CN114829637A - 辐射管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种辐射管及其制造方法，所述辐射管配置在热处理设备内，用于进行带材的热处理(heat treatment)。本发明的辐射管包括具有内部管道的管体，所述管体的表面上设置有隔开预定距离并排延伸的第一连续图案和第二连续图案，所述第一连续图案和所述第二连续图案分别具有沿长度方向连接的多个从所述表面具有预定高度的单位图案。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年12月17日提交的韩国专利申请号第10-2019-0169104号的优先权，其全部内容通过引用并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种辐射管及其制造方法，所述辐射管配置在热处理设备内，用于对热处理对象材料进行热处理(heat treatment)。
背景技术
对于通过铸造、锻造、轧制、挤压等各种方式加工而成的金属材料，在特定温度下进行热处理，以实现所需的强度和晶体大小，或者在保持特定温度的热处理炉(heattreatment furnace)中进行表面处理。
带材、板材等金属材料在热处理期间会被退火炉内的氧气氧化，为了抑制氧化物的生成，采用了在氮气、氩气等惰性环境或真空中进行热处理的方法。当需要在惰性环境或真空中进行热处理时，也会将用电的发热体用作热源，但是利用燃烧器燃烧气体时产生的热量的方式适合于批量产品的低成本热处理。此时，在没有气体燃烧所需的氧气的惰性环境下无法直接使燃烧器燃烧，因此使用配备有燃烧器的辐射管(radiant tube)。
即使在不是惰性环境的常规大气环境下，如果直接喷射火焰，也可能导致带材受热不均匀和变色，因此燃烧器所产生的火焰在辐射管内部循环而加热辐射管后，通过加热的辐射管辐射出的辐射热间接加热带材。辐射管可以采用铸造法铸造成管状，或者可以通过板材制成管状后将弯管和直管相互焊接而成。
另一方面，尝试过通过利用离心铸造法在表面上形成阴极突起或通过在辐射管的表面上形成多个多边形图案来提高辐射管的热效率。
然而，由于阴极突起的高度不能超过辐射管表面厚度，因此提高热效率受到限制。此外，由于形成图案的多边形被布置成与相邻的多边形共用一个边，可以实现的形状受到限制，并且由于断断续续地形成图案，降低了单位时间内可以形成的连续图案的生产率。不仅如此，当构成连续图案的一个图案与另一个图案接触时，辐射出辐射热的表面积也会减少，减少量相当于图案接触面积，因此热效率增加也受到限制。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种辐射管装置及其制造方法，通过在辐射管的表面上打印多个与另一图案隔开预定距离平行形成的连续图案，以增加辐射热的辐射表面积。
技术方案
根据本发明的一个特征的辐射管，其包括具有内部管道的管体，所述管体的表面上设置有隔开预定距离并排延伸的第一连续图案和第二连续图案，所述第一连续图案和所述第二连续图案分别具有沿长度方向连接的多个从所述表面具有预定高度的单位图案。
所述管体可包括：多个直管部，这些直管部直线延伸；以及弯管部，其结合于所述直管部的末端，用以使所述多个直管部平行定位。
所述第一连续图案可以是由直角三角形的斜边和一个垂直边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的连续N字型形状，所述第二连续图案可以是由直线构成的第二单位图案沿长度方向连接多个而形成的一条直线。
所述第一连续图案可以是由具有预定夹角的两个边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的锯齿形状，所述第二连续图案可以是由直线构成的第二单位图案沿长度方向连接多个而形成的一条直线。
所述第一连续图案和所述第二连续图案分别可以是由直角三角形的斜边和一个垂直边构成的单位图案沿长度方向连接多个而形成的连续N字型形状，构成所述第二连续图案的所述单位图案的中心可以配置成从构成所述第一连续图案的所述单位图案的中心沿长度方向平行移动预定距离。
所述第一连续图案和所述第二连续图案分别可以是由具有预定夹角的两个边构成的单位图案沿长度方向连接多个而形成的锯齿形状，构成所述第二连续图案的所述单位图案的中心可以配置成从构成所述第一连续图案的所述单位图案的中心沿长度方向平行移动预定距离。
所述第一连续图案可以是由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，所述第二连续图案可以是由直线构成的第二单位图案沿长度方向连接多个而形成的一条直线。
所述第一连续图案和所述第二连续图案分别可以是由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的单位图案沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状。
所述第一连续图案可以是由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，所述第二连续图案可以形成为由向内侧垂直连接的三个边构成的第二单位图案定位成向所述第一单位图案的凸部内侧进入预定距离并沿长度方向断断续续地配置有多个。
所述第一连续图案可以是由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，所述第二连续图案形成为由第一直线和垂直结合于所述第一直线的第二直线构成的第二单位图案定位成向所述第一单位图案的凸部内侧进入预定距离并沿长度方向连接有多个。
根据本发明的另一个特征的制造辐射管的制造方法，通过三维造型方法在具有内部管道的管体的表面上打印隔开预定距离并排延伸的第一连续图案和第二连续图案，以制造第1项至第10项中任何一项所述的辐射管。
根据本发明的又一个特征的制造辐射管的制造方法，通过CMT(冷金属过渡焊接)、TIG(钨极惰性气体保护焊)和MIG(金属极惰性气体保护焊)中的至少一种方法在具有内部管道的管体的表面上焊接隔开预定距离并排延伸的第一连续图案和第二连续图案，以制造第1项至第10项中任何一项所述的辐射管。
发明效果
本发明提供一种辐射管及其制造方法，通过改善辐射热效率，可以提高退火炉内的热处理效率。
附图说明
图1是描述根据一个实施例通过热处理设备的内部的带材的热处理的视图。
图2是描述通过从图1的辐射管辐射出的辐射热对带材进行热处理的示例的视图。
图3是详细示出图1的辐射管的视图。
图4是示出位于图1的辐射管表面的连续N字型图案的一个实施例的视图。
图5是示出图4的连续N字型图案的图像视图。
图6是示出位于图1的辐射管表面的锯齿形状图案的一个实施例的视图。
图7是示出位于图1的辐射管表面的连续N字型图案的另一个实施例的视图。
图8是示出位于图1的辐射管表面的锯齿形状图案的另一个实施例的视图。
图9是示出位于图1的辐射管表面的凹凸形状图案的一个实施例的视图。
图10是示出位于图1的辐射管表面的凹凸形状图案的另一个实施例的视图。
图11是示出位于图1的辐射管表面的凹凸形状图案的又一个实施例的视图。
图12是示出位于图1的辐射管表面的凹凸形状图案的再一个实施例的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本说明书中公开的实施例，相同或相似的组件采用相同或相似的附图标记，并省略对相同或相似组件的重复描述。在下面的描述中使用的组件后缀如“模块”和/或“单元”是只考虑撰写说明书的方便性而赋予或混用的，其本身不具有彼此区分的含义或功能。此外，在本说明书中公开的实施例的以下描述中，当认为对相关公知技术的具体描述会造成本说明书中公开的实施例的主题不清楚时，将省略对相关公知技术的详细描述。另外，附图仅用于更好地理解本说明书中所公开的实施例，本说明书中所公开的技术思想不限于附图，应当理解为包括本发明的思想和技术范围内的所有修改、等同物和替换。
本说明书中包括序数如第一、第二等的术语可用于描述各种组件。但是，这些组件并不受限于这些术语。这些术语仅仅用于区分一个组件与另一个组件。
当本说明书中被描述为某一组件“连接”或者“结合”到另一组件时，应当理解为所述某一组件可以直接连接或者结合到所述另一组件，但是所述某一组件和所述另一组件之间也可以存在其他组件。当本说明书中被描述为某一组件“直接连接”或者“直接结合”到另一组件时，应当理解为所述某一组件和所述另一组件之间不存在其他组件。
在本申请中，术语“包括”或“具有”意在表明存在说明书中描述的特征、数量、步骤、操作、组件、部件或它们的组合，并不是预先排除一个或更多的其他特征、数量、步骤、操作、组件、部件或它们的组合存在的可能性。
图1是描述根据一个实施例通过热处理设备的内部的带材的热处理的视图，图2是描述通过从图1的辐射管辐射出的辐射热对带材进行热处理的示例的视图，图3是详细示出图1的辐射管的视图，图4至图12是示出位于图1的辐射管表面的连续图案的各种实施例的视图。
如图1所示，辐射管100用于对为了表面处理而通过保持特定温度的热处理炉(heat treatment furnace)1的金属材料(strip，以下称为带材)S进行热处理。辐射管100可以设置在热处理炉1内，但不限于此，也可以设置在其他各种热处理设备内。
参照图2，由烧嘴(图中未示出)产生的火焰在辐射管100内部循环，从而加热辐射管100，通过从加热后的辐射管100辐射出的辐射热间接加热带材S。此时，烧嘴喷射气体、液体、粉末燃料使其燃烧，从而加热辐射管100。例如，烧嘴包括但不限于燃烧器(burner)，并且可以包括可设置在辐射管100内的各种燃烧装置。带材S是通过铸造、锻造、轧制、挤压等各种方式加工而成的金属材料，例如可以包括钢板。
参照图3，辐射管100包括形成有被火焰加热的热气通过的内部管道的管体110。当管体110被产生自内部的火焰加热时，向外辐射出辐射热，从而加热低温的带材S。如此，可以防止带材S的氧化。
管体110包括：多个直管部(111a、111b：111)，这些直管部直线延伸；以及弯管部113，其结合于多个直管部(111a、111b：111)的末端，用以使多个直管部(111a、111b：111)相互平行地配置，可以形成为U型。例如，根据带材S的大小和加热温度，管体110可以形成为U型、W型，但是不限于此。
管体110包括形成在外表面上的多个连续图案。如此，辐射出辐射热的表面积会增加，从而提高辐射热效率。连续图案的高度越高表面积越增加，辐射热效率会提高，但是由于设置辐射管100的地点或与相邻的其他器材的距离等，可以设置最佳高度。
参照图4至图12，连续图案包括隔开预定距离并排延伸的第一连续图案300和第二连续图案400。具体地，第一连续图案300和第二连续图案400是彼此不接触且不共享构成边的独立图案，彼此隔开预定距离并排延伸。
第一连续图案300和第二连续图案400分别可以形成为从管体110外表面具有预定高度的单位图案沿长度方向连接有多个。例如，连续图案可以通过DED(直接能量沉积)方式等三维造型方法(增材制造、以下称为3D打印)、采用CMT(冷金属过渡焊接)、TIG(钨极惰性气体保护焊)、MIG(金属极惰性气体保护焊)等的堆焊(Overlay welding)方法等进行打印。
图4的(a)是描述由直角三角形的斜边和一个垂直边构成的第一单位图案310的视图，图4的(b)是描述由直线构成的第二单位图案410的视图，图4的(c)是例示出打印有多个第一连续图案300和第二连续图案400的视图，其中第一连续图案300是第一单位图案310沿长度方向连接多个而形成的连续N字型形状，第二连续图案400是第二单位图案410沿长度方向连接多个而形成的一条直线。
如图5所示，管体110的外表面上可以形成多个图4的(c)中示出的第一连续图案300和第二连续图案400。例如，当通过CMT焊接将图5中示出的连续图案形成在管体110的外表面时，通过使连续图案的高度达到3mm以上以及连续图案的高度/厚度比达到1.0以上，可以提高辐射热辐射效率。具体地，在焊丝(wire)的直径为0.6mm以上且1.5mm以下、焊接电流为70A以上、焊接电压为8V以上且12V以下、CTWD(导电嘴与工件之间的距离)为10mm以上且40mm以下、焊接速度为0.3m/min以上且0.7m/min以下的条件下进行焊接，从而可以形成为连续图案的高度达到3mm以上，连续图案的高度/厚度比达到1.0以上。此外，第一连续图案300和第二连续图案400不限于通过CMT焊接方法来形成，可以通过TIG(钨极惰性气体保护焊)或MIG(金属极惰性气体保护焊)等各种焊接方法来形成。
例如，一个辐射管100上打印出高度为3.34mm的44对单位图案而形成图4和图5中示出的第一连续图案300和第二连续图案400时，相较于没有任何打印的辐射管100，辐射热辐射效率提高13.38％。在相同的条件下，相较于没有任何打印的辐射管100，蜂窝(honeycomb)图案的辐射热辐射效率提高8.6％，与此相比，第一连续图案300和第二连续图案400的辐射热辐射效率显著提高。
另外，图4和图5中示出的第一连续图案300和第二连续图案400也可以形成为彼此接触的形状。也就是说，也可以形成为第一连续图案300中与第二连续图案400相邻之处直接连接于第二连续图案400的形状。相较于没有任何打印的辐射管100，第一连续图案300与第二连续图案400部分接触而形成的图案提高辐射热辐射效率12.2％。
图6的(a)是描述由具有预定夹角(θ°)的两个边构成的第一单位图案310的视图，图6的(b)是描述由直线构成的第二单位图案410的视图，图6的(c)是例示出打印有多个第一连续图案300和第二连续图案400的视图，其中第一连续图案300是第一单位图案310沿长度方向连接多个而形成的锯齿形状，第二连续图案400是第二单位图案410沿长度方向连接多个而形成的一条直线。此时，预定夹角(θ°)可以是大于0°且小于180°的任何角度，这同样适用于以下描述。
图7的(a)是描述由直角三角形的斜边和一个垂直边构成的第一单位图案310的视图，图7的(b)是描述由直角三角形的斜边和一个垂直边构成且中心从第一单位图案310的中心沿长度方向平行移动预定距离d的第二单位图案410的视图，图7的(c)是例示出打印有多个第一连续图案300和第二连续图案400的视图，其中第一连续图案300是第一单位图案310沿长度方向连接多个而形成的连续N字型形状，第二连续图案400是第二单位图案410沿长度方向连接多个而形成的连续N字型形状。例如，预定距离d可以设定成短于第一单位图案310和第二单位图案410之间的水平距离，这同样适用于以下描述。
图8的(a)是描述由具有预定夹角(θ°)的两个边构成的第一单位图案310的视图，图8的(b)是描述由具有预定夹角(θ°)的两个边构成且中心从第一单位图案310的中心沿长度方向平行移动预定距离d的第二单位图案410的视图，图8的(c)是例示出打印有多个第一连续图案300和第二连续图案400的视图，其中第一连续图案300是第一单位图案310沿长度方向连接多个而形成锯齿形状，第二连续图案400是第二单位图案410沿长度方向连接多个而形成锯齿形状。
图9的(a)是描述由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案310的视图，图9的(b)是描述由直线构成的第二单位图案410的视图，图9的(c)是例示出打印有多个第一连续图案300和第二连续图案400的视图，其中第一连续图案300是第一单位图案310沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，第二连续图案400是第二单位图案410沿长度方向连接多个而形成的一条直线。
图10的(a)和(b)分别是描述配置成四边形的四个边中一个边垂直延伸到相邻的另一边外侧的第一单位图案310和第二单位图案410的视图，图10的(c)是例示出打印有多个第一连续图案300和第二连续图案400的视图，其中第一连续图案300是第一单位图案310沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，第二连续图案400是第二单位图案410沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状。
图11的(a)是描述由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案310的视图，图11的(b)是描述由向内侧垂直连接的三个边构成的第二单位图案410的视图，图11的(c)是例示出打印有多个第一连续图案300和第二连续图案400的视图，其中第一连续图案300是第一单位图案310沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，第二连续图案400形成为定位成向第一连续图案300的凸部内侧进入预定距离的第二单位图案410沿长度方向断断续续地配置有多个。此时，第二单位图案410可以定位成在不与第一连续图案300的凸部内侧接触的范围内进入预定距离。
图12的(a)是描述由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案310的视图，图12的(b)是描述由第一直线411和垂直结合于第一直线411的任何位置的第二直线413构成的第二单位图案410的视图，图12的(c)是例示出打印有多个第一连续图案300和第二连续图案400的视图，其中第一连续图案300是第一单位图案310沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，第二连续图案400形成为第二直线413定位成向第一连续图案300的凸部内侧进入预定距离并沿长度方向连接有多个。此时，第二单位图案410的第二直线413可以定位成在不与第一连续图案300的凸部内侧接触的范围内进入预定距离。
上文中对本发明的实施例进行了详细描述，但本发明的保护范围不限于此，本发明所属领域的普通技术人员对本发明所做的各种修改和改进形式也落入本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种辐射管，其中，
所述辐射管包括具有内部管道的管体，
所述管体的表面上设置有隔开预定距离并排延伸的第一连续图案和第二连续图案，
所述第一连续图案和所述第二连续图案分别具有沿长度方向连接的多个从所述表面具有预定高度的单位图案。
2.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述管体包括：
多个直管部，这些直管部直线延伸；以及
弯管部，所述弯管部结合于所述直管部的末端，用以使所述多个直管部平行定位。
3.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述第一连续图案是由直角三角形的斜边和一个垂直边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的连续N字型形状，
所述第二连续图案是由直线构成的第二单位图案沿长度方向连接多个而形成的一条直线。
4.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述第一连续图案是由具有预定夹角的两个边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的锯齿形状，
所述第二连续图案是由直线构成的第二单位图案沿长度方向连接多个而形成的一条直线。
5.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述第一连续图案和所述第二连续图案分别是由直角三角形的斜边和一个垂直边构成的单位图案沿长度方向连接多个而形成的连续N字型形状，
构成所述第二连续图案的所述单位图案的中心配置成从构成所述第一连续图案的所述单位图案的中心沿长度方向平行移动预定距离。
6.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述第一连续图案和所述第二连续图案分别是由具有预定夹角的两个边构成的单位图案沿长度方向连接多个而形成的锯齿形状，
构成所述第二连续图案的所述单位图案的中心配置成从构成所述第一连续图案的所述单位图案的中心沿长度方向平行移动预定距离。
7.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述第一连续图案是由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，
所述第二连续图案是由直线构成的第二单位图案沿长度方向连接多个而形成的一条直线。
8.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述第一连续图案和所述第二连续图案分别是由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的单位图案沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状。
9.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述第一连续图案是由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，
所述第二连续图案形成为由向内侧垂直连接的三个边构成的第二单位图案定位成向所述第一单位图案的凸部内侧进入预定距离并沿长度方向断断续续地配置有多个。
10.根据权利要求1所述的辐射管，其中，
所述第一连续图案是由向内侧垂直连接的三个边和向外侧垂直连接的一个边构成的第一单位图案沿长度方向连接多个而形成的凹凸形状，
所述第二连续图案形成为由第一直线和垂直结合于所述第一直线的第二直线构成的第二单位图案定位成向所述第一单位图案的凸部内侧进入预定距离并沿长度方向连接有多个。
11.一种辐射管的制造方法，其通过三维造型方法在具有内部管道的管体的表面上打印隔开预定距离并排延伸的第一连续图案和第二连续图案，以制造权利要求1至10中任何一项所述的辐射管。
12.一种辐射管的制造方法，其通过CMT(冷金属过渡焊接)、TIG(钨极惰性气体保护焊)和MIG(金属极惰性气体保护焊)中的至少一种方法在具有内部管道的管体的表面上焊接隔开预定距离并排延伸的第一连续图案和第二连续图案，以制造权利要求1至10中任何一项所述的辐射管。
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