KR101089082B1

KR101089082B1 - 강 스트립 냉각용 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101089082B1
Application number: KR1020067010764A
Authority: KR
Inventors: 스테판 르꽁트; 앙드레 푸아르쥬; 드니 부께그노
Original assignee: 아르셀러 프랑스
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: AU2004294469A1; KR20060128880A; EP1687455B1; US7645417B2; AU2004294469B2; PL1687455T3; RU2356949C2; ES2282918T3; EP1687455A1; CA2544269A1; ATE356891T1; PT1687455E; CA2544269C; BRPI0416333B1; JP2007512431A; DE602004005362T2; WO2005054524A1; RU2006124519A; CN100465303C; EP1538228A1

Abstract

본 발명은 강 스트립의 담금질용 냉각 장치로서, 본질적으로 수직 상승 또는 수직 하강하는 경로에 배치되며, 다수의 관 (1) 들이 완전히 침수된 상태로 배치되어 있는 오버플로우 위어 (4) 를 포함하며, 상기 일련의 관 (1) 들은 상기 스트립 (2) 의 양 측면을 따라 거의 수직방향으로 또한 대칭적으로 적층되며, 각각의 관 (1) 은 슬릿 또는 일련의 구멍들을 통해서 상기 스트립 상에 본질적으로는 수평방향의 난류 분류(jet) 형태의 냉각 유체를 각각 분사하게 된다. 상기 스트립 (2) 의 동일 측면에 배치된 임의의 두 이웃하는 관 (1) 은, 냉각 유체를 배출하기 위해서, 모든 관 (1) 들에 대해서 동일한 간격 (B) 으로 분리되어 있다. 냉각 유체의 주어진 비유량에서 상기 간격 (B) 을 그에 대응하는 배출 통로에서의 유동 손실이 최소화 되도록 결정한다.

Description

강 스트립 냉각용 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR COOLING A STEEL STRIP}

본 발명은 연속 풀림 처리에 있어서 강 스트립(steel strip)을 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 이 냉각은 침수된 물 분류에 의해 얻을 수 있다. 이 냉각 작업은 비등수욕에서의 제 1 차 냉각 작업 후 실시될 수 있다.

연속 풀림 처리는 냉간 압연 후에 강 스트립에 가해지는 열화학적 처리이다. 금속의 "스트립" 이란 절단되어, 특히 차량 차체의 제조, 가정용 전기 용품의 프레임 등으로 사용되는 판재가 되는 금속 소재이다.

연속 풀림 처리는, 강 스트립을 노에 통과시켜 그 노에서 제어된 가열 및 냉각에 강 스트립이 노출되도록 하는 것이다. 연속 풀림로에서, 강 스트립은 일련의 연속하는 상승 및 하강 경로를 따라 수직으로 이동함으로써 각종의 처리 과정을 순차적으로 거치게 된다.

상기 노에서 스트립의 처리 작업은 통상 이하의 연속하는 열적 단계를 포함한다.

- 예비 가열 및 가열: 상기 스트립은 2~3분 후에 700℃~850℃의 온도에 도달함.

- 대략 1 분간 최대 온도에서 유지함.

- 비등수 등으로 서냉.

- 스트립 위에 비등점에 가까운 온도의 액상의 물을 분사하는 것 등에 의해 급냉("담금질"이라고 함).

- 과시효 처리.

- 최종 냉각.

상기 서로 다른 단계들은 목적하는 강의 처리, 즉 재결정화, 침탄 등을 실시하여 최종 구조 또는 비시효(non-ageing) 강 등을 얻기 위해 필요하다.

특히, 최근에는 특히 자동차 산업에서, 개선된 저항 특성과 성형성을 동시에 갖는 강판에 대한 요구가 증가하고 있다.

이러한 배경 아래에서, 냉각 단계는, 경우에 따라, 예컨대 "2상 조직", "다상 조직", "HEL"(고탄성 한계) 등의 형태들과 같은 특별한 미시적 구조를 얻는데 필요한 고가의 합금 원소들의 함유량을 낮출 수 있기 때문에 특히 중요한 역할을 담당하고 있다. 그러므로 냉각 방법은 중요한 금속학상 및 재정상 관심의 대상으로 되는 것이다.

산업상 활용되는 주요한 냉각 기술로는 다음과 같은 것들이 있다.

- 가스 분류(jet)에 의한 냉각.

- 가능하게는 "교란된", 수욕에서의 수침.

- 물 분류에 의한 냉각.

- "미스팅 분류(misting jet)"라고 부르는 것으로, 초음속 가스를 원자화함 으로써 생성된 물 안개에 의한 냉각.

종래, 본 출원인은 강 스트립을 비등 온도 부근에 있는 수욕에 수침시키는 냉각 방법을 개발하였다. 이 방법은, 라인 상의 조건과는 상관없이, 뛰어난 냉각 균일성 및 일정한 열 전달 계수를 갖는 것을 특징으로 하였지만, 이 방법 또한 한계를 지닌 것이었다.

한 이유로, 획득할 수 있는 냉각률이, 말하자면 1 mm 두께의 강 스트립에 대해 대략 50℃/s 정도로 상대적으로 낮았다. 이러한 한계는, 강 스트립이 고온 상태에서 비등수욕으로 수침되게 되면, "막 비등(film boiling)"이라고 알려진 조건에서 안정된 스팀막이 그 표면 부근에 형성되는데, 이것이 열 교환을 상당히 제한하기 때문에 발생하는 것이다. 고온의 벽과 액상, 또는 액상 및 증기상의 2상 혼합물 중의 하나인 유체 사이에 높은 비등에 기인하는 수증기 막의 존재가 "막 비등"에 의해서 발생하고, 이러한 출현은 그 벽과 유체 사이의 열전달을 불량하게 만든다.

또 다른 이유로, 비등수욕을 빠져나올 때의 강 스트립의 온도는 대략 300℃ 보다 높은 온도로 유지되어야 한다. 강 스트립의 온도가 이 온도 아래로 떨어지면, 수증기 막이 불안정하게 되어 "핵" 비등(nucleated boiling)으로 알려진 비등 조건으로 이행하게 된다. 핵 비등의 조건에 있어서, 상기 스트립에 이웃하는 영역은 서로 다른 열 흐름을 겪게 되어, 현격한 온도차가 발생된다. 이들 온도 구배는 강 내부에 기계적 응력을 일으키고 이는 영구적인 소성 변형을 일으켜서 평탄도에 있어서의 결함을 초래한다.

이들 결함을 제거하기 위해 여러 해결방안들이 제시되어 왔다. 예컨대, 강 스트립을 정적(static) 상태의 냉수욕에 침수시킬 수 있다. 그러나 이 방안도 역시 평탄도에 있어서의 결함을 초래하는 것이다.

강 스트립 부근에서 국부적 비등 영역의 형성을 방지하기 위해, 침수된 분류에 의해 강 스트립을 냉각시키는 다른 방안들도 제시되어왔다. 이들 냉각 시스템들은 "가스 분류 냉각"형의 더 느린 냉각 또는 정적 상태의 수욕에 침수시키는 것에 선행할 수도 있고 후행할 수도 있다.

그러므로 JP-A-58 039210 에서, 스트립은 200℃~500℃(즉, 막 비등과 핵 비등 사이의 천이가 일어나는 온도)의 온도에 도달할 때까지 60℃ 보다 더 높은 온도의 수욕에서 먼저 냉각된다. 그리고나서, 그 천이의 직전 또는 직후, 스트립의 온도가 그 수욕의 온도에 도달할 때까지 침수된 물 분류에 의해 그 스트립을 냉각시킬 것이 권장된다.

유사한 해결방안(JP-A-60 009834)에 있어서는, 강 스트립의 각 측면에 배치되어 있으며, 또한 그 물의 온도는 비등 온도의 60~75%의 온도에 있는 물 탱크에 침수되어 있는 한 조의 냉각 램프를 사용하고 있다. 이러한 스프레이 램프의 구성에서는 강 스트립 부근에서의 수증기 막의 형성을 방지할 수 있는 층류가 생성되게 된다.

또한, 다른 해결방안(EP-A-210847, JP-A-63 145722, JP-A-62 238334)은 스트립의 이동 방향에 대하여 대향류식으로 그 이동 방향에 평행한 두 평판 사이에서 물을 순환시키는 것이다.

담금질 중 스트립의 변형을 억제하기 위해 분류의 충격 압력을 사용할 것을 제안하고 있는 다른 문헌(JP-A-11 193418 참조)도 있다. 여기서 그 출원인은, 강 스트립의 각 측에 적어도 500N/cm²의 압력을 가하는 방안을 제시하고 있다.

마지막으로, 담금질욕(quenching bath) 중에 있는 첨가물에 의해 비등을 방지함으로써 담금질 중의 강 내부 응력의 레벨을 제한함으로써 냉각을 제어할 수도 있다(JP-A-57 085923).

각종의 해결 방안들이 제시되어 왔지만, 액체에 의한 급냉으로부터 빠져나올 때 높은 열적 성능과 양호한 정도의 평탄도를 동시에 얻는다는 것은 오늘날에 중요 과제로 남아있다.

EP-A-1 300 478 에는 연속 풀림 처리에 있어서 강 스트립에 대한 연속 냉각 방법이 기재되어 있는데, 이 방법에 있어서 그 강 스트립은 적어도 다음의 처리를 거치게 된다.

- 상기 스트립은 "비등수"형의 제 1 차 "서냉"과 물을 가지고 하는 제 2 차 "급냉", 즉, 담금질을 거친다.

- 상기 스트립은, 상기 두 냉각 처리 사이에서, 상기 제 1 차 냉각 작업의 방향에서 상기 제 2 차 냉각 작업의 방향으로 또는 그 역방향으로 물 누출이 억제되거나 또는 저감된 상태에서, 바람직하게는 압력 및 온도가 제어되는, 상기 제 1 차 서냉 및 상기 제 2 차 급냉 사이에서의 천이를 보장하기 위해, 잠금 장치(lock), 즉 시일링 장치를 통과하게 된다.

이들 세 작업의 연속은 임의의 두 연결 작업들 사이에 소요되는 시간이 바람직하게는 0 이 되도록 가능한 짧게 실시된다.

본 발명은, 통상 1,000 ℃/s 보다 더 빠른 속도로, 바람직하게는 냉연 스트립 형태의 강으로 된 평판 금속 소재에 대해 적용할 수 있는 "담금질" 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 담금질 작업은, 바람직하게는 0℃~50℃의 냉수 분류(jet)에 의해 실시되어야 하며, 냉수 분류는 수중에서 발생한다.

본 발명은, 장치 내에서 유동을 제어함으로써, 강 스트립의 전체 폭에 걸쳐서 가능한 균일한 냉각 조건을 고출력 상태에서 보장하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 장치로 진입할 때의 상기 스트립의 온도는 350℃~750℃의 범위에 있고, 상기 장치를 빠져나올 때의 상기 스트립의 온도는 바람직하게는 0℃~150℃ 가 되어야 한다.

본 발명의 제 1 목적은, 바람직하게는 강 스트립이 되는 금속 스트립 형태의 평판 소재를 연속 풀림 처리하는 중에 사용되는 기본 냉각 장치에 관한 것으로, 이 냉각 장치는 본질적으로 수직 상승 또는 수직 하강하는 경로에 배치되며, 일련의 관들이 완전히 침수된 상태로 배치되어 있는 오버플로우 위어(overflow weir)를 포함하며, 상기 일련의 관들은 상기 스트립의 각 측면을 따라 거의 수직방향으로 또한 대칭적으로 적층되며, 각각의 관은 슬릿 또는 일련의 구멍들을 통해서 상기 스트립 상에 거의 수평방향의 난류 분류(jet) 형태의 냉각 유체를 각각 분사하는 냉각 장치이다. 또한, 상기 장치의 하부에는 시일링 수단이 제공되어 있다.

본 발명에 따르면, 상기 스트립의 동일 측면에 배치된 임의의 두 이웃하는 관은, 냉각 유체를 배출시키기 위한 목적으로 모든 관들에 대해서 동일한 간격으로 분리되어 있다. 그리고 상기 간격은, 스트립 표면의 1 m²당의 m³/h 으로 표현되는 냉각 유체에 대한 비유량 수준에서 그 간격에 대응하는 배출 통로에서의 유동 손실이 최소화되도록 선택된다(각 간격에 대한 유동 손실과 총 유동 손실은 동일하다).

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 관의 후방에 위치한 오버플로우 위어의 벽은 관의 폭과 적어도 동일한 폭을 가지며, 관의 후방 면에 대한 이 벽의 수평 거리는, 상기 오버플로우 위어 때문에 발생되는 유동 손실이 두 이웃하는 관 사이의 간격에 의해 발생하는 유동 손실의 5 % 미만이 되어 무시할 수 있도록 결정된다. 그러므로 상기 유동은 2차원적인 것이다.

본 발명은, 스트립 표면상의 냉각 유체에 대한 비유량을 그 스트립 표면 1 평방미터당 250~1,000 m³/h 범위에서 선택함으로써 국부적 비등 현상을 바람직하게 방지할 수 있다. 본원 출원인에 의해 시험된 장치의 일 실시예에서, 표면당 최대 비유량은 대략 580 m³/h/m²이었다.

상기 간격에 의해 발생하는 상기 유동 손실은 수주 150 mm 미만인 것이 바람직하다.

각 관의 단부와 스트립 사이의 거리는 모든 관들에 대하여 동일하고 또한 그 거리가 50 mm~200 mm 의 범위에 있으면 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 분사 속도 (V_JET) 는 이하의 기준을 만족시키는 것이다.

- 구멍의 경우,

- 슬릿의 경우,

여기서, A 는 관과 스트립 사이의 거리를 나타내며, d 는 구멍의 직경 또는 슬릿의 두께를 나타내는 것이다. A 와 d 는, 예컨대, 미터 단위 등의 동일한 길이단위로 표시된다. 이들의 몫은 무차원이다. V_JET 는 m/s로 표시된다.

이들 두 기준은, 난류 분류의 이론으로부터 나온 것으로서, 속도 0 일 때의 조건에서 난류 분류의 최대 속도의 감쇄를 나타낸다. 이 기준들은 2.5 m/s의 최소 속도를 바탕으로 하여 산출된다. A=50 mm(분류 구멍에서 스트립까지의 거리) 일 때, 분류의 최대 속도는 0.65 m/s 이다. 따라서 이 0.65 m/s 의 속도는, 분류가 스트립에 도달할 때, 막 비등(film boiling)층을 깨기 위한 분류의 최소 속도로 간주 된다.

상기 냉각 유체는 50℃ 미만의 온도로 유지되는 액체 상태 물인 것이 바람직하다.

상기 장치는, 본질적으로 수직인 상승 경로(수직선에 대한 편각은 30°미만임)에 배치되며, 거의 비등점 가까이에 이른 물 탱크 바로 뒤에 오는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 처리할 금속재의 이동 속도가 0.25 m/s ~ 20 m/s 이고 또한 두께는 0.1 mm ~ 10 mm 인 경우의 설비에서 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명의 중요한 일 특징은, 냉각 유체의 분사 속도가 스트립 전체 폭에 걸쳐서 균일한 상태가 되도록 냉각 관들의 크기가 결정되는데 있다.

하부 관의 폭을 따라서 최대 분사 속도 (V_max) 와 최소 분사 속도 (V_min) 사이의 편차가 5% 미만, 즉,

와 같은 속도 분포를 이루도록 관들의 크기를 결정하는 것이 바람직하다.

관 통로에 대한 단면적과 그 관의 자유 분사 단면적(즉, 슬릿의 면적 또는 구멍들의 총 면적) 사이의 비는 1 보다 크다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 관들의 단면은 직사각형이다. 또한, 분류의 끊김 없는 연결을 제어하기 위해, 상기 직사각형 단면의 이웃한 한 변에 대한 다른 한 변의 비는 0.1 ~ 10 이고, 상기 관의 두께는 구멍 직경 또는 슬릿 두께의 0.25 ~ 10 배이다. 상기 관의 두께와 상기 구멍 직경 사이의 비도 2/3 가 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 특성에 따르면, 전술의 시일링 수단은 상기 스트립을 통과시킬 수도 있고 오버플로우 위어 하방쪽으로 누출되는 유동 손실의 발생을 최소값으로 제한할 수도 있는, 두 쌍의 롤러를 갖는 잠금 장치(lock)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 이러한 상기 시일링 수단들은 상기 롤러 사이에 제어된 압력 및/또는 온도로 유체를 분사하는 수단도 포함한다.

또한, 상부 관에는, 최대 유량에서 오버플로우 위어의 수막 두께 및 상기 관들 사이 유동 손실에 상당하는 수주의 높이의 총합과 적어도 동일한 높이의 블럭이 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 목적은, 바람직하게는 강 스트립이 되는 금속 스트립 형태의 평판 소재를 연속 풀림 처리하는 중에 사용되는 담금질 방법으로서, 전술의 실시형태 중 어느 하나에 기재된 담금질용 냉각 장치를 사용하여 금속 소재 표면당 1,000 kW/m²~10,000 kW/m²의 비냉각능력을 얻는 담금질 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법에 따르면, 상기 담금질용 냉각 장치에 진입할 때의 상기 스트립의 온도는 350℃~750℃ 의 범위에 있고, 상기 담금질용 냉각 장치를 빠져나오는 상기 스트립의 온도는 50℃~450℃의 범위에 있으며, 바람직하게는 50℃~100℃ 또는 350℃~450 ℃이다.

도 1 은, 본 발명에 따른 냉각 장치의 단면을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2 는, 본 발명의 장치에서 강 스트립 위에 물을 분사하기 위해 사용되는 구멍들의 배치를 보여주는 개략도이다.

도 3 은, 본 발명에 따른 냉각 장치의 열적 성능을 보여주는 그래프이다.

도 4 는, 상기 장치의 성능을 강 스트립의 평탄도의 관점에서 보여주는 그래프이다.

도 5 및 도 6 은, 강 스트립의 기계적 성질의 균질성에 대한 냉각 균일성의 영향을 보여주는 도면으로서, 도 5 는 "2상" 조직 강에 관한 것이며, 도 6 은, "다상" 조직 강에 관한 것이다.

도 7 은 상기 도 5 및 도 6 에 관련된 실험을 실시하기 위한 스트립의 폭의 함수로서 택한 샘플들의 서로 다른 위치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 8 은, 평탄도를 산출할 수 있게 해주는 파라미터들을 보여주며, 이들 파라미터들은 스트립의 길이방향 프로파일에 근사화된 사인 곡선을 규정한다.

도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각 장치는 "램프(ramps)" 또는 "냉각 램프"라고 불리는 것으로 냉각될 강 스트립의 각각의 측면에 대해 대칭적으로 배치되어 있는 한 조(set)의 관 (1) 을 포함하고 있다. 이들 램프들은 침수되어 있으며, 옆에서 냉각 유체가 이들 램프들에 공급된다. 램프들의 단면은 직사각형인 것이 바람직하다. 뒤따르는 본 발명의 설명에서는 "관" 및 "램프" 라는 용어를 구분없이 사용하고 있다.

램프의 침수는, 상기 장치의 하부에 위치되는 시일링 시스템에 의해서 구현될 수 있는데, 이 시일링 시스템은 강 스트립 (2) 을 통과시킬 수도 있고, 또한, 냉각 유체의 하우징 바닥쪽으로의 누출율을 최소로 한정하기 위해, 최대 유동 손실을 일으킬 수도 있게 되어 있다. 본 경우에, 이 시일링 시스템은 강 스트립에 대해 대칭적으로 배치되어 그 강 스트립에 가압되는 두 쌍의 롤러 (3) 를 포함한다. 상기 롤러 사이에 유체가 제어가능한 압력 및/또는 온도로 분사된다.

상기 냉각 유체는 물인 것이 바람직하다. 상기 냉각 램프들은 스트립 (2) 의 통과 경로로부터 거리 (A) 만큼 떨어져 있다. 등가 성능에 대해 부피 의 이유와 또한 상기 시스템 내에서의 전체 유량을 제한하기 위해, 상기 스트립과 냉각 램프들 사이의 최대 거리는 200 mm 로 설정된다.

이웃하는 두 램프들 사이에는 간격 (B) 이 형성되므로, 램프에 의해 분사된 물이 그 램프들 사이를 통해 배출될 수 있다. 이렇게 하여, 강 스트립의 폭에 따라서 가능한 균질의 유동이 보장된다. 간격 (B) 은, 스트립 부근에 있어서 냉각 유체의 충분히 신속한 교체가 보장되어 스트립 부근에서 국부적인 비등 영역이 형성되는 것을 방지할 수 있도록, 냉각될 스트립 표면의 단위표면적 당 냉각능력으로 규정되는 최대 비냉각능력 (P) 과 배출 통로들을 통한 유동의 최소 손실 사이의 절충으로 결정된다. 상기 간격 (B) 은, 모든 램프들에 대해서, 두 쌍의 이웃하는 램프들 사이의 간격이 동일하여 각 분사 램프 전방에서 동일한 유동 조건이 보장될 수 있도록 결정된다. 이리하여, 균질의 수직방향 유동을 얻을 수 있 다. 이러한 방식으로, 램프에 의해 분사된 냉각 유체가 그 램프 바로 옆에 있는 통로를 통해 배출될 수 있다. 이리하여 우선적인 경로의 형성이 방지되고 또한 냉각 유체가 스트립 부근에서 체류하는 시간이 최소로 되어, 비등 영역의 국부적 형성이 더욱 방지된다.

도 2 에서 보는 바와 같이, 각각의 냉각 램프 (1) 는 스트립 쪽으로 노출된 표면에서, 적어도 하나의 슬릿 또는 일련의 구멍을 구비하고 있는데, 이는 스트립 위에 냉각 유체를 분사하기 위한 것이다. 두 이웃한 구멍들 사이의 거리는, 스트립 근방에서의 유동이 슬릿 근방에서의 유동과 일치하게끔 선택되어야 한다. 유체의 분사 속도는 스트립의 부근에서 비등 영역의 형성을 방지하는데 충분해야 한다. 상기 분사 속도 (V) 는 스트립 까지의 거리 (A) 에 따라 결정되며, 통상 0~10m/s 의 범위에 있다.

상기 냉각 장치 또는 하우징은, 상기 배출 통로들로부터 하류에, 하우징의 전체 폭에 걸쳐 형성되어 있으며 또한 최종 램프의 분류(jet)의 높이에 상당하는 높이를 갖는 오버플로우 위어(weir) (4) 를 포함하고 있으며, 이 오버플로우 위어 (4) 는 모든 작업 조건에서, 상기 최종 램프가 다른 램프들과 동일한 정도로 침수됨을 보장하여 준다.

각 램프의 전방에서 동일한 유동 조건을 보장하기 위해서,

- 상부 냉각 램프 위에는 블럭 (5) 이 배치되고 이 블럭의 높이는 오버플로우 위어에 있는 수막의 두께 (H) 와, 최대 유량 (Q_max) 에서 배출 통로들을 통한 유 동 손실 (ΔP) 에 상당하는 수주의 높이 (ΔH) 의 총합과 적어도 동일하다.

- 상기 최종 램프 아래에 배출 통로가 형성되어 있다.

따라서, 상기 시스템이 작동하는 경우, 상기 램프들의 전면, 즉 스트립측과 배면, 즉 위어측 사이에 물 높이의 차이가 존재하게 된다. 이 차이는 주어진 유량에 있어서 두 램프 사이의 유동 손실에 상당하는 수주의 높이와 같다.

도 3 에 나타낸, 상기 장치의 냉각 성능은, 상기 장치로 진입할 때의 강 스트립의 온도 및 상기 장치로부터 나올 때의 강 스트립의 온도, 냉각부의 길이 및 상기 장치를 통과하는 강 스트립의 이동 속도를 바탕으로 하여 열적 평형에 의해 산업상의 조건에서 측정한 것이다. 도 3 은, 스트립 표면당 kW/m² 로 표현되는 비냉각능력이, 함께 더한 두 표면에 대한 m²당 m³/h 으로 표현되는 비유량의 선형 함수임을 보여준다. 여기서의 조건에 있어서, 상기 비냉각능력은 제품 표면에 관해 4,000 kW/m²~6,000 kW/m²이다.

도 4 는, 상기 장치의 강 스트립의 평탄도에 관한 성능을 보여준다. 이들은 냉각 균일성을 보여주며, 따라서 장치 내에서 유동의 제어를 보여주는 것이다. 여기서, 평탄도는 장변에 대해 측정된 것이다. 도 4 에서 각각의 점은일련의 산업상의 실시 중 소정 시점에서 상기 장치의 작업 위치(관련된 비냉각능력에 의해 규정되는)를 나타낸다. "I" 단위로 표현되는 평탄도 지수는 각각의 작업 위치에 관한 것이다. "I" 단위는 강 스트립의 길이 100 m 당 1mm 의 상대적인 연신에 상당하는 것이다.

"장변(long-dege)"형 결함이 있는 경우, 스트립 가장자리의 길이방향 프로파일을 파장이 L 이고 진폭이 X 인 사인 곡선으로 근사화할 수 있다. 상기 평탄도 지수는 다음의 관계를 활용한 L 및 X (도 8 참조)의 측정을 바탕으로 얻을 수 있다.

도 4 는, 두 전기 아연도금 라인에 대한 허용 평탄도 공차에 상당하는 두 기준 임계값인 120 및 240 "I" 단위를 보여준다. 도 4 는, 작업 지점들의 대부분이 더욱 정확한 라인의 임계값 아래에 위치하고 있음을 보여준다.

도 5 및 도 6 은, 기계적 성질의 균질성에 대한 냉각 균일성의 영향을 보여준다. 도 5 는 "2상" 조직의 강에 관한 것이고, 도 6 은 "다상" 조직의 강(페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트, 펄라이트)에 관한 것이다. 두 경우 모두에서, 그 기계적 성질들은 인장(traction) 시험에 의해서 측정된 것이다. 샘플은, 도 7 에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 시트의 폭을 따른 다음과 같은 서로 다른 위치에서 채집한 것이었다.

1) 최외측 가장자리 위치

2) 가장자리 위치

3) 사분(quadrant) 위치

4) 중앙 위치

5) 중앙 위치

6) 사분 위치

7) 가장자리 위치

8) 최외측 가장자리 위치

도 5 및 도 6 은, 파단 하중, 탄성 한도(도 6 에서만) 그리고 파단 하중의 80% 에서의 연신율을 각각 보여주고 있다. 이러한 관찰을 통해서 스트립의 폭을 따라서 기계적 성질들의 양호한 균질성이 존재한다는 결론에 도달할 수 있었다.

Claims

금속 스트립 (2) 형태의 평판 소재를 연속 풀림 처리하는 중에 사용되는 담금질용 냉각 장치로서,

수직 상승 또는 수직 하강하는 경로에 배치되며, 일련의 관 (1) 들이 완전히 침수된 상태로 배치되어 있는 오버플로우 위어(overflow weir) (4) 를 포함하며,

상기 일련의 관 (1) 들은 상기 스트립 (2) 의 각 측면을 따라 수직방향으로 또한 대칭적으로 적층되며, 각각의 관 (1) 은 슬릿 또는 일련의 구멍들을 통해서 상기 스트립 상에 수평방향의 난류 분류(jet) 형태의 냉각 유체를 각각 분사하게 되며, 하부에는 시일링 수단 (3) 이 제공되어 있는 상기 냉각 장치에 있어서,

상기 스트립 (2) 의 동일 측면에 배치된 임의의 두 이웃하는 관 (1) 은, 모든 관 (1) 들에 대해서 동일한 간격 (B) 으로 분리되며, 상기 간격 (B) 은 스트립 표면의 1 m²당의 m³/h 으로 표현되는 냉각 유체의 주어진 비유량에서 그 간격에 대응하는 배출 통로에서의 유동 손실이 최소화되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 연속 풀림 처리 중에 사용되는 담금질용 냉각 장치.
제 1 항에 있어서, 관 (1) 의 후방에 위치한 오버플로우 위어 (4) 의 벽은 관 (1) 의 폭과 적어도 동일한 폭을 가지며, 관 (1) 의 후방 면에 대한 이 벽의 수 평 거리는, 상기 오버플로우 위어 (4) 때문에 발생하는 유동 손실이 두 이웃하는 관 (1) 사이의 간격 (B) 에 의해 발생하는 유동 손실의 5 % 미만이 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 담금질용 냉각 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉각 유체의 비유량은 스트립 표면 1 평방미터당 250 ~ 1,000 m³/h 인 것을 특징으로 하는 담금질용 냉각 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 간격 (B) 에 의해 발생하는 상기 유동 손실이 수주(水柱) 150 mm 미만인 것을 특징으로 하는 담금질용 냉각 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각 관 (1) 의 단부와 스트립 (2) 사이의 거리 (A) 는 모든 관에 대하여 동일하며 또한 20 mm ~ 200 mm 인 것을 특징으로 하는 담금질용 냉각 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 관 (1) 들이 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 담금질용 냉각 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시일링 수단 (3) 은 상기 스트립 (2) 을 통과시킬 수도 있고 오버플로우 위어 (4) 하방쪽으로 누출되는 유동 손실의 발생을 최소값으로 제한할 수도 있는 롤러 쌍을 갖는 잠금 장치(lock) 및, 상기 쌍을 이룬 롤러 사이에 제어된 압력, 온도, 또는 압력 및 온도로 유체를 분사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 담금질용 냉각 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상부 관 (1) 에는, 최대 유량에서 오버플로우 위어의 수막 두께 (H) 및 상기 관들 사이 유동 손실에 상당하는 수주의 높이 (ΔH) 의 총합과 적어도 동일한 높이의 블럭 (5) 이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 담금질용 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 금속 스트립 (2) 은 강 스트립인 것을 특징으로 하는 담금질용 냉각 장치.
금속 스트립 형태의 평판 소재를 연속 풀림 처리하는 중에 사용되는 담금질 방법으로서, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 담금질용 냉각 장치를 사용하여 금속 소재 표면당 1,000 kW/m²~ 10,000 kW/m²의 비냉각능력을 얻는 것을 특징으로 하는 담금질 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 금속 스트립은 강 스트립인 것을 특징으로 하는 담금질 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 담금질용 냉각 장치에 진입할 때의 상기 스트립의 온도는 350℃ ~ 750℃ 이고, 상기 담금질용 냉각 장치를 빠져나오는 상기 스트립의 온도는 50℃ ~ 450℃ 인 것을 특징으로 하는 담금질 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 담금질용 냉각 장치를 빠져나오는 상기 스트립의 온도는 50℃ ~ 100℃ 또는 350℃ ~ 450℃ 인 것을 특징으로 하는 담금질 방법.