KR101253898B1

KR101253898B1 - 냉각헤더

Info

Publication number: KR101253898B1
Application number: KR1020100133364A
Authority: KR
Inventors: 강종훈; 이필종
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2013-04-16
Also published as: KR20120071711A

Abstract

본 발명은 냉각헤더에 관한 것이며, 상세하게는 불안정한 상태의 냉각수가 안정화된 상태로 강판에 분사될 수 있도록 하는 냉각헤더에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각헤더는 다수의 노즐이 구비된 헤더몸체; 및 노즐의 유입구측에 설치되어, 헤더몸체 내부로 유입된 냉각수의 와류를 저감시켜, 노즐을 통해 강판으로 분사되는 냉각수의 냉각성을 높이도록 제공된 유입수 안정화수단을 포함하는 것이 바람직하다.

Description

냉각헤더{COOLING HEADER}

본 발명은 냉각헤더에 관한 것이며, 상세하게는 불안정한 상태의 냉각수가 안정화된 상태로 강판에 분사될 수 있도록 하는 냉각헤더에 관한 것이다.

압연기를 통과한 강판은 런아웃 테이블(Run Out Table)에서 냉각된다. 냉각은 주로 냉각수를 이용하며 노즐을 통해 강판에 분사하는 방식이 주를 이루고 있다. 이중에서 노즐을 통해 냉각수를 분사하는 냉각헤더는 냉각수의 분사형태에 따라 난류식, 스프레이식, 및 층류식으로 나뉠 수 있다.

난류분사식 냉각헤더는 내부에 큰 압력을 가하여 강판에 냉각수를 분사한다. 따라서, 난류분사식 냉각헤더는 압력을 형성시키는 보조장치가 꼭 필요해 전체적인 설비가 복잡해지고 설치비가 많이 소요된다는 단점이 있다. 또한, 노즐을 통해 분사되는 냉각수의 속도가 매우 빠르므로 강판을 냉각시키는 유동이 매우 불안정하다. 때문에, 난류분사식 냉각헤더를 이용하여 열연강판을 냉각시키면 열연강판의 폭 방향에 따른 온도편차가 크게 발생한다.

이에 반해 스프레이분사식 냉각헤더는 매우 작은 지름의 노즐을 통해 냉각수를 분무하는 장치로서, 비교적 강판 전면적에 걸쳐 냉각수를 균일하게 분사할 수 있다. 그러나, 스프레이분사식 냉각헤더는 단위시간에 배출하는 냉각수의 양이 매우 적으므로 열연강판을 신속하게 냉각시킬 수 없고 냉각효율도 떨어진다. 때문에 스프레이 분사식 냉각헤더로는 열연강판의 냉각온도제어를 용이하게 할 수 없다.

상기 두 가지 장치와 반대로 층류분사식 냉각헤더는 언급된 문제점들을 어느 정도 해결한 것으로서, 비교적 안정화된 냉각수를 주수시켜 강판을 폭 방향에 걸쳐 균일하게 냉각시킨다.

도 1은 이러한 특징을 갖는 종래 층류분사식 냉각헤더의 단면을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래 층류분사식 냉각헤더는 크게 냉각수가 저장되는 외통(10)과 강판표면으로 주수되는 냉각수의 흐름을 안내하는 내통(20) 그리고 외통(10)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급배관(30)으로 구성되어 있다. 이때, 내통(20)과 냉각수 공급배관(30)은 강판의 폭 방향으로 길게 형성된다.

냉각수 공급배관(30)은 2열로 된 내통(20)의 사이에 설치되며, 단부에는 양 내통(20)에 냉각수를 각기 공급할 수 있도록 배출구(31)가 형성되어 있다. 다만, 배출구(31)에서 배출된 냉각수가 곧바로 내통(20)으로 유입되면 냉각수의 유동이 빨라 불안정할 수 있으므로 배출구(31)의 위치를 내통(20)의 입구보다 낮게 위치시켰다.

또한, 냉각수의 흐름을 보다 확실하게 층류로 만들기 위해 냉각수가 내통(20)으로 이동되는 경로상에 타공판(40)과 유동안정화 필터(50)를 설치하였다. 따라서, 최종적으로 내통(20)을 거쳐 배출공(21)으로 주수되는 냉각수는 매우 안정적인 유동을 갖는다.

그러나, 위와 같은 구조의 종래 층류분사식 냉각헤더는 하나의 외통(10)에 단 2줄의 배출공(21)이 형성되어 있으므로, 다량의 냉각수를 한번에 배출시키는데 한계가 있어 높은 냉각속도를 얻기가 어렵다.

이에 따라, 종래 층류분사식 냉각헤더로 고온의 강판을 급속 냉각시키기 위해서는 매우 많은 냉각헤더를 직렬로 연결해야 하므로 전체적인 장치의 크기가 커지고 이에 따른 설비비도 많이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 불안정한 상태로 헤더몸체 내부로 유입된 냉각수를 안정화된 상태로 노즐로 유입시킬 수 있는 냉각헤더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉각헤더는 다수의 노즐이 구비된 헤더몸체; 및 노즐의 유입구측에 설치되어, 헤더몸체 내부로 유입된 냉각수의 와류를 저감시켜, 노즐을 통해 강판으로 분사되는 냉각수의 냉각성을 높이도록 제공된 유입수 안정화수단을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 유입수 안정화수단은 노즐의 전체길이(L_N)에 대한 유입수 안정화수단의 노즐로 삽입된 길이(L₁)의 비율(L_N: L₁)이 1:0.2 내지 1:0.5 범위인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 유입수 안정화수단은 노즐의 입구측에 삽입되어 고정되는 안정화수단몸체; 및 안정화수단몸체 내부에 설치되어, 안정화수단몸체의 내부 공간을 구획토록 제공된 구획수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 구획수단은 십자형 또는 다중절곡형 단면을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명은 불안정한 상태로 헤더몸체 내부로 유입된 냉각수를 안정화된 상태로 노즐로 유입시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 냉각수를 안정화시키는데 소요되는 내부구조물을 줄일 수 있어, 제작비, 정비비용 및 유지보수시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 층류분사식 냉각헤더를 도시한 것이다.
도 2는 후판제품의 생산(압연)공정을 도시한 개략 공정도이다.
도 3a는 도 2에서 가속 냉각 공정을 도시한 공정도를 개략적으로 도시한 것이고, 도 3b는 냉각헤더에 대한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 층류분사식 냉각헤더를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유입수 안정화수단이 노즐에 삽입된 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서, 다양한 형상으로 가변되는 구획수단에 따른 유입수 안정화수단에 대한 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서, 유입수 안정화수단이 노즐에 삽입된 길이비에 따라, 냉각수의 주수 상태를 나타낸 그래프이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각헤더에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

일반적으로, 연속 주조 공정에 의해서 제조되고 가열로를 거친 고온소재(슬라브)(Slab)는 조압연(거칠기 압연기)(roughing Mill)과 마무리 압연기(finishing Mill)등의 압연단계를 거쳐 소정 두께의 후판재(20)를 생산한다.

예를 들어, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 연속주조 공정에 의해서 제조된 주편 예를 들어, 슬라브(Slab)는 가열로(110)에서 강종에 따른 목표 온도까지 가열되고, 가열로를 통과한 압연소재(10)는, 거칠기 압연기(roughing Mill, RM)와 마무리 압연기(finishing Mill, FM) 등의 압연단계(120)를 거쳐 일정한 두께 예컨데, 최종 제품의 지시 두께까지 소재를 압연하여 후판재(20)를 생산한다.

다음, 도 2에 도시된 바와 같이, 거칠기 압연기를 거쳐 1차적으로 소정의 판 두께로 압연된 후판재(20)는 결정립 미세화나 변태조직의 제어를 위하여 가속냉각기(130)를 거친다.

그리고, 압연제품(후판 제품)의 질을 높이기 위하여 레벨러를 통한 레벨링 단계를 거치고, 최종적으로 냉각대(150)에는 최종적인 제품으로 완성된다.

그러나, 후판 제품이 정상적으로 생산(압연)되지 못하는 경우에는 현재 수요자들의 요구 수준이 날로 엄격화 됨에 따라, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 판 변형 측정 시스템을 통하여 열처리하거나 레벨링 작업(판 교정작업)을 다시 하여 최종적으로 판 변형이 보상된 제품 예컨대, 후판 제품을 출하한다.

따라서, 냉각 완료 시점에서 소재 즉, 교정하지 않고 무변형 판재를 생산하여야만 압연 완료 후의 후처리 공정이 필요하지 않게 되고, 이는 제품 생산성이나 단가에 영향을 미치는 것이다.

즉, 생산된 판재가 변형되는 경우 별도의 교정 작업을 거쳐야 하고, 이 경우 생산 단가가 상승 됨은 물론, 물류 부하 가중에 따른 고객사 납기율 저하를 초래하게 되는 것이다.

따라서, 무교정 및 무변형 강판을 제조하기 위해서는 가열로(110)부터 가속냉각기(130)에 이르기까지 최적화 조건을 설정하고 설비의 관리 및 압연소재(후판재)의 온도 불균일을 초래하는 인자를 제거하는 과정이 필수적이다.

이와 같은 온도 불균일을 초래하는 인자 중에 일 예로, 도 2 및 도 3에서 도시한 가속냉각기(130)에서의 소재 온도 제어가 중요하다.

한편, 도 2 및 도 3a에 도시한 바와 같이, 가속냉각기(130)는, 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 4~7개의 뱅크(130a 내지 130d)들로 구성되고, 각각의 단위 뱅크들에는 각각 4~6개의 상,하부 헤더(header)(200)(300)들로 구성된다. 여기서, 상,하부 헤더(header)(200)(300)는 냉각헤더로서, 상,하부 헤더(header)(200)(300)는 설치위치만 상이할 뿐 실질적인 구성요소 및 작동방식은 동일하므로, 이하에서는 이들을 냉각헤더로 통일하여 지칭하기로 한다.

이때, 도 3b에서는 이와 같은 냉각헤더(200)(300)에 구비된 노즐(240)들을 사진으로 나타내고 있다. 냉각헤더(200)에는 예를 들어 대략 1000개의 노즐(240)들이 소정 간격과 열을 맞추어 배열될 수 있다.

이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여, 냉각헤더(200)의 내부 구조에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 냉각헤더(200)는 복수 개의 노즐(240)이 구비된 헤더몸체(210)와, 헤더몸체(210) 내부에 설치된 유입수 안정화수단(230)으로 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에서, 냉각헤더(200)는 단면이 사각형인 긴 통 구조로, 강판의 폭방향으로 길게 설치된다. 헤더몸체(210)의 하면에는, 헤더몸체(210) 내부로 유입된 냉각수를 배출하기 위한 복수 개의 노즐(240)들이 설치된다.

그리고, 헤더몸체(210)의 상부에는 냉각수 탱크(미도시)에 저장된 냉각수(W)를 헤더몸체(210) 내부로 공급해주는 냉각수 배관(220)이 설치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 냉각수 배관(220)의 배출구(221)는 유입수 안정화수단(230)의 상부에 오도록 배치된다.

냉각수 배관(220)을 통해 헤더몸체(210) 내부로 유입된 냉각수(W)는 배출구(221)에서 배출되는 과정에서 와류를 형성하게 되고, 이러한 와류로 인해 헤더몸체(210) 내부의 냉각수는 불안정한 상태가 된다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유입수 안정화수단(230)은 노즐(240)에 일부가 삽입되어 고정된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유입수 안정화수단(230)은 헤더몸체(210) 내부에 불안정한 상태로 유동하는 냉각수가 안정화된 상태로 노즐(240)로 공급되도록 하는 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유입수 안정화수단(230)은 노즐(240)의 입구측에 삽입되어 고정되는 안정화수단몸체(231)와, 안정화수단몸체(231) 내부에 설치되어, 안정화수단몸체(231)의 내부 공간을 구획토록 제공된 구획수단(232)을 구비한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 구획수단(232)은 다양한 형상, 예컨대, 십자형 또는 다중절곡형 단면을 가진 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안정화수단몸체(231)는 구획수단(232)에 의해 내부가 복수 개의 공간(233)으로 구획된다.

안정화수단몸체(231) 내부로 유입된 냉각수(W)는 구획수단(232)을 따라 공간(233)을 통과하여 노즐(240)로 이동되면서, 불안정한 상태가 안정화된 상태로 변하게 된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안정화수단몸체(231)는 내부가 중공된 파이프 형상을 가지는 가진다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안정화수단몸체(231)는 노즐(240)의 입구측에 삽입되어 노즐(240)에 결합된다. 이에 따라, 안정화수단몸체(231)의 외경은 노즐(240)의 입구측의 내경보다 작거나 거의 같은 크기의 직경을 가지는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 안정화수단몸체(231)는 노즐(240)의 입구측으로 소정의 깊이만큼 삽입된다. 이때, 안정화수단몸체(231)가 노즐(240) 입구측에 삽입되는 깊이는 노즐(240) 전체 길이(L_N)에 비해 0.2 내지 0.5 비율 내인 것이 바람직하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 안정화수단몸체(231)가 노즐(240) 전체 길이(L_N)의 0.2의 비율로 노즐(240)의 입구측에 삽입되었을 때, 노즐(240)의 출구측으로 주수된 냉각수의 연속길이가 490mm이고, 안정화수단몸체(231)가 노즐(240) 전체 길이(L_N)의 0.5의 비율로 노즐(240)의 입구측에 삽입되었을 때, 노즐(240)의 출구측으로 주수된 냉각수의 연속길이가 600mm임을 알 수 있다. 그리고, 안정화수단몸체(231)가 노즐(240)에 완전히 삽입되었 때, 노즐(240)의 출구측으로 주수된 냉각수의 연속길이가 400mm임을 알 수 있다.

상기 그래프를 통해, 노즐(240) 전체 길이(L_N)에 대해 안정화수단몸체(231)가 삽입된 길이(L1)의 비율이 0.2 내지 0.5 범위내 일 때, 노즐(240)의 출구측으로 주수된 냉각수의 연속길이가 길어짐을 알 수 있다. 일반적으로, 노즐(240)에서 배출된 냉각수의 연속길이가 길수록, 냉각수가 강판을 냉각시키는 냉각효과가 상승할 것이다.

위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

200: 냉각헤더 210: 헤더몸체
220: 냉각수 배관 221: 배출구
230: 유입수 안정화수단 231: 안정화수단몸체
232: 구획수단 240: 노즐

Claims

다수의 노즐이 구비된 헤더몸체; 및
상기 노즐의 유입구측에 설치되어, 상기 헤더몸체 내부로 유입된 냉각수의 와류를 저감시켜, 상기 노즐을 통해 강판으로 분사되는 냉각수의 냉각성을 높이도록 제공된 유입수 안정화수단; 을 포함하되,
상기 유입수 안정화수단은
상기 노즐의 입구측에 삽입되어 고정되는 안정화수단몸체; 및
상기 안정화수단몸체 내부에 설치되어, 상기 안정화수단몸체의 내부 공간을 구획토록 제공된 구획수단;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각헤더.
제 1 항에 있어서,
상기 유입수 안정화수단은 상기 노즐의 전체길이(L_N)에 대한 상기 유입수 안정화수단의 노즐로 삽입된 길이(L₁)의 비율이 1:0.2 내지 1:0.5 범위인 것을 특징으로 하는 냉각헤더.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 구획수단은 십자형 또는 다중절곡형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 냉각헤더.