KR101169707B1 - 강관 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

고온 열처리 과정에서 강관의 변형을 최소화하며 열처리 작업의 효율성을 개선하기 위하여, 본 발명은 열처리를 위한 열처리수단이 연결되며, 내부에 강관이 이송되면서 열처리되기 위한 열처리 공간이 상기 강관의 길이방향을 따라 연장되어 형성되는 열처리로; 상기 열처리로의 양측벽부를 관통하여 회전가능하게 배열되되, 수직단면으로부터 상기 강관의 이송방향 측으로 설정된 각도 경사지게 배열되는 복수개의 회전축; 상기 강관의 외면이 전방측 및 후방측에 상호 교차하여 접촉되도록 중앙부로부터 외측으로 갈수록 확관되어 형성되어 좌측 및 우측 구배면이 형성되되, 내부에 공기단열층이 형성되어 상기 강관의 자중에 의해 탄성적으로 변형되는 중공형 부재로 이루어지며 양측단이 상기 회전축 외면에 용접되어 고정되는 안착부; 및 상기 안착부와 상기 회전축 간의 용접된 부분 외측에는 양단이 상기 안착부의 측면부와 상기 회전축의 외면에 용접되어 내측에 중공형 단열층이 형성되는 보호커버를 포함하는 강관 열처리 장치를 제공한다.

Description

강관 열처리 장치{apparatus for heat treating steel pipe}

본 발명은 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 열처리 과정에서 강관의 변형을 최소화하며 열처리 작업의 효율성을 개선하는 강관 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속관, 예를 들면 송유관 내지 기계장치 구조체용 강관은 극한의 설치환경에서 안정적인 성능을 제공하도록 재질의 강인성을 개선하는 열처리 작업이 수행되어 현장에 설치된다. 이러한 강관의 열처리는 탈지를 위한 세정 및 강관의 내외 표면의 부착물을 제거한 후 수행된다.

여기서, 상기 열처리 과정은 가열 또는 냉각 등의 조작을 적당한 속도로 하여 그 재료의 특성을 개량하는 조작으로 온도에 의해서 존재하는 상(相)의 종류나 배합이 변하도록 하여 재료의 특성을 개선한다. 또한, 이러한 열처리의 종류에는 고온에서 급랭하여 보통이면 일어날 변화를 일부 또는 전부 저지하여 필요한 특성을 내는 켄칭(quenching), 한 번 켄칭한 후 비교적 저온에서 가열하여 켄칭으로써 저지한 변화를 약간 진행시켜 꼭 알맞은 특성을 가지게 만드는 탬퍼링(tempering), 가열하여 천천히 식힘으로써 금속재료의 뒤틀림을 바로잡거나 상의 변화를 충분히 끝나게 하여 안정상태로 만드는 어닐링(annealing)풀림 등이 있다.

한편, 길이방향으로 길게 형성되는 강관의 열처리를 위하여 종래에는 강관용 열처리로를 박스형으로 길게 형성하여 그 내부를 통과하는 과정에서 가열, 켄칭, 어닐링 등을 수행하였다.

도 1은 종래의 열처리 장치를 나타낸 개요도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 박스형 열처리로(5)의 내부에는 열처리를 위한 공간이 형성되며 그의 외곽에는 화염분사장치(2) 등의 열처리를 위한 각종 가열수단 내지 냉각수단 등이 구비될 수 있다.

또한, 상기 열처리로(5)의 양측면을 관통하는 복수개의 회전축(3)이 소정간격을 두고 상기 강관(1)의 진행방향에 수직으로 상호 평행하게 배열되어 회전가능하게 설치되며, 상기 회전축(3)의 중앙부에 강관의 외경에 대응되는 홈부가 형성된 안착부(4)가 구비된다. 따라서, 상기 회전축(3)이 회전됨에 따라 상기 강관(1)이 서서히 이송되면서 열처리된다.

그러나, 종래기술에 의하면 상기 강관이 안착부에 안착된 상태에서 진행되면서 가열되거나 켄칭됨에 따라 원형에서 납작한 타원형으로 변형되는 문제점이 있었다. 이로 인해, 상기 열처리 후 상기 강관은 다시 원형으로 복원하기 위한 보정장치가 필요하며 보정작업을 위한 시간이 소요되어 생산성 및 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 회전축 및 그를 통해 열이 전도되는 안착부는 지속적으로 가열됨에 따라 고온열화된 상태이므로 그에 접촉되는 강관의 외면이 국지적으로 융착되거나 작은 마찰에도 표면에 스키드 스크래치가 발생되어 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

한국 등록실용신안 제20-28445호

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고온 열처리 과정에서 강관의 변형을 최소화하며 열처리 작업의 효율성을 개선하는 강관 열처리 장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 열처리를 위한 열처리수단이 연결되며, 내부에 강관이 이송되면서 열처리되기 위한 열처리 공간이 상기 강관의 길이방향을 따라 연장되어 형성되는 열처리로; 상기 열처리로의 양측벽부를 관통하여 회전가능하게 배열되되, 수직단면으로부터 상기 강관의 이송방향 측으로 설정된 각도 경사지게 배열되는 복수개의 회전축; 상기 강관의 외면이 전방측 및 후방측에 상호 교차하여 접촉되도록 중앙부로부터 외측으로 갈수록 확관되어 형성되어 좌측 및 우측 구배면이 형성되되, 내부에 공기단열층이 형성되어 상기 강관의 자중에 의해 탄성적으로 변형되는 중공형 부재로 이루어지며 양측단이 상기 회전축 외면에 용접되어 고정되는 안착부; 및 상기 안착부와 상기 회전축 간의 용접된 부분 외측에는 양단이 상기 안착부의 측면부와 상기 회전축의 외면에 용접되어 내측에 중공형 단열층이 형성되는 보호커버를 포함하는 강관 열처리 장치를 제공한다.

여기서, 상기 각 회전축의 단부는 그와 인접하는 전방측 및 후방측 회전축과 간격을 두고 각각 상기 회전축의 배치방향과 수직으로 배치되는 체인에 의해 상호 연통하여 회전되도록 연결됨이 바람직하다.

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본 발명의 상기의 해결 수단을 통해서 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본원발명에 의하면 강관 안착부의 좌측 및 우측 구배면이 대칭적으로 확관되는 형상으로 경사지게 배치되어 회전되는 구조에 의하여 열처리대상 강관이 전진 이송됨과 동시에 자전됨으로써 자중에 의하여 납작하게 변형되지 않고 열처리 후 원형을 최대한 유지할 수 있으므로 강관의 열처리 품질 및 생산성이 현저히 향상될 수 있다.

둘째, 상기 안착부가 중공형으로 형성되어 단열층으로 기능함과 동시에 상기 강관을 부드럽게 탄성적으로 지지하므로 상기 강관의 외면이 국지적으로 융착되거나 작은 마찰에도 표면에 스키드 스크래치가 발생되는 현상을 최소화하여 열처리된 제품의 품질을 현저히 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 열처리 장치의 개요도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 강관 열처리 장치의 평면 투영도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 강관 열처리 장치의 종단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 강관 열처리 장치의 주요부 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 적용되는 회전축 및 안착부의 단면확대도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 적용되는 안착부 및 보호커버의 단면확대도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강관 열처리 장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 강관 열처리 장치의 평면 투영도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 강관 열처리 장치의 종단면도이다.

도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 강관 열처리 장치는 열처리로(10), 회전축(20), 그리고 안착부(30)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 열처리로(10)는 내부에 강관(1)이 이송되면서 열처리되기 위한 열처리 공간이 상기 강관(1)의 길이방향을 따라 연장되어 형성된다. 또한, 상기 열처리로(10)의 외측에는 상기 강관(1)의 가열을 위한 화염분사장치(60) 등과 같은 열처리수단이 연결된다. 이때, 종래에는 박스형 열처리로의 내부에 각이 진 모서리 영역에서 화염기류가 정체되면서 기류가 원활히 확산되지 않았으나, 본원발명에 따른 열처리로(10)의 단면 형상은 원형으로 이루어져 열처리를 위한 상기 화염분사장치(60)의 분사노즐을(61) 통해 분사되는 화염기류가 원형의 내벽면을 따라 원활히 유동 및 확산되면서 강관(1)의 효율적인 열처리에 사용될 수 있으므로 에너지 효율이 향상될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 강관 열처리 장치의 주요부 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 적용되는 회전축 및 안착부의 단면확대도이다.

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 회전축(20)은 상기 열처리로(10)의 양측벽부를 관통하여 회전가능하게 연결되되 강관의 길이방향을 따라 복수개소에 간격을 두고 배열됨이 바람직하다. 또한, 상기 각 회전축(20)은 지면에 수평하게 배치되되 상기 열처리로(10)의 수직단면(N)으로부터 상기 강관(1)의 이송방향 측으로 설정된 각도(θ) 경사지게 배열된다. 여기서, 상기 수직단면(N)은 상기 강관(1)의 이송방향에 수직인 단면을 의미한다.

또한, 상기 안착부(30)는 상기 회전축(20)에 구비되되, 상기 강관(1)의 외면이 접촉되어 안착되도록 좌측 및 우측 구배면(31,32)이 형성된다. 이때, 상기 각 회전축(20)에는 하나 이상 복수개의 안착부(30)가 각각 구비되어 상기 열처리로(10)의 횡방향를 따라 동시에 복수개의 강관(1)이 배열되어 전진 이송되면서 열처리되도록 함이 바람직하다. 이를 통해, 한꺼번에 다수의 강관을 열처리함으로써 열처리 작업시간을 단축시킬 수 있다.

여기서, 상기 각 회전축(20)의 단부는 그와 인접하는 전방측 및 후방측 회전축과 간격을 두고 각각 상기 회전축(20)의 배치방향과 수직으로 배치되는 체인(59)에 의해 상호 연동하여 회전되도록 연결됨이 바람직하다. 상세히, 상기 열처리로(10)의 외측으로 노출되는 상기 각 회전축(20)의 단부가 경사지게 돌출되므로, 상기 각 회전축(20)의 단부 내외측에는 소정간격을 두고 내측 및 외측 스프라켓(55a,55b)이 구비되며, 내측 스프라켓(55a)은 후방측 회전축의 후방외측 스프라켓(56b)과 체인으로 연결되며, 외측 스프라켓(55b)은 전방측 회전축의 전방내측 스프라켓(57a)과 지그재그 형상으로 교반하여 연결된다.

이때, 상기 각 회전축(20)의 원활한 회전을 보장하기 위하여, 상기 회전축(20)과 체인(59)의 연결각도는 수직으로 배치됨이 바람직하며, 이를 위해, 상기 외측 스프라켓(55b)은 내측 스프라켓(55a)으로부터 이러한 수직 배치구조를 유지하도록 여유간격을 두고 배치된다.

한편, 상기 좌측 구배면(31) 및 상기 우측 구배면(32)은 상호 대칭적으로 중앙부로부터 외측으로 갈수록 확관되어 형성되며, 상기 회전축(20) 및 안착부(30)가 상기 수직단면(N)에 설정된 각도(θ)만큼 경사지게 배치되므로 원형 단면을 갖는 상기 강관(1)의 외면은 상기 각 구배면(32,32)의 전방측 및 후방측에 상호 교차하여 접촉된다.

따라서, 상기 안착부(30)가 회전되면 상기 강관(1)은 전진이송됨과 동시에 일방향으로 자전된다. 즉, 상기 안착부(30)에 상기 강관(1)은 그의 자중에 의해 탄성적으로 미세하게 변형된 상태로서 이송방향을 따라 선접촉되는데, 이렇게 접촉되는 상태에서 상기 안착부(30)가 회전됨에 따라 선접촉되는 부분의 높이 차이가 좌우측에서 상호 상반되도록 교차되므로 상기 강관(1)이 자전되는 회전력을 발생시킨다.

상세히, 도 5를 참조하면, 상기 강관(1)이 전진이송방향을 따라서 살펴보면 상기 좌측 구배면(31)과 상기 강관(1)의 선접촉되는 부분은 미세하게 상기 좌측 구배면(31)의 높은 부분(31a)에서 낮은 부분(31b)으로 이동된다. 반면에, 상기 우측 구배면(32)과 상기 강관의 선접촉되는 부분은 미세하게 상기 우측 구배면(32)의 낮은 부분(32a)에서 높은 부분(32b)으로 이동된다.

따라서, 상기 강관(1)에서 상기 좌측 구배면(31)에 접하는 부분은 하강되고 상기 우측 구배면(32)에 접하는 부분은 상승되므로, 결과적으로 상기 강관은 반시계방향으로 자전된다.

이와 같이, 상기 열처리로(10) 내부에서 열처리되면서 전진 이송되는 강관(1)이 동시에 일방향으로 지속적으로 자전되므로 그의 자중이 일방향으로 작용되지 않으므로 가열됨에 따라 자중에 의해 상기 강관(1)의 단면이 납작하게 타원형으로 변형되지 않고 원형을 유지할 수 있다. 이를 통해, 변형을 보정하기 위한 별도의 보정장치 내지 공정을 요하지 않아 생산성을 향상시키면서도 경제적인 열처리 작업을 수행할 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 열처리과정에서 과도하게 가열되는 것을 방지하도록 상기 회전축(20)의 내부에는 냉각유로(71)가 형성됨이 바람직하다. 상세히, 상기 냉각유로(71)는 회전축의 내부가 중공형을 이룸에 따라 형성되며, 상기 냉각유로(71)의 내측에는 냉각수 공급관(72)이 삽입 배치되어 전체적으로 이중관 형태로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 열처리로(10) 측벽을 관통하여 외측으로 노출된 타단부에는 냉각수가 공급되는 회전식 연결관(73)이 구비되며, 상기 회전식 연결관(73)의 단부에 냉각수 공급관(72)이 연결된다. 따라서, 상기 냉각수 공급관(72)을 통해 공급되는 냉각수는 상기 냉각유로(71)로 토출되어 상기 회전축(20)의 내주면을 냉각한 후 외부로 배출된다. 이를 통해, 열처리를 위해 가열되는 회전축(20)이 과열되어 손상되는 것을 방지할 수 있다. 물론, 상기 냉각수의 공급방향은 경우에 따라 냉각유로(71)로부터 냉각수 공급관(72)으로 흐르는 방식으로 변경될 수도 있다.

또한, 상기 회전축(20)의 외주면에는 절연부재(24)가 구비되어 열처리로(10) 내부의 화염에 의해 회전축이 과열되는 것을 완화함이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 적용되는 안착부 및 보호커버의 단면확대도이다.

도 6에서 보는 바와 같이, 상기 안착부(30)는 내부에 공기단열층이 형성되는 중공형 부재로 이루어진다. 이와 같이, 상기 안착부(30) 내부가 중공형으로 형성됨으로써 그 상부에 안착되는 상기 강관(1)의 자중에 의해 상기 안착부(30)도 탄성적으로 변형되어 전술된 바와 같은 상기 강관(1)과 부드럽게 선접촉되어 그의 자전을 더욱 원활하게 할 수 있으며, 상기 강관(1)의 외면에 스크래치가 발생되는 것을 최소화할 수 있다.

더욱이, 상기 안착부(30)의 내부는 공기단열층으로도 기능하여, 전술된 냉각수에 의해 냉각되는 회전축(20)의 냉각상태가 상기 안착부(30)에 그대로 전달되어 급격한 온도차이가 발생되지 않도록 함과 아울러, 그의 상면에 안착되는 강관(1)이 급격한 온도차로 인해 변형 내지 손상되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 안착부(30)는 그 중앙부가 상기 회전축(20)의 외면에 지지되고 그 양측단부는 상기 회전축(20) 외면에 용접되어 고정된다.

여기서, 상기 안착부(30)와 상기 회전축(20) 간의 용접된 부분 외측에는 양단이 상기 안착부(30)의 측면부와 상기 회전축(20)의 외면에 용접되어 내측에 중공형 단열층이 형성되는 보호커버(80)가 구비됨이 바람직하다. 즉, 상기 보호커버(80) 및 그의 내측에 형성되는 공기단열층에 의하여 상기 안착부(80)와 회전축(20) 간의 용접부위가 열처리로 내부에 발생되는 화염기류에 의해 고온으로 급격히 가열되지 않도록 할 수 있으며, 상기 안착부(30)와 상기 회전축(20) 간의 용접 부분이 급격한 온도차이로 인해 취약해지는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 도 6에서 삼각형태로 검게 해칭된 부분이 용접부위를 나타내는데, 이와 같이 상기 보호커버(80)가 상기 안착부(30)와 회전축(20) 간의 용접결합 개수를 증가시키므로 상기 회전축(20)과 상기 안착부(30) 간의 안정적인 결합구조가 보강될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1: 강관 10: 열처리로
20: 회전축 30: 안착부
31: 좌측 구배면 32: 우측 구배면
59: 체인 71: 냉각유로
72: 냉각수 공급관 73: 회전식 연결관
80: 보호커버

Claims (5)

1. 열처리를 위한 열처리수단이 연결되며, 내부에 강관이 이송되면서 열처리되기 위한 열처리 공간이 상기 강관의 길이방향을 따라 연장되어 형성되는 열처리로;
   상기 열처리로의 양측벽부를 관통하여 회전가능하게 배열되되, 수직단면으로부터 상기 강관의 이송방향 측으로 설정된 각도 경사지게 배열되는 복수개의 회전축;
   상기 강관의 외면이 전방측 및 후방측에 상호 교차하여 접촉되도록 중앙부로부터 외측으로 갈수록 확관되어 형성되어 좌측 및 우측 구배면이 형성되되, 내부에 공기단열층이 형성되어 상기 강관의 자중에 의해 탄성적으로 변형되는 중공형 부재로 이루어지며 양측단이 상기 회전축 외면에 용접되어 고정되는 안착부; 및
   상기 안착부와 상기 회전축 간의 용접된 부분 외측에는 양단이 상기 안착부의 측면부와 상기 회전축의 외면에 용접되어 내측에 중공형 단열층이 형성되는 보호커버를 포함하는 강관 열처리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 각 회전축의 단부는 그와 인접하는 전방측 및 후방측 회전축과 간격을 두고 각각 상기 회전축의 배치방향과 수직으로 배치되는 체인에 의해 상호 연통하여 회전되도록 연결됨을 특징으로 하는 강관 열처리 장치.
   

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