KR101322073B1 - 신선 윤활제 및 신선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신선 윤활제, 신선 방법 및 신선 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현재 사용되고 있는 가연성 윤활제 대신에 인체에 무해하고 가격이 저렴한 신선 윤활제, 신선 방법 및 신선 장치에 관한 것이다.
본 발명은 이산화티타늄분말과 에탄올을 1 : 1~4의 중량비로 포함하는 신선 윤활제, 신선 방법 및 신선 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 신선 작업시 마찰열에 의한 화재 위험을 감소시키고, 신선 가공시 선재의 단선율을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 신선 윤활제는 인체에 무해하므로 작업환경을 개선할 수 있어 친환경적이며, 가격 경쟁력 또한 확보할 수 있고, 추가적으로 윤활제의 표면 도포 균일성을 향상시킬 수 있다.

Description

신선 윤활제, 신선 방법 및 신선 장치{LUBRICANT, METHOD AND APPARATUS FOR WIRE DRAWING}

본 발명은 신선 윤활제, 신선 방법 및 신선 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현재 사용되고 있는 가연성 윤활제 대신에 인체에 무해하고 가격이 저렴한 신선 윤활제, 신선 방법 및 신선 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선재 제조 후에는 신선가공을 통해 선재의 사이즈 조절을 행하고, 강도 향상 효과를 취하기 위한 방법으로 신선가공을 행하고 있다. 또한, 신선 공정은 인발 공정을 통해 권취된 선재를 뽑아내는 공정이 사용되고 있으며, 통상 드로잉 벤치를 통해 신선 작업이 완료된다.

이러한 드로잉 벤치는 다이스와의 마찰열을 최소화하기 위해 윤활 스프레이를 사용하고 있으나, 현재 사용되고 있는 윤활 스프레이는 고가의 제품이 사용되고 있으며, 특히 인체에 유해한 초산부틸 함유제[Butyl Acetate: C6H12O2]를 포함한 가연성 윤활제가 사용되고 있다.

가연성 윤활제의 경우, 신선 속도가 증가함에 따라 선재 표면의 온도 상승에 의해 화재의 위험성을 가지고 있으며, 특히 가연성 및 초산부틸 함유제에 의해 인체에 심각한 위험을 초래할 수 있다는 단점을 가지고 있다. 또한, 윤활 스프레이 사용에 따라 신선 작업 직전에 수작업을 통해 스프레이를 분사시켜야 된다는 단점을 가지고 있으며, 만일 윤활 스프레이를 사용하지 않을 경우, 마찰열에 의해 표면 조직 변화 및 기계적 특성 변화를 초래해 고품질의 신선재를 공급할 수 없다는 단점을 가지고 있다.

더욱이, 윤활 스프레이 분사의 경우, 수작업을 통해 분사되기 때문에 선재 표면에 균일하게 분사되는 것이 용이치 않아 그 사용 방법에 대한 한계성이 대두되고 있는 실정이다.

이러한 신선 방법의 문제점을 해결하기 위하여, 습식 신선 방법이 그 대체 방법으로 사용되고 있으며, 그 중 하나의 관련 기술로써, 한국 공개특허공보 제2001-0000136호에는 습식 신선기 내부를 순환하는 윤활제의 농도를 자동적으로 조절할 수 있도록 한 윤활제 자동 농도 조절장치가 개시되어 있다.

또한, 한국 공개특허공보 제2002-0050656호에는 윤활제의 순환 공급 시스템에 유량계를 설치하고 윤활제의 보충과 폐윤활제의 폐기가 자동으로 이루어지도록 한 습식 신선 윤활제의 관리방법이 개시되어 있으며, 한국 공개특허공보 제2003-0015910호에는 신선 가공시 신선유로써 식물유와 광물유를 혼합하여 사용한 신선유 개선 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이들 발명의 경우, 습식 신선에 따른 생산성 저하, 고가의 윤활제 사용에 따른 가격 경쟁력 저하 그리고 인체에 유해한 성분에 따른 가혹한 작업환경 문제를 개선하지 못한다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 환경문제 해결 및 생산성 향상, 그리고 신선재 가격 경쟁력 확보를 위하여, 친환경 윤활제 성분 개발과 균일한 윤활제 도포를 위한 자동화 장치 또한 시급히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 신선 윤활제의 제조 비용을 저감시키고, 신선시 선재의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 신선 윤활제, 신선 방법 및 신선 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 이산화티타늄분말과 에탄올을 1 : 1~4의 중량비로 포함하는 신선 윤활제를 제공한다.

이 때, 상기 이산화티타늄분말은 100~300㎚의 평균입자크기를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 신선 윤활제를 선재에 도포하는 윤활제 도포단계; 및 상기 신선 윤활제가 도포된 선재를 신선 다이스에 통과시켜 신선하는 신선단계를 포함하는 신선방법을 제공한다.

이 때, 상기 윤활제 도포단계는 상기 윤활제가 공급되어 있는 회전 가능한 졸 탱크 내부로 선재를 통과시키는 것으로 이루어질 수 있으며, 상기 졸 탱크는 100~150rpm의 속도로 회전하는 것이 바람직하다.

본 발명은 선재를 신선하는 신선 다이스; 및 상기 신선 다이스 입구 상류측에 위치하는 윤활제 공급 장치를 포함하며, 상기 윤활제 공급 장치는 내부에 신선 윤활제가 충진되고 신선될 선재가 내부를 통과하도록 형성되는 졸 탱크 및 상기 졸 탱크를 회전시키는 벨트 기어 및 회전 벨트를 포함하여, 회전하는 상기 졸 탱크 내부로 선재를 통과시켜 선재의 표면에 신선 윤활제를 도포한 다음, 신선 다이스에서 선재를 신선하도록 구성되는 신선 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 신선 작업시 마찰열에 의한 화재 위험을 감소시키고, 신선 가공시 선재의 단선율을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 신선 윤활제는 인체에 무해하므로 작업환경을 개선할 수 있어 친환경적이며, 가격 경쟁력 또한 확보할 수 있고, 추가적으로 윤활제의 표면 도포 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 신선 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 신선 장치의 평면도이다.
도 3은 종래의 신선 윤활제(종래 신선윤활제)를 사용하여 제조된 신선재(종래재)와 본 발명에 부합되는 신선 윤활제(발명 신선윤활제)를 사용하여 제조된 신선재(발명재)의 미세조직 사진을 나타내는 것으로서, 도 3(a)는 종래재의 것을 나타내는 것이고, 도 3(b)는 발명재의 것을 나타낸다.
도 4는 종래의 신선 윤활제(종래 신선윤활제)를 사용하여 제조된 신선재(종래재)와 본 발명에 부합되는 신선 윤활제(발명 신선윤활제)를 사용하여 제조된 신선재(발명재)의 선재 직경에 따른 인장강도 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명자들은 신선 공정에 사용되는 신선 윤활제의 친환경성과 비용 절감에 대하여 연구를 하던 중, 이산화티타늄분말과 에탄올을 혼합하여 제조되는 이산화티타늄 졸을 신선 윤활제로 활용할 경우, 친환경적이며, 비용 또한 절감될 수 있다는 점을 인지하게 되었고, 이와 관련한 연구와 실험을 바탕으로 본 발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 신선 윤활제는 이산화티타늄 분말과 에탄올을 혼합함으로써 제조될 수 있으며, 졸 형태를 갖는다. 상기 이산화티타늄은 나노 크기의 미립자로 쉽게 제조될 수 있으며, 에탄올과 반응하여 쉽게 졸이 형성된다. 따라서, 상기 이산화티타늄 졸의 점도를 제어함으로써 선재의 표면에 균일하게 도포할 수 있다는 장점이 있다. 상기 이산화티타늄 졸은 선재의 표면에 도포된 후, 에탄올이 증발하게 됨에 따라, 선재 표면에는 이산화티타늄 분말 입자만이 남게 되므로, 신선가공 후 윤활제 제거시, 기존재에 비하여 제거가 용이하다. 또한, 상기 이산화티타늄 졸은 표면 점도(viscosity)가 적어 신선시 다이스와의 마찰을 줄일 수 있으며, 인체에 무해하다는 장점이 있다.

상기 신선 윤활제는 이산화티타늄 분말과 에탄올이 중량비로 1 : 1~4로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 분율이 1 : 1미만인 경우, 이산화티타늄이 잘 분산되지 않아 표면 점도가 나빠져, 신선시의 윤활성을 개선할 수 없으며, 상기 분율이 1 : 4를 초과할 경우, 점도가 너무 증가하여 에탄올의 증발이 용이하지 않아 신선 후, 표면에 이산화티타늄이 남아있을 수 있으며, 특히 점도가 너무 증가하게 되면 이산화티타늄이 뭉치게 되어 윤활 특성을 저하시킬 수 있다. 상기 분율의 보다 바람직한 범위는 1 : 1~2이다.

본 발명은 상기 이산화티타늄 분말의 평균입자크기를 특별히 한정하지는 않으나, 본 발명의 효과를 증가시키기 위해서는 상기 이산화티타늄분말의 평균입자크기가 100~300㎚의 범위인 것이 바람직하다. 상기 평균입자크기가 100㎚미만일 경우, 분산성이 증가하여 윤활 특성은 증가시킬 수 있으나, 신선 후, 미립자들이 표면에 잔존하여, 표면 특성 저하를 발생시킬 우려가 있으며, 생산성도 다소 떨어지게 된다. 상기 평균입자크기가 300㎚를 초과할 경우, 입자 분산성이 저하되어, 윤활 특성의 효과가 떨어진다.

본 발명이 제안하는 신선 윤활제를 활용할 수 있는 선재 종류는 특별히 제한되지 않으며, 저탄소 선재부터 고탄소 선재까지 모든 탄소강 및 합금강 선재의 신선시 모두 사용이 가능하다. 또한, 신선 방법에 있어서도 특별히 제한되지 않으며, 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 신선 공정 어디에라도 적용될 수 있다.

한편, 본 발명을 보다 바람직하게 구현하기 위해서는 아래 설명되는 신선 장치를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 신선 장치의 일례를 도 1 및 도 2에 나타내었다.

도 1은 상기 신선 장치의 개략도이고, 도 2는 상기 신선 장치의 평면도이다.

도 1 및 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 건식 신선 장치는 신선 다이스(10) 입구 상류측에 윤활제 공급 장치(30)가 구비되어 있다. 상기 윤활제 공급 장치(30)는 이산화티타늄 분말과 에탄올이 혼합되는 공간을 제공하는 졸 탱크(31)를 포함하며, 신선 가공 전 선재는 상기 졸 탱크 내부를 통과하게 된다. 상기 졸 탱크(31)는 윤활제를 장입할 수 있는 윤활제 장입구(32)를 포함한다. 또한, 상기 졸 탱크를 보호하기 위하여 졸 탱크 외곽에 졸 탱크(챔버)커버(33)가 위치하게 된다.

상기 졸 탱크 커버는 윤활제를 장입할 수 있는 윤활제 공급 라인(34)이 드나들 수 있도록 윤활제 장입창(35)을 포함하게 된다. 상기 윤활제 장입창(35)은 좌우로, 상기 윤활제 공급 라인(34)은 상하로 이동할 수 있으며, 상기 윤활제 공급 라인을 통해 이산화티타늄분말과 에탄올이 상기 졸 탱크(31)로 주입된다.

신선가공 전, 선재는 상기 졸 탱크 내부를 통과하게 되는데, 이를 통해 상기 졸 탱크에 장입되어 있는 이산화티타늄 졸이 선재의 표면에 도포되게 된다. 이 때, 상기 이산화티타늄 졸의 점도를 제어함으로써, 선재의 표면에 상기 졸을 균일하게 도포시킬 수 있다.

선재(2)가 진입되는 부분에는 벨트기어(37)가 위치하고 있으며, 상기 벨트기어(37)에는 회전벨트(38)가 연결되어 있다. 따라서, 상기 회전벨트(38)가 움직임에 따라, 벨트기어(37)가 회전하게 되고, 이를 통해 상기 벨트기어(37)와 연계되어 있는 졸 탱크(31)가 회전할 수 있게 된다. 즉, 상기 회전벨트(38)와 이와 연계되어 있는 벨트기어(37)가 졸 탱크(31)를 회전시킬 수 있는 동력 전달수단이 되는 것이며, 상기한 바와 같이, 윤활제 공급 장치(30)에 구비되는 졸 탱크(31)가 회전함에 따라 그 안에 주입되는 이산화티타늄분말과 에탄올은 자동적으로 혼합되게 된다.

상기 신선 장치는 이산화티타늄분말과 에탄올의 혼합비를 자동 제어할 수 있는 자동화 장치를 포함하고 있으며, 상기 장입되는 이산화티타늄분말과 에탄올이 균일하게 혼합될 수 있도록, 졸 탱크의 회전속도를 조절할 수 있다.

상기 졸 탱크의 회전속도는 조업 조건에 따라 달라질 수 있으나, 상기 졸 탱크(챔버)의 회전속도를 100~150rpm으로 한정할 경우, 신선 가공 효과 측면에서 바람직하다. 상기 회전속도가 100rpm 미만일 경우에는 분산된 이산화티타늄이 탱크 아래쪽으로 침지될 수 있어 이산화티타늄분말의 분산성이 나빠질 수 있으며, 150rpm을 초과할 경우에는 챔버내의 졸이 고속으로 회전하게 되어, 원심분리와 같이 액상과 고상이 분리될 수 있는 가능성이 있으며, 이 경우 액상 고상 분리에 의해 분산성이 심하게 저하될 수 있다. 또한, 상기와 같이 한정된 회전속도는 저속이므로, 선재에 균일한 도포가 가능하다. 이에 따라, 상기 졸 탱크의 회전속도는 100~150rpm으로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 회전속도는 120~130rpm이다.

또한, 상기한 바와 같이 회전속도를 제어함으로써, 이산화티타늄 졸이 원심력에 의해 졸 탱크의 외측으로 몰리게 되는 현상을 방지할 수 있게 되며, 따라서 선재에 졸의 균일한 도포가 가능하고, 조업상황에 맞게 졸의 점도를 제어할 수도 있다.

상기 챔버 커버 외측에는 베어링(36)이 양쪽으로 위치하게 되며, 상기 챔버 커버는 챔버 커버 분리막(39)을 구비하고 있어 용이하게 분리될 수도 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 보다 상세하게 설명하나, 하기의 실시예는 본 발명의 일례일 뿐 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

하기 표 1의 조성을 갖는 종래의 신선 윤활제와 하기 표 1의 조성을 갖는 공업용 이산화티타늄분말(한국티탄, 분말입도 300nm)을 준비하였다. 하기 표 1의 종래의 신선 윤활제와 이산화티타늄분말의 성분은 ICP(Inductively coupled plasma spectroscopy) 분석을 통해 분석된 것이다.

구분	조성성분(중량%)
종래 신선 윤활제	부틸 아세테이트(Butyl acetate)	탄소	페트롤리엄 디스틸레이트(Petroleum distillate)	자일렌 (Xylene)	SiO2	에틸 벤젠 (Ethyl benzene)	부틸 알코올 (Butyl alcohol)
	33.2	20	26.2	4	12.6	0.5	3.5
발명 신선윤활제용 이산화티타늄분말	Ti	O	-	-	-	-	-
	67	33	-	-	-	-	-

상기 표 1의 성분을 갖는 공업용 이산화티타늄분말(한국티탄, 분말입도 300nm)과 에탄올을 1:2의 중량비로 혼합하여 회전식 졸 탱크(챔버)에 장입하였다. 이어서, 직경 21mm의 0.25C중량%의 CHQ 선재를 시편 홀더에 장착한 후, 회전속도 120 rpm으로 챔버를 회전시키면서 14.25mm까지 감면율을 약 30%로 신선하여 신선재(발명재)를 제조하였다.

상기 발명재와 비교를 위하여, 상기 표 1의 조성성분을 갖는 종래 신선 윤활제를 스프레이 방식으로 분사하여 신선재(종래재)를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 발명재와 비교재의 표면을 전자현미경을 통하여 관찰하고, 그 결과를 도 3에 나타내었으며, 도 3(a)는 종래재의 것을 나타내는 것이고, 도 3(b)는 발명재의 것을 나타낸다.

도 3에 나타난 바와 같이, 종래재의 경우, 윤활제가 표면에 균일하게 분사되지 않아 표면 곳곳에 공공(vacancy)등의 결함이 나타나는 것을 확인할 수 있으나, 발명재의 경우, 표면 전체에 이산화티타늄 졸(sol)에 의한 분말 입자들이 촘촘하게 공공을 형성하지 않고 표면에 부착되어 있는 것을 확인할 수 있다.

또한, 상기 발명재의 경우, 자연증발에 의해 에탄올 성분은 표면에 남아있지 않고 전량 이산화티타늄으로 구성되어 있는 반면, 종래재의 경우, SiO₂, MoS₂, 흑연, 초산 부틸 등이 함유되어 윤활제 제거도 용이하지 않을 수 있음을 알 수 있다.

한편, 발명재와 비교재에 대하여 선재 직경에 따른 인장강도 변화를 조사하기 위해, 종래 신선 윤활제와 본 발명의 신선 윤활제를 사용하여 선재를 각각 20회씩 신선 가공을 행한 후, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 신선 윤활제를 사용하여 신선 가공을 한 경우에는 23% 신선시까지 모든 시편에서 단선이 일어나지 않으면서, 인장강도가 지속적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 반면, 기존재를 사용한 경우에는 11%이상 신선한 시점에서 인장강도가 감소되는 것을 알 수 있으며, 그 중 25%는 단선이 발생하였다. 이러한 결과는 앞서 언급한 바와 같이 기존 윤활 스프레이 도포시, 수작업에 의한 도포 불균일성에 기인된 결과이다.

10 : 신선 다이스 20 : 선재
30 : 윤활제 공급 장치 31 : 졸 탱크
32 : 윤활제 장입구 33 : 졸 탱크(챔버)커버
34 : 윤활제 공급 라인 35 : 윤활제 장입창
36 : 베어링 37 : 벨트기어
38 : 회전벨트 39 : 챔버 커버 분리막

Claims (7)

1. 이산화티타늄분말과 에탄올을 1 : 1~4의 중량비로 포함하는 신선 윤활제.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 이산화티타늄분말은 100~300㎚의 평균입자크기를 갖는 신선 윤활제.
   
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 신선 윤활제를 선재에 도포하는 윤활제 도포단계; 및
   상기 신선 윤활제가 도포된 선재를 신선 다이스에 통과시켜 신선하는 신선단계를 포함하는 신선방법.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 윤활제 도포단계는 상기 윤활제가 공급되어 있는 회전 가능한 졸 탱크 내부로 선재를 통과시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 신선방법.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 졸 탱크는 100~150rpm의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 신선방법.
   
6. 삭제
7. 삭제

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