KR101698474B1

KR101698474B1 - 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR101698474B1
Application number: KR1020140186209A
Authority: KR
Inventors: 공태영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2017-01-20
Also published as: KR20160076243A

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 냉간 압연 또는 용융 도금을 위한 유도 가열 장치는 스트립이 통과할 수 있도록 내부 공간이 형성되는 덕트, 그리고 상기 덕트의 외면에 배치되는 코일을 포함하며, 상기 덕트는 내열 섬유, 그리고 상기 내열 섬유의 양면에 코팅된 실리콘층을 포함한다.

Description

유도 가열 장치{INDUCTION HEATING APPARATUS}

본 발명은 유도 가열에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉간 압연 또는 용융 도금을 위한 유도 가열 장치에 관한 것이다.

냉간 압연 또는 용융 도금을 위한 공정에서는 스트립을 소정의 온도로 가열하거나 보온하는 과정이 필요하다. 이를 위하여, 유도 가열 장치가 소둔로에 연결될 수 있다. 유도 가열 장치는 스트립이 통과할 수 있도록 내부 공간이 형성되는 덕트, 그리고 코일을 포함한다. 코일에 고주파 전류가 인가되면, 고주파 자기장이 발생하며, 고주파 자기장에 의하여 전기장이 유도되고, 덕트의 내부 공간으로 열이 전달된다.

이러한 유도 가열 장치는 소둔로의 기밀을 유지하여야 하고, 스트립의 급속 가열을 위하여 가열 면적을 최대화하여야 하며, 냉각수의 냉복사 또는 스트립이나 소둔로 내부에서 전달되는 복사열로 인한 온도 변화에 강하도록 제작될 필요가 있다. 또한, 코일의 주변에 자기장이 발생하므로, 코일의 내부에는 금속을 사용하지 않아야 한다.

일반적으로, 덕트는 시멘트 재질로 이루어진다. 이에 따라, 덕트는 내부 공간으로부터 전달되는 복사열에 의하여 열충격을 받아 크랙이 발생할 수 있다. 또한, 덕트에 코일이 매립되므로, 코일을 시공한 후에는 코일 사이즈 또는 배치를 변경하기 어려운 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 냉간 압연 또는 용융 도금을 위한 유도 가열 장치를 제공하는 데 있다.

상기 덕트는 상기 코일이 배치되는 제1 덕트, 상기 제1 덕트와 이격되며, 상기 제1 덕트의 내부에 배치되는 제2 덕트, 그리고 상기 제2 덕트와 이격되며, 상기 제2 덕트의 내부에 배치되는 제3 덕트를 포함할 수 있다.

상기 제1 덕트 상에 공냉을 위한 가스 주입구 및 가스 배출구가 형성될 수 있다.

상기 덕트의 상부 및 하부에 각각 상기 덕트와 이격되어 배치되며, 상기 스트립의 사행을 방지하는 보호 프레임을 더 포함할 수 있다.

상기 보호 프레임이 이루는 내부 공간은 상기 제3 덕트가 이루는 내부 공간보다 좁게 형성될 수 있다.

상기 제3 덕트의 내부에 배치되는 단열 천을 더 포함할 수 있다.

상기 코일의 상부에 상기 코일과 이격되어 배치되는 제1 자기 차폐 부재, 그리고 상기 코일의 하부에 상기 코일과 이격되어 배치되는 제2 자기 차폐 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 코일에는 수냉을 위한 물 주입관 및 물 배출관이 연결될 수 있다.

상기 코일은 제1 코일, 그리고 상기 제1 코일의 하부에 상기 제1 코일과 이격되어 배치되는 제2 코일을 포함할 수 있다.

상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에는 공냉을 위한 가스 주입구 및 가스 배출구가 형성될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 소둔로의 기밀을 유지하고, 스트립이 통과하기 위한 공간을 충분히 확보하면서도, 급속 가열이 가능한 유도 가열 장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치는 자기장 차폐 효과가 뛰어 나고, 스트립의 사행 시 충돌을 방지할 수 있으며, 덕트의 내부를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치의 일부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치의 외관이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치에 포함되는 덕트의 사시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치의 일부의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치의 외관이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치에 포함되는 덕트의 사시도이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 덕트(110) 및 코일(120)을 포함한다.

덕트(110)에는 스트립(strip)이 통과할 수 있도록 내부 공간이 형성된다. 그리고, 코일(120)은 덕트(110)의 외면에 배치된다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 덕트(110)는 내열 섬유, 그리고 내열 섬유의 양면에 코팅된 실리콘층을 포함한다. 이와 같이, 내열 섬유에 양면 코팅된 실리콘으로 이루어진 덕트를 사용하면, 덕트의 두께를 얇게 설정할 수 있으므로, 스트립이 통과하기 위한 공간을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)의 덕트(110)는 금속 소재를 포함하지 않으므로, 코일(120) 주변에 발생하는 자기장이 덕트(110)의 외부 및 내부에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)의 덕트(110)는 연성이 있으므로, 가열 또는 냉각으로 인한 온도 변화에 강하게 견딜 수 있으며, 크랙(crack)이 발생할 염려가 없다.

한편, 도 4를 참조하면, 덕트(110)는 코일이 배치되는 외측 덕트(112), 외측 덕트(112)와 이격되며 외측 덕트(112)의 내부에 배치되는 중간 덕트(114), 그리고 중간 덕트(114)와 이격되며 중간 덕트(114)의 내부에 배치되는 내측 덕트(116)를 포함한다. 이와 같이, 덕트(110)가 3단 구조를 가지는 경우, 덕트(110) 내부 공간의 기밀을 유지하면서도 유도 가열 장치(100)의 냉각을 용이하게 수행할 수 있다.

예를 들어, 외측 덕트(112) 상에는 공냉을 위한 가스 주입구(130) 및 가스 배출구(132)가 형성될 수 있다. 가스 주입구(130)를 통하여 외측 덕트(112)와 중간 덕트(114) 사이의 공간에 질소 가스를 주입하며, 가스 배출구(132)를 통하여 주입된 가스를 배출할 수 있다. 이때, 중간 덕트(114)와 내측 덕트(116) 사이는 밀폐되어 있으므로, 공냉을 위한 가스가 중간 덕트(114)와 내측 덕트(116) 사이 또는 덕트(110)의 내부 공간으로 유입되지 않는다.

또한, 코일(120)에는 수냉을 위한 물 주입관(140) 및 물 배출관(142)이 연결될 수 있다. 이에 따라, 코일(120)은 수냉되며, 코일(120)과 접촉하고 있는 외측 덕트(112)도 함께 냉각될 수 있다.

한편, 다시 도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 스트립의 사행을 방지하는 보호 프레임(150)을 더 포함할 수 있다. 보호 프레임(150)은 덕트(110)의 상부 및 하부에 각각 덕트(110)와 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 보호 프레임(150)은, 예를 들면 6mmT 두께의 스테인레스 재질일 수 있다. 이때, 보호 프레임(150)이 이루는 내부 공간(D1)은 내측 덕트(116)가 이루는 내부 공간(D2)보다 좁게 형성될 수 있다. 이에 따라, 스트립이 실제로 통과하는 공간은 D1이며, 스트립의 사행 시 스트립이 내측 덕트(116)에 닿기 전에 보호 프레임(150)에 먼저 닿게 되므로, 코일(120)을 타격하지 않으며, 코일(120)의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 내측 덕트(116)의 내부에 배치되는 단열 천(160)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 단열 천(160)은 1000℃ 이상의 내열성을 가지며, 1.4mmT의 두께를 가지는 2겹의 단열 천일 수 있다. 이에 따라, 덕트(110)의 내부 공간과 덕트(110)는 단열될 수 있으며, 스트립 및 소둔로로부터 전달되는 복사열로 인한 덕트(110)의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 코일의 상부 및 하부에 코일과 이격되어 배치되는 자기 차폐 부재(170)를 더 포함할 수 있다. 자기 차폐 부재(170)는 외측 덕트(112)에 형성되며, 덕트(110)의 끝단(110-2)까지 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 자기 차폐 부재(170)는 코일의 상부 및 하부에 배치되며, 덕트(110)의 둘레를 둘러싸는 링 형상이며, 구리를 포함할 수 있다. 이에 따라, 코일(120) 주변, 특히 코일(120)의 상하부에 발생하는 자기장을 차폐할 수 있다. 자기 차폐 부재는 쇼트 링(short ring)과 혼용될 수 있다. 도시되지 않았으나, 자기 차폐 부재(170)의 측면에는 냉각 팬이 배치되거나, 자기 차폐 부재(170) 상에 수냉을 위한 물 주입구 및 물 배출구가 형성될 수 있다. 이에 따라, 자기 차폐 부재(170)의 온도가 소정 수준 이상으로 올라가지 않도록 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 코일(120)이 덕트(110)의 외면에 배치되므로, 코일의 재배치 또는 코일의 사이즈 변경이 용이하다. 예를 들어, 코일(120)은 복수의 층으로 배치될 수 있다. 도 1에서 도시한 바와 같이, 코일(120)은 상부 코일(122), 그리고 상부 코일(122)의 하부에 상부 코일(122)과 이격되어 배치되는 하부 코일(124)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 덕트(110)의 외면에 코일(120)을 여러 개 배치하면, 가열 면적을 최대화할 수 있으므로, 급속 가열이 가능하다.

이때, 공냉을 위한 가스 주입구(130) 및 가스 배출구(132)는 코일 별로 형성될 수 있다. 예를 들어, 공냉을 위한 가스 주입구(130) 및 가스 배출구(132)는 상부 코일(122)의 상부 및 상부 코일(122)과 하부 코일(124)의 사이에 형성될 수 있다. 이에 따라, 공냉의 효율을 높일 수 있다.

한편, 도시되지 않았으나, 코일(120)의 상하부 또는 코일(120)의 외측부 금속은 절연물과 같은 비자성체 또는 낮은 저항 특성을 가지는 알루미늄 또는 스테인리스 재질일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 유도 가열 장치
110: 덕트
120: 코일

Claims

냉간 압연 또는 용융 도금을 위한 유도 가열 장치에 있어서,
스트립이 통과할 수 있도록 내부 공간이 형성되는 덕트, 그리고
상기 덕트의 외면에 배치되는 코일을 포함하며,
상기 덕트는 내열 섬유, 그리고 상기 내열 섬유의 적어도 한 면에 코팅된 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 실리콘층을 포함하고,
상기 덕트는
상기 코일이 배치되는 제1 덕트,
상기 제1 덕트와 이격되며, 상기 제1 덕트의 내부에 배치되는 제2 덕트, 그리고
상기 제2 덕트와 이격되며, 상기 제2 덕트의 내부에 배치되는 제3 덕트
를 포함하는 유도 가열 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 덕트 상에 공냉을 위한 가스 주입구 및 가스 배출구가 형성되는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 덕트의 상부 및 하부에 각각 상기 덕트와 이격되어 배치되며, 상기 스트립의 사행을 방지하는 보호 프레임을 더 포함하는 유도 가열 장치.
제4항에 있어서,
상기 보호 프레임이 이루는 내부 공간은 상기 제3 덕트가 이루는 내부 공간보다 좁게 형성되는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 제3 덕트의 내부에 배치되는 단열 천을 더 포함하는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일의 상부에 상기 코일과 이격되어 배치되는 제1 자기 차폐 부재, 그리고 상기 코일의 하부에 상기 코일과 이격되어 배치되는 제2 자기 차폐 부재를 더 포함하는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일에는 수냉을 위한 물 주입관 및 물 배출관이 연결되는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일은
제1 코일, 그리고
상기 제1 코일의 하부에 상기 제1 코일과 이격되어 배치되는 제2 코일을 포함하는 유도 가열 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에는 공냉을 위한 가스 주입구 및 가스 배출구가 형성되는 유도 가열 장치.