KR20240023148A - 강 스트립의 압연 디바이스 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 스트립을 압연하기 위한 냉간압연 스탠드에 관한 것으로, 이는 롤 바이트를 결정하는 한 쌍의 워크롤들, 상기 쌍의 워크롤들 상에 제 1 윤활제를 분무할 수 있는 제 1 세트의 분무 디바이스들, 상기 워크롤들의 상류에서 제 2 윤활제를 분무할 수 있는 제 2 세트의 분무 디바이스들, 상기 제 1 및 제 2 윤활제를 수집할 수 있는 수집 수단, 반전 시스템, 상기 수집 수단에, 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들에 그리고 상기 반전 시스템에 연결된 탱크로서, 분무된 상기 윤활제를 수용할 수 있는 상기 탱크를 포함하고, 상기 반전 시스템은 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 연결된다. 본 발명은 또한 냉간압연 프로세스에 관한 것이다.
Description
본 발명은 냉간압연 동안 모든 강 그레이드의 압연 상태를 개선하는 압연 설비 및 압연 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 4 내지 6개의 압연 스탠드를 포함하는 압연기에서 사용될 수 있다. 한편으로, 본 발명은 AHSS (advanced high strength steel) 및 전기강 (electrical steel) 과 같은 더 경질이며 더 얇은 강 그레이드를 제조하는 압연기 능력을 향상시킨다. 다른 한편으로, 무엇보다도, 점점 더 얇아지고 경질의 제품이 모두 압연되는 경우처럼 유연한 윤활의 고도 이용이 필수로 되는 때 오일 과소비를 피하여 제조 원가를 감소시키는 것을 허용한다.
재순환을 갖는 종래의 윤활 시스템은 보통 도 1 에 도시된 바와 같이 시트 냉간압연기 (sheet cold rolling mill) 에서 사용되었으며, 여기서 스트립 (S) 은 일반적으로 그의 두께를 감소시키고 원하는 기계적 특성을 달성하기 위해 4 내지 6개의 압연 스탠드 (S1 내지 S5) 를 통과한다. 압연 스탠드는 일반적으로 롤 바이트 (2) 를 규정하는 한 쌍의 워크롤들 (1), 적어도 한 쌍의 백업 롤들 (3) 및 윤활 시스템 (4) 을 포함한다. 윤활 시스템은 일반적으로 롤들 (1) 및 스트립 (S) 상에 수중유 에멀션을 분무하는 일련의 노즐들 (5) 및 수중유 에멀션 탱크 (6) 에 연결된 파이프들로 구성된다. 일반적으로, 상기 수중유 에멀션은 0.5% 내지 3% 의 오일 함량, 1 내지 10 ㎛ 의 평균 유적 크기 (mean oil droplet size) 를 갖는다. 또한, 상기 수중유 에멀션은 산화방지제, 계면활성제 및 AW-EP (anti-wear - extreme-pressure) 와 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 윤활 시스템은 또한 열기계적 변형으로 인해 가열되는 롤들 및 스트립을 냉각시키는 임무를 갖는다. 이 경우에, 윤활제가 그 임무를 달성하면, 이는 수집 수단 (7) 에 의해 수집되고, 탱크 (6) 에 저장되고, 윤활 시스템 (4) 으로 유동된다. 윤활제 및 물은 재순환 방식으로 윤활 시스템 (4) 에 연속적으로 공급된다. 재순환을 갖는 이러한 종래의 윤활 시스템의 관리는 물 증발, 스트립에 고착된 오일, 오일이 고착된 입자의 제거, 스키밍 작업 (skimming operation) 등과 같은 여러 요인으로 인한 오일 및 물 손실을 보상하기 위해 탱크 (6) 내로 직접 행해지는 새로운 오일 및 물의 첨가를 필요로 한다. 모든 상기 오일 손실의 합이 탠덤 압연기의 자연적인 오일 소비를 결정한다.
윤활 및 냉각이 완전히 결합된 이러한 종래의 윤활 시스템은, 일반적으로 15 내지 35분인 에멀션의 체류 시간, 낮은 오일 농도 및 작은 입자 크기로 인해, 반드시 안정한 직접 수중유 에멀션으로 작동하는 것을 요구한다. 또한, 냉각은 윤활 성능이 마찰 레벨의 최적의 실제 제어에 대해 작동하지 않게 하는 냉간 압연 프로세스의 특징적인 시간척도로 조정되는 것을 허용하지 않는 큰 부피의 에멀션을 필요로 한다. 이러한 유형의 윤활의 주요 이점은 낮은 오일 소비로 인해 경제적이었다. 그러나 이러한 윤활은 새로운 도전: 높은 압연 속도, 점점 더 경질이고 더 얇은 재료, 에너지 프로세스 최적화를 충족시키기에 매우 불충분한 것으로 고려되었다. 이는 [M. Laugier, M. Tornicelli, C. Silvy-Leligois, D. Bouquegneau, D. Launet, JA Alvarez, "Flexible lubrication concept, the future of cold rolling lubrication", extended paper version, Journal of Engineering Tribology, Part J , 2011] 에 설명된 바와 같이 Flexible-Lubrication 또는 Hybrid-Lubrication 과 같은 진보된 윤활 시스템이 개발된 이유이다.
더 경질이고 더 얇은 새로운 강 그레이드 및 제품의 개발은 이들이 더 큰 압연 하중을 요구하기 때문에 냉간압연기에 크게 영향을 미친다. 모든 다른 인자들이 동일하고, 강판이 더 경질이고 더 얇을수록, 요구되는 압연 하중이 더 높아지기 때문이다. 더욱이, 냉간압연 문헌에 이미 널리 설명된 근본적인 이유로, 요구되는 압연 하중은 또한 압연 작업 조건에 관련된 파라미터들: 전방 및 후방 장력, 두께 감소, 롤 바이트 접촉 길이와 같은 다수의 다른 파라미터에 의존한다. 특히 요구되는 압연 하중은 압연 제품과 워크롤들 사이의 마찰에 의존하며, 이는 마찰 계수 μ에 의해 특징지어질 수 있다. 냉간압연 작업 중에, 모든 다른 인자들은 동일하고, 마찰 계수가 높을수록, 요구되는 압연 하중이 높아진다. 결과적으로, 너무 제어되지 않은 높은 마찰 계수를 갖는 것은 압연 하중 용량의 손실을 유발한다. [M. Laugier, M. Tornicelli, J. Cebey, D. Lopez Peris, A. Devolder, R. Guillard, F. Kop ≪ Flexible lubrication for controlling friction in cold rolling, crucial to be successful for the AHSS Challenge ≫, METEC & 2nd ESTAD 15-19 June 2015 뒤셀도르프, 독일] 에 설명된 바와 같이 750 MPa 초과의 스트립 항복 응력에 대해 그리고 2 mm 미만의 스트립 두께에 대해, 마찰 계수에 대한 압연 하중의 민감도가 급격히 증가하고 거의 기하급수적임이 입증되었다. 결과적으로, 종래의 윤활로 발생하는 전형적인 마찰 변동은 요구되는 압연 하중이 약 3,000 톤의 기술적 한계에 도달할 때 고전적인 시트 탠덤 압연기에 대해 발생하는 압연 하중 포화로 인해 용량의 중요한 손실을 유발한다. 예를 들어, 0.040 대신에 0.050 으로 설정된 마찰 계수가 탠덤 압연기 능력에 명백하게 해롭다는 것이 보여졌는데, 이는 이러한 마찰 변동이 수백 톤의 요구되는 압연 하중을 증가시킬 수 있기 때문이다. 그리고 매우 좁은 윈도우 안에서 가능한 가장 낮은 수준으로 마찰 계수를 정밀하게 제어하는 것이 중요해졌다. 이러한 정밀한 마찰 계수 제어는 Flexible Lubrication 과 같은 더 진보된 윤활 시스템을 사용해야만 얻을 수 있다.
또한, 최적 범위 내의 마찰 계수는 만족스러운 표면 품질을 얻을 수 있게 하고, 용착 (seizure) 을 방지하고 채터링 (chattering) 과 같은 해로운 거동을 피하며 에너지 소비를 줄일 수 있게 한다. 이것이 더 경질이고 더 얇은 제품의 생산을 가능하게 하기 위해 진보된 윤활이 압연 프로세스에 중요해진 이유이다. 요약하면, 냉간 압연기에서 생산되는 강 그레이드의 다양성과 상기한 모든 이유로 인해, 윤활 시스템은 유연할 필요가 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 냉간압연 동안, 수중유 에멀션 (8) 이 강 스트립 (S) 상에 분무되거나 롤 바이트 진입부의 수렴 구역에서 직접 분무되는 때, 오일이 스트립 (S) 과 워크롤 (1) 상에 부착되어, 롤 바이트 진입부에 공급되는 윤활제 필름 (10) 을 형성한다. 혼합 윤활 이론 덕분에, 롤 바이트에서의 마찰 계수 μ는 다음의 식: 에 의해 정의될 수 있다고 가정되며, 여기서 은 마찰의 경계 성분, 전형적으로 0.100 과 0.120 사이이고, 는 마찰의 유체역학적 성분, 전형적으로 0.008 과 0.012 사이이다. 비율 는 롤 바이트 내부의 윤활 체제 (lubrication regime) 를 결정하며, 여기서 hL 은 진입 필름 두께이고, hS 는 워크롤 거칠기 및 스트립 거칠기를 고려한 조합된 표면 거칠기에 대응한다. 워크롤 거칠기가 지배적인 파라미터이고 소위 롤 마모 현상으로 인해 압연 작업 중에 진화함을 알 수 있다. 이는 앞서 인용한 논문에서 설명된다. 그리고, 진입 필름 두께를 제어하는 것이 마찰 계수를 제어하기 위한 핵심 파라미터임이 명백하다. 롤 바이트를 공급하는 진입 필름 두께 hL 은 도 2 에서 보여진 바와 같이 3개의 기원 (origins) 을 가질 수 있다. [R. Guillaument, S. Vincent, J. Duclos, M. Laugier, P. Gardin, Plat-out modelling for cold rolling system lubricated with O/W emulsion. ICTMP, Nice June 2010] 및 [Wilson, W.R.D., Sakaguchi, Y., and Schmid, S.R., "A Dynamic Concentration Model of Emulsions," Wear, v. 161, 1993, pp. 207-212] 에 설명된 바와 같이, 스트립 플레이트-아웃 메커니즘에 의해 형성된 제 1 필름 (10), 동적 집중 메커니즘에 의해 수렴 구역에서 형성된 제 2 필름 (11), 및 가능하게는 백업 롤 - 워크롤 접촉을 통과하는, 워크롤 표면 및/또는 롤 바이트 출구로부터의 재순환된 필름에 플래팅-아웃 (platting-out) 에 의해 형성된 제 3 필름 (12). 일반적으로 제 3 필름은 제 1 필름 및 제 2 필름에 비하여 유체역학적 성분에 큰 기여를 하지 않는 것으로 평가된다.
현재까지, 재순환을 갖는 유연한 윤활과 같은 모든 진보된 윤활은 도 3 에 도시된 바와 같이 2개의 윤활 시스템들의 조합을 사용한다. 제 1 재순환 시스템 (13) 은 낮은 오일 농도 및 작은 입자 크기를 갖는 안정한 수중유 에멀션을 적용함으로써 최소 윤활을 달성한다. 재순환 시스템은 큰 체적의 에멀션을 사용하는데, 이는 스트립 및 롤의 냉각 기능을 달성하기 때문이다. 제 2 시스템 (14) 은 전적으로 유연한 윤활에 전용이므로, 제 1 재순환 시스템 (13) 과 비교하여 훨씬 더 작은 에멀션 부피, 및 큰 입자 크기를 갖는 불안정한 에멀션을 사용한다. 유연한 윤활 시스템은 분무된 에멀션 특성: 오일 농도, 오일 입자 크기 및/또는 분무 파라미터: 에멀션 유량, 고체 표면에 대한 분무된 에멀션 속도 영향과 같은 탄도 파라미터에 작용함으로써 다양한 오일 필름 형성 메커니즘, 주로 스트립 플레이트-아웃 메커니즘을 사용한다. 정적 혼합기 (static mixer) 를 사용하는 윤활 시스템의 경우, 제 2 시스템의 파라미터는 플레이트-아웃 메커니즘, 예를 들어 필름 두께 및 그의 특성을 수정하기 위해 수 초 이내에 변경될 수 있다. 예를 들어, 오일 농도는 0% 내지 30%로 변할 수 있고, 에멀션 유량은 5 내지 30 L.min-1 로 변할 수 있다. 이는 오일 진입 필름 두께 및 따라서 롤 바이트에서의 마찰 계수를 제어할 수 있게 한다.
JP 2002 172 412 는 도 4 에 나타낸 바와 같이 하이브리드 윤활 시스템을 개시한다. 이 특허는 높은 압연 속도에서 불충분한 윤활에 의해 야기되는 채터링의 발생을 방지하는 것을 목적으로 하는 냉간압연 방법을 개시한다. 설비는 순환 압연 윤활제 공급 시스템 (15) 및 별도의 압연 윤활제 공급 시스템 (16) 을 포함한다. 순환 압연 윤활제 공급 시스템 (15) 은 분무 수단 (5), 탱크 (6) 및 수집 수단 (7) 을 포함하여, 분무된 압연 윤활제를 수집하고 이를 탱크로 이송할 수 있게 한다. 별도의 압연 윤활제 공급 시스템 (16) 은 탱크 (3) 및 분무 수단 (5') 을 포함한다. 별도의 시스템은 항상 사용되는 것은 아니며, 순환하는 압연 오일이 예를 들어 높은 스트립 속도 및/또는 AHSS 에 대해 미리 결정된 적합한 범위에서 마찰 계수를 유지할 수 없을 때 우선적으로 사용된다.
오늘날, 예컨대 유연한 윤활 및 하이브리드 윤활과 같은 진보된 윤활 시스템은 관련 생산 유형에 관계없이 마찰 계수를 효율적으로 조절할 수 있게 하며, 따라서 정밀한 최적화된 마찰 계수 윈도우에서, 예를 들어 0.015 내지 0.030 의 범위에서 안정적으로 냉간압연할 수 있게 한다.
그러나, 이러한 해결책은 몇 가지 단점을 갖는다. 동일한 오일이 2개의 윤활 시스템에 사용되더라도, 사용되는 에멀션은 특성이 강하게 다르다. 더욱이, 제 2 시스템, 예를 들어 유연한 시스템에 의해 분무된 에멀션의 특성은 필연적으로 매우 가변적이다. 또한, 제 2 분무 시스템으로부터의 에멀션의 일부 및 특히 시트에 부착되지 않은 오일의 양은 제 1 재순환 시스템의 탱크에서 회수된다. 이는 부분적으로 탱크 (6) 에 저장되고 분무 수단 (5) 에 의해 분무되는 재순환 에멀션의 특성 및 안정성이 부정적인 영향을 받기 때문에 재순환 윤활 시스템의 관리에 대한 문제 또는 시간에 따른 사용에 제한을 유도할 수 있다. 윤활제의 재순환된 부피에 비해 추가 시스템의 분무된 에멀션의 부피가 임계치 초과일 때, 재순환된 에멀션이 불안정화될 수 있다는 사실에 기인한다. 예를 들어, 응집하거나 합체하거나 파괴할 수 있으며 과농축될 수 있다. 또한, 이러한 유연한 시스템이 여러 압연 스탠드에 사용되면, 분무되는 에멀션의 유동이 탠덤 압연기의 자연적인 소비에 비해 훨씬 더 클 것이기 때문에, 이러한 문제는 훨씬 더 클 것이다. 결과적으로, 이 해결책은 집중적으로, 예를 들어, 기간 사용에 따른 제한 없이 모든 스탠드에서 사용될 수 없다.
EP 1 193 004 B1 에서, 하이브리드 윤활을 갖는 주요 재순환된 에멀션 탱크 내의 오일 함량의 관리는 다음을 통해 보장된다:
- 오일 첨가가 압연기의 자연적인 오일 소비를 보상할 수 없을 때 별도의 탱크로부터 더 높은 농축된 윤활의 첨가
- 오일 첨가가 압연기의 오일 소비보다 높을 때 희석수의 첨가
- 그리고 궁극적으로 오일 특성에 따른 유화제 첨가.
그러나, 집중 사용의 경우에 유연한 윤활을 갖는 회로 관리에 알맞지 않다. 더욱이, 희석수의 첨가를 통한 재순환 회로 내의 오일 함량의 제어는 FL 첨가의 집중적인 사용을 보상하기 위해 충분한 에멀션 부피를 필요로 하고, 회로의 회로 관리는 어렵고 더 비용이 많이 들 수 있다. 더욱이, 화학적 처리는 선행 기술에서 요구될 수 있고, 제제 (formulation) 는 특히 집중적 사용을 위해 처리를 적응시키도록 알려질 필요가 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1 에 따른 장비를 제공함으로써 달성된다. 설비는 또한 청구항 2 내지 5 의 임의의 특징을 포함할 수 있다. 이러한 목적은 또한 청구항 6 에 따른 냉간압연기를 제공함으로써 달성된다. 이러한 목적은 청구항 7 내지 11 에 따른 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명을 예시하기 위해, 특히 하기 도면들을 참조하여 비제한적인 예의 다양한 실시형태가 설명될 것이다.
도 1 은 이 최신 기술에서 알려진 냉간압연기의 제 1 실시형태를 도시한다.
도 2 는 스트립과 워크롤 사이의 오일 필름을 도시한다.
도 3 은 최신 기술에서 알려진 냉간압연기의 제 2 실시형태를 도시한다.
도 4 는 인용된 선행 기술에 따른 냉간압연기의 제 3 실시형태를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태를 도시한다.
도 6 은 반전 시스템의 유입 및 유출 에멀션의 조성 및 구조를 나타낸다.
도 7 은 제 3 세트의 분무 디바이스들에 수성상을 제공하는 시스템을 포함하는 본 발명의 일 실시형태를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 압연기의 일 실시형태를 도시한다.
도 9 는 본 발명의 압연기의 제 2 실시형태를 도시한다.
도 10 은 본 발명에 따른 냉간압연 방법의 단계들의 일 실시형태를 도시한다.
도 1 은 이 최신 기술에서 알려진 냉간압연기의 제 1 실시형태를 도시한다.
도 2 는 스트립과 워크롤 사이의 오일 필름을 도시한다.
도 3 은 최신 기술에서 알려진 냉간압연기의 제 2 실시형태를 도시한다.
도 4 는 인용된 선행 기술에 따른 냉간압연기의 제 3 실시형태를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태를 도시한다.
도 6 은 반전 시스템의 유입 및 유출 에멀션의 조성 및 구조를 나타낸다.
도 7 은 제 3 세트의 분무 디바이스들에 수성상을 제공하는 시스템을 포함하는 본 발명의 일 실시형태를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 압연기의 일 실시형태를 도시한다.
도 9 는 본 발명의 압연기의 제 2 실시형태를 도시한다.
도 10 은 본 발명에 따른 냉간압연 방법의 단계들의 일 실시형태를 도시한다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명은 금속 스트립 (S) 을 압연하기 위한 냉간압연 스탠드에 관한 것으로, 이는 다음을 포함한다:
- 롤 바이트 (2) 를 결정하는 한 쌍의 워크롤들 (1),
- 상기 쌍의 워크롤들 (1) 상에 제 1 윤활제를 분무할 수 있는 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17),
- 상기 워크롤들 (1) 의 상류 0.5 내지 4 미터에서 상기 스트립 상에 제 2 윤활제를 분무할 수 있는 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18),
- 상기 제 1 윤활제 및 상기 제 2 윤활제를 수집할 수 있는 수집 수단 (7),
- 반전 시스템 (19),
- 상기 수집 수단 (7), 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17) 및 상기 반전 시스템 (19) 에 연결된 탱크 (20) 로서, 분무된 상기 윤활제를 수용할 수 있는 상기 탱크 (20),
- 상기 반전 시스템은 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18) 에 연결됨.
이하의 설명에서, 표현 "하류" 및 "상류" 는 금속 스트립의 경로에 관하여 이해되어야 한다. 또한, 용어 "입구 측" 및 "출구 측" 은 주행하는 금속 스트립의 경로에 대해 이해되어야 한다. 또한, 용어 윤활제는 수중유 에멀션, 유중수 에멀션, 수중유중수 에멀션과 같은 임의의 윤활 에멀션을 지칭한다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 주행하는 금속 스트립이 좌측에서 우측으로 주행하는 경우, 냉간압연 스탠드의 "진입 측" 은 롤 바이트 (2) 의 좌측이며, "냉간압연 스탠드의 출구 측" 은 롤 바이트 (2) 의 우측이다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17) 은 바람직하게는 한 쌍의 워크롤들 (1) 상에 그리고 압연되는 스트립 상에 제 1 윤활제를 분무할 수 있다. 바람직하게는, 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17) 은 상기 금속 스트립 (S) 의 위에 그리고 아래에 위치된 일련의 노즐들을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17) 은 롤 바이트 (2) 의 상류 및 하류에, 즉 입구 측 및 출구 측에 각각 위치된 분무 디바이스들로 구성된다. 대안적으로, 제 1 세트의 분무 디바이스들은 롤 바이트 (2) 의 상류에만, 예를 들어 입구 측에만 위치된 분무 디바이스들로 구성된다.
제 2 세트의 분무 디바이스들 (18) 은 바람직하게는 롤 바이트의 상류에서 그리고 압연되는 스트립 상에 제 2 윤활제를 분무할 수 있다. 제 2 세트의 분무 디바이스들은 냉간압연 스탠드의 입구 측에 위치된다.
제 2 세트의 분무 디바이스들은 상기 워크롤들의 상류 0.5 내지 4 미터에서, 즉 상기 쌍의 워크롤들 (1) 의 롤 바이트 (2) 의 상류 0.5 내지 4 미터에서 스트립 상에 제 2 윤활제를 분무할 수 있다. 훨씬 더 바람직하게는, 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들은 상기 워크롤들의 상류 1 내지 3 미터에서 스트립 상에 제 2 윤활제를 분무할 수 있다.
바람직하게는, 제 2 세트의 분무 디바이스들은 워크롤들 상에 제 2 윤활제를 분무할 수 없다.
바람직하게는, 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들은 상기 금속 스트립의 위에 그리고 아래에 위치된 일련의 노즐들로 구성된다. 예를 들어, 제 2 세트의 분무 디바이스들은 롤 바이트의 상류 1 미터 내지 3 미터에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들은 2개의 유체들, 예를 들어 수중유 에멀션 및 수중유중수 에멀션을 형성하는 수성상을 혼합할 수 있는 혼합기를 포함한다. 훨씬 더 바람직하게는, 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들은 정적 혼합기를 포함한다.
선택적으로, 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들은 정적 혼합기와 같은 2개의 유체들을 혼합할 수 있는 혼합기들을 포함한다.
수집 수단 (7) 은 주로 제 1 및 제 2 세트들의 분무 디바이스들에 의해 분무된 제 1 및 제 2 윤활제들을 수집하는 것을 목표로 한다. 수집 수단은 또한 철 미분 (iron fines), 압연 스탠드 베어링용 오일 (예를 들어, Morgoil) 과 같은 원하지 않는 입자를 수집할 수도 있다.
반전 시스템 (19) 은 진입하는 수중유 에멀션으로부터, 진입하는 에멀션보다 높은 오일 비율을 함유하는 역 유중수 에멀션 및 진입하는 에멀션보다 작은 오일 비율을 함유하는 제 2 수중유 에멀션을 생성하는 것을 목표로 한다.
반전 시스템 (19) 은 다음의 시스템들: 멤브레인, 증발기 및/또는 디캔터 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반전 시스템은 과농축 (overconcentration) 에 의해 및/또는 원심력에 의해 역 에멀션을 생성하도록 구성된다. 훨씬 더 바람직하게는, 반전 시스템은 원심분리기를 포함한다.
예를 들어, 어두운 영역은 물을 나타내고 흰 영역은 오일을 나타내는 도 6 에 도시된 것처럼,
- 0.5 와 5% 사이의 오일 농도를 갖는 수중유 에멀션 유동 WENTRY 이 반전 시스템에 진입하고,
- 70 내지 99% 의 오일 농도를 갖는 유중수 에멀션 유동 OEXIT 이 상기 시스템을 나오고,
- 진입 오일 농도보다 작은 오일 농도를 갖는 수중유 에멀션 유동 WEXIT 이 상기 시스템을 나간다.
탱크 (20) 는 상기 수집 수단 (7), 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17) 및 상기 반전 시스템 (19) 에 연결된다. 다시 말해, 유체는 탱크로부터 제 1 세트의 분무 디바이스들 및 반전 시스템으로 유동될 수 있다. 유체는 예를 들어 파이프, 펌프 및 밸브를 사용하여 유동될 수 있다. 바람직하게는, 탱크 (20) 는 그 함량을 균질화하기 위한 수단 (28) 을 포함한다. 바람직하게는, 물과 같은 수성상이 탱크에 첨가될 수 있다. 훨씬 더 바람직하게는, 윤활제가 탱크에 첨가될 수 있다.
압연 스탠드는 또한 철 미분을 수집하는 자기 필터와 같은, 윤활제로부터 원하지 않는 입자를 제거하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이는 수집 수단 (7) 및/또는 탱크 (20) 의 하류에 위치된다.
바람직하게는, 상기 냉간압연 스탠드는 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17) 및/또는 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18) 에 수중유 에멀션을 제공할 수 있는 시스템 (22) 을 포함한다. 바람직하게는, 냉간압연 스탠드는 또한 탱크에 수성상을 제공할 수 있는 시스템을 포함한다.
바람직하게는, 도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 반전 시스템은 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18) 로 유중수 에멀션을 유동시킬 수 있다. 이러한 시스템은 수중유중수 에멀션을 분무할 수 있게 한다.
바람직하게는, 상기 반전 시스템 (19) 은 원심분리기를 포함한다. 원심분리기는 유중수 에멀션 및 수중유 에멀션을 효율적으로 수득할 수 있게 한다. 훨씬 더 바람직하게는, 상기 반전 시스템은 유중수 에멀션 및 수중유 에멀션을 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18) 로 유동시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉간압연 스탠드는 탱크의 하류 및 상기 반전 시스템의 상류에 디캔테이션 시스템 (decantation system) 을 포함한다. 이러한 디캔테이션 시스템은 반전 시스템에서 2개의 상, 유중수 에멀션 및 수성상의 분리를 용이하게 한다. 훨씬 더 바람직하게는, 디캔테이션 시스템의 오일에 고농도로 농축된 상은 과농축 시스템으로 보내진다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한 하나 내지 7개의 압연 스탠드 (S1 내지 S5) 를 포함하는 냉간압연기 (24) 에 관한 것이며, 여기서 상기 압연 스탠드 중 적어도 하나는 전술한 바와 같다. 압연 스탠드의 제 2 분무 디바이스는 이전 압연 스탠드의 하류에 위치된다.
일반적으로, 각 압연기에 들어가는 스트립의 압하율 및 속도가 상이하여, 윤활 측면에서 상이한 요구를 초래한다. 따라서, 분무되는 제 1 및 제 2 윤활제는 각 압연 스탠드에 대해 농도 측면에서 달라질 수 있다. 일반적으로, 윤활은 각각의 스탠드에서 증가를 필요로 하고, 예를 들어, 스탠드 S2 는 스탠드 S1 보다 더 많은 윤활제 (예를 들어, 더 두꺼운 윤활제 필름) 를 요구한다.
탱크에 수집 및 저장된 상이한 다른 제 1 윤활제들의 오일 농도와 유적 크기가 너무 다르면, 윤활 유효성을 현저히 감소시킬 수 있다. 이를 위해, 냉간압연기는 바람직하게는 2개 이상의 탱크 또는 보다 더 바람직하게는 각각의 압연 스탠드를 위한 탱크를 포함한다. 수개의 탱크를 갖는 것은 수집된 윤활제들 사이의 조성 차이를 감소시키는 것을 허용한다.
도 9 는 5개의 냉간압연 스탠드들을 포함하는 냉간압연기를 나타낸다. 처음 4개의 냉간압연 스탠드들 (S1 내지 S4) 은 한 쌍의 워크롤들, 제 1 및 제 2 세트들의 분무 디바이스들를 포함한다. 제 5 압연 스탠드는 단지 제 1 세트의 분무 디바이스들을 갖는다. 냉간압연기는 또한 3개의 탱크들 (208, 209, 210) 을 포함한다. 제 1 탱크 (208) 는 제 1 및 제 2 스탠드의 수집 수단에 연결되고, 제 2 탱크 (209) 는 제 3 및 제 4 스탠드의 수집 수단에 연결되고, 제 3 탱크 (210) 는 제 5 스탠드의 수집 수단에 연결된다. 냉간압연기는 또한 2개의 반전 시스템들을 포함한다. 제 1 반전 시스템 (190) 은 스탠드들 (1, 2) 의 제 2 세트의 분무 디바이스들 및 탱크 (208) 에 연결된다. 제 2 반전 시스템 (191) 은 스탠드들 (3, 4) 의 제 2 세트의 분무 디바이스들 및 탱크 (209) 에 연결된다. 또한, 스탠드들 (S1, S2) 의 제 1 세트들의 분무 디바이스들은 제 1 탱크 (208) 에 연결된다. 스탠드들 (S3, S4) 의 제 1 세트들의 분무 디바이스들은 제 2 탱크 (209) 에 연결된다. 스탠드 (S5) 의 제 1 세트의 분무 디바이스들은 제 3 탱크 (210) 에 연결된다.
바람직하게는, 디캔테이션 탱크가 적어도 하나의 탱크에 연결된다.
도 10 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한 전술된 바와 같은 냉간압연 스탠드에서 금속 스트립을 압연하는 것을 허용하는 방법에 관한 것이며, 이는 하기 단계들을 포함한다:
A1) 상기 쌍의 워크롤들 (1) 상에 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들에 의해 0.2 와 5 중량% 사이의 베이스 오일을 갖는 제 1 윤활제의 유동 F1 을 분무하는 단계,
A2) 상기 워크롤들 (1) 의 상류 0.5 내지 4 미터에서 스트립 상에 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 의해 5 와 30 중량% 사이의 베이스 오일을 갖는 제 2 윤활제의 유동 F2 를 분무하는 단계,
B) 상기 수집 수단 (7) 에 의해 분무된 상기 제 1 및 제 2 윤활제를 수집하고, 분무된 상기 제 1 및 제 2 윤활제를 상기 탱크 (20) 로 유동시키는 단계,
C1) 상기 탱크 (20) 로부터 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들에 윤활제들을 공급하는 단계,
C2) 탱크로부터 상기 반전 시스템 (19) 에 윤활제들을 공급하는 단계,
C3) 상기 반전 시스템 (19) 에 의해 유중수 에멀션을 제조하는 단계,
C4) 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 단계 B2) 에서 제조된 유중수 에멀션을 공급하는 단계.
단계 C1 및 A1 은 제 1 세트의 분무 디바이스들로 탱크에 수용된 윤활제의 일부를 유동시킬 수 있게 하여, 한 쌍의 워크롤들 상에 제 1 윤활제의 유동 F1 을 분무할 수 있게 한다. 바람직하게는, 단계 A1) 에서, 제 1 윤활제는 상기 쌍의 워크롤들 및 압연되는 스트립 상에 분무된다. 제 1 윤활제 특성, 예컨대 오일 농도 및 유적의 크기는 압연 프로세스 동안 달라질 수 있다.
더욱이, 유지보수 후에 또는 탱크가 비어 있다면, 제 1 프로세스는 제 1 윤활제로 탱크 (20) 를 충전하는 것이다.
단계 C2 및 C3 는 도 6 에 나타낸 바와 같은 유중수 에멀션을 생성하는 것을 허용하고, 이때 수집된 윤활제의 일부가 탱크에 담긴다. 유중수 에멀션은 임의의 수단에 의해 제조될 수 있다.
제 1 및 제 2 윤활제는 상이하며, 이는 이들이 다음의 기준: 본질, 조성, 액적 크기, 온도 중 적어도 하나에서 상이함을 의미한다. 바람직하게는, 제 2 윤활제는 제 1 윤활제보다 높은 오일 함량을 갖는다.
디캔테이션 탱크가 탱크의 하류 및 제 1 세트의 분무 디바이스들 및 반전 시스템의 상류에 배치되는 경우, 단계 C1 에서, 제 1 세트의 분무 디바이스들에는 디캔테이션 탱크 및/또는 탱크로부터 윤활제들이 공급되고, 단계 C2 에서, 반전 시스템에는 디캔테이션 탱크 및/또는 탱크로부터 윤활제들이 공급된다. 더욱이, 탱크가 디캔테이션 탱크를 공급하는 추가적인 단계가 존재한다.
단계 B 에서, 분무된 제 1 및 제 2 윤활제는 수집 수단에 의해 수집되고 탱크에 저장된다.
바람직하게는, 단계 A1) 에서, 상기 유동 F1 은 가변적이다. 바람직하게는, 단계 A2) 에서, 상기 유동 F2 는 가변적이다. 이는 압연되는 강 그레이드 및 압연 조건의 기능에서 압연 프로세스 동안 분무되는 윤활제의 양을 변화시킬 수 있게 한다.
바람직하게는, 단계 A1) 에서, 상기 제 1 윤활제는 1 과 15 ㎛ 사이의 유적 크기를 갖는다. 이러한 베이스 오일 농도 및/또는 이러한 유적 크기는 대부분의 강 그레이드에 대해 최적 범위 내에서 마찰 계수를 유지할 수 있게 한다. 따라서, AHSS 와 같은, 매우 낮은 마찰 계수를 필요로 하지 않는 스트립의 압연 동안에, 제 2 윤활제의 유동 F2 는 낮아질 수 있다. 바람직하게는, 단계 C3) 에서, 상기 유중수 에멀션은 적어도 70 중량%의 베이스 오일을 갖는다. 바람직하게는, 단계 C4) 에서, 수중유 에멀션 또는 물이 또한 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 공급되고, 단계 A2) 에서, 수중유중수 에멀션이 생성되어 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 의해 분무된다.
훨씬 더 바람직하게는, 단계 C3) 에서, 수중유 에멀션 및 유중수 에멀션이 상기 반전 시스템에 의해 제조되고, 단계 C4) 에서, 제 2 세트의 분무 디바이스들에는 유중수 에멀션 및 상기 단계 C3) 에서 제조된 수성상이 공급된다. 이는 물 소비를 줄일 수 있게 한다.
바람직하게는, 단계 A2) 에서, 상기 제 2 윤활제는 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 의해 상기 워크롤들 (1) 의 상류 1 내지 3 미터에서 스트립 (1) 상에 분무된다.
바람직하게는, 단계 A2) 에서, 상기 제 2 윤활제는 15 와 40 ㎛ 사이의 유적 크기를 갖는다. 바람직하게는, 단계 A2) 에서, 상기 제 2 윤활제는 15 와 100 ㎛ 사이의 유적 크기를 갖는다. 이러한 액적 크기는 윤활을 증가시키고 따라서 마찰 계수를 더 낮은 값으로 유지하는 것을 허용한다. 그래서 진보한 고강도강의 압연이 용이해진다.
바람직하게는, 상기 수집된 윤활제는 열처리되지 않는다. 바람직하게는, 상기 수집된 윤활제는 화학적으로 처리되지 않는다. 윤활제가 이러한 처리들 중 적어도 하나를 겪을 때, 윤활제는 열화되어 윤활을 감소시킨다. 더욱이, 이러한 처리, 요구되는 에너지 및 생성된 부산물은 환경에 부정적인 영향을 미친다.
청구된 발명은 순환하는 제 1 세트의 분무 디바이스들의 저농도 및 안정한 수중유 (o/w) 에멀션의 유용한 양을 제 2 세트의 분무 디바이스들, 예를 들어 가요성 윤활 추가 시스템에서 사용될 다중 에멀션 수중유중수 (w/o/w) 에멀션으로 변형시키는 것을 허용한다.
예를 들어, 역 에멀션은 수집 수단에 의해 수집되고 탱크에 저장된 제 1 윤활 시스템의 에멀션의 반전 (inversion) 에 의해 제조된다. 이어서, 상기 역 에멀션은 외부상으로서 수성상과 조합되어 내부상으로서 사용되어 수중유중수 에멀션 (w/o/w) 을 형성하고, 제 2 세트의 분무 디바이스들에 의해 분무된다. 역 에멀션 중의 물 함량은 최종 w/o/w 에멀션의 필요한 특성 (예를 들어, 안정성, 플레이트-아웃 (plate-out) 특성) 에 따라 수 퍼센트 내지 30 퍼센트까지 조정될 수 있다.
본 발명은 롤-바이트 공급 (roll-bite feeding)(동적 농도 또는 플레이트-아웃) 의 상이한 모드에 적당하도록 상이한 에멀션 상태 하에서 윤활 시스템들 (예를 들어, 분무 디바이스들의 세트) 둘 다에 공급하기 위해 단지 하나의 오일을 사용한다는 이점을 제공한다. 이는 내부에 새로운 신선한 오일의 추가를 감소시키면서 가요성 윤활 시스템의 더 집약적인 사용을 가능하게 한다. 더욱이, 이는 재순환을 갖는 알려진 윤활 시스템과 비교하여 과도한 오일 소비 없이 그리고 어떠한 화학적 처리 없이 얻어진다. 압연기의 자연적인 소비를 보상하기 위해 단지 새로운 오일의 추가만이 이루어진다. 주요 윤활제 손실은 스트립 상의 윤활제 손실, 증발 및 프로세스에 고유한 것으로 간주될 수 있는 윤활제를 포획하는 철 미분과 같은 원하지 않는 입자의 제거로 인한 것이다.
또한, 새로한 윤활제가 별개의 압연 시스템에 배타적으로 공급되는 특허 JP 2002 172 412 와 같은 종래 기술에 반해, 본 발명에서는 재순환된 윤활제가 적어도 부분적으로 제 2 세트의 분무 디바이스들에 공급된다. 따라서, 종래 기술에 비해 본 출원에서는 윤활제 소비가 감소되고 탱크 내에서 재순환되는 윤활제의 안정성이 부정적으로 영향을 받지 않는다.
Claims (11)
- 금속 스트립 (S) 을 압연하기 위한 냉간압연 스탠드로서,
- 롤 바이트 (2) 를 결정하는 한 쌍의 워크롤들 (1),
- 상기 쌍의 워크롤들 (1) 상에 제 1 윤활제를 분무할 수 있는 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17),
- 상기 워크롤들 (1) 의 상류 0.5 내지 4 미터에서 상기 스트립 상에 제 2 윤활제를 분무할 수 있는 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18),
- 상기 제 1 윤활제 및 상기 제 2 윤활제를 수집할 수 있는 수집 수단 (7),
- 반전 시스템 (19),
- 상기 수집 수단 (7), 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17) 및 상기 반전 시스템 (19) 에 연결된 탱크 (20) 로서, 분무된 상기 윤활제를 수용할 수 있는 상기 탱크 (20)
를 포함하고,
- 상기 반전 시스템 (19) 은 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18) 에 연결되는, 냉간압연 스탠드. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉간압연 스탠드는 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들 (17) 및/또는 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18) 에 수성상을 제공할 수 있는 시스템 (22) 을 포함하는, 냉간압연 스탠드. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반전 시스템 (19) 은 유중수 에멀션을 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들 (18) 로 유동시킬 수 있는, 냉간압연 스탠드. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반전 시스템 (19) 이 원심분리기를 포함하는, 냉간압연 스탠드. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉간압연 스탠드는 상기 탱크 (20) 의 하류 및 상기 반전 시스템 (19) 의 상류에 디캔테이션 시스템 (29) 을 포함하는, 냉간압연 스탠드. - 하나 내지 7개의 압연 스탠드 (S1 내지 S5) 를 포함하는 냉간압연기 (24) 로서, 상기 압연 스탠드 중 적어도 하나가 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따르는, 냉간압연기.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 냉간압연 스탠드에서, 금속 스트립을 압연하는 것을 허용하는 방법으로서, 하기 단계들을 포함하는 방법:
A1) 상기 쌍의 워크롤들 (1) 상에 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들에 의해 0.2 와 5 중량% 사이의 베이스 오일을 갖는 제 1 윤활제의 유동 F1 을 분무하는 단계,
A2) 상기 워크롤들 (1) 의 상류 0.5 내지 4 미터에서 스트립 상에 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 의해 5 와 30 중량% 사이의 베이스 오일을 갖는 제 2 윤활제의 유동 F2 를 분무하는 단계,
B) 상기 수집 수단 (7) 에 의해 분무된 상기 제 1 윤활제 및 제 2 윤활제를 수집하고, 상기 분무된 제 1 윤활제 및 제 2 윤활제를 상기 탱크 (20) 로 유동시키는 단계,
C1) 상기 탱크 (20) 로부터 상기 제 1 세트의 분무 디바이스들에 윤활제들을 공급하는 단계,
C2) 상기 탱크로부터 상기 반전 시스템 (19) 에 윤활제들을 공급하는 단계,
C3) 상기 반전 시스템 (19) 에 의해 유중수 에멀션을 제조하는 단계,
C4) 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 단계 B2) 에서 제조된 유중수 에멀션을 공급하는 단계. - 제 7 항에 있어서,
단계 C3) 에서, 상기 유중수 에멀션이 적어도 70 중량% 의 베이스 오일을 갖는, 방법. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
단계 C4) 에서, 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 수성상이 또한 공급되고, 단계 A2) 에서, 수중유중수 에멀션이 제조되어 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에 의해 분무되는, 방법. - 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 C3) 에서, 상기 반전 시스템 (19) 에 의해 수성상 및 유중수 에멀션이 제조되고, 단계 C4) 에서, 상기 제 2 세트의 분무 디바이스들에는 상기 유중수 에멀션 및 상기 단계 C3) 에서 제조된 상기 수성상이 공급되는, 방법. - 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
수집된 상기 윤활제가 열처리되지 않는, 방법.
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