KR101643168B1 - 향상된 사용수명을 가지는 반송용 롤 및 그것의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹섬유와 무기필러를 주재료로 한 디스크에 의해 반송용 롤을 제작시 디스크 적층체가 압축되면서 세라믹 섬유의 섬유구조가 파괴되는 것을 방지함으로써 수명성능을 보다 향상시킨 구조의 반송용 롤 및 그것의 제작방법을 제공한다. 본 발명은, 열처리로 내에 설치되기 위한 반송용 롤에 있어서, 샤프트와, 중심공이 형성되고 상기 중심공에 상기 샤프트가 끼워지도록 상기 샤프트의 길이방향으로 적층되는 다수의 디스크를 포함하되, 상기 디스크는 세라믹섬유와, 산화알루미늄, 무기필러를 포함하는 원료물질을 포함하고, 상기 원료물질 100중량부에 대하여, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 스테아르산, 스테아린산아미드, 유동파라핀, 파라핀왁스, 올레아미드 중 선택된 제1물질이 0.01 ~ 2.0 중량부로 더 포함된 것을 특징으로 한다.

Description

향상된 사용수명을 가지는 반송용 롤 및 그것의 제작방법{DISK ROLL HAVING IMPROVED SERVICE LIFE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE DISK ROLL}

본 발명은 향상된 사용수명을 가지는 반송용 롤 및 그것의 제작방법에 관한 것으로서, 세라믹섬유와 무기필러를 주성분으로 한 밀보드를 사용하여 제작되어 판유리나 강판의 제조과정에서 판유리나 강판의 반송역할을 하는 반송용 롤과 관련된다.

판유리의 서냉(徐冷)공정에 사용되는 서냉로의 반송롤이나, 스테인레스 강판 등의 제조과정에 사용되는 반송롤은 세라믹섬유와 무기필러를 주성분으로 한 밀보드를 사용하는 롤이다.

상기 롤을 제작하기 위한 밀보드는, 세라믹 섬유와 무기필러를 주재료로 한 원료를 물에 분산하여 원료 슬러리를 제조하고, 그 슬러리를 초조법(抄造法)에 의해 얇게 떠서 디스크 제작용 판상으로 형성한 후, 디스크를 제작하며, 그 디스크를 샤프트에 적층하여 롤을 제조한다. 이 때, 슬러리에는 프로세스섬유인 셀룰로오스펄프 및 바인더인 전분이나 라텍스가 첨가되어 있다.

이러한 유기섬유와 바인더는 밀보드의 제조, 디스크 펀칭가공, 롤 가공시의 핸들링 강도를 부여할 수 있도록 첨가되는 것으로서, 반송용 롤의 사용조건에서는, 유기섬유와 유기바인더가 소실되고, 세라믹섬유와 무기필러의 엉킨상태 및 롤 조임 가공시의 그들의 밀도상승에 의한 고착으로 롤 강도가 유지되고 있다.

또한, 스테인레스 강판의 소둔 온도 조건은 피처리재의 종류나 두께 등으로 변화하지만, 가장 높은 곳에서 1200 ℃ 전후가 되기 때문에 롤의 기계적 강도가 저하하고, 강판이 접하는 부분과 접하지 않는 롤표면에서 단차가 발생하므로, 처리 강판에 손상을 줄수 있는 원인이 되기도 한다.

따라서, 정기적으로 롤을 소둔로에서 분리하고 롤 표면을 재연마할 필요가 있고, 롤의 연마 사용을 2~3회 실시한 후에는 롤의 몸체를 이루는 디스크를 새로운 디스크로 교체하여 사용되어 왔다.

이러한 마모 대책으로서, 롤에 적층되어 있는 디스크들 간의 조임 압력을 높게 하여 롤의 밀도를 향상시키는 것이 일반적으로 행해지고 있지만, 조임 가공시 세라믹 섬유가 끊어지고, 체결 면압이 높아지는 만큼 고온 사용시 균열의 발생이 증가한다. 이에 따라, 롤 수명 및 롤 밀도의 균형을 보면서 적정하게 롤 체결조건을 설정하여 왔다.

또한, 체결 면압을 낮추는 방법으로서, 체결 전에 디스크에 물을 살포하는 방법도 있지만, 롤을 조인 후 연마 전에 건조해야 하기 때문에, 공정이 번잡해지고 제조비용이 상승하는 문제가 있다.

그러한 관점에서 본 발명은, 세라믹섬유와 무기필러를 주재료로 한 디스크에 의해 반송용 롤을 제작시, 디스크 적층체가 압축되면서 세라믹 섬유의 섬유구조가 파괴되는 것을 방지함으로써 수명성능을 보다 향상시킨 구조의 반송용 롤 및 그것의 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이에 따라 본 발명은, 열처리로 내에 설치되기 위한 반송용 롤에 있어서, 샤프트와, 중심공이 형성되고 상기 중심공에 상기 샤프트가 끼워지도록 상기 샤프트의 길이방향으로 적층되는 다수의 디스크를 포함하되, 상기 디스크는 세라믹섬유와, 산화알루미늄, 무기필러를 포함하는 원료물질을 포함하고, 상기 원료물질 100중량부에 대하여, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 스테아르산, 스테아린산아미드, 유동파라핀, 파라핀왁스, 올레아미드 중 선택된 제1물질이 0.01 ~ 2.0 중량부로 더 포함된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 반송용 롤은 산화붕소(B2O3), 질화붕소(BN), 붕산(H3BO3), 붕산알루미늄 중 선택된 제2물질이 첨가된 것이며, 상기 샤프트에는 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수통로가 형성된 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 반송용 롤은 상기 원료물질이 세라믹섬유 30중량%, 산화알루미늄 25중량%, 세피올라이트 40중량%, 셀룰로오스펄프 2.5중량%, 전분 2.5중량%로 포함된 것이고. 상기 원료물질 100중량부에 대하여, 상기 제1물질이 0.01 ~ 2.0 중량부로 포함되며, 상기 제2물질은 0.1 ~ 3.0 중량부로 포함된 것을 또 다른 특징으로 한다.

한편, 다른 관점에서 본 발명은 반송용 롤의 제작방법에 있어서, 세라믹섬유와, 산화알루미늄, 무기필러를 포함하는 원료물질을 서로 배합하는 원료배합단계; 유동파라핀, 파라핀왁스, 스테아르산, 스테아린산아미드, 올레아미드, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘 중 선택된 제1물질을 상기 원료물질에 첨가하여 혼합하는 첨가물혼합단계; 상기 원료배합단계와 상기 첨가물혼합단계를 거친 상기 원료물질을 중심공이 있는 디스크로 제작하는 디스크제작단계; 상기 중심공에 샤프트가 끼워지도록 상기 디스크를 상기 샤프트의 길이방향으로 적층시키는 디스크적층단계; 적층된 복수의 디스크를 상기 샤프트 상에서 압축시키고 상기 샤프트의 양단에 플랜지를 설치하여 반송용 롤을 형성시키는 롤형상완성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 반송용 롤의 제작방법은, 상기 첨가물혼합단계에서 산화붕소(B2O3), 질화붕소(BN), 붕산(H3BO3), 붕산알루미늄 중 선택된 제2물질을 상기 원료물질에 첨가하여 혼합하고, 상기 샤프트에는 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수통로가 형성된 것이며, 상기 롤형상완성단계에서 상기 반송용 롤이 800℃~1250℃ 의 열처리로 내에서 강판의 하부를 받치도록 설치됨으로써, 상기 열처리로 내에서 상기 반송용 롤의 표면이 열에 의해 최초로 경화되는 표면최초경화단계를 더 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 반송용 롤의 제작방법은, 상기 원료물질이 셀룰로오스펄프, 전분을 더 포함하고, 상기 무기필러는 세피올라이트이며, 상기 원료배합단계에서 상기 원료물질은 세라믹섬유 30중량%, 산화알루미늄 25중량%, 세피올라이트 40중량%, 셀룰로오스펄프 2.5중량%, 전분 2.5중량%로 배합되고, 상기 첨가물혼합단계에서 상기 제1물질은 상기 원료물질 100중량부에 대하여 0.01 ~ 2.0 중량부로 첨가되고, 상기 제2물질은 0.1 ~ 3.0 중량부로 첨가되며, 상기 제2물질은 상기 원료물질이 슬러리화된 상태에서 입경 10㎛ 이하로 분쇄하여 첨가하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

전술한 본 발명에 따라 롤 제작시 압축에 따른 세라믹섬유의 파괴를 방지하게 되므로, 소 둔로 등 열처리로에서 내마모성을 향상시켜 판유리나, 강판의 반송롤로서의 수명을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명은 반송용 롤의 제작이 완료되는 시점이 열처리로에 설치되어 사용되는 시점이고 사용전에 별도의 소성과정을 거치지 않으므로 작업공정이 줄어들게 된다. 또한, 열처리로 내부의 고온상태에서 롤의 표면이 경화된 상태이고 롤의 내부는 탄성상태를 유지할 수 있는 바, 사전에 소성공정을 거쳐 전체적으로 경화시킨 롤보다 사용수명이 향상될 수 있다.

또한, 열처리로 내의 온도로 인해 반송용 롤의 표면을 소성시켜 경도를 향상시키고 있으므로 표면이 마모되더라도 마모된 자리에 나타나는 새로운 표면이 다시 소성되면서 경도가 높아지게 되므로, 열처리로 내에서 강판과의 마찰에 따른 마모나 탈락에 저항하는 성능을 마모의 진행에도 불구하고 지속적으로 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반송용 롤의 제작방법을 나타내는 블록순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반송용 롤을 제작하기 위한 디스크를 도시하는 것으로서, (a)는 디스크의 압착전 세라믹 섬유의 상태이고, (b)는 압착력에 의해 세라믹 섬유가 파괴된 상태를 도시하는 설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반송용 롤을 제작하기 위해 디스크를 순차적으로 적층하는 과정을 도시하는 설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반송용 롤의 제작과정에서 롤형상완성단계가 진행된 후의 상태를 도시하는 설명도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반송용 롤의 제작을 완료하기 위해 열처리로 내에서 반송용 롤을 사용하는 상태를 도시하는 설명도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반송용 롤의 제작방법을 나타내는 블록순서도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따라, 열처리로(50) 내에 설치되기 위한 반송용 롤은, 샤프트(20)와, 중심공(12)이 형성되고 상기 중심공(12)에 상기 샤프트(20)가 끼워지도록 상기 샤프트(20)의 길이방향으로 적층되는 다수의 디스크(11)를 포함한다. 이러한 관점에서 본 발명의 반송용 롤은 디스크 롤이라 할 수도 있다.

상기 디스크는 세라믹섬유와, 산화알루미늄, 무기필러를 포함하는 원료물질을 포함하고, 상기 원료물질 100중량부에 대하여, 유동파라핀, 파라핀왁스, 스테아르산, 스테아린산아미드, 올레아미드, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘 중 선택된 제1물질이 0.01 ~ 2.0 중량부로 더 포함되도록 구성된다.

상기 제1물질은 디스크 제작을 위한 밀보드의 배합시 첨가함으로써 디스크 적층체를 형성하는 중 압력이 가해질 때, 도 2의 (a)의 상태에서 세라믹섬유가 부러져 도 2의 (b)와 같은 상태로 파괴되는 것을 방지하고 있다. 이는 반송용 롤의 사용온도영역인 1000 ~ 1200 ℃에서의 균열 발생빈도를 낮추고 균열의 성장에 따른 롤 표면층 탈락과 롤 표면의 마모 방지를 도모하기 위함이다. 이로써 반송용 롤의 사용수명을 향상시킬 수 있다.

상기 제1물질은 압착력에 따른 원료물질들간, 섬유들간의 마찰과 그로 인한 섬유조직의 파괴를 방지할 수 있는 물질로서 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 스테아르산, 스테아린산아미드, 유동파라핀, 파라핀왁스, 올레아미드 중 선택된 것이다.

그러나, 디스크 제작용 밀보드의 제조시 종이를 형성하는 것과 같은 초조법을 이용하므로, 여과배수에 따른 제1물질의 용출, 유출로 인한 환경 부하를 고려할 때, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘이 가장 적합하다.

상기 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘 등은 용출이 적고, 제1물질로서의 효과가 높기 때문에 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 반송용 롤의 제작방법을 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 반송용 롤의 제작을 위해, 세라믹섬유와, 산화알루미늄, 무기필러를 포함하는 원료물질을 서로 배합하는 원료배합단계와, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 스테아르산, 스테아린산아미드, 유동파라핀, 파라핀왁스, 올레아미드 중 선택된 제1물질을 상기 원료물질에 첨가하여 혼합하는 첨가물혼합단계와, 상기 원료배합단계와 상기 첨가물혼합단계를 거친 상기 원료물질을 중심공(12)이 있는 디스크로 제작하는 디스크제작단계와, 상기 중심공(12)에 샤프트(20)가 끼워지도록 상기 디스크를 상기 샤프트(20)의 길이방향으로 적층시키는 디스크적층단계와, 적층된 복수의 디스크를 상기 샤프트(20) 상에서 압축시키고 상기 샤프트(20)의 양단에 플랜지(31,32)를 설치하여 반송용 롤을 형성시키는 롤형상완성단계를 포함한다.

먼저, 원료배합단계(S10단계)는 원료물질을 설정비율로 배합하는 단계이다. 원료물질은 세라믹섬유와, 산화알루미늄, 무기필러를 포함한다. 여기에 무기필러는 세피올라이트를 사용하며, 셀룰로오스펄프, 전분 등이 소량 더 배합되는 것이 바람직하다.

상기 무기필러는 세피올라이트가 가장 바람직하다. 상기 원료배합단계에서 원료물질의 배합비율은 세라믹섬유 25~35중량%, 산화알루미늄 20~30중량%, 세피올라이트 35~45중량%, 셀룰로오스펄프 1.5~4중량%, 전분 1.5~4중량%이다.

상기 배합비율은 세라믹섬유 30중량%, 산화알루미늄 25중량%, 세피올라이트 40중량%, 셀룰로오스펄프 2.5중량%, 전분 2.5중량%로 배합되는 것이 가장 바람직하다.

상기 세피올라이트는 가장 큰 배합비율을 가지는 것으로서 쿠션성을 가진 충전제를 형성한다. 세라믹섬유는 섬유의 특성에 의해 고르게 배합됨으로써 반송용 롤의 균열을 방지하고 마모저항성을 가진다.

산화알루미늄으로서는 알루미나(Al2O3), 수산화 알루미늄, 황산알루미늄 등을 들 수 있지만 고온에서의 사용을 고려하면 열적으로 안정한 알루미나의 사용이 바람직하고, 산화알루미늄은 후술하는 표면최초경화단계에서 제2물질과 고온에서 반응하여 치밀한 롤 표면층을 형성하고 롤 표면 마모방지를 도모한다.

상기 첨가물혼합단계(S20단계)는 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 스테아르산, 스테아린산아미드, 유동파라핀, 파라핀왁스, 올레아미드 중 선택된 제1물질이 0.01 ~ 2.0 중량%로 더 배합하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1물질은 롤형상완성단계에서 적층된 복수의 디스크를 압축시키는 과정에서 그 압축력에 의해 디스크에 포함된 세라믹 섬유가 파괴되고 있는 바, 이를 방지하기 위해 본 실시예에서 채택된 물질이다.

세라믹섬유가 파괴된 반송용 롤의 경우, 강판(60)과 접촉하는 사용조건에서 반송용 롤 표면의 균열, 마모나 탈락이 촉진되므로, 열처리로(50) 내부에 반송용 롤을 설치하는 시점까지 세라믹섬유의 섬유상태를 유지할 수 있도록 할 필요가 있고, 이를 통해 디스크롤 표면의 마모나 탈락을 방지하게 된다.

제1물질은 원료물질로 만든 밀보드 배합슬러리에 투입하여 혼합하되 물에 분산시킨 액체의 형태로 슬러리에 투입한 후 혼합시켜야 양호한 분산상태로 혼합이 이루어질 수 있다.

원료물질의 슬러리화단계는 소정의 배합비로 배합된 원료물질을 슬러리(slurry)로 만드는 것으로서, 배합된 원료물질을 증류수 등의 용매에 넣고 교반하여 슬러리를 만든다. 원료물질 중 전분은 잘 섞여 바인더의 역할을 할 수 있도록 슬러리화단계에서 투입하여 다른 원료물질과 배합이 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

제1물질의 첨가량은 밀보드로 배합되는 원료물질 100에 대하여 0.01 ~ 2.0 중량부로 투입되는 것으로서, 0.2~0.5중량부가 가장 바람직하다. 0.01중량부 이하인 경우에는 효과가 미미하고, 2.0중량부 이상인 경우에는 밀보드에 발수성이 발현되어 디스크형태로 펀칭후 남은 재료의 재사용에 어려움이 있다.

상기 전분은 그 정착시 제1물질의 혼합을 방해할 수 있으므로, 슬러리에 제1물질을 첨가하는 첨가물혼합단계가 진행된 후 전분을 투입하여 교반시키는 것이 좋다.

이 경우, 전분을 포함한 원료물질을 배합하는 원료배합단계(S10단계)의 중간에 첨가물혼합단계(S20단계)가 진행되는 것이므로, 첨가물혼합단계(S20단계)는 원료배합단계(S10단계)가 완료된 후 반드시 진행되는 것은 아니다.

상기 디스크제작단계(S30단계)는 배합단계(S10단계)와 첨가물혼합단계(S20단계)를 거친 원료물질을 중심공(12)이 있는 디스크(11)로 제작하는 단계이다. 디스크제작단계는 판상의 밀보드(millboard)를 형성한 후 펀칭에 의해 디스크(11)를 제작하거나 밀보드형성시 틀을 이용하여 디스크의 형태로 직접 제작할 수도 있다.

상기 밀보드는 용매에 풀어져 있는 상기 슬러리를 종이를 제작하는 방식과 같이 초조법(抄造法)으로 얇은 판상을 이루도록 떠서 건조시켜 형성한다.

제작된 밀보드는 펀칭전에 건조공정을 진행하여 수분 등 용매를 제거할 필요가 있고, 여러 장의 밀보드를 적층한 후 펀칭에 의해 디스크(11)의 형태로 제작한다. 펀칭에 의해 형성되는 디스크(11)는 중심공(12)이 형성되어 있다.

상기 디스크적층단계(S40단계)는 반송용 롤을 제작하기 위해 도 3과 같이, 중심공(12)에 샤프트(20)가 끼워지도록 상기 디스크를 샤프트(20)의 길이방향으로 적층시킴으로써 적층된 디스크가 롤몸체를 형성할 수 있다.

상기 샤프트(20)에는 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수통로가 형성되어 열처리로 내에서 샤프트와 디스크 적층체(10)의 내부를 냉각시킬 수 있다.

상기 롤형상완성단계(S50단계)는 적층된 복수의 디스크를 샤프트(20) 상에서 압축시키고 그 압축상태를 유지하도록 플랜지(31,32)를 체결함으로써 반송용 롤의 형상을 완성하는 단계이다. 적층된 복수의 디스크는 지그(35,36)를 이용하여 도 4와 같이 압축시킴으로서 서로 일체화시킬 수 있고, 압축된 상태의 디스크 적층체(10)의 양단에 플랜지(31,32)가 설치됨으로써 디스크가 적층된 상태로 반송용 롤이 제작될 수 있다. 디스크 적층체(10)로 이루어진 롤몸체의 외주면은 연마되어 평활화시킨다.

롤형상완성단계(S50단계)가 완료되면, 소성에 의해 디스크를 경화시킴으로써 디스크 적층체(10)의 경도가 상승하고, 소 둔로와 같은 열처리로에 설치하여 사용할 수 있다. 이러한 소성은 출고전 이루어져 경화된 반송용 롤이 완성된 상태로 열처리로에 사용될 수도 있고, 후술하는 실시예와 같이, 소성되지 않은 상태에서 열처리로 내에서 사용되는 표면최초경화단계(S60단계)에 의해 소성이 이루어지도록 할 수 있다.

다음 표 1은 본 실시예에 따라 제작된 디스크에 대하여 배합 또는 첨가비율 및 유무에 따른 평가결과를 나타내고 있다.

표 1

실시예 1 ~ 3은 세라믹 섬유, 알루미나, 세피올라이트, 셀룰로오스 펄프가 배합된 밀보드배합 슬러리에 스테아린산 칼슘을 물에 분산시킨 액체상태로 하여 투입하되, 원료물질100에 대하여 스테아린산 칼슘을 각각 0.3, 0.5, 1.0중량부 첨가하여 고르게 혼합하였으며, 원료물질 중 전분은 스테아린산 칼슘의 투입후 투입하였다. 이러한 슬러리로부터 초조법 및 건조공정을 거쳐 시험편을 제작한다.

비교예 1은 스테아린산칼슘를 첨가하지 않고 원료물질로 디스크용 밀보드가 되도록 배합하고 시험편을 제작한다.

(1) 압축

각 디스크재용 시험편을 프레스 재료 시험기에서 1mm / min.의 속도로 압축 0.05MPa 부하를 가했을 때의 두께를 T0, 10MPa 부하했을 때의 두께를 T1으로 하여 압축률을 구했다.

압축률 (%) = ((T0 - T1) / T0) * 100

(2) 경도

각 디스크재용 밀보드로부터 외경 120 mm 내경 50 mm의 디스크 재료를 펀칭하여 제작하고, 스텐레스 샤프트(20)에 면장 200 mm로 조이고, 충전밀도 1.46 (g / cm3) 일 때 세팅하며, 롤 표면을 선반에서 외경 115 mm 까지 연마한 후 롤 표면의 경도 (Shore D)을 측정했다. 또한 1150 ℃에서 24 시간 가열한 후, 동일한 측정을 했다.

(3) 마모율

각 디스크재용 밀보드로부터 외경 120 mm 내경 50 mm의 디스크 재료를 펀칭하여 제작하고, 스텐리스 샤프트(20)에 면장 200 mm로 조이고, 충진밀도 1.46 (g / cm3) 일 때 세팅하며, 롤 표면을 선반에서 외경 115 mm 까지 연마 한 후 반송용 롤 시험로에서 1150 ℃ 분위기에서 SUS310 제 하중 롤로 6.0kg / cm의 선 압력을 부하하면서 반송용 롤을 회전(11RPM)시키며, 24시간 가열한 후 하중롤 부하부와 무부하부의 외경을 측정해서 직경차에 따라 마모율을 구했다.

마모율 (%) = ((무부하부외경 - 부하부외경) / 무부하부외경) * 100

(4) 균열 저항

상기 (3)의 마모율 측정 롤의 가열시험 후. 균열 발생상태를 육안 관찰해서, ○은 균열에 의해 롤 사용상 문제 없다. △는 크랙이 다소 성장하고 있지만 롤 사용상 문제 없다. ×는 크랙이 성장하여 롤표면의 탈락우려가 있다. 는 3단계로 분류했다.

본 실시예에 따른 원료물질 및 첨가물질에 의해 제작된 디스크에 대하여 배합 또는 첨가비율 및 유무에 따른 평가결과를 살펴보면, 스테아린산칼슘을 첨가한 실시예 1~3의 경우가 첨가하지 않는 비교예 1의 경우보다, 가열에 따른 경도의 저하가 작았다.

특히, 스테아린산칼슘을 첨가한 실시예 1~3의 경우가 첨가하지 않는 비교예 1의 경우보다, 마모율이 현저히 작아 내마모성이 향상된 것임을 알 수 있고, 스테아린산칼슘의 첨가율이 증가할수록 마모율이 작아지면서 내마모성이 향상되고 있음을 알 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반송용 롤의 제작방법과 반송용 롤을 설명한다.

본 실시예에서는 반송용 롤 표면의 균열, 마모나 탈락을 방지하여 사용수명을 향상시키기 위하여, 전술한 제1물질 외에 치밀한 표면층을 형성할 수 있는 제2물질을 더 첨가하는 것이다.

본 실시예에서는, 상기 첨가물혼합단계(S20단계)에서 산화붕소(B2O3), 질화붕소(BN), 붕산(H3BO3), 붕산알루미늄 중 선택된 물질인 제2물질을 원료물질에 첨가하여 혼합한다. 디스크를 형성하는 방법이 초조법이기 때문에, 배수에 의한 붕소의 유출을 고려하면, 물에 불용성인 질화붕소의 사용이 가장 바람직하다.

제2물질의 첨가 비율은 원료물질 100중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부로 첨가되며, 제2물질은 원료물질이 슬러리화된 상태에서 입경 10㎛ 이하로 분쇄하여 첨가함으로써 전체적으로 고르게 분포되도록 혼합할 수 있다. 상기 입경은 미세할수록 결합상태가 양호해지므로 1㎛ 이하가 보다 바람직하다.

첨가물혼합단계는 원료물질이 슬러리화한 상태에서 이루어지는 것이 가장 바람직하나, 필요에 따라 슬러리화되지 않은 상태에서 원료배합단계(S10단계)와 첨가물혼합단계(S20단계)가 동시에 이루어질 수도 있다. 제2물질은 반송용 롤의 사용온도에서 산화알루미늄과 반응하여 붕산알루미늄을 생성하거나 제2물질로 첨가된 붕산알루미늄 그자체가 원료물질을 결합시킴으로써 치밀한 표면층을 형성하는 역할을 한다.

제1물질의 첨가비율이 0.1 중량부 이하인 경우에는 미량이어서 충분한 효과를 발휘하기 어렵고, 3.0 중량부 이상인 경우에는 경화의 정도가 너무 커서 디스크 롤로서는 적합하지 않다. 2.5 중량부 이하가 보다 바람직하다.

본 실시예에서 제1물질은 앞에서와 같이 상기 원료물질 100중량부에 대하여, 0.01 ~ 2.0 중량부로 포함된다. 또한, 상기 원료물질도 세라믹섬유 30중량%, 산화알루미늄 25중량%, 세피올라이트 40중량%, 셀룰로오스펄프 2.5중량%, 전분 2.5중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 롤형상완성단계에 의해 반송용 롤의 형상이 완성되면, 디스크 적층체(10)를 소성시키지 않고, 소성되지 않은 반송용 롤을 원래의 용도에 따라 열처리로(50)에 설치하며, 그 설치 및 사용과정인 표면최초경화단계가 도 6과 같이, 제작과정의 최종단계로써 포함되어 있다.

상기 표면최초경화단계(S60단계)는, 반송용 롤이 현장에 출고되기 전에 적층된 디스크를 경화시키기 위한 소성을 실시하지 않고 경화되지 않은 반송용 롤을 소둔 로와 같은 열처리로(50) 내에 바로 설치하여 사용하는 단계를 의미한다.

열처리로(50) 내의 800℃~1250℃ 의 환경에서 이송되는 강판(60)의 하부를 받치도록 설치되어 사용되는 반송용 롤은, 그 사용 중 열을 직접 받는 적층된 디스크 표면이 소성되면서 표면이 최초로 경화되어 표면의 경도가 상승한다. 이에 반해, 적층된 디스크의 내측에서는 소성이 이루어지지 않거나 불완전하게 진행됨으로써 탄성력을 유지하는 특성을 가지게 된다. 특히, 반송용 롤의 샤프트(20) 내부에 냉각수가 흐르도록 하여 소성되지 않도록 구성하는 경우, 탄성을 유지하는 성질을 보다 확실히 가지도록 할 수 있다.

통상, 강판(60)의 열처리로(50)에서는 1000℃ 전후, 또는 그 이상의 온도상태를 형성하고 있다.

이에 따라, 본 실시예의 반송용 롤은 롤몸체를 이루는 디스크 적층체(10)에 대하여 사전에 소성과정을 실시하지 않고 현장인 열처리로(50) 내에서 사용 중에 소성이 발생하도록 하는 특성이 있다. 따라서, 본 발명의 반송용 롤의 제작은 강판(60)의 열처리가 이루어지는 열처리로(50)에서 반송용 롤을 사용함에 의해 최종적으로 제작이 완료되는 것으로서, 소성처리를 하지 않은 상태에서 열처리로(50)에서 최초로 사용하는 과정이 제작단계로서 포함되어 있다.

현장 사용 전, 소성과정을 실시하여 반송용 롤을 제작완료하는 경우, 반송용 롤이 전체적으로 경화되어 강판(60)과의 충격에 의해 쉽게 파괴되는 문제점이 있으므로, 본 발명에 따른 제작방법은 그러한 문제점을 해소하고 있다. 즉, 소성과정을 거치지 않은 적층된 디스크가 강판(60)과의 접촉에 의해 접촉되는 표면 또는 직접 가열되는 부분들이 주로 소성됨으로써 높은 경도를 가지고 그 디스크 적층체(10)의 내부에서는 소성되지 않아 장시간 탄성을 유지하도록 하는 것이다.

특히, 반송용 롤의 샤프트(20) 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수통로가 형성되어 디스크 적층체(10)의 내부는 소성되지 않고 탄성을 유지하는 성질을 가질 수 있다.

또한, 열처리로(50) 내에서 반송용 롤의 사용 중, 반송용 롤의 표면일부가 강판(60)과의 마찰 등으로 마모되는 경우에도 그 마모된 부분이 새롭게 노출되면, 열에 의해 표면이 경화될 수 있으므로, 마모나 얇은 층의 탈락 등이 발생하더라도 표면은 경도가 높고 내부에는 탄성을 유지하는 특성이 계속적으로 유지될 수 있다.

반송용 롤의 표면최초경화단계에서 온도는 1000 ~ 1200 ℃가 보다 바람직하다.

표면최초경화단계(S60단계)에서는 표면이 상기 온도환경에서 경화되는 것은 산화알루미늄과 같은 알루미늄 산화물성분과, 붕산 및 산화 붕소 등의 무수 붕산성분이 반응하여 결합제로서 작용하는 것이다.

다음 표 2에 나타내는 실시 배합 및 평가 결과에 의해 본 발명의 다른 실시예의 성능특성이 보다 구체적으로 설명될 수 있다.

표 2

실시예 3 ~ 6 및 비교예2는 원료물질을 배합한 밀보드 배합 슬러리로부터 시험편을 제작하는 것은 앞의 경우와 같다. 여기서 실시예 3은 앞에서 평가결과를 제시한 실시예 3의 경우이다.

실시예 4 ~ 6과 실시예 3은 밀보드 배합 슬러리에 스테아린산 칼슘를 원료물질 100중량부에 대하여 1.0중량부 첨가하고, 실시예 4 ~ 6은 질화붕소를 각각 0.3, 1.0, 2.5 첨가하여 고르게 혼합하였다.

비교예 2는 스테아린산칼슘을 첨가하지 않고, 붕산알루미늄 또는 질화붕소 등 붕화물도 첨가하지 않은 밀보드 배합을 나타낸다.

표 2에서 실시예 4 ~ 6은 질화붕소를 첨가하면, 스테아린산칼슘만 첨가한 실시예3 및 스테아린산칼슘과 질화붕소를 전혀 첨가하지 않은 비교예 2보다 내마모성이 향상되고 있음을 알 수 있다.

비교예 2는 가열 후 경도가 가열 전보다 저하되고 마모율도 커지고 있다.

10; 디스크 적층체 11; 디스크
12; 중심공 20; 샤프트
31,32; 플랜지 50; 열처리로
60; 강판

Claims (6)

1. 열처리로(50) 내에 설치되기 위한 반송용 롤에 있어서,
   샤프트(20)와,
   중심공이 형성되고 상기 중심공에 상기 샤프트(20)가 끼워지도록 상기 샤프트(20)의 길이방향으로 적층되는 다수의 디스크를 포함하되,
   상기 다수의 디스크는 서로 밀착하도록 상기 샤프트(20)의 길이방향으로 압착된 상태이고,
   상기 디스크는
   세라믹섬유와, 산화알루미늄, 무기필러를 모두 포함하는 원료물질을 포함하고,
   상기 원료물질 100중량부에 대하여,
   스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 스테아르산, 스테아린산아미드 중에서 선택된 일부의 물질인 제1물질이 0.01 ~ 2.0 중량부로 더 포함됨으로써,
   상기 압착에 의해 상기 세라믹섬유의 섬유구조가 파괴되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 반송용 롤
2. 제1항에 있어서,
   상기 원료물질은
   셀룰로오스펄프와 전분이 더 포함되고,
   상기 무기필러는 세피올라이트이며,
   세라믹섬유가 25~35중량%, 산화알루미늄이 20~30중량%, 세피올라이트가 35~45중량%, 셀룰로오스펄프가 1.5~4중량%, 전분이 1.5~4중량%로 포함된 것을 특징으로 하는 반송용 롤
3. 삭제
4. 세라믹섬유와, 산화알루미늄, 무기필러를 서로 배합하여 상기 세라믹섬유와, 상기 산화알루미늄, 상기 무기필러를 모두 포함한 원료물질을 준비하는 원료배합단계;
   스테아르산, 스테아린산아미드, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘 중 선택된 일부의 물질인 제1물질을 상기 원료물질에 첨가하여 혼합하는 첨가물혼합단계;
   상기 원료배합단계와 상기 첨가물혼합단계를 거친 상기 원료물질을 중심공이 있는 디스크로 제작하는 디스크제작단계;
   상기 중심공에 샤프트(20)가 끼워지도록 상기 디스크를 상기 샤프트(20)의 길이방향으로 적층시키는 디스크적층단계;
   적층된 복수의 디스크를 서로 밀착하도록 상기 샤프트(20) 상에서 상기 샤프트(20)의 길이방향으로 압축시키고 상기 샤프트(20)의 양단에 플랜지(31,32)를 설치하여 반송용 롤을 형성시키는 롤형상완성단계를 포함함으로써,
   상기 압축 시 상기 디스크에 포함된 상기 세라믹섬유의 섬유구조가 파괴되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 반송용 롤의 제작방법
5. 제4항에 있어서,
   상기 첨가물혼합단계에서 산화붕소(B2O3), 질화붕소(BN), 붕산(H3BO3), 붕산알루미늄 중 선택된 일부의 물질인 제2물질을 상기 원료물질에 첨가하여 혼합하고,
   상기 샤프트(20)는 그 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수통로가 형성된 것이며,
   상기 롤형상완성단계 후,
   상기 반송용 롤이 800℃~1250℃ 의 열처리로(50) 내에서 강판(60)의 하부를 받치도록 설치됨으로써, 상기 열처리로(50) 내에서 상기 반송용 롤의 표면이 열에 의해 최초로 경화되는 표면최초경화단계를 더 포함하고,
   상기 원료물질은 셀룰로오스펄프, 전분을 더 포함하며,
   상기 무기필러는 세피올라이트이고,
   상기 원료배합단계에서 상기 원료물질은 세라믹섬유가 25~35중량%, 산화알루미늄이 20~30중량%, 세피올라이트가 35~45중량%, 셀룰로오스펄프가 1.5~4중량%, 전분이 1.5~4중량%로 배합되며,
   상기 첨가물혼합단계에서
   상기 제1물질은 상기 원료물질 100중량부에 대하여 0.01 ~ 2.0 중량부로 첨가되고, 상기 제2물질은 0.1 ~ 3.0 중량부로 첨가되며,
   상기 제2물질은 상기 원료물질이 슬러리화된 상태에서 입경 10㎛ 이하로 분쇄하여 첨가하는 것을 특징으로 하는 반송용 롤의 제작방법
6. 삭제

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