KR101988284B1 - 소재처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재가열장치의 출구측으로 수증기의 유입이 차단되도록 구조를 개선한 소재처리장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 소재처리장치는 적어도 가열대를 포함하며, 상기 가열대로 공급된 소재를 연속적으로 가열하여 이송하는 소재가열장치; 상기 소재가열장치의 전방에 마련되어, 상기 소재가열장치에서 가열된 소재를 급냉하는 침전식 냉각조; 및 상기 소재가열장치의 출구측에 마련되어 상기 소재가 상기 침전식 냉각조에 침전되며 발생하는 수증기의 유입을 차단하는 수증기 유입차단부;를 포함한다.

Description

소재처리장치 {MATERIALS TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 소재처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속적으로 공급되는 고온 소재의 급냉과정에서 발생하는 수증기가 소재가열장치로 유입되는 것을 방지토록 개선된 소재처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서는 소재를 연속으로 공급하며 가열, 냉각 등을 통해 소재의 특성을 조절하는 소재처리장치가 사용된다.

이러한 소재처리장치는 연속적으로 공급되는 소재, 일례로 스트립의 내부 응력이나 결정조직을 조정하기 위해 일정온도와 분위기에서 스트립을 열처리한 후 냉각시킨다.

일반적으로 연속적으로 소재를 이동시키며 가열하는 장치로는 소재 가열 장치를 포함하며, 이러한 소재 가열 장치로는 연소식 소둔로가 대표적이다.

도 1을 참고하면, 소재처리장치(1)는 소재를 균일하게 가열하기 위한 소재가열장치(10)와, 소재가열장치(10)에서 배출되는 소재를 급냉하기 위한 침전식 냉각조를 포함한다.

소재가열장치(10), 구체적으로 연속식 소둔로는 적어도 가열대(RHS zone) (12)를 포함할 수 있고, 균열대(ESS zone)(14), 냉각대(Cooling zone)(16)가 더 포함될 수 있다.

또한, 소재가열장치(10)는 필요에 따라 소재의 진입전 소재를 세정하는 세정대(Cleaning zone), 소재를 예열하는 예열대(PHF zone) 및 소재의 환원을 위한 환원대(RTH zone) 등을 더 포함할 수 있다.

소재가열장치(10)는, 다수의 허스롤(20)이 구비되어, 소재를 연속적으로 공급하며 소재를 고온 분위기로 가열한다. 소재는 연속적으로 공급되는 스트립(S)일 수 있다.

한편, 스트립(S) 중 무방향성 소재의 스트립(S)은, 고온 분위기에서 가열된 후, 수냉각식으로 급냉처리하여 제조되며, 이를 위해 소재가열장치(10)의 출구측에 스트립(S)이 침전되며 급냉되는 침전식 냉각조(50)가 구비될 수 있다.

스트립(S)은 침전식 냉각조(50)를 통과하는 과정에서 약 300℃에서 70℃로 냉각되고, 이후 후속공정에서 절연코팅 및 건조작업이 이루어진다.

그러나, 종래의 소재처리장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 스트립(S)이 침전식 냉각조(50)를 통과하는 과정에서 다량의 수증기(W)가 발생하고 있으며, 이와 같이 발생한 수증기(W)는 소재가열장치(10)의 출구측을 통해 소재가열장치(10)의 내부로 유입될 수 있다.

이와 같이, 소재가열장치(10)는 수증기(W)가 내부로 유입되면, 내부의 분위기가 고온 습한 상태로 바뀌게 되고, 이 과정에서 주변의 각종 산화 스케일이 스트립(S) 및 이를 지지하는 허스롤(20) 등의 카본슬리브에 고착된다.

또한, 종래의 소재처리장치(1)는 주변으로부터 소재가열장치(10)로 유입되는 이물질 및 수증기(W)와, 스트립(S)의 이송속도와 허스롤(20)의 회전속도 차이 등에 의해 스트립(S)에 결함이 발생한다.

특히, 종래의 소재처리장치(1)는 스트립(S)의 이송속도가 증가할 경우, 침전식 냉각조(50)를 통과하는 과정에서 수증기(W)의 발생량이 더욱 증가하게 되며, 이에 따라 허스롤(20) 등의 내부 오염이 가속화되는 문제가 있으며, 이에 따라 스트립(S)의 이송속도가 제한되고 있다.

예컨대, 종래의 소재처리장치(1)는 일반적인 스트립(S)의 통판시 약 0.5t/180mpm의 속도로 생산이 가능하나, 통판과정에서 수증기(W)가 형성되는 무방향성 스트립(S)은 통판시 약 0.25t/120rpm의 속도로 생산 속도가 저하된다.

또한, 종래의 소재처리장치(1)는 일반 스트립(S)은 46t/H로 생산이 가능하나, 하이퍼 무방향성 스트립(S)의 생산속도는 14.5t/H로 크게 감소한다.

또한, 허스롤(20)은 스케일 등이 형성될 경우, 벤딩이 발생할 가능성이 증가하며, 허스롤(20)에 밴딩이 발생할 경우, 허스롤(20)의 교체를 위해 전체 공정이 중지되어 생산성을 저하시키는 요인이 되고 있다.

이와 같이, 종래의 소재처리장치(1)는 소재가열장치(10) 내부로 수증기(W)의 유입으로 인한 제품의 품질 저하 및 생산성이 저하되는 문제가 발생하고 있으나, 아직까지는 수증기(W)의 유입을 제한하는데 한계가 있으며, 이에 따라 효과적으로 수증기(W)의 유입을 차단하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 소재가열장치의 출구측으로 수증기의 유입이 차단되도록 구조를 개선한 소재처리장치를 제공하는 것으로 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 소재처리장치는 적어도 가열대를 포함하며, 상기 가열대로 공급된 소재를 연속적으로 가열하여 이송하는 소재가열장치; 상기 소재가열장치의 전방에 마련되어, 상기 소재가열장치에서 가열된 소재를 급냉하는 침전식 냉각조; 및 상기 소재가열장치의 출구측에 설치되어 상기 소재가 상기 침전식 냉각조에 침전되며 발생하는 수증기의 유입을 차단하는 수증기 유입차단부;를 포함하고, 상기 수증기 유입차단부는 상기 소재가열장치의 출구측에 소정의 공기유입공간을 두고 설치되며, 상기 소재의 이송방향으로 공기를 분사하고 공기를 가속하는 에어 나이프를 포함하고, 상기 에어 나이프는 상기 소재의 폭방향으로 형성되는 노즐본체와, 상기 노즐본체에서 상기 소재의 이송방향으로 경사지게 형성되어 공기가 분사되는 슬릿과, 상기 노즐본체에서 상기 슬릿의 전방으로 연장 형성되어 공기의 배출을 안내하는 경사면을 갖는 경사안내부를 포함한다.

또한, 상기 경사안내부는 상기 소재의 진행방향을 따라 상기 경사면이 다단으로 연속되어 형성될 수 있다.

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바람직하게는, 상기 경사면은 공기가 분사되는 방향에 대해 15도 내지 45도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 소재가열장치에서 배출되는 소재가 침전식 냉각조를 통과하는 과정에서 발생하는 수증기가 소재가열장치의 내부로 유입되는 것이 차단되어, 수증기의 유입으로 인한 내부 오염 및 스케일의 생성을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은, 소재의 이송속도의 증가에 따라 수증기 발생량이 증가하더라도, 수증기의 유입을 효과적으로 차단할 수 있어 전체적인 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 수증기의 유입을 차단하기 위해 분사되는 공기로 인한 소재의 냉각이 가능하여, 소재의 냉각속도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 소재처리장치의 구성도.
도 2는 종래기술에 따른 소재처리장치의 수증기 유입상태를 도시한 간략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재처리장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재처리장치의 수증기 유입상태를 도시한 간략도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재처리장치의 수증기 유입차단부를 확대한 측면도.

본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재처리장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재처리장치의 수증기 유입상태를 도시한 간략도이다.

이하에서는, 도 3과 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 소재처리장치를 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소재처리장치(100)는, 연속적으로 공급되는 소재, 일례로 스트립(S)의 내부 응력이나 결정조직을 조정하기 위해 일정온도와 분위기에서 스트립(S)을 열처리한 후 냉각시키는데 활용될 수 있다.

이러한 소재처리장치(100)는 소재가열장치(110)를 포함할 수 있으며, 이러한 소재가열장치(110)로는 분위기 가열을 이용하는 소둔로가 대표적으로 사용될 수 있다.

소재가열장치(110), 구체적으로 연속식 소둔로는 적어도 가열대(RHS zone) (112)를 포함할 수 있고, 균열대(ESS zone)(114), 냉각대(Cooling zone)(116)가 더 포함될 수 있다.

또한, 소재가열장치(110)는 필요에 따라 소재의 진입전 소재를 세정하는 세정대(Cleaning zone), 소재를 예열하는 예열대(PHF zone) 및 소재의 환원을 위한 환원대(RTH zone) 등을 더 포함할 수 있다.

구체적으로 소재 가열 장치(100)는 스트립(S)의 장입이 이루어지는 로체(102)를 포함할 수 있고, 로체(102)를 통과하는 스트립(S)을 가열하는 특성에 따라 예열대, 가열대(112), 균열대(114), 환원대, 냉각대(116) 등의 구역으로 구획될 수 있다.

이러한 소재 가열 장치(100)는 스트립(S)을 가열하는 방법에 따라 다양한 방식의 가열부가 제공될 수 있으며, 일례로 가열부는 환원분위기의 유지를 위해 직접적인 연소가 이루어지지 않는 복사관식 버너가 채용될 수 있고, 가열부는 직화식으로 가열하는 버너가 채용되는 것도 가능하다. 본 실시예에서 소재가열장치(110)에서 소재를 가열하는 방식은 한정되지 않으며, 다양한 가열방식이 사용될 수 있다.

한편, 소재가열장치(110)는 스트립(S)의 이송을 위해 다수의 허스롤(120)이 구비될 수 있다.

또한, 소재처리장치(100)는 다양한 소재의 열처리에 활용될 수 있으며, 일례로 연속적으로 스트립(S)을 진행하여 열처리하는 무방향성 소재제조공정에 활용될 수 있다.

이를 위해, 소재처리장치(100)는 소재가열장치(110)에서 공급되는 소재를 급냉각하는 침전식 냉각조(150)를 더 포함할 수 있다.

침전식 냉각조(150)는 소재가열장치(110)의 출구측에 제공되며, 냉각수가 저장될 수 있다. 이러한 침전식 냉각조(150)에는 다수의 안내롤(52)이 구비될 수 있고, 이를 통해 소재가열장치(110)의 출구측에서 이송되는 스트립(S)을 냉각수에 침전시켜 급냉할 수 있다.

한편, 스트립(S)은 침전식 냉각조(150)에 침지되는 과정에서 냉각수와 접촉함에 따라 다량의 수증기가 발생할 수 있다.

이와 같이, 침전식 냉각조(150)에서 발생한 수증기는 외부로 배출될 수 있으며, 일부는 스트립(S)을 따라 소재가열장치(110)의 출구측으로 이동될 수 있다.

한편, 본 실시예의 소재처리장치(100)는 소재가열장치(110)의 출구측에 수증기의 유입을 차단하기 위한 수증기 유입차단부(130)가 제공될 수 있다.

수증기 유입차단부(130)는 소재처리장치(100)의 출구측에 마련될 수 있으며, 스트립(S)을 따라 출구측으로 이동하는 수증기를 차단할 수 있다.

바람직하게는 본 실시예의 수증기 유입차단부(130)는 공기를 분사하여 수증기의 유입을 차단할 수 있다.

수증기 유입차단부(130)는 소재의 이송방향으로 공기를 분사하는 에어 나이프(Air knife)(132)를 포함할 수 있다.

에어 나이프(132)는 소재가열장치(110)의 출구측에 설치될 수 있으며, 이에 따라 소재가열장치(110)와의 사이에 소정의 공기유입공간이 형성될 수 있다.

에어 나이프(132)는 소재의 이송방향으로 공기를 분사할 수 있으며, 이 과정에서 코안다 효과(Coanda Effect)에 의해 공기가 에어 나이프(132)를 따라 배출되며 공기를 가속할 수 있다.

구체적으로 에어 나이프(132)는 소재의 폭방향으로 형성되는 노즐본체(134)를 포함하며, 이 노즐본체(134)의 일측에는 고압의 공기를 공급하는 공기공급부(140)가 연결될 수 있다. 공기공급부(140)는 에어펌프 또는 컴프레셔일 수 있으며, 그 외에도 다양한 방식이 사용될 수 있다.

공기공급부(140)는 배관(142)을 매개로 노즐본체(134)의 일측에 연결될 수 있고, 배관(142)의 일측에는 공기압의 제어를 위한 밸브(143)가 제공될 수 있다.

또한, 노즐본체(134)의 내부에는 고압의 공기가 채워지는 챔버(134a)가 형성될 수 있다.

또한, 노즐본체(134)에는 소재의 표면으로 공기를 분사하는 슬릿(136)이 형성될 수 있다. 슬릿(136)은 소재의 표면으로 공기를 분사하도록 상기 챔버(134a)와 관통되어 형성될 수 있으며, 공기가 분사되는 갭의 크기가 약 50㎛로 형성될 수 있다. 바람직하게는 슬릿(136)은 소재의 이송방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 노즐본체(134)는 슬릿(136)의 전방으로 공기의 배출을 안내하는 경사면을 갖는 경사안내부(138)가 형성될 수 있다.

경사안내부(138)는 슬릿(136)에서 분사되는 공기의 배출을 안내할 수 있으며, 슬릿(136)에서 분사되는 공기가 경사안내부(138)를 따라 이동하며 코안다 효과에 의해 소재가열장치(110)의 출구측과 에어 나이프(132) 사이의 공기유입공간(145)으로부터 유입된 공기를 가속하여 배출할 수 있다.

이와 같이, 에어 나이프(132)에서 분사되는 공기는, 공기유입공간(145)으로부터 유입된 공기와 함께 가속되어 배출되며, 이에 따라 침전식 냉각조(150)에서 발생하여 스트립(S)을 따라 이동되는 수증기가 공기와 함께 외측으로 밀려나게 되어 소재가열장치(110)로 유입되는 것이 차단될 수 있다.

또한, 에어 나이프(132)는 슬릿(136)에서 분사되는 공기 및 소재가열장치(110)의 출구측과 에어 나이프(132) 사이의 공기유입공간(145)으로부터 유입된 공기가 배출되는 과정에서 스트립(S)과 접촉하며 스트립(S)을 냉각할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 경사안내부(138)는 소재의 진행방향을 따라 경사면(138a, 138b, 138c)이 다단으로 연속되게 형성될 수 있다.

일례로, 본 실시예에서 경사안내부(138)는 3단의 경사면(138a, 138b, 138c)을 포함할 수 있고, 각각의 경사면(138a, 138b, 138c)은 공기의 분사방향에 대해 약 15 내지 45도의 각도(a1, a2, a3)로 경사지게 형성될 수 있다.

에어 나이프(132)는 슬릿(136)에서 분사된 공기가 각각의 경사면(138a, 138b, 138c)을 따라 이동하는 과정에서 약 15배의 공기증폭효과가 발생할 수 있다.

일례로, 본 실시예에서 슬릿(136)은 노즐본체(134)로부터 약 4kg/cm²의 압력으로 공기가 소재의 표면으로 분사될 수 있다. 또한, 슬릿(136)에서 분사된 공기는 경사안내부(138)를 따라 배출되는 과정에서, 공기유입공간(145)으로부터 유입된 공기가 약 380m/sec의 속도로 증폭되어 배출될 수 있다.

본 실시예에서 경사면(138a, 138b, 138c)의 각도(a1, a2, a3) 및 슬릿(136)에서 분사되는 공기의 압력은 한정되지 않으며, 성능의 향상 등을 위해 가변될 수 있다.

전술된 바와 같이 구성되는 소재처리장치(100)의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 소재처리장치(100)는 연속적으로 소재, 일례로 스트립(S)을 공급하여 열처리를 진행한다.

이때, 스트립(S)은 소재가열장치(110)로 공급되고, 이 과정에서 세정대와, 예열대와, 가열대(112) 및 균열대(114)를 거치면서 열처리가 진행되며 소둔처리된다.

또한, 소재가열장치(110)는 소둔처리된 스트립(S)을 냉각대(116)를 거쳐 출구측으로 배출한다.

한편, 소재가열장치(110)의 출구측에는 수증기 유입차단부(130)의 에어 나이프(132)로부터 공기가 분사된다.

에어 나이프(132)는 슬릿(136)을 통해 공기를 고압으로 분사하고, 슬릿(136)으로부터 분사된 공기는 다단으로 이루어진 경사안내부(138)를 따라 분사되는 과정에서 코안다 효과에 의해 증폭된다.

에어 나이프(132)에서 분사되며 증폭된 공기는 스트립(S)을 따라 분사되는 과정에서 주변의 공기의 유속을 증폭한다. 이와 같이 수증기 유입차단부(130)의 에어 나이프(132)에 의해 분사된 공기는 주변의 공기와 함께 고속으로 이동하면서 스트립(S)을 고속 냉각한다.

한편, 스트립(S)은 다수의 안내롤에 안내되며 수증기 유입차단부(130)의 전단부에 배치되는 침전식 냉각조(150)로 이동될 수 있다. 스트립(S)은 침전식 냉각조(150)에 침지됨에 따라 급냉되고, 이에 따라 침전식 냉각조(150)에서 수증기가 발생한다.

이와 같이 침전식 냉각조(150)에서 발생한 수증기는 주변으로 배출되며, 이중 일부는 스트립(S)을 따라 소재가열장치(110)의 출구측으로 이동된다.

소재가열장치(110)의 출구측으로 이동되는 수증기는 수증기 유입차단부(130)의 에어 나이프(132)에서 분사되는 공기와 함께 진행이 차단되며, 주변으로 배출된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예의 소재처리장치(100)는, 스트립(S)을 소둔처리할 수 있고, 스트립(S)을 침전식 냉각조(150)에 급냉하는 과정에서 발생하는 수증기가 소재가열장치(110)로 유입되는 것을 차단할 수 있고, 이에 따라 소재가열장치(110) 내부에 스케일 등이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 소재처리장치 110: 소재가열장치
112: 가열대 114: 균열대
116: 냉각대 130: 수증기 유입차단부
132: 에어 나이프 134: 노즐본체
134a: 챔버 136: 슬릿
138: 경사안내부 140: 공기공급부
142: 배관 143: 밸브
145: 공기유입공간 150: 침전식 냉각조

Claims (5)

1. 적어도 가열대를 포함하며, 상기 가열대로 공급된 소재를 연속적으로 가열하여 이송하는 소재가열장치;
   상기 소재가열장치의 전방에 마련되어, 상기 소재가열장치에서 가열된 소재를 급냉하는 침전식 냉각조; 및
   상기 소재가열장치의 출구측에 설치되어 상기 소재가 상기 침전식 냉각조에 침전되며 발생하는 수증기의 유입을 차단하는 수증기 유입차단부;를 포함하고,
   상기 수증기 유입차단부는 상기 소재가열장치의 출구측에 소정의 공기유입공간을 두고 설치되며, 상기 소재의 이송방향으로 공기를 분사하고 공기를 가속하는 에어 나이프를 포함하고,
   상기 에어 나이프는 상기 소재의 폭방향으로 형성되는 노즐본체와,
   상기 노즐본체에서 상기 소재의 이송방향으로 경사지게 형성되어 공기가 분사되는 슬릿과,
   상기 노즐본체에서 상기 슬릿의 전방으로 연장 형성되어 공기의 배출을 안내하며 상기 소재의 진행방향을 따라 다단으로 연속되어 형성된 경사면을 갖는 경사안내부를 포함하는 소재처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 경사안내부의 상기 경사면은 공기가 분사되는 방향에 대해 15도 내지 45도의 각도로 경사지게 형성되는 소재처리장치.

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