KR910000012B1 - 강스트립의 냉각방법 및 냉각장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

강스트립의 냉각방법 및 냉각장치

제1도는 본 발명의 일 구현예를 도시한 개요도.

제2도는 오물 부착 조건을 도시한 그래프.

제3도는 열전달 계수와 냉각수의 분사 유량간의 관계를 도시한 그래프.

제4도, 제5도 및 제6도는 본 발명의 다른 구현예를 도시한 개요도.

제7도는 오물 부착의 임계영역을 도시한 그래프.

제8도는 냉각에 소요된 전력을 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 냉각탱크 2 : 싱크-로울(sink-roll)

5 : 온도 조절기 7 : 강스트립

8 : 냉각수 공급파이프 9 : 분사노즐

12 : 중앙처리장치 14 : 강스트립 온도센서

16 : 냉각존 17 : 열교환기

20 : 입구 가이드 로울 21 : 출구 가이드 로울

본 발명은 연속 열처리 라인의 냉각존을 거쳐 냉각된 강스트립의 냉각을 개선하기 위한 것으로서, 특히 스트립을 냉각탱크의 냉각수에 담그는 스트립의 최종 냉각을 개선하기 위한 것이다.

지금까지 연속 소둔 라인과 같은 연속 열처리 라인에서 냉각탱크의 냉각수에 강스트립을 연속적으로 통과시킴으로써 상기 스트립을 최종 냉각시키는 방법을 이용하였다.

강스트립의 냉각에 사용되는 냉각탱크는 냉각수의 온도 감지용 센서, 냉각수 공급용 펌프 및 온도 조절기를 구비하고 있고, 이들은 스트립이 냉각탱크의 냉각수에 잠겨 있는 동안 선정된 온도까지 스트립이 냉각되도록 배치되어 있으며, 반면에 냉각수는 스트립의 열에너지에 의해 가열됨으로써 온수로써 열에너지가 회수된다. 상기 강스트립의 냉각 방법은 예를들어 일본국 특허 공고 제11,933/57호 등에 개재되어 있다.

그러나, 고온의 강스트립이 냉각탱크의 냉각수에 잠기어 냉각될때, 냉각수에 부유하는 오물 등의 이물질에 의해 강스트립의 표면이 불결해지는 현상이 종종 일어나는 것으로 알려지고 있다.

또한 냉각탱크의 입구에서 강스트립의 온도가 특히 높아지고, 냉각탱크에서 냉각해야 할 강스트립의 양이 더욱 많아짐에 따라 강스트립의 표면상에 오물 부착 현상이 점점 심화되고 있다.

열처리 라인의 냉각존을 거쳐 냉각된후, 냉각탱크의 출구에서도 강스트립의 온도가 여전히 고온인 경우에 스트립이 제1싱크-로울과 접촉할때까지 스트립이 충분히 냉각될 수 없음으로 싱크-로울의 표면과 싱크-로울의 주위에 감긴 스트립 표면 사이의 수막(water film)이 스트립의 고온에 의해 증발됨으로 냉각수에 포함된 오물 현탁물이 강스트립의 표면에 침적(deposition) 되게 되는 결과로써 강판의 표면이 불결해지는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 스트립이 싱크-로울 주위에 감길때에 강스트립의 온도를 낮추기 위해서, 열처리 라인의 냉각존을 통해 강스트립을 충분히 냉각시켜 냉각탱크의 입구에서의 온도를 강하시키거나, 또는 냉각탱크를 크게하여 냉각수의 표면으로부터 싱크-로울까지의 거리를 늘임으로써 스트립이 제1싱크-로울에 도달할때까지 냉각수에 의해 스트립이 충분히 냉각되게 하는 등의 몇가지 방법이 제의되어 있다.

그러나, 상기방법에서는 냉각탱크의 입구에서 강스트립의 온도를 낮추는 경우에 냉각수에 의한 강스트립의 열에너지를 회수할 수 없을 뿐 아니라 냉각탱크를 사용하는 경우에 설비 단가가 상승하는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 전술한 장점을 제거하고 스트립의 표면에 오물의 부착을 방지할 수 있는 강스트립의 최종 냉각방법 및 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 보다 소형의 냉각탱크를 이용할 수 있는 강스트립의 냉각방법 및 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각탱크의 입구에서의 온도가 높은 강스트립을 효과적으로 냉각시킴으로써 연속 열처리 라인의 냉각존에서 강스트립의 냉각에 소요되는 동력을 실질적으로 감소시키는 냉각방법 및 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명의 일 특징에 따라, 연속 열처리 라인의 냉각존에서 냉각된 강스트립의 냉각방법은 냉각탱크에서 한개 이상의 싱크-로울 주위를 거쳐 냉각수에 스트립을 담그는 단계와 상기 잠긴 스트립이 싱크-로울 중 첫번째 것에 이를 때까지 냉각수 내에 배치된 분사노즐로부터 냉각수 제트가 스트립에 분사되는 단계를 구성함으로써, 제1싱크-로울의 표면과 제1싱크-로울 주위에 담긴 상기 스트립 표면 사이에 개재된 수막의 증발이 방지되는 온도까지 스트립을 냉각시킨다.

본 발명의 바람직한 구현예에서는 상기 분사노즐로부터의 냉각수 제트의 분사를 다음 식에 따라 제어할 수 있다.

여기에서,

본 발명의 다른 일 특징에 따라, 연속 열처리 라인에서 냉각존을 통해 냉각된 강스트립의 냉각장치는 냉각수를 담고 있는 냉각탱크와, 냉각수 내에 배치되어 냉각탱크에서 강스트립을 안내하기 위한 하나 이상의 싱크-로울과, 냉각존의 출구로부터 냉각수 내의 싱크-로울의 첫번째 것까지 강스트립을 안내하기 위해 냉각탱크의 입구에 구비된 가이드 로울과, 냉각수에서 강스트립의 경로를 따라 배치되어 냉각수의 표면으로부터 제1싱크-로울에 이르는 거리에 걸쳐 강스트립의 표면에 냉각수 제트를 분사하기 위한 다수의 분사노즐과, 냉각수를 분사노즐에 공급하기 위한 장치를 구성하고 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서는, 다음 식에 따라 냉각수의 온도(Tw) 및/또는 냉각탱크의 입구에서의 강스트립의 온도(Ts)를 제어하기 위한 조절기를 더 구성한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 목적과 장점을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 강스트립 냉각장치의 일 구현예를 도시한 것이다. 제1도에서 냉각탱크(1)는 냉각수에 배치된 싱크-로울(2)을 구비하고 있어서 냉각탱크의 입구의 입구 가이드 로울(20)에서 냉각수를 거쳐 출구 가이드 로울(21)까지 강스트립(7)을 안내하고 있다.

냉각탱크(1)의 벽에는 냉각수의 온도를 검지하기 위한 센서(3)가 있다. 상기 센서(3)는 냉각수의 온도를 제어하기 위한 온도 조절기(4)에 연결되어 있으며, 냉각수의 온도가 선정된 온도를 넘어서면 상기 온도 조절기(4)가 펌프(5)에 출력신호를 보내어 냉각수 공급 파이프(8)를 통해 냉각수가 냉각탱크(1)에 공급되도록 하며, 반면에 오우버 플로우 파이프(7)를 통해 온수를 냉각탱크로부터 방출시키게 된다.

냉각탱크(1)에서 냉각수의 표면으로부터 싱크-로울(2) 사이의 강스트립 경로를 따라 다수의 분사노즐(9)이 배치되어 있음으로 냉각수 내의 강스트립 표면에 냉각수 제트를 분사한다. 분사노즐(9)은 냉각탱크(1)의 냉각수를 순환하기 위해 공급 파이프에 구비된 펌프(10)에 연결되어 있다.

냉각탱크(1)의 냉각수에 강스트립(7)을 담구어 냉각시키는 경우에 그 냉각조건을 조사하기 위해 다음 실험을 수행하였다.

두께가 서로 다른 강스트립을 각각 열전대를 구비하여 200~300℃정도로 가열한 다음, 냉각탱크(1)의 냉각수에 담구었다. 표 1은 단순히 탱크의 냉각수에 상기 가열된 강스트립을 담금으로써 냉각시키는 경우의 결과를 제시한 것이며, 표 2는 냉각수 내에 배치된 분사노즐로써 상기 담구어진 강스트립에 냉각수 제트를 분사하여 냉각하는 경우에 얻어진 결과이다.

[표 1]

[표 2]

표 1과 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 단순히 탱크의 냉각수에 담금으로써 냉각시킨 경우에는 평균 열전달 계수 α₁이 약 5000Kcal/㎡ 시간℃이고, 잠긴 분사노즐을 이용하여 냉각하는 경우에는 강스트립의 온도 및 냉각수의 온도에 관계없이 평균 열전달 계수 α₁이 약 9500Kcal/㎡ 시간℃이다.

전술한 결과로부터, 단순히 냉각수에 담구어 냉각하는 경우에 비해 잠긴 강스트립에 냉각수 제트를 분사하여 냉각하는 경우가 열전달 계수를 충분히 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

따라서 강스트립(7)을 냉각탱크(1)의 냉각수에 담구어 냉각시킬때, 잠긴 분사노즐을 이용하여 냉각수 제트를 강스트립에 분사함으로써 상기 강스트립을 급속히 냉각시킬 수 있다.

상기 잠긴 분사노즐(9)로써 분사되는 냉각수는 다음 조건을 만족할 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다.

제2도는 70~90℃ 이내의 온도(Tw)인 냉각수에 200~300℃ 이내의 입구온도(Ts)로 상기 냉각수에 잠기는 강스트립의 표면에 오물의 부착 상태를 도시한 것이다. 제2도의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 약 120℃ 이상의 온도(Ts')인 스트립이 강스트립의 속도(v/60) 및 두께(d×10³)의 곱에 관계없이 제1싱크-로울에 접촉할때에 오물이 스트립의 표면에 부착된다. 강스트립이 제1싱크-로울(2)에 도달할 때의 스트립 온도 Ts'는 다음 식으로 표시된다.

상기 식에서,

조건 Ts'

120℃를 만족하도록 강스트립의 냉각온도를 제어함으로써 강스트립 표면상의 오물 부착을 방지할 수 있음으로 식(1)은 다음과 같이 표현할 수 있다.

식(2)는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

실험결과로서 평균 열전달 계수 α가 9500Kcal/㎡ 시간 ℃이고, 강스트립의 밀도가 7850으로나타났다. 이들 값을 (3)식에 대입하면 다음 식이 얻어진다.

따라서, 강스트립의 속도(v)와 두께(d)의 곱에 부합하여 냉각수의 온도 Tw와 강스트립의 입구온도 Ts을 선정함으로써 식(4)을 만족하도록 강스트립의 냉각이 제어된다.

분사노즐(9)을 통해 분사되는 냉각수 제트의 유량(w)은 1㎥/분, ㎡ 이상이며, 분사 압력은 3~5㎏/㎡이다.

제3도는 분사유량(w)과 열전달 계수(α₂)간의 관계를 도시한 그래프이다. 상기 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 분사유량(w)이 1이(㎥/분ㆍ㎡) 또는 그 이상으로 증가될때, 열전달 계수(α₂)는 9000~10000Kcal/㎡시간 ℃ 정도로 증가될 수 있다. 그러나 분사유량이 더이상 상승하더라도 열전달 계수는 실질적으로 상기 값을 능가하지 않으며, 반면에 냉각수의 분사에 소요되는 동력이 상승함으로 어떠한 현저한 효과를 기대할 수 없다. 따라서, 분사유량(w)은 1~2(㎥/분ㆍ㎡)의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

강스트립의 냉각을 제어하기 위한 몇가지 구현예를 기술하면 다음과 같다.

제4도는 분사노즐(9)로부터 분사되는 냉각수를 제어함으로써 강스트립(7)을 냉각시키기 위한 일 구현예를 도시한 것이다. 냉각탱크(1)에 잠긴 분사노즐(9)로부터 분사되는 냉각수의 온도(Tw)는 온도센서(11)에 의해 검지된다. 검지된 냉각수의 온도(Tw)는 예정된 강스트립의 속도(v) 및 두께(d)와 함께 이용되어 상기 식(4)에 따라 중앙처리장치(12)를 작동함으로써 냉각탱크의 입구에서의 강스트립 온도(Ts)를 결정한다. 이와 같이 계산된 강스트립의 입구온도는 온도 조절기(13)에 절단되어 강스트립 온도센서(14)에 의해 검지된 강스트립의 실제 입구온도와 비교 된다. 온도 조절기(13)로부터 출력신호는 냉각존(16)을 제어함으로써 상기 계산된 입구온도에 대하여 강스트립의 실제 입구온도의 상한을 한정하게 한다.

제5도는 분사노즐(9)로부터 분사되는 냉각수 온도(Tw)를 제어하기 위한 일 구현예를 도시한 것이다. 본 구현예에서는 잠입된 분사 펌프(10)의 방출측에 열교환기(17)와 이 열교환기(17)에 공급되는 냉각수의 유량을 제어하기 위한 조절 밸브(19)가 설치되어 있다. 이 경우에 강스트립의 입구온도(Ts) 및 또는 냉각수의 온도(Tw)가 결정되며, 이는 선정된 강스트립의 속도(v) 및 두께(d)와 함께 상기 식(4)에 따라 작동되는 중앙처리장치(12)에 의해 제어된다.

제6도는 두개의 냉각탱크(1,20)를 구성하는 다른 일 구현예를 도시한 것이다. 본 실시예에서는 제2냉각탱크(20)의 냉각수 온도가 제어되어 강스트립(17)이 제1냉각탱크(1) 및 제2냉각탱크(20)의 둘 모두를 통과함으로써 목적 온도가 성취된다. 제2냉각탱크(20)의 냉각수는 제1냉각탱크(1)로 넘치고, 제1냉각탱크의 냉각수는 방출파이프(6)를 통해 넘쳐서 온수로서 회수된다.

[실시예]

제4도에 도시된 구현예를 참조하여 본 발명의 대표적인 실시예를 기술한다. 두께 0.5~1.5㎜, 폭 900~1400㎜의 강스트립을 냉각수 내에 설치된 분사노즐로써 냉각수 제트를 분사하여 냉각시켰다.냉각수의 온도(Tw)는 80℃로 제어하였으며, 냉각수 제트가 가해지는 강스트립의 길이(ℓ)는 1.2m이었다. 강스트립의 두께(d×10³㎜)와 속도{(v/60)m/분}의 곱은 250으로 제어하였다. 냉각탱크의 입구에서 강스트립의 온도는 냉각존(16)을 통해 350℃에서 270℃로 낮추었다. 거시 실험의 결과, 최종 냉각 후 강스트립의 표면상에 오물이 없었다.

반면에 비교를 통해서 상기와 같은 조건으로 종래의 담금법으로써 강스트립을 냉각하였다.

제7도는 본 발명에 따른 오물 부착의 임계영역과 상기 비교 실험의 결과로서 얻어진 종래 방법에 따른 상기 임계영역을 도시한 그래프이다.

비교 시험으로부터 확인된 바와 같이, 스트립의 표면에 오물 부착을 방지하기 위해서는 종래 방법에 따라 냉각존(16)을 거쳐 냉각되는 강스트립의 온도를 350℃로부터 168℃로 낮추어야 하며, 반면에 본 발명에 따라 냉각되는 강스트립의 온도는 냉각존(16)을 거쳐 350℃로부터 270℃까지 낮추면 충분하다.

제8도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 냉각존(16)에 소요된 전력량이 현저하게 감소되고, 분사 펌프에 소요된 전력을 포함한 총 전력량이 약 0.7KWH/T로써 냉각비용을 상당히 절감할 수 있다.

Claims (7)

1. 연속 열처리 라인의 냉각존을 통해 냉각된 강스트립을 냉각하는 방법에 있어서, 강스트립을 냉각탱크내의 냉각수에 담그는 단계와, 상기 강스트립을 냉각수 내에 담겨진 1 이상의 싱크-로울 주위로 통과시키는 단계 및, 상기 잠긴 강스트립이 제1싱크-로울에 도달하기 전에, 잠겨진 강스트립을 따라 배열된 다수의 분사노즐로부터 상기 잠겨진 강스트립의 1 이상의 대향면에 냉각수 제트를 분사함으로써 제1싱크-로울의 표면과 제1싱크-로울 주위를 통과하는 강스트립의 표면 사이에 개입된 수막의 증발을 방지하는 저온까지 상기 스트립을 냉각하는 것을 특징으로 하는 강스트립의 냉각방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분사노즐로부터 분사되는 냉각수 제트의 분사가 다음 식에 따라 제어됨을 특징으로 하는 강스트립의 냉각방법.

   

   이 식에서,

   
3. 연속 열처리 라인의 냉각존을 통해 냉각된 강스트립을 냉각하기 위한 장치에 있어서, 냉각수를 담고 있는 냉각탱크와, 상기 냉각탱크에서 강스트립을 안내하기 위해 냉각수 내에 배치된 하나 이상의 싱크-로울과, 냉각존의 출구로부터 냉각수 내의 제1싱크-로울까지 강스트립을 안내하기 위해 냉각탱크의 입구에 구비된 가이드 로울과, 냉각수의 표면과 제1싱크-로울에 이르는 거리에 걸쳐 냉각수 제트를 강스트립의 표면에 분사하기 위해 냉각수 내의 강스트립의 경로를 따라 배치된 다수의 분사노즐과, 상기 분사노즐에 냉각수를 공급하기 위한 장치를 구성함을 특징으로 하는 강스트립의 냉각장치.
4. 연속 열처리 라인의 냉각존을 통해 냉각된 강스트립을 냉각하기 위한 장치에 있어서, 냉각수를 담고 있는 냉각탱크와, 상기 냉각탱크에서 강스트립을 안내하기 위해 냉각수 내에 배치된 하나 이상의 싱크-로울과, 냉각존의 출구로부터 냉각수 내의 제1싱크-로울까지 강스트립을 안내하기 위해 냉각탱크의 입구에 구비된 가이드 로울과, 냉각수의 표면과 제1싱크-로울에 이르는 거리에 걸쳐 냉각수 제트를 강스트립의 표면에 분사하기 위해 냉각수 내의 강스트립의 경로를 따라 배치된 다수의 분사노즐과, 상기 제1싱크-로울이 담겨진 냉각수의 수온(Tw)을 검지하기 위한 장치와, 냉각탱크의 입구에서의 강스트립의 온도(Ts)를 검지하기 위한 장치 및, 상기 잠긴 강스트립이 제1싱크-로울에 도달하기 전에, 제2싱크-로울의 표면과 제1싱크-로울 주위를 통과하는 강스트립의 표면 사이에 개입된 수막의 증발을 방지하는 온도까지 다음 식에 따라 냉각수 내에 잠긴 강스트립을 냉각하는 1 이상의 조절기를 작동키 위해 장치된 처리 장치로 이루어짐을 특징으로 하는 강스트립의 냉각장치.

   

   이 식에서,

   
5. 제4항에 있어서, 상기 분사노즐에 냉각수를 공급하기 위한 장치가 냉각수를 냉각탱크 내에서 순환시키기 위해, 분사노즐에 연결된 공급파이프와 상기 공급 파이프에 설치된 펌프를 포함하고 있음을 특징으로 하는 강스트립의 냉각장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 공급 파이프에는 공급 파이프 내의 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기가 구비되어 있음을 특징으로 하는 강스트립의 냉각장치.
7. 제4항에 있어서 제1냉각탱크와 제2냉각탱크가 연속하게 배열되며, 제1냉각탱크는 분사노즐을 포함하고 있으며, 제2냉각탱크는 냉각수를 공급받고 여기에서 넘치는 냉각수를 제1냉각탱크에 공급하는 것을 특징으로 하는 강스트립의 냉각장치.

Images