KR101513653B1 - 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 페이 오프 릴의 코일을 냉각하기 위한 장치 및 방법으로서, 페이 오프 릴의 출측에 위치하여, 되풀림되는 코일에 미스트를 분사하여, 코일의 온도를 하락시키는 미스트 블로우어; 및 페이 오프 릴의 출측에 위치하여, 코일에 에어를 분사하여, 코일에 분사된 미스트를 증발시키는 에어 블로우어를 포함하는 것을 특징으로 하여, 코일의 온도 저하로 인하여, 코일 되풀림시에 코일 브레이크 현상을 현저히 감소시키는 효과를 제공한다.

Description

페이 오프 릴의 코일 냉각 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COOLING COIL OF PAY OFF REEL}
본 발명은 열연 공정에 있어서, 페이 오프 릴(pay off reel)이 코일(coil)을 되풀림(uncoiling)할 때, 코일에 발생하는 코일 브레이크(coil break) 현상을 저감시키기 위하여, 페이 오프 릴의 출측의 코일을 냉각시키기 위한 장치에 관한 기술 분야이다.
도 1은 페이 오프 릴로부터 코일을 되풀고, 압연기 등을 통과시켜 다시 텐션 릴을 통하여 코일을 롤링하는 설비를 도시한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 페이 오프 릴(11)에 코일링(coiling)된 코일(1)은 열연 공정을 위하여, 압연 공정과 벤딩 공정 등을 거치는 과정에서, 페이 오프 릴(11)로부터 되풀림(uncoiling)되는 과정을 필수적으로 거치게 된다.
이 경우, 페이 오프 릴(11)에서 되풀림 되는 코일(1)은 코일 브레이크(coil break) 현상이 발생하게 된다.
도 2는 코일(1)을 되풀림할 때, 두께 내 항복점 연신부가 표면까지 돌출될 때 나타나는 표면 불균일 즉, 코일 브레이크(coil break)를 도시한 설명도이며, 도 3은 코일 브레이크(coil break) 현상을 도시한 코일(1)의 평면도이다.
코일 브레이크 현상은 항복점 연신으로 발생하는데, 항복점 연신은 전위가 이동할 때 침입형 원자인 C, N 등에 의해 생성된 코트렐(cottrell) 분위기가 파괴되었다가 재 분위기를 형성하는 일련의 반복적인 현상으로 발생한다.
도 4는 코일에 작용하는 변형(strain)에 따른, 응력(stress)을 도시한 strain 대 stress 그래프이다.
이러한 항복점 연신에 의한 코일 브레이크 현상을 저감하기 위하여, 현재까지 여러 개선 방안이 강구되었다.
전위이동 시 용질원소에 의한 코트렐(Cottrell) 분위기 형성을 억제하기 위하여 합금원소(Ti, Nb, B 등)을 첨가하여 용질원소를 석출, 코일 브레이크 현상을 저감하는 시도가 이루어졌다. 그러나, 합금원소 첨가 시 제조원가가 증가하고 합금원소에 의한 재질 차이 발생, 합금첨가강의 고온 압연 특성에 의한 압연 통판성 열위 등의 단점이 존재하였다.
또한, 용질 원소의 확산을 억제하기 위해 CT온도 하향설계도 시도하였으나, CT하향으로 인한 재질열위(EL하락, YP상승)가 문제가 되기 때문에 제한적인 범위 내에서 CT를 변경할 수 밖에 없는 문제점이 존재하였다.
코일(1) 되풀림시에 소재가 고온일 경우 용질원소의 확산계수 증가로 항복점연신 현상이 다발하게 된다. 이 때문에 곱쇠 민감재의 경우 소재냉각공기 및 소재온도를 기준범위 내에서 만족할 때 스킨(Skin) 작업을 실시하도록 되어 있다.
현재 CGL(Continuous Galvanizing Line)소재의 경우 소재냉각공기는 계절에 따라 72 내지 96시간, 소재온도는 50℃이하 일 때 작업하도록 기준에 명시되어 있다. 그러나, 하절기에는 코일 야드(Coil Yard)의 온도가 40℃이상까지 올라가기 때문에 소재의 온도를 관리하는데 어려움이 많았다.
또한 야드 확보의 어려움으로 2 내지 3일간 냉각된 소재 옆에 뜨거운 코일(1)이 적치되면 복사열에 의해 냉각된 소재가 다시 온도가 올라가는 등, 제한된 야드에서 소재온도를 50℃이하로 관리하는데 한계가 존재하였다.
상술한 바와 같이, 페이 오프 릴(11)로부터 되풀림되는 코일(1)에 발생하는 코일 브레이크 현상이 발생하는 문제점을 개선하기 위해 응용 가능한 종래 기술로는 "정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템(출원 번호 제10-2011-0132623호, 이하, '종래기술1'이라 한다.)"을 들 수 있다.
종래기술1은 페이 오프 릴에서 풀려나가는 열연코일의 두께와 핀치 롤을 통과한 측정값과 비교 보상하여 열연코일의 장력을 정확하게 조절하도록 함으로써, 작업 표준 설정 및 제품의 품질 향상을 이루도록 하는 정밀한 장력조절 기능을 갖는 조질 압연 시스템에 관한 것이나, 페이 오프 릴(170)에서 되풀림 되는 코일(1)은 여전히 코트렐(cottrell) 분위기가 파괴되었다가 재 분위기를 형성하는 일련의 반복적인 현상으로 발생으로 코일 브레이크 문제를 개선하기 힘든 문제점이 있었다.
또 다른 관련 기술로는 등록 실용 신안 "코일 풀림시의 곱쇠 결함방지장치(출원 번호 제20-1999-0025338호, 이하, '종래기술2'라 한다)"를 들 수 있다.
종래기술2는 페이 오프릴의 후방에서 코일의 표면에 연속적으로 헤머링 기능을 부여함으로써 스트립의 곱쇠 결함을 제거하는 기술이나, 이는 롤(45)의 코일(c)에의 가압으로 인하여, 코일(c)의 강제 연신이 발생하는 문제와, 코일(c) 표면 상에 발생할 수 있는 추가적인 스크레치, 그리고 롤(45)의 롤링(rolling) 구동 불량으로 인한 조업 중단이 발생하여 철강 제품의 생산 효율이 저하되는 문제점까지 야기하게 되었다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치 및 방법는 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 페이 오프 릴의 코일 되풀림 단계에서 코일 브레이크 현상을 감소시킬 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치 및 방법은 상기의 해결하고자 하는 과제를 위하여 다음과 같은 과제 해결 수단을 가진다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치는 페이 오프 릴의 코일을 냉각하기 위한 장치로서, 상기 페이 오프 릴의 출측에 위치하여, 되풀림되는 상기 코일에 미스트를 분사하여, 상기 코일의 온도를 하락시키는 미스트 블로우어; 및 상기 페이 오프 릴의 출측에 위치하여, 상기 코일에 에어를 분사하여, 상기 코일에 분사된 미스트를 증발시키니는 에어 블로우어를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치의 상기 미스트 블로우어는, 상기 미스트에 함유될 유체의 함량을 조절하는 유체 제어부; 및 상기 미스트에 함유될 기체의 함량을 조절하는 기체 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치의 상기 미스트 블로우어는, 상기 미스트를 구성하는 상기 유체와 상기 기체의 코릴레이션 데이터(correlation data)를 기초로, 상기 유체 제어부와 상기 기체 제어부는 상기 미스트에 함유될 유체와 기체를 각각 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치는, 상기 코일을 30도씨 이하로 감소시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 방법은 열연 공정시, 페이 오프 릴의 코일을 냉각하기 위한 방법으로서, (a) 페이 오프 릴로부터 되풀림되는 코일의 곱쇠 민감재 여부를 식별하는 단계; (b) 상기 페이 오프 릴로부터 되풀림되는 상기 코일의 온도를 센싱하는 단계; (c) 센싱한 상기 코일의 온도가 소정의 온도보다 큰 경우, 상기 코일에 미스트(mist)를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 방법의 상기 소정의 온도는, 50℃인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 방법은 상기 (c) 단계 후, 상기 미스트가 분사된 상기 코일에 에어를 분사하여, 상기 코일 표면 상에 잔존하는 미스트를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 방법의 상기 (c) 단계는, 상기 미스트를 구성하는 유체와 기체의 코릴레이션 데이터를 기초로, 상기 유체와 기체의 비율이 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 방법은 상기 (a) 단계 이전, 상기 코일이 곱쇠 민감재인지 여부를 센싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 코일의 온도를 냉각시켜, 침입형 원자들에 의한 코트렐 분위기를 방지하는 효과를 제공한다.
둘째, 코일의 온도 저하로 인하여, 코일 되풀림시에 코일 브레이크 현상을 현저히 감소시키는 효과를 제공한다.
셋째, 코일의 냉각시에 코일 표면에 이물질의 형성을 방지하여, 압연 등의 후속 공정에서 철강 제품의 품질을 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 페이 오프 릴로부터 코일을 되풀고, 압연기 등을 통과시켜 다시 텐션 릴을 통하여 코일을 롤링하는 설비를 도시한 개념도이다.
도 2는 코일을 되풀림(uncoiling)할 때, 두께 내 항복점 연신부가 표면까지 돌출될 때 나타나는 표면 불균일 즉, 코일 브레이크(coil break)를 도시한 설명도이다.
도 3은 코일 브레이크(coil break) 현상을 도시한 코일의 평면도이다.
도 4는 코일에 작용하는 변형(strain)에 따른, 응력(stress)을 도시한 strain 대 stress 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른, 코일 냉각 장치가 페이 오프 릴의 코일을 냉각시키는 것을 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른, 코일 냉각 장치의 미스트 블로우어를 구성하는 하위 구성들을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른, 코일 냉각 장치의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치 및 방법은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치 및 방법을 상세히 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명에 따른, 코일 냉각 장치가 페이 오프 릴의 코일을 냉각시키는 것을 도시한 측면도이다. 도 6은 본 발명에 따른, 코일 냉각 장치의 미스트 블로우어를 구성하는 하위 구성들을 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른, 코일 냉각 장치의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
본 발명에 따른, 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치는 미스트 블로우어(mist blower, 110); 및 에어 블로우어(air blower, 120)를 포함한다.
미스트 블로우어(110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 페이 오프 릴(11)의 출측 즉, 코일(1)이 되풀림되기 시작하는 부분에 위치하여, 되풀림 되는 코일(1)에 미스트를 분사하여, 이들 코일(1)의 온도를 하락시킨다.
미스트는 기체와 액체의 비율이 적절히 배합되어, 에어로졸과 같은 스프레이 형태로 이루어진다.
미스트에 포함된 액체는 코일(1)에 직접 접촉하면서, 코일(1)의 열을 빼앗고, 빠른 속도로 기화하면서, 코일(1)의 온도를 하락시켜, 코일(1)의 표면 온도를 30도씨 이하로 하락시켜, 상술한 바와 같이, 용질 원소의 확산 억제를 통하여 코일 브레이크의 원인이 되는 항복점 연신을 저감시키는 것이다.
미스트 블로우어(110)는 보다 구체적으로, 유체 제어부(111)와 기체 제어부(112)를 포함할 수 있다.
미스트에 포함된 기체와 액체는 도 6에 도시된 바와 같이, 이들 액체와 기체의 배합 비율에 대한 정보를 가지는 코릴레이션 데이터(커브 참조)를 가지고 있는데, 이러한 배합 비율은 단위 부피당 전체 미스트의 액체와 기체의 질량 비율은 반비례하는 관계에 있다.
현재 대기 상태의 온도, 습도와 소재의 온도를 측정 및 계산하여, 미스트 블로우어(110)의 액체와 기체의 비율을 적절히 조절하도록 이들 유체 제어부(111)와 기체 제어부(112)는 각각 액체와 기체의 비율을 제어한다.
에어 블로우어(120)는 역시, 페이 오프 릴(11)의 출측 즉, 코일(1)이 되풀림되는 구간에 배치된다. 다만, 에어 블로우어(120)는 미스트 블로우어(110)가 분사하여 코일(1)에 잔존하게되는 액체 성분을 완전히 기화시키기 위한 구성인바, 미스트 블로우어(110)와는 이격되어 위치되되, 코일(1)의 되풀림 과정이 조금 더 진행된 구간에 위치(도 5 참조)한다.
코일(1)에 잔존할 수 있는 미스트의 액체 성분은 미세 스케일 덩어리들을 흡착시켜 덩어리 형태로 뭉쳐지며, 이후 코일(1)의 재롤링 과정에서 코일 표면의 불균일 현상을 일으킬 수 있는바, 제거되어야하는 요소이다.
이에, 에어 블로우어(120)는 이들 잔존할 수 있는 코일(1) 표면 상의 액체 성분을 완전히 기화시키기 위한 것이다.이들 잔존할 수 있는 코일(1) 표면 상의 액체 성분을 완전히 기화시키기 위한 것이다.
이하에서는, 페이 오프 릴의 코일 냉각 장치를 이용한 방법에 대해서 상세히 설명한다.
먼저, 본 방법 발명은 열연 공정시, 페이 오프 릴의 코일을 냉각하기 위한 방법으로서, (a) 페이 오프 릴로부터 되풀림되는 코일의 곱쇠 민감재 여부를 식별하는 단계와 (b) 상기 페이 오프 릴로부터 되풀림되는 상기 코일의 온도를 센싱하는 단계 그리고, (c) 센싱한 상기 코일의 온도가 소정의 온도보다 큰 경우, 상기 코일에 미스트(mist)를 분사하는 단계를 포함한다.
먼저, (a) 단계에 있어서, 페이 오프 릴(11)로부터 되풀림되는 코일(1)의 소재가 되풀림시에 곱쇠 민감재 여부를 판단한다.
여기서, 곱쇠 민감재에 해당하지 않아서, 코일(1) 브레이크 현상이 발생하지 않는 경우에는 코일(1)에 소정의 조치를 취하지 않아도 되지만, 곱쇠 민감재에 해당하는 경우에는 코일(1)의 브레이크 현상 저감을 위하여, (b) 단계 이하의 절차가 수행된다.
이후, (b) 단계에서는 페이 오프 릴(11)로부터 되풀림되는 코일(1)의 온도를 센싱하고, 이러한 온도가 소정의 온도, 바람직하게는 50도씨 이상인 경우에는 코일(1)의 냉각이 필요한 상황인바, (c) 단계 이후의 조치를 취한다.
반대로, 코일(1)의 온도가 50도씨 이하인 경우에는 상술한 바와 같은, 코일(1)은 되풀림되는 과정에서 자연 냉각 현상으로 인하여, 코일(1) 브레이크 현상이 거의 일어나지 않게 된다.
만약, 코일(1)의 온도가 50도씨 이상인 경우에는, 페이 오프 릴(11)로부터 코일(1)의 되풀림이 시작되는 위치에서 코일(1)의 표면상에 액체와 기체가 혼합된 미스트(mist)를 분사하고, 코일(1)의 온도를 30도씨 이하로 냉각시키게 된다.
또한, 본 방법은 상술한 (c) 단계 후, 미스트가 분사된 코일에 에어를 분사하여, 코일(1) 표면 상에 잔존하는 미스트를 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
코일(1)의 표면 상에 미스트가 분사된 후, 표면 상에 액체가 잔존하는 상태로 열연 압연 공정으로 인입되는 경우에는, 이들 표면 상에 이물질 등이 흡착할 수 있고, 이에 따라 코일(1) 표면에 스크레치 등이 발생할 수 있는바, 잔존하는 액체를 완전 건조시킬 필요가 있는 것이다.
미스트에 포함된 기체와 액체는 도 6에 도시된 바와 같이, 이들 액체와 기체의 배합 비율에 대한 정보를 가지는 코릴레이션 데이터(커브 참조)를 가지고 있는데, 이러한 배합 비율은 단위 부피당 전체 미스트의 액체와 기체의 질량 비율은 반비례하는 관계에 있다.
본 방법 발명은 현재 대기 상태의 온도, 습도와 소재의 온도를 측정 및 계산하여, 액체와 기체의 비율을 적절히 조절하도록 제어한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 권리 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정되며, 특허 청구범위에 사용된 괄호는 선택적 한정을 위해 기재된 것이 아니라, 명확한 구성요소를 위해 사용되었으며, 괄호 내의 기재도 필수적 구성요소로 해석되어야 한다.
1: 코일(coil)
11: 페이 오프 릴(pay off reel)
12: 프레셔 롤(pressure roll)
13: 스트레이트너 롤(straightener roll)
14: 스킨 패스 밀(skin pass mill)
15: 전단기(shear)
16: 벤딩 롤
17: 텐션 릴(tension reel)
110: 미스트 블로우어(mist blower)
111: 유체 제어부
112: 기체 제어부
120: 에어 블로우어(air blower)

Claims (8)

  1. 페이 오프 릴의 코일을 냉각하기 위한 장치에 있어서,
    상기 페이 오프 릴의 출측에 위치하여, 되풀림되는 상기 코일에 미스트를 분사하여, 상기 코일의 온도를 하락시키는 미스트 블로우어; 및
    상기 페이 오프 릴의 출측에 위치하여, 상기 코일에 에어를 분사하여, 상기 코일에 분사된 미스트를 증발시키는 에어 블로우어를 포함하되,
    상기 미스트 블로우어는,
    상기 미스트에 함유될 유체의 함량을 조절하는 유체 제어부; 및
    상기 미스트에 함유될 기체의 함량을 조절하는 기체 제어부를 포함하고,
    상기 미스트 블로우어는,
    상기 미스트를 구성하는 상기 유체와 상기 기체의 코릴레이션 데이터(correlation data)를 기초로, 상기 유체 제어부와 상기 기체 제어부는 상기 미스트에 함유될 유체와 기체를 각각 제어하여, 상기 코일을 30도씨 이하로 감소시키는 것을 특징으로 하는 코일 냉각 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 열연 공정시, 페이 오프 릴의 코일을 냉각하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 페이 오프 릴로부터 되풀림되는 코일의 곱쇠 민감재 여부를 식별하는 단계;
    (b) 상기 페이 오프 릴로부터 되풀림되는 상기 코일의 온도를 센싱하는 단계;
    (c) 센싱한 상기 코일의 온도가 소정의 온도보다 큰 경우, 상기 코일에 미스트(mist)를 분사하는 단계; 및
    (e) 상기 미스트가 분사된 상기 코일에 에어를 분사하여, 상기 코일 표면 상에 잔존하는 미스트를 건조시키는 단계를 포함하되,
    상기 (c) 단계는,
    상기 미스트를 구성하는 유체와 기체의 코릴레이션 데이터를 기초로, 상기 유체와 기체의 비율이 제어되도록 하여, 상기 코일을 30도씨 이하로 냉각되도록 하는 것을 특징으로 하는 코일 냉각 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR860001269B1 (ko) * 1978-12-12 1986-09-04 브루스 벨리 샤논, 니겔 알란 찰스 강선인발장치
JP2006082115A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Nippon Steel Corp 厚鋼板の冷却方法
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