KR101372697B1

KR101372697B1 - 스케일 억제장치 및 방법

Info

Publication number: KR101372697B1
Application number: KR1020120090961A
Authority: KR
Inventors: 이희관; 최기원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2014-03-10
Also published as: KR20140024680A

Abstract

본 발명에 따른 스케일 억제장치는, 복수 개의 압연기가 순차적으로 배치된 압연설비에서 도입부에 불활성가스를 분사하여 저산화 분위기를 형성시키는 저산화수단; 및 상기 압연설비에서 후반부보다 상기 도입부에서의 소재의 진행속도를 높이도록, 상기 도입부에서의 압연롤 회전속도를 고속으로 제어하는 속도제어수단;을 포함하고, 본 발명의 다른 측면에 따른 스케일 억제방법은, 복수 개의 압연기가 순차적으로 배치된 압연설비의 도입부에서 진행되는 소재에 불활성가스를 분사하여 저산화 분위기를 형성시키는 저산화 분위기 형성단계; 및 상기 도입부에서의 소재 진행속도를 상기 압연설비의 후반부보다 고속으로 하는 소재진행 고속단계;를 포함하여 상기 저산화 분위기 형성단계와 소재진행 제어단계가 상기 도입부에서 동시에 이루어진다.
이와 같이 본 발명은 초기 압연과정인 압연설비에서의 도입부에서 저산화 분위기를 형성시키고, 소재의 진행속도를 고속으로 하여 산소와의 접촉시간을 단축하도록 구성됨으로써, 압연 초기에 있어서 소재 표면의 스케일 층 확산을 억제함에 따라, 고온의 압연과정에서 산화시간이 늘어나더라도 소재의 표면에 스케일 블리스터가 거의 발생하지 않음으로써, 압연 후에도 소재의 품질이 떨어지지 않도록 할 수 있다.

Description

스케일 억제장치 및 방법{Apparatus and Method for restraining scale of materials}

본 발명은 스케일 억제장치 및 방법로서, 압연 중에 소재 표면의 스케일 생성을 억제하는 스케일 억제장치 및 방법에 관한 것이다.

압연 공정은 슬라브(slab)를 회전하는 롤들 사이를 통과시켜 스트립(strip)을 생성하는 공정이다.

일반적으로 압연 공정은 조 압연 및 사상 압연으로 이루어진다.

조 압연은 스케일이 제거된 슬라브를 적당한 형상, 두께, 폭으로 이루어지도록 하며, 사상 압연은 슬라브를 정해진 두께와 폭을 갖는 스트립으로 생성하고, 용도에 맞는 사상온도에서 양호한 표면 형상을 갖도록 한다.

여기에서, 조 압연을 통해 스케일이 제거되었지만, 사상 압연을 통과하는 과정에서 스트립의 표면에 미세한 스케일이 생성되고 있는 실정이다.

이는 공기 중에 포함된 산소가 스트립의 표면에서 반응하여, 스트립의 표면이 산화되기 때문이다.

이로 인해, 스트립은 스케일로 인해 표면 품질이 저하되고, 이로 인하여 추가로 스트립을 스케일 제거공정에 투입해야 하는 한계점이 있다..

구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1은 열간 압연공정에서의 표면 스케일 발생 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 열간 압연공정에서의 재산화를 억제하는 매커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.

도면을 참조하면, 열간압연 공정에서는 고온의 소재(1)가 압연되기 전에 고압수분사기(Finishing Scale Breaker, FSB)(9)를 통과하여 스케일의 박리를 꾀하였는데 고압수 분사에 따른 압연온도의 급격한 하락과 고압수가 분사되지 않는 구간에서는 소재(1)의 재산화가 다시 일어남으로써, 소재(1) 표층부의 스케일 성장을 막을 수 있는 근본적인 방법이 되지 못한다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 7개의 압연기(F1~F7)가 순차적으로 배치된 압연설비(10)에서 소재(1)가 사상 압연되는 과정에서, 공기 중의 산소와 접촉으로 인해 재산화되어 스케일이 생성된다.

처음에는 소재(1)와 스케일(1a) 사이에 산화피막(1b)이 형성되는데, 사상 압연되는 과정에서 소재(1) 표면에 형성된 스케일(1a)이 압연기에 치입되어 부서짐에 따라 제품의 표면에 스케일 결함을 유발시킨다.

다시 말해, 소재(1)의 표면에 형성된 소재(1)의 표면으로부터 박리되지 않은 일정 정도의 스케일은 사상 압연과정에서 유연하게 늘어남에 따라, 압연 공정 후 산세 공정에서 제거할 수 있다.

그런데, 도 2에 도시된 바와 같이, 스케일의 일부가 소재(1)의 표면으로부터 박리되어 융기되며, 이와 같은 스케일의 블리스터(blister)는 압연롤(11a)에 의해 압박되는 압연 과정에서 유연하게 늘어나지 않고 부서지면서 소재(1) 표면에 치입될 수 있다. 결과적으로 소재(1) 표면에는 스케일 흠(1c)이 발생하게 되고 이후의 산세 공정을 통해 스케일(1)이 제거되더라도 소재(1)에 형성된 스케일 흠(1c)으로 인하여 제품의 품질이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 압연 초기에 있어서 소재 표면의 스케일 층 확산을 억제함에 따라 고온의 압연과정에서 산화시간이 늘어나더라도 소재의 표면에 스케일 블리스터가 거의 발생하지 않도록 하는 스케일 억제장치 및 방법를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스케일 억제장치는, 복수 개의 압연기가 순차적으로 배치된 압연설비에서 초기 압연과정인 도입부에 불활성가스를 분사하여 저산화 분위기를 형성시키는 저산화수단; 및 상기 도입부에서의 소재의 진행속도를 높이도록, 상기 압연설비에서 후반부보다 상기 도입부에서의 압연롤 회전속도를 고속으로 제어하는 속도제어수단;을 포함한다.

여기에서, 상기 저산화수단은, 상기 소재의 상측에서 아르곤 가스를 하방 분사하는 아르곤 가스라인; 및 상기 소재의 하측에서 헬륨 가스를 상방 분사하는 헬륨 가스라인;을 구비하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 저산화수단은, 상기 도입부에 산소 농도를 측정하도록 설치된 농도측정센서; 상기 아르곤 가스라인과 헬륨 가스라인에는 각각 설치된 유량조절밸브; 및 상기 농도측정센서 및 유량조절밸브와 각각 전기적으로 연계되어, 상기 농도측정센서의 산소농도 측정치에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 유량제어부;를 구비하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 유량제어부는 산소농도가 15%보다 크면 상기 유량조절밸브를 개방하고, 15%보다 작으면 상기 유량조절밸브를 폐쇄하는 것이 바람직하다.

이에 더하여, 상기 저산화수단은, 상기 도입부를 외부와 차단하도록 양측부에 설치되는 차단부재;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 차단부재는 내열 고무판인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 속도제어수단의 속도제어는, 각 압연기에서의 압연롤을 회전구동시키는 구동모터와 전기적으로 연계된 제어부에 의해 자동으로 제어되거나, 복수 개의 상기 구동모터가 각각 수동으로 제어되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 압연설비에서 제1 압연기부터 제7 압연기까지의 7개의 압연기가 순차적으로 배치된 경우, 상기 도입부는 제1 압연기 전단의 고압수분사기(Finishing Scale Breaker, FSB)로부터 제3 압연기까지의 범위인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수 개의 압연기가 순차적으로 배치된 압연설비의 초기 압연과정인 도입부에서 진행되는 소재에 불활성가스를 분사하여 저산화 분위기를 형성시키는 저산화 분위기 형성단계; 및 상기 도입부에서의 소재 진행속도를 상기 압연설비의 후반부보다 고속으로 하는 소재진행 고속단계;를 포함하여 상기 저산화 분위기 형성단계와 소재진행 제어단계가 상기 도입부에서 동시에 이루어지는 스케일 억제방법이 제공된다.

여기에서, 상기 소재진행 고속단계에서, 진행되는 상기 소재의 후단부가 상기 도입부를 벗어날 때까지 상기 소재를 고속으로 진행하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 압연설비에서 제1 압연기부터 제7 압연기까지의 7개의 압연기가 순차적으로 배치된 경우, 상기 도입부는 제1 압연기 전단의 고압수분사기(Finishing Scale Breaker, FSB)로부터 제3 압연기까지의 범위이며,

상기 소재가 상기 고압수분사기로부터 제1 압연기에 진입하는 시간(t)은 t = ( S / K ) × 10000 이며, 제1 압연기에서의 속도(V1)는 V1 = ( d / t ) × 60 이고, 제2 압연기와 제3 압연기에서의 속도(Vi)는 Vi = { V(i-1) × H(i-1) } / Hi 인 것이 바람직하다.

(t : 시간(초), S : 소재(1)의 종류별 계수치, K : 소재(1)의 절대온도, 10000 : 소재(1)의 탄소함유량에 대한 % 단위보정 상수, V : 압연기에서 소재(1)의 속도(m/min), Vi : i번째 압연기에서 소재(1)의 속도(m/min), V(i-1) : (i-1)번째 압연기에서 소재(1)의 속도(m/min), d : 고압수분사기(9)로부터 제1 압연기(F1)까지의 거리(m), H : 압연기에 진입하는 소재(1)의 두께(mm), Hi : i번째 압연기에 진입하는 소재(1)의 두께(mm), H(i-1) : (i-1)번째 압연기에 진입하는 소재(1)의 두께(mm))

본 발명에 따른 스케일 억제장치 및 방법은, 초기 압연과정인 압연설비에서의 도입부에서 저산화 분위기를 형성시키고, 소재의 진행속도를 고속으로 하여 산소와의 접촉시간을 단축하도록 구성됨으로써, 압연 초기에 있어서 소재 표면의 스케일 층 확산을 억제함에 따라, 고온의 압연과정에서 산화시간이 늘어나더라도 소재의 표면에 스케일 블리스터가 거의 발생하지 않음으로써, 압연 후에도 소재의 품질이 떨어지지 않도록 하는 효과를 가진다.

도 1은 열간 압연공정에서의 표면 스케일 발생 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 열간 압연공정에서의 재산화를 억제하는 매커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 산소 농도에 따른 스케일층 두께변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 압연 전 스케일 두께에 따른 소재 표면의 상태, 즉 스케일의 블리스터 발생 정도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스케일 억제장치를 나타낸 도이다.
도 6은 도 5의 스케일 억제장치에 의해 소재진행 고속단계가 진행되는 것을 나타낸 도이다.
도 7은 압연설비의 도입부에서 종래기술에 따른 산화조건과, 본 발명에 따른 저산화조건에 의한 소재의 표면 산화 영향도를 나타낸 도이다.

본 발명의 스케일 억제장치 및 방법은, 압연 초기에 있어서 소재 표면의 스케일 층 확산을 억제함에 따라 고온의 압연과정에서 산화시간이 늘어나더라도 소재의 표면에 스케일 블리스터가 거의 발생하지 않도록, 초기 압연과정인 압연설비에서의 도입부에서 저산화 분위기를 형성시키고, 소재의 진행속도를 고속으로 하여 산소와의 접촉시간을 단축하도록 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 산소 농도에 따른 스케일층 두께변화를 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면, 상기 그래프는 산소의 농도가 1%, 3%, 6%, 12%, 15%인 각각의 가스분위기에서 산화시간에 따른 소재의 단위면적당 스케일 양(㎎/㎠)을 나타낸 실험 그래프이다.

즉, 그래프는 압연 중 산소의 농도를 제어하여 산소의 농도에 따른 단위면적당 스케일 양, 즉 스케일층의 두께를 나타낸다.

이때, 산소의 농도가 가장 작은 1% 산소가 함유된 가스분위기에서의 소재가, 산화시간이 늘어나더라도 단위면적당 스케일의 양에 대한 증가율이 가장 낮았다.

즉, 압연 중 산소의 농도가 낮을수록 스케일층의 두께도 얇았으며, 나아가 산화시간을 적용하여 비교하면 산화시간이 점차적으로 늘어나더라도 산소의 농도가 낮을수록 스케일층의 두꺼워지는 정도가 상대적으로 현저하게 낮은 증가율을 보였다.

특히, 점선 내의 범위인 처음 1분 동안의 산화시간에 있어서, 즉 초기 압연과정에 있어서, 산소의 농도가 낮을수록 스케일의 양이 적음을 볼 수 있는데, 이는 초기 압연과정에서 산소의 농도에 따라 그 증가율에 차이가 나기 시작한다. 이와 같은 차이는 산화시간이 늘어남에 따라 스케일의 양이 큰 차이가 나게 한다.

다시 말해, 초기 압연과정에서 스케일의 두께가 얇을수록 점차적으로 압연되는 과정에서도 스케일의 발생이 억제됨을 알 수 있다.

결과적으로, 압연과정에서 초기에 산소의 농도가 높으면 이후의 압연과정에서 공기에 노출되어 산화시간이 점점 늘어남에 따라, 스케일층이 높은 증가율로 두꺼워지는 것을 알 수 있다.

이와 반대로, 압연과정에서 초기에 산소의 농도가 낮으면 이후의 압연과정에서 공기에 노출되어 산화시간이 점점 늘어나더라도, 스케일층이 낮은 증가율로 두꺼워지는 것을 알 수 있는데, 스케일층에는 그 두께에 있어서 거의 변화가 없었다.

이와 같이, 압연과정에서 초기 산소의 농도에 따라 그 이후의 압연과정에서의 스케일 두께가 차이가 나게 되는데, 압연과정의 초기에 부분 밀폐 또는 차단을 통하여 저산소 압연 분위기를 형성하여 스케일층의 두께를 낮출 수 있음을 알 수 있다.

도 4는 압연 전 스케일 두께에 따른 소재 표면의 상태, 즉 스케일 블리스터의 발생 정도를 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면, 상기 그래프는 압연온도 및 압연 전 스케일의 두께에 따라 소재의 표면 상태를 나타낸다.

이때, '○'는 소재의 매끄러운(smooth) 표면상태를 나타내고, '△'는 소재 표면에 크랙이 조금 있는 상태를 나타내며, '×'는 소재의 거친 표면상태를 나타낸다.

이에 대한 결과로서, 고온의 압연에서도 압연 전 스케일의 두께가 얇을수록 소재가 매끈한 표면상태를 유지하였다.

다시 말해, '○'가 고온의 압연과정에서 스케일의 두께가 얇은 경우에 많이 표시되었는데, 이는 스케일의 두께가 얇은 상태에서 고온의 압연과정이 시작되면 소재의 표층에 스케일 블리스터(blister)가 거의 발생하지 않은 것을 나타낸다.

결과적으로, 압연 초기에 소재의 표면에 스케일의 두께가 6㎛ ~ 8㎛ 미만으로 유지시, 이후 고온의 압연과정을 거치더라도 소재의 표면이 매끄러운 즉, 스케일 블리스터가 거의 발생하지 않은 상태를 유지하게 된다.

이와 같이 도 3 및 도 4를 참조하여 살펴보면, 압연 초기에 저산소 압연 분위기를 형성시켜 소재의 표면에 스케일 층의 확산을 억제하게 되면, 고온의 압연과정에서 산화시간이 늘어나더라도 소재의 표면에 스케일 블리스터가 거의 발생하지 않음으로써, 압연 후에도 소재의 품질이 떨어지지 않게 된다.

이에 따라, 상기와 같은 저산소 압연 분위기를 형성시키기 위해, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같은 스케일 억제장치를 제공한다.

참고로, 초기 압연시 완전밀폐를 통해 진공상태를 만드는 것은 여러 가지 어려움이 있기 때문에, 저산소 압연 분위기를 통해 소재의 표층에 블리스터가 거의 발생되지 않도록 하고, 이와 동시에 소재의 진행속도를 고속으로 하여 스케일의 발생을 억제시킨다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스케일 억제장치를 나타낸 도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 소재(1)의 주위를 저산화 분위기로 형성시키는 저산화수단과, 압연롤의 회전속도를 제어하는 속도제어수단을 포함한다.

상기 저산화수단은 복수 개의 압연기가 순차적으로 배치된 압연설비(10)에서 도입부(I)에 불활성가스를 분사하여 저산화 분위기를 형성시키는 역할을 수행한다.

여기에서, 도입부(I)란 압연설비(10)에서 제1 압연기(F1)부터 제7 압연기(F7)까지의 7개의 압연기(F1~F7)가 순차적으로 배치된 경우, 고압수분사기(Finishing Scale Breaker, FSB)(9)로부터 제3 압연기(F3)까지의 범위를 지칭하며, 이때 고압수분사기(9)란 고압수를 분사하여 스케일을 제거하는 부재이다.

구체적으로, 상기 저산화수단은 소재(1)의 상측에서 아르곤 가스를 하방 분사하는 아르곤 가스라인(20)과, 소재(1)의 하측에서 헬륨 가스를 상방 분사하는 헬륨 가스라인(30)을 구비할 수 있다.

아르곤 가스는 공기보다 무겁기 때문에 소재(1)의 상측에서 하측 방향으로 분사하고, 헬륨 가스는 공기보다 가볍기 때문에 소재(1)의 하측에서 상측 방향으로 분사한다.

이때, 상기 아르곤 가스라인(20)과 헬륨 가스라인(30) 각각에는 소재(1)를 향해 가스를 고압으로 분사할 수 있도록 단부에 고압노즐(21)(31)이 형성되고, 아르곤 가스탱크(24)과 헬륨 가스탱크(34)에 수용된 액체 가스를 기화시키는 기화기(22)(32)가 장착될 수 있다.

그리고, 상기 저산화수단은 상기 도입부(I)에 산소 농도를 측정하도록 설치된 농도측정센서(40)와, 상기 아르곤 가스라인(20)과 헬륨 가스라인(30)에는 각각 설치된 유량조절밸브(23)(33)를 구비하고, 상기 농도측정센서(40) 및 유량조절밸브(23)(33)와 각각 전기적으로 연계된 유량제어부(미도시)를 구비할 수 있다.

상기 농도측정센서(40)는 도입부(I)에서 고압수분사기(9)와 제1 압연기(F1) 사이, 제1 압연기(F1)와 제2 압연기(F2) 사이, 제2 압연기(F2)와 제3 압연기(F3) 사이에 각각 배치될 수 있는데, 바람직한 일례로서 제1 압연기(F1), 제2 압연기(F2), 제3 압연기(F3)에 장착될 수 있다.

또한, 상기 유량제어부는 농도측정센서(40) 및 유량조절밸브(23)(33)와 각각 전기적으로 연계되어, 상기 농도측정센서(40)의 산소농도 측정치에 따라 유량조절밸브(23)(33)를 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 유량제어부는 산소농도가 15%보다 크면 유량조절밸브(23)(33)를 개방하고, 15%보다 작으면 유량조절밸브(23)(33)를 폐쇄하여 아르곤 가스라인(20)과 헬륨 가스라인(30)을 개폐조절할 수 있다.

이때, 산소농도가 15%보다 크게 되면 스케일 블리스터가 발생하기 때문에 산소농도를 떨어뜨리기 위해 유량조절밸브(23)(33)를 개방하여 불활성가스를 분사하도록 하고, 산소농도가 15%보다 작으면 압연롤의 압박에도 유연하게 늘어날 수 있는 일정 정도의 스케일만이 발생하기 때문에 유량조절밸브(23)(33)를 폐쇄하여 불활성가스의 낭비를 막게 된다.

이와 더불어, 상기 저산화수단은 상기 도입부(I)를 외부와 차단하도록 양측부에 설치되는 차단부재(70)를 더 구비할 수 있다.

상기 차단부재(70)는 소재(1)의 주위의 분위기를 저산화 분위기로 형성시키기 위해 불활성가스가 측 방향으로 퍼지지 않도록, 고압수분사기(9), 제1 압연기(F1), 제2 압연기(F2), 제3 압연기(F3) 각각의 사이에서 양측에 설치될 수 있다.

이와 같은 차단부재(70)는 내열성이 우수한 실리콘고무와 같은 내열 고무판이 활용될 수 있다.

한편, 상기 속도제어수단은 압연설비(10)에서 후반부보다 도입부(I)에서의 소재(1)의 진행속도를 높이도록, 도입부(I)에서의 압연롤 회전속도를 고속으로 제어하는 역할을 수행한다.

여기에서, 상기 속도제어수단의 속도제어는 각 압연기에서의 압연롤을 회전구동시키는 구동모터와 전기적으로 연계된 제어부에 의해 자동으로 제어되거나, 복수 개의 상기 구동모터가 각각 수동으로 제어될 수 있다.

그러면, 상기 스케일 억제장치를 활용한 본 발명의 스케일 억제방법에 대해 도 6을 참조로 하여 설명하기로 한다.

도 6은 도 5의 스케일 억제장치에 의해 소재진행 고속단계가 진행되는 것을 나타낸 도이다.

본 발명의 스케일 억제방법은, 소재(1) 주위를 저산화 분위기로 형성시키는 저산화 분위기 형성단계와, 상기 도입부(I)에서의 소재(1) 진행속도를 압연설비(10)의 후반부보다 고속으로 하는 소재진행 고속단계를 포함하며, 상기 저산화 분위기 형성단계와 소재진행 제어단계가 상기 도입부(I)에서 동시에 이루어진다.

여기에서, 상기 저산화 분위기 형성단계는 복수 개의 압연기가 순차적으로 배치된 압연설비(10)의 도입부(I)에서 진행되는 소재(1)에 불활성가스를 분사하여 저산화 분위기를 형성시킨다.

이때, 상기 저산화 분위기 형성단계는 소재(1)의 상측에서 아르곤 가스를 하방 분사하고, 소재(1)의 하측에서 헬륨 가스를 상방 분사할 수 있다.

아울러, 상기 저산화 분위기 형성단계는 도입부(I)의 산소농도가 15%보다 크면 불활성 가스를 분사하고, 15%보다 작으면 불활성 가스의 분사를 중지하도록 제어할 수 있다.

그리고, 상기 소재진행 고속단계는 정상적인 압연속도보다 보다 빠른 고속으로, 즉 도 6에 도시된 바와 같이 약 2배의 속도로 압연설비(10)의 도입부(I)에서 소재(1)를 진행시킴으로써, 초기 압연과정에서 스케일 블리스터가 발생하지 않도록 한다.

즉, 압연과정에서 초기 산소의 농도에 따라 그 이후의 압연과정에서의 스케일 두께가 차이가 나게 되는데, 압연과정의 초기에 저산소 분위기를 형성하여 스케일층의 두께를 낮춤으로써, 스케일의 두께가 얇은 상태에서 고온의 압연과정이 시작되면 소재(1)의 표층에 스케일 블리스터(blister)가 거의 발생하지 않는다.

이와 같은 소재진행 고속단계는 진행되는 소재(1)의 후단부가 상기 도입부(I)를 벗어날 때까지 상기 소재(1)를 고속으로 진행하는 것이 바람직하다.

즉, 소재(1)의 진행속도는 소재(1)의 전단부를 압연하는 압연기의 회전속도에 따라 변하게 되는데, 소재(1)의 후단부가 도입부(I)를 벗어나지 않는 경우에는 압연설비(10)의 후단부에서 소재(1)의 전단부를 압연하는 압연기의 회전속도가 도입부(I)의 고속속도에 대응할 수 있도록, 빠른 회전속도를 유지해야 한다.

물론, 소재(1)의 후단부가 도입부(I)를 벗어난 경우에는 압연설비(10)의 후단부에서 소재(1)의 전단부를 압연하는 압연기의 회전속도도 고속이 아닌 정상적인 회전속도를 유지하게 된다.

그러면, 여기에서 도입부(I)에서의 구체적인 압연기 회전속도를 아래 수학식을 통해 살펴보기로 한다.

상기 소재(1)가 고압수분사기(9)로부터 제1 압연기(F1)에 진입하는 시간(t)은 아래 수학식 1을 통해 구할 수 있다.

[수학식 1]

t = ( S / K ) × 10000

이때, t는 초 단위의 시간을 나타내며, S는 소재(1)의 종류별 계수치, K는 소재(1)의 절대온도, 그리고 상수 10000은 소재(1)의 탄소함유량에 대한 % 단위보정 상수를 나타낸다.

소재(1) 종류별 계수치(S)는 소재(1)의 탄소 함유량에 따라 탄소함량이 0.05%미만이면 25.5로 하고, 탄소함량이 0.05%이상이면 27.0으로 하여 소재(1)의 표면 산화층의 두께가 8미크론 미만이 되도록 한다.

이는 도 4의 설명에서 상술된 바와 같이, 압연 초기에 소재(1)의 표면에 스케일의 두께가 6㎛ ~ 8㎛ 미만으로 유지시, 이후 고온의 압연과정을 거치더라도 소재(1)의 표면이 매끄러운 즉, 스케일 블리스터가 거의 발생하지 않은 상태를 유지하게 된다.

또한, 제1 압연기(F1)에서의 속도(V1)와 제2 압연기(F2)와 제3 압연기(F3)에서의 속도(Vi)는, 상기와 같이 소재(1)가 고압수분사기(9)로부터 제1 압연기(F1)에 진입하는 시간(t)을 구한 후, 아래 수직 2를 통해 구할 수 있다.

[수학식 2]

V1 = ( d / t ) × 60

Vi = { V(i-1) × H(i-1) } / Hi

이때, Vi는 분 단위의 속도를 나타내고, d : 고압수분사기(9)로부터 제1 압연기(F1)까지의 거리, 그리고 Hi는 압연기에 진입하는 소재(1)의 두께를 나타낸다.

상기와 같이 본 발명의 스케일 억제장치를 이용하여 스케일 억제방법을 수행하게 되면, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 효과를 알 수 있다.

도 7은 압연설비의 도입부에서 종래기술에 따른 산화조건과, 본 발명에 따른 저산화조건에 의한 소재의 표면 산화 영향도를 나타낸 도이다.

도면을 참조하면, 종래기술에 따른 산화조건에서는 압연과정에서 시간이 지남에 따라, 즉 A-1에서 A-4로 갈수로 스케일 블리스터(1d)가 점차적으로 발생하였고, 이에 반하여 본 발명에 따른 저산화조건에 의한 소재(1)의 표면은 B-1에서 B-4로 가더라도 스케일 블리스터가 발생하지 않았다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 스케일 억제장치 및 방법은, 초기 압연과정인 압연설비(10)에서의 도입부(I)에서 저산화 분위기를 형성시키고, 소재(1)의 진행속도를 고속으로 하여 산소와의 접촉시간을 단축하도록 구성됨으로써, 압연 초기에 있어서 소재(1) 표면의 스케일 층 확산을 억제함에 따라, 고온의 압연과정에서 산화시간이 늘어나더라도 소재(1)의 표면에 스케일 블리스터가 거의 발생하지 않음으로써, 압연 후에도 소재(1)의 품질이 떨어지지 않도록 할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1 : 소재 1a : 스케일
1d : 블리스터 9 : 고압분사기
10 : 압연설비 F1 : 제1 압연기
F2 : 제2 압연기 F3 : 제3 압연기
F4 : 제4 압연기 F5 : 제5 압연기
F6 : 제6 압연기 F7 : 제7 압연기
I : 도입부 20 : 아르곤 가스라인
30 : 헬륨 가스라인 21, 31 : 고압노즐
22, 32 : 기화기 23, 33 : 유량조절밸브
24 : 아르곤 가스탱크 34 : 헬륨 가스탱크
40 : 농도측정센서 70 : 차단부재

Claims

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복수 개의 압연기가 순차적으로 배치된 압연설비(10)의 초기 압연과정인 도입부(I)에서 불활성가스를 분사하여 저산화 분위기를 형성시키는 저산화 분위기 형성단계; 및 상기 도입부(I)에서의 소재(1) 진행속도를 상기 압연설비(10)의 후반부보다 고속으로 하는 소재진행 고속단계;를 포함하여 상기 저산화 분위기 형성단계와 소재진행 제어단계가 상기 도입부(I)에서 동시에 이루어지며,
상기 소재진행 고속단계에서, 진행되는 상기 소재(1)의 후단부가 상기 도입부(I)를 벗어날 때까지 상기 소재(1)를 고속으로 진행하며,
상기 압연설비(10)에서 제1 압연기(F1)부터 제7 압연기(F7)까지의 7개의 압연기(F1~F7)가 순차적으로 배치된 경우, 상기 도입부(I)는 제1 압연기(F1) 전단의 고압수분사기(Finishing Scale Breaker, FSB)(9)로부터 제3 압연기(F3)까지의 범위이며, 상기 소재(1)가 상기 고압수분사기(9)로부터 제1 압연기(F1)에 진입하는 시간(t)은 t = ( S / K ) × 10000 이며, 제1 압연기(F1)에서의 속도(V1)는 V1 = ( d / t ) × 60 이고, 제2 압연기(F2)와 제3 압연기(F3)에서의 속도(Vi)는 Vi = { V(i-1) × H(i-1) } / Hi 인 것을 특징으로 하는 스케일 억제방법.
(t : 시간(초), S : 소재(1)의 종류별 계수치, K : 소재(1)의 절대온도, 10000 : 소재(1)의 탄소함유량에 대한 % 단위보정 상수, V : 압연기에서 소재(1)의 속도(m/min), Vi : i번째 압연기에서 소재(1)의 속도(m/min), V(i-1) : (i-1)번째 압연기에서 소재(1)의 속도(m/min), d : 고압수분사기(9)로부터 제1 압연기(F1)까지의 거리(m), H : 압연기에 진입하는 소재(1)의 두께(mm), Hi : i번째 압연기에 진입하는 소재(1)의 두께(mm), H(i-1) : (i-1)번째 압연기에 진입하는 소재(1)의 두께(mm))
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