KR20020089365A - 금속 및 관련 장치의 공업용 튜브 또는 섹션 바 생산 공정 - Google Patents
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Abstract
가령 구리, 구리 합금, 특수 황동, 백동 또는 알루미늄 청동과 같은 금속으로부터의 공업용 튜브 또는 섹션 바의 생산 공정은 다음 단계들을 포함한다.: 가능한 양립하는 작업 폐기물과 금속 재료를 용융; 주조로부터 예비성형품 획득; 단편을 수축시키기 위해 상기 에비성형품을 압연 및/또는 인발; 단편을 원하는 크기까지 수축시키기 위해 한개 이상의 연쇄상 간섭과 상기 압연 및/또는 인발된 예비성형품을 인발; 교정과 필요로 하는 크기에 맞춰진 완제품에 가능한 열 및/또는 탈지 처리, 그리고 개량하기 위해 완제품을 절삭.
Description
공업용 용도의 상기 금속 튜브와 섹션 바는 종래에 많은 조작 단계를 포함하는 공정에 의해 행해지고, 그 외에도 공정을 길고 고되게 하며, 쉽게 실현가능하지 않고, 완제품 가격에 뚜렷한 영향을 미친다.
공지된 공정은 사실상, 원자재와 폐기물(scraps)의 분류로부터 시작해 가령 적정(titration) 및 혼합법(alligation)과 같은 준비처리를 갖춘 유도전기오븐(induction electric oven)에서 재료를 용융시키는 제 1 단계를 포함한다. 그 뒤에, 주조 용융 재료(casting molten material)로부터 강편(billets)이 얻어지는데 다시 말하면, 일반적으로 80과 350mm 사이에 형성된 직경을 갖는 원통형 반제품이 얻어진다. 강편은 절삭(cutting)과 통합 조작(lumping operation)을 따르고, 그 다음 정확한 크기에서 인발공정(drawing process), 700과 1100℃ 사이에 형성된 온도에서 앞서 가열된 곳으로 이동된다. 상기 공정 예비성형품(preforms)은 관형상(tubular shape) 또는 다른 형상으로 행해지는데, 그것은 크기와, 대개의 품질관리를 따르고, 그 후에 압연기(rolling mill) 및/또는 다이(die)에 단편들을 냉간 수축(cold-reduce)시키기 위해 이송된다.
이러한 작업단계(working step)는 본체 단편(body section)에서 대략 80%의 수축을 일으키고, 직경과 두께가 연장되고 수축된다.
이따금, 특수합금에 직면하여 작동되기 위해, 중간열처리(intermediatethermal treatments)가 요구되는데 그것은 예비성형품의 냉간작동(cold working)을 용이하게 하기 위해서이다. 차후의 인발작업은 거의 완제품을 생산하고, 단편은 또한 수축된다. 실제 마무리(finishing)는 조각의 절삭, 그에 관한 가능한 교정(straightening)뿐만 아니라, 선행 탈지(prior degreasing) 또는 세척(cleaning)에 대한 제어와 검사를 포함한다.
이러한 명백히 길고 고된 공정은 많은 특정 재료의 사용을 요구하며 다양한 단계에서 높은 비율의 폐기물을 만드는데, 둘 다 강판을 생성하는 용융과 고온 인발(hot drawing)을 하는 사이에 일어난다. 생산주기의 일반 경제에서 폐기물의 생성은 약 2:1과 같은 전체 항복비(yield ratio)에서 발생한다.
그 밖에도, 또한 플랜트(plants)의 가격은 주조 오븐(cast ovens)과 관련되며 인발압착(drawing presses)은 그것이 제품의 가격상승에 기여하기 때문에 무시할 수 없다.
본 발명은 상기 생산에 쓰이는 금속 및 관련 장치의 공업용 튜브 또는 섹션 바 생산 공정과 관련된다.
보다 상세히, 본 발명은 공업용 용도로 금속 튜브와 섹션 바를 얻는 연속주조(continuous casting)공정과, 특히 열교환용, 즉, 열교환기(heat exchanger) 또는 담수 플랜트(desalting plants)와 화학용 및 가솔린 화학 플랜트(petrol-chemical plants) 분야에 편리한 용도와 관련된다.
상기 금속 튜브와 섹션 바 생산에 알맞은 재료는 구리와 합금, 그에 관해 백동(cupronickel), 특수 황동(special brasses), 알루미늄 청동(aluminum bronze)등을 포함한다.
공지된 바와 같이, 이러한 재료들은 목적에 알맞게 만드는 몇 가지 특성들을 가지고 있는데 가령 예를 들면, 높은 전도율(electric conductivity)과 열전도도(thermal conductivity) 우수한 내식성(corrosion resistance), 그리고 뛰어난 열(hot workability) 및 냉간 가공성(cold workability)을 갖는다.
이러한 튜브와 섹션 바의 생산은 화학조성과 재료의 공차를 정의하는 특수지시자(specific directives)를 언급하는데; 상기 기준(norm)은 예를 들면, 약자 ASTM M111, DIN 1785, UNI 6785, AFNOR NFA 51.102로 알려진 것들이다.
관련 장치의 구조적, 기능적 특성뿐만 아니라 본 발명의 공정 조작단계는 다음 묘사의 결과로 보다 잘 이해될 것이라는 점에서, 상기 장치의 선호된 비제한적 실시예를 보여주는 첨부 도면이 논급되고, 그 점에서:
도 1 은 본 발명의 공정에 따른 공업용 용도에 대해 금속 튜브와 섹션 바의 구현을 위한 플랜트와 장치를 보여주는 부분개략도;
도 2 는 잉곳 주형(ingot mold)으로 구성된 동일 장치의 부분적 세로단면을 보여주는 개략도;
도 3 은 선행 도면의 단면을 보여주는 개략도.
* 부호설명 *
10 : 잉곳 주조12 : 포락선
14 : 동축 핀16 : 홀
18 : 도가니20 : 브리지
22 : 홀26 : 벨
28 : 상층 전선30 : 중앙 챔버
본 발명의 목적은 상기 단점들을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 보다 상세히, 열교환기, 담수 플랜트 또는 화학용 및 가솔린 화학 플랜트로 사용되는 공업 용도를 위한 금속 튜브 또는 섹션 바의 구현에 대한 공정을 제공하는 것이고, 그 것은 조작 단계의 제한된 횟수를 의미하고, 정밀도, 신뢰도 및 금속조직(metallographic structure)에 대해 필요로 되는 모든 필요조건이 구비된 완제품을 보장한다.
본 발명의 또 다른 목적은 그 이행에 대해 생산플랜트로부터 제한된 요구조건만 포함시키는 것과 같이 상기에 정의된 대로 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 금속 튜브와 섹션 바의 구현에 대한 공정과 함께 사실상 생산 플랜트의 길이(length)뿐만 아니라 생성된 폐기물의 양도 줄일 수 있는 사용자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 상기 목적들과 다른 목적들은 하기 묘사덕분에 명백해지는데 금속 튜브 또는 섹션 바의 생산에 대한 공정에 의해 이루어지고 하기 조작단계를 포함한다.:
가능한 양립 작업 폐기물을 포함한 용융금속;
용융금속의 예비성형품 획득;
그에 관한 단편을 수축시키기 위해 상기 예비성형품을 압연(roll milling) 및/또는 인발가공(drawing),
하나 이상의 연쇄간섭(concatenated interventions)으로 원하는 크기까지 동일한 예비성형품을 인발,
필요한 크기에 맞춰진 완제품을 강화하고 혹은 열처리 및/또는 탈지처리를 가함.
완제품을 개량하기 위해 절삭.
예비성형품은 어떤 형상이라도 될 수 있지만, 관 형상이 선호된다.
본 발명의 목적인, 본 공정의 구현을 위한 장치는 도가니에서 생긴 용융금속을 공급하기 위해 서로 대응하는 축방향 및 방사상 홀(holes)이 구비된 도가니(crucible) 및 잉곳 주형을 형성한다. 잉곳 주형은 선호적으로 불활성가스(inert gases)와 함께 내부에 압입된 중심 챔버(central chamber)를 가지는 것이 선호되는데 그것은 잉곳 주형에 일정하게 공급하는 구역의 압력을 유지하기 위해서이다.
본 발명에 따르면, 금속 튜브와 섹션 바의 구현에 대한 공정은 선호된 비임계 시퀀스에 따른 하기에 상세히 기술된 몇 몇 작업 단계를 포함한다.
상기 단계 중 제 1 단계는 예를 들면 용융을 실현하기 위해 고체상태 전기 오븐에서 금속 또는 그에 관한 합금 및 합금과 양립하는 가능한 폐기물과 같은 금속 재료를 적재하는데 있다.
용융 온도는 사용되는 원자재와 폐기물의 유형에 달려있다. 일반적으로, 용융온도는 900과 1350℃ 사이에 형성된다. 만일 백동(cupronickel 90/10)과 같은 재료가 사용된다면, 용융 온도는 1250에서 1350℃ 범위이다.
그렇게 얻어진 액체상태 합금은 공지된 수단에 의해 이송되는데, 예를 들면 다음에 표현되는 것처럼, 채널(channels)을 통해 본 장치와 결합된 연속주조 시스템으로 이송된다.
상기 장치는 본질적으로 속이 빈 예비성형품이 얻어지는 수단으로 특수 잉곳 주조를 구성한다. 상기 속이 빈 예비성형품은 어떠한 형상과 크기라도 가질 수 있다.; 선호적으로 관 형상을 갖는데 예를 들면 70과 80mm 사이에 형성된 직경과 5 와 10mm 사이에 형성된 두께를 갖는다. 상기 속이 빈 예비성형품은 그 다음 점차적으로 동일한 단편을 수축시키기 위해 압연기와 인발기에 대한 또 다른 냉간 작업단계로 이송된다. 인발을 하는 동안, 약 80%의 예비성형품의 단편에 수축이 생기고, 다른 인발작업들이 각각 연쇄적으로 연결될 때 단편은 또한 필요한 크기에 맞춰진 완제품이 얻어질 때까지 수축된다.
인발작업은 필그림 밀(pilgrim mill)로 알려진 유형 또는 행성 톱니바퀴 유형의 냉간 인발기로 수행하는 것을 선호한다.
압연 작업은 직선형 인발작업대(draw-benched rectilinear) 또는 조합유형 또는 불 블럭(bull-block) 유형에서 수행하는 것을 선호한다. 이러한 모든 압연기와 인발기의 유형들은 그 자체로서 잘 알려져 있다.
압연공정과 인발공정 단계 사이에 중간 열처리가 수행될 수 있는데, 가령 예를 들면 풀림(7), 특히 특수 황동(special brasses), 백동(cupronickel)과 같은 특수합금에 직면하여; 또한 인발 단계동안 예비성형품의 중간 풀림 공정(intermediate annealing processes)이 수행될 수 있다.
중간 열처리는 풀림 동형(walking-beam) 또는 예를 들어 400과 800℃ 사이 범위인 온도에서 공지된 유형의 정적 오븐(static oven)에서 수행된다. 그러한 열처리의 온도는 백동재료(90/10 cupronickel)의 경우에 650과 750℃ 사이에서 형성된다.
이 단계에서 금속 튜브 또는 섹션 바의 최종 형태를 갖춘 예비성형품은 그리고나서 즉 선행 교정, 가능한 탈지에 대한 측정을 위한 절삭과 같은 종래의 마무리 작업을 가하고, 각 개체 또는 선택된 표본을 제어한다.
본 발명의 공정과 함께 얻어진 예비성형품은 가시적 외관 및 상기 공정의 특성을 나타내고 종래 열간 인발(hot-drawing)과 다른 금속조직을 갖는다. 사실상 본 예비성형품은 예를 들면, 축에 대해서 횡단하며 각각에 대해 등거리이고 나란하며, 양쪽 모두 외부면과 내부면을 가로지르는 링 쉐이딩(ring shadings)을 보여주는 연속 주조로부터 얻어진 재료의 전형적인 외관을 갖는다. 금속조직에서의 차이점에 대해서는, 예비성형품이 전형적인 치형(dentitric) 구조를 가지고 있고, 그러므로 인발 생산품 중 하나와 다르다.
시동 베이스(starting base)가 연속주조 공정을 통해 얻어진 예비성형품으로 구성되는 것처럼, 기술된 공정은 사실상 복잡도와 생산주기의 길이를 줄인다. 사실상, 본 발명의 공정은 강판을 얻기 위해 불필요한 몇몇 작업 단계들을 무시하고, 그로부터 예비성형품이 인발압착(draw-presses)으로 얻어진다. 그러므로 강판을 상승시키는 용융과 동일한 열간 인발이 모두 일어나는 동안 전체 항복비가 1.5:1이 되면서 페기물의 형성이 50% 까지 감소된다. 가령 예를 들어 완제품의 크기에 따르면, 에너지, 노동자 그리고 소비와 같은 것들 때문에 일반적으로 20%와 40% 전후 범위의 양까지 감소된다.
선호된 실시예에 따르면, 본 장치나 잉곳 주조로부터의 제품 추출 단계는 "진행과 정지"("go and stop")로 알려진 종래 작업에서 시작되는 두 방향 운동으로 실현된다. 잉곳주조로부터의 제품추출단계에 따르면, 금속 튜브 또는 섹션 바는 제품에서 이탈을 방지하기 위해 짧은 운전정지(dwells) 와 견인단계를 교대로 하여 추출된다. 또한 비균등 튜브(non-homogeneous tube) 또는 섹션 바를 생산하는 이탈의 발생을 막기 위해, 본 발명의 공정에서 또한 "진행과 정지" 추출단계가 선호적으로 삽입된다. 그러한 운동은 잉곳주조로부터 추출된 생산품을 만들고, 최소 후방운동(minimum backward movement)을 하기 위해, 상기 생산품을 압축하기 위해, 그리고 이탈의 위험을 배제하기 위해 아직 통합된 것만은 아니다.
전체 추출운동(overall extraction movement)은 그러므로 관습적 견인단계, 운전정치 단계와 후방운동단계, 즉, 추출견인(extraction traction)에 반하는 방향쪽으로 지시된 것을 포함한다. 상기 단계들은 어쩌면 차동 시퀀스, 다시 말하면, 견인 직후의 후방운동, 운전정지 직전, 또는 양 시스템의 조합에 따라 발생할 수 있다.
이런 식으로, 아직 응고되지 않는 튜브 또는 인위구조(artifact)는 압축되고 균질적으로 된다.
다른 선호된 비임계 실시예에 따르면, 잉곳 주조로부터 추출된 생산품은 금속조직의 다짐도(compactness)를 보장하는 교정공정(calibration process)이 가해진다. 이러한 교정은 라인(line)에서 종래 섬광 유도기를 통해, 그리고 전동 램(motor-driven ram)의 간섭(intervention)으로 수행된 열간 압연(hot milling)을 포함한다. 이 단계는 급속냉각(rapid cooling), 선호적으로 물에 의해 일어나는 것이 선호된다.
특히 본 장치는 본 발명의 공정을 수행하는데 적당하며 그것은 또한 본 발명의 일부분이고, 흑연(graphite) 또는 다른 적당한 재료로부터 외부 본체 또는 포락선(12)과 동축 핀(coaxial pin)(14)에 의해 형성된 도 2에 의해 표시된 잉곳 주조(10)를 포함한다. 상기 잉곳 주조(10)는 도 1에서 도식화 되고, 내화 재료(refractory material), 흑연 또는 석조(masonry)로 얻어진 도가니(18)에 의해 공급되는 용융금속의 급송(feeding)을 위한 종래의 축 방향 홀(16)을 구비하고 있다.
홀(16)들은 핀(14)을 지지하는 브리지(20) 또는 지주(support)에 형성된다. 상기 홀(16)들 외에도, 잉곳 주조(10)는 예를 들면, 브리지(20)의 외부 본체(12)하류(downstream)에 형성된, 90°에 배열된 4개의 또 다른 방사상 급송 홀(22)을 구비하고 있다. 편향된 예로서 홀(22)들은 홀들(16)과 이어져있고, 적절히 혼합하고 예비성형품을 만들기 위해 요구되는 안정적 온도에 머무르는 추가적인 용융금속의 양을 가진 잉곳 주조(10)를 부양하는 것을 허용한다.
홀(22)을 통한 추가적인 급송 때문에 금속의 균질화는 구성요소가 서로 다른 융점(melting points)과 물리 화학적 특성을 가지는 합금의 문제와 같은 이러한 경우에 기본적인 중요성을 가진다.
또 다른 유리한 특성에 따르면, 본 발명의 장치는 도가니(18)에서 생기는 액체에서 또한 변화가 일어나는 동안, 잉곳 주조(10)의 급송구역(feeding zone)에서 정적 금속하중(metallostatic load)에 의해 생긴 무게를 일정하게 유지시킨다. 이러한 목적 때문에, 도가니(18)는 상기 도가니 중심에 삽입된 벨(26)을 구비하고 있으며 공지된 수단으로 그것에 묶여있다. 상기 벨(26)의 상층 전선(upper front)(28)은 딱 맞는 뚜껑(tight-lid)으로 구성된다. 상기 뚜껑(28)에 튜브 또는 도관(duct)(40)이 이를테면 벨(26)에서 중립가스(neutral gas)가 삽입되는 곳을 통해 연결된다. 상기 벨(26)은 도가니(18) 내부, 중앙 챔버(30)에서 형성되는 점에서 압력이 0 과 2 사이에 형성되는 것이 선호되고, 바(bar)는 용융금속의 자유표면(free surface)에 꼭 들어맞는다.
도 1 에서 내부에 각각 중심 챔버(30)의 외부를 존재하게 하는 용융금속의 수준은 L1 과 L2 에 의해 표시된다. 불활성 가스를 가한 이러한 압력으로, 액체상태의 금속은 동일한 홀(16, 22)을 통해 잉곳 주조(10)로 일정하고 균일한 방식으로공급되고, 수준변동(level variation)에 의해 영향을 받지 않는다.
본 발명의 장치는 또한 점차적으로 예비성형품의 단편을 원하는 크기까지 수축시키기 위해 냉간압연기와 인발기를 포함한다. 인발 단계동안 또는 압연 단계와 인발 단계 사이에서, 예비성형품은 가령 예를 들면 풀림과 같은 열처리를 받을 수 있다. 그렇게 얻어진 섹션 바는 교정, 탈지처리 등을 거치고난 후 개량하기 위해 절삭된다.
상기 묘사로부터 이해될 수 있는 것처럼, 본 발명에 의해 얻어진 이점들은 명백하다.
본 발명의 금속 튜브 또는 섹션 바의 구현에 대한 공정으로, 사실상 생산주기의 길이와 복잡도를 줄이고, 인발대신 용융으로부터 예비성형품을 얻는 것이 가능하다. 동일한 방법으로 작업 폐기물과 플랜트 필요조건이 실질적인 범위까지 줄어들고, 강편과 인발압착을 얻기 위한 주조가 필요 없어진다.
본 발명은 비 제한적인 일례로서만 보고된 동일한 실시예에 대해 상기에 기술된 반면, 다양한 수정 및 변경이 상기 묘사로 미루어보아, 당해업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명은 다음 청구항의 참뜻과 범위 내에 분류되는 모든 수정과 변형을 포함한다.
Claims (12)
- 상기 공정은,가능한 양립하는 작업 폐기물을 갖는 금속 재료를 용융;주조로부터 예비성형품을 획득;단편을 수축시키기 위해 상기 예비성형품을 압연 및/또는 인발;또한 원하는 크기까지 단편을 수축시키기 위해 상기 압연기 및/또는 인발 예비성형품을 한 개 이상의 연쇄 간섭으로 인발;필요한 크기에 맞춰진 완제품을 강화하고 혹은 열처리 및/또는 탈지처리를 가하고,개량하기 위해 완제품을 절삭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공업용 튜브 또는 섹션 바의 생산 공정.
- 제 1 항에 있어서, 속이 빈 예비성형품이 견인방향과 반대 방향에서 견인 단계를 포함하는 다수의 단계, 운전정치 단계 및 부분 후방운동의 또 다른 단계에 의해 용융금속 재료로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 공정.
- 제 1 또는 제 2 항에 있어서, 용융금속 재료로부터 얻어진 예비성형품이 열간 압연 및 차후의 급속 냉각을 포함하는 교정방식을 따르는 것을 특징으로 하는 공정.
- 상기 청구항 중 어떠한 항에 있어서, 금속 재료가 구리(copper), 구리 합금(copper alloys), 백동, 황동 및 알루미늄 청동 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정.
- 상기 청구항 중 어떠한 항에 있어서, 금속 재료의 용융온도가 900 과 1350℃ 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 공정.
- 상기 청구항 중 어떠한 항에 있어서, 예비성형품이 압연 및/또는 인발 단계 사이에 400에서 800℃ 범위인 온도에서 열처리(thermal annealing treatment)되는 것을 특징으로 하는 공정.
- 상기 청구항 중 어떠한 항에 있어서, 예비성형품이 관 형상인 것을 특징으로 하는 공정.
- 상기 청구항 중 어떠한 항에 있어서, 동축 내부 핀(14), 상기 핀(14), 브리지(20)에 생성된 도가니(18)로부터 용융금속을 공급하는 다수의 축방향 홀(16), 그리고 최소한 도가니(18)로부터 동일한 용융금속을 공급하고, 축방향 홀(16) 중 하나와 연결하는 방사상 홀(22)에 의해 상기 도가니(18)에 연결되고 외부 본체(12)에 의해 형성된 도가니(18)와 잉곳 주조(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정의구현을 위한 장치
- 제 8 항에 있어서, 최소한 상기 방사상 홀(22)이 브리지(20)의 잉곳 주조(10) 하류부의 외부 몸체(12)에 구현되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 8 항 내지 제 9 항에 있어서, 도가니(18)가 챔버(30)를 형성하는 벨(26)과 중앙 부분에서 제공되고, 상기 벨(26)의 상층전선(28)이 딱 맞는 뚜껑으로 구성되며 상기 챔버(30)에 불활성 가스를 공급하는 튜브 또는 도관들과 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 축에 관해 횡단하는 링 쉐이딩을 구비하고, 서로 등거리상에 있고 평행하며, 둘 다 외부 표면과 내부 표면을 가로지르고, 치형 구조를 갖는 연속주조를 통해 얻는 것을 특징으로 하는 금속 재료 예비성형품.
- 제 11 항에 있어서, 예비성형품으로부터 얻어진 가령 구리, 구리 합금, 특수 황동, 백동 또는 알루미늄 청동과 같은 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 또는 섹션 바.
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