KR790001990B1 - 분말금속으로부터 금속스트립의 연속제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

분말금속으로부터 금속스트립의 연속제조방법

제1도는 스트립을 제조하는 본 발명 장치의 측면도.

제2도는 제1도에 도해한 소결로의 단면도.

제3도는 제1도에 도해한 장치에 의하여 제조된 스트립에 사용되는 냉간 압연장치의 측면도.

제4도는 제3도에 도해한 장치에 의해 제조되는 압연된 스트립의 재가열 장치의 측면도.

제5도는 제4도에 도해한 장치에 의해서 제조되는 스트립을 압연하기 위한 센찌미어(Sendzimir) 압연기의 측면도.

제6도와 7도는 본 발명에 의한 금속스트립을 제조하는 변형된 장치의 단면도.

본 발명은 금속분말을 가압압연하여 금속 스트립, 특히 강철 스트립을 연속적으로 제조하는데 관한 것이다.

금속분말을 압연하여 연속적으로 금속 스트립이나 다른 형태로 제조하는 여러 공정들이 제안되었다.

이런 공정에서는 강도와 밀도가 잉곳트로부터 압연하여 만들어진 스트립의 강도와 밀도에 도달하는 스트립을 생산하기에는 금속분말의 냉간 압연만으로는 충분치 못하다. 따라서 가압압연된 금속분말을 용융혹은 고체상태의 고온 확산에 의해 금속분말이 서로 결합되는 온도까지 가열시키는 소결이 필요하다. 소결 후에는 단족한 기계적 성질과 표면 상태를 갖는 스트립을 얻기 위하여 더 압연하고 재열처리를 할 수도 있다. 이런 방법으로 잉곳트로부터 압연하여 만들어진 스트립과 비교할만한 충분한 기계적 성질과 밀도를 갖는 스트립이 생산될 수 있다고 제안되었다.

이상적으로는 금속분말로부터 얻어진 스트립은 연속가열로에서 소결되어야 하며 스트립이 로안에 있는 동안 스트립의 접혀짐을 막기 위해서는 지지물이 요구된다. 그중 하나가 가열로를 통과하는 무단 금속벨트 형태의 지지물이다.

이러한 방법으로 금속 스트립을 만들기 위하여는 여러가지 어려운 문제들을 직면하게 된다. 가열로 속의 벨트위에 지지되어 있을때 소결되면 요구되는 기계적 성질등을 갖는 스트립은 생성되지 않는다. 왜냐하면 소결로를 통과할때 스트립의 수축(Shrinkage)을 방지하는 벨트에 의해서 생기는 장력이 소결하는 도중 가압분말에 적용되기 때문이다. 특히 스트립이 수축하려할때 벨트에 의해 스트립에 가해지는 마찰은 계속적인 압연동안 스트립 표면에 균열을 일으키는 비효율적인 소결을 초래한다.

그러나 본 발명에서는 금속분말을 가압하여 그린 스트립(green strip)을 만들어 소결로에 공급하고, 소결로 속을 통과할때 가스에 의하여 스트립을 지지하게 하고 장력이 스트립에 작용되지 않게 조절하여 금속 스트립을 연속적으로 생산하는 방법이 제공된다.

금속분말은 서로 물린 두개의 가압롤에 공급되어 그린 스트립을 만들고 이것이 소결로 속에 들어가기전에 부동판(floatation table)에 의해 지지되며, 로에 들어가면 소결로 출구에 위치한 두개의 롤에 의하여 로에서 배출되게 된다. 그린 스트립은 롤에 물려 로속으로 들어가게 되며 스트립을 들어가게 하는 롤과 나오게 하는 롤은 스트립이 로속을 통과할때에 작용되는 실제적인 장력이 없도록 서로 상관관계를 만족시키면서 회전하게 된다.

본 명세서에서 쓰여지는 "실제적인 장력이 없다"는 것은 가압된 분말이 소결로 안에서 응축하는 것을 허용하는 값의 장력이라 생각하면 쉽게 이해될 것이다. 가압 압연된 페리틱과 오스테나이틱 스테인레스강철분말과 가압 연강 분말에 작용되는 장력은 각기 50KN/㎡과 70KN/㎡을 초과해서는 안된다. 그러므로 상기 모든 분말물질에 작용되는 장력이 15KN/㎡보다 작은 것이 적당하며 보다 바람직하게는 10KN/㎡보다 작은 것이 좋다.

다르게 설명하면 장력은 적어도 10%의 응축이 일어날 수 있는 값에서 유지되어야 한다. 또 로에서 스트립이 구부러지지 않는 한도의 압축응력이 가해지면 소결을 아주 유익하게 개선할 수 있다.

지지가스는 지지물이나 가공소제와 양립할 수 있는 물리적 화학적 성질을 가진 가스나 가스의 혼합물로 구성되어 있다. 예를 들면 지지가스는 알곤, 수소 혹은 알곤과 수소의 혼합물, 질소와 수소의 혼합물, 혹은 알곤, 질소, 수소의 혼합물 혹은 알곤, 수소, 메탄 등의 혼합물로 구성되며 가스 혼합물은 약80%의 알곤 혹은 질소같은 비중큰 지지가스로 구성되는 것이 바람직하다.

소결된 스트립은 소결로를 떠난후에 20%정도 두께를 줄이기 위하여 냉간 압연을 하게 된다. 소결되고 압연된 스트립은 더 압연하기 전에 재가열로를 통과할 수도 있다. 재가열로는 위에서 설명한 것과 같이 스트립이 통과할때 공기에 의한 지지되는 형태의 소결로 일수도 있다. 또는 소결된 스트립이나 압연된 스트립은 소결때 쓰인 소결로에 다시 들어가 재가열될 수도 있다. 소결, 냉간압연, 재가열의 단계를 거친 스트립은 다음 단계로 넘어가기 전에 코일팅(Coiling)될 수도 있다.

본 발명은 금속분말을 압축시켜 그린 스트립을 만드는 장치가 있고 이 스트립을 소결로로 이송하는 장치와 스트립이 소결로를 통과할때 이 스트립을 지지해주는 가스를 소결로에 주입시키는 장치, 스트립의 로내의 이동을 조절하여 스트립에 실제적인 장력이 걸리지 않도록 하는 장치등으로 구성되는 금속 스트립의 연속제조장치를 제공한다.

본 발명을 도면과 대조하여 설명하면 다음과 같다.

제1도 및 제2도의 장치에는 분말(P)를 적재시키는 호퍼(hopper)(1)가 있다. 이 금속분말은 페리틱 또는 오오스테나이틱 스테인레스강과 같은 철내포 물질이나 알미늄같은 비철금속재료, 또는 광석이나 금속산화물로 만들어진다.

호퍼(1) 바로 밑에 한쌍의 가압롤(2)(2)이 있어서 호퍼(1)의 밑의 배출구를 통과한 분말은 이 롤(2)(2)사이로 지나가며 압축되는데 이 롤(2)(2)는 반대로 회전하며 호퍼(1)와 같이 그린 스트립(S)를 생성시키는 압축롤의 작용을 한다. 스트립은 압축롤을 거친후 한쌍의 주입롤(4)(4)을 거치고 부동판(5), 소결로(6), 배출롤(7)(7)을 지나 스트립 코일러(8)에 코일형태로 감겨진다(9).

도해한 바와 같이 가압기로부터 나온 그린 스트립(S)은 부동판(5)위를 통과하게 되고, 롤(4)(4)와 롤(7)(7)에 의해 운반되어 로(6)를 통과하게 된다. 주입롤(4)(4)와 배출를(7)(7)의 각각의 회전속도는 그린 스트립이 소결로를 통과하게 될때 실제적으로 장력이 없게 되도록 서로 상관관계를 갖고 있다. 오스테나이틱 스테인레스강 분말로부터 스트립을 만들기 위하여는 횡단면의 장력이 70KN/㎡보다 작게 조정되어야 하고 페리틱 스테인레스강 분말로부터 스트립을 만들기 위하여는 장력이 50KN/㎡보다 적게 조절되어야 한다. 그러므로 로(6)를 통과할때 스트립의 응축을 조절하기 위하여 각각의 롤의 회전속도는 조절기(10)에 의해서 조절되는데 스트립이 로를 통과할때 응축되기 때문에 예상되는 스트립 길이의 감소되는 양만큼 롤(7)(7)을 회전속도가 롤(4)(4)의 회전속도보다 적게 조절된다.

이때에 예상되는 응축은 금속분말의 형태와 소결로의 조건, 그린 스트립의 조성에 따라 결정된다. 스테인레스강 분말로부터 얻어지는 스트립은 길이로 최내 5%정도의 응축이 일어나나, 일반적으로는 정상적인 응축은 1-2%정도이다. 그러나 금속산화물로부터 얻어진 그린 스트립은 30-40%정도까지의 응축이 일어난다.

조절기(10)의 작동은 피이드백회로에 의하여 자동조절되거나 수동으로 조절된다. 또는 스트립에 작용되는 장력은 주입롤(4)(4)과 배출롤(7)(7) 사이의 어느 지점에서 감지되어 조절기(10)에 전달되며 이에 의해서 주입롤의 회전속도를 조절하게 되는데 로안의 지점에서 장력을 감지하는 것이 바람직하다.

부동판(5)은 평탄한 수평표면을 가지며 주입롤(4)(4)과 소결롤(6) 사이의 간격을 가능한한 모두 덮을 수 있게 위치하고 있다. 이 판(5)은 가스 주입기(11)가 부착되어 있고 그린 스트립이 소결로 속에 들어가기 전에 가스로 지지해줄 수 있도록 그 표면에 많은 작은 가스 배출구(도해되지 않았음)가 산재해 있다.

이 부동판(5)은 제2도에서 도시한 바와 같이 로(6)안에 부착된 것과 비슷한 경사진 옆면을 가진 가스룸에 의하여 대치되어 사용되기도 한다.

제2도에서 잘 알 수 있는 것과 같이 소결로(6)는 내화벽(12)이 설치되어 있고, 주입밀폐장치(13)와 배출밀폐장치(14)가 소결로 양끝에 각각 설치되어 있다. 가스주입구(15)는 로의 저부에 설치되어 있으나 소결로(6)의 양쪽 또는 한쪽옆면에 설치되어도 된다.

적어도 소결로(6)안에 있는 가스의 일부분은 도관(19)를 통해 나가서 냉각실(19A)를 경위하여 압축기(19B)와 산소와 같은 불순물을 제거하는 가스처리실(19C)을 거친후 가스주입구(15)로 순환된다. 필요한 가스조성을 갖는 추가 가스는 가스공급원(19D)으로부터 나와서 재순환되는 가스와 섞인후 로(6)속으로 투입된다. 로속에 재주입되기 전에 재순환가스와 추가가스는 계획된 온도만큼 가열된다.

전기가열장치(16)는 도면에는 도해되지 않은 하나 또는 몇개의 온도조절장치와 같이 로(6)안에 설치되어 있다. 한쌍의 돌출부(17)는 로의 옆수직벽 양쪽에 수평으로 로를 따라 길게 설치되어 있으며 약간 아래방향으로 경사되어 있어도 상관없다.

스트립은 소결로(6)을 나오면서 냉각되고 배출롤(7)(7)을 통과하게 되며 코일러(8)에 의해 감겨쳐 코일스트립(9)이 만들어진다. 일단 만들어진 코일은 제3도에 도해한 바와 같이 압연실로 보내어진다. 여기서 스트립은 냉간 압연기(21)의 롤(20)을 통과하여 코일러(22)에 의해 다시 감겨져서 코일 스트립(23)을 생성한다. 스트립은 냉각되어 감겨지기 전에 열간압연되어도 좋다. 이때의 열간 롤은 배출롤(7)(7)을 대처하게 되고 스트립이 로속을 통과할때 장력이 없도록 열간롤의 회전속도가 조정되어진다.

제4도에서 알 수 있는 바와 같이 다시 감겨진 코일(23)이 재가열실에 운반된 후에 로(24)를 통과하게되며 다시 감겨져 스트립 코일(25)을 만들게 된다. 이때 스트립은 주입롤(26), 배출롤(27)에 의해 조정되어 로(24)를 출입하게 된다. 로(24)는 제1도와 제2도에서 설명된 소결로와 같은 종류의 로이며 또는 코일(25)은 재가열을 위해 한번 사용한 소결로(6)를 이용해도 된다. 또 로(24)내부를 스트립이 통과하게 될때 스트립을 받쳐줄 연속운반 벨트가 있어도 좋다.

마지막 단계로 스트립 코일(25)은 제5도에 도해한 것과 같이 최종 압연실로 보내어진다. 최종 압연실에서는 스트립이 센찌미어 압연기(Sendzimirmill)(28)에 의해 최종두께가 정해지고 최종 코일(29)이 만들어진다. 다시 설명하면 호퍼(1)로부터 나온 강철분말(P)이 가압롤(2)(2)을 거치면서 그린 스트립(S)이 된다. 이 스트립은 주입롤(4)(4)에 의해 안내되어 부동판(5)의 수평면을 지나 주입밀폐강치(13)로 경유하여 소결로(6)로 들어가게 되며 들어간 이 스트립은 배출밀폐장치(14)를 지나 로(6)을 나오게 되는 것이다. 이때 스트립(S)은 배출롤(7)(7)에 의해 로(6)에서 나오게 되고 코일러(8)에 의해 감겨져 코일이 된다. 스트립은 로(6)안에 있는 동안 가스 주입구(15)로부터 나오는 압축가스에 의해 받쳐져 공간에 보유된 상태로 있게 된다. 로의 양쪽벽에 위치한 돌출부(17)와 스트립 가장자리 부분과의 접촉은 압축가스의 유동이 의하여 최소로 되게하거나 혹은 접촉이 없게 되도록 한다. 이 압축가스는 화살표(18) 방향으로 유동하며 제2도에서 보는 바와 같이 돌출부(17)의 경사된 표면과 스트립의 가장자리 사이를 빠져나간다. 다시 그 가스는 도관(19)을 통해서 로 밖으로 빠쳐나간 후 냉각되고 압축되고 재가열된 후에 가스 주입구(15)를 통해서 로안으로 순환된다. 그리고 주입밀폐장치(13)과 배출밀폐장치(14)에서 손실된 가스는 가스공급원(19D)으로부터 가스 추가로 보충하게 된다.

주입구(15)를 통하여 공급되는 가스는 체적비로 수소 20%와 알곤 80%로 구성된 혼합가스로 되어 있다. 또는 그 혼합기체는 알곤이나 화학적으로 스트립과 작용할 수 있는 가스의 혼합가스일 수도 있다. 따라서 금속분말로 만들어진 스트립의 조성중 탄소와 질소의 성분을 높이기 위해서는 가스혼합물은 각기 알곤 및 질소 혹은 알곤 및 메탄과 같은 탄화수소가스로 구성될 수도 있다. 예를 들어 오스테나이딕 스테인레스강스트립의 질소 함유율을 0.2% 높이기 위해서 가스 조성을 25% 질소, 55% 알곤, 20%의 수소로 구성할 수 있다. 그리고 로의 온도에 대하여 설명하면, 스테인레스강 분말로부터 스트립을 만들기 위하여는 로의 온도를 가열기(16)에 의해 약 1,350℃로 유지하여 그린 스트립(S)이 바른 온도에서 소결되게 해야한다. 또 로안에 있는 동안 스트립에 작용하는 장력은 스트립이 가스에 의해 떠받쳐지고, 또한 주입롤(4)(4)와 배출롤(7)(7)의 회전속도의 상호 작용에 의해서 실제적으로는 없어지게 된다.

소결된 스트립은 배출롤(7)(7)에 의해 로(6)으로부터 빠져나오게 된후 코일러(8)에 감기게 된다. 감겨진 코일(9)은 냉간압연기(21)에 보내지는데 거기에서 스트립은 풀려지면서 롤(20)(20)을 통과하게 되며 그후 다시 코일기(22)에 감겨지게 된다. 롤(20)(20)을 스트립 두께를 20% 감소시키는 작용을 하게 된다.

감겨진 코일(23)은 제4도에서 보는 바와 같이 재가열단계를 거치게 되는데 스트립은 다시 풀러지고 주입롤(26)(26)과 배출롤(27)(27)에 의해 로(24)를 통과하게 되면 다시 감겨지면서 코일(25)이 생성된다.

마지막 단계로 코일(25)는 Z압연기(28)에 보내져서 최종적인 두께로 압연된 후에 다시 코일형태로 된다. 이때에 Z압연기는 대체적으로 두께의 35%를 감소시킬 수 있는 것인데 이는 마지막 두께나 성질에 따라 결정되는 압축룰보다는 훨씬 큰 것이다.

도면에는 도시하지 않았지만 소결된 스트립은 롤(7)(7)을 지나서 코일로 감져지는 단계를 거치지 않고 직접 압연기(21)에 보내어질 수도 있으며 또한 압연기(21)를 거친 스트립은 제3도의 압연과정과 제4도의 재가열 사이에 존재하는 역시 코일로 감는 단계를 거치지 않고 직접 로(24)로 들어갈 수도 있다.

로(6)과 로(24)의 가열은 꼭 전열에 의할 필요는 없다. 예를 들면 고주파 유도장치 혹은 전자광선장치 등으로 가열할 수도 있다.

제6도에서는 그린 스트립(S)이 가스의 지지에 의해서 소결로를 통과할때 이 스트립에 미치는 실제장력이 없는 상태를 얻기 위한 다른 방법을 나타내고 있다. 이 방법의 장치에서는 제1도의 장치와 같은 숫자로 설명하는데 압축롤(2)(2)과 부동판(5) 사이에 회전 마찰드럼(30)을 설치했다. 이 마찰드럼(30)은 모타에 의해 작동되며 드럼(30)의 원주표면에 마찰물질(31)을 입혀 만들어진다. 보통 그 마찰물질은 기포성 폴리우레탄과 같은 구멍이 있고 작은 입자로 구성된 탄성체로 되어 있다. 이러한 마찰물질은 그린 스트립이 그 위를 지나갈때 마찰에 의한 구동력으로 스트립을 운반할뿐만 아니라, 분말(상태)의 물질을 스트립에 붙어있지 못하게 한다. 즉 압축이 덜된 느슨한 분말들은 이 마찰물질위를 스트립이 지날때 마찰물질의 구멍에 들어가게 되어 이 드럼(30)이 회전할때 중력으로 인하여 밑으로 제거되므로 그린 스트립을 청소하는 작업도 같이 하게 된다.

가압기에 의해 성형된 그린 스트립(S)은 회전 마찰드럼(30)의 원주 부분의 마찰물질(31)을 지나 부동판(5)을 통과하여 로(6)을 동하여 소결된후 롤(32)(32)을 지나 코일러(8)에 코일로 감겨진다. 이때 스트립은 제1도에서와 마찬가지로 로(6)를 통과할때 가스주입구(15)에서 공급되는 가스에 의해 지지된다.

먼저 설명한 것과 같이 스트립에 작용하는 실세적인 장력을 없게 유지하는 것이 중요하다. 제6도에서 도시한 장치에 있어서 그린 스트립은 드럼(30)과 가압기 사이에 조그마한 사슬모양의 곡선(L)에 달려 있으나 드럼(30)의 회전속도는 가압롤(2)(2), 배출롤(32)(32), 코일러(8)의 회전속도와 스트립에 작용되는 실제적인 장력이 없도록 밀접하게 관계되어 있다. 따라서 드럼(30)으로부터 부동판(5)을 통과하고 로(6)를 지날때까지 실제적인 장력은 없게 된다.

실제의 작동에 있어서는 드럼의 원주속도는 가압롤(2)(2)으로부터 나오는 그린 스트립(S)의 진행속도보다 약간 빠르게 한다. 로(6)에 스트립이 들어갈때 작용되는 장력은 만곡부분(L)의 높이 조정으로서 조절이 되어 없어질 수 있다.

이 속도조절은 로(6)의 배출구끝에서의 배출롤(32)(32)의 회전속도와 코일러(8)의 회전속도를 조정함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 속도조정은 알맞은 감지기로써 자동적으로 수행될 수 있다. 예를 들면 이런 감지기는 부동판(5)위를 스트립이 지날때의 위치의 장력을 가르켜 줄 수 있는 것이다.

제7도에서는 그린 스트립(S)이 로(6)내를 지날때 실제적으로 장력이 없는 상태를 얻는 또 다른 장치를 나타내고 있다. 여기에서는 곡선형태의 아래쪽으로 경사진 부동판(35)이 가압롤(2)(2)과 로(6)의 주입구(41)사이에 위치하게 된다. 이때 가스는 배판(36)을 통하여 부동판(35)으로 통하게 되어 있다. 이때의 소결로(6)는 주입롤이 따로 없으므로 스트립이 소결로(6)안으로 중력의 힘으로 들어갈 수 있도록 약간 수평방향에서 경사져 있다.

이 경사각도는 로(6)를 통하여 스트립이 배출될때의 마찰저항과 스트립에 작용하는 자체중력이 균형이되도록 결정된다. 그 각도는 0.5-5°일 수 있으며, 또한 로에 뚫려있는 주입구(41)를 배출구(42)의 위치보다 높게 위치시킴으로써 경사각도를 얻을 수 있다. 감지기(39)는 스트립(S)과 부동판(35) 사이의 거리를 결정시켜 준다.

스트립은 조절기(40)에 의해 회전속도가 조정되는 배출롤(37)에 의해 로를 통과하게 되며 이 조절기(40)는 스트립에 장력을 표시해주는 감지기(39)로부터의 신호에 따라 장력이 작용되지 않게 배출롤의 속도를 조절해준다. 이러한 방법에 의해서 후방의 원하는 장력을 얻을 수 있다.

본 발명을 이상과 같이 가압기에 금속분말을 통과시킴으로서 얻어지는 그린 스트립을 가지고 금속 스트립을 제조하는 방법에 대하여 설명하였으나 금속분말을 가지고 그린 스트립을 제조하는 다른 방법도 적용할 수 있다. 이러한 방법중 하나는 지지면에 접착제에 현탁된 분말로된 원료를 슬러리 형태로 입히는 단계와 이것을 건조시켜 자체 지지막을 형성시키는 단계, 이 건조된 막을 지지면에서 때어내서 압연 압축하고 그린 스트립을 만드는 단계 등으로 구성된다.

Claims (1)

1. 금속분말을 압축하여 그린 스트립을 만들고 이 그린 스트립을 소결로에 주입하고, 로안에서 이송되는 동안 지지가스에 의해 스트립이 지지된 상태에서 로를 통과할때 스트립에 수축이 일정하게 유지되면서 소결하여 연속적으로 금속 스트립을 제조하는 방법.

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