KR20040012083A

KR20040012083A - 열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법

Info

Publication number: KR20040012083A
Application number: KR1020020045440A
Authority: KR
Inventors: 이주동; 김지웅; 박문수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-11

Abstract

본 발명은 열연 강판의 스케일을 제거하는 방법에 있어서, 선단부에서 미단부로 확산되는 스케일의 두께를 구하는단계; 초기 스케일 제거 압력을 제거하기 위한 충돌압을 설정하는 단계; 스케일의 두께 변화에 따라 디스케일링 충돌압을 다르게 설정하는 단계; 압연바의 선단부가 마무리 압연기에 진입하여 디스케일링 작업이 시작되면 선단부가 마무리 압연기에 진입된 후의 시간을 측정하는 단계; 입측 온도계로 압연바의 입측 온도를 읽고, 유량제어밸브를 조정하여 스케일 두께 변화에 다른 충돌압을 변화시키는 단계; 및 압연바의 미단부가 마무리 압연기를 통과했는지를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법{Removing Method for Scle of Hot Strip using Condition of Scale}

본 발명은 열연공정에서 압연바에 발생하는 스케일을 제거하기 위한 방법으로서, 특히 압연바에 발생하는 스케일의 생성조건에 따라 스케일이 충분히 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열연강판을 제조하는 열연공정에서는 제강고정에서 생산된 슬라브를 가열로에서 압연에 적당한 온도로 재가열하여 추출한 후, 조압연기에서 폭 압연과 두께압연으로 실시하고, 마무리압연기에서 원하는 두께로 최종 두께압연을 실시한다.

이러한 과정에서 가열로에 의해 재가열된 슬라브의 표면에는 1차 스케일이 형성되며, 열간압연 공정중에는 조압연기에서 폭 압연 및 두께 압연을 실시한 압연바가 마루리압연기에 진입하기위해 고온의 상태로 대기에 노출된 상태로 이동함으로 대기중의 산소와 반응하여 압연바의 표면에 2차 스케일을 형성하게 된다. 스케일이 표면에 형성된 상태에서 압연바를 압연하면, 스케일이 압연바의 표면에 압입되어 제품표면이 고르지 못한 결함을 유발시키게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 숏 피닝, 회전 롤러 및 회전 브러쉬를 이용하여 압연바의 표면에 형성된 스케일을 제거하는 방법 등이 제시되었으나, 이와 같은 방법들은 별도의 기계적인 장치가 필요하게 되어 관리상의 어려움이 있고, 특히 압엽바의 표면에 직접 밀착시켜 스케일을 제거하므로, 이 또한 표면에 결함을 유발시키기는 마찬가지이다.

현재 일반적으로 가장 많이 사용되는 방법으로는 도1a 및 도1b와 같이 마무리 압연기 일측에 고압의 냉각수를 분사시키는 스케일 제거기(FSB, Finishing Scale Breaker)를 설치하여 사용하고 있다. 스케일 제거기의 작동방법으로는 100∼200 kgf/cm²의 고압 냉각수를 스케일이 형성된 압연바 표면의 상부와 하부로 분사시켜 급랭되도록 하여 스케일과 압연바 기지 조직간의 열응력을 발생시켜 스케일에 수직 크랙을 유발시킨 후, 고압의 냉각수로 스케일을 제거시킨다.

FSB의 기계적 구성은 마무리 압연기 전면에 설치되는 것으로, 통상 전열 상,하부와 후열 상, 하부의 냉각수 헤더에 다수의 노즐을 배열시킨 상태에서 제어용 컴퓨터를 통해 강종, 폭 및 두께를 고려하여 적정한 스케일 제거 패턴을 설정하여 FSB를 제어한다.

이때, 한 개의 열을 사용할 때, 전열을 사용할 것인지, 후열을 사용할 것인 지 또는 전열과 후열 모두를 사용할 지를 선택하게 된다. 예를 들어, 두께가 두꺼운 강재인 경우는 전열, 후열 모두를 사용하고, 얇은 강재인 경우는 1개의 열만 사용하게 된다.

이때, 냉각수의 밸브는 개폐동작, 즉 사용할 것인가 아니면 사용하지 않을 것인가 만을 판단하여 FSB의 동작을 동일 조건으로 동작시킨다.

그러나, 마무리 압연기의 전면에서의 압연바의 길이방향 온도분포를 보면 선단부에 비해 미단부로 갈수록 대기중의 산소와 오래 접촉되는 관계로 온도가 떨어지게 되고, 이로 인해 미단부로 갈수록 스케일의 확산 및 스케일 두께가 커지는 문제점이 발생하였다.

그러나, 강판의 길이방향 선단부에서부터 중앙부, 미단부를 정해진 압력으로만 스케일 제거 작업을 함으로써, 미단부로 갈수록 두꺼워진 스케일층의 제거가 이루어지지 않아 스케일이 박리되지 않은 상태에서 마무리 압연작업을 실시하므로 선단부에서 미단부로 갈수록 스케일에 의한 결함이 발생하고, 미단부의 표면정도가 나빠지는 문제점이 있었다.

또한 스케일 제거 불량에 의해 발생된 스케일성 표면결함은 길이방향의 편차를 유발하게 되고, 이러한 문제점을 해결하기 위해 미단부를 기준으로 디스케일링 압력을 증가시키게 되면 선단부의 온도 강하량이 상대적으로 크게되어 제품생산이 곤란하여 작업에 지장을 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 압연바의 스케일 생성조건에 따라 디스케일링 충돌압을 선단부와 미단부를 시간 및 온도에따라 순차적으로 제어하여 스케일이 완전하게 제거되도록 하는 열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법을 제공하는데 목적이 있다.

도1a는 종래의 열연강판의 탈 스케일 방법을 나타낸 개념도.

도1b는 도1a의 'A'부분을 확대한 도면.

도2a는 압연바의 마무리 압연기의 전면온도를 나타낸 그래프.

도2b는 압연바의 길이방향에 대한 시간 및 온도변화에 따른 스케일 생성 그래프.

도2c는 압연바의 길이방향에 대한 시간변화에 따른 스케일 생성 그래프.

도3는 압연바의 길이방향에 대한 충돌압별 표면등급을 나타낸 그래프.

도4는 저탄강의 일 실시예에 대한 스케일 두께변화를 나타낸 표.

도5a는 본 발명의 열연 강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법에 대한 구성도

도5b는 본 발명의 열연 강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법에 대한 제어개념도.

※ 도면의 주요 부호에 대한 설명 ※

10 : 제어 컴퓨터18 : 조압연기20 : 마무리압연기

22 : 압연바40 : 스케일42 : 선단부

44 : 중앙부46 : 미단부52 : 입측 온도계

62 : 유량제어밸브100 : 스케일 제거기

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 열연 강판의 스케일을 제거하는 방법에 있어서, 선단부에서 미단부로 확산되는 스케일의 두께를 구하는단계; 초기 스케일 제거 압력을 제거하기 위한 충돌압을 설정하는 단계; 스케일의 두께 변화에 따라 디스케일링 충돌압을 다르게 설정하는 단계; 압연바의 선단부가 마무리 압연기에 진입하여 디스케일링 작업이 시작되면 선단부가 마무리 압연기에 진입된 후의 시간을 측정하는 단계; 입측 온도계로 압연바의 입측 온도를 읽고, 유량제어밸브를 조정하여 스케일 두께 변화에 다른 충돌압을 변화시키는 단계; 및 압연바의 미단부가 마무리 압연기를 통과했는지를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 선단부에서 미단부로 확산되는 스케일의 두께를 구하는 단계는 하기 식[1]에 의해 구하는 것을 특징으로 한다.

식[1] :

(여기서, X:스케일의 두께, R : 감소율, t:시간, Kp:산화정수)

또한, 초기 스케일 제거 압력을 제거하기 위한 충돌압을 설정하는 단계는 하기 식[2]에 의해서 구하는 것을 특징으로 한다.

식[2] :

(여기서, p:충돌압, P:분사압력, V:물소비량(L/sec), H:분사높이)

이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선 기구적인 구성을 살펴보면, 종래의 열연 설비에서 마무리 압연기(20)의 전면에, 고압수 분사시 압연바(22)의 전체 폭에 대하여 균일하게 분사되도록 고압 분사용 노즐이 결합되고 압엽바의 상부와 하부에 고압의 냉각수를 공급하도록 상부 냉각수 헤더와 하부 냉각수 헤더를 구비한 전열 냉각수 헤더(30a)와 후열 냉각수 헤더(30b)를 설치한다.

유량제어밸브(62)는 제어 컴퓨터(10)에 의해 작동되며, 고압 분사용 노즐을개폐시킨다.

또한, 마무리 압연기(20)의 진입측과 후열 냉각수 헤더(30b) 사이에는 마무리 압연기로 진입하는 압연바(22)의 온도를 측정하는 입측 온도계(52)를 설치하여 탈 스케일할 수 있도록 한다.

선단부에서 미단부로 확산되는 스케일의 두께를 구하는 단계(54)는 탈 스케일장치에서 작업대상 강종 및 폭과 두께에 따른 사이즈 별로 시간 및 온도변화에 따라 압연바(22)의 선단부(42)에서 미단부(46)로 확산되는 스케일의 두께는 다음 식[1]에 의해 구해진다.

········ 식[1]

단, X:스케일의 두께, R : 감소율, t:시간, Kp:산화정수.

여기서, 산화정수는 연강재의 경우 각 온도조건에 따라 다음과 같은 값을 취한다.

온도(℃)	Kp(g²/cm⁴s)
700	7.92×10^-8
800	6.20×10^-7
900	1.13×10^-6
1000	1.80×10^-6

식[1]을 이용하면 압연바(22)의 선단부(42)에서 미단부(46)의 스케일 두께를 구할 수 있게된다. 예를 들어 저탄소강의 온도-시간 변화 및 시간변화에 따라 발생하는 스케일의 두께를 도시하면 도4와 같다.

초기 디스케일링 충돌압을 설정하는 단계는 강종에 따라 다르게 다음과 같이 설정된다.

강종	압력(bar)
극저 탄소강	3.00
저탄강	3.40
중탄강	4.00
Si-첨가강	4.70

이러한 조건에 따라 충돌압이 설정되면, Wada 등이 1991년에 '철과 강'에 발표한 식으로 단위면적에 걸리는 충돌압을 높이의 함수로 산정할 때 보편적으로 사용되는 식[2]에 의해 충돌압이 결정된다.

········식[2]

여기서 p:충돌압, P:분사압력, V:물소비량(L/sec), H:분사높이(cm)가 된다.

위의 조건에 따라 충돌압이 설정되면, 디스케일링 충돌압을 다르게 설정하기 위해 유량을 조절하는 단계는 초기 충돌압 설정치(예:저탄강3.4Bar)를 기준으로 식[2]에 있어서 물소비량(V)에 변화를 주어 그림2-2와 같이 미단부(46)에서 스케일 두께변화에 따라 물소비량(V)을 유량제어밸브(62)에서 유량을 제어함에 따라 충돌압이 증가하게 되어 선단부(42)에서 미단부(46)로 확산되는 스케일(40)의 두께변화에 대응하여 스케일이 완전히 제거가 되어진 상태에서 마무리 압연작업이 이루어 지도록 한다.

상기와 같은 단계로 하여 이루어진 본 발명의 일 실시 예를 도5b를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

디스케일링 설정컴퓨터(10)에서는 입력된 강종, 폭 및 두께에 관한 정보(12)를 이용하여 대상강종 및 사이즈별로 목표로하는 스케일 두께를 식[1]에 의해 계산하여 결정(54)하고, 계산된 목표치를 디스케일링 제어용 PLC로 보내준다.

디스케일링 제어용 PLC는 디스케일링 초기충돌압을 설정(56)하고, 시간 및 온도변화에 따른 디스케일링 충돌압을 설정(58)한 상태에서 디스케일링 작업을 수행한다.

다음, 선단부(42)가 마무리 압연기(20)에 인입된 후의 시간을 체크하면서 마무리 압연기(20)에 구비된 입측 온도계(52)로부터 입측온도를 읽어들이게 되고, 스케일 두께변화에 따른 충돌압 설정치에 따라 유량제어밸브(62)를 조정하면서(60)스케일 두께변화에 따른 충돌압을 다르게 제어하게 된다.

이후, 압연바(22)가 미단부(46)를 통과되었는가를 판단하여, 계속 진행중이면 디스케일링 작업이 수행되는 상태에서 연속압연이 진행되고, 미단부(46)를 통과하였으면 스케일 제거기(100)를 정지시키고 작업을 종료한다.

상기와 같은 본 발명의 열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법에 따르면, 압연바의 스케일 생성조건에 따라 디스케일링 충돌압을 선단부와 미단부를 시간 및 온도변화에 따라 순차적으로 다르게 제어함으로써, 압연바의 표면에 형성된 스케일이 완벽하게 제거되도록 하여 압연작업에 의해 생산되는 열연강판의 길이방향 온도편차를 저감시켜 재질의 편차와 스케일에 의한 표면결함을 해소하여 균일하고 우수한 품질의 표면을 갖는 열연강판을 생산할 수 있게된다.

Claims

열연 강판의 스케일을 제거하는 방법에 있어서,

선단부에서 미단부로 확산되는 스케일의 두께를 구하는단계(54);

초기 스케일 제거 압력을 제거하기 위한 충돌압을 설정하는 단계(56);

스케일의 두께 변화에 따라 디스케일링 충돌압을 다르게 설정하는 단계(58);

압연바(22)의 선단부가 마무리 압연기(20)에 진입하여 디스케일링 작업이 시작되면 선단부(42)가 마무리 압연기(20)에 진입된 후의 시간을 측정하고, 입측 온도계(52)로 압연바(22)의 입측 온도를 읽는 단계(59);

유량제어밸브(62)를 조정하여 스케일 두께 변화에 다른 충돌압을 변화시키는 단계(60) 및

압연바(22)의 미단부가 마무리 압연기(20)를 통과했는지를 감지하는 단계(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법.
제1항에 있어서, 선단부에서 미단부로 확산되는 스케일의 두께를 구하는단계(54)는 하기 식[1]에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법.

식[1] :

(여기서, X:스케일의 두께, R : 감소율, t:시간, Kp:산화정수)
제1항에 있어서, 초기 스케일 제거 압력을 제거하기 위한 충돌압을 설정하는 단계(56)는 하기 식[2]에 의해서 구하는것을 특징으로 하는 열연강판의 스케일 생성조건에 따른 탈 스케일 방법.

식[2] :

(여기서, p:충돌압, P:분사압력, V:물소비량(L/sec), H:분사높이(cm))