KR20030095594A - Annealing Method For Spheroidizing Hot Coil - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열연코일의 구상화 소둔 열처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간압연된 열연코일을 냉간가공에 앞서 강판의 퍼얼라이트 조직을 구상화시키는 소둔 열처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a spheroidizing annealing heat treatment method of a hot rolled coil, and more particularly, to an annealing heat treatment method for spheroidizing a pearlite structure of a steel sheet prior to cold working a hot rolled hot rolled coil.
각종 생활용품이나 자동차 부품에 사용되는 구조용 탄소강판과 특수강판은 중간 제품인 냉간압연강판을 압연기나 인발기 또는 압출기와 같은 공작기계를 이용 2차 기계가공하여 최종제품을 생산하게 된다.Structural carbon steel sheet and special steel sheet used in various household goods or automobile parts are used to produce the final product by secondary machining cold rolled steel sheet, which is an intermediate product, by using a machine tool such as rolling mill, drawing machine, or extruder.
최종제품을 생산하기 위한 기계가공시 가공물의 물성은 중간 제품인 냉간압연된 강판의 물성에 많은 영향을 받고 있으며, 냉연강판의 가공성은 열간압연 후 소둔 열처리 조건에 의하여 많은 영향을 받는다.The physical properties of the workpiece during machining to produce the final product are greatly affected by the properties of the cold rolled steel sheet, which is an intermediate product, and the machinability of the cold rolled steel sheet is greatly affected by the annealing heat treatment conditions after hot rolling.
일반적으로 냉연강판(steel sheet)은 연속주조한 슬라브를 재결정 이상의 온도로 가열한 상태에서 열간압연하여 후판으로 권취한 다음 코일상태의 열연강판을 그대로 또는 등분하여 소둔 열처리하게 되고, 이와 같이 생산된 열연강판을 계속해서 상온상태로 냉간압연(cold rolled)한 다음 후속 가공공정과 열처리공정을 거쳐서 최종 제품이 제조된다.In general, the cold rolled steel sheet (steel sheet) is hot-rolled in a state in which the continuous cast slab is heated to a temperature higher than the recrystallization, wound into a thick plate, and then subjected to annealing heat treatment of the coiled hot-rolled steel sheet intact or equally, and hot-rolled thus produced The steel sheet is subsequently cold rolled to room temperature, and then the final product is manufactured by subsequent processing and heat treatment.
여기서 열간압연 후에 소둔 열처리를 실시하는 이유는 열간압연한 상태 그대로는 냉간압연시 롤(roll) 가공상의 경도치가 높아서 냉간압연하기 곤란하고 코일은 길이가 길고 폭이 넓으므로 강판 중 어느 일부분의 재질이 불균일하기 때문에 냉간압연을 행하기에는 부적합한 경우가 많아 이러한 재질상의 문제점을 해소하기 위함이다. 이러한 재질상의 문제점은 탄소강의 경우 열간압연된 강판의 조직이 층상의 퍼얼라이트로 이루어져 있고 코일의 폭방향과 길이방향에 따라 미세조직 특성인 결정립의 차이가 뚜렷하게 나타나는데 이러한 현상은 열간압연 공정 중 코일의 위치별 냉각속도의 차이에 기인하고 있는 일반적인 결과이다. 이렇게 불균질한 퍼얼라이트 조직상태로는 냉간압연 및 최종 제품의 가공공정에서 경도치가 높아 가공성을 악화시키는 원인이 된다. 따라서 열간압연후 소둔 열처리를 하여 층상의 퍼얼라이트 조직을 구상으로 만들어 줌과 동시에 코일의 미세조직을 전체적으로 균일하게 해 주어야 할 필요가 있다.The reason why the annealing heat treatment is performed after hot rolling is that it is difficult to cold roll due to the high hardness value of the roll during cold rolling as it is in the hot rolled state. Since it is uneven, it is often unsuitable for cold rolling, in order to solve this material problem. In the case of carbon steel, the structure of hot-rolled steel sheet is composed of layered pearlite, and the difference in grain size, which is a microstructure characteristic, is apparent in the width direction and the length direction of the coil. This is a general result due to the difference in location cooling rate. In this heterogeneous pearlite texture state, the hardness is high in the cold rolling and the processing of the final product, causing deterioration of workability. Therefore, it is necessary to make the layered pearlite structure spherical by performing annealing heat treatment after hot rolling, and at the same time, to uniformize the microstructure of the coil as a whole.
이러한 목적에 따라 행하여지는 구상화소둔 공정의 종래기술은 다음과 같다.The prior art of the spheroidizing annealing process performed according to this purpose is as follows.
일반적으로 구상화 소둔공정에 사용되는 로(furnace)는 크게 두 가지형태가있으며 로의 형식에 따라 베치식(Batch Annealing Furnace)과 연속식(Continuous Annealing Line)소둔로로 나누어진다. 여기서 베치식 소둔로는 그 형태가 엎어진 종의 형상으로 되어 있어서 종형(Bell type)이라고도 불리어진다. 연속식 소둔로는 터널 형태의 로 내부로 강판이 지나 가면서 소둔이 되므로 설치면적이 크고 로 내부 분위기를 제어하기가 곤란하기 때문에 저급강종에 주로 사용된다. 따라서 이하에서는 고급강종에 주로 사용되는 베치식 소둔로를 위주로 설명한다.In general, there are two types of furnaces used for the nodular annealing process, and they are divided into batch annealing furnace and continuous annealing line annealing furnace according to the type of furnace. Here, the batch annealing furnace is called a bell type because its shape is in the shape of an inclined bell. Continuous annealing furnace is mainly used for low grade steel because it is hard to control the atmosphere inside the furnace because the steel sheet is annealed as it passes through the tunnel type furnace. Therefore, hereinafter, the description will focus on the batch-type annealing furnace mainly used for high grade steel.
종래의 베치식 소둔로는 코일 받침대 상부에 열연코일을 쌓고 여러 개로 쌓여진 코일의 외부를 내부커버로 덮은 다음 내부 커버 외부를 외부 커버로 덮어서 2중으로 밀폐된 형상으로 되어 있다. 각 코일과 코일 사이에는 열전달판을 깔아 두며 내부커버 안쪽 바닥에는 열전대와 분위기 가스를 유입 및 유출시키기 위한 가스토출구가 형성되어 있다. 그리고 가열원인 가스버너는 내부 커버와 외부 커버 사이에 설치되어 있어서 열원이 코일을 직접가열하지 않는 간접가열형식으로 이루어져 있다.In the conventional batch annealing furnace, a hot rolled coil is stacked on an upper portion of a coil support, a plurality of coils are covered with an inner cover, and then an outer cover is covered with a double cover. A heat transfer plate is installed between each coil and the coil, and a gaseous outlet for introducing and discharging the thermocouple and the atmosphere gas is formed at the bottom of the inner cover. In addition, the gas burner, which is a heating source, is installed between the inner cover and the outer cover so that the heat source does not directly heat the coil.
이와 같이 종래의 베치식 소둔로를 간접가열식으로 제작하여 사용하는 것은 열원으로 직접 코일을 가열할 경우 직접 접촉하는 코일부분의 온도가 높고 가열원에서 멀어진 부분의 온도가 낮게 되는 온도편차와 이로 인한 국부변형을 방지하고, 열원에 의한 코일의 산화를 방지하기 위함이다.As such, the conventional batch-type annealing furnace is manufactured by using an indirect heating method. When the coil is directly heated by a heat source, the temperature deviation of the coil part directly contacting and the temperature of the part away from the heating source are lowered, and the localized part is caused. This is to prevent deformation and to prevent oxidation of the coil by the heat source.
이러한 베치식 소둔로를 이용하여 구상화 소둔 열처리를 진행하는 과정은 다음과 같다. 먼저 코일을 받침판 상부에 적층하고 내,외부 커버를 씌운 다음 질소 가스를 유입시켜 내부 커버 내를 퍼징하여 균질화(pursing)한다. 이러한 상태에서가스 버너를 작동하여 외부 커버와 내부 커버 사이를 가열(heating)하고 가열된 열원이 적층된 코일에 전도되어 목표로 하는 구상화소둔 온도에 도달하게 되고 이 온도에서 적정시간 유지(soaking)한 다음 서서히 냉각(cooling)하여 소둔 처리가 끝난 코일을 취출하게 된다.The process of proceeding the spheroidizing annealing heat treatment using this batch annealing furnace is as follows. First, the coil is laminated on the base plate, the inner and outer covers are covered, and nitrogen gas is introduced to purge the inner cover to homogenize (pursing). In this state, the gas burner is operated to heat between the outer cover and the inner cover, and the heated heat source is conducted to the stacked coils to reach the target spheroidizing annealing temperature and soaking at this temperature. Then, it is gradually cooled to take out the coil after the annealing treatment.
여기서 구상화소둔 공정의 분위기가스는 통상 질소가스(N2)와 수소가스(H2)를 혼합하여 환원성 상태로 많이 사용하고 있으며, 구상화소둔 전처리 공정인 퍼징에 의하여 내부 커버내의 처리공간에 존재하는 산화성 분위기와 각종 이물질을 제거하며, 이와 같이 열처리 분위기를 제어하여 소둔 처리 후에 강판의 표면에 산화물이 형성되는 것을 방지하고 아울러 탈탄을 방지 하게 된다. 이러한 분위기 열처리에 의하여 소둔후의 강판표면은 미려하고 깨끗한 특성을 얻게 된다.Atmospheric gas of the spheroidizing annealing process is usually used in a reducing state by mixing nitrogen gas (N 2 ) and hydrogen gas (H 2 ), and the oxidizing property present in the processing space in the inner cover by purging, which is a pre-spherical annealing pretreatment process. The atmosphere and various foreign substances are removed, and thus the heat treatment atmosphere is controlled to prevent the formation of oxide on the surface of the steel sheet after the annealing treatment and to prevent decarburization. By the atmospheric heat treatment, the steel sheet surface after annealing obtains beautiful and clean characteristics.
그리고 코일을 가열하는 과정에서 가스버너를 이용하여 로내부를 가열시키는데 종래의 베치식 소둔로는 2중으로 구성된 구조상 먼저 내부 커버와 외부 커버 사이의 공간을 가열하고 이렇게 가열된 내부커버의 복사열에 의하여 적층된 코일을 간접적으로 가열하게 되어 있다. 가스 버너에 사용되는 에너지원은 LPG 또는 LNG 연료를 사용하며 일정한 가열속도로 조절하면서 가열하여 코일을 구상화 소둔시킨다.In the heating process of the coil, a gas burner is used to heat the inside of the furnace. In the conventional batch-type annealing furnace, a double structure is used to first heat the space between the inner cover and the outer cover and stack by radiant heat of the heated inner cover. The indirect heating of the coil. The energy source used for the gas burner uses LPG or LNG fuel and heats it at a constant heating rate to spheroidize the coil.
이상과 같은 구조와 소둔공정에 따라 이루어지는 종래의 소둔 열처리 방법과 장치는 간접가열 방식으로 이루어지므로 이로 인한 장점도 있지만 다음과 같은 보다 심각한 문제점을 야기 시키고 있다.Conventional annealing heat treatment method and apparatus made according to the above structure and annealing process is made by the indirect heating method, but there are advantages due to this, but it causes more serious problems as follows.
첫째; 열연코일을 목표하는 구상화 소둔 온도까지 가열시키기 위하여 많은 시간이 소요된다. 통상적으로 권취된 열연코일은 약 30톤 가까이 되므로 복사열에 의한 간접가열방식을 취할 경우 코일 내부까지 목표온도로 가열하기 위해서는 최소한 20시간 이상 가열시켜야 한다.first; It takes a lot of time to heat the hot rolled coil to the desired nodular annealing temperature. In general, the wound hot rolled coil is about 30 tons, so when indirect heating by radiant heat is applied, the coil must be heated for at least 20 hours to heat to the target temperature.
둘째; 장기간 가열하여야 하므로 연료인 LPG 또는 LNG 가스의 소모량이 증가한다.second; Since it needs to be heated for a long time, the consumption of LPG or LNG gas as fuel increases.
셋째; 가열에 장시간 소요되므로 사용하는 소둔로의 용량에 대한 단위 시간당 제품생산량이 감소하여 생산성이 떨어진다. 이러한 구상화소둔 공정상의 생산성 한계는 다음 공정인 강판의 냉간압연 공정과 연계되어 전체적인 냉연강판 생산성을 떨어뜨리게 된다.third; Since it takes a long time to heat, the productivity decreases per unit time with respect to the capacity of the annealing furnace to be used. The productivity limit in the spheroidizing annealing process is linked to the cold rolling process of the steel sheet, which is the next process, to reduce the overall cold rolled steel sheet productivity.
넷째; 열연코일을 장시간 가열시 코일의 길이방향, 즉 코일의 Top부 , Middle부, Tail부의 재질이 편차가 발생되어 전체적으로 불균질한 재질이 나타난다. 이러한 결과는 코일의 Top부가 열원을 제일 먼저 받아서 가열되기 때문에 장시간 가열시 코일의 중심부보다 더 많은 열원을 받아 과소둔(over-annealing)되기 때문이다. 이런 현상은 코일의 Tail부에도 약간 발생되고 있다. 과소둔이 일어나면 기존 열연코일에 존재하던 층상의 퍼얼라이트가 부분적으로 재고용되어 다시 석출하는 재생 퍼얼라이트로 나타나기도 하는데 이러한 재생 퍼얼라이트가 코일의 Top부에서 발생할 우려가 높아 장시간 가열은 구상화소둔에 역행하여 바람직하지 못하며 코일의 길이방향에 대한 균질한 재질을 위해서는 과소둔을 방지해야 한다.fourth; When the hot rolled coil is heated for a long time, the material is uneven in the longitudinal direction of the coil, that is, the top, middle, and tail portions of the coil are generated. This result is because the top part of the coil receives the heat source first and is heated so that it is over-annealed by receiving more heat source than the center of the coil when it is heated for a long time. This phenomenon occurs slightly in the tail of the coil. When the annealing occurs, the layered pearlite existing in the existing hot rolled coil may be partially re-used to appear as regenerated pearlite, which is precipitated again. Such regenerated pearlite is likely to occur at the top of the coil. This is undesirable and should be prevented from annealing for a homogeneous material in the longitudinal direction of the coil.
결국 종래의 베치식 소둔로는 가열(heating)과 유지(soaking) 그리고냉각(cooling)으로 이루어진 세부공정에서 가열에 많은 시간이 소요된다는 것이 근원적인 문제점이라고 볼 수 있다.As a result, it can be said that the basic problem is that the conventional batch annealing furnace takes a lot of time for heating in a detailed process consisting of heating, soaking, and cooling.
열연강판의 소둔 열처리 공정인 가열과 유지 그리고 냉각공정은 연속적으로 처리되며 각 공정별 사이클이 독립적으로 구성되어 있고 강종별 및 두께별 그리고 용도에 따라 전체적인 구상화 소둔공정 시간은 각각 다르게 적용되고 있다. 이와 같은 구상화소둔 사이클을 기본적으로 유지한다면 코일 하나에 30톤 가량 나가는 대단위 열연코일을 처리하기에 시간이 많이 소요되기 때문에 이를 개선하기 위한 노력들을 지속적으로 하고 있다.The heating, maintenance and cooling processes, which are annealing heat treatment processes of hot rolled steel sheet, are continuously processed, and the cycles are independently composed, and the overall spheroidization annealing process time is applied differently according to steel type, thickness, and application. Maintaining such a nodular annealing cycle basically requires a lot of time to process a large hot rolled coil weighing about 30 tons per coil, and efforts are being made to improve this.
그러나, 간접가열방식을 채택하고 있는 기존의 베치식 소둔로 구조로 인하여 최소한의 가열시간을 목표로 하는 전체적인 구상화소둔 공정을 크게 단축할 수 있는 방안은 지금까지 알려진바 없고 해결하기도 쉽지 않다. 특히 가열공정에서 가열사이클을 단축시킬 수 있는 방안은 더욱 더 찾기 곤란한 한계 상황에 직면하고 있다.However, due to the existing batch-type annealing furnace structure adopting the indirect heating method, a method for greatly shortening the overall spheroidizing annealing process aiming at the minimum heating time has not been known and is not easy to solve. In particular, the method of shortening the heating cycle in the heating process faces a more difficult limit situation.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 열연코일을 베치식 소둔로를 이용하여 구상화 소둔시키는 열처리 공정에서 가열시간을 단축하여 전체적으로 균질한 재질을 얻어 냉연코일의 품질을 향상시키고 또한 전체 공정의 원가 즉, 에너지를 절감하고 이로 인하여 공정시간을 단축하여 전체적으로 보아 냉연강판을 제조하는 생산성을 향상시키는 것이다.Therefore, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to reduce the heating time in the heat treatment process for the spheroidizing annealing the hot rolled coil using a batch annealing furnace to obtain a homogeneous material as a whole to obtain the quality of the cold rolled coil It is to improve the productivity of manufacturing the cold rolled steel sheet as a whole to improve the overall cost of the process, that is to save energy, thereby shortening the process time.
즉, 본 발명은 베치식 소둔로를 이용한 열연강판의 가열과 유지 및 냉각의 3가지 연속공정으로 이루어진 열연코일의 구상화소둔 공정에 있어서 첫 번째 공정인 가열공정의 가열사이클을 단축하여 균질한 재질로 인한 품질향상과 에너지 절감 및 공정단축으로 전체적인 생산성을 향상시키기 위한 것이다That is, the present invention is a homogeneous material by shortening the heating cycle of the heating process which is the first step in the spheroidizing annealing process of the hot rolled coil consisting of three continuous processes of heating, holding and cooling of the hot rolled steel sheet using a batch type annealing furnace This is to improve overall productivity by improving quality, saving energy and shortening process.
도 1은 본 발명에 의한 구상화 소둔로의 단면을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a cross section of a spheroidizing annealing furnace according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 가열곡선과 종래 소둔로의 가열곡선을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing a heating curve of the present invention and the heating curve of the conventional annealing furnace.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 강판의 냉간 가공성을 향상시키고 제품의 열처리성을 증가시키기 위한 목적으로 행하는 구상화소둔 열처리에 있어서, 0.3 - 1.7 중량 %의 탄소를 함유한 탄소강 또는 특수강을 연속주조하여 슬라브를 제조하는 단계;와 상기 슬라브를 재결정 온도 이상으로 가열하여 열간압연한 후 열연코일로 권취하는 단계;와 상기 열연코일을 베치식 소둔로에 장입하는 단계;와 650 - 800℃로 가열된 환원성 분위기 가스를 상기 베치식 소둔로의 내부 커버 내로 직접 유입시켜 상기 장입된 열연코일을 전체적으로 직접 가열하는 단계;와 상기 열연코일을 베치식 소둔로 내에서 300 - 400℃로 1차 유지시키고 600 - 700℃로 2차 유지시키는 단계와; 상기 열연코일을 베치식 소둔로 내에서 유지시켜 상기 탄소강 또는 특수강의 퍼얼라이트 조직을 층상에서 구상의 형태로 완전 소둔시키는 단계를 포함하는 열연코일의 구상화 소둔 열처리 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides continuous casting of carbon steel or special steel containing 0.3 to 1.7% by weight of carbon in spheroidizing annealing heat treatment performed for the purpose of improving the cold workability of steel sheet and increasing the heat treatment property of the product. Preparing a slab; and heating the slab to a recrystallization temperature or higher, followed by hot rolling, and winding the slab into a hot rolled coil; and charging the hot rolled coil in a batch annealing furnace; and heated to 650-800 ° C. Directly introducing a reducing atmosphere gas into the inner cover of the batch annealing furnace to directly heat the charged hot rolled coil as a whole; and maintaining the hot rolled coil at 300 to 400 ° C. in a batch annealing furnace for a first time. Secondary holding at 700 ° C .; It provides a method for spheroidizing annealing the hot rolled coil comprising the step of maintaining the hot rolled coil in a batch annealing furnace to completely annealing the pearlite structure of the carbon steel or special steel in the form of a sphere.
본 발명에서 가열원으로 사용한 환원성 분위기 가스는 질소 또는 아르곤 또는 헬륨 가스 중 어느 하나를 선택하고 여기에 수소가스를 혼합하여 사용한다. 여기서 사용되는 수소가스의 함량은 안전성에 문제가 없는 12% 이하의 범위로 선정하였다.In the present invention, the reducing atmosphere gas used as the heating source is selected from nitrogen, argon or helium gas, and mixed with hydrogen gas. The hydrogen gas content used here was selected in the range of 12% or less without any safety problems.
또한 본 발명은 상기와 같은 소둔 열처리를 실시하기 위하여, 0.3 - 1.7중량 %의 탄소를 함유한 탄소강 또는 특수강의 열연코일을 구상화 소둔시키는 베치식 소둔로에 있어서, 다수의 열연코일을 받치는 코일 받침대;와 상기 코일 받침대와 쌓여진 열연코일을 외부 공간과 격리시켜 밀폐시키며 분위기 제어가 가능한 내부커버;와 상기 내부커버의 외부를 둘러싸며 분위기 제어가 가능한 외부커버;와 상기 코일받침대와 외부커버 사이 공간 또는 코일받침대 내부 공간 중 어느 한 곳 또는 모든 공간에 설치된 열전대;와 적층된 상기 열연코일과 상기 내부커버 사이의 공간에 설치되며 가열된 고온의 분위기 가스를 유입, 배출시킬 수 있는 가스분출구; 그리고 상기 가스분출구와 연통되어 있으며, 소둔용 베치식 소둔로의 외부에 설치되어 소둔로의 가열원인 환원성 분위기 가스를 가열시키는 가열히터;를 포함하는 열연코일 구상화 소둔용 베치식 소둔로를 제공한다.In addition, the present invention, in order to perform the annealing heat treatment as described above, in the batch type annealing furnace for spheroidizing annealing the hot-rolled coil of carbon steel or special steel containing 0.3 to 1.7% by weight of carbon, a coil pedestal for supporting a plurality of hot rolled coil; And an inner cover that seals the coil pedestal and the stacked hot rolled coils from an external space and seals the atmosphere and controls the atmosphere; and an outer cover surrounding the outside of the inner cover and the atmosphere control; and a space or coil between the coil support and the outer cover. A thermocouple installed in any one or all of the interior spaces of the pedestal; and a gas outlet installed in the space between the stacked hot rolled coils and the inner cover and capable of introducing and discharging the heated high-temperature atmosphere gas; And a heating heater communicating with the gas outlet and installed outside the annealing batch annealing furnace to heat a reducing atmosphere gas that is a heating source of the annealing furnace.
본 발명은 이러한 소둔로에 환원성 분위기 가스를 가열하기 위하여 분위기 가스를 유입시키는 유입구와, 가열된 분위기 가스를 배출시키는 배출구와, 유입구와 배출구를 연통시키며 가열히터 내부를 통과하는 가열 통로 그리고 상기 가열히터 내부를 흐르는 분위기 가스를 가열하는 발열체로 이루어진 가열히터를 더욱 제공한다.The present invention is an inlet for introducing an atmosphere gas to heat the reducing atmosphere gas to the annealing furnace, an outlet for discharging the heated atmosphere gas, a heating passage communicating with the inlet and the outlet and passing through the inside of the heating heater and the heating heater It further provides a heating heater made of a heating element for heating the atmosphere gas flowing inside.
아울러 본 발명에서는 내부커버와 외부 커버 사이의 바닥부에 LNG 또는 LPG 가스를 사용하는 가스버너가 적어도 하나 이상을 선택적으로 더욱 설치하여 사용할 수도 있다.In addition, in the present invention, at least one gas burner using LNG or LPG gas may be selectively installed on the bottom portion between the inner cover and the outer cover.
이상과 같이 본 발명은 베치식 소둔로의 내부 커버 내 즉 소둔 열처리 처리공간(inner-cover)내에 가열된 고온의 환원성 분위기가스를 직접(direct) 투입시켜열연코일을 가열시키는 것을 특징으로 하고 있다.As described above, the present invention is characterized in that the hot rolled coil is heated by directly injecting a high-temperature reducing atmosphere gas heated in an inner cover of a batch annealing furnace, that is, in an annealing heat treatment inner space.
이와 같이 가열된 환원성 가스를 열연코일이 적층된 처리공간내로 직접투입 시키게 되면 전체적인 로 내부의 처리공간과 열연코일이 동시에 급가열 되어 소둔하고자 하는 열연코일의 가열속도를 증가시켜 목표로 하는 구상화 소둔온도 범위까지 빠른 속도로 도달시킴으로써 가열시간을 크게 감소시킬 수 있고 적정 가열시간으로 인하여 코일의 길이방향에 대한 재질이 균질화되는 잇점도 있다. 이 뿐만이 아니라 본 발명에서는 가열원으로 분위기 가스 자체를 고온으로 가열하여 사용하므로 고온 상태에서 발생할 수 있는 열연코일의 산화와 탈탄 같은 문제를 근본적으로 방지할 수 있다.When the heated reducing gas is directly injected into the processing space in which the hot rolled coil is stacked, the processing space and the hot rolled coil inside the furnace are rapidly heated at the same time to increase the heating rate of the hot rolled coil to be annealed. By reaching the range at a high speed, the heating time can be greatly reduced, and the proper heating time has the advantage of homogenizing the material in the longitudinal direction of the coil. In addition, in the present invention, since the atmosphere gas itself is heated to a high temperature as a heating source, problems such as oxidation and decarburization of the hot rolled coil, which may occur in a high temperature state, can be fundamentally prevented.
따라서 이러한 가열공정의 가열사이클 시간의 단축으로 인하여 구상화소둔 공정상의 에너지 절감, 균질한 재질의 품질 향상 및 공정단축으로 전체적인 생산성을 향상시키고 안정적인 공정관리를 도모할 수 있다.Therefore, due to the shortening of the heating cycle time of the heating process, it is possible to improve the overall productivity and stable process management by saving energy in the spheroidizing annealing process, improving the quality of the homogeneous material, and shortening the process.
그리고 본 발명에서 사용한 강판은 0.3 - 1.7 중량 %의 탄소를 함유한 탄소강과 특수강을 모두 포함한다. 특수강의 경우 니켈, 크롬 몰리브덴, 텅스텐 또는 바나듐 등을 미량 첨가하여 강판에 특수한 기계적 특성을 부여는 강종으로서 특수원소의 첨가량이 4 중량 % 미만이며, 기본적인 조직이 퍼얼라이트인 것을 대상으로 한다. 본 발명의 탄소강 및 특수강은 실리콘 망간 인, 황, 구리 등을 미량 포함하고 있으나 이러한 원소들은 강판의 제조과정 중 불가피하게 불순물로 포함되는 수준을 대상으로 한다.And the steel sheet used in the present invention includes both carbon steel and special steel containing 0.3 to 1.7% by weight of carbon. In case of special steel, a small amount of nickel, chromium molybdenum, tungsten or vanadium is added to give special mechanical properties to the steel sheet, and the amount of special elements is less than 4% by weight, and the basic structure is pearlite. Carbon steel and special steel of the present invention contains a small amount of silicon manganese phosphorus, sulfur, copper and the like, but these elements are targeted to the level that is inevitably included as impurities during the manufacturing process of the steel sheet.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 구상화 소둔 열처리를 실시하기 위한 베치식 소둔로(1)는 크게 코일 받침대(10)와 내부커버(13) 그리고 외부커버(15)로 나누어진 2중 구조로 되어 있다. 코일 받침대(10) 상부에는 소둔 대상인 열연코일(11)이 적층되며 적층되는 코일과 코일 사이에는 열전달 디스크(17)가 놓여지게 된다. 내부 커버(13)와 코일 받침대(10) 사이 또는 코일 받침대(10) 중간의 공간에는 열전대(19)를 설치하고, 내부커버(13)와 코일 받침대(10) 사이의 공간에 환원성 분위기 가스를 유입, 배출시킬 수 있는 가스분출구(21)가 형성되어 있다. 이러한 가스 분출구는 베치식 소둔로의 열처리 용량에 따라 그 설치 개수를 증가시킬 수 있다.The batch annealing furnace 1 for carrying out the spheroidizing annealing heat treatment according to the present invention has a double structure divided into a coil pedestal 10, an inner cover 13, and an outer cover 15. The hot rolled coil 11 to be annealed is stacked on the coil pedestal 10 and the heat transfer disk 17 is placed between the coil and the coil to be stacked. A thermocouple 19 is installed in the space between the inner cover 13 and the coil support 10 or in the middle of the coil support 10, and a reducing atmosphere gas is introduced into the space between the inner cover 13 and the coil support 10. The gas ejection opening 21 which can be discharged is formed. Such a gas jet port can increase the number of installations according to the heat treatment capacity of the batch annealing furnace.
이러한 가스분출구(21)는 소둔로 외부에 설치된 분위기 가스 가열히터(23)와 연결되어 있다. 분위기 가스 가열히터(23)는 가스 유입구(25)와 가스 배출구(27) 사이에 단열체(29)로 둘러쌓인 통로가 형성되어 있으며, 가열히터(23) 내부를 흐르는 가스가 가열될 수 있도록 발열체(31)가 설치되어 있다. 발열체(31)의 종류는 가열통로의 길이와 가열 목표온도에 따라서 칸탈선이나 슈퍼칸탈선과 같은 발열체가 선택된다. 본 발명에 의한 가열히터(23)는 발열체의 열량으로 가열가스의 온도를 조절한다.The gas ejection port 21 is connected to the atmospheric gas heating heater 23 provided outside the annealing furnace. Atmospheric gas heating heater 23 is formed between the gas inlet 25 and the gas outlet 27 is a passage surrounded by the insulator 29, the heating element so that the gas flowing in the heating heater 23 can be heated (31) is provided. As the kind of the heating element 31, a heating element such as a canal line or a super canal line is selected according to the length of the heating passage and the heating target temperature. The heating heater 23 according to the present invention controls the temperature of the heating gas by the amount of heat of the heating element.
또한 본 발명은 내부 커버(13)와 외부 커버(15) 사이의 바닥부에 LNG 또는 LPG 가스를 사용하는 가스버너(22)가 선택적으로 설치될 수 있다.In the present invention, a gas burner 22 using LNG or LPG gas may be selectively installed at a bottom portion between the inner cover 13 and the outer cover 15.
이하에서는 이상과 같이 이루어진 본 발명의 소둔로를 이용하여 열연코일을 구상화 소둔 시키는 열처리 공정에 대하여 설명한다.Hereinafter, a heat treatment process for spheroidizing annealing the hot rolled coil using the annealing furnace of the present invention made as described above will be described.
먼저 열연코일(11)들을 코일받침대(10) 위에 크레인을 이용하여 차례로 적층한다. 열연코일(11)의 적층시 코일중간 중간에는 가열이 진행될 때 코일의 열전도성을 좋게 하기 위한 열전달 디스크(17)를 쌓아 둔다.First, the hot rolled coils 11 are sequentially stacked on the coil support 10 by using a crane. When the hot rolled coils 11 are laminated, heat transfer disks 17 are stacked in order to improve thermal conductivity of the coils when heating proceeds.
그리고 질소가스(N2)를 가스토출구(21)를 통하여 주입시킨 후 퍼징을 행한다. 이러한 퍼징 과정은 소둔 시 처리공간 내의 산화성 분위기를 제거하여 구상화소둔 처리 후의 강판의 산화물 형성방지와 탈탄방지 효과를 위해 행해지는 전처리 공정이다.Then, nitrogen gas (N 2 ) is injected through the gas outlet 21 and purging is performed. This purging process is a pretreatment step that is performed to remove the oxidative atmosphere in the processing space during annealing to prevent oxide formation and decarburization of the steel sheet after spheroidizing annealing.
그리고 선택적으로 퍼징을 행한 후 외부커버(15)와 내부커버(13) 사이의 공간을 가스버너(23)를 이용하여 LNG 연료를 발화시켜 가열시킨다. 이와 같이 열연코일과 직접 접촉되지 않은 외부 공간을 먼저 가열하게 되면 복사열에 의하여 내부공간이 간접적으로 가열되어 가열 효율을 극대화 할 수 있다. 이 때 가열 온도는 소둔로 하단부에 구비된 열전대(19)로 확인한다.After selectively purging, the space between the outer cover 15 and the inner cover 13 is heated by igniting LNG fuel using the gas burner 23. As such, when the external space that is not in direct contact with the hot rolled coil is first heated, the internal space is indirectly heated by radiant heat, thereby maximizing heating efficiency. At this time, the heating temperature is confirmed by the thermocouple 19 provided at the lower end of the annealing furnace.
퍼징과 동시에 소둔로 외부에 설치된 가열히터(23)를 작동시키고 가열히터(23) 내부로 환원성 분위기 가스를 유입시킨다. 본 발명에서 사용한 환원성 분위가 가스는 질소 또는 아르곤 또는 헬륨 중 어느 하나를 선택하고 수소가스를 혼합하여 사용한다. 가열히터(23)를 통과하는 분위기 가스는 650℃ - 800℃의 고온으로 가열된 다음 가스분출구(21)를 통하여 직접 열연코일이 적층되어 있는 내부 커버(13) 내의 열처리 공간으로 유입시킨다.Simultaneously with purging, the heating heater 23 installed outside the annealing furnace is operated and a reducing atmosphere gas is introduced into the heating heater 23. The reducing quantitative gas used in the present invention is selected from nitrogen, argon or helium and mixed with hydrogen gas. Atmospheric gas passing through the heating heater 23 is heated to a high temperature of 650 ℃-800 ℃ and then introduced into the heat treatment space in the inner cover 13 in which the hot rolled coil is directly laminated through the gas outlet (21).
이와 같이 고온의 환원성 분위기 가스를 열연코일이 적층된 소둔 열처리 공간으로 직접 유입시키면 열처리공간의 열적 에너지가 소둔 처리대상인 열연코일(11)에 곧바로 전달되어 목표로 하는 구상화소둔 온도까지 쉽고 빠르게 가열하게 된다.As such, when the high-temperature reducing atmosphere gas is directly introduced into the annealing heat treatment space in which the hot rolled coil is stacked, the thermal energy of the heat treatment space is directly transferred to the hot rolled coil 11 that is the annealing treatment object, thereby quickly and easily heating to the target spheroidizing annealing temperature. .
이러한 열연코일의 직접가열 방식은 아래 표1에 나타나 있듯이 간접가열 방식에 비해 열효율이 약 20% 이상 증가된다.As shown in Table 1 below, the direct heating method of the hot rolled coil increases the thermal efficiency by more than 20% compared to the indirect heating method.
그리고 처리용량의 필요에 따라 외부커버(15) 내에 설치되어 있는 버너(22)를 이용하여 LNG 연료를 발화시켜 내부커버와 외부커버 사이의 공간을 선택적으로 가열하여 구상화소둔 처리를 진행시킬 수 있다.In addition, the burner 22 installed in the outer cover 15 may be ignited according to the needs of the processing capacity to selectively heat the space between the inner cover and the outer cover to proceed with spheroidizing annealing.
도 2는 본 발명의 구상화소둔 공정 진행에 따르는 가열사이클의 개선효과를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이 종래의 간접가열 방식에서는 가열시간이 Tb인 반면 본 발명의 직접가열 방식에 따른 가열시간은 Ta로 나타나 ΔT 만큼의 시간단축이 얻어 진다.Figure 2 schematically shows the improvement effect of the heating cycle according to the spheroidizing annealing process of the present invention. As shown in FIG. 2, in the conventional indirect heating method, the heating time is Tb, while the heating time according to the direct heating method of the present invention is represented as Ta, thereby obtaining a time shortening by ΔT.
이러한 실험결과는 상기 표1에 나타낸 바와 같이 대략 5에서 8시간 정도 단축되어 20 - 32%의 가열사이클 단축결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 표 1에 나타낸 실험치는 3회 테스트 후의 평균치를 나타낸 것이다.As shown in Table 1 above, it can be seen that the heating cycle is shortened by about 5 to 8 hours, resulting in 20 to 32% shortening of the heating cycle. The experimental values shown in Table 1 represent the average values after three tests.
본 발명의 구상화소둔 가열 과정은 시차적으로 2단 유지가열을 하는 것이 바람직하다. 2단 유지가열을 행하는 이유는 열연코일을 급격히 가열할 경우 강판표면이 상호 달라 붙어서 리코일링시 매끄럽게 코일링이 되지 않는 현상 즉, 스티커(stick) 현상을 방지하기 위함이다. 이와 같이 가열온도별로 가열 후 일정시간 유지하는 구간을 갖도록 하여 강판에 발생하는 열응력을 최소화 시켜 스티커 현상을 방지하는 것이다.In the spheroidizing annealing heating process of the present invention, it is preferable to perform two-stage maintenance heating differentially. The reason why two-stage holding heating is performed is to prevent the phenomenon that the steel sheets are not easily coiled during recoiling, that is, sticking, when the hot rolled coil is heated rapidly. In this way, by having a section for maintaining a certain time after heating for each heating temperature to minimize the thermal stress generated in the steel sheet to prevent the sticking phenomenon.
그러나 이러한 스티커 현상은 강판의 두께에 따라 발생 유무가 달라 지므로 얇은 강판일 경우 2단 유지가열을 행하고 두꺼운 강판일 경우 바로 목표온도까지 가열 또는 2단 가열 중 상황에 따라 선택적으로 가열할 수 있다.However, since the occurrence of this sticker phenomenon varies depending on the thickness of the steel sheet, two-stage maintenance heating may be performed in the case of a thin steel sheet, and may be selectively heated depending on the situation during heating or two-stage heating to a target temperature in the case of a thick steel sheet.
이러한 2단 유지가열 방식에 따른 가열온도와 가열시간 분포는 표2에 나타낸 바와 같다.Heating temperature and heating time distribution according to the two-stage maintenance heating method is shown in Table 2.
표 2에 나타난 바와 같이, 가열온도가 300 - 400℃에서의 가열시간은 30-180min으로 선정하고, 가열온도가 600-700℃에서의 가열시간은 30-90min으로 선정하였다. 스티커 현상은 주로 600℃ 이상의 고온에서 발생할 확률이 높다는 경향을 반영하여 본 발명에서는 가열온도가 600-700℃에서 열응력을 최소화시킬 수 있는 유지시간으로 최소한 30min으로 선정한 것이다.As shown in Table 2, the heating time at the heating temperature of 300-400 ℃ was selected as 30-180min, the heating time at the heating temperature of 600-700 ℃ was selected as 30-90min. The sticking phenomenon mainly reflects a tendency to occur at a high temperature of 600 ° C. or higher, and in the present invention, the heating temperature is selected to be at least 30 min as a holding time to minimize thermal stress at 600-700 ° C.
표 3은 본 발명의 구상화소둔 공정 진행에 따르는 환원성 분위기가스의 가열온도를 강종류와 강판 두께에 따라 선별적으로 나타낸 것이다.Table 3 shows selectively the heating temperature of the reducing atmosphere gas according to the spheroidizing annealing process according to the present invention according to the type of steel and the thickness of the steel sheet.
표 3에서 나타난 바와 같이, 구상화소둔 대상 강종류를 탄소강과 특수강으로 나누었으며 두께는 탄소강의 경우 1.0 - 8.0mm으로 하고, 특수강은 0.5 - 7.0mm으로 선정하였다. 이에 따라 분위기가스 가열온도를 650 - 800℃로 분류하여 적용할 수 있는 강종류와 강판 두께를 살펴 보면, 먼저 분위기가스 온도가 650℃에서는 일반강이 1.0mm 이하, 특수강이 0.5mm 이하로 하고 750℃에서는 일반강이 1.13.0mm , 특수강이 0.62.5mm로 하고, 800℃에서는 일반강이 3.18.0mm , 특수강이 2.67.0mm로 지정하였다.As shown in Table 3, the steel types for spherical annealing were divided into carbon steel and special steel, and the thickness was 1.0-8.0mm for carbon steel and 0.5-7.0mm for special steel. Accordingly, the types of steel and steel plate applicable to the atmosphere gas heating temperature are classified into 650-800 ℃. First, when the atmosphere gas temperature is 650 ℃, the general steel is 1.0mm or less and the special steel is 0.5mm or less. In case of ℃, the general steel was 1.13.0mm, special steel was 0.62.5mm, and in 800 ℃, the general steel was 3.18.0mm, and the special steel was 2.67.0mm.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
이와 같이 본 발명에 따르면, 열연코일을 구상화 소둔할 경우 간접방식이 아닌 직접방식으로 가열하므로서 가열시간을 축소할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 가열시간을 단축시킴과 동시에 소둔의 목적 즉, 퍼얼라이트 조직의 구상화를 동시에 달성할 수 있다.As described above, when the hot rolled coil is spheroidized and annealed, the heating time can be shortened by heating in a direct manner rather than indirectly. In addition, the present invention can shorten the heating time and at the same time achieve the purpose of annealing, that is, spheroidizing the pearlite structure.
이와 같이 가열시간을 단축시킴으로서 다음과 같은 연쇄적인 효과를 얻을 수있다.By shortening the heating time as described above, the following chain effects can be obtained.
즉, 조직이 구상화 되어 후속공정인 냉연강판의 냉간 가공성을 향상시키고 최종제품의 열처리성을 증가시킬 수 있다.That is, the structure can be spheroidized to improve the cold workability of the subsequent cold rolled steel sheet and increase the heat treatment properties of the final product.
열연코일의 장시간 가열에 따르는 과소둔 현상을 방지하여 코일의 길이방향에 따른 균질한 재질을 얻어서 냉연제품의 품질을 향상시킬 수 있다.It is possible to improve the quality of the cold rolled product by preventing the annealing phenomenon caused by long time heating of the hot rolled coil to obtain a homogeneous material along the longitudinal direction of the coil.
소둔 공정에서 가열공정의 가열사이클을 단축하여 단축된 시간에 비례하는 에너지를 절감할 수 있고, 이로 인하여 전체적인 공정이 단축되어 결과적으로 전체적인 생산성을 향상시킬 수 있다.In the annealing process, the heating cycle of the heating process may be shortened, thereby saving energy proportional to the shortened time, thereby reducing the overall process and consequently improving the overall productivity.
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