KR101694211B1 - 음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법 - Google Patents

Abstract

표면에 음극표면돌기가 형성하여 열효율을 증대시킬 수 있는 음극표면돌기를 갖는 복사관 및 그 제조방법이 소개된다. 이 중에서 복사관은 소둔로의 내부를 통과하는 스트립을 가열하기 위한 음극표면돌기를 갖는 복사관으로서, 복사관(100)의 둘레면에는 표면적을 증가시키기 위한 음극표면돌기(130)가 복수개 형성된다.

Description

음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF RADIANT TUBE WITH DEPRESSION ON EXTERNAL SURFACE}

본 발명은 음극표면돌기를 갖는 복사관 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 음극표면돌기를 형성하여 열효율을 증대시킬 수 있는 음극표면돌기를 갖는 복사관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 소둔로의 내부에는 철강 스트립의 냉연 또는 표면 처리를 위하여 복사관이 설치되고, 복사관은 소둔로를 통과하는 스트립의 크기 및 가열 온도에 따라 굴곡되게 배치된다.

이 복사관 중에는 복사관의 열효율을 증가시키기 위한 기술, 예컨대, "전열핀이 구비된 열처리용 복사관(특허공개공보 : 10-2006-0073706)", "열전달핀을 구비한 열교환기(실용신안공개공보 : 2000-0008536)" 등이 제안된 바 있다.

종래 전열핀이 구비된 열처리용 복사관의 경우, 복사관(1)의 둘레면에 전열핀(7)이 설치되고, 이 전열핀(7)은 스트립(2)의 표면과 수평상태가 유지되도록 복사관(1)의 직관부(1a) 둘레면에 서로 마주보는 방향으로 설치된다.

그리고 종래 열전달핀을 구비한 열교환기의 경우, 외부튜브(10)의 표면에 표면적을 증가시킨 다수의 제1열전달핀(11)이 스크류 형상으로 돌출되게 형성되고, 내부튜브(20)의 표면에 표면적을 증가시킨 다수의 제2열전달핀(21)이 스크류 형상으로 돌출되게 형성된다.

그런데 이러한 종래 기술의 경우, 별도의 전열핀(열전달핀)을 복사관(외부튜브/내부튜브)에 설치해야 하므로 제작비용이 증가되고, 복사관의 열분포가 균일하지 못하여 온도 편차가 발생된다는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 이형제 코팅의 제어를 통해 표면적을 증가시켜 열효율을 향상시킬 수 있는 음극표면돌기를 갖는 복사관 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 음극표면돌기를 갖는 복사관은, 소둔로의 내부를 통과하는 스트립을 가열하기 위한 음극표면돌기를 갖는 복사관으로서, 상기 복사관의 둘레면에는 표면적을 증가시키기 위한 음극표면돌기가 복수개 형성된다.

바람직하게, 상기 음극표면돌기는 돌기 코팅층이 형성된 금형몰드에 의해 원심주조되어 형성된다.

바람직하게, 상기 복사관은 적어도 둘 이상으로 이루어지는 복수의 직관부와, 상기 복수의 직관부를 서로 굴곡되게 연결하는 곡관부로 구성되고, 상기 음극표면돌기는 상기 복수의 직관부에만 형성된다.

바람직하게, 상기 음극표면돌기는 0.8mm~ 1.2mm의 깊이를 갖도록 상기 복사관의 둘레면에 형성된다.

본 발명에 따른 음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법은, 용탕을 원심주조하여 중공의 복사관을 제조하는 음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법으로서, 박리를 용이하게 하기 위한 1차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅하는 박리 코팅층 형성 단계와, 양극돌기를 형성하기 위한 2차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅하는 돌기 코팅층 형성 단계와, 상기 박리 코팅층 및 돌기 코팅층이 형성된 금형몰드에 용탕을 주입하여 둘레면에 음극표면돌기가 형성된 복사관을 성형하는 원심주조 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 박리 코팅층 형성 단계는 상기 금형몰드를 회전시킨 상태에서 토치를 통해 1차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅하고, 상기 돌기 코팅층 형성 단계는 상기 금형몰드를 회전시킨 상태에서 토치를 통해 2차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅한다.

바람직하게, 상기 1차 이형제는 300메시 크기의 실리카계 분말을 포함하고, 상기 2차 이형제는 30~40메시 크기의 실리카계 분말을 포함한다.

본 발명에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.

첫째, 본 발명은 복사관의 둘레면에 음극표면돌기를 형성함으로써, 복사관의 표면적을 증가시켜 열효율을 향상시킬 수 있고, 복사관에 대한 열분포가 전체적으로 균일하게 이루어질 수 있다는 이점이 있다.

둘째, 본 발명은 별도의 공정을 부가하지 않은 상태에서 원심주조 공정 중에 이형제 코팅기술만을 제어함으로써, 복사관의 둘레면에 대한 음극표면돌기의 성형을 쉽게 구현할 수 있다는 이점이 있다.

도 1a는 종래 기술에 따른 전열핀이 구비된 열처리용 복사관을 도시한 사시도.
도 1a는 종래 기술에 따른 열전달핀을 구비한 열교환기복사를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 음극표면돌기를 갖는 복사관을 도시한 사시도.
도 3은 도 "A-A"부를 절개하여 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법을 도시한 블록도.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 복사관은, 둘레면에 표면적을 증가시킬 수 있는 음극표면돌기(130)를 형성하여 열효율이 향상되도록 한다.

구체적으로, 복사관(100)은 소둔로의 내부에 배치되어 소둔로 내부를 통과하는 스트립을 가열하는데, 이러한 복사관(100)은 복수의 직관부(110)와, 복수의 직관부(110)를 서로 굴곡되게 연결하는 곡관부(120)로 구성된다.

본 실시예에서는 2개의 직관부(110)와 이들 2개의 직관부(110)를 서로 연결하는 1개의 곡관부(120)로 이루어지는 "U"자 형태의 복사관(100)에 대하여 설명하였으나, 이들 직관부(110) 및 곡관부(120)의 개수 및 연결 구조는 다양하게 변경되어 적용될 수 있을 것이다.

복사관(100)의 직관부(110)에는 둘레면에 표면적을 증가시킬 수 있는 복수의 음극표면돌기(130)가 형성된다. 이 음극표면돌기(130)는 복사관(100)의 표면에 대해 오목한 면을 갖는 홈부 형태로 구성되고, 이 오목한 면은 평탄면을 갖는 복사관(100)의 표면에 비하여 표면적이 증가되도록 한다.

이러한 음극표면돌기(130)는 복사관(100)의 둘레면에 대해 0.8mm~ 1.2mm의 깊이를 갖도록 오목하게 형성된다. 여기서, 음극표면돌기(130)가 0.8mm 보다 낮아지게 되면 복사관(100)의 표면적 증가 효과가 현저하게 떨어지게 되고, 1.2mm 보다 높아지게 되면, 원심 주조시 2차 이형제를 이용하여 성형되는 음극표면돌기(130)의 형성이 어렵게 된다.

즉, 음극표면돌기(130)의 0.8mm~ 1.2mm의 깊이는 30~40메시(mesh)의 2차 이형제 크기, 보다 상세하게는 실리카계 분말 크기에 따라 결정되는데, 실리카계 분말의 크기가 30메시 미만이면 상대적으로 입자의 크기가 커져서 복사관(100)의 표면이 불균일해지거나 용탕주입시 용탕의 흐름에 의해 돌출된 이형제 입자가 제거되어 용탕으로 혼입될 가능성이 크고, 실리카계 분말의 크기가 40메시 이상이면 상대적으로 입자의 크기가 작아지므로 음극표면돌기(130)의 깊이가 0.8mm 보다 낮아지게 되어 표면적 증가의 효과가 현저하게 떨어지게 되는 것이다.

이 음극표면돌기(130)는 복수의 직관부(110)에만 형성되는 것이 바람직하다. 이는 소둔로 내부를 통과하는 스트립이 복사관(100)의 직관부(110)에 대향되게 배치되기 때문이다. 따라서, 음극표면돌기(130)를 복사관(100)의 곡관부(120)까지 형성하게 되면, 열복사관(100)을 통한 열복사가 불필요한 부분까지 이루어지므로 열손실이 발생될 수 있다.

이러한 음극표면돌기(130)는 복사관(100)의 원주방향은 물론, 길이방향을 따라 균일하게 형성되는데, 이를 구현하기 위해, 본 발명에는 돌기 코팅층이 형성된 금형몰드를 사용하는 원심주조공정이 적용된다.

이하, 복사관의 표면에 음극표면돌기를 형성하기 위한 본 발명의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복사관 제조방법은, 금형몰드의 전체 내경면에 박리 코팅층을 형성하는 박리 코팅층 형성 단계와, 금형몰드의 전체 내경면에 돌기 코팅층을 형성하는 돌기 코팅층 형성 단계와, 금형몰드에 용탕을 주입하여 음극표면돌기(130)가 형성된 복사관(100)을 성형하는 원심주조 단계를 포함한다. 여기서, 금형몰드의 내경면은 원심주조시 용탕이 주입되어 복사관(100)의 표면 성형이 이루어지는 성형면으로 정의한다.

구체적으로, 박리 코팅층 형성 단계는, 박리를 용이하게 하기 위한 1차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅하는 단계로, 1차 이형제의 코팅시, 금형몰드를 회전시킨 상태에서 토치를 이용하여 1차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅한다.

이때, 1차 이형제는 실리카계 분말을 물 및 점결제 등과 혼합하여 사용된다. 이 1차 이형제는 주조 공정시 금형몰드로부터 성형물을 용이하게 박리하기 위해 사용되는 통상의 이형제와 동일한 성분이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 다만, 제품의 표면을 미려하게 하기 위해, 본 실시예에서는 300메시 정도의 미세 크기 실리카계 분말이 사용되었으며, 1차 이형제의 코팅 두께는 평균적으로 0.5mm 내외가 되도록 하였다.

돌기 코팅층 형성 단계는, 양극돌기를 형성하기 위한 2차 이형제를 박리 코팅층이 형성된 금형몰드에 코팅하는 단계로, 2차 이형제의 코팅시, 금형몰드를 회전시킨 상태에서 토치를 이용하여 2차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅한다.

여기서, 2차 이형제는 실리카계 분말을 물 및 점결제 등과 혼합하여 사용된다. 특히, 2차 이형제의 실리카계 분말은 원심주조시 복사관(100)의 표면에 음극표면돌기(130)를 형성하기 위한 것이므로, 음극표면돌기(130)를 형성하기 위해서는 일정 크기를 이상이어야 한다.

이에 따라, 본 실시예에서는 30~40메시 크기의 실리카계 분말이 사용되었다. 실리카계 분말의 크기가 30메시 미만이면 상대적으로 입자의 크기가 커져서 복사관(100)의 표면이 불균일해지거나 용탕주입시 용탕의 흐름에 의해 돌출된 이형제 입자가 제거되어 용탕으로 혼입될 가능성이 크고, 실리카계 분말의 크기가 40메시 이상이면 상대적으로 입자의 크기가 작아서 음극표면돌기(130)를 통한 표면적 증가의 효과가 현저하게 떨어지게 된다.

원심주조 단계는 원심주조를 통해 음극표면돌기(130)가 형성된 복사관(100)을 성형하는 단계로, 상술한 박리 코팅층 형성 단계와 돌기 코팅층 형성 단계에서, 금형몰드에 박리 코팅층 및 돌기 코팅층이 형성되면, 이 금형몰드에 용탕을 주입한다. 이때, 금형몰드의 돌기 코팅층이 형성된 부분에는 용탕이 채워지지 아니하므로, 이에 대응되는 복사관(100)에는 음극표면돌기(130)가 형성된다.

이와 같이, 본 발명은 음극표면돌기를 형성하기 위해 이형제 코팅을 제어하여 원심주조함으로써, 용탕이 금형몰드내에 고속으로 유입 분포되어 유동성 불량이 방지되고, 용탕에 높은 압력이 걸리게 되어 복사관(100)의 조직이 치밀해져 기공이 없으며, 작업시간이 짧아져 다량생산이 가능해질 수 있다.

한편, 원심주조 단계가 완료된 후, 음극표면돌기(130)가 형성된 복사관(100)을 이용하여 열효율을 측정한 결과, 종래 기술과 대비하여 5%이상 우수한 열효율을 나타낸 것으로 확인되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 복사관(100)의 둘레면에 음극표면돌기(130)를 형성함으로써, 복사관(100)의 표면적을 증가시켜 열효율을 향상시킬 수 있고, 별도의 공정을 부가하지 않은 상태에서 원심주조 공정 중에 이형제 코팅기술만을 제어함으로써, 복사관(100)의 둘레면에 대한 음극표면돌기(130)의 성형을 쉽게 구현할 수 있다는 우수한 장점이 있는 것이다.

상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 :복사관 110 :직관부
120 :곡관부 130 :음극표면돌기

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 용탕을 원심주조하여 중공의 복사관을 제조하는 음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법으로서,
   박리를 용이하게 하기 위한 1차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅하는 박리 코팅층 형성 단계;
   양극돌기를 형성하기 위한 2차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅하는 돌기 코팅층 형성 단계; 및
   상기 박리 코팅층 및 돌기 코팅층이 형성된 금형몰드에 용탕을 주입하여 둘레면에 음극표면돌기가 형성된 복사관을 성형하는 원심주조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 박리 코팅층 형성 단계는 상기 금형몰드를 회전시킨 상태에서 토치를 통해 1차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅하고,
   상기 돌기 코팅층 형성 단계는 상기 금형몰드를 회전시킨 상태에서 토치를 통해 2차 이형제를 금형몰드의 전체 내경면에 코팅하는 음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 1차 이형제는 300메시 크기의 실리카계 분말을 포함하고, 상기 2차 이형제는 30~40메시 크기의 실리카계 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극표면돌기를 갖는 복사관 제조방법.

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