KR100792715B1 - 폐열회수형 ｄｘ가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치 - Google Patents

폐열회수형 ｄｘ가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치에 관한 것으로서, 피열처리물이 투입되는 전실, 가열실 및 냉각실로 구획되고, 상기 전실의 입/출구와 냉각실의 출구를 각각 개폐하도록 개폐도어가 설치되며, 상기 전실로 투입되는 피열처리물을 가열실을 거쳐 냉각실로 자동 이송시키기 위한 이송부가 바닥에 설치되고, 상기 가열실 내에 피열처리물을 가열시키기 위한 복수의 가열수단이 설치되며, 상기 가열실 및 냉각실의 온도를 균일하게 하기위해 분위기가스를 순환시키도록 작동되는 복수의 RC팬이 설치되는 열처리로; 및 상기 가열수단을 구성하는 DX가스발생버너로부터 배기가스를 공급받아 열교환시키기 위한 냉각기가 설치되고, 상기 냉각기를 거쳐 열교환된 배기가스를 통과시켜 불순물이 제거되도록 하는 필터부가 설치되며, 상기 필터부를 거쳐 불순물이 제거된 배기가스를 공급받아 수분이 제거되도록 한 후, 열처리로에 재공급하는 냉각/제습기가 설치되는 열교환부를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 버려지는 배기가스로부터 DX가스를 얻어 분위기가스로 사용하고 또한 DX 버너에 의한 연소열을 열처리 공정에 이용함에 따라 열처리비용을 절감시키는 효과를 갖게 된다.

Description

폐열회수형 ＤＸ가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치{Controlling Apparatus for Atmospheric Gas using DX-gas Burner}
도 1은 본 발명에 따른 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어시스템의 전체 구조를 설명하기 위한 시스템 구조도.
도 2는 본 발명의 DX가스발생버너의 일실시 예에 따른 RT버너의 내부구조를 설명하는 단면도.
도 3은 본 발명의 DX가스발생버너 및 열교환부 구조를 설명하기 위한 개념도.
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 열처리로 101: 전실
103: 가열실 105: 냉각실
110: 피열처리물 120: 이송부
121: 이송롤러 123: 구동체인
125: 클러치 127: 구동모터
130: 개폐도어 140: 가열수단
150: 전기히터 160: DX가스발생버너
161: 버너몸체 162: 흡/배기부
163: 가스공급관 164: 가스노즐
165: 이너튜브 166: RT튜브
170: RC팬 200: 열교환부
201: 배기관 203: 공급관
205: 분기관 207: 질소공급관
210: 냉각기 220: 필터부
230: 2차냉각기 240: 제습기
본 발명은 열처리로 내에 DX가스발생버너를 설치시켜 이로부터 배출되는 배기가스를 열교환부에서 열교환 및 필터링시켜 환원분위기가스로 재공급되도록 하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치에 관한 것이다.
통상의 풀림(annealing) 또는 소둔설비는 금속소재의 단조 시에 발생한 응력을 제거하기 위한 열처리기법 중 하나의 설비로서, 열처리 대상체를 소정크기의 로에 장입하여 밀폐시킨 후 그 로내의 온도를 서서히 승온시켜 일정온도의 승온(통상 600℃ ~ 850℃ 내,외)이 이루어지도록 한 다음, 그 열처리 대상체의 크기나 용도, 재질적 특성 등에 따른 요구 연성율에 도달할 때까지 서서히 냉각(로냉각, 자연냉 각, 강제냉각 등)처리를 하게 된다.
그런데 상기 열처리로 내에서 승온되는 동안 잔류하는 공기로 인해 열처리 대상체의 표면이 산화를 일으키거나 미세 이상층이 발생될 뿐 아니라 승온 후에도 계속적인 표면산화가 발생하기 때문에, 종래에는 이를 막기 위해 고가인 메틸알콜을 승온 시 풀림 열처리로에 주입하여 사용해 왔다.
그러나 상기한 메틸알콜은 상당한 고가일 뿐 아니라 사용 후 대기 중으로 배출되는 메틸알콜로 인해 대기를 오염시키는 원인으로 작용하는 문제점이 있고, 또, 산화방지를 위해 사용되는 메틸알콜은 제품에 좋지 않은 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 일정온도로 승온이 이루어진 다음 주입되므로 산화방지의 목적을 완벽하게 달성하지 못하는 문제점이 있다.
더군다나 상기 종래의 풀림열처리설비를 이용하여 열처리 공정이 가해진 제품은 상당한 에너지를 소모하게 될 뿐만 아니라, 1차 열처리 공정만으로는 대상체의 표면 산화를 완벽히 방지하지 못하게 됨에 따라 또 다시 2차 열처리(후처리)가공공정을 거쳐야 하고, 이는 막대한 에너지 소모와 공정기간의 지연을 유발하는 문제가 있었다.
이에 종래에는 소둔열처리 시, 열처리로 내에 질소가스를 충진시켜 무산화분위기에서 열처리공정이 수행되도록 함으로써, 열처리 대상물의 표면산화가 방지되도록 하는 소둔열처리 방법이 제안된 바 있다.
그러나, 이와 같은 무산화분위기 열처리공정에 사용되는 분위기 가스 즉, 질소가스가 매우고가 이기 때문에 열처리비용이 과도하게 발생되는 문제점이 있었다.
또한 DX 가스 발생장치를 외부에 장착할 경우 시설비도 고가이고 고온의 DX 가스의 열에너지를 열처리 공정에 이용할 수 없다. 이로 인해, 열처리물의 제품단가가 상승되어 가격 경쟁력이 떨어지는 원인이 되었다.
상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 열처리로 내에 DX가스발생버너를 설치시켜 이로부터 배출되는 배기가스를 열교환부에서 열교환 및 필터링시켜 환원분위기가스로 재공급되도록 하고 DX 버너에 의한 연소열을 열처리 공정에 이용하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치를을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치는, 피열처리물이 투입되는 전실, 가열실 및 냉각실로 구획되고, 상기 전실의 입/출구와 냉각실의 출구를 각각 개폐하도록 개폐도어가 설치되며, 상기 전실로 투입되는 피열처리물을 가열실을 거쳐 냉각실로 자동 이송시키기 위한 이송부가 바닥에 설치되고, 상기 가열실 내에 피열처리물을 가열시키기 위한 복수의 가열수단이 설치되며, 상기 가열실 및 냉각실의 분위기가스를 순환시키도록 작동되는 복수의 RC팬이 설치되는 열처리로; 및 상기 가열수단을 구성하는 DX가스발생버너로부터 배기가스를 공급받아 열교환시키기 위한 냉각기가 설치되고, 상기 냉각기를 거쳐 열교환된 배기가스를 통과시켜 불순물이 제거되도록 하는 필터부가 설치되며, 상기 필터부를 거쳐 불순물이 제거된 배기가스를 공급받아 수분이 제거되도록 한 후, 열처리로에 재공급하는 냉각/제습기가 설치되는 열교환부를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어시스템의 전체 구조를 설명하기 위한 시스템 구조도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 크게 열처리로(100)와 열교환부(200)로 구성된다.
우선, 열처리로(100)는 피열처리물(110)이 투입되는 전실(101), 가열실(103) 및 냉각실(105)로 구획된다.
그리고, 상기 전실(101)의 입/출구와 냉각실(105)의 출구를 각각 개폐하도록 개폐도어(130)가 설치되며, 상기 전실(101)로 투입되는 피열처리물(110)을 가열실(103)을 거쳐 냉각실(105)로 자동 이송시키기 위한 이송부(120)가 바닥에 설치된다.
그리고, 상기 가열실(103) 내에 피열처리물(110)을 가열시키기 위한 복수의 가열수단(140)이 설치되며, 상기 가열실(103) 및 냉각실(105)의 분위기가스를 순환시키도록 작동되는 복수의 RC팬(170)이 설치된다.
여기서, 상기 이송부(120)는 크게 이송롤러(121), 구동체인(123), 클러치(125) 및 구동모터(127)로 구성된다.
상기 이송롤러(121)는 피열처리물(110)의 이송을 유도하기 위해 열처리로(100)의 바닥을 따라 소정간격을 유지시켜 무수히 배치된다. 이러한 이송롤러(121) 들은 복수의 구동체인(123)에 의해 구간별 구동이 가능한 상태로 묶여져 연동된다.
또한, 상기 각 구동체인(123) 들은 구동력을 전달받기 위한 클러치(125)와 일대이로 대응 결합되고, 복수의 클러치(125)가 하나의 구동모터(127)로부터 동력을 인가받는 형태로 설치된다.
이때, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 이송부(120)는 인버터에 의한 구동모터(127)의 회전속도를 조절시켜 이와 연동되는 클러치(125)의 회전속도가 제어되도록 한다.
또한, 하나의 구동모터(127)에 연동되는 복수의 클러치(125) 각각은 기어비를 조절시켜 구동체인(123) 및 이송롤러(121)의 회전속도를 조절할 수 있도록 함으로써, 각 구간별 이송속도를 개별 제어하는 것이 가능하다.
여기서, 상기 이송부(120)에 의한 각 구간별 이송속도는 전실(101) 장입구간에서 빠르게 진행되고, 가열실(103)과 냉각실(105) 구간에서 비교적 서서히 진행되도록 하는데, 바람직하게는 상기 전실(101) 장입구간에서의 이송속도를 3~10 m/min 로 유하고, 상기 가열실(103)과 냉각실(105) 구간에서의 이송속도가 2~8 m/min 로 유지되도록 한다.
그리고, 상기 가열수단(140)은 복수개의 전기히터(150) 및 DX가스발생버너(160)로 구성된다. 이때, 상기 전기히터(150)는 가열실(103) 내에 복수개씩 연계되어 온도 제어되는 개별영역들을 형성하는 것이 바람직한데, 도 1에서와 같이 가열실(103) 내에 9개의 전기히터(150)가 설치되고, 상기 가열실(103)을 3개의 영역으로 나누어 각 영역에 3개씩의 전기히터(150)가 설치되도록 하여 각 영역별 온도제어가 이루어지도록 할 수 있다.
이때, 상기 가열실(103) 내의 온도는 섭씨 500~600로 유지되도록 하는 것이 바람직한데, 각 전기히터(150)는 최대용량 50㎾가 되도록 하고, 상기 DX가스발생버너(160)는 최대용량 10㎾가 되도록 한다. 여기서, 상기 DX가스발생버너(160)는 도 2에서와 같은 비예혼합 화염을 갖는 RT버너로 설계될 수 있다.
도 2는 본 발명의 DX가스발생버너의 일실시 예에 따른 RT버너의 내부구조를 설명하는 단면도이다.
동 도면에서와 같은 상기 RT버너는 관 형상의 버너몸체(161)와, 상기 버너몸체(161)의 둘레 일측방향에 설치되어 외부공기 흡입 및 배기가스 배출을 동시에 이루기위한 이중 관형태의 흡/배기부(162)와, 상기 흡/배기부(162)의 내부통로와 연통되도록 상기 버너몸체(161)의 타단으로 연장 설치되는 RT튜브(166)로 구성된다.
그리고, 상기 RT튜브(166)의 내경에 소정 간격이 유지되는 상태로 일단이 흡/배기부(162)의 외부통로와 연통되도록 설치되는 이너튜브(165)와, 상기 이너튜 브(165)의 내부에 외부공기를 공급하는 동시에 그 중심으로 연소가스가 동시 공급되도록 하기 위해 설치되는 가스공급관(163)과, 상기 가스공급관(163)이 연장된 끝단에서 연소가스를 무화상태로 분사하여 공기와의 혼합가스를 형성시켜 착화되도록 하는 가스노즐(164)로 구성된다.
그리고, 상기 개폐도어(130)는 전실(101)과 가열실(103) 및 냉각실(105)을 밀폐시키는 역할을 수행하게 되는데, 상기 개폐도어(130)가 설치되는 입/출구에는 기밀을 유지시키기 위한 실링처리가 이루어지는 것이 바람직하다.
특히, 상기 전실(101)은 피열처리물(110)이 외부에서 투입되어 개폐도어(130)에 의해 밀폐되면, 내부에 유입된 산소를 제거하기 위해 별도의 질소공급관(207)을 통해 질소가 공급되도록 하여 내부를 무산화분위기로 형성한다. 이때 상기 열처리로(100) 내의 무산화 분위기를 위해 산소함량이 150ppm이내가 되도록 유지한다.
그리고, 상기 전실(101)에 공급된 피열처리물(110)은 가열실(103)과 냉각실(105)로 차례로 이송되어 가열 및 냉각된다. 이때, 상기 가열실(103)과 냉각실(105)에 복수의 RC팬(170)이 설치되어 가열실(103)과 냉각실(105)의 분위기가스를 순환시켜 분위기온도를 균일화시키는 역할을 수행한다.
이때, 상기 가열실(103)과 냉각실에 설치된 각각의 RC팬(170)은 개별 제어되도록 한다.
도 3은 본 발명의 DX가스발생버너 및 열교환부 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
동 도면에서 보여지는 바와 같은 열교환부(200)는 열처리로(100)의 가열수단(140)을 구성하는 DX가스발생버너(160)로부터 배기관(201)을 연결시켜 냉각기(210)에 배기가스를 공급받아 열교환시키도록 한다.
이후, 상기 냉각기(210)를 거쳐 열교환된 배기가스는 필터부(220)에 통과시켜 불순물이 제거되도록 한다. 그리고, 상기 필터부(220)를 거쳐 불순물이 제거된 배기가스는 다시 제습기(240)로 공급되어 수분이 제거되도록 한다.
상기 제습기(240)를 통과한 DX가스는 공급관(203)과 상기 공급관(203)에 연결된 다수의 분기관(205)들을 통해 열처리로(100)에 재공급되어 무산화분위기가스로 사용된다.
이때, 상기 열교환부(200)를 거쳐 열처리로(100) 내에 재공급되는 배기가스의 온도가 섭씨 7도 이하로 유지되도록 하는 것이 바람직한데, 이때의 DX가스는 O2≤150ppm, H2≤1%, CO≤1.5% 의 조건이 만족될 수 있도록 한다.
이때, 상기 필터부(220)와 제습기(240) 사이에는 도 1에서와 같은 2차 냉각기(230)가 더 설치되도록 할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명은 열처리로 내에 가열수단을 설치함에 있어서, 운전 시 DX가스를 발생하는 DX가스발생버너를 설치하고, 상기 DX가스발생버너로부터 연소 후 배출되는 배기가스를 열교환부에 통과시켜 열교환 및 필터링되도록 하여 열처리로 내의 환원분위기가스로 재공급되도록 함으로써, 배기가스의 방출로 인한 대기오염을 줄이는 효과를 갖게 되는 한편, 버려지는 배기가스로부터 DX가스를 얻어 분위기가스로 사용하고 또한 DX 버너에 의한 연소열을 열처리 공정에 이용함에 따라 열처리비용을 절감시키는 효과를 갖게 된다.

Claims (10)

  1. 피열처리물(110)의 무산화분위기 가열을 위한 열처리로에 있어서,
    상기 열처리로(100) 내에 DX가스발생버너(160)를 포함하는 가열수단(140)이 설치되고, 상기 DX가스발생버너(160)로부터 배출되는 배기가스를 별도의 열교환부(200)에서 열교환 및 필터링되며, 상기 배기가스가 열처리로(100) 내에 재공급되어 무산화분위기 가열을 위한 분위기가스로 사용하고 DX 버너에 의한 연소열을 열처리 공정에 이용하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  2. 피열처리물(110)이 투입되는 전실(101), 가열실(103) 및 냉각실(105)로 구획되고, 상기 전실(101)의 입/출구와 냉각실(105)의 출구를 각각 개폐하도록 개폐도어(130)가 설치되며, 상기 전실(101)로 투입되는 피열처리물(110)을 가열실(103)을 거쳐 냉각실(105)로 자동 이송시키기 위한 이송부(120)가 바닥에 설치되고, 상기 가열실(103) 내에 피열처리물(110)을 가열시키기 위한 복수의 가열수단(140)이 설치되며, 상기 가열실(103) 및 냉각실(105)의 온도를 균일하게 하기위해 분위기가스를 순환시키도록 작동되는 복수의 RC팬(170)이 설치되는 열처리로(100);
    상기 가열수단(140)으로 DX가스발생버너(160)가 설치되고, 상기 DX가스발생버너(160)로부터 배출되는 배기가스를 별도의 열교환부(200)에서 열교환 및 필터링시켜 열처리로(100) 내에 재공급되어 무산화분위기 가열을 위한 분위기가스로 사용하고 DX 버너에 의한 연소열을 열처리 공정에 이용하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  3. 피열처리물(110)의 무산화분위기 가열을 위한 DX가스발생버너(160)를 포함하는 가열수단(140)이 설치된 열처리로(100); 및
    상기 가열수단(140)을 구성하는 DX가스발생버너(160)로부터 배기가스를 공급받아 1차 열교환시키기 위한 냉각기(210)가 설치되고, 상기 냉각기(210)를 거쳐 열교환된 배기가스를 통과시켜 불순물이 제거되도록 하는 필터부(220)가 설치되며, 상기 필터부(220)를 거쳐 불순물이 제거된 배기가스를 공급받아 수분이 제거되도록 한 후, 열처리로(100)에 재공급하는 냉각/제습기(240)가 설치되는 열교환부(200);
    를 포함하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  4. 피열처리물(110)이 투입되는 전실(101), 가열실(103) 및 냉각실(105)로 구획되고, 상기 전실(101)의 입/출구와 냉각실(105)의 출구를 각각 개폐하도록 개폐도어(130)가 설치되며, 상기 전실(101)로 투입되는 피열처리물(110)을 가열실(103)을 거쳐 냉각실(105)로 자동 이송시키기 위한 이송부(120)가 바닥에 설치되고, 상기 가열실(103) 내에 피열처리물(110)을 가열시키기 위한 복수의 가열수단(140)이 설치되며, 상기 가열실(103) 및 냉각실(105)의 분위기가스를 순환시키도록 작동되는 복수의 RC팬(170)이 설치되는 열처리로(100); 및
    상기 가열수단(140)을 구성하는 DX가스발생버너(160)로부터 배기가스를 공급받아 열교환시키기 위한 냉각기(210)가 설치되고, 상기 냉각기(210)를 거쳐 열교환된 배기가스를 통과시켜 불순물이 제거되도록 하는 필터부(220)가 설치되며, 상기 필터부(220)를 거쳐 불순물이 제거된 배기가스를 공급받아 수분이 제거되도록 한 후, 열처리로(100)에 재공급하는 제습기(240)가 설치되는 열교환부(200);
    를 포함하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열수단(140)은 복수개의 전기히터(150) 및 DX가스발생버너(160)로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리로(100) 내의 온도가 섭씨 500~600로 유지되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 DX가스발생버너(160)는 예비혼합 화염을 갖는 RT버너로 설계되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 RT버너는 관 형상의 버너몸체(161);
    상기 버너몸체(161)의 둘레 일측방향에 설치되어 외부공기 흡입 및 배기가스 배출을 동시에 이루기위한 이중 관형태의 흡/배기부(162);
    상기 흡/배기부(162)의 내부통로와 연통되도록 상기 버너몸체(161)의 타단으로 연장 설치되는 RT튜브(166);
    상기 RT튜브(166)의 내경에 소정 간격이 유지되는 상태로 일단이 흡/배기부(162)의 외부통로와 연통되도록 설치되는 이너튜브(165);
    상기 이너튜브(165)의 내부에 외부공기를 공급하는 동시에 그 중심으로 연소가스가 동시 공급되도록 하기 위해 설치되는 가스공급관(163); 및
    상기 가스공급관(163)이 연장된 끝단에서 연소가스를 무화상태로 분사시켜 공기와의 혼합가스를 형성시켜 착화되도록 하는 가스노즐(164);
    를 포함하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환부(200)를 거쳐 열처리로(100) 내에 재공급되는 DX가스의 온도를 섭씨 7도 이하로 유지시킬 때, O2≤150ppm, H2≤1%, CO≤1.5% 의 조건이 만족되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
  10. 제 3항 내지 제 4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터부(220)와 제습기(240) 사이에 2차 냉각기(230)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 DX가스발생버너를 이용한 환원분위기가스 제어장치.
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