열간 압연기 강철 압연: 재가열부터 코일링까지 전 공정 해설

요즘 열간 압연기는 컨벤셔널 열간 압연기와 박판 압연용 스트립 밀로 나뉩니다. 컨벤셔널 열간 압연기(HSM)의 주요 기능은 반제품 강철 슬래브(압연 또는 연속 주조)를 압연 온도로 재가열한 다음, 대형 모터로 구동되는 일련의 압연기 스탠드를 통해 더 얇고 길게 압연하고, 최종적으로 연신된 강철 시트를 코일링하여 취급과 운송을 용이하게 하는 것입니다. 코일은 코일러에서 내경 750mm, 외경 최대 2400mm, 코일 중량 제한 폭당 220kg으로 생산됩니다. 열간 압연기는 냉간 압연기, 스트립 전단 및 슬리팅 유닛용 코일을 공급하며 완제품을 고객에게 직접 출하하기도 합니다. 대부분의 자재는 자동 코일 처리 시스템으로 밀 구역에서 저장 통로로 이송됩니다.

열간 압연 스트립 밀이 스트립에 부여하는 특성에는 표면 품질, 두께, 폭, 평탄도 제어 및 스트립 프로파일이 포함됩니다.

열간 압연기에서 강철 슬래브 압연

열간 압연기에서 강철 슬래브 압연은 여러 하위 공정으로 구성되며, 마지막에 최종 제품 '열간 압연 코일'이 생산됩니다. 주요 하위 공정은 (i) 재가열로에서 강철 슬래브 가열, (ii) 가열 슬래브 탈스케일링 및 사이징 프레스에서의 사이징, (iii) 조압연기 압연 및 2차 탈스케일링, (iv) 정압연기 압연, (v) 열간 압연 스트립 제어 냉각, (vi) 압연 스트립 코일링입니다.

슬래브 재가열

열간 압연기에 중요한 것은 재가열로입니다. 현대 열간 압연기는 최첨단 워킹 빔 재가열로를 갖추고 있어 구형 푸셔 타입 재가열로를 대체하고 성능을 능가합니다. 이 재가열로들은 공칭적으로 시간당 250~300톤 범위의 가열 슬래브를 생산하며, 슬래브 온도 균일성 희생 시 정격 출력의 25% 추가 생산 능력이 있습니다. 상온에서 1100°C~1250°C 온도 범위로 슬래브를 가열하기 위해 슬래브 톤당 약 350,000kcal 연료 가스가 필요합니다. 압연 일정에 따라 검사된 슬래브가 슬래브 야드의 로 충전 롤러 테이블에 하나씩 배치되어 재가열로 충전 도어 앞에 위치합니다. 로 내 공간이 생기면 푸셔 암이 슬래브를 로 내로 밀어 넣습니다. 내부에서 슬래브는 로 바닥에서 약 2.5m 위에 '스키드(skid)'라고 불리는 수냉식 내화 코팅 파이프에 의해 지지됩니다. 슬래브에 남는 냉점('스키드 마크')을 최소화하기 위해 일부 재가열로 설계에서는 로 길이의 약 3분의 2 지점에서 스키드 간격이 변경됩니다. 고정식과 워킹식 두 세트의 독립된 스키드가 번갈아 가며 대형 서브프레임(대형 유압 실린더 쌍으로 구동)에 의해 슬래브를 로 내로 워킹시킵니다. 로 설계에 따라 로 내부는 온도 제어를 위해 여러(5~10개) 구역으로 나뉩니다. 예열 및 가열 구역에서는 연료 가스와 예열 연소 공기 혼합물이 로 지붕과 측면 벽의 버너(스키드 위아래 모두)에서 연소되어 슬래브를 배출 온도 근처까지 가열합니다.

대부분의 강철 슬래브 예열은 슬래브를 지나 회수기(recuperator)로 향하는 뜨거운 배기가스에 의해 달성됩니다. 배기가스에 남은 열은 회수기에서 연소 공기를 약 500°C~550°C로 예열합니다. 가열 구역에서는 강철이 주로 뜨거운 로 벽의 복사에 의해 가열됩니다. 침투 구역(soak zone)에서는 버너 크기와 위치가 구역 내 균일한 온도 유지와 슬래브 냉점 평형화를 위해 설정됩니다.

내화 디바이더가 구역을 물리적으로 구분하며, 로 전체의 열전대 온도 센서가 자동 버너 제어 시스템과 상호작용하여 각 구역의 목표 온도를 유지합니다. 복잡한 컴퓨터 모델이 조압연기 출구 목표 온도를 계산하여 로 배출 목표 온도를 산출합니다. 로 내 각 슬래브 두께 방향 온도 프로파일을 지속적으로 추정하여 컴퓨터가 운영자가 생산 속도와 구역 설정값을 선택하여 목표 온도에 최대한 가깝게 균일하게 가열된 강철 슬래브 생산을 극대화하도록 돕습니다. 압연 공정 시작 후 강철이 조압연기에서 출구로 나오면 그 온도가 로로 피드백되어 컴퓨터 모델을 업데이트하고 로 운영자에게 온도 균일성을 알립니다.

슬래브가 로 출구 쪽 '배출 도어'에 도달하고 컴퓨터가 슬래브가 충분히 가열되었다고 판단하면 도어가 열리고 추출기 암이 슬래브 아래로 들어가 스키드 지지대에서 들어 올려 로 밖으로 끌어냅니다. 재가열로에는 보통 두 개의 추출기가 있습니다. 이 추출기들은 이중 충전된 슬래브를 하나씩 제거하거나 결합하여 더 긴 슬래브를 추출할 수 있도록 독립적으로 작동할 수 있습니다. 뜨거운 슬래브는 엔트리 롤러 테이블에 놓이며 스케일 브레이커를 통해 조압연기로 이송됩니다.

슬래브 탈스케일링과 사이징

가열 슬래브 탈스케일링은 열간 압연기에서 열간 압연 스트립의 좋은 표면 품질 달성을 위해 필수입니다. 탈스케일러 작업은 최대 스케일 제거와 가열 슬래브 최소 냉각으로 향상된 세정을 보장하도록 최적화되어야 합니다.

재가열로를 떠난 슬래브는 0.15m/s~2.0m/s 속도로 두 쌍의 분무 헤더를 사용하는 밀폐형 인클로저인 탈스케일링 유닛을 통과합니다. 이 분무 헤더는 단순하고 유지보수 친화적 설계로, 재가열로의 산소 풍부 분위기에서 슬래브 표면에 형성된 산화철 층을 제거하기 위해 고압 물(최대 400kg/㎠)을 분무합니다. 이 헤더들은 일반적으로 효과적인 물 분무를 위한 첨단 노즐을 장착합니다. 탈스케일러는 일반적으로 물이 새지 않도록 밀폐 설계되며 내부에 최적화된 물 흐름을 가집니다. 탈스케일링 물 소비량은 시간당 200~700㎥ 범위입니다.

현대 열간 압연기는 에저(edger) 대신 사이징 프레스(sizing press)를 장착합니다. 사이징 프레스의 본질적 기술적 장점은 한 패스에서 큰 폭 감소(최대 350mm)뿐만 아니라 슬래브 중심을 관통하여 현저히 더 나은 전단 형성(through forming)을 유도한다는 점입니다. 슬래브 사이징 프레스는 더 평평한 '도그본(dogbone)'을 만들어 스프레드 감소와 사이징 효율 향상을 가져옵니다. 사이징 프레스는 열간 스트립 생산에서 훨씬 더 큰 유연성을 제공합니다. 사이징 프레스 패스에서의 폭 감소로 연속 주조기의 크기 종류를 몇 가지 폭으로 표준화할 수 있어 연속 주조기 생산성 향상에 도움이 됩니다. 슬래브 헤드와 테일 엔드에서의 특수 단행정(short stroke) 모드는 크로핑 손실 감소와 수율 향상을 가져옵니다.

조압연기와 2차 탈스케일링

반연속 열간 압연기에서 조압연기는 일반적으로 슬래브가 가역적으로 압연되는 1~2개의 조압연 스탠드로 구성됩니다. 슬래브는 조압연기에서 5~7회 반복 압연되어 약 30mm 최소 두께 요구사항에 도달합니다. 조압연기에는 슬래브 에지를 압연하고 센터링하는 에저 롤도 포함됩니다.

열간 압연기는 고성능 밀(high performance mill) 또는 콤팩트 밀(compact mill)일 수 있습니다. 두 밀 유형의 차이는 조압연기와 정압연기 사이에 설치된 코일 박스(coil box)로, 콤팩트 열간 압연기에서는 이송 바(transfer bar) 온도를 균일화하여 최소 6개의 정압연 스탠드로 1.2mm 최종 게이지 달성이 가능합니다. 코일 박스가 처리할 수 있는 이송 바 두께는 보통 20~40mm 범위이며 코일링 속도는 약 5.5m/s입니다. 콤팩트 열간 압연기 생산 능력은 보통 연간 350만 톤 범위이며, 고성능 밀은 약 550만 톤까지 달성할 수 있습니다.

반연속 HSM에서 높은 처리량은 조압연기 패스 수 최소화를 요구하며 이는 특히 중요합니다. 이는 패스당 높은 압하를 의미하며, 이는 워크 롤 작업 표면의 낮은 탄화물 함량과 낮은 경도에서만 롤 바이트(roll bite) 개선이 가능합니다.

연속 HSM에서 조압연기는 일반적으로 6개의 독립된 압연기 스탠드로 구성되며, 마지막 4~5개에는 소형 수직 압연기인 에저가 내장됩니다. 가열 슬래브는 한 스탠드씩 통과하여 피니시 압연에 적합한 이송 바를 생산합니다. 고압 워터 제트 노즐이 과정에서 산화철(스케일)을 표면에서 세척합니다. 이송 바가 마지막 조압연기 스탠드를 빠져나올 때 선단 에지 두께가 추정됩니다. 마찬가지로 파이로미터가 바 헤드부터 테일까지 온도 프로파일을 측정하고 특수 카메라가 양단을 촬영합니다. 압연할 제품의 게이지, 폭, 강종에 따라 마지막 조압연기 출구 바 평균 온도는 보통 1050°C~1150°C 범위입니다. 이 데이터는 정압연을 예상하여 수집됩니다.

마지막 4~5개 조압연기에는 폭 제어용 에저가 각각 내장됩니다. 개별 조압연기는 이송 바가 점점 얇아지고 길어짐에 따라 수용하도록 점점 더 멀리 배치됩니다. 조압연기에서 강철이 압연되는 매우 높은 온도에서는 강철이 매우 소성적이고 쉽게 '흐릅니다'. 결과적으로 슬래브가 압하되면 바가 양 끝에서 폭 방향으로 퍼지는 경향이 있습니다. 에저는 바 전체 길이에 걸쳐 균일한 폭을 유지하는 역할을 합니다.

조압연기 워크 롤 특성에 대한 요구사항은 다음과 같습니다.

• 높은 마찰 계수 기반 높은 롤 바이트로 채터링(chattering)이나 슬립 없이 패스당 높은 압하 가능, 결과적으로 열 손실 감소로 높은 처리량 달성
• 쉘 재료의 내마모성, 열피로 저항성, 산화/부식 저항성으로 낮고 균일한 마모, 더 긴 압연 캠페인, 다운타임 감소
• 열 및 파이어 크랙 저항성으로 미세한 파이어 크레이징 네트워크 형성, 밀 스톨(stall)로 인한 심각한 손상 방지
• 한 캠페인 동안 필링(peeling), 밴딩(banding), 마이크로 스폴링(micro-spalling) 없는 완벽한 롤 표면 품질
• 밀 인시던트, 높은 열적/기계적 하중 등 모든 운전 조건에서의 롤 파손에 대한 높은 안전성

정압연기 스레딩(threading)과 다운코일러에 제대로 스레딩하기 위해서는 정사각형 헤드 엔드가 중요하고, 고르지 않은 테일은 워크 롤 표면을 손상시키거나 다음 생산 공정 스레딩 문제를 일으킬 수 있으므로 거의 모든 이송 바 헤드와 테일 엔드는 각각 연장된 전단 블레이드를 가진 대형 강철 드럼 쌍에 의해 크로핑(cropping)됩니다. 바가 롤러 테이블을 약 30m/min로 기어가며 센서가 위치와 속도를 감지하여 크롭 전단 드럼 타이밍을 최적화하여 크로핑 양을 최적화합니다. 이송 바가 약 30mm 두께이므로 추가 크로핑은 상당한 비용 손실을 의미합니다.

크롭 전단과 첫 번째 정압연기 스탠드 사이에는 일반적으로 두 번째 스케일 브레이커가 있어 최종 스케일 제거를 수행합니다. 이송 바 위아래 약 200kg/㎠ 압력의 물 분무가 재형성된 스케일(2차 스케일)뿐만 아니라 이전 탈스케일링 작업을 통과한 스케일도 분해합니다. 상부 분무 헤더와 집수 트로프 레벨 조정으로 처리 중인 이송 바에 최적 적응이 가능합니다. 특수 노즐 배열로 이송 바 상하면의 다른 냉각 정도가 최소화됩니다.

2차 탈스케일링 후 바는 공압식 핀치 롤 쌍에 의해 핀치되어 남은 스케일을 기계적으로 느슨하게 만듭니다. 가공 온도가 낮아짐에 따라 스케일은 점점 끈적해지며 여전히 붉은 뜨거운 강철 표면으로 점점 더 느리게 돌아옵니다.

정압연기

HSM 정압연기는 보통 5~7개 정압연 롤 스탠드를 가지며, 이송 바 두께를 요구되는 게이지까지 줄입니다. 압연 속도는 마지막 스탠드가 820°C~900°C 피니시 온도에서 최종 압하를 수행하도록 설정되어 열간 압연 스트립에 특정 기계적 특성을 부여합니다. 정압연기는 이송 바를 탠덤(tandem)으로 압연합니다. 즉 각 바가 모든 정압연 스탠드를 한 번에 통과합니다. 뜨거운 강철은 압연되면서 매우 연약하므로 정압연기 스탠드 간 텐션은 스트립 스트레칭이나 찢어짐 방지를 위해 매우 낮은 수준으로 엄격하게 제어되어야 합니다.

스트립이 각 밀을 루핑(looping)하거나 접히지 않고, 스트레칭되거나 찢어지지 않고 제대로 스레딩되도록 필요에 따라 조정이 이루어집니다. 각 롤 위치는 정압연기의 정교한 자동화 시스템으로 피드백되며, 압연력을 모니터링하는 로드셀 정보와 최종 스트립 두께를 측정하는 X-레이 게이지 정보와 함께 롤 갭과 속도를 원활하게 조정하여 모든 바에 존재하는 온도 변화에도 불구하고 스트립을 필요한 두께로 안정적으로 압연합니다.

바가 각 연속 스탠드 쌍 사이에 스레딩되면 루퍼(looper)가 스트립을 잡아 스탠드 간 텐션을 모니터링합니다. HSM 정압연 스탠드 사이에 배치된 루퍼들은 정확한 질량 흐름 제어를 보장하여 완성 스트립의 최종 두께까지 안정적인 압연에 기여합니다. 루퍼들은 유압 실린더로 구동됩니다.

초박판 압연을 위해 드라이브 측과 오퍼레이터 측 간 스트립 텐션 차이를 감지하여 상부 롤 세트 스위블링(swiveling)으로 제거할 수 있는 차동 텐션 측정 기능을 가진 루퍼가 사용됩니다. 미세한 텐션 차이는 신뢰할 수 있는 언스레딩(unthreading)에 기여하고 테일 엔드 크래시(tail end crash) 방지에 도움이 됩니다.

텐시오미터 루퍼(tensiometer looper) 기능은 스트립 폭 방향 인장 응력 분포를 측정하는 것으로, 자동 온라인 평탄도 제어의 필수 전제 조건입니다. 텐시오미터는 마지막 두 스탠드 사이에 배치하는 것이 바람직합니다.

스탠드 간 설비는 최고 표면 품질의 열간 압연 스트립 생산에 매우 중요합니다. 주요 설비로는 (i) 엔트리/엑시트 가이드, (ii) 워크 롤 냉각 시스템, (iii) 안티 필링 장치, (iv) 롤 갭 윤활 시스템, (v) 스탠드 간 냉각 및 탈스케일링 시스템이 있습니다. 이 모든 설비의 긴밀한 상호작용이 최적 결과를 위해 필수입니다. 유압 폭 조절 기능이 있는 사이드가드(sideguard)는 최소 시간 내 정확한 위치를 보장합니다. 스트립 가이드 영역은 모든 마모 부품을 빠르게 교체할 수 있도록 설계되었습니다. 노즐 최적 선택과 배열로 냉각 효율이 향상됩니다.

롤 갭 냉각, 롤 갭 윤활, 개선된 출구 측 냉각 시스템의 조합은 롤 온도를 낮춥니다. 이는 롤 표면 산화물 층을 얇게 하고 워크 롤 필링을 줄이는 결과를 낳습니다. 롤 갭 내 윤활은 마찰을 최소화하여 압연력 20~30% 감소를 가능하게 합니다. 이렇게 패스 스케줄 최적화와 더 얇은 최종 스트립 게이지를 위해 압연력 재분배가 가능해집니다. 추가로 스탠드 내 채터링(chattering)이나 진동이 방지되어 롤 수명이 연장됩니다.

재료가 냉각되면서 결정 구조에 심오한 야금적 변환이 일어나며, 이는 재료 특정 화학 조성에 따라 일반적으로 800°C~850°C 사이입니다. 또한 최종 제품 기계적 특성은 최종 압하 패스가 수행되는 특정 온도에 어느 정도 반응합니다.

따라서 각 제품에 피니시 온도가 지정되며, 밀 자동화는 첫 번째 정압연기 스탠드 속도를 바 온도와 바가 각 스탠드를 통과하며 냉각될 것으로 예상되는 정도에 기반하여 조정하여 정압연기 출구 스트립이 목표 온도를 만족하도록 합니다. 마지막 열간 가공 작업은 일반적으로 787.8°C 상임계 온도 위에서 수행되어 모든 열간 가공 완료 후 압연 강철이 상 변환을 통과할 수 있게 합니다. 이는 전체 강철에 걸쳐 균일하게 미세한 등축 입자(equiaxed grain)를 생성합니다. 강철 일부가 이미 페라이트로 부분 변환된 상태에서 열간 압연이 수행되면 변형된 페라이트 입자가 코일링된 강철 냉각 중 자가 어닐링(self-anneal) 동안 조대해집니다. 이 조건은 일부 심한 인발(drawing) 용도에 대한 강철 적합성을 제한할 수 있습니다.

각 이송 바가 헤드부터 테일까지 정압연기에서 약 1분간 머무르므로, 바가 정압연 스탠드에 진입하는 강철 온도는 테일 엔드 압연 시 헤드 엔드보다 약 100°C 낮아집니다. 따라서 첫 150m 스트립이 스레드 속도로 압연되고 다운코일러가 스레딩되면, 밀은 마지막 조압연기 출구 바 온도 프로파일에서 계산된 '줌(zoom)' 비율로 가속을 시작합니다. 최대 20m/s 최고 속도에 도달하며, 밀 자동화는 지정된 피니시 온도를 최종 제품 전체에 걸쳐 유지하려 합니다. 마지막 스탠드 후 파이로미터가 정압연기 컴퓨터 모델을 업데이트하고 이 온도를 스트립 품질 기록에 추가할 수 있게 합니다.

압연기 내 엄청난 압연력이 존재하므로 단순히 워크 롤 간 간격을 원하는 두께로 설정하고 스트립이 그 두께로 나오길 기대하는 것은 불충분합니다. 압연력이 초기 정압연 스탠드에서 정기적으로 3,000톤을 초과하면, 넓고 딱딱하거나 얇은 게이지 제품 압연 시 바가 바이트에 진입한 후 밀 하우징이 10~15mm까지 신장될 수 있습니다. 스레딩용 롤 갭 설정 시 이 요소를 각 밀 스탠드에서 보상하는 것이 중요합니다. 이를 위해 밀 자동화는 정교한 모델을 사용하여 들어오는/나가는 두께, 폭, 강종, 추정 순간 온도 등을 기반으로 각 이송 바의 각 스탠드 압연력을 추정합니다. 밀 자동화가 사용하는 모델은 새로운 슬래브가 압연될 때마다 압연 파라미터와 제품 측정값으로 업데이트되어 밀 자동화 설정을 지속적으로 최적화합니다. 유사한 게이지와 강종 제품을 연속 압연하도록 스케줄링하면 자동화가 가장 최근 사용된 압연 모델을 배치할 수 있어 제품 품질과 생산 수율에 이득이 됩니다.

밀 스탠드가 압연 하중 하에서 신장되는 정도 외에도, 롤은 하중 하에서 휘거나(deflect) 구부러집니다. 스트립에 의해 중앙에서 벌려지지만 양끝이 베어링에 의해 지지되기 때문입니다. 이 편향은 스트립 속성으로 흔히 크라운(crown)이라고 불리는 것의 근원입니다. 스트립 크라운은 조압연기에서 시작되어 각 연속 압연기 스탠드를 통해 계속됩니다. 스트립 크라운은 마무리 밀 출구에서 두 번째 스캐닝 X-레이 게이지로 측정되며, 이는 강철 압연 시 스트립 폭을 가로질러 왕복 이동합니다. 측정된 두께는 스트립 길이 방향 센터라인 게이지를 모니터링하는 주 X-레이 측정 두께와 비교되고 차이는 제품 품질 기록으로 플로팅됩니다. 일반적으로 HSM은 완제품 게이지, 폭, 강종 등 여러 요인에 따라 0.025mm~0.075mm 크라운을 가진 소재를 생산합니다.

어떤 롤 스탠드 운영자도 스크류다운 조정으로 롤 갭 형상을 제어할 수 있으며, 해당 스탠드에 존재하는 롤 힘을 증가 또는 감소시켜 롤이 휘는 정도에 영향을 줍니다. 마지막 4개 정압연기 스탠드는 일반적으로 유압 워크 롤 벤딩을 채택하여 운영자에게 적재 롤 갭 형상에 대한 추가 제어를 제공합니다. 운영자는 이 스탠드들에서 워크 롤 벤딩을 조정하여 최종 제품 크라운에 영향을 줍니다. 마지막 정압연 스탠드의 워크 롤 벤딩은 이전 정압연기 출구 스트립 프로파일과 일치하는 롤 갭 형상을 만들어 평평한 최종 제품을 생산하는 데 전용됩니다.

현대 열간 압연기에 제품 품질 향상을 위해 통합된 기술은 (i) 자동 게이지 제어(AGC), (ii) 자동 폭 제어(AWC), (iii) 워크 롤 벤딩, (iv) 연속 가변 크라운(CVC), (v) 롤 이심률 보상입니다. CVC는 프로파일을 가진 롤을 사용하여 스트립 프로파일을 변경하는 방식입니다. 롤 간 간격은 롤 축방향 이동(axial shifting)으로 변경할 수 있습니다. CVC 기술은 롤 시프팅(roll shifting) 기술로도 알려져 있습니다. CVC 기술은 워크 롤 벤딩보다 느린 다이내믹스를 가지지만 더 넓은 범위를 가집니다. CVC와 워크 롤 벤딩은 상호 보완적이므로 현대 열간 압연기에서 일반적으로 두 기술 모두 사용됩니다.

최근 몇 년간 열간 스트립의 프로파일, 두께, 평탄도, 표면에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 이 수요를 충족하기 위해 CVC 기술이 업그레이드되었습니다. 개선은 기계적 설비와 공정 모델 양쪽에서 이루어졌습니다.

제어 냉각

정압연기 출구 후 스트립은 수많은 개별 구동 롤에 의해 4~12개 뱅크의 저압, 대용량 물 분무를 통과하여 적색 열 스트립을 400°C~900°C 지정된 코일링 온도로 냉각하고 다운코일러로 이송합니다. 런아웃 테이블 양측 사이드 가이드는 스트립 헤드 엔드가 코일러를 향하도록 유지하며, 각 코일러 앞 마지막 가이드 섹션은 스트립 폭에 맞춰 조정되고 코일링 시작 시 운영자가 스트립 헤드 엔드를 센터링할 수 있는 공압식 퀵클로즈 시스템을 갖추고 있습니다.

열간 압연 강철 특성에 야금적으로 중요한 것은 코일링 온도입니다. 코일은 이 온도에서 3일간 상온까지 냉각됩니다. 본질적으로 어닐링(annealing)과 유사한 열처리로, 슬래브 두께에서 열간 스트립 게이지까지 압하로 강철에 가해진 응력이 코일 냉각 동안 해소될 기회를 얻습니다. 강철은 열간 압연 중 지속적으로 재결정되지만, 10분 미만 시간에 99% 초과 두께 압하는 강철에 상당한 응력을 가합니다. 코일링 온도는 제품 야금학자에 의해 지정되어 تلك 응력 수준을 활용하고 조작하여 최적 기계적 특성을 추구합니다. 마지막 정압연 스탠드 후 열간 압연 스트립 냉각은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 열간 압연 스트립 냉각

정압연기와 열간 압연기 코일러 사이의 출구 영역은 자재 이송과 자재 온도 설정, 따라서 기계적 특성 달성을 위해 필요합니다. 스트립 두께 범위에 따른 롤러 간격 선택은 특히 스트립 헤드의 신뢰성 있는 이송을 보호합니다.

고효율 냉각 모델과 연계하여 이 구역에 배치된 라미나 냉각 시스템(laminar cooling system)은 원하는 코일링 온도와 압연 소재의 원하는 기계적 특성 달성을 위한 냉각을 보장합니다.

라미나 냉각 시스템과 에지 마스킹 시스템(edge masking system) 조합은 스트립 에지 과냉각을 방지하여 스트립 폭 방향 응력 차이를 최소화합니다. 결과적으로 냉간 스트립 평탄도가 개선됩니다.

고객이 레이저 절단할 열간 압연 및 열간 압연 산세 오일 제품은 강철을 최대한 이완시키기 위해 상대적으로 높은 온도에서 코일링하여 잔류 응력이 부품 형상에 맞춰 해소된 후에도 절단 부품이 평평하게 놓이게 합니다. 반대로 상대적으로 낮은 온도에서 코일링하면 물리적 품질 강종이 더 높은 내부 응력 수준을 유지하고 개별 결정 크기와 결정 내/사이 형성되는 카바이드 크기를 제한하며, 이 각 요소는 완성 열간 압연 스트립의 더 높은 강도 수준에 기여합니다.

최대 20m/s 속도로 지나가는 강철을 200°C 냉각하려면 엄청난 양의 물이 필요하므로, 자동화 시스템에 의해 개별 밸브 제어되는 수많은 152개 분무 헤더가 강철 상하에서 물 커튼으로 적십니다. 컴퓨터는 스트립 스레드 속도와 목표 피니시 온도 기반으로 헤드 엔드 냉각에 필요한 물 양을 추정하며, 이 추정 정확도는 다운코일러 앞 파이로미터로 확인됩니다. 사용 분무 수 조정이 필요하면 컴퓨터가 분무를 켜고 꺼서 코일 길이 전체에 걸쳐 목표 온도를 맞춥니다. 정압연기가 다운코일러 스레딩 후 계속 가속하여 피니시 온도를 유지하므로, 강철이 런아웃 테이블에서 보내는 시간이 줄어듦에 따라 점점 더 많은 분무가 활성화됩니다.

HSM 전체에서 분당 최대 300입방미터 물이 펌핑되어 정압연 스트립, 로 스키드, 밀 롤, 코일러 구성요소 냉각과 이송 바 탈스케일링에 사용됩니다. 모든 물은 스케일/슬러지 집수정을 통해 라미나 냉각 시스템으로 재활용되어 두 개의 전용 냉각탑 중 하나로 돌아갑니다.

코일링

코일링 작업은 스트립 헤드 엔드를 잡고 런아웃 테이블부터 정압연기까지 텐션을 설정하는 핀치 롤 쌍으로 시작합니다. 헤드 엔드는 게이트에 의해 코일러와 연관된 맨드렐(mandrel) 아래로 굴절되어 공압식 래퍼 롤(wrapper roll)에 의해 에이프런(apron)으로 연결되어 맨드렐 주위를 안내됩니다.

런아웃 테이블 터미널 끝에 제공된 유압 조정 엔트리 가이드는 스트립이 코일러 스테이션에 진입하기 전 센터링 역할을 합니다. 피니시 압연 속도로 주행하는 스트립은 핀치 롤 유닛에 의해 확실하게 잡혀 코일러 맨드렐로 안내됩니다. 핀치 롤 유닛 엔트리 측 홀드다운 롤은 스트립(특히 헤비 게이지 스트립)이 핀치 롤 앞에서 벌징되는 것을 방지합니다.

헤드 엔드가 맨드렐을 완전히 한 바퀴 돌면 랩(lap)이 맨드렐 주위에 쌓이기 시작하여 래퍼 롤을 밀어냅니다. 헤드 엔드가 단단히 잡히고 마찰과 텐션이 강철 랩이 맨드렐에 대해 미끄러지는 것을 방지하면 래퍼 롤이 성장하는 강철 코일에서 분리됩니다. 스트립 테일이 정압연기에서 빠져나오면 핀치 롤은 코일이 풀리는 것을 방지하기 위해 백 텐션(back-tension)을 계속 유지합니다. 스트립 테일이 핀치 롤을 통과하기 전 래퍼 롤이 재작동합니다. 유압 코일 카(coil car)가 코일 아래 위치로 이동하고, 코일 벌크를 지지할 때까지 상승한 후 코일을 맨드렐에서 벗겨내어 자동 결속 및 라벨링 기계로 이송할 위치에 놓습니다.

1.5mm~20mm 열간 압연 스트립 두께, 750mm~2200mm 폭, 코일러 스테이션 유지보수 조건과 비용을 고려할 때, 3롤 또는 4롤 코일러는 많은 실질적 이점을 제공합니다.