KR101140965B1 - 부등변 부등후 앵글의 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 부등변 부등후 앵글의 냉각방법은 서로 길이와 두께가 다른 단변과 장변의 플랜지를 갖는 부등변 부등후 앵글을 사상 압연하는 단계, 수냉설비를 이용하여 사상 압연된 부등변 부등후 앵글을 수냉하되, 상기 단변을 집중 냉각하여 상기 부등변 부등후 앵글을 Ar₃ 온도 이하의 소정온도까지 냉각하는 단계 및 냉각된 부등변 부등후 앵글의 장변과 단변이 만나는 모서리의 직각도 및 플랜지의 평탄도를 교정하는 최종 압연 단계를 포함한다.

이에 따르면 본 발명은 부등변 부등후 앵글의 양단부 휨 발생을 억제시켜 제품 회수율을 향상시키고 대형 사이즈의 부등변 부등후 앵글을 제조할 수 있는 유용한 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 부등변 부등후 앵글의 최종 압연 전에 수냉설비를 이용하여 단변을 집중 냉각함으로써 최종 압연 단계에 도달하는 시간을 저감하고, 그로 인해 생산성이 현저히 증대되는 효과가 있다.

부등변 부등후 앵글, 장변, 단변

Description

부등변 부등후 앵글의 냉각방법{Cooling method for inverted angle}

본 발명은 부등변 부등후 앵글의 냉각방법에 관한 것으로, 특히 길이가 다른 장변과 단변을 갖는 부등변 부등후 앵글을 사상 압연한 후, 수냉설비를 이용하여 단변을 집중 냉각함으로써 최종 압연 단계에 도달하는 시간을 저감할 수 있는 부등변 부등후 앵글의 냉각방법에 관한 것이다.

일반적으로, 부등변 부등후 앵글(inverted angle)은 대형 선박의 갑판, 선체 주요 부분의 용접구조에 사용되는 형강제품으로 용접성이 좋아 선체구조에 적합할 뿐만 아니라, 선박이 대형화되면서 선박의 실톤수를 줄이고, 운항중 충격을 분산하거나 최소화하기 위한 선박부재로 사용하고 있다.

종래 부등변 부등후 앵글은 형상이 장변(長邊)과 단변(短邊)의 플랜지를 갖는 'ㄱ'자 형태로 형성되고, 각 변의 길이와 두께가 서로 다르게 형성된다.

이러한 부등변 부등후 앵글은 가열로를 거쳐 가열된 후에 다수의 압연롤러를 갖는 압연기를 통과하면서 앵글 형태로 형성하고, 이후에 냉각상에서 냉각하고 교정하는 작업을 거친 후에 사용자가 원하는 길이로 절단하는 과정을 갖는다.

그런데, 기존의 부등변 부등후 앵글은 장변과 단변의 길이 및 두께가 서로 다른 구조적 특성상 동일한 냉각수량이 균일하게 공급되더라도, 장단변 부위의 대기중 냉각속도 차에 의해 변형이 발생하게 된다. 특히, 20m이상의 긴 제품일 경우에는 그 변형량이 더 심해지게 된다.

이러한 휨이 과다하게 변형된 제품의 경우에는 교정기 치입이 불가능하게 되고, 교정기 치입이 가능하더라도 물결무늬가 형성되는 제품 불량을 야기시키게 된다.

또한, 기존의 부등변 부등후 앵글은 이와 같은 장변과 단변의 길이 및 두께가 서로 다른 구조적 특성을 고려하지 않고 사상 압연 후에 바로 최종 압연을 수행하였기 때문에 부등변 부등후 앵글에 과다한 휨이 발생하는 문제가 있고, 이를 방지하기 위해 사상 압연 후 공냉과 같은 냉각공정을 거친 후에 최종 압연을 수행하게 되면, 최종 압연 단계에 도달하는 시간이 증대하여, 그로 인해 오히려 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 길이가 다른 장변과 단변을 갖는 부등변 부등후 앵글을 사상 압연한 후, 수냉설비를 이용하여 단변을 집중 냉각함으로써 최종 압연 단계에 도달하는 시간을 저감할 수 있는 부등변 부등후 앵글의 냉각방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 길이와 두께가 다른 단변과 장변의 플랜지를 갖는 부등변 부등후 앵글을 사상 압연하는 단계, 수냉설비를 이용하여 사상 압연된 부등변 부등후 앵글을 수냉하되, 상기 단변을 집중 냉각하여 상기 부등변 부등후 앵글을 Ar₃ 온도 이하의 소정온도까지 냉각하는 단계 및 냉각된 부등변 부등후 앵글의 장변과 단변이 만나는 모서리의 직각도 및 플랜지의 평탄도를 교정하는 최종 압연 단계를 포함한다.

또한, 사상 압연된 부등변 부등후 앵글의 온도는 900℃ 내지 1000℃일 수 있다.

또한, 상기 부등변 부등후 앵글을 Ar₃ 온도 이하의 소정온도까지 냉각하는 단계에서는, 상기 부등변 부등후 앵글의 냉각 전 온도 및 냉각 후 온도를 측정하여 수냉설비의 냉각능력을 평가하고, 평가된 수냉설비의 냉각능력에 근거하여 상기 부등변 부등후 앵글을 냉각할 수 있다.

또한, 평가된 수냉설비의 냉각능력과 목표로 하는 냉각능력을 비교하여, 상기 수냉설비의 냉각 수량 또는 상기 부등변 부등후 앵글의 상기 수냉설비 내 이송속도를 제어할 수 있다.

본 발명은 부등변 부등후 앵글의 최종 압연 전에 장변과 단변의 온도차 범위를 최소화할 수 있는 냉각속도를 갖도록 온도를 제어한 후에 최종 압연한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 부등변 부등후 앵글의 부위별 냉각 속도 편차를 줄여 냉각상에서 부등변 부등후 앵글의 대기 냉각중 과다하게 휘는 것을 예방할 수 있으므로, 부등변 부등후 앵글의 양단부 휨 발생을 억제시켜 제품 회수율을 향상시키고 대형 사이즈의 부등변 부등후 앵글을 제조할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 부등변 부등후 앵글의 최종 압연 전에 수냉설비를 이용하여 단변을 집중 냉각함으로써 최종 압연 단계에 도달하는 시간을 저감하고, 그로 인해 생산성이 현저히 증대되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 연주설비에서 이송된 철강 반제품인 압연소재를 가열로측으로 통과시키면서 가열한 후에, 가열된 압연소재를 조압연, 중간압연, 사상압연을 구성하는 다수개의 압연기 측으로 통과시켜 압연하는 제조공정을 갖는다.

보다 상세하게는 장변(長邊)과 단변(短邊)의 플랜지를 갖는 'ㄱ'자 형상을 갖는 부등변 부등후 앵글을 제조하기 위해, 다수개의 압연기로 2단식 상, 하 압연롤을 가지는 2단 압연기를 사용한다.

사용되는 압연 방식으로 탠덤 밀(Tandem Mill)을 이용할 수 있는데, 탠덤 밀은 소재가 나란히 배열된 압연기를 연속해서 통과하는 조압연 중간압연 사상압연을 통해 제작하는 설비로써, 상기한 탠덤 밀 방식을 통해 부등변 부등후 앵글을 제조할 경우, 사상압연 후 제품의 온도는 900℃ 내지 1000℃ 이 되고, 사상압연 후 제품의 온도가 상기와 같이 너무 높은 경우에는 최종 압연을 수행하기에 앞서 부등변 부등후 앵글의 온도를 Ar₃ 온도 이하로 냉각할 필요가 있다.

왜냐하면, 사상압연 후 제품의 온도가 상기와 같이 너무 높은 경우에는 냉각상에서 냉각할 경우 과도한 휨이 발생할 수 있고, 또한 후술하는 바와 같이 부등변 부등후 앵글의 휨 발생의 주요 원인은 장변과 단변의 서로 다른 두께에 의한 냉각속도 차이에 기인한 오스테나이트-페라이트 변태 온도(이하, Ar₃ 온도) 도달 시간 차이에 있기 때문이다.

도 1은 일반적인 탄소강의 연속냉각과정을 나타낸 그래프, 도 2는 부등변 부등후 앵글의 장/단변 두께차에 따른 냉각 과정중 온도 강하 차를 나타낸 그래프, 도 3은 부등변 부등후 앵글의 경과시간에 따른 냉각 휨 과정의 연속 변화를 나타낸 구성도, 도 4는 도 3의 냉각과정중 변형량의 변화 과정을 나타낸 그래프이다.

부등변 부등후 앵글(10)은 장변(12)과 단변(14)의 길이 및 두께가 다른 형상 의 구조적 특성상 공냉 중에 서로 다른 냉각속도를 가지게 되어 변형된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 사상압연 후 공냉을 통한 탄소강의 연속냉각과정 중 장변(12)과 단변(14)의 냉각속도 차이와 연속냉각과정에서 (-)선 팽창계수에 의해 변형이 발생하게 되고, 이러한 상변태에 의한 (-)선 팽창계수는 이러한 변형을 더 크게 하는 원인이 된다.

즉 탄소강의 연속냉각과정중 Ar₃→Ar₁ 사이에서 선 팽창계수가 (-)가 되는 영역이 존재하게 되고, 도 2에 도시된 바와 같이 사상 압연직후(a) 일정 시간이 경과함(b-c)에 따라 장단변의 온도 차이가 점차 커지다가 완전 냉각된 후(d)에는 온도차가 0가 되는 구간이 발생하게 된다.

이에 따른 휨량의 변화는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 사상압연이 완료된 후(a)에 60초 경과후(b) 장변(12)측이 변태점 부근에서 팽창하여 (+)휨량이 발생하게 되고, 300초 경과후(c) 단변(14)측이 변태점 부근에서 팽창하여 (+)휨량이 (-)휨량으로 변화되며, 이후 단변(14)측의 변태 종료시 장변(12)에 비하여 고온을 갖는 단변(14)의 냉각속도가 장변(12)의 냉각속도보다 상대적으로 빠르기 때문에 다시 (+)측으로 휘게 되고 3000초 경과후(d) 완전 냉각되어 h 만큼의 휨이 발생한다.

특히, 길이가 20m이상의 긴 제품의 경우에는 양 끝단부 냉각속도가 중앙부위보다 빠르게 냉각되어 양 끝단부 물성치가 저하되므로, 양 끝단부의 일부(1.0~2.5m)정도를 절단하고, 절단된 부위는 버리고 있는 실정이다.

이에 따라 제품 회수율이 저하되어 생산성이 저하되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 길이가 긴 대형 제품의 경우에는 휨량이 과다하게 발생하여 제조상의 제약이 있는 문제점이 있다.

또한, 부등변 부등후 앵글(10)의 최종 압연 전에 상기와 같은 공냉을 통해 부등변 부등후 앵글(10)을 냉각하게 되면 최종 압연 단계에 도달하는 시간이 지연되어 생산성이 저하된다.

따라서, 본 발명에 따른 부등변 부등후 앵글(10)의 냉각방법은, 전술한 바와 같이 서로 길이와 두께가 다른 단변(14)과 장변(12)의 플랜지를 갖는 부등변 부등후 앵글(10)을 사상 압연하는 단계 후에, 수냉설비(C)를 이용하여 사상 압연된 부등변 부등후 앵글(10)을 Ar₃ 온도 이하로 냉각한다.

전술한 바와 같이, 부등변 부등후 앵글의 휨 발생의 주요 원인은 장변과 단변의 서로 다른 두께에 의한 냉각속도 차이에 기인한 오스테나이트-페라이트 변태 온도(이하, Ar₃ 온도) 도달 시간 차이에 있기 때문이다.

도 5는 본 발명에 따른 부등변 부등후 앵글의 냉각수 공급구조를 나타낸 구성도, 도 6은 본 발명에 따른 부등변 부등후 앵글의 최종 압연 공정을 도시한 구성도이다.

사상 압연된 부등변 부등후 앵글(10)을 도 5에 도시된 냉각설비(C)의 내부로 이송하면서 부등변 부등후 앵글(10)의 단변(14)과 장변(12) 부위에 냉각수를 공급하여 급속 냉각시킨다.

이 때, 도 1 내지 도 4를 통해 살펴본 바와 같은, 부등변 부등후 앵글(10)의 장변(12)과 단변(14)의 냉각속도 차이로 인한 변형을 고려하여, 단변(14)에 대한 냉각 수량을 장변(12)보다 많게 하여 단변(14)을 집중 냉각한다.

장변(12)보다 상대적으로 단변(14)을 집중 냉각하기 위하여, 도 5에 도시된 냉각수 공급 노즐(C1,C2,C3) 중 단변(14)의 양면을 향해 2개의 노즐 즉, C1과 C2를 이용하고, 장변(12)의 일면을 향해 1개의 노즐 즉, C3를 이용한다.

전술한 바와 같이, 단변(14)을 집중 냉각하는 방식으로 부등변 부등후 앵글(10)을 Ar₃ 온도 이하의 소정온도까지 냉각한다.

이와 같이, 수냉설비(C)를 이용하여 사상 압연된 부등변 부등후 앵글(10)을 수냉하여 부등변 부등후 앵글(10)을 Ar₃ 온도 이하의 소정온도까지 냉각하는 데 소요되는 시간은 공냉을 이용할 때 소요되는 시간보다 훨씬 감소되고, 그로 인해 생산성이 현저히 증대된다. 여기서, 상기 Ar₃ 온도 이하의 소정온도는, 최종 압연을 수행하기에 적합한 온도로 각 공정의 세부조건, 부등변 부등후 앵글를 구성하는 원소의 함유량 등을 고려하여 당업자에 의해 선택 가능한 온도이다.

한편, 수냉설비(C)를 이용하여 부등변 부등후 앵글(10)을 수냉하는 단계에서는, 열화상 카메라 또는 적외선 카메라 등을 이용하여 부등변 부등후 앵글(10)의 냉각 전 온도 및 냉각 후 온도를 측정하여 수냉설비(C)의 냉각능력을 평가한다.

목표로 하는 부등변 부등후 앵글(10)의 냉각 전, 후의 온도에 관한 데이터를 이용하여 목표로 하는 냉각능력을 설정하고, 실제 측정된 부등변 부등후 앵 글(10)의 냉각 전 온도 및 냉각 후 온도로부터 현재의 냉각능력을 평가한다.

구체적으로, 수냉설비(C)를 이용한 냉각을 수행하는 경우 부등변 부등후 앵글(10)의 냉각 전 온도 및 냉각 후 온도로부터 현재의 냉각능력을 평가할 수 있다.

이 경우, 평가된 현재의 수냉설비(C)의 냉각능력이 목표로 하는 냉각능력보다 큰 경우에는 수냉설비(C)에서의 냉각수량을 감소시키거나 부등변 부등후 앵글(10)의 수냉설비(C) 내 이송속도를 증가시켜 목표 온도에 도달하게 한다.

반대로 평가된 현재의 수냉설비(C)의 냉각능력이 목표로 하는 냉각능력보다 작은 경우에는 수냉설비(C)에서의 냉각수량을 증가시키거나 부등변 부등후 앵글(10)의 수냉설비(C) 내 이송속도를 감소시켜 목표 온도에 도달하게 한다.

이처럼, 수냉설비(C)의 냉각능력을 평가하여 수냉설비(C)의 냉각수량 또는 부등변 부등후 앵글(10)의 수냉설비(C) 내 이송속도를 제어함으로써 목표로 하는 수냉설비(C)의 냉각능력을 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다.

평가된 수냉설비(C)의 냉각능력에 근거하여 사상 압연된 부등변 부등후 앵글(10)을 냉각하고, 냉각된 부등변 부등후 앵글(10)은 최종 압연 단계를 거친다.

최종 압연 단계는 스킨패스(skin pass)압연이라고도 하며, 사상 압연 후 냉각된 부등변 부등후 앵글(10)의 형상을 좋게 하기 위한 압연이다.

최종 압연 단계는 냉각된 부등변 부등후 앵글(10)의 장변(12)와 단변(14)가 만나는 모서리(13)의 직각도 및 플랜지(12a, 14a)의 평탄도를 교정하는 것으로, 이를 통해 등변 부등후 앵글(10)에 발생한 형상결함을 제거할 수 있다.

이 경우, 모서리(13)의 직각도를 높이기 위해 부등변 부등후 앵글(10)에 대 해 압하를 부여하지 않고, 플랜지(12a, 14a)의 단부를 눌러 절곡된 모서리(13) 부분을 직각상태로 교정한다. 또한 플랜지(12a, 14a)의 평탄도를 교정하기 위해서 플랜지(12a, 14a) 단부에 경압하를 부여하여 플랜지(12a, 14a)를 평평하게 펼 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 일반적인 탄소강의 연속냉각과정을 나타낸 그래프,

도 2는 부등변 부등후 앵글의 장/단변 두께차에 따른 냉각 과정중 온도 강하 차를 나타낸 그래프,

도 3은 부등변 부등후 앵글의 경과시간에 따른 냉각 휨 과정의 연속 변화를 나타낸 구성도,

도 4는 도 3의 냉각과정중 변형량의 변화 과정을 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 부등변 부등후 앵글의 냉각수 공급구조를 나타낸 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>

10 : 부등변 부등후 앵글 12 : 장변

14 : 단변 C : 수냉설비

C1,C2,C3 : 냉각수 공급노즐

Claims (4)

1. 서로 길이와 두께가 다른 단변과 장변의 플랜지를 갖는 부등변 부등후 앵글을 사상 압연하는 단계;

   수냉설비를 이용하여 사상 압연된 부등변 부등후 앵글을 수냉하되, 상기 단변을 집중 냉각하여 상기 부등변 부등후 앵글을 Ar₃ 온도 이하의 소정온도까지 냉각하는 단계; 및

   냉각된 부등변 부등후 앵글의 장변과 단변이 만나는 모서리의 직각도 및 플랜지의 평탄도를 교정하는 최종 압연 단계를 포함하고,

   상기 부등변 부등후 앵글을 Ar₃ 온도 이하의 소정온도까지 냉각하는 단계에서는,

   상기 부등변 부등후 앵글의 냉각 전 온도 및 냉각 후 온도를 측정하여 수냉설비의 냉각능력을 평가하고, 평가된 수냉설비의 냉각능력에 근거하여 상기 부등변 부등후 앵글을 냉각하는 것을 특징으로 하는 부등변 부등후 앵글의 냉각방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   사상 압연된 부등변 부등후 앵글의 온도는 900℃ 내지 1000℃인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 부등변 부등후 앵글의 냉각방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   평가된 수냉설비의 냉각능력과 목표로 하는 냉각능력을 비교하여, 상기 수냉설비의 냉각수량 또는 상기 부등변 부등후 앵글의 상기 수냉설비 내 이송속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 부등변 부등후 앵글의 냉각방법.

Images