KR101532009B1 - H형강 압연라인의 수냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 H형강 압연라인의 수냉각장치로서, 더욱 상세하게는 다단 압연이 완료된 H형강을 효율적으로 냉각시켜 위치별 온도편차를 줄일 수 있도록 하는 H형강 압연라인의 수냉각장치에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예는 다단 압연공정 완료 후에 실시되는 H형강 압연라인의 수냉각장치로서, 열처리된 H형강을 냉각공정으로 운반하는 이송롤러와 상기 이송롤러에 배치되며 상기 H형강의 하부에 냉각수를 분사하는 하부노즐부와 상기 이송롤러의 상부 양측에 위치하며 상기 H형강의 플랜지에 냉각수를 분사하는 측면노즐부와 상기 측면노즐부의 상부에 위치하며 냉각수의 반출을 방지하는 측면커버 및 상기 측면커버와 결합되며 상기 H형강의 상부에 냉각수를 분사하는 상부노즐부를 포함하고, 상기 측면노즐부는 다단 블록으로 마련되되, 상기 다단 블록은 상단으로 갈수록 크기가 같거나 커지도록 형성 배치되고, 상기 H형강의 규격에 대응되도록 좌우 이동 및 탈착이 가능하며, 상기 상부노즐부는 냉각수의 분사 각도를 조절하도록 상기 측면노즐부와 연동되는 것을 포함하여 이루어진 것을 제공한다.

Description

H형강 압연라인의 수냉각장치{APPARATUS FOR WATER COOLING H-BEAM OF ROLLING LINE}

본 발명은 H형강 압연라인의 수냉각장치로서, 더욱 상세하게는 다단 압연이 완료된 H형강을 효율적으로 냉각시켜 위치별 온도편차를 줄일 수 있도록 하는 H형강 압연라인의 수냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 H형강은 구조용 강재로서 열간압연(熱間壓延)에 의해서 만들어진다. H형강 중앙의 가로부에 해당하는 부분을 웨브(web), 양쪽의 세로부에 해당하는 부분을 플랜지(flange)라고 한다.

H형강은 열간압연 공정에서 조압연, 중간압연, 사상압연기를 통해 순차적으로 압연된 후 냉각공정을 거쳐 출강된다.

H형강을 냉각하는 목적은, 냉각을 통해 강재의 조직변화를 유도하여 제품의 강도를 개선하고, 상온까지의 냉각 시간이 짧아지게 되므로 전체적인 냉각 대기를 줄이게 하여 생산속도를 높이기 위함이다.

연속 열간압연 공정에서 H형강을 생산할 때 가장 일반적인 냉각방법은 다단압연이 완료된 이후에 냉각을 실시하는 것이고, 이러한 냉각은 냉각수를 이용한 분사방법으로 이루어진다.

이와 같이, 냉각수를 이용하여 H형강을 냉각하면 제품의 강도가 개선된다.

따라서, 제품의 강도를 위해 합금성분을 조정하는 방법, 예컨대 망간(Mn)이나 바나듐(V) 등을 첨가하는 방법과 비교하여 원가절감을 이룰 수 있다.

한편, H형강의 경우, 플랜지와 웨브가 연결되는 부위의 두께가 상대적으로 두껍기 때문에 냉각이 어렵고, 반면에 플랜지의 끝단은 과냉되기 쉬워지므로, 전체적인 온도편차를 줄이면서 효과적으로 냉각할 수 있는 냉각수의 분사방법을 설정하기 곤란하다.

따라서, H형강은 플랜지와 웨브 간의 냉각 조건이 상이하여 각 부분간에 온도편차가 발생하고, 이러한 온도편차에 의해 굽어지거나 휘어지는 변형이 발생된다.

이러한 문제를 개선하고자 종래에는, 도 1에서 도시한 것과 같이, 이송부재(13)와 냉각수단(15)을 포함하는 수냉각장치(10)가 제시되었다.

종래의 수냉각장치(10)는 1차적으로 H형강(1)의 플랜지와 웨부가 연결되는 두꺼운 부위를 집중적으로 냉각한 후, 2차적으로 전체부위에 냉각수를 고루 분사하여 냉각편차를 줄이도록 하였다.

하지만, 종래 수냉각장치(10)는 설비가 구분되어 두 개의 공정을 거쳐야 하기 때문에 공간을 많이 차지하게 되는 단점이 발생하고, 2차적으로 전체 부위에 냉각수를 고루 분사하기 때문에 플랜지 끝단의 과냉각을 해결하기에는 한계가 있었다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 특개2005-238252호 (2005.09.08)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 H형강을 균일하게 냉각시켜 플랜지의 끝단에 과냉을 방지하고, 부위별 온도편차를 최소화하여 최종 제품의 품질 및 강도가 개선되도록 하는 H형강 압연라인의 수냉각장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 다단 압연공정 완료 후에 실시되는 H형강 압연라인의 수냉각장치로서, 열처리된 H형강을 냉각공정으로 운반하는 이송롤러와 상기 이송롤러에 배치되며 상기 H형강의 하부에 냉각수를 분사하는 하부노즐부와 상기 이송롤러의 상부 양측에 위치하며 상기 H형강의 플랜지에 냉각수를 분사하는 측면노즐부와 상기 측면노즐부의 상부에 위치하며 냉각수의 반출을 방지하는 측면커버 및 상기 측면커버와 결합되며 상기 H형강의 상부에 냉각수를 분사하는 상부노즐부를 포함하고, 상기 측면노즐부는 다단 블록으로 마련되되, 상기 다단 블록은 상단으로 갈수록 크기가 같거나 커지도록 형성 배치되고, 상기 H형강의 규격에 대응되도록 좌우 이동 및 탈착이 가능하며, 상기 상부노즐부는 냉각수의 분사 각도를 조절하도록 상기 측면노즐부와 연동되는 것을 포함하여 이루어진 것을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 측면노즐부는 상기 H형강을 기준으로 대칭되도록 배치되고, 냉각수의 유량이 상기 다단 블록별로 조정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 측면커버의 상부에 위치하여 냉각수의 반출이 방지되도록 구비되는 상부커버를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 하부노즐부의 하단은 냉각수의 분사 각도가 조절되도록 절곡 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 측면노즐부의 하부에 하나 이상의 하부중앙노즐부가 더 포함되고, 상기 하부중앙노즐부를 기준으로 상기 하부노즐부가 대칭되도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 측면노즐부는 다단 블록으로 설계되어 각 블록마다 공급되는 냉각수의 유량을 별도로 조정하여 분사할 수 있고, 각 블록 마다 다수의 노즐부재가 설치되어 구조의 단순화를 이루기 때문에 이동과 탈착이 용이하고 보수 및 정비가 간편하다.

그리고, 각 블록의 크기는 H형강의 규격에 따라 대응되도록 정할 수 있으며, 전체 블록이 H형강의 이송방향을 기준으로 좌우로 이동하므로, H형강의 너비에 따라 간격을 조정할 수 있다.

또한, 상부커버 및 측면커버의 구비로 인해, 냉각수의 분사작업이 특정 공간으로 구속되어 외부에서 작업중인 인력 또는 설비에 악영향을 미치는 요소를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래의 수냉각장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 H형강 압연라인의 수냉각장치를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 수냉각장치의 측면노즐부가 H형강의 규격에 따라 냉각수를 분사하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 수냉각장치의 측면노즐부와 상부노즐부의 연동관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 수냉각장치의 하부노즐부 및 하부중앙노즐부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 수냉각장치가 적용된 H형강의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 7의 냉각온도에 따른 H형강의 조직상태를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 H형강 압연라인의 수냉각장치를 나타낸 도면이다.

도 2에서 도시한 것과 같이, 본 발명에 따른 H형강(50) 압연라인의 수냉각장치(1000)는, 다단 압연공정 완료 후에 실시되는 H형강(50) 압연라인의 수냉각장치(1000)로서, 열처리된 H형강(50)을 냉각공정으로 운반하는 이송롤러(1100)와, 이송롤러(1100)에 배치되며 H형강(50)의 하부에 냉각수를 분사하는 하부노즐부(1200)가 구비된다.

또한, 이송롤러(1100)의 상부 양측에 위치하며 H형강(50)의 플랜지에 냉각수를 분사하는 측면노즐부(1300)와 측면노즐부(1300)의 상부에 위치하며 냉각수의 반출을 방지하는 측면커버(1400)가 마련되고, 측면커버(1400)와 결합되며 H형강(50)의 상부에 냉각수를 분사하는 상부노즐부(1500)를 포함한다.

본 실시예에 따른 수냉각장치(1000)의 구성에 있어서, 하부노즐부(1200)의 하단은 냉각수의 분사 각도가 조절되도록 절곡 형성되어 H형강(50)의 너비에 대응하도록 선택적인 방향제어가 구현가능하다.

또한, 측면커버(1400)의 상부에 위치하여 냉각수의 반출이 방지되도록 구비되는 상부커버(1700)를 더 포함할 수 있는데, 측면커버(1400) 및 상부커버(1700)의 구비로 인해, 냉각수의 분사작업이 특정 공간으로 구속되어 외부에서 작업중인 인력 또는 설비에 악영향을 미치는 요소를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

이때, 상부커버(1700)는 수냉각장치(1000)의 내부 환경의 원활한 개선을 구비되는 것으로서, 개폐가 선택적으로 구현가능한 종래의 기술이라면 다양하게 실시할 수 있다.

또한, 측면커버(1400)는 수냉각장치(1000)의 외부 작업자가 내부의 동작 상태를 육안으로 관찰할 수 있도록 전체가 투명한 소재로 형성되거나 또는 일측에 개폐식 투명창이 구비되어 내부 공기순환 및 관찰의 용도로 쓰일 수 있다.

도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 수냉각장치의 측면노즐부가 H형강의 규격에 따라 냉각수를 분사하는 모습을 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 수냉각장치(1000)의 측면노즐부(1300)는 H형강(50)을 기준으로 대칭되도록 배치되고, 냉각수의 유량이 다단 블록(미도시)별로 조정될 수 있다.

즉, 측면노즐부(1300)는 다단 블록으로 설계되어 각 블록마다 공급되는 냉각수의 유량을 별도로 조정하여 분사할 수 있고, 각 블록 마다 다수의 노즐부재(미도시)가 설치되어 구조의 단순화를 이루기 때문에 이동과 탈착이 용이하고 보수 및 정비가 간편하다.

도 3을 참고로 측면노즐부(1300)의 작동원리를 구체적으로 설명하자면, 이송롤러(1100)를 통해 H형강(50)이 냉각공정으로 진입하면, 측면노즐부(1300)의 각 다단 블록에 설치된 노즐부재에서 H형강(50)의 플랜지와 리부가 연결되는 양측의 두꺼운 부위로 냉각수가 집중 분사된다.

이때, 상대적으로 얇은 두께의 플랜지 및 웨브로는 이에 대응되도록 측면노즐부(1300)의 노즐부재가 위치하고, 플랜지와 리브가 연결되는 두꺼운 부위보다 상대적으로 유량이 조정되어, 결국 H형강(50)의 전체적으로는 그 두께에 맞게 균일한 냉각수가 분사되어 온도편차가 줄어든 냉각공정이 실시될 수 있다.

한편, 도 4에서 도시한 것과 같이, 상대적으로 규격이 큰 H형강(50a)이 이송롤러(1100)를 통해 냉각공정으로 진입된 경우, H형강(50a)의 플랜지와 웨브가 연결되는 부위의 변화가 불가피하므로, 이에 대응되도록 위치한 측면노즐부(1300)의 노즐부재에서는 집중적인 냉각수가 분사되고, 얇은 H형강(50a)의 플랜지 및 웨브로는 상대적으로 적은 유량의 냉각수가 분사됨은 물론이다.

도 5는 본 발명에 따른 수냉각장치의 측면노즐부와 상부노즐부의 연동관계를 나타낸 도면이다.

도 5에서 도시한 것과 같이, 본 실시예에 따른 측면노즐부(1300)는 다단 블록으로 마련되되, 다단 블록은 상단으로 갈수록 크기가 같거나 커지도록 형성 배치되고, H형강(50)의 규격에 대응되도록 좌우 이동 및 탈착이 가능하다.

여기서, 다단 블록이 상단으로 갈수록 크기가 같거나 커지도록 형성 배치됨은 적층되는 블록의 크기가 커질 수도 있고 하단 블록의 크기와 동일하게 배치할 수 있음을 뜻하는 바이며, 적층되는 상단 블록일수록 하단 블록의 크기보다 작지 않음으로 구현되는 것이 바람직하다.

한편, 상부노즐부(1500)는 냉각수의 분사 각도를 조절하도록 측면노즐부(1300)와 연동되는 것을 포함하여 이루어진다.

이때, 측면커버(1400)와 상부노즐부(1500)가 결합되어 측면노즐부(1300)의 상부에 위치하므로, 측면노즐부(1300)를 이동시키면서 상부노즐부(1500)의 각도를 선택적으로 조정할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 수냉각장치(1000)의 측면노즐부(1300)는 이송롤러(1100)를 통해 이동된 H형강(50)의 규격에 따라 대응할 수 있도록 이동 조정되고, 측면노즐부(1300)와의 연동으로 인해 상부노즐부(1500)는 냉각수의 분사 방향 또는 거리의 간격을 조정하여 균일하게 냉각수를 분사할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 수냉각장치의 하부노즐부 및 하부중앙노즐부를 나타낸 도면이다.

도 6에서와 같이, 이송롤러(1100)를 매개로 냉각공정으로 이동된 H형강(50b)에 있어서, 측면노즐부(1300)의 하부에 하나 이상의 하부중앙노즐부(1600)가 더 포함될 수 있다.

또한, 하부중앙노즐부(1600)를 기준으로 수냉각장치(1000)의 하부노즐부(1200)가 대칭되도록 배치될 수 있다.

이때, 이송롤러(1100)를 통해 냉각공정으로 이동된 H형강(50b)의 너비가 이전에 비해 상대적으로 커졌더라도 냉각수에 의한 급속 냉각의 온도편차가 없어야만 한다.

따라서, 작업자는 추가로 하부중앙노즐부(1600)를 배치시킬 수 있고, H형강(50b) 내측면을 균일하게 냉각시키기 위해 추가된 하부중앙노즐부(1600)를 기준으로 하여 하부노즐부(1200)가 대칭적으로 설치될 수 있다.

그리고, 앞서 언급했듯이, 하부노즐부(1200)의 하단이 절곡 형성되었으므로, 냉각수의 분사 각도를 간편하게 조절할 수 있어 H형강(50b)의 하부 내측면을 효율적으로 급속 냉각시킬 수 있다.

이때, 하부노즐부(1200)의 각도를 조정하기 위한 방법으로는 전기적인 장치를 통해 하부노즐부(1200)를 제어하는 방식 또는 작업자가 직접 원하는 분사 방향을 이루도록 구현하는 방식을 실시할 수 있는데, 어느 한 방식으로 한정하는 것은 아니며 수냉각장치(1000)의 설치 환경이나 또는 제품의 생산량에 맞추어 올바르게 실시하는 것이 바람직하다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 수냉각장치가 적용된 H형강의 온도변화를 나타낸 그래프이고, 도 8은 도 7의 냉각온도에 따른 H형강의 조직상태를 나타낸 도면인 바 이를 바탕으로 설명한다.

도 7에서 도시한 바와 같이, 가열로에서 1200~1250℃로 가열하여 추출된 H형강(50, 50a, 50b)은 조압연기와 중간압연기 및 사상압연기를 거치면서 열간압연이 행해지는데, 이때 압연온도는 850~1150℃이고, 사상압연기에서 최종 압연온도는 800~850℃이다.

그리고, 사상압연기에 의한 사상압연 후 최종 압연온도 800~850℃에서 본 실시예에 따른 수냉각장치(1000)를 통해 600~650℃까지 급속 냉각된다.

이때, 수냉각장치(1000)로 인한 H형강(50, 50a, 50b)의 온도변화 수치는 통상적인 일실시예로서, 본 실시예로 한정하려는 의도는 아니며, 반복 적용된 작업하에서의 평균적인 수치일 수 있다.

한편, H형강(50, 50a, 50b)은 도 8에서 도시한 것과 같이, 급속 냉각시에 A2 이상의 오스테나이트 영역에서 베이나이트 영역까지 급속 냉각된다.

또한, 급속 냉각시에는 미변태 오스테나이트와 베이나이트의 혼합조직이 이루어지는데, 급속 냉각이 완료되면 단단하고 인성이 강한 베이나이트 조직이 구현된다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, H형강(50, 50a, 50b)을 압연하는 다단 압연라인이 완료된 후에 H형강(50, 50a, 50b)의 플랜지 및 웨브별 위치에 따라 제어냉각을 하여 온도편차를 감소시킬 수 있다.

그리고, 급속 냉각으로 조직 미세화와 온도편차 감소로 H형강(50, 50a, 50b)의 냉각상 진입온도를 하강시켜 제품의 온도편차를 감소시킴으로써, H형강(50, 50a, 50b)의 품질과 강도를 높일 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1, 50: H형강 10, 1000: 수냉각장치
13: 이송부재 15: 냉각수단
1100: 이송롤러 1200: 하부노즐부
1300: 측면노즐부 1400: 측면커버
1500: 상부노즐부 1600: 하부중앙노즐부
1700: 상부커버

Claims (5)

1. 다단 압연공정 완료 후에 실시되는 H형강 압연라인의 수냉각장치로서,
   열처리된 H형강을 냉각공정으로 운반하는 이송롤러;
   상기 이송롤러에 배치되며 상기 H형강의 하부에 냉각수를 분사하는 하부노즐부;
   상기 이송롤러의 상부 양측에 위치하며 상기 H형강의 플랜지에 냉각수를 분사하는 측면노즐부;
   상기 측면노즐부의 상부에 위치하며 냉각수의 반출을 방지하는 측면커버; 및
   상기 측면커버와 결합되며 상기 H형강의 상부에 냉각수를 분사하는 상부노즐부;
   를 포함하고,
   상기 측면노즐부는 다단 블록으로 마련되되, 상기 다단 블록은 상단으로 갈수록 크기가 같거나 커지도록 형성 배치되고, 상기 H형강의 규격에 대응되도록 좌우 이동 및 탈착이 가능하며,
   상기 상부노즐부는 냉각수의 분사 각도를 조절하도록 상기 측면노즐부와 연동되며,
   상기 측면노즐부에서 분사되는 냉각수의 유량은 상기 다단 블록별로 조정되며, 상기 H형강의 플랜지와 웨브가 연결되는 부위에 대응하는 다단 블록에 위치한 측면 노즐부에서 분사되는 냉각수의 유량이, 다른 다단 블록에 위치한 측면 노즐부에서 분사되는 냉각수의 유량보다 많은 것을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 H형강 압연라인의 수냉각장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 측면노즐부는 상기 H형강을 기준으로 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 H형강 압연라인의 수냉각장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 측면커버의 상부에 위치하여 냉각수의 반출이 방지되도록 구비되는 상부커버를 더 포함하는 H형강 압연라인의 수냉각장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부노즐부의 하단은 냉각수의 분사 각도가 조절되도록 절곡 형성된 것을 특징으로 하는 H형강 압연라인의 수냉각장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 측면노즐부의 하부에 하나 이상의 하부중앙노즐부가 더 포함되고, 상기 하부중앙노즐부를 기준으로 상기 하부노즐부가 대칭되도록 배치된 것을 특징으로 하는 H형강 압연라인의 수냉각장치.

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