KR20200085880A - 후강판의 냉각 장치 및 냉각 방법 그리고 후강판의 제조 설비 및 제조 방법 - Google Patents

후강판의 냉각 장치 및 냉각 방법 그리고 후강판의 제조 설비 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

구속 롤 피치(P)와 구속 롤 지름(D)의 비율 P/D를 2.5 이하로 하고, 구속 롤 사이에 복수의 냉각 헤더를 배치하고, 각 냉각 헤더는 2개 이상의 냉각수 공급 계통 중 어느 것에 접속되고, 각 냉각수 공급 계통은 급수의 온 오프 및 유량 제어가 독립적으로 가능한 조정 밸브를 갖고, 각 냉각 헤더는 강판폭 방향으로 복수의 냉각 스프레이 노즐을 갖고, 강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐은 각각 상이한 냉각수 공급 계통의 냉각 헤더에 접속됨과 함께, 강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수의 유량 밀도는 서로 상이한 유량 밀도로 하고, 동일한 분사 압력에 대하여, 최대 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터는 최소 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터의 3배 이상의 유량 밀도의 냉각수가 분사 가능하고, 각 냉각수 공급 계통을 개별적으로 선택하여 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수를 분사하도록 조정 밸브를 이용하여 제어하는 제어 기구를 구비한, 후강판의 냉각 장치.

Description

후강판의 냉각 장치 및 냉각 방법 그리고 후강판의 제조 설비 및 제조 방법
본 발명은, 후강판의 제조 라인에서, 열간 압연 후의 제어 냉각 혹은 열간 압연 후에 실온까지 냉각된 강판을 재가열 퀀칭으로 냉각하는 경우에, 형상을 제어하면서 냉각 속도를 종래보다도 폭넓은 범위에서 조정하는 것을 가능하게 하는 냉각 장치 및 냉각 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이 냉각 장치를 이용한 후강판의 제조 설비 및 이 냉각 방법을 이용한 후강판의 제조 방법에 관한 것이다.
특히 후강판(간단히 강판이라고 칭하는 경우도 있음)의 제조에 있어서는, 강판에 요구되는 기계적 성질, 특히 강도와 인성을 확보할 필요가 있다. 이를 달성하기 위해, 압연 후의 고온의 후강판을 그대로 냉각하거나, 일단 실온까지 공냉하고, 오프라인에서 재가열·퀀칭하거나 하는 작업이 행해진다. 이 냉각 작업에서는, 강판에 요구되는 재질상의 특성, 특히 고강도화의 점에서 빠른 냉각 속도로 냉각하는 경우가 많다.
한편, 최근의 재질 제어의 고도화에 의해, 고강도화의 요구뿐만 아니라 연질인 변태 조직과 경질인 변태 조직을 복합하는 요구가 증가해 왔다. 예를 들면, 냉각의 초기 혹은 후기에 비교적 냉각 속도가 느린 조건으로 함으로써, 페라이트＋베이나이트나 페라이트＋마르텐사이트와 같은 복합 조직을 얻는 수법이다. 이 복합 조직화에 의해, 예를 들면 인장 강도에 대한 항복 강도의 비인 항복비를 낮게 할 수 있고, 내진성이 우수한 강판 등을 제조할 수 있을 가능성이 있다.
종래, 이러한 복합 조직화를 후강판에서 실현하기 위해서는, 재가열 퀀칭을 복수회 실시하는 다단 열처리가 행해져 왔지만, 공정 절약화의 점에서, 1회의 퀀칭 시에 임의의 타이밍으로 냉각 속도를 변화시키는 것이 가능한 냉각 기술이 요구되고 있다. 특히 페라이트 생성을 촉진하려면, 매우 느린 냉각 속도(예를 들면, 2∼20℃/s 정도)로 장시간에 걸쳐 냉각할 필요가 있다. 이 때문에, 일반적인 온라인의 제어 냉각 장치나 열처리 시의 퀀칭 장치의 냉각 속도(판두께 20㎜에서 대체로 30∼60℃/s 정도)에 비해 매우 느린 냉각 속도로 조정하는 것이 요구되고 있다.
후강판의 냉각 중에 임의의 타이밍으로 냉각 속도를 변경하는 기술로서, 이하와 같은 특허문헌이 있다.
특허문헌 1에는, 하면의 냉각 헤더에 관하여, 수조와 수조 내에 설치된 스프레이 노즐을 배치하여, 수조의 액면 높이를 변경함으로써 냉각 능력을 광범위하게 변경하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 냉각 능력을 높게 하는 경우는, 수조의 액면을 높게 하여 노즐 선단을 수몰(immerse)시켜, 스프레이의 냉각수에 더하여 수조 내의 물을 스프레이수(spray water)로 수반(entrain)시킴으로써, 스프레이 노즐의 분사 유량보다도 많은 수량(amount of water)을 강판에 피수(被水; expose)시킬 수 있다. 또한, 냉각 능력을 낮게 하는 경우는 수조의 액면 높이를 낮게 하여, 스프레이 노즐 선단을 수몰시키지 않도록 하고, 앞서 서술한 수반류(entrained water flow)를 발생시키지 않음으로써 적은 수량을 강판에 피수시킬 수 있다. 한편, 이러한 기술에서는 테이블 롤 사이에 수조를 배치할 필요가 있기 때문에, 냉각이 강판의 하면에 한정되어, 상면의 냉각에 사용할 수 없다. 또한, 후판의 퀀칭 장치와 같이 테이블 롤 간격이 좁은 설비에서는, 어차피 수조를 롤 사이에 설치할 수 없다.
특허문헌 2는, 폭 방향으로 복수 부착된 노즐에 대해서 서로 이웃하는 노즐을 독립한 계통으로부터 급수하여, 유량을 낮게 하는 경우는 그 한쪽만을 분사함으로써 유량을 조정하는 기술이다. 한편, 이러한 기술에서도 유량의 조정 여유분은 최대의 냉각 속도에 대하여 50％ 정도의 조정밖에 할 수 없다.
그래서 특허문헌 3에는, 상기의 점을 개선하기 위해, 유량의 특성이 상이한 봉 형상 냉각수 노즐을 구비한 급냉각 장치와 완냉각 장치를 전후에 배치하고, 하나의 냉각 에어리어에서 급냉각 장치와 완냉각 장치를 전환하여 분사함으로써, 넓은 범위에서 냉각 속도를 조정하는 기술이 기재되어 있다.
일본공개특허공보 소59-47010호 일본공개특허공보 2014-124634호 일본공개특허공보 2011-167759호
후강판의 냉각, 특히 오프라인의 열처리에서는 강판을 롤로 구속하면서 통과하여 냉각하는, 소위 롤러 ??치(roller quenching)가 채용되는 경우가 많다. 이 형식은, 강판을 롤로 구속하면서 냉각하기 때문에 냉각 후의 강판의 평탄도가 양호하고, 그 후의 형상 교정 처리를 적게 할 수 있는 점에서, 널리 사용되고 있다. 한편으로, 롤러 ??치는 냉각 형상을 양호와 하기 위해, 비교적 큰 지름의 롤을 사용하고, 좁은 롤 피치로 강판을 구속하는 점에서, 롤 사이에 설치하는 냉각 장치를 위해 넓은 스페이스를 확보할 수 없다. 이 때문에, 특허문헌 3의 기술을 롤러 ??치 타입의 냉각 장치에 적용하는 것은 어렵다.
그래서, 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 후강판의 냉각에 있어서, 형상을 제어하면서 냉각 수량을 넓은 범위에서 조정함으로써 넓은 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있음과 함께, 특히 후강판 구속용의 롤 사이에 냉각 장치를 설치하는 롤러 ??치 타입의 냉각 장치에 있어서, 좁은 냉각 스페이스에 대하여 유효한 냉각 장치 및 냉각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이 냉각 장치를 이용한 후강판의 제조 설비 및 이 냉각 방법을 이용한 후강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 예의 검토한 결과, 구속 롤 피치(P)와 구속 롤 지름(D)의 비율 P/D를 소정의 범위로 함으로써 강판의 형상을 제어함과 함께, 유량 밀도가 상이한 냉각 스프레이 노즐을 이용함으로써 넓은 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있는 것을 발견했다.
본 발명의 요지는, 이하와 같다.
[1] 강판 반송 방향으로 구속 롤을 복수 설치하고, 각 구속 롤 사이에 복수의 냉각 헤더를 배치한 냉각 장치에 있어서,
구속 롤 피치(P)와 구속 롤 지름(D)의 비율 P/D를 2.5 이하로 하고,
각각의 냉각 헤더는, 2개 이상의 냉각수 공급 계통 중 어느 것에 접속되고,
각 냉각수 공급 계통에는 급수의 온 오프 및 유량 제어가 독립적으로 가능하도록 조정 밸브가 부착되어 있고,
각 냉각 헤더에는, 강판폭 방향으로 복수의 냉각 스프레이 노즐이 부착되어 있고,
강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐은 각각 상이한 냉각수 공급 계통의 냉각 헤더에 접속됨과 함께,
강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수의 유량 밀도는 서로 상이한 유량 밀도로 하고, 동일한 분사 압력에 대하여, 최대의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터는, 최소의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터의 3배 이상의 유량 밀도의 냉각수를 분사 가능하고,
각 냉각수 공급 계통을 개별적으로 선택하여 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수를 분사하도록 조정 밸브를 이용하여 제어하는 제어 기구
를 구비하는 후강판의 냉각 장치.
[2] 각 냉각 스프레이 노즐의 선단에서 강판까지의 거리는, 구속 롤 중심축 높이에 대하여 ±50㎜ 이하의 범위의 위치가 되도록 설치되어 이루어지는 [1]에 기재된 후강판의 냉각 장치.
[3] 각 냉각 스프레이 노즐은, 플랫 스프레이 노즐, 풀 콘 스프레이 노즐, 각(角) 분사 스프레이 노즐(square spray nozzle), 타원 분사 스프레이 노즐(elliptical spray nozzle) 중 어느 1종 이상이고, 각 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수가 분사될 때의 냉각수의 분사 각도는 60∼120˚의 범위인 [1] 또는 [2]에 기재된 후강판의 냉각 장치.
[4] 강판 반송 방향으로 구속 롤을 복수 설치하고, 각 구속 롤 사이에 복수의 냉각 헤더를 배치한 냉각 장치를 이용하는 후강판의 냉각 방법에 있어서,
구속 롤 피치(P)와 구속 롤 지름(D)의 비율 P/D를 2.5 이하로 하고,
각각의 냉각 헤더는, 2개 이상의 냉각수 공급 계통 중 어느 것에 접속되고,
각 냉각수 공급 계통에는 급수의 온 오프 및 유량 제어가 독립적으로 가능하도록 조정 밸브가 부착되어 있고,
각 냉각 헤더에는, 강판폭 방향으로 복수의 냉각 스프레이 노즐이 부착되어 있고,
강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐은 각각 상이한 냉각수 공급 계통의 냉각 헤더에 접속됨과 함께,
강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수의 유량 밀도는 서로 상이한 유량 밀도로 하고, 동일한 분사 압력에 대하여, 최대의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터는, 최소의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터의 3배 이상의 유량 밀도의 냉각수를 분사 가능하고,
각 냉각수 공급 계통을 개별적으로 선택하여 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수를 분사하도록 조정 밸브를 이용하여 제어하는
후강판의 냉각 방법.
[5] 각 냉각 스프레이 노즐의 선단에서 강판까지의 거리는, 구속 롤 중심축 높이에 대하여, ±50㎜ 이하의 범위의 위치가 되도록 설치되어 이루어지는 [4]에 기재된 후강판의 냉각 방법.
[6] 각 냉각 스프레이 노즐은, 플랫 스프레이 노즐, 풀 콘 스프레이 노즐, 각 분사 스프레이 노즐, 타원 분사 스프레이 노즐 중 어느 1종 이상이고, 각 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수가 분사될 때의 냉각수의 분사 각도는 60∼120˚의 범위인 [4] 또는 [5]에 기재된 후강판의 냉각 방법.
[7] [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 냉각 장치를 구비한 후강판의 제조 설비.
[8] [4] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 냉각 방법으로 냉각하는 공정을 갖는 후강판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 후강판의 냉각에 있어서, 형상을 제어하면서 넓은 범위에서 냉각 속도의 조정을 가능하게 하고, 여러 가지 강도를 갖는 후강판의 제조가 가능해진다. 또한, 특히 반송 방향으로 좁은 피치로 설치된 구속 롤 사이에 냉각 장치를 설치하는 바와 같은, 좁은 냉각 스페이스에 대하여 유효한 기술이다.
도 1은, 본 발명의 냉각 장치를 이용한 후강판의 오프라인 열처리 설비의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 냉각 장치의 일 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 냉각 스프레이 노즐과 구속 롤의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 4는, 냉각 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수(분무수)의 분사 각도를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 냉각 장치를 위에서 본 개략도이고, 도 5(a)는 냉각 헤더의 구성을 나타내는 도면, 도 5(b) 및 도 5(c)는 냉각 스프레이 노즐로부터 분사되는 분무수의 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은, 냉각 헤더의 계통을 다수화(4계통화)한 경우의, 냉각 헤더와 냉각 스프레이 노즐의 배치를 나타내는 도면이다.
도 7은, 2계통의 냉각 헤더로부터 냉각수를 분사하는 경우에 있어서의, 소유량 냉각 스프레이 노즐의 분무수가 후강판에 충돌하는 모습을 위에서 본 도면이고, 도 7(a)는 플랫 스프레이 노즐을 이용한 경우, 도 7(b)는 오벌 스프레이 노즐을 이용한 경우, 도 7(c)는 풀 콘 스프레이 노즐을 이용한 경우, 도 7(d)는 각 분사 스프레이 노즐을 이용한 경우이다.
도 8은, 대유량 냉각 스프레이 노즐과 소유량 냉각 스프레이 노즐에 대해서, 노즐 피치를 상이한 것으로 한 경우의 개략도이고, 도 8(a)는 냉각 헤더의 구성을 나타내는 도면, 도 8(b)는 대유량 냉각 스프레이 노즐의 분무수의 모습을 나타내는 도면, 도 8(c)는 소유량 냉각 스프레이 노즐의 분무수의 모습을 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 냉각 장치를 이용한 후강판의 냉각 처리 설비의 개략도이다.
도 10은, 대유량 냉각 스프레이 노즐과 소유량 냉각 스프레이 노즐에 있어서의, 분사 압력과 유량 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 강판을 냉각했을 때의, 판두께 방향 중심에 있어서 800℃에서 400℃에 도달할 때까지의 냉각 속도와 유량 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 냉각 장치에 대해서, 후강판의 오프라인 열처리에 적용한 경우를 설명하는 도면이다. 후강판(S)은 미리 압연 설비로 소정의 두께(예를 들면 40㎜) 및 폭(예를 들면 2500㎜)으로 가공되어 있고, 본 열처리 라인에 반송되어, 그 후 가열로(1)에서 소정의 온도(예를 들면 920℃)까지 가열된 후, 가열로(1)의 출측에 설치되어 있는 냉각 장치(2)에서 냉각된다. 냉각 장치(2)는, 후강판(S)을 반송하는 테이블 롤(3)과, 후강판(S)을 구속하는 구속 롤(4)과, 후강판(S)의 상하면에 형성되는 냉각 헤더(5)로 구성되어 있다.
본 발명의 일 실시 형태인 냉각 장치(2)에 대해서, 상세를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 후강판(S)을 반송하는 테이블 롤(3)과 후강판(S)을 구속하는 구속 롤(4)이 각각 다수 있고, 구속 롤(4) 사이의 상면 및 하면(테이블 롤(3) 사이)에는 대유량 냉각 헤더(51) 및 소유량 냉각 헤더(52)가 복수 설치된다. 각각의 냉각 헤더에서는, 냉각 헤더에 공급되는 냉각수의 유량을 유량계(6)에 의해 측정하고, 측정한 결과에 기초하여 소정의 유량으로 조정 가능하도록 유량 조정 밸브(7)를 설치하고 있다. 또한, 유량 조정 밸브(7)는 제어 기구(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 개별적으로 냉각수의 온 오프(급수/차단)를 설정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 각 냉각 헤더에는 냉각 스프레이 노즐(53)(54)이 복수 부착되어 있다. 냉각 스프레이 노즐(53)(54)에 대해서는 후술에서 상세를 설명한다.
이하, 후강판 상면에 있어서의 냉각 헤더(냉각 스프레이 노즐)와 구속 롤(4)의 위치 관계에 대해서 설명한다. 또한, 테이블 롤(3)과 구속 롤(4)의 피치는 동일하다. 따라서, 후강판 하면에 있어서의 냉각 헤더(냉각 스프레이 노즐)와 테이블 롤(3)의 위치 관계에 대해서도 후강판 상면에 있어서의 냉각 헤더(냉각 스프레이 노즐)와 구속 롤(4)의 위치 관계와 동일하다.
도 3은, 본 발명의 냉각 스프레이 노즐과 구속 롤의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 본 발명에서는, 후강판으로의 적용을 주로 생각하고 있고, 후강판의 냉각 시에 발생하는 면 외 변형을 방지하는 것이 중요한 과제가 된다. 그래서, 면 외 변형을 방지하는 관점에서, 구속 롤(4)과 테이블 롤(3)로 후강판(S)을 구속하면서 냉각하는 방식으로 한다. 그때, 구속 롤(4)의 반송 방향에 대한 설치 피치(구속 롤 피치(P))는, 가능한 한 좁은 쪽이, 강판의 면 외 변형을 방지하는 관점에서 유리하다. 또한 구속 롤(4)은, 적절히 면 외 변형을 방지하는 관점에서, 큰 하중을 가해도 구속 롤(4)의 휨을 작게 하기 위해, 가능한 한 구속 롤 지름(D)은 큰 쪽이 바람직하다. 한편, 구속 롤(4)의 구속 롤 피치(P)를 좁게 배치할수록, 롤 사이 갭(G)이 좁아지는 점에서, 냉각 장치(2)를 설치하기 위한 스페이스는 작아진다. 이 때문에, 특히 특허문헌 3에 기재되어 있는 바와 같은, 큰 냉각 헤더를 필요로 하는 노즐에서는 본 발명과 같은 냉각 장치의 설치가 불가능하다. 또한, 균일 냉각의 관점에서 구속 롤(4)과 후강판(S)의 접촉점 근방까지 냉각하기 위해, 냉각 스프레이 노즐(53)(혹은 냉각 스프레이 노즐(54))을 측면에서 보았을 때의 분무 길이(L)는, 롤 사이 갭(G)보다도 넓게 하여 구속 롤(4)의 아래의 영역까지 냉각수가 후강판(S)에 피수하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서도, 스프레이 냉각과 같은 넓은 범위로 냉각수를 분무할 수 있는 방식이 적합하다.
이들에 입각하여 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 강판의 형상 제어의 관점에서, 구속 롤(4)의 구속 롤 피치(P)와 구속 롤 지름(D)의 비율 P/D는, 2.5 이하의 범위로 한다. 또한, P/D가 1.0일 때는, 구속 롤 피치와 구속 롤 지름이 동일하게 되어, 전후하는 구속 롤 사이에는 극간이 없고, 냉각 스프레이 노즐을 설치할 수 없다. 그 때문에, P/D는 1.0 초과가 바람직하고, 또한, 전후하는 구속 롤의 극간(P－D)은 적어도 50㎜ 이상은 확보할 수 있도록 한다. 그 때문에, 조업 상의 점에서, P/D는 1.17 이상으로 하는 것이 더욱 적합하다. 또한, P/D는, 형상 제어의 점에서 가능한 한 작은 쪽이 좋기 때문에, 바람직하게는 P/D를 2.0 이하로 한다.
또한, 테이블 롤(3)의 롤 지름과 구속 롤 지름(D)은 반드시 동일한 지름일 필요는 없다. 후강판 상하면에서 테이블 롤(3)의 롤 지름과 구속 롤 지름(D)이 동일한 경우도 상이한 경우도, 전술한 바와 같이 비율 P/D가 2.5 이하를 충족하면 좋다. 또한, 후강판 하면에 있어서의 테이블 롤(3)의 롤 피치와 테이블 롤 지름에 대해서도, 비율이 2.5 이하를 충족하면 좋다.
또한, 각 구속 롤(4) 사이에 있어서, 냉각 스프레이 노즐(53)(54)의 반송 방향의 분무 길이(L)는, 가능한 한 구속 롤 피치(P)에 가까운 쪽이, 구속 롤(4) 사이의 비냉각부가 적어져, 효율적인 냉각이 가능하다. 이 때문에, 적어도 분무 길이(L)는, 롤 사이 갭(G)보다도 크게 하는 것이 바람직하다. 한편, 분무 길이(L)를 길게 하기 위해서는, 도 4에 나타내는 냉각 스프레이 노즐(53)(54)의 분사 각도(θ)를 크게 할 필요가 있다. 그 때에 냉각 스프레이 노즐(53)(54)의 분사 각도(θ)를 지나치게 크게 하거나, 또한, 냉각 스프레이 노즐(53)(54)의 노즐 중심축이 구속 롤(4) 사이의 중앙 위치로부터 반송 방향(도면 상의 좌우의 방향)으로 어긋난 상태로 냉각 스프레이 노즐(53)(54)이 설치되면, 냉각 스프레이 노즐(53)(54)로부터의 분무수(55)(56)는 후강판(S)에 충돌하기 전에 구속 롤(4)에 충돌하여, 후강판(S)을 효율적으로 냉각할 수 없을 가능성이 있다. 그 때문에, 적절한 분사 각도(θ)를 선정함과 함께, 냉각 스프레이 노즐(53)(54)의 노즐 중심축은, 구속 롤(4) 사이의 중앙 위치로부터 반송 방향(도면 상의 좌우의 방향)에 대하여 ±10㎜ 이내에 냉각 스프레이 노즐(53)(54)의 노즐 중심축을 배치하는 것이 바람직하고, 구속 롤(4) 사이의 거의 중앙 위치가 가장 바람직하다.
다음으로, 냉각 장치(2)의 냉각 헤더에 대해서 설명한다. 도 5(a)는 본 발명의 냉각 장치(2)를 위에서 본 개략도이고, 냉각 헤더의 구성을 설명하는 도면이다. 대유량 냉각 헤더(51)에는, 강판폭 방향으로 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)이 복수 부착되어 있다. 한편으로, 소유량 냉각 헤더(52)에는, 강판폭 방향으로 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)이 복수 부착되어 있다.
본 발명에 있어서, 냉각 스프레이 노즐은, 단위 면적 및 단위 시간당의 유량이 상이한 냉각 스프레이 노즐이 배치되도록 한다. 또한, 여기에서 말하는 단위 면적 및 단위 시간당이란, 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐의 간격(P')의 범위로 분사되는 냉각수의 유량으로 한다. 이 단위 면적 및 단위 시간당의 유량을 이후, 유량 밀도(단위: L/(min·㎡))라고 칭한다.
즉, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 대유량 냉각 헤더(51)에는 큰 유량 밀도의 냉각 스프레이 노즐을 부착함과 함께, 소유량 냉각 헤더(52)에는 작은 유량 밀도의 냉각 스프레이 노즐을 부착함으로써, 폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐은 각각 상이한 계통의 냉각 헤더에 접속된다.
또한, 본 발명에서는, 유량 밀도가 상이한 냉각 스프레이 노즐이 폭 방향으로 서로 이웃하도록 배치된다. 대유량 냉각 스프레이 노즐(53) 및 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)은, 후강판(S)의 폭 방향으로 일렬로 소정의 피치로 배치되면 좋다.
본 발명에서는, 강판의 냉각 속도를 빠르게 하는 경우는, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)로부터 냉각수가 분사되지 않도록, 유량 조정 밸브(7)에 의해 소유량 냉각 헤더(52)로의 급수를 차단하고, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)로부터 냉각수가 분사되도록 한다. 한편으로, 냉각 속도를 느리게 하는 경우는, 유량 조정 밸브(7)에 의해 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)로부터 냉각수가 분사되지 않도록, 유량 조정 밸브(7)에 의해 대유량 냉각 헤더(51)로의 급수를 차단하고, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)로부터 냉각수를 분사한다. 즉, 본 발명에서는 각 냉각수 공급 계통을 개별적으로 선택하여 냉각수를 분사함으로써 넓은 범위에서 유량 조정이 가능해져, 넓은 범위에서 냉각 속도를 조정하는 것이 가능해진다.
일반적으로, 어느 특성을 갖는 노즐을 선정하여, 그 노즐로부터 냉각수를 분사한 경우, 냉각수의 유량은 분사 압력의 0.5승에 비례하기 때문에, 분사 압력을 내려도 유량의 변화가 적고, 냉각 속도를 크게 변화시키는 것이 상당히 어렵다. 일반적으로는, 냉각 속도는 유량 밀도의 약 0.7승에 비례한다고 되어 있다. 따라서, 냉각 속도는, 분사 압력의 약 0.35승에 비례한다.
이 점에서, 예를 들면 냉각 속도를 절반 정도로 하는 경우에는, 분사 압력을 1/7 정도까지 낮게 할 필요가 있다. 일반적인 유량 조정 밸브에서는, 분사 압력을 정격의 약 10∼100％의 범위까지는 조정할 수 있기 때문에, 냉각 능력은 기껏해야 약 50∼100％의 조정이 실질적으로 한계가 된다. 또한, 분사 유량은 분사 압력의 0.5승에 비례하기 때문에, 상기에서 설명한 바와 같이 분사 압력을 약 10∼100％의 범위에서 조정 가능하다고 생각하면, 분사 유량은, 31.6∼100％의 범위에서의 조정이 한계이다. 그 때문에, 본 발명에서는 구속 롤(4) 사이에, 유량 밀도가 상이한 냉각 스프레이 노즐을 배치함으로써, 넓은 범위의 냉각 속도의 조정을 가능하게 한다.
본 발명에 있어서, 강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수의 유량 밀도는 서로 상이한 유량 밀도로 하고, 동일한 분사 압력에 대하여, 최대의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터는, 최소의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터의 3배 이상의 유량 밀도의 냉각수를 분사 가능하게 한다. 도 5(a)에 있어서, 피치(P')의 간격으로 배치되는 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 유량 밀도는, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)에 비해, 동일한 분사 압력에 대하여 적어도 3배 이상의 유량 밀도가 된다.
다음으로, 2계통의 냉각 헤더로부터 냉각수를 분사하는 경우를 예로, 구체적인 냉각 스프레이 노즐의 선택 방법에 대해서 설명한다.
대유량 냉각 스프레이 노즐(53)과 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 강판폭 방향의 노즐 피치를 동일하게 하여, 압력 0.4㎫로 냉각수를 분사한 경우, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 유량 밀도를 1500L/(min·㎡), 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 유량 밀도를 500L/(min·㎡)로 선택한다. 이러한 구성으로, 추가로 유량 조정 밸브(7)를 사용하여 유량 제어함으로써, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 유량 밀도는 500L/(min·㎡)(정격의 1/3), 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 유량 밀도는 167L/(min·㎡)(정격의 1/3)까지 조정이 가능해진다. 그 때문에, 유량 제어와 냉각 스프레이 노즐의 전환에 의해, 대유량 냉각 스프레이 노즐의 최대 유량 밀도 1500L/(min·㎡)로부터 소유량 냉각 스프레이 노즐의 최소 유량 밀도 167L/(min·㎡)까지 연속적으로 유량의 조정이 가능해진다. 또한, 강판의 제조에 있어서, 상기에서 설명한 바와 같이 대유량 냉각 스프레이와 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)에 있어서의 유량 밀도가 연속적으로 변화하는 바와 같은 조정이 불필요한 경우는, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 최대 유량 밀도는 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 최소 유량 밀도와 동일한 유량 밀도일 필요는 없고, 예를 들면, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 최대 유량 밀도를 1500L/(min·㎡), 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 최대 유량 밀도를 50L/(min·㎡)와 같은 선택을 해도 상관없다.
이와 같이, 유량 조정 밸브(7)에 의해 1계통의 냉각 헤더를 선택하여 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수를 분사함으로써, 연속적으로 넓은 범위의 분무 수량의 조정을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에서는 유량 밀도가 상이한 냉각 스프레이 노즐을 서로 이웃하도록 배치하여, 그 한쪽만 분사하기 위해, 그 배치는 예를 들면 도 5(b), 도 5(c)와 같이 부채형으로 분무시키는 플랫 스프레이 형상의 예로 설명하면, 도 5(b)의 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)로부터 분사되는 분무수(55)의 폭 단부가, 서로 이웃하는 분무수(55)와 거의 동일 위치가 되는 바와 같은 분사 각도(θ)(도 4 참조) 및 비틀림 각도(α)(도 5(c) 참조)를 갖게 함으로써, 강판이 통과 냉각했을 때에, 강판측으로부터 보아 폭 방향에 걸쳐, 냉각수가 강판과 충돌하지 않는 부분을 발생시키는 일 없이, 균일하게 강판을 냉각할 수 있다.
또한, 도 5(c)의 경우도 동일하게, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)로부터 분사되는 분무수(56)의 폭 단부가, 서로 이웃하는 분무수(56)와 거의 동일 위치가 되는 바와 같은 분사 각도(θ)(도 4 참조) 및 비틀림 각도(α)(도 5(c) 참조)를 갖게 함으로써, 강판이 통과 냉각했을 때에, 강판측으로부터 보아 폭 방향에 걸쳐, 냉각수가 강판에 충돌하지 않는 부분을 발생시키는 일 없이, 균일하게 강판을 냉각할 수 있다.
냉각 스프레이 노즐(대유량 냉각 스프레이 노즐(53) 혹은 소유량 냉각 스프레이 노즐(54))의 분사 각도(θ)로서는, 좁은 구속 롤(4) 사이에 냉각 스프레이 노즐을 설치하고, 분무한 냉각수가 구속 롤(4)에 충돌하지 않고, 강판이 피수하는 것이 바람직하기 때문에, 가능한 한 넓은 각도로 살포할 수 있는 것이 좋다. 본 발명에서는, 냉각 스프레이 노즐의 분사 각도(θ)(도 4 참조)는, 적어도 60∼120˚가 적합하다. 분사 각도(θ)가 60˚ 미만인 경우는, 넓은 면적에 걸쳐 냉각수가 살포되지 않기 때문에, 냉각수의 비충돌부에 의한 온도 불균일이 우려된다. 한편, 분사 각도가 120˚보다도 큰 경우는, 분무수의 강판까지의 비거리에 대해서, 노즐 바로 아래까지의 비거리와 그 이외의 장소까지의 비거리로 크게 변화하는 점에서, 냉각의 균일성의 확보가 곤란해지기 때문이다.
또한, 도 3을 이용하여, 냉각 스프레이 노즐의 선단에서 강판까지의 거리(노즐 높이(H))에 대해서 설명한다. 냉각 스프레이 노즐(대유량 냉각 스프레이 노즐(53) 혹은 소유량 냉각 스프레이 노즐(54))과 후강판(S)의 거리는, 구속 롤(4)과 분무수의 충돌의 점에서 생각하면, 냉각 스프레이 노즐 선단이 강판에 가까울수록, 넓은 분사 각도(θ)로 분사해도, 냉각수는 구속 롤(4)에 충돌하기 어렵다. 특히, 구속 롤(4) 사이의 극간이 가장 좁아지는 구속 롤 지름(D)의 절반보다도, 냉각 스프레이 노즐과 후강판(S)의 거리가 큰 경우는, 구속 롤(4) 사이의 최소 극간부에서 냉각 스프레이 노즐로부터의 분무수가 구속 롤(4)에 충돌하기 쉽다. 그 때문에, 가능한 한 냉각 스프레이 노즐과 후강판(S)의 거리는, 구속 롤 지름(D)의 절반(반지름) 근방보다도 낮은 위치가 바람직하다. 한편, 냉각 스프레이 노즐 선단과 후강판(S)의 거리가 가까운 경우는, 넓은 각도로 분무수를 분사하지 않으면 안 되고, 상기에 나타낸 분사 각도(θ)가 120˚를 초과할 위험이 있다. 또한, 통판 중의 강판 선단부와 냉각 스프레이 노즐 선단이 충돌할 위험성도 있다. 양자의 점에서 실용을 생각하면 후강판을 냉각할 때에는, 각 냉각 스프레이 노즐의 선단에서 강판까지의 거리(H)는, 스프레이 노즐에 대하여 강판 반송 방향의 상류측 및 하류측의 구속 롤의 중심축에서 강판까지의 거리인, 구속 롤 중심축 높이에 대하여 ±50㎜ 이내에 스프레이 노즐의 선단을 설치하는 것이 적합하다.
전술에서는, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)과 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 2계통의 유량 밀도에서 냉각 속도를 조정하는 예에 대해서 설명했지만, 2개 이상의 계통이면 본 발명을 적용할 수 있다. 예를 들면, 도 6과 같이 냉각 헤더의 계통을 다수화(4계통화)하여 더욱 넓은 범위로 냉각 속도를 조정할 수도 있다.
도 6에서는, 강판폭 방향으로 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)이 복수 부착되어 있는 대유량 냉각 헤더(51)와, 강판폭 방향으로 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)이 복수 부착되어 있는 소유량 냉각 헤더(52) 외에, 중유량 냉각 헤더(57, 58)가 배치되어 있다. 중유량 냉각 헤더(57, 58)에는 각각 강판폭 방향으로 중유량 냉각 스프레이 노즐(59, 60)이 복수 부착되어 있다.
도 6의 경우에 있어서의 구체적인 냉각 스프레이 노즐의 선택 방법으로서는, 각 냉각 스프레이 노즐의 폭 방향의 노즐 피치를 동일하게 하여, 압력 0.4㎫로 분무한다고 한 경우, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 유량 밀도를 1500L/(min·㎡), 중유량 냉각 스프레이 노즐(59)의 유량 밀도를 150L/(min·㎡), 중유량 냉각 스프레이 노즐(60)의 유량 밀도를 40L/(min·㎡), 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 유량 밀도를 10L/(min·㎡)와 같이 선택을 한다. 이와 같이 함으로써, 가장 큰 유량 밀도의 냉각 스프레이 노즐과, 가장 작은 유량 밀도의 냉각 스프레이 노즐에 있어서, 동일한 분사 압력에 대하여 적어도 3배 이상의 유량 밀도의 차를 형성하게 된다. 이러한 구성으로, 추가로 유량 조정 밸브(7)를 사용하여 유량 제어함으로써, 연속적으로 넓은 범위의 냉각 속도의 조정을 가능하게 한다.
본 발명에 있어서, 각 냉각 스프레이 노즐은, 플랫 스프레이 노즐, 풀 콘 스프레이 노즐, 각 분사 스프레이 노즐, 타원 분사 스프레이 노즐 중 어느 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한, 각 냉각 스프레이 노즐의 분사 각도는, 스프레이 분사수를 측면에서 보았을 때에, 각 방향으로 가장 분사 각도가 넓어지는 각도를 의미한다. 도 7은, 냉각 스프레이 노즐(53)(54)의 분무수(55)(56)가 후강판에 충돌하는 모습을 위에서 본 도면이다. 도 7(a)는 거의 부채꼴형으로 분사되고, 충돌면은 얇은 두께(20㎜ 정도)로 광폭을 갖는 플랫 스프레이 노즐, 도 7(b)는 충돌면이 타원형이 되는 오벌 스프레이 노즐의 예이다. 플랫 스프레이 노즐이나 오벌 스프레이 노즐과 같이 냉각수의 충돌면이 타원 형상인 경우, 도 7(a), 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 충돌면의 장축 방향으로 확대되는 각도가 가장 넓은 각도로 되기 때문에, 이 각도를 분사 각도로 하면 좋다. 또한, 도 7(c)와 같이 충돌면이 원 형상의 풀 콘 스프레이 노즐에서는, 측면도에 있어서 어느 방향에서 보아도 분사 각도는 동일해진다. 도 7(d)와 같이 충돌면이 직사각형(정방형이나 장방형)이 되는 각 분사 스프레이 노즐 등은, 충돌면의 대각 방향으로 확대되는 각도가 가장 넓은 각도가 되기 때문에, 이 각도를 분사 각도로 하면 좋다.
또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)과 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 폭 방향의 노즐의 부착 피치에 대해서, 상이한 노즐 피치로 해도 좋다. 도 8(a)는, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 폭 방향의 부착 피치에 대하여 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 부착 피치를 2배로 한 경우의 냉각 헤더의 구성을 나타내는 도면, 도 8(b)는 대유량 스프레이 노즐(53)의 분무수의 모습을 나타내는 도면, 도 8(c)는 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 분무수의 모습을 나타내는 도면이다. 또한, 도 8(b), 도 8(c)에 있어서, 어느 스프레이 노즐도 플랫 스프레이 노즐을 이용한 경우이다. 예를 들면, 유량 밀도가 3배보다도 커지는 예로서, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 유량 밀도가 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 유량 밀도의 4배인 경우, 압력 0.4㎫로 분무하면, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 최대 유량 밀도는 1500L/(min·㎡), 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 최소 유량 밀도는, 375L/(min·㎡)와 같이 된다.
또한, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)과 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)에 대해서는, 상이한 분무 형식으로 해도 상관없다.
이상에서는, 후강판의 오프라인 열처리 공정의 예로 설명했지만, 물론 도 9와 같이, 슬래브를 가열로(1)에서 가열한 후에 압연기(8)로 소정의 사이즈로 압연한 후, 본 발명과 같은 구속 롤(4) 사이에 냉각 헤더(5)를 구비한 냉각 장치(2)에서 냉각해도 상관없다. 또한, 압연 직후의 후강판(S)을 원활히 냉각 장치(2)로 반송시키기 위해, 열간 교정기(9)에 의해 강판을 미리 평탄하게 한 후, 냉각 장치(2)에 반송시키는 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 냉각 장치는, 판두께 4.0㎜ 이상, 판폭 100㎜ 이상의 후강판에 적합하게 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 냉각 장치를 구비한 후강판의 제조 설비라면, 후강판의 형상을 제어하면서 냉각 속도를 넓은 범위에서 조정할 수 있기 때문에, 여러 가지 강도를 갖는 후강판을 제조 가능하다. 또한, 본 발명의 냉각 방법에 의하면, 후강판의 형상을 제어하면서 넓은 범위의 냉각 속도로 후강판을 냉각할 수 있기 때문에, 본 발명의 냉각 방법에 의해 후강판을 냉각하는 공정을 구비한 제조 방법이라면, 여러 가지 강도를 갖는 후강판을 제조할 수 있다.
실시예 1
본 발명의 제1 실시예로서, 도 1에 나타내는 후강판의 오프라인 열처리 설비를 이용하여 후강판을 제조했다. 가열로(1)에서 실온 상태의 강판(두께 25㎜, 판폭 3500㎜, 강판 길이 7m)의 강판을 920℃까지 가열한 후에, 가열로(1) 후방 2.5m 위치에 있는 냉각 장치(2)에 있어서 강판 온도가 100℃가 되도록 통판 속도를 조정하여 냉각했다. 냉각 장치(2)의 구성은, 도 2와 동일하고, 테이블 롤(3) 및 구속 롤(4)의 직경은 300㎜, 테이블 롤(3) 및 구속 롤(4)의 롤 피치(P)는 600㎜로 하고, 구속 롤(4) 사이에 냉각 스프레이 노즐(53, 54)을 설치했다(P/D＝2.0). 또한, 냉각 스프레이 노즐(53, 54)과 구속 롤(4)은, 강판 반송 방향에 대하여 15기(냉각 장치(2) 길이 9.0m) 설치했다.
또한, 냉각 스프레이 노즐(53, 54)의 배치는 도 3과 동일하고, 냉각 스프레이 노즐과 강판의 거리는 200㎜로 했다. 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)은 분사 압력 0.4㎫로 150L/min 분사되는 플랫 스프레이 노즐로 했다. 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 분사 각도(θ)는 100˚, 서로 이웃하는 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 폭 방향 피치(P')는 160㎜, 강판 진행 방향으로 비틀림 각도(α)를 48˚로 했다. 이때, 분사 압력이 0.4㎫일 때의 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 유량 밀도는 1563L/(min·㎡)가 된다. 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)은, 분사 압력 0.4㎫로 40L/min 분사되는 플랫 스프레이 노즐로 했다. 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 분사 각도(θ)는 100˚, 서로 이웃하는 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 폭 방향 피치(P')는 160㎜, 강판 진행 방향으로 비틀림 각도(α)를 48˚로 했다. 이때, 분사 압력이 0.4㎫일 때의 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 유량 밀도는 417L/(min·㎡)가 된다.
도 10은, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)과 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)에 있어서의, 분사 압력과 유량 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
우선, 대유량 냉각 헤더(51)에 통수(water supply)하여, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)에 있어서의 분사 압력을 0.4㎫에서 서서히 저하시킨 결과, 분사 압력이 약 0.04㎫까지는 유량 조정 밸브(7)로 압력 조정할 수 있었지만, 이 보다도 압력을 낮게 하면 유량 조정 밸브(7)의 미묘한 개도의 차이로 압력이 크게 변동했기 때문에, 안정적으로 압력의 조정을 할 수 없었다. 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 유량 밀도는, 분사 압력 0.4㎫일 때는 1563L/(min·㎡), 분사압 0.04㎫일 때는 494L/(min·㎡)였다.
다음으로, 대유량 냉각 헤더(51)의 통수를 정지하고, 소유량 냉각 헤더(52)의 통수를 행했다. 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)에 있어서의 분사 압력이 0.4㎫일 때의 유량 밀도는 417L/(min·㎡)이고, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)의 하한 수량과 거의 동일한 유량 밀도의 냉각수를 분사할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 분사 압력을 0.4㎫로부터 서서히 저하시킨 결과, 분사 압력이 약 0.04㎫까지는 유량 조정 밸브(7)로 압력 조정할 수 있었지만, 이 보다도 압력을 낮게 하면 유량 조정 밸브(7)의 미묘한 개도의 차이로 압력이 크게 변동하여 안정적으로 압력의 조정을 할 수 없었다. 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)의 유량 밀도는, 분사 압력 0.04㎫일 때는 132L/(min·㎡)였다.
도 10의 결과로부터, 유량 밀도가 상이한 냉각 스프레이 노즐을 이용함으로써, 넓은 범위의 분무 수량을 달성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 강판을 실제로 냉각했을 때의, 판두께 방향 중심에 있어서 800℃에서 400℃에 도달할 때까지의 냉각 속도와 유량 밀도의 관계를 도 11에 나타낸다. 또한, 각 냉각 스프레이 노즐은 도 10의 경우와 동일한 구성으로 했다. 냉각 장치의 입측과 출측에 주사형 방사 온도계(도시하지 않음)를 설치하고 있고, 강판의 표면 온도를 판폭 방향 및 길이 방향에 걸쳐 측정하고 있다. 입측 및 출측의 온도계의 정보를 바탕으로 전열 계산으로 강판의 판두께 방향의 평균 온도를 산출하고, 수냉 중의 냉각 속도를 산출했다. 냉각 속도는 판폭 중앙부 또한 강판 길이 방향 중앙부의 측정 결과를 강판 중심의 냉각 속도로 했다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)로 냉각함으로써 약 20∼30℃/s의 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있음과 함께, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)로 냉각함으로써 약 7∼20℃/s의 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있어, 각각의 냉각 스프레이 노즐을 단체로 사용한 경우보다도 넓은 범위에서 냉각 속도의 조정이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
실시예 2
본 발명의 제2 실시예로서, 제1 실시예와 동일하게, 가열로(1)에서 실온 상태의 강판(두께 25㎜, 판폭 3500㎜, 강판 길이 7m)의 강판을 920℃까지 가열한 후에, 가열로(1) 후방 2.5m 위치에 있는 냉각 장치(2)에 있어서 강판 온도가 100℃가 되도록 통판 속도를 조정하여 냉각했을 때의, 판두께 방향 중심에 있어서 800℃에서 400℃에 도달할 때까지의 냉각 속도와 냉각 후의 강판의 폭 방향의 온도 편차에 대해서 조사했다. 또한, 폭 방향의 온도 편차는, 주사형 방사 온도계를 이용하여 폭 방향으로 20㎜ 피치, 길이 방향으로 100㎜ 피치로 측정하고, 강판 길이 방향 중앙부에 있어서의 값을 폭 방향의 온도 편차로 했다.
냉각 장치(2)의 구성은 도 2와 동일하고, 테이블 롤(3) 및 구속 롤(4)의 직경은 표 1에 나타내는 바와 같다. 또한, 대유량 스프레이 노즐(53) 및 소유량 스프레이 노즐(54)은 모두 플랫 스프레이 노즐을 이용하고, 분사 각도(θ), 폭 방향의 피치(P'), 비틀림 각도(α)는 각각 표 1에 나타내는 바와 같이 했다. 또한, 냉각 장치(2) 길이는 9.0m로 하고, 구속 롤(4)과 냉각 스프레이 노즐(53)(54)의 설치수는 표 1에 나타내는 바와 같이 했다.
Figure pct00001
실시예 1 내지 8에 대해서, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)로 냉각함으로써 약 20∼30℃/s의 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있음과 함께, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)로 냉각함으로써 약 7∼20℃/s의 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있었다. 또한, 이때의 판폭 방향의 온도 편차는 모두 15℃ 미만이었다. 후에, 냉각 소재의 강도 등 측정했지만, 품질에는 특별히 문제 없는 레벨이었다.
실시예 9 내지 16에 대해서, 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)로 냉각함으로써 약 20∼30℃/s의 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있음과 함께, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)로 냉각함으로써 약 7∼20℃/s의 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있었다. 또한, 이때의 판폭 방향의 온도 편차는, 20℃ 미만이었다. 온도 편차는, P/D가 2.0일 때보다도 약간 확대하기는 했지만, 후에 냉각 소재의 강도 등 측정하여, 품질에는 특별히 문제 없는 레벨이었다.
비교예 1 내지 8은, 구속 롤 피치(P)를 실시예 1 내지 8보다도 크게 한 예이다. P/D는 3.0이고, 본 발명의 범위 외이다. 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)로 냉각함으로써 약 20∼30℃/s의 범위에서, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)로 냉각함으로써 약 7∼20℃/s의 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있었다. 한편, 모든 조건에 있어서, 강판이 파형상으로 변형되어 있었다. 냉각 작업 중에, 냉각 장치(2) 입측의 구속 롤(4)을 육안 관찰한 결과, 구속 롤(4)과 강판의 사이에 극간이 있어, 이 극간으로부터 폭 방향의 일부에 냉각수가 누설되어, 강판을 국소적으로 냉각하고 있었기 때문이라고 생각된다. 또한, 냉각 후의 판폭 방향의 온도 편차는, 27∼60℃의 범위에서 불균일하여, 후에 냉각 소재의 강도 등 측정한 결과, 누설수가 올려져 있던 부위의 강판의 경도가 높아지고, 품질상 문제가 있었다.
비교예 9 내지 16은, 본 발명의 실시예 1 내지 8에 대하여, 롤 지름(D)을 작게 한 예이다. P/D는 2.7이고, 본 발명의 범위 외이다. 대유량 냉각 스프레이 노즐(53)로 냉각함으로써 약 20∼30℃/s의 범위에서, 소유량 냉각 스프레이 노즐(54)로 냉각함으로써 약 7∼20℃/s의 범위에서 냉각 속도를 조정할 수 있었다. 한편, 모든 조건에 있어서, 강판이 파형상으로 변형하고 있었다. 냉각 작업 중에, 냉각 장치 침입측의 구속 롤을 육안 관찰한 결과, 구속 롤과 강판의 사이에 극간이 있어, 이 극간으로부터 폭 방향의 일부에 냉각수가 누설되어, 강판을 냉각하고 있었기 때문이라고 생각된다. 또한, 이때의 판폭 방향의 온도 편차는, 35∼60℃의 범위에서 불균일하여, 후에 냉각 소재의 강도 등 측정한 결과, 누설수가 올려져 있던 부위의 강판의 경도가 높아지고, 품질상 문제가 있었다.
1 : 가열로
2 : 냉각 장치
3 : 테이블 롤
4 : 구속 롤
5 : 냉각 헤더
51 : 대유량 냉각 헤더
52 : 소유량 냉각 헤더
53 : 대유량 냉각 스프레이 노즐
54 : 소유량 냉각 스프레이 노즐
55 : 분무수
56 : 분무수
57 : 중유량 냉각 헤더
58 : 중유량 냉각 헤더
59 : 중유량 냉각 스프레이 노즐
60 : 중유량 냉각 스프레이 노즐
6 : 유량계
7 : 유량 조정 밸브
8 : 압연기
9 : 열간 교정기
S : 후강판
P : 구속 롤 피치
D : 구속 롤 지름
G : 롤 사이 갭
L : 분무 길이
H : 노즐 높이
P' : (폭 방향의) 피치
θ : 분사 각도
α : 비틀림 각도

Claims (8)

  1. 강판 반송 방향으로 구속 롤을 복수 설치하고, 각 구속 롤 사이에 복수의 냉각 헤더를 배치한 냉각 장치에 있어서,
    구속 롤 피치(P)와 구속 롤 지름(D)의 비율 P/D를 2.5 이하로 하고,
    각각의 냉각 헤더는, 2개 이상의 냉각수 공급 계통 중 어느 것에 접속되고,
    각 냉각수 공급 계통에는 급수의 온 오프 및 유량 제어가 독립적으로 가능하도록 조정 밸브가 부착되어 있고,
    각 냉각 헤더에는, 강판폭 방향으로 복수의 냉각 스프레이 노즐이 부착되어 있고,
    강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐은 각각 상이한 냉각수 공급 계통의 냉각 헤더에 접속됨과 함께,
    강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수의 유량 밀도는 서로 상이한 유량 밀도로 하고, 동일한 분사 압력에 대하여, 최대의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터는, 최소의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터의 3배 이상의 유량 밀도의 냉각수를 분사 가능하고,
    각 냉각수 공급 계통을 개별적으로 선택하여 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수를 분사하도록 조정 밸브를 이용하여 제어하는 제어 기구
    를 구비하는 후강판의 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각 냉각 스프레이 노즐의 선단에서 강판까지의 거리는, 구속 롤 중심축 높이에 대하여 ±50㎜ 이하의 범위의 위치가 되도록 설치되어 이루어지는 후강판의 냉각 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 냉각 스프레이 노즐은, 플랫 스프레이 노즐, 풀 콘 스프레이 노즐, 각(角) 분사 스프레이 노즐, 타원 분사 스프레이 노즐 중 어느 1종 이상이고, 각 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수가 분사될 때의 냉각수의 분사 각도는 60∼120˚의 범위인 후강판의 냉각 장치.
  4. 강판 반송 방향으로 구속 롤을 복수 설치하고, 각 구속 롤 사이에 복수의 냉각 헤더를 배치한 냉각 장치를 이용하는 후강판의 냉각 방법에 있어서,
    구속 롤 피치(P)와 구속 롤 지름(D)의 비율 P/D를 2.5 이하로 하고,
    각각의 냉각 헤더는, 2개 이상의 냉각수 공급 계통 중 어느 것에 접속되고,
    각 냉각수 공급 계통에는 급수의 온 오프 및 유량 제어가 독립적으로 가능하도록 조정 밸브가 부착되어 있고,
    각 냉각 헤더에는, 강판폭 방향으로 복수의 냉각 스프레이 노즐이 부착되어 있고,
    강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐은 각각 상이한 냉각수 공급 계통의 냉각 헤더에 접속됨과 함께,
    강판폭 방향으로 서로 이웃하는 냉각 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수의 유량 밀도는 서로 상이한 유량 밀도로 하고, 동일한 분사 압력에 대하여, 최대의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터는, 최소의 유량 밀도의 냉각수를 분사하는 냉각 스프레이 노즐로부터의 3배 이상의 유량 밀도의 냉각수를 분사 가능하고,
    각 냉각수 공급 계통을 개별적으로 선택하여 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수를 분사하도록 조정 밸브를 이용하여 제어하는
    후강판의 냉각 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    각 냉각 스프레이 노즐의 선단에서 강판까지의 거리는, 구속 롤 중심축 높이에 대하여, ±50㎜ 이하의 범위의 위치가 되도록 설치되어 이루어지는 후강판의 냉각 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    각 냉각 스프레이 노즐은, 플랫 스프레이 노즐, 풀 콘 스프레이 노즐, 각 분사 스프레이 노즐, 타원 분사 스프레이 노즐 중 어느 1종 이상이고, 각 냉각 스프레이 노즐로부터 냉각수가 분사될 때의 냉각수의 분사 각도는 60∼120˚의 범위인 후강판의 냉각 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 냉각 장치를 구비한 후강판의 제조 설비.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 냉각 방법으로 냉각하는 공정을 갖는 후강판의 제조 방법.
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