KR102226160B1 - 강 스트립의 가열 또는 냉각 이후의 페라이트 상 분율의 판정 - Google Patents

강 스트립의 가열 또는 냉각 이후의 페라이트 상 분율의 판정 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 야금학적 시스템(metallurgical system)에서 강 스트립(steel strip)(2)의 가열 이후 또는 냉각시에 페라이트계 상 분율(ferritic phase fraction)(xα)을 판정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 상기 방법을 실행하기 위한 디바이스(device)에 관한 것이다. 본 발명에 의해 해결되는 문제점은, 강 스트립(2)에서의 페라이트 상 분율이 온라인(online)으로, 신속하게, 가능한 가장 단순한 수단으로 판정될 수 있는 방법에 관한 것이다. 이 문제점은, 하기 프로세스(process) 단계들을 포함하는 방법에 의해 해결된다: 강 스트립(2)의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 방법으로서, 상기 방법은:
- 강 스트립(2)의 폭(w1) 및 온도(T1)를 측정하는 단계로서, 상기 강 스트립(2)은 측정 중 페라이트계 상 분율(xα1)을 갖는, 단계:
- 강 스트립(2)의 가열 또는 냉각 단계로서, 페라이트계 상태(ferritic state)(α)로부터 오스테나이트계 상태(austenitic state)(γ)로의 상 전이(phase conversion)(α→γ)가 가열 중 강 스트립(2)에서 적어도 부분적으로 발생하며, 오스테나이트계 상태(γ)로부터 페라이트계 상태(α)로의 상 전이가 냉각 중 적어도 부분적으로 발생하는, 단계;
- 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립(2)의 폭(w) 및 온도(T)를 측정하는 단계; 및
- 식(I)을 통해 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 단계를 포함하며,
Figure 112015106953262-pct00025
(I)
여기서,
T0는 기준 온도이며,
αα 및 αγ는 페라이트 및 오스테나이트의 선형 열팽창계수(linear coefficient of thermal expansion)들이다.

Description

강 스트립의 가열 또는 냉각 이후의 페라이트 상 분율의 판정 {DETERMINING THE FERRITE PHASE FRACTION AFTER HEATING OR COOLING OF A STEEL STRIP}
본 발명은, 야금학적 시스템(metallurgical system), 이를테면 어닐링 장치(annealer) 또는 냉각 존(cooling zone)에서 강 스트립(steel strip)의 가열 또는 냉각 후에 페라이트계 상 분율(ferritic phase fraction)(xα)을 판정하는 방법 및 판정하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 이 방법을 실행하기 위한 디바이스(device)에 관한 것이다.
종래 기술에 공지된 방법은, 바크하우젠 잡음(Barkhausen noise)으로서 공지된 것을 이용하거나 자기 이력현상(magnetic hysteresis)을 측정함으로써 강 스트립의 상 분율들을 판정하는 것이다. 공지된 다른 방법은, 샘플(sample)을 취하는 단계, 샘플을 준비하는 단계 및 준비된 샘플의 야금학적 해석 단계들을 포함하는 사후 분석 해석(post-mortem analysis)으로서 공지된 것을 이용하여 강 스트립의 상 분율들을 판정하는 것이다. 사후 분석 해석은 냉각 또는 가열 존(zone)에서 존재하는 프로세스(process) 조건들에 대한 결론들을 간접적으로(즉, 조직(structure)을 통해) 도출하는 것을 가능케 한다.
바크하우젠 잡음을 측정하거나 자기 이력현상을 측정하는 것의 문제점은, 측정 헤드(head)가 스트립에 매우 근접하게 이동되어야 한다는 것이다. 또한 야금학적 시스템에서 종종 존재하지 않는 추가의 측정 디바이스들이 필수이다. 이는, 장치(apparatus) 및 담당자(personnel)의 상당한 추가 경비(outlay)를 유발한다.
사후 분석 해석의 문제점은, 구체화된 조직의 필요한 특징들에 도달하는 것에 대한 결론들이 단지 강 스트립의 제조 후에 장시간 후에 도출된다는 것이다. 사후 분석 해석 중 장시간 지연은, 강 스트립의 제조 중 과도적 상태(transient condition)들, 예컨대 레이들(ladle)의 교체로 인해 주조 속도가 감소되는 상태에 대한 조절된 밸런싱(balancing)을 위해서 사용될 수 없음을 의미하며, 이는 연속 주조 시스템(continuous casting system)에서 냉각 존을 통한 강 스트립의 처리량 속도(throughput speed)의 감소를 동반한다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 문제점들을 극복하고 강 스트립의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율을 판정하는 방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 장치를 특정하는 것이며, 이와 함께 페라이트계 상 분율은,
- 온라인(online)으로, 즉 진행중인 작업의 중단 없이
- 신속하게, 즉, 측정 및 평가를 위해 단시간 내에
- 가능한 가장 단순한 수단으로, 즉, 고가의 측정 디바이스들 없이
- 복잡한 평가 없이, 그리고
- 충분한 고정밀도로 판정될 수 있다.
이 목적은, 제 1 항에서 청구되는 바와 같은 강 스트립의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 방법에 의해 성취된다. 실시예의 유리한 형태들은, 독립항들의 요지이다.
구체적으로 말해서, 상기 방법은, 하기 방법 단계들을 갖는다:
- 강 스트립의 폭(w1) 및 온도(T1)를 측정하는 단계로서, 상기 강 스트립은 측정 중 페라이트계 상 분율(xα1)을 갖는, 단계:
- 강 스트립의 가열 또는 냉각 단계로서, 페라이트계 상태(ferritic state)(α)로부터 오스테나이트계 상태(austenitic state)(γ)로의 상 전이(phase conversion)(α→γ)가 가열 중 강 스트립에서 적어도 부분적으로 발생하며, 오스테나이트계 상태(γ)로부터 페라이트계 상태(α)로의 상 전이가 냉각 중 강 스트립(2)에서 적어도 부분적으로 발생하는, 단계;
- 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립의 폭(w) 및 온도(T)를 측정하는 단계; 및
- 하기 식을 통해 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 단계를 포함하며,
Figure 112015106953262-pct00001
여기서,
T0는 기준 온도이며,
αα및αγ는 페라이트(ferrite) 및 오스테나이트(austenite)의 선형 열팽창 계수(linear coefficient of thermal expansion)들임.
이 경우에-전형적으로, 열간 압연기에서 강 스트립의 오스테나이트계 마무리 압연(finish rolling)[여기서, 강 스트립은 마지막 압연 패스(rolling pass) 동안 마지막 롤 스탠드(roll stand)에서 전체적으로 오스테나이트계 조직(austenitic structure)을 가짐] 직후에 또는 강 스트립의 냉각[여기서, 냉각 이후의 강 스트립은 전체적으로 페라이트계 조직(ferritic structure)을 가짐] 직후에-, 강 스트립의 폭(w1) 및 온도(T1)가 측정되며, 여기서 강 스트립은 페라이트계 상 분율(xα1)을 갖는다. 이러한 페라이트계 상 분율(xα1)은 프로세스(process) 관리로부터 충분히 주지되거나(예컨대, 오스테나이트 마무리 압연 후 xα1=0) 종래 기술에 따른 상 분율들을 판정하는 방법들에 의해 한번 판정된다. 폭(w1) 및 온도(T1)를 판정하는 2 개의 측정들은, 바람직하게는, 비접촉 방식으로, 예컨대, 광학 폭 측정(optical width measurement) 또는 고온계(pyrometer)에 의해 이루어진다. 가능한 가장 큰 정밀도를 위해서, (전형적으로 비절단(uncut)) 스트립의 동일한 섹션 상에서 대략 동시에 양자 모두의 측정들이 이루어지는 것이 유리하다. 후속하여, 강 스트립은 (예컨대, 가열 존(heating zone)에서)가열되거나 (예컨대, 냉각 존(cooling zone)에서)냉각된다.
냉각 동안, 강 스트립의 조직은 오스테나이트계 상태(γ)로부터(즉, 오스테나이트로부터) 페라이트계 상태(α)로(예컨대, 페라이트 또는 마르텐사이트(martensite)...) 적어도 부분적으로 전이(converted)된다. 가열 동안, 강 스트립의 조직은 페라이트계 상태(α)로부터 오스테나이트계 상태(γ)로 적어도 부분적으로 전이된다.
강 스트립의 가열 또는 냉각 이후에, 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립의 폭(w) 및 온도(T)가 다시 한번 판정된다. 여기서, 또한, 스트립의 동일한 섹션 상에서 대략 동시에 양자 모두의 측정들이 이루어지는 것이 유리하다.
마지막으로, 페라이트계 상 분율(xα)은 다음 식에 의해 판정되며:
Figure 112015106953262-pct00002
여기서, 페라이트계 상 분율(xα) 뿐만 아니라 폭(w1 및 w)들, 온도(T1 및 T)들의 판정을 위해서, 강 스트립의 단지 몇 개의 물리적 파라미터(parameter)들, 예컨대 오스테나이트를 위한 선형 열팽창 분율(αγ) 및 페라이트를 위한 선형 열팽창 분율(αα)이 사용된다. 이러한 함수들은 통상적으로 선형으로 가정된다; 이들의 파라미터들(문헌적으로 선형 열팽창계수들로서 주로 지칭됨)은 당업자에게, 예컨대 http://www.memory-metalle.de/html/03_knowhow/PDF/MM_04_properties_d.pdf또는http://www.attempo.com/Daten/Kernmaterialien.pdf 로부터 공지되어 있다. 마지막으로, T0는 통상적으로 20℃의 기준 온도를 포함한다.
본 발명의 실시예의 대안의 형태에서, 이른바 공간적 열팽창 계수가 선형 열팽창 계수 대신에 사용된다. 이러한 경우들에 있어서, 냉각중 강 스트립의 길이 및 폭의 변화들을 통해 페라이트계 상 분율에 대해 결론들이 도출된다.
본 발명은, 전이된 조직의 분율이 온라인으로, 즉 야금학적 시스템의 진행중인 작업 중, 충분히 고정밀도로 그리고 본질적으로 야금학적 시스템들에서 이미 존재하는 메커니즘(mechanism)들에 의해서 판정되는 것을 가능케 한다. 추가로, 발생하는 상 분율(관찰되는 프로세스 단계 중 증가되거나 감소됨)은 상기 식에 의해서 쉽고 빠르게 평가될 수 있다.
실제적으로 말해서, 출원의 많은 영역들의 클래스는, 제 2 항에서 청구된 바와 같은 방법에 의해 커버(cover)된다. 구체적으로 말해서, 강 스트립의 가열 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 방법에서, 하기 방법 단계들이 실행된다:
- 강 스트립의 폭(w1) 및 온도(T1)를 측정하는 단계로서, 상기 강 스트립은 측정 중 xα1=1인 전체적으로 페라이트계 상태에 있는, 단계:
- 강 스트립의 가열 단계로서, 페라이트계 상태(α)로부터 오스테나이트계 상태(γ)로의 상 전이(phase conversion)(α→γ)가 적어도 부분적으로 발생하는, 단계;
- 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립의 폭(w) 및 온도(T)를 측정하는 단계; 및
- 하기 식을 통해 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 단계를 포함함.
Figure 112015106953262-pct00003

이 방법에서, 초기에 강 스트립은 전체적으로 페라이트계 상태로 존재하는 것으로 가정되며; 즉, 이는 종종 강 스트립이 냉각 존(예컨대, 층류 냉각 존(laminar cooling zone))에서 폭(w1) 및 온도(T1)의 측정 이전, 바람직하게는 직전에 냉각되는 경우이다.
어닐링(annealing)에 의한 강 스트립의 가열의 기술적으로 중요한 경우에, 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립의 폭(w) 및 온도(T)는 어닐링 동안 및/또는 어닐링 후에 측정된다.
어닐링 동안, 어닐링 지속기간 및/또는 어닐링 온도가, 페라이트계 상 분율(xα)에 따라 어닐링 중 설정되는, 바람직하게는 폐루프(closed-loop) 제어 하에 설정되는 것이 특히 유리하다.
어닐링 지속기간은, 스트립이 어닐링 장치를 통해 통과하는 속도를 통해 쉽게 설정될 수 있다. 그러나, 여기서는, 스트립의 통과 속도가 또한 어닐링 장치를 통한 처리량을 변화시키는 것에 주목해야 한다. 급속 냉각 존과 어닐링 장치의 직접 커플링된(coupled) 작동에 의해, 급속 냉각(또한, 담금질(quenching)) 동안의 속도는 또한 스트립의 통과 속도를 변화시킴으로써 변화된다.
어닐링 온도는 일반적으로 버너(burner)들에 의해 설정된다.
예컨대, 연속 어닐링 장치에서 임계간 어닐링(intercritical annealing) 동안, 페라이트계 상 분율(xα)의 더 작고 그리고 급속한 교정(rapid correction)을 위해서, 통과 속도가 변화될 수 있으며, 직후에 어닐링 온도가 조절될 수 있는데, 이는 어닐링 온도가 당연히 통과 속도보다 더 느리게 적응될 수 있기 때문이다. 후속하여, 스트립의 통과 속도가 계속해서 소망하는 속도로 다시 취해지며, 여기서 어닐링 온도는 그 속도에 병행하여(in parallel) 적응되어, 실제 상 분율(xα)은 가능한 한 정밀하게 요구되는 상 분율에 해당한다.
어떠한 경우에도, 개방 루프(open-loop) 또는 폐루프(closed-loop) 제어 하에서 어닐링 지속기간 및/또는 어닐링 온도를 설정하는 것은 실제 조직 성분(structure composition)이 요구되는 조직 성분으로 설정되는 것을 가능케 한다. 어닐링 지속기간 및/또는 어닐링 온도가 폐루프 제어 하에 설정된다면, 목표 조직이 특히 정교하게 얻어진다. 어닐링 지속 기간의 폐루프 제어 설정에 의해서, 요구되는 상 분율과 실제 상 분율(xα) 사이에서 요구되는 실제 비교가 이루어지며, 여기서, 실제 상 분율(xα)이 가능한 한 정밀하게 요구되는 상 분율에 해당할 때까지 어닐링이 계속된다. 어닐링 온도의 폐루프 제어 설정에 의해서, 요구되는 상 분율과 실제 상 분율(xα) 사이에서 요구되는 실제 비교에 따라서, 실제 상 분율(xα)이 가능한 한 정밀하게 요구되는 상 분율에 해당할 때까지 어닐링 온도가 적응된다.
강 스트립의 냉각 이후에 페라이트계 상 분율을 판정하는 본 발명의 방법의 기술적으로 중요한 추가의 특별한 경우가 제 7 항에 의해 커버된다. 구체적으로 말해서, 하기 방법 단계들이 실행된다:
- 강 스트립의 폭(w1) 및 온도(T1)를 측정하는 단계로서, 상기 강 스트립은 측정 중 xα1=0인 전체적으로 오스테나이트계 상태에 있는, 단계:
- 강 스트립의 냉각 단계로서, 오스테나이트계 상태(γ)로부터 페라이트계 상태(α)로의 상 전이가 강 스트립에서 적어도 부분적으로 발생하는, 단계;
- 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립의 폭(w) 및 온도(T)를 측정하는 단계; 및
- 하기 식을 통해 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 단계를 포함함
Figure 112015106953262-pct00004
강 스트립이 오스테나이트계 상태에서 마무리 압연되는 경우, 즉 강 스트립이 오스테나이트계 상태에서 마무리 압연 트레인(finish-rolling train)의 마지막 롤 스탠드(roll stand)를 나가고 후속하여 냉각될 때 이러한 특별한 경우가 특별히 발생한다.
상기 강 스트립이 폭(w1) 및 온도(T1)의 측정 이전, 바람직하게는 직전에 열간 압연되는(hot-rolled)이 특히 유리하다. 실시예의 바람직한 형태에서, 열간 압연과 w1 및 T1의 측정들 사이에서 오스테나이트계 상태로부터의 부분적인 상 전이가 방지된다.
전형적으로, 강 스트립은 폭(w1) 및 온도(T1)의 측정 이후에 냉각 존에서 냉각된다.
열간 압연 동안, 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립의 폭(w) 및 온도(T)의 측정이 코일링(coiling) 직전에 수행되는 것이 편리할 수 있다. 그러나, 이러한 측정들은, 미리 예컨대, 냉각 존에서 냉각 중 또는 냉각 이후에 또한 발생할 수 있다.
상 전이는, 상기 냉각이 냉각 존에서의 냉각 동안 이렇게 판정된 페라이트계 상 분율(xα)에 따라 설정된다면 특히 정교하게 설정될 수 있다.
가장 단순한 경우에서, 냉각 존은 개방 루프 제어 하에 설정된다. 상 전이는, 폐루프 제어 하에, 즉, 요구되는 실제 비교에 의해 특별하게 정교하게 제어되며, 여기서 페라이트계 상 분율의 요구되는 값과 실제 값 사이의 편차가 냉각 존을 설정하기 위해 사용된다. 이는, 냉각 존에서의 전이도(degree of conversion)가 과도기적 작동 조건들 하에서조차 정교하게 사전 지정되는(pre-specified) 것을 가능케 한다.
냉각은, 예컨대, 냉각 지속기간 및/또는 냉각 세기를 사용하여 개방 루프 제어 하에, 또는 바람직하게는 폐루프 제어 하에 페라이트계 상 분율(xα)들에 따라 설정될 수 있다.
본 발명의 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품에는 적어도 부분적인 상 전이(phase conversion) 이전의 폭(w1) 및 온도(T1), 적어도 부분적인 상 전이(phase conversion) 이후의 강 스트립의 폭(w) 및 온도(T) 및 강 스트립의 물리적 파라미터들을 위한 값들이 공급될 수 있으며, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 페라이트계 상 분율(xα)
Figure 112015106953262-pct00005
을 연산하기 위한 연산 모듈(computing module)을 갖는다.
이에 따라, 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)은 예컨대 야금학적 시스템에서 본 발명의 방법을 실행하는 컴퓨터(computer) 내로 탑재될 수 있다.
특히 본 발명의 방법을 실행하기 위한, 냉각 존에서 강 스트립의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 디바이스(device)로서,
- T1을 측정하기 위한 제 1 온도 측정 디바이스(temperature measuring device) 및 w1을 측정하기 위한 제 1 폭 측정 디바이스(width measuring device);
- T를 측정하기 위한 제 2 온도 측정 디바이스 및 w를 측정하기 위한 제 2 폭 측정 디바이스로서, 상기 제 1 온도 측정 디바이스 및 제 1 폭 측정 디바이스는 가열 또는 냉각 존 이전에 배치되며, 상기 제 2 온도 측정 디바이스 및 제 2 폭 측정 디바이스는 가열 또는 냉각 존 이후에 배치되는, 디바이스;
- 페라이트계 상 분율
Figure 112015106953262-pct00006
을 판정하기 위한 연산 유닛(computing unit)으로서, 상기 연산 유닛은 제 1 온도 측정 디바이스, 제 1 폭 측정 디바이스, 제 2 온도 측정 디바이스 및 제 2 폭 측정 디바이스에 시그널링(signaling) 목적들을 위해 접속된다.
냉각 존이 설정 디바이스(setting device)를 갖는 하나 이상의 냉각 노즐(cooling nozzle)을 가지거나, 가열 존이 설정 디바이스를 갖춘 하나 이상의 가열 요소를 갖는다면 본 발명의 디바이스의 작동 중 상 전이에 영향을 미치는 것이 가능하며, 여기서 연산 유닛은 상기 설정 디바이스에 시그널링 목적들을 위해 접속되어, 상기 페라이트계 상 분율이 설정될 수 있다.
설정 디바이스는, 밸브(valve), 예컨대 로터리 드라이브(rotary drive)를 갖는 볼 밸브(ball valve)로서 냉각 존에서 구체화될 수 있으며, 여기서 냉각 매체(예컨대, 물, 공기 또는 물과 공기(water with air))가 밸브를 통해 유동한다. 실시예의 다른 형태에서, 원심 펌프(centrifugal pump)의 속도가 설정될 수 있으며, 이에 의해 예컨대 냉각 매체의 압력이 설정될 수 있다.
유도로(induction furnace)로서 구체화되는 가열 존에서의 온도를 설정하기 위한 설정 디바이스는 주파수 변환기(frequency converter)로서 구체화될 수 있어, 주파수 변환기에 할당된 유도로의 인덕터(inductor)가 가변 주파수(variable frequency) 및/또는 전압 레벨(voltage level)에 의해 활성화된다. 이는, 강 스트립의 가열이 분명히 설정되는 것을 가능케 한다.
어닐링 장치의 어닐링 온도를 설정하기 위한 설정 디바이스는, 밸브, 예컨대 로터리 드라이브를 갖는 볼 밸브로서 구체화될 수 있으며, 여기서 산소 담지체(oxygen carrier)(통상적으로, 공기 또는 산소) 또는 연료(예컨대, 가열 오일(heating oil), 천연 가스(natural gas) 등)가 밸브를 통해 유동한다. 산소 담지체 및 연료가 버너(burner)에서 연소된다. 당연히, 설정 디바이스는, 각각의 경우에 산소 담지체(oxygen carrier) 및 연료에 대해 존재하여, 예컨대 산소와 연료 사이의 용적 비가 일정하게 유지될 수 있다(예컨대, 이론 공연비(stoichiometric ratio)에 가까움).
연산 유닛과 설정 디바이스 사이에서 개방 루프 제어 디바이스(open-loop control device)가 존재하는 것이 편리하다. 고 정확도를 위해서, 폐루프 제어 디바이스(closed-loop control device)가 연산 유닛과 설정 디바이스 사이에 배치될 때 유리하다.
강 스트립의 이송 방향으로 가열 또는 냉각 존이 2 이상의 섹션(section)들을 갖는 것이 유리하며, 여기서 제 1 온도 측정 디바이스 및 제 1 폭 측정 디바이스가 각각의 섹션 이전에 배치되고, 제 2 온도 측정 디바이스 및 제 2 폭 측정 디바이스가 각 섹션 다음에 배치되며, 각각의 섹션은 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하기 위한 연산 유닛을 갖는다. 이는, 가열 또는 냉각 존의 섹션들 내에서조차 상 전이가 판정되는 것을 가능케 한다.
각각의 냉각 존이 설정 디바이스를 갖는 하나 이상의 냉각 노즐을 가지며, 연산 유닛이 시그널링 목적들을 위해서 설정 디바이스에 접속되어 페라이트계 상 분율이 냉각 존에서 설정될 수 있는 것이 특히 유리하다. 이는, 냉각 존 내에서의 상 전이가 아주 분명하게 영향을 받는 것, 예컨대 개방 루프 또는 폐루프 제어 하에서 설정되는 것을 가능케 한다.
측정된 온도 값(T1 및 T)들이 수랭(cooling water)에 의해 훼손(corrupted)되는 것을 방지하기 위해서, 강 스트립을 송풍하는 송풍기(blower)가 제 1 및/또는 제 2 온도 측정 디바이스 이전에 배치되는 것이 유리하다. 송풍기는, 예컨대 공기 노즐(air nozzle)을 포함할 수 있으며, 이 노즐은 압축 공기를 이용하여 강 스트립을 냉각 공기로 송풍한다.
본 발명의 추가의 이점들 및 특징들은, 비제한적인 예시적 실시예들의 하기에 부여된 설명으로부터 나타나며, 이하 도면들에서,
도 1은 본 발명의 방법을 실행하는 장치를 갖는 열간 압연기(hot-rolling mill)의 측면도 및 플로어 플랜(floor plan)을 도시한다.
도 2는 본 발명의 방법을 실행하는 장치의 변형예를 갖는 열간 압연기의 일부의 측면도를 도시한다.
도 3은 강 스트립의 임계간 어닐링(intercritical annealing)을 위한 연속 어닐링 장치(continuous annealer)에서의 온도 곡선의 개략도를 도시한다.
도 1은 강 스트립의 제조를 위한 열간 압연기의 후방 부품을 도시한다. 구체적으로 말해서, 2 mm의 두께 및 1800 mm의 폭을 갖는 재료 CK60로부터 만들어진 강 스트립(2)은, 열간 압연기에서 제조된다. 강 스트립(2)은 TFM = 800℃의 온도에서 오스테나이트계 상태(austenitic state)에서 전체적으로 완벽하게 도시되지 않은 마무리 압연 트레인(finish-rolling train)의 마지막 롤 스탠드(roll stand)(1)에서 마무리 압연되며 예컨대, 6 내지 8 m/s의 이송 속도로 마지막 롤 스탠드(1)를 나간다. 마무리 압연 직후, 강 스트립(2)의 온도(T1)가 제 1 온도 측정 디바이스(4a), 구체적으로 말해서 고온계(pyrometer)들에 의해 검출된다. 이와 동시에, 강 스트립(2)의 폭(w1)은 본원에서 카메라(camera)로서 구체화되는 제 1 폭 측정 디바이스(5a)에 의해 검출된다. 후속하여, 강 스트립(2)은 냉각 존(cooling zone)(6)에서 냉각되며, 이 냉각 존에 의해, 강 스트립(2)의 구조에서 오스테나이트계 상 분율(phase fraction)(γ)이 적어도 부분적으로 페라이트계 상 분율(α)들로 전이된다. 본 발명의 목적은, 냉각 존(6) 또는 냉각 존 이후에(예컨대, 코일러(coiler)(3)에서의 코일링(coiling) 이전) γ→α 전이도를 판정하는 것이다. 이를 위해, 강 스트립(2)은 냉각 존(6)을 통해 화살표에 의해 도시된 방향으로 이동되며 이 프로세스(process) 동안 냉각된다. 강 스트립(2)은 추가로 도시되지 않은 다수의 냉각 노즐들에 의해 냉각된다. 냉각 존(6) 이후에, 강 스트립(2)의 온도(T) 및 폭(w)은, 제 2 온도 측정 디바이스(4b), 구체적으로 말해서, 고온계(pyrometer) 또는 열 카메라(thermal camera)에 그리고 제 2 폭 측정 디바이스(5b)에 의해 검출된다. 후속하여, 강 스트립은 코일러(coiler)(3)에 의해 코일(coil) 내로 권선된다.
냉각 이전 및 이후 스트립의 적어도 2 개의 지점들 뿐만 아니라 전체 오스테나이트 초기 상태의 전제 조건 하에서의 온도들 및 폭들 페라이트 그리고 오스테나이트의 선형 열팽창계수의 지식은, 페라이트계 상 분율(xα)이 판정되는 것을 가능케 한다. 이 프로세스는 하기에 개요로 설명될 것이다:
온도(T)의 함수로서의 강 스트립의 폭(w)은
Figure 112015106953262-pct00007
으로 부여되며, 여기서 w0는 전형적으로 20℃의 기준 온도(T0)에서 강 스트립의 폭에 해당하며, α는 선형 열팽창계수이다. 당연히, 선형식(linear approach) 대신에 고차수의 다항식(higher-order polynomial approach)이 사용될 수 있다.
오스테나이트상(γ)은 페라이트계 상
Figure 112015106953262-pct00008
의 열팽창계수
Figure 112015106953262-pct00009
와 상이한 선형 열팽창 계수(αγ)를 갖기 때문에, 페라이트계 상의(i)의 분율
Figure 112015106953262-pct00010
및 오스테나이트계 상(γ)의 분율(xγ)을 갖는 강 스트립의 폭은, 다음과 같은 혼합식(mixed approach)으로 기재될 수 있다:
Figure 112015106953262-pct00011
단지 하나의 페라이트계 상(α)(전형적인 페라이트)이 냉각중 강 스트립에 존재하는 것으로 추가로 가정된다면, 이전의 표현은 다음과 같이 단순해진다:
Figure 112015106953262-pct00012
오스테나이트 상 및 모든 페라이트계 상들의 합은 항상 1이며, 즉,
Figure 112015106953262-pct00013
인 것이 추가로 공지된다.
단지 하나의 페라이트계 상이 존재한다면, xγ + xα = 1이 적용된다.
이에 따라, 단지 하나의 페라이트계 상을 갖는 경우를 위해서, 다음을 적용한다:
Figure 112015106953262-pct00014
이에 따라, 페라이트계 상 분율을 위해서 다음을 적용한다:
Figure 112015106953262-pct00015
오스테나이트 압연 중 온도(T1)에서 강 스트립의 폭(w1)은 다음과 같이 부여된다:
Figure 112015106953262-pct00016
여기서, αγ는 오스테나이트의 선형 열팽창계수이다.
마지막 2 개의 식들의 조합에 의해, 다음을 적용한다:
Figure 112015106953262-pct00017
구체적 용어로서, w1= 1.8m 및 αγ=
Figure 112015106953262-pct00018
(see http://www.memory- metalle.de/html/03_knowhow/PDF/MM_04_properties_d.pdf) 및 αα=
Figure 112015106953262-pct00019
(see http://www.attempo.com/Daten/Kernmaterialien.pdf)를 위해서, xα= 20%의 페라이트계 상 분율이 T= 400 ℃ 및 폭(w)= 1.7923 m으로 마지막 식으로부터 얻어진다.
도 2는 강 스트립(2)을 제조하기 위한 다른 열간 압연기의 후방 부품의 추가의 측면도를 도시한다. 제 1 및 제 2 온도 측정 디바이스(4a 및 4b)들의 측정된 온도 값(T1 및 T)들 뿐만 아니라 제 1 및 제 2 폭 측정 디바이스(5a 및 5b)들의 측정된 폭 값(w1 및 w)들은 이 다이어그램(diagram)에서 상징적으로 도시된다. 측정된 값(T1, T, w1 및 w)들은, 연산 장치(computing unit)(9)에서 처리되며, 여기서, 강의 추가의 물리적 파라미터들을 고려하면, 페라이트계 상 분율(xα)의 실제적인 값이 측정된다. 한편으로, 실제 값은 디스플레이(display)로서 구체화된 출력 유닛(12)에 도시되고, 다른 한편으로 실제 값은 폐루프 제어 디바이스(closed-loop control device)(11)에 공급되며, 이 디바이스는 페라이트계 상 분율(xα)의 요구되는 합의 값과 요구되는 실제 비교에 의해, 도시되지 않은 폐루프 제어 편차(closed-loop control deviation)를 계산한다. 폐루프 제어 편차에 따라, 폐루프 제어 디바이스는 하나 이상의 설정 값(setting value)(u)을 출력하여, 이 값은 실제 환경들 하에서, 설정 디바이스(setting device)(8)로서 전기 모터(electric motor)(M)에 공급된다. 설정 값(u)에 따라, 모터(M)는 그의 속도를 변화시키며, 이 속도는 차례로 원심 펌프(centrifugal pump)(14)에 의해 냉각 존(6)의 개별 냉각 노즐(7)들에 공급되는, 냉각 매체의 압력에 영향을 미친다. 이러한 배열을 통해, 강 스트립(2)에서 페라이트계 상 분율들의 합의 실제 값이 요구되는 값에 대체로 대응하고, 열간 압연기의 작동 제어의 과도적 변화(transient change)들에 본질적으로 관계없이 실행되는 것이 보장된다. 2 개의 폭 측정 디바이스(5a, 5b)들이 스트립(2) 아래에서 이른바 라인-스캔 카메라(line-scan camera)들로서 이러한 실시예의 형태로 구체화된다. 고온계(4a, 4b)들에서 압축된 공기 노즐(compressed air nozzle)들로서 구체화된 2 개의 송풍기(blower)들은 도시 생략된다.
도 3은 TRIP 강 냉간 압연 스트립(cold-rolled strip)을 제조하기 위한 이른바 연속 어닐링장치에서 온도 관리의 개략적 다이어그램의 예시로서 도시한다. 시스템의 입력 영역에서, 초기 상태(A)에서 존재하는 강 스트립(2)의 폭(w1) 및 온도(T1)가 측정된다. 이는, 제 1 폭 측정 디바이스(5a) 및 제 1 온도 측정 디바이스(4a)에 의해 실행된다. 초기 상태(A)에서, 강 스트립(2)은 페라이트계 및 펄라이트계(perlitic) 상 분율들을 포함한다. 후속하여, 강 스트립(2)은 어닐링 장치로서 구체화되는 가열 존(15) 내로 도입되며, 여기서 강 스트립이 가열된다(heated up). 가열 존(15)에서, 강 스트립이 가열 존의 길이방향 범위에 걸쳐 배치되는 다수의 버너(burner)(16)들에 의해 가열되며, 이를 통해, 페라이트계 조직 분율(ferritic structure fraction)들이 오스테나이트계 조직(austenitic structure) 내로 부분적으로 전이한다. 어닐링 동안, 강 스트립은 중간 상태(B)로 존재하며, 이 상태는 페라이트계 상 및 오스테나이트계 상의 공존에 의해 특징지어진다. 어닐링 온도는, 냉각 이전에 강 스트립에서의 실제 오스테나이트계 분율이 요구되는 값에 가능한 정교하게 대응하도록, 연속 어닐링 장치를 통해 규정된 통과 속도 동안 설정된다. 가열 존(15)의 종료시, 중간 상태(B)에 존재하는 강 스트립(2)의 폭(w) 및 온도(T)가 다시 측정되며; 이는, 제 2 폭 측정 디바이스(5b) 및 제 2 온도 측정 디바이스(4b)에 의해 실행된다. 실제 오스테나이트 분율은, 강 스트립의 가열 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 방법에 따라, w, w1, T, T1를 고려하여 판정되며, 여기서, 오스테나이트계 상 및 모든 페라이트계 상들의 합은 항상 1이 된다. 후속하여, 강 스트립(2)은 급속 냉각 존(rapid cooling zone)(6)에서 냉각되어, 잔류 오스테나이트 섬들을 갖는 바람직한 페라이트계(ferritic)-베이나이트계(bainitic)(가능하다면, 마르텐사이트 잔류 분율을 가짐) 조직이 냉각된 강 스트립(2)에서 설정된다. 냉각 존(6)의 종료 직후에, 종료 상태(C)에 존재하는 강 스트립(2)의 폭(w2) 및 온도(w2)가 측정되며; 이는 제 3 폭 측정 디바이스(5c) 및 제 3 온도 측정 디바이스(4c)에 의해 실행된다. 냉각된 강 스트립(2)의 상 분율들은 강 스트립의 가열 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 방법에 따라, w1, T, w2 및 T2를 고려하여 판정된다.
본 발명이 바람직한 예시적 실시예들에 의해 보다 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시들에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 보호 범주로부터 벗어나지 않고, 당업자에 의해서 다른 변경예들이 이로부터 유도될 수 있다.
1 : 롤 스탠드(roll stand)
2 : 강 스트립
3 : 코일러
4 : 온도 측정 디바이스
4a, 4b, 4c : 제 1, 제 2 및 제 3 온도 측정 디바이스들
5 : 폭 측정 장치
5a, 5b, 5c : 제 1, 제 2 및 제 3 폭 측정 디바이스들
6 : 냉각 존
7 : 냉각 노즐
8 : 설정 디바이스
9 : 연산 유닛
11 : 폐루프 제어 디바이스
12 : 출력 유닛
14 : 원심 펌프
15 : 가열 존
16 : 버너
α : 선형 열팽창계수
T : 온도
u : 설정 값
w : 폭
x : 상 분율
xα : 페라이트계 상 분율
xγ : 오스테나이트계 상 분율
A : 초기 상태: 페라이트 및 펄라이트
B : 중간 상태: 임계간 영역(페라이트 및 오스테나이트 공존)
C : 종료 상태: 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트

Claims (15)

  1. 강 스트립(steel strip)(2)의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율(ferritic phase fraction)(xα)을 판정하는 방법에 있어서,
    - 강 스트립(2)의 폭(w1) 및 온도(T1)를 측정하는 단계로서, 측정 동안에 상기 강 스트립(2)은 알려진 초기 페라이트계 상 분율(xα1)을 갖는, 단계:
    - 강 스트립(2)의 가열 또는 냉각 단계로서, 페라이트계 상태(ferritic state)(α)로부터 오스테나이트계 상태(austenitic state)(γ)로의 상 전이(phase conversion)(α→γ)가 가열 중 강 스트립(2)에서 적어도 부분적으로 발생하며, 오스테나이트계 상태(γ)로부터 페라이트계 상태(α)로의 상 전이가 냉각 중 강 스트립(2)에서 적어도 부분적으로 발생하는, 단계;
    - 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립(2)의 폭(w) 및 온도(T)를 측정하는 단계; 및
    - 하기 식을 통해 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 단계를 포함하며,
    Figure 112020088827986-pct00020

    여기서,
    T0는 기준 온도이며,
    αα 및 αγ는 페라이트(ferrite) 및 오스테나이트(austenite)의 선형 열팽창계수(linear coefficient of thermal expansion)들인 것을 특징으로 하는,
    강 스트립의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  2. 제 1 항에 기재된 강 스트립의 가열 단계 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 방법에 있어서,
    - 강 스트립(2)의 폭(w1) 및 온도(T1)를 측정하는 단계로서, 상기 강 스트립(2)은 측정 중 xα1=1인 전체적으로 페라이트계 상태에 있는, 단계:
    - 강 스트립(2)의 가열 단계로서, 페라이트계 상태(α)로부터 오스테나이트계 상태(γ)로의 상 전이(phase conversion)(α→γ)가 강 스트립(2)에서 적어도 부분적으로 발생하는, 단계;
    - 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립(2)의 폭(w) 및 온도(T)를 측정하는 단계; 및
    - 하기 식을 통해 페라이트계 상 분율(xα)
    Figure 112015106953262-pct00021

    을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    강 스트립의 가열 단계 이후에 페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강 스트립(2)은 폭(w1) 및 온도(T1)의 측정 이전에 냉각 존(cooling zone)에서 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립(2)의 폭(w) 및 온도(T)는 어닐링(annealing) 동안 또는 어닐링 이후에 측정되는 것을 특징으로 하는,
    페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    어닐링 지속기간 및 어닐링 온도 중 적어도 하나는, 페라이트계 상 분율(xα)에 따라 어닐링 중 설정되는 것을 특징으로 하는,
    페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 어닐링 지속기간 및 어닐링 온도 중 적어도 하나는 개방-루프(open-loop) 또는 폐루프(closed-loop) 제어 하에 설정되는 것을 특징으로 하는,
    페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  7. 제 1 항에 기재된 강 스트립(2)의 냉각 단계 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 방법에 있어서,
    - 강 스트립(2)의 폭(w1) 및 온도(T1)를 측정하는 단계로서, 상기 강 스트립(2)은 측정 중 xα1=0인 전체적으로 오스테나이트계 상태에 있는, 단계:
    - 강 스트립(2)의 냉각 단계로서, 오스테나이트계 상태(γ)로부터 페라이트계 상태(α)로의 상 전이가 강 스트립(2)에서 적어도 부분적으로 발생하는, 단계;
    - 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립(2)의 폭(w) 및 온도(T)를 측정하는 단계; 및
    - 하기 식을 통해 페라이트계 상 분율(xα)
    Figure 112015106953262-pct00022

    을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    강 스트립의 냉각 단계 이후에 페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 강 스트립(2)은 폭(w1) 및 온도(T1)의 측정 이전에 열간 압연되는(hot-rolled) 것을 특징으로 하는,
    페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 전이된 강 스트립(2)의 폭(w) 및 온도(T)는 냉각 존(6)에서 냉각 동안 또는 냉각 이후에 측정되는 것을 특징으로 하는,
    페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 단계는 페라이트계 상 분율(xα)에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는,
    페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 단계 중 냉각 지속기간 및 냉각 세기 중 적어도 하나는 개방-루프 제어 또는 폐루프 제어 하에 설정되는 것을 특징으로 하는,
    페라이트계 상 분율을 판정하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)이 저장된 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품에는 적어도 부분적인 상 전이(phase conversion) 이전의 강 스트립의 폭(w1) 및 온도(T1), 적어도 부분적인 상 전이(phase conversion) 이후의 강 스트립의 폭(w) 및 온도(T) 및 강 스트립의 물리적 파라미터(physical parameter)들을 위한 값들이 공급될 수 있으며, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 페라이트계 상 분율(xα)
    Figure 112020088827986-pct00023

    을 연산하기 위한 연산 모듈(computing module)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방법을 실행하기 위한, 강 스트립(2)의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율(xα)을 판정하는 디바이스(device)에 있어서,
    - T1을 측정하기 위한 제 1 온도 측정 디바이스(temperature measuring device)(4a) 및 w1을 측정하기 위한 제 1 폭 측정 디바이스(width measuring device)(5a)－측정 동안에 상기 강 스트립(2)은 알려진 초기 페라이트계 상 분율(xα1)을 가짐－;
    - T를 측정하기 위한 제 2 온도 측정 디바이스(4b) 및 w를 측정하기 위한 제 2 폭 측정 디바이스(5b)로서, 상기 제 1 온도 측정 디바이스(4a) 및 제 1 폭 측정 디바이스(5a)는 냉각 존(6) 이전에 배치되며, 상기 제 2 온도 측정 디바이스(4b) 및 제 2 폭 측정 디바이스(5b)는 냉각 존(cooling zone)(6) 이후에 배치되는, 디바이스;
    - 페라이트계 상 분율
    Figure 112020088827986-pct00024

    을 판정하기 위한 연산 유닛(computing unit)(9)으로서, 상기 연산 유닛(9)은 제 1 온도 측정 디바이스(4a), 제 1 폭 측정 디바이스(5a), 제 2 온도 측정 디바이스(4b) 및 제 2 폭 측정 디바이스(5b)에 시그널링(signaling) 목적들을 위해 접속되는, 연산 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    강 스트립의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율을 판정하는 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각 존(6)이 설정 디바이스(setting device)(8)를 갖는 하나 이상의 냉각 노즐(cooling nozzle)(7)을 가지거나 가열 존이 설정 디바이스(8)를 갖는 하나 이상의 가열 요소를 가지며, 상기 연산 유닛(9)은 상기 설정 디바이스(8)에 시그널링 목적들을 위해 접속되어, 상기 페라이트계 상 분율이 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    강 스트립의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율을 판정하는 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    개방-루프 제어 디바이스(open-loop control device) 또는 폐루프 제어 디바이스(closed-loop control device)(11)가 연산 유닛(9)과 설정 디바이스(8) 사이에 배치되며, 상기 개방 루프 제어 디바이스 또는 폐루프 제어 디바이스(11)는 설정 디바이스(8)에 시그널링 목적들로 접속되는 것을 특징으로 하는,
    강 스트립의 가열 또는 냉각 이후에 페라이트계 상 분율을 판정하는 디바이스.
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