KR101879094B1 - 분말소재의 열처리를 위한 벨트식 가열로 및 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말시료를 이송벨트에 적재하여 열처리를 수행하는 벨트식 가열로 및 열처리 방법에 관한 것으로서, 분말시료를 이송벨트에 적재하여 열처리를 수행하는 벨트식 가열로로서, 상기 가열로는 상기 이송벨트에 적재된 분말 시료를 교반하는 교반수단을 포함하며, 상기 교반수단은 이송벨트의 상부에 고정되어 가열로의 바닥을 향해 이송벨트 표면 직상까지 연장된 교반로드인 벨트식 가열로이다.

Description

분말소재의 열처리를 위한 벨트식 가열로 및 열처리 방법{ONLINE STIRRER FOR THROUGHPUT ENLARGEMENT OF POWDER SAMPLE IN BELT TYPE FURNACE}

본 발명은 분말시료를 이송벨트에 적재하여 열처리를 수행하는 벨트식 가열로 및 열처리 방법에 관한 것이다.

소정의 시료에 대하여 사용자가 원하는 기능을 부여하고자 하는 경우에는 상기 시료를 가열로에 적재하여 열처리하는 경우가 있다. 이때 상기 열처리는 소정의 가열로에서 수행되는데, 상기 가열로는 통상 빈 공간을 가진 구조물로서, 상기 구조물 내부를 가열하고, 그 내부에 시료를 적재함으로써 열처리를 수행한다.

그 중에서도 열처리하고자 하는 대상시료가 충분히 작은 입자로 이루어진 분말 형태인 경우에는 별도의 입구와 출구를 마련하고 시료를 운반하기 위한 벨트 및 컨베이어 이송 시스템을 마련하여 시료를 연속적으로 열처리하게 된다.

또한 시료에 특수한 효과를 부여하기 위해서 가열로 내부의 압력을 낮추거나 진공 상태를 유지시키는 경우가 있으며, 또한 내부에 별도의 가스를 투입하기도 한다. 이러한 경우에는 적재된 분말 시료의 전체에서 원하는 효과가 동일하게 발현되도록 하기 위해서는 적재된 시료의 폭 위치나 두께 위치에 관계 없이 균일한 열에너지 및 가스가 투입되어야 한다.

그러나, 종래의 분말소재용 벨트식 가열로에서는 적재 두께가 커질수록 중간 높이에 위치한 시료는 열에너지 및 가스를 원활히 공급받을 수 없게 되어 결과적으로 시료들 간에 불균일한 특성을 나타내는 경우가 발생한다. 이러한 불균일한 열처리 특성은 분말소재의 적재 두께가 증가할수록 점점 증대하게 된다.

이러한 불균일한 열처리 특성으로 인해 가열로 설비의 규모를 증대시키는 데에 장애로 작용하여 설비의 처리능력이 제한되고 있으며, 설비 규모를 증대시키는 경우에는 설치 비용이 크게 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 가열로에서 열처리하고자 하는 대상인 분말 시료가 두껍게 적재되었을 때 열에너지 및 가스가 내부로 원활히 공급되지 않아 발생하는 열처리 분말의 특성이 불균일하게 나타내는 문제를 해소하고자 한다.

본 발명은 분말시료를 이송벨트에 적재하여 열처리를 수행하는 벨트식 가열로에 대한 것으로서, 본 발명의 일 구현예에서 제공되는 벨트식 가열로는 상기 이송벨트에 적재된 분말 시료를 교반하는 교반수단을 포함하며, 상기 교반수단은 이송벨트의 상부에 고정되어 가열로의 바닥을 향해 이송벨트 표면 직상까지 연장되어 분말시료를 교반하는 교반로드인 가열로이다.

상기 교반로드는 이송벨트의 이동방향에 대하여 수직방향의 열에 복수개 설치될 수 있다.

이때, 상기 열은 2 이상일 수 있으며, 하나의 열에 설치된 교반로드와 인접하는 열에 설치된 교반로드는 이송벨트의 진행방향으로 서로 엇갈리게 배치된 것일 수 있다.

상기 교반로드는 상부의 고정 축 중심에 대하여 일방향으로 회전하는 것일 수 있다.

상기 교반로드는 연장된 말단부에 교반로드 중심으로부터 외측으로 연장되는 교반날개를 구비할 수 있다.

상기 교반로드 후단에 롤러에 의해 상기 이송벨트를 진행방향의 아래에서 역방향으로 진행시켜 분말 시료를 상기 이송벨트로부터 분리하여 낙하시키는 낙하수단 및 상기 이송벨트의 아래에서 상기 낙하되는 분말시료를 적재하여 가열로 내를 주행하여 열처리를 수행하는 제2 이송벨트를 포함할 수 있다.

상기 낙하수단은 이송벨트에 적재된 분말시료를 분리하는 분리수단을 구비할 수 있으며, 상기 분리수단은 분리나이프일 수 있다.

상기 제2 이송벨트는 상기 분말 시료가 적재된 이송벨트와 다른 별개의 이송벨트일 수 있으며, 상기 제2 이송벨트는 상기 분말 시료가 적재된 이송벨트의 진행방향과 동일 또는 역방향으로 진행할 수 있다.

또한, 상기 제2 이송벨트는 상기 분말 시료가 적재된 이송벨트가 상기 낙하 수단 후에 제2 롤러에 의해 다시 방향전환되어 진행하는 것일 수 있다.

나아가, 본 발명은 분말시료를 이송벨트에 적재한 후 벨트식 가열로에서 열처리를 수행하는 열처리 방법을 제공하며, 상기 방법은 상기 이송벨트에 적재되어 이송되는 분말시료를 교반하여 내부에 적재된 분말시료에 열을 공급시키는 열처리 방법이다.

상기 교반은 교반날개를 가지며 회전축에 의해 회전하는 회전 교반 수단에 의해 수행되는 회전 교반일 수 있다.

상기 회전 교반은 2 이상의 다단으로 설치된 회전 교반 수단에 의해 수행되는 것일 수 있다.

상기 교반 후에 상기 분말시료를 상기 이송벨트로부터 하부의 제2 이송벨트로 낙하시켜 교반하는 낙하교반을 수행하는 것일 수 있다.

상기 낙하교반은 상기 이송벨트 진행방향에 대하여 하부 역방향으로 진행시킴으로써 낙하시켜 수행하는 것일 수 있다.

상기 하부의 제2 이송벨트는 상기 이송벨트와는 다른 것일 수 있고, 또 동일한 것일 수 있다.

벨트식 열처리를 이용하여 분말시료를 열처리함에 있어서 본 발명에서 제안하는 회전 교반 및 낙하 교반을 수행하는 경우 처리 대상이 되는 분말시료는 수평, 수직 방향으로 교반할 수 있으며, 이로 인해 내부 및 외부에 열에너지 및 가스 진입을 위한 추가적인 공간을 형성할 수 있어, 시료의 균일한 열처리를 수행할 수 있다.

따라서, 분말 시료의 열처리 과정을 보다 단축할 수 있고, 나아가 동일 규모 설비에서 처리할 수 있는 시료의 처리량을 증대시킬 수 있다.

도 1은 분말 시료의 열처리를 위한 본 발명의 일 구현예에 따른 가열로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 교반 수단 및 그에 의한 교반원리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 낙하 교반 수단을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명은 분말시료를 이송벨트에 적재하여 열처리를 수행하는 벨트식 가열로 및 열처리 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 벨트식 가열로에 의해 분말 시료를 열처리함에 있어서, 이송벨트에 적재된 분말시료에 열 및 반응가스가 원활하게 공급되도록 함으로써 열처리 효율을 향상시키고, 이에 의해 동일한 열처리 설비에서 수행할 수 있는 열처리량을 증대시키고자 한다.

본 발명의 열처리를 위한 가열로는 이송벨트에 적재된 분말시료를 교반함으로써 열 및 반응가스가 이송벨트의 하부에 적재된 분말시료에도 원활하게 공급시키고자 한다.

이를 위해 본 발명은 도 2에 나타낸 바와 같이 이송벨트의 전단부에 교반을 위한 교반수단을 포함한다. 상기 교반수단은 교반로드일 수 있다. 상기 교반로드는 이송벨트의 진행 중에 이송벨트에 적재된 분말 시료를 긁음으로써 수평방향으로 교반하게 되는데, 이에 의해 내부의 분말시료를 열 및 반응가스에 노출되도록 함은 물론, 열 및 반응가스가 적재된 분말 시료의 내부로 보다 원활하게 투입되도록 할 수 있다.

이러한 교반로드는 가열로의 천정과 같은 이송벨트의 상부에 고정될 수 있다. 이때 상기 교반로드는 말단이 하부의 이송벨트, 즉, 가열로의 바닥을 향하여 연장되어 이송벨트의 직상까지 연장될 수 있다. 이때, 상기 교반로드의 말단이 위치하는 부분에 대하여는 특별히 한정하지 않으며, 필요에 따라 적절히 선정할 수 있는 것으로서, 이송벨트 위에 적재되는 분말시료의 내부를 긁을 수 있을 정도로 교반로드의 말단이 위치할 수 있다. 따라서, 상기 교반로드는 그 높이를 조절할 수 있도록 가변수단인 것이 보다 바람직하다.

상기 교반로드는 보다 활발한 교반을 제공하기 위해 회전가능한 것이 보다 바람직하다. 따라서, 상기 교반로드는 상부의 고정된 축을 중심으로 일방향으로 회전할 수 있는 회전수단을 구비할 수 있다.

나아가, 상기 교반로드는 보다 넓은 영역의 분말 시료의 교반을 위하여 교반로드의 중심으로부터 외측으로 연장되는 교반날개를 구비할 수 있다. 상기 교반날개는 다양한 형상을 가질 수 있는 것으로서, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 봉상 형태일 수 있으며, 판상일 수 있다.

이러한 교반날개는 회전축을 중심으로 어느 한 방향으로 연장되어 형성될 수 있음은 물론, 2 이상의 방향, 예를 들어, 상기 가열로의 천정에서 바닥을 향해 볼 때 -자 또는 +자의 형상일 수 있다. 나아가, 하나의 방향에 대하여 2 이상이 배열될 수 있다.

또한, 상기 교반로드는 나선형상의 블레이드를 포함할 수도 있다.

상기 교반로드는 이송벨트의 진행방향에 대하여 수직방향으로 하나의 열에 복수개 설치될 수 있다. 이와 같은 교반로드는 설치 개수가 많을수록 분말 시료의 교반을 보다 활발하게 수행할 수 있다. 다만, 지나치게 많은 경우에는 분말 시료가 이송벨트의 외부로 탈락할 수 있는바, 그 범위 내에서 적절히 조절할 수 있을 것이다.

상기 교반로드가 하나의 열에 배치되는 개수는 교반로드의 굵기, 교반날개의 크기 등에 따라 달라질 수 있고, 또 이송벨트의 폭에 따라 달라질 수 있는 것으로 일률적으로 한정할 수 없다. 예를 든다면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 교반로드는 하나의 열에서 3 내지 20개의 개수 중 어느 하나일 수 있다.

상기 2 이상의 교반로드가 설치된 열이 2 이상일 수 있다. 이때, 하나의 열과 인접하는 열에서 교반로드는 이송벨트의 진행방향으로 볼 때 서로 엇갈리게 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 2 이상의 열을 가지면서 교반로드가 엇갈리게 배치되는 경우에는 분말 시료가 이송벨트 밖으로 탈락하는 것을 방지하면서도 교반 효율을 향상시킬 수 있어 바람직하다.

상기 열의 수 역시 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 3열 내지 10열 중 어느 하나일 수 있다.

상기한 바와 같이 가열로 내에서 상기 이송벨트에 적재된 분말 시료를 긁음으로써 교반할 수 있어 분말 시료의 적재 위치에 따른 편차를 줄이면서 균일하게 열처리를 수행할 수 있어, 분말 시료의 열처리 품질을 일정하게 유지할 수 있으며, 이로 인해 열처리 회수, 열처리 시간 등을 단축시킬 수 있다. 또한, 동일한 설비 내에서 1회에 열처리할 수 있는 분말의 양을 증대시킬 수 있어, 생산성을 높일 수 있다.

상기 회전 등에 의한 전반부의 교반 장치에 대해서는 시료가 이송 벨트에서 이탈되지 않는 범위 내에서, 그리고 시료의 적재 상황 혹은 목표로 하는 열처리 효과 등에 따라, 각 교반로드의 크기 및 교반날개의 개수, 형상, 교반로드의 회전 방향, 동일 열 내에서의 간격 및 개수, 열의 간격 및 단수 등을 조절할 수 있다.

나아가, 가열로 내에서의 상기 교반로드의 설치 위치 역시 가열 온도, 시료의 온도 이력, 투입 가스의 위치 및 투입량에 따라 전단부의 임의의 위치에 놓을 수 있고, 경우에 따라서는 교반로드 세트를 복수개 설치할 수도 있다. 이를 통해 이송 벨트에 적재된 시료는 수평방향으로 교반되며, 교반축 자체에 의해 밭고랑과 같이 열에너지 및 가스가 원활히 진입할 수 있는 공간을 형성할 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 교반 후에 분말 시료를 낙하하여 추가로 교반하는 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 교반로드에 의한 교반을 수행하는 경우에는 상대적으로 수직방향, 즉, 적재 높이 방향으로의 교반은 크지 않다. 이로 인해, 장시간 열처리하는 경우 등에 있어서는 분말 시료가 응집하는 현상이 발생하거나, 또는 부분적으로 표면에 주로 위치하는 일부 분말시료가 소결하는 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 상기 교반로드에 의한 교반은 상기와 같은 분말시료가 응집되거나 소결될 가능성이 낮은 가열로의 전단부에 설치하고, 가열로의 후단부에 상기한 바와 같은 낙하에 의한 교반 수단을 구비하여 수직 방향으로의 교반을 도모함으로써 보다 균일한 열처리 효과를 도모할 수 있어 바람직하다.

상기 낙하에 의한 교반은 도 3에 나타낸 바와 같은 방법으로 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 일정한 방향으로 진행하는 이송벨트를 롤러를 이용하여 최초 진행방향의 하단 역방향으로 진행하도록 방향전환시킴으로써 이송벨트 상부에 적재된 분말 시료를 낙하시킬 수 있다.

이때, 상기 낙하하는 분말시료는 적재되었을 때와는 달리 수직방향으로의 교반이 일어나게 되며, 내부에 위치하던 분말 시료가 열 및 반응가스에 보다 더 노출될 수 있어, 추가적으로 열에너지 및 가스의 공급을 전체 시료에 원활하게끔 할 수 있다.

상기 낙하를 위해서 상기 롤러에 의한 방향전환시에 이송벨트로부터 분말 시료를 분리하는 분리수단을 구비함으로써 이송벨트로부터의 낙하를 보다 원활하게 수행할 수 있다. 상기 분리수단은 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 분리나이프일 수 있다.

상기 낙하하는 분말시료를 적재하고 이송하기 위하여 낙하하는 위치의 아래에는 이송벨트가 운전되어야 한다. 이때, 상기 이송벨트는 최초의 분말시료를 이송하는 이송벨트와는 다른 이송벨트일 수 있다. 이 경우, 최초의 이송벨트는 분말시료를 낙하시킨 후 새로운 분말시료를 적재하여 계속적으로 순환할 수 있다. 나아가, 상기 낙하한 분말시료를 전달받은 이송벨트는 가열로 내를 주행하여 추가적인 열처리를 수행한 후에 가열로 외부에 열처리된 분말 시료를 하역하면서 계속 순환할 수 있다. 하단의 이송벨트는 특히 진행방향에 특별한 제한이 없을 수 있다.

이 경우, 상기 후단부의 열처리를 위한 이송벨트의 진행 방향은 특별히 한정하지 않으며, 최초 이송벨트의 운전방향과 동일한 방향으로 진행할 수 있으며, 반대방향으로 진행할 수도 있다.

한편, 상기 이송벨트는 최초의 분말 시료를 이송시키는 이송벨트와 동일한 것일 수 있다. 이 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 롤러에 의해 하단이 역방향으로 주행한 이송벨트는 또 다른 롤러에 의해 다시 방향전환되어 낙하된 분말시료를 적재하고 가열로를 주행하여 추가적인 열처리를 수행하게 된다.

상기 낙하 교반 후에, 필요에 따라서는 전단부에서 수행한 교반로드를 통한 교반을 또한 수행할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 가열로를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 가열로는 교반 낙하가 하나의 연속된 이송벨트 상에서 수행되는 예를 나타낸 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 회전 및 교반 수단에 의하여 전단부에서 수평 교반을 수행하고, 분말시료가 상당부분 응집되거나 소결될 가능성이 높은 후단부에 분리 및 낙하에 의한 교반 장치를 설치한다.

상기 낙하를 위한 공간을 확보하기 위해서 복수의 롤러를 이용하여 이송 벨트를 방향 전환한 후 다시 원래의 진행방향으로 향하게 한다. 복수의 롤러 중 첫 번째 롤러에 의해 이송 벨트가 방향전환되는 부분에 분리 나이프를 일정한 각도로 근접 배치하여 시료가 부분 탈락시킨 후, 직하부에 원래의 방향으로 진행하는 이송 벨트에 반전되어 적재시킴으로써 교반시킨다.

후단부에 배치하는 낙하 교반의 수단에 대해서는 시료의 종류, 밀도, 처리 상태 등에 따라, 그리고 낙하되는 분말 시료가 이송벨트로부터 이탈하지 않는 범위 내에서 분리나이프의 간극 및 낙하 각도, 시료의 낙하 폭 등을 조정할 수 있다. 이를 통해 이송 벨트에 적재된 시료는 주로 수직방향으로 반전 및 교반되며, 부수적으로 임의의 방향으로 교반되거나 시료간의 위치가 바뀌게 된다.

이러한 두 가지의 교반 장치 들에 의해 열처리 및 화학반응에 의한 시료의 처리 과정이 단축되고 동일 규모 설비에서 처리할 수 있는 시료의 처리량이 증대될 수 있다.

Claims (18)

1. 분말시료를 이송벨트에 적재하여 열처리를 수행하는 벨트식 가열로로서,
   상기 가열로는 상기 이송벨트에 적재된 분말 시료를 교반하는 교반수단;
   상기 교반수단 후단에 롤러에 의해 상기 이송벨트를 진행방향의 아래에서 역방향으로 진행시켜 분말 시료를 상기 이송벨트로부터 분리하여 낙하시키는 낙하수단; 및
   상기 이송벨트의 아래에서 상기 낙하되는 분말시료를 적재하여 가열로 내를 주행하여 열처리를 수행하는 제2 이송벨트
   를 포함하는 벨트식 가열로.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 교반수단은 이송벨트의 상부에 고정되어 가열로의 바닥을 향해 이송벨트 표면 직상까지 연장된 교반로드인 벨트식 가열로.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 교반로드는 이송벨트의 이동방향에 대하여 수직방향의 열에 복수개 설치된 것인 벨트식 가열로.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 열은 2 이상이며, 하나의 열에 설치된 교반로드와 인접하는 열에 설치된 교반로드는 이송벨트의 이동방향으로 서로 엇갈리게 배치된 것인 벨트식 가열로.
   
5. 제2항에 있어서, 상기 교반로드는 상부의 고정 축 중심에 대하여 일방향으로 회전하는 것인 벨트식 가열로.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 교반로드는 연장된 말단부에 교반로드 중심으로부터 외측으로 연장되는 교반날개를 구비하는 것인 벨트식 가열로.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 낙하수단은 이송벨트에 적재된 분말시료를 분리하는 분리수단을 구비하는 것인 벨트식 가열로.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 분리수단은 분리나이프인 벨트식 가열로.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 제2 이송벨트는 상기 분말 시료가 적재된 이송벨트와 다른 별개의 이송벨트인 벨트식 가열로.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 이송벨트는 상기 분말 시료가 적재된 이송벨트의 진행방향과 동일 또는 역방향으로 진행하는 것인 벨트식 가열로.
    
11. 제1항에 있어서, 상기 제2 이송벨트는 상기 분말 시료가 적재된 이송벨트가 상기 낙하 수단 후에 제2 롤러에 의해 다시 방향전환되어 진행하는 것인 벨트식 가열로.
    
12. 분말시료를 이송벨트에 적재한 후 벨트식 가열로에서 열처리를 수행하는 열처리 방법으로서,
    상기 이송벨트에 적재되어 이송되는 분말시료를 교반하고, 상기 교반 후에 상기 분말시료를 상기 이송벨트로부터 하부의 제2 이송벨트로 낙하시켜 추가 교반하는 낙하교반을 수행하여 내부에 적재된 분말시료에 열을 공급시키는 열처리 방법.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 교반은 교반날개를 가지며 회전축에 의해 회전하는 회전교반수단에 의해 수행되는 회전교반인 열처리 방법.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 회전 교반은 2 이상의 다단으로 설치된 회전교반수단에 의해 수행되는 것인 열처리 방법.
    
15. 삭제
16. 제12항에 있어서, 상기 낙하교반은 상기 이송벨트 진행방향에 대하여 하부 역방향으로 진행시킴으로써 낙하시켜 수행하는 것인 열처리 방법.
    
17. 제12항에 있어서, 상기 하부의 제2 이송벨트는 상기 이송벨트와는 다른 것인 열처리 방법.
    
18. 제12항에 있어서, 상기 하부의 제2 이송벨트는 상기 이송벨트와 동일한 것인 열처리 방법.
    

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