KR101329808B1 - 아연도금강판 제조 공정용 튜브히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아연도금강판 제조 공정용 튜브히터에 관한 것으로, 아연도금강판 제조 공정에서 가열로 내부에 마련되어 강판을 가열하는 전열히터에 있어서, 상기 전열히터를, 상기 강판의 일측 가장자리의 일정폭을 가열하는 제1전열엘리먼트가 마련된 제1발열부; 상기 강판의 타측 가장자리의 일정폭을 가열하는 제2전열엘리먼트가 마련된 제2발열부; 및 상기 강판의 중심부에 대응되어 상기 제1발열부와 제2발열부의 사이에 개재(介在)되는 부분이고, 전열엘리먼트가 마련되지 않아 발열이 이루어지지 않는 비발열부;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

아연도금강판 제조 공정용 튜브히터{TUBE HEATER FOR MANUFACTURING PROCESS OF GALVANIZED SHEET IRON}

본 발명은 아연도금강판 제조 공정용 튜브히터에 관한 것으로, 더 상세하게는 연속 아연도금강판 제조 공정의 소둔로나 합금화로에서 강판의 가장자리를 중심부보다 더 가열하여 강판의 아연 도금욕 과정이나 아연 합금화 과정에서 별도의 보열장치 없이도 강판의 가장자리와 중심부가 균일한 온도를 유지하게 하는 아연도금강판 제조 공정용 튜브히터에 관한 것이다.

근래, 자동차 연비 개선의 목적으로 자동차 보디를 경량화하면서, 아연도금강판에 대한 수요가 대폭 늘고 있다. 백색가전제품의 하우징으로도 아연도금강판이 널리 사용되고 있다. 이때 사용되는 아연도금강판은 두께 0.2mm ~ 5mm의 스트립(strip) 형상이다. 일반적으로 아연도금강판은, 냉간 압연 강판 성형 단계, 소둔로 내에서의 열처리에 의한 강판 소둔 단계, 아연 도금욕 단계, 냉각 및 아연 도금층 평탄화 단계, 합금화로 내에서의 열처리에 의한 아연 합금화 단계를 거쳐 만들어진다. 종래에는 강판의 폭이 760mm ~ 1860mm인 경우가 대부분이었지만, 근래에는 2,000mm이상의 폭을 가진 강판도 만들어진다.

종래, 소둔로 또는 합금화로에서는 강판을 가열하기 위한 히터가 설치되는데, 이 히터는 강판의 전폭(全幅)에 걸쳐 균일한 열량으로 강판의 상하 표면을 이격(離隔) 가열한다. 이처럼 아연 강판을 소둔로 또는 합금화로 내에서 전폭에 걸쳐 균일한 열량으로 상하 표면을 가열할 경우, 가열 도중 강판에 전달된 열량은 주로 측면(edge)을 통해 방출되므로, 강판의 중심부 온도가 가장 높게 유지되고, 가장자리로 갈수록 온도가 낮게 유지된다. 소둔로를 벗어난 강판은 합금화로에 투입되기 전에 도금욕을 위하여 도금조에 투입되고, 도금욕이 끝난 후에 급냉 및 도금층 평탄화 과정을 거치게 되는데, 이 과정에서도 강판의 열 방출이 측면을 통해 더 많이 이루어지므로 강판의 중심부보다는 강판의 가장자리부터 빠르게 냉각되어 강판 중심부와 가장자리간의 온도편차는 더욱 커진다.

연속 아연도금강판 제조 과정에서 발생하는 이와 같은 강판의 중심부와 가장자리간 온도 편차는, 특히, 도금욕 후 냉각과정 및 아연 합금화 과정에서 다음과 같은 문제를 야기한다.

상술한 바와 같이, 강판은 아연 도금욕 후 냉각 및 아연 도금층 평탄화 과정을 거치는데, 아연의 도금욕 과정에서 강판의 가장자리 온도와 중심부의 온도 편차가 클 경우 아연 도금층이 불균일하게 형성되고 냉각 및 아연 도금층 평탄화 과정에서 강판의 가장자리 온도와 중심부의 온도 편차가 커질 경우 강판의 형태 변형이 발생한다.

상술한 바와 같이, 아연 도금층 평탄화 과정을 거친 후 합금화로 내에서 합금화 과정을 다시 거치는데, 합금화 과정에서 강판의 중심부와 가장자리에서의 온도 편차가 클 경우, 아연 합금화도가 달라져, 강판 중심부와 가장자리간의 합금화정도와 색상이 달라지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 종래에는 강판 에지부 열 보상장치에 의하여 해결하여 왔다(한국 등록실용신안 제20-167386호, 한국공개특허공보 제10-2009-48953호 등). 강판 에지부 열 보상장치는 강판을 도금한 후 합금화로에 강판을 투입하기 전에 강판 가장자리를 산소 버너에 의하여 가열함으로써, 강판 중심부와 가장자리간의 온도편차를 줄여 주는 장치이다. 그러나, 가열로 이외의 부가적인 연소 장치에 의하여 온도편차를 줄여줄 경우, 연소 과정에서 강판 표면을 오염시키고, 도금층에 변화를 줄 뿐만 아니라, 강판 생산 비용을 상승시키는 원인이 된다.

본 발명은 상술한 종래 아연도금강판의 제조 공정상의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 가열로에서 강판 중심부와 가장자리간의 온도편차를 최소화하면서 강판을 가열할 수 있는 튜브히터를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 전열히터를 튜브 내에 장치하는 경우에도 가열로에서 강판 중심부와 가장자리간의 온도편차를 최소화하면서 강판을 가열할 수 있는 튜브히터를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 제1과제는, 아연도금강판 제조 공정에서 가열로 내부에 마련되어 강판을 가열하는 전열히터가 내장된 튜브히터에 있어서, 상기 전열히터는, 상기 강판의 일측 가장자리의 일정폭을 가열하는 제1전열엘리먼트(electric heat radiant element)가 마련된 제1발열부와, 상기 강판의 타측 가장자리의 일정폭을 가열하는 제2전열엘리먼트가 마련된 제2발열부와, 상기 강판의 중심부에 대응되어 상기 제1발열부와 제2발열부의 사이에 개재(介在)되는 부분이고, 전열엘리먼트가 마련되지 않아 발열이 이루어지지 않는 비발열부를 포함하도록 구성함으로써 달성된다.

상술한 본 발명의 제2과제는 상기 전열히터의 비발열부에 단열재를 충전함으로써 달성된다.

본 발명에 의하면, 별도의 강판 에지부 열 보상 장치 없이도 강판의 가장자리와 중심부의 온도편차를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의하면, 아연 도금층을 균일하게 형성할 수 있고, 냉각 및 아연 도금층 평탄화 과정에서 강판의 형태 변형을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 강판 중심부와 가장자리 간의 합금화정도와 색상을 균일하게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전열히터가 적용되는 아연도금강판 제조 공정용 가열로의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열히터를 강판 및 튜브와 함께 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열히터와 튜브를 결합하여 형성한 튜브히터의 조립도이다.
도 4는 도 3에 도시된 튜브히터를 가열로 내부에 설치한 상태를 보여주는 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전열히터와 튜브를 결합한 튜브히터를 가열로 내부에 설치한 상태를 보여주는 평단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

아연도금강판 제조 공정에서 사용되는 가열로는 소둔로와 합금화로이다. 도 1에는 합금화로를 예시적으로 도시하였지만 본 발명에 따른 전열히터는 소둔로에도 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가열로(1)는 보온재로 밀폐된 공간이고, 강판의 투입 및 배출을 위하여 2개의 개구(5a, 5b)를 갖는다. 가열로(1) 내부에는, 다수의 튜브히터(25)가 마련되고, 강판(7)이 튜브히터(25)들 사이를 통과할 수 있게 강판(7)을 안내하는 다수의 롤러(3a, 3b)가 마련된다. 강판(7)은 상기 2개의 개구 중 입구(5a)에 투입되어 가열로(1) 내부에서 튜브히터(25)에 의하여 가열된 후 출구(5b)로 배출된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전열히터(9)는 강판(7)의 폭에 대응되게 형성된다. 도 2에는 강판(7)의 폭을 양측 가장자리(A, C)와 중심부(B)로 나누어 놓았지만, 가장자리(A, C)와 중심부(B)의 넓이는 강판의 종류, 두께 등에 따라 실시과정에서 조절할 수 있다.

본 발명의 특징은 이와 같은 아연도금강판 제조 공정에서 가열로 내부에 마련되어 강판을 가열하는 전열히터(9)가 내장된 튜브히터(25)에 있어서, 상기 전열히터(9)를, 상기 강판(7)의 일측 가장자리(A)의 일정폭을 가열하는 제1전열엘리먼트(15a)가 마련된 제1발열부(a)와, 상기 강판(7)의 타측 가장자리(C)의 일정폭을 가열하는 제2전열엘리먼트(15b)가 마련된 제2발열부(c)와, 상기 강판(7)의 중심부(B)에 대응되어 상기 제1발열부(a)와 제2발열부(b)의 사이에 개재(介在)되는 부분이고, 전열엘리먼트가 마련되지 않아 발열이 이루어지지 않는 비발열부(b)를 포함하여 구성한 데 있다.

상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)는 철크롬알루미늄(FeCrAl)합금, 니켈크롬(Ni-Cr)합금 등의 공지의 전열(電熱) 합금을 스트립 스라이럴(strip strip spiral)타입 또는 코일 타입으로 형성한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 막대형상의 절연심재(13)에 디스크 형상의 절연격판(11a ~ 11g)을 다수 결합하고, 상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)는 강판의 양측 가장자리(A, C)에 대응되는 절연격판과 절연격판의 사이(11a와 11b의 사이와 11e와 11f 사이)에 설치한다. 상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)는 전력을 투입하는 전원 단자(17a, 17b)와 리드선에 의하여 전기적으로 연결한다. 이렇게 함으로써 전열히터(9)에 전력이 투입될 경우 절연격판 11a와 절연격판 11b 구간에서는 발열이 이루어지고, 절연격판 11b와 절연격판 11e구간에서는 발열이 이루어지지 않으며, 절연격판 11e와 절연격판 11f구간에서는 발열이 이루어지고, 절연격판 11f로부터 전원단자(17a, 17b) 사이에서는 발열이 이루어지지 않는다.

이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 강판(7)의 양측 가장자리(A, C)에는 상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)는 방사열(radiant heat)에 의하여 중심부(B)에 비해 많은 열량이 가해지며, 강판(7)의 중심부(B)는 강판(7)의 양측 가장자리(A, C)의 전달된 열량의 일부가 전달된다. 따라서, 강판(7)의 중심부(B)의 온도와 가장자리(A, C)의 온도의 편차가 강판(7) 폭 전체를 가열할 때 비하여 현저하게 줄어드는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 상기 전열히터(9)를 스테인레스 튜브(19)에 내장한 것이다. 그러나 전열히터(9)를 튜브(19) 내에 장치할 경우, 튜브 내부 기체가 가열되어 비바열부에 열이 전달되기 쉽다. 따라서, 상기 전열히터(9)를 튜브(19) 내부에 장치할 때는, 상기 전열히터의 비발열부(b)에는 그라스울 등의 단열재(27)를 충전하는 것이 바람직하다. 이로 인해 튜브 내에서 비발열부(b)로의 열전달이 차단되는 것이다.

도 4는 도 1의 A-A' 절단선에 대한 평단면도이다. 따라서, 도면에서 튜브 히터(25) 상하에 배치된 강판(7)은 반대방향으로 진행하면서 가열된다. 본 발명에 따른 전열히터(9)를 내장한 튜브히터(25)는 가열로(1)의 보온재 또는 단열벽에 거치되어 설치되고, 강판(7)은 이 튜브히터(25)로부터 일정거리 이격 된 채 진행하면서 튜브히터(25)의 제1발열부(a) 및 제2발열부(c)에서 방사된 열량은 강판의 양측 가장자리(A, C)에 집중적으로 전달된 후 중심부(B)로 전도되어 전체적으로 온도 편차가 적게 가열된다.

도 5는 강판의 두께, 재질, 열전도도 또는 필요한 가열온도 등에 따라 전열히터의 발열부(a,c)와 비발열부(b)의 폭을 도 2 내지 4에 도시된 실시 예와 달리할 수 있음을 보여준다.

본 발명은 이와 같은 구성에 의하여, 별도의 강판 에지부 열 보상 장치 없이도 강판의 가장자리와 중심부의 온도편차를 최소화할 수 있고, 아연 도금층을 균일하게 형성할 수 있으며, 냉각 아연 도금층 평탄화 과정에서 강판의 형태 변형을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 강판 중심부와 가장자리 간의 합금화정도나 색상을 균일하게 유지할 수 있는 것이다.

이상 본 발명을 첨부한 도면에 도시된 실시 예에 의하여 설명하였으나, 본 발명의 보호 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 기재된 사항 및 이에 균등한 모든 실시 예에 미친다고 해석하여야 한다.

1 : 가열로 3a, 3b : 롤러
5a, 5b : 개구 7, 7': 강판
9 : 전열히터 11a ~ 11g : 절연격판
13 : 절연심재 15a, 15b : 전열엘리먼트
17a, 17b : 전원단자 19 : 튜브
21 : 플랜지 23 : 파이프
25, 25' : 튜브히터 27 : 단열재

Claims (2)

1. 아연도금강판 제조 공정에서 가열로 내부에 마련되어 강판을 가열할 수 있도록, 내부에 전열히터가 내장된 튜브히터에 있어서,
   상기 전열히터(9)는, 막대형상의 절연심재(13)와, 상기 절연심재(13)에 결합된 디스크 형상의 절연격판(11a ~ 11g)들과, 상기 절연격판(11a ~ 11g)들 가운데 상기 강판(7)의 일측 가장자리(A)에 대응 지점에 배치된 절연격판(11a, 11b) 사이에 설치되어 상기 강판(7)의 일측 가장자리(A)를 가열하는 제1전열엘리먼트(15a)와, 상기 절연격판(11a ~ 11g)들 가운데 상기 강판(7)의 타측 가장자리(B)에 대응 지점에 배치된 절연격판(11e, 11f) 사이에 설치되어 상기 강판(7)의 타측 가장자리(C)의 일정폭을 가열하는 제2전열엘리먼트(15b)를 포함한 것을 특징으로 하는 아연도금강판 제조 공정용 튜브히터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)가 배치되지 않은 격판들 사이에는 단열재(27)가 충전되어 열전달이 차단된 것을 특징으로 하는 아연도금강판 제조 공정용 튜브히터.
   

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