 하나의 동작만을 활성화시켜 준다.

온도 예측부(120)의 온도 저하량 계산부(121)는 바 쿨러(4)의 냉각능과 바의 통판 속도에 따른 바의 공냉시간을 고려하여, RM(1)에서 FM(2)으로 이송시 바의 온 도 저하량을 계산한다.

이때의, 온도 저하량 계산식은 이하의 수학식1과 같이 정의될 수 있다.

Temp_Drop = 39.2 + 0.0539 × Bar_thick - 18.1 × speed

Bar_thick는 RM 공정 완료시 바 두께고, speed는 바의 통판속도이다.

온도 예측부(120)의 바온도 계산부(122)는 압연 모델(200)에 의해 제공되는 RM 공정 완료시 바 온도에서 온도 저하량 계산부(121)에 의해 계산된 온도 저하량을 감하여, FM(2)에 진입되는 바의 온도를 계산한다.

온도 실측부(130)는 종래에서와 같이 FM(2)의 전면에 위치한 온도계(3)를 이용하여 FM(2)에 진입되는 바의 온도를 실측한다.

압연 모델(200)은 현재의 압연 공정을 전반적으로 제어하기 위한 프로그램과 데이터들을 구비하고, 온도 계산 장치(100)이 필요로 하는 제어값들을 제공한다. 그리고 바 쿨러(4)가 사용되는 경우에는 온도 예측부(120)를 통해 계산된 온도값을 이용하여 제어 압연 동작을 위한 공냉 대기 시간을 계산하고, 그렇지 않을 경우에는 온도 실측부(130)를 통해 계산된 온도값을 이용하여 제어 압연 동작을 위한 공냉 대기 시간을 계산한다.

이에, 압연 모델(200)은 바 쿨러(4)의 사용 여부에 상관없이 온도 계산 장치(100)로부터 항상 정확한 온도값을 제공받아 제어 압연 동작을 위한 공냉 대기 시간을 계산할 수 있게 된다.

도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.

먼저, 현재 압연 공정에서 바 쿨러(4)를 사용하는 지를 확인한다(S1),

단계S1의 확인 결과, 현재 압연 공정에서 바 쿨러(4)를 사용하는 경우에는 바 두께에 따른 바 쿨러(4)의 냉각능과 바의 통판 속도에 따른 공냉 시간을 고려하여, RM(1)에서 FM(2)으로 이송시 바의 온도 저하량을 계산한다(S2).

그리고 압연 모델이 제공하는 RM 공정 완료시 바 온도에서 단계 S2를 통해 계산된 온도 저하량만큼을 감하여 FM(2)에 진입되는 바의 온도를 계산하고, 계산된 바 온도를 압연 모델(200)에 통보해준다(S3).

반면, 현재 압연 공정에서 바 쿨러(4)를 사용하지 않은 경우에는, 종래에서와 같이 FM(2)의 전면에 위치한 온도계(3)를 통해 FM(2)에 진입되는 바의 온도를 실측하고, 실측된 바 온도를 압연 모델(200)에 통보해준다(S4).

이와 같이 본 발명은 바 쿨러(4)의 사용시에는 온도계(3)를 통해 FM(2)에 진입되는 바의 온도를 실측하는 대신에, 바 쿨러(4)의 냉각능과 바의 통판 속도에 따른 공냉 시간에 따라 결정되는 바의 온도 저하량을 이용하여 바 온도를 파악하도록 하고 있다.

이에 본 발명은 바 쿨러의 사용에 의해 발생되는 수증기 및 체류수에 상관없이 FM(2)에 진입하는 바 온도를 정확하고 안정적으로 획득할 수 있게 되는 것이다.

상기에 실시예에서는 바 쿨러의 냉각능을 결정하기 위한 파라메 타(parameter)로 바 두께만을 사용하도록 하였지만, 이는 필요한 경우 다양하게 대체 및 추가될 수 있다.

예를 들어, 바 쿨러의 냉각능은 바 두께 이외에 바 폭, RM 압연종료시 온도등과 같이, 일반적으로 바 쿨러의 냉각능을 결정할 수 있는 모든 종류의 파라메타들이 다양하게 고려되어 결정될 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

도1는 바 쿨러가 사용된 TMCP 제조 공정 라인을 도식화한 도면이다.

도2는 일반적인 바 쿨러의 외관도이다.

도3은 일반적인 측면 스프레이의 외관도이다.

도4는 바 두께에 따른 바 쿨러의 냉각능 변화를 도시한 도면이다.

도5는 바의 통판 속도에 따른 냉각능 변화를 도시한 도면이다.

Claims

바 쿨러의 사용 여부를 확인하는 단계;

상기 바 쿨러가 사용되면, 상기 바 쿨러의 냉각능과 통판 속도에 따른 공냉 시간을 고려하여 조압연기에서 사상압연기로의 이송시 바의 온도 저하량을 계산하는 단계; 및

조압연 공정 완료시 바온도에서 상기 바의 온도 저하량을 감하여, 상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 계산하는 단계를 포함하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 방법.
제1항에 있어서, 상기 바의 온도 저하량을 계산하는 단계는

하기의 온도 저하량 계산식에 따라 상기 바의 온도 저하량을 계산하는 것을 특징으로 하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 방법,

[수학식1]

Temp_Drop = 39.2 + 0.0539 × Bar_thick - 18.1 × speed

상기 Temp_Drop 는 바의 온도 저하량, 상기 Bar_thick는 조압연 공정 완료시 바 두께, 상기 speed는 바의 통판 속도.
제1항에 있어서,

상기 바 쿨러가 미사용되면, 상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 실측하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 방법.
바 쿨러의 냉각능과 통판 속도에 따른 공냉 시간을 고려하여, 조압연기에서 사상압연기로의 이송시 바의 온도 저하량을 계산하는 온도 저하량 계산부; 및

조압연 공정 완료시 바온도에서 상기 바의 온도 저하량을 감하여, 상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 계산하는 바온도 계산부를 포함하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치.
제4항에 있어서, 상기 온도 저하량 계산부는

하기의 온도 저하량 계산식에 따라 상기 바의 온도 저하량을 계산하는 것을 특징으로 하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치,

[수학식1]

Temp_Drop = 39.2 + 0.0539 × Bar_thick - 18.1 × speed

상기 Temp_Drop 는 바의 온도 저하량, 상기 Bar_thick는 조압연 공정 완료시 바 두께, 상기 speed는 바의 통판 속도.
제4항에 있어서,

상기 사상압연기로 진입되는 바의 온도를 실측하는 온도 실측부; 및

상기 바 쿨러의 사용 여부를 확인하고, 상기 바 쿨러의 사용시에는 상기 온도 저하량 계산부 및 바온도 계산부를 활성화시키고, 그렇지 않은 경우에는 상기 온도 실측부를 활성화시키는 동작 모드 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바 쿨러를 사용하는 압연 공정을 위한 온도 계산 장치.