KR101851258B1 - 열처리장치 및 그 제어방법 - Google Patents

열처리장치 및 그 제어방법 Download PDF

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이재화
조규진
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Abstract

열처리장치 및 그 제어방법을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치는 상부에 열처리대상물이 출입하는 출입구가 형성된 가열로; 및 가열로의 상부에 설치되며, 열처리대상물을 결속하여 출입구를 통해 가열로 내부로 장입시키고, 설정시간 경과 후 가열로로부터 열처리대상물을 인출하는 장입장치;를 포함한다.

Description

열처리장치 및 그 제어방법{HEAT TREATMENT EQUIPMENT AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 열처리대상물의 정밀한 열처리를 수행할 수 있는 열처리장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
열처리는 금속에 열을 가하거나 냉각온도와 시간을 조절하는 방식으로 재료의 성질을 개선하거나 특별한 성질을 부여하는 처리다.
열처리방법으로는 박스형태의 가열로에 소재를 장입시켜 설정한 온도로 가열한 후 적당한 속도로 냉각시켜 물성을 개선하는 방식이 알려져 있다. 이러한 방식에 따르면, 크기, 형상, 두께 등과 무관하게 다양한 소재에 대해 열처리할 수 있다.
최근에는 고급 가전제품, 에너지소재, 정밀도가 높은 장비 등에 극박, 극소 소재의 사용이 증가함에 따라, 이러한 소재에 대한 열처리 수요가 증가하고 있다. 극박, 극소 소재는 두께가 0.5mm 이하, 길이가 30mm이하의 소재일 수 있다.
그러나 통상의 박스형 가열로 내에 소재를 장입시켜 가열하는 방식의 열처리는 극박, 극소 소재를 정확히 열처리하는데 어려움이 있다. 박스형 가열로는 소재의 장입과 인출을 위해 큰 도어를 개방하는데, 이 과정에서 가열로의 온도저하가 과다하기 때문에 극박, 극소 소재를 설정한 조건으로 정확히 가열하기가 어렵다.
극박, 극소 소재는 1000℃ 이상에서 수초 이내로 가열하는데, 소재의 장입 또는 인출 과정에서 가열로의 온도저하가 생기기 때문에 적정한 열처리시간의 설정이 어렵고, 이로 인해 재질의 균일성 및 재현성을 확보하기 어렵다. 또 극박, 극소 소재는 경량인 관계로 열처리 중 가열로 내에서 위치변화가 생기기 때문에 균일한 열처리가 어렵다.
본 발명의 실시 예는 열처리대상물의 정밀한 열처리를 수행할 수 있는 열처리장치 및 그 제어방법를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부에 열처리대상물이 출입하는 출입구가 형성된 가열로; 및 상기 가열로의 상부에 설치되며, 상기 열처리대상물을 결속하여 상기 출입구를 통해 상기 가열로 내부로 장입시키고, 설정시간 경과 후 상기 가열로로부터 열처리대상물을 인출하는 장입장치;를 포함하는 열처리장치가 제공될 수 있다.
상기 장입장치는 열처리과정에서 상기 가열로 내에서 상기 열처리대상물의 결속을 유지할 수 있다.
상기 장입장치는, 상하로 이동하여 상기 출입구를 출입하는 장입로드; 상기 장입로드 하단에 마련되어 열처리대상물을 결속하는 클램프; 상기 장입로드를 상하로 이동시키는 장입구동부; 및 상기 가열로 상부에 장착되며 상기 장입구동부를 지지하는 지지프레임;을 포함할 수 있다.
상기 장입장치는 상기 지지프레임을 상기 가열로 상부에 착탈 가능하게 부착시키는 자석부착장치를 더 포함할 수 있다.
상기 장입장치는 상기 장입로드의 위치 변경을 위해 상기 지지프레임을 회전시키는 회전장치를 더 포함할 수 있다.
상기 장입로드와 상기 클램프는 세라믹소재로 마련될 수 있다.
상기 클램프는 열처리대상물을 파지하도록 상기 장입로드에 결합되는 조임덮개와, 상기 조임덮개를 조여서 체결하는 조임나사를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 열처리장치의 제어방법에 있어서, 상기 가열로의 내부온도가 설정온도 범위인 경우 상기 장입로드를 하강시켜 열처리대상물을 상기 가열로 내부로 진입시키는 단계와, 열처리대상물을 상기 가열로에 진입시킨 후 설정시간이 경과하면 상기 장입로드를 상승시켜 열처리대상물을 상기 가열로 외부로 인출하는 단계를 포함하는 열처리장치의 제어방법이 제공될 수 있다.
상기 열처리장치의 제어방법은 열처리대상물을 상기 가열로로 진입시키는 단계 전에 상기 지지프레임을 회전시켜 상기 장입로드를 초기위치로부터 상기 출입구 상부위치로 변경시키는 단계와, 상기 가열로로부터 열처리대상물을 인출하는 단계 후 상기 지지프레임을 회전시켜 상기 장입로드의 위치를 상기 초기위치로 변경시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상하로 이동하여 가열로 상부에 마련된 출입구를 출입하는 장입로드; 상기 장입로드 하단에 마련되어 열처리대상물을 결속하는 클램프; 상기 장입로드를 상하로 이동시키는 장입구동부; 및 상기 가열로 상부에 장착되며 상기 장입구동부를 지지하는 지지프레임;을 포함하는 열처리장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치는 장입장치가 열처리대상물을 가열로 내부의 설정위치로 정확히 진입시킬 수 있고, 열처리대상물을 가열로 내에서 설정시간동안 정확히 가열한 후 가열로 외부로 인출하기 때문에 극박, 극소 소재와 같은 열처리대상물을 정밀하게 열처리할 수 있다. 즉 열처리 위치와 시간을 매번 동일하게 유지할 수 있기 때문에 반복적인 열처리작업에서 균일한 열처리를 재현할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치는 열처리대상물을 장입하거나 인출하기 위해 가열로의 도어를 개폐하지 않아도 되므로 열처리대상물의 장입과 인출 시 가열로의 온도저하를 방지할 수 있다. 따라서 극박, 극소 소재라 하더라도 외부온도의 영향 없이 늘 설정한 조건으로 균일하게 열처리할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치는 사용자가 초기위치에서 열처리대상물을 결속하거나 분리하는 작업 외 모든 열처리 과정이 설정한 조건에 따라 자동으로 이루어지므로 열처리작업의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치의 측면도로, 장입장치의 장입로드가 가열로의 출입구 위에 위치한 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치의 측면도로, 장입장치의 장입로드가 가열로의 내부로 진입한 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치의 측면도로, 장입장치의 장입로드가 가열로 외측의 측방으로 이동한 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치의 측면도로, 장입장치의 장입로드가 가열로 외측의 측방에서 하강한 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치의 장입로드 하단에 마련된 클램프를 나타낸 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치의 사시도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열처리장치의 측면도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 열처리장치는 내부에 열처리대상물(10)을 가열하는 가열공간(110)을 갖춘 박스형태의 가열로(100)와, 가열로(100) 상부에 설치되며 열처리대상물(10)을 결속한 상태에서 가열로(100) 내부로 장입시키거나 가열로(100)로부터 인출할 수 있는 장입장치(200)를 포함한다.
가열로(100)는 도 2에 도시한 바와 같이, 가열공간(110)을 둘러싸는 벽체가 강철소재로 된 외벽(101)과, 단열소재로 된 내부벽(102)을 포함할 수 있다. 또 도면에 나타내지는 않았지만, 가열공간(110) 내부를 열처리를 위한 온도(1000℃ 이상)로 가열할 수 있는 가열장치와, 가열장치의 제어를 위한 제어장치를 포함할 수 있다.
가열로(100)의 상부에는 열처리대상물(10)이 출입하는 출입구(120)가 마련된다. 출입구(120)의 크기는 출입하는 열처리대상물(10)의 크기보다 약간 크게 마련될 수 있다. 출입구(120)가 너무 크면 출입구(120)를 통한 열손실이 생길 수 있으므로 바람직하지 않다. 이러한 가열로(100)는 상부에 마련된 출입구(120)와 별도로 측벽의 일부를 개폐하는 도어를 포함할 수도 있다.
열처리대상물(10)은 고급 가전제품, 에너지소재, 정밀도가 높은 장비 등에서 사용되는 극박, 극소 소재일 수 있다. 극박, 극소 소재는 두께가 0.5mm 이하, 길이가 30mm이하일 수 있다. 여기서는 열처리대상물(10)의 일 예로 극박, 극소 소재를 제시하고 있으나, 열처리대상물(10)이 이에 한정되는 것은 아니다.
장입장치(200)는 상하 이동을 통해 가열로(100)의 출입구(120)를 출입하는 장입로드(210), 장입로드(210) 하단에 마련되어 열처리대상물(10)을 결속하는 클램프(220), 장입로드(210)를 상하로 이동시키는 장입구동부(230), 가열로(100)의 상부에 장착된 상태에서 장입구동부(230)를 지지하는 지지프레임(240)을 포함한다. 또 장입장치(200)는 지지프레임(240)의 하부를 가열로(100) 상부에 착탈 가능하게 부착시킬 수 있는 하나 이상의 자석부착장치(250)와, 장입로드(210)의 위치 변경을 위해 지지프레임(240)을 회전시키는 회전장치(260)를 포함할 수 있다.
회전장치(260)는 지지프레임(240)의 하부와 자석부착장치(250) 사이에 설치될 수 있다. 즉 하부가 자석부착장치(250)에 의해 지지된 상태에서 지지프레임(240)의 하부를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 회전장치(260)는 도면에 상세히 나타내지는 않았으나, 지지프레임(240)을 회전시키는 구동모터, 감속기어부 등을 갖춘 전동식 구동장치를 포함하거나, 공압실린더 또는 유압실린더를 갖춘 유압식 구동장치를 포함할 수 있다.
자석부착장치(250)는 배터리 전원 또는 외부 전원 인가에 의해 자력이 발생하는 전자석을 포함할 수 있다. 이러한 자석부착장치(250)는 스위치(251) 조작에 의해 자력이 생기면서 가열로(100) 상부에 부착되거나, 스위치(251) 조작에 의해 자력이 해제되면서 가열로(100)로부터 분리될 수 있다. 따라서 장입장치(200)는 필요에 따라 장착위치를 쉽게 변경할 수 있고, 가열로(100)로부터 분리할 수도 있다.
지지프레임(240)은 회전장치(260) 위에 설치되는 제1프레임(261)과, 제1프레임(261)의 위에 장착되며 한쪽에 장입구동부(230)가 장착되는 수직지지면(263)이 마련된 제2프레임(262)을 포함할 수 있다. 제2프레임(262)의 수직지지면(263)은 제1프레임(261)의 회전중심으로부터 반경방향으로 소정거리 이격되게 배치된다. 따라서 회전장치(260)의 동작에 의해 지지프레임(240)이 회전하면 수직지지면(263)에 장착된 장입구동부(230)의 위치가 변할 수 있고, 이를 통해 장입로드(210)의 위치를 변경시킬 수 있다.
지지프레임(240)의 수직지지면(263)에 장착되는 장입구동부(230)는 상하방향으로 승강하는 승강로드(231)를 구비한다. 이러한 장입구동부(230)는 도면에 상세히 나타내지는 않았지만, 승강로드(231)를 승강시키는 구동부를 포함한다. 구동부는 공압실린더, 유압실린더, 랙피니언장치, 이송나사장치 등에 의해 이루어질 수 있다.
장입로드(210)는 상하방향으로 길이가 긴 바형태일 수 있다. 장입로드(210)는 상단이 장입구동부(230)의 승강로드(231) 하단에 결합된다. 따라서 장입로드(210)는 장입구동부(230)의 동작에 의해 승강하며 가열로(100)의 출입구(120)를 통해 가열로(100) 내부로 진입하거나 가열로(100)로부터 인출될 수 있다.
장입로드(210)의 하단에 마련된 클램프(220)는 도 6에 도시한 바와 같이, 극박, 극소 소재와 같은 열처리대상물(10)을 파지하도록 장입로드(210)의 하단부에 결합되는 조임덮개(221)와, 조임덮개(221)를 조여서 체결하는 조임나사(222)를 포함할 수 있다. 열처리대상물(10)은 장입로드(210) 하단의 지지부(211)와 조임덮개(221) 사이에 개재된 상태에서 조임나사(222)를 조임으로써 결속될 수 있다. 여기서는 일 예로써 이러한 클램프(220)를 제시하지만, 클램프의 형태는 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
장입로드(210)와 클램프(220)는 열처리대상물(10)을 가열로(100) 내부로 진입시킬 때 높은 열에 견딜 수 있어야 하므로 세라믹과 같은 내열소재에 의해 마련될 수 있다.
이러한 장입장치(200)는 회전장치(260)와 장입구동부(230)의 동작을 제어하는 제어부, 장입장치(200)의 동작시기 등을 결정하기 위해 가열로(100) 내부의 온도를 감지하는 온도센서, 사용자가 동작을 지령하거나 열처리대상물(10)의 가열시간 등을 설정하기 위한 조작부를 포함할 수 있다.
다음은 이러한 열처리장치의 동작 및 사용법에 관하여 설명한다.
장입장치(200)는 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 회전장치(260)의 동작에 의해 장입로드(210)가 가열로(100)의 측방으로 이동하여 위치하거나 가열로(100)의 출입구(120) 상부에 위치할 수 있다. 초기에는 도 5에 도시한 예처럼 장입로드(210)가 가열로(100) 측방으로 이동한 상태에서 장입로드(210)가 하강한 상태를 유지할 수 있다. 장입장치(200)는 이처럼 장입로드(210)가 가열로(100) 측방의 초기위치(S)에 놓인 상태에서 장입로드(210) 하단의 클램프(220)에 열처리대상물(10)을 결속할 수 있다.
장입로드(210) 하단의 클램프(220)에 열처리대상물(10)을 결속한 후 장입장치(200)를 동작시키면, 장입장치(200)는 도 2에 도시한 바와 같이, 장입구동부(230)의 동작에 의해 장입로드(210)가 상승한 후 회전장치(260)의 동작에 의해 장입로드(210)가 가열로(100)의 출입구(120) 상부에 정확히 위치하도록 지지프레임(240)이 회전한다. 이러한 동작은 장입장치(200) 제어부의 제어에 의해 자동으로 이루어질 수 있다.
도 2의 상태에서 장입장치(200)의 제어부는 가열로(100)의 내부온도가 설정한 열처리온도 범위로 가열되었는지를 판단할 수 있고, 가열로(100)의 내부온도가 설정온도 범위인 경우 도 3에 도시한 바와 같이, 장입구동부(230)를 동작시켜 장입로드(210)가 가열로(100)의 내부로 진입하도록 한다. 물론, 이러한 동작은 사용자의 수동조작에 의해서도 이루어질 수 있지만, 사용자가 미리 동작조건을 설정한 경우 이처럼 자동으로 동작할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 열처리대상물(10)은 가열로(100) 내에 장입된 상태에서도 장입로드(210) 하단의 클램프(220)에 결속된 상태를 유지한다. 즉 열처리를 진행하는 과정에서도 결속상태를 유지한다. 따라서 열처리대상물(10)은 가열로(100) 내부의 설정된 위치에서 움직임 없이 열처리가 이루어질 수 있으므로 정확한 열처리가 가능하다.
열처리대상물(10)을 가열로(100)에 진입시킨 후, 제어부는 장입로드(210)가 가열로(100) 내부로 진입한 시기로부터 설정시간(사용자가 미리 설정한 열처리 시간)을 경과하였는지 판단하고, 열처리시간이 경과하면, 곧바로 장입로드(210)를 상승시켜 열처리대상물(10)을 가열로(100) 외부로 인출한다. 이는 열처리대상물(10)의 가열시간을 정확히 지켜 열처리대상물(10)의 열처리를 설정한 조건으로 정확히 유지하기 위함이다.
가열로(100)로부터 장입로드(210)를 상승시켜 열처리대상물(10)을 인출한 후, 제어부는 도 4에 도시한 바와 같이, 회전장치(260)를 동작시켜 장입로드(210)가 가열로(100)의 측방으로 이동하도록 지지프레임(240)을 회전시키고, 이어서 도 5에 도시한 바와 같이, 장입구동부(230)를 동작시켜 장입로드(210)를 하강시킴으로써 장입로드(210)를 초기위치(S)로 이동시킨다.
사용자는 도 5의 상태(장입로드가 초기위치로 이동한 상태)에서 장입로드(210) 하단의 클램프(220)로부터 열처리가 완료된 열처리대상물(10)을 분리할 수 있다. 아울러 위와 같은 열처리의 반복을 위해 새로운 열처리대상물(10)을 장입로드(210)의 클램프(220)에 결속시킬 수 있다.
이처럼 본 실시 예에 따른 열처리장치는 장입장치(200)가 열처리대상물(10)을 가열로(100) 내부의 설정위치로 정확히 진입시킬 수 있고, 열처리대상물(10)을 가열로(100) 내에서 설정시간동안 정확히 가열한 후 가열로(100) 외부로 인출하기 때문에 극박, 극소 소재와 같은 열처리대상물(10)을 정밀하게 열처리할 수 있다. 즉 열처리 위치와 시간 등 열처리조건을 매번 동일하게 유지할 수 있기 때문에 반복적인 작업에서 균일한 열처리를 재현할 수 있다.
또 본 실시 예에 따른 열처리장치는 열처리대상물(10)을 장입하거나 인출하기 위해 가열로(100)의 도어를 개폐하지 않아도 되므로 열처리대상물(10)의 장입과 인출 시 가열로(100)의 온도저하를 방지할 수 있다. 따라서 극박, 극소 소재라 하더라도 외부온도의 영향 없이 늘 설정한 조건으로 균일하게 열처리할 수 있다.
또 본 실시 예에 따른 열처리장치는 사용자가 초기위치(S)에서 열처리대상물(10)을 결속하거나 분리하는 작업 외 모든 열처리 과정이 설정한 조건에 따라 자동으로 이루어지므로 열처리작업의 효율을 높일 수 있다. 즉 장입, 정확한 가열유지, 인출, 초기위치로 복귀 등이 자동으로 이루어지므로 열처리작업을 용이하게 수행할 수 있다.
10: 열처리대상물, 100: 가열로,
120: 출입구, 200: 장입장치,
210: 장입로드, 220: 클램프,
230: 장입구동부, 240: 지지프레임,
250: 자석부착장치, 260: 회전장치.

Claims (13)

  1. 상부에 열처리대상물이 출입하는 출입구가 형성된 가열로; 및
    상기 가열로의 상부에 설치되며, 상기 열처리대상물을 결속하여 상기 출입구를 통해 상기 가열로 내부로 장입시키고, 설정시간 경과 후 상기 가열로로부터 열처리대상물을 인출하는 장입장치;를 포함하고,
    상기 장입장치는 상기 열처리대상물을 결속하는 클램프를 포함하고, 열처리과정에서 상기 가열로 내에서 상기 열처리대상물의 결속을 유지하는 열처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장입장치는,
    상하로 이동하여 상기 출입구를 출입하는 장입로드;
    상기 장입로드를 상하로 이동시키는 장입구동부; 및
    상기 가열로 상부에 장착되며 상기 장입구동부를 지지하는 지지프레임;을 포함하고,
    상기 클램프는 장입로드 하단에 마련되어 상기 열처리대상물을 결속하는 열처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 장입장치는 상기 지지프레임을 상기 가열로 상부에 착탈 가능하게 부착시키는 자석부착장치를 더 포함하는 열처리장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 장입장치는 상기 장입로드의 위치 변경을 위해 상기 지지프레임을 회전시키는 회전장치를 더 포함하는 열처리장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 장입로드와 상기 클램프는 세라믹소재로 마련되는 열처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 클램프는 열처리대상물을 파지하도록 상기 장입로드에 결합되는 조임덮개와, 상기 조임덮개를 조여서 체결하는 조임나사를 포함하는 열처리장치.
  8. 제5항에 따른 열처리장치의 제어방법에 있어서,
    상기 가열로의 내부온도가 설정온도 범위인 경우 상기 장입로드를 하강시켜 열처리대상물을 상기 가열로 내부로 진입시키는 단계와,
    열처리대상물을 상기 가열로에 진입시킨 후 설정시간이 경과하면 상기 장입로드를 상승시켜 열처리대상물을 상기 가열로 외부로 인출하는 단계를 포함하는 열처리장치의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    열처리대상물을 상기 가열로로 진입시키는 단계 전에 상기 지지프레임을 회전시켜 상기 장입로드를 초기위치로부터 상기 출입구 상부위치로 변경시키는 단계와,
    상기 가열로로부터 열처리대상물을 인출하는 단계 후 상기 지지프레임을 회전시켜 상기 장입로드의 위치를 상기 초기위치로 변경시키는 단계를 더 포함하는 열처리장치의 제어방법.
  10. 상하로 이동하여 가열로 상부에 마련된 출입구를 출입하는 장입로드;
    상기 장입로드 하단에 마련되어 열처리대상물을 결속하는 클램프;
    상기 장입로드를 상하로 이동시키는 장입구동부; 및
    상기 가열로 상부에 장착되며 상기 장입구동부를 지지하는 지지프레임;을 포함하고,
    열처리과정에서 상기 가열로 내에서 상기 열처리대상물의 결속을 유지하는 열처리장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열처리장치는 상기 지지프레임을 상기 가열로 상부에 착탈 가능하게 부착시키는 자석부착장치를 더 포함하는 열처리장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 열처리장치는 상기 장입로드의 위치변경을 위해 상기 지지프레임을 회전시키는 회전장치를 더 포함하는 열처리장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 장입로드와 상기 클램프는 세라믹소재로 마련되는 열처리장치.
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