KR20020064159A - 수직 노에 있어서 강철 스트립의 가열 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복사 튜브들에 의해, 어닐링 또는 아연도금 라인들과 같은, 금속 스트립에 대한 연속 열처리 라인의 가열 지역들(heating zones)에 형성되는 주름을 감소시키기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 스트립은 노의 운송 및/또는 귀환 롤러들 위를 통과하며, 상기 방법은 롤러들의 열적 상태를 변경하며, 상기 변경은 롤러들 근방에 위치한 복사 튜브들에 의한 가열을 직접 변경시키고, 따라서 상기 복사 튜브들에 의해 상기 롤러들을 향해 방출되는 열 플럭스를 직접 조절함으로써 이루어진다.

Description

수직 노에 있어서 강철 스트립의 가열 방법{Improvements to methods of heating steel strip in vertical furnaces}

본 발명은 수직 노에 있어서 강철 스트립을 가열하기 위한 방법을 개선하기 위한 것이며, 특히, 어닐링 또는 아연도금 라인과 같은, 강철 스트립에 대한 연속 수직 열처리 라인에 관한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 문제점은 복사 튜브들을 사용하는 수직 처리 라인들의 가열부에서 주름의 형성을 한정하기 위한 것이다.

한편으로 본 발명의 적용 영역(the field of aplication)을 설정하고, 다른 한편으로는 상기 기술적 문제점들을 더욱 명백히 하기 위해, 수직 노 분야에서의 종래 기술에 대해 스트립 처리 노를 약도로 도시한 도 1을 참고로 설명한다.

도 1에 있어서, 종래 기술에 따른 노(1)에는 처리될 금속 스트립(3)이 연속적으로 이어져 있으며, 상기 스트립은 연속 운송 롤러 또는 귀환 롤러(2) 위를 통과한다. 상기 스트립은 복사 튜브들(4)을 사용하는 복사에 의해 가열되며, 상기 복사 튜브들에는 일반적으로 수직인 지역들(zones; 5)을 통해 연소 공기 및 연료(일반적으로 가스)가 제공된다.

각각의 지역(5)은 노의 열 구간에 대응하며, 일반적으로는 노의 특정 챔버에 물리적으로 대응하지는 않는다. 각각의 지역은 공통 연료 공급 및 공통 연소 공기 공급을 갖는 버너들과 함께 장착되는 분리할 수 없는 복사 튜브들(4)의 그룹을 형성한다. 따라서, 상기 노의 열 수요는 지역당 설정되는 하나의 연료/연소-공기 유동비에 반영되며, 상기 각각의 지역은 자체 조절 시스템을 갖는다. 이와 같은 작동 방법에 있어서, 동일 지역의 모든 버너들은 동일한 방식으로 작동되며, 그들은 모두 동일한 연료/연소-공기 유동비로 공급된다.

상기 스트립(3)이 노를 통과함에 따라, 그것은 통과 라인의 각 측면 상에 위치한 복사 튜브들에 의해 그의 양 측면 상에서 가열되며, 그들은 각각 귀환 또는 운송 롤러들(2) 위를 지날 때 라인을 변화시킨다. 따라서, 상기 노에 있어서 스트립에 대한 가열 곡선은 다양한 지역들의 인덱싱(indexation), 예를 들면, 상기 노가 6개의 지역들(5)을 가질 때 6개의 인덱싱에 의해 제어된다.

상기 노(1)의 챔버 내에는 저온의 스트립(3)과 고온의 롤러들(2) 사이의 온도차가 존재한다. 상기 스트립(3)이 롤러들(2)을 통과할 때, 스트립은 그의 폭에 대응하는 영역에 걸쳐 접촉함으로써 롤러들을 냉각시킨다. 물론 이와 같은 효과는 첫번째 롤러의 경우 더욱 두드러진다. 다음에 상기 롤러의 가로축을 따른 온도 분포는 첨부된 도면의 도 2에 도시된 바와 같이 컵 형상의 곡선에 따른다. 그와 같은 온도 분포의 결과, 롤러 테이블은 열적 수축의 효과에 의해 동일한 형상의 곡선을 따른다. 도 3은 롤러의 세로축에 따라 상기 열적 수축에 의한 롤러 직경의 변화를 도시하고 있다. 열적수축은 "디아볼로(diabolo)" 형상으로 적응되는 경향을 가지며, 이것은, 상기 스트립이 롤러의 중앙에서 더 이상 안내되지 않아, 불안정한 위치에 있게 되므로, 그러한 형상은 반드시 피해야 한다; 따라서, 가이드 롤러를 사용할 때 조차도, 스트립을 처리 라인에 연속적으로 재집중시키는 것이 어려워진다. 이와 같은 현상을 피하기 위하여, 상기 롤러들에는 상기 스트립과의 접촉으로인한 롤러의 열적 수축 이후에 매우 작은 크라운을 충분히 지속시키기 위한 초기 크라운이 제공된다.

스트립 형태의 변화가 발생할 때, 예를 들면, 협폭 스트립에서 광폭 스트립으로 진행될 때, 광폭 스트립은 나머지 평면 대신에 상기 롤러의 컵 형상을 따르게 된다. 결과적으로, 일반적으로 "히트 버클(heat buckle)"이라 불리는 주름 형성의 위험을 갖게 된다.

또한, 상기 롤러의 프로파일은 주어진 스트립의 폭, 특히 상기 테이블의 편평한 길이에 최적화된다. 스트립의 폭이 크면 크라운도 커짐을 알 수 있으며, 이는 안내 측면에서는 바람직하나, 주름 형성의 위험이라는 관점에서는 바람직하지 않다.

비록 상기 주름에 대한 문제는 새로운 것이 아닐지라도, 현재 그들은 특히 다음과 같은 이유로 인해 더욱 더 중요하고 빈번한 것으로 인식된다:

- 처리될 스트립의 형태가 더욱 큰 폭을 향해 이동된다. 2 m 폭의 시트가 일반적이나, 그것은 몇 년 전만해도 거의 1.3 내지 1.5 m를 초과하지 못했다. 또한, 강철의 최종 기계적 특성이 개선됨으로써, 중량의 감소로 인해, 그의 두께가 감소되었다. 따라서, 전체적으로, 폭/두께의 비율이 현저히 증가되었으며, 따라서 주름 형성에 대한 민감성이 증가하였다;

- 마찬가지로, 새로운 등급의 저탄소강의 출현, 특히 IF강(interstitial-free steel: 격자간 원자 없는 강)의 폭넓은 사용은 그와 같은 강을 인발하기 위해 고온에서의 어닐링을 필요로 하며, 따라서 상기 스트립의 내력강도는 작아진다.이와 같은 기계적 강도의 감소는 주름 형성의 위험을 더욱 두드러지게 한다;

- 라인 속도가 증가됨으로써, 노에서의 스트립 작용을 제어하기가 더욱 어렵게 된다;

- 생산 라인의 작업과 "북(book)"의 확장에 관한 조건들이 두께와 폭 모두에 대해 트랜지언트(transients)를 증가시킨다.

따라서, 상기 노에 있어서 강철 스트립의 평탄성의 제어는, 규칙적인 상태로, 무엇보다도 스트립 형태가 변하는 동안, 운송 롤러 또는 귀환 롤러가 양호한 세로 방향의 온도 균질성을 가질 것을 필요로 한다. 현 시점에서 그와 같은 문제점을 해결하기 위한 해법으로서 다음과 같은 항목들을 들 수 있다:

- 라인 속도의 감소와 관련된 노 주름의 검출. 이와 같은 기술은 제품 손실을 초래하는 결함을 갖는다.

- 스트립 장력의 증가: 이와 같은 방법은, 스트립이 소성적으로 변형되는 위험을 가지므로, 오직 두드러진 평탄성의 결함만을 초래한다.

- 롤러 자체의 변경(예를 들면, JP-A-04-06733), 그러나, 이와 같은 기술은 매우 비용이 많이 들고 고속에서 수행하기가 어렵다.

- 열 차폐부의 설치: 각각의 롤러의 에지들과 노의 복사 튜브들 사이에 고정되거나 또는 그들 사이에서 이동하는 경우(예를 들면, JP-A-06-228659 참조), 대기 가스(JP-A-02-282431)나 또는 가열 요소들(JP-A-63-038532)의 커튼을 선택적으로 사용하는 경우의 차폐부. 명백하게도 이와 같은 기술은 롤러의 열적 측면을 변화시킬 수 있게 하나, 투자와 유지 보수의 측면에서 복잡하고 비교적 값비싼 장비의사용을 필요로 한다. 그 이유는 상기 차폐부들은 단독으로 사용하기에는 충분하지 않으며 수동적 작동기에 머물르게 되기 때문이다.

본 발명의 목적은 강철 스트립을 위한 수직 처리 노에서의 상술된 바와 같은 주름 형성 문제점들에 대한 경제적이고 효과적인 해결책을 제공함으로써 종래 기술에 따른 방법들의 결함을 극복하기 위한 것이다. 상기 종래 기술에 따른 해결책을 위한 반대 견해를 취함에 따라, 본 발명은 부가적인 작동기를 공존시킴으로써 운송 또는 귀환 롤러들 상의 노의 열적 효과를 보정하지 않고, 다만 가열 시스템에 의해 방출되는 열 플럭스를 직접 조절함으로써 소스 상에 작용하는 한편, 초기 방법을 유지하는 것을 목적으로 한다.

결론적으로, 본 발명은 복사 튜브들에 의해, 어닐링 또는 아연도금 라인들과 같은, 금속 스트립에 대한 연속 열처리 라인의 가열 지역들(heating zones)에 형성되는 주름을 감소시키기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 스트립은 노의 운송 및/또는 귀환 롤러들 위를 통과하며, 상기 방법은 롤러들의 열적 상태를 변경하며, 상기 변경은 롤러들 근방에 위치한 복사 튜브들에 의한 가열을 직접 변경시키고, 따라서 상기 복사 튜브들에 의해 상기 롤러들을 향해 방출되는 열 플럭스를 직접 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 방법을 수행하기 위한 한가지 방법에 따르면, 각각의 복사 튜브는 연소 공기 및 연료와 분리 및 독립적으로 공급되며, 각각의 복사 튜브에 대한 연료의 유동비는 연속적으로 조절된다.

본 발명의 주 구성을 형성하는 방법을 수행하기 위한 다른 방법에 따르면, 상기 복사 튜브에 의한 가열은 하부 롤러들과 상부 롤러들 사이의 노에서 열적 구배(thermal gradient)를 감소시키거나 또는 제거할 수 있도록 변화된다.

본 발명은 또한, 스트립 형태 및 상이 천이되는 동안의 정상 상태 열 사이클에 적응된, 스트립-가열 곡선의 프로그램 처리를 제공할 수 있다.

본 발명의 또다른 특징 및 장점들은 첨부된 도면을 참고로한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 그와 같은 상세한 설명은 수행을 위한 예로서 기재하였을 뿐, 특징을 제한하려는 어떠한 의도를 갖는 것이 아님을 밝혀둔다.

도 1은 종래 기술에 따른 노의 약도.

도 2는 도 1에 따른 노에 있어서 롤러의 세로축에 따른 온도 분포를 나타내는 도면.

도 3은 도 1에 따른 노에 있어서 그의 세로축에 따른 롤러 직경의 변화를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 소재를 형성하는 방법을 제공한 노의 약도.

도 5는 한편으로는 저역 제품(low production) (협폭 스트립)에 대해, 다른 한편으로는 고역 제품(high production) (광폭 스트립)에 대해, 상기 노에 따른 스트립의 온도 상승 곡선을 타타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 노 2: 운송 또는 귀환 롤러

3: 금속 스트립 4: 복사 튜브

5: 지역

본 발명에 따른 방법을 수행하는 노(1)를 도시하는 도 4는 스트립(3)이 운송 또는 귀환 롤러들(2) 위를 통과하는 노를 통해 연속 이동하며, 복사 튜브들(4)에 의해 가열된다. 본 발명의 한 특징에 따르면, 각각의 복사 튜브는 상기 복사 튜브(4)에 의해 롤러들(2)을 향해 방출되는 열 플럭스를 직접 제어할 수 있도록 연료와 연소 공기로 구성된 독립 공급부와 함께 제공된다. 따라서, 본 발명의 방법에 따르면, 상기 복사 튜브들에 의해 방출되는 열 플럭스는, 상기 도 1을 설명하는 종래 기술의 경우와 같은 지역들(zones)에 의해서가 아니라, 독립적으로 제어된다.

운전 비용 원인과 관련하여, 각각의 복사 튜브에 대한 연료 유동비가 반드시 연속으로 조절될 필요가 없으며, 본 발명의 주 구성을 성형하는 방법을 수행하기에적합한 "온/오프" 타입의 작동이 채용될 수 있다.

실예로서, 본 발명의 주 구성을 형성하는 방법을 수행하는 방법의 일예들이 다음에 설명된다. 물론, 이와 같은 설명은 단순히 실예일 뿐 특징을 제한하려는 의도는 아니다.

예 1

협폭 스트립으로부터 광폭 스트립으로 스트립 폭의 전이를 용이하게 하기 위해, 상기 스트립, 또는 스트립의 일부와, 특히 롤러들에 근접한 스트립에 있어서의 특정 복사 튜브들은 예측 방식으로 정지된다. 이와 같은 수행 방법은 상기 롤러의 전체 열적 크라운을 한정하게 한다.

예 2

광폭 스트립 위에 주름이 형성되는 것을 방지하기 위해, 스트립이 가장 가열되는 시점에서 가능한 한 롤러 프로파일을 편평하게 지속하는 것이 중요하다. 본 발명에 따르면, 가능한 가장 높은 복사 튜브 온도는 하향 위치된 노의 상기 부위(그의 에지를 따라 롤러가 더욱 크게 팽창됨)에서 지속된다. 따라서, 저역 제품에서 스트립 온도에 있어서 더욱 신속한 상승이 나타난다(도 5 참조).

예 3

협폭 스트립 상의 스트립 오정렬을 방지하기 위해, 상기 롤러의 크라운은 본 발명에 따라 롤러 프로파일들이 가장 편평해지는 시점에서 낮은 복사 튜브 온도를 지속시킴으로써(또는 상기 튜브들에 대한 공급부를 차단함으로써) 두드러진다.

예 4

전이에 있어서, 본 발명에 따르면, 예측에 의해, 공기 밸브를 개방시킴으로써, 다른 부분들을 제외한 특정 복사 튜브들을 냉각시키는 것이 가능해진다(가열-냉각 조절).

특히, 본 발명에 의해 제안된 장점들은 다음과 같다:

- 특히, 폭 전이가 진행되는 동안의 주름 형성의 위험 감소;

- 스트립을 향한 열 전달로 인한 통상의 한정에 부가하여 주름으로 인한 한정을 고려한, 스트립 가열 곡선을 변화시킬 가능성;

- 적절한 난로 대류 효과로 인해 노의 상부가 그의 하부보다 더욱 가열되는 것으로 알려져 있으므로, 노에 있어서 열적 구배를 제거시킬 가능성.

상기 열적 구배를 제거시킴으로써, 상기 상부 롤러들에 의해 받는 열적 응력과 상기 롤러들과 접촉하는 스트립에 의해 받는 열기계적 응력을 한정하는 효과를 갖는다;

- 더욱 양호한 천이 통로로 인해, 라인의 프로그래밍 가요성이 증가한다;

- 라인의 생산성이 증가한다.

물론, 본 발명은 상기 예시적 실시예 및 도면에 한정되지 않으며 모든 변형을 포함한다.

Claims (8)

1. 어닐링 또는 아연도금 라인들과 같은, 금속 스트립에 대한 연속 열처리 라인의 가열 지역들(heating zones)에 형성되는 주름을 복사 튜브에 의해 감소시키기 위한 방법에 있어서,

   상기 스트립은 노의 운송 및/또는 귀환 롤러들 위를 통과하며, 상기 방법은 롤러들의 열적 상태를 변경하며, 상기 변경은 롤러들(2) 근방에 위치한 복사 튜브들(4)에 의한 가열을 직접 변경시키고, 따라서 상기 복사 튜브들에 의해 상기 롤러들을 향해 방출되는 열 플럭스를 직접 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 복사 튜브는 연소 공기 및 연료와 분리 및 독립적으로 공급되며, 상기 각각의 복사 튜브에 대한 연료의 유동비는 연속적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 롤러들에 근접한 복사 튜브들은, 협폭 스트립으로부터 광폭 스트립으로 스트립 폭의 전이를 용이하게 하기 위해, 예측 방식으로 정지되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 광폭 스트립의 경우에 있어서, 가능한 가장 높은 복사 튜브 온도가 하향 위치된 노의 부위들에서 지속되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 협폭 스트립의 경우에 있어서, 낮은 복사 튜브 온도가 지속되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 복사 튜브들은 온/오프 모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 복사 튜브들에 의한 가열은 하부 롤러들과 상부 롤러들 사이의 노에서 열적 구배(thermal gradient)를 감소시키거나 또는 제거할 수 있도록 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 안정 상태에서 또는 천이상태 동안, 스트립 형태 및 열 사이클에 적합하게 구성된 스트립-가열 곡선의 프로그램 처리를 부가로 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.