KR101400033B1 - 열연 코일 결함 저감 장치 및 방법 - Google Patents

열연 코일 결함 저감 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전면의 온도분포가 다른 슬라브의 온도분포를 목표온도로 일정하게 유지하여 결함을 저감시키는 열연 코일 결함 저감 장치 및 방법에 관한 것으로, 슬슬라브를 RM(Roughing Mill)방향으로 이송하는 이송롤러수단, 상기 이송롤러수단의 상단에 위치하여, RM으로 이송되는 슬라브의 표면 온도를 측정하는 온도측정수단, 상기 이송롤러수단의 진행방향으로 양측에 위치하여, 상기 온도측정수단을 지나는 상기 슬라브 코너의 온도가 목표온도에 도달되도록 가열하는 가열수단, 상기 온도측정수단으로 측정된 상기 슬라브의 표면 온도 분포 중 상기 슬라브 코너의 온도 분포에 따라 상기 슬라브 코너의 가열온도가 조절되도록 상기 이송롤러부의 슬라브 이송속도를 제어하는 제어부를 제공한다.

Description

열연 코일 결함 저감 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR REDUCING DEFECT OF HOT COIL}
본 발명은 열연 코일 결함 저감 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전면의 온도분포가 다른 슬라브의 온도분포를 목표온도로 일정하게 유지하여 결함을 저감시키는 열연 코일 결함 저감 장치 및 방법에 관한 것이다.
제강을 위한 로(furnace)에는 고로와 전기로 등이 있다. 고로는 용광로라고도 하는데, 철석으로부터 선철(銑鐵)을 만드는데 사용되는 노이다. 전기로는 로체 내부에 철스크랩 및 소성탄 등을 장입한 후 고순도의 산소를 일측에서 취입하여 용융된 용강에 함유된 탄소, 망간, 규소, 인, 황 등을 산화 연소시킨다. 이때, 상기 산화물은 석회에 의해 슬래그화하여 제거되고, 탈인과 탈산이 병행되므로 인과 산소의 함유량이 낮은 강이 제조된다.
전기로는 전극봉에 고전류를 통전시켜 고열의 아크열을 발생시키고, 이를 통해 장입된 철스크랩 등을 용해시키게 된다. 이와 같이 용해된 용강은 정련 공정을 거쳐 연속주조기로 공급된다.
연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.
연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 연주주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 연주주편을 이동시키는 다수의 핀치롤 등을 포함한다. 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 연주주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 연주주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.
연속주조공정에서 제작된 슬라브, 블룸, 빌렛 등을 2개의 회전하는 롤(Roll) 사이에 끼워 가늘고 길게 성형하는 것이다.
압연기는 상온 또는 고온에서 회전하는 롤 사이에 재료를 통과시키면서 재료의 소성변형을 통해 판재, 봉재 등을 성형하는 장치이다. 상기 압연기와 압연기의 사이에 이송 가이드가 설치되어 압연재를 다음 공정의 압연롤 측으로 이송시키게 된다.
슬라브와 같은 주편은 압연 공정을 거쳐 최종 제품인 열연코일로 제조된다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 제2011-0022330호(공개일:2011.03.07, 명칭: 박슬라브 열연코일의 표면 결함 저감 방법)가 있다.
본 발명은 슬라브 전면의 온도를 측정하여 슬라브 코너의 온도가 목표온도를 유지 하도록 하여 가열하여 페라이트(Ferrite)조직의 생성을 방지하는 열연 코일 결함 저감 장치 및 방법를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 열연코일 결함 저감 장치는 슬라브를 RM(Roughing Mill)방향으로 이송하는 이송롤러수단; 상기 이송롤러수단의 상단에 위치하여, RM으로 이송되는 슬라브의 표면 온도를 측정하는 온도측정수단; 상기 이송롤러수단의 진행방향으로 양측에 위치하여, 상기 온도측정수단을 지나는 상기 슬라브 코너의 온도가 목표온도에 도달되도록 가열하는 가열수단; 상기 온도측정수단으로 측정된 상기 슬라브의 표면 온도 분포 중 상기 슬라브 코너의 온도 분포에 따라 상기 슬라브 코너의 가열온도가 조절되도록 상기 이송롤러부의 슬라브 이송속도를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 목표 온도는 921℃ 내지 1060℃ 범위일 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 또 다른 본 발명의 열연코일 결함 저감 방법은 측정된 슬라브 표면의 온도 분포를 수신하는 단계; 상기에서 수신된 슬라브 표면 온도 중 슬라브 코너의 온도와 기설정된 목표 온도의 차이를 계산하고, 차이에 따른 상기 슬라브의 이송속도를 설정하는 단계; 및 상기에서 설정된 이송속도로 슬라브의 이동을 제어하여 슬라브 코너의 온도가 목표 온도에 도달되도록 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가열하는 단계에서, 가열된 슬라브 코너의 온도 분포를 측정하여 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬라브의 이송속도는 하기의 관계식으로 설정될 수 있다.
관계식
Figure 112012007932615-pat00001
여기서, y는 상승요구온도, x는 슬라브 이동속도,
Figure 112012007932615-pat00002
는 200.0 ~ 200.5,
Figure 112012007932615-pat00003
는 222.0 ~ 222.5임.
또한, 상기 목표 온도는 921℃ 내지 1060℃ 범위일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 코너부의 온도를 통해 결함 발생을 예상하여 열연 코너부의 결함을 사전에 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 열연 코일 결함을 저감시켜 슬라브의 품질 향상을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열연 코일 결함 저감 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 열연코일의 선상형 결함을 나타낸 도면이다.
도 4는 이상(α,γ)공존 온도 영역을 나타낸 도면이다.
도 5는 열연코일의 선상형 결함 발생원인을 나타낸 도면이다.
도 6은 SSP(Slab Sizing Press) 완료 후 슬라브의 온도분포를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열연 코일 결함 저감 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열연 코일 저감 방법의 상승요구온도와 슬라브 이동속도의 관계도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
연속주조(continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형 또는 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 또는 빌릿을 제조하는 데 이용된다.
연속주조기는 도시된 바와 같이, 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 및 핀치롤(70)을 포함할 수 있다.
래들(Ladle, 10)은 정련공정을 통해 강 성분함량이 조성된 용강이 수용되어 있다.
턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.
몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다.
몰드(30)는 몰드에서 뽑아낸 연주주편이 일정 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.
몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이션(oscillation, 왕복운동)되며, 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 파우더(Powder)와 같은 윤활제가 이용된다. 파우더는 몰드 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘의 윤활뿐만 아니라 몰드 내 용융금속의 산화/질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다.
2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.
인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.
연속적으로 생산되는 연주주편은 소정의 절단기(미 도시됨)에 의해 일정한 크기로 절단된다.
즉, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화/질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다.
턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다.
몰드 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.
핀치롤(70)이 완전히 응고된 연주주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일 지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.
압연공정을 거쳐 생산되는 열연코일의 두께는 1 내지 20mm 정도가 될 수 있다. 본 발명은 극저탄소강을 기준으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열연 코일 결함 저감 장치를 나타낸 도면으로써, 결함 저감 장치는 이송롤러수단(110), 온도측정수단(120), 가열수단(130), 중앙처리부(140), 및 표시부(150)을 포함한다.
이송롤러수단(110)은 슬라브(P)를 RM(Roughing Mill)으로 이송하도록 다량의 롤러들이 나열되어 구성된다.
온도측정수단(120)은 이송롤러수단(110)의 상단에 위치하여 RM으로 이송되는 슬라브(P)의 표면온도를 측정한다. 이때, 온도측정수단(120)은 열화상 카메라를 이용할 수 있으며, 슬라브 표면의 온도분포를 나타낼 수 있다.
가열수단(130)은 이송롤러수단(110)의 진행방향으로 양측에 위치하여, 상기 온도측정수단(120)을 지나는 상기 슬라브 코너의 온도가 목표온도에 도달하도록 가열한다. 이때, 본 발명의 실시예에서의 가열수단(130)은 LNG 가스를 이용하고 화구의 직경이 25 내지 35mm범위로 채택함이 바람직하다.
또한, 목표온도는 920℃초과 내지 1060℃에 해당하며, 더욱 바람직하게는 1020℃ 내지 1060℃ 범위이다.
이는 도 3과 같은 선상형 결함이 발생되는 극저탄소강의 연질조직(ferrite-α상)형성은 온도에 따라 달라진다. 극저탄소강의 연질조직은 도 4에 따라 이상공존 온도 영역에서, 즉 860℃ 내지 920℃에서 페라이트(ferrite) 조직이 생성된다.
도 4와 같이 슬라브 코너의 온도 영역이 이상 공존 온도 영역에 해당되면 페라이트 조직이 생성되고, 이는 도 5와 같이 선상형 결함이 발생되는 원인이 된다. 도 5와 같이 페라이트 조직이 슬라브 코너에 생성되면 센터와 연질에 차이가 발생되어 압연 중에 접힘 현상이 발생하게 되고, 이는 도 3과 같은 결함으로 야기된다.
따라서, 목표온도는 페라이트 조직이 생성되지 않은 도 6에 나타낸 슬라브의 일부 온도분포와 같이 920℃가 초과되고, 슬라브 센터부의 온도영역에 해당되는 1060℃사이 임이 바람직하다.
중앙처리부(140) 온도측정수단(120)으로 측정된 상기 슬라브의 표면 온도 분포 중 상기 슬라브 코너의 온도 분포에 따라 상기 슬라브 코너를 가열하도록 상기 이송롤러수단(120)의 슬라브 이송속도를 제어한다. 이때, 중앙처리부(140)는 이송롤러수단(120)의 이동 속도를 제어하기 위해 이송롤러수단(110)을 직접적으로 제어하는 구동수단(160)을 제어함이 바람직하다.
표시부(150)는 RM에 진입되기 전에 코너온도측정수단(170)을 이용하여 슬라브(P) 코너의 온도분포를 측정하고, 측정된 슬라브 코너의 온도분포가 목표온도에 도달되지 않은 위치의 슬라브(P)를 표시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열연 코일 결함 저감 방법을 나타낸 흐름도로써, 열연 코일 결함 저감 방법을 설명한다.
먼저, 중앙처리부(140)는 온도측정수단(120)으로 측정된 슬라브 표면의 온도 분포를 수신한다(S11). 이때, 중앙처리부(140)는 전체의 폭 길이 중 코너영역이 기설정되어, 슬라브 표면 온도 중 슬라브 코너 온도를 도출할 수 있다.
또한, 도 6과 같이 슬라브 폭의 가장자리의 온도가 가장 낮은 것을 알 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 슬라크 코너의 온도는 가장자리의 온도영역일 수 있다.
이어, 중앙처리부(140)는 수신된 슬라브 표면 온도 중 슬라브 코너의 온도와 목표 온도의 차이를 계산하고(S12), 차이에 따른 상기 슬라브의 이송속도를 설정한다(S13).
슬라브의 이동속도는 도 8에 나타낸 그래프와 같이 하기의 관계식 1로 설정된다.
관계식 1
Figure 112012007932615-pat00004
여기서, y는 상승요구온도, x는 슬라브 이동속도,
Figure 112012007932615-pat00005
는 200.0 ~ 200.5,
Figure 112012007932615-pat00006
는 222.0 ~ 222.5이다.
예를들어, 상기 관계식 1에 따른 슬라브 이송속도와 상승요구온도와의 관계의 그래프에서, 도 8과 같이
Figure 112012007932615-pat00007
가 200.21이고,
Figure 112012007932615-pat00008
가 222.16 이며, 상승요구온도가 200℃일 때, 슬라브의 이동속도는 약 0.11m/sec정도가 되며, 상승요구온도가 50℃일 때, 슬라브의 이동속도는 약 0.85m/sec정도가 된다.
이와 같이 상승요구온도가 높으면 슬라브의 이동속도는 느려지고, 상승요구온도가 낮아지면 그 만큼 슬라브의 이동속도는 빨라진다. 이는 슬라브가 가열수단에 접촉되는 시간에 따른 온도 변화 때문이다.
여기서, 상승요구온도와 슬라브의 이동속도는 가열수단의 열량에 따라 가변될 수 있다.
여기서, 슬라부 코너부의 상승요구온도는 LNG 가스의 열량과 화구의 직경을 통해 열량을 계산하고, 극저탄소강의 비열을 통해 슬라브 코너부 상승 온도별 필요 열량을 계산하였다.
마지막으로, 중앙처리부(140)는 상기 관계식 1에 의해 설정된 이송속도를 제어하여 슬라브 코너의 온도가 목표 온도에 도달하도록 가열하여(S14) RM으로 전달한다(S16). 이때, 가열수단(130)으로 가열된 슬라브 코너를 코너온도측정수단(170)로 온도 분포를 측정하여 중앙처리부(140)를 통해 표시부(150)로 전달되어 표시한다(S15). 여기서, 표시부(150)는 슬라브 코너의 온도 분포를 나타낼 수 있고, 슬라브 코너의 온도가 목표 온도 사이의 도달 여부를 표시할 수 있다.
따라서, 본 발명은 코너부의 온도를 통해 결함 발생을 예상하여 열연 코너부의 결함을 사전에 방지하는 효과가 있으며, 열연 코일 결함을 저감시켜 슬라브의 품질 향상을 기대할 수 있다.
상기와 같은 열연 코일 결함 저감 장치 및 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 래들 20: 턴디쉬
30: 몰드 51: 파우더층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
91: 절단 지점 110: 이송롤러수단
120: 온도측정수단 130: 가열수단
140: 중앙처리부 150: 표시부
160: 구동수단 170: 코너온도측정수단

Claims (6)

  1. 슬라브를 RM(Roughing Mill)방향으로 이송하는 이송롤러수단;
    상기 이송롤러수단의 상단에 위치하여, RM으로 이송되는 슬라브의 표면 온도를 측정하는 온도측정수단;
    상기 이송롤러수단의 진행방향으로 양측에 위치하여, 상기 온도측정수단을 지나는 상기 슬라브 코너의 온도가 목표온도에 도달되도록 가열하는 가열수단;
    상기 온도측정수단으로 측정된 상기 슬라브의 표면 온도 분포 중 슬라브 코너의 온도 분포에 따라 상기 슬라브 코너의 가열온도가 조절되도록 상기 이송롤러수단의 슬라브 이송속도를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 목표 온도는 921℃ 내지 1060℃ 범위인 열연코일 결함 저감 장치.
  2. 삭제
  3. 측정된 슬라브 표면의 온도 분포를 수신하는 단계;
    상기에서 수신된 슬라브 표면 온도 중 슬라브 코너의 온도와 기설정된 목표 온도의 차이를 계산하고, 차이에 따른 상기 슬라브의 이송속도를 설정하는 단계; 및
    상기에서 설정된 이송속도로 슬라브의 이동을 제어하여 슬라브 코너의 온도가 목표 온도에 도달되도록 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 목표 온도는 921℃ 내지 1060℃ 범위인 열연코일 결함 저감 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가열하는 단계에서, 가열된 슬라브 코너의 온도 분포를 측정하여 표시하는 단계를 더 포함하는 열연 코일 결함 저감 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 슬라브의 이송속도는 하기의 관계식으로 설정되는 열연코일 결함 저감 방법.
    관계식
    Figure 112012007932615-pat00009

    여기서, y는 상승요구온도, x는 슬라브 이동속도,
    Figure 112012007932615-pat00010
    는 200.0 ~ 200.5,
    Figure 112012007932615-pat00011
    는 222.0 ~ 222.5임.
  6. 삭제
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