KR20170041253A

KR20170041253A - 허스롤 및 연속 어닐링 설비

Info

Publication number: KR20170041253A
Application number: KR1020177006588A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 후쿠나가
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-04-14
Also published as: RU2017110811A3; BR112017005933B1; KR101963053B1; EP3202926B1; EP3202926A4; TW201623637A; US20170275731A1; BR112017005933A2; JP6376342B2; CN106715727A; RU2674175C2; JP2016074931A; WO2016052474A1; RU2017110811A; TWI647313B; US10337082B2; EP3202926A1

Abstract

연속 어닐링 노에 있어서 강판을 지지·반송하는 허스롤로서, 샤프트부 및 롤 본체의 모두가 세라믹스로 구성되어 이루어지는, 바람직하게는 상이한 종류의 세라믹스로 이루어지는, 롤 회전축을 중심으로 하는 동심원상의 세라믹스층으로 구성되어 내픽업성이 우수할 뿐만 아니라, 롤 수명이 길고, 장기간에 걸쳐 메인터넌스가 불필요한 허스롤과 그 허스롤을 가열대, 균열대 및 냉각대의 어느 하나 이상에 사용하여 이루어지는 연속 어닐링 설비.

Description

허스롤 및 연속 어닐링 설비{HEARTH ROLL AND CONTINUOUS ANNEALING FACILITY}

본 발명은 강판을 반송하면서 연속적으로 열처리를 실시하는 연속 어닐링 노내에 배치 형성되는 허스롤과 그 허스롤을 사용한 연속 어닐링 설비에 관한 것이다.

연속 어닐링 설비는 코일 상태의 강판을 입측에서 되감아 판상으로 한 후, 그 강판을 고온도로 유지된 노내로 안내하고, 롤 등으로 지지하며 반송하면서 연속적으로 열처리를 실시한 후, 냉각시켜 노외로 꺼내고, 다시 코일로 권취함으로써, 강판에 연속적으로 열처리를 실시하는 설비이고, 최근, 냉연강판이나 스테인리스 강판, 전기 강판 등의 어닐링 설비로서 널리 사용되고 있다.

상기 연속 어닐링 설비의 노내에 설치되고, 강판을 지지하면서 반송하는 허스롤은 종래, 내열강이나 내열합금 등으로 제조된 것이 이용되어 왔다. 그러나, 허스롤은 산화성 분위기 또는 환원성 분위기하에서 700~1300 ℃ 의 고온도로 유지된 노내에 장시간 연속하여 사용되기 때문에, 롤의 변형 (굽힘) 이나 픽업 등이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다. 여기서, 상기 픽업 (「빌드업」이라고도 한다) 이란, 강판 표면의 철, 철 산화물, 망간 산화물 등이 허스롤의 외주면에 퇴적하는 것을 말하고, 이 픽업이 발생하면, 허스롤이 지지·반송하는 강판에 하자가 발생하여 제품 품질을 현저하게 손상시키게 된다.

그래서, 상기 문제점이 해결하는 기술로서 금속제 롤 기재의 표면에 세라믹스를 용사한 것이나, 금속제 롤에 세라믹스 리브나 카본 슬리브 등을 부착한 것 등이 개발되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는 내열주강으로 만들어진 기체의 표면부에, Zr계 규화물 ZrSi₂ 를 전체의 10~70vol% 포함하고 잔부가 MgO, CaO, Y₂O₃ 를 1 종 이상 중량% 로 5~20 % 함유하는 Zr계 산화물로 이루어지는 용사 피막을 갖는 내빌드업성 및 내고온박리성, 내고온마모성이 우수한 열처리로용 허스롤이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2 에는 금속제의 롤축에, 세라믹제의 슬리브를 외장하고, 또한 슬리브를 고정시킬 때에 발생하기 쉬운 균열을 억제하기 위해, 슬리브의 양단 중 적어도 한쪽을 그 축방향으로 롤축을 시트로 하는 가압재에 의해 탄압적으로 가압함과 함께, 슬리브의 양단부의 내면과 외면 사이에 금속제의 박판을 코일상으로 감김 상태로 배치한 허스롤이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3 에는 금속제의 심체에, 내픽업성이 있는 카본 슬리브를 끼워맞춘 열처리로용 허스롤이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평06－065708호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 평01－176021호 특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2005－281791호

그러나, 특허문헌 1 에 개시된, 금속제 롤 기재의 표면에 세라믹스를 용사한 롤은 내픽업성은 우수하지만, 어닐링 노의 노온이나 분위기 등에 따라서는 용이하게 박리가 발생하는 경우가 있어 적용 범위가 한정된다. 또, 세라믹스의 용사 피막은 강판과의 마찰에 의해 마모되기 쉽고, 롤의 교체 주기가 몇 년 정도로 짧기 때문에, 메인터넌스 면에서 문제가 있다. 또, 특허문헌 2 에 개시된 금속제 롤축에 세라믹스 리브를 외장한 롤은 내픽업성이 우수하다. 그러나, 금속 롤축에 슬리브를 외장할 필요가 있기 때문에, 고정 부분이 파손되거나 금속과 세라믹스의 열팽창차에 기인하여 롤에 굽힘이 발생되거나 하기 때문에, 반년 정도의 단기간에 롤을 교환하거나 고정부를 보수하거나 하는 일이 필요해지는 경우가 있었다. 또, 특허문헌 3 의 카본 슬리브를 외장한 허스롤도 동일한 문제점을 안고 있다.

상기와 같이, 종래의 허스롤은 모두 내구성 면에서 문제를 안고 있어, 빈번하게 롤을 교환하거나 보수하거나 할 필요가 있어, 설비 메인터넌스 면에서 큰 부담이 되고 있었다.

본 발명은 종래 기술이 안는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적은 내픽업성이 우수할 뿐만 아니라, 롤 수명이 길고, 장기간에 걸쳐 메인터넌스가 불필요한 허스롤과, 상기 허스롤을 사용한 연속 어닐링 설비를 제공하는 데에 있다.

발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 허스롤을 구성하는 소재에 주목하여 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 허스롤의 전체를 1 종류 이상의 세라믹스로 구성함으로써, 내픽업성이 우수하고, 또한 장기간에 걸쳐 메인터넌스가 불필요한 허스롤을 얻을 수 있음을 알아내어 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 연속 어닐링 노에 있어서 강판을 지지·반송하는 허스롤로서, 샤프트부 및 롤 본체의 모두가 세라믹스로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 허스롤이다.

본 발명의 상기 허스롤은 상이한 종류의 세라믹스로 이루어지는, 롤 회전축을 중심으로 하는 동심원상의 세라믹스층으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 허스롤은 상기 샤프트부 및 롤 본체가 상이한 종류의 세라믹스로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 허스롤은 상기 롤 본체가 상이한 종류의 세라믹스층으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 허스롤에 있어서의 상기 세라믹스는 고온 강도가 200 ㎫ 이상, 내열 충격성이 350 ℃ 이상의 것임을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 허스롤은 외층의 세라믹스에 대한 내층의 세라믹스의 사용 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수비가 0.5~1.5 의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 허스롤에 있어서의 상기 세라믹스는 질화규소, 탄화규소, 알루미나 및 지르코니아 중의 어느 것인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상기 중 어느 하나에 기재된 허스롤을, 가열대, 균열대 및 냉각대의 어느 하나 이상에 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 어닐링 설비이다.

또, 본 발명의 상기 연속 어닐링 설비는 상기 허스롤을, 가열대, 균열대 및 냉각대의 노내 온도가 700~1300 ℃ 인 구간에 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 연속 어닐링 설비의 허스롤을, 샤프트부 및 롤 본체를 포함하는 전체를 1 종류 이상의 세라믹스로 구성했기 때문에, 픽업을 억제하고, 제품 강판의 표면 품질을 현격하게 향상시킬 수 있음은 물론, 허스롤의 변형 등도 대폭적으로 저감시킬 수 있기 때문에, 허스롤의 교환이 10 년 이상의 장기간에 걸쳐 불필요해지고, 메인터넌스 프리를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 생산성 향상에도 크게 기여한다.

도 1 은 본 발명의 허스롤의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 허스롤을 적용할 수 있는 연속 어닐링 설비의 개요를 설명하는 도면이다.

도 1 은 강판을 수평 방향으로 반송하면서 가열하여 연속적으로 열처리를 실시하는 횡형 (수평형) 의 연속 어닐링 설비에 있어서, 입측의 페이오프릴 (PR) 에 의해 코일로부터 되감아진 강판 (1) 이, 가열대 (2), 균열대 (3) 및 냉각대 (4) 를 연속하여 통과하는 사이에 가열, 균열, 냉각의 열처리가 실시된 후, 출측의 텐션릴 (TR) 에 의해 다시 코일로 권취되고 있는 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 1 중에는 나타나 있지 않지만, 페이오프릴과 가열대 (2) 사이에는 연속하여 강판을 통판하기 위한 용접기나, 강판으로부터 압연유 등을 제거하는 세정 설비, 루파 설비 등이, 또 냉각대 (4) 와 텐션릴 사이에는 루파 설비나 조질 압연 설비 등이 배치 형성되어 있는 것이 일반적이다.

상기 가열대 (2) 나 균열대 (3) 은 피처리재인 강판에 원하는 재질을 부여하는 열처리를 실시하기 위해, 노내 온도가 700 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 온도로 가열되어 있는 것이 보통이다. 또한, 가열대 (2) 의 가열에는 강판에 직접 화염을 분사하여 가열하는 직화 가열 방식이나, 라디언트 튜브에 의한 간접 가열 방식이, 또 균열대 (3) 의 가열에는 라디언트 튜브나 전기 히터에 의한 간접 가열 방식이 사용되는 경우가 많다.

상기 가열대 (2) 나 균열대 (3), 냉각대 (4) 의 노내에 있어서 강판을 지지하여 반송하는 허스롤 (5) 에는 도 2 에 나타낸 바와 같이, 롤의 회전 중심이 되는 샤프트부 (5a) 와 그 샤프트부의 주위에 형성된, 강판과 접하는 외주면을 갖는 롤 본체 (5b) 로 이루어지는 구조의 것이 일반적이고, 종래, 내픽업 대책으로서 내열강제의 샤프트부의 주위에 세라믹스제 혹은 카본제의 슬리브를 장착한 허스롤이 주로 이용되고 있다. 그러나, 상기 허스롤은 내픽업성은 우수하지만, 롤 변형이나 마모에 의해 롤 수명이 짧아, 빈번하게 롤 교환이나 보수 등의 메인터넌스를 실시할 필요가 있었다.

그래서, 본 발명은 샤프트부 및 롤 본체를 포함하는 허스롤 전체를 세라믹스만으로 구성함으로써, 상기 문제점을 해결하는 것으로 했다.

여기서, 본 발명의 허스롤에 사용할 수 있는 세라믹스로서는 질화규소 Si₃N₄, 탄화규소 SiC, 알루미나 Al₂O₃, 지르코니아 ZrO₂, 및 그것들을 혼합한 것 등을 들 수 있고 모두 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 허스롤은 중공 (中空) 롤을 기본으로 하지만, 중실 (中實) 롤이어도 된다.

상기 세라믹스 중에서도, 고온 강도가 200 ㎫ 이상, 또한 내열 충격성이 350 ℃ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

고온 강도가 200 ㎫ 미만에서는 롤의 국부에 응력이 집중했을 경우에 파괴를 일으킬 우려가 있고, 또 내열 충격성이 350 ℃ 미만에서는 메인터넌스 등의 면에서 노를 해방하는 온도에 제한이 생겨 정지 시간이 길어져 버리기 때문이다. 보다 바람직한 고온 강도는 300 ㎫ 이상, 내열 충격성은 700 ℃ 이상이다.

여기서, 상기 고온 강도란 JIS R1604 에 규정된 방법으로 측정한 1300 ℃ 의 온도에서의 굽힘강도를 말한다.

또, 내열 충격성이란 JIS R1648 에 규정된 방법으로 측정한, 급냉시켰을 때에 균열이 발생하지 않는 온도차를 말한다.

덧붙여서, 참고로 상기한 세라믹스의 고온 강도와 내열 충격성의 대표적인 값을, 후술하는 열팽창 계수와 함께 표 1 에 나타냈지만, 바람직한 롤 소재로서는 내열 충격성의 관점에서, 질화규소 Si₃N₄ 또는 탄화규소 SiC 를 사용하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 허스롤은 상기 중 어느 1 종의 세라믹스 또는 상기 세라믹스를 혼합한 1 종의 세라믹스만을 사용하여 허스롤을 구성해도 되지만, 특성이 상이한 2 종 이상의 세라믹스를 사용하여 구성해도 된다. 단, 2 종 이상의 세라믹스로 구성하는 경우에는 롤축을 중심으로 하는 동심원상의 복수의 세라믹스층으로 이루어지는 다층 구조로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 다층 구조로 하는 예로서 예를 들어, 롤의 회전축이 되는 샤프트부와 그 샤프트부의 외주 부분 (강판과 접촉하는 부분) 이 되는 롤 본체에서 세라믹스의 종류를 상이한 것으로 해도 되고, 상기 롤 본체를 상이한 종류의 복수의 세라믹스층으로 이루어지는 다층 구조로 해도 된다.

단, 상기와 같은 다층 구조로 하는 경우에는 외층의 세라믹스에 대한 내층의 세라믹스의 열팽창 계수의 비를 0.5~1.5 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 외층과 내층의 열팽창 계수의 비가, 상기 범위보다 크면 열팽창차에 의해 응력이 발생하여 균열 (파괴) 을 일으키는 원인이 된다. 한편, 상기 범위보다 작게 하는 것은 표 1 에 기재한 열팽창 계수의 값에서 알 수 있는 바와 같이, 세라믹스의 종류간의 열팽창 계수차가 커서, 달성할 수 없을 우려가 있기 때문이다. 보다 바람직한 열팽창 계수의 비는 0.9~1.1 의 범위이다. 또한, 상기 열팽창 계수는 JIS R1618 에 규정된 방법으로 측정한 40~400 ℃ 간에 있어서의 선팽창 계수의 일 측정예로서 대략적인 값이다.

여기서, 허스롤이 3 층 이상의 다층 구조인 경우, 모든 층간에서 상기 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 외층, 중층, 내층으로 이루어지는 3 층 구조인 경우, 외층과 중층뿐만 아니라, 중층과 내층에 있어서도 상기 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 다층 구조로 이루어지는 허스롤을 제조하는 방법으로서 수축 끼워맞춤하는 방법이나, 기계적으로 핀 고정하는 방법 등이 있는데, 어느 방법을 사용해도 된다.

상기 조건을 만족하는 본 발명의 허스롤은 연속 어닐링 노의 허스롤로서 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 허스롤은 내픽업성이나 고온 강도, 내충격성이 우수할 뿐만 아니라, 강판과의 마찰에 의한 내마모성도 우수하므로, 노내 온도가 700~1300 ℃ 인 구간의 가열대, 균열대 및 냉각대에 사용하기에 바람직하다. 노내 온도가 700 ℃ 미만에서는 픽업이 발생하지 않고, 내열 충격성도 고온 강도도 필요 없기 때문에 종래의 허스롤로 충분히 대응할 수 있다. 한편, 1300 ℃ 를 초과하면, 융점에 가까워져 강판강도가 저하되기 때문에, 통판하는 것이 어려워지기 때문이다. 또한, 본 발명의 허스롤의 효과는 노내 온도가 1000 ℃ 이상인 구간에 사용하는 것이 가장 효과적이다.

여기서, 연속 어닐링 설비에는 강판을 허스롤로 지지하면서 수평 방향이면서 일방향으로 반송하여 열처리를 실시하는 횡형로 (수평로) 와 강판을 노내에서 허스롤을 개재하여 반송 방향을 몇 번이나 반전시키면서 열처리를 실시하는 종형로가 있는데, 본 발명의 허스롤은 어느 것에나 적용할 수 있다. 그러나, 종형로에 사용되는 허스롤은 반송 방향을 반전시킬 때, 강판에 굽힘변형이 부여되는 것을 회피할 필요가 있다는 점에서, 롤 직경을 수백 ㎜ 로 크게 하고 있는 것이 보통이고, 이러한 대 직경의 허스롤을 세라믹스만으로 제조하는 것은 롤 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, 본 발명의 허스롤은 300 ㎜φ 이하의 소 직경의 허스롤이 사용되는 횡형의 연속 어닐링 설비에 적용하는 것이 바람직하지만, 기술의 진보에 의해 대 직경화가 가능하면 종형의 연속 어닐링 설비에도 바람직하게 사용할 수 있다.

실시예

도 1 에 나타낸 설비 구성으로 이루어지는 냉연강판의 횡형 연속 어닐링 설비의 가열대 및 균열대의, 노내 온도가 800 ℃ 이상이 되는 구간에, 샤프트부 및 롤 본체가 질화 규소 Si₃N₄ 만으로 이루어지고, 샤프트 직경이 40 ㎜φ 이고 슬리브 외경이 150 ㎜φ 이고, 롤 본체의 길이가 2600 ㎜ 인 허스롤을 설치하여 1 년간 계속하여 사용하고, 롤 편심량의 변화와 롤 외주면의 마모량을 측정했다. 또한, 상기 연속 어닐링 설비의 조업시에 있어서의 가열대 및 균열대의 최고 온도는 1150 ℃ 이었다.

여기서, 상기 롤 편심량이란, 롤을 회전시켰을 때의 외주면 위치의 변화량을 롤 전체 길이에 걸쳐서 측정했을 때의 최대치이고, 1 년간 사용후의 변화를 조사했다.

또, 롤 외주면의 마모량이란, 1년간 사용후의 롤 외주면의 마모량을 롤 전체 길이에 걸쳐서 측정했을 때의 최대치를 말한다.

또, 사용 기간중에 있어서의 픽업에 의한 표면 결함 발생률에 대해도 조사했다.

또한, 비교예로서 샤프트부가 내열강이고, 롤 본체가 질화 규소 Si₃N₄ 로 이루어지는 종래의 세라믹스 슬리브 롤을 사용한 경우에 대해서도 동일한 조사를 실시했다.

상기 결과를 표 2 에 나타냈다. 이 결과로부터, 종래의 세라믹스 슬리브 롤을 사용한 경우에는 6 개월간 사용후에, 롤의 샤프트부에 굽힘이 생겨 롤 편심량이 증가하고, 허용 범위 (1.5 ㎜ 이하) 를 초과했기 때문에, 1 년의 사용을 기다리지 못하고 롤 교환이 필요했다.

이에 비하여, 본 발명의 허스롤을 사용한 경우에는 1 년간 사용한 다음에도 롤 편심량에 거의 변화가 없고, 또, 롤 외주면의 마모량도 최대로 0.08 ㎜ 이고, 상기 결과로부터 추정되는 롤 수명은 족히 10 년 이상인 것을 알 수 있었다.

또한, 본 발명의 허스롤의 픽업에 의한 제품 강판의 표면 결함 발생률은 사용 개시부터 1 년 경과한 후에도, 샤프트부가 내열강인 비교예의 허스롤의 6 개월 사용후의 값에 비해 우위인 발생률이었다.

1：강판
2：가열대
3：균열대
4：냉각대
5：허스롤
5a：샤프트부
5b：롤 본체

Claims

연속 어닐링 노에 있어서 강판을 지지·반송하는 허스롤로서, 샤프트부 및 롤 본체의 모두가 세라믹스로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 허스롤.
제 1 항에 있어서,
상이한 종류의 세라믹스로 이루어지는, 롤 회전축을 중심으로 하는 동심원상의 세라믹스층으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 허스롤.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 샤프트부 및 롤 본체가 상이한 종류의 세라믹스로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 허스롤.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 롤 본체가 상이한 종류의 세라믹스층으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 허스롤.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹스는 고온 강도가 200 ㎫ 이상, 내열 충격성이 350 ℃ 이상의 것임을 특징으로 하는 허스롤.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
외층의 세라믹스에 대한 내층의 세라믹스의 사용 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수비가 0.5~1.5 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 허스롤.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹스는 질화규소, 탄화규소, 알루미나 및 지르코니아 중의 어느 것인 것을 특징으로 하는 허스롤.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 허스롤을, 가열대, 균열대 및 냉각대의 어느 하나 이상에 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 어닐링 설비.
제 8 항에 있어서,
상기 허스롤을, 가열대, 균열대 및 냉각대의 노내 온도가 700~1300 ℃ 인 구간에 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 어닐링 설비.