KR20020079874A - 가열 수단 및 가열 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블랭크들을 가열하는 방법 및 방사에 의해서 로(furnace)에서 열이 블랭크로 전달되는 작업 전에 로에서의 금속 물질들을 가열하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 방사의 주요 부분들은 로의 벽들을 타격하여 블랭크에 전달되기 전에 반사된다. 바람직하게는, 로는 열 방사가 로의 바닥면에서도 반사되도록 설계된다. 블랭크에 도달하는 방사의 적어도 50%가 반사된 방사이어야 한다. 또한, 본 발명은, 로는 적어도 하나의 로 하부 몸체(1)와 측벽들(5, 6, 7, 8)을 갖는 적어도 하나의 로 상부 몸체(4)를 포함하는 블랭크를 가열하기 위한 로에 관한 것으로, 적어도 상부 몸체(4)의 측벽들의 부분이 마주 보는 벽들이 서로를 향하여 경사지어지도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 로에 관한 것이다.

Description

가열 수단 및 가열 방법{Means and method for heating}

본 발명은 빌릿(billet)들을 가열하기 위한 방법 및 장치, 그리고 그에 수반되는 작업을 위한 금속성 재료들을 가열하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

롤 형태로 감기거나 또는 다른 방식들로 가공되어지는 강철 및 다른 금속 합금의 주조 빌릿들은 종종 작동되기 전에 가열되어야만 하며, 이러한 절차를 빌릿 가열(billet heating)이라 명명한다. 또한, 강철, 알루미늄, 및 다른 금속들로부터 형성된 금속판들도 감기거나 다른 방식으로 가공되기 전에 가열되어만 한다. 사용자가 달성하고자 원하는 블랭크(blank)의 온도는 합금의 조성 및 다른 요인들에 따라서 다양한데, 어떠한 알루미늄 합금의 경우에 대략 400℃에서 1,200 내지 1,300℃까지이며, 또는 높은 작동 온도에서 사용되고자 하는 합금인 경우에는 그 이상이다. 이하에 설명되는 절차에 있어서 양호한 상태를 제공하기 위해서는, 블랭크의 온도는 가능한 한 균일하게 유지되어야 한다.

빌릿을 가열하기 위해서 열원이 연소 또는 전기 저항 요소들인 소위 워킹빔로(walking beam furnace)라고 불리는 가열로(heating furnace)를 사용한다는 것은 종래 기술로서 공지되어 있는 것이다. 전기적으로 가열된 로(furnace)에서 균일한 열의 분배를 획득하기 위해서, 이러한 요소들은 로의 벽면 및/또는 천장에 배치되며, 종종 로의 벽면 또는 천장의 대부분을 도포하게 된다. 또한, 텅스텐램프(tungsten lamp)와 같은 다른 종류의 전기적으로 가열된 열원들이 어떠한 특별한 목적을 위하여 한정적인 범위로 사용되어진다. 대부분의 워킹빔 또는 푸셔식로(pusher type furnace)와 같은 종래의 로에 있어서, 블랭크는 워킹빔 또는 "콜드(cold)" 바닥면에 위치한다. 이러한 구조는 특히 초기 가열 단계에 있어서 블랭크 내에서의 온도의 큰 변이를 야기한다. 이러한 이유로, 블랭크들은 종종 변형되며, 때때로는 바나나 형상처럼 보일 수도 있다. 또한, 일 작동 온도에서 또 다른 작동 온도로의 재설정은 많은 시간을 소모하기 때문에, 대부분의 경우에 있어서 이러한 종류의 로들은 온도 변화에 있어서 긴 지연 시간을 갖게 된다.

균일하며 동시에 일어나는 블랭크의 가열은 야금학적으로 진보한 합금들에 착수될 때, 이는 최종 결과에 대한 중요성을 결정할 수 있다. 때때로 HF-가열법이 균등한 단면을 갖는 블랭크들에 사용된다. 이러한 가열법의 이점은 히터(heater)의 소형화가 가능하다는 점이며, 또한 이러한 가열법의 단점은 균일한 가열을 성취하기에 어렵다는 점이다. 요구되어지는 수냉각(water cooling)은 많은 에너지를 필요로 하며, 대형의 콘덴서(condensor) 배터리(battery)들이 사용되지 않을 경우 열악한 동력 요소(cos Φ)를 발생시킨다.

또한, 열원이 텅스텐 램프들 및 공기 냉각 반사기(air-cooled reflector)들을 갖는 IR-라디에이터(IR-radiator)인 히터들을 사용한다는 것도 공지되어 있는 바이다. 이러한 히터들의 사용은 400℃ 내지 500℃까지, 예를 들면 압출 (extrusion) 전에 알루미늄 블랭크의 예열(preheating)과 같이 전형적인 저온으로의 적용으로 한정된다. 이러한 온도에서는 카운터 방사(counter radiation)가 문제시되며, 공랭(air cooling)은 램프들 및 반사기들에 충분하도록 증가되어야 하며, 결과적으로 효율을 떨어뜨리게 된다.

본 발명의 목적은 상기 단점들을 방지하거나 본질적으로 감소시킬수 있는 빌릿 및 다른 금속 물질들을 가열하는 장치를 제공하는 데에 있다. 그러므로, 본 발명의 일 목적은 가열 이후의 온도 평형화를 위한 시간이 가능한 한 짧게 되도록 하기 위해서, 빌릿 또는 물질의 빠르고 균일한 가열이 가능하도록 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 온도를 신속하게 재설정하며, 다양한 블랭크들 및 합금들에 적용하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 균형적으로 안정화된 온도에 신속하게 도달하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 전체적으로 양호한 효율로 인하여 다른 종류의 가열 장치들에 비하여 상대적으로 큰 에너지 절감을 달성하는 것이다. 하기의 빌릿들 및 블랭크들 그리고 빌릿들 및 블랭크들의 가열에 있어서, 다른 금속 몸체(metallic body)들이 포함될 수 있으며, 작업 전에 금속 물질의 가열의 다양한 경우들이 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 요구되는 바와 같이, 가열되어질 블랭크 상에 하나 또는 그 이상이 위치되는 다수의 후드(hood)의 형태인 모듈(module)들을 포함한다. 본 발명에 따른 모듈은 섬유질 물질로 만들어진 후드를 포함한다. 벽들의 절연체로부터의 IR 방사(radiation)의 반사에 의해서 가열이 블랭크의 모든 측면들에서 대칭적으로 일어나도록 하거나 또는 하나 이상의 전기적 가열 요소들이 후드의 내부에 축조된다. 블랭크로의 열 전달이 가능한 한 균일하게 일어나도록 요소 모듈들과 벽들은 설계된다. 배치로(batch furnace)의 경우에는 블랭크의 길이에 따라서, 또는 연속로(continuous furnace)인 경우에는 로 내부에서의 필요시간에 따라서 다수 개의 요소 모듈들이 사용된다. 로의 바닥면 위에 직접 위치하지 않도록, 적당한 지지체들 또는 다른 수단들 위에 위치하는 경우 열 방사를 블랭크의 측면들 또는 바닥면으로 반사시키도록 설계된 로의 바닥면 위에 모듈들 또는 후드들은 설치된다. 이를 달성하기 위해서, 본 장치는 반사된 방사가 블랭크로 향하도록 모듈들의 벽들의 주요 부분들과 로의 바닥면이 수직면과 소정의 각도를 이루도록 형성된다.

제안된 설계의 일 이점은 신속한 온도 재설정과 가요성(flexibility)의 가능성에 있다. 이는 서로 다른 온도들을 필요로 하는 여러 개의 합금들이 가공되는 제작에 있어서 특히 중요하다. 또한, 최적의 저 중량 및 능률적인 절연체가 선택되기 때문에, 열 균형을 신속하게 달성하는 것이 가능하다. 전술한 열의 보유 없이 설정된 작업 온도가 신속하게 도달되기 때문에, 이는 또한 에너지 절감을 초래한다. 워킹빔 또는 푸시식(push type)의 큰 로(furnace)를 사용하는 경우에 비하여, 요소들의 교체와 벽 덮개의 수리로 인한 정지의 결과는 큰 영향을 주지 않는다. 제안된 설계의 몇몇의 유닛(unit)들은 상기한 종류들 중 하나의 큰 로를 대체하기 위해서 사용된다. 더 높은 온도의 경우에, 가장 좋으며 가장 경제적으로 실행 가능한 해결책은 세라믹 섬유들로 만들어진 반사기들을 갖는 세라믹 요소들을 사용하는 것이다.

본 발명에 따른 가열 방법 및 가열 장치와 그의 실시예들은 청구항들에 기재된 특성들을 갖는다.

이하, 첨부하는 도면들에 도시되어 있는 실시예를 예시적으로 참조하여 본 발명은 더 상세하게 설명된다.

도 1은 빌릿 히터에 사용되는 요소 유닛을 도시한다.

도 2는 빌릿 히터에 사용되는 후드를 도시한다.

도 3은 빌릿 히터의 하부 몸체를 도시한다.

도 4는 요소 유닛을 갖는 후드의 아랫부분이다.

도 5는 본 발명에 따른 로의 단면도이다.

도 6은 도 1 내지 5에 따른 로에 사용되는 전기적 저항 요소의 일 예를 도시한다.

도 7은 본 발명에 따라 가열된 블랭크 내에서의 온도 평형을 나타내는 다이어그램이다.

도 8은 블랭크의 바닥면에서의 반사의 효과를 나타내는 다이어그램이다.

본 발명에 따른 가열 수단은 원칙적으로 도 1 내지 5에 도시된 유닛들을 포함한다. 주요 부분들은 가열을 위해서 블랭크가 꽂아지는 하부 몸체(1)이다. 하부 몸체는 하부 몸체의 네 개의 측벽들을 형성하며 높이 들어올려진 주변 가장자리(3)에 의해서 둘러싸인 바닥면(2)을 포함한다. 바람직하게는, 방사가 블랭크의 바닥면에서 하부 몸체의 바닥면의 상부로부터 위쪽으로 반사될 수 있도록 블랭크는 몇몇의 종류의 지지 수단에 놓여진다(put on). 그러면, 하나 또는 그 이상의 상부 몸체(4)는 하부 몸체에 덮개로서 놓여진다. 상부 몸체의 측벽들(5, 6, 7, 8)은 마주 보는 벽들이 서로를 향하여 내부로 연장되도록 기울어져 있다. 상부몸체의 최상부에는 기울어진 벽들에 의해 규정되는 공간 내로 연장된 하나 또는 그 이상의 방사 요소들이 있다. 방사 요소들은 지지 요소(10) 내에 실장되며 그와 함께 하나의 장치를 형성한다. 바람직하게는, 방사 요소들은 1,400℃ 보다 더 높은 작동 온도를 갖는 전기적 저항 요소들이며, 이때 작동 온도는 바람직하게는 대략 1,450℃이다. 하부 몸체들과 상부 몸체들이 함께 폐쇄된 공간의 한계를 정하는 각각의 상부 몸체에는 하나의 방사 요소가 존재한다. 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 상부 몸체들과 하부 몸체들은 함께 입구 오프닝(inlet opening)과 출구 오프닝(outlet opening)을 갖는 터널을 규정한다.

도 5에 도시된 바와 같은 로의 단면은 두 개의 상부 몸체들(4A, 4B)이 하부 몸체의 윗면에 놓여진 하부 몸체(1)를 포함한다. 각각의 상부 몸체에는, 전기적 저항 요소가 요소 유닛(10A, 10B)에 존재한다. 블랭크(11)는 두 개의 지지체들(12A, 12B) 상의 오븐 속으로 넣어진다. 로의 하부 몸체는 직사각형 형상이며, 도면에 도시된 바와 같이, 상부 몸체들의 측벽들과 유사한 방식으로 경사진 내부 측벽들을 갖는다. 블랭크(11)의 모든 측면들은 방사의 반사를 필요로 한다. 열원들은 몇몇의 위치들로 집중될 수 있으며, 평형화되고 균일한 열이 성취되도록 각각의 상부 몸체들 각각에 있는 열원은 열 반사에 의해서 블랭크로 분배된다. 블랭크에 도달하는 총 열 방사의 50% 이상이 반사된 방사인 것이 바람직하다.

단위 시간당 요구되어지는 방사열을 생산하기 위해서 방사 요소들은 하이-파워(high-power)여야 한다. 그러므로, 방사 요소의 달아 오른 부분(14)이 적어도 여덟 개의 생크(shank)들(14A-14D)을 갖도록, 방사 요소들은 구부러진와이어(wire) 또는 밴드(band)의 형태인 전기적 저항 요소들로 만들어지는 것이 바람직하다. 이러한 요소들은 두 개의 커넥터(connector)들(13, 15)을 포함한다. 생크들은 시간당 하이-파워를 얻기 위해서 3차원적으로 구부러진 형상으로 서로 연결되어 있다. 충분히 높은 온도에 달성하기 위해서, 요소들은 몰리브덴 다이실러사이드(molybdenum disilicide) 또는 다른 세라믹 물질들로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 도 7의 다이어그램으로부터 알 수 있는 바와 같이, 매우 양호한 온도 균일성은 짧은 시간 내에 성취된다. 이는 시간(h)의 함수로서 블랭크 내의 온도(T)에서의 측정된 가장 큰 차이를 나타낸다. 본 발명에 따른 로의 상태들은 실선으로 도시되며, 동일한 로지만 블랭크의 바닥면에의 반사를 방지하기 위해서 차폐된 바닥면을 갖는 로의 상태들은 점선으로 도시된다. 이러한 두 경우들을 비교하기 위해서 전기적으로 가열된 워킹빔로내의 블랭크들의 온도는 상당히 다양하게 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 가스 또는 오일파이어로(gas or oil fired furnace)에서는 변이들이 더욱 크다.

블랭크의 바닥면에의 반사의 중요성은 시간(h)의 함수로 블랭크의 상면 및 바닥면 사이의 온도 차이(ΔT)를 도시하는 도 8의 다이어그램을 살펴봄으로써 명백해진다. 본 발명에 따르면 블랭크의 바닥면에의 반사를 차폐하지 않은 곡선(t₁)으로 표시된 정상적인 가열에 있어서는 온도의 균일성이 블랭크의 바닥면에의 반사가 방지되는 경우, 즉, 곡선(t₂)보다도 훨씬 양호하다는 것을 나타낸다. 더욱이, 가열이 더 빠르게 진행된다.

본 발명의 상기한 실시예들은 본 발명을 한정하지 않으며, 본 발명의 사상의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 이러한 실시예들은 상기에 설명된 바로부터 다양하게 변경 또는 추가될 수 있다.

Claims (5)

1. 적어도 하나의 로 하부 몸체(1) 및 측벽들(5, 6, 7, 8)을 갖는 적어도 하나의 로 상부 몸체(4)를 포함하며, 적어도 상기 상부 몸체의 상기 측벽들의 부분이 서로를 향하여 안쪽으로 경사지어지도록 형성되며, 상기 상부 몸체(4)의 상부에는 로드(rod) 또는 스트립(strip)(14)의 형상을 갖으며 상기 경사진 벽들에 의해서 규정되는 공간내에서 3차원적으로 연장되는 하나 또는 그 이상의 방사 요소(9)들이 존재하는 것을 특징으로 하는 방사에 의해서 열이 로(furnace) 내부의 블랭크로 전달되며, 방사의 주요 부분이 로의 벽들을 타격하여 블랭크로 전달되기 전에 벽들에 의해서 반사되는 가열로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 방사는 또한 상기 로의 바닥면에 의해서도 반사되는 것을 특징으로 하는 가열로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 블랭크에 도달하는 방사의 적어도 50%는 반사된 방사인 것을 특징으로 하는 가열로.
4. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요소들(9)의 작동 온도는 1,400℃ 이상이며, 바람직하게는 대략 1,450℃인 것을 특징으로 하는 가열로.
5. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 상기 요소들은 적어도 여덟 개의 곡선의 형상인 생크들(14A-14D)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로.