KR20090037809A

KR20090037809A - 금속 스트립 연속 열처리 설비

Info

Publication number: KR20090037809A
Application number: KR1020080097664A
Authority: KR
Inventors: 마모루 사카타
Original assignee: 쥬가이로 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2009-04-16
Also published as: KR101239587B1; JP5043587B2; JP2009097020A; CN101407857A; TW200925288A; TWI392743B

Abstract

[과제] 라디언트 튜브 버너(radiant tube burner) 등 가열대(加熱帶)의 분위기를 승온(昇溫)시키는 가열수단으로부터의 폐열(廢熱)을 효율적으로 이용하는 것이 가능한 금속 스트립(strip) 연속 열처리 설비의 제공을 목적으로 한다.

[해결 수단] 공기도입계(2)로부터 도입된 공기 분위기(雰圍氣) 중에서 금속 스트립(3)을 예열하는 예열대(4)와, 금속 스트립을 비산화(非酸化) 분위기 중에서 가열하는 가열대(7)와, 가열대의 비산화 분위기를 승온시키는 라디언트 튜브 버너(8)와, 예열대와 가열대와의 사이에 예열대로부터 차단하고 또한 가열대와 연통시켜서 설치되어 비산화 분위기 중에서 금속 스트립을 예열하는 제2 예열대(9)와 라디언트 튜브 버너로부터의 폐열을 배출하는 폐열배출계(10)와, 폐열로 제2 예열대의 비산화 분위기를 가열하는 고온 측 열교환부(11)와, 고온 측 열교환부보다 하류에 설치되고, 폐열로 예열대로 도입되는 공기를 가열하는 저온 측 열교환부(12)를 구비하였다.

Description

금속 스트립 연속 열처리 설비{CONTINUOUS METAL STRIP HEAT TREATING APPARATUS}

본 발명은 라디언트 튜브 버너(radiant tube burner) 등 가열대(加熱帶)의 분위기(雰圍氣)를 승온(昇溫)시키는 가열수단으로부터의 폐열(廢熱)을 효율적으로 이용하는 것이 가능한 금속 스트립 연속 열처리 설비에 관한 것이다.

금속 스트립 연속 열처리 설비로서 에너지 절약화를 달성하기 위해서, 가열대의 앞에 예열대를 설치하도록 한 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 종래, 예열대(a)의 분위기는 도 2 ~ 도 4에 나타내는 여러 가지의 방식으로 형성되어 있다. 도 2는, 예열대(a)와 가열대(b)를 연통시켜, 예열대(a)의 분위기를 비산화(非酸化) 분위기로 하는 것이다. 도 3은 예열대(a)와 가열대(b)의 분위기를 씰부(c)로 차단하고, 가열대(b)를 비산화 분위기로 하는 한편으로, 예열대(a)의 분위기를 공기(외기(外氣))로 하는 것이다. 도 4는 예열대(a)와 가열대(b)의 분위기를 씰부(c)로 차단하고, 가열대(b)를 비산화 분위기로 하는 한편으로, 예열대(a)의 분위기를 가열대(b)의 분위기를 승온시킨 라디언트 튜브 버너(d)의 배기가스로 하는 것이다. 라디언트 튜브 버너(d)의 배기가스는 600℃이상의 고온이다.

예열대(a)의 분위기를 가열하는 데에는, 도 2의 방식으로는 가열대(b)의 비산화 분위기가 예열대(a)로 도입되고, 예열대(a)로 도입된 이 비산화 분위기를 라디언트 튜브 버너(d)의 배기가스와 열교환기(e)로 열교환하여 가열하도록 하고 있다. 도 3의 방식으로는 예열대(a)로 도입되는 공기를 라디언트 튜브 버너(d)의 배기가스와 열교환기(f)로 열교환하여 가열하도록 하고 있다. 도 4의 방식으로는 라디언트 튜브 버너(d)의 배기가스를 그대로 예열대(a)의 분위기로 하고 있다. 어떤 방식에 있어서도 예열대(a)의 내압을 조정하기 위해서, 압력조정밸브(g)를 설치한 배기계(h)로부터 예열대(a) 내의 분위기를 배출하도록 하고 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특개평10-102151호 공보

라디언트 튜브 버너(d) 등 가열대(b)의 분위기를 승온(昇溫)시키는 가열수단으로부터의 폐열 이용의 면으로부터 하면, 도 2 ~ 도 4에 나타낸 각 방식으로는 다음과 같은 과제가 있어 충분히 폐열을 이용할 수 있지 않았다.

도 2의 방식으로는, 가열대(b)와 연통되고 있는 예열대(a)의 비산화 분위기는 라디언트 튜브 버너(d)에 의해서 상당히 높은 온도로 승온되어 있다. 이와 같은 고온의 비산화 분위기를 열교환기(e)로 라디언트 튜브 버너(d)의 배기가스와 열교환하여도 열교환 효율이 낮고, 폐열을 거의 이용할 수 없어 열교환기(e)로부터 극히 고온의 배기가스가 배출되고 있었다.

도 3의 방식으로는, 예열대(a)의 내부 분위기를 산화 분위기인 공기로 하고 있다. 공기 분위기 중에서는 금속 스트립(i)을 고온으로 예열하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 공기를 열교환기(f)로 라디언트 튜브 버너(d)의 배기가스와 열교환하여도 충분히 폐열을 이용하지 못하고, 도 1의 방식과 마찬가지로, 열교환기(f)로부터 극히 고온의 배기가스가 배출되고 있었다.

도 4의 방식으로는, 라디언트 튜브 버너(d)로부터 이송되는 배기가스로 예열대내 압력이 상승하기 때문에, 배기가스를 배기계(h)로부터 배출하도록 하고 있다. 이 때, 배출되는 배기가스는 여전히 상당한 고온상태에 있고, 라디언트 튜브 버너(d)의 폐열을 효율적으로 이용할 수 없었다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 창안(創案)된 것으로서, 라디언트 튜브 버너 등 가열대의 분위기를 승온시키는 가열수단으로부터의 폐열을 효율적으로 이용하는 것이 가능한 금속 스트립 연속 열처리 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 금속 스트립 연속 열처리 설비는 공기도입계로부터 도입된 공기 분위기 중에서 연속적으로 이송되는 금속 스트립을 예열하는 예열대와, 상기 예열대 측으로부터 연속적으로 이송되는 금속 스트립을 비산화 분위기 중에서 가열하는 가열대와, 이 가열대의 비산화 분위기를 승온시키는 가열수단과, 상기 예열대와 상기 가열대와의 사이에 이 예열대의 공기 분위기로부터 차단하고 또한 이 가열대와 연통시켜서 설치되어 비산화 분위기 중에서 금속 스트립을 예열대 온도보다 높은 온도로 예열하는 제2 예열대와, 상기 가열수단으로부터의 폐열을 배출하는 폐열배출계와, 이 폐열배출계에 설치되고, 유통(流通)하는 폐열로 상기 제2 예열대의 비산화 분위기를 가열하는 고온 측 열교환부와, 상기 폐열배출계에 상기 고온 측 열교환부보다 하류에 설치되고, 유통하는 폐열로 상기 예열대로 도입되는 공기를 가열하는 저온 측 열교환부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 배기계는 상기 예열대로부터의 배기로 프로세스 매체를 가열하는 프로세스용 열교환부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 금속 스트립 연속 열처리 설비에 있어서는 라디언트 튜브 버너 등 가열대의 분위기를 승온시키는 가열수단으로부터의 폐열을 효율적으로 이용 할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>

이하에 본 발명에 관한 금속 스트립 연속 열처리 설비의 바람직한 일실시형태를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태에 관한 금속 스트립 연속 열처리 설비(1)는 기본적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 공기도입계(2)로부터 도입된 공기 분위기 중에서 연속적으로 이송되는 금속 스트립(3)을 예열하는 예열대(4)와, 예열대(4) 측으로부터 연속적으로 이송되는 금속 스트립(3)을 비산화 분위기 중에서 가열하는 가열대(7)와, 가열대(7)의 비산화 분위기를 승온시키는 가열수단으로서의 라디언트 튜브 버너(8)와, 예열대(4)와 가열대(7)와의 사이에 예열대(4)의 공기 분위기로부터 차단하고 또한 가열대(7)와 연통시켜서 설치되어 비산화 분위기 중에서 금속 스트립(3)을 예열대 온도보다 높은 온도로 예열하는 제2 예열대(9)와, 라디언트 튜브 버너(8)로부터의 폐열을 배출하는 폐열배출계(10)와, 폐열배출계(10)에 설치되고, 유통하는 폐열로 제2 예열대(9)의 비산화 분위기를 가열하는 고온 측 열교환부(11)와, 폐열배출계(10)에 고온 측 열교환부(11)보다 하류에 설치되고, 유통하는 폐열로 예열대(4)로 도입되는 공기를 가열하는 저온 측 열교환부(12)를 구비하여 구성된다. 배기계(5)에는 예열대(4)로부터의 배기로 프로세스 매체를 가열하는 프로세스용 열교환부(13)가 구비된다. 또한, 예열대(4)로부터 배기하는 배기계(5)와, 배기계(5)에 설치되고, 예열대내 압력을 조정하는 압력조정기구의 일례인 압력조정밸브(6)가 구비된다.

본 실시형태에 관한 금속 스트립 연속 열처리 설비(1)는, 주로, 초단(初段)에 설치되고, 연속적으로 공급되는 금속 스트립(3)을 예열하는 예열대(4)와, 예열대(4)의 다음단에 설치되고, 예열대(4)로 예열된 금속 스트립(3)을 더욱 높은 온도로 예열하는 제2 예열대(9)와, 제2 예열대(9)의 다음단에 설치되고, 제2 예열대(9)로 예열된 금속 스트립(3)을 가열처리하는 가열대(7)를 구비하여 구성된다.

예열대(4)에는 금속 스트립(3)의 장입부(裝入部)(4a) 및 송출부(4b)가 설치된다. 제2 예열대(9)에는 예열대(4)로부터 이송되는 금속 스트립(3)의 도입부(9a)가 설치된다. 이들 예열대(4)와 제2 예열대(9)와의 사이에는 그러한 송출부(4b) 및 도입부(9a) 각각에 설치한 도시하지 않은 씰 기구에 의해, 이들 예열대(4)와 제2 예열대(9)의 내부 분위기를 서로 차단하여 독립한 구조로 하는 씰부(14)가 설치된다. 제2 예열대(9)와 가열대(7)와의 사이에는 이들을 연통하여, 금속 스트립(3)을 제2 예열대(9)로부터 가열대(7)로 이송하기 위한 조임 통로부(15)가 설치된다. 예열대(4), 제2 예열대(9) 및 가열대(7)의 내부에는 각각 금속 스트립(3)의 반송을 안내하는 롤러(16)가 적당하게 배치된다.

연속적으로 공급되는 금속 스트립(3)은 장입부(4a)로부터 예열대(4)로 이송된다. 예열대(4)로 이송된 금속 스트립(3)은 송출부(4b)로부터 씰부(14)를 통하여 도입부(9a)로 이송되어 제2 예열대(9)로 이송된다. 제2 예열대(9)로 이송된 금속 스트립(3)은 더욱 조임 통로부(15)를 통하여 가열대(7)로 이송된다.

예열대(4)에는 공기 팬(2a)을 구비한 공기도입계(2)가 접속된다. 예열대(4) 내부에는 공기도입계(2)를 통하여 공기 팬(2a)에 의해서 흡인된 공기(외기)가 도입 되고, 이것에 의해 산화 분위기인 공기 분위기가 형성된다. 또, 예열대(4)에는 내부의 공기 분위기를 외부로 배기하는 배기계(5)가 접속된다. 배기계(5)에는 예열대내 압력을 조정하는 압력조정밸브(6)가 설치된다. 압력조정밸브(6)는 체크 밸브와 같이, 예열대내 압력이 미리 설정한 압력을 넘으면 개방되고, 공기 분위기를 배기계(5)로 배기하도록 되어 있다.

다른 한편, 가열대(7)와 제2 예열대(9)는 조임 통로부(15)를 통하여 서로 연통되어 있어, 가열대(7)의 내부 분위기가 제2 예열대(9)와 유통된다. 이들 가열대(7) 내부 및 제2 예열대(9) 내부에는, 예를 들면, 수소 가스와 질소 가스의 혼합 가스가 봉입(封入)되어 비산화 분위기가 형성된다.

제2 예열대(9)에는 순환 팬(17a)을 구비한 순환계(17)가 접속된다. 순환계(17)는 순환 팬(17a)에 의해 제2 예열대(9)로부터 비산화 분위기를 흡인하고, 흡인한 비산화 분위기를 제2 예열대(9)로 환류(還流)시키도록 되어 있다.

가열대(7)에는 내부의 비산화 분위기를 승온시키기 위해서, 라디언트 튜브 버너(8)가 설치된다. 라디언트 튜브 버너(8)는 블로워(8a)로부터 공급되는 연소 공기로 연료를 연소시켜 발열해 비산화 분위기를 승온한다. 가열대(7)의 비산화 분위기는 라디언트 튜브 버너(8)에 의한 가열에 의해서, 700 ~ 950℃정도로 승온된다. 라디언트 튜브 버너(8)에는 이것으로부터 폐열을 포함한 배기가스를 배출하는 폐열배출계(10)가 접속된다.

배기가스가 유통하는 폐열배출계(10)에는 그 도중에 고온 측 열교환부(11)가 설치됨과 동시에 고온 측 열교환부(11)보다 하류 측에 위치시켜, 저온 측 열교환 부(12)가 설치된다. 고온 측 열교환부(11)는 순환계(17)와 접속되고, 라디언트 튜브 버너(8)의 고온 폐열로 제2 예열대(9)의 비산화 분위기를 가열한다. 제2 예열대(9)의 비산화 분위기는 가열대(7)로부터의 유입과 고온 측 열교환부(11)에 의한 가열과에 의해서, 예를 들면 400℃이상, 바람직하게는 450 ~ 500℃로 유지되는 것이 바람직하다. 또, 저온 측 열교환부(12)는 공기도입계(2)와 접속되고, 고온 측 열교환부(11)로의 열교환으로 강온(降溫)된 저온 폐열에 의해서, 예열대(4)로 도입되는 공기를 가열한다. 저온 측 열교환부(12)에 의한 도입 공기의 가열에 의해, 예열대(4)의 공기 분위기 온도는, 200 ~ 250℃로 승온되는 것이 바람직하다.

도시하지 않으나, 예열대(4) 및 제2 예열대(9)의 분위기 온도는 필요에 따라서, 이들에 설치한 온도센서로 검출한 온도신호에 근거하여, 라디언트 튜브 버너(8)나 공기 팬(2a), 순환 팬(17a), 또는 도시하지 않은 설비 내 RC팬을 콘트롤러로 제어하는 것에 의해 제어하도록 하여도 좋다.

또, 예열대(4)에 접속된 배기계(5)에는 다른 프로세스에서 사용되는 액체나 기체 등의 프로세스 매체를 예열대(4)로부터의 배기로 가열하기 위해서, 프로세스용 열교환부(13)가 설치되는 경우도 있다. 예열대(4)로부터의 배기는 열풍이기 때문에, 프로세스용 열교환부(13)에 의하지 않고, 직접 다른 프로세스에 이용하여도 좋다.

다음에, 본 실시형태에 관한 금속 스트립 연속 열처리 설비(1)의 작용에 대해서 설명한다. 본 열처리 설비(1)로 금속 스트립(3)을 열처리 할 때에는, 우선, 가열대(7), 제2 예열대(9) 및 예열대(4)의 내부 분위기를 승온시킨다.

가열대(7)의 라디언트 튜브 버너(8)를 발열시켜, 가열대(7) 내부에 봉입한 비산화 분위기를 승온시킨다. 가열대(7)의 내부 분위기는 조임 통로부(15)를 통하여 제2 예열대(9)에도 유입된다. 라디언트 튜브 버너(8)의 가동(稼動)에 의한 폐열을 포함한 배기가스는 폐열배출계(10)로 유통한다. 제2 예열대(9)에서는 순환 팬(17a)의 가동에 의해, 제2 예열대(9)의 내부 분위기가 순환계(17)를 순환한다. 폐열배출계(10)를 유통하는 배기가스 중의 고온 폐열은 고온 측 열교환부(11)에서의 열교환에 의해, 순환계(17)를 유통하는 제2 예열대(9)의 내부 분위기를 가열하고, 제2 예열대(9)의 내부 분위기 온도를 유지한다. 이것에 의해, 라디언트 튜브 버너(8)의 폐열은 제2 예열대(9)의 비산화 분위기의 가열에 이용되어 배기가스 온도는 강온된다.

다른 한편, 예열대(4)에는 공기 팬(2a)의 가동에 의해 공기도입계(2)로부터 공기가 도입되어 공기 분위기가 형성된다. 폐열배출계(10)를 유통하는 폐열을 포함한 배기가스는 고온 측 열교환부(11)로부터 유출된 후, 저온 측 열교환부(12)로 유입한다. 배기가스 중의 저온 폐열은 저온 측 열교환부(12)로의 열교환에 의해, 공기도입계(2)를 유통하여 예열대(4)로 도입되는 공기를 가열한다. 이것에 의해, 라디언트 튜브 버너(8)의 폐열은 더욱, 예열대(4)의 공기 분위기의 가열에 이용되어 배기가스 온도는 더욱 강온된다. 저온이 된 폐열을 포함한 배기가스는 그 후, 폐열배출계(10)로부터 외부로 배출된다. 예열대(4)에서는 예열대내 압력이 미리 설정한 압력을 넘으면, 압력조정밸브(6)에 의해 공기 분위기가 배기계(5)로 배출되고, 이것에 의해 예열대내 압력이 조정된다.

이와 같이 해 예열대(4), 제2 예열대(9) 및 가열대(7)의 내부 분위기 온도가 승온되면, 금속 스트립(3)은 예열대(4)의 장입부(4a)로부터 이송되어 예열대(4)로 예열되고, 그 다음에, 제2 예열대(9)로 이송되어 더욱 높은 온도로 예열되며, 그 후, 가열대(7)로 이송되어 가열처리된다.

다른 한편, 예열대(4)에 접속된 배기계(5)를 유통하는 배기는 프로세스 열교환부(13)로 유입되고, 이것에 의해 다른 프로세스에 이용되는 프로세스 매체를 가열하며, 이 가열에 의해 저온이 되어 외부로 배기된다.

이상 설명한 본 실시형태에 관한 금속 스트립 연속 열처리 설비(1)에 있어서는 예열대(4)와 가열대(7)와의 사이에 예열대(4)보다 더욱 높은 온도로 금속 스트립(3)을 예열하는 제2 예열대(9)를 구비함과 동시에, 라디언트 튜브 버너(8)의 폐열을 포함한 배기가스의 폐열배출계(10)에 제2 예열대(9)의 순환계(17)와 접속한 고온 측 열교환부(11) 및 고온 측 열교환부(11)의 하류 측에 위치시켜 예열대(4)의 공기도입계(2)와 접속한 저온 측 열교환부(12)를 설치하도록 함으로써, 가열대(7)의 분위기를 승온시키는 라디언트 튜브 버너(8)의 폐열을 2단계로 회수하여 금속 스트립(3)의 예열에 효율적으로 이용할 수 있어 에너지 절약화를 촉진할 수 있다. 또, 라디언트 튜브 버너(8)의 배기가스의 배출온도를 내릴 수 있어, 폐열배출계(10)의 출구 측 구조를 간단화할 수 있다.

폐열배출계(10)에 배기가스의 흐름 방향에 따라서, 고온 측 열교환부(11)와 저온 측 열교환부(12)를 순차 배치하고, 고온 측 열교환부(11)에서 제2 예열대(9)의 고온 분위기를 고온 폐열에 의해 가열하며, 저온 측 열교환부(12)에서 온도가 내려간 저온 폐열에 의해서, 비교적 저온으로 충분한 예열대(4)의 공기 분위기를 가열하도록 함으로써, 이들 예열대(4) 및 제2 예열대(9)의 온도조건에 적합시켜 합리적으로 라디언트 튜브 버너(8)의 폐열을 이용할 수 있다.

또, 공기도입계(2)로부터 공기를 도입하여 예열대(4)의 내부 분위기를 형성하도록 함으로써, 예열대(4)로부터의 배기량을 대량으로 확보할 수 있어 이 배기열도 유효 이용할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는 배기계(5)에 압력조정밸브(6)를 설치함으로써, 해당 배기량을 확보하면서, 예열대내 압력을 적절히 조정할 수 있다. 또한, 배기계(5)에 프로세스 열교환부(13)를 설치함으로써, 배기계(5)로부터 배출되는 배기에 의해서 다른 프로세스 매체를 효율적으로 가열하여, 예열대(4)로부터의 배기열도 유효하게 이용할 수 있다.

상기 실시형태에 있어서는 압력조정기구로서 배기계(5)에 설치한 압력조정밸브(6)를 예시하여 설명했지만, 이것에 한정하지 않고, 버블러(bubbler) 등의 압력개방수단을 이용하도록 하여도 좋다.

도 1은 본 발명에 관한 금속 스트립 연속 열처리 설비의 바람직한 일실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2는 종래의 금속 스트립 연속 열처리 설비의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 3은 종래의 금속 스트립 연속 열처리 설비의 다른 예를 나타내는 개략도이다.

도 4는 종래의 금속 스트립 연속 열처리 설비의 더욱 다른 예를 나타내는 개략도이다.

[부호의 설명]

1 금속 스트립 연속 열처리 설비

2 공기도입계

3 금속 스트립

4 예열대

5 배기계

6 압력조정밸브

7 가열대

8 라디언트 튜브 버너

9 제2 예열대

10 폐열배출계

11 고온 측 열교환부

12 저온 측 열교환부

13 프로세스용 열교환부

Claims

공기도입계로부터 도입된 공기 분위기(雰圍氣) 중에서 연속적으로 이송되는 금속 스트립(metal strip)을 예열하는 예열대(豫熱帶)와,

상기 예열대 측으로부터 연속적으로 이송되는 금속 스트립을 비산화(非酸化) 분위기 중에서 가열하는 가열대와,

이 가열대의 비산화 분위기를 승온(昇溫)시키는 가열수단과,

상기 예열대와 상기 가열대와의 사이에 이 예열대의 공기 분위기로부터 차단하고 또한 이 가열대와 연통시켜서 설치되어 비산화 분위기 중에서 금속 스트립을 예열대 온도보다 높은 온도로 예열하는 제2 예열대와,

상기 가열수단으로부터의 폐열(廢熱)을 배출하는 폐열배출계와,

이 폐열배출계에 설치되고, 유통(流通)하는 폐열로 상기 제2 예열대의 비산화 분위기를 가열하는 고온 측 열교환부와,

상기 폐열배출계에 상기 고온 측 열교환부보다 하류에 설치되고, 유통하는 폐열로 상기 예열대로 도입되는 공기를 가열하는 저온 측 열교환부를 구비한 것을 특징으로 하는 금속 스트립 연속 열처리 설비.
청구항 1에 있어서,

상기 예열대로부터 배기하는 배기계가 설치되고, 상기 배기계는 상기 예열대로부터의 배기로 프로세스 매체를 가열하는 프로세스용 열교환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 연속 열처리 설비.