KR101353722B1 - 열처리용 소재 운송장치 - Google Patents

Abstract

열처리용 소재 운송장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 열처리용 소재 운송장치는 열처리로와 냉각조 사이에 제공되어 열처리될 소재를 운송하는 운송유닛; 상기 운송유닛에 연계되어 상기 소재를 경사지게 이동하도록 제공된 소재 안착유닛;을 포함한다.

Description

열처리용 소재 운송장치 {MATERIALS TRANSPORTING APPARATUS FOR HEAT TREATMENT}

본 발명은 소재를 열처리하는 과정에서 소재의 변형을 최소화하고 균일냉각하는 열처리용 소재 운송장치에 관한 것이다.

일반적으로 열처리 공정은 철강 소재의 강도 및 경도를 바꾸기 위한 공정이다. 이러한 공정의 일례로 급속냉각 열처리 공정(담금질, Quenching)은 빠른 냉각속도를 이용하여 저온 변태조직인 베이나이트(bainite), 마텐사이트(matrensite)로 조직으로 변태하여 경도를 높이는 공정이다.

더욱이, 근래에 들어 복잡한 디자인의 자동차 및 미려한 표면을 갖는 전자 제품에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 급속냉각 열처리 기술 및 금형 기술의 개발이 요구되고 있다.

종래의 열처리용 소재 운송장치(10)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 소재를 운송하는 운송유닛(20)과, 운송유닛(20)에 의해 운송된 소재(1)를 냉각조(40)에 안착시켜 냉각하는 소재 안착유닛(30)을 포함한다.

소재 안착유닛(30)은 운송유닛(20)에 결합되는 결합부(32)와, 소재가 안착되는 안착부(36), 그리고 결합부(32)와 안착부(36)를 연결하는 연결부(34)를 포함한다. 이러한 소재 안착유닛(30)은 전체적인 형상이 'ㄷ' 형으로 형성될 수 있으며, 내측 공간으로 진입된 소재가 안착부(36)에 의해 평행하게 안착될 수 있다.

이러한 열처리용 소재 운송장치(10)는, 가열한 소재(1)를 운송유닛(20), 일례로 크레인(22)의 와이어(24)에 연결된 소재 안착유닛(30)을 이용하여 열처리로에서 들어올려 열처리 냉각조(40)로 옮긴다.

열처리 냉각조(40)에는 물, 오일, 폴리머 용액 등의 냉매(42)가 담겨있다. 이러한 냉매(42)는 고온으로 가열된 소재(1)로부터 열전달이 이루어지며, 이 과정에서 소재(1)를 냉각한다.

또한, 열처리 냉각조(40)에는 냉매(42)의 온도를 균일하게 하기 위한 교반기(44)가 제공된다.

한편, 열처리로에서 가열된 소재(1)는 약 900도 이상의 고온으로 유지되며, 이러한 고온의 소재(1)를 냉매(42)가 저장된 냉각조(40)에 담갔을 경우, 소재(1)의 표면과 냉매(42) 사이의 급격한 온도차이에 의해 비등 현상이 발생한다.

도 4를 참고하면, 이러한 비등 현상은 막비등, 핵비등 현상으로 구분될 수 있다. 막비등 현상은 소재(1) 표면에 냉매(42)의 증발 등에 의한 기포막(42a)이 형성되며, 이에 따라 소재(1)와 냉매(42)가 직접 접촉되는 것을 방해하여 열전달 효율을 저하시킨다. 이러한 막비등 현상의 주로 소재(10)의 하부측에 발생한다.

한편, 핵비등 현상은 기포(42b)가 방울모양으로 소재(1) 표면에 형성되었다가 부력차에 의해 소재(1) 표면으로부터 떨어지고, 그 자리에서 다시 기포(42b)가 형성되는 과정이 반복되며 열전달 효율을 높이는 현상으로, 핵비등은 막비등에 비해 열전달 효율이 높은 특성이 있다. 이러한 핵비등 현상은 주로 소재(10)의 상부측 또는 옆면에서 발생한다.

종래에는 고온 소재(1)가 수평 상태로 냉각조(40)에 진입될 경우, 고온 소재(1)의 하부면에서 발생한 기포가 원활하게 배기되지 못하는 이유 등으로 기포막(42a)이 발생하는 막비등 현상이 나타나고, 소재(1)의 상부면에는 기포(42b)가 부력 등에 의해 제거되며 새로운 기포가 발생하는 핵비등 현상이 나타난다.

따라서, 종래에는 고온 소재(1)의 하부면의 냉각속도는 상부면의 냉각속도보다 느리게 발생하며, 이러한 냉각속도의 차이에 의해 소재의 상부면 온도는 빨리 떨어지고, 하부면 온도는 느리게 떨어진다. 이와 같이, 소재(1)의 냉각속도가 다를 경우, 소재(1)의 상부측과 하부측의 재질 특성이 달라지고, 소재(1)에 잔류응력이 형성되며 소재(1)에 변형을 일으킨다.

종래 기술에 열처리 과정에서 소재에 발생하는 변형 상태를 도시한 도면인 도 5의 (a)와 (b)를 참고하면, 소재(1)가 열처리로에서 나온 직후 상부측(1a)과 하부측(1b)은 모두 고온 상태로 유지된다.

이러한 소재(1)를 냉매가 저장된 냉각조(40)에 넣어 급속 냉각을 하게 되면, 소재(1)의 상부측(1a)에서는 핵비등 현상, 즉 기포가 발생하고, 하부측(1b)에는 막비등 현상, 즉 기포막이 발생함에 따라 상부측(1a)이 하부측(1b)에 비해 더 빠른 속도로 냉각된다.

이때, 소재(1)의 상부측(1a)이 하부측(1b)에 비해 크게 수축하게 되며, 하부측(1b)은 냉각속도가 느려 작게 수축하게 된다.

따라서, 소재(1)의 상부측(1a)은 상대적으로 작게 수축하는 하부측(1b)에 의해 X₁선으로 수축이 제한됨에 따라 자유로운 수축이 제한되며 탄성변형 또는 소성변형이 이루어진다. 즉, 소재(1)의 상부측(1a)은 하부측(1b)의 제한이 없을 경우, 가상선 X₂까지 수축되어야 하지만, 미처 수축되지 않은 하부측(1b)에 의해 수축이 제한됨에 따라 수축량이 감소된다.

이때, 도 4의 (a)를 참고하면, 소재(1)의 상부측(1a)이 탄성변형되었을 경우, 상부측(1a)의 수축이 X₁선으로 제한되었다가 하부측(1b)이 천천히 수축함에 따라 상부측(1a)도 같이 X₂까지 수축되며, 이에 따라 잔류응력이 발생하지 않아 전체적으로 균일한 형태로 수축될 수 있다.

한편, 도 4의 (b)를 참고하면, 소재(1)의 상부면(1a)은 X₁선까지 수축된 후 소성변형이 발생한 경우, 상부측(1a)이 늘어난 상태일 수 있다. 따라서, 소재(1)의 하부측(1b)이 완전히 냉각되어 X₂선까지 수축되더라도, 상부측(1a)은 X₁선에서 더 이상 수축되지 않을 수 있다.

일례로, 소재(1)는 온도가 높을 경우 항복강도가 낮고, 온도가 낮을 경우는 항복강도가 높게 되며, 냉각 초기 소재가 충분히 냉각되지 않은 상태에서 변형이 발생함에 따라 항복강도가 낮아 소성변형이 쉽게 일어날 수 있다.

이후 소재(1)의 하부측(1b)은 상부측(1a)보다 천천히 냉각이 진행되며, 상부측(1a)에 비해 수축의 제한이 적어 X₂선 까지 수축이 일어날 수 있다.

이와 같이, 소재(1)는 하부측(1b)이 상부측(1a)에 비해 더 많이 수축됨에 따라 발생하는 잔류응력에 의해 전체적으로 하측으로 오목한 형상으로 변형된다.

이와 같이, 종래에는 소재(1)가 급속냉각 열처리되는 과정에서 발생하는 냉각속도의 차이에 의해 잔류응력이 발생되고, 이에 따라 소재(1)에 변형이 유발될 수 있다. 또한, 소재(1)는 냉각속도의 차이 등에 의해 소재(1)의 강도 또는 경도 등의 특성이 달라질 수 있으며, 이에 따라 소재(1)에 품질 차이를 발생시키는 요인이 되고 있다.

따라서, 소재(1)의 열처리과정에서 소재(1)의 상부측(1a)과 하부측(1b) 사이에 냉각속도 차이를 최소화하여 소재(1)의 품질을 향상시키기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 소재의 열처리 과정에서 소재를 지지하는 소재 안착유닛의 구조를 개선하여 소재의 상부측과 하부측의 냉각속도 차이를 감소시켜 소재의 변형을 최소화할 수 있도록 한 열처리용 소재 운송장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 열처리용 소재 운송장치는 열처리로와 냉각조 사이에 제공되어 열처리될 소재를 운송하는 운송유닛; 및 상기 운송유닛에 연계되어 상기 소재를 경사지게 이동하도록 제공된 소재 안착유닛;을 포함하고, 상기 소재 안착유닛은 상기 냉각조에 제공되며 소재가 안착되는 받침부와, 상기 받침부를 상기 냉각조에 대해 경사지게 지지하는 지지부와, 상기 받침부의 경사진 하측에 제공되어 상기 소재를 지지하는 걸림부를 포함한다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열처리과정에서 소재가 경사지게 지지되도록 하여 소재의 하부측에 소재의 냉각과정에서 발생한 기포 등이 부력에 의해 쉽게 제거되어 소재의 하부측과 상부측의 냉각속도 차이가 작게 발생하도록 할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예는 소재에 발생하는 열응력 또는 잔류응력에 의한 소재의 변형을 방지할 수 있고, 소재의 물성치를 균일하게 유지할 수 있어 전체적으로 균일한 열처리가 가능하며, 이에 따라 소재의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 열처리용 소재 운송장치를 간략하게 도시한 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 열처리용 소재 운송장치를 확대하여 도시한 사시도.
도 3은 종래 기술에 따른 열처리용 소재 운송장치를 확대하여 도시한 측면도.
도 4는 종래 기술에 따른 열처리용 소재 운송장치에 냉각중인 소재를 도시한 단면도.
도 5의 (a)와 (b)는 종래 기술의 열처리 과정에서 소재에 발생하는 변형 상태를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치의 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치를 확대하여 도시한 측면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치에 냉각중인 소재를 도시한 단면도.
도 9와 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치의 일부를 확대하여 도시한 사시도.
도 11과 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치의 측면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치의 측면도.

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 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치를 확대하여 도시한 측면도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치에 냉각중인 소재를 도시한 단면도이다.

도 6 내지 도 8을 참고하면, 본 실시예의 열처리용 소재 운송장치(110)는 운송유닛(120)과 소재 안착유닛(130)을 포함할 수 있다.

본 실시예에서 열처리용 소재 운송장치(110)는, 열처리로와 냉각조 사이에 제공된 운송유닛(120)을 포함할 수 있다. 운송유닛(120)은 열처리로에서 고온으로 가열된 소재(100)를 냉매가 채워진 냉각조로 운송할 수 있다.

여기서, 운송유닛(120)은 소재 안착유닛(130)을 이동하기 위한 다양한 형태로 제공될 수 있다. 일례로, 이러한 운송유닛(120)으로는 크레인(122)을 포함할 수 있으며, 크레인(122)에는 소재 운송장치와 연계되는 와이어(124)가 제공될 수 있다.

또한, 소재 안착유닛(130)은 운송유닛(120)에 결합하기 위한 결합부(132)를 포함할 수 있다.

또한, 소재 안착유닛(130)은 소재(100)가 경사지게 안착되는 받침부(136)를 포함할 수 있다.

여기서, 결합부(132)와 받침부(136) 사이에는 연결부(134)가 제공되어 이들 사이의 연결관계를 유지할 수 있다.

또한, 연결부(134)는 각 단부가 결합부(132)의 일측 및 받침부(136)의 일측에 제공되고, 이에 따라 결합부(132)와 받침부(136) 사이에 소정의 공간이 제공되도록 이격시킬 수 있다.

더불어, 받침부(136)는 연결부(134)에 대해 경사지게 제공될 수 있으며, 이에 따라 받침부(136)에 안착되는 소재(100)를 경사지게 지지할 수 있다.

일례로, 연결부(134)는 하측으로 경사진 받침부(136) 일측에 제공될 수 있으며, 이에 따라 경사진 받침부(136)에 의해 소재가 한쪽, 즉 받침부(136)의 경사면을 따라 흘러내리는 것을 제한할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치에 냉각중인 소재를 도시한 단면도이다.

도 8을 참고하면, 본 실시예에서 소재(100)는 열처리로에서 고온으로 가열된 후, 열처리용 소재 운송장치(110)에 의해 냉각조로 이동되며, 냉각조 내의 냉매에 잠기며 급속 냉각이 이루어진다.

이때, 소재(100)의 상부측에 발생하는 기포(142b)는 부력에 의해 소재(100)의 표면에서 떨어지며, 상승하거나 또는 경사면을 따라 상측으로 이동하며 배기될 수 있다. 그리고, 소재(100)의 상부측에 새로운 기포가 발생하는 현상을 반복하며 소재(100)의 냉각이 이루어질 수 있다.

한편, 소재(100)의 하부측에는 냉매와 접촉시 기포(142a)가 발생할 수 있으며, 이와 같이 하부측에 발생하는 기포(142a)는 부력에 의해 표면으로부터 떨어진 후, 경사면을 따라 상측으로 이동하며 배기될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서 소재(100)의 열처리과정에서 발생하는 기포(142a, 142b)는 소재(100)의 경사면을 따라 표면으로부터 떨어져 배기되는 핵비등 현상이 발생할 수 있으며, 이에 따라 소재(100)의 상부측 및 하부측의 냉각속도 차이가 거의 일정하게 유지될 수 있다.

따라서, 본 실시예의 소재(100)는 열처리과정에서 소재(100)의 상부측과 하부측 사이에 수축률에 차이가 발생하지 않으며, 이에 따라 소재(100)의 변형이 발생하지 않으며, 열응력 또는 잔류응력의 발생을 최소화하여 소재(100)의 열처리 품질을 향상시킬 수 있다.

더불어, 본 실시예에서 소재 안착유닛은, 받침부가 연결부에 경사지게 제공된 것으로 설명하고 있으나, 소재 안착유닛의 구조는 한정되지 않으며 다양하게 변형될 수 있다.

도 9와 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치의 일부를 확대하여 도시한 사시도이다.

일례로, 도 9를 참고하면, 소재 안착유닛(230)은 결합부(232)와, 연결부(234)와 받침부(236)를 포함할 수 있다.

여기서, 받침부(236)는 연결부(234)의 하부 일측에 회전 가능하게 결합될 수 있으며, 받침부(236)의 결합되는 각도를 조절하여 경사를 유지할 수 있다.

즉, 결합부(232)와 연결부(234)는 거의 직각 형태로 제공되고, 받침부(236)는 연결부(234)에 대해 힌지 등의 회전 연결부재(235)를 매개로 소정의 각도로 회전하여 경사를 이루도록 결합될 수 있다. 또한, 받침부(236)과 연결부(234) 사이에는 회전을 제한하기 위한 (도시되지 않은) 스토퍼수단이 제공될 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 소재 안착유닛(330)은 결합부(332)와, 연결부(334)와 받침부(336)를 포함할 수 있다.

여기서, 받침부(336)와 연결부(334)가 거의 직각 형태로 제공되는 것도 가능하며, 이 경우 연결부(334)가 결합부(332)에 대해 힌지 등의 회전 연결부재(233)를 매개로 소정의 각도로 회전하여 경사를 이루도록 결합될 수 있다. 또한, 연결부(334)가 결합부(332) 사이에는 회전을 제한하기 위한 (도시되지 않은) 스토퍼수단이 제공될 수 있다.

도 11과 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치의 측면도이다.

도 11과 도 12를 참고하면, 본 실시예에서 운송유닛(420)은 와이어(424)를 이용하여 소재를 운송하는 크레인(422)을 포함할 수 있다.

크레인(422)은 작업면에 제공되는 지주 또는 본체부 등에 회전 가능하게 제공될 수 있다. 또한, 크레인(422)의 단부에는 와이어(424)가 제공되며, 와이어(424)에 소재를 연결한 후, 와이어(424)의 길이를 조절하며 소재(100)를 승강하거나, 크레인(422)을 회전시키며 소재(100)를 운송할 수 있다.

한편, 소재 안착유닛(430)은 결합부(432)가 이 와이어(424)에 연계되어 결합이 유지될 수 있다.

이를 위해 결합부(432)는 와이어(424)와 연결되는 복수의 걸이부(433)를 포함할 수 있다.

걸이부(433)는 받침부(436)가 연장된 방향으로 소정의 간격으로 제공될 수 있으며, 이 걸이부(433) 중 어느 하나에 와이어(424)를 연결할 수 있다.

이때, 소재 안착유닛(430)은 와이어(424)가 걸이부(433)에 걸리는 위치에 따라 무게 중심이 가변될 수 있다.

일례로, 소재 안착유닛(430)은, 도 12와 같이, 걸이부(433)가 받침부(436)에 소재(100)가 진입되는 방향, 즉 연결부(434)와 먼 쪽으로 치우치게 결합되면, 무게 중심이 연결부(434)측으로 이동되며 받침부(436)를 포함한 소재 안착유닛(430)이 경사지게 되며, 이에 따라 받침부(436)에 지지되는 소재(100)가 경사진 상태로 유지될 수 있다.

또한, 소재 안착유닛(430)은 적재된 소재(100)의 높이, 두께 또는 폭 등에 따라 무게 중심의 위치가 가변될 수 있으며, 와이어(424)가 걸이부(433)에 결합되는 위치를 가변하여 받침부(436) 및 이에 안착되는 소재(100)를 소정의 각도로 경사지게 유지할 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열처리용 소재 운송장치의 측면도이다.

도 13을 참고하면, 본 실시예에서 있어서 소재 안착유닛(530)은 냉각조(540)에 제공될 수 있다.

또한, 운송유닛에 의해 열처리로로부터 운송된 소재(100)가 냉각조(540)로 운송된 후 소재 안착유닛(530)에 안착되며 냉각될 수 있다.

이러한 소재 안착유닛(530)은, 소재가 안착되는 받침부(532)를 포함할 수 있으며, 이 받침부(532)의 하부에는 냉각조(540)의 바닥면에 대해 경사지게 제공되는 지지부(534)가 제공될 수 있다.

본 실시예에서 지지부(534)는 서로 높이가 다른 복수의 부재로 제공될 수 있으며, 상부면이 경사진 적어도 하나의 부재로 제공되는 것도 가능하다.

이와 같이 구성된, 소재 안착유닛(530)은 지지부(534)의 경사진 각도에 따라 받침부(532)가 경사지게 제공되며, 열처리과정에서 소재(100)를 경사진 상태로 유지할 수 있다.

또한, 받침부(532)의 경사진 하측에는 소재(100)의 일측을 지지하기 위한 걸림부(536)가 제공될 수 있다.

걸림부(536)는 받침부(532)의 경사에 의해 소재(100)가 흘러내리지 않도록 소재(100)를 지지할 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.

100: 소재 110: 열처리용 소재 운송장치
120: 운송유닛 122: 크레인
124: 와이어 130: 소재 안착유닛
132: 결합부 134: 연결부
136: 받침부 142a, 142b: 기포

Claims (8)

1. 열처리로와 냉각조 사이에 제공되어 열처리될 소재를 운송하는 운송유닛; 및 상기 운송유닛에 연계되어 상기 소재를 경사지게 이동하도록 제공된 소재 안착유닛;을 포함하고,
   상기 소재 안착유닛은 상기 냉각조에 제공되며 소재가 안착되는 받침부와, 상기 받침부를 상기 냉각조에 대해 경사지게 지지하는 지지부와, 상기 받침부의 경사진 하측에 제공되어 상기 소재를 지지하는 걸림부를 포함하는 열처리용 소재 운송장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images