KR20090096004A

KR20090096004A - 열연코일의 냉각방법

Info

Publication number: KR20090096004A
Application number: KR1020080021318A
Authority: KR
Inventors: 이성진
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-10
Also published as: KR100966982B1

Abstract

본 발명은 제철소의 열연공정에서 제조되는 열연코일을 냉각하는 방법에 관한 것으로서, 열연코일의 축 방향과 반지름 방향의 열전도도 차이를 제어하여 자연냉각과정에서 온도 편차를 감소시킴으로써 열연코일의 재질편차를 최소화할 수 있는 열연코일의 냉각방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 강을 열간압연하여 제조된 열연강판을 열연코일로 권취한 다음, 이 열연코일을 자연냉각하는 방법에 있어서,

상기 열연코일의 축 방향의 열전도도는 열연코일의 강판의 열전도도(K_s)와 동일한 것으로 가정하고, 상기 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)를 구한 후, 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)와 축 방향의 열전도도(K_s)의 비(K_eff/K_s)가 0.3∼0.95가 되도록 상기 열연코일의 양 에지의 각각에 에지보열장치를 구비시키는 단계를 포함하는 열연코일의 냉각방법을 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 열연코일의 자연 냉각 시 열연코일의 재질편차를 최소화할 수 있다.

열연코일 냉각, 재질, 편차, 에지, 열전도도, 보열

Description

열연코일의 냉각방법{Method for Cooling a Hot-Rolled Steel Sheet Coil}

본 발명은 제철소의 열연공정에서 제조되는 열연코일을 냉각하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열연코일의 축 방향과 반지름 방향의 열전도도 차이를 제어하여 열연코일을 균일하게 냉각하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열연공정에서 열간압연된 열연강판은 권취기에서 코일 형태로 권취된 후, 자연냉각된다.

상기 열연코일의 자연냉각시 열연코일의 외권부위(Tail 부위)는 내권부위(Top 부위)보다 상대적으로 빠른 속도로 냉각되게 되며, 이로 인하여 코일의 외권 부위에서 길이방향으로 재질편차, 예를 들면 항복강도, 인장강도의 편차가 심하게 발생되거나 또는 후공정인 냉간압연시 작업성이 나빠지게 된다.

이러한 문제를 일으키는 원인의 하나로는 권취 후의 열연코일의 자연 냉각과정에서의 온도 불균일을 들 수 있는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

열연코일의 축방향으로는 한 끝에서 다른 끝까지의 열전달이 이루어질 때 산화층을 통과하지 않으므로 축방향 겉보기 열전도도는 열연코일의 강판의 열전도도와 같다고 할 수 있다.

반면에, 코일 반지름 방향의 열전달은 열의 흐름이 강판과 산화층 및 공기층을 교대로 통과하게 됨으로써 반지름 방향의 겉보기 열전도도는 공기층 및 산화층을 고려한 값이어야 한다.

따라서, 열연코일의 축 방향과 반지름 방향의 열전도도 차이에 의해 축 방향으로 큰 온도 구배가 발생하므로 냉각과정 중의 열이력이 위치별로 달라짐으로 냉각 후에는 재질편차를 일으키게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 열연 권취 후 열연코일의 자연냉각과정에서 온도 편차를 줄이기 위한 방안이 요구되어 왔다.

본 발명은 열연코일의 축 방향과 반지름 방향의 열전도도 차이를 제어하여 자연냉각과정에서 온도 편차를 감소시킴으로써 열연코일의 재질편차를 최소화할 수 있는 열연코일의 냉각방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 열연코일의 축 방향의 열전도도는 열연코일의 강판의 열전도도(K_s)와 동일한 것으로 가정하고, 상기 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)를 하기 식(1)에 의해서 구하는 단계;

[관계식 1]

[상기 식(1)에서, a는 접촉 퍼센트(%),

는 강판에 대한 코일의 상대밀도, S는 강판의 두께, α는 강판 사이의 공기층 북사열 열전달계수, K _a 는 강판 사이의 공기층의 열전도도, K _m 은 열연코일의 강판의 열전도도]

상기와 같이 구한 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)와 축 방향의 열전 도도(K_s)의 비(K_eff/K_s)가 0.3∼0.95가 되도록 상기 열연코일의 양 에지의 각각에 에지보열장치를 구비시키는 단계를 포함하는 열연코일의 냉각방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 강을 열간압연하여 제조된 열연강판을 열연코일로 권취한 다음, 이 열연코일을 자연냉각하는 방법에 바람직하게 적용된다.

상기한 바와 같이, 열연코일의 냉각에 의한 재질편차는 열연코일의 축 방향과 반지름 방향의 열전도도 차이에 기인한 것이다.

이에, 본 발명은 열연코일의 축 방향과 반지름 방향의 열전도도 차이를 감소시킬 수 있는 방안에 대하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 이루어진 것이다.

열연코일의 축방향으로는 한 끝에서 다른 끝까지의 열전달이 이루어질 때 산화층을 통과하지 않으므로 축방향 겉보기 열전도도는 열연코일의 강판의 열전도도와 같다고 할 수 있는 반면에, 반지름 방향의 열전달은 열의 흐름이 강판과 산화층 및 공기층을 교대로 통과하게 됨으로써 반지름 방향의 겉보기 열전도도는 공기층 및 산화층을 고려한 값이어야 한다.

따라서, 본 발명에서는 열연코일의 축 방향의 열전도도는 열연코일의 강판의 열전도도(K_s)와 동일한 것으로 가정하고, 상기 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)는 하기 식(1)에 의해서 구한다.

[관계식 1]

[상기 식(1)에서, a는 접촉 퍼센트(%),

상기와 같이 구한 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)와 축 방향의 열전도도(K_s)의 비(K_eff/K_s)가 0.3∼0.95가 되도록 상기 열연코일의 양 에지의 각각에 에지보열장치를 구비시킴으로써 자연냉각과정에서 열연코일의 균일한 냉각이 달성되며, 이로 인하여 열연코일의 재질편차가 최소화된다.

상기 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)와 축 방향의 열전도도(K_s)의 비(K_eff/K_s)가 0.3 미만인 경우에는 자연냉각과정에서 열연코일의 균일한 냉각이 달성되기 어렵다.

물론, 가장 이상적인 열전도도의 비(K_eff/K_s)는 1.0이지만, 0.95를 초과하는 경우에는 에지보열장치의 설치에 비용이 많이 소요되고, 관리도 엄격해야 할 뿐만 아니라 설치도 복잡화되는 등의 문제가 발생될 우려가 있다.

따라서, 열전도도의 비(K_eff/K_s)는 0.3∼0.95가 되도록 하는 것이 바람직하다.

보다 바람직한 열전도도의 비(K_eff/K_s)는 0.8∼0.95이다.

한편, 통상적인 열연코일의 자연냉각시 열전도도의 비(K_eff/K_s)는 0.2 이하가 일반적이다.

상기 식(1)에 의하면, 코일강판 두께에 따라 반지름 방향의 유효열전도도(Keff)가 변화되는데, 그 일례가 하기 표 1에 나타나 있다.

이 때, 상기 식(1)의 인자들은 실험를 통해 얻어지는 것으로 사용하였으며, a=3%,

=0.97, a=96W/m²K, K _a =4.8x10^-3 W/m²K, K _s =46.6 W/m²K 이었다.

[표 1]

두께(mm)	1	3	5	7
K _eff	18.6	31.2	35.9	38.7

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 동일한 열연코일 두께라면 강판의 두께가 두꺼울수록 반지름방향의 유효열전도도(Keff)는 크다는 것을 알 수 있는데, 이는 강판의 두께가 두꺼울수록 강판의 감긴 수가 적기 때문이다.

또한, 열연코일 권취 시에 작용하는 장력의 크기에 따라 반지름 방향의 유효열전도도가 변화되는데, 이는 권취 장력이 증가하면 강판 간의 접촉 퍼센트가 증가하므로 열전도 효과가 커지기 때문이다.

열연코일 권취 시에 작용하는 장력의 크기 및 강판 두께에 따른 열전도도의 비(K_eff/K_s)의 변화를 나타내는 일례가 도 1에 나타나 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 강판의 두께가 두꺼울수록 그리고 권취장력이 클수록 열전도도의 비(K_eff/K_s)는 커짐을 알 수 있다.

본 발명에 부합되는 에지보열장치의 바람직한 일례가 도 2에 나타나 있다.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 에지보열장치(10)는 열연코일(1)의 측면을 에워싸는 보열부(11)를 포함하고, 이 보열부(11)는 열연코일(1)의 측면을 에워싸도록 구성되는 내판(111) 및 외판(112)과 이 내판(111)과 외판(112)사이에 위치하는 단열재(113)를 포함한다.

상기 단열재(113)로는 단열효과를 갖는 것이라면, 어느 것이라도 사용가능하며, 그 예로는 단열 세라믹을 들수 있다.

상기 보열부(11)의 내판(111)에는 열연코일(1)의 중공부를 일정 길이 만큼 삽입되도록 구성되는 삽입부(12)가 고정되어 있다.

상기 보열부(11)는 상기 보열부(11)의 외판(112)에 고정되는 보강재(14) 및 마주보는 보강재(14)를 열연코일(1)의 중공부를 가로질러 고정하는 고정구(13)에 의해 고정된다.

즉, 상기 각각의 보열부(11)의 외판(112)에 고정되는 보강재(14)끼리를 열연코일(1)의 중공부를 가로지는 고정구(13)에 의해 고정함으로써 상기 보열부(11)는 열 연코일(1)의 측면을 에워싼 형태로 유지된다.

본 발명에 적용될 수 있는 에지보열장치는 상기한 에지보열장치에 한정되는 것은 아니며, 열전도도의 비(K_eff/K_s)는 0.3∼0.95가 되도록 할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 본 발명에 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명에서는 에지보열장치를 코일마다 설치할 때 생기는 시간과 경비를 줄이기 위하여 연속적으로 생산된 열연코일을 에지부가 서로 마주보도록 예를 들면, 컨베어 등에 일정간격, 예를 20cm 이하의 간격으로 적치하고 가장 외각에 있는 열연 코일에 에지보열장치를 설치하여 동시에 여러 코일의 온도 균일화를 이룰 수도 있다.

본 발명은 모든 강종에 적용될 수 있지만, 특히, 인장강도 980kgf/mm²급 TRIP 강과 같은 변태 조직 강에 바람직하게 적용된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

자연냉각시 열전도도의 비(K_eff/K_s)가 0.2[ 반지름방향의 유효열전도도: 축 방향의 열전도도(K_s)=1 : 5]인 통상적인 열연코일을 자연 냉각시킨(통상적인 냉각방법) 열연코일과 통상적인 열연코일의 양 에지 각각에 도 2의 에지보열장치를 설치하여 열전도도의 비(K_eff/K_s)가 0.67[반지름방향의 유효열전도도: 축 방향의 열전도도(K_s)=1 : 1.5]이 되도록 한 상태에서 자연 냉각시킨( 본 발명의 냉각방법) 열연코일 에 대하여 권취 후 1시간 냉각시 내부온도분포를 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내고, 또한 냉각시간에 따른 열연코일의 온도차를 조사하고, 그 결과를 도 4에 나타내고, 그리고 열연코일의 위치별 인장강도(TS)를 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 3, 도 4 및 도 5에서 (a)는 통상적인 냉각방법의 의하여 냉각된 열연코일에 관한 것이고, (b)는 본 발명의 냉각방법의 의하여 냉각된 열연코일에 관한 것이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 냉각방법의 의하여 냉각된 열연코일의 경우가

통상적인 냉각방법의 의하여 냉각된 열연코일에 비하여 균일한 코일 내부 온도 분포를 나타냄을 알 수 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, 통상적인 냉각방법의 경우에는 10시간 공냉 후 코일의 온도차 (최대값-최소값)가 107℃인 반면에, 본 발명의 냉각방법의 경우에는 10시간 공냉 후 코일의 온도차는 45℃로, 본 발명의 냉각방법에 의하면, 열연코일의 자연냉각시 온도 편차를 줄일 수 있음을 알 수 있다.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 냉각방법에 의하여 냉각하는 경우에는

통상적인 냉각방법의 경우에 비하여 열연코일의 내경부와 외경부의 인장강도의 편차가 작을 뿐만 아니라 열연코일의 에지부에서의 인장강도의 편차도 작음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 열연코일의 내경부와 외경부의 재질편차 및 열연코일의 에지부에서의 재질편차를 최소화할 수 있다.

도 1은 코일권취 시에 작용하는 장력의 크기 및 강판 두께에 따른 열전도도의 비(K_eff/K_s)의 변화를 나타내는 그래프

도 2는 본 발명에 부합되는 에지보열장치의 바람직한 일례를 나타내는 구성도

도 3은 통상적인 냉각방법 및 본 발명의 냉각방법에 의하여 냉각시 권취 후 1시간 냉각시의 열연코일 내부온도분포를 나타내는 그래프로서, (a)는 통상적인 냉각방법을 나타내고, (b)는 본 발명의 냉각방법을 나타냄.

도 4는 통상적인 냉각방법 및 본 발명의 냉각방법에 의하여 냉각시 냉각시간에 따른 열연코일의 온도차를 나타내는 그래프로서, (a)는 통상적인 냉각방법을 나타내고, (b)는 본 발명의 냉각방법을 나타냄.

도 5는 통상적인 냉각방법 및 본 발명의 냉각방법에 의하여 냉각된 열연코일의 위치별 인장강도 분포를 나타내는 그래프로서, (a)는 통상적인 냉각방법을 나타내고, (b)는 본 발명의 냉각방법을 나타냄.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . 열연코일 10 . . 에지보열장치 11 . . 보열부 12 . . 삽입부

13 . . 고정구 14 . . 보강재 111 . . 내판 112 . . 외판

113 . . 단열재

Claims

강을 열간압연하여 제조된 열연강판을 열연코일로 권취한 다음, 이 열연코일을 자연냉각하는 방법에 있어서,

상기 열연코일의 축 방향의 열전도도는 열연코일의 열연강판의 열전도도(K_s)와 동일한 것으로 가정하고, 상기 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)를 하기 식(1)에 의해서 구하는 단계;

[관계식 1]

[상기 식(1)에서, a는 접촉 퍼센트(%),
는 강판에 대한 코일의 상대밀도, S는 강판의 두께, α는 강판 사이의 공기층 북사열 열전달계수, K _a 는 강판 사이의 공기층의 열전도도, K _m 은 열연코일의 강판의 열전도도]

상기와 같이 구한 열연코일의 반지름 방향의 유효열전도도(K_eff)와 축 방향의

열전도도(K_s)의 비(K_eff/K_s)가 0.3∼0.95가 되도록 상기 열연코일의 양 에지의 각각에 에지보열장치를 구비시키는 단계를 포함하는 열연코일의 냉각방법
제1항에 있어서, 에지보열장치가 열연코일(1)의 측면을 에워싸는 보열부(11)를 포함하고, 이 보열부(11)는 열연코일(1)의 측면을 에워싸도록 구성되는 내판(111) 및 외판(112)과 이 내판(111)과 외판(112)사이에 위치하는 단열재(113)을 포함하고, 상기 보열부(11)의 내판(111)에는 열연코일(1)의 중공부를 일정 길이 만큼 삽입되도록 구성되는 삽입부(12)가 고정되어 있고, 그리고 상기 보열부(11)는 보열부(11)의 외판(112)에 고정되는 보강재(14) 및 마주보는 보강재(14)를 열연코일(1)의 중공부를 가로질러 고정하는 고정구(13)에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 열연코일의 냉각방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 열연코일이 인장강도 980kgf/mm²급 TRIP강의 열연코일인 것을 특징으로 하는 열연코일의 냉각방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 에지보열장치가 그 에지부가 서로 마주보도록 컨베어에 일정간격으로 적치되어 있는 다수 개의 열연코일 중 가장 외각에 있는 열연 코일에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열연코일의 냉각방법
제3항에 있어서, 에지보열장치가 그 에지부가 서로 마주보도록 적치되어 있는 다수 개의 열연코일 중 가장 외각에 있는 열연 코일에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열연코일의 냉각방법