KR101564869B1

KR101564869B1 - 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 방법, 그 장치 및 냉연 어닐링 강판의 제조 방법

Info

Publication number: KR101564869B1
Application number: KR1020147029898A
Authority: KR
Inventors: 다카마사 후지이; 마사토 이리; 노부유키 사토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2015-10-30
Also published as: EP2837699A1; US20150076751A1; CN104220610B; CN104220610A; JPWO2013153790A1; US9657366B2; EP2837699A4; WO2013153790A1; JP5874818B2; EP2837699B1; KR20140139589A

Abstract

가열대 (1) 및/또는 상기 균열대의 분위기 가스의 일부를 흡출하여 열교환기 (9) 의 고온 가스 유로에 통과시켜 저온 가스 유로 내의 가스와의 열교환에 의해 강온시키고, 이어서 가스 냉각 장치 (10) 에 통과시켜 더욱 냉각시키고, 이어서 드라이어 (11) 로 -45 ℃ 이하의 노점까지 제습하고, 이어서 열교환기 (9) 의 저온 가스 유로에 통과시켜 상기 고온 가스 유로 내의 가스와의 열교환에 의해 승온시킨 후, 가열대 (1) 및/또는 상기 균열대로 되돌리고, 한편, 드라이어 (11) 로부터 열교환기 (9) 의 저온 가스 유로로 향하는 가스의 일부를 냉각대 (2) 로 되돌림으로써, 에너지 효율이 양호하고, -45 ℃ 이하의 저노점화를 달성할 수 있다.

Description

어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 방법, 그 장치 및 냉연 어닐링 강판의 제조 방법{METHOD FOR REDUCING DEW POINT OF ATMOSPHERE GAS IN ANNEALING FURNACE, APPARATUS FOR THE SAME AND METHOD FOR PRODUCING COLD-ROLLED AND ANNEALED STEEL SHEET}

본 발명은 연속 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 (dew point) 을 저감시키고, 도금 부착 (wettability) 이 양호한 강대를 유리하게 생산하는 분야에 속하며, 특히, 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 방법, 그 장치 및 냉연 어닐링 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

연속 어닐링로 내 분위기 가스의 노점을 -45 ℃ 이하로 함으로써, 어닐링 중인 강판 표면 Mn 산화물의 농화 (surface segregation of Mn) 의 억지가 가능해지고, 어닐링에 이어지는 아연 또는 아연 합금의 도금 부착성이 향상되는 것이 알려져 있다 (비특허문헌 1 참조).

한편, 연속 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 방법에 관한 종래 기술로서, 이하의 것을 들 수 있다.

A : 가열대 (heating zone) 또는 균열대 (soaking zone) 마다 노 외로부터의 새로운 저노점의 분위기 가스를 분배하여 공급하는 방법 (특허문헌 1 참조).

B : 노 내의 분위기 가스를 노 외에서 순환시키는 기구를 형성함으로써, 순환시키는 고온의 분위기 가스와 별도로 새롭게 노 내에 공급하는 실온의 저노점의 분위기 가스 사이에서 열교환시키는 방법 (특허문헌 2 참조).

C : 고온의 노 내 분위기 가스와 노 외에서 노점 저감 후의 분위기 가스를 열교환시키고, 또한 수분 흡착 필터로 노점을 저감시키는 방법 (특허문헌 3 참조).

일본 공개특허공보 2002-3953호 일본 공개특허공보 소62-290830호 일본 공개특허공보 평11-124622호

철과 강, 96-1 (2010), pp.11-20

상기 종래 기술 A 에서는, 고온의 노에 저온의 가스를 그대로 도입하기 때문에, 노 내의 강대 온도를 유지하기 위해 다대한 가열 에너지가 필요하고, 가스 온도의 제어를 할 수 없어, 에너지 효율이 현저히 나쁘다.

또, 상기 종래 기술 B 에서는, 별도로 새롭게 공급하는 저온의 가스의 노점이 낮아도, 다량으로 있는 노 내의 노점이 높은 분위기 가스에 혼합될 뿐이어서, 노 내의 분위기 가스의 노점 저감을 충분히 할 수 없다.

또, 상기 종래 기술 C 에서는, 특허문헌 3 에 기재된 바와 같이 제습 능력이 낮은 수분 흡착 필터에 의한 -30 ℃ 까지의 저노점화로서, 본원이 목적으로 하는 분위기 가스의 극저노점화 (-45 ℃ 이하) 가 불가능하고, 또 에너지 효율이 나쁘다. 즉, 종래의 연속 어닐링로 내 분위기를 저노점화하고자 하는 기술에서는, -45 ℃ 이하의 저노점화가 충분히 달성되지는 않고, 또, 에너지 효율이 현저히 나쁘다는 불리함을 초래하는 과제가 있었다.

발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토하였고, 그 결과, 어닐링로분위기 가스의 노점을 저감시키기 위한 노점 -45 ℃ 이하를 가능하게 하는 데시칸트 방식 혹은 컴프레서 방식 등의 드라이어와 순환 장치를 새롭게 형성함으로써 노점을 -45 ℃ 까지 저감시키면서, 또한 순환 장치 내에 열교환기를 부설하여 가스의 승온 및 냉각을 가능하게 하고, 노 내 가열대·냉각대로의 가스 유입 (가스 도입) 을 연구함으로써, 에너지 효율을 향상시키는 수단에 상도하여 본 발명을 달성하였다.

즉, 본 발명은 이하와 같다.

(1) 금속대판을 가열대, 냉각대에 순차적으로 통과시키거나, 혹은 가열대, 균열대, 냉각대에 순차적으로 통과시켜 환원 분위기 중에서 어닐링하는 연속 어닐링로에 있어서의 노 내 분위기 가스의 노점 저감 방법으로서,

저온 가스와 고온 가스를 열교환시키는 열교환기와, 가스를 냉각시키는 가스 냉각 장치와, 가스를 -45 ℃ 이하의 노점까지 제습하는 드라이어를 구비하는 순환 장치를 준비하는 단계 (a) 와,

상기 가열대 및/또는 상기 균열대의 분위기 가스의 일부를 흡출하는 단계 (b) 와,

이어서 상기 흡출한 일부의 분위기 가스를 상기 열교환기의 고온 가스 유로에 통과시켜 저온 가스 유로 내의 가스와의 열교환에 의해 강온시키는 단계 (c) 와,

이어서 상기 강온된 일부의 분위기 가스를 상기 가스 냉각 장치에 통과시켜 더욱 냉각시키는 단계 (d) 와,

이어서 상기 더욱 냉각된 일부의 분위기 가스를 상기 드라이어로 -45 ℃ 이하의 노점까지 제습하는 단계 (e) 와,

이어서 상기 제습된 일부의 분위기 가스를 상기 열교환기의 저온 가스 유로에 통과시켜 상기 고온 가스 유로 내의 가스와의 열교환에 의해 승온시키는 단계 (f) 와,

이어서 상기 승온된 일부의 분위기 가스를 상기 가열대 및/또는 상기 균열대로 되돌리는 단계 (g) 와,

상기 단계 (f) 및 상기 단계 (g) 의 실시와 병행하여, 상기 드라이어로부터 상기 열교환기의 저온 가스 유로로 향하는 가스의 일부를, 상기 열교환기를 통과시키지 않고 직접 상기 냉각대로 되돌리는 단계 (h) 를 포함하는 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 방법.

(2) 금속대판을 가열대 (1), 냉각대 (2) 에 순차적으로 통과시키거나, 혹은 가열대, 균열대, 냉각대에 순차적으로 통과시켜 환원 분위기 중에서 어닐링하는 연속 어닐링로에 있어서의 노 내 분위기 가스의 노점을 저감시키는 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 장치로서,

저온 가스와 고온 가스를 열교환시키는 열교환기 (9) 와, 가스를 냉각시키는 가스 냉각 장치 (10) 와, 가스를 -45 ℃ 이하의 노점까지 제습하는 드라이어 (11) 와, 가스 분배기 (13) 를 포함하는 가스 유로를 구비하고,

상기 가열대 (1) 및/또는 상기 균열대로부터 가스 유로 (15) 를 거쳐 상기 열교환기 (9) 의 고온 가스 유로에 유입되고, 상기 가스 냉각 장치 (10) 를 통하여, 상기 드라이어 (11) 에 이르는 가스 유로와,

상기 드라이어 (11) 로부터, 상기 가스 분배기 (13) 를 거쳐, 상기 열교환기 (9) 의 저온 가스 유로에 유입되고, 다시 상기 열교환기 (9) 로부터 상기 가열대 및/또는 상기 균열대로 되돌리는 가스 유로 (16) 와,

상기 드라이어 (11) 로부터 상기 열교환기 (9) 의 저온 가스 유로로 향하는 가스의 일부를, 상기 가스 분배기 (13) 를 거쳐 상기 열교환기 (9) 를 통과시키지 않고 직접 상기 냉각대로 되돌리는 가스 유로 (17) 를 구비하는 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 장치.

(3) 냉간 압연 강대를 연속 어닐링하는 냉연 어닐링 강판의 제조 방법으로서,

상기 연속 어닐링 중에, (1) 에 기재된 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 방법에 의해, 상기 연속 어닐링로에 있어서의 노 내 분위기 가스의 노점을 저감시키는 냉연 어닐링 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 상기 가열대 및/또는 상기 균열대의 분위기 가스의 일부를 흡출하여 상기 열교환기의 고온 가스 유로에 통과시켜 저온 가스 유로 내의 가스와의 열교환에 의해 강온시키고, 이어서 상기 가스 냉각 장치에 통과시켜 더욱 냉각시키고, 이어서 상기 드라이어로 -45 ℃ 이하의 노점까지 제습하고, 이어서 상기 열교환기의 저온 가스 유로에 통과시켜 상기 고온 가스 유로 내의 가스와의 열교환에 의해 승온시킨 후, 상기 가열대 및/또는 상기 균열대로 되돌리고, 한편, 상기 드라이어로부터 상기 열교환기의 저온 가스 유로로 향하는 가스의 일부를 상기 열교환기를 통과시키지 않고 직접 상기 냉각대로 되돌리는 것으로 했기 때문에, 어닐링로 내를 -45 ℃ 이하의 극저노점에 도달 가능하게 하고, 또한, 에너지 효율이 크게 향상된다는 효과를 나타낸다.

도 1 은 종래예 1 을 나타내는 개략도이다.
도 2 는 종래예 2 를 나타내는 개략도이다.
도 3 은 종래예 2 의 순환 계통을 나타내는 개략도이다.
도 4 는 비교예 1 을 나타내는 개략도이다.
도 5 는 비교예 1 의 순환 계통을 나타내는 개략도이다.
도 6 은 본 발명예를 나타내는 개략도이다.
도 7 은 본 발명예의 순환 계통을 나타내는 개략도이다.

냉간 압연 강대를 연속 어닐링하고, 이것에 이어서 아연 또는 아연 합금을 도금할 때, 어닐링로 내의 노점에 따라 도금의 부착성이 크게 좌우된다. 이 원인은, 강대 표면의 Mn 산화물의 존재량에 따른 것이 알려져 있으며, 노점이 -10 ℃ 전후이면, Mn 산화물은 강대 표면의 산화막의 내부에 존재하여 표면에는 거의 존재하지 않고, 노점이 -45 ℃ 이하이면, Mn 산화물은 거의 생성되지 않는다. 그 중간인 노점이 -35 ℃ 전후 (-15 ℃ ∼ -40 ℃) 인 경우, Mn 산화물이 강대 표면에 대량으로 생성되어 도금의 부착을 저해하는 것이다. 그래서, Mn 산화물의 강대 표면 농화 방지를 위해 극저노점을 달성하도록, -45 ℃ 이하의 노점을 가능하게 하는 드라이어를 부설한 순환 장치를 어닐링로에 새롭게 설치하는 것에 생각이 미쳤다.

여기서, 노 내로부터 순환 장치로 흡출되는 분위기 가스 (이후, 흡출 가스라고 칭한다) 와 순환 장치로부터 노 내로 도입되는 분위기 가스 (이후, 도입 가스라고 칭한다) 의 온도에 대하여 주목하였다. 어닐링로 내에서는 가열대, 균열대나 냉각대 등에 따라 구해지는 분위기 가스 온도가 상이하다. 요컨대, 흡출 가스는 드라이어에 들어가기 전에 가스 냉각 장치에 의해 실온 정도까지 냉각되고 드라이어에 의해 제습되고 다시 노 내에 도입되기 때문에, 가열대, 균열대 등 고온 영역에 그대로의 저온의 가스를 도입하면, 강대의 어닐링에 필요한 고온이 유지되지 않기 때문에, 순환 장치로부터의 도입 가스 온도를 올리는 것이 요구된다.

그래서, 본 발명자들은 노와 가스 냉각 장치 사이에 열교환기를 설치하는 방법을 채용하였다. 즉, 노의 가열대나 균열대로부터 흡출한 고온의 가스 (흡출 가스) 는 드라이어에 들어가기 전에 냉각 장치에 의해 냉각되기 때문에, 이 온도차에 의한 열에너지를 이용하면, 가스 냉각 장치에 의해 냉각되고 드라이어에 의해 제습된 가스를 다시 승온시킬 수 있게 되고, 그 가열 에너지는 가스 냉각 장치에 의해 버려진 열에너지이기 때문에, 에너지의 유효 활용이 가능해진다. 노의 가열대나 균열대로부터 흡출한 고온의 가스를 열교환기에 통과시키고, 그 후, 가스 냉각 장치에 의해 냉각시키고, 드라이어에 의해 제습하고, 다시 열교환기에 의해 승온시켜 노의 가열대나 균열대로 되돌리는 것이다.

또한, 노의 냉각대의 온도보다 가스 냉각 장치에 의한 냉각 후의 가스 온도가 낮기 때문에, 가스 냉각 장치에 의해 냉각되고 드라이어에 의해 제습된 가스의 일부를 열교환기를 통과시키지 않고 직접 냉각대로 되돌리면, 냉각대를 보다 저온 또한 저노점으로 할 수 있기 때문에, 에너지 효율이 더욱 양호해진다.

또한, 본 발명에서 사용하는 드라이어란, 특허문헌 3 에 제시되는 활성 알루미나로 이루어지고, 교대로 운전·휴지하는 수분 흡착 필터와 같은 제습 능력이 낮은 것이 아니라, 산화칼슘, 제올라이트, 실리카겔, 염화칼슘 등을 사용하여 연속적으로 제습하는 데시칸트 방식이나 대체 플론 등을 사용하는 컴프레서 방식 등의 강력한 제습 능력을 갖는 것인 편이 좋다.

실시예

가열대와 냉각대로 이루어지는 연속 어닐링로를 예로, 본 발명예, 비교예 및 종래예의 장치 구성과 가스 유로를 도 1 ∼ 도 7 에 나타낸다.

도 1 은 특허문헌 1 에 기재된 종래예 1 이며, 분위기 가스 공급 설비 (12) 로부터 가열대 (1) 및 냉각대 (2) 에 새로운 저온의 분위기 가스를 그대로 공급한다.

도 2 및 도 3 은, 특허문헌 2 에 기재된 종래예 2 이며, 냉각대 (2) 로부터 흡출한 가스를 유로 (15) 로부터 순환 장치 (8) 에 넣고, 열교환기 (9) 에 통과시켜 분위기 가스 공급 설비 (12) 로부터의 가스를 가열하여, 유로 (16) 로부터 냉각대 (2) 로 되돌린다. 또, 분위기 가스 공급 설비 (12) 로부터의 별도로 공급되는 새로운 저온의 분위기 가스는 열교환기 (9) 에 의해 가열되어, 분위기 가스 배관 (7) 으로부터 가열대 (1) 에 도입한다.

도 4 및 도 5 는 비교예 1 이며, 가열대 (1) 로부터 흡출한 가스를 유로 (15) 로부터 순환 장치 (8) 에 넣고, 열교환기 (9) 를 통과시켜 드라이어 (11) 에 의해 제습된 가스로 냉각시키고, 가스 냉각 장치 (10) 에 의해 더욱 냉각시킨 후, 드라이어 (11) 에 의해 제습하고, 다시 열교환기 (9) 를 통과시켜 가열대 (1) 로부터의 가스로 가열하여 유로 (16) 로부터 가열대 (1) 로 되돌린다.

도 6 및 도 7 은 본 발명예이며, 과제를 해결하기 위한 수단 (1), (2) 에 대응하며, 가열대 (1) 로부터 흡출한 가스를 유로 (15) 로부터 순환 장치 (8) 에 넣고, 열교환기 (9) 를 통과시켜 드라이어에 의해 제습 후의 가스로 냉각되고, 가스 냉각 장치 (10) 에 의해 더욱 냉각시킨 후, 드라이어 (11) 에 의해 제습하고, 가스 분배기 (13) 로 분배하고, 분배한 일방의 가스를 열교환기 (9) 에 통과시키고, 가열대 (1) 로부터의 가스로 가열하여 유로 (16) 로부터 가열대 (1) 로 되돌리고, 또, 분배한 나머지 저온의 가스를 유로 (17) 로부터 직접 냉각대 (2) 로 되돌린다.

이들 흡출 가스, 도입 가스의 조건을 여러 가지로 바꿔, 본 발명예, 종래예의 각 가스 유로를 따라 통과시킨 경우의 흡출 가스의 노점, 도입 가스의 노점, 그 사이에 배열된 에너지 어닐링 후의 강대의 도금 밀착 상태를 표 1 에 나타내었다. 본 표로부터 본 발명예 혹은 비교예인 No.1 내지 No.6 은, 종래예인 No.7 내지 No.10 에 비해, 어닐링로에 도입되는 가스의 노점이 목표인 -45 ℃ 보다 저온의 값으로 양호하고, 또한, 어닐링로 출측 (18) 바로 앞의 노 내의 노점도 -45 ℃ 보다 낮아 양호하다.

또, 연속 어닐링 후의 강대에 아연 합금 도금을 실시하여, JIS-H8504 (g) 테이프 시험 (tape test) 방법 (박리 시험 (chipping test) 방법) 에 의해 아연 합금 도금의 밀착 상태를 조사하였다. 그 결과, 본 발명예 혹은 비교예인 No.1 내지 No.6 은 밀착 상태가 강고하여 양호하였지만, 종래예인 No.7 내지 No.10 은 도금 결함 (coating defect) 이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 본 발명예인 No.4 내지 No.6 의 배열 에너지는, 비교예인 No. 1 내지 No.3 에 비해 거의 반감되어 있고, 종래예인 No.7 내지 No.10 에 비해 1/4 ∼ 1/10 으로 현저히 적어져, 본 발명예는 에너지 효율이 현저히 양호한 것을 알 수 있다.

1 : 가열대
2 : 냉각대
3 : 강대
4 : 롤
5 : 흡출구
6 : 도입구
7 : 분위기 가스 배관
8 : 순환 장치
9 : 열교환기
10 : 가스 냉각 장치
11 : 드라이어 (탈습 장치)
12 : 새로운 분위기 가스 공급 설비
13 : 가스 분배기
15 : 가열대로부터의 가스의 유로
16 : 가열대로 되돌리는 가스의 유로
17 : 냉각대로 되돌리는 가스의 유로
18 : 어닐링로 출측

Claims

금속대판을 가열대, 냉각대에 순차적으로 통과시키거나, 혹은 가열대, 균열대, 냉각대에 순차적으로 통과시켜 환원 분위기 중에서 어닐링하는 연속 어닐링로에 있어서의 노 내 분위기 가스의 노점 저감 방법으로서,
저온 가스와 고온 가스를 열교환시키는 열교환기와, 가스를 냉각시키는 가스 냉각 장치와, 가스를 -45 ℃ 이하의 노점까지 제습하는 드라이어를 구비하는 순환 장치를 준비하는 단계 (a) 와,
상기 가열대 및/또는 상기 균열대의 분위기 가스의 일부를 흡출하는 단계 (b) 와,
이어서 상기 흡출한 일부의 분위기 가스를 상기 열교환기의 고온 가스 유로에 통과시켜 저온 가스 유로 내의 가스와의 열교환에 의해 강온시키는 단계 (c) 와,
이어서 상기 강온된 일부의 분위기 가스를 상기 가스 냉각 장치에 통과시켜 더욱 냉각시키는 단계 (d) 와,
이어서 상기 더욱 냉각된 일부의 분위기 가스를 상기 드라이어로 -45 ℃ 이하의 노점까지 제습하는 단계 (e) 와,
이어서 상기 제습된 일부의 분위기 가스를 상기 열교환기의 저온 가스 유로에 통과시켜 상기 고온 가스 유로 내의 가스와의 열교환에 의해 승온시키는 단계 (f) 와,
이어서 상기 승온된 일부의 분위기 가스를 상기 가열대 및/또는 상기 균열대로 되돌리는 단계 (g) 와,
상기 단계 (f) 및 상기 단계 (g) 의 실시와 병행하여, 상기 드라이어로부터 상기 열교환기의 저온 가스 유로로 향하는 가스의 일부를, 상기 열교환기를 통과시키지 않고 직접 상기 냉각대로 되돌리는 단계 (h) 를 포함하는 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 방법.
금속대판을 가열대 (1), 냉각대 (2) 에 순차적으로 통과시키거나, 혹은 가열대, 균열대, 냉각대에 순차적으로 통과시켜 환원 분위기 중에서 어닐링하는 연속 어닐링로에 있어서의 노 내 분위기 가스의 노점을 저감시키는 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 장치로서,
저온 가스와 고온 가스를 열교환시키는 열교환기 (9) 와, 가스를 냉각시키는 가스 냉각 장치 (10) 와, 가스를 -45 ℃ 이하의 노점까지 제습하는 드라이어 (11) 와, 가스 분배기 (13) 를 포함하는 가스 유로를 구비하고,
상기 가열대 (1) 및/또는 상기 균열대로부터 가스 유로 (15) 를 거쳐 상기 열교환기 (9) 의 고온 가스 유로에 유입되고, 상기 가스 냉각 장치 (10) 를 통과시켜, 상기 드라이어 (11) 에 이르는 가스 유로와,
상기 드라이어 (11) 로부터, 상기 가스 분배기 (13) 를 거쳐, 상기 열교환기 (9) 의 저온 가스 유로에 유입되고, 다시 상기 열교환기 (9) 로부터 상기 가열대 및/또는 상기 균열대로 되돌리는 가스 유로 (16) 와,
상기 드라이어 (11) 로부터 상기 열교환기 (9) 의 저온 가스 유로로 향하는 가스의 일부를, 상기 가스 분배기 (13) 를 거쳐 상기 열교환기 (9) 를 통과시키지 않고 직접 상기 냉각대로 되돌리는 가스 유로 (17) 를 구비하는 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 장치.
냉간 압연 강대를 연속 어닐링하는 냉연 어닐링 강판의 제조 방법으로서,
상기 연속 어닐링 중에, 제 1 항에 기재된 어닐링로 내 분위기 가스의 노점 저감 방법에 의해, 상기 연속 어닐링로에 있어서의 노 내 분위기 가스의 노점을 저감시키는 냉연 어닐링 강판의 제조 방법.