KR102286889B1 - 망간강 제품의 열처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 망간강 주조 합금에 대해 열처리를 수행하는 장치로서, 망간강 주조 합금으로 이루어진 제품을 수용하며, 전기 가열 방식을 통해 상기 제품을 일정 온도로 가열하는 가열부; 및 냉각수를 투입하여 상기 제품의 급냉을 수행하는 냉각부를 포함하는 망간강 제품의 열처리 시스템을 제공한다.

Description

망간강 제품의 열처리 시스템{APPARATUS FOR HEAT TREATMENT OF MANGANESE STEEL}

본 발명은 망간강 제품의 열처리 시스템으로서, 구체적으로는 가열후 급격한 냉각 처리를 수행할 수 있는 열처리 시스템에 관한 것이다.

조성물 및 합금, 그리고 이의 제조에서의 열처리는 강 제품(steel product)의 특성에 큰 영향을 미친다.

따라서, 열처리 과정에서 가열, 유지 및 냉각은 강 제품의 최종 구조에 영향을 미친다. 더욱이, 이미 알려진 바와 같이, 강 제품의 합금 조성물은 중요한 역할을 한다. 합금강에서의 열역학적 및 재료-기술 관계는 매우 복잡하며 많은 파라미터에 의존한다.

통상적으로 내마모성이 우수한 망간강을 위해서는 1050 ~ 1100℃ 부근의 높은 온도로 가열하여 망간을 탄소로부터 분리시키고, 철(Fe) 사이로 망간이 고르게 녹아 들게한다. 이후, 급냉 과정을 통해 녹아들어간 망간이 그대로 철 사이에 갇히게 되어 내마모성이 우수한 망간강이 형성된다.

특허문헌 1 : 대한민국 공개특허 제10-2015-0097722호 공개일자 2015년08월26일

본 발명은 망간강 제품에 대한 균일한 가열후 급격한 냉각 처리를 수행할 수 있는 열처리 시스템의 제공을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의한 망간강 제품의 열처리 시스템은, 망간강 주조 합금에 대해 열처리를 수행하는 장치로서, 망간강 주조 합금으로 이루어진 제품을 수용하며, 전기 가열 방식을 통해 상기 제품을 일정 온도로 가열하는 가열부; 및 냉각수를 투입하여 상기 제품의 급냉을 수행하는 냉각부를 포함한다.

이때, 상기 가열부는, 박스형 전기로로서, 4면에 각각 가열을 위한 히터가 클립식 교체형태로 배치되고, 상면에 열기 순환을 위한 팬을 구비할 수 있다.

이때, 상기 가열부는, 내측면에 세라크울로 이루어진 내화 단열체를 구비할 수 있다.

이때, 상기 가열부를 탈거하는 크레인을 더 포함하고, 상기 크레인은 상기 가열부를 수직 방향으로 상승시켜 상기 가열부 내부에 수용된 제품을 노출시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각부는, 상기 제품을 수용하는 냉각 수조; 상기 냉각 수조에 냉각수를 공급하는 급수 탱크; 및 상기 냉각 수조에 공급된 냉각수를 순환시키는 블로워 펌프를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 냉각 수조는, 상기 가열부를 일체로 수용하는 크기로 형성되고, 상기 가열부는 상기 냉각 수조 내측에 배치되어, 상기 크레인에 의한 상기 가열부의 탈거에 따라 상기 제품이 상기 냉각 수조에 위치할 수 있다.

또한, 상기 냉각 수조의 바닥면에 위치하며, 상기 제품을 지지하는 테이블을 더 포함하고, 상기 테이블은, 상기 냉각 수조의 바닥면으로부터 제어에 따라 승강하도록 구비될 수 있다.

한편, 상기 테이블은, 상기 가열부의 탈거와 함께 일정 높이 상승하여, 상기 제품을 상기 냉각 수조의 바닥면으로부터 일정 높이로 위치시키고, 상기 냉각 수조에 냉각수의 주입이 진행된 이후 하강하여 상기 제품의 급속한 냉각이 수행될 수 있다.

본 발명에 의한 망간강 제품의 열처리 시스템에 의하면,

첫째, 전기 가열 방식을 통해 망간 주조 합금으로 이루어진 제품에 열을 인가하므로 제품에 고루 열을 가할 수 있다.

둘째, 냉각수를 투입하여 제품의 급냉을 수행하므로 망간이 그대로 철 사이에 갇히게 되어 내마모성이 우수한 망간강 제품을 형성할 수 있다.

셋째, 가열부는 4면에 클립식 교체형 히터를 구비하므로, 난형상 제품의 전체면에 열 전달을 균일하게 가할 수 있다. 또한 우수한 유지 보수성을 가진다.

넷째, 가열부는 세라크울로 이루어지는 내화 단열체를 구비하므로 열 용량을 감소시켜 가열로 내 온도 유지 및 손실을 최소화 할 수 있다.

다섯째, 가열부는 공기 순환팬을 구비하여 열기의 강제 대류를 실행하므로 가열로의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가열부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템의 단면도이다.
도 4는 가열부를 탈거하여 제품의 급냉이 수행되는 것을 설명한다.
도 5는 냉각수를 배출한 상태를 설명한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템에서 제품의 열처리가 수행되는 과정을 설명한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템에 제품의 열처리가 수행되는 과정을 설명한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템의 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가열부의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템의 단면도이고, 도 4는 가열부를 탈거하여 제품의 급냉이 수행되는 것을 설명한다. 도 5는 냉각수를 배출한 상태를 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 의한 망간강 제품의 열처리 시스템(1000)은 망간강 주조 합금으로 이루어진 제품(P)에 대해 열처리를 수행하는 장치로 가열부(100), 냉각부(200), 크레인(300) 및 급수탱크(400)를 포함한다.

가열부(100)는 망간간 주조 합금으로 이루어진 제품(P)을 수용하며, 제품(P)이 일정한 온도가 되도록 가열한다. 본 발명에서 가열부(100)는 전기 가열 방식을 통해 제품(P)을 1050 ~ 1100℃의 온도로 가열한다. 열처리 대상인 제품(P)은 크러셔 부품 등과 같이 우수한 내마모성을 필요로하는 제품이다.

일 실시형태에 따르면 가열부(100)는 박스형태를 가진다. 하측면은 제품(P)의 수용을 위해 개방된 형태를 가진다. 측면 4면에는 각각 가열을 위한 히터(110)가 클립식 교체 형태로 배치된다. 히터(110)는 전류인가에 따라 발열하는 구성으로서 사용에 따른 열팽창 및 수축에 의해 기능이 상실될 수 있다. 본 발명에서 히터(110)는 용이한 교체를 위하여 측벽에 착탈 가능한 클립에 의해 고정되는 형태로 배치된다. 도시 생략되었으나, 4면 각각에는 히터(110)의 온도를 측정하는 온도 센서가 배치된다.

상면에는 히터(110)에 의해 발생한 열기의 강제 순환을 위한 순환팬(120)이 구비된다. 순환팬(120)은 외부에 배치된 모터(M)과 연결되어 회전한다. 열기의 강체 대류가 수행되어 가열로(즉, 가열부(100)의 내부)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

가열부(100)는 내측면에 세라크울로 이루어진 내화 단열체(B)를 구비한다. 실시 형태에 따라서는 가열부(100) 자체를 내화 단열체(B)로 형성하는 것도 가능하다. 세라크울은 실리카와 알루미나를 압축하여 형성한 단열체로서 종래의 내화 벽돌에 비해 밀도가 낮은 장점을 가진다. 즉, 세라크울에 의하면 가열부(100)의 열 용량이 감소되므로 가열로내 온도 손실을 최소화 할 수 있다.

4개의 히터(110)의 균일한 가열 제어를 위해서는 PLC(Programmable Logic Controller) 제어를 수행하는 것이 바람직하다. 4개의 온도 센서의 계측을 통해 가열로 내의 온도를 모니터링하며, PID 방식, ON/OFF 제어, 비례 제어등의 수단으로 가열로 내의 온도를 목적하는 온도로 유지시키는 것이 가능하다.

한편, 도시 생략되었으나 가열부(100)는 개방된 하측면을 필요에 따라 폐쇄하는 폐쇄도어를 구비할 수 있다. 도 4에서 설명되는 바와 같이 가열부(100)는 크레인(300)에 의해 상승하고 이후 냉각 수조(210)에 냉각수(W)가 주입되어 제품(P)에 대한 급냉이 수행된다. 이때, 제품(P)은 1050 ~ 1100℃의 온도로 가열된 상태이고 공급되는 냉각수(W) 40℃ 이내의 온도를 가지므로, 급냉 과정에서 냉각수(W)가 격렬하게 증발하면서 다량의 수증기와 냉각수(W)가 상측 방향으로 분출된다. 이때 분출된 냉각수 또는 수증기가 가열부(100) 내측의 히터(110)와 접할 경우 온도가 급변하여 히터(110)의 수명에 영향을 끼친다.

이러한 문제를 방지하기 위해 가열부(100)는 하측면을 폐쇄하는 폐쇄도어(미도시)를 더 구비한다. 가열부(100)가 상승하면 폐쇄도어를 닫아 냉각수 또는 수증기가 고온 상태의 히터(110)와 접하는것을 방지할 수 있다.

냉각부(200)는 냉각수(W)를 투입(주입)하여 제품(P)의 급냉을 수행한다. 제품(P)이 1050 ~ 1100℃의 온도로 가열되면 망간은 탄소로부터 분리되며, 철(Fe) 사이로 망간이 고르게 녹아들게 된다. 이때, 급냉을 가하면 녹아들어간 망간이 그대로 철 사이에 갇히게 되어 내마모성이 우수한 망간강 제품이 형성된다.

냉각부(200)는 급냉을 위해 40℃ 이내의 온도를 가지는 냉각수(W)가 제품(P)과 접하도록 한다.

본 발명에서는 냉각수(W)와 제품(P)의 신속한 접촉을 위해 가열부(100)는 냉각부(200)의 내부에 배치되는 형태를 가진다.

냉각부(200)는 냉각 수조(210) 및 블로워 펌프(220)를 포함한다. 냉각 수조(210)는 제품(P) 및 제품(P)의 냉각을 위한 냉각수(W)가 수용되는 공간이다. 제품(P)은 냉각에 앞서 특정 온도로 가열되어야 한다. 따라서 냉각 수조(210)는 가열부(100)를 수용하는 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 다시 설명하자면, 냉각 수조(210)는 가열부(110)를 일체로 수용하는 크기로 형성되고, 가열부(100)는 냉각 수조(210)의 내측에 배치된다. 크레인(300)에 의한 가열부(100)의 탈거에 따라 제품(P)은 자연스럽게 냉각 수조(210)에 위치하게 된다.

도 3을 참고하면, 제품(P)이 냉각 수조(210)의 바닥면에 거치된 상태에서 가열부(100)가 상면을 덮는 형태로 제품(P)의 가열이 이루어 진다. 가열부(100)의 열기가 냉각 수조(210)의 바닥면으로 유출되는 것을 방지하기 위해 제품(P)은 내화 단열체로 이루어진 테이블(500)위에 거치하는 것이 바람직하다.

충분한 시간 경과하여 제품(P)의 가열이 완료되면, 도 4에 도시된 바와 같이 크레인(300)을 통해 가열부(100)를 탈거한다. 즉, 크레인(300)은 가열부(100)을 수직 방향으로 상승시켜 가열부(100) 내부에 수용된 제품(P)이 상온에 노출되게 한다. 이때, 가열부(100)의 탈거와 동시에 냉각 수조(210)에 냉각수(W)를 주입하여 제품(P)이 급냉되게 한다. 제품(P)의 형상변형을 최소화 하기 위해 3분 이내로 냉각수(W)와 접하도록 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 냉각수(W)는 급수탱크(400)에 수용되어 있다가 일시에 냉각 수조(210)에 주입되는 형태로 공급된다. 필요에 따라서는 냉각수(W)의 원활한 공급을 위해 보조 탱크(도시 생략)가 더 구비될 수 있다.

블로워 펌프(220)는 제품(P)에 차가운 냉각수가 지속적으로 접하도록 수조(210) 내부의 냉각수(W)를 강제로 순환시킨다. 실시자에 따라서는 블로워 펌프(220)의 가동과 함께 테이블(500)을 회전시켜 제품(P)의 전체 면에 냉각수의 접촉량을 증대시켜 냉각 시간이 단축되도록 할 수 있다.

제품(P)의 냉각이 완료되면 배수관(230)을 통해 냉각수(W)를 배출시키고 제품(P)을 회수하여 열처리 수행을 완료할 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템에서 제품의 열처리가 수행되는 과정을 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템에서 테이블(500)은 제어에 따라 냉각 수조(210)의 바닥면으로부터 승강하도록 구비된다.

도 3 내지 도 4의 실시형테에 따르면, 제품(P)의 크기가 큰 경우 냉각수(W)의 주입 속도의 한계로 인하여, 제품(P)은 하측 부분부터 순차적으로 냉각될 수 있다. 이러한 문제를 해결하고자, 본 발명의 다른 실시예에 따른 테이블(500)은 제품(P)이 일시에 냉각수(W)와 접하도록 한다.

먼저, 도 6의 (a)는 가열부(100)를 통해 제품(P)에 대한 가열을 수행하는 과정을 설명한다. 이는 도 3과 동일한 것이므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 6의 (b)는 제품(P)의 가열이 완료되어 가열부(100)를 탈거하는 과정을 설명한다. 크레인(300)은 가열부(100)을 수직으로 상승시키는데 이때, 가열부(100)의 상승에 맞추어 테이블(500)을 상승시킨다. 이때, 테이블(500)의 상승 높이는 냉각수(W)가 냉각 수조(W)에 주입완료 되었을 때의 깊이에 대응되는 높이인 것이 바람직하다. 즉, 테이블(500)을 하강시키면 제품(P)이 일시에 냉각수(W)에 접할 수 있는 높이까지 상승시킨다. 도 6의 (c)는 냉각 수조(210)에 냉각수가 주입 완료된 상태를 설명한다. 앞서 설명한 바와 같이, 냉각수의 주입 완료는 3분 이내로 수행하는 것이 바람직하다. 이후 도 6의 (d)와 같이 테이블(500)을 신속히 하강시켜 제품(P)의 급속한 냉각이 이루어 지도록 한다. 제품(P)의 냉각은 도 4에서 설명되었으므로 블로워 펌프(220) 등에 관한 설명은 생락하기로 한다.

상술한 실시형태와 같이 본 발명에 따르면, 냉각수(W)를 투입하여 제품(P)의 급냉을 수행하므로 망간이 그대로 철 사이에 갇히게 되어 내마모성이 우수한 망간강 제품을 형성할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 망간강 제품의 열처리 시스템에 제품의 열처리가 수행되는 과정을 설명한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 냉각부(200)는 냉각수 임시 저류벽(240)을 포함한다.

냉각수 임시 저류벽(240)은 냉각 수조(210)와 제품(P) 사이에 배치되어 냉각수(W)를 임시로 수용하는 벽체이다. 도 7a에 도시된 바와 같이 냉각수 임시 저류벽(240)은 급수탱크(400)로부터 공급되는 냉각수(W)를 냉각 수조(210)와 냉각수 임시 저류벽(240) 사이의 공간에 수용한다.

이후 냉각수 임시 저류벽(240)은 크레인(도시 생략)등과 같은 승강 수단을 통해 상승하게 되며, 냉각 수조(210)와 냉각수 임시 저류벽(240) 사이의 공간에 수용된 냉각수(W)는 일시에 냉각수 임시 저류벽(240)의 내측 공간으로 이동하여 가열된 상태의 제품(P)가 순간적으로 냉각수(W)에 입수하도록 한다.

즉, 냉각수 임시 저류벽(240)은 냉각수(W)의 일시 공급을 위한 수문의 역할을 수행한다.

도 7에는 냉각수 임시 저류벽(240)의 측단면 형태만이 도시되어 있으나, 냉각수 임시 저류벽(240)은 원형 횡단면을 가지는 형태로 실시되는 것이 바람직하다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1000 : 망간강 제품의 열처리 시스템
100 : 가열부 200 : 냉각부
300 : 크레인 400 : 급수탱크
500 : 테이블 P : 망간강 제품
B : 내화 단열체

Claims (8)

1. 망간강 주조 합금에 대해 열처리를 수행하는 장치로서,
   망간강 주조 합금으로 이루어진 제품을 수용하며, 전기 가열 방식을 통해 상기 제품을 일정 온도로 가열하는 가열부; 및
   냉각수를 투입하여 상기 제품의 급냉을 수행하는 냉각부를 포함하되,
   상기 가열부는,
   박스형 전기로로서, 4면에 각각 가열을 위한 히터가 클립식 교체형태로 배치되고, 상면에 열기 순환을 위한 팬을 구비하고,
   상기 가열부는,
   내측면에 세라크울로 이루어진 내화 단열체를 구비하고,
   상기 가열부를 탈거하는 크레인을 더 포함하고,
   상기 크레인은 상기 가열부를 수직 방향으로 상승시켜 상기 가열부 내부에 수용된 제품을 노출시키고,
   상기 냉각부는,
   상기 제품을 수용하는 냉각 수조;
   상기 냉각 수조에 냉각수를 공급하는 급수 탱크; 및
   상기 냉각 수조에 공급된 냉각수를 순환시키는 블로워 펌프를 포함하고,
   상기 냉각 수조는,
   상기 가열부를 일체로 수용하는 크기로 형성되고, 상기 가열부는 상기 냉각 수조 내측에 배치되어, 상기 크레인에 의한 상기 가열부의 탈거에 따라 상기 제품이 상기 냉각 수조에 위치하는 것을 특징으로 하는 망간 열처리 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각 수조의 바닥면에 위치하며, 상기 제품을 지지하는 테이블을 더 포함하고,
   상기 테이블은,
   상기 냉각 수조의 바닥면으로부터 제어에 따라 승강하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 망간 열처리 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 테이블과 함께 일정 높이 상승하여, 상기 제품을 상기 냉각 수조의 바닥면으로부터 일정 높이로 위치시키고,
   상기 냉각 수조에 냉각수의 주입이 진행된 이후 하강하여 상기 제품의 급속한 냉각이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 망간강 제품의 열처리 시스템.
   

Images