KR102046906B1 - 가열로용 스키드 레일 - Google Patents

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KR102046906B1
KR102046906B1 KR1020180120488A KR20180120488A KR102046906B1 KR 102046906 B1 KR102046906 B1 KR 102046906B1 KR 1020180120488 A KR1020180120488 A KR 1020180120488A KR 20180120488 A KR20180120488 A KR 20180120488A KR 102046906 B1 KR102046906 B1 KR 102046906B1
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skid rail
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이정호
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부공산업 주식회사
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Abstract

본 발명은, 가열로를 구성하는 냉각수관 상의 스키드 레일의 구조를 개량하여 온도 편차에 의해 소재에 생성되는 스키드 마크를 보다 효율적으로 감소시킬 수 있는 가열로용 스키드 레일에 관한 것이다.
본 발명은, 가열로와, 이 가열로 내에서 소재 이송을 위해 배열 설치되는 스키드 유닛과, 열원을 제공하기 위한 버너와, 상기 가열로 내부의 분위기 가스를 유동시켜 외부로 배출시키기 위한 배기덕트를 구비하며, 상기 스키드 유닛은 고정빔 스키드 및 이동빔 스키드로 이루어져 고정빔 스키드가 소재를 지지한 상태에서 이동빔 스키드의 이송 싸이클을 따라 동작하여 소재를 출구측으로 전진시킬 수 있도록 구성되고, 상기 스키드 유닛은 내화재로 감싸여져 냉각수가 흐르는 냉각수관이 배치됨과 동시에 이 냉각수관의 상측에 소재를 유지하기 위한 스키드 레일이 장착되어 있으며, 상기 스키드 레일은 상호 분할 제작된 상태에서 조립되어 구성되는 제1고정편 및 제2고정편으로 이루어져 있다.
이에 따라, 냉각수관으로부터의 냉기가 스키드 레일로 급속하게 전달되는 것을 방지할 수 있고 외기와의 접촉이 확장됨으로 인해 소재에 스키드 마크가 생성되는 것을 억제할 수 있게 되며, 스키드 레일의 구조개선을 통해 종전에 비해 작업성은 물론 후속공정에서의 품질 개선 및 생산단가의 절감할 수 있는 것이다.

Description

가열로용 스키드 레일{Skid rail for heating furnaces}
본 발명은 가열로를 구성하는 냉각수관 상의 스키드 레일(Skid rail)의 구조를 개량하여 온도 편차에 의해 소재에 생성되는 스키드 마크(Skid mark)를 보다 효율적으로 감소시킬 수 있는 가열로용 스키드 레일에 관한 것이다.
일반적으로, 제철공장에는 반제품인 슬래브(Slab), 빌렛(Billet) 등과 같은 압연소재를 대략 1200℃∼1300℃ 정도의 온도로 가열시키기 위한 가열로(加熱爐)를 갖추고 있으며, 이 가열로는 열간압연공정에 의해 판재나 선재 등의 제품으로 가공을 행하기에 앞서 배치된다.
첨부된 도 1에 도시되어 바와 같이, 통상의 가열로(100)는 소재(110)를 이동시키기 위한 스키드 유닛(120)을 포함하여 열원을 제공하는 다수의 버너(122)를 구비하고 있으며, 내부의 분위기 가스를 유동시켜 외부로 배출시키기 위한 배기덕트(130) 등이 부설된다.
상기 스키드 유닛(120)은 고정빔 스키드(124), 이동빔 스키드(126) 등을 구비하고 있으며, 가열로(100)의 내부로 장입된 소재(110)를 이동시키기 위해 고정빔 스키드(124)가 소재(110)를 지지한 상태에서 이동빔 스키드(126)는 상승→ 전진→ 하강→ 후퇴 등과 같은 이미 설정된 이송 싸이클을 따라 동작함으로써 소재(110)를 가열로(100)의 내부에서 출구측으로 전진시킬 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스키드 유닛(120)의 상부에 냉각수관(140)이 배치되어 냉각수가 흐르게 되고, 이 냉각수관(140)의 외측으로는 내화재(142)가 감싸여 있는 동시에 냉각수관(140)의 상측에 세라믹 복합재 혹은 내열 특수강 등의 재료로 이루어진 스키드 레일(150)이 소정 간격으로 장착되어 소재(110)를 유지한다.
이에 따라, 가열로(100) 내의 스키드 유닛(120)은 스키드 레일(150) 부분이 냉각수에 의해 온도가 떨어지면서 소재(110)를 떠 받치기 때문에 냉각수로부터의 냉기에 의해 스키드 레일(150)의 상부면(161)이 지지하는 소재(110)의 바닥 부분은 다른 부위의 온도보다 낮아 저온 영역의 스키드 마크(160)를 형성하게 된다.
즉, 상기 스키드 마크(160)는 스키드 레일(150)의 상부면(161)과 소재(110)의 접촉영역에서 발생되어 소재(110) 상에서의 온도 편차를 일으켜 대략 20∼30℃ 이상으로 유지되며, 이로 인해 스키드 마크(160)가 후속공정인 압연공정에서 소재(110)의 연신율 차이를 발생시키게 되므로 압연두께 및 폭 크기의 정밀도를 떨어뜨린다는 문제를 갖는 것이었다.
따라서, 이와 같은 스키드 마크(160) 부분에서의 온도 편차를 감소시키기 위하여 가열시간을 길게 하거나 가열로(100)의 내부 온도를 과도하게 상승시키는 것이 불가피하였고, 연료의 과다 사용으로 인하여 가열로(100)에서의 생산 원가를 상승시키는 요인이 되는 것이었다.
등록특허 제0527063호(2005.11.01 등록) - 스키드 마크 감소용 스키드 버튼. 등록특허 제1115612호(2012.02.06 등록) - 가열로에서 가열소재의 스키드 마크 형성 방지장치. 등록특허 제1585762호(2016.01.08 등록) - 스키드 레일 실험용 가열로. 공개특허 제2010-0021838호(2010.02.26 공개) - 가열로에서의 소재 처짐방지와 스키드 마크 저감을 위한 장치 및 방법. 공개특허 제2010-0073740호(2010.07.01 공개) - 스키드 마크 저감을 위해 지그재그형으로 형성된 스키드빔.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스키드 레일에 절결홈을 형성하여 냉각수관과의 접촉면적을 감소시킴과 동시에 외기와의 접촉을 확장시킴으로써 온도 편차에 의해 소재에 생성되는 스키드 마크를 감소시킬 수 있는 가열로용 스키드 레일을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 스키드 레일의 구조개선을 통해 작업성을 향상시킴은 물론 소재를 균일한 온도로 가열시킬 수 있도록 함에 따라 후속공정에서의 품질 개선 및 생산단가의 절감할 수 있는 가열로용 스키드 레일을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가열로와, 이 가열로 내에서 소재 이송을 위해 배열 설치되는 스키드 유닛과, 열원을 제공하기 위한 버너와, 상기 가열로 내부의 분위기 가스를 유동시켜 외부로 배출시키기 위한 배기덕트를 구비하며, 상기 스키드 유닛은 고정빔 스키드 및 이동빔 스키드로 이루어져 고정빔 스키드가 소재를 지지한 상태에서 이동빔 스키드의 이송 싸이클을 따라 동작하여 소재를 출구측으로 전진시킬 수 있도록 구성되고, 상기 스키드 유닛에는 내화재에 의해 감싸여져 냉각수가 흐르는 수관이 구비됨과 동시에 이 수관의 상측에 소재를 유지하기 위한 스키드 레일이 장착되어 있으며, 이 스키드 레일은 상호 분할 제작된 상태에서 조립되어 구성되는 제1고정편 및 제2고정편으로 이루어지고, 상기 제1고정편의 바닥면에는 절결홈이 형성됨과 동시에 상기 제2고정편의 바닥면에는 원호면의 중앙부에 절결홈이 형성되어 있으며, 상기 제1고정편의 하부 둘레면은 제2고정편에 형성된 안착홈 내에 조립되어 용접에 의해 일체형으로 구성됨과 동시에 이들 각각의 절결홈들이 상호 연이어지도록 구성되고, 상기 제2고정편의 몸체 하부의 모서리부분에 보강편을 볼록하게 형성하여 열에 의한 변형을 억제할 수 있도록 구성한 것이다.
삭제
본 발명은 상기한 바와 같은 특징들에 의해, 냉각수관으로부터의 냉기가 스키드 레일로 급속하게 전달되는 것을 방지할 수 있고 외기와의 접촉이 확장됨으로 인해 소재에 스키드 마크가 생성되는 것을 억제할 수 있게 된다.
더구나, 스키드 레일의 구조개선을 통해 종전에 비해 작업성은 물론 후속공정에서의 품질 개선 및 생산단가의 절감할 수 있는 것이다.
도 1은 가열로 내에서 소재의 이송상태를 나타낸 개략 구성도,
도 2는 고정빔 및 이동빔 스키드에 의한 소재의 이송 상태을 나타낸 도면,
도 3은 스키드 레일 및 소재의 상호 관계를 나타낸 측면도,
도 4는 등록특허 제1429641호에 개시된 스키드 레일의 설치상태를 나타낸 부분 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 스키드 레일의 측면도,
도 6a, 도 6b는 스키드 레일에 장착되는 환봉의 구성을 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 스키드 레일의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도,
도 8은 도 7의 조립상태 사시도,
도 9a, 도 9b는 스키드 레일의 조립 상태 정면도 및 단면 구성도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하지만, 이들이 갖는 특정 구조 및 기능은 하나의 구성예를 나타낸 것이므로 본 명세서에 기재된 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
우선, 본 발명의 기술내용과 관련이 있는 하나의 예로서 등록특허 제1429641호에 개시된 종래기술에 대하여 설명하고, 이에 따른 문제점을 도출한 후에 본 발명의 구성 및 작용효과에 대하여 후술하고자 한다.
첨부된 도 4 및 도 5를 참고하면, 가열로 내에는 슬래브(Slab) 또는 빌렛(Billet)과 같은 소재(110)의 이동을 위한 스키드 파이프(Skid pipe)가 설치되고, 이 스키드 파이프의 상부에는 소재(110)를 받쳐주기 위한 스키드 레일(200)이 설치된다.
상기 스키드 레일(200)에는 열전달을 적게 하기 위한 구멍(hole)(210)이 형성되고, 이 구멍(210)에는 스키드 레일(200)이 고온 고하중을 받아 구멍(210)에 열응력과 변형이 발생되는 것에 의해 스키드 레일(200)이 변형되는 것을 억제하기 위한 환봉(220)이 삽입된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 환봉(220)은 일정 크기의 직경(d)을 갖는 원통형상으로 형성될 수 있다. 도 3에서와 같이 환봉(320)에는 스키드 레일(200)의 구멍(210)에서 발생되는 열변형을 방지하기 위한 관통구멍(321)이 적어도 하나 이상 형성되거나 혹은 도 4에서와 같이 환봉(420)의 길이방향을 따라 홈(421)이 적어도 하나 이상 형성되며, 이 홈(421)의 형상은 스키드 레일(200)의 구멍(210)에서 발생되는 열변형을 효과적으로 방지할 수 있도록 반원형상으로 형성된다.
상기 환봉(220)은 고온 강도가 뛰어나고 열전달율이 적은 세라믹계 재질로서 제작되고, 순도 99.8％ 이상의 알루미나(Al2O3) 또는 순도 99.9％ 이상의 지르코니아(ZrO2)를 포함할 수 있다. 이들 알루미나와 지르코니아 재료의 물리적 성질은 다음과 같다.
재료 순도(％) 밀도
(g/cc)		 압축강도
(Mpa)		 열전도도
(w/mk)		 열팽창계수
(10-6cm/℃)		 사용온도
(℃)
알루미나
(Al2O3)		 99.8 3.9 이상 2,350∼2,400 30 7.8 1,400∼1,800
지르코니아
(ZrO2)		 99.9 5.5∼6.0 5,100∼5,400 2.9∼3.1 9∼11
상기 구멍(210)과 환봉(220)의 크기는 스키드 레일(200)의 구멍(210)에서 발생되는 열변형을 효과적으로 방지할 수 있도록 스키드 레일(200)의 상부 폭(W)의 1/2∼1/3로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 환봉(220)은 스키드 레일(200)의 온도가 상승되면 열팽창 정도의 차이에 의하여 환봉(220)이 구멍에 밀착될 수 있도록 상온에서 스키드 레일(200)의 구멍(210)에 헐거운 끼워맞춤으로 결합된다.
상기 환봉(220)과 구멍(210)의 헐거운 끼워맞춤의 간격은 스키드 레일(200)의 온도가 상승되면 열팽창 정도의 차이에 의하여 환봉(220)이 구멍(210)과 간격이 적어질 수 있도록 예컨대 0.05∼0.89mm 일 수 있으며, 상기 환봉의 직경(d)은 스키드레일의 상부 폭(w)의 1/2이다.
이러한 구성에 의해, 상기 스키드 레일(200)에는 열전달을 적게 하기 위한 구멍(210)이 형성됨과 동시에 이 구멍(210) 내에 환봉(220)이 삽입된다. 상기 스키드 파이프에는 그 일방향에서 타방향으로 소재(110)를 냉각하기 위한 냉각수가 흐른다.
이에 따라, 상온에서 스키드 레일(200)의 구멍(210)에 삽입된 환봉(220)은 헐거운 끼워맞춤으로 결합된 상태에서 가열로 내에서의 고열의 슬래브와 같은 소재(110)와 밀착되어 고온으로 됨에 따라 환봉(220)은 열팽창을 하게 되며, 상기 스키드 레일(200)도 온도가 상승되면 열팽창 정도의 차이에 따라 간격이 적어지거나 밀착하게 된다.
또한, 상기 상태에서 고온 슬래브와 같은 소재에 의해 스키드 레일(200)의 상부로부터 열을 받게 되면 열전달율이 현저하게 적은 환봉(220)으로 인하여 열전달이 억제되며, 상기 스키드 레일(200)의 상부가 변형되어 환봉(200)을 압박하더라도 환봉(200)의 압축강도가 우수하여 스키드 레일(200)의 형태를 유지하게 된다.
따라서, 스키드 레일(200)의 구멍(210)에서 발생하는 열변형을 구멍(200)에 끼워진 환봉(220)에 의해 억제하여 스키드 레일(200)의 변형을 방지하게 되며, 상기 환봉(220)의 낮은 열전달로 인하여 냉각수에 의한 스키드 레일(200)의 온도 하락을 방지하여 열이 전달되는 것을 억제할 수 있는 것이다.
그런데, 상기한 바와 같은 방식에 있어서는, 스키드 레일(200)에 형성되는 구멍(210)의 크기를 제한할 수 밖에 없으므로 냉각수에 의한 열전달의 억제 효과가 떨어지게 되고, 더구나 환봉(220)을 구멍(210)에 일일이 끼워 설치해야 하기 때문에 작업성이 현저하게 저하된다는 문제를 내포하는 것이었다.
한편, 첨부된 도 7 내지 도 9a, 도 9b는 본 발명에 따른 가열로용 스키드 레일을 설명하기 위한 도면이다.
앞서 도 1 내지 도 3을 참조로 설명한 바와 같이, 본 발명은 가열로(100)와, 이 가열로(100) 내에서의 소재(110) 이송을 위해 설치되는 스키드 유닛(120)과, 열원을 제공하기 위한 버너(122)와, 상기 가열로(100) 내부의 분위기 가스를 유동시켜 외부로 배출시키기 위한 배기덕트(130)를 구비한다.
또, 상기 스키드 유닛(120은 고정빔 스키드(124) 및 이동빔 스키드(126)로 이루어져 고정빔 스키드(124)가 소재(110)를 지지한 상태에서 이동빔 스키드(126)는 상승→ 전진→ 하강→ 후퇴 등의 이송 싸이클을 따라 동작하여 소재(110)를 출구측으로 전진시킬 수 있도록 구성된다.
상기 스키드 유닛(120)을 구성하기 위한 본 발명은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 내화재(142)로 감싸여져 냉각수가 흐르는 수관(140)이 배치됨과 동시에 이 수관(140)의 상측에 소재를 유지하기 위한 스키드 레일(240)이 장착된다.
이 스키드 레일(240)은 제1고정편(251A) 및 제2고정편(251B)으로 분할 제작된 상태에서 상호 조립되어 이루어진다. 상기 제1고정편(251A)의 바닥면에는 절결홈(252)이 형성되고, 상기 제2고정편(251B)의 바닥면에는 원호면(253a)의 중앙부에 절결홈(253b)이 형성되어 있다.
또한, 상기 제1고정편(251A)의 하부 둘레면은 제2고정편(251B)에 형성된 안착홈(254) 내에 조립되어 용접에 의해 일체형으로 제작될 수 있으며, 이에 따라 각각의 절결홈(252,253b)들이 상호 연이어지도록 하여 외기의 접촉면적을 증가시킬 수 있다.
또, 상기 제2고정편(251B)을 구성하는 몸체의 하부 모서리부분에는 보강편(255)이 볼록하게 형성됨에 따라 열에 의한 변형을 억제할 수 있게 된다.
이러한 구성에 의해, 가열로 내에서의 소재(110)를 이송시키는 과정에서 스키드 레일(200)이 열을 받게 되면 제1 및 제2고정편(251A,251B)에 각각 형성된 절결홈(252,253b)으로 인해 외기와의 접촉면적이 월등히 증가하기 때문에 열전달율이 떨어지게 된다.
따라서, 수관(140)으로부터의 냉기가 스키드 레일(240)로 급속하게 전달되는 것을 방지할 수 있게 됨은 물론 이로 인해 소재(110)에 스키드 마크가 생성되는 것을 억제할 수 있는 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가열로용 스키드 레일에 의하면, 냉각수관으로부터의 냉기가 스키드 레일로 급속하게 전달되는 것을 방지할 수 있고 외기와의 접촉이 확장됨으로 인해 소재에 스키드 마크가 생성되는 것을 억제할 수 있게 된다.
더구나, 스키드 레일의 구조개선을 통해 종전에 비해 작업성은 물론 후속공정에서의 품질 개선 및 생산단가의 절감할 수 있는 것이다.
이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.
100: 가열로 110: 소재
120: 스키드 유닛 122: 버너
124: 고정빔 스키드 126: 이동빔 스키드
130: 배기덕트 140: 수관
142: 내화재 240: 스키드 레일
251A: 제1고정편 251B: 제2고정편
252: 절결홈 253a: 원호면
253b: 절결홈 254: 안착홈
255: 보강편

Claims (3)

  1. 가열로(100)와, 이 가열로 내에서 소재 이송을 위해 배열 설치되는 스키드 유닛(120)과, 열원을 제공하기 위한 버너(122)와, 상기 가열로 내부의 분위기 가스를 유동시켜 외부로 배출시키기 위한 배기덕트(130)를 구비하며,
    상기 스키드 유닛은 고정빔 스키드(124) 및 이동빔 스키드(126)로 이루어져 고정빔 스키드가 소재(110)를 지지한 상태에서 이동빔 스키드의 이송 싸이클을 따라 동작하여 소재를 출구측으로 전진시킬 수 있도록 구성되고,
    상기 스키드 유닛에는 내화재(142)에 의해 감싸여져 냉각수가 흐르는 수관(140)이 구비됨과 동시에 이 수관의 상측에 소재를 유지하기 위한 스키드 레일(240)이 장착되어 있으며,
    이 스키드 레일(240)은 상호 분할 제작된 상태에서 조립되어 구성되는 제1고정편(251A) 및 제2고정편(251B)으로 이루어지고,
    상기 제1고정편(251A)의 바닥면에는 절결홈(252)이 형성됨과 동시에 상기 제2고정편(251B)의 바닥면에는 원호면(253a)의 중앙부에 절결홈(253b)이 형성되어 있으며,
    상기 제1고정편(251A)의 하부 둘레면은 제2고정편(251B)에 형성된 안착홈(254) 내에 조립되어 용접에 의해 일체형으로 구성됨과 동시에 이들 각각의 절결홈(252,253b)들이 상호 연이어지도록 구성되고,
    상기 제2고정편(251B)의 몸체 하부의 모서리부분에 보강편(255)을 볼록하게 형성하여 열에 의한 변형을 억제할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 가열로용 스키드 레일.
  2. 삭제
  3. 삭제
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