KR101605257B1 - 코일의 소둔방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 티타늄 코일 소둔공정 중 대류 가열하는 과정에서 분위기 가스를 가열하는 코일 등 복수 개의 가열수단에 이상이 발생되더라도 티타늄 코일의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 코일의 소둔방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 소둔방법은, 진공 소둔로 내부에 코일을 장입하고, 분위기 가스를 주입한 후, 상기 진공 소둔로에 설치된 가열수단을 작동시켜 상기 코일을 소둔시키되, 상기 가열수단의 작동여부를 실시간으로 모니터링하고 그 결과에 따라, 소둔 시간을 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

코일의 소둔방법 {ANNEALING METHOD FOR COIL}

본 발명은 코일의 소둔방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 티타늄 코일 소둔공정 중 대류 가열하는 과정에서 분위기 가스를 가열하는 코일 등 복수 개의 가열수단에 이상이 발생되더라도 티타늄 코일의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 코일의 소둔방법에 관한 것이다.

일반적으로 티타늄은 가벼우면서도 비강도 및 비탄성이 크고 내부식성이 우수하기 때문에 항공, 우주, 해양분야에서 주로 사용되어 왔으며, 항공 및 우주산업의 발달에 따라 그 사용이 증가하고 있는 실정이다.

최근에는 경량화뿐만 아니라 극도의 내구성과 내식성을 요구하는 군수용 및 민수용 항공기, 인공위성 발사용 로켓, 고속선박분야에서 알루미늄만으로 대처할 수 없는 부품에 사용될 뿐만 아니라, 자동차, 식품, 정유, 화학, 의료분야에도 사용되는 등 티타늄의 용도가 확대되고 있다.

이러한, 티타늄 코일를 제조하기 위해서는 복수 개의 단위 공정을 거쳐야하고, 이러한 단위 공정에는 티타늄 표면에 함유된 수소(H₂)량을 감소시켜 수소 취화 가능성을 제거하고, 잔류응력을 낮추어 기계적 성질을 확보하기 위한 소둔공정이 포함된다.

티타늄 코일의 소둔공정은 티타늄 코일을 진공 소둔로에 장입하는 과정, 진공 소둔로의 내부에 진공을 형성하는 과정, 티타늄 코일을 약 400 ~ 500℃ 온도로 복사 가열하는 과정, 티타늄 코일을 약 600 ~ 700℃ 온도로 대류 가열하는 과정, 티타늄 코일을 약 200℃ 온도로 냉각시키는 과정 및 티타늄코일을 축출하는 과정으로 진행되며, 48시간 이상이 소요된다.

특히, 대류 가열하는 과정은 진공 소둔로 내부에 분위기 가스로 아르곤(Ar) 등 비활성 가스를 공급하고, 진공 소둔로에 설치된 복수 개의 코일 등 가열장치를 작동시켜 승온시키면서 진공 소둔로 천정에 설치된 대류 팬을 작동시켜 티타늄 코일을 균일하게 가열시킨다.

이러한, 대류 가열하는 과정은 권취되어 있는 티타늄 코일의 내부까지 균일하게 승온시켜야 하기 때문에 일반적으로 24시간 이상이 소요된다.

그러나, 대류 가열하는 과정에서 분위기 가스를 승온시키는 복수 개의 코일 등 가열장치 중 하나라도 고장 또는 파손 등 이상이 발생되어 작동되지 않는 경우, 대류 가열하는 과정이 즉시 종료되고 냉각시키는 과정을 진행되어 생산되는 티타늄 코일의 품질이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 이상이 발생된 가열장치를 보수하고, 대류 가열하는 과정을 다시 실시하는 경우, 전체 소둔공정에 소요되는 시간이 증가되어 생산성이 저하되며, 진공 소둔로 내부에 공급된 분위기 가스를 다시 가열시켜야 하기 때문에 에너지 소모가 증가되어 생산비가 증가되는 문제점을 가지고 있었다.

종래, 무방향성 전기강판 생산시, 소둔공정에서 전기강판의 용접부 전후에서 조도차이에 의해 온도 편차가 발생되는 것을 방지할 수 있도록, 소둔로 내부의 온도를 제어하는 장치에 대해서는 "소둔로의 온도 제어 장치 (한국 공개특허 10-2004-0052266)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.

그러나, 복수 개가 구비되는 가열장치 중 하나 이상의 가열장치에 이상이 발생되어 작동되지 않는 경우, 이상 여부를 판단할 수 없어 소둔공정이 마무리되지 않은 상태로 코일이 냉각되어 품질을 저하시키는 문제점을 해결하지 못하였다.

또한, 소둔공정이 완료되지 않은 코일에 대하여 소둔공정을 다시 실시하는 경우 전체 소둔공정에 소요되는 시간이 증가되어 생산성이 저하되며, 에너지 소모가 증가되어 생산비가 증가되는 문제점을 해결하지 못하였다.

한국 공개특허 10-2004-0052266 (2004. 06. 23.)

본 발명은 진공 소둔로에 구비된 복수 개의 가열수단을 작동시켜 코일을 대류 가열시키는 과정에서 가열수단 중 일부에 이상이 발생되어 작동되지 않더라도 코일의 기계적 성질 등 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 코일의 소둔방법을 제공한다.

또한, 소둔과정 중 복수 개의 가열수단 중 일부가 작동되지 않더라도 소둔작업을 진행할 수 있는 코일의 소둔방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 코일의 소둔방법은 진공 소둔로를 이용한 코일의 소둔방법에 관한 것으로서, 진공 소둔로 내부에 코일을 장입하고, 분위기 가스를 주입한 후, 상기 진공 소둔로에 설치된 가열수단을 작동시켜 상기 코일을 소둔시키되, 상기 가열수단의 작동여부를 실시간으로 모니터링하고 그 결과에 따라, 소둔 시간을 조절하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 소둔방법은, 상기 진공 소둔로 내부에 상기 코일을 장입하는 단계; 상기 진공 소둔로 내부를 진공으로 유지시킨후 상기 코일을 복사 가열시키는 제1 가열단계; 상기 진공 소둔로 내부에 상기 분위기 가스를 공급하고, 복수 개의 상기 가열수단을 작동시켜 코일을 대류 가열시키는 제2 가열단계; 상기 코일을 대류 냉각시키는 냉각 단계; 및 상기 진공 소둔로 내부에 수용된 상기 코일을 축출하는 축출 단계;를 포함할 수 있다.

상기 제2 가열단계는, 상기 진공 소둔로 내부로 분위기 가스를 공급하고 복수 개의 상기 가열수단을 작동시켜 상기 코일을 승온시키는 승온과정; 복수 개의 상기 가열수단 중 작동되지 않는 가열수단의 갯수를 감지하는 이상 감지과정; 상기 이상 감지과정에서 하나 이상의 가열수단에 이상이 발생된 경우, 진행된 대류 가열의 경과 시간을 측정하는 과정; 및 이상이 발생된 가열수단의 갯수 및 상기 경과 시간에 따라 남은 대류시간을 계산하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 제2 가열단계는, 복수 개의 상기 가열수단 중 하나라도 이상이 발생된 시점을 기준으로 작동되지 않는 가열수단의 갯수에 따라, 대류시간을 증가시키는 것이 바람직하다.

상기 제2 가열단계에서, 대류 가열시간은 하기의 식에 따라 계산하는 것이 바람직하다.

총 필요열량(A) = 가열수단 총 갯수(N) × 설정 대류시간(T)

공급된 열량(H₁)= 가열수단 총 갯수(N) × 경과 시간(T₁)

추가 필요열량(H₂) = 총 필요열량(A) - 공급된 열량(H₁)

남은 대류시간(T₂) = 추가 필요열량(H₂) / (가열수단 총 갯수(N) - 작동되지 않는 가열수단 갯수(F))

상기 코일은 티타늄 코일로 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 코일을 대류 가열시키는 과정에서 일부 가열수단이 작동하지 않더라도 소둔공정을 종료하지 않고 코일을 소둔시킴으로써, 재소둔으로 인하여 작업시간이 증가되는 것을 방지하고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 재소둔 작업으로 인하여 인력 및 에너지가 낭비되는 것을 방지함으로써, 생산비용이 증가되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 복수 개의 가열수단 중 고장 등 이상발생으로 작동되지 않는 가열수단의 갯수만큼 남은 대류시간을 증가시켜, 코일의 내권부위까지 재결정에 필요한 열에너지를 공급함으로써, 균일한 결정립을 형성하여 코일의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 소둔방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되거나, 당업자에게 자명하다고 판단되는 내용은 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 소둔방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 소둔방법은 복수 개의 가열수단이 구비된 진공 소둔로 내부에 코일을 장입하고, 진공 소둔로 내부로 분위기 가스를 주입한 후 복수 개의 가열수단을 작동시켜 코일을 대류 가열시키는 소둔방법으로 각각의 가열수단의 작동여부를 실시간으로 모니터링하여 그 결과에 따라 소둔 시간을 조절한다.

이에, 일부 가열수단에 이상이 발생되어 작동되지 않더라도 코일을 충분히 승온시켜 코일의 내권부와 외권부의 결정립의 크기 차이가 발생되는 것을 방지함으로써, 코일의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 소둔방법은 진공 소둔로 내부로 코일을 장입하는 단계와 코일을 복사 가열시키는 제1 가열단계와 코일을 대류 가열시키는 제2 가열단계와 코일을 냉각시키는 냉각 단계 및 진공 소둔로에서 코일을 꺼내는 축출단계를 포함할 수 있다.

제1 가열단계는 진공 소둔로 내부의 절대 압력이 10^-2 Pa이 되도록 함으로써, 진공 소둔로 내부에 진공을 형성하고 코일의 온도가 약 400 ~ 500 ℃가 되도록 복사 가열하여 코일에 부착된 수분 및 불순물을 제거한다.

제1 가열단계가 완료되면, 진공 소둔로 내부로 분위기 가스를 공급하고 복수 개의 가열수단을 작동시켜 코일이 약 600 ~ 700℃가 되도록 균일하게 2차 대류 가열시킨다.

이러한 제2 가열단계에서, 진공 소둔로 내부에 공급되는 분위기 가스는 예를 들어 아르곤 가스(Ar)를 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 코일을 대류 가열하는 과정에서 코일과 분위기 가스가 반응되지 않도록 함으로써, 생산되는 코일의 품질을 향상시킬 수 있기 때문이다.

또한, 분위기 가스는 진공 소둔로 내부의 절대 압력이 80 ~95 kPa으로 유지 되도록 공급된다.

분위기 가스 공급이 완료되면 진공 소둔로에 구비된 복수 개의 가열수단을 작동시킴과 동시에 진공 소둔로 천정에 설치된 대류 팬을 작동시켜 코일을 대류 가열시키며, 대류 가열시간은 코일의 종, 두께 등에 따라 다르게 설정된다.

이에, 코일의 내권부와 외권부의 온도가 균일하도록 승온시킴에 따라, 코일의 결정립의 크기 차가 발생되는 것을 방지함으로써, 생산되는 코일의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

분위기 가스를 승온시키는 가열수단은 예를 들어 열선, 히터 등이 사용될 수 있으며, 전술된 실시예에 제시된 가열수단의 종류에 한정하지 않고, 진공 소둔로 내부에 공급되는 분위기 가스를 승온시켜 코일을 대류 가열시킬 수 있는 다양한 방식의 가열수단이 선택적으로 적용될 수 있다.

이러한 제2 가열단계는 진공 소둔로 내부의 절대 압력이 80 ~95 kPa로 유지되도록 분위기 가스를 공급하고 복수 개의 가열수단을 작동시켜 코일을 승온시키는 승온과정과 각각의 가열수단의 작동여부를 감지하는 이상 감지과정과 복수 개의 가열수단 중 어느 하나라도 이상이 발생되어 작동되지 않는 경우 진행된 대류 가열의 경과 시간을 측정하는 과정 및 코일이 충분히 가열될 수 있도록 남은 대류시간을 계산하는 과정을 포함할 수 있다.

각각의 가열수단은 작동여부를 감지 및 모니터링 할 수 있는 이상 감지장치와 연결되며, 감지과정은 이상 감지장치로부터 실시간으로 각각의 가열수단의 작동여부 정보를 수신받아 각각의 가열수단에 이상 발생여부를 판단하고 이상이 발생된 경우 작동되지 않는 가열수단의 갯수를 파악한다.

이와 동시에, 경과 시간을 측정하는 과정에서 현재까지 진행된 대류 가열의 경과 시간을 측정하여, 작동되지 않는 가열수단의 갯수와 대류 가열의 경과 시간으로부터 남은 대류시간을 계산함으로써, 대류 가열시간을 연장시킨다.

이와 같은 과정은 복수 개의 가열수단 중 어느 하나라도 이상이 발생될 때마다 반복하여 대류 가열시간을 다시 설정하게 되며, 대류 가열시간의 계산은 하기의 식에 따라 계산된다.

총 필요열량(A) = 가열수단 총 갯수(N) × 설정 대류시간(T)

공급된 열량(H₁)= 가열수단 총 갯수(N) × 경과 시간(T1)

추가 필요열량(H₂) = 총 필요열량(A) - 공급된 열량(H₁)

남은 대류시간(T₂) = 추가 필요열량(H₂) / (가열수단 총 갯수(N) - 작동되지 않는 가열수단 갯수(F))

예를 들어, 제2 가열단계에서 가열수단 총 갯수(N)가 10개이며, 설정 대류시간(T)이 10시간을 진행한다고 가정하면, 코일을 대류 가열시키기 위해 필요한 총 열량, 즉 총 필요열량(A)은 총 필요열량(A)은 10 × 10 =100이 된다.

제2 가열단계가 5시간 경과된 시점에서 가열수단 중 하나에 이상이 발생어 작동되지 않는 경우, 가열수단에 불량이 발생된 시점 즉, 현재까지 공급된 열량(H₁)은 10 × 5 = 50이 되며, 추가 필요열량(H₂)은 총 필요열량(A)에서 현재까지 공급된 열량(H₁)을 제하여 50이 된다.

이때, 남은 대류시간(T₂)은 추가 필요열량(H₂)을 정상가동 중인 가열수단의 갯수로 나눈 값으로 50 / (10 - 1) = 5.55 시간이 된다.

즉, 제2 가열단계의 총 소요시간은 초기 설정대류시간(T)에 0.55시간을 더 추가하여 코일을 대류 가열시킴으로써, 코일의 내권부와 외권부의 결정립 크기 차가 발생되는 것을 방지하여 생산되는 코일의 품질을 균일하게 생산할 수 있는 효과가 있다.

제2 가열단계가 완료되면, 냉각 단계에서 복수 개의 가열 수단의 작동을 중지하고, 코일의 온도가 약 200℃ 이하가 될 때까지, 대류 냉각시키고, 축출 단계에서 냉각이 완료된 코일을 진공 소둔로에서 축출하고 작업이 종료된다.

또한, 본 발명에서 코일은 극도의 내구성과 내식성을 요구하여, 수소 취화 가능성 제거 및 기계적 성질 확보를 필요로하는 티타늄 코일을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 종류의 코일 소둔에 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 진공 소둔로를 이용한 코일의 소둔방법에 관한 것으로서,
   상기 진공 소둔로 내부에 상기 코일을 장입하는 단계;
   상기 진공 소둔로 내부를 진공으로 유지시킨 후 상기 코일을 복사 가열시키는 제1 가열단계;
   상기 진공 소둔로 내부에 분위기 가스를 공급하고, 상기 진공 소둔로에 설치된 복수 개의 가열수단을 작동시켜 코일을 대류 가열시키는 제2 가열단계;
   상기 코일을 대류 냉각시키는 냉각 단계; 및
   상기 진공 소둔로 내부에 수용된 상기 코일을 축출하는 축출 단계;를 포함하며,
   상기 제2 가열단계는, 상기 진공 소둔로 내부로 분위기 가스를 공급하고 복수 개의 상기 가열수단을 작동시켜 상기 코일을 승온시키는 승온과정; 복수 개의 상기 가열수단 중 작동되지 않는 가열수단의 갯수를 감지하는 이상 감지과정; 상기 이상 감지과정에서 하나 이상의 가열수단에 이상이 발생된 경우, 진행된 대류 가열의 경과 시간을 측정하는 과정; 및 이상이 발생된 가열수단의 갯수 및 상기 경과 시간에 따라 남은 대류시간을 계산하는 과정;을 포함하는, 코일의 소둔방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 가열단계는,
   복수 개의 상기 가열수단 중 하나라도 이상이 발생된 시점을 기준으로 작동되지 않는 가열수단의 갯수에 따라, 대류시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 코일의 소둔방법.
   
5. 청구항 1에서,
   상기 제2 가열단계에서, 대류 가열시간은 하기의 식에 따라 계산하는 것을 특징으로 하는, 코일의 소둔방법.
   총 필요열량(A) = 가열수단 총 갯수(N) × 설정 대류시간(T)
   공급된 열량(H₁)= 가열수단 총 갯수(N) × 경과 시간(T₁)
   추가 필요열량(H₂) = 총 필요열량(A) - 공급된 열량(H₁)
   남은 대류시간(T₂) = 추가 필요열량(H₂) / (가열수단 총 갯수(N) - 작동되지 않는 가열수단 갯수(F))
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 코일은, 티타늄 코일인 것을 특징으로 하는, 코일의 소둔방법.
   

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