KR101077174B1 - 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트립 캐스팅 공정에서 인라인 압연기의 워크롤을 냉각시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 인라인 압연기 입측의 상부 및 하부에 배치되어 냉각수를 스트립에 분사하여 간접적으로 상기 워크롤의 표면온도를 저감시키는 안티필링 헤더와, 상기 인라인 압연기 출측의 상부 및 하부에 배치되어 냉각수를 워크롤에 분사하여 상기 워크롤을 냉각시킴과 동시에 열적 크라운을 개선하는 존콘트롤 헤더를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치를 제공하며, 워크롤의 표면을 스트립 복사열로부터 보호하여 롤포스의 상승을 방지하고 장시간 대용량 압연을 가능케 하며, 워크롤의 열적 크라운을 개선시켜 스트립의 버클의 발생을 억제하여 스트립의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

스트립, 워크롤, 냉각, 존콘트롤, 안티필링, 크라운, 흑피

Description

인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치{COOLING APPARATUS OF WORKROLL IN IN-LINE REDUCTION MILL}

본 발명은 스트립 캐스팅 공정에서 인라인 압연기의 워크롤을 냉각시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 워크롤의 표면을 스트립 복사열로부터 보호하고 워크롤의 열적 크라운을 개선시켜, 워크롤의 수명을 향상시키고 스트립의 버클의 발생을 억제하여 압연 스트립의 표면 품질을 향상시킨 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스트립 캐스팅 장치는 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 공급하여 그 용강으로부터 직접 수 mm 두께의 박판제품을 연속적으로 제조하는 설비를 말한다.

이러한 스트립 캐스팅 장치를 통한 박판 제품은 냉각수에 의해 냉각되면서 회전하는 한 쌍의 주조롤과, 이들의 측면을 밀봉하는 에지댐에 의해 형성된 용강풀로 용강이 공급된 후 주조롤 표면과 접촉 응고되면서 얇은 응고셀을 형성하게 되고, 이 응고셀들이 최근접점에서 합체되어 일정한 두께로 연속 주조되는 형태로 생산되게 된다.

도 1은 예시적인 스트립 캐스팅 공정의 개략적인 측입면도인데, 도 1에 도시된 바와 같이, 스트립이 운송로(transit path)(4)에서 가이드 테이블(13)을 가로질러 핀치롤(6A)를 포함하는 핀치롤 스탠드(6)를 통과하며, 상기 핀치롤 스탠드(6)에서 나온 직후에, 스트립은 한 쌍의 워크롤(work roll)(7A) 및 백업롤(backup roll)(7B)을 포함하는 고온의 인라인 압연기(7)를 통과하는데, 이에 의해 스트립은 고온으로 압연되어 두께가 감소하게 된다. 그 후에 압연된 스트립은 런-아웃 테이블(8)을 통과하는데, 여기서 워터젯(9)(또는 다른 적당한 수단)을 통하여 공급되는 물과 접촉함으로써 대류에 의해 그리고 복사에 의해 냉각될 수도 있다. 경우에 따라 스트립은 한 쌍의 핀치롤(10A)을 포함하는 핀치롤 스탠드(10)를 통과한 후에 코일러(11)를 통과할 수도 있다.

그런데, 상기 스트립 캐스팅 공정중 인라인(in-line) 압연 프로세스는 가혹한 조건에서 이루어지고 있으며, 이에 따라 워크롤의 표면손상, 표면거침의 가속화, 균열(spalling) 발생, 절손 및 롤 원단위 증가 등 롤과 관련된 많은 문제점들이 발생하고 있다. 특히, 워크롤의 마모는 마멸에 의해 발생한 마모분에 의한 마모(abrasive wear)와 함께 산화마모(oxdation wear), 열피로 및 열충격에 따른 균열발생, 탄화물의 탈락과정에 의한 피로마모(fatigue wear), 피압연재의 롤러의 응착(sticking) 및 응착부의 소성 유동현상 등이 복잡하게 연관되어 진행된다. 즉, 압연 작업과정에서 고온의 스트립과 접촉되는 워크롤의 표면은 압연응력과 열응력을 반복적으로 받고, 스트립과 마찰로 표면층이 파괴되어 손상을 입게 되며, 이로 인해 표층박리, 표면거침 현상이 발생되어 압연제품의 표면품질을 크게 저하시킬 뿐만 아니라 워크롤의 제반물성에도 나쁜 영향을 미친다.

따라서, 워크롤을 적정하게 냉각시켜 워크롤을 일정한 조건으로 관리함에 의해 스트립 제품의 표면 품질을 향상시킬 필요가 있다.

이 때, 열연강판의 온도는 변화가 용이하지 않은 반면에 워크롤의 냉각 장치는 변화가 가능한 것이기 때문에 작업소재의 조건에 따라 효율적인 냉각을 하는 것이 매우 중요하다.

종래 통상의 워크롤의 냉각은 스트립의 선단부가 워크롤에 치입되기 전부터 그 입측 및 출측의 냉각 장치에 의해 분사된 냉각수를 이용하여 워크롤을 냉각시켜 그 표면을 보호해 왔다..

그러나, 이러한 종래의 냉각 장치는 스트립의 복사열 때문에 상부 및 하부의 워크롤이 충분히 냉각되지 않아 롤포스가 최대로 발생하여 제어가 불가능하게 되고, 나아가 워크롤을 교체하거나 주조중단으로 인한 제품생산의 중단까지 초래할 수도 있다.

또한, 종래에는 스트립의 온도, 두께 등의 편차로 인해 국부적인 열적 크라운(thermal crown)에 의한 스트립에 버클(buckle)이 발생하게 되면, 상기 버클이 발생한 부분에 대해서만 집중적으로 냉각하는 장치가 없어 스트립의 평탄도에 결함이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 인라인 압연기 입측에 배치된 안티필링 헤더에 의해 스트립의 치입부에 냉각수를 분사하고, 그 출측에 배치된 존콘트롤 헤더에 의해 워크롤에 냉각수를 분사함에 의해 워크롤을 직, 간접적으로 냉각시켜 롤포스의 상승을 방지하고 장시간 대용량 압연을 가능케 하며, 워크롤의 열적 크라운을 개선시켜 스트립의 버클의 발생을 억제하여 스트립의 표면 품질을 향상시시키는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 스트립 캐스팅 공정에서 인라인 압연기의 워크롤을 냉각시키기 위한 장치에 있어서, 상기 인라인 압연기 입측 상부 및 하부에 설치되어 냉각수를 스트립에 분사하여 간접적으로 상기 워크롤의 표면을 냉각시키는 안티필링 헤더와, 상기 인라인 압연기 출측 상부 및 하부에 설치되어 냉각수를 워크롤에 분사하여 냉각시킴과 동시에 열적 크라운을 개선하는 존콘트롤 헤더를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치를 제공한다.

여기서, 상기 안티필링 헤더는 그 내부에 워크롤의 길이방향으로 설치된 파이프와, 상기 파이프상에 병렬로 배설된 다수의 안티필링 노즐을 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

이 때, 상기 안티필링 노즐은 분사된 냉각수가 오버랩되도록 배열되는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 존콘트롤 헤더는 워크롤의 표면에 냉각수를 분사하는 다수의 베이직 노즐과, 통판된 스트립의 형상 정보로부터 파악된 워크롤의 열적 크라운 발생 지점에만 냉각수를 분사하는 다수의 존쿨링 노즐을 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 존콘트롤 헤더는 상부 및 하부로 구성되며, 상기 존콘트롤 헤더의 상부 및 하부에는 각각 워크롤의 길이방향으로 2개의 행으로 배열된 다수의 베이직 노즐과, 1개의 행으로 배열된 다수의 존쿨링 노즐이 포함되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 존쿨링 노즐에는 스위치가 부설되어 상기 존쿨링 노즐의 개폐 조정이 가능한 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 스트립과 상기 안티필링 헤더 사이에 설치된 입측 와이퍼와, 스트립과 상기 존콘트롤 헤더 사이에 설치된 출측 와이퍼를 더 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명은 워크롤의 표면을 스트립 복사열로부터 보호하여 롤포스의 상승을 방지하고 장시간 대용량 압연을 가능케 하며, 워크롤의 열적 크라운을 개선시켜 스트립의 버클의 발생을 억제하여 스트립의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 인라인 압연기의 냉각 장치를 도시한 측면도이고, 도 3은 본 발명의 안티필링 헤더가 스트립에 냉각수를 분사하는 상세도이며, 도 4는 본 발명의 존콘트롤 헤더의 상세도이다.

미세조직학적 개념하에 워크롤은 통상 Mo 등과 같은 강한 탄화물 형성원소들을 포함하고 있어 경도가 높은 탄화물들을 형성하고, Cr 등과 같은 원소를 첨가하여 산화억제, 흑피(black iron oxide layer) 안정화로 경도 및 내마모성의 향상에 기여하게 된다. 그러나, 탄화물들은 기지에 비해 매우 높은 경도를 갖고 있기 때문에 압연중 선택적으로 마모가 일어나 탄화물의 융기가 형성될 수 있다. 이로 인해 워크롤의 표면이 거칠어져 마찰계수가 상승되어 압연하중을 증가시켜 제품의 정밀도를 유지하기 곤란하며, 제품의 스케일 흠 등이 발생되는 문제가 있다.

그런데, 스트립 캐스팅 공정의 인라인 압연중에는 워크롤의 표면이 고온상태에서 산화되어 생성된 위스타이트(FeO)가 570℃ 이하로 냉각되면 공석 변태로 흑피의 주성분인 마그네타이트(Fe₃O₄)가 아래의 반응식1로 생성된다.

[반응식1]

4FeO → Fe3O4 + Fe

이러한 워크롤에 생성된 흑피는 치밀하고 밀착성이 크며 경도가 높아 워크롤의 마모, 표면 거침 등을 억제하여 워크롤의 수명을 연장시킨다. 그러나, 압연 조건이 가혹해지면 흑피의 생성이 지연되어 그 두께가 얇아지고 불안정해져서 흑피의 생성보다는 워크롤의 마찰이나 마모가 선행되어 흑피가 잘 나타나지 않게 된다.

따라서, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 인라인 압연기 입측의 상부 및 하부에 안티필링(anti-peeling) 헤더를 설치하여 냉각수를 스트립에 분사하여 간접적으로 워크롤의 표면을 냉각시키게 되면 워크롤 표면의 스케일은 조성 변화를 일으켜 FeO의 윤활작용으로 활성화시켜 흑피의 마모가 감소되므로 균일한 흑피를 유지할 수 있게 되므로 워크롤 표면의 흑피를 안정화시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 안티필링 헤더는 그 내부에 워크롤의 길이방향으로 중공된 파이프가 설치되고, 상기 파이프상에는 다수의 안티필링 노즐이 소정 간격으로 배설되어 있다.

이와 같이 워크롤의 입측 상부 및 하부에 설치되어 있는 안티필링 헤더는 열간 스트립이 워크롤에 치입되기 전에 냉각수를 스트립의 표면에 분사시키는데, 상기 스트립의 표면에 냉각수가 분사되는 위치가 워크롤에 매우 근접하기 때문에 열전도가 거의 발생하지 않아 스트립 표면의 온도만 낮아지게 되고 스트립 내부의 온도는 계속 유지되게 된다. 다만, 냉각수에 의해 냉각된 스트립의 표면은 워크롤의 표면에 전도를 유발하여 워크롤의 표면온도를 낮추게 된다.

이 때, 상기 안티필링 노즐은 도 3에 도시된 바와 같이 분사된 냉각수가 일정한 오버랩이 형성되도록 배열하는 것을 특징으로 하는데, 이는 인접하는 노즐과 노즐 사이에 워크롤의 직경과 압하량에 따른 공백을 메우기 위한 것이며, 안티필링 헤더의 열변형 발생시에도 스트립 표면에 냉각수가 고루 분사되도록 하여 냉각편차에 의한 흑피 상태 변화를 최소화시킬 수 있으며, 더불어 안정된 흑피 형성과 워크롤의 형상의 개선이 가능해 진다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 인라인 압연기 출측의 상부 및 하 부에는 존콘트롤 헤더가 설치되어 냉각수를 워크롤에 직접 분사하여 상기 워크롤을 냉각시킴과 동시에 열적 크라운을 개선시켜 스트립의 표면품질을 향상시킨다.

즉, 인라인 압연공정에서 스트립에서 워크롤로 전달되는 열전도로 인해 워크롤의 온도가 급격히 상승하게 되면 폭 방향으로 불균일한 팽창 즉, 워크롤의 열적 크라운(thermal crown) 변형이 발생하게 되고, 이러한 열적 크라운은 압연공정에서 스트립의 표면 형상에 나쁜 영향을 미치게 되며, 통판 안정성에도 큰 영향을 미치게 된다.

이러한 국부적인 써멀 크라운에 의하여 스트립에 버클(buckle)이 발생하게 되면, 상기 버클을 발생시킨 워크롤의 써멀 크라운 부분에만 집중적으로 냉각수를 분사함으로써 워크롤의 국부적인 형상 변화를 감소시켜 워크롤의 열적 크라운을 개선시킬 수 있는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 존콘트롤 헤더의 노즐은 다수의 베이직(basic) 노즐(41)과 다수의 존쿨링(zone cooling) 노즐(42)로 구성되는데, 상기 베이직 노즐(41)은 워크롤의 표면에 일정한 냉각존을 형성치 않고 상시(常時) 냉각수를 분사하여 워크롤의 표면을 냉각시키는 노즐이고, 상기 존쿨링 노즐(42)은 버클 등 통판된 스트립의 형상 정보로부터, 버클을 발생시킨 워크롤의 열적 크라운 부분에만 냉각수를 집중적으로 분사하여 일정한 냉각존을 형성하게 된다.

이 때, 상기 존콘트롤 헤더는 상부 및 하부로 구성될 수 있으며, 상기 존콘트롤 헤더의 상부 및 하부에는 각각 워크롤의 길이방향으로 2개의 행으로 배열된 다수의 베이직 노즐과, 1개의 행으로 배열된 다수의 존쿨링 노즐이 형성될 수 있 다. 이는 2개의 행으로 배열된 다수의 베이직 노즐로 워크롤을 충분히 냉각시키고, 1개의 행으로 배열된 다수의 존쿨링 노즐로 워크롤의 열적 크라운을 개선시키기 위함이다.

또한, 상기 각 존쿨링 노즐에는 스위치가 부설되어 있는데, 컴퓨터 등 제어장치를 이용하여 상기 스위치를 통해 상기 존쿨링 노즐의 개폐를 조정함으로써 냉각수의 분사 여부를 결정하여, 워크롤의 열적 크라운 부분에만 냉각존을 형성하여 집중적으로 냉각수를 분사하게 된다.

또한, 스트립과 상기 안티필링 헤더 사이에는 입측 와이퍼가 설치되고, 스트립과 상기 존콘트롤 헤더 사이에는 출측 와이퍼가 설치되어, 워크롤에 부착된 냉각수를 제거하여 표면 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 예시적인 스트립 캐스팅 공정의 개략적인 측입면도.

도 2는 본 발명의 인라인 압연기의 냉각 장치를 도시한 측면도.

도 3은 본 발명의 안티필링 헤더가 스트립에 냉각수를 분사하는 상세도.

도 4는 본 발명의 존콘트롤 헤더의 상세도.

*도면의 주요부호에 관한 설명*

1: 턴디쉬 2: 분배기

3A,3B: 주조롤 4: 운송로(transit path)

5: 가이드 테이블 6: 핀치롤 스탠드

6A: 핀치롤 7: 인라인 압연기

7A: 워크롤 7B: 백업롤

8: 런-아웃 테이블 9: 워터젯

10: 핀치롤 스탠드 10A: 핀치롤

11: 코일러 20: 스트립

21: 안티필링 헤더 22: 존콘트롤 헤더

23: 입측 와이퍼 24: 출측 와이퍼

31: 파이프 32: 안티필링 노즐

41: 베이직 노즐 42: 존쿨링 노즐

Claims (7)

1. 스트립 캐스팅 공정에서 인라인 압연기의 워크롤을 냉각시키기 위한 장치에 있어서,

   상기 인라인 압연기 입측 상부 및 하부에 설치되어 냉각수를 스트립에 분사하여 간접적으로 상기 워크롤의 표면을 냉각시키는 안티필링 헤더와,

   상기 인라인 압연기 출측 상부 및 하부에 설치되어 냉각수를 워크롤에 분사하여 냉각시킴과 동시에 열적 크라운을 개선하는 존콘트롤 헤더를 포함하되,

   상기 안티필링 헤더는 그 내부에 워크롤의 길이방향으로 설치된 파이프와,

   상기 파이프상에 병렬로 배설된 다수의 안티필링 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 안티필링 노즐은 분사된 냉각수가 오버랩되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 존콘트롤 헤더는 워크롤의 표면에 냉각수를 분사하는 다수의 베이직 노즐과,

   통판된 스트립의 형상 정보로부터 파악된 워크롤의 열적 크라운 발생 지점에만 냉각수를 분사하는 다수의 존쿨링 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 존콘트롤 헤더는 상부 및 하부로 구성되며,

   상기 존콘트롤 헤더의 상부 및 하부에는 각각 워크롤의 길이방향으로 2개의 행으로 배열된 다수의 베이직 노즐과, 1개의 행으로 배열된 다수의 존쿨링 노즐이 포함되는 것을 특징으로 하는 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 존쿨링 노즐에는 스위치가 부설되어 상기 존쿨링 노즐의 개폐 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치.
7. 제1항 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   스트립과 상기 안티필링 헤더 사이에 설치된 입측 와이퍼와, 스트립과 상기 존콘트롤 헤더 사이에 설치된 출측 와이퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 압연기의 워크롤 냉각 장치.

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