마이크로 합금강, 특히 파이프 강의 제조 방법 및 장치(METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A MICROALLOYED STEEL, IN PARTICULAR A PIPE STEEL)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2012-0047950
(43) 공개일자 2012년05월14일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
C21D 8/02 (2006.01) B22D 11/12 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2012-7004086
(22) 출원일자(국제) 2010년08월05일
심사청구일자 2012년02월16일
(85) 번역문제출일자 2012년02월16일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2010/004814
(87) 국제공개번호 WO 2011/015365
국제공개일자 2011년02월10일
(30) 우선권주장
10 2009 036 378.5 2009년08월06일 독일(DE)
(71) 출원인
에스엠에스 지마크 악티엔게젤샤프트
독일 뒤셀도르프 에두아르트-슐레이만-슈트라쎄 4
(72) 발명자
자이델 위르겐
독일 57223 크로이쯔탈 포이어도른베크 8
올러트 요아힘
독일 50670 쾰른 바이젠부르크슈트라쎄 61
(74) 대리인
송봉식, 정삼영
전체 청구항 수 : 총 26 항
(54) 발명의 명칭 마이크로 합금강, 특히 파이프 강의 제조 방법 및 장치
(57) 요 약
본 발명은 마이크로 합금강, 특히 파이프 강을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 주조된 슬래브(1)는 슬래브
(1)의 이송 방향(F)으로 순서대로 주조기(3)와, 제1 노(4)와, 하나 이상의 조압연 롤 스탠드(5)와, 제2 노(6)와,
하나 이상의 다듬질 롤 스탠드(7)와, 냉각 구역을 포함하는 시스템(2)을 통과하며, 상기 제조 방법은 a) 시스템
(2)을 통과하는 슬래브의 경로에 걸쳐서 슬래브(1)를 위한 목표한 온도 프로파일을 정의하는 단계와, b) 시스템
(2)의 공정 라인(L) 내에 정의된 온도 프로파일에 따라 슬래브(1)를 온도 조절하기 위한 하나 이상의 온도 영향
부재(9, 10)를 배치하되, 상기 온도 영향 부재(9, 10)는 제1 노(4)와 하나 이상의 조압연 롤 스탠드(5) 사이에,
그리고/또는 제2 노(6)와 하나 이상의 다듬질 롤 스탠드(7) 사이에 개재되도록 하는 단계와, c) 전술한 방식으로
구성된 시스템(2)에서 슬래브(1)를 제조하되, 정의된 온도 프로파일이 최소한 실질적으로 유지되도록 하나 이상
의 온도 영향 부재(9, 10)가 작동되게끔 하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 마이크로 합금강을 제조하기
위한 시스템에 관한 것이다.
대 표 도
공개특허 10-2012-0047950
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특허청구의 범위
청구항 1
마이크로 합금강, 특히 파이프 강을 제조하기 위한 방법으로서,
주조된 슬래브(1)는, 슬래브(1)의 이송 방향(F)으로 순서대로 주조기(3)와, 제1 노(4)와, 하나 이상의 조압연
롤 스탠드(5)와, 제2 노(6)와, 하나 이상의 다듬질 롤 스탠드(7)와, 냉각 구역(8)을 포함하는 시스템(2)을 통과
하는 상기 방법에 있어서, 상기 방법은
a) 상기 시스템(2)을 통과하는 슬래브 경로에 걸쳐서 상기 슬래브(1)를 위한 목표한 온도 프로파일을 정의하는
단계와,
b) 상기 시스템(2)의 공정 라인(L) 내에 상기 정의된 온도 프로파일에 따라 상기 슬래브(1)를 온도 조절하기 위
한 하나 이상의 온도 영향 부재(9, 10)를 배치하되, 상기 온도 영향 부재(9, 10)는 상기 제1 노(4)와 상기 하나
이상의 조압연 롤 스탠드(5) 사이에, 그리고/또는 상기 제2 노(6)와 상기 하나 이상의 다듬질 롤 스탠드(7) 사
이에 개재되도록 하는 단계와,
c) 전술한 방식으로 구성된 상기 시스템(2) 내에서 상기 슬래브(1) 또는 스트립을 제조하되, 상기 정의된 온도
프로파일이 최소한 실질적으로 유지되도록 상기 하나 이상의 온도 영향 부재(9, 10)가 작동되는 단계를
포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 2
제1항에 있어서, 온도 영향 부재(9, 10)로서 추가의 노가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 3
제2항에 있어서, 추가의 노로서는 유도로가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 4
제2항에 있어서, 추가의 노 내에서는 직접 불꽃 충돌(DFI 옥시 연료로)을 통해 슬래브(1)의 가열이 이루어지는
것을 특징으로 하는 방법.
청구항 5
제4항에 있어서, 상기 슬래브(1)의 직접 불꽃 충돌은 75% 이상의 산소를 함유하고 기상 또는 액상 연료가 혼합
되는 가스 제트에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 6
제2항에 있어서, 추가의 노로서 밸런싱로가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 7
제2항에 있어서, 추가의 노로서 롤러 허스로가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 8
제2항에 있어서, 추가의 노로서 슬래브의 횡방향 이송을 가능하게 하는 워킹빔로 또는 푸셔형 연속로가 이용되
는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 9
제1항에 있어서, 온도 영향 부재(9, 10)로서 추가의 냉각 구역이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 10
제9항에 있어서, 추가의 냉각 구역으로서 집중형 냉각 구역이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
공개특허 10-2012-0047950
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청구항 11
제9항에 있어서, 추가의 냉각 구역으로서 층류형 스트립 냉각 구역이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 12
제1항에 있어서, 온도 영향 부재(9, 10)로서 단열 부재가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 온도 프로파일은 구조 모델을 기초로 하여 산출되는 것을 특징으로
하는 방법.
청구항 14
제13항에 있어서, 상기 구조 모델은, 시간 경과 또는 패스 개수에 따른 온도 프로파일, 시간 경과 또는 패스 개
수에 따른 압하량 분포, 머무름 시간 또는 왕복이동 시간, 압연 속도 및 이송 속도, 및/또는 가열 및 냉각 세기
와 같은 파라미터를 결정하고, 그리고/또는 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 장치 형태의 온도 영향 부재(9)의 이용을 통해서, 결과적으로
상기 하나 이상의 다듬질 롤 스탠드(7) 내로의 낮은 유입 온도가 달성되며, 그럼으로써 상기 다듬질 롤 스탠드
에서 재결정화 및 입자 성장이 실질적으로 발생하지 않은 상태로 유지되고, 상기 하나 이상의 조압연 롤 스탠드
(5) 내 유입부와 냉각 장치 형태의 온도 영향 부재(9) 내 유입부 사이의 온도 수준은
a) 특히 낮은 마이크로 합금 원소 함량과 얇은 슬래브 두께를 갖는 파이프 강의 경우, 상기 다듬질 압연기열(7)
내로 유입 시 입자 크기를 감소시키기 위해 냉각 장치 형태의 온도 영향 부재(10)에 의해 감소되거나, 또는
b) 특히 높은 마이크로 합금 원소 함량과 두꺼운 슬래브 두께를 갖는 파이프 강의 경우, 조압연 시 완전한 재결
정화를 보장하기 위해 가열 장치 형태의 온도 영향 부재(10)에 의해 상승되거나, 또는
c) 보상되기만 하거나, 그렇지 않다면 변화없이 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 16
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 장치 형태의 온도 영향 부재(10)의 이용을 통해서, 결과적으
로 상기 하나 이상의 다듬질 롤 스탠드(7) 내로의 높은 유입 온도가 달성되며, 그럼으로써 상기 다듬질 롤 스탠
드에서 재결정화가 완전하게 진행되며, 그리고
a) 높은 온도 및 압하량을 바탕으로 이미 제1 다듬질 패스 동안 이루어지고, 그런 다음에는 최종 다듬질 패스에
서 변형의 누적에 의해 이루어지거나, 또는
b) 적정 온도 및 압하량을 바탕으로, 앞서 변형의 누적이 개시된 후에, 최종 다듬질 패스 동안 비로소 이루어지
는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 17
마이크로 합금강, 특히 파이프 강을 제조하기 위한 시스템(2)으로서,
특히 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 실행하기 위해, 슬래브(1)의 이송 방향(F)으로 순서대
로 주조기(3)와, 제1 노(4)와, 하나 이상의 조압연 롤 스탠드(5)와, 제2 노(6)와, 하나 이상의 다듬질 롤 스탠
드(7)와, 냉각 구역(8)을 포함하는 상기 시스템(2)에 있어서,
상기 제1 노(4)와 상기 하나 이상의 조압연 롤 스탠드(5) 사이에서, 그리고/또는 상기 제2 노(6)와 상기 하나
이상의 다듬질 롤 스탠드(7) 사이에서 상기 슬래브(1)를 온도 조절하기 위한 온도 영향 부재(9, 10)가 공정 라
인(L) 내로 선택적으로 삽입될 수 있으며, 상기 온도 영향 부재(9, 10)로서는 추가의 노, 추가의 냉각 구역, 단
열 부재와 같은 부재들 중에서 하나가 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 18
공개특허 10-2012-0047950
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제17항에 있어서, 상기 추가의 노는 유도로인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 19
제17항에 있어서, 상기 추가의 노는 상기 슬래브(1)의 직접 불꽃 충돌을 이용한 노(DFI 옥시 연료로)인 것을 특
징으로 하는 시스템.
청구항 20
제17항에 있어서, 상기 추가의 노는 밸런싱로인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 21
제17항에 있어서, 상기 추가의 노는 롤러 허스로인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 22
제17항에 있어서, 상기 추가의 노는 슬래브의 횡방향 이송을 가능하게 하는 워킹빔로 또는 푸셔형 연속로인 것
을 특징으로 하는 시스템.
청구항 23
제17항에 있어서, 상기 추가의 냉각 구역은 집중형 냉각 구역인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 24
제17항에 있어서, 상기 추가의 냉각 구역은 층류형 스트립 냉각 구역인 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 25
제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 노, 추가의 냉각 구역 및 단열 부재와 같은 부재(9, 10)들
중에서 하나 이상의 부재는, 상기 부재(9, 10)들 중 하나가 선택적으로 공정 라인(L) 내로 삽입될 수 있도록 슬
래브의 이송 방향(F)에 대해 횡방향(Q)으로 변위 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 26
제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 노, 추가의 냉각 구역 및 단열 부재와 같은 부재(9, 10)들
중에서 하나 이상의 부재는, 상기 부재(9, 10)들 중 하나가 선택적으로 공정 라인(L) 내로 삽입될 수 있도록 이
송 방향(F)으로 향하는 회전축(11)을 중심으로 회동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 마이크로 합금강, 특히 파이프 강을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 주조된 슬래브는 슬래브의[0001]
이송 방향으로 순서대로 주조기와, 제1 노와, 하나 이상의 조압연 롤 스탠드와, 제2 노와, 하나 이상의 다듬질
롤 스탠드와, 냉각 구역을 포함하는 시스템을 통과한다. 또한, 본 발명은 마이크로 합금강을 제조하기 위한 시
스템에 관한 것이다.
배 경 기 술
스트립 제조와 관련하여 종래 기술에서는 일반적인 방법에 따라 진행되는 다양한 가능성이 기재되었다. 예를[0002]
들면 US 2005/0115649 A1, WO 2009/012963 A1, WO 2007/073841 A1, WO 2009/027045 A1, EP 0 611 610 B1 및
EP 1 860 204 A1을 참조할 수 있다.
열역학적 압연은 정착된 방법이다. 마이크로 합금강은 최근에 점차 그 중요성이 증가하고 있다. 이와 관련하[0003]
여 (API 명세서 5L에 따른) 파이프 강은 마이크로 합금강 범위 내에서 가장 중요한 하위 그룹 중 하나이다. 상
기 강에 대한 소요는 꾸준히 증가하고 있다.
파이프 강 대부분은 플레이트 압연 공장에서 제조된다. 그러나 특히 최종 두께 및 최종 폭이 너무 크지 않은[0004]
경우 파이프 강은 열간압연 광폭 스트립 압연기열에서, 이른바 CSP 시스템, 그리고 기타 열간 압연용 시설에서
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도 마찬가지로 제조된다.
일반적인 경우 마이크로 합금강의 제조 시, 그리고 특별한 경우에는 파이프 강의 제조 시, 특별한 목표는 시간[0005]
의 함수로서(또는 제조 시스템 내부의 위치의 함수로서)의 온도 변동 패턴을 그 대상으로 한다. 상기 변동 패
턴은 압하량 분포(reductiondistribution)와 조합되어 결정적으로 마이크로 구조의 생성에 영향을 미치며, 그에
따라 강의 기계적 및 기술적 특성을 결정한다. 이러한 이유에서, 다듬질 압연기열의 후방에서는 목표한 온도
변동 패턴을 조정하기 위해 이용할 수 있는 예컨대 고성능 냉각 장치가 이용된다.
그러나 단점으로서, 앞서 공지된 제조 장치 및 절차 방법은, 마이크로 합금강, 특히 파이프 강의 제조 시 시간[0006]
경과에 따라, 그리고 이송 경로에 걸쳐서 실질적으로 자유롭게 선택할 수 있는 온도 프로파일을 이용하여 상기
강종을 제조하기 위해, 각각의 출발 조건 및 요건에 대해 유연하게 반응하기에는 최적의 적합성을 나타내지 못
한다. 그에 따라 최적의 조건에서 강 내 구조 생성을 조절하지 못할 뿐더러 그 구조 생성에 영향을 줄 수도 없
다. 따라서 상기 강의 화학적 조성 및 치수를 고려한 상기 강의 유연한 제조는 제한된다.
발명의 내용
해결하려는 과제
그러므로 본 발명의 목적은 전술한 단점들을 극복하는데 이용할 수 있는 방법 및 해당 장치를 제공하는 것에 있[0007]
다. 그에 따라 본 발명의 목적은 결과적으로 구조 생성을 더욱 잘 조절 및 제어하기 위해 시간 경과에 따라서,
그리고 이송 경로에 걸쳐서 목표한 프로파일에 따른 온도 변동 패턴의 향상된 제어를 가능하게 하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 결과적으로 마이크로 합금강, 특히 파이프 강의 더욱 유연한 제조를 가능하게 하는
것에 있다.
과제의 해결 수단
본 발명에 의한 목적의 해결 방법은 방법에 따라서 일련의 하기 단계들을 특징으로 한다.[0008]
a) 시스템을 통과하는 슬래브 경로에 걸쳐서 슬래브를 위한 목표한 온도 프로파일을 정의하는 단계,[0009]
b) 시스템의 공정 라인 내에 정의된 온도 프로파일에 따라 슬래브를 온도 조절하기 위한 하나 이상의 온도 영향[0010]
부재를 배치하되, 상기 온도 영향 부재는 제1 노와 하나 이상의 조압연 롤 스탠드 사이에, 그리고/또는 제2 노
와 하나 이상의 다듬질 롤 스탠드 사이에 개재되도록 하는 단계,
c) 전술한 방식으로 구성된 시스템에서 슬래브 또는 스트립을 제조하되, 정의된 온도 프로파일이 최소한 실질적[0011]
으로 유지되도록 하나 이상의 온도 영향 부재가 작동되게끔 하는 단계.
여기서 온도 영향 부재로서는 본 발명의 구성에 따라 추가의 노가 이용된다. 상기 추가의 노는 유도로이거나[0012]
직접 불꽃 충돌(DFI 옥시 연료로)을 통해 슬래브를 가열하는 노일 수 있다. 직접 불꽃 충돌을 통해 슬래브를
가열하는 노의 경우 바람직하게는 슬래브의 직접 불꽃 충돌이 75% 이상의 산소를 함유하고 기상 또는 액상 연료
가 혼합되는 가스 제트에 의해 이루어진다. 또한, 추가의 노로서는 밸런싱로(balancing furnace), 롤러 허스로
(roller hearth furnace), 또는 워킹빔로 및 푸셔형 연속로(pusher furnace)가 이용될 수도 있다.
또한, 온도 영향 부재로서 추가의 냉각 구역도 이용될 수 있다. 상기 추가의 냉각 구역은 예컨대 집중형 냉각[0013]
구역이거나 층류형 스트립 냉각 구역(laminar strip cooling zone)일 수 있다.
또한, 종국에는 온도 영향 부재로서 단열 부재(thermal insulating element)(롤러 테이블 캡슐부)도 이용될 수[0014]
있다.
여기서 온도 프로파일은 바람직하게는 구조 모델을 기초로 산출된다. 여기서 구조 모델은 바람직하게는 다음[0015]
파라미터를 결정하고, 그리고/또는 모니터링 한다. 파라미터 - 시간 경과 또는 패스 개수(pass number)에 따른
온도 프로파일, 시간 경과 또는 패스 개수에 따른 압하량 분포, 머무름 시간(dwell time) 또는 왕복이동 시간
(shuttle time), 압연 속도 및 이송 속도, 및/또는 가열 및 냉각 세기.
개선 실시예에 따라, 냉각 장치 형태의 온도 영향 부재를 이용하는 것을 통해서, 결과적으로 하나 이상의 다듬[0016]
질 롤 스탠드 내로의 낮은 유입 온도가 달성되며, 그럼으로써 상기 다듬질 롤 스탠드에서는 재결정화 및 입자
성장이 실질적으로 발생하지 않는 상태로 유지되며, 하나 이상의 조압연 롤 스탠드 내 유입부와 냉각 장치 형태
의 온도 영향 부재 내 유입부 사이의 온도 수준은
공개특허 10-2012-0047950
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a) 특히 낮은 마이크로 합금 원소 함량과 얇은 슬래브 두께를 갖는 파이프 강의 경우, 다듬질 압연기열 내로 유[0017]
입 시에 입자 크기를 감소시키기 위해, 냉각 장치 형태의 온도 영향 부재에 의해 감소되거나, 또는
b) 특히 높은 마이크로 합금 원소 함량과 두꺼운 슬래브 두께를 갖는 파이프 강의 경우, 조압연 시 완전한 재결[0018]
정화를 보장하기 위해, 가열 장치 형태의 온도 영향 부재에 의해 상승되거나, 또는
c) 보상되기만 하거나, 그렇지 않다면 변화없이 유지된다.[0019]
또한, 개선 실시예에 따라, 가열 장치 형태의 온도 영향 부재를 이용하는 것을 통해서, 결과적으로 하나 이상의[0020]
다듬질 롤 스탠드 내로의 높은 유입 온도가 달성되며, 그럼으로써 상기 다듬질 롤 스탠드에서는 재결정화가 완
전하게 진행되며, 그리고
a) 높은 온도 및 압하량(reduction)을 바탕으로 이미 제1 다듬질 패스 동안 이루어지고, 그런 다음에는 최종 다[0021]
듬질 패스에서 변형의 누적에 의해 이루어지거나, 또는
b) 적정 온도(moderate temperature) 및 압하량을 바탕으로, 앞서 변형의 누적이 개시된 후에, 최종 다듬질 패[0022]
스 동안 비로소 이루어진다.
슬래브의 이송 방향으로 순서대로 주조기와, 제1 노와, 하나 이상의 조압연 롤 스탠드와, 제2 노와, 하나 이상[0023]
의 다듬질 롤 스탠드와, 냉각 구역을 포함하여 마이크로 합금강, 특히 파이프 강을 제조하기 위한 시스템은, 본
발명에 따라, 제1 노와 하나 이상의 조압연 롤 스탠드 사이에서, 그리고/또는 제2 노와 하나 이상의 다듬질 롤
스탠드 사이에서 슬래브를 온도 조절하기 위한 온도 영향 부재가 공정 라인 내로 선택적으로 삽입될 수 있되,
온도 영향 부재로서는, 추가의 노, 추가의 냉각 구역, 단열 부재와 같은 부재들 중에서 하나가 선택될 수 있다.
개선 실시예에 따라, 추가의 노, 추가의 냉각 구역 및 단열 부재와 같은 온도 영향 부재들 중 하나 이상의 온도[0024]
영향 부재는, 상기 부재들 중 하나가 선택적으로 공정 라인 내로 삽입될 수 있도록, 슬래브의 이송 방향에 대해
횡방향으로 변위 가능하게 배치된다.
여기서 추가의 노, 추가의 냉각 구역 및 단열 부재와 같은 부재들 중 하나 이상의 부재는, 상기 부재들 중 하나[0025]
가 선택적으로 공정 라인 내로 삽입될 수 있도록, 이송 방향으로 향하는 회전축을 중심으로 회동 가능하게 배치
될 수 있다.
제안되는 해결 방법에 의해서는 마이크로 합금강, 특히 (예컨대 X52 ... X120과 같은) 파이프 강의 제조가 향상[0026]
되며, 이런 점은 바람직한 특성 조합에 기여한다. 강성 및 인성의 최적의 값 및 이용되는 화학적 조성과 관련
한 최대 유연성뿐 아니라 최종 제품의 치수는 온도 변동 패턴의 목표한 제어를 통해 달성된다. 지금까지 통상
적인 공정 제어를 기반으로 존재하던 제한 사항은 본 발명에 따른 제안으로 실질적으로 해결된다. 매우 바람직
하게는 강의 제조 시에 목표한 온도-시간 특성 곡선으로의 이동이 달성되며, 이런 점은 최고 품질을 갖는 파이
프 강을 제조할 수 있게 허용한다.
제안되는 처리 방법에 따라 온도는 조압연기열의 전방에서 뿐 아니라 조압연기열과 다듬질 압연기열 사이에서[0027]
상승되거나 일정하게 유지되거나 또는 감소될 수 있다. 다시 말하면, 온도 제어와 관련하여 최고 수준의 유연
성이 달성되며, 이런 점은 파이프 강 제조의 기본적인 가능성을 개시할 뿐 아니라 그 외에도 각각의 요건에 따
라 상기 강종의 제조를 위한 다양한 절차 방법 및 다양한 재료 특성의 설정을 가능하게 한다.
또한, 예컨대 마이크로 합금강의 모든 강종과 다상 조직 강(multiphase steel)에 대한 경우에서처럼, 온도 변동[0028]
패턴이 중요한 역할을 하는 또 다른 다수의 강종이 분명히 완벽하게, 그리고 소정의 경우에는 향상된 특성을 갖
는 조건으로 제조될 수 있다.
끝으로, 변경된 온도 변동 패턴에 의해 변경된 압하량 분포가 적용될 수 있고, 특히 더욱 높은 압하가 실행될[0029]
수 있다. 또한, 그 결과 모든 강종에서 더욱 얇은 최종 두께가 달성될 수 있거나, 또는 시스템 레이아웃 시에
추가적인 자유 공간이 제공될 수 있다.
또한, (예컨대 공중에서 조압연 스트립의 왕복이동의 위치에서) 효과적인 가열 장치(유도 가열 장치 또는 DFI[0030]
옥시 연료 방법에 따른 로)의 이용 및/또는 조정 가능한 집중형 냉각 장치의 적용은 시스템의 총 생산성을 확대
하고 제조 공정을 단순화한다.
그러므로 제안되는 절차 방법 및 장치는 각각 재료 분석, 재료 치수 및 재료 특성에 따라 조압연 이전에 슬래브[0031]
의 온도에 목표한 바대로 영향을 미칠 수 있게 한다. 이와 동일하게 재료 분석, 재료 치수 및 재료 특성에 따
공개특허 10-2012-0047950
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라 다듬질 압연 이전에 조압연 스트립의 온도에 목표한 바대로 영향을 줄 수도 있다.
개별 공정 단계들 동안 온도 제어의 목표한 제어는 바람직하게는 구조 모델의 이용 또는 적용을 통해 이루어진[0032]
다. 여기서 구조 모델은 (이미 언급했듯이) 하기의 파라미터의 특성곡선을 결정하고 해당 파라미터를 모니터링
한다.
- 시간 경과 또는 패스 개수에 따른 온도 프로파일,[0033]
- 시간 경과 또는 패스 개수에 따른 압하량 분포,[0034]
- 머무름 시간 또는 왕복이동 시간,[0035]
- 온도 프로파일에 영향을 주기 위한 압연 속도 및 이송 속도,[0036]
- 가열 및 냉각 세기.[0037]
또한, 개별 공정 단계들 동안 다양한 유형의 연화 과정들(softening process)의 목표한 제어와 이와 결부되는[0038]
재료 특성의 제어가 이루어질 수 있다.
본원의 방법은 다양한 가공 열처리를 위해 적용할 수 있다.[0039]
슬래브 냉각 장치의 장착은 조압연 스탠드 내에서 슬래브의 사전 변형 이전에 이루어질 수 있다. 이와 동일하[0040]
게 유도 가열 장치 또는 DFI 옥시 연료 가열장치의 장착은 조압연 스탠드 내 사전 변형 이전에 이루어질 수 있
다.
다양한 냉각 및 가열 장치는 상호 간 변위 또는 회동을 통해 교환될 수 있다.[0041]
최대 달성 가능한 압하량과 전체 압하량 분포에 대한 영향은 제품의 치수 및 특성과 시스템 레이아웃에 영향을[0042]
주는 조건에서 조압연 및 다듬질 압연 이전에 목표한 온도 상승을 통해 달성될 수 있다.
그에 따라 압연 시스템의 생산성은 목표한 (추가적인) 냉각 및/또는 가열을 통해 증가된다.[0043]
도면의 간단한 설명
도면에는 본 발명의 실시예들이 도시되어 있다.[0044]
도 1은 주조기와, 제1 노와, 조압연기열과, 제2 노와, 다듬질 압연기열과, 냉각 구역(들)을 포함하는 본 발명의
제1 실시예에 따른 주조 및 압연 시스템을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1에 대체되고 제2 실시예에 따르는 주조 및 압연 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 도 1에 추가로 대체되고 제3 실시예에 따르는 주조 및 압연 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 측면도
이다.
도 4는 도 1에 추가로 대체되고 제4 실시예에 따르는 주조 및 압연 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 측면도
이다.
도 5는 도 1에 추가로 대체되고 제5 실시예에 따르는 주조 및 압연 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 측면도
이다.
도 6은 도 1에 추가로 대체되고 제6 실시예에 따르는 주조 및 압연 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 측면도
이다.
도 7은 추가의 실시예에 따르는 주조 및 압연 시스템을 개략적으로 도시한 상면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따라 슬래브의 이송 방향에서 보고 주조 및 압연 시스템의 온도 영향 부재들을
도시한 개략도이다.
도 9는 도 8에 추가로 대체되고 본 발명의 제2 실시예에 따르는 온도 영향 부재들의 구성을 도시한 개략도이다.
도 10은 도 8에 추가로 대체되고 본 발명의 제3 실시예에 따르는 온도 영향 부재들의 구성을 도시한
개략도이다.
도 11은 도 8에 추가로 대체되고 본 발명의 제4 실시예에 따르는 온도 영향 부재들의 구성을 도시한
개략도이다.
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발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 1에는 (API 명세서 5L에 따른) 파이프 강을 하나의 라인에서 주조 및 압연하기 위한 시스템(2)이 측면도로[0045]
도시되어 있다. 상기 시스템은 주조기(3)(수직 주조 시스템 또는 아치형 주조 시스템)를 포함하고, 상기 주조
기 내부에서는 공지된 방식으로 슬래브(1)가 연속 주조를 통해 제조된다. 슬래브의 표준 치수의 경우 두께는
50과 150㎜ 사이이고 폭은 900과 3,000㎜ 사이일 수 있다. 이송 방향(F)으로 주조기(3) 다음에는 제1 노(4),
하나의 조압연 롤 스탠드(5)만이 도시되어 있는 슬래브 압연용 조압연기열(때로는 복수의 조압연 롤 스탠드도
제공됨), 제2 노(6), 하나의 다듬질 롤 스탠드(7)만이 도시되어 있는 슬래브 또는 스트립 압연용 다듬질 압연기
열 및 냉각 구역(8)이 순서대로 배치된다.
또한, 온도 제어와 관련하여 중요하지 않고 종속되기만 하는 추가의 부재들도 제공된다. 주조기(3)와 제1 노[0046]
(4) 사이에는 슬래브(1)를 목표하는 슬래브 길이로 절단하기 위해 이용할 수 있는 전단기(12)가 배치된다(대체
되는 실시예로서 화염 절단기도 이용될 수 있다). 제1 노(4)와 조압연 롤 스탠드(5) 사이에는 디스케일러(13)
가 개재된다. 또한, 추가의 디스케일러(14)는 다듬질 롤 스탠드(7) 직전에 위치한다. 냉각 구역(8) 후방에는
(공지된 방식으로) 완성된 스트립을 권취하는 권취기(15)가 제공된다.
파이프 강의 경우에는 시스템(2)을 통과하는 경로에서 슬래브 또는 스트립의 온도 제어와 관련하여 증가된 요건[0047]
이 존재한다.
스트립을 제조하기 전에, 우선 이송 방향(F)의 이송 경로에 걸쳐, 또는 시간 경과에 따라 목표한 온도 프로파일[0048]
이 결정된다. 이를 위해 바람직하게는, 그 자체로서 공지되어 있으면서, 전문가 측에서, 최적의 제품이 제조될
수 있도록 하기 위해, 슬래브(1) 또는 스트립의 온도가 변동하는 패턴을 결정하는 컴퓨터 지원 구조 모델이 적
용된다. 상기 온도 변동 패턴에 대한 예시 정보는 제조 시스템(2)의 특정 위치에 대해 슬래브(1) 또는 스트립
의 온도 범위가 명시됨으로써 더 아래에 존재한다.
그런 다음에는, 사전 설정된 온도 프로파일에 따라, 목표한 프로파일로의 이동이 이루어질 수 있도록 시스템[0049]
(2)을 준비해야 한다. 이런 점은 본 발명에 따라서, 정의된 온도 프로파일에 따라 슬래브(1)를 온도 조절하기
위한 하나 이상의 온도 영향 부재가 시스템(2)의 공정 라인 내에 배치되되, 상기 온도 영향 부재는 제1 노(4)와
하나 이상의 조압연 롤 스탠드(5) 사이에, 그리고/또는 제2 노(6)와 하나 이상의 다듬질 롤 스탠드(7) 사이에
개재되도록 이루어진다.
도 1에 따른 실시예의 경우, 온도 영향 부재(9)는 제2 노(6)의 후방에서 공정 라인 내로 삽입 작동되는 냉각 구[0050]
역이다. 상기 냉각 구역은, 목표한 온도 프로파일을 달성하기 위해 요구되는 필요한 냉각 용량에 따라 집중형
냉각 장치이거나 층류형 냉각 장치일 수 있다.
냉각 후, 그리고 디스케일러(14) 통과 후에는, 하나 이상의 다듬질 롤 스탠드(7) 내에서 연속적인 또는 가역식[0051]
다듬질 압연이 이루어지되, 바람직하게는 다수의 다듬질 롤 스탠드, 다시 말하면 다듬질 롤 스테이지(finishing
roll stage)가 제공된다. 다듬질 압연은 목표하는 최종 스트립 두께 및 최종 스트립 온도로 이루어지며, 이에
이어서 냉각 구역(8)에서 스트립의 냉각이 이루어진다. 최종 단계로서 권취기(15) 상에 스트립이 권취된다.
다듬질 압연된 스트립을 권취하는 것 대신에, 대체되는 실시예에 따라서는 스트립이 곧바로 마감 라인
(finishing line)으로 공급될 수 있다.
전통적인 가공 열처리의 범주에서 파이프 강의 다듬질 압연의 경우 노(6) 및 냉각 장치(9)의 후방에 850 내지[0052]
950℃의 온도 영역이 제공된다. 저온의 유입 온도는, 다듬질 압연기열에서 거의 등온 압연 공정 동안 재결정화
및 입자 성장이 실질적으로 발생하지 않는 상태로 유지되고 거의 모든 변형이 누적됨으로써 후속하는 변환 시에
미세 입자 구조가 생성되게 하는 점을 보장한다. 추가의 전제 조건은 전형적으로 820℃ 미만의 충분히 낮은 최
종 압연 온도와 냉각 구역에서 충분히 높은 냉각 속도이다.
그러나 조압연 롤 스탠드(5)와 다듬질 롤 스탠드(7) 사이의 영역에서 이루어지는 앞서 설명한 냉각에 추가로,[0053]
이미 조압연 롤 스탠드(5) 내로의 유입 이전에 스트립의 온도에 영향을 주어야 할 필요가 있을 수 있다. 이를
위해 도 2에는, 제1 노(4)의 후방 부분이 스트립 냉각 장치(10)에 의해 대체되어 있는, API에 따른 파이프 강
제조를 위한 시스템(2)이 도시되어 있다. 더욱 정확하게 말하면, 온도 영향 부재(10)로서 본 실시예에서는 추
가의 냉각 구역(10)이 공정 라인 내로 삽입된다.
슬래브의 냉각을 통해 가공 열처리의 량은 추가로 상승되고 조압연기열과 다듬질 압연기열 사이의 입자 성장은[0054]
제한될 수 있다. 그럼에도, 여기서는 완전한 재결정화가 보장되어야 하며, 이런 이유에서 상기 처리 방법은 낮
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은 마이크로 합금 원소 함량과 더욱 얇은 슬래브 두께를 갖는 파이프 강에 적합하다.
그에 비해서 합금 원소 함량이 특히 높고 슬래브 두께가 두꺼운 경우에는, 더욱 높은 성형도를 가능하게 하고[0055]
완전한 동적 또는 정적 재결정화를 보장하기 위해, 심지어는 더욱 높은 온도로의 가열이 바람직할 수 있다. 또
한, 상승된 온도는 마이크로 합금 원소의 용해 상태에 바람직하게 작용할 수 있다. 이런 점을 특히 바람직한
방식으로 가능하게 하는 본 발명의 실시예는 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서는 제1 노(4)의 후방과 조압연 롤
스탠드(5)의 전방에 유도 가열 장치 형태의 온도 영향 부재(10)가 공정 라인 내로 삽입되어 있다.
도 4, 도 5 및 도 6에는, 특히 도 2 및 도 3에 따른 해결 방법에 비해서 다듬질 압연 이전에 배치되는 스트립[0056]
냉각 장치가 유도 가열 장치 또는 노로 대체된 시스템 개념이 도시되어 있다.
지금까지는 누적된 변형의 최대화를 목표로 한 전통적인 가공 열처리를 달성하고자 노력했던 반면에, 소정의 강[0057]
에 대해 또 다른 방법이 적용된다. 조압연에 이은 완전한 재결정화 후에 다듬질 압연기열의 영역에서 추가의
연화를 배제하는 것 대신에, 재차 재결정화를 달성하고자 하는 노력이 이루어진다. 상기 재결정화는 특히 바람
직하게는 유도 가열 장치 또는 DFI 옥시 연료로에 의해 생성될 수 있는 고온의 온도를 필요로 한다. 이런
경우, 재결정화는 특히 높은 고온 및 성형도 조건에서 이미 제1 다듬질 패스 동안 이루어질 수 있고 최종 다듬
질 패스에서는 뒤이은 변형의 누적에 의해 이루어질 수 있으며, 또는 동적 재결정화가, 제1 다듬질 패스에서 변
형의 누적이 개시된 후에, 앞의 경우보다 낮은 고온 및 성형도 조건에서 최종 다듬질 패스 동안에 비로소 나타
난다. 이런 두 경우에 온도 상승은, 전통적인 가공 열처리에 비해서, 예컨대 도 1, 도 2 및 도 3의 해결 방법
에 따라, 최대 가능한 성형도는 증가하게 하고, 그 반면에 재결정화를 야기하기 위해 필요한 성형도는 감소하게
하며, 그럼으로써 연화 경향(softening tendency)이 분명하게 증가하게끔 한다.
온도에 영향을 미치기 위한 가능성의 본 발명에 따른 확대를 통해서는, 개별 시스템 구역들에서 온도 변동 패턴[0058]
에 대해 지금까지 모순을 나타냈던 요건을 충족할 수 있으며, 그럼으로써 각각의 개별 구역에서 제품 특성과 관
련하여 최적의 조건을 나타내는 공정 과정이 가능해지며, 다시 말하면 이송 방향(F)을 따라 슬래브 또는 스트립
내 최적으로 선택된 온도 변동 패턴으로의 이동이 가능해진다. 그럼으로써 목표한 재료 특성 또는 재료 치수
또는 다양한 재료 분석에 부합하는 유연한 조정이 제공된다.
동시에 온도 제어의 영향 장치는 조압연 및 다듬질 롤 스탠드에서 하중 및 압하량 분포에 영향을 주기 위해 고[0059]
성능 툴로 형성되며, 이런 점은 최소한 달성할 수 있는 최종 두께를 압하하거나, 또는 레이아웃 시에 더욱 작은
유닛의 사용을 가능하게 하는데 이용될 수 있다.
마이크로 구조에 미치는 온도 변동 패턴의 다양한 영향에 대한 설명으로부터, 구조 생성의 조절은 항시 필요하[0060]
고, 파이프 강의 압연은 제안된 처리 방법에 따라, 특히 공정이 적합한 구조 모델에 의해 모니터링 되고, 그리
고/또는 제어 또는 조절된다면, 목표한 기계적 특성에 기여한다는 사실을 확인할 수 있다.
동일한 시스템에서 정상강(normal steel)의 압연 시에 다듬질 압연기열의 전방에서는 대개 약 1,000 내지 1,150[0061]
℃의 온도가 이용되지만, 특별한 경우에는 그 보다 더 높거나 낮은 온도도 이용된다. 상이한 온도의 설정 필요
성은 합금 개념의 복잡성과 더불어 증가한다. 다상 조직 강 및 다양한 마이크로 합금강의 경우 상기 처리 방법
이 특히 바람직하다. 제안되는 시스템 개념에 의해서는 슬래브, 박 슬래브, 중간 스트립, 스트립 및 박판이 대
부분 목표하는 온도 수준으로 설정되며, 그럼으로써 요구되는 재료 특성과 관련하여 어떠한 제한 사항도 존재하
지 않게 된다.
각각의 공정 조건에 대해 부합하는 최적의 조정의 경우, 스트립 냉각 장치(9)(도 1, 2 및 3)와 유도 가열 장치[0062]
(10)(도 3 및 도 5) 또는 유도 가열 장치(9)(도 4)는 이송 방향(F)에 대해 횡방향으로 변위 또는 회동 가능하게
형성되고 일측 또는 타측 유닛(9, 10)이 활성화될 수 있다.
유사하게, 도 6에 따라서는, 도 4에 대해 대체되는 실시예로서, 스트립 냉각 장치(10) 및 유도 가열 장치(9) 대[0063]
신에 종래 방식의 밸런싱로(9, 10)가 공정 라인 내로 인입 이송될 수 있다. 이러한 점은 조압연 시스템의 전방
및 그 후방의 다양한 유닛에 적용된다.
주조기(3)는 압연기열(5)을 포함하는 공정 라인 내에 위치할 수 있거나, 또는 상기 공정 라인으로부터 위치상[0064]
분리되어 배치될 수 있다. 이에 대해서는 대응하는 실시예를 상면도로 확인할 수 있는 도 7이 참조된다. 본
실시예에서는 2개의 상부 주조기(3')가 서로 평행하게 배치되고, 이들 주조기 후방에서는 슬래브가 화염 절단기
(12')에 의해 목표하는 길이로 절단된다. 워킹빔로(4') 또는 푸셔형 연속로에 의해서는 슬래브(1)가 상부의 두
공정 라인(L)으로부터 하부의 공정 라인(L)으로 이송 방향(F)에 대해 횡방향(Q)으로 변위될 수 있다. 하부의
공정 라인에는 스트립을 제조하기 위한 추가의 시스템 부재들이 위치한다. 하부의 공정 라인(L)은 마찬가지로
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주조기(3)를 포함하고, 이 주조기의 후방에는 전단기(12)가 배치된다.
노(4, 4')들에 의해서는 슬래브(1)가 약 1,100 내지 1,200℃의 조압연 온도로 가열된다. 디스케일러(13) 이후[0065]
에는, 하나의 조압연 롤 스탠드(5)에서, 또는 이에 대체되는 실시예에 따라 복수의 조압연 롤 스탠드(5)에서 연
속해서 또는 가역식으로 중간 두께로 조압연이 이루어진다.
또한, 조압연 롤 스탠드(5)에서 압연 속도를 선택하는 것으로 노 유입 온도에 영향을 줄 수도 있다.[0066]
조압연 롤 스탠드(5)의 후방에는 제2 노(6)가 보온로(holding furnace)로서 배치된다. 보온로(6)는 조압연 롤[0067]
스탠드(5)에서 성형된 박 슬래브를 완전하게 수용할 수 있을 만큼 충분한 공간을 제공한다. 또한, 노(6) 내에
서는 성형된 박 슬래브의 짧은 왕복이동이 개시될 수도 있다.
본 실시예의 경우 보온로(6) 대신에 롤러 테이블 캡슐부 또는 보통의 롤러 테이블도 배치될 수 있다. 노(6) 또[0068]
는 롤러 테이블 캡슐부에 이어서, 온도 영향 부재(9)가 공정 라인(L) 내에, 슬래브(1)가 다듬질 롤 스탠드(7)
내에서의 다듬질 압연 이전의 목표한 온도로 조정될 수 있게끔 하는 냉각 구역의 형태로 배치된다. 또한, 이에
대체되는 실시예에 따라, 스트립 냉각 장치(9)는 보온로의 전방 또는 롤러 테이블 캡슐부의 전방에도 위치할 수
있다.
온도 영향 부재(9, 10)들의 측면 변위 또는 인입 또는 인출 회동을 통한 다양한 유닛의 교환에 대한 상세 내용[0069]
은 도 8 내지 도 11에 도시되어 있다. 그 외에도 경우에 따라서는 적합한 이동 장치들에 의해서 3가지 유닛이
공정 라인 내 장소를 공유할 수 있게 할 수도 있다.
도 8에서는 대체되는 실시예로서 추가의 노(도 8에서 왼쪽) 또는 유도로(도 8에서 오른쪽)가 횡방향(Q)으로의[0070]
변위를 통해 공정 라인(L) 내로 이동되는 방법을 확인할 수 있다. 공정 라인(L) 양쪽의 대체 위치(16, 16')들
은 도시한 위치로부터 오른쪽으로, 그리고 그 반대로 두 노의 동시 변위를 허용한다.
유사한 상황은 대체되는 실시예로서 냉각 장치(도 9에서 왼쪽) 및 유도로(도 9에서 오른쪽) 형태로 공정 라인[0071]
(L) 내로 삽입될 수 있는 온도 영향 부재(9, 10)들에 대해 도 9에 도시되어 있다. 이와 유사한 사항은 재차 도
10에 따라 롤러 허스로(왼쪽) 및 슬래브 냉각 장치(오른쪽)에도 적용된다.
도 11에서는 냉각 바 형태의 온도 영향 부재(9)가 간섭하거나 간섭하지 않도록 하기 위해 회전축(11)을 중심으[0072]
로 회동될 수 있는 점을 확인할 수 있다. 그에 반해 유도로(10)는 재차 (간섭해서는 안 되는 경우라면) 대체
위치(16')로 이동할 수 있도록 방향(Q)으로 횡방향 변위 가능하게 배치된다.
부호의 설명
1: 슬래브(스트립)[0073]
2: 시스템
3: 주조기
3': 주조기
4: 제1 노(furnace)
4': 워킹빔로 또는 푸셔형 연속로
5: 조압연 롤 스탠드(roughing stand)
6: 제2 노
7: 다듬질 롤 스탠드
8: 냉각 구역
9: 온도 영향 부재(temperature-influencing element)
10: 온도 영향 부재
11: 회전축
12: 전단기
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12': 화염 절단기
13: 디스케일러
14: 디스케일러
15: 권취기
16: 대체 위치(alternate position)
16': 대체 위치
F: 이송 방향
Q: 횡방향 변위 방향
L: 공정 라인
도면
도면1
도면2
도면3
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도면4
도면5
도면6
도면7
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도면9
도면10
도면11
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