KR20030011466A - 코일 냉각장치 - Google Patents

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황호선
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Abstract

본 발명은 코일 냉각장치에 관한 것으로서 특히, 제철산업분야에서 열간압연후 냉간압연용 소재로 이용되는 열연코일을 물에 강제 냉각시키기 위하여 냉각탱크를 설치하여 상기 냉각탱크에 코일을 넣고 냉각수를 유입하여 상기 코일정보에 따라 설정된 냉각수 유입량과 냉각시간에 맞추어 코일을 냉각하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 열연공정에서 권취 완료된 코일을 냉각시키는 코일 냉각장치에 있어서, 냉각수를 유입시켜 코일을 냉각하는 냉각탱크와, 상기 냉각탱크에서의 냉각수의 유입량 및 상기 코일 냉각시간을 설정하는 제어부와, 상기 제어부에서 설정된 냉각수의 유입량에 따라 상기 냉각수의 흐름을 제어하는 유입밸브를 포함하여,상기 코일을 상기 냉각탱크로 이송하고 상기 이송된 코일의 정보에 따라 계산된 냉각수 유입량 및 냉각시간으로 상기 코일을 냉각시킨다. 이로써, 코일의 냉각시간이 단축되어 생산성이 향상되고 물류관리가 원활히 진행된다.

Description

코일 냉각장치{APPARATUS FOR COOLING COILS}
본 발명은 코일 냉각장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 열연공장의 권취 완료된 고온의 코일을 냉각탱크에 넣고 냉각수를 유입시켜 설정된 시간동안 냉각시키는 코일 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 냉연재의 경우 주문에서 제품의 출가까지는 통상적으로 30~40일 정도가 소요된다. 열간압연 작업 후 냉간압연을 위한 작업대기까지 냉각야드에 적치되어 냉각하는 시간은 하절기에는 약 5일 이상, 동절기에는 약 3일 이상이 소요되는데, 권취기에 의해 일정한 부피의 코일로 완성될 때 상기 권취완료된 코일은 약 600℃로 고온이며 냉각공정을 거쳐 약 50℃이하의 온도로 냉각시킨 후 다음 공정으로 이송된다.
종래의 경우 제철공장에서 권취완료된 코일의 냉각방법은 하기와 같다.
도 1은 종래의 코일의 냉각과정을 개략적으로 도시한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 열연공장의 사상압연기(1)에서 압출된 코일(2)은 권취기(3)에 의해 소정의 부피로 권취되고 권취된 코일(4)은 크레인(3)에 의해 냉각야드로 이송된다. 상기 냉각야드에서 냉각된 코일은 다시 다음 공정으로 이송된다.
상기한 바와 같이, 종래에는 권취완료된 코일(4)를 냉각야드로 이송하여 자연냉각을 실시하였는데 즉, 고온(약 600℃)의 권취 완료된 코일은 크레인에 의해 냉각야드로 이송되어 자연공냉 방법에 의해 서서히 냉각(약 50℃)시킨 후 다음 공정으로 이송된다.
그러나, 종래의 자연공냉 방법에서는 코일을 냉각하는데 5일 이상의 많은 시간이 소요되고 한정된 냉각야드는 늘어나는 코일의 냉각물량을 수용할 수 없게 되어 냉각야드의 확장이 불가피하고 이에 대한 비용이 증가하였다. 또한 열간압연직후의 코일을 야드에 적치하게 될 경우 냉각이 완료되어 작업이 가능한 코일도 복사열을 받아 다시 냉각을 실시해야 하는 경우가 발생하게 되므로 이들을 서로 구분하여 적치할 필요가 있고 이를 위해서는 더 넓은 야드가 확보되어야 하는 문제점이 있었다.
나아가, 상기와 같이 냉각시간과 늘어나는 코일의 냉각물량으로 인해 냉각된 코일을 적기에 공급할 수 없게 되어 유통에도 미치는 영향이 지대하였다. 따라서, 보다 획기적인 냉각장치가 필요하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 냉각탱크를 구비하고 코일을 냉각하기 위한 자동 운전 시스템을 도입함으로써 열연공장에서 권취완료된 코일의 냉각에 소요되는 시간을 대폭 감소시키는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 코일 냉각과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 코일 냉각장치의 배열을 보여주는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 코일 냉각시간을 설정하는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 중앙전산부 200 : 제어부
7 : 냉각수 유입밸브 11 : 냉각탱크
13 : 코일온도검출기 20 : 배수탱크
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서 본 발명은, 열연공정에서 권취 완료된 코일을 냉각시키는 코일 냉각장치에 있어서,
냉각수를 유입시켜 코일을 냉각하는 냉각탱크,
상기 냉각탱크에서의 냉각수의 유입량 및 상기 코일 냉각시간을 설정하는 제어부,
상기 제어부에서 설정된 냉각수의 유입량에 따라 상기 냉각수의 흐름을 제어하는 유입밸브를 포함하여,
상기 코일을 상기 냉각탱크로 이송하고 상기 이송된 코일의 정보에 따라 계산된 냉각수 유입량 및 냉각시간으로 상기 코일을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 코일 냉각장치의 구성도이다. 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 장치는, 크게 코일의 각종 정보 및 생산의 전반적인 계획을 통합관리하는 중앙전산부(100)와, 본 발명의 각종 기기들을 제어하는 제어부(200)와, 상기 중앙전산부(100) 및 상기 제어부(200)에 의해 코일냉각 과정을 진행하는 각종 기기들로 구성된다.
본 발명의 장치를 보다 구체적으로 살펴보면, 소형의 간단한 구조를 갖추면서도 코일을 연속적으로 냉각할 수 있으며 사용상의 편리함을 증대시킨 것으로 도 2에 도시된 바와 같이, 코일을 넣고 냉각수를 유입하여 상기 코일을 냉각시키는 냉각탱크(11)를 구비한다.
또한, 상기 냉각탱크(11)로 유입되는 냉각수의 유입량 및 상기 냉각탱크(11)에서의 코일 냉각시간을 설정하는 제어부(200) 및 상기 제어부(200)에서 설정된 냉각수의 유입량에 따라 상기 냉각수의 흐름을 제어하는 제어밸브(7)를 구비하여 상기 냉각탱크(11)내에 냉각수를 유입시켜 코일(12)을 냉각하게 된다.
상기 냉각탱크(11)의 일측으로는 냉각수를 공급하는 공급관(3)이 연결되어 있고 상기 공급관(3)에는 비상시 냉각수를 차단하는 비상차단밸브(5)와 상기 공급관(3)으로부터 상기 냉각탱크(11)로 유입되는 냉각수의 양을 제어하는 유입밸브(7)가 부착되고, 상기 유입밸브(7)에서 제어되는 냉각수의 유입량을 검출하는 유입유량계(8)가 연결되어 있다.
또한, 상기 냉각탱크(11)의 타측으로는 냉각수를 오버 플로우(over-flow)시키는 배관(15)과 오버 플로우되는 냉각수의 유량을 검출하는 유량계(16)가 부착되며, 이는 냉각탱크(11)내의 냉각수를 배출하는 배수관(17)과 연결되며 상기 배수관(17)에는 배출되는 냉각수의 배출량을 제어하는 배수밸브(19)가 부착되어 있다. 상기 배출관(17)은 배수된 냉각수를 담아두는 배수탱크(20)으로 연결되며 상기 배수탱크(20)에는 상기 배수탱크(20)의 수위를 검출하는 레벨검출기(21)가 설치된다. 상기 레벨검출기(21)의 검출값에 의해 상기 제어부(200)는 배수펌프(22)를 동작시켜 배수탱크(20)에서 냉각수를 배출하도록 구성한다.
한편, 상기 냉각탱크(11)에는 상기 냉각탱크(11)내로 유입된 냉각수의 수위를 검출하는 레벨검출기(14)가 설치되고 상기 냉각탱크(11)로 적치된 코일의 온도를 검출하는 온도검출기(13) 또한 설치된다.
미설명 부호(4,6,18)는 작업자가 수동을 조작하는 수동밸브이고 다른 미설명부호(7,8)는 냉각탱크(11)에 유입된 냉각수의 높이를 나타낸다.
비상시에 냉각수를 공급 및 차단하는 비상차단밸브(5), 유입밸브(7) 및 배수밸브(19)는 정해진 프로그램에 따라 자동 개폐하여 상기 냉각탱크(11)에 냉각수를 공급하고 코일(12)을 냉각한 후 배출되도록 자동조절되는 제어부(2)에 전기적으로 연결되는 것이다.
상기 제어부(200)는 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 소형 컴퓨터들로 이루어짐으로써 이미 사전에 설정된 프로그램에 따라서, 일련의 코일 냉각공정을 실현하게 되는 것이다. 이를 위하여 상기 제어부(200)는 소정의 프로그램에 따라 각종 레벨검출기(14,21)들과 펌프(22)에 전기적으로 연결되어 이들을 자동적으로 온-오프 시키고, 상기 냉각탱크(11)로 향한 냉각수 유입관(11)의 비상차단밸브(5), 유입밸브(7), 온도검출기(13), 각종 레벨검출기(14,21), 배수밸브(19)를 전기적으로 연결하여 설정된 프로그램에 의해 원격적으로 자동개폐시키도록 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 코일냉각장치는 냉각탱크(11)에 코일을 적치하고 냉각수를 유입시켜 설정된 냉각수 유입량 및 냉각시간에 따라 코일을 냉각시킨다. 상기 중앙전산부(100)는 열연공장에서 생산되는 코일의 강종, 폭, 두께, 중량, 후공정 등 모든 생산정보를 토대로 크레인제어부(미도시)로 코일 운반 지령을 전송하고 상기 크레인제어부는 상기 중앙전산부(100)에서 수신된 순서대로 코일(12)을 냉각탱크(11)로 운반한다.
상기 제어부(200)는 상기 코일이 냉각탱크(11)내로 적치되었다는 정보를 수신하고 상기 냉각탱크(11)에 적치 완료된 코일(12)의 정보(온도, 중량)를 이용하여 냉각수 유입밸브(7)의 냉각수 유입량 및 냉각탱크에서의 코일 냉각시간을 계산한다. 여기서, 상기 코일 냉각시간은 도 3의 그래프를 이용하여 상기 제어부(2)에 미리 설정된 프로그램에 의해 산출된다.
본 발명에서는 냉각탱크(11)에 적치된 코일을 냉각함에 있어서 냉각시간과 냉각수 유입량이 중요한 요소가 되며 가장 효율적인 시간과 유입량을 계산하는 것이 중요한다.
따라서, 도 3을 참조하여 상기 제어부(200)에서 설정되는 코일 냉각시간 및 냉각수 유입량을 계산하는 방법에 대해 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이 세로축은 권취완료된 코일의 온도이면서 동시에 냉각하고자 하는 코일의 냉각 목표온도를 나타내며 작은 눈금의 크기는 10℃이다. 또한, 가로축은 상기 권취완료된 코일의 냉각시간을 나타내며 작은 눈금의 크기는 10분이다. 코일의 무게에 따라(도 3에서의 (a)~(e)로 나눔) 냉각되는 시간이 다르기 때문에 다섯 개의 그래프가 다르게 표시된다. 소정의 무게를 가지는 코일에 대해 그래프가 목표온도와 만나는 점에서의 냉각시간이 상기 코일을 상기 목표온도로 만들기 위한 냉각시간이 된다.
예를 들어, 적치된 코일의 온도가 590℃이고, 중량이 30ton 이라 하면, 도 3의 그래프에서 보는 바와 같이 목표온도 50℃까지 냉각시키는데는 3시간 50분의 냉각시간이 소요됨을 알 수 있다. 즉, 중량이 30ton 이므로 (a)그래프가 목표온도 50℃와 만나는 점 X에서의 시간은 3시간 50분이다. 단, 상기 냉각시간에는 냉각탱크의 용적이 14 m3, 냉각탱크 내의 냉각수 충만시간은 4분 그리고 오버플로어되는 유량은 1.44 m3/분의 조건이 설정되어 있는 경우에 적용된다. 다시 말해서, 도 3에 도시한 그래프를 적용하기 위해서는 14 m3의 용적의 냉각탱크에 분당 3.5 m3(14m3/4 분 = 3.5 m3/분)로 냉각수가 유입되도록 유입유량계(8)를 이용하여 유입밸브(7)를 제어해야 하고 오버플로어될 때는 계산된 냉각시간 즉, 3시간 50분이 되는 동안 코일(12)을 목표온도 즉, 50℃까지 냉각시키기 위해서는 오버플로어 되는 배수량이 분당 1.44 m3가 되도록 배수유량계(16)를 이용하여 유입밸브(7)를 제어해야 한다.
상기한 바와 같이 제어부(200)는 각각의 다른 정보를 가지는 코일의 냉각시간 및 유입량을 간접 산출하고 이에 따라 소정의 프로그램을 이용하여 상기 유입밸브(7)를 제어하여 냉각수 유입량을 제어한다.
계속하여, 상기 제어부(200)는 계산된 냉각수 유입량에 따라 상기 유입밸브(7)에 오픈 신호를 출력하여 유입밸브(7)를 열고 상기 계산된 양만큼 상기 냉각탱크(11)에 냉각수를 공급시킨다. 상기 냉각탱크(11)에 냉각수가 공급되기 시작하면 냉각탱크(11)에 설치되어 있는 레벨검출기(14)를 통해 냉각탱크(11)내부의 수위를 검출하기 시작하고, 수위가 오버플로어 레벨(9)에 이르러 상기 수위레벨(9)을 검출하면 상기 제어부(200)에서 산출된 냉각시간 동안 냉각수 유입밸브(7)를 제어하면서 상기 적치된 코일(12)를 냉각하게 된다. 이때, 오버플로어되는 냉각수는 배관(15)를 통해 배수탱크(20)로 이송되고 상기 배수탱크(20)의 레벨검출기(21)에 의해 펌프(22)를 기동하여 냉각수를 외부로 배출시킨다.
상기 제어부(200)는 냉각 시간이 경과되면 냉각수 유입밸브(7)를 닫고 배수밸브(19)를 열어 냉각수를 배출시킨다. 이때, 상기 냉각탱크(11)의 냉각수 레벨이 코일 온도를 검출할 수 있는 소정의 레벨(10)까지 하강하면 온도검출기(13)는 코일의 온도를 검출한다. 상기 온도검출기(13)에서 검출된 온도는 제어부(200)로 송신되고 상기 제어부(200)는 목표온도까지 냉각이 되었는지 판단한다.
상기 검출된 온도가 목표온도 50℃에 도달하지 못한 경우 다시 유입밸브(7)를 오픈하고 배수밸브(19)를 닫아 재 냉각한다. 이때 냉각보정시간 산정도 도 3의 그래프를 이용한다. 코일의 검출온도가 목표온도에 도달하지 못한 경우 그래프가 검출온도 및 목표온도와 만나는 두 지점사이의 냉각시간이 냉각보정시간이 된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 목표온도가 50℃이고 실제 검출온도가 80℃이면 30ton의 코일의 (a)그래프가 80℃와 만나는 점 Y의 냉각시간은 3시간 50분이며 목표온도 50℃와 만나는 점 X의 냉각시간은 3시간 40분이다. 따라서, 상기 두 시각의 차이 즉, 10분이 냉각보정시간이 된다.
여기서, 도 3에 도시된 그래프는 현장에서의 반복적인 실험을 통해 얻어진데이터이며 또한, 냉각탱크의 용적이 14m3, 상기 탱크의 냉각수 충만시간이 4분, 오버플로어량은 분당 1.44m3일 때의 데이터이다.
따라서, 상기와 같은 냉각시간, 냉각보정시간 및 유입되는 냉각수의 양을 상기 제어부(200)에서 소정의 프로그램에 의해 계산된다.
코일의 온도가 설정된 목표온도에 도달하게 되면 상기 온도검출기(13)에서 이를 검출하고 상기 제어부(200)에서는 이를 감지하여 냉각이 완료된 것으로 판단하여 냉각수 유입밸브(7)를 닫고 배수밸브(19)를 열어 냉각탱크 내의 냉각수를 배출한다. 냉각수 수위 레벨검출기(14)에서 냉각수의 배수이 완료되었음을 검출하여 상기 제어부(200)로 신호를 보내면 상기 제어부(200)는 신호를 수신함으로써 배수완료신호를 다시 중앙전산부(100)로 보낸다. 상기 중앙전산부(100)에서는 상기 제어부(200)로부터 냉각완료 신호를 수신하고 다음 공정을 진행시킨다. 즉, 크레인을 이용하여 냉각완료된 코일을 다른 곳으로 이송시키고 다음 냉각할 코일을 다시 냉각탱크에 넣는 등 전반에 대한 제어를 실시하게 된다.
따라서, 종래에 코일을 냉각하는데 많은 시간이 소요되었던 것을 본 발명에 의하면, 냉각시간을 대폭적으로 감소시킬 수 있고 원활한 물류관리가 이루어짐으로써 생산성이 향상되며 또한, 냉각물량의 긴 시간의 대기로 인한 품질 저하를 막을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 일실시예를 설명한 것이며 본 발명의 정신에 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화가 가능함을 밝혀둔다.

Claims (6)

  1. 열연공정에서 권취 완료된 코일을 냉각시키는 코일 냉각장치에 있어서,
    냉각수를 유입시켜 코일을 냉각하는 냉각탱크;
    상기 냉각탱크에서의 냉각수의 유입량 및 상기 코일 냉각시간을 설정하는 제어부;
    상기 제어부에서 설정된 냉각수의 유입량에 따라 상기 냉각수의 흐름을 제어하는 유입밸브를 포함하여,
    상기 코일을 상기 냉각탱크로 이송하고 상기 이송된 코일의 정보에 따라 계산된 냉각수 유입량 및 냉각시간으로 상기 코일을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 코일 냉각장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각탱크는,
    그 일측에 냉각수가 유입되는 유입관이 연결되고 다른 일측에 상기 냉각수가 배출되는 배수관이 연결되며, 다른 일측에 오버 플로어되는 냉각수를 배출하는 관이 연결되어 상기 냉각탱크내의 유량이 조절되는 것을 특징으로 하는 코일 냉각장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 냉각탱크는,
    용적이 13~15㎥이고 상기 탱크내의 냉각수 충만시간은 3.5~4.5min이며 오버플로우되는 양은 1.40~1.46㎥/min 인것을 특징으로 하는 코일 냉각장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부에서 설정되는 냉각수 유입량은 3.0~4.0㎥/min 인것을 특징으로 하는 코일 냉각장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 코일의 냉각 목표온도 45℃~55℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 코일 냉각장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제어부에서 설정되는 상기 코일의 냉각시간은,
    상기 코일의 무게가 28~30톤일 경우는 3시간 45분 ~ 3시간 55분이고 상기 코일의 무게가 25~27톤일 경우는 3시간 30분~3시간 40분이고 상기 코일의 무게가 22~24톤일 경우는 3시간 15분~3시간 25분이며 상기 코일의 무게가 19~21톤일 경우는 3시간~3시간 10분이고 상기 코일의 무게가 18톤 이하인 경우는 2시간 50분~3시간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 코일 냉각장치.
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