고성능 강철 생산을 위한 현대 열간 압연 밀의 핵심 특징

현대 열간 압연 밀의 주요 특징

열간 압연 밀(HSM)의 목적은 두꺼운 슬래브를 재가열하고 압연해 다양한 두께의 얇은 스트립을 생산하는 것입니다. 거대한 규모와 막대한 투자로 인해 열간 압연 밀은 수십 년의 수명을 가져야 합니다. 이 밀은 특히 우수한 냉간 성형성과 우수한 스트립 물성을 가진 고강도강 및 초고강도강(AHSS) 등 다양한 강종에 대한 시장 수요를 충족할 수 있어야 합니다. 밀은 다음 요구사항을 충족해야 합니다.

• 높은 밀 가동률과 높은 생산성, 높은 수율
• 저비용 유지보수 필요 충족
• 저에너지 소비 필요 충족
• 현대 고객이 요구하는 엄격한 두께 및 형상 공차 충족으로 제품 품질 향상, 강력한 제어와 조정을 통해 달성. 이 공차는 다양한 국제 표준에 명시된 것보다 훨씬 엄격할 수 있음.
• 짧은 납기와 소량 롯트의 경제적 압연을 보장하는 더 유연한 압연 스케줄

이러한 까다로운 요구사항을 달성하기 위해 현대 통상 열간 압연 밀에는 많은 중요한 특징이 적용됩니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.

• 재가열로 – 현대 열간 압연 밀은 일반적으로 컴퓨터 제어되는 에너지 효율적인 워킹 빔 로를 갖추고 있습니다. 이 재가열로는 슬래브를 목표 온도까지 균일하게 가열하여 요구 생산 속도를 맞추며, 스키드 마크와 콜드 스팟 없이 가열합니다. 냉괴나 열괴를 모두 장입 재료로 받아들일 수 있습니다.
• 디스케일러 – 디스케일러는 열간 압연 밀에서 좋은 표면 품질을 얻기 위해 필수입니다. 현재 디스케일러는 최대 400 bar의 고압수를 고효율로 적용하는 최첨단 노즐 기술을 사용합니다. 디스케일러는 보통 물이 새지 않도록 밀폐형 설계입니다.
• 슬래브 사이징 프레스 – 조압연 구역의 슬래브 사이징 프레스는 통상 에저(edger) 대비 기술적 이점이 있습니다. 큰 폭 감소(최대 350mm) 외에도, 슬래브 중심까지 현저히 더 나은 관통 성형이 이루어집니다. 슬래브 사이징 프레스는 더 평평한 도그 본(dog bone)을 만들어 리스프레딩(respreading)을 줄이고 사이징 효율을 높입니다. 슬래브 헤드와 테일에서 특수 단행정 운전 모드로 크로핑 손실을 줄이고 수율을 높입니다. 슬래브 사이징 프레스는 연속 주조기의 다양한 주조 사이즈를 단 몇 가지 표준 폭으로 줄여 생산 유연성을 높입니다. 슬래브 사이징 프레스는 스트립 전장에 걸친 폭 공차를 개선합니다.
• 유압식 에저 조정 시스템 – 스트립 헤드부터 테일까지 폭을 이 시스템이 제어합니다. 이 시스템의 빠른 동적 응답으로 소재 헤드와 테일에서 빠른 시정 움직임이 가능해 크로핑 손실을 줄이고 스트립 전장에 걸친 폭을 제어합니다. 최신 세대 에저는 추가 전자기계식 조정 시스템 없이 완전 유압식 설비입니다.
• 코일 박스 – 조압연기와 피니싱 밀 사이에 설치되어 전이 바(transfer bar)를 코일링해 소재 및 열 축적기 역할을 합니다. 언코일링 시 전이 바의 테일 엔드가 피니싱 밀에 진입할 때 헤드 엔드가 됩니다. 코일 박스는 조압연기와 피니싱 밀 사이 거리를 단축시킵니다. 또한 피니싱 밀에 진입하는 전이 바의 온도 강하를 최소화합니다. 코일 박스는 맨드렐 타입이거나 맨드렐리스(mandrel-less) 타입일 수 있습니다. 맨드렐리스 코일 박스는 맨드렐 타입 대비 코일 내경 랩의 온도 강하를 추가로 줄입니다. 맨드렐리스 코일 박스는 사이드 열 차폐막 설치 공간을 만들어 스트립 에지의 온도 강하를 줄이는 데도 기여합니다. 코일 박스는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 코일 박스 타입과 AGC 및 HGC 원리

• 자동 두께 제어(AGC) 및 유압 간극 제어(HGC) – 워크 롤 간 간극, 즉 스트립 두께 제어는 두 제어 모듈로 2단계로 이루어집니다(그림 1). 첫 번째 모듈을 AGC, 두 번째를 HGC라고 합니다. AGC는 상위 시스템으로부터 두께 설정값을 받습니다. 롤 마모, 롤 열팽창, 스트랜드 신장, 간극에 영향을 주는 기타 비측정량을 계산하고 보상합니다. 패스 중 두께 측정이 이루어지며, 이는 AGC에서 사용됩니다. 두께 피드백은 PI 컨트롤러를 거쳐 총 간극 편차에 더해집니다. 이는 모델 오차 보상으로 볼 수 있습니다. 이 보상은 HGC의 실린더 위치 기준값을 변경합니다. HGC에는 두께 피드백 제어가 없습니다. HGC는 두 워크 롤 간 간극을 제어합니다. HGC는 상위 설정값을 롤 간극 기준값으로 사용합니다. 실린더 위치 트랜스미터 측정값과 현재 보상값을 사용해 롤 간극을 계산합니다. HGC는 위치 제어 방식으로 기준값과 실제 간극을 사용해 스트립 두께를 제어합니다.
• 자동 폭 제어(AWC) – 수직 에저에 유압식 AWC 시스템을 헤드 엔드부터 테일 엔드까지 제공하면 우수한 폭 정밀도를 달성할 수 있습니다. 유압 실린더 작동 폭 제어 시스템이 사용됩니다. 이 시스템은 스트립 헤드 엔드와 테일 엔드에 대한 단행정 제어와 나머지 스트립에 대한 AWC 시스템으로 작동합니다. 전자기계식 서보 밸브가 유압 실린더 위치를 정밀 제어합니다.
• 워크 롤 벤딩 – 열간 압연 밀에서 백업 롤은 워크 롤을 지지하고 휘어짐을 방지하기 위해 큰 직경을 가집니다. 하지만 실제로는 베어링 하우징에 가해지는 힘이 커지면 백업 롤도 휘게 됩니다. 이는 베어링 하우징 근처에서 워크 롤에 가해지는 힘이 더 크고 롤 중앙에서 더 작게 만듭니다. 반면 스트립은 반작용 힘으로 작동하며 롤 중앙에 작용합니다. 이는 워크 롤을 휘게 하고 스트립 프로파일에 영향을 줍니다(그림 2). 워크 롤 벤딩 시스템은 워크 롤 베어링 하우징에 상쇄력을 가해 스트립 프로파일을 형성합니다. 큰 벤딩 힘을 가하면 스트립이 더 평평해집니다. 벤딩 힘은 지속적으로 변하며 기준 힘은 압연 힘의 함수로 계산됩니다. 양쪽에 각각 4개의 유압 실린더가 힘을 생성합니다.
• 연속 가변 크라운(CVC) – 스트립 프로파일을 변경하는 또 다른 방법은 프로파일이 있는 롤을 사용하는 것입니다. 롤 간 간극을 롤의 축 방향 이동으로 변경할 수 있습니다(그림 2). CVC 기법은 롤 시프팅 기법(roll shifting technique)이라고도 합니다. CVC 기법은 워크 롤 벤딩보다 느린 동특성을 가지지만 더 넓은 범위를 가집니다. CVC와 워크 롤 벤딩이 상호 보완하므로 현대 열간 압연 밀에서는 보통 두 기법을 모두 사용합니다.

그림 2 워크 롤 벤딩과 연속 가변 크라운

• 롤 이심 보상 – 롤 이심은 압연기 백업 롤 구조에 의한 주기적 교란으로 제품 두께 정밀도에 영향을 줍니다. 센서로 직접 측정할 수 없어 측정된 두께나 롤 힘으로 식별해야 합니다. 상하 백업 롤 직경 차이가 클 때 롤 힘이나 두께 피드백 신호를 사용한 롤 이심 제어 성능이 좋지 않았습니다. 또한 롤링 중 롤 이심을 식별해야 하므로 헤드 엔드부터 제어를 적용하기 어려웠습니다. 롤 이심 보상 제어는 롤 힘 한 신호로부터 상하 롤 이심을 각각 식별하고 헤드 엔드부터 제어를 시작합니다.
• 워크 롤 윤활 – 워크 롤 배럴에 윤활유를 공급하면 표면 결함을 방지하고 롤 마모를 줄입니다. 워크 롤에 윤활 매체 도포의 장점은 최소한의 압연유로 스케일 축적과 워크 롤 표면 박리 방지, 스트립 품질 개선, 운영 비용 절감, 밀 가동 시간 연장, 밀 한계 확장, 에너지 소비 감소입니다.
• 집중 냉각 시스템과 에지 마스킹 – 스트립 냉각 시스템은 피니싱 밀로 압연된 스트립을 냉각하며 피니싱 밀과 다운코일러 사이 런아웃 테이블에 위치합니다. 냉각 시스템은 라인 사이드 헤드 탱크 시스템을 포함해 상하 양면에 라미나 흐름 시스템으로 설계됩니다. 냉각 구역은 필요한 냉각 뱅크로 나뉘며, 더 빠른 냉각을 위한 집중 냉각 뱅크, 정기 냉각을 위한 일반 냉각 뱅크, 원하는 냉각 패턴과 이중상강 및 TRIP 강 등의 코일링 온도 달성을 위한 미세 온도 제어 냉각 뱅크로 구성됩니다. 라미나 냉각과 에지 마스킹 시스템의 조합은 스트립 에지의 과도한 냉각을 방지해 스트립 폭 방향 응력 차이를 최소화합니다.
• 첨단 다운코일러 – 런아웃 롤러 테이블 종단에 유압 조절 엔트리 가이드가 있어 스트립이 다운코일러에 진입하기 전 센터링합니다. 피니싱 압연 속도로 주행하는 스트립은 핀치 롤 유닛에 의해 확실하게 잡혀 코일 맨드렐로 안내됩니다. 다운코일러 특징은 유압 작동 래퍼 롤, 맨드렐의 유압 제어 스프레딩, 간극과 맨드렐 롤의 자동 교정 및 정확한 유압 조정, 스트립 치수와 소재에 따른 래퍼 롤 힘의 제어된 제한, 2~3권 감김 후 스트립 헤드에서의 스트립 텐션 축적입니다.