KR20000041625A - 고온선재의 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간압연된 직후의 선재를 일정피치의 링형태로 하여 냉각장치의 로울러 컨베이어상에 적치하여 이송하는 도중에 노즐에서 분사되는 냉각공기에 의하여 냉각할 때 선재의 부위별 열분포 특성을 고려하여 별도로 제어되는 가열히터에 의해 서서히 냉각시킴에 따라 선재의 폭방향 온도를 균일하게 할 수 있게한 고온선재의 냉각방법에 관한 것으로,

즉, 냉각대의 소정위치에 부설된 냉각커버의 저면과 냉각대의 노즐 저면에 가열히터가 각각 설치되어 컨베이어에 적치된 선재의 상하 양측에서 동시에 가열작용을 하고, 상기 각 가열히터는 링형으로 적치된 선재의 폭방향 온도분포에 상응하여 개별적으로 온도제어가 가능도록 약 3~5개로 분할되어 있으며, 상기 냉각대의 소정위치에 온도센서를 갖춘 온도측정장치가 설치되어 현재 냉각대상인 선재의 폭방향 온도분포를 자동으로 제어하게 되고, 상기 온도측정장치에서 측정된 온도분포 값은 냉각대상에 설치된 각 가열히터의 가열량을 입력값으로 하여 폭방향 온도분포를 제어하도록 원격입출력기를 통해 분사유량 제어용 콘트롤러에 송신되는 것이다.

Description

고온선재의 냉각방법

본 발명은 고온선재의 냉각방법, 보다 상세하게는 열간압연된 직후의 선재를 일정피치의 링형태로 하여 냉각장치의 로울러 컨베이어상에 적치하여 이송하는 도중에 노즐에서 분사되는 냉각공기에 의하여 냉각할 때 선재의 부위별 열분포 특성을 고려하여 별도로 제어되는 가열히터에 의해 서서히 냉각시킴에 따라 선재의 폭방향 온도를 균일하게 할 수 있게한 고온선재의 냉각방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 선재 냉각라인의 개략적인 구성도로서, 압연기(1)에 의하여 압연된 후 수냉장치(2)를 통과하는 과정에서 냉각된 열간압연선재(4)는 권취기(3)에 의해 권취되어 컨베이어(5)위에 링모양으로 적치되어 이송된다.

상기 이송과정에서 컨베이어(5)의 하부에 설치된 송풍기(7)로부터 슬릿형태의 노즐(6)을 통해 분사되는 냉각공기는 선재의 하부로부터 직접 냉각하게 되며, 선재가 이송되는 컨베이어의 상측에는 다수의 온도계(8)가 설치되어 있다.

또한 송풍기(7)의 내부에는 폭방향의 유속을 조정하기 위한 수단으로서 댐퍼라고 하는 송풍구 각도 조정장치가 설치되어 있고 이 댐퍼의 후단에 칸막이가 설치되어 있어 일단 분할된 유속이 다시 섞이지 않도록 되어 있다.

선재압연에서의 냉각공정은 압연기 이후에 최종제품으로 가기 위한 전단계로서, 물로 냉각하는 수냉대와 공기로 냉각하는 공냉대로 이루어져 있으며, 수냉대에서 수분사에 의해 1차로 냉각된 선재는 레잉헤드(laying head)라고 하는 권취기에 의해 직선에서 비동심 링모양으로 감겨져서 공냉대 위를 이송된다.

이때, 링모양으로 감겨져서 이송되는 선재는 도 2a에서와 같이 그 폭방향에 대한 중량분포를 산정할 때 중심부는 1.0으로 나타나고 에지부는 3.5~5.0으로 나타나게 되어 에지부에서 비교적 많이 겹쳐지는 부분이 발생되고 중앙부에서는 비교적 덜 겹쳐지는 부분이 필연적으로 존재하게 됨을 알 수 있는 것이다.

그러므로 도 2b에서와 같이 동일한 양으로 냉각 시킬 경우 선재가 많이 겹쳐져 있는 부분과 그렇지 않은 부분사이에서 냉각차가 발생하게 되어 분균일한 냉각이 이루어 지는 문제점이 있었다.

특히, 서냉재의 경우에는 냉각대에서 별도의 장치가 없이 단순히 서냉커버의 보열에 의해 냉각됨으로써 폭방향 냉각차는 제품불량의 중요한 원인이 되었고, 불균일한 냉각이 될 경우 변태가 일어나는 온도는 일정하므로 변태가 일어나는 지점이 달리지게 되면서 제품품질이 불균일하게 된다.

한편, 열간압연선재의 대표적인 냉각방법으로는 전세계적으로 Stlmor방식이 가장 널리 사용되고 있는데, 이 냉각법은 800~900℃의 열간압연선재를 권취기에서 링모양으로 형성한 후 컨베이어상에 낙하시켜 비동심 링 상태로 이송하면서 컨베이어 상부에 서냉커버를 덮어 냉각대의 열이 바깥으로 빠져나가지 못하게 하는 방법이다.

그러나 상기 방법은 열간압연후의 선재를 링모양으로 감아서 냉각대를 이송시킴으로써 필연적으로 폭방향 온도편차가 발생되었고, 이때 급냉재의 경우에는 폭방향 유속분포 조절 들을 통한 균일냉각방법이 상당히 진행되어 있으나, 스텔모어 냉각방식에서는 균일한 서냉을 이루기는 많은 어려움이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 선재 냉각방법의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 열간압연된 선재의 겹침정도와 중량분포에 비례하여 각부의 온도를 개별적으로 제어할 수 있는 소풍량으로 선재의 전부분을 균일하게 냉각할 수 있는 고온선재의 냉각방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열간압연된 직후의 선재를 일정피치의 링모양으로 냉각대의 로울러 컨베이어에 적치하여 이송하는 과정에서 냉각대 상면에 설치된 서냉커버에 의해 냉각을 함에 있어서, 선재의 상부측과 선재에 냉각공기를 분사시키는 노즐의 저면에 선재의 폭방향에 비례하여 약 3~5개로 분할되어 개별적으로 온도가 제어되는 다수의 가열히터를 부설하고, 각 가열히터는 개별적인 제어동작에 의해 냉각대의 온도를 약 600~900℃ 정도 분위기로 발열되게 하며, 냉각속도는 0.4℃/sec이하로 서냉시킴에 따라, 각각의 가열히터는 서냉커버 사이에서 측정한 폭방향 온도분포에 의하여 개별 제어되면서 링형 선재의 적치상태와 중량등 특성에 일치되게 선재의 전부분을 균일하고 서서히 냉각시킴을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 선재 냉각라인의 개략적인 구성도,

도 2a 및 2b는 일정피치의 링형태로된 고온선재의 사시도와 그 온도분포를 나타낸 선도,

도 3은 본 발명의 실시예의 냉각방법을 적용하기 위한 냉각장치의 구성도,

도 4는 상기 냉각장치의 주요부를 발췌한 단면구성도,

도 5는 종래의 선재 냉각곡선과 본 발명을 사용한 후의 냉각곡선을 비교한 선도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 압연기 2 : 수냉장치

3 : 권취기 4 : 선재

5 : 콘베이어 6 : 노즐

7 : 송풍기 8 : 온도기

10 : 서냉커버 20, 20' : 가열히터

30, 30' : 단열층 40 : 온도측정장치

50 : 원격입출력기 60 : 콘트롤러

70 : 모니터

이하, 본 발명의 고온선재의 냉각방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예의 냉각방법을 적용하기 위한 냉각장치의 구성도이고, 도 4는 상기 냉각장치의 주요부를 발췌한 단면구성도로서, 압연기(1)에 의하여 압연된 선재(W)가 진행되는 통로상에 물을 분사시켜 냉각하는 수냉장치(2)와 비동심 링형태로 권취하는 권취기(3)가 순차로 설치되고, 이 권취기의 출측에는 링형의 선재가 적치되어 이송되는 로울러 컨베이어(5)가 설치되어 있다.

상기 컨베이어(5)의 하부에는 송풍각도의 조정이 가능한 송풍기(7)로부터 슬릿형태의 노즐(6)을 통해 분사되는 냉각공기를 선재(W)의 하부로부터 직접 냉각하게 되는 냉각대가 구비되고, 이 냉각대의 소정위치에 선재를 서냉시키기 위한 냉각커버(10)가 부설되어 있다.

상기 서냉커버(10)의 저면에는 컨베이어에 적치되어 냉각대를 지나는 선재의 상부에서 가열작용을 하는 가열히터(20)가 설치되어 있되 이에 대응하여 컨베이어에 적치된 선재의 하부측에서 가열작용을 하도록 공기노즐의 저면에도 가열히터(20')가 설치되어 있다.

상기 각 가열히터(20)(20')는 링형으로 적치된 선재의 폭방향 온도분포에 상응하여 개별적으로 온도제어가 가능도록 약 3~5개로 분할되어 있으며, 가열히터의 외부에는 단열층(30)(30')이 형성되어 있다.

상기 냉각대의 소정위치에는 현재 냉각대상인 선재의 폭방향 온도분포를 자동으로 제어하게 온도센서를 갖춘 온도측정장치(40)가 설치되고, 이 온도측정장치에서 측정된 온도분포 값은 냉각대상에 설치된 각 가열히터(20)(20')의 가열량을 입력값으로 하여 폭방향 온도분포를 제어하도록 원격입출력기(50)를 통해 분사유량 제어용 콘트롤러(60)에 송신되며, 온도분포 결과는 모니터(70)를 통하여 육안으로 확인하게 구성되어 있다.

상기 온도센서는 선재(W)의 폭방향에 다수곳에 설치되어 각 지점의 온도값으로부터 각각의 노즐에 제어정보를 주게되어 가열히터(20)(20')의 가열량을 자동으로 제어하게 된다.

그러므로 폭방향으로 불규일한 온도분포가 검출됨과 동시에 가열히터의 가열량이 자동제어됨으로써, 냉각대상의 분위기 온도를 600~900℃정도로 유지되게 하고 냉각속도를 0.4℃/sec 이하로 서냉하게 되어 균일한 온도분포가 유지될 수 있다.

한편, 현재 스텔모어냉각법을 적용하여 가동중인 선재공장들에서는 냉각대 상면에 서냉커버가 부착되어 있으나 이 서냉커버 만으로는 보열효과만을 가질 뿐 폭방향으로 균일한 서냉을 이루는 데는 한계가 있었으며, 냉각대 중간의 온도분포를 알 수 있는 계측장치의 미비로 인해 냉각대상에서 불균일한 온도분포를 제어할 방법이 없었다.

그 결과 불균일한 온도분포가 발생하여도 제어가 이루어지지 않기 때문에 같은 소재를 연소해서 수십코일씩 작업하는 도중에 계속적인 온도편차가 발생되었고, 이로 인한 재질편차가 수요가 또는 후공정에서 발생되어 클레임 제기 등의 원인이 되기도 하였다.

그러나 본 발명은 선재의 폭방향 상부와 하부에 각각 3~5개의 가열히터(20)(20')를 설치하되 냉각대에 설치된 온도분포 측정장치로부터 측정된 온도분포 값을 냉각대상에 설치된 가열히터의 가열량을 입력값으로 하여 폭방향 온도분포를 제어하고 측정된 온도분포는 원격 입출력기를 통해 분사유량 제어용 콘트롤러(60)에 송신하여 선재의 폭방향 여러 곳에서 측정된 온도분포를 토대로 제어정보를 주게되어 가열량을 자동제어하게 됨으로써, 폭방향으로 불규일한 온도분포가 검출됨과 동시에 가열히터의 가열량이 자동제어됨으로써 균일한 온도분포가 유지될 수 있다.

즉, 본 발명의 냉각방법은 종래에 사용되는 냉각방법의 단점을 수시로 변화하는 운전조건에 따른 온도분포의 변화에 대응할 수 없다는 점을 개선한 것이이며, 도 5는 기존의 방식에 의하여 냉각한 선재의 온도 분포와 본 발명을 사용할 경우의 온도분포를 간단히 보여주는 모식도이다.

따라서, 본 발명은 상부 서냉커버의 저면과 노즐의 저면에 설치된 가열히터를 통하여 선재를 균일하게 서냉 시킬수 있고 온도분포 측정결과에 따라 중앙부와 에지부의 가열량을 조정함으로써 폭방향의 온도분포를 균일하게 할 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명의 고온선재 냉각방법은 냉각대의 중간위치에 설치된 온도분포 측정장치를 통하여 폭방향의 온도분포를 산출하여 조업인자 변화에 따라 상부 서냉커버와 하부 노즐의 저면에 설치된 3~5개의 가열히터의 가열량을 동적으로 제어함에 따라서 균일한 온도분포를 얻을 수 있게됨과 아울러 불균일 냉각에 의해 발생되는 폭방향의 재질편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 선재의 상면과 하면에 동시에 가열히터를 설치하여 하부로 빠져나가는 열손실을 없앨수 있으며 선재의 폭방향으로 분할되게 설치된 3~5개의 가열히터를 통하여 코일내 및 코일간의 조업인자의 변화에 따라 개별적으로 가열온도를 제어하여 선재의 폭방향 전부분에 대한 온도분포를 균일하게 할 수 있는 장점도 있다.

Claims (2)

1. 압연기(1)에 의하여 압연된 선재(W)를 수냉장치(2)를 통해 일차로 냉각한 후 권취기(3)에 의해 링형태로 권취하여 저면으로부터 송풍되는 냉각공기에 의해 냉각되게 하는 냉각대를 갖춘 로울러 컨베아어(5)에 적치 및 이송시켜 냉각하게 된 것에 있어서,

   상기 냉각대의 소정위치에 부설된 냉각커버(10)의 저면과 냉각대의 노즐 저면에 가열히터(20)(20')가 각각 설치되어 컨베이어에 적치된 선재의 상하 양측에서 동시에 가열작용을 하고, 상기 각 가열히터(20)(20')는 링형으로 적치된 선재의 폭방향 온도분포에 상응하여 개별적으로 온도제어가 가능도록 약 3~5개로 분할되어 있으며, 상기 냉각대의 소정위치에 온도센서를 갖춘 온도측정장치(40)가 설치되어 현재 냉각대상인 선재의 폭방향 온도분포를 자동으로 제어하게 되고, 상기 온도측정장치에서 측정된 온도분포 값은 냉각대상에 설치된 각 가열히터(20)(20')의 가열량을 입력값으로 하여 폭방향 온도분포를 제어하도록 원격입출력기(50)를 통해 분사유량 제어용 콘트롤러(60)에 송신되는 것을 특징으로 하는 고온선재의 냉각방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 권취기로부터 10-30m 떨어진 지점인 변태점에 설치된 온도측정장치(40)로부터 선재의 온도분포를 그 폭방향 다수곳에서 측정하여 각 가열히터(20)(20')의 온도를 개별적으로 제어하고, 0.4℃/sec 이하의 서냉능력을 확보할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고온선재의 냉각방법.