KR101855643B1

KR101855643B1 - 특수강의 담금질 장치

Info

Publication number: KR101855643B1
Application number: KR1020180012716A
Authority: KR
Inventors: 이준연
Original assignee: 이준연
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2018-06-08

Abstract

소정의 형상으로 가공된 판재형 특수강 금형을 담금질할 때 프레스유압기와 열교환 프레스 정반을 이용하여 최소한의 구부러짐으로 담금질이 가능하도록 한 특수강의 담금질 장치에 관한 것으로, 상기 피처리대상물(100)이 가열공정과 1차냉각공정과 2차냉각공정을 거쳐서, 상기 피처리대상물(100)이 강재가 Ms 포인트에 도달하면 상기 피처리대상물(100)을 이송시키는 프레스정반장치는,
두 개의 기둥이 상부에서 다리처럼 서로 이어지고 이어진 다리 아래로 다른 물체가 통행 가능한 공간이 형성된 이동프레스장치(101);
상기 이동프레스장치(101)의 두개의 기둥을 상기 두개의 기둥의 저면에서 지지하도록 상기 두개의 기둥과 고정된 편평한 프레스지지부(102);
유압에 의한 압력을 아래로 공급하기 위해서 상기 이동프레스장치(101) 상단에 구비된 유압식프레스(103);
상기 유압식프레스(103)의 하단에 결합되어 상기 유압식프레스(103)에 의한 압력을 아래로 가하는 구동실린더(104);
상기 프레스지지부(102) 하단에 고정되어 상기 이동프레스장치(101)가 이동 가능하도록 하기 위한 복수개의 바퀴(105);
상기 이동프레스장치(101)의 두개의 기둥의 내측면에 각각 정반을 얹도록 형성되고 서로 마주보는 위치에 구비된 정반지지턱(106);
상기 정반지지턱(106)에 각각 얹혀져서 내부에서 순환하는 물에 의해서 냉각시키기 위한 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014);
상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014) 사이에 제 1 내지 제 3 금형(301)(302)(303)을 위치시키는 구간인 밀착구간(202);
상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014) 및 상기 제 1 내지 제 3 금형(301)(302)(303)을 하부에서 지지하기 위한 받침대(203);
상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 길이방향으로 절단하는 가상의 절단선에 배치되고, 그 절단선을 중심으로 회오리 형태로 놓여지며, 내부에서 최초 공급된 물이 상기 가상의 절단선을 따라서 흐른 후, 상기 회오리 형태로 흐르면서 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 냉각시키는 수냉파이프(2015);
상기 수냉파이프(2015)로 냉수를 펌핑(pumping)하는 급수펌프(403);
상기 수냉파이프(403)로 공급할 냉수를 저장하는 냉수탱크(402);
공급된 온수를 냉각시켜서 상기 냉수탱크(402)로 공급하는 냉각타워(401);
온수를 펌핑하여 상기 냉각타워(401)로 공급하는 순환펌프(406);
상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 냉각시키기 위한 냉수가 상기 수냉파이프(2015)를 순환하면서 온도가 상승한 온수를 공급받아서 저장하고 상기 순환펌프(406)로 공급하는 온수탱크(405)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

특수강의 담금질 장치{the device for quenching alloy steel}

본 발명은 특수강의 담금질 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 소정의 형상으로 가공된 판재형 특수강 금형을 담금질할 때 프레스유압기와 열교환 프레스 정반을 이용하여 최소한의 구부러짐으로 담금질이 가능하도록 한 특수강의 담금질 장치에 관한 것이다.

공개번호 10-2017-0124963호(고내식 주물용 알루미늄 합금)에 따르면, "주물용 알루미늄 합금에 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 및 희토류 원소 등을 첨가함으로써 내식성과 유동성을 향상시킨 주물용 알루미늄 합금 및 그 합금의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 주물용 알루미늄 AC7A, AC7B, ALDC5, ALDC6, ALDC10 및 ALDC12 계열의 합금에 대한 개량 알루미늄 합금에 관한 것이다. 그의 구성은; 0.61~12.0중량%의 마그네슘(Mg); 1.0~12.0 중량%의 실리콘(Si);을 포함하는 것을 특징으로 한다."라고 개시된 바가 있다.

등록번호 10-1711889호(내마모성이 우수한 냉간 가공용 합금 공구강)에 따르면, "내마모성이 우수한 냉간 가공용 합금 공구강이 제공된다. 본 발명은, 중량%로, C: 0.8 초과 ~ 1.0%, Si: 0.15 ~ 0.25%, Al: 0.15 ~ 0.25%, Mn: 0 초과 0.5% 이하, Cr: 4.5 ~ 5.5%, Mo: 2.45 ~ 2.65%, W: 0.15 ~ 0.25%, V: 0 초과 0.4% 미만, Nb: 0.5 초과 1.50% 이하, Ni: 0 초과 0.3% 이하, Cu: 0.02 초과 1.3% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 그 기지조직의 내부에는, 직경 0.1㎛를 초과하는 불용해 탄화물이 있으며, 상기 불용해 탄화물은 그 탄화물을 구성하는 금속원자 중 [수학식 1]에 의해 정의되는 Nb 원자비가 35% 이상인 반면, [수학식 2]에 의해 정의되는 V 원자비가 30% 미만인, Nb를 주성분으로 하는 MC 불용해 탄화물을 포함하며, 그리고 [수학식 3]에 의해 정의되는 상기 MC 불용해 탄화물의 전체 불용해 탄화물 중 개수비(number fraction)가 5% 이상인 내마모성이 우수한 냉간 가공용 합금 공구강에 관한 것이다."라고 개시된 바가 있다.

문헌 1 : 공개번호 10-2017-0124963호(고내식 주물용 알루미늄 합금) 문헌 2 : 등록번호 10-1711889호(내마모성이 우수한 냉간 가공용 합금 공구강)

그러나, 종래의 판재형 특수강은 재료의 압연방향과 가공형상에 따라 재료 자체에 응력이 형성되어 있기 때문에 담금질 가열시 이 응력이 재료에 구부러짐 형태로 발생하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 790℃를 초과하는 온도에서 상기 판재형 특수강의 조직이 변하면서 조직 변태 응력이 추가되고, 판재형 특수강의 담금질에서 구부러지는 변형은 불가피하게 발생되었다.

더욱이, 냉각 가공시 금형의 모양, 크기, 냉각 조건에 따라서 금형의 모양이 변형되는데 본 발명의 발명자는 이것을 정반을 사용하여 상하부에 밀착하여 냉각시키는 방식으로 담금질하였다.

그런데, 금형마다 크기가 모두 다르고, 크기에 따라서 냉각속도도 차이가 있기 때문에 구부러지는 것을 방지하지 못하고, 이후 공정인 뜨임에서 지그 교정을 통하여 구부러짐을 완화시킬 수 있다는 점을 발견하였다.

여기서, 작업자는 1000℃의 온도에 노출되어 작업을 하므로 열기의 위험성과 그로 인한 핸들링의 어려움까지 겹쳐 심하면 금형제품의 파손까지 야기할 수 있다.

담금질 후에 구부러짐이 발생하면 이후 뜨임과정에서 강제교정을 하여야 하고 이것 역시 작업자의 기술 숙련도에 따라서 변형이 완전히 돌아올지 여부를 확신할 수 없기 때문에 여러번의 작업을 거쳐야 하므로 생산효율이 매우 떨어질 수 밖에 없었다.

따라서, 본 발명의 목적은 소정의 형상으로 가공된 판재형 특수강 금형을 담금질할 때 프레스 정반을 이용하여 최소한의 구부러짐으로 담금질이 가능하도록 한 특수강의 담금질 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징을 살펴본다.

가열을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 가열실(10), 질소가스에 의한 1차 냉각을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 중립실(20), 열교환기와 질소가스에 의한 2차 냉각을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 냉각실(30)을 가지고, 상기 가열실(10) 내부에 로딩된 피처리 대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 1 및 제 2 원격센서(11)(12), 가열실(10)로 이송하기 위한 가열실 도어1(13), 상기 가열실(10) 내부에 로딩된 피처리 대상물(100)의 온도를 상승시키기 위한 히터1(14) 및 히터2(15), 상기 가열실(10) 내부에서 열처리를 위해서 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 열처리로(17)가 구비된다.

상기 중립실(20) 내부에 로딩된 피처리대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 3 및 제 4 원격센서(21)(22), 상기 가열실(10)과 연통되어 상기 가열실(10) 내부에서 가열처리된 피처리대상물(100)을 상기 중립실(20)로 로딩하기 위한 가열실도어2(16)가 구비되며, 상기 중립실(20) 내부에서 처리된 피처리대상물(100)을 상기 냉각실(30)로 이송시 개폐하기 위한 중립실도어(23), 상기 중립실(20) 내부에서 냉각처리를 위하여 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 중립로(24)가 구비된다.

상기 냉각실(30) 내부에 로딩된 피처리대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 5 및 제 6 원격센서(31)(32), 상기 냉각실(30) 내부에서 처리된 피처리대상물(100)을 외부로 이송시 개폐하기 위한 냉각실도어(33), 상기 냉각실(30) 내부에서 냉각처리를 위하여 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 냉각로(34)가 구비되며, 상기 냉각실(30) 보다 낮은 온도의 냉매를 순환시키는 열교환을 통해서 상기 냉각실(30)의 온도를 낮추기 위한 열교환기1(35), 상기 열교환기1(35)과 상기 냉각실(30) 사이를 연결시키는 열교환파이프1(36), 상기 열교환기1(35)로부터 전달된 냉매를 재사용하는 열교환을 통해서 상기 냉각실(30)의 온도를 낮추기 위한 열교환기2(37), 상기 열교환기2(37)와 상기 냉각실(30) 사이를 연결시키는 열교환파이프2(38), 상기 열교환기1(35)로 상기 냉각실(30) 보다 낮은 온도의 냉매를 공급하고 상기 냉각실(30)을 순환하여 1차적으로 열교환시킨 상기 열교환기1(35)의 냉매를 재사용하도록 상기 열교환기2(37)로 전달하는 냉매탱크(39)가 구비된다.

제어신호에 따라서 환기를 위한 배기압력을 제공하는 배기펌프(40), 제어신호에 따라서 질소를 발생시키는 질소발생기(50), 제어신호에 따라서 상기 가열실(10), 상기 중립실(20), 상기 냉각실(30) 각각의 압력을 자동으로 조절하는 자동압력조절부(60), 상기 가열실(10)과 상기 냉각실(30) 각각의 온도를 조절하는 자동온도조절부(70), 상기 자동압력조절부(60)와 상기 자동온도조절부(70)로 제어신호를 전달하는 열처리제어부(80)가 구비되며, 상기 열처리제어부(80)는 상기 열교환기1(35), 상기 열교환기2(37), 자동압력조절부(60), 자동온도조절부(70)로 제어신호를 전달하는 담금질제어부(81), 사용자로부터 버튼을 통해서 명령과 데이터를 입력받는 버튼입력부(82), 담금질처리를 위한 설정값을 저장하기 위한 데이터저장부(83)로 이루어진다.

상기 배기펌프부(40)와 연통되어, 가열실(10), 중립실(20), 냉각실(30)에 대한 환기처리와 진공처리를 위한 덕트1(41) 및 개폐노즐(44), 덕트2(42) 및 상기 담금질제어부(81)의 제어신호에 의해서 개방되거나 폐쇄되는 개폐노즐(45), 덕트3(43) 및 개폐노즐(46)이 각각 구비된다.

상술한 구성을 가진 담금질장치에서 프레스정반의 구성은 두 개의 기둥이 상부에서 다리처럼 서로 이어지고 이어진 다리 아래로 다른 물체가 통행 가능한 공간이 형성된 이동프레스장치(101); 상기 이동프레스장치(101)의 두개의 기둥을 상기 두개의 기둥의 저면에서 지지하도록 상기 두개의 기둥과 고정된 편평한 프레스지지부(102); 유압에 의한 압력을 아래로 공급하기 위해서 상기 이동프레스장치(101) 상단에 구비된 유압식프레스(103); 상기 유압식프레스(103)의 하단에 결합되어 상기 유압식프레스(103)에 의한 압력을 아래로 가하는 구동실린더(104); 상기 프레스지지부(102) 하단에 고정되어 상기 이동프레스장치(101)가 이동 가능하도록 하기 위한 복수개의 바퀴(105); 상기 이동프레스장치(101)의 두개의 기둥의 내측면에 각각 정반을 얹도록 형성되고 서로 마주보는 위치에 구비된 정반지지턱(106); 상기 정반지지턱(106)에 각각 얹혀져서 내부에서 순환하는 물에 의해서 냉각시키기 위한 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014); 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014) 사이에 제 1 내지 제 3 금형(301)(302)(303)을 위치시키는 구간인 밀착구간(202); 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014) 및 상기 제 1 내지 제 3 금형(301)(302)(303)을 하부에서 지지하기 위한 받침대(203); 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 길이방향으로 절단하는 가상의 절단선에 배치되고, 그 절단선을 중심으로 회오리 형태로 놓여지며, 내부에서 최초 공급된 물이 상기 가상의 절단선을 따라서 흐른 후, 상기 회오리 형태로 흐르면서 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 냉각시키는 수냉파이프(2015); 상기 수냉파이프(2015)로 냉수를 펌핑(pumping)하는 급수펌프(403); 상기 수냉파이프(403)로 공급할 냉수를 저장하는 냉수탱크(402); 공급된 온수를 냉각시켜서 상기 냉수탱크(402)로 공급하는 냉각타워(401); 온수를 펌핑하여 상기 냉각타워(401)로 공급하는 순환펌프(406); 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 냉각시키기 위한 냉수가 상기 수냉파이프(2015)를 순환하면서 온도가 상승한 온수를 공급받아서 저장하고 상기 순환펌프(406)로 공급하는 온수탱크(405)를 포함하는 것이다.

실시예에서, 상기 덕트1, 덕트2, 덕트3은 모서리(501)(506) 주변(507)(508)을 곡면(C-D)(E-F)으로 형성된 것이다.

실시예에서, 상기 형성된 곡면(C-D)(E-F)의 재질을 세라믹단열재로 구성된 것이다.

본 발명의 바람직한 효과에 따르면, 소정의 형상으로 가공된 판재형 특수강 금형을 담금질할 때 본 발명의 담금질장치를 적용시키면 최소한의 구부러짐으로 담금질이 가능하므로, 종래에 비해서 품질이 우수한 담금질을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치의 흐름을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치의 일부 구성을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치의 일부 구성을 나타낸 측단면도.
도 5는 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치의 일부 구성을 나타낸 정단면도.
도 6은 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치의 일부 구성에 대한 사용상태를 설명하기 위한 사용상태 측단면도.
도 7은 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치의 일부 구성에 대한 사용상태를 설명하기 위한 사용상태 정단면도.
도 8은 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치의 일부 구성에 대한 냉각파이프 구성을 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치의 일부 구성에 대한 냉각구성 전체를 나타낸 블록도.
도 10은 종래의 덕트의 직각 모서리구조의 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치에서 덕트의 라운드진 모서리구조를 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 특수강의 담금질 장치를 나타낸 블록도로서, 본 발명에 따른 담금질장치를 순차적으로 살펴보도록 한다.

본 발명에 따른 담금질장치는 대략 가열처리구성과 냉각처리구성으로 이루어진다.

먼저, 가열을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 가열실(10), 질소가스에 의한 1차 냉각을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 중립실(20), 열교환기와 질소가스에 의한 2차 냉각을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 냉각실(30)을 가지는데, 가열실과 중립실과 냉각실을 구분하여 살펴본다.

1)가열실

상기 가열실(10) 내부에 로딩된 피처리 대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 1 및 제 2 원격센서(11)(12), 가열실(10)로 이송하기 위한 가열실 도어1(13), 상기 가열실(10) 내부에 로딩된 피처리 대상물(100)의 온도를 상승시키기 위한 히터1(14) 및 히터2(15), 상기 가열실(10) 내부에서 열처리를 위해서 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 열처리로(17)가 구비된다.

2)중립실

상기 중립실(20) 내부에 로딩된 피처리대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 3 및 제 4 원격센서(21)(22), 상기 가열실(10)과 연통되어 상기 가열실(10) 내부에서 가열처리된 피처리대상물(100)을 상기 중립실(20)로 로딩하기 위한 가열실도어2(16)가 구비된다. 상기 중립실(20) 내부에서 처리된 피처리대상물(100)을 상기 냉각실(30)로 이송시 개폐하기 위한 중립실도어(23), 상기 중립실(20) 내부에서 냉각처리를 위하여 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 중립로(24)가 구비된다.

3)냉각실

상기 냉각실(30) 내부에 로딩된 피처리대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 5 및 제 6 원격센서(31)(32), 상기 냉각실(30) 내부에서 처리된 피처리대상물(100)을 외부로 이송시 개폐하기 위한 냉각실도어(33), 상기 냉각실(30) 내부에서 냉각처리를 위하여 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 냉각로(34)가 구비된다.

상기 냉각실(30) 보다 낮은 온도의 냉매를 순환시키는 열교환을 통해서 상기 냉각실(30)의 온도를 낮추기 위한 열교환기1(35), 상기 열교환기1(35)과 상기 냉각실(30) 사이를 연결시키는 열교환파이프1(36), 상기 열교환기1(35)로부터 전달된 냉매를 재사용하는 열교환을 통해서 상기 냉각실(30)의 온도를 낮추기 위한 열교환기2(37), 상기 열교환기2(37)와 상기 냉각실(30) 사이를 연결시키는 열교환파이프2(38), 상기 열교환기1(35)로 상기 냉각실(30) 보다 낮은 온도의 냉매를 공급하고 상기 냉각실(30)을 순환하여 1차적으로 열교환시킨 상기 열교환기1(35)의 냉매를 재사용하도록 상기 열교환기2(37)로 전달하는 냉매탱크(39)가 구비된다.

상술한 바와 같은 담금질시 가열과 냉각을 전체적으로 제어하고 구동시키기 위한 구성요소가 필요하다.

4)제어구성

제어신호에 따라서 환기를 위한 배기압력을 제공하는 배기펌프(40), 제어신호에 따라서 질소를 발생시키는 질소발생기(50), 제어신호에 따라서 상기 가열실(10), 상기 중립실(20), 상기 냉각실(30) 각각의 압력을 자동으로 조절하는 자동압력조절부(60), 상기 가열실(10)과 상기 냉각실(30) 각각의 온도를 조절하는 자동온도조절부(70), 상기 자동압력조절부(60)와 상기 자동온도조절부(70)로 제어신호를 전달하는 열처리제어부(80)가 구비된다.

상기 열처리제어부(80)는 상기 열교환기1(35), 상기 열교환기2(37), 자동압력조절부(60), 자동온도조절부(70)로 제어신호를 전달하는 담금질제어부(81), 사용자로부터 버튼을 통해서 명령과 데이터를 입력받는 버튼입력부(82), 담금질처리를 위한 설정값을 저장하기 위한 데이터저장부(83)로 이루어진다.

또한, 상기 배기펌프부(40)와 연통되어, 가열실(10), 중립실(20), 냉각실(30)에 대한 환기처리와 진공처리를 위한 덕트1(41) 및 개폐노즐(44), 덕트2(42) 및 개폐노즐(45), 덕트3(43) 및 개폐노즐(46)이 각각 구비된다. 이때, 상기 각 개폐노즐(44)(45)(46)은 환기처리시 또는 진공처리시에만 개방되고 상기 담금질제어부(81)의 제어신호에 의해서 개방되거나 폐쇄된다.

상술한 바와 같은 구성을 토대로 도 2와 같은 열처리과정을 수행하는데, 이를 좀더 자세히 살펴보도록 한다.

단계 S11에서, 담금질 대상물(100)인 편평한 판재(板材)형 특수강이 수용되고, 가열이 수행되는 가열실(10) 및 열처리로(17), 1차냉각이 수행되는 중립실(20) 및 중립로(24), 2차냉각이 수행되는 냉각실(30) 및 냉각로(34), 설치된 위치에서 대상물(100)의 온도를 원격으로 측정하는 제 1 내지 제 6 원격센서(11)(12)(21)(22)(31)(32), 가열실(10)의 온도를 상승시키는 히터1(14) 및 히터2(15), 냉각실(30)의 온도를 하강시키는 열교환기1,2(35)(37) 및 그 수냉파이프1,2(36)(38), 환기 또는 진공처리를 위한 덕트1 내지 덕트3(41)(42)(43)과 그 개폐노즐들(44)(45)(46), 상기 덕트1 내지 덕트3(41)(42)(43)로부터 외부로 배출하거나 질소발생기(50)로부터 상기 덕트1 내지 덕트3(41)(42)(43)로 펌핑하여 가열실(10) 또는 중립실(20) 또는 냉각실(30)을 냉각하는 질소발생기(50)를 구비한다.

단계 S12에서, 상기 가열실(10)의 도어(13)를 열고 상기 가열실(10) 내에 상기 특수강을 로딩하고, 상기 가열실의 도어를 닫고 배기펌프부(40) 및 질소발생기(50)를 구동시켜서 불활성가스 분위기에서 진공상태로 조성한다. 참고로, 실제로는 완전한 진공을 만들기가 매우 어렵기 때문에 1/1000 ㎜Hg 정도 이하의 저압을 진공이라고 정의하고, 이 명세서에서도 이와 같이 기재하도록 한다. 이 공정은 강재의 가열작업에서 스케일 생성에 의해 탈탄을 수반하기 쉽기 때문에 강재 표면에서 탈탄(decarbonization, 脫炭)을 방지하기 위한 것이고, 불활성가스는 다른 원소와 전혀 반응하지 않는 안정된 기체로서 아르곤, 네온, 헬륨, 질소 등이 있지만, 질소가 가장 바람직하다.

단계 S13에서, 조성된 불활성가스 분위기와 진공상태에서 상기 가열실(10) 내부의 강재를 650℃의 온도로 예열하는 예열공정을 수행한다. 이 공정은 강재의 경화를 위한 것이고, 이 온도에서 최대 두께 25㎜당 약 1시간동안 유지하도록 하는데, 예컨대, 강재두께가 50㎜라면 예열공정을 2 시간동안 유지한다. 이때, 가열실(10) 또는 중립실(20) 또는 냉각실(30)의 온도측정을 수행하는 원격온도센서들(11)(12)(21)(22)(31)(32)은 각 실의 벽면에 매립되고 그 벽면은 단열재로 구성하여 고온으로 인한 센서의 고장을 예방하도록 구성되며, 온도 측정 원리는 대상물(100)로 적외선을 발사하여 대상물(100)로부터 방사되는 열선을 측정하는데, 온도변화에 따른 저항변화를 계측하여 온도를 원격에서 측정하게 된다.

단계 S14에서, 조성된 불활성가스 분위기와 진공상태에서 상기 가열실(10) 내부의 강재를 1020 ℃ ~ 1050 ℃의 온도로 가열하는 가열공정을 수행한다. 이 공정은 최대 두께 25㎜당 1시간 30분 동안 유지하도록 하는데, 예컨대 강재두께가 50㎜라면 3시간 동안 유지한다.

단계 S15에서, 대상물(100)을 중립실(20)로 이송하여 상기 강재를 700℃까지 3분 이내에 1차적으로 냉각시키는 1차냉각공정을 수행한다. 이 공정의 냉각방식은 공냉식으로 진행되는데, 강재의 두께가 100㎜ 이상으로 두꺼울 때에는 송풍기를 별도로 구비하고 송풍기에 의한 강제송풍냉각 혹은 배기펌프부(40)에 의해서 압력을 증가시켜 냉각속도를 높일 필요가 있다.

단계 S16에서, 대상물(100)을 냉각실(30)로 이송하여 상기 강재를 500℃까지 30분 이내에 2차적으로 냉각시키는 2차냉각공정을 수행한다. 이 공정의 냉각방식도 공냉식으로 진행되는데, 강재의 두께가 100㎜ 이상으로 두꺼울 때에는 송풍기에 의한 강제송풍냉각 혹은 배기펌프부(40)에 의해서 압력을 증가시켜 냉각속도를 높일 필요가 있다. 예컨대, 냉각실(30) 내부의 압력을 2 내지 5 기압(㎏/㎤)으로 증가시켜 냉각속도를 높일 수 있다.

단계 S17에서, 강재가 Ms 포인트에 도달할 때까지 상기 단계 S16의 냉각조건을 유지하도록 하는 Ms 포인트 냉각공정을 수행한다. 이때, Ms 포인트는 강재의 종류 예컨대, STD11, STD61, STS420에 따라서 차이가 있다.

단계 S18에서, 강재가 Ms 포인트에 도달하면 미리 준비된 프레스정반으로 이송하는 이송공정을 수행한다.

단계 S19에서, 상기 준비된 프레스정반에 Ms 포인트에 도달한 강재를 가압하여 밀착시키는 밀착공정을 수행한다.

단계 S20에서, 밀착된 강재를 프레스정반에 구비된 열교환냉각장치에 의해서 강재를 Mf 포인트까지 냉각시키는 Mf 포인트 냉각공정을 수행한다. 이 공정에서 열교환냉각장치에 의해서 냉각온도차로 인한 강재의 변형량을 현저히 줄여주기 때문에 상대적으로 양질의 열처리가 이루어진 제품을 얻을 수 있다.

한편, 상기 단계 S18 내지 상기 단계 S20에서 언급된 프레스정반은 도 3 내지 도 8과 같이 예시할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 프레스정반의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 프레스정반의 구성을 나타낸 측단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 프레스정반의 구성을 나타낸 정단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 프레스정반의 구성에 대한 사용상태를 설명하기 위한 사용상태 측단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 프레스정반의 구성에 대한 사용상태를 설명하기 위한 사용상태 정단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 프레스정반의 구성에 대한 냉각파이프 구성을 나타낸 단면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 프레스정반의 구성에 대한 냉각구성 전체를 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 두 개의 기둥이 상부에서 다리처럼 서로 이어지고 이어진 다리 아래로 다른 물체가 통행 가능한 공간이 형성된 이동프레스장치(101)와 상기 이동프레스장치(101)의 두개의 기둥을 상기 두개의 기둥의 저면에서 지지하도록 상기 두개의 기둥과 고정된 편평한 프레스지지부(102)가 구비된다.

유압에 의한 압력을 아래로 공급하기 위해서 상기 이동프레스장치(101) 상단에 구비된 유압식프레스(103)와 상기 유압식프레스(103)의 하단에 결합되어 상기 유압식프레스(103)에 의한 압력을 아래로 가하는 구동실린더(104)가 구비된다.

상기 프레스지지부(102) 하단에 고정되어 상기 이동프레스장치(101)가 이동 가능하도록 하기 위한 복수개의 바퀴(105)와 상기 이동프레스장치(101)의 두개의 기둥의 내측면에 각각 정반을 얹도록 형성되고 서로 마주보는 위치에 구비된 정반지지턱(106)이 구비된다.

상기 정반지지턱(106)에 각각 얹혀져서 내부에서 순환하는 물에 의해서 냉각시키기 위한 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)와 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014) 사이에 제 1 내지 제 3 금형(301)(302)(303)을 위치시키는 구간인 밀착구간(202)이 구비된다.

상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014) 및 상기 제 1 내지 제 3 금형(301)(302)(303)을 하부에서 지지하기 위한 받침대(203)와 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 길이방향으로 절단하는 가상의 절단선에 배치되고, 그 절단선을 중심으로 회오리 형태로 놓여지며, 내부에서 최초 공급된 물이 상기 가상의 절단선을 따라서 흐른 후, 상기 회오리 형태로 흐르면서 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 냉각시키는 수냉파이프(2015)가 구비된다.

상기 수냉파이프(2015)로 냉수를 펌핑(pumping)하는 급수펌프(403)와 상기 수냉파이프(403)로 공급할 냉수를 저장하는 냉수탱크(402)와 공급된 온수를 냉각시켜서 상기 냉수탱크(402)로 공급하는 냉각타워(401)가 구비된다.

온수를 펌핑하여 상기 냉각타워(401)로 공급하는 순환펌프(406)와 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 냉각시키기 위한 냉수가 상기 수냉파이프(2015)를 순환하면서 온도가 상승한 온수를 공급받아서 저장하고 상기 순환펌프(406)로 공급하는 온수탱크(405)가 구비된다.

한편, 본 발명에서 구현된 덕트구조는 냉각효율성이 개선된 구성을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

도 10은 종래의 덕트의 직각 모서리구조의 문제점을 설명하기 위한 도면으로서, 냉각기체 예컨대, 질소가 A방향에서 B방향으로 흐른다고 할 때 종래에는 덕트 내부의 모서리(501)가 직각을 이루고 있어서 냉각기체가 흐를 때 덕트 내부의 정면(502)에 부딪치면서 그 주위를 회오리치면서 덕트 내부의 정면(502)을 먼저 냉각시키고 B방향으로 흘러가기 때문에 냉각효율성이 좋지 못한 문제점이 있었다.

실제로, 온도를 측정해보면 덕트내부의 측면(503)(504)(505) 보다는 덕트내부의 정면(502)의 온도가 매우 낮아져 있었고, 측면과 정면의 온도차이가 매우 컸는데, 이는 결국 냉각효율성을 떨어뜨리게 되는 원인이 된다.

이를 해결하기 위해서, 도 11에 도시된 바와 같이, 덕트내부의 모서리(501)를 중심으로 C지점과 D지점 사이에 외측라운드모서리(507)를 형성하고, 마주보는 위치에서도, E지점과 F지점 사이에 내측라운드모서리(508)을 형성하도록 구성한다.

이때, 상기 외측라운드모서리(507)와 상기 내측라운드모서리(508)는 불연재이면서도 단열성능이 우수한 재질로 구성하는 것이 바람직한데, 미네랄하이드레이트와 같은 세라믹단열재가 바람직하다.

요컨대, 본 발명의 덕트는 모서리(501)(506) 주변(507)(508)을 곡면(C-D)(E-F)으로 형성하고, 형성된 곡면(C-D)(E-F)의 재질을 세라믹단열재로 구성하도록 한다.

10 ; 가열실 11 ; 제 1 원격센서
12 ; 제 2 원격센서 13 ; 가열실도어1
14 ; 히터1 15 ; 히터2
16 ; 가열실도어2 17 ; 열처리로
20 ; 중립실 21 ; 제 3 원격센서
22 ; 제 4 원격센서 23 ; 중립실도어
24 ; 중립로 30 ; 냉각실
31 ; 제 5 원격센서 32 ; 제 6 원격센서
33 ; 냉각실도어 34 ; 냉각로
35 ; 열교환기1 36 ; 열교환파이프1
37 ; 열교환기2 38 ; 열교환파이프2
39 ; 냉매탱크 40 ; 배기펌프부
41 ; 덕트1 42 ; 덕트2
43 ; 덕트3 44, 45, 46 ; 개폐노즐
50 ; 질소발생기 60 ; 자동압력조절부
70 ; 자동온도조절부 80 ; 열처리제어부
81 ; 담금질제어부 82 ; 버튼입력부
83 ; 데이터저장부

Claims

가열을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 가열실(10), 질소가스에 의한 1차 냉각을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 중립실(20), 열교환기와 질소가스에 의한 2차 냉각을 위한 밀폐된 수용공간이 구비된 냉각실(30)을 가지고, 상기 가열실(10) 내부에 로딩된 피처리 대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 1 및 제 2 원격센서(11)(12), 가열실(10)로 이송하기 위한 가열실 도어1(13), 상기 가열실(10) 내부에 로딩된 피처리 대상물(100)의 온도를 상승시키기 위한 히터1(14) 및 히터2(15), 상기 가열실(10) 내부에서 열처리를 위해서 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 열처리로(17)가 구비되며, 상기 중립실(20) 내부에 로딩된 피처리대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 3 및 제 4 원격센서(21)(22), 상기 가열실(10)과 연통되어 상기 가열실(10) 내부에서 가열처리된 피처리대상물(100)을 상기 중립실(20)로 로딩하기 위한 가열실도어2(16)가 구비되며, 상기 중립실(20) 내부에서 처리된 피처리대상물(100)을 상기 냉각실(30)로 이송시 개폐하기 위한 중립실도어(23), 상기 중립실(20) 내부에서 냉각처리를 위하여 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 중립로(24)가 구비되며, 상기 냉각실(30) 내부에 로딩된 피처리대상물(100)의 온도를 원격에서 측정하는 제 5 및 제 6 원격센서(31)(32), 상기 냉각실(30) 내부에서 처리된 피처리대상물(100)을 외부로 이송시 개폐하기 위한 냉각실도어(33), 상기 냉각실(30) 내부에서 냉각처리를 위하여 상기 피처리대상물(100)을 얹기 위한 냉각로(34)가 구비되며, 상기 냉각실(30) 보다 낮은 온도의 냉매를 순환시키는 열교환을 통해서 상기 냉각실(30)의 온도를 낮추기 위한 열교환기1(35), 상기 열교환기1(35)과 상기 냉각실(30) 사이를 연결시키는 열교환파이프1(36), 상기 열교환기1(35)로부터 전달된 냉매를 재사용하는 열교환을 통해서 상기 냉각실(30)의 온도를 낮추기 위한 열교환기2(37), 상기 열교환기2(37)와 상기 냉각실(30) 사이를 연결시키는 열교환파이프2(38), 상기 열교환기1(35)로 상기 냉각실(30) 보다 낮은 온도의 냉매를 공급하고 상기 냉각실(30)을 순환하여 1차적으로 열교환시킨 상기 열교환기1(35)의 냉매를 재사용하도록 상기 열교환기2(37)로 전달하는 냉매탱크(39)가 구비되며, 제어신호에 따라서 환기를 위한 배기압력을 제공하는 배기펌프(40), 제어신호에 따라서 질소를 발생시키는 질소발생기(50), 제어신호에 따라서 상기 가열실(10), 상기 중립실(20), 상기 냉각실(30) 각각의 압력을 자동으로 조절하는 자동압력조절부(60), 상기 가열실(10)과 상기 냉각실(30) 각각의 온도를 조절하는 자동온도조절부(70), 상기 자동압력조절부(60)와 상기 자동온도조절부(70)로 제어신호를 전달하는 열처리제어부(80)가 구비되며, 상기 열처리제어부(80)는 상기 열교환기1(35), 상기 열교환기2(37), 자동압력조절부(60), 자동온도조절부(70)로 제어신호를 전달하는 담금질제어부(81), 사용자로부터 버튼을 통해서 명령과 데이터를 입력받는 버튼입력부(82), 담금질처리를 위한 설정값을 저장하기 위한 데이터저장부(83)로 이루어지며, 상기 배기펌프부(40)와 연통되어, 가열실(10), 중립실(20), 냉각실(30)에 대한 환기처리와 진공처리를 위한 덕트1(41) 및 개폐노즐(44), 덕트2(42) 및 상기 담금질제어부(81)의 제어신호에 의해서 개방되거나 폐쇄되는 개폐노즐(45), 덕트3(43) 및 개폐노즐(46)이 각각 구비된 특수강의 담금질장치에 있어서,
상기 피처리대상물(100)이 가열공정과 1차냉각공정과 2차냉각공정을 거쳐서, 상기 피처리대상물(100)이 강재가 Ms 포인트에 도달하면 상기 피처리대상물(100)을 이송시키는 프레스정반장치는,
두 개의 기둥이 상부에서 다리처럼 서로 이어지고 이어진 다리 아래로 다른 물체가 통행 가능한 공간이 형성된 이동프레스장치(101);
상기 이동프레스장치(101)의 두개의 기둥을 상기 두개의 기둥의 저면에서 지지하도록 상기 두개의 기둥과 고정된 편평한 프레스지지부(102);
유압에 의한 압력을 아래로 공급하기 위해서 상기 이동프레스장치(101) 상단에 구비된 유압식프레스(103);
상기 유압식프레스(103)의 하단에 결합되어 상기 유압식프레스(103)에 의한 압력을 아래로 가하는 구동실린더(104);
상기 프레스지지부(102) 하단에 고정되어 상기 이동프레스장치(101)가 이동 가능하도록 하기 위한 복수개의 바퀴(105);
상기 이동프레스장치(101)의 두개의 기둥의 내측면에 각각 정반을 얹도록 형성되고 서로 마주보는 위치에 구비된 정반지지턱(106);
상기 정반지지턱(106)에 각각 얹혀져서 내부에서 순환하는 물에 의해서 냉각시키기 위한 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014);
상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014) 사이에 제 1 내지 제 3 금형(301)(302)(303)을 위치시키는 구간인 밀착구간(202);
상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014) 및 상기 제 1 내지 제 3 금형(301)(302)(303)을 하부에서 지지하기 위한 받침대(203);
상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 길이방향으로 절단하는 가상의 절단선에 배치되고, 그 절단선을 중심으로 회오리 형태로 놓여지며, 내부에서 최초 공급된 물이 상기 가상의 절단선을 따라서 흐른 후, 상기 회오리 형태로 흐르면서 상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 냉각시키는 수냉파이프(2015);
상기 수냉파이프(2015)로 냉수를 펌핑(pumping)하는 급수펌프(403);
상기 수냉파이프(403)로 공급할 냉수를 저장하는 냉수탱크(402);
공급된 온수를 냉각시켜서 상기 냉수탱크(402)로 공급하는 냉각타워(401);
온수를 펌핑하여 상기 냉각타워(401)로 공급하는 순환펌프(406);
상기 제 1 내지 제 4 수냉식정반(2011)(2012)(2013)(2014)을 냉각시키기 위한 냉수가 상기 수냉파이프(2015)를 순환하면서 온도가 상승한 온수를 공급받아서 저장하고 상기 순환펌프(406)로 공급하는 온수탱크(405)를 포함하는 특수강의 담금질장치.
청구항 1에 있어서,
상기 덕트1, 덕트2, 덕트3은 모서리(501)(506) 주변(507)(508)을 곡면(C-D)(E-F)으로 형성된 것을 특징으로 하는 특수강의 담금질장치.
청구항 2에 있어서,
상기 형성된 곡면(C-D)(E-F)의 재질을 세라믹단열재로 구성된 것을 특징으로 하는 특수강의 담금질장치.