KR20060016803A - 윤활식 열간 압연 방법 - Google Patents

Abstract

염기도가 40 mgKOH/g 이상인 고염기성 알칼리 토금속 페네이트, 고염기성 알칼리 토금속 카르복실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 살리실레이트 또는 고염기성 알칼리 토금속 술포네이트 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상을 함유하고 40 ℃에서 800 cSt 이하의 점성도를 갖는 윤활유를 사용하는 윤활식 열간 압연 방법에서, 압연은 상기 윤활유를 평균 크기가 1 ㎜ 보다 작은 미립자로 입상화 또는 분무화하고, 윤활 노즐 마다 그 유량이 2,000 ㎤/min 이상이고 유동 속도가 1 m/sec 이상인 비연소 가스를 사용하여 롤에 입상화 또는 분무화된 윤활유를 공급하고, 롤의 표면적 1 ㎡당 0.01 ㎤ 이상 내지 20 ㎤ 이하로 윤활유의 공급량을 조절함으로써 수행된다.

윤활식 열간 압연, 윤활유, 유제, 입상화, 고염기성 알칼리 토금속 화합물, 비연소 가스

Description

윤활식 열간 압연 방법{LUBRICATED HOT ROLLING METHOD}

본 발명은 제강 공정의 열간 압연 단계에서 윤활유를 사용하는 열간 압연 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 윤활유가 미립자로 입상화되어 물이 아닌 비연소 가스에 의해 송풍되어 롤에 부착되게 마련되는 방식으로 압연이 수행되는 고염기성 알칼리 토금속 화합물을 함유하는 윤활유를 이용한 윤활식 열간 압연 방법에서 윤활유가 고온 대기에 노출됨으로써 발생하기 쉬운 화재를 방지함으로써 윤활식 압연을 안전하게 수행하는 방법에 관한 것이다.

윤활식 열간 압연은 압연 동안 마찰력을 낮춰서 롤 마모를 감소시킴으로써 에너지 절감 효과가 얻어지게 하고 생성면의 품질을 개선하는 등 다양한 목적을 위해 수행된다. 오늘날 특히 주목을 받는 신선(또는 인발) 가공은 윤활유를 제공함으로써 열간 압연용 롤 재료로 널리 사용되는 HSS 롤(고속도강 롤)의 표면에 가해지는 손상을 제어하는 기술이다. 특허 문헌 제1호, 제2호, 제8호 및 제9호에 개시된 바에 따르면, 열간 압연을 수행하기 위해 물 분사 공급 방법(오늘날 일반적인 방법)을 적용함으로써 염기도가 40 mgKOH/g 이상인 고염기성 알칼리 토금속 페네이트(phenate), 고염기성 알칼리 토금속 카르복실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 살리실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 술포네이트 등을 함유하는 윤활유가 유제화될 때, 부착 방지 효과가 개선되고 거친 표면의 원인으로 여겨지는 HSS 롤의 표면 상에 발생하는 산화막[흑피(mill scale)] 박피를 제어하는 효과가 얻어진다.

또한, 열간 압연에서의 강판은 냉간 압연에서의 강판보다 후판이고 재료 이송 장치가 마련되지 않음으로써 물림 미끄럼(bit slippage)과 압연 미끄럼이 발생하기 쉽다. 이런 문제를 해결하기 위해 일부 기술이 공지되어 있다. 가장 널리 알려진 기술은 작업이 수행될 때 윤활유 공급량을 감소시킴으로써 미끄럼 사고를 일으키지 않는 범위 내에서 윤활 효과를 얻을 수 있는 정도의 조건에서 작업하는 것이다. 이외에 공지된 방법은 압연재의 상부가 압연기 내로 물려 들어가기 전후에는 윤활식 압연이 수행되지 않음으로써 물림 미끄럼이 방지되는 것이다. 한편, 특허 문헌 제3호는 자기 마찰 계수가 높은 윤활제를 사용함으로써 윤활식 압연이 강재의 상부 및 바닥부에 수행되더라도 물림 미끄럼 등이 발생하지 않는 기술을 개시한다.

비특허 문헌 제1호는 물과 윤활유가 혼합되어 유제 형태의 분무 방식으로 공급되는 상술한 방법 대신 열간 압연시 윤활 공급 방법으로서 윤활유와 증기가 혼합되어 분무 방식으로 공급되는 방법을 설명한다. 한편, 특허 문헌 제4호, 제5호 및 제6호는 판의 두께 균일도가 뛰어난 딥 드로잉용 열간 압연 강재 제조 방법으로서 윤활유의 공급량이 롤의 표면적 1 ㎡당 0.2 내지 10 ㎤으로 약술되는 기술을 개시한다.

또한, 특허 문헌 제7호는 물을 이용하지 않는 윤활유 공급 방법으로서 비연소 가스와 함께 비연소 가스를 이용하여 미립자로 분무되거나 입상화되는 윤활유를 롤로 분무식으로 공급하기 위한 방법을 개시하며, 본 공급 방법은 소량 공급되는 윤활유를 이용하여 실질적인 마찰 계수 감소 효과를 제공하여 롤에 대한 마찰력을 감소시켜 롤 마모를 줄임으로써 롤의 수명을 연장하는 효과를 가져오며, 롤 냉각수의 불충분한 건조에 의해 형성되는 수막이 롤 표면에 존재하더라도 롤에 윤활유와 함께 비연속 가스를 분무하는 작업이 수막을 송풍 제거하여 윤활유가 롤 표면에 도달할 수 있도록 하기 때문에 양호한 내교란성을 제공하는 것으로 유명하다.

고염기성 알칼리 토금속 페네이트, 고염기성 알칼리 토금속 카르복실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 살리실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 술포네이트 등 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상이 첨가된 윤활유가 물과의 혼합에 의해 유제화된 윤활제로서 사용될 때, 그 점성도가 종래의 윤활유보다 높아짐으로써 노즐 막힘 또는 파이프 막힘이 발생하기 쉽다. 따라서, 파이프와 노즐을 자주 세척해야만 하고, 이는 결국 제조 효율을 악화시킨다. 또한, 유제 윤활 방법을 사용하는 경우, 윤활유 공급부가 롤 냉각수에 의해 젖지 않도록 하기 위해 롤 냉각수 공급부와 윤활유 공급부 사이에는 건조 와이퍼가 마련된다. 그러나, 롤 냉각수가 롤의 회전과 와이퍼의 마모로 인해 형성되는 유격을 통해서 윤활 공급부 내로 누수되면 유제화된 윤활제 형태로 공급되는 윤활유는 롤에 부착되기가 쉽지 않게 된다. 이런 현상은 누수되는 롤 냉각수가 롤 표면 위에 수막을 형성하고 또한 유제가 냉각수와 혼합됨으로써 그 농도(물에 대한 윤활유의 양)가 감소되어 윤활 효과를 얻기 어려워지기 때문에 발생한다. 증기 분무 형태로 공급하는 방법에서도 동일한 문제가 발생하는 것으로 알려져 있다. 현장에서 사용되는 유제화된 윤활제의 농도는 일반적 으로 중량비로 물을 100으로 할 때 윤활유가 약 0.5 내지 1.0이다. 이 범위는 미끄럼 방지 및 윤활 효과가 공존하는 범위를 나타낸다. 그러나, 농도는 윤활제 배관 시스템 내의 먼지, 노즐 막힘, 그리고 온도 및 습도 변화에 의한 윤활유 점성도의 작은 차이로 인해 계속 변화된다. 결국 윤활 효과의 변화가 발생하는 문제도 인식된다.

이런 문제를 해결하기 위해 윤활유가 미립자로 입상화되어 물을 사용하지 않고 비연소 가스를 이용하여 롤로 분무되는 특허 문헌 제7호에 개시된 방법(이하, 가스 분무 방법)이 사용되는 경우, 아주 간단한 배관 시스템을 구비한 공급 장치가 형성됨으로써 많은 상술한 문제들을 해결하고 (예컨대 점성도의 계절적 변화 또는 습도 변화와 같은) 외부의 가변 인자에 대한 확고한 내성을 제공할 수 있다. 그러나, 본 방법에서는, 윤활유 자체가 대략 800 내지 1,200 ℃로 가열되는 강재에 인접한 롤에 직접 공급됨으로써 윤활유의 물리적 특성과 사용 환경에 따라 어떤 경우에는 화재가 발생할 수 있다. 특히, 고염기성 알칼리 토금속 페네이트, 고염기성 알칼리 토금속 카르복실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 살리실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 술포네이트 등 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상이 첨가된 윤활유는 이들이 첨가되지 않은 윤활유보다 점성도가 높음으로 해서, 윤활유가 특허 문헌 제7호에 개시된 방식으로 공급되는 경우 롤 이외의 압연기 설비 위로 비산되거나 침착됨으로써 침착물이 연소되어 화재를 일으키는 문제를 야기한다.

특허 문헌 제1호

일본 특허 출원 공개 제(평)05-306397

특허 문헌 제2호

일본 특허 출원 공개 제(평)08-188789

특허 문헌 제3호

일본 특허 출원 공개 제(평)06-234989

특허 문헌 제4호

일본 특허 출원 공개 제(평)11-279656

특허 문헌 제5호

일본 특허 출원 공개 제(평)11-279657

특허 문헌 제6호

일본 특허 출원 공개 제(평)11-293345

특허 문헌 제7호

일본 특허 출원 공개 제2003-94104

특허 문헌 제8호

일본 특허 제06079660호

특허 문헌 제9호

일본 특허 제07003279호

비특허 문헌 제1호

일본 철강 협회 "판재 압연의 이론과 실무" 제218면

본 발명의 목적은 고염기성 알칼리 토금속 페네이트, 고염기성 알칼리 토금속 카르복실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 살리실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 술포네이트 등 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상이 첨가된 윤활유가 가스 분무 방법에 의해 공급될 때 화재를 전혀 일으키지 않는 안전하고 안정적인 윤활식 열간 압연 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 발명자들은 상술한 문제를 해결하기 위한 실험을 수행한 결과, (1) 윤활유의 평균 미립자 크기는 1 ㎜보다 작게 제조되고, (2) 미립자 형태의 윤활유와 동시에 분무되는 비연소 가스(예컨대 공기, 헬륨, 질소, 아르곤 등)의 유량은 2,000 ㎤/min 이상이고, (3) 가스의 분무 속도는 1 m/sec 이상이고, (4) 최대 윤활 공급량은 롤 표면적 1 ㎥당 20 ㎤ 이하가 되는 조건에 따라 비교적 점성도가 높은 상술한 고염기성 알칼리 토금속 화합물이 혼합된 윤활유가 가스 분무 방법에 의해 공급되더라도 화염이 발생하는 것을 방지하면서도 안전하고 안정적인 윤활식 열간 압연 방법을 수행할 수 있음을 발견하였다.

윤활유에 의해 발생되는 화염을 방지하기 위해, 예컨대 노즐로부터 분무되는 윤활유가 롤 이외의 영역으로 비산되는 것이 가능한 방지되어야 하며 노즐로부터 분무되는 100 %의 윤활유는 롤 표면에 부착되어야 한다. 이는 롤 표면에 부착되는 윤활유가 롤 바이트 내로 안내될 때 대기 가스가 차단됨으로써 윤활유가 화염을 일으키지 않고 윤활 효과를 생성하는 동안 탄화되기 때문이다. 롤 바이트는 롤이 피압연 재료와 집적 접촉하는 두 롤 사이의 유격 내의 영역을 나타낸다. 그러나, 실제 상황에서, 노즐로부터 분무되는 윤활유가 100 % 모두 롤 표면에 부착되는 것이 불가능하며, 윤활유의 일부는 윤활유의 공급 방법 또는 조건 외에 사용 환경과 같은 외적 요소 때문에 롤 주변에 마련되는 압연기의 부수 설비, 예컨대 롤 냉각수용 물 건조 와이퍼, 롤-초크(chock), 압연기의 하우징 내부, 안내부, 테이블 롤러 등에 부착된다. 롤 주변의 설비에 부착되는 윤활유는 윤활 공급 시간이 증가함에 따라 침착되고, 판재 경로로 낙하 또는 침착되거나 압연 중에 있는 열간 압연 판재로 낙하해서 화염을 일으키는 기름때를 형성할 수 있다. 또한, 압연되는 강재의 표면으로부터 흑피와 같은 고온 물질이 박피되어 압연기의 부수 설비에 부착되거나 침적된 윤활유에 도달해서 화염을 생성하여 불을 일으킨다. 그러나, 일반적으로, 롤에는 대량의 롤 냉각수가 공급됨으로써 물 방울이 압연기 둘레의 설비로 산포된다. 따라서, 발생한 화염이 어느 정도 작은 경우, 이로 인한 화재는 확산되지 않고 진화된다. 또한, 유제화된 윤활제가 사용될 때, 물이 윤활유와 동시에 분무됨으로써 윤활유의 농도가 70 % 이상이 되지 않는 한 화재의 염려는 없게 된다. 한편, 윤활유가 가스 분무 방법에 의해 공급되는 경우, 이와 같은 효과는 기대할 수 없게 됨으로써 몇 종류의 수단이 필요하게 된다.

상술한 내용에서 화재 요인에 비추어 보아, 화재를 방지하기 위한 요점은, 롤 표면에 노즐로부터 분무되는 윤활유를 가능한 많이 부착시키고, 윤활유가 롤 이외의 설비에 부착되더라도 발화를 용이하게 일으키지 않는 수단을 취하고, 윤활유가 롤에 도착하는 동안 노즐로부터 분무되는 윤활유가 발화되지 않도록 하는 것이다. 가스 분무 공급 방법에서 이들 요점을 실현하기 위한 조건은, (1) 윤활유의 평균 미립자 크기가 1 ㎜보다 작게 되고, (2) 미립자 형태의 윤활유와 동시에 분무되는 비연소 가스(예컨대 공기, 헬륨, 질소, 아르곤 등)의 유량이 2,000 ㎤/min 이상으로 되고, (3) 가스의 분무 속도가 1 m/sec 이상이 되고, (4) 윤활제 최대 공급량이 롤 표면적 1 ㎡당 20 ㎤ 이하로 되는 것이다.

윤활유 액적의 중량을 가볍게 하면 노즐로부터 분무되는 윤활유의 대부분은 비연소 가스의 공기 유동에 의해 롤에 도달하기 때문에 윤활유는 1 ㎜ 보다 작은 크기의 미립자로 입상화된다. 미립자의 크기가 1 ㎜ 보다 큰 윤활유가 분무되는 경우, 윤활유, 특히 윤활 노즐로부터 상부 롤에 분무되는 윤활유는 강재에 쉽게 낙하할 수 있게 되고, 강재의 열에 의해 발화되어 강재의 모서리부에 인접하여 마련되는 설비의 표면에 부착된 오일로부터 화염을 일으키기 쉽게 된다. 미립자의 크기가 1 ㎜ 보다 작은 경우 사실상 어떠한 윤활유도 노즐로부터 낙하하지 않으며, 발화되더라도 그 크기가 너무 작아 즉시 태워져서 다른 부분으로 확산되지 않는다. 한편, 평균 입자 크기가 5 ㎜보다 큰 경우, 롤에 부착된 윤활유는 그 자체의 무게 때문에 쉽게 낙하할 수 있게 된다. 또한, 롤에 부착된 윤활유는 롤 바이트로 안내되기 전에 롤의 길이 방향으로 확산되는 경향이 있으며, 그 많은 부분은 판재 경로가 아닌 롤의 표면을 따라 연장되어 낙하함으로써 발화 가능성은 높아 진다. 윤활유를 미립자로 입상화하는 방법은 임의의 방법일 수 있다. 예컨대, 이 방법은 분무 방법이거나 하나의 그물망으로 통과되어 미립자가 되는 방법일 수 있다. 또한, 윤활유를 미립자로 입상화 또는 분무화하여 공급하는 것은 분무 방식으로 소량을 공급할 수 있도록 한다. 윤활유를 0.05 ㎜ 내지 1 ㎜ 보다 작은 크기로 입상화 또는 분무화하여 윤활유를 공급하는 것이 바람직하다.

높은 가스 유량은 윤활유의 미립자 둘레에 비연소 가스 차폐층을 형성함으로써 분무된 윤활유가 롤에 부착되기 전에는 발화가 쉽게 발생하지 않기 때문에 윤활유와 동시에 분무되는 비연소 가스의 유량은 2,000 ㎤/min 이상으로 설정된다. 또한, 분무된 윤활유가 롤 둘레에 많아 지더라도, 대량 공급되는 비연소 가스는 롤 표면의 둘레 및 그 주변에 가스 유동을 생성함으로써 롤에 인접해서 발생하는 화염을 불어서 끄는 효과가 있다. 2,000 ㎤/min 보다 작은 비연소 가스의 유량은 이런 효과를 달성하기에 불충분하다. 한편, 비연소 가스가 1,000 ㎤/min 이상으로 분무되지 않는다면, 롤 표면 위에 존재하는 일반적으로 예상되는 양의 수막을 제거하고 롤에 윤활유를 부착하기가 어렵다.

비연소 가스의 유동 속도를 1 m/sec 이상으로 만듦으로써 노즐로부터 분무되는 윤활유의 속도는 높아 지고 윤활유가 노즐로부터 분무되어 롤에 도달하는 시간은 단축된다. 이는 분무되는 윤활유가 롤 표면 이외의 다른 곳으로 산포되는 것을 방지하는 효과를 실질적으로 개선한다. 유동 속도를 1 m/sec 보다 작게 하면서 유량을 증가시키면 롤 이외의 다른 곳으로의 미립자 형태의 윤활유 산포를 그 만큼 더 촉진한다. 유량 및 유동 속도 모두가 적절히 설정되지 않는 경우, 윤활유가 롤 표면 이외의 설비로 산포되어 그 위에 침착되는 현상이 빈번히 일어나기 쉽게 된다. 또한, 가스 유동 속도가 높을수록 롤 근처에서 발화되는 화염을 불어서 끄는 효과는 그 만큼 더 개선된다. 가스 유량과 가스 유동 속도를 높게 하는 것 모두는 화염 생성을 방지하고 발생 화염의 진화에 아주 효과적이며 본 발명의 중요한 요소를 형성한다.

윤활유 최대 공급량이 롤 표면적 1 ㎡당 20 ㎤을 초과하는 경우, 윤활 효과는 개선되지만 공급이 과도하게 되며, 일부 경우에는 판재 경로로부터 흘러나와 롤의 압연에 의한 원심력으로 인해 롤로부터 송풍되어 롤 주변의 설비 상으로 산포되어 침착된다. 이는 화재의 원인이 됨으로써 화재가 발생할 가능성이 높아진다. 윤활유의 양이 20 ㎤ 이하일 때, 롤로부터 분무되는 대부분의 윤활유는 롤 바이트로 안내되어 롤과 강재 사이의 마찰에 의해 소모됨으로써, 윤활유가 화재의 원인으로 되지 않는다. 또한, 윤활유의 양이 1 ㎡당 0.01 ㎤이면 물림 미끄럼이 방지될 수 있다. 또한, 윤활유의 공급량이 롤 표면적 1 ㎡당 30 ㎤ 보다 크면, 어떠한 압연 조건에서도 압연 미끄럼이 발생하며, 따라서 공급량은 이 체적보다 작아야 한다. 물론, 롤 표면적 1 ㎡당 30 ㎤을 초과하여 공급되는 양은 화재의 원인이 되며 열간 압연을 안정적으로 수행하는 것이 불가능하다. 바람직하게는 공급될 윤활유의 양이 롤 표면적 1 ㎡당 0.1 내지 15 ㎤의 범위에 있는 상태에서 작업이 수행되는 경우, 윤활도, 경제적 효율성 및 안전성의 관점에서 효과적이다.

본 발명에 따르면, 윤활식 압연을 수행하기 위해 고염기성 알칼리 토금속 페네이트, 고염기성 알칼리 토금속 카르복실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 살리실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 술포네이트 등 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상이 첨가된 윤활유가 가스 분무 방법에 의해 공급될때, 물림 미끄럼, 압연 미끄럼 등을 야기하지 않으면서도 종래의 윤활 공급 방법과 동일 수준 이상의 윤활 효과가 얻어질 수 있으며 동시에 안전하고 안정적인 윤활식 압연이 화재를 일으키지 않고 수행될 수 있다.

도 1은 윤활유 공급량과 윤활유에 의한 미끄럼 발생 한계 수준 및 화재 발생 범위의 상관 관계를 도시하는 그래프이다.

도 2는 윤활유에 의한 화재 발생 범위와 비연소 가스의 유량 사이의 상관 관례를 도시하는 그래프이다.

도 3은 윤활유에 의한 화재 발생 범위와 비연소 가스의 유동 속도 사이의 상관 관례를 도시하는 그래프이다.

도 4는 윤활유에 의한 화재 발생 범위와 윤활유의 미립자의 평균 크기 사이의 상관 관례를 도시하는 그래프이다.

이하, 본 발명에 따르는 윤활식 열간 압연의 실시예들을 설명하기로 한다.

염기도가 300 mgKOH/g인 15 체적%의 칼슘 술포네이트를 함유하고 40 ℃에서 170 cSt의 점성도를 갖는 윤활유가 마련된다. 윤활유 공급 노즐로서 공기 분무 노즐이 사용되며, 윤활유 및 비연소 가스는 이들 모두가 공통의 노즐로부터 분무되는 방식으로 롤에 공급된다. 물론, 윤활유와 비연소 가스는 별도의 노즐로부터 분무되는 방식으로 공급될 수 있다. 강재가 특정 압연기 내로 물려들어가기 전에, 윤활유는 비연소 가스인 질소가 2,200 ㎤/min의 가스 유량과 2.5 m/sec의 가스 유동 속도를 갖고 윤활유의 미립자의 평균 크기가 0.8 ㎜인 조건 하에서 노즐마다 롤 표면적 1 ㎡당 0.7 ㎤ 이하의 윤활유 공급량으로 가스 분무 방법에 의해 롤에 분무된다. 피압연 강재가 압연기 내로 물려들어간 후, 질소는 3,000 ㎤/min의 유량과 3 m/sec의 유동 속도로 분무되며, 상술한 윤활유는 미립자의 크기가 계속 동일한 상 태로 가스 분무 방법에 의해 롤로 계속 공급된다. 압연 속도의 변화에 따라, 압연은 분무 방식으로 공급되는 윤활유의 양을 롤 표면적 1 ㎡당 0.01 ㎤ 내지 20 ㎤가 되도록 조절함으로써 수행된다. 다만, 윤활유의 공급량이 롤 표면적 1 ㎡당 0.01 ㎤ 내지 20 ㎤이라면, 제어가 이런 범위에 있도록 수행된다는 가정에 기초할 때, 압연은 압연 부하 및 마찰 계수가 일정하게 유지되는 방식으로 조절이 이루어지는 동안 수행될 수 있다. 윤활유의 공급량이 압연 속도 증가에 따라 증가되지 않는 경우, 윤활유는 모자라게 됨으로써 기대하는 윤활 효과가 얻어질 수 없다. 또한, 윤활유의 공급량이 롤 표면적 1 ㎡당 20 ㎤를 초과하는 경우, 화재 발생과 같은 문제가 발생함으로써 윤활유의 공급량은 롤 표면적 1 ㎡당 0.01 ㎤ 내지 20 ㎤ 사이의 범위에서 유지되어야 한다. 그 후, 강재가 압연기를 통과하기 직전까지 윤활 공급은 계속된다. 강재가 압연기를 완전히 통과하면, 피압연 강재의 길이가 롤 원주 길이의 대략 다섯 배가 될때 윤활유의 공급량은 바람직하게는 롤 표면적 1 ㎡당 1 ㎤ 이하로 설정된다. 이렇게 함으로써, (통과하는) 후속 강재의 물림 작업이 원활하게 되고 물림 미끄럼이 발생하지 않게 된다.

-제1 실시예-

본 발명의 발명자들은 열간 압연 마찰 시험기를 사용함으로써 본 발명에 따라 롤의 흑피 생성 제어 효과와 실험 동안 발화 현상이 발생하는지 여부를 조사하였다.

<실험 조건>

실험편: HSS 롤 재료로 제조되고 직경 80 ㎜ 폭 10 ㎜

대응편: S45C 재료로 제조되고 직경 165 ㎜ 폭 15 ㎜

하중: 30 ㎏f

실험편의 회전 속도: 176 m/min

대응편의 회전 속도: 185 m/min

실험편의 마찰면 온도: 650 ℃

대응편의 마찰면 온도: 880 ℃

윤활유:

(a) 염기도가 300 mgKOH/g인 15 체적%의 칼슘 술포네이트가 광유(mineral)에 혼합되고 40 ℃에서 110 cSt의 점성도를 갖는 윤활유

(b) 15 체적%의 유체유(colza oil)가 광유에 혼합되고 40 ℃에서 112 cSt의 점성도를 갖는 윤활유(비교를 위해 마련됨)

공급 방법:

(i) 가스 분무 방법

공급량은 대략 3 ㎤/㎡였으며 사용된 가스는 질소였다. 가스 유량은 1,000 ㎤/min과 2,500 ㎤/min의 두 수준이었으며, 윤활유의 평균 미립자 크기는 대략 200 미크론이었다. 유동 속도는 3 m/sec였다.

(ii) 0.8 % 유제로서 공급되었다(윤활유 성분은 3.2 ㎤/㎡로 공급되었다).

압연 마찰 기간: 10 분

<실험 결과>

윤활유 "(a)" 및 공급 방법 "(i)" (1,000 ㎤/min의 유량) → 흑점의 두께: 2 ㎛ 이하, 실험편 일부에서 발화 발생.

윤활유 "(a)" 및 공급 방법 "(i)" (2,500 ㎤/min의 유량) → 흑점의 두께: 2 ㎛ 이하, 발화 발생 안됨.

윤활유 "(a)" 및 공급 방법 "(ii)" → 흑점의 두께: 약 3 ㎛, 발화 현상 발생 안됨.

윤활유 "(b)" 및 공급 방법 "(i)" (1,000 ㎤/min의 유량) → 흑점의 두께: 약 8 ㎛, 발화 현상 발생.

윤활유 "(b)" 및 공급 방법 "(i)" (2,500 ㎤/min의 유량) → 흑점의 두께: 약 8 ㎛, 발화 현상 발생 안됨.

윤활유 "(b)" 및 공급 방법 "(ii)" → 흑점의 두께: 약 9 ㎛ 이하, 발화 현상 발생 안됨.

본 발명에 따르는 윤활식 압연 방법이 사용되는 경우, HSS 롤 재료로 제조되는 실험편의 표면 상에 형성되는 흑점의 두께는 2 ㎛ 이하였고, 실험 동안 실험편 또는 윤활제 공급부 주변에는 화염이 발생하지 않았다. 그러나, 동일한 가스 분무 공급 방법에서, 대응편 강재의 일부 상의 윤활유 침착에 의한 발화 현상이 관찰되었다.. 이는 비연소 가스에 의한 차폐 효과 및 송풍 제거 효과가 충분하지 않았기 때문에 발생하는 것으로 이해된다. 동일한 윤활유가 종래의 물 분무 방법에 의해 도포될 때 흑점의 두께는 대략 3 ㎛이기 때문에, 종래의 방법과 동일한 수준 이상의 윤활 효과가 본 발명에 의해 얻어질 수 있음이 증명되며 윤활유가 직접 공급될 때 화재가 발생하지 않는 조건이 형성될 수 있음이 확인되었다.

-제2 실시예-

본 발명의 발명자는 윤활유 공급 조건이 변경될 때 윤활 성능의 대표적인 지시자로서 작용하는 마찰 계수의 저하 효과를 실험하기 위해 2Hi 압연기[2-하이 밀(2-high mill)]를 사용하였으며, 동시에 압연 실험에 의해 발화 발생의 한계 조건을 실험하였다. 본 실험에서, 네 종류의 공급 조건에 대한 본 발명에 따르는 기본 조건이 제공되었으며, 이에 기초하면 마찰 계수의 저하 효과와 발화 현상의 발생은 네 종류의 조건 중 각각의 조건을 개별적으로 변경하여 조사되었다.

<실험 조건>

롤: 직경 400 ㎜, HSS 롤, 롤 길이 100 ㎜

피압연 재료: 0.02 % 탄소강, 두께 1 ㎜ × 폭 50 ㎜ × 길이 1000 m (코일)

가열 온도: 1,000 ℃ (질소 대기)

압연 속도: 50 m/min

롤 간극: 연신비로서 20 % 내지 40 %

윤활유: 염기도가 300 mgKOH/g인 25 체적%의 칼슘 술포네이트가 광유에 혼합되고 40 ℃에서 110 cSt의 점성도를 갖는 윤활유

공급 조건: 분무 노즐에 의한 공급. 질소가 비연소 가스로서 사용됨.

(a) 공급량: 0.05 내지 30 ㎤/㎡(기본 조건: 2.5 ㎤/㎡)

(b) 가스 유량: 200 ㎤/min 내지 10,000 ㎤/min(기본 조건: 3,000 ㎤/min)

(c) 유동 속도: 0.2 m/sec 내지 10 m/sec(기본 조건: 2 m/sec)

(d) 윤활유의 미립자의 평균 크기: 0.02 ㎜ 내지 3 ㎜(기본 조건: 0.8 ㎜)

<실험 결과>

조건 "(b)", "(c)" 및 "(d)"는 각각의 기본 조건과 동일한 상태에서 공급 조건 "(a)"를 변경하여 압연 실험이 수행되었다. 도 1은 윤활유의 공급량이 변경될 때 실험 동안의 마찰 계수 저하 효과 및 발화 현상 발생 범위를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공급량이 20 ㎤/㎡를 초과할 때 공급 윤활유의 발화가 관찰되었지만, 본 발명의 조건 범위 내에서는 윤활유가 열간 압연 동안 공급되면서 압연됨으로써 공급된 윤활유는 발화되지 않았으며 압연은 미끄럼을 발생시키지 않고 수행되었다. 30 ㎤/㎡ 이상의 공급량은 압연 미끄럼을 발생시키며, 이 경우 압연은 수행될 수 없었다. 또한, 종래에 얻어진 수준과 적어도 동일한 효과 이상의 윤활 효과가 얻어질 수 있었음이 확인되었다.

나머지 공급 조건을 그 각각의 기본 조건과 동일하게 하면서 공급 조건 "(b)"에서의 가스 유량을 변경하여 대략 20분 동안 연속적인 열간 압연이 수행되었다. 도 2는 비연소 가스(본 실험에서 질소 가스)의 공급량이 변경될 때 실험 동안의 마찰 계수 저하 효과 및 발화 현상 발생 범위를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 1,000 ㎤/min 이상의 가스 유량에서 윤활 효과가 발현되었지만, 가스 유량이 2,000 ㎤/min 보다 작은 경우 발화 현상을 발생시켰다. 따라서, 윤활유의 발화를 방지하면서 윤활 효과를 얻기 위해 유량은 2,000 ㎤/min 이상으로 설정되어야 한다. 또한, 종래에 얻어진 수준과 적어도 동일한 효과 이상의 윤활 효과가 얻어질 수 있었음이 확인되었다.

나머지 공급 조건을 그 각각의 기본 조건과 동일하게 하면서 공급 조건 "(c)"에서의 가스 유동 속도를 변경하여 열간 압연이 수행되었다. 도 3은 가스 유동 속도가 변경될 때 실험 동안의 마찰 계수 저하 효과 및 발화 현상 발생 범위를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 유동 속도가 1 m/sec 보다 작을 때, 윤활식 압연 동안에는 윤활유의 발화 현상이 빈번하게 관찰되었다. 그러나, 가스 유동 속도를 1 m/sec 이상으로 설정하여 공급하는 경우 윤활유를 발화시키지 않고도 윤활식 압연을 수행할 수 있었다. 또한, 종래에 얻어진 수준과 적어도 동일한 효과 이상의 윤활 효과가 얻어질 수 있었음이 확인되었다.

공급 조건 "(d)"에서의 윤활유의 미립자의 평균 크기를 변경하여 열간 압연이 수행되었다. 도 4는 윤활유의 평균 미립자 크기가 변경되었을 때 실험 동안의 마찰 계수 저하 효과 및 발화 현상 발생 범위를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 평균 미립자 크기가 1 ㎜ 이상이었을 때, 간헐적인 발화가 윤활식 압연 동안 관찰되었다. 그러나, 평균 미립자 크기가 1 ㎜보다 작게 제조될 때, 윤활식 압연을 수행하는 동안 어떠한 발화 현상도 관찰되지 않았다. 또한, 종래에 얻어진 수준과 적어도 동일한 효과 이상의 윤활 효과가 얻어질 수 있었음이 확인되었다.

본 발명에 따르면, 윤활식 압연을 수행하기 위해 고염기성 알칼리 토금속 페네이트, 고염기성 알칼리 토금속 카르복실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 살리실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 술포네이트 등 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상이 첨가된 윤활유가 가스 분무 방법에 의해 공급될때, 물림 미끄럼, 압연 미끄럼 등을 발생시키지 않는다. 또한, 종래의 윤활 공급 방법과 동일 수준 이상의 윤활 효과가 얻어질 수 있다. 또한, 안전하고 안정적인 윤활식 압연이 화재를 일으키지 않고 수행될 수 있다.

Claims (2)

1. 염기도가 40 mgKOH/g 이상인 고염기성 알칼리 토금속 페네이트, 고염기성 알칼리 토금속 카르복실레이트, 고염기성 알칼리 토금속 살리실레이트 또는 고염기성 알칼리 토금속 술포네이트 중에서 한 종류 또는 두 종류 이상을 함유하고 40 ℃에서 800 cSt 이하의 점성도를 갖는 윤활유를 사용하는 윤활식 열간 압연 방법에 있어서,

   피압연 재료가 두 개의 롤 사이로 공급될 때, 상기 윤활유가 1 ㎜ 이하의 평균 크기를 갖는 미립자로 입상화 또는 분무화된 후, 상기 롤의 표면적 1 ㎡당 0.01 ㎤ 이상 내지 20 ㎤ 이하인 상태로 하나의 윤활 노즐에 대한 유량이 2,000 ㎤/min 이상이고 유동 속도가 1 m/sec 이상인 비연소 가스를 사용하여 상기 롤에 상기 윤활유를 공급하는 단계를 포함하는 윤활식 열간 압연 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 윤활유 공급 단계는 상기 피압연 재료가 상기 두 개의 롤 사이에 물리기 전에 시작되며, 상기 윤활유의 공급량은 상기 롤의 표면적 1 ㎡당 1 ㎥ 이하인 윤활식 열간 압연 방법.

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