KR20050017553A - 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치 - Google Patents

연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치

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KR20050017553A
KR20050017553A KR1020030056549A KR20030056549A KR20050017553A KR 20050017553 A KR20050017553 A KR 20050017553A KR 1020030056549 A KR1020030056549 A KR 1020030056549A KR 20030056549 A KR20030056549 A KR 20030056549A KR 20050017553 A KR20050017553 A KR 20050017553A
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Abstract

본 발명은 연속소둔로의 가열대내에 설치된 롤러를 냉각시키는 장치에 관한 것으로, 상기 연속소둔로내에 공급되는 분위기 가스를 냉매로 활용하고 가열대내로 회수하여 스트립과 롤러의 온도차와 소비열량을 감소시키고 그 구조가 간단하게 개선된 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치에 관한 것이다.
본 발명은, 가스공급배관에 의해 분위기 가스가 공급되고, 롤러, 라디안 튜브, 및 단열부재를 갖춘 연속소둔로의 가열대에 있어서, 상기 가스공급배관으로부터 분기되는 분기관; 상기 분기관에 연결되고 상기 롤러의 양측에 설치된 냉각공기헤드; 및 상기 냉각공기헤드와 연결되고 상기 단열부재내에 삽입되어 상기 단열부재를 냉각시키는 냉각파이프;를 구비하는 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치를 제공한다.
따라서, 이와 같은 본 발명에 따르면, 연속소둔로내에 공급되는 분위기 가스를 냉매로 활용하고 상기 가열대내로 재공급함으로서 스트립과 롤러의 온도차를 감소시켜 롤러의 써멀 크라운(thermal crown)발생을 방지하고 소비열량을 감소키며 그 구조를 간단하게 하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치{AN APPARATUS FOR COOLING ROLLERS IN HEATING ZONE OF CONTINUOUS ANNEALING FURNACE}
본 발명은 연속소둔로의 가열대내에 설치된 롤러를 냉각시키는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 연속소둔로내에 공급되는 분위기 가스를 냉매로 활용한 후 상기 가열대내로 재공급함으로서 스트립과 롤러의 온도차, 및 소비열량을 감소킴과 동시에 그 구조가 간단하도록 개선된 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치에 관한 것이다.
연속소둔로에서는 연속적으로 공급되는 스트립의 내부응력이나 결정조직을 조정하기 위해 일정온도와 분위기에서 스트립을 열처리한 후 서냉시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연속소둔로(100)는 예열대(110), 가열대(120), 균열대(130), 급랭대(140), 과시효대(150), 및 최종 냉각대(160)를 포함하고 있는데, 상기 가열대(120)의 입측에는 스트립(102)을 유도하는 다수개의 롤러(122)가 일정간격으로 설치되어 있다.
즉, 스트립(102)은 상기 연속소둔로(100)의 예열대(110), 가열대(120), 균열대(130), 급랭대(140), 과시효대(150), 및 최종 냉각대(160)를 거쳐 연속적으로 진행된다.
한편, 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 롤러(122)의 하부에는 라디안 튜브(124)가 설치되어 있는데, 상기 라디안 튜브(124)는 복사열을 방출하며, 그 복사열에 의해 상기 가열대(120)의 내부온도를 상승시켜 스트립(102)의 소둔이 이루어지게 한다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연속소둔로(100)의 내부는 스트립(102)의 산화 및 변색을 방지하기 위하여 비산화 분위기를 유지하여야 하는데, 이를 위해 상기 연속소둔로(100)의 하부에는 상기 연속소둔로(100)와 연통된 가스공급배관(104)이 설치되어 있다.
즉, 상기와 같이 설치된 가스공급배관(104)을 통해 수소 10%와 질소 90%의 혼합가스인 분위기 가스(HN gas)는 상기 연속소둔로(100)의 예열대(110), 가열대(120), 균열대(130), 급랭대(140), 과시효대(150), 및 최종 냉각대(160)의 내부에 각각 상온으로 공급되어 상기 연속소둔로(100)내를 비산화 분위기로 조성하며 일정압력이 형성되도록 한다.
상기와 같이 상기 연속소둔로(100)의 내부로 각각 공급되는 분위기 가스는 상기 연속소둔로(100)의 예열대(110)와 최종냉각대(160)에 설치된 씰롤(106) 사이의 간격을 통해 외부로 배출된다.
이때, 상기 롤러(122)와 상기 라디안 튜브(124)의 사이에는 냉각장치(200)가 설치되어 있는데, 상기 냉각장치(200)는 상기 라디안 튜브(124)로부터 방출되는 복사열이 상기 롤러(122)로 전달되지 않도록 상기 가열대(120)의 입측부에만 설치되는데 그 이유는 다음과 같다.
상기 가열대(120)내의 온도는 800℃의 고온으로 유지되고 있으므로 상기 가열대(120)내에 설치된 롤러(122)도 상기 가열대(120)내의 온도와 비슷한 온도까지 가열된다. 이때, 상기 예열대(110)에서 예열된 스트립(102)이 상기 가열대(120)로 진입하여 상기 롤러(122)와 접촉하게 되는데 그 온도는 약 180∼200℃정도의 저온이므로 상기 스트립(102)과 접촉하는 롤러(122)의 중앙부는 온도가 저하된다.
즉, 상기 저온의 스트립(102)과 접촉하는 롤러(122)의 중앙부는 온도가 하강하고 상기 스트립(102)과 접촉하지 않는 롤러(122)의 양단부는 가열대(120) 내의 온도와 동일한 고온을 유지하고 있으므로 상기 롤러(122)의 중앙부와 양단부의 온도차로 인해 써멀 크라운(thermal crown)이 발생하게 된다.
상기와 같이 롤러(122)에 써멀 크라운이 발생되면 롤러(122)의 중앙부와 양단부는 그 직경이 달라지게 되므로 롤러(122)에 의해 진행되는 스트립(102)이 사행되는 문제점이 발생한다.
한편, 상기 스트립(102)은 가열대(120)내에서 롤러(122)에 의해 진행됨에 따라 점차 온도가 상승하여 상기 롤러(122)의 온도와 비슷하게 되므로 써멀 크라운은 상기 가열대(120)의 입측부에 설치된 롤러(122)에서만 발생하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자 상기 가열대(120)의 입측부 일부에 설치된 상기 롤러(122)와 상기 라디안 튜브(124)의 사이에 냉각장치(200)를 설치하여 상기 라디안 튜브(124)로부터 방출되는 복사열에 의해 상기 롤러(122)의 온도가 상승하지 않도록 하였다.
따라서, 상기 예열대(110)로부터 상기 가열대(120)로 진입하는 스트립(102)의 온도와 상기 가열대(120)내에 설치된 롤러(122)와의 온도차를 감소시켜 롤러(122)에 발생되는 써멀 크라운을 억제함으로서 스트립(102)의 사행을 방지하고자 하였다.
한편, 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 종래의 냉각장치(200)는 내열재로 이루어진 단열부재(202)의 내부에 냉각관(204)을 설치하고, 그 내부에 컴프레셔(208)와 연결된 공기공급관(206)을 삽입하여 상기 냉각관(204)의 내부에 압축공기를 공급하여 상기 라디안 튜브(124)로부터의 복사열이 상기 롤러(122)에 전달되지 않도록 차단하였다.
즉, 상기 컴프레서(208)로부터 상기 공기공급관(206)에 공급되는 압축공기는 상기 공기공급관(206)의 배출구(206a)를 통해 상기 단열부재(202)를 냉각시킨 후 배출되도록 구성되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 가열대(120)내에는 비산화성 분위기를 조성하기 위해 질소와 산소의 혼합기체인 분위기 가스가 상온으로 계속해서 공급되므로 상기 가열대(120)내의 분위기 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 라디안 튜브(124)에 계속적으로 열량을 공급해야 했다.
따라서, 상기 가열대(120)는 소비열량이 과도하게 필요하고, 상기 컴프레셔(208)에 의해 냉각관(204)으로 공급된 압축공기는 상기 라디안 튜브(124)로부터의 복사열이 롤러(122)에 전달되지 않도록 단열부재(202)를 냉각시킨 후 승온되어 대기중으로 배출되는 구조이므로 열효율이 좋지 못하여 에너지 손실이 과다하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 연속소둔로내에 공급되는 분위기 가스를 냉매로 활용한 후 상기 연속소둔로의 가열대내로 재공급함으로서 스트립과 롤러의 온도차를 감소시켜 롤러의 써멀 크라운(thermal crown)발생을 방지하고, 소비열량을 감소킴과 동시에 그 구조가 간단하도록 개선된 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가스공급배관에 의해 상온의 분위기 가스가 공급되고, 롤러, 라디안 튜브, 및 단열부재를 갖춘 연속소둔로의 가열대에 있어서, 상기 가스공급배관으로부터 분기되는 분기관; 상기 분기관에 연결되고 상기롤러의 양측에 설치된 냉각공기헤드; 및 상기 냉각공기헤드와 연결되고 상기 단열부재내에 삽입되어 상기 단열부재를 냉각시키는 냉각파이프;를 구비하여 상기 냉각파이프가 상기 분위기 가스에 의해 냉각되도록 구성되는 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치를 도시한 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치의 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치의 평단면도이다.
도 4 내지 도 6에서는 본 발명에 따른 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치(1)가 도시되어 있는데, 그 구조에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치(1)는 분기관(10), 냉각공기헤드(30)를 포함하고 있는데, 그 구조에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연속소둔로(100)의 내부는 소둔처리가 이루어지는 스트립(102)의 산화와 변색을 방지하기 위해, 상기 연속소둔로(100)와 연결된 가스공급배관(104)을 통해 그 내부에 비산화성인 분위기 가스를 공급하는데, 상기 분위기 가스(HN gas)는 수소 10%와 질소 90%의 혼합가스로 이루어져 있다.
그리고, 상기 연속소둔로(100)에 연결되어 그 내부에 상기 분위기 가스를 공급하는 가스공급배관(100)에는 분기관(10)이 분기되어 연통되도록 형성되는데, 상기 분기관(10)은 상기 가열대(120)로 연결되어 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가열대(120)의 내부에는 스트립(102)을 안내하는 다수개의 롤러(122)가 가열대(120)의 외벽(121)에 회전가능하도록 설치되어 있는데, 상기 다수개의 롤러(122)의 하부에는 단열부재(202)가 스트립(102)의 이동을 방해하지 않도록 일정간격으로 배치되어 있다.
상기와 같이 가열대(120)의 내부에 회전가능하도록 설치된 다수개의 롤러(122) 하부에 설치된 단열부재(202)의 내부에는 냉각파이프(50)가 각각 관통하도록 삽입되어 있는데, 상기 냉각파이프(50)의 일단은 상기 가열대(120)의 외벽(121)을 관통하여 상기 외벽(121)의 외부로 돌출되고 그 단부에는 플랜지부(52)가 형성되어 있다.
한편, 상기 냉각파이프(50)에 형성된 플랜지부(52)의 반대쪽인 타단은 폐쇄되어 있으며 그 외주면상에 디퓨저(diffuser)(54)가 형성되어 상기 가열대(120)의 내부에 배치되도록 구성된다.
이때, 상기 디퓨저(54)는 상기 냉각파이프(30)로부터 멀어질수록 그 단면의 직경이 증가하는 원추형상으로 형성되어 있는데, 이는 분위기 가스가 분사되는 경우 그 유속이 느려지도록 하기 위함이다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 냉각파이프(50)는 상기 플랜지부(52)가 상기 단열부재(202)의 양측으로 배치되도록 상기 단열부재(202)에 삽입되어 상기 단열부재(202)의 양측에는 동일한 갯수의 디퓨저(54)가 배치되도록 구성된다.
상기와 같이, 구성되어 상기 가열대(120)의 외벽(121)의 외측으로 돌출한 냉각파이프(50)의 플랜지부(52)에는 상기 분기관(10)과 연결된 냉각공기헤드(30)가 결합되는데, 상기 냉각공기헤드(30)는 다수개의 플랜지부(32)를 갖추어 상기 단열부재(202)에 삽입된 냉각파이프(50)의 플랜지부(52)와 각각 결합된다.
따라서, 상기 연속소둔로(100)의 가열댜(120)내부로 공급되는 분위기 가스의 일부가 상기 단열부재(202)의 내부에 삽입된 냉각파이프(50)내로 공급되도록 구성된다.
한편, 상기 단열부재(202)의 하부에는 상기 라디안 튜브(124)가 설치되어 있는데, 상기 라디안 튜브(124)는 그 내부로 열량이 공급되어 방출되는 복사열에 의해 상기 가열대(120)의 내부온도를 상승시켜 스트립(102)을 가열하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치(1)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연속소둔로(100)의 예열대(110)에서 예열된 스트립(102)이 가열대(120), 균열대(130), 급랭대(140), 과시효대(150), 및 최종냉각대(160)를 거치며 소둔이 이루어지게 된다.
이때, 상기 연속소둔로(100)의 각 부분으로 분위기 가스를 공급하는 가스공급배관(104)에 의해 상기 가열대(120) 내부로 상온의 분위기 가스(수소 10%와 질소 90%의 혼합가스)가 공급되어 상기 가열대(120)내부에 일정압력과 비산화성 분위기가 형성된다.
그리고, 상기 가스공급배관(104)내에 공급되는 분위기 가스의 유량은 상기 가열대(120)내의 일정압력을 형성하게 되므로 종래에 공급되는 유량과 동일한 유량이 공급된다.
한편, 상기 연속소둔로(200)의 예열대(110)로부터 예열된 스트립(102)은 가열대(120)내부에 설치된 다수개의 롤러(122)와 접촉하며 상기 가열대(120)내를 통과하게 되는데, 이때 상기 스트립은 상기 라디안 튜브(124)로부터 방출되는 복사열에 의해 서서히 가열된다.
이때, 상기 라디안 튜브(124)로부터 방출되는 복사열이 상기 롤러(122)에 전해져 상기 예열대(110)에서 예열된 스트립(102)과 상기 롤러(122)의 온도차이에 의해 상기 롤러(122)에 써멀 크라운(thermal crown)이 발생하지 않도록 하기 위해 상기 단열부재(202)는 상기 라디안 튜브(124)로부터 방출되는 복사열은 차단된다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 단열부재(202)내에 삽입된 냉각파이프(50)내에는 상기 가스공급배관(104)으로부터 분기된 분기관(10)과 연결된 냉각공기헤드(30)를 통해 상온의 분위기 가스가 공급되어 상기 단열부재(202)를 냉각시키게 된다.
이때, 상기 단열부재(202)를 냉각시킨 후 승온된 분위기 가스는 상기 냉각파이프(50)에 형성된 디퓨저(54)를 통해 상기 가열대(120)의 롤러(122)하부에 분사되는데, 상기 디퓨저(54)는 상기 냉각파이프(30)로부터 멀어질수록 그 단면의 직경이 증가하는 원추형상으로 형성되어 상기 분위기 가스가 상기 가열대(120)내로 분사되는 경우 그 유속이 낮아지게 된다.
상기와 같이, 분사되는 분위기 가스의 유속이 낮아지게 하는 이유는 상기 가열대(120)의 내측벽이나 천정등에 부착된 이물질이 가스분사력에 의해 낙하하여 상기 스트립(102)의 표면을 손상시키는 것을 방지하게 하기 위함이다.
또한, 상기 단열부재(202)의 상부의 분위기 가스압을 그 하부보다 높게 하여 기류의 유동이 상부에서 하부로 향하도록 함으로서 상기 라디안 튜브(124)로부터 방출되는 복사열이 상기 단열부재(202)의 상부에 설치된 롤러(122)로 전달되지 않도록 하기 위함이다.
따라서, 상기 스트립(102)은 라디안 튜브(124)로부터 방출되는 복사열에 의해 가열되고, 상기 가열대(120) 내에 설치된 롤러(122)는 라디안 튜브(124)로부터의 복사열을 차단시킴으로서 상기 스트립(102)과 상기 롤러(122)의 온도차는 감소된다.
그러므로, 상기 예열대(110)에서 예열된 스트립(102)이 상기 가열대(120)내에 설치된 롤러(122)와 접촉하는 경우에 발생되는 롤러(122)의 써멀 크라운은 방지될 수 있다.
그리고, 상기 단열부재(202)에 삽입된 냉각파이프(50)내에 공급되는 비산화성 분위기 가스(수소 10%와 질소 90%의 혼합가스)는 상기 단열부재(202)로부터 열을 흡수하여 승온되고 이후에 상기 가열로(120)의 내부에 분사됨으로서 상기 가열로(120)의 내부온도를 올리는데 필요한 열량을 감소시켜 상기 가열로(120)의 열효율을 향상시킨다.
한편, 종래에는 상기 단열부재(202)를 냉각시키기 위해 컴프레셔에 의해 공기를 공급하였으므로 상기와 같이 단열부재(202)를 냉각시키고 승온된 공기는 상기 가열대(120)의 외부로 배출되어야 했다.
왜냐하면, 상기 공기에는 산소가 포함되어 있기 때문에 상기 가열대(120)내로 상기 공기를 배출하는 경우 스트립(102)의 산화가 진행되기 때문이다.
즉, 본 발명은 단열부재(202)를 냉각시키는 냉매로 분위기 가스를 사용하고 상기 분위기 가스를 상기 가열대(120)내로 회수함으로서 배출되는 열량을 회수할 수 있고, 단열부재(202)를 냉각시키기 위한 공기를 공급하는 컴프레셔가 불필요하므로 그 구조를 단순화시킬 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.
상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 연속소둔로내에 공급되는 분위기 가스를 냉매로 활용한 후 상기 연속소둔로(100)의 가열대(120)내로 재공급함으로서 스트립(102)과 롤러(122)의 온도차를 감소시켜 롤러의 써멀 크라운(thermal crown)발생을 방지하고, 소비열량을 감소킴과 동시에 그 구조를 간단하게 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 연속소둔로를 도시한 개략도;
도 2는 종래의 연속소둔로 가열대 롤러를 냉각시키는 장치를 도시한 것으로,
(a)는 평단면도,
(b)는 정단면도;
도 3은 종래의 연속소둔로 가열대 롤러를 냉각시키는 장치를 도시한 것으로,
(a)는 측단면도,
(b)는 사시도;
도 4는 본 발명에 따른 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치를 도시한 개략도;
도 5는 본 발명에 따른 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치의 사시도;
도 6은 본 발명에 따른 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치의 평단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10..... 분기관 30..... 냉각공기헤드
50..... 냉각파이프 52..... 플랜지부
54..... 디퓨저 100..... 연속소둔로
104..... 가스공급배관 120..... 가열대
122..... 롤러 124..... 라디안 튜브
202..... 단열부재

Claims (3)

  1. 가스공급배관(104)에 의해 상온의 분위기 가스가 공급되고, 롤러(122), 라디안 튜브(124), 및 단열부재(202)를 갖춘 연속소둔로(100)의 가열대(120)에 있어서,
    상기 가스공급배관(104)으로부터 분기되는 분기관(10);
    상기 분기관(10)에 연결되고 상기 롤러(122)의 양측에 설치된 냉각공기헤드(30); 및
    상기 냉각공기헤드(30)와 연결되고 상기 단열부재(202)내에 삽입되어 상기 단열부재(202)를 냉각시키는 냉각파이프(50);
    를 구비하여 상기 냉각파이프(50)가 상기 분위기 가스에 의해 냉각되도록 구성됨을 특징으로 하는 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각파이프(50)에는 상기 단열부재(202)를 냉각시킨 분위기 가스를 상기 가열대(120)의 내부로 분사시키기 위해 그 일단에 디퓨저(54)가 돌출,형성되어 있음을 특징으로 하는 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 디퓨저(54)는 공기의 분사시 유속을 낮추기 위해 그 단면의 직경이 상기 냉각파이프(50)로부터 멀어질수록 증가함을 특징으로 하는 연속소둔로 가열대 롤러의 냉각장치.
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