KR19990035830A - 연속식 강대 열처리 공정에 있어서 강대의 폭방향 균일 냉각장치 - Google Patents

연속식 강대 열처리 공정에 있어서 강대의 폭방향 균일 냉각장치 Download PDF

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Abstract

연속식 강대 열처리 공정의 수직통로에 장착된 강대 냉각장치는 각을 가진 상기 강대의 폭을 따라 강대의 양면에 근접하여 배열된 냉각헤더위의 냉각노즐들을 배치하고 각 냉각노즐로부터 분사된 상기 냉매의 분사중심 라인은 상기 분사중심 라인이 상기 강대의 표면과 일치하는 점에서 상기 강대의 수직방향으로부터 상기 강대의 단부까지 경사져있는 특징이 있다.

Description

연속식 강대 열처리 공정에 있어서 강대의 폭방향 균일 냉각장치
강대(鋼帶)를 연속적으로 열처리 하기 위한 열처리 설비는 종래에 다양한 형태의 열처리 설비가 제안되었다. 도 1은 상기 연속식 강대 열처리 라인의 일례를 나타낸 장치도이다. 상기 도면에 나타낸 것 처럼, 강대 11은 페이오프 릴 (payoff reel) 1에 의해 되감아지고 세정창치 2를 통과한다. 그런 후 상기 강대 11은 가열대 3, 균열대 4, 1차 냉각대 5, 복열대(復熱帶) 6, 과시효처리대 7, 2차 냉각대 8을 통과한다. 그 후, 상기 강대 11은 압연기 9로 보내진 후 텐션 릴(tension reel) 10에 의해 권취된다.
상기 연속식 강대 열처리 라인(line)에서 1차 냉각대 5 및 2차 냉각대 8에서 상기 강대를 냉각하기 위해서, 종래에 다양한 냉각방법이 제안되었다. 일반적 분류는 이러한 종래 냉각방법으로 이루어질 때, 다음과 같은 3가지 냉각방법이 제공된다: 냉각된 롤(roller)에 강대를 접촉시키는 일에 따라 강대를 냉각하는 방법(일본 특허공개공보 제 59-143028호); 냉매(冷媒)를 상기 강대에 직접 불어 넣은 일에 따라 강대를 냉각시키는 방법(일본 특허공개공보 제 57-67134호); 및 상기 강대를 냉매에 침적시키는 일에 따라 강대를 냉각시키는 방법(일본 특허공개공보 제 59-1430
28호).
일반적으로, 상기 냉각대가 고안될 때, 이러한 냉각방법은 단독으로 사용되거나 또는, 다른 방편으로, 이러한 냉각방법은 서로가 조합하여 사용되었다.
다음은, 일례를 참고로, 냉매를 상기 강대에 직접 불어 넣은 일에 따라 강대를 냉각시키는 방법이 다음과 같이 설명되었다.
도 2는 도 1에서 선 X-X에 대한 2차 냉각대 8의 횡단면도이다. 이 도면에서, 거기에는 냉매를 상기 강대에 직접 불어 넣은 일에 따라 강대를 냉각시키기 위한 방법을 나타내고 있다. 상기 종래 냉각대에서는, 상기 강대 11이 다음과 같이 냉각되었다. 상기 강대 11은 평평한 형태로써 간주되며, 냉각 헤더(header) 12는 이 평평한 강대 11과 평행하게 배열되어있다. 상기 강대와 평행하게 배열된 상기 냉각헤더 12위에 상기 냉각헤더 12에 수직으로 돌출한 다수의 냉각 노즐 13이 장착되고, 상기 강대를 냉각하기 위한 냉매 14는 강대 11에 대하여 다수의 냉각 노즐 13으로부터 직접적으로 불어넣어짐으로써 냉각시킬 수 있다.
상기 구조에서, 다수의 냉각헤더 12는 상기 강대 11이 이송되는 수직 통로의 방향으로 배열된다.
물은 상기 냉매(冷媒) 14로 사용될수 있다. 이 경우, 물은 순수(純水), 연수(軟水), 경수(硬水), 여과수(濾過水), 정수(淨水), 담수(淡水), 원수(原水) 및 산화방지제가 첨가된 물 등을 포함한다. 또한, 가스가 상기 냉매 14로 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 가스는 노내에 사용된 분위기 가스, 아르곤과 같은 불활성 가스, 질소와 같은 무산화 분위기 가스, 상기 가스 등이 혼합된 상태에서 대기 또는 혼합된 가스를 포함된다. 상기 냉매는 단독으로 사용되거나, 또는 서로가 혼합되어 사용된다.
액체의 냉매의 특별한 일례로써는, 거기에 끊은점이 높은 유기용매, 또는 물 대신 소금을 사용하는 방법이 제안되었다. 이 관계에서, 분사냉각 및 미스트(mist)냉각 방법이 이 설명을 수반하므로써 형성되었다. 상기 강대에 대하여 냉매를 직접 불어넣으므로써 강대를 냉각시킬 때, 물과 같은 액체는 단독으로 상기 냉매로써 사용되었다. 이 냉각방법은 분사냉각으로 정의하였다. 상기 강대에 대하여 냉매를 직접 불어 넣으므로써 강대를 냉각시킬 때, 물과 같은 액체 및 가스가 서로 혼합된 혼합물이 사용된다. 이 냉각방법을 미스트(mist) 냉각으로 정의하였다.
강대가 수직통로 안을 통과할 때, 이것은 상기 강대에 주어진 다양한 응력때문에 길이 및 폭방향으로 휘게된다. 도 3은 냉매를 상기 강대 11에 대하여 종래 방법으로 직접 불어넣으므로써 도 2에서 나타낸 것 처럼 폭방향으로 휘게되는 상기 냉각상태의 형태를 보여주는 도면이다.
물과 같은 액체를 포함한 냉매가 상기 강대 11에 대하여 직접 불어넣어질 때, 상기 강대 11에 대하여 불어넣어진 상기 냉매 17이 오목한쪽위의 폭방향으로 상기 강대의 중심에 국부적으로 집중되어 폭방향으로 휘게된다.
추가적으로, 상기 수직통로에서, 상기 냉매는 길이방향으로 상기 강대를 따라 흘러내려 상기 강대 폭방향 중심부에 집중된다. 따라서, 폭방향으로 강대 중심부 15는 과냉된다.
도 4는 종래 냉각방법의 수직통로에서 상기 강대의 미스트 냉각의 경우 냉각대 이송측에 대한 상기 강대의 폭방향 온도분포의 일례를 나타낸 도면이다. 도면에 나타낸 것 처럼, 상기에 기술된 현상에 따라, 상기 폭방향으로 강대 중심부 15는 과냉각되었다. 또한, 강대 폭방향 가장자리부에 있어서도 과냉각이 발생하였다.
폭방향으로 상기 강대의 가장자리부 16에서 열(heat)은 상기 강대의 배면뿐만 아니라 상기 강대의 가장자리 표면으로부터 제거되었다. 이 이유에 있어서, 폭방향으로 강대의 가장자리부 16은 과냉각되었다.
강대가 연속식 강대 열처리 라인에서 열처리될 때, 다양한 열 사이클이 제조되기 위한 상기 강대의 재료에 따라 사용되었다. 일반적으로, 도 5에 나타낸것과 같이, 연강 강대가 제조될 때, 다음과 같은 열사이클이 사용되었다. 상기 강대가 700 내지 900℃에서 열처리 된 후 균열(soaking)되었고, 과시효를 위해 1차 냉각대 5에서 240 내지 450℃로 냉각되었고, 그런 후 상기 강대는 2차 냉각대 8에서 상온으로 냉각되었다.
상기 강대는 상기에 기술된 것 처럼 각각의 냉각대에서 냉각될 때, 상기 강대 온도는 확산된다. 온도의 확산으로 인하여 상기 강대의 재질은 확산된다.
최근에, 고 인장재료의 수요가 증가되고 있다. 고 인장재료가 상기 열처리 라인에서 열처리 될 때 다음과 같은 문제가 발생하였다.
상기 고 인장재료의 열처리의 경우에서, 상기 온도는 1차 급냉대의 이송측위의 상기 강대 폭방향으로 변하게 되는 경향이 있다. 상기 온도변화에 기인하여, 상기 강대의 기계적강도는 변하고, 따라서 폭방향으로 상기 강대의 재료는 변한다. 상기 문제를 해결하기 위해서, 상기 연강 강대 또는 상기 고 인장재료에서 발생되는 강대의 결함부는 종래에 상기 연속식 강대 열처리 공정의 이송측 또는 마무리 공정에서 절단에 의해 제거되었다.
그러나, 상기 결함부가 상기 강대로부터 제거되는 상기 방법은 다음과 같은 불이익이 따른다. 상기 결함부의 발생 빈도가 크게 확산됨에 따라서, 이것은 선정된 값보다 더 많은 양의 상기 강대 제조를 요구한다. 결과적으로, 상기 제품 제어가 악화되었다. 추가적으로, 이것은 상기 강대의 결함부를 제거하기 위한 시간과 노동을 필요로 한다. 상기 결함부가 상기 강대로부터 제거될 때 생산량은 저하되고, 추가적으로 마무리 공정과 같은 부가적인 제조공정등이 필요하게 된다. 따라서, 제조비용이 증가되는 단점이 있다.
본 발명은 연속식 강대 열처리 공정에 있어서 강대의 폭방향으로 강대를 균일하게 냉각하기 위한 냉각장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 연속식 강대 열처리 장치의 일례의 배열에 대한 개요를 나타낸 부분단면도이다.
도 2는 도 1에서 선 X-X에 대한 횡단면도이다.
도 3은 도 2에서 강대의 냉각상태의 형태를 나타낸 구성도이다.
도 4는 냉각대의 이송측에 대한 폭방향으로 강대의 온도분포를 나타낸 도면, 여기서 상기 강대는 도 3에서 나타낸 냉각 상태로 냉각되었다.
도 5는 열처리된 보통 연강 강대 또는 고 인장재료의 열사이클을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 상기 경사진 냉각 노즐이 배열되는 실현화의 개요를 나타낸 평면도이다.
도 7은 냉매분사의 중심선과 상기 강대와 일치하는 상기 냉매의 분사위치에서 강대에 수직인 법선사이에 형성된 경사각을 설명한 구성도이다.
도 8A 내지 도 8D는 상기 냉각 노즐의 경사각과 강대의 폭방향으로 온도차이의 관계를 나타낸 도표이다.
도 9는 상기 강대가 도 6에서 나타낸 실현화에서 냉각될 때 강대의 폭방향으로 온도분포를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 경사진 노즐이 배열된 다른 실현화의 개요를 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 10에서 나타낸 실현화에서 상기 냉각 노즐의 경사각을 알기 위한 식에서 사용된 제 1 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 12는 상기 강대가 도 10에서 나타낸 실현화에서 냉각될 때 폭방향으로 강대의 온도분포를 나타낸 도면이다.
도 13은 냉각 노즐의 열(row)이 분리된 본 발명의 실현화의 개요를 나타낸 평면도이다.
도 14는 본 발명의 냉각 노즐의 열의 분리 위치에 대한 일례를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 냉각 노즐의 분리된 다른 실현화를 나타낸 도면이다.
도 16은 상기 강대가 도 15에서 나타낸 실현화에서 냉각될 때 강대의 폭방향으로 온도의 분포를 나타낸 도면이다.
발명의 실시예
가장 바람직한 실현화를 참고로, 본 발명이 다음과 같이 상세하게 설명된다.
도 6은 본 발명의 실현화에 대한 냉각장치의 개요를 나타낸 평면도이다. 이 도면은 냉매가 분사되는 상태를 나타낸다.
일례로, 본 발명의 상기 냉각장치는 도 1에서 나타낸 2차 냉각대 8을 나타낸다. 상기 2차 냉각대 8에는 수직방향으로 이동하는 강대 11의 이동 방향에 배열된 다수의 냉각헤더 12를 장착하고, 이러한 냉각헤더 12는 상기 강대 11의 양면에 가깝게 설치된다. 도 6에서 타나낸 것 처럼, 각 냉각헤더 12에는 상기 강대의 중심 15로부터 상기 강대의 폭방향으로 가장자리부 16까지 지시되어 있는 선정된 각θ로 경사진 냉각노즐 18이 장착되어있다.
이 경우에서, 상기 각θ는 냉매분사의 중심선 20과 상기 강대 11을 교차하는 분사의 중심선 20이 있는 상기 강대위의 위치에서 법선 23사이에 형성된 각으로 정의된다.
상기 각 θ는 2o에서 45o의 영역내에 일정한 값이다. 상기 각θ의 영역은 다음과 같은 실험의 결과에 의해서 결정된다.
도 8A 내지 도 8D는 상기 강대가 물에 의해 수행된 미스트 냉각방법에 의해 냉각되었고, 상기 강대 재료는 보통 연강이며, 상기 강대 두께는 1.6mm, 강대 폭은 920mm이고, 공정속도는 170m/min인 실험의 결과로 나타난 도표이다. 상기 강대는 냉각 노즐이 수직 통로에 배열된 냉각대에서 냉각되었고, 모든 냉각 노즐의 경사각은 동일하며, 상기 각의 값은 0에서 70o까지 범위에서 1o로 변화시켰다. 온도분포는 상기 냉각 노즐의 각각의 각에서 측정되었다.
도 8A 내지 8D는 상기 노즐 경사각과 폭방향으로 상기 강대 온도의 평균변화사이의 관계의 형성에서 상기 실험의 결과로 나타난 도표이다.
도 8A는 냉각 시작 온도가 720℃이고 냉각 완성 온도가 240℃인 조건에서 이루어진 실험의 결과로 나타낸 도표이다.
일례로, 전체 양의 360m3/Hr인 물의 냉매는 상기 강대를 냉각시키도록 40o의 경사각으로 경사진 상기 냉각 노즐부터 분사된다. 그 후, 상기 강대의 폭방향으로 일직선으로 배열된 29위치에서 온도는 측정되었고, 온도 변화의 평균값을 도표로 나타내었다.
도 8B는 냉각 시작 온도가 720℃이고 냉각 완성 온도가 420℃인 조건에서 이루어진 실험의 결과로 나타낸 도표이다. 상기 노즐은 도 8A에서 나타낸 노즐과 동일하고, 강대는 이러한 노즐에 의해 냉각되었고, 상기 강대의 폭방향으로 온도에 대한 변화가 발견되었고 변화의 평균값을 도표로 나타내었다.
도 8C는 냉각시작 온도가 360℃이고 냉각완성 온도가 100℃인 조건에서 이루어진 실험의 결과로 나타낸 도표이다. 상기 노즐은 도 8A에서 나타낸 노즐과 동일하고, 강대는 이러한 노즐에 의해 냉각되었고, 상기 강대의 폭방향으로 온도에 대한 변화가 발견되었고 변화의 평균값을 도표로 나타내었다.
도 8D는 냉각 시작 온도가 360℃이고 냉각 완성 온도가 220℃인 조건에서 이루어진 실험의 결과로 나타낸 도표이다. 상기 노즐은 도 8C에서 나타낸 노즐과 동일하고, 강대는 이러한 노즐에 의해 냉각되었고, 상기 강대의 폭방향으로 온도에 대한 변화가 발견되었고 변화의 평균값을 도표로 나타내었다.
상기 실험의 결과로, 다음과 같은 것이 발견될 수 있다. 종래 냉각 노즐이 0o의 경사각으로 사용될 때 상기 온도 차이는 20℃이상이었고, 그러나, 2o내지 45o의 경사각으로 상기 노즐이 사용될 때 온도 차이는 냉각 완성 온도와는 상관없이 15℃이하였고, 특히, 상기 노즐의 경사각이 5o내지 30o로 사용될 때 온도 차이는 10℃이하였다.
앞에서 기술한 것에 기인하여, 다음과 같이 발견될 수 있다. 상기 냉각 노즐이 일정한 각으로 경사되어져 배열될 때, 효율적인 경사각은 2o내지 45o였다.
그러나, 다음에 기술된 것 처럼, 폭방향으로 상기 강대의 가장자리의 온도차는 상기 강대의 중심의 온도차보다 크다. 상기 경우에서, 상기 강대가 연강으로 만들어 질 때 문제는 발생되지 않았지만, 상기 강대의 변화가 가장자리부의 재료에서 발생될 수 있는 고 인장재료의 재료로 만들어질 때 문제는 발생되었다.
이 관계에서, 중심으로부터 거리가 대략적으로 20mm 이하인 상기 냉각헤더의 범위에서 상기 강대의 굽힘 정도는 낮다. 따라서, 상기 노즐의 경사각은 상기 냉각헤더의 이 같은 범위에서 0o로 결정될 수 있다.
다음은, 도 10을 참고로, 본 발명의 다른 실현화를 아래에 설명하였다. 이 실현화에서, 상기 냉각 노즐 20은 다음과 같이 배열되었다. 상기 냉각 노즐 20의 상기 냉매 분사방향은 폭방향으로 상기 강대 11의 가장자리 16 앞쪽으로 지시되었다. 상기 냉각 노즐 20i의 경사각 θi는 강대의 중심 15측위의 상기 냉각노즐 20i 부근에 배열된 상기 냉각 노즐 20i-1의 경사각 θi-1보다 크다. 추가적으로, 상기 경사각 θi-1은 경사각 θi-2보다 크다. 상기 경사각의 관계가 연속적으로 상기 방법에서 유지되는 동안, 상기 냉각 노즐 20은 상기 강대의 폭방향으로 배열된다.
상기 기술된 배열에 따라, 상기 냉각 노즐 분사의 중심선은 상기 강대의 휘어지는 중심 둘레에 방사상으로 배열된다.
이 경우에서, 상기 냉각 노즐의 고정위치 및 서로의 부근에 위치된 상기 노즐의 경사각에서 변화는 특별하게 억제되지 않았고, 상기 각 θi는 다음 식(1)에 의해 발견되어진다.
여기서 K : 0 < K ≤ 2d
a : 냉각 노즐의 고정위치
b : 라인 중심으로부터 중심 노즐의 만곡의 양
r : 강대의 폭방향으로 휘어지는 만곡의 최소직경
d : 상기 노즐 끝에서 상기 통로 라인까지 거리
θi: 상기 중심 노즐로부터 i번째 노즐의 경사각
상기 식(1)에서 표현된 구성요소 사이의 관계가 도 11에 나타내었다.
값 "a"는 서로의 부근에서 상기 냉각 노즐의 분사의 간섭을 막는 견해와 또한 상기 강대 위로 분사되는 물의 양의 적당한 밀도를 제공하는 견해에서 결정된다.
값 "b"는 상기 노즐과 상기 관의 값 "a"사이에서 물리적인 결합에 의해 결정된다. 그러나, 본 발명의 상기 값 "b"는 특별히 억제되지 않았다. 값 "r"은 강대의 폭방향으로 휘어지는 만곡의 최소 직경이다. 이 값"r"은 두께 및 강대의 재료 및 또한 공정의 특징에 의해 변한다. 따라서, 상기 값 "r"은 연속적인 시험의 결과에 의해 결정된다. 따라서, 상기 값"r"은 본 발명에서 특별히 억제되지 않았다. 값 "k"는 강대에서 상기 노즐까지 거리의 최소값이다. 도 11에 나타낸 것 처럼, 상기 값 "k"는 최소한 2d이다. 따라서, 상기 노즐이 배열될 수 있도록 상기 값 θi가 상기 조건 k=2d에서 계산될 때, 효율적인 효과를 나타내기에 가능하다. 다른면에서, θi가 상기 조건 k=2d 및 상기 설계된 노즐 배열에 따라 계산될 때, 이것은 상기 값 θ가 너무 높기 때문에 노즐의 제조가 어렵게 된다. 상기 경우에서, 상기 노즐 배열이 k=2d의 부등식을 만족하는 값을 사용하여 다시 설계될 때, 상기 동등한 효과는 밀치는(pushing) 롤러와 같은 적절한 장치가 강대 연속 위치에 사용에 의한 일례를 제공할 수 있다. 상기에 기술된 이유에 있어서, 상기 값 "k"는 0 < k ≤ 2d의 부등식을 만족하는 범위에서 결정된다.
상기 냉각 노즐이 상기 방법에서 배열될 때, 분사의 중심선 22는 상기 강대의 중심 15를 제외한 상기 강대와 일치하는 분사의 모든 위치에서 경사각 θ에 의해 상기 강대의 가장자리부 16쪽으로 경사진다. 따라서, 상기 강대의 중심 15에 집중하여 강대 11에 대하여 불어 넣어지는 냉매 21은 없다.
따라서, 도 6에서 실현화된 것과 같은 방법에서, 상기 강대의 폭방향으로 온도차는 상기 강대가 냉각된 후 15℃이하로 억제될 수 있다.
상기 기술된 것과 같이, 상기 냉각 노즐이 도 6에서 나타낸 것 처럼 일정한 경사각으로 경사지게 배열될 때, 다음과 같은 문제가 발생될 수 있다. 이 각이 너무 작을 때, 어떠한 위치로부터 상기 강대의 가장자리까지 상기 강대에 대하여 불어 넣어진 모든 냉매는 상기 강대의 내측으로 흐른다. 따라서, 상기 강대의 온도차가 발생한다. 반대로, 상기 경사각이 너무 클 때, 냉매를 불어 넣지 못한 반대영역이 상기 강대의 중심에 근접한 부분에서 발생한다. 전술한 것에 기인하여, 상기 강대의 온도차는 또한 발생된다.
어떠한 경우에서, 상기 냉각 노즐이 일정한 경사각으로 배열될 때, 온도차는 상기 이유에 있어서 필수적으로 발생된다. 따라서, 상기 경사각과 온도차사이의 관계를 발견하는 것과 상기 온도차가 가능한한 적게 감소될수 있는 각의 범위를 결정하는 것이 필수적이다.
다른면에서, 도 10에서 나타낸 것과 같이 방사상으로 배열된 상기 냉각 노즐의 경우에서, 상기 냉각 노즐의 경사각은 상기 강대의 중심에 근접한 부분에서 감소된다. 따라서, 냉매가 상기 강대의 중심에 근접한 부분에 일치하기 때문에 발생되는 문제는 없다. 상기 강대의 가장자리부에 배열된 상기 냉각 노즐의 경사각은 그러한 방법에서 증가되고, 상기 냉각 노즐이 가장자리부에 가깝게 배열될수록 상기 경사각 크기는 증가된다. 추가적으로, 상기 냉각 노즐이 상기 강대의 가장자리부 쪽으로 상기 강대의 법선으로부터 경사지게 된다. 따라서, 전술한 상기 강대의 가장자리부와는 달리 상기 강대의 중심부는 이와같은 실현화에서 과냉되지 않는다. 따라서, 상기 냉각 노즐의 방사상 배열에서, 이것은 상기 냉각 노즐의 경사각의 범위를 제어하는 것이 불필요하게 되었다. 추가적으로, 이것은 나중에 기술된 것 처럼 상기 강대의 폭에서 온도차가 10℃이하로 안정되게 유지되는 것이 가능하다. 따라서, 온도분포의 관점에서, 이 실현화는 냉각 노즐이 일정한 경사각으로 배열되는 전술한 실현화보다 우수하다.
이 관계에서, 상기 강대의 중심부가 상기 냉각대의 이송측에서 과냉되는 것을 방지하기 위해서는 다음과 같은 방법을 제공하는 것이 효율적이다. 거기에는 폭방향으로 강대의 휨 정도를 측정하는 측정장치가 장착되어 있다. 상기 냉각 노즐은 상기 노즐의 경사각이 변화될 수 있는 방법으로 구성된다. 상기 노즐의 경사각은 냉매가 상기 강대의 가장자리부측 위로 항상 불어넣을 수 있도록 폭방향으로 상기 강대의 휘어짐에 따라 제어된다. 상기 방법에 기인하여, 폭방향으로 상기 강대의 중심부의 과냉은 감소될 수 있다.
상기 냉매가 상기 강대에 접촉하여 흘러내려와 국부적으로 집중될 때, 상기 강대는 국부적으로 냉각된다. 이 국부적인 냉각의 영향은 상기 강대의 표면 온도가 높을 때 감소될 수 있다. 따라서, 이것은 상기 강대가 상기 냉각대에서 위쪽으로 연속되는 "업-패스(up-path)"의 방법을 채택하는 것이 효율적이다.
다음은, 도 13 및 도 15를 참고로, 본 발명의 실현화로 냉각 노즐의 열(row)이 분리되는 것을 설명하였다. 다음의 실현화에서, 상기 냉각 노즐의 열은 상기 냉각헤더를 분리하는 방법에 의해서 분리된다. 그러나, 냉각 노즐의 열을 분리하는 방법은 상기 구체적인 실현화에서 제한되지 않았음을 알아야 한다.
전술한 것 처럼, 상기 강대가 도 6 및 도 10에 나타낸 실현화에 따라서 냉각될 때, 이것은 온도차가 15℃이하이고, 바람직하게는 10℃이하로 감소하는 것이 가능하다. 그러나, 상세한 조사가 상기 실현화의 온도분포에서 이루어질 때, 다음과 같은 문제가 발생하였다. 상기 실현화에서, 이것은 상기 냉매가 상기 강대의 중심에 접촉하여 흘러내릴 때, 냉매가 상기 중심부에 집중될 때 발생되는 상기 강대의 중심부의 과냉의 발생을 피할 수 있다. 그러나, 폭방향으로 상기 강대의 가장자리부의 과냉의 발생을 피하는 것은 불가능하였다. 따라서, 상기 강대의 가장자리부의 온도는 상기 강대의 중심부의 온도보다 낮다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 도 13 및 도 15에서 나타낸 것 처럼, 일례로, 상기 냉각헤더 24는 강대의 폭방향으로 세 부분인 24a, 24b, 24c로 분리된다. 각 헤더에서 다수의 냉각 노즐은 독립된 그룹으로 형성되고, 냉매의 양은 각 독립된 그룹에서 제어된다.
제어방법에 따라, 도 6 및 도 10에서 나타낸 상기 실현화에서 오차 발생으로 인한 상기 강대의 가장자리부가 과냉되는 것을 방지하기 위해서는, 상기 헤더 24a, 24c로부터 흐르는 상기 냉매 19, 21의 유속을 상기 헤더 24b로부터 흐르는 상기 냉매의 유속보다 낮게 감소시키는 것이다.
폭방향으로 상기 강대의 양쪽 가장자리부로 도입되는 상기 냉매의 양이 상기에 기술된 것 처럼 적용될 때, 이것은 상기 강대의 양쪽 가장자리부가 과냉되는 것으로부터 방지하는 것이 가능하고, 상기 강대는 폭방향으로 실질적으로 균일하게 냉각될 수 있다.
일반적으로, 상기 연속식 강대 열처리 라인에서, 열처리 되기 위한 상기 강대의 폭은 필수적으로 동등하지는 않고, 즉, 다른 폭의 강대가 연속적으로 열처리 된다. 따라서, 폭방향으로 상기 강대의 가장자리부의 위치는 열처리되기 위한 상기 강대의 폭에 따라서 변하게된다. 이 이유에 있어서, 분리된 헤더의 수가 큰 것이 바람직하다.
물론, 장비투자의 인가에 있어서, 상기 냉매의 유속은 각 노즐로부터 제어될 수 있다. 분사 냉각의 경우에서, 상기 냉각 파이프 및 노즐의 구조는 단순하다. 따라서, 이것은 열처리 되기 위한 강대의 폭에 따라서 상기 분리된 냉각헤더의 수를 증가시키는 것이 쉽다.
다른면에서, 상기 분리된 냉각헤더의 수가 너무 크게 증가될 때, 상기 냉매의 유속 제어가 완전하게 된다. 따라서, 다수의 제어 블록에서 분리된 상기 냉각헤더는 다음과 같이 기술되었다. 도 14에서 나타낸 것 처럼, 폭방향으로 다수의 냉각헤더 24a, 24c 분리위치는 동등하고, 하나의 제어 블록을 이룬다. 상기 냉각헤더 24, 24A, 24B, 24C의 분리 위치는 상기 냉각헤더의 분리위치가 50mm 이하 거리로써 서로가 구별될 수 있도록 상기 강대의 진행 방향에 배열되었다. 도 14에 나타낸 구조에서, 상기 냉각헤더의 분리위치는 100mm 거리로써 서로가 구별되어 있다.
상기 배열에 기인하여, 심지어 단독 냉각헤더의 분리수가 적더라도, 상기 제어블록이 적절하게 선택될 때, 이것은 다양한 폭의 상기 강대를 열처리 하는 것이 가능하게된다. 결과적으로, 상기 냉각헤더의 분리수는 감소될 수 있고, 장비의 비용은 감소될 수 있다. 추가적으로, 각 분리된 냉각헤더에 대한 상기 냉매의 유속 제어는 단순화될 수 있다.
상기 강대의 폭방향으로 온도차를 감소시키기 위해서, 각 분리된 냉각헤더에 대한 상기 냉매의 유속의 차를 증가시킬 때, 단독 냉각헤더에 의해 상기 강대의 폭 방향에서 온도차 감소능력은 강화될 수 있다.
상기 강대가 미스트 냉각 수단으로써 본 발명의 냉각장치에서 냉각될 때, 이것은 각 분리된 냉각헤더에 대한 냉매의 유속에서 차이를 늘리는 것이 가능하게된다. 결과적으로, 이것은 본 발명에서 설정된 장치를 쉽게 적용하는 것이 가능하고, 즉, 상기 설정된 장치가 제한된 범위에서 개조된다 할지라도, 본 발명에 적용될 수 있다. 이 경우에서 상기 냉각장치가 새롭게 제조되었고, 이것은 분리된 헤더의 수를 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 장비 비용은 감소될 수 있고, 추가적으로 냉매의 유속은 각 분리된 냉각헤더로써 쉽게 제어될 수 있다.
일반적으로, 열처리 되기 위한 각 강대 코일에 있어서, 또는 열처리 되기 위한 같은 강대 코일에서 조차, 상기 온도변화(온도차)는 냉각대 이송측위의 상기 강대의 폭방향으로 변한다. 상기 온도변화의 영향을 감소시키기 위해서, 상기 냉매의 유속을 제어하기 위해서 다음 방법을 채택하는 것이 바람직하다. 거기에는 수직방향에서 상기 냉각대의 중간에 또는 냉각대의 이송측에 강대 폭방향 온도 측정장치(도 1에서 T자로 표시됨)가 제공되었다. 상기 강대의 폭방향으로 온도분포는 이 온도측정 장치에 의해서 측정되었다. 각 분리된 냉각헤더에서 상기 냉매의 유속은 상기 온도 측정장치에 의해서 측정된 온도분포에 따라 연속 어닐링 장치의 냉각장치 바깥쪽에 장착된 유속 제어장치에 의해서 적절하게 제어되었다. 상기 제어장치의 안정한 강화의 관점으로부터, 이것은 냉매의 유속을 제어하기 위한 유속 제어시간이 상기 냉각대의 이송측에 대한 폭방향으로 상기 강대의 온도변화(온도차)의 빈번한 유동에 따라 독단적으로 변화될 수 있다.
상기 설명이 본 발명의 연속 어닐링 과정 적용의 경우에 이루어진다. 그러나, 이것은 열처리가 강대에 행해진 용융 아연도금을 행하는 장치와 같은 다른 장치에 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
본 발명은 상기 폭방향으로 상기 강대의 온도변화는 1차 급냉대 5 및 2차 냉각대 8에서 감소될 수 있도록 연속식 강대 열처리 공정으로 상기 강대의 폭방향으로 균일하게 강대를 냉각시키기 위한 냉각장치를 제공하기 위한 것이다.
이것은 폭방향으로 휘어진 강대의 온도변화가 상기 냉각영역의 수직통로에서 감소 될 수 있도록 냉각 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 강대의 온도차이가 상기 강대가 저온도대에서 냉각될 때 특히 감소될 수 있는 냉각장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 냉매의 흐름 속도가 폭방향으로 상기 강대위의 각 위치에서 제어될 수 있는 냉각장치를 제공하기 위한 것이다.
이것은 다음과 같은 냉각장치에 의해 상기 목적을 달성하기에 가능하다.
도 1에 나타낸 전형적인 연속식 강대 열처리에 있어서, 거기에는 열처리된 강대가 상기 강대가 수직방향으로 이동되는 동안 선정된 온도로 냉각되는 냉각장치가 제공되었다. 상기 냉각장치는 다수의 냉각노즐이 상기 강대의 폭방향으로 배열되어 있는 다수 냉각노즐 열(row)을 구성하고 있다. 상기 다수 냉각노즐 열은 상기 강대의 이동에 대해 수직방향으로 배열되어있다.
상기 배열에서, 상기 냉각노즐은 다음으로 특징지워진다. 상기 냉매노즐로부터 분출되어 나온 상기 냉매 분출의 중심선은 일점에서 상기 강대에 교차한다. 상기 냉매 분출의 중심선과 법선사이의 각은 2o내지 45o의 범위 각으로부터 선택된 일정한 각을 이루도록 결정된다. 상기 냉각노즐은 상기 강대의 가장자리부의 일정한 각에 의해 경사지게 배열되어 있다. 다른 실현화가 아래에 기술되었다. 상기 냉각노즐로부터 분사되어 나온 상기 냉매 분출의 중심선의 방사상 배열을 위해서, 상기 냉각노즐은 한 개의 냉각노즐의 경사각이 상기 강대의 중심측위의 상기 노즐의 위치된 부근 다른 노즐보다 더 큰 방법으로 상기 강대의 폭방향으로 연속적으로 배열되어 있다. 상기 냉각노즐이 상기 방법에서 연속적으로 경사지게 배열될 때, 냉매가 상기 강대의 중심으로 집중되는 현상은 발생되지 않는다. 따라서, 상기 강대의 재료의 변화는 감소될 수 있고, 강대의 재질은 강화될 수 있다.
다음과 같은 실시예에서, 냉각 노즐의 열(row)은 상기 냉각헤더를 분리하는 방법에 의해서 분리된다.
일례 1
1.6mm의 두께 및 920mm의 폭인, 보통 연강으로 만든 강대는 공정속도 170m/min의 조건에서 미스트 냉각으로 물에 의해 냉각되었다. 냉각장치로서, 거기에는 45개 냉각헤더가 장착된다. 이 경우에서, 냉각헤더의 수는 강대의 일측에 배열된 냉각헤더의 수이다. 따라서, 상기 강대의 양측에 배열된 냉각헤더의 수는 90개이다. 각 냉각 노즐의 경사각은 일정하게 유지된 35o로 설정되었다.
상기 강대가 상기 조건에서 720에서 240℃까지 냉각될 때, 냉각수의 전체양은 360m3/Hr이다. 도 9에 나타낸 것 처럼, 냉각의 이송측에 상기 강대의 폭에서 온도차는 15℃이하로 제어되었고, 그러나, 상기 강대의 폭방향으로 양측 가장자리부는 특히 과냉되었고, 온도는 낮아졌다.
상기 목적과 비교하여, 도 4에서는, 거기에 사용된 경사각이 0o인 종래 노즐의 실험결과를 나타내었다. 이 일례의 결과가 도 4에서 나타낸 결과와 비교되었을 때, 이것은 강대의 중심부가 과냉으로부터 방지된다는 것이 분명하였다.
일례 2
이 일례에서, 상기 냉각 노즐은 도 10에서 나타낸 것 처럼 방사상으로 배열되었고 냉각에 대한 다른 구성요소는 일례 1의 것과 동일하다.
이 일례에서, 상기 냉각헤더는 다음과 같이 구성되었다. 상기 냉각헤더의 중심부에서 가장 가깝게 배열된 하나의 냉각노즐의 경사각은 0o로 설정되었다. 중심부에 가깝게 배열된 상기 노즐의 양측 부근위에 배열된 상기 노즐은 상기 노즐의 경사각이 0.1o로 설정되어있는 상기 조건에서 강대의 폭방향에서 양쪽 가장자리부로 경사져 있다. 상기 노즐의 부근 노즐은 각 0.5o가 상기 노즐의 경사각에 첨가되어진 조건아래 경사져있다. 연속적으로, 각 0.5o가 상기 강대의 폭방향에서 양측 가장자리부로 경사진 부근 노즐의 경사각에 첨가되었다. 이 방법에서, 상기 냉각노즐의 분사의 모든 중심선이 냉각헤더를 형성하기 위해 방사상으로 배열되었다.
상기 냉각노즐의 고정위치는 일정한 값 50mm로 유지되었다. 상기 강대 냉각조건 및 상기 전체 냉각수 양에 관련하여 일례 2는 일례 1과 동등하다.
상기 강대의 폭방향으로 온도분포는 냉각장치의 이송측에서 측정되었고, 온도차이를 도 12에 나타내었다. 도 12에서 나타낼수 있는 것 처럼, 상기 온도차는 10℃이하 온도범위로 제어되었다. 그러나, 상기 강대의 폭방향으로 양측 가장자리부는 양측 가장자리부의 온도가 다소 낮게되어 과냉되었다. 그러나, 강대의 폭방향으로 재료의 변화는 발생되지 않았다.
일례 3
1.0mm의 두께와 1120mm의 폭을 가진 고 인장강으로 만든 강대가 공정속도 240m/min의 조건 아래서 미스트(mist)의 물냉각에 의해 냉각되었다. 이 일례에서, 거기에는 45개 냉각헤더가 장착되어 있고, 각 냉각헤더는 5개의 부분으로 분리되어 있다. 상기 냉각 노즐은 다음과 같은 조건 아래서 방사상으로 배열되어있다. 상기 냉각 노즐의 고정위치 "a"는 50mm이고; 상기 중심 노즐의 만곡 "b"는 0mm이고; 상기 강대의 휨에 대한 만곡의 최소직경 "r"은 2200mm이고; 상기 노즐 끝에서 상기 통로 라인까지 거리 "d"는 145mm이고; "k"는 290mm이다. 이러한 매개변수를 사용하여, 상기 냉각 노즐의 경사각 θi는 식 (1)에 의해 발견되었다. 상기 냉각 노즐의 수는 하나의 냉각헤더마다 30개로 결정되었다. 이 방법으로, 냉각 노즐의 열이 배열되었다.
이 냉각장치에서, 상기 냉각 작용은 다음과 같이 이루어졌다. 상기 강대의 냉각 시작 온도는 670℃이고, 냉각 완성 온도는 290℃였고, 냉각수의 전체양은 350m3/Hr이었다. 상기 강대의 폭방향으로 가장자리부에 일치하여 분리된 냉각헤더로 공급되는 냉각수 양은 10%인 다른 분리된 냉각헤더로 공급되는 냉각수 양보다 낮은 값으로 결정되었다.
상기 강대 폭방향으로 온도분포는 냉각장치의 이송측에서 측정되었고, 상기 이런 측정된 온도분포는 도 16에 나타내었다. 도 16에서 분명하게 볼 수 있는 것 처럼, 온도차이는 8℃이하 범위로 유지되기 위하여 제어되었고, 상기 강대의 폭방향으로 양측 가장자리부는 상기 강대가 폭방향으로 실질적으로 균일하게 냉각될 수 있도록하여 과냉되는 것으로부터 방지되었다.
결과적으로, 상기 강대의 재료는 상기 강대의 폭방향으로 균일하게 만들어졌다.
상기에 기술된 것 처럼, 폭방향으로 크게 휘어지게 되는 강대가 상기 냉각장치의 수직 통로에서 본 발명의 상기 냉각노즐에 의해 냉각될 때 상기 강대의 폭방향으로 온도변화는 크게 감소되었다. 따라서, 상기 제조된 강대의 재료는 균일하게 만들어질 수 있다. 따라서, 상기 강대의 재질이 강화될 수 있고 제조 생산량은 뚜렷하게 개선될 수 있다. 이것은 온도차가 증가하기 쉬운 불안정한 냉각온도 영역에서 특히 큰 영향을 나타내기 위한 것으로, 본 발명에 있어서 가능하다. 따라서, 본 발명은 산업상 큰 효과를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서의 강대 냉각용 냉각장치로, 상기 강대 표면에 대하여 반대측에 근접하게 배열되는 냉각헤더의 표면 위에 상기 스트립의 폭방향으로 배열되는 일렬의 냉각 노즐을 포함하고, 각 냉각 노즐은, 상기 냉각 노즐로부터 분사되는 냉매 분사의 중심선이 상기 냉매 분사의 중심선이 상기 강대를 지나는 강대 위의 위치에서의 법선에 대하여 경사지도록, 일정 경사각으로 상기 강대의 폭방향까지 양쪽 가장자리부로 경사지어 있는 것을 특징으로 하는 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서의 강대 냉각용 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 노즐의 경사각은 2에서 45o의 범위내에서 일정한 것을 특징으로 하는 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서 강대 냉각용 냉각장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 노즐은 상기 냉각 노즐의 경사각이 상기 강대의 폭방향으로 중심쪽에 있는 상기 냉각 노즐 부근에 배열된 냉각 노즐의 경사각보다 크게 형성될수 있도록 상기 강대 폭방향으로 연속적으로 배열되어서, 상기 냉각 노즐 분사의 중심선이 방사상으로 배열된 것을 특징으로 하는 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서 강대 냉각용 냉각장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 노즐의 열은 상기 강대의 폭방향으로 다수의 그룹으로 분리되고, 각 냉각 노즐 그룹의 상기 냉매의 유속이 독립적으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서 강대 냉각용 냉각장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 강대의 폭방향으로 분리된 냉각 노즐 다수의 열은 상기 강대의 진행 방향내에 배열되고, 상기 냉각 노즐 각 열의 분리 위치가 50mm 이상의 거리로써 상기 강대의 폭방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서 강대 냉각용 냉각장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 냉각장치의 중간에 또는 상기 냉각장치의 이송측위에 배열된 상기 강대의 폭방향으로 온도를 측정하기 위한 온도 측정장치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서 강대 냉각용 냉각장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 온도 측정장치에 의해 온도가 측정되는 경우, 상기 강대의 폭방향으로 얻어진 온도분포에 따라 각각 분리된 헤더의 상기 냉매의 유속을 제어하기 위한 제어장치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서 강대 냉각용 냉각장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 액체 또는 액체와 가스의 혼합인 것을 특징으로 하는 연속식 강대 열처리 공정의 수직 통로에서 강대 냉각용 냉각장치.
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