KR100293139B1

KR100293139B1 - 가스분출류에 의한 강밴드 열처리 장치

Info

Publication number: KR100293139B1
Application number: KR1019980709182A
Authority: KR
Inventors: 히로히사 가와무라; 노리찌카 나기라; 무쯔오 시라가; 쥬니찌 하야시; 요시히로 세리자와; 마사노리 시마다; 고우이찌 와끼; 히사모또 와까바야시; 게이지 오오구시
Original assignee: 아사무라 타카싯; 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2001-06-15
Also published as: EP0911418A1; BR9804782A; KR20000011032A; CN1083896C; DE69833424D1; TW404982B; DE69833424T2; EP0911418B1; CN1219206A; EP0911418A4; WO1998041661A1

Abstract

가스 분출류를 강 밴드로 불어서 강 밴드를 가열, 냉각 또는 건조시키기 위한 열처리 장치로서, 투영 면적이 노즐 단면적의 3 % 내지 12 % 보다 크지 않도록, 가스 분출류를 분출하기 위한 노즐의 말단부에 제공되는 저항체를 포함하거나, 투영 단면적이 노즐 단면적의 3 % 보다 작고 노즐 내부에 있는 노즐 축방향으로의 길이는 노즐 직경의 적어도 50 % 가 되도록, 가스 분출류를 분출하기 위한 노즐의 말단부에 제공되는 저항판을 포함하는 열처리 장치.

Description

가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치

가스 분출류(gas jet stream)를 강 밴드(steel band) 상에 불어서 강 밴드를 가열 또는 냉각하기 위한 열처리 장치는 종래에도 제공되었다. 그러나, 종래의 열처리 장치에서는 열전달을 행하기 위한 열 매질(thermal medium)로 가스가 사용되므로, 열전달율 α 이 낮았다. 그러므로, 종래의 열처리 장치에 의해서는 충분히 높은 성능이 반드시는 제공될 수 없어, 야금학(metallurgy)적 관점에서 보아 반드시 성취되어야할 높은 가열 또는 냉각율의 요구가 만족될 수 없다. 예를 들어, 본 발명자들은, 일본 특허 공고공보 번호 2-16375에서 개시된, 가스 분출류를 강 밴드 상에 불어서 강 밴드를 냉각하기 위한 냉각 장치를 제공하였다. 강 밴드를 냉각하기 위한 상기 냉각 장치에서, 열전달율은 α ≤ 400 kcal/㎡Hr℃ 의 범위에 있는 것으로 가정되었다. 열전달율이 상기 범위에 있는 경우에는, 강 밴드의 두께가 0.6 mm 일 때 100 ℃/sec 의 냉각율을 얻는 것이 가능하다. 그러나, 강 밴드의 두께가 1.0 mm 일 때는, 단지 60 ℃/sec의 냉각율이 실제로 얻어질 수 있다. 상기한 이유로, 보다 높은 열전달율을 달성하는 것이 필요할 때는, 수냉 롤이 강 밴드와 솔리드 접촉(solid contact) 되도록 만들어지는 롤 냉각 방법이나, 또 다르게는 가스와 물이 서로 섞이고 강 밴드가 그 혼합물에 의해 냉각되는 가스-물 냉각 방법이 사용된다. 그러나, 상기 롤 냉각 방법은 롤이 강 밴드와 솔리드 접촉하게 되므로 불리하다. 그에 의해, 상기 수냉 롤이 강 밴드와 균일하게 접촉하도록 하는 것이 어렵다. 그 결과, 강 밴드는 균일하게 냉각될 수 없고, 이에 따라 강 밴드 프로파일(profile)의 악화를 초래하게 된다. 한편, 상기 가스-물 냉각 방법은, 물이 냉각을 위하여 사용되므로 물에 함유된 용해 산소에 의해 강 밴드의 표면이 산화된다는 점에서 불리하다. 그에 따라, 상기 가스-물 냉각 방법이 사용되는 때는, 열처리 종료 후 산세척(acid cleaning)을 강 밴드 상에 또 행하는 것이 필요하게 된다.

[발명의요약]

강 밴드 상에 가스 분출류를 불어 강 밴드를 가열 또는 냉각하기 위한 열처리 장치에서 열전달율을 높이기 위해서는, 강 밴드 상으로 불어지는 가스의 유동 속도를 증가시키는 것이 바람직하다. 본 발명자들에 의해 행해진 실험에 따르면, 상기 열전달율은 강 밴드 상에 불어지는 가스의 유동 속도 증가에 거의 비례하여 높아질 수 있음이 발견되었다. 그러나, 가스의 유동 속도 증가에 따라, 배관(piping)에서의 압력 손실이 급격하게 증가되며, 따라서 소정의 열전달율을 얻기 위해서는 매우 큰 용량의 블로우어(blower)를 제공하는 것이 필요하게 된다.

본 발명의 목적은 가열율 또는 냉각율이 높게 유지되면서도 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 요구되는 동력의 양을 줄이는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치는 이하의 (1) 내지 (10) 항목에서 기술되는 바와 같이 특징지어진다.

(1) 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 가스 분출류가 분출되는 노즐의 선단에 부착되는 저항체를 포함하며, 상기 저항체의 투영면적은 노즐 단면적에 대하여 3 % 내지 12 % 가 되도록 결정되는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(2) 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 가스 분출류가 분출되는 노즐의 선단에 부착되는 저항판을 포함하며, 상기 저항판의 투영면적은 노즐 단면적에 대하여 3 % 보다 작도록 결정되고, 노즐 축방향으로의 저항판 길이는 노즐 직경의 50 % 보다 작지 않도록 결정되는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(3) 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 복수개의 노즐들과; 가스를 노즐들에 공급하기 위한 것으로 상기 복수개의 노즐들이 장착되는 복수개의 가스 분출 헤더들과; 가스를 상기 복수개의 가스 분출 헤더들에 공급하기 위한 가스 분배 헤더를 포함하고, 가스 분출 헤더들 사이에는 가스 방출 포트인 개구 또는 틈이 제공되며, 상기 개구의 면적은 노즐 개구 면적의 5 배 보다 작지 않고 17 배 보다 크지 않은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(4) (3)항목에 있어서, 상기 노즐은 가스 분출 헤더의 선단부로부터 돌출된 돌출 노즐인 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(5) (3)항목에 있어서, 상기 노즐의 돌출한 길이는 노즐 내경의 5 배보다 길지 않은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(6) (3)항목에 있어서, 가스 분출 헤더 선단부의 옆모습은, 가스 통로의 단면적이 가스 분출 방향으로 점차 감소되도록, 점차 가늘어지고, 노즐 선단부는 가스 분출 헤더의 선단면으로부터 돌출 되지 않는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(7) 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 강 밴드로부터 노즐 선단까지의 거리 Z 는 70 mm 보다 크지 않도록 결정되고, 가스를 노즐로 공급하기 위한 헤더로부터의 노즐 돌출 신장이 h mm, 단위 면적 상으로 분출되는 가스량(가스량 밀도)이 W ㎥/min·㎡ 일 때, W/4 ≤ h 의 부등식이 만족되는 것을 특징으로 하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(8) 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서, 받침 롤들이 규칙적인 간격으로 강 밴드의 진행 방향을 따라 교대로 배열되는 롤 삽입 공간이, 강 밴드의 요동을 방지하기 위하여, 가스 분출류를 분출하기 위한 노즐들이 설치되는 가스 분출 공간 내에 제공되고; 가스 분출 공간을 연장하기 위하여, 가스 분출류를 분출하기 위한 노즐들이 강 밴드에 대하여 롤이 삽입된 부분 맞은편의 롤 삽입 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(9) 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서, 받침 롤들이 규칙적인 간격으로 강 밴드의 진행 방향을 따라 교대로 배열되는 롤 삽입 공간이, 강 밴드의 요동을 방지하기 위하여, 가스 분출류를 분출하기 위한 노즐들이 설치되는 가스 분출 공간 내에 제공되고; 강 밴드를 냉각하는 경우에는 받침 롤들이 냉각되며; 강 밴드를 가열 또는 건조하는 경우에는 받침 롤들이 가열되는 것을 특징으로 하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

(10) 비산화성 분위기 가스를 순환시키며 강 밴드 상에 분출하여 강 밴드를 냉각하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에 있어서, 냉각 가스를 위한 열교환기가 블로우어와 같은 가스 압축기의 적어도 하류측에 설치되는 것을 특징으로 하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.

본 발명은 가스 분출류를 강 밴드 상에 불어서 강 밴드를 가열, 냉각 또는 건조하기 위한 열처리 장치에 관한 것이다.

도 1 은 가스량 밀도(density of quantity of gas)와 열전달율 사이의 관계를 보이고 또 본 발명에서 행해진 시험의 범위를 보이는 그래프.

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d 는 각각 본 발명에 따른 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서의 노즐을 보이는 도.

도 3a 와 도 3b 는 각각 노즐 선단에서의 가스 분출류의 상태를 보이는 도.

도 4 는 노즐의 열전달 특성을 보이는 그래프.

도 5 는 노즐의 단면적에 대한 저항체의 투영면적의 비와 노즐 직하부 위치에서의 열전달율 사이의 관계를 보이는 그래프.

도 6 은 노즐 직경에 대한 저항판 길이의 비와 노즐 직하부의 열전달율 사이의 관계를 보이는 그래프.

도 7 은 노즐과 강 밴드 사이의 위치 관계를 보이는 도.

도 8a 와 도 8b 는 각각 종래의 노즐을 보이는 도.

도 9 는 가스를 후방으로 방출하기 위한 개구가 제공된 본 발명 열처리 장치의 예를 보인 도.

도 10a, 도 10b 및 도 10c 는 각각 본 발명 열처리 장치의 노즐 배치 예를 보인 도.

도 11 은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 개구부 면적 S₁과 노즐 개구 면적 S₂사이의 관계를 보이는 도.

도 12 는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 노즐 개구 면적에 대한 개구부 면적의 비와 열전달율비 사이의 관계를 보이는 그래프.

도 13a 와 도 13b 는 각각 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서의 가스 흐름을 보이는 도.

도 14 는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 냉각 노즐들 사이에서 상승하는 가스 흐름이 생성되는 부위를 보인 도.

도 15a 와 도 15b 는 각각 본 발명에 따른 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 노즐 주변의 구조를 보이는 도.

도 16 은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 노즐 내경 D 에 대한 노즐 돌출 길이 h 의 비에 의해 열전달율에 주어지는 영향을 보인 그래프.

도 17 은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 개구부를 갖지 않는 가스 분출 헤더와 노즐 사이의 관계를 보인 도.

도 18 은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 노즐 돌출 길이 h 가 변화될 때 가스량 밀도와 열전달율비 사이의 관계를 보인 그래프.

도 19 는 종래의 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 받침 롤과 가스 분출 장치의 배열을 보인 도.

도 20 은 본 발명에 따른 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 받침 롤과 가스 분출 장치의 배열을 보인 도.

도 21 은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 받침 롤의 가열 및 냉각 기구와 전진 및 후진 기구의 횡단면도.

도 22a는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 종래 열교환기의 배치를 보인 도.

도 22b는 본 발명에 따른 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서의 열교환기의 배치를 보인 도.

도 23 은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서 강 밴드가 냉각될 때 블로우어 동력의 비와 가스 분출 온도 사이의 관계를 보이는 그래프.

[참조번호의 설명]

1 ... 노즐

2 ... 저항체

3 ... 저항판

4 ... 가스 분출류

5 ... 난류(亂流)

6 ... 나선형 라인

7 ... 강 밴드

8 ... 가스 분출 헤더

9 ... 블로우어

10 .. 개구부

11 .. 가스 흡입 헤더

12 .. 열처리 챔버

13 .. 열처리 챔버 벽

14 .. 가스 흐름

15 .. 상부 반송 롤

16 .. 좌측 받침 롤

17 .. 우측 받침 롤

18 .. 좌측 롤 지지 장치

19 .. 우측 롤 지지 장치

20 .. 하부 반송 롤

21 .. 가스 분출 장치

22 .. 가스 분출 장치의 연장부

23 .. 좌측 받침 롤 삽입 공간

24 .. 우측 받침 롤 삽입 공간

25 .. 가스 분출 공간

26 .. 베어링

27 .. 받침 롤 구동 모터

28 .. 물 공급 파이프

29 .. 배수 파이프

30 .. 벨로즈

31 .. 전동축(傳動軸)

32 .. 배전기

33 .. 받침 롤 후진 모터

34 .. 덕트

35 .. 열교환기

[가장 바람직한 실시예]

본 발명이 이하에서와 같이 상세히 설명된다. 이와 관련, 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명자들은 다양한 분야를 탐구하였다. 본 발명에서는, 노즐 형태, 가스 방출, 유효한 가스 분출 길이의 비(ratio) 그리고 분출 가스 온도의 관점들에서 문제점들이 해결되었고, 이들이 아래에서 연속하여 설명될 것이다.

첫 번째로, 노즐 형태에 관해서는, 노즐 직경과 노즐 피치를 최적화 하기 위하여, 다양한 실험이 행해졌고 그 결과들이 서로 비교되었다. 그 실험들의 결과, 본 발명자들에 의해 제안된 일본 특허 공고공보 번호 2-16375에 의해 한정된 노즐 직경과 노즐 피치가 가스의 유동 속도가 증가된 경우에조차도 가장 효과적임이 확인되었다. 도 1 은 본 발명에서 행해진 시험의 범위와 일본 특허 공고공보 번호 2-16375에서 행해진 시험의 범위를 보인다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 가스의 배출에 문제점들이 야기되지 않는 한 가스량 밀도(density of a quantity of gas)와 열전달율 사이의 관계는, 열전달율이 400 kcal/㎡Hr℃ 보다 낮지 않은 범위에서도, 그래프 상의 연장선상에 있다.

가스 분출류가 물체와 충돌할 때 야기되는 정체점(stagnation point)은 열전달율이 나빠지게 한다. 그러므로, 노즐로부터 분출되는 가스의 열전달율을 향상시키기 위한 수단으로 이 정체점에 난류를 조장하는 것이 효과적임이 잘 알려져 있다. 예를 들어, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 일본 실용신안 공개공보 번호 61-40155 는 난류를 조장하기 위하여 저항판(3) 또는 나선형 라인(6)이 노즐 내에 설치된 구조를 개시한다.

그러나, 일본 실용신안 공개공보 번호 61-40155에 기술된 바와 같은 교차 저항판(3)을 설치하기 위해서는, 노즐 내부에 두 개 또는 세 개의 저항판들이 설치될 수 있도록 노즐 길이가 길어야만 한다. 그에 따라, 그러한 구조를 가지는 다수개의 노즐을 공업적으로 제조하는 것이 어렵다. 위에서 기술한 바와 같이 나선형 라인(6)이 노즐 내부에 통합되는 때에는, 가스가 교란되고 원심력에 의해 방출된다. 그에 따라, 이 구조는 효과적이지 못하다.

전에 기술한 바와 같이, 난류의 세기는 가스 흐름의 중심에서 낮다. 따라서, 열전달율을 효과적으로 높이기 위해서는, 가스 흐름 중심에서의 난류 세기를 증가시키는 것이 필요하다. 본 발명에 따르면, 가스 흐름의 중심에서의 난류를 조장하기 위한 것으로 공업적인 견지에서 용이하게 실용적으로 사용 가능한 수단으로서, 본 발명자들은 도 2 에 도시된 바와 같이 노즐(1)의 선단 중심에 저항체(2) 또는 저항판(3)이 설치되는 구조를 제안했다. 노즐(1)의 상기 구조에 기인하여, 도 3a 및 도 3b 에 도시된 바와 같이, 소용돌이 열(vortex row)이 발달된 난류(5)가 저항체(2) 또는 저항판(3) 뒤에서 형성된다. 그에 따라, 가스 흐름(4)의 중심 영역에 난류를 생성시키는 것이 가능하게 된다. 이와 관련, 저항체(2)의 단면은 원에 한정되지 않으며, 다각형 또는 다른 형태로 만들어질 수 있다.

두 번째로, 본 발명자들은 노즐로부터 나오는 배출 가스 방출 방법에 대하여 탐구하였다. 전에 기술된 바와 같이, 열전달율을 높이기 위해, 강 밴드 상에 불어지는 가스의 유동 속도가 증가 될 수 있다. 달리 말하면, 강 밴드 상에 불어지는 가스량(a quantity of gas)이 증가될 수 있다. 그러나, 가스 방출이 충분히 행해지지 않을 때는, 강 밴드 상에 일단 불어진 가스가 강 밴드의 표면상에 잔류하여 강 밴드 상에 불어지는 새로운 가스와 간섭한다. 그 결과, 열전달율은 크게 증가되지 못한다. 도 1 의 그래프에서, 실선은 가스 방출이 양호한 상태로 행해지는 예를 나타내고, 점선은 가스 방출이 양호한 상태로 행해지지 않는 예를 나타낸다. 가스 방출이 양호한 상태로 행해지지 않는 때는, 가스량 밀도가 소정 값보다 높은 범위에서 열전달율의 증가가 나빠진다. 상기한 이유들로 인해, 열전달율을 효과적으로 증가시키기 위해서는, 강 밴드 상으로 불어진 가스를 원활하게 방출하는 것이 매우 중요하다. 상기 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 이하의 두 해결책을 발견하였다.

가스가 강 밴드와 충돌한 뒤의 가스 흐름에 대한 탐구의 결과, 노즐로부터 나온 가스 분출류는 강 밴드와 충돌하고 강 밴드의 표면을 따라 흐르며 그 후 인접한 노즐로부터 나온 가스 분출류와 충돌하고 그 다음에는 강 밴드로부터 분리될 수 있는 방향으로 흐르는 것이 발견되었다. 노즐들 사이에서 일어나는 이러한 가스의 상승류는 도 14에서의 빗금 부위에서 생성되었다. 이러한 가스의 상승류의 유동율은 노즐로부터 나오는 가스 분출류의 유동율의 20 % 내지 40 % 였다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 그로부터 가스가 방출되는 개구부 또는 틈이 제공되며, 그 면적은 노즐로부터 나온 가스 분출류가 인접한 노즐로부터 나온 가스 분출류와 충돌한 후 배출 가스의 상승류를 형성하기 위하여 충분히 크다. 이와 관련, 도 11 은 개구부 면적 S₁과 노즐 개구 면적 S₂간의 관계를 보인다.

도 13a 에 도시된 바와 같이, 노즐(1)로부터 나온 가스 분출류가 강 밴드(7)와 충돌하고 나서, 그것은 강 밴드(7) 상에서 흐르고 그 다음 인접한 노즐로부터 나온 가스 분출류와 충돌하고 그리고 나서 위쪽으로 상승한다. 도 13a 에 도시된 바와 같이, 아무런 강제 유통(forced ventilation)이 수행되지 않는 때는, 이러한 상승류는 강 밴드의 폭방향 단부로 흐른다. 그에 따라, 이 상승류는 충분히 배출 되지 못한다. 따라서, 그것은 가스 분출 헤더(8)의 표면에서 귀환하여 노즐(1)로부터 나온 가스 분출류와 혼합된다. 그 결과, 강 밴드가 냉각되어야 할 때는 노즐(1)로부터 나온 가스 분출류의 온도가 상승하고, 강밴드가 가열되어야 할 때는 노즐(1)로부터 나온 가스 분출류의 온도가 저하된다. 그러므로, 소정의 가열 또는 냉각 용량을 얻는 것이 불가능하다. 가스가 강 밴드(7)와 가스 분출 헤더(8) 사이에서 잔류하므로, 강 밴드(7) 상에서의 판상(sheet-shaped) 가스 흐름의 유동 속도가 낮아진다. 따라서, 노즐(1)로부터 나온 가스 분출류의 충돌 부위 주변에서 냉각 용량이 나빠진다.

본 발명에 따른 장치에서는, 도 13b 에 도시된 바와 같이 가스 분출 헤더들(8) 사이에 개구부(10)가 제공된다. 상기 상승류는 이 개구부(10) 내측으로 흐른다. 그 결과, 노즐(1)로부터 나온 가스 분출류는 귀환한 가스의 상승류에 의한 영향을 거의 받지 않고 강 밴드의 표면에 도달한다. 그에 따라, 강 밴드는 효과적으로 냉각 또는 가열될 수 있다. 강 밴드(7)와 가스 분출 헤더(8) 사이에 가스가 잔류하지 않으므로, 가스가 강 밴드(7)를 따라 원활하게 흐를 수 있다. 따라서, 가스의 냉각 또는 가열 용량의 악화가 완화될 수 있다.

본 발명에 따른 열처리 장치의 노즐 주변의 구조의 예가 도 15 에 도시되어 있다. 도 15a 에 도시된 바와 같이, 노즐(1)은 그 선단이 가스 분출 헤더(8)의 선단부보다 더 돌출된 돌출 노즐이다. 그에 따라, 가스가 개구부(10)로부터 방출될 때, 노즐(1)로부터 나온 가스 분출류의 일부가 강 밴드와 충돌함이 없이 직접적으로 배출되는 것이 방지된다. 도 15b 에 도시된 예에서는, 비록 노즐(1)의 선단이 가스 분출 헤더(8)의 선단 표면과 동일한 레벨에 있지만, 가스 분출 헤더(8)의 선단부의 옆모습(profile)이 점차 좁아지고 있다(is tapering). 다시 말해, 가스 통로의 단면적이 가스 분출 방향으로 점차 감소된다. 그에 따라, 가스 분출 헤더(8)들 사이의 배출 가스 입구부는 점차 좁아지고 있다. 따라서, 배출 가스 통로에서 면적이 가장 작은 부분은 도 15a에서 보여진 경우(case)의 개구부로 가정될 수 있다. 결과적으로, 도 15a에서 보여진 구조에서와 동일한 효과를 제공하는 것이 가능하다.

다음으로, 그것에 의해 가스가 원활하게 배출될 수 있는 두 번째 가스 배출 방법이 아래에서 설명된다.

첫 번째 가스 배출 방법에 따르면, 가스는 가스 분출 헤더들 사이의 개구부를 통해 노즐들의 뒤로 방출된다. 그러나, 첫 번째 가스 배출 방법은 가스 분출 헤더가 개구부 간격으로 복수 개의 부분으로 나뉜다는 점에서 불리하다. 상기한 이유들로, 비록 첫 번째 가스 배출 방법이 이상적이나 장비 비용이 증가된다. 그러므로, 두 번째 가스 배출 방법에 따르면, 노즐의 뒤쪽과 소통되는 개구부가 없고, 노즐은 적당한 돌출 높이로 돌출된다. 즉, 도 17 에 도시된 노즐 돌출 신장 h 가 보장되면, 가스가 그 안으로 방출되는 공간이 노즐의 뒤에 형성되지 않고 강 밴드에 평행한 방향에 형성되므로 분출 가스와의 간섭이 없으며, 가스가 잔류하지 않는다. 상기 방법은 본 발명자들에 의해 이미 일본 특허 공고공보 번호 2-16375에서 제안되었다. 상기 일본 특허 공고공보 번호 2-16375에 따르면, 강 밴드로부터 노즐의 선단까지의 거리 Z는 70 mm 보다 크지 않은 값이 되도록 한정되고, 노즐 돌출 길이 h 는 (100 - Z) mm 보다 작지 않은 값이 되도록 한정된다. 그러나, 전에 기술한 바와 같이, 상기 값들은 열전달율이 α ≤ 400 kcal/㎡Hr℃라는 가정 하에서 결정된다. 이번에는 열전달율이 앞서 언급한 값보다 높은 범위에 대하여 실험이 행해졌고, 다음이 발견되었다. 가스량의 증가에 따라, 노즐 돌출 길이 h 가 (100 - Z) mm 보다 작지 않아야 한다는 한정은 충분하지 않다. 단위 면적당 가스량의 밀도 W ㎥/min·㎡ 의 항이 평가에 더해지지 않는 한, 적절한 평가 기준을 만드는 것이 불가능하다. 다시 말해, 본 발명자들은 가스 방출 공간을 불어질 가스량에 따라서 한정하는 것이 물리적 관점에서 중요함을 발견하였다.

그러므로, 본 발명자들은 노즐 돌출 신장 h 를 달리하여 가열된 강 밴드가 냉각되는 실험을 행하였고, 그리하여 가스량 밀도와 열전달율비 사이의 관계가 발견되었다. 여기에서, 열전달율비는 어떤 열전달율이 기준값이 되도록 결정될 때 열전달율의 비로 정의된다. 이 관계는 도 18에 보여진다. 도 18 에 따르면, 노즐 돌출 신장이 200 mm 일 때, 열전달율비는 가스량 밀도의 증가에 실질적으로 비례하여 증가된다. 노즐 돌출 신장 h 가 작을 때는, 열전달율비의 증가가 어떤 가스량 밀도부터 억압되고, 분출 가스가 잔류하면서 새롭게 분출된 가스와 간섭하게 된다. 이러한 경향은 노즐 돌출 신장 h 가 작을 때 가스량 밀도가 낮은 범위에서 발생한다. 상기 관계로부터, 아래의 식이 얻어질 수 있다.

W/4 ≤ h,

여기에서 가스량 밀도는 W ㎥/min·㎡ 이고, 필요한 노즐 돌출 신장은 h mm 이다.

이와 관련, 가스량 밀도 W 에 대해서는, 물론, 최대 가스량 밀도에 대하여 계산이 행해지는데, 이는 장치 성능의 모든 범위에서 기능이 효과적으로 나타나도록 하기 위해서이다. 노즐 돌출 신장 h 에 대해서는, 상기 원리(basis)에 따라 최소 신장을 발견하는 것이 가능하다. 그러나, 신장 h 가 불필요하게 길어지면, 노즐에서의 압력 손실이 증가되고 장치의 생산 비용이 증가된다. 그러므로, 필요한 최소 신장을 선택하는 것이 바람직하다.

세 번째로, 본 발명자들은 유효한 가스 분출 길이의 비에 대하여 탐구하였다. 보통, 냉각의 경우에, 냉각율은 △t/T℃/sec 로 정의되고, 여기서 냉각 온도 차이는 △t℃ 이고 냉각을 위해 요구되는 기간은 T sec이다. 가열의 경우에는, 가열율이 냉각율에서와 동일한 방식으로 정의된다. 야금학적인 관점에서, 냉각 및 가열율은 중요하다. 냉각 및 가열율을 높이기 위해, 본 발명자들은 장치를 고안하였다. 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서, 가열율 또는 냉각율을 높이기 위해서, 노즐로부터 분출되는 가스의 유동 속도 감소가 가능한 한 방지될 수 있도록 노즐과 강 밴드 사이의 간격이 감소되었다. 그에 따라, 강 밴드의 휘어짐(warp)이나 요동(flutter)을 억제하기 위하여, 도 19 에 도시된 바와 같이 받침 롤들(16,17)이 약간의 간격으로 강 밴드(7)와 접촉하도록 만들어져, 강 밴드의 휘어짐이나 요동이 보정되고 노즐(1)과 강 밴드(7) 사이의 간격이 감소되도록 한다.

그러나, 작업 수행의 이유들로, 이들 받침 롤들(16,17)이 작업 중에 전진 및 후진될 수 있도록 이들 받침 롤들(16,17)에는 롤 지지 장치들(18,19)이 제공된다. 이에 따라, 장치에 받침 롤 삽입 공간들을 제공하는 것이 필요하고, 이들 공간으로 가스를 불어넣는 것이 불가능하다. 즉, 받침 롤 삽입 공간들은 열처리의 관점에서는 쓸모 없는 영역이 된다. 이들 공간들의 존재에 기인하여, 가열율 및 냉각율은 부분적으로 낮아지며, 이는 야금학적 관점에서 불리하다. 야금학에서는 평균 가열율 또는 평균 냉각율을 높이는 것이 중요하다. 이들 값들을 높이기 위해서는, 가스 분출 공간의 효율을 높이는 것이 효과적이고, 또한 받침 롤 삽입 공간을 가능한 한 줄이는 것이 효과적이다.

도 19 에서, 유효한 가스 분출 길이비는 분출 가스의 시작부터 끝 까지의 길이 L1에 대하여 실제로 가스가 분출되는 길이의 비로 정의된다. 강 밴드를 연속적으로 어닐링하기 위한 종래의 연속 어닐링 장치의 경우에는, 유효 냉각 길이비는 약 80 % 였다. 상기한 상황을 개선하기 위하여, 본 발명자들은 받침 롤 삽입 공간에서조차 가열 또는 냉각이 수행되는 방법을 탐구하였다. 도 19에서 보여진 받침 롤 삽입 공간은 양쪽으로 분리되어 있다. 하나는 롤이 삽입되는 쪽이고, 다른 하나는 롤이 설치되지 않고 강 밴드와 대향하는 쪽이다. 도 20 에 도시된 바와 같이 가스 분출 장치의 연장부(22)가 롤이 설치되지 않는 쪽에 설치되는 때는, 이 부분을 가스 분출 공간으로 바꾸는 것이 가능하다. 롤이 설치되는 쪽에는, 받침 롤들(16,17)을 전진 및 후진시키기 위한 롤 지지 장치가 설치된다. 그러므로, 이 쪽에는 가스 분출 장치를 설치하는 것이 어렵다. 이 쪽에 가스 분출 장치가 설치된다고 하더라도, 가스 분출 장치가 강 밴드에 접근하도록 하는 것이 어렵다. 그에 따라, 효율이 낮다. 따라서, 본 발명자들은 롤 가열 또는 롤 냉각을 수행하도록 받침 롤 자체가 가열 또는 냉각되는 장치를 고안하였다. 전술한 바에 의해, 종래 가열 또는 냉각에 관해서는 쓸모 없는 영역이었던 받침 롤 삽입 영역이 매우 작게 만들어질 수 있고, 이러한 받침 롤 삽입 영역에서조차 가열 또는 냉각이 수행될 수 있다. 전술한 바에 의해, 평균 가열 또는 냉각율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

네 번째로, 본 발명자들은 강 밴드를 냉각하는 경우에서의 분출 가스 온도 최적화에 대하여 탐구하였다. 일반적으로, 분출 가스 온도가 감소되면 블로우어에 요구되는 동력이 줄어드는 경향이 있다. 그러나, 분출 가스 온도가 소정의 값보다 더 낮은 값으로 감소되는 때는, 분출 가스 온도를 감소시키기 위하여, 열효환기에 사용되는 냉각제와 분출 가스 사이의 온도차가 감소된다. 그러므로, 비록 열교환기에서의 압력 손실이 증가하더라도, 분출 가스의 온도는 그리 많이 감소되지 않는다. 그 결과, 블로우어를 위해 요구되는 동력은 반대로, 증가된다. 본 발명자들은 분출 가스 온도에 대하여 상세히 조사하였다. 그 결과, 이하를 발견하였다. 최적의 분출 가스 온도, 즉 블로우어를 위해 요구되는 동력이 최소화되는 점은 대략 60℃ 내지 200℃ 범위에 있었다. 본 발명자들은 또한 이 점이 열전달율에 따라, 열처리 장치 입구측에서의 강 밴드 온도에 따라, 열처리 장치의 운반측(delivery side)에서의 강 밴드 온도에 따라, 그리고 열교환기에 사용되는 냉각제의 온도에 따라 변동하는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 또한 열전달율이 높은 범위에 대하여 상세한 조사를 하였다. 그 조사의 결과, 이하가 발견되었다. 도 23 에 도시된 바와 같이, 열전달율이 높은 범위에서는, 열전달율이 낮은 종래의 범위에 비하여 상기 최적점이 낮은 분출 가스 온도측으로 편이되었고, 분출 가스 온도가 블로우어에 요구되는 동력에 크게 영향을 미쳤다.

그에 따라, 본 발명자들은 분출 가스 온도가 효과적으로 감소될 수 있는 방법에 대하여 연구하였다. 비산화성(non-oxidizing) 가스가 순환하면서 강 밴드 상에 불어져 강 밴드가 냉각되는 열처리 장치에서는, 물이 냉각제로 사용되는 열교환기가 가스를 냉각시키기 위한 냉각 방법으로 일반적으로 사용된다. 블로우어를 열로부터 보호하는 관점에서, 열교환기는 종래에 블로우어의 입구측에 설치되었다. 이 경우에는, 분출 가스 온도를 낮추기 위해서, 열교환기의 용량이 증가될 수 있다. 그러나, 냉각제와 가스간의 온도차가 감소되는 때는, 열교환 효율이 나빠지고 가스가 열교환기를 흐를 때 압력 손실이 증가된다. 그러나, 압력 손실의 증가와 무관하게, 분출 가스 온도는 감소되지 않는다. 그 결과, 도 23에 도시된 바와 같이, 분출 가스 온도가 지나치게 낮아질 때는, 블로우어에 요구되는 동력은, 반대로, 증가된다. 그러므로, 본 발명자들은 블로우어에 의해 분출 가스의 압력을 증가시키는 경우에서 분출 가스의 온도 증가를 목표로 하였다. 그에 따라, 본 발명자들은 열교환기가 블로우어의 운반측 상에 설치되는 배치를 고안하였다. 다시 말해, 블로우어의 입구측에 열교환기를 더 설치하는 대신, 블로우어의 운반측에 열교환기가 더 설치된다. 앞서 말한 것에 의하여, 가스와 냉각제 사이의 온도차가 증가될 수 있고, 그에 따라 열교환 효율이 향상될 수 있다. 상기 배치에 의하여, 동일한 열전달율(α)인 경우라도 종래 배치에서의 동력 보다 낮은 블로우어 동력에 의해 동일한 분출 가스 온도가 얻어 질 수 있다. 특히 강 밴드로의 가스 분출 속도가 증가될 수 있도록 블로우어의 압력의 증가가 크게되는 때는, 블로우어에서의 가스 온도가 크게 증가되기 때문에 그 효과가 현저하게 될 수 있다.

[예들]

예들이 이하에서와 같이 계속하여 설명된다. 첫 번째로, 노즐에 부착된 저항판이 아래에서 설명된다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 단일 노즐들의 열전달 특성들이 조사되었는데, 도 2a에 도시된 단일 노즐에는 저항체(2)가 부착되어 있고 도 2b에 도시된 단일 노즐에는 저항판(3)이 부착되어 있다. 여기에서는 공기가 냉각을 위한 가스로 사용되었다. 노즐 직경은 10.5 mm로 설정되었고, 노즐로부터 분출되는 공기의 속도는 150 m/s로 설정되었으며, 노즐의 선단으로부터 냉각될 물체까지의 거리는 50 mm로 설정되었다.

선단에 상기 저항체가 부착된 노즐의 특성이 이 노즐을 써서 고온의 판이 냉각되면서 조사되었다. 그 조사의 결과가 도 4에 보여졌다. 도 4에 도시된 바와 같이 열전달율은 노즐 중심 직하부 위치에서 높아졌다.

저항체에 관해서는, 상기 냉각 조건하에서 노즐의 단면적에 대한 저항체의 투영면적의 비가 도 5 에 도시되었다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 열전달율 향상의 효과는 노즐의 단면적에 대한 저항체의 투영면적의 비가 3 % 보다 낮지 않을 때 제공될 수 잇다. 노즐의 단면적에 대한 저항체의 투영면적의 비가 12 % 보다 낮지 않을 때는, 저항체를 설치함에 의해 야기되는 노즐 선단에서의 압력 손실이 증가된다. 그에 따라, 블로우어를 위해 요구되는 동력의 양이 증가된다. 그러므로, 노즐의 단면적에 대한 저항체의 투영면적의 비가 12 % 보다 낮지 않은 배치는 경제적이지 않다. 상기한 이유들로 인해, 노즐의 단면적에 대한 저항체의 투영면적의 비는 3 % 내지 12 % 가 되도록 결정되었다.

동일한 방식으로, 노즐 단면적의 3 % 보다 작은 두께의 저항판에 대해서는, 노즐 축방향으로의 판의 길이가 연구되었다. 그 연구의 결과, 판의 길이가 노즐 직경에 대하여 50 % 보다 작지 않을 때 열전달율이 향상되는 것이 확인되었다. 저항판의 두께에 관하여는, 두께가 3 % 보다 작지 않을 때는, 전술한 저항체에 비한 노즐 축방향으로의 저항판 길이 때문에 분출 가스의 압력 손실이 증가되었다. 그러므로, 블로우어를 위한 동력의 양을 감소시키기 위해서는, 저항판의 두께가 3 % 보다 작은 것이 유리하다.

두 번째로, 가스가 노즐로부터 원활하게 방출되도록 하는 가스 배출 방법의 한 예가 이하에서와 같이 설명된다. 도 9 는 본 발명의 열처리 장치의 종단면도이다. 거기에는 화살표 방향으로 이동하는 강 밴드(7)에 대향하여 돌출된 노즐(1)들이 제공된다. 가스 분출류는 강 밴드(7)가 열처리될 수 있도록 노즐(1)들로부터 강 밴드(7) 상으로 불어진다. 여기에서, 분출 가스가 가열되면 이 열처리 장치는 가열 장치로 사용되고, 분출 가스가 냉각되면 이 열처리 장치는 냉각 장치로 사용된다. 강 밴드의 산화를 방지하기 위하여, 많은 경우, 열처리 챔버(12)는 수소가 질소와 혼합된 비산화성 대기(non-oxidizing atmosphere)로 채워진다. 그러나, 공기와 같은 가스가 사용되는 때라도, 동일한 효과가 제공될 수 있다. 도 1 에 도시된 화살표는 가스의 흐름을 나타낸다.

가스는 블로우어(9)로부터 연속적으로 제공된다. 그 다음, 가스는 가스 분배 헤더(미도시)를 경유하여 나누어진 가스 분출 헤더(8)들로 보내진다. 각각의 노즐(1)로부터 분출되어 강 밴드(7)와 충돌한 가스 분출류는 강 밴드(7)로부터 열을 빼앗는다. 그 다음, 그 가스 분출류는 방향을 바꾸어 개구부(10)로부터 배출된다. 즉, 가스는 강 밴드(7)에 대해 노즐(1) 뒤쪽으로 배출된다. 가스가 배출된 다음에는, 가스는 가스 흡입 헤더(suction gas header)(11)를 경유하여 다시 블로우어(9)로 보내진다. 가스의 압력은 블로우어(9)에 의해 높아지고, 그 다음 재순환된다.

도 9 에는 도시되지 않았으나, 가스를 가열 또는 냉각하기 위한 장치가 블로우어(9)의 전 또는 후에 설치된다. 도 9 에 도시된 배치에서는, 가스 흡입 헤더(11)를 경유하여 개구부(10)를 통과한 가스만이 다시 순환된다. 그러나, 가스 흡입 헤더(11)를 제공하지 않고도 열처리 챔버의 어떤 부위로부터 가스를 흡입하는 것이 가능하다. 여기에서는, 각각의 노즐(1)로부터 분출된 가스 분출류는 강 밴드(7)와 충돌하고, 그 다음 방향을 바꾼 가스 분출류에 의해 형성되는 상승류의 힘으로 개구부를 통과한다. 도 9 에서는, 가스 분출 헤더(8)의 단면이 직사각형이다. 그러나, 가스 분출 헤더(8) 제조상의 이유로, 가스 분출 헤더(8)의 단면은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있고, 또 다르게는, 가스 분출 헤더(8)의 단면은 복합 형상(combined shape)일 수 있다.

도 10 은 노즐(1)들과 가스 분출 헤더(8)들의 배치를 강 밴드 측에서 본 도이다. 도 10a 에 도시된 바와 같이, 노즐(1)들은 지그재그식으로 배열될 수 있다. 또, 도 10b 에 도시된 바와 같이, 각각 3 내지 7열의 노즐(1)들로 구성되는 노즐(1)들의 집합들이 지그재그식으로 배열될 수 있다. 노즐들의 각각의 열을 위해 하나의 가스 분출 헤더가 설치되는 때는, 설비 비용이 상승된다. 그러므로, 도 10c 에 도시된 바와 같이, 복수개의 노즐 열들을 위해 하나의 가스 분출 헤더가 설치되는 때는 개구부의 수를 감소시키는 것이 가능하다. 그러나, 상기 경우에는, 가스의 배출이 완전히 수행되지 못할 가능성이 있다. 따라서, 개구부의 면적에 따라 노즐 돌출 신장 h 의 길이를 조절하는 것이 필요하다.

도 9 및 도 10 에 도시된 본 발명의 열처리 장치를 사용하여, 질소 및 수소의 혼합 가스가 냉각제로 사용된 가스 분출류를 불어서 두께 1.0 mm 인 강 밴드(1)가 냉각되었다. 여기에서, 냉각 노즐 돌출 길이 h 는 20 mm로 설정되었다. 도 12 에서는 일정한 블로우어 동력의 조건하에서 노즐 개구 면적에 대한 개구부 면적의 비가 변화될 때의 열전달율비가 보여졌다. 표 1 에서는, 노즐 직경, 노즐 피치 등이 보여졌다. 도 12 에 보여진 그래프에서는, 강 밴드를 냉각시키기 위한 냉각 용량이 강 밴드 폭 방향으로의 열전달율에 의해 평가되었다. 비교예의 결과는 노즐 개구 면적에 대한 개구부 면적의 비가 0, 3.4 그리고 17.3 인 점들에서 보여진다. 여기에서, 면적비가 0 일 때는, 모든 개구부가 밀폐된다. 예의 결과들은 노즐 개구 면적에 대한 개구부 면적의 비가 5.8 인 점으로부터 15.7 인 점까지 범위에서 보여진다. 비가 5 인 점으로부터 비가 17 인 점까지의 범위에서는, 예의 열전달율비가 비교예의 열전달율비보다 높다. 즉, 노즐 개구 면적에 대한 개구부 면적의 비가 5 내지 17 일 때는, 가스 분출류를 불어 강 밴드를 냉각하기 위한 냉각 용량이 향상된다.

	번호	노즐로부터 강 밴드까지의 거리 Z(mm)	노즐 직경(내경) D(mm)	노즐로부터 노즐까지의 거리(mm)	노즐 개구 면적에 대한 개구부 면적의 비
비교예	1	50	9.4	50	0
비교예	2	50	9.4	25	3.6
발명의 예	3	50	10.5	25	5.8
	4	50	9.4	25	7.2
	5	50	12.7	50	7.9
	6	50	10.5	50	11.6
	7	50	9.4	50	14.4
	8	50	7.8	25	15.7
비교예	9	50	10.5	50	17.3

노즐(1)의 돌출 길이 h 는 노즐(1)의 내경 D 의 다섯 배 보다 크지 않은 것이 바람직하다. 그 이유는 노즐(1)의 돌출 길이 h 가 노즐 내경 D 의 다섯 배를 초과하는 때는, 도 16 에 도시된 바와 같이, 열전달비가 현저히 감소되기 때문이다. 열전달비가 현저히 감소되는 원인은, 노즐 돌출 길이 h 가 큰 때는, 가스의 상승하는 흐름이 가스 분출 헤더(8)들 사이의 개구부(10)에 도달할 때까지 가스의 유동 속도가 감소되며, 그에 따라 가스가 배출되기 어렵게 되기 때문으로 생각된다.

다음으로, 가스 분출 헤더의 개구부가 없이 노즐 돌출 길이 h 가 적당한 값으로 설정되어서 가스가 배출되는 예가 보여진다. 이 예는 도 17 에 보여진다. 이 구조에서는, 노즐(1)들 사이에 개구부가 제공되지 않고, 가스 분출 헤더(8)는 수 개의 노즐들이 배열된 박스 형 가스 분출 헤더로 형성된다. 이와 관련, 노즐의 선단과 강 밴드(7) 사이의 거리 Z 에 관하여는, 일본 특허 공고공보 번호 2-16375에 개시된 바와 같이, 거리 Z 는 70 mm 보다 크지 않은 값으로 설정되는 것이 보통이다.

다음으로, 도 17 을 참조하여, 가스의 흐름(14)이 아래에서 설명된다. 노즐(1)로부터 가스 분출류가 분출되고 나서, 그것은 강 밴드(7)와 충돌한다. 그 다음 가스 분출류는 강 밴드(7)를 따라 흐른다. 가스 분출류는 곧이어 인접한 노즐로부터 분출된 가스 분출류와 충돌한다. 그에 따라, 그 가스 분출류는 노즐로부터 나온 가스 분출류 방향에 반대 방향으로, 즉 강 밴드로부터 가스 분출 헤더(8) 쪽으로 흐른다. 그 후, 이 가스 분출류는 가스 분출 헤더와 충돌하고서 가스 분출 헤더를 따라 흐른다. 곧이어, 이 가스 분출류는 가스 분출 헤더(8)와 강 밴드(7) 사이에 놓인 영역을 통과하여 외부로 배출된다. 이때, 가스 밀도가 낮은 때에는, 가스 분출 헤더를 따라 흐르는 가스 흐름이 노즐 돌출 신장 h 의 영역 내에서 흐른다. 그러나, 가스 밀도가 높아지는 때는, 이 영역이 충분히 크지 못해, 강 밴드와 이미 충돌한 가스 흐름이 강 밴드(7)와 노즐(1) 선단 사이의 영역으로 흐른다. 상기한 상태에서는, 강 밴드와 충돌한 가스 흐름이 노즐로부터 분출된 가스 분출류와 섞인다. 예를 들어, 강 밴드가 냉각될 때, 노즐로부터 분출된 가스 분출류가 냉각되나, 이미 강 밴드와 충돌한 고온의 가스 흐름이 노즐로부터 분출된 가스 분출류와 섞이면, 강 밴드와 충돌하는 가스 분출류의 온도가 상승하여 냉각 효율이 낮아진다. 이와 관련, 가스 분출 헤더에 대하여는, 노즐의 신장 h 가 소정의 값보다 낮지 않도록 결정되는 때는, 가스가 원활하게 방출될 수 있다. 그러나, 가스 분출 헤더는 나누어진 가스 분출 헤더들 사이에 공간들이 형성될 수 있고 가스가 그 공간들을 통해 방출될 수 있도록 적당히 나누어질 수 있다. 특히 강 밴드의 폭이 크거나 가스 분출 헤더의 길이가 길이 방향으로 길 때, 즉 가스 분출 헤더의 크기가 큰 때는, 가스 분출 헤더를 나누는 것이 효과적이다.

세 번째로, 유효 가스 분출 길이의 비가 향상된 예를 보인다. 도 19 는 종래의 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치를 보이는 도이다. 가스 분출류의 효율이 향상될 수 있도록 이 설비에서 강 밴드(7)와 노즐(1)은 서로 인접하도록 만들어진다. 강 밴드가 요동하거나 휘어질 때 노즐이 강 밴드와 접촉하게 되는 것을 방지하기 위해, 강 밴드는 좌측 받침 롤(16)과 우측 받침 롤(17)에 의해 교대로 눌러진다. 그러나, 좌측 받침 롤 삽입 공간(23)과 우측 받침 롤 삽입 공간(24) 내로는 가스가 불어넣어지지 않는다. 따라서, 비록 냉각 또는 가열이 L1 의 범위에서 행해지지만, 냉각 또는 가열이 행해지지 않는 쓸모 없는 부분들이 L1 범위 내에 포함된다. 그 결과, 높은 냉각 또는 가열율을 얻는 것이 불가능하다. 다시 말해, 종래의 열처리 장치는 유효 가스 분출 길이의 비가 작은 상태에 있다.

도 20을 참조하여, 본 발명의 한 예가 아래에 설명된다. 도 20 에 보여진 배치에서는, 가스 분출 장치의 연장부(22)가 강 밴드(7)에 대하여 받침 롤 반대쪽에 제공된다. 상기 배치로 말미암아, 가스 분출의 출발 위치로부터 끝 위치까지의 길이 L2 가 짧아진다. 도 19 에 도시된 실제 가스 분출 길이는 도 20 에 보여진 실제 가스 분출 길이와 같다. 그러나, 길이 L1 을 길이 L2 와 비교할 때, 길이 L2 는 길이 L1 보다 짧다. 즉, 유효 가스 분출 길이의 비가 향상되었다. 이 경우, 가열 또는 냉각을 위해 요구되는 기간은 (L1 - L2)/V 초만큼 줄어들었다. 여기서 강 밴드(7)의 이동 속도는 V m/sec 이다. 가열 또는 냉각율에 관해서는, 그것에 따라 가열 또는 냉각율을 향상시키는 것이 가능하다. 이와 관련, 본 발명이 강 밴드를 연속적으로 어닐링하기 위한 실제 연속 어닐링 장치에 적용되었을 때, 유효 가스 분출 길이의 비는 82 % 로부터 90 %로 증가되었다.

전술한 바와 같이, 받침 롤이 가열 또는 냉각될 때는, 가열 또는 냉각 용량이 향상될 수 있고, 그 결과 가열 또는 냉각율은 더욱 높아질 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 받침 롤들이 가열 또는 냉각을 행하기 위해 강 밴드와 직접 접촉되는 열처리 장치는, 롤들이 강 밴드와 균일하게 접촉하도록 하는 것이 일반적으로 어려우므로, 강 밴드의 온도가 분균일하게 되어 불리하다. 그러나, 본 발명자들에 의해 행해진 실험에 따르면, 받침 롤들의 직경은 보통 300 mmψ 보다 크지 않다. 즉, 받침 롤들의 직경은 일반적으로 작다. 따라서, 면압(surface pressure)을 강 밴드가 롤에 대해 눌러지는 압력으로 정의할 때 받침 롤의 면압은 직경이 1000 mmψ 인 일반적으로 사용되는 가열 또는 냉각 롤의 면압보다 높다. 그러므로, 가열 또는 냉각의 경우에서의 불균일한 온도에 관한 문제점들이 야기되지 않는 것으로 판명되었다.

도 21 은 우측 받침 롤 부분을 보이는 횡단면도이다. 이와 관련, 좌측 받침 롤 부분의 구조는 우측 받침 롤 부분의 구조와 실질적으로 동일하다. 그러므로, 우측 받침 롤만이 여기서 설명된다. 이 예에서, 받침 롤은 수냉 롤이다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 우측 받침 롤(17)은 열처리 챔버 벽(13)의 양 측벽 사이에 설치되고 측벽에서 길이 방향으로 미끄러질 수 있는 베어링(26)들에 의해 회전 가능하게 지지된다. 여기에서, 가스 분출 헤더들과 노즐들은 강 밴드(7)의 좌측에 틈을 가지고 설치되나 단순화를 위해 도면에서는 생략되었다. 그 내부가 재킷 구조로 형성된 우측 받침 롤(17)의 일단은받침 롤을 회전시키기 위한 모터(27)에 연결된다. 한편, 반대편에 설치된 베어링(26)은 회전 조인트 구조를 가지며, 물 공급 파이프(28)와 배수 파이프(29)가 상기 회전 조인트에 연결된다. 여기에서, 베어링(26)은 미끄러질 수 있도록 설치된다. 그러므로, 베어링(26)은 전동축(傳動軸)(31)과 배전기(distributor)(32)를 경유하여 받침 롤을 이동시키기 위한 모터에 의해 전진 또는 후진될 수 있다.

상기 구조로 말미암아, 냉각수가 물 공급 파이프(28)를 통해 우측 받침 롤(17)로 공급될 수 있고, 사용된 물은 배수 파이프(29)를 통해 외부로 방출된다. 이 설명에서, 받침 롤은 냉각 롤로 사용되나, 가열된 유체가 사용되는 때는, 받침 롤을 가열 롤로 사용하는 것도 가능하다. 냉각의 경우에조차도, 물이 아닌 다른 유체를 사용하는 것이 가능하다. 게다가, 가열의 경우에는, 유체를 사용하는 대신 전력이 롤로 공급되어, 롤이 전기적으로 가열된 롤로 사용될 수도 있다. 공급되는 유체의 온도나 양을 조절하므로써 또는 롤로 공급되는 전류를 조절하므로써 가열 또는 냉각 용량을 조절하는 것이 가능하다.

네 번째로, 가스 분출 온도가 효과적으로 감소되는 예를 보인다. 도 22a 는 비산화성 가스가 순환되고, 강 밴드가 냉각될 수 있도록 하기 위하여 비산화성 가스의 분출류가 강 밴드 상으로 불어지는 종래 열처리 장치의 예를 보이는 도이다. 도 22a에서, 참조번호 7 은 냉각될 물체인 강 밴드이다. 강 밴드(7)는 열처리 챔버 벽(13) 내부의 비산화성 가스(미도시) 내에서 냉각된다. 참조번호 9 는 열처리 챔버 내의 비산화성 가스를 흡입하고 불어내기 위한 블로우어이다. 이 블로우어(9)는 덕트(34)를 통해 열처리 챔버로부터 가스를 흡입한다. 이 덕트(34)의 중간에는, 냉각 가스를 위한 열교환기(35)가 제공되고, 그렇게 냉각된 가스는 블로우어(9)에 의해 추진된다(is boosted). 그렇게 추진된 가스는 덕트(34)를 거쳐 다시 열처리 챔버 내로 도입되고 가스 분출 헤더(8)와 노즐(1)을 거쳐 강 밴드(7) 상으로 불어진다. 그에 따라, 강 밴드(7)는 빨리 냉각될 수 있다. 열교환기(35)의 위치에 관해서는, 종래의 배열에 따르면, 블로우어(9)를 열로부터 보호하기 위하여, 열처리 챔버 내의 가스가 열교환기에 의해 냉각된 뒤에 블로우어에 의해 흡입된다. 즉, 열교환기는 블로우어의 상류측에 설치된다. 종래의 열처리 장치에서는, 강 밴드를 냉각하기 위한 열전달율의 추측 범위(estimated region)가 낮다. 그러므로, 노즐 단부에서의 유동 속도가 높지 않다. 따라서, 블로우어에게 높은 추진 압력(boosting pressure)이 요구되지 않고, 블로우어 내에서 가스 온도 증가가 작다. 상기한 이유로 인해, 실제 사용상에는 문제가 야기되지 않는다. 그러나, 강 밴드의 냉각에서 열전달율이 높아질 때는, 노즐 단부에서 유동 속도를 증가시킬 필요가 있게되고, 블로우어에게 높은 추진 압력이 요구된다. 상기한 이유로, 추진 과정에서 야기되는 온도 증가가 무시될 수 없다. 그 결과, 도 22b 에 도시된 바와 같이 열교환기(35)가 블로우어(9)의 뒤에도 또한 설치될 때 냉각 효율이 향상될 수 있다. 즉, 냉각 효율은 열교환기(35)가 블로우어(9)의 하류측에도 또한 설치될 때 향상될 수 있다. 다시 말해, 대기 가스(atmosphere gas)의 온도 감소량이 일정하게 설정될 때, 도 22b 에 도시된 배치에서의 열교환기의 용량은 도 22a 에 보여진 배치에서의 열교환기의 용량보다 작게 만들어질 수 있다. 그 결과, 열교환기에서의 압력 손실이 감소되고, 블로우어의 용량이 더 작게 만들어질 수 있다. 이와 관련, 도 22b 에 도시된 배치에서, 열교환기들은 블로우어의 앞과 뒤에 설치된다. 그러나, 만약 열저항의 견지로부터 블로우어에 아무런 문제가 야기되지 않는다면, 상류측에 설치된 열교환기는 제거될 수 있고, 열교환기는 단지 하류측에만 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서, 가스 분출류의 중심에 난류를 조장하므로써 열전달율을 향상시키는 것이 가능하고, 또한 강 밴드 상으로 불어진 가스를 원활하게 배출하는 것이 가능하며, 이 배출되는 가스와 새롭게 강 밴드 상으로 불어지는 가스와의 간섭을 방지하는 것이 가능하다. 이에 의하여, 열전달율이 향상될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에서, 좌측 및 우측 롤 삽입 공간에서의 쓸모 없는 부분의 길이가 감소될 수 있다. 즉, 강 밴드의 가열, 냉각 또는 건조에 기여하지 않는 부분의 길이가 감소될 수 있다. 그러므로, 열처리 장치의 전체 길이는 줄어들 수 있다. 이에 따라, 강 밴드를 가열, 냉각 또는 건조하기 위한 기간을 단축하는 것이 가능하고, 그 결과 강 밴드를 가열, 냉각 또는 건조시키기 위한 가열율, 냉각율 또는 건조율이 향상될 수 있다. 추가적으로, 냉각 가스를 위한 열교환기가 블로우어와 같은 가스 압축기의 운반측에 설치된다. 이에 따라, 분출 가스의 온도를 효과적으로 감소시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 냉각 효율이 향상될 수 있고, 블로우어와 같은 가스 압축기에 요구되는 동력이 감소될 수 있다.

결과적으로, 과도하게 큰 용량의 블로우어나 덕트를 제공하지 않고도 야금학적 견지로부터 요구되는 가열 또는 냉각율을 보증하는 것이 가능하다. 또한, 장치의 길이를 줄이는 것이 가능하게 된다. 그러므로, 그 장치는 소형으로 만들어질 수 있고 블로우어의 동력은 종래 설비에서의 블로우어 동력에 비해 매우 작게 만들어질 수 있다. 따라서, 가동비를 줄인다는 관점으로부터, 큰 장점을 제공하는 것이 가능하다. 추가적으로, 본 발명에 따른 냉각 시스템에 따르면, 강 밴드의 온도가 비균일한 문제점을 야기하지 않고 냉각이 수행되며, 또한, 열전달율 α ≥ 400 kcal/㎡Hr℃ 에서 종래 냉각 시스템의 롤 냉각에서 야기되는 것으로, 가스와 물을 사용하여 냉각하는 공정에서 야기되는 강 밴드 표면의 산화 및 강 밴드의 프로파일 악화를 야기하지 않고 냉각이 수행된다. 그러므로, 강 밴드의 질을 향상시키는 것이 가능하고, 산화막을 제거하기 위한 산세척 장치를 제공하는 것이 불필요하게 된다. 그러므로, 장치가 단순화 될 수 있다.

Claims

강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 상기 열처리 장치를 통과하는 강 밴드의 진행방향을 따라 어느 정도 간격을 두고 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하는 노즐이 배치되고, 가스 분출류가 분출되는 노즐의 선단에 부착되는 저항체를 포함하며, 상기 저항체의 투영면적은 노즐 단면적에 대하여 3 % 내지 12 % 가 되도록 결정되는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 상기 열처리 장치를 통과하는 강 밴드의 진행방향을 따라 어느 정도 간격을 두고 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하는 노즐이 배치되고, 가스 분출류가 분출되는 노즐의 선단에 부착되는 저항판을 포함하며, 상기 저항판의 투영면적은 노즐 단면적에 대하여 3 % 보다 작도록 결정되고, 노즐 축방향으로의 저항판 길이는 노즐 직경의 50 % 보다 작지 않도록 결정되는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 상기 열처리 장치를 통과하는 강 밴드의 진행방향을 따라 어느 정도 간격을 두고 배치되어 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하는 복수개의 노즐들과; 가스를 노즐들에 공급하기 위한 것으로 상기 복수개의 노즐들이 장착되는 복수개의 가스 분출 헤더들과; 가스를 상기 복수개의 가스 분출 헤더들에 공급하기 위한 가스 분배 헤더를 포함하고, 가스 분출 헤더들 사이에는 가스 방출 포트인 개구 또는 틈이 제공되며, 상기 개구의 면적은 노즐 개구 면적의 5배 보다 작지 않고 17 배 보다 크지 않은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
제3항에 있어서, 상기 노즐은 가스 분출 헤더의 선단부로부터 돌출된 돌출 노즐인 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
제3항에 있어서, 상기 노즐의 돌출한 길이는 노즐 내경의 5 배보다 길지 않은 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
제3항에 있어서, 가스 분출 헤더 선단부의 옆모습은, 가스 통로의 단면적이 가스 분출 방향으로 점차 감소되도록, 점차 가늘어지고, 노즐 선단부는 가스 분출 헤더의 선단면으로부터 돌출 되지 않는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치로서, 상기 열처리 장치를 통과하는 강 밴드의 진행방향을 따라 어느 정도 간격을 두고 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하는 노즐이 배치되고, 강 밴드로부터 노즐 선단까지의 거리 Z 는 70 mm 보다 크지 않도록 결정되고, 가스를 노즐로 공급하기 위한 헤더로부터의 노즐 돌출 신장이 h mm, 단위 면적 상으로 분출되는 가스량(가스량 밀도)이 W ㎥/min·㎡ 일 때, W/4 ≤ h 의 부등식이 만족되는 것을 특징으로 하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서, 상기 열처리 장치를 통과하는 강 밴드의 진행방향을 따라 어느 정도 간격을 두고 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하는 노즐이 배치되고, 받침 롤들이 규칙적인 간격으로 강 밴드의 진행 방향을 따라 교대로 배열되는 롤 삽입 공간이, 강 밴드의 요동을 방지하기 위하여, 가스 분출류를 분출하기 위한 노즐들이 설치되는 가스 분출 공간 내에 제공되고; 가스 분출 공간을 연장하기 위하여, 가스 분출류를 분출하기 위한 노즐들이 강 밴드에 대하여 롤이 삽입된 부분 맞은편의 롤 삽입 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하여 강 밴드가 가열, 냉각 또는 건조되도록 하면서 강 밴드 열처리를 행하는 열처리 장치에 있어서, 상기 열처리 장치를 통과하는 강 밴드의 진행방향을 따라 어느 정도 간격을 두고 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하는 노즐이 배치되고, 받침 롤들이 규칙적인 간격으로 강 밴드의 진행 방향을 따라 교대로 배열되는 롤 삽입 공간이, 강 밴드의 요동을 방지하기 위하여, 가스 분출류를 분출하기 위한 노즐들이 설치되는 가스 분출 공간 내에 제공되고; 강 밴드를 냉각하는 경우에는 받침 롤들이 냉각되며; 강 밴드를 가열 또는 건조하는 경우에는 받침 롤들이 가열되는 것을 특징으로 하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.
비산화성 분위기 가스를 순환시키며 강 밴드 상에 분출하여 강 밴드를 냉각하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치에 있어서, 상기 열처리 장치를 통과하는 강 밴드의 진행방향을 따라 어느 정도 간격을 두고 강 밴드 상으로 가스 분출류를 분출하는 노즐이 배치되고, 냉각 가스를 위한 열교환기가 블로우어와 같은 가스 압축기의 적어도 하류측에 설치되는 것을 특징으로 하는 가스 분출류에 의한 강 밴드 열처리 장치.