KR102065225B1 - 가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법 - Google Patents

가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 가열로의 가열온도 보상방법은, 고규소강 빌렛을 가열하는 가열로의 정상 작동 여부를 감지하는 감지단계; 및 상기 가열로의 비정상 작동이 감지되는 경우, 상기 가열로의 정상 작동시의 정상가열온도보다 더 높은 보상온도로 상기 가열로의 가열온도를 전환하는 보상단계를 포함할 수 있다.

Description

가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법{Apparatus and method for compensating heating temperature in heating furnace}
본 발명은 가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 스프링용 선재의 제조 시 가열로의 비정상 작동에 대응하여 적정 가열온도를 보상하는 방치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선재는 빌렛을 가열하고, 압연한 후 냉각하여 제조될 수 있다. 즉, 선재 제조 라인은 일방향을 따라 연장되어 구비되는 가열로, 압연장치 및 냉각장치를 구비할 수 있으며, 가열로를 통해 공급된 빌렛은 일련의 공정을 통해 선재로 제조될 수 있다. 압연부하 및 압연 후의 조직의 제어 등의 이유로 가열대에서는 일정 온도 이상의 가열온도로 빌렛을 가열할 수 있다. 가열로는 일반적으로 예열대, 가열대 및 추출대를 구비하며, 빌렛은 예열대, 가열대 및 추출대를 순차적으로 통과하여 이동함으로써 가열될 수 있다. 빌렛의 조성 또는 선재의 목표 물성 등에 따라 빌렛의 가열온도는 다양하게 적용 가능하나, 일반적으로 적용되는 빌렛의 가열온도는 약 1000~1150℃ 수준이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2000-0043776호(2000.07.15. 공개)
본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 가열온도 보상 장치는, 고규소강 빌렛을 가열하는 가열로; 상기 빌렛이 상기 가열로 내에 체류하는 체류시간을 감지하는 감지유닛; 및 상기 빌렛의 체류시간이 기준 체류시간을 초과하는 경우 상기 가열로의 가열온도를 1200℃ 이상의 보상온도로 전환 제어하는 제어유닛을 포함할 수 있다.
상기 가열로는 상기 빌렛의 진행방을 따라 순차적으로 구비되어 살기 빌렛을 가열하는 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 빌렛의 체류시간이 기준 체류시간을 초과하는 경우 상기 가열대 및 균열대의 가열온도를 각각 1200℃ 이상의 보상온도로 전환 제어할 수 있다.
상기 고규소강 빌렛은, 중량%로, C: 0.5~0.65%, Si: 1.2~2%, Mn: 0.5~0.8%, Ni: 0.1~0.4%, Cr: 0.5~0.8%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 가열온도 보상 방법은, 고규소강 빌렛을 가열하는 가열로의 정상 작동 여부를 감지하는 감지단계; 및 상기 가열로의 비정상 작동이 감지되는 경우, 상기 가열로의 정상 작동시의 정상가열온도보다 더 높은 보상온도로 상기 가열로의 가열온도를 전환하는 보상단계를 포함할 수 있다.
상기 감지단계는, 상기 빌렛이 상기 가열로 내에 체류하는 시간을 측정하는 측정단계; 및 상기 빌렛의 체류시간이 기준 체류시간을 초과하는 경우, 상기 가열로의 정상 작동여부를 비정상으로 판단하는 판단단계를 포함할 수 있다.
상기 보상온도는 1200℃ 이상일 수 있다.
상기 가열로는 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하며, 상기 가열로의 가열온도를 상기 보상온도로 전환한 경우, 상기 예열대, 가열대 및 균열대의 가열온도는 각각 1200℃ 이상일 수 있다.
상기 가열로의 가열온도를 상기 보상온도로 전환한 경우, 상기 가열로로부터 추출되는 상기 빌렛의 온도는 1200℃ 이상일 수 있다.
상기 가열로로부터 추출된 빌렛 표층부의 전탈탄층 깊이는 70㎛ 이하일 수 있다.
상기 고규소강 빌렛은, 중량%로, C: 0.5~0.65%, Si: 1.2~2%, Mn: 0.5~0.8%, Ni: 0.1~0.4%, Cr: 0.5~0.8%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법은, 가열로의 비정상 작동시 적정 보상온도로 빌렛의 가열온도를 보상하는바, 빌렛 표면의 전탈탄층 깊이를 효과적으로 제어하여 선재의 표면품질을 효과적으로 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가열로의 가열온도 보상 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가열로의 가열온도 보상 방법의 플로우차트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 2%의 Si을 함유하는 빌렛을 1100℃에서 2시간 가열한 후 냉각하여 표층부 단면을 촬영한 사진이다.
도 4는 2%의 Si를 함유하는 빌렛을 1200℃에서 2시간 가열한 후 냉각하여 표층부 단면을 촬영한 사진이다.
도 5는 FeO-SiO2의 상변태도이다.
도 6은 2%의 Si를 포함하는 각각의 시편에 대해, 가열온도 및 가열시간을 달리하여 모사실험을 진행한 후 각각의 시편의 표층부측 단면 조직을 촬영한 사진이다.
도 7은 도 6의 1150℃, 1200℃ 조건 및 45분, 100분 조건의 시편 사진을 확대한 사진이다.
본 발명은 가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
고규소강 선재, 특히 스프링용 선재의 경우, 최종 제품의 품질 확보를 위해 엄격한 표면품질의 보증이 요구되는 추세이다. 선재 제조 라인에 라인 장애 또는 특정 설비의 비가동이 발생하는 경우, 가열로 내의 빌렛은 장시간 가열로 내에서 체류하기 되며, 그에 따라 빌렛의 표면에 과도한 탈탄층이 형성되어 표면품질이 열위되는 문제가 발생한다. 일반적으로, 가열로 내에 빌렛이 장시간 체류하는 경우, 가열로의 가열 온도를 하향 조절하는 보열 기준을 적용하여 빌렛 표면의 탈탄층 형성을 억제하고자 한다. 이러한 보열 기준을 적용하더라도 탈탄층이 형성되는 것 자체를 방지할 수는 없으며, 가열로의 가열 온도가 지나치게 낮은 경우, 과도한 압연부가가 발생하거나 재승온에 과다한 비용과 시간이 소요되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 고규소강 선재 제조 라인에 라인 장애 또는 비가동이 발생하는 경우, 가열로의 보열 기준을 새롭게 적용하여 빌렛 표면 품질을 효과적으로 확보 가능한 가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가열로의 가열온도 보상 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 가열로의 가열온도 보상 장치(1)는, 일방향을 따라 이동하는 빌렛(5)을 가열 가능하도록 구비되는 가열로(10), 가열로(10) 내에서 빌렛(5)이 체류하는 시간을 감지 가능한 감지유닛(20) 및 감지유닛(20)의 감지 결과를 기초로 가열로(10)의 가열 온도를 제어하는 제어유닛(30)을 포함할 수 있다.
가열로(10)는 빌렛(5)의 이동 방향을 따라 로입구(10a), 장입대(10b), 예열대(10c), 가열대(10d) 및 균열대(10e)로 구분될 수 있다. 로입구(10a) 및 균열대(10e)에는 가열로(10) 내로 빌렛(5)이 장입되거나 가열로(10)로부터 빌렛(5)이 추출되는 장입구(14a) 및 추출구(14e)가 형성될 수 있다. 예열대(10c), 가열대(10d) 및 균열대(10e)에는 각각 예열대 가열부재(12c), 가열대 가열부재(12d) 및 균열대 가열부재(12e)가 구비될 수 있으며, 각각의 가열부재(12c, 12d, 12e)에서 발생되는 고열에 의해 빌렛(5)이 가열될 수 있다. 도 1에는 화염을 방출에 의해 고열을 발산하는 버너를 가열부재(12)로 도시하였으나, 이는 가열부재(12)의 일 예에 불과하며, 본 발명의 가열부재(12)는 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 가열부재(12)는 유도 전류에 의한 가열, 플라즈마에 의한 가열 등, 고열을 발산 가능한 모든 가열 방식을 포함할 수 있다.
감지유닛(20)은 장입구(14a)의 일측 및 추출구(14e)의 일측에 구비되어, 빌렛(5)이 가열로(10) 내에 체류하는 시간을 감지하는 제1 감지유닛(20a) 및 제2 감지유닛(20b)을 포함할 수 있다. 도 1에는 가열로(10)의 외부에 배치되는 제1 감지유닛(20a) 및 제2 감지유닛(20b)을 도시하였으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 가열로(10) 내부에 복수의 감지유닛(20)이 배치되는 경우 역시 본 발명의 범위에 포함될 수 있다. 다만, 고열에 의한 감지유닛(20)의 파손 등의 영향을 고려할 때, 본 발명의 감지유닛(20)의 가열로(10)의 외부에 배치되는 것이 보다 바람직 할 수 있다.
제어유닛(30)은 감지유닛(20) 및 가열부재(12)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 감지유닛(20)의 감지 결과에 따라 가열부재(12)를 제어할 수 있다. 가열로(10) 내에 빌렛(5)이 체류하는 시간(tr)이 기준 체류시간(ts)를 초과하는 경우, 선재 제조 라인에 라인 장애 또는 비가동이 발생한 것으로 판단하며, 그에 따라 가열로(10)의 가열온도를 1200℃ 이상의 보상온도(Tc)로 전환 제어할 수 있다. 특히, 가열대(10d) 및 균열대(10e)의 가열온도를 1200℃ 이상의 보상온도(Tc)로 전환 제어할 수 있으며, 그에 따라 추출구(14e)를 통해 배출되는 빌렛(5)의 온도는 1200℃ 이상일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가열로의 가열온도 보상 방법의 플로우차트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 가열로의 가열온도 보상 방법은, 가열로(10) 내에서의 빌렛(5)의 체류시간을 감지하여 가열로의 정상작동 여부를 감지하는 감지단계(S100) 및 가열로(10)의 비정상 작동이 감지되는 경우, 가열로(10)의 가열온도의 가열온도를 보상온도(Tc)로 전환하는 보상단계(S200)를 포함할 수 있다.
감지단계(S100)는 가열로(10) 내에서 빌렛(5)이 체류하는 시간(tr)을 측정하는 측정단계(S110) 및 빌렛(5)의 체류시간(tr)과 기준 체류시간(ts)을 비교하여 가열로(10) 내에 빌렛(5)이 비정상적으로 장시간 체류하는지 여부를 판단하는 판단단계(S120)를 포함할 수 있다. 기준 체류시간(ts)은 적용 강종 및 빌렛의 크기 등의 요소에 의해 다양하게 적용될 수 있으나, 적용 강종 및 빌렛의 크기 등의 요소가 동일한 경우, 동일한 기준으로 적용될 수 있다.
보상단계(S200)에서 적용되는 보상온도(Tc)는 정상작동시의 가열로(10) 가열온도보다 더 높은 온도일 수 있으며, 바람직하게는 1200℃, 더욱 바람직하게는 1250℃일 수 있다.
본 발명에서 대상으로 하는 강재는 그 대상을 특별히 제한하지 않는다. 다만, 고규소강 빌렛의 경우 표면 탈탄이 보다 용이하게 발생할 수 있으므로, Si: 1.2% 이상의 고규소강 빌렛에 본 발명이 보다 유리하게 적용될 수 있으며, 본 발명의 한 가지 구현례에 따르면 본 발명이 적용되는 고규소강 빌렛의 한가지 비제한적인 예로서, 중량%로, C: 0.5~0.65%, Si: 1.2~2%, Mn: 0.5~0.8%, Ni: 0.1~0.4%, Cr: 0.5~0.8%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스프링강 선재용 빌렛을 들 수 있으며, 이때 본 발명의 보상온도(Tc)가 적용된 빌렛(5) 표층부의 전탈탄층 깊이는 70㎛ 이하일 수 있다.
도 3은 2%의 Si을 함유하는 빌렛을 1100℃에서 2시간 가열한 후 냉각하여 표층부 단면을 촬영한 사진이며, 도 4는 2%의 Si를 함유하는 빌렛을 1200℃에서 2시간 가열한 후 냉각하여 표층부 단면을 촬영한 사진이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 2%의 Si를 함유하는 고규소강을 1100℃에서 2시간 가열한 경우, 모재의 표층부에 사진상 백색으로 구분되는 전탈탄층이 약 200㎛ 이상 형성되는 것을 확인할 수 있다. 반면, 2%의 Si를 함유하는 고규소강을 1200℃에서 2시간 가열한 도 4의 경우, 모재의 표층부에 전탈탄층이 거의 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이는 빌렛 표층부 스케일층의 fayalite가 액화되면 얇은 막을 형성하고, 액상화된 fayalite가 모재 표층부의 결정립계에 침투하여 모재의 탄소와 외부의 산소의 접촉을 차단하여 모재의 탈탄 현상을 방지하기 때문이다. 도 5는 FeO-SiO2의 상변태도이며, 도 5를 통해 약 1200℃ 부근의 온도에서 fayalite의 액상화가 개시됨을 확인할 수 있다.
도 6은 2%의 Si를 포함하는 각각의 시편에 대해, 가열온도 및 가열시간을 달리하여 모사실험을 진행한 후 각각의 시편의 표층부측 단면 조직을 촬영한 사진이며, 도 7은 도 6의 1150℃, 1200℃ 조건 및 45분, 100분 조건의 시편 사진을 확대한 사진이다. 아래의 표 1은 도 6의 각각의 시편의 전탈탄층 깊이를 측정한 결과이다.
구분 900℃ 950℃ 1000℃ 1050℃ 1100℃ 1150℃ 1200℃
45분 45㎛ 53㎛ 61㎛ 68㎛ 76㎛ 105㎛ -
65분 45㎛ 68㎛ 85㎛ 91㎛ 102㎛ 139㎛ -
100분 45㎛ 68㎛ 91㎛ 106㎛ 129㎛ 205㎛ -
200분 115㎛ 117㎛ 121㎛ 124㎛ 171㎛ 329㎛ -
도 6 및 표 1에서 나타난 바와 같이, 1200℃ 이상의 가열 온도에서는 가열 시간과 무관하게 전탈탄층이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 가열로의 보상온도(Tc)가 1200℃ 이상인 경우 스프링강 선재의 표면 결함을 효과적으로 방지할 수 있으며, 특히 70㎛ 미만의 전탈탄층 두께 보증 요건을 효과적으로 만족시킬 수 있다. 전탈탄층 두께 보증 요건을 보다 엄격하게 제어하는 경우, 가열로의 보상온도(Tc)는 1250℃ 이상일 수 있다. 다만, 경제성 및 조직의 과도한 조대화를 방지하기 위하여 본 발명의 보상온도(Tc)의 상한은 1300℃로 제한함이 바람직하다.
아래의 표 2는 가열로의 정상 가동 시 가열조건, 가열로의 비정상 가동 시 종래의 온도 보상조건 및 가열로의 비정상 가동 시 본 발명에 의한 온도 보상조건의 일 예를 비교한 표이다. 표 2의 빌렛 표면 불량 발생 여부는 전탈탄층 두께 70㎛를 기준으로 판단한 결과이다.
가열대 균열대 추출 온도 빌렛 표면 불량 발생
정상 가동 1110℃ 1100℃ 1050℃ X
종래 보상조건 1050℃ 950℃ 900℃
본 발명 보상조건 1240℃ 1250℃ 1230℃ X
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 온도 보상조건에 의한 경우, 빌렛 표면의 전탈탄층 깊이가 70㎛ 미만임을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법은, 과도한 압연 부하를 방지하고, 슬라브 재승온에 따른 경제성 및 생산성 저하를 방지함과 동시에, 스프링강 선재의 표면 품질을 효과적으로 확보 가능한 가열온도 보상 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
1: 가열로의 가열온도 보상 장치 5: 빌렛
10: 가열로 20: 감지유닛
30: 제어유닛

Claims (10)

  1. 중량%로, C: 0.5~0.65%, Si: 1.2~2%, Mn: 0.5~0.8%, Ni: 0.1~0.4%, Cr: 0.5~0.8%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고규소강 빌렛을 가열하는 가열로;
    상기 빌렛이 상기 가열로 내에 체류하는 체류시간을 감지하는 감지유닛; 및
    상기 빌렛의 체류시간이 기준 체류시간을 초과하는 경우, 상기 가열로의 가열온도를 1200℃ 이상의 보상온도로 전환 제어하는 제어유닛을 포함하되,
    상기 가열로는 상기 빌렛의 진행방향을 따라 순차적으로 구비되어 상기 빌렛을 가열하는 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하며,
    상기 제어유닛은 상기 빌렛의 체류시간이 기준 체류시간을 초과하는 경우 상기 예열대, 가열대 및 균열대의 가열온도를 각각 1200℃ 이상의 보상온도로 제어하는, 가열로의 가열온도 보상 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 중량%로, C: 0.5~0.65%, Si: 1.2~2%, Mn: 0.5~0.8%, Ni: 0.1~0.4%, Cr: 0.5~0.8%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고규소강 빌렛을 가열하는 가열로의 정상 작동 여부를 감지하는 감지단계; 및
    상기 가열로의 비정상 작동이 감지되는 경우, 상기 가열로의 정상 작동시의 정상가열온도보다 더 높은 보상온도로 상기 가열로의 가열온도를 전환하는 보상단계를 포함하되,
    상기 가열로는 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하며,
    상기 가열로의 가열온도를 상기 보상온도로 전환한 경우, 상기 예열대, 가열대 및 균열대의 가열온도는 각각 1200℃ 이상인, 가열로의 가열온도 보상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감지단계는,
    상기 빌렛이 상기 가열로 내에 체류하는 시간을 측정하는 측정단계; 및
    상기 빌렛의 체류시간이 기준 체류시간을 초과하는 경우, 상기 가열로의 정상 작동여부를 비정상으로 판단하는 판단단계를 포함하는, 가열로의 가열온도 보상 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서,
    상기 가열로의 가열온도를 상기 보상온도로 전환한 경우, 상기 가열로로부터 추출되는 상기 빌렛의 온도는 1200℃ 이상인, 가열로의 가열온도 보상 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 가열로로부터 추출된 빌렛 표층부의 전탈탄층 깊이는 70㎛ 이하인, 가열로의 가열온도 보상 방법.
  10. 삭제
KR1020170178921A 2017-12-24 2017-12-24 가열로의 가열온도 보상 장치 및 방법 KR102065225B1 (ko)

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