KR850001290B1 - 냉각압연 강스트립의 냉각방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

냉각압연 강스트립의 냉각방법

제1도는 수직냉각 통로를 따라 통과되는 강스트립 위에 냉각액의 총량과 동통로의 끝에 강스트립이 도달할때의 최종온도(종점) 사이의 상관관계를 나타내는 그래프도.

제2도는 수직냉각통로를 따라 통과되는 강스트립의 두께와 강스트립이 냉각가스 및 냉각액의 혼합물의 분사에 의해 700℃에서 250℃의 온도로 냉각될때의 냉각속도와의 상관관계를 나타내는 그래프도.

제3도는 본원 발명상의 냉각장치의 실시예를 포함한 연속 어닐링-냉각-과시효-템퍼압연장치의 설명도.

제4도는 본원 발명의 냉각장치의 실시예를 나타낸 설명도.

제5도는 본원 발명의 냉각장치에 이용되는 냉각실의 실시예를 나타낸 설명도.

제6도는 냉각가스노즐과 냉각액-가스노즐의 결합을 보여주는 설명도.

제7도는 본 발명의 또 다른 냉각장치의 실시예를 보여주는 설명도.

제8도는 본원 발명의 또다른 냉각장치의 실시예를 보여주는 설명도.

제9도는 일반강시이트 생산을 위해 수행되는 방법으로, 본원발명의 냉각법을 포함하는 강스트립의 어닐링-냉각-과시효 공정에서의 강스트립의 온도와 공정시간과 본원발명의 냉각법과는 다른 냉각법을 포함하는 두가지 서로 다른 종래의 강스트립의 어닐링-냉각-과시효공정에서의 강스트립의 온도와 공정시간과의 상관관계를 나타낸 그래프도.

제10도는 2상구조형 고장력 강스트립의 생산을 위해 수행되는 방법들로서, 본원 발명의 냉각법을 포함하는 각 어닐링-냉각공정내에서의 강스트립의 온도와 공정시간과 본원 발명의 냉각법과는 다른 냉각법을 포함하는 두가지 서로 다른 종래의 각어닐링-냉각공정에서의 강스트립온도와 공정시간과의 상관관계를 나타낸 그래프도.

본 발명은 높은 온도를 갖는 냉각압연 강스트립을 연속적으로 냉각시키기 위한 방법에 관한 발명이다. 더우기 본 발명은 그중에서도 고온에서 어닐링(annealing)한지 얼마 안되는 일반 냉간압연 강스트립 또는 고장력 강스트립을 연속적으로 냉각하는 방법에 관한 것이다.

인발공정에 유용한 냉각압연 강스트립 생산을 위한 종래의 뱃치형 어닐링방법에 있어서는 냉각압연 강스트립은 단단히 조여지거나 또는 허술하게 감겨져 상자형 노내에 놓여지고 거기에서 소정의 온도로 어닐링하는 방법을 채택하여 왔었다. 그러나 종래의 이와 같은 뱃치형 어닐링 방법에 있어서는 전공정을 완료하는데 여러날이 소요되므로 공정상 효율이 극히 저하하게 된다.

상기와 같이 뱃치형 어닐링로를 이용한 어닐링방법에서의 문제점을 제거하기 위하여 약 10분내에 공정이 완료될 수 있는 연속어닐링방법이 여러모로 연구되어 왔다.

그 결과 그중 일부방법이 냉각압연강판업계에서 현재 실제로 채택되어 이용되고 있는데 실시되고 있는 연속 어닐링법은 종래의 뱃치형 어닐링법에 비해 다음과 같은 점에서 더욱 잇점을 가지고 있다.

1) 어닐링장치설비가 현저히 저렴함.

2) 높은 산출고에 에너지 소모가 적고 작업수가 적어 생산원가가 낮아짐.

3) 생산된 제품의 외관과 표면질, 예를들면 평탄도(平坦度) 또는 형상이 아주 우수한 품질을 얻을 수 있음.

4) 고속생산(高速生産) 및 납기단축(納期短縮) 따라서 냉간압연강스트립의 연속어닐링방법은 철강산업 투자분야에서 대단히 중요시되고 있는 방법이다.

그러나 투자효율을 높이기 위해서는 연속 어닐링장치의 용량을 증대시키고 연강스트립(인발공정에 유용할 수 있는)을 생산할 수 있을뿐 아니라 고장력 강스트립도 생산할 수 있도록 하지 않으면 안된다.

더우기 고장력 강스트립이 최근에 이르러 더욱 그 수효가 증가되고 있는 실정이어서 이와 같은 수요를 충족시키기 위해서는 지금까지의 연속 어닐링 방법과 그 장치상의 문제점을 해결하지 않으면 안되는데, 그 문제점이란 다음과 같다.

종래의 연속 어닐링방법에 있어서는 냉연강스트립을 미리 정해진 어닐링온도로 가열한 다음 일전기간이 온도에서 보온 균열하고 다음 강스트립에 불활성 냉각가스(불不活性冷却 gas)를 분사시켜 미리 지정온도로 냉각시킨다. 그런데 냉각방법으로서 가스를 분사하는 방법을 채택하면 다음과 같은 잇점이 있다.

1. 강스트립을 미리 지정된 온도로 낮추면 냉각공정을 중단시키기가 쉽다. 예를들면 미리 지정된 과시효온도(過時效溫度)가 그 예인데 따라서 냉각된 강스티립이 과시효공정을 받게될때 강스트립을 과시효온도까지 가열할 필요가 없어지게 된다.

2. 냉각공정이 불활성가스를 이용하여 진행되므로, 스트립면은 산화(酸化)되지 않게 되어 미려(美麗)한 표면을 유지할 수 있다. 따라서 냉간압연강스트립의 표면에서 별도로 산화물 피막을 벗겨낼 필요가 없게 된다.

3. 또한 상기 냉각방법은 강스트립의 변형(變形)을 일으키지 않으므로 그 결과 생긴 냉각 강스트립은 언제나 만족할만한 형상을 그대로 유지한다.

그러나 냉각가스분사법은 강스트립의 냉각속도를 저하시키므로(예를들면 10℃/sec. 이하)따라서 강스트립을 오랫동안 과시효 시키지 않으면 안되고 그에 따라 냉각장치와 과시효장치를 포함하는 어닐링장치도 길어지게 되어 그만큼 투자비의 상승을 초래한다.

또한 2상조직(daul-phase 組織)을 갖는 고장력 강스트립을 어닐링하고 냉각가스 분사법에 의해 냉각할 경우, 망간과 같이 비싼 합금성분을 비교적 다량함유하고 있는 강재료로부터 강스트립이 생산되는 것은 필연적이며 그결과 제품가격이 비싸게된다.

이와 다른 종래의 연속 어닐링방법에 있어서, 예정시간동안 예정어닐링온도로 유지된 냉간 압연강스트립은 강스트립을 물에 담그는 즉 수중 급냉(water-quenching)에 의해 냉각된다.

이방법으로 하면 냉각수가 직접 강스트립 표면에 접촉하게 되므로 강스트립의 냉각속도가 높아지게 된다. (예를들면 10³℃/sec 또는 그 이상) 이러한 급냉(急冷)은 강스트립내의 과포화 고용 탄소의 석출을 가속화시키는 원인이 된다. 그러나 냉각속도가 너무 높기때문에 강시이트의 온도가 냉각수와 같은 수준으로 급히 냉각된다.

따라서 강스트립의 온도가 냉각수 온도보다 여전히 높은 한 냉각공정을 중지시키기는 어렵다.

어닐링된 강스트립이 냉각수의 온도와 같은 온도로 냉각될때 강스트립을 원하는 과시효온도로 재가열하는것이 필요하다. 이러한 가열비용은 그 결과 생긴 제품가격을 상승시킨다.

강시이트의 이러한 바람직하지 못한 현상이 2상조직을 가진 고장력 강스트립에서 일어난다.

즉, 고장력 강스트립이 어닐링되고 다음 그것을 냉각수에 담가 냉각시키게 되면 강스트립의 과도하게 높은 냉각속도는 강스트립내의 고용탄소가 급냉되는 것과 같은 바람직하지 못한 현상을 초래한다.

따라서 냉간압연 강스트립을 적절한 과시효온도(예를들면 250℃)로 재가열할 필요가 있다.

이러한 재가열공정은 고장력 강스트립의 생산원가를 상승시키는 원인이 된다. 그런데 냉간압연강시이트나 고장력 냉간압연 강스트립이 과시효온도로 재가열되면 고용탄소 훼라이트 결정립(Ferrite crystal grains)내에 탄화물(炭化物)의 형태로 석출된다.

이러한 현상은 제품의 연성(ductility)을 감소시키고 이로인해 제품이 쓸모없게 되어버린다. 또한 재가열 공정의 필요성으로 어닐링-과시효장치를 추가해야 되고 따라서 투자비 상승을 가져온다.

따라서 어닐링-과시효 진행시간이 길어지게 되고 어닐링-과시효장치의 설비비 증가를 가져오게 된다.

또 다른 냉각방법으로서는 강스트립을 직접 염욕(molten salt bath)에 담그는 방법이 있는데 이 방법에 의하면 이러한 염욕(鹽浴)은 큰 냉각효과를 갖기때문에 원하는 온도로 용융염의 염욕온도를 유지함으로써 원하는 온도가 강스트립을 급냉시킬 수 있다.

그러나 이 방법은 냉각속도가 냉각공정에 맞추어 변화될 수 없다는 불리한점이 있다.

다시 말하면 강스트립을 냉각공정 초기단계에서 점차 냉각시키는 것이 불가능하며 냉각공정의 최종단계에서도 급냉하는 것이 불가능하다. 이러한 불리한점을 갖는 냉각법은 강스트립을 때때로 변형(變形)시키는 결과를 초래한다. 또한 용융염법은 용윰염이 강스트립 표면부분에 달라붙게 될때 이 달라붙은 용융염이 과시효장치의 로울러 표면에 옮겨지고 공정이 계속 진행됨에 따라 더욱더 많이 달라붙게 되는것과 같은 불리한 점을 안고 있다.

이렇게 과시효장치의 로울러표면에 달라붙어 누적된 염은 결과적으로 과시효 강스트립의 품질을 떨어뜨리고 또한 강스트립표면으로부터 달라붙은 염을 떼어내기가 더욱 어려워지게된다.

또 다른 냉각법에서는, 냉각액 흐름이 강스트립 표면에 분무된다. 사용하는 냉각액이 큰 냉각능(cooling capacity)을 가지고 분무되는 냉각액의 유속이 조절될때 강스트립을 원하는 냉각속도로 원하는 온도까지 급냉시키는 것은 가능하다.

그러나 냉각액 분무공정에서 냉각액의 유속이 감소되면 때에 따라 분무된 냉각액의 분사는 강스트립 표면에 닿지 못하게 될때가 있다. 이러한 경우 강스트립은 냉각이 안되고 변형이 되어 버린다.

역시 다른 냉각법을 또하나 소개한다면 냉각가스와 분무된 냉각액의 혼합물을 분사노즐을 통해 강스트립표면에 분사시키는 방법이 그것인데 이방법은 일본특허공보 제 53-15803(1978)호로 공개된 기술로서 비교적 큰 냉각능을 가지고 분무된 냉각액은 비교적 작은 냉각능을 가진 냉각가스흐름에 의해 수행된다.

따라서 혼합물에 들어 있는 냉각액의 량을 바꿈으로써 냉각액-기체의 혼합물 흐름의 냉각능을 바꾸는 것이 가능하다. 다시 말해 냉각액의 량을 조절함으로써 강스트립의 냉각속도를 변화시키는 것이 가능하다.

그러나 분무된 냉각액이 냉각가스와 미리 혼합되고 그 결과 냉각액-가스혼합물이 분사노즐을 통해 분시될때 분무된 냉각액의 미세한 입자가 축적되어 강스트립 표면에 혼합물이 도달하기 전에 혼합물내에서 액체의 큰방울(滴)을 형성한다. 이러한 경우, 강스트립을 높은 냉각속도로 균일하게 급냉시키기가 불가능하게 된다.

본 발명의 목적은 상승된 온도를 갖는 냉간압연 강스트립을 10²℃/sec의 냉각속도로 급냉시키는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상승된 온도를 갖는 냉간압연 강스트립 냉각에서 그 강스트립이 원하는 온도에 도달할때 냉각공정을 쉽게 정지시킬 수 있는 냉각방법을 제공하는데 있다.

또 다른 목적은 상승된 온도를 갖는 냉간압연 강스트립을 예정된 냉각계획에 따라 광범위한 영역에서 냉각속도를 쉽게 바꿀 수 있는 냉각방법을 제공하는데 있다.

또 다른 목적은 상승된 온도를 갖는 냉간압연 강스트립을 냉각에서 냉각공정이 빨리 행해지는 때 조차 강스트립의 변형을 일으키지 않는 냉각방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상승된 온도를 갖는 냉간압연 강스트립 냉각에서 간단하고 쉬운 표면처리 공정에 의해 쉽게 빛이나는 냉간압연 강스트립에 필요한 미려한 표면을 갖는 제품을 생산하는데 효과적인 냉각방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적들은 아래와 같은 단계들로 구성된 본 발명의 방법에 의해 얻어질 수 있다.

즉 본 발명은 상승된 온도에서 불활성가스 분위기내에서 어닐링된 냉간압연 강스트립을 연속 냉각시키는 방법으로 하기 단계로 구성된다.

a) 최소한 하나의 냉각로를 따라 수직아래로 냉간압연 강스트립을 이동하는 단계,

b) 냉각가스와 냉각액으로 구성되고 서로 독립적으로 분사되는 다수의 흐름을 예정된 냉각속도로 예정온도까지 강스트립을 냉각시키기 위해 강스트립 표면에 접촉시키는 단계,

i) 상기 냉각가스는 어닐링 공정에서 추출된 냉각불활성가스로 구성되고.

ii) 상기 냉각가스와 냉각액 흐름은 분사된 이들 냉각 가스와 냉각액 흐름이 강스트립 표면에 도달되기전 서로 교차되는 방향으로 분사되어 다수의 냉각가스-액체혼합물 흐름을 제공하며.

iii) 상기 냉각가스와 냉각액은 대기압하에서 100 : 1에서 5000 : 1까지의 범위내의 체적비로 서로 혼합된다.

c) 강스트립온도가 원하는 최종온도에 도달할때 강스트립 표면위에 잔류하는 냉각액을 제거하는 단계.

d) 강스트립을 건조하기 위해 냉각된 강스트립을 건조통로 수직 윗쪽으로 옮기는 단계.

일반적으로 말해, 어닐링된 냉간압연강스트립의 냉각공정을 포함한 연속어닐링법에서는 가급적 다음조건을 만족시킴이 좋다.

1. 어닐링된 강스트립을 최소한 10²℃/sec의 냉각속도로 급냉하는 것이 가능할것.

2. 냉각된 강스트립의 최종온도(종점)를 쉽게 조절하는 것이 가능할것.

3. 원하는 냉각 프로그램에 따라 강스트립의 냉각속도를 변경하는 것이 가능할 것.

4. 급냉공정후에서조차 냉각된 강스트립의 모양이 훌륭하게 유지될것.

5. 냉각공정에서 강스트립 표면의 미려성이 저하되더라도 강시이트를 간단하고 쉬운 표면처리를 하여 강스트립표면을 미려하게할 수 있을 것.

급냉공정에 대해, 강스트립이 냉각용가스-액체혼합물로 냉각될때 강스트립의 냉각속도와 냉각가스-액체혼합물의 열전달계수(熱傳達係數)와의 사이에는 다음식과 같은 관계가 있다.

CR=K·α/t (1)

여기서 CR은 강스트립의 냉각속도, (℃/sec),

α는 냉각가스-액체혼합물의 열전달계수(Kcal/m.h.℃)

t는 강스트립의 두께(mm), K는 상수이다.

통상 매우 큰 비열을 갖는 냉각액의 열전달계수는 매우 작은 비열을 갖는 냉각가스의 열전달계수보다 대단히 크다.

따라서 냉각가스-액체혼합물의 열전달계수는 주로 냉각액의 비열에 의해 좌우된다.

2상조직을 가지고 두께 0.7mm 정도되는 고장력 강스트립을 얻기위해서는 강스트립을 어닐링공정후 약 200℃/sec. 정도의 냉각속도로 급냉할 필요가 있다.

그리고 상기와 같은 냉각속도를 얻기 위해서는 냉각가스-액체의 혼합물의 열전달계수(α) 약 1000Kcal/m².h.℃ 정도가 되어야 한다.

이러한 큰 열전달계수를 얻기 위해서는 큰 비열을 가진 냉각액을 사용할 필요가 있다. 다시 말해 냉각액은 가급적 물로 구성하는 것이 좋으며 일본특허출원공고 소 53-15803호에서 사용하는 에칠알콜을 냉각액으로 사용하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 에칠알콜은 비교적 작은 비열을 갖고 있기 때문이다.

또한 냉각가스-액체의 혼합물의 열전달계수(α)는 다음식(2)에 의해 가변적임이 알려지고 있다. 즉,

α=f(D_L.R_G/_L,T_L,T_G) (2)

여기에서 D_L은 혼합물에서의 냉각액의 액체체적밀도(液體體積密度) (l/m²,min),R_G/_L은 혼합물에서의 냉각액에 대한 냉각가스의 체적비를 나타낸다.

T_L은 냉각액의 온도(℃)를 나타내고 , T_G는 냉각가스의 온도(℃)를 나타낸다.

본원 발명자는 냉각가스-액체혼합물의 열전달계수(α)가 주로 냉각액의 액체 체적밀도 D_L값에 좌우된다는 사실을 발견하였다. 따라서 냉각가스-액체혼합물의 소정의 열전달계수를 얻기 위해서는 냉각액의 액체체적 밀도를 적정치로 조절하는 것이 중요하다.

상기 일본 특허출원공보에서 언급된 공정에서는 분무기를 이용하여 냉각액이 분무되는데 그 결과 분무된 냉각액의 흐름은 냉각가스와 혼합되고 다음 냉각가스-액체의 혼합물이 재순환장치를 통해 스프레이노즐로 전달되고 마지막으로 강스트립의 표면에 분사되는 것으로 되어 있다. 상기의 냉각가스-액체혼합물을 준비하는 방법은 이하 예비혼합법(豫備混合法)이라 한다.

이 예비혼합법에서, 만일 분무되는 냉각액의 흐름이(예를들면 분무되는 물)액체의 큰체적밀도, 예를들면 100l/m².min. 이상으로 사용될때 분무되는 냉각액의 미립자(微粒子)는 각기 누적되어 냉각가스-액체혼합물이 분사노즐로 흘러들어가는 동안 큰액체방울을 만들게된다.

따라서 균일한 냉각가스-액체혼합물을 만들지 못하게 된다. 이러한 예비혼합법은 큰 액체 체적밀도를 가진 냉각가스-액체혼합물을 준비하는데는 부적당한 방법이 아닐 수 없다.

다시말해 종전의 예비혼합법으로서는 200℃/sec와 같은 속도로 강스트립을 급냉하기 위한 냉각가스-액체혼합물을 미리 준비할 수 없다는 뜻이다.

본원 발명자는 매우 큰 액체체적밀도로 냉각액을 함유한 냉각가스-액체의 혼합물을 준비할 수 있는 방법을 발견하였다.

즉, 상기 냉각가스-액체혼합물은 분사냉각가스흐름과 분사냉각액체의 흐름이 강스트립표면에 도달되므로써 강스트립을 냉각시키기 전에 분사된 냉각가스의 흐름방향과 분사하는 냉각액체의 흐름방향이 교차되는 방법으로 냉각가스 및 냉각액을 따로 별도의 냉각가스노즐 및 냉각액체노즐을 통하여 분사함으로써 준비될 수 있다.

이 냉각가스-액체혼합물을 미리 준비하는 방법을 이하 노즐혼류법(nozzle mixing method)이라 부르기로 한다.

노즐혼류법에 의해 냉가가스-액체의 혼합물을 준비함에 있어서 분사가스의 흐름속도는 가급적20m/sec 또는 그 이상의 일정치로 유지하고 냉각액에 대한 냉각가스의 체적비(R_G/_L)도 역시 100 내지 5,000 정도의 일정치로 유지하는 것이 좋다.

그렇게되면 냉각액은 냉각가스와 혼합되어 균일하게 분사될 수 있게 되고 미립자의 냉각액이 분무 되므로써 냉각액이 매우 큰 액체체적밀도로 사용된다 하더라도 냉각가스-액체혼합물이 누적됨으로 인한 물방울을 만들지 않게된다.

다시말해 강스트립을 알맞는 소정의 열전달계수를 가진 균일한 냉각가스-액체혼합물에 의해 원하는 냉각속도로 급냉할 수 있게 된다.

냉각가스-액체혼합물을 실제 사용하는 냉각법에 있어 냉각액에 대한 냉각가스의 체적비(R_G/_L)는 대기압하여서 100 : 1-5,000 : 1 범위내에 있는 것이 바람직하다. 또한 냉각액에 대한 냉각가스의 체적비(R_G/_L)는 분사혼합물이 강스트립 표면에 지나치게 두꺼운 냉각액의 막을 형성하지 않도록 조정하여야 한다.

또한 지나치게 크거나 작은 체적비(R_G/_L)는 냉각가스 재순환용 송풍기, 도관, 냉각액 재순환용펌프와 파이프등을 포함한 냉각가스-액체의 혼합물 예비처리장치를 지나치게크게 만들므로 비용이 많이 들게하는 결과를 초래한다.

즉 체적비(R_G/_L)가 100 : 1이하일때는 강스트립 표면에 냉각액막이 지나치게 두껍게 형성되어 이 냉각액막이 냉각공정의 냉각효율을 감소시키는 원인이 되며 때때로 불균일한 강스트립의 냉각과 바람직스럽지 못한 강스트립의 변형을 초래한다.

체적비(R_G/_L)가 5,000 : 1 이상일때는 그 결과 생긴 다량의 냉각가스를 함유한 냉각액-가스혼합물을 분사하게 되면 바람직스럽지못한 진동현상을 초래하고 이러한 진동현상은 강스트립을 냉각영역내로 안정되고 원활하게 이동시키는데 장애원인이 된다.

강스트립의 냉각공정상 강스트립의 최종온도를 조절할 수 있느냐는 대단히 중요한 문제로서 강스트립의 온도가 원하는 온도수준으로 도달될때 냉각공정은 끝나야 한다. 최종온도는 강스트립표면에 단위시간당 분사되는 냉각액의 총량을 조정함으로써 조절가능하다.

제1도는 바로 단위시간당 분사되는 단위시간(분단위)당 냉각액의 총량과(릿터단위) 두께 0.7mm이고 강스트립이 수직 냉각통로를 따라 냉각속도 40m/min의 속도로 하강된 냉간 강스트립의 최종온도와의 상관관계를 나타내는 그림이다.

강스트립 표면에 분사되는 냉각액의 총량은 다음식을 만족시킨다.

F_L=D_L·b·L

여기에서 F_L은 냉각액의 총량(l/min), D_L은 냉각액의 액체체적밀도l/m².min.), b는 강스트립의 폭(m), L은 통로에서 강스트립이 냉각가스-액체 혼합물에 의해 냉각되는 강스트립의 통과길이를 나타낸다.

식(3)으로부터 분명히 알 수 있는 바는 냉각액의 총량(F_L)은 강스트립 통과길이(L)나 액체의 체적밀도(D_L)를 조절하므로써 원하는 값으로 조절된다는 것이다.

강스트립통과 길이(L)를 조절함에 있어 냉각된 강스트립의 최종온도(終點)는 강스트립 표면에 냉가가스-액체의 혼합물의 흐름의 유량을 조절하므로써 조절이 가능해 진다.

냉각된 강스트립의 최종온도를 쉽게 조절하기 위해서는 강스트립을 수직 냉각통로를 따라 하부로 이동시키므로써 강스트립의 표면에 냉각액을 분사시켜 강스트립 표면을 따라 냉각액이 흘러갈 수 있도록 할 필요가 있다.

따라서 냉각액이 흐르는 강스트립 표면의 냉각영역은 강스트립 표면에 분사될 냉각가스-액체혼합물의 분사흐름의 위치를 조절하므로써 쉽게 조절이 가능하다.

강스트립이 통과되는 곳이 수평한 곳이면 냉각가스-액체 혼합믈을 분사하여 강스트립의 표면의 상. 하부로 모두 균일하게 냉각시키기는 어려운데 그 이유는 강스트립의 하부표면은 상부표면과는 달리 냉각액을 머물게하지 못하기 때문이다.

수직 냉각통로의 경우라도, 강스트립의 온도가 소정의 최종온도에 도달할때의 임의 위치에서 강스트립 표면에서 냉각액을 제거하는 것이 필요하다.

강스트립의 냉각속도 가변성은 냉각가스-액체혼합물의 액체체적밀도, 냉각액의 비열과 강스트립의 두께에 달려있다. 예를들면 두께가 0.4내지 1.6mm인 강스트립이 냉각가스-액체혼합물을 분사하므로써 700℃ 내지 250℃로 냉각될때 강스트립의 냉각속도의 가변성은 제2도에 도시된 바와 같다.

예를들면, 제2도에서 두께 0.7mm를 가진 강스트립의 냉각속도는 약 50-200℃/sec의 넓은 범위에서 변경이 가능함을 알 수 있다.

상기 광범위한 냉각속도 범위내에서는 일반용 강스트립은 물론 고장력 강스트립도 좋은 조건하에 냉각이 가능하다. 냉각액과 냉각가스의 혼합물을 사용하면 냉각속도의 하한치 50℃sec를 얻을 수 있고 노즐 혼류법을 사용하면 상한치 200℃/sec를 얻을 수 있다.

상기와 같이 냉각되는 강스트립이 좋은 형상을 가지게하기 위해서는 강스트립이 고온과 높은 변형성을 갖는 냉각 초기단계에서 강스트립이 점차로 냉각되는것이 중요하다.

강스트립에 대한 이러한 점진적인 냉각을 강스트립에 분사할 냉각가스-액체혼합물의 액체체적비를 낮은 값으로 조절함으로써 가능하다.

또한 강스트립을 수직통로를 따라 하향시키므로서 바람직하지 못한 변형을 방지할 수 있다.

이러한 강스트립의 수직이동은 강스트립의 표면양쪽을 모드 균일하게 냉각시키는데 효과적이다.

미려한 표면을 갖는 냉각된 강스트립은 만들기 위해서는 비산화성분위기(非酸化性雰圍氣)하에서 강스트립에 냉각공정이 가해지는 것이 중요하다.

이 비산화성 분위기는 냉각가스로서 연속어닐링로부터 추출된 불활성어닐링분위기 가스를 사용함으로서 제공된다. 이 어닐링분위기가스는 강스트립표면에 반응성을 나타내지 않고 무해(無害)할 뿐더러 값도 저렴하다.

또한 중요한 것은 냉각가스의 재순환라인은 둘러싼 분위기로부터 완전히 밀봉될 필요가 있다. 추출된 어닐링 분위기가스가 냉각가스로 사용되고 냉각가스 재순환라인이 공기로부터 밀봉되는 경우에 비록 물이 냉각액으로 사용된다 하더라도 냉각공정중 강스트립표면에 형성된 산화피막의 양은 매우 적으며 산화피막은 강스트립이 냉각공정에서 회수된후 냉각된 강스트립을 산수용액으로 세척함으로써 쉽고도 완전하게 제거될 수 있다.

상술한 일본국 특허출원공개공보의 공정에서는 수소가스가 냉각가스로 사용되고 있다.

그러나 만약 물이 수소가스와 혼합된 냉각액으로 사용된다면 그 혼합물에서 물의 농도가 크기때문에 산화막이 생기는 것을 완전히 방지하기는 불가능하다.

또한 수소-물의 혼합물은 폭발위험성이 있을뿐 아니라 값도 비싸다. 따라서 수소가스만으로 구성된 냉가가스를 사용하는 것은 실제적으로는 대단히 어렵다.

통상 냉간압연 강스트립용 연속어닐링로 내의 불활성가스 분위기는 질소가스 또는 5% 이하의 부피를 가진 수소가스와 나머지는 질소가스로 된 혼합가스가 사용되고 있다.

본 발명의 냉각법에서 분사된 냉각가스와 액체흐름이 강스트립표면에 도달하기 전에 서로 교차되는 방향에서 독립적으로 냉각가스와 냉각액을 분사함으로써 수직냉각통로를 따라 지나가는 각 강스트립 표면에 가해진 각 냉각가스-액체혼합물 흐름이 제공되어 강스트립 표면 앞의 교차위치에서 냉각가스 흐름은 냉각액 흐름과 혼합되는 것이 필수적이다.

강스트립은 높은 온도에서 불활성가스 분위기속에서 어닐링될때 가급적 냉각가스는 어닐링공정에서 추출된 불활성가스로 구성되는 것이 바람직하다.

본원 발명에 있어서는 냉각가스로 사용될 수 있는 불활성 가스는 질소가스나 부피로 5% 이하의 수소가스와 나머지 질소가스로 이루어진 혼합가스로부터 선택될 수 있다. 또한 본원발명에 이용할 수 있는 냉각액은 물을 그대로 사용할 수 있다.

물에 산화 억제제(酸化抑制劑)를 타면 더욱 좋다.

냉각가스와 냉각액은 대기압하에서는 100 : 1내지 5,000 : 1로 혼합하면 더욱 좋다.

냉각공정중 바람직하지 못한 강스트립의 변형을 피하기 위해서는 냉각가스-액체혼합물에서 냉각가스량을 일정하게 유지 하면서 냉각액의 액체 체적밀도를 계속 또는 간헐적으로 증가시킴으로써 강스트립의 냉각속도가 계속 또는 간헐적으로 증가되는 것이 바람직하다.

즉, 냉각공정의 초기단계에서 비교적 액체체적밀도가 적은 냉각가스-액체혼합물에 의하여 강스트립이 점진적으로 냉각되는 것이 중요하다.

또한 냉각공정의 초기단계에서, 강스트립이 수직냉각통로를 따라 아래쪽으로 움직이므로써 강스트립표면에 가해진 냉각액은 강스트립이 아래로 움직임과 동시에 강스트립 표면을 따라 아래로 흘러간다. 이 냉각액이 동시에 흘러내리면 냉각액의 냉각효과를 촉진시키는데 효과가 있다.

또한 강스트립의 냉각속도는 냉각가스-액체혼합물의 흐름을 개폐조작에 의해, 그리고 혼합물의 흐름속에서 냉각액의 액체 체적밀도를 조절하므로서 변화시킬 수 있다. 강스트립의 냉각속도를 증가시키기 위해서 강스트립의 수직냉각통로내의 위치에서 가급적 냉각가스-액채흐름의 밀도를 조절하므로서 강기 위치로부터 위로 흘러 올라가는 다른 위치에서의 그것 보다 더욱 크게 되도록 하는 것이 좋다.

더우기 강스트립의 냉각속도를 직접 조절하기 위해서, 다음 냉각가스-액체혼합물 흐름이 상기 위치와 또 다른 하향위치에서 강스트립 표면에 가해지기 전에 수직냉각통로내의 위치에서 강스트립표면에 남아있는 냉각액이 강스트립 표면으로부터 제거되도록 하는것이 좋다.

더욱더 좋은 것은 최종 냉각공정 단계에서, 강스트립표면위의 잔류냉각액이 강스트립의 온도가 소정의 최종온도에 도달할때에 제거되도록 하는 것이다.

이것은 강스트립의 과냉(過冷) 방지에 효과적이다.

냉간압연 강스트립에 대한 상기 냉각방법은 본원 발명의 장치를 사용하므로써 수행될 수 잇다.

제3도는 본원 발명의 냉각장치의 실시예를 포함하는 연속어닐링-냉각-과시효-템퍼압연의 실시예를 나타낸 설명도이다.

이 그림에서 강판(1)은 코일(1a 또는 1b)로부터 풀어져 나가고, 강판(1)의 결함부분은 입측전단기(入側剪斷機)에 의해 절단 제거된다.

다음 잔류 강스트립조각들은 용접기(熔接機; 3)에 의해 서로 용접된다. 용접된 강스트립은 산세영역(4)에는 산세(酸洗)한 다읍 입구루퍼(inletlooper; 5)로 들어가며 가열실 (Heating chamber; 6) 균열실(Temperrature holding chamber; 7) 및 제1서냉실(first gradual)chamber; 8)이 갖추어져 있는 어닐링로 영역(6a)으로 들어간다.

가열실(6)에서 강스트립(1)은 버너불꽃으로 강스트립을 직접 가열하거나 강스트립에 방사튜브로부터의 방사열을 방출함으로써 예정 어닐링온도로 가열된다.

강스트립(1)은 균열실(7)내에서 예정어닐링온도로 일정하게 유지된다.

이 균열실(7)에서, 가열작업은 열방사튜브나 전열기(제3도에는 도시안됨)에 의해 이루어진다.

다음 강스트립은 제1서냉실(8)로 들어가고 요기에서 강스트립(1)은 서서히 그리고 균일하게 예정온도까지 냉각된다. 그런데 이 제1서냉실(8)에서, 가스분사냉각기(제3도에는 도시안됨)를 사용하여 냉각작업을 할수도 있다.

강스트립의 냉각은 별도의 냉각기구를 사용한지 않고 그대로 수행될 수도 있다. 또한 제1서냉실(8)은 어닐링(6a)로부터 생략될 수도 있다. 이후 균열실(7)과 제1서냉실(8)을 조합하여 균열가열역이라 한다.

어닐링로의 균일가열역 출구는 급냉실(9)의 입구와 연결되는데 이 급냉실에서는 여러가지 냉각가스-액체혼합물의 흐름을 이용하여 예정온도로 강스트립이 냉각되고 반면 강스트립의 냉각속도를 조절함으로써 냉각된 강스트립의 최종온도로 냉각된다.

다음 냉각된 강스트립은 건조실(10)로 들어가서 완전히 건조된다. 냉각실(9)과 건조실(10)을 합하여 냉각역(冷却域)이라 한다.

건조된 강스트립은 과시효실(11)로 들어가고 다음 제1차서냉실(12)로 들어가는데, 이 서냉실안에는 예를들면 가스분사냉각기(제3도에는 도시안됨)가 구비되어 있다. 냉각된 강스트립은 수냉조(水冷槽; 13)에서 물로 냉각되는데 제2차 서냉실(12)과 수냉조(13)를 합하여 최종 냉각역이라 한다.

이 최종냉각역에서는 강스트립이 강스트립의 전처리(前處理)를 하기에 알맞은 일정온도로 냉가된다. 이와 같이하여 냉각된 강스트립은 전처리장치(14)에서 전처리된다. 이 전처리장치는 산세조(酸洗槽; 14a)와 제1수세조(水洗槽; 14b), 전해 처리조(電解處理槽; 14c) 및 제2수세조(14d)로 구성된다.

이 전처리장치(14)에서는 급냉공정중 강스트립 표면에 생긴 산화막(酸化膜)을 제거한후 강스트립은 템퍼압연공정에 알맞는 일정온도로 냉각된다. 그런데 이 전처리장치(14)를 과시효실(11) 바로 전에 위치시켜서는 안되는 바 그이유는 전처리를 먼저하면 강스트립의 온도각 과시효온도 보다도 훨씬 낮아지는 문제점을 일으키기 때문이다. 또한 전처리장치(14)는 이송루퍼(delivery looper; 16) 뒤에 놓을 수도 있으나 전처리장치(14)각 이송루퍼(16) 뒤에 있게되면 강스트립의 이동속도가 자주 바뀌게 되므로 강스트립의 전처리속도를 일정하게 할수가 없어 대단히 불리하다.

전처리된 강스트립은 건조기(15)에서 건조되는데 이 전처리장치(14)와 건조기(15)를 합하여 전처리역(前處理域)이라 한다. 한편 강스트립은 이송루퍼(16)로 인도되고 다음 템퍼압연기(調質壓延機; 17)에서 템퍼 압연된 후 검사대(檢査臺; 18)로 가서 검사를 받는다. 여기에서 강스트립에 결합부가 있으면 전단기(19)로 결함부분을 절단 제거한다. 이렇게하여 나온 강스트립(20)은 코일(20a 또는 20b) 형태로 감겨진다.

제3도에서와 같이 입구루퍼(5), 가열실(6), 균열실(7), 제1서냉실(8), 급냉실(9), 건조실(10), 과시효실(11) 및 제2서냉실(12)에서 강스트립은 주로 수직통로를 따라 이동한다. 그래서 제3도에서 도시된 형태의 장치를 수직형 장치라 부르기로 한다. 이러한 형채의 장치는 장치의 길이가 비교적 짧더라도 강스트립을 고속으로 처리할 수 있으며 큰용량을 갖는다. 그러나 강스트립이 주로 수평로를 통하여 이동하는 수평형에서는 그 길이가 길지 않으면 안된다. 따라서 수평형장치는 실제적으로 이용가치가 없다.

제3도에서 도시된 장치에는 과시효실(11), 템퍼압연기(17) 및 이송루퍼(16)가 있는데 이 이송루퍼는 템퍼압연기(17)에서 압연로울을 갈아끼우는 시간에 충분히 대비할 수 있는 일정량의 강스트립 길이를 확보하기 위해 필요하다. 따라서 이러한 형태의 장치는 고장력 강스트립(2 상조직을 가진 고장력 강스트립을 포함) 뿐만 아니라 일반용 강스트립(인발가공에 적합한 강스트립)의 생산에도 이 용되고 있다. 과시효실(11), 이송루퍼(16), 템퍼압연기(17)는 제3도에서 도시한 장치에서 생략될수도 있는데 이러한 형태의 장치들은 고장력 강스트립의 생산에만 사용될 수 있다.

제3도에 도시한 제1서냉실(8)은 바로 급냉실(9) 앞에 있는데 이 제1서냉실(8)은 급냉이 소정의 냉각속도로부터 시작되는 온도까지 강스트립을 냉각시키는데 필요하다. 또한 제서냉작업은 금속학적 이론으로 볼 때 때때로 필요하며 강스트립의 바람직스럽지 않은 변형을 방지한다는 면에서도 중요하다.

제4도는 본 원발명에 있어서의 냉각장치의 실시예를 도시한 설명도로서 냉각장치(9a)는 수직냉각실(9)과 수직건조실(10), 수직냉각실(9)과 건조실(10) 사이에 위치한 수평실(42)로 구성되어 있다. 냉각실(9)에서 강스트립은 냉각통로(41)를 따라 수직으로 하향하여 이동하며 또한 수평실(42)에서 강스트립은 수평통로(42a)를 따라 이동한다. 또한 건조실(10)에서 강스트립은 수직상향건조로(43)를 따라 이동한다.

냉각실(9)에서 여러개의 냉각실(21)은 수직하향 냉각로(41) 주위에 위치하고 한쌍의 스퀴징로울(Squeezing Roll; 22)은 각 냉각상자(21) 바로 아래에 놓인다. 냉각상자(21) 안에는 냉각가스와 냉각액을 강스트립의 각 표면에 분사하고 냉각가스와 냉각액을 서로 혼합하는 최소한 한쌍의 기구가 있다. 스퀴징로울(220은 냉각액을 강스트립 표면으로부터 제거하는데 사용된다.

수평실(42)에는 수평실의 천장(ceiling) 중앙부분에서 아래로돌출된 분리판(分籬板; 23)이 있다. 강스트립이 건조실에서 공기로 건조될 때 건조실(10)로 부터 냉각실(9)을 기밀(air-tightly)을 유지하여 분리할 필요가 있다. 이경우 밀봉용액체(Sealing Liquid)는 수평실(42)로 들어가서 액체의 액면을 분리판(23)의 아랫쪽끝 부분보다 높도록 만든다. 수평실(42)에서 분리판과 밀봉용 액체에 의하여 냉각실(9)은 건조실(10)로 부터 완전히 분리되게 된다. 건조실(10)의 입구부에는 두상의 륑거로울(Wringer Roll; 24)이 있다. 이 륑거로울(24)은 강스트립표면에 물은 전술한 밀봉용액체를 제거하는데 사용한다.

건조실(10)의 중앙부에는 건조헤더(Dryer Header; 27)가 있는데 이 건조헤더는 송풍기(25)와 스팀가열기(26)를 통해 건조가스공급원(제4도 도시안됨)에 연결되어 있다. 건조가스(예 : 공기)는 송풍기(25)에 의해 스팀가열기(26)로 송풍되고 필요에 따라 원하는 온도로 가열된다. 가열된 건조가스는 수직통로(43)를 따라 위로 이동하는 강스트립의 각 표면으로 송풍된다. 한편, 한쌍의 밀봉로울(28)이 건조실출구부에 위치한다. 냉각실(9)에서, 냉각액은 냉각액 재순환탱크(29)로 부터 펌프(36)에 의하여 이송도관(29a)을 통하여 각 냉각상자(21)로 보내진다.

또한 냉각가스는 냉각가스 송풍기(38)에 의하여 냉각가스 이동라인(40)을 따라 각 냉각상자(21)로 송풍된다. 각 냉각상자(21)에서, 냉각가스와 냉각액은 각기 따로 따로 분사되고 각기 혼합되며 이렇게 하여 혼합된 냉각가스-액체혼합물이 강스트립 표면에 뿌려진다. 그런다음 냉각상자(21) 내의 냉각가스로 부터 자연히 분리된 냉각액의 일부분이 냉각상자(21)로 부터 나와서 도관(29b)을 통해 냉각액 재순환탱크(29)로보내진다. 냉각상자(21)에서 사용하는 냉각가스-액체혼합물은 또한 냉각상자(21)를 나와서 도관(30a)을 통하여 제1가스-액체분리기(30)로 보내지기도 한다.

이렇게하여 분리된 액체는 제1분리기(30)로부터 냉각액재순환탱크(29)로 도관(29c)을 통하여 재순환 한다. 그리고 잔류가스는 제1분리기(30)로부터 나와 송풍기(38)에 의해 도관(30b)을 통하여 가스냉각기(31)로들어간다. 이 가스냉각기(31)에서, 가스내의 액체증기는 액체로 응축된다. 그리고 이렇게하여 만들상진 액체는 도관(29d 및 29e)을 통하여 냉각액 재순환탱크(29)로 재순환한다. 그 후 잔류가스는 가스냉각기(31)로 부터 도관(30c)을 통하여 제2가스-액체분리기(32)로 보내진다. 제2분리기에서 분리된 액체는 도관(29f 및 29e)을 통하여 냉각액 재순환탱크(29)로 순환된다. 냉각액이 없는 잔류 냉각가스는 라인(40)을 따라 각 냉각상자로 보내진다.

냉각가스는 필요할 경우 각 냉각실(21)로 보내어지기 전에 가스냉각기(31)에 의해 예정온도로 냉각될 수 있다. 또한 냉각액은 재순환탱크(29)에서 예정온도로 냉각할 수도 있다. 냉각가스-액체를 분리하고 재순환시키는 시스템을 이 용하므로써 제4도에서 보는바와 같이 냉각액에 대한 냉각가스의 체적비와 냉각액의 액체 체적밀도 및 냉각가스와 액체의 온도는 정밀하게 조절이 가능하다. 그리고 냉각실은 서로 독립적으로 개폐 조절될 수 있다. 또한 여러개의 냉각상자내의 냉각가스-액체혼합물의 액체 체적밀도를 각기 독립적으로 조절할 수도 있다.

더우기 한쌍의 스퀴징로울(22)을 각 냉각상자 바로 아래쪽에 놓으므로써 강스트립 표면으로부터 냉각액을 제거시킬 수 있다. 만일 스퀴징로울이 없다면, 냉각상자아래에 있는 노즐로 부터 분사된 냉각액은 강스트립의 온도가 원하는 최종온도에 달한 다음이라하더라도 강스트 립표면을 따라 아래로 흘러내리므로써 강스트립이 과냉되는 원인이 된다.

제4도에서 냉각실(9)은 3개의 냉각상자(21)로 이어지는 데 여기에서 냉각상자의 수는 반드시 3개로 한정되는 것은 아니어서 하나나 둘 또는 셋이상 될수도 있다. 한편 급냉실(9)은 대기(大氣)로부터 격리(隔離)되어 있어 강스트립 표면이 산화되지 않도록 보호할 수 있다.

제3도 및 제4도에서 보는바와 같은 급냉장치에 있어서는 냉각실은 단하나의 수직냉각통로를 갖고 있는데, 본원 발명상의 급냉장치에 있어서는 둘 또는 둘이상의 강스트립의 수직 냉각통로를 가질 수 있다. 이경우 최소한 초기 수직냉각통로서, 강스트립이 아랫쪽으로 움직이게 하는 것이 좋다. 만일 초기 수직통로에서 강스트립을 윗쪽으로 먼저 이동되게 한다면 냉각액을 수직통로내의 강스트립 상부표면에 가해진 냉각액이 때에 따라서는 강스트립 하부표면에 불균일하게 흘러내릴 우려가 있다.

강스트립 하부온도가 강스트립상부의 온도보다 높으므로 이러한 냉각액의 불균일한 흐름은 강스트립 하부가 불균일 하게 냉각되어 바람직하지 않은 변형을 일으킨다. 또한 강스트립 하부표면위에서 아래로 흘러내리는 냉각액은 냉각공정 초기단계에서 강스트립의 냉각속도 조절이 어렵게 되는 원인이 된다. 그리고 건조실에는 강스트립이 위로 움직이는 수직건조통로가 있도록 하는 것이 좋다. 이 경우 전술한 바와 같이 냉각실 분위기는 수평실에 의해 건조실의 분위기로부터 쉽게 분리되는데 건조실에서 강스트립이 아랫쪽으로 움직이면 강스트립 표면에 남아있는 냉각액이 강스트립이 움직임과 동시에 흘러내린다. 이렇게 냉각액이 아랫쪽으로 흘러내리면 강스트립의 건조공정이 마무리 지어지지 못한다.

제5도는 본원 발명의 장치에 유용한 냉각상자의 실시예를 그린 설명도로서 냉각실(51)은 대기로부터 격리되고 있고 강스트립의 수직통로(52)는 냉각실속에 둘러싸여 있다. 냉각실(51)에는 냉각가스 노즐(54)과 냉각액 노즐(55)로 구성되어 있는 한쌍의 냉각가스-액체혼합물 생성장치(53)가 들어 있다. 한쌍의 냉각가스-액체혼합물 생성장치(53)는 강스트립의 수직통로(52)를 가운데에 두고 각기 서로 맞대고 있어 수직통로(52)에서 냉각가스-액체혼합물이 각기 강스트립 표면에 접촉이 되도록 한다.

다시말해 제6도를 보아서 알 수 있는 바와 같이 냉각가스노즐(54)과 냉각액 노즐(55)은 수직통로(52)에 직접 향하도록 되어 있고 냉각가스 노즐(54)의 방향A는 강스트립의 수직통로(52) 앞에 있는 위치 C에서 냉각액 노즐(55)의 방향B와 서로 교차 하도록 되어 있는바 냉각가스 노즐(54)에서 분사되는 냉각가스의 흐름과 위치 C에서 냉각노즐(55)로 부터 분사되는 냉각액의 흐름과 만나서 혼합되고 그것과 혼합된 냉각가스-액체의 혼합물이 수직통로(52)를 따라 강스트립의 표면에 분사되는 것이다.

냉각가스노즐(54)의 방향 A는 강스트립의 수직통로(52)에 대해서 가급적 직각되게 하는 것이 좋다. 또한 냉각가스노즐(54)과 냉각액노즐(55)의 방향인 B방향사이에 형성되는 각도는 가급적 정확한 각도 가이루어 지도록 함이 좋다.

제3도 및 제4도에서 도시한 바와 같이 본원발명의 냉각장치는 둘 또는 둘이상의 냉각상자를 가질 수 있도록 한다. 이경우 냉각상자는 강스트립의 수직통로를 따라 일렬로 정렬되게 한다. 각 냉각가스 노즐은 제4도에 도시한 냉각가스 재순환 시스템에 연결되어 있는 냉각가스 공급라인(40)에 연결되어 있고 또한 각 냉각액 노즐은 제4도에서와 같이 냉각액 재순환시스템에 연결되어 있는 냉각액 공급도관(29b)에 연결된다.

각 냉각가스 공급라인(40)과 각 냉각액공급도관(29b)은 각각 발브 56 및 발브57을 갖고 있는데 발브 56은 개폐(開閉)에 의해 냉각가스 노즐 54을 조절하고 또한 냉각가스노즐(54)로 부터 분사되는 냉각가스의 흐름속도를 조절하기도 한다. 또한 발브 57은 냉각액노즐 55를 개폐에 의해 냉각액 55로부터 분사되는 냉각액의 흐름속도를 조절하기도 한다. 냉각가스노즐 54와 냉각액노즐 55를 함께 또는 따로따로 개폐하여 조절케하는 것은 각각 발브 55와 발브 56 및 57이다. 발브 56과 발브 57은 각각 냉각가스와 냉각액의 흐름속도만을 조절하는데 사용된다.

본원발명의 방법을 어닐링된 강스트립의 냉각에 사용할 때 냉각공정은 600℃의 온도에서 시작되도록 하고 냉각된 강스트립이 과시효공정에 투입될 때 강스트립의 온도가 미리 지정된 350 내지 550℃의 최정온도범위에 도달되는 온도에서 중지되도록 냉각공정을 조절하도록 한다. 또한 강스트립에는 어떠한 과시효공정도 적용함이 없이 냉각공정은 강스트립의 온도가 250℃ 이하에 도달된후에 끝나도록 조정한다. 냉각된 강스트립이 과시효공정에 투입되는 경우 350 내지 350℃의 온도를 가진 강스트립은 냉각실에서 건조실로 들어가도록 한다. 이경우 강스트립표면에 남아있는 냉각액은 외부로부터의 가열도 없이 강스트립 자체에서 나오는 열에 의하여 증발되기 때문에 제7도에서 보는바와 같은 건조실을 이용하여 건조를 할 수가 있다.

제7도에서 수평실(42)에는 액체가 들어있지 않다. 즉 액체는 발브 42b를 열어 제거할 수 있기 때문이다. 건조실(10)에는 강스트립에 대한 스퀴징로울 없이 가열기 구가 있기도 한다. 건조실(10)은 대기중으로부터 격리된 밀폐실로 되어있다. 따라서 강스트립 표면은 대기로 부터의 산화를 방지할 수 있다. 건조실에서 냉각액이 증발하여서 된 증기는 제4도에서와 같은 냉각가스 재순환시스템에 있는 송풍기(38)에 의해 수평실(42)을 통해 배기시킬 수 있다. 증기는 액화되고 냉각가스와는 분리되어 제4도에서와 같은 냉각액 재순환탱크(29) 속으로 보내어진다.

냉각된 강스트립은 과시효공정 없이 공정에 투입하면 냉각 된 강스트립의 최종온도는 250℃ 이하가 되고 이 온도는 강스트립 자체가 갖고 있는 열에 의해 남아 있는 냉각액을 완전히 건조시킬 만큼 충분한 열이 못되므로 강스트립에 건조가스를 송풍하여 가열시킬 필요가 있다. 이 경우의 건조법으로서는 제8도에서 보는 바와 같은 건조실을 이용하면 효과적이다.

제8도에서 냉각실(9)은 수평실(42)에 액체를 담으면 건조실과 분리된다. 이 강스트립 표면에 남은 액체는 수평실(42)을 통과하고 한쌍의 륑거로울(24)을 이용하여 제거한다. 수직실(43a)의 하단은 대기중에 누출되어 있고 이 수직실(43a)을 통과한 후 강스트립 표면에 송풍기(25)에 의해 생성되고 가열기(26)에 의해서 소정의 높은온도로 가열하여 얻은 건조가스흐름을 불어넣으므로써 강스트립이 건조되는 것이다. 이 건조작업은 대기중에서 실시한다.

제4도를 보면 건조실은 대기중에서 개폐할 수 있고 그 속에 건조헤드(27)를 갖는 부분(43b)과 연결된다. 건조실에서 온도 350 내지 550℃를 가진 냉각된 강스트립을 건조할 때 수평실(43)에는 액체를 담지 않고 륑거로울(24)을 강스트립으로부터 떨어지며 부분(43b)은 기밀을 유지하여 닫혀있고 어떠한 가스도 건조헤드(27)를 통해 송풍되는 일이 없으며 밀봉로울(28)은 건조실(10)을 밀봉하는데 사용된다.

이경우 건조실(10)의 역할은 제7도에서의 그것과 같다. 또한 건조실(10)을 이용하여 온도 250℃ 이하를 갖는 냉각된 강스트립을 건조할 때 수평실(42)은 액체로 충진되어 건조실(10)을 건조실(9)로 부터 분리시키며 륑거로울(24)은 강스트립 표면에 남아 있는 액체를 제거하는데 사용한다. 그리고 부분(43b)이 열려지면 건조가스는 건조헤드(27)를 통해 강스트립표면으로 송풍된다. 여기에서 건조실의 역할은 제8도의 그것과 같다. 본원발명의 방법은 급냉후 과시효처리된 일반용 강스트립뿐 아니라 고장력 냉간압연 강스트립, 특히 그중에서도 과시효 안된 2상조직을 가진 고장력 냉간압연 강스트립의 생산에 아주 적합하다.

제9도에서 나타내는 라인(line)은 분원발명의 냉각법을 포함한 두께 0.7mm를 가진 캡트(capped) 냉간압연 강스트립의 어닐링-냉각-과시효공정에서의 시간과 강스트립의 온도사이의 상관관계를 나타낸다. 이공정에서 강스트립은 약 700℃의 어닐링온도로 가열되고 이 온동에서 일정시간 균열된다. 그후 어닐링된 강스트립은 본원발명의 냉각법에 따라 약 100℃/sec의 평균냉각속도로 약 4000℃의 온도로 급냉되고 이 온도에서 정지한다. 냉간압연 강스트립은 약 400℃에서 소요시간)약 1.5분)으로 과시효된 다음 통상의 방법에 따라 주위온도까지 냉각 된다. 라인 a 가 가리키는 바와 같이 공정을 완료하는데 필요한 시간은 X₁으로 나타난다.

제9도에서 라인 b₁은 라인 a가 가리키는 바와 같은 공정에 사용되는 형태의 강스트립에 적용되고 또한 종래의 냉각법을 포함하는 어닐링-냉각-과시효공정을 나타내고 있다. 종래의 냉각법에서 어닐링된 강스트립은 강스트립 표면에 냉각가스가 분사되어 냉각되는 것으로 이 때의 냉가가속도는 약 10℃/sec 정도로 한다. 이때 과시효공정은 약 3분동안에 이루어지고 시간 X₂에서 완료된다. 제9도에서 시간 X₂는 시간 X₁보다 훨씬길다는 것을 확실히 알 수 있다.

제9도의 라인 b₂은 또 다른 종래의 어닐링-냉각-과시 효공정을 가리키는 바 이 방법에서 어닐링된 강스트립은 라인 a에서 나타낸 바와 같은 공정과 같은 공정을 거친것으로 물로 수중급냉하여 냉각속도는 약 1000℃/sec 또는 그이상으로 급냉한다. 여기에서 강스트립의 최종온도는 과시효온도인 약 400℃보다 훨씬 낮게 내려가므로 냉각된 강스트립은 약 400℃ 이상으로 재가열 할 필요가 있다. 여기에서 과시효공정은 대략 1분 동안에 이루어지고 시간 X₃에서 완료된다.

제9도로부터 분명히 알 수 있는 것은 시간 X₁은 시간 X₃에 비하여 짧다는 사실이다. 본원의 발명자는 라인 b₁이 가리키는 공정을 수행키 위한 장치의 길이는 라인 a가 가리키는 것보다 약 1.32배의 길이가 되어야 라는 것임을 발견 하였다. 또한 라인 b₂에서 가리키는 공정에 효과적인 장치의 길이는 라인 a에서 가리키는 것의 1.02배 되어야 한다는 사실도 발견하였다. 또한 라인 b₁이 가리키는 공정상의 원가는 라인 a가 가리키는 공정에서의 그것과 같은데 반해 라인 a가 가리키는 그것의 1.35배에 달하는데 그 이유는 라인 b₂의 공정에는 냉각된 강스트립의 재가열공정이 추가되기 때문이다. 더우기 라인 a와 b₁에서는 만족스런 연성을 보여주는 데 반해 라인 b₂에서의 그것은 빈약한 연성을 가질뿐 아니라 재가열에 의해 금속조직에 미세한 탄화물을 생성케 한다.

제10도에서 라인 c, d₁및 d₂는 각각 어닐링 및 냉각에 의한 고장력 강스트립의 생산공정을 가리킨다. 라인 c 에서 강스트립은 망간은 1.5중량% 함유하고 본원발명에 의하여 약 800℃에서 어닐링한 다음 평균 약 100℃/sec의 냉각속도로 급냉한다. 이공정은 시간 X₄에서 완료된다. 라인 b₁에서 가리키는 공정에서 망간을 2.0중량% 함유하고 있는 어닐링된 강스트립은 강스트립에 냉각가스를 분사하여 냉각시킨다. 냉각공정은 약 10℃/sec의 냉각속도에서 점진적으로 진행되어 시간 X₅에서 완료된다. 이 경우 공정원가는 라인 c에서 가리키는 것에 1.27배에 달하고 그반면 라인 d₁이 가리키는 공정으로 생산된 제품은 라인 c가 가리키는 바와 같이 만족스런 연성과 항복비(yield ratio)를 나타내고 있다. 시간 X₅는 X₄보다 길다는것을 알 수 있다.

제10도에서 라인 d₂에서 알 수 있는바와 같이 망간 1.5중량%를 함유하고 있는 어닐링된 강스트립을 수중급냉법을 이용하여 1000℃/sec 이상의 속도로 급냉하는데 만족스런 인장강도(引張强度)와 총연신율(總延伸率)을 얻기 위하여 냉각된 강스트립은 약 250℃로 재가열 하고 이온도에서 일정시간(약 1분) 시효화(時效化)시키며 이 시효화공정은 시간 X₆에서 완료된다. 라인 d₂가 가리키는 바와 같이 여기에서의 공정원가는라인 c가 가리키는 그것에 비하여 1.03배에 이른다.

X₄는 X₆보다 짧다. 또한 라인 d₂에서의 경우 연성이 저하되고 항복비는 불필요하게 높아지며 재가 열시에는 미세한 탄화물마저 석출생성(析出生成)되는 문제점을 가져온다.

본원발명의 상기와 같은 사항에 관한 실시예를 이하 기술하기로 하겠다. 단, 이하 기술하는 실시예들은 본원발명을 설명하기 위한 어디까지나 일례(一例)에 불과한 것이지 본원 발명상의 기술적 범위를 한정 열거하는 것이 아님을 밝혀둔다.

[실시예 1및 비교실시예 1및 2]

실시예 1 및 비교실시예 1 및 2에서 인발가공용 냉간압연 강스트립을 캡드강(capped steel)으로 하고, 그성분은 탄소 0.057중량%, 실리콘 0.01중량%, 망간 0.23중량%, 인 0.016중량%, 유황 0.014중량%, 알미늄 0.001중량%, 질소 0.0015중량%, 나머지는 철성분으로 구성한다.

상기 원료는 두께 2.7mm의 열간압연 강스트립(hotrolled coil)으로서 온도 680℃에서 권취(卷取)하고 산 수용액(酸水溶液)으로 산세한 다음 두께 0.8mm의 냉간압연 강스트립으로 냉간압연 하였다.

[실시예 1]

상기 냉간압연 강스트립을 연속어닐링 하기 위해 온도 702℃로 가열한 후 이 온도로 어닐링로 내에서 40초간 균열하고 다음 어닐링되어 나온 강스트립을 3초간 편균 냉각속도 100℃/sec로 687℃에서 400℃로 급냉시킴. 급냉방법으로는 제4도에서의 냉각장치를 이용하였음. 냉각장치는 강스트립의 수직하향 냉각통로가 들어있는 냉각실과 3개의 냉각상자로 구성된다. 각 냉각실은 5쌍의 냉각가스-액체혼합물의 분사장치를 갖는다.

각 냉각가스-액체혼합물 분사장치에는 냉각가스 노즐이 수직통로에 직각방향으로 설치되고 냉각액 노즐은 냉각가스와 냉각액노즐이 향하는 방향 사이에서 정확히 30도 각도를 이루도록 하는 곳에서 직각통로를 향하도록 되어 있다. 이 방향은 수직통로전 10cm되는 곳에서 교차된다. 어닐링로에서 4%수소와 나머지는 질소로 구성되어 있는 분위기 가스의 일부분을 어닐링로에서 추출하여 냉각가스 노즐로 분사하였다.

냉각가스 노즐은 길이 1.8m, 폭 1cm를 가진 슬릿(slit)을 갖고 있다. 슬릿을 통해 냉각가스를 유속(流速) 25m/sec으로 분사하였다. 냉각액으로서는 60℃의 온도를 가진 물을 사용한다. 냉각노즐은 길이 1.7m, 폭 5mm의 슬릿을 가지고 있다. 냉각액은 액체 체적밀도 30l/m². 분에서 36l/m². 분의 유속으로 분사하였다. 체적비(R_G/_L)는 약 660 : 1이었다.

강스트립을 급냉공정에 통과시키면 강스트립의 온도는 약 405℃가 되며 다음 온더 약 400℃에서 90초동안 과시효공정에 직접 투입하였다.

이렇게 하여 나온 강스트립은 항복강도(降伏强度) 21.2kg/mm², 인장강도 33.1kg/mm², 총연신율 43.5%이고 외관형상이 평평하고 매끄러우며 미려한 표면을 갖고 있었다.

[비교실시예 1]

실시예 1에서 언급한 바와 같은 냉간압연 강스트립을 연속적으로 705℃로 가열하고 이온도로 어닐링로에서, 그대로 약 40초동안 로냉(爐冷)한 다음 종전방식의 가스분사형 냉각장치를 이용하여 4%수소와 나머지는 질소로 구성된 냉각가스로 분사하여 서냉(徐冷)하였다. 이 냉각공정중 강스트립은 냉각속도 약 10℃/sec를 약 30초동안 705℃에서 410℃로 냉각시켰다. 냉각공정이 완료된 강스트립의 온도는 410℃ 였다. 이렇게하여 냉각된 강스트립을 온도 약 400℃에서 180초 동안 과시효공정에 투입하였다.

그결과 나온 강스트립은 항복강도 21.7kg/mm², 인장강도 33.3kg/mm², 총연신율 43%이었고 만족할만큼 매끄럽고 평평하며 미려한 표면을 가졌다.

[비교실시예 2]

비교실시예 1에서 언급한 냉간압연 강스트립의 그것과 같은 방법으로 703℃로 가열하고 이온도에서 약 40초동안 로내에서 균열하였다. 어닐링된 강스트립은 종래의 수중급냉 냉각법에 의하여 560℃ 온도에서 약 90℃의 온도로 냉각속도 약 1000℃/sec로 급냉하였다. 그결과 냉각된 강스트립의 온도는 50℃였다.

다음 강스트립을 온도 약 400℃의 온도로 재가열하고 마지막으로 약 60초간 이 온도에서 과시효하였다. 이렇게해서 나온 강스트립의 항복강도는 23.1kg/mm², 인장강도 33.5kg/mm², 총연신율 41.5%였다.

여기에서 알게된 사실은 이렇게해서 나온 강스트립의 양가장자리는 부분적으로 불연속(stretched)으로 늘어나게 되어 강스트립 표면은 미려해진다지만 주름이 지는 결과가 나온다는 점이다.

상기 실시예 1 및 교실비시예 1 및 2로부터 알 수 있는 바와같이 본원발명의 실시예인 실시예 1에서 어닐링된 강스트립은 만족스런 냉각속도로 급냉되고 냉각공정은 강스트립의 소정온도가까이에서 완료될 수 있으므로 강스트립의 과시효공정 전에는 재가열공정이 필요없고, 또 그결과 나오는 제품의 기계적 성질과 표면상태가 양호함을 알수 있다. 그러나 비교실시예 1에서 냉각속도는 작고 따라서 냉각시간이 오래걸릴 뿐아니라 과시효에 요하는 시간 (실시예 1의 두배인 180초) 또한 길어 비교실시예 1의 투자효율은 실시예 1의 투자효율에 비해 훨씬 낮다. 또한 비교실시예 2에서는 냉각된 강스트립의 온도가 너무 낮으므로 과시효공정에 투입하기 위해서는 과시효 온도까지 별도로 재가열해야 하는 문제가 있으므로 원가상으로 대단히 불리하다. 뿐만 아니라 그렇게 해서 나온 강스트립의 품질은 연성의 저하, 강스트립의 양 가장자리부분의 불연속적인 주름형성등으로 결과를 가져오고 있다.

[실시예 2 및 비교실시예 3,4]

실시예2 및 비교실시예 3,4에서 고장력 냉간압연 강스트립을 사용함.

이 강스트립은 2상조직을 가지고 인장강도 60kg/mm²,으로서 그 구성성분은 탄소 0.083중량%, 실리콘 0.63중량%, 인 0.016중량%, 유황 0.006중량%, 알미늄 0.055중량%, 질소 0.0048중량%, 1.58중량%의 망간(실시예2 및 비교실시예 4의 경우, 또는 2.01중량%의 망간(비교실시예 3의 경우)과 나머지는 철(Fe)성분으로 구성되어 있다. 사익 실시예 3가지에서 각제품의 인장강도가 거의 60kg/mm²정도로 동일되게 나올 수 있도록 각기 망간의 함유량을 달리하였다. 냉간압연 강스트립의 소재(素材)가 되는 열간압연강스트립의 두께는 2.3mm, 끝마무리 온도는 880℃, 권취온도는 600℃로 하였다. 권취된 강재는 산 수용액(예를들면 염산이나 황산)에서 산세한 다음 두께 0.7mm의 냉간압연 강스트립을 제공하기 위해 냉간압연되었다.

[실시예 2]

냉간압연 강스트립을 연속적으로 751℃의 온도로 가열하고 이 온도로 어닐링로 내에서 약 40초간 균열함. 그후 711℃에서 250℃로 약 3초간 급냉시킴 (냉각속도는 약 200℃/sec).

이 냉각공정에서 냉각장치는 실시예1의 것과 동종을 사용하였다. 그런데 어닐링로로부터 추출된 분위기가스로 구성되어 있는 냉각가스와 냉각액(예를들면 물)을 액체 체적밀도 60/m².분으로 분사함. 이때체적비(R_G/_L)는 약 330 : 1이었다. 그결과 냉각된 온도는 255℃였음.

이렇게 하여 얻은 강스트립은 항복강도 62.1kg/mm², 총연신율 34%, 항복비 53%로서 평평하고 미끄러우며 미려한 표면을 가지고 있었다.

[비교실시예 3]

망간 2.01중량%를 함유한 냉간압연 스강트립을 온도 754℃로 가열하고 연속 어닐링로내에서 약40초간 균열 하였다. 어닐링된 강스트립은 754℃에서 약 50초간 약 10℃/sec의 냉각속도로 종전의 가스분사냉각법(비교실시예 1과 동일한 방법)을 사용하여 250℃까지 냉각하는 방법을 채택, 그결과 나온 냉각된 강스트립의 온도는 257℃였음.

그결과 강스트립은 인장강도 61.8kg/mm², 총연신율 36%로 만족스러웠으나, 항복비는 65%로서 너무 높았음(항복비가 너므 높으면 딱딱해져 곤란함).

그리고 평평하고 매끄러우며 미려한 표면을 가지고 있었다.

[비교실시예 4]

비교실시예 2와 동종의 냉간압연 강스트립이 752℃로 가열되고 연속어닐링로 내에서 약 40초 동안상기 온도로 균열됨.

어닐링된 강스트립은 463℃에서 90℃로 비교실시예 2와 같은 종래 수중급냉형 냉각법을 사용해 냉각속도 약 1000℃/sec정도로 급냉되었음.

이렇게 하여 얻어진 강스트립의 최종온도는 60℃였음. 너무 지나치게 빠른 냉각속도 때문에, 인장강도 약 60kg/mm²총연신율 50%을 갖는 강스트립을 얻기 위해서는 냉각된 강스트립은 250℃에서 재가열되고 이 온도에서 약 60초간 과시효될 필요가 있다.

그결과 나온 강스트립의 인장강도는 62.5kg/mm²로서 만족스러웠으나 총연신율은 25%로서 대단히 불만족스러울뿐 아니라 항복비도 71%로서 문제를 야기하고 있음. 또한 강스트립 표면은 미려하나 그 반면 양가장자리가 부분적으로 늘아나서 주름이져 있었음.

실시예 2의 결과와 비교실시예 4의 결과를 비교해보면, 어닐링된 망간함유의 강스트립은 만족할만큼 빠른 속도로 급냉될 수 있고 냉각공정이 원하는 강스트립 최종온도에서 끝낼 수 있다. 따라서 냉각된 강스트립에 대한 재가열공정과 과시효공정은 필요 없다.

본 발명의 방법을 사용한 강스트립 생산에서, 이러한 점들이 있기 때문에 강스트립의 생산성이 우수하다. 또한 본 발명의 냉각장치를 갖는 어닐링-냉각장치의 길이가 비교적 짧다. 더우기, 실시예 2와 비교실시예 3을 비교할 때, 본 발명의 방법과 장치를 사용함으로써 비록 비교실시예 3에서 사용된 망간의 성분보다 적은 망간성분을 함유하는 망간 강스트립 사용되더라도 우수한 총연신율과 항복비 그리고 만족스런 2상구조를 갖는 고강도 강스트립을 생산하는 것이 가능하게 된다는 사실은 명백한 것이다.

Claims (1)

1. 최소한 하나의 냉각통로를 따라 수직 하방으로 강스트립을 이동하는 단계; 냉각가스가 어닐링 공정에서 추출된 냉각된 불활성가스로 구성되고, 냉각가스와 냉각액 흐름이 분사된 냉각 가스와 냉각액 흐름이 강스트립 표면에 도달되기전 서로 교차되는 방향으로 분사되어 다수의 냉각가스 -액체혼합물 흐름을 제공하며, 냉각가스와 냉각액이 대기압하에서 100 : 1에서 5000 : 1까지의 범위내의 체적비로 서로 혼합되는 상기 낸각가스와 냉각액으로 구성되고 서로 독립적으로 분사되는 다수의 흐름을 예정냉각속도로 예정온도까지 강스트립을 냉각시키기 위하여 강스트립 표면에 접속시키는 단계; 강스트립 온도가 원하는 최종온도에 도달할때 한쌍의 스퀴징로울들 사이로 강스트립을 통과함으로써 강스트립 표면위에 잔류하는 냉각액을 제거하는 단계; 강스트립을 건조하기 위해 냉각된 강스트립을 건조통로 수직윗쪽으로 이동하는 단계; 들로 구성되는 것을 특징으로 하는 높은 온도에서 불활성 가스분위기 내에서 어닐링된 냉간압연 강스트립을 연속적으로 냉각하는 방법.

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