KR101197430B1 - 스트립재 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

스트립재(strip material)의 온도를 폭 방향에서 균일화시킬 수 있는 스트립재 처리 장치(1)는, 히터(14)를 구비한 순환 덕트(15)의 하류 측을 스트립재(8)의 폭 방향으로 구분해서 이루어지고, 스트립재(8)의 폭 방향으로 늘어서서 스트립재(8)에 열풍(熱風)을 뿜어내는 복수의 열풍 내뿜기 수단(18)과, 열풍 내뿜기 수단(18)의 하류 측에서, 스트립재(8)의 폭 방향의 온도 분포를 계측하는 온도 계측 수단(20)과, 온도 계측 수단(20)의 검출 결과에 따라, 스트립재(8)의 폭 방향의 온도차(溫度差)를 저감(低減)하도록, 열풍 내뿜기 수단(18)마다, 댐퍼(16)의 개방도(開方度)를 조절함으로써 뿜어내는 열풍의 풍량을 조절하는 열풍 조절 수단(21)을 구비한다.

Description

스트립재 처리 장치{STRIP MATERIAL TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 스트립재 처리 장치에 관한 것이다.
일본국 특개 2005-15873호 공보 및 일본국 특개평 10-180181호 공보에는, 유도 가열을 이용한 스트립재의 처리 장치가 기재되어 있다. 유도 가열은, 스트립재 자체를 발열시키는 직접 가열 방식이며, 투입 전력에 따라서 발열량이 선형으로 변화되므로 온도 제어의 응답성이 높다. 또한, 유도 가열은, 단위 면적당의 가열량을 크게 할 수 있기 때문에, 처리 장치를 작게 할 수 있다고 하는 이점이 있다.
그러나, 유도 가열은, 가열 코일의 형상이나 배치에 따라, 발열량에 불균등이 생기기 때문에, 스트립재의 온도가 폭 방향에서 불균일해진다고 하는 결점이 있다. 스트립재의 유도 가열에 있어서, 폭 방향의 온도차를 저감하기 위해서, 가열 코일의 형상이나 배치를 연구하는 시도가 이루어지고 있지만, 스트립재의 고도의 열처리에는 불충분하다.
이것 때문에, 가열의 균일성에 대한 요구가 높을 경우, 스트립재의 열처리에 유도 가열을 이용한다고 해도, 유도 가열은 스트립재에 부여하는 열량의 일부를 담당할 수 있는 것에 지나지 않고, 균일한 가열이 가능한 방사(放射) 방식이나 강제 대류 방식 등의 간접 가열에 의존하는 정도가 높아, 장치의 소형화에는 불만이 남는다.
상기 문제점을 감안하여, 유도 가열에 의한 스트립재의 폭 방향 온도의 변동을 보상하는 장치를 추가할 수 있다면, 유도 가열의 기여율을 높여서, 처리 장치의 소형화가 가능하게 된다.
그래서, 본 발명은 스트립재의 온도를 폭 방향에서 균일화시킬 수 있는 스트립재 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 스트립재 처리 장치는, 스트립재의 폭 방향으로 늘어서서, 각각, 상기 스트립재에 열풍을 뿜어냄으로써 상기 스트립재를 가열하는 복수의 열풍 내뿜기 수단과, 상기 열풍 내뿜기 수단의 하류 측에서, 상기 스트립재의 폭 방향의 온도 분포를 계측하는 온도 계측 수단과, 상기 온도 계측 수단의 검출 결과에 따라서, 상기 스트립재의 폭 방향의 온도차를 저감하도록, 상기 열풍 내뿜기 수단마다, 뿜어내는 열풍의 풍량 및 온도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 열풍 조절 수단을 구비한 것으로 한다.
이 구성에 의하면, 스트립재의 폭 방향으로 뿜어내는 열풍의 조건을 변경하여, 스트립재의 가열량을 각각 제어할 수 있으므로, 스트립재의 폭 방향의 온도의 변동을 교정해서 온도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 스트립재 처리 장치에 있어서, 상기 열풍 내뿜기 수단은, 상기 스트립재의 반송 방향으로 늘어선 복수의 노즐을 구비해도 좋다.
이 구성에 의하면, 열풍의 내뿜기를 다단(多段)으로 함으로써, 가열량을 크게 할 수 있어, 온도 불균등이 큰 스트립재도 균일한 온도가 되게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 스트립재 처리 장치에 있어서, 상기 열풍 내뿜기 수단은 히터를 구비한 덕트의 상기 히터의 하류 측을 상기 스트립재의 폭 방향으로 구분해서 이루어지는 구분 덕트로서 이루어지고, 상기 열풍 조절 수단은 상기 구분 덕트에 각각 배치된 댐퍼를 구비해도 좋다.
이 구성에 의하면, 열풍 내뿜기 수단이 1개의 히터를 공유할 수 있다. 또한, 열풍 조절 수단은 각각 댐퍼의 개방도를 조절하므로, 히터의 전류를 개별적으로 제어할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 스트립재 처리 장치에 있어서, 상기 열풍 내뿜기 수단은 상기 스트립재의 양면에 열풍을 뿜어내서, 그 풍압에 의해 상기 스트립재를 유지해도 좋다.
이 구성에 의하면, 스트립재를 안내하는 기능을 가지므로, 가이드 롤러 등의 안내 기구가 불필요하다.
또한, 본 발명의 스트립재 처리 장치에 있어서, 상기 열풍 내뿜기 수단의 상류 측 및 상기 열풍 내뿜기 수단과 상기 온도 계측 수단과의 사이의 적어도 어느 하나에, 상기 스트립재를 유도 가열하는 유도 가열 코일을 구비해도 좋다.
이 구성에 의하면, 스트립재의 반송 길이당 출력이 큰 유도 가열을 이용해서 장치를 소형화하면서, 유도 가열에 의한 가열 불균등을 교정해서 스트립재의 균질한 열처리를 달성할 수 있다. 또한, 상기 열풍 내뿜기 수단과 상기 온도 계측 수단 과의 사이에 유도 가열 코일을 설치함으로써, 스트립재를 불균등이 없이, 1000℃를 초과하는 고온으로 가열할 수도 있다.
또한, 본 발명의 스트립재 처리 장치에 있어서, 상기 열풍 내뿜기 수단의 하류 측에, 추가로, 간접 가열에 의해 상기 스트립재를 가열하는 처리실을 구비해도 좋다.
이 구성에 의하면, 온도 불균등을 없앤 스트립재를, 간접 가열에 의해 더욱 균일하게 가열함으로써, 처리 온도에 유지되는 시간의 변동을 없앨 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 스트립재의 폭 방향으로 뿜어내는 열풍의 조건을 변경해서, 스트립재의 가열량을 각각 제어함으로써, 스트립재의 폭 방향 온도의 변동을 교정해서 온도를 균일하게 할 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에 본 발명의 제1실시형태인 스트립재 처리 장치(1)의 개요를 나타낸다. 스트립재 처리 장치(1)는, 출력 3.0MW의 유도 가열 코일(2)을 구비하는 유도 가열실(3)과, 본 발명에 관련하는 온도 조절 압력 패드(4)를 구비하는 온도차 보상실(5)과, 출력 0.5MW의 저항 발열체(6)를 구비하는 간접 가열실(7)을 갖추고 있다. 스트립재(8)는, 가이드 롤러(9)에 의해 안내되어, 유도 가열실(3)에 공급되고, 온도차 보상실(5)을 통과하여, 간접 가열실(7)에서 최종 목표 온도까지 가열되며, 압력 패드(10)에 의해 안내되어서, 다음의 공정에 반출된다.
스트립재 처리 장치(1)에는, 예를 들면, 폭 1250mm, 두께 0.3mm의 스테인리스 강철로 이루어지는 상온의 스트립재(8)가, 100m/min의 속도로 공급된다. 스트립재(8)는, 유도 가열실(3)에서 약 630℃로 가열되고, 온도차 보상실(5)에서 약 640℃로 가열되고, 간접 가열실(7)에서 최종 목표 온도인 700℃까지 가열된다.
도 2에 온도 조절 압력 패드(4) 및 유도 가열 코일(2)의 상세를 나타낸다. 유도 가열 코일(2)은, 스트립재(8)의 표리(表裏)에 대칭으로 배치한 도체(11)와, 도체(11)가 발생하는 자계(磁界)를 안내해서 스트립재(8)에 교자(交磁)시키는 복수의 가열 코어(12)를 구비한다.
온도 조절 압력 패드(4)는, 스트립재(8)의 표리에, 각각, 최대 풍량 700M3/min의 블로어(13) 및 출력 10만kcal/h(116kW)의 히터(14)를 구비해 온도차 보상실(5) 내의 공기를 가열하면서 순환시키는 순환 덕트(15)를 갖추고 있다. 순환 덕트(15)는 히터(14)의 하류가 칸막이 판에 의해 스트립재(8)의 폭 방향에서 5개로 구분되어, 각각에 댐퍼(16)가 설치된 5개의 구분 덕트(17)를 구성한다.
각각의 구분 덕트(17)는 스트립재(8)를 따라 연신(延伸)하여, 스트립재(8)에 열풍을 뿜어내는 3개의 노즐(18)을 구비한다. 각각의 구분 덕트(17)의 노즐(18)은 스트립재(8)의 폭 방향으로 늘어서서 배치되어 있다(열풍 내뿜기 수단). 온도 조절 압력 패드(4)는, 유도 가열실(3)과 간접 가열실(7)과의 사이에서, 스트립재(8)에 열풍을 뿜어냄으로써, 그 풍압에 의해 스트립재(8)를 유지하여, 스트립재(8)의 움직임을 방지하는 역할도 담당한다.
또한, 온도 조절 압력 패드(4)는 중앙의 구분 덕트(17) 내를 통과하는 열풍의 온도를 계측하는 온도 센서(19)를 구비한다. 또한, 온도 조절 압력 패드(4)의 하류 측에는, 노즐(18)로부터 열풍을 뿜어낸 스트립재(8)의 폭 방향의 온도 분포를 적외선에 의해 주사 검출하는 스캐닝 파이로미터(20)(온도 계측 수단)가 배치되어 있다.
도 3에 온도 조절 압력 패드(4)의 제어에 관련된 구성을 나타낸다. 온도 조절 압력 패드(4)는, 스캐닝 파이로미터(20)가 검출한 스트립재(8)의 온도 분포로부터 각각의 구분 덕트(17)의 노즐(18)의 중앙에 정면으로 대하는 위치의 온도를 추출하고, 각각 추출한 온도가 공통인 목표 온도에 이르도록 각각의 댐퍼(16)의 개방도를 조절해서 각각의 구분 덕트(17)의 풍량을 각각 PID 제어하는 5개의 풍량 컨트롤러(21)(열풍 조절 수단)를 갖는다. 도면에서는, 스트립재(8)의 겉 측만 나타나 있지만, 풍량 컨트롤러(21)는 스트립재(8)의 뒤 측의 대응 위치의 댐퍼(16)도 겉 측과 동일한 개방도로 조절한다.
또한, 온도 조절 압력 패드(4)는, 온도 센서(19)가 검출한 열풍의 온도가 소정의 온도(예를 들면 690℃)가 되도록, 히터(14)의 출력을 PID 제어하는 온도 컨트롤러(22)를 구비한다. 히터(14)가 공통이므로, 각각의 구분 덕트(17)를 통과하는 열풍의 온도는 동일하다.
도 4에 유도 가열실(3)의 출구에 있어서의 스트립재(8)의 폭 방향의 온도 분포와, 온도차 보상실(5)의 출구에 있어서의 스트립재(8)의 폭 방향의 온도 분포를 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 유도 가열실(3)에서 가열된 스트립재(8)는, 폭 방향의 온도 분포가 25개소의 측정점에 대해서 최저 620℃로부터 최고 638℃까지, 최대 18℃, 표준 편차 5.7℃의 변동이 있다. 이러한 변동은, 직접 가열 방식인 유도 가열의 특성상, 불가피하다.
온도차 보상실(5)의 온도 조절 압력 패드(4)는, 각각의 구분 덕트(17)의 중앙에 정면으로 대하는 대표 위치의 스트립재(8)의 온도를 목표 온도인 638℃로 하도록, 풍량 컨트롤러(21)에 의해 각각의 댐퍼(16)의 개방도를 조절한다. 이것에 의해, 온도차 보상실(5)의 출구에 있어서의 스트립재(8)의 온도 분포는, 최저 636℃로부터 최고 643℃까지, 최대 7도, 표준 편차 1.8℃로, 변동이 작아져 있다.
이렇게, 온도차 보상실(5)에서 온도 불균등을 제거한 스트립재(8)를, 간접 가열실(7)에서, 저항 발열체(6)의 방사열에 의해 더욱 균일하게 가열하여, 최종 목표 온도인 700℃까지 승온(昇溫)시킨다. 이것에 의해, 스트립재 처리 장치(1)에서는 최종 목표 온도에 도달할 때까지의 시간의 불균등도 작아서, 스트립재(8)를 균일하게 열처리할 수 있다.
본 실시형태에서는 유도 가열 코일(2)에 의한 가열 불균등을 온도 조절 압력 패드(4)에 의해 보상할 수 있기 때문에, 스트립재(8)를 최종 목표 온도까지 가열하는데 필요한 열량의 대부분을 가열 불균등이 있는 유도 가열 코일(2)에 부담시키고, 균일한 가열을 할 수 있는 저항 발열체(6)의 부담 비율을 작게 할 수 있다. 유도 가열 코일(2)에 의한 유도 가열은, 저항 발열체(6)에 의한 방사 가열이나 강제 대류 방식 등의 다른 간접 가열 방식에 비교해서, 스트립재(8)의 단위 면적당의 가열량을 크게 할 수 있으므로, 스트립재 처리 장치(1)의 전체 길이를 짧게 할 수 있다.
본 실시형태에서는 온도 조절 압력 패드(4)의 노즐(18)을 3열 설치하고 있기 때문에, 상기 스트립재(8)의 최대 20℃ 정도의 온도 불균등을 보상할 수 있지만, 보상해야 할 온도차에 따라, 노즐(18)의 열(列) 수를 변경해도 좋다. 또한, 보상해야 할 온도차가 크면, 히터(14)의 용량도 크게 할 필요가 있는 것에도 주의가 필요하다.
또한, 본 실시형태에서는 댐퍼(16)에 의해 노즐(18)로부터 스트립재(8)에 뿜어내는 열풍의 풍량을 조절하고 있지만, 각각의 구분 덕트(17)에 각각 히터를 설치하여, 각각의 구분 덕트(17)의 열풍의 온도를 조절하도록 해도 좋다.
또한, 본 발명에서는 스트립재(8)의 한 면에 뿜어내는 열풍의 풍량 또는 온도만을 조절해도 좋다.
계속해서, 도 5에 본 발명의 제2실시형태의 스트립재 처리 장치(1)의 구성을 나타낸다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 제1실시형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 첨부해서, 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시형태의 스트립재 처리 장치(1)는, 온도차 보상실(5)과 간접 가열실(7)과의 사이에, 추가로, 유도 가열 코일(23)에 의해 스트립재(8)를 유도 가열하는 제2유도 가열실(24)을 구비한다. 또한, 본 실시형태의 스캐닝 파이로미터(20)는, 유도 가열 코일(23)의 하류 측에서 스트립재(8)의 온도 분포를 주사(走査) 검출하도록 배치되어 있다.
본 발명에 관련하는 온도 조절 압력 패드(4)는, 열풍을 순환시켜서 스트립재(8)를 가열하는 것이기 때문에, 700℃를 초과하는 것 같은 고온에서 사용하면 열전달 효율이 저하한다. 따라서, 본 실시형태에서는 온도 조절 압력 패드(4)의 하류 측에 제2유도 가열실(24)을 설치하여, 미리, 유도 가열 코일(23)에 의한 가열량이 적은 부분의 온도를 높게 해 둠으로써, 스트립재(8)를 1000℃ 이상의 고온으로 균일하게 가열하는 것을 가능하게 하고 있다.
본 실시형태에서는, 스트립재(8)가 유도 가열실(3)에서 평균 약 630℃까지 가열되고, 온도차 보상실(5)에서 평균 약 640℃까지 가열되어, 제2유도 가열실(24)에서 전체가 대략 1040℃에까지 가열되고, 간접 가열실(7)에서 평균 1100℃까지 균일하게 가열된다.
본 발명에서는, 열풍 내뿜기 수단(온도 조절 압력 패드(4)의 노즐(18))을 온도 계측 수단(스캐닝 파이로미터(20))의 상류 측의 임의의 위치에 배치할 수 있다. 즉, 상기의 실시형태에 있어서, 유도 가열 코일(2)의 더욱 상류 측에 온도 조절 압력 패드(4)를 배치해도 좋다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태의 스트립재 처리 장치의 개략 구성도.
도 2는 도 1의 스트립재 처리 장치의 유도 가열 코일 및 온도 조절 압력 패드의 사시도.
도 3은 도 2의 온도 조절 압력 패드의 제어 구성도.
도 4는 도 2의 온도 조절 압력 패드에 의한 온도 보상을 나타내는 온도 분포도.
도 5는 본 발명의 제2실시형태의 스트립재 처리 장치의 개략 구성도.

Claims (6)

  1. 히터를 구비한 덕트에서 상기 히터의 하류 측을 스트립재(strip material)의 폭 방향으로 구분한 구분 덕트로서 이루어지며, 상기 스트립재의 폭 방향으로 늘어서서, 각각, 상기 스트립재에 열풍을 뿜어내어 상기 스트립재를 가열하는 복수의 열풍 내뿜기 장치와,
    상기 열풍 내뿜기 장치의 하류 측에 설치되어, 상기 스트립재의 폭 방향의 온도 분포를 계측하는 온도 계측 장치와,
    상기 구분 덕트에 각각 배치된 댐퍼를 구비하여, 상기 온도 계측 장치의 검출 결과에 따라, 상기 스트립재의 폭 방향의 온도차를 저감하도록, 상기 열풍 내뿜기 장치마다, 뿜어내는 열풍의 풍량 및 온도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 열풍 조절 장치와,
    상기 스트립재에 대향하고, 또한 상기 스트립재의 폭 방향으로 연신하도록 개구되어, 상기 열풍 내뿜기 장치에 공급하는 공기를 흡입하기 위한 흡입구와,
    상기 열풍 내뿜기 장치의 상류 측 및 상기 열풍 내뿜기 장치와 상기 온도 계측 장치와의 사이의 적어도 어느 하나에, 상기 스트립재를 유도 가열하는 유도 가열 코일과,
    상기 열풍 내뿜기 장치의 하류 측에, 간접 가열에 의해 상기 스트립재를 가열하는 처리실을 구비한 것을 특징으로 하는 스트립재 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열풍 내뿜기 장치는, 상기 스트립재의 반송 방향으로 늘어선 복수의 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 스트립재 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열풍 내뿜기 장치는, 상기 스트립재의 양면에 열풍을 뿜어내고, 그 풍압에 의해 상기 스트립재를 유지하는 것을 특징으로 하는 스트립재 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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