강철의 석회질 제거를 위한 기계적 공정

강철 석회질 제거를 위한 기계적 공정

스케일은 열간 압연 중에 발생하는 산화의 산물입니다. 강재의 산화 및 스케일 형성은 재가열로에서 강재를 재가열, 다중 패스 열간 압연 및 패스간 지연 시간 및 압연 후 공랭을 포함하는 열간 압연 공정 중 피할 수 없는 현상입니다.

재가열로에서 강을 압연 온도로 가열하는 동안 형성되는 스케일을 1차 스케일이라고 합니다. 이 기본 스케일은 열간 압연 전에 제거됩니다. 일반적으로 표면 품질이 높은 철강 제품을 생산하고 롤 마모를 줄이기 위해 수행됩니다. 그러나 조압연기 및 중간압연기에서 패스간 지연시간 동안 디스케일링된 강재 표면에 2차 스케일이 계속 형성된다. 1차 밀비늘의 색상은 일반적으로 푸른빛이 도는 검은색이고 2차 비늘의 색상은 파란색입니다. 보조 눈금은 강철에 래커 코팅 마감과 유사한 외관을 제공하며 종종 파란색 프라이머로 오인됩니다.

1차 스케일은 3개의 잘 정의된 산화철 층으로 구성됩니다. 강철에 인접하여 FeO의 대략적인 조성을 갖는 Wustite로 구성된 가장 두꺼운 층이 있습니다. 중간층은 자철광(Fe3O4)으로 구성되고 최외곽층은 적철광(Fe2O3)으로 구성됩니다. 이러한 층의 두께는 강철의 압연 및 강철 표면의 산소 가용성과 관련된 여러 요인에 따라 달라집니다. 강철 표면의 층은 산소가 가장 풍부하고 스케일 두께의 0.5~2%를 구성합니다. 금속 표면의 층은 철이 가장 풍부하며 스케일 두께의 약 85%를 구성합니다. 스케일의 중간층은 스케일 두께의 약 13% ~ 14.5%를 구성합니다.

스케일이 강철에 균일하게 잘 접착된 덮개라면 이상적인 보호 장벽이 될 수 있습니다. 불행히도 스케일이 균일하지도 않고 잘 접착되지도 않습니다. 스케일은 밑에 있는 강철보다 반응성이 덜하고(더 '고귀한'), 접촉할 때 두 개의 서로 다른 금속의 거동과 일치합니다. 더 반응성이 있는 금속인 강철은 스케일이 덜 반응성인 대신 산화(녹)합니다. 스케일이 표면에서 '튀어나올' 수 있으며, 코팅이 갈라지고 수분이 침투할 수 있습니다. 이것은 갈바니 반응이 일어나 기본 강철에 공식 부식(녹)을 초래합니다.

스케일은 강철을 가공할 때 골칫거리입니다. 강철을 냉간 가공하기 전에 청소가 필요합니다. 또한 강철 위에 적용된 코팅은 습기가 많은 공기가 그 아래로 들어갈 때 스케일과 함께 벗겨지기 때문에 낭비됩니다. 추가 작업이나 강철에 코팅을 적용하려면 모재 강철의 균일하고 깨끗한 표면을 나타내기 위해 모든 스케일을 제거하는 것이 필수적입니다.

스케일 제거는 손으로 거의 불가능합니다. 전동 공구 청소 방법을 사용하는 것은 매우 지루하고 시간이 많이 걸립니다. 이 두 가지 방법 중 어느 것도 시작하기에 좋은 기반을 제공하지 않습니다. 열연강판 표면의 스케일 제거에는 여러 유형의 스케일 제거 공정이 사용됩니다. 이러한 석회질 제거 과정은 일반적으로 4가지 범주로 분류됩니다. 이들은 (i) 화염 세척 공정, (ii) 기계적 석회질 제거 공정, (iii) 수압식 석회질 제거 공정, (iv) 화학적 석회질 제거 공정입니다. 이 문서에서는 기계적 석회질 제거 과정을 설명합니다.

기계적 스케일 제거 공정(그림 1)에는 일반적으로 (i) 역 굽힘 변형, (ii) 쇼트 블라스팅, (iii) 역 굽힘과 쇼트 블라스팅의 조합에 의한 처리가 포함됩니다. 이러한 공정은 일반적으로 강재 드로잉 산업에서 강재의 스케일 제거에 사용됩니다.

  그림 1 기계적 석회질 제거 과정 

역굽힘 변형 과정

역 굽힘 변형 공정은 강철 막대가 연성이고 열간 압연 스케일이 취성이라는 원리를 기반으로합니다. 막대가 변형되면 강철은 구부러지지만 충분한 양과 충분한 변형이 있는 경우 열간 압연 스케일이 부러져 막대 표면에서 빠져 나와 떨어집니다. 변형 모드는 주로 굽힘이지만 신축 변형도 포함될 수 있습니다. 역 굽힘 변형 공정을 위한 장비는 스케일 제거되는 강봉의 특성에 과도하게 영향을 미치지 않고 스케일 제거의 일관된 결과를 달성하기 위해 제어된 방식으로 역 굽힘의 원리를 사용하는 것입니다. 스케일 제거 과정에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나는 강재의 전체 변형량입니다.

일반적으로 완전한 스케일 파단에 필요한 최적의 로드 변형량은 8%에서 10% 범위로 간주됩니다. 8% 미만은 불완전한 스케일 파손을 초래하여 부착된 스케일 패치를 남길 수 있으며 10% 이상은 일반적으로 추가 스케일 파손을 달성하지 못하는 동시에 강철에 바람직하지 않은 양의 가공 경화를 추가합니다. 심한 변형(10% 이상)의 또 다른 바람직하지 않은 효과는 로드 라인의 백텐션이 증가하여 스틸 로드가 늘어지고 목이 내려갈 수 있어 로드 제도 일정에 영향을 미치고 로드를 통해 로드를 당기기 위해 첫 번째 블록에서 더 많은 힘이 필요하다는 것입니다. 스케일 제거 시스템. 8% ~ 10% 변형의 목표는 역 굽힘을 수행하는 데 사용되는 시브의 크기와 처리되는 강재의 크기 사이의 관계에 의해 제어됩니다.

로드 스트레칭 문제도 중요한 고려 사항입니다. 탄성 스트레칭은 석회질 제거 과정의 효율성을 높일 수 있지만 과도한 플라스틱 스트레칭은 유사한 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있습니다.

역굽힘 변형 공정 장비는 겉보기에는 매우 단순하고 단순한 장비로 보이지만 실제로는 스케일이 파손되는 균형 잡힌 디스케일링 성능을 갖기 위해 충족되어야 하는 매우 구체적인 설계 매개변수를 가지고 있습니다. 강철 막대에 대한 부작용. 스케일 파괴 공정의 기본 원칙에 따른 적절한 장비 설계는 강철의 성공적인 스케일 제거를 달성하는 핵심 요소 중 하나입니다.

적절하게 설계된 역 굽힘 변형 공정 장비는 본질적으로 모든 열간 압연 스케일을 느슨하게 합니다. 이때 굵은 스케일의 80~90%가 로드에서 떨어져 스케일 브레이커에 모입니다. 나머지 10~20%의 스케일은 느슨하지만 강봉 표면에 계속 달라붙는다. 이것은 정전기에 의해 막대 표면에 유지되는 미세한 분말상의 잔여 스케일입니다. 이 스케일을 제거하지 않으면 윤활 상자 오염, 다이 수명 감소, 빠른 드로우 블록 마모, 드로우 로드 품질 저하 및 드로잉 장치의 전반적인 생산성 저하와 같은 문제가 발생합니다.

스케일 제거된 로드 표면에 미세한 스케일 잔여물을 남기는 바람직하지 않은 결과가 있다는 것은 역 굽힘 공정의 개발 초기에 인식되었습니다. 이것을 제거하려는 초기 시도는 막대 라인에 걸레를 묶거나 생산 공정이라고 거의 부를 수 없는 막대 위에 무거운 대마 로프를 감는 것과 같은 방법을 포함하여 상당히 조잡했습니다. 자주 사용되는 또 다른 방법은 브러시를 사용하여 미세한 스케일 잔여물을 닦는 것이었습니다.

최근에는 스케일이 제거된 봉 표면의 미세한 스케일 잔여물을 제거하기 위한 미세 스케일 제거 장비가 개발되고 있습니다. 이 장비는 여러 개념에서 작동합니다. 로드 표면을 청소하는 데 자주 사용되는 한 가지 개념은 고속 공기 분사를 사용하는 반면 다른 개념은 수세식/공기 건조 방식을 사용합니다. 두 개념을 기반으로 하는 장비는 스케일 잔여물을 제거할 뿐만 아니라 본질적으로 이를 포함하므로 미세 스케일이 작업 영역에 퍼지지 않습니다. 이는 또한 이후에 더 쉽게 폐기하는 데 도움이 됩니다.

스케일 제거 막대에서 스케일 잔류물을 비공격적으로 세척하기 위한 미세 스케일 제거 장비의 주요 목표는 (i) 산업 기술을 사용하여 잔류물을 제거하는 것, (ii) 제거된 물질을 포함하는 것, (iii) 운영자의 주의, (iv) 최소한의 유지 관리, (v) 낮은 운영 비용

샷 블라스팅 과정

강철의 스케일 제거를 위한 쇼트 블라스팅 공정(연마 블라스팅 공정이라고도 함)은 건조 상태 또는 액체 매체에 현탁된 연마 매체의 강제 방향에 의해 강철 표면의 세척이 수행되는 표면 처리 공정이며, 강철의 표면에 대하여. 연마 입자는 강재에 제어된 방식으로 고속(50m/초 ~ 110m/초)으로 집중됩니다. 연마 입자의 연마 충격으로 스케일 및 기타 표면 오염 물질이 제거됩니다.

연마 블라스팅 공정은 1904년에 시작되었습니다. 이것은 오늘날 강봉 드로잉 장치에서 강봉의 표면 스케일 제거에 가장 많이 사용되는 공정입니다. 디스케일링의 산세척 공정보다 빠르고 경제적인 공정입니다. 연마재 또는 그 상당 부분은 추후 사용을 위해 재활용할 수 있습니다.

쇼트 블라스팅 공정으로 강봉의 매우 우수한 세척 및 표면 처리를 얻을 수 있습니다. 스케일 제거를 위한 이 공정은 일반적으로 (i) 철 및 강철 주물 및 단조품의 표면 세척, (ii) 강판, 봉, 코일 및 와이어의 기계적 세척, (iii) 기계적 변형을 위한 쇼트 피닝에 사용됩니다. 특성(스프링, 기어 등의 피로 저항 증가), (iv) 도장 또는 코팅할 강철 물체의 표면 준비. 강철 스케일 제거를 위한 쇼트 블라스팅 공정은 브라이트 바 생산 중 스케일 제거를 위한 일반적인 방법입니다. 쇼트 블라스팅에 의한 표면 청소는 자동차, 건설, 주조, 단조, 조선, 철도 등 철강을 사용하는 거의 모든 산업에서 사용됩니다.

숏 블라스팅 스케일 제거 공정에서 연마재를 적용하는 방법은 (i) 건식 방법과 (ii) 습식 방법의 두 가지 유형의 절차로 구분할 수 있습니다.

건식 방법 연마재의 적용에는 (i) 기계적 블라스팅 방법 및 (ii) 공기압 블라스팅 방법이 포함됩니다.

기계적 발파 대부분 캐비닛 유형 장비를 사용합니다. 배치, 반자동 또는 자동 버전으로 제공됩니다. 일반적으로 캐비닛에는 원심력에 의해 연마재를 강철 표면으로 향하게 하는 하나 이상의 블라스트 휠이 있습니다. 휠은 강철 표면의 블라스트 패턴의 최대 적용 범위와 고효율을 보장하도록 배치됩니다. 일반적으로 공기 세척되고 등급이 지정된 깨끗한 연마재는 호퍼에 보관됩니다. 연마재는 중력에 의해 호퍼에서 임펠러로의 연마재 흐름을 측정하는 공급 깔때기와 디퍼 밸브로 흐릅니다. 임펠러는 제어 케이지를 통해 안내되는 연마제에 원심 속도를 부여합니다. 제어 케이지는 강철 표면에 폭발 패턴을 전달하는 방향과 모양을 결정합니다. 휠은 일반적으로 부유 연마재의 배출을 방지하기 위해 보호 하우징으로 둘러싸여 있습니다.

이러한 기계는 특히 휠 구성 요소와 기계 내부가 심하게 마모되기 때문에 많은 경우 부품이 고합금 내마모성 주철로 만들어지고 쉽게 교체할 수 있도록 설계되었습니다. 무거운 고무 매트는 연마재의 충격 충격을 완화하기 위해 작업 테이블에 자주 사용됩니다. 작업 효율성을 높일 수 있는 다양한 유형의 휠을 사용할 수 있습니다. 일반적으로 연마 속도(초당 약 50미터)와 연마 매체의 양은 기계 시스템이 단위 시간당 높은 수준의 작업 용량을 제공하는 정도입니다. 결과적으로 기계식 블라스트 캐비닛 장비는 중대형 생산 애플리케이션에 맞게 조정할 수 있습니다.

기압 발파 방법은 압축 공기를 사용하여 표면에 연마재를 적용합니다. (i) 흡입, (ii) 중력 및 (iii) 직접 압력의 세 가지 기본 기압 발파 방법이 있습니다.

흡입 시스템에서 압축 공기는 공기 분사에 의해 노즐로 보내져 건으로 이어지는 흡입 라인에서 저압, 고속 공기 흐름을 생성합니다. 이 라인은 연마재 수집 호퍼에서 고속 기류와 합쳐지는 블래스트 건으로 연마재를 공압으로 전달합니다. 사용된 연마재는 수집 호퍼에 떨어집니다. 수집 호퍼는 흡입 라인에 의해 수집되고 블래스트 건을 통해 재순환됩니다.

중력 공급 시스템은 흡입 건과 유사한 연마 건을 사용하지만 연마제는 오버헤드 호퍼에서 중력에 의해 건으로 공급됩니다. 이것은 흡입 시스템의 덜 효율적인 공압 이송을 제거하고 더 효율적인 연마제 주입 공급으로 대체합니다. 흡입 시스템과 비교하여 중력 시스템의 주요 문제(및 자주 사용하지 않는 이유)는 재순환을 위해 수집 호퍼에서 건 공급 호퍼로 사용된 연마재를 되돌리기 위해 연마제 상승 시스템이 필요하다는 것입니다.

직접 압력 시스템에서 연마제는 압력 용기에서 압력을 받고 분사 노즐로 가는 압축 공기 라인으로 계량됩니다. 이 시스템은 또한 연마재 순환을 위한 일종의 승강 시스템이 필요합니다. 이것은 이동된 연마재의 단위 중량당 필요한 공기량 측면에서 가장 효율적인 시스템이며 가장 높은 연마 속도와 강도를 생성합니다. 강철을 효과적으로 디스케일링하기 위해 긴 랜스와 측면 사격 노즐을 통해 연마재를 이동할 수 있는 유일한 시스템입니다.

공기압 발파공법은 직접압법과 사이펀법 또는 중력법을 사용할 수 있는 유도공법을 사용한다. 이러한 방법은 아래에 설명되어 있습니다.

직접 공기압 블라스팅 방식에서 연마제는 가압 용기(압력 용기)에서 블라스트 호스로 공급됩니다. 압축 공기 라인은 블래스트 호스와 압력 용기 상부 모두에 연결됩니다. 호스와 압력 용기 모두에 대한 공기 압력(일반적으로 약 6kg/sq cm)이 동일하기 때문에 압력 용기 바닥에 있는 구멍(공급 지점)을 통해 연마제가 자유 낙하할 수 있습니다. 연마제가 떨어지면서 압축 공기에 의해 픽업되어 작동 지점으로 운반됩니다. 공기압을 유지하기 위해 밸브는 기계의 충전 지점에 장착되고 공기압에 의해 단단히 닫혀 있습니다. 노즐의 구멍 크기와 공기 압력에 적합한 속도로 연마제 흐름을 조절하기 위해 공급 지점에 계량 밸브가 장착되어 있습니다.

유도 사이펀 방식의 경우 블래스트 건은 압축 공기 파이프와 연마재를 운반하는 플렉시블 호스에 연결됩니다. 연마 호스는 기계 호퍼 바닥 근처의 대기에 열려 있습니다. 결과적으로, 압축 공기가 건을 통과하여 연마제 호스를 통과하면 호스에 부분적인 진공이 생성되고, 이는 차례로 연마재를 건으로 끌어들이거나 유도하여 연마제가 압축 공기의 제트에 의해 노즐을 통해 추진되는 곳입니다. . 고무 연마재 공급 호스는 일반적으로 호퍼와 건 사이의 길이가 약 2m에서 2.5m입니다. 연마제는 분사 노즐을 통과할 때 공기 흐름에 의해 가속되지만 압축 공기 흐름의 최대 속도에는 도달하지 않습니다. 노즐을 떠나는 연마제의 속도는 직접 압력 기계의 약 40%입니다. 유도 사이펀 기반 장비는 광범위한 수동 연마 블라스팅 캐비닛에 사용됩니다. 연속운전 자동장비에 사용되지만 일반적으로 경연마재의 적용에 국한된다.

유도 중력 기반 장비는 장치가 공기와 연마 매체를 혼합하는 데 사용된다는 점에서 유도 사이펀 장비와 매우 유사합니다. 그러나 유도 중력 장비를 사용하면 연마재가 머리 위 저장고에서 중력으로 공급됩니다. 공기 공급 장치는 연마제가 부분 진공에 중력 무게를 더한 상태에서 동반되는 지점에서 건으로 들어갑니다. 건에서 나오는 압축 공기의 급속한 팽창은 연마재에 최종 가속을 제공합니다. 유도 중력 기반 시스템은 널리 사용되지 않습니다. 연속운전에 적용할 수 있지만 일반적으로 특수한 용도에만 사용한다.

기계식 드라이 블라스팅 장비가 점점 더 대중화되고 있습니다. 스케일 제거의 신속성은 연마 입자 속도와 단위 시간당 연마 투입량을 증가시켜 증가시킬 수 있습니다. 설치는 비교적 어려움 없이 반자동 또는 완전 자동으로 수행할 수 있습니다. 공기압 분사는 낮은 생산 요구 사항이나 간헐적인 작업이 예상될 때 사용됩니다.

습식 방법 연마재의 적용을 위해 강철로 향하는 슬러리의 고속 압축 공기 추진이 포함됩니다. 슬러리는 일반적으로 화학적으로 처리된 물에 현탁된 미세한 연마제로 구성됩니다. 일반적으로 연마제의 침전을 방지하기 위해 지속적으로 교반합니다. 직접 압력 건식 분사 장치와 마찬가지로 압축 공기는 분사 호스에 공급되는 압력과 동일한 압력으로 혼합물이 들어 있는 용기에 공급됩니다. 압력을 동일하게 하면 연마제 혼합물이 혼합 밸브를 통해 공기 라인으로 공급될 수 있습니다. 연마제 흐름은 호퍼와 혼합 챔버 사이에 위치한 전체 흐름 밸브에 의해 제어됩니다.

대부분의 습식 연마 블라스트 방법을 위한 장비는 일반적으로 캐비닛에 장착되며 보조 스트리퍼, 배출 컨베이어 및 세척-린스 건조 스테이션에 의해 종종 수정됩니다. 기본 설계에는 수직 휠, 수평 평면 턴테이블, 레일 또는 자동차 확장이 있는 셔틀, 체인 또는 벨트 컨베이어, 샤프트 및 관형 부품용으로 설계된 독립형 회전 메커니즘, 회전식 캐비닛 기계가 포함됩니다. 슬러리는 다음 세 가지 방법 중 하나로 표면에 대해 추진할 수 있습니다.

• 사이펀 작용을 통해 슬러리를 상승시킨 다음 적절하게 설계된 노즐을 통해 내뿜는 압축 공기의 흐름에 의해.
• 중력 공급 슬러리를 총으로 추진하는 압축 공기 사용
• 슬러리의 요구되는 투사 속도를 생성하는 고압 원심 펌프 사용

특수 공정을 위한 습식 연마 분사 방식에는 여러 가지 변형이 있습니다. 이러한 공정은 습식 연마 분사 방식으로 분류될 수 있지만 이러한 공정 중 일부는 새로운 공정 이름을 가져왔습니다. 모든 습식 연마 분사 방식은 다음 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

• 하이드로 블라스트 공정 – 이 공정에서 모래는 물과 혼합되고 수압에 의해 추진됩니다.
• 증기 분사 공정 – 이 공정에서 연마제는 압축 공기 제트에 의해 고속으로 분사되는 액체에 부유됩니다.

역굴곡과 쇼트 블라스팅 방법의 조합

이 스케일 제거 과정에서 스케일 제거의 두 가지 방법, 즉 리버스 벤딩과 쇼트 블라스팅이 로드 드로잉 라인에서 직렬로 사용됩니다. 일반적으로 역굽힘 공법을 먼저 사용하고 숏 블라스팅 공법을 사용합니다.

연마재의 종류

다양한 연마재가 일반적으로 사용됩니다. 특정 유형의 선택은 주로 경제적, 야금학적 및 실용적인 엔지니어링 요소에 따라 달라집니다. 일반적으로 사용되는 연마재는 모래, 스틸 샷, 스틸 그릿, 알루미늄, 부싯돌/석류석, 유리 구슬, 탄화물, 슬래그 및 유기 재료입니다.

스틸샷은 액체강을 원자화(과립화) 공정을 통해 만든 구형 입자입니다. 이 주강 샷은 다양한 크기와 경도로 제공됩니다. 일반적으로 스틸 샷은 전기로 또는 유도로에서 철 스크랩으로 제조됩니다. 철 스크랩은 용광로에서 녹은 다음 액체 강철이 워터 제트에 의해 쇼트로 분무됩니다. 스틸 샷의 제조 공정 단계는 (i) 철스크랩 용융, (ii) 고압 워터젯에 의한 액강 분무, (iii) 샷 건조, (iv) 스크리닝(SAE 샷 크기의 분리)입니다. 그릿 생산에 사용되는 대형 샷 입자), (v) 나선형(불규칙한 모양의 샷 제거), (vi) 담금질(최소 응력 균열로 우수한 입자 무결성 생성), (vii) 템퍼링, (viii) 심사 및 (ix) 포장.

가장 큰 직경의 샷 입자는 각진 강철 입자를 형성하고 샷 블라스팅 공정의 연마제로 사용됩니다. 스틸 샷은 부서지기 쉬우므로 일반적으로 내구성이 있습니다. 발파의 영향으로 샷이 부드러워집니다. 시간이 지남에 따라 경도가 증가하여 미디어가 수천 주기에 걸쳐 일관되고 반복 가능한 성능을 제공할 수 있습니다. 생산된 스틸 샷은 일반적으로 40HRC ~ 60HRC의 로크웰 경도를 갖습니다. 스틸 샷은 먼지가 거의 발생하지 않고 분해율이 매우 낮습니다. 스틸 샷이 높은 충격 에너지와 빠른 청소 속도를 제공하기 때문에 이들은 무거운 정련 및 매우 밝은 마감재를 생성하는 데 사용됩니다.

이 연마재는 대부분 균일한 입자의 크기뿐만 아니라 특정 범위의 경도에 의해 수행되는 작업에 따라 선택됩니다. 입자는 사용하는 연마재의 직경, 종류, 경도에 따라 700~5000배의 돌출이 가능하여 쉽게 재활용됩니다.