KR100653617B1 - 무산화용 벨타입 소둔로 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무산화용 벨타입 소둔로 구조에 관한 것으로서, 특히 소둔로의 측벽면 두께를 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 형성하여 불필요한 자중을 감소시키므로 하부열변형을 최소화하고, 그 측벽의 내외측으로 돌기부를 일정간격으로 연속되게 돌출 형성하여 굴곡면을 이루도록 하므로서, 소둔로의 하부구조 강도가 단면형상적으로 보강되어 집중하중에 의한 열변형에 의한 휘어짐 현상이 발생하지 않게되고, 열전달 면적의 증대를 꾀하여 소둔 처리시 열전달효율이 향상됨은 물론 열에너지 절감 및 생산성 향상의 효과를 기대할 수 있도록 한 무산화용 벨타입 소둔로 구조에 관한 것이다.

소둔로, 돌기부, 굴곡면, 열전달면적, 열에너지 절감, 생산성향상,

Description

무산화용 벨타입 소둔로 구조{Annealing furnace structure}

도 1 은 본 발명의 소둔로 구조를 보인 단면도.

도 2 는 본 발명의 다른 실시예를 보인 단면도.

도 3 은 도 2 의 A-A선 단면도.

도 4 는 본 발명의 소둔로 표면을 평면적으로 보인 도면.

도 5 는 일반적인 회전형 코일 소둔처리시스템을 보인 도면.

도 6 은 종래의 소둔로를 보인 단면도.

도 7 은 종래기술의 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 8 은 종래 소둔로의 다른 실시예를 보인 단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 소둔로, 2: 측벽,

3: 돌기부, 31: 하측돌기부,

32: 상측돌기부, 31a,32a: 골,

본 발명은 무산화용 벨타입 소둔로 구조에 관한 것으로서, 특히 소둔로의 하부구조 강도가 단면형상적으로 보강되어 집중하중에 의한 열변형에 의한 휘어짐 현상이 발생하지 않게되고, 열전달 면적의 증대를 꾀하여 소둔 처리시 열전달효율이 향상됨은 물론 열에너지 절감 및 생산성 향상의 효과를 기대할 수 있도록 한 무산화용 벨타입 소둔로 구조에 관한 것이다.

일반적으로 방향성 규소강판을 제조할때 최종적으로 코일(강판을 코일형태로 감아놓은 것)을 소둔처리하게 된다.

도 5 는 회전식 소둔처리시스템을 도시한 것으로서,

환형으로 형성되어 일정속도로 회전하는 회전플레이트(10)를 구비하고, 상기 회전플레이트(10)의 일정구간을 제외한 나머지 전부분을 터널(11)로 감싸도록 구성한 후 터널(11) 내부의 히팅구간(H)에는 일정간격으로 가열용 버너(12)를 설치하며, 냉각구간(C)에는 에어 쿨링 튜브와 같은 냉각부재(13)를 설치하고, 상기 회전 플레이트(10)의 상부에는 소둔처리를 위한 코일(15)이 내장되는 소둔로(14)를 설치한 구성이다.

상기 소둔로(14)는 도 6 에 도시된 바와같이 회전플레이트(10)의 상부에 다수의 내화벽돌을 쌓아서 형성한 받침부(16)의 상측에 돔 형상의 소둔로(14)를 세워 설치하는 것이며, 상기 받침부(16)의 상부면에 모래층(18)이 담겨진 실링홈(17)을 형성하여 소둔로(14)의 바닥부분이 모래층(18)에 잠기면서 밀폐되도록 구성되어 있다.

상기 소둔로(14) 내부에는 코일(15) 내장 후 산소가 모두 제거되도록 질소(N₂)를 장입하고, 소둔로(14) 내부가 일정온도로 상승한 후 질소를 수소(H₂)로 교체하여 소둔이 이루어지도록 한다.

소둔처리공정을 간단하게 설명하면,

코일(15)이 내장된 소둔로(14)가 회전플레이트(10)의 회전에 의해 히팅구간(H)으로 진입하게되면, 버너(12)에서 발생된 열이 소둔로(14) 내부로 열전달되어 코일(15)의 소둔처리가 이루어지게되고, 소둔 처리후에는 냉각구간(C)을 통과하게되면서 코일(15)의 소둔처리가 완료되는 것이다.

소둔처리시 소둔로(14) 내부의 온도는 최고 1200℃ 까지 상승하게된다.

그러나, 상기 설명과같은 소둔처리 공정중 소둔로(14) 내부를 외부보다 큰 압력을 일정하게 유지하므로(역화폭발방지) 내부에 존재하는 수소(H₂)가스가 실링홈(17)의 모래층(18)을 뚫고 새어나오면서 외부의 고온환경에 노출되어 불꽃을 일으키게되며, 그 불꽃이 도 7 에 도시된 바와같이 소둔로(14)의 하부(A)를 직접 가열하게되고, 이에의해 소둔로(14)의 전체 하중이 집중되는 하부(A)가 과도한 열에 의해 열변형되어 유선형으로 휘어지게되는 문제점이 발생하고 있었다.

상기와같이 소둔로(14)의 하부가 유선형으로 점점 휘어지게되면 전체적인 소둔로(14)의 하부실링부위가 구조적 형상변경으로 사용상 문제점이 발생되어 수명이 단축되는 것이다.

이와같은 문제점을 해결을 위해 도 8 에 도시된 바와같이 소둔로(14)의 하부측벽(20) 두께를 상측에 비해 두껍게 형성한 종래기술이 제공되고 있었다.

즉, 종래기술은 소둔로(14)의 상부측벽(19)을 약 10T 의 두께로 형성하고, 하부측벽(20)의 두께를 약 25T의 두께로 형성하는 이중구조를 갖도록 형성한 것이다.

그러나, 이중구조를 갖는 종래의 소둔로구조는 하부측벽(20)의 두께를 증대시켜 전체하중이 집중되는 부분의 열적변형을 최소화 할 수 있으나 하부측벽(20)의 두께가 균일하게 두꺼워지게되면서 불필요한 자중의 증가로 하부의 열변형을 증가시키며 열전달효율이 나빠져 코일(15)의 소둔처리효율이 떨어지게되고, 에너지의 낭비가 발생하게되며, 전체적인 소둔로(14)의 중량이 무거워지게되는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 소둔로의 측벽면 두께를 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 형성하여 불필요한 자중을 감소시키므로 하부열변형을 최소화하고, 그 측벽의 내외측으로 돌기부를 일정간격으로 연속되게 돌출 형성하여 굴곡면을 이루도록 하므로서, 소둔로의 하부구조 강도가 단면형상적으로 보강되어 집중하중에 의한 열변형에 의한 휘어짐 현상이 발생하지 않게되고, 열전달 면적의 증대를 꾀하여 소둔 처리시 열전달효율이 향상됨은 물론 열에너지 절감 및 생산성 향상의 효과를 기대할 수 있도록 한 무산화용 벨타입 소둔로 구조를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

청구범위 제 1 항에 의하여,

돔 형상으로 설치되는 소둔로 구조에 있어서,

소둔로의 측벽 두께가 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 형성한 것을 특징으로 한다.

청구범위 제 2 항에 의하여,

상기 소둔로 측벽의 내외측에 각각 돌기부를 연속 또는 단속되게 일정간격으로 돌출 형성하여 굴곡면을 갖도록 형성한 것을 특징으로 한다.

청구범위 제 3 항에 의하여,

상기 소둔로의 측벽 하부에 돌출 형성된 하부돌기들의 사이에 형성되는 골과 측벽 상부에 돌출 형성된 상부돌기들의 사이에 형성되는 골이 엇갈리도록 형성한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 4 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 소둔로(1)의 일측 단면부를 도시한 것으로서,

소둔로(1)의 측벽(2) 두께가 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 하여 불필요한 자중을 최소화시켰으며 소둔로(1)의 하중이 하단부에 집중되더라도 소둔로(1)의 측벽(2) 하부가 휘어지지 않도록 한 것이다.

즉, 도 1 에 도시된 바와같이 측벽(2)의 상부는 10T의 두께로, 중간부는 15T의 두께로, 하부는 30T의 두께로 형성함에 따라 불필요한 자중을 최소화하여 전체적으로 자중을 줄이면서 집중하중을 받는 하부두께를 증가시켜 소둔로(1) 측벽(2)의 하부에 전체 하중이 집중되더라도 상대적으로 두께를 보강한 두꺼운 측벽(2)의 하부가 휘어지지 않게되는 것이다.

더욱 상세하게 설명하면, 앞서 설명한 바와같이 종래에는 소둔처리 공정중 소둔로 내부에 존재하는 수소(H₂)가스가 실링홈의 모래층을 뚫고 새어나오면서 외부의 고온환경에 노출되어 불꽃을 일으키게되며, 그 불꽃이 소둔로의 집중하중을 받는 하부를 직접 가열하게되고, 이에의해 소둔로의 전체 하중이 집중되는 하부가 과도한 열에 의해 쉽게 열변형되어 유선형으로 휘어지게되는 것이엇으나, 본 발명과같이 측벽(2)의 최하부 두께만을 약 30T의 두께로 두껍게 형성하게되면 하중이 집중되면서 불꽃에 의해 가열되더라도 유선형으로 휘어지는 열변형 현상이 발생하지 않게되는 것이다.

소둔로(1)의 단면구조를 상기 설명과같이 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 하게되면 전체적인 소둔로(1)의 중량을 종래에 비해 줄여줄 수 있으면서도 하단부의 열변형 현상을 방지할 수 있게되는 효과를 기대할 수 있게된다.

한편, 도 2 와 도 3 은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서,

소둔로(1)의 측벽(2) 두께(B)가 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 하되, 측벽(2)의 내측과 외측에 각각 수직방향으로 길게 돌출된 돌기부(3)를 일정간격으로 연속되게 돌출 형성하여 굴곡면이 형성되도록 하므로서, 전열 면적을 증가시킨 것이다.

즉, 도 3 에 도시된 도 2 의 A-A선 단면도와같이 측벽(2)의 내측과 외측에 각각 돌기부(3)를 일정간격으로 연속되게 돌출 형성하여 전열면적을 증가시키는 것이다.

현재 실시되는 코일(15) 소둔처리시의 가열방식은 터널(11) 내부에 설치된 버너(12)에서 발생된 열을 소둔로(1)의 단면을 통해 내부로 열전달하여 코일(15)을 소둔처리하는 것이므로, 소둔로(1)의 표면적을 증가시키게되면 그에 비례하여 전열면적이 증대되면서 열전달속도가 빠르게 향상된다.

이에따라, 본 발명의 다른 실시예에서와같이 소둔로(1)의 측벽(2) 내외측에 각각 돌기부(3)를 돌출 형성시켜 전열면적이 약 2배 늘어나게하면 열교환량이 그만큼 증가하게되어 소둔처리시간을 단축시킬 수 있음은 물론 열에너지를 절감할 수 있게된다.

소둔로(1)의 전열면적을 증대시켰을때의 열전달도를 수식으로 입증하면,

Q=KS(t₁-t₂)h -------- ①

1/K = 1/α₁ + δ/λ + 1/α₂ ------- ②

단, Q = 열교환량 [kcal/m²·h], S = 전열면적[m²], K=열분출흐름률[kcal/m²·h·deg], t₁,t₂ = 유체1, 유체2의 온도[℃], δ=재료의 두께[m] , λ=재료의 열전도율[kcal/m·h·deg] , α₁ = 벽 안쪽의 열전달율[kcal/m²·h·deg] , α₂ = 벽 바깥쪽의 열전달율[kcal/m²·h·deg] 이다.

상기 식에서 소둔로(1)가 평단면(S=1)일때의 열교환량 Q1 은 ①식에 의해

Q₁ = 1·K(t₁-t₂)h 로 표현되고,

소둔로(1)의 표면에 돌기부(3)를 형성하여 전열면적(S=2)이 2배로 증대되었을때의 열교환량 Q₂ 는 ①식에 의해

Q₂ = 2·K(t₁-t₂)h 로 표현되며,

여기서 K(t₁-t₂)h=Q₁ 이므로, 이를 Q₂의 식에 대입하면,

Q₂ = 2Q₁ 이 됨을 알 수 있다.

상기 수식에서와같이 소둔로(1)의 전열면적을 2배로 증가시키게 되면 열교환량이 2배로 증가함을 알 수 있으며, 실제 현장에서 실험해본 바에 의하면 약 1.5~1.7배로 열교환량이 증가한 것을 확인할 수 있었다.

그리고, 소둔로(1)의 측벽(2) 내외측에 각각 돌기부(3)를 돌출 형성하게되면, 측벽(2)의 최하단 두께를 약 25T 정도로 설정하여도 돌기부(3)들이 보강살의 역할을 수행하게되므로 측벽(2) 하단의 휘어짐 변형을 방지할 수 있게된다.

한편, 도 4 는 소둔로(1)의 측벽(2)에 형성된 돌기부(3)를 그 중간부를 중심으로 하측돌기부(31)와 상측돌기부(32)의 위상이 서로 어긋나도록 하여 열전달효율이 더욱 향상되도록 한 것이다.

즉, 도 4 와같이 측벽(2)의 중간부를 중심으로 그 하측에 돌출 형성된 하측돌기부(31)의 위상과 상측에 돌출 형성된 상측 돌기부(32)의 위상이 서로 어긋나도록 하게되면, 하측돌기부(31)의 사이에 형성된 골(31a)이 상측돌기부(32)에 대응하게되고, 하측돌기부(31)가 상측 돌기부(32)의 사이에 형성된 골(32a)에 대응하게되므로, 외부열이 하측의 골(31a)을 타고 상승하다가 상측돌기부(32)에 부딪힌 후 상측돌기부(32)의 사이에 형성된 골(32a)을 통해 다시 상승하게되므로 이 과정에서 열이 소둔로(1)의 측벽(2) 표면과 더욱 많은 접촉을 하게되므로 열전달율이 더욱 향상되는 것이다.

도 4 에는 측벽(2)의 중간부를 중심으로 상하측의 돌기부(3) 위상이 엇갈리도록 한 것을 예시하였으나, 열전달율을 더욱 향상시키기 위하여 측벽(2)의 전체적으로 여러번에 걸쳐 돌기부(3)의 위상이 엇갈리도록 하므로서 구현할 수 있게된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 소둔로의 측벽면 두께를 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 형성하고, 그 측벽의 내외측으로 돌기부를 일정간격으로 연속되게 돌출 형성하여 굴곡면을 이루도록 하므로서, 소둔로의 하부구조 강도가 보강되어 집중하중 및 열변형에 의한 휘어짐 현상이 발생하지 않게되고, 열전달 면적의 증대를 꾀하여 소둔 처리시 열전달효율이 향상됨은 물론 열에너지 절감 및 생산성 향상의 기대효과를 크게 할 수 있도록 한 무산화용 벨타입 소둔로 구조를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 돔 형상으로 설치되는 소둔로 구조에 있어서,

   소둔로(1)의 측벽(2) 두께가 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두꺼워지도록 형성한 것을 특징으로 하는 무산화용 벨타입 소둔로 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 소둔로(1) 측벽(2)의 내외측에 각각 돌기부(3)를 연속되게 일정간격으로 돌출 형성하여 굴곡면을 갖도록 형성한 것을 특징으로 하는 무산화용 벨타입 소둔로 구조.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 소둔로(1)의 측벽(2) 하부에 돌출 형성된 하부돌기(31)들의 사이에 형성되는 골(31a)과 측벽(2) 상부에 돌출 형성된 상부돌기(32)들의 사이에 형성되는 골(32a)이 엇갈리도록 형성한 것을 특징으로 하는 무산화용 벨타입 소둔로 구조.

Images