KR20140073598A

KR20140073598A - 강판 연속 열처리용 전기 엣지 히터

Info

Publication number: KR20140073598A
Application number: KR1020120125152A
Authority: KR
Inventors: 이동규
Original assignee: 전열테크에이 (주)
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-06-17

Abstract

본 발명은 강판 연속 열처리용 전열히터에 관한 것으로, 전열히터를, 상기 강판의 일측 가장자리의 일정폭을 가열하는 제1발열부와 상기 강판의 중심부에 대응하여 배치되는 비발열부와 상기 강판의 타측 가장자리의 일정폭을 가열하는 제2발열부로 구성하고, 상기 제1발열부에는 전기 저항열을 발생하는 제1전열엘리먼트를 마련하고, 상기 제2발열부에는 상기 제1전열엘리먼트와 공간적으로 분리되어 전기 저항열을 발생하는 제2전열엘리먼트를 마련하여 열 방출이 많은 강판 가장자리와 열 방출이 적은 강판 중심부간의 온도 편차를 줄인 것을 특징으로 한다.

Description

강판 연속 열처리용 전열히터{RADIANT HEATER FOR MANUFACTURING PROCESS OF STEEL PLATE}

본 발명은 강판 연속 열처리용 전열히터에 관한 것으로, 더 상세하게는 냉연 강판 연속 제조 공정의 건조로 또는 소둔로에서 강판의 가장자리를 중심부보다 더 가열함으로써 강판의 중심부와 가장자리가 균일한 온도를 유지하면서 균일한 건조 또는 소둔이 이루어지게 하고, 냉각 후 강판의 뒤틀림이나 변형이 없게 한 강판 연속 열처리용 전열히터에 관한 것이다.

통상적으로 냉연강판을 생산하는 방법은, 제강로에서 제강된 용강을 주조하여 스라브로 제조하고, 스라브를 가열하여 열간압연을 행한 후 열간압연시 형성된 스케일을 제거(pickling)하여 냉간압연을 행한다. 스케일 제거 후에는 건조 공정을 거친다. 냉간압연시 압하율 및 압연스케쥴에 따라 판재의 두께 및 경도가 결정된다. 이와 같은 과정에서 냉간압연을 행한 강판은 상온에서의 가공경화로 인해 경도가 매우 높고 신율이 감소하여 가공용 소재로는 사용할 수 없게 된다. 따라서, 원하는 두께 및 재질로 냉간압연을 행하거나 가공용 소재로 사용하기 위하여는 냉간가공시 생성된 스트레스를 풀어주기 위하여 특정온도 이상의 온도에서 일정시간 유지시켜 재결정을 시키게 되는데, 이를 소둔 열처리 또는 단순히 열처리라 칭하며 이를 통해 소재의 가공성이 향상되며 가공스트레스가 제거되게 된다. 이와 같은 열처리의 종래 방법으로 냉간압연된 코일을 밀폐된 소둔로에 장입하여 가열한 후 일정시간 유지시키는 상소둔(box annealing) 방법이 사용되어 왔으나, 코일상태로 가열하면 소둔이 균일하게 이루어지기 어렵고 소둔로에 코일을 장입하고 인출하는 데 많은 시간이 소요 등으로 생산성이 낮아 최근에는 연속 소둔법(continuous annealing)이 주로 사용되고 있다. 연속 소둔법은 일정 온도 이상이 유지되는 소둔로 내를 강판을 연속적으로 통과시키면서 가열하는 방법으로 강판의 통과속도를 조정함에 따라 로내 장입시간을 조정할 수 있도록 되어 있다. 이와 같은 연속 소둔법은, 소둔로 내부에 중유 버너에 의해 가열되는 라디엔트튜브(radiant tube)를 배치하고, 냉간압연된 코일을 장입구 측에서 풀어주고 출구측에서 권취기로 감아주면서 압연된 코일을 라디엔트튜브 사이를 통과시키면서 가열된 튜브로부터 발산되는 복사열에 의해 간접적으로 가열하는 방법이다. 이때, 라디엔트튜브(radiant tube)는 강판의 전폭(全幅)에 걸쳐 균일한 열량으로 강판의 양측 표면을 이격(離隔) 가열하는데, 이처럼 강판을 소둔로 내에서 전폭에 걸쳐 균일한 열량으로 가열할 경우, 가열 도중 강판에 전달된 열량은 주로 가장자리(edge)을 통해 방출되므로, 강판의 중심부 온도가 가장 높게 유지되고, 가장자리로 갈수록 온도가 낮게 유지된다. 이는 강판의 중심부와 가장자리간의 소둔이 불균일하게 이루어짐을 의미한다. 뿐만 아니라, 소둔로를 벗어난 강판은 강판의 열 방출이 측면을 통해 더 빠르게 이루어지므로 강판의 중심부와 강판의 가장자리간의 온도편차가 발생하게 되어 강판이 뒤틀리고 변형된다.

본 발명은 상술한 종래 냉연 강판의 제조 공정상의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 소둔로에서 강판 중심부와 가장자리간의 온도편차를 최소화하여 강판의 중심부와 가장자리간에 균일한 소둔이 이루어지게 하는 강판 연속 열처리용 전열히터를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 소둔 후 냉각과정에서 강판의 중심부와 가장 자리에서 균일한 온도를 유지하면서 냉각이 이루어져 강판의 뒤틀림이나 변형을 예방할 수 있는 강판 연속 열처리용 전열히터를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 과제들은, 강판 제조 공정에서 소둔로 내부에 마련되어 강판을 가열하는 전열히터에 있어서, 상기 전열히터를, 상기 강판의 일측 가장자리의 일정폭을 가열하는 제1발열부와 상기 강판의 중심부에 대응하여 배치되는 비발열부와 상기 강판의 타측 가장자리의 일정폭을 가열하는 제2발열부로 구성하고, 상기 제1발열부에는 전기 저항열을 발생하는 제1전열엘리먼트를 마련하고, 상기 제2발열부에는 상기 제1전열엘리먼트와 공간적으로 분리되어 전기 저항열을 발생하는 제2전열엘리먼트를 마련함으로써 해결할 수 있다.

상기 전열히터는 스테인레스 튜브 내부에 장치되어, 제1전열엘리먼트 및 제2전열엘리먼트에서 발생한 열의 일부가 스테인레스 튜브의 강판의 중심부에 대응되는 지점으로 전도되게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 소둔로에서 강판 중심부보다 가장자리에 더 많은 열량을 공급하여 실질적으로 강판 중심부와 가장자리간의 온도편차를 최소화할 수 있으므로, 강판의 중심부와 가장자리간에 균일한 소둔이 이루어질 수 있고, 소둔 후 냉각과정에서 강판의 중심부와 가장 자리에서 균일한 온도를 유지하면서 냉각이 이루어져 강판의 뒤틀림이나 변형을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 강판 연속 제조 공정용 소둔로에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열히터를 강판 및 튜브와 함께 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전열히터와 튜브를 결합하여 형성한 튜브히터의 조립도이다.
도 4는 도 3에 도시된 튜브히터를 소둔로 내부에 설치한 상태를 보여주는 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전열히터와 튜브를 결합한 튜브히터를 소둔로 내부에 설치한 상태를 보여주는 평단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 4를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 소둔로(1)는 단열벽(27)으로 밀폐된 공간이고, 소둔로(1) 내부에는, 다수의 튜브히터(25)가 단열벽(27)사이에 가로 놓여 걸쳐져 있고, 강판(7)이 튜브히터(25)들 사이를 통과하면서 소둔 처리된다. 소둔로(1) 내에는 강판(7)을 튜브히터(25)들 사이로 안내하는 다수의 롤러(3a, 3b)이 마련된고, 소둔로(1)의 외부에는 강판(7)을 소둔로 내에 투입하기 위한 장입롤(5a)과, 열처리된 강판(7)을 견인하여 권취하기 위한 권치롤(5b)도 마련된다. 후술하는 바와 같이, 상기 튜브히터(25)는 튜브(19) 내부에 전열히터(9)를 장치한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전열히터(9)는 강판(7)의 폭에 대응되게 형성된다. 도 2에는 강판(7)의 폭을 양측 가장자리(A, C)와 중심부(B)로 나누어 놓았지만, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 가장자리(A, C)와 중심부(B)의 넓이는 강판의 종류, 두께 등에 따라 실시과정에서 조절할 수 있다.

본 발명의 특징은, 강판 제조 공정에서 소둔로(1) 내부에 마련되어 강판(7)을 가열하는 전열히터에 있어서, 상기 전열히터(9)를, 상기 강판(7)의 일측 가장자리(A)의 일정폭을 가열하는 제1발열부(a)와 상기 강판(7)의 중심부(B)에 대응하여 배치되는 비발열부(b)와 상기 강판(7)의 타측 가장자리(C)의 일정폭을 가열하는 제2발열부(b)로 구성하고, 상기 제1발열부(a)에는 전기 저항열을 발생하는 제1전열엘리먼트(15a)를 마련하고, 상기 제2발열부(b)에는 상기 제1전열엘리먼트(15a)와 공간적으로 분리되어 전기 저항열을 발생하는 제2전열엘리먼트(15b)를 마련한 데 있다.

즉, 본원 발명에 따른 전열히터(9)는, 상기 강판(7)의 일측 가장자리(A)의 일정폭을 가열하는 제1전열엘리먼트(15a)가 마련된 제1발열부(a)와, 상기 강판(7)의 타측 가장자리(C)의 일정폭을 가열하는 제2전열엘리먼트(15b)가 마련된 제2발열부(c)와, 상기 강판(7)의 중심부(B)에 대응되어 상기 제1발열부(a)와 제2발열부(b)의 사이에 개재(介在)되는 부분이고, 전열엘리먼트가 마련되지 않아 발열이 이루어지지 않는 비발열부(b)를 포함하여 구성되는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)는 철크롬알루미늄(FeCrAl)합금, 니켈크롬(Ni-Cr)합금 등의 공지의 전열(電熱) 합금을 바타입(bar)타입 또는 쉬쓰히터(sheath heater)타입으로 형성하여 원반형 애자들 외주면에 다수 결합한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 막대형상의 절연심재(13)에 디스크 형상의 절연격판(11a ~ 11g)을 다수 결합하고, 상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)는 강판의 양측 가장자리(A, C)에 대응되는 절연격판과 절연격판의 사이(11a와 11b의 사이와 11e와 11f 사이)에 설치한다. 상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)는 전력을 투입하는 전원 단자(17a, 17b)와 절연심재 내부를 통과하는 리드선에 의하여 전기적으로 연결한다. 이렇게 함으로써 전열히터(9)에 전력이 투입될 경우 절연격판 11a와 절연격판 11b 구간에서는 발열이 이루어지고, 절연격판 11b와 절연격판 11e구간에서는 발열이 이루어지지 않으며, 절연격판 11e와 절연격판 11f구간에서는 발열이 이루어지고, 절연격판 11f로부터 전원단자(17a, 17b) 사이에서는 발열이 이루어지지 않는다.

도 3은 본 발명에 따른 상기 전열히터(9)를 스테인레스 튜브(19)에 내장한 튜브히터(25)를 보여준다. 상기 전열히터(9)는 스테인레스 튜브(19) 내부에 장치할 경우, 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)에서 발생한 열의 일부가 스테인레스 튜브(19)의 강판(7)의 중심부(B)에 대응되는 지점으로 전도되어 강판(7) 중심부(B)를 가장자리(A, B)보다 낮은 온도로 가열한다. 그러나 전열히터(9)를 튜브(19) 내에 장치할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 튜브히터(25)의 전원단자(17a, 17b)측은 단열벽(27)을 관통하여 설치해야 하므로, 전원단자(17a, 17b)측으로 열이 방출되기 쉽다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 절연격판 11f로부터 전원단자(17a, 17b)측 절연심재(13) 외부에는 그라스 울 등의 단열재를 충전하여 전원 단자측(17a, 17b)으로 열이 방출되는 것을 차단하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 강판(7)의 양측 가장자리(A, C)에는 상기 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)는 방사열(radiant heat)에 의하여 중심부(B)에 비해 많은 열량이 가해지며, 강판(7)의 중심부(B)는 강판(7)의 양측 가장자리(A, C)의 전달된 열량의 일부가 전달된다. 반면 강판(7)의 양측 가장자리(A, B)에 가해진 열량은 쉽게 외부로 방출되고, 강판(7)의 중심부(B)에 가해진 열량은 쉽게 외부로 방출되지 않는다. 따라서, 강판(7)의 중심부(B)의 온도와 가장자리(A, C)의 온도의 편차가 강판(7) 폭 전체를 가열할 때 비하여 현저하게 줄어들게 되고, 전체적으로 균일한 소둔이 이루어지는 것이다. 또한, 소둔 후 냉각과정에서 강판의 중심부와 가장 자리에서 균일한 온도를 유지하면서 냉각이 이루어져 강판의 뒤틀림이나 변형을 예방할 수 있게 된다.

도 5는 강판의 두께, 재질, 열전도도 또는 필요한 가열온도 등에 따라 전열히터의 발열부(a',c')와 비발열부(b')의 폭을 도 2 내지 4에 도시된 실시 예와 달리할 수 있음을 보여준다. 도 5에 도시된 실시 예에서는 전열히터의 발열부(a', c')의 폭이 도 2 내지 4에 도시된 실시 예에서보다 더 넓고, 비발열부(b')의 폭은 도 2 내지 4에 도시된 실시 예에서보다 더 좁다.

본 발명을 소둔로에 사용하는 경우를 중점적으로 예시하여 설명하였지만, 본 발명에 따른 강판 연속 열처리용 전열히터는 열간압연시 형성된 스케일을 제거(pickling)한 후 진행되는 건조공정에도 사용할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 강판 연속 열처리용 전열히터는 소둔로 내에서 강판 예열용으로 사용할 수 있으며, 버너로 강판을 가열하여 소둔한 후 서냉을 위한 열 공급장치로 사용할 수도 있다.

이상 본 발명을 첨부한 도면에 도시된 실시 예에 의하여 설명하였으나, 본 발명의 보호 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 기재된 사항 및 이에 균등한 모든 실시 예에 미친다고 해석하여야 한다.

1 : 소둔로 3a, 3b : 롤러
5a, 5b : 개구 7, 7': 강판
9 : 전열히터 11a ~ 11g : 절연격판
13 : 절연심재 15a, 15b : 전열엘리먼트
17a, 17b : 전원단자 19 : 튜브
21 : 플랜지 23 : 파이프
25, 25' : 튜브히터 27 : 단열벽
29 : 단열재

Claims

강판 제조 공정에서 소둔로(1) 내부에 마련되어 강판(7)을 가열하는 전열히터에 있어서, 상기 전열히터(9)는, 상기 강판(7)의 일측 가장자리(A)의 일정폭을 가열하는 제1발열부(a)와 상기 강판(7)의 중심부(B)에 대응하여 배치되는 비발열부(b)와 상기 강판(7)의 타측 가장자리(C)의 일정폭을 가열하는 제2발열부(b)로 구성하고, 상기 제1발열부(a)에는 전기 저항열을 발생하는 제1전열엘리먼트(15a)를 마련하고, 상기 제2발열부(b)에는 상기 제1전열엘리먼트(15a)와 공간적으로 분리되어 전기 저항열을 발생하는 제2전열엘리먼트(15b)를 마련하여 열 방출이 많은 강판 가장자리와 열 방출이 적은 강판 중심부간의 온도 편차를 줄인 것을 특징으로 하는 강판 연속 열처리용 전열히터.
제 1 항에 있어서,
상기 전열히터(9)는 스테인레스 튜브(19) 내부에 장치되어, 제1전열엘리먼트(15a) 및 제2전열엘리먼트(15b)에서 발생한 열의 일부가 스테인레스 튜브(19)의 강판(7)의 중심부(B)에 대응되는 지점으로 전도되게 한 것을 특징으로 하는 강판 연속 열처리용 전열히터.