KR20160095064A - 강 스트립의 연속 열처리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

강 스트립의 연속 열처리를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강 스트립의 연속적 열처리를 위한 방법에 관한 것으로, 여기서, 상기 스트립은 연속적 열처리 챔버들을 통과시키고; 상기 스트립은, 특히 200℃/sec보다 큰 급속 냉각을, 상기 스트립 위로 액체를 분무함으로써, 기체와 액체로 구성된 유체를 분무함으로써, 또는 기체와 액체의 조합물을 미스트로 분무함으로써, 상기 챔버들 중의 적어도 하나에서 수행하며; 상기 급속 냉각 후에, 보호 금속 층을 딥 코팅에 의해 상기 스트립으로 침착시킨다. 상기 스트립의 상기 냉각을 위해 분무되는 유체는, 용융 도금 금속 코팅 조작 동안의 표면 결함들을 감소시키거나 제거하기 위하여, 상기 스트립의 산화를 제한시키고 상기 스트립 위에 형성될 수 있는 산화물을 감소시키기 위해, 처리될 강 내에 함유된 철 산화물 또는 기타 합금 원소들의 산화물에 관한 산세척 성질을 갖는 유체이다. 상기 유체는, 분무된 유체의 기계적 작용 및 산세척 성질의 조합된 효과가 상기 스트립의 표면에서 산화물들의 층을 환원시키도록, 가압하에 상기 스트립으로부터 이격되어 분무된다. 냉각 말미에서의 상기 스트립의 온도는 목적하는 처리 사이클을 달성하는데 필요한 온도, 특히 200℃ 내지 750℃, 통상적으로는 200℃ 이상이다.

Description

강 스트립의 연속 열처리를 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR CONTINUOUS THERMAL TREATMENT OF A STEEL STRIP}
본 발명은, 냉각 기울기(cooling slope)를 사용하는 어닐링 사이클(annealing cycle)을 갖는, 금속 스트립(strip), 주로 강판(steel sheet)을 위한 연속적 열처리 라인 내의 어닐링 노(annealing furnace)에 관한 것이다.
당해 방법은 용융 아연도금(hot-dip galvanizing) 라인 또는 조합된 어닐링 및 용융 아연도금 라인에 특히 적합하다.
당해 방법 및 상응하는 장치는, 본 발명에 따라, 열처리 후 스트립의 산세척(pickling)을 요구하지 않으면서 신규한 강(steel)을 제조할 수 있는, 습식 급속 냉각 조작을 포함하는 열처리 사이클을 수행할 수 있게 한다.
금속 스트립, 주로 강 스트립의 연속 어닐링을 위한 현재의 라인은 연속 챔버들로 구성되며, 이때 상기 스트립은 우선 가열되고, 이어서 다양한 시간 동안 해당 온도에서 유지되고 최종적으로 거의 주위 온도로 냉각되어, 판매될 수 있거나 또는 후속 처리될 수 있게 된다. 이들 가열, 유지 및 냉각 순서들의 기타 조합이, 더욱 복잡한 처리 사이클에 대해 수행될 수 있다.
선행기술에 따르는 라인은, 야금 어닐링(metallurgical annealing)을 수행한 후에, 상기 스트립의 표면에 금속 코팅을 생성시키는데 종종 사용되어, 이의 내식성(corrosion resistance)을 증가시킨다. 당해 처리는 일반적으로, 상기 스트립을 아연도금(galvanizing)하기 위해, 용융된 금속, 예를 들면 아연의 욕(bath)으로 딥 코팅(dip coating)에 의해 연속적으로 수행되며, 이는 최종 생성물, 예를 들면 자동차 바디 파트(body part)의 내식성을 증가시킬 수 있다. 또 다른 타입의 처리로서, 상기 스트립을 금속 합금으로 코팅하기 위한 알루미늄화(aluminizing) 또는 임의의 기타 방법이 언급될 수 있다.
자동차 시장은, 이의 사용자의 보호를 보장하기 위해 충격시 이의 기계적 강도를 유지하거나 증가시키면서 점점 더 가벼운 바디를 제조하는 것을 찾고 있다. 당해 심취(preoccupation)는 2가지 주요 제조 방법을 초래하였으며, 하나는 상기 스트립의 어닐링 열처리 동안이고, 나머지 하나는 예를 들면 차량 바디 파트의 제조를 위한 시트의 스탬핑(stamping) 동안이다.
예를 들면 "마르텐사이트" 강("martensitic" steel) 또는 "VHSS"(초고강도 강)(very high strength steel) 강으로 지칭되는 강을 제조하기 위한 상기 신규한 열처리 방법은 상기 가열 및 온도 유지 단계(phase) 후에, 상기 강을 예를 들면 200℃/sec보다 큰, 통상적으로 500℃/sec보다 큰, 때로는 1000℃/sec에 도달하거나 이를 넘어설 수 있는, 냉각 속도로 극도로 급속 냉각하는 것을 기반으로 한다. 최대 냉각 기울기가 200℃/sec에 가까운, 이들 냉각 기울기는 상기 스트립 위로의 냉각 기체의 분무에 의한, 통상의 냉각 기술로는 달성될 수 없다. 이어서, 이들 냉각 기울기를 생성시키기 위해, 상기 스트립 위로 물을 분무하거나 기체와 물의 혼합물을 분무함으로써 수 켄칭(water quenching) 타입의 냉각 조작을 사용하는 것이 필요하다. 이어서, 당해 냉각을 달성하기 위해 처리된 수(treated water)를 사용하더라도, 상기 스트립의 표면에서의 산화물의 침착은 여전히 발생하며, 이는 용융 도금 금속 코팅(hot-dip metal coating) 동안 결함의 형성을 초래하고 이는 상기 생성물을 현재의 고객이 사용하기에 부적합하게 하는 것으로 관찰된다. 따라서 선행기술에 따르는 기술은, 습식 냉각 조작을 포함하는 상기 스트립의 급속 열처리 사이클을 수행한 후에, 상기 산화물을 환원시키기 위한 화학 처리를, 당해 처리를 수행하기 위한 현재의 온도 한계로 간주되는 대략 100℃ 미만의 온도에서 수행하기 위해, 상기 금속을 주위 온도에 가까운 온도로 냉각시키는 것이다. 구체적으로는, 상기 스트립의 표면에 존재하는 산화물을 환원시키는데 사용되는 산은 매우 공격적이며, 제조 건물(production building)로 방출될 수 있고 주변 장비를 공격할 수 있거나 조작 스태프에게 허용되지 않는 작업(working) 조건을 생성시킬 수 있는 증기를 형성하지 않도록 노력한다.
야금 어닐링, 냉각, 및 상기 산화물의 환원을 위한 화학 처리의 완결 후에, 상기 스트립은, 이의 표면 품질이 용융 아연도금을 금지하는 경우, 선행기술에 따르는 라인에서 용융 아연도금되기 위해 또는 특정 분야에서 전기아연도금(electrogalvanizing) 라인 상에서 아연도금되기 위해 대략 460℃ 내지 470℃의 온도로 다시 가열된다.
가열 조작 및 냉각 조작, 특히 현저한 기울기를 갖는 급속 냉각 조작의 연속은 상기 스트립에 종방향 및 횡방향 응력을 생성시키며 이는 상기 스트립의 표면에 영구 변형, 더 크거나 더 적은 주름 또는 버클(buckle)과 같은 변형을 일으킬 수 있다. 이들 변형 또는 주름은 상기 스트립을 노(furnace) 장비, 예를 들면 냉각 박스와 접촉시킴으로써 상기 스트립 상에 표면 결함을 생성시킬 수 있고, 폐기되는 완제품을 생성시킬 수 있다.
상기 제품에서 요구되는 기계적 특징들을 얻기 위해 필요한 상기 습식 급속 냉각에 의해 형성되는 산화물을 환원시킬 필요성은, 에너지의 현저한 손실을 초래하는데, 그 이유는, 상기 스트립을 화학적으로 처리하고 이어서 460℃로 재가열하여 이를 용융 아연도금(아연, 알루미늄 또는 기타 합금으로의 코팅)하기 위해 또는 전기아연도금의 경우 상기 스트립을 또 다른 방법 라인으로 이동시키기 위해 상기 스트립을 주위 온도로 냉각시키는 것이 필요하기 때문이라고 이해된다.
따라서, 당해 타입의 처리를 위해 연속적인 어닐링, 산세척 및 아연도금 조작 모두를 단일 라인에서 수행하는 것은 불가능한데, 그 이유는, 상기 스트립을 냉각시키고 이를 저온에서 화학적으로 처리하고 이어서 아연도금을 위해 이를 다시 취하는 것이 필요하기 때문이다. 이들 중간 조작은 상기 강의 전체적인 처리를 더 길게 그리고 특히 에너지 측면에서 더 비싸게 만든다.
상기 스트립에서 바람직한 기계적 특성들을 얻기 위한 또 다른 해결책이 철강업자들에 의해 개발되고 있다. 이는, 현재 사이클과 유사한 완전한 열처리의 수행으로 이루어지며, 이는, 상기 파트를 형성하기 위한 조작 기간에 걸쳐 해당 온도로 유지되는 이의 다이(die)를 갖는 특별한 프레스 상에서 900℃에 가까운 온도에서 이들 시트를 스탬핑하기 위해, 어닐링 및 아연도금 조작을 연속적으로 포함한다. 당해 방법에서, 상기 어닐링 및 아연도금 조작은 선행기술에 따르는 도구로 수행될 수 있지만, 상기 가압 장비는 매우 복잡하며 상기 시트의 재가열을 요구하고 이 또한 에너지 소모적이다.
제안된 본 발명은, 습식 급속 냉각 조작을 포함하는 연속적 방법으로 자동차 제조업자에 의해 예상되는 매우 높은 항복 강도의 강을 제조할 수 있게 하며; 당해 방법은, 100℃ 미만의 온도에서의 상기 산화물의 환원을 위해 상기 스트립이 200℃ 미만의 온도로 냉각되는 것을 요구하지 않지만, 어닐링이 수행되는 것과 동일한 라인에서 동일한 속도로 아연도금을 연속적으로 수행할 수 있게 한다. 당해 방법은, 상기 스트립을 산세척하기 위해 1mm 두께 스트립에 대해 200℃ 미만의 스트립 온도로의 냉각에 의해 발생되는 현재 기술의 에너지 손실을 제거하며, 중간 재시작 없이 연속적 조작을 가능하게 하고, 현재의 용융 도금 금속 코팅 기술에 의해 제공되는 품질 수준을 갖는 스트립의 금속 코팅을 제공한다.
본 발명은 강 스트립의 연속적 열처리를 위한 방법을 제안하며, 여기서,
- 상기 스트립은 연속적 열처리 챔버들을 통과시키고,
- 상기 스트립의, 특히 200℃/sec 초과의 급속 냉각을, 상기 스트립 위로 액체를 분무함으로써, 기체와 액체로 구성된 유체를 분무함으로써, 또는 기체와 액체의 미스트형 조합물을 분무함으로써, 상기 챔버들 중의 적어도 하나에서 수행하며,
- 상기 급속 냉각 후에, 보호 금속 층을 딥 코팅에 의해 상기 스트립으로 침착시키며,
상기 방법에서,
- 상기 스트립의 상기 냉각을 위해 분무되는 유체는, 용융 도금 금속 코팅 조작 동안의 표면 결함들을 감소시키거나 제거하기 위하여, 상기 스트립의 산화를 제한시키고 상기 스트립 위에 형성될 수 있는 산화물을 감소시키기 위해, 처리될 강 내에 함유된 철 산화물 또는 기타 합금 원소들의 산화물에 관한 산세척 성질을 갖는 유체이고,
- 상기 유체는, 분무된 유체의 기계적 작용 및 산세척 성질의 조합된 효과가 상기 스트립의 표면에서 산화물들의 층을 환원시키도록, 가압하에 상기 스트립으로부터 이격되어 분무되며,
- 냉각 말미에서의 상기 스트립의 온도는 목적하는 처리 사이클을 달성하는데 필요한 온도, 특히 200℃ 내지 750℃, 통상적으로는 200℃ 이상이다
라는 특징을 갖는다.
상기 냉각이 선행기술에 따르는 아연의 침착을 갖는 상기 스트립의 코팅 이전의 처리 사이클의 최종 단계(step)인 경우, 상기 냉각 말미의 온도는 460℃일 수 있다. 상기 열처리가 급속 냉각 부분(section) 이후에 수행되는 추가의 처리 단계(phase)를 수행하기 위해 냉각을 요구하는 경우, 당해 온도는 200℃에 가까울 것이다.
바람직하게는, 상기 스트립 위로 분무되는 산세척 성질을 갖는 액체는 5 미만의 pH를 갖는 산 용액, 특히 포름산 또는 붕산 또는 유사한 생성물의 용액이다.
상기 스트립 위로 분무되는 액체는 첨가제, 예를 들면, 특히 계면활성제 또는 습윤제, 예를 들면, 퍼플루오로노나노에이트, 특히 산 억제제, 특히 벤조트리아졸 또는 테트라졸을 포함할 수 있다.
유리하게는, 상기 액체는, 이를 저압 방법의 경우에 1bar 미만의 압력하에 그리고 고압 방법의 경우에 5bar 초과의 압력하에 상기 스트립으로부터 40 내지 250mm의 거리에서 상기 스트립 위로 분무하는 노즐을 공급한다.
상기 급속 냉각 구역의 상부(upstream)에 위치한 상기 가열 구역은, 특히 5% 미만의 수소 함량을 갖는 매우 환원적이지는 않는 대기, 또는 공기 중에 존재하여, 산화물의 형성이 가능하게 되고, 산화물들의 층은 상기 가열 챔버(들) 내에서 열 교환의 효율을 개선시키고, 이어서, 형성된 이들 산화물은 상기 냉각 유체의 분무에 의해 환원되어, 제품의 목적하는 방법 또는 목적하는 품질의 제품과 양립가능한 잔여 산화물의 양을 수득할 수 있다.
유리하게는, 제품의 목적하는 방법 또는 목적하는 품질의 제품과 양립가능한 잔여 산화물의 양을 수득하기 위하여, 상기 환원 방법의 파라미터의 제어, 특히 상기 스트립 상으로의 유체의 분무를 위한 시스템의 실행이 제공된다.
상기 냉각 유체에 의해 냉각되는 상기 스트립 길이는, 상기 라인의 속도의 함수 또는 상기 스트립의 특징의 함수 또는 상기 스트립의 주입구와 배출구 온도의 함수로서, 특히 실행되어야 하는 방법 또는 가열 사이클의 함수로서 냉각 기울기를 조정하기 위해 조정될 수 있다. 이는, 냉각 속도의 유연성(flexibility)(저속 - 급속 - 초급속) 및 또한 배출구 온도의 유연성인 현저한 이점으로 귀결되며, 철강업자에 의해 그리고 철강업자를 위해 수행되는 열처리 사이클의 2개의 중요한 포인트는, 단일 시스템이 신규한 강 뿐만 아니라 모든 종류의 현재 강을 제조할 수 있게 한다는 것이다.
상기 냉각 유체는 노즐에 의해 상기 스트립 위로 분무되고, 상기 방법은, 각각의 노즐에 의해 그리고 수행되어야 하는 야금 방법의 함수로서 이론적인 냉각 곡선을 생성시키기 위한 노즐 너비의 각각의 부분에 대해 상기 스트립 위로 주입되는 액체의 양을 조정함으로써 상기 스트립의 냉각을 위한 파라미터를 조정함을 특징으로 한다.
상기 방법은, 종방향 및 횡방향 냉각 기울기를 조정하기 위해, 상기 스트립의 표면에서 주름의 형성의 위험을 계산하기 위한 알고리즘의 실행을 포함할 수 있다. 당해 주제에서, 출원인 회사에 의해 번호 EP 2 376 662하에 공개된 특허 EP 10702917.5를 참조할 수 있다.
또한 본 발명은, 위에 정의된 방법을 수행하기 위한, 강 스트립의 연속적 열처리 라인에 관한 것으로, 당해 라인은,
- 상기 스트립이 통과하는 연속적 열처리 챔버들,
- 특히 200℃/sec를 초과하는, 급속 냉각을 위한 수단을 포함하는 챔버들 중의 적어도 하나로서, 이들 냉각 수단은 액체를 상기 스트립으로 분무하거나, 기체와 액체로 구성된 유체를 분무하거나, 기체와 액체의 미스트형 조합물을 분무하기 위한 노즐을 포함하는, 상기 챔버들 중의 적어도 하나, 및
- 상기 챔버 뒤에, 상기 스트립 상에 보호 층을 침착하기 위한 장비, 특히 용융 도금 금속 코팅 장비
를 포함하며,
당해 라인은, 이것이, 처리될 강 내에 함유된 철 산화물 또는 기타 합금 원소들의 산화물에 대해 산세척 성질을 갖는 액체(이는 상기 스트립 위에 형성될 수 있다), 특히 5 미만의 pH를 갖는 산 용액을 갖는 분무 노즐을 공급하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하며,
노즐 공급 압력, 및 상기 노즐로부터 상기 스트립까지의 거리는 서로 독립적으로 충분해서, 분무된 액체의 기계적 작용과 산세척 성질의 조합된 효과가, 처리될 강 내에 함유된 철 산화물 또는 기타 합금 원소들의 산화물의 층(이는, 스트립 온도를 유지하면서, 냉각 말미에, 상기 스트립 위에 형성될 수 있고, 이는 상기 보호 층의 침착에 매우 충분하다)을 제거함을 특징으로 한다.
상기 급속 냉각 구역의 상부에 위치하는 처리 구역은, 특히 5% 미만의 수소 함량을 갖는 환원적이지 않거나 매우 환원적이지는 않는 대기에, 또는 공기 중에 존재하여, 가열 동안의 상기 스트립 상에서의 산화물의 형성, 상기 냉각 유체의 분무에 의해 수행되는 이들 산화물의 환원을 촉진시켜, 제품의 목적하는 방법 또는 목적하는 품질의 제품과 양립가능한 잔여 산화물의 양을 수득할 수 있다.
유리하게는, 상기 라인은 상기 냉각 챔버의 주입구 및 배출구에 적어도 하나의 대기 분리 밀봉재를 포함하여, 습윤 구역을 형성하는 당해 챔버를 단리시키고 상부 챔버와 하부 챔버는 무수 대기 내에 존재한다.
분무 노즐의 제어는 체커보드 타입 제어 알고리즘에 의해 제공될 수 있으며, 이는, 상기 스트립의 열처리의 말미에 예상되는 균질한 야금 구조물을 생성시키는 한편, 상기 스트립의 표면에서의 변형의 발생을 줄이기 위해, 상기 스트립의 축에 평행한 방향 및 상기 스트립의 축에 직각인 방향을 따라 상기 냉각 구역에 존재하는 스트립의 섹션의 냉각을 제어하는 것을 가능하게 한다. 당해 주제에서, 체크 패턴 분리된 기체 제트에 의해 냉각하는 것에 관한, 번호 EP 1 108 795하에 공개된 출원인 회사의 특허 EP 00 403 318.9를 참조할 수 있다.
유리하게는, 상기 라인은, 상기 급속 냉각 구역의 배출구에서 상기 스트립을 세정(rinsing)하기 위한 구역이 장착된다.
상기 라인은, 상기 스트립에 의한 액체의 비말동반(entrainment)을 제한시키기 위해, 상기 습식 냉각의 배출구에 에어 나이프(air knife), 대기 나이프(atmosphere knife) 또는 액체 나이프가 장착될 수 있다.
각각의 단리 밀봉재는 기체 추출기 디바이스를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는, 상기 스트립의 산화 없이, 상기 라인의 상부 및 하부 챔버의 오염 없이, 상기 스트립의 표면의 현저한 영구 변형의 발생 없이 하나의 라인에서의 저속, 급속 또는 초급속 냉각 조작을 연속적으로 달성하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 방법에 따르는 라인은, 통상적으로는 500℃ 이상이거나 또는 선행기술에 따라, 예를 들면 특허 FR 2 809 418 또는 특허 FR 2 940 978에 기재된 방법에 따라 수행되는 1000℃/sec를 초과할 수 있는 급속 냉각 기울기를 달성할 수 있는 급속 냉각 구역을 포함한다. 선행기술에 따르는 이러한 방법 내에서 사용되는 순수 또는 탈염수는, 예를 들면, 순수 또는 탈염수 및 하나 이상의 산(들)의 혼합물 또는 산 및 예를 들면 억제제(이는, 산세척 방법 및/또는 상기 스트립의 산화의 예방을 위한 방법을 시행하기 위해 상기 스트립 위로 유체를 분무함으로써 형성된 산화물을 환원시킬 것이다)와 같은 첨가물의 배합물에 의해 대체된다.
산 및 잔여 유기 화합물은 아연 욕(bath)의 온도에 의해 파괴되기 때문에 첨가제들의 존재는 요구되지 않는다. 그러나 억제제는 산화물의 공격에 이어지는 산의 작용을 제한시키기 위해 그리고 지지 금속(support metal)을 보호하기 위해 사용될 수 있다.
당해 방법에 의해, 현재의 품질 수준을 갖는 코팅 결함을 발생시키지 않으면서, 동일한 공정 동안 동일한 장치에서의 딥 코팅에 의해 상기 스트립의 금속 코팅을 생성시킬 수 있는, 상기 스트립의 표면에서 산화물의 존재는 상당히 감소하거나 없어질 수 있다. 당해 방법을 통해, 저온에서의 산세척을 가능하게 하기 위한 선행기술에 따르는 스트립의 냉각, 및 상기 코팅을 위한 주위 온도로부터 또는 주위 온도 부근에서의 이의 재가열은 더 이상 필요하지 않다. 상기 어닐링 및 아연도금 방법은 연속적이다. 상이한 장비에서 상이한 조작들을 수행하기 위한 재시작이 더 이상 요구되지 않기 때문에, 선행기술에 따르는 방법의 에너지의 현저한 손실은 없어진다. 현재의 기술에 따르는 용융 아연도금에 의한 금속 코팅의 제조는, 전기아연도금과는 달리, 하부 산업에 의해 예상되는 품질 수준을 유지하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은, 상기 설정된 배치 외에도, 첨부된 도면을 참조하여 기재된 예시적 양태들에 대해 아래에서 더 명백하게 언급될 특정 개수의 기타 배치로 이루어지지만 이에 한정되지는 않는다. 이들 도면에서,
- 도 1은 강 스트립의 열처리를 위한 선행기술에 따르는 연속적 라인의 개략도이고;
- 도 2는 강 스트립의 열처리를 위한 본 발명에 따르는 연속적 라인의 도 1과 유사한 개략도이고;
- 도 3은 제어 알고리즘에 의해 제공된 분무 노즐의 제어를 위한 체커보드 타입 구역들을 갖는 강 스트립의 수직 부분의 정면도이고;
- 도 4는 상기 스트립의 각종 냉각 곡선의 도식적 표현으로, 횡좌표에 시간이 제공되고 종좌표에 스트립 온도가 제공된다.
도 1은 선행기술에 따르는 수직의 어닐링-아연도금 라인을 나타낸다. 동일한 방법이 수평 라인에서 수행될 수 있다고 이해된다.
강 스트립(1)은 예열 챔버(2), 및 롤러(4)들 세트 상의 가열 챔버(3)를 연속으로 통과한다. 당해 예에서, 이어서, 상기 스트립은 저속 냉각에 상응하는 챔버(5), 냉각 박스(7)들로부터 상기 스트립 위로 기체의 제트(jet)에 의한 통상의 또는 급속 냉각에 상응하는 챔버(6), 및 홀드 챔버(hold chamber)인 챔버(8)를 통과한다. 상기 스트립은 대기 쉬쓰(sheath)(9)에 의해 운반되고, 이의 말단들 중의 하나가, 롤러(10)를 경유하여 용융된 아연 또는 금속들로 이루어진 욕(bath)(11)으로 침지된다.
상기 스트립 위로 액체를 분무함으로써 급속 냉각시키기 위한 챔버는 대기 분리 밀봉재에 의해 상기 노의 상기 상부 및 하부 챔버로부터 단리된다. FR 2 903 122 또는 유사한 기술들에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따르는 방법을 수행하기 위해, 당해 고정은, 특히 밀봉재(14, 17)(도 2)를 사용함으로써 보강되어, 상기 급속 냉각 챔버에 존재하는 증기, 예를 들면 물과 산 증기의 방출을 방지한다. 이들 밀봉재의 기능은, 상기 습식 냉각 챔버의 대기를 상기 상부 및 하부 챔버로부터 분리하고, 상기 스트립의 표면에 존재하는 산화물의 환원에 사용되는 화학 화합물 또는 산의 증기를 함유하는 대기의 통로를 제한하는 것이다. 대기 배출구(13, 16)(도 2)는, 상기 산 증기를 상기 냉각 구역 외부에 있는 재처리 시스템으로 방출하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따르는 방법을 실행하는 상기 라인에는, 냉각을 위해 공지된 타입의 냉각 액체를 처리하고 상기 산화물의 환원에 의해 형성된 화학 생성물 및 임의의 이물질을 분리하기 위한 회로(도시되지 않음)가 장착되고, 또한 상기 냉각 액체의 조성, 특히 상기 스트립의 조건의 함수로서의 pH 값 및 상기 냉각 구역의 주입구에서 이의 산화도를 제어하기 위한 특정 장비(도시되지 않음)가 장착된다고 또한 이해된다.
존재하는 산 또는 부식성 용액을 갖는 상기 습식 급속 냉각 구역은, 액체 상(phase) 또는 증기 상(phase)에서 이들 화학 화합물에 내성인 물질, 특히 상기 냉각 제품의 공급 및 회수 배관(pipework)을 위한 스테인리스 강 또는 합성 물질로 만들어진다.
본 발명에서 수행되는 것과 같은 급속 냉각 조작은 현저한 응력을 유발시키며, 이는 제품의 표면에서 발생하는 영구 변형을 초래할 수 있으며, 이들 변형은 시판용 품질의 제품의 제조에 되도록 허용되지 않는다.
본 발명에 따라, 상기 냉각 구역에 존재하는 상기 스트립의 부분은, 상기 스트립의 길이 및 이의 너비를 따라 계산함으로써 분할되며(도 3), 이에 따라 수득된 각각의 상기 박스는, 이들 응력이 상기 물질에 의해 허용되는 한계 미만인지의 여부를 확인하기 위해, 냉각에 의해 유발된 상기 물질에서 응력의 측정의 대상이다. 당해 주제에서, 출원인 회사에 의해 EP 1 994 188 / WO 2007/096502를 참조할 수 있다. 당해 계산의 결과는 상기 라인의 컴퓨터(도시되지 않음)로 전송되어, 상기 냉각 기체의 속도 및 상기 스트립 위로 분무된 물 또는 액체의 양과 같은 냉각 파라미터를 조정한다. 당해 수단에 의해, 상기 스트립의 각각의 부분은, 상기 스트립의 표면에서 영구 변형을 일으키지 않으면서 야금 목표를 충족시키기 위해, 냉각 최적화 계산의 대상이다.
도 2는 본 발명에 따르는 수직 아연도금 라인을 나타낸다. 도 1에 대해, 급속 냉각 구역(6)의 챔버 상부 및 하부는 충전되지 않는다.
급속 냉각 구역(6)은 공지된 기술들에 따라, 특히 FR 2 809 418에 따라, 상기 습식 냉각 챔버(6) 및 상기 상부 및 하부 챔버의 대기들 사이의 커뮤니케이션(communication)의 부재를 보장하고자 하는 기체 배출구(13, 15)를 갖는 밀봉재(14, 16)에 의해 상부 챔버(5)와 하부 챔버(8)로부터 단리된다.
급속 냉각 챔버(6)의 챔버(5, 8) 상부 및 하부 사이의 커뮤니케이션 터널(17)은, 챔버(5, 8) 사이의 압력차가 존재하는 경우에 이들 챔버 사이의 대기의 커뮤니케이션을 방지하는 것을 가능하게 한다.
스트립(1)의 급속 냉각은, 일련의 노즐들(보이지 않음)을 통한 액체의 분무 및 독립적인 일련의 노즐들을 통한 대기의 조합에 의해, 또는 일련의 조합된 노즐들을 통해 대기 및 액체의 혼합물의 생성에 의해, 액체를 상기 스트립 위로 분무함으로써 수득된다. 당해 장치는, 수직 라인 위에 상기 스트립을 따라 위치하는 박스(12)에 의해 나타나 있으며, 상기 스트립은 바람직하게는 상단부로부터 하단부로 수직으로 운행하여, 상기 냉각 액체의 중력 유동이 가장 차가운 스트립 온도에서 발생할 수 있다.
위에 열거된 각각의 냉각 방법들에는, 이들의 유효성을 조절하기 위한 수단이 장착되며, 상기 수단은, 상기 스트립과의 열교환의 계수(coefficient)를, 이의 온도의 함수로서, 목적하는 야금 구조물을 수득하고 주름 또는 버클과 같은 표면 결함의 형성을 방지하기 위해 달성되어야 하는 냉각 곡선 타입의 함수로서 제어하는 것을 가능하게 한다.
도 3은 상기 스트립의 냉각을 제어하기 위한 당해 시스템의 조작 원리를 나타낸다. 정면도에서 보이는 것은, 상부 롤러(18)와 하부 롤러(19)를 갖는 급속 냉각 구역(6)에 존재하는 스트립(1)의 부분이다. 당해 스트립 섹션 상에서, L로 나타낸 부분은 상기 냉각 박스의 구역에 상응한다. 당해 길이 L은 당해 실시예에서 복수의 세그먼트(segment)들 L1, L2 ... L7로 수직으로 나누어지고, 오퍼레이터(operator) 측에 대해 O, 중심부에 대해 C, 및 모터(motor) 측에 대해 M의 3개 부분으로 수평으로 나누어진다. 이는, 당해 예에서, 구역 L4O, L4C 및 L4M을 제공한다. 수평 및 수직 구역의 개수는 한정되지 않으며, 상기 냉각 박스들의 배치, 특히 안정화 롤러의 존재와 같은 불규칙한 것들의 배치에 상응하도록, 특히 상기 스트립의 표면 위에서 주름 또는 버클의 형성의 위험성이 높은 구역들에서, 더 큰 정확성의 제어를 가능하게 하기 위해, 각각의 구역은 나머지 구역들과는 상이한 치수를 가질 수 있다.
상기 냉각 수단은, 특히, 상기 유체의 압력 또는 유속을 수득될 교환 계수의 함수로서 조정하기 위해, 상기 라인의 제어 시스템에 의해 제어되는 컨트롤 밸브(control valve)에 의해, 상기 스트립의 냉각된 부분의 구역들로의 절단에 상응하게 되도록 고안된다.
상기 라인의 제어를 위한 시스템은, 예를 들면, 스트립을 대략 1.5초 이내에 850℃의 온도로부터 470℃로 통과시키기 위해, 상기 스트립의 물질에서 유도되는 응력을 목적하는 냉각의 함수로서 계산하는 일련의 알고리즘을 포함하며, 당해 냉각 과정에서 상기 스트립에서의 응력을 제한시키기 위해 상기 냉각 곡선을 최적화시킬 것이다.
도 4는 850℃와 470℃ 사이에서의 시간 t에 따른 이러한 냉각 타입을 보여준다:
ㆍ 곡선 C1은 850℃에 가까운 고온에서 작은 냉각 기울기를 보여주고 470℃에 가까운 온도에서 더 큰 기울기를 보여주며;
ㆍ 곡선 C2는 850℃의 출발 온도와 450℃의 최종 온도 사이에서 선형의 냉각 기울기를 보여주고; 열 사이클(thermal cycle)이 요구되는 경우 N.B. 또는 그 이하를 보여주며;
ㆍ 곡선 C3은 850℃에 가까운 최대 온도에 대해 더 큰 냉각 기울기를 나타내고 470℃에 가까운 온도에서 더 작은 기울기를 나타낸다.
따라서 종방향 냉각 곡선은, 상기 스트립 상에 표면 결함을 일으키지 않으면서 최종 결과를 수득하기 위해, 구역 L1 내지 L7를 갖추고 있는 액체 분무 노즐, 및 액추에이터(actuator)를 제어하기 위해 최적화될 수 있다.
유사하게는, 예를 들면, 노 주입구 또는 냉각 섹션 주입구에서 상기 스트립의 횡방향 온도 프로파일은, 이미 존재하는 프로파일을 보상하기 위해 또는 상기 스트립 상의 목적하는 온도 프로파일을 의도적으로 생성시키기 위해, 상기 횡방향 구역의 노즐 및 액추에이터를 제어하기 위해 상기 계산에 통합될 수 있다.
온도 측정 수단(도시되지 않음)은, 특히, 상기 냉각 구역의 주입구에 존재하는 온도 레벨 또는 프로파일을 보상하기 위해, 또는, 당해 냉각 구역의 배출구에서 측정에 의해, 요구되는 효과를 수득하기 위한 액추에이터의 설정값을 수정하기 위해, 상기 노의 제어 시스템에 의해 상기 냉각 구역의 상부 또는 하부로 사용될 수 있다.
본 발명의 실행의 하나의 변형태에 따라, 상기 산세척의 효과, 및 본 방법의 실행에 의해 수득된 산화물의 환원의 효과가 고려된다. 이에, 덜 발달된 대기를 갖고, 예를 들면, 통상적으로는 5% 미만의 더 적은 수소 함량을 갖는 챔버(3 및 5)에 상응하는 상기 가열 구역이 가능하게 되며, 따라서 심지어 공기 중에서도 임의로 덜 환원되게 된다. 가열 동안 수득된 상기 스트립의 표면 산화는 이들 더 적은 환원 대기에서 가능하게 되며, 상기 스트립의 복사능 계수의 증가 효과를 갖고, 이는, 복사 가열의 효과를 증가시키고 상기 장치의 크기 및 비용의 감소를 가능하게 한다. 이러한 라인은 더욱 컴팩트할 것이며, 따라서, 선행기술에 대해 개선된 강의 제조를 가능하게 하는 한편, 더 적은 투자비 및 더 적은 작동 비용을 가질 것이다.
본 발명은, 아연도금의 제약이 존재하지 않더라도, 어닐링 라인에서 사용될 수 있다. 그러나, 상기 인라인(in-line) 산세척의 이점, 및 상기 가열 구역에서 덜 발달되는 대기의 가능성은 당해 타입의 장치에 여전히 존재할 것이다.

Claims (17)

  1. 강 스트립의 연속적 열처리를 위한 방법으로서, 여기서,
    - 상기 스트립은 연속적 열처리 챔버들을 통과시키고,
    - 상기 스트립의, 특히 200℃/sec보다 큰 급속 냉각을, 상기 스트립 위로 액체를 분무함으로써, 기체와 액체로 구성된 유체를 분무함으로써, 또는 기체와 액체의 미스트형 조합물을 분무함으로써, 상기 챔버들 중의 적어도 하나에서 수행하며,
    - 상기 급속 냉각 후에, 보호 금속 층을 딥 코팅에 의해 상기 스트립으로 침착시키며,
    상기 방법에서,
    - 상기 스트립의 상기 냉각을 위해 분무되는 유체는, 용융 도금(hot-dip) 금속 코팅 조작 동안의 표면 결함들을 감소시키거나 제거하기 위하여, 상기 스트립의 산화를 제한시키고 상기 스트립 위에 형성될 수 있는 산화물을 감소시키기 위해, 처리될 강 내에 함유된 철 산화물 또는 기타 합금 원소들의 산화물에 관한 산세척 성질(pickling property)을 갖는 유체이고,
    - 상기 유체는, 분무된 유체의 기계적 작용 및 산세척 성질의 조합된 효과가 상기 스트립의 표면에서 산화물들의 층을 환원시키도록, 가압하에 상기 스트립으로부터 이격되어 분무되며,
    - 냉각 말미에서의 상기 스트립의 온도는 목적하는 처리 사이클을 달성하는데 필요한 온도, 특히 200℃ 내지 750℃, 통상적으로는 200℃ 이상이다
    라는 특징을 갖는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제품의 목적하는 방법 또는 목적하는 품질의 제품과 양립가능한 잔여 산화물의 양을 수득하기 위하여, 상기 환원 방법의 파라미터의 제어, 특히 상기 스트립 상으로의 유체의 분무를 위한 시스템의 사용을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 유체가 노즐에 의해 상기 스트립 위로 분무되며; 각각의 노즐에 의해 그리고 수행되어야 하는 야금 방법의 함수로서 이론적인 냉각 곡선을 생성시키기 위한 노즐 너비의 각각의 부분에 대해 상기 스트립 위로 주입되는 액체의 양을 조정함으로써 상기 스트립의 냉각을 위한 파라미터를 조정함을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립 위로 분무되는 산세척 성질을 갖는 액체가 5 미만의 pH를 갖는 산 용액, 특히 포름산 또는 붕산의 용액임을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립 위로 분무되는 상기 액체가 첨가제, 특히 계면활성제 또는 습윤제, 특히 부식 억제제, 특히 벤조트리아졸을 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 액체가, 저압 방법을 위해 1bar 미만의 압력하에 상기 스트립으로부터 40 내지 250mm로 이격되어 분무됨을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 액체가, 고압 방법을 위해 5bar 초과의 압력하에 상기 스트립으로부터 40 내지 250mm로 이격되어 분무됨을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 급속 냉각 구역의 상부(upstream)에 위치한 가열 구역이, 특히 5% 미만의 수소 함량을 갖는 매우 환원적이지는 않는 대기에, 또는 공기 중에 존재하고, 이에 따라 산화물의 형성이 가능하게 되고, 산화물들의 층은 상기 가열 챔버(들) 내에서 열 교환의 효율을 개선시키고, 이어서, 형성된 이들 산화물은 상기 냉각 유체의 분무에 의해 환원되어, 제품의 목적하는 방법 또는 목적하는 품질의 제품과 양립가능한 잔여 산화물의 양을 수득하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 냉각 유체에 의해 냉각되는 상기 스트립 길이가, 상기 라인의 속도의 함수 또는 상기 스트립의 특징의 함수 또는 상기 스트립의 주입구와 배출구 온도의 함수로서 조정됨을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서, 종방향 및 횡방향 냉각 기울기를 조정하기 위해, 상기 스트립의 표면에서의 주름의 형성의 위험을 계산하기 위한 알고리즘을 사용함을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제1항에 따르는 방법을 수행하기 위한, 강 스트립을 위한 연속적 열처리 라인으로서, 상기 라인은
    - 상기 스트립이 통과하는 연속적 열처리 챔버들,
    - 특히 200℃/sec를 초과하는, 급속 냉각을 위한 수단을 포함하는 챔버들 중의 적어도 하나로서, 이들 냉각 수단은 액체를 상기 스트립으로 분무하기 위하거나, 기체와 액체로 구성된 유체를 분무하기 위하거나, 또는 기체와 액체의 미스트형 조합물을 분무하기 위한 노즐을 포함하는, 상기 챔버들 중의 적어도 하나, 및
    - 상기 챔버 뒤에, 상기 스트립 상에 보호 층을 침착하기 위한 장비, 특히 용융 도금 금속 코팅 장비
    를 포함하며,
    당해 라인은, 이것이, 처리될 강 내에 함유된 철 산화물 또는 기타 합금 원소들의 산화물에 대해 산세척 성질을 갖는 액체(이는 상기 스트립 위에 형성될 수 있다), 특히 5 미만의 pH를 갖는 산 용액을 갖는 분무 노즐을 공급하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하며,
    노즐 공급 압력, 및 상기 노즐로부터 상기 스트립까지의 거리는 서로 독립적으로 충분해서, 분무된 액체의 기계적 작용과 산세척 성질의 조합된 효과가 처리될 강 내에 함유된 철 산화물 또는 기타 합금 원소들의 산화물의 층(이는, 스트립 온도를 유지하면서, 냉각 말미에, 상기 스트립 위에 형성될 수 있고, 이는 상기 보호 층의 침착에 매우 충분하다)을 제거함을 특징으로 하는, 강 스트립을 위한 연속적 열처리 라인.
  12. 제9항에 있어서, 급속 냉각 구역의 상부에 위치한 처리 구역이, 특히 5% 미만의 수소 함량을 갖는 환원적이지 않거나 매우 환원적이지는 않는 대기에, 또는 공기 중에 존재하여, 가열 동안의 상기 스트립 상에서의 산화물의 형성, 상기 냉각 유체의 분무에 의해 수행되는 이들 산화물의 환원을 촉진시켜, 제품의 목적하는 방법 또는 목적하는 품질의 제품과 양립가능한 잔여 산화물의 양을 수득하는, 라인.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 라인이, 냉각 챔버(6)의 주입구 및 배출구에 적어도 하나의 대기 분리 밀봉재(14, 16)를 포함하여, 습윤 구역을 형성하는 당해 챔버를 단리시키고 상기 상부 챔버(5)와 하부(downstream) 챔버(8)는 무수 대기 내에 존재함을 특징으로 하는, 라인.
  14. 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각 유체를 분무하기 위한 노즐의 제어가 체커보드 타입 제어 알고리즘에 의해 제공되며, 이는, 상기 스트립의 표면에서의 변형의 발생을 줄이기 위해, 상기 스트립의 축에 평행한 방향 및 상기 스트립의 축에 직각인 방향을 따라 상기 냉각 구역에 존재하는 스트립의 섹션의 냉각을 제어하는 것을 가능하게 함을 특징으로 하는, 라인.
  15. 제11항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 라인이, 상기 급속 냉각 구역의 배출구에서 상기 스트립을 세정 및 건조하기 위한 구역이 장착되어 있음을 특징으로 하는, 라인.
  16. 제11항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 라인이, 상기 스트립에 의한 액체의 비말동반을 제한시키기 위해, 상기 습식 냉각의 배출구에 에어 나이프(air knife), 대기 나이프(atmosphere knife) 또는 액체 나이프가 장착되어 있음을 특징으로 하는, 라인.
  17. 제13항에 있어서, 각각의 단리 밀봉재가 밀봉재(13, 15) 내의 기체의 흡인 디바이스(aspiration device)를 포함함을 특징으로 하는, 라인.
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