1. 냉연강판의 제조공정
냉연강판의 제조공정은 산세-냉간압연-청정-소둔-조질압연-정정 등의 복잡한 공정을 거쳐 만들어지며 특히 공정간의 녹발생이나 이물질 혼합에 의한 결함발생 가능성이 매우 높기 때문에 다른 공정과는 달리 세심한 주의가 필요하다. 따라서 공저단축이나 연속화, 직결화 기술이 무엇보다 중요한 과제이다. 냉연공정의 연속화, 직결화는 일반냉연강판용 연속소둔기술(Sheet-CAL)의 발전에 힘입어 일본을 중심으로 추진되었으며 현재 산세에서 정정까지 전공정을 통합하는 냉연공장 온라인화가 기술적으로 가능해졌다. 생산의 효율성과 유연성을 감안하여 PCM(Pickling & Cold Rolling Mill)과 CAL 또는 CAPL(Continuous Annealing Processing Line)의 두 공정으로 건설하는 것이 일반적이다.
가. 산세공정(CPL, Continuous Pickling Line)
1) 산세
열연코일은 통상 800℃ 이상의 고온에서 마무리 압연되어 그 표면에 다량의 스케일(산화철)이 발생하게 된다. 열연강판의 스케일은 표층으로부터 헤마타이트(Hematite, Fe2O3), 마그네타이트(Magnetite, Fe3O4), 위스타이트(Wustite, Fe(1-y)O, 통상 FeC)가 층상을 이루고 있고 냉간압연시 제품표면 손상은 물론 도금성, 도장성을 저해하는 요인으로 압연전에 제거되어야 한다. 산세라인은 열연강판 표면의 스케일 제거가 가장 중요한 목적이지만 이밖에 연속작업, 코일의 대형화를 위한 용접, 사이드 트리밍(Side Trimming), 검사, 도유 등의 작업이 행해진다. 열연강판의 스케일 제거는 기계적, 화학적 방법이 혼합되어 실시되는데 기계적 방법은 스케일 브레이커(Scale Breaker)에 의해 굽힘가공을 하여 스케일에 크랙(Crack)을 발생, 산과의 접촉을 좋게 하는 방법이다. 이밖에 열연강판 표면에 쇳가루를 분사시켜 녹을 제거하는 쇼트 블라스트(Shot Blast)방법이 있는데 주로 소형 단품의 녹을 제거하는데 적합하다. 화학적 방법은 스케일과 산이 직접 반응하여 스케일이 제거되는 방법으로 산은 염산과 황산이 주로 사용되는데 이들 산의 농도와 온도를 적절히 유지하는 것이 중요하다. 염산은 빠른 스케일과의 반응속도와 생산되는 철염의 물에 대한 높은 용해도로 생산성이 향상되며 산세표면의 평활도와 미려함 등으로 고가격과 염산증기, 폐산처리의 어려움등 결점에도 불구하고 최근의 산세라인에서 염산산세가 주류를 이루고 있다.
◆ 염산산세
Fe2O3 + 4HCl → 2FeCl2 + 2H2O + ½O2
Fe3O4 + 6HCl → 3FeCl2 + 3H2O + ½O2
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
◆ 황산산세
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
Fe3SO4 + H2 → 3Fe + 4H2O
Fe2O3 + 3H → 2Fe + 3H2O
염산산세의 경우 표층부로 부터의 반응이 빠르고 지철에 대한 반응이 느린 반면 황산산세는 Fe2O3 나 Fe3O4와의 반응이 매우 느려 스케일 브레이커에 의한 스케일링 내부의 균열을 증가시켜서 우선 FeO층과 지철, 유리철입자 등과 잔응시켜서 이들의 용해작용과 발생기 수소의 분출력에 의한 기계적인 박리가 필요하다.
2) 주요 설비
산세설비와 주요 역할은 다음과 같다.
·Pay Off Reel(Uncoiler) - 열연코일을 압연이나 라인에 공급하기 위해 이용 되는 코일 되 감기용 장치
·Welder - 코일간에 용접하여 연결시켜 주는 장치
·Wet Looper - 입측에서 코일접속을 위해 라인이 정지해도 산세조 및 출측에서 는 연속작업이 되도록 스트립을 저장 및 공급하는 장치로 물에 담겨져 있다.
·산 Tank - 4개의 탱크로 되어 있으며 6∼12%의 염산을 90℃ 상태로 저장하고 있고 열연코일이 침작 통과되면서 녹이 제거되는 장치
·Rinse Tank - 산탱크를 거친 열연코일표면에 온수를 분무하여 산을 제거한 후 고무롤을 통과시켜 물기를 제거하는 장치
·Dryer - 열연코일에 잔류한 물기를 말리기 위한 온풍장치
·Side Trimmer - 열연코일의 귀부분을 규정된 폭으로 연속적으로 잘라 정돈 하는 장치
·Scrap Chopper - Trimming된 귀부분의 스크랩을 짧게 절단하는 장치
·Micro Oiler - 열연코일표면에 중간방청유를 도유하는 장치
·Shear - 열연코일을 분할 절단장치
·EPC(Edge Position Control) - 열연코일의 투광등 밖으로 벗어난 만큼 텐션릴 을 움직이는 장치
·Tension Reel - 열연코일을 되감는 장치
3) 신 스케일처리기술
가) 기계적 스케일 처리(Mechanical Descaling)
산을 이용한 스케일 제거방법은 폐산처리문제, 라인정지시 품질문제 등이 있다. 따라서 산을 사용하지 않고 스케일을 제거하는 방법이 개발되었고 Shot나 Grid를 분사하는 Blast법과 그라인더와 같은 연삭공구법이 일부 실용화되고 있다.
나) 초음파 산세법
초음파를 산세에 이용하는 경우로 수소취성이 적고 산세시간이 단축된다.
다) 전해산세
전해에 의해 발생되는 수소에 의한 환원작용과 방출되는 수소의 상승력으로 산액을 교반해서 스케일 박리를 조장한다.
라) 붕불산(HBF4)산세
장시간 침적하여도 지철을 용해하는 속도가 매우 느리기 때문에 인히비터를 사용할 필요없는 것이 특징이다.
4) 산세강판(Pickled and Oiled Steel Sheets, PO강판)
열연강판의 표면에 부착된 산화철과 불수물을 산세라인(CPL)에서 제거하고 평탄도 등을 향상시켜 재권취한 제품을 산세강판 또는 PO강판이라고 한다. 산세강판 생산을 위한 전용설비를 갖춘 업체는 포항제철이 국내에서 유일하며 냉연 판재류 생산 외 필수 설비인 산세설비를 갖춘 연합철강, 동부제강, 두양금속, 동국산업, 한국금속 등에서도 일부 생산하고 있다. 용도로는 건자재, 자동차부품, 전기·전자기기, 기계 등 다양하다.
가. 산재생공정(HCl Regeneration)
산재생공정은 산세에서 사용된 폐산을 다시 재생하는 것으로 산세의 역반응이다. 폐산은 폐산탱크에 저장되고 펌프에 의해 필터를 거쳐 폐산고탱크에 저장된다. 농축탑(Recuperation Colume) 상부로 공급되어 배소로에서 나와 농축탑 하부로 들어오는 염산가스와 반응하여 농축된 상태로 농축탱크에 저장된 후 다시 배소로 상부의 노즐을 통해 분사되어 산화철과 염산가스와 반응한다.
2FeCl2 + 2H2O + ½O2 = Fe2O3 + 4HCl (배소로내 반응)
발생된 Fe2O3는 배소로 하부로 방출되고 상부의 사이클론에 의해 한번 더 걸러진 다음 염산가스는 농축탑 하부로 유입되어 폐산과 반응, 농축된 후 흡수탑(Absorption Colume) 하부로 유입된다. 흡수탑에서는 상부에서 분출되는 Rinse Water에 의해 염산가스가 용해되어 염산용액이 재생되고 재생산탱크에 저장되어 다시 산세라인으로 투입된다. 한편 용해되지 않은 염산가스는 물과 중화시킨 후 대기중으로 방출시킨다. 폐염산을 재생시키라고 하여 폐염산회수설비라고도 일컬어지고 있다.
나. 냉간압연공정(RCM, Reverse Cold Mill)
냉간압연이란 재결정온도 이하에서 두개의 롤사이를 통과시켜 가공하는 것으로 판 표면이 깨끗하고 두께 정밀도 및 판 형상이 보다 정밀하여 매우 얇은 두께의 제품까지 얻을 수 어 높은 생산성, 낮은 생산비 등 장점을 갖고 있는 반면 설치비용이 비싸고 생산제품도 제한적이라는 단점도 갖고 있다. 냉간압연공정이란 열연코일을 산세공정을 통해 표면의 스케일을 제거한 후 상온에서 일정두께까지 압연하는 공정이다.
1) 냉간압연기의 종류
냉간압연기는 하나의 롤 스탠드(Roll Stand)에 있는 롤수에 따라 분류되며 사용목적에 따라 2단압연에서부터 센지미어밀까지 선택하여 사용하게 된다. 일례로 폭 500mm이하의 제품을 압연하는데는 2단압연기만으로도 가능하지만 자동차용 강판이나 석도원판을 압연하는데는 4단 또는 6단압연기가 필요하고 스테인리스강판이나 전기강판 등 경질재를 압연하는 경우에는 Cluster Mill 또는 센지미어밀과 같은 다단식 압연기를 채택한다. 일반적으로 냉간압연기는 4단 단일스탠드 가역식(Reversing Mill)과 다중 스탠드 연속식(Tandam Mill)이 있으며 전자는 생산성이 낮으나 다품종 특수재 생산에 적합하고 후자는 고능률 및 양산품종에 적합하다. 가역식 압연기는 생산성이 낮으나 가역식 압연기로 조질압연도 가능한 복합식 압연기이다. 가역식 압연기는 압연기 통과회수를 적당히 선택할 수 있어 경험을 바탕으로 한 통과계획(Pass Schedule)을 기준삼아 연신상황, 형상, 압연하중, 소요동력 등으로 통과회수를 결정하는 경우가 많다. 연속식 압연기는 3∼4개의 스탠드를 갖춘 후물용 압연기와 5∼6개의 스탠드를 갖춘 박물용 압연기가 있다. 압연설비는 가역식은 1스탠드, 연속식은 2∼6스탠드로 구성되지만 압연설비 자체에는 큰 차이가 없다. 냉간압연기는 입측의 코일 수입장치, 언코일러(Uncoiler), 압연기본체, 텐션릴(Tension Reel), 코일 불출장치 등의 기계설비, 각설비를 구동제어하는 전기계장설비, 압연유, 윤활유, 작동유, 물 등을 공급하는 유실(油室) 등으로 구성되어 있다.
2) 냉간압연
가) 압연스케줄 결정
생산성, 작업, 품질의 안정성 등에 영향을 미치는 압연스케줄은 매우 중요하다. 냉간압연의 전압하율(Reduction Ratio)은 일반적으로 40∼95%이며 이 압하율을 각 스탠드 또는 각 공정마다 어떻게 적정하게 분배할 것인가를 결정하는 것을 압연스케줄이라고 하며 모터 능력, 각 스탠드의 속도범위, 형상, 두께변동, 작업성 등을 고려하며 결정한다.
나) 판두께 제어
냉연강판의 두께정도는 코일 길이방향 및 폭방향의 변동으로 구성되며 코일 길이방향 변동은 Top부, Tail부 및 용접부에서 크며 특히 압연속도가 낮은 Top부와 Tail부에서는 매우 변동이 심하게 나타난다. 두께변동 요인으로는 열연강판의 두께변동, 경도변동(열연가열로의 Skid Mark, 산세용접부 등) 소재요인이 있고 압연속도 변화, 보강롤 베어링(BUR Bearing)편심, 베어링 유막두께 변동, 압연조건 변동, 윤활조건 변동 등 냉간압연 자체요인이 있다. 여러가지 요인들에 의해 발생되는 두께변동을 수정하는 방법으로는 자동판두께제어(AGC, Automatic Gauge Control)가 오래전부터 사용되어 왔으며 최근에는 발전된 고유 판 두께정도 개선기술, 전기제어, 계산기 등을 통해 제어효과를 높이고 있다. 자동판두께제어시스템으로는 압하위를 제어하는 압하AGC, 롤속도를 제어하는 장력AGC가 사용되며 제어방법으로는 Feed-Back, Feed Forward가 있다. 또한 판 폭 방향의 두께 변동을 개선하기 위해 열연판의 크라운(Crown)개선과 냉연판의 Edge Drop제어가 적용되고 있다.
다) 형상제어
냉연강판의 형상은 Edge Buckle, Center Buckle, Quarter Buckle 등의 발생에 문제가 있다. 형상에 영향을 주는 요인으로는 열연판 두께변동, 경도변경, 소재의 형상 등 소재요인이 있으며 롤크라운, 압연스케줄, 압연하중, 압연온도, 압연유등 냉간압연 자체의 요인이 있다. 실제 작업시 발생하는 여러가지 스트립 현상의 변화는 압연시 롤 크라운을 변화시킴으로써 제어하고 있다. 일반적으로 롤크라운은 롤중앙부와 끝부분의 직경차이이며 압연하중의 종합크라운은 초기의 기계적 크라운, 열크라운, 압연하중, 롤벤더에 의한 롤의 휨(편평화) 등을 종합한 것이며 종합크라운 적합여부에 따라서 스트립의 형상이 변함으로 실제 작업시에는 적정기계적 롤크라운의 선정, 압연중의 롤냉각제어, 롤벤딩조정, 압연하중 조절 등 여러가지 제어수단을 동원하고 있다. 일례로 6단압연기 형상제어시스템의 구성에 WR Bending, IMR Bending, Shift, Coolant Spray Pattern제어 등이 도입되었고 이밖에 Double Chock Bender, Flatness Flexibly Control Mill, Minimum Edge-Drop Mill, Variable Crown Roll, Tapered Piston Roll, High Crown Mill, Continuously Variable Crown Mill, Pair Cross Mill 등 롤크라운 제어를 위해 개발된 기술이 다수 있다.
라) 주요설비
냉간압연공정의 주요설비는 다음과 같다.
·Saddle - 압연한 PO Coil을 대기시키는 곳
·Coil Car #1 - 대기코일을 Drag Uncoiler로 운반하는 장치
·Flattener - 굴곡이 심한 PO코일의 위아래부분을 평편하게 만드는 장치
·시어기(Shear) - PO코일의 양선단이 코일길이 방향과 직각이 아닌 형상을 절단하는 장치
·Coil Car #2, 3 - 텐션릴에 감긴 코일을 인출하는 장치
·작업롤(Work Roll, WR) - 코일표면과 직접 접촉하면서 압연하는 롤
·보강롤(Buck Up Roll, BUR) - 워크롤과 접촉 회전하면서 압연에 필요한 압하력을 워크롤에 가해주는 롤 냉간압연기
·Drag Uncoiler - PO코일을 풀어주는 장치로 1회통과 작업시에만 사용
·Tension Reel Ⅰ·Ⅱ - 압연코일을 감거나 풀어주고 코일에 적절한 장력이 걸리게 하는 장치
·Deflector(D/F)Roll - 워크롤과 텐션릴사이에서 판의 진행각도 변경 및 압연코 일의 압연속도를 검사하는 장치
·롤연마기 - 워크롤과 보강롤에 적당한 크라운을 형성하여 압연할 수 있도록 보조해 주는 장치
·급유기(Oil Celler) - 압연기에 필요한 압연유 및 유압유를 공급해 주는 보조 장치
3) 미소둔강판(Full Hard Steel Sheets, F/H강판)
열연강판의 표면 불순물을 산세라인에서 제거하고 냉간압연공정을 통해 두께를 조정한 후 압연유를 제거한 제품을 미소둔강판 또는 Full Hard강판이라고 한다. 주로 용융아연도금설비만을 갖춘 업체에서 원자재로 사용하고 있으며 구조용강관 원료로도 사용되고 있다.
다. 전해청정공정(ECL, Electrolytic Cleaning Line)
전해청정공정은 냉간압연 후 스트립표면에 부착된 압연유, 기계유, 철분, 기타 오염물질을 물리적, 화학적 방법으로 제거하기 위해 세정하는 공정으로 세정방법에는 용제, 알칼리, 계면활성제 등을 사용하는 화학적 세정방법과 침적, 브러쉬, 스프레이, 전해, 초음파 등을 이용하는 물리적 세정방법이 있다. 통상 유지계 압연유가 사용된 압연코일을 그대로 소둔할 경우 판표면에 잔류한 유지류가 불완전연소되어 탄화물이나 고무상물질의 오염을 판표면에 남겨 표면미관을 손상시킬 뿐만 아니라 다음 공정에서 문제를 발생시킨다. 단, Mill Clean용 압연유는 소둔중에 열분해되고 분위기가스에 의해 청정됨으로 Mill Clean용 압연유사용 코일은 전해청정공정을 거치지 않고 바로 소둔에 투입된다. 일반적으로 냉연강판의 세정공정은 알칼리액 침적-스프레이-브러싱-전해세정-수세-건조 등으로 구성되어 있으며 알칼리조와 전해조에는 가성소다나 규산소다가 5∼30g의 농도와 70∼90℃의 온도로 사용되며 여기에 미량의 계면활성제가 첨가되고 스트립표면의 동식물유는 알칼리에 의한 비누화반응으로, 광물유는 계면활성제에 의한 유화 및 분산작용에 의해 제거된다. 전해조에는 액중에 전극이 성치되어 스트립을 극으로 하는 전기분해가 행해지며 이때 발생되는 수소 및 산소가스의 교반작용이 알칼리세정을 보조해 준다.
전해청정공정의 주요 설비는 다음과 같다.
·심용접(Seam Welder) - 원판형 전극사이에 코일의 선단과 끝단을 겹쳐 놓고 전극을 회전시켜 판에 압력을 가하면서 일정간격으로 점(Spot)용접을 행하는 장치
·Hot Claustic Cleaning Tank - 화학탈지를 위해 코일침적 탱크로 알칼리염(규 산소다 Na20SiO2)과 미량 첨가된 계면활성제가 검화(비누화)작용과 무화작용을 일으켜 판표면에 있는 유지류를 제거하는 화학적 탈지 장치
·Electrolytic Cleaning Tank - 코일을 전기전도도가 높은 세정액내에서 2개의 전극사이를 통과시키면서 물을 전기분해하여 판표면에 산소와 수소를 발생시키 고 발생된 기포발생 폭발력으로 판의 미세한 요철부의 유막을 제거하는 전기기 계적 탈지 장치
·Brush Scrubber - Hot Claustic Cleaning Tank 및 전해탱크에서 판표면에 부 착된 유지류가 완벽하게 제거되지 않기 때문에 다음 단계에서 판의 상하면에 뜨거운 물을 뿌리면서 고속회전하는 브러쉬 롤로 판의 잔류 비누, 오물, 유지를 제거하는 장치
·Rinse Tank - 브러쉬작업 후 온수를 뿌려 판표면에 잔류하는 오물을 제거하는 장치
·Dryer - 100℃의 고온 건조한 공기를 판표면에 불어 수분을 제거하여 녹발생 을 방지하는 장치
·Tension Bridle Roll - 코일 권취시 적정장력을 부여하여 라인속도에 동조하는 장치
라. 소둔공정(Annealing Line)
소둔공정은 냉연강판의 재질을 좌우하는 중요한 공정으로 압연방향으로 길게 연신되면서 냉간압연함으로써 스트립이 변형된 결정조직을 600∼800℃로 가열하여 일정기간 유지하면 변형조직으로부터 새로운 결정립이 생산되어 성장하는 재결정현상을 일어나게 하는 공정이다. 소둔과정을 거치지 않은 강판조직은 경도가 높고 가공성이 부족하지만 소둔 후 생성된 재결정조직의 강판은 경도, 항복점, 항장력이 낮아져 가공성을 향상시킨다. 따라서 냉연강판의 제품종류에 따라서 소둔온도, 소둔시간, 승열온도, 냉각조건 등의 소둔싸이클이 결정된다. 소둔방식에는 배치식(Batch)과 연속식으로 대별되며 배치식 소둔에도 여러가지 형태의 노(Furnace)가 있는데 노의 이동여부에 따라 이동로와 정치로가 있으며 노 한개가 가열할 수 있는 Base수에 따라 Tight Coil과 Open Coil소둔으로 나눈다. 결국 노의 형태에 따라서 소둔 싸이클이 달라지게 된다. 배치식소둔의 최대 결점은 가열, 균열, 냉각으로 이루어진 소둔과정에서 코일전체가 균일한 열이력을 갖기 어렵다는 점이다. 1970년대부터 상용화된 연속소둔(BP-CAL)과 구별되는 Sheet-CAL)은 제품의 품질, 제조원가, 생산성 등 모든 면에서 배치식소둔보다 월등하기 때문에 신규 냉연공장 건설시 대부분 연속소둔방식을 채택하고 있다.
나. 연속소둔설비
1) 소둔방식
가) 배치식소둔(Batch Annealing)
(1) 타이트코일소둔(Tight Coil Annealing)
코일을 베이스상에 3∼5단 적재하여 그위에 내부덮개를 씌워서 외부공기와 차단하고 덮개내에 약환원성의 분위기가스로 치환해서 벨을 씌우고 코일이 일정온도가 될 때까지 가열하여 일정기간 균열시킨 후 벨을 들어낸 다음 냉각시킨다. 이 소둔방법은 코일이 팽팽하게 감긴상태로 소둔함으로써 대류판으로부터의 열전달과 내부덮개로부터의 복사열에 의해 가열되며 코일중심부가 소정의 온도가 되기에 장시간 소요되는 단점이 있지만 다른 소둔방식보다도 코일표면에 결함이 거의 없고 설치비가 저렴하다는 장점을 갖고 있다.
(2) 오픈코일소둔(Open Coil Annealing)
나) 연속소둔(Continuous Annealing)
냉간압연된 스트립은 전해청정라인에서 표면에 붙어있는 각종 오일, 철분 ,먼지 등의 오염을 제거시키고 소둔 공정으로 넘어간다. 냉간압연된 강판자체는 냉간압연시 형성된 강판내부의 응력 증가로 인해 경도가 높고 가공성도 떨어지므로 소둔로에서 600 ∼ 850℃로 가열하고 일정시간 유지함으로써 재결정 현상에 의해 경도가 내려가고 가공성이 개선된다.
CAL설비는 전해청정에서 열처리, 조질압연 및 정정검사 기능을 결합한 설비로서
1. Strip 상태에서 연속처리함으로써 균일한 재질을 얻을 수 있으며
2. BP에 있어서는 양호한 성형성과 적당한 강도(Stiffness)를 얻을 수 있으며
3. 충분한 가스분위기내에서 세정을 함으로서 BAF재보다 내식성이 우수한 BP를 얻을 수 있다.
4. 노내에 장력을 제어하기 때문에 스트립의 평탄도가 양호하며
5. Sticker 발생이 없고 라인출측에서 불량부를 제거할 수 있어 조질압연 능력 및 실수율이 향상된다.
6. 단시간 소둔에 의한 생산성 향상과 성에너지비용 저감이 가능하다.
2) 주요 설비
소둔공정의 주요 설비는 다음과 같다.
·벨(Bell) - 배치식 소둔로로 10개의 버너가 5개씩 상하 이중으로 어긋나 달려 있다.
·베이스(Base) - 강판과 형강으로 만든 구조물로 그 위에 코일이 적재되고 소둔 로가 얹
혀지게 되는 장치로 내화물로 충진되며 소둔로 내부의 가스흐름을 유도 하도록 설계되었다.
·내부덮개(Inner Cover) - 소둔로의 분위기를 보호하는 덮개로 코일 적재 후 내 부덮개를 씌워 분위기가스를 주입한다.
·R.C.Fan - 베이스 중앙에 설치되어 내부덮개 내부의 가스를 강재로 대류시킴 으로써 코일의 상 하단 및 내외경이 고루 가열되도록 하는 장치
·가스발생기(Gas Generator) - LNG를 연소시켜 물과 이산화탄소, 일산화탄소를 제거하여 질소와 수소가 주류인 약 환원성의 분위기가스를 만드는 장치로 Open Type, Slit Type, Close Type, Force Heating Type 등이 있다.
·Purge - 코일에 적재된 내부덮개내에 분위기가스를 충진해 불순가스를 완전히 제거하는 장치로 점화전 행하는 전Purge와 점화 후 냉각시까지 행하는 후 Purge가 있다.
·Convector - 적재 코일간의 간격을 유지하고 가스흐름을 원활하게 만들어 열 전달을 양호하게 만드는 장치로 적재코일 귀부손상을 방지한다.
·Thermo Couple(TRC) - 베이스와 벨의 온도를 측정하여 버너의 점멸을 조정 하는 온도계
·벨아웃(Bell Out) - 균열이 끝난 후 벨을 씌우고 버너를 점멸한 상태에서 일정 온도까지 서냉이 이루어진 후 벨을 들어내는 것
·냉각덮개(Cooling Cover) - 벨아웃된 상태에서 냉각속도를 가속하기 위해 팬에 의해 강제냉각시키기 위한 장치. 1개의 덮개에 6개의 강력한 팬이 달려 있다.
가) 가열
베이스 온도가 일정온도(균열온도)에 도달할 때까지 계속 가열되는 단계
나) 균열
균열온도에 도달한 후 일정시간 그 온도를 유지하는 단계
다) 냉각
벨아웃 후 서냉시켜 재결정성장을 유지하고 대기침투에 의한 결함방지를 위해 내부덮개를 씌운 상태에서 분위기가스를 순환유지시키는 단계
다. 조질압연공정(TPM. TM. Temper Mill)
소둔을 마친 냉연강판의 기계적 성질을 개선하고 표면사상과 형상을 수요가의 요구에 맞추기 위해 0.3∼3.0% 정도의 가벼운 냉간압연을 하는 것을 조질압연이라고 하며 Skin Pass 혹은 Temper Pass, Temper Rolling이라고도 한다. 조질압연은 스트립의 평탄도 개선, 표면조도 부여, 연신응력 (Stretcher Strain)방지 등에 효과가 있으며 설비는 냉간압연에서와 동일하게 4단 또는 6단압연기를 1∼2스탠드 설치하고 있다. 냉간압연에서는 압하율이 크므로 양호한 형상을 얻기 힘들고 소둔시 열응력에 의한 변형발생이 쉬워 조질압연으로 형상을 수정하고 평탄하게 개선 조질압연기 시킨다. 또한 소둔 후의 코일은 연신율이 좋으나 가공시 부분적으로 불균일한 연신응력이 발생함으로 이를 개선하기 위해 약간의 냉간압연으로 항복점 연신을 방지시킨다. 조질압연에는 압연유를 사용하는 습식압연과 사용하지 않는 건식압연이 있으며 조질압연시 워크롤의 조도에 따라 코일을 거친표면(Dull Finish)과 매끄러운 표면(Bright Finish)등으로 구분하여 생산하고 있으며 장력제어와 형상제어는 연신율이 낮기 때문에Mechanical Crown이 주체가 되고 여기에 압하 및 장력조정을 보조수단으로 하여 형상을 제어하고 롤크라운 조정을 위해 롤벤딩장치를 사용하고 있다.
주요 설비로는 다음과 같은 것들이 있다.
·입측 Coil Skid - Feed Reel 앞쪽에 설치되어 있고 3개의 코일을 적재하여 Feed Reel에 연속적으로 코일을 공급하는 장치
·Coil 준비장치 - Skid위에 있는 코일을 Feed Reel축에 삽입할 수 있는 상태로 만들어 주는 장치
·입측 Coil Car - 입측 Coil Skid로부터 코일을 받아 Crop Shear와 Feed Reel에 이속하고 Reel에 코일을 삽입시키는 장치
·Feed Reel - 조질압연시 코일을 지지하고 판표면에 Back Tension을 주는 장치
·Edge Position Control(EPC) - 코일 양끝이 일정한 위치를 유지하면서 작업되 도록 Reel의 위치를 제어하는 장치
·입측 Tension Bridle Roll - Feed Reel에 과다한 힘이 가하지 않고 판표면에 장력을 주기 위한 장치. 판의 미끄럼방지를 위해 상하 2분의 롤로 구성
·워크롤(Work Roll) - 판표면과 직접 접촉하면서 압연하는 롤
·백업롤(Back Up Roll, BUR) - 워크롤과 접촉회전하면서 압연에 필요한 압하력 을 워크롤에 가해 주는 롤
·Billy Roll - Mill Housing출측에 위치해 있고 유압실린더에 의해 상하로 이동 하면서 판표면에 Wave를 제거하며 Zebra(잔물결모양으로 나타나는 Wave형상) 발생 등을 방지하는 장치
·Pating Shear - 코일 양끝부분의 불량부위 제거와 목적중량으로 분할하는데 사 용되는 장치
·Delivery Tension Bridle Roll - 입측 Tension Bridle Roll과 동일
·Oiler - Tension Reel의 상부에 설치되어 있고 Tension Reel에 감기고 있는 판 표면에 방청유를 도포하는 장치
·Tension Reel - 조질압연한 코일을 원형으로 감기 위해 사용되는 장치로 작업 중 판표면에 Front Tension을 준다.
·Belt Wrapper - Tension Reel축에 벨트를 감아 판표면의 선단부가 Tension Reel축에 감기도록 유도하는 장치
·Delivery Coil Car - Tension Reel에 감긴 코일을 Delivery Coil Skid에 이동시 키는 장치
라. 정정공정
조질압연을 거친 냉연강판은 수요가의 요구에 맞게 정정라인에서 처리된다. 정정공정에서는 리코일링, 슬리팅, 시어링, 레벨링, 사이드 트리밍 등이 행해지며 수요가가 요구의 단중과 치수를 맞춘 후 표면검사 및 도유작업을 거쳐 포장된 후 출하된다.
1) 리코일링(권취)공정(RCL, Recoiling, Rewinder, Tension Leveller Line)
리코일링공정은 조질압연을 거친 냉연코일 표면에 녹발생 방지를 위해 방청유를 도유한 후 수요가 요구에 맞도록 적정한 중량으로 코일을 분할 절단하는 공정으로 판결함에 대한 최종검사가 이루어진다.
리코일링의 주요 설비는 다음과 같다.
·Uncoiler - 되감기작업을 위해 코일을 풀어주는 장치
·Pinch Roll - 통판시 코일의 상부를 끌어당기는 기능을 하는 롤
·Trimmer - 코일을 원하는 폭으로 양끝을 절단하는 장치
·Leveller - 코일의 평탄도를 향상시키는 장치로 Roller Leveller라고도 하며 압 축 및 인장의 반복응력을 가해 평탄도를 향상시킨다.
·Recoiler - 코일을 되감는 장치
·Belt Wrapper - 코일의 상부를 리코일러에 처음 감을 때 코일이 빠지지 않도 록 코일 외부표면을 감싸주는 장치
2) 전단공정(SHL, Shearing Line)
코일을 전단하여 시트로 만드는 공정으로 수요가의 주문길이에 따라 절단한 후 방청유를 도유한다.
전단공정의 주요 설비는 다음과 같다.
·Scrap Baller와 Side Scrap Winder - Trimming시 발생한 Side Scrap을 감아 주는 장치
·Loop Pit - 라인가동시 Leveller 부근과 Trimmer 이후의 속도균형을 맞추기 위해 판표면을 느슨한 상태로 유지시키는 장치
·Feed Leveller - Levelling 후 Loop Pit와 Trimmer를 통과하면서 판길이방향으 로 발생되는 굽힘현상을 보정하고 전단기에 판을 유고시키는 장치
·Flying Shear와 Flying Die Shear - 판을 적당한 길이로 절단하는 장치
·Piler - 절단된 시트를 최종제품으로 포장하기 위해 일정매수를 받는 장치로 제품품질에 따라 Piler의 위치가 다르다.
·Oiler - 전단 Oiler는 Rewinder의 Oiler와 달리 간단한 방법으로 시트에 방청유 를 조초하는 장치로 롤표면에 방청유를 떨어뜨려 롤과 접촉하는 시트의 상면에 방청유가 묻도록 되어 있다.
냉연강판의 제조공정은 산세-냉간압연-청정-소둔-조질압연-정정 등의 복잡한 공정을 거쳐 만들어지며 특히 공정간의 녹발생이나 이물질 혼합에 의한 결함발생 가능성이 매우 높기 때문에 다른 공정과는 달리 세심한 주의가 필요하다. 따라서 공저단축이나 연속화, 직결화 기술이 무엇보다 중요한 과제이다. 냉연공정의 연속화, 직결화는 일반냉연강판용 연속소둔기술(Sheet-CAL)의 발전에 힘입어 일본을 중심으로 추진되었으며 현재 산세에서 정정까지 전공정을 통합하는 냉연공장 온라인화가 기술적으로 가능해졌다. 생산의 효율성과 유연성을 감안하여 PCM(Pickling & Cold Rolling Mill)과 CAL 또는 CAPL(Continuous Annealing Processing Line)의 두 공정으로 건설하는 것이 일반적이다.
가. 산세공정(CPL, Continuous Pickling Line)
1) 산세
열연코일은 통상 800℃ 이상의 고온에서 마무리 압연되어 그 표면에 다량의 스케일(산화철)이 발생하게 된다. 열연강판의 스케일은 표층으로부터 헤마타이트(Hematite, Fe2O3), 마그네타이트(Magnetite, Fe3O4), 위스타이트(Wustite, Fe(1-y)O, 통상 FeC)가 층상을 이루고 있고 냉간압연시 제품표면 손상은 물론 도금성, 도장성을 저해하는 요인으로 압연전에 제거되어야 한다. 산세라인은 열연강판 표면의 스케일 제거가 가장 중요한 목적이지만 이밖에 연속작업, 코일의 대형화를 위한 용접, 사이드 트리밍(Side Trimming), 검사, 도유 등의 작업이 행해진다. 열연강판의 스케일 제거는 기계적, 화학적 방법이 혼합되어 실시되는데 기계적 방법은 스케일 브레이커(Scale Breaker)에 의해 굽힘가공을 하여 스케일에 크랙(Crack)을 발생, 산과의 접촉을 좋게 하는 방법이다. 이밖에 열연강판 표면에 쇳가루를 분사시켜 녹을 제거하는 쇼트 블라스트(Shot Blast)방법이 있는데 주로 소형 단품의 녹을 제거하는데 적합하다. 화학적 방법은 스케일과 산이 직접 반응하여 스케일이 제거되는 방법으로 산은 염산과 황산이 주로 사용되는데 이들 산의 농도와 온도를 적절히 유지하는 것이 중요하다. 염산은 빠른 스케일과의 반응속도와 생산되는 철염의 물에 대한 높은 용해도로 생산성이 향상되며 산세표면의 평활도와 미려함 등으로 고가격과 염산증기, 폐산처리의 어려움등 결점에도 불구하고 최근의 산세라인에서 염산산세가 주류를 이루고 있다.
◆ 염산산세
Fe2O3 + 4HCl → 2FeCl2 + 2H2O + ½O2
Fe3O4 + 6HCl → 3FeCl2 + 3H2O + ½O2
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
◆ 황산산세
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
Fe3SO4 + H2 → 3Fe + 4H2O
Fe2O3 + 3H → 2Fe + 3H2O
염산산세의 경우 표층부로 부터의 반응이 빠르고 지철에 대한 반응이 느린 반면 황산산세는 Fe2O3 나 Fe3O4와의 반응이 매우 느려 스케일 브레이커에 의한 스케일링 내부의 균열을 증가시켜서 우선 FeO층과 지철, 유리철입자 등과 잔응시켜서 이들의 용해작용과 발생기 수소의 분출력에 의한 기계적인 박리가 필요하다.
2) 주요 설비
산세설비와 주요 역할은 다음과 같다.
·Pay Off Reel(Uncoiler) - 열연코일을 압연이나 라인에 공급하기 위해 이용 되는 코일 되 감기용 장치
·Welder - 코일간에 용접하여 연결시켜 주는 장치
·Wet Looper - 입측에서 코일접속을 위해 라인이 정지해도 산세조 및 출측에서 는 연속작업이 되도록 스트립을 저장 및 공급하는 장치로 물에 담겨져 있다.
·산 Tank - 4개의 탱크로 되어 있으며 6∼12%의 염산을 90℃ 상태로 저장하고 있고 열연코일이 침작 통과되면서 녹이 제거되는 장치
·Rinse Tank - 산탱크를 거친 열연코일표면에 온수를 분무하여 산을 제거한 후 고무롤을 통과시켜 물기를 제거하는 장치
·Dryer - 열연코일에 잔류한 물기를 말리기 위한 온풍장치
·Side Trimmer - 열연코일의 귀부분을 규정된 폭으로 연속적으로 잘라 정돈 하는 장치
·Scrap Chopper - Trimming된 귀부분의 스크랩을 짧게 절단하는 장치
·Micro Oiler - 열연코일표면에 중간방청유를 도유하는 장치
·Shear - 열연코일을 분할 절단장치
·EPC(Edge Position Control) - 열연코일의 투광등 밖으로 벗어난 만큼 텐션릴 을 움직이는 장치
·Tension Reel - 열연코일을 되감는 장치
3) 신 스케일처리기술
가) 기계적 스케일 처리(Mechanical Descaling)
산을 이용한 스케일 제거방법은 폐산처리문제, 라인정지시 품질문제 등이 있다. 따라서 산을 사용하지 않고 스케일을 제거하는 방법이 개발되었고 Shot나 Grid를 분사하는 Blast법과 그라인더와 같은 연삭공구법이 일부 실용화되고 있다.
나) 초음파 산세법
초음파를 산세에 이용하는 경우로 수소취성이 적고 산세시간이 단축된다.
다) 전해산세
전해에 의해 발생되는 수소에 의한 환원작용과 방출되는 수소의 상승력으로 산액을 교반해서 스케일 박리를 조장한다.
라) 붕불산(HBF4)산세
장시간 침적하여도 지철을 용해하는 속도가 매우 느리기 때문에 인히비터를 사용할 필요없는 것이 특징이다.
4) 산세강판(Pickled and Oiled Steel Sheets, PO강판)
열연강판의 표면에 부착된 산화철과 불수물을 산세라인(CPL)에서 제거하고 평탄도 등을 향상시켜 재권취한 제품을 산세강판 또는 PO강판이라고 한다. 산세강판 생산을 위한 전용설비를 갖춘 업체는 포항제철이 국내에서 유일하며 냉연 판재류 생산 외 필수 설비인 산세설비를 갖춘 연합철강, 동부제강, 두양금속, 동국산업, 한국금속 등에서도 일부 생산하고 있다. 용도로는 건자재, 자동차부품, 전기·전자기기, 기계 등 다양하다.
가. 산재생공정(HCl Regeneration)
산재생공정은 산세에서 사용된 폐산을 다시 재생하는 것으로 산세의 역반응이다. 폐산은 폐산탱크에 저장되고 펌프에 의해 필터를 거쳐 폐산고탱크에 저장된다. 농축탑(Recuperation Colume) 상부로 공급되어 배소로에서 나와 농축탑 하부로 들어오는 염산가스와 반응하여 농축된 상태로 농축탱크에 저장된 후 다시 배소로 상부의 노즐을 통해 분사되어 산화철과 염산가스와 반응한다.
2FeCl2 + 2H2O + ½O2 = Fe2O3 + 4HCl (배소로내 반응)
발생된 Fe2O3는 배소로 하부로 방출되고 상부의 사이클론에 의해 한번 더 걸러진 다음 염산가스는 농축탑 하부로 유입되어 폐산과 반응, 농축된 후 흡수탑(Absorption Colume) 하부로 유입된다. 흡수탑에서는 상부에서 분출되는 Rinse Water에 의해 염산가스가 용해되어 염산용액이 재생되고 재생산탱크에 저장되어 다시 산세라인으로 투입된다. 한편 용해되지 않은 염산가스는 물과 중화시킨 후 대기중으로 방출시킨다. 폐염산을 재생시키라고 하여 폐염산회수설비라고도 일컬어지고 있다.
나. 냉간압연공정(RCM, Reverse Cold Mill)
냉간압연이란 재결정온도 이하에서 두개의 롤사이를 통과시켜 가공하는 것으로 판 표면이 깨끗하고 두께 정밀도 및 판 형상이 보다 정밀하여 매우 얇은 두께의 제품까지 얻을 수 어 높은 생산성, 낮은 생산비 등 장점을 갖고 있는 반면 설치비용이 비싸고 생산제품도 제한적이라는 단점도 갖고 있다. 냉간압연공정이란 열연코일을 산세공정을 통해 표면의 스케일을 제거한 후 상온에서 일정두께까지 압연하는 공정이다.
1) 냉간압연기의 종류
냉간압연기는 하나의 롤 스탠드(Roll Stand)에 있는 롤수에 따라 분류되며 사용목적에 따라 2단압연에서부터 센지미어밀까지 선택하여 사용하게 된다. 일례로 폭 500mm이하의 제품을 압연하는데는 2단압연기만으로도 가능하지만 자동차용 강판이나 석도원판을 압연하는데는 4단 또는 6단압연기가 필요하고 스테인리스강판이나 전기강판 등 경질재를 압연하는 경우에는 Cluster Mill 또는 센지미어밀과 같은 다단식 압연기를 채택한다. 일반적으로 냉간압연기는 4단 단일스탠드 가역식(Reversing Mill)과 다중 스탠드 연속식(Tandam Mill)이 있으며 전자는 생산성이 낮으나 다품종 특수재 생산에 적합하고 후자는 고능률 및 양산품종에 적합하다. 가역식 압연기는 생산성이 낮으나 가역식 압연기로 조질압연도 가능한 복합식 압연기이다. 가역식 압연기는 압연기 통과회수를 적당히 선택할 수 있어 경험을 바탕으로 한 통과계획(Pass Schedule)을 기준삼아 연신상황, 형상, 압연하중, 소요동력 등으로 통과회수를 결정하는 경우가 많다. 연속식 압연기는 3∼4개의 스탠드를 갖춘 후물용 압연기와 5∼6개의 스탠드를 갖춘 박물용 압연기가 있다. 압연설비는 가역식은 1스탠드, 연속식은 2∼6스탠드로 구성되지만 압연설비 자체에는 큰 차이가 없다. 냉간압연기는 입측의 코일 수입장치, 언코일러(Uncoiler), 압연기본체, 텐션릴(Tension Reel), 코일 불출장치 등의 기계설비, 각설비를 구동제어하는 전기계장설비, 압연유, 윤활유, 작동유, 물 등을 공급하는 유실(油室) 등으로 구성되어 있다.
2) 냉간압연
가) 압연스케줄 결정
생산성, 작업, 품질의 안정성 등에 영향을 미치는 압연스케줄은 매우 중요하다. 냉간압연의 전압하율(Reduction Ratio)은 일반적으로 40∼95%이며 이 압하율을 각 스탠드 또는 각 공정마다 어떻게 적정하게 분배할 것인가를 결정하는 것을 압연스케줄이라고 하며 모터 능력, 각 스탠드의 속도범위, 형상, 두께변동, 작업성 등을 고려하며 결정한다.
나) 판두께 제어
냉연강판의 두께정도는 코일 길이방향 및 폭방향의 변동으로 구성되며 코일 길이방향 변동은 Top부, Tail부 및 용접부에서 크며 특히 압연속도가 낮은 Top부와 Tail부에서는 매우 변동이 심하게 나타난다. 두께변동 요인으로는 열연강판의 두께변동, 경도변동(열연가열로의 Skid Mark, 산세용접부 등) 소재요인이 있고 압연속도 변화, 보강롤 베어링(BUR Bearing)편심, 베어링 유막두께 변동, 압연조건 변동, 윤활조건 변동 등 냉간압연 자체요인이 있다. 여러가지 요인들에 의해 발생되는 두께변동을 수정하는 방법으로는 자동판두께제어(AGC, Automatic Gauge Control)가 오래전부터 사용되어 왔으며 최근에는 발전된 고유 판 두께정도 개선기술, 전기제어, 계산기 등을 통해 제어효과를 높이고 있다. 자동판두께제어시스템으로는 압하위를 제어하는 압하AGC, 롤속도를 제어하는 장력AGC가 사용되며 제어방법으로는 Feed-Back, Feed Forward가 있다. 또한 판 폭 방향의 두께 변동을 개선하기 위해 열연판의 크라운(Crown)개선과 냉연판의 Edge Drop제어가 적용되고 있다.
다) 형상제어
냉연강판의 형상은 Edge Buckle, Center Buckle, Quarter Buckle 등의 발생에 문제가 있다. 형상에 영향을 주는 요인으로는 열연판 두께변동, 경도변경, 소재의 형상 등 소재요인이 있으며 롤크라운, 압연스케줄, 압연하중, 압연온도, 압연유등 냉간압연 자체의 요인이 있다. 실제 작업시 발생하는 여러가지 스트립 현상의 변화는 압연시 롤 크라운을 변화시킴으로써 제어하고 있다. 일반적으로 롤크라운은 롤중앙부와 끝부분의 직경차이이며 압연하중의 종합크라운은 초기의 기계적 크라운, 열크라운, 압연하중, 롤벤더에 의한 롤의 휨(편평화) 등을 종합한 것이며 종합크라운 적합여부에 따라서 스트립의 형상이 변함으로 실제 작업시에는 적정기계적 롤크라운의 선정, 압연중의 롤냉각제어, 롤벤딩조정, 압연하중 조절 등 여러가지 제어수단을 동원하고 있다. 일례로 6단압연기 형상제어시스템의 구성에 WR Bending, IMR Bending, Shift, Coolant Spray Pattern제어 등이 도입되었고 이밖에 Double Chock Bender, Flatness Flexibly Control Mill, Minimum Edge-Drop Mill, Variable Crown Roll, Tapered Piston Roll, High Crown Mill, Continuously Variable Crown Mill, Pair Cross Mill 등 롤크라운 제어를 위해 개발된 기술이 다수 있다.
라) 주요설비
냉간압연공정의 주요설비는 다음과 같다.
·Saddle - 압연한 PO Coil을 대기시키는 곳
·Coil Car #1 - 대기코일을 Drag Uncoiler로 운반하는 장치
·Flattener - 굴곡이 심한 PO코일의 위아래부분을 평편하게 만드는 장치
·시어기(Shear) - PO코일의 양선단이 코일길이 방향과 직각이 아닌 형상을 절단하는 장치
·Coil Car #2, 3 - 텐션릴에 감긴 코일을 인출하는 장치
·작업롤(Work Roll, WR) - 코일표면과 직접 접촉하면서 압연하는 롤
·보강롤(Buck Up Roll, BUR) - 워크롤과 접촉 회전하면서 압연에 필요한 압하력을 워크롤에 가해주는 롤 냉간압연기
·Drag Uncoiler - PO코일을 풀어주는 장치로 1회통과 작업시에만 사용
·Tension Reel Ⅰ·Ⅱ - 압연코일을 감거나 풀어주고 코일에 적절한 장력이 걸리게 하는 장치
·Deflector(D/F)Roll - 워크롤과 텐션릴사이에서 판의 진행각도 변경 및 압연코 일의 압연속도를 검사하는 장치
·롤연마기 - 워크롤과 보강롤에 적당한 크라운을 형성하여 압연할 수 있도록 보조해 주는 장치
·급유기(Oil Celler) - 압연기에 필요한 압연유 및 유압유를 공급해 주는 보조 장치
3) 미소둔강판(Full Hard Steel Sheets, F/H강판)
열연강판의 표면 불순물을 산세라인에서 제거하고 냉간압연공정을 통해 두께를 조정한 후 압연유를 제거한 제품을 미소둔강판 또는 Full Hard강판이라고 한다. 주로 용융아연도금설비만을 갖춘 업체에서 원자재로 사용하고 있으며 구조용강관 원료로도 사용되고 있다.
다. 전해청정공정(ECL, Electrolytic Cleaning Line)
전해청정공정은 냉간압연 후 스트립표면에 부착된 압연유, 기계유, 철분, 기타 오염물질을 물리적, 화학적 방법으로 제거하기 위해 세정하는 공정으로 세정방법에는 용제, 알칼리, 계면활성제 등을 사용하는 화학적 세정방법과 침적, 브러쉬, 스프레이, 전해, 초음파 등을 이용하는 물리적 세정방법이 있다. 통상 유지계 압연유가 사용된 압연코일을 그대로 소둔할 경우 판표면에 잔류한 유지류가 불완전연소되어 탄화물이나 고무상물질의 오염을 판표면에 남겨 표면미관을 손상시킬 뿐만 아니라 다음 공정에서 문제를 발생시킨다. 단, Mill Clean용 압연유는 소둔중에 열분해되고 분위기가스에 의해 청정됨으로 Mill Clean용 압연유사용 코일은 전해청정공정을 거치지 않고 바로 소둔에 투입된다. 일반적으로 냉연강판의 세정공정은 알칼리액 침적-스프레이-브러싱-전해세정-수세-건조 등으로 구성되어 있으며 알칼리조와 전해조에는 가성소다나 규산소다가 5∼30g의 농도와 70∼90℃의 온도로 사용되며 여기에 미량의 계면활성제가 첨가되고 스트립표면의 동식물유는 알칼리에 의한 비누화반응으로, 광물유는 계면활성제에 의한 유화 및 분산작용에 의해 제거된다. 전해조에는 액중에 전극이 성치되어 스트립을 극으로 하는 전기분해가 행해지며 이때 발생되는 수소 및 산소가스의 교반작용이 알칼리세정을 보조해 준다.
전해청정공정의 주요 설비는 다음과 같다.
·심용접(Seam Welder) - 원판형 전극사이에 코일의 선단과 끝단을 겹쳐 놓고 전극을 회전시켜 판에 압력을 가하면서 일정간격으로 점(Spot)용접을 행하는 장치
·Hot Claustic Cleaning Tank - 화학탈지를 위해 코일침적 탱크로 알칼리염(규 산소다 Na20SiO2)과 미량 첨가된 계면활성제가 검화(비누화)작용과 무화작용을 일으켜 판표면에 있는 유지류를 제거하는 화학적 탈지 장치
·Electrolytic Cleaning Tank - 코일을 전기전도도가 높은 세정액내에서 2개의 전극사이를 통과시키면서 물을 전기분해하여 판표면에 산소와 수소를 발생시키 고 발생된 기포발생 폭발력으로 판의 미세한 요철부의 유막을 제거하는 전기기 계적 탈지 장치
·Brush Scrubber - Hot Claustic Cleaning Tank 및 전해탱크에서 판표면에 부 착된 유지류가 완벽하게 제거되지 않기 때문에 다음 단계에서 판의 상하면에 뜨거운 물을 뿌리면서 고속회전하는 브러쉬 롤로 판의 잔류 비누, 오물, 유지를 제거하는 장치
·Rinse Tank - 브러쉬작업 후 온수를 뿌려 판표면에 잔류하는 오물을 제거하는 장치
·Dryer - 100℃의 고온 건조한 공기를 판표면에 불어 수분을 제거하여 녹발생 을 방지하는 장치
·Tension Bridle Roll - 코일 권취시 적정장력을 부여하여 라인속도에 동조하는 장치
라. 소둔공정(Annealing Line)
소둔공정은 냉연강판의 재질을 좌우하는 중요한 공정으로 압연방향으로 길게 연신되면서 냉간압연함으로써 스트립이 변형된 결정조직을 600∼800℃로 가열하여 일정기간 유지하면 변형조직으로부터 새로운 결정립이 생산되어 성장하는 재결정현상을 일어나게 하는 공정이다. 소둔과정을 거치지 않은 강판조직은 경도가 높고 가공성이 부족하지만 소둔 후 생성된 재결정조직의 강판은 경도, 항복점, 항장력이 낮아져 가공성을 향상시킨다. 따라서 냉연강판의 제품종류에 따라서 소둔온도, 소둔시간, 승열온도, 냉각조건 등의 소둔싸이클이 결정된다. 소둔방식에는 배치식(Batch)과 연속식으로 대별되며 배치식 소둔에도 여러가지 형태의 노(Furnace)가 있는데 노의 이동여부에 따라 이동로와 정치로가 있으며 노 한개가 가열할 수 있는 Base수에 따라 Tight Coil과 Open Coil소둔으로 나눈다. 결국 노의 형태에 따라서 소둔 싸이클이 달라지게 된다. 배치식소둔의 최대 결점은 가열, 균열, 냉각으로 이루어진 소둔과정에서 코일전체가 균일한 열이력을 갖기 어렵다는 점이다. 1970년대부터 상용화된 연속소둔(BP-CAL)과 구별되는 Sheet-CAL)은 제품의 품질, 제조원가, 생산성 등 모든 면에서 배치식소둔보다 월등하기 때문에 신규 냉연공장 건설시 대부분 연속소둔방식을 채택하고 있다.
나. 연속소둔설비
1) 소둔방식
가) 배치식소둔(Batch Annealing)
(1) 타이트코일소둔(Tight Coil Annealing)
코일을 베이스상에 3∼5단 적재하여 그위에 내부덮개를 씌워서 외부공기와 차단하고 덮개내에 약환원성의 분위기가스로 치환해서 벨을 씌우고 코일이 일정온도가 될 때까지 가열하여 일정기간 균열시킨 후 벨을 들어낸 다음 냉각시킨다. 이 소둔방법은 코일이 팽팽하게 감긴상태로 소둔함으로써 대류판으로부터의 열전달과 내부덮개로부터의 복사열에 의해 가열되며 코일중심부가 소정의 온도가 되기에 장시간 소요되는 단점이 있지만 다른 소둔방식보다도 코일표면에 결함이 거의 없고 설치비가 저렴하다는 장점을 갖고 있다.
(2) 오픈코일소둔(Open Coil Annealing)
나) 연속소둔(Continuous Annealing)
냉간압연된 스트립은 전해청정라인에서 표면에 붙어있는 각종 오일, 철분 ,먼지 등의 오염을 제거시키고 소둔 공정으로 넘어간다. 냉간압연된 강판자체는 냉간압연시 형성된 강판내부의 응력 증가로 인해 경도가 높고 가공성도 떨어지므로 소둔로에서 600 ∼ 850℃로 가열하고 일정시간 유지함으로써 재결정 현상에 의해 경도가 내려가고 가공성이 개선된다.
CAL설비는 전해청정에서 열처리, 조질압연 및 정정검사 기능을 결합한 설비로서
1. Strip 상태에서 연속처리함으로써 균일한 재질을 얻을 수 있으며
2. BP에 있어서는 양호한 성형성과 적당한 강도(Stiffness)를 얻을 수 있으며
3. 충분한 가스분위기내에서 세정을 함으로서 BAF재보다 내식성이 우수한 BP를 얻을 수 있다.
4. 노내에 장력을 제어하기 때문에 스트립의 평탄도가 양호하며
5. Sticker 발생이 없고 라인출측에서 불량부를 제거할 수 있어 조질압연 능력 및 실수율이 향상된다.
6. 단시간 소둔에 의한 생산성 향상과 성에너지비용 저감이 가능하다.
2) 주요 설비
소둔공정의 주요 설비는 다음과 같다.
·벨(Bell) - 배치식 소둔로로 10개의 버너가 5개씩 상하 이중으로 어긋나 달려 있다.
·베이스(Base) - 강판과 형강으로 만든 구조물로 그 위에 코일이 적재되고 소둔 로가 얹
혀지게 되는 장치로 내화물로 충진되며 소둔로 내부의 가스흐름을 유도 하도록 설계되었다.
·내부덮개(Inner Cover) - 소둔로의 분위기를 보호하는 덮개로 코일 적재 후 내 부덮개를 씌워 분위기가스를 주입한다.
·R.C.Fan - 베이스 중앙에 설치되어 내부덮개 내부의 가스를 강재로 대류시킴 으로써 코일의 상 하단 및 내외경이 고루 가열되도록 하는 장치
·가스발생기(Gas Generator) - LNG를 연소시켜 물과 이산화탄소, 일산화탄소를 제거하여 질소와 수소가 주류인 약 환원성의 분위기가스를 만드는 장치로 Open Type, Slit Type, Close Type, Force Heating Type 등이 있다.
·Purge - 코일에 적재된 내부덮개내에 분위기가스를 충진해 불순가스를 완전히 제거하는 장치로 점화전 행하는 전Purge와 점화 후 냉각시까지 행하는 후 Purge가 있다.
·Convector - 적재 코일간의 간격을 유지하고 가스흐름을 원활하게 만들어 열 전달을 양호하게 만드는 장치로 적재코일 귀부손상을 방지한다.
·Thermo Couple(TRC) - 베이스와 벨의 온도를 측정하여 버너의 점멸을 조정 하는 온도계
·벨아웃(Bell Out) - 균열이 끝난 후 벨을 씌우고 버너를 점멸한 상태에서 일정 온도까지 서냉이 이루어진 후 벨을 들어내는 것
·냉각덮개(Cooling Cover) - 벨아웃된 상태에서 냉각속도를 가속하기 위해 팬에 의해 강제냉각시키기 위한 장치. 1개의 덮개에 6개의 강력한 팬이 달려 있다.
가) 가열
베이스 온도가 일정온도(균열온도)에 도달할 때까지 계속 가열되는 단계
나) 균열
균열온도에 도달한 후 일정시간 그 온도를 유지하는 단계
다) 냉각
벨아웃 후 서냉시켜 재결정성장을 유지하고 대기침투에 의한 결함방지를 위해 내부덮개를 씌운 상태에서 분위기가스를 순환유지시키는 단계
다. 조질압연공정(TPM. TM. Temper Mill)
소둔을 마친 냉연강판의 기계적 성질을 개선하고 표면사상과 형상을 수요가의 요구에 맞추기 위해 0.3∼3.0% 정도의 가벼운 냉간압연을 하는 것을 조질압연이라고 하며 Skin Pass 혹은 Temper Pass, Temper Rolling이라고도 한다. 조질압연은 스트립의 평탄도 개선, 표면조도 부여, 연신응력 (Stretcher Strain)방지 등에 효과가 있으며 설비는 냉간압연에서와 동일하게 4단 또는 6단압연기를 1∼2스탠드 설치하고 있다. 냉간압연에서는 압하율이 크므로 양호한 형상을 얻기 힘들고 소둔시 열응력에 의한 변형발생이 쉬워 조질압연으로 형상을 수정하고 평탄하게 개선 조질압연기 시킨다. 또한 소둔 후의 코일은 연신율이 좋으나 가공시 부분적으로 불균일한 연신응력이 발생함으로 이를 개선하기 위해 약간의 냉간압연으로 항복점 연신을 방지시킨다. 조질압연에는 압연유를 사용하는 습식압연과 사용하지 않는 건식압연이 있으며 조질압연시 워크롤의 조도에 따라 코일을 거친표면(Dull Finish)과 매끄러운 표면(Bright Finish)등으로 구분하여 생산하고 있으며 장력제어와 형상제어는 연신율이 낮기 때문에Mechanical Crown이 주체가 되고 여기에 압하 및 장력조정을 보조수단으로 하여 형상을 제어하고 롤크라운 조정을 위해 롤벤딩장치를 사용하고 있다.
주요 설비로는 다음과 같은 것들이 있다.
·입측 Coil Skid - Feed Reel 앞쪽에 설치되어 있고 3개의 코일을 적재하여 Feed Reel에 연속적으로 코일을 공급하는 장치
·Coil 준비장치 - Skid위에 있는 코일을 Feed Reel축에 삽입할 수 있는 상태로 만들어 주는 장치
·입측 Coil Car - 입측 Coil Skid로부터 코일을 받아 Crop Shear와 Feed Reel에 이속하고 Reel에 코일을 삽입시키는 장치
·Feed Reel - 조질압연시 코일을 지지하고 판표면에 Back Tension을 주는 장치
·Edge Position Control(EPC) - 코일 양끝이 일정한 위치를 유지하면서 작업되 도록 Reel의 위치를 제어하는 장치
·입측 Tension Bridle Roll - Feed Reel에 과다한 힘이 가하지 않고 판표면에 장력을 주기 위한 장치. 판의 미끄럼방지를 위해 상하 2분의 롤로 구성
·워크롤(Work Roll) - 판표면과 직접 접촉하면서 압연하는 롤
·백업롤(Back Up Roll, BUR) - 워크롤과 접촉회전하면서 압연에 필요한 압하력 을 워크롤에 가해 주는 롤
·Billy Roll - Mill Housing출측에 위치해 있고 유압실린더에 의해 상하로 이동 하면서 판표면에 Wave를 제거하며 Zebra(잔물결모양으로 나타나는 Wave형상) 발생 등을 방지하는 장치
·Pating Shear - 코일 양끝부분의 불량부위 제거와 목적중량으로 분할하는데 사 용되는 장치
·Delivery Tension Bridle Roll - 입측 Tension Bridle Roll과 동일
·Oiler - Tension Reel의 상부에 설치되어 있고 Tension Reel에 감기고 있는 판 표면에 방청유를 도포하는 장치
·Tension Reel - 조질압연한 코일을 원형으로 감기 위해 사용되는 장치로 작업 중 판표면에 Front Tension을 준다.
·Belt Wrapper - Tension Reel축에 벨트를 감아 판표면의 선단부가 Tension Reel축에 감기도록 유도하는 장치
·Delivery Coil Car - Tension Reel에 감긴 코일을 Delivery Coil Skid에 이동시 키는 장치
라. 정정공정
조질압연을 거친 냉연강판은 수요가의 요구에 맞게 정정라인에서 처리된다. 정정공정에서는 리코일링, 슬리팅, 시어링, 레벨링, 사이드 트리밍 등이 행해지며 수요가가 요구의 단중과 치수를 맞춘 후 표면검사 및 도유작업을 거쳐 포장된 후 출하된다.
1) 리코일링(권취)공정(RCL, Recoiling, Rewinder, Tension Leveller Line)
리코일링공정은 조질압연을 거친 냉연코일 표면에 녹발생 방지를 위해 방청유를 도유한 후 수요가 요구에 맞도록 적정한 중량으로 코일을 분할 절단하는 공정으로 판결함에 대한 최종검사가 이루어진다.
리코일링의 주요 설비는 다음과 같다.
·Uncoiler - 되감기작업을 위해 코일을 풀어주는 장치
·Pinch Roll - 통판시 코일의 상부를 끌어당기는 기능을 하는 롤
·Trimmer - 코일을 원하는 폭으로 양끝을 절단하는 장치
·Leveller - 코일의 평탄도를 향상시키는 장치로 Roller Leveller라고도 하며 압 축 및 인장의 반복응력을 가해 평탄도를 향상시킨다.
·Recoiler - 코일을 되감는 장치
·Belt Wrapper - 코일의 상부를 리코일러에 처음 감을 때 코일이 빠지지 않도 록 코일 외부표면을 감싸주는 장치
2) 전단공정(SHL, Shearing Line)
코일을 전단하여 시트로 만드는 공정으로 수요가의 주문길이에 따라 절단한 후 방청유를 도유한다.
전단공정의 주요 설비는 다음과 같다.
·Scrap Baller와 Side Scrap Winder - Trimming시 발생한 Side Scrap을 감아 주는 장치
·Loop Pit - 라인가동시 Leveller 부근과 Trimmer 이후의 속도균형을 맞추기 위해 판표면을 느슨한 상태로 유지시키는 장치
·Feed Leveller - Levelling 후 Loop Pit와 Trimmer를 통과하면서 판길이방향으 로 발생되는 굽힘현상을 보정하고 전단기에 판을 유고시키는 장치
·Flying Shear와 Flying Die Shear - 판을 적당한 길이로 절단하는 장치
·Piler - 절단된 시트를 최종제품으로 포장하기 위해 일정매수를 받는 장치로 제품품질에 따라 Piler의 위치가 다르다.
·Oiler - 전단 Oiler는 Rewinder의 Oiler와 달리 간단한 방법으로 시트에 방청유 를 조초하는 장치로 롤표면에 방청유를 떨어뜨려 롤과 접촉하는 시트의 상면에 방청유가 묻도록 되어 있다.
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