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KR100544464B1 - 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법 - Google Patents

가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법 Download PDF

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KR100544464B1
KR100544464B1 KR1020010049957A KR20010049957A KR100544464B1 KR 100544464 B1 KR100544464 B1 KR 100544464B1 KR 1020010049957 A KR1020010049957 A KR 1020010049957A KR 20010049957 A KR20010049957 A KR 20010049957A KR 100544464 B1 KR100544464 B1 KR 100544464B1
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Abstract

본 발명은 조압연기와 사상압연기를 포함하는 후판 압연공정에서 인장강도 50kg.f/㎟급 이상의 고장력강인 가속냉각강(Accelerated Cooling Steel)을 고효율로 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 가속냉각강의 온도제어 압연시 조압연기와 사상압연기 사이에서 냉각대기 매수를 늘려 작업함으로써 가속냉각강의 생산성(단위 시간당 생산량)을 현저히 향상시킬 수 있도록 개선된 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 가열로, 조압연기, 사상압연기, 가속냉각 장치및 열간 교정기를 이용하여 고장력강을 제조하는 방법에서, 조압연기와 사상압연기사이에 다수개의 센서들을 장착하여 그 사이에서 공유 냉각영역을 설정하고; 가열로에서 추출된 소재를 재결정온도 구간에서 조압연기에 의해 조압연을 실시하여 중간목표 두께와 중간 목표온도에 도달토록 하며; 상기 조압연 완료재를 차례로 상기 공유 냉각영역으로 이송하여 다수개를 1개의 그룹(Group)으로 편성하여 일시에 냉각시키고; 일정시간 경과 후 냉각이 종료된 조압연 완료재를 차례로 인출하여 사상압연기에 의해 사상압연시켜 압연 종료두께와 압연종료 온도로 압연시키는 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법을 제공한다.
가열로, 조압연기, 사상압연기, 가속냉각 장치, 열간 교정기, 공유 냉각영역

Description

가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법{A METHOD FOR IMPROVING PRODUCTIVITY OF MANUFACTURING AN ACCELERATED COOLING STEEL}
도1은 일반적인 가속냉각강 제조설비의 구성도;
도2는 가속냉각강의 제조과정을 나타낸 모식도;
도3은 조압연기와 사상압연기를 이용하여 가속냉각강의 압연과정을 나타낸 모식도로서, (a)도는 종래의 방법에 의한 제조과정을 나타내고,
(b)도는 본 발명의 제조방법에 의한 제조과정을 나타낸 설명도;
도4는 본 발명 방법에 따른 가속냉각강의 제조방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
9a ~ 9f..... 센서 12..... 공유 냉각영역
100.... 가열로 120.... 조압연기
128.... 조압연재 130.... 사상압연기
136.... 사상압연재 140.... 가속냉각영역
150.... 열간 교정기 T2..... 중간냉각 목표온도
T3.... 압연종료온도 K.... 중간 목표두께
L..... 압연 목표두께
본 발명은 조압연기와 사상압연기를 포함하는 후판 압연공정에서 인장강도 50kg.f/㎟급 이상의 고장력강인 가속냉각강(Accelerated Cooling Steel)을 고효율로 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가속냉각강의 온도제어 압연시 조압연기와 사상압연기 사이에서 냉각대기 매수를 늘려 작업함으로써 가속냉각강의 생산성(단위 시간당 생산량)을 현저히 향상시킬 수 있도록 개선된 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 인장강도 50kg.f/㎟급 이상 고장력강인 가속냉각강은 우수한 용접성, 강도 및 내충격성이 요구된다. 따라서, 용접성을 향상시키기 위하여 탄소 함량을 0.16%이하로 낮게 관리하고, 강도와 충격인성의 확보를 위해서 도1과 같이 가열로(100), 그 후방의 연속된 복수의 압연기(120,130), 그 후방의 가속냉각기(140) 및 열간교정기(150)를 갖춘 제조설비를 이용하여 도2에서와 같이 1차 열간압연(A1)-냉각대기(B1)-2차 열간압연(A2)-가속냉각(C)-공냉(B2)의 과정을 거쳐 제조되는 소위 제어압연으로 제조된다.
즉, 조압연기(120)에서 조압연재(128)의 압연개시 시점에서 부터, 사상압연기(130)의 사상압연재(136) 압연종료 온도(T3)를 750~820℃까지 낮추는 온도 제어압연을 실시하기 위하여 중간 목표두께(K) 및 중간 목표온도(T2)를 설정하고, 1차 열간압연(A1)에 의하여 중간 목표두께(K)에 도달되면 이후에는 자연냉각(B1)에 의해 중간목표온도(T2)에 도달 할 때까지 압연을 실시하지 않고 대기한다.
그리고, 중간 목표온도(T2)에 도달되면 다시 2차 열간압연(A2)을 미재결정역에서 진행하여 압연 종료온도(T3) 및 압연 목표두께(L)를 달성하도록 복수의 압연기(120,130)사이에서 압연 속도 및 패스(Pass) 사이의 시간을 조절한다.
한편, 이와 같은 압연과정에 의해 얻어진 압연조직은 결정립이 길게 연신되어 변형대(Deformation Band) 증가로 인한 페라이트(Ferrite) 핵생성 자리를 증가시키게 되어 미세한 조직이 얻어진다.
이어서, 가속냉각 공정에서는 미리 설정한 냉각개시온도 및 냉각속도 등의 정보에 의해 냉각 종료온도(FCT)를 달성하도록 가속 냉각기(140)를 통하여 냉각수를 분사하여 결정립의 성장 억제와 저온 변태조직을 얻음으로써 강도 및 인성을 확보하고 있다.
그러나, 이러한 제조방법은 압연공정에서 압연 종료온도(T3)를 Ar3 변태온도 이하까지 낮추기 위한 저온 제어압연을 실시하기 때문에, 도2와 같이 압연 도중에 냉각 대기구간(B1)이 크게 발생하여 압연시간 증가로 인해 생산성이 저하되어 결국 제품 생산량이 감소하는 문제점이 있다.
종래에는 이와 같은 생산성 저하를 방지하기 위하여, 도 3(a)에서와 같이 조압연기(120)와 사상압연기(130)를 갖춘 압연공장에서 조압연영역(122)인 센서 (9d)와 센서 (9c) 사이에서 조압연 완료재(170b)를 1매 냉각 대기시키고, 사상압연영역(124)인 센서 (9b)와 센서 (9a) 사이에서 조압연 완료재(170a) 1매를 추가 냉각시킴으로써 총 2매를 조압연기(120)와 사상압연기(130)사이에서 동시에 냉각시켜 작업을 실시하고 있었다.
그러나, 이러한 종래의 방법도 제품두께 60mm의 압연시간 및 냉각대기시간을 나타낸 표1과 같이, 냉각 대기시간이 조압연기(120)와 사상압연기(130)에서 실제로 강판이 조압연 및 사상압연되는 시간의 5배 이상이 된다.
표1 : 온도제어 압연재의 압연시간 및 냉각대기시간을 나타냄.
구 분 가열온도 (To:℃) 중간온도 (T2:℃) 압연종료 온도 (T3:℃) 잔류압하율(RRR:%) 재결정역 압연(조압연) 냉각대기 시간 미재결정역 압연(사상압연)
Case 1 1100 820 770 40 118초 626초 66초
즉, 강판이 실제로 조압연되어나, 사상압연되는 시간 보다 강판의 냉각대기 시간이 적어도 5배이상 길고, 특히, 제품의 두께가 두꺼울수록 그 냉각 대기시간이 더 길게 발생하므로 제품두께가 두꺼운 후물재에서 과대한 냉각대기 시간으로 인하여 생산성이 더 저하하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 조압연기와 사상압연기를 포함한 후판 압연공정에서 공유 냉각영역의 유효길이 및 냉각 대기시간의 허용한계내에서 강판의 동시냉각 매수를 늘려서 작업함으로써 가속냉각강의 생산성 향상을 획기적으로 개선할 수 있는 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가열로, 조압연기, 사상압연기, 가속냉각 장치및 열간 교정기를 이용하여 고장력강을 제조하는 방법에 있어서,
조압연기와 사상압연기 사이에 다수개의 센서들을 장착하여 그 사이에서 공유 냉각 영역을 설정하고; 가열로에서 추출된 소재를 재결정온도 구간에서 조압연기에 의해 조압연을 실시하여 중간목표 두께와 중간 목표온도에 도달토록 하며; 상기 조압연 완료재를 차례로 상기 공유 냉각영역으로 이송하여 다수개를 1개의 그룹(Group)으로 편성하여 일시에 냉각시키고; 일정시간 경과 후 냉각이 종료된 조압연 완료재를 차례로 인출하여 사상압연기에 의해 사상압연시켜 압연 종료두께와 압연종료 온도로 압연시킴을 특징으로 하는 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법을 마련함에 의한다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 방법에 따른 고장력강의 생산성을 향상시키는 제조방법은, 인장강도 50kg.f/㎟급 이상의 고장력강판에 적용된다.
본 발명은 도 3b)에 도시된 바와 같이, 조압연기(120)와 사상압연기(130) 사이에 다수개의 센서(9f)(9d)(9a)(9e)들을 장착하여 그 사이에서 공유 냉각영역(12)을 설정한다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 조압연기(120)와 사상 압연기(130) 사이에 공유 냉각영역(12)을 설정하는 단계(20)가 이루어진다. 이는 도 3b)에 도시된 바와 같이, 다수개의 근접 센서(9f)(9d)(9a)(9e)등을 일정 간격을 두고서 설치하며, 이들 근접 센서(9f)(9d)(9a)(9e)들은 중앙 제어실의 콘트롤러(미도시)에 전기적인 신호를 송출하며, 이러한 센서(9f)(9d)(9a)(9e)들 사이를 공유 냉각영역(12)으로 설정한다.
그리고, 가열로(100)에서 950~1200℃로 가열된 상태로 추출된 소재를 단계(22)에서 1차 열간압연 중간 목표두께(K)와 중간 목표온도(T2)까지 조압연을 실시한다.
이때, 1차 열간 압연 중간 목표두께(K)는 작업 초기에 설정된 잔류 압하율과 제품 목표두께를 이용하여 하기 식(1)에 의해 구한다.
식(1) : K = L/(1-RRR/100)
[여기서, L : 압연 목표두께(mm)
RRR : 잔류압하율(Remained Rolling Ratio : %)]
다음에는 조압연이 완료된 소재는 공유 냉각영역(12)으로 진입하며, 이러한 공유 냉각영역(12)에서의 냉각 대기시간을 단계(24)에서 하기 식(2)를 이용하여 구한다.
일반적으로 잘 알려진 바에 따르면, 시간 경과에 따른 자연 냉각시 온도 강하량(Tdown) 계산식은,
Tdown= T1-(1/(1/(T1+273)3+GSTR*Time/K)(1/3)-273)
[여기서, T1 : 조압연 완료시의 온도(℃)
GSTR : 온도 방사 계수(5.6E-11)
Time : 자연냉각 시간(초)]
이다. 따라서, 조압연 종료이후 부터 중간 목표온도(T2) 까지의 자연 냉각시간(Time)은 하기 식(2)와 같이 나타낼 수 있다.
식 (2) : Time = K*(1/(T1+273-Tdown)3 - 1/(T1+273)3)/GSTR
[여기서, Tdown = T1- T2
T2 : 중간 목표온도(℃)] 이다.
다음에는 상기 조압연 완료재를 차례로 상기 공유 냉각영역(12)으로 이송하여 다수 개를 1개의 그룹(Group)으로 편성하여 일시에 냉각시키게 되는 바, 상기 공유 냉각영역(12)으로의 진입은 단계(26)에서 공유 냉각영역(12)의 입측 롤러테이블(Roller Table)로 소재를 이송하게 된다.
또한, 다음 단계(28)에서는 도3 b)의 센서(9f)에서 소재가 검출되면 이를 일시 정지시킨 후, 다음 단계(30)에서 냉각중인 선행 소재의 존재 유무가 판별된다.
이러한 경우, 냉각중인 선행소재가 없으면, 다음 단계(32)에서 일시 정지시킨 소재(대기재)를 공유 냉각영역(12)으로 진입시키고, 냉각중인 선행소재가 있으면 단계(34)에서 선행소재와 대기재를 1개의 그룹(Group)으로 편성하여 모두 공유 냉각영역(12)(우측)으로 이송시킨다.
한편, 냉각 그룹편성은, 조압연 완료재가 공유 냉각영역(12) 입측 롤러테이블(미도시)에 있는 도3 b)의 센서(9f)에 의해 검출되고, 선행 냉각중인 소재가 롤러테이블과의 국부적인 접촉에 의해 소재의 온도편차를 유발하지 않도록 좌.우로 이송되면서 공유 냉각영역(12)의 좌측 센서(9d)에 검출되면, 공유 냉각영역(12)의 입측 롤러테이블 상에 있는 바로 진입하는 소재와 함께 동시에 우측으로 이송함으로써 모두 공유 냉각영역(12)으로 진입하도록 수행된다.
다음, 단계(36)에는 1개의 그룹으로 편성된 공유 냉각영역(12)의 소재가 우측으로 이송되어 공유 냉각영역(12)의 우측 센서(9a)에 검출되었는지가 판별되고, 만일 검출되었다면 다음 단계(40)에서 최 선행재의 냉각이 종료 되었는가를 판단하여 냉각이 종료되었으면, 단계(42)에서 최 선행재를 냉각 그룹에서 분리하여 사상압연을 실시하고, 나머지 소재는 좌측으로 이송하며, 최 선행재의 냉각이 종료되지 않았으 면 단계(42)에서 냉각중인 소재 전체를 좌측으로 이송시킨다.
한편, 1개의 그룹으로 편성된 냉각그룹에서 냉각이 완료된 냉각 종료재의 분리는, 냉각대기중에 롤러테이블에 의해서 좌.우로 이송중인 소재가 센서(9a)에 검출되고, 콘트롤러(미도시)로 부터 최 선행재의 냉각종료 신호가 발생하면, 상기 최선행재가 센서(9e)에 의해서 검출될 때까지 이송하며, 이때 최 선행재는 사상압연기(130)로 이송되고, 잔류소재는 좌측의 공유 냉각영역(12)으로 되돌려 이송됨으로써 냉각이 계속 수행된다.
여기서, 최 선행재의 냉각종료 판단신호는 잔류 냉각시간과 냉각중인 최 선행재를 센서 (9a) 위치에서 사상압연기(130)까지의 이송 및 작업준비를 위한 시간을 고려하여 하기 식(3)을 만족하는 것으로 한다.
식 (3) : 잔류 냉각시간(현재시각 - 조압연 종료시각) ≤ α
한편, α값은 센서(9a)의 위치에서 사상압연기(130)까지의 이송시간과 냉각중인 소재가 좌측으로 이송하였다가, 다시 우측으로 이송하여 센서(9a)에 검출될 때까지 소요되는 시간 중 큰 값으로 한다.
다음으로는 일정시간 경과 후 냉각이 종료된 조압연 완료재를 차례로 인출하여 사상압연기에 의해 사상 압연시켜 압연 목표두께(L)와 압연종료 온도(T3)로 압연시키게 되며, 이는 냉각이 완료된 최 선행재는 사상압연기(130)측으로 이동시키고, 다음 단계(45)에서 잔류 냉각재가 잔류되는 지를 판별한다. 만일 공유 냉각영역(12)에 1군의 그룹내에 남은 나머지 조압연 완료재가 있다면, 이들은 단계(47)에서 좌측으로 이동하여 다시 공유 냉각영역(12)으로 진입되고, 만일 없다면 단계(46)에서 종료된다.
그리고, 다시 공유 냉각영역(12)으로 진입된 소재들은 단계(50)에서 공유 냉각영역(12)의 좌측 센서(9d)에 의해서 소재가 검출되면, 이들 냉각중인 소재를 단계(52)에서 우측방향으로 이송시키고, 그렇지 않으면 좌측방향으로 계속 이송시킨다.
이어서, 상기의 이송 과정을 제품두께 40mm이상에 대해 계속 수행하여 롤러테이블과 소재가 국부적으로 접촉하여 발생할 수 있는 소재의 온도편차를 방지하고, 조압연 완료재들은 공유 냉각영역(12)의 길이 및 냉각 대기시간의 허용 한계내에서 최대한 장입하되, 최대 장입 매수는 냉각 대기시간을 조압연시간 또는 사상압연시간 중에서 큰 값으로 나눈 값의 정수보다 작은 수로 하여 과냉각이 발생하지 않도록 한다.
[실시예]
표2는 제품두께: 40∼80mm, 제품폭: 1600∼3500mm의 범위에 속하는 강판을 조압연 영역(122) 1매 및 사상압연영역(124) 1매를 냉각시키는 종래 방법과 조압연기(120)와 사상압연기(130) 사이에 공유냉각영역(12)을 설정하여 집단냉각 시키는 본 발명방법을 비교 실시하였다. 본 실험은 각각의 방법에 따라서 100매 씩 압연한 후의 생산성을 비교한 것으로서, 본 발명 방법에 의한 경우의 압연 피치(pitc)는 평균 3매 동시 냉각을 기준으로 한 것이다.
본 발명에 의하면, 각 압연소재당 압연피치들이 각각 208초로서, 이는 종래에 비해 각각의 압연 소재당 중간 목표온도(T2)까지 도달하는 데에 각각의 소재당 105초가 감소되어 압연처리 생산성은 189.6[Ton/Hour]인 것이었다.
이는, 종래의 방법에 의한 경우의 압연처리 생산성 130.0[Ton/Hour] 대비 약 59.6[Ton/Hour] 이 향상하였음을 알 수 있다.
표 2 : 종래방법과 본 발명 방법에 의해 제조된 제품의 생산성을 나타냄.
구 분 종래 방법 본 발명 대상재
Ton/Hour 130.0 189.6 제품두께 ≥ 40 mm 평균 중량 : 11.3 톤
각각의 소재의 압연피치 313 초 208초
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 조압연기(120)와 사상압연기(130)를 포함한 후판압연 공정에서 온도제어 압연재를 냉각 압연시키는 경우, 조압연기(120)와 사상압연기(130) 사이에 공유 냉각영역(12)을 설정하고 유효냉각영역(12)의 길이 및 냉각 대기시간의 허용 한계 내에서 공유 냉각영역(12)에 압연소재들을 최대한 장입하여 동시에 집단으로 냉각함으로써 각각의 압연소재당 압연 피치를 현저히 단축시키는 것이다.
이는 상기 실시예에서 3매의 압연소재가 공유 냉각영역(12)에 위치함으로써 종래의 2매 냉각 방식에 비하여 우수한 압연작업 생산성을 향상시켰지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 압연소재의 길이에 따라서, 4매, 또는 5매이상으로 동시에 공유 냉각영역(12)으로 진입시켜 집단 냉각시킬 수 있음은 물론이다. 이와 같은 경 우 압연 피치는 더욱 빨라지게 되어 압연작업의 생산성이 향상되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 고장력 가속냉각강의 압연작업 생산성 향상에 큰 기여를 하는 것이다.

Claims (5)

  1. 가열로(100), 조압연기(120), 사상압연기(130), 가속냉각 장치(140)및 열간 교정기(150)를 이용하여 고장력강을 제조하는 방법에 있어서,
    조압연기(120)와 사상압연기(130) 사이에 다수개의 센서(9f)(9d)(9a)(9e)들을 장착하여 그 사이에서 공유 냉각영역(12)을 설정하고; 가열로(100)에서 추출된 소재를 재결정온도 구간에서 조압연기(120)에 의해 조압연을 실시하여 중간목표 두께(K)와 중간 목표온도(T2)에 도달토록 하며; 상기 조압연 완료재를 차례로 상기 공유 냉각영역(12)으로 이송하여 다수개를 1개의 그룹(Group)으로 편성하여 일시에 냉각시키고; 일정시간 경과 후 냉각이 종료된 조압연 완료재를 차례로 인출하여 사상압연기(130)에 의해 사상압연시켜 압연 목표두께(L)와 압연종료 온도(T3)로 압연시킴을 특징으로 하는 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조압연 완료재는 공유 냉각영역(12)에서 중간 목표온도(T2)까지의 냉각 대기시간을 아래의 식(2)를 이용하여 구하고,
    식 (2) : Time = K*(1/(T1+273-Tdown)3 - 1/(T1+273)3)/GSTR
    [여기서, Time : 냉각 대기시간, Tdown = T1- T2,
    T1 : 조압연 완료시의 온도, T2 : 중간 목표온도(℃)
    GSTR : 온도 방사 계수(5.6E-11)] 임을 특징으로 하는 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 압연소재는 50kg.f/㎟급 이상 고장력강이고, 조압연 완료시의 온도(T1)은 950~1200℃이며, 중간 목표온도(T2)는 780~850℃ 이고, 압연 종료온도(T3)는 750~820℃임을 특징으로 하는 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 조압연 완료재는 공유 냉각영역(12)의 입측 테이블(Table)로 이송되는 과정에서 센서(9f)에 검출되면 이송을 정지하여 잠시 대기시키는 단계; 와
    냉각중인 선행소재가 없으면, 대기중의 상기 완료재를 공유 냉각영역(12)으로 진입시키고, 냉각중인 선행소재가 있으면 선행소재와 상기 대기중의 완료재를 1개의 그룹(Group)으로 편성하여 공유 냉각영역(12)으로 모두 이송시키는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 냉각이 종료된 조압연 완료재는 공유 냉각영역(12)의 우측 센서(9a)에 소재가 검출되면, 냉각중인 소재 중 최 선행재의 냉각이 종료 되었는가를 식(3)을 이용하여 판단하여, 냉각이 종료되었으면 최 선행재를 냉각 그룹에서 분리하여 사상압연을 실시하고, 나머지 소재는 좌측으로 이송하며, 최 선행재의 냉각이 종료되지 않았으면 냉각중인 전체 소재를 좌측으로 이송 시키고,
    식 (3) : 잔류 냉각시간(현재시각 - 조압연 종료시각) ≤ α
    [여기서, α= 센서(9a)의 위치에서 사상압연기까지의 이송시간과 냉각중인 소재가
    좌측으로 이송하였다가, 다시 우측으로 이송하여 센서(9a)에 검출될 때까
    지 소요되는 시간 중 큰 값]이고,
    공유 냉각영역(12)의 좌측 센서(9d)에 소재가 검출되면 냉각중인 소재를 우측으로 이송시키고, 그렇지 않으면 좌측으로 이송시키는 것임을 특징으로 하는 가속냉각강의 생산성 향상을 위한 제조방법.
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