KR20130064616A - 냉각 전처리를 이용한 스케일 제거 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

열연강판(강대)의 표면에 생성되는 스케일 또는 기타 잔류 이물을 제거토록 제공된 스케일 제거장치 및 방법이 제공된다.
본 발명의 스케일 제거장치는, 구성 일예로서 강판의 이송 경로 상에 제공된 냉각조;와, 상기 냉각조의 하류측에 제공된 스케일 브레이커; 및, 상기 스케일 브레이커의 하류 측에 스케일을 제거토록 제공된 슬러리 분사유닛을 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 저온의 냉각 전처리에 의한 강판 스케일 층의 응축과 브레이커를 통한 장력 인가를 매개로, 스케일층의 탈락을 유도하고 크랙 발생을 촉진시키어, 적어도 (연마) 슬러리 분사부에서의 스케일 제거효율을 높이고, 강판의 스케일 처리시간을 단축시키는 한편, 기존 화학적 산세처리에 비하여 환경 친화적인 장치 제공을 가능하게 하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

냉각 전처리를 이용한 스케일 제거 장치 및 방법{Descaling apparatus for hot rolled steel strip using low temperature pre-treatment}

본 발명은 강판 특히, 열연강판의 표면에 생성되는 스케일 또는 기타 잔류 이물을 제거토록 제공된 스케일 제거장치 및 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 (저온의) 냉각 전처리에 의한 강판 스케일 층의 응축과 브레이커를 통한 장력 인가를 통하여, 스케일층의 탈락을 유도하고 크랙 발생을 촉진시키어, 적어도 (연마) 슬러리 분사부에서의 스케일 제거효율을 극대화시키고, 강판의 스케일 처리시간을 단축시키는 한편, 기존 화학적 산세 처리에 비하여 환경 친화적인 장치 구축을 가능하게 한 냉각 전처리를 이용한 스케일 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.

고온에서 열간 압연된 탄소강, 고강도강, 전기모터용 실리콘 첨가강(전기강판) 또는 스테인레스강의 열연 강판(강대) 등의 강판 표면에는 대략 수 ∼ 수십 ㎛ 두께의 스케일 층이 생성된다.

한편, 도 1에서는 이와 같은 열연강판의 표면에 생성된 스케일을 제거하는 설비를 도시하고 있다.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 일반적으로 알려진 기존의 스케일을 제거하기 위한 산세 설비는, 스케일 브레이커(10)를 이용하여 강판 표면의 스케일에 균열(크랙)을 발생시킨 후, 산세조(40) 및 수세조(50)를 단계적으로 통과시키면서 스케일을 제거하였다.

상기 산세조(40)는 여러 개의 단위 산세조들로 구성되고, 산세조에서는 주로 염산이나 황산 등 고온의 강산을 사용하여 이를 통과하는 열연 강판 표면의 스케일을 화학적으로 제거하였다. 이때, 도 1에서 미설명부호 10은 페이오프 릴, 20은 용접기, 그리고 60은 텐션 릴을 나타내고, 수세조(50)는 구체적으로 도시하지 않았지만, 브러쉬 및 린스 세정 단계로 구분될 수 있다.

그러나, 도 1과 같은 산세를 기본으로 하는 기존의 스케일 제거방식은, 다수의 산세조와 수세조 사용에 따른 설비 길이의 증가, 산 증기 발생으로 인한 작업 환경 저해, 폐산 처리로 인한 환경 유해성 유발, 산 회수 및 내산성 설비 등으로 인한 부대 설비의 증가, 강종에 따른 스케일 제거 능력의 상이함 또는, 라인 정지 시에 산 용액 탱크 및 수세 탱크에 체류된 강판의 품질 불량 발생 등 여러 가지 문제점이 있었다.

또한, 도 1에서는 개략적으로 도시하였지만, 기존 산세설비의 경우 산세조(40)와 수세조(50)의 설비 길이가 대략 100 M에 이르기 때문에, 라인이 정지하는 경우 산세조와 수세조에 걸려있는 열연강판은 과도한 산 처리로 인하여 표면 품질이 불량하게 되는 것이었다. 또한, 설비 공간도 상당한 것이었다.

한편, 일본 공개특허 제2002-275666호 또는 제2002-371314호 등에서 관련 기술이 개시되고 있는 바와 같이, 산세의 스케일 제거를 대체하기 위하여 금속의 쇼트 볼(Shot ball), 그릿트(Grit) 등을 강판 표면에 충돌시키어 강판 표면의 스케일을 제거하는 방법도 있다.

그러나, 이와 같은 물리적 제거방식 또한, 대부분 산세 효율을 높이기 위한 산세 공정의 전처리 공정으로서 산세 공정과 병행되고 있는 것이고, 특히 방향성 전기강판과 같은 난 산세 강종에 대하여는 적용하기 어려운 것이었다.

더하여, 일본 공개특허 제2004-074178호에서와 같이 고압수의 분사를 통한 스케일 제거방법이나, 미국특허 US 6,328,631호에서와 같이 얼음입자 분사방법 등이 알려져 있으나. 스케일 제거 성능이 미흡하거나 실용화가 어려운 것이었다.

그리고, 물리적인 스케일 제거와 압연공정 또는 도금공정을 연속적으로 연계하는 관련 설비 또는 처리방법이, 일본 공개특허 제2003-064461호 또는 미국 특허 US 6,088,895 등에서 제안되어 있다.

예를 들어, 일본 공개특허 제2003-064461호의 경우, 텐션 레벨러(tension leveller) 또는 쇼트 블라스팅 방법을 산세의 보조 수단으로 제안하고 있는 정도이고, 상기 미국 특허 제6,088,895호의 경우 표면조도를 0.3 ㎛ 이하로 조정하기 위한 스텐인레스 냉연강판이 그 대상인 것이다. 그러나, 실제 스텐인레스 강판의 경우 미국특허에서 제시된 방법 만으로 사실상 스케일 제거를 효과적으로 수행하는 것은 어려운 것이다.

예컨대, 강판의 표층 스케일을 먼저 저온의 냉각을 통하여 응축시키어 스케일 브레이커에서의 균열 확대를 극대화하고, 이를 통하여 연마 슬러리의 불라스팅 단계에서의 스케일 탈락(박리성)을 극대화한 스케일 제거 기술이 제안된 바는 없는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적 측면은, 저온의 냉각 전처리에 의한 강판 스케일 층의 응축과 브레이커를 통한 장력 인가를 매개로, 스케일층의 탈락을 유도하고 크랙 발생을 촉진시키어, 적어도 (연마) 슬러리 분사부에서의 스케일 제거효율을 높이고, 강판의 스케일 처리시간을 단축시키는 한편, 기존 화학적 산세처리에 비하여 환경 친화적인 장치 제공을 가능하게 한 냉각 전처리를 이용한 스케일 제거 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 강판의 이송 경로 상에 제공된 냉각조;

상기 냉각조의 하류측에 제공된 스케일 브레이커; 및,

상기 스케일 브레이커의 하류 측에 스케일을 제거토록 제공된 슬러리 분사유닛;

을 포함하여 구성된 스케일 제거장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 냉각조는, 강판이 통과하는 입,출구가 구비되고, 강판의 냉각을 위한 냉매가 채워지는 냉각조 쳄버; 및,

상기 냉각조 쳄버에 구비되어 강판의 냉매 침적 이송을 가능토록 제공된 복수의 강판 이송롤;

을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 냉매는, 물과 알코올을 함유하는 액체 또는, 냉각조 쳄버에 구비된 액화질소 공급구를 통하여 액체질소가 공급되는 알코올 용액으로 제공되되 -10℃ ~ -100℃ 의 온도를 유지하도록 제공되는 것이다.

이때, 상기 냉각조 쳄버에는 온도제어를 위한 히팅수단이 더 구비되는 것이다.

바람직하게는, 상기 슬러리 분사유닛은, 프레임의 내부에 강판의 진행경로에 대응 배치되는 하우징;

상기 하우징에 제공된 고압수 분사수단;

상기 고압수 분사수단의 일측으로 하우징에 제공된 연마재 투입수단; 및,

상기 하우징의 하부에 고압수와 연마재가 혼합된 연마용 슬러리를 강판에 분사토록 제공된 슬러리 분사수단;

을 포함하여 구성될 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 고압수 분사수단은, 장치 하우징의 상부에 조립되고 고압수가 공급되는 고압수 공급구;

상기 고압수 공급구에 조립되어 고압수를 하우징 내부에서 분사토록 제공된 고압수 노즐;

을 포함하여 구성될 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 연마재 투입수단은, 상기 하우징에 연결되는 연마재 투입관을 포함하여 연마재는 하우징 내부에서의 고압수 분사로 형성된 음압공간에 의하여 하우징내에 흡인 투입토록 구성되는 것이다.

이때 상기 슬러리 분사수단은, 하우징의 하부에 조립되는 분사구;

상기 분사구에, 고압수와 연마재가 혼합되어 배출토록 형성된 함몰부; 및,

상기 함몰부에서부터 분사구를 관통하여 슬릿 구조로 제공되는 슬러리 분사구멍;

을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징의 내측으로 분사된 고압수와 유입된 연마재의 혼합을 유도토록 제공되는 믹싱수단;을 더 포함하는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 연마재는 금속보다 비중이 실리콘 옥사이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 유리 및 세라믹 중 하나로 형성되는 것이다.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 강판을 냉각하고 스케일 브레이커에 통과시키어 적어도 강판 표면의 스케일의 균열을 촉진시키는 스케일 전처리 단계; 및,

물과 연마재가 혼합된 슬러리를 분사하여 스케일을 제거하는 스케일 제거단계;

를 포함하여 구성된 스케일 제거방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 스케일 제거장치를 이용하되, 상기 스케일 전처리 단계는, 강판을 스케일 제거장치의 냉각조와 스케일 브레이커를 통과시키고, 상기 스케일 제거단계는, 강판을 스케일 제거장치의 슬러리 분사유닛을 통과시키는 것이다.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다

이와 같은 본 발명에 의하면, 열간 압연된 열연강판을 저온 냉각의 스케일 전처리를 통하여, 강판 표면의 스케일 층을 응축시킨 후, 스케일 브레이커를 통하여 강판에 장력을 인가하여 스케일을 쉽게 탈락하도록 유도하여 크랙 발생을 촉진하는 것을 가능하게 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 적어도 슬러리(연마 슬러리)의 분사구간에서의 스케일 제거효율을 극대화하고, 슬러리 분사 능력의 감소를 가능하게 하여, 특히 강판의 스케일 처리시간을 단축시키어, 생산성을 높이는 것이다.

무엇보다도, 본 발명은 기존의 환경 오염의 원인이 되는 화학적 산세 공정을 거치지 않기 때문에, 보다 환경 친화적인 설비의 구축과 가동을 가능하게 하고, 설비의 길이도 감소되는 것이다.

즉, 본 발명은 설비 길이의 단축, 제조 비용의 절감, 스케일 제거 효율의 증대, 열연강판의 표면 품질의 향상 등을 가능하게 하는 것이다.

도 1은 기존 화학적 산세를 통한 스케일 제거공정을 도시한 개략 공정도
도 2는 본 발명에 따른 스케일 제거장치를 도시한 모식도
도 3은 본 발명에 따른 냉각조를 도시한 구성도
도 4는 도 3의 정면도
도 5 및 도 6은 본 발명의 슬러리 분사유닛을 도시한 구성도, 분해도 및 리 공급 계통을 도시한 구성도
도 7은 본 발명 슬러리 분사유닛의 연마 슬러리 재활용 상태를 도시한 모식도
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 스케일 제거시 실험 모사 및 스케일 박리 표면을 나타낸 사진
도 9a 및 도 9b는 본 발명과 관련된 온도 변화에 따른 스케일의 박리 강도를 나타낸 그래프와 표

이하, 도면을 참고로 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2에서는 본 발명에 따른 스케일 제거장치(100)의 전체 구성을 도시하고 있는데, 이와 같은 본 발명의 스케일 제거장치(100)는, 열연강판 특히, 고온에서 열간 압연된 탄소강, 고강도강, 전기모터용 실리콘 첨가강(전기강판) 또는 스테인레스 강 등의 열연 강판(강대)의 스케일을 제거하는 장치이다.

예를 들어, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 스케일 제거장치(100) 기본적으로 강판의 이송 경로 상에 제공된 냉각조(200)와, 상기 냉각조(200)의 하류측에 제공된 스케일 브레이커(300) 및, 상기 스케일 브레이커(300)의 하류 측에 스케일을 제거토록 제공된 슬러리 분사유닛(400)을 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 다음에 상세하게 설명하듯이, 본 발명의 스케일 제거장치(100)는, 먼저 강판의 스케일을 슬러리 즉, 물과 연마재가 혼합된 슬러리('연마 슬러리' 라고도 함)(도 3의 'SC')를 분사하여 최종적으로 제거하기 전에, 강판 표면의 스케일층을 미리 저온 처리하여, 스케일의 탈락을 용이하게 하여, 다음의 스케일 브레이커(300)나 슬러리 분사유닛(400)을 통한 스케일의 균열과 제거를 용이하게 하는 것이다.

즉, 도 2 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 기술적 특징은, 저탄소강, 극저 탄소강, 고강도 탄소강, 고탄소강, 전기강판, 스테인레스강 등의 열연강판(강대)을 냉각조(200)에 통과하도록 하는 것이다.

이때, 강판과 강판 표층부의 스케일 층은 열팽창 계수에서 차이가 발생하기 때문에, 강판의 급냉 처리시 강판과 스케일 계면층에서의 응력 발생을 증가시킨다.

예를 들어, 강판(102) 표면에 형성되는 스케일 층은 대부분 Fe₃O₄로 구성되며, 이와 같은 Fe₃O₄의 열팽창 계수는 10.7×10^-6/℃이고, 철의 열팽창 계수는 15.3×10^-6/℃ 이다.

따라서, 스케일 층이 형성된 강판(102)을 저온 냉각시켰을 경우, 강판의 응축이 스케일 층의 Fe₃O₄보다 더 크게 되기 때문에, 계면층에 응력이 집중되게 된다.

결국, 도 2와 같이, 연속 공정에서 열연강판을 본 발명 장치의 냉각조(100)를 통과시키면 스케일(SC)과 열연강판(120)의 계면에 응력을 증가시킴으로, 본 발명 장치의 스케일 브레이커(300)에 의한 장력이 인가되는 경우, 스케일층의 탈락을 더 용이하게 하고, 따라서 슬러리 분사유닛(400)의 쳄버(402)를 통과하는 동안 고압,고속 분사된 강판의 스케일의 제거효율이 극대화되게 된다.

즉, 본 발명 장치는 스케일의 내부 크랙 발생 빈도를 높여서 연마재와 물이 혼합된 슬러리의 강판 분사를 통한 스케일의 제거를 용이하게 하는 것이다.

특히, 앞에서 설명한 바와 같이, 기존의 산세 설비는 도 1에서 도시한 바와 같이, 여러 개의 산세조(40)와 수세조(50)가 100 M 정도로 구축되기 때문에, 라인의 가동이 정지되는 경우, 산세조와 수세조에 걸려있는 열연강판은 표면 품질이 불량하게 된다.

그러나, 본 발명의 경우에는 목표로 하는 생산속도에 따라 냉각조(200)를 통한 냉각의 전처리와 스케일 브레이커(300)를 통하여 적어도 50% 이상의 탈 스케일을 유도하고, 2차적으로 작은 입경의 연마재(C)를 포함하는 슬러리(S)를 강판에 고압,고속 분사하여 스케일층을 제거하는 것이다.

따라서, 본 발명의 경우에는 슬러리 분사유닛(400)만을 이용하는 것보다 스케일 제거설비의 구축 길이를 더 줄일 수 있으며, 전체적인 불량률도 줄일 수 있는 것이다.

특히, 본 발명은 기존의 강산 산세와는 다르게 난 산세성의 일반 탄소강, 고강도강, 전기강판 및 스테인레스 강 등의 특수강에도 쉽게 적용할 수 있다.

다음, 도 2 내지 도 4에서는 본 발명에 따른 스케일 제거장치(100)에서, 앞에서 설명한 냉각조(200)를 도시하고 있다.

즉, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 냉각조(200)는, 구체적으로는 강판(102)이 통과하는 입,출구(212)(214)가 제공된 냉각조 쳄버(210)를 포함한다.

그리고, 이와 같은 냉각조(200)의 쳄버(210)의 입,출구(212)(214)에는 강판의 쳄버 진입과 배출을 위한 강판 이송 가이드롤(232)들이 제공되어 있고, 동시에 냉각조 쳄버(210)의 내부에는 강판(102)을 특정 루트로 이송시키는 복수의 이송롤(230)들이 배치된다.

예를 들어, 이와 같은 쳄버 내부의 이송롤(230)들은 강판의 이송경로를 결정하는데, 바람직하게는 냉각조(200)의 쳄버(210)에 채워진 냉매(216)에 가능한 충분하게 침지되도록 하는 것이다.

따라서, 강판은 가능한 냉매(216)를 통과하여 이송되고, 앞에서 설명한 저온 냉각을 통한 스케일의 탈리와 스케일 브레이커에서의 균열 촉진을 확대하는 것이다.

한편, 본 발명의 냉각조(200)의 쳄버에 채워지는 상기 냉매(216)는, 물과 알코올을 함유하는 액체 또는, 냉각조 쳄버(210)의 하부에 소정 패턴으로 연결되는 액화질소 공급구(218)를 통하여 연속적으로 액체질소가 공급되는 알코올 용액으로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 냉매(216)의 온도를 -10℃ ~ -100℃ 로 유지하는 것이다.

따라서, 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 상기 냉각조(200)의 쳄버(210)는, 상기 온도를 견딜 수 있는 구조물로 제공되는 것이 필요하다.

한편, 도 4와 같이, 상기 냉각조의 쳄버(210)에 제공되는 강판 이송롤(230)은 모터(231)와 연계되어 롤의 축들이 쳄버에 수밀상태로 관통되는 동력 인가롤로 제공되는 것이 강판의 원활한 이송과 이송경로의 조정을 고려할 때, 바람직할 것이다.

즉, 상기 강판 이송롤(230)은 강판의 굴곡 이송 경로를 가능하게 하고, 이는 강판의 냉매 통과 시간의 지연을 통한 저온 냉각을 용이하게 할 것이다.

물론, 도 2 및 도 3에서는 개략적으로 도시하였지만, 강판 이송롤(230)들은 루퍼 롤과 같이, 강판의 루핑을 가능하는 형태로 하는 것도 가능할 것이다.

더 바람직하게는, 상기 냉각조 쳄버(210)의 바닥측에는 냉매의 온도제어를 위한 히팅수단(250)을 적당한 배열로 제공하는 것인데, 예를 들어 도 3 및 도 4와 같이, 히팅블록(252)의 내부에 열선(254)을 내장시키는 형태로 제공될 수 있다.

따라서, 도 3과 같이, 온도센서(274)를 쳄버에 설치하고, 이를 장치 제어부(270)에 연결하면, 장치 제어부(270)와 연결된 전원공급부(272)는 히팅수단(250)의 열선(254)과 연결되고, 이를 통하여 냉매의 온도는 액화질소의 공급과 히팅을 통하여 제어될 수 있을 것이다.

그리고, 냉각조(200)의 쳄버를 통과한 강판(102)은, 스케일 브레이커(300)에서 장력이 인가되면서 스케일 브레이커의 벤딩 롤에 의한 굴곡 가공이 이루어 지고, 이때 강판의 스케일 층에 저온 냉각으로 형성된 크랙(Crack)을 매개로 스케일이 박리되거나, 크랙 층이 더 확장되게 되고, 최종적으로 슬러리 분사유닛에서의 스케일 제거가 확실하게 될 것이다.

이때, 앞에서 설명한 바와 같이, 냉매의 온도 범위는 -10℃~ -100℃가 적당한데, 상기 냉매의 온도가 -10 ℃ 이상일 경우는 저온 냉각에 의한 응축 효과가 미흡하고, 반대로 냉매의 온도가 -100℃ 이하일 경우는 스케일의 응축에 의한 스케일 브레이커의 효율은 증대되나 냉각을 위한 액화질소의 소모량의 증가하기 때문에, 유지 보수 측면에서 문제가 발생할 수 있다.

한편, 스케일 브레이커(300)는, 도면에서 별도의 도면부호로 구분하여 도시하지 않았지만, 장력 및 연신을 부여할 수 있는 텐션 브라이들 롤(tension bridle roll), 안티 캠버 롤(anti-camber roll), 레벨러 롤(leveller roll), 벤딩 롤 (bending roll)등으로 구성되는데, 안티 캠버 롤과 레벨러 롤은 강판의 형상을 평탄하게 교정한다.

이때, 연신율과 벤딩량이 클수록 스케일층의 탈락 및 크랙 발생 효과가 증가하나 과도한 연신율은 강판을 손상시킬 수 있기 때문에, 스케일 브레이커(300)의 연신율은 0.5~3.0 %, 벤딩롤에 의한 벤딩량은 10~50 mm 범위가 적정하다.

예를 들어, 연신율 0.5 % 이고 벤딩량 10 mm 이하에서는 탈 스케일 및 스케일 크랙 발생 효과가 미흡하고, 연신율 3 % 및 벤딩량 50 mm 이상에서는 재질이 경하게 되고 형상 교정이 과도하게 되는 문제가 발생될 수 있다.

또한, 스케일 브레이커의 연신율 및 굴곡 가공량이 많을수록 스케일의 탈락율은 증가하며 크랙 발생 밀도 또한 더욱 증가하게 되며, 스케일 층에 크랙 밀도가 증가하면 후속되는 슬러리 분사를 통한 스케일의 제거가 용이하게 되고, 슬러리 중의 연마재 크기 및 분사압력 등 고압 슬러리 분사 조건을 적정화게 하면, 열연강판의 표면조도도 적당한 범위로 조절할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 경우에는 스케일 브레이커 단계 전에, 스케일을 저온 냉각을 통하여 전처리하여 스케일의 균열과 슬러리 블라스팅을 통한 제거효율을 극대화한 것이다.

한편, 도 8 및 도 9에서는 일반 저탄소강의 열연강판의 온도에 따른 스케일 탈락시의 박리 강도를 접착이음강도(이하, 'Lap Shear 실험') 실험을 이용하여 측정하는 경우 시편의 사진과 온도와 박리강도 관련 그래프와 표를 나타내고 있다.

즉, 도 8a 및 도 8b은 Lap Shear 실험의 모사도인데, 이와 같은 Lap Shear 실험은 스케일이 붙어있는 열연강판(판재)를 구조용 접착제로 부착시킨 후 인장시험을 통해 스케일이 박리될 때의 인장강도를 측정하는 방법이다.

이대, 박리될 때의 인장강도를 이하에서는 '스케일의 박리강도'로 설명한다. 즉, 도 8b는 Lap Shear 실험 후 박리된 스케일 층을 나타내는 사진이다.

한편, 실험시 냉각조(200)의 냉매(216)는 물 50%, 알코올 50%를 함유한 용액을 사용하였으며, 대기중에서 액체질소를 연속적으로 순환시켜 공급하면서 저온을 유지하였고, 시편의 침지시간은 10초이며, 시편에 부착된 온도계를 통해 적정온도를 확인 후 Lap Shear 실험을 수행하였다.

따라서, 도 9와 같이, Lap Shear 실험결과 상온에서의 박리강도는 19.9MPa이고 저온인 -80 ℃에서는 9.5MPa로 열연강판의 온도가 감소할수록 박리 강도가 현저하게 감소함을 알 수 있다.

결론적으로, 열연강판의 온도를 감소시기면, 스케일과 강판 사이 계면의 응력 증가에 의하여, 적은 장력을 인가하여도 스케일의 박리가 용이하게 되는 것임을 알 수 있는 것이다.

다음, 도 2 및 도 5 내지 도 7에서는 본 발명 스케일 제거장치(100)에서 실질적으로 강판 표면상의 스케일을 최종적으로 제거토록 하는 슬러리 분사유닛(400)을 작동상태, 분해도 및 공정도로 도시하고 있다.

즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 슬러리 분사유닛(400)은, 내부에서 강판이 통과하는 쳄버(402)에 여러개가 강판 상,하측에 적당하게 배열되어 제공될 수 있다.

물론, 상기 단위 슬러리 분사유닛(400)에는 연마재 공급라인(L2)와 고압수 공급라인(L1)을 통하여, 하우징(410)의 내부에서 물을 고압 분사하고, 연마재(C)를 음압공간의 형성을 매개로 외부 동력없이 원활하게 흡입토록 하여, 최종적으로 하우징의 분사구를 통하여 고압수(물)과 소정입도의 비드(알갱이) 구조인 연마재(C)가 혼합된 슬러리(S)가 도 3과 같이, 강판(102)의 표면에 고압,고속으로 분사되고, 따라서 연마재는 스케일층을 효과적으로 제거하게 하면서, 특히 강판 표면의 조도 관리도 가능하게 하는 것이다.

따라서, 다음의 도 5 내지 도 7을 토대로 본 발명 스케일 제거장치의 슬러리 분사유닛(400)에 대하여 구체적으로 살펴본다.

기본적으로, 본 발명의 슬러리 분사유닛(400)은, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 앞에서 설명한 박스체 형태의 쳄버(402)의 내부에 강판의 진행경로에 대응 배치되는 하우징(410)과, 상기 하우징에 제공된 고압수 분사수단(430)과, 상기 고압수 분사수단의 일측으로 하우징에 제공된 연마재 투입수단(450) 및, 상기 하우징의 하부에 고압수와 연마재가 혼합된 연마용 슬러리(S)를 강판에 분사토록 제공된 슬러리 분사수단(470)을 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 연마재(C)와 고압의 물 즉, 고압수(W)가 하우징의 상측과 그 일측으로 경사지게 공급되면, 하우징 내부의 공간에서는 고압수 분사에 따른 음압공간(T)이 형성되고, 결국 이 음압공간으로의 연마재 공급이 외부의 별도 동력 인가 없이도 원활하게 이루어 지고, 따라서 믹싱존(MT)에서의 물과 연마재 혼성이 매우 조밀하게 이루어 지고, 결국 물과 연마재가 매우 균일한 분포로 믹싱된 슬러리(S)는 상기 분사수단(470)을 통하여, 강판(102)의 표면에 고르게 분사되고, 이는 스케일 제거성을 높이는 것이다.

이와 같은 본 발명의 슬러리 분사유닛(400)은, 기존 산세조(도 1의 40)가 필요없어 설비규모의 간소화가 가능하고, 강판(102)을 고속 진행하여도 스케일의 충분한 제거를 가능하게 하고, 스케일 제거 후의 강판의 평균 표면조도(Ra)는 1∼1.5 ㎛ 로 균일하게 관리되는 것이다.

따라서, 본 발명 스케일 제거장치(1)는, 스케일 제거효율의 확보는 물론, 스케일 제거 후의 강판의 표면 조도를 적정하게 하기 때문에, 강판에 대한 수요가가 요구하는 가공 특성이나 냉연, 도금 등의 후속 공정시 요구되는 표면 조도의 다양한 조건에 대응 가능하게 하는 것이다.

한편, 이와 같은 슬러리 즉, 연마 슬러리(S)에 포함되어 스케일층을 충돌로 제거하는 연마재(도 5의 C)는, 바람직하게는 금속 보다는 비중이 작은 연마재로 제공되는 것이 바람직한데, 예를 들어 실리콘 옥사이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 유리(glass) 또는, 세라믹(ceramic) 등으로 제공될 수 있는데, 바람직하게는 입경이 균일한 유리 또는 세라믹 비드를 사용하는 것이다.

한편, 이와 같은 연마재의 유리 또는 세라믹 비드등은 그 입경이 10∼400 ㎛ 정도가 바람직하다. 예를 들어, 연마재의 직경이 10 ㎛ 이하인 경우에는, 너무 미세하여 강판 표면의 스케일층 제거 효과가 미비하고, 반대로 연마재의 입경이 400 ㎛ 이상이면, 스케일 제거 효율은 높아지나 강판표면의 조도편차가 발생되어 바람직하지 않은 것이다.

한편, 하우징(410)의 내부에서 분사되는 고압수 분사압력도 일정하게 조정되는 것이 바람직한데, 상기와 같은 입경의 10∼400 ㎛의 유리 비드인 것을 전제로 하면, 고압수 분사압력은 100~500 bar의 범위가 적당하다. 예를 들어, 고압수(W)의 압력이 100bar 이하이면 슬러리 분사압력이 적어 스케일 제거효율이 미비하고, 반대로 500bar 이상인 경우에는 연마재의 강판 충돌 압력이 높아, 강판 표면의 표면조도(Ra)의 편차가 발생될 것이다.

한편, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명 슬러리 분사유닛(400)의 하우징(410)에는, 상기 고압수 분사수단(430)과 연마재 투입수단(450) 및 슬러리 분사수단(470)이 각각 연계되거나 조립되는 제1 내지 제3 하우징(412)(414)(416) 부분을 포함하고, 제2 하우징은 경사지게 형성되고, 전체적으로 제1,3 하우징은 직선상으로 제공된다.

그리고, 도 5와 같이, 고압수 분사수단(430)의 노즐(434)은 끝은 그 수평선 CT2가 연마재 공급수단(450)이 연계되는 제2 하우징(414)의 중심 수직선 CT1과 만나는 지점에 위치되도록 하는 것이 연마재의 흡입을 통한 유입에 유리하다.

즉, 고압수 분사노즐이 너무 아래로 내려오거나 위에 있으면, 연마재의 음압공간(T)으로의 유입에 간섭을 주거나 음압공간이 너무 넓게 되는 문제가 발생할 수 있다.

다음, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 슬러리 분사유닛(400)의 고압수 분사수단(430)은, 장치 하우징(410)의 제1 하우징(412)측에 조립되고 고압수가 공급관(436)이 연결되는 고압수 공급구(432)와, 상기 고압수 공급구(432)의 하단부에 조립되는 고압수를 하우징 내부에서 분사하도록 하여 음압 형성과 물과 연마재 믹식성을 높이는 고압수 분사노즐(434)을 포함한다.

따라서, 본 발명 슬러리 분사유닛(400)의 경우에는, 하우징(410)의 내부에 고압수를 공급하는 데에 그치지 않고, 하우징(410)의 내부에서 고압수를 분사하는 2중 분사방식을 채택하기 때문에, 고압수 분사압력으로 외부 가압력없이 하우징에 연마재의 흡인 투입을 용이하게 하고, 고압수 분사는 연마재 즉, 유리 비드 또는 세라믹 비드 등과 물(고압수)(W)과의 믹싱을 원활하게 하는 것이다.

이때, 장치 하우징 상부의 록크캡(411)을 통과하여 고압수 공급구(432)가 하우징과 고압수 분사구(436)가 나사 조립될 수 있다.

한편, 도 5에서 도면부호 'T'는 고압수가 분사되는 바로 아래의 공간으로 음압공간을 나타내고, 도면부호 'MT'는 고압수(W)와 연마재(C)가 혼합되는 믹싱공간을 나타낸다.

다음, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 연마재 투입수단(450)은, 상기 하우징(410)의 일측에 경사지게 일체로 형성된 제2 하우징(414)에 연결되는 연마재 투입관(452)을 포함하고, 따라서 연마재(C)는 하우징 내부에서의 고압수 분사로 형성된 음압에 의하여 하우징내에 원활하게 흡인 투입된다.

다음, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 슬러리 분사수단(470)은, 하우징(410)의 하부으로 개구된 제3 하우징(416)의 내부에 조립되고, 세트볼트(482)가 관통하여 고정되는 원통체인 슬러리 분사구(472)와, 상기 분사구에 고압수와 연마재가 추가적으로 혼합되어 균일한 분포로 배출토록 하는 오목한 함몰부(474) 및, 상기 함몰부에서부터 분사구를 관통하여 슬릿 구조로 제공되는 슬러리 분사구멍(476)을 포함한다.

따라서, 믹싱공간(MT)에서 고압수와 연마재가 혼합된 슬러리(S)는 분사구(472)의 중앙으로 오목한 함몰부(474)에서 모이면서 슬릿 구조의 슬러리 분사구멍(476)을 통하여, 외부로 고압, 고속으로 분사되는데, 슬릿의 분사구멍에 의하여 분사되는 슬러리는 길이를 갖고 넓게 퍼지면서 분사되는 것이다.

이때, 도 6에서 도시한 바와 같이, 슬릿 구조의 분사구멍(476)의 하부 양측에는 소정각도(Θ)의 절개부(478)를 형성시키는 것이 바람직한데, 이와 같은 절개부(478)는 분사되는 슬러리(슬러리 스트림)(S)이 더 넓게 퍼지게 하여, 강판의 스케일(도 5의 SC)을 더 원활하고 넓은 면적에서 제거하는 것을 가능하게 한다.

실제 도 2와 같이, 본 발명의 슬러리 분사유닛(400)은 단위 하우징들이 여러개 강판 폭 및 길이방향으로 배열되고, 분사된 슬러리는 일정부분 겹치도록 분사한다.

이때, 상기 절개부의 각도는 15∼30 °정도가 바람직한데, 과도하게 각도가 좁거나 넓으면 절개구의 효과가 적거나 슬러리가 분산되는 문제를 발생시키게 된다. 도 5 및 도 6에서 도면부호 480은 고정링이다.

다음, 도 5 및 도 6에서 상기 하우징의 내측으로 분사된 고압수와 유입된 연마재의 혼합을 더 유도하는 믹싱수단(490)이 설치될 수 있다. 예를 들어 믹싱수단(490)은, 도 6과 같이, 원형링에 격자망이나 봉들이 연결되는 구조로 제공될 수 있고, 바람직하게는 서로 다른 방향으로 봉들이나 경자망이 배열되는 2단의 믹싱수단(490)을 가로대의 방향이 서로 엇갈리게 설치하는 것이다.

따라서, 도 5와 같이 믹싱공간(MT)을 통과하는 슬러리(S)는 격자 틀인 믹싱수단(490)을 통과하면서 물과 연마재의 혼합이 더 이루어 지고, 이는 강판에 분사되는 슬러리(S)에서 연마재가 고르게 분포되도록 하여, 결과적으로 도 5와 같이, 슬러리(S)(스트림)이 강판에 분사되어 충돌할때, 연마재는 고른 분포를 갖고 고르게 강판 표면과 충돌하고, 이는 강판의 조도를 균일하게 하는 것이다.

다음, 도 5에서는 앞에서 설명한 본 발명 스케일 제거장치(100)의 슬러리 분사유닛(400)에서 사용하는 슬러리(S) 특히, 연마재의 재사용과, 강판에서 박리된 스케일(SC)과 파손된 연마재(유리 비드)의 처리에 대하여 도시하고 있다.

즉, 도 2 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 쳄버(402)내에 배열된 슬러리 분사유닛(400)의 고압수 공급관(436)과 연마재 투입관(452)에는 각각 고압수 공급라인(L1)과 연마재 공급라인(L2)이 연결된다.

이때, 도 5와 같이, 쳄버(402)의 하측에는 분사된 슬러리의 물과 연마재 및 박리된 스케일을 수집하는 수집호퍼(510)가 설치되고, 수집호퍼는 펌프(PP)와 밸브(V)을 통하여 싸이클론(512)으로 연계되고, 싸이클론(512)의 하부에 연계된 분리조(516)에는 수집된 스케일(SC)와 사용된 연마재(C)가 투입된다.

상기 분리조에서 스크린(미부호)을 통하여 물은 아래의 물 저장조(438)에 모이고, 물 저장조(438)는, 라인(L1)을 통하여 고압수 공급수단(430)과 연계되고, 연마재(C)는 연마재 투입수단(450)의 투입관(452)과 공급라인(L2)으로 연결되는 연마재 공급호퍼(456)로 공급되고, 공급호퍼의 상부에는 새로운 연마재를 공급하는 이송설비(454)가 배치되고, 호퍼의 하부에는 연마재의 정량 불출을 위한 스크류피더(458)가 가동된다.

한편, 분리조(516)에서는 오버플로우를 통하여 부유된 스케일과 깨진 연마재등이 처리조(514)로 투입되고, 여기에서 스케일과 깨진 유리 비드 등의 연마재는 마그네트 세퍼레이터(518)에서 분리되어 연마재와 스케일로 처리된다.

따라서, 도 5와 같이, 본 발명의 스케일 제거장치의 슬러리 분사유닛(400)은, 연계된 연마재와 물 및 스케일 재처리 및 공급 순환 설비들을 통하여, 스케일과 손상된 연마재의 처리 또는, 연마재의 재활용을 가능하게 하는 것이다.

이때, 도 5에서 별도의 부호로 도시하지 않았지만, 분리조에서 수거된 재활용 연마재는 건조기(점선부분)를 통과하여 건조된 상태로 연마재 공급호퍼(456)로 공급될 수 있다.

또한, 도 5와 같이, 슬러리 분사수단(470)의 슬러리 분사시점에서 강판간의 간격은 도시하지 않은 유압 실린더를 분사유닛의 하우징에 연계하여 조정할 수 있는데, 바람직하게는 100~350mm 정도이다,

예를 들어, 분사시점과 강판간 간격은 스케일 제거성능과 제거 폭에 영향을 주는데, 100mm 이하인 경우 스케일 제거 폭이 좁아지고 스케일 처리를 위한 분사유닛의 설치수가 많이 필요하게 되고, 반대로 350mm 보다 크면, 간격이 너무 넓어 스케일 제거 성능이 약해진다.

한편, 지금까지 설명한 본 발명의 스케일 제거장치(100)를 통한 실시예 들을 일예로 설명하면 다음과 같다.

(실시예 1)

저탄소 열연강판(두께 2.3mm×폭 1200mm)를 도 2의 본 발명 장치를 이용하되 라인 스피드를 120 mpm으로 아래의 표와 같은 처리 조건에서 연속적으로 통판시킨 결과, 종래의 산세 처리와 비교하여 잔류 스케일은 유사 수준으로 1% 미만, 평균 표면 조도 1.2 ㎛ 수준(산세 강판의 경우 1.2~1.5 ㎛)을 얻었다.

구 분	처리 조건
저온 냉각	물과 알코올 1:1로 섞은 용액, 온도 -50oC
스케일 브레이커	연신율 1.2%, 벤딩량 25mm
슬러리 고압분사	연마재 (유리 비드, 입경 150~200 ㎛), 슬러리 분사압력 200 bar
분사 조건	분사각도 15°, 강판간 간격 230mm

(실시예 2)

탄소 0.1%, 실리콘 0.8%, 망간 1.2%를 함유한 고강도 열연강판(두께 3.0mm ×폭 1200mm)를 도 2와 같이 라인 스피드 110mpm으로 하여, 아래의 표의 처리 조건에서 연속적으로 통판시킨 결과 종래의 산세 처리한 동일한 강종의 열연강판과 비교하여 잔류 스케일은 유사 수준으로 1% 미만, 평균 표면 조도는 1.5 ㎛ 수준을 얻었다.

구 분	처리 조건
저온 냉각	알코올 용액, 온도 -70oC
스케일 브레이커	연신율 2%, 벤딩량 25mm
슬러리 고압분사	연마재 (알루미나, 100 ㎛), 슬러리 분사압력 150 bar,
분사조건	분사각도 30°, 강판간 간격 280mm

(실시예 3)

저탄소 열연강판(두께 2.5mm ×폭 1340mm)를 도 2와 같은 공정에서 라인 스피드 120mpm으로 아래 표와 같은 조건에서 연속적으로 통판시킨 결과 종래의 산세 처리한 열연 강판과 비교하여 잔류 스케일은 유사 수준으로 1% 미만, 평균 표면 조도 1.5 ㎛ 수준을 얻었다.

구 분	처리 조건
저온 냉각	물과 알코올 1:1로 섞은 용액, 온도 -80oC
스케일 브레이커	연신율 3.0%, 벤딩량 30mm
슬러리 고압분사	연마재 (유리 비드, 80 ㎛), 슬러리 분사압력 300 bar,
분사조건	분사각도 23°, 강판간 간격150mm

한편, 도 2와 같이, 슬러리 분사유닛(400)을 통과한 강판(102)은 수세조(600)에서 잔류 슬러리를 제거하고, 드라이어(700)에서 건조된후 최종적으로 텐션릴(130)에서 권취되어 제품으로 제공되게 된다.

그리고, 도 7에서 관이나 라인에 설치된 다수의 펌즈(PP)나 전기적으로 제어 가능한 제어밸브(V)들이 제공될 수 있다.

100.... 스케일 제거장치 200.... 냉각조
210.... 냉각조 쳄버 230.... 강판 이송롤
250.... 히팅수단 270.... 장치 제어부
300.... 브레이커 400.... 슬러리 분사유닛
410.... 하우징 430.... 고압수 분사수단
450.... 연마재 투입수단 470.... 슬러리 분사수단
490.... 믹싱수단 C... 연마재(유리 비드)
S.... 슬러리(물+연마재) PP.... 펌프
V.... 밸브

Claims (12)

1. 강판의 이송 경로 상에 제공된 냉각조(200);
   상기 냉각조(200)의 하류측에 제공된 스케일 브레이커(300); 및,
   상기 스케일 브레이커(300)의 하류 측에 스케일을 제거토록 제공된 슬러리 분사유닛(400);
   을 포함하여 구성된 스케일 제거장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각조(200)는, 강판(100)이 통과하는 입,출구(212)(214)가 구비되고, 강판의 냉각을 위한 냉매(216)가 채워지는 냉각조 쳄버(210); 및,
   상기 냉각조 쳄버(210)에 구비되어 강판의 냉매 침적 이송을 가능토록 제공된 복수의 강판 이송롤(230);
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 냉매(216)는, 물과 알코올을 함유하는 액체 또는, 냉각조 쳄버에 구비된 액화질소 공급구(218)를 통하여 액체질소가 공급되는 알코올 용액으로 제공되되 -10℃ ~ -100℃ 의 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 냉각조 쳄버(210)에는 온도제어를 위한 히팅수단(250);
   이 더 구비된 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 슬러리 분사유닛(400)은, 쳄버(402)의 내부에 강판의 진행경로에 대응 배치되는 하우징(410);
   상기 하우징에 제공된 고압수 분사수단(430);
   상기 고압수 분사수단의 일측으로 하우징에 제공된 연마재 투입수단(450); 및,
   상기 하우징의 하부에 고압수와 연마재가 혼합된 연마용 슬러리(S)를 강판에 분사토록 제공된 슬러리 분사수단(470);
   을 포함하여 구성된 스케일 제거장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 고압수 분사수단(430)은, 장치 하우징의 상부에 조립되고 고압수가 공급되는 고압수 공급구(432);
   상기 고압수 공급구(432)에 조립되어 고압수를 하우징 내부에서 분사토록 제공된 고압수 노즐(434);
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 연마재 투입수단(450)은, 상기 하우징(410)에 연결되는 연마재 투입관(452)을 포함하여 연마재(C)는 하우징 내부에서의 고압수 분사로 형성된 음압에 의하여 하우징내에 흡인 투입토록 구성된 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 슬러리 분사수단(470)은, 하우징의 하부에 조립되는 분사구(472);
   상기 분사구에, 고압수와 연마재가 혼합되어 배출토록 형성된 함몰부(474); 및,
   상기 함몰부에서부터 분사구를 관통하여 슬릿 구조로 제공되는 슬러리 분사구멍(476);
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
   
9. 제5항에 있어서,
   상기 하우징의 내측으로 분사된 고압수와 유입된 연마재의 혼합을 유도토록 제공되는 믹싱수단(490);
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 연마재는 금속보다 비중이 실리콘 옥사이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 유리 및 세라믹 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
    
11. 강판을 냉각하고 스케일 브레이커에 통과시키어 적어도 강판 표면의 스케일의 탈락 유도 또는 균열 촉진을 가능토록 구성된 스케일 전처리 단계; 및,
    물과 연마재가 혼합된 슬러리를 분사하여 강판 표면의 스케일을 제거하는 스케일 제거단계;
    를 포함하여 구성된 스케일 제거방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에서 기재된 스케일 제거장치(100)를 이용하되, 상기 스케일 전처리 단계에서는 강판을 스케일 제거장치의 냉각조(200)와 스케일 브레이커(300)를 통과시키고,
    상기 스케일 제거단계에서는, 강판을 스케일 제거장치의 슬러리 분사유닛(400)을 통과시키는 것을 특징으로 하는 스케일 제거방법.

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