KR100735434B1 - 강 와이어의 열처리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 오스테나이트화(austenitisation) 온도로 처리될 적어도 하나의 강 와이어 온도를 상승시키는 공정과 상기 적어도 하나의 와이어의 금속 매스(mass)내에서 온도 균등화(equalisation) 기간을 위해 이 온도에서 와이어를 유지하는 공정을 포함하는 강 와이어의 열처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 유동층의 형성공정, 유동층의 가열 공정, 적어도 상기 온도 상승을 확실히 하기 위해 처리될 상기 적어도 하나의 강 와이어의 상기 가열된 유동층를 통한 이동 과정을 포함하며, 상기 가열은 유동층의 평균 상부면상에 대하여 실질적으로 접선으로(tangentially) 이루어짐을 특징으로 한다.

와이어, 유동층, 유동화제, 접선 가열, 랜스, 입자

Description

강 와이어의 열처리를 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THERMAL TREATMENT OF STEEL WIRE}

본 발명은 강의 오스테나이트화(austenitisation) 온도로 열처리될 적어도 하나의 강 와이어에 있어서 온도를 상승시키는 공정 및 상기 적어도 하나의 와이어의 금속 매스(mass) 내에서의 온도 균등화(equalisation) 기간(이 기간에서 강에 존재하는 카바이드의 적어도 부분적인 용해가 발생한다)을 위한 온도에서 와이어를 유지하는 공정을 포함하는 강 와이어(steel wire)의 열처리를 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 와이어 특허방법에 있어서 와이어 또는 와이어 층의 가열은 유동층(fluidised bed)의 개입없이 나염로(naked-flame furnaces) 또는 관로(tube furnaces)에서 일어난다. 비합금 강의 경우일 때, 가열은 일반적으로, 가스 및 산화체(oxidant)의 연소에 의해 얻어지는, a)표면상에 있을 수 있는 다양한 자연물의 잔여물을 태우기 위하여 생성물을 가열하는 제1단계에서 산화시키고, b)생성물의 표면상에 산화와 탈탄을 방지하기 위하여 생성물이 동소체 변환 단계를 통과할 때 생성물에 대하여 환원시키도록 조절되는, 분위기의 나염로에서 수행된다.

합금강의 경우일 때, 일반적으로 특별한 표면상태가 추구된다. 이 경우 그 내부에 합금강을 위치시키고, 보호 가스(protective gas)가 내부로 흐르는 튜브를 방사함으로써 합금강을 가열한다. 그 결과로서 가열 단계(phase) 전체에 걸쳐 생성물(가열 합금강)의 표면 상태의 깨끗한(impeccable) 유지가 가능하다.

양자의 경우에 있어서, 가열 시간은 나염로의 경우에는 대류에 의해서 또는 관로의 경우에는 순수 방사에 의하므로 낮은 열 전달 계수를 고려할 때 비교적 길다.

예를 들어 약 950℃의 오스테나이트화 온도로의 와이어 가열을 위하여 필요한 로(furnace)의 길이는, 로의 사용자를 위한 허용 한계 내에서 로의 크기를 유지하기를 소망한다면 단지 짧을 수 있는(일반적으로 몇 초), 와이어 금속 매스(mass)내에서의 온도 균등화 기간("소킹")인 다음 과정의 손실을 유발하는 중요성을 나타낸다. 그 결과는 와이어의 가열동안 오스테나이트 입자의 접점(joints)에 존재하는 시멘타이트의 불량한 용해이다.

더욱이, 유동층(fluidized bed)을 사용하는 와이어 가열로는 이미 몇 년 동안 공지되어 왔으며, 현재 출원인은, 특히 강 와이어에서의 구리-아연 코팅의 확산(diffusion)을 위한 그러한 로를 시장에 이미 출시하였다.

사실, 출원인은 좋은 열교환은 유동층에서 움직이는 와이어의 표면상에, 그리고 와이어 자체에 몇가지 방법으로 충돌하는, 유동층의 가열된 입자(heated particles) 사이에서 얻어질 수 있다는 것을 발견하였다.

상기 지적된 바와 같은 방법은 또한 일본 특허 2623004에 기술되어 있다. 유동층의 가열은 공기 중의 연소가스의 연소에 의해 생성되는 연도(flue) 가스로 구성되는 유동화제(fluidising agent)에 의한 일 실시 예에 따라 발생하며, 이 유동화제는 유동층에서 랜스(lance)내로 입자가 유입되는 것을 방지하기 위하여 매우 정교하게 되어있는 천공된 랜스를 통해 유동층의 바닥으로 분사된다. 또 다른 실시예에 있어서, 유동화제는 공기이고, 유동층의 외측 열원은 유동층의 상부에 위치되며 유동층에 수직으로 불꽃 또는 고온 가스를 분출하는 버너에 의해 형성된다.

이러한 종래 기록에 의한 방법은, 유동층에서 단지 중간 온도인 470℃ 내지 550℃의 온도를 얻는 것을 가능하게 한다. 이 첫 번째 실시예에 있어서, 그것은 매우 규칙적으로 교환해주어야 하는 위험성속에서, 과도하게 높은 온도에서 연도 가스의 공격을 견딜수 없는, 유동화제를 갖는 층을 공급하는 랜스의 복잡성에 의해 제한된다. 상술한 바와 같은 수직 가열에 대해서는, 그것은 매우 효과적이지 못한 결점을 가지고 있으며, 특히 층의 온도에 있어서 균일성의 부족을 초래한다. 이것은 사용되는 버너들 각각이 와이어의 적절한 처리를 얻기 위하여 분명히 회피되어야 할, 매우 고온인 층의 적은 표면과 매우 낮은 온도인 이와 근접한 부분들을 낳는 층상에 분리된 영향을 주기 때문이다.

유동층내로 유입될 때 연소되지 않는, 그러나 상승시 후속적으로 연소가능하게 되는 유동화제의 로 또는 로의 표면상에서의 연소에 의해 가열되는 유동층이 공지되어 있다.(예를 들어, Reynoldson R.W.,Anwendung von gasbeheizten Wirbelbetten zur Warmebehandlung von Metallen, in Hartenei-Technischen Mitteilungen, Vol. 37,(1982), Munich, P. 109-119; Patent abstracts of Japan Vol. 015, No 231 (=JP03072036) 참조). 이러한 가열 방법은 폭발의 실제 위험성과 상향하는 커다란 불꽃을 만들기 때문에 위험하다는 결점을 갖게 된다. 그들은 가열되는 물체가 위치되는 유동층의 부분에서 가열의 균일성 제어를 허락하지 않는다.

작은 직경의 용기내에 담지되며, 불연성 유동화제에 의해 생성되는 유동층이 또한 알려져 있다. 이러한 유동층은 최대 30분 정도 유지될 수 있는 처리기간 동안 정적인 상태로 유지되는 큰 크기 및 무게의 금속 부분을 열처리하기 위해 연소 혼합물의 버너에 의한 표면분사에 의해 가열된다.(Reynoldson R.W., op. cit. 참조).

본 발명의 목적은, 와이어의 연속동작 동안 처리되면서 동등하거나 이보다 더 우수한 열 처리 와이어의 품질을 성취하면서, 대용량 로, 특히 강 와이어의 오스테나이트화에 사용되는 로에 대한 해결책을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전체 장비 크기에 대하여 불리함 없이, 현재에 적용되는 것보다 훨씬 더 큰 금속 매스(mass) 내에서 온도 균등화 기간을 허용하도록, 양호한 에너지 효율을 가지고 유동층과 처리될 와이어의 빠르고 균일한 가열을 허여하는데 있다.

상기 언급된 문제점들은 처음에 지적한 바와 같은 강 와이어의 열처리 방법에 의해 해결되며, 이 방법은 또한

- 유동화가능한 입자 매개물(fluidisable particulate medium)을 통한 유동화제(fluidising agent)의 통과에 의한 유동층의 형성공정,

- 유동층의 가열 공정, 및

- 적어도 상기 온도 상승을 제공하도록 일방향으로 상기 적어도 하나의 처리될 금속 와이어를 가열된 유동층를 통해 이동하는 공정을 포함하며,

상기 가열은 상기 유동층의 평균 상부면에 대하여 실질적으로 접선으로(tangentially) 이루어지는 상기 유동층의 가열에 의해 적어도 부분적으로 얻어진다.

알려진 바와 같이, 유동층은 하부에서 상부로 상기 유동층을 통해 통과하는 일반적으로 가스인, 유동화제의 비말 동반(entrainment)에 의해 부유상태(suspension)로 되는 고체 물질의 입자에 의해 형성된다. 이러한 이동 동안에 유동화제는 상방향으로 입자를 이동시키며, 입자의 일부는 다른 것보다 높게 웨이브(waves) 또는 돌출부(protuberances)의 형태로 돌출된다. 그러므로 유동층의 횡단면(transverse section)에 있어서, 상당한 이동으로 상부 밴드(top band)가 얻어지며, 그것의 상부면은 연속적으로 높이가 변화하고, 입자의 측면에서 밀도가 더 작은 유동층의 부분을 나타낸다.

유동층의 평균 상부면(mean top surface of the fluidised bed) 이라는 표현은, 본 발명에 따르면 유동층의 상부면에 존재하는 웨이브의 오목한 부분(trough)과 꼭대기 부분(crest) 사이의 평균 높이에 위치되는 표면으로 이해될 필요가 있다.

이러한 평균 상부면에 대해 접선으로(tangential) 이루어지는 가열을 통해, 매우 조밀하지도 않고 아주 성기지도 않은 상태로 거기에 위치되어 있는 유동층의 입자는 백열(incandescence)에 가까운 매우 높은 고온으로 가열될 수 있다. 따라서 아주 고온으로 가열된 입자는 와이어와 접촉되는 다른 입자에 열을 전달하며, 종래 기술의 교시(teaching)에서는 불가능한 속도로 최적의 열교환을 얻는다. 더욱이, 접선으로의(tangential) 가열은 유동화제와는 상관없이 독립적이며, 이 유동화제를 분출시키는 천공된(perforated) 랜스(lance)는 과도한 온도로 상승되는 연도(flue) 가스에 의해 공격받지 않는다.

본 발명에 따른 가열된 유동층에 의한 우수한 열 전도계수를 고려할 때, 그 동안 와이어의 오스테나이트화가 일어나는 와이어의 가열온도는 매우 감소될 수 있으며, 그러므로 상업적으로 견디기 어려운 수준의 설치 비용의 부담없이 그리고 불가능할 정도로 부피를 크게 하지 않고서 강선의 Fe 카바이드의 완전한 용해를 얻기에 충분한 오스테나이트화 온도에서의 유지 기간을 얻는 것이 가능하다. 더욱이, 이 실시예에 따르면, 유동층 로의 형태로, 설비를 두 개의 유닛으로 나눌 수가 있는데, 하나의 유닛은 비교적(상대적으로) 짧고, 나머지 다른 하나의 유닛은 전열 요소(electric heating elements), 방사형 가스버너(gas burners of the radiating type), 연장된 로(elongate furnace)로부터 재순환되는 유동화제(fluidising agent) 및/또는 제2 유동층(second fluidised bed)와 같은 간단한 수단에 의해 온도에서 유지되는 동안 와이어가 통과하는 간단한 분리 튜브(isolated tube) 또는 챔버(chamber)로 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 적어도 하나의 접선으로의(tangential) 가열은 가열될 상기 적어도 하나의 금속 와이어의 이동 방향에 대하여 횡단으로(transversely) 지향된다(도 4 참고). 횡방향과 접선방향을 통하여 유동층의 가열은 층의 전체폭 및 길이를 넘어 퍼져 있는, 이 유동층 내 부유 상태의 입자의 균일한 가열을 허락하며, 이것은 로를 통해 통과하는 와이어의 균일한 가열을 허여하게 된다.

본 발명의 하나의 유리한 실시 예에 의하면, 상기 적어도 하나의 접선(tangential) 가열은 유동층의 상기 평균 상부면에 접선방향으로 적어도 하나의 불꽃 및/또는 연기(fumes)의 분사를 포함한다. 이러한 방법에 의하여, 버너는 이러한 조건에서 깨지기 쉬운 천공된 튜브를 통해 통과해야 하는 높은 온도에서 연소되는 가스 없이 유동층의 입자를 직접 가열한다. 이 배치는 간단하면서 매우 효과적이다.

본 발명의 특별한 실시예에 의하면, 상기 적어도 하나의 접선 가열 수단은, 유동층의 상기 평균 상부면에 접선 방향으로 위치되어 있으며, 이를 통해 상기 가열 매개물이 통과하는 적어도 하나의 튜브에 의한 가열 매개물과 유동층 사이의 열교환을 포함한다. 따라서, 연도 가스와 접촉하지 않고 효과적이고 빠르게 합금 강선을 가열하는 것이 가능하다. 열교환은 이를 통해 가열 매개물이 통과하는 간단한 비천공 튜브와 가열된 튜브의 벽을 긁는 층의 그리 조밀하지 않은 입자 사이에서 주목할만한 방식으로 발생한다.

본 발명의 개선된 실시예에 의하면, 방법은, 유동층 상부에서 유동되는 입자 매개물을 적어도 한번 펌핑하는 공정과, 상기 이동 방향과 반대 방향으로 유동층을 향해 이 입자 매개물의 분사를 구동시키는 공정을 포함한다. 상기 적어도 하나의 접선 가열은 구동되는 입자 매개물의 분사를 통해 적어도 부분적으로 실행된다. 와이어가 유동층을 통해 통과할 때, 기계적 이송에 의해 유동층의 입자가 비말동반되는(entrained) 경향이 있으며, 이것은 입자들을 설비의 입구에서 출구 방향으로 이동시킨다는 것을 알 필요가 있다. 본 발명은 이러한 불리한 효과를 개선할 뿐만 아니라 접선 가열의 효과를 증대시키기 위하여 이러한 펌핑을 이용하는 것을 가능하게 한다. 이는, 펌핑을 통해, 입자 물질이 유동층의 꼭대기보다 더 높은 수준으로 층의 중간에서 비(rain)의 형태로 구동되며, 이는 이러한 경우에 있어 층의 꼭대기 위로 층의 전술한 평균 상부면을 상승시키는 효과를 갖기 때문이다. 결과적으로 버너 헤드는 본 발명에 따라 높은 위치에 배치될 수 있다. 그후, 버너 헤드를 입자의 도달 지점 밖에 배치하는 것이 가능해지며, 따라서 본 실시예는 층의 입자에 의한 버너 헤드 오염의 위험성을 상당히 감소시킨다.

본 발명에 따른 방법의 다른 상세한 사항은 뒤따르는 청구항 제1항 내지 청구항 제9항에서 지적된다.

본 발명에 따른 강선 열 처리 장치는

- 연장 가열 로(an elongate heating furnace),

- 온도 유지 영역(a temperature maintaining area), 및

- 처리될 상기 적어도 하나의 와이어가 강 오스테나이트화 온도로 로내에서 온도 상승을 겪고 온도 유지 영역내에서 이 온도로 유지되도록 하기 위해서, 로와 온도 유지 영역을 통해 이동하는, 처리될 적어도 하나의 강선을 구동시키는 수단을 포함하며,

이 장치는 또한

- 유동화가능한 입자 매개물을 통한 유동화제의 통과에 의한 가열로에서 형성되는 유동층, 및

- 평균 상부면에 실질적으로 접선으로(tangentially) 가열을 발생시키는 적어도 하나의 가열 수단을 포함하는 유동층 가열 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 장치에 관한 다른 세부 사항은 뒤따르는 청구항 제10항 내지 청구항 제17항에서 지적된다.

본 발명의 다른 세부사항과 상세한 사항은 하기에 주어진 동반되는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 장치의 몇몇 실시예의 기술로부터 제한적이지 않게 도출될 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 유동층의 세 가지 다양한 실시예들의 횡단면도.

도 4는 도 1에 도시된 로의 평면도.

도 5는 하나는 와이어를 가열시키기 위한 것이고 나머지 하나는 온도를 유지시키기 위한 두 개의 연속적인 유닛을 포함하는 장치를 도시한 도면.

도 6은 시간의 함수로서 로를 통해 통과하는 와이어의 온도 변화를 도시한 그래프.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 유동층의 네 번째 실시예의 횡단면도와 종단면도.

다양한 도면들에 있어서, 동일하거나 유사한 요소들은 같은 참조부호에 의해 나타난다.

도 1은 유동층 2 (fluidized bed)를 포함하는 연장 로 1 (elongate furnace)의 단면을 도시하고 있다. 유동층 2는 고온 내성을 가지며 바람직하게는 가열되기 위한 와이어와 상대하여 불활성인 재료로 만들어진 비교적 세분된 입자에 의해 형성된다. 그것은 예를 들어, 서로 접촉하는 바디(body)에 열을 전달하기에 아주 적합한 실리카, 지르코니아, 알루미나 또는 내화성 재료의 입자를 생각하는 것이 가능하다. 예를 들어 특히 규격 FEPA 42F 1984에 따른 F90의 입도를 갖는 알루미나 사(alumina sands) 또는 지르콘 사(zircon sands)가 가능하다.

예를 들어, 공기, 질소, 암모니아와 같은 유동화제는 천공된 랜스 3 (perforated lance)에 의해 유동층의 베이스에서 실온에서 고압으로 도입된다. 강의 성질에 따라 주의깊게 선택되는 어떤 보호가스라도 이러한 목적을 위하여 사용될 수 있다. 압력과 유속을 통해, 유동화제는 유동층으로부터 입자를 상방향으로 이송시키며 부유상태로 만든다. 이 와동 형태(vortex type)의 부유(suspension)는 유동층 2의 상부에 일점쇄선 4에 의해 도시된 층인 평균 상부면 4에 웨이브가 형성된 것으로 확인할 수 있다.

이 방법의 조건하에서 유동화제가 불연성이라는 것에 주목해야 한다. 냉온 또는 실온에서, 유동층내로 분사되는 유동화제가 랜스에 압력을 가하는 일이 없기 때문에 결과적으로 랜스의 사용 기간은 유동화 및 층의 가열을 위하여 사용되는 종래의 기술에 따른 랜스와 비교하여 매우 증가하게 된다.

유동층을 통해 통과한 후 매우 뜨거워진 유동화제는 그후 배출 파이프 5를 통해 로의 상부면에서 회수된다(도 5 참조).

도면에 도시된 실시예에 있어서, 와이어 층 6은 도면의 수평면에 대하여 수직인(perpendicular to the plane of the drawing), 로의 길이 방향(longitudinal direction of the furnace)을 따라 생산 요구사항, 따라서 프로세스 라인의 수용량 요구사항에 의해 고정된 상수에 따라 계산되어지는 속도로 로를 통과한다. 이 상수는 mm로 표현되는 와이어의 직경과 m/minute로 표현되는 와이어의 속도를 곱한 결과와 동일하다. 그러므로, 좀더 얇은 와이어일수록 이동 속도는 더욱 더 빠르며, 그 반대의 경우에는 더욱 더 느려진다. 로에서 한번에 단일 와이어의 이동, 또는 다른 직경을 갖는 몇몇 와이어의 이동, 또는 포개어진 몇몇 층의 이동이 가능함에 주목해야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유동층 가열 수단은, 여기의 예에서는, 가열될 와이어 층의 각 측면에 위치되고, 와이어의 이동 방향에 대하여 가로질러(transversely) 불꽃과 연기를 분출하는 몇 개의 버너들(도 4 참조) 7로 구성된다. 특히 불꽃 또는 연기는 유동층의 평균 상부면 4에 대하여 접선으로 분출되는데, 따라서 덜 조밀한 층의 스트립(strip)에 부유상태로 있는 입자를 직접적으로 가열하게 되며, 따라서 거의 백열(incandescence)상태로 좀더 쉽게 올려지게 된다. 도시된 실시예에서, 소위 불꽃 또는 연기의 접선 방향(tangential direction)이 도시된 평균상부면 4와 완전히 일치한다면, 이러한 불꽃 또는 연기에 대해서 다소 비스듬하게 버너를 배치하는 것이 가능하다는 것이 명백한데, 단, 층의 표면에서 잘 확산되는 가열이 항상 얻어지고, 와이어가 불꽃 또는 연기에 의해 공격받지 않아야 한다.

버너 출구에서 생성되는 버너 불꽃 및 연기는, 예를 들어, CH4, 연료유등의 가연성 가스 또는 액체, 산소로 농축되거나 되지 않는 공기, 또는 공업용으로 순수하다고 생각되는 산소와 같은 연료와 산화체의 연소로부터 일반적인 방식으로 얻어진다. 그후, 생성되는 연도(flue) 가스는 가열된 유동화제와 동시에 배출 파이프 5에 의해 회수된다.

도 4로부터 명백한 바와 같이, 버너는 와이어 층의 왼쪽에서 오른쪽으로 교대로 위치되며, 와이어층에 동반되는 불꽃과 매우 뜨겁게 연소하는 가스 분사는 로의 전체폭 위로 가로지르며 연장된다. 이 배치는 유동층, 따라서 처리될 와이어의 매우 균일한 가열을 허여하는 장점을 제공한다.

도 2에 도시된 실시예에 있어서, 열 처리될 와이어는 그들의 표면 상태를 유지하기 위하여 연소 가스와 접촉하지 않는다. 여기서 버너의 불꽃에 의한 유동층 2의 가열은 유동층 2 상부의 평균 상부면 4에 대하여 접선방향으로(tangentially) 발생되며, 유동층 2의 입자의 웨이브에 의해 넘실되어(is licked) 높은 온도로 가열되는 미천공(non-perforated) 튜브 8를 사용하여 가열된다. 연소 가스는 배기 파이프 9를 통해 배출되며, 그곳을 통해 회수될 수 있다.

도 3에 도시된 실시예는 도 2에 도시된 바와 같은 형태의 것이다. 그러나, 이 경우에 있어서, 챔버 10이 유동층의 아래에 위치하도록 제공되고 있으며, 배출 랜스 3과 연계되어 있다. 하나 또는 그 이상의 버너 11은 이 챔버 내에 배치되며, 예를 들어 약 400 내지 500℃의 실온 이상의 적정 온도까지 뜨거운 연기를 얻는 것이 가능하고, 여기서 연기는 랜스 3을 과도하게 공격하지 않는다. 이 실시예는 유동층 가열의 좀더 개선된 효과까지 허락한다. 자연스럽게, 도 1에 도시된 바와 같은 나염 버너가 배치되도록 제공되는 것 역시 가능하다.

본 발명에 따라 로에서 처리되어지는 와이어는 예를 들어 특허된 작업을 받게 될 강선(steel wire)이다.

특허된 작업은 와이어 인발(drawing) 분야에 있어서 공지된 과정이며, 초기에 페라이트(ferrite)와 펄라이트(perlite) 또는 펄라이트와 시멘타이트(cementite)의 오스테나이트(austenite)로의 전화를 얻기 위한 수준으로 와이어 또는 금속 와이어 층의 온도를 상승시키는 것으로 구성된다.

두 번째로, 좋은 기계적 특성, 특히 와이어 인발을 위한 우수한 적합성을 얻기 위하여 오스테나이트(이전에 가열에 의해 얻어지는)를 순수 페라이트로 재변환시키도록 등온 템퍼링을 수행하는 것은 공지되어 있다.

와이어 가열 과정 동안, 강의 오스테나이트화를 얻기 위하여 약 950℃의 온도를 얻을 필요가 있다. 그러나, 템퍼링 처리전에, "소킹(soaking)"으로 불리는 금속 덩어리내에서의 온도 균등화 기간은 오스테나이트 입자 접점에서 나타나는 카바이드의 용해를 위하여 바람직한 것으로 입증된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치의 실시예에 있어서, 가열 유닛 1과 온도 균등화 유닛 12와 같은 두 개의 별개의 유닛들을 제공하는 것이 가능할 것이다.

가열 유닛은, 이전에 기술된 바와 같이, 이러한 형태의 로의 우수한 열 전도계수를 고려할 때, 비교적 짧을 수 있는 유동층 2를 갖는 로 1로 구성된다. 와이어 6은 예를 들어 5 내지 6m의 길이를 가질 수 있는 이 로를 통해 연속적으로 통과한다. 로의 바닥에서, 도 3에 개략적으로 도시된 형태의 챔버 10은 유동화 매개물의 우선적인 가열을 허락하도록 배치된다. 본 발명에 따른 가열된 유동사(fluidsed sand)의 온도는 대략 1000℃에 도달한다.

따라서 와이어 6은 대략 950℃의 온도에서 로 1을 떠나며, 이어 밀봉된 호퍼 13에 의해 온도 균등화 유닛 12를 통과하게 된다. 유닛 12는 열(thermal)의 관점에 서 완전히 절연된 챔버 또는 튜브로 구성된다. 이러한 경우에, 그것은 950℃의 얻어진 와이어 온도를 유지하기에 충분하며, 가열을 허용하는 열교환이 더이상 필요하지 않다. 도시된 경우에 있어서, 이러한 온도에서의 유지는 배출 파이프 5를 통해 유닛 1로부터의 연소 가스의 재순환에 의해 구현될 수 있다. 방출된 연소 가스는 예를 들어 싸이클론 14와 같은 필터 수단으로 옮겨지며, 여전히 뜨겁거나 보충 방식으로 부분적으로 가열된 필터링된 가스는 와이어의 온도를 유지시키기 위하여 펌프 15에 의해 유닛 12로 옮겨진다. 카바이드(시멘타이트)의 용해는 대략 4m의 길이를 갖는 유닛 12에서 수행되며, 유동하는 동안, 와이어는 카바이드의 용해를 얻기에 충분한 시간동안 유지된다. 유닛 12를 떠나면서, 와이어는 단지 부분적으로 도시된 템퍼링 장치 16을 통과하게 된다.

그러므로 본 실시예의 전체 장치는 대략 9 내지 10m의 크기로서 완전히 수용가능한 길이를 갖는다.

도 7과 8은 로의 입구에서 출구로의 유동층 입자 이동을 방해하도록 펌핑 장치 17이 제공되어 있는 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 사실 입자는 와이어의 이동에 의해 기계적으로 구동된다.

이러한 펌핑 장치 17은 도시된 실시예에 있어서 바닥 부분에서 연결 콘(connecting cone) 19에 연결되며, 실질적으로 수직으로 위치되는 튜브 18을 포함한다. 이것은 유리하게도 천공 랜스 3의 상부에 배치된다. 상부에서 튜브 18은 처리될 와이어 6의 이동방향 21에 대해 반대 방향으로 지향되는 스프레이 노즐 20에 연결된다. 유리하게도 스프레이 노즐 20은 또한 도 7에 명백하게 도시된 바와 같이 로의 중앙부분을 향해 경사지도록 지향된다. 본 발명의 실시예에서, 랜스 3의 천공 부분은 하방에 위치된다.

유동화층 입자와 유동화제는 수집 콘(collecting cone)으로 수집된다. 입자 덩어리가 튜브내에서 유동층에 있을 때보다 상당히 더 작은 밀도를 갖는다는 것을 고려할 때, 이 덩어리는 유동층의 꼭대기보다 더 높게 분사된다: 그후 스프레이 노즐은 유동층의 후면과 중앙을 향하여 와이어의 이동 방향에 있어서 입자의 이송을 방해하는 입자의 분사물 22를 내보낸다. 보여지는 바와 같이, 도시된 경우에 있어서, 이 펌핑은 에너지의 추가적인 소비를 포함하지 않는다.

이러한 분사의 효과는 도시된 실시예에서 일점쇄선 4'의 수준에 위치되는 층의 평균 상부면을 상승시키게 된다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 수준은 유동층의 웨이브의 꼭대기보다 더 높다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 버너 7에 의한 가열은 상승되는 평균 상부면 4'에 대해 접선방향으로 발생하며, 따라서 버너로부터 분출되는 가스 상태의 분사는 펌핑 장치로부터 분출되는 입자의 분출을 통해 통과하게 된다.

따라서, 얻어지는 접선 가열은 특히 효과적이다., 더욱이 그것은 버너의 헤드 7이 로의 중앙을 향하여 분사되는 입자의 도달범위 밖에 위치하게 되는 장점을 제공한다. 따라서 버너 헤드의 오염을 유리하게 회피할 수 있다.

제한되지 않는 실시예들이 좀더 상세하게 본 발명을 설명하기 위하여 제시될 것이다.

실시예 1

3mm의 직경을 갖는 공석강(eutectoid) 형태의 강선이 DV상수[와이어의 직경(mm) ×유동 속도(m/min)]가 36인 본 발명에 따라 설치되는 유동층 로내로 도입된다. 유동층은 106 내지 250㎛의 입도를 갖는 Al₂O₃ - F90으로 구성된다. 이것은 유동화 가스, 여기서는 600mm H₂O의 최소 압력과 64 Nm3/h.m2의 유속을 갖는 공기에 의해 부유 상태로 유지된다. 유동화 가스가 실온에서 유동층의 하부로부터 도입된다.

버너는, 거의 백열 상태로 유동층 입자를 가열하고 대략 1000℃의 평균 온도를 갖는 유동층을 얻기 위해서, 유동층의 평균 상부면에 대해 접선으로 가스 및 연소 공기의 연소로부터 발생하는 연기를 분출시킨다. 버너 연기는 유동층과 직접 접촉되어 있다.

도 6에 제시된 그래프에서 곡선 A로부터 명백한 바와 같이, 와이어는 대략 20초(최대 30초) 동안의 이동후에, 950℃의 온도에 도달하는데, 즉 본 발명에 따른 유동층 로의 길이는 상기 선택된 DV상수에 대해 대략 5m의 값으로 제한될 수 있다.

와이어의 20초의 통과 기간에 상응하는 4m의 길이를 넘어, 후자는 제3 시멘타이트 용해를 위하여 950℃의 온도에서 유닛 12내에서 보관된다.

비교를 위하여, 동일한 와이어를 높은 대류 타입의 유동층 없는 종래의 나염로를 통해 이동시켰다. 와이어가 오스테나이트화 온도에 도달하기 위하여 대략 50 초동안 가열되어야 하며, 금속 덩어리내의 온도 균등화 기간이 같은 길이와 DV상수를 갖는 로에서 단지 3~4초 동안 발생할 수 있는데, 이것은 카바이드(제3 시멘타이트)의 좋은 용해를 얻기에 불충분하다는 것을 곡선 B상에서 볼 수 있다.

실시예 2

XC70 타입(0.76% C)의 강선이 실시예 1에서와 같은 처리조건에 놓여져 있다. 와이어는 1mm의 직경을 가지며, DV 상수는 36이다.

와이어는 약 5초간의 이동 후 950℃의 온도에 도달하며, 유동층 로의 길이는 5m 이거나 이보다 작게 제한될 수 있다.

대략 7초의 통과 기간에 상응하는 4m의 길이를 넘어, 와이어는 제3 시멘타이트의 용해를 위하여 950℃의 온도에서 유지된다.

실시예 3

XC70 타입의 강선이 실시예 1에서와 같은 처리조건에 놓여져 있다. 와이어는 5mm의 직경을 가지며, DV 상수는 36이다.

대략 40초 내지 50초간의 이동 후, 와이어는 950℃의 온도에 도달하며, 유동층 로의 길이는 대략 5.5m로 제한될 수 있다.

대략 35초의 통과 기간에 상응하는 4m의 길이를 넘어, 와이어는 950℃의 온도에서 유지된다.

본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것이 아니고, 많은 다양한 변형이 동반 되는 청구항들의 범주에서 벗어남 없이 수행될 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 가열된 유동층에 의한 우수한 열 전도 계수를 고려할 때, 그 동안 와이어의 오스테나이트화(austenitisation)가 일어나는 와이어의 가열온도는 매우 감소될 수 있으며, 그러므로 상업적으로 견디기 어려운 수준의 설치 비용의 부담 없이 그리고 불가능할 정도로 부피를 크게 하지 않고서 강선의 Fe 카바이드의 완전한 용해를 얻기에 충분한 오스테나이트화 온도에서 유지 기간을 얻는 것이 가능하다.

Claims (17)

1. 강의 오스테나이트화(austenitisation) 온도로 열처리될 적어도 하나의 강 와이어의 온도를 상승시키는 공정, 및

   강에 존재하는 카바이드의 용해가 발생하는 기간인, 상기 적어도 하나의 강 와이어의 금속 매스(mass) 내에서의 온도 균등화(equalisation) 기간을 위해 상기 상승 온도에서 와이어를 유지하는 공정을 포함하는 강선의 열처리 방법에 있어서,

   유동화 가능한 입자 매개물을 통한 유동화제의 통과에 의한 유동층의 형성 공정,

   상기 유동층의 가열 공정, 및

   상기 상승 온도를 제공받도록 일방향으로 열처리될 상기 적어도 하나의 강 와이어를 가열된 상기 유동층를 통해 이동하는 공정을 포함하며, 상기 상승 온도 제공을 위한 가열은 상기 유동층(fluidised bed)의 평균 상부면(mean top surface)에 대하여 접선으로(tangentially) 이루어지는 가열인 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 접선으로 이루어지는 가열은 가열될 상기 적어도 하나의 강 와이어의 이동 방향에 대하여 횡단방향으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 접선으로 이루어지는 가열은 상기 유동층의 상기 평균 상부면에 대하여 접선 방향으로 적어도 하나의 불꽃, 연기의 분사물 또는 불꽃 및 연기의 분사물의 분출을 포함함을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 접선으로 이루어지는 가열은 상기 유동층의 상기 평균 상부면에 대해 접선방향으로 위치되어 있으며, 가열 매개물이 그 내부를 통해 통과하는 적어도 하나의 튜브를 사용하여 상기 가열 매개물과 상기 유동층 사이의 열교환을 통해 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 접선으로 이루어지는 가열은, 상기 유동층 위에 유동화된 입자 매개물의 적어도 한 번의 펌핑 공정과, 상기 강 와이어의 이동 방향과 반대 방향으로 상기 유동층을 향해 상기 입자 매개물의 분사를 구동시키는 공정을 포함하며, 상기 구동된 입자 매개물의 분사를 통해 실행됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유동화제는 불연소성(non-combustible)임을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유동층의 가열은 상기 유동화 가능한 입자 매개물을 통한 통과 전에 상기 유동화제의 가열을 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유동층의 가열은 30초의 시간 내에 950℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 상승 온도에서 와이어를 유지하는 공정은 상기 유동층의 내부, 상기 유동층의 외부 또는 상기 유동층의 내부 및 외부에서 오스테나이트화 온도에서 상기 적어도 하나의 와이어를 유지함을 특징으로 하는 방법.
10. 연장 가열 로(1)와,

    온도 유지 영역(12), 및

    열처리될 상기 적어도 하나의 강 와이어가 강 오스테나이트화 온도로 로내에서 가열되고, 상기 강 오스테나이트화 온도 유지 영역 내에서 이 온도로 유지되도록 하기 위해서, 상기 로와 상기 온도 유지 영역을 가로지른 방향으로 통과하는, 상기 강 와이어를 구동시키는 수단을 포함하는 강 와이어의 열처리을 위한 장치에 있어서,

    유동화 가능한 입자 매개물을 통한 유동화제의 통과에 의하여 상기 가열로에서 형성되는 유동층, 및

    상기 유동층의 평균 상부면에 접선으로 이루어지는 가열을 발생시키는 적어도 하나의 가열 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 가열 수단은 상기 유동층의 상기 평균 상부면에 대하여 접선으로 이루어지는 가열을 하기 위해 불꽃 , 연기 또는 불꽃 및 연기를 분출시키는 적어도 하나의 버너를 포함함을 특징으로 하는 장치.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 가열 수단은 상기 와이어 또는 와이어들의 각 측상에 위치되며, 불꽃, 연기 또는 불꽃 및 연기를 상기 와이어 또는 와이어들의 이동방향에 대하여 횡방향으로 분출시키는 다수의 버너를 포함함을 특징으로 하는 장치.
13. 제 10항에 있어서,

    상기 가열 수단은, 상기 입자 매개물이 그 내부를 통해 통과하고, 상기 와이어 및 와이어들의 이동에 대하여 횡방향으로, 상기 유동층의 상기 평균 상부면에 대하여 접선방향으로 위치하는 튜브를 포함함을 특징으로 하는 장치.
14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 유동층의 상부로 상기 입자 매개물을 펌핑하며, 상기 강 와이어의 이동 방향과 반대 방향으로 상기 유동층을 향해 분사하기 위한 적어도 하나의 펌핑 장치를 더 포함하며, 상기 가열 수단은 상기 적어도 하나의 펌핑 장치를 통해 구동되는 상기 입자 매개물의 분사를 통해 상기 접선으로 이루어지는 가열을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 유동화제의 예열을 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 장치.
16. 제 10항에 있어서,

    상기 연장 가열로는 가열될 적어도 하나의 와이어가 상기 오스테나이트화 온도까지 빠르게 도달하도록 짧으며,

    상기 와이어가 그 내부에서 온도 유지 수단에 의해 상기 오스테나이트화 온도로 유지되는 열적으로 절연된 챔버를 포함함을 특징으로 하는 장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 온도 유지 수단은 전열 요소, 방사형 가스 버너, 연장 로로부터 유동화제를 재순환시키는 수단 또는 제2 유동층임을 특징으로 하는 장치.

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