KR20020001204A - 고온 소둔로용 슬리브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방향성 전기강판을 코일형태로 2차 소둔처리하는 소둔로에 사용되어지는 슬리브(sleeve)에 관한 것으로, 코일의 소둔작업시에 코일의 하단부가 짓눌려 변형되는 것을 방지하고, 스트립의 모서리 평탄도를 배가시켜 코일의 품질을 향상시킬 수 있도록 소둔로내에 코일을 수평으로 장입하기 위한 개선된 고온 소둔로용 슬리브에 관한 것이다.
본 발명은, 중공 터널형의 소둔로 본체를 가지고, 그 내부에는 다수개의 코일을 수평으로 장입하여 수소분위기 하에서 열처리하는 고온 소둔로에서 코일의 내경부에 삽입되어 코일을 지지하도록 사용되는 슬리브에 있어서, 코일의 내경부에 끼워지고, 중공원통형의 보디구조를 갖추며, 그 내부에는 상기 보디의 방사상 외측으로부터 내측으로 향한 열전달을 차단하는 다수의 단열 내화재들이 삽입되는 제 1관부재;및 상기 제 1관부재의 내경부에 삽입되어 결합되며, 소둔작업시 상기 제 1관부재의 휘어짐을 방지하는 다수의 보강관들을 구비한 제 2관부재;를 포함하는 고온 소둔로용 슬리브를 제공한다.

Description

고온 소둔로용 슬리브{SLEEVE FOR HOT BATCH ANNEALING FURNACE}
본 발명은 방향성 전기강판을 코일형태로 2차 소둔처리하는 소둔로에 사용되어지는 슬리브(sleeve)에 관한 것으로, 보다 상세히는 코일의 소둔작업시에 코일의 하단부가 짓눌려 변형되는 것을 방지하고, 스트립의 모서리 평탄도를 배가시켜 코일의 품질을 향상시킬 수 있도록 소둔로내에 코일을 수평으로 장입하기 위한 개선된 고온 소둔로용 슬리브에 관한 것이다.
일반적으로, 코일을 열처리하는 소둔로(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 아치형의 내화 축조물로 이루어진 벽체(210)의 내부에 코일(220)을 수직으로 장입하고, 코일(220)을 커버(230)로 씌운 다음, 그 내부를 95-100%의 수소가스로 충진하여 최고온도 1,200℃까지 승온시켜 열처리하게 된다. 여기에서 수직식 소둔로(200)란 코일(220)의 폭방향이 소둔로(200)내에서 수직으로 위치하는 것을 의미하는 것이고, 상기와는 다르게 코일(220)의 폭방향이 수평으로 유지되는 방식은 수평식 소둔로라고 하는 것이다.
이와 같은 소둔로(200)는 수소(Hydrogen)를 분위기 가스로 하여 최고 1,200℃의 고온으로 코일(220)을 최소 24내지 최대 136시간에 걸쳐서 소둔처리를 하는 것으로서, 이는 도 2에 도시된 바와 같이 열처리 작업후에 코일제품의 품질 불량을초래하는 문제점을 갖는 것이었다.
즉, 상기와 같은 종래의 수직형 소둔로(200)는 장입 플레이트(240)상에 코일이 수직으로 올려져서 소둔로(200)의 내부로 장입되면, 열처리 후에 코일(220)의 하단부가 자중에 의해서 짓눌리워짐으로서 변형 손상되는 것이다. 이와 같이 변형된 코일(220)은 후공정에서 이를 되풀기 작업하는 경우에, 해당 하단부측에서 판 붙음부를 형성하여 코일의 일부가 파단되거나, 상기 스트립을 절연 코팅하는 경우, 피복롤(미도시)을 손상시켜 피막상태를 불량하게 함으로써 스트립의 표면 품질을 크게 저하시키는 것이다.
그러나, 종래에는 이와 같이 스트립의 표면 품질이 열화되는 데에도 불구하고, 이와 같은 수직형의 구조로 코일을 배치하여 소둔작업을 하지 않으면 안되었다. 그 이유는 도 3에 도시된 바와 같은 중공관 형상의 철제 슬리브(250)는 고온 소둔작업시 중앙부가 하부측으로 휘는 현상이 발생되고, 이는 슬리브(250) 자체의 구조뿐만 아니라 코일(220)의 형상도 변형시킴으로서 코일(220) 자체의 스크랩 발생율이 크게 되어 실용화되지 못하는 것이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 고온의 소둔시에 코일 지지력이 안정되게 유지되도록 함으로써 소둔로내에 코일을 수평으로 장입할 수 있도록 개선된 고온 소둔로용 슬리브를 제공함에 있는 것이다.
도 1은 종래의 수직형 고정식 소둔로 내부에 코일을 장입한 상태를 도시한 측면도;
도 2는 종래의 수직형 고정식 소둔로에서 코일의 흘러내림이 발생된 설명도;
도 3은 종래의 기술에 따른 소둔로용 슬리브를 도시한 구성도;
도 4는 본 발명에 따른 고온 소둔로용 슬리브를 장착하여 수평식 소둔로에 코일을 장착한 상태를 도시한 측면도;
도 5는 본 발명에 따른 고온 소둔로용 슬리브를 외측에서 개략적으로 도시한 사시도;
도 6은 본 발명에 따른 고온 소둔로용 슬리브를 도시한 단면도;
도 7은 본 발명에 따른 고온 소둔로용 슬리브의 효과를 시험하기 위한 예를 도시한 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10..... 제 1관부재 12..... 보디
14..... 내화 단열재 30..... 제 2관부재
32..... 보강관 34..... 제 1슬리브부재
36..... 제 2슬리브부재 40..... 공간
200.... 소둔로 210.... 본체
220.... 코일 230.... 커버
240.... 장입 플레이트 260.... 대차
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 중공 터널형의 소둔로 본체를 가지고, 그 내부에는 다수개의 코일을 수평으로 장입하여 수소분위기하에서 열처리하는 고온 소둔로에서 코일의 내경부에 삽입되어 코일을 지지하도록 사용되는 슬리브에 있어서, 코일의 내경부에 끼워지고, 중공원통형의 보디구조를 갖추며, 그 내부에는 상기 보디의 방사상 외측으로부터 내측으로 향한 열전달을 차단하는 다수의 단열 내화재들이 삽입되는 제 1관부재;및 상기 제 1관부재의 내경부에 삽입되어 결합되며, 소둔작업시 상기 제 1관부재와 코일의 휘어짐을 방지하는 다수의 보강관들을 구비한 제 2관부재;를 포함함을 특징으로 하는 고온 소둔로용 슬리브를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 고온 소둔로용 슬리브(1)는 중공 터널형의 소둔로 본체(210)를 가지고, 그 내부에는 다수개의 코일(220)을 수평으로 장입하여 수소분위기 하에서 열처리하는 고온 소둔로(200)에서 코일(220)의 내경부에 삽입되어 코일(220)을 지지하되, 고온의 소둔시에 코일(220) 지지력이 안정되게 유지되도록 함으로써 슬리브 및 코일의 변형을 방지할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 고온 소둔로용 슬리브(1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 코일(220)을 수평식으로 소둔로(200)의 내부에 배치하게 된다. 본 발명의 슬리브(1)는 코일(220)의 하중을 슬리브의 양단(1a)(1b)에서 지지하게 되며, 상기 슬리브(1)의 양단(1a)(1b)은 소둔로(200) 내부의 대차(260)의 거치대(265)상에서 지지되어 코일(220)의 하중을 지지한다.
그리고, 본 발명에 따른 고온 소둔로용 슬리브(1)는 도 5에 도시된 바와 같이, 중공원통형의 보디(12)구조를 갖추고, 그 내부에는 상기 보디(12)의 방사상 외측으로부터 내측으로 향한 열전달을 차단하는 다수의 단열 내화재(14)들이 삽입되는 제 1관부재(10)를 갖는다.
상기 제 1관부재(10)는 코일(220)의 내경부로 삽입되어 그 외주측에 소둔처리하고자 하는 코일이 위치되는 것으로, 소둔작업시에 코일로부터 전열되는 열을 최소화하기 위한 것이다. 이를 위하여 다수의 단열 내화재(14)들이 상기 보디(12)의 길이방향으로 삽입되어 있으며, 이들 단열 내화재(14)들은 상기 제 1관부재(10)의 보디(12) 원주방향으로 일정 간격을 유지하고 있다.
상기 단열 내화재(14)로서는 알루미나 계통의 세라믹 Al2O3,지르코니아 계통의 세라믹 ZrO2, 실리카 계통의 세라믹 SiO2들을 적의 선정하여 상기 제 1관부재(10)의 보디(12) 내로 삽입할 수 있는 것이다. 이러한 단열 내화재(14)들은 그 단열특성으로 인하여 열전달 계수를 현저히 저하시켜 상기 제 1관부재(10)의 보디(12) 방사상 외측으로부터 그 중심 내측으로 향하는 열전도가 어렵도록 하는 것이다.
그리고, 상기 제 1관부재(10)의 내경부에 삽입되어 결합되며, 소둔 작업시 상기 제 1관부재(10)의 휘어짐을 방지하는 다수의 보강관(32)들을 구비한 제 2관부재(30)를 갖는 바, 상기 제 2관부재(30)는 원통형의 제 1슬리브부재(34)와 상기 제 1슬리브부재(34)의 내경부에 삽입되는 원통형의 제 2슬리브부재(36)를 갖추고, 상기 제 1 및 제 2슬리브부재(34)(36)의 사이에는 다수의 보강관(32)들이 배치되는구조를 갖는다. 상기에서 제 1관부재(10)의 내경부에는 제 2관부재(30)의 원통형 제 1슬리브부재(34)가 삽입되며, 제 1관부재(10)의 내경부 직경과 제 1슬리브부재(34)의 외경은 대략적으로 일치되며, 제 1관부재(10)내로 제 1슬리브부재(34)가 활주 삽입될 수 있는 것이다.
또한, 상기 제 1슬리브부재(34)의 내경으로 삽입되어지는 제 2슬리브부재(36)는 제 1슬리브부재(34)의 내경보다 적은 크기의 외경을 가지며, 따라서, 상기 제 1슬리브부재(34)와 제 2슬리브부재(36)사이에는 원형 고리형의 공간(40)이 형성되며, 상기 공간(40)으로 다수의 보강관(32)들이 삽입되는 것이다.
상기 보강관(32)들은 도 6에 도시된 바와 같이 다수개가 조합 사용되는 것으로서, 이들 다수개의 보강관(32)들은 그들 외경의 총합이 상기 제 1슬리브부재(34)와 제 2슬리브부재(36) 사이에 형성되는 고리형 공간(40)의 중앙 원주에 일치하게 됨으로서, 상기 고리형 공간(40)의 내부로 다수의 보강관(32)들이 삽입되는 경우, 서로 인접한 보강관(32)들은 밀착되어 틈새가 형성되지 않는다. 그리고, 이와 같은 보강관(32)들은 상기 제 1슬리브부재(34)와 제 2슬리브부재(36)에 용접등으로 연결될 수 있고, 단순 삽입될 수도 있다. 만일, 용접등으로 결합되는 경우는 보강관(32)과 제 1 및 2슬리브부재(34)(36)사이의 열팽창 차이로 인하여 이들 결합부에서 열응력을 초래할 수 있기 때문에, 그 결합관계는 본 발명이 적용되는 소둔 조건에 따라서 충분히 변경가능한 것이다.
상기와 같은 보강관(32)들은 각각 내열 합금강으로 이루어짐으로서, 고온에서 지지내력을 저하시키지 않는다. 이와 같은 내열 합금강으로는 니켈(Nickel) 베이스의 합금강이 있으며, 상기 보강관(32)은 각각 원통형의 구조를 갖춤으로서 고온에서 양호하게 코일(220)의 무게를 지탱할 수 있는 것이다.
도 7에는 상기 보강관(32)을 니켈 베이스의 내열 합금강으로 제작하였을 경우, 코일을 지지하는 능력을 실험하기 위한 일련의 모식도가 도시되어 있다. 상기 보강관(32)은 그 재질이 Udimet 500(Nickel Base)로서, E(영 모듈계수)(Young's Modulus)는 161Gpa( 870℃ )이고, 녹는점은 1300-1395℃이며, 열팽창계수는 16.1 X 10(-6)/K(at 870℃)인 것을 사용하였다.
그리고, 상기 보강관(32)은 길이 1400mm, 내경(Di) 130mm, 외경(Do) 140mm, 두께(t) 5mm 인 것이었고, 대략 5ton의 코일(220)을 지지하는 경우를 설정하였다. 실제로 이러한 보강관(32)은 제 1슬리브부재(34)와 제 2슬리브부재(36)사이에 다수개가 삽입되므로 5 톤 코일의 하중은 분산되지만, 극한 조건을 설정하여 하나의 보강관(32)이 상기 코일(220)을 지지할 수 있는 지를 계산하였다.
따라서, 하나의 보강관(32)의 굽힘강도 = E * (πd3t)/8( 여기서 d = (Do + Di)/2 )에 상기 각 수치를 대입하면, 97,222.6 Nm2를 얻는다.
그리고, 폭 1000mm의 5톤 코일을 소둔로에 장입하는 경우, 보강관(32)에 가해지는 분포하중은 5000Kg/1000mm = 49,050N/m이다. 여기서 1kg은 9.81 N이다.
따라서, 양단(1a)(1b)에서의 반발력 Ra = Rb = 2500Kg * (9.81N/1Kg) = 24,525 N 이며, 이들은 보강관(32)의 굽힘강도 내에 유지되는 것이다.
따라서, 본 발명의 슬리브(1)는 코일(220)을 외주면에 감아서 소둔로(200)의내부로 삽입하고 소둔하는 경우, 고온에서 충분히 코일(220)을 지지할 수 있음으로서 소둔로(200)의 내부에 코일을 수평으로 장입할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 코일(220)의 소둔작업시에 코일을 수평으로 소둔로(200)내에 장입함으로서 코일의 하단부가 짓눌려 변형되는 것을 방지하고, 스트립의 모서리 평탄도를 배가시켜 코일의 품질을 향상시킬 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 중공 터널형의 소둔로 본체(210)를 가지고, 그 내부에는 다수개의 코일(220)을 수평으로 장입하여 수소분위기 하에서 열처리하는 고온 소둔로(200)에서 코일의 내경부에 삽입되어 코일을 지지하도록 사용되는 슬리브에 있어서,
    코일(200)의 내경부에 끼워지고, 중공 원통형의 보디(12)구조를 갖추며, 그 내부에는 상기 보디(12)의 방사상 외측으로부터 내측으로 향한 열전달을 차단하는 다수의 단열 내화재(14)들이 삽입되는 제 1관부재(10);및
    상기 제 1관부재(10)의 내경부에 삽입되어 결합되며, 소둔작업시 상기 제 1관부재(10)와 코일(200)의 휘어짐을 방지하는 다수의 보강관(32)들을 구비한 제 2관부재(30);를 포함함을 특징으로 하는 고온 소둔로용 슬리브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1관부재(10)는 다수의 단열 내화재(14)들이 상기 보디(12)의 길이방향으로 삽입되며, 이들 단열 내화재(14)들은 상기 제 1관부재(10)의 보디(12) 원주방향으로 일정 간격을 유지하고, 상기 단열 내화재(14)는 알루미나 계통의 세라믹 Al2O3,지르코니아 계통의 세라믹 ZrO2, 실리카 계통의 세라믹 SiO2들로서 이루어짐을 특징으로 하는 고온 소둔로용 슬리브.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2관부재(30)는 원통형의 제 1슬리브부재(34)와 상기 제1슬리브부재(34)의 내경부에 삽입되는 원통형의 제 2슬리브부재(36)를 갖추고, 상기 제 1 및 제 2슬리브부재(36)의 사이에는 다수의 보강관(32)들이 배치되며, 상기 제 1슬리브부재(34)의 내경으로 삽입되어지는 제 2슬리브부재(36)는 제 1슬리브부재(34)의 내경보다 적은 크기의 외경을 가지며, 따라서, 상기 제 1슬리브부재(34)와 제 2슬리브부재(36)사이에는 원형 고리형의 공간(40)이 형성되고, 상기 공간(40)으로 다수의 보강관(32)들이 삽입됨을 특징으로 하는 고온 소둔로용 슬리브.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 다수개의 보강관(32)들은 그들 외경의 총합이 상기 제 1슬리브부재(34)와 제 2슬리브부재(36) 사이에 형성되는 고리형 공간(40)의 중앙 원주에 일치하게 됨으로서 상기 고리형 공간(40)의 내부로 다수의 보강관(32)들이 삽입되는 경우, 서로 인접한 보강관(32)들은 밀착되어 그들 사이에는 틈새가 형성되지 않도록 구성됨을 특징으로 하는 고온 소둔로용 슬리브.
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