KR101431035B1 - 스트립냉각장치 - Google Patents

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KR101431035B1
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박성찬
신길용
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 스트립의 상하 냉각 편차에 의해 발생하는 형상불량을 저감하는 설비의 고안 및 본 발명에서 고안된 설비를 사용하는 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 스트립냉각장치는 스트립의 표면으로부터 이격 설치되어 상기 스트립의 폭방향으로 위치하며, 외부로부터 냉각액이 공급되는 제1공급라인 및 상기 스트립과 인접한 상기 제1공급라인의 일단부에 이격되어 배치되며 상기 스트립의 폭방향으로 지그재그로 배열되어 설치되는 복수의 제1냉각헤더를 가질 수 있다.

Description

스트립냉각장치{APPARATUS FOR COOLING STRIP}
본 발명은 스트립 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스트립의 상하 냉각 편차에 의해 발생하는 형상불량을 저감하는 냉각장치에 관한 것이다.
도1은 열간압연 공정의 개략도로서 도1에서와 같이, 열간압연 공정 중 런아웃테이블은 가열로와 조압연을 거쳐 사상압연된 스트립(1)을 권취기에서 최종 권취하기 전 이송되는 공정이다. 이 공정에서 스트립(1)을 목표온도로 냉각하여 제품의 재질과 강도를 결정하게 된다.
런아웃테이블상에서 스트립(1)의 냉각은 상부 라미나플로(Laminar Flow)(4)와 하부 풀콘스프레이(Full Corn Spray)(2)의 냉각액(5) 분사에 의해 일어난다. 고강도강의 생산에 있어서 고객이 요구하는 재질을 확보하기 위해서는 냉각 헤더가 구성되어 있는 상부 라미나플로(4)와 하부 풀콘스프레이(2)의 밸브의 제어가 필요하다.
도2에 도시된 바와 같이, 종래의 고강도강 생산에 있어서 상부 라미나플로(4)와 하부 풀콘스프레이(2) 냉각 설비 특성상 스트립(1) 상면이 하면에 비해 냉각량이 많게 되고 냉각량이 많은 상면과 하면에는 냉각 편차가 발생하게 된다. 냉각 편차가 발생하게 되면 하부에 비해 냉각이 더 진행된 상부는 상대적으로 부피수축이 더 일어나게 되고 이때 스트립(1)은 상부를 향해 오목한 바가지 형상이 된다. 상부를 향해 오목한 바가지 형상이 된 스트립(1) 상면에는 상부 라미나플로(4)에 의해 주수된 냉각액(5)이 고이게되고 냉각액(5)이 고인 부분은 국부과냉이 되어 재질 편차를 유발하게 된다.
이때 상부 스트립(1)의 폭방향 중앙부에 낙하된 체류액(6)은 스트립(1)의 엣지부를 통하여 흘러 나가야하나 상부를 향해 오목한 바가지 형상으로 인해 흘러나가지 못하고 더욱 과냉을 유발하게 되어 과냉으로 인한 표면 체류액(6) 마크를 동반하게 된다. 이렇게 상부와 하부의 냉각설비 특성에 의해 하부에 비해 상부가 부피수축이 발생하게 되는 이 현상이 스트립(1)의 상부를 향해 오목한 바가지 형상을 발생시키는 전형적인 메커니즘이다.
한국공개특허공보 제10-2005-0067849호 (2005.07.05. 공개)
본 발명은 스트립을 냉각시키는 스트립냉각장치이다. 본 발명을 통하여 냉각공정에서의 판형상을 고려하여 냉각시 발생할 수 있는 상부를 향하여 오목한 바가지 형태의 판형상 불량을 저감하는데 그 목적이 있다. 구체적으로 기존의 상부와 하부 냉각 방식에서 발생하였던 형상불량에 의한 표면 체류액 마크, 재질 편차, 권취기 진입시 진행 장애 등을 획기적으로 개선한 하부 냉각 설비를 설계하고 이에 따른 제어방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 스트립냉각장치는 스트립의 표면으로부터 이격 설치되어 상기 스트립의 폭방향으로 위치하며, 외부로부터 냉각액이 공급되는 제1공급라인; 상기 스트립과 인접한 상기 제1공급라인의 일단부에 서로 이격되어 배치되며, 상기 스트립의 폭방향으로 배열되어 설치되되, 상기 스트립의 진행방향을 기준으로 전방부에 설치된 복수의 제1냉각헤더; 및 상기 스트립과 인접한 상기 제1공급라인의 일단부에 서로 이격되어 배치되며, 상기 스트립의 폭방향으로 배열되어 설치되되, 상기 스트립의 진행방향을 기준으로 후방부에 설치된 복수의 제2냉각헤더를 가지고, 상기 제1냉각헤더의 중심이 배열된 직선형의 전방라인과 상기 제2냉각헤더의 중심이 배열된 직선형의 후방라인의 거리는 상기 제1냉각헤더와 상기 제2냉각헤더의 반지름을 합한 것보다 작으며, 상기 제1냉각헤더간의 간격은 상기 제2냉각헤더의 직경보다 작고, 상기 제2냉각헤더의 중심은 상기 후방라인 중 제1냉각헤더의 중심 사이의 위치에 배치될 수 있다.
상기 제1공급라인은 상기 스트립의 하측에 위치하며, 상기 제1냉각헤더 및 상기 제2냉각헤더는 상기 스트립의 진행방향으로 상기 냉각액을 경사지게 분사할 수 있다.
상기 제1냉각헤더 및 상기 제2냉각헤더 중 어느 하나는 상기 제1공급라인에서 상기 스트립으로의 수직 방향에서 상기 스트립의 진행 방향으로 경사지게 분사하고, 다른 하나는 상기 제1공급라인에서 상기 스트립으로의 수직 방향에서 상기 스트립의 진행 반대 방향으로 경사지게 분사할 수 있다.
상기 제1냉각헤더 및 상기 제2냉각헤더는 각각 상기 냉각액이 경사지게 분사되는 방향으로 상기 제1공급라인에서 상기 스트립으로의 수직 방향을 기준으로 15도이하(단, 0제외)로 경사지도록 설치될 수 있다.
상기 스트립냉각장치는 상기 스트립의 표면으로부터 이격돼 설치되어 상기 스트립의 폭방향으로 위치하며, 외부로부터 냉각액이 공급되는 제2공급라인; 상기 스트립과 인접한 상기 제2공급라인의 일단부에 서로 이격돼 배치되는 복수의 제3냉각헤더; 상기 제2공급라인 또는 상기 제1공급라인의 내부를 흐르는 상기 냉각액의 유속을 감지하는 유속센서; 상기 스트립의 진행속도를 감지하는 속도센서; 상기 제2공급라인에 설치되는 제2밸브; 상기 제1공급라인에 설치되는 제1밸브; 상기 유속센서 및 상기 속도센서, 상기 제1밸브, 상기 제2밸브에 각각 연결되어, 상기 냉각액의 유속 및 상기 스트립의 진행속도에 따라 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브를 개폐하는 제어부를 더 가질 수 있다.
상기 제1냉각헤더와 상기 제2냉각헤더가 토출하는 상기 냉각액을 합한 양은 상기 제3냉각헤더가 토출하는 상기 냉각액의 두 배일 수 있다.
상기 제1공급라인의 직경은 100mm이며, 상기 제1냉각헤더와 상기 제2냉각헤더의 직경은 50mm일 수 있다.
본 고안에 의한 하부 스트립냉각장치를 적용함으로서 판의 상부와 하부 냉각시 발생하는 냉각편차를 개선한 균일 냉각이 가능하므로 고강도강 생산에 있어서 빈번하게 발생하였던 상부를 향해 오목해지는 형상 불량을 개선할 수 있다. 또한 하부 냉각 노즐 분사 각도를 조절하여 하부 냉각 효과를 높이고 스트립에서 떨어지는 스케일, 이물 등에 의한 노즐 막힘을 개선하여 상부와 하부의 균일 냉각을 유지할 수 있다. 그리고 상부와 하부 균일 냉각비를 통해 상부를 향해 오목한 형상 불량을 개선한 바, 본 고안에 의한 스트립냉각장치의 적용으로 고강도강 생산에 있어 발생하는 형상 불량, 표면 체류액 마크, 권취기 진입시 진행장애와 같은 문제점들을 방지할 수 있다.
도1은 열간압연 공정 개략도이다.
도2는 상하부 냉각 편차에 의한 형상불량 발생을 나타내는 도면이다.
도3은 기존 방식에서의 상부 과냉방지 냉각방법을 나타내는 도면이다.
도4는 기존 방식에서의 스트립냉각장치를 나타내는 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치를 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치를 상부에서 본 도면이다.
도7은 종래의 하부 스트립냉각장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치의 냉각액 분사를 비교한 도면이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치의 냉각 제어 순서를 나타내는 도면이다.
도9은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치의 상하부 냉각시스템을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도3 내지 도9를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다. 한편, 실시예에서 설명하는 스트립 외에 다양한 판재에도 응용될 수 있음은 당업자로서 당연하다.
도3은 기존 방식에서의 상부 과냉방지 냉각방법을 나타내는 도면이다.
스트립의 상부와 하부의 균일 냉각을 위해서는 상부와 하부의 냉각액(5) 토출비는 하부의 냉각헤더의 냉각액(5) 토출양이 상부의 냉각헤더의 냉각액(5) 토출양의 2배가 되어야 한다.
도3에서와 같이, 종래의 경우 상부와 하부의 냉각시스템에 있어서 각각 동일한 갯수로 구성된 냉각헤더로 구성되는 것이 일반적이다. 종래에 냉각을 수행할 때 열연강판의 상부와 하부에 발생하는 냉각 편차를 저감하기 위한 냉각 패턴은 상부는 전체 헤더의 절반에서 냉각액이 토출되고, 하부는 전체 헤더에서 냉각액 토출되어야 한다.
하지만, 종래의 이 방법은 고강도를 요구하는 강종에 있어서는 냉각량을 늘려야하는 경우에 문제된다. 그러나 이때 하부의 경우 헤더를 전량사용하고 있으므로 상부 냉각량을 늘릴 수 밖에 없다. 또한 하부 냉각량을 늘리기 위해서는 추가 노즐 설치 공간이 필요하지만 공간상의 제약이 있어 하부 냉각헤더의 숫자를 늘릴 수가 없다. 상부 냉각량을 늘릴 경우 하부에 비해 상대적으로 상부에 냉각량이 많게 되어 상부를 향해 오목한 바가지 형상을 유발하게 되는 문제점이 있어 고강도강(TS 500Mpa 이상)에 있어서는 상부와 하부 냉각비를 고려한 냉각 패턴 적용이 불가하다. 이러한 고강도강의 생산에 있어서는 현재 상부 냉각량을 늘려 고객이 요구하는 강도를 확보하고 있으며 고강도강의 상부와 하부 냉각편차에 의한 형상 불량이 빈번하게 발생하고 있다.
도4는 기존 방식에서의 스트립냉각장치를 나타내는 도면이며, 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치를 나타내며, 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치를 상부에서 본 도면이다.
도4에서와 같은 종래의 스트립냉각장치는 하부 풀콘스프레이(2)에 하부 풀콘스프레이 냉각헤더(3)가 일렬로 배열되어 냉각헤더의 수가 제한되었다. 이와 달리 도5에 표시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1냉각헤더(12)와 제2냉각헤더(18)이 지그재그(Zigzag) 배치 형태로 구성되어 한정된 공간에 냉각헤더가 효율적으로 배치되어 있다.
스트립(1)과 인접한 상기 제1공급라인(10)의 일단부에 이격되어 배치되며 스트립(1)진행방향으로 전방부에 설치된 복수의 제1냉각헤더(12)와 스트립진행방향으로 후방부에 설치된 복수의 제2냉각헤더(18)가 설치된다.
이때, 제1냉각헤더(12)가 배열된 전방라인과 제2냉각헤더(18)가 배열된 후방라인의 거리(d1)는 제1냉각헤더(12)의 반지름(r1)과 제2냉각헤더(18)의 반지름(r2)을 합한 것보다 작다. 또한 제1냉각헤더(12)간의 간격(d2)은 제2냉각헤더(18)의 반지름(r2)의 두배보다 작고, 제2냉각헤더의 중심은 후방라인 중 제1냉각헤더(12) 사이의 위치에 배치된다.
제1냉각헤더(12)를 지그재그 형태로 배열할 경우 같은 제1공급라인(10)에 대하여 냉각헤더의 수를 늘릴 수 있다. 동일 공급라인상의 헤더의 수가 늘어날 경우 제1공급라인(10)에 설치된 제1냉각헤더(12)와 제2냉각헤더(18)에 의한 냉각액(5)의 최대 토출양이 많아져 상부와 하부 균일냉각비를 유지하도록 제어하기에 용이하다.
도6에서와 같이 제1공급라인(10)의 직경은 100mm이고, 제1냉각헤더(12)와 제2냉각헤더(18)의 직경은 50mm, 노즐(16)의 직경은 25mm로 이루어져 일정한 간격으로 배치되어 있다.
도7a는 종래의 하부 스트립냉각장치의 냉각액 분사를 나타낸 도면이며, 도7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치의 냉각액 분사를 나타낸 도면이다.도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치의 냉각 제어 순서를 나타내는 도면이다.
도7a에서와 같이 종래 하부 풀콘스프레이 냉각헤더(3)는 하부 풀콘스프레이(2)에 대하여 스트립(1)을 향해 수직으로 배치되어 있다. 이와 달리 도7b에서와 같이 제1공급라인(10)에 대하여 제1냉각헤더(12)와 제2냉각헤더(18)는 경사지게 배열되어있다. 노즐(16) 분사 각도는 기존 스트립(1)을 향하여 수직방향에서 스트립(1) 진행 방향 측으로 경사지게 배열된다. 이때 테이블롤러(8)에 의한 설비 간섭을 회피할 수 있도록 냉각액(5)의 분사각도는 제1공급라인(10)에서 스트립(1)으로의 수직 방향을 기준으로 최대 각도인 15도로 배열하게 된다. 15도로 경사지게 배열하므로써 하부 냉각 영역을 증대시켜 냉각 효과를 증대시키고 부가적으로 스트립(1)로부터 떨어지는 스케일, 이물(7) 등에 의해 노즐(16) 입구가 막히는 문제점을 동시에 개선할 수 있다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치의 냉각 제어 순서를 나타내는 도면이고, 도9은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립냉각장치의 상하부 냉각시스템을 나타내는 도면이다.
상부냉각장치는 스트립(1)의 상부 표면으로부터 이격되어 설치돼 스트립(1)의 폭방향으로 위치하며, 외부로부터 냉각액(5)이 공급되는 제2공급라인(20) 및 스트립(1)과 인접한 제2공급라인(20)의 일단부에 이격되어 배치되는 복수의 제3냉각헤더(22)로 구성된다. 이와 같은 상부냉각장치는 통상의 공지된 기술에 의해 실시되므로 상세한 설명은 생략한다.
냉각량을 분석하기 위하여 제2공급라인(20)의 내부를 흐르는 상기 냉각액(5)의 유속을 감지하는 유속센서와 스트립의 진행속도를 감지하는 속도센서가 설치된다. 또한 제2공급라인(20)에는 제2밸브(24)가 설치되고. 제1공급라인(10)에는 제1밸브(14)가 설치된다.
제어부는 유속센서, 속도센서, 제1밸브(14) 및 제2밸브(24)에 각각 연결되어, 냉각액(5)의 유속 및 스트립(1)의 진행속도에 따라 제1밸브(14) 및 제2밸브(24)를 개폐한다.
이 제어 시스템에서 제어부는 냉각 이후 스트립(1)의 목표하는 재질을 확보하도록 냉각량을 계산함에 있어 제1공급라인(10)의 용적. 스트립(1)의 재질의 정보를 바탕으로 냉각액(5)의 유속, 스트립(1)의 진행 속도를 입력데이터로 받아 상부와 하부의 냉각 패턴을 설정하고 이를 위한 냉각액(5)의 유량, 유속을 결정하여 제1밸브(14)와 제2벨브(24)의 제어치를 산출해 낸다. 스트립(1)의 상부와 하부의 균일 냉각을 위해서는 제1냉각헤더(12)와 제2냉각헤더(18)의 냉각액(5) 토출양은 제3냉각헤더(22)의 냉각액(5) 토출량을 합한 것의 두배가 되도록 제어될 수 있다. 이 제어치를 바탕으로 제1밸브(14) 및 제2밸브(24)를 제어함으로써 상부와 하부 균일 냉각을 통해 형상 불량을 방지한다.
지금까지는 본 발명의 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 명백하다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아니라 단지 예시한 것으로 해석되어야 한다.
1. 스트립 2. 하부 풀콘스프레이
3. 하부 풀콘스프레이 냉각헤더 4. 상부 라미나플로
5. 냉각액 6. 체류액
7. 이물 8. 테이블롤러
10. 제1공급라인 12. 제1냉각헤더
14. 제1밸브 18. 제2냉각헤더
20. 제2공급라인 22. 제3냉각헤더
24. 제2밸브

Claims (7)

  1. 스트립의 표면으로부터 이격 설치되어 상기 스트립의 폭방향으로 위치하며, 외부로부터 냉각액이 공급되는 제1공급라인;
    상기 스트립과 인접한 상기 제1공급라인의 일단부에 서로 이격되어 배치되며, 상기 스트립의 폭방향으로 배열되어 설치되되, 상기 스트립의 진행방향을 기준으로 전방부에 설치된 복수의 제1냉각헤더; 및
    상기 스트립과 인접한 상기 제1공급라인의 일단부에 서로 이격되어 배치되며, 상기 스트립의 폭방향으로 배열되어 설치되되, 상기 스트립의 진행방향을 기준으로 후방부에 설치된 복수의 제2냉각헤더를 가지고,
    상기 제1냉각헤더의 중심이 배열된 직선형의 전방라인과 상기 제2냉각헤더의 중심이 배열된 직선형의 후방라인의 거리는 상기 제1냉각헤더와 상기 제2냉각헤더의 반지름을 합한 것보다 작으며, 상기 제1냉각헤더간의 간격은 상기 제2냉각헤더의 직경보다 작고, 상기 제2냉각헤더의 중심은 상기 후방라인 중 상기 제1냉각헤더의 중심 사이의 위치에 배치되는 스트립냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1공급라인은 상기 스트립의 하측에 위치하며,
    상기 제1냉각헤더 및 상기 제2냉각헤더는 상기 스트립의 진행방향으로 상기 냉각액을 경사지게 분사하는, 스트립냉각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각헤더 및 상기 제2냉각헤더 중 어느 하나는 상기 제1공급라인에서 상기 스트립으로의 수직 방향에서 상기 스트립의 진행 방향으로 경사지게 분사하고, 다른 하나는 상기 제1공급라인에서 상기 스트립으로의 수직 방향에서 상기 스트립의 진행 반대 방향으로 경사지게 분사하는, 스트립냉각장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1냉각헤더 및 상기 제2냉각헤더는 각각 상기 냉각액이 경사지게 분사되는 방향으로 상기 제1공급라인에서 상기 스트립으로의 수직 방향을 기준으로 15도이하(단, 0제외)로 경사지도록 설치되는, 스트립냉각장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 스트립냉각장치는,
    상기 스트립의 표면으로부터 이격돼 설치되어 상기 스트립의 폭방향으로 위치하며, 외부로부터 냉각액이 공급되는 제2공급라인;
    상기 스트립과 인접한 상기 제2공급라인의 일단부에 서로 이격돼 배치되는 복수의 제3냉각헤더;
    상기 제2공급라인 또는 상기 제1공급라인의 내부를 흐르는 상기 냉각액의 유속을 감지하는 유속센서;
    상기 스트립의 진행속도를 감지하는 속도센서;
    상기 제2공급라인에 설치되는 제2밸브;
    상기 제1공급라인에 설치되는 제1밸브;
    상기 유속센서 및 상기 속도센서, 상기 제1밸브, 상기 제2밸브에 각각 연결되어, 상기 냉각액의 유속 및 상기 스트립의 진행속도에 따라 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브를 개폐하는 제어부를 더 가지는, 스트립냉각장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1냉각헤더와 상기 제2냉각헤더가 토출하는 상기 냉각액을 합한 양은 상기 제3냉각헤더가 토출하는 상기 냉각액의 두 배인, 스트립냉각장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1공급라인의 직경은 100mm이며, 상기 제1냉각헤더와 상기 제2냉각헤더의 직경은 50mm인, 스트립냉각장치.
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