KR20050004317A - 도압연유 순환정화용 전자기 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카트리지(cartridge)식의 필터 메시를 설계하되 자성/비자성의 메쉬를 적절히 구성함으로써 압연유의 원만한 순화 및 철계 미립자의 완벽한 수거를 동시에 이룰 수 있도록 된 도압연유 재순환용 전자기 필터를 제공함에 그 목적이 있다.

이에 본 발명은 전자기 필터의 본체 케이스 내부 공간에 착탈이 용이하도록 구성되는 육면체의 필터케이스와, 이 필터케이스의 내벽에 설치되는 스테인레스 메쉬, 이 스테인레스 메쉬 사이에서 반복 적층되는 굵은 탄소강 메쉬네트 및 엷은 퍼멀로이 메쉬네트를 포함하여, 상기 좌, 우 요크의 폴피스 사이를 통과하는 자속에 의해서 자화되어 상기 하부 챔버로부터 상부 챔버측으로 흐르는 압연유에 함유된 철계 미립자를 여과할 수 있도록 본체 케이스의 내부공간에 설치되는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기 필터를 제공한다.

Description

도압연유 순환정화용 전자기 필터{Magnetic Filter For Recycling the Roll Milling Oil}

본 발명은 압연유를 순환 정화시키는 데 사용되는 전자기 필터에 관한 것으로, 보다 상세히는 철강재 압연공정에서 사용하는 압연유(주로 윤활유)의 순환 재사용의 과정에서 고자장에 의해 용이하게 자화되는 매쉬필터에 의해 압연유에 함유된 각종 철계 미립자를 여과함으로써 강판의 표면품질을 향상시키고 압연유의 사용량을 줄일 수 있도록 된 압연유 순환 정화용 전자기필터에 관한 것이다.

수백 마이크론 이하의 철계 미립자는 압연유에 현탁(suspension)되어 일반적인 여과장치로서는 완벽하게 걸러낼 수 없는 것이다. 이에 따라, 수거된 압연유를 순환 정화하여 재사용하기 위해서는 기존 호프먼(Hoffman) 필터와 압연설비사이에 미처 제거되지 않은 미세한 철계 미립자만을 고자력과 같은 물리적특성을 이용하여 제거하는 별도의 여과장치를 설치해야만 한다.

수질향상 또는 공업용수의 순환과정에서 용수의 재활용을 위해 철계 이물질을 여과하여 제거하는 고자장 자기필터(high gradient magnetic filter)를 사용하는 기술은 학술적으로 이미 1975년대부터 확인되어 왔다.(C.de Lauter and H. Kolm, IEEE Trans. on Magn., MAG-11(5), 1975, p.1570 및 J.A. Oberteuffer. I. Wechaler and N.J. McNallan, IEEE Trans. on Magn.,MAG-11(5),1975,p.1591). 그 이후 실험실에서 그 효율에 관한 많은 연구결과를 토대로 실제현장에서 사용되기는 10여년 후에 시작되었다.

일반적으로 전자석인 솔레노이드 코일(solenoid coil)을 유체가 흐르는 배관주위에 감은 다음 자장을 발생시켜 압연유의 철계 입자에 대한 여과를 수행하는 장치(미국특허 4,279,748 1981호, 일본특허 소60-179109호, 1985)와, 유체중의 원하는 입자 등의 자기특성별로 각기 분급하여 압연유에 함유된 철계 입자를 여과할 수 있는 회전형 여과장치(rotary magnetic separator)(미국특허 4,445,228호, 1984)가 알려져 있다.

그러나, 이러한 종래의 여과 장치중 상기 회전형 여과장치는 자기필터의 핵심원리가 되는 자장을 발생시키는 장치인 전자석(electromagnetic)의 설계기술이 한정되어 고자장을 얻기 위해 전자석의 크기가 비효율적으로 대형화되는 문제점이있었고, 솔레노이드 코일형태의 단순한 전자석형태를 갖는 여과장치의 경우에는 전자석의 설치구조가 간단한 반면에 높은 자장력의 발생이 불가능하여 여과효율이 낮은 문제점이 있었다.

이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 국내특허(특허출원번호 제2000-38698호, 특허출원번호 제2001-0063394호)는 고자장을 발생시키는 장치와 압연유의 원만한 순환, 역세정 기술(back washing) 등의 기술을 개시하고 있다.

그러나 상기 종래기술 또한 필터 메쉬의 구체적인 설계기술이 완벽하지 않아 일정시간 필터사용 후 필터 내에 축적되는 철계 미립자의 자화로 인한 벽측의 고착문제로 필터의 성능이 시간에 따라 급격히 떨어지는 현상이 발생된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 카트리지(cartridge)식의 필터 메시를 설계하되 자성/비자성의 메쉬를 적절히 구성함으로써 압연유의 원만한 순화 및 철계 미립자의 완벽한 수거를 동시에 이룰 수 있도록 된 도압연유 재순환용 전자기 필터를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또다른 목적은 보수정비가 간편하며, 사용수명을 연장할 수 있는 한편, 압연유의 여과 효율성을 극대화시켜 압연유 순환 정화용 전자기필터의 사용시간을 무한대로 연장할 수 있는 도압연유 재순환용 전자기 필터를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압연유 순환 정화용 전자기필터를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 압연유 순환 정화용 전자기필터를 도시한 횡단면도,

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 압연유 순환 정화용 전자기필터에 채용되는 필터부를 도시한 사시도와 단면도,

도 4는 본 발명에 따라 상기 도 3의 실제를 보여주는 필터 메쉬 네트의 내부를 도시한 도면이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

압연설비의 강판압연공정에서 사용된 압연유가 저장되는 저장탱크와, 상기압연유에 함유된 이물질을 제거하는 호프만 필터와 세정탱크사이에서 철계 미립자 이물질을 여과하는 장치에 있어서,

상기 압연유가 유입되는 하부 챔버와, 세정탱크와 유출라인을 매개로 연결되어 압연유가 배출되는 상부 챔버를 연통 배치한 중공형 본체케이스와,

상기 중공형 본체케이스의 또 다른 좌우 양측면에 단부가 접하고, 전원인가시 상기 상, 하부 챔버사이의 연장선을 가로지르는 방향으로 자속을 통과시킬 수 있도록 일정량의 코일이 권취된 좌, 우 요크(yoke),

상기 좌, 우 요크사이를 통과하는 자속에 의해서 자화되어 상기 하부 챔버로부터 상부 챔버측으로 흐르는 압연유에 함유된 철계 미립자를 여과할 수 있도록 본체 케이스의 내부공간에 설치되는 필터부를 포함하며,

상기 필터부는 상기 좌, 우 요크의 폴피스(pole piece) 사이에 설치되는 카트리지 형태의 지지용 비자성체 필터 케이스와, 이 필터 케이스 내부에 들어가며 자화감수성이 양호한 극저 탄소강 메쉬네트 및 퍼멀로이 메쉬네트를 반복적층하여 구성되는 필터 메쉬를 포함한다.

여기서 상기 퍼멀로이 메쉬네트는 두께 0.5 내지 2 mm의 직경의 철-니켈(Ni; 42~80 무게 중량%)재질의 와이어(wire)로 구성되며, 극저탄소강 메쉬네트는 직경1.0 내지 2.0 mm의 극저 탄소강 와이어 소재로 이루어진다.

또한, 상기 메쉬네트는 압연유의 흐름과 평행하도록 상기 폴피스 사이의 필터 케이스 내에 반복적으로 적층함이 바람직하다.

또한, 상기 필터부는 상기 폴피스 사이의 필터 케이스의 내벽에 지지용 비자성의 스테인레스 메쉬를 폴피스측에 가깝게 분포시킴이 바람직하다.

또한, 상기 필터부는 장시간 여과작용으로 여과된 철계 미립자 이물질의 침적량이 많아짐에 따라 가변되는 감자율(magnetic susceptibility)의 변화를 수시로 감지하는 자기유도센서를 더욱 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 압연유 순환 정화용 전자기필터를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압연유 순환 정화용 전자기필터를 도시한 횡단면도이며, 도 3(a), (b)는 본 발명에 따른 압연유 순환 정화용 전자기필터에 채용되는 필터부를 도시한 평면도, 측면도 및 사시도이다.

상기한 도면에 의하면, 상기 본체케이스(10)는 유입라인(2a)을 매개로 하여 서로 연통 연결되어 1차로 조대한 이물질이 여과된 압연유가 내부유입되는 하부챔버(30b)와, 유출라인(2a)이 연통연결되어 상기 본체케이스(10)내를 통과하면서 여과된 압연유가 배출되는 상부 챔버(30a)를 상,하부에 각각 배치하고, 면접부에는 서로 자유롭게 압연유가 일방향으로 흐를 수 있도록 개방된 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 유입, 유출라인(2a)(2b)에는 압연유의 흐름을 적절히 제어할 수 있도록 밸브부재(3a)(3b)가 각각 설치된다.

또한, 전원인가시 일정세기의 자속을 발생시키는 제 1,2요크(21)(22)는 중공형 본체케이스(10)의 좌우양측면에 단부인 폴피스가 각각 접해지고, 요크코아(25)에 위치고정된다. 그리고, 상기 제 1,2요크(21)(22)의 몸체에는 외부전원인가시압연유가 흐르는 방향에 대하여 가로지르는 방향으로 자속을 형성할 수 있도록 일정량의 코일(23)(24)이 각각 권취되어 있다.

여기서, 상기 요크코아(25)는 전기에너지손실을 극소화 시킬 수 있도록 전기강판소재로 구성되고, 상기 본체케이스의 외부면에 자속의 유출을 극소화시키도록 단부가 접하는 제 1,2요크(21)(22)는 튜자율을 최대로 하고, 자속의 집속을 극대화시킬 수 있도록 극저 탄소강 소재로 구성한다.

한편, 상기 필터부는 전원 인가시 상기 제 1,2요크(21)(22)사이를 통과하는 자속에 의해서 자화되어 상기 압연유에 함유된 철계 미립자를 여과할 수 있도록 상기 본체케이스(10)의 내부공간에 설치된다.

이러한 필터부는 본체케이스의 챔버 내에 착탈이 용이하도록 구성되는 육면체의 필터케이스(12)와, 이 필터케이스의 내측에 설치되어 폴피스에 가까운 내벽(31a,31b)측에 배치되는 지지용 비자성의 스테인레스 메쉬(34), 상기 필터케이스 내측에 반복 적층되는 굵은 탄소강 메쉬네트(33) 및 엷은 퍼멀로이 메쉬네트(Permalloy mesh net)(32)를 포함한다.

상기 스테인레스 메쉬(34)는 상기 필터 케이스(12)에 외부 자장이 부하되면서 발생하는 자장이 케이스 벽 측에 집중되면서 압연유 내에 함유된 미세 분말이 케이스 내부 벽측에 집중적으로 고착되어 압연유의 흐름을 방해하는 현상을 방지해 주는 역할을 하게 된다.

따라서 필터케이스의 내벽(31a,31b)에 직접 적촉하는 메쉬의 경우 비자성체이어야 하므로 상기 스테인레스 메쉬(34)가 사용되는 것이다.

여기서, 상기 필터부의 메쉬네트(32,33)는 상기 하,상챔버측으로 흐르는 압연유의 흐름과 동일한 길이방향으로 나란하게 배치된다.

즉, 필터 내부에 위치하는 메쉬네트(32,33)의 놓이는 방향은 압연유가 흐르는 방향에 대하여 평행 방향으로 책꽂이 식으로 놓이며, 이때 자속은 횡 방향으로 통과한다. 이때 제 1,2 요크(21, 22)와 맞닿는 본체케이스의 챔버 벽은 그 벽을 타고 자속이 통과를 하지 못하도록 하는 대신에 자속이 챔버 벽을 투과하여 유속을 갖고 흐르는 유량방향과 직각으로 전량 투과해야 필터링의 효과가 크다. 따라서 챔버 벽은 필히 비자성체(스텐레스) 소재를 사용해야 한다.

또한, 상기 메쉬 네트(mdsh net;32, 33)는 압연유에 대하여 내식성이 우수하여 그 사용수명이 길고, 자기 튜자율이 커서 상기 제 1,2 요크(21, 22)사이를 흐르는 자속에 의해서 쉽게 자화되어 압연유에 함유된 철계 미립자를 완벽하게 제거할 수 있도록 철-니켈계 합금(42 wt.% 내지 80 wt.%)으로 구성되며, 상기 메쉬 네트(32, 33)를 구성하는 탄소강 와이어의 직경은 1.0 내지 2.0 mm, 퍼멀로이 와이어 직경은 0.5 내지 2.0 mm가 적당하다.

메쉬 네트의 탄소강 와이어와 퍼멀로이 와이어의 부피 분율은 각 네트의 개수를 조절함으로써 가능하며, 주로 사용된 와이어 직경 비율대로 혼합하여 사용한다. 탄소강 와이어가 압연유에 대한 내식성을 보유하기 위해 아연 도금이 된 와이어를 사용한다.

탄소강 메쉬 네트와 퍼멀로이 네트의 사용 부피 분율은 압연유의 사용 조건에 따라 달라지나, 10마이크로 미터 입도의 미세 입자까지 제거할 필요가 있을 경우 탄소강 메쉬 네트의 부피 분율은 60-70%로 하고, 역으로 다소 조대한 입자(20-30마이크로 미터 입도)까지는 허용하되, 압연유의 원활한 흐름이 더욱 중요한 경우 퍼멀로이 메쉬 네트의 부피 분율을 60-70%로 설정함이 공정상 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용에 대해서 설명한다.

먼저, 압연설비에서 사용된 압연유는 재활용하기 위해서 저장탱크, 호프만 필터를 연속하여 거치면서 수백 마이크론(㎛) 이상의 조대한 이물질이 되지만, 그 이하의 크기를 갖는 철계 미립자는 압연유에 포함된 상태이다.

이러한 철계 미립자를 갖는 압연유는 유입라인을 통하여 하부 챔버(30b) 내로 유입되어 본체 케이스의 챔버 내에 수용된 필터부를 거쳐서 상부 챔버(30a) 측으로 유출되는 압연유 흐름을 형성하게 된다.

상기 본체 케이스의 외주면과 면접하는 부위가 연통된 하, 상부 챔버(30a,30b)를 통하여 압연유가 필터부를 통과하는 동안, 제 1,2 요크(21,22)에 권선된 코일(23,24)측으로 각각 외부전원을 인가하게 되면, 상기 제 1,2 요크에 발생되는 자속이 압연유의 흐름에 대해 수직으로 흐르게 되면서 폴피스 사이에 위치한 상기 필터부 내부의 메쉬 네트(32,33)를 강력하게 자화시키게 된다.

이 경우 메쉬 네트는 놓인 위치가 유속의 흐름과 수평으로 되어 압연유의 정상적인 유동에 전혀 문제를 주지 않는다.

한편, 상기 메쉬 네트와 네트사이의 틈새를 압연유가 통과하면서 철계 미립자들은 강력하게 자화된 메쉬 네트(32, 33)에 부착되고, 나머지 압연유는 상부 챔버(30a)를 통하여 재사용이 가능하도록 세정탱크로 공급된다.

한편, 상기 필터내부를 구성하는 메쉬 네트에는 상기 필터부의 장시간 여과작용으로 인하여 여과된 철계 미립자 이물질의 침적량이 많아짐에 따라 가변되는 감자율(magnetic susceptibility)의 변화를 수시로 감지하는 자기유도센서(39)를 갖추어 구성한다.

따라서 상기 필터부의 메쉬 네트에 일정량의 이물질이 침적되어 상기 자기유도센서에 감지되어 감자율이 사전에 설정된 값에 이르면, 상기 필터부에 대한 역세(back washing) 및 보수시기를 검출하여 작업자에게 알려주게 된다.

즉, 상기 자기유도센서(39)의 검출값에 의하여 상기 필터부를 역세용 유체로서 역세하고자 하는 경우, 상기 제 1,2 요크(21, 22) 측으로의 전원공급을 차단하여 상기 필터부의 메쉬 네트(32,33)가 자력을 상실한 상태에서, 여과 작업시 팽창 작동되어 상기 필터부의 메쉬 네트간의 간격을 넓게 하여 역세 및 부착된 이물질의 탈착을 용이하게 하며, 필터의 작동시에는 자장이 부하되므로 철계 미립자가 메쉬 네트에 부착되어 여과의 효과를 극대화 한다.

이때 필터 본체케이스 챔버의 외벽이 자성체(전도성 철강 소재)일 경우 필터 내부에 철계 미립자는 요크와 맞닿는 벽측에 국부적으로 축적되어 고화상태로 변질 되어 궁극적으로 필터 메쉬의 공극(gap)을 차단하는 효과를 주므로, 필히 비자성체(스텐레스)와 같은 금속소재로 만들어서 좌우 측에서 횡 방향으로 자속을 공급하는 요크로부터 자속의 흐트러짐이 없이 전량 필터 내부로 침투하는 효과를 발휘해야 한다.

또한 메쉬 네트의 재질로 압연유로부터의 내식성 증대, 기계적 강도, 외부자장으로부터 자화되는 감자율( susceptibility), 및 소재가격 의 저렴성, 등, 소재의 선택이 중요하다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 도압연유 재순환용 전자기 필터에 의하면, 일방향으로 흐르는 압연유에 대하여 가로지르는 방향으로 자속을 통과시켜 메쉬네트를 자화시킴으로서, 압연유에 함유된 철계 미립자를 여과할 수 있기 때문에 압연유의 여과효율을 높이고, 압연유의 사용수명을 연장할 수 있다.

또한, 필터부를 조립식 카트리지 타입으로 간편하게 교체할 수 있기 때문에, 작업자가 보수 및 정비작업을 용이하게 수행할 수 있으며, 여과되어 철계 미립자가 침적됨에 따라 변화하는 자화능력을 프로그램으로 자동화된 세정스케줄에 의하여 압연유 여과작업을 자동으로 수행함으로써 작업자의 작업성을 종래에 비하여 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (4)

1. 압연설비의 강판압연공정에서 사용된 압연유가 저장되는 저장탱크와, 상기 압연유에 함유된 이물질을 제거하는 호프만 필터와 세정탱크사이에서 철계 미립자 이물질을 여과하는 장치에 있어서,

   상기 압연유가 유입되는 하부 챔버와, 세정탱크와 유출라인을 매개로 연결되어 압연유가 배출되는 상부 챔버를 연통 배치한 중공형 본체 케이스와,

   상기 중공형 본체 케이스의 또 다른 좌우 양측면에 단부가 접하고, 전원인가시 상기 상, 하부 챔버사이의 연장선을 가로지르는 방향으로 자속을 통과시킬 수 있도록 일정량의 코일이 권취된 좌, 우 요크,

   상기 본체 케이스 내부 공간에 착탈이 용이하도록 구성되는 육면체의 필터케이스와, 이 필터케이스의 내벽에 설치되는 스테인레스 메쉬, 이 스테인레스 메쉬 사이에서 반복 적층되는 굵은 탄소강 메쉬네트 및 엷은 퍼멀로이 메쉬네트를 포함하여, 상기 좌, 우 요크의 폴피스 사이를 통과하는 자속에 의해서 자화되어 상기 하부 챔버로부터 상부 챔버측으로 흐르는 압연유에 함유된 철계 미립자를 여과할 수 있도록 본체 케이스의 내부공간에 설치되는 필터부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 퍼멀로이 메쉬네트는 두께 0.5 내지 2 mm의 직경의 철-닉켈(Ni; 42~80 무게 중량%) 와이어로 구성되며, 상기 탄소강 메쉬네트는직경1.0 내지 2.0 mm의 극저 탄소강 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기 필터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 탄서강 메쉬 네트와 퍼멀로이 네트의 사용 부피 분율은 10마이크로 미터 입도의 미세 입자 제거시 탄소강 메쉬 네트의 부피 분율을 60-70%로 설정하는 것을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기 필터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 필터부는 장시간 여과작용으로 여과된 철계미립자 이물질의 침적량이 많아짐에 따라 가변되는 감자율(magnetic susceptibility)의 변화를 수시로 감지하는 자기유도센서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 압연유 순환정화용 전자기 필터.