KR20110108791A - 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

레일의 경도를 향상시키기 위한 오프라인(OFF-line) 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균열처리 구간의 열손실을 감소시켜 레일의 균일한 열처리를 가능하게 한 열처리 장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 예열 구간, 가열구간, 균열처리 구간, 공기냉각 구간, 미스트냉각 구간이 순차적으로 일직선상에 구비되고, 상기 균열처리 구간에 차폐부재를 형성한 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치를 제공한다.

Description

고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치{HEAT TREATMENT DEVICE FOR HIGH STRNEGTH RAIL}

본 발명은 레일의 경도를 향상시키기 위한 오프라인(OFF-line) 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균열처리 구간의 열손실을 감소시켜 레일의 균일한 열처리를 가능하게 한 열처리 장치에 관한 것이다.

철도의 레일은 압연을 통해 제조되는데, 압연 직 후 열처리를 수행하는 on-line 열처리 방식과, 추후 별도의 설비에서 열처리를 수행하는 Off-line 열처리 방식으로 구분할 수 있다.

고경도 레일을 생산하기 위해서는 열처리가 필수적이고, 열처리를 거친 레일은 내구성이 향상되는 효과를 가져온다.

본 발명은 레일의 경도를 향상시키는 열처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 균열구간에서의 열손실을 최소화하여 레일의 내외부간의 조직 편차를 최소함으로써 보다 우수한 품질의 레일을 제조할 수 있는 열처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 예열 구간, 가열구간, 균열처리 구간, 공기냉각 구간, 미스트냉각 구간이 순차적으로 일직선상에 구비되고, 상기 균열처리 구간에 차폐부재를 형성한 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치를 제공한다.

상기 차폐부재는 이송되는 레일을 감싸는 터널 형상인 것이 바람직하다.

상기 차폐부재는 단열재로 형성되거나, 금속재질로 형성될 수 있다.

아울러, 상기 차폐부재는 터널형의 단열재와, 상기 단열재의 내부표면에 형성되는 폴리쉬 금속(polished metal)으로 구성된다.

상기 단열재는 유리섬유로 형성될 수 있으며, 상기 폴리쉬 금속으로는 표면처리된 알루미늄이 사용될 수 있다.

또한, 정비성 향상을 위하여, 상기 차폐부재는 일면이 개폐가능하도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치는 균열처리 구간에서 레일의 열 손실을 감소시킬 수 있는 구조를 제공함으로써, 레일의 내외부 온도 편차를 감소시키는 효과를 가져온다. 따라서, 본 발명에 따른 열처리 장치에 의하여 처리된 레일은 위치별 경도 편차가 감소하여 내구성이 향상되는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐 부재의 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차폐 부재의 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차폐 부재의 구조를 나타낸 단면도임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열처리 장치(100)는 열처리 대상물인 레일(10)을 일직선상으로 이송하며 열처리 하도록 구성되어 있다.

본 발명에 따른 열처리 장치(100)는 예열 구간(110), 가열 구간(120), 균열처리 구간(130), 공기냉각 구간(140) 및 미스트냉각 구간(150)을 포함하며, 레일이 전 구간을 일정한 속도로 통과하며 열처리가 이루어진다.

레일(10)의 이송은 상하에 구비되는 다수개의 롤러(160)에 의해서 이송된다. 레일(10)은 그자체의 강도가 높아 휘어지거나 변형될 우려가 없어서, 롤러(160)는 각 구간의 사이에 간헐적으로 배치되는 것으로 충분하다.

예열 구간(110)에서는 레일이 400~500℃로 가열된다.

가열 구간(120)은 오스테나이트 변태 온도 이상으로 가열시키는 것으로, 레일 내외부간 균일한 온도 형성을 목적으로 한다.

가열 구간(120)에서 레일(10)은 950~1000℃로 가열된다.

신속하고 균일한 가열을 위해서 가열 구간(120)은 유도 가열 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

가열 구간(120)에서 레일(10)은 짧은 시간 동안 수백도의 온도 상승을 겪게 되며, 이 때 레일(10) 표면 온도는 고밀도 입열량에 의해 가파르게 상승하게 된다.

그러나 레일(10) 내부는 표면으로부터의 열 전도에 의해 가열되는 것으로 완만한 온도 상승을 겪게 된다.

따라서, 레일(10) 내부와 레일(10)의 표면은 온도 편차를 가지게 되며, 이러한 온도 편차를 줄이기 위하여 균열 처리 구간(130)이 필요하다.

균열 처리 구간(130)은 레일(10) 표면의 열이 레일(10) 내부로 전달될 수 있는 시간을 확보하는 구간이다.

종래에는 균열 처리 구간(130)이 대기에 노출되어 있었다. 균열 처리 구간(130)이 구간이 대기에 노출되어 있는 경우에도 레일(10) 표면이 950~1000℃의 고온이기 때문에 레일(10) 내부의 온도가 점차 상승하여 온도 편차가 감소하게 된다.

그런데, 균열 처리 구간(130)이 대기에 노출되어 있는 경우 그로 인한 열 손실이 많이 발생하되므로 레일(10)의 내부가 원하는 온도까지 상승하지 못하는 경우가 발생하거나 내외부 조직이 균일하지 못하게 되는 경우가 발생하게 된다.

본 발명은 균열 처리 구간(130)을 터널 형상의 차폐 부재(135)로 감싸 대기로의 열손실을 감소시킨 것을 특징으로 한다.

레일(10)은 균열 처리 구간(130)에서 내외부의 온도 편차가 감소된 후, 공기냉각 구간(140)과, 미스트냉각 구간(150)을 거치면서 냉각된다.

공기냉각 구간(140)은 레일(10)의 표면에 공기를 분사하여 냉각시키게 되며, 이 때 냉각속도는 -2℃/sec ~ -3℃/sec 범위이다.

공기냉각 구간(140)을 거친 레일(10)의 온도는 600 ~ 700℃ 범위가 된다.

미스트냉각 구간(150)에서는 레일(10)의 표면에 냉각수를 분무하여 급냉하게 된다. 미스트냉각 구간(150)을 거친 레일(10)의 온도는 100℃ 내외가 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐 부재의 구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 차폐 부재(132)는 터널 형상을 가지고 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 균열 구간(130) 전체에 형성되어 있다.

차폐 부재(132)가 터널 형상을 가지는 것은 가열된 레일(10)과 주변 공기가 외부 공기와 순환하지 못하도록 함으로써 단열 효과를 증대시키기 위한 것이다.

균열 구간에는 별도의 히터 등이 구비되는 것이 아니라 레일(10) 표면의 열이 레일(10) 내부로 전달되도록 함으로써 레일(10) 전체의 온도 편차를 감소시키는 것이다.

따라서, 레일(10) 표면의 열이 외부로 손실되는 것을 방지하는 것만으로도 내외부 온도 편차를 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다.

차폐 부재(132)는 단일 재질로 형성될 수 있는데, 유리 섬유와 같은 단열재로 형성될 수도 있으며, 표면이 매끈하게 폴리쉬된 금속재질(polished metal)로 형성될 수 있다.

차폐 부재(132)가 단열재로 형성되는 경우 단열재 내부에 열을 가두어 외부로 전달되지 않게되며, 폴리쉬된 금속재질로 형성되는 경우 복사로 인하여 전달되는 열을 레일을 향해 다시 반사시키게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차폐 부재의 구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 실시예는 차폐 부재(132)가 이중 재질로 형성된 형태를 나타낸 것이다.

레일(10) 표면의 열손실을 최소화하기 위하여, 터널형상의 차폐 부재 내부는 폴리쉬 금속(132a)으로 형성하고, 폴리쉬 금속(132a)의 외측을 다시 단열재(132b)로 감싸는 구조를 제공한다.

이러한 구조는 폴리쉬 금속(132a)이 복사열을 레일(10)을 향해 반사시키며, 대류와 전도에 의하여 가열된 폴리쉬 금속(132a)을 단열재(132b)로 단열해줌으로써 열손실을 더욱 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차폐 부재의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 실시예는 도 3의 실시예와 마찬가지로 차폐 부재(132)를 폴리쉬 금속(132a)과 단열재(132b)로 형성하되, 상부가 힌지축(135)에 의하여 개폐 가능하도록 형성한 것이다.

터널형의 차폐 부재(132)를 일체형으로 형성하게 되면, 설비 내부의 점검이나 정비성이 좋지 못하기 때문에, 차폐 부재(132)를 개폐 가능하게 형성함으로써 차폐 부재(132)의 유지 보수 및 교체를 용이하게 한 것이다.

도시된 실시예의 경우 차폐 부재(132)의 상부면이 개폐 가능한 형태로 구성되어 있으나, 측면이나 하부면이 개폐 가능하도록 형성될 수도 있다.

또한, 다른 방식으로 터널형 차폐 부재(132)를 복수개로 분할형성하여 각 부분이 탈부착 가능하도록 함으로써 정비성을 향상시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 열처리 장치는 균열처리 구간의 열손실을 감소시킴으로써 레일의 내외부간 온도편차를 줄여줌으로써, 제조되는 레일의 경도와 내구성을 향상시키는 효과를 가져온다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 열처리 장치
110 : 예열 구간
120 : 가열 구간
130 : 균열처리 구간
132 : 차폐 부재
140 : 공기냉각 구간
150 : 미스트냉각 구간

Claims (8)

1. 예열 구간, 가열구간, 균열처리 구간, 공기냉각 구간, 미스트냉각 구간이 순차적으로 일직선상에 구비되고,
   상기 균열처리 구간에 차폐부재를 형성한 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차폐부재는 이송되는 레일을 감싸는 터널 형상인 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 차폐부재는 단열재로 형성되는 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 차폐부재는 복사열을 반사하는 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 차폐부재는
   터널형의 단열재; 및
   상기 단열재의 내부표면에 형성되는 폴리쉬 금속(polished metal);을 포함하는 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 단열재는 유리섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 폴리쉬 금속은 표면처리된 알루미늄인 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치.
   
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 차폐부재는 일면이 개폐가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고경도 레일 생산을 위한 열처리 장치.

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