KR101711852B1 - 세라믹 롤의 수명 연장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 수용성 실리카 코팅액을 제조하는 단계, 상기 수용성 실리카 코팅액을 세라믹 롤에 코팅하는 단계, 상기 코팅된 세라믹 롤을 건조하는 단계 및 상기 건조된 세라믹 롤을 저온에서 소성하는 단계를 포함하는 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 제공한다.

세라믹 롤, 실리카, 코팅, 수명

Description

세라믹 롤의 수명 연장 방법{Method for extending the life of ceramic roller}

본 발명은 세라믹 롤의 수명 연장 방법에 관한 것이다.

최근 들어 고성능 자동차용 강판 제조를 하기 위하여 자동차 강판 가공 업체에서는 Hot Press Forming(HPF) 공정을 채택하는 업체들이 많아지고 있다.

HPF 공정에서는 강판을 고온에서 가공하기 위한 전 단계로서 일정온도까지 가열해주는 열처리 공정을 채택하는 바 이 열처리 공정은 작업의 연속성을 유지해주면서도 열효율성이 높은 Roller Hearth Kiln(RHK) 방식을 주로 채택하고 있다. RHK 라인에서 강판 이송용으로 채택하고 있는 롤러는 금속이나 세라믹 재질을 채택하고 있지만, RHK내 온도가 900℃이상이라는 점에서 금속재질보다는 고온에서의 물성이 상대적으로 안정적인 세라믹재질의 롤러를 주로 채택하고 있다. RHK라인에서 채택하고 있는 세라믹 롤러는 여러 가지 재질이 있을 수 있으나, 통상 가격적인 측면과 열충격 안정성이라는 측면에서 상대 밀도 88~92%정도의 치밀도를 가지는 뮬라이트 재질 및 탄화규소나 치밀한 용융 실리카질의 세라믹 롤러를 주로 채용한다.

HPF공정의 경우 강판을 예비적으로 900℃ 이상의 고온으로 가열하기 때문에 일반적인 강판표면은 고온에서의 표면 산화가 발생하게 되어 Fe계 산화물이 강판 표면에 남게 되고, 이들 표면의 Fe계 산화물은 경도가 높아 후속적인 Pressing 공정에 투입될 시 프레스용 몰드의 표면손상을 유발할 위험이 있다. 따라서 RHK 라인의 경우 열처리를 위해 이송되는 강판의 산화 방지를 위해 RHK내 분위기를 무산화 분위기를 유지하고자 많은 노력을 기울이지만 완전한 표면 산화 방지는 어렵다. 따라서 보다 적극적인 강판 표면 산화방지를 위하여 Al-Si계 도금 층을 형성시킨 강판을 가공용 소재로 채택하는 경우가 많다. Al-Si계 도금강판의 경우 RHK공정을 거칠 때 도금성분의 특성상 액상을 형성하면서 강판 표면을 산화로부터 보호 하며 동시에 강판 표면 내로 합금화하여 결합됨으로써 HPF 공정을 거친 후에도 강판 표면에서 안정적인 내산화층을 형성하여 자동차용 강판으로서 사용시 오랜 내후성을 보장해주는 장점까지 가지게 되어 최근 들어서는 HPF용 자동차 강판소재로써 Al-Si계 도금강판을 많이 채택하고 있다.

그러나 이와 같은 우수한 장점을 가진 Al-Si계 도금강판은 RHK내 열처리 공정에서 초기 고온 가열시 강판 표면에 도금된 저융점의 Al-Si층이 일차적으로 용융되어 강판 표면상에 액상 상태로 존재하게 되는데 이때 강판의 이송을 담당하고 있는 세라믹 롤러와 접촉하여 생성된 Al-Si계 액상이 일부분 세라믹 롤러 표면과 반응하여 들러 붙게 되는데 이때 롤러 표면의 기공은 물리적 흡착을 주도하게 된다. 들러 붙은 Al-Si계 액상화합물은 세라믹 롤러 표면에 강하게 들러 붙어 쉽게 떨어지지 않으며, 조업이 계속 진행됨에 따라 부착량이 점차적으로 증가하여 강판의 정상적인 이송을 방해 하게 되며, 결과적으로 효율적인 RHK 조업을 방해하게 된다. 현장에서는 이들 세라믹 롤러 표면에 들러 붙은 Al-Si계 화합물을 제거하기 위하여 수시로 조업을 중단해줘야 하며 이러한 잦은 조업중단은 결국 로체의 승온 및 강온을 반복하게 만들어 세라믹 롤러에 열적인 피로를 부가하게 된다. 또한 기계적 연마와 같은 인위적인 세라믹 롤러 표면 부착물의 제거공정은 세라믹 롤러 내부에 응력 집중을 유발하여 롤러 내에 쌓인 열충격 피로현상과 상승작용을 가져와 롤러 파손을 촉진시키며 결과적으로 롤러 수명단축과 작은 롤러 교체 작업 유발로 조업생산성의 악화를 가져온다.

본 발명은 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 롤의 수명 연장 방법은, 수용성 실리카 코팅액을 제조하는 단계, 상기 수용성 실리카 코팅액을 세라믹 롤에 코팅하는 단계, 상기 코팅된 세라믹 롤을 건조하는 단계 및 상기 건조된 세라믹 롤을 저온에서 소성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 수용성 실리카 코팅액은 실리카 분말, 물 및 염산을 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 물의 함량은 상기 실리카 분말에 대하여 70wt% 이상 90wt% 이하일 수 있다. 한편, 상기 실리카 분말의 평균 입도는 7㎚ 이상 40㎚ 이하일 수 있다. 상기 수용성 실리카 코팅액의 pH는 4 이상 4.5 이하일 수 있다.

상기 소성하는 단계에서 소성 온도는 600℃ 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 제공한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 명세서 전체에서 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 나타내는 개략적인 공정도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 롤의 수명 연장 방법은, 수용성 실리카 코팅액을 제조하는 단계(S110), 상기 수용성 실리카 코팅액을 세라믹 롤에 코팅하는 단계(S120), 상기 코팅된 세라믹 롤을 건조하는 단계(S130) 및 상기 건조된 세라믹 롤을 저온에서 소성하는 단계(S140)를 포함한다.

수용성 실리카 코팅액을 제조하는 단계( S110 )

수용성 실리카 코팅액은 실리카 분말, 물 및 염산을 혼합하여 제조된다. 실리카 분말에 물을 첨가하고 교반기를 이용하여 일정 시간 동안 분사시켜 준다.

실리카 분말의 평균 입도는 7㎚ 이상 40㎚ 이하이고 바람직하게는 20㎚ 이상 30㎚ 이하일 수 있다. 물의 함량은 실리카 분말에 대하여 70wt% 이상 90wt% 이하일 수 있다.

물의 함량이 70wt% 미만이면 분산이 제대로 되지 않아 균일한 코팅층을 얻기 어렵다. 반면, 물의 함량이 90wt%를 초과하면 코팅의 효율이 떨어진다.

수용성 실리카 코팅액의 분산 안정성을 높이기 위해 염산(HCl)을 첨가한다. 최종적인 pH는 4 이상 4.5 이하일 수 있다.

수용성 실리카 코팅액을 세라믹 롤에 코팅하는 단계( S120 )

분산 안정화된 수용성 실리카 코팅액을 세라믹 롤 위에 붓이나 스프레이로 코팅한다. 이 경우 함침법을 사용할 수도 있다.

세라믹 롤을 건조하는 단계( S130 )

코팅된 세라믹 롤을 상온에서 24시간 이상 건조한다.

세라믹 롤을 소성하는 단계( S140 )

건조된 세라믹 롤을 소성 온도 600℃ 이상에서 소성하여 수분을 완전히 제거한다.

코팅이 완료된 세라믹 롤의 표면 공극은 미립의 실리카 입자로 메워진다. 결국, 세라믹 롤의 표면이 매끄러워진다. 이러한 세라믹 롤의 매끄러운 표면은 고온에서 실조업시 Al-Si계 용융물의 침투를 막아주므로 Al-Si계 용융물의 침착을 방지한다. 결국, 본 발명의 실시예에 따라 코팅된 세라믹 롤의 수명이 연장되고 조업 생산성이 높아질 수 있다.

실험예

평균 입도가 약 20㎚인 실리카 분말 1000g을 칭량하고 이 분말에 물 9000g을 첨가하여 회전식 교반기를 이용하여 1시간 이상 교반하였다. 교반된 실리카 분산물 에 진한 염산을 10g 첨가하고 다시 30분 이상 교반하여 줌으로써 미립의 실리카 분말이 물에 균일하게 분산된 수용성 실리카 코팅액을 얻을 수 있었다.

이 수용성 실리카 코팅액을 붓이나 스프레이를 이용하여 세라믹 롤에 도포하였다. 코팅된 세라믹 롤러를 상온에서 2일 이상 건조한 후 다시 110℃ 정도로 승온하여 1시간 이상 유지하였다.

완전히 건조된 세라믹 롤을 RHK에 장입하여 약 600℃에서 5시간 이상 열처리하여 수분을 완전히 제거하는 한편 견고한 코팅층이 형성되게 하였다.

열처리가 완료된 세라믹 롤러을 RHK 작업 온도까지 승온시켜 정상적인 조업을 진행했다. 세라믹 롤을 코팅하지 않았을 때에 비하여 Al-Si계 용융물의 점착량이 20% 이상 30% 이하 만큼 저감되었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 나타내는

개략적인 공정도이다.

Claims (6)

1. 수용성 실리카 코팅액을 제조하는 단계,

   상기 수용성 실리카 코팅액을 세라믹 롤에 코팅하는 단계,

   상기 코팅된 세라믹 롤을 건조하는 단계 및

   상기 건조된 세라믹 롤을 저온에서 소성하는 단계

   를 포함하는 세라믹 롤의 수명 연장 방법이되,

   상기 수용성 실리카 코팅액은 실리카 분말, 물 및 염산을 혼합하여 제조되는 것이고,

   상기 실리카 분말의 평균 입도는 7㎚ 이상 40㎚ 이하이며,

   상기 수용성 실리카 코팅액의 pH는 4 이상 4.5 이하인 세라믹 롤의 수명 연장 방법.
2. 삭제
3. 제1항에서,

   상기 물의 함량은 상기 실리카 분말에 대하여 70wt% 이상 90wt% 이하인 세라믹 롤의 수명 연장 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에서,

   상기 소성하는 단계에서

   소성 온도가 600℃ 이상인 세라믹 롤의 수명 연장 방법.

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