KR20000013806U - 워터커튼의 폭방향 균일유량 유지장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 폭방향으로 균일한 유량을 지니는 워터커튼을 형성하여 열연강판을 폭방향으로 균일하게 냉각시켜 폭방향으로의 재질편차를 감소시킬 수 있도록한 워터커튼의 폭방향 균일유량 유지장치에 관한 것으로, 외통의 내부에 설치되어 열연강판의 폭방향으로 항상 일정한 유량분포를 가지도록 유도해주는 워터커튼의 폭방향 균일유량 유지장치를 형성함에 있어, 내부는 비여있고 상부는 넓으며 하부는 좁게 형성된 부유추(17)와, 이 부유추(17)의 양측에는 부유추(17)가 상하로 움직일때에 그 양을 확보해주도록 형성시켜서된 가이드홈(20)과 상기 가이드홈(20)을 관통하며 설치되어 부유추(17)가 상하로 움직일때에 부유추(17)를 가이드 해주도록 설치된 2개의 가이드봉(18)과, 상기 부유추(17)의 하부에 형성되어 난류를 층류로 유도해주도록 된 층류형성유도판(19)으로 이루어 짐을 요지로 한다.

Description

워터커튼의 폭방향 균일유량 유지장치

본 고안은 폭방향으로 균일한 유량을 지니는 워터커튼을 형성하여 열연강판을 폭방향으로 균일하게 냉각시켜 폭방향으로의 재질편차를 감소시킬 수 있도록한 워터커튼의 폭방향 균일유량 유지장치에 관한 것으로 특히 열연공장의 사상압연기에서 사상압연 후면의 온도를 조절하기 위해 사용하는 워터커튼장치가 기계적 마모 및 열변형등으로 냉각수가 균일한 커튼을 형성하지 못하여 열연스트립을 폭방향으로 균일하게 냉각시키지 못하고 폭방향 재질편차를 발생시킬때에 이를 해소할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 열간압연시스템은 가열로에서 1200 ~ 1300℃로 가열되어진 슬라브를 조압연기를 거쳐 사상압연종료까지 상변태온도 이상을 유지하면서 원하는 두께로 압연하여 런아웃테이블에서 각 규격의 재질에 맞는 냉각온도로 냉각하여 권취기에서 권취하는 것이다.

상기의 과정에서 사상압연 후면온도는 냉각온도와 함께 강재의 재질을 결정하는 중요한 인자이다.

열간압연과정에서 열연강판의 온도는 재질의 특성을 결정하는 중요한 요인이고, 이중 사상압연후면의 온도 및 권취온도는 결정 입자 조직에 크게 영향을 주며, 인장강도(tensile strength TS), 항복강도(yield point, YP), 연신율(elongation, EL)을 결정하는 인자로서 원하는 재질의 열연강판을 얻기 위하여 이들 사상압연후면온도 및 권취온도를 제어하는 것이 필요하다.

열간압연시 열연강판은 사상압연전면에서 공기에 의한 대류냉각, 테이블롤러에 의한 전도냉각, 특히 외기로의 복사냉각에 의해 온도가 저하하며, 압연중에 있어서도 압연롤과의 접촉에 의한 열전도 및 디스케일러, 롤냉각수등에 의한 대류냉각효과에 의하여 온도가 낮아진다.

이를 방지하기 위하여 사상압연속도를 증가시키면 통판시간이 짧아지고 온도강하가 적어지게 되어 사상압연후면의 온도를 상승시키는 효과를 얻을 수 있는데, 이때 사상압연후면의 온도를 효과적으로 제어하기 위하여 워터커튼장치를 사상압연기에 설치하여 사용한다.

도 1에서와 같이 조압연후면의 온도실적을 이용하여 워터커튼의 초기치 설정(6)을 하고 열연강판(8)이 사상압연기4)를 통과하여 사상압연후면온도계(1)에 도달하면 여기에서 검출되는 온도실적을 이용하여 피드백제어(7)를 실시한다.

상기 피드백제어(7)시에는 압연속도의 증가에 따라 유량을 조절하여 제어하도록 구성되어 있다.

종래의 워터커튼은 도 2에서 도시된 바와같이 커튼의 형성이 양호하나 시간이 경과함에 따라 공급되는 냉각수의 폭방향 압력분포가 불균일해지거나 일시적인 현상등에 의하여 결과적으로 열연강판(8)에 떨어지는 냉각수(9)의 폭방향유량이 불균일해지면서 동시에 열연강판(8)이 폭방향으로 불균일하게 냉각되어 폭방향 재질편차의 요인이 되고 있다.

한편의 워터커튼장치의 주요 문제점은 구조적인 면과 함께 공정상의 여건에 의해 도 3에서 도시된 바와같이 폭방향으로 불균일한 유량분포를 가지고 이로 인해 열연강판(8)이 폭방향으로 불균일한 온도분포를 가져서 폭방향 재질편차를 유발하는 것이다.

구조적인 문제점은 워터커튼장치의 냉각수(9)가 분사되는 노즐의 구조적인 형상과 냉각수(9)를 공급해주는 헤더(10)의 문제에 의해 발생한다. 종래의 워터커튼장치의 냉각수 노즐은 단순한 사다리꼴의 노즐로서 이론적으로는 공급되는 냉각수가 이상적인 압력분포 및 유량분포가 완전하게 폭방향으로 균일한 경우에만 노즐에서 분사되는 냉각수가 폭방향으로 균일한 유량분포를 가지게 된다.

그러나 실제의 공정에 있어서는 이러한 경우는 불가능하다고 할 수 있으며, 오히려 노즐에 냉각수를 공급하는 헤더(10)에서의 압력 및 유량분포는 헤더(10) 및 노즐의 구조에 따라 불균일한 분포를 가질 수 밖에 없으며, 또한 급격한 압력변화 및 작업의 진행에 따른 노즐의 열변형 및 스케일의 형성등에 의하여 노즐의 형상은 지극히 불균일해지고 이는 불균일냉각을 더욱 부추기는 효과를 나타낸다.

또한 냉각수 유량의 많고 적음에 대하여 폭방향의 변화정도가 일정하지 않기 때문에 열연강판(8)의 폭방향 온도불균일을 초래하고 폭방향 재질편차의 요인이 되고 있다.

본 고안은 상기의 문제점을 해소하고자 발명한 것으로, 열연공장의 사상압연기에서 사상압연 후면의 온도를 조절하기 위해 사용하는 워터커튼장치가 기계적 마모 및 열변형등으로 냉각수가 균일한 커튼을 형성하지 못하여 열연스트립을 폭방향으로 균일하게 냉각시키지 못하고 폭방향 재질편차를 발생시킬때에 이를 해소할 수 있도록 외통 내부에 폭방향으로 항상 일정한 유량분포를 가지도록 유도해주는 부유추를 삽입하고, 삽입된 부유추는 원형이나 날개형, 또는 유선형의 형상을 가진 내부가 비어있는 통으로서 워터커튼내부에 냉각수가 충만하게 되는 경우 냉각수의 압력과 부력이 균형을 이루면서 부유추와 외통간의 사이를 흐르는 냉각수의 유량이 일정하도록 하는 역할을 해줌으로서 열연강판을 폭방향으로 균일하게 냉각시켜 주도록 함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 열간압연라인의 개략적도

도 2a 및 도 2b는 종래의 워터커튼장치 사시도 및 측면도

도 3은 종래의 워터커튼 형성도

도 4는 본 고안의 부유추 발췌 사시도

도 5는 본 고안의 워터커튼 폭방향 균일유량 유지장치 단면 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1. 사상압연후면 온도계 2. 조압연후면온도계

3. 워터커튼장치 4. 사상압연스탠드

5. 조압연스탠드 6. 워터커튼 설정

7. 피드백 제어 8. 열간압연판

9. 냉각수 10. 냉각수 헤더

11. 워터커튼외통 12. 워터커튼

13. 냉각수 유입구 14. 냉각수 유입구

15. 워터커튼의 이상적 형상 16. 워터커튼의 실제 형상

17. 부유추 18. 가이드 봉

19. 층류형성유도판 20. 가이드 홈

보 고안은 외통의 내부에 설치되어 열연강판의 폭방향으로 항상 일정한 유량분포를 가지도록 유도해주는 워터커튼의 폭방향 균일유량 유지장치를 형성함에 있어, 내부는 비여있고 상부는 넓으며 하부는 좁게 형성된 부유추(17)를 형성시켰다.

그리고 상기 이 부유추(17)의 양측에는 부유추(17)가 상하로 움직일때에 그 양을 확보해주도록 형성시켜서된 가이드홈(20)을 형성시켰고, 상기 가이드홈(20)을 관통하며 설치되어 부유추(17)가 상하로 움직일때에 부유추(17)를 가이드 해주도록 2개의 가이드봉(18)을 설치하였다.

또한 상기 부유추(17)의 하부에 형성되어 난류를 층류로 유도해주도록 된 층류형성유도판(19)을 형성시켰다.

이와같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 종래의 외통 내부에 폭방향으로 항상 일정한 유량분포를 가지도록 유도해주는 부유추(floating weight)를 삽입하고, 삽입된 부유추는 원형이나 날개형, 또는 유선형의 형상을 가진 내부가 비어있는 통으로서 워터커튼내부에 냉각수가 충만하게 되는 경우 냉각수의 압력과 부력이 균형을 이루면서 부유추와 외통간의 사이를 흐르는 냉각수의 유량이 일정하도록 하는 역할을 해 준다.

부유추(17)와 외통(11)과의 간격의 변화는 냉각수의 유량 및 압력에 좌우되며 이는 워터커튼장치의 사양과 밀접한 관련을 가지게 된다.

부유추(17)의 형상이 날개형과 유선형일때는 폭방향 압력 균일화의 역할이외에도 부유추와 워터커튼외통과의 사이를 흐르는 냉각수의 유동을 안정화시켜서 노즐로부터 분출될 때 층류형성을 유도한다.

워터커튼은 그 유동형이 난류가 아닌 층류일 때 냉각효과가 크며 균일하다.

난류유동인 경우 냉각수의 유동이 매우 불규칙적으로 일어날 뿐만 아니라 형성된 워터커튼내부의 압력이 낮아지면서 열연강판(8)의 고온에 의해 형성되는 수증기막을 제거하기 어려워지면서 냉각수가 열연강판의 표면에 접촉하는 것을 방해하게되어 냉각능을 크게 저하시킨다.

반대로 층류인 경우 유동자체가 일정한 형상을 유지하면서 워터커튼내부의 압력이 커지면서 열연강판의 표면에서 형성되는 수증기막을 효과적으로 깨면서 직접 열연강판의 표면에 냉각수를 접촉시켜 폭방향균일성과 함께 큰 냉각능을 낼 수 있다.

부유추(17)의 양끝에는 상하운동방향을 지지해주는 가이드봉(18)이 2개 달려있고 이 가이드봉(18)은 워터커튼장치의 가이드홈(20)을 따라 움직이며 부유추(17)가 냉각수의 압력변화에 따라 불규칙한 운동을 하는 것을 막아준다.

부유추(17)가 가장 낮은 위치에 있을 때 부유추(17)와 외통(11)과의 사이가 가장 좁은 면적을 가지며, 이때 냉각수의 압력이 일정하다고 하면 냉각수의 유량이 가장 작은 값을 가진다.

반대로 부유추(17)가 가장 높은 위치에 있을 때는 냉각수의 유량이 가장 큰 값을 가진다. 이는 부유추(17)와 외통(11)과의 사이의 면적에 의해 결정된다. 부유추(17)의 크기는 워터커튼장치의 사양 및 크기와 밀접한 관계가 있으며 본 고안에서의 부유추(17)는 하기 표 1과 같은 크기를 가진다.

부유추의 크기

명칭	길이 (L)	폭 (S)	두께 (T)
부유추	0.9H ≤ L ≤ 1.25H	1.1W ≤ S ≤ 1.3W	0.3W2 ≤ T ≤ 0.8W2

외통(11)내의 폭방향의 냉각수 압력분포가 불균일하게 되었을 경우, 부유추(17)의 부력과 압력이 균형을 이루는 방향으로 부유추(17)가 상하운동을 하면서 폭방향의 압력분포가 일정해지는 쪽으로 이동하게 되어 결국 폭방향의 냉각수 압력분포가 일정해지고 냉각수 유량분포도 일정해지면서 열연강판(8)의 폭방향으로 균일한 냉각이 이루어지게 된다.

부유추(17)의 끝에는 층류형성유도판(19)가 형성되어있어 부유추(17)의 유선형에 의한 층류형성에 더하여 냉각수의 층류형성을 도와준다. 상기 층류형성유도판(19)은 부유추(17)의 끝에 붙어서 부유추(17)의 끝에서 발생할수 있는 층류형성을 방해하는 와류의 형성을 억제함과 동시에 부유추(17)의 표면과 냉각수의 마찰에 의한 냉각수의 압력손실을 빨리 회복시켜주면서 워터커튼(12)내부의 압력이 큰 값이 유지되도록 하여 준다.

또한 냉각수의 표면장력이 큰 값을 가진 점을 적극 활용하여 층류형성이 용이하도록 도와주며 톱니모양으로 엇갈리게 만들어줌으로써 형성된 층류가 오래 지속되도록 하여준다.

층류형성유도판(19)의 길이는 부유추(17)전체길이 L의 5%∼25%일 때 가장 효과적이며, 5%보다 작은 경우는 층류형성에 기여하는 바가 적으며 25%보다 클 경우 냉각수와 접촉하는 면적의 증가로 층류형성을 오히려 방해하게 된다.

효과적인 층류형성을 위한 층류형성유도판(19)의 크기는 하기 표 2와 같다.

층류형성유도장치의 크기

명칭	길이1 (L1)	길이2 (L2)	간격 (L3)
층류형성유도판	0.05L≤ L1 ≤0.25L	0.015L≤ L2 ≤0.375L	0.012L≤ L3 ≤0.375L

이상과 같은 본 고안은 외통 내부에 폭방향으로 항상 일정한 유량분포를 가지도록 유도해주는 부유추(floating weight)를 삽입하고, 삽입된 부유추는 원형이나 날개형, 또는 유선형의 형상을 가진 내부가 비어있는 통으로서 워터커튼내부에 냉각수가 충만하게 되는 경우 냉각수의 압력과 부력이 균형을 이루면서 부유추와 외통간의 사이를 흐르는 냉각수의 유량이 일정하도록 하는 역할을 해줌으로서 열연강판을 폭방향으로 균일하게 냉각시켜주어 양질의 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 외통의 내부에 설치되어 열연강판의 폭방향으로 항상 일정한 유량분포를 가지도록 유도해주는 워터커튼의 폭방향 균일유량 유지장치를 형성함에 있어, 내부는 비여있고, 상부는 넓으며 하부는 좁게 형성된 부유추(17)와, 이 부유추(17)의 양측에는 부유추(17)가 상하로 움직일때에 그 양을 확보해주도록 형성시켜서된 가이드홈(20)과, 상기 가이드홈(20)을 관통하며 설치되어 부유추(17)가 상하로 움직일때에 부유추(17)를 가이드 해주도록 설치된 2개의 가이드봉(18)과, 상기 부유추(17)의 하부에 형성되어 난류를 층류로 유도해주도록 된 층류형성유도판(19)으로 이루어진 구성을 특징으로 하는 워터커튼의 폭방향 균일유량 유지장치