KR20050084474A - 스트립재 및 와이어재의 냉각 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트립재(strip material) 및 와이어재(wire material)를 냉각하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 노와 코일링 플랜트 사이에 회전가능한 냉각 드럼(cooling drum)을 배치함으로써, 노를 빠져나온 제품이 냉각 드럼에 감기고, 코일링 플랜트로의 운반을 위해 냉각 드럼으로부터 제품을 풀어준다. 드럼의 지름은 드럼에 감기는 제품의 곡률 반경이 제품의 기계적 성질에 영구적이고 부정적인 영향을 미치는 소성 변형(plastic deformation)이 일어나는 곡률 반경의 최소값 보다는 큰 값으로 부여된다. 또한, 제품을 냉각 드럼에 충분한 횟수로 감아줌으로써 제품의 충분한 냉각이 가능해진다. 또한, 제품이 냉각 드럼을 빠져나오는 즉시 원래 감기기 전의 상태로 되돌아올 수 있게 한다.

Description

스트립재 및 와이어재의 냉각 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COOLING STRIP AND WIRE MATERIAL}

본 발명은 스트립재(strip material) 및 와이어재(wire material)를 냉각하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

스트립재와 와이어재의 제조에 있어서, 각 재료는 최종적으로 각각 롤링(rolling)이나 드로잉(drawing)을 하고 난 이후에 어닐링(annealing)되는 것이 보통이다. 스테인리스강의 경우, 전형적인 어닐링 온도는 900 내지 1200℃이고, 제품은 가공된 후 연속적으로 어닐링된다. 그 다음에는 흔히 산화 온도(oxidation temperature)아래로 약 20 내지 50℃의 온도로 제품을 제어 냉각하는 과정이 수반된다.

일반적인 작업에 있어서, 와이어나 스트립 속도는 1m/s이다. 냉각 공정은 필수적으로 어느 정도의 수행 시간을 필요로 하므로, 냉각 공정이 일어나는 경로는 상대적으로 길 수밖에 없다.

종래 기술에 의하면, 냉각 경로(cooling path)는 필수적으로 직선인데, 그 이유는 무엇보다도 어닐링된 재료는 소성 변형(plastic deformation)에 매우 민감하여, 곡선으로 된 냉각 경로를 통과하는 경우 쉽게 손상되기 때문이다. 또한, 이것은 냉각 경로를 수용하는 건물이 매우 길어야 한다는 것, 예컨대 약 10m 또는 그 이상이어야 함을 의미한다. 게다가, 와이어나 스트립을 냉각할 때에는 제품을 냉각 경로를 통해서 코일링 플랜트(coiling plant)로 인도하기 위해 사용되는 긴 와이어 봉을 조작해야만 한다.

따라서, 냉각 경로의 길이를 줄임으로써 냉각 경로를 마련하기 위한 공간을 감소시킬 수 있다면 좋을 것이고, 또한 제품을 노(furnace)로부터 냉각 경로를 거쳐 코일링 플랜트에 이르기까지 인도하는 데 이용되는 와이어 봉에 요구되는 최소 필요 길이를 줄이는 것이 바람직할 것이다. 노와 냉각 경로는 함께 연결되어 있다.

도 1은 본 발명에 의한 냉각 장치의 개략도이다.

도 2는 드럼에 제품이 한 번만 감긴 경우의 냉각 드럼의 일부를 보여주는 도면이다.

도 3은 드럼에 제품이 수 회 감긴 경우의 냉각 드럼의 일부를 보여주는 도면이다.

본 발명은 노와 코일링 플랜트 사이에 회전가능한 냉각 드럼(cooling drum)을 배치함으로써, 상기의 두 가지 문제점 모두에 대한 해결책을 제공하는데, 노를 빠져나온 제품은 냉각 드럼에 감기고, 코일링 플랜트로의 추가적인 운반을 위해 냉각 드럼으로부터 제품을 풀어준다. 드럼의 지름은 드럼에 감기는 제품의 곡률 반경이 제품의 기계적 성질에 영구적이고 부정적인 영향을 미치는 소성 변형(plastic deformation)이 일어나는 곡률 반경의 최소값 보다는 큰 값이 되도록 정해진다. 또한, 제품을 냉각 드럼에 충분한 횟수로 감아줌으로써 제품의 충분한 냉각이 가능해진다. 이해하겠지만, 이는 냉각 설비의 길이를 상당히 감소시키며 제품을 인도하기 위해 요구되는 와이어 봉의 최소 필요 길이도 역시 줄여준다.

본 발명은 또한 제품이 냉각 드럼을 빠져나오는 즉시 원래 감기기 전의 상태로 되돌아올 수 있게 한다. 이는 자동화나 능률성의 측면에서 이로우며, 더 나은 작업 환경과 보다 단순한 공정 관리에도 기여할 것이다.

제품을 충분히 냉각시키는 목적을 달성하기 위하여, 충분한 열적 질량(thermal mass)의 제품이 드럼에 감겨야 한다. 다시 말해서, 요구되는 냉각 효과를 내기 위해서 제품이 드럼에 감기는 횟수를 얼마로 할 것인지 정해야 한다. 더 효과적인 냉각이 요구되는 경우, 냉각 효과는 여러 가지 방법으로 개선될 수 있다.

첫 번째 방법은 강제 대류(force convection)에 의해 제품과 주변 대기와의 열 교환을 증가시키는 것이다.

또 하나의 방법은 별도의 냉각 매체(cooling medium)를 주입함으로써, 냉각 효과를 더욱 높이는 것이다. 예컨대, 냉각 매체는 드럼의 내부로 공급되는 물이어도 된다. 따라서 냉각 매체는 제품에 직접 접촉되는 것이 아니라 드럼의 내벽을 통한 이루어지는 열 에너지의 교환에 영향을 미칠 것이다. 이러한 내벽에는 냉각 요건과 냉각 시 요구되는 기타 환경 및 요구 조건에 적합한 재료적 성질이 주어질 수도 있다. 수 밀리미터 두께의 스테인리스강과 두꺼운 주철이 이러한 재료적 성질을 만족시키는 예가 된다. 냉각 매체는 슬라이드 커플링을 이용하여 외부의 냉각 매체 소스와 드럼 내에 위치한 노즐을 연결함으로써 알려진 기술에 의해서 드럼의 내면으로 도포될 수 있다. 대안으로서, 냉각 루프(cooling loop)를 드럼 내부에 맞춰 넣을 수도 있을 것이다.

더욱이, 냉각되는 제품은 예컨대, 실드 분위기(shielding atmosphere)와 제품 사이의 카본 포텐셜(carbon potential)에 적합하게 맞춰진 상기 실드 분위기 중에 넣는 것이 유익하며 필요할 수도 있다. 실드 분위기가 사용되면, 드럼을 하우징 안에 넣을 필요가 있는데, 하우징 안에서 상기 실드 분위기는 과압(overpressure) 하에 있게 된다. 실드 분위기로는 예컨대 질소, 수소, 아르곤이 이용될 수 있다.

마지막으로, 제품이 그 자체로는 코일링 플랜트에서 코일링됨에 따라 제품에서 발생하는 인장력에 의해 드럼 둘레로 인발될 정도로 충분히 강하지 않은 경우, 드럼을 모터로 구동시켜 재료 중의 과도한 장력으로 인한 기계적인 손상으로부터 제품을 보호하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 어닐링된 후 스트립 또는 와이어 제품을 산화 온도 아래로 약 20 내지 50℃의 온도로 냉각시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 어닐링 경로 직후에 냉각된 드럼 둘레에 나란하게 감긴 상태로 놓이도록 제품을 드럼 둘레에 감고, 제품을 원하는 온도로 냉각할 수 있을 정도의 횟수로 감은 후 드럼으로부터 풀며, 드럼에는 제품이 소성 변형에 의해 영향을 받게 될 지름보다는 큰 지름이 부여된다.

본 발명은 또한 청구항 제 8항에 제시된 특징을 가지는 것과 같은 종류의 냉각 장치에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 부분적으로는 본 발명을 좀 더 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각 드럼(1)을 보여준다. 냉각 드럼은 실드 분위기를 담고 있는 주변 하우징(2) 안에 배치된다. 실드 분위기는 하우징(2) 안에서 과압 상태 하에 놓이게 되는데 그리하여 냉각 드럼(1) 주위에 그 분위기를 유지시킨다. 와이어 또는 스트립 제품(3)은 하우징(2)의 입구(4)로 들어가서 드럼(1) 둘레로 1회 또는 수 회 감기며, 그 후 출구(5)에서 하우징(2)을 떠난다. 제품(3)은 입구(4)에서 어닐링되고 이 지점에서 높은 온도를 가지게 된다. 제품(3)은 출구(5)에서 냉각되고 입구(4)에서 보다는 실온(room temperature)에 더 근접한 온도가 된다.

제품(3)은 본래 도면에 도시되지 않은 노로부터 이동한다. 출구(5)를 통과한 후, 제품(3)은 코일링 플랜트(미도시)로 이동한다.

입구(4)와 출구(5)는 하우징(2)의 동일 측부에 위치하기 때문에 제품(3)은 서로 반대 방향으로 출입할 수 있다. 이것은 코일링 플랜트를 와이어 드로잉 벤치나 롤링 밀의 근처에 놓을 수 있게 하는데 그로 인해 무엇보다도 개선된 효율 및 작업 환경 형태의 전술한 이점을 제공한다.

드럼(1)은 화살표(6)와 같은 방향인 반시계 방향으로 회전하며, 따라서 제품(3)은 입구(4)를 통과한 후 드럼 위로 감기게 되고, 출구(5)를 통과하기 전에 드럼(1) 위에 감긴다. 드럼(1)은 제품(3)이 코일링 플랜트에서 감김에 따라 제품(3)에 발생하는 장력에 의해 회전되거나, 또는 그 드럼(1)은 냉각 장치를 통한 제품(3)의 진행에 합치되도록, 그리고 원하는 냉각을 달성할 수 있도록 적절한 속도로 회전된다.

제품(3)이 하우징(2)을 통과하는 동안 제품(3)에 대한 효과를 향상시키기 위하여 하우징(2) 내부의 실드 분위기에 의한 드럼(1) 위에 감긴 제품(3) 위로의 대류를 증가시킬 수 있다. 이것은 예를 들어 팬을 이용하여 달성될 수 있다.

드럼(1)에 감긴 제품(3)에 대한 냉각 효과는 외부 냉각재(coolant)에 의해 더욱 향상될 수 있다. 이 냉각재는 드럼(1)의 내면(7)을 냉각시키는데 사용되는 것이 유리한데, 그 내면(7)은 드럼을 통하여 드럼 위에 감긴 제품(3)과 열적 접촉을 하게 된다. 이것은 냉각재와 제품(3) 사이의 직접적인 접촉 없이 냉각이 이루어질 수 있게 한다. 냉각재는 드럼(1) 중앙에 위치한 하나 이상의 노즐(8)을 통하여 드럼(1)의 내면(7)으로 손쉽게 도포된다. 냉각재를 드럼(1) 내부로 공급하는 것은 기존에 알려진 방법에 의해서, 예컨대 냉각재 공급 장치와 드럼(1) 사이의 슬라이드 커플링에 의해서 행해질 수 있다.

하우징(2)은 하나 이상의 하우징 검사 및 유지보수용 도어를 포함한다.

도 2 및 도 3은 드럼(1)의 세부를 보여준다. 이 도면들은 하우징(2) 내부에 있는 드럼(1)과 드럼(1)에 감기는 제품(3)을 보여준다.

도 2에서 볼 수 있는 것과 같이 제품(3)은 드럼(1) 주위로 1회 감길 수 있다. 다시 말해서, 제품(3)은 더 드럼(1)에 추가적으로는 감기지 않고 그 제품(3)이 하우징(2)으로 들어왔던 쪽과 같은 편으로 나가도록 단지 드럼(1) 둘레에서 구부러지게 될 수도 있다.

한편, 도 3에서 도시된 바와 같이, 제품(3)은 이 제품이 하우징(2)의 들어왔던 쪽과 같은 편으로 나가기 전에 1회 또는 그 이상의 횟수로 드럼(1) 주위에 감길 수 있다.

추가로 감기는 횟수는 하우징(2) 내에서의 제품(3)의 잔류 시간 동안의 제품(3)의 원하는 냉각과 관련하여 정해지는 것이 바람직하다. 이것은 물론 제품(3)의 재료 및 치수에 따라, 또한 드럼(1)의 지름과 기타 작업 조건에 따라 달라진다.

비록 본 발명을 몇 가지 실시예를 참조하여 전술하였지만 이러한 실시예들이 본 발명의 제품 및 바람직한 냉각 순서와 관련하여 수정될 수 있다는 것은 자명하다.

결국, 첨부된 청구범위의 보호 범위 내에서 변경이 이루어질 수 있으므로, 본 발명은 전술한 실시예로 한정되는 것으로 간주하지 말아야 한다.

Claims (14)

1. 어닐링된 후에 스트립 또는 와이어 제품을 산화 온도 아래로 약 20 내지 50℃의 온도로 냉각하는 방법으로서, 어닐링 경로의 바로 하류에서 상기 제품(3)이 서로 나란히 감긴 상태에 있도록 드럼(1)의 둘레에 상기 제품(3)을 감고, 그 후 상기 제품(3)을 원하는 온도로 냉각되도록 하는 횟수만큼 감은 후 상기 드럼(1)으로부터 풀며, 상기 드럼(1)에는 상기 제품(3)이 소성 변형에 의해 기계적으로 영향을 받게 될 정도의 지름보다 더 큰 지름이 부여되는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 방법.
2. 제1항에 있어서, 제품 입구(4)와 제품 출구(5)를 포함하는 밀폐된 하우징(2) 안에 상기 드럼(1)을 배치하고, 실드 가스 분위기가 상기 하우징(2) 안에서 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 실드 가스로서 아르곤, 수소 또는 질소 가스나, 이에 상당한 실드 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 드럼(1)을 주변의 대기와의 강제 대류 효과에 의해서 냉각하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 드럼(1)을 그것의 내면(7)을 냉각시키게 되어 있는 외부 냉각재에 의해서 냉각하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 드럼(1)을 금속 재료와 같은 우수한 열전도성을 가지는 재료로 구성하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 드럼(1)을 구동 모터에 의해 구동시키는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 방법.
8. 스트립 또는 와이어 제품을 냉각하는 장치로서, 제품(3)은 어닐링된 이후에 산화 온도 아래로 약 20 내지 50℃의 온도로 냉각되고, 어닐링 경로의 바로 하류에서 드럼(1)의 주위에 상기 제품(3)을 감음으로써 상기 제품(3)이 서로 나란히 감긴 상태에 있도록 놓이고, 그 후 상기 제품(3)은 원하는 온도로 냉각되도록 하는 횟수만큼 감긴 후 상기 드럼(1)으로부터 풀리며, 상기 드럼(1)에는 상기 제품(3)이 소성 변형에 의해 기계적으로 영향을 받게 될 정도의 지름보다 더 큰 지름이 부여되는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 드럼(1)은 제품 입구(4)와 제품 출구(5)를 포함하는 밀폐된 하우징(2) 안에 배치되고, 실드 가스 분위기가 상기 하우징(2) 안에서 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 실드 가스로서 아르곤, 수소 또는 질소 가스나 이에 상당하는 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 장치.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 드럼(1)을 주변의 대기와의 강제 대류 효과에 의해서 냉각하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 장치.
12. 제8항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 드럼(1)을 그것의 내면(7)을 냉각시키게 되어 있는 외부 냉각재에 의해서 냉각하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 드럼(1)을 금속 재료와 같은 우수한 열전도성을 가지는 재료로 구성하는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 장치.
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 드럼(1)을 구동 모터에 의해 구동시키는 것을 특징으로 하는 스트립 또는 와이어 제품의 냉각 장치.