KR20080081564A - 열처리로의 온도제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열처리로의 용량에 따라 버너 수가 결정되는 수단과, 6-8개의 버너가 독립된 가열공간에서 히팅 존을 형성하는 수단과, 상기 히팅 존이 독립적으로 온도 제어계를 구성하는 수단과, 각 히팅존의 버너를 대칭적으로 온/오프하여 온도 제어를 하는 수단과, 공급되는 공기와 연료가스 공급라인을 각각으로 구성하는 수단을 통하여 가공물을 열처리시키는데 그 목적이 있으며, 상기의 목적을 달성하기 위하여 열처리로의 내외부에 제어용, 측정용 센서를 형성함과 더불어 상기 센서를 제어용으로 활용하면서 센서에서 측정된 온도 신호를 연산하여 평균온도 환산 및 온도 편차 완화를 나타내게 함으로써 온도 측정 정도를 향상시키는 수단과, 버너 점화시 에어 Flow 센서로 흡입공기량을 측정하고, 흡입공기량의 일정량 이하에서는 제어밸브의 작동을 차단시켜 압력 손실 및 열량손실을 감소시킬 수 있는 열처리로의 성능을 향상시키기 위한 제어시스템을 제공하고자 하는 것이다.

열처리로, 히팅

Description

열처리로의 제어시스템{Control system of the heat treatment-brazier}

도 1은 본 발명의 작업 공정을 개략적으로 나타낸 작업 구성도

도 2는 종래의 제어방식을 통하여 설정온도에 도달하는 참고도

도 3은 본 발명의 제어방식을 통하여 설정온도에 도달하는 참고도

도 4는 본 발명의 작업공정을 통하여 발생되는 화염크기의 참고도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10. 열처리로 11. 버너

12, 13, 14. 히팅 존 15. 가스 공급라인

16. 에어 공급라인

본 발명은 열처리로의 성능을 향상시키기 위한 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 부품 및 기계요소 부품 등의 연속적인 열처리를 하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.

상기 열처리 수단은 열처리로 용량에 따라 버너 수를 결정하는 수단과, 6-8개의 버너가 독립된 가열공간에 히팅 존을 형성하는 수단과, 상기 각 히팅 존이 독 립적으로 온도 제어계를 구성하는 수단과, 상기 각 히팅 존의 버너를 대칭적으로 온/오프하여 온도를 제어하는 수단과, 공급되는 공기와 연료가스 공급라인을 제어하는 수단으로 이루어지는 열처리로의 성능을 향상시키기 위한 비례제어방식을 활용한 전자제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 열처리는 금속 내지 합금 등에 경도, 내마모성, 인성, 가공성 등의 성능을 부여하기 위하여 일정기간 동안 고온으로 가열하였다가 냉각시켜 그 특성을 개량하기 위한 공정이다. 즉, 열처리로 등을 이용하여 금속을 일정 온도로 가열하였다가 냉각로 등을 통하여 냉각시킬 경우 온도차에 의해 금속조직이 변화하여 원하는 성질의 금속을 얻을 수 있게 되는 원리이다. 또한, 경우에 따라서 질소와 산소를 일정비율로 혼합하여 열처리로의 내부에 충전하게 되면, 가열 시 금속의 표면에 탈탄이 발생하여 심부의 경도는 유지된 상태로 표면의 인성은 높아져 자유로운 변형이 가능한 금속을 얻을 수 있다.

이러한 탄소함유량에 따른 금속의 성질 변화는 탄소의 함유량이 많을수록 금속의 경도가 높아지고, 탄소의 함유량이 작을수록 인장 강도가 증가되기 때문이다.

상기의 열처리장치는 금속 내지 합금으로 이루어진 원재료를 공급하는 공급장치 및 이공급장치에 의해 공급된 원재료를 이송하는 이송장치, 이송된 원재료를 가열하는 열처리로, 가열된 원재료를 냉각하는 냉각로와 일정 온도를 유지하는 템퍼링로, 열처리를 마친 원재료를 감는 권취장치로 구성되어 있다. 즉, 금속이나 합금으로 이루어진 원재료는 공급장치 및 이송장치를 통하여 열처리로에 이송되어 가열되고, 가열된 후에는 냉각로를 통하여 냉각된 후 템퍼링로를 통하여 일정 온도로 유지된 상태를 유지하게 된다.

또한, 최근에 있어서는 열처리로에서 가열 처리하는 금속에 여러 가지 강재로 구성된 것이 이용되게 되고, 통상적인 강재 이외에 페라이트(ferrite), 베아나이트(bainite), 잔류 오스테나이트(austenitr)와의 복합 조직으로 이루어진 트립강(TRIP)이나, 페라이트와 마텐자이트(martensite)와의 2상 조직으로 이루어진 DP강으로서 이루어지는 금속이 이용되게 되었다.

여기서, 통상적인 강재로 이루어지는 상기 금속들을 열처리로에 의해 가열처리하는데 있어, LNG 가스의 에너지 소비가 크게 높아지고, 고가인 LNG 가스가 쓸데없이 소비되어서 운전비용이 높게 되며, 이에 따라 유지보수에 많은 비용을 추가적으로 지출하여야 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열처리로의 용량에 따라 버너 수가 결정되는 수단과, 6-8개의 버너가 독립된 가열공간에서 히팅 존을 형성하는 수단과, 상기 히팅 존이 독립적으로 온도 제어계를 구성하는 수단과, 각 히팅존의 버너를 대칭적으로 온/오프하여 온도 제어를 하는 수단과, 공급되는 공기와 연료가스 공급라인을 각각으로 구성하는 수단을 통하여 가공물을 열처리시키는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 열처리로의 내외부에 제어용, 측정용 센서를 형성함과 더불어 상기 센서를 제어용으로 활용하면서 센서에서 측정된 온도 신호를 연산하여 평균온도 환산 및 온도 편차 완화를 나타내게 함으로써 온도 측정 정도를 향상시키는 수단과, 버너 점화시 에어 Flow 센서로 흡입공기량을 측정하고, 흡입공기량의 일정량 이하에서는 제어밸브의 작동을 차단시켜 압력 손실 및 열량손실을 감소시킬 수 있는 열처리로의 성능을 향상시키기 위한 제어시스템을 제공하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 작업 공정을 개략적으로 나타낸 작업 구성도이며, 도 2는 종래의 제어방식을 통하여 설정온도에 도달하는 참고도이고, 도 3은 본 발명의 제어방식을 통하여 설정온도에 도달하는 참고도이고, 도 4는 본 발명의 작업공정을 통하여 발생 되는 화염크기의 참고도이다.

도 1과 같이 본 발명은 다수개의 히팅 존(12)(13)(14)이 형성되어 있으며, 상기 히팅 존(12)(13)(14)에는 수개의 버너(11)를 서로 대칭적으로 형성하고, 버너(11)에는 가스 공급라인(15)과 에어 공급라인(16)을 각각으로 구성하게 된다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이 선두에 형성되는 히팅 존(12)에는 6개의 버너(11)가 설치되어 독립된 가열 공간으로 형성하게 되고, 중간에 위치되는 히팅 존(13) 역시 6개의 버너(11)를 구성하게 되는바, 이때 마지막에 형성되는 히팅 존(14)에는 4개의 버너(11)를 양측으로 서로 맞주보게 구성한다.

상기 히팅 존(12)(13)(14)에는 센서(미도시됨)을 부착시키고, 이를 제어용으로 활용하게 되며, 상기 센서에서 측정된 온도신호를 연산하여 평균온도 확산 및 온도 편차를 제어하게 된다. 그리고, 버너(11) 점화시 에어 Flow 센서(미도시됨)로 흡입공기량을 측정하게 되며, 흡입 공기량의 일정량 이하에서는 제어밸브가 자동으로 작동이 차단되어 압력손실 및 열량손실을 감소시킨다.

도 2는 종래의 제어방식을 통하여 설정온도에 도달하는 참고도로, 히팅 존 내의 설정온도 유지를 위하여 각 버너를 최대 출력으로 작동시키게 되고, 상기 히팅 존 내의 온도가 설정온도에 도달된 상태에서도 최대크기로 점화되어 장시간 가동되면서 불필요한 연료가 소모되는 문제를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 제어방식을 통하여 설정온도에 도달하는 참고도이며, 본 발명 히팅 존(12)(13)(14)의 각 영역에서는 미리 온도를 설정하게 되는바, 이때 상기 히팅 존(12)에 형성된 버너(11)가 작동하여 설정온도 도달을 위해 100-50% 출력을 발생시키게 된다. 다음, 히팅 존(13)에 형성된 버너(11)는 작동하여 설정온도 유지를 위해 30-50%의 출력으로 가동하게 되고, 마지막 히팅 존(14)에 형성된 버너(11)는 소화를 위해 0-30%의 출력으로 가동될 수 있는 구성이다.

도 4는 본 발명의 작업공정을 통하여 발생되는 화염크기의 참고도이며, 히팅 존(12)에 형성된 버너(11)의 출력 상황을 단계별로 조절되는 상황을 나타낸 도면으로, 상기 히팅 존(12) 내의 설정 온도 유지를 위하여 각 버너는 최대로 출력되어 히팅 존(12) 내의 온도가 설정 온도에 도달할 때까지 버너(11)는 순차적으로 점화된다.

이와 같은 상황에서 설정온도와 측정된 히팅 존(12)(13)(14) 내의 실제 온도 차에 따른 화염 크기가 조정되며, 이때 화염 크기를 단계별로 조절하여 에너지 소 모 절감을 유도할 수 있고, 적정 화염크기 제어를 통한 히팅 존 내의 온도 편차를 감소시킬 수 있게 된다. 즉, 다수개의 히팅 존(12)(13)(14) 내부에 수개의 버너(11)를 형성시킴과 함께 상기 히팅 존(12)(13)(14)은 독립적으로 온도를 설정 및 제어할 수 있는 수단을 갖게 되고, 상기 설정된 온도까지 버너를 점화시킬 수 있ㅇ으며, 상기 히팅 존(12)(13)(14)의 각 영역에는 버너의 출력량을 조정한 후, 적정화염으로 출력하여 설정된 온도를 유지할 수 있는 특징이 있다.

결과적으로 영역별로 구성된 히팅 존(12)(13)(14)에 형성된 버너의 출력량을 조정하여 연료 소비를 원천적으로 차단할 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용과 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1과 같이 본 발명은 다수개의 히팅 존(12)(13)(14)을 형성하게 되며, 각각의 히팅 존(12)(13)(14)에는 수개의 버너(11)를 구성하여 출력량을 조정한 후 적정화염으로 출력될 수 있다. 이는, 설정온도와 측정된 히팅 존(12)(13)(14) 내의 실제 온도차에 따른 화염 크기가 조정되며, 화염 크기를 단계별로 조절하여 에너지의 소비량을 크게 절감시킬 수 있다. 즉, 상기 히팅 존(12)(13)(14)에 형성된 버너는 설정 온도까지 도달하게 되며, 이때 히팅 존(12)에 형성된 버너(11)는 작동하여 설정온도 도달을 위해 100-50% 출력을 발생시키게 되고, 설정온도 유지를 위해 30-50%의 출력으로 가동하게 되며, 마지막 히팅 존(14)에 형성된 버너(11)는 소화를 위해 0-30%의 출력으로 가동될 수 있다.

결과적으로 설정온도와 측정된 히팅 존(12)(13)(14) 내의 실제 온도차에 따 른 화염 크기가 조정되며, 이때 화염 크기를 단계별로 조절하여 에너지 소모 절감을 유도할 수 있고, 적정 화염크기 제어를 통한 히팅 존 내의 온도 편차를 감소시킬 수 있다. 영역별로 구성된 히팅 존(12)(13)(14)에 형성된 버너의 출력량을 조정하여 연료 소비를 원천적으로 차단할 수 있는 특징과 함께 열처리로의 온도 편차를 감소시킬 수 있는 특징이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

이상과 같이 본 발명은 열처리로의 온도 제어 성능을 향상시킬 수 있음과 아울러 연료 소비량을 크게 절감하여 제조원가를 감소할 수 있는 특징이 있으며, 열처리로의 온도 유지를 보다 향상시킬 수 있는 이점과 함께 열처리로의 온도 편차를 최소화하여 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 열처리로에 있어서,

   독립된 가열공간에 다수개의 히팅 존을 갖는 열처리로를 형성시키되, 상기 열처리로의 용량에 따라 독립된 히팅 존에 6∼8개의 버너를 형성하는 수단과, 상기 6∼8개의 버너가 독립된 가열공간의 히팅 존에서 버너의 출력량을 조정한 후, 적정화염으로 출력하는 수단과, 상기 히팅 존이 독립적으로 온도 제어계를 구성한 후, 설정된 온도를 유지할 수 있는 수단과, 상기 히팅 존의 버너를 대칭적으로 형성시키고 온/오프 되면서 온도를 제어하는 수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 열처리로의 제어시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열처리로의 내외부에 측정용 센서를 형성함과 함께 상기 센서를 제어용으로 활용하면서 센서에서 측정된 온도 신호를 연산하여 평균온도 환산 및 온도 편차 완화를 나타내게 하여 온도를 측정하는 수단과, 버너 점화시 에어 Flow 센서로 흡입공기량을 측정하고, 흡입공기량의 일정량 이하에서는 제어밸브의 작동을 차단시켜 압력 손실 및 열량손실을 감소시킬 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 열처리로의 제어시스템.

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