KR20010012881A

KR20010012881A - 연속 열처리로 및 연속 열처리로의 분위기 제어 방법 및냉각 방법

Info

Publication number: KR20010012881A
Application number: KR1019997010847A
Authority: KR
Inventors: 우에노나오토; 이이다사치히로; 사메지마이치로
Original assignee: 에모토 간지; 가와사키 세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2001-02-26
Also published as: CN1094521C; EP1069193A1; CA2290949A1; WO1999050464A1; EP1408126B1; EP1069193B1; KR100541003B1; DE69918821D1; DE69930330D1; CA2290949C; DE69930330T2; EP1408126A3; CN1286729A; DE69918821T2; EP1069193A4; EP1408126A2; US6190164B1; BR9904910A

Abstract

복수의 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역(11)이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서 입구부에 상류측으로부터 제 1 및 제 2 롤 시일 장치(4A, 4B)에 의해 분할된 롤 시일 챔버(3)와, 출구부에 제 3 롤 시일 장치(4C)를 갖고, 제 1 롤 시일 장치의 입구부와 제 3 롤 시일 장치의 출구부가 접속되고, 및/또는 롤 시일 챔버와 급냉대역내 최상류 부분(6)이 접속된 연속 열처리로로 하며, 노내 수소 농도를 급냉대역내에서 10% 이상, 또한 급냉대역 입구측의 노대역에서 10% 이하로 제어한다.

이에 의해, 가스 제트 냉각 방식의 급냉대역의 분위기 가스와 급냉대역에 인접한 노대역(가열대역 및 냉각대역 등등)의 분위기 가스의 혼합을 간단한 수단에 의해 방지할 수 있는 연속 열처리로 및 질화를 방지할 수 있는 노내 분위기 가스 제어 방법을 제공한다.

Description

연속 열처리로 및 연속 열처리로의 분위기 제어 방법 및 냉각 방법{CONTINUOUS HEAT TREATING FURNACE AND ATMOSPHERE CONTROL METHOD AND COOLING METHOD IN CONTINUOUS HEAT TREATING FURNACE}

이하, 본 발명에 있어서, 수소 농도의 "%"는 "체적 %"를 의미한다.

연속 열처리로는 기본적으로 강철 스트립 등의 스트립형의 재료를 연속 통과시키면서 소정의 열 패턴의 열처리를 실시하는 설비로서, 가열·균열·냉각(서냉, 급냉 등) 등의 처리 순서대로 각각의 처리 기능을 갖는 노대역을 순차적으로 배치하여 구성되어 있다.

예를 들면 냉간 압연 강철 스트립의 연속 열처리로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 처리 순서대로 강철 스트립(S)을, 소정의 온도로 가열 또는 균열 또는 서냉하는 가열대역(10), 소정의 온도 범위에서 급속 냉각하는 급냉대역(11), 소정의 처리 종료 온도까지 냉각하거나 그 전에 과시효하는 냉각대역(12) 등이 배치·구성되어 있다.

열처리중에 재료 표면이 산화하면 제품 외관을 손상시키기 때문에, 통상 연속 열처리로내는 무산화 분위기로 조정된다. 강철 스트립의 연속 열처리로에서는, 분위기 가스로서 수소 가스를 몇 % 함유한 수소 가스와 질소 가스의 혼합 가스(HN 가스라고 칭함)가 일반적으로 사용된다.

이러한 HN 가스를 이용하면 열처리의 진행에 따라 환원에 관여한 수소가 H₂O로 되어 소비되어, 이 상태로는 노내 분위기를 무산화 상태로 유지할 수 없다. 그 때문에 각 노대역에 분위기 가스의 배출관과 공급관을 마련하여, 사용한 가스를 배출하고 새로운 가스를 보급하여 노내의 수소 농도를 일정하게 유지하는 것이 실행되고 있다.

그런데, 이 분위기 가스의 조성은 어느 노대역에서도 동일하지는 않고, 이하에 기술하는 바와 같이, 강철 스트립에 부여해야 할 특성에 따라 특정 노대역에서는 다른것과 상이한 분위기 가스 조성을 채용하는 경우가 있다.

예를 들면 0.01 내지 0.02중량%의 C를 함유한 저탄소강에서는 시효성 개선을 위해, 강철 스트립을 가열, 균열 후에 급속 냉각하여 강철중의 C를 과포화로 고용시키고 나서 400℃ 전후로 유지하는, 소위 과시효 처리가 실행된다. 이 때의 급속 냉각 기술로서는, 분위기 가스를 열교환기에 의해 냉각·순환시키고, 예를 들어 도 4에 도시하는 바와 같은 가스 제트 챔버(13)로부터, 고속 가스 제트류로서 강철 스트립에 분사하는 가스 제트 냉각법, 내부에 냉매를 주입한 냉각 롤을 강철 스트립에 가압하는 롤 냉각법, 강철 스트립에 물을 분사하는 수냉각법 및 강철 스트립에 미스트를 분사하는 미스트 냉각법 등이 있다. 이중 가스 제트 냉각법은 다른 방법에 비해서 냉각 후의 강철 스트립의 외관 및 형상이 양호하고 설비도 염가이다.

그러나, 가스 제트 냉각법에는 냉각 속도가 작다고 하는 단점이 있다. 이 단점을 해결하기 위해 급냉대역에서는 수소 농도를 높여 냉각성능을 높게 한 HN 가스를 사용하는 것이, 일본 특허 공고 공보 소화 55-1969 호, 일본 특허 공개 공보 평성 6-346156 호, 일본 특허 공개 공보 평성 9-235626 호 등에 개시되어 있다. 이에 의해 급냉대역에 있어서 냉각 속도가 50℃/s를 넘는 충분한 급속 냉각이 가능하다.

이와 같이, 특정한 노대역에서 다른 노대역과는 상이한 분위기 가스를 사용하는 경우, 하나의 노대역의 분위기 가스와 다른 노대역의 분위기 가스가 혼합되는 것을 방지해야 할 필요가 있다. 이 때문에 다른 노대역과의 경계부에 시일 수단이 마련되어 있다.

시일 수단의 구체적 구조 또는 장치로서는, 예를 들어 (A) 상이한 조성 분위기 가스 경계부에 배치되어 상이한 조성 분위기 가스의 공급·배출이 가능한 복수의 처리 챔버를 겸한 격벽 구조(일본 특허 공개 공보 평성 5-125451 호)와, (B) 시일 부재를 강철 스트립에 미끄럼운동 접촉시키는 장치(일본 실용신안 공고 공보 소화 63-19316 호)와, (C) 시일 롤, 블로 노즐(blow nozzle) 및 시일 댐퍼를 조합한 장치(일본 특허 공개 공보 평성 59-133330 호)와, (D) 예를 들면 도 4에 도시하는 바와 같은 재료의 양 표면으로부터 재료의 통과 속도와 동일한 속도로 회전하는 롤을 재료 사이에 끼우도록 배치한 롤 시일 장치(4) 등이 공지되어 있다. 또, 도 4의 급냉대역(11)에 있어서는 그 입구 및 출구 이외에, 가스 제트 챔버(13)를 배치한 급냉대역 전단의 출구에도 롤 시일 장치(4)가 마련되어 있다.

이러한 시일 수단중에서, (B)에서는 시일 부재와의 접촉에 의해 강철 스트립에 스크래치가 발생한다. 특히 통과 속도가 빠른 열처리 조건하에서 그 위험성이 높다. 또 (A) 및 (C)에서는 시일 가스 유량을 항상 확보해야 하기 때문에 분위기 가스 소비가 악화되는 것 이외에, 시일 성능 확보를 위해 고정밀도의 가스 유량을 필요로 하기 때문에 설비가 고가로 된다. 이들에 대하여 (D)에서는 강철 스트립에 스크래치가 발생하지 않고 설비도 염가로 된다.

상술한 바와 같이, 연속 열처리로의 급냉대역에서는, 다른 노대역(가열대역 및 냉각대역 등등)보다도 수소 농도가 높은 HN 가스를 사용하고, 이것을 순환·냉각하여 강철 스트립에 분사하는 가스 제트 냉각법에 의한 것이 제품 표면성상 및 설비 비용의 관점에서 유리하다. 이와 동일한 관점으로부터 보면, 시일 수단으로서 롤 시일 장치를 채용하는 것이 유리하다.

그러나, 실제로 도 4에 도시하는 바와 같이 롤 시일 장치(4)를 급냉대역(11)의 전후(입구 및 출구)에 설치하여 급냉대역내의 고 수소 농도 분위기 가스를 완전히 차단하고자 한 경우, 스트립형 재료에 분사된 급냉대역내의 고 수소 농도 분위기 가스가 스트립형의 재료를 따라서 형성되는 흐름(수반류라고도 칭함)에 기인하여 동압이 발생한다. 그리고, 이 발생한 동압이 롤 시일 장치에 차단되어, 그 결과 롤 시일 장치 부근에서는 정압이 상승된다. 예를 들면 도 5a 및 도 5b는 판 두께가 0.8㎜이고 판 폭이 1250㎜인 재료를 도 4에 도시한 연속 열처리로에서 라인 속도 400mpm으로 통과시켰을 때의 급냉대역 및 그 전후의 지점(P1 내지 P9)에 있어서의 정압(도 5a)과 분위기 가스중 수소 농도(도 5b)의 측정 결과이다. 도 5a로부터 알 수 있는 바와 같이, 큰 정압 갭이 발생하고 있는 곳이 있다. 그 때문에 급냉대역 및 그 전후에서 노압의 밸런스가 상실되어 큰 가스 흐름이 발생하여, 그 결과 급냉대역내의 고 수소 농도 분위기 가스가 급냉대역의 외부로 유출되고, 도 5b에 도시하는 바와 같이 급냉대역내의 수소 농도가 저하한다. 이 급냉대역내의 수소 농도 저하를 보충하기 위해서는 고 수소 농도 HN 가스의 투입량을 증가시킬 필요가 있어, HN 가스 소비의 악화를 초래하게 된다.

결국, 가스류 방지를 위해 쓸데없이 강고한 시일 장치를 마련하면, 결과적으로 노압(노내의 분위기압) 분포에 근거하는 가스류를 유발한다고 하는 예상외의 결과가 발생한다. 종래의 시일 수단에 있어서는 이러한 문제는 고려되어 있지 않다.

또한, 급냉대역으로부터의 고 수소 농도 분위기 가스의 유출은 HN 가스 소비의 악화를 초래할 뿐만 아니라, 급냉대역으로부터 상류측의 재결정 과정에 있는 스트립형 재료의 결정 조직에 영향을 미치는 것이 본 발명자들의 최근 연구에 의해 분명해졌다. 즉, 급냉대역 입구측에 인접하는 노대역내의 수소 농도가 10%를 넘어 높아지면 급냉전의 고온 상태에 있는 스트립형 재료의 표면층에서 질화가 진행되어, 부분적인 표층의 경화 현상이 발생하여 문제로 된다고 하는 내용이 얻어졌다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 감안하여, 가스 제트 냉각 방식의 급냉대역의 고 수소 농도 분위기 가스와, 급냉대역 인접 노대역(가열대역 및 냉각대역 등등)의 분위기 가스의 혼합을 방지하여, 가열 및 가열후 유지하는 노대역의 분위기 가스중의 수소 농도와 급냉대역내의 분위기 가스중의 수소 농도를 적절히 제어할 수 있고, 또한 HN 가스 소비가 우수한 고 수소 농도 급냉대역을 갖는 연속 열처리로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 요약

본 발명은, 스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하고, 그 도중에 스트립형의 재료를 가열한 후, 수소 함유 가스 분사에 의해 급속 냉각하는 연속 열처리로의 분위기 제어 방법에 있어서, 스트립형의 재료를 가열하는 노대역과, 가열후 스트립형의 재료를 유지하는 노대역의 분위기 가스중의 수소 농도를 10% 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 연속 열처리로의 분위기 제어 방법(제 1 발명)을 제공한다.

또, 본 발명은, 스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하고, 그 도중에 스트립형의 재료를 가열한 후, 수소 함유 가스 분사에 의해 급속 냉각하는 연속 열처리로의 냉각 방법에 있어서, 스트립형의 재료를 가열하는 노대역과, 가열후 스트립형의 재료를 유지하는 노대역의 분위기 가스중의 수소 농도를 10% 이하로 제어하고, 상기 급속 냉각을 실행하는 급냉대역내에서는 재료의 단위 단면적당의 장력[Tu(kgf/㎟)]을 재료의 판 두께[t(㎜)] 및 판 폭[W(㎜)]에 대응하여 하기의 조건[수학식 1 내지 3중 어느 하나에 해당하는 수학식]을 만족시키는 범위로 유지하고, 재료에 수소 농도 10% 이상의 수소 함유 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 연속 열처리로의 냉각 방법(제 2 발명)을 제공한다.

(a) W＜1350㎜의 경우

1.88 - 0.18 × t - 0.00080 × W ≤ Tu ≤ 2.38 - 0.11 × t - 0.00084 × W

(b) W ≥ 1350㎜ 및 t ≤ 0.85㎜의 경우

0.73 + 0.38 × t - 0.00030 × W ≤ Tu ≤ l.23 + 0.35 × t - 0.00028 × W

(c) W ≥ 1350㎜ 및 t ＞ 0.85㎜의 경우

1.10 - 0.00033 × W ≤ Tu ≤ 1.54 - 0.00029 × W

또, 본 발명은, 스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하는 순차적으로 배열된 복수의 노대역을 갖는 연속 열처리로에 있어서, 이들 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서 입구부에 제 1 롤 시일 장치를 그리고 출구부에 제 2 롤 시일 장치를 갖고, 제 1 롤 시일 장치의 입구부와 제 2 롤 시일 장치의 출구부가 접속된 것을 특징으로 하는 연속 열처리로(제 3 발명)를 제공한다.

또, 본 발명은, 스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하는 순차적으로 배열된 복수의 노대역을 갖는 연속 열처리로에 있어서, 이들 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서 입구부에 상류측으로부터 제 1 및 제 2 롤 시일 장치에 의해 분할된 롤 시일 챔버와, 출구부에 제 3 롤 시일 장치를 갖고, 롤 시일 챔버와, 급냉대역내의 상류측 부분이 접속된 것을 특징으로 하는 연속 열처리로(제 4 발명)를 제공한다.

또, 본 발명은, 스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하는 순차적으로 배열된 복수의 노대역을 갖는 연속 열처리로에 있어서, 이들 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서 입구부에 상류측으로부터 제 1 및 제 2 롤 시일 장치에 의해 분할된 롤 시일 챔버와, 출구부에 제 3 롤 시일 장치를 갖고, 제 1 롤 시일 장치의 입구부와 제 3 롤 시일 장치의 출구부가 접속되며, 또한 롤 시일 챔버와, 급냉대역내 상류측 부분이 접속된 것을 특징으로 하는 연속 열처리로(제 5 발명)를 제공한다.

또, 본 발명은, 급냉대역의 제 3 발명 내지 제 5 발명중 어느 한 발명에 있어서 급냉대역의 전후대역에 브라이들 롤을 갖는 것을 특징으로 하는 연속 열처리로(제 6 발명)를 제공한다.

본 발명은 연속 열처리로(a continuous heat treatment furnace)에 관한 것으로, 상세하게는 스트립형 재료, 예를 들어 강철이나 알루미늄 등의 금속 스트립을 연속적으로 열처리하기 위해 사용되는 연속 열처리로 및 그 조업 방법 등에 관한 것이다.

도 1은 제 5 발명에 따른 연속 열처리로의 일예를 나타내는 모식도,

도 2는 제 3 발명에 따른 연속 열처리로의 일예를 나타내는 모식도,

도 3은 제 4 발명에 관한 연속 열처리로의 일예를 나타내는 모식도,

도 4는 종래의 연속 열처리로의 일예를 나타내는 모식도,

도 5a는 종래의 노 및 실시예 3에서의 급냉대역 전후에 걸친 분위기 가스의 압력 분포의 그래프,

도 5b는 종래의 노 및 실시예 3에서의 급냉대역 전후에 걸친 분위기 가스의 수소 농도 분포의 그래프,

도 6은 강철 스트립 표면층의 질화 발생에 미치는 열처리 온도와 분위기 가스중의 수소 농도의 영향을 나타내는 설명도,

도 7은 급냉대역내에서의 냉각 가스의 풍량 밀도(Q)와, 수소 농도와, 열전달계수(α)의 관계를 나타내는 그래프,

도 8a는 실시예 1에 대한 노압의 시간 경과 변화를 나타내는 그래프,

도 8b는 실시예 1에 대한 수소 농도의 시간 경과 변화를 나타내는 그래프,

도 9a는 비교예에 대한 노압의 시간 경과 변화를 나타내는 그래프,

도 9b는 비교예에 대한 수소 농도의 시간 경과 변화를 나타내는 그래프.

여기서, 각 도면에 있어서, 참조부호는 각기 하기와 같다.

S : 재료(스트립형의 재료, 강철 스트립)

1, 2 : 연통관 3 : 롤 시일 챔버

4 : 롤 시일 장치 4A : 제 1 롤 시일 장치

4B : 제 2 롤 시일 장치 4C : 제 3 롤 시일 장치

6 : 급냉대역내 최상류 부분 8 : 브라이들 롤

10 : 급냉대역 인접 노대역(가열대역 등) 11 : 급냉대역

12 : 급냉대역 인접 노대역(냉각대역 등) l3 : 가스 제트 챔버

제 1 발명

상술한 바와 같이, 급냉대역의 분위기 가스를 고 수소 농도 가스로 한 경우, 급냉대역으로부터의 고 수소 농도 가스의 유출에 의해, 인접하는 노내의 수소 농도의 상승이 나타난다. 한편, 상기한 바와 같이, 최근의 연구에 의해 고온의 재결정 단계에 있는 강철 스트립 열처리중의 수소 농도가 높은 경우에, 강철 스트립 표면층에 질화에 의한 경화 현상이 발생한다고 하는 내용이 얻어졌다. 예를 들면 도 6은 강철 스트립 표면층의 질화 발생에 미치는 열처리 온도와 분위기 가스중의 수소 농도의 영향을 나타내는 설명도이고, 재결정 온도 범위에서 수소 농도가 10%를 넘는 조건에서 열처리한 경우에 강철 스트립 표면층에 질화가 발생하는 것을 알 수 있다.

여기서, 질화의 유무는 강판 표면의 경도 상승 및 강판 시트 표면층의 질소량의 증가[오제 분광 분석(Auger spectral analysis)에 의함]에 의해 판정하였다.

이상의 내용으로부터, 급냉대역내의 분위기 가스로서 고 수소 농도 가스를 사용하는 경우에는, 급냉대역에 인접하는 서냉대역 및 서냉대역의 상류에 위치하는 균열대역 및 가열대역중의 수소 농도를 10% 이하로 할 필요가 있다.

따라서, 제 1 발명에서는 스트립형의 재료를 가열하는 노대역의 그리고 가열후 스트립형의 재료를 유지하는 노대역의 분위기 가스중의 수소 농도를 10% 이하로 제어하는 것으로 규정하였다.

제 2 발명

스트립형의 재료, 예를 들어 강철 스트립의 연속 열처리로에서는, 냉각대역의 일부에 가스 제트 냉각에 의해 강철 스트립을 급속 냉각하는 급냉대역이 배치된다. 제 2 발명에서는, 제 1 발명에 부가하여, 급냉대역내에서 재료의 단위 단면적당의 장력[Tu(kgf/㎟)]을 재료의 판 두께[t(㎜)] 및 판 폭[W(㎜)]에 따라 상기 수학식 1 내지 3중 어느 하나에 해당하는 식을 충족시키는 범위로 유지하고, 또한 재료에 수소 농도 10% 이상의 수소 함유 가스를 분사한다. 이 이유를 도 7을 이용하여 설명한다.

도 7은 급냉대역내에서의 냉각 가스의 풍량 밀도(Q), 수소 농도와 열전달계수(α)의 관계를 나타내는 그래프로서, 참조부호(α)는 풍량 밀도(Q) 및 수소 농도에 거의 비례하여 증대한다. 또, 풍량 밀도(Q)는 강철 스트립 양면에 분사하는 풍량을 급냉대역내의 강철 스트립 한쪽면의 면적으로 나눈 것이다.

여기서, 급냉대역에서 필요로 되는 열전달계수(α)의 값은 재료(본 예에서는 강판)의 종류(강철 종류)나 판 두께에 따라 상이하지만, 예를 들어 BH 강판(건조 도장 경화성을 부여한 것으로 주로 자동차용 강판 등에 이용되는 강판)의 경우에는 급냉대역에서 30℃/s 이상의 냉각 속도가 필요로 되고, 이것은 판 두께 1.0㎜에서는 열전달계수(α) : 200kca1/(㎡·h·℃) 이상, 판 두께 1.6㎜에서는 열전달계수(α) : 350kcal/(㎡·h·℃) 이상에 상당한다.

이와 같이, 판 두께에 따른 소정의 열전달계수(α)를 확보할 필요가 있기 때문에, 수소 농도에는 일정한 하한을 마련하는 것이 바람직하고, 또 풍량 밀도(Q)도 판 두께에 따라 증가시키는 것이 바람직하지만, 한편으로는 풍량 밀도(Q)는 판 두께에 따른 소정의 양 이하로 관리해야 한다.

즉, 냉각 효율을 고려하면 냉각 가스 제트 노즐과 스트립형 재료의 거리를 짧게 하는 것이 유리하지만, 풍량 밀도(Q)를 증가시키면, 강철 스트립이 요동쳐서 냉각 가스 제트 노즐에 접촉하여, 스크래치가 발생하기 쉬워진다. 이 스크래치가 종종 발생하는 풍량 밀도(Q)의 값은 판 두께 및 스트립형 재료의 장력 등에 따라서, 판 두께가 작을수록 낮은 값으로 된다.

또, 장력과의 관계에 있어서는, 장력이 낮을수록 스크래치가 종종 발생하는 풍향 밀도(Q)의 한계가 낮아진다. 도 7에는 Tu = 1.88 - 0.18 × t - 0.00080 × W(W ＜ 1350㎜) 및 Tu = 1.10 - 0.00033 × W(W ≥ 1350㎜)의 경우(A)와, Tu = 1.78 - 0.18 × t - 0.00080 × W(W ＜ 1350㎜) 및 Tu = 1.00 - 0.00033 × W(W ≥ 1350㎜)의 경우(B)에 대하여, 판 두께 1.0㎜와 판 두께 1.6㎜에 있어서의 풍량 밀도(Q)의 스크래치 다발생 한계를 나타낸다. (A)의 경우, 스크래치 다발생 한계의 풍량 밀도(Q)는 판 두께가 1.0㎜에서 150㎥/(㎡·min), 판 두께가 1.6㎜에서 400㎥/(㎡·min)로 되지만, 모두 냉각 가스의 수소 농도가 10% 이상인 경우에, 목표의 열전달계수(α)를 달성할 수 있다. 한편, 장력(Tu)이 이것보다 낮은 경우(B)에는, 수소 농도를 상당히 증가시키지 않으면, 요동없이 목표의 열전달계수(α)를 달성할 수가 없다.

또한, 장력(Tu)이 상기 수학식 1 내지 3중 어느 하나에 해당하는 식의 우변값보다 크면, 급냉대역내의 노 롤(hearth roll)에 강철 스트립이 권취될 때에 비틀림이나 소성 변형이 발생하기 쉬워져서 품질상 문제가 있다. 또, 급냉대역의 장력과 서냉대역 또는 균열대역의 장력의 차가 필요 이상으로 커져서, 장력 제어용의 예를 들어 브라이들 롤의 모터 전원이 과잉으로 필요하게 되는 등, 경제적으로 바람직하지 못한 영향이 발생한다.

따라서, 제 2 발명에서는, 급냉대역에 있어서의 수소 농도를 한정하고, 또한 재료의 장력을 상기 수학식 1 내지 3중 어느 하나에 해당하는 식의 범위로 유지한다고 하는 한정을 마련하였다. 또, 판 두께의 기여에 관하여 상기 수학식 1 내지 3에 있어서 계수의 부호 등이 상이한 것은, 얇은 물건에서는 비틀림(buckling) 방지를 중시한 실험식, 두꺼운 물건에서는 장력 과다에 의한 판의 소성 변형의 방지 및 이음재와의 장력 단차 저감을 중시한 실험식에 의해 각각 해석을 실행하는 것이 바람직한 것에 의한다.

제 1 및 제 2 발명의 상기 규정을 충족시키기 위해서는, 수소 함유 가스(제 2 발명에 있어서는 수소 농도 10% 이상의 고 수소 농도 가스) 분사를 실행하는 급냉대역에 인접하는 서냉대역과, 서냉대역의 상류에 위치하는 균열대역 및 가열대역중의 수소 농도가 10%를 넘지 않은 범위에서, 급냉대역내의 수소 함유 가스를 밀봉할 수 있는 시일 장치가 필요하고, 그와 같은 고성능의 시일 장치는 제 3 내지 제 5 발명에 의해 실현한다.

제 3 발명

도 2는 제 3 발명에 관한 연속 열처리로의 일예를 나타내는 모식도이다. 도시한 바와 같이, 이 연속 열처리로에서는 복수의 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역(11)이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서, 롤 시일 챔버의 입구부에 제 1 롤 시일 장치(4A)를 그리고 출구부에 제 2 롤 시일 장치(4B)를 갖고, 제 1 롤 시일 장치(4A)의 입구부와 제 2 롤 시일 장치(4B)의 출구부가 연통관(1)에 의해 접속되어 있다. 이러한 접속 수단은 본 예의 연통관에 한정되지 않고, 예를 들어 피 접속 부분의 노 쉘끼리를 연결하여 구성하여도 좋다. 또, 도 2에 있어서, 도 4와 동일하거나 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

이 구성에 의해, 급냉대역을 사이에 끼운 상류 및 하류의 노의 노압이 거의 동등하게 되기 때문에, 예를 들면 서냉대역측에서 노압 변동이 발생하여도 이 변동은 상류측의 분위기의 교환에 의해 완화되고, 또한 노압 조정은 급냉대역과 그것 이외의 노의 2개 대역 사이의 밸런스를 취하는 것만으로 이루질 수 있다. 물론, 수반류와의 밸런스상, 입구측에서는 급냉대역으로의 미량의 가스 유입, 출구측에서는 급냉대역으로부터의 미량의 가스 누설을 허용하게 되지만, 노압 분포(노압 밸런스의 악화)에 의해 발생할 수 있는 가스류에 비하면 그 양은 훨씬 적은 상태로 완료된다. 또한 질화의 걱정이 있는 급냉대역 상류측에서는 급냉대역으로 유입하는 방향으로의 가스류를 갖기 때문에, 질화 방지상에 있어서도 유효하다.

또 연통관(1)내의 분위기압은 급냉대역 입구측과 출구측의 노대역의 평균압으로 되기 때문에, 여기에 노압계(도시하지 않음)를 마련하여 급냉대역과 관련된 노압을 제어하는 것이 더욱 바람직하다.

이 구성에 의해, 가열대역(10) 등과 냉각대역(12) 등의 노압차가 없어져서, 이 노압차에 기인한 급냉대역(11)과 급냉대역에 인접한 노대역(10, 12) 사이의 분위기 가스 혼합이 억제된다.

제 4 발명

도 3은 제 4 발명에 관한 연속 열처리로의 일예를 나타내는 모식도이다. 도시한 바와 같이, 이 연속 열처리로에서는, 복수의 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역(11)이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서 입구부에 상류측으로부터 제 1 및 제 2 롤 시일 장치(4A, 4B)에 의해 분할된 롤 시일 챔버(3)와 출구부에 제 3 롤 시일 장치(4C)를 갖고, 롤 시일 챔버(3)와 급냉대역내 최상류 부분(6)이 연통관(2)에 의해 접속되어 있다. 이러한 접속 수단은 본 예의 연통관에 한정되지 않고, 예를 들어 피 접속 부분의 노 쉘끼리를 연결하여 구성하여도 좋다. 또, 도 3에 있어서 도 4와 동일하거나 대응하는 부분에는 같은 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

이 구성에 의해, 가스 제트 챔버(13) 배치부에서의 가스 분사압의 변동에 의해 발생한 급냉대역(11) 입구 내외에서의 노압차가 없어지고, 이러한 노압차에 기인한 급냉대역(11)과 가열대역(10) 사이의 분위기 가스 혼합이 억제된다.

제 5 발명

도 1은 제 5 발명에 관한 연속 열처리로의 일예를 나타내는 모식도이다. 도시한 바와 같이, 이 연속 열처리로에서는 복수의 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역(11)이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서 입구부에 상류측으로부터 제 1 및 제 2 롤 시일 장치(4A, 4B)에 의해 분할된 롤 시일 챔버(3)와, 출구부에 제 3 롤 시일 장치(4C)를 갖고, 제 1 롤 시일 장치(4A)의 입구부와 제 3 롤 시일 장치(4C)의 출구부가 연통관(1)에 의해 접속되고, 또한 롤 시일 챔버(3)와 급냉대역내 최상류 부분(6)이 연통관(2)에 의해 접속되어 있다. 이러한 접속 수단은 본 예의 연통관에 한정되지 않고, 예를 들어 피 접속 부분의 노 쉘끼리를 연결하여 구성하여도 좋다. 또한, 도 1에 있어서, 도 4와 동일하거나 대응하는 부분에는 동일한 참조부호를 부여하고 설명을 생략한다.

이 구성에 의해, 가열대역(10) 등과 냉각대역(12) 등의 노압차가 없어지고, 이 노압차에 기인한 급냉대역(11)과 급냉대역에 인접한 노대역(10, 12) 사이의 분위기 가스 혼합이 억제된다. 동시에, 가스 제트 챔버(13) 배치부에서의 가스 분사압의 변동에 의해 발생한 급냉대역(11) 입구 내외에서의 노압차가 없어지고, 이러한 노압차에 기인한 급냉대역(11)과 가열대역(10) 사이의 분위기 가스 혼합이 억제된다.

또, 상기 설명으로부터 자명한 바와 같이, 제 3 내지 제 5 발명은 종래의 연속 열처리로에 있어서, 본 발명에서 지정되는 노내 2지점 사이의 통과 경로 이외의 통기 접속 경로를 마련한 것이기 때문에, 매우 간단한 설비 개조를 실행하는 것만으로 실시 가능하다.

제 6 발명

상기한 바와 같이, 제 2 발명에서 급냉대역에서의 장력을 수학식 1 내지 3중 어느 하나의 범위에 유지하는 것으로 하였다. 그런데, 가열대역 등에서는 강철 스트립의 온도 상승과 더불어 강철 스트립의 항복 응력이 저하하기 때문에, 장력을 과대하게 하면 가열대역 등등내의 롤에 강철 스트립이 권취될 때에 좌굴하는 현상(열적 비틀림이라고 칭함)이 나타난다. 실제 조업시에, 강철 스트립의 판 두께가 비교적 두꺼운 경우에는 가열대역 등등도 포함한 연속 열처리로 전체에 걸쳐 장력을 높게 하여 강판을 통과시키는 것도 가능하지만, 비교적 얇은 판 두께의 강판을 통과시킬 때에는, 가열대역 등등에서는 열적 비틀림 방지를 위해 장력을 낮추고, 급냉대역에서는 요동 억제를 위해 장력을 높여 강판을 통과시키지 않으면 안된다. 이와 같이 가열대역 등과 급냉대역에 의해 장력을 상이하게 할 필요가 있고, 그를 위한 바람직한 수단으로서 제 6 발명에서는 제 3 내지 제 5 발명중 어느 하나에 있어서, 급냉대역의 전후대역에 브라이들 롤을 갖는 것으로 하였다. 이에 의해, 가열대역 등등에서의 장력은 낮게 유지하면서, 급냉대역에서의 장력을 수학식 1 내지 3중 어느 하나의 범위에 유지할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서, 각 롤 시일 장치의 시일 롤과 강철 스트립의 갭은 5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 시일 롤은 열팽창에 의한 변형을 억제하기 위해서 수냉형인 것이나, 또 롤의 소재에 열팽창 계수가 작은 소재, 예를 들어 세라믹을 이용한 것이 바람직하다.

냉간 압연 강철 스트립의 연속 열처리로를 대상으로, 도 2, 도 3 및 도 1에 나타낸 형태로 제 3, 제 4, 제 5 발명을 실시하여 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3으로 하였다. 또, 도 2, 도 3 및 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3은 제 6 발명에 따라, 급냉대역의 전후대역에 브라이들 롤(8)을 설치하여 급냉대역 장력을 가열대역 장력과 분리하여 제어할 수 있는 설비 구성으로 하고 있다.

또, 실시예 4로서, 제 5 발명(도 1에 나타내는 실시예 3과 동일한 설비)에 있어서 제 6 발명의 요건을 충족시키지 않는(브라이들 롤이 없음) 상태를 상정하여, 급냉대역 장력을 상기 수학식 1 내지 3중 어느 하나에 해당하는 식의 범위를 하회하는(제 2 발명의 요건을 충족시키지 않음) 가열대역 장력과 동일하게 한 예를 나타낸다.

상기한 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4에 대하여, 급냉대역의 고 수소 농도 분위기 가스(수소 농도 약 30%) 사용량, 강철 스트립의 질화 발생 빈도를 조사하였다. 또, 도 4에 도시한 종래의 연속 열처리로에 의해 장력에 대하여 상기 수학식 1 내지 3중 어느 하나에 해당하는 식을 충족시켜 조업한 경우의 동일 조사 실적(이것을 비교예로 함)을 비교예로 하였다. 또한, 도 4에서는 제 3 내지 제 5 발명 범위외에서 브라이들 롤을 구비한 종래 노의 예를 나타내었다. 또, 실시예 3에 대해서는 또한 판 두께 0.8㎜, 판 폭 1250㎜의 재료를 라인 속도 400mpm으로 통과시키는 동안에 급냉대역 및 그 전후의 지점(P1 내지 P9)(도 1 참조 : 도 4의 측정 지점과 동일 위치)에 있어서의 정압과 분위기 가스중 수소 농도를 측정하였다. 여기에, 연속 열처리로는 급냉대역의 전단의 노대역이 서냉대역, 후단의 노대역이 과시효대역이고, 분위기 가스가 HN 가스이다.

실시예 3에 있어서의 상기 정압 측정 결과 및 분위기 가스중 수소 농도 측정 결과를 전술한 도 5a 및 도 5b에 각각 중첩시켜 나타내고, 실시예 1 내지 3, 비교예의 분위기 가스 사용량과 질화 발생 빈도를 표 1에 나타낸다. 또한 표 l의 분위기 가스 사용량과 질화 발생 빈도는 비교예를 100으로 한 상대 지수로 나타내었다.

도 5a 및 도 5b, 표 1로부터 본 발명에 따르면 급냉대역과 급냉대역에 인접한 노대역 사이에서의 분위기 가스 혼합이 효율적으로 억제되고, 분위기 가스 사용량을 감소시킬 수 있어, 질화도 방지할 수 있는 것이 분명하다.

또, 급냉대역(RC) 및 서냉대역(SC), 과시효대역(OA)의 노압·수소 농도의 시간 경과 변화의 예를 실시예 1(도 8a 및 도 8b) 및 비교예(도 9a 및 도 9b)에 대하여 나타내지만, 서냉대역에 있어서 노압의 변동이 있더라도, 본 발명에 있어서는 급냉대역과의 압력 밸런스가 유지되고, 급냉대역과 그 전후대역 사이의 가스류에 의한 수소 농도 변화가 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 표 l에 병기한 급냉대역 장력(제어값) 및 급냉대역내에서의 강철 스트립의 요동 진폭(조사값)이 나타내는 바와 같이, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3에서는, 급냉대역의 전후대역의 브라이들 롤에 의해 급냉대역 장력을 가열대역 장력과 분리하여 상기 수학식 1의 범위로 제어하였기 때문에, 가열대역에서 열적 비틀림을 발생시키지 않고 급냉대역내의 강철 스트립의 요동 진폭을 억제할 수 있었다. 한편, 실시예 4에서는, 장력이 상기 수학식 1 내지 3중 어느 하나에 해당하는 식의 범위를 하회하기 때문에, 급냉대역내에서는 냉각 가스 분사에 의한 강철 스트립의 요동 진폭이 커지고, 강철 스트립이 냉각 가스 제트 노즐 선단에 접촉하여 스크래치가 발생함에 이르렀다. 또한, 강철 스트립의 요동의 영향에 의해 실시예 3과 비교하여 열전달계수(α)에도 약간의 저하가 보였다. 실시예 4에 있어서는 풍량 밀도(Q)를 감소시키면 요동은 진정되지만, 그 경우에는 열전달계수(α)의 값을 180kcal/(㎡·h·℃) 이상(판 두께 0.8㎜에서 30℃/s의 냉각 속도를 확보할 수 있는 값) 또는 350kcal/(㎡·h·℃) 이상(판 두께 1.6㎜에서 30℃/s의 냉각 속도를 확보할 수 있는 값)으로 확보하는 것이 곤란해진다.

일반적으로, 강철 스트립의 요동 진폭은 통과 속도가 고속으로 될 수록, 또한 냉각 가스 풍량이 증대할수록 커지지만, 본 발명에 따르면, 제 6 발명에 따라서 급냉대역의 전후대역에 브라이들 롤을 설치하고, 제 2 발명에 따라 급냉대역 장력을 제어함으로써, 이러한 요동 진폭을 작게 할 수 있다. 그리고, 그 결과 강철 스트립과 냉각 가스 제트 노즐 선단 사이의 거리를 단축할 수 있기 때문에, 동일 냉각 가스 풍량에 있어서, 보다 높은 냉각 효율을 실현할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 가스 제트 냉각 방식의 급냉대역에 있어서, 분위기 가스의 수소 농도를 10% 이상으로 한 고효율 가스 제트 냉각을 실시함에 있어서, 급냉대역과 급냉대역에 인접한 노대역(가열대역 및 냉각대역 등등) 사이의 분위기 가스 혼합을 간단한 수단에 의해 방지할 수 있는 연속 열처리로를 실현하고, 특히 강철 스트립의 연속 열처리에서는 분위기 가스 소비를 대폭으로 개선할 수 있고, 또한 고 수소 농도 분위기 가스의 영향에 의한 가열대역에 있어서의 질화의 걱정도 없어진다고 하는 우수한 효과를 나타낸다.

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예
분위기 가스 사용량(상대 지수)		85	75	45	45	100
질화 발생 빈도(상대 지수)		5	3	0	0	100
t0.8㎜×W1250㎜의 강철 스트립을 LS=400mpm으로 통과시켰때 때의 각 조건	급냉대역 장력	800kgf(0.80kgf/㎟)	1000kgf(1.00kgf/㎟)	1200kgf(1.20kgf/㎟)	600kgf(0.60kgf/㎟)	1200kgf(1.20kgf/㎟)
	요동 진폭	＜50㎜	＜50㎜	＜50㎜	150∼200㎜요동이 크고 강철 스트립 양면의 스크래치 발생	＜50㎜
	풍량 밀도:Q	150㎥/(㎡·min)	150㎥/(㎡·min)	150㎥/(㎡·min)	150㎥/(㎡·min)	150㎥/(㎡·min)
	열전도율:α	240kcal/(㎡·h·℃)	240kcal/(㎡·h·℃)	240kcal/(㎡·h·℃)	230kcal/(㎡·h·℃)	220kcal/(㎡·h·℃)
t1.6㎜×W1250㎜의 강철 스트립을 LS=400mpm으로 통과시켰을 때의 각 조건	급냉대역 장력	2200kgf(1.10kgf/㎟)	2100kgf(1.05kgf/㎟)	2000kgf(1.00kgf/㎟)	1000kgf(0.50kgf/㎟)	2000kgf(1.00kgf/㎟)
	요동 진폭	50∼100㎜	50∼100㎜	50∼100㎜	150∼200㎜요동이 크고 강철 스트립 양면의 스크래치 발생	50∼100㎜
	풍량 밀도:Q	400㎥/(㎡·min)	400㎥/(㎡·min)	400㎥/(㎡·min)	400㎥/(㎡·min)	400㎥/(㎡·min)
	열전도율:α	470kcal/(㎡·h·℃)	470kcal/(㎡·h·℃)	470kcal/(㎡·h·℃)	450kcal/(㎡·h·℃)	420kcal/(㎡·h·℃)

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예
t0.8㎜×W1500㎜의 강철 스트립을LS=400mpm으로 통과시켰을 때의 각 조건	급냉대역 장력	1200kgf(1.00kgf/㎟)	960kgf(0.80kgf/㎟)	720kgf(0.60kgf/㎟)	600kgf(0.50kgf/㎟)	720kgf(0.60kgf/㎟)
	요동 진폭	＜50㎜	＜50㎜	＜50㎜	150∼200㎜요동이 크고 강철 스트립 양면의 스크래치 발생	＜50㎜
	풍량 밀도:Q	150㎥/(㎡·min)	150㎥/(㎡·min)	150㎥/(㎡·min)	150㎥/(㎡·min)	150㎥/(㎡·min)
	열전도율:α	240kcal/(㎡·h·℃)	240kcal/(㎡·h·℃)	240kcal/(㎡·h·℃)	230kcal/(㎡·h·℃)	220kcal/(㎡·h·℃)
t1.6㎜×W1500㎜의 강철 스트립을LS=400mpm으로 통과시켰을 때의 각 조건	급냉대역 장력	1680kgf(0.70kgf/㎟)	2160kgf(0.90kgf/㎟)	2640kgf(1.10kgf/㎟)	960kgf(0.40kgf/㎟)	2640kgf(1.10kgf/㎟)
	요동 진폭	50∼100㎜	50∼100㎜	50∼100㎜	150∼200㎜요동이 크고 강철 스트립 양면의 스크래치 발생	50∼100㎜
	풍량 밀도:Q	400㎥/(㎡·min)	400㎥/(㎡·min)	400㎥/(㎡·min)	400㎥/(㎡·min)	400㎥/(㎡·min)
	열전도율:α	470kcal/(㎡·h·℃)	470kcal/(㎡·h·℃)	470kcal/(㎡·h·℃)	450kcal/(㎡·h·℃)	420kcal/(㎡·h·℃)

LS : 통과속도, mpm : m/분

Claims

스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하고, 그 도중에 스트립형의 재료를 가열한 후, 수소 함유 가스 분사에 의하여 급속 냉각하는 연속 열처리로의 분위기 제어 방법에 있어서,

상기 스트립형의 재료를 가열하는 노대역과, 가열후 상기 스트립형의 재료를 유지하는 노대역내의 분위기 가스중의 수소 농도를 10% 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로의 분위기 제어 방법.
스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하고, 그 도중에 스트립형의 재료를 가열한 후, 수소 함유 가스 분사에 의해 급속 냉각하는 연속 열처리로의 냉각 방법에 있어서,

상기 스트립형의 재료를 가열하는 노대역과, 가열후 상기 스트립형의 재료를 유지하는 노대역내의 분위기 가스중의 수소 농도를 10% 이하로 제어하고, 상기 급속 냉각을 실행하는 급냉대역내에서는 재료의 단위 단면적당의 장력[Tu(kgf/㎟)]을 재료의 판 두께[t(㎜)] 및 판 폭[W(㎜)]에 따라 하기의 조건을 충족시키는 범위로 유지하고, 상기 재료에 수소 농도 10% 이상의 수소 함유 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로의 냉각 방법.

(a) W＜1350㎜의 경우

1.88 - 0.18 × t - 0.00080 × W ≤ Tu ≤ 2.38 - 0.11 × t - 0.00084 × W

(b) W ≥ 1350㎜ 및 t ≤ 0.85㎜의 경우

0.73 + 0.38 × t - 0.00030 × W ≤ Tu ≤ l.23 + 0.35 × t - 0.00028 × W

(c) W ≥ 1350㎜ 및 t ＞ 0.85㎜의 경우

1.10 - 0.00033 × W ≤ Tu ≤ 1.54 - 0.00029 × W
스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하는 순차적으로 배열된 복수의 노대역을 갖는 연속 열처리로에 있어서,

상기 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서 입구부에 제 1 롤 시일 장치를 그리고 출구부에 제 2 롤 시일 장치를 갖고, 제 1 롤 시일 장치의 입구부와 제 2 롤 시일 장치의 출구부가 접속된 것을 특징으로 하는

연속 열처리로.
스트립형의 재료를 분위기 가스중에서 열처리하는 순차적으로 배열된 복수의 노대역을 갖는 연속 열처리로에 있어서,

상기 노대역중 최초 노대역과 최후 노대역을 제외한 나머지중 1개의 노대역이 분위기 가스 분사에 의해 재료를 급속 냉각하는 급냉대역이고, 또한 분위기 가스 시일 수단으로서 입구부에 상류측으로부터 제 1 및 제 2 롤 시일 장치에 의해 분할된 롤 시일 챔버와, 출구부에 제 3 롤 시일 장치를 갖고, 롤 시일 챔버와 급냉대역내 상류측 부분이 접속된 것을 특징으로 하는

연속 열처리로.
제 4 항에 있어서,

상기 제 1 롤 시일 장치의 입구부와, 제 3 롤 시일 장치의 출구부가 접속된 것을 특징으로 하는

연속 열처리로.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 급냉대역의 전후대역에 브라이들 롤(bridle roll)을 갖는 것을 특징으로 하는

연속 열처리로.