KR20080010463A - 후강판의 냉각 장치 - Google Patents

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류우지 야마모또
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시게루 오가와
유따까 아까세
히로노리 우에노
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Abstract

열간 압연된 후강판을 구속해서 통판하는 상 롤과 하 롤로 이루어지는 복수 쌍의 구속 롤과, 통판 방향의 앞뒤로 인접하는 구속 롤 쌍의 사이를 통판하는 후강판의 상하면에 물을 분사하는 복수의 스프레이 노즐을 갖는 후강판의 냉각 장치에 있어서, 상기 복수의 스프레이 노즐을, (i) 상면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면에 충돌하는 충돌면 면적의 총 합이, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 근접한 거리에 있는 롤 외주면의 사이에서의 강판 표면적의 4 내지 90％의 범위 내에 있고, 또한, (ⅱ) 하면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면에 충돌하는 충돌면 면적의 총 합이, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 근접한 거리에 있는 롤 외주면의 사이에서의 강판 표면적의 4 내지 100％의 범위 내에 있도록 배치했다.
구속 롤, 스프레이 노즐, 충돌면, 후강판, 냉각 장치

Description

후강판의 냉각 장치 {COOLING DEVICE FOR THICK STEEL PLATE}
본 발명은, 열간 압연에 의해 후강판을 제조할 때, 마무리 압연한 후강판을 냉각할 경우에 적용하는 후강판의 냉각 장치에 관한 것이다.
열간 압연에 의해 후강판을 제조할 때, 기계적 성질이 우수하고 균일한 재질 특성 및 형상 특성을 갖는 후강판을 얻기 위해, 통상 마무리 압연 후의 후강판을 구속 롤로 구속해서 통판하면서, 그 상면측과 하면측에 냉각수를 분사하여, 후강판의 판폭 방향에서의 온도 분포의 대칭성, 및 판두께 방향에서의 온도 분포의 대칭성을 안정적으로 확보할 수 있도록, 후강판의 양면을 냉각하는 것이 행해지고 있다.
이러한 냉각에 관해서는, 예를 들어 도9에 도시한 바와 같이 상 롤(5a)과 하 롤(5b)로 이루어지는 구속 롤쌍(51, 52) 사이에서 구속해서 통판하는 강판(6)의 상면측에, 강판 폭 방향으로 긴 노즐(11)을 구비하는 노즐열(11s)을 배치하고, 하면측에, 상면측의 노즐열(11s)보다 많은, 노즐(12)을 구비하는 노즐열(12s)을 배치하고, 노즐열(11s)과 노즐열(12s)로부터 냉각수(w)를 강판(6)의 양면에 주수하여, 양면으로부터 강판(6)을 냉각하는 것이, 일본 특개평11-347629호 공보에 개시되어 있 다.
일본 특개평11-347629호 공보 개시의 냉각에 있어서는, 상면측의 노즐열(11s)과 하면측의 노즐열(12s)에서, 구속 롤쌍(51, 52)의 사이에서, 강판(6)에 냉각수(w)가 충돌하기 시작하는 강판 길이 방향의 위치를, 강판(6)의 상면측과 하면측에서 일치시킴으로써, 강판(6)의 냉각 과정에서, 강판(6)의 상하면의 각 미소부에서의 온도의 경시 변화가, 강판(6)의 두께 중심면을 대칭면으로 하여 동일(대칭)하게 되도록 냉각한다.
일본 특개평11-347629호 공보 개시의 냉각에서 이용하는, 상면측의 노즐열(11s)은, 강판 폭 방향으로 긴 일렬의 슬릿 노즐로 구성되고, 또한 하면측의 노즐열(12s)은, 슬릿 노즐, 스프레이 노즐, 원관 라미나 노즐, 도관을 갖는 원관 분류 노즐, 또는 다공 노즐 중 어느 하나에 의해 구성되어 있다.
일본 특개평11-347629호 공보 개시의 냉각에서는, 그 실시예에 도시한 바와 같이 상면측에 일렬의 슬릿 노즐열을 배치하고, 하면측에는, 슬릿 노즐, 도관을 갖는 원관 분류 노즐이나 원관 라미나 노즐 등을, 넓은 영역에서 복수열 배치하고, 상면측의 노즐열에 상대하는 위치, 판상수(板上水)의 존재 영역에 관계없이, 강판의 하면측의 전체 영역에 대하여 냉각수(w)를 균일하게 주수한다.
여기서, 강판의 냉각 과정에서는, 강판 상하면의 온도의 경시 변화를, 강판 두께 중심면을 대칭면으로 하여, 동일(대칭)하게 할 필요가 있지만, 강판의 상면측에서는, 노즐로부터의 수분류가 충돌하는 부분과, 판상수가 흐르는 부분이 존재 하여, 각 부분에서의 냉각 능력이 상이하기 때문에, 상기 온도의 경시 변화의 조정이 어렵다.
냉각 능력은, 수분류가 충돌하는 부분에서는 크고, 또한 안정적이지만, 판상수가 흐르는 부분에서는 작다. 이것은, 수분류가 수직 방향으로부터 충돌할 경우와, 물이 강판을 따라 평행하게 흐를 경우에는, 강판에 대한 냉각 능력이 상이한 것에 의한다.
강판의 하면측에서는, 판상수와 같은 불안정 요인은 없기 때문에, 냉각이 균일하게 행해지지만, 강판의 상면측에서는, 냉각 능력의 대소 분포가 존재하기 때문에, 강판의 상면측과 하면측으로부터 밸런스에 맞게 냉각하는 것이 어렵다.
그 때문에 강판의 상면측과 하면측의 온도의 대칭성을 충분히 확보할 수 없는 경우가 있어, 그 결과, 강판의 평탄도 및 재질의 균일화를 안정적으로 확보하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
상기 문제의 해소를 의도한 냉각 방법이, 일본 특허 공개2004-1082호 공보에 개시되어 있다. 상기 공보 개시의 냉각 방법에서는, 도10에 도시한 바와 같이 구속 롤쌍(51, 52)의 사이에서, 고온 상태의 후강판을 물고 반송(통판)하면서, 후강판의 상하면에 주수할 경우, 상면측과 하면측에 상대하도록 위치를 맞춰서 배치한, 일렬 이상의 상면측 주수 노즐열(여기에서는, 참조 부호 131 내지 136), 및, 하면측 주수 노즐열(여기에서는, 참조 부호 141 내지 146)로부터 주수한다.
일본 특허 공개2004-1082호 공보 개시의 냉각 방법의 경우에서는, 하면측의 주수 노즐열에 의해 형성되는 후강판면 상의 수분류 충돌부의 총 면적이, 구속 롤쌍(51, 52)의 사이의 영역[거의 중심간 거리(L) 영역]의 강판 면적의 60％ 이상을 차지하도록 주수하고, 후강판(6)의 상하면을 효율적이면서도 밸런스에 맞게 냉각함으로써, 후강판(6)의 상면측과 하면측의 온도의 대칭성을 확보하여, 후강판(6)의 평탄도의 향상과 재질의 균일화를 도모하고 있다.
그러나, 상면측과 하면측에 상대하도록 위치를 맞춰서 배치한 주수 노즐열로부터의 수류 충돌부의 면적을, 구속 롤쌍(51, 52)의 사이의 후강판 면적의 60％ 이상으로 하기 위해서는, 특히 상면측에서, 큰 구속 롤쌍(51, 52)의 사이의 후강판 면적을, 수류 충돌면으로 실질적으로 채우는 경우를 포함하게 되고, 충돌한 냉각수를 배출하는 흐름과, 분류가 간섭해서 대류하는 간섭 대류부가, 후강판의 폭 방향에서 불균일하게 발생하여, 그 결과, 냉각 효율이 저하되어, 냉각의 불균일이 생긴다는 염려가 있다.
또한, 일본 특허 공개2004-1082호 공보 개시의 냉각 방법과 같이, 수류 충돌부의 면적을, 구속 롤의 사이의 후강판 면적의 60％ 이상 확보하기 위해서는, 예를 들어 도11에 도시한 바와 같이 횡선부를 물의 충돌 분류로 모두 채우는 동시에, 구속 롤(5)과 후강판(6)의 사선부 영역까지 수분류를 충돌시킬 필요가 있다.
그것을 위해서는, 구속 롤(5)과 후강판(6) 사이에 있던 공간에, 수분류를 비스듬히 분사할 필요가 있어, 많은 주수 노즐을 경사 분출할 수 있게 구성하는 복잡한 구조의 장치가 필요해져, 결국, 기기 제작 상의 비용이 커진다는 문제도 있 다.
본 발명은, 상기 종래의 냉각 방법에서의 과제를 유리하게 해결하여, 반송(통판) 중인 후강판을 물고 있는 구속 롤 쌍의 사이에서, 후강판의 상하면을, 스프레이 노즐로부터의 수분류로 냉각할 경우에, 후강판의 상하면을 효율적으로 냉각하여, 상하면의 온도의 대칭성, 판폭 방향의 온도의 균일성을 확보하여, 후강판의 평탄도의 향상과 재질의 균일화를 도모할 수 있는 후강판의 냉각 장치를 제공한다.
본 발명의 후강판의 냉각 장치는, 후강판의 균일 냉각(특히, 상하면의 균일 냉각)을 효율적으로 실현하기 위해서, 이하의 (1) 내지 (4)에 기재된 구성을 요지로 한다.
(1) 열간 압연된 후강판을 구속해서 통판하는 상 롤과 하 롤로 이루어지는 복수 쌍의 구속 롤과, 통판 방향의 앞뒤로 인접하는 구속 롤쌍의 사이를 통판하는 후강판의 상하면에 물을 분사하는 복수의 스프레이 노즐을 갖는 후강판의 냉각 장치에 있어서, 상기 복수의 스프레이 노즐을,
(i) 상면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면에 충돌하는 충돌면 면적의 총 합이, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 근접한 거리에 있는 롤 외주면의 사이에서의 강판 표면적의 4 내지 90％의 범위 내에 있고, 또한,
(ⅱ) 하면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면에 충돌하는 충돌면 면적의 총 합이, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 근접한 거리에 있는 롤 외주면의 사이에서의 강판 표면적의 4 내지 100％의 범위 내에 있도록 배치한 것을 특징으로 하는 후강판의 냉각 장치.
(2) 상기 상면측 및 하면측의 스프레이 노즐을,
(ⅲ) 상면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면과 충돌하는 충돌면 면적의 총 합이, 하면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면에 충돌하는 충돌면 면적의 총 합의 4 내지 100％의 범위 내에 있도록 배치한 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 후강판의 냉각 장치.
(3) 상기 상면측에 배치되는 스프레이 노즐이, 플랫 스프레이 노즐, 풀콘 스프레이 노즐, 타원형 스프레이 노즐, 장원형 스프레이 노즐, 다공 기둥 모양 스프레이 노즐 중 어느 1종 또는 복수종으로 이루어지고, 또한 상기 하면측에 배치되는 스프레이 노즐이, 플랫 스프레이 노즐, 풀콘 스프레이 노즐, 타원형 스프레이 노즐, 장원형 스프레이 노즐 중 어느 1종 또는 복수종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 후강판의 냉각 장치.
(4) 상기 스프레이 노즐이, 물과 공기를 혼합 분사하는 것이 가능한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 후강판의 냉각 장치.
본 발명에 따르면, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 후강판 표면적에 대한, 수분류의 충돌면 면적의 총 합의 비율(％)을, 후강판의 상면측과 하면측에서 규정의 범위 내에서 선택함으로써, 후강판 상에서의 충돌 수류의 체류부의 불균일한 발생을 억제해서 냉각 효율을 안정적으로 확보하여, 냉각 후의 후강판의 온도의 균일화(특히 상하면의 온도의 대칭성의 확보)를 도모할 수 있다.
그 결과, 본 발명에서는, 후강판의 평탄도를 향상시킬 수 있어, 냉간에서의 교정이나 정정(精整) 코스트의 절감을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 후강판 내에서의 잔류 응력도 저감할 수 있어, 강판 가공 시에서의 변형을 억제하여, 가공 정밀도를 용이하고 안정적으로 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 후강판의 재질의 균일화도 용이하게 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 후강판의 상면측에 대한 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합과, 하면측에 대한 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합과의 비율(％)을, 규정의 범위 내에서 선택함으로써, 판상수의 영향을 고려하여, 후강판의 상하면의 온도의 대칭성을 더욱 안정적으로 확보하여, 상기 효과를 더욱 확실한 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 스프레이 노즐을, 물과 공기를 동시 혼합 분사할 수 있는 구조로 함으로써, 수량의 조정 범위를 확대하고, 또한 수분류의 충돌력도 조정하기 쉽게 할 수 있으므로, 냉각 제어 범위를 넓게 할 수 있다.
그 결과, 본 발명에서는, 수량을 적게 한 경우에 수분류의 후강판으로의 충돌력이 약해진다는 현상을 완화할 수 있어, 원하는 냉각 능력을 안정적으로 확보하는 것이 용이해진다.
도1은 본 발명의 후강판 냉각 장치를 배치하는 설비 배치의 일례를 도시하는 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예1의 후강판 냉각 장치를 도시하는 도면이다.
도3은 도2에 도시하는 후강판 냉각 장치의 정면을 도시하는 도면이다.
도4는 도2 및 도3에 도시하는 냉각 장치를 도시하는 도면이다. (a)는, 상면측 냉각 장치의 노즐 배열을 도시한다. (b)는, 하측 냉각 장치의 노즐 배열을 도시한다.
도5는, 본 발명의 후강판 냉각 장치에서 이용하는 각종 스프레이 노즐을 도시하는 도면이다. (a)는, 풀콘 스프레이 노즐을 도시한다. (b)는, 플랫 스프레이 노즐을 도시한다. (c)는, 타원형 스프레이 노즐을 도시한다. (d)는, 장원형 스프레이 노즐을 도시한다. (e)는, 다공 기둥 모양 스프레이 노즐을 도시한다.
도6은 본 발명의 실시예2의 후강판 냉각 장치를 도시하는 도면이다. (a)는 후강판 냉각 장치의 측면을 도시한다. (b)는, 후강판 냉각 장치의 정면을 도시한다. (c)는, 하면측 냉각 장치에서의 노즐 배열을 도시한다.
도7a는, 본 발명의 실시예3의 후강판 냉각 장치를 도시하는 도면이다. (a)는, 후강판 냉각 장치의 측면을 도시한다. (b)는, 후강판 냉각 장치의 정면을 도시한다.
도7b는 도7a에 도시하는 후강판 냉각 장치에서의 노즐 배열을 도시하는 도면이다. (a)는, 상면측 냉각 장치에서의 노즐 배열을 도시한다. (b)는, 하면측 냉각 장치에서의 노즐 배열을 도시한다.
도8은 본 발명의 다른 실시예(스프레이 노즐을 조합해서 사용하는 예)의 후 강판 냉각 장치를 도시하는 도면이다.
도9는 종래의 강판 냉각 장치를 도시하는 도면이다.
도10은 종래의 다른 강판 냉각 장치를 도시하는 도면이다.
도11은 도10에 도시하는 종래의 강판 냉각 장치에서의 냉각 영역과 노즐 배예를 도시하는 도면이다.
도12는 노즐 토출압 0.3MPa, 수량 100L/min의 조건에서, 높이 150㎜의 스프레이 노즐로부터 수분류를 분사했을 경우의 충돌 압력 분포와 냉각 능력(냉각 속도)을 도시하는 도면이다. (a)는, 타원형 노즐A(확대 각도: 장경 방향 115도/단경 방향 60도)와 장원형 노즐B(확대 각도: 장경 방향 90도/단경 방향 25도)를 이용한 경우의 충돌 압력 분포를 도시한다. (b)는, 판두께 19㎜의 후강판을 편면 냉각한 경우의 수분류 충돌 압력과 냉각 속도의 관계를 도시한다. 또한, 측정 위치는, 판두께의 중심이다.
본 발명은, 열간 압연 후의 온도가 700 내지 950℃ 정도이고, 두께가 3 내지 150㎜ 정도의 후강판을 냉각의 대상으로 하여, 주로 마무리 압연 후, 후강판의 상면측과 하면측에 대한 스프레이 노즐로부터의 수분류에 의해, 후강판을 냉각할 경우에 적용된다.
또한, 본 발명에서, 「물」은 물, 또는 물과 공기의 혼합체 등의 냉각 매체를 의미한다.
열간 압연 후의 고온의 후강판을 반송(통판)하면서 냉각할 경우, 일반적으 로, 스프레이 노즐로부터의 수분류에 의해 냉각한다. 이 경우, 단위 면적당 수분류 밀도와 수분류 충돌점 밀도를 증가시키면, 냉각 능력은 증가한다.
그러나, 물이 고온의 후강판에 접했을 때, 비등 현상이 일어나므로, 후강판의 온도 영역에 따라서는, 수분류 밀도 및/또는 수분류 충돌점 밀도를 증가시켜도, 냉각 능력이 정비례적으로 증가하지 않는 경우가 있다.
예를 들어, 후강판의 상면측에서, 각 스프레이 노즐로부터 대량의 수분류를 충돌시켰을 경우, 수분류 충돌점 근방의 영역은 냉각되지만, 충돌 후에 판상수가 된 냉각수는, 냉각수와 후강판의 사이에 발생하는 수증기의 존재에도 영향받아, 후강판의 냉각에 충분히 기여하지 않는 상태에서 배출될 염려가 있다.
또한, 판상수가 많을 경우에는, 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판의 표면에 충분히 도달할 수 없어, 충분한 냉각 효율이 얻어지지 않는다.
한편, 후강판의 하면측에서, 각 스프레이 노즐로부터 대량의 수분류를 충돌시켰을 경우, 수분류 충돌점 근방의 영역은 냉각되지만, 충돌 후의 냉각수는, 고온의 후강판 표면에 발생한 수증기와 중력에 의해, 후강판으로부터 이탈해 냉각에 기여하지 않으므로, 충분히 높은 냉각 효율이 얻어지지 않을 경우가 있다.
본 발명은, 후강판 표면의 일정한 면적 영역에서, 수분류를 후강판의 표면에 효율적으로 도달하게 함으로써, 상기 현상의 발생을 완화하여, 충분한 냉각 능력을 안정적으로 확보해서 냉각 효율을 높이고, 특히 후강판의 상하면에서의 온도의 대칭성을, 안정적으로 확보하는 것이다.
기본적으로는, 후강판의 상면측에서, 냉각 효율을 저하시키는 경우도 있는 판상수(판상을 따라 흐르는 수류를 의미하고, 본 발명에서는 「판상수」라고 함)에 의한 간섭 대류부의 발생을 억제하기 위해, 구속 롤의 반경 영역에서는, 수분류를 충돌시키지 않도록 하고, 후강판 상에서의 판상수에 의한 간섭 대류부의 불균일한 발생을 억제하여, 냉각 능력이 높은 수분류를 후강판 표면에 충분히 도달하게 해서, 냉각 효율을 안정적으로 확보하여, 안정된 냉각의 실현을 가능하게 한다.
후강판의 하면측에서는, 후강판의 상면측의 냉각 능력에 따른 냉각 능력을 확보하여, 후강판의 상하면측에서의 균일한 냉각을 안정적으로 실현하기 위해서, 수분류를 후강판의 하면측에 충돌시켜, 상면측과 하면측의 냉각 능력의 밸런스를 맞춘다.
후강판의 하면측에서의 냉각의 경우에는, 상면측의 냉각과 같이 판상수에 의한 냉각이 없기 때문에, 후강판 표면의 일정한 면적 영역에서의 수분류의 충돌 면적을 크게 하는 것이 유효하다.
구체적으로는, 상 롤과 하 롤로 이루어지는 복수의 구속 롤 쌍으로 고온의 후강판을 구속하면서 반송하고, 후강판의 상하면에 물을 분사해서 후강판을 냉각하는 냉각 장치에서, 후강판의 상면측과 하면측에, 각각 다수의 스프레이 노즐을, 각 스프레이 노즐로부터의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합이, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 강판 표면적에 대하여, 상면측에서는 4 내지 90 ％의 범위 내로 되도록, 하면측에서는 4 내지 100％의 범위 내로 되도록 배치한다.
또한, 본 발명에 있어서, 분류 충돌부는, 수분류의 충돌 압력이 2kPa 이상의 부분이라고 정의한다. 특히, 후강판의 상면측에서, 판상수가 체류한 상태에서는 수분류의 충돌 압력은 2kPa 이상 필요하다. 수분류의 충돌 압력이 2kPa를 하회하면, 수분류가, 고온의 후강판 상에서의 비등에 의해 생긴 증기막을 관통해서 강판에 도달할 수 없어, 충분한 냉각 능력을 얻을 수 없다.
예를 들어, 도12에 도시한 바와 같이 스프레이 노즐의 종류가 상이하면[타원형 스프레이 노즐A와 장원형 스프레이 노즐B], 같은 노즐 토출 압력, 0.3MPa와 수량 100L/min에서도, 충돌 압력 분포가 크게 변화된다(도 12의 (a1) 및 (a2) 참조). 그 때, 충돌 압력이 2kPa 이하이면, 냉각 능력(냉각 속도)은, 급격하게 저하된다(도 12의 (b) 참조).
상면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합이, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 강판 표면적의 4％ 미만이면, 수분류의 후강판 표면과의 충돌면의 면적이 충분하지 않아, 충분한 냉각 능력을 확보할 수 없다.
상기 충돌면의 면적률은, 10％ 이상이 바람직하다. 또한, 상기 충돌면의 면적률이 90％ 조금 넘게 되면, 수류의 간섭 대류부가 불균일하게 발생하여, 냉각 능력이 높은 수분류가, 판상수에 의해 방해되어, 후강판 표면에 충돌하지 않아, 그 결과, 냉각에 충분히 기여하지 않은 채, 후강판을 따라 배출되는 수류가 증가하여, 냉각 효율이 저하되는 동시에, 냉각의 불균일이 생기기 쉽다.
또한, 상기 충돌면의 면적률이 4 내지 20％이면, 판상수에 의한 냉각의 비율이 커져서 냉각 능력이 약간 저하되어, 수량을 변화시켜 냉각 능력을 조정할 경우 에, 수량의 변화에 대한 냉각 능력의 변화가 일정하지 않게 되어, 냉각 능력의 조정이 약간 어렵게 된다. 그러나, 분류 영역이 작으므로, 사양 동력은 작고, 냉각 효율은 양호하다.
또한, 상기 충돌면의 면적률이 80 내지 90％이면, 냉각 능력은 충돌 면적의 증가와 함께 커지지만, 판상수의 흐름의 체류부가 발생하기 시작하여, 폭 방향에서의 냉각의 균일성이 약간 뒤떨어지게 된다. 따라서, 상면측의 상기 면적률은, 20 내지 80％가 보다 바람직하다.
상기 충돌면의 면적률이 20％ 이상으로 되면, 판상수가 존재하는 영역을, 충돌 분류에 의해 충분히 교반할 수 있으므로, 수량을 조절할 때에도, 수량의 변화에 따라 냉각 능력을 결정할 수 있다.
하면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합은, 기본적으로는, 상면측의 냉각 능력과 밸런스가 맞도록 설정되지만, 강판 표면적의 4％ 미만이면, 수분류의 후강판 표면과의 충돌면이 부족하여, 충분한 냉각 능력을 확보할 수 없다. 상기 면적률로서는 10％ 이상이 바람직하다.
냉각 능력은, 수분류의 충돌 면적의 증가와 함께 향상되므로, 충돌 면적률은 높은 쪽이 바람직하다. 그러나，95％를 초과하면, 분류간의 간섭이 발생하기 시작하여, 냉각의 균일성이 저하되므로, 95％ 이하가 바람직하다.
또한, 하면측의 냉각의 경우, 상면측만큼의 균일성의 저하는 없기 때문에, 충돌 면적은 100％이어도 된다(청구범위 1의 형태).
후강판의 상면측과 하면측에서는, 상면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분 류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합이, 하면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합의 4 내지 100％로 되도록, 각 스프레이 노즐을, 상면측과 하면측에 배치하는 것이 바람직하다.
상면측에서는, 판상수에 의한 냉각 효과가 있어서, 각 스프레이 노즐로부터의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합은, 하면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합보다도 작게 하여, 상면측과 하면측에서의 냉각 능력의 밸런스를 확보하는 것이 가능하다.
그러나, 상면측의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면 면적의 총 합이, 하면의 충돌 면적의 4％ 미만이면, 상면측의 냉각 능력이 너무 적어, 상면측과 하면측에서의 냉각 능력의 밸런스를 확보하는 것이 어렵게 된다.
또한, 상면측의 충돌 면적이 30％ 미만이면, 하면측에 비교하여, 상면측에서 판상수에 의해 냉각되는 영역이 커지고, 수량 조절 시에서의 냉각 능력의 변화의 예측이 어려워, 상하면측에서의 냉각 능력의 밸런스를 조절하는 것이 약간 어렵게 된다.
또한, 상면측의 충돌 면적이 100％ 조금 넘으면, 상면측의 냉각 능력이 지나치게 커져, 상면측과 하면측에서의 냉각 능력의 밸런스를 확보하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 상면측의 충돌 면적률은, 하면측의 충돌 면적률의 30 내지 100％가 바람직하다.
하면측에서는, 상면측과 같이 판상수의 영향은 받지 않으므로, 수분류의 충돌면 면적의 총 합은, 상면측과의 냉각 능력의 밸런스가 맞도록, 스프레이 노즐을 적당하게 선택해서 배치하고, 조정한다(청구의 범위2의 형태).
또한, 일본 특허 공개2004-1082호 공보에는, 후강판면 상의 수분류 충돌부가, 구속 롤간의 강판 면적의 60％ 이상을 차지하도록 주수하는 것이 개시되어 있지만, 이 "60％ 이상"은, 본 발명에서, 상면측에서 규정하는 「구속 롤 쌍의 사이에서 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)의 후강판 면적에 대한 수분류 충돌부의 총 면적 "4 내지 90％"의 범위 밖이다.
예를 들어, 구속 롤 직경이 350㎜, 구속 롤 쌍의 사이의 거리가 1050㎜인 경우, 일본 특허 공개2004-1082호 공보에서 정의하는 구속 롤의 중심간의 거리(L)는 1050㎜인 것에 대해, 본 발명에서 정의하는 「구속 롤 쌍의 사이에서 가장 가까운 거리에 있는 외주면의 사이(La)는 700㎜이다.
즉, 일본 특허 공개2004-1082호 공보에 기재된 정의를 따르는 "60％ 이상"은, 1050mm 영역에서의 후강판의 면적의 60％ 이상을 의미하고 있으며, 본 발명의 700㎜ 영역에서의 후강판의 면적으로 환산하면 "90％ 이상"에 상당하여, 본 발명의 목적을 충분히 달성하는 것이 어렵게 되는 조건이다.
후강판의 상면측을 냉각할 경우에는, 판상수에 의한 냉각 효과가 있으므로, 수분류 충돌면에서, 후강판면의 전체면을 완전하게 덮을 필요는 없다. 그러나, 판상수는, 수분류의 기세를 감쇠시켜, 수분류의 후강판 표면으로의 도달을 저해하여, 냉각 능력을 저하시킬 염려가 있으므로, 수분류의 확대를 좁게 하는 등의 배려가 필요하다.
그래서, 상면측에 배치하는 스프레이 노즐은, 수분류의 확대 각도가 0 내지 100도의 플랫 스프레이 노즐, 타원형 스프레이 노즐, 장원형 스프레이 노즐, 수분류의 확대 각도가 0 내지 40도인 풀콘 스프레이 노즐, 또는 다공 기둥 모양 스프레이 노즐(도5 참조)로부터 적당하게 선택해서 사용하여, 수분류의 후강판 표면으로의 도달력을 크게 하는 것이 유효하다.
후강판의 하면측을 냉각하는 경우에, 냉각에 기여하는 것은, 기본적으로는, 수분류의 충돌면 근방뿐이므로, 하면측에 배치하는 스프레이 노즐로서는, 수분류의 충돌 면적이 큰 노즐이 바람직하다.
상면측에서 이용하는 다공 기둥 모양 스프레이 노즐은, 수분류의 충돌 면적을 크게 할 때는 불리하므로, 하면측의 스프레이 노즐로서 이용하지 않는다. 하면측의 스프레이 노즐은, 수분류의 확대 각도가 0 내지 100도의 플랫 스프레이 노즐, 타원형 스프레이 노즐, 장원형 스프레이 노즐, 수분류의 확대 각도가 0 내지 40도의 풀콘 스프레이 노즐(도5 참조)로부터 적당하게 선택해서 사용하여, 수분류의 후강판 표면과의 충돌면의 면적을 크게 하는 것이 유효하다.
또한, 본 발명에서 사용하는 각 스프레이 노즐은, 복수종의 스프레이 노즐을 조합해 사용하여도 된다. 상하면측에서, 동일한 종류의 스프레이 노즐을 대응시켜서 배치할 필요는 없다.
예를 들어, 반송 방향에서, 최초의 일렬에, 플랫 스프레이 노즐을 배치하고, 그 뒤에, 복수의 풀콘 스프레이 노즐열을 배치한 경우에는, 플랫 스프레이 노즐에서 후강판의 폭 방향에서의 냉각의 균일성을 확보해서 후강판 표면의 급냉을 행하고, 그 후에 풀콘 스프레이 노즐로, 냉각의 균일성을 확보하면서, 수분류의 충돌 면적을 크게 하여, 냉각 능력을 향상시킬 수 있다.
또한，냉각 시에, 후강판의 표면 온도를 저하시키고나서 냉각을 행하는 것은, 냉각시의 물의 비등 형태가 막 비등·천이 비등 영역부터 시작될 경우에 유리하다.
이것은, 일반적으로, 물로 냉각을 행할 경우, 후강판 표면 온도와 냉각 능력(학술 용어로는 열류속(熱流束)이라고 함)의 관계에 의해, 열류속이 알파벳의 N을 닮은 형태를 이루고 있으며, 후강판의 표면 온도가 저하되는 동시에, 냉각 능력이 향상되는 온도 영역이 있는 것에 기인한다. 이로 인해, 후강판의 표면 온도를 저하시킨 쪽이, 냉각 능력이 높아진다.
그러나, 이러한 냉각을 플랫 스프레이 노즐만으로 행할 경우, 후강판의 표면 온도를 저하시킨 후, 수분류의 충돌 면적을 크게 하기 때문에, 노즐을 다수 필요로 하게 되어, 불리하다.
또한, 풀콘 스프레이 노즐과 플랫 스프레이 노즐은, 노즐의 수량이 동일해도, 충돌 면적이 상이하다. 플랫 스프레이 노즐은, 충돌면에서의 수량 밀도를 크게 설계할 수 있으므로, 냉각 능력을 국소적으로 확대할 경우에는 유리하다.
이와 같이, 스프레이 노즐의 특성을 고려하여, 각종 스프레이 노즐을 조합, 냉각 장치를 설계하는 것이 가능하다. 각종 스프레이 노즐의 조합은, 냉각 효율을 높이는 데 있어서, 유리한 경우가 있다.
또한, 각 스프레이 노즐과 그 배치는, 후강판 조건, 압연 조건, 압연 공정에서 요구되는 온도·형상 조건에 따라 미리 설정된 냉각 조건에 맞게 설정되지만, 후강판의 온도 변동이나, 냉각 온도의 변동에 따라, 수류 밀도 범위를 제어할 수 있게 설정하는 것이 바람직하다.
그것을 위해서는, 제어 정밀도를 확보하기 쉬운 스프레이 노즐과 배치를 선택하는 동시에, 온도계나 유량계 등의 센서, 수량 제어 장치를 배치하는 것을 고려 할 필요가 있다(청구범위 3의 형태).
또한, 각 스프레이 노즐을, 물과 공기를 혼합해서 동시에 분사할 수 있는 구조를 갖는 이류체 스프레이 노즐로 할 수도 있다. 이류체 스프레이 노즐은, 수량의 조정 범위가 넓고, 또한 수분류의 충돌력도 조정하기 쉬운 노즐이므로, 이류체 스프레이 노즐을 채용하면, 냉각 제어 범위를 넓게 할 수 있다.
또한, 이류체 스프레이 노즐의 경우, 수량을 많게 하는 것만으로, 충분히 강한 분류를 형성할 수 있지만, 수량이 저하되면 충돌력이 약해진다는 현상을 완화시키기 때문에, 적은 수량의 경우에만 공기를 분사하는 노즐 구조로 할 수 있으므로, 공기를 분사하기 위한 경제적 부담을 경감시킬 수 있다(청구범위 4의 형태).
상하면측에, 스프레이 노즐을 후강판의 폭 방향으로 배열할 경우의 배열 피치는, 노즐의 종류에 의해서도 상이하지만, 기본적으로는, 바람직하게는, 노즐 수의 증가를 최대한 억제하는 관점에서, 수분류의 충돌면이, 직접적으로 간섭하지 않는 배열 피치로 한다.
또한, 스프레이 노즐을 후강판의 반송 방향으로 배열할 경우, 특히 상면측에서는, 바람직하게는 수분류의 간섭 대류부가 불균일하게 발생할 염려를 해소하기 위해, 반송 방향에서 인접하는 스프레이 노즐로부터의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면이, 직접적으로 간섭하지 않도록 떨어져 배치하고, 또한 반송 방향에서 인접하는 스프레이 노즐로부터의 수분류를, 반송 방향으로부터 후강판의 반송 방향과 직교하는 연직면(수직면)에 투영한 경우에, 반송 방향에서 인접하는 수분류의 충돌면이, 후강판의 표면의 폭 방향에서, 충돌면 면적의 10 내지 70％(상당) 정도 겹치도록 배치한다.
스프레이 노즐을, 후강판의 상면측에서, 반송 방향으로 배열할 경우, 상기한 바와 같이 배열하고, 구속 롤의 압연 방향 1조분의 단위에 있어서, 각 스프레이 노즐에 의한 후강판 폭 방향에서의 수량 밀도의 균일성을 확실하게 보증하는 것이 바람직하다.
또한，상기 겹침부에 관한 지표는, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이의 강판 표면적에 대한 "충돌 면적의 총 합"이라는 면적률(지표)과는 상이한 것이다.
상기 겹침부에 관한 지표가 크면, 상기 면적률(지표)도 커지는 경향이 있지만, 이들 지표는, 반드시 일치하지는 않는다.
스프레이 노즐을 후강판의 폭 방향에서 배열할 경우, 특히 상면측에서는, 수분류의 간섭 대류부가 불균일하게 발생할 염려를 해소하기 위해, 인접하는 스프레이 노즐로부터의 수분류의 후강판 표면과의 충돌면이, 직접적으로 간섭하지 않도록 떨어져 배열하는 것이 바람직하다.
하면측에서의 스프레이 노즐의 배열에 대해서는, 수분류의 간섭 대류부가 불균일하게 발생할 염려가 작으므로, 후강판의 폭 방향, 반송 방향 모두 인접하는 스 프레이 노즐로부터의 수분류의 충돌면이 간섭하도록 배열하여도 된다.
상하면측에 사용하는 각 스프레이 노즐의 종류(사양), 수, 배열 형태는, 후강판의 사이즈(두께·폭), 온도, 냉각 목표 온도에 따라 선택하고, 그리고, 하면측에서의 스프레이 노즐의 배치 영역은, 상면측에서의 스프레이 노즐의 배치와 판상수 작용 영역을 고려하여, 냉각 능력의 밸런스가 맞도록 설정된다. 예를 들어, 노즐 수는, 상면측, 하면측에서의 면의 자세에 의해 바꾸는 것은 아니며, 선택한 노즐 종류와 충돌 면적에 의해 결정되는 것이다.
실시예 1
이하, 본 발명의 후강판 냉각 장치의 실시예1에 대해서, 도1 내지 도4에 기초하여 설명한다.
도1에, 본 발명의 후강판 냉각 장치를 배치한 후강판 제조 설비 배치예를 도시한다. 여기서, 마무리 압연기(1), 열간 교정 장치(3), 구속 롤 쌍(51, 52), 및, 구속 롤 쌍(51, 52)의 사이에 배치된 상면측 냉각 장치(4a)와 하면측 냉각 장치(4b)으로 이루어지는 냉각 장치(4)가, 반송 방향으로, 순차적으로 배치되어 있다.
실제로는, 구속 롤쌍(51, 52)은, 반송 방향으로 복수 쌍 배치되고, 상면측 냉각 장치(4a)와 하면측 냉각 장치(4b)는, 상기 복수 쌍의 사이에서, 반송 방향으로 복수 배치되어 있지만, 여기에서는, 구속 롤 쌍(51, 52)의 사이에 배치된 상면측 냉각 장치(4a)와 하면측 냉각 장치(4b)에서 설명한다.
상면측 냉각 장치(4a)는, 도2에 도시한 바와 같이 상 롤(5a)과 하 롤(5b)로 이루어져 반송 방향의 앞뒤로 배치된 구속 롤 쌍(51, 52)의 사이에서 구속해서 반송하는 후강판(6)의 상면측에 배치되는 것이며, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 복수의 풀콘 스프레이 노즐(7)이, 후강판(6)의 폭 방향과 반송 방향으로, 각각 수분류(7a)의 충돌면이 간섭하지 않도록 떨어져 배열되어 있는 것이다.
여기에서는, 후강판(6)의 반송 방향으로, 4열의 노즐열(71, 72, 73, 74)이 배치되어 있고, 각 노즐열간에서는, 도3에 도시한 바와 같이 수분류(7a)를, 반송 방향으로부터 연직면에 투영한 경우에, 반송 방향에서 인접하는, 예를 들어, 노즐열(71과 72)의 풀콘 스프레이 노즐(7)의 수분류(7a)의 충돌면의 사이에서, 후강판(6) 표면의 폭 방향에서, 충돌면 면적의 30％ (상당) 정도가 겹침부(d)를 형성하도록 노즐열이 배치되어 있다.
이러한 노즐열 배치를 채용함으로써, 각 노즐열(71 내지 74)로부터의 각 풀콘 스프레이 노즐(7)의 수분류(7a)에 의한 후강판(6)의 폭 방향에서의 수량 밀도를 균일화할 수 있다.
상면측 냉각 장치(4a)에서 이용한 풀콘 스프레이 노즐(7)은, 도5의 (a)에 도시한 바와 같이 수분류(7a)의 형상이 원추형이며, 후강판(6) 표면과의 충돌면이 원형이며, 수분류(7a)의 확대 각도(α)가 35도의 것이다.
도4의 (a)에 도시하는 상면측 냉각 장치(4a)에서는, 각 노즐열(71 내지 74)을 형성하는 각 풀콘 스프레이 노즐(7)이, 각 풀콘 스프레이 노즐(7)의 수분류(7a) 의 충돌면 면적의 총 합(So)이, 구속 롤 쌍(51, 52)의 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 후강판의 면적(S)[La×후강판 폭(w)]의 40％로 되도록 배열되어 있다.
한편, 하면측 냉각 장치(4b)는, 후강판(6)을 사이에 두고, 상면측 냉각 장치(4a)와 상대하도록 배치되는 것이며, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 상면측 냉각 장치(4a)와 마찬가지로, 복수의 풀콘 스프레이 노즐(8)이, 후강판(6)의 폭 방향으로, 각각 수분류(8a)의 충돌면이 간섭하지 않도록 떨어져 배열되어 있다.
여기에서는, 후강판(6)의 반송 방향으로, 4열의 노즐열(81 내지 84)을 배치하고 있으며, 각 노즐열간에서는, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 수분류(8a)를 반송 방향으로부터 연직면에 투영한 경우에, 반송 방향에서 인접하는, 예를 들어 노즐열(81과 82)의 풀콘 스프레이 노즐(8)의 수분류(8a)의 충돌면의 사이에서, 후강판(6) 표면의 폭 방향에서, 충돌면 면적의 40％ (상당) 정도가 겹침부(d)를 형성하도록, 노즐열이 배치되어 있다.
이러한 노즐열 배치를 채용함으로써, 각 노즐열(81 내지 84)로부터의 각 풀콘 스프레이 노즐(8)의 수분류(8a)에 의한 후강판(6)의 폭 방향에서의 수량 밀도를 균일화할 수 있다.
하면측 냉각 장치(4b)에서 이용한 풀콘 스프레이 노즐(8)은, 도5의 (a)에 도시한 바와 같이 수분류(8a)의 형상이 원추형이고, 후강판(6)의 표면과의 충돌면이 원형이며, 수분류(8a)의 확대 각도(α)가 40도인 점에서, 상면측 냉각 장치(4a)에 서 이용한 풀콘 스프레이 노즐(7)과, 약간 상이한 것이다.
도4의 (b)에 도시하는 하면측 냉각 장치(4b)에서는, 각 노즐열(81 내지 84)을 형성하는 각 스프레이 노즐(8)이, 각 스프레이 노즐(8)의 수분류(8a)의 충돌면 면적의 총 합(Su)이 구속 롤 쌍(51, 52)의 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 후강판(6)의 면적(S)[La×후강판 폭(w)]의 50％가 되도록 배열되어 있다.
실시예1의 상면측 냉각 장치(4a)에서는, 각 노즐열(71 내지 74)을 형성하는 각 풀콘 스프레이 노즐(7)이, 각 풀콘 스프레이 노즐(7)의 수분류(7a)의 충돌면 면적의 총 합(So)이, 하면측 냉각 장치(4b)에서의 각 노즐열(81 내지 84)을 형성하는 각 풀콘 스프레이 노즐(8)의 수분류(8a)의 충돌면 면적의 총 합(Su)의 80％가 되도록 배열되어 있다.
또한, 실시예1에 의한 실험 결과는, 후술하는 표 1의 실험예 4에 상당한다.
실시예2
이하, 본 발명의 후강판 냉각 장치의 실시예2에 대해서, 도6의 (a) 내지 도6의 (c)에 기초해서 설명한다.
실시예2는, 실시예1과 마찬가지로, 상면측 냉각 장치(4a)를, 도6의 (a) 및 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 풀콘 노즐(7)을 배열한 것이며, 풀콘 노즐(7)이, 각 풀콘 스프레이 노즐(7)로부터의 수분류(7a)의 후강판(6)과의 충돌면 면적의 총 합(So)이, 구속 롤 쌍(51, 52)의 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 후강판(6)의 면적(S)의 40％가 되도록 배열된 것이다.
한편, 하면측 냉각 장치(4b)는, 후강판(6)을 사이에 두고, 상면측 냉각 장치(4a)와 상대하도록 하면측에 배치되는 것이며, 장원형 스프레이 노즐(9)이, 도6의 (a) 및 도6의 (c)에 도시한 바와 같이 장경 방향을, 반송 방향에 대하여 비스듬히 하여, 인접하는 수분류(9a)의 후강판(6)과의 충돌면이 간섭하지 않도록 떨어져 배열되어 있다.
여기에서는, 후강판(6)의 반송 방향으로, 복수의 장원형 스프레이 노즐(9)로 이루어지는 4열의 노즐열(91, 92, 93, 94)을 배치하고 있으며, 각 노즐열의 사이에서는, 도6의 (b) 및 도6의 (c)에 도시한 바와 같이 수분류(9a)를 반송 방향으로부터 연직면(수직면)에 투영한 경우에, 반송 방향에서 인접하는, 예를 들어 노즐열(91과 92)의 장원형 스프레이 노즐(9)의 수분류(9a)의 충돌면간에서, 후강판(6) 표면의 폭 방향으로, 충돌면 면적의 50％ (상당) 정도가 겹침부(d)를 형성하도록 노즐열이 배치되어 있다.
이러한 노즐열 배치를 채용함으로써, 각 노즐열(91 내지 94)로부터의 각 장원형 스프레이 노즐(9)의 분사류(9a)에 의한 후강판(6) 폭 방향의 수량 밀도를 균일화할 수 있다.
하면측 냉각 장치(4b)에서 이용한 장원형 스프레이 노즐(9)은, 도5의 (d)에 도시한 바와 같이 수분류(9a)의 형상이 거의 부채 형상이며, 후강판(6) 표면과의 충돌면은 장원형이며, 장경측의 수분류(9a)의 확대 각도(ε)는 80도, 단경측의 수분류(9a)의 확대 각도(θ)는 20도의 것이다.
하측 냉각 장치(4b)에서는, 각 노즐열(91 내지 94)의 각 장원형 스프레이 노즐(9)은, 각 장원형 스프레이 노즐(9)로부터의 수분류(9a)의 충돌면 면적의 총 합(Su)은, 구속 롤쌍(51, 52)의 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 후강판(6)의 면적(S)의 80％가 되도록 배열되어 있다.
실시예2의 상면측 냉각 장치(4a)에서는, 각 풀콘 노즐(7)로부터의 수분류(7a)의 후강판(6)과의 충돌면의 면적(So)이, 하면측 냉각 장치(4b)의 각 장원형 스프레이 노즐(9)로부터의 수분류(9a)의 후강판(6)과의 충돌면의 면적(Su)의 50％로 되어 있다.
또한, 실시예2에 의한 실험 결과는, 후술하는 표 1의 실험예5에 상당한다.
실시예 3
이하, 본 발명의 후강판 냉각 장치의 실시예3에 대해서, 도7a의 (a) 및 (b), 및, 도7b의 (a) 및 (b)에 기초해서 설명한다.
실시예3은, 실시예1 및 2와 마찬가지로, 상면측 냉각 장치(4a)를, 도7a의 (a)에 도시하는 바와 같이 배치하고, 도5의 (c)에 도시하는 타원형 스프레이 노즐(10)을, 도7b의 (a)에 도시한 바와 같이 장경 방향을, 후강판(6)의 폭 방향으로 평행하게 하고, 반송 방향과 후강판(6)의 폭 방향에서 인접하는 타원형 스프레이 노즐(10)로부터의 수분류(10a)의 충돌면이 간섭하지 않도록 떨어져 배열한 것이다.
여기에서는, 후강판(6)의 반송 방향으로, 복수의 타원형 스프레이 노즐(10)로 이루어지는 4열의 노즐열(101, 102, 103, 104)을 배열하고 있으며, 각 노즐열의 사이에서는, 도7a의 (b)에 도시한 바와 같이 분사류(10a)를 반송 방향으로부터 연직면에 투영한 경우에, 반송 방향에서 인접하는, 예를 들어 노즐열(101과 102)의 타원형 스프레이 노즐(10)의 수분류(10a)의 충돌면의 사이에서, 후강판(6) 표면의 폭 방향으로, 충돌면 면적의 40％ (상당) 정도가 겹침부(d)를 형성하도록, 노즐열이 배치되어 있다.
이러한 노즐열 배치를 채용함으로써, 각 노즐열(101 내지 104)로부터의 각 타원형 노즐(10)의 분사류(10a)에 의한 후강판(6)의 폭 방향의 수량 밀도를 균일화할 수 있다.
또한, 상면측 냉각 장치(4a)에서 이용한 타원형 노즐(10)은, 도5의 (c)에 도시한 바와 같이 수분류(10a)의 형상이 거의 부채 형상이며, 후강판(6) 표면과의 충돌면이 타원형이며, 수분류(10a)의 장경측의 확대 각도(γ)가 70도, 단경측의 수분류(10a)의 확대 각도(δ)가 30도의 것이다.
상면측 냉각 장치(4a)에서는, 각 노즐열(101 내지 104)의 각 타원형 노즐(10)로부터의 수분류(10a)의 충돌면 면적의 총 합(So)이, 구속 롤 쌍(51, 52)의 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 후강판(6)의 면적(S)의 80％ 가 되도록, 각 타원형 스프레이 노즐(10)이 배열되어 있다.
한편, 하면측 냉각 장치(4b)는, 후강판(6)을 사이에 두고, 상면측 냉각 장치(4a)와 상대하도록, 후강판의 하면측에 배치되는 것이며, 상면측 냉각 장치(4a)와 마찬가지로, 타원형 스프레이 노즐(10)이 장경 방향을, 후강판(6)의 폭 방향으로 평행하게 하고, 후강판(6)의 폭 방향과 반송 방향으로, 각각 수분류(10a)의 충돌면이 간섭하는 것을 허용해서 배열되어 있다.
여기에서는, 후강판(6)의 반송 방향으로, 복수의 타원형 노즐(10)로 이루어지는 4열의 노즐열(101, 102, 103, 104)을 배치하고 있으며, 각 노즐열의 사이에서는, 도7a의 (b) 및 도7b의 (a)에 도시한 바와 같이 분사류(10a)를 반송 방향으로부터 연직면에 투영한 경우에, 반송 방향에서 인접하는, 예를 들어, 노즐열(101과 102)의 타원형 스프레이 노즐(10)의 수분류(10a)의 충돌면의 사이에서, 후강판(6)의 폭 방향으로, 충돌면 면적의 40％ (상당) 정도가 겹침부(d)를 형성하도록, 노즐열이 배치되어 있다.
이러한 노즐열 배치를 채용함으로써, 각 노즐열(101 내지 104)로부터의 각 타원형 스프레이 노즐(10)의 분사류(10a)에 의한 후강판(6) 폭 방향의 수량 밀도를 균일화할 수 있다.
하면측 냉각 장치(4b)에서 이용한 타원형 스프레이 노즐(10)은, 도5의 (c)에 도시한 바와 같이 수분류(10a)의 형상이 거의 부채 형상이며, 후강판(6) 표면과의 충돌면은 타원형이며, 장경측의 수분류(10a)의 확대 각도(γ)가 70도, 단경측의 수 분류(10a)의 확대 각도(δ)가 30도의 것이다.
하면측 냉각 장치(4b)에서는, 각 노즐열(101 내지 104)의 각 타원형 스프레이 노즐(10)이, 각 타원형 스프레이 노즐(10)로부터의 수분류(10a)의 충돌면 면적의 총 합(Su)과, 구속 롤쌍(51, 52)의 사이의 가장 가까운 거리에 있는 롤 외주면의 사이(La)에서의 후강판(6)의 면적(S)의 100％가 되도록 배치하고 있다.
실시예3의 상면측 냉각 장치(4a)에서는, 각 타원형 스프레이 노즐(10)로부터의 수분류(10a)의 후강판(6)과의 충돌면의 면적(So)이, 하면측 냉각 장치(4b)의 각 타원형 스프레이 노즐(10)로부터의 수분류(9a)의 후강판(6)과의 충돌면의 면적(Su)의 90％가 되도록, 각 타원형 스프레이 노즐(10)이 배열되어 있다.
또한, 실시예3에 의한 실험 결과는, 후술하는 표1의 실험예6에 상당한다.
또한, 실시예1 내지 3에서는, 도5의 (a)에 도시하는 풀콘 스프레이 노즐, 도5의 (c)에 도시하는 타원형 스프레이 노즐, 도5의 (d)에 도시하는 장원형 스프레이 노즐을 이용했지만, 본 발명에서는, 도5의 (b)에 도시하는 플랫 스프레이 노즐이나, 도5의 (e)에 도시하는 다공 기둥 모양 스프레이 노즐(16)[수분류 형상(16a)] 등, 충분한 분사 압력과 분사량(수량 밀도)을 제어하는 것이 가능한 스프레이 노즐을, 적당하게 선택해서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 도8에 도시한 바와 같이 예를 들어, 도5의 (b)에 도시하는, 수분류 형상(15a)을 갖는 플랫 스프레이 노즐(15)과, 도5의 (a)에 도시하는, 수분류 형상(7a)을 갖는 풀콘 스프레이 노즐(7)을 조합하여 사용할 수도 있다.
도8에 도시하는 스프레이 노즐의 조합은, 상면측 냉각 장치(4a)에서 도시했지만, 하면측 냉각 장치(4b)에서도, 마찬가지로, 각종 스프레이 노즐을 적당하게 조합해 사용할 수 있다.
[실험예]
도1에 도시하는 설비 배치에서, 각 구속 롤 쌍의 사이에 배치한 상면측 냉각 장치(4a)와 하면측 냉각 장치(4b)를, 후강판(6)의 반송 방향으로 10쌍 배치했다.
이 10쌍의 후강판 냉각 장치에 있어서, 상면측 냉각 장치(4a) 및 하면측 냉각 장치(4b)에 배열하는 스프레이 노즐의 종류, 노즐 사양, 노즐 수, 배열 조건, 조합 조건, 후강판(6)의 표면적(S)에 대한 수분류의 충돌면 면적의 비율(So/S, Su/S, So/Su)을 변경하여, 후강판의 냉각 실험을 행하였다.
이 냉각 실험에서는, 후강판(6)의 품질을 좌우하는 형상 불량이나 재질 불균일 등을 평가하기 위해, (i) 후강판의 폭 방향에서의 온도의 균일성, (ⅱ) 후강판의 판두께 방향에서의 온도의 균일성, 및 (ⅲ) 냉각 목표 온도와의 차의 3점을 평가 지표로 했다.
그 결과를, So/S, Su/S, So/Su의 값이, 본 발명의 범위 밖으로 되는 비교예의 결과와 함께, 표 1에 나타낸다.
비교예는, 본 발명에서 규정하는 범위의 일부를 만족하지만, 상기 범위의 모두를 만족하지 않는 예이다. 실험 조건은, 아래와 같으며, 비교예의 실험 조건은, 본 발명의 실험예와 동일하게 했다.
(i) 후강판의 폭 방향에서의 온도의 균일성은, 냉각 직후의 후강판(6)으로부 터, 반송 방향의 선미단 1m를 제외하고, 또한 폭 방향의 양 단부 각 100㎜를 제외한 영역에서의, 후강판(6)의 상하면의 폭 방향의 온도 편차의 평균값으로 나타냈다. 표 1에서는, 폭 균일 목표 온도를 30℃로 설정했다.
(ⅱ) 후강판의 판두께 방향에서의 온도의 균일성은, 냉각 직후의 후강판(6)의 상하면의 폭 방향 중앙부의 온도차(상면 온도-하면 온도)의 평균값으로 나타냈다. 표1에서는, 상하 균일 목표 온도를 20℃로 설정했다.
(ⅲ) 냉각 목표 온도와의 차는, 냉각 직후의 후강판(6)의 상면의 폭 방향 중앙부의 온도의 평균값과 냉각 목표 온도와의 차(실적 온도-목표 온도)로 나타냈다. 표1에서는, 마이너스의 값이 되는 경우에는 냉각 능력이 낮고, 플러스의 값이 되는 경우에는 냉각 능력이 높은 것을 나타낸다.
(실험 조건)
후강판
판 두께 : 25mm
판 폭 : 4000mm
온도 : 800℃
냉각 목표 온도 : 500℃
냉각 시간 : 10초
각 구속 롤
롤 직경 : 350mm
롤 중심간 거리(L) : 1050mm
롤 외주면간 거리(La) : 700mm
반송 속도 : 70m/분
각 상면측 스프레이
수량 밀도 : 1.0㎥/㎡/분
분사압 : 0.2MPa
각 하면측 스프레이
수량 밀도 : 1.2㎥/㎡/분
분사압 : 0.2MPa
상면측 스프레이 노즐 하면측 스프레이노즐 So/S(％) Su/S(％) 폭 균일 목표 30℃ 상하면 균일 목표 20℃ 냉각 목표 온도와의 차 종합 평가
실 험 예 1 플랫 플랫 5 5 30 20 -30 ○
2 플랫 장원형 5 40 30 -10 -25 ○
3 플랫 타원형 5 80 30 -20 -20 ○
4 풀콘 풀콘 40 50 25 20 -5 ○
5 풀콘 장원형 40 80 25 10 10 ○
6 타원형 타원형 80 100 30 10 30 ○
7 플랫·풀콘 플랫·풀콘 80 90 20 20 40 ○
비 교 예 1 플랫 플랫 3 3 40 20 -35 ×
2 다공기둥모양 장원형 3 6 40 0 -30 ×
3 다공기둥모양 풀콘 3 100 40 -30 -10 ×
4 풀콘 플랫 40 3 25 60 -15 ×
5 풀콘 풀콘 95 100 50 20 30 ×
6 풀콘 플랫 95 3 50 80 20 ×
7 장원형 장원형 40 20 30 55 -10 ×
8 장원형 풀콘 40 38 30 25 -5 ×
(주) 통합 평가 : ○ 만족 × 불만족
표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 조건(청구범위 1, 2)을 만족하는 실험 예1 내지 7에서는, 최종의 출구측 구속 롤(52)을 통과해서 5초 후의 후강판(6)의 상면측의 온도와 하면측의 온도를 측정한 바, 상기 (i) 후강판의 폭 방향에서의 온도의 균일성, (ⅱ) 후강판의 판두께 방향에서의 온도의 균일성의 2점의 평가 지표를 모두 만족하고, 휘어짐이나 잔류 응력이 매우 작아, 형상, 재질 모두 균일성이 우수하여, 충분히 만족할 수 있는 후강판(6)을 얻을 수 있었다.
또한, 냉각 후의 후강판(6)의 평균 온도(상하면의 폭 방향 중앙부 온도의 평균값)는, 냉각 목표 온도에 대하여 ±30℃에서의 범위 내에 있어, 충분히 만족할 수 있는 냉각이 실현되고 있다.
이에 대하여 본 발명의 조건을 일부 만족하고, 모든(청구범위 1, 2) 조건을 만족하지 않는 비교예1 내지 8에서는，(i) 및 (ⅱ)의 쌍방, 또는 한 쪽의 평가 지표를 만족할 수 없고, 형상, 재질 모두 만족할 수 있는 균일성이 우수한 후강판(6)을 얻을 수 없었다.
또한, 냉각 후의 후강판(6)의 평균 온도는, 냉각 목표 온도에 대하여, (-)측에서 30℃를 넘어, 충분한 냉각 능력을 확보할 수 없었다.
본 발명은 상기 실시예에서 채용한 조건에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상면측 스프레이 노즐과 하면측 스프레이 노즐의 반송 방향에서의 배열 수, 각 스프레이 노즐의 종류(구조)나 사양, 배열 조건(수, 열), 각 노즐열로부터의 수분사 조건, 구속 롤의 직경, 배치 조건 등은, 냉각 대상으로 하는 후강판의 사이즈(특히 두께), 온도, 반송 속도, 목표 냉각 온도, 냉각 시간, 냉각 속도 등에 따라, 청구범위에서 규정하는 범위 내에서, 적당하게 변경할 수 있는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 후강판의 평탄도를 향상시킬 수 있으 므로, 냉간 교정이나 정정 코스트를 절감할 수 있다. 또한, 잔류 응력도 저감 시킬 수 있어, 강판 가공 시의 변형을 억제해서 가공 정밀도를 용이하게 안정 확보할 수 있다. 또한, 재질의 균일화의 확보도 용이해진다.
따라서, 본 발명은, 철강 산업에 있어서 이용 가능성이 큰 것이다.

Claims (4)

  1. 열간 압연된 후강판을 구속해서 통판하는 상 롤과 하 롤로 이루어지는 복수 쌍의 구속 롤과, 통판 방향의 앞뒤로 인접하는 구속 롤 쌍의 사이를 통판하는 후강판의 상하면에 물을 분사하는 복수의 스프레이 노즐을 갖는 후강판의 냉각 장치에 있어서, 상기 복수의 스프레이 노즐을,
    (i) 상면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면에 충돌하는 충돌면 면적의 총 합이, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 근접한 거리에 있는 롤 외주면의 사이에 있어서의 강판 표면적의 4 내지 90％의 범위 내에 있고, 또한
    (ⅱ) 하면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면에 충돌하는 충돌면 면적의 총 합이, 구속 롤 쌍의 사이에서 가장 근접한 거리에 있는 롤 외주면의 사이에서의 강판 표면적의 4 내지 100％의 범위 내에 있도록 배치한 것을 특징으로 하는 후강판의 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상면측 및 하면측의 스프레이 노즐을,
    (ⅲ) 상면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면과 충돌하는 충돌면 면적의 총 합이, 하면측의 각 스프레이 노즐로부터의 수분류가 후강판 표면에 충돌하는 충돌면 면적의 총 합의 4 내지 100％의 범위 내에 있도록 배치한 것을 특징으로 하는 후강판의 냉각 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상면측에 배치되는 스프레이 노즐이, 플랫 스프레이 노즐, 풀콘 스프레이 노즐, 타원형 스프레이 노즐, 장원형 스프레이 노즐, 다공 기둥 모양 스프레이 노즐 중 어느 1종 또는 복수종으로 이루어지고, 또한 상기 하면측에 배치되는 스프레이 노즐이, 플랫 스프레이 노즐, 풀콘 스프레이 노즐, 타원형 스프레이 노즐, 장원형 스프레이 노즐 중 어느 1종 또는 복수종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 후강판의 냉각 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프레이 노즐이, 물과 공기를 혼합해서 분사할 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 후강판의 냉각 장치.
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