KR101394447B1

KR101394447B1 - 열간압연장치 및 열간압연재의 제조방법

Info

Publication number: KR101394447B1
Application number: KR1020120072697A
Authority: KR
Inventors: 한경룡
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-05-13
Also published as: KR20140005461A

Abstract

본 발명의 일실시예에 의하면 열간압연장치는 가열된 슬래브를 조압연하는 조압연기; 상기 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 온도를 측정하는 제1 온도측정기; 상기 제1 온도측정기의 후방에 설치되며, 상기 제1 온도측정기를 통해 측정한 제1 온도분포에 따라 고온영역에 냉각유체를 분사하는 하나 이상의 분사노즐을 구비하는 냉각장치; 및 상기 제1 온도측정기 및 상기 냉각장치에 연결되며, 상기 제1 온도분포에 따라 상기 냉각장치를 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

열간압연장치 및 열간압연재의 제조방법{HOT ROLLING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING HOT ROLLED STEEL STRIP}

본 발명은 열간압연장치 및 열간압연재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 온도를 냉각장치 및 히터를 이용하여 온도편차를 줄이는 열간압연장치 및 열간압연재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철소는 제선 -> 제강 -> 연속주조 -> 열간압연과 같은 일련의 공정을 통해 원료인 철광석으로부터 다양한 종류의 철강재를 생산하고 있다. 각 공정을 간략하게 설명하면, 제선은 고로의 상부를 통해 괴 형태의 철광석 및 코크스를 장입한 후 아래로부터 열풍을 불어 넣어 상호 환원시킴으로써 쇳물인 용선을 얻는 공정이다. 제강은 용선을 전로, 2차 정련 등의 여러 단계의 성분 조정을 통해 불순물을 제거함으로써 용강을 얻는 공정이다.

연속주조는 통상 만곡 형태로 된 연속주조기를 통해 액체 상태인 용강을 연속적으로 냉각 응고시켜 250mm 두께의 슬래브와 같은 중간소재를 얻는 공정이며, 열간압연은 중간소재를 1100 ~ 1300℃의 고온으로 재가열한 후, 조압연 및 마무리 압연을 통해 고객이 원하는 두께와 폭으로 최종 압연하는 공정이다. 자동차 강판 등 더욱 우수한 품질이 요구되는 경우 열간 압연된 강판을 가지고 냉간압연 및 도금 공정을 실시하는 경우도 있으나, 기본적인 제철 공정은 상기 제선, 제강, 연속주조, 열간압연으로 이루어진다.

예를 들어, 열간 조압연 공정에서는 가열로에서 1200℃로 가열된 두께가 두꺼운 슬라브를 조압연기에서 몇회의 압연 고정을 수 분에 걸쳐서 행하여 그 두께를 수십 mm로 감소시키며, 조압연된 강판은 그 온도가 크게 낮아지며(약 1000℃), 이렇게 두께가 감소되고 온도가 낮아진 상태로 사상 압연기로 들어가게 된다.

이런 열연 공정 생산 제품의 품질은 소재의 성분, 압연 부하, 냉각 속도 등 각 요소 별로 다양한 요인이 서로 연관되어 복합적인 영향력을 가지게 된다. 특히 소재 온도의 경우 재질 생성, 압연 제어, 표면 스케일 생성 등에 중요한 역할을 한다. 뿐만 아니라, 소재의 온도 분포는 생성되는 제품의 형상의 균일함, 압연 제어의 안정성 등에 밀접한 관련이 있으므로 소재의 폭 방향 및 길이 방향의 온도 균일화가 안정적인 열연 제품의 생산이 필요하다.

한국등록특허공보 10-0782787호 2007.11.29.

본 발명의 목적은 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 온도분포를 균일화하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 열간압연재의 온도분포에 따라 각각 다른 형상의 분사노즐을 사용하여 온도분포의 균일화를 최적화하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 열간압연장치는 가열된 슬래브를 조압연하는 조압연기; 상기 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 온도를 측정하는 제1 온도측정기; 상기 제1 온도측정기의 후방에 설치되며, 상기 제1 온도측정기를 통해 측정한 제1 온도분포에 따라 고온영역에 냉각유체를 분사하는 하나 이상의 분사노즐을 구비하는 냉각장치; 및 상기 제1 온도측정기 및 상기 냉각장치에 연결되며, 상기 제1 온도분포에 따라 상기 냉각장치를 제어하는 제어기를 포함한다.

상기 냉각장치는 상기 열간압연재의 이동경로의 상부에 설치되며, 상기 열간압연재의 폭방향과 나란하게 배치되는 서포트프레임; 상기 서포트프레임에 설치되어 상기 서포트프레임을 따라 이동가능한 홀더; 상기 분사노즐들이 외주면에 설치되는 원통 형상의 노즐몸체; 일단이 상기 홀더에 연결되고 타단이 상기 노즐몸체에 연결되는 서포트를 구비할 수 있다.

상기 분사노즐들은 분사면적이 서로 다른 분사구들을 각각 가지며, 상기 냉각장치는 상기 서포트의 타단에 고정설치되어 상기 노즐몸체에 연결되며, 상기 분사노즐들 중 어느 하나가 상기 열간압연재를 향하도록 상기 노즐몸체를 회전시키는 구동모터를 더 구비할 수 있다.

상기 분사노즐들은 원형 분사구를 가지는 원형노즐; 사각링 형상의 분사구를 가지는 사각노즐; 복수의 분사구들을 가지며, 상기 냉각유체를 확산시키는 확산노즐; 상기 열간압연재의 폭방향과 나란한 슬릿 형상의 분사구를 가지는 슬릿노즐; 타원 형상의 분사구를 가지는 타원노즐을 구비할 수 있다.

상기 열간압연장치는 상기 냉각장치의 후방에 설치되며, 상기 냉각장치를 통해 냉각된 열간압연재의 온도를 측정하는 제2 온도측정기; 상기 제2 온도측정기의 후방에 설치되며, 상기 제2 온도측정기를 통해 측정한 제2 온도분포에 따라 저온영역을 가열하는 히터를 포함하며 상기 제어기는 상기 제2 온도측정기 및 상기 히터에 연결되어, 상기 제2 온도분포에 따라 상기 히터를 제어할 수 있다.

상기 제1 및 제2 온도측정기는 열화상 카메라일 수 있다.

상기 히터는 상기 열간압연재를 가열하는 가열유닛; 및 상기 가열유닛으로 진입되는 열간압연재의 위상에 대응하여 상기 가열유닛을 승강 및 회전하는 위치변경유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 가열유닛은 상기 열간압연재와 인접 배치되어 유도기전력을 이용해 상기 열간압연재를 가열하는 유도코일부; 및 상기 유도코일부를 지지하는 브래킷을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 열간압연재의 제조방법은 가열된 슬래브를 조압연기에서 조압연하는 단계; 상기 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 제1 온도분포를 측정하는 단계; 및 상기 제1 온도분포에 따라 상기 열간압연재의 고온영역에 냉각유체를 분사하는 상기 열간압연재의 온도 균일화 단계를 포함한다.

상기 온도 균일화 단계는 상기 냉각장치가 상기 고온영역을 향해 상기 열간압연재의 폭방향을 향해 이동하는 단계; 상기 고온영역의 온도분포에 따라 서로 다른 형상의 분사구들을 가지는 복수의 분사노즐들 중 어느 하나를 선택하여 상기 고온영역의 상부에 위치시키는 단계; 그리고 선택된 상기 노즐을 통해 냉각유체를 분사하여 상기 고온영역을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 분사노즐 선택단계는 원형분사구를 가지는 원형노즐, 사각링 형상의 분사구를 가지는 사각노즐, 복수의 분사구들을 가지며 상기 냉각유체를 확산시키는 확산노즐, 상기 열간압연재의 폭방향과 나란한 슬릿 형상의 분사구를 가지는 슬릿노즐, 타원 형상의 분사구를 가지는 타원노즐 중 어느 하나를 선택하여 상기 고온영역의 상부에 위치시킬 수 있다.

상기 온도 균일화 단계후에 상기 열간압연재의 제2 온도분포를 측정하는 단계; 상기 측정된 제2 온도분포에 따라 가열유닛을 이용하여 상기 열간압연재를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

열간압연재를 가열하는 단계는 상기 가열유닛으로 진입되는 열간압연재의 위상에 대응하여 상기 가열유닛을 승강 및 회전시키는 위치변경단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 온도분포를 냉각장치 및 히터를 이용하여 균일화할 수 있다. 또한, 열간압연재의 온도 균일화를 통해 최종 제품의 품질 향상을 가져올 수 있다.

도 1은 열간압연공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 열간압연장치의 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 A를 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각노즐의 형상을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시한 냉각장치의 연결상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 3에 도시한 B를 확대한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시한 히터의 작동상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 제1 온도측정기를 통해 측정한 온도분포도이다.
도 10은 제2 온도측정기를 통해 측정한 온도분포도이다.
도 11은 제3 온도측정기를 통해 측정한 온도분포도이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도 1 내지 도 11을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다. 또한, 이하에서 언급하는 ‘연결’은 두 개의 구성요소가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, 다른 매개체를 통해 간접 연결되는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 열간압연공정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 일반적으로 열연압연재(3)는 연주 슬라브(S)를 가열로(5)에서 가열한 이후, 조압연기(6), 사상압연기(7), 냉각기(8) 및 권취기(9)를 통해 순차적으로 공정이 진행되어 생산된다. 즉, 조압연기(6), 사상압연기(7) 및 냉각기(8)를 거쳐 슬라브 형태인 금속을 가공하여 플레이트의 형태로 권취기(9)의 권취롤(도시안함)에 말아주는 것이다. 이때 조압연기(6)의 경우 두께가 200~250mm 정도의 가열된 슬라브(S)를 5-7 pass 압연을 통해 30 - 35mm의 두께를 갖는 바(bar)를 만들고, 후공정인 사상압연기(7)로 이송하는 열할을 하게 된다.

가열로(5)에서 가열된 슬라브(S)의 폭 방향 온도편차는 가열로(5)의 구조상 피하기 어렵다. 통상적으로 가열로(5)에서 슬라브(S)가 가열되는 과정은 가열로(5) 내부에서 예열대, 가열대, 균열대의 3개의 구역(도시안함)으로 나뉘어져 있으며, 통상적으로 상온상태의 슬라브(S)가 장입측으로부터 추출측에 다다르면 출구가 완벽히 밀폐되지 않은 상태로 대기하게 되므로 슬라브(S)의 폭방향 온도 편차가 발생하게 된다.

출구측에 도어(door)를 설치하여 밀폐가능하나, 압연을 위해 정해진 시간에 슬라브(S)를 빈번하게 개방해야하므로, 공정 자체의 효율성을 떨어뜨리는 문제점이 발생된다. 따라서, 대다수의 압연공정에서 출구가 개방된 가열로(5)를 비치하고 있으며, 이에 따라 가열로(5)를 통해서 이동하는 가열된 슬라브(S)의 폭 방향으로는 적어도 70 ~ 80도의 온도편차가 발생하게 된다.

이와 같이, 조압연된 열간압연재(3)는 가열로(5)에서의 냉각 불균일, 에지부 과냉각 및 설비 접촉 불균일 냉각 등의 원인으로 슬라브(S) 폭 방향 및 길이 방향의 온도 불균일이 존재하게 된다. 조압연 후에 존재하게 되는 이러한 온도 불균일 형상은 이후 사상 압연까지 영향을 미치게 되며, 결과적으로 최종생산되는 제품의 품질에 나쁜 영향을 끼치게 된다. 이런 문제를 해결하기 위하여 열간압연재(3)의 폭 방향 및 길이 방향의 온도를 균일화하는 열간압연장치(1)에 대해 이어지는 도 2와 함께 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간압연장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 도 2에 도시한 열간압연장치의 측면도이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 슬라브(S)는 조압연기(6)를 통해 기설정된 두께로 조압연된다. 조압연된 열간압연재(3)의 온도는 조압연기(6)의 후방에 설치된 제1 온도측정기(10)를 통해 측정된다. 제1 온도측정기(10)는 열간압연재(3)의 이동경로 상에 설치된 제1 서포트프레임(12)에 설치될 수 있다. 제1 서포트프레임(12)은 바닥면과 연결되어 고정되며, 도 2에 도시한 바와 같이 열간압연재의 이동경로의 상부에 이격되어 설치될 수 있다. 제2 내지 제4 서포트프레임(14,16,18) 또한 제1 서포트프레임(12)과 동일한 형상일 수 있으며, 각각 기설정된 간격만큼 이격되어 설치될 수 있다.

제1 온도측정기(10)는 다른 형태의 온도측정기를 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 열화상 카메라를 사용할 수 있다. 열화상 카메라를 통한 온도 측정의 방식이 가장 간편하고, 그 온도의 센싱 정확도가 높아 고온을 측정해야만 하는 압연공정에서 효과적인 온도측정 방식이 될 수 있다. 후술하는 제 2 및 제3 온도측정기(50,90) 또한 열화상 카메라 일 수 있으며, 열간압연재(3)의 온도를 측정하는 센서 및 온도계로 대체될 수 있다. 반면, 열화상 카메라를 사용할 경우 기설정된 면적 내에서 열간압연재(3)의 폭 방향 및 길이 방향의 온도를 동시에 측정하여 비교할 수 있다. 이 측정된 값을 진행 속도와 연계하면, 열간압연재(3) 전체에 대한 온도 프로파일을 취득할 수 있다.

또한, 제1 온도측정기(10)의 후방에는 냉각장치(20)가 설치된다. 냉각장치(20)는 제1 온도측정기(10)에 의해 수집된 열간압연재(3)의 온도편차를 줄이기 위해 제2 서포트프레임(14) 상에 설치될 수 있다. 제2 서포트프레임(14)의 후방에 설치된 제3 서포트프레임(16) 상에는 제2 온도측정기(50)가 설치되며, 제2 온도측정기(50)는 냉각장치(20)에 의해 온도편차가 감소된 열간압연재(3)의 온도를 재측정한다. 앞서 설명한 바와 같이, 제2 온도측정기(50) 또한 열화상 카메라일 수 있으며, 제2 온도측정기(50)를 통과한 열간압연재는 히터(60)를 향해 이송된다.

히터(60)는 제2 온도측정기(50)를 통해 산출된 온도편차에 따라 열간압연재(3)에 기설정된 온도로 열을 가할 수 있다. 히터(60)의 후방에는 제3 온도측정기(90)가 설치될 수 있으며, 제3 온도측정기(90)는 히터(60)를 통과한 열간압연재(3)의 온도를 최종적으로 측정한다. 이어지는 도면과 함께 조압연된 열간압연재(3)의 온도균일화 방법과 함께 제1 내지 제3 온도측정기(10,50,90), 냉각장치(20) 및 히터(60)의 기능 및 효과에 대해 설명하기로 한다.

도 4는 도 3에 도시한 A를 확대한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각노즐들의 형상을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6은 도 4에 도시한 냉각장치의 연결상태를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 냉각장치(20)는 제2 서포트프레임(14) 상에 설치된다. 홀더(27)는 제2 서포트프레임(14) 상을 파지하는 형상이며, 홀더(27)는 리니어모터(22)와 연결되어 제2 서포트프레임(14)을 따라 이동가능하다. 냉각장치(20)는 복수개의 홀더(27)를 포함할 수 있으며, 리니어모터(22)는 각각의 홀더(27)에 연결되어 서로 다른 방향으로 이동가능하다. 노즐몸체(25)는 원형형상일 수 있으며, 노즐몸체(25)는 서포트(21)에 연결된다.

또한, 노즐몸체(25)는 원통형상이며, 서포트(21)에 연결된다. 구동모터(24)는 서포트(21)에 고정설치되어 노즐몸체(25)를 회전시킬 수 있다. 분사노즐(30)들은 각각 다른 형상을 가질 수 있으며, 구동모터(27)는 노즐몸체(25)에 설치된 각각 다른 형상의 분사노즐(30)들 중 하나의 분사노즐(30)을 열간압연재(3)를 향하도록 회전시킨다.

노즐몸체(25)는 원통형상이며, 복수개의 분사노즐(30)들이 외주면에 설치된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 노즐몸체(25)에 설치되는 분사노즐(30)들은 각각 다른 형상으로 구비된다. (a)는 분사구(31')가 원뿔형상의 원형노즐(31)로써, 열간압연재(3)를 향해 하단부의 분사구(31')가 좁아지는 형상이다. (b)는 분사구(33')가 사각형상인 사각노즐(33), (c)는 복수개의 분사구(35')를 가지며, 냉각유체를 확산하는 확산노즐(35)이다. (d)는 열간압연재(3)의 폭방향과 나란한 슬릿 형상의 분사구(37')를 가지는 슬릿노즐(37), (e)는 타원 형상의 분사구(39')를 가지는 타원노즐(39)을 나타내는 도면이다.

원형노즐(31)은 열간압연재(3)의 고온영역이 국부적으로 높을 경우 또는 강한 압력의 냉각유체의 분사가 필요할 경우 효과적이며, 원형노즐(31)에 비해 비교적 고온영역이 넓을 경우에는 사각노즐(33) 또는 타원노즐(39)을 사용가능하다. 또한, 복수개의 분사구를 가지는 슬릿노즐(37) 또는 확산노즐(35)은 광범위한 고온영역에서 부분적으로 온도기울기가 큰 온도분포일 경우에 열간압연재(3)의 온도를 효과적으로 균일화할 수 있다.

도 6은 냉각장치의 구성 및 연결상태를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이 냉각장치는 제어기(100)를 포함하며, 제어기(100)는 제1 온도측정기(10)와 구동모터(24) 및 리니어모터(22), 그리고 냉각수 공급라인(115)에 각각 설치되는 밸브와 연결될 수 있다. 먼저, 제어기(100)는 홀더(27)를 제1 온도측정기(10)를 통해 측정된 고온영역으로 이송시킨다. 이때, 홀더(27)는 리니어모터(22)를 통해 열간압연재(3)의 폭 방향으로 이송되며, 고온영역의 상부에 위치된다. 제어기(100)는 홀더(27)를 고온영역에 위치시킨 후, 노즐몸체(25)에 연결된 구동모터(24)를 회전시켜 고온영역의 분포에 따라 각각 다른 형상의 분사노즐(30) 중 어느 하나의 분사노즐(30)을 열간압연재(3)를 향하도록 한다. 분사노즐(30)의 위치가 설정되면, 제어기(100)는 기설정된 분사노즐(30)을 냉각수 저장탱크(110)로부터 연결된 냉각수 공급라인(115)의 벨브를 개방한다. 따라서, 열간압연재(3)의 고온영역의 온도는 분사노즐(30)을 통해 분사되는 냉각수에 의해 하강된다.

도 2 및 도 3을 통해 앞서 설명한 바와 같이, 냉각장치(20)의 후방에는 기설정된 거리만큼 이격되어 제3 서포트프레임(16)이 설치된다. 제3 서포트프레임(16) 상에는 제2 온도측정기(50)가 설치되며, 제2 온도측정기(50)는 냉각장치(20)를 지난 후 열간압연재(3)의 온도를 측정한다. 열간압연재(3)의 고온영역은 냉각장치(20)에 의해 대체로 균일한 온도 프로파일을 가질 수 있다.

반면, 제2 온도측정장치(50)를 통해 측정된 온도편차에 따라 열간압연재(3)의 가열이 필요할 경우, 제2 온도측정장치(50)의 후방에 설치된 히터(60)를 통해 열간압연재(3)를 가열할 수 있다. 기존의 조압연을 통한 열간압연재(3)는 조압연 후단에서 소재의 온도 프로파일 불균일이 발생될 경우, 온도 균일화 제어를 위해 미리 설정된 온도에 의해 제어되는 피드 포워드 컨트롤(feed forward control) 방식을 사용했다. 따라서 중간에 온도 변화를 일으킬 수 있는 외부 요인이 발생하거나 예상한 것과 다른 요소들이 발생할 경우 원하는 결과를 얻을 수 없다.

결국 열연 공정 상에서 필요한 균일한 온도 프로파일을 가지는 열연압연재(3) 제품 생산에 이용하기 위해서는 조압연 후단에서 온도 프로파일을 측정하면서 냉각 및 가열하는 장치가 요구되며, 피드 포워드 컨트롤과 달리 유동적으로 피드백하면서 정정 동작을 하는 제어방식이 필요하다. 앞서 설명한 바와 같이, 조압연 과정상에서 설비와의 접촉, 예측할 수 없는 자연냉각, 예기치 않은 공정상 속도 변화 등의 다양한 요소들로 인해 조압연 후단에서 소재의 온도 프로파일 불균일이 발생되기 때문이다.

도 7은 도 3에 도시한 B를 확대한 도면이다. 도 8은 도 7에 도시한 히터의 작동상태를 나타내는 도면이다. 제2 온도측정기(50)를 통해 측정된 온도편차를 줄이도록 열간압연재(3)를 가열하는 히터가 제2 온도측정기(50)의 후단에 설치된다. 열간압연재(3)에 열을 가하는 히터는 일례로 유도 가열 장치(60)일 수 있으며, 유도 가열 장치(60)는 열간압연재(3)의 이동 경로상에 다수의 유도 코일이 제공되는 유도코일부(62)를 포함할 수 있다. 열간압연재(3)는 유도 코일부(62) 사이를 지나면서 가열이 이루어진다. 이러한 유도 코일부(62)는 적어도 일측이 슬라브의 이동 경로상에 인접하여 제공되는 프레임(65)에 설치된다.

유도가열장치(60)는 열간압연재(3)가 연속적으로 이동하는 과정에서 유도가열장치(60)로 진입되는 과정에서 슬립 또는 변형, 간섭 등에 의해 비정상적으로 진입될 수 있다. 유도가열장치(60)는 열간압연재(3)의 진행 경로상에 배치될 수 있으며, 이송중인 소재를 연속적으로 가열할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 유도가열장치(60)는 열간압연재(3)를 가열시키는 유도코일부(62)을 포함할 수 있다. 유도코일부(62)는 유도기전력을 발생시켜서 열간압연재(3)를 가열하며, 이러한 유도코일부(62)는 브래킷(68)에 의해 고정될 수 있다.

브래킷(68)은 유도코일부(62)의 결합을 위해 상부측 또는 양측면부를 가압하도록 제공될 수 있으며, 유도코일부(62)를 결합하기 위한 구조는 도시되지 않은 다른 다양한 방식에 의해 제공될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 브래킷(68)은 유도코일부(62)의 상부를 덮는 것으로 도시되어 있으나, 유도코일부(62)의 하부를 더 감싸도록 제공되는 것도 가능하다. 한편, 브래킷(68)은 부도체로 제공될 수 있다. 브래킷(68)이 도체로 이루어질 경우 유도코일부(62)에 의해 발생되는 자기장에 의해 유도기전력이 발생할 수 있고, 이에 따라 가열되어 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 브래킷(68)은 자기장에 영향을 받지않는 부도체로 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 유도가열장치(60)는 유도코일부(62)로 진입되는 소재의 위상에 대응하여 유도가열장치(60)의 위상을 가변하는 가변유닛이 제공될 수 있다. 가변유닛은 변형된 소재의 진입각에 따라 가열유닛을 회전시키는 회전유닛을 포함할 수 있다. 일례로, 본 실시예에서 회전유닛은 모터(70)를 포함할 수 있다. 또한, 모터(70)의 회전축은 가열유닛의 브래킷(68)에 결합될 수 있으며, 모터(70)의 작동을 제어하여 가열유닛의 브래킷(68)을 회전시키도록 제공될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 가변유닛은 가열유닛으로 진입되는 소재의 진입 높이에 따라 가열유닛의 높이를 조절하기 위한 높이조절유닛을 포함할 수 있다.

일례로, 본 실시예에서 높이조절유닛은 회전유닛의 일측이 지지된 상태에서 승강이 이루어지며 가열유닛의 높이를 조절할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 높이조절유닛은 소재의 진행 경로에 인접하여 설치되는 프레임(65)을 포함할 수 있다. 또한, 프레임(65)에는 신축가능한 액츄에이터(80)가 제공될 수 있다. 여기서, 액츄에이터(80)는 공압 또는 유압이 채워진 실린더(79)를 포함할 수 있고, 이 실린더(79)에 일단이 신축가능하도록 제공된 작동로드(77)가 구비될 수 있다. 작동로드(77)에는 회전유닛이 결합되며, 실린더(79)에 의해 작동로드(77)가 신축됨에 따라 회전유닛 및 이에 연계된 가열유닛을 승강시킬 수 있다. 바람직하게는 액츄에이터(80)는 프레임(65)의 내부에 설치될 수 있다. 또한, 프레임(65)의 일측에는 회전유닛과의 연결부 이동을 안내하는 슬릿홈(73)이 제공될 수 있다

유도가열장치(60)의 후방에는 제3 온도측정장치(90)가 설치될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제3 온도측정장치(90) 또한 유도가열장치(60)의 후방에 기설정된 간격에 설치된 제4 서포트프레임(18) 상에 설치된다. 제3 온도측정장치(90) 또한 열화상 카메라일 수 있으며, 제2 온도측정기를 통해 측정된 온도편차에 근거하여 유도가열장치(60)가 열간압연재(3)에 부분적으로 열을 가함으로써 열간압연재(3)의 전체적인 온도편차를 최소화된 온도 프로파일을 측정할 수 있다.

앞서 설명한 열간압연장치의 효과에 대해 도 9 내지 도 11을 통해 설명하기로 한다. 도 9는 제1 온도측정기를 사용하여 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 온도 프로파일을 나타내는 도면이다. 도 9의 온도편차와 같이 열간압연재(3)의 폭에 따른 온도 분포는 일정하지 않다. 온도분포의 불균일은 조압연기(6)의 압연롤 접촉 부분의 온도 차이에 의해 발생가능하며, 열간압연재(3)의 에지부는 공기와의 접촉에 의해서 열간압연재(3)의 중앙부와의 폭방향 온도차가 생겨 "M" 자 형의 온도분포를 나타낸다.

앞서 설명한 바와 같이, 제어기(100)는 제1 온도측정기(10)를 통해 측정된 온도분포에 따라 산출된 열간압연재(3)의 비교적 고온영역인 D영역과 E영역에 냉각장치를 이용하여 냉각시킨다. 제어기(100)는 홀더(27)를 리니어모터(22)를 이용해 고온영역에 위치시킨 후, 노즐몸체(25)에 연결된 구동모터(24)를 회전시켜 고온영역의 분포에 따라 각각 다른 형상의 분사노즐(30) 중 어느 하나의 분사노즐(30)을 열간압연재(3)를 향하도록 한다. 분사노즐(30)의 위치가 설정되면, 제어기(100)는 기설정된 분사노즐(30)에 각각 연결된 냉각수 공급라인(115)의 벨브를 개방한다. 따라서, 열간압연재(3)의 고온영역의 온도는 분사노즐(30)을 통해 분사되는 냉각수에 의해 하강된다.

냉각장치(20)를 통과한 열간압연재(3)는 제2 온도측정기(50)를 통해 온도분포가 측정된다. 도 10은 제2 온도측정기를 통해 측정한 온도분포도이며, 도 11은 제3 온도측정기를 통해 측정한 온도분포도이다. 도 10의 온도편차와 같이 냉각장치(20)를 통해 고온영역의 온도가 하강한 것을 알 수 있다. 한편, 열간압연재(3)의 저온영역(F)의 온도를 상승시키기 위해 제2 온도측정기(50)의 후방에는 유도가열장치(60)가 설치된다. 유도가열장치(60)는 기설정된 온도로 유지되며, 유도가열장치(60)에 구비된 가변유닛을 통해 열간압연재(3)와 일정한 간격을 유지할 수 있다. 따라서, 냉각장치(20)에 의해 고온영역(D,E)의 온도 불균일을 완화하고, 유도가열장치(60)에 의해 저온영역(F)의 온도불균일을 완화시킴으로써 도 11과 같이 열간압연재(3)의 폭방향 온도 프로파일을 균일화할 수 있다.

이와 같이, 조압연된 열간압연재(3)를 부위별 온도 편차에 따라 온도편차를 최소화하도록 대응되는 분사노즐(30)을 사용하여 차등 제어함과 더불어 냉각장치(20)에 의해 최소화된 온도편차를 가질 수 있다. 또한, 후속단계에서 유도가열장치(60)를 이용하여 냉각장치(20)를 거친 후에 발생되는 온도편차를 다시 한번 차등 제어함으로써 각각의 온도 프로파일 데이터를 기반으로 한 온도제어를 통해 정확하고 안정적인 시스템 구동을 보장할 수 있다. 뿐만 아니라, 기존에 작업자의 경험이나 감각에 의해 조정되는 방식에서 시스템과 알고리즘에 의해 정확한 조정이 가능함으로써 결국 열간압연재(3)의 안정적이고 적합한 온도 특성을 얻을 수 있기 때문에 최종 제품 품질 향상을 기대할 수 있다.

본 발명을 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.

5 : 가열로 3 : 열간압연재
6 : 조압연기 7 : 사상압연기
8 : 냉각기 9 : 권취기
10 : 제1 온도측정기 20 : 냉각장치
22 : 리니어기어 24 : 구동모터
25 : 노즐몸체 27 : 홀더
30 : 분사노즐 31 : 원형노즐
33 : 사각노즐 35 : 확산노즐
37 : 슬릿노즐 39 : 타원노즐
50 : 제2 온도측정기 60 : 유도가열장치
62 : 유도가열부 68 : 브라켓
73 : 슬릿홈 77 : 작동로드
79 : 실린더 100 : 제어기
110 : 냉각수 저장탱크 115 : 냉각수 공급라인

Claims

삭제
가열된 슬래브를 조압연하는 조압연기;
상기 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 온도를 측정하는 제1 온도측정기;
상기 제1 온도측정기의 후방에 설치되며, 상기 제1 온도측정기를 통해 측정한 제1 온도분포에 따라 고온영역에 냉각유체를 분사하는 하나 이상의 분사노즐을 구비하는 냉각장치; 및
상기 제1 온도측정기 및 상기 냉각장치에 연결되며, 상기 제1 온도분포에 따라 상기 냉각장치를 제어하는 제어기를 포함하되,
상기 냉각장치는,
상기 열간압연재의 이동경로의 상부에 설치되며, 상기 열간압연재의 폭방향과 나란하게 배치되는 서포트프레임;
상기 서포트프레임에 설치되어 상기 서포트프레임을 따라 이동가능한 홀더;
상기 분사노즐들이 외주면에 설치되는 원통 형상의 노즐몸체;
일단이 상기 홀더에 연결되고 타단이 상기 노즐몸체에 연결되는 서포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 열간압연장치.
제2항에 있어서,
상기 분사노즐들은 분사면적이 서로 다른 분사구들을 각각 가지며,
상기 냉각장치는,
상기 서포트의 타단에 고정설치되어 상기 노즐몸체에 연결되며, 상기 분사노즐들 중 어느 하나가 상기 열간압연재를 향하도록 상기 노즐몸체를 회전시키는 구동모터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열간압연장치.
제3항에 있어서,
상기 분사노즐들은,
원형 분사구를 가지는 원형노즐;
사각링 형상의 분사구를 가지는 사각노즐;
복수의 분사구들을 가지며, 상기 냉각유체를 확산시키는 확산노즐;
상기 열간압연재의 폭방향과 나란한 슬릿 형상의 분사구를 가지는 슬릿노즐;
타원 형상의 분사구를 가지는 타원노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 열간압연장치.
가열된 슬래브를 조압연하는 조압연기;
상기 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 온도를 측정하는 제1 온도측정기;
상기 제1 온도측정기의 후방에 설치되며, 상기 제1 온도측정기를 통해 측정한 제1 온도분포에 따라 고온영역에 냉각유체를 분사하는 하나 이상의 분사노즐을 구비하는 냉각장치;
상기 냉각장치의 후방에 설치되며, 상기 냉각장치를 통해 냉각된 열간압연재의 온도를 측정하는 제2 온도측정기;
상기 제2 온도측정기의 후방에 설치되며, 상기 제2 온도측정기를 통해 측정한 제2 온도분포에 따라 저온영역을 가열하는 히터; 및
상기 제1 온도측정기, 상기 냉각장치, 상기 제2 온도측정기 및 상기 히터에 연결되고, 상기 제1 온도분포에 따라 상기 냉각장치를 제어하며, 상기 제2 온도분포에 따라 상기 히터를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연장치.
제 5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 온도측정기는 열화상 카메라인것을 특징으로 하는 열간압연장치.
제 5항에 있어서,
상기 히터는,
상기 열간압연재를 가열하는 가열유닛; 및
상기 가열유닛으로 진입되는 열간압연재의 위상에 대응하여 상기 가열유닛을 승강 및 회전하는 위치변경유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연장치.
제7항에 있어서,
상기 가열유닛은,
상기 열간압연재와 인접 배치되어 유도기전력을 이용해 상기 열간압연재를 가열하는 유도코일부; 및
상기 유도코일부를 지지하는 브래킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연장치.
삭제
가열된 슬래브를 조압연기에서 조압연하는 단계;
상기 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 제1 온도분포를 측정하는 단계; 및
상기 제1 온도분포에 따라 냉각장치가 상기 열간압연재의 고온영역에 냉각유체를 분사하는 상기 열간압연재의 온도 균일화 단계를 포함하되,
상기 온도 균일화 단계는,
상기 냉각장치가 상기 고온영역을 향해 상기 열간압연재의 폭 방향을 향해 이동하는 단계;
상기 고온영역의 온도분포에 따라 서로 다른 형상의 분사구들을 가지는 복수의 분사노즐들 중 어느 하나를 선택하여 상기 고온영역의 상부에 위치시키는 단계; 그리고
선택된 상기 노즐을 통해 냉각유체를 분사하여 상기 고온영역을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연재의 제조방법.
제 10항에서,
상기 분사노즐 선택단계는,
원형 분사구를 가지는 원형노즐, 사각링 형상의 분사구를 가지는 사각노즐, 복수의 분사구들을 가지며 상기 냉각유체를 확산시키는 확산노즐, 상기 열간압연재의 폭방향과 나란한 슬릿 형상의 분사구를 가지는 슬릿노즐, 타원 형상의 분사구를 가지는 타원노즐 중 어느 하나를 선택하여 상기 고온영역의 상부에 위치시키는 것을 특징으로 하는 열간압연재의 제조방법.
가열된 슬래브를 조압연기에서 조압연하는 단계;
상기 조압연기를 통해 조압연된 열간압연재의 제1 온도분포를 측정하는 단계;
상기 제1 온도분포에 따라 냉각장치가 상기 열간압연재의 고온영역에 냉각유체를 분사하는 상기 열간압연재의 온도 균일화 단계;
상기 온도 균일화 단계 후에 상기 열간압연재의 제2 온도분포를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 제2 온도분포에 따라 가열유닛을 이용하여 상기 열간압연재를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연재의 제조방법.
제 12항에서,
열간압연재를 가열하는 단계는,
상기 가열유닛으로 진입되는 열간압연재의 위상에 대응하여 상기 가열유닛을 승강 및 회전시키는 위치변경단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연재의 제조방법.