KR101864231B1

KR101864231B1 - 전기강판 소둔로 및 공정가스 공급방법

Info

Publication number: KR101864231B1
Application number: KR1020160171197A
Authority: KR
Inventors: 박순복
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-05

Abstract

전기강판 소둔로가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 소둔로는 스트립을 지지하며 이송시키는 허스롤이 배치된 열처리 챔버와, 허스롤을 냉각하기 위한 냉각질소가 제공되며, 허스롤 내부를 거쳐 열 교환된 가열질소가 배출되는 질소공급라인과, 열처리 챔버에 수소가스를 공급하는 수소공급라인과, 질소공급라인에서 배출되는 가열질소와 수소공급라인에서 제공되는 수소가스가 혼합되는 혼합기 및 혼합기에서 배출되는 혼합가스를 열처리 챔버에 공급하는 혼합가스 공급라인을 포함한다.

Description

전기강판 소둔로 및 공정가스 공급방법{ANNEALING FURNACE FOR ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR SUPPLYING PROCESS GAS}

본 발명은 전기강판 소둔로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소둔로에 배치된 허스롤 및 스트립의 결함을 방지할 수 있는 공정가스 공급에 관한 것이다.

일반적으로 안정기와 같은 전기기기에 사용되는 전기강판은 850~950℃의 고온조건에서 수소와 질소 혼합가스 분위기 속에서 일정 시간 고온 소둔 처리를 수행한다.

이때 스트립을 연속적으로 라인을 따라 진행시키는 허스롤의 표면에는 스트립과의 접촉으로 인하여 산화스케일 등의 이물질이 부착된다.

이러한 스트립의 표면에 발생된 이물마크는 절연성 확보를 위해 절연 코팅되는 스트립의 표면에 공간부를 형성시켜 코팅용액의 부착성을 저하시키며, 나아가 응력제거를 위한 예비 소둔처리 및 코어로 타발 가공시 절연코팅층이 쉽게 박리될 뿐만 아니라 다수 적층되는 코어 간의 밀착성이 현저히 떨어져 와전류 손실이 발생되는 등의 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-1300507호(2013.08.26 공고)

본 발명의 실시 예들은 허스롤 표면의 산화 스케일 고착을 방지함과 아울러 소둔 시 전기강판 품질을 향상시킬 수 있는 전기강판 소둔로 및 공정가스 공급방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 스트립을 지지하며 이송시키는 허스롤이 배치된 열처리 챔버와, 상기 허스롤을 냉각하기 위한 냉각질소가 제공되며, 상기 허스롤 내부를 거쳐 열 교환된 가열질소가 배출되는 질소공급라인과, 상기 열처리 챔버에 수소가스를 공급하는 수소공급라인과, 상기 질소공급라인에서 배출되는 가열질소와 상기 수소공급라인에서 제공되는 수소가스가 혼합되는 혼합기 및 상기 혼합기에서 배출되는 혼합가스를 상기 열처리 챔버에 공급하는 혼합가스 공급라인을 포함하는 전기강판 소둔로가 제공될 수 있다.

또한 상기 혼합기 내에는 벤츄리 효과(venturi effect)에 의해 상기 수소가스와 상기 가열질소의 혼합이 이루어지는 벤츄리부를 포함한다.

또한 상기 혼합기는 상기 가열질소가 유입되는 유입구와 상기 혼합가스가 배출되는 분출구 사이에 형성된 혼합챔버를 갖는 벤츄리 케이싱을 포함하고, 상기 벤츄리부는 상기 혼합챔버와 교차된 방향으로 상기 수소가스를 배출하도록 상기 벤츄리 케이싱 내벽에 마련된 수소가스 토출부와, 상기 혼합가스가 배출되는 배출유로의 폭이 좁아지도록 상기 혼합챔버에 배치되는 기류가이드부재를 포함한다.

또한 상기 기류가이드부재는 콘 형상으로 이루어질 수 있다.

또한 상기 수소가스 토출부는 상기 수소공급라인과 연결되어 공급된 수소가스가 채워지는 버퍼챔버를 형성하며 상기 버퍼챔버 내의 수소가스가 상기 혼합챔버로 배출되는 분사홀이 마련된 챔버형성부재를 포함한다.

또한 상기 분사홀은 상기 분출구 쪽을 향해 경사지도록 형성되되, 상기 분출구를 통해 배출된 수소가스는 상기 챔버형성부재 외면에 마련된 곡선면을 따라 흐르면서 상기 분출구를 향해 유동할 수 있다.

또한 상기 질소공급라인은 상기 냉각질소가 제공되는 공급배관과, 상기 공급배관에서 분기되며 상기 허스롤 내부를 향해 연장되어 상기 허스롤과 열 교환되는 열교환배관과, 상기 열교환배관과 연결되며 상기 허스롤과 열 교환된 상기 가열질소를 상기 혼합기에 공급하는 가열배관을 포함한다.

또한 상기 열교환배관은 상기 공급배관에서 연장되어 상기 허스롤의 한 쪽 회전축에서 삽입된 후 다른 쪽 회전축까지 연장된 길이를 갖는 제1부분과, 상기 제1부분의 단부에서 굴곡된 후 다시 상기 허스롤의 한 쪽 회전축까지 연장된 길이를 갖는 제2부분을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 냉각질소를 허스롤의 내부로 공급하여 상기 허스롤을 냉각하고, 상기 허스롤을 거쳐 열 교환된 가열질소를 수소가스가 제공되는 혼합기로 공급하고, 상기 혼합기에서 상기 가열질소와 상기 수소가스를 혼합하고, 상기 가열질소와 상기 수소가스의 혼합가스를 열처리로 내부에 공급하는 전기강판 소둔로의 공정가스 공급방법이 제공될 수 있다.

또한 상기 혼합기에서는 벤츄리 작용에 의하여 상기 가열질소와 상기 수소가스의 혼합이 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 허스롤의 산화 스케일 고착을 예방함과 아울러 공급되는 공정가스와 소둔로의 분위기 가스간 급속한 온도 차이에 따른 스트립의 결함을 예방하여 전기강판의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기강판 소둔로를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 허스롤 부분을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 허스롤의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 혼합기의 내부를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기강판 소둔로의 공정가스의 흐름을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 혼합기 내부의 공정가스 흐름을 도시한 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기강판 소둔로를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 허스롤 부분을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 허스롤의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 혼합기의 내부를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기강판 소둔로의 공정가스의 흐름을 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 혼합기 내부의 공정가스 흐름을 도시한 것이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 전기강판 소둔로(10)는 전기강판 특성을 얻기 위해 제공되는 스트립(11)을 고온조건에서 수소와 질소 혼합가스 분위기 속에서 소정시간 소둔하는 장치이다.

이러한 소둔로(10) 내에는 스트립(11)을 연속적으로 라인을 따라 진행시키는 허스롤(20)이 소정간격을 두고 복수개 배치되는 열처리 챔버(13)를 가지며, 스트립(11)은 허스롤(20)에 지지된 상태로 열처리 챔버(13) 내에서 이송되게 된다.

허스롤(20)은 중공관 형태로 마련된 금속 재질의 롤 바디(21)와, 롤 바디(21)의 외면에 마련되어 스트립(11)과 접하는 세라믹 코팅층(22)을 포함할 수 있다.

이러한 허스롤(20)은 롤 바디(21)의 양단에서 축방향으로 돌출되는 회전축(23)을 구비하고, 회전축(23)은 소둔로(10)의 양측벽에 설치된 베어링블록(미도시)을 매개로 회전할 수 있게 설치될 수 있다.

허스롤(20)의 회전축(23)은 구동모터(미도시)로부터 동력을 전달받게 연결될 수 있고, 구동모터의 작동에 따라 허스롤(20)은 회전되면서 허스롤(20)에 지지되어 있는 스트립(11)을 이송시키게 된다.

허스롤(20)을 따라 스트립(11)이 이송되는 과정에서 허스롤(20)의 표면에는 스트립(11)과의 접촉으로 인하여 산화스케일 등의 이물질이 부착되고, 부착된 이물질은 스트립(11)을 따라 이동하는 스트립(11)에 전이되어 스트립(11)의 표면에 이물마크를 발생시킨다.

이러한 허스롤(20) 표면에 산화 스케일 고착을 방지하고자 본 실시 예의 전기강판 소둔로(10)는 냉각질소를 공급하여 허스롤(20)을 급속 냉각시켜 이때 발생되는 수축력에 의해 스트립(11)에서 단락된 산화스케일이 허스롤(20) 표면에 고착되는 것을 방지하면서 허스롤(20)과 열 교환된 가열질소를 수소가스와 혼합하여 다시 열처리 챔버(13)에 공급하도록 마련됨에 의해 공정가스 간 온도 차이에 따라 스트립(11)에 발생되는 검은 얼룩무늬 결함(공정가스 간 급속한 온도 차이에 의해 발생되는 이물마크)을 예방할 수 있게 된다.

이를 위해, 본 발명의 실시 예의 전기강판 소둔로(10)는 질소공급라인(30), 수소공급라인(40), 혼합기(50) 및 혼합가스 공급라인(80)을 포함한다.

질소공급라인(30)은 냉각질소를 제공하는 냉각질소 공급원(미도시)과 연결되며, 냉각질소 공급원으로부터 제공되는 냉각질소를 허스롤(20)의 내부로 전달하여 냉각질소를 허스롤(20)과 열 교환시킨 후 열 교환된 가열질소를 혼합기(50)로 공급하는 배관으로 구성될 수 있다.

이러한 질소공급라인(30)은 소둔로(10) 외부에 배치되어, 냉각질소 공급원과 연결되는 공급배관(31)과, 공급배관(31)에서 소둔로(10) 내부의 허스롤(20)을 향해 연장되도록 분기된 후 허스롤(20) 내부에 삽입되는 복수의 열교환배관(32)과, 복수의 열교환배관(32)과 연결되며 허스롤(20)과 열 교환된 냉각질소(이하 가열질소로 명칭)를 혼합기(50)로 제공하는 가열배관(34)을 포함한다.

복수의 열교환배관(32)은 각각 대응하는 허스롤(20) 내부를 관통하여 삽입될 수 있다. 이러한 열교환배관(32)은 열교환 효율을 향상시키도록 허스롤(20)의 한 쪽 회전축(23)에서 삽입된 후 다른 쪽 회전축(23) 근방까지 연장된 길이를 갖는 제1부분(32a)과, 제1부분(32a)의 단부에서 굴곡된 후 다시 허스롤(20)의 한 쪽 회전축(23)까지 연장된 길이를 갖는 제2부분(32b)을 포함할 수 있다.

이때 제1부분(32a)의 입구는 공급배관(31)과 연결되어 냉각질소가 유입되는 부분이고, 제2부분(32b)의 출구는 가열배관(34)과 연결되어 열 교환된 냉각질소가 유출되는 부분으로 이루어질 수 있다.

한편 열교환배관(32)이 관통하는 허스롤(20)의 회전축(23) 부분은 허스롤(20)의 회전 시 배관의 꼬임을 방지하기 위한 로터리 조인트(35)가 결합될 수 있다.

열교환배관(32)을 통해 허스롤(20)과 열 교환되어 가열된 가열질소는 가열배관(34)을 통해 혼합기(50)로 제공된다.

혼합기(50)는 가열배관(34)을 통해 전달된 가열질소와 수소공급급라인(40)에서 공급되는 수소가스를 혼합하여 혼합가스 공급라인(80)에 제공한다.

혼합기(50)는 내부에 벤츄리 효과(venture effect)에 의해 가열질소와 수소가스의 혼합이 이루어지는 벤츄리부(60)를 구비한 벤츄리 케이싱(51)을 포함한다.

벤츄리 케이싱(51)은 양단에 가열배관(34)과 연결되어 가열질소가 유입되는 유입구(52)와, 혼합가스 공급라인(80)과 연결되어 가열질소와 수소가스가 혼합된 혼합가스(공정 가스)가 배출되는 분출구(53)를 가지는 중공관 형태로 마련될 수 있다.

또 벤츄리 케이싱(51)의 유입구(52)와 분출구(53) 사이에는 가열질소와 수소가스가 혼합되는 혼합챔버(54)가 형성되고, 혼합챔버(54)에는 가열질소가 혼합가스 공급라인(80)으로 빠져 나갈 때 수소가스를 빨아들여 혼합시키는 벤츄리부(60)가 구비될 수 있다.

벤츄리부(60)는 유입구(52)에서 분출구(53) 쪽으로 갈수록 혼합가스가 배출되는 배출유로(55)의 폭이 좁아지게 형성하도록 혼합챔버(54)에 배치되는 콘 형상의 기류가이드부재(70)를 포함한다.

기류가이드부재(70)와 마주하는 벤츄리 케이싱(51)의 내벽에는 수소공급라인(40)에서 공급된 수소가스를 혼합챔버(54)와 교차된 방향(벤츄리 케이싱의 반경방향)으로 수소가스를 배출하는 수소가스 토출부(72)가 마련된다.

수소가스 토출부(72)는 벤츄리 케이싱(51)의 내벽에 수소공급라인(40)에서 제공된 수소가스를 일시 저장하는 버퍼챔버(73)를 형성하는 챔버형성부재(74)를 포함한다.

챔버형성부재(74)는 혼합챔버(54)를 형성하는 내벽 둘레를 따라 버퍼챔버(73)를 형성하는 소정공간을 형성하도록 혼합챔버(54)를 형성하는 내벽에서 볼록하게 돌출된 부재로 이루어질 수 있다.

챔버형성부재(74)에 형성되는 버퍼챔버(73)는 일측이 수소공급라인(40)과 연통하여 수소가스를 공급받아 저장하고, 저장된 수소가스는 챔버형성부재(74)에 형성된 분사홀(75)을 통해 배출유로(55)로 배출되어, 배출유로(55)를 통해 이동하는 가열질소와 혼합되게 된다.

챔버형성부재(74)에 형성된 분사홀(75)은 분사홀(75)을 통해 배출되는 수소가스가 분출구(53)를 향해 이동하는 가열질소의 기류에 편승하도록 분출구(53) 쪽을 향해 경사지게 형성될 수 있고, 분출구(53)를 통해 배출되는 수소가스는 챔버형성부재(74)의 외면에 형성된 곡선면(76)을 따라 흐르면서 기류 형성이 용이하게 된다. 즉 분출구(53)를 통해 배출되는 수소가스는 곡선면(76)을 따라 흐르게 되는 코안다 효과(coanda effect)에 의하여 분출구(53) 쪽으로의 기류 형성이 용이하게 된다.

이러한 구성을 통하여, 가열배관(34)으로부터 유입구(52)를 통해 혼합챔버(54)에 공급된 후 분출구(53) 쪽으로 흐르는 가열질소는 폭이 좁아지는 배출유로(55)를 지나면서 유속이 빨라짐에 따라 주위의 압력이 떨어지게 되고, 이러한 압력차이로 인해 버퍼챔버(73)에 채워진 수소가스는 분사홀(75)을 통해 배출되어 가열질소와 혼합되게 된다.

혼합기(50)에서 배출되는 수소와 질소 혼합가스는 혼합가스 공급라인(80)에 분기되는 혼합가스 분기관(81)을 통해 소둔로(10)의 열처리 챔버(13)에 적절히 제공되게 된다.

이러한 혼합가스 공급라인(80)을 통해 열처리 챔버(13)로 공급되는 혼합가스는 가열질소의 열에 의해 일정온도로 예열된 상태로 열처리 챔버(13)에 제공되게 되므로 열처리 챔버(13) 내의 분위기 가스간 급속한 온도 차이로 인하여 발생할 수 있는 검은 얼룩무늬 발생을 예방할 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 소둔로, 11: 스트립,
13: 열처리 챔버, 20: 허스롤,
30: 질소공급라인, 31: 공급배관,
32: 열교환배관, 32a: 제1부분,
32b: 제2부분, 34: 가열배관,
35: 로터리 조인트, 40: 수소공급라인,
50: 혼합기, 51: 벤츄리 케이싱,
52: 유입구, 53: 분출구,
54: 혼합챔버, 55: 배출유로,
60: 벤츄리부, 70: 기류가이드부재,
72: 수소가스 토출부, 73: 버퍼챔버,
74: 챔버형성부재, 75: 분사홀,
76: 곡선면, 80: 혼합가스 공급라인.

Claims

스트립을 지지하며 이송시키는 허스롤이 배치된 열처리 챔버;
상기 허스롤을 냉각하기 위한 냉각질소가 제공되며, 상기 허스롤 내부를 거쳐 열 교환된 가열질소가 배출되는 질소공급라인;
상기 열처리 챔버에 수소가스를 공급하는 수소공급라인;
상기 질소공급라인에서 배출되는 가열질소와 상기 수소공급라인에서 제공되는 수소가스가 혼합되는 혼합기; 및
상기 혼합기에서 배출되는 혼합가스를 상기 열처리 챔버에 공급하는 혼합가스 공급라인;을 포함하는 전기강판 소둔로.
제1항에 있어서,
상기 혼합기 내에는 벤츄리 효과(venturi effect)에 의해 상기 수소가스와 상기 가열질소의 혼합이 이루어지는 벤츄리부를 포함하는 전기강판 소둔로.
제2항에 있어서,
상기 혼합기는 상기 가열질소가 유입되는 유입구와 상기 혼합가스가 배출되는 분출구 사이에 형성된 혼합챔버를 갖는 벤츄리 케이싱을 포함하고,
상기 벤츄리부는 상기 혼합챔버와 교차된 방향으로 상기 수소가스를 배출하도록 상기 벤츄리 케이싱 내벽에 마련된 수소가스 토출부와, 상기 혼합가스가 배출되는 배출유로의 폭이 좁아지도록 상기 혼합챔버에 배치되는 기류가이드부재를 포함하는 전기강판 소둔로.
제3항에 있어서,
상기 기류가이드부재는 콘 형상으로 이루어지는 전기강판 소둔로.
제3항에 있어서,
상기 수소가스 토출부는,
상기 수소공급라인과 연결되어 공급된 수소가스가 채워지는 버퍼챔버를 형성하며 상기 버퍼챔버 내의 수소가스가 상기 혼합챔버로 배출되는 분사홀이 마련된 챔버형성부재를 포함하는 전기강판 소둔로.
제5항에 있어서,
상기 분사홀은 상기 분출구 쪽을 향해 경사지도록 형성되되, 상기 분출구를 통해 배출된 수소가스는 상기 챔버형성부재 외면에 마련된 곡선면을 따라 흐르면서 상기 분출구를 향해 유동하는 전기강판 소둔로.
제1항에 있어서,
상기 질소공급라인은,
상기 냉각질소가 제공되는 공급배관과,
상기 공급배관에서 분기되며 상기 허스롤 내부를 향해 연장되어 상기 허스롤과 열 교환되는 열교환배관과,
상기 열교환배관과 연결되며 상기 허스롤과 열 교환된 상기 가열질소를 상기 혼합기에 공급하는 가열배관을 포함하는 전기강판 소둔로.
제7항에 있어서,
상기 열교환배관은 상기 공급배관에서 연장되어 상기 허스롤의 한 쪽 회전축에서 삽입된 후 다른 쪽 회전축까지 연장된 길이를 갖는 제1부분과, 상기 제1부분의 단부에서 굴곡된 후 다시 상기 허스롤의 한 쪽 회전축까지 연장된 길이를 갖는 제2부분을 포함하는 전기강판 소둔로.
냉각질소를 허스롤의 내부로 공급하여 상기 허스롤을 냉각하고,
상기 허스롤을 거쳐 열 교환된 가열질소를 수소가스가 제공되는 혼합기로 공급하고,
상기 혼합기에서 상기 가열질소와 상기 수소가스를 혼합하고,
상기 가열질소와 상기 수소가스의 혼합가스를 열처리로 내부에 공급하는 전기강판 소둔로의 공정가스 공급방법.
제9항에 있어서,
상기 혼합기에서는 벤츄리 작용에 의하여 상기 가열질소와 상기 수소가스의 혼합이 이루어지는 전기강판 소둔로의 공정가스 공급방법.