KR20030053081A - 워킹빔식 가열로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 균열대의 출구단에 스키드빔을 폭방향으로 형성함으로서 압연에 의한 소재 변형거동에 근거하여 가열소재를 균일하게 가열할 수 있음은 물론 그 두께를 균일하게 유지할 수 있는 워킹빔식 가열로를 제공한다. 그 워킹빔식 가열로는 내부에서 예열대, 가열대 및 균열대를 형성하며, 베이스를 구비하는 본체; 및 그 본체의 베이스에 가열소자를 지지 및 이동시키기 위한 다수의 스키드빔으로서, 예열대, 가열대 및 균열대의 일부에는 본체의 길이방향으로 배열되며 균열대의 나머지 일부에는 본체의 폭방향으로 배열되는 다수의 스키드빔으로 구성된다.

Description

워킹빔식 가열로{walking beam type furnace}

본 발명은 워킹빔식 가열로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가열로의 가열대 출구측에 스키드빔을 소재의 이동방향에 대해 횡방향으로 설치하여 가열소재의 가열온도의 균일성을 확보하여 제품성을 향상시킬 수 있는 워킴빔식 가열로에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소의 가열압연공정에는 소재의 가열을 위해 가열로가 이용되고 있다. 소재의 해당 규격에 의한 야금학적인 조건과 치수 및 외관에 대한 관리는 실제적으로는 압연라인에서 압연기에 의하여 이루어지지만, 기본이 되는 압연소재를 가열하는 장치인 압연용 가열로의 필요조건으로는 해당 가열소재를 원하는 가열온도까지 가열함은 물론 해당 소재의 길이 및 폭방향으로 균일한 가열이 달성될 수 있는 것을 요구하고 있다. 여기서, 균일가열은 야금학적으로 재질편차가 감소되고 치수관리측면에서는 두께편차가 감소되므로 매우 중요하게 취급되어야 할 사항으로 알려져 있다. 따라서, 신설되는 가열로의 경우에는 수요가가 요구하는 사양중 확보하여야 할 가열온도와 함께 내부온도편차를 반드시 명기하여 이를 관리하고 있지만, 초기에 설비가 구성되는 시점과는 달리 설비의 가동연수의 경과에 따라서 균일한 가열온도의 확보가 어려워지는 문제점이 있다.

일반적으로, 다양한 가열로 중 널리 이용되고 있는 워킹빔식 가열로는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 장방형의 본체(1)와, 본체의 베이스(2)에 고정 설치되며 가열소재(M)를 지지하기 위한 고정빔(3)과, 가열소재를 전진시키기 위한 워킹빔(4)으로 이루어져 있다. 이와 같은 구성에 따라, 가열로내에서 가열소재가 가열되는 동안 그 가열소재는 워킹빔에 의해 상승, 전진, 하강 및 후진 운동함으로써 가열 대상물을 상승시킨 후 이동시키는 방식으로 가열로 입구로부터 출구방향으로 점진적으로 이동시키면서 가열되는 것이다.

한편, 가열소재를 지지하고 이송하는 스키드빔, 즉, 고정빔과 워킹빔은 요구되는 기계적 강도를 만족시키기 위하여 반드시 냉각수에 의한 일정한 온도관리가 요구되며, 이를 위해 스키드빔의 경우 자체적인 스키드빔 파이프이외에 추가적으로 단열용 내화재가 덮여있어 약400 ~ 500mm 정도의 외경을 갖게 되고 추가적으로 가열소재를 지지하기 위한 스키드 버튼이 상부에 부착되어 있다. 이와 같은 스키드빔의 기본적인 형태는 가열로 하부의 전열에 영향을 미쳐서 가열소재의 상부와 하부의 불균일 가열온도를 갖게 하는 원인이 되고 있다. 이에 따라, 스키드빔의 기본형태에 의한 복사전열에 미치는 영향도에 따라 이를 방지 혹은 감소시키기 위해 다양한 기술들이 적용되고 있다.

먼저, 스키드빔의 구조를 변경하는 방식으로서, 약400 ~ 500mm에 달하는 스키드빔의 크기를 줄여서 하부에서의 복사전열에 미치는 세이프 팩터(Shape Factor)의 크기를 줄이는 방식이 있다. 그리고, 스키드 버튼의 크기와 배열 및 형상을 변경하는 방식으로서, 가능한 한 하부의 전열량을 증대시키기 위하여 스키드 버튼을 상승시켜 세이프 팩터를 증가시키는 방안과 접촉시간을 줄여 스키드 버튼에 의한 냉각효과를 감소시키는 방식이 있다. 또한, 스키드빔의 배열을 변경하는 방식으로서, 이것은 주로 균열대에서의 스키드빔의 배열을 가열대와는 다르게 하여 계속 접촉하고는 있으나 복사전열을 상대적으로 적게 받은 부위를 변경시킴으로써 상대적으로 열위인 부위를 가열하는 방식이 있다(도 3참조).

그러나, 이와 같은 균일가열을 위한 개선방안은 워킹빔형 가열로의 기본적인 구성 및 장치적인 제약으로 인하여 하부 복사전열에 미치는 영향을 완전히 해결하지는 못하고 있는 실정에 있다. 전술된 바와 같은 가열소재의 가열온도를 균일하게 확보하기 위한 방식은 가열소재의 폭방향으로 소재를 지지하여 해당 부위에서의 온도감소를 줄이는 방식으로 이루어져 왔고 이는 압연에 의한 소재변형거동과는 무관하게 가열로 자체만을 주요 대상으로 하는 방식이므로 그 효과가 미비하였다. 즉, 가열온도의 균일성확보가 절실히 요구되는 부분은 야금학적인 측면보다는 주로 압연소재의 두께균일성 확보라는 측면이며, 이는 전적으로 가열로에서 소재를 지지하는 스키드빔의 형태에 의한 것이기 때문으로 나타났다.

한편, 현재 발생하는 두께편차의 현황은 주로 길이방향으로의 두께가 균일하지 않은 상태를 보이고 있으며, 이러한 불균일 두께의 발생부위는 주로 스키드빔이 지지하는 부위에 집중된다. 이는 스키드빔 지지부위가 다른 부위에 비하여 상대적으로 가열온도가 낮음으로 해당소재의 변형저항값이 상대적으로 큰 값을 보여서 동일한 압연하중에 의한 연신율에 차이가 발생하기 때문이며, 이를 해결하기 위하여 앞에서 언급한 기술들을 적용하여 스키드빔 지지부위의 온도를 상대적으로 열위인 상태를 극복하지 못하고 있는 실정에 있다.

또한, 압연에 의한 소재의 변형거동을 보면 압연에 의한 소재는 플레인 스트레인(Plain Strain) 상태에서 응력과 변형이 발생되며, 이 것은 실제적으로 소재압연으로 인하여 두께와 길이방향으로의 연신이 이루어지고 폭방향으로의 변형은 극히 미약한 상태를 보이게 된다. 또한 압연소재의 폭방향으로의 두께프로파일을 보면 폭방향중심부로의 두께가 가장 두껍지만, 양쪽 에지(Edge)부위로 갈수록 상대적으로 얇게 된다. 이 같은 현상은 가열온도가 양쪽 에지부위에서 높게되므로 나타나는 현상이 아니라 압연시 폭방향으로는 중심부분의 변형을 억제할 수 있는 반면, 양쪽 에지부분으로 갈수록 소재의 변형을 억제하는 구속조건이 상대적으로 감소하게 되므로 양쪽 에지부위는 완전히 자유표면 상태로 되어 상대적으로 변형을 억제할 수 있는 부위가 없게 되는 문제점이 있다. 이 같은 현상을 고려하여, 가열소재의 온도편차를 폭방향으로 발생시키는 것보다는 오히려 길이방향으로 발생시키고 그와 동시에 온도편차발생부위를 압연현상에 근거하여 폭방향 에지부위에 형성시킨다면 가열소재의 온도편차로 인한 두께편차발생을 현저히 감소시킬 수 있는 방식에 대한 연구가 그 해결과제로서 대두되고 있다.

이에 본 발명은 상술된 문제점들 및 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 가열되는 소재에서 발생하는 두께편차를 감소시킬 수 있는 워킹빔식 가열로를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 압연에 의한 소재 변형거동에 근거하여 가열소재를 균일하게 가열할 수 있는 워킹빔식 가열로를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 가열소재의 온도편차를 길이방향으로 발생시키고 온도편차발생부위를 압연현상에 근거하여 폭방향 에지부위에 형성시켜 가열소재의 온도편차로 인한 두께편차발생을 현저히 감소시킬 수 있는 워킹빔식 가열로를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 워킹빔식 가열로의 부분 정면도.

도 2는 도 1의 측면도.

도 3은 도1의 가열로의 스키드빔의 배열상태룰 보여주는 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 워킹빔식 가열로의 정면도.

도 5는 본 발명에 따른 워킹빔식 가열로에서의 스키드빔의 배열상태를 보여주는 개략적인 평면도.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10 : 본체12 : 베이스

14 : 스키드빔16 : 가열소재

20 : 예열대30 : 가열대

40 : 균열대

이 같은 목적들은, 열간압연공정에서 소재를 가열하기 위한 워킹빔식 가열로에 있어서, 내부에서 예열대, 가열대 및 균열대를 형성하며, 베이스를 구비하는 본체; 및 기 본체의 베이스에 상기 소자를 지지 및 이동시키기 위한 다수의 스키드 빔으로서, 상기 예열대, 가열대 및 균열대의 일부에는 본체의 길이방향으로 배열되며 상기 균열대의 나머지 일부에는 본체의 폭방향으로 배열되는 다수의 스키드빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 워킹빔식 가열로에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 4 및 5를 참조하면, 본 발명에 따른 워킹빔식 가열로는 기본적으로, 전술된 바와 같이, 일정한 내부공간을 형성하는 본체(10)를 포함한다. 본체(10)의 하부에는 베이스(12)가 구비되며, 베이스에는 다수의 스키드빔(14)이 가열소재(16)를 지지 및 이동시키기 위해 수직상태로 구비되어 있다. 물론, 본체(10)의 내부 또는 베이스(12)의 상부는 그 가열방식 및 온도분포에 따라 예열대(20), 가열대(30) 및 균열대(40)로 구분될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 가열로는 스키드빔(14)의 배열에 그 특징이 있다. 즉, 예열대(20)에서 가열대(30)에 이르는 부분에는 스키드빔(14)이 가열소재의 이동방향 즉 가열로의 길이방향으로 배열되는 반면, 균열대(40)에는 스키드빔(14)이 길이방향 및 폭방향으로 설치된다.

보다 상세히 설명하면, 균열대(40)의 전방부 및 중반부 이후까지의 제1영역(42)에서는 스키드빔(14)이 길이방향으로 배열되는 반면, 균열대(40)의 중반 이후부터 종반까지의 제2영역(44)에서는 스키드빔(14)이 폭방향으로 배열된다.

이와 같이, 균열대(40)의 제2영역(44)에 각각의 스키드빔(14)이 폭방향으로 설치됨으로써, 가열소재(12)의 폭방향으로의 온도편차를 상대적으로 보상함과 동시에 길이방향으로의 온도편차가 발생되며, 또한 가열소재(12)의 가열온도편차는 종래의 예열대 또는 가열대의 가열이력보다는 균열대의 가열이력이 절대적으로 영향을 미치게 됨을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 실시예에서는 균열대(40)의 제2영역(44)에 일세트의 스키드빔(14)만이 폭방향으로 설치되어 있는 바, 이 것은 가열로에 설치되는 가열용 버너가 가열로의 길이방향으로 분사하는 축류형태를 취하거나 또는 양쪽에서 분사하는 사이드형태이므로 분사되는 화염에 의한 영향을 상대적으로 덜 받기 때문에 일세트만으로도 소정의 효과를 달성할 수 있을 것으로 이해된다.

이하, 전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 워킹빔식 가열대의 작동 및 그 작용모드에 대해 설명한다.

예컨대, 열간 압연공정에서 가열될 소재(12)가 본체(10)의 입구를 통해 입장하여 먼저 예열대(20)에서 소정의 온도로 예열된다. 이후, 워킹빔에 의해 이동되어 가열대(30)에서 상승된 온도로 본격적으로 가열된다. 그리고, 다시 워킹빔에 의해 균열대(40)로 이동되어 균일한 온도로 가열된다.

특히, 가열소재(12)의 하부면은, 예열대(20)로부터 균열대(40)의 제1영역(42)까지 길이방향으로 배열된 각각의 스키드빔(14)에 의한 냉각효과 및 복사전열효과의 감소에 의해 온도열위부가 길이방향으로 형성되는 반면, 균열대(40)의 제2영역(44)에 폭방향으로 배열된 각각의 스키드빔(14)에 의한 냉각효과 및 복사전열효과의 감소에 의해 온도열위부가 폭방향으로 형성된다. 이에 따라, 최종적으로 본체(10)를 빠져나오는 가열소재(12)의 하부면은 길이방향 및 폭방향으로 형성된 스키드빔에 의해 전체적으로 동일한 온도열위부가 형성되므로 전체적으로 균일하게 가열처리되는 것이다. 결과적으로, 균열대의 제2영역에 스키드빔이 폭방향으로 배열되어 가열소재의 하부면을 폭방향으로 지지함으로써, 냉각효과와 복사전열효과 감소요인으로 인한 상대적인 온도열위, 즉 온도편차정도를 감소시킴은 물론 스키드빔이 위치하는 가열소재 에지부위에는 온도편차가 발생하더라도 압연에 의해서는 전혀 영향을 미치지 않게 되는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 워킹빔식 가열로에 의하면, 균열대의 출구단에 스키드빔을 폭방향으로 형성함으로서 압연에 의한 소재 변형거동에 근거하여 가열소재를 균일하게 가열할 수 있음은 물론 그 두께를 균일하게 유지할 수 있어 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 가열소재의 온도편차를 길이방향으로 발생시키고 온도편차발생부위를 압연현상에 근거하여 폭방향 에지부위에 형성시켜 가열소재의 온도편차로 인한 두께편차발생을 현저히 감소시킬 수 있어 제품성이 향상되는 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (1)

1. 열간압연공정에서 소재를 가열하기 위한 워킹빔식(Walking Beam Type) 가열로에 있어서,

   내부에서 소재를 가열하기 위한 예열대, 가열대 및 균열대를 형성하며, 베이스를 구비하는 본체; 및

   상기 본체의 베이스에 상기 소자를 지지 및 이동시키기 위한 다수의 스키드빔으로서, 상기 예열대, 가열대 및 균열대의 일부에는 본체의 길이방향으로 배열되며 상기 균열대의 나머지 일부에는 본체의 폭방향으로 배열되는 다수의 스키드빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 워킹빔식 가열로.