KR101086062B1

KR101086062B1 - 담금질 수조용 증기막 제거장치

Info

Publication number: KR101086062B1
Application number: KR1020080132570A
Authority: KR
Inventors: 강충길
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2011-11-22
Also published as: KR20100073803A

Abstract

본 발명은 담금질 수조용 증기막 제거장치에 관한 것으로서, 열처리 과정 중 담금질 단계에서 물 또는 물 이외의 냉매에서 냉각 시 가열된 담금질 소재에 형성되는 증기막을 균일하고 신속하게 제거하여 열 변형을 최소화하고 금속 조직의 변태를 안정화 시킬 수 있도록 한 담금질 수조용 증기막 제거장치를 제공코자 하는 것이다.

즉, 본 발명은 담금질 수조용 증기막 제거장치(1)에 있어서, 담금질용 수조(2)의 바닥에 설치되며 내부가 비어있는 사각통 형상이고, 상면과 측면에 분사공(3a)이 조밀하게 형성된 쿨링 바스(3)와, 상기 담금질용 수조(2)의 냉각수를 쿨링 바스(3)에 공급하도록 연결한 냉각수 순환관(5)과, 상기 냉각수 순환관(5)의 중도에 설치되어 냉각수를 강제로 순환시키는 순환펌프(6) 및 냉각수를 냉각하는 공랭식 냉각시스템(4)을 포함하는 것이다.

담금질 수조, 증기막 제거장치, 쿨링 바스, 냉각시스템, 순환펌프

Description

담금질 수조용 증기막 제거장치{Steam membrane eliminater for quenching water tank}

본 발명은 담금질 수조용 증기막 제거장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열처리 과정 중 담금질 단계에서 물 또는 물 이외의 냉매에서 냉각 시 가열된 담금질 소재에 형성되는 증기막을 균일하고 신속하게 제거하여 열 변형을 최소화하고 금속 조직의 변태를 안정화 시킬 수 있도록 한 담금질 수조용 증기막 제거장치를 제공코자 하는 것이다.

일반적으로 열처리에 사용되는 모든 냉매는 냉각과정이 진행되는 동안 도 1과 같이 증기막 단계, 비등 단계, 대류 단계의 3단계 과정을 거치게 된다.

이때 증기막 단계에서는 가열된 제품 표면에 기포가 제품과 냉매를 차단시켜 냉각속도를 매우 느리게 한다.

특히 탄소강 또는 합금강에서 담금질 처리 시 냉각속도가 느릴 경우 경도가 높은 마르텐사이트 조직을 얻을 수 없게 되며, 표면과 내부의 경도차이가 크게 된 다.

증기막 파열은 국부적으로 발생하여 냉각속도가 불균일하게 발생되며 그 결과 변형이 발생한다.

기존의 방법으로 냉각수조에 스크루가 부착된 모터를 구동시켜 냉매의 유속 제품 표면부의 증기막을 제거하는 간접적인 제거 방식을 사용하고 있다.

하지만 난류가 발생됨으로 추가적으로 난류를 제어할 수 있는 장치가 필요하다.

이에 본 발명에서는 상기한 종래 열처리 과정에서 발생하는 문제점을 일소함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 연구 개발한 것으로서, 본 발명에서는 열처리 과정 중 담금질 단계에서 물 또는 물 이외의 냉매에서 냉각 시 가열된 담금질 소재에 형성되는 증기막을 균일하고 신속하게 제거하여 열 변형을 최소화하고 금속 조직의 변태를 안정화 시킬 수 있도록 한 담금질 수조용 증기막 제거장치를 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

과제 해결수단으로 본 발명에서는 담금질 수조 내부에 냉각장치와 연결된 쿨링 바스(Cooling bath)를 설치하여 담금질 소재에 직진성을 갖는 냉수를 직접 분사하는 방법으로 담금질 소재에 형성되는 증기막을 균일하고 신속하게 제거할 수 있게 하였다.

본 발명을 사용할 경우 담금질 소재에 형성되는 증기막을 균일하고 신속하게 제거하여 열 변형을 최소화하고 금속 조직의 변태를 안정화 시킬 수 있다.

본 발명은 담금질 수조용 증기막 제거장치에 있어서, 담금질용 수조의 바닥에 설치되며 내부가 비어있는 사각통 형상이고, 상면과 측면에 분사공이 조밀하게 형성된 쿨링 바스와, 상기 담금질용 수조의 냉각수를 순환펌프로 강제 공급하도록 쿨링 바스에 연결한 냉각수 순환관과, 상기 냉각수 순환관의 중도에 설치되어 냉각수를 냉각하는 공랭식 냉각시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성을 설명한다.

도 2는 본 발명에서 제공하는 담금질 수조용 증기막 제거장치의 일 실시예를 보인 개략도이고, 도 3은 본 발명에서 제공하는 담금질 수조용 증기막 제거장치에서의 쿨링 바스 구성을 보인 외형 사시도이며, 도 4는 도 3의 단면도 등을 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 담금질 수조용 증기막 제거장치(1)는 도시된 바와 같이 담금질용 수조(2)의 바닥에 쿨링 바스(3)를 설치한다.

상기 쿨링 바스(3)는 내부가 비어있는 사각통 형상이며, 상면과 측면에는 분사공(3a)을 조밀하게 형성한다.

상기 쿨링 바스(3)에는 담금질용 수조(2)와 연결되며 냉각시스템(4)을 경유하는 냉각수 순환관(5)을 연결하고, 담금질용 수조(2)와 냉각시스템(4) 사이의 냉각수 순환관(5) 상에는 순환펌프(6)를 설치하여 냉각수를 강제로 순환되게 한다.

상기 냉각시스템(4)은 냉각관(4a)에 알루미늄 박판 등으로 구성되는 방열핀(4b)을 결합하고, 송풍기(4c)를 설치하여 방열핀(4b)을 공랭하는 구성으로 일반적인 라디에이터(radiator) 구성과 동일하다.

상기 냉각수 순환관(5)에는 물의 수량을 측정하기 위해서 고압용 수량계(7)와 밸브(8)가 설치되며, 고압용 수량계(7)의 고정시 단수 없어 수리가 가능하도록 밸브(8)가 설치된 바이패스관(9)이 추가 설치되어 있다.

상기 담금질 수조(2)의 수위는 순환펌프(6)에 맥동현상이 생기지 않을 정도로 충분하게 유지함이 바람직하다.

상기 쿨링 바스(3)는 담금질용 수조(2)의 바닥 및 측벽에 함께 설치하여 사용할 수 있으며, 녹과 열에 강한 스테인리스 강판으로 구성한다.

상기 쿨링 바스(3)에 형성되는 분사공(3a)은 직경을 2~2.5mm로 구성함이 바람직하며, 직경이 작거나 혹은 과도하게 커질 경우 직진성에 영향을 줄 수 있다.

이상과 같이 담금질용 수조(2)에 본 발명의 증기막 제거장치(1)를 설치하고 순환펌프(6)를 가동한 상태에서 담금질 소재를 담금질용 수조(2)에 침지시켜 담금질 하면 되는데, 본 발명에 의하면 쿨링 바스(3)의 분사공(3a)을 통과하면서 직진성을 갖는 냉각수가 담금질 소재에 부딪히면서 담금질 소재의 표면에 형성되는 증기막을 균일하고 신속하게 제거하여 열 변형을 최소화하고 금속 조직의 변태를 안정화 시키게 되는 것이다.

(실험예)

본 발명의 평가를 위해서 사용된 30x25x320mm의 열처리 시험편을 제작하였다.

열처리 시험편의 소재는 탄소(C) 0.10~0.12%, 실리콘(Si) 0.45~0.50%, 망간(Mn) 1.20~1.30%, 크롬(Cr) 0.19~0.20%, 구리(Cu) 0.20~0.22%, 황(P) 0.03% 이 하, 인(S) 0.02% 이하, 몰리브덴(Mo) 0.15% 이하, 니켈(Ni) 0.5% 이하, 알루미늄(Al) 0.06%이하 그리고 나머지는 철(Fe)로 조성된 저탄소저합금강이다.

소재의 25x320mm 면의 정 중앙에 2.5mm 직경의 구멍을 15mm 깊이까지 뚫고 열전대를 삽입한 후 세라믹 본드로 봉인하여 열처리 시험편의 내부 온도를 측정 할 수 있도록 하였다.

내부 온도를 측정 할 수 있게 된 열처리 시험편을 920℃까지 가열 시킨 후 2시간동안 920℃로 유지하였다.

냉각수조의 크기는 740x640x300mm이며 수위는 항상 130mm이상을 유지하여 순환펌프에 맥동현상이 생기지 않도록 하였고, 일정한 수위를 확보함으로써 냉각 처리시 물의 양이 작아서 발생될 수 있는 물의 온도변화가 없도록 하였다.

실험평가를 위해 사용된 물의 온도는 20℃로 하고 본 발명을 적용한 상태에서 내부 온도를 측정 할 수 있게 된 시험편을 920℃까지 가열 시킨 후 20℃의 합성냉매가 섞이지 않은 순수한 물로 채운 수조에 침지시켜 냉각시켰다. 그 결과 도 5와 같이 열처리 시편의 내부는 920℃에서 100도까지 6초가 소요되었다. 증기막 단계는 최소화시킴으로써 열처리 시편의 내부의 냉각속도는 도 6과 같이 최대 350℃/s 특성을 가졌다.

상기한 바와 같이 구체적 실시예를 기준으로 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 단순한 설계변경이나 관용수단의 치환 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

도 1은 일반적인 담금질 소재의 냉각흐름을 보인 그래프

도 2는 본 발명에서 제공하는 담금질 수조용 증기막 제거장치의 일 실시예를 보인 개략도

도 3은 본 발명에서 제공하는 담금질 수조용 증기막 제거장치에서의 쿨링 바스 구성을 보인 외형 사시도

도 4는 도 3의 측단면도

도 5는 본 발명을 적용한 상태와 적용하지 않은 상태에서 담금질 소재의 냉각 곡선을 보인 그래프

도 6은 본 발명을 적용한 상태와 적용하지 않은 상태에서 담금질 소재의 냉각 속도를 보인 그래프

■도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

1:담금질 수조용 증기막 제거장치

2:담금질용 수조 3:쿨링 바스

3a:분사공 4:냉각시스템

5:냉각수 순환관 6:순환펌프

Claims

담금질 수조용 증기막 제거장치(1)에 있어서,

담금질용 수조(2)의 바닥에 설치되며 내부가 비어있는 사각통 형상이고, 상면과 측면에 분사공(3a)이 조밀하게 형성된 쿨링 바스(3)와,

상기 담금질용 수조(2)의 냉각수를 쿨링 바스(3)에 공급하도록 연결한 냉각수 순환관(5)과,

상기 냉각수 순환관(5)의 중도에 설치되어 냉각수를 강제로 순환시키는 순환펌프(6) 및 냉각수를 냉각하는 공랭식 냉각시스템(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 담금질 수조용 증기막 제거장치.