KR20020040746A - 열간 압연한 산화 구리 봉재의 세척 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압연된 산화 구리 봉재의 세척 방법에 관한 것으로, 구리 봉재는 연속 주조 장치에서 주조된 후 동일한 후속 압연기로부터 배출되고, 압연기로부터 배출될 때 표면에 산화물 피막을 지닌다. 본 발명에 따른 방법에서, 마무리 압연된 산화 봉재는 온도가 약 650℃일 때 하나 이상의 환원 구역을 통과하고, 탄화수소를 함유한 희석 용액이 환원 용액으로서 환원 구역에 사용되며, 존재하는 2개의 산화물 형태의 환원에 대한 화학적 반응의 진행 속도는 하나 이상의 초음파원 때문에 용액 난류가 생성됨으로써 강화된다.
Description
연속 주조한 구리 봉재를 제조하는 경우, 주조 장치를 떠난 빌렛은 대체로 즉시 열간 압연된다. 봉재가 대기에 노출되면 산화되고 표면에 스케일이 생성되는 데, 이 스케일은 산화구리(CuO)(적) 및 산화동(흑)의 화합물을 나타낸다. 시장성 있는 와이어 제품을 만들기 위해서는 봉재를 인발 가공하기 전에 산화물을 제거하거나 금속 상태로 다시 변형시켜야 한다. 또한 산화물의 제거는 드로잉 다이(drawing die) 작업에서처럼 예정보다 빠르게 마멸되는 것을 방지하기 위해서라도 꼭 필요하다.
지금까지 구리를 모체로 하여 만들어진 제품들의 표면에서 산화물을 제거하기 위한 다양한 방법들이 제안되었다. 여기서 "구리"라는 표현은 구리 합금을 포함한다. 스케일링 제거(descaling)의 통상적인 방법들은 다음과 같다.
1. 예를 들면 샌드블라스트(sandblasting), 스크레이핑(scraping), 박리 (peeling) 등의 경우와 같이, 스케일을 기계적인 방법으로 떼어내는 방법.
2. 산으로 스케일을 제거하는 방법(산세법).
3. 스케일의 증기화 또는 가스 환원 방법.
4. 알코올-벤젠-물 혼합물을 사용한 스케일 환원 방법.
구리 선재를 생산할 때에는 구리 봉재로부터 스케일을 제거하기 위한 산세 공정을 이용한다. 이 공정에서는 주조된 봉재가 압연기에서 배출되지만 테이크 업(take up) 장치에는 도달하지 못한 상태에서, 봉재를 희석 산용액, 예를 들면 황산에 침지한다. 세척과 관련하여 최적의 구동 조건을 유지하기 위해서는 산세 용액을 계속 재생해야 한다. 이를 위하여 사용된 용액은 구리를 재생하기 위한 전기 분해 장치를 통과하고, 사용하지 않은 청정 산을 주기적으로 공급한다.
이 방법은 투자 비용 및 운영 비용이 고가인데, 이는 내산성이 있는 재료를 투입해야 하고, 사용된 산의 방출과 관련된 생태학적인 문제를 방지하기 위해서이다.
산화 구리 봉재를 가공하기 위하여, 가스 또는 증기를 환원 수단으로 이용하는 다른 기술들에 대해서는 관련 문헌들에 기재되어 있다. 우선 환원제로 쓰이는 고온의 가스 또는 증기에 봉재를 노출시킨 다음, 봉재가 대기에 노출되기 전에 냉각조에서 급속 냉각시킴으로써 스케일 산화물을 제거할 수 있다.
이러한 가스 환원은 산세에 비해 이점들이 있는 것처럼 보이지만, 가스 환원의 경우에는 분명히 단점이 있다. 예를 들면, 구리 봉재의 환원을 위해 적합하다고 지칭하는 가스 또는 증기는 인화성 또는 유독성이고 양쪽 모두 가능하므로, 폭발 위험 또는 질식 위험 등을 방지하기 위하여 특수 취급을 요한다. 뿐만 아니라 온도가 상승한 무산소 대기가 형성될 수밖에 없으므로, 특수 밀폐가 반드시 필요하다. 가스 환원 공정의 경우, 환원 속도가 용액이 빌렛과 접촉하는 공정보다 훨씬 느리다는 단점도 있다.
산세를 분리하기 위해서는 수용액을 사용하는 데, 수용액은 앞서 언급한 산화물의 환원을 위하여 이용하는 알코올, 케톤 또는 아민 화합물로 이루어진다.
그러나 냉각된 최종 제품에서 잔여 산화물 피막의 두께로 표면 품질을 측정하지만, 투입하는 시약, 제품의 진행 속도 및 반응 속도에도 상당히 좌우되므로 이러한 환원 공정 라인은 산세의 수치에 훨씬 미치지 못한다.
세척 공정의 강화 기술은 철 가공 분야에서 잘 알려져 있다. 이 분야에서는 전해 체인(chain) 또는 초음파를 사용함으로써 산세 공정(즉 산화물의 용액화)을 촉진한다. 또한 초음파 때문에 야기되는 공동 현상만으로 예를 들면 그리스 (grease), 에멀젼 등의 기계 세척을 실시하는 공정들이 알려져 있다.
US-PS 5409594에는 예를 들어 와이어처럼 길게 연장된 금속 대상물의 표면을 초음파를 이용하여 세척하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서 와이어는 세척 용액으로 충만하고 초음파 변환기가 위치한 전해조를 통과한다. 초음파 변환기로써 생성되는 고주파 초음파는 수격 작용을 일으키고, 이로써 스케일이 와이어로부터 분리된다.
EP 0518 850 A1에 따른 방법에서는 금속 밴드들의 전해 산세가 이루어진다. 이 경우 수용성 전해질로 채워진 연속한 2개의 용기가 제공되는 데, 첫 번째 용기에서는 음극 처리가 이루어지고, 두 번째 용기에서는 양극 처리가 이루어진다.
구리 선재 산업에 사용되는 방법들인 산세 또는 알코올에 의한 환원은 투자 및 공정 비용이 높고 표면의 품질이 양호하지 못한 특징이 있다. 또한 드로잉 샵(drawing shop) 구동이 점차 자동화하고, 다중 인발 기계들의 드로잉 샵 기술이 계속 발전함에 따라, 구리 예비 제품의 표면 품질에 대한 요구가 더 증가하고 있기 때문에, 강력하고 효과적인 세척 방법이 꼭 필요하게 되었다.
본 발명은 열간 압연한 산화 구리 봉재(구리 선재)의 세척 방법에 관한 것으로서, 구리 봉재는 연속 주조 장치에서 주조된 후 동일한 후속 압연기로부터 배출되고, 압연기로부터 배출될 때 표면에 산화막을 지닌다.
본 발명은 주조 및 압연된 봉재를 권취(rolling)하고, 얇은 와이어를 제조하기 위하여 인발 가공전에 특히 이 봉재를 냉각 및 세척 조절하는 것에 관한 것이다.
도 1의 상부는 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 장치의 개략적인 평면도이다.
도 3은 냉각 구간을 나타낸 도면이다.
도 4는 냉각 구간을 세부적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적은 산 용액을 사용하지 않고 특히 간단하고 바람직한 방법으로 구리 봉재로부터 산화물 피막을 제거할 수 있는 방법을 제시하는 데 있다.
연속 주조 장치에서 주조된 후 동일한 후속 압연기로부터 배출되고, 압연기에서 배출될 때 표면에 산화물 피막을 구비하는 압연된 산화 구리 봉재를 세척하기 위한 방법에 있어서, 본 발명의 목적은 압연 봉재를 열간 압연 공정에서 우선 에멀젼으로 적심으로써 달성한다. 여기에 탄화수소를 함유한 환원제를 추가하여, 압연 공정 동안 이루어지는 고온 압연 봉재의 산화를 적어도 방지할 수 있다.
이어서 마무리 압연된 산화 봉재는 온도가 약 650℃일 때 하나 이상의 환원 구역을 통과하고, 이때 탄화수소를 함유한 희석 용액이 환원 용액으로서 환원 구역에 사용된다.
사용된 환원 용액의 양을 스케일 제거 구간에서 스케일 제거 및 냉각 구간용 전체 용액의 약 10% 내지 35%로 제한한다.
압연된 산화 봉재가 보다 차갑고 산이 아닌 액상의 환원제와 접촉함으로써, 봉재의 산화층을 금속으로 변환한다.
산이 아닌 액상의 환원제는 연속으로 재순환되어 냉각되며, 재순환되는 환원제의 pH 값 및 화학 조성은 일정하게 유지된다.
존재하는 2개의 산화물 유형의 환원에 대한 화학적 반응의 진행 속도는 하나 이상의 초음파원 때문에 용액 난류가 생성되어 매우 강화되므로, 표면 품질이 개선될 뿐만 아니라 환원 구역의 길이도 줄어든다.
하나 이상으로 이어진 냉각 세그먼트에서는 압연된 봉재의 냉각이 다량의 환원 용액으로 강력하게 이루어지고, 탈산화된 봉재를 또다른 산화로부터 보호하기 위하여 왁스(wax)로 코팅하기 전에 기계적이고 압축 공기로 작동하는 스트리퍼(stripper)를 이용하여 봉재를 건조한다.
바람직한 형태들을 종속항에서 나타낸다.
강 또는 철제품의 스케일 제거와 비교해 볼 때, 열간 압연된 구리 봉재로부터 스케일을 제거하는 경우, 산화물 피막이 구리 표면에 형성되고 표면에 각각 다르게 부착되며 산 또는 환원제와 반응할 수 있다는 특이성을 지닌다. Horace Pops 교수와 Daniel R. Hennessy의 논문 "구리 와이어 공업에서 산화물 표면의 역할 및 측정(The Role of Surface Oxide and its measurement in the Copper Wire Industry)"(Essex Group Incl, United Technology Corp. Metals Laboratory)은 이문제점을 철저하게 다루었다.
탄화수소 화합물을 지닌 산화물 피막의 환원은 액상 반응 산물을 형성하면서 발생한다.
예) CuO + CmHnOp→Cu + CmHn-2Op+ H2O
여기서 청정 환원제의 연속 공급 내지 구리 봉재의 경계면으로부터 반응 산물의 배출이 이러한 반응을 신속하게 종결하는 데 대단히 중요하다는 것을 알 수 있다. 이런 이유에서 경계에 가까운 피막이 초음파원에 의하여 잔여 매질과 강력히 교반함으로써 이루어지는 활성화 작용은, 얇은 층으로 된 액상의 피막 구조가 스케일 제거 구간의 이송시 봉재 주위에서 파괴되는 경우 중요한 의미를 갖는다.
본 발명에 따른 방법의 경우, 이는 초음파 변환기 때문에 야기되는 산세 매질의 난류로써 달성되는 데, 이 때 초음파 변환기가 작동하는 주파수는 20kHz ~3000kHz이다.
본 발명에 따른 방법은 이하의 도면에 도시한 장치를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에서 고로를 도면 부호 2로 나타낸다. 사용 재료를 노(爐)에 공급하는 장입기를 고로에 직렬 연결시킨다. 주로(main furnace) 감시대(3)로부터 장입 및 용해를 감시한다.
고로에서 배출된 용융체는 지지로(4)를 경유하여 이중 밴드 주조기(5)에 도달하고, 주조 공정의 감시 및 조정을 조절대(6)에서 실시한다. 주조기 뒤에는 구동 장치(7), 진자 전단기(pendulum shears)(8) 및 트리밍 장치(trimming device)(9)를 연결한다. 압연기를 도면 부호 10으로 나타내고, 다른 도면에서 자세하게 도시한 냉각 및 스케일 제거 구간은 도면 부호 11로 표시한다. 이 장치의 단부에는 부설 헤드(12), 링 형성 챔버(13) 및 코일 운반차(coil car)(14)가 위치한다. 코일을 옮기기 위하여 크레인(15)을 사용한다. 또한 자동 에멀젼 필터를 사용하는 에멀젼 장치(16), 클리너 순환 장치(17), 오일 순환 장치(18), 주조기용 냉각수 구멍(sump)(19), 유압 시스템(20), 변압기실(23)을 포함하는 전기 장치(21) 및 공작실(workshop)(24) 등이 도면에 암시되어 있다.
도 2는 냉각 구간(11)을 확대하여 도시한 도면이다. 냉각 구간을 따라 각각 기계적 스트리퍼(24), 냉각 파이프(25), 냉각 노즐(26) 및 에어 스트리퍼(27) 등을 제공한다.
도 3은 기계 스트리퍼(24) 및 냉각 노즐(26) 사이에 배치한 초음파 변환기(28)를 확대 도시한 도면이다. 초음파 변환기에 의해 환원 용액은 냉각 구간(11)에서 집약되어 이동한다.
Claims (8)
- 연속 주조 장치에서 주조된 후, 동일한 후속 압연기로부터 배출되고, 상기 압연기로부터 배출될 때 표면에 산화물 피막을 구비한 압연된 산화 구리 봉재를 세척하는 방법으로서,a) 상기 압연 봉재를 우선 열간 압연 공정에서 에멀젼으로 적시고, 상기 에멀젼에 탄화수소를 함유한 환원제를 추가하며,b) 마무리 압연된 산화 봉재를 온도가 약 650℃일 때 하나 이상의 환원 구역을 통과시키고,c) 탄화수소를 함유한 희석 용액을 환원 용액으로서 상기 환원 구역에 사용하며,d) 상기 사용된 환원 용액의 양을 스케일 제거 구간에서 스케일 제거 및 냉각 구간용 전체 용액의 약 10% 내지 35%로 제한하고,e) 산이 아닌 액상의 환원제는 연속으로 재순환하여 냉각되며, 재순환하는 환원제의 pH 값 및 화학 조성을 일정하게 유지하며,f) 존재하는 2개의 산화물 유형의 환원에 대한 화학적 반응의 진행 속도는 하나 이상의 초음파원 때문에 용액 난류가 생성됨으로써 강화되고,g) 하나 이상 이어지는 냉각 세그먼트에서는 압연된 봉재의 냉각이 다량의 환원 용액으로 강력하게 이루어지며,h) 탈산화된 봉재를 또다른 산화로부터 보호하기 위하여 왁스로 코팅하기 전에 기계적이고 압축 공기로 작동하는 스트리퍼를 이용하여 봉재를 건조하는 세척 방법.
- 제1항에서,주파수 20kHz~100kHz에서 작동하는 하나 이상의 초음파원을 화학적 공정 및 물리적 공정을 강화하기 위하여 스케일 제거 세그먼트에서 사용하는 세척 방법.
- 제1항에서,주파수 100kHz~500kHz에서 작동하는 하나 이상의 초음파원을 화학적 공정 및 물리적 공정을 강화하기 위하여 스케일 제거 세그먼트에서 사용하는 세척 방법.
- 제1항에서,주파수 500kHz~3000kHz에서 작동하는 하나 이상의 초음파원을 화학적 공정 및 물리적 공정을 강화하기 위하여 스케일 제거 세그먼트에서 사용하는 세척 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,냉각 공정의 활성화 내지 강화를 위하여 냉각 세그먼트에서도 하나 이상의 초음파원을 사용하는 세척 방법.
- 제1항에서,상기 a)의 경우, 물-오일-알코올 화합물을 사용하는 세척 방법.
- 제1항에서,상기 탄화수소 함유 환원제로서 이소프로필 알코올을 사용하는 세척 방법.
- 제1항에서,상기 탄화수소 함유 환원제로서 에탄올을 사용하는 세척 방법.
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