KR101504438B1

KR101504438B1 - 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비

Info

Publication number: KR101504438B1
Application number: KR20130151494A
Authority: KR
Inventors: 황성훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-06

Abstract

본 발명은 스케일 제거장치에서 과냉각된 부분이 바(bar)의 자체열에 의해 복열시켜 폭 방향에 대한 온도편차를 감소시키고, 복열과정 중 바의 표면이 산화되거나, 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 열간 압연설비에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른, 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비는 스케일 제저장치가 구비된 열간 압연설비에 있어서, 상기 스케일 제거장치에서 바(bar)의 폭 방향으로 냉각수가 중첩되어 분사된 과냉각 영역이 상기 바의 자체 열에 의해 복열될 수 있도록 상기 스케일 제거장치 및 사상압연기 사이에 배치되면서 상기 바가 수용되는 내부공간이 형성된 복열 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비{HOT-ROLLING EQUIPMENT HAVING FUNCTION OF PREVENTING SURFACE DEFECTS}

본 발명은 열간 압연설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스케일 제거장치에서 과냉각된 부분이 바(bar)의 자체열에 의해 복열시켜 폭 방향에 대한 온도편차를 감소시키고, 복열과정 중 바의 표면이 산화되거나, 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 열간 압연설비에 관한 것이다.

일반적으로 열간 압연공정은 제강공정에서 생산된 슬라브를 가열로에서 압연에 적당한 온도로 가열한 후 조압연기에서 폭 압연 및 두께 압연을 실시하고, 사상압연기에서 원하는 두께로 사상압연을 실시한다.

도 1은 일반적인 열간 압연공정을 보여주는 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가열로(Reheating Furnace; 1)에서 목표하는 온도까지 가열된 슬라브(slab)를 조압연기(Roughing Mill; 2)에서 임의의 온도(Roughing mill Delivery Temperature, RDT)를 갖는 바(Bar; S) 형태로 압연하여 사상압연기(finishing Mill; 5)로 보내고, 사상압연기(5)에서 목표하는 온도(Finishing mill Delivery Temperature, FDT)로 압연된 스트립은 다음 공정인 권취기(Down Coiler, 8)로 이송된다.

이송된 스트립은 원하는 재질확보를 위한 냉각이력 제어패턴 준수를 위하여 런-아웃 테이블(Run Out Table, ROT; 7) 상에서 냉각설비인 라미나 플로우(Lamina Flow; 6)를 이용해 공냉과 수냉을 반복하는 제어냉각 또는 수냉 단독의 통상 냉각을 실시하여 목표하는 권취온도(Coil Temperature, CT)를 확보하고 권취기에 두루마리 형태의 핫 코일(Hot Coil)로 권취된다.

이러한 과정에서 가열로에 의해 재가열된 슬라브의 표면에는 1차 스케일이 형성되며, 조압연기(2)에서 폭 압연 및 두께 압연이 완료된 바(S)가 사상압연기에 진입하기 위해 대기에 노출되어 이동함에 따라, 대기 중의 산소와 반응하여 2차 스케일을 형성한다. 스케일이 표면에 형성된 상태에서 바(S)를 압연시키는 경우, 스케일이 바(S) 표면에 압입되어 생산되는 스트립의 표면결함을 유발한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 바(S)의 표면에 형성된 스케일을 제거하는 방법으로 숏 피닝, 회전 브러쉬 등을 이용한 스케일 제거방법 등이 제시되었으나, 바(bar)의 표면에 직접 밀착되어 스케일을 제거하는 과정에서 표면결함을 유발하는 문제점이 있었다.

현재, 일반적으로 가장 많이 사용되는 스케일 제거방법은 압연소재와 직접적으로 접촉되지 않으면서 바(S)에 형성된 스케일을 제거할 수 있도록, 바(S)의 표면에 고압의 냉각수를 분사하여 스케일을 제거하는 스케일 제거장치(FCB, Finishing Scale Breaker; 4)를 사용하고 있다.

도 2는 스케일 제거장치를 통과한 바에 형성된 과냉각 영역을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스케일 제거장치(4)는 약 100 ~ 200 ㎏f/㎠의 고압 냉각수를 압연소재의 표면에 분사하여 급냉시킴으로써, 바(S)와 스케일 간의 열응력을 발생시켜 스케일에 수직크랙을 유발하여 제거한다.

그러나, 스케일을 제거하기 위해 바(S)의 표면에 고압의 냉각수를 분사하는 과정에서 바(S)의 폭 방향으로 냉각수가 중첩되어 분사되는 과냉각 영역(A)이 형성됨에 따라, 폭 방향으로 온도편차를 가진 상태에서 사상압연기(5) 및 런-아웃 테이블(7)을 커치면서 표면결함을 유발하는 문제점을 가지고 있었다.

특히, 런-아웃 테이블(7)에서 상온에 가깝게 냉각이 이루어지는 저온 권취재인 경우 과냉각 영역(A)에 분사된 냉각수가 스트립 표면에 남게되는 경우 스케일과 결합되어 새로운 스케일을 형성하여 귄취시 표면결함을 형성하는 문제점을 가지고 있었다.

종래 스케일 생성조건에 따라 디스케일링 충돌압을 시간 및 온도에 따라 순차적으로 제어하여 스케일을 완전히 제거하는 방법에 대해서는 "열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법 (공개특허 10-2004-0012083)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.

그러나, 바의 폭 방향으로 냉각수가 중첩되어 분사되는 과냉각 영역이 형성됨에 따라 표면결함을 유발하는 문제점을 여전히 가지고 있으며, 스트립의 과냉각 영역에 냉각수가 남아 새로운 스케일을 형성하여 표면결함을 생성하는 문제점을 해결하지 못하였다.

10-2004-0012083 (2004. 02. 11.)

본 발명은 스케일 제거장치를 통과한 바에 폭 방향으로 형성된 과냉각 영역이 바의 자체 열에 의해 복열되는 시간을 확보하여 사상압연기로 인입되는 바의 폭 방향 온도편차를 감소시킬 수 있는 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비를 제공한다.

또한, 바의 과냉각 영역이 복열되는 과정에서 바가 대기 중의 산소와 반응하여 산화되어 표면결함이 발생되는 것을 방지함으로써, 생산되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비는 조압연기, 에지히터, 스케일 제거장치 및 사상압연기가 순차적으로 배치된 열간 압연설비에 있어서, 상기 스케일 제거장치에서 바(bar)의 폭 방향으로 냉각수가 중첩되어 분사된 과냉각 영역이 상기 바의 자체 열에 의해 복열될 수 있도록 상기 스케일 제거장치 및 사상압연기 사이에 배치되면서 상기 바가 수용되는 내부공간이 형성된 복열 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복열 장치는, 상기 바가 수용되는 상기 내부공간이 형성되고, 상기 바의 진행 방향으로 전면과 후면에 각각 입구와 출구가 형성된 함체 형상의 바디; 및 상기 내부공간을 밀폐할 수 있도록 상기 입구 및 출구에 각각 승강 가능하게 설치된 한 쌍의 게이트;를 포함한다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시형태에 따른 상기 복열 장치는, 상기 바가 산소와 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있도록 상기 내부공간으로 비활성 가스를 공급할 수 있도록 상기 바디를 관통하여 설치된 가스 공급부;를 더 포함한다.

상기 가스 공급부는, 상기 내부공간에 수용된 상기 바가 냉각되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 내부공간으로 공급하는 비활성 가스를 가열하는 가스 가열히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.,

상기 복열 장치는, 상기 내부공간에 수용된 상기 바의 폭 방향 온도를 실시간으로 감지할 수 있도록 폭 방향으로 등 간격 이격되어 설치된 복수 개의 온도 감지센서; 및 각각의 상기 온도 감지센서로부터 수신된 상기 바의 폭 방향 온도가 사전에 설정된 기준온도 범위 미만인 경우 상기 내부공간으로 공급되는 가스의 온도를 높이고, 상기 기준온도 범위를 초과하는 경우 상기 내부공간으로 공급되는 가스의 온도를 낮추도록 상기 가스 가열히터에 작동신호를 전송하는 제어부를 더 포함한다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시형태에 따른 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비는 상기 내부공간으로 인입되는 상기 바의 두께를 감지할 수 있도록 상기 스케일 제거장치와 복열 장치 사이에 배치된 두께 감지센서;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 두께 감지센서에서 감지된 상기 바의 두께에 따라 상기 게이트의 승강 높이를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 사상압연기로 인입되는 바의 폭 방향 온도편차가 발생되는 것을 방지하도록 스케일 제거장치를 통과한 바의 과냉각 영역이 바의 자체 열에 의해 복열시켜 사상압연시 표면결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비를 제공한다.

또한, 스케일 제거장치에서 과냉각 영역이 발생된 바의 복열이 이루어지는 부분 가열장치 내부로 비활성 가스를 공급하여, 바의 과냉각 영역이 복열되는 과정에서 대기 중의 산소와 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

특히, 가스 가열히터를 이용하여 비활성 가스를 예열하여 공급함으로써, 과냉각 영역의 복열시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 열간 압연공정을 보여주는 개략도이고,
도 2는 스케일 제거장치를 통과한 바에 형성된 과냉각 영역을 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비를 보여주는 개략도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복열 장치를 설명하기 위한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비의 작동을 설명하기 위한 단면도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비를 보여주는 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비는 조압연기(2), 에지히터(3), 스케일 제거장치(4) 및 사상압연기(5)가 순차적으로 배치된 열간 압연설비에 있어서, 상기 스케일 제거장치(4)를 통과한 바(S)에 형성된 과냉각 영역(A)을 복열시켜 상기 바(S)의 폭 방향 온도편차를 최소화하여 상기 사상압연기(5)로 공급하는 복열 장치(10)를 포함한다.

과냉각 영역(A)은 상기 스케일 제거장치(4)에서 상기 바(S) 표면에 형성된 스케일을 제거하기 위해 분사되는 냉각수가 중첩되어 상기 바(S)의 폭 방향으로 주변에 비하여 냉각이 많이 발생된 부분으로 상기 복열 장치(10)는 상기 바의 과냉각 영역(A)이 자체 열에 의해 복열되는 시간을 확보하여 상기 바(S)의 폭 방향 온도편차를 감소시켜 상기 사상압연기(5) 방향으로 이동시킨다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복열 장치를 설명하기 위한 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 복열 장치(10)는 상기 바(S)가 인입, 인출되도록 상기 바(S)의 진행 방향으로 전면과 후면에 각각 입구(110) 및 출구(120)가 형성된 함체형상의 바디(100)와 상기 바디(100)에 형성된 내부공간(130)을 선택적으로 밀폐시킬 수 있도록 상기 입구(110) 및 출구(120)에 승강 가능하게 설치된 한 쌍의 게이트(200)를 포함한다.

이때, 상기 복열 장치(10)는 무산화 조건에서 상기 바(S)의 과냉각 영역(A)이 자체 열에 의해 복열될 수 있도록 상기 내부공간(130)으로 비활성 가스를 공급하는 가스 공급부(300)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 상기 바(S)의 과냉각 영역이 복열되는 과정에서 상기 바(S)가 대기 중의 산소와 반응하여 표면이 산화되는 것을 방지함으로써, 생산되는 제품이 표면 산화로 인하여 표면결함이 발생되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 복열 장치(10)는 상기 내부공간(130)으로 공급되는 비활성 가스를 예열시키는 가스 가열히터(310)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 바(S)의 산화를 방지하도록 상기 내부공간(130)으로 공급되는 비활성 가스에 의하여 상기 바(S)가 냉각되어 사상압연시 표면 결함이 발생되는 것을 방지함과 동시에 상기 바(S)의 복열 시간을 단축함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있기 때문이다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 복열 장치(10)는 상기 내부공간(130)에 수용된 상기 바(S)의 폭 방향 온도를 실시간으로 감지하는 복수 개의 온도 감지센서(400) 및 상기 온도 감지센서(400)에서 수신된 상기 바(S)의 온도편차에 따라 상기 게이트(200)에 작동신호를 전송하는 제어부(500)를 더 포함한다.

이때, 온도 감지센서(400)는 예를 들어 써미스터(Thermister), 열전대 온도센서 등이 사용될 수 있으며, 상기 온도 감지센서(400)는 전술된 실시예에 제시된 센서의 종류에 한정하지 않고, 상기 바(S)의 폭 방향 온도를 검지할 수 있는 다양한 방식의 온도 감지센서가 선택적으로 적용될 수 있다.

이때, 상기 제어부(500)는 사전에 기준 온도편차가 설정되어 상기 온도 감지센서(400)에서 수신된 상기 바(S)의 폭 방향 온도정보를 이용하여 계산된 상기 바(S)의 온도편차와 상기 기준 온도편차를 비교하여 상기 온도 감지센서(400)에서 수신된 상기 바(S)의 온도편차가 상기 기준 온도편차를 초과하는 경우 상기 내부공간(130)이 밀폐되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복열 장치(10)의 전단에 설치되어 상기 내부공간(130)으로 인입되는 상기 바(S)의 두께를 감지하는 두께 감지센서(600)를 더 포함하며, 상기 제어부(500)는 상기 두께 감지센서(600)로부터 수신된 상기 바(S)의 두께에 따라 상기 게이트(200)의 승강 높이를 제어하는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 상기 바(S)가 상기 내부공간(130)으로 인입 또는 인출시 상기 바(S)의 두께에 따라 상기 게이트(200)가 승강되는 정도를 제어함에 따라 상기 내부공간(130)에 공급된 비활성 가스가 외부로 배출되는 것을 최소화하여 생산비용을 절감하고 산소를 포함한 외기가 상기 내부공간(130)으로 유입되는 것을 방지하여 상기 바(S)가 산화되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 바(S)의 온도편차 정도 및 두께 등에 따라 과냉각 영역(A)의 복열시간이 다르기 때문에, 실시간으로 상기 바(S)의 폭 방향 온도를 측정하여 복열시간을 다르게 제어함으로써 상기 바(S)의 폭 방향 온도편차를 감소시켜 표면결함이 발생되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비의 작동관계에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

상기 가스 공급부(300)는 상기 가스 가열히터(310)에 의해 예열된 비활성 가스를 상기 내부공간(130)으로 공급하고, 비활성 가스로 충진된 상기 내부공간(130)으로 상기 스케일 제거장치(4)를 통과한 상기 바(S) 인입시, 상기 두께 감지센서(600)에서 상기 바(S)의 두께를 실시간으로 감지하여 상기 제어부(500)로 전송한다.

상기 제어부(500)는 상기 바(S)의 두께에 따라, 상기 입구(110)에 설치된 상기 게이트(200)에 작동신호를 전송하여 상기 입구(110)를 오픈하여 상기 바(S)를 상기 내부공간(130)으로 이동시킨다.

상기 바(S)는 상기 내부공간(130)에서 상기 바(S)의 자체 열에 의해 상기 스케일 제거장치(4)에서 과 냉각된 영역(A)이 복열되면서 이동되며, 상기 바디(100)에 상기 바(S)의 폭 방향으로 등간격 이격 설치된 복수 개의 상기 온도 감지센서(400)가 상기 바(S)의 폭 방향 온도를 감지하여 상기 제어부(500)로 전송한다.

상기 제어부(500)는 각각의 상기 온도 감지센서(400)로부터 수신된 온도로부터 상기 바(S)의 온도편차를 측정하여 사전에 설정된 상기 기준 온도편차와 비교하여 과냉각 영역(A)이 상기 바(S)의 자체 열에 의하여 상기 기준 온도편차 이하로 복열되면 상기 출구(120)에 설치된 상기 게이트(200)에 작동신호를 전송하여 상기 바(S)를 상기 사상압연기(5) 방향으로 이동시키고, 상기 바(S)의 인출이 완료되면 비활성 가스가 외부로 누출되지 않도록 상기 게이트(200)에 작동신호를 전송하여 상기 내부공간(130)을 밀폐한다.

이와 같은 과정은 열간 압연공정이 종료될 때까지 반복하여 연속적으로 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구번위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

S: 바 1: 가열로
2: 조압연기 3: 에지히터
4: 스케일 제거장치 5: 사상압연기
6: 라미나 플로우 7: 런-아웃 테이블
8: 권취기 10: 복열 장치
100: 바디 110: 입구
120: 출구 130: 내부공간
200: 게이트 300: 가스 공급부
310: 가스 가열히터 400: 온도 감지센서
500: 제어부 600: 두께 감지센서

Claims

스케일 제저장치가 구비된 열간 압연설비에 있어서,
상기 스케일 제거장치에서 바(bar)의 폭 방향으로 냉각수가 중첩되어 분사된 과냉각 영역이 상기 바의 자체 열에 의해 복열될 수 있도록, 상기 스케일 제거장치 후단에 배치되는 복열 장치를 포함하며,
상기 복열 장치는, 상기 바가 수용되는 내부공간이 형성되고, 상기 바의 진행 방향으로 전면과 후면에 각각 입구와 출구가 형성된 함체 형상의 바디와 상기 내부공간을 밀폐할 수 있도록 상기 입구 및 출구에 각각 승강 가능하게 설치된 한 쌍의 게이트 및 상기 바가 산소와 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있도록 상기 내부공간으로 비활성 가스를 공급할 수 있도록 상기 바디를 관통하여 설치된 가스 공급부를 포함하는 복열 장치;
상기 내부공간으로 인입되는 상기 바의 두께를 감지할 수 있도록 상기 스케일 제거장치와 복열 장치 사이에 배치된 두께 감지센서; 및
상기 두께 감지센서에서 감지된 상기 바의 두께에 따라 상기 게이트의 승강 높이를 제어하는 제어부;를 포함하는, 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비.
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청구항 1에 있어서,
상기 가스 공급부는,
상기 내부공간에 수용된 상기 바가 냉각되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 내부공간으로 공급하는 비활성 가스를 가열하는 가스 가열히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비.
청구항 1에 있어서,
상기 복열 장치는,
상기 내부공간에 수용된 상기 바의 폭 방향 온도를 실시간으로 감지할 수 있도록 폭 방향으로 등 간격 이격되어 설치된 복수 개의 온도 감지센서;를 더 포함하며,
상기 제어부는 각각의 상기 온도 감지센서로부터 수신된 상기 바의 폭 방향 온도가 사전에 설정된 기준온도 범위 미만인 경우 상기 내부공간으로 공급되는 가스의 온도를 높이고, 상기 기준온도 범위를 초과하는 경우 상기 내부공간으로 공급되는 가스의 온도를 낮추도록 상기 가스 가열히터에 작동신호를 전송하는 것을 특징으로 하는, 표면결함 방지기능을 갖는 열간 압연설비.
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