KR20160012994A

KR20160012994A - 열간 금속 압연에서의 타겟팅된 윤활을 위한 제조 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20160012994A
Application number: KR1020157029600A
Authority: KR
Inventors: 크르시쵸프 리차드 야누츠키에비츠
Original assignee: 노벨리스 인크.
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2016-02-03
Also published as: BR112015018406A2; WO2014151731A1; US20140260476A1; ES2639741T3; CN105339101A; EP2969278A1; JP2016512174A; EP2969278B1

Abstract

타겟팅된 윤활을 이용한 열간 압연의 압연 밀 장치 및 방법이 본원에 제공된다. 다수의 롤 스택(A, B, C)을 갖는 압연 밀 장치는 배관 시스템을 통해 냉각 노즐(24) 및 윤활 노즐(25)과 유체 연통된 냉각 유체 펌프(10) 및 윤활제 펌프(20)를 포함할 수도 있다. 배관 시스템은, 윤활제 펌프(20)가 냉각 유체와 혼합되는 순수 윤활제를 도입하여 하나 이상의 윤활 노즐(25)을 통해 선택 롤 스택(A, B, C)으로 배출하기 위한 루스 윤활제 에멀젼으로서의 윤활 유체를 형성하도록 구성될 수도 있는 한편, 하나 이상의 냉각 노즐(24)은 추가 윤활제 없이 냉각 유체를 배출하다. 윤활 노즐(25)은 윤활제 에멀젼의 바이트 롤로의 배출을 타켓팅하는 것을 목표로 할 수도 있다. 본 발명에 따라 타겟팅된 윤활을 제공하기 위한 밀 헤더(24)에 대한 변경도 또한 제공된다.

Description

열간 금속 압연에서의 타겟팅된 윤활을 위한 제조 방법 및 장치{MANUFACTURING METHODS AND APPARATUS FOR TARGETED LUBRICATION IN HOT METAL ROLLING}

본 출원은 2013년 3월 15일에 출원된 미국 특허 가출원 일련번호 제 61/798,769호의 혜택을 주장하며, 이는 그 전체가 참조로써 본원에 통합된다.

본 발명은 시트 금속을 열간 압연하기 위한 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열간 압연된 알루미늄과 같은 압연된 시트 금속의 표면 품질을 향상시키기 위한 개선된 윤활(lubrication)을 갖는 제조 방법 및 장치를 제공한다.

하나의 양태에서, 본 발명은 압연된 시트 금속의 표면 품질 및 생산 효율을 향상시키기 위한 개선된 타겟팅된 윤활(targeted lubrication)을 갖는 제조 방법 및 압연 밀 장치를 제공한다. 본 발명은 특히 롤러의 다수 스탠드를 갖는 압연 밀에서의 알루미늄의 열간 압연에 유용하다.

소정의 양태에 따르면, 본 발명은 윤활제, 종종 빈 유화된(poorly-emulsified) 윤활제를, 바람직하게 롤 닙 또는 바이트측으로 지향하는, 롤러로의 배출을 위한 하나 이상의 윤활 노즐(예를 들어, 바이트 노즐)에 전달하는 것을 제공한다. 하나의 양태에서, 빈 유화된 윤활제는 단지 특정 밀 스탠드, 롤 또는 헤더로만 전달된다. 소정의 실시형태에서, 빈 유화된 윤활제는 상이한 양 또는 조성으로 상이한 밀 롤 스택, 롤 또는 헤더로 전달될 수도 있다. 이러한 타겟팅된 윤활은 필요에 따라 특정 밀 스탠드에서 윤활의 개선된 제어(예를 들어, 증가 또는 감소된 마찰)를 허용한다. 일반적으로, 추가 윤활제 또는 윤활제 성분의 전달율은, 메이크-업(make-up) 윤활제의 매일의 추가율을 초과하지 않도록 해야 한다. 빈 유화된 윤활제를 이용한 타겟팅된 윤활은 압연된 알루미늄의 표면 품질을 급속하게 개선할 수 있고, 압연 공정 동안의 윤활의 일관성을 개선할 수 있다. 이러한 특징은 또한, 일부 밀 스탠드에서의 미끄러짐(skidding)에 의해 생성되는 인장 문제 또는 알루미늄과 상부 대 저부 작업 롤 사이의 차등 마찰을 제어하기 위해 필요에 따라, 작업 롤과 알루미늄 스트립 표면 사이의 마찰을 감소 또는 증가시킴으로써 여러 다른 밀 제어 문제를 극복하기 위해 이용될 수도 있다.

도 1은 종래의 압연 밀의 개략도를 도시한다.
도 2a - 도 2b는 본 발명의 소정의 양태에 따른 알루미늄 열간 압연 텐덤 밀의 개략도를 도시한다.
도 3은 종래의 헤더(도면(I),(II)에 도시) 및 본 발명의 양태에 따라 변경된 헤더(도면(III)에 도시)를 도시한다.
도 4는 본 발명의 양태에 따른 추가 바이트 스프레이 헤더를 갖는 텐덤 밀을 도시한다.
도 5는 열간 압연 동안 오일막 두께에 대한 상이한 유화제 농도를 갖는 윤활제의 효과를 그래픽으로 예시한다.
도 6은 열간 압연 동안 오일막 두께에 대한 상이한 오일-물 농도 에멀젼을 갖는 윤활제의 효과를 그래픽으로 예시한다.
도 7은 에멀젼의 형태로 사용되는 윤활제를 이용하는 열간 압연 하중을, 물이 없는 순수한 형태(neat form)의 동일한 윤활제에 대한 압연 하중과 그래픽으로 비교한다.

본 발명의 실시형태는, 본원에 기재된 바와 같이, 열간 압연 금속을 위한 압연 밀에 관한 것으로, 특히 다수의 롤 스택 스탠드를 갖는 압연 밀을 이용한 알루미늄의 열간 압연 및 금속을 압연하기 위한 방법에 관한 것이다.

고온 스트립 밀에서의 금속, 예컨대 알루미늄의 압연은 일종의 주지된 금속 성형 공정이다. 압연 금속 성형 공정에서, 금속 스톡은 롤 스택으로 알려져 있는 한 쌍의 롤을 통해 반송되고, 코일로 롤링되거나 또는 시트로 절단된다. 압연 공정의 타입은 압연되는 금속의 온도에 따라 분류된다. 금속 온도가 압연 동안 그 재결정화 온도를 초과하는 경우, 공정은 열간 압연으로 칭해지고; 온도가 재결정화 온도 미만으로 유지된다면, 공정은 냉간 압연으로 지칭된다. 통상적으로, 금속은 다수 롤 스탠드 또는 롤의 스택을 통해 압연되는데, 금속의 시트가 각 스택을 통과함에 따라 두께가 감소하고, 그리고 평활한 마무리 표면을 형성한다. 상이한 스택은 공정에 의존하여 상이한 구성 또는 동작 조건 또는 가해진 압력을 가질 수도 있다.

도 1은 3개의 롤 스택, 스택 A, 스택 B 및 스택 C 를 갖는 종래의 압연 밀을 도시하며, 이 롤 스택을 통해 금속의 시트(1)가 열간 압연 금속 성형 공정에서 두께가 감소된다. 압연 동안 인입되는 금속 온도, 금속의 마찰 및 변형이 각 스택의 롤에서 상당한 열을 생성하기 때문에, 밀은 냉각 유체, 예컨대 물, 아니면 보다 자주는 수중의 윤활용 오일 에멀젼을 롤 상에 배출하여 금속 성형 공정 동안 열을 전달하고 롤의 과열을 방지하는 냉각 시스템을 포함한다. 통상적으로, 냉각 시스템은 냉각 시스템의 여러 배출 노즐을 통해서 동일한 냉각 유체를 펌핑하는 냉각제 펌프(10)를 포함한다. 냉각 시스템은 롤 냉각제 헤더들(23)을 포함하며, 각각의 헤더(23)는 냉각 유체를 한 쌍의 롤의 업스트림 측에서 롤 표면 상에 배출하는, 롤 스택의 인렛측으로 향해 있는 2 또는 3열의 노즐(24)을 포함한다. 일부 압연 밀은 또한, 각각의 롤 스택의 금속 출구측에서의 롤을 겨냥하는 냉각제 노즐을 가질 수도 있다.

일관된 레벨의 마찰을 제공하기 위해서는, 비교적 낮은 농도의 윤활제를 갖는 수중 윤활제 에멀젼이 냉각 유체로서 사용되며, 이 냉각 유체는 이후 냉각 시스템의 모든 노즐을 통하여 배출된다. 유화된 윤활제는 압연 동안 롤의 표면 상에 윤활제의 박층을 제공한다. 물 및 윤활제는 통상적으로 혼합되지 않기 때문에, 분리를 방지하고 냉각수와 함께 전달되는 윤활제의 일관된 양을 보장하기 위해서, 유화제가 유화를 형성하도록 사용되어 냉각수 내의 윤활제의 보다 균일한 분산 보장한다. 이러한 종래 기술의 하나의 단점은 소정의 조제물이 바람직할 수 있는 것보다 많은 유화제를 필요로 할 수도 있다는 것이며, 그 이유는 유화제의 존재가 윤활제의 전체 효과성을 감소시킬 수도 있고 또한 비용을 증가시킬 수도 있기 때문이다. 또 다른 단점은, 특정한 롤러 스택 및 압연된 제품에 대한 필요에 따라서 윤활제의 농도를 변경하는 능력이 제한된 상태로, 모든 냉각 노즐로부터 윤활제 에멀젼이 배출된다는 것이다. 더욱이, 고온 밀 냉각제의 통상적인 유지관리는, 냉각제가 오염되어짐에 따라서 사용중인 냉각제의 부분 제거(dumping)를 요구한다. 이것은 윤활제가 냉각 유체 중의 그 농도에 비례하여 폐기되는 것을 초래한다.

필요 이상으로 많은 윤활제를 투입하는 것을 피하기 위해서, 비교적 낮은 레벨의 유화된 윤활제를 갖는 냉각 유체가 일반적으로 사용된다. 이러한 기술을 이용하는 경우라도, 마찰 변화는 여전히 일어날 수도 있으며, 이는 부적절한 마찰에 의한 금속에 대한 작업 롤의 미끄러짐 또는 과도한 마찰에 의한 과도한 압연 하중 및/또는 압연된 금속의 불량한 표면 품질로 이어진다. 많은 종래 시스템에서, 일단 과도한 마찰 또는 곤란함이 관찰되면, 추가량의 윤활제(예를 들어, 오일, 합성 오일 등)가, 모든 냉각제 헤더 및 노즐을 통한 배출, 보통 "주싱(juicing)"으로 알려져 있는 공정을 위해 때때로 유화제 없이 공통의 밀 공급 냉각제 라인으로 주입된다. 이것은, 추가 윤활이 소망되는 스택 롤러에서, 그리고 각각의 다른 롤러 스택에서 윤활층을 증가시켜 마찰을 감소시킴으로써 일시적으로 문제를 해결한다. 윤활제는 냉각 시스템 전반에서 냉각 유체로 통합되기 때문에, 냉각제에서의 윤활제의 바람직한 농도의 초과를 회피하기 위해서는, 이 방식으로의 윤활제의 추가는 일반적으로 단지 제한된 지속기간 동안 또는 매우 낮은 "주싱 레이트"로 행해질 수 있다. 예를 들어, 표 1의 실험 결과에 나타낸 바와 같이, 15분에 걸친 냉각제 공급 펌프의 석션 측에서의 330 갤론의 주싱 윤활제(Juicing Lubricant)(JL = 종종 유화제 없는 열간 압연 조성물)의 추가는 단지 약 6.25 % 초과의 오일을 루스(loose) 오일 액적의 형태로 밀로 유동하는 냉각 유체 내부로 도입한다. 이러한 직접적인 윤활 효과는 10-15 분 지속하며, 이것은 2 개의 시트 금속 코일을 압연하는 것과 동일한 시간이다. 주스 윤활제 펌핑 레이트가 보다 커짐에 따라, 밀로 흐르는 윤활제 양의 더 큰 증가가 생성될 수 있으며, 예를 들어, 10분에 거쳐 9.1% 초과의 윤활제를 추가한다.

냉각제 유량 [GPM]	5,712
오일 농도 [%]	8
오일 유량 [GPM]	457
SJ 총 체적 [Gal]	330
추가/유효 시간 [min]	15	10
SJ 유량 [GPM]	22	33
SJ 로서의 오일의 부분 [%]	6.25	9.1

표 1: 열간 밀 냉각제 주싱동안의 상대적인 오일 농도 증가

상기를 고려하면, 종래 윤활 방법을 이용한 압연은 비용을 증가시키고 처리량을 감소시키며, 그리고 불충분한 윤활과 연관된 문제가 관찰되는 경우 일부 제품의 압연이 지연 및 조절되어야만 하기 때문에 압연 공정을 복잡하게 한다. 이러한 접근법은 또한 재가공(re-work) 또는 주요 냉각제 조성 조절을 요구할 수도 있다. 즉, 시트 금속의 열간 압연에서의 개선된 일관성 및 윤활에 대한 제어를 제공하고, 종래의 방법과 연관된 단점을 회피하며, 그리고 불필요하게 압연 공정과 연관된 비용 및 시간을 증가시키거나 또는 복잡하게 하지 않고 개선된 압연을 제공하는 압연 밀 장치 및 방법이 요구되고 있다. 부가하여, 이러한 방법 또는 장치가 종래 압연 밀의 변경 또는 보강(retrofit)으로서 통합될 수 있다면 더 바람직할 것이다.

하나의 양태에서, 본 발명은 열간 압연 장치의 선택 롤 스택 및/또는 바이트 스프레이 노즐의 타겟팅된 윤활을 허용하며, 이것은 상이한 롤 스택에서의 보다 일관된 윤활 및 윤활에 대한 제어를 허용한다. 본 발명의 실시형태에 의해 허용된 개선된 윤활은 개선된 표면 품질을 제공하고 처리량 및 제조 효율을 증가시킨다. 소정의 양태에서, 타겟팅된 윤활은 빈 유화된 윤활제(반드시 그런것은 아니지만, 가능하게는 적은 유화제 약제와 함께 또는 유화제 약제 없이)를 롤러 스택의 롤 닙(바이트 스프레이)측을 향해 있는 윤활 노즐로 전달하는 것을 포함하며, 특정 스택의 윤활 노즐은 헤더에 의해 피딩된다. 이들 양태에서, 추가 윤활제의 전달은 오로지 바이트 스프레이에만 그리고 특정 헤더에만 타겟팅되기 때문에, 전달된 윤활제의 총량은 현재의 "비타겟팅된" 주싱 실시하에서보다 더 낮다. 이것은 "타겟팅된 윤활" 또는 "주싱"이 오랜 시간 동안 사용될 수 있게 하며, 이로써 보다 다수의 코일의 표면 품질을 개선한다. 예를 들어, 양 노즐을 통한 330 GPM 바이트 스프레이 흐름에 의해, 동일한 330 갤론의 주싱 윤활제의 직접적인 효과는(냉각제에 원래 존재하는 오일과 관련하여 6.25% 의 추가 오일을 만드는 주입율을 가정하여) 188 분으로 연장될 수 있거나 또는 9.1% 의 추가 오일을 만드는 주입율에 의해 125 분으로 연장될 수 있다. 이러한 효과의 지속기간의 증가는, 캔 앤드 스톡(can-end stock; CES)코일 또는 보통 종래의 주싱 기술을 요구하는 다른 표면 민감성 합금의 개선된 압연 하루 생산량을 허용할 것이다.

상술된 양태에 따른 본 발명의 실시형태는 도 2a - 도 4 에 도시된다. 도 2a 는 스택 A 로의 윤활제의 타겟팅 및 제어된 전달을 제공하는 압연 밀을 나타낸다. 배관 시스템은 변경되어, 이전에 노즐(냉각제 및 바이트 스프레이)의 모든 열(bank)을 통해 동일한 냉각 유체를 배출한 작업 롤 냉각 배출 노즐이, 정적 혼합기에서 형성된 윤활제의 루스(loose) 에멀젼을 바이트 스프레이 노즐을 통해, 그리고 냉각 유체를 냉각제 노즐을 통해 배출하도록 구성되게 한다.

도 1에서의 것과 유사한 도 2a에서의 압연 밀 구성은 선택 롤러 스택으로의 윤활제의 타겟팅된 전달을 제공하도록 변경되었다. 압연 밀은 별도의 윤활 펌프(20) 및 냉각 유체 펌프(10)를 포함한다. 냉각 유체 펌프(10)는 배관 시스템을 통해 각 스택에 대한 헤더(23)의 노즐(24)의 냉각제 스프레이 세트와 유체 연통된다. 배관 시스템은, 원하는 경우 선택 스택에서의 배출을 위한 루스 에멀젼의 형성을 허용하는 선택 스택에서의 인라인(in-line) 혼합기(22)를 포함한다. 이 실시형태에서, 밀은 압연되는 금속(1)과 스택 A 의 롤의 바이트 측으로 바로 냉각제를 배출하는 한 세트의 바이트 윤활 노즐(25)을 스택 A의 입구에 갖도록 구성된다. 윤활 펌프(20)는, 인라인 정적 혼합기(21)를 포함하는 배관 시스템의 윤활 섹션을 통해 바이트 윤활 노즐(25)에 유체 연통된다. 윤활제 에멀젼을 냉각 유체의 공급 라인으로 도입하는 것보다는 오히려, 윤활제가 별도의 라인을 통해 윤활 섹션으로 도입되고, 인라인 혼합기(22)에서 냉각 유체와 혼합된다. 윤활제의 냉각제 흐름으로의 도입은 밸브(21)를 통해 선택적으로 제어된다. 윤활제는 냉각수와 혼합되어 루스 에멀젼을 형성하고, 이것은 냉각수와 통합 및 분리될 수 있는 상대적으로 큰 윤활제 액적을 포함하는 에멀젼이다. 루스 에멀젼은 이후 윤활 노즐을 통해 선택 롤 스택의 롤로 배출되고, 이 실시형태에서는 바이트 윤활 노즐(25)을 통해 롤 바이트로 배출된다. 즉, 윤활제를 인라인 정적 혼합물로 선택적으로 도입함으로써, 롤 바이트에서의 윤활은, 나머지 노즐을 통해 배출되는 냉각수의 조성 또는 흐름을 달리 변경하는 작업 없이 압연 공정 전체에 걸쳐서 용이하게 제어될 수 있다.

예시적인 압연 밀의 동작 모델에서, 시스템 설계는 150 psi의 동작 압력에서 330 GPM 바이트 스프레이 냉각제 유동 및 빈하게(poorly) 유화가능한 오일("주스 윤활제")의 3 GPM 까지의 주입을 상정한다. 이러한 작동 특성을 고려하면, 4" 직경 및 40" 길이의 정적 혼합기는 주입된 오일 및 냉각수의 충분한 통합을 허용하여 윤활 노즐을 통한 배출을 위한 루스 유화를 형성한다. 혼합기를 통한 냉각제 흐름의 산출된 선형 속도는 5.5 psi 압력 강하와 함께 8.3 ft/s 일 것이다. 비록 대부분의 블렌딩 애플리케이션에 대해서는 2-3 ft/s 유량이 충분할 것이나, 일반적으로, 1 ft/s 의 최소 유량이 정적 혼합기에서의 난류 흐름을 유지하기 위해서 제안된다. 일부 실시형태에서는, 7-8 ft/s 유량이 액체-액체 분산을 생성하기에 특히 적합할 수도 있다. 본 발명의 원리에 따라 다양한 사이즈 및 형상의 혼합기가 사용될 수도 있음을 알 수 있다. 비록, 특정 시스템 및 연관된 동작 특성에 따라서 여러 다른 펌프가 사용될 수도 있으나, 일반적으로, 170 psi 압력에서 분당 3 갤론의 윤활제 흐름을 전달할 수 있는 펌프(20)가 정적 혼합기 앞에서 순수 윤활제를 주입하기에 적합할 것이다. 윤활제 주입구 이전에, 밀 냉각제 스탠드 공급 스트림의 부분은 통상적인 6" 또는 8" 스탠드 냉각제 공급 라인으로부터 정적 혼합기 파이프(22)가 장착된 보다 작은 직경, 예컨대 4" 직경의 별도의 바이트 스프레이 공급 라인으로 분기된다. 주싱 윤활제는 순수 윤활제 탱크로부터 공급되고, 정적 혼합기의 바이트 스프레이 공급 라인 바로 업스트림에서 주입된다. 통상적으로, 이것은 적절한 압력 및 정확하게 제어된 유량을 갖는 특별하게 선택된 펌프를 이용한다. 윤활제는 정적 혼합기(22)에서 냉각제와 혼합된 다음, 바이트 스프레이 냉각제 스트림에 의해 헤더(23)로 반송되고, 바이트 스프레이 노즐(25)을 통해 배출된다.

다른 양태에서, 밀링 시스템은 압연 밀의 2개 이상의 롤러 스택 사이에서 윤활제의 타겟팅된 전달을 허용하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 시스템은 다수의 윤활제 펌프를 포함할 수도 있으며, 각각은 하나 이상의 스택에서 또는 상이한 롤러 스택에서 윤활 노즐과 유체 연통된다. 이러한 특징은 상이한 양 및/또는 종류의 윤활제를 하나 이상의 선택 스택으로 전달하는 것을 허용한다. 다른 실시형태에서, 시스템은 윤할제 펌프와 각 스택과 연관된 윤활 노즐 사이에 하나 이상의 추가 밸브를 포함하여, 하나 이상의 추가 밸브의 조절이 상이한 양/농도의 윤활제를 하나 이상의 스택으로, 상이한 스택으로 전달될 수 있게 하거나, 또는 필요에 따라 압연 공정 동안 가변될 수 있게 한다. 하나 이상의 밸브의 조절은, 다양한 동작 특성에 기초하여 사용자 입력 명령에 의해 또는 자동 제어 알고리즘에 의해 수행될 수도 있다.

도 2b는, 배관 시스템이 필요에 따라서 특정 롤 스택에서 선택적 윤활을 허여하도록 다수 스택에, 정적 혼합기(22)를 포함하는, 또 다른 실시형태를 나타낸다. 배관 시스템은 변경되어, 냉각 유체가 계속해서 냉각 노즐을 통해 배출되도록 하면서, 이전에 노즐(냉각제 및 바이트 스프레이)의 모든 열을 통해 동일한 냉각 유체를 배출한 작업 롤 냉각 배출 노즐이, 정적 혼합기(22)에서 형성된 윤활제의 루스 에멀젼을 각 스택에서 바이트 스프레이 노즐을 통해 배출하도록 구성된다. 밸브(21)의 사용에 의해, 주스 윤활제는 루스 에멀젼이 선택된 스택에서만의 배출을 위해 선택적으로 도입된다. 이것은, 추가 윤활이 압연 공정 동안 소정의 지점에서의 다운스트림 노즐의 롤 바이트에서 요구되는, 압연 절차동안 유용할 수도 있다. 부가하여, 각 스택에서의 윤활은, 특정 스택에서 관측되거나 또는 결정된 과도한 마찰 또는 미끄러짐에 응답하여 수동으로 또는 자동으로 용이하게 조절될 수 있다.

윤활제 전달이 타겟팅되기 때문에, 윤활제는 압연된 금속 표면 품질 및 압연 밀의 압연 성능에 최고의 영향을 줄 수 있는 곳에 전달될 수 있다. 예를 들어, 대부분의 밀 상의 재압연 표면 품질은, 바이트/윤활 냉각제 스프레이를 롤 닙으로 겨냥함으로써 현저하게 개선될 수 있다. 부가하여, 압연 동안 단지 일부 스탠드만 윤활 기아(starvation)조건하에서 동작할 수도 있으며, 이는 불량한 표면 마무리로 이어진다. 도 5 및 도 6의 그래프에 나타낸 경험적 데이터에 기초하여, 롤러 상의 최적의 윤활제 두께는 압연 속도에 따라 달라질 수도 있다. 압연 속도가 보다 높은 스탠드는 롤 상에 또는 롤 닙에 배출된 불충분한 양의 윤활제를 가질 수도 있다. 또한 가능하게는, 일부 스탠드에 대해서, 롤 닙 온도가 매우 높아 윤활제가 기화되고 열화될 수도 있다. 본 발명은, 다른 스탠드 또는 전체 냉각 공급 라인에 있어서의 냉각 유체를 "주싱"하지 않고도, 추가 윤활제가 압연 속도가 보다 높은 롤로 전달될 수 있게 한다.

많은 종래의 열간 압연 밀은 냉각 및 바이트 윤활 스프레이 노즐 열을 이용한다. 이러한 압연 밀에서, 양 종류의 노즐은 냉각제 헤더의 공통의 캐비티(cavity)로부터 피딩된다. 하나의 양태에서, 본 발명은 변경된 헤더, 밸브 및 노즐을 제공하며, 변경된 헤더에서 헤더 챔버 및 제어 로직은 냉각 스프레이 캐비티 및 바이트 스프레이 캐비티로 별도의 피딩을 허용하도록 변경될 수도 있다. 예를 들어, 변경된 헤더는 제 2 부분으로부터 분리된 제 1 부분을 형성하도록 헤더 캐비티 내에 격리부를 포함하여, 냉각 배출 노즐에 피딩하는 헤더 캐비티의 제 1 부분으로의 냉각수의 입력이 바이트 윤활 노즐에 피딩하는 제 2 부분에서의 윤활 유체와 혼합되지 않도록 할 수도 있다. 도 3의 예에 나타낸 바와 같이, 도면(I)에 나타낸 것과 같은 종래 헤더(23')는 하나 이상의 인렛(i)을 포함하며, 인렛(i)을 통해 냉각수가 노즐(24, 25)을 통한 배출을 위해 공급된다. 단면도(II)에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래의 헤더(23')는 공통의 헤더 캐비티를 포함하여, 캐비티 내의 냉각 액체가 모든 배출 노즐에 공통되도록 한다. 도면(III)에 나타낸 것과 같이, 변경된 밀 헤더(23)는(바이트 스프레이를 위한) 헤더 캐비티의 저부와 (냉각제 스프레이를 위한) 상부 캐비티 사이의 격리부를 이용하여 냉각 배출 노즐(24) 및 바이트 윤활 노즐(25)로의 분리된 피딩을 허용한다. 많은 종래의 압연 밀이 2 열의 냉각 노즐 및 1 열의 바이트 스프레이/윤활 노즐을 포함하기 때문에, 변경된 헤더는, 밸브(i₂)를 통해 바이트 스프레이/윤활 노즐 뱅크에 연결된 헤더 캐비티에 피딩하는 포트 또는 포트들로부터 분리된, 인렛 밸브(i₁)를 통해 2 열의 냉각 노즐의 각각에 연결된 헤더 캐비티에 피딩하는 포트 또는 포트들을 포함한다. 포트와 헤더 캐비티 사이의 격리부는 2개의 상이한 유체를 이용한 냉각 노즐 및 바이트 윤활 노즐의 피딩을 허용한다. 이러한 변경된 밀 헤더는 종래의 밀 헤더를 용이하게 대체할 수 있으며, 이로써 종래 밀의 보강이 본 발명의 원리에 따른 타겟팅된 윤활을 제공하게 한다.

또 다른 양태에서, 시스템은, 이미 바이트 스프레이를 가지지 않는 종래의 밀에 타겟팅된 바이트 윤활을 제공하는 추가 변경을 포함할 수도 있다. 바이트 스프레이가 없고 냉각의 레벨 제어가 있는 밀에 대해, "타겟팅된 윤활" 컨셉은 개별 스탠드의 입구 헤더에 피딩하는 라인으로 추가 윤활제를 주입함으로써 단지 제한된 방식으로 활용될 수 있다. 이 경우, 아래의 표 2 나타낸 바와 같이, 이들 헤더를 통한 냉각제 유량에 비례하여, 윤활 효과는 쉽게 약화될 수 있을 것이고 그 지속기간은 감소될 수 있을 것이다. 과도한 압력 강하 없이 추가 냉각제 흐름을 수용하기 위해서는, 정적 혼합기의 사이즈가 증가될 수도 있다. 예를 들어, 직경 6" 및 길이 60" 의 정적 혼합기 디바이스는 11 psi 압력 강하로 1100 GPM 냉각제 흐름을 수용하기 위해 사용될 수도 있으며, 오일 주입기 펌프의 사이즈는 6-9 GPM 의 추가의 빈 유화된 오일을 취급하기 위해서 증가될 수 있다.

헤더 위치	유량 [GPM]				330gal 전달을 위한 시간 [min]
헤더 위치	냉각제	오일	오일의 6.25% 에서의 LJ	오일의 9.1% 에서의 LJ	오일의 6.25% 에서의 LJ	오일의 9.1% 에서의 LJ
F1 입구	731	58	2.8	2.1	117	156
F1 전달	1109
F2 입구	1109	89	4.3	3.2	77	103
F2 전달	1109
F3 입구	1109	89	4.3	3.2	77	103
F3 전달	545
추가 바이트 스프레이	330	26	1.3	1.0	260	346

표 2: 선택된 입구측 냉각제 헤더 또는 전용 바이트 스프레이를 통한 타겟팅된 윤활 동안의 주입된 오일의 직접적인 윤활 효과

타겟팅된 윤활제 전달의 이점은 롤러의 압연 닙 및 금속 시트 상의 윤활제 전달을 안내 또는 집중시킴으로써 더욱 실현될 수 있다. 종래의 압연 장치는 종종, 일반적으로 롤러 측으로 배출하고 롤 바이트 측으로 배출하지 않는 윤활 노즐을 포함하기 때문에, 이러한 장치는 본 발명의 양태에 따라 변경되어 닙핑 부분 또는 바이트로의 윤활제의 전달을 더욱 타겟팅할 수 있다. 바이트 스프레이가 결여되고 냉각의 레벨 제어를 갖는 이러한 밀의 경우, 윤활제와 혼합되고 롤 바이트로 지향되는 배출 스트림을 제공하는 적합한 헤더가 구성되고 설치될 수 있다. 도 4 는, 윤활제와 혼합된 배출을 롤 바이트로 향하게 하는 안내판 및 추가 쉴딩에 대한 변경을 나타내어, 바이트 스프레이가 없는 텐덤 밀 내부에 바이트 스프레이를 보강하는 것을 도시한다. 윤활제는 다양한 방식으로 전달될 수도 있으며, 예컨대 헤더를 통해 직접 피딩되거나, 벌크 윤활제 탱크로부터 인라인 혼합기를 통해 루스 에멀젼으로서 전달되거나, 또는 하나 이상의 선택 스택에서 바이트 스프레이 냉각제 스트림과 혼합하기에 적합한 임의의 다른 수단에 의해 전달될 수 있다.

또 다른 양태에서, 시스템은 상부 및 저부 롤에 대해 2개의 분리된 섹션을 포함하여, 타겟팅된 윤활이 압연 동안 스트립 금속의 상부 표면과 스트립 금속의 저부 표면 사이에서 상이할 수 있도록 할 수도 있다. 이 양태는 표면 품질에 대한 개선된 제어, 그리고 주편의 상부측과 하부측 사이의 마찰의 개선된 제어를 제공하기 위해 사용될 수도 있다.

도 5 - 도 7은 본 발명의 양태에 따라 압연 밀에서 순수 윤활제 또는 유화제 약제가 거의 없거난 또는 유화제 약제가 전혀 없는 루스 에멀젼을 사용하는 이점을 나타낸다. 도 5는 오일 막 형성시 50℃ 에서의 비이온성 유화제 농도의 효과를 나타낸다(데이터 소스: Cambiella, A., Benito, J.M., Pazos, C, Coca, J., Ratoi, M, Spikes, H.A., Tribol. Lett. 22, 53-65, 2006). 도 6 은 오일 막 형성시 에멀젼 중의 오일-물 농도의 효과를 나타낸다(데이터 소스: Yang, H., Schmid, S.R., Reich, R.A., Kasun, T.J., Tribol. Trans. 47, 123-129, 2004). 도 7 은 순수 윤활제 및 그 연관된 수중 유적형 에멀젼을 이용하여 실험실 압연 밀에 대해 측정된 압연 하중을 나타내며, 대각선부터 각 데이터 지점까지의 거리는 순수 오일과 그 상응하는 에멀젼 사이의 반마찰(anti-friction) 특성의 차이가 증가함에 따라 증가한다.

종래 밀에서의 냉각 공급 라인에 사용된 냉각제 에멀젼(냉각 유체)과 비교하여, 루스 에멀젼(조금의 유화 약제가 있는 또는 유화 약제가 없는 오일-물 조합물을 포함한 빈 유화된 윤활제)의 소량의 전달은 명백한 윤활 개선을 제공한다. 특히 선택 롤 스택의 롤 바이트로 전달된 경우, 이러한 에멀젼은 개선된 반마찰 특성 및 재압연(reroll)표면 품질을 제공한다. 도 5 및 도 6 에 나타낸 것과 같이, 수중 유적형 에멀젼으로부터 플랫 디스크와 볼 사이의 마찰학적 접촉부로 전달된 오일의 양은, 유화제 양이 감소함에 따라 그리고 오일의 농도가 증가함에 따라 증가한다는 연구가 나타났다.

도 7에 도시된 바와 같이, 실험실 결과는, 순수 윤활제 상의 열간 압연이 냉각제 에멀젼보다 강한 반마찰 효과를 제공하고, 불안정하거나 또는 루스(즉, 큰 오일 액적을 갖는)에멀젼이 안정된(작은 오일 액적을 갖는)에멀젼보다 더 양호한 윤활(오일 배출)을 제공한다는 것을 나타냈다. 더욱이, 유화제 없는 윤활제("주스", "수퍼 주스", "주스 윤활제")의 소량을 밀 냉각제 공급 라인으로 주입하는 것("주싱")은 열간 밀에서의 재압연의 표면 품질의 빠른 개선을 나타냈다. 이로써, 본 발명에 의해 제공된, 루스 에멀젼을 이용한 타겟팅된 윤활이 압연 공정 동안 보다 일관성있게 개선된 표면 품질을 허용한다. 부가하여, 타겟팅된 윤활제의 냉각제로의 전달("타겟팅된 윤활")에 요구되는 하드웨어가 쉽게 변경되어, 열수 또는 유화제를 갖는 열수를 선택 바이트 스프레이에 선택적으로 피딩할 수 있다. 이것은 마찰의 증가를 초래하여, 상부 롤과 저부 롤 사이 및 스탠드 사이 등에서의 차등 마찰(differential friction)의 제어, 그리고 거부 없는 밀 스레딩(mill threading)을 허용한다. 이로써, 본 발명의 원리가 이용되어, 종래의 압연 밀을 변경하고 본원에 기재된 이점 및 혜택을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시형태가, 본 발명의 다양한 목적의 이행에 있어서 기재되어 있다. 이들 실시형태는 본 발명의 원리를 단지 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 이들의 다수의 변경 및 조정은, 하기의 청구항에 정의된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.

Claims

한 쌍의 롤을 갖는 적어도 하나의 압연 스탠드로서, 상기 한 쌍의 롤 사이에서 금속의 시트가 압연되어 그 두께가 감소하고 상기 한 쌍의 롤은 상부 롤 및 저부 롤을 포함하는, 상기 적어도 하나의 압연 스탠드;
상기 한 쌍의 롤의 각 상부 및 저부 롤의 인렛측에서 주스 윤활제(juice lubricant)와 냉각 유체를 혼합함으로써 생성된 윤활 유체를 배출하도록 구성된 한 세트의 윤활 바이트 노즐로서, 상기 한 쌍의 롤 및 상기 금속의 시트의 롤 바이트 영역을 겨냥한 하나 이상의 윤활 바이트 노즐을 포함하는, 상기 한 세트의 윤활 바이트 노즐;
상기 바이트 스프레이 위의 상기 상부 롤의 롤 표면 상에 냉각 유체를 배출하고, 상기 바이트 스프레이 아래의 상기 저부 롤의 롤 표면 상에 상기 냉각 유체를 배출하도록 구성되고, 하나 이상의 냉각 노즐을 포함하는 한 세트의 냉각 노즐;
상기 냉각 유체를 배관 시스템을 통해 상기 하나 이상의 냉각 노즐로 펌핑하는 냉각 유체 펌프; 및
주스 윤활제를 상기 배관 시스템으로 펌핑하는 윤활제 펌프로서, 상기 배관 시스템은, 상기 냉각 유체가 상기 냉각 노즐로 흐르게 하면서, 상기 하나 이상의 윤활 바이트 노즐을 통한 배출 이전에 상기 주스 윤활제가 상기 냉각 유체와 혼합하여 상기 윤활 유체를 형성하도록 구성되는, 상기 윤활제 펌프를 포함하는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 배관 시스템은 냉각 섹션 및 윤활 섹션을 포함하고,
상기 냉각 섹션은 상기 냉각 유체 펌프를 상기 냉각 노즐로 유체 연통(fluidly coupling)하고,
상기 윤활 섹션은 상기 윤활제 펌프 및 냉각제 펌프를 상기 바이트 윤활 노즐에 유체 연통하는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 윤활 바이트 노즐은, 상기 윤활 바이트 노즐로부터 배출된 유체가 상기 한 쌍의 롤이 상기 금속의 시트와 접촉하는 곳인 롤 바이트를 겨냥하도록 구성되는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 윤활 섹션은, 상기 냉각 유체와 상기 윤활제가 정적 인라인 혼합기 내에서 혼합되어 상기 윤활 노즐을 통해 배출하기 위한 상기 냉각 유체 및 상기 윤활제의 유화(emulsification)를 형성하도록, 상기 밸브와 상기 윤활 노즐 사이에 배치된 상기 정적 인라인 혼합기를 포함하는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
윤활 유체 챔버 및 냉각 유체 챔버를 갖는 밀 헤더를 더 포함하고, 상기 챔버들은 분리되어 있으며, 상기 윤활 유체 챔버는 상기 윤활 노즐에 유체 연통되고 상기 냉각 유체 챔버는 상기 냉각 노즐과 유체 연통되는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 시트 알루미늄의 열간 압연을 위해 구성되는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 유체는 물 또는 희석제 및 타이트한 유중 수적형(water-in-oil) 에멀젼을 포함하고, 상기 윤활제는 오일을 포함하는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 롤러 스탠드는,
2개 이상의 스탠드로서, 각각이 한 쌍의 롤을 포함하고, 상기 한 쌍의 롤 사이에 상기 금속의 시트가 압연되어 상기 제 1 스탠드 롤러를 통해 압연된 이후 그 두께가 감소하는, 상기 2개 이상의 스탠드; 및
하나 이상의 추가 세트의 윤활 노즐로서, 각각의 세트가 하나 이상의 선택된 밀 스탠드의 상기 한 쌍의 롤러의 인렛측에서 윤활 유체를 배출하도록 구성된 윤활 바이트 노즐을 갖고, 각각의 세트의 상기 윤활 노즐은 상기 배관 시스템을 통해 상기 윤활제 펌프와 상기 냉각 유체 펌프의 양자에 커플링되는, 상기 하나 이상의 추가 세트의 윤활 노즐을 포함하는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 윤활 노즐은 바이트 스프레이들을 전달하는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 세트의 윤활 노즐은 하나 이상의 유체 배출 노즐을 포함하여, 상기 배출 노즐로부터 배출된 유체를 상기 한 쌍의 롤러의 닙핑 부분(nipping part) 측으로 지향시키는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배관 시스템은, 상기 냉각 노즐로부터 배출된 상기 윤활제 및 냉각 유체의 농도가 상기 한 세트의 윤활 바이트 노즐로부터 배출된 상기 윤활제 및 냉각 유체의 농도와 상이하도록 구성되는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배관 시스템은, 상기 윤활 유체 중의 상기 윤활제의 조성과 상기 냉각 유체 중의 상기 윤활제의 조성이 상이하도록 구성되는, 시트 금속 압연 장치.
청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배관, 밸브들 및 주스 윤활제 펌핑 시스템은, 윤활 유체가 각각의 밀 스탠드 상에서 상이한 윤활제 농도 및 조성을 포함할 수 있도록 구성되는, 시트 금속 압연 장치.
금속 압연 장치의 한 쌍의 롤 사이에서 금속의 시트를 압연하는 단계; 및
압연 동안, 압연된 상기 금속과 상기 한 쌍의 롤의 각 롤 사이의 인터페이스를 윤활 유체로 윤활시키는 단계로서, 상기 윤활 유체는 냉각 유체와 주스 윤활제의 혼합물을 포함하고, 상기 냉각 유체 및 주스 윤활제는 각각 냉각 유체 펌프 및 윤활 펌프에 의해 배관 시스템으로 펌핑되고, 그리고 한 세트의 윤활 바이트 노즐을 통해 배출되기 전에 상기 배관 시스템 내에서 혼합되는, 상기 윤활 유체로 윤활시키는 단계를 포함하는, 시트 압연 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 배관 시스템에서의 상기 윤활제와 냉각 유체를 정적 혼합기 내에서 혼합하여 윤활제와 냉각 유체의 루스 에멀젼(loose emulsion)을 형성하는 단계를 더 포함하는, 시트 압연 방법.
청구항 14 또는 15에 있어서,
상기 방법은,
상기 제 1 스탠드를 통해 압연한 이후, 상기 금속 압연 장치의 하나 이상의 추가 스탠드의 한 쌍의 롤 사이에서 상기 금속의 시트를 압연하는 단계; 및
압연 동안, 압연된 상기 롤과 임의의 선택된 또는 모든 밀 스탠드의 상기 롤 쌍 각각의 사이의 인터페이스를 윤활 유체로 윤활시키는 단계를 더 포함하는, 시트 압연 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 윤활 바이트 노즐로부터 배출된 윤활제와 냉각 유체의 상기 혼합물은 각각의 밀 스탠드 상에서 동일한, 시트 압연 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 윤활 바이트 노즐로부터 배출된 윤활제와 냉각 유체의 상기 혼합물은 각각의 밀 스탠드 상에서 상이한, 시트 압연 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 장치는 적어도 2개의 롤 스택을 포함하며, 각각의 상기 롤 스택은 한 쌍의 롤러 및 연관된 윤활 바이트 노즐을 포함하며, 상기 배관은 각각의 롤 스택에 대해 주스 윤활제 소스와 상기 윤활 바이트 노즐 사이에 정적 혼합기를 포함하며,
상기 시트 압연 방법은,
주스 윤활제를 선택된 롤 스택에 대한 상기 윤활제 바이트 노즐과 연관된 상기 정적 혼합기에 도입함으로써 상기 선택된 롤 스택을 선택적으로 윤활시키는 단계를 더 포함하는, 시트 압연 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 장치는 적어도 2개의 롤 스택을 포함하며, 각각의 상기 롤 스택은 한 쌍의 롤러 및 연관된 세트의 윤활 노즐을 포함하며, 각 세트의 윤활 노즐은 헤더를 가지며,
상기 시트 압연 방법은,
주스 윤활제를 선택된 롤 스택과 연관된 상기 세트의 윤활 노즐의 상기 헤더로 도입함으로써 상기 선택된 롤 스택을 선택적으로 윤활시키는 단계를 더 포함하는, 시트 압연 방법.