KR20170036003A - 후강판의 제조 설비 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

디스케일링 공정에 있어서 후강판 표면에 발생하고 있는 스케일의 균일화를 도모하는 것에 의해, 냉각 공정에서 균일한 냉각을 실행하고, 후강판 형상 및 기계적 특성이 우수한 후강판의 제조 설비 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.　열간 압연기, 형상 교정 장치, 디스케일링 장치 및 가속 냉각 장치를 이 순서로 반송 방향 상류측부터 배치하고, 상기 디스케일링 장치의 분사 노즐은 후강판의 긴쪽 방향에 대해 2열 배치되고, 상기 2열의 분사 노즐에서 후강판의 표면을 향해 분사되는 디스케일링수가 갖는 에너지 밀도 E를 합계 0.08J/㎟이상으로 하는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.

Description

후강판의 제조 설비 및 제조 방법{THICK STEEL PLATE MANUFACTURING FACILITY AND MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 후강판의 열간 압연, 형상 교정 및 가속 냉각을 실행하는 후강판의 제조 설비 및 제조 방법에 관한 것이다.
근래, 후강판의 제조 프로세스로서 제어 냉각의 적용이 확대되고 있다. 그러나, 일반적으로 열간 후강판은 형상, 표면 성상 등이 반드시 균일하지 않다. 이 때문에, 냉각 중에 후강판내에 온도 편차가 발생하기 쉽고, 냉각 후의 후강판에 변형, 잔류 응력, 재질 불균일 등이 생김으로써, 품질 불량이나 조업상의 트러블을 초래하고 있다.
그래서, 특허문헌 1에서는 마무리 압연의 최종 패스의 직전 및 직후의 적어도 한쪽에서 디스케일링을 실행하고, 계속해서 열간 교정을 실행하며, 그 후에 디스케일링을 실행하고, 강제 냉각을 실행하는 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에서는 마무리 압연, 열간 교정을 실행한 후, 디스케일링을 실행하고 나서 제어 냉각을 실행하는 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3에서는 제어 냉각의 직전에, 냉각수의 충돌 압력을 제어하면서 디스케일링을 실행하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 평성9-57327호 특허문헌 2: 일본국 특허공보 제3796133호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 제2010-247228호
그러나, 상기 특허문헌 1, 2의 방법으로 실제로 후강판을 제조하면, 디스케일링에 있어서 스케일이 완전히는 박리하지 않고, 오히려 디스케일링에 의해 스케일이 부분적으로 박리된 상태인 스케일 편차를 발생시켜 버려, 제어 냉각시에 균일한 냉각을 실행할 수 없다고 하는 문제점이 있다. 또, 특허문헌 3의 방법으로 스케일 편차를 발생시키지 않기 위해서는 높은 충돌압이 필요하게 된다. 이 때문에, 낮은 충돌압으로는 스케일 편차가 발생하고, 그 결과, 제어 냉각시에 균일한 냉각을 실행할 수 없다고 하는 문제점이 있다.
특히, 근래, 후강판에 요구되는 재질 균일성의 레벨은 엄격해지고 있으며, 상기와 같은 스케일 편차에 의해서 생기는 제어 냉각시의 냉각 속도의 불균일이 특히 후강판 폭 방향의 재질 균일성에 주는 악영향을 무시할 수 없게 되어 오고 있다.
그래서, 본 발명은 상기 종래예의 미해결의 과제에 주목해서 이루어진 것이며, 디스케일링 공정에 있어서 후강판 표면에 발생하고 있는 스케일의 균일화를 도모하는 것에 의해, 냉각 공정에서 균일한 냉각을 실행하고, 후강판 형상 및 기계적 특성이 우수한 후강판의 제조 설비 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 디스케일링수에 의해 스케일 박리를 일으키는 힘에 대해 예의 검토한 결과, 열간 형상 교정 후에 디스케일링을 실행하는 경우, 디스케일링 장치의 분사 노즐을 후강판의 긴쪽 방향에 대해 2열 이상 배치하고, 상기 2열 이상의 분사 노즐로부터 후강판에 분사되는 디스케일링수의 에너지 밀도가 합계 0.08J/㎟이상이면, 제품 후의 표면에 발생하는 스케일 두께가 균일화되는 것을 알아내었다. 그 결과, 가속 냉각 장치를 통과할 때에, 후강판의 폭 방향 위치의 표면 온도의 편차가 거의 없어 균일하게 냉각할 수 있고, 후강판 형상이 우수한 후강판으로 되는 것을 알아내었다.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 열간 압연기, 형상 교정 장치, 디스케일링 장치 및 가속 냉각 장치를 이 순서로 반송 방향 상류측부터 배치하고, 상기 디스케일링 장치의 분사 노즐은 후강판의 긴쪽 방향에 대해 2열 배치되고, 상기 2열의 분사 노즐에서 후강판의 표면을 향해 분사되는 디스케일링수가 갖는 에너지 밀도 E를 합계 0.08J/㎟이상으로 하는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.
[2] 열간 압연기, 형상 교정 장치, 디스케일링 장치 및 가속 냉각 장치를 이 순서로 반송 방향 상류측부터 배치하고, 상기 디스케일링 장치의 분사 노즐은 후강판의 긴쪽 방향에 대해 2열 이상 배치되고 상기 2열 이상의 분사 노즐로부터 후강판의 표면을 향해 분사되는 디스케일링수가 갖는 에너지 밀도 E를 합계 0.08J/㎟이상으로 하는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.
[3] 상기 디스케일링 장치에서 상기 가속 냉각 장치까지의 반송 속도를 V[m/s], 냉각 전의 후강판 온도를 T[K]로 하면, 상기 디스케일링 장치에서 가속 냉각 장치까지의 거리 L[m]는 L≤V×5×10-9×exp(25000/T)의 식을 만족시키고 있는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 후강판의 제조 설비.
[4] 상기 디스케일링 장치에서 상기 가속 냉각 장치까지의 거리 L은 12m이하로 하는 것을 특징으로 하는 [3]에 기재된 후강판의 제조 설비.
[5] 상기 디스케일링 장치의 분사 노즐에서 상기 후강판의 표면까지의 거리 H를 40㎜이상이고 200㎜이하로 하는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [4] 중의 어느 한 항에 기재된 후강판의 제조 설비.
[6] 상기 가속 냉각 장치는 상기 후강판의 상면에 냉각수를 공급하는 헤더와, 해당 헤더로부터 늘어뜨려진 봉형상 냉각수를 분사하는 냉각수 분사 노즐과, 상기 후강판과 상기 헤더의 사이에 설치되는 격벽을 구비하는 동시에, 상기 격벽에는 상기 냉각수 분사 노즐의 하단부를 내삽하는 급수구와, 상기 후강판의 상면에 공급된 냉각수를 상기 격벽상에 배수하는 배수구가 다수 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [5] 중의 어느 한 항에 기재된 후강판의 제조 설비.
[7] 열간 압연 공정, 열간 교정 공정 및 가속 냉각 공정의 순번으로 후강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 열간 교정 공정 및 가속 냉각 공정의 사이에, 후강판의 표면에 에너지 밀도 E가 합계 0.08J/㎟이상으로 되도록 디스케일링을 2회 실행하는 디스케일링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 방법.
[8] 열간 압연 공정, 열간 교정 공정 및 가속 냉각 공정의 순번으로 후강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 열간 교정 공정 및 가속 냉각 공정의 사이에, 후강판의 표면에 에너지 밀도 E가 합계 0.08J/㎟이상으로 되도록 디스케일링을 2회 이상 실행하는 디스케일링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 방법
[9] 상기 디스케일링 공정의 완료에서 상기 가속 냉각 공정의 개시까지의 시간 t[s]는 t≤5×10-9×exp(25000/T)의 식을 만족시키고 있는 것을 특징으로 하는 [7] 또는 [8]에 기재된 후강판의 제조 방법.
단, T：냉각 전의 후강판 온도(K)이다.
본 발명에 따르면, 디스케일링 공정에 있어서 후강판 표면에 발생하고 있는 스케일의 균일화를 도모하는 것에 의해, 냉각 공정에서 균일한 냉각을 실행할 수 있고, 후강판 형상 및 기계적 특성이 우수한 후강판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태인 후강판의 제조 설비를 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래예의 후강판 폭 방향 온도 분포를 설명하는 도면이다.
도 3은 디스케일링 장치에 있어서의 분사하는 디스케일링수의 에너지 밀도와, 후강판의 제품 표면에 발생하는 스케일 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 디스케일링 장치에 있어서의 분사 노즐의 분사 거리와 유체 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 후강판 폭 방향 위치의 표면 온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 디스케일링 장치의 분사 노즐의 배치 관계를 나타내는 모식도로서, (a)는 분사 노즐의 위치 관계를 나타내는 모식도, (b)는 스프레이 패턴을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 1실시형태에 관한 가속 냉각 장치의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 1실시형태에 관한 다른 가속 냉각 장치의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 1실시형태에 관한 격벽의 노즐 배치예를 설명하는 도면이다.
도 10은 격벽상의 냉각 배수의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 11은 격벽상의 냉각 배수의 다른 흐름을 설명하는 도면이다.
도 12는 종래예의 후강판 폭 방향 온도 분포를 설명하는 도면이다.
도 13은 가속 냉각 장치에 있어서의 냉각수의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 14는 가속 냉각 장치에 있어서의 격벽상의 냉각 배수와의 비간섭을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 참조해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 1실시형태인 후강판의 제조 설비를 나타내는 개략도이다. 도 1에 있어서, 화살표는 후강판의 반송 방향이다. 후강판의 반송 방향 상류측부터, 가열로(1), 디스케일링 장치(2), 압연기(3), 형상 교정 장치(4), 디스케일링 장치(6), 디스케일링 장치(7), 가속 냉각 장치(5)의 순으로 배치되어 있다. 도 1에 있어서, 가열로(1)에서 압연 소재인 슬래브(도시하지 않음)를 재가열한 후, 디스케일링 장치(2)에 있어서 일차 스케일 제거를 위해 슬래브가 디스케일링된다. 그리고, 슬래브는 압연기(3)에 의해서 거친 압연과 마무리 압연이 실시되며, 소정 판 두께의 후강판(도시하지 않음)에 압연된다. 도시된 압연기(3)는 1기뿐이다. 또한, 압연기(3)는 거친 압연기 및 마무리 압연기로 구성되어 있어도 좋다. 후강판은 형상 교정 장치(4)에 의해서 교정된 후, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에 있어서 스케일을 완전 제거하는 디스케일링이 실행된다. 그리고, 가속 냉각 장치(5)에 있어서 수랭 또는 공랭에 의한 제어 냉각이 실행된다. 여기서, 형상 교정 장치(4)를 통해 후강판의 형상을 정돈하고 나서 가속 냉각을 실행하는 것이 냉각 후의 후강판 형상에는 바람직하다. 형상 교정 장치(4)는 열간 압연 중에 후강판에 발생한 왜곡의 교정을 하는 것이다. 도 1에서는 상하에 지그재그형상으로 배치된 교정 롤에 의해서 후강판을 꽉 누르는 롤러 레벨러(roller leveler) 방식의 형상 교정 장치를 나타내고 있다. 형상 교정 장치로서는 이것에 한정되지 않고, 스킨 패스 방식 혹은 프레스 방식의 형상 교정 장치를 이용해도 좋다. 또, 압연기(3)가 거친 압연기 및 마무리 압연기로 구성되어 있는 경우에는 마무리 압연기로 스킨 패스 교정을 실행해도 좋다.
가속 냉각 장치(5)에서는 표면 냉각 설비와 하면 냉각 설비로부터 분사되는 냉각수에 의해서 후강판은 소정 온도까지 냉각된다. 그 후, 필요에 따라, 또한 하류에서 온라인 또는 오프라인에 마련된 형상 교정 장치(도시하지 않음)에서 후강판의 형상이 교정된다. 이 형상 교정 장치는 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각 중에 후강판에 발생한 왜곡의 교정을 실행하는 것이다. 본 발명에서는 이 형상 교정 장치는 사용하지 않아도 좋다. 또, 이 형상 교정 장치는 롤러 레벨러 방식 이외에, 스킨 패스 방식 혹은 프레스 방식의 형상 교정 장치를 이용해도 좋다.
본 실시형태에서는 형상 교정 장치(4)와 가속 냉각 장치(5)의 사이에 2개의 디스케일링 장치, 즉 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)가 배치된다. 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)로부터 후강판의 표면에 분사하는 디스케일링수의 에너지 밀도 E를 2열의 분사 노즐의 합계 0.08J/㎟이상으로 한다. 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에서 후강판의 표면에 발생한 스케일을 제거하고, 다음에, 가속 냉각 장치(5)에서 후강판의 냉각을 실행하는 것에 의해, 후강판의 강판 형상 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 도 1에 나타난 디스케일링 장치는 2열뿐이다. 또한, 3열 이상의 디스케일링 장치로 구성되어 있어도 좋다. 디스케일링 장치가 3열 이상인 경우에는 후강판의 표면에 분사하는 디스케일링수의 에너지 밀도 E를 구성되는 열의 분사 노즐의 합계 0.08J/㎟이상으로 한다.
그 이유는 다음과 같다. 종래의 압연 설비에 있어서, 형상 교정 후에 디스케일링 장치에 있어서 스케일 제거를 실행하면, 부분적으로 스케일이 박리되는 경우가 있다. 그러면, 스케일이 균일하게 박리되지 않기 때문에, 10∼50㎛정도의 스케일 두께의 편차가 생긴다. 이 경우, 그 후의 가속 냉각 장치에 있어서 후강판을 균일하게 냉각하는 것이 곤란하다. 즉, 종래의 압연 설비에 있어서 스케일 두께 분포에 편차가 생긴 후강판을 가속 냉각하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 폭 방향 위치의 표면 온도의 불균형이 크고, 균일하게 냉각할 수 없다. 그 결과, 후강판 형상에 영향이 생긴다.
이에 대해, 본 발명자들은 디스케일링 조건에 따라서는 스케일 박리가 충분히 실행되지 않고, 오히려 스케일 편차를 조장한다고 하는 지견을 얻었다. 그리고, 스케일 박리가 충분히 실행되는 조건에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 형상 교정 후에 디스케일링을 실행하는 경우에는 형상 교정 장치와 가속 냉각 장치의 사이에 있어서, 후강판의 긴쪽 방향에 대해 디스케일링 장치를 2열 이상 배치하고, 디스케일링 장치의 2열 이상의 분사 노즐로부터 후강판의 표면을 향해 분사하는 디스케일링수가 갖는 에너지 밀도 E를 상기 2열 이상의 분사 노즐의 합계 0.08J/㎟이상으로 하면, 그 후에 재생성되는 스케일 두께가 5㎛이하로 균일하게 되는 것을 명확하게 하였다.
디스케일링시, 스케일 표면이 디스케일링수에 의해 냉각되는 것에 의해 스케일에는 열응력이 생기는 동시에, 디스케일링수에 의한 충돌력이 작용한다. 그 결과, 스케일이 박리 또는 파괴됨으로써 제거된다. 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 열간 형상 교정 후에 디스케일링을 2회 이상 실행하는 것에 의해, 디스케일링시에 발생하는 열응력의 효과를 2회 이상 얻을 수 있다. 그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 2회 실행하는 것이 1회만 실행하는 경우보다 효율적으로 스케일을 제거할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 디스케일링 장치의 2열의 분사 노즐로부터 후강판에 분사하는 디스케일링수의 에너지 밀도 E가 합계 0.08J/㎟이상이면, 제품 스케일 두께가 감소되며, 균일화되는 것을 알 수 있었다. 도 3에서 나타난 분사 회수는 2회이다. 또한, 분사 회수가 3회 이상에서도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것이 본 발명자들에 의해서 확인되었다. 이것은 디스케일링에 의해, 일단 스케일이 균일하게 완전 박리되고, 그 후, 스케일이 얇고 균일하게 재생성되기 때문이다. 따라서, 본 발명에 의하면, 가속 냉각 장치를 통과하기 전의 후강판의 스케일 두께가 얇게 균일하게 되므로, 가속 냉각 장치를 통과할 때에, 후강판의 폭 방향 위치의 표면 온도 편차가 거의 없어 균일하게 냉각할 수 있으며, 후강판 형상 및 기계적 특성이 우수한 후강판으로 된다.
여기서, 후강판에 분사되는 디스케일링수의 에너지 밀도 E(J/㎟)는 디스케일링에 의해서 스케일을 제거하는 능력의 지표이며, 다음의 (1)식과 같이 정의된다.
E=Qρv2t÷(2dW)…(1)
단, Q：디스케일링수의 분사 유량[㎥/s], d：플랫 노즐의 스프레이 분사 두께[㎜], W：플랫 노즐의 스프레이 분사 폭[㎜], 유체 밀도 ρ[kg/㎥], 후강판 충돌시의 유체 속도 v[m/s], 충돌시간 t[s](t=d/1000V, 반송 속도 V[m/s])이다.
그러나, 후강판 충돌시의 유체 속도 v의 측정은 반드시 용이하지는 않기 때문에, (1)식에서 정의되는 에너지 밀도 E를 엄밀히 구하기 위해서는 다대한 노력을 요한다.
그래서, 본 발명자들은 더욱 검토를 더한 결과, 후강판에 분사되는 디스케일링수의 에너지 밀도 E(J/㎟)의 간편한 정의로서, 수량 밀도×분사 압력×충돌시간을 채용하면 좋은 것을 알아내었다. 여기서, 수량 밀도(㎥/(㎟·min))는 「디스케일링수의 분사 유량÷디스케일링수 충돌 면적」으로 계산되는 값이다. 분사 압력(N/㎡(=Pa))는 디스케일링수의 토출 압력으로 정의된다. 충돌 시간(s)은 「디스케일링수의 충돌 두께÷후강판의 반송 속도」로 계산되는 값이다. 본 발명에 있어서, 디스케일링 능력으로서 에너지 밀도 E의 상한은 없다. 또한, 2열 이상의 분사 노즐의 합계 0.80J/㎟이상이 되면, 펌프의 토출 압력 등이 방대하게 되며, 바람직하지 않다.
다음에, 본 발명자들은 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 분사 노즐로부터 분사되는 디스케일링수의 유체 속도 v에 대해 조사하였다. 그 결과, 유체 속도 v와 분사 거리의 관계는 도 4와 같이 되는 것을 알 수 있었다. 종축인 유체 속도는 부력과 공기 저항을 고려한 운동 방정식을 푸는 것에 의해 구하였다. 후강판에 디스케일링수가 도달할 때까지의 동안에, 디스케일링수의 유체 속도 v는 분사시보다 감속한다. 이 때문에, 분사 거리가 작을수록, 후강판 충돌시의 유체 속도 v가 크고, 큰 에너지 밀도를 얻을 수 있다. 도 4로부터, 특히 분사 거리 H가 200㎜초과가 되면 감쇠가 커지기 때문에, 분사 거리 H는 200㎜이하로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 분사 거리가 짧을수록, 소정의 에너지 밀도를 얻기 위한 분사 압력, 분사 유량 등도 적게 할 수 있기 때문에, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 펌프 능력의 저감화를 도모할 수 있다. 도 1에 나타내는 바와 같은 본 발명의 1실시형태에 있어서, 형상 교정 장치(4)에서 형상 교정된 후강판은 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)내로 이동해 오므로, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 분사 노즐을 후강판의 표면에 접근시키는 것이 가능하다. 그러나, 분사 노즐과 후강판의 접촉을 고려하여, 분사 거리는 40㎜이상인 것이 바람직하다. 이상으로부터, 본 발명에 있어서, 분사 거리 H는 40㎜이상 200㎜이하인 것이 바람직하다.
또, 통상의 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에서 사용하고 있는 펌프의 토출 능력이 14.7MPa이상이기 때문에, 디스케일링수의 분사 압력은 14.7MPa이상이 바람직하다. 분사 압력의 상한은 특별히 정하지 않는다. 그러나, 분사 압력을 높게 하면 디스케일링수를 공급하는 펌프가 소비하는 에너지가 방대하게 되므로, 분사 압력은 50MPa이하가 바람직하다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 2개 이상의 분사 노즐로부터 분출되는 디스케일링수의 에너지 밀도 E를 0.08J/㎟이상으로 설정한 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)가 후강판의 표면에 발생한 스케일을 제거한다. 그 결과, 스케일 두께 분포의 편차가 없어지므로, 가속 냉각 장치(5)에서 후강판을 냉각했을 때에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 폭 방향 위치의 표면 온도의 편차가 거의 없어 균일하게 냉각할 수 있으며, 후강판 형상, 기계적 특성이 우수한 후강판을 제조할 수 있다.
본 발명의 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에서는 예를 들면, 도 6의 (a)와 같이, 후강판의 긴쪽 방향에 대해, 디스케일링 장치(6)의 디스케일 헤더(6-1) 및, 디스케일링 장치(7)의 디스케일 헤더(7-1)가 2열로 되어 배치된다. 도 6의 (a)에서 나타난 디스케일 헤더는 2열이다. 또한, 디스케일 헤더는 3열 이상으로 구성되어 있어도 좋다. 여기서, 3열을 넘는 경우에는 상술한 효과가 포화되므로, 상한은 3열이 바람직하다. 디스케일 헤더에 복수 마련되어 있는 분사 노즐(6-2, 7-2)로부터 디스케일링수가 후강판에 대해 분사되며, 도 6의 (b)와 같은 스프레이 패턴(22)으로 된다.
디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 분사 노즐(6-2, 7-2)의 배치 관계로서는 2열째의 디스케일링수의 발수가 1열째의 디스케일링수에 간섭하는 것을 방지하기 위해, 긴쪽 방향으로 500㎜이상 떨어7뜨리는 것이 바람직하다. 또한, 폭 방향의 분사 패턴은 도 6의 (b)와 같이 1열째와 2열째에서 지그재그 배치로 하는 것이 바람직하다. 또, 2개의 분사 노즐(6-2, 7-2)로부터 분사되는 디스케일링수의 에너지 밀도는 1열째의 디스케일링의 열응력 효과로 스케일에 균열을 넣은 후, 2열째의 디스케일링에서 큰 에너지 밀도로 스케일을 제거하면 더욱 효율적으로 스케일을 제거할 수 있다. 그래서, 1열째의 디스케일링의 열응력 효과에 의해 스케일에 균열을 넣기 위해, 1열째의 디스케일링수의 에너지 밀도는 0.01J/㎟이상인 것이 바람직하고, 2열째의 디스케일링수의 에너지 밀도를 1열째보다 0.04J/㎟이상 크게 하는 것이 바람직하다. 디스케일링 장치가 3열 이상인 경우에 있어서도 마찬가지로 각 노즐열을 긴쪽 방향으로 500㎜이상 떨어뜨리고, 지그재그 배치로 하는 것이 바람직하다. 또, 디스케일링 장치가 3열 이상인 경우에는 상기 디스케일링 장치가 2열의 경우와 마찬가지의 이유에 의해, 최종열의 직전의 열인 디스케일링 장치의 분사 노즐로부터 분사되는 디스케일링수의 에너지 밀도가 0.01J/㎟이상인 것이 바람직하고, 최종열의 디스케일링 장치의 분사 노즐로부터 분사되는 디스케일링수의 에너지 밀도를 최종열의 직전의 열보다 0.04J/㎟이상 크게 하는 것이 바람직하다.
또, 형상 교정 장치(4)에서 후강판의 형상 교정을 한 후이므로, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 분사 노즐을, 형상 교정한 후강판의 표면에 접근시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 디스케일링 능력이 향상한다.
그런데, 가속 냉각 장치(5)에 의한 후강판의 냉각시의 안정성에 영향을 미친다. 후강판의 표면의 스케일은 후강판의 스케일의 성장은 일반적으로 확산 율속으로 정리할 수 있다고 되며, 다음의 (2)식으로 나타나는 것이 알려져 있다.
ξ2=a×exp(-Q/RT)×t…(2)
단,ξ：스케일 두께, a：정수, Q：활성화 에너지, R：정수, T：냉각 전의 후강판 온도[K], t：시간이다.
그래서, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에 의한 스케일 제거 후의 스케일 성장을 고려하고, 각종 온도, 시간에서 스케일 성장의 시뮬레이션 실험을 실행하고, 상기 (2)식의 정수를 실험적으로 도출하고, 또한 스케일 두께와 냉각 안정성에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 스케일 두께가 15㎛이하에서 냉각이 안정되고, 스케일 두께가 10㎛이하에서 더욱 안정되며, 스케일 두께가 5㎛이하에서 매우 안정하다는 지견을 얻었다.
스케일 두께가 15㎛이하의 경우, 상기 (2)식에 의거하여, 하기 식(3)을 도출할 수 있다. 즉, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7) 중 하류측인 디스케일링 장치(7)에 의한 후강판의 스케일 제거 종료 후부터, 가속 냉각 장치(5)에서 후강판의 냉각을 개시할 때까지의 시간 t[s]가 하기 (3)식을 만족시키는 경우에, 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각이 안정된다.
t≤5×10-9×exp(25000/T)…(3)
단, T：냉각 전의 후강판 온도[K]이다.
또, 스케일 두께가 10㎛이하인 경우, 상기 (2)식에 의거하여, 하기 식(4)를 도출할 수 있다. 즉, 디스케일링 장치(7)에 의한 후강판의 스케일의 제거 종료 후부터, 가속 냉각 장치(5)에서 후강판의 냉각을 개시할 때까지의 시간 t[s]가 하기 (4)식을 만족시키는 경우에, 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각이 더욱 안정된다.
t≤2.2×10-9×exp(25000/T)…(4)
또한, 스케일 두께가 5㎛이하인 경우, 상기 (2)식에 의거하여, 하기 식(5)를 도출할 수 있다. 즉, 디스케일링 장치(7)에 의한 후강판의 스케일 제거 종료 후부터, 가속 냉각 장치(5)에서 후강판의 냉각을 개시할 때까지의 시간 t[s]가 다음의 (5)식을 만족시키는 경우에, 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각이 매우 안정된다.
t≤5.6×10-10×exp(25000/T)…(5)
한편, 디스케일링 장치(7)의 출측에서 가속 냉각 장치(5)의 입측까지의 거리 L은 후강판의 반송 속도 V와, 시간 t(디스케일링 장치(7)에 의한 디스케일링 공정 종료부터 가속 냉각 장치(5)의 공정 개시까지의 시간)에 대해 다음의 (6)식을 만족시키도록 설정한다.
L≤V×t…(6)
단, L：디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리(m), V：후강판의 반송 속도(m/s), t：시간(s)
그리고, 상기 (6)식과 상기 (3)식으로부터 다음의 (7)식을 도출할 수 있다. 본 발명에 있어서, (7)식을 만족시키는 것이 더욱 바람직하다.
L≤V×5×10-9×exp(25000/T)…(7)
또, 상기 (6)식과 상기 (4)식으로부터 다음의 (8)식을 도출할 수 있다. 본 발명에 있어서, (8)식을 만족시키는 것이 더욱 바람직하다.
L≤V×2.2×10-9×exp(25000/T)…(8)
또한, 상기 (6)식과 상기 (5)식으로부터 다음의 (9)식을 도출할 수 있다. 본 발명에 있어서, (9)식을 만족하는 것이 바람직하다.
L≤V×5.6×10-10×exp(25000/T)…(9)
상기의 (7)∼(9)식으로부터, 예를 들면 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각 전의 후강판의 온도를 820℃로 하고, 후강판의 반송 속도를 0.28∼2.50m/s로 하면, 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리 L은 12m이상 107m이하에서 냉각이 안정되고, 5m이상 47m이하에서 냉각이 더욱 안정되며, 1.3m이상 12m이하에서 냉각이 매우 안정된다.
이것으로부터, 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리 L을 12m이하로 하면, 후강판의 반송 속도 V가 느린(예를 들면 V=0.28m/s) 경우에도 냉각은 안정되며, 반대로, 후강판의 반송 속도 V가 빠른(예를 들면 V=2.50m/s) 경우에는 냉각이 매우 안정되므로, 바람직하다. 또한, 더욱 바람직한 것은 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리 L이 5m이하이다.
또한, 일반적으로, 제어 냉각을 필요로 하는 후강판의 대부분은 반송 속도 V가 0.5m/s이상인 것을 고려하면, 이 반송 속도 V에서 냉각이 매우 안정한 조건인 거리 L이 2.5m이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또, 여기서는 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각 전의 후강판의 온도를 820℃로 한 경우에 대해 설명하였다. 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각 전의 후강판의 온도를 820℃ 이외의 경우에 대해서도 마찬가지로 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리 L을 바람직하게는 12m이하, 더욱 바람직하게는 5m이하, 가장 바람직하게는 2.5m이하로 하는 것에 의해, 냉각을 안정시킬 수 있다. 이것은 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각 전의 후강판의 온도가 820℃보다 낮은 경우, 상기 (7)식, 상기 (8)식, 상기 (9)식의 우변의 값이 각각, T=820℃의 경우보다 커지므로, T=820℃의 경우에 대해 적정하게 설정된 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리 L이면, 상기 (7)식, 상기 (8)식, 상기 (9)식은 필연적으로 만족시키기 때문이다. 반대로, 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각 전의 후강판의 온도가 820℃보다 높은 경우에는 후강판의 반송 속도 V를 적절히 약간 낮게 조정하는 것에 의해, 역시, 상기 (7)식, 상기 (8)식, 상기 (9)식을 만족시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 가속 냉각 장치(5)에 대해 설명한다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 가속 냉각 장치(5)의 상면 냉각 설비는 후강판(10)의 상면에 냉각수를 공급하는 상부 헤더(11)와, 해당 상부 헤더(11)로부터 늘어뜨려진 봉형상 냉각수를 분사하는 냉각수 분사 노즐(13)과, 후강판(10)과 상부 헤더(11)의 사이에 설치되는 격벽(15)을 구비한다. 격벽(15)에는 냉각수 분사 노즐(13)의 하단부를 내삽하는 급수구(16)와, 후강판(10)의 상면에 공급된 냉각수를 격벽(15)상에 배수하는 배수구(17)가 다수 마련되어 있는 것이 바람직하다.
구체적으로는 상면 냉각 설비는 후강판(10)의 상면에 냉각수를 공급하는 상부 헤더(11)와, 해당 상부 헤더(11)로부터 늘어뜨려진 냉각수 분사 노즐(13)과, 상부 헤더(11)와 후강판(10)의 사이에 후강판 폭 방향에 걸쳐 수평으로 설치되고 다수의 관통구멍(급수구(16)와 배수구(17))을 갖는 격벽(15)를 구비하고 있다. 그리고, 냉각수 분사 노즐(13)은 봉형상의 냉각수를 분사하는 원관 노즐로 이루어지며, 그 선단이 상기 격벽(15)에 마련된 관통구멍(급수구(16))에 내삽되어 격벽(15)의 하단부에서 위쪽이 되도록 설치되어 있다. 또한, 냉각수 분사 노즐(13)은 상부 헤더(11)내의 저부의 이물을 흡입하여 막히는 것을 방지하기 위해, 그 상단이 상부 헤더(11)의 내부에 돌출하도록, 상부 헤더(11)내에 관입시키는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명에 있어서의 봉형상 냉각수는 원형상(타원이나 다각의 형상도 포함)의 노즐 분출구로부터 어느 정도 가압된 상태에서 분사되는 냉각수로서, 노즐 분출구로부터의 냉각수의 분사 속도가 6m/s이상, 바람직하게는 8m/s이상이며, 노즐 분출구로부터 분사된 수류의 단면이 대략 원형으로 유지된 연속성과 직진성이 있는 수류의 냉각수를 말한다. 즉, 원관 층상의 노즐로부터의 자유 낙하류나, 스프레이와 같은 액적 상태에서 분사되는 것과는 다르다.
냉각수 분사 노즐(13)의 선단이 관통구멍에 내삽되어 격벽(15)의 하단부보다 위쪽이 되도록 설치되어 있는 것은 가령 선단이 위쪽으로 휜 후강판이 진입해 온 경우에도 격벽(15)에 의해서 냉각수 분사 노즐(13)이 손상되는 것을 방지하기 위해서이다. 그것에 의해서 냉각수 분사 노즐(13)이 양호한 상태에서 장기간에 걸쳐 냉각을 실행할 수 있으므로, 설비 보수 등을 실행하는 일 없이, 후강판의 온도 편차의 발생을 방지할 수 있다.
또, 원관 노즐(13)의 선단이 관통구멍에 내삽되어 있으므로, 도 14에 나타내는 바와 같이, 격벽(15)의 상면을 흐르는 점선 화살표의 배출수의 폭 방향 흐름과 간섭하는 일이 없다. 따라서, 냉각수 분사 노즐(13)로부터 분사된 냉각수는 폭 방향 위치에 관계없이 동등하게 후강판 상면에 도달할 수 있으며, 폭 방향으로 균일한 냉각을 실행할 수 있다.
격벽(15)의 일예를 나타내면, 도 9에 나타내는 바와 같이 격벽(15)에는 직경 10㎜의 관통구멍이 후강판 폭 방향으로 80㎜, 반송 방향으로 80㎜의 피치로 바둑판의 눈형상으로 다수 뚫려 있다. 그리고, 급수구(16)에는 외경 8㎜, 내경 3㎜, 길이 140㎜의 냉각수 분사 노즐(13)이 삽입되어 있다. 냉각수 분사 노즐(13)은 지그재그 격자형상으로 배열되며, 냉각수 분사 노즐(13)이 통과해 있지 않은 관통구멍은 냉각수의 배수구(17)로 되어 있다. 이와 같이, 본 발명의 가속 냉각 장치의 격벽(15)에 마련된 다수의 관통구멍은 대략 동수의 급수구(16)와 배수구(17)로 이루어져 있으며, 각각에 역할, 기능을 분담하고 있다.
이 때, 배수구(17)의 총 단면적은 냉각수 분사 노즐(13)의 원관 노즐(13)의 내경의 총 단면적보다 충분히 넓고, 원관 노즐(13)의 내경의 총 단면적의 11배 정도가 확보되어 있으며, 도 7에 나타내는 바와 같이 후강판 상면에 공급된 냉각수는 후강판 표면과 격벽(15)의 사이에 충만하고, 배수구(17)를 통해, 격벽(15)의 위쪽으로 보내지고, 신속하게 배출된다. 도 10은 격벽상의 후강판 폭 방향 단부 부근의 냉각 배수의 흐름을 설명하는 정면도이다. 배수구(17)의 배수 방향이 냉각수 분사 방향과 반대의 상향으로 되어 있으며, 격벽(15)의 위쪽으로 빠진 냉각 배수는 후강판 폭 방향 외측으로 방향을 바꾸어, 상부 헤더(11)와 격벽(15)의 사이의 배수 유로를 흘러 배수된다.
한편, 도 11에 나타내는 예는 배수구(17)를 후강판 폭 방향으로 경사시켜 배수 방향이 후강판 폭 방향 외측을 향하도록 폭 방향 외측을 향한 경사 방향으로 한 것이다. 이와 같이 함으로써, 격벽(15)상의 배출수(19)의 후강판 폭 방향 흐름이 원활하게 되며, 배수가 촉진되므로 바람직하다.
여기서, 도 12에 나타내는 바와 같이, 배수구와 급수구가 동일한 관통구멍에 설치되어 있으면, 냉각수는 후강판에 충돌한 후, 격벽(15)의 위쪽으로 빠지기 어렵게 되어, 후강판(10)과 격벽(15)의 사이를 후강판 폭 방향 단부를 향해 흐르게 된다. 그러면, 후강판(10)과 격벽(15)의 사이의 냉각 배수의 유량은 판 폭 방향의 단부에 접근할수록 많아지므로, 분사 냉각수(18)가 체류수막을 관통하여 후강판에 도달하는 힘이 판 폭 방향 단부일수록 저해되게 된다.
얇은 강판의 경우에는 판 폭이 고작 2m 정도이므로 그 영향은 한정적이다. 그러나, 특히 판 폭이 3m이상의 후강판인 경우에는 그 영향은 무시할 수 없다. 따라서, 후강판 폭 방향 단부의 냉각이 약해지고, 이 경우의 후강판 폭 방향의 온도 분포는 불균일한 온도 분포로 된다.
이에 대해, 본 발명의 가속 냉각 장치는 도 13에 나타내는 바와 같이 급수구(16)와 배수구(17)는 별개로 마련되어 있으며, 급수와 배수를 역할 분담하고 있으므로, 냉각 배수는 격벽(15)의 배수구(17)를 관통하여 격벽(15)의 위쪽으로 원활히 흘러가게 된다. 따라서, 냉각 후의 배수가 신속하게 후강판 상면에서 배제되므로, 후속으로 공급되는 냉각수는 용이하게 체류수막을 관통할 수 있으며, 충분한 냉각 능력을 얻을 수 있다. 이 경우의 후강판 폭 방향의 온도 분포는 균일한 온도 분포로 되며, 폭 방향으로 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다.
또한, 배수구(17)의 총 단면적은 원관 노즐(13)의 내경의 총 단면적의 1.5배 이상이면, 냉각수의 배출이 신속하게 실행된다. 이것은 예를 들면, 격벽(15)에는 원관 노즐(13)의 외경보다 큰 구멍을 뚫고, 배수구의 수를 급수구의 수와 동일 또는 그 이상으로 하면 실현할 수 있다.
배수구(17)의 총 단면적이 원관 노즐(13)의 내경부의 총 단면적의 1.5배보다 작으면, 배수구의 유동 저항이 커지고, 체류수가 배수되기 어렵게 되는 결과, 체류수막을 관통하여 후강판 표면에 도달할 수 있는 냉각수량이 대폭 감소하고, 냉각능이 저하하므로 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는 4배 이상이다. 한편, 배수구가 너무 많거나, 배수구의 단면 직경이 너무 커지면, 격벽(15)의 강성이 작아져, 후강판이 충돌했을 때에 손상되기 쉬워진다. 따라서, 배수구의 총 단면적과 원관 노즐(13)의 내경의 총 단면적의 비는 1.5 내지 20의 범위가 바람직하다.
또, 격벽(15)의 급수구(16)에 내삽된 원관 노즐(13)의 외주면과 급수구(16)의 내면의 간극은 3㎜이하로 하는 것이 바람직하다. 이 간극이 크면 원관 노즐(13)로부터 분사되는 냉각수의 수반류의 영향에 의해, 격벽(15)의 상면에 배출된 냉각 배수가 급수구(16)의 원관 노즐(13)의 외주면과의 간극에 인입되고, 재차 후강판상에 공급되게 되므로, 냉각 효율이 나빠진다. 이것을 방지하기 위해서는 원관 노즐(13)의 외경을 급수구(16)의 크기와 대략 동일하게 하는 것이 더욱 바람직하다. 그러나, 공작 정밀도나 부착 오차를 고려하여, 실질적으로 영향이 적은 3㎜까지의 간극은 허용한다. 더욱 바람직하게는 2㎜이하로 한다.
또한, 냉각수가 체류수막을 관통하여 후강판에 도달할 수 있도록 하기 위해서는 원관 노즐(13)의 내경, 길이, 냉각수의 분사 속도나 노즐 거리도 최적으로 할 필요가 있다.
즉, 노즐 내경은 3∼8㎜가 바람직하다. 3㎜보다 작으면 노즐로부터 분사하는 물의 다발이 가늘어지며 기세가 약해진다. 한편, 노즐 직경이 8㎜를 넘으면 유속이 느려지며, 체류수막을 관통하는 힘이 약해진다.
원관 노즐(13)의 길이는 120∼240㎜가 바람직하다. 여기서 말하는 원관 노즐(13)의 길이는 헤더 내부에 어느 정도 관입한 노즐 상단의 유입구에서 격벽의 급수구에 내삽된 노즐의 하단까지의 길이를 의미한다. 원관 노즐(13)이 120㎜보다 짧으면, 헤더 하면과 격벽 상면의 거리가 너무 짧아지기(예를 들면, 헤더 두께 20㎜, 헤더내에의 노즐 상단의 돌출량 20㎜, 격벽에의 노즐 하단의 삽입량 10㎜로 하면, 70㎜미만으로 됨) 때문에, 격벽보다 상측의 배수 스페이스가 작아지고, 냉각 배수를 원활히 배출할 수 없게 된다. 한편, 240㎜보다 길면 원관 노즐(13)의 압력 손실이 커지며, 체류수막을 관통하는 힘이 약해진다.
노즐로부터의 냉각수의 분사 속도는 6m/s이상, 바람직하게는 8m/s이상이 필요하다. 6m/s미만에서는 체류수막을 냉각수가 관통하는 힘이 극단적으로 약해지기 때문이다. 8m/s이상이면, 더욱 큰 냉각 능력을 확보할 수 있으므로 바람직하다. 또, 상면 냉각의 냉각수 분사 노즐(13)의 하단에서 후강판(10)의 표면까지의 거리는 30∼120㎜로 하는 것이 좋다. 30㎜미만에서는 후강판(10)이 격벽(15)에 충돌하는 빈도가 극단적으로 많아지고 설비 보전이 어려워진다. 120㎜초과에서는 냉각수가 체류수막을 관통하는 힘이 극단적으로 약해진다.
후강판 상면의 냉각에서는 냉각수가 후강판 긴쪽 방향으로 확산되지 않도록, 상부 헤더(11)의 전후에 탈수 롤(20)을 설치하는 것이 좋다. 이것에 의해, 냉각 존 길이가 일정하게 되고, 온도 제어가 용이하게 된다. 여기서, 탈수 롤(20)에 의해 후강판 반송 방향의 냉각수의 흐름은 저지되므로 냉각 배수는 후강판 폭 방향 외측으로 흐르게 된다. 그러나, 탈수 롤(20)의 근방은 냉각수가 체류하기 쉽다.
그래서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 후강판 폭 방향으로 배열된 원관 노즐(13)의 열 중, 후강판 반송 방향의 최상류측 열의 냉각수 분사 노즐은 후강판 반송 방향의 상류 방향으로 15∼60도 기울이고, 후강판 반송 방향의 최하류측 열의 냉각수 분사 노즐은 후강판 반송 방향의 하류 방향으로 15∼60도 기울이는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해, 탈수 롤(20)에 가까운 위치에도 냉각수를 공급할 수 있고, 탈수 롤(20) 근방에 냉각수가 체류하는 일이 없어, 냉각 효율이 오르므로 바람직하다.
상부 헤더(11) 하면과 격벽(15) 상면의 거리는 헤더 하면과 격벽 상면에 둘러싸인 공간내에서의 후강판 폭 방향 유로 단면적이 냉각수 분사 노즐 내경의 총 단면적의 1.5배 이상으로 되도록 마련되고, 예를 들면 100㎜정도 이상이다. 이 후강판 폭 방향 유로 단면적이 냉각수 분사 노즐 내경의 총 단면적의 1.5배 이상이 아닌 경우, 격벽에 마련된 배수구(17)로부터 격벽(15) 상면에 배출된 냉각 배수를 원활하게 후강판 폭 방향으로 배출할 수 없다.
본 발명의 가속 냉각 장치에 있어서, 가장 효과를 발휘하는 수량 밀도의 범위는 1.5㎥/(㎡·min)이상이다. 수량 밀도가 이것보다 낮은 경우에는 체류수막이 그다지 두꺼워지지 않고, 봉형상 냉각수를 자유 낙하시켜 후강판을 냉각하는 공지의 기술을 적용해도, 폭 방향의 온도 편차는 그다지 커지지 않는 경우도 있다. 한편, 수량 밀도가 4.0㎥/(㎡·min)보다 높은 경우에도, 본 발명의 기술을 이용하는 것은 유효하다. 그러나, 설비 코스트가 높아지는 등 실용화 후에서의 문제가 있으므로, 1.5∼4.0㎥/(㎡·min)가 가장 실용적인 수량 밀도이다.
본 발명의 냉각 기술을 적용하는 것은 냉각 헤더의 전후에 탈수 롤을 배치하는 경우가 특히 효과적이다. 그러나, 탈수 롤이 없는 경우에도 적용하는 것은 가능하다. 예를 들면, 헤더가 긴쪽 방향으로 비교적 길고(2∼4m 정도 있는 경우), 그 헤더의 전후에서 퍼지용의 물스프레이를 분사하여, 비수랭 존에의 누수를 방지하는 냉각 설비에 적용하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서, 후강판 하면측의 냉각 장치에 대해서는 특히 한정되는 것은 아니다. 도 7, 도 8에 나타내는 실시형태에서는 상면측의 냉각 장치와 마찬가지의 원관 노즐(14)를 구비한 냉각 하부 헤더(12)의 예를 나타내었다. 후강판 하면측의 냉각에서는 분사된 냉각수는 후강판에 충돌한 후에 자연 낙하하므로, 상면측 냉각과 같은 냉각 배수를 후강판 폭 방향으로 배출하는 격벽(15)은 없어도 좋다. 또, 막형상 냉각수나 분무형상의 스프레이 냉각수 등을 공급하는 공지의 기술을 이용해도 좋다.
이상과 같이, 본 발명의 후강판의 제조 설비는 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)로서 디스케일링수의 분사 노즐이 2열 이상 배치되고, 상기 2열 이상의 분사 노즐로부터 후강판(10)의 표면을 향해 분사되는 에너지 밀도 E를 합계 0.08J/㎟이상으로 설정하는 것에 의해, 후강판(10)에 발생하고 있는 스케일의 균일화를 도모하고, 가속 냉각 장치(5)에서 균일한 냉각을 도모할 수 있다. 그 결과, 후강판 형상이 우수한 후강판(10)을 제조할 수 있다.
또, 형상 교정 장치(4)에서 후강판(10)의 형상 교정을 실행하는 것에 의해, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 분사 노즐을 후강판(10)의 표면에 접근시키는 것이 가능하게 된다.
또, 분사 거리 H(디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 분사 노즐과 후강판(10)의 표면의 거리)를 40㎜이상, 200㎜이하로 하면 디스케일링 능력이 향상한다. 또, 소정의 에너지 밀도 E를 얻기 위한 분사 압력, 분사 유량 등이 작아도 좋으므로 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 펌프 능력의 저감화를 도모할 수 있다.
또, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7) 중 하류측인 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리 L을 L≤V×5×10-9×exp(25000/T)를 만족시키는 것에 의해, 가속 냉각 장치(5)에 의한 후강판(10)의 냉각을 안정시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 가속 냉각 장치(5)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 상부 냉각수 분사 노즐(13)로부터 급수구(16)를 통해 공급된 냉각수가 후강판(10)의 상면을 냉각해서 고온의 배수로 되며, 상부 냉각수 분사 노즐(13)이 삽입통과되어 있지 않은 배수구(17)를 배수 유로로 해서 격벽(15)의 위쪽으로부터 후강판(10)의 폭 방향으로 흘러간다. 냉각 후의 배수가 후강판(10)으로부터 신속하게 배제되도록 되어 있으므로, 상부 냉각수 분사 노즐(13)로부터 급수구(16)를 통해 흘러오는 냉각수가 순차 후강판(10)에 접촉함으로써, 충분하고 또한 폭 방향에 균일한 냉각 능력을 얻을 수 있다.
또, 본 발명자들이 검토한 결과, 본 발명과 같은 디스케일링을 실행하지 않고, 가속 냉각을 실행한 후강판의 폭 방향의 온도 편차는 40℃ 정도로 되는 것을 알 수 있었다. 한편, 전술한 본 발명의 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에 의해 디스케일링을 실시한 후에, 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각을 실행한 후강판의 폭 방향의 온도 편차는 10℃ 정도로 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에서 디스케일링을 실시한 후, 도 7에 나타내는 가속 냉각 장치(5)를 이용하여 가속 냉각을 실시한 후강판의 폭 방향의 온도 편차는 4℃ 정도까지 감소하는 것을 알 수 있었다. 또, 후강판의 온도 편차는 주사형 온도계에서 가속 냉각 후의 후강판 표면 온도 분포를 측정하고, 그 측정 결과로부터 폭 방향의 온도 편차를 산출하였다.
또, 본 발명과 같이, 압연 중에 발생한 왜곡은 형상 교정 장치(4)에서 교정하고, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에서 후강판(10)의 디스케일링을 실행하고, 냉각의 제어성을 안정화시키기 위해, 후강판 제조 설비의 하류에 온라인 혹은 오프 라인으로 마련되는 형상 교정 장치에서 교정되는 후강판(10)은 원래 평탄도가 높고 후강판(10)의 온도도 균일하다. 따라서, 상기 하류에 마련되는 형상 교정 장치의 교정력에 대해서는 그다지 높게 할 필요는 없다. 또, 가속 냉각 장치(5)와 상기 하류에 마련되는 형상 교정 장치의 거리는 압연 라인으로 제조하는 후강판(10)의 최대 길이보다 길게 하면 좋다. 이것에 의해, 상기 하류에 마련되는 형상 교정 장치에서 리버스 교정 등을 실시하는 경우도 많기 때문에, 역송한 후강판(10)이 반송 롤상에서 튀어, 가속 냉각 장치(5)에 충돌하는 등의 트러블을 방지하는 효과나, 가속 냉각 장치(5)에 있어서의 냉각 중에 발생한 약간의 온도 편차를 균일화하고, 교정 후에 온도 편차에 기인한 휨의 발생을 회피하는 효과를 기대할 수 있다.
실시예 1
압연기(3)에 의해서 압연한 판 두께 30㎜, 폭 3500㎜의 후강판을 형상 교정 장치(4) 및 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)를 통과하고 나서, 820℃에서 420℃까지의 제어 냉각을 실행하였다. 여기서, 냉각이 안정되는 조건은 전술한 (3), (4), (5)식으로부터 산출하면, 디스케일링 장치(7)에 의한 후강판의 스케일을 제거 종료 후부터 가속 냉각 장치(5)에서 후강판의 냉각을 개시할 때까지의 시간 t는 바람직하게는 42s이하, 더욱 바람직하게는 19s이하, 가장 바람직하게는 5s이하이다.
디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)는 노즐의 분사 압력이 17.7MPa, 노즐 1개당 분사 유량이 45L/min(=7.5×10-4㎥/s), 분사 거리(디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)의 분사 노즐과 후강판의 표면 거리)가 130㎜, 노즐 분사 각도가 66°, 영각이 15°로 하고, 서로 인접하는 노즐의 분사 영역이 어느 정도 중첩되도록 폭 방향으로 배열한 것을 긴쪽 방향에 2열 배열하고, 스프레이 분사 두께는 3㎜, 스프레이 분사 폭은 175㎜로 하였다. 또, 노즐은 플랫 스프레이 노즐로 하였다. 여기서, 디스케일링수의 에너지 밀도는 전술한 수량 밀도×분사 압력×충돌 시간으로 정의되는 값이다. 충돌 시간(s)은 후강판 표면에 디스케일링수가 분사되어 있는 시간이며, 스프레이 분사 두께를 반송 속도로 나누는 것에 의해 구해진다.
가속 냉각 장치(5)는 도 7에 나타내는 바와 같이 후강판 상면에 공급한 냉각수를 격벽의 위쪽으로 흘리고, 또한 도 10에 나타내는 바와 같이 후강판 폭 방향 측방으로부터 배수할 수 있는 바와 같은 유로를 마련한 설비로 하였다. 격벽에는 직경 12㎜의 구멍을 바둑판의 눈과 같이 뚫고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 지그재그 격자형상으로 배열한 급수구에 상부 냉각수 분사 노즐을 내삽하고, 나머지의 구멍을 배수구로서 이용하였다. 상부 헤더 하면과 격벽 상면의 거리는 100㎜로 하였다.
가속 냉각 장치(5)의 상부 냉각수 분사 노즐은 내경 5㎜, 외경 9㎜, 길이 170㎜로 하고, 그 상단을 헤더내에 돌출시켰다. 또, 봉형상 냉각수의 분사 속도를 8.9m/s로 하였다. 후강판 폭 방향의 노즐 피치는 50㎜로 하여, 테이블 롤러간 거리 1m의 존내에서 노즐을 긴쪽 방향으로 10열 배열하였다. 상면의 수량 밀도는 2.1㎥/(㎡·min)이었다. 상면 냉각의 노즐 하단은 판 두께 25㎜의 격벽의 상하 표면의 중간 위치로 되도록 설치하고, 후강판 표면까지의 거리는 80㎜로 하였다.
또한, 하면 냉각 설비에 대해서는 도 7에 나타내는 바와 같은 격벽을 구비하지 않은 것 이외는 상면 냉각 설비와 마찬가지의 냉각 설비를 이용하고, 봉형상 냉각수의 분사 속도 및 수량 밀도를 상면의 1.5배로 하였다.
그리고, 표 1에 나타내는 바와 같이, 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리 L, 후강판의 반송 속도 V 및 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 시간 t를 각종 변화시켰다. 또한, 표 1 중의 T는 냉각 전의 후강판 온도(K)이다.
후강판 형상에 대해서는 재교정율(%)로 평가하였다. 구체적으로는 후강판 전체 길이의 휨, 및/또는 후강판 전체 폭의 휨이 그 후강판에 대응하는 제품 규격에서 정해져 있는 기준값 이내이면 합격, 기준값을 초과해 있으면, 재교정 실시재로 판단하고, 재교정율은 (재교정 실시재의 개수)/(대상재의 전체 개수)×100으로서 산출하였다.
[표 1]　
Figure pct00001
표 1의 본 발명예 1∼5는 에너지 밀도가 모두 0.08J/㎟이상이기 때문에, 형상 불량에 의한 재교정율이 낮고, 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 이것은 가속 냉각 장치(5)에서 냉각했을 때에, 폭 방향 위치의 표면 온도의 편차가 거의 없어 균일하게 냉각되고, 종래보다 기계적 특성이 우수하고, 후강판의 온도 분포에 기인한다고 고려되는 평탄도가 우수하고, 그 결과, 형상 불량에 의한 재교정율이 낮아졌다고 생각할 수 있다. 또, 본 발명예 1∼5는 모두 스케일 제거되고 있으며, 표면 성상도 양호하였다. 또, 표면 성상의 평가는 실온까지 냉각된 후강판 표면의 화상을 이용하여, 스케일 잔존부와 박리부의 색조 차를 이용한 화상 처리로부터 스케일 유무를 판단하고, 평가하였다.
특히, 반송 방향에 대해 최하류열의 디스케일링 장치(7)에서 가속 냉각 장치(5)까지의 거리를 5m로 한 본 발명예 1∼4는 디스케일링 장치(7)에 의한 후강판의 스케일을 제거 종료 후부터, 가속 냉각 장치(5)에서 후강판의 냉각을 개시할 때까지의 시간 t가 후강판의 반송 속도 V에 관계없이, 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각이 더욱 안정한 조건인 19s이하였다. 그 때문에, 재교정율이 5%이하로 양호하였다. 또, 본 발명예 5에 대해서는 재교정율은 합격인 12%이었지만, 본 발명예 1∼4보다 뒤떨어졌다. 이것은 스케일 제거 종료 후부터 가속 냉각 장치(5)에서 냉각을 개시할 때까지의 시간이 46s로 길기 때문에, 스케일이 두꺼워지고, 냉각이 불안정하게 되었기 때문으로 고려된다.
한편, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에 의한 스케일 제거를 실시하지 않고, 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각을 실행한 비교예 1에서는 후강판의 표면에 발생하고 있는 스케일의 균일화가 도모되는 일 없이 가속 냉각 장치(5)에 의한 냉각이 실시되었다. 이 때문에, 후강판의 온도 분포에 기인했다고 고려되는 평탄도 악화에 의해 재교정율이 40%로 되며, 기계적 특성에도 편차가 생겼다.
또, 디스케일링 장치(6) 및 디스케일링 장치(7)에 의한 설정 조건을 수압 10MPa, 노즐 1개당 분사 유량이 39L/min(=6.5×10-4㎥/s), 분사 거리가 130㎜, 노즐 분사 각도가 66°, 노즐 영각이 15°로 하고, 에너지 밀도를 0.06J/㎟로 한 비교예 2는 디스케일링수가 갖는 에너지 밀도가 충분히 크지 않았기 때문에, 스케일이 부분적으로 박리되고, 후강판 폭 방향의 온도 분포가 악화되었다. 이 때문에, 재교정율이 70%로 되고, 기계적 특성에도 편차가 생겼다.
디스케일링 회수가 1회이고, 노즐의 분사 압력이 17.7MPa, 노즐 1개당 분사 유량이 45L/min(=7.5×10-4㎥/s), 분사 거리가 130㎜, 노즐 분사 각도가 66°, 영각이 15°로 하고, 에너지 밀도를 0.09J/㎟로 한 비교예 3은 디스케일링 회수가 1회이므로 디스케일링시에 발생하는 열응력 효과도 1회뿐으로 되었기 때문에, 스케일이 부분적으로 박리되고, 후강판 폭 방향의 온도 분포가 악화되었다. 이 때문에, 재교정율이 72%로 되며, 기계적 특성에도 편차가 생겼다.
디스케일링 회수가 3회이고, 노즐의 분사 압력이 10MPa, 노즐 1개당 분사 유량이 34L/min(=5.6×10-4㎥/s), 분사 거리가 130㎜, 노즐 분사 각도가 66°, 영각이 15°로 하고, 에너지 밀도를 3회의 디스케일링의 합계 0.06J/㎟로 한 비교예 4는 디스케일링수가 갖는 에너지 밀도가 충분히 크지 않았기 때문에, 스케일이 부분적으로 박리되고, 후강판 폭 방향의 온도 분포가 악화되었다. 이 때문에, 재교정율이 69%로 되며, 기계적 특성에도 편차가 생겼다.
1; 가열로 2; 디스케일링 장치
3; 압연기 4; 형상 교정 장치
5; 가속 냉각 장치 6; 디스케일링 장치
6-1; 디스케일 헤더 6-2; 분사 노즐
7; 디스케일링 장치 7-1; 디스케일 헤더
7-2; 분사 노즐 10; 후강판
11. 상부 헤더 12; 하부 헤더
13; 상부 냉각수 분사 노즐(원관 노즐)
14; 하부 냉각수 분사 노즐(원관 노즐)
15; 격벽 16; 급수구
17; 배수구 18; 분사 냉각수
19; 배출수 20; 탈수 롤
21; 탈수 롤 22; 스프레이 패턴

Claims (9)

  1. 열간 압연기, 형상 교정 장치, 디스케일링 장치 및 가속 냉각 장치를 이 순서로 반송 방향 상류측부터 배치하고, 상기 디스케일링 장치의 분사 노즐은 후강판의 긴쪽 방향에 대해 2열 배치되고, 상기 2열의 분사 노즐에서 후강판의 표면을 향해 분사되는 디스케일링수가 갖는 에너지 밀도 E를 합계 0.08J/㎟이상으로 하는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.
  2. 열간 압연기, 형상 교정 장치, 디스케일링 장치 및 가속 냉각 장치를 이 순서로 반송 방향 상류측부터 배치하고, 상기 디스케일링 장치의 분사 노즐은 후강판의 긴쪽 방향에 대해 2열 이상 배치되고, 상기 2열 이상의 분사 노즐에서 후강판의 표면을 향해 분사되는 디스케일링수가 갖는 에너지 밀도 E를 합계 0.08J/㎟이상으로 하는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 디스케일링 장치에서 상기 가속 냉각 장치까지의 반송 속도를 V[m/s], 냉각 전의 후강판 온도를 T[K]로 하면, 상기 디스케일링 장치에서 상기 가속 냉각 장치까지의 거리 L[m]는 L≤V×5×10-9×exp(25000/T)의 식을 만족시키고 있는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디스케일링 장치에서 상기 가속 냉각 장치까지의 거리 L은 12m이하로 하는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스케일링 장치의 분사 노즐에서 상기 후강판의 표면까지의 거리 H를 40㎜이상이고 200㎜이하로 하는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가속 냉각 장치는 상기 후강판의 상면에 냉각수를 공급하는 헤더와, 해당 헤더로부터 늘어뜨려진 봉형상 냉각수를 분사하는 냉각수 분사 노즐과, 상기 후강판과 상기 헤더의 사이에 설치되는 격벽을 구비하는 동시에, 상기 격벽에는 상기 냉각수 분사 노즐의 하단부를 내삽하는 급수구와, 상기 후강판의 상면에 공급된 냉각수를 상기 격벽상에 배수하는 배수구가 다수 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 설비.
  7. 열간 압연 공정, 열간 교정 공정 및 가속 냉각 공정의 순번으로 후강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 열간 교정 공정 및 가속 냉각 공정의 사이에, 후강판의 표면에 에너지 밀도 E가 합계 0.08J/㎟이상으로 되도록 디스케일링을 2회 실행하는 디스케일링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 방법.
  8. 열간 압연 공정, 열간 교정 공정 및 가속 냉각 공정의 순번으로 후강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 열간 교정 공정 및 가속 냉각 공정의 사이에, 후강판의 표면에 에너지 밀도 E가 합계 0.08J/㎟이상으로 되도록 디스케일링을 2회 이상 실행하는 디스케일링 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 디스케일링 공정의 완료에서 상기 가속 냉각 공정의 개시까지의 시간 t[s]는 t≤5×10-9×exp(25000/T)의 식을 만족시키고 있는 것을 특징으로 하는 후강판의 제조 방법:
    단, T：냉각 전의 후강판 온도(K)이다.
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