KR20110122324A - 부스바의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광폭 부스바의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 대규모설비에 의존하지 않고도 300mm 이상의 초광폭 부스바의 생산이 가능하도록 하는데 있다.
상기 부스바의 제조방법은,
압연하기 용이하도록 판형으로 슬래브(Slab)로 주조하는 멜팅공정과;
상기 멜팅공정에서 주조된 슬래브를 압연이 용이하도록 가열하는 1차 가열공정과, 상기 1차 가열공정에서 가열된 상태의 슬래브를 압연하는 열간압연공정과;
상기 열간압연공정을 거친 슬래브 표면에 상기 1차 가열공정중 생성된 산화피막을 상, 하 방향으로 적어도 하나 이상 배치된 철브러시 롤러로 제거하는 표면처리공정과;
상기 표면처리공정에서 표면에 생성된 산화피막을 제거한 슬래브를 냉각된 상태에서 압연하는 1차 냉간압연공정과;
상기 냉간압연공정에서 2차로 압연된 슬래브를 한번 더 가열하는 2차 가열공정과;
상기 2차 가열공정에서 가열된 슬래브를 소망하는 두께가 형성되도록 한번 더 압연하는 2차 냉간압연공정과;
상기 2차 냉간압연공정에서 소망하는 두께로 압연된 스래브를 소망하는 너비로 절단하는 슬리팅공정과;
상기 슬리팅공정에서 소망하는 너비로 슬리팅된 슬래브를 인발다이스를 통과시켜 단면형상을 갖추도록 성형하는 인발공정과;
상기 인발공정을 통해 소망하는 단면을 갖춰 완성된 부스바의 비틀림과 굽힘변형을 교정하는 교정공정과;
상기 교정공정에서 교정된 부스바를 소망하는 길이로 절단하는 절단공정으로 이루어진다.
이에 따라, 고가의 설비를 투자하지 않고도 300mm이상의 광폭 부스바 생산이 가능한 제조방법을 널리 공급하였으며, 부스바 표면을 청결한 상태로 만들도록 하되, 환경오염과 작업자가 위험에 노출되지 않는 안전한 작업방법을 제공한 이점이 있다.

Description

부스바의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF A BUS BAR}

본 발명은 부스바에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 압출공정을 통해서는 생산할 수 없는 300mm 이상의 너비와 최소 5mm 두께의 광폭 부스바를 제조할 수 있는 부스바의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 부스바(BB)는 동대(銅帶)라고도 하며, 주로 변전실 내부의 큐비클 내부로 오가며, 연결되는 부위에 많이 설치하기도 하고, 도 1에 도시한 바와 같이, 부스덕트(BD)(Bus Duct) 내부에 다수열 설치하여 대용량의 전류를 이동시키는 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기한 부스바(BB)의 제조방법은, 용해공정(YH)과 가열공정(HT)과 압출공정(PC)과 표면처리공정(ST)과 인발공정(SS)과 교정공정(RP), 절단공정(CT)으로 대별된다.

용해공정(YH)은 동 원료를 용해하여 원기둥형태의 빌렛(BL)을 만들기 위한 공정으로서, 후술하는 압출공정(PC)에서 실린더(CY)와 피스톤(PT)에 의해 압출되기 용이하도록 하기 위해 원통형으로 제조하는 것이다.

가열공정(HT)은 이와 같은, 빌렛(BL)을 후속 공정인 압출공정(PC)에서 압출이 용이하도록 800~900℃의 온도로 가열하여 소성이 용이하도록 한다.

이와 같이, 가열된 빌렛(BL)은 압출공정(PC)에서 압출기(PM)의 실린더(CY)와 피스톤(PT)에 의해 압출되며, 판형의 부스바(BB) 형태를 갖춘다.

이와 같이, 판형태로 압출된 부스바(BB)는 표면처리공정(ST)으로 이동한다.

표면처리공정(ST)에서는 도시하지는 않았으나, 판형으로 압출된 부스바(BB) 표면을 세척하는 공정으로서, 상기한 공정인 가열공정(HT)과 압출공정(PC)시 생성된 표면의 산화피막을 제거하기 위해 부스바(BB)를 묽은 황산에 담근 뒤, 걸레로 세척하는 것이다.

이와 같이, 표면처리공정(ST)을 마친 부스바(BB)를 인발공정(SS)의 인발 다이스(DS)를 통과시켜 네 모서리를 라운드 처리한 부스바(BB)가 완성된다.

이와 같은 부스바(BB)는 교정공정(RP)의 교정기(RM)에 의해 비틀림(Bent)과 굽음(Camber) 변형을 교정하고, 절단공정(CT)에서 절단기(CM)에 의해 소망하는 길이로 절단하여 출하하는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 부스바(BB)는 대전류를 이동시킬 때, 많은 열이 발생하는데, 그 열을 냉각시키기 위해서는 단면적이 큰, 다시 말해서, 가급적 두께는 얇고 폭,즉 너비는 넓은 광폭의 부스바가 요구되고 있으나, 현재 국내 압출공정으로 생산할 수 있는 넓이는 압출기 용량의 한계로 220mm를 넘을 수 없는 문제가 있었다.

물론, 압출로 불가능한 것은 아니지만, 그만한 광폭 부스바를 생산하기 위해서는 대략 5,000톤 이상의 압출기에 의해 생산이 가능하지만, 부스바의 수요에 비해서 압출기가 너무 고가장비라 실질적으로 효용가치가 없다.

또한, 상기한 바와 같이, 표면처리공정에서 부스바 세척을 위해 사용하는 묽은 황산에 의해 환경이 오염되며, 작업자들도 위험에 노출되는 문제가 있었다.

나아가, 일일히 세척하는 과정에서 생산성이 떨어지고, 표면도 청결한 상태를 유지할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고가의 설비를 투자하지 않고도, 광폭 부스바의 생산이 가능한 제조방법을 널리 공급하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 부스바 표면을 청결한 상태로 만들도록 하되, 환경오염과 작업자가 위험에 노출되지 않는 안전한 작업방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 부스바 제조 생산성을 향상시키는데 있다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명은, 부스바의 제조방법에 관한 것으로,

상기 부스바의 제조방법은;

압연하기 용이하도록 판형으로 슬래브(Slab)로 주조하는 멜팅공정과;

상기 멜팅공정에서 주조된 슬래브를 압연이 용이하도록 가열하는 1차 가열공정과;

상기 1차 가열공정에서 가열된 상태의 슬래브를 압연하는 열간압연공정과;

상기 열간압연공정을 거친 슬래브 표면에 상기 1차 가열공정중 생성된 산화피막을 제거하는 표면처리공정과;

상기 표면처리공정에서 표면에 생성된 산화피막을 제거한 슬래브를 냉각된 상태에서 압연하는 1차 냉간압연공정과;

상기 냉간압연공정에서 2차로 압연된 슬래브를 한번 더 가열하는 2차 가열공정과;

상기 2차 가열공정에서 가열된 슬래브를 소망하는 두께가 형성되도록 한번 더 압연하는 2차 냉간압연공정과;

상기 2차 냉간압연공정에서 소망하는 두께로 압연된 스래브를 소망하는 너비로 절단하는 슬리팅공정과;

상기 슬리팅공정에서 소망하는 너비로 슬리팅된 슬래브를 인발다이스를 통과시켜 단면형상을 갖추도록 성형하는 인발공정과;

상기 인발공정을 통해 소망하는 단면을 갖춰 완성된 부스바의 비틀림과 굽힘변형을 교정하는 교정공정과;

상기 교정공정에서 교정된 부스바를 소망하는 길이로 절단하는 절단공정으로 이루어진다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고가의 설비를 투자하지 않고도 두께는 최소 5mm 정도로 얇고, 너비는 300mm이상의 광폭 부스바 생산이 가능한 제조방법을 널리 공급한 효과가 있다.

또한, 부스바 표면을 청결하게 하되, 환경오염과 작업자가 위험에 노출되지 않는 안전한 작업방법을 제공한 효과가 있다.

또한, 부스바 제조 생산성을 향상시킴과 동시에, 그 표면을 청결한 상태로 유지할 수 있도록 한 효과가 있다.

도 1은 다수의 부스바가 배치된 부스덕트 단면을 보인 도면이고,
도 2는 종래 부스바의 생산공정을 그림으로 보인 공정블럭도이고,
도 3은 본 발명에 따른 부스바의 생산공정을 그림으로 보인 공정블럭도이고,
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 부스바의 규격과 기계적 강도를 보인 시험성적서들이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광폭 부스바의 제조방법(10)(이하, "제조방법"이라 칭한다.)은 멜팅공정(100)과 1차 가열공정(200)과 열간압연공정(300)과 표면처리공정(400)과 1차 냉간압연공정(500)과 2차 가열공정(600)과 2차 냉간압연공정(700)과 슬리팅공정(800)과 인발공정(900)과 교정공정(950)과 절단공정(990)으로 대별된다.

멜팅공정(100)은 후술하는 압연공정을 위한 판형 원재료인 슬래브(Slab)를 주조하는 공정으로서, 두께 140mm x 너비 600mm x 길이 2,500mm의 규격으로 제조한다.(상기한 두께와 너비와 길이는 더 크거나 더 작은 규격으로 제조할 수 있으나, 이하, 본 발명의 상세한 설명에서는 상기한 규격을 토대로 실시한 일실시예이다.)

상기한 바와 같은 규격으로 제조된 슬래브(SL)는 1차 가열공정(200)에서 1차로 가열을 한다.

이 1차 가열공정(200)은 후술할 공정인 압연공정에서 냉간상태로 두께 140mm의 슬래브(SL)를 두께 15mm 정도로 압연을 하게되면, 동재질의 금속조직이 파괴되어 크랙(Crack)이 발생하는 것을 막고, 금속조직의 변화없이 소성변형이 가능하도록 가열해 주는 것이다.

이와 같이, 가열해 주면 변형과 동시에 회복, 재결정을 일으켜 금속 내부에 존재하던, 전위가 급속하게 줄어들게 되면서 연화된다.

이는 금속의 유연성을 지속적으로 유지할 수 있기 때문에 연속적으로 변형을 많이 시켜도 크랙이 발생하지 않아 가공성이 좋아진다.

이와 같은, 1차 가열공정(200)은 상기한 슬래브(SL)를 400~900℃의 온도로 30분에서 1시간 정도 일반 열처리로(210)에서 가열한다.

이와 같이, 1차로 가열된 슬래브(SL)는 열간압연공정(300)을 통해 140mm의 두께를 15mm 정도의 두께로 압연한다.

이와 같이, 압연하는 과정에서, 슬래브(SL)는 압연동력이 작아도 안정된 범위 내에서 한 번에 많은 양의 변형이 가능하도록 할 수 있음으로, 가공시간을 단축시킬 수 있어, 슬래브(SL)의 두께가 140mm에서 15mm로 줄어드는 대신 최초 슬래브 상태에서 2,500mm였던 길이가 길이방향 23,000mm로 늘어나며 압연이 이루어진다.

이와 같이, 1차 가열공정(200)을 마친 최초의 슬래브(SL)를 열간압연공정(300)에서 압연 시, 가열 온도와 롤 압력 및 롤 속도가 같은 경우, 10~15% 압하율, 12~14회 정도의 압연 횟수에 의해 압연되며, 상기한 바와 같은 슬래브(SL)의 형상변화가 일어난다.

이와 같이, 많은 횟수의 압연이 필요한 이유는, 도시하지 않은 압연기의 압연용량 한계로 압연 후, 슬래브(SL)가 원하는 두께에 못 미치는 경우와, 슬래브(SL)의 표면 상태를 확인하며 작업하고, 무리한 작업으로 슬래브(SL)의 표면 결함 및 크랙 발생을 방지하기 위한 것이다.

한편, 상기한 열간압연공정(300)에서의 압연롤러(310)는 베어링 강구(鋼球)용으로 사용되는 베어링강(SUJ24)으로서, 보통 탄소와 크로뮴의 양이 많은 고탄소-고크로뮴강이 사용되며, 780∼850℃에서 담금질, 140∼160℃로 뜨임 처리하여 HR 62∼65의 경도를 갖는 특수강이다.

상기한 바와 같은 강도를 갖춘 압연롤러(310)는 1차 가열공정(200)에서 가열된 슬래브(SL)를 압연해도 재질이 변형되지 않는다.

이와 같이, 1차로 열간압연된 슬래브(SL)는 다음 공정인 표면처리공정(400)으로 이동한다.

표면처리공정(400)은 상술한 1차 가열공정(200)에서 가열시, 표면에 형성된 산화피막을 제거 하는 공정으로서, 상, 하 방향으로 적어도 하나 이상 배치된 다수의 철브러쉬 롤러(410)에 의해 표면세척작업이 이루어진다.

이와 같은 표면세척작업은 금속재료, 즉, 본 발명에 따른 슬래브(SL) 표면상에 이종 재질을 전기적, 물리적, 화학적 처리방법 등을 통해 보호표면을 생성시킴으로서, 소지금속의 방청, 외관미화, 내마모성, 전기절연, 전기전도성 부여 등의 폭넓은 목적으로 사용되고 있다.

따라서, 종래와 같이, 황산액에 잠입하여 작업하던 작업환경보다 한결 쾌적한 분위기에서 작업이 이루어진다.

이와 같이, 표면처리공정(400)에서 상, 하 표면의 산화피막이 제거된 슬래브(SL)는 1차 냉간압연공정(500)에서 추가로 압연된다.

1차 냉간압연공정(500)에서는 상술한 열간압연공정(300)에서 15mm로 압연된 슬래브(SL)를 8mm 두께로 압연하며 길이는 43,000mm, 즉 43M로 늘어난다.

이때, 상술한 1차 가열공정(200)에서 가열된 슬래브(SL)는 열간압연공정(300)을 거친 후이기 때문에 1차 냉간압연공정(500)에서 냉간상태로 압연을 하면 가공경화에 의한 전위 밀도는 증가하고, 열간압연공정(300)을 거치면서 재결정에 의해 연화된 유연성을 가진 상태가 유지되기 때문에 크랙이 발생하지 않는다.

나아가, 일반적인 금속의 기계적 특성인 경도, 인장강도, 항복점 등은 증가하는 가공경화가 발생하며, 연율 및 단면수축률은 감소하는등, 기계적 강도에 지대한 영향을 준다.

이와 같이, 1차 냉간압연공정(500)에서 2차로 압연된 슬래브(SL)는 도시하지 않은 코일링머신(미도시)에 의해 코일링되어, 2차 가열공정(600)으로 이동한다.

2차 가열공정(600)은 상기한 슬래브(SL)를 후술하는 2차 냉간압연공정(700)에서 압연할 때, 가공경화에 의한 가공성 저하와 크랙(Crack) 발생의 원인을 제거하기 위해 풀림열처리(Annealing)하는 공정이다.

또한, 이 2차 가열공정(600)은 진공열처리로(610)에서 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유로는 슬래브(SL) 표면의 산화반응을 방지할 수 있으며, 표면에서 모재의 원소가 이탈되는 것을 방지(탈탄방지) 효과와 열처리 도중 이동이 없어서 재료의 변형이 적고 안전조업이 가능하여, 표면처리공정(400)을 재실시를 하지 않아도 되기 때문이다.

이 2차 가열공정(600)의 작업조건은 500℃의 온도에서 적어도 4시간 이내의 온도로 가열한다.

상기한 바와 같이, 2차 가열공정(600)에서 열처리가 완료된 슬래브(SL)는 도시하지 않은 언코일러(Uncoiler)에 의해 코일링이 풀리며, 2차 냉간압연공정(700)을 실시한다.

2차 냉간압연공정(700)에서는 상기한 1차 냉간압연공정(500)에서 8mm 두께로 압연된 슬래브(SL)를 최소 5mm의 두께로 재차 압연하는데, 이 과정에서 길이는 55,000mm 이상으로 늘어난다.

이와 같이, 2차로 냉간압연하는 과정에서도 상술한 2차 가열공정(600)에서 풀림 열처리(Annealing)된 슬래브(SL) 내부는 잔류응력이 제거됨으로서 금속의 조직상 결함은 감소되고, 적절한 크기의 결정립을 형성시켜, 원하는 강도와 연성을 가지는 재료로 크랙이 발생하지 않고 소망하는 두께로 압연이 이루어진다.

또한, 2차 냉간압연공정(700)은 마감 개념으로 제품의 균질성이 좋고 표면의 조직이 치밀해지고 깨끗한 표면 및 정확한 치수를 얻을 수 있다.

이와 같이, 5mm 정도의 소망하는 두께로 압연된 슬래브(SL)는 슬리팅공정(800)에서 250mm 또는 300mm 너비로 슬리팅되며, 부스바(1) 형태를 갖추게 된다.(이하, 슬래브(SL)로 표기했던 명칭을 부스바(1)로 표기한다.)

상기한 슬리팅공정(800)에서 부스바(1)의 너비를 얼마든지 용이하게 조절하여 가공이 가능하며, 소망하는 너비로 가공된 부스바(1)는 인발공정(900)에서 인발다이스(910)를 통과하며 부스바(1)의 단면형상을 갖추게 된다.

인발공정(900)에서 단면형태를 갖춘 부스바(1)는 교정공정(950)의 교정기(951)에서 좌, 우 뒤틀림(Bent)과 상, 하 구부러짐(Camber)을 교정한다.

이와 같이, 교정공정(950)을 거친 부스바(1)는 절단공정(990)을 통해 소망하는 길이로 절단되며, 그 절단된 부스바(1)는 제품으로 출하된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법(10)을 통해 제조된 부스바(1)는 하기 표 1에 나타난 바와 같이, 개발목표를 거의 충족시켰음을 도 4 내지 도 7을 통해 알 수 있다.(도 4 내지 도 7의 시험성적서상에서 굵은 선 내의 수치 참조.)

평가항목	단위	개발목표	개발결과		평가자료
1.두께편차	mm	+0.13	6+0.1	6+0.1	도 4참조
2.너비	mm	+1%	240+0.2 (+0.8%)	240+0.2 (+0.8%)	도 4참조
3.길이	mm	+15	2400+3	2400+2	도 4참조
4.굽음	mm	2m에대하여 3.5mm이하	2	2	도 4참조
5.가장자리모양	mm	1.2~1.6	1.2	1.2	도 4참조
6.인장강도	MPa	245~315	304		도 5참조
7.연신율	%	15 이상	21		도 5참조
8.굽힌시험		90˚	균열발생없음		도 6참조
9.도전율	% IACS	98이상	99.6%		도 5참조
10.성분	WT(%)	99.90이상	99.97%		도 7참조

도 4 내지 도 7을 참조하면, 각 평가항목의 번호대로 표시한 바와 같이, 개발목표에 부합하는 개발결과를 나타내고 있음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 제조방법(10)으로 제조된 부스바(1)는 1, 2차 가열공정(200)(600)을 통해 풀림열처리(Annealing)됨으로서, 열간압연공정(300)과 1, 2차 냉간압연공정(500)(700)을 거치는 과정에서도 균열(Crack)이 거의 발생하지 않고 상기한 조건을 모두 만족시켰다.

나아가, 상기한 열처리공정을 통해 균열등의 조직결함이 발생하지 않는 치밀한 금속조직을 유지함으로서 부스바(1)로서의 높은 전기 도전율(도 5 또는 표 1의 9번 항목)을 갖는 300mm이상의 초 광폭 부스바(1)의 생산이 가능하다.

더 나아가, 고가의 설비를 투자하지 않고도 생산성 높은 250mm이상의 광폭 부스바 생산이 가능한 제조방법(10)을 널리 공급하였으며, 부스바 표면을 청결한 상태로 만들도록 하되, 환경오염과 작업자가 위험에 노출되지 않는 안전한 작업방법을 제공하였다.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위내에 있게 된다.

1;부스바 10;부스바 제조방법
100;멜팅공정 200;1차 가열공정
300;열간압연공정 400;표면처리공정
500;1차 냉간압연공정 600;2차 가열공정
700;2차 냉간압연공정 800;슬리팅공정
900;인발공정 950;교정공정
990;절단공정

Claims (4)

1. 부스바의 제조방법에 관한 것으로,
   상기 부스바의 제조방법은;
   압연하기 용이하도록 판형으로 슬래브로 주조하는 멜팅공정과;
   상기 멜팅공정에서 주조된 슬래브를 압연이 용이하도록 가열하는 1차 가열공정과;
   상기 1차 가열공정에서 가열된 상태의 슬래브를 압연하는 열간압연공정과;
   상기 열간압연공정을 거친 슬래브 표면에 상기 1차 가열공정중 생성된 산화피막을 상, 하 방향으로 적어도 하나 이상 배치된 철브러시 롤러로 제거하는 표면처리공정과;
   상기 표면처리공정에서 표면에 생성된 산화피막을 제거한 슬래브를 냉각된 상태에서 압연하는 1차 냉간압연공정과;
   상기 냉간압연공정에서 2차로 압연된 슬래브를 한번 더 가열하는 2차 가열공정과;
   상기 2차 가열공정에서 가열된 슬래브를 소망하는 두께가 형성되도록 한번 더 압연하는 2차 냉간압연공정과;
   상기 2차 냉간압연공정에서 소망하는 두께로 압연된 스래브를 소망하는 너비로 절단하는 슬리팅공정과;
   상기 슬리팅공정에서 소망하는 너비로 슬리팅된 슬래브를 인발다이스를 통과시켜 단면형상을 갖추도록 성형하는 인발공정과;
   상기 인발공정을 통해 소망하는 단면을 갖춰 완성된 부스바의 비틀림과 굽힘변형을 교정하는 교정공정과;
   상기 교정공정에서 교정된 부스바를 소망하는 길이로 절단하는 절단공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광폭 부스바의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 1차 가열공정은;
   상기 슬래브를 800~900℃의 온도로 30분에서 1시간 정도 일반 열처리로에서 가열하는 것을 특징으로 하는 광폭 부스바의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 2차 가열공정은;
   진공열처리로에서 500℃의 온도로 적어도 4시간 이내의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 광폭 부스바의 제조방법.
4. 상기 제 1항의 제조방법으로 제조된 부스 바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 부스바의 제조방법.

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