KR100333084B1 - 강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스 스틸이나 특수강 등의 강관 제조용 빌렛을 고주파 유도로에서 열처리를 하기 위해 유도로 내부에서 연속적으로 이송시킬 때 빌렛을 지지하는 레일을 세라믹재로 제작하여 고열에 의한 레일의 손상을 방지하고 안전하고 원활하게 빌렛을 이송시킬 수 있게한 강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법에 관한 것으로,

즉, 상기 레일을 구성하는 주성분으로 실리카 10-50%와 알루미나 50-90%를 혼합하여 된 보오크 사이트 10-30%에 대해 혈암점토 15-35%, 샤모트 10-40%, 점토 30-40% 및 알루미나 5-15%를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 조성물에 10-30% 정도의 물을 가하여 진공 혼련기에서 약 4-6회 정도 혼련하여 기포가 제거된 균질한 소지를 만드는 단계와, 상기 혼련 공정이 완료된 소지를 원하는 레일의 형상에 맞도록 제작한 형틀에 투입하여 약 0.1-0.5 ton의 압력으로 성형체를 제조하는 단계와, 상기 성형체를 상온에서 약 3-7일간 1차로 건조하되 이후 건조실에서 80-120℃의 온도로 2-4일간 2차로 건조하는 단계와, 상기 건조된 성형체를 정형화 과정을 거쳐 가스 또는 전기로 등에서 20-30시간 내에 1,200-1,400℃에 도달하도록 가열한 다음 1-7시간 소성하는 단계와, 상기 소성후 약 2일 정도 로냉을 하여 이송시키기 위한 빌렛의 외경과 동일하게 정밀 가공하여 세라믹 레일을 완성하는 단계로 된 것이다.

Description

강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법{Method for the production of ceramic rail to heat and transport of billet for making steel pipe}

본 발명은 강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법, 보다 상세하게는 스테인레스 스틸이나 특수강 등의 강관 제조용 빌렛을 고주파 유도로에서 열처리를 하기 위해 유도로 내부에서 연속적으로 이송시킬 때 빌렛을 지지하는 레일을 세라믹재로 제작하여 고열에 의한 레일의 손상을 방지하고 안전하고 원활하게 빌렛을 이송시킬 수 있게한 강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 강관을 제조하는 공장에서는 모재가 되는 빌렛을 고주파 유도로를 연속적으로 통과되게 이동시켜 가열하게 되며, 이 가열공정을 통과하는 고온의 빌렛은 그 표면이 내화물과의 접촉에 의해 유발될 수 있는 흠 또는 표면결함을 방지하기 위해 빌렛이 통과되는 지지면에 철강으로 된 레일을 설치하였다.

즉, 도 1에서와 같이 고주파 유도로(1)에 구비된 내화물(2)의 외측에 고열을 발생시키는 유도코일(3)이 설치되고, 내화물의 바닥면에는 철강으로 된 레일(4)이 설치되어 이 레일의 상부면에 빌렛(B)을 올려놓은 상태에서 밀대(5)에 의해 빌렛을 연속적으로 밀면서 가열하였다.

그러나 상기와 같은 구조의 철강으로 된 레일을 사용하는 경우, 빌렛을 이동시킬 때 그 하중과 외부에서 가해지는 고열에 의해 지지 레일의 표면에 손상이 발생되었고, 이러한 레일 표면의 손상은 빌렛을 이동시킬 때 빌렛의 표면에 다량의 흠을 유발시킴으로써 빌렛을 압연한 후 강관 표면의 품질을 저하시키는 문제점이 있었다.

뿐만아니라 내화물이 급격한 승온과 냉각에 의한 열충격으로 파손될 경우 지지레일을 제거한 후 암석 파쇄기등을 이용하여 고강도의 내화물을 고주파 유도로에서 분쇄하여야 하는데, 이 분쇄과정에서 유도 코일이 파손되는 경우가 많으며 부정형 내화물을 사용하기 때문에 시공후 양생까지 많은 시간이 요구되어 생산성이 떨어지는 등의 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 철강재 지지레일의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 빌렛이 갖고 있는 경도와 유사하며 열충격성이 양호하고 정형으로 제작이 가능한 강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레일을 구성하는 주성분으로 실리카 10-50%와 알루미나 50-90%를 혼합하여 된 보오크 사이트 10-30%에 대해 혈암점토 15-35%, 샤모트 10-40%, 점토 30-40% 및 알루미나 5-15%를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 조성물에 10-30% 정도의 물을 가하여 진공 혼련기에서 약 4-6회 정도 혼련하여 기포가 제거된 균질한 소지를 만드는 단계와, 상기 혼련 공정이 완료된 소지를 원하는 레일의 형상에 맞도록 제작한 형틀에 투입하여 약 0.1-0.5 ton의 압력으로 성형체를 제조하는 단계와, 상기 성형체를 상온에서 약 3-7일간 1차로 건조하되 이후 건조실에서 80-120℃의 온도로 2-4일간 2차로 건조하는 단계와, 상기 건조된 성형체를 정형화 과정을 거쳐 가스 또는 전기로 등에서 20-30시간 내에 1,200-1,400℃에 도달하도록 가열한 다음 1-7시간 소성하는 단계와, 상기 소성후 약 2일 정도 로냉을 하여 이송시키기 위한 빌렛의 외경과 동일하게 정밀 가공하여 세라믹 레일을 완성하는 단계로 됨을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 고주파 유도로의 일예를 나타낸 단면구성도,

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 레일의 온도와 강도 변화에 대한 특성선도,

도 3은 본 발명의 실시에에 의한 세라믹 레일과 스테인레스의 마모량를 온도별로 비교한 선도,

도 4는 상기 본 발명의 방법에 의해 제조된 세라믹 레일을 나타낸 사시도,

도 5는 상기 도 4의 세라믹 레일이 적용된 고주파 유도로의 일예를 나타낸 단면구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 고주파 유도로 2 : 내화물

3 : 유도코일 4 : 철강으로 된 레일

10 : 세라믹 레일

이하, 본 발명의 강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 이송레일은 보오크 사이트와 혈암점토, 샤모트 및 점토를 주성분으로 이에 적당량의 물을 사용하여 진공 중에서 혼합한 후 성형하였으며, 건조후 고온에서 소성후 정밀 가공하는 것으로, 그 성분과 공정 및 특성은 다음과 같다.

즉, 실리카 10-50%와 알루미나 50-90%를 혼합하여 된 보오크 사이트 10-30%에 대해 혈암점토 15-35%, 샤모트 10-40%, 점토 30-40% 및 알루미나 5-15%를 혼합한다.

만약, 상기 혼합비의 범위를 벗어나는 경우 성형성이 낮거나 소결시 크랙이 생기면서 경도가 높아져 마모성을 나타내지 못하였음을 확인할 수 있었다.

상기 공정으로 혼합된 조성물에 10-30% 정도의 물을 가하여 진공 혼련기에서 약 4-6회 혼련하여 균질한 소지를 만들었으며, 혼련시 진공을 사용하여 소지내에 있는 공기를 제거하였다. 진공하에서 혼련하는 것은 소지내에 공기가 함유될 경우에는 고온에서 소결시 압력 증가로 인하여 소지가 폭발할 위험이 있기 때문이며, 실제로 공기를 배출치 못한 경우 이러한 폭발이 야기 되었다.

상기 혼련 공정이 완료된 후 반죽상태의 소지를 원하는 레일의 형상에 맞도록 제작한 형틀에 투입하여 약 0.1-0.5 ton의 압력으로 성형체를 제조하였다. 압력이 너무 큰 경우에는 불균질한 성형체가 만들어져 소결시 휘는 현상이 야기된다.

성형체는 다량의 수분을 함유하고 있으므로 상온에서 약 3-7일간 1차로 건조하되 건조시에는 성형체의 상하 좌우를 바꾸어가며 건조하여 형상에 변형이 생기지않도록 하였다. 이후 건조실에서 80-120℃의 온도로 2-4일간 2차로 건조하여 수분을 완전히 제거하였다. 수분이 완전히 제거되지 않은 경우에는 소결도중 소지내에서 수증기 압력 상승으로 인하여 폭발이 야기 되거나 소지에 크랙이 생겼다.

상기 건조된 성형체는 정형화 과정을 거쳐 가스 또는 전기로 등에서 20-30시간 내에 1,200-1,400℃에 도달하도록 가열한 다음 1-7시간 소성하는 데, 상기 온도보다 높은 온도에서 소성할 때에는 경도가 높아지며 낮은 온도에서는 소성할 경우에는 밀도가 너무 낮아져 강도 저하가 야기되었다.

상기 소성과정 후에는 약 2일 정도 로냉하였다. 급냉하는 경우에는 열충격에 의해 소지내에 크랙이 야기되었다. 로냉된 소성체는 정밀 가공하여 빌렛의 외경과 동일하도록 하여 빌렛이 소성체내에서 고정되도록 하였다.

따라서 열충격성이 양호하며, 빌렛과 유사한 경도를 갖게 되므로 빌렛의 이동시 빌렛 표면에 흠을 발생하지 않는 세라믹 레일의 제작을 완료하게 되는 것이다.

한편, 도 4는 상기 본 발명의 방법에 의해 제조된 세라믹 레일(10)을 나타낸 것이고, 도 5는 상기 세라믹 레일이 적용된 고주파 유도로의 일예를 나타낸 것이다.

실시예

다음 표 1과 같은 조성으로 혼합물을 제조하고 이를 표 2와 같은 조건으로 세라믹 레일을 제작하여 이의 기계적 특성과 마모현상을 통하여 성능을 조사하였다.

	입도(mesh)	gkafid(%)
보오크 사이트	40	20
혈암 점토	20	20
카올린 샤모트	60	20
점토	20	30
알루미나	325	10

항목	공정조건
함유 수분량(%)	20
진공 토련 회수(회)	5
압출 압력(톤)	0.1
상온 건조시간(일)	3
고온 건조온도(℃)	80
고온 건조시간(일)	2
소성온도(℃)	1300
소성시간(시간)	2

상기와 같은 실시예를 통하2여 얻어진 결과는 다음 표 3에서와 같이 일반 부정형 내화물보다 강도가 우수함을 확인할 수 있었으며, 기공율이 17% 이상되어 다공체로 열충격에 강함을 예상할수 있었고, 또한 경도에 있어서도 스테인레스스틸 빌렛의 경도인 비이커스 경도 153Kgf/㎟에 근접하여 마모가 야기될 수 있음을 예측할 수 있다.

항목	측정치
강도(Mpa)	21.14
밀도(g/cm3)	2.19
흡수율(%)	7.91
기공율(%)	17.27
경도(kgf/mm2)	156

한편, 상기 실시예를 근거로 제작된 세라믹 레일을 이용하여 열충격 시험을 하였다.

일반적으로 알루미나 또는 실리카 재질의 파인세라믹스는 열충격 파괴가 야기되는 온도가 약 200℃ 정도이고, 치밀화된 파인세라믹스에서도 약 600℃를 넘지 못하는데 반하여 본 발명의 방법으로 제작된 세라믹 레일은 도 2에서 확인되는 바와 같이 시험편 1, 2모두에서 급격한 강도 변화를 나타내지 않고 1,200℃온도 구간까지 강도가 서서히 떨어져 열충격에 강함을 알 수 있었다.

이는 전술한 바와 같이 강도가 높으면서도 기공이 많은상태로 소지내에 고르게 분포되어 있기 때문이다.

또한 마모 현상을 분석하기 위해 마모 시험의 조건으로, 600℃까지 현장에서 사용하는 조건과 동일하게 가압하중은 20kgf로 하였으며, 회전속도는 200rpm 시험 시간은 15분으로 하였고, 기존 피삭체는 STS304를 사용하였다. 평가는 초기 무게 대비 마모되어 없어진 양을 %로 계산하였다.

즉, 도 3에서와 같이 피삭체로 STS304를 사용하고 마모재로 시험편1을 사용한 결과를 나타내면, 상온에서는 피삭체와 마모재가 동일한 마모를 나타내게 되었고, 이는 앞서 보인바와 같이 양자가 유사한 경도를 갖고 있기 때문으로 생각되며, 600℃까지의 전 영역에서 STS304에 경도가 미세하게 시험편 보다는 전술한 바와 같이 높으나 인성은 금속이 세라믹에 비하여 큰차이로 높기 때문이며, 정성적으로 마모는 경도와 인성에 비례하기 때문이다.

따라서 온도가 조업온도인 1,200℃까지 증가하더라도 유사한 상황이 일어남을 예측할 수 있으며, 조업시 스테인레스스틸 계열의 빌렛은 세라믹 레일에 의해 손상을 받지 않고 세라믹 레일만이 마모되었다.

또한 마모시에도 마모되는 양이 적을뿐더러 마모된 재질의 주성분이 Al₂O₃, SiO₂가 주성분이므로 압출공정에서 사용되는 윤활제 재질과 동일 하여 후공정에 영향을 주지 않았다.

이와 같은 본 발명의 강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법은 금속 재질의 빌렛 이송시 지지레일에 의한 빌렛 표면의 결함과 내화물의 열충격에 의한 파손시 교체에 따른 유도 코일의 파손위험을 방지하여 보수정비로 인한 시간을 단축함으로써 빌렛의 이송효율과 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 강관을 제조하기 위해 모재가 되는 빌렛을 고주파 유도로를 연속적으로 통과되게 이송시킬 때 빌렛을 지지하는 레일에 있어서,

   상기 레일을 구성하는 주성분으로 실리카 10-50%와 알루미나 50-90%를 혼합하여 된 보오크 사이트 10-30%에 대해 혈암점토 15-35%, 샤모트 10-40%, 점토 30-40% 및 알루미나 5-15%를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 조성물에 10-30% 정도의 물을 가하여 진공 혼련기에서 약 4-6회 정도 혼련하여 기포가 제거된 균질한 소지를 만드는 단계와, 상기 혼련 공정이 완료된 소지를 원하는 레일의 형상에 맞도록 제작한 형틀에 투입하여 약 0.1-0.5 ton의 압력으로 성형체를 제조하는 단계와, 상기 성형체를 상온에서 약 3-7일간 1차로 건조하되 이후 건조실에서 80-120℃의 온도로 2-4일간 2차로 건조하는 단계와, 상기 건조된 성형체를 정형화 과정을 거쳐 가스 또는 전기로 등에서 20-30시간 내에 1,200-1,400℃에 도달하도록 가열한 다음 1-7시간 소성하는 단계와, 상기 소성후 약 2일 정도 로냉을 하여 이송시키기 위한 빌렛의 외경과 동일하게 정밀 가공하여 세라믹 레일을 완성하는 단계로 됨을 특징으로 하는 강관 제조용 빌렛의 이송레일 제조방법.