KR20110075263A - Method for extending the life of ceramic roller - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 세라믹 롤의 수명 연장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for extending the life of a ceramic roll.
최근 들어 고성능 자동차용 강판 제조를 하기 위하여 자동차 강판 가공 업체에서는 Hot Press Forming(HPF) 공정을 채택하는 업체들이 많아지고 있다. Recently, in order to manufacture high-performance automotive steel sheets, automobile steel sheet processing companies are adopting a hot press forming (HPF) process.
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 알루미나계질의 세라믹 롤러를 주로 채용한다.The HPF process adopts a heat treatment process that heats the steel sheet to a certain temperature as a preliminary step for processing the steel sheet at a high temperature. The heat treatment process mainly adopts the roller-heath kiln (RHK) method, which is highly thermally efficient while maintaining continuity of work. have. The rollers used for conveying the steel plate in the RHK line are made of metal or ceramic materials. However, since the RHK temperature is 900 ℃ or higher, the rollers made of ceramic materials are more stable than the metal materials. have. Ceramic rollers adopted by RHK line can be made of various materials, but in general, in terms of cost and thermal shock stability, mullite materials having a relative density of 88-92% and silicon carbide or dense molten alumina Mainly adopt ceramic roller.
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. In the HPF process, the steel sheet is preliminarily heated to a high temperature of 900 ° C. or higher, so that surface oxidation occurs at a high temperature on a general steel surface, and Fe-based oxide remains on the surface of the steel sheet. There is a risk of damaging the surface of the press mold when subjected to subsequent pressing processes. Therefore, in the case of the RHK line, a lot of efforts are made to maintain the atmosphere in the RHK without oxidation to prevent oxidation of the steel sheet conveyed for heat treatment, but complete surface oxidation prevention is difficult. Therefore, in order to prevent oxidation of the steel sheet surface more actively, a steel sheet having an Al-Si-based plating layer is often adopted as a material for processing. In the case of Al-Si plated steel sheet, it forms a liquid phase during the RHK process and protects the surface of the steel sheet from oxidation while forming a liquid phase. As a steel sheet for automobile, it has the advantage of guaranteeing long-term weather resistance. Recently, many Al-Si plated steel sheet is adopted as the automotive steel sheet material for HPF.
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 정 상적인 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.However, Al-Si-based plated steel sheet having such advantages has a low melting point Al-Si layer plated on the surface of the steel sheet during the initial high temperature heating in the RHK heat treatment process, and the liquid phase is present on the surface of the steel sheet. At this time, the Al-Si-based liquid generated in contact with the ceramic roller which is responsible for the transfer of the steel sheet reacts with and partially adheres to the surface of the ceramic roller. At this time, the pores of the roller surface lead to physical adsorption. The adhered Al-Si-based liquid compound adheres strongly to the surface of the ceramic roller and does not easily fall off, and as the operation continues, the amount of adhesion gradually increases, which hinders the normal transfer of the steel sheet, and as a result, prevents efficient RHK operation. Done. In the field, the operation must be stopped from time to time in order to remove Al-Si compound stuck on the surface of these ceramic rollers. Such frequent stoppages result in repeated heating and lowering of the furnace body, adding thermal fatigue to the ceramic rollers. In addition, the removal process of artificial ceramic roller surface deposits such as mechanical polishing causes stress concentration inside the ceramic roller, which causes synergy and thermal shock fatigue accumulated in the roller, thereby facilitating roller breakage, resulting in shortening of roller life and small roller replacement. This results in deterioration of productivity.
본 발명은 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a method for extending the life of the ceramic roll.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 롤의 수명 연장 방법은, 수용성 알루미나계 코팅액을 제조하는 단계, 상기 수용성 알루미나계 코팅액을 세라믹 롤에 코팅하는 단계, 상기 코팅된 세라믹 롤을 건조하는 단계 및 상기 건조된 세라믹 롤을 저온에서 소성하는 단계를 포함할 수 있다.Method for extending the life of the ceramic roll according to an embodiment of the present invention, preparing a water-soluble alumina-based coating liquid, coating the water-soluble alumina-based coating liquid on a ceramic roll, drying the coated ceramic roll and the drying Firing the ceramic roll at a low temperature.
상기 수용성 알루미나계 코팅액은 알루미나계 분말, 물 및 염산을 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 물의 함량은 상기 알루미나계 분말에 대하여 60wt% 이상 90wt% 이하일 수 있다. 한편, 상기 알루미나계 분말의 평균 입도는 10㎚ 이상 40㎚ 이하일 수 있다. 상기 수용성 알루미나계 코팅액의 pH는 3 이상 7 이하일 수 있다.The water-soluble alumina-based coating solution may be prepared by mixing alumina-based powder, water and hydrochloric acid. The water content may be 60 wt% or more and 90 wt% or less with respect to the alumina powder. Meanwhile, the average particle size of the alumina powder may be 10 nm or more and 40 nm or less. PH of the water-soluble alumina-based coating solution may be 3 or more and 7 or less.
상기 소성하는 단계에서 소성 온도는 800℃ 이상일 수 있다.In the firing step, the firing temperature may be 800 ° C. or higher.
본 발명의 일 실시예는 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a method for extending the life of a ceramic roll.
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.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described an embodiment of the present invention in detail so that those skilled in the art can easily carry out. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted in the drawings, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 나타내는 개략적인 공정도이다.1 is a schematic process diagram illustrating a method of extending the life of a ceramic roll according to an embodiment of the present invention.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 롤의 수명 연장 방법은, 수용성 알루미나계 코팅액을 제조하는 단계(S110), 상기 수용성 알루미나계 코팅액을 세라믹 롤에 코팅하는 단계(S120), 상기 코팅된 세라믹 롤을 건조하는 단계(S130) 및 상기 건조된 세라믹 롤을 저온에서 소성하는 단계(S140)를 포함한다.Referring to Figure 1, the method for extending the life of the ceramic roll according to an embodiment of the present invention, the step of preparing a water-soluble alumina-based coating liquid (S110), coating the water-soluble alumina-based coating liquid on a ceramic roll (S120), Drying the coated ceramic roll (S130) and firing the dried ceramic roll at a low temperature (S140).
수용성 알루미나계 코팅액을 제조하는 단계(Preparing a water-soluble alumina coating solution ( S110S110 ))
수용성 알루미나계 코팅액은 알루미나계 분말(AlO(OH)), 물 및 염산을 혼합하여 제조된다. 알루미나계 분말에 물을 첨가하고 교반기를 이용하여 일정 시간 동안 분산시켜 준다.The water-soluble alumina-based coating solution is prepared by mixing alumina-based powder (AlO (OH)), water and hydrochloric acid. Water is added to the alumina powder and dispersed using a stirrer for a predetermined time.
알루미나계 분말의 평균 입도는 10㎚ 이상 40㎚ 이하이고 바람직하게는 20㎚ 이상 30㎚ 이하일 수 있다. 물의 함량은 알루미나계 분말에 대하여 60wt% 이상 90wt% 이하일 수 있다.The average particle size of the alumina powder is 10 nm or more and 40 nm or less, and preferably 20 nm or more and 30 nm or less. The water content may be 60 wt% or more and 90 wt% or less with respect to the alumina powder.
물의 함량이 60wt% 미만이면 분산이 제대로 되지 않아 균일한 코팅층을 얻기 어렵다. 반면, 물의 함량이 90wt%를 초과하면 코팅의 효율이 떨어진다.If the water content is less than 60wt%, it is difficult to obtain a uniform coating layer due to poor dispersion. On the other hand, if the water content exceeds 90wt%, the coating efficiency is lowered.
수용성 알루미나계 코팅액의 분산 안정성을 높이기 위해 염산(HCl)을 첨가한다. 최종적인 pH는 3 이상 7 이하일 수 있다.Hydrochloric acid (HCl) is added to increase the dispersion stability of the water-soluble alumina-based coating solution. Final pH may be 3 or more and 7 or less.
수용성 알루미나계 코팅액을 세라믹 롤에 코팅하는 단계(Coating a water-soluble alumina coating solution on a ceramic roll ( S120S120 ))
분산 안정화된 수용성 알루미나계 코팅액을 세라믹 롤 위에 붓이나 스프레이로 코팅한다. 이 경우 함침법을 사용할 수도 있다.The dispersion stabilized water-soluble alumina coating liquid is coated on a ceramic roll with a brush or a spray. In this case, impregnation may be used.
세라믹 롤을 건조하는 단계(Drying the ceramic roll ( S130S130 ))
코팅된 세라믹 롤을 상온에서 24시간 이상 건조한다.The coated ceramic roll is dried at room temperature for at least 24 hours.
세라믹 롤을 Ceramic rolls 소성하는Plastic 단계( step( S140S140 ))
건조된 세라믹 롤을 소성 온도 800℃ 이상에서 소성하여 수분을 완전히 제거한다. 이 경우 알루미나계 코팅층에 존재하는 OH기는 완전히 제거되고 고온에서 안정한 Al2O3가 생성된다.The dried ceramic roll is fired at a firing temperature of 800 ° C. or higher to completely remove moisture. In this case, the OH groups present in the alumina-based coating layer are completely removed and stable Al 2 O 3 is produced at high temperature.
코팅이 완료된 세라믹 롤의 표면 공극은 미립의 알루미나계 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.The surface pores of the coated ceramic roll are filled with fine alumina particles. As a result, the surface of the ceramic roll becomes smooth. Such a smooth surface of the ceramic roll prevents the penetration of the Al-Si-based melt at the high temperature to prevent the deposition of the Al-Si-based melt. As a result, the lifespan of the coated ceramic rolls according to the embodiment of the present invention can be extended and the operating productivity can be increased.
실험예Experimental Example
평균 입도가 약 30㎚인 알루미나계 분말 1000g을 칭량하고 이 분말에 물 8000g을 첨가하여 회전식 교반기를 이용하여 1시간 이상 교반하였다. 교반된 알루미나계 분산물에 진한 염산을 10g 첨가하고 다시 30분 이상 교반하여 줌으로써 미립의 알루미나계 분말이 물에 균일하게 분산된 수용성 알루미나계 코팅액을 얻을 수 있었다. 1000 g of alumina powder having an average particle size of about 30 nm was weighed, and 8000 g of water was added to the powder, followed by stirring for 1 hour or more using a rotary stirrer. 10 g of concentrated hydrochloric acid was added to the stirred alumina dispersion and stirred for 30 minutes or more to obtain a water-soluble alumina coating liquid in which fine alumina powder was uniformly dispersed in water.
이 수용성 알루미나계 코팅액을 붓이나 스프레이를 이용하여 세라믹 롤에 도포하였다. 코팅된 세라믹 롤러를 상온에서 2일 이상 건조한 후 다시 110℃ 정도로 승온하여 1시간 이상 유지하였다.This water-soluble alumina coating liquid was applied to a ceramic roll using a brush or a spray. The coated ceramic roller was dried at room temperature for 2 days or more, and then heated to about 110 ° C. and maintained for 1 hour or more.
완전히 건조된 세라믹 롤을 RHK에 장입하여 약 800℃에서 5시간 이상 열처리하여 수분을 완전히 제거하는 한편 견고한 Al2O3 코팅층이 형성되게 하였다.A fully dried ceramic roll was charged to RHK and heat treated at about 800 ° C. for at least 5 hours to completely remove moisture while forming a firm Al 2 O 3 coating layer.
열처리가 완료된 세라믹 롤러을 RHK 작업 온도까지 승온시켜 정상적인 조업을 진행했다. 세라믹 롤을 코팅하지 않았을 때에 비하여 Al-Si계 용융물의 점착량이 30% 이상 40% 이하만큼 저감되었다. After the heat treatment of the ceramic roller was raised to the RHK working temperature, normal operation was performed. Compared with the case where the ceramic roll was not coated, the adhesion amount of the Al-Si melt was reduced by 30% or more and 40% or less.
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.Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the present invention.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 롤의 수명 연장 방법을 나타내는 개략적인 공정도이다.1 is a schematic process diagram illustrating a method of extending the life of a ceramic roll according to an embodiment of the present invention.
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