KR20110097294A - 연속열처리로의 분위기 차단 구조 - Google Patents

연속열처리로의 분위기 차단 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 다른 분위기로 제어되는 반응영역으로 이루어진 금속대의 연속열처리로의 분위기 차단 구조에 관한 것으로, 적어도 일부분이 회전 각도에 따라 회전 중심축으로부터의 거리가 변화되는 구조로 형성되어 두 영역의 사이에 회전가능하도록 설치되는 적어도 하나 이상의 씰롤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연속열처리로의 분위기 차단 구조를 제공한다.
이에 따라 정상 조업 시에는 분위기 차단효과를 높여 금속대의 표면품질을 향상할 수 있음은 물론 분위기 가스 사용량을 저감하여 원가 절감이 가능하고, 금속대의 통판시에는 금속대 통판용 치구의 통과를 위한 간격을 용이하게 확보함으로서 금속대의 초기 통판성이 우수하다.

Description

연속열처리로의 분위기 차단 구조{Apparatus for preventing flowage of atmosphere in continuous heat treatment furnace}
본 발명은 서로 다른 분위기로 제어되는 영역들로 이루어진 금속대의 연속열처리로의 분위기 차단 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인접되는 두 영역의 분위기를 효과적으로 차단하여 각 영역의 독립적인 분위기 조절이 용이하도록 함으로써 금속대의 표면품질을 향상시킴과 동시에 분위기 가스의 소모량을 저감하여 제조 원가를 절감하도록 개선된 연속열처리로의 분위기 차단 구조에 관한 것이다.
일반적으로 연속열처리로 공정에서는 금속대(Metal strip)의 표면 개질을 위하여 각 영역별로 서로 다른 분위기를 유지할 필요가 있는 경우가 존재한다. 예를 들어 양호한 품질의 강판의 제조를 위한 목적으로 약산화성 분위기로 형성된 직화가열로 내에서 열사이클에 의한 냉연강판의 열처리 공정을 거치고 있으며, 후속 공정에서는 환원성 분위기로 형성된 간접가열환원대에 금속대를 통과시키고 있다. 금속대의 급가열을 위한 직화가열대의 분위기는 연소가스로써 통상적인 이슬점(Dew Point)은 20~40℃로서, 이러한 직화가열대에서는 금속대의 승온과 더불어 금속대의 표면에 약산화가 일어나게 되는데, 연이은 간접가열환원대에서 수소 등을 포함한 환원성 분위기 가스에 의하여 금속대의 여분의 가열을 수행함과 동시에 금속대 표면의 환원을 이루도록 하는 것이다. 여기서 단축적인 설비 구성을 위하여 초단에는 급가열을 위한 직화가열대가 구비되고, 그 후단에는 간접가열환원대가 직화가열대에 인접 배치되도록 이루어진다. 상기한 구조에 의한 연속적 열처리를 실시하는 경우, 직화가열로는 약산화성 분위기로 유지되도록 하고 간접가열환원대는 환원성 분위기로 유지되도록 하여야만 우수한 품질의 제품 양산이 가능하며, 이를 위해서는 직화가열로와 간접가열환원대의 분위기 가스가 유동하지 않도록 될 수 있는 한 차단하는 것이 중요하다.
따라서 상기한 바와 같은 구조의 연속열처리로에 있어서 직화가열대와 간접가열환원대 사이에는 분위기 가스의 유동을 줄일 수 있도록 내부 단면적이 작은 병목구간(throat)을 설치하고 부가적으로 분위기 차단을 위한 장치를 설치할 필요가 있다. 이와 같이 인접된 두 영역의 서로 상이한 분위기 가스의 유동을 최소화하기 위해서는 병목구간의 단면적을 작게 할 필요가 있지만, 병목구간을 좁히면 정비성과 금속대의 초기 통판에 문제가 발생한다. 예를 들어, 연속열처리로에 있어서 금속대를 초기 통판할 때 금속대의 선단에 연결하는 치구의 높이 때문에 병목구간의 고정부 높이를 100mm 이하로 설계하는 것은 현실적으로 곤란하다. 이에 따라 정비성을 고려하여 병목구간의 내부 단면적을 적절히 설계하여야 함은 물론, 여기에 분위기 가스를 차단할 수 있음과 동시에 금속대의 초기 통판시 요구되는 치구의 높이 이상의 공간을 확보할 수 있는 수단들을 설치하여 운용하여야 한다.
종래에는 서로 상이한 분위기 가스로 유지되어야 하는 두 설비 영역의 분위기 차단을 위하여 직화가열로와 간접가열환원대의 구간경계부의 병목구간에 내화벽돌을 쌓아 분위기 가스가 역류하는 것을 방지하도록 하기도 하였으나, 내화벽돌과 강판 사이의 내부공간이 커서 분위기 가스의 역류를 방지하기에는 역부족이었으며 이로 인하여 강판의 산화부식이 발생되었다. 뿐만 아니라 병목구간인 구간경계부의 내벽에 설치된 내화벽돌이 노내 작업조건에 따른 열충격에 의하여 탈락되고, 이러한 벽돌조각이 낙하되어 고착됨으로 인하여 진행되는 강판의 표면에 연속적인 흠집을 발생시키는 문제점 또한 발생하고 있었다.
또 한편으로, 병목구간을 통하여 직화가열대의 산화성 분위기 가스가 간접가열환원대로 흘러 들어가게 되면 간접가열환원대를 환원 분위기로 유지하기 어려워져 목표로 하는 금속대의 표면품질을 얻기가 어려워지는데, 이를 방지하기 위한 방편으로써 간접가열환원대의 압력을 직화가열대보다 높게 유지하여 직화가열대의 분위기 가스가 간접가열환원대로 침입하는 것을 억제시키도록 하는 방안도 제시되었다. 그러나 간접가열환원대를 환원 분위기로 유지하기 위하여 간접가열환원대의 압력을 높이는 것은 분위기 가스의 역류를 일으켜 제품의 표면 품질을 저하시킬 수 있다. 뿐만 아니라 환원성 분위기의 간접가열환원대의 압력을 직화가열대에 비하여 높게 유지하는데 필요한 가스의 소모량은 간접가열환원대의 압력에 비례하여 증가되기 마련이며, 환원성 가스는 상대적으로 단가가 높은 점을 감안하면 이 역시 공정에 소요되는 제조 원단위의 절감 측면에서 바람직하지 않다.
분위기 가스 차단을 위하여 현재 적용되고 있는 기술중 가장 일반적인 형태는 금속대가 통과하는 허스롤(Hearth Roll)의 상단에 상하 운동(up & down)이 가능한 닫이문(gate)을 설치하여 사용하는 구조이다. 그러나, 이러한 기술은 사용시 필연적으로 발생하는 닫이문을 구성하는 금속재료의 열팽창을 고려하여야 하므로, 틈새(gap) 여유 등을 고려한 설계로 인하여 분위기 가스가 흘러나가는 단면적을 일정 수준 이하로 줄이기 어려우며, 이 때문에 통상적으로 10% 이내의 차압 유지만이 가능하다.
이러한 닫이문형 분위기 조절 장치의 단점을 보완하기 위한 방편으로 닫이문의 하부에 유연성과 내열성을 동시에 갖는 알루미나 파이버 등을 빗자루 형태로 부착한 차단막도 고안되어 사용되고 있다. 그러나 이러한 형태의 닫이문은 알루미나 파이버 차단막과 허스롤 사이의 간격이 좁으면 금속대의 이송에 문제를 일으키고, 반대로 차단막과 허스롤 사이의 간격이 크면 분위기의 밀폐성이 저하되므로 근본적으로 인접된 두 영역 사이의 분위기 차폐를 이루지 못하게 되는 문제점이 있다.
또한, 닫이문을 구성하는 금속재료가 고온의 분위기에 노출될 때 발생하는 열변형으로 인하여 장치가 원활하게 작동하지 않을 수 있으며, 닫이문 전체를 상하로 운동시켜야 하기 때문에 많은 에너지가 소모되게 되어 설비의 유지 관리비가 증대되는 문제점도 존재한다.
상술한 종래 기술들의 제반 문제점들은 인접된 두 영역이 서로 다른 분위기 가스로 유지되어야 하는 경우 뿐 아니라 서로 다른 온도 조건(가열 혹은 냉각 조건)이나 압력 조건 등을 가지도록 제어되어야 하는 경우나 서로 다른 반응 영역이 인접되는 경우에도 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 정상 조업 시에는 인접된 두 영역 사이의 분위기 차단 효과를 높여 금속대의 표면품질을 향상할 수 있고 분위기 가스 사용량을 저감하여 원가절감이 가능하며, 금속대의 통판시에는 금속대 통판용 치구의 통과를 위한 간격을 용이하게 확보할 수 있는 연속열처리로의 분위기 차단 구조를 제공하고자 함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 연속열처리로의 분위기 차단 구조는 서로 다른 분위기로 제어되는 두 영역의 사이에 설치되는 연속열처리로의 분위기 차단 구조에 있어서, 적어도 일부분이 회전 각도에 따라 회전 중심축으로부터의 거리가 변화되는 구조로 형성되어 두 영역의 사이에 회전 가능하도록 설치되는 적어도 하나 이상의 씰롤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 씰롤은 전체적으로 원기둥의 롤 형태로 이루어지면서, 금속대의 통판이 이루어질 수 있도록 외둘레를 따라 일측에 부분적으로 홈이 인입 형성된 것을 또 하나의 특징으로 한다.
상기 씰롤은 외둘레의 적어도 일부분에 타원의 형태를 포함하도록 이루어진 것을 또 하나의 특징으로 한다.
상기 씰롤은 편심 구조로 이루어진 것을 또 하나의 특징으로 한다.
상기 분위기 차단 구조는 상기 씰롤이 금속대의 양측으로 각각 설치된 구조로 이루어진 것을 또 하나의 특징으로 한다.
상기 씰롤은 허스롤의 상부에 설치되고, 상기 씰롤은 허스롤과 이루는 틈새 간격이 80~150mm인 부분이 씰롤의 길이 방향으로 적어도 600mm 이상 형성된 것을 또 하나의 특징으로 한다.
상기 씰롤은 회전 중심축인 축수부가 내열금속으로 구성되거나 축수부 중앙에 냉각매체가 흐르도록 채널이 구비된 구조로 이루어지고, 축수부의 외측에는 세라믹 단열재로 구성된 것을 또 하나의 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 금속대의 연속열처리로에 있어서 정상 조업 시에는 씰롤을 씰롤과 금속 스트립 사이의 틈새 간격을 최소화하는 위치로 회전시킴으로서 분위기 차단 효과를 높이고 이를 통해 독립적인 분위기 조절이 가능하여 금속대의 표면품질을 향상할 수 있으며, 분위기 차단 효과로 인해 분위기를 유지하기 위한 분위기 가스의 사용량 저감에 따른 원가절감이 가능하다. 뿐만 아니라 금속대의 통판 시에는 씰롤을 씰롤과 금속 스트립 사이의 틈새 간격이 증가되는 위치로 회전시켜 금속대 통판용 치구의 통과를 용이하게 함으로서 금속대의 초기 통판성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 혹은 제2 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 구성하는 씰롤(10)의 사시도(a) 및 단면도(b)이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분위기 차단 구조의 정상 작업시 단면도(a) 및 금속대 통판시의 단면도(b)이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분위기 차단 구조의 정상 작업시 단면도(a) 및 금속대 통판시의 단면도(b)이다.
도 4는 본 발명의 제3 혹은 제4 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 구성하는 씰롤(10)의 사시도(a) 및 단면도(b)이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 분위기 차단 구조의 정상 작업시 단면도(a), 씰롤(10)과 금속대(30)의 간격이 최소화된 상태의 단면도(b) 및 금속대 통판시의 단면도(c)이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 분위기 차단 구조의 정상 작업시 단면도(a), 씰롤(10)과 금속대(30)의 간격이 최소화된 상태의 단면도(b) 및 금속대 통판시의 단면도(c)이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 연속열처리로의 분위기 차단 구조의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속열처리로의 분위기 차단 구조는 서로 다른 분위기로 제어되는 두 영역의 사이에 설치되는 연속열처리로의 분위기 차단 구조에 있어서, 적어도 일부분이 회전 각도에 따라 회전 중심축으로부터의 거리가 변화되는 구조로 형성되어 두 영역의 사이에 회전 가능하도록 설치되는 적어도 하나 이상의 씰롤(10)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 혹은 제2 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 구성하는 씰롤(10)의 사시도(a) 및 단면도(b)이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 혹은 제2 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 구성하는 씰롤(10)은 그 중심부에 구비되는 회전 중심축인 축수부(11)와 축수부(11)의 외측에 일체로 고정된 세라믹 단열재(12)로 구성되며, 씰롤(10)은 대략 원기둥의 롤(roll) 형태로 이루어지면서 세라믹 단열재(12)의 외둘레를 따라 일부분에는 금속대(30)의 통판이 이루어질 수 있는 홈(13)이 인입 형성되어 있다. 정상 운전 시에 씰롤(10)과 금속대(30)의 간격이 최소화되도록 하기 위해서는 세라믹 단열재(12) 외주면의 일부에만 홈(13)을 형성시키는 것이 필수이다.
이는 씰롤(10)을 회전시킨 회전 각도에 따라 회전 중심축으로부터 씰롤(10)의 외둘레에 이르는 거리가 변화되도록 함으로서 금속대 통판 시에는 씰롤(10)에 형성된 홈(13)을 통해 금속대 통판용 치구가 용이하게 통과되도록 하고, 정상 조업으로 전환 시에는 계산되어진 소정의 각도만큼 씰롤(10)을 회전시켜 씰롤(10)의 외둘레와 금속대 사이의 틈새 간격(gap)이 최소화되도록 하여 서로 다른 분위기로 유지되는 두 영역의 분위기 차단 성능을 향상시키도록 하기 위한 구조이다. 씰롤(10)에 인입된 평행한 홈(parallel groove)은 금속대(30)의 초기 통판이 가능한 깊이(H)로 형성되어야 한다. 금속대(30)의 통상적인 판두께와 두께 편차 및 초기 통판시 금속대(30)의 선단에 구비되는 치구의 폭을 고려하면 씰롤(10)은 허스롤(20)과 이루는 간격이 80~150mm인 부분(L)이 씰롤(10)의 길이 방향으로 적어도 600mm 이상 형성되는 것이 바람직하다.
상기 축수부(11)의 양측단은 베어링 블록(bearing block, 미도시)으로 지지되어 있으며, 축수부(11)의 일단은 모터 등의 구동수단(미도시)과 연동되어 회전되도록 연결되어 있어 상기 씰롤(10)은 구동수단의 작동여부에 따라 회전 가능하도록 설치된다. 축수부(11)의 외측에는 내열온도가 사용 조건보다 높은 세라믹 단열재(12)를 전술한 단면 구조, 즉 외둘레를 따라 일부에 홈(13)이 인입 형성되도록 가공하여 적층시키고 축수부(11)의 양 끝단부는 내열 금속 또는 세라믹 재질로 압축하여 마감한 형태로 구성한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분위기 차단 구조의 정상 작업시 단면도(a) 및 금속대 통판시의 단면도(b)이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 분위기 차단 구조는 상기한 구조를 갖는 씰롤(Seal Roll)이 냉간압연된 금속대(30)를 이송하기 위한 허스롤(Hearth Roll)의 상부에 위치되도록 설치된다. 씰롤(10)과 허스롤(20)은 서로 다른 분위기로 유지될 필요가 있는 두 영역 사이의 병목구간에 설치되는 것이 바람직하며, 허스롤(20)은 금속대(30)의 하부측에 구비되는 하부프레임(40)의 상부면에 금속대(30)의 진행방향에 수직방향으로 인입된 허스롤 설치홈(41)에 설치되고 씰롤(10)은 금속대(30)의 상부측에 구비되는 상부프레임(50)의 하부면에 금속대(30)의 진행방향에 수직방향으로 인입된 씰롤 설치홈(51)에 설치된다. 상부프레임(50)과 하부프레임(40)은 단열재로 구성됨이 바람직하다. 상기 허스롤(20) 역시 씰롤(10)과 마찬가지로 양측이 베어링 블록(bearing block)으로 지지되고 일단에 연동 설치된 구동수단의 작동에 따라 회전 가능하도록 설치됨은 물론이다. 씰롤(10)과 허스롤(20)은 각각 상부프레임(50)과 하부프레임(40)의 내벽면과 5mm 이내의 거리를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
허스롤(20)과 인접시킬 때 80~150mm, 바람직하게는 100~120mm의 간격을 갖는 평행한 홈(13)이 씰롤(10)의 길이 방향으로 적어도 600mm 이상 형성되도록 구성함이 바람직하며, 씰롤(10)의 홈(13)은 씰롤(10)의 길이 방향으로 전체에 형성되는 것도 가능하다. 다만, 금속대(30)의 통판이 가능한 한도 내에서 그 형성된 폭(L)이 최소화되도록 씰롤(10)의 길이 방향 일부에만 형성되도록 하여 금속대(30)의 통판 시 발생될 수 있는 분위기 유동을 방지하는 것이 보다 바람직하다. 씰롤(10)의 홈(13)과 허스롤(20)의 틈새 간격을 80~150mm로 한정한 것은 씰롤(10)과 허스롤(20)간의 간격이 150mm보다 커지면 두 영역 간의 분위기 차폐를 이루기 어렵고, 씰롤(10)과 허스롤(20)간의 간격이 80mm보다 작아지면 급준도가 높은 금속대(30)와 씰롤(10)이 접촉되어 금속대(30)에 스크래치와 같은 흠집이 발생하고 씰롤(10)을 손상시키게 되기 때문이다.
씰롤(10)의 홈(13)은 씰롤(10)의 외둘레를 따라 일부에만 형성되며, 회전각 30°이내의 범위에서 회전각에 따라 허스롤(20)과 접하는 반지름의 길이가 달라지도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 분위기 차단 구조는 정상 조업 시에는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 씰롤(10)과 금속대(30) 사이의 틈새(G1)가 최소화되는 위치로 씰롤(10)이 회전되어 분위기 차단 효과를 높이는 한편, 금속대(30)의 초기 통판 시에는 허스롤(20)의 직상부에 씰롤(10)의 홈(13)이 위치되도록 모터 등의 구동수단의 구동에 의하여 씰롤(10)을 180°회전시켜 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 금속대(30)와 대향되는 씰롤(10)의 홈(13)과의 거리(G2)가 80~150mm로 유지되도록 하여 금속대(30) 통판용 치구의 통과에 필요한 높이를 확보할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분위기 차단 구조의 정상 작업시 단면도(a) 및 금속대 통판시의 단면도(b)이다. 본 발명의 제2 실시예에서 금속대(30)의 판면을 중심으로 양측에는 각각 씰롤(10)이 구비되며, 각각의 씰롤(10)은 제1프레임(60)의 측면에 인입된 씰롤 설치홈(61)의 내벽면 및 제2프레임(70)의 측면에 인입된 씰롤 설치홈(71)의 내벽면과 5mm 이내의 거리를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 분위기 차단 구조는 정상 조업 시에는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 씰롤(10)과 금속대(30) 사이의 틈새(G3)가 최소화되는 위치로 씰롤(10)이 회전되어 분위기 차단 효과를 높이는 한편, 금속대(30)의 초기 통판 시에는 허스롤(20)의 직상부에 씰롤(10)의 홈(13)이 위치되도록 모터 등의 구동수단의 구동에 의하여 씰롤(10)을 180°회전시켜 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 금속대(30)와 대향되는 씰롤(10)의 홈(13)과의 거리(G4)가 80~150mm로 유지되도록 하여 금속대(30) 통판용 치구의 통과에 필요한 높이를 확보할 수 있는 것이다.
도 1 내지 도 3에서는 씰롤(10)의 축수부(11)가 씰롤(10)의 중심 회전축을 이루도록 구성한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 정상 운전 시에 씰롤(10)과 허스롤(20) 사이의 갭을 일정한 범위에서 가변시킬수 있도록 씰롤(10)의 단열재(12) 단면의 외접원의 중심과 축수부(11)의 중심이 이격된 편심 구조로 설계함으로서 회전 시 씰롤(10)과 허스롤(20) 사이의 틈새 간격이 달라질 수 있도록 구성할 수도 있다.
한편, 씰롤(10)의 지지 및 회전을 위한 중심 축수부(11)는 내열금속으로 구성하거나 혹은 고온에서의 변형을 방지하기 위하여 축수부의 수냉이 가능하도록 축수부의 중앙에 냉각수와 같은 냉각매체가 흐를 수 있는 채널(channel)을 형성함이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 제3 혹은 제4 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 구성하는 씰롤(10)의 사시도(a) 및 단면도(b)이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 혹은 제4 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 구성하는 씰롤(10)은 그 중심부에 구비되는 회전 중심축인 축수부(11)와 축수부(11)의 외측에 일체로 고정된 세라믹 단열재(12)로 구성되며, 씰롤(10)은 일부는 원기둥의 롤(roll) 형태로 이루어지고 그와 대향되는 일부는 타원의 단면 형상으로 이루어지며, 타원의 단면 형상으로 이루어진 부분과 대향되는 부분에는 길이 방향으로 수평절개면(12b)가 형성되며, 수평절개면(12b)이 형성된 세라믹 단열재(12)의 외둘레를 따라 일부에는 금속대(30)의 통판이 이루어질 수 있는 홈(13)이 인입 형성되어 있다. 정상 운전 시에 씰롤(10)과 금속대(30)의 간격이 최소화되도록 하기 위해서는 세라믹 단열재(12)의 외둘레를 따라 일부에만 홈(13)을 형성시키는 것이 필수이다.
이는 전술한 제1, 제2 실시예에서 세라믹 단열재(12) 외주면의 일부에만 홈(13)을 형성시킨 이유와 동일하게 씰롤(10)의 회전 각도에 따라 회전 중심축으로부터 씰롤(10)의 외둘레에 이르는 거리가 변화되도록 함으로서, 서로 다른 분위기로 유지되는 두 영역의 분위기 차단 성능 향상과 금속대의 초기 통판의 용이함을 모두 달성할 수 있도록 하기 위함이다. 씰롤(10)의 수평절개면(12b)은 금속대(30)의 초기 통판 시 금속대(30) 선단의 판 형상 불량에 대응할 수 있는 공간을 확보하도록 하기 위하여 형성된다.
본 발명의 제3, 제4 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 구성하는 축수부(11)의 양측단은 제1, 제2 실시예와 동일하게 베어링 블록(bearing block)으로 지지되며, 축수부(11)의 일단은 모터 등의 구동수단(미도시)과 연동되어 회전되도록 연결되어 있어 씰롤(10)을 구동수단의 작동에 따라 회전할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 분위기 차단 구조의 정상 작업시 단면도(a), 씰롤(10)과 금속대(30)의 간격이 최소화된 상태의 단면도(b) 및 금속대 통판시의 단면도(c)이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 분위기 차단 구조는 상기한 구조를 갖는 씰롤(10)이 냉간압연된 금속대(30)를 이송하기 위한 허스롤(20)의 상부에 위치되도록 설치된다.
허스롤(20)은 금속대(30)의 하부측에 구비되는 하부프레임(40)의 상부면에 금속대(30)의 진행방향에 수직방향으로 인입된 허스롤 설치홈(41)에 설치되고 씰롤(10)은 금속대(30)의 상부측에 구비되는 상부프레임(50)의 하부면에 금속대(30)의 진행방향에 수직방향으로 인입된 씰롤 설치홈(51)에 설치된다. 상부프레임(50)과 하부프레임(40)은 단열재로 구성됨이 바람직하다. 허스롤(20)은 씰롤(10)과 마찬가지로 양측이 베어링 블록(bearing block)으로 지지되고 일단에 연동 설치된 구동수단의 작동에 따라 회전 가능하도록 설치된다.
씰롤(10)과 허스롤(20)은 각각 상부프레임(50)과 하부프레임(40)의 내벽면과 5mm 이내의 거리를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
씰롤(10)의 홈(13)은 회전각 30°이내의 범위에서 회전각에 따라 허스롤(20)과 대면하는 길이가 달라지도록 설계된 구조이며, 허스롤(20)과 인접시킬 때 80~150mm, 바람직하게는 100~120mm의 간격을 갖는 평행한 부분이 축수부의 중앙에 폭 방향으로 적어도 600mm 이상이 형성되도록 구성함이 바람직하다.
금속대(30)의 통상적인 판두께와 두께 편차 및 초기 통판시 금속대(30)의 선단에 구비되는 치구의 폭을 고려하면 씰롤(10)은 허스롤(20)과 이루는 간격이 80~150mm인 홈(13) 형성 부분(L)이 씰롤(10)의 길이 방향으로 적어도 600mm 이상이 되도록 설계되는 것이 바람직하다.
씰롤(10)의 홈(13)은 씰롤(10)의 길이 방향 전체에 걸쳐 형성되는 것도 가능하나, 금속대(30)의 통판이 가능한 한도 내에서 그 형성된 폭(L)이 최소화되도록 씰롤(10)의 길이 방향 일부에만 형성되도록 하여 금속대(30)의 통판 시 발생될 수 있는 분위기 유동을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 실시예에서 정상 조업 시에는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 씰롤(10)과 금속대(30) 사이의 틈새(G5)가 좁아지는 위치로 씰롤(10)이 회전되어 분위기 차단 효과를 높이는 한편, 금속대(30)의 초기 통판 시에는 금속대(30)의 직상부에 씰롤(10)의 홈(13)이 위치되도록 모터 등의 구동수단의 구동으로 씰롤(10)을 180°회전시켜 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 금속대(30)와 대향되는 씰롤(10)의 홈(13)에 이르는 거리(G7)가 80~150mm 이상으로 유지되도록 하여 금속대(30) 통판용 치구의 통과에 필요한 높이를 확보할 수 있는 것이다. 한편 정상 조업 시에 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 씰롤(10)을 설정된 소정의 각도만큼 회전시켜 금속대(30)의 두께나 급준도에 따라 씰롤(10)과 금속대(30) 사이의 간격(G6)이 좁아지도록 하여 분위기 차단 효과를 더욱 향상할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 분위기 차단 구조의 정상 작업시 단면도(a), 씰롤(10)과 금속대(30)의 간격이 최소화된 상태의 단면도(b) 및 금속대 통판시의 단면도(c)이다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 분위기 차단 구조는 정상 조업 시에는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 씰롤(10)과 금속대(30) 사이의 틈새(G8)가 좁아지는 위치로 씰롤(10)이 회전되어 분위기 차단 효과를 높이는 한편, 금속대(30)의 초기 통판 시에는 금속대(30)의 직상부에 씰롤(10)의 홈(13)이 위치되도록 모터 등의 구동수단의 구동으로 씰롤(10)을 180°회전시켜 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 금속대(30)와 대향되는 씰롤(10)의 홈(13)에 이르는 거리(G10)가 80~150mm 이상으로 유지되도록 하여 금속대(30) 통판용 치구의 통과에 필요한 높이를 확보할 수 있는 것이다. 한편 정상 조업 시에 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 씰롤(10)을 설정된 소정의 각도만큼 회전시켜 금속대(30)의 두께나 급준도에 따라 씰롤(10)과 금속대(30) 사이의 간격(G9)이 좁아지도록 하여 분위기 차단 효과를 더욱 향상할 수도 있다.
도 4 내지 도 6에서는 씰롤(10)의 축수부(11)가 씰롤(10)의 중심 회전축을 이루도록 구성한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 정상 운전 시에 씰롤(10)과 허스롤(20) 사이의 갭을 일정한 범위에서 가변시킬수 있도록 씰롤(10)의 단열재(12) 단면의 외접원의 중심과 축수부(11)의 중심이 이격된 편심 구조로 설계함으로서 회전 시 씰롤(10)과 금속대(30) 사이의 틈새 간격이 달라지도록 구성할 수도 있다.
한편, 씰롤(10)의 지지 및 회전을 위한 중심 축수부(11)는 내열금속으로 구성하거나 혹은 고온에서의 변형을 방지하기 위하여 축수부의 수냉이 가능하도록 축수부의 중앙에 냉각매체가 흐를 수 있는 채널(channel)을 형성함이 바람직하다.
이하, 구체적인 시험 결과를 바탕으로 본 발명에 따른 분위기 차단 구조를 상세히 설명한다.
직화가열대와 간접가열환원대로 이루어진 금속대의 연속열처리로의 병목구간에 있어서 본 발명의 제1 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 적용한 것(시험예1)과, 본 발명의 제2 실시예에 따른 분위기 차단 구조를 적용한 것(시험예2), 그리고 종래의 닫이문형 분위기 차단 구조를 적용한 것(시험예3)의 각각에 대하여 직화가열대와 간접가열환원대의 차압(노내 압력) 및 분위기 가스 사용량(소모량)을 측정하여 하기의 표 1에 나타내었다. 이때, 직화가열대의 분위기 온도는 1,000~1,250℃, 이슬점온도는 20℃로 유지되도록 하였고, 간접가열환원대의 분위기 온도 800~950℃, 이슬점온도는 -40℃로 유지되도록 하였다.
노내 압력 (mmAq) 분위기가스 소모량
(Nm3/Hr)
직화가열대 간접가열환원대
발명적용전(시험예 3) 8.0 8.2 2,700

발명
적용		 시험예 1
(1-seal roll)		 8.0 40.0 1,800
시험예 2
(2-seal roll)		 8.0 25.0 1,800
상기한 표 1로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 분위기 차단 구조를 적용한 적용한 시험예1과 시험예2의 경우 직화가열대와 간접가열환원대 사이의 분위기 차폐 효과가 우수하여 간접가열환원대의 차압이 높게 유지될 뿐만 아니라 분위기가스의 시간당 소모량이 작았으나, 본 발명의 분위기 차단 구조를 적용하지 않은 통상의 조업(시험예 3)에서는 분위기 차폐 효과가 불량하여 간접가열환원대의 차압이 낮고 시간당 분위기가스의 소모량이 많았다.
이러한 결과로부터 본 발명에 따른 연속열처리로의 분위기 차단 구조에 의하면 금속대의 연속열처리로에 있어서 정상 조업 위치에서는 씰롤과 금속대 사이의 틈새를 최소화하여 분위기 차단효과를 높이고 독립적인 분위기 조절이 가능하여 금속대의 표면품질을 향상할 수 있으며, 분위기 가스 사용량 저감에 따른 원가절감이 가능함을 알 수 있다. 뿐만 아니라 금속대의 통판시에는 씰롤을 회전시켜 허스롤에 대향한 씰롤과의 거리를 확보하여 금속대 통판용 치구의 통과를 용이하게 함으로서 금속대의 초기 통판성이 우수한 것이다.
10: 씰롤 11: 축수부 12: 세라믹 단열재
13: 홈 20: 허스롤 30: 금속대
40: 하부프레임 41: 허스롤 설치홈 50: 상부프레임
51: 씰롤 설치홈 60: 제1프레임 61: 씰롤 설치홈
70: 제2프레임 71: 씰롤 설치홈

Claims (7)

  1. 서로 다른 분위기로 제어되는 두 영역의 사이에 설치되는 연속열처리로의 분위기 차단 구조에 있어서,
    적어도 일부분이 회전 각도에 따라 회전 중심축으로부터의 거리가 변화되는 구조로 형성되어 두 영역의 사이에 회전가능하도록 설치되는 적어도 하나 이상의 씰롤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연속열처리로의 분위기 차단 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 씰롤은 전체적으로 원기둥의 롤 형태로 이루어지면서, 금속대의 통판이 이루어질 수 있도록 외둘레를 따라 일측에 부분적으로 홈이 인입 형성된 것을 특징으로 하는 연속열처리로의 분위기 차단 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 씰롤은 외둘레의 적어도 일부분에 타원의 형태를 포함하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 연속열처리로의 분위기 차단 구조.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 씰롤은 편심 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속열처리로의 분위기 차단 구조.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분위기 차단 구조는 상기 씰롤이 금속대의 양측으로 각각 설치된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속열처리로의 분위기 차단 구조.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 씰롤은 허스롤의 상부에 설치되고, 상기 씰롤은 허스롤과 이루는 틈새 간격이 80~150mm인 부분이 씰롤의 길이 방향으로 적어도 600mm 이상 형성된 것을 특징으로 하는 연속열처리로의 분위기 차단 구조.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 씰롤은 회전 중심축인 축수부가 내열금속으로 구성되거나 축수부 중앙에 냉각매체가 흐르도록 채널이 구비된 구조로 이루어지고, 축수부의 외측에는 세라믹 단열재로 구성된 것을 특징으로 하는 연속열처리로의 분위기 차단 구조.


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