KR20210078974A - 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법 - Google Patents

무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210078974A
KR20210078974A KR1020190170976A KR20190170976A KR20210078974A KR 20210078974 A KR20210078974 A KR 20210078974A KR 1020190170976 A KR1020190170976 A KR 1020190170976A KR 20190170976 A KR20190170976 A KR 20190170976A KR 20210078974 A KR20210078974 A KR 20210078974A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling zone
temperature
steel sheet
slow cooling
gas
Prior art date
Application number
KR1020190170976A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102362666B1 (ko
Inventor
한진미
김래열
주종일
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020190170976A priority Critical patent/KR102362666B1/ko
Publication of KR20210078974A publication Critical patent/KR20210078974A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102362666B1 publication Critical patent/KR102362666B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1244—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest
    • C21D8/1272—Final recrystallisation annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacturing Of Steel Electrode Plates (AREA)

Abstract

본 발명의 일 구현예는 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법에 있어서, 강판을 승온시키는 예열대와 가열대; 전기 저항열을 이용하여 온도를 유시키시는 균열대; 및 강판 온도를 저감시키는 냉각대를 포함하고, 상기 냉각대는 서냉대와 급냉대로 구분되고, 상기 서냉대는 강판 입측 방향에서 출측 방향을 따라 순서대로 1 내지 6 구간으로 구분되고, 상기 서냉대 2구간 및 3구간에 380℃ 이상의 고온의 분위기 가스를 투입하여 서냉대 1구간부터 4구간까지의 강판 냉각 속도를 낮게 제어한다.

Description

무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법 {METHOD FOR ANNEALING NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET}
무방향성 전기강판의 제조에 있어서, 최종 소둔 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 무방향성 전기강판의 품질을 향상시키기 위한 최종 소둔 단계에서의 냉각 속도 제어에 관한 것이다.
무방향성 전기강판의 품질이라 함은 자동차에 사용되는 모터 철심재료로써 저속 회전시에는 큰 자속밀도 특성을 가져야 하고, 고속 회전시에는 고주파 철손이 적을 것이 요구된다.
친환경차 시장증가에 따라 최고급재 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 향후 최고급재 무방향성 전기강판(Hyper NO) 제품 생산이 증가될 것으로 예상된다.
그러나, 최고급재 무방향성 전기강판의 기존 소둔 코팅 라인(ACL, Annealing Coating Line)의 생산량은 필요량에 비해 부족한 상황에 직면하여 있다.
따라서, 무방향성 전기강판의 품질 향상 및 최고급재 무방향성 전기강판의 소둔 코팅 라인(ACL)의 생산량을 증가시킬 수 있는 기술이 필요하다.
무방향성 전기강판의 최종 소둔 단계의 냉각 속도 제어함으로써, 자성 품질을 향상시키고, 철손을 감소시킬 수 있는 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법은 강판을 승온시키는 예열대와 가열대; 전기 저항열을 이용하여 온도를 유지시키는 균열대; 및 강판 온도를 저감시키는 냉각대를 포함한다.
상기 냉각대는 서냉대와 급냉대로 구분될 수 있다.
상기 서냉대는 강판 입측 방향에서 출측 방향을 따라 순서대로 1 내지 6 구간으로 구분될 수 있다.
상기 서냉대 2구간 및 3구간에 380℃ 이상의 고온의 분위기 가스를 투입하여 서냉대 1구간부터 4구간까지의 강판 냉각 속도를 낮게 제어하는 것일 수 있다.
상기 서냉대 2구간 및 3구간에 투입되는 고온의 분위기 가스는 수소 가스, 및 질소 가스를 포함하는 것일 수 있다.
상기 서냉대 2구간 및 3구간에 투입하는 고온의 분위기 가스는 온도가 380 내지 450℃인 것일 수 있다.
상기 분위기 가스는 서냉대 4구간에서 열교환에 의하여 온도를 상승시켜 2구간과 3구간에 투입하는 것일 수 있다.
상기 서냉대 2구간 및 3구간에 분위기 가스 투입시, 하기 [계산식 1]을 만족하도록 분위기 가스의 양을 감소시키고, 분위기 가스 내의 수소 가스의 비율을 증가시켜 투입하는 것일 수 있다.
[계산식 1]
V1H2/(V0N2 + V1H2 + V1N2) = V2H2/(V0N2 + V2H2 + V2N2)
(V1H2 : 감소 전 분위기 가스 내의 H2가스 부피,
V1N2 : 감소 전 분위기 가스 내의 N2가스 부피,
V2H2 : 감소시킨 분위기 가스 내의 H2가스 부피,
V2N2 : 감소시킨 분위기 가스 내의 N2가스 부피,
V0N2 : 급냉대에 투입되는 N2 가스 부피)
상기 서냉대 2구간과 3구간에 투입하는 분위기 가스 비율은 동일하거나, 2구간보다 3구간에 투입하는 분위기 가스 비율이 큰 것일 수 있다.
상기 서냉대의 입출측 강판 온도차가 260 내지 280℃인 것일 수 있다.
상기 서냉대의 평균 냉각 속도는 12.38 내지 13.33℃/sec 인 것일 수 있다.
무방향성 전기강판의 최종 소둔 단계의 냉각 속도 제어함으로써, 무방향성 전기강판의 철손을 감소시키고, 자성 품질을 향상시킨다.
구체적으로, 최종 소둔 단계의 서냉대 초기 냉각 속도를 낮춤으로써, 온도 편차, 및 응력을 감소시키고, 자성 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 무방향성 전기강판의 소둔 코팅 공정의 시간에 따른 온도 패턴(Heat Pattern)을 나타낸 것이다.
도 2는 전기 침지 구간(ESS) 4 구간부터 급냉대(RJCS) 6 구간까지의 일반적인 온도 하강을 나타낸 온도 패턴(Heat Pattern)이다.
도 3은 소둔코팅 설비의 냉각대(서냉대 및 급냉대)를 나타낸 도면이다.
도 4는 고온의 스트립냉각 해석을 위하여, 복사 열 전달 방정식(Radiation heat transfer equation)을 적용한 도면이다.
도 5는 냉각대의 강판 열 유동 해석 결과에 따른 스트립온도 변화 추이 비교도이다.
도 6은 서냉대의 구간별 냉각속도를 분석하기 위하여 서냉대(SJCS) 냉각 온도대 별 냉각율을 비교한 그래프이다.
도 7은 서냉대(SJCS) 내 스트립 열응력 분포도이다.
도 7a는 Case 1 스트립의 21초일 때의 스트립 강판의 응력 분포를 나타낸 도면이다.
도 7b는 Case 1 스트립의 21초일 때의 최대응력이 발생하는 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7c는 Case 2 스트립의 21초일 때의 스트립 강판의 응력 분포를 나타낸 도면이다.
도 7d는 Case 2 스트립의 21초일 때의 최대응력이 발생하는 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 7e는 서냉대(SJCS) 내 스트립 색상에 대응하는 온도를 나타낸 도면이다.
도 8은 실제 조업 데이터의 서냉대(SJCS) 입출측간 스트립 온도차(ΔT)에 따른 철손(W10/400) 값을 분석한 것이다.
도 9은 소둔 코팅 라인(ACL)의 서냉대(SJCS) 냉각제어 공정 기술 개요도이다.
도 10은 발명예 1과 비교예 1의 분위기 가스 투입에 따른 서냉대(SJCS) 내 분위기 온도 변화를 예측하기 위한 열유동을 해석한 도면이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에서는 대한민국 특허 제 2018-0062466 호의 Neural network 분석을 통한 온도 패턴(pattern)에 따른 철손 예측 기술을 바탕으로 실제 조업데이터와 철손과의 상관관계를 도출하고, 열유동 및 구조해석을 통한 스트립 냉각속도, 열응력과 철손과의 상관관계 분석하였다.
본 발명은 무방향성 전기 강판 품질의 주 영향인자인 최종 소둔 공정의 냉각 속도 제어함으로써, 최고급재 무방향성 전기강판의 품질을 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다. 구체적으로, 무방향성 전기 강판의 최종 소둔 공정에서 냉각속도, 열응력, 및 자성과의 상관관계를 도출하여, 냉각대 구간 중 냉각 속도에 따라 자성에 가장 영향을 주는 서냉대 구간의 초기 냉각 속도를 낮게 제어함으로써, 무방향성 전기강판의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법은 강판을 승온시키는 예열대와 가열대; 전기 저항열을 이용하여 온도를 유시키시는 균열대; 및 강판 온도를 저감시키는 냉각대를 포함한다.
상기 냉각대는 서냉대와 급냉대로 구분된다.
상기 서냉대는 강판 입측 방향에서 출측 방향을 따라 순서대로 1 내지 6 구간으로 구분된다.
도 1은 무방향성 전기강판의 소둔 코팅 공정의 시간에 따른 온도 패턴(Heat Pattern)을 나타낸 것이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 소둔 코팅 공정(ACL)은 크게 가열대, 균열대, 및 냉각대로 구분할 수 있다.
예열대에는 예열 구간(PHS, Pre Heating Section), 가열대에는 비산화로(NOF, Non Oxidizing Furnace), 라디언트 튜브 히팅 구간(RHS, Radiant Tube Heating Section)이 해당되며, 균열대는 전기 침지 구간(ESS, Electric Soaking Section), 냉각대는 서냉 구간(SJCS, Slow Jet Cooling Section, 이하 서냉대라 함) 및 급냉 구간(급냉대(RJCS), Rapid Jet Cooling Section, 이하 급냉대라 함)가 포함된다.
예열대, 및 가열대에서 상승시킨 온도를 균열대에서 전기 저항열을 이용하여 일정온도로 유지시키고, 냉각대의 서냉대 및 급냉대에서는 이중 열교환 방식 및 터보 팬(Turbo Fan)을 통하여 온도를 저감시킨다.
도 2는 전기 침지 구간(ESS) 4 구간부터 급냉대(RJCS) 6 구간까지의 일반적인 온도 하강을 나타낸 온도 패턴(Heat Pattern)이다. 균열대는 5 구간, 냉각대는 서냉대(SJCS) 6 구간 및 급냉대(RJCS) 6구간으로 구분되어 구성된다.
도 3은 소둔코팅 설비의 냉각대(서냉대 및 급냉대)를 나타낸 것으로 서냉대(SJCS)는 간접냉각 4 구간, 및 직접냉각 2 구간으로 구성되어 있다. 급냉대(RJCS)는 직접냉각 6구간으로 구성되어 있다.
간접냉각은 소둔로 상하부에 냉각튜브(Cooling tube)가 위치하여 상하부 공기가 냉각튜브(Cooling tube)를 통해 유입되어 나감으로써, 간접적으로 소둔로 내의 온도를 낮추는 방식이다.
직접냉각은 석션(suction)을 통하여 공기가 소둔로 내에 직접 유입되어, 소둔로 내 온도를 낮춰 강판을 간접냉각 보다 빠르게 냉각하는 방식이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 무방향성 전기강판 최종 소둔 방법은 상기 서냉대의 냉각 속도를 낮게 제어함으로써, 무방향성 전기강판의 철손을 감소시키는 것일 수 있다.
특히, 서냉대의 초기 냉각 속도를 낮게 제어하는 것일 수 있다.
표 1은 스트립 샘플의 철손을 나타낸 것이다.
철손(W/kg)
Case 1 12.25
Case 2 13.39
Case 1의 스트립이 Case 2의 스트립보다 철손이 낮고 우수한 품질을 가짐을 알 수 있다.
도 4는 고온의 스트립 냉각 해석을 위하여, 복사 열 전달 방정식(Radiation heat transfer equation)을 적용하였다. 이를 통하여 냉각대에서 강판이 냉각될 때, 강판 온도변화를 확인할 수 있다.
Case 1(12.25 W/kg)과 Case 2(13.39 W/kg)의 스트립온도 분포 해석 결과, Case 1은 냉각대 전 구간에 걸쳐 냉각속도가 Case 2와 비교하여 느리다는 것을 확인할 수 있었으며, 특히 서냉대(SJCS) 구간에서의 냉각속도 차가 크게 나타나는 것을 확인하였다. 이는, 서냉대에서 냉각속도가 철손에 영향을 미치는 것으로 보여준다.
도 5는 냉각대의 강판 열 유동 해석 결과에 따른 스트립온도 변화 추이 비교도이다.
Case 1(12.25 W/kg)과 Case 2(13.39 W/kg)의 강판 냉각속도 비교한 결과, 급냉대(RJCS) 구간에서는 냉각속도가 유사하게 나타나는 반면, 서냉대(SJCS) 구간에서는 Case 1(12.25 W/kg)이 Case 2(13.39 W/kg)에 비하여 냉각속도가 작음을 확인할 수 있다. 즉, 서냉대의 냉각속도가 낮은 것이 철손 감소에 영향을 미치는 것을 보여준다.
본 발명의 일 구현예에 따른 무방향성 전기강판 최종 소둔 방법은 상기 서냉대 중에서도 1구간부터 4구간의 냉각 속도를 낮게 하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 서냉대 2구간 및 3구간에 고온의 분위기 가스를 투입함으로써, 서냉대 초기의 강판 냉각 속도를 낮추는 것일 수 있다. 이 경우, 무방향성 전기강판의 철손을 감소시키고, 우수한 품질의 무방향성 전기강판을 제조할 수 있다.
구체적으로, 서냉대 2구간 및 3구간에 투입하는 고온의 분위기 가스는 온도가 380℃ 이상일 수 있다. 상기 온도 범위를 만족하는 경우 서냉대의 평균 냉각 속도를 14.28℃/sec 이하로 제어할 수 있으며, 제조되는 무방향성 전기강판의 철손 감소에 기여할 수 있다.
더욱 구체적으로, 서냉대 2구간 및 3구간에 투입하는 고온의 분위기 가스는 380 내지 450℃, 또는 386℃ 내지 442℃ 일 수 있다.
도 6은 서냉대의 구간별 냉각속도를 분석하기 위하여 서냉대(SJCS) 냉각 온도대 별 냉각율을 비교한 그래프이다.
서냉대(SJCS)중 냉각 온도가 900℃, 800℃, 및 700℃인 각 지점에서 Case1, 및 Case2의 냉각속도를 분석하였다.
서냉대(SJCS) 전구간에서 Case 1의 냉각율이 낮고, 특히 서냉대(SJCS) 1~4 구간에서 Case1 및 Case 2 의 냉각속도 차이가 큰 것으로 확인된다.
이는 서냉대(SJCS) 1~4 구간에서의 초기 서냉이 철손에 영향을 미치는 중요한 인자임을 보여준다.
상기 서냉대의 입출측 강판 온도차는 300℃ 이하로 제어되는 것일 수 있다. 구체적으로, 240 내지 300℃, 260 내지 280℃ 또는 270℃로 제어되는 것일 수 있다.
이 경우 제조되는 무방향성 전기강판의 철손을 감소시킬 수 있으며, 특히 260 내지 280℃로 제어 하는 경우 최저 철손을 구현할 수 있다.
도 8은 실제 조업 데이터의 서냉대(SJCS) 입출측간 스트립 온도차(ΔT)에 따른 철손(W10/400) 값을 분석한 것이다. 서냉대(SJCS) 입출측간 스트립 온도차(ΔT) < 260℃ 시에는 ΔT 증가시 철손 낮아지며, ΔT > 280℃ 시에는 ΔT 증가시 철손 증가함을 확인하였다.
이는 서냉대 입출측간 스트립 온도차가 260 ≤ ΔT ≤ 280℃ 구간에서 최저 철손 구현 가능함을 알 수 있다.
상기 서냉대의 평균 냉각 속도는 14.5℃/sec 이하로 제어하는 것일 수 있다. 구체적으로 상한을 14.28℃/sec 이하 또는 13.33℃/sec 이하로 제어하는 것일 수 있다. 더불어, 평균 냉각 속도의 하한을 12℃/sec 이상, 또는 12.38℃/sec 이상으로 제어하는 것일 수 있다.
상기 서냉대의 평균 냉각 속도는 서냉대 1구간부터 6구간까지의 서냉대 전체에서 강판의 평균 냉각 속도를 의미한다.
서냉대의 입출측간 온도차는 ΔT가 260℃ 가정시 평균 냉각속도 12.38℃/sec이며, ΔT가 280℃ 가정시 평균 냉각속도 13.33℃/sec일 수 있다.
즉, 상기 서냉대의 평균 냉각 속도 범위를 만족하는 경우 서냉대의 입출측 강판 온도차를 260 내지 280℃로 제어할 수 있으며, 결과적으로 무방향성 전기강판의 철손 감소시키거나 최소화할 수 있다.
표 2은 도 6의 Case 1, 및 Case 2 스트립의 냉각속도를 나타낸 것이다.
Case 평균냉각
속도(℃/s) 		최대냉각
속도(℃/s) 		서냉대(SJCS)
입출측간 스트립 온도차 (℃) 		철손
(W/kg)
1 13.84 17.59 291 12.25
2 14.71 20.10 309 13.39
품질이 우수한 Case 1 스트립은 Case 2에 비하여 서냉대(SJCS) 입출측 온도차 △T가 작고, 서냉대 전구간에서 냉각속도가 낮게 나타났다.
도 7은 서냉대(SJCS) 내 스트립 열응력 분포도이다.
도 7a는 Case 1 스트립의 21초일 때의 스트립 강판의 응력 분포를 나타내고 있으며, 도 7b는 Case 1 스트립의 21초일 때의 최대응력이 발생하는 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 7c는 Case 2 스트립의 21초일 때의 스트립 강판의 응력 분포를 나타낸 도면이다.
도 7d는 Case 2 스트립의 21초일 때의 최대응력이 발생하는 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7e는 스트립 색상에 대응하는 온도를 나타낸 도면이다.
전체적으로 롤(Roll) 영역과 롤(Roll) 사이 영역의 응력 분포는 유사한 패턴으로 나타나고 있다.
Case 1의 경우, 롤(Roll) 위에 얹혀져 있는 영역에서 상대적으로 높은 12.9 내지 13.5MPa의 최대응력이 발생하고, 강판 앞 단에서 온도편차 및 롤(Roll)과의 접촉에 의한 영향으로 다른 영역 대비 상대적으로 응력이 높게 분포한다.
Case 2의 경우, 최대응력이 16.1MPa로 나타나고, Case 1 대비 상대적으로 높은 응력 분포를 보인다. 강판의 앞 단에서 온도 편차에 의한 높은 응력이 분포하며, 롤(Roll) 영역에서 최대응력이 발생하고 있다.
즉, 품질이 우수한 Case 1의 경우 Case 2보다 강판 앞 단과의 온도 편차가 감소되고, 상대적으로 낮은 응력 분포를 가지며, 결과적으로 더 작은 철손을 가짐을 알 수 있다. 특히, 이러한 낮은 온도 편차는 Case 1과 Case 2의 냉각속도 차이가 큰 서냉대 초기의 냉각 속도가 낮게 제어됨으로써, 효과적으로 달성될 수 있다.
서냉대(SJCS) 구간의 강판은 전 구간 탄성영역에 해당되어 소성변형은 나타나지 않음을 확인 가능하다.
표 3은 Case 1,2의 가장자리(Edge) 및 중심(Center) 부분의 열응력 편차와 끝단 응력값을 분석한 것이다.
위치 Case 1 (12.25W/kg) Case 2 (13.39W/kg)
응력편차(MPa) 끝단응력 (MPa) 응력편차(MPa) 끝단응력 (MPa)
Edge 0.61 6.68 0.68 8.09
Center 0.49 4.23 0.54 4.87
Edge - Center 0.12 2.45 0.14 3.22
표 3을 보면, 가장자리와 중심(Edge-Center) 간 응력편차 및 열응력 절대값이 작을수록 철손(W10/400) 저감되면서 품질이 향상됨을 확인할 수 있다.
도 8은 실제 조업 데이터의 서냉대(SJCS) 입출측간 스트립 온도차(ΔT)에 따른 철손(W10/400) 값을 분석한 것이다.
서냉대(SJCS) 입출측간 스트립 온도차 ΔT < 260℃ 시에는 ΔT 증가시 철손 낮아지며, ΔT > 280℃ 시에는 ΔT 증가시 철손 증가함을 확인하였다.
이는 서냉대 입출측간 스트립 온도차가 260 ≤ ΔT ≤ 280℃ 구간에서 최저 철손 구현 가능함을 나타낸다.
ΔT = 270℃ 가정시, 평균 냉각속도 12.85℃/s를 구현하여야 하므로, 서냉대 구간의 냉각제어가 중요함을 보여준다.
도 9은 소둔 코팅 라인(ACL)의 서냉대(SJCS) 냉각제어 공정 기술 개요도이다.
일반적인 최고급재 무방향성 전기강판의 경우, 서냉대 구간에서 냉각속도를 낮추기 위하여 직접냉각 팬(FAN) 출력율 및 간접냉각 댐퍼(Damper) 개도율 최소화 조업을 하고 있다. 그러나, 서냉대(SJCS) 2 구간 및 5 구간에 온도가 평균 17℃인 분위기 가스(HN가스)가 대략 992 내지 666℃로 냉각되는 강판에 온도편차를 발생시키고, 잔류응력 증가로 품질에 악영향을 미치는 문제가 있다.
따라서, 서냉대에 투입되는 분위기 가스의 온도가 17℃보다 고온인 경우, 분위기 가스 투입에 따른 소둔로 내의 분위기 온도 저하, 강판 냉각 가속화, 및 강판의 온도편차 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 종래와 같이 2구간 및 5구간에 투입하는 것이 아닌, 2구간과 3구간에 고온의 분위기 가스를 투입함으로써, 서냉대 초기 냉각 속도 즉, 서냉대 1구간 내지 4구간의 냉각속도를 낮추는데 기여할 수 있다.
상기 분위기 가스는 서냉대 4구간에서 열교환에 의하여 온도가 상승된 것일 수 있으며, 이를 서냉대 2구간과 3구간에 투입하는 것일 수 있다. 이에 따라 별도의 분위기 가스 온도를 상승시키는 설비 없이도, 본 발명의 효과를 달성할 수 있다.
구체적으로, 분위기 가스를 4 구간의 이중관 구조인 냉각튜브(Cooling tube)로 유입시키고, 열교환되어 나오는 고온 분위기 가스를 서냉대 초기 냉각속도 제어를 위하여 서냉대 2 구간 및 3 구간으로 나누어 유입시키는 것일 수 있다.
상기 서냉대 4구간에서 열교환되어 수득된 온도가 상승된 분위기 가스는 380 내지 450℃일 수 있다. 구체적으로 386 내지 450℃일 수 있다.
상기 서냉대 4구간에서 열교환되어 수득된 온도가 상승된 분위기 가스의 온도는 4구간에 열교환을 위하여 투입되는 분위기 가스량에 따라 달라질 수 있다.
상기 서냉대 4구간에서 열교환되는 분위기 가스의 양은 서냉대 2구간 및 3구간에 투입하는 분위기 가스양의 합과 같을 수 있다.
상기 서냉대 2구간 및 3구간에 투입하는 고온의 분위기 가스 양의 합은 100 내지 500 Nm3 일 수 있다. 구체적으로, 하한은 100 Nm3이상, 150 Nm3이상, 200 Nm3이상, 또는 300 Nm3이상일 수 있으며, 하한은 500 Nm3이하, 450 Nm3이하, 400 Nm3이하, 350 Nm3이하 또는 300 Nm3이하일 수 있다. 그러나, 분위기 가스의 양은 조절될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 서냉대 2구간 및 3구간에 분위기 가스 투입시, 하기 [계산식 1]을 만족하도록 분위기 가스의 양을 감소시키고, 분위기 가스 내의 수소 가스의 비율을 증가시켜 투입하는 것일 수 있다.
[계산식 1]
V1H2/(V0N2 + V1H2 + V1N2) = V2H2/(V0N2 + V2H2 + V2N2)
(V1H2 : 감소 전 분위기 가스 내의 H2가스 부피, V1N2 : 감소 전 분위기 가스 내의 N2가스 부피, V2H2 : 감소시킨 분위기 가스 내의 H2가스 부피, V2N2 : 감소시킨 분위기 가스 내의 N2가스 부피, V0N2 : 급냉대에 투입되는 N2 가스 부피)
이 경우, 투입되는 분위기 가스의 양을 감소시킴으로써, 원가 비용을 절감할 수 있고, 서냉대 초기 냉각 속도를 낮추는데 기여할 수 있다.
상기 서냉대 2구간과 3구간에 투입하는 분위기 가스 비율은 동일하거나, 2구간보다 3구간에 투입하는 분위기 가스 비율이 큰 것일 수 있다. 이 경우, 서냉대 초기 서냉효과를 향상시킬 수 있다. 2구간의 경우 열교환에 의하여 온도가 상승된 분위기 가스를 투입하더라도, 강판의 온도가 투입되는 분위기 가스 온도보다 높으므로, 초기 서냉을 위해서는 2구간에 투입하는 분위기 가스량이 적을수록 초기 서냉에 유리할 수 있다. 또한, 서냉대 3구간의 분위기 온도는 열교환된 고온의 분위기 가스 온도와 유사하므로, 3구간에 투입되는 고온의 분위기 가스는 서냉대 3구간의 분위기 온도를 저하를 억제하여, 냉각속도를 낮추는데 기여할 수 있다.
도 10은 발명예 1과 비교예 1의 분위기 가스 투입에 따른 서냉대(SJCS) 내 분위기 온도 변화를 예측하기 위한 열유동 해석결과이다. 17℃ 분위기 가스를 서냉대 2구간 및 5구간에 투입하는 비교예의 경우 서냉대 2구간의 분위기 가스가 투입되는 지점에 분위기 온도가 급격히 감소하여 큰 온도 편차를 발생시키는 것을 확인할 수 있다.
반면, 386℃ 고온의 분위기 가스를 2구간 및 3구간에 투입하는 발명예 1의 경우, 2 구간에서 분위기 가스 투입에 따른 온도 변화가 거의 없는 것을 알 수 있으며, 3구간에서 고온의 분위기 가스 투입에 의하여 4구간의 분위기 온도가 상승되는 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여, 발명예 1의 경우 소둔로 내 서냉대의 분위기 온도 상승을 통한 서냉 효과를 확인하였다.
표 4는 서냉대 4구간에서 열교환된 고온의 분위기 가스를 2 구간 및 3 구간에 투입시, 분위기 가스 투입 방법에 따른 서냉대 냉각 속도 변화를 확인하기 위한 구체적인 실험 조건을 나타낸다.
발명예 3의 경우 분위기 가스 온도가 발명예 1, 2보다 상승한 것을 알 수 있다. 이를 통해 발명예 3은 분위기 가스 투입유량이 200Nm3 로 감소됨으로써, 4구간에서 열교환에 의하여 더욱 고온의 분위기 가스를 수득할 수 있음을 확인하였다.
분위기 가스
온도		 분위기 가스
투입유량		 분위기 가스
분배율
비교예 1
(기존)		 17℃ 400Nm3 2구간 : 5 구간 = 50% : 50%
발명예 1 386℃ 400Nm3 2 구간 : 3 구간 = 50% : 50%
발명예 2 386℃ 400Nm3 2 구간 : 3 구간 = 30% : 70%
발명예 3 442℃ 200Nm3 2 구간 : 3 구간 = 50% : 50%
표 5는 실제 소둔 코팅 라인(ACL)의 장치 설치 후 해당 조건으로 코일 생산하여 측정한 결과이다. 기존 상온(17℃)분위기 가스 투입한 경우와 비교하여 고온 분위기 가스를 투입하는 경우(발명예 1, 및 3) 철손이 낮아져 품질이 향상됨을 확인하였다. 또한, 발명예 3의 경우 유량을 저감함으로써, 극서냉 효과를 가져와 발명예 1 보다 철손이 0.2 W/kg 저감됨을 확인하였다. 이와 같이, 서냉대 구간의 냉각속도 저감에 따른 온도편차 저감으로 무방향성 전기강판 품질이 향상되는 효과가 있음을 확인하였다.
N수 철손
(10/400)
(W/kg)		 서냉대
입출측
온도차
ΔT(℃)		 서냉대
입측온도
(℃)		 서냉대
출측 온도
(℃)
발명예 1
(400m3, 2구간 50%, 3구간 50%)		 2 12.54 274 975 701
발명예 3
(200m3, 2구간 50%, 3구간 50%)		 4 12.34 262 965 703
비교예 1
(기존)		 3 12.65 284 985 701
본 발명의 일 구현예에 따라 4 구간 냉각튜브(Cooling tube)를 통하여 열교환되는 분위기 가스의 유출 예측 온도는 일반적인 분위기 가스의 투입 유량을 400Nm3 기준으로 대략 386 ℃이다.
표 6는 발명예 1, 2, 3을 적용 시 예측되는 출측 강판온도 및 응력값을 나타낸 것이다.
분위기 가스
투입 유량 		2 구간
(유량, 온도) 		3 구간
(유량, 온도) 		5 구간
(유량, 온도) 		강판의 서냉대 유입 온도(℃) 서냉대 출측 기준
열유동 해석 결과 		폰 미제스 응력(MPa)
Center
(℃) 		Edge (℃) Edge-Center 온도차
(℃) 		Center
(℃) 		Edge
(℃) 		Edge-Center
온도차
(℃)
Case 2
(종래) 		- 160Nm3/h,
17℃		 - 240 Nm3/h,17℃ 975 670.57 654.30 16.27 5.78 10.53 4.72
발명예 1
(400m3, 2구간 50%, 3구간 50%)		 400 m3/h 200 Nm3/h,
386℃		 200 Nm3/h,
386℃		 - 975 671.88 655.49 16.39 5.44 9.89 4.45
발명예 2
(400m3, 2구간 30%, 3구간 70%)		 400 m3/h 120 Nm3/h,
386℃		 280 Nm3/h,
386℃		 - 975 671.78 656.06 15.72 5.23 9.69 4.46
발명예 3
(200m3, 2구간 50%, 3구간 50%)		 200 m3/h 100 Nm3/h,
442℃		 100 Nm3/h,
442℃		 - 975 673.25 657.24 16.01 6.10 9.17 3.07
발명예 1,2,3의 경우 모두 종래 방식에 의한 비교예(case 2)와 비교시 출측 강판온도 및 응력값이 기존보다 낮아짐을 확인하였다.
특히, 발명예 3의 경우 출측 온도가 가장 높은 것을 알 수 있다. 이는 분위기 가스의 투입유량을 반으로 줄임으로써, 4구간에서 열교환되는 분위기 가스의 온도를 442℃로 더 높일 수 있다. 그 결과, 보다 고온의 분위기 가스를 소둔로 내에 소량 투입함으로써, 극서냉 효과와 더불어 투입유량을 감소에 따른 원가절감을 도모할 수 있다.
고온의 분위기 가스 투입은 로 내의 분위기 온도 상승으로 인하여 냉각시 강판의 온도편차 및 잔류응력이 감소되어 출측 최종 응력값이 기존보다 낮아져 최종적으로 철손(10/400)이 저감되는 효과를 가짐을 확인할 수 있다.
표 7는 분위기 가스 투입유량(수소비 50% 일 경우)을 반으로 감소시켜 투입시킬 때 전체 분위기 가스 중 H2의 비율, 및 소둔로 내 전체 투입가스 대비 H2의 비율을 나타낸 표이다.
소든로 내 투입가스 투입가스량 (Nm3/h) N2투입량 (Nm3/h) H2 투입량 (Nm3/h) 로내 전체 투입 가스 대비 H2
비율
(%)

N2　		 Purging용 928　 928
① 290 290
② 178 178
합계 1396 1396
기존 분위기 가스
(H2 51%+N2 49%)　		 ③2구간 250 122.5 127.5 25%
=⑥/(①+②+③+④)
④5구간 200 98 102
합계 450 213 225(⑥)
발명예 3 분위기 가스
(H2 80%+N2 20%)		 ⑤
2+3구간		 200 40 160 24 %
=⑦/(①+②+⑤)
합계 200 40　 160(⑦)
무방향성 전기강판은 서냉대(SJCS)에 공급되는 분위기 가스 내의 H2 가스의 비율이 20 내지 60% 로 강의 종류에 따라 각각 다르다. 최고급재 전기강판(Hyper NO)의 경우 전체 분위기 가스 투입유량 450 Nm3/h 중 H2 가스의 비율이 50 내지 55 부피% 정도이다. 이 때의 소둔로 내 전체 투입가스 대비 H2 비율은 25 부피%를 나타낸다. 이때 분위기 가스 투입유량을 200 Nm3/h으로 투입시, 분위기 가스의 H2 가스 비율을 80 부피%로 상승시키면 소둔로 내 전체 투입가스 대비 H2 비율은 이전과 비슷한 24 부피%를 나타낸다. 이와 같이, 분위기 가스 투입 유량 250 Nm3/h 을 감소시킨 만큼 분위기 온도 상승에 따른 극서냉 효과 및 원가절감에 따른 경제적인 이익을 확보하게 된다. 또한, 소둔로 내 전체 투입가스 대비 H2 비율은 동일하게 유지할 수 있어, 분위기 가스 투입량 감소에 의해 공정에 영향을 미치지 않을 수 있다.
최고급재 무방향성 전기강판은 서냉대의 초기 서냉, 구체적으로 서냉대 1 내지 4구간의 서냉이 중요한 인자임을 냉각속도, 열 응력, 및 철손과의 상관관계를 통해 확인하였다. 또한, 고온의 분위기 가스를 2, 3구간에 투입함으로써, 서냉대의 초기 서냉을 달성하여, 최고급재 전기강판의 품질 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법에 있어서,
    강판을 승온시키는 예열대와 가열대; 전기 저항열을 이용하여 온도를 유지시키는 균열대; 및 강판 온도를 저감시키는 냉각대;를 포함하고,
    상기 냉각대는 서냉대와 급냉대로 구분되고,
    상기 서냉대는 강판 입측 방향에서 출측 방향을 따라 순서대로 1 내지 6 구간으로 구분되고,
    상기 서냉대 2구간 및 3구간에 380℃ 이상의 고온의 분위기 가스를 투입하여 서냉대 1구간부터 4구간까지의 강판 냉각 속도를 낮게 제어하는 것인,
    무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서냉대 2구간 및 3구간에 투입되는 고온의 분위기 가스는 수소 가스, 및 질소 가스를 포함하는 것인,
    무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서냉대 2구간 및 3구간에 투입하는 고온의 분위기 가스는 온도가 380 내지 450℃인 것인,
    무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분위기 가스는 서냉대 4구간에서 열교환에 의하여 온도를 상승시켜 2구간과 3구간에 투입하는 것인,
    무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서냉대 2구간 및 3구간에 분위기 가스 투입시,
    하기 [계산식 1]을 만족하도록 분위기 가스의 양을 감소시키고, 분위기 가스 내의 수소 가스의 비율을 증가시켜 투입하는 것인,
    무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법:
    [계산식 1]
    V1H2/(V0N2 + V1H2 + V1N2) = V2H2/(V0N2 + V2H2 + V2N2)
    (V1H2 : 감소 전 분위기 가스 내의 H2가스 부피,
    V1N2 : 감소 전 분위기 가스 내의 N2가스 부피,
    V2H2 : 감소시킨 분위기 가스 내의 H2가스 부피,
    V2N2 : 감소시킨 분위기 가스 내의 N2가스 부피,
    V0N2 : 급냉대에 투입되는 N2 가스 부피)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서냉대 2구간과 3구간에 투입하는 분위기 가스 비율은 동일하거나, 2구간보다 3구간에 투입하는 분위기 가스 비율이 큰 것인,
    무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서냉대의 입출측 강판 온도차가 260 내지 280℃인 것인,
    무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서냉대의 평균 냉각 속도는 12.38 내지 13.33℃/sec 인 것인,
    무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법.
KR1020190170976A 2019-12-19 2019-12-19 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법 KR102362666B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190170976A KR102362666B1 (ko) 2019-12-19 2019-12-19 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190170976A KR102362666B1 (ko) 2019-12-19 2019-12-19 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210078974A true KR20210078974A (ko) 2021-06-29
KR102362666B1 KR102362666B1 (ko) 2022-02-11

Family

ID=76626620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190170976A KR102362666B1 (ko) 2019-12-19 2019-12-19 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102362666B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023018195A1 (ko) * 2021-08-09 2023-02-16 주식회사 포스코 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190136571A (ko) * 2018-05-31 2019-12-10 주식회사 포스코 전기 강판의 철손 저감 예측 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190136571A (ko) * 2018-05-31 2019-12-10 주식회사 포스코 전기 강판의 철손 저감 예측 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023018195A1 (ko) * 2021-08-09 2023-02-16 주식회사 포스코 무방향성 전기강판 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102362666B1 (ko) 2022-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8075836B2 (en) Steel-sheet continuous annealing equipment and method for operating steel-sheet continuous annealing equipment
EP2112238B1 (en) Continuous annealing equipment
EP2894232B1 (en) Rapid heating method for continuous annealing equipment
CN110551889B (zh) 一种立式连续退火机组薄板快速停机控制方法
CA2290949C (en) Continuous heat treating furnace and atmosphere control method and cooling method in continuous heat treating furnace
KR102362666B1 (ko) 무방향성 전기강판의 최종 소둔 방법
CN107200467A (zh) 一种风栅及采用该风栅钢化玻璃时的低压淬冷工艺
EP2495343B1 (en) Gas jet cooling device for continuous annealing furnace
EP0779370A1 (en) Method of continuous annealing of cold rolled steel plate and equipment therefor
CN111334648A (zh) 一种防止连退机组极薄if钢起褶的方法
KR100705957B1 (ko) 경도보증용 냉연강판의 상자소둔로 소둔열처리 사이클
CN111850262B (zh) 一种超低碳烘烤硬化连续热镀锌钢板的生产方法
CN114645207A (zh) 一种后天抑制剂高磁感取向硅钢的制造方法
CN113174470B (zh) 一种F45MnVS钢材连续正火热处理方法
KR101180561B1 (ko) 충격인성 및 경도편차 개선을 위한 전기저항용접 강관의 다단 열처리 방법 및 이를 이용한 강관 제조 방법
EP3348655B1 (en) Method of producing martensitic stainless steel strip
EP0472940B1 (en) Continuous annealing line having carburising/nitriding furnace
JP4490789B2 (ja) 鋼板の連続焼鈍方法
CN112301192B (zh) 一种低碳含量冷轧无取向硅钢镀锌机组立式退火工艺
KR102452598B1 (ko) 고강도 q＆p강 열간압연롤의 연화방법
CN113699365A (zh) 一种改善罩退炉钢卷氧化色缺陷的方法
CN113430360A (zh) 一种高强钢板退火过渡的控制方法
JP2006144104A (ja) 溶融亜鉛メッキ用鋼板の連続焼鈍装置及び連続焼鈍方法
KR100885884B1 (ko) 소둔로의 가스혼입 방지장치
CN115074520A (zh) 一种控制极薄宽冷轧外板板形的方法

Legal Events

Date Code Title Description
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant