KR100536752B1 - 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 스테인리스 강재의 고용화 열처리장치 및 그 방법은 고용화 열처리 과정에서 가열된 스테인리스 강재를 급냉하는데 있어서, 냉각 챔버내의 냉각수를 열교환 탱크로 순환시키고, 냉동기에 의하여 냉매를 상기 열교환 탱크에 내장된 열교환 코일로 순환시켜, 상기 냉매와 냉각수를 열교환되게 하고, 상기 냉각 챔버의 냉각수의 온도를 측정하여 측정된 온도를 설정온도와 비교하여 상기 냉동기가 자동으로 ON/OFF 됨으로써, 외기온도의 변화, 피열처리물의 열용량 및 이송속도에 관계없이 상기 냉각수의 온도가 일정하게 유지되므로 소정의 열처리효과를 균일하게 확보할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치 및 방법에 있어서 가열된 스테인리스 강재를 간접 수냉각방식으로 냉각시키는 급냉 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인리스 강관 또는 강판등의 고용화 열처리 즉 풀림처리는, 냉간 가공 또는 용접등에 의하여 형성된 응력을 제거함과 아울러 가공조직을 재결정하여 연성을 회복시키며, 냉간 가공이나 용접시에 석출된 Cr 탄화물이나 페라이트를 고용하여 내식성을 향상시키기 위하여 행하여 지는 것으로서, 오스테나이트계 스테인리스 강재에 있어서 기본적인 열처리공정이다.
즉, 오스테나이트계 스테인리스 강은 예민화(Sensitization) 온도범위인 425℃ ~ 870℃ 온도범위에서 입계부식(intergranular corrosion)을 촉진시키는 탄화물이 석출되고, 상기 스테인리스 강재의 풀림온도는 1,050℃ 정도가 적당하므로, 스테인리스 강을 1000℃ ~ 1150℃ 까지 가열한 다음, 425℃ 이하로 신속하게 냉각시키는 것이 요구된다.
통상적인 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 예열부(1), 가열부(2), 급냉부(3), 냉각부(4)(5)와 콘베이어 벨트(6)로 구성되어, 열처리하고자 하는 스테인리스 강판 또는 강관등이 상기 콘베이어 벨트(6)에 의하여 순차적으로 상기 예열부(1), 가열부(2), 급냉부(3), 냉각부(4)(5)를 통과하면서 열처리 과정이 수행된다.
즉, 상기 예열부(1) 및 가열부(2)는 전기로로 형성되는데 피열처리물은 상기로를 통과하면서 1050°C ~ 1150°C 로 가열된 다음, 급냉부(3)에서 425°C 이하로 급냉되고, 냉각부(4)(5)에서 더욱 냉각된다. 한편, 상기 열처리 과정에서 스테인리스 강재가 산소와 접촉되어 산화되는 것을 방지하기 위하여 상기 가열부(2)와 급냉부(3)의 연결부위로 부터 수소와 질소의 혼합가스가 상기 열처리부로 연속 공급되어 콘베이어 벨트의 입구인 예열부(1) 입구와, 콘베이어 벨트의 출구인 냉각부(5) 출구로 배출되므로 산소가 없는 상태에서 열처리 과정이 수행된다.
상기한 스테인리스 강재 고용화 열처리 방법에 있어서, 간접 수냉각방식을 사용하고 있는 종래기술의 급냉 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 냉각시키고자 하는 스테인리스 강재(7)가 올려진 콘베이어 벨트가 통과하는 내통(3b)이 설치되어 상기 내통(3b)과의 사이에 냉각수(10)가 채워지는 냉각 챔버(3a)와, 상기 냉각 챔버(3a)로 냉각수를 공급하는 냉각탑(8)으로 구성되어, 냉각탑(8)내에 설치된 열교환판(8a)에 의하여 냉각된 냉각수는 관로(9b)를 통하여 상기 냉각 챔버(3a)로 공급됨으로써 상기 스테인리스 강재(7)가 급냉되도록 상기 내통(3b)을 냉각시킨 다음, 펌프(9)에 의하여 냉갑탑(8)으로 순환된다. 한편, 냉각탑(8)을 이용하지 않고 직접 지하수를 상기 냉각 챔버(3a)로 공급하여 스테인리스 강재(7)를 급냉시키는 방법도 사용되고 있다.
한편, 상기 냉각챔버(3a)의 내통(3b)와, 가열로(2)의 가열통(2b)은 스테인리스 스틸로 제조되어 도 3에 도시된 바와 같이 각각 철로 제조된 플랜지(84), (86)의 일측에 용접(w)되고, 상기 플랜지(84), (86)는 단열성의 팩킹(85)이 개재된 상태로 볼트 넛트(87)로 체결됨으로써 상기 내통(3b)과 가열통(2b)이 일체로 연결된다.
그러나, 상기에서 사용되고 있는 냉각탑을 통과한 냉각수 또는 지하수는 온도가 16℃ ~ 24℃로서, 외기온도의 변화에 따라 온도편차가 클 뿐만 아니라, 고용화 열처리하고자 하는 피열처리물의 열용량에 따라 냉각챔버(3a)내의 냉각수의 온도가 대략 35℃ ~ 55℃ 범위내에서 상승 또는 강하하므로 온도편차가 커지게 되어, 소정의 균일한 열처리효과를 확보할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 상기 내통(3b)은 열전도열이 낮은 스테인레스 스틸로 제조되어 냉각수와의 열교환 효과가 저감되는 문제점이 있었다.
또한, 피열처리물의 두께가 두꺼운(1 ~ 3mm)스테인리스 강관의 경우 열용량이 크기 때문에 지하수 또는 냉각탑의 냉각수를 이용한 간접냉각방식은 급냉이 불가능하여 직접냉각방식으로 질소 또는 알곤가스 등 불활성가스를 분사하여 급냉시키는 방법이 있으나 열처리비용이 과다하게 높아지는 문제점이 있으며, 또 다른 방법으로 온도가 비교적 낮은 지하수 또는 냉각탑에 의한 냉각수에 가열된 피열처리물을 직접 물에 침지시키는 급냉방식이 있으나 피열처리물의 표면이 산화되어 흑색으로 변색되기 때문에 이를 제거하기 위하여 질산, 초산 등을 혼합한 산세공정이 불가피하므로 과다한 비용과 특정 폐기물을 발생시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고용화 열처리과정에서 가열된 피열처리물을 급냉시키기 위한 냉각수의 온도를 계절의 변동 등에 따른 외기온도의 변화, 피열처리물의 열용량 및 피열처리물의 이동속도에 관계없이 항상 균일하게 유지되도록 하여 소정의 열처리 효과를 균일하게 달성할 수 있는 스테인레스 강의 고용화 열처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉각수와의 열교환 효과가 신속하게 이루어질 수 있는 고용화 열처리 장치의 급냉 시스템을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치는, 스테인리스 강을 가열하는 가열부와, 상기 가열부에서 가열된 스테인리스 강을 급냉시키기 위한 급냉 시스템을 포함하고 있는 고용화 열처리 장치에 있어서, 상기 급냉 시스템은 스테인리스 강이 통과하는 내통이 내부에 설치되고 상기 내통과의 사이에 냉각수가 채워지는 냉각 챔버와, 상기 냉각 챔버로 부터 순환되는 냉각수를 냉각시키는 열교환 코일이 내부에 설치된 열교환 탱크와, 상기 열교환 코일로 냉매를 공급하여 순환시키는 냉동기와, 상기 냉각 챔버내의 냉각수의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 감지된 상기 냉각수의 온도에 따라 냉동기의 ON/OFF를 결정하는 제어부를 포함하여 구성된다.
삭제
또한, 본 발명은 상기 내통의 재질이 구리(Cu)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스테인리스 강재의 고용화 열처리 방법은 스테인리스 강을 가열하는 단계와, 가열된 스테인리스 강재는 급냉시키는 단계를 포함하고, 가열된 스테인리스 강재를 급냉시키기 위하여 상기 스테인리스 강재가 통과하는 내통이 설치된 냉각 챔버로 냉각수를 공급하는 간접 수냉각방법을 포함하고 있는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 방법에 있어서,
상기 냉각 챔버의 냉각수를 냉각시키기 위하여, 상기 냉각수를 열교환 탱크로 순환시킴과 아울러 상기 열교환 탱크내에 설치된 열교환 코일로 냉매를 순환시키는 단계와,
상기 냉각 챔버의 냉각수의 온도를 감지하는 단계와, 감지된 상기 냉각수의 온도가 설정온도 이상이면 상기 냉동기를 가동시키고 상기 냉각수의 온도가 설정온도 이하이면 상기 냉동기의 가동을 정지시키는 단계가 포함된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 스테인리스 강재의 고용화 열처리장치는 도 1에 도시된 통상적인 장치와 같이 피열처리물을 열처리하는 예열부(1), 가열부(2), 급냉부(3), 냉각부(4)(5)와 콘베이어 벨트(6)로 구성된다.
상기 급냉부(3)와 관련된 본 발명의 특징부를 이루는 급냉시스템은 도 4에 도시된 바와같이 내통(31)이 설치된 냉각 챔버(30)와, 열교환 탱크(20)와, 냉동기(80)와, 냉각수 온도감지센서(40)와, 제어부(50)로 구성된다.
상기 내통(31) 내부에는 상기 가열부(2)에서 가열된 스테인리스 강관(70)이 콘베이어 벨트(60)에 의하여 이송되고, 상기 내통(31)과 냉각 챔버(30) 사이의 공간부에는 냉각수(10)가 채워져 내통(31)을 냉각시켜 스테인리스 강관(70)을 급냉시킨다.
한편, 상기 냉각 챔버(30) 내부의 냉각수(10)은 펌프(90)의 작동으로 관로(91)(92)를 따라 열교환 탱크(20)로 순환되고, 상기 열교환 탱크(20) 내부에는 열교환 코일(21)이 설치되어 상기 냉동기(80)에 의하여 냉매가 냉각된 다음, 상기 열교환 코일(21)로 순환됨으로써 상기 냉각수와 열교환을 일으켜 냉각수를 냉각시킨다.
또한, 상기 냉각 챔버(30)내에 체류중인 냉각수(10)의 온도는 온도감지센서(40)에 의하여 감지되어 제어부(50)로 전송하고, 상기 제어부는 상기 냉각수의 온도를 전송받아 냉동기(80)의 가동을 제어한다.
상기, 열교환 코일은 도 5에 도시된 바와 같이, 높은 강성을 유지하면서도 열교환 면적을 넓힐 수 있는 파형관(21)으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 내통(31)은 냉각수(10)와의 열교환 효과를 촉진시키기 위하여 열전도율이 높은 구리(Cu)로 제조되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 열교환탱크(20)에는 냉각수가 지그재그로 통과할 수 있도록 격벽(22)이 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 스테인리스 강재의 고용화 열처리 방법은 가열된 스테인리스 강재의 급냉시스템에 있어서, 냉각 챔버(30) 내부의 냉각수(10)의 온도가 외기온도의 변화, 피열처리물의 열용량 및 이송속도에 관계없이 항상 일정된 온도를 유지할 수 있도록 도 6에 도시된 바와 같이, 온도감지센서(40)에 의하여 냉각 챔버(30) 내부의 냉각수(10)의 온도를 측정하는 단계(S1)와, 상기 냉각수(10)의 온도가 소정의 설정온도(T1), 예를들면 설정온도(T1)가 15℃인경우, 냉각수(16)의 온도가 15℃ 이하인 경우에는 상기 제어부(50)에 의하여 냉동기(80)의 가동을 정지하고(S4), 상기 냉각수의 온도가 15℃ 이상이면 냉동기(80)를 가동시키는 단계(S3)를 반복 실시하여, 상기 냉각 챔버(30)내로 공급되는 냉각수(10)가 항상 일정한 온도를 유지하기 때문에, 외부여건의 변화에 관계없이 항상 일정한 열처리 효과를 달성할 수 있게된다.
한편, 본 발명에 따른 상기 내통(31)은 열전달효과를 극대화하기 위하여 구리(Cu)로 제조되기 때문에 도 3에 도시된 종래기술과 같이 내통을 스테인리스 스틸로 제조된 가열통과 연결시키면 내통과 가열통의 각각의 재질의 열팽창계수가 상이하여 상호 연결부위에 균열이 발생한다.
본원 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이 철로 제조된 연결관체(101)를 사용하여 내통(31)과 가열통(2b)을 연결한다. 이를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
스테인리스 스틸로 제조된 가열통(2b)과 구리로 제조된 내통(31)의 일단은 각각 철제 플랜지(104)(107)의 내주면이 노출되지 않도록 플랜지(104)(107)에 끼운 다음 용접(w)된다.
양단에 플랜지부(101a)가 형성된 중공의 연결관체(101)를 상기 플랜지(104)(107) 사이에 위치시키고 상기 플랜지부(101a)와 상기 플랜지(104)(107) 사이에 단열성 팩킹(105)(106)을 개재시킨 다음, 상기 플랜지, 단열성팩킹 및 플랜지부를 볼트 넛트(109)로 체결하면, 상기 내통(31)과 가열통(2b′)이 일체로 연결된다. 이 설명부호 108은 질소와 수소의 혼합가스 공급관을 나타낸다.
한편, 구리로 제조된 상기 내통(31)은 냉각수와 접촉되는 냉각수와 내통내부의 온도의 차이가 크기 때문에 내통을 형성하고 있는 판이 찌그러지고 용접부에 균열이 발생하기 쉬우므로, 도 8에 도시된 바와 같이 6각형으로 형성되어 일단이 용접되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 가열통(2b)의 고열이 내통(31)으로 직접 전달되지 아니하므로 가열통(2b)과 내통(31)이 서로 열팽창계수가 다른 재질로 형성되어 있어도 연결부위에 균열이 발생되는 것이 방지된다.
또한, 상기 가열통(2b) 및 내통(31)의 일단이 플랜지(104)(107)의 내주면을 완전히 씌워주고 있으므로 가열 및 냉각효과가 향상된다.
본 발명에 따른 스테인리스 강재의 고용화 열처리장치 및 그 방법은 고용화 열처리 과정에서 가열된 스테인리스 강재를 급냉하는데 있어서, 냉각 챔버내의 냉각수를 열교환 탱크로 순환시키고, 냉동기에 의하여 냉매를 상기 열교환 탱크에 내장된 열교환 코일로 순환시켜, 상기 냉매와 냉각수를 열교환되게 하고, 상기 냉각 챔버의 냉각수의 온도를 측정하여 측정된 온도를 소정의 설정온도와 비교하여 냉각수의 온도가 일정하게 되도록 상기 냉동기를 ON/OFF 함으로써, 외기온도의 변화, 피열처리물의 열용량 및 이송속도에 관계없이 상기 냉각수의 온도가 일정하게 유지되므로 소정의 균일한 열처리 효과를 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 통상적인 스테인리스 강재의 고용화 열처리장치가 표현된 블록도
도 2는 종래기술에 따른 급냉 시스템의 단면도
도 3은 종래기술에 따른 가열부의 가열통과 급냉부의 내통의 연결상태가 표현된 단면도
도 4은 본 발명에 따른 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치에 포함된 급냉 스시템의 단면도
도 5는 도 3에 도시된 열교환관의 일부 확대 단면도
도 6는 본 발명에 따른 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치에 있어서 급냉 시스템의 작동방법이 도시된 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따른 가열부의 가열통과 급냉부의 내통의 연결상태가 표현된 단면도
도 8은 도 7에 도시된 내통의 다른 실시예가 표현된 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 냉각수 20 : 열교환 탱크
21 : 열교환 코일 30 : 냉각챔버
31 : 내통 40 : 온도감지센서
50 : 제어부 60 : 콘베어 벨트
70 : 스테인리스 강재 80 : 냉동기
Claims (8)
- 스테인리스 강재를 가열하는 가열부와, 상기 가열부에서 가열된 스테인리스 강재를 급냉시키기 위한 급냉 시스템을 포함하고 있는 고용화 열처리 장치에 있어서, 상기 급냉 시스템은 스테인리스 강재가 통과하는 내통이 내부에 설치되고 상기 내통과의 사이에 냉각수가 채워지는 냉각 챔버와, 상기 냉각 챔버로 부터 순환되는 냉각수를 냉각시키는 열교환 코일이 내부에 설치된 열교환 탱크와, 상기 열교환 코일로 냉매를 공급하여 순환시키는 냉동기와, 상기 냉각 챔버내의 냉각수의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 감지된 상기 냉각수의 온도에 따라 냉동기의 ON/OFF를 결정하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 내통의 재질이 구리(Cu)인 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 강치.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 내통은 상기 가열부를 형성하는 가열통과 중공의 연결관체를 사용하여 일체로 연결된 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치.
- 제 4항에 있어서,상기 내통과 가열통은 각각 일단이 플랜지에 용접되고, 상기 프랜지와 상기 연결관체의 플랜지부는 단열성 팩킹이 개재된 상태로 볼트 넛트에 의해 체결된 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 내통과 가열통의 일단은 각각 상기 플랜지의 내주면을 완전히 씌워주도록 상기 플랜지에 삽입된 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 내통은 6각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 장치.
- 스테인리스 강재를 가열하는 단계와, 가열된 스테인리스 강재를 급냉시키는 단계를 포함하고, 가열된 스테인리스 강재를 급냉시키기 위하여 상기 스테인리스 강재가 통과하는 내통이 설치된 냉각 챔버로 냉각수를 공급하는 간접 수냉각방법을 포함하고 있는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 방법에 있어서,상기 냉각 챔버의 냉각수를 냉각시키기 위하여, 상기 냉각수를 열교환 탱크로 순환시킴과 아울러 상기 열교환 탱크내에 설치된 열교환 코일로 냉매를 순환시키는 단계와, 상기 냉각 챔버의 냉각수의 온도를 감지하는 단계와, 감지된 상기 냉각수의 온도가 설정온도 이상이면 상기 냉동기를 가동시키고 상기 냉각수의 온도가 설정온도 이하이면 상기 냉동기의 가동을 정지시키는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 고용화 열처리 방법.
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