KR100478662B1 - 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링 - Google Patents

용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융 알루미늄 도금설비용 싱크롤(sink roll) 및 스테빌라이징롤(stabilizing roll)의 축부 구동부품으로 사용되면서, 상기 롤의 축부 라이너에 대하여 미끄럼 작용을 제공하는 부시와 이 부시를 고정 지지하는 부시 고정틀로 구성되는 부시 베어링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세라믹 부시를 고정 지지하는 부시 고정틀의 재질로 내침식성이 우수한 재질을 사용하고, 부시 고정틀의 용접부를 용융 알루미늄의 와류에 직접 노출되지 않는 위치에 배치하며, 부시와 부시 고정틀의 틈새로 침투되는 용융 알루미늄을 차단하기 위해 흑연 호일을 좌우 양측 틈새에 구비시키는 것에 의해, 그 사용수명을 향상시킨 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링에 관한 것이다.

Description

용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링{Bush bearing for plating facillity of melted aluminium}
본 발명은 용융 알루미늄 도금설비용 싱크롤(sink roll) 및 스테빌라이징롤(stabilizing roll)의 축부 구동부품으로 사용되면서, 상기 롤의 축부 라이너에 대하여 미끄럼 작용을 제공하는 부시와 이 부시를 고정 지지하는 부시 고정틀로 구성되는 부시 베어링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세라믹 부시를 고정 지지하는 부시 고정틀의 재질로 내침식성이 우수한 재질을 사용하고, 부시 고정틀의 용접부를 용융 알루미늄의 와류에 직접 노출되지 않는 위치에 배치하며, 부시와 부시 고정틀의 틈새로 침투되는 용융 알루미늄을 차단하기 위해 흑연 호일을 좌우 양측 틈새에 구비시키는 것에 의해, 그 사용수명을 향상시킨 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링에 관한 것이다.
일반적으로, 용융 알루미늄 도금설비용 싱크롤(sink roll)과 스테빌라이징롤(stabilizing roll)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 용융금속 중에서 큰 하중을 받으면서 고속으로 회전되기 때문에, 그 회전 구동부품인 축부 라이너(sleeve)와 부시(bush)가 급격히 마모 및 침식됨으로써, 빈번한 설비가동 중단과 교환을 필요로 한다. 특히, 부시는 내주면의 일부분만 집중적으로 마모되기 때문에, 축부 라이너(liner)보다 그 수명이 매우 짧다.
이와 같은 싱크롤과 스테빌라이징롤의 구동부품의 급격한 마모를 개선하여 사용수명을 최대한 연장시키기 위하여, 축부에는 라이너(liner)로서 내마모성이 우수한 재질로 된 슬리브(sleeve)를 축부 외주면에 끼워서 사용하고, 상기 축부를 지지하면서 미끄럼 작용을 제공하는 미끄럼 베어링(bearing) 수단으로서, 내마모성이 우수한 재질로 된 부시를 부시 고정틀에 조립하여 사용하였다.
도 1은 일반적인 용융 알루미늄 도금설비의 개략 단면도를 나타내며, 도 2는 종래의 싱크롤 및 스테빌라이징롤에 있어서, 금속 재질의 부시와 이를 지지하는 부시 고정틀의 구성을 보여주는 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A' 절단에 따른 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도금 대상물인 강판(strip)(1)은 용융 알루미늄(2) 중에서 회전될 수 있도록 설치된 싱크롤(3)과 스테빌라이징롤(4)에 의해 안내되어 화살표 방향으로 이동되면서, 용융 알루미늄(2)으로 도금된다.
이와 같은 도금공정에서 싱크롤(3)과 스테빌라이징롤(4)의 회전은 축(5)의 회전을 통해 이루어지며, 축(5) 및 축부 라이너(6)는 미끄럼 베어링 역할을 하는 금속재질의 부시(7)와 이 부시(7)를 고정 지지하는 부시 고정틀(8)로 구성되는 부시 베어링에 의해 지지된다.
종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 축(5) 및 축부 라이너(6)를 지지해 주는 부시 베어링의 수명을 개선하기 위해, 내마모성과 내침식성이 우수한 베어링강(bearing steel)의 부시(7)를 부시 고정틀(8)에 용접해서 사용해 왔다. 하지만, 이 경우 베어링강의 국부적인 마모로 인해, 축부 구동부품의 전체 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
최근에는 도 3에 도시한 바와 같이, 축부 라이너(6)보다 빨리 마모되면서 축부 구동부품의 전체 수명을 단축시키는 금속 재질 부시(7)의 수명을 연장시키기 위해, 내마모성과 내침식성이 뛰어난 세라믹(ceramic) 재질 부시(10)를 부시 고정틀(11-1, 11-2)에 조립하여 사용하고 있으며, 부시 고정틀(11-1, 11-2)의 재질로 용접성이 우수한 오스테나이트(austenite)계 스테인레스(stainless)강을 이용하고, 또한, 세라믹 부시(10)가 축부 라이너(6)와 마찰되면서 발생되는 마찰력에 의해 회전되는 것을 방지하기 위해 부시 고정자(12)를 설치하여 이용하고 있다.
그러나, 스테인레스강으로 된 부시 고정틀(11-1, 11-2)이 용융 알루미늄(2)과 공정 반응(eutectic reaction)을 일으키면서 용손될 뿐만 아니라, 축(5)과 싱크롤(3)이 회전되면서 발생되는 용융 알루미늄(2)의 와류에 의해 부시 고정틀(11-1, 11-2)의 측부가 급격히 유식마모(erosion wear)됨에 따라, 세라믹 부시(10)를 고정하고 지지해주는 역할을 못하게 되어, 부시 베어링의 수명이 단축되는 문제점이 발생하였다.
특히, 종래의 경우에는 부시 고정틀(11-1, 11-2)의 용접부(9-2)가 용융 알루미늄(2)의 와류에 노출되는 구조를 가지고 있어, 용접부(9-2) 침식에 의해 부시 베어링의 수명이 더욱 단축되곤 하였다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 부시 고정틀의 재질로 내침식성이 우수한 재질을 사용하고, 침식에 취약한 용접부를 용융 알루미늄의 와류에 직접 노출되지 않는 위치에 배치하며, 부시와 부시 고정틀의 틈새로 침투되는 용융 알루미늄을 차단하기 위해 흑연 호일을 그 좌우 양측 틈새에 구비시키는 것에 의해, 그 사용수명을 향상시킨 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링은, 용융 알루미늄 도금설비용 싱크롤(3) 및 스테빌라이징롤(4)의 축부 구동부품으로 사용되며, 상기 롤(3, 4)의 축부 라이너(6)에 대하여 미끄럼 작용을 하는 부시(10)와 상기 부시(10)를 고정 지지하는 부시 고정틀(11-3, 11-4)로 구성되는 부시 베어링으로서, 상기 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 용접부(9-3)가 상기 용융 알루미늄(2)의 와류에 직접 노출되지 않도록, 상기 축부 라이너(6)와 세라믹 부시(10)의 마찰면과 평행한 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 외측표면을 따라 놓이도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링은, 세라믹 재질의 상기 부시(10)를 고정해 주는 상기 부시 고정틀(11-3, 11-4)을 용융 알루미늄(2)에 대한 내침식성이 우수한 베어링강으로 하거나 그 표면에 내침식성이 우수한 보라이드 화합물로 강화된 써멧을 용사코팅한 것 중의 하나로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 세라믹 부시(10)와 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 틈새로 침투되는 용융 알루미늄을 차단하기 위해, 그 좌우 양측 틈새에 흑연 호일(13)을 설치하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 싱크롤 및 스테빌라이징롤에 있어서, 세라믹 재질의 부시와 이를 지지하는 부시 고정틀의 구성 단면도이다.
본 발명에 따르면, 세라믹 부시(10)를 고정해 주는 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 용접부(9-3)가 상기 용융 알루미늄(2)의 와류에 직접 노출되지 않도록, 상기 축부 라이너(6)와 세라믹 부시(10)의 마찰면과 평행한 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 외측표면을 따라 놓이도록 하며, 이것은 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 용접부(9-3)가 롤(3, 4)과 축부 라이너(6)의 회전으로 발생되는 용융 알루미늄(2)의 와류에 직접 노출되지 않도록 하여, 용접부(9-3)가 급속히 유식마모(erosion wear)되는 것을 방지하기 위함이다.
그리고, 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 재질로 용융 알루미늄(2)에 대한 내침식성이 우수한 베어링강(bearing steel)을 사용하거나, 부시 고정틀(11-1, 11-2)의 표면에 내침식성이 우수한 보라이드(boride) 화합물로 강화된 써멧(cermet)을 용사코팅(thermal spray coating)하여, 부시 고정틀(11-3, 11-4)이 용융 알루미늄(2)과의 반응에 의해 침식되거나 롤(3, 4)이 회전되면서 발생되는 용융 알루미늄(2)의 와류에 의해 유식마모되는 것을 감소시켜, 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 내구성을 향상시킨다.
상기 써멧은 Mo과 B이 각각 40∼60중량%와 6∼10중량%이고, 나머지를 Co, Ni, Cr가 적정 비율로 구성된 것으로서, 몰리브덴 보라이드(boride)를 강화재로 하고, Co, Ni, Cr 고용체 합금을 결합상으로 한다.
즉, 구성성분중에서 Mo과 B은 높은 경도를 갖는 보라이드 화합물(Co[또는 Ni]MoB2 또는 MoB)을 형성하고, Co 또는 Ni은 Cr과 함께 고용체 합금으로 되어, 보라이드 화합물로 된 강화재를 지지해 주는 기지상을 구성하게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 세라믹 부시(10)와 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 좌우 양측 틈새에는 흑연 호일(graphite foil)(13)을 설치하며, 이것은 용융 알루미늄(2)에 대한 젖음성(wetting)이 매우 작은 흑연 호일의 특성을 이용하여, 열팽창계수 차이가 큰 세라믹 부시(10)와 금속재질의 부시 고정틀(11-3, 11-4)이 용융 알루미늄(2) 내의 가열된 상태에서, 그 치수차이로 인해 발생하는 틈새로 침투되는 용융 알루미늄(2)을 차단하여, 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 역할을 지속적으로 발휘하도록 하기 위함이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 부시 베어링을 제조한 후, 그 사용수명을 650℃로 가열된 용융 알루미늄 도금라인에서 종래의 것과 비교 실험하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
구분 부시 고정틀 재질 용융금속 차단재 사용수명(일)
종래 스테인레스(STS 316L) - 3∼4
본발명1 베어링강(AISI 52100) - 5∼6
본발명2 베어링강(AISI 52100) 두께 1㎜흑연 호일 8∼9
본발명3 베어링강(AISI 52100)(좌우측 표면 써멧분말 용사코팅) 두께 1㎜흑연 호일 10 이상
본 실시예에 따르면, 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 좌우 양측 표면상에 실시한 써멧 용사코팅은 고속화염 용사법을 이용하여, 0.03㎜두께로 실시하였으며, 용사코팅 원료는 중량%로, Mo : 57.6%, Co : 23.9%, Cr : 12.4% , B : 6.1%으로 구성된 분말을 사용하였다.
그리고, 세라믹 부시(10)와 부시 고정틀(11-3, 11-4) 사이의 틈새로 침투되는 용융 알루미늄(2)을 차단해 주는 흑연 호일(13)은 두께 1㎜의 것을 사용하였으며, 세라믹 부시(10)는 열박음 방법을 통해, 부시 고정틀(11-3, 11-4)에 조립하였다.
상기 표 1을 참조하면, 본 발명과 같이 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 재질로서 용융 알루미늄(2)에 대한 내침식성이 우수한 베어링강(AISI 52100)을 사용하고, 세라믹 부시(10)와 부시 고정틀(11-3, 11-4) 사이 틈새에 각각 흑연 호일(13)을 설치함으로써, 종래의 부시 고정틀의 재질로서 오스테나이트계 스테인레스강을 사용하는 경우에 비해 그 사용수명을 1.5배 이상 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 부시 고정틀의 사용수명이 1.5배 이상 향상됨에 따라, 축부 구동부품의 전체 사용수명이 향상되어, 그 교체주기가 장기화됨에 따라, 교체에 따른 비용을 절감하고, 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 용융 알루미늄 도금설비의 개략 단면도,
도 2a는 종래의 싱크롤 및 스테빌라이징롤에 있어서, 금속 재질의 부시와 이를 지지하는 부시 고정틀의 구성 단면도,
도 2b는 도 2a의 A-A' 절단에 따른 단면도,
도 3은 종래의 싱크롤 및 스테빌라이징롤에 있어서, 세라믹 재질의 부시와 이를 지지하는 부시 고정틀의 횡(a) 및 종(b) 구성 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 싱크롤 및 스테빌라이징롤에 있어서, 세라믹 재질의 부시와 이를 지지하는 부시 고정틀의 횡(a) 및 종(b) 구성 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 강판(strip) 2 : 용융 알루미늄
3 : 싱크롤(sink roll) 4 : 스테빌라이징롤(stabilizing roll)
5 : 축 6 : 축부 라이너(liner)
7 : 금속재질 부시(bush) 8 : 부시 고정틀
9-1, 9-2, 9-3 : 용접부 10 : 세라믹 재질 부시
11-1, 11-2, 11-3, 11-4 : 부시 고정틀
12 : 부시 고정자
13 : 흑연 호일(foil)

Claims (3)

  1. 용융 알루미늄 도금설비용 싱크롤(3) 및 스테빌라이징롤(4)의 축부 구동부품으로 사용되며, 상기 롤(3, 4)의 축부 라이너(6)에 대하여 미끄럼 작용을 하는 부시(10)와 상기 부시(10)를 고정 지지하는 부시 고정틀(11-3, 11-4)로 구성되는 부시 베어링으로서,
    상기 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 용접부(9-3)가 상기 용융 알루미늄(2)의 와류에 직접 노출되지 않도록, 상기 축부 라이너(6)와 세라믹 부시(10)의 마찰면과 평행한 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 외측표면을 따라 놓이도록 하는 것을 특징으로 하는 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링.
  2. 제 1항에 있어서,
    세라믹 재질의 상기 부시(10)를 고정해 주는 상기 부시 고정틀(11-3, 11-4)을 용융 알루미늄(2)에 대한 내침식성이 우수한 베어링강으로 하거나 그 표면에 내침식성이 우수한 보라이드 화합물로 강화된 써멧을 용사코팅한 것 중의 하나로 사용하는 것을 특징으로 하는 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 세라믹 부시(10)와 부시 고정틀(11-3, 11-4)의 틈새로 침투되는 용융 알루미늄을 차단하기 위해, 그 좌우 양측 틈새에 흑연 호일(13)을 설치하는 것을 특징으로 하는 용융 알루미늄 도금설비용 부시 베어링.
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