KR20030016433A - 표면 청정도가 우수한 열간압연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간압연강판의 제조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 열연판의 제조방법은, 가열 추출된 슬라브 소재(1)를 조압연한 후 사상압연기(11)에서 압연을 행하기 직전에 슬라브 소재의 선단부에 공기를 분사한다. 이때, 공기의 분사는 압연라인(10)의 사이드 가이드(12)에 배치된 분사장치(20)를 이용한다. 본 발명의 공기 분사는 소재를 압연, 권취하는 과정에서 소재가 좌우로 휜 정도(camber)에 따라 공기압의 분사 여부를 결정하고, 소재가 상하로 휜 정도(겹침정도)에 따라 분사시점을 결정하여 적절한 공기압을 설정한다. 이러한 분사조건을 통해 열연판 소재의 표면 이물을 제거하면서 사상압연을 행한 후, 사상압연된 열간압연강판이 권취되기 직전에 열간압연 강판의 선단부에 공기를 분사하여 열간압연강판의 표면 이물을 제거하면서 권취기(16)에서 열간압연강판을 권취한다.

이와같이 제조된 열연판은 표면 이물질이 완벽하게 제거되어 표면 청정도가 우수하다.

Description

표면 청정도가 우수한 열간압연강판의 제조방법{A Method for Hot rolled Steel Sheets Having Clean Surface}

본 발명은 열간압연강판(이하, 단지 `열연판')의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간압연을 할 때 표면 이물질을 완벽하게 제거하여 표면 청정도가 우수한 열연판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열간압연공정은, 도1에 도시된 바와 같이, 가열로에서 1,100~ 1,300℃로 가열된 슬라브를 조압연기에서 약 20~ 50mm의 두께로 압연하고, 사상압연기(11)에서 약 1.0~ 20.0mm의 소재로 압연을 행하여 열연판을 제조한 후, 연속 냉각기(13)에서 목표 온도로 냉각을 실시하고 냉각된 열연판을 권취기(16)에서 권취하는 일련의 공정으로 이루어진다. 통상 사상압연은 대체로 6~ 7조로 구성된 압연기를 사용한다. 각 압연기마다 입측에 사이드 가이드(12)를 설치하여 소재가 항상 압연기의 정중앙에 위치하도록 유도된다. 권취기 역시 사상압연기와 마찬가지로 사이드 가이드(12g)를 핀치롤(15) 앞에 설치하여 소재가 중앙으로 위치하도록 하고 있다. 열간압연공정에서 통상의 사상압연시의 온도가 약 850~ 1,100℃이고, 권취시의 온도는 약 400~ 800℃ 정도로서 열간압연중의 소재는 고온 상태로 작업이 이루어지기 때문에 연성이나 접착성이 상온에 비해 상당히 강하게 나타난다. 특히, Si이 많이 첨가된 강이거나 탄소 함량이 매우 낮은 강의 경우 이러한 연성과 접착성은 더욱 더 강하게 나타난다.

열간압연시 압연롤이 항상 완벽한 수평을 유지하지 못하므로 롤이 조금 더 내려온 쪽에서 반대쪽으로 소재는 수평 이동을 할 뿐만 아니라 길이 방향으로도 롤의 위치에 따라 휨 현상을 일으키게 된다. 이러한 현상은 조압연이후 권취 공정에 이르기까지 지속적으로 발생되며, 코일 내에서도 휨이나 수평이동의 방향이 좌우측으로 수회 반복 변화하는 경우도 있다. 이와같은 소재의 수평이동이 심하게 일어나는 경우 사이드 가이드와 같이 소재의 이동을 막아주는 설비가 없다면 압연되고 있는 소재는 압연중 압연기를 벗어나 압연이 불가능해 질 수가 있다. 따라서, 항상 사이드 가이드를 이용하여 소재가 압연기의 중심선에서 좌우측으로 많이 벗어나지 않고 중심에 위치하도록 압연되고 있는 소재에서 특정한 간격으로 위치하도록 하고 있다. 그 간격은 불과 약 10mm 정도 수준으로 소재의 수평 이동량이나 휨 정도가 이를 초과하는 경우 사이드 가이드와의 마찰은 불가피하며 이러한 마찰로부터 소재의 모서리부 중의 일부가 사이드 가이드에 부착되고 이러한 이물이 통판 중에 진동이나 소재와의 재마찰 등에 의해 표면으로 낙하하게 된다. 이렇게 낙하된 이물은 특별히 제거하지 않는 한 다음 압연기 또는 권취기의 핀치롤에 치입되게 된다. 이렇게 발생되는 결함은 이물 결함이라 하는데, 이러한 이물은 산세중에 소재의 표면에서 떨어져 나오게 된다. 그러나, 이물이 제거된 부분의 두께가 다른 부위보다 얇아 냉간 압연시 구멍이 발생되기도 하며, 산세중에 제거되지 않고 잔존하는 경우에는 냉간 압연후 잔존하여 이물 결함으로 남게 된다.

상기와 같은 문제에도 불구하고, 현재까지 열간 압연중의 이물 치입을 방지하기 위한 특별한 방법이 없었다. 몇 가지 방법중에 사이드 가이드의 입측에 고오히전 롤을 설치하여 소재와 충돌시 마찰력(F)과 충돌력을 감소시켜 충돌에 의한 소재의 부착을 감소하고자 하는 방법 등이 시도되었다. 그러나, 이러한 방법은 소재가 고온이고, 특히 사상압연 구역에서는 두께가 얇기 때문에 쉽게 롤에 마모가 생겨 그 역할을 할 수가 없게 되어 버린다. 또한, 이러한 경우 사이드 가이드뿐만 아니라 집진기에서 떨어지는 분진과 같은 이물에는 적용이 거의 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 사상압연공정에서 부터 권취공정에 이르는 일련의 압연공정에서 열연판 소재의 표면에 이물로 인한 결함을 효과적으로 제거하여 표면 청정도가 우수한 열연판을 제공함에 있다.

도1은 통상적인 열간압연라인의 개략 구성도이다.

도2는 본 발명에 의한 분사장치가 배치된 열간압연라인의 개략 구성도이다.

도3은 본 발명에 따른 공기 분사장치의 구성도이다.

도4는 본 발명에 따른 제조공정을 보이는 흐름도이다.

도5a는 소재의 선단부 형상을 보이는 사진이다.

도5b는 소재의 선단부 휨 현상과 쏠림을 설명하기 위한 소재의 모식도이다.

도6a는 소재에 치입된 이물 중량에 따라 요구되는 공기압과의 관계를 보이는 그래프이다.

도6b는 소재 두께별 공기압에 따라 발생되는 소재 선단부의 겹침 현상을 보이는 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 .... 압연라인11 .... 압연기12 .... 사이드 가이드

13 .... 냉각기15 .... 핀치롤16 .... 권취기

20 .... 분사장치21 .... 제1분사장치22 .... 제2분사장치

본 발명에 따른 열연판의 제조방법은, 가열된 슬라브를 조압연하고, 사상압연을 거쳐 권취하는 일련의 열간압연공정에 있어서,

상기 가열 추출된 슬라브를 조압연한 후 사상압연을 행하기 직전에 슬라브 소재의 선단부에 공기를 분사하여 슬라브 표면의 이물을 제거하면서 사상압연을 행한 후, 사상압연된 열간압연강판이 권취되기 직전에 열간압연 강판의 선단부에 공기를 분사하여 열간압연강판의 표면 이물을 제거하면서 열간압연강판을 권취함을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 사상압연과 권취공정에 이르는 일련의 열간압연과정에서 소재의 표면에 공기를 적절히 분사하여 소재의 표면이 미려한 열연판을 제조함을 특징으로한다. 본 발명에 따라 적절한 공기를 분사하기 위해서는 통상적인 압연라인에 적당한 공기 분사장치를 마련할 필요가 있다.

도2와 도3은 그러한 공기분사장치를 일례를 보이고 있다. 도2는 본 발명의 공기분사장치(20)가 배치된 압연라인(10)의 개략 구성을, 그리고 도3은 도2의 라인에 배치된 본 발명의 공기 분사장치(20)의 상세도를 나타낸다.

본 발명의 분사장치(20)는 도2에 도시된 바와 같이, 각 압연기(11)의 입측 선단마다 배치되며, 또한 권취기(16)의 핀치롤(15)의 입측 선단에 배치된다.

본 발명의 분사장치(20)는 도3에 도시된 바와 같이, 열연판의 상부 표면에 분사되는 제1분사장치(21)와, 측면에 분사되는 제2분사장치(22)를 포함하여 구성된다. 상기 제1분사장치(21)는 통판 되는 소재의 상단에 위치하여 사이드 가이드(12a)에 고정되어 있다. 또한, 제2분사장치(22)는 사이드 가이드 내측에 배치된다.

본 발명에서는 상기한 분사장치를 갖춘 압연라인을 이용하여 소재를 압연, 권취하는 과정에서 소재가 좌우로 휜 정도(camber)에 따라 공기압의 분사 여부를 결정하고, 소재가 상하로 휜 정도(겹침정도)에 따라 분사시점을 결정하여 적절한 공기압을 설정하여 소재에 공기를 분사한다. 이러한 분사조건을 도출하는 과정을 포함한 일련의 흐름도가 도4에 나타나 있다.

도4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 먼저 소재를 압연, 권취하는 과정에서 소재가 사이드 가이드에 의해 안내를 받으며 압연라인의 압연기(11)로 진입할 때 마찰 발생 여부를 판단한다. 소재의 마찰 발생 여부는 소재의 형상을 통해 판별할수 있다. 도5a는 실제로 압연하는 과정에서 형상 측정기로부터 소재 선단부의 형상을 측정한 결과이다. 도5a와 같은 소재 선단부를 자세히 관찰하면, 선단부의 휜 정도에 따라 사이드 가이드와의 마찰 여부를 알 수 있다. 즉, 도5a와 같은 소재는, 도5b와 같이, 압연중 통판 기준선(pass line center; Pc)로부터 "C"만큼 우측으로 쏠릴 수 있으며, 소재의 선단이 좌우측으로 "Θ"만큼 휠 수도 있다. 이러한 현상은 소재가 사이드 가이드에서 마찰이 일어날 수 있음을 의미한다. 이러한 마찰 발생 여부는 각 소재의 정보를 통해 간단히 판별할 수 있게 된다.

구체적으로 먼저, 각 압연기(11)와 권취기(16)의 선단에 위치한 각각의 계측기(17)들을 통해 측정된 소재의 두께, 폭(w), 판쏠림(C)이나 휨 (Tc)정보 등을 측정한다. 이들 정보들은 압연라인에 부착된 계측기(17), 즉 두께- 폭 측정기와, 판쏠림- 휨 측정기 및 속도계로부터 간단히 구할 수 있다. 이들 측정된 정보들로부터 소재와 사이드 가이드와의 마찰 발생 여부는 수학식 1로부터 판단할 수 있다. 즉, 수학식 1에서 상기 사이드 가이드의 개도량(So)이 우측의 값보다 크거나 같으면 마찰이 발생하며, 작으면 마찰이 발생하지 않게 된다(도5b참조).

수학식 1에서 마찰이 발생되지 않을 것이라고 판단되는 경우 그대로 사상압연을 행하지만, 대체로 마찰이 발생된다. 마찰이 발생될 것이라고 판단되는 경우 상기 정보들로부터 수학식 2와 같이, 사이드 가이드와의 마찰력(F)을 계산하여 마찰에 따른 이물의 크기를 예측한다.

마찰력(F)은 소재의 진입속도(S), 마찰거리(S_L) 등을 이용하여 수학식 2와 같이 구할 수 있다.

여기서, μ는 마찰계수, W는 일량, α는 소재의 질량과 속도 보정계수, Θ는 휨 각도이다. 마찰계수는 슬라브가 통판 중의 마찰이므로 정지 마찰계수를 사용하지 않고, 강재의 동마찰계수 0.25~0.35를 적용하여 사이드 가이드와의 마찰력을 계산한다.

상기 계산된 마찰력으로부터 마찰에 의해 발생되는 이물의 크기(M_F)를 수학식 3과 같이 계산할 수 있다.

여기서, A는 상관계수, K는 비마모량(㎣/Km·Kg), Sp는 비중을 나타낸다. 이물의 크기는 마찰력과 마모량의 상관함수로서, 수학식 3에서와 같이, 마찰력에 비례하고, 사이드 가이드와의 마찰길이(S_L)가 증가될수록 커지게 된다.

그 다음, 상기에서 계산한 이물의 크기로부터 이물을 제거하기 위해 소요되는 최소 공기압력(P_air)를 수학식 4와 같이 계산한다.

여기서, X는 이물의 중량이다.

수학식 4에 의하면, 이물의 중량(X)가 증가될수록 이를 제거하기 위한 공기압은 증가됨을 보여준다.

도6a는 이러한 이물의 중량에 따른 필요한 공기압의 관계를 보이고 있다. 도6a에서와 같이, 이물의 중량이 약 100g미만일 경우 수 Kgf의 약한 공기압으로도 쉽게 이물이 제거될 수 있으나, 약 100g이상일 경우 이물의 중량(X), 즉 이물의 크기(M_F)가 증가됨에 따라 이릉 제거하기 위해 요구되는 최소 공기압은 급격히 증가된다. 약 400g 이상인 경우 약 15Kgf 이상의 공기압이면 이물의 제거가 가능하다. 통상적으로 가장 빈번하게 발생하는 이물의 크기는 약 200g 미만의 것이 대부분이다. 그러나, 빈번하게 발생되지는 않으나, 가끔 약 400g의 대형 이물이 발생되는 경우도 있다. 따라서, 만일 일정한 압력 이상의 공기압이 분사될 경우 소재의 선단부가 휠 가능성이 있다. 제1분사장치(21)에 의해 소재의 상부에서 공기가 분사되면 소재가 하부쪽으로 휘게 되는데, 이를 소재 선단부의 겹침이라고 한다.

상기에서 구한 최소 공기압력으로 공기를 분사할 때 소재 선단부의 휨 발생(겹침 발생) 여부를 판단할 필요가 있다. 만일 소재 선단부에서 휨 현상(겹침 현상)이 없다고 판단되는 경우 그대로 사상압연을 행하면 되나, 상하로 휨 발생이 있다고 판단되는 경우 상기에서 설정된 압력의 공기를 분사하는 시점을 설정하여야 한다.

일례로, 도6b는 공기압에 따른 소재 두께별 소재의 선단부가 상하로 휘는 정도, 겹침 확률을 나타내고 있다. 즉, 도6b는 소재의 두께에 따른 특정 공기압에서의 소재 선단부 겹침 확률을 나타내고 있다. 이것은 소재의 두께가 얇을 때 혹은 두꺼울 때 선단부가 고압의 공기에 의해 겹침이 일어나는 확율을 조사하여 그래프로 나타낸 것이다. 도6b에서와 같이, 소재의 두께가 2.5mm 이하의 경우 약 7Kgf에서 선단부의 겹침이 발생되고 9Kgf에서는 약 50%, 12Kgf에서는 거의 100%에 가까운 선단부 겹침율을 보여주고 있다. 이것은 2.5mm 이하의 소재인 경우 이물 제거를 위해 가해주는 공기의 압력이 7Kgf 이하일 때에는 소재 선단부의 겹침이 없으므로 소재가 진입하기 전에 고압의 공기를 분사하여도 무방함을 뜻하며, 7Kgf 이상인 경우, 즉 이물의 크기가 약 250g 이상인 경우에는 소재의 진입 전에 고압의 공기를 분사하게 되면 공기 압력의 증가에 따라 소재 선단부의 겹침 확률이 증가되므로 소재가 진입된 직후에 고압의 공기를 분사해야 안전함을 의미한다.

따라서, 본 발명에서는 수학식 3과 같이, 이물의 크기를 예측하고, 예측된 이물의 크기에 맞는 공기의 압력을 설정한 후, 소재 선단부의 겹침 여부를 판단하여 소재 선단부가 겹치지 않으면, 소재가 해당 압연기(11)나 권취기(16)로 진입되기 전 폭방향의 제1분사장치(21)에서 설정된 고압의 공기를 분사하면 된다. 그리고, 소재 선단부가 겹치는 조건에 해당되면, 즉 겹침 확률이 0을 초과하는 경우 소재가 해당 압연기 또는 권취기에 진입될 때까지 공기를 분사하지 않고 대기하다가 진입이 됨과 동시에 고압의 공기를 분사하면 된다. 본 발명에서는 수학식 4에 의해이물을 제거하기 위해 필요한 최소 공기압을 계산하여 약 10%의 여유값을 최종 공기압력으로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 압연라인의 각 사이드 가이드 내측면에 설치되는 제2분사장치(22)는 소재 겹침 여부에 관계없이 소재가 해당 압연기 또는 권취기로 진입되기 전부터 항상 설정된 압력으로 분사함이 바람직하다. 또한, 권취기(16)의 진입 전에는 제1분사장치(21) 만을 배치함이 바람직하다.

상기에서 구한 분사조건을 통해 사상압연 직전, 그리고 권취 직전에 공기를 분사하면 표면 청정도가 우수한 열연판이 얻어진다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

7개의 압연스탠드로 구성된 열연 사상압연기의 6번 스탠드와 7번 스탠드, 그리고 권취기의 전면에, 본 발명에 따른 이물 제거용 공기 분사장치를 설치하여 본 발명에 따른 제조방법이 적용되기 전과 적용 후 소재의 이물 발생 빈도를 살펴보았다. 본 실시예에서 사용된 소재의 두께는 약 1.2~ 4.5mm, 소재의 진입속도는 5~ 25m/s이었으며, 사이드 가이드와의 접촉길이는 1~ 6m이었다. 본 발명예에서는 상기의 수학식들을 이용하여 이물의 발생 여부를 판단하고, 이물의 크기를 계산하여 이물의 크기에 맞는 압력을 설정한 후, 상기 분사장치를 이용하여 소재의 표면에 공기를 분사하였다. 이때, 공기압력은 소재의 두께에 관계없이 7Kgf로 설정하였으며, 분사시점은 소재가 해당 압연기 혹은 권취기에 진입 직후로 설정하였다. 표1은 종래방법과 본 발명방법을 적용한 결과 소재의 표면에서 생긴 이물 발생빈도를 보이고 있다.

구분	이물 발생율(%)
종래예	4.50
발명예	0.15

표1에 나타난 바와 같이, 본 발명에서와 같이 고압의 공기를 이용하여 이물을 적절히 제거해 준 경우 그렇지 않은 종래에 비하여 소재의 표면에 이물 발생율이 약 30배 감소하였음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 열연판 제조방법은 이물 제거에 매우 효과적이어서 강판 소재의 표면 청정성을 크게 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 소재의 각종 정보를 통해 소재와 사이드 가이드와의 마찰 여부를 판단하여 공기 분사 여부를 결정하고, 발생된 마찰에 따라 소재에 치입되는 이물의 크기를 예측한 후, 그에 따른 공기 분사압력과 분사시점 등을 적절히 설정하여 압연설비에서 적정범위의 공기를 분사하므로써, 소재 표면 이물 결함을 감소시켜 소재의 표면을 매우 청정하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 소재 표면의 이물 제거로 압연롤의 찍힘 마크 발생을 감소시키고, 이에 따라 빈번한 롤 교체를 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명은 물을 사용하지 않기 때문에 본 발명을 적용하게 되면 소재 표면 온도의 급격한 저하를 방지하여 재질 변화를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 가열된 슬라브를 조압연하고, 사상압연을 거쳐 권취하는 일련의 열간압연공정에 있어서,

   상기 가열 추출된 슬라브를 조압연한 후 사상압연을 행하기 직전에 슬라브 소재의 선단부에 공기를 분사하여 슬라브 표면의 이물을 제거하면서 사상압연을 행한 후, 사상압연된 열간압연강판이 권취되기 직전에 열간압연 강판의선단부에 공기를 분사하여 열간압연강판의 표면 이물을 제거하면서 열간압연강판을 권취함을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 청정도가 우수한 열간압연 강판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기 분사는,

   사상압연 직전의 슬라브 소재의 두께, 폭, 진입속도, 소재의 쏠림량(C), 소재 선단부의 휨량(Tc) 및 사이드 가이드의 개도량(So) 정보를 측정하고, 이들 정보로부터 소재와 사이드 가이드와의 마찰 발생 여부를 판단하고, 마찰이 발생되지 않을 것이라고 판단되는 경우 그대로 사상압연을 행하고, 마찰이 발생될 것이라고 판단되는 경우 상기 정보들로부터 사이드 가이드와의 마찰력(F)을 계산하는 단계;

   상기 계산된 마찰력으로부터 마찰에 의해 발생되는 이물의 크기(M_F)를 계산하는 단계;

   상기에서 계산한 이물의 크기로부터 이물을 제거하기 위해 소요되는 최소 공기압력(P_air)를 구하는 계산하는 단계;

   상기 압력을 분사할 때 소재 선단부의 휨 발생 여부를 판단하고, 만일 소재 선단부에서 휨 현상이 없다고 판단되는 경우 그대로 사상압연을 행하고, 휨 발생이 있다고 판단되는 경우 상기에서 설정된 압력의 공기를 분사하는 시점을 설정하는 단계; 및

   상기에서 구한 시점에서 상기 설정된 압력으로 사상압연 직전, 그리고 권취 직전에 공기를 분사하는 단계를 포함하여 구성되는 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 소재와 사이드 가이드와의 마찰 발생 여부 판단은

   [수학식 1]

   수학식1에서 사이드 가이드 개도량(So)이 우항의 값보다 크거나 같으면 마찰이 발생하며, 작으면 마찰이 발생하지 않는 것으로 판단함을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 사이드 가이드와의 마찰력(F)은

   [수학식 2]

   (단, μ는 마찰계수로서 0.25~ 0.35, W는 일량, α는 소재의 질량과 속도 보정계수, Θ는 휨 각도)

   수학식 2에 의해 계산함을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 이물의 크기(M_F)는

   [수학식 3]

   (단, A는 상관계수, K는 비마모량(㎣/Km·Kg), Sp는 비중)

   수학식 3에 의해 계산함을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 최소 공기압력(P_air)은

   [수학식 4]

   (단, X는 이물의 중량)

   수학식 4에 의해 계산함을 특징으로 하는 제조방법.