KR101701328B1 - Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비 - Google Patents

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Abstract

Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비를 개시한다. 본 발명에 따른 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비는, 내부 환경이 Rx 가스 분위기로 유지되는 열처리로, Rx 가스 생성용 반응 촉매를 수용하는 내부 개질기, Rx 가스의 생성 원료가 되는 원료가스에 공기를 소정의 비율로 혼합하여 상기 내부 개질기에 공급하는 원료 공급수단, 열처리로의 내부 온도를 소둔 처리에 필요한 온도까지 가열시키기 위해 설치되는 가열수단 및 상기 가열수단의 온/오프 및 연소부하 제어를 통해 상기 열처리로 내부의 온도를 조절할 수 있도록 구비되는 제어기를 포함하며, 내부 개질기는 열처리로 내에 장입되고 가열수단으로 축열식 라디안트 튜브 버너가 적용됨을 구성의 요지로 한다.

Description

Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비{Non Oxygen Annealing Furnace System with internal Rx generator}
본 발명은 Rx 가스 분위기에서 피가공물에 대한 열처리를 수행하는 열처리 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Rx 가스 발생기가 열처리로에 내장형으로 구성된 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비에 관한 것이다.
보통 강재, SUS, 동합금 등의 자동차 부품, 전자부품에 사용되는 고급 열처리 제품은 H2, CO 분위기에서 소둔, 소결, 브레이징과 같은 무산화 분위기 열처리를 수행한다. 이와 같은 무산화 분위기 조성을 위한 분위기 가스는 저공기비, 즉 연료 과잉(Fuel rich) 상태에서 연소를 통해 생성되어 열처리로 내에 주입된다.
소둔, 소결, 브레이징, 침탄 등과 같은 일반 열처리에 사용되는 분위기 가스는 통상 흡열형 가스(Endothermic gas)가 사용된다. 구체적으로는, Rx 가스라 불리는 변성가스가 주로 사용되는데, Rx 가스는 원료가스와 적당량의 공기를 가해서 고온(1000℃ 정도)으로 유지되는 촉매 반응기에서 변성된 것으로, 소둔, 소결, 브레이징, 침탄 열처리등에 이용된다.
도 1은 종래 일반적인 열처리 설비를 개략 도시한 도면이다.
도 1과 같이, 일반적인 열처리 설비에 있어 열처리에 사용되는 상기 Rx 가스는 외부에 별도로 마련되는 Rx 가스 발생장치(100)를 통해 생성 및 공급된다. 즉 종래 대부분의 열처리 설비는 노(爐, 300) 외부에 Rx 가스 발생장치(300)를 별도로 두고 여기에서 생성된 Rx 가스가 관을 통해 노(300) 내부의 밀폐된 처리공간에 주입되도록 구성되어 있다.
분위기 가스인 H2, CO, CO2 등은 평형적으로 존재하는 관계로 Rx 가스 발생장치(100)에서는 별도의 CO2 제어를 통한 나머지 가스들의 동시 제어를 통해 환원 열처리 분위기를 제어하게 되는데, 이를 위해서는 Rx 가스 발생장치(100)와 CO2 제어장치(200) 등이 같이 연동되어야 하는 관계로 Rx 가스 발생부의 설비 크기가 커질 수 밖에 없었으며, 노(爐, 300) 외부에 별도로 설치될 수 밖에 없었다.
이로 인해 종래 열처리 설비는 시스템 구축에 많은 비용이 들고, 전반적으로 부피가 커서 공간소요가 크기 때문에 적용환경에 제약이 있을 수 밖에 없었으며, 실질적인 열처리가 행해지는 노(爐, 300)와 Rx 발생장치(100) 및 제어장치(200)에 대한 유지 관리가 별도로 행해져야 했기 때문에 전반적인 시스템 유지 관리에 있어서도 곤란함이 수반될 수 밖에 없었다.
또한, 종래 대부분의 열처리 설비는 열처리에 적합한 온도환경 조성을 위한 열원으로 대부분 전기히터(400)를 사용하고 있다. 전기히터(400)는 제품에 따라 달라지는 처리온도에 정확하고 신속하게 접근할 수 있다는 온도제어 측면에서의 유리함이 있으나, 에너지 생산 비용이 높은 전기를 이용하는 관계로 환경 및 경제성 측면에 볼 때 개선이 필요한 실정이다.
한국공개특허 제2010-0037778호(공개일 2010. 4. 12)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, Rx 가스 발생장치를 열처리로 내에 내장형으로 구성함으로써 전체 열처리 설비의 콤팩트화를 도모하고 소형화를 달성할 수 있는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 열처리로에서의 가열수단으로 전기히터 대신 축열식 라이안트 튜브 버너를 사용함으로써 환경친화적이면서 에너지 절약을 도모할 수 있는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,
내부 환경이 Rx 가스 분위기로 유지되는 열처리로; 상기 Rx 가스 생성용 반응 촉매를 수용하는 내부 개질기; Rx 가스의 생성 원료가 되는 원료가스에 공기를 소정의 비율로 혼합하여 상기 내부 개질기에 공급하는 원료 공급수단; 상기 열처리로의 내부 온도를 소둔 처리에 필요한 온도까지 가열시키기 위해 설치되는 가열수단; 및 상기 가열수단의 온/오프(ON/OFF) 및 연소부하 제어를 통해 상기 열처리로 내부의 온도를 조절할 수 있도록 구비되는 제어기;를 포함하며,
상기 내부 개질기는 열처리로 내에 장입되고 가열수단으로 축열식 라디안트 튜브 버너를 사용하는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 열처리 설비에 적용된 상기 내부 개질기는, 상기 원료가스와 공기 혼합물이 유동 가능한 막대 모양의 튜브 중간에 개질 촉매를 넣고 입구 측을 세라믹 섬유(Ceramic fiber)로 봉입하여 촉매 반응부를 구성하고, 촉매 반응부의 상기 입구 측에 상기 혼합물이 유입되도록 헤더부를 형성시킨 구성일 수 있다.
이때, 상기 개질 촉매는 루테늄(ruthenium) 또는 니켈을 알루미나(alumina), 실리카(silica) 담체에 담지시킨 펠릿(Pellet) 모양으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 헤더에는 상기 촉매 반응부보다 큰 직경의 플랜지가 일체로 구비될 수 있다.
그리고 상기 원료 공급수단은, 원료가스가 수용되는 원료가스 수용부와, 원료가스에서 공급되는 원료가스에 공기를 혼합시켜 상기 내부 개질기에 공급하는 블로워와, 상기 원료가스 수용부와 블로워 사이에서 원료가스의 유량을 조절하여 상기 공연비(공기와 원료가스의 비)가 조절되도록 하는 전자밸브로 구성될 수 있다.
또한 상기 축열식 라디안트 튜브 버너는, 버너와, 상기 버너 작동 시 발생한 배기가스의 열을 저장하고 저장된 열로서 연소용 흡입공기를 예열시키는 축열부와, 상기 축열부에 흡입공기와 배기가스가 교번적으로 유입되도록 단속하는 절환부를 갖춘 구성일 수 있다.
또한, 본 발명은 피가공물이 장입되는 상기 열처리로 입구 측에 형성되는 제1 질소챔버와, 피처리 완료된 가공물이 반출되는 상기 열처리로 출구 측에 형성되는 제2 질소챔버와, 상기 제1 질소챔버와 제2 질소챔버에 질소를 공급하는 질소가스 공급수단을 더 포함할 수 있다.
더하여, 상기 열처리로에 의해 조성되는 Rx 가스 분위기에 피가공물이 노출되도록 이송시키는 이송벨트가 구비되며, 상기 열처리로 내부의 이송벨트 상부와 하부에 상기 축열식 라디안트 튜브 버너가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비에 의하면, Rx 가스 발생장치가 열처리로 내에 내장형으로 구비됨으로써, 전체 열처리 설비를 소형화할 수 있는 장점이 있으며, N2 분위기에서 피가공물에 대한 탈탄 및 산화반응을 억제함으로써 Rx 가스의 사용을 최대한 줄일 수 있어 공정 단축 효과와 연료비 절감효과를 기대할 수 있다.
또한, 가열수단으로서 일반적으로 열처리 설비에 적용되던 전기히터 대신 축열식 라이안트 튜브 버너(축열식 RT 버너)를 사용함으로써, 전기사용을 최대한 배제할 수 있는 환경친화적인 열처리 설비 구축이 가능하다는 장점이 있으며, 전기사용 배제에 따른 에너지 절약과 운용비 또한 크게 절감시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 Rx 가스 분위기에서 열처리를 수행하는 종래 열처리 설비의 측면 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비의 측면 개략도.
도 3은 도 2의 열처리로에 적용되는 내부 개질기의 측면도.
도 4는 도 3의 내부 개질기에 원료가스와 공기가 혼합된 혼합원료를 공급하는 원료 공급수단의 개략 구성도.
도 5는 도 2의 열처리로에 적용되는 축열식 라디안트 튜브 버너(축열식 RT 버너)의 측면도.
도 6은 도 5에 도시된 RT 버너의 절환부 횡단면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
이하 본 발명을 설명함에 있어 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 "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.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비의 측면 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비는 내부 환경이 Rx 가스 분위기로 유지되는 열처리로(10)를 포함한다. 열처리로(10)에는 일측과 대향부 타측에 각각, 열처리 대상 피가공물이 반입되는 입구(12)와 소정의 열처리를 마친 피가공물이 반출되는 출구(14)가 형성되며, 내화재로 둘러싸인 소정의 열처리 공간이 형성된다.
열처리로(10)는 그 크기나 형상이 열처리 대상 피가공물의 재질이나 처리 수량, 설비가 구축되는 공간환경 등에 따라 달리 설계될 수 있기 때문에 특정되지 않으며, 열처리 공간 내 무산화 Rx 가스 분위기 조성을 위해 Rx 가스 생성용 반응 촉매를 수용한 내부 개질기(20)가 상기 열처리로(10) 외부에서 일부가 외부에 위치하도록 장입된다.
내부 개질기(20)에는 Rx 가스의 생성 원료가 되는 혼합물(원료가스에 공기를 소정의 비율로 혼합시킨 혼합원료)이 원료 공급수단(30)을 통해 공급된다. 원료 공급수단(30)은 열처리 대상 피가공물에 재질에 따라 달라지는 처리 환경에 맞는 Rx 가스 분위기가 조성되도록 상기 열처리로(10) 외부에서 원료가스와 공기를 소정의 비율로 혼합하여 내부 개질기(20)에 공급한다.
열처리로(10) 내부 공간의 온도는 가열수단(40)에 의해 열처리, 예컨대 소둔(annealing, 풀림) 처리일 경우 소둔 처리에 필요한 온도로 유지될 수 있으며, 이때 가열수단(40)으로 연료가스를 사용하며 연소 열을 임시 저장하고 이를 연소용 흡입공기를 예열하는데 사용함으로써 열효율을 크게 개선한 축열식 단일 라디안트 튜브 버너(40, 이하, '축열식 RT 버너'라 함)가 사용된다.
축열식 RT 버너(40)는 소정의 제어 로직을 포함하는 제어기(50)의 통제를 받아 작동된다. 즉 제어기(50)의 통제에 따라 열처리로(10) 내부를 처리 대상 피가공물의 재질에 따라 달라지는 열처리에 적합한 온도환경으로 조성하며, 이때 제어기(50)는 상기 축열식 RT 버너(40)의 온/오프(ON/OFF) 및 연소부하를 제어를 통한 발열량 조절로서 상기 열처리로(10) 내부의 온도가 조절될 수 있도록 제어한다.
축열식 RT 버너(40)는 열처리로(10)에 의해 조성되는 Rx 가스 분위기에 피가공물을 노출시켜 이송시키는 열처리로(10) 내부의 이송벨트(15) 상부와 하부에 다수가 일정 간격으로 설치될 수 있으며, 이때 제어기(50)는 버너 각각의 온/오프를 제어하면서 전체 연소부하를 제어할 수 있도록 피가공물의 이송속도에 대응한 버너 각각의 자동점화 제어로직과 연소부하 제어로직을 포함할 수 있다.
처리대상 피가공물이 장입되는 상기 열처리로(10)의 입구(12) 측에는 제1 질소챔버(60)가 형성된다. 그리고 열처리 완료된 피가공물이 반출되는 반대편 출구(14) 측에는 제2 질소챔버(70)가 형성된다. 상기 제1 질소챔버(60)와 제2 질소챔버(70) 내부는 외부에서 질소가스가 지속적으로 공급됨으로써 열처리로(10) 내부 환경을 무산화 분위기로 조성한다.
변성가스인 Rx 가스에만 의존하던 종래와는 달리 질소가스를 이용하여 열처리 환경을 무산화 분위기로 조성함으로써, Rx 가스의 사용량을 크게 저감시킬 수 있어 연료비 절감과 공정 단축의 효과가 기대되며, 대기오염과 작업장 환경을 개선을 꾀할 수 있다. 더하여 열처리로(10) 입구(12)와 출구(14) 측 부압을 최대한 억제하여 폭발 위험성을 낮출 수 있다.
열처리로(10) 외부의 질소가스 공급수단(80)이 상기 제1 질소챔버(60)와 제2 질소챔버(70)에 질소를 공급한다. 질소가스 공급수단(80)은 질소가스를 수용하는 질소가스 수용부(81) 질소가스 수용부(81)와 상기 제1 질소챔버(60) 및 제2 질소챔버(70)를 연결하여 각각의 질소챔버에 질소가스 수용부(81)에 수용된 질소가스가 공급되도록 하는 질소가스 공급배관(82)을 포함할 수 있다.
질소가스 수용부(81)는 외부로부터 질소가스를 충진하여 단순 보관하는 용기형태로 제공될 수 있으며, 자체적으로 순수 질소가스를 생성할 수 있는 구성의 질소가스 생성기 형태로도 구현될 수 있다. 그리고 상기 질소가스 공급배관 중간에는 별도 제어부의 제어를 받아 질소가스의 공급을 허용하거나 차단하는 질소가스 공급제어밸브(85)가 설치될 수 있다.
도 3은 도 2의 열처리로에 적용되는 내부 개질기의 측면도이다.
도 3의 도시와 같이, 열처리로(10) 내에 장입되는 상기 내부 개질기(20)는, 상기 원료가스와 공기 혼합물이 유동 가능한 막대 모양의 튜브(23) 중간에 개질 촉매(24)를 넣고 입구(12) 측을 세라믹 섬유(Ceramic fiber, 25)로 봉입하여 촉매 반응부(22)를 구성하고, 촉매 반응부(22)의 상기 입구(12) 측에 상기 혼합물이 유입되도록 헤더부(26)를 형성한 구성일 수 있다.
촉매 반응부(22)를 구성하는 개질 촉매는 루테늄(ruthenium) 또는 니켈을 알루미나(alumina), 실리카(silica) 담체에 담지시킨 펠릿(Pellet) 모양으로 형성될 수 있으며, 상기 헤더부(26)에는 열처리로(10) 외벽면에 부착 고정되는 플랜지(27)가 상기 촉매 반응부(22)보다 큰 직경으로 형성됨으로써 열처리로(10) 내부와 외부에 촉매 반응부(22)와 헤더부(26)가 각각 위치하도록 장착될 수 있다.
내부 개질기(20)의 촉매 반응부(22)는 열처리로(10) 내부에 위치하여 고온으로 유지되며, 이러한 촉매 반응부(22)에 상기 원료 공급수단(30)을 통해 원료가스와 적당량의 공기가 가해지면 개질 촉매에 의해서 변성이 일어나 원료가스 성분이 열처리에 알맞게 바뀐다. 즉 열과 촉매에 의한 원료가스 개질(Reforming)에 의해 열처리에 적합한 가스 분위기가 조성되는 것이다.
도 4는 상기 내부 개질기에 원료가스와 공기가 혼합된 혼합원료를 공급하는 원료 공급수단의 구성을 개략 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 원료 공급수단(30)은 원료가스가 수용되는 원료가스 수용부(32)와, 원료가스에서 공급되는 원료가스에 공기를 혼합시켜 상기 내부 개질기(20)에 공급하는 블로워(34)와, 상기 원료가스 수용부(32)와 블로워(34) 사이에서 원료가스의 유량을 조절하여 상기 공연비(공기와 원료가스의 비)가 조절되도록 하는 전자밸브(36)를 포함한다.
원료가스 수용부(32)에 충진되는 원료가스는 탄화수소(hydrocarbon)을 주성분으로 하는 LNG일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, LPG, Naphtha, 휘발유, 등유 등을 포함한 기상 혹은 액상의 탄화수소가 사용되거나, 자원의 재활용 및 경제성 측면을 고려한다면 오ㅇ폐수나 음식물 쓰레기 처리과정에 발생한 메탄(CH4) 가스를 사용할 수도 있다.
도 4에서 33와 35은 원료가스와 공기 유량을 측정하기 위해 원료가스 공급라인과 공기 공급라인 각각에 설치되는 유량계이며, 37은 원료가스 공급라인 압력 측정용 압력 게이지이다. 그리고 38은 상기 공기 공급라인의 공기 유입구에 설치되어 외부에 유입되는 공기 중 이물을 걸러내는 에어필터(Air filter)를 가리킨다.
도 5는 본 발명에 따른 열처리 설비에 적용되는 축열식 RT 버너의 측면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 RT 버너의 절환부 횡단면도이다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 축열식 RT 버너(40)는, 버너(400)와, 상기 버너 연소 시 발생한 배기가스에 포함된 열을 임시 저장했다가 연소용 흡입공기를 예열시키는데 사용되도록 하는 축열부(410)와, 상기 축열부(410)에서 열교환이 행해지도록 흡입공기와 배기가스가 교번적으로 유입될 수 있게 단속하는 절환부(420)를 포함한다.
버너(400)는 연소가 일어나는 버너본체(410)와 끝단에 다수의 가스노즐공(421) 가스노즐공(421)이 형성된 가스유입관(420)을 구비한다. 가스유입관(420)의 상부에는 버너에 불씨를 제공하는 점화장치로서 기능하는 점화봉(430)이 길이 방향으로 설치되며, 상기 가스유입관(420)과 점화봉(430)은 원통형상의 연소공기공급관(440)에 수용된다.
가스유입관(420)과 점화봉(430)을 수용한 상기 연소공기공급관(440)을 통해 축열부(410)를 경유하면서 소정의 온도로 예열된 흡기공기와 일부 재순환 배기가스가 연소용 공기로 공급되고, 소정의 온도로 가열된 흡입공기와 배기가스는 가스유입관(420)의 끝단에 붙은 파일럿불씨에 공기를 공급하는 결과를 초래하여 온도의 편차가 거의 없는 무화염 연소가 구현될 수 있다.
연소공기공급관(440)을 열교환기관(450)이 수용하며, 열교환기관(450) 끝단에 연소노즐(451)이 형성된다. 열교환기관(450)과 연소공기공급관(440) 사이에 열교환기핀(452)이 원주방향으로 배열되며, 열교환기핀(452)에 의한 배기가스와의 열교환 작용에 의해 상기 연소공기공급관(440) 외면부를 따라 유동하는 연소용 흡입공기가 예열된다.
즉 버너(400)에서 연소반응이 일어날 때 튜브(460)의 내부에 발생된 배기가스가 도시된 화살표의 방향으로 유동하여 열교환기핀(452)을 지날 때 열전도에 의해 연소공기공급관(440)과 열교환기관(450) 사이를 유동하는 연소용 흡입공기가 예열되는 것이며, 이는 폐열을 연소공기 예열에 적극적으로 활용한다는 측면에서 효율성을 높일 수 있다.
축열부(410)는 제1 축열실(412)과 제2 축열실(414)로 분리된 구성일 수 있다. 제1 축열실(412)과 제2 축열실(414)은 버너를 사이에 두고 버너 주위를 둘러싸도록 대향 설치되며 각각은 서로 독립된 유로를 가지도록 분리되어 있으며, 제1, 제2 축열실(412, 200)에는 축열을 위한 석재 또는 금속재질의 다공성 축열재가 충전된다.
축열부(410)는 배기가스 및 흡입공기의 이동통로를 교대로 제공하며, 따라서 축열부에 축열된 배기가스의 에너지를 다시 버너(400)로 공급할 수 있다. 이와 같은 흡입공기 및 배기가스의 이동은 상기 절환부(420)에 의해 제어되는데, 절환부(420)는 버너의 흡배기 공정이 동시에 진행되어 풀타임 연소가 이루어지도록 흡배기를 교대로 제어할 수 있도록 구성된다.
절환부(420)는 제1, 제2 축열실(412, 414) 각각에 연소용 흡입공기가 유입되도록 하거나 해당 축열실을 통과한 배기가스의 외부 배출을 단속하는 제1 절환부(422) 및 제2 절환부(424)와, 제1 축열실(412)과 제2 축열실(414)에 배기가스 유입되도록 하거나 각 축열실을 통과한 예열 흡입공기의 버너 측 공급을 단속하는 제3 절환부(426) 및 제4 절환부(428)로 구성될 수 있다.
각각의 절환부(422,424,426,428)는 내부에 분기 형성된 유로를 택일적으로 차단하여 유로 방향을 바꿀 수 있게 구성된 밸브와, 각각의 밸브에 대응하여 설치되는 액츄에이터, 예컨대 유압/공압 실린더나 모터로 구성되며, 이와 같은 구성의 절환부의 유로 절환에 의해 제1 축열실(412)과 제2 축열실(414)은 번갈아 가면서 흡기 측과 배기 측으로 전환된다.
즉 제1 축열실(412)이 흡기 측인 경우 제2 축열실(414)은 배기 측이 되며, 소정시간 경과 후 절환부(420)에 의해 제1 축열실(412)이 배기 측으로 전환되면 반대편 제2 축열실(414)은 흡기 측으로 전환되는 것이며, 배기 측으로 전환된 때 배기가스의 열에너지를 축적한 후 흡기 측 절환 후 흡입공기에 전달함으로써 흡입공기는 소정의 온도로 예열된 상태로 버너에 공급되는 것이다.
이하, 상기한 구성의 본 발명에 따른 열처리 설비를 통해 수행되는 피가공물에 대한 열처리 과정을 상기 열처리 설비의 작동에 연계하여 간단히 살펴보기로 한다.
도 2를 다시 참조하면, 열처리 대상인 피가공물은 이송벨트(15)를 타고 열처리로(10) 내부로 이동된다. 피가공물이 장입되고 처리 후 반출되는 열처리로(10)의 입구(12)와 출구(14)에는 내벽이 내화재로 이루어진 도어(부호 생략)가 설치됨으로써 밀폐된 환경에서 목적하는 열처리가 행해질 수 있으며, 이때 각각의 도어는 피가공물 장입 또는 반출 시 자동 또는 수동 개방된다.
피가공물의 진입과 동시에 제1 질소챔버(60)에 질소가스가 공급되어 열처리로(10) 내부는 무산화 분위기로 조성되고, 아울러 피가공물은 질소가스에 노출됨으로써 자연스럽게 표면부 세척이 이루어진다. 열처리로(10) 내부의 소정의 처리 위치에 피가공물이 위치하게 되면 도어가 닫히고, 이에 따라 밀폐된 열처리환경이 조성된다.
피가공물 진입 전 제어기(50) 통제에 의해 축열식 RT 버너(40)가 구동되어 열처리로(10) 내부는 열처리에 적합한 온도로 가열되어 있으며, 원료 공급수단(30)이 공급하는 원료혼합물(원료가스와 공기를 소정 비율로 혼합시킴)이 내부 개질기(20)의 개질 촉매에 의해 변성되어 Rx 가스가 생성됨으로써 열처리로(10) 내부는 고온의 Rx 가스 분위기를 유지하게 된다.
Rx 가스 분위기를 유지하는 고온환경에서의 소정의 열처리를 통해 침탄(carburizing)과 조직변태가 일어나 기계적인 성질이 보완되며, 소정 시간 동안의 열처리가 완료되면, 피가공물이 반출되는 출구(14)가 개방되고 이송벨트(15)를 통해 피가공물은 후처리 시설(90)로 이동된다. 이때 열처리 완료된 피가공물은 제2 질소챔버(70)를 통과하면서 질소가스에 노출되며, 이에 따라 자연스럽게 표면부가 세척되고 냉각된다.
이상에서 살펴본 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비에 의하면, Rx 가스 발생장치가 열처리로 내에 내장형으로 구비됨으로써, 전체 열처리 설비를 소형화할 수 있는 장점이 있으며, N2 분위기에서 피가공물에 대한 탈탄 및 산화반응을 억제함으로써 Rx 가스의 사용을 최대한 줄일 수 있어 공정 단축 효과와 연료비 절감효과를 기대할 수 있다.
또한, 가열수단으로서 일반적으로 열처리 설비에 적용되던 전기히터 대신 축열식 라이안트 튜브 버너(축열식 RT 버너)를 사용함으로써, 전기사용을 최대한 배제할 수 있는 환경친화적인 열처리 설비 구축이 가능하다는 장점이 있으며, 전기사용 배제에 따른 에너지 절약과 운용비 또한 크게 절감시킬 수 있다는 효과가 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 열처리로 15 : 이송밸트
20 : 내부 개질기 22 : 촉매 반응부
23 : 튜브 24 : 촉매
25 : 세라믹 섬유 26 : 헤더부
27 : 플랜지 30 : 원료 공급수단
32 : 원료가스 수용부 33, 35 : 유량계
36 : 전자밸브 37 : 압력게이지
38 : 에어필터
40 : 가열수단(축열식 단일 라디안트 튜브 버너)
50 : 제어기 60 : 제1 질소챔버
70 : 제2 질소챔버 80 : 질소가스 공급수단

Claims (8)

  1. 내부 환경이 Rx 가스 분위기로 유지되는 열처리로;
    상기 Rx 가스 생성용 반응 촉매를 수용하는 내부 개질기;
    Rx 가스의 생성 원료가 되는 원료가스에 공기를 소정의 비율로 혼합하여 상기 내부 개질기에 공급하는 원료 공급수단;
    상기 열처리로의 내부 온도를 소둔 처리에 필요한 온도까지 가열시키기 위해 상기 열처리로에 설치되는 가열수단; 및
    상기 가열수단의 온/오프(ON/OFF) 및 연소부하 제어를 통해 상기 열처리로 내부의 온도를 조절할 수 있도록 외부에 구비되는 제어기;를 포함하며,
    상기 내부 개질기는 열처리로 내에 장입되고 가열수단으로 축열식 라디안트 튜브 버너를 사용하는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 개질기는, 상기 원료가스와 공기 혼합물이 유동 가능한 막대 모양의 튜브 중간에 개질 촉매를 넣고 입구 측을 세라믹 섬유(Ceramic fiber)로 봉입하여 촉매 반응부를 구성하고, 촉매 반응부의 상기 입구 측에 상기 혼합물이 유입되도록 헤더부를 형성한 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 2 항에 있어서,
    상기 개질 촉매는 루테늄(ruthenium) 또는 니켈을 알루미나(alumina), 실리카(silica) 담체에 담지시킨 펠릿(Pellet) 모양으로 형성되는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 2 항에 있어서,
    상기 헤더부에는 상기 촉매 반응부보다 큰 직경의 플랜지가 일체로 구비되는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료 공급수단은,
    원료가스가 수용되는 원료가스 수용부와;
    원료가스에서 공급되는 원료가스에 공기를 혼합시켜 상기 내부 개질기에 공급하는 블로워와;
    상기 원료가스 수용부와 블로워 사이에서 원료가스의 유량을 조절하여 공연비(공기와 원료가스의 비)가 조절되도록 하는 전자밸브;로 구성되는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 축열식 라디안트 튜브 버너는,
    버너와;
    상기 버너 작동 시 발생된 배기가스의 열을 저장하고 저장된 열로서 연소용 흡입공기를 예열시키는 축열부와;
    상기 축열부에 흡입공기와 배기가스의 유입을 교번적으로 단속하는 절환부;를 구비하는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    피가공물이 장입되는 상기 열처리로 입구 측에 형성되는 제1 질소챔버와;
    피처리 완료된 가공물이 반출되는 상기 열처리로 출구 측에 형성되는 제2 질소챔버와;
    상기 제1 질소챔버와 제2 질소챔버에 질소를 공급하는 질소가스 공급수단;을 더 포함하는 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리로에 의해 조성되는 Rx 가스 분위기에 피가공물이 노출되도록 이송시키는 이송벨트가 구비되며,
    상기 열처리로 내부의 이송벨트 상부와 하부에 일정 간격으로 상기 축열식 라디안트 튜브 버너가 설치된 Rx 가스 발생기 내장형 무산화 열처리 설비.
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