KR100930733B1 - 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 펌프카에서 콘크리트 슬러리를 이송함에 따라 발생하는 자갈 및 모래와의 마찰과 그리고 부식에 강한 내마모특성을 갖도록 하며, 또한 내충격성도 우수한 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프는 탄소강으로 이루어진 강재 파이프로서, 상기 파이프 외측 또는 내측 일부에서 상기 파이프가 유도 가열되고, 상기 파이프 내,외측에서 가열된 부분이 냉각되어 경화됨으로써 경도가 hv450 이상으로 형성되는 열처리부; 및 상기 열처리부와 인접하는 비열처리부;를 포함하고, 상기 열처리부 및 상기 비열처리부는 상기 파이프의 길이를 따라서 나선형 띠 형태로 연속되게 배치되고, 상기 열처리부의 폭이 상기 비열처리부의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 한다.

콘크리트 펌프카, 콘크리트 슬러리 이송관, 콘크리트 슬러리 이송 파이프, 내마모성, 내충격성

Description

콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프 {A CONCRETE SLURRY TRANSPORTING PIPE FOR CONCRETE PUMP-CAR}

본 발명은 내마모 부품에 관한 것으로, 특히 건설장비로서 건설현장에 주로 사용되는 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프로서 콘크리트 슬러리가 이송되면서 극심한 마모가 일어나는 파이프의 내주면의 내마모 특성을 향상시키도록 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프에 관한 것이다.

일반적으로, 콘크리트 펌프카(펌프 트럭)은 건설 현장에서 레미콘 차량으로부터 레미콘 형태로 공급되는 콘크리트 슬러리(또는 시멘트 모르타르 슬러리, 이하 ‘콘크리트 슬러리’로 총칭함)를 호퍼로 받아서 유압 실린더로 가압하면서 펌핑하여 건축 중인 고층 건물과 같은 높은 위치로 콘크리트 슬러리를 강제 이송하는 장비이다.
이러한 콘크리트 펌프카는 콘크리트 슬러리를 압력을 인가하여 밀어주는 실린더부와, 그리고 가압된 슬러리 상태의 콘크리트를 타설 위치로 이송하는 경로를 제공하는 이송 파이프(이송관)으로 구성된다.
이들 부품들은 모래와 자갈 등과 같은 고경도 재질이 혼합된 콘크리트 슬러리를 이송함으로써 콘크리트 슬러리와 접촉하는 표면에서는 일정 수준의 마모가 계속적으로 진행되며, 또한 고압으로 이송되는 콘크리트 슬러리의 압력(약 140 bar)을 받으며, 경우에 따라 외부에서 충격력이 작용하기도 작용한다.
이와 같은 이송 파이프는 마모가 계속 진행되면서 내부적으로 고압 상태로 이송되는 콘크리트 슬러리에 의한 상당 수준의 압력을 받는 상태에서 외부의 충격을 받게 되면 갑자기 파손되는 경우가 발생할 수 있는데, 이러한 파손 사고는 인명 사고로도 귀결될 수 있다 따라서, 상기와 같은 이송 파이프의 파손을 방지할 수 있도록, 이송 파이프에 내마모성과 내충격성을 제공하는 것이 중요하다.

이러한 콘크리트 슬러리 이송 파이프로서 종래부터 사용되어 오던 이송 파이프는 이러한 충격 파손을 막기 위하여 연성이 높고 열처리되지 않은 저탄소 강관을 사용하는 것이 일반적이었다.

하지만, 이러한 이송 파이프들은 앞서 언급한 바와 같은 충격 하중을 받을 뿐만 아니라 염기성의 시멘트와 고경도의 모래, 자갈, 쇄석 등이 물과 섞여 있는 콘크리트 슬러리 혼합물이 고압 고속으로 내측으로 통과됨에 따라 강재 파이프의 내측면과 부딪히면서 강재 파이프를 손상시키게 된다.
이러한 손상의 형태로는 통상 모래 및 자갈과 파이프 내측면 사이의 마찰에 의한 내측면의 긁힘 또는 마모 손상(abrasive wear)과, 모래와 자갈이 파이프에 부딪침에 따라 발생하는 충격 손상(impact wear)과, 그리고 물, 염기성 시멘트에 의한 부식 손상(corrosion wear)이 혼합되어 나타나게 된다.

이러한 상황에서 앞서 설명한 저탄소강 파이프의 경우에는 열처리가 되지 않은 상태로 경도가 HV 150~250 수준으로 매우 낮아서, 콘크리트 슬러리 내의 고경도 의 모래 등에 의하여 연삭 마모(abrasive wear)가 발생되는데, 이러한 연삭 마모에 저항할 수 있는 내마모성을 향상시키는 있는 별도의 방안이 강구되어 있지 않아서 일정 사용 기간이 경과하면 마모 한계치에 도달하며, 또한 고압으로 이송되는 콘크리트 슬러리 내의 자갈 등에 의하여 충격 마모(impact wear)가 이송관의 내측에서 발생되어 연삭 마모와 더불어서 이송 파이프의의 수명을 감소시킴으로써 사용 기간 경과에 따라 파이프 또는 파이프 부품을 자주 교환하여야 하는 단점이 있는데, 이와 같은 파이프(파이프 부품)의 잦은 교환에 따른 비용 부담과 함께 교환 작업을 위하여 추가로 소요되는 작업 시간의 부담이 큰 문제점이 되었다.

이에 대한 또 다른 해결 방안으로 제시된 대한민국 등록실용신안공보 제 20-332518호 및 대한민국 공개특허 공보 제 10-2005-0074677호에 따르면, 열처리된 파이프가 내마모성을 제공하는 내측관을 형성하고, 그리고 충격에 견디는 내충격성을 가지도록 열처리가 되지 않은 파이프가 외측관을 이루는 이중 이송관에 관한 기술이 제안되었다.

그러나, 이러한 이중 이송관은 2개의 파이프를 밀착하기 위하여 열처리 접합(등록실용신안공보 제 20-332518호 참조) 또는 기계적인 압입방법(공개특허 공보 제10-2005-0074677호)에 의하여 제작되고 있으나, 내측 강관을 별도로 제작하여 열처리한 후에 외측 강관에 조립되는 방법을 통하여 제작되고 있기에, 내측 강관의 경우에 열처리 변형에 의한 치수 관리가 어렵고, 나아가 큰 치수 오차가 발생하는 경우에는 내측 파이프와 외측 파이프를 조립하기 어려운 문제점이 있다.

특히, 내측 강관의 길이가 길어서 내측 강관의 열처리시 열처리에 따른 변형 이 발생되어 외측 강관에 압입 조립할 때 두 강관의 압입 공차를 설정하기 곤란한 문제점이 발생하는데, 즉 내측 강관과 외측 강관이 조립된 상태에서 이탈이 발생하지 않아야 하기에 (압입 후의 이탈력이 임계값 이상을 유지해야 하기에) 적정 수준이상의 압입 공차를 둘 수는 없음을 고려할 때, 결국 내측 강관을 외측 강관의 내부에 강제 압입할 때 큰 압입 하중이 소요되는 경우가 빈발하며, 따라서 압입 장비의 대형화가 필수적이어서 경제성의 한계점을 나타내고 있다.

한편, 내측 강관과 외측 강관을 열처리에 의하여 접합시키는 기술에서는 고가의 열처리 장비가 필요하고, 파이프의 길이가 긴 경우 열처리에 의하여 파이프의 모든 면이 균일하게 접합시킬 수 없는 문제점이 있다.

또한, 이러한 이중 이송관의 경우에는 단일 이송관에 비하여 중량이 증가하여서 이를 지탱하는 붐에 과다한 하중이 미치는 문제점도 가지고 있다.

본 발명의 목적은 이중관 파이프와 달리 전체 파이프의 중량이 증가하지 않으면서도, 콘크리트 펌프카에서 콘크리트 슬러리를 이송함에 따라 발생하는 자갈 및 모래와의 마찰과 그리고 부식에 강한 내마모 특성을 갖도록 하며, 또한 내충격성도 우수한 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프를 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 고압의 콘크리트 슬러리가 파이프의 내측을 통과할 때, 내마모성을 제공하는 역할을 담당하는 열처리부와, 그리고 내외부에서 발생되는 충격을 흡수하는 내충격성을 제공하도록 열처리가 되지 않는 비열처리부를 모두 포함하도록 함으로써, 연삭 마모에 강한 내마모성을 제공할 뿐만 아니라 내충격성도 우수하여 사용 수명을 충분히 연장할 수 있도록 하며, 내관과 외관을 조립하여 열처리하는 공정이나 별도의 압입 공정을 거치지 않아도 완성된 제품을 제공할 수 있게 되어서 작업성을 향상시키며 결과적으로 제작 단계에서 불량품이 발생할 가능성을 획기적으로 줄일 수 있도록 하는 콘크리트 슬러리 이송 파이프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프는 탄소강으로 이루어진 강재 파이프(예컨대, 원형 단면 파이프)로서, 상기 파이프 외측 또는 내측 일부에서 상기 파이프가 유도 가열되고, 상기 파이프 내,외측에서 가열된 부분이 냉각되어 경화됨으로써 경도가 hv450 이상으로 형성되는 열처리부; 및 상기 열처리부와 인접하는 비열처리부;를 포함하고, 상기 열처리부 및 상기 비열처리부는 상기 파이프의 길이를 따라서 나선형 띠 형태로 연속되게 배치되고, 상기 열처리부의 폭이 상기 비열처리부의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명이 적용될 수 있는 콘크리트 슬러리 이송 파이프로는 다양한 종류가 있을 수 있는데, 형상에 따라 그 종류가 곡선일 경우에는 이송 엘보우(delivery elbow), 직선일 경우 이송 파이프(delivery pipe)로 구분되고, 그리고 그 작용에 따라 스윙 파이프, 리듀싱 파이프로 나뉘게 되는데, 일반적으로 중탄소강 강재의 원형 단면 파이프로 형성하게 된다.

한편, 본 발명이 적용되는 콘크리트 슬러리 이송관을 형성하는 강재 파이프 소재에 함유되는 탄소량은 파이프를 제조하는 방식에 따라 달라지는데, 판재를 원형으로 성형하여 용접하는 방식의 제조 방법에 따르는 경우에는 용접을 위하여 탄소량이 0.45wt% 이하의 범위가 되고, 환봉을 인발 또는 압출하여 파이프를 제조하는 방식의 경우에는 인발압출을 위한 환봉 소재강도와 연성문제로 탄소량이 0.8wt% 이하로 제한을 받으며, 그리고 철강의 용융상태에서 원심주조 또는 연속주조로 제조하는 방식의 경우에는 주물의 영역인 2.5wt% 이하까지의 탄소량을 가지게 되는 바, 본 발명이 적용되는 파이프 소재의 탄소량의 최대 함량 범위는 2.5wt%가 된다. 다만, 후술된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 유도 전류를 이용하여 유도 가열에 의한 가열에 의한 열처리 경화가 되어 경도가 Hv 450이상을 만족하기 위해서 는 탄소량이 0.30wt% 이상인 탄소강 소재를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 탄소량이 0.30wt% 미만이 되면 국부적인 열처리시에 경화가 잘 되지 않아서 충분한 내마모성을 확보할 수 없게 되기 때문이다.

본 발명에 따른 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프는, 고압 고속으로 이송되는 콘크리트 슬러리를 이송하기 위한 이송관으로서 단일관을 사용할 수 있어서 전체 파이프의 중량이 증가하지 않으면서도, 콘크리트 슬러리의 이송에 따라 발생하는 자갈 및 모래와의 마찰과 그리고 부식에 강한 내마모특성을 갖도록 하며, 또한 내충격성도 우수한 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 제작된 영역 분할 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 경화 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따라 제조된 영역 분할 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 경화 패턴을 또 다른 실시예를 나타내고 있다.

이때 상기 영역 분할 열처리된 파이프(10)는 도 1 내지 도 3에서와 같이 열처리되어 경화된 열처리부(a)와, 열처리가 되지 않은 비열처리부(b)가 파이프의 길이 방향으로 구간 반복되는 형상으로 배치되도록 형성됨으로써, 열처리부(a)는 내마모 특성을 발휘하고, 열처리가 되지 않은 비열처리부(b)는 파이프의 깨짐을 방지 하는 충격흡수 역할을 수행하게 된다.

여기에서, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 콘크리트 슬러리 이송용 파이프(10)의 경우에는 열처리부(a) 및 비열처리부(b)가 파이프 중심선(C.L.)에 직각되게 독립적인 원형 띠의 형태로 형성되는 구조인데, 이러한 도 1의 실시예는 도 6에 도시된 본 발명의 바람직한 장치 발명의 실시예에서 나타낸 바와 같이 파이프(10)의 외측(10a)에 유도 가열 장치의 유도코일(110)을 파이프(10)의 중심선(C.L.)에 대하여 수직되게 설치하고, 파이프(10)의 내측(10b)에는 상기 유도코일(110)에 대응하는 위치에 수냉각장치(120), 바람직하게는 분사노즐을 구비한 수분사 냉각장치를 설치한 후에, 상기 유도코일(110)에 유도전류를 흘러 보내서 파이프(10)를 유도 가열시키고 그리고는 상기 수냉각장치(120)에 냉각수(w)를 주입하여 파이프(10)의 내측(10b)으로 분사하여 냉각시킴으로써 담금질을 하는 열처리 과정을 수행한 결과로 얻어질 수 있다. 또한, 이와 같은 유도 가열 및 수냉각 단계는 회전수단(도시 생략)을 이용하여 파이프(10)를 회전시키면서 진행하는 경우에 보다 균일한 열처리 효과를 얻을 수 있으며, 일단의 열처리 공정을 통하여 하나의 열처리부(a) 형성이 완료되면 일정 구간 만큼 파이프(10)를 이동시켜서 다음의 열처리부(a)를 형성하게 되는데, 이 때 파이프(10)가 이동되는 이격 거리만큼 비열처리부(b)가 형성되게 된다.

한편, 앞서 설명된 도 6의 실시예와 반대로 도 7에 도시된 바와 같이, 파이프(10)의 내측(10b)에 유도코일(110)이 설치되고, 그리고 파이프(10)의 외측(10a)의 대응하는 위치에 수냉각장치(120)가 설치되도록 장치를 구성할 수도 있다.

한편, 상기 열처리부(a)의 폭(L1, 예컨대 4mm)이 상기 비열처리부(b)의 폭(L2, 예컨대 2mm) 보다 크게 형성하는 것이 내마모성의 유지 측면에서 보다 바람직하다.

그리고, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 콘크리트 슬러리 이송용 파이프의 실시예의 경우에는 각각의 열처리부(a) 및 비열처리부(b)가 파이프(10)의 중심선(C.L.)에 대하여 경사진 독립적인 원형 띠 형태로 형성된 구조로서, 이는 도 8에 도시된 바와 같이 파이프의 외측(10a, 내측의 경우는 도시 생략)에 설치되는 유도 가열 장치의 유도코일(110)이 파이프(10)의 중심선(C.L.)에 대하여 경사지게 설치된 상태인 점을 제외하고는, 앞서 도 1과 그리고 도 6 및 도 7을 예시하며 설명한 열처리 과정과 동일한 과정을 거쳐서 얻어질 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 본 발명에 따른 콘크리트 슬러리 이송용 파이프의 실시예의 경우에는 열처리부(a)가 파이프 길이 방향을 따라서 나선형 띠 형태로 형성된 구조로서 비열처리부(b) 역시 상기 열처리부(a)와 함께 나선형 띠 형태로 형성된다. 이러한 실시예는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 파이프의 외측(10a, 도 6 참조) 또는 내측(10b, 도 7 참조)에 설치되는 유도 가열 장치의 유도코일(110)이 파이프(10)의 중심선(C.L.)에 대하여 수직되게 설치된 상태에서, 파이프(10)의 저속 회전과 파이프(10)의 길이 방향의 이동을 동시에 계속적으로 진행시키면서, 상기 유도코일(110)에 유도전류를 흘러 보내서 파이프를 유도 가열시키고 그리고는 상기 수냉각장치(120)에 냉각수(w)를 주입하여 파이프의 내측(10b, 도 6 참조), 외측(10a, 도 7 참조), 또는 내,외측 동시(도시 생략)에 분사하여 냉각시킴으로써 담 금질을 하는 열처리 과정을 계속적으로 수행한 결과로 연속적인 나선형의 띠 형태의 열처리부(a)가 얻어지게 된다.

여기에서, 유도가열 방식으로 가열부(즉, 열처리부)와 비가열부(즉, 비열처리부)를 반복적으로 형성시키기 위해서는, 유도코일 및 전원장치의 성능에 따른 가열능력(즉, 단위면적당 전력밀도: W/㎠)과, 가열부 소재의 두께 등의 다양한 변수에 따라 파이프의 이동속도 및 회전속도를 조절함으로써 가열부와 비가열부의 폭이 결정되도록 할 수 있을 것이다. 예컨대, 유도발생장치의 가열능력이 크면 동일한 폭의 가열부를 형성하기 위하여 파이프의 이동속도와 회전속도를 빠르게 설정하는 것이 가능하며, 이와 반대인 경우는 파이프의 이동속도와 회전속도를 느리게 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 도 9에 도시된 본 발명에 따라 영역 분할 열처리된 콘크리트 슬러리 이송용 파이프를 제작하기 위하여 사용되는 유도 가열 장치의 바람직한 다른 실시예에서는 전원장치(도시 생략)에 병렬 연결된 2개 이상의 유도코일(110a, 110b)을 파이프의 외측(10a)에서 일정 거리(△) 이격 배치하여 사용하고 또한 파이프의 내측(10b)에는 이에 대응하는 위치에 수냉각장치(120)의 분사노즐을 각각 배치함으로써, 구간 반복되는 2개의 열처리부(a)와, 그 사이의 열처리가 되지 않은 비열처리부(b)를 파이프의 길이 방향으로 동시에 형성할 수 있다. 한편, 도 9의 도면에는 2개의 유도코일(110a, 110b)이 도시되어 있으나 3개 이상도 가능하며, 그리고 상기 유도코일(110a, 110b)이 도면에 도시된 바와 달리, 파이프의 내측(10b)에 설치될 수 있으며, 또한 상기 수냉각장치(120)의 분사노즐은 파이프의 내측(10b) 뿐만 아 니라 외측(10a)을 포함하여 일측 이상에 설치될 수 있음은 당업자라면 당연히 이해할 수 있을 것이다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 독립적인 원형 또는 타원형의 열처리부(a)와 그 주변의 비열처리부(b)를 형성하기 위해서는 파이프의 원주 또는 직경 보다 작은 규모의 유도코일을 병렬 연결하여 파이프의 일정 영역을 가열하도록 배치하는 것으로 달성될 수 있을 것이다.

앞서 설명된 콘크리트 슬러리 이송 파이프 중에서 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 독립적인 띠 형상의 열처리부를 포함한 콘크리트 슬러리 이송 파이프 및 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 독립적인 원형 또는 타원형의 열처리부를 포함한 콘크리트 슬러리 이송 파이프를 제조하기 위한 방법의 실시예로서, 첨부 도면 도 10에 도시된 일 실시예에 따르면, 파이프 준비 단계(S100)를 거친 후에, 열처리가 가능한 탄소량 0.30 ~ 2.5 wt%의 탄소강으로 이루어진 강재 파이프를 파이프 길이에 따라서 부분적으로 영역을 분할하여 열처리하도록, 파이프 외측 또는 내측의 일정 영역에서 파이프를 유도 가열하고 그리고 가열부를 냉각하여 경화시키기 위하여, 파이프 외측 또는 내측의 일정 영역에 유도가열 장치를 설치하고 파이프 내측 및 외측 중 하나 이상의 대응 영역에 수냉각장치를 설치하는 장치 설치 단계(S200); 상기 유도가열 장치의 유도코일에 유도전류를 흘러 보내는 유도 가열 단계(S300); 및 파이프의 내/외측의 대응 영역에 설치된 상기 수냉각장치로 파이프의 가열된 부분을 냉각시키는 수냉각 단계(S400)를 진행하게 된다. 그리고, 전구간 열처리가 완료될 때까지, 파이프를 이동시켜 다음 열처리부 영역에 유도코일과 수 냉각장치가 위치되도록 하는 파이프 이동 단계(S500)를 거친 후에, 상기 유도 가열 단계(S300)와 상기 수냉각 단계(S400)를 반복적으로 수행하게 된다.

또한, 앞서 설명된 콘크리트 슬러리 이송 파이프 중에서 도 3에 도시된 바와 같이 나선형 띠 형상의 열처리부를 포함한 콘크리트 슬러리 이송 파이프를 제조하기 위한 방법의 실시예로서 첨부 도면 도 11에 도시된 일 실시예에 따르면, 파이프 준비 단계(S100)와 장치 설치 단계(S200)를 거친 후에, 파이프를 회전시키고 동시에 길이방향으로 이동시키면서, 유도가열 장치의 유도코일에 유도전류를 흘러보내는 유도가열 단계(S300a); 및 파이프의 내/외측에서 대응 영역에 설치된 수냉각장치로 파이프의 가열된 부분을 냉각시키는 수냉각 단계(S400a)를 수행하게 된다.

첨부 도면 도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 영역을 분할하여 열처리된 콘크리트 슬러리 이송용 파이프의 표면 경도를 파이프의 길이에 따라 나타낸 도면으로서, 열처리부의 경도는 HV600이상으로 고경도의 경화층을 이루고 있어서 파이프 내측에서 콘크리트 슬러리가 이동시 내마모성을 향상시키며, 비열처리부의 경도는 모재(파이프 원재료)의 경도 보다 약간 상승한 HV250이상을 유지하고 있어서 내측에서 발생되는 고압(140bar)에서 견디고 그리고 외부의 충격을 흡수하는 역할을 담당하여 충격에 의한 파손을 방지할 수 있는 구조를 가진다.

첨부 도면 도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 영역을 분할하여 열처리된 구간의 파이프 단면의 경도 프로파일로서, 도 13에서 확인되는 바와 같이 열처리된 구간에서는 파이프 내측에서 외측으로 파이프 전 두께에 걸쳐서 경화가 진행되었으며, 이러한 경화는 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이 파이프의 일정 구 간에서의 외측에서 유도코일을 설치하여 유도가열을 실시하고 그리고 그에 대응하는 파이프 내측 구간에서 수냉각(수분사 냉각)을 실시함으로써 가열된 구간이 내측으로부터 담금질되면서 경화된 결과이다. 여기에서, 유도코일이 설치된 파이프의 외측으로부터 파이프의 내측까지 이르는 충분한 유도가열이 진행되어야 충분한 경화 깊이(파이프 외측에서 내측으로의 거리)를 얻을 수 있는데, 이를 위하여 대상이 되는 파이프의 두께에 따라서 유도가열 전력의 적정한 주파수를 선택하는 것이 바람직한데, 일반적으로 코일에 고주파 전류를 인가하면 도체(파이프)의 표면에 전류(가열전류)가 집중되는 표피효과가 발생하게 되는데, 유도전류의 주파수가 높을수록 이러한 표피효과가 증가하는 경향(침투 깊이의 감소 경향)이 있으며 침투 깊이와 주파수의 관계는 다음의 식 1과 같다.

δ = k (ρ/(μ·f))^0.5 ,

여기에서 δ: 침투깊이(m),

ρ: 도체(파이프)의 고유저항,

μ: 도체(파이프)의 비유전율

f: 유도전류의 주파수

예컨대, 본 발명이 적용되는 파이프의 두께가 3mm이하인 경우는 50kHz ~ 500kHz 영역의 높은 주파수 영역의 유도전류를 이용에서 유도가열하여 파이프의 외측에서부터 얕은 깊이에서 충분한 가열이 이루어지도록 하는 것이 바람직하며, 그 리고 파이프의 두께가 3mm~5mm이상인 경우는 10kHz ~ 50kHz의 영역의 중간 주파수,그리고 5mm이상인 경우는 100hz ~ 10kHz 영역의 낮은 주파수 영역의 유도전류를 이용에서 유도가열하여 파이프의 외측에서부터 보다 깊은 깊이에서 충분한 가열이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 파이프의 내측에서 수분사(Water-zet) 냉각을 실시하기에, 내측에서는 담금질 효과로 인하여 그 경도가 외측 보다 상대적으로 높은 반면에 외측의 경도는 약간 감소하는 현상을 나타내지만, 바람직하기로 내측 및 외측 모두 경도가 hv450이상을 유지하도록 하여 파이프 전단면의 경도를 유지함으로써 내마모성을 향상시키는 효과를 유지할 수 있다.

이와 같이 영역 분할 방식으로 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프 제품에서 다수개의 열처리부와 비열처리부를 포함한 시편을 채취하여, 도 14에 도시된 토사 마모 시험기를 이용하여 마모 시험을 수행하였는데, 도 14에 도시된 바와 같이, 호퍼(20)안에 수용된 모래(22)를 일정한 속도로 뿌려주며 200rpm의 회전속도로 휠(24)을 돌리고, 시편(50)을 15kgf의 힘으로 눌러 상기 휠(24)이 20,000회의 회전을 할 때까지의 마모량을 측정하는 마모시험을 실시하였다.

이때 1/1000g 정밀도의 전자저울을 사용하여 시험 전후 무게 감소량을 측정하고, 그것을 재료의 이론밀도로 나누어 시편의 마모량으로 표시하였는데, 그 결과는 표 1로 정리되어 있다.

표 1은 원소재 파이프, 완전 열처리된 파이프, 본 발명에 따라 영역 분할 방식으로 열처리된 파이프의 표면 경도와 토사 마모 시험후 마모량을 비교하여 나타내고 있는데, 시험에 이용된 각각의 파이프는 3개 시편을 제작하여 동일 조건에서 토사 마모 시험을 실시하였으며, 각 시편의 재질은 동일하게 탄소량이 0.45wt%인 S45C강의 원소재 파이프를 이용하였으며, 비교예 1로 시험된 것은 원소재 파이프를 그대로 이용하였으며, 비교예 2로 시험된 것은 원소재 파이프를 전 구간에 걸쳐서 가열 경화시킨 것을 대상으로 하였으며, 본 발명에 따른 바람직한 실시예로 시험된 것은 4mm 길이 구간의 열처리부(경화부)와 2mm 길이 구간의 비열처리부(비경화부)가 반복적으로 연장되도록 처리한 것을 대상으로 하였으며, 결과치는 각각 3개 시편의 평균값으로 나타내었다.

시 편		재질	표면경도	마모량(g)
영역 분할 열처리 (실시예)	경화부 (4mm)	S45C	HV 650	0.451
	비경화부(2mm)	S45C	HV 250
원소재 파이프 (비교예 1)		S45C	HV 250	1.890
전구간 완전 열처리 (비교예 2)		S45C	HV 660	0.423

상기 표 1과 같이 얻어진 토사 마모 시험 결과에 따르면, 유도가열 경화되지 않는 원소재 파이프(비교예 1)의 마모량은 1.890g이 되었으나, 전구간 열처리에 의해 전구간이 경화된 시편(비교예 2)의 경우는 내마모성이 약 4.5 배 향상되어서 마모량이 0.423g이 되었다. 이에 대하여, 열처리부(4mm)와 비열처리부(2mm)가 반복적으로 연장되도록 영역 분할 방식으로 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리한 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 경우는 비록 비열처리부(b)를 포함하고 있다고 하더라도 그 마모량(0.451g)이 전구간이 완전 열처리되어 경화된 시편과 거의 유사한 마모결과를 나타내고 있어서 내마모성 측면의 내구성에서 우수한 효과를 제공할 뿐만 아니라, 나아가 이와 같이 영역 분할 방식으로 열처리된 파이프의 경우에는 비열처리부가 충격력을 완충할 수 있는 구간으로 작용하기 때문에 파이프에 충격력이 작용하는 경우에도 잘 파손되지 않고 파이프의 수명이 다할 때까지 사용이 가능하여 내충격성 측면의 내구성에서도 우수한 효과를 제공한다.

한편, 이와 달리 전구간이 열처리된 비교예 2의 파이프의 경우에는 사용후 마모 진행에 따라 두께가 일정 수준 감소한 상태에서 인가되는 내,외부의 충격을 완충할 별도의 수단이 없어서 충격에 의한 파손 가능성이 높게 나타난다.

또한, 이와 같은 마모 시험을 수행한 파이프 시편을 절개하여 내측의 마찰면에 나타난 마모의 양상을 살펴보면 도 15에 도시된 바와 같이 나타나게 되는데, 이는 콘크리트 슬러리 유체가 이동하면서 발생하는 마찰에 의하여 열처리부(a)와 달리 비열처리부(b)에서는 일정 수준의 마모가 진행되는 상황을 보여준다. 한편, 일정 시간이 경과하여 일정 수준 만큼의 마모가 진행된 비열처리부(b)에서는 마모에 의해 오목하게 형성된 부분에서 콘크리트 슬러리 유체의 와류가 발생되고, 그에 따라 비열처리부(b)에 미치는 마찰 압력이 감소하는 효과가 발생하여 결국 마모 진행 속도를 현저히 감속시켜서 더 이상의 마모가 진전되지 않는 양상을 나타내는데, 앞서 살펴본 바와 같이 전구간이 열처리된 비교예 2의 파이프와 비교할 때 마모량에서는 큰 차이를 보이지 않게 된 점도 이와 같이 진행되는 마모 양상으로부터 쉽게 설명될 수 있다. 나아가, 이러한 마모 양상은 표면 구조(surface texturing)의한 마모 거동으로서 그 변화 정도는 유체의 속도와 압력 그리고 유체의 점도에 의하여 영향을 받게 된다.

도 15에서와 같이 나타나는 마모 양상은 열처리부(a)와 같이 경화된 부분이 내마모성을 담당하는 한편, 열처리되지 않은 비열처리부(b)는 충격을 담당하는 복합재료와 같은 역할을 수행함으로써, 본 발명에 따른 구간 반복 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 경우에 사용 기간 동안 마모량이 감소할 뿐만 아니라 충격에 의한 파손도 방지할 수 있는 장점을 가진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 영역 분할 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 열처리 패턴 실시예를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 영역 분할 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 열처리 패턴 다른 실시예를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 영역 분할 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 열처리 패턴 또 다른 실시예를 도시한 도면.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 영역 분할 열처리된 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 열처리 패턴 또 다른 추가적인 실시예를 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 유도가열 열처리 가공 장치의 설치 상태에 대한 일 실시예를 도시한 도면.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 유도가열 열처리 가공 장치의 설치 상태에 대한 다른 실시예를 도시한 도면.

도 9는 본 발명에 따른 유도가열 열처리 가공 장치에서 유도 코일의 병렬 설치 상태에 대한 실시예를 도시한 도면.

도 10은 본 발명에 따른 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 제조 방법의 일 실시예의 순서도.

도 11은 본 발명에 따른 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 제조 방법의 다른 실시예의 순서도.

도 12는 본 발명에 따른 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 표면경도 프로파일 을 도시한 도면.

도 13은 본 발명에 따른 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 열처리부의 경도 프로파일을 도시한 도면.

도 14는 토사마모 시험기를 도시한 개략도.

도 15는 토사 마모 시험후 본 발명에 따른 콘크리트 슬러리 이송 파이프의 마모 양상을 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 파이프 C.L.: 파이프 중심선

10a: 파이프 외측 10b: 파이프 내측

a: 열처리부 b: 비열처리부

110, 110a, 110b: 유도코일 120: 수냉각장치

Claims (13)

1. 탄소강으로 이루어진 강재 파이프로서,

   상기 파이프 외측 또는 내측 일부에서 상기 파이프가 유도 가열되고, 상기 파이프 내,외측에서 가열된 부분이 냉각되어 경화됨으로써 경도가 hv450 이상으로 형성되는 열처리부; 및

   상기 열처리부와 인접하는 비열처리부;를 포함하고,

   상기 열처리부 및 상기 비열처리부는 상기 파이프의 길이를 따라서 나선형 띠 형태로 연속되게 배치되고,

   상기 열처리부의 폭이 상기 비열처리부의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프.
2. 제1항에 있어서,

   상기 탄소강은 0.30 ~ 2.5 wt%의 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 펌프카용 콘크리트 슬러리 이송 파이프.
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13. 삭제

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