KR20060073706A - Radiant tube with conduction fin - Google Patents

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KR20060073706A KR1020040112543A KR20040112543A KR20060073706A KR 20060073706 A KR20060073706 A KR 20060073706A KR 1020040112543 A KR1020040112543 A KR 1020040112543A KR 20040112543 A KR20040112543 A KR 20040112543A KR 20060073706 A KR20060073706 A KR 20060073706A
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김형수
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Abstract

본 발명은 스트립으로 방사되는 복사열을 증가시켜 열효율이 향상되고 복사관 표면의 온도를 균일하게 함으로써 복사관의 수명을 연장시킬 수 있는 전열핀이 구비된 열처리용 복사관에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 소둔로(4)의 내부를 통과하는 스트립(2)을 가열하도록 상기 소둔로(4)에 설치되는 복사관(1)에 있어서, 상기 소둔로(4)의 상측에 수직 혹은 수평으로 설치된 복사관(1) 내부의 열을 방출할 수 있도록 외측 둘레면에 전열핀(7)이 설치된 것이다.The present invention relates to a heat radiation radiator having heat transfer fins capable of extending the life of the radiation tube by increasing the radiant heat radiated to the strip to improve thermal efficiency and to uniform the temperature of the surface of the radiation tube. In the radiation pipe 1 installed in the annealing furnace 4 to heat the strip 2 passing through the interior of the annealing furnace 4, radiation is installed vertically or horizontally above the annealing furnace 4. The heat transfer fins 7 are installed on the outer circumferential surface of the pipe 1 to release heat.

소둔로, 스트립, 복사관, 전열핀, 열처리Annealing Furnace, Strip, Radiation Tube, Heating Fin, Heat Treatment

Description

전열핀이 구비된 열처리용 복사관{Radiant tube with conduction fin}Radiant tube with conduction fin}

도 1은 종래의 복사관이 소둔로에 설치된 상태를 나타낸 평면도.1 is a plan view showing a state in which a conventional radiation tube is installed in the annealing furnace.

도 2는 종래의 복사관이 파손된 상태를 상태를 나타낸 평면도.Figure 2 is a plan view showing a state in which a conventional radiation tube is broken.

도 3은 본 발명에 따른 복사관을 나타낸 사시도.3 is a perspective view showing a radiation tube according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 핀의 개수와 전열량을 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the number of fins and heat transfer amount according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 복사관의 복사열 유속 방사량을 나타낸 그래프.5 is a graph showing the radiant heat flux rate of radiation of the radiation tube according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 복사관의 표면온도를 나타낸 그래프.6 is a graph showing the surface temperature of the radiation tube according to the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of symbols about main part of drawing ※

1 : 복사관 2 : 스트립1: copy tube 2: strip

4 : 소둔로 7 : 전열핀4: annealing furnace 7: heating fin

본 발명은 전열핀이 구비된 열처리용 복사관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스트립으로 방사되는 복사열을 증가시켜 열효율이 향상되고 복사관 표면의 온도를 균일하게 함으로써 복사관의 수명을 연장시킬 수 있는 전열핀이 구비된 열처리용 복사관에 관한 것이다. The present invention relates to a heat radiation radiator tube equipped with a heating fin, and more particularly, to increase radiant heat radiated into a strip, thereby improving thermal efficiency and extending the life of the radiation tube by making the temperature of the radiant tube surface uniform. It relates to a heat radiation radiating tube provided with a heat transfer fin.                         

일반적으로 소둔로의 내부에는 철강 스트립의 냉연 혹은 표면처리를 위하여 도 1에 나타낸 바와 같이 복사관(1)이 설치되어 있으며, 그 복사관(1)은 소둔로(4)를 통과하는 스트립(2)의 크기 및 가열 온도에 따라서 'U'형상 또는 'W'형상으로 배치된다.In general, a radiant pipe 1 is installed inside the annealing furnace for cold rolling or surface treatment of a steel strip, and the radiant pipe 1 is a strip 2 passing through the annealing furnace 4. Depending on the size and the heating temperature, it is arranged in a 'U' shape or a 'W' shape.

한편, 상기 복사관(1)의 일단부에는 버너(3)가 설치되어 있고, 타단부에는 연소가스가 배출되는 배기부(5)가 형성되어 있으며, 상기 복사관(1)의 외측면에는 소둔로(4)에 지지할 수 있는 지지판(6)이 설치되어 있다.On the other hand, a burner (3) is provided at one end of the radiation tube (1), and an exhaust portion (5) through which combustion gas is discharged at the other end, and annealing is provided on the outer surface of the radiation tube (1). The support plate 6 which can support the furnace 4 is provided.

따라서, 버너(3)가 작동되어 화염이 발생되면 그 화염의 연소열에 의해서 복사관(1)이 가열되고 고온의 복사관(1)이 복사 열에너지를 방사함으로써 소둔로(4)를 통과하는 저온의 스트립(2)을 가열시키게 되는 것이며, 상기 소둔로(4) 내부에는 수소나 질소와 같은 환원성 가스를 이용하여 분위기로 유지하여 복사관(1)의 복사열을 이용하여 스트립(2)을 가열함으로써 스트립(2)의 산화를 방지할 수 있게 되는 것이다.Therefore, when the burner 3 is operated to generate a flame, the radiant pipe 1 is heated by the heat of combustion of the flame, and the high-temperature radiant pipe 1 radiates radiant heat energy, thereby passing through the annealing furnace 4. The strip 2 is heated, and the inside of the annealing furnace 4 is maintained in an atmosphere using a reducing gas such as hydrogen or nitrogen to heat the strip 2 by using radiant heat of the radiation tube 1. The oxidation of (2) can be prevented.

그러나 복사관(1)의 일단부에 설치된 버너(3)에서 발생되는 화염으로 인하여 특정 위치에서의 국소적인 과열부가 형성되므로 복사관(1)의 온도 분포가 불균일하게 되고, 이로 인한 국부적인 응력집중이 발생한다. However, due to the flame generated from the burner 3 installed at one end of the radiation tube 1, a local overheating portion is formed at a specific position, so that the temperature distribution of the radiation tube 1 becomes nonuniform, resulting in local stress concentration. This happens.

이러한 열응력 환경조건에 장시간 노출되면 복사관(1)은 도 2에 나타낸 바와같이 변형 및 균열이 발생하거나, 더욱 심한 경우 파공이 발생하여 더 이상 열처리로의 환원성 분위기를 유지할 수 없는 상태가 되는 문제점이 있었다.When exposed to such thermal stress environmental conditions for a long time, the radiation tube 1 is deformed and cracked as shown in FIG. 2, or more severely, breakage occurs and thus no longer maintains a reducing atmosphere in the heat treatment furnace. There was this.

상기의 문제점들을 해소하기 위해 고온 부위에 내열성이 보다 강한 재질을 사용하거나 관의 두께를 증가시켜 주조한 제품을 사용하는 경우도 있으나, 이러한 제품은 열효율 측면에서는 복사관(1)의 온도를 높이는 것이 필요하지만 복사관(1)의 수명 측면에서는 온도를 낮고 균일하게 유지하는 것이 중요하므로, 대립하는 요구조건의 타협점은 복사관(1)의 재질이나 열처리로의 부하에 따라 결정된다. In order to solve the above problems, there is a case of using a product having a higher heat resistance at a high temperature portion or using a molded product by increasing the thickness of the tube. However, such a product may increase the temperature of the radiation tube 1 in terms of thermal efficiency. Although necessary, it is important to keep the temperature low and uniform in terms of the service life of the radiation tube 1, so the compromise of the opposing requirements depends on the material of the radiation tube 1 or the load on the heat treatment furnace.

이때에는 복사관(1)의 내열 및 내산화성을 위해 Ni/Cr 합금이 주성분인 내열합금을 원심주조하여 제작하며, 'W'형상의 복사관 내부 표면온도가 최고 1,050℃까지 상승하는 버너와 인접된 직관부(1a)에는 내열성을 향상시키기 위해 Ni함량을 중량기준 45 ~ 50%까지 증가시켜 주조한 내열주강을 사용한다. At this time, for heat resistance and oxidation resistance of the radiation tube 1, the Ni / Cr alloy is manufactured by centrifugally casting a heat-resistant alloy. In order to improve the heat resistance of the straight pipe portion 1a, the heat-resistant cast steel cast by increasing the Ni content to 45 to 50% by weight is used.

통상 버너와 인접한 직관부(1a)를 제외한 나머지 직관부(1a)에서 Ni함량이 30 ~ 35%인 것과 비교하면 버너와 인접한 직관부(1a)의 내열 성능이 훨씬 우수하지만 복사관(1)의 재질만을 보강하여 복사관(1)의 사용 수명을 연장하기에는 한계가 있다. In general, the heat resistance performance of the burner and the adjacent straight pipe portion 1a is much better than that of the Ni content 30-35% in the remaining straight pipe portion 1a except for the straight pipe portion 1a adjacent to the burner, There is a limit to extending the service life of the radiation pipe 1 by reinforcing only the material.

또한 Ni성분을 증가시킴에 따라 복사관(1)의 가격이 급격하게 증가므로 투입 원가를 고려하면 수명 연장효과는 그다지 높지 않다. In addition, since the price of the radiation tube (1) increases rapidly with increasing Ni component, the life extension effect is not so high considering the input cost.

그리고 복사관 내부의 국부적인 열화를 방지하기 위한 종래 기술로서, 일본 특허 특개2001-116220에서 공개된 바와 같이 직관부 내부에 고온에 잘 견디는 세라믹 슬리브를 설치하여 복사관을 보호하거나, 미국 특허 5,305,732에서와 같이 복사관을 이중 관으로 만들어 열처리로에 노출된 외부 관을 보호하는 기술 등이 있으나, 이러한 기술들은 복사관을 고온으로부터 보호하는 효과는 있는 반면에 복사관으로부터 방사되는 열량이 감소하여 전반적으로 열효율이 저하되는 문제점이 있다.And as a conventional technique for preventing local deterioration inside the radiant tube, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-116220, a high-temperature resistant ceramic sleeve is installed inside the straight tube portion to protect the radiant tube, or U.S. Patent 5,305,732 There is a technique to protect the outer tube exposed to the heat treatment furnace by making the radiating tube into a double tube, but these techniques have the effect of protecting the radiating tube from high temperature, while reducing the amount of heat radiated from the radiating tube There is a problem that the thermal efficiency is lowered.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 복사관을 균일하게 가열함으로써 복사관의 국부적 과열로 인한 크랙이나 파공과 같은 손상을 방지하여 수명이 연장됨과 동시에 복사관에서 방사하는 열량이 증가되어 복사관의 열효율을 향상시킬 수 있는 전열핀이 구비된 열처리용 복사관을 제공함에 있다.The present invention is invented to solve the above problems, the object is to uniformly heat the radiation tube to prevent damage, such as cracks or holes due to local overheating of the radiation tube to extend the life and at the same time radiating from the radiation tube The amount of heat is increased to provide a heat radiation radiation tube equipped with a heat transfer fin that can improve the thermal efficiency of the radiation tube.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to the characteristic configuration of the present invention for achieving the above object is as follows.

본 발명의 전열핀이 구비된 열처리용 복사관은 소둔로의 내부를 통과하는 스트립을 가열하도록 상기 소둔로에 설치되는 복사관에 있어서, 상기 소둔로의 상측에 수직 혹은 수평으로 설치된 복사관 내부의 열을 방출할 수 있도록 외측 둘레면에 전열핀이 설치된 것이다.The heat radiation radiator tube having the heat transfer fin of the present invention is a radiant tube installed in the annealing furnace to heat a strip passing through the inside of the annealing furnace, wherein the radiant tube is disposed vertically or horizontally above the annealing furnace. Heating fins are installed on the outer circumferential surface to release heat.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention having such characteristics in detail as follows.

도 3은 본 발명에 따른 복사관을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 핀의 개수와 전열량을 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명에 따른 복사관의 복사열 유속 방사량을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 복사관의 표면온도를 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a perspective view showing a radiation tube according to the present invention, Figure 4 is a graph showing the number and heat transfer amount of the fin according to the present invention, Figure 5 is a graph showing the radiant heat flux rate of radiation of the radiation tube according to the present invention, 6 is a graph showing the surface temperature of the radiation tube according to the present invention.

여기에서 참조되는 바와 같이 본 발명은 소둔로(4)의 내부를 통과하는 스트립(2)을 가열하도록 상기 소둔로(4)에 복사관(1)이 설치되어 있되, 그 복사관(1)의 일단부에는 화염이 발생되는 버너(3)가 설치되어 있고, 타단부에는 연소가스가 배출되는 배기부(5)가 형성되어 있으며, 상기 복사관(1)의 곡관부(1b) 외측면에는 복사관(1)을 소둔로(4)에 지지할 수 있는 지지판(6)이 설치되어 있다.As referred to herein, the present invention is provided with a radiant pipe 1 in the annealing furnace 4 so as to heat the strip 2 passing through the interior of the annealing furnace 4. A burner 3 generating flames is provided at one end thereof, and an exhaust part 5 at which the combustion gas is discharged is formed at the other end thereof, and radiation is provided on an outer surface of the curved part 1b of the radiation tube 1. The support plate 6 which can support the pipe 1 to the annealing furnace 4 is provided.

한편, 상기 복사관(1)의 외측 둘레면에는 그 복사관(1) 내부의 열을 방출할 수 있도록 전열핀(7)이 설치되어 있되, 그 전열핀(7)은 스트립(2)의 표면과 수평상태가 유지되도록 복사관(1)의 직관부(1a) 외측 둘레면에 서로 마주보는 방향으로 각각 설치하는 것이 바람직하다.On the other hand, the outer circumferential surface of the radiation tube (1) is provided with a heat transfer fin (7) so as to release heat inside the radiation tube (1), the heat transfer pin (7) is the surface of the strip (2) It is preferable to install in the direction facing each other on the outer circumferential surface of the straight pipe portion (1a) of the radiating pipe (1) so as to maintain the horizontal state.

이와 같이 구성된 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention configured as described in detail as follows.

먼저, 복사관(1)은 표면온도 1,000℃ 근방의 고온에서 장시간 사용되므로 내열합금을 사용하여도 열변형에 취약하다.First, since the radiant pipe 1 is used for a long time at a high temperature near the surface temperature of 1,000 ° C., it is vulnerable to heat deformation even when using a heat resistant alloy.

이러한 복사관(1)의 열변형은 복사관(1)의 지지 조건과 자체 중량, 온도에 의해 결정되는 것이므로, 복사관(1)에 전열핀(7)을 부착하여 열효율을 증가시키려 할 때 전열핀(7)의 중량이 추가됨에 따라 복사관(1)의 전체 중량이 증가하여 변형에 취약해진다. Since the heat deformation of the radiation tube 1 is determined by the support conditions of the radiation tube 1, its own weight, and the temperature, the heat transfer fins 7 are attached to the radiation tube 1 to increase thermal efficiency. As the weight of the pin 7 is added, the total weight of the radiation tube 1 increases, making it vulnerable to deformation.

따라서 전열핀(7)의 추가에 따른 복사관(1) 중량 증가를 최소화하면서 열효율을 극대화하기 위한 전열핀(7)의 설계 최적화가 필요하다. Therefore, it is necessary to optimize the design of the heating fins 7 to maximize the thermal efficiency while minimizing the increase in the weight of the radiation tube 1 due to the addition of the heating fins 7.

도 4는 복사관(1)에 설치된 전열핀(7)의 개수 N의 변화에 따라 무차원 방열량(Ω)과 무차원 전열핀 면적(λ) 관계를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the relationship between the dimensionless heat dissipation amount? And the dimensionless heat transfer fin area? According to the change of the number N of the heat transfer fins 7 installed in the radiation tube 1.

여기에서 참조되는 바와 같이 전열핀(7)의 중량 대비 전체 방사열량이 최대가 되는 최적의 전열핀(7) 개수는 2개이며, 전열핀(7)의 설치 위치는 상술한 바와 같이 소둔로(4)를 이동하는 스트립(2)과 마주보는 평행한 방향에서 복사관(1)의 직관부(1a)에 설치하는 것이다.As referred to herein, the optimal number of heat transfer fins 7 is the maximum number of heat transfer fins 7 with the maximum total heat radiation amount relative to the weight of the heat transfer fins 7, and the installation position of the heat transfer fins 7 is as described above. 4) is installed in the straight pipe portion 1a of the radiation pipe 1 in a parallel direction facing the moving strip 2.

상기 전열핀(7)의 개수가 증가하면 복사관(1)으로부터 방사되는 총 복사열량은 증가하지만 전열핀(7)의 개수가 증가할수록 추가되는 전열핀(7)의 중량에 의해 복사관에 작용하는 응력이나 변형이 증가하여 복사관(1) 수명을 단축시키는 요소로 작용할 수 있다.As the number of the heat transfer fins 7 increases, the total amount of radiant heat radiated from the radiation tube 1 increases, but as the number of heat transfer fins 7 increases, the weight of the heat transfer fins 7 acts on the radiation tube. It can act as an element that shortens the life of the radiation tube 1 by increasing stress or deformation.

이와 같이 복사관(1)에 전열핀(7)을 부착한 경우와 그렇지 않은 경우 복사관(1)에서 스트립(2)으로 방사되는 열량을 수치해석에 의해 계산한 결과는 도 5에 나타낸 바와 같다.Thus, when the heat transfer fin 7 is attached to the radiation tube 1 and otherwise, the result of calculating the amount of heat radiated from the radiation tube 1 to the strip 2 by numerical analysis is shown in FIG. 5. .

여기에서 참조되는 바와 같이 전열핀(7)을 부착하지 않은 경우 원형관의 원주 방향으로 방사 열량이 크게 차이가 나는 것을 볼 수 있으며, 특히 0°, 180° 근방에서 방사되는 열량이 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다. If the heat transfer fin (7) is not attached as can be seen here, it can be seen that the radiant heat is significantly different in the circumferential direction of the circular tube, and in particular, the amount of heat radiated rapidly around 0 ° and 180 ° decreases rapidly. can see.

이에 비해 복사관(1)에 2개의 전열핀(7)을 0°, 180°에 부착시킨 경우 이 영역에서 방사되는 복사 열량이 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 전In contrast, when the two heat transfer fins 7 are attached to the radiation tube 1 at 0 ° and 180 °, the amount of radiant heat radiated from this area is rapidly increased. I'm

또한 전열핀(7)을 부착한 경우와 부착하지 않은 경우를 전반적으로 비교해 보면, 원주 방향으로 약 40°에서 140°까지는 전열핀(7)을 부착하지 않은 경우가 방사 열유속이 크게 나타나지만, 그 영역을 제외하고는 전열핀(7)을 부착한 경우가 방사 열유속이 훨씬 크게 나타난다. In addition, when the heating fins 7 are not attached to the heating fins, the radiant heat flux is large when the heating fins 7 are not attached from about 40 ° to 140 ° in the circumferential direction. Except for the case in which the heat transfer fins 7 are attached, the radiant heat flux is much larger.

그리고 복사관(1)에서 방사되는 총 열량을 계산해본 결과 전열핀(7)을 부착하지 않은 경우 복사관(1)에서 방사되는 열량은 9.47kW인 반면, 2개의 전열핀(7)을 복사관(1)에 부착할 경우 방사열량은 9.78kW로 증가하게 되어 3.2% 정도 방사열량이 증가하는 것으로 나타났다.And as a result of calculating the total amount of heat radiated from the radiation tube (1), if the heat transfer fin (7) is not attached, the heat quantity radiated from the radiation tube (1) is 9.47 kW, while the two heat transfer fins (7) When attached to (1), the radiant heat increased to 9.78kW, which increased by 3.2%.

도 6은 본 발명에 따른 전열핀을 부착한 복사관과 전열핀을 부착하지 않은 복사관의 표면 온도 분포를 계측한 그래프이다. Figure 6 is a graph measuring the surface temperature distribution of the radiation tube attached to the heating fins and the radiation tube not attached to the heating fins according to the present invention.

여기에서 참조되는 바와 같이 전열핀(7)이 부착된 경우와 그렇지 않은 경우를 비교해 볼 때, 전열핀(7)을 부착한 경우 복사관(1)의 평균온도가 전열핀(7)을 부착하지 않은 경우에 비해 최대 약 16℃ 가량 낮아지는 것으로 나타났다. In comparison with the case in which the heating fins 7 are attached or not as referred to here, when the heating fins 7 are attached, the average temperature of the radiating tube 1 does not attach the heating fins 7. It was shown to be about 16 ° C. lower than when it was not.

또한 복사관(1)의 길이 방향에 따라 이러한 온도 편차는 그다지 크지 않은 것으로 나타나 전열핀(7)의 부착 효과가 복사관(1) 전체에 걸쳐 고르게 나타나고 있는 것을 볼 수 있다. In addition, according to the longitudinal direction of the radiation tube 1, such a temperature deviation is not so large, it can be seen that the adhesion effect of the heat transfer fin 7 is evenly distributed throughout the radiation tube (1).

그리고 복사관(1)에서 국부 과열 온도가 16℃ 가량 낮아짐에도 불구하고 전체 복사관(1)에서 열효율은 방열 면적의 증가로 0.2% 증가하는 것으로 나타났다.And although the local superheat temperature of the radiation tube (1) is lowered by about 16 ℃, the thermal efficiency of the entire radiation tube (1) was found to increase by 0.2% due to the increase of the heat dissipation area.

이와 같이 본 발명은 복사관의 직관부 외측 둘레면에 서로 마주보도록 전열핀을 부착하여 열효율이 증가함과 동시에 국부 과열 온도의 저감에 의해 열화 및 크랙을 방지하게 되므로 복사관의 수명을 증가시킬 수 있게되는 특유의 효과가 있다.As described above, the present invention attaches the heating fins to face each other on the outer circumferential surface of the straight tube of the radiant tube, thereby increasing thermal efficiency and preventing degradation and cracking by reducing local overheating temperature, thereby increasing the life of the radiant tube. There is a distinctive effect.

Claims (2)

소둔로(4)의 내부를 통과하는 스트립(2)을 가열하도록 상기 소둔로(4)에 설치되는 복사관(1)에 있어서, In the radiation pipe (1) installed in the annealing furnace (4) to heat the strip (2) passing through the interior of the annealing furnace (4), 상기 소둔로(4)의 상측에 수직 혹은 수평으로 설치된 복사관(1) 내부의 열을 방출할 수 있도록 외측 둘레면에 전열핀(7)이 설치됨을 특징으로 하는 전열핀이 구비된 열처리용 복사관. Heat radiation fins are provided with heat transfer fins, characterized in that the heat transfer fins (7) is installed on the outer circumferential surface to discharge heat inside the radiation pipe (1) installed vertically or horizontally above the annealing furnace (4) tube. 제 1 항에 있어서, 상기 전열핀(7)은 스트립(2)의 표면과 수평상태가 유지되도록 복사관(1)의 직관부 외측 둘레면에 서로 마주보는 방향으로 각각 설치됨을 특징으로 하는 전열핀이 구비된 열처리용 복사관.The heat transfer fins according to claim 1, wherein the heat transfer fins 7 are installed on the outer circumferential surface of the straight pipe of the radiation tube 1 in a direction facing each other such that the heat transfer fins 7 are kept horizontal with the surface of the strip 2. Radiation tube for heat treatment provided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114107621A (en) * 2021-11-22 2022-03-01 北京京诚之星科技开发有限公司 Radiant tube and vertical continuous annealing furnace

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