KR101277922B1 - 소재 열처리 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

소재 열처리 장치의 이송롤 평탄화 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 소재 열처리 장치의 이송롤 평탄화 장치는 적어도 가열대와 냉각대를 포함하는 소재 열처리 장치의 냉각대에 설치되어 스트립을 이송하는 이송롤; 및 상기 가열대의 고온 분위기를 매개로 상기 이송롤의 온도구배에 따라 상기 이송롤을 가열하여 상기 이송롤의 평탄도를 제어토록 제공되는 이송롤 가열부;를 포함한다.

Description

소재 열처리 장치 및 그 제어방법 {MATERIAL HEATING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 소재 열처리 장치의 냉각대에서 스트립을 지지하는 이송롤의 온도 편차에 의한 왜곡현상을 방지하도록 개선한 소재 열처리 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 용융아연도금라인과 같은 장비는 소재를 연속적으로 이동시키며 연속적인 작업이 이루어진다.
이러한 용융아연도금라인은 공급되는 강판 스트립의 열처리 용도에 적합한 재질을 확보하며, 강판 스트립 표면 환원으로 도금 밀착성을 확보하기 위해 강판 스트립의 온도를 조절하는 소재 열처리 장치가 사용된다.
종래의 소재 열처리 장치는 연속적으로 공급되는 스트립의 내부 응력이나 결정조직을 조정하기 위해 일정온도와 분위기에서 스트립을 열처리한 후 냉각시킨다.
소재 열처리 장치는 예열대, 직화로, 가열대, 균열대, 예비냉각대, 냉각대(Cooling Section), 최종 냉각대(Final Cooling Section)로 이루어진다.
예열대는 직화로의 폐가스를 이용하여 스트립의 온도를 200~280℃로 예열하고 직화로의 압력을 조절하는 기능을 갖는다.
강판 스트립은 가열대 이후에 N2-H2 혼합가스의 환원분위기에서 진행되며, 가열대 및 균열대에서 강판 스트립의 온도는 850~900℃ 정도가 되고, 냉각대에서 대략 550℃로 냉각된 후, 최종 냉각대에서 후공정, 일례로 아연도금공정의 경우 아연욕 온도범위인 470~480℃로 조정되어 스나우트부를 통해 도금욕에 침지된다.
여기서 냉각대는 가열대 및 균열대를 거쳐 가열된 고온의 스트립을 적정 온도로 냉각시키게 된다.
이러한 소재 열처리 장치는 초기 가동시 또는 장시간 조업이 중단된 후 재가동할 경우와 같이, 냉각대의 온도 조절이 필요할 경우 냉각부 내부의 온도를 신속하게 조절할 수 없다.
특히, 종래의 소재 열처리 장치는 초기 가동전에는 내부 분위기의 온도가 목표온도에 도달하지 못하므로, 내부 분위기의 온도를 목표 온도로 가열, 유지시키는 과정이 필요하다.
이를 위해, 가열대에는 열을 지속적으로 공급하여 내부 분위기의 온도를 목표온도로 상승시킨다.
한편, 냉각대는 냉각을 위한 팬이 포함되며, 초기 가동시 냉각대 내부의 분위기를 적정 목표온도로 상승 또는 유지하기 위한 전열히터(Electric Heater)를 포함한다. 이와 같이, 종래의 냉각대는 초기 가동시 전열히터를 가동시켜 내부 분위기 온도를 상승 또는 유지하고 있다.
그런데, 이러한 소재 열처리 장치는 정상조업시 냉각대의 내부 분위기 온도가 스트립의 온도보다 낮게 유지되나, 스트립과 접촉하게 되는 냉각대의 이송롤은 스트립에 의해 가열되어 온도가 상승한다.
도 1은 종래 기술에 따른 소재 열처리 장치의 이송롤에 왜곡이 발생된 상태를 간략하게 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 이송롤(1)에서 스트립(S)에 접촉되는 부분(1a)은 팽창하게 되며, 스트립과 접촉하지 않는 부분(1b)은 온도가 낮게 유지되어 스트립(S)의 접촉 부위에 따라 이송롤(1)의 외경 크기가 달라지는 왜곡현상이 발생할 수 있다.
한편, 종래의 소재 열처리 장치는 가공하는 스트립(S)에 따라 폭이 다른 스트립이 공급될 수 있으며, 일례로 후속으로 공급되는 스트립(S')의 폭이 더 넓을 경우, 왜곡된 이송롤(1)에 의해 스트립(S')의 양측 단부에서 미세한 버클(buckle)이 발생할 수 있다.
또한, 종래에는 스트립(S')이 왜곡된 이송롤(1)을 통과하는 과정에서 사행되어 이탈되거나, 형태에 변형이 발생할 수 있다.
그러나, 종래의 소재 열처리 장치에는 이송롤(1)의 온도를 일정하게 유지시키거나 증가 또는 냉각하기 위한 구조가 구비되어 있지 않다. 이에 따라 종래에는 스트립(S')의 폭이 증가될 경우, 증가된 스트립(S')의 폭에 대응하여 이송롤의 외경을 일정하게 유지시켜야 할 필요가 있다.
이에 따라 종래에는 이송롤(1)의 외경이 폭이 증가된 스트립(S')으로부터 가열되어 일정 형태로 왜곡, 팽창된 상태를 유지하기까지 불필요한 스트립, 일례로 더미 스트립을 진행, 공급하고 있다.
이로 인해 종래의 소재 열처리 장치는 더미 스트립의 진행, 공급으로 인한 에너지가 낭비되고 있으며, 품질안정화 과정에서 불필요한 더미 스트립이 소요되거나 발생할 수 있다.
또한, 종래에는 스트립의 폭이 변경될 경우, 품질안정화를 위해 이송롤(1)의 온도를 일정하게 유지시키는 시간이 장시간 소요되고 있으며, 이에 따라 장시간 동안 정상조업이 불가능하여 생산성이 저하되는 등의 문제가 있어, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 냉각대에서 스트립을 지지하는 이송롤에 온도 편차가 발생하는 것을 방지하여 이송롤의 왜곡현상을 억제할 수 있도록 한 소재 열처리 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 소재 열처리 장치는 연속 소재를 열처리하는 열처리부와 냉각부를 포함하는 소재 열처리 장치로서, 상기 냉각부는 상기 열처리부의 고온 분위기를 매개로 상기 이송롤을 승온시켜 열적팽창을 제어하기 위해 상기 소재를 이송하는 이송롤로 상기 열처리부의 고온 분위기를 공급하는 분위기 공급수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 분위기 공급수단은 상기 소재로 전달된 열기에 의해 상기 이송롤에 발생하는 열적팽창이 균일화되도록 상기 열처리부의 고온 분위기를 상기 이송롤에 차등 분배하는 분위기 분사부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분위기 분사부는 상기 이송롤로 고온 분위기를 공급하도록 분기된 다수의 공급라인과, 상기 공급라인에 각각 설치된 제어밸브를 포함할 수 있다.
상기 이송롤의 폭방향 온도 구배를 측정하기 위한 복수의 온도계측기를 더 포함하고, 상기 온도계측기에 측정된 온도구배에 따라 상기 제어밸브의 개폐를 제어할 수 있다.
상기 이송롤의 폭방향 외형 변화를 측정하기 위한 복수의 거리측정기를 더 포함하고, 상기 거리측정기에 측정된 외형 변화에 따라 상기 제어밸브의 개폐를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 소재 열처리 장치의 제어방법은 열처리부를 통과한 소재를 운송하는 냉각부의 이송롤의 열팽창 분포를 판단하는 단계; 및 상기 냉각부 이송롤의 열팽창 분포에 따라 상기 열처리부의 고온 분위기를 매개로 상기 이송롤을 가열하여 열팽창 분포를 일정하게 하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 열팽창 분포를 판단하는 단계는 상기 이송롤로 운송되는 소재의 폭에 따라 미리 설정된 이송롤의 열팽창 분포를 선택할 수 있다.
또한, 상기 열팽창 분포를 판단하는 단계는 상기 이송롤의 폭방향으로 복수 지점에서 온도구배를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 이송롤의 온도구배에 따라 상기 이송롤의 열팽창 분포를 구하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열팽창 분포를 판단하는 단계는 상기 이송롤의 폭방향으로 복수 지점에서 상기 이송롤의 외형 변형을 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 이송롤의 외형 변형에 따라 상기 이송롤의 열팽창 분포를 구하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열팽창 분포를 일정하게 하는 단계는 상기 이송롤의 열팽창 분포가 낮은 부위에 상기 고온 분위기가 분사되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소재 열처리 장치의 열처리부에서 발생된 고온 분위기의 열기가 냉각대의 이송롤로 공급되도록 설치되며, 이러한 고온 분위기의 공급량을 조절하여 이송롤의 열적 팽창을 일정하게 할 수 있으며, 이에 따라 이송롤의 형태가 왜곡되는 것을 방지하여 소재를 안정적으로 이송할 수 있다.
또한, 이송롤의 열적 팽창이 균일해지므로, 소재의 양측 단부와 이송롤 사이가 밀착되며, 이에 따라 버클 현상 등이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이동 과정에서 소재가 이탈하거나 사행하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 소재의 폭이 변경될 경우, 이송롤의 온도구배 및 이로 인한 열적 팽창에 따른 변형을 빠른 시간에 일정하게 유지시킬 수 있어 불필요한 폐소재의 생산을 방지 또는 감소시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는 이송롤의 열적팽창을 일정하게 유지시키기 위해 불필요한 폐소재의 공급을 줄일 수 있고, 소재의 폭의 변경에 따른 가동준비시간을 단축시킬 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다.
또한 열처리부에서 소비되는 열원을 내각대로 공급하여 재활용하도록 함으로써 폐열의 재활용으로 인한 에너지 절감 효과가 있으며, 전체적인 생산비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 소재 열처리 장치의 이송롤에 왜곡이 발생된 상태를 간략하게 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 열처리 장치를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 열처리 장치의 일부를 간략하게 도시한 구성도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 열처리 장치를 도시한 구성도이다.
도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 소재 열처리 장치(10)는 강판 스트립(S)이 연속적으로 공급하기 위한 다수의 이송롤이 구비되며, 이들 이송롤을 이용하여 강판 스트립(S)을 연속적으로 이송할 수 있다.
이러한 소재 열처리 장치(10)는, 일례로 강판 스트립(S)에 아연을 연속적으로 도금하는 용융아연도금라인 등에 적용될 수 있다.
본 실시예에서, 소재 열처리 장치(10)는 용융아연도금라인으로 공급되는 강판 스트립(S)의 내부 응력을 감소시키고, 가공하기 적당한 연성을 갖도록 할 수 있다.
이를 위해 소재 열처리 장치(10)는 소재를 가열하여 열처리하는 구간으로 적어도 가열대(40)를 포함하는 열처리부와, 가열대(40)에서 가열된 소재를 냉각하는 냉각대(70)를 포함하는 냉각부를 포함할 수 있다.
열처리부는 가열대(40) 외에도 가열대(40)의 전, 후단에서 소재를 열처리하는 예열대(20), 직화로(30) 또는 균열대(50)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉각부는 냉각대(70)의 전, 후단에서 소재를 냉각하는 예비냉각대(60) 또는 최종 냉각대(80)를 더 포함할 수 있다.
이러한 소재 열처리 장치(10)는 각각의 작업구간에 설치된 이송롤을 이용하여 연속 소재를 이송하며 일련의 공정을 연속하여 진행할 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 연속 소재는 강판 스트립(S)을 포함할 수 있으며, 이러한 강판 스트립(S)의 표면에 용융아연도금을 형성하기 위한 열처리가 진행될 수 있다.
한편, 용융아연도금라인의 초기 가동을 위해서는 소재 열처리 장치(10)의 가열대(40) 온도를 충분히 확보하여야 한다. 이를 위해서 용융아연도금라인의 초기 가동전에 최소 몇 시간 전부터 가열대(40)를 가열할 수 있다.
가열대(40)에는 가열원으로 다수의 (도시되지 않은) 히터가 구비될 수 있으며, 이러한 히터를 가동시켜 내부 온도를 상승시킬 수 있다.
이때, 가열대(40)의 히터는 천연가스(NG) 또는 코크스 오븐 가스(COG)를 원료로 내부를 가열할 수 있으며, 전기 등의 다른 열원을 내용하여 내부 온도를 조절할 수 있다.
균열대(50)는 가열대(40)에서 가열된 강판 스트립(S) 사이의 온도 편차를 감소시킨다.
또한, 균열대(50)의 후단에는 예비냉각대(60)가 구비되어, 강판 스트립(S)의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있다.
또한, 냉각대(70)는 가열대(40)에서 가열된 강판 스트립(S)을 적정 온도로 냉각 또는 상승시켜 일정한 온도를 유지하게 되며, 이에 따라 강판 스트립(S)을 후공정의 적정 조업온도로 유지시킬 수 있다. 이를 위해 냉각대(70)에는 냉기를 공급하기 위한 다수의 냉각팬(72)이 설치될 수 있다.
이와 같이, 가열대(40)에서 고온으로 가열된 강판 스트립(S)이 냉각대(70)를 통과하는 과정에서 아연도금에 적정한 온도로 냉각되어 아연도금조로 공급되므로, 아연도금 품질을 향상시킬 수 있다.
일례로, 이러한 후공정으로 아연도금공정이 적용될 수 있다. 즉, 강판 스트립(S)은 가열대(40) 및 균열대(50)의 고온 분위기에 의해 약 850~900℃ 정도가 되고, 냉각대(70)에서 대략 550℃로 냉각된 후, 최종 냉각대(80)에서 후공정인 아연도금공정의 아연욕 온도범위인 470~480℃로 조정되어 스나우트부를 통해 도금욕에 침지될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 냉각대(70)는 초기 가동시 또는 장시간 중단후 재가동시와 같이, 내부 분위기의 온도가 적정 냉각온도로 유지되지 못할 경우, 냉각대(70)의 내부 분위기 온도를 적정 냉각온도에 도달하도록 내부 공기를 가열할 수 있다.
이를 위해, 본 실시예에서 냉각대(70)에는 내부의 공기를 가열하기 위한 (도시되지 않은) 전열히터를 포함할 수 있다. 전열히터는 전력을 사용하여 내부 공기를 가열할 수 있다.
한편, 가열대(40)에서 고온으로 가열된 상태로 이송되는 강판 스트립(S)은 이송롤(101)과 접촉함에 따라 이송롤(101)을 국부적으로 가열할 수 있다.
더불어, 본 실시예의 소재 열처리 장치(10)는 가열대(40)에서 가열된 강판 스트립(S)의 이동에 의해 이송롤(101)에 열이 전달되며, 이에 따라 이송롤(101)은 강판 스트립(S)과 접촉하는 부분과 접촉하지 않는 부분 사이에 온도구배가 발생할 수 있으며, 이에 따라 국부적인 열적 팽창으로 인한 이송롤(101)의 형태가 왜곡될 수 있다.
본 실시예의 소재 열처리 장치(10)에서 냉각대(70)는 강판 스트립(S)에 의해 국부적인 열적 팽창이 발생한 이송롤(101)에 열처리부의 분위기를 매개로 강판 스트립(S)과 접촉하지 않은 부분의 이송롤(101)를 가열하여 온도를 승온시킴으로써 전체적인 열적팽창을 일정하게 유지하도록 제어하기 위해 이송롤(101)로 열처리부의 고온 분위기를 공급하는 분위기 공급수단을 구비할 수 있다.
이를 위해, 본 실시예의 소재 열처리 장치(10)의 분위기 공급수단은 이송롤(101)에 가열대(40)의 고온 분위기를 차등 분배하는 분위기 분사부(110)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 열처리 장치의 일부를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3을 참고하면, 분위기 분사부(110)는 가열대(40)의 고온 분위기를 매개하기 위해 가열대(40)와 연통하도록 제공된 분위기 공급라인(120)을 포함할 수 있다. 이때, 이 분위기 공급라인(120)은 가열대(40)로부터 유입된 고온 분위기의 열기를 다른 곳으로 공급할 수 있다.
일례로, 분위기 공급라인(120)에는 냉각대(70)에 설치된 이송롤(101)로 열기를 공급하기 위한 분위기 분배라인(130)이 연결될 수 있다.
이와 같이 구성된 분위기 분사부(110)는 가열대(40)의 고온 분위기의 열기를 이용하여 이송롤(101)을 가열함으로써 이송롤(101)의 온도구배를 일정하게 조절할 수 있다.
이를 위해, 분위기 공급라인(120)은 가열대(40)와 분위기 분배라인(130) 사이를 연결할 수 있으며, 분위기 공급라인(120)은 가열대(40)의 고온 분위기가 열기분사부(130)로 전달되는 통로 역할을 할 수 있다.
그리고, 이 분위기 공급라인(120)의 일측에는 가열대(40)에서 분위기 분배라인(130)으로 전달되는 분위기의 공급량을 조절하기 위한 개폐밸브(122)와 송풍부(124)가 설치될 수 있다.
또한, 개폐밸브(122)는 사용자에 의해 수동으로 조작되며 열기의 공급을 조절할 수 있다. 여기서, 개폐밸브(122)는 전자제어밸브로 제공될 수 있으며, 개폐밸브(122)는 제어부(128)에 의해 자동으로 개폐조작되며 열기의 공급을 조절할 수 있다.
또한, 열기공급라인(120)은 가열대(40)의 상부에 연결될 수 있다.
즉, 가열대(40)의 내부 공기 중 고온 분위기의 열기는 상부에 모이므로, 열기공급라인(120)의 일측, 즉 분위기 공급라인(120)의 입구측을 가열대(40)의 상부에 연결하여 고온 분위기를 유입할 수 있다.
또한, 분위기 공급라인(120)에는 가열대(40)의 분위기를 분위기 분배라인(130)으로 강제로 송풍하기 위한 송풍부(124)가 구비될 수 있으며, 이러한 송풍부(124)의 일례로 블로워(blower)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 개폐밸브(122)는 송풍부(124)의 양측에 설치될 수 있다. 즉, 개폐밸브(122)는 송풍부(124)의 전단부에 설치된 제1개폐밸브(122a) 및 후단부에 설치된 제2개폐밸브(122b)를 포함할 수 있다. 제1개폐밸브(122a) 및 제2개폐밸브(122b)는 제어부(128)에 의해 동시에 개폐 작동되도록 제어될 수 있으며, 송풍부(124)를 수리하거나 고장 등이 발생할 경우, 배관(122)의 양측을 폐쇄하도록 작동되어 냉기 또는 열기의 배출을 차단할 수 있다.
또한, 배관(122)의 일측에는 냉각대(70)의 차가운 분위기가 분위기 분배라인(130)으로 유입된 후, 분위기 공급라인(122)을 역류하여 가열대(40)로 공급되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(126)가 더 구비될 수 있다.
체크밸브(126)는 초기 가동시 가열대(40)의 분위기가 분위기 분배라인(130)을 통해 냉각대(70)로 공급되는 것을 허용하되, 정상 조업과정에서 냉각대(70)의 차가운 분위기가 역류하여 가열대(40)의 고온 분위기 온도를 낮추는 것을 방지할 수 있다.
일례로, 체크밸브(126)는 초기 가동시 송풍부(124)에 의해 가열대(40)의 분위기가 냉각대(70)로 공급되는 과정 등에서 송풍부(124) 등의 갑작스런 작동불가시, 냉각대(70)의 차가운 분위기가 가열대(40)로 역류되어 제품 품질을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
한편, 냉각대(70)의 이송롤(101)은 고온의 강판 스트립(S)과 접촉하는 부분과 강판 스트립이 접촉하지 않는 부분 사이에 온도 편차가 발생하며, 이러한 온도 편차에 의한 온도구배에 대응하여 열적팽창이 다르게 발생할 수 있으며, 이로 인해 이송롤(101)의 평탄도에 왜곡이 발생할 수 있다.
이에 따라, 분위기 분배라인(130)은 이송롤(101)의 온도구배에 따라 이송롤(101)의 각 부위별로 열기를 선택적으로 공급하기 위한 적어도 하나의 분기관(132a, 132b, 132c)을 포함할 수 있으며, 각 부위별로 공급되는 열기의 차이로 인해 이송롤(101)의 평탄도를 조절할 수 있다.
이를 위해, 각각의 분기관(132a, 132b, 132c)에는 열기의 공급량을 조절하기 위한 분기밸브(134a, 134b, 134c)가 설치될 수 있다.
본 실시예에서 분위기 분사부(110)는 강판 스트립(S)의 폭에 따라 이송롤(101)로 전달되는 열량이 계측될 수 있으며, 이와 같이 미리 계측된 열량에 따라 이송롤(101)의 열적팽창 및 이로 인한 평탄도가 설정될 수 있다.
따라서, 스트립(S) 소재의 폭이 결정되면, 이송롤(101)의 각 위치별로 공급해야 할 고온 분위기의 분사량이 결정될 수 있다.
바람직하게는 분위기 분사부(110)는 냉각대(70)에 설치된 이송롤(101)의 부위별 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도계측기(136)를 포함할 수 있다.
그리고, 각각의 온도계측기(136)는 제어부(128)와 연결될 수 있으며, 제어부(128)는 이송롤(101)의 각 위치의 온도에 따라 각 분기밸브(134a, 134b, 134c)의 작동을 제어하여 각 분기관(132a, 132b, 132c)을 통해 이송롤(101)의 각 위치로 분사되는 분위기 분사량을 서로 다르게 조절할 수 있다.
일례로, 이송롤(101)의 중앙 부분은 고온의 강판 스트립(S)과 접촉이 이루어짐에 따라 고온으로 유지되며, 이에 따라 중앙 부분의 외경은 팽창된 상태일 수 있다.
또한, 이송롤(101)의 외곽 부분은 강판 스트립(S)과 접촉하지 않음에 따라 중앙 부분에 비해 상대적으로 저온으로 유지되며, 이에 따라 외곽 부분은 중앙 부분의 외경보다 작을 수 있다.
따라서, 각 분기관(132a, 132b, 132c) 중 이송롤(101)의 중앙부에 분위기를 분해하는 분기관(132b)에 설치된 분기밸브(134b)는 개방량을 감소하여 분위기의 공급을 제한하고, 이송롤(101)의 외곽 부분에 위치한 분기관(132a, 132c)에 설치된 분기밸브(134a, 134c)들은 개방량을 증가시켜 고온 분위기의 공급량을 증가시킨다.
이와 같이, 분위기 분사부(110)는 이송롤(101)의 각 지점으로 공급되는 고온 분위기의 분사량을 조절함에 따라 이송롤(101)의 온도구배를 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 따라 이송롤(101)의 열적 팽창을 균일하게 유지할 수 있어 외경 팽창 등의 왜곡이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 실시예에서 이송롤(101)은 다른 부분보다 외경이 작게 팽창된 부분으로 고온 분위기의 분사량을 증가시킴에 따라 이송롤(101)의 전체적인 열적팽창에 의한 평탄도를 일정하게 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 이송롤(101)은 다른 부분보다 외경이 큰 부분으로는 고온 분위기의 열기 공급량을 감소시키거나 차단할 수 있다.
더불어, 본 실시예에서 이송롤(101)은 온도구배에 따라 고온 분위기의 열기가 공급되는 것으로 설명하고 있으나, 온도구배가 높은 곳, 즉 스트립(S)과 접촉에 의해 팽창하여 외경이 증가된 부분에 냉기를 공급하여 이송롤의 외경을 감소시킴으로써 평탄도를 조정하는 것도 가능하다.
본 실시예에서 온도계측기(136)는 비 접촉식 온도센서를 포함할 수 있으며, 온도를 직접 측정하는 센서 외에도 이송롤(101) 내부의 온도 변화에 따라 전기를 발생시키고, 이러한 전기 변화를 감지하여 온도를 측정하기 위한 복수의 (도시되지 않은) 열전대를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 온도계측기(136)는 온도 편차에 따른 이송롤(101)의 열적팽창을 구할 수 있으며, 이러한 간접적인 측정방식 외에도 이송롤(101)과 이격된 거리 또는 외경을 직접적으로 측정하는 거리측정기를 포함할 수 있다.
여기서, 거리측정기는 이송롤(101)의 열적팽창 및 이로 인한 외경 차이를 측정할 수 있고, 이에 따라 각 분사밸브(134a, 134b, 134c)의 개폐량을 제어하여 이송롤(101)의 온도 구배에 따른 열기량을 조절하여 이송롤(101)의 전체적인 평탄도를 일정하게 유지시키는 것도 가능하다.
한편, 가열대(40)의 내부에는 제1온도센서(138a)가 설치될 수 있다. 제1온도센서(138a)는 제어부(128)와 연결될 수 있다.
여기서, 제어부(128)는 제1온도센서(138a)에 감지되는 가열대(40) 내부의 온도가 적정온도 미만일 경우, 개폐밸브(122)를 잠그거나 가열대(40)로 공급되는 열량을 증가시켜 가열대(40) 내부의 온도를 적정온도로 유지시킬 수 있다.
또한, 냉각대(70)의 내부에는 제2온도센서(138b)가 설치될 수 있다.
제2온도센서(138b)는 냉각대(70) 내부의 온도를 측정하여, 이를 제어부(108)로 전달할 수 있다.
제어부(108)는 초기 가동시 제2온도센서(138b)에 측정되는 온도값에 의해 내부 온도가 낮다고 판단되면, 제1온도센서(138a)에 감지된 가열대(40)의 내부 온도를 고려하여 개폐밸브(122)의 개방 정도를 조절함으로써 가열대(40)의 열기가 냉각대(70)로 공급되도록 제어할 수 있다.
더불어, 제어부(128)는 제2온도센서(138a)에 측정되는 냉각대(70)의 온도가 적정온도 이하일 경우, 가열대(40)로 공급되는 열량을 증가시켜 고온의 열기가 냉각대(70)로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(128)는 제1온도센서(138a)에 감지된 가열대(40)의 내부 분위기의 온도가 적정 조업온도 미만일 경우, 개폐밸브(122)를 닫고 송풍부(124)의 작동을 중지시켜 가열대(40)의 내부 분위기 온도를 빠르게 상승시킬 수 있다.
또한, 제어부(128)는 제1온도센서(138a)에 감지된 가열대(40)의 내부 분위기의 온도가 적정 조업온도에 근접하면, 가열대(40)에서 냉각대(70)로 공급되는 고온 분위기량이 증가하도록 개폐밸브(122)의 개방량을 조절할 수 있다.
또한, 냉각대(70)는 열기분사부(130)를 통해 공급된 열기에 의해 냉각대(70)의 내부 분위기의 온도가 적정 조업온도를 초과하여 상승할 수 있다. 이와 같이, 냉각대(70)의 내부 분위기 온도가 상승하게 되면, 제어부는 냉각팬(72)의 작동량을 증가시켜 냉기의 공급량을 증가시킴으로써 내부 분위기의 온도를 낮출 수 있다.
한편, 본 실시예에서 소재 열처리 장치(10)의 내부, 일례로 가열대(40), 균열대(50), 냉각대(70), 최종 냉각대(80) 등에 공급되는 공기는 N2-H2 혼합가스를 포함할 수 있으며, 이러한 혼합가스에 의해 소재 열처리 장치(10)의 내부는 환원성 분위기가 유지되어 강판 스트립(S)의 산화 등을 억제할 수 있다.
본 실시예에 따른 소재 열처리 장치의 제어방법을 살펴보면 다음과 같다.
본 실시예의 소재 열처리 장치의 제어방법은 열팽창 분포를 판단하는 단계 및 열팽창 분포를 일정하게 하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 열팽창 분포를 판단하는 단계는 열처리부를 통과한 소재를 운송하는 냉각부의 이송롤의 열팽창 분포를 판단하는 단계이다.
일례로, 본 실시예에서 열처리부는 적어도 가열대(40)를 포함할 수 있으며, 가열대(40)를 통과한 소재, 일례로 강판 스트립(S)은 고온으로 가열된 상태로 냉각부, 일례로 냉각대(70)로 이송될 수 있다.
이때, 이송롤(101)은 가열대(40)에서 가열된 강판 스트립(S)에 의해 고온의 열이 전달됨에 따라 열팽창 분포가 달라질 수 있다.
열팽창 분포를 판단하는 단계는 이송롤의 열팽창 분포에 의한 이송롤(101)의 외경의 왜곡 등에 의한 평탄도를 구할 수 있다.
이때, 소재 열처리 장치의 제어방법은 공급되는 스트립(S)의 폭에 따라 이송롤(101)로 전달되는 열량에 의한 열팽창 분포 등이 미리 설정될 수 있으며, 이와 같이 설정된 데이터가 제어부(128)에 미리 입력될 수 있다.
그리고, 열팽창 분포를 판단하는 단계는 미리 설정된 열팽창 분포를 이용하여 이송롤의 외경 왜곡량 등을 고려하여 평탄도를 구할 수 있다.
본 실시예에서 열팽창 분포를 판단하는 단계는 강판 스트립(S)의 폭에 따라 미리 설정된 값을 이용하는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일례로, 열팽창 분포를 판단하는 단계는 복수 지점에서 이송롤(101)의 표면온도 등을 측정할 수 있으며, 측정된 표면온도를 이용하여 이송롤(101)의 폭 방향 위치에 따른 온도구배를 구할 수 있다.
그리고, 이와 같이 측정된 온도구배에 따라 이송롤(101)의 열적팽창 및 이에 따른 외경 왜곡량을 통해 이송롤(101)의 평탄도를 구할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 열팽창 분포를 판단하는 단계는 복수 지점에서 이송롤(101)의 온도구배를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 측정된 이송롤(101)의 온도구배에 따라 열팽창 분포를 측정하고, 이를 통해 평탄도를 구할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 열팽창 분포를 판단하는 단계는 이송롤(101)의 외경을 측정하는 방법을 이용하여 열팽창 분포 및 이에 따른 이송롤(101)의 평탄도를 구하는 것도 가능하다.
이를 위해, 열팽창 분포를 판단하는 단계는 복수 지점에서 이송롤(101)의 외형 변형을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이송롤(101)의 외형 변형을 측정하는 단계는 거리계측기를 이용하여 기준거리와 이송롤(101) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
이와 같이, 이송롤(101)의 외형 변형이 측정되면, 이를 이용하여 이송롤(101)의 열팽창 분포 및 이에 따른 이송롤(101)의 평탄도를 구할 수 있다.
전술된 단계를 거쳐 이송롤의 열팽창 분포를 구하게 되면, 열팽창 분포를 일정하게 하는 단계가 진행될 수 있다.
열팽창 분포를 일정하게 하는 단계는 열팽창 분포에 따라 열처리부의 고온 분위기를 매개로 이송롤(101)을 가열할 수 있다.
이때, 열팽창 분포를 일정하게 하는 단계는 이송롤(101)의 열팽창 분포가 낮은 부위에 열처리부, 일례로 가열대(40)의 고온 분위기를 분사하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이, 이송롤(101)의 열팽창 분포가 낮은 부위에 고온 분위기가 분사되면, 이송롤(101)이 가열되며 열적 팽창이 이루어져 전체적으로 평탄도를 일정하게 조정할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10 : 소재 열처리 장치 20 : 예열대
30 : 직화조 40 : 가열대
50 : 균열대 70 : 냉각대
80 : 최종 냉각대 101 : 이송롤
110 : 분위기 분사부 120 : 분위기 공급라인
122 : 개폐밸브 123 : 송풍부
126 : 체크밸브 128 : 제어부
130 : 분위기 분사부 132a, 132b, 132c : 분기관
134a, 134b, 134c : 분기밸브 136 : 온도계측기

Claims (10)

  1. 연속 소재를 열처리하는 열처리부와 냉각부를 포함하는 소재 열처리 장치로서,
    상기 냉각부는 상기 열처리부의 고온 분위기를 매개로 상기 이송롤을 승온시켜 열적팽창을 제어하기 위해 상기 소재를 이송하는 이송롤로 상기 열처리부의 고온 분위기를 공급하는 분위기 공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 분위기 공급수단은
    상기 소재로 전달된 열기에 의해 상기 이송롤에 발생하는 열적팽창이 균일화되도록 상기 열처리부의 고온 분위기를 상기 이송롤에 차등 분배하는 분위기 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분위기 분사부는 상기 이송롤로 고온 분위기를 공급하도록 분기된 다수의 공급라인과,
    상기 공급라인에 각각 설치된 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이송롤의 폭방향 온도 구배를 측정하기 위한 복수의 온도계측기를 더 포함하고,
    상기 온도계측기에 측정된 온도구배에 따라 상기 제어밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 이송롤의 폭방향 외형 변화를 측정하기 위한 복수의 거리측정기를 더 포함하고,
    상기 거리측정기에 측정된 외형 변화에 따라 상기 제어밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치.
  6. 열처리부를 통과한 소재를 운송하는 냉각부의 이송롤의 열팽창 분포를 판단하는 단계; 및
    상기 냉각부 이송롤의 열팽창 분포에 따라 상기 열처리부의 고온 분위기를 매개로 상기 이송롤을 가열하여 열팽창 분포를 일정하게 하는 단계;
    를 포함하는 소재 열처리 장치의 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 열팽창 분포를 판단하는 단계는 상기 이송롤로 운송되는 소재의 폭에 따라 미리 설정된 이송롤의 열팽창 분포를 선택하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치의 제어방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 열팽창 분포를 판단하는 단계는
    상기 이송롤의 폭방향으로 복수 지점에서 온도구배를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 이송롤의 온도구배에 따라 상기 이송롤의 열팽창 분포를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치의 제어방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 열팽창 분포를 판단하는 단계는
    상기 이송롤의 폭방향으로 복수 지점에서 상기 이송롤의 외형 변형을 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 이송롤의 외형 변형에 따라 상기 이송롤의 열팽창 분포를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치의 제어방법.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열팽창 분포를 일정하게 하는 단계는 상기 이송롤의 열팽창 분포가 낮은 부위에 상기 고온 분위기가 분사되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 열처리 장치의 제어방법.
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