KR101308785B1 - 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

열간압연공정의 피치시간 내에 냉각수의 분사 지속 시간 및 분사 정지 시간을 조절하여 워크롤 표면에 발생하는 원주방향 인장응력을 감소시키는 단속적 워크롤 냉각 방법 빛 장치가 제공 된다. 본 발명에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법은 열간압연된 스트립의 배출 후 새로운 스트립의 인입 전까지 열간압연기의 워크롤을 냉각하는 구간에 있어서, 냉각수가 상기 워크롤의 표면에 일정 시간 동안 분사되는 분사 단계 및 상기 냉각수의 분사가 일정 시간 동안 정지되는 분사 정지 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치는 스트립을 열간압연하는 압연기의 워크롤 표면에 냉각수를 분사하며 상기 압연기의 입측 및 출측에 배치된 복수개의 노즐, 상기 워크롤의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부 및 상기 표면 온도에 기초하여 상기 노즐을 제어하는 노즐 제어부를 포함할 수 있다.

Description

압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법 및 장치{On-and-off cooling method for work roll in rolling mill and apparatus thereof}

본 발명은 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 열간압연공정의 열간압연기에 포함된 워크롤을 냉각 시 발생하는 워크롤 표면에 발생하는 미세 균열(micro crack)을 감소시키는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법 및 장치에 관한 것이다.

열간압연은 회전하는 한쌍의 주조물 사이로 고온으로 가열된 용강을 공급하여 압연하는 것을 말한다.

도 1은 종래의 열간압연 공정을 나타낸 구성도이다. 압연하기 전 소재를 슬래브(slab, 1)라 부르고 압연 중인 소재를 스트립(strip, 2), 압연과 냉각을 거친 최종제품을 열연강판이라 부른다. 열연강판은 자동차, 건설, 조선, 파이프, 산업기계 등 산업 전분야에 없어서는 안될 중요한 소재이다. 열간압연 공정을 거쳐 완성된 열연 제품은 그대로 판매되기도 하며, 일부는 냉연공장에서 다시 압연되어 다양한 제품으로 생산된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 열간압연은 슬래브(1)를 가열로(3)에서 1100~1300℃까지 가열한 후 시작된다. 가열로(3)에서 가열된 슬래브(1)는 먼저 폭압연기(4)와 조압연기(5)에서 압연된다. 이때 폭압연기(4)에서 엣저(edger)라 부르는 롤이 양쪽에 위치해 있다. 상기 엣저는 슬래브(1)의 양쪽 가장자리를 다듬고 폭 방향 연신을 규제하여 슬래브(1)가 조압연기(5)에 똑바로 치입될 수 있도록 한다. 조압연기(5)는 폭내기 압연(spreading rolling)이며, 상기 폭내기 압연을 통해 스트립(2)의 폭이 정확하게 가공된다.

그 후 사상압연기 열(finishing stand unit, 6)을 통과하면서 스트립(2)의 두께를 정밀하게 가공한다. 일반적으로 사상압연기 열(6)은 연속적으로 7개의 압연기(A)가 일렬로 배치되어 있다. 각 압연기(A)는 스트립(2)에 직접적으로 압력을 가하는 워크롤(100)을 포함한다. 사상압연기 열(6)을 빠져나온 스트립(2)은 제어냉각장치(7)에 의해 냉각된 후 권취기(8)에 의해 권취되어 릴형태로 적치되어 이송된다.

열간압연에서 사용되는 워크롤(100)은 열간압연 온도에 견딜 수 있는 내열성 및 고온강도를 가진 재료로 구성된다. 기존의 열간 압연공정에서 고온(900~1100℃)의 스트립(2)이 압연될 때 접촉 열전달에 의해 워크롤(100)의 표면온도가 300~400℃까지 증가한다. 상기 워크롤(100)의 온도 증가는 워크롤(100) 표면에 미세 균열(micro crack)을 유발하고, 상기 미세 균열은 워크롤(100)에 작용하는 반복하중을 통해 더 큰 규모의 매크로(macro) 균열로 성장한다. 그 결과, 스트립(2)의 표면 품질 저하와 롤수명 단축을 야기한다. 특히, 사상압연기 열(6)의 마지막 압연기에서 워크롤 표면의 미세 균열이 많이 발생하여 롤수명이 크게 단축된다.

상기 문제를 해결하기 위한 기존의 워크롤 냉각방법은 노즐의 구조 설계 및 위치, 배열에 국한되어 있다. 종래 열간압연 공정에서는 압연 중 워크롤(100) 표면에 냉각수를 압연 중 및 스트립(2) 사상압연기 열(6)을 빠져나간 후 지속적으로 분사하여 워크롤 표면 온도를 100℃ 이하로 유지하고 있다. 종래의 냉각 방법은 물을 지속적으로 분사하여 워크롤(100)의 표면 온도 증가를 억제하는데 주안점을 두고 있다. 그러나, 워크롤(100) 표면 온도를 일정온도로 유지시켜주더라도 워크롤(100) 표면에 인장응력은 항상 발생하게 되고, 그 결과 워크롤 표면의 미세 균열 발생을 막을 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 열간압연기의 워크롤 냉각 도중 발생하는 인장응력 발생을 최소화하여 워크롤 표면 미세 균열 발생을 억제하는 워크롤 냉각 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 열간압연기를 통해 스트립을 압연하는 과정에서 워크롤의 표면 온도 및 상기 워크롤 표면에 발생하는 원주방향 인장응력을 분석하고 이에 기초하여 상기 워크롤의 냉각 시간을 조절하는 워크롤 냉각 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법은 열간압연된 스트립의 배출 후 새로운 스트립의 인입 전까지 열간압연기의 워크롤을 냉각하는 구간에 있어서, 냉각수가 상기 워크롤의 표면에 일정 시간 동안 분사되는 분사 단계 및 상기 냉각수의 분사가 일정 시간 동안 정지되는 분사 정지 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치는 스트립을 열간압연하는 압연기의 워크롤 표면에 냉각수를 분사하며 상기 압연기의 입측 및 출측에 배치된 복수개의 노즐, 상기 워크롤의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부 및 상기 표면 온도에 기초하여 상기 노즐을 제어하는 노즐 제어부를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 분사 정지 구간에서 워크롤의 표면에 원주방향으로 압축응력이 발생함으로써 워크롤 표면의 미세 균열 발생 가능성을 대폭 감소시키고 그 결과 워크롤 수명을 연장시키는 효과가 있다. 그 결과, 워크롤을 자주 교체하지 않아도 되므로 생산 비용을 절감할 수 있으며, 스트립 표면의 품질을 확보할 수 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 압연기의 워크롤 표면 온도 또는 인장응력에 따라 워크롤에 분사되는 냉각수의 분사 및 분사 정지 시간을 조절함으로써 워크롤 표면 온도 및 원주방향 인장응력을 효과적으로 제어하고 냉각용 공업용수의 수량 및 냉각수의 분사 동력을 절약하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 열간압연공정을 나타낸 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 압연공정의 피치시간을 나타낸 측단면도이다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법이 적용되는 구간을 나타낸 측단면도이다.
도 4a는 종래의 워크롤 냉각 방법을 이용한 경우의 워크롤 냉각 효과를 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법을 이용한 경우의 워크롤 냉각 효과를 나타낸 그래프이다.
도 5a는 종래 냉각 방법을 이용한 경우의 워크롤 표면 인장응력의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법을 이용한 경우의 워크롤 표면 인장응력의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법이 적용되는 사상압연기 열을 나타낸 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치를 나타낸 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치를 나타낸 구성 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법을 도 2a 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2a 및 2b는 압연공정의 피치시간(pitch time)을 나타낸 측면도이다. 피치시간은 스트립(2)이 압연기의 워크롤(100)을 빠져나간 후에 다음 슬래브(1)가 상기 워크롤(100)에 들어오는데 걸리는 시간이다. 상기 피치시간은 열연공장마다 약간씩 차이가 있지만 대체적으로 100~120초이다. 종래의 압연공정에서는 상기 피치시간 동안 워크롤(100)을 냉각하기 위하여 지속적으로 냉각수를 분사한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법이 적용되는 구간이 도 3a 내지 도 3c에 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예는, 전술된 피치시간, 즉 열간압연된 스트립(2)의 배출 후 새로운 스트립(2)이 인입 되기 전, 에 열간압연기의 워크롤(100)이 냉각되는 구간에서 냉각수(200)가 지속적으로 분사되지 않고 단속적으로 분사되도록 냉각수(200)가 상기 워크롤(100)의 표면에 일정 시간 동안 분사되는 분사 단계 및 상기 냉각수(200)가 일정 시간 동안 분사되지 않는 분사 정지 단계를 포함한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 열간압연기의 워크롤(100)에 의해 슬래브(1)가 압연되고 있는 도중에는 냉각수(200)가 지속적으로 분사된다. 그 후, 도 3b에 도시된 바와 같이 열간압연된 스트립(2)이 워크롤(100)을 빠져나간 후 일정 시간 동안 냉각수(200)가 분사될 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 일정 시간 동안 냉각수(200) 분사 후 또 다른 일정 시간 동안 냉각수의 분사가 정지될 수 있다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 것과는 반대로, 사상압연된 스트립(2)이 워크롤(100)을 빠져나간 후 일정 시간 동안 냉각수가 먼저 분사 정지된 후에 또 다른 일정 시간 동안 분사될 수도 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법이 적용되는 열간압연기는 H-형강 압연기, 선재압연기 및 후판압연기를 포함할 수 있다. 상기 열거된 압연기 외에도, 압연 완료 후 스트립의 형상을 불문하고 워크롤(100)을 이용하여 열간압연을 수행하는 압연기는 모두 포함될 수 있다.

또한, 상기 열간압연기는 조압연기 및 사상압연기를 포함할 수 있다. 열간압연 시, 슬래브(1)는 조압연기를 통해 정확한 폭으로 먼저 가공된 후 사상압연기 열을 통과하면서 정밀한 두께의 스트립(2)으로 가공된다. 조압연기 및 사상압연기 모두에서 냉각수(200)를 통하여 워크롤(100)을 냉각하는 과정이 필수적인 바, 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법은 상기 조압연기 및 사상압연기 모두에 적용될 수 있다.

본 발명의 단속적 워크롤 냉각방법이 적용되는 열간압연기는 고속도강(HSS), 칠드(Chilled) 주물, 구상 흑연 주철(DCI), 애더마이트(Adamite, ADM), 구조용 합금강 주물(HSC) 또는 고크롬 주철(HCI)를 포함하여 구성된 워크롤(100)을 포함할 수 있다. 상기 열거된 재료 이외에도 열간압연 공정에서 워크롤(100)에 사용되는 재료는 모두 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 상기 분사 단계 및 상기 분사 정지 단계가 교대로 반복되는 단계를 더 포함할 수 있다. 피치시간 동안 분사 단계 및 분사 정지 단계가 교대로 반복됨으로써 단속적(on-and-off)인 냉각을 구현할 수 있으며, 상기 교대 횟수는 분사 단계의 분사 지속 시간 및 분사 정지 단계의 분사 정지 시간에 기초하여 정해질 수 있다. 예를 들어, 피치시간이 120초라 할 때, 분사 시간을 5초, 분사 정지 시간을 25초로 작업자가 설정하면, 피치시간 동안 분사 단계 및 분사 정지 단계는 4회가 반복되게 된다.

상기 분사 단계 및 상기 분사 정지 단계가 교대로 반복되는 경우, 차후의 분사 정지 단계의 분사 정지 시간 또는 분사 단계의 분사 지속 시간은 앞선 분사 정지 단계의 분사 정지 시간 또는 분사 단계의 분사 지속 시간과 상이할 수 있다. 즉, 분사 정지 시간 또는 분사 지속 시간이 불규칙하게 설정될 수 있다.

일 예로, 냉각수 분사와 냉각수 정지 반복 시 그 횟수가 늘어날 때 마다 분사 시간이 갈수록 길어지거나 짧아질 수 있다. 구체적으로, 냉각수 분사와 분사 정지가 각각 3회 반복되는 경우, 분사 지속 시간이 1회부터 차례대로 3초, 5초 및 7초로 길어지도록 각각 설정될 수 있으며, 반대로 1회부터 10초, 8초 및 6초로 짧아지도록 각각 설정될 수 있다. 또한, 이와는 달리 냉각수 분사 정지 시간이 횟수를 거듭할수록 길어지거나 짧아지도록 설정될 수도 있다.

상기 분사 지속 시간 및 분사 정지 시간은 워크롤(100)의 표면 온도에 따라 조절될 수 있다. 일 예로, 워크롤(100) 표면의 온도가 상온보다 높다면 냉각수(200) 분사 시간을 늘리고 분사 정지 시간은 줄일 수 있다. 단속적 냉각 방법이 구현되는 구간 내에서, 실시간으로 변화하는 워크롤(100)의 표면 온도에 따라 냉각수(200) 분사 지속 시간 및 분사 정지 시간이 반복되는 때 마다 달라지도록 조절될 수도 있다. 단, 상기 분사 지속 시간 및 분사 정지 시간은 피치시간 내에 워크롤(100)의 온도를 사용자가 원하는 온도로 감소시키도록 하면서 워크롤(100)의 표면에 발생하는 원주방향 인장응력도 함께 고려하여 이를 최소로 할 수 있도록 정해지는 것이 바람직하다. 워크롤(100)의 표면에 냉각수(200)가 분사되면 워크롤(100)의 표면 온도가 감소한다. 원통형의 형상을 갖는 워크롤(100)의 표면은 상기 온도 감소에 따라 압축되려고 하는 반면 나머지 부위는 팽창하려고 한다. 그 결과 나머지 부분의 영향으로 워크롤(100)의 표면에는 원주방향으로 인장응력이 발생한다. 반면, 분사 정지 시간 동안에는 워크롤(100)의 냉각이 정지되면서 워크롤(100)의 온도가 다시 상승하게 되고, 이에 따라 워크롤(100) 표면이 압축되려고 하는 정도가 감소하여 원주방향 인장응력이 감소한다.

그러나 분사 시간 동안 인장응력이 증가되는 비율이 분사 정지 시간 동안 인장응력이 감소되는 비율보다 크기 때문에, 인장응력을 최소로 하기 위해서는 분사 정지 시간이 분사 지속 시간보다 긴 것이 바람직하다. 일례로, 열간압연공정의 피치시간이 120초라 할 때, 스트립(2)이 워크롤(100)을 빠져나간 후 워크롤(100)의 표면에 냉각수(200)를 5초 동안 분사하고 이어서 냉각수(200) 분사를 25초 동안 정지할 수 있다. 120초의 피치시간 동안 상기의 5초 분사 지속 및 25초 분사 정지가 4번 반복될 수 있다.

전술한 바와 같이 인장응력을 최소로 하는 측면에서는 분사 정지 시간이 분사 지속 시간보다 긴 것이 바람직하지만, 워크롤(100)의 표면 온도를 정해진 시간 내에 목표 온도로 낮추기 위한 측면에서는 분사 지속 시간이 분사 정지 시간보다 길 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법에서 사용되는 냉각수(200)의 온도는 상온보다 높을 수 있다. 상온보다 낮은 온도(예를 들어, 16℃)의 냉각수(200)가 사용되는 경우 보다 상온보다 높은 온도(예를 들어, 30℃)의 냉각수(200)가 사용되는 경우 워크롤(100) 표면의 미세 균열 가능성이 크게 감소한다. 상온보다 높은 온도를 갖는 냉각수(200)가 사용되는 경우 상기 냉각수(200)가 워크롤(100)이 상온의 공기와 접촉하는 데 있어 그 온도 변화의 완충 작용을 함으로써 워크롤(100) 표면의 미세 균열의 발생을 더욱 억제한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 워크롤 표면 온도 감소 및 원주방향 인장응력 감소 효과가 도 4a 내지 도 5b에 그래프로 도시되어 있다. 도 4b 및 도 5b에 도시된 그래프를 나타내는 실시예에서는 전술된 구체적인 예와 같이 120초의 피치시간 동안 5초 동안 상온의 냉각수가 분사되고 25초 동안 냉각수 분사가 정지되는 단계가 4번 반복되었다.

도 4a의 그래프는 종래의 피치시간 동안 지속적으로 냉각수를 분사하는 냉각 방법을 이용한 경우에 시간에 따라 변화하는 워크롤의 표면 온도를 나타낸다. 도 4a에 도시된 바와 같이 워크롤의 표면 온도는 스트립이 압연되는 구간에서 지속적으로 상승하여 90℃까지 증가한다. 압연시간인 70초가 지난 후 스트립이 압연되어 워크롤에서 빠져나가게 되면 냉각수가 분사되는 순수 냉각 구간에 들어서고, 피치시간인 120초 동안 지속적으로 냉각수가 분사된다. 상기 냉각수의 냉각 작용에 의해 워크롤의 온도는 냉각수의 온도인 16℃까지 감소한다.

도 4b의 그래프는 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법을 이용한 경우에 시간에 따라 변화하는 워크롤의 표면 온도를 나타낸다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 순수냉각구간이 완료된 후 워크롤 표면의 온도가 18℃까지 감소한다. 이는 냉각수 분사 정지 구간에 워크롤 표면 온도가 상승되기는 하지만 냉각수 분사 지속 구간에서 표면 온도 감소 구배가 더 크기 때문이다. 도 4a 및 도 4b의 비교를 통해, 단속적 워크롤 냉각 방법을 사용하여도 종래의 지속적 냉각 방법을 사용한 경우와 거의 동일한 워크롤 표면 온도 감소 효과가 나타난다는 것을 알 수 있다.

도 5a의 그래프는 종래의 피치시간 동안 지속적으로 냉각수를 분사하는 냉각 방법을 이용한 경우에 시간에 따라 변화하는 워크롤 표면의 원주방향 인장응력을 나타낸다. 도 4a에 도시된 바와 같이 냉각수가 지속적으로 분사되는 순수냉각구간에서 최대 22MPa의 원주방향 인장응력이 발생한다.

도 5b의 그래프는 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법을 이용한 경우에 시간에 따라 변화하는 워크롤의 표면의 원주방향 인장응력을 나타낸다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 순수냉각구간이 완료된 후 워크롤 표면의 원주방향 최대 인장응력이 17MPa까지 감소한다. 이는 냉각수 분사 정지 구간에서 전술된 이유로 원주방향 표면 인장응력이 감소하기 때문이다. 상기 냉각수 분사 정지 구간 및 냉각수 분사 구간의 조절을 통해 원주방향 최대 인장응력 값을 조절할 수 있다. 원주방향 최대 인장응력 값이 감소하면 워크롤 표면의 미세 균열 발생 가능성이 줄어든다.

120초의 피치시간 동안 5초 동안 냉각수가 분사되고 25초 동안 냉각수 분사가 정지되는 조건하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법으로 워크롤을 냉각하는 경우에 기존의 워크롤 냉각방법에 비해 워크롤 표면의 균열 발생 가능성이 35% 정도 대폭 감소함을 알 수 있다. 그 결과 워크롤 수명이 연장되고, 이에 따라 워크롤을 자주 교체하지 않아도 되기 때문에 생산 비용을 절감할 수 있으며, 생산성이 향상된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법은 냉각수 분사 정지 구간을 포함하기 때문에 냉각용 공업용수량 및 물 분사 동력을 약 83% 절약할 수 있다.

도 6에는 7개의 압연기를 포함하는 사상압연기 열이 도시되어 있다. 스트립(2)의 압연이 진행되는 방향으로 제1 내지 제7 압연기(10~70)가 순서대로 나열되어 있다. 제1 내지 제7 압연기(10~70)는 각각 워크롤(110~170)을 포함한다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법의 분사 단계는 제7 압연기(70)에 포함된 워크롤(170)의 표면에 상기 냉각수가 분사되는 단계를 더 포함할 수 있다. 스트립(2)이 가장 마지막으로 빠져나가는 압연기의 워크롤이 단속적 워크롤 냉각 방법에 따라 냉각할 경우 워크롤 표면에 발생하는 최대 인장응력 감소효과를 가장 크게 나타낸다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법의 분사 단계는 제4 압연기(40), 제5 압연기(50), 제6 압연기(60) 및 제7 압연기(70)에 포함된 워크롤(140, 150, 160, 170)의 표면에 상기 냉각수가 분사되는 단계를 더 포함할 수 있으며, 제1 내지 제7 압연기(10~70)에 포함된 워크롤 모두(110~170)의 표면에 상기 냉각수가 분사되는 단계를 더 포함할 수 있다. 물론, 본 발명의 단속적 워크롤 냉각 방법은 사상압연기의 제1 내지 제7 압연기(10~70) 중에서 선택적으로 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 바와 같이 열간압연 공정의 사상압연기가 제1 내지 제7 압연기(10~70)를 포함할 때, 제1 내지 제3 압연기(10, 20, 30)에 포함된 워크롤(110, 120, 130)은 고속도강(HSS)으로 구성되고, 제4 내지 제7 압연기(40~70)에 포함된 워크롤(140~170)은 칠드(Chilled) 주물로 구성될 수 있다. 이 경우 사상압연 시 스트립(2)의 두께를 빠른 시간 내에 더 정밀하게 조절할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 방법을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치는 복수개의 노즐(310, 320, 330, 340)을 포함한다. 상기 노즐(310, 320, 330, 340)은 스트립을 열간압연하는 압연기의 워크롤(100) 표면에 냉각수(200)를 분사하고, 상기 압연기의 입측 및 출측에 모두 배치되어 있다. 그 결과, 상기 노즐은 압연기의 입측(340) 및 출측(310, 320, 330) 양 측에서 워크롤(100)에 냉각수(200)를 분사한다. 도 7에서, 상기 압연기의 입측에 하나의 노즐만 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 복수의 노즐이 배치될 수도 있음은 물론이다. 또한, 상기 압연기의 출측에도 하나의 노즐만 배치될 수 있고, 도 7에 도시한 세 개의 노즐과 다르게 노즐을 배치할 수도 있다.

상기 노즐(310, 320, 330, 340)을 통해 분사되는 냉각수(200)의 양 및 냉각수(200) 분사 지속 시간은 상기 노즐(310, 320, 330, 340)에 전기 신호를 인가하여 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치는 온도 측정부(500) 및 노즐 제어부(400)를 포함한다. 온도 측정부(500)는 구체적으로, 적외선 온도계와 같은 비접촉식 온도계를 포함할 수 있다. 온도 측정부(500)를 통하여 워크롤(100) 표면의 온도 정보를 수집하고 온도 측정부(500)는 상기 온도 정보를 노즐 제어부(400)로 전송한다.

노즐 제어부(400)는 온도 측정부(500)로부터 온도 정보를 받아 상기 워크롤(100) 표면 온도 정보에 기초하여 노즐(310, 320, 330, 340)에서 분사되는 냉각수(200)의 양, 냉각수(200)분사 지속 시간, 냉각수(200) 분사 정지 시간 및 냉각수(200) 분사 정지 반복 횟수 등을 결정한다. 노즐 제어부(400)는 결정한 값에 대응되는 전기 신호를 각 노즐(310, 320, 330, 340)로 전송하여 각 노즐(310, 320, 330, 340)의 냉각수(200) 분사를 개별적으로 조절한다.

노즐 제어부(400)는 압연기의 입측에 배치된 노즐(340) 및 출측에 배치된 노즐(310, 320, 330) 중 어느 한 측의 노즐만 냉각수(200)를 분사하도록 노즐(310, 320, 330, 340)을 제어할 수 있다. 일례로, 압연기의 출측에 배치된 제1 내지 제3 노즐(310, 320, 330)은 냉각수(200)를 분사할 때 입측에 배치된 제4 노즐(340)은 냉각수(200) 분사를 정지하도록 할 수 있다. 그 후 냉각수(200) 분사 및 분사 정지 단계의 반복 단계에서 냉각수(200) 분사 상태를 서로 바꾸어 출측에 배치된 제1 내지 제3 노즐(310, 320, 330)은 냉각수(200) 분사를 정지하고 있을 때 입측에 배치된 제4 노즐(340)은 냉각수(200)를 분사하도록 할 수 있다.

압연기의 입측과 출측에 배치된 노즐(310, 320, 330, 340)을 각각 제어함에 따라 냉각수(200)의 분사 및 분사 정지 단계가 짧은 주기로 반복하게 할 수 있으며, 워크롤(200)의 일부에만 본 발명에 따른 단속적 냉각 방법을 적용하게 할 수 있다.

또한, 노즐 제어부(400)는 노즐(310, 320, 330, 340)이 개별적으로 냉각수(200)를 분사하도록 노즐(310, 320, 330, 340)을 제어할 수 있다. 일례로, 제1 노즐 및 제3 노즐(310, 320)은 냉각수(200)를 분사할 때 제2 노즐 및 제4 노즐(320, 340)은 냉각수(200) 분사를 정지하도록 제어할 수 있다. 또한, 각 노즐(310, 320, 330, 340)이 순차적으로 냉각수(200)분사를 시작 또는 정지할 수 있도록 제어할 수도 있다.

뿐만 아니라, 시간당 분사되는 냉각수(200)의 양, 일 회 분사 시 냉각수(200) 분사가 지속되는 시간 및 일 회 분사 정지 시 냉각수(200) 분사가 정지되는 시간을 각 노즐(310, 320, 330, 340) 별로 따로 설정하여 제어할 수 있다. 물론, 상기 언급된 구체적인 예들 이외에 각 노즐(310, 320, 330, 340)을 워크롤(100)의 표면 온도에 기초하여 개별적으로 제어하는 방법은 무수히 많으며, 이는 당업자에게 자명하다 할 것이다.

본 발명에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치가 포함하는 복수개의 노즐(310, 320, 330, 340)을 워크롤(100) 표면 온도에 따라 개별적으로 제어할 수 있도록 함으로써 워크롤(100) 표면 온도 및 표면 인장응력을 더욱 효과적이고 정밀하게 조절할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치는 응력 계산부(600)를 더 포함할 수 있다. 응력 계산부(600)는 온도 측정부(500)에서 측정하고 수집한 워크롤(100) 표면 온도 정보를 수신하고, 상기 온도 정보를 기초로 워크롤(100) 표면의 원주방향 인장응력을 계산한다. 열간압연기의 워크롤(100)로 사용되는 칠드(chilled) 주물의 열적 성질에 기초하여, 상기 칠드 주물이 원통 형상을 이루는 경우 그 표면 온도 변화에 대응하는 원주방향 인장응력을 계산할 수 있다. 상기 인장응력은 워크롤(100)의 표면 온도 정보를 시간에 따라 수집하여 실시간으로 온도 구배를 계산한 뒤 이를 바탕으로 계산될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단속적 워크롤 냉각 장치가 포함하는 노즐 제어부(400)는 응력 계산부(600)에서 계산된 워크롤(100) 표면의 원주방향 인장응력 정보에 기초하여 노즐(310, 320, 330, 340)을 제어할 수 있다. 응력 계산부(600)가 온도 측정부(500)로부터 수신한 온도 정보에 따라 계산한 응력 정보를 노즐 제어부(400)에 전송하고, 노즐 제어부(400)는 상기 정보에 기초하여 노즐(310, 320, 330, 340)의 냉각수 분사를 조절한다. 노즐 제어부(400)가 응력 정보에 기초하여 노즐(310, 320, 330, 340)에 전기신호를 보내 노즐(310, 320, 330, 340)을 제어함으로써 워크롤(100)의 표면에 발생하는 최대 인장응력을 더 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

워크롤: 100
냉각수: 200
노즐: 310, 320, 330, 340
노즐 제어부: 400
온도 측정부: 500
응력 계산부: 600

Claims (19)

1. 열간압연된 스트립의 배출 후 새로운 스트립의 인입 전까지 열간압연기의 워크롤을 냉각하는 구간에 있어서,
   냉각수가 상기 워크롤의 표면에 일정 시간 동안 분사되는 분사 단계; 및
   상기 냉각수의 분사가 일정 시간 동안 정지되는 분사 정지 단계를 포함하되,
   상기 분사 단계의 분사 지속 시간 및 상기 분사 정지 단계 분사 정지 시간은, 상기 워크롤의 표면 온도에 기초하여 계산되는 상기 워크롤 표면의 원주 방향 인장응력에 따라 조절되는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 열간압연기는 H-형강 압연기, 선재압연기 및 후판압연기를 포함하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 열간압연기는 조압연기 및 사상압연기를 포함하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 워크롤은 고속도강, 칠드 주물, 구상 흑연 주철, 애더마이트, 구조용 합금강 주물 또는 고크롬 주철을 포함하여 구성되는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 분사 단계 및 상기 분사 정지 단계가 교대로 반복되는 단계를 더 포함하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
6. 삭제
7. 제5 항에 있어서,
   차후의 분사 정지 단계의 분사 정지 시간 또는 분사 단계의 분사 지속 시간은 앞선 분사 정지 단계의 분사 정지 시간 또는 분사 단계의 분사 지속 시간과 상이한 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각수의 온도는 상온보다 높은 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
11. 제3 항에 있어서,
    상기 분사 단계는 상기 사상압연기에 상기 스트립의 진행 방향으로 나열된 제1 내지 제7 압연기 중, 상기 제7 압연기에 포함된 워크롤의 표면에 상기 냉각수가 분사되는 단계를 더 포함하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
12. 제3 항에 있어서,
    상기 분사 단계는 상기 사상압연기에 상기 스트립의 진행 방향으로 나열된 제1 내지 제7 압연기 중, 상기 제4 내지 상기 제7 압연기에 포함된 워크롤의 표면에 상기 냉각수가 분사되는 단계를 더 포함하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 분사 단계는 상기 스트립의 진행 방향으로 나열된 제1 내지 제7 압연기 중, 모든 압연기에 포함된 워크롤의 표면에 상기 냉각수가 분사되는 단계를 더 포함하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
14. 제11 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 압연기에 포함된 워크롤은 고속도강을 포함하여 구성되고,
    상기 제4 내지 제7 압연기에 포함된 워크롤은 칠드 주물을 포함하여 구성되는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 방법.
15. 스트립을 열간압연하는 압연기의 워크롤 표면에 냉각수를 분사하며 상기 압연기의 입측 및 출측에 배치된 복수개의 노즐;
    상기 워크롤의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부;
    상기 표면 온도에 기초하여 상기 워크롤 표면의 원주 방향 인장응력을 계산하는 응력 계산부; 및
    상기 원주 방향 인장응력에 기초하여 상기 노즐을 제어하는 노즐 제어부를 포함하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 장치.
16. 삭제
17. 삭제
18. 제15 항에 있어서,
    상기 노즐 제어부는 상기 압연기의 입측 또는 출측에 배치된 노즐 중 어느 한 측의 노즐만 상기 냉각수를 분사하도록 상기 노즐을 제어하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 장치.
19. 제15 항에 있어서,
    상기 노즐 제어부는 상기 노즐이 개별적으로 상기 냉각수를 분사하도록 상기 노즐을 제어하는 압연기 워크롤의 단속적 냉각 장치.

Images