KR20120119032A - 가속냉각 제어장치 및 방법 - Google Patents

가속냉각 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가속냉각 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 가속냉각 제어장치는 일반강의 가속냉각시, 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 제1 연산부; TMCP 강의 가속냉각시, 전체 수냉구간을 다수의 구간으로 나누고, 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 제2 연산부; 및 현재 이송되는 후판의 종류에 따라 상기 제1 연산부와 상기 제2 연산부의 출력을 선택적으로 가속냉각장치에 제공하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

가속냉각 제어장치 및 방법{Apparatus and method for controlling accelerated cooling}
본 발명은 후판의 가속냉각방식에 관한 것으로, 특히 TMCP(Thermo Mechanical Control Process) 강과 같이 미세조직 제어가 필요한 후판에 대해서도 신뢰성있는 가속냉각 동작을 수행할 수 있도록 하는 가속냉각 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
후판에서 생산되는 제품은 압연방법 및 가속냉각(Water Cooling) 여부에 따라 크게 두 가지로 나뉘는데, 이는 제어압연과 수냉각(Water Cooling)을 실시하여 생산과정에서 온도를 제어하는 TMCP 강과 온도제어를 실시하지 않고 단순 일반 압연만을 실시하는 일반강이다.
이중 TMCP 강의 경우 강도, 인성, 용접성 등 기계적 성질을 확보하기 위해 후판 기본 공정인 가열공정에서부터 압연공정, 가속냉각공정, 열간교정까지 실질적으로 온도제어가 이루어지고, 이를 통해 미세조직(Microstructure)을 제어하여 물성의 확보가 가능해진다.
그러나 종래의 TMCP공정에서 사용되는 연속냉각방식의 경우, 단일 냉각종료온도(FCT)와 냉각속도(CR)만으로 가속냉각 동작을 수행하므로, 원하는 미세조직을 가지는 TMCP 강을 얻기가 매우 어려운 문제가 있다. 즉, 도1에서 제시된 CCT(Continuous Cooling Transformation) 커브(실선)에서 볼 수 있듯이, 정밀한 온도제어에 한계가 있어 가속냉각 완료된 TMCP 강이 원하는 미세조직을 가지기가 매우 어려운 문제가 있다.
또한, 프로그램이 아닌 사용자가 유량을 강제 증감시켜 온도 제어할 수는 있으나, 이러한 경우 프로그램을 통한 온도계산이 정상적으로 이루어지지 못해 원하는 수냉 영역간 냉각종료온도(FCT) 및 냉각속도(CR) 제어가 불가능해지는 문제가 발생하기도 한다.
이는 근래 개발되고 있는 고강도와 고인성 특성을 요구하는 선급, 해양구조용강 및 고부가가치의 다목적 API강, 고품질 보증이 필요한 건축구조용강 등의 개발 및 양산에 하나의 걸림돌로 작용이 되고 있다.
이에 본 발명에서는 가속냉각장치의 냉각능력을 다중 제어할 수 있도록 하는 다중냉각방식을 새로이 제안하고, 이를 통해 보다 신뢰성있는 미세조직 제어를 지원하는 가속냉각 제어장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가속냉각 제어장치는 일반강의 가속냉각시, 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 제1 연산부; TMCP 강의 가속냉각시, 전체 수냉구간을 다수의 구간으로 나누고, 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 제2 연산부; 및 현재 이송되는 후판의 종류에 따라 상기 제1 연산부와 상기 제2 연산부의 출력을 선택적으로 가속냉각장치에 제공하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제2 연산부는 TMCP 강의 물성에 따라 결정되는 구간 개수 및 길이, 냉각종료온도 및 냉각속도에 따라 전체 수냉구간을 다수의 구간으로 나누고, 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 연산부는 냉각시작온도, 냉각종료온도, 및 냉각속도를 고려하여 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 가속냉각 제어방법은, 연속냉각방식에 따른 가속냉각을 위한 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 단계; 현재 이송 중인 후판의 종류를 감지하는 단계; 상기 후판이 TMCP 강이면, 다중냉각방식에 따른 가속냉각을 위한 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산한 후, 상기 구간별 냉각속도 및 분사유량에 따라 가속냉각장치의 냉각능력을 다중 제어하는 단계; 및 상기 후판이 일반강이면, 상기 단일 냉각속도 및 분사유량에 따라 가속냉각장치의 냉각능력을 단일 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 가속냉각 제어장치 및 방법은 현재 이송중인 후판이 TMCP 강인 경우, TMCP 강의 물성에 따라 가속냉각장치의 냉각능력을 다중 제어해준다. 이에 TMCP 강의 신뢰성있는 미세조직 제어가 가능해져, 가속냉각 완료된 TMCP 강은 항상 원하는 미세조직을 가질 수 있게 된다.
그 결과, 강종 개발의 자유도를 높일 수 있고, 합금성분 역시 줄일 수가 있어서 원가 절감이 가능해지는 효과를 제공할 수 있다.
도1은 종래의 가속냉각방식에 따른 CCT 커브를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어장치를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어장치에 의한 연속냉각방식과 다중 제어 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어장치의 연속냉각방식에 따른 CCT 커브와 다중 제어 방식에 따른 CCT 커브를 도시한 도면이다
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어장치의 미세조직 제어 예들을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어장치를 도시한 도면이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어장치는 연산부(10), 외부 인터페이스(20), 및 제어부(30)를 포함하여 구성된다.
이하, 각 구성요소의 기능을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
연산부(10)는 종래의 연속냉각방식에 따른 가속냉각을 지원하기 위한 제1 연산부(11) 이외에, 새로운 냉각방식(즉, 다중냉각방식)에 따른 가속냉각을 지원하기 위한 제2 연산부(12)를 더 포함할 수 있다.
제1 연산부(11)는 종래와 동일하게 수냉설계조건(즉, 냉각시작온도(SCT), 냉각종료온도(FCT) 및 냉각속도(CR))을 고려하여, 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도 및 분사유량을 연산한다.
반면, 제2 연산부(12)는 TMCP 강의 물성에 따라 결정되는 구간 개수 및 길이, 구간별 냉각종료온도 및 냉각속도에 따라 전체 수냉구간을 다수의 구간으로 나누고, 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산한다. 즉, 제2 연산부(12)는 가속냉각장치의 냉각능력을 다중 제어하기 위한(다시 말해, TMCP 강의 수냉 중 미세조직 제어를 지원하기 위한) 정보를 연산하여 제공한다.
외부 인터페이스(20)는 사용자(또는 외부 장치)로부터 가속냉각 완료된 TMCP 강이 원하는 미세조직을 가질 수 있도록 하는 구간 개수 및 길이, 구간별 냉각종료온도 및 냉각속도를 입력받고, 이를 제2 연산부(12)에 제공한다.
제어부(30)는 현재 이송 중인 후판의 종류에 따라 가속냉각 제어장치의 가속냉각방식을 결정하고, 결정 결과에 따라 제1 연산부(11)와 제2 연산부(12)의 출력을 선택적으로 가속냉각장치에 제공한다.
즉, 일반강이 이송되는 경우, 제어부(30)는 연속냉각방식에 따른 가속냉각이 필요하다고 판단하고, 제1 연산부(11)에 의해 연산된 단일 냉각속도 및 분사유량을 가속냉각장치에 제공한다. 그러면, 도3a와 같이 가속냉각장치는 전체 수냉구간에 걸쳐 동일한 냉각속도 및 분사유량을 적용하여, 자신을 통과하는 후판(60)을 가속냉각시켜 준다.
참고로, 가속냉각장치는 유량을 분사하는 다수의 냉각헤드(41-1~41-N), 다수의 냉각헤드(41-1~41-N) 각각에 공급되는 유량을 제어하는 다수의 유량밸브(42-1~42N), 및 후판을 이송시키는 다수의 이송롤(43-1~43-N)을 포함할 수 있으며, 단일 냉각속도 및 분사유량에 따라 다수의 이송롤(43-1~43-N)의 회전속도 및 유량밸브(42-1~42N)의 개방치를 제어할 수 있을 것이다.
반면, TMCP 강이 이송되는 경우, 제어부(30)는 다중냉각방식에 따른 가속냉각이 필요하다고 판단하고, 제2 연산부(12)에 의해 연산된 구간별 냉각속도 및 분사유량을 가속냉각장치에 제공한다.
예를 들어, 제2 연산부(12)는 도3b에서와 같이 전체 수냉구간을 제1 및 제2 수냉구간으로 나누고, 제1 수냉구간과 제2 수냉구간이 서로 상이한 값을 가지는 냉각속도 및 분사유량에 따라 가속냉각을 수행하도록 한다. 즉, 제2 연산부(12)에 의해 연산된 구간별 냉각속도 및 분사유량에 따라 전체 수냉구간을 다수의 수냉구간으로 나누고, 다수의 수냉구간 각각의 냉각속도 및 분사유량을 서로 상이하게 설정함으로써, 가속냉각장치의 냉각능력이 다중 제어되도록 한다.
이하, 도4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어방법을 살펴보기로 한다.
먼저, 가속냉각 제어장치는 수냉설계조건(예를 들어, 냉각시작온도(SCT), 냉각종료온도(FCT) 및 냉각속도(CR))을 고려하여, 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도를 연산한다(S1).
그리고 현재 이송 중인 후판의 종류를 감지하여, 다중냉각 수행 여부를 확인한다(S2).
만약, 현재 이송 중인 후판이 일반강으로 다중냉각방식에 따른 가속냉각을 필요 없으면(즉, 종래의 연속냉각방식을 필요로 하면), 가속냉각 제어장치는 상기의 수냉설계조건에 따라 전체 수냉구간에 대한 단일 분사유량을 추가 연산한 후(S3), 단일 냉각속도 및 분사유량에 근거하여 연속냉각방식에 따른 가속냉각을 수행한다. 즉, 단일 냉각속도 및 분사유량에 따라 가속냉각장치의 냉각능력을 단일 제어한다(S4).
반면, 현재 이송 중인 후판이 TMCP 강으로 다중냉각방식에 따른 가속냉각을 필요로 하면, 사용자 또는 외부 장치로부터 구간 개수 및 길이, 구간별 냉각종료온도 및 냉각속도를 입력받는다(S5).
그리고 구간 개수 및 길이에 따라 전체 수냉구간을 다수의 구간으로 나눈 후, 구간별 냉각종료온도 및 냉각속도를 만족시키는 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산한다(S6).
그리고 구간별 냉각속도 및 분사유량에 근거하여 다중냉각방식에 따른 가속냉각을 수행한다. 즉, 구간별 냉각속도 및 분사유량에 따라 가속냉각장치의 냉각능력을 다중 제어한다(S7).
이와 같이, 본 발명에서는 후판의 종류에 따라 가속냉각방식을 능동적으로 변경시켜 줄 수 있으며, 특히, TMCP 강의 가속냉각시에는 가속냉각장치(미도시)의 냉각능력을 구간별로 달리 설정해줌으로써, 보다 정밀한 온도제어가 가능하도록 하고, 이에 따라 가속냉각 완료 후 TMCP 강이 원하는 미세조직을 가질 수 있도록 해준다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어장치의 연속냉각방식에 따른 CCT 커브와 다중 제어 방식에 따른 CCT 커브를 도시한 도면으로, 도5에서, 실선은 연속냉각방식에 따른 CCT 커브이고, 점선은 다중냉각방식에 따른 CCT 커브이다.
계속하여 도5를 참조하면, 연속냉각방식에서는 수냉 영역(상변태구간) 동안 단일 냉각속도(CR) 및 냉각종료온도(FCT)의 구현만이 가능하여 수냉 영역(상변태구간) 전체 강냉각만 적용됨을 알 수 있다. 이에 원하는 미세조직을 얻기에는 한계가 있고, 이렇게 적용되어 양산된 TMCP 강(예를 들어, 내수용 API X65 강재)의 경우, 표면경도가 규격상한을 초과하여 표면경도 저감이 요구되었다.
반면, 본 발명에서 새로이 제안한 다중냉각방식은 필요로 하는 TMCP 강의 물성을 확보할 수 있도록 전체 수냉구간을 다수의 구간으로 나누고, 구간별로 냉각능력을 달리 설정함으로써, 연속냉각방식에 비해 보다 정밀한 미세조직(Microstructure) 제어를 수행할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명은 후판 가속냉각 공정의 각각 상변태 시점에서 온도제어를 수행하여, 종래의 연속냉각방식이 가지던 미세조직 제어의 한계를 극복하였다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속냉각 제어장치의 미세조직 제어 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도6을 참조하면, 본 발명의 가속냉각 제어장치는 구간 개수 및 길이, 그리고 구간별 냉각종료온도 및 냉각속도를 다양하게 가변시킴으로써, 미세 구조 제어 방식 또한 다양하게 가변시켜 줄 수 있음을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 가속냉각 제어장치는 다중냉각방식에 따른 가속냉각을 통해 계단 직접 담금질(Interrupted Direct Quenching; IDQ), 지연 담금질(Delayed Quenching; DLQ), 또는 마일드 가속냉각(Mild Accelerated Cooling; MAC) 동작을 지원할 수 있다.
이에 본 발명에 따르면, 침상 페라이트(acicular ferrite), 다각형 페라이트(Polygonal Ferrite), 및 M-A 생성물(Martensite-Austenite constituent)로 구성되는 복합 조직강도 용이하게 제조할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 연산부 11: 제1 연산부
12: 제2 연산부 20: 외부 인터페이스
30: 제어부

Claims (4)

  1. 일반강의 가속냉각시, 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 제1 연산부;
    TMCP 강의 가속냉각시, 전체 수냉구간을 다수의 구간으로 나누고, 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 제2 연산부; 및
    현재 이송되는 후판의 종류에 따라 상기 제1 연산부와 상기 제2 연산부의 출력을 선택적으로 가속냉각장치에 제공하는 제어부를 포함하는 가속냉각 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 연산부는
    TMCP 강의 물성에 따라 결정되는 구간 개수 및 길이, 냉각종료온도 및 냉각속도에 따라 전체 수냉구간을 다수의 구간으로 나누고, 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 것을 특징으로 하는 가속냉각 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 연산부는
    냉각시작온도, 냉각종료온도, 및 냉각속도를 고려하여 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 것을 특징으로 하는 가속냉각 제어장치.
  4. 연속냉각방식에 따른 가속냉각을 위한 전체 수냉구간에 대한 단일 냉각속도 및 분사유량을 연산하는 단계;
    현재 이송 중인 후판의 종류를 감지하는 단계;
    상기 후판이 TMCP 강이면, 다중냉각방식에 따른 가속냉각을 위한 구간별 냉각속도 및 분사유량을 연산한 후, 상기 구간별 냉각속도 및 분사유량에 따라 가속냉각장치의 냉각능력을 다중 제어하는 단계; 및
    상기 후판이 일반강이면, 상기 단일 냉각속도 및 분사유량에 따라 가속냉각장치의 냉각능력을 단일 제어하는 단계를 포함하는 가속냉각 제어방법.
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