KR101699234B1 - 연속소둔로의 스트립 냉각 장치 및 냉각 방법 - Google Patents

연속소둔로의 스트립 냉각 장치 및 냉각 방법 Download PDF

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Abstract

스트립 냉각 및 건조 효율을 높일 수 있도록, 소둔로 후단의 냉각구간에 배치되고 내부에 냉각수가 수용되면서 스트립이 통과하는 적어도 하나 이상의 냉각수탱크, 및 상기 냉각수탱크에 수용된 냉각수와 열교환되어 냉각수의 온도를 낮추는 열교환기를 포함하는 연속소둔로의 스트립 냉각 장치를 제공한다.

Description

연속소둔로의 스트립 냉각 장치 및 냉각 방법{DEVICE AND METHOD FOR COOLING STRIP IN CONTINUOUS ANNEALING FURNACE}
연속소둔라인의 후단에 배치되어 스트립을 냉각하고 건조하기 위한 스트립 냉각 장치 및 냉각방법을 개시한다.
예를 들어, 냉간 압연된 스트립은 스트립 온도를 목표온도까지 가열하여 열간압연시 형성된 가공조직을 재결정시켜 내부응력을 제거하고 탈 스케일성을 향상시키기 위한 소둔공정을 거치게 된다.
연속소둔공정은 스트립이 연속적으로 진행되며 소둔이 이루어진다. 연속소둔공정의 소둔로 후단에는 소둔로를 통과한 스트립을 최종적으로 냉각하고 건조하기 위한 냉각장치가 구비된다. 냉각장치는 스트립 냉각과 건조를 위해, 두 개의 냉각수탱크를 포함하는 냉각구간(WCS;Water Cooling Section)와 스트립 건조를 위한 건조구간(dryer section)을 구비한다.
소둔로에서 가열된 고온(약 150℃)의 스트립은 냉각구간의 두 개의 냉각수탱크를 거치며 상온에 가까운 온도(약 70℃)로 냉각된다. 냉각수탱크 후단에는 스트립 표면에 묻은 냉각수를 제거하기 위한 건조구간이 배치된다. 건조구간은 스트립 표면에 고온의 에어를 분사하여 표면에 묻은 물기를 최종 건조시키게 된다.
연속소둔공정에서 냉각구간과 건조구간을 구성하는 냉각장치는 스트립의 두께와 폭이 클수록 그리고 라인 속도가 빨라질수록 냉각 및 건조에 있어 부하를 많이 받게 된다.
냉각구간에서 설계된 온도까지 스트립을 냉각시키지 못할 경우 불가피하게 라인 속도를 낮추거나 냉각수탱크의 냉각수 공급량을 늘려 냉각효율을 조정하게 된다. 또한, 건조구간에서 고온의 에어를 다량 사용해야 하므로 에너지의 소모량이 커지게 된다. 이에, 생산성이 떨어지고 냉연 공정 원가가 상승하는 문제가 있다.
스트립 냉각 및 건조 효율을 높일 수 있도록 된 연속소둔로의 스트립 냉각 장치 및 냉각 방법을 제공한다.
이를 위해 본 구현예의 냉각장치는,
소둔로 후단의 냉각구간에 배치되고 내부에 냉각수가 수용되면서 스트립이 통과하는 적어도 하나 이상의 냉각수탱크, 및 상기 냉각수탱크에 수용된 냉각수와 열교환되어 냉각수의 온도를 낮추는 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 냉각수탱크 내부에 설치되어 냉각수와 접하며 내부로 냉각매체가 이송하는 유로가 형성된 냉각자켓과, 상기 냉각자켓의 입구에 연결되는 냉매 공급관, 상기 냉매 공급관에 연결되어 냉매를 냉각자켓으로 공급하기 위한 공급펌프를 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 냉매로 상온의 공기를 공급하는 구조일 수 있다.
상기 냉각구간 후단의 스트립 건조구간에 배치되어 스트립 표면에 고온의 에어를 분사하는 에어분사노즐과, 상기 에어분사노즐로 고온의 에어를 공급하는 에어공급관, 상기 에어공급관에 연결설치되는 에어블로워, 상기 에어공급관 일측에 설치되어 에어분사노즐로 공급되는 에어를 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 상기 냉각자켓에서 냉각수와 열교환된 냉매를 상기 에어공급관으로 공급하는 구조일 수 있다.
상기 열교환기에 연결되어 상기 건조구간으로 공급되는 에어를 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.
상기 가열부는 상기 냉각자켓의 출구에 연결되고 상기 건조구간으로 연장되어 에어공급관 일측에 연통 설치되는 에어배관을 포함할 수 있다.
상기 에어배관 일측에 설치되어 에어배관을 개폐하는 개폐밸브를 더 포함할 수 있다.
본 구현예의 냉각방법은, 소둔로를 거친 스트립을 냉각수에 넣어 냉각하는 냉각 단계, 냉각된 스트립의 표면에 고온의 에어를 분사하여 냉각수를 제거하는 건조 단계, 상기 냉각 단계에서, 냉각수 내에 설치된 냉각자켓으로 냉매를 공급하여 열교환을 통해 냉각수의 온도를 낮추는 열교환 단계를 포함할 수 있다.
상기 열교환 단계에서, 상기 냉매는 상온의 공기일 수 있다.
상기 건조 단계는, 히터로 외기를 공급하여 가열하는 가열 단계, 가열된 고온의 에어를 스트립 표면에 분사하여 냉각수를 제거하는 분사 단계를 포함할 수 있다.
상기 건조 단계에서, 상기 냉각자켓을 거쳐 가열된 냉매를 상기 히터로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 의하면, 상온의 공기를 이용하여 냉각수의 온도를 낮춰 스트립 냉각효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 냉각수와 열교환된 고온의 공기를 스트립 건조에 이용함으로써, 스트립 건조용 에어 승온에 사용되는 에너지를 줄일 수 있게 된다.
이에, 스트립의 냉각불량을 방지하고, 냉연 공정 원가를 낮추며, 생산성을 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 연속소둔로의 스트립 냉각 장치 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 연속소둔로의 스트립 냉각장치의 개략적인 단면도이다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 연속소둔로의 후단에 배치된 스트립 냉각 장치의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.
상기한 도면에 의하면, 연속소둔라인의 소둔로 후단에는 냉각장치(100)가 배치되어 고온의 소둔로를 통과한 스트립(P)을 냉각하고 건조하게 된다. 상기 냉각장치는 소둔로를 거친 스트립(P)을 냉각시키기 위한 냉각 구간(10), 냉각 구간(10)을 거친 스트립(P)(150) 표면의 냉각수를 제거하기 위한 건조 구간(20)을 포함할 수 있다.
냉각 구간(10)은 두 개의 냉각수탱크(12)를 포함한다. 각 냉각수탱크(12)는 연속적으로 배치되며, 내부에는 스트립(P)을 냉각하기 위한 냉각수가 채워진다. 각 냉각수탱크(12)의 내측 하부에는 싱크롤(sink roll)(14)이 설치되어 스트립(P)을 이동가능하게 지지한다. 이에, 스트립(P)은 냉각수탱크(12)의 냉각수로 들어가 싱크롤(14)을 거쳐 냉각수탱크(12) 외부로 진행된다. 이 과정에서, 스트립(P)이 냉각수와 접하면서 냉각된다.
상기 냉각수탱크(12) 후단 상부에는 냉각수탱크(12)를 지나 수직으로 이동하는 스트립(P)의 표면에 묻은 냉각수를 제거하기 위한 건조 구간(20)이 배치된다.
건조 구간(20)은 스트립(P) 표면에 고온의 에어를 분사하여 냉각수를 건조시키기 위한 것으로, 스트립(P) 표면에 고온의 에어를 분사하는 에어분사노즐(22)과, 상기 에어분사노즐(22)로 고온의 에어를 공급하는 에어공급관(24), 상기 에어공급관(24)에 연결설치되는 에어블로워(26), 상기 에어공급관(24) 일측에 설치되어 에어분사노즐(22)로 공급되는 에어를 가열하는 히터(28)를 포함한다.
상기 히터(28)는 예를 들어, 고온의 스팀(steam)을 이용한 히터일 수 있다. 에어블로워(26)에 의해 대기 중의 공기는 에어공급관(24)으로 공급되고, 히터(28)를 거쳐 고온으로 가열된다. 히터(28)에 의해 가열된 고온의 공기는 에어분사노즐(22)을 통해 건조구간을 지나는 스트립(P) 표면에 분사되어 스트립(P) 표면에 묻은 냉각수를 건조시키게 된다.
이와 같이, 소둔로를 통과한 스트립(P)은 두 개의 냉각수탱크(12)를 지나면서 냉각된 후 건조 구간(20)을 지나면서 고온의 에어에 의해 표면에 묻은 냉각수가 건조 처리된다.
여기서, 상기 냉각장치(100)는 상기 냉각수탱크(12)에 수용된 냉각수와 열교환되어 냉각수의 온도를 낮추는 열교환기를 더 포함한다.
이에, 스트립(P)의 두께나 폭의 크기가 커져 냉각과 건조에 부하가 많이 걸린 경우에도 열교환기를 통해 냉각수의 온도를 충분히 낮춰 스트립(P)을 효율적으로 냉각 및 건조할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 열교환기는 냉각수탱크(12) 내부에 설치되어 냉각수와 접하며 내부로 냉각매체가 이송하는 유로가 형성된 냉각자켓(30)과, 상기 냉각자켓(30)의 입구에 연결되는 냉매 공급관(32), 상기 냉매 공급관(32)에 연결되어 냉매를 냉각자켓(30)으로 공급하기 위한 공급펌프(34)를 포함한다.
상기 냉매는 공기나 냉각수 등 다양한 냉각 유체가 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 열교환기는 냉매로 상온의 공기를 공급하는 구조일 수 있다. 냉매로 상온의 공기를 사용함으로써, 다른 냉매보다 공급이나 사용이 용이하며, 열교환된 공기를 스트립(P) 건조에도 사용할 수 있어, 보다 효과적이다.
상기 냉각자켓(30)은 각 냉각수탱크(12) 모두에 설치되거나, 또는 일측 냉각수탱크(12)에만 설치될 수 있다. 냉각자켓(30)은 냉각수탱크(12) 내부 측면 또는 바닥에 설치될 수 있다. 상기 냉각자켓(30)은 냉각수탱크(12)에 수용된 냉각수와 접하여 열교환가능하면 그 설치 위치에 있어서 다양하게 변형가능하다.
상기 냉매 공급관(32)은 냉각자켓(30)의 입구에 연결되고 냉각수탱크(12) 외부로 연장되어 냉각자켓(30)으로 대기 중의 공기를 공급한다. 상기 냉매 공급관(32)에 공급펌프(34)가 연결되어 공기를 강제 공급한다. 상기 냉매 공급관(32) 일측에는 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 필요시 냉매 공급관(32)을 개폐할 수 있다.
이와 같이, 상온의 공기를 냉각자켓(30)으로 공급함으로써, 냉각수탱크(12) 내에 수용된 냉각수와 냉각자켓(30) 간에 열교환이 이루어져 냉각수의 온도를 낮출 수 있게 된다. 따라서, 냉각수탱크(12) 내부에 냉각수를 추가 공급하거나 스트립(P) 이동 속도를 줄이지 않고서도 냉각 효율을 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 열교환기는 상기 냉각자켓(30)에서 냉각수와 열교환된 냉매를 상기 에어공급관(24)으로 공급하는 구조로 되어 있다.
이를 위해, 상기 냉각장치는 상기 열교환기에 연결되어 상기 건조구간으로 공급되는 에어를 가열하는 가열부를 더 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가열부는 상기 냉각자켓(30)의 출구에 연결되고 상기 건조구간으로 연장되어 에어공급관(24) 일측에 연통 설치되는 에어배관(36)을 포함한다. 상기 에어배관(36)의 일측에는 개폐밸브(38)가 설치되어, 필요에 따라 상기 에어배관(36)을 개폐하여 건조구간을 고온의 공기를 공급한다.
상기 에어배관(36)은 건조구간의 에어블로워(26)와 히터(28) 사이의 에어공급관(24) 일측에 연결된다.
이에, 냉각자켓(30)을 통해 냉각수와 열교환되어 온도가 높아진 공기가 에어배관(36)을 통해 에어공급관(24)으로 공급됨으로서, 히터(28)로 공급되는 공기의 온도를 높일 수 있게 된다. 즉, 에어블로워(26) 구동에 따라 에어공급관(24)으로 상온의 공기가 히터(28)로 공급되는 데, 이 과정에서 에어배관(36)을 통해 고온의 공기가 에어공급관(24)으로 유입됨으로써, 히터(28)로 공급되는 공기의 온도가 높아지게 된다.
따라서, 냉각수와 열교환된 고온의 공기를 히터(28)로 공급함으로써, 종래 상온의 공기만을 가열하는 경우와 비교하여 히터(28)의 부하를 줄이고, 공기를 승온시키는 데 소요되는 에너지를 절감할 수 있게 된다.
이하, 본 실시예의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
소둔로를 거쳐 열처리된 스트립(P)은 냉각 과정과 건조 과정을 거쳐 냉각 및 건조 처리된다. 스트립(P)은 냉각수 탱크(12)를 지나면서 냉각수탱크(12)에 수용된 냉각수에 접하여 냉각된다. 이 과정에서, 상기 냉각수냉크 내부에 담겨진 냉각수는 냉각자켓(30)과 열교환되어 냉각 온도를 적절하게 유지할 수 있다.
냉각수 탱크(12)를 지나면서 냉각된 스트립(P)은 상부로 이동되어 건조 과정을 거치게 된다. 히터(28)로 공급된 상온의 공기는 히터(28)를 거쳐 약 100℃로 승온된다. 승온된 고온의 공기는 스트립(P) 표면에 분사되어 스트립(P)에 묻은 냉각수를 건조시키게 된다.
본 실시예에서 상기 냉각자켓(30)을 거쳐 가열된 공기를 스트립(P) 건조에 이용함으로써, 공기 가열을 위한 부하를 낮출 수 있게 된다.
즉, 스트립(P) 냉각시 냉각자켓(30)으로 공급된 공기는 냉각수와의 열교환을 거쳐 고온으로 승온된다. 이렇게 승온된 공기는 에어배관(36)을 통해 히터(28)로 공급된다.
이와 같이 상온의 공기와 더불어 고온의 공기가 히터(28)로 공급됨으로써, 건조용 공기를 가열하는 데 소용되는 에너지를 최소화하면서도 고온의 공기를 제공할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 냉각 구간 12 : 냉각수 탱크
14 : 싱크롤 20 : 건조 구간
22 : 에어분사노즐 24 : 에어공급관
26 : 에어블로워 28 : 히터
30 : 냉각자켓 32 : 냉매 공급관
34 : 공급펌프 36 : 에어배관
38 : 개폐밸브

Claims (12)

  1. 소둔로 후단에 배치되어 소둔로를 거친 스트립을 냉각시키기 위한 냉각구간, 상기 냉각구간을 거친 스트립 표면에 고온의 에어를 분사하여 냉각수를 제거하기 위한 건조구간을 포함하고,
    상기 냉각구간에 배치되고 내부에 냉각수가 수용되면서 스트립이 통과하는 적어도 하나 이상의 냉각수탱크, 및 상기 냉각수탱크에 수용된 냉각수와 열교환되어 냉각수의 온도를 낮추는 열교환기를 포함하며,
    상기 열교환기는 냉각수와 열교환된 냉매를 상기 건조구간으로 공급하여 스트립 건조용 에어를 가열하는 구조의 연속소둔로의 스트립 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기는 냉각수탱크 내부에 설치되어 냉각수와 접하며 내부로 냉각매체가 이송하는 유로가 형성된 냉각자켓과, 상기 냉각자켓의 입구에 연결되는 냉매 공급관, 및 상기 냉매 공급관에 연결되어 냉매를 냉각자켓으로 공급하기 위한 공급펌프를 포함하는 연속소둔로의 스트립 냉각 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각구간 후단의 스트립 건조구간에 배치되어 스트립 표면에 고온의 에어를 분사하는 에어분사노즐과, 상기 에어분사노즐로 고온의 에어를 공급하는 에어공급관, 상기 에어공급관에 연결설치되는 에어블로워, 및 상기 에어공급관 일측에 설치되어 에어분사노즐로 공급되는 에어를 가열하는 히터를 더 포함하는 연속소둔로의 스트립 냉각 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기는 냉매로 상온의 공기를 공급하는 구조의 연속소둔로의 스트립 냉각 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 냉각자켓에서 냉각수와 열교환된 냉매를 상기 에어공급관으로 공급하는 구조의 연속소둔로의 스트립 냉각 장치.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 열교환기에 연결되어 상기 건조구간으로 공급되는 에어를 가열하는 가열부를 더 포함하는 연속소둔로의 스트립 냉각 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 냉각자켓의 출구에 연결되고 상기 건조구간으로 연장되어 건조 구간으로 에어를 공급하는 에어공급관 일측에 연통 설치되는 에어배관을 포함하는 연속소둔로의 스트립 냉각 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 에어배관 일측에 설치되어 에어배관을 개폐하는 개폐밸브를 더 포함하는 연속소둔로의 스트립 냉각 장치.
  9. 소둔로를 거친 스트립을 냉각수에 넣어 냉각하는 냉각 단계,
    냉각된 스트립의 표면에 고온의 에어를 분사하여 냉각수를 제거하는 건조 단계, 및
    상기 냉각 단계에서, 냉각수 내에 설치된 냉각자켓으로 냉매를 공급하여 열교환을 통해 냉각수의 온도를 낮추는 열교환 단계를 포함하고,
    상기 건조 단계는, 히터로 외기를 공급하여 가열하는 가열 단계, 가열된 고온의 에어를 스트립 표면에 분사하여 냉각수를 제거하는 분사 단계, 및 상기 냉각자켓을 거쳐 가열된 냉매를 상기 히터로 공급하는 단계를 포함하는 연속소둔로의 스트립 냉각 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열교환 단계에서, 상기 냉매는 상온의 공기인 연속소둔로의 스트립 냉각 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101867716B1 (ko) * 2016-12-13 2018-06-14 주식회사 포스코 냉각장치와 이를 사용하는 열처리장치 및 열처리방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5591945A (en) * 1978-12-29 1980-07-11 Nippon Steel Corp Method and equipment for cooling of steel strip in continuous annealing line

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