KR101568817B1 - 방열튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중심관의 상하측에 한쌍의 분기관이 대칭으로 연결되고, 상기 중심관은 본체관의 버너에 의해 먼저 가열된 뒤 각 분기관들이 가열되도록 하되 상기 중심관이 상기 분기관들 보다 더 늘어나는 것을 감안하여 상기 중심관의 양단에 상기 본체관 및 분기관들과 연결되는 팽창관 및 압축관을 마련하여 버너에서 가까운 쪽은 늘어나고 먼 쪽은 압축되도록 함으로써, 상기 중심관 및 분기관들의 온도편차에 따른 방열튜브의 뒤틀림 및 파손이 방지되도록 한 방열튜브에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 소둔설비의 내벽에 고정되고 내부에 버너가 설치된 본체관이 구비되고, 상기 본체관과 일직선으로 중심관이 구비되며, 상기 중심관의 상하측에는 서로 떨어진 한쌍의 분기관이 구비되고, 상기 본체관과 상기 중심관 및 분기관들의 한쪽은 고정단 연결부로 연결되고, 상기 중심관 및 분기관들의 반대쪽은 자유단 연결부로 연결되어서 상기 버너의 열기가 상기 중심관에서 분기관들로 향한 뒤 상기 본체관과 버너 사이의 틈새로 배기되도록 한 방열튜브에 있어서, 상기 고정단 연결부와 상기 중심관의 한쪽 사이에 팽창관이 용접부를 통하여 연결되고; 상기 중심관의 반대쪽과 상기 자유단 연결부의 사이에 압축관이 용접부를 통하여 연결되며; 상기 팽창관은 상기 중심관의 외주면보다 높게 수직돌출부가 다수개 구비되고, 상기 압축관은 상기 중심관의 외주면보다 높게 경사돌출부가 다수개 구비되는데, 상기 버너의 가동시 상기 경사돌출부들의 피치가 줄어들고 상기 수직돌출부들의 피치가 벌어지면서 상기 중심관의 길이가 늘어나도록 한 특징이 있다.

Description

방열튜브{The radiant tube}

본 발명은 방열튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중심관의 상하측에 한쌍의 분기관이 대칭으로 연결되고, 상기 중심관은 본체관의 버너에 의해 먼저 가열된 뒤 각 분기관들이 가열되도록 하되 상기 중심관이 상기 분기관들 보다 더 늘어나는 것을 감안하여 상기 중심관의 양단에 상기 본체관 및 분기관들과 연결되는 팽창관 및 압축관을 마련하여 버너에서 가까운 쪽은 늘어나고 먼 쪽은 압축되도록 함으로써, 상기 중심관 및 분기관들의 온도편차에 따른 방열튜브의 뒤틀림 및 파손이 방지되도록 한 방열튜브에 관한 것이다.

일반적으로 연속 소둔 설비(Continuous Annealing line)는 냉연강판이 복사열에 의해 열처리되어 금속 재질을 향상시키는 설비로, 탄소 성분 및 성분 원소에 따라 강판을 가열하여 압연 조직을 재결정, 성장시켜 내부응력을 제거하여 연화시켜 적절한 인성을 가진 조직의 강을 제조한다.

이러한 소둔설비의 소둔로에서 열처리 구간에 배치되는 래디언트 튜브 버너(RadiantTube Burner)는 4개의 히팅 구간에서 수십개가 배치되어 있다. 히팅 구간은 제 1 히팅구간, 제 2 히팅 구간, 제 3 히팅구간, 소킹 구간(Soaking section)으로 구성되며, 제 1내지 제 3 히팅구간은 4개의 존으로 구성되고, 소킹 구간은 2개의 존으로 구성되어 있다. 각각의 존에는 수십개의 래디언트 튜브 버너가 구비되어 있어, 전체적으로는 다수개가 배치된다. 구체적인 래디언트 튜브 버너의 개수는 개별 장비마다 상이하겠지만, 하나의 연속 소둔 설비에 몇백개 단위의 래디언트 튜브 버너가 구비되는 것이 일반적이다.

상기 방열튜브는 사용 개소에 따라서 U형, W형, 이중 P형(DP Type) 등이 있고, 이러한 방열튜브는 통상적으로 일측단부에서 가열버너(예를들면, COG Burner)에 의해 가열되며, 이때 발생되는 연소가스는 방열튜브의 타측단부를 통해 외부로 배출된다. 상기와 같은 방열튜브는 내열성 강재인 인코넬(Inconel 601)로 제작되고, 가열버너의 화염에 의해 직접 가열된 후, 방열튜브의 외피로 부터 열(熱)을 복사시켜 냉연강판을 간접적으로 가열시키도록 작용된다.

이때 방열튜브를 장시간 사용하게 되면, 온도가 매우 높게 가열됨으로서 과도한 열팽창에 의한 변형이 발생된다. 종래 실용공개 제1994-0009526호는 방열튜브의 열화에 의한 변형을 방지하여 교체주기를 연장시키고, 그에 따른 작업생산성 향상 및 원가절감을 이룰 수 있도록 하기 위하여, 방열튜브에 길이 방향으로 다수개의 지지대를 몸체부에 부착하고, 상기 지지대의 몸체부에 다수개의 환형링을 일정간격으로 결합시켜 휨방지용 방열튜브를 제안한 바 있다.

그러나 방열튜브의 외주면에 지지대를 용접하고, 환형링을 용접해야 되므로 작업성이 떨어지고 또한 용접에 따른 표면조직의 변화로 인하여 버너에서 900도 이상의 고열이 발생되었을 때 용접부위의 파손이 우려되는 등의 문제점이 있었다.

실용공개 제97-59376호는 버너와 직접 연결되는 제1직관의 외주면에 다수의 링체를 부착하고, 나머지 관들에는 길이방향의 돌출부를 형성한 기술이 제안된 바 있다. 특허공개 제1995-0026993호는 관의 외주면에 길이방향의 리브를 형성한 기술이 제안된 바 있다.

그러나 종래 실용공개 제97-59376호는 링체와 돌출부를 용접의 수단으로 형성해야 되므로 작업성이 떨어지고, 또한 특허공개 제1995-0026993호는 방열튜브의 재질이 주물로 구성된 상태에서 주물을 제작할때 리브를 함께 형성해야 되므로 주물제작이 어려워지는 문제점이 있으며, 또한 종래의 기술들은 방열튜브가 가열되는 과정에서 길이방향으로 늘어나는데 따른 대비책이 없으므로 튜브의 용접부위가 터지거나 또는 갈라지게 되는 등의 문제점이 발생되었다.

버너와 일직선에 놓인 중심관의 상하측으로 분기관이 구비되고, 이들 중심관과 분기관들은 상기 버너가 놓인 본체관에 연결된 DP타입 방열튜브의 경우 상기 본체관 쪽은 고정단으로 작용하고, 상기 중심관과 분기관들의 끝단은 자유단으로 작용하기 때문에 버너에서 가까운쪽과 먼 쪽의 온도편차로 인하여 중심관 및 분기관들의 길이에 변화가 발생된다. 특히 중심관은 분기관들 보다 버너에 의해 먼저 가열되므로 길이변화량이 더 크다. 그런데 중심관과 분기관들이 하나의 연결부로 결합되어 일체화되어 있으므로 중심관과 분기관들의 신축량의 차이로 인하여 방열튜브의 뒤틀림이 발생되고, 또한 용접부의 터짐이 발생되는 문제점을 해결해야 된다.

종래 특허 제421128호는 방열튜브의 직관부에 연속으로 주름관을 형성하여 관의 열팽창에 대비한 기술이 제안된 바 있다. 그러나 종래 특허의 경우 W타입으로써, 다단으로 놓인 직관부들의 양단이 U자형의 곡관으로 연결되어 하나의 연속된 관의 형태를 갖는 것이다. 따라서 상기 직관부 및 곡관부에 고정단 및 자유단의 구분이 없으므로 한쪽이 늘어나면 한쪽이 압축되어 틀어질 우려가 없으며, 다단으로 놓인 직관부들이 균일하게 늘어난다. 따라서 W타입의 종래 특허에 기재된 주름관을 DP타입의 본 발명 한 실시예의 방열튜브에 적용할 경우 중심관 및 분기관들의 온도편차에 따른 뒤틀림 및 파손을 방지할 수 없는 기술적인 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 중심관의 상하측에 한쌍의 분기관이 대칭으로 연결되고, 상기 중심관은 본체관의 버너에 의해 먼저 가열된 뒤 각 분기관들이 가열되도록 하되 상기 중심관이 상기 분기관들 보다 더 늘어나는 것을 감안하여 상기 중심관의 양단에 상기 본체관 및 분기관들과 연결되는 팽창관 및 압축관을 마련하여 버너에서 가까운 쪽은 늘어나고 먼 쪽은 압축되도록 함으로써, 상기 중심관 및 분기관들의 온도편차에 따른 방열튜브의 뒤틀림 및 파손이 방지되도록 한 방열튜브를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 소둔설비의 내벽에 고정되고 내부에 버너가 설치된 본체관이 구비되고, 상기 본체관과 일직선으로 중심관이 구비되며, 상기 중심관의 상하측에는 서로 떨어진 한쌍의 분기관이 구비되고, 상기 본체관과 상기 중심관 및 분기관들의 한쪽은 고정단 연결부로 연결되고, 상기 중심관 및 분기관들의 반대쪽은 자유단 연결부로 연결되어서 상기 버너의 열기가 상기 중심관에서 분기관들로 향한 뒤 상기 본체관과 버너 사이의 틈새로 배기되도록 한 방열튜브에 있어서, 상기 고정단 연결부와 상기 중심관의 한쪽 사이에 팽창관이 용접부를 통하여 연결되고; 상기 중심관의 반대쪽과 상기 자유단 연결부의 사이에 압축관이 용접부를 통하여 연결되며; 상기 팽창관은 상기 중심관의 외주면보다 높게 수직돌출부가 다수개 구비되고, 상기 압축관은 상기 중심관의 외주면보다 높게 경사돌출부가 다수개 구비되는데, 상기 버너의 가동시 상기 경사돌출부들의 피치가 줄어들고 상기 수직돌출부들의 피치가 벌어지면서 상기 중심관의 길이가 늘어나도록 한 특징이 있다.

본 발명에 따르면 방열튜브는 버너가 내장된 본체관과 나란한 중심관이 구비되고, 상기 중심관의 상하측에 서로 떨어진 한쌍의 분기관이 일체로 연결되어 상기 본체관은 고정단으로 작용하고, 상기 중심관 및 분기관들의 끝단은 자유단으로 작용한다. 상기 중심관은 상기 버너에 의해 먼저 가열되고, 이후 상기 분기관들을 거처 연소가스가 배기되는 구성인데, 이때 중심관이 분기관들보다 내부온도가 높기 때문에 길이변화량에 차이가 발생된다.

본 발명 한 실시예는 상기 중심관의 양단에 팽창관 및 압축관을 마련한 것인데, 상기 버너의 열기가 집중되는 방열튜브의 자유단 쪽으로 상기 압축관을 배치하여 상기 중심관이 늘어나는 동안 상기 압축관에서 부피가 줄어들면서 중심관의 길이변화를 수용하고, 고정단 쪽의 팽창관은 부피가 늘어나면서 전체적으로 고정단 및 자유단의 용접부 터짐이 방지된다.

상기 팽창관 및 압축관은 중심관의 외주연으로 돌출된 돌기의 형태로써, 팽창관의 돌기들은 압축관의 돌기들 보다 피치간격이 좁다. 따라서 팽창관에서는 돌기들의 피치간격이 벌어지면서 부피가 늘어나고, 압축관의 돌기들은 피치간격이 좁혀지면서 부피가 줄어들어 전체적으로 중심관의 길이변화를 수용한다.

상기 중심관이 버너의 열기에 의해 늘어나는 동안 상기 팽창 및 압축관이 이를 수용하기 때문에 상기 분기관들 보나 상기 중심관이 먼저 늘어나더라도 이들의 신축량 차이로 인한 중심관 및 분기관들의 자유단 쪽의 뒤틀림이 방지되고, 또한 용접부의 터짐이 억제된다.

또한 상기 팽창관 및 압축관들은 중심관의 양단에 용접되는 과정에서 용접부의 개소가 늘어나게 되는데, 이를 감안하여 용접부를 보호하기 위한 보호테가 중심관에 내장되므로 용접부의 열화에 따른 파손이 방지되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 방열튜브의 개념도
도 2는 본 발명 한 실시예의 중심관, 팽창관 및 압축관의 사시도
도 3은 본 발명 한 실시예의 방열튜브의 단면도
도 4는 본 발명 한 실시예의 팽창관 및 압축관의 개념도
도 5는 본 발명 한 실시예의 방열튜브의 열분포도

도 1 내지 도 5에서 본 발명 한 실시예의 방열튜브는 DP타입으로써, 소둔설비의 내벽에 고정되는 고정단은 본체관(10)이 구비되고, 상기 본체관(10)의 내부에는 버너(11)가 내장된다. 그리고 상기 본체관(10)과 일직선상에 소둔설비의 내벽에서 떨어지게 돌출된 중심관(20)이 구비되고, 상기 중심관(20)의 상하측에는 서로 떨어진 한쌍의 분기관(30)이 구비된다.

상기 분기관(30)들의 양단과 중심관(20)의 양단은 고정단 연결부(40) 및 자유단 연결부(41)를 통하여 연결되어서 중심관(20)의 버너 열기가 분기관(30)들을 거쳐 본체관(10)과 버너(11) 사이의 틈새로 배출되는 구성이다. 이때 자유단 연결부(41)는 받침부(42)가 구비되어서 소둔설비의 지지대에 구름접촉 식으로 놓인다.

상기 중심관(20)의 한쪽 끝단과 고정단 연결부(40)는 팽창관(50)으로 연결되고, 상기 중심관(20)의 반대쪽 끝단과 자유단 연결부(41)는 압축관(60)으로 연결된다. 상기 팽창관(50)은 상기 중심관(20)과 같은 내경으로 구성되는데, 외주면은 상기 중심관(20)의 외주면보다 높게 다수개의 수직돌출부(51)가 형성된다. 이들 수직돌출부(51)는 일정 피치(P1) 간격으로 떨어지는데, 각 수직돌출부(51)들은 수직면(52)을 통하여 돌출되고, 반원호형의 연속된 파형이 서로 떨어진 상태에서 상기 수직면(52)들에 의해 연속으로 연결된 형태이다.

상기 압축관(60)은 상기 중심관(20)과 같은 내경으로 구성되는데, 외주면은 상기 중심관(20)의 외주면보다 높게 다수개의 경사돌출부(61)가 형성된다. 이들 경사돌출부(61)는 일정 피치(P2) 간격으로 떨어지는데, 각 경사돌출부(61)들은 경사면(62)을 통하여 돌출되고, 반원호형의 연속된 파형이 서로 떨어진 상태에서 상기 경사면(62)들에 의해 연속으로 연결된 형태이다.

상기 팽창관(50)은 상기 고정단 연결부(40)와 중심관(20)의 사이에서 용접부(70)를 통하여 연결되는데, 용접부(70)를 보호하기 위하여 보호링(80)이 용접부(70) 사이에 내장되고, 또한 보호링(80)의 한쪽은 다수의 걸림편(81)이 상기 어느 한 수직돌출부(51) 쪽으로 들어가 걸린다. 그리고 상기 압축관(60)은 상기 자유단 연결부(41)와 중심관(20)의 사이에서 용접부(70)를 통하여 연결되는데, 용접부(70)를 보호하기 위하여 보호링(80)이 용접부(70) 사이에 내장되고, 또한 보호링(80)의 한쪽은 다수의 걸림편(81)이 상기 어느 한 경사돌출부(61) 쪽으로 들어가 걸린다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 도 1에서와 같이 방열튜브가 한쪽의 고정단과 반대쪽의 자유단으로 구성되고, 고정단에는 본체관(10)이 소둔설비의 벽면에 고정된 형태이다. 따라서 본체관(10) 내부의 버너(11)에서 발생되는 화염이 중심관(20)을 거쳐 분기관(30)으로 순환되는 과정에서 중심관(20)과 분기관(30)들은 온도편차가 발생된다. 도 5는 방열튜브의 온도분포를 나타낸 시뮬레이션이다. 여기서 알수 있듯이 버너(11)에서 멀리 떨어진 중심관(20)의 끝단과 자유단 연결부(41) 쪽의 온도가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명 한 실시예의 팽창관(50) 또는 압축관(60)이 없는 일반적인 방열튜브의 경우 도 1에서와 같이 중심관(20)과 분기관(30)의 열팽창 차이로 인하여 뒤틀림이 가상선과 같이 나타나 받침부(12)가 위쪽 또는 아래쪽으로 힘을 받게 되며, 또한 용접부의 터짐 현상이 발생된다.

본 발명 한 실시예는 상기 중심관(20)에서 고정단 연결부(40) 쪽은 팽창관(50)으로 연결되고, 자유단 연결부(41) 쪽은 압축관(60)으로 연결되어 온도편차에 따른 열팽창 차이를 수용한다.

도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 중심관(20)의 끝단 온도가 높게 분포되어 이 쪽이 다른 부분보다 먼저 늘어나게 되는데, 이때 압축관(60)은 피치(P2) 간격이 좁혀지면서 경사면(62)이 수직으로 세워져 수직면(52)과 같은 형태로 된다. 이에 반하여 팽창관(50)은 상기 중심관(20)의 늘어남에 따라 피치(P1) 간격이 벌어지면서 수직면(52)이 경사지게 기울어져 경사면(62)의 형태로 변한다.

즉 소둔설비가 본격적으로 가동되면서 버너(11)가 연속으로 가열되는 동안 온도가 제일 높은 자유단 쪽의 중심관(20)이 열팽창과정에서 늘어나면서 압축관(60)의 폭이 줄어들게 되고, 이에 반하여 고정단 쪽의 팽창관(50)은 중심관(20)의 늘어남에 따라 함께 늘어나면서 폭이 증가된다. 또한 중심관(20)이 팽창관(50) 및 압축관(60)을 통하여 늘어나는 동안 상하단의 분기관(30) 들도 가열되어 길이가 늘어나게 되는데, 이들 분기관(30)은 중심관(20)보다 작은 직경으로 구성되고 또한 늘어나는 길이 또한 중심관(20) 보다 상대적으로 작다.

따라서 버너(11)의 가동 초기에 상기 중심관(20)이 늘어나는 동안 상기 팽창관(50) 및 압축관(60)이 이를 수용하여 폭이 늘어나고 줄어들게 되므로 상기 중심관(20)과 연결된 분기관(30)들의 온도편차에 따른 길이변화에 영향을 주지 않는다. 이후 상기 분기관(30)들이 본격적으로 가열되면서 길이가 늘어나게 되는데, 약 200mm 범위내에서 길이가 변한다. 이때 중심관(20)도 함께 늘어나면서 중심관(20)과 분기관(30)들의 길이변화의 차이가 감소되어 중심관(20) 및 분기관(30)들의 비틀림 및 휨변형이 방지된다.

또한 용접부(70)는 보호링(80)에 의해 버너(11)의 열기가 직접적으로 닿지 않으므로 열화에 따른 파손이 방지되고, 상기 보호링(80)은 걸림편(81)을 통하여 수직돌출부(51) 또는 경사돌출부(61)에 끼워져 걸린 상태로써, 별도의 용접을 시행할 필요가 없으므로 작업성이 향상된다.

10 : 본체관 11 : 버너
20 : 중심관 30 : 분기관
40 : 고정단 연결부 41 : 자유단 연결부
50 : 팽창관 51 : 수직돌출부
52 : 수직면 60 : 압축관
61 : 경사돌출부 62 : 경사면
70 : 용접부 80 : 보호링
81 : 걸림편

Claims (3)

1. 삭제
2. 소둔설비의 내벽에 고정되고 내부에 버너가 설치된 본체관이 구비되고, 상기 본체관과 일직선으로 중심관이 구비되며, 상기 중심관의 상하측에는 서로 떨어진 한쌍의 분기관이 구비되고, 상기 본체관과 상기 중심관 및 분기관들의 한쪽은 고정단 연결부로 연결되고, 상기 중심관 및 분기관들의 반대쪽은 자유단 연결부로 연결되어서 상기 버너의 열기가 상기 중심관에서 분기관들로 향한 뒤 상기 본체관과 버너 사이의 틈새로 배기되도록 하되, 상기 고정단 연결부와 상기 중심관의 한쪽 사이에 팽창관이 용접부를 통하여 연결되고; 상기 중심관의 반대쪽과 상기 자유단 연결부의 사이에 압축관이 용접부를 통하여 연결되며; 상기 팽창관은 상기 중심관의 외주면보다 높게 수직돌출부가 다수개 구비되고, 상기 압축관은 상기 중심관의 외주면보다 높게 경사돌출부가 다수개 구비되는데, 상기 버너의 가동시 상기 경사돌출부들의 피치가 줄어들고 상기 수직돌출부들의 피치가 벌어지면서 상기 중심관의 길이가 늘어나도록 한 방열튜브에 있어서,
   상기 수직돌출부들은 반원호형의 연속된 파형이 서로 떨어진 상태에서 수직면으로 연결되고,
   상기 경사돌출부들은 반원호형의 연속된 파형이 서로 떨어진 상태에서 경사면으로 연결되어 상기 경사돌출부들의 피치가 상기 수직돌출부들의 피치보다 크게 구성된 것을 특징으로 하는 방열튜브.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 팽창관 및 압축관의 용접부들은 상기 중심관의 내주면과 밀착되는 보호링으로 가려지며,
   상기 보호링은 상기 팽창관 및 압축관의 수직돌출부 및 경사돌출부의 내부로 들어가 걸리는 걸림편으로 고정됨을 특징으로 하는 방열튜브.

Images