KR20120088045A

KR20120088045A - 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치

Info

Publication number: KR20120088045A
Application number: KR1020100106225A
Authority: KR
Inventors: 한병수
Original assignee: 한병수
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-08-08
Also published as: KR101226943B1

Abstract

본 발명은 알루미늄 합금판의 용체화 및 담금질 공정을 수행하기 위한 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치는, 알루미늄 합금판의 용체화 처리를 위하여 알루미늄 합금판을 가열하는 가열로와; 상기 가열로의 내부에 구비되어 알루미늄 합금판을 수용하고, 상기 가열로의 작동에 따라 가열된 공기가 내외로 순환되도록 상부 중앙 및 하부가 개구된 내부챔버와; 상기 내부챔버의 상부 중앙 개구에 구비되어 내부챔버 내부의 공기를 흡입하여 내부챔버 외부로 배출시킴으로써 내부챔버 내외로 가열된 공기를 순환시키는 순환팬과; 상기 내부챔버 내부에 구비되고, 상기 순환팬의 흡입력에 의해 이동되는 공기가 통과되도록 상부 개구가 형성되며, 상기 내부챔버 내부에서 승강 이동되되, 내부챔버의 상측에 위치되는 경우 내부챔버 내부 공기가 순환팬으로 유입되도록 유도하며, 내부챔버의 하측에 위치되는 경우 가열로 내외로의 열의 이동을 차단하도록 가열로의 하부 개구를 덮는 승강루프와; 상기 가열로의 직하에 구비되어 용체화 처리된 알루미늄 합금판을 담금질 처리하기 위한 냉각탱크와; 알루미늄 합금판을 수용 거치하고, 알루미늄 합금판의 용체화 처리 및 담금질 처리를 위하여 가열로와 냉각탱크간 승강 이동되는 합금판지그와; 상기 승강루프와 합금판지그를 승강시키는 승강수단을 포함한다.

Description

알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치{aluminium alloy plate heat treatment apparatus}

본 발명은 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 알루미늄 합금판의 용체화 및 담금질 공정을 수행하기 위한 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄 합금판은 알루미늄 합금괴를 제조한 후, 용체화 처리, 담금질 처리, 시효경화 처리 등의 열처리 과정을 거쳐 제조된다. 이러한 열처리를 거치면서 알루미늄 합금괴는 공정용융(버닝), 팽창, 형상 변형, 변색 등의 변형 현상으로 인하여 합금판의 표면 평탄도가 저하되고, 표면이 오염되는 등, 전체적으로 합금판의 표면 품질이 매우 저하된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는, 열처리 온도 또는 승온 속도의 조절이나, 기타 변형을 방지하기 위한 수단을 강구하여 왔다. 그러나, 온도나 승온 속도의 조절과 같은 방법으로는 합금괴의 변형을 효과적으로 보정하는 것이 거의 불가능하고, 변색이나 오염물 협착 등에 따른 표면 품질의 열화를 개선하기가 매우 어려워서, 이러한 합금판의 변형의 보정과 표면 품질 개선을 위하여, 열처리 후 변형된 합금판을 스트레칭 또는 레벨링하여 표면을 평탄화하고, 합금판 표면을 연마하는 작업이 추가적으로 수행되고 있다.

그러나, 이러한 스트레칭이나 레벨링 및 표면 연마 작업은 열처리에 의해 변형이 일어난후 수행되는 일종의 후처리 공정으로서, 일단 변형이 심하게 일어난 경우 후처리 공정에서 작업이 매우 까다롭고 많은 시간이 소요되기 때문에 작업 능률이 떨어지는 단점이 존재하게 된다. 따라서, 열처리 공정에서 합금판의 변형 자체를 최소화하는 것이 보다 효율적인 방법이라 할 것이다.

열처리 공정에서 알루미늄 합금판 변형 및 변색의 주된 요인은 용체화 및 담금질 공정에 의한 급작스런 온도 변화, 각 작업 공정시의 불균일한 온도 조건, 그리고 작업 공정간 합금판 이동시 합금판이 외부 공기에 노출됨에 따른 온도 변화 및 표면 산화, 기타 이물질 게재로 인한 것이 대부분이다. 보다 구체적으로 설명하면, 종래의 열처리 설비의 경우, 용체화 및 담금질이 서로 독립적으로 수행되고, 용체화 공정과 담금질 공정간 합금판의 이동시 합금판이 외부 공기에 노출되어 표면 온도 변화로 인한 변형이 발생하거나 변색이 일어나고 이물질이 끼어 표면 품질이 저하되는 단점이 존재하였으며, 각 공정 작업시 합금판의 처리 온도가 균일하지 못하여 변형이 더욱 심하게 발생하는 문제점이 있어 왔다.

여기서, 용체화 및 담금질 공정에 의한 온도 변화는 합금판 조직의 강화를 위해 필수적으로 요구되는 것으로 이로 인한 합금판의 변형은 불가결한 것이라 할 것이나, 각 공정 작업시 처리 온도의 불균일성 및 공정간 합금판의 이동시 외부 공기와의 접촉으로 인한 변형 및 변색 등은 설비 구조의 개선을 통하여 방지하거나 최소화할 수 있다 할 것이다. 이에, 알루미늄 합금판 제조 공정의 효율성과 합금판의 표면 품질 개선을 위하여, 알루미늄 합금판의 열처리 공정시 발생하는 변형 및 변색을 방지 또는 최소화하기 위한 열처리 설비의 구조 개선이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 알루미늄 합금판 제조용 열처리 설비의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 알루미늄 합금판의 용체화 공정과 담금질 공정간 합금판의 이동시 합금판이 외부 공기에 노출되지 않도록 하고, 각 공정 작업시 처리 온도의 균일성을 유지하여 알루미늄 합금판의 변형 및 변색을 최소화함으로써 표면 품질 및 작업 능률을 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치는, 알루미늄 합금판의 용체화 처리를 위하여 알루미늄 합금판을 가열하되, 하부에 수평 방향으로 개폐 가능한 슬라이드도어가 구비된 가열로와; 상기 가열로의 내부에 구비되어 알루미늄 합금판을 수용하고, 상기 가열로의 작동에 따라 가열된 공기가 내외로 순환되도록 상부 중앙 및 하부가 개구된 내부챔버와; 상기 내부챔버의 상부 중앙 개구에 구비되어 내부챔버 내부의 공기를 흡입하여 내부챔버 외부로 배출시킴으로써 내부챔버 내외로 가열된 공기를 순환시키는 순환팬과; 상기 내부챔버 내부에 구비되고, 상기 순환팬의 흡입력에 의해 이동되는 공기가 통과되도록 상부 개구가 형성되며, 상기 내부챔버 내부에서 승강 이동되되, 내부챔버의 상측에 위치되는 경우 내부챔버 내부 공기가 순환팬으로 유입되도록 유도하며, 내부챔버의 하측에 위치되는 경우 가열로 내외로의 열의 이동을 차단하도록 가열로의 하부 개구를 덮는 승강루프와; 상기 가열로의 직하에 구비되어 용체화 처리된 알루미늄 합금판을 담금질 처리하기 위한 냉각탱크와; 알루미늄 합금판을 수용 거치하고, 알루미늄 합금판의 용체화 처리 및 담금질 처리를 위하여 가열로와 냉각탱크간 승강 이동되는 합금판지그와; 상기 승강루프와 합금판지그를 승강시키는 승강수단을 포함한다.

여기서, 상기 가열로는, 하부가 개구된 함체로 구성되고, 하단부에는 상기 승강루프의 하강시 승강루프가 안착 지지되도록 내측으로 돌출되는 걸림턱이 형성되며, 내벽에는 알루미늄 합금판의 가열을 위한 발열히터가 내장된다.

그리고, 상기 순환팬의 회전 속도와 회전 방향을 제어하는 인버터를 더 포함하되, 상기 인버터는 알루미늄 합금판의 용체화 처리를 위하여 가열로의 슬라이드도어가 폐쇄되는 경우 순환팬이 내부챔버 내부 공기를 흡입하여 배출하도록 제어하고, 알루미늄 합금판의 용체화 처리 후 담금질 처리를 위하여 가열로의 슬라이드도어가 개방되는 경우 순환팬의 회전 속도를 지속적으로 감소시키거나, 회전 속도를 감소시켜 정지후 역회전되도록 하여 일정한 압력으로 공기를 송풍함으로써 켜 냉각탱크로부터 발생되는 수증기 및 냉기가 가열로 내부로 상승 유입되는 것을 저지하도록 제어한다.

그리고, 상기 승강수단은, 정역회전 가능한 모터와; 상기 모터의 구동에 따라 승강되되, 일단부는 가열로 내측으로 관통 투입되고 타단부는 가열로 외측에 수직으로 배치는 체인과; 가열로 내측으로 관통 투입된 체인의 일단부에 결합되는 후크와; 상기 후크의 상측에 구비되어 체인의 상승시 후크가 승강루프의 상부 외측으로 빠져나가지 못하도록 승강루프의 상부 내측에 걸려 지지되는 걸림편과; 상기 체인의 타단부에 구비되는 웨이트를 포함한다.

또한, 상기 승강수단의 후크가 걸려지지될 수 있도록, 상기 합금판지그의 상부에는 걸림구가 형성된다.

한편, 상기 냉각탱크에는 냉각수를 순환시키기 위한 교반기가 구비되되, 상기 교반기는 외측의 덕트와 내측의 스크류펌프로 구성되어, 덕트 일측에서 스크류펌프에 의해 냉각탱크 하측의 냉각수를 강제 흡입하여 덕트 타측에서 흡입된 냉각수를 상측으로 토출시킴으로 냉각수를 강제 순환시키는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 알루미늄 합금판의 용체화 공정과 담금질 공정간 합금판의 이동시 합금판이 외부 공기에 노출되지 않도록 하고, 각 공정 작업시 처리 온도의 균일성을 유지하여 알루미늄 합금판의 변형 및 변색을 최소화함으로써 표면 품질 및 작업 능률을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명은 승강루프의 설치로 인하여, 용체화 작업후 담금질 작업시 하부 슬라이드 도어의 개방에 따른 외부 공기 유입으로 인한 가열로내 온도 하강과 담금질 과정에서 발생하는 수증기의 가열로내로의 유입을 방지함으로써, 연속되는 다음 용체화 작업에 미치는 가열로내 온도 및 분위기를 유지하여 재승온시 필요한 전력에너지의 불필요한 소모를 막아 에너지효율을 극대화하며 재승온에 필요한 승온시간의 절감으로 작업효율이 높아지는 장점을 갖는다.

도 1 은 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치의 정면도,
도 2 는 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치의 측면도,
도 3 은 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치의 내부챔버와 합금판지그, 승강수단 및 승강루프의 결합 관계가 도시된 부분 분해 사시도,
도 4 는 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치의 작동 상태도이다.

이하, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치의 구성 및 작동 관계를 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치는 메인프레임(10), 가열로(20), 내부챔버(30), 순환팬(40), 승강루프(50), 합금판지그(60), 냉각탱크(90) 및 승강수단(70)을 포함한다.

상기 메인프레임(10)은 후술하는 가열로(20)와 냉각탱크(90) 및 승강수단(70) 등 본 발명에 따른 열처리 장치를 구성하는 세부적인 구성요소들을 지지하는 부분으로, 대체로 육면체의 골격을 이루는 틀체로 구성되며, 가열로(20)와 냉각탱크(90) 기타 구성의 설치 위치 및 크기에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있다.

상기 가열로(20)는 알루미늄 합금판을 용체화 처리하기 위하여 알루미늄 합금판을 수용하여 고온으로 가열하는 부분이다. 알루미늄 합금의 열처리에 있어서, 석출경화 반응을 이용하기 위하여 먼저 고용체를 만드는 것이 필요한데, 이 과정을 용체화 처리라고 부르며, 그 목적은 고용될 수 있는 용질 원소를 최대로 고용체 내에 잡아두는 것이다. 구체적으로는, 합금괴를 500℃ 전후의 용융개시온도 직하의 고온에서 가열 유지하여, 편석에 의한 조직과 성분의 불균일을 해소하여 용질원자를 모상으로 충분히 용융시켜 과포화 고용체를 얻는 것이다. 본 발명에 있어서는, 알루미늄 합금판을 후술하는 합금판지그(60)에 세워 적재한 후 가열로(20) 내로 장입하여 500℃ 이상, 바람직하게는 530℃ ~ 540℃ 에서 3 ~ 4 시간 동안 유지시킴에 의해 용체화 처리를 행한다.

구체적으로, 상기 가열로(20)는 메인프레임(10)의 상부 내측에 고정 설치되되, 대체로 하부가 개구된 육면체의 함체로 구성되고, 하단부에는 후술하는 승강루프(50)의 하강시 승강루프(50)가 안착 지지되도록 내측으로 돌출되는 걸림턱(24)이 형성되며, 내벽에는 합금판의 가열을 위한 발열히터(22)가 내장된다. 상기 발열히터(22)는 전원의 인가에 따라 열을 발생시킬 수 있도록 구성되며, 상온에서 약 500℃ 이상의 고온으로 가열로(20) 내부 온도를 상승시킬 수 있도록 구성된다. 이러한 발열히터(22)는 통상의 전기로 등에 사용되는 모든 종류의 히터들이 사용될 수 있으며, 특히 칸탈 와이어 매몰히터인 것이 바람직하다. 이러한 히터들은 이미 공지된 구성으로서, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 가열로(20)의 내부에는 내부챔버(30)가 구비된다. 상기 내부챔버(30)는 가열로(20)의 내부 윤곽에 상응하도록 대체로 육면체의 함체로 구성되어 내부에 열처리할 합금판을 수용하는 부분으로, 가열로(20)의 내벽에 설치된 발열히터(22)로부터 발생되는 열이 합금판에 직접적으로 가해지지 않도록 차단하여 합금판의 국부적인 가열을 방지할 뿐만 아니라, 상부 중앙 및 하부가 개구되어 발열히터(22)에 의해 가열된 공기가 내부챔버(30)의 내외로 순환되도록 함으로써 합금판 주변의 온도를 균일하게 유지시키는 역할을 수행한다.

한편, 상기와 같은 가열 공기의 내부챔버(30) 내외로의 순환을 위해, 상기 내부챔버(30)의 상부 중앙 개구에는 순환팬(40)이 구비된다. 상기 순환팬(40)은 내부챔버(30) 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입팬으로서, 도 1 에 도시된 바와 같이, 가열로(20)의 상부 외측에 구비된 모터(42)와 밸트(44)로 결합되어 모터(42)의 구동에 따라 회전되며 상기 가열로(20)를 관통하여 설치되는 회전축(46)의 하부 말단에 결합되고, 내부챔버(30)의 상부 중앙 개구에 설치된다.

이러한 구성을 통하여, 도 1 에 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 순환팬(40)의 작동에 따라 내부챔버(30) 내부 공기가 상방으로 이동하여 내부챔버(30)의 상부 개구를 통하여 가열로(20) 내 내부챔버(30) 외부로 배출되고, 배출된 공기는 가열로(20)의 발열히터(22)에 의해 가열된 후 다시 내부챔버(30)의 하부 개구를 통하여 내부챔버(30) 내부로 이동하게 된다. 이와 같이, 발열히터(22)에 의해 가열된 공기가 내부챔버(30)로 유입되어 합금판의 용체화 처리가 수행되고, 용체화 처리 후 열을 빼앗긴 공기는 순환팬(40)에 의해 내부챔버(30) 외부로 배출된 후 재차 발열히터(22)에 의해 가열되어 내부챔버(30)로 재유입되고, 이러한 과정이 순차적으로 반복 수행됨으로써, 내부챔버(30) 내부의 온도가 항상 균일하게 유지되어 합금판 조직의 균일성이 보장되고, 처리 온도의 불균일로 인한 합금판의 변형이나 표면 품질 저하를 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기 순환팬(40)은 인버터에 의해 회전 속도와 회전 방향이 제어될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 인버터 제어 방식은 후술하는 담금질 처리시 가열로(20)와 냉각탱크(90)간 열의 순환 이동 및 냉각탱크(90)로부터 발생되는 수증기가 가열로(20)로 유입되는 것을 방지하여 각 작업 공정에서의 온도의 균일성을 유지하는데 중요한 역할을 수행하는 바, 이러한 순환팬(40)의 인버터 제어에 의한 공정 온도의 균일성 유지 원리 및 방법에 대한 설명은 후술하기로 한다.

상기 내부챔버(30)의 내부에는 승강루프(50)가 구비된다. 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 승강루프(50)는 대체로 지붕(roof) 또는 캐노피형 후드(hood) 형상으로 구성되고, 상부 중앙에는 상기 순환팬(40)의 흡입력에 의해 내부챔버(30) 내부의 공기가 외부로 배출될 수 있도록 상부 개구(50a)가 형성되며, 후술하는 승강수단(70)에 의해 내부챔버(30) 내에서 승강되되, 내부챔버(30)의 상측에 위치되는 경우에는 내부챔버(30) 내부 공기가 순환팬(40)으로 원활하게 유입되도록 유도하는 일종의 후드로서 작용하고, 내부챔버(30)의 하측에 위치되는 경우에는 합금판이 후술하는 냉각탱크(90)에서 담금질 처리되는 경우 가열로(20)와 냉각탱크(90)간 열 및 수증기의 이동을 차단하기 위한 커버로서의 역할을 수행한다.

합금판지그(60)는 열처리할 알루미늄 합금판을 수직으로 적재하여 흔들림 없도록 견고하게 거치하는 부분으로, 대체로 육면체의 바스켓 형상으로 구성된다. 예시적으로, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 합금판지그(60)는 직육면체 바스켓 형상의 틀체로 구성되어 다수개의 알루미늄 합금판이 수직으로 세워진 상태에서 하방으로부터 지지되도록 구성된다. 도시되지는 않았으나, 상기 합금판을 흔들림 없이 지지할 수 있도록 합금판이 끼움결합되어 지지되는 단면이 V자 형상인 안착홈이 합금판지그(60)의 상부 및 하부 내측에 일정간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 3 에는 합금판지그(60)의 개략적인 예시도를 도시하였으나, 합금판지그(60)의 구성은 이에 한정되는 것이 아니고 다양한 구조와 형상으로 제작될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

상기 합금판지그(60)의 상부에는 후술하는 승강수단(70)의 후크(76)가 걸려 지지될 수 있도록 걸림구(68)가 형성된다. 상기 걸림구(68)의 구조는 후크(76)가 걸려 지지될 수 있는 것이라면 제한이 없는바, 대체로'??'형상으로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 통하여, 후술하는 승강수단(70)의 후크(76)가 걸림구(68)에 걸려 지지된 상태에서 승강됨에 따라, 합금판지그(60)의 가열로(20) 내부에서의 승강 이동 및 가열로(20)와 냉각탱크(90)간 승강 이동이 가능하게 된다.

한편, 상기 승강수단(70)은 이미 언급한 바와 같이, 상기 합금판지그(60)와 승강루프(50)를 승강 이동시키는 구동수단으로서, 모터(72), 체인(74), 후크(76) 및 웨이트(78)를 포함한다.

상기 모터(72)는 메인프레임(10)의 상부 일측에 고정 설치되되, 정역회전 가능하게 구성되며, 모터축에는 후술하는 체인(74)에 맞물리는 스프로켓이 구비된다. 상기 체인(74)은 일측이 상기 모터(72)의 모터축에 구비되는 스프로켓에 맞물리고 타측에서는 메인프레임(10)의 상부에 별도 설치된 스프로켓에 맞물려, 모터축의 회전에 따라 승강되도록 구성되며, 일단부는 가열로(20) 내측으로 관통 투입되고 타단부는 가열로(20) 외측에 수직으로 배치된다. 그리고, 가열로(20) 내측으로 관통 투입된 체인(74)의 일단부에는 합금판지그(60)의 걸림구(68)에 걸려 지지되는 후크(76)가 결합되고, 가열로(20) 외측에 수직으로 배치되는 체인(74)의 타단부에는 체인(74)의 텐션을 유지하고 합금판지그(60) 및 승강루프(50)의 급작스런 상승 및 낙하를 방지하기 위한 웨이트(78;Weight)가 결합된다.

또한, 상기 후크(76)의 상측 외주면에는 체인(74)의 상승시 후크(76)가 승강루프(50)의 상부 외측으로 빠져나가지 못하도록 승강루프(50)의 상부 내측에 걸려 지지되는 걸림편(78)이 추가로 구비된다. 상기 걸림편(78)은 승강루프(50) 상부에 체인(74)이 관통 설치되도록 형성된 관통공(50b)의 크기보다 더 크게 형성되어 후크(76)의 이탈이 방지될 수 있다.

상기 합금판지그(60) 상부의 걸림구(68)는 좌우 양측 중앙에 각각 한 개씩 구비될 수도 있으나, 합금판의 크기가 비교적 큰 경우에는 유동없이 중심을 잡을 수 있도록 좌우 양측에 각각 2개씩 소정 간격 이격 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 각 걸림구(68)에 걸리는 후크(76)의 승강을 위해 각각 별도의 체인과 모터를 구비할 수도 있으나, 설비의 간략화를 위하여, 도 1 에 도시된 바와 같이, 하나의 모터와 하나의 체인을 이용하여 각 후크(76)를 승강시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이를 위해, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 체인(74)은 가열로(20) 외측에서 별도의 스프로켓에 맞물려 방향이 전환되어 대체로'U'자형으로 절곡되며, 가열로(20) 내측으로 관통 투입되는 체인(74)의 양 갈래 단부에 각각 후크(76)가 결합된다. 그리고, 상기 모터(72)의 모터축 및 메인프레임(10)의 상부에도 상기 체인(74)의 양 갈래가 각각 맞물리도록 2개씩의 스프로켓이 서로 다른 위치에 각각 구비된다. 또한, 상기 가열로(20) 외측에 배치된 체인(74)의 U'자형 절곡부의 하측에 웨이트(78)가 와이어 등을 통해 결합된다. 이러한 구성을 통하여, 하나의 모터와 체인을 이용하여 합금판지그(60)를 서로 다른 두 지점에서 후크(76)로 유동없이 안정적으로 승강시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 가열로(20)의 하부에는 수평방향으로 슬라이드 개폐 가능한 슬라이드도어(80)가 구비된다. 상기 슬라이드도어(80)는 가열로(20) 내에서 알루미늄 합금판의 용체화 처리가 수행되는 동안 열 손실을 방지하고 온도 균일성을 유지하기 위하여, 가열로(20)의 하부 개구를 폐쇄하는 것으로, 가열로(20)의 하부 좌우 양측에 각각 1개씩 설치되며, 상판(82), 하판(84), 링크부재(86), 그리고 도어개폐실린더(88)를 포함한다.

상기 상판(82)은 가열로(20)의 하부 좌우 양측에서 중앙을 향하여 각각 슬라이드 이동되어 가열로(20)의 하부 개구를 개폐하며, 하판(84)은 상기 상판(82)의 하측에 구비되어 상판(82)이 가열로(20)의 하부 개구를 폐쇄하는 경우 상판(82)을 밀어올려 상판(82)과 가열로(20)의 하부 개구를 밀착시킴으로써 가열로(20) 하부 개구의 실링 효과를 향상시키도록 하기 위한 것이다. 이러한 하판(84)에 의한 상판(82) 밀어올림을 가능하게 하기 위해, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 상판(82)과 하판(84)은 측면에서 다수개의 링크부재(86)에 의해 상호 연결된다. 다만, 상기 하판(84)에 의한 실링 작동은 후술하기로 한다.

한편, 상기 상판(82) 또는 하판(84)에는 유압 또는 공압에 의해 상기 상판(82)과 하판(84)을 수평 이동시키는 도어개폐실린더(88)가 결합된다. 상기 도어개폐실린더(88)는 상판(82)과 하판(84)에 평행하도록 수평 설치되되 말단부는 메인프레임(10)에 고정 설치되고, 실린더로드 부분은 상판(82) 또는 하판(84)에 링크부재(86)에 의해 결합되어, 팽창 또는 수축에 따라 상기 상판(82)과 하판(84)으로 구성된 슬라이드도어(80)를 개폐한다.

상기 가열로(20)의 직하(直下)에는 수평 이동 가능한 냉각탱크(90)가 구비된다. 상기 냉각탱크(90)는 가열로(20) 내에서 용체화 처리가 수행된 알루미늄 합금판을 담금질 냉각 처리하는 부분이다. 담금질은 용체화 처리 온도에서 형성된 고용체를 급속 냉각하여 용질원자 석출을 방지하기 위한 작업 공정으로서, 고온의 과포화 고용체를 실온 내지 100℃ 전후의 물 또는 담금질유 내에 투입하여 급랭함으로써 고온의 상태를 실온까지 유지한다. 담금질시 냉각 속도는 용체화 처리 온도로부터 120℃ 이하까지 5℃/s 이상으로 냉각할 필요가 있으며, 10℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 필요 이상으로 급속 냉각하면 변형이 심해질 우려가 있으며, 반대로 너무 느리게 냉각하면 결정입계에 용질원자가 석출되어 입계부식 원인이 되어 시효경화 효과를 높일 수 없게 되며, 강도, BH 성, 성형성이 열화되는 동시에 내식성도 저하된다.

이러한 담금질 공정을 수행하기 위한 냉각탱크(90)는 내부에 냉각수가 채워질 수 있도록 대체로 상부가 개구된 육면체 형상의 함체로 구성되며, 냉각수의 공급 및 배수 시설(미도시)이 구비된다. 또한, 냉각탱크(90)는 메인프레임(10)의 하부 공간 및 그 외측간 수평 이동가능하도록 하부에 대차(94)가 구비되는 것이 바람직하다.

일반적으로, 담금질시 냉각수를 사용하는데, 이 경우 액온을 조정하여 냉각속도를 조정한다. 따라서, 물을 사용하는 경우에는, 액온을 정확히 맞추어 주어야 하고, 액온이 높을수록 처리물 표면에 증기막이 많이 발생되고 오래 지속되기 때문에 이 증기막이 덮혀 있는 순간에는 냉각되지 않으므로 그 부분에서 용질원자가 석출되는 동시에 증기막이 없는 부분과의 온도 차이 때문에 변형이 극심하게 발생하므로 증기막을 오래 가둬두지 않고 빨리 없앨 수 있도록 액의 순환시설이 요구된다. 이에 따라, 상기 냉각탱크(90) 내부에는 교반기(92)가 구비된다. 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 교반기(92)는 외측의 덕트(92a)와 내측의 스크류펌프(92b)로 구성되어, 덕트(92a) 하부 일측에서 스크류펌프(92b)에 의해 냉각탱크(90) 하측의 냉각수가 강제 흡입된 후 덕트(92a) 타측 상부에서 흡입된 냉각수가 상측으로 토출됨으로써 냉각수의 강제 순환이 실현된다. 이러한 교반기(92)의 작동에 따라, 합금판에 부분적으로 증기막이 과도하게 발생되는 현상으로 인한 냉각 불균일이 방지되어 합금판 표면 품질의 균일성을 보장할 수 있게 된다.

한편, 상기 메인프레임(10)의 외측에는 합금판이송대차(100)가 추가로 구비된다. 상기 합금판이송대차(100)는 열처리전의 합금판이 거치된 합금판지그를 메인프레임 하부 공간으로 이송하고, 열처리가 완료된 합금판이 거치된 합금판지그를 외부로 반출하는 수단이다.

상기 냉각탱크(90) 하부의 대차(94)와 합금판이송대차(100)는 지중에 매설된 대차이송수단(110)에 의해 수평 이동되되, 개별적으로 대차이송수단을 구비할 수도 있고, 하나의 대차이송수단에 의해 함께 이동가능하게 구성될 수도 있다.

상기 대차이송수단(110)은 모터와 감속기 및 체인에 의해 대차 하부의 휠을 구동시켜 대차를 수평 이동시키는 것으로, 이러한 대차이송수단(110)의 구성은 통상적인 것으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

지금까지, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치의 구성을 살펴보았는 바, 이하에서는 도 4 내지 도 6 을 참조로 상기 열처리 장치의 작동 관계에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 4 에는 본 발명에 따른 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치에 알루미늄 합금판이 공급되어 용체화가 수행되는 과정이 순차적으로 도시되고, 도 5 에는 용체화 처리가 완료된 알루미늄 합금판의 담금질(냉각) 처리 공정이 도시되고, 도 6 에는 열처리가 완료된 알루미늄 합금판의 반출 공정이 순차적으로 도시된다.

먼저, 도 4 에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금판(AP)은 열처리를 위하여 합금판지그(60)에 거치된 상태에서 합금판이송대차(100)에 적재된다. 그리고, 대차이송수단(110)에 의해 합금판이송대차(100)가 수평 이동되어 가열로(20) 하부에 위치된다. 이 때, 하부에 대차(94)를 구비하는 냉각탱크(90)는 메인프레임(10)의 외측에 배치되어 있다. 합금판이송대차(100)가 가열로(20) 하부에 위치되면, 승강수단(70)의 모터(72)를 구동하여 체인(74) 및 후크(76)를 하강시켜 후크(76)를 합금판지그(60) 상부의 걸림구(68)에 걸고, 승강수단(70)의 모터(72)를 역회전 구동하여 합금판지그(60)를 상승시켜 가열로(20) 내부에 투입한다. 투입후에는 도어개폐실린더(88)를 작동시켜 슬라이드도어(80)가 가열로(20)의 하부 개구를 폐쇄하도록 한다. 이 때, 상기 슬라이드도어(80)의 상판(82)과 하판(84)을 연결하는 링크부재(86)는 개방된 상태에서 약 45도의 각도를 유지하고, 도어개폐실린더(88)의 작동에 따라 폐쇄되는 경우에는 하판(84)이 도어개폐실린더(88)에 의해 밀려 링크부재(86)가 약 60도 정도의 각도로 변형됨에 따라, 하판(84)이 상판(82)을 상방으로 가압하게 된다. 이러한 작동에 따라 상판(82)이 가열로(20)의 하부 개구를 가압 밀폐하여 실링 효과를 가져오게 된다.

가열로(20) 내부에 투입된 알루미늄 합금판은 발열히터(22)로부터 발산되는 열을 받아 가열되며, 이 때, 가열된 공기는 순환팬(40)에 의해 내부챔버(30) 내외로 순환되어 알루미늄 합금판의 균일한 가열이 수행된다.

한편, 합금판지그(60)가 가열로(20) 내부로 투입되면, 냉각탱크(90)는 대차(94)에 의해 수평 이동하여 가열로(20) 하부에 위치됨으로써 용체화 처리 완료후 알루미늄 합금의 담금질 처리를 위해 대기한다.

가열로(20)에서의 용체화 처리가 완료되면, 도 5 에 도시된 바와 같이, 승강수단(70)의 모터(72)가 구동되어 체인(74) 및 후크(76), 그리고 상기 후크(76)에 걸려 지지되는 합금판지그(60)가 담금질 처리를 위하여 냉각탱크(90)로 하강 이동된다. 상기 합금판지그(60)의 하강 이동을 위해, 상기 슬라이드도어(80)가 개방되는데, 이 때, 가열로(20) 순환팬(40)의 흡입력에 의해 냉각탱크(90)의 냉기가 가열로(20) 내부로 흡입될 수 있다. 이와 같이, 가열로(20) 내부로 냉기가 흡입되면 가열로(20) 내부 온도가 변화되어 이후 처리될 합금판의 균일한 온도로의 가열이 이루어지지 못하여 품질 저하를 유발할 수 있다. 또한, 가열된 알루미늄 합금판이 담금질에 의해 냉각되는 경우 냉각탱크(90)로부터 수증기가 발생하고, 발생된 수증기는 가열로(20) 내부로 유입되어 알루미늄 합금판 표면에 얼룩을 발생시키게 된다. 이에 따라, 합금판지그(60)의 하강을 위해 슬라이드도어(80)가 개방되는 경우 냉각탱크(90)의 냉기가 가열로(20) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 수단이 강구되어야 한다.

본 발명에서는 이와 같은 냉기 및 수증기의 유입을 방지하기 위한 두 가지 수단이 존재한다. 그 중 한가지 수단은 가열로(20) 내부에 구비된 승강루프(50)이다. 상기 승강루프(50)는 후크(76)의 상측에 구비된 걸림편(78)에 의해 지지되어 합금판지그(60)의 승강시 함께 승강되는데, 합금판지그(60)가 냉각탱크(90) 내부로 하강 투입되는 경우, 도 5 에 도시된 바와 같이, 가장자리 단부가 가열로(20)의 하부 단턱(24)에 걸려 더 이상 하강하지 못하고 가열로(20)의 하부 개구를 커버하게 된다. 이에 따라, 냉각탱크(90)의 냉기 및 담금질시 냉각탱크(90)로부터 발생된 수증기가 상기 승강루프(50)에 의해 일부 차폐되어 가열로(20) 내부로 유입되는 것이 방지된다.

그러나, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 승강루프(50)의 중앙에는 순환팬(40)의 설치를 위한 상부 개구(5a)가 형성되어 있기 때문에 냉기 및 수증기의 유입을 완벽하게 차단할 수는 없다. 이에 따라, 본 발명은 가열로(20) 내 냉기 및 수증기의 유입을 차단하기 위한 수단으로서 이미 언급한 바와 같이 인버터 제어 방식의 순환팬(40)을 채용하였다.

구체적으로, 가열로(20) 내에서 합금판의 용체화 처리가 수행되는 경우에는 가열 공기의 순환을 위하여, 도 4 에 화살표로 도시된 바와 같이 순환팬(40)이 내부챔버(30) 내부 공기를 흡입하여 배출하는데 반하여, 합금판의 담금질 처리를 위하여 합금판지그(60)가 하강하는 경우, 순환팬(40)의 모터(42)는 인버터에 의하여 회전 속도가 지속적으로 감소되다가 정지된다. 이에 따라, 순환팬(40)의 흡입력이 점차 작아지다가 없어지기 때문에 가열로(20) 하부로부터 공기가 유입되는 것이 방지된다. 또한, 보다 효과적으로 냉기 및 수증기의 유입을 방지하기 위해서는, 정지된 순환팬(40)을 역회전시키는 것도 바람직하다. 이 경우, 도 5 에 화살표로 도시된 바와 같이 순환팬(40)이 일정한 압력으로 공기를 송풍하도록 제어된다(이를 '송풍 모드'라 칭함). 이와 같이, 순환팬(40)이 하방을 향하여 공기를 송풍하기 때문에, 송풍되는 공기의 압력에 의해 냉각탱크(90)로부터 발생되는 냉기의 상승을 저지하게 되어, 승강루프(50)의 상부 개구를 통하여 가열로(20) 내부로 냉기가 유입되지 못하게 되는 것이다. 이러한 순환팬(40)의 송풍 작용은 합금판의 담금질 처리 기간 동안 지속되고, 이후 다시 공기를 흡입하도록(이를 '흡입 모드'라 칭함) 전환된다. 이러한 송풍 모드와 흡입 모드간의 전환은, 슬라이드도어(80)의 개폐 여부에 따라 수행될 수 있다. 즉, 슬라이드도어(80)가 개방되는 경우 인버터는 순환팬(40)의 모터 회전수를 제어하여 순환팬(40)을 송풍 모드로 전환하고, 슬라이드도어(80)가 폐쇄되는 경우 다시 흡입 모드로 전환되도록 한다. 이를 위해, 상기 슬라이드도어(80)의 개폐 여부를 감지하기 위한 센서가 구비되거나, 미리 별도의 콘트롤러에 작동 알고리즘이 프로그래밍되는 것이 필요하다.

담금질 처리 공정이 완료되면, 도 6 에 도시된 바와 같이, 합금판지그(60)는 다시 가열로(20) 내부로 일시 상승되고 냉각탱크(90)는 외측으로 이동 철수된다. 그 다음, 상기 합금판지그(60)는 다시 하강하여 합금판이송대차(100)에 적재된 상태로 외부로 반출된다.

이와 같은 방법으로 알루미늄 합금판의 열처리 공정이 완료되며, 이러한 공정의 반복적인 수행으로 다수의 알루미늄 합금판이 순차적으로 열처리된다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

10 : 메인프레임 20 : 가열로
22 : 발열히터 24 : 걸림턱
30 : 내부챔버 40 : 순환팬
42 : 모터 44 : 밸트
46 : 회전축 50 : 승강루프
60 : 합금판지그 68 : 걸림구
70 : 승강수단 72 : 모터
74 : 체인 76 : 후크
78 : 웨이트 80 : 슬라이드도어
86 : 링크부재 88 : 도어개폐실린더
90 : 냉각탱크 92 : 교반기
92a : 덕트 92b : 스크류펌프
94 : 대차 100 : 합금판이송대차
110 : 대차이송수단

Claims

알루미늄 합금판의 용체화 처리를 위하여 알루미늄 합금판을 가열하되, 하부에 수평 방향으로 개폐 가능한 슬라이드도어가 구비된 가열로와;
상기 가열로의 내부에 구비되어 알루미늄 합금판을 수용하고, 상기 가열로의 작동에 따라 가열된 공기가 내외로 순환되도록 상부 중앙 및 하부가 개구된 내부챔버와;
상기 내부챔버의 상부 중앙 개구에 구비되어 내부챔버 내부의 공기를 흡입하여 내부챔버 외부로 배출시킴으로써 내부챔버 내외로 가열된 공기를 순환시키는 순환팬과;
상기 내부챔버 내부에 구비되고, 상기 순환팬의 흡입력에 의해 이동되는 공기가 통과되도록 상부 개구가 형성되며, 상기 내부챔버 내부에서 승강 이동되되, 내부챔버의 상측에 위치되는 경우 내부챔버 내부 공기가 순환팬으로 유입되도록 유도하며, 내부챔버의 하측에 위치되는 경우 가열로 내외로의 열 및 수증기의 이동을 차단하도록 가열로의 하부 개구를 덮는 승강루프와;
상기 가열로의 직하에 구비되어 용체화 처리된 알루미늄 합금판을 담금질 처리하기 위한 냉각탱크와;
알루미늄 합금판을 수용 거치하고, 알루미늄 합금판의 용체화 처리 및 담금질 처리를 위하여 가열로와 냉각탱크간 승강 이동되는 합금판지그와;
상기 승강루프와 합금판지그를 승강시키는 승강수단을 포함하는 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가열로는,
하부가 개구된 함체로 구성되고, 하단부에는 상기 승강루프의 하강시 승강루프가 안착 지지되도록 내측으로 돌출되는 걸림턱이 형성되며, 내벽에는 알루미늄 합금판의 가열을 위한 발열히터가 내장된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 순환팬의 회전 속도와 회전 방향을 제어하는 인버터를 더 포함하되, 상기 인버터는 알루미늄 합금판의 용체화 처리를 위하여 가열로의 슬라이드도어가 폐쇄되는 경우 순환팬이 내부챔버 내부 공기를 흡입하여 배출하도록 제어하고, 알루미늄 합금판의 용체화 처리 후 담금질 처리를 위하여 가열로의 슬라이드도어가 개방되는 경우 순환팬의 회전 속도를 지속적으로 감소시켜 냉각탱크로부터 발생되는 냉기 및 수증기가 가열로 내부로 상승 유입되는 것을 저지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 인버터는 알루미늄 합금판의 용체화 처리 후 담금질 처리를 위하여 가열로의 슬라이드도어가 개방되는 경우 순환팬의 회전 속도를 지속적으로 감소시켜 정지시킨 후 역회전되도록 하여 일정한 압력으로 공기를 송풍함으로써 냉각탱크로부터 발생되는 냉기 및 수증기가 가열로 내부로 상승 유입되는 것을 저지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 승강수단은,
정역회전 가능한 모터와;
상기 모터의 구동에 따라 승강되되, 일단부는 가열로 내측으로 관통 투입되고 타단부는 가열로 외측에 수직으로 배치는 체인과;
가열로 내측으로 관통 투입된 체인의 일단부에 결합되는 후크와;
상기 후크의 상측에 구비되어 체인의 상승시 후크가 승강루프의 상부 외측으로 빠져나가지 못하도록 승강루프의 상부 내측에 걸려 지지되는 걸림편과;
상기 체인의 타단부에 구비되는 웨이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 승강수단의 후크가 걸려지지될 수 있도록, 상기 합금판지그의 상부에는 걸림구가 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각탱크에는 냉각수를 순환시키기 위한 교반기가 구비되되, 상기 교반기는 외측의 덕트와 내측의 스크류펌프로 구성되어, 덕트 일측에서 스크류펌프에 의해 냉각탱크 하측의 냉각수를 강제 흡입하여 덕트 타측에서 흡입된 냉각수를 상측으로 토출시킴으로 냉각수를 강제 순환시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판 제조용 열처리 장치.