KR101594123B1 - 열연강판 제조방법 및 강판 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 강 슬라브를 열간압연한 후 열연강판을 냉각하는 열연강판 제조방법에 있어서, 상기 열연강판의 이동경로 상에 배치되어 상기 열연강판을 향해 냉매를 주수 가능한 냉각장치를 이용하여 공냉 또는 수냉을 통해 상기 열연강판을 냉각하되, 상기 열연강판의 탄소(C) 함유량에 따른 상변태 온도구간에서 상기 열연강판을 공냉시키는 공냉단계를 포함한다.

Description

열연강판 제조방법 및 강판 냉각장치{METHOD FOR MANUFACTURING HOT ROLLED STEEL SHEETS AND APPARATUS FOR COOLING STRIP}
본 발명은 열연강판 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강종에 따라 각각 적합한 주수패턴을 열연강판의 폭 방향 및 길이방향의 균일한 재질을 갖도록 냉각 가능하며, 각각의 상변태온도에서 공냉함으로써 변태팽창을 최소화 가능한 열연강판 제조방법 및 강판 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 열연강판은 연속주조에 의하여 제조된 슬라브(Slab)를 고온으로 재가열한뒤, 조압연, 사상압연 등의 열간 압연 과정을 거쳐 원하는 두께와 폭으로 제조된다. 이렇게 열간압연 과정을 거쳐 얻어지는 열연강판은 냉각구간이 런아웃테이블(ROT:Run Out Table)로 옮겨져 요구되는 품질에 따라 냉각이 가해진다.
런아웃테이블은 열연강판을 냉각하기 위한 수단으로서, 상하부에 냉각수를 분사할 수 있는 냉각설비를 구비하게 되는데, 열연강판은 런아웃테이블에서 분사되는 냉각수에 의해 냉각된다. 런아웃테이블은 열연강판을 적합한 온도에서 냉각시키는 냉각시스템이 배치되며, 복수의 온도계가 설치된다. 또한, 런아웃테이블은 각각의 분리된 부분을 통해 열연강판에 냉각수를 주수하는 수냉부와 공기로 강판을 냉각시키는 공냉부로 구성된다.
한편, 런아웃테이블 구간 주행 중, 열연강판의 상변태가 발생할 경우, 에지부가 센터부의 온도보다 낮아 상변태가 먼저 발생한다. 이 경우, 열연강판은 장력이 형성된 상태이므로 폭방향의 온도차에 의한 상변태에 의해 불균일 팽창이 발생하여 열연강판의 사행이 발생하는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2004-0051790호. 2004. 06. 19.
본 발명의 목적은 강종에 따라 다양한 냉각 주수패턴을 사용하여 열연강판의 결함을 방지하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 강종에 따른 상변태온도에서 공냉하여 변태팽창을 최소화하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 강 슬라브를 열간압연한 후 열연강판을 냉각하는 열연강판 제조방법에 있어서, 상기 열연강판의 이동경로 상에 배치되어 상기 열연강판을 향해 냉매를 주수 가능한 냉각장치를 이용하여 공냉 또는 수냉을 통해 상기 열연강판을 냉각하되, 상기 열연강판의 탄소(C) 함유량에 따른 상변태 온도구간에서 상기 열연강판을 공냉시키는 공냉단계를 포함한다.
상기 공냉단계는, 상기 열연강판을 750 ~ 780℃로 공냉시키는 단계이며, 상기 열연강판 제조방법은, 상기 공냉된 열연강판을 수냉하는 수냉단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수냉단계는, 상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각장치의 후단부부터 상기 냉매가 주수될 수 있다.
상기 열연강판 제조방법은, 상기 공냉단계 이전에 상기 열연강판을 720 ~ 740℃로 수냉시키는 제1 수냉단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열연강판 제조방법은, 상기 공냉단계 이후에 상기 열연강판을 수냉하는 제2 수냉단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 수냉단계는 상기 냉각장치의 전단부부터 상기 냉매가 주수되며, 상기 제2 수냉단계는 상기 냉각장치의 후단부부터 상기 냉매가 주수될 수 있다.
상기 열연강판 제조방법은, 상기 공냉단계 이전에 상기 열연강판을 650 ~ 670℃로 수냉하는 수냉단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 강판 냉각장치는, 일방향으로 진행하는 강판의 일측에 설치되고, 상기 강판의 진행방향을 따라 배치되어 냉각구간을 형성하며, 상기 강판을 향해 냉각수를 분사 가능한 복수의 분사노즐을 포함하되, 상기 냉각구간은 상기 냉각수가 분사되는 수냉구간 및 상기 냉각수가 분사되지 않는 공냉구간으로 구획되며, 상기 강판의 탄소 함량에 따라 상기 수냉구간 및 상기 공냉구간의 배치구조가 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 강종에 따라 각각 적합한 주수패턴을 이용하여 열연강판이 폭 방향 및 길이방향의 균일한 재질을 갖도록 열연강판을 냉각할 수 있으며, 각각의 상변태온도에서 공냉함으로써 변태팽창을 최소화할 수 있다. 따라서, 이로 인해 냉각공정을 통해 에지크랙 등의 열처리성 악영향을 방지하여 생산성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연설비를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 고탄소강의 냉각과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 저탄소강의 냉각과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 중탄소강의 냉각과정을 나타내는 도면이다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 이하, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해하기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시한다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연설비를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 열간압연공정은 가열로에서 가열된 슬라브를 조압연기(Roughing Mill)(도시안함)에서 폭 압연 및 두께 압연을 실시하여 바(Bar) 상태로 만든 이후, 사상압연기(Finishing Mill)(10)을 통해 최종 압연을 실시하여 원하는 두께(일반적으로 1.0 내지 20.0mm)의 스트립(Strip)(S) 형태로 만든다.
이렇게 사상압연기(10)에서 인출된 스트립(S)은 최종 제품으로의 재질 특성을 확보하고, 이후 스트립(S)을 권취하기 위한 권취 온도로 맞추기 위해 런아웃테이블(ROT;Run Out Table)(20)구간에서 냉각하는 과정을 거쳐 권취기(50)를 통해 권취된다. 런아웃테이블(20)에는 복수의 온도센서들(31, 33, 35), 상부냉각장치(42), 하부냉각장치(44) 및 복수의 라미나뱅크(Laminar bank)들(47)을 포함하는 냉각장치에 냉매를 공급하는 냉매공급라인(도시안함)에 설치되어 냉매주수량을 조절하는 밸브들(도시안함)이 구비될 수 있다.
예를 들어, 권취온도제어는 강종에 따라 목표 마무리압연온도(또는 냉각입측온도:FDT) 및 냉각출측온도(또는 목표권취온도:CT)를 설정하고, 그에 따라 FDT 및 DT를 조절한다. 이는, 목표 FET, 목표CT 및 목표 통판속도를 이용하여 공랭량을 계산하고 필요 수냉량을 산출한 후, 주수 뱅크 수를 결정한다. 수냉강하량의 계산방식에는 수냉열전달의 기본수직과 학습계수가 관여하여 산출되는 것으로 이는 공지된 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 열연강판 제조 시 열간마무리 압연온도는 약 900도이며, 수냉각 후 권취온도는 약 550 ~ 600도에서 권취기(50)를 통해 권취될 수 있다.
사상압연기(10)에서 압연된 스트립(S)은 런아웃테이블(20) 상에 이동되어 권취기(50)에 의해 감기도록 구성된다. 런아웃테이블(20) 입측에는 냉각 전의 강판의 온도를 측정하는 입측온도계(31)가 설치될 수 있고, 런아웃테이블(20) 출측에는 냉각된 후의 강판의 온도를 측정하는 출측온도계(35)가 설치될 수 있으며, 런아웃테이블(20)상에는 스트립(S)의 온도를 측정하는 복수의 중간온도계들(33)이 설치될 수 있다.
냉각장치는 런아웃테이블(20)을 중심으로 스트립(S)의 상부에 배치된 상부 냉각장치(42)와 스트립(S)의 하부에 배치된 하부 냉각장치(44) 및 냉매를 분사하는 복수의 라미나뱅크(Laminar bank)들(47)로 구성될 수 있다. 상부 및 하부 냉각장치(42, 44)는 스트립(S)에 냉각수를 분사하여 스트립(S)을 냉각시키는 수냉부와 공기로 열연강판을 냉각시키는 공냉부로 구성될 수 있다. 수냉부와 공냉부는 각각 라미나뱅크(47)로 분할될 수 있으며, 각각의 라미나뱅크(47)는 스트립(S)을 냉각하기 위한 주수량 및 분사범위를 각각 따로 제어가능하다.
냉각공정은 라미나 뱅크(47)를 통해 냉각수를 스트립(S)의 상면과 하면으로 균일하게 주수되도록 배치된 상기 냉각장치에 의해 수행된다. 냉각공정을 통하여 스트립(S)은 권취 온도로 냉각된다. 이러한 열연 스트립의 냉각공정은 강재의 기계적 성질을 만족시키기 위해서 실시하는 것으로 강재의 냉각을 통해 압연조직을 변태시켜 각 변태상과 그 분율을 일정하게 제어하여야만 한다.
이와 같은 냉각수의 주수에 의한 소재의 냉각은 스트립(S)의 온도차이에 따라 냉각차이가 나면서 스트립(S)의 상변태의 시간차가 발생하게 된다. 즉, 폭 방향의 온도 차이로 인해 온도가 낮은 쪽은 변태가 먼저 일어나서 그로 인해 체적이 팽창되므로 압축응력이 발생하고, 온도가 높은 쪽은 인장응력이 걸리게 되어 폭 방향으로 만곡형의 형상 불량일 발생할 수 있다.
또한, 스트립(S)의 탄소 함유량에 따라 상변태 온도가 상이하므로 고탄소강, 중탄소강 및 저탄소강에 따라 각각 다른 냉각과정을 수행하여 스트립(S)을 냉각함으로써 스트립의 중앙부와 에지부 간의 상변태 속도 차에 의한 불균일 팽창을 방지하여 런아웃테이블(20)에서의 주행성을 개선 가능한 열연강판 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시한 강판냉각장치의 작동과정을 나타내는 도면이다. 도 2는 고탄소강의 냉각과정을 나타내는 도면이다. 여기서 고탄소강은 탄소 함량이 중량%로 0.3% 이상인 강(Cr, Mo, V 등 합금 원소 첨가시 탄소 함량이 중량%로 0.15% 이상)인 강을 의미할 수 있다. 고탄소강을 열간압연을 거쳐 런아웃테이블(20)로 이송될 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 입측에 배치된 라미나뱅크(42a, 44a)부터 스트립(S1)의 이송방향을 향해 소정 개수의 라미나뱅크가 냉매를 분사('정방향 주수')하여 스트립(S1)의 온도를 650 내지 670도로 수냉한 후, 공냉하여 권취기(50)를 통해 권취될 수 있다. 상기 소정 개수의 라미나뱅크는 입측에 배치된 라미나뱅크(42a, 44a)부터 순차적으로 냉매를 분사할 수 있으며, 냉매를 분사하는 라미나뱅크의 수는 필요 주수량에 의해 결정될 수 있다.
고탄소강의 경우, 상변태가 600 내지 650도에서 활발히 이루어지므로 고탄소강의 상변태는 공냉상태에서 이루어진다. 따라서, 상변태속도를 늦추기 위해 냉각속도를 공냉(서냉)함으로써 변태팽창 및 변태 초소성(super plasticity:금속을 어떤 특정한 온도, 변형 조건하에서 인장변형할 경우, 국부적인 수축을 일으키지 않은 연성)에 의한 스트립(S1) 사행을 방지할 수 있다.
한편, 냉매는 냉각수 일 수 있으며, 스트립(S1)의 균일한 냉각과 동시에 냉각효과가 높고 비용이 저렴한 장점이 있다. 냉매를 기체로 할 경우, 국부 과냉을 유발할 수 있으며, 냉각면의 온도편차제어가 어려울 뿐만 아니라, 냉각시간이 장시간 소요되어 비효율적일 수 있다.
또한, 도 3은 저탄소강의 냉각과정을 나타내는 도면이다. 여기서, 저탄소강은 탄소 함량이 중량 %로 0.001%이상 0.2%미만인 강을 의미할 수 있다. 저탄소강을 열간압연을 거쳐 런아웃테이블(20)로 이송될 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 공냉을 먼저 수행한 후, 수냉을 수행한다.
저탄소강의 상변태는 약 800도에서 활발히 이루어지므로 약 750 내지 780도 범위로 공냉한 다음 냉각수를 분사하여 권취온도까지 급냉한다. 수냉은 출측에 배치된 라미나뱅크(42b, 44b)부터 스트립(S2)의 이송방향을 기준으로 반대방향을 향해 소정개수의 라미나뱅크가 냉매를 분사('역방향')하여 스트립(S2)의 온도를 권취온도까지 급냉한다. 상기 소정 개수의 라미나뱅크는 출측에 배치된 라미나뱅크(42b, 44b)부터 순차적으로 냉매를 분사할 수 있으며, 냉매를 분사하는 라미나뱅크의 수는 필요 주수량에 따라 결정될 수 있다.
따라서, 상변태온도에서 공냉함으로써 변태팽창 및 변태 초소성에 의한 스트립(S2 ) 사행을 방지할 수 있으며, 상변태가 완료된 후, 냉각수를 역방향 주수하여 스트립(S2)을 급냉함으로써 조밀한 재질을 확보하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 4는 중탄소강의 냉각과정을 나타내는 도면이다. 여기서, 중탄소강은 상기 저탄소강이나 상기 고탄소강에 포함되지 않는 강으로서, 탄소 함량이 중량%로 0.2%이상 0.3%미만인 강을 의미할 수 있다. 중탄소강을 열간압연을 거쳐 런아웃테이블(20)로 이송될 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 1차 수냉 후, 공냉 그리고, 2차 수냉을 통해 중탄소강을 냉각한다.
중탄소강의 상변태는 약 700도에서 활발히 이루어지므로 냉각수를 정방향 주수를 통해 약 720도로 1차 급냉한 후, 상변태는 공냉상태에서 이루어지도록 한다. 상변태가 완료된 이후, 다시 냉각수를 역방향으로 주수하여 권취온도까지 2차 급냉을 수행하여 스트립(S3)을 권취함으로써 중탄소강을 냉각한다. 냉매를 분사하는 라미나뱅크의 수는 필요 주수량에 따라 결정될 수 있다.
따라서, 1차 수냉 및 공냉, 그리고 2차 수냉을 혼합하여 중탄소강을 냉각함으로써 중탄소강의 상변태는 공냉에서 실시하여 변태팽창 및 변태 초소성을 미연에 방지하여 스트립(S3)의 사행을 방지할 수 있다. 또한, 중탄소강의 경우, 약 700도에서 상변태가 이루어짐으로써 정주수 후 공냉을 통해 상변태를 완료 후, 다시 역주수를 통해 급냉하여 스트립(S3)의 재질을 확보할 수 있다.
즉, 본 발명은 강종에 따라 각각 적합한 주수패턴을 이용하여 열연강판이 폭 방향 및 길이방향의 균일한 재질을 갖도록 상기 열연강판을 냉각할 수 있으며, 각각의 상변태온도에서 공냉함으로써 변태팽창을 최소화할 수 있다. 따라서, 이로 인해 냉각공정을 통해 에지크랙 등의 열처리성 악영향을 방지하여 생산성을 증대시킬 수 있다.
한편, 본 발명인 열연강판 냉각방법은 냉각장치(40)의 냉각수 주수패턴을 제어하여 스트립(S)의 냉각온도조절을 위해 냉각수의 주수량을 조절할 수 있다. 또한, 상부 및 하부에 배치된 냉각장치(42, 44)의 냉각수 온도를 조절할 수 있으며, 이 경우, 히팅장치(도시안함)가 더 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 스트립(S)의 두께 및 재질에 따라 냉각수의 주수 패턴은 다양하게 변환될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 설명한 열연강판 냉각방법은 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10 : 사상압연기 20 : 런아웃테이블
30 : 온도센서 42 : 상부냉각장치
44 : 하부냉각장치 50 : 권취기
S :스트립

Claims (8)

  1. 강 슬라브를 열간압연한 후 열연강판을 냉각하는 열연강판 제조방법에 있어서,
    상기 열연강판의 이동경로 상에 배치되어 상기 열연강판을 향해 냉매를 주수가능한 냉각장치를 이용하여 공냉 또는 수냉을 통해 상기 열연강판을 냉각하되,
    상기 열연강판의 탄소(C) 함유량에 따른 상변태 온도구간에서 상기 열연강판을 공냉시키는 공냉단계를 포함하고,
    상기 열연강판 제조방법은,
    상기 열연강판이 고탄소강인 경우, 상기 공냉단계 이전에 상기 열연강판을 650~670℃로 수냉하는 수냉단계를 더 포함하며,
    상기 열연강판이 중탄소강인 경우, 상기 공냉단계 이전에 상기 열연강판을 720~740℃로 수냉하는 제1 수냉단계 및 상기 공냉단계 이후에 상기 열연강판을 수냉하는 제2 수냉단계를 포함하고,
    상기 열연강판이 저탄소강인 경우, 상기 공냉단계에서 750~780℃로 공냉된 열연강판을 수냉하는 수냉단계를 더 포함하는, 열연강판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고탄소강은,
    중량%로, 0.3% 이상의 탄소(C)를 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연강판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중탄소강은,
    중량%로, 0,2% 이상, 0.3% 미만의 탄소(C)를 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연강판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저탄소강은,
    중량%로, 0.001% 이상, 0.2% 미만의 탄소(C)를 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연강판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수냉단계는,
    상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각장치의 후단부부터 상기 냉매가 주수되는, 열연강판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수냉단계는,
    상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각장치의 전단부부터 상기 냉매가 주수되며,
    상기 제2 수냉단계는,
    상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각장치의 후단부부터 상기 냉매가 주수되는, 열연강판 제조방법.
  7. 삭제
  8. 일방향으로 진행하는 열연강판의 일측에 설치되고, 상기 열연강판의 진행방향을 따라 배치되어 냉각구간을 형성하며, 상기 열연강판을 향해 냉각수를 분사 가능한 복수의 분사노즐을 포함하되,
    상기 냉각구간은 상기 냉각수가 분사되는 수냉구간 및 상기 냉각수가 분사되지 않는 공냉구간으로 구획되며,
    상기 열연강판의 탄소 함량에 따라 상기 수냉구간 및 상기 공냉구간의 배치구조가 결정되되,
    상기 열연강판이 고탄소강인 경우,
    상기 수냉구간은 상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각구간의 전단부에 배치되어 상기 열연강판을 650~670℃로 수냉하고, 상기 공냉구간은 상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각구간의 후단부에 배치되며,
    상기 열연강판이 중탄소강인 경우,
    상기 수냉구간은 제1 수냉공간 및 제2 수냉공간으로 구획되며, 상기 제1 수냉공간은 상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각구간의 전단부에 배치되어 상기 열연강판을 720~740℃로 수냉하고, 상기 제2 수냉공간은 상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각구간의 후단부에 배치되며, 상기 공냉구간은 상기 제1 수냉공간 및 상기 제2 수냉공간 사이에 배치되고,
    상기 열연강판이 저탄소강인 경우,
    상기 공냉구간은 상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각구간의 전단부에 배치되어 상기 열연강판을 750~780℃로 공냉하고, 상기 수냉구간은 상기 열연강판의 진행방향을 기준으로 상기 냉각구간의 전단부에 배치되는, 강판 냉각장치.
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