KR100639832B1 - Continuous hydrogen furnace equipment for manufacturing diamond tool and heat treatment method of diamond tool material using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 수소분위기의 노심관 내에서 처리대상물에 대하여 열처리를 수행할 수 있는 연속식 수소로 장치에 관한 것으로서, 노심관 내의 수소분위기를 외부 공기 중의 산소로부터 보다 신뢰성 있게 격리하여 수소와 외부 공기 중의 산소가 접촉하여 발생하는 폭발의 위험성을 막는 연속식 수소로 장치의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention relates to a continuous hydrogen furnace apparatus capable of performing heat treatment on an object to be treated in a core tube of a hydrogen atmosphere. The present invention provides a more reliable isolation of hydrogen from outside air from oxygen in outside air. It is an object of the present invention to provide a device with continuous hydrogen which prevents the risk of explosion caused by contact of oxygen in the water.
이를 위해, 본 발명은 입구관, 노심관 및 출구관으로 구성된 관로를 따라 입구영역, 가열영역 그리고 출구영역이 연속 배치된 연속식 수소로 장치를 제공하되, 이 연속식 수소로 장치는, 처리대상물을 상기 관로를 통해 이송시키도록 마련된 이송유닛과, 상기 노심관 주변에 마련되어 상기 노심관 내로 이송된 처리대상물을 가열하는 가열유닛과, 상기 관로 내에 수소가스를 불어넣어 상기 관로 내부를 수소분위기로 조성하는 가스공급유닛과, 상기 입구관 및 출구관에 가스커튼을 형성시켜, 상기 관로 내의 수소분위기를 관로 외측의 산소로부터 격리시키는 가스커튼유닛을 포함한다.To this end, the present invention provides a continuous hydrogen furnace apparatus in which the inlet zone, the heating zone and the outlet zone are continuously arranged along a pipeline consisting of the inlet pipe, the core pipe and the outlet pipe, the continuous hydrogen furnace device being treated. A transfer unit provided to transfer the gas through the pipe, a heating unit provided around the core pipe to heat the object to be transferred into the core pipe, and blowing hydrogen gas into the pipe to form a hydrogen atmosphere inside the pipe. And a gas curtain unit which forms a gas curtain in the inlet pipe and the outlet pipe, and insulates the hydrogen atmosphere in the pipe from oxygen outside the pipe.
연속식, 수소로, 수소분위기, 가스공급유닛, 가스커튼유닛, 질소, 서냉구역, 가열유닛, 이송유닛 Continuous furnace, hydrogen furnace, hydrogen atmosphere, gas supply unit, gas curtain unit, nitrogen, slow cooling zone, heating unit, transfer unit
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속식 수소로 장치를 전체적으로 도시한 도면.1 is an overall view of a device with continuous hydrogen in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 I-I를 따라 취해진 단면도.2 is a sectional view taken along the line I-I of FIG.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이송유닛의 컨베이어벨트 구조를 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining the conveyor belt structure of the transfer unit according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가열유닛의 히터 구조를 설명하기 위한 도면. 4 is a view for explaining a heater structure of a heating unit according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 연속식 수소로 장치를 이용한 열처리방법을 개략적으로 도시한 순서도.Figure 5 is a flow chart schematically showing a heat treatment method using a continuous hydrogen furnace apparatus of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
I: 입구영역 H: 가열영역I: inlet area H: heating area
O: 출구영역 10: 관로O: outlet area 10: pipeline
12: 입구관 14: 노심관12: entrance tube 14: core officer
16: 출구관 20: 이송유닛16: outlet pipe 20: transfer unit
42: 서냉구역 44: 냉각유닛42: slow cooling zone 44: cooling unit
50: 가열유닛 52: 노 구조몰50: heating unit 52: furnace structure mall
54: 히터 56: 온도센서 54: heater 56: temperature sensor
60:가스공급유닛 70a, 70b: 가스커튼유닛60:
본 발명은 연속식 수소로 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 노심관을 수소분위기로 조성하고, 그 수소분위기의 노심관 내에서 처리대상물에 대하여 열처리를 수행할 수 있는 연속식 수소로 장치 및 이를 이용한 열처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous hydrogen furnace apparatus, and more particularly, a continuous hydrogen furnace apparatus capable of forming the core tube in a hydrogen atmosphere, and performing heat treatment to the object to be treated in the core tube of the hydrogen atmosphere and It relates to a heat treatment method using the same.
통상 연속식 수소로 장치는 노심관을 포함하는 관로를 구비하며 상기 관로에 수소가스를 불어넣을 수 있는 가스공급유닛이 접속되어 수소분위기 하에서 소결 등의 열처리를 수행할 수 있도록 되어 있다. 이와 같은 연속식 수소로 장치는 다이아몬드 공구의 소결을 위한 열처리에 널리 이용되고 있다.In general, a continuous hydrogen furnace apparatus includes a pipeline including a core tube, and a gas supply unit capable of blowing hydrogen gas into the pipeline is connected to perform heat treatment such as sintering under a hydrogen atmosphere. Such continuous hydrogen furnace apparatus is widely used for heat treatment for sintering diamond tools.
다이아몬드 공구는 토목, 건설, 석재, 또는 정밀 가공 등에서 광범위하게 이용되고 있으며, 그 예로는, 쏘(saw), 코어드릴(core drill), 커터(cutter), 프로파일러(profiler), 엔드밀(end mill) 등과 같은 토목/건설/석재용 공구와 스트레이트휠(strait wheel), 아이디휠(ID wheel), 로터리 드레서(rotary dresser), 에지 연마휠(edge grinding wheel) 등이 있다.Diamond tools are widely used in civil engineering, construction, stone, or precision machining. Examples include saws, core drills, cutters, profilers, and end mills. civil / construction / stone tools such as mills, strait wheels, ID wheels, rotary dressers, and edge grinding wheels.
통상, 다이아몬드 공구의 제조를 위해서는 소결, 융착 등의 열처리 공정이 요구되며, 융착에 사용되는 필러(filler)로는 결합강도가 매우 높은 니켈계 필러가 주로 사용된다. 이러한 니켈계 필러의 용융 온도는 1020℃~1100℃이며, 이러한 범위의 온도에서는 다이아몬드가 산화 혹은 탄화하는 문제점이 있다.In general, in order to manufacture a diamond tool, heat treatment processes such as sintering and fusion are required. As a filler used for fusion, a nickel-based filler having a very high bonding strength is mainly used. Melting temperature of such a nickel-based filler is 1020 ℃ ~ 1100 ℃, there is a problem that diamond is oxidized or carbonized at a temperature in this range.
천연 다이아몬드는 고온에서 산화 및 탄화 현상이 발생되지 않는 매우 안정한 물질이다. 하지만, 다이아몬드 공구의 제작에 주로 사용되는 인조 다이아몬드는 600℃ 이상이 되면 산화 현상이 발생한다. 또한 인조 다이아몬드는 내부에 함유된 니켈 등으로 인하여 온도가 900℃ 이상이 되면 탄화 현상이 발생되어 강도가 크게 저하된다. 따라서 다이아몬드의 산화 및 탄화를 방지하기 위하여 환원성 가스인 수소 분위기에서 다이아몬드 공구의 열처리를 행하는 방법이 널리 이용되고 있다.Natural diamond is a very stable material that does not produce oxidation and carbonization at high temperatures. However, artificial diamond, which is mainly used in the manufacture of diamond tools, is oxidized when it is 600 ° C or higher. In addition, the artificial diamond is a carbonization phenomenon occurs when the temperature is more than 900 ℃ due to nickel contained therein, the strength is greatly reduced. Therefore, in order to prevent the oxidation and carbonization of diamond, a method of heat treating a diamond tool in a hydrogen atmosphere that is a reducing gas is widely used.
그러나 수소는 공기 중의 산소와 접촉하면 폭발할 우려가 있으며, 특히, 500℃ 이상에서 산소와 수소의 질량비가 2:1인 경우에는 폭발의 위험성이 더욱 커지므로, 소결 등의 열처리가 이루어지는 노심관 내측의 수소분위기를 외부 공기 중의 산소와 격리시킬 필요가 있다.However, hydrogen may explode when it comes into contact with oxygen in the air. In particular, when the mass ratio of oxygen and hydrogen is 2: 1 at 500 ° C. or higher, the risk of explosion is further increased. Therefore, the inner side of the core tube where heat treatment such as sintering is performed is performed. It is necessary to isolate the hydrogen atmosphere from oxygen in the outside air.
한편, 다이아몬드 공구의 소결을 위해서는, 다이아몬드 공구재를 고온에서 소결한 후 이를 냉각하는데, 이러한 냉각이 급냉방식으로 이루어지므로 다이아몬드 공구의 금속부분에 열변형을 발생시키며, 이러한 열변형이 발생된 다이아몬드 공구 제품은 그 사용시에 진동이 유발될 우려가 커서 수명이 단축되는 경우가 많았다.On the other hand, for the sintering of the diamond tool, the diamond tool material is sintered at a high temperature and then cooled. The cooling is performed in a quenching manner, which causes thermal deformation in the metal part of the diamond tool. In many cases, the life of the product is shortened due to the high risk of vibration.
또한, 다이아몬드 공구재 등의 처리대상물을 가열하기 위한 가열수단으로 주로 실리콘 카바이드 등의 비금속발열체를 사용하는데, 이는 장기 사용시 전기저항이 상승하고 발열량이 저하하여 가열 상태가 나빠지며, 약 일 년 정도 사용하면 수 명이 다해 교체되어야만 하는 문제점이 있다.In addition, a non-metallic heating element such as silicon carbide is mainly used as a heating means for heating a processing object such as a diamond tool material, which increases the electrical resistance and deteriorates the heating value in the long term, and causes the heating state to deteriorate. There is a problem that must be replaced at the end of life.
본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노심관 내의 수소분위기를 외부 공기 중의 산소로부터 보다 신뢰성 있게 격리하여 수소와 외부 공기 중의 산소가 접촉하여 발생하는 폭발의 위험성을 저감 또는 억제하는 연속식 수소로 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art, it is to continuously isolate the hydrogen atmosphere in the core tube from the oxygen in the outside air more continually to reduce or suppress the risk of explosion caused by the contact of hydrogen and oxygen in the outside air It is an object to provide an apparatus with formula hydrogen.
또한, 본 발명의 목적은, 노심관을 포함한 관로 내부를 수소분위기로 조성하는 가스공급유닛을 구비하되, 상기 가스공급유닛이 상기 관로 내부로 질소를 불어넣을 수 있도록 구성되어 수소분위기의 조성 전에 산소를 포함한 공기를 관로로부터 미리 제거할 수 있는 연속식 수소로 장치를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is provided with a gas supply unit for forming the inside of the pipeline including the core pipe to the hydrogen atmosphere, the gas supply unit is configured to blow nitrogen into the inside of the pipeline is oxygen before the composition of the hydrogen atmosphere It is to provide a device as a continuous hydrogen that can remove the air in advance from the pipeline.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 노심관에서 가열된 처리대상물을 단계적으로 냉각시키도록 구성되어, 처리대상물의 냉각시에 야기될 수 있는 열변형 방지가 가능한 연속식 수소로 장치를 제공하는 것이다.Further, another object of the present invention is to provide an apparatus with continuous hydrogen, which is configured to gradually cool an object to be heated in the core tube, to prevent thermal deformation that may occur upon cooling of the object.
또한, 본 발명은 처리대상물, 특히, 다이아몬드 공구재에 대해 소결 등의 열처리를 행함에 있어서, 노심관 내부의 수소분위기를 외부 공기 중의 산소로부터 보다 신뢰성 있게 격리하여, 산소와 수소의 접촉에 의한 폭발 위험을 방지할 수 있는 열처리방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention more reliably isolates the hydrogen atmosphere inside the core tube from oxygen in the outside air when performing heat treatment such as sintering on the object to be treated, especially the diamond tool material, and explodes by contact of oxygen and hydrogen. It is to provide a heat treatment method that can prevent the risk.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 입구관, 노심관 및 출구관으로 구성된 관로를 따라 입구영역, 가열영역 그리고 출구영역이 연속 배치된 연속식 수소로 장치를 제공한다. 상기 연속식 수소로 장치는, 처리대상물을 상기 관로를 통해 이송시키도록 마련된 이송유닛과, 상기 노심관 주변에 마련되어 상기 노심관 내에 이송된 처리대상물을 가열하는 가열유닛과, 상기 관로 내에 수소가스를 불어넣어 상기 관로 내부를 수소분위기로 조성하는 가스공급유닛과, 상기 입구관 및 출구관에 가스커튼을 형성시켜, 상기 관로 내의 수소분위기를 관로 외측의 산소로부터 격리시키는 가스커튼유닛을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus with continuous hydrogen in which the inlet region, the heating region and the outlet region are continuously arranged along the pipeline consisting of the inlet tube, the core tube and the outlet tube. The continuous hydrogen furnace apparatus includes a transfer unit provided to transfer a treatment object through the conduit, a heating unit provided around the core tube to heat the treatment object transferred into the core tube, and hydrogen gas in the conduit. And a gas supply unit which blows the gas into the hydrogen atmosphere and forms a gas curtain in the inlet pipe and the outlet pipe, and insulates the hydrogen atmosphere in the pipe from oxygen outside the pipe.
여기에서, 상기 가스공급유닛은 질소공급원 및 수소공급원에 각각 연결된 채 질소와 수소를 상기 관로 내에 선택적으로 공급할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가스공급유닛은 수소를 정제하는 수소정제기를 더 포함하는 것이 바람직한데, 이러한 가스공급유닛은 관로 내부를 순도가 높은 수소분위기로 조성할 수 있도록 해준다. Here, the gas supply unit is preferably configured to selectively supply nitrogen and hydrogen into the conduit while being connected to a nitrogen supply source and a hydrogen supply source, respectively. In addition, the gas supply unit preferably further includes a hydrogen purifier for purifying hydrogen, such a gas supply unit allows the inside of the pipeline to form a high purity hydrogen atmosphere.
또한, 상기 가열유닛은 금속발열체로 이루어진 히터를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 히터가 복수개로 이루어지고, 상기 히터 각각이 복수개의 온도센서에서 측정된 발열온도를 기초로 하여 서로 다른 발열온도를 갖도록 제어될 수 있다.In addition, the heating unit preferably comprises a heater made of a metal heating element, the heater is made of a plurality, each of the heaters are controlled to have a different heating temperature based on the heating temperature measured by a plurality of temperature sensors Can be.
한편, 상기 출구영역에는 상기 가열영역에서 가열된 처리대상물을 서냉하기 위한 서냉구역과 상기 서냉구역에서 서냉된 처리대상물을 보다 낮은 온도로서 냉각시키기 위한 냉각유닛이 연속되게 배치되는 것이 바람직한데, 이는 상기 처리대상물에 발생될 수 있는 열변형을 억제 또는 감소시켜줄 수 있다.On the other hand, it is preferable that a slow cooling zone for slow cooling the object heated in the heating zone and a cooling unit for cooling the processed object cooled in the slow cooling zone at a lower temperature are continuously disposed in the outlet region. It can suppress or reduce thermal deformation that may occur in the object to be treated.
더 나아가, 상기 노심관은 수평으로 배치되고, 상기 입구관 및 출구관 각각은 상기 노심관에 대해 5~10도로 하향 경사지게 배치되는 것이 바람직하다.Furthermore, it is preferable that the core pipe is disposed horizontally, and each of the inlet pipe and the outlet pipe is inclined downward with respect to the core pipe by 5 to 10 degrees.
또한, 본 발명은 입구관, 노심관 및 출구관으로 구성된 관로를 따라 입구영역, 가열영역 그리고 출구영역이 연속 배치된 연속식 수소로 장치를 이용하여 처리대상물을 열처리하는 열처리방법을 제공한다. 본 발명에 따른 열처리방법은, 상기 관로 내를 수소분위기로 조성하되, 상기 입구관 및 상기 출구관에 질소커튼을 형성하여 상기 관로 내의 수소를 외부 공기 중의 산소로부터 격리시키는 분위기조성 공정과, 상기 처리대상물을 상기 입구영역으로부터 상기 출구영역을 향해 이송하되, 상기 가열영역에서 상기 노심관 내의 처리대상물을 가열하는 열처리하고, 상기 열처리를 거친 처리대상물을 출구영역에서 냉각하는 공정을 포함한다.In addition, the present invention provides a heat treatment method for heat-treating an object to be treated using a continuous hydrogen furnace apparatus in which the inlet region, the heating region, and the outlet region are continuously arranged along a pipeline consisting of an inlet tube, a core tube, and an outlet tube. The heat treatment method according to the present invention comprises the step of forming an atmosphere inside the pipeline with a hydrogen atmosphere, by forming a nitrogen curtain in the inlet pipe and the outlet pipe to isolate the hydrogen in the pipeline from oxygen in the outside air, and the treatment Transferring an object from the inlet area toward the outlet area, heating the object to be treated in the core tube in the heating area, and cooling the object to be treated at the outlet area.
여기에서, 본 발명에 따른 열처리방법은 상기 관로 내부를 수소분위기로 조성하기 전에, 질소가스로써 산소가 포함된 관로 내의 공기를 제거하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각은 노심관에서 가열된 처리대상물을 서냉하고, 이에 연속하여 서냉된 처리대상물을 보다 낮은 온도로써 냉각하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 처리대상물은 다이아몬드 공구재이며, 상기 열처리는 소결인 것이 바람직하다.Here, the heat treatment method according to the invention preferably further comprises the step of removing the air in the pipeline containing oxygen as nitrogen gas, before the inside of the pipeline to form a hydrogen atmosphere. In addition, the cooling preferably includes slow cooling the object to be heated in the core tube and subsequently cooling the object to be slowly cooled to a lower temperature. The object to be treated is a diamond tool material, and the heat treatment is preferably sintered.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속식 수소로 장치를 전체적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연속식 수소로 장치(1)는 양단 경사형의 관로(10)를 포함하며, 상기 관로(10)는 입구영역(I), 가열영역(H), 그리고 출구영역(O)을 따라 입구관(12), 노심관(14), 그리고 출구관(16)으로 구획되어 있다.1 is an overall view of a device with continuous hydrogen in accordance with an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the continuous hydrogen furnace apparatus 1 according to the present embodiment includes a
이하 상세하게 설명되는 바와 같이, 노심관(14)은 가열영역(H)에서 수평되게 배치되며, 그 내부에서 처리대상물(M; 도 2 참조)에 대한 열처리, 보다 바람직하게는, 다이아몬드 공구재에 대한 소결 열처리가 이루어진다. 그리고, 입구관(12) 및 출구관(16)은 각각 노심관(14)의 양단에 대략 5~10도의 각도로 하향 경사지게 배치되며, 그곳에서 처리대상물의 공급 및 냉각이 실질적으로 이루어진다. 이 때, 상기 입구관(12) 및 출구관(16)의 경사각도가 5도 미만인 경우, 관로(10), 특히 노심관(14)을 수소분위기로 조성하기 위한 수소가스의 소모량이 커지며, 그 경사각도가 10도를 초과하는 경우에는, 처리대상물이 이하 설명되는 컨베이어벨트 상에서 미끄러져 처리대상물의 신뢰성 있는 이송이 어렵게 된다. As will be described in detail below, the
한편, 본 실시예에 따른 연속식 수소로 장치(1)는 처리대상물을 입구영역(I)으로부터 가열영역(H)을 거쳐 출구영역(O)까지 이송시키는 이송유닛(20)을 포함한다. 이송유닛(20)은, 구동모터(22)와, 입구영역(I) 및 출구영역(O)의 양 끝에 설치된 채 구동모터(22)에 의해 회전구동되는 한 쌍의 풀리(24, 26)와, 그 풀리에 걸쳐진 채 입구관(12), 노심관(14), 그리고, 출구관(16)의 내측으로 연장된 컨베이어벨트(25)를 포함한다. On the other hand, the continuous hydrogen furnace apparatus 1 according to the present embodiment includes a
또한, 상기한 이송유닛(20)은 메시벨트형 컨베이어(MESH BELT-TYPE CONVEYOR)로서, 도 3에 도시된 것과 같은 메시형 컨베이어벨트(25)를 갖는다. 또한, 상기 이송유닛(20)은 구동모터(22)의 속도 제어를 통해 메시형 컨베이어벨트(25)의 속도 및 이에 따른 처리대상물의 이송속도를 제어할 수 있다. In addition, the
상기 메시형 컨베이어벨트(25)는 이하 설명되는 가열유닛(50)에 의해 노심관(14) 내로 가해지는 열을 견딜 수 있도록 내열성의 금속소재로 형성되는데, 본 실시예에서는, 높은 Ni-Cr 함량을 가져 내열성 및 고온에서의 내산화성이 뛰어난 STS310S 또는 STS314 소재로 형성된다. 그리고, 상기 메시형 컨베이어벨트(25)는 입구관(12) 및 출구관(16)에서 5~10도의 각도로 경사지게 배치되는데, 만일, 경사각도가 10도를 초과하는 경우 처리대상물의 부적절한 미끄러짐을 초래한다.The
한편, 출구영역(O)에는 가열영역(H)에서 가열된 처리대상물을 열변형 없이 냉각시키기 위한 서냉구역(42) 및 냉각유닛(44)이 마련된다. 서냉구역(42)은 출구관(16) 상에서 가열영역(H)의 노심관(14)과 인접하게 마련되며, 임의의 가열수단 및 냉각수단의 설치 없이 출구관(16) 외부의 공기가 출구관(16) 및 그 내부에서 이송되는 처리대상물을 식히는 방식으로 가열된 처리대상물을 서냉시킨다. 이 서냉구역(42)은 처리대상물이 급냉되는 것을 막아주는 한편 그 하류측에 마련된 냉각유닛(44)의 수명을 연장시키는 데에도 기여한다.Meanwhile, the outlet region O is provided with a
또한, 냉각유닛(44)은 출구관(16)을 둘러싸는 복수의 수냉자켓(44a, 44b)으로 이루어진다. 수냉자켓들(44a, 44b) 각각은 서로에 대해 독립된 구조로 설치되므로 그 조립 및 보수가 용이하다. 게다가, 상기 복수의 수냉자켓(44a, 44b)들을 흐르는 냉각수 양의 조절을 통해 출구관(16)을 지나는 처리대상물을 단계별로 냉각시킬 수 있으며, 이는 전술한 서냉구역(42)과 함께 처리대상물의 열변형 방지에 기여한다.In addition, the cooling
앞서 언급된 바와 같이, 입구영역(I)과 출구영역(O) 사이에는 가열영역(H)이 위치되며, 상기 가열영역(H)에는 노심관(14)과 상기 노심관(14)의 외측을 둘러싸는 가열유닛(50)이 마련된다. 노심관(14)은 양단에서 입구관(12) 및 출구관(16)에 관이음되어 있고, 가열유닛(50)은 상기 노심관(14)의 관통을 허용하는 노 구조물(52)을 갖는다.As mentioned above, a heating zone H is located between the inlet zone I and the outlet zone O, and the heating zone H has an outer side of the
도 2는 도 1의 I-I를 따라 취해진 단면도로서, 도 2를 참조하면, 노심관(14)과 이를 둘러싸는 가열유닛(50)이 잘 도시되어 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 1, and with reference to FIG. 2, the
노심관(14)은 내열성이 특히 뛰어난 STS310S나 인코넬강(inconel steel)으로 제작되는 것이 바람직한데, 특히, 인코넬강은 Ni을 주성분으로 하여, Cr 15wt%, 6~7wt% Fe, 2. 5wt% Ti, 1wt% 미만의 Al, Mn, Sn을 첨가하여 제조된 내열합금으로서, 1020 내지 1040℃의 사용 온도 범위 하에서 STS310S에 비해 대략 2배의 수명을 갖는다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 노심관(14)은 전술한 컨베이어벨트(25)의 통과를 허용하여, 그 컨베이어벨트(25)가 처리대상물(M)을 출구영역까지 이송시킬 수 있도록 해준다. 한편, 가열유닛(50)은 상기 노심관(14)을 둘러싸는 노 구조물(furnace structure; 52)과 그 노 구조물(52)에 설치된 복수의 히터(54)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the
노 구조물(52)은 철재프레임(522), 단열벽체(524), 그리고 단열 충전재(523)를 포함한다. 철재프레임(522)은 노 구조물(52)의 외곽을 이루며, 단열벽체(524)는 노 구조물(52)의 하부에서 노 구조물(52)의 베이스를 이룬다. 또한, 상기 단열 충전재(523)는 세라믹 섬유로 이루어진 채 철재프레임(522)의 안쪽에서 노 구조물(52)의 상부를 채운다. 상기 단열 충전재(523)는 노 구조물(52) 안쪽과 바깥쪽의 온도 차이에 의한 열손실을 막아 가열유닛(50)의 전체적인 열효율을 높여준다. 이 때, 단열벽체(524)는 내화재와 단열재로 이루어지는 것이 바람직한데, 내화재로는 산성내화물(SiO2), 중성내화물(R2O3), 염기성 내화물(RO) 등이 사용된다.The
복수의 히터(54)는 각각 노심관(14)의 상하에 나란하게 마련되며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 금속 발열체로 이루어진다. 기존 열처리장치에 사용되던 기존의 히터가 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어져서 초기 전기저항이 크고, 장기 사용에 따라 전기저항이 계속 상승하고 발열량이 저하하여, 동일 발열량을 유지하기 위해 전압을 수시로 조정해야 하고, 히터 수명이 짧았던 것과는 달리, 본 실시예의 히터는 금속 발열체로 이루어져서 양호한 초기 전기저항 특성이 우수하고 전기저항이 일정하여 전압의 조정에 따른 수고를 줄이며 또한 그 교체시기가 대략 5년으로 기존에 비해 긴 수명을 갖는다는 이점을 갖는다.The plurality of
히터(54)를 이루는 금속 발열체 소재로는 Ni-Cr계, Ni-Cr-Fe계, Cr-Al-Fe계 등의 합금 발열체 또는 플라티튬(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 순금속 발열체가 이용될 수 있는데, 본 실시예의 히터(54)는 도 4에 도시된 바와 같이 Ni 76wt% , Cr 19wt%의 Ni-Cr계 합금으로 된 코일형의 금속 발열체(542)를 세라믹 튜브(544)에 감아 사용한다.Examples of the metal heating element constituting the
더 나아가, 본 실시예에 따른 가열유닛(50)은 복수의 온도센서(56)를 구비한다. 복수의 온도센서(56) 각각은 노 구조물에 설치된 채 노심관(14)의 측면 또는 상부를 향해 있다(도 1 및 도 2에 잘 도시됨). 이 온도센서(56)에서 측정된 노 구조물 내의 온도값을 이용하여 장치의 제어부(미도시됨)는 가열유닛(50)의 상, 하 히터(54)를 별도의 가열온도로 제어할 수 있다. 이와 같이 상, 하 히터(54)의 온도를 서로 다르게 제어함으로써, 노심관(14) 내 상, 하 온도 편차를 줄일 수 있으며, 이는 노심관(14)의 수명 향상에 기여한다.Furthermore, the
이 때, 노심관(14)의 온도가 대략 1100℃까지 상승하므로, 0~1600℃의 범위에서 온도 측정이 가능한 R형 열전대가 본 발명에 매우 적합하게 이용될 수 있다.At this time, since the temperature of the
널리 알려진 바와 같이, R형 열전대는 Pt 87wt%, Rh 13wt%로 구성되며, 이러한 R형 열전대는 일반적으로는 0~1400℃, 때로는 1600℃까지 산화 및 비활성 분위기 내에서 지속적으로 사용할 수 있다.As is well known, R-type thermocouples are composed of Pt 87wt%, Rh 13wt%, and these R-type thermocouples can be continuously used in an oxidizing and inert atmosphere, generally from 0 to 1400 ° C, sometimes 1600 ° C.
다시 도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연속식 수소로 장치(1)는 노심관(14)을 포함한 관로(10) 내로 수소를 불어 넣어 관로(10) 내부, 특히 노심관(14) 내부를 수소(H2) 분위기로 조성하는 가스공급유닛(60)을 포함한다.Referring again to FIG. 1, the continuous hydrogen furnace apparatus 1 according to the present embodiment blows hydrogen into a
본 실시예에서, 상기 가스공급유닛(60)은 관로(10)에 접속하여 그 관로(10) 내로 수소(H2)와 질소(N2)를 절환하여 불어넣을 수 있는 두개의 가스주입기(62)를 포함한다. 상기 가스주입기들(62) 각각은 출구관(16) 상에 연속되게 접속되어 출구관(16) 및 이 출구관(16)과 통해 있는 노심관(14) 및 입구관(12)에 가스를 불어넣을 수 있다. 본 실시예에서, 가스주입기(62)가 두개인 것으로 도시되고 설명되었지만, 이는 하나의 실시예일 뿐이며 하나 이상이면 족하다. In the present embodiment, the
또한, 가스공급유닛(60)은 수소와 질소를 공급받기 위해 질소 공급원(64) 및 수소 공급원(66)에 각각 연결되며, 가스 공급라인(65)에 연결된 밸브(v)들에 의해 수소와 질소를 절환하여 관로 내에 공급할 수 있다. 더 나아가, 상기 가스공급유닛(60)은 수소 공급원(66)과 가스주입기(62) 사이의 가스 공급라인에 마련되어 수소가스를 정제하는 수소정제기(67)를 더 포함한다.In addition, the
이 수소정제기(67)는, 다이아몬드 공구 제품의 소결 열처리를 위해 특히 요구되는 것으로서, 공급되는 수소가스의 순도를 6N(99.9999%)까지 높여주어 고온에서 야기될 수 있는 다이아몬드의 산화 및 탄화 현상을 크게 억제시켜줄 수 있다.This
앞서 언급된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가스공급유닛(60)은 수소와 질소를 절환하여 이를 관로 내에 공급할 수 있는데, 가스공급유닛(60)에 의한 질소의 공급은 관로(10)의 수소분위기 조성 전에 관로(10) 내의 공기, 즉 산소를 포함하는 공기를 관로(10) 외측으로 밀어내는 역할을 한다. As mentioned above, the
산소가 포함한 공기가 관로(10) 외측으로 배출되면, 가스공급유닛(60)은 수소공급원(66)에서 수소를 받아 이를 관로(10) 내로 불어넣으며, 이를 통해, 상기 관로(10), 특히, 노심관(16) 내부는 수소분위기로 조성된다.When the oxygen-containing air is discharged to the outside of the
가스공급유닛(60)으로부터 관로(10) 내에 채워지는 수소는 다른 기체에 비해 가벼우며, 이는 경사진 입구관(12)과 출구관(16)에 비해 높게 위치된 노심관(14)에 수소가 집중적으로 모이게 하여 노심관(14)의 수소분위기의 조성을 가능케 한다.Hydrogen filled in the
이때, 입구관(12)과 출구관(16)의 경사각도가 10도 미만이면 노심관(14)의 높이가 감소되어 그 만큼 수소분위기 조성을 위한 수소의 소모량이 많아진다.At this time, if the inclination angle of the
한편, 본 실시예에 따른 연속식 수소로 장치(1)는 입구관(12) 및 출구관(16)에서 질소커튼을 형성하는 제 1 및 제 2 가스커튼유닛(70a, 70b)을 더 포함한다. 이 가스커튼유닛(70a, 70b)은 질소 공급원(72a, 72b)으로부터 질소를 공급받아 이를 입구관(12) 및 출구관(16) 내로 분사시키는 질소분사기(74a, 74b)를 포함하며, 이 질소분사기(74a, 74b)의 질소가스 분사에 의해 입구관(12) 및 출구관(16)에는 노심관(14)의 수소분위기를 외부 공기 중의 산소와 보다 엄격하게 격리시키는 질소커튼(N2 curtain)이 형성된다. 이 때, 상기 질소커튼은 수소분위기를 조성하기 전에 또는 수소분위기를 조성한 후에 형성할 수 있다. Meanwhile, the continuous hydrogen furnace apparatus 1 according to the present embodiment further includes first and second
도 5는 본 발명의 열처리방법을 설명하기 위한 순서도이며, 이하에서는, 도 1 및 도 5를 참조로 하여, 다이아몬드 공구재를 처리대상물로 하여 이를 전술한 연속 수소로 장치에서 소결 열처리하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Figure 5 is a flow chart for explaining the heat treatment method of the present invention, hereinafter, with reference to Figures 1 and 5, the diamond tool material as the object to be treated more sintering heat treatment in the apparatus with the above-described continuous hydrogen It will be described in detail.
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본 실시예에 따른 열처리방법은 전체적으로 수소분위기 조성공정(A)과, 이송공정(B)과, 열처리 공정(C)과, 냉각공정(D)을 포함한다. The heat treatment method according to the present embodiment generally includes a hydrogen atmosphere composition step (A), a transfer step (B), a heat treatment step (C), and a cooling step (D).
수소분위기 조성공정(A)에서는 가스공급유닛(60)을 이용하여 관로(10) 내측에 질소가스를 불어 넣으며, 이를 통해, 관로(10) 내측에 존재하던 공기, 즉 산소를 함유한 공기는 관로(10)의 양측 단부를 통해 외부로 밀려 배출된다. 그 후, 가스공급유닛(60)을 수소 공급 모드로 전환하여, 수소를 관로(10) 내측에 불어 넣으며, 이에 의해, 관로, 특히, 노심관(14)에는 수소가 채워지게 된다. 이 때, 관로 (10) 내에는 먼저 불어 넣어진 질소에 의해 산소 함유 공기가 배제된다. 수소분위기의 조성 전후에, 질소커튼유닛(70a, 70b)을 이용하여 관로(10)의 입구관(12) 및 출구관(16)에 질소커튼을 형성하며, 이 질소커튼은 관로, 특히 노심관(14)의 수소분위기를 관로 외측의 산소 함유 공기로부터 격리시켜준다.In the hydrogen atmosphere forming process (A), nitrogen gas is blown into the
이송공정(C)에서는 이송유닛(20)이 가동되며, 이송유닛(20)의 가동에 따라, 처리대상물, 즉 다이아몬드 공구재가 컨베이어벨트(25)를 따라 관로(10) 내로 이동된다. 이러한 이송공정은, 이하 설명되는 열처리 공정과 냉각공정과 동시에 수행된다.In the conveying process (C), the conveying
열처리 공정(C)에서는 컨베이어벨트(25)를 따라 가열영역(H), 특히, 노심관(14) 내로 이동된 다이아몬드 공구재를 소정의 소결온도로 가열한다. 이러한 가열은 가열유닛(50)에 마련된 복수의 히터(54)에 의해 이루어지며, 히터(54)의 온도는 노 구조물(52)에 설치된 복수의 온도센서(56)에 의해 제어된다.In the heat treatment step (C), the diamond tool material moved into the heating zone (H), especially the core pipe (14), along the conveyor belt (25) is heated to a predetermined sintering temperature. This heating is made by a plurality of
냉각공정(D)은 열처리 공정(C)에서 소정의 소결온도로 가열된 다이아몬드 공구재를 냉각시키는 공정으로서, 먼저, 서냉구역(42)에서는 다이아몬드 공구재를 공냉온도로서 냉각하고, 그 후, 복수의 수냉자켓(44a, 44b)을 이용하여 수냉온도로서 냉각한다. 이 때, 수냉자켓(44a, 44b)들의 냉각온도가 각각 다른 온도로 설정되어질 수 있으므로 다이아몬드 공구재를 단계적으로 냉각시키는 것이 가능하다.The cooling step (D) is a step of cooling the diamond tool material heated to a predetermined sintering temperature in the heat treatment step (C). First, in the
전술한 공정들 중 열처리 공정(C)은 수소분위기 하에서 이루어지므로 다이아몬드 공구재의 산화 및 탄화 현상을 감소 또는 억제시키며, 그 수소분위기가 질소커튼에 의해 외부의 공기와 엄격하게 격리되므로, 다이아몬드 공구재의 열처리 중 에 수소와 산소의 접촉에 의한 폭발의 위험성을 미연에 예방한다. Since the heat treatment step (C) of the above-described processes is performed under a hydrogen atmosphere, the oxidation and carbonization of the diamond tool material is reduced or suppressed, and since the hydrogen atmosphere is strictly isolated from the outside air by the nitrogen curtain, the heat treatment of the diamond tool material is performed. The risk of explosion due to the contact of hydrogen and oxygen is prevented in advance.
그리고, 전술한 냉각공정(D)은 가열된 다이아몬드 공구재를 서냉한 후 다시 냉각시키는 방식으로 이루어지므로 다이아몬드 공구재의 열변형을 줄여줄 수 있으며, 게다가, 서냉 후 이루어지는 냉각 또한 서로 다른 온도를 갖는 복수의 수냉자켓에 의해 단계적으로 이루어지므로, 급냉에 의한 다이아몬드 공구재의 열변형을 보다 더 엄격하게 방지해줄 수 있다.In addition, the above-described cooling process (D) is performed by slow cooling the heated diamond tool material and then cooling it again, thereby reducing thermal deformation of the diamond tool material. In addition, cooling performed after the slow cooling may also have a plurality of different temperatures. Since the water cooling jacket is made in stages, it is possible to more strictly prevent thermal deformation of the diamond tool material due to quenching.
전술한 바와 같이, 본 발명의 연속식 수소로 장치는 노심관과 통해 있는 입구관 및 출구관 각각에 수소와 산소의 접촉을 막는 가스커튼의 형성이 가능하여 관로 내부의 수소가 관로 외부의 산소와 직접 접촉되는 것을 막아주며, 이는 산소와 수소의 접촉에 의한 폭발의 위험을 저감 또는 억제시켜준다.As described above, the continuous hydrogen furnace apparatus of the present invention is capable of forming a gas curtain to prevent the contact of hydrogen and oxygen in each of the inlet pipe and the outlet pipe through the core pipe, so that the hydrogen inside the pipe line with the oxygen outside the pipe line. Prevents direct contact, which reduces or suppresses the risk of explosion due to contact of oxygen and hydrogen.
또한, 본 발명은 관로, 특히, 노심관에 수소를 불어넣기 전에 질소를 불어넣은 것에 의해 관로 내부의 공기를 제거하도록 구성되어 노심관의 수소분위기 조성시에 야기될 수 있는 폭발의 위험성을 막아준다.In addition, the present invention is configured to remove air in the conduit by blowing nitrogen prior to blowing hydrogen into the conduit, in particular the core conduit, to avoid the risk of explosions that may occur when forming the hydrogen atmosphere of the conduit. .
또한, 본 발명은 노심관에서 가열된 처리대상물을 낮은 온도로서 먼저 서냉하는 냉각방식을 취하여 처리대상물의 급냉에 의한 열변형이 방지되는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of preventing the thermal deformation caused by the rapid cooling of the object by taking a cooling method of slowly cooling the object to be heated in the core tube at a low temperature.
또한, 본 발명에 따른 연속식 수소로 장치는 처리대상물에 대한 가열수단으로 실리콘 카바이드 대신에 금속 발열체를 이용하므로 그 수명이 향상되는 효과를 갖는다. In addition, the continuous hydrogen furnace apparatus according to the present invention has the effect of improving the life of the metal heating element instead of silicon carbide as a heating means for the object to be treated.
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