KR101559041B1 - 소둔 공정용 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일과 상기 코일을 내부에 포함하여 밀폐되는 이너커버와 상기 이너커버 내부에 분위기 가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 소둔 공정용 열처리 장치로서, 입구가 상기 가스공급관과 연결되며 출구가 상기 코일의 반경 방향을 기준으로 상기 코일의 외권부의 바깥쪽에 형성되는 가스주입부를 포함하는 소둔 공정용 열처리 장치로서, 코일의 내권부에 비해 상대적으로 과열되는 코일의 외권부를, 공급되는 분위가 가스로 냉각하여 코일에서 발생하는 온도차를 줄이는 유리한 효과를 제공한다.

Description

소둔 공정용 열처리 장치{Heat treatment appapratus for annealing}

본 발명은 소둔 공정용 열처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 방향성 전기강판에 열을 직접 가하지 않는 방식의 소둔 공정용 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 방향성 전기강판은 열연, 냉연 및 탈탄질화소둔의 1차 소둔을 거친 후, 강판의 표면에 소둔분리제를 도포한 후, 마무리의 2차 고온소둔을 거치게 된다. 이와 같은 방향성 전기강판의 2차 소둔작업은 열이 직접 전기강판에 가해지지 않는 간접 소둔방식으로 소둔작업이 실시된다. 이러한 소둔작업은 우수한 2차 재결정을 형성하고 불순물을 제거하기 위한 작업이다.

도 1 및 도 2는 일반적인 소둔 공정용 열처리 장치를 도시한 도면이다.

일반적인 소둔 공정용 열처리 장치는 코일(10)을 덮어 밀폐하는 이너커버(20)와 이너커버(20) 안에 배치되는 가스배관(30)를 포함한다. 가스배관(30)은 분위기 가스를 공급하는 가스공급관(31)과 사용된 분위기 가스를 배출시키는 가스배출관(32)이 이중관 형태로 구성될 수 있다.

코일(10)은 베이스 플레이트(40)에 안착된다. 베이스 플레이트(40) 아래에는 연와지지부(50)가 마련된다. 그리고 연와지지부(50) 아래의 실링공간에는 샌드(60)가 충진된다. 샌드(60)에는 이너 커버(20)의 개방된 하단이 묻히게 되어 이너커버(20)의 내부가 외부와 밀폐된다.

이와 같이 구성되는 소둔 공정용 열처리 장치를 이용하여 코일(10)을 소둔처리하는 과정을 간략히 설명하면, 이너커버(20)가 가열된 이후, 가스공급관(31)을 통해 분위기 가스를 주입시킨다. 주입된 분위기 가스는 가열된 이너커버(20)에 의한 복사 열전달로 가열된다. 그리고 이너커버(20)에 의한 직접적인 복사 열전달로 인하여 코일(10)이 적정 온도까지 가열된다. 사용이 끝난 분위기 가스는 가스배출관(32)을 통해 배출됨과 동시에 샌드(60)를 통해서도 배출된다.

방향성 전기강판의 소둔작업과 관련된 기술로서, "방향성 전기강판코일의 소둔공정에 있어서 코일 엣지 변형방지방법 및 장치(특허공개공보 : 10-1999-0042919)"가 참고된다. 이 기술에서는 고온처리시 코일의 엣지부에서 발생되는 변형을 방지하기 위해, 베이스의 상면에 코일을 탄성적으로 지지하는 코일안치부가 마련되는 구성이 소개되고 있다.

그러나 이러한 종래의 소둔 공정용 열처리 장치에 의하면, 가열된 이너커버(20)에 의한 복사 열전달로 코일(10)이 가열되기 때문에 코일(10)의 외권부(11)와 내권부(12)의 온도차이가 발생하였다. 또한, 코일(10)의 상부와 하부의 온도차이가 발생하였다.

특히, 가스공급관(31)이 코일(10)의 내권부(12)의 안쪽 중심에 위치하기 때문에 상온의 수소/질소가 공급되는 경우, 코일(10)의 내권부(12)의 온도가 냉각되면서 공급된 분위가 가스의 온도가 올라감으로써, 코일(10)의 외권부(11)의 온도와 내권부(12)의 온도 차이를 심화시켰다.

특히, 승온대, 균열대 구간에서 이너커버(20)의 내부 온도는 800℃ 내지1200℃ 이상이며, 이때, 가스 중에서 가장 열전달 효율이 좋은 수소 가스가 상온 상태로 100% 공급되어 코일(10)의 내권부(12) 및 하부를 냉각하기 때문에, 코일(10)의 외권부(11)와 내권부(12), 상부와 하부의 온도차를 더욱 심화시키는 문제가 있었다.

대한민국 특허공개공보 제10-1999-0042919호(1999.06.15.공개)

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코일을 보다 균일하게 가열할 수 있는 소둔 공정용 열처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 코일과 상기 코일을 내부에 포함하여 밀폐되는 이너커버와 상기 이너커버 내부에 분위기 가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 소둔 공정용 열처리 장치로서, 입구가 상기 가스공급관과 연결되며 출구가 상기 코일의 반경 방향을 기준으로 상기 코일의 외권부의 바깥쪽에 형성되는 가스주입부를 포함하는 소둔 공정용 열처리 장치를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스주입부가 상기 가스공급관을 중심으로 하여 방사 방향으로 길게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 적어도 둘의 상기 가스주입부가 동일한 각도로 떨어져 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스공급관를 코어로 하고 상기 가스공급관의 둘레를 따라 가스배출구가 형성된 가스배출관에서, 상기 가스배출구와 연통되도록 상기 가스배출관에 연결되며, 상기 가스배출관의 반경 방향을 기준으로 상기 가스공급관에서 떨어진 위치에서 적어도 둘의 배출가스유입구가 형성된 배출가스유입유도부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 배출가스유입구는 수평 방향을 기준으로 상기 가스주입부와 겹치지 않도록 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스주입부는 상기 가스공급관과 수직하게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 코일 아래에는 상기 코일을 지지하는 지지플레이트가 형성되고, 상기 지지플레이트 아래에는 상기 지지플레이트를 지지하는 연와지지부를 포함하며, 상기 가스주입부는 상기 연화지지부의 내측에서 외측으로 관통하여 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가스주입부의 출구가 형성된 단부는 상향하여 굽어 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 출구가 코일의 외권부 바깥 쪽으로 위치하도록 가스주입부를 형성하여, 코일의 외권부 쪽으로 분위기 가스를 공급함으로써, 코일의 내권부에 비해 상대적으로 과열되는 코일의 외권부를, 공급되는 분위기 가스로 냉각하여 코일에서 발생하는 온도차를 줄이는 유리한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상대적으로 온도가 낮은 코일의 내권부와 하부를 대류열전달(convective heat transfer)을 통해 가열하여 코일에서 발생하는 온도차를 더욱 줄이는 유리한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 분위가 가스가 코일의 외권부를 통하여 내권부로 공급됨으로써, 코일내 온도 차이에 의하여 내권부의 수분이 상대적으로 늦게 발생되기 때문에 발생하는 외권부의 산화를 방지하는 유리한 효과를 제공한다. 구체적으로, 코일의 외권부가 상당한 온도로 가열된 상태에서 내권부에서 외권부로 분위가 가스가 흐르게 되면 수분이 외권부에 접촉하는 경우가 늘어나 외권부의 표면에 결함이 발생할 수 있는데, 분위가 가스를 코일의 외권부를 통하여 내권부로 공급하도록 구성함으로써, 이를 방지할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2는 일반적인 소둔 공정용 열처리 장치를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소둔 공정용 열처리 장치를 도시한 도면,
도 4는 도 3에서 도시한 소둔 공정용 열처리 장치를 위에서 내려다 본 도면,
도 5는 가스공급관과 가스배출관을 도시한 도면,
도 6은 상향하여 굽어 형성된 가스주입부의 출구를 도시한 도면,
도 7은 배출가스유입유도부를 도시한 도면,
도 8은 배출가스유입유도부가 설치된 소둔 공정용 열처리 장치를 위에서 내려다 본 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

간접 소둔 방식의 소둔 공정용 열처리 장치는 이너커버 안으로 주입된 분위기 가스가 가열된 이너커버(20)에 의한 복사 열전달로 가열되어 코일을 가열하는 장치이다. 다만, 복사 열전달로 코일(10)이 가열되기 때문에 코일의 외권부와 내권부의 온도차이가 발생하였다. 또한, 코일의 상부와 하부의 온도차이가 발생하였다. 특히, 가스공급관(31)이 코일(10)의 내권부(12)의 안쪽 중심에 위치하기 때문에 냉각 과정 중에 코일의 외권부의 온도와 내권부의 온도 차이가 심화되었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 소둔 공정용 열처리 장치는 이러한 문제를 근본적으로 해결하고자 가스 열교환에 의한 대류열전달을 통해 코일 내부의 온도차를 줄이고자 안출된 장치이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소둔 공정용 열처리 장치를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 도시한 소둔 공정용 열처리 장치를 위에서 내려다 본 도면이다. 이러한, 도 3 및 도 4는 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

먼저, 소둔 공정용 열처리 장치의 일반적인 구성을 살펴보면, 이너커버(20)안에 코일(10)이 배치된다. 코일(10)은 베이스 플레이트(40)에 안착된다. 그리고, 베이스 플레이트(40) 아래에는 연와지지부(50)가 마련된다. 그리고 연와지지부(50) 아래의 실링공간에는 샌드(60)가 충진된다. 샌드(60)에는 이너커버(20)의 개방된 하단이 묻히게 되어 이너커버(20)의 내부가 외부와 밀폐된다.

코일(10)의 내권부(11)의 중심에 대응하여 이너커버(20)에 가스배관(30)이 연결된다. 가스배관(30)은 분위기 가스를 공급하는 가스공급관(31)과 사용된 분위기 가스를 배출시키는 가스배출관(32)이 이중관 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소둔 공정용 열처리 장치는 입구(110)가 가스공급관(31)과 연결되며 출구(120)가 코일(10)의 반경 방향을 기준으로 코일(10)의 외권부(11)의 바깥 쪽에 형성되는 가스주입부(100)를 포함한다.

도 4에서 도시한 바와 같이, 가스주입부(100)는 가스공급관(31)을 중심으로 하여 출구(120)가 코일(10)의 외권부(11)의 바깥 쪽에 위치할 때까지 방사 방향으로 길게 형성될 수 있다. 이때, 복수 개의 가스주입부(100)가 동일한 각도로 떨어져 배치될 수 있다.

예를 들어, 가스공급관(31)을 중심으로 모두 8개의 가스주입부(100)가 형성될 수 있다. 그리고, 가스주입부(100)는 가스공급관(31)과 수직하게 형성될 수 있다. 또한, 가스주입부(100)는 출구(120)가 코일(10)의 외권부(11)의 바깥 쪽으로 위치하도록 연와지지부(50)의 내측에서 외측으로 관통하여 형성될 수 있다.

이와 같이 가스주입부(100)의 위치 및 개수를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 코일(10)의 크기, 이너커버(20)의 크기 및 가스주입부(100)의 직경 등을 고려하여 적절하게 변경 실시 가능하다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소둔 공정용 열처리 장치를 사용하여 코일의 온도차를 줄이는 과정은 다음과 같다.

가스공급관(31)으로 공급된 분위기 가스는 종래와 달리, 가스주입부(100)를 통해 코일(10)의 외권부(11)의 바깥 쪽, 즉, 이너커버(20)에 근접하여 공급된다. 그 결과, 가스주입부(100)를 통해 공급된 분위기 가스는 상대적으로 과열된 코일(10)의 외권부(11)를 냉각시키고, 코일(10)의 외권부(11)와 이너커버(20) 사이에서 상승대류 중에 상대적으로 과열된 코일(10)의 상부를 냉각시킨다.

이후, 코일(10)의 외권부(11) 및 상부를 냉각시키는 과정 중에 가열된 분위기 가스는 도 3의 화살표에서 나타낸 방향으로 하강대류 중에 상대적으로 온도가 낮은 코일(10)의 내권부(12)와 코일(10)의 하부를 대류열전달(convective heat transfer)을 통해 가열한다.

이로써, 코일(10)의 외권부(11)와 내권부(12) 온도차 및 코일(10)의 상부와 하부의 온도차가 줄어들다.

한편, 또한, 분위기 가스가 코일(10)의 외권부(11)를 통하여 내권부(12)로 공급됨으로써, 코일(10)내 온도 차이에 의하여 내권부(12)의 수분이 상대적으로 늦게 발생되기 때문에 발생하는 외권부(11)의 산화를 방지할 수 있다. 즉, 코일(10)의 외권부(11)가 상당한 온도로 가열된 상태에서 내권부(12)에서 외권부(11)로 분위기 가스가 흐르게 되면 수분이 외권부에(11)에 접촉하는 경우가 늘어나 외권부(11)의 표면에 결함이 발생할 수 있는데, 분위가 가스를 코일(11)의 외권부(11)를 통하여 내권부(12)로 공급하도록 구성함으로써, 이를 방지할 수 있게 된다.

도 5는 가스주입부와 가스배출부를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 5를 병행 참조하면, 코일(10)의 내권부(12)와 코일(10)의 하부를 가열한 분위기 가스는 가스배출관(32)의 가스배출구(32a)를 통해 배출되거나 샌드(60)를 통해 배출될 수 있다.

도 6은 상향하여 굽어 형성된 가스주입부의 출구를 도시한 도면이다.

한편, 도 6에서 도시한 바와 같이, 가스주입부(100)의 출구(120)가 형성된 단부는 상향하여 굽어 형성될 수 있다. 이는 코일(10)의 외권부(11)와 이너커버(20) 사이에서 분위기 가스의 상승대류를 원활하게 유도하기 위함이다.

도 7은 배출가스유입유도부를 도시한 도면이고, 도 8은 베출가스유입유도부가 설치된 소둔 공정용 열처리 장치를 위에서 내려다 본 도면이다.

앞서 설명하였듯이, 코일(10)의 내권부(12)와 코일(10)의 하부를 가열한 분위기 가스는 가스배출관(32)의 가스배출구(32a)를 통해 배출된다. 그러나, 코일(10)의 외권부(11)쪽을 향하는 가스주입부(100)들로 인하여 가스배출구(32a)로 향하는 분위기 가스의 유동이 방해 받을 수 있다.

이에, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소둔 공정용 열처리 장치는 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 배출가스유입유도부(200)를 통해 보다 효과적으로 가스배출구(32a)에 분위가 가스가 배출되도록 유도하여 이너커버(20) 내부의 대류가 원활하게 진행될 수 있게 한다.

이러한 배출가스유입유도부(200)는 가스배출구(32a)와 연통되도록 가스배출관(32)에 연결된다. 배출가스유입유도부(200)는 복수 개의 배출가스유입구(210)가 형성될 수 있다. 각각의 배출가스유입구(210)는 가스배출관(32)의 반경 방향을 기준으로 가스공급관(31)에서 떨어진 위치에 형성될 수 있다. 그리고, 배출가스유입구(210)는 수평 방향을 기준으로 가스주입부(100)와 겹치지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 도 8에서 도시한 바와 같이, 배출가스유입유도부(200)는 각각의 가스주입부(100) 사이에 배출가스유입구(210)가 위치하도록 형성될 수 있다.

이는 가스공급관(31)에서 수직으로 코일(10)의 외권부(11)를 향하는 가스주입부(100)에 의해 분위가 가스의 유동이 방해되는 것을 방지하기 위한 구성이다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 소둔 공정용 열처리 장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 코일
11: 외권부
12: 내권부
20: 이너커버
30: 가스배관
31: 가스공급관
32: 가스배출관
32a: 가스배출구
40: 베이스 플레이트
50: 연와지지부
60: 샌드
100: 가스주입부
110: 입구
120: 출구
200: 배출가스유입유도부
210: 배출가스유입구

Claims (8)

1. 코일과 상기 코일을 내부에 포함하여 밀폐되는 이너커버와 상기 코일의 내권부의 안쪽 중심에 배치되어 상기 이너커버 내부에 분위기 가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 소둔 공정용 열처리 장치로서,
   입구가 상기 가스공급관과 연결되며 출구가 상기 코일의 반경 방향을 기준으로 상기 코일의 외권부의 바깥쪽에 형성되어 상기 가스공급관의 분위기 가스를 상기 코일의 외권부의 바깥쪽으로 공급하는 가스주입부;및
   상기 가스공급관를 코어로 하고 상기 가스공급관의 둘레를 따라 가스배출구가 형성되어 상기 가스주입부에서 공급된 상기 분위기 가스를 배출하는 가스배출관
   을 포함하는 소둔 공정용 열처리 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 가스주입부가 상기 가스공급관을 중심으로 하여 방사 방향으로 형성되는 소둔 공정용 열처리 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   적어도 둘의 상기 가스주입부가 동일한 각도로 떨어져 형성되는 소둔 공정용 열처리 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 가스배출관에서, 상기 가스배출구와 연통되도록 상기 가스배출관에 연결되며, 상기 가스배출관의 반경 방향을 기준으로 상기 가스공급관에서 떨어진 위치에서 적어도 둘의 배출가스유입구가 형성된 배출가스유입유도부를 더 포함하는 소둔 공정용 열처리 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 배출가스유입구는 수평 방향을 기준으로 상기 가스주입부와 겹치지 않도록 형성되는 소둔 공정용 열처리 장치.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 가스주입부는 상기 가스공급관과 수직하게 형성되는 소둔 공정용 열처리 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 코일 아래에는 상기 코일을 지지하는 지지플레이트가 형성되고, 상기 지지플레이트 아래에는 상기 지지플레이트를 지지하는 연와지지부를 포함하며,
   상기 가스주입부는 상기 연와지지부의 내측에서 외측으로 관통하여 형성되는 소둔 공정용 열처리 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 가스주입부의 출구가 형성된 단부는 상향하여 굽어 형성되는 소둔 공정용 열처리 장치.

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