KR102698313B1 - 금속대 급냉 장치 및 금속대 급냉 방법 그리고 금속대 제품의 제조 방법 - Google Patents

금속대 급냉 장치 및 금속대 급냉 방법 그리고 금속대 제품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

연속 어닐링 설비나 용융 아연 도금 설비에 있어서, 급냉 후의 금속대의 온도를 자유롭게 제어할 수 있는 급냉 장치 및 급냉 방법 그리고 금속대 제품의 제조 방법을 제공한다. 금속대(1)를 수평 방향으로 반송하면서 냉각하는 급냉 장치로서, 금속대(1)의 양면측으로부터 금속대(1)에 냉각 유체(211)(222)를 분사하는 1조 또는 수평 방향으로 배열한 복수조의 노즐(21)(22)을 구비한 냉각 유체 분사 장치와, 냉각 유체가 분사된 상기 금속대(1) 상의 체류 유체를 배출하는 냉각 유체 배출 롤(51)(52)과, 노즐과 금속대(1)가 통과하는 금속대 반송 라인의 사이 또한 금속대 반송 라인의 양면측에 형성되고, 수평 방향으로 이동함으로써 냉각 유체(211)(222)에 의한 금속대(1)의 냉각 개시 위치를 조정하여, 당해 냉각 개시 위치에서 냉각 유체 배출 롤(51)(52)까지의 거리를 제어하는 가동 마스킹(31)(32)을 구비하고 있는 금속대 급냉 장치(11).

Description

금속대 급냉 장치 및 금속대 급냉 방법 그리고 금속대 제품의 제조 방법
본 발명은, 금속대(metal strip)를 연속적으로 반송하면서 어닐링을 행하는 연속 어닐링 설비나, 금속대를 연속적으로 반송하면서 도금을 행하는 용융 아연 도금 설비에 있어서, 급냉 후의 금속대의 온도를 자유롭게 제어할 수 있는 급냉 장치 및 급냉 방법 그리고 금속대 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
강대(steel strip)를 비롯한 금속대(금속대 제품)의 제조에 있어서는, 금속대를 가열 후에 냉각하고, 상 변태를 일으키게 하는 등 하여 재질의 제작을 행한다. 이러한 냉각은, 금속대를 연속적으로 반송하면서 어닐링을 행하는 연속 어닐링 설비나, 금속대를 반송하면서 도금을 행하는 용융 아연 도금 설비에 있어서 행해진다.
최근, 자동차 업계에서는 차체의 경량화와 충돌 안전성의 양립을 목적으로 하여, 박육화한 고장력 강대(하이텐)의 수요가 늘어나고 있다. 고장력 강대의 제조 시에는, 강대를 급속히 냉각하는 기술이 중요해진다. 강대의 냉각 속도가 가장 빠른 기술 중 하나로서, 물 퀀칭법(water quenching method)이 알려져 있다. 물 퀀칭법에서는, 가열된 강대를 수중에 침지시킴과 동시에, 수중 내에 형성된 퀀치 노즐(quenching nozzle)에 의해 냉각수를 강대에 분사함으로써, 강대의 급냉이 행해진다. 강대의 급냉 시에는, 급냉 후의 강대의 온도를 제어함으로써, 강대의 기계적 특성을 향상시키는 것이 가능하다. 구체적으로는 강대의 연성을 향상시키는 것이 가능하다. 이러한 강대의 급냉 방법으로서, 종래, 여러 가지 수법이 제안되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에서는, 침지수 중에 슬릿 노즐을 다단으로 형성하여, 각 슬릿 노즐을 금속대 진행 방향에 대하여 이간시킴으로써, 금속대의 피(被)냉각면에 충돌시킨 냉각수의 분류(噴流: jet flow)를, 각 노즐 간의 극간으로부터 노즐 후방에 유출시킴으로써, 금속대를 폭 방향으로 균일하게 냉각하는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 강대가 하방으로부터 상방으로 이동하는 세로 패스 중에서, 급속 냉각 후에 급속 가열을 행함으로써, 냉각 정지 온도를 일정하게 유지하는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 3에서는, 이온성 액체를 함유하고 있는 액체를 이용한 150∼300℃의 침지조 내에 침지함으로써, 냉각 정지 온도를 제어하는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 4에서는, 스트립을 소정의 길이로 수평 내지 완경사 형상으로 통판하여, 스트립 하면에 냉각 유체의 분류를 접촉시켜, 스트립을 편면으로부터 냉각하는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 5에서는, 스트립 하면으로의 냉각 액체의 분출을 스트립 폭 방향 및/또는 라인 방향으로 차단하여, 스트립의 유효 냉각 폭 및/또는 유효 냉각 길이를 조정하는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 6에서는, 강판의 상방의 위치에 물 분사 장치와 공기 분사 장치를 설치하여, 강판 상면의 체류수(remained water)를 배출하는 수법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 7에서는, 냉각 장치의 입측 상류와 출측 하류에 탈수 장치를 설치하여, 강판 상면의 체류수를 배출하는 수법이 제안되어 있다.
일본공개특허공보 소59-153843호 일본특허 제5991282호 공보 일본공개특허공보 2008-19505호 일본공개특허공보 소58-153733호 일본공개특허공보 소60-194022호 일본공개특허공보 2001-353515호 일본공개특허공보 2012-51013호
그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 급냉 후의 강대의 온도가 수온과 동일해져, 냉각 정지 온도를 제어할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 중력의 영향에 의해 냉각 장치 하방의 롤(rolls)로부터 누수가 발생하여, 냉각 개시 위치나 냉각 정지 온도를 제어할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 방법에서는, 이온성 액체를 이용함으로써 냉각 정지 온도를 제어하는 구성을 채용하고 있지만, 이 이온성 액체가 물과 비교하여 매우 고가라는 문제가 있다. 그 때문에, 이러한 특정의 액체를 이용하지 않아도 냉각 정지 온도를 제어할 수 있는 기술의 확립이 요구되고 있다. 또한, 특허문헌 4 또는 5에 기재된 방법에서는, 냉각 장치의 입측 상류와 출측 하류에 체류수가 발생하여, 냉각 개시 위치나 냉각 정지 온도를 제어할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 하면만의 냉각 때문에, 상면과 하면에서 온도차가 발생한다는 문제도 있다. 또한, 특허문헌 6또는 7에 기재된 방법에서는, 체류수를 배출하기 위해 고압의 물을 분사할 필요가 있어, 탈수수(ejection of wiping water)에 의해 강대의 온도가 수온까지 냉각되어 버려, 냉각 정지 온도를 제어할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 금속대(예를 들면, 강대)를 연속적으로 반송하면서 어닐링을 행하는 연속 어닐링 설비나, 금속대를 연속적으로 반송하면서 도금을 행하는 용융 아연 도금 설비에 있어서, 급냉 후의 금속대의 온도를 자유롭게 제어할 수 있는 급냉 장치 및 급냉 방법 그리고 금속대 제품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 이러한 문제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 이하와 같은 인식과 착상을 얻었다.
우선, 수중에서의 냉각에서는, 급냉 후의 금속대의 온도가 수온과 동일해져 버리기 때문에, 대기 중에서 냉각을 행할 필요가 있다. 이 때, 금속대의 급냉에서는, 반드시 금속대를 수중에 침지시킬 필요는 없고, 물 등에 의해 충분한 수량(amount of water)을 노즐로부터 분사하면, 수중에서 분사하는 것과 동등한 냉각 능력이 얻어진다. 또한, 상방으로부터 하방으로 이동하는 세로 패스나, 하방으로부터 상방으로 이동하는 세로 패스에서는, 냉각 장치 하방에서 탈수를 행해도, 중력에 의해 냉각 장치 하방에 누수가 발생하기 때문에, 수평 방향으로 이동하는 가로 패스로 실시할 필요가 있다. 이 때, 하면만의 냉각에서는 상면과 하면에서 온도차가 발생해 버리기 때문에, 상면과 하면의 양쪽으로부터 냉각을 행할 필요가 있다. 또한, 고압의 탈수수를 사용하면, 강대의 온도가 수온까지 냉각되어 버리기 때문에, 탈수에는 롤과 에어 노즐 등의 기체 분출 노즐을 병용하여 사용하는 것이 최적이다. 또한, 비용면을 고려하여, 특정의 이온성 액체를 이용하지 않아도 물 등에 의해 냉각 정지 온도를 제어할 수 있도록 할 필요도 있다.
본 발명은, 상기와 같은 인식과 착상에 기초하고 있고, 이하와 같은 특징을 갖고 있다.
[1] 금속대를 수평 방향으로 반송하면서 냉각하는 급냉 장치로서,
상기 금속대의 양면측으로부터 상기 금속대에 냉각 유체를 분사하는 1조(one set) 또는 수평 방향으로 배열한 복수조의 노즐을 구비한 냉각 유체 분사 장치와,
상기 냉각 유체가 분사된 상기 금속대 상의 체류 유체를 배출하는 냉각 유체 배출 롤과,
상기 노즐과 상기 금속대가 통과하는 금속대 반송 라인의 사이 또한 상기 금속대 반송 라인의 양면측에 형성되고, 수평 방향으로 이동함으로써 상기 냉각 유체에 의한 상기 금속대의 냉각 개시 위치를 조정하여, 당해 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를 제어하는 가동 마스킹(movable masking)
을 구비하고 있는 금속대 급냉 장치.
[2] 상기 냉각 유체 배출 롤의 출측에 기체 분출 노즐을 구비하고 있는 상기 [1]에 기재된 금속대 급냉 장치.
[3] 상기 가동 마스킹은 기체 분출 노즐을 구비하고 있는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 금속대 급냉 장치.
[4] 상기 냉각 유체를 분사하는 상기 노즐의 축선 방향과 상기 금속대가 이루는 각도가 10° 이상 60° 이하인 상기 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 금속대 급냉 장치.
[5] 연속적으로 수평 방향으로 반송하는 금속대의 표면에 복수의 노즐로부터 냉각 유체를 분사함으로써 냉각하는 급냉 방법으로서, 냉각 유체 배출 롤에 의해 상기 금속대 상의 체류 유체를 배출하면서, 가동 마스킹에 의해 상기 냉각 유체에 의한 상기 금속대의 냉각 개시 위치를 조정하여, 당해 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를 제어하는 금속대 급냉 방법.
[6] 상기 금속대의 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를, 상기 금속대의 반송 속도, 냉각 개시 온도, 목표로 하는 냉각 정지 온도, 상기 금속대의 냉각 속도에 기초하여 설정하는 상기 [5]에 기재된 금속대 급냉 방법.
[7] 상기 금속대의 반송 속도를 v(㎜/s), 냉각 개시 온도를 T1(℃), 목표로 하는 냉각 정지 온도를 T2(℃), 상기 금속대의 냉각 속도를 CV(℃/s)로 하여, 상기 금속대의 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리 b(㎜)를 하기식으로 나타내는 상기 [6]에 기재된 금속대 급냉 방법.
　　　b＝(T1－T2)v/CV
[8] 상기 금속대의 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를, 상기 금속대의 반송 속도, 냉각 개시 온도, 목표로 하는 냉각 정지 온도, 냉각 조건, 상기 금속대의 두께에 기초하여 설정하는 상기 [5]에 기재된 금속대 급냉 방법.
[9] 상기 금속대의 반송 속도를 v(㎜/s), 냉각 개시 온도를 T1(℃), 목표로 하는 냉각 정지 온도를 T2(℃)로 하고, 냉각 조건에 의해 정해지는 정수 α(℃·㎜/s)와, 상기 금속대의 두께 t(㎜)를 이용하여, 상기 금속대의 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리 b(㎜)를 하기식으로 나타내는 상기 [8]에 기재된 금속대 급냉 방법.
　　　b＝(T1－T2)vt/α
[10] 금속대 제품을 제조할 때에, 상기 [5]∼[9] 중 어느 하나에 기재된 급냉 방법을 이용하여 급냉을 행하는 금속대 제품의 제조 방법.
[11] 상기 금속대 제품은, 고강도 냉연 강대, 용융 아연 도금 강대, 전기 아연 도금 강대, 합금화 용융 아연 도금 강대 중 어느 하나인 상기 [10]에 기재된 금속대 제품의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 금속대를 연속적으로 반송하면서 어닐링을 행하는 연속 어닐링 설비나, 금속대를 연속적으로 반송하면서 도금을 행하는 용융 아연 도금 설비에 있어서, 급냉 후의 금속대의 온도를 자유롭게 제어할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 급냉 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명예의 결과(냉각 정지 온도)를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 비교예 1의 결과(냉각 정지 온도)를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 비교예 2의 결과(냉각 정지 온도)를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 비교예 3의 결과(냉각 정지 온도)를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 비교예 4의 결과(냉각 정지 온도)를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 금속대 급냉 장치(11)를 나타내는 도면이다. 이 금속대 급냉 장치(11)는, 연속 어닐링로의 균열대(soaking section)의 출측에 형성된 냉각 설비나, 용융 아연 도금 설비의 용융 아연 도금욕의 출측에 형성된 냉각 설비에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 금속대 급냉 장치(11)는, 연속적으로 수평 방향(이하, 길이 방향이라고도 기재함)으로 반송하는 금속대(1)의 상면측으로부터 금속대(1)에 물이나 알코올 등의 냉매(냉각 유체)(211)를 분사하여 급속 냉각을 행하는 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)(냉각 유체 분사 장치)을 구비한다. 또한, 금속대 급냉 장치(11)는, 연속적으로 수평 방향으로 반송하는 금속대(1)의 하면측으로부터 금속대(1)에 물이나 알코올 등의 냉매(냉각 유체)(222)를 분사하여 급속 냉각을 행하는 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)(냉각 유체 분사 장치)을 구비한다. 노즐(21) 및 노즐(22)은 1조 또는 수평 방향으로 배열한 복수조가 형성된다. 금속대 급냉 장치(11)는, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)과 금속대(1)가 통과하는 금속대 반송 라인의 사이에 형성되어, 수평 방향으로 이동하는 상부 가동 마스킹(31)(가동 마스킹)을 구비한다. 상부 가동 마스킹(31)은, 냉각 유체에 의한 금속대(1)의 냉각 개시 위치(예를 들면, 후술의 입측 상부 기체 분출 노즐(41)과 입측 하부 기체 분출 노즐(42)의 금속대(1)로의 분류 충돌 위치)를 조정하여, 당해 냉각 개시 위치에서 후술의 상부 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를 제어한다. 또한, 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)과 금속대(1)가 통과하는 금속대 반송 라인의 사이에 형성되어, 수평 방향으로 이동하는 하부 가동 마스킹(32)(가동 마스킹)을 구비한다. 하부 가동 마스킹(32)은, 냉각 유체에 의한 금속대(1)의 냉각 개시 위치를 조정하여, 당해 냉각 개시 위치에서 후술의 하부 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를 제어한다. 금속대 급냉 장치(11)는, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)의 출측에 형성되어 있고, 상기 냉각 유체가 분사된 금속대(1) 상면의 체류수나 체류 알코올 등의 체류 유체를 배출하는 상부 냉각 유체 배출 롤(51)(냉각 유체 배출 롤)을 구비한다. 또한, 금속대 급냉 장치(11)는, 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)의 출측에 형성되어 있고, 상기 냉각 유체가 분사된 금속대(1) 하면의 체류수나 체류 알코올 등의 체류 유체를 배출하는 하부 냉각 유체 배출 롤(52)(냉각 유체 배출 롤)을 구비하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 금속대 급냉 장치(11)는, 상부 가동 마스킹(31)에 형성되어 금속대(1)의 입측 상면측으로부터 금속대(1)에 공기나 질소 등의 기체(411)를 분사하는 입측 상부 기체 분출 노즐(41)(기체 분출 노즐)을 구비하고 있어도 좋다. 입측 상부 기체 분출 노즐(41)은, 금속대(1) 상면의 체류 유체가 상부 가동 마스킹(31)의 위치에까지 역류해 오는 것을 방지한다. 또한, 금속대 급냉 장치(11)는, 하부 가동 마스킹(32)에 형성되어 금속대(1)의 입측 하측면으로부터 금속대(1)에 공기나 질소 등의 기체(422)를 분사하는 입측 하부 기체 분출 노즐(42)(기체 분출 노즐)을 구비하고 있어도 좋다. 입측 하부 기체 분출 노즐(42)은, 금속대(1) 하면의 체류 유체가 하부 가동 마스킹(32)의 위치에까지 역류해 오는 것을 방지한다. 또한, 금속대 급냉 장치(11)는, 금속대(1)의 출측 표면측으로부터 금속대(1)에 공기나 질소 등의 기체(611)를 분사하는 출측 상부 기체 분출 노즐(61)(기체 분출 노즐)을 구비하고 있어도 좋다. 출측 상부 기체 분출 노즐(61)은, 금속대(1) 상면과 상부 냉각 유체 배출 롤(51)의 사이로부터 누설한 체류 유체를 배출한다. 또한, 금속대 급냉 장치(11)는, 금속대(1)의 출측 하면측으로부터 금속대(1)에 공기나 질소 등의 기체(622)를 분사하는 출측 하부 기체 분출 노즐(62)(기체 분출 노즐)을 구비하고 있어도 좋다. 출측 하부 기체 분출 노즐(62)은, 금속대(1) 하면과 하부 냉각 유체 배출 롤(52)의 사이로부터 누설한 체류 유체를 배출한다.
상부 냉각 유체 분출 노즐(21)과 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)의 분사 방향은, 도 1에 나타내는 바와 같이 금속대(1)의 진행 방향을 향하여 비스듬하게 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 분사 방향의 수평 방향 성분이 금속대(1)의 진행 방향이도록, 노즐로부터 비스듬하게 분사되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 분류 내에는 금속대(1)와의 수반류(flow accompanying the travel of metal strip)가 생겨, 냉각 유체의 금속대(1)에 대한 밀착성이 향상함과 함께, 분류의 흐트러짐을 방지하여, 냉각 길이를 일정하게 유지하기 쉬워진다. 금속대(1) 상면에 있어서의 물의 접촉 위치를 가능한 한 균일하게 하여, 길이 방향에 있어서의 냉각 불균일을 없앤다는 관점에서는, 복수조의 노즐이 형성되어 있는 경우에는, 각 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)을 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 기울이는 것이 바람직하다. 또한, 금속대(1) 하면에 있어서의 물의 접촉 위치를 가능한 한 균일하게 하여, 길이 방향에 있어서의 냉각 불균일을 없앤다는 관점에서는, 복수조의 노즐이 형성되어 있는 경우에는, 각 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)을 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 기울이는 것이 바람직하다.
도 1에 나타내는 바와 같이 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)의 경사 각도로서는, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)의 축선 방향(냉각 유체의 분출 방향)과 금속대(1)가 이루는 각도 중, 예각이 되는 각도(21a)를 설정할 수 있다. 또한, 냉각 유체는 일정한 확장을 갖고 노즐로부터 토출되지만, 상기 냉각 유체의 분출 방향으로서는 노즐로부터 토출된 냉각 유체의 중심 축선의 방향을 채용할 수 있다. 각도(21a)는, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)로부터의 냉각 유체의 분출량, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)의 개구부와 금속대(1)의 상면의 거리 등에 따라서 설정할 수 있다. 마찬가지로 하여, 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)의 경사 각도(22a)를 설정할 수 있다.
각도(21a)와 각도(22a)의 적합예로서는, 10° 이상을 들 수 있다. 또한, 이 적합예로서는, 60° 이하를 들 수 있다. 각도(21a)나 각도(22a)가 10° 이상이면, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)이나 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)과 금속대(1)의 거리를 가깝게 할 필요가 없어, 상부 가동 마스킹(31)이나 하부 가동 마스킹(32)을 설치하는 스페이스의 확보가 용이해진다. 또한, 각도(21a)나 각도(22a)가 60° 이하이면, 체류 유체가 금속대의 반송 방향으로 흐르기 쉬워진다. 또한, 각도(21a)나 각도(22a)를 20° 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 각도(21a)나 각도(22a)를 45° 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)이나 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)을 경사시킬 때에는, 냉각 유체를 비스듬하게 분사할 수 있도록, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)이나 하부 냉각 유체 분출 노즐(22)의 적어도 선단을 경사시키고 있으면 좋다.
또한, 상부 냉각 유체 분출 노즐(21)과 하부 냉각 유체 분출 노즐(22) 각각의 금속대(1)로의 거리가 동일한 경우에 각도(21a)나 각도(22a)가 동일하면, 중력의 영향에 의해, 상하의 냉각 유체의 착수 위치가 상이해져 버리는 일이 있다. 그 때문에, 이 중력의 영향을 고려하면, 각도(21a)보다도 각도(22a)를 크게 하는 것(각도(21a)＜각도(22a))이 바람직하다.
가동 마스킹(상부 가동 마스킹(31), 하부 가동 마스킹(32))은 냉각 유체의 압력으로 변형하지 않으면 재질이나 두께 등은 묻지 않지만, 노즐의 설치 스페이스와의 균형으로부터 가능한 한 얇은 쪽이 바람직하다. 또한 가동 마스킹은 강대 등의 금속대(1)에 냉각 유체가 충돌하는 것을 막는 목적으로 사용되기 때문에, 금속대(1)의 폭보다도 넓지 않으면 안 된다. 또한 가동 마스킹은 냉각 개시 위치(입측 상부 기체 분출 노즐(41)과 입측 하부 기체 분출 노즐(42)의 금속대(1)로의 분류 충돌 위치)를 제어하기 위해, 길이 방향(수평 방향)으로 가동시킬 필요가 있다.
이 가동 마스킹이 금속대 급냉 장치(11)에는 형성되어 있기 때문에, 특수한 이온성 액체 등을 이용하지 않고, 저비용으로 냉각 정지 온도를 제어할 수 있다.
또한, 가동 마스킹이 구비하는 기체 분출 노즐(입측 상부 기체 분출 노즐(41)과 입측 하부 기체 분출 노즐(42))의 분사 방향은, 도 1에 나타내는 바와 같이 금속대(1)의 진행 방향을 향하여 비스듬하게 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 분사 방향의 수평 방향 성분이 금속대(1)의 진행 방향이도록, 노즐로부터 비스듬하게 분사되는 것이 바람직하다. 또한, 입측 상부 기체 분출 노즐(41)의 경사 각도(41a)는 각도(21a)와 동일 또는 거의 동일한 각도, 입측 하부 기체 분출 노즐(42)의 경사 각도(42a)는 각도(22a)와 동일 또는 거의 동일한 각도로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 함으로써, 상부 가동 마스킹(31)이나 하부 가동 마스킹(32)의 위치에까지, 체류 유체가 역류해 오는 것을 방지하기 쉬워진다.
냉각 유체 배출 롤은, 상부 냉각 유체 배출 롤(51)과 하부 냉각 유체 배출 롤(52)의 사이에 금속대(1)를 둠으로써, 금속대(1) 상으로부터 체류 유체를 배출한다.
냉각 유체 배출 롤(상부 냉각 유체 배출 롤(51)과 하부 냉각 유체 배출 롤(52))의 재질은 고무인 것이 바람직하고, 특히 우레탄고무인 것이 바람직하다. 또한, 롤 지름은 100㎜ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 롤 지름은 400㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 닙압(nip pressure)은 5㎏/㎝ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 닙압은, 20㎏/㎝ 이하인 것이 바람직하다. 냉각 유체 배출 롤은 비구동 롤로 할 수도 있지만, 구동 롤인 쪽이 바람직하다.
냉각 유체 배출 롤의 출측에 형성되는 기체 분출 노즐(출측 상부 기체 분출 노즐(61)과 출측 하부 기체 분출 노즐(62))의 분사 방향은, 도 1에 나타내는 바와 같이 금속대(1)의 진행 방향의 역방향을 향하여 비스듬하게 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 분사 방향의 수평 방향 성분이 금속대(1)의 진행 방향의 역방향이도록, 노즐로부터 비스듬하게 분사되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 냉각 유체 배출 롤로부터 누설한 체류수 등의 체류 유체를 배출하기 쉬워진다.
출측 상부 기체 분출 노즐(61)의 경사 각도(61a)(노즐(61)에 의해 분출되는 기체의 분사 방향과 금속대(1)가 이루는 각도)와 출측 하부 기체 분출 노즐(62)의 경사 각도(62a)(노즐(62)에 의해 분출되는 기체의 분사 방향과 금속대(1)가 이루는 각도)의 적합예로서는, 5° 이상을 들 수 있다. 또한, 이 적합예로서는, 80° 이하를 들 수 있다. 각도(61a)나 각도(62a)가 5° 이상이면, 분사 방향이 금속대(1)의 진행 방향과 평행에 가까워지는 것을 회피하여, 배출 능력을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 각도(61a)나 각도(62a)가 80° 이하이면, 분사 방향이 금속대(1)의 진행 방향과 수직에 가까워지는 것을 회피하여, 배출 능력을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 각도(61a)나 각도(62a)를 20° 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 각도(61a)나 각도(62a)를 45° 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
분사하는 공기나 질소 등의 기체의 온도는 10℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 분사하는 공기나 질소 등의 기체의 온도는 30℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 분사 압력은 0.2㎫ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 분사 압력은 1.0㎫ 이하인 것이 바람직하다.
냉각 개시 위치에서 냉각 정지 위치(상부 냉각 유체 배출 롤(51)과 하부 냉각 유체 배출 롤(52)의 금속대(1)에 대한 접촉 위치)까지의 거리인 냉각 길이 b(㎜)는, 반송 속도 v(㎜/s), 금속대(1)의 두께 t(㎜), 냉각 개시 온도 T1(℃), 목표로 하는 냉각 정지 온도 T2(℃), 금속대(1)의 냉각 속도 CV(℃/s)에 기초하여 설정하는 것이 바람직하다.
참고로, 냉각 개시 온도 T1(℃)은, 냉각 개시 위치에서의 금속대(1)의 온도이고, 냉각 정지 온도 T2(℃)는, 냉각 정지 위치에서의 금속대(1)의 온도이다.
여기에서, 상기의 값의 사이에는, 하기 (1)식의 관계가 성립하기 때문에, 거리 b(㎜)는 하기 (2)식으로 나타난다.
　　　CV＝(T1－T2)/(b/v)···(1)
　　　b＝(T1－T2)v/CV　···(2)
또한, 냉각 속도 CV는, 냉각 조건(노즐 형상, 분사되는 냉각 유체의 종류(여기에서는, 물(211)과 물(222))·온도, 분사량 등)에 따라서 정해지는 정수 α(℃·㎜/s)와, 금속대(1)의 두께 t를 이용하여, 하기 (3)식으로 나타낼 수 있다.
　　　CV＝α/t　···(3)
예를 들면, 두께 t＝1∼2㎜의 금속대(1)에서는, 하기 (4)식으로 나타나고, 중간값을 취하면, 하기 (5)식으로 나타난다.
　　　CV＝1000/t∼2000/t(℃/s)···(4)
　　　CV＝1500/t(℃/s)···(5)
즉, 이 경우는, α는 하기 (6)식 또는 (7)식이라는 것이 된다.
　　　α＝1000∼2000(℃·㎜/s)···(6)
　　　α＝1500(℃·㎜/s)···(7)
이 점에서, 상기 (2)식은 하기 (8)식으로 나타낼 수 있다.
　　　b＝(T1－T2)vt/α···(8)
또한, 냉각 속도 CV(℃/s)나 α(℃·㎜/s)에 대해서는, 사전에, 실험이나 수치 해석 등에 의해 구해 두어, 데이터 베이스화나 계산식화해 두면 좋다.
그리고, 상기의 실시 형태는, 금속대 제품(제품으로서 출하되는 금속대)의 제조에 적용할 수 있고, 고강도 냉연 강대나 용융 아연 도금 강대와 같은 강대의 제조에 적용하는 것이 특히 바람직하다.
보다 구체적으로는, 인장 강도가 580㎫ 이상인 강대의 제조에 적용하는 것이 바람직하다. 인장 강도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 일 예로서 1600㎫ 이하이면 좋다.
고강도 냉연 강대나 용융 아연 도금 강대의 조성의 구체예로서, 질량％로, C가 0.04％ 이상 0.25％ 이하, Si가 0.01％ 이상 2.50％ 이하, Mn이 0.80％ 이상 3.70％ 이하, P가 0.001％ 이상 0.090％ 이하, S가 0.0001％ 이상 0.0050％ 이하, sol.Al이 0.005％ 이상 0.065％ 이하, 필요에 따라서, Cr, Mo, Nb, V, Ni, Cu 및, Ti의 적어도 1종 이상이 각각 0.5％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 들 수 있다. 이 조성에서는, 추가로 필요에 따라서, B, Sb가 각각 0.01％ 이하를 함유해도 좋다.
또한, 고강도 냉연 강대나 용융 아연 도금 강대 뿐만 아니라, 전기 아연 도금 강대, 합금화 용융 아연 도금 강대의 제조에 적용하는 것도 동일하게 바람직하다.
이와 같이 하여, 이 실시 형태에 있어서는, 금속대(1)의 제조 조건(예를 들면, 반송 속도 v)에 의하지 않고 항상, 급냉 후의 금속대(1)의 온도를 제어하는 것이 가능해진다.
또한, 상기의 실시 형태에서는, 강대를 물로 급냉하는 경우를 염두에 두고 서술했지만, 본 발명은, 강대 이외의 금속대 전반의 냉각에 적용할 수 있고, 또한, 물 이외의 냉매를 이용한 급냉에도 적용할 수 있다.
실시예
본 발명의 실시예를 서술한다.
본 발명예로서, 도 1의 본 발명의 실시 형태에 따른 급냉 장치를 이용했다.
이 때, 각도(21a)는 30°, 각도(22a)는 40°, 각도(41a)는 30°, 각도(42a)는 40°, 각도(61a)는 30°, 각도(62a)는 30°로 했다. 또한, 분사하는 기체로서 공기의 온도는 20℃, 분사 압력은 0.6㎫로 했다. 또한 롤 지름은 200㎜, 닙압은 10㎏/㎝로 했다.
상기의 장치를 이용하여, 두께 t가 1.0㎜, 폭이 1000㎜인 인장 강도 1470㎫급의 고강도 용융 아연 도금 강대를 제조했다. 반송 속도 v를 500∼3000㎜/s, 냉각 개시 온도 T1을 400℃, 목표로 하는 냉각 정지 온도 T2를 100℃로 했다. 수온은 30℃이고, 냉각 속도 α/t에 대해서는, 사전 측정과 상기 (5)식에 기초하여 1500/t(℃/s)로 설정했다.
또한, 냉각 개시 위치에서 냉각 정지 위치까지의 냉각 길이 b(㎜)는, 상기 (8)식에 기초하여 b＝100∼600㎜로 제어했다.
이에 대하여, 비교예 1로서, 특허문헌 1에 나타낸 냉각 장치를 이용하고, 그 외의 조건은, 본 발명예와 동일하게 하여, 상기의 고강도 용융 아연 도금 강대를 제조했다.
또한, 비교예 2로서, 특허문헌 2에 나타낸 냉각 장치를 이용하고, 그 외의 조건은, 본 발명예와 동일하게 하여, 상기의 고강도 용융 아연 도금 강대를 제조했다.
또한, 비교예 3으로서, 특허문헌 4에 나타낸 냉각 장치를 이용하고, 그 외의 조건은, 본 발명예와 동일하게 하여, 상기의 고강도 용융 아연 도금 강대를 제조했다.
또한, 비교예 4로서, 특허문헌 6에 나타낸 냉각 장치를 이용하고, 그 외의 조건은, 본 발명예와 동일하게 하여, 상기의 고강도 용융 아연 도금 강대를 제조했다.
그리고, 각각의 경우(본 발명예, 비교예 1∼4)에 대해서, 반송 속도 v(㎜/s)와 냉각 정지 온도 T2(℃)의 관계를 조사했다.
본 발명예의 결과를 도 2에 나타내고, 비교예 1의 결과를 도 3, 비교예 2의 결과를 도 4, 비교예 3의 결과를 도 5, 비교예 4의 결과를 도 6에 나타낸다.
우선, 비교예 1과 비교예 4에서는, 도 3과 도 6에 나타내는 바와 같이, 반송 속도 v(㎜/s)에 의하지 않고, 냉각 정지 온도 T2(℃)는 모두 수온(30℃)과 거의 동일해져, 목표로 하는 냉각 정지 온도 T2로 제어할 수 없었다.
구체적으로는, 비교예 1에서는, 본 발명예와는 달리, 강대의 냉각 시, 강대를 수조 내에 침지하고 있었다. 그 때문에, 급냉 후의 강대의 온도가 수온과 동일해져, 냉각 정지 온도 T2를 제어할 수 없었다.
또한, 비교예 4에서는, 본 발명예와는 달리, 강대의 상방의 위치에 물 분사 장치와 공기 분사 장치를 설치하여, 탈수수에 의해 강대 상면의 체류수를 배출하는 수법을 채용했다. 그 때문에, 체류수를 배출하기 위해 고압의 물을 분사할 필요가 있고, 탈수수에 의해 강대의 온도가 수온까지 냉각되어 버려, 냉각 정지 온도 T2를 제어할 수 없었다.
또한, 비교예 2와 비교예 3에서는, 도 4와 도 5에 나타내는 바와 같이, 반송 속도 v(㎜/s)에 의해, 냉각 정지 온도 T2(℃)는 크게 변화하여, 제어할 수 없었다.
구체적으로는, 비교예 2에서는, 본 발명예와는 달리, 강대가 하방으로부터 상방으로 이동하는 세로 패스 중에서, 급속 냉각 후에 급속 가열을 행함으로써, 냉각 정지 온도를 일정하게 유지하는 수법을 채용했다. 그 때문에, 중력의 영향에 의해 냉각 장치 하방의 롤로부터 누수가 발생하여, 냉각 개시 위치나 냉각 정지 온도 T2를 제어할 수 없었다.
또한, 비교예 3에서는, 본 발명예와는 달리, 냉각 유체 배출 롤을 사용하지 않고 기체 노즐만을 이용하여 체류수를 배출하고자 했다. 그 때문에, 냉각 개시 위치를 완전히 제어하지 못하고, 또한, 체류수를 완전히 배출하지 못하여 냉각 정지 온도 T2를 제어할 수 없었다.
한편, 본 발명예에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 반송 속도 v(㎜/s)라는 강대의 제조 조건에 의하지 않고, 냉각 정지 온도 T2(℃)는 100±5℃의 범위에서 모두 제어 가능했다.
이에 따라, 본 발명의 유효성이 확인되었다.
1 : 금속대
11 : 금속대 급냉 장치
21 : 상부 냉각 유체 분출 노즐(냉각 유체 분사 장치)
211 : 상부 냉각 유체 분출 노즐로부터 분사된 냉각 유체
22 : 하부 냉각 유체 분출 노즐(냉각 유체 분사 장치)
222 : 하부 냉각 유체 분출 노즐로부터 분사된 냉각 유체
21a : 상부 냉각 유체 분출 노즐의 축선 방향(냉각 유체의 분출 방향)과 금속대가 이루는 각도 중, 예각이 되는 각도
22a : 하부 냉각 유체 분출 노즐의 축선 방향(냉각 유체의 분출 방향)과 금속대가 이루는 각도 중, 예각이 되는 각도
31 : 상부 가동 마스킹(가동 마스킹)
32 : 하부 가동 마스킹(가동 마스킹)
41 : 입측 상부 기체 분출 노즐(기체 분출 노즐)
411 : 입측 상부 기체 분출 노즐로부터 분사된 기체
42 : 입측 하부 기체 분출 노즐(기체 분출 노즐)
422 : 입측 하부 기체 분출 노즐로부터 분사된 기체
41a : 입측 상부 기체 분출 노즐의 축선 방향(기체의 분출 방향)과 금속대가 이루는 각도 중, 예각이 되는 각도
42a : 입측 하부 기체 분출 노즐의 축선 방향(기체의 분출 방향)과 금속대가 이루는 각도 중, 예각이 되는 각도
51 : 상부 냉각 유체 배출 롤(냉각 유체 배출 롤)
52 : 하부 냉각 유체 배출 롤(냉각 유체 배출 롤)
61 : 출측 상부 기체 분출 노즐(기체 분출 노즐)
611 : 출측 상부 기체 분출 노즐로부터 분사된 기체
62 : 출측 하부 기체 분출 노즐(기체 분출 노즐)
622 : 출측 하부 기체 분출 노즐로부터 분사된 기체
61a : 출측 상부 기체 분출 노즐의 축선 방향(기체의 분출 방향)과 금속대가 이루는 각도 중, 예각이 되는 각도
62a : 출측 하부 기체 분출 노즐의 축선 방향(기체의 분출 방향)과 금속대가 이루는 각도 중, 예각이 되는 각도
b : 냉각 길이(금속대의 냉각 개시 위치에서 냉각 유체 배출 롤까지의 거리)

Claims (11)

  1. 금속대(metal strip)를 수평 방향으로 반송하면서 냉각하는 급냉 장치로서,
    상기 금속대의 양면측으로부터 상기 금속대에 냉각 유체를 분사하는 1조(one set) 또는 수평 방향으로 배열한 복수조의 노즐을 구비한 냉각 유체 분사 장치와,
    상기 냉각 유체가 분사된 상기 금속대 상의 체류 유체를 배출하는 냉각 유체 배출 롤과,
    상기 노즐과 상기 금속대가 통과하는 금속대 반송 라인의 사이 또한 상기 금속대 반송 라인의 양면측에 형성되고, 수평 방향으로 이동함으로써 상기 냉각 유체에 의한 상기 금속대의 냉각 개시 위치를 조정하여, 당해 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를 제어하는 가동 마스킹
    을 구비하고,
    상기 가동 마스킹이 상기 금속대에 기체를 분사하는 입측 기체 분출 노즐을 구비하고,
    상기 냉각 개시 위치가, 분사된 상기 기체가 상기 금속대에 충돌하는 위치인 분류 충돌 위치이고,
    상기 냉각 유체를 분사하는 1조 또는 수평 방향으로 배열한 복수조의 노즐의 분사 방향이 금속대의 진행 방향을 향하여 비스듬하게 형성된 금속대 급냉 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유체 배출 롤의 출측에 기체 분출 노즐을 구비하고 있는 금속대 급냉 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 유체를 분사하는 상기 노즐의 축선 방향과 상기 금속대가 이루는 각도가 10° 이상 60° 이하인 금속대 급냉 장치.
  5. 연속적으로 수평 방향으로 반송하는 금속대의 양면에 1조 또는 수평 방향으로 배열한 복수조의 노즐로부터 냉각 유체를 분사함으로써 냉각하는 급냉 방법으로서, 냉각 유체 배출 롤에 의해 상기 금속대 상의 체류 유체를 배출하면서, 수평 방향으로 이동 가능한 가동 마스킹에 의해 상기 냉각 유체에 의한 상기 금속대의 냉각 개시 위치를 조정하여, 당해 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를 제어하고,
    상기 가동 마스킹이 상기 금속대에 기체를 분사하는 입측 기체 분출 노즐을 구비하고,
    상기 냉각 개시 위치가, 분사된 상기 기체가 상기 금속대에 충돌하는 위치인 분류 충돌 위치이고,
    상기 냉각 유체를 분사하는 1조 또는 수평 방향으로 배열한 복수조의 노즐의 분사 방향이 금속대의 진행 방향을 향하여 비스듬하게 형성된 금속대 급냉 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속대의 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를, 상기 금속대의 반송 속도, 냉각 개시 온도, 목표로 하는 냉각 정지 온도, 상기 금속대의 냉각 속도에 기초하여 설정하는 금속대 급냉 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속대의 반송 속도를 v(㎜/s), 냉각 개시 온도를 T1(℃), 목표로 하는 냉각 정지 온도를 T2(℃), 상기 금속대의 냉각 속도를 CV(℃/s)로 하여, 상기 금속대의 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리 b(㎜)를 하기식으로 나타내는 금속대 급냉 방법.
    　　　b＝(T1－T2)v/CV
  8. 제5항에 있어서,
    상기 금속대의 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리를, 상기 금속대의 반송 속도, 냉각 개시 온도, 목표로 하는 냉각 정지 온도, 냉각 조건, 상기 금속대의 두께에 기초하여 설정하는 금속대 급냉 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속대의 반송 속도를 v(㎜/s), 냉각 개시 온도를 T1(℃), 목표로 하는 냉각 정지 온도를 T2(℃)로 하고, 냉각 조건에 의해 정해지는 정수 α(℃·㎜/s)와, 상기 금속대의 두께 t(㎜)를 이용하여, 상기 금속대의 냉각 개시 위치에서 상기 냉각 유체 배출 롤까지의 거리 b(㎜)를 하기식으로 나타내는 금속대 급냉 방법.
    　　　b＝(T1－T2)vt/α
  10. 금속대 제품을 제조할 때에, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 급냉 방법을 이용하여 급냉을 행하는 금속대 제품의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속대 제품은, 고강도 냉연 강대, 용융 아연 도금 강대, 전기 아연 도금 강대, 합금화 용융 아연 도금 강대 중 어느 하나인 금속대 제품의 제조 방법.
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