KR20120073771A - 노즐 열파손 방지 냉각 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노즐의 열파손 및 탈락을 방지할 수 있는 노즐 열파손 방지 냉각 장치 및 이의 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치는, 스트립을 냉각 처리하는 장치에 있어서, 상기 스트립을 이동시키기 위한 복수의 롤러를 가지는 이송 라인; 상기 스트립에 냉각수를 공급하도록 상기 이송 라인의 일측에 배치되는 라미나 뱅크; 및 상기 스트립에 냉각수를 공급도록 상기 이송 라인의 일측에 배치되고, 상기 스트립을 급속 냉각하는 급속 냉각부를 포함할 수 있고, 상기 급속 냉각부는, 상기 냉각수를 분사하기 위한 복수의 노즐을 포함할 수 있으며, 상기 노즐은, 관형상을 가지고, 일단에는 상기 냉각수가 분사되는 분사구가 형성되고, 일측에는 볼트머리가 돌출 형성되며, 상기 노즐은 상기 볼트머리가 상기 급속 냉각부에 걸림으로써, 상기 스트립 측으로 분리 이동하지 않을 수 있다.

Description

노즐 열파손 방지 냉각 장치 및 이의 제어 방법{COOLING DEVICE TO PREVENT HEAT DISTORTION OF NOZZLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 노즐 열파손 방지 냉각 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 제철소에서 소재를 냉각 처리하기 위한 노즐 열파손 방지 냉각 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
제철소는 철광석에서 철을 뽑아내어 강판, 강관 등의 철재를 생산하는 곳이다. 철의 생산에는 여러 공정이 필요하지만, 크게 나누어 제선 공정, 제강 공정, 연속주조 공정, 및 압연 공정의 4단계로 나뉘며, 철을 만드는 순서는 제선-제강-연주-압연 순서로 이루어진다.
① 제선 공정 : 철광석과 소결 공장에서 분광 석을 사전 처리하여 만든 소결광 그리고 코크스 공장에서 건류한 코크스, 및 석회를 용광로에 장입한 다음, 열을 가하여 철광석을 녹여서 용선을 만드는 공정이다. 이때, 코크스는 열풍에 의해 연소되고, 이 과정에서 발생하는 일산화탄소가 철광석과 환원 반응을 일으키면서 쇳물이 생성되며, 코크스는 철광석을 녹이는 열원 역할과 산화철인 철광석에서 산소와 쇳물을 분리시키는 역할을 한다. 또한 고로의 출력 향상을 위한 공정인 철광석 소결공정, 코크스 제조 공정도 포함하고 있다. 고로의 크기는 고로 내용적으로 산출되며, 능력은 일일 출선량으로 나타낸다.
② 제강 공정 : 제선공정을 통해 나온 선철은 탄소함유량이 많고 인, 황, 규소와 같은 불순물이 상당량 함유되어 경도가 높고 취약한 성질이 있다. 이러한 선철을 정련하여 탄소의 양을 감소시키고 불순물을 제거하기 위해 제강공정이 수행된다. 제강공정에는 평로, 전로 및 전기로 등이 적용되며, 고로에서 이송되는 용선, 고철 및 부원료를 전로에 장입한 후, 산소를 불어 넣어 용선 중의 불순물을 제거하고 필요한 성분을 첨가하여 원하는 성분과 적정 온도의 용강을 만드는 공정이다. 용융된 선철에 함유된 탄소, 망간, 규소, 인, 황 등이 산화 연소되고, 산화물은 석회에 의해 슬래그화하여 제거되며, 탈인과 탈산이 병행되므로 인과 산소 함유량이 낮은 강이 제조된다.
③ 연속주조 공정 : 제강 공정에서 생산된 용강을 주형(Mold)에 주입하고 연속적으로 인발 하여 냉각시켜 직접 소정의 반제품 슬래브(Slab), 블롬(Bloom), 빌릿(Billet) 등을 제조하는 공정이다. 이 공정은 종래의 조괴-분괴 공정을 생략함으로써 생산성 향상이 가능하고, 균질의 반제품을 생산할 수 있어, 현재는 일부 고급합금강을 제외하고 대부분의 강 종을 연속주조 공정에서 생산하고 있다.
④ 압연 공정 : 압연 공정은 연속 주조에서 생산된 반제품을 열연, 후판, 선재, 형강, 봉강 공장으로 이송시켜 재 가열한 후, 각각의 열연 압연기에서 소정의 형상 및 치수를 갖는 제품을 생산하는 공정 즉, 반제품을 가열하여 두 개의 롤(Roll)사이에 밀어 넣고 압착시켜 여러 가지 형태의 강재를 만드는 공정이다. 형태에 따라 판재 압연과 봉재, 선재 압연으로 나누고, 압연 온도에 따라 열간 압연, 냉간 압연으로 나뉜다
열간 압연 공정에서 열간 압연 후에 소재에 냉각 공정을 통하여 기계적 성질을 부여할 수 있다. 압연기를 통해 열간 압연을 마친 소재는 ROT(Run Out Table)로 불리는 냉각 구간에서 일정량의 주수, 즉 냉각수를 분사하여 인장강도, 항복강도 및 연신율과 같은 기계적 특성이 결정되는 냉각 공정을 거친다.
도 1은 일반적인 냉각 장치를 나타내는 도면으로서, 냉각수를 주수하기 위한 라미나 뱅크(Laminar Bank), 및 급속 냉각이 가능하도록 높은 냉각능이 구현되는 급속 냉각부인 UHDC(Ultra High Density Cooler)가 설치되며, 밸브 개폐 제어를 이용해 권취 시의 스트립을 목표 온도로 제어할 수 있다.
도 2는 급속 냉각부에 배치되는 노즐을 나타내는 도면으로서, 볼트 머리(62)가 소재 측으로부터 급속 냉각부(30)에 체결되고, 분사구(61)를 통하여 냉각수가 분사된다.
하지만, 일반적인 스테인리스강(Stainless Steel)의 경우에는 냉각 구간에 진입하는 온도가 매우 높아 라미나뱅크(Larminar Bank)(40)에 의한 냉각만으로도 충분한 냉각이 가능하므로 급속 냉각부(30)를 통한 주수는 실행되지 않는다. 즉, 스테인리스강(Stainless Steel)의 열간 압연 시에는 급속 냉각부(30)의 노즐(60)이 동작하지 않는 상태에서 스테인리스강이 급속 냉각부(30)를 통과한다.
따라서, 스트립(10)의 복사열에 의한 열변형으로 노즐(60)의 파손 및 노즐(60) 탈락이 발생하고, 노즐(60) 탈락의 경우에 ROT 모터 트립으로 인한 라인 정지가 발생하여 생산성 저하를 초래할 수 있고, 노즐(60)의 유지 보수 비용, 및 교체 시간이 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한, 스트립(10) 표면으로부터 분리되는 스케일에 의하여 노즐(60) 막힘이 발생하여 노즐(60) 청소 비용 등이 증가하고, 심한 경우에는 노즐(60)을 교체하여야 한다.
또한, 스케일에 의하여 노즐(60) 막힘이 발생하는 경우에 복수의 노즐(60) 전부가 일정하게 막히는 것이 아니라 일부 노즐(60)에서만 막힘 현상이 나타나므로, 부분적인 냉각수 유량 편차가 발생한다. 따라서, 급속 냉각부(30)가 스트립 소재에 따라 냉각 처리를 해야하는 경우에 냉각수 유량 편차가 발생하여 냉각 공정 불량이 발생하는 단점이 있다.
본 발명은 고온으로 인한 노즐의 열파손 및 탈락을 방지할 수 있는 노즐 열파손 방지 냉각 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 처리 소재로부터 분리되는 스케일로 인한 노즐 막힘 등을 방지할 수 있는 노즐 열파손 방지 냉각 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치는, 스트립을 냉각 처리하는 장치에 있어서, 상기 스트립을 이동시키기 위한 복수의 롤러를 가지는 이송 라인; 상기 스트립에 냉각수를 공급하도록 상기 이송 라인의 일측에 배치되는 라미나 뱅크; 및 상기 스트립에 냉각수를 공급도록 상기 이송 라인의 일측에 배치되고, 상기 스트립을 급속 냉각하는 급속 냉각부를 포함할 수 있고, 상기 급속 냉각부는, 상기 냉각수를 분사하기 위한 복수의 노즐을 포함할 수 있으며, 상기 노즐은, 관형상을 가지고, 일단에는 상기 냉각수가 분사되는 분사구가 형성되고, 일측에는 볼트머리가 돌출 형성되며, 상기 노즐은 상기 볼트머리가 상기 급속 냉각부에 걸림으로써, 상기 스트립 측으로 분리 이동하지 않을 수 있다.
바람직하게는, 상기 스트립의 위치를 감지하는 감지부를 더 포함할 수 있고, 상기 감지부는, 상기 스트립이 상기 급속 냉각부로 진입을 시작하는 시점, 및 상기 스트립이 상기 급속 냉각부로부터 이탈을 종료하는 시점을 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치의 제어 방법은, 상기 감지부로부터 상기 스트립의 상기 급속 냉각부 진입 시작 신호를 수신하는 경우에 상기 급속 냉각부는 상기 냉각수의 공급을 중지하고, 상기 스트립의 상기 급속 냉각부 이탈 종료 신호를 수신하는 경우에 상기 급속 냉각부는 상기 냉각수의 공급을 시작할 수 있다.
본 발명에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치 및 이의 제어 방법은, 고온으로 인한 노즐의 열파손 및 탈락을 방지할 수 있고, 처리 소재로부터 분리되는 스케일로 인한 노즐 막힘 등을 방지할 수 있으므로 노즐의 유지 보수 비용 및 노즐 교체 시간 감소가 가능하고, 냉각수 유량 편차 발생을 방지할 수 있으므로 제품 불량 방지 및 생산성 향상이 가능한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 냉각 장치를 나타내는 도면,
도 2는 일반적인 급속 냉각부에 배치되는 노즐을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치를 나타내는 도면, 및
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치의 노즐을 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치를 나타내는 도면, 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치의 노즐을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치는, 급속 냉각부(300), 및 감지부(700)를 포함한다.
라미나 뱅크(Laminar bank)(400)는 회전하는 롤러에 의해 라인을 이동하는 스트립에 냉각수를 공급하여 스트립의 온도를 조절할 수 있다. 급속 냉각부(300), 즉 UHDC(Ultra High Density Cooler)는 급속 냉각이 가능하도록 스트립에 냉각수를 공급하여 높은 냉각능을 구현할 수 있다. 즉, 라미나 뱅크(400) 및 급속 냉각부(300)를 통하여 스트립의 온도를 조절함으로써 소재의 기계적 특성을 조절할 수 있다.
오버탱크(500)는 라미나 뱅크(400) 및 급속 냉각부(300)에 냉각수를 공급하고, 급속 냉각부(300)에 공급되는 냉각수는 밸브(510) 개폐를 통하여 조절될 수 있다.
도 4를 참조하면, 노즐(310)은 중심부가 관통되는 원형 관형상을 가지고, 일단에는 소정 크기의 지름을 가지는 분사구(311)가 형성된다. 볼트머리(312)는 분사구(311)가 형성되는 일단으로부터 타단 방향으로 소정 거리에 위치하여, 노즐(310)의 원주 방향으로 돌출 형성되며, 분사구(311)가 형성되는 일단과 볼트머리(312)의 사이에는 나사산이 형성된다. 따라서, 노즐(310)은 분사구(311)가 형성되는 일단으로부터 급속 냉각부(300)에 체결되고, 볼트머리(312)에 의해 조임 고정된다.
감지부(700)는 스트립이 이송되는 라인의 일측에 배치되어 스트립의 통과를 감지할 수 있는데, 스트립이 급속 냉각부(300) 구간으로 진입하기 시작하는 때 및 급속 냉각부(300) 구간을 통과하여 이탈하는 때를 감지할 수 있다. 제어부(미도시)는 감지부(700)로부터 스트립 감지 신호를 수신하여 급속 냉각수의 주수, 즉 노즐(310)의 냉각수 분사를 시작 또는 중지한다.
본 발명의 일실시예에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치의 작동은 다음과 같다.
스테인레스강과 같은 소재의 스트립을 처리할 때, 급속 냉각부(300)를 통한 주수가 불필요하다. 감지부(700)는 스트립의 이동을 감지하고, 제어부는 감지부(700)로부터 스트립 감지 신호를 수신하여 스트립이 급속 냉각부(300)에 진입하는 때에 급속 냉각부(300)의 주수를 중지하며, 스트립이 급속 냉각부(300)로부터 이탈하는 때에 주수를 시작한다. 즉, 급속 냉각부(300)는, 스트립이 급속 냉각부(300)를 통과하지 않을 때 노즐(310)을 통하여 냉각수를 분사하고, 스트립이 급속 냉각부(300)를 통과할 때 냉각수 분사를 중지한다. 따라서, 스트립 진입 전에 노즐(310)을 충분히 냉각시킴으로써 스트립이 통과할 때 고온의 스트립으로 인한 노즐(310)의 변형 및 손상을 최대한 방지할 수 있다. 또한, 급속 냉각부(300)에 스트립이 위치하지 않는 때마다 냉각수를 주수하여 노즐(310)을 세척하므로, 스트립이 급속 냉각부(300)를 통과할 때 발생할 수 있는 노즐(310) 막힘 현상을 방지할 수 있다.
또한, 부득이 노즐(310)이 손상되는 경우에도 노즐(310)이 급속 냉각부(300)로부터 분리 이탈하여 스트립 측을 향하여 낙하하지 않는다. 즉, 도 4와 같이 노즐(310)이 스트립 측을 향하여 나사 결합되고, 단턱지는 볼트 머리가 급속 냉각부(300)에 걸리므로, 노즐(310)이 손상 변형되는 경우에도 이탈하지 않는다. 따라서, 노즐(310)이 탈락하는 경우에 발생하는 라인 정지를 방지할 수 있다.
종래의 냉각 장치에 따르면, 스트립, 즉 소재의 복사열에 의한 열변형으로 노즐의 파손 및 노즐 탈락이 발생하고, 노즐 탈락의 경우에 ROT 모터 트립으로 인한 라인 정지가 발생하여 생산성 저하를 초래할 수 있고, 노즐의 유지 보수 비용, 및 노즐 교체 시간이 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한, 스트립 표면으로부터 분리되는 스케일에 의하여 노즐 막힘이 발생하여 노즐 청소 비용 등이 증가하고, 심한 경우에는 노즐을 교체하여야 한다.
또한, 스케일에 의하여 노즐 막힘이 발생하는 경우에 복수의 노즐 전부가 일정하게 막히는 것이 아니라 일부 노즐에서만 막힘 현상이 나타나므로, 부분적인 냉각수 유량 편차가 발생한다. 따라서, 급속 냉각부가 스트립 소재에 따라 냉각 처리를 해야하는 경우에 냉각수 유량 편차가 발생하여 냉각 공정 불량이 발생하는 단점이 있다.
하지만, 본 발명에 따른 노즐 열파손 방지 냉각 장치는, 고온으로 인한 노즐(310)의 열파손 및 탈락을 방지할 수 있고, 처리 소재로부터 분리되는 스케일로 인한 노즐(310) 막힘 등을 방지할 수 있으므로 노즐(310)의 유지 보수 비용 및 노즐(310) 교체 시간 감소가 가능하고, 냉각수 유량 편차 발생을 방지할 수 있으므로 제품 불량 방지 및 생산성 향상이 가능한 효과가 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
300: 급속 냉각부 310: 노즐
311: 분사구 312: 볼트머리
400: 라미나 뱅크 500: 오버탱크
510: 밸브 700: 감지부

Claims (3)

  1. 스트립을 냉각 처리하는 장치에 있어서,
    상기 스트립을 이동시키기 위한 복수의 롤러를 가지는 이송 라인;
    상기 스트립에 냉각수를 공급하도록 상기 이송 라인의 일측에 배치되는 라미나 뱅크; 및
    상기 스트립에 냉각수를 공급도록 상기 이송 라인의 일측에 배치되고, 상기 스트립을 급속 냉각하는 급속 냉각부
    를 포함하고, 상기 급속 냉각부는, 상기 냉각수를 분사하기 위한 복수의 노즐을 포함하며,
    상기 노즐은, 관형상을 가지고, 일단에는 상기 냉각수가 분사되는 분사구가 형성되고, 일측에는 볼트머리가 돌출 형성되며, 상기 노즐은 상기 볼트머리가 상기 급속 냉각부에 걸림으로써, 상기 스트립 측으로 분리 이동하지 않는 것을 특징으로 하는 노즐 열파손 방지 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트립의 위치를 감지하는 감지부
    를 더 포함하고, 상기 감지부는,
    상기 스트립이 상기 급속 냉각부로 진입을 시작하는 시점, 및 상기 스트립이 상기 급속 냉각부로부터 이탈을 종료하는 시점을 감지하는 것을 특징으로 하는 노즐 열파손 방지 냉각 장치.
  3. 제2항의 상기 노즐 열파손 방지 냉각 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 감지부로부터 상기 스트립의 상기 급속 냉각부 진입 시작 신호를 수신하는 경우에 상기 급속 냉각부는 상기 냉각수의 공급을 중지하고, 상기 스트립의 상기 급속 냉각부 이탈 종료 신호를 수신하는 경우에 상기 급속 냉각부는 상기 냉각수의 공급을 시작하는 것을 특징으로 하는 노즐 열파손 방지 냉각 장치의 제어 방법.
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