KR101289109B1 - 분위기 가열장치 - Google Patents

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Abstract

분위기 가열장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 분위기 가열장치는 강판을 가열하기 위한 가열대; 가열대에서 가열된 강판을 후공정의 조업온도로 냉각하는 냉각대; 및 가열대와 냉각대 사이에 설치되어 분위기 가열장치의 초기 가동시 냉각대의 내부 분위기 온도가 조업온도로 상승되도록 가열대의 열기를 냉각대로 공급하는 열기공급부;를 포함한다.

Description

분위기 가열장치 {ATMOSPHERE HEATING APPARATUS}
본 발명은 가열대와 냉각대를 포함하는 분위기 가열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각대의 온도 조절을 신속하게 할 수 있도록 개선한 분위기 가열장치에 관한 것이다.
일반적으로 용융아연도금라인과 같이 연속적으로 강판을 이동시키며 조업하는 장치에는 공급되는 강판 스트립의 열처리 용도에 적합한 재질을 확보하며, 스트립 표면 환원으로 도금 밀착성을 확보하기 위해 강판 스트립의 온도를 조절하는 분위기 가열장치가 사용된다.
이러한 분위기 가열장치는 연속적으로 공급되는 스트립의 내부 응력이나 결정조직을 조정하기 위해 일정온도와 분위기에서 스트립을 열처리한 후 냉각시킨다.
분위기 가열장치는 예열대, 직화로, 가열대, 균열대, 예비냉각대, 냉각대(Cooling Section) 최종 냉각대(Final Cooling Section)로 이루어진다.
예열대는 직화로의 폐가스를 이용하여 스트립의 온도를 200~280℃로 예열하고 직화로의 압력을 조절하는 기능을 갖는다.
강판 스트립은 가열대 이후에 N2-H2 혼합가스의 환원분위기에서 진행되며, 가열대 및 균열대에서 강판 스트립의 온도는 850~900℃ 정도가 되고, 냉각대에서 대략 550℃로 냉각된 후, 최종 냉각대에서 후공정, 일례로 아연도금공정의 경우 아연욕 온도범위인 470~480℃로 조정되어 스나우트부를 통해 도금욕에 침지된다.
여기서 냉각대는 가열대 및 균열대를 거쳐 가열된 고온의 스트립을 적정 온도로 냉각시키게 된다.
이러한 분위기 가열장치는 초기 가동시 또는 장시간 조업이 중단된 후 재가동할 경우와 같이, 냉각대의 온도 조절이 필요할 경우 냉각대 내부의 온도를 신속하게 조절할 수 없다.
특히, 종래의 분위기 가열장치는 초기 가동전에는 내부 분위기의 온도가 목표온도에 도달하지 못하므로, 내부 분위기의 온도를 목표 온도로 가열, 유지시키는 과정이 필요하다.
이를 위해, 가열대에는 열을 지속적으로 공급하여 내부 분위기의 온도를 목표온도로 상승시킨다.
한편, 냉각대는 냉각을 위한 팬이 포함되며, 초기 가동시 냉각대 내부의 분위기를 적정 목표온도로 상승 또는 유지하기 위한 전열히터(Electric Heater)를 포함한다. 이와 같이, 종래의 냉각대는 초기 가동시 전열히터를 가동시켜 내부 분위기 온도를 상승 또는 유지하고 있다.
그러나, 종래에는 전열히터의 공급열량의 제한 등으로 인해 전열히터만으로 내부 온도를 상승시키는데 제한이 있다. 이에 따라 종래의 냉각대는 전열히터와 함께 초기 가동시 가열대에서 가열되어 공급되는 강판 스트립으로부터 전달되는 열에 의해 내부 분위기 온도를 상승시키고 있으나, 초기 가동시 냉각대를 적정 온도로 상승시키기 위해 불필요한 스트립, 일례로 더미 스트립의 진행, 공급되고 있으며, 이에 따라 더미 스트립의 가동으로 인한 에너지가 낭비되고 있으며, 품질안정화 과정에서 불필요한 더미 스트립이 소요되거나 발생할 수 있다.
또한, 종래에는 품질안정화를 위해 냉각대의 내부 분위기 온도로 상승시키는 시간이 장시간 소요되고 있으며, 이에 따라 장시간 동안 정상조업이 불가능하여 생산성이 저하되는 등의 문제가 있어, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 가열대 및 적어도 냉각대를 포함하는 분위기 가열장치에서 초기 가동시 또는 장시간 중지후 재가동이 이루어지는 경우, 가열대의 고온 분위기의 열기를 냉각대로 공급하여 냉각대의 내부 분위기 온도를 빠르게 상승 또는 유지하도록 한 분위기 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 분위기 가열장치는 적어도 가열대와 냉각대를 포함하는 분위기 가열장치에 있어서, 가열대와 냉각대를 연통하도록 제공되며, 적어도 분위기 가열장치의 초기 가동시 가열대의 고온 분위기의 열기를 이용하여 냉각대의 온도를 조절하는 냉각대 온도조절부;를 포함한다.
여기서, 냉각대 온도조절부는 가열대와 냉각대 사이에 연결되어 가열대의 분위기의 열기가 냉각대로 전달되도록 제공된 배관과, 배관에 설치되어 가열대에서 냉각대로 전달되는 열기를 조절하는 개폐밸브를 포함할 수 있다.
또한, 배관에 구비되어 가열대의 열기를 냉각대로 순환시키는 송풍부를 더 포함할 수 있다.
또한, 배관에 구비되어 냉각대의 저온 분위기의 냉기가 가열대로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 배관의 일측은 가열대의 상부에 연결되고, 배관의 타측은 냉각대의 하부에 연결될 수 있다.
한편, 가열대와 냉각대에는 제1온도센서와 제2온도센서가 설치되고, 제1온도센서와 제2온도센서에 감지된 온도에 따라 개폐밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 제1온도센서에 의해 감지되는 가열대의 온도가 목표온도 미만일 경우, 가열대로 공급되는 열량을 증가시키도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분위기 가열장치의 초기 가동시 가열대의 열기가 배관을 통해 냉각대로 공급되도록 하여 빠른 시간 내에 냉각대의 온도를 상승시킬 수 있고, 이로 인해 전열히터의 가열 시간을 단축할 수 있어 전력 사용량을 줄일 수 있고, 제품 생산 가능 시간을 단축시켜 실수율 향상 및 제조원가 하락을 통한 생산비용을 저감할 수 있다. 또한, 본 실시예의 분위기 가열장치는 초기 가동시 냉각대의 내부 분위기 온도를 상승시키기 위한 불필요한 스트립의 공급 및 이로 인한 열전달이 불필요하여 불필요한 스트립의 생산을 방지 또는 감소할 수 있으며, 불필요한 공정을 줄일 수 있어 초기 가동시 가동준비시간을 단축시킬 수 있고, 이로 인해 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 가열대에서 소비되는 열원을 내각대로 공급하여 재활용하도록 함으로써 폐열의 재활용으로 인한 에너지 절감 효과가 있으며, 전체적인 생산비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분위기 가열장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분위기 가열장치를 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분위기 가열장치의 냉각대 온도조절부를 간략하게 도시한 구성도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분위기 가열장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분위기 가열장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 분위기 가열장치(10)는 강판 스트립(S)이 연속적으로 공급되는 라인에 적용되며, 일례로 본 실시예에서 분위기 가열장치(10)는 용융아연도금라인에 적용될 수 있다.
본 실시예에서, 분위기 가열장치(10)는 용융아연도금라인으로 공급되는 강판 스트립(S)의 내부 응력을 감소시키고, 가공하기 적당한 연성을 갖도록 할 수 있다.
이를 위해, 분위기 가열장치(10)는 예열대(20), 직화로(30), 가열대(40), 균열대(50), 예비냉각대(60), 냉각대(Cooling Section)(70), 최종 냉각대(Final Cooling Section)(80)로 이루어지며, 이러한 일련의 공정이 연속적으로 진행되도록 제공될 수 있다.
이러한 분위기 가열장치(10)는 내부에 다수의 롤러(R)가 서로 이격되어 설치되며, 이들 롤러(R)에 의해 강판 스트립(S)이 지지되며 연속적으로 이동할 수 있다.
용융아연도금라인의 초기 가동을 위해서는 분위기 가열장치(10)의 가열대(40) 온도를 충분히 확보하여야 한다. 이를 위해서 용융아연도금라인의 초기 가동전에 최소 몇 시간 전부터 가열대(40)를 가열할 수 있다.
가열대(40)에는 가열원으로 다수의 (도시되지 않은) 히터가 구비될 수 있으며, 이러한 히터를 가동시켜 내부 온도를 상승시킬 수 있다.
이때, 가열대(40)의 히터는 천연가스(NG) 또는 코크스 오븐 가스(COG)를 원료로 내부를 가열할 수 있으며, 전기 등의 다른 열원을 내용하여 내부 온도를 조절할 수 있다.
균열대(50)는 가열대(40)에서 가열된 강판 스트립(S) 사이의 온도 편차를 감소시킨다.
또한, 균열대(50)의 후단에는 예비냉각대(60)가 구비되어, 강판 스트립(S)의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있다.
또한, 냉각대(70)는 가열대(40)에서 가열된 강판 스트립(S)을 적정 온도로 냉각 또는 상승시켜 일정한 온도를 유지하게 되며, 이에 따라 강판 스트립(S)을 후공정의 적정 조업온도로 유지시킬 수 있다. 이를 위해 냉각대(70)에는 냉기를 공급하기 위한 다수의 냉각팬(72)이 설치될 수 있다.
이와 같이, 가열대(40)에서 고온으로 가열된 강판 스트립(S)이 냉각대(70)를 통과하는 과정에서 아연도금에 적정한 온도로 냉각되어 아연도금조로 공급되므로, 아연도금 품질을 향상시킬 수 있다.
일례로, 이러한 후공정으로 아연도금공정이 적용될 수 있다. 즉, 강판 스트립(S)은 가열대(40) 및 균열대(50)의 고온 분위기에 의해 약 850~900℃ 정도가 되고, 냉각대(70)에서 대략 550℃로 냉각된 후, 최종 냉각대(80)에서 후공정인 아연도금공정의 아연욕 온도범위인 470~480℃로 조정되어 스나우트부를 통해 도금욕에 침지될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 냉각대(70)는 초기 가동시 또는 장시간 중단후 재가동시와 같이, 내부 분위기의 온도가 적정 냉각온도로 유지되지 못할 경우, 냉각대(70)의 내부 분위기 온도를 적정 냉각온도에 도달하도록 내부 공기를 가열할 수 있다.
이를 위해, 본 실시예에서 냉각대(70)에는 내부의 공기를 가열하기 위한 (도시되지 않은) 전열히터를 포함할 수 있다. 전열히터는 전력을 사용하여 내부 공기를 가열할 수 있다.
더불어, 본 실시예에서 가열대(40)와 냉각대(70)를 연통하도록 제공된 냉각대 온도조절부(100)를 포함할 수 있다.
냉각대 온도조절부(100)는 가열대(40)의 고온 분위기의 열기를 이용하여 냉각대(70)의 온도를 조절할 수 있다.
이를 위해 냉각대 온도조절부(100)는 가열대(40)의 고온 분위기의 열기를 냉각대로 전달하기 위해 가열대(40)와 냉각대(70)를 연통하도록 제공된 배관(102)을 포함할 수 있다. 이 배관(102)은 가열대(40)의 고온 분위기의 열기가 냉각대(70)로 전달하는 유로로 사용될 수 있다.
그리고, 이 배관(102)에는 가열대(40)의 열기가 냉각대로 공급되는 것을 조절하기 위한 개폐밸브(104)가 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분위기 가열장치의 냉각대 온도조절부를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3을 참고하면, 냉각대 온도조절부(100)의 열기 공급을 제어하는 개폐밸브(104)는 사용자에 의해 수동으로 개폐 조작될 수 있으며, 제어부(108)와 연결되어 자동으로 개폐 조작되는 것도 가능하다.
또한, 가열대(40)의 내부 공기 중 가열된 공기는 상부에 모이므로, 배관(102)의 일측, 즉 입구측을 가열대(40)의 상부에 연결하여 고온의 공기가 공급될 수 있도록 한다.
그리고, 배관(102)의 타측, 즉 출구측은 냉각대(70)의 하부에 연결하여 고온의 공기가 하부로부터 상승하며 냉각대(70) 내부를 가열하도록 제공될 수 있다.
또한, 배관(102)의 입구측 및 출구측에는 다수개로 분기된 유로를 갖는 분기관이 설치될 수 있으며, 이 분기관에는 열기를 확산시키기 위한 노즐 등이 설치되는 것도 가능하다.
한편, 가열대(40)의 내부에는 제1온도센서(108a)가 설치될 수 있다. 제1온도센서(108a)는 제어부(108)와 연결될 수 있다.
한편, 제어부(108)는 제1온도센서(108a)에 감지되는 가열대(40) 내부의 온도가 적정온도 미만일 경우, 개폐밸브(104)를 잠그거나 가열대(40)로 공급되는 열량을 증가시켜 가열대(40) 내부의 온도를 적정온도로 유지시킬 수 있다.
또한, 냉각대(70)의 내부에는 제2온도센서(108b)가 설치될 수 있다.
제2온도센서(108b)는 냉각대(70) 내부의 온도를 측정하여, 이를 제어부(108)로 전달할 수 있다.
제어부(108)는 초기 가동시 제2온도센서(108b)에 측정되는 온도값에 의해 내부 온도가 낮다고 판단되면, 제1온도센서(108a)에 감지된 가열대(40)의 내부 온도를 고려하여 개폐밸브(104)의 개방 정도를 조절함으로써 가열대(40)의 열기가 냉각대(70)로 공급되도록 제어할 수 있다.
더불어, 제어부(108)는 제2온도센서(108a)에 측정되는 냉각대(70)의 온도가 적정온도 이하일 경우, 가열대(40)로 공급되는 열량을 증가시켜 고온의 열기가 냉각대(70)로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 배관(102)에는 가열대(40)의 열기를 냉각대로 강제로 순환시키기 위한 송풍부가 구비될 수 있으며, 이러한 송풍부의 일례로 배관(102)에 설치되는 블로워(blower)(106)를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 개폐밸브(104)는 블로워(106)의 양측에 설치될 수 있다. 즉, 개폐밸브(104)는 블로워(106)의 전단부에 설치된 제1개폐밸브(104a) 및 후단부에 설치된 제2개폐밸브(104b)를 포함할 수 있다. 제1개폐밸브(104a) 및 제2개폐밸브(104b)는 제어부(108)에 의해 동시에 개폐 작동되도록 제어될 수 있으며, 블로워(106)를 수리하거나 고장 등이 발생할 경우, 배관(102)의 양측을 폐쇄하도록 작동되어 냉기 또는 열기의 순환을 차단할 수 있다.
또한, 제어부(108)는 제1온도센서(108a)에 감지된 가열대(40)의 내부 분위기의 온도가 적정 조업온도 미만일 경우, 개폐밸브(104)를 닫고 블로워(106)의 작동을 중지시켜 가열대(40)의 내부 분위기 온도를 빠르게 상승시킬 수 있다. 또한, 제어부(108)는 제1온도센서(108a)에 감지된 가열대(40)의 내부 분위기의 온도가 적정 조업온도에 근접하면, 가열대(40)에서 냉각대(70)로 공급되는 열기량이 증가하도록 개폐밸브(104)의 개방량을 조절할 수 있다.
또한, 배관(102)의 일측에는 냉각대(70)의 공기가 가열대(40)로 역류하는 것을 방지하기 위한 체크밸브(110)가 더 구비될 수 있다.
체크밸브(110)는 초기 가동시 가열대(40)의 열기가 냉각대(70)로 공급되는 것을 허용하되, 정상 조업과정에서 냉각대(70)의 공기가 가열대(40)로 역류되어 가열대(40) 내부 분위기 온도를 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
일례로, 체크밸브(110)는 초기 가동시 블로워(106)에 의해 가열대(40)의 냉기가 냉각대(70)로 공급되는 과정 등에서 블로워(106) 등의 갑작스런 작동불가시, 냉각대(70)의 공기가 가열대(40)로 역류되어 제품 품질을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 분위기 가열장치(10)의 내부, 일례로 가열대(40), 균열대(50), 냉각대(70), 최종 냉각대(80) 등에 공급되는 공기는 N2-H2 혼합가스를 포함할 수 있으며, 이러한 혼합가스에 의해 분위기 가열장치(10)의 내부는 환원성 분위기가 유지되어 강판 스트립(S)의 산화 등을 억제할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10 : 분위기 가열장치 20 : 예열대
30 : 직화조 40 : 가열대
50 : 균열대 70 : 냉각대
80 : 최종 냉각대 100 : 냉각대 온도조절부
102 : 배관 104 : 개폐밸브
104a : 제1개폐밸브 104b : 제2개폐밸브
106 : 블로워 108 : 제어부
108a : 제1온도센서 108b : 제2온도센서
110 : 체크밸브

Claims (7)

  1. 적어도 가열대와 냉각대를 포함하는 분위기 가열장치에 있어서,
    적어도 상기 분위기 가열장치의 초기 가동시 상기 가열대의 고온 분위기의 열기를 이용하여 상기 냉각대의 온도를 조절하도록, 일측은 상기 가열대의 상부에 연결되고, 타측은 상기 냉각대의 하부에 연결되며, 상기 가열대의 열기를 상기 냉각대로 순환시키는 송풍부를 구비하는 배관과,
    상기 배관에 설치되어 상기 가열대에서 상기 냉각대로 전달되는 열기를 조절하는 개폐밸브를 제공하는 냉각대 온도조절부;
    를 포함하며,
    열기를 수집 내지 확산시키도록, 상기 배관의 일측과 타측에는 다수 개로 분기된 유로를 갖는 분기관이 제공되는 것을 특징으로하는 분위기 가열장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각대 온도조절부는 상기 가열대에서 전달된 열기를 상기 냉각대에 설치된 롤러로 분사하는 것을 특징으로하는 분위기 가열장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배관에 구비되어 상기 냉각대의 저온 분위기의 냉기가 상기 가열대로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 가열장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열대와 상기 냉각대에는 제1온도센서와 제2온도센서가 설치되고,
    상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서에 감지된 온도에 따라 상기 개폐밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 가열장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1온도센서에 의해 감지되는 상기 가열대의 온도가 목표온도 미만일 경우, 상기 가열대로 공급되는 열량을 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 분위기 가열장치.
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