KR20190138165A - 연속 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 연속 열처리 장치는, 다수 봉재가 보관되고 선택적으로 구름 이송한 후 길이 방향으로 이송하는 로딩장치와, 열처리된 봉재를 수용하여 적재하는 언로딩장치와, 상기 로딩장치와 언로딩장치 사이에 위치하며 내부를 경유하는 봉재에 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 영역별로 순차 실시하여 열처리하는 열처리장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

연속 열처리 장치{Continuous heat treatment apparatus}

본 발명은 연속 열처리 장치에 관한 것으로, 봉재를 길이 방향으로 이송하면서 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 짧은 작업 영역 내에서 연속적으로 실시할 수 있도록 한 연속 열처리 장치에 관한 것이다.

본 발명은 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 수행하는 유닛 사이에 냉각장치를 구비하되 냉각수의 분사 방향을 제어하여 냉각 효율은 높이면서 풀림유닛으로 냉각수가 튀지 않도록 구성된 연속 열처리 장치에 관한 것이다.

본 발명은 단일의 열처리 대상 봉재에 대하여 부위별로 담금질과 풀림이 동시에 수행될 수 있도록 하여 공정 대기 장소를 최소화함으로써 생산성 및 공간 효율이 향상될 수 있도록 한 연속 열처리 장치에 관한 것이다.

본 발명은 냉각장치 인근에 에어분사유닛을 구비하여 풀림유닛에 투입되기 전에 봉재 외면에 잔류하는 냉각수를 모두 날려 제거할 수 있도록 한 연속 열처리 장치에 관한 것이다.

통상적으로 금속소재는 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering), 불림(Normalizing), 풀림(Annealing), 표면경화(Surfaceharding) 등의 열처리에 의하여 강도, 경도, 인성 등의 기계적 성질을 변화시켜 사용하고 있다.

열처리는 자동차나 선박 그리고 이외의 각종 산업기기를 구성하는 금속재의 부품들이 조직의 연화와 균질화 및 잔류 응력의 제거등을 위하여 고온으로 가열하였다가 냉각시키는 행위를 말한다.

이러한 열처리의 종류중 하나인 고주파 열처리는 고주파 유도가열, 즉 코일에 고주파 전류를 흘려 금속재료를 통과시키면 금속 내에 전류가 생성되어 고온의 열이 발생되는 원리를 이용하여 소재의 온도를 급속 가열한 후, 냉각수에 의해 급속 냉각 처리함으로써 표면에 소입 경화층을 얻는 열처리를 말한다.

이러한 고주파 열처리 방법은 소결 제품의 경우 제품의 외경, 단면, 관통된 홀과 같이 고주파 코일의 제작이 용이한 형상과 고주파 작업이 용이한 체인기어의 치부나 클러치허버의 단면 또는 내측과 같은 제품의 내마모성과 강성이 요구되는 부품에 많이 사용되었다.

환봉 형상을 가진 금속소재를 고주파 유도가열을 통해 열처리하는 대표적인 선행기술로는 대한민국 특허청 등록특허 제10-0527678호에는 도 1과 같이 원형 봉 형태의 소재를 가열하는 연속유도가열소입로(10)와, 가열된 소재를 냉각하는 냉각부(12)와, 담금질이 완료된 소재를 굴려 이송하는 자동 이송장치(20)와, 이송된 소재를 뜨임처리하는 연속 유도가열 소려로(30)를 포함하여 구성되는 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 장치가 개시되어 있다.

그리고 대한민국 등록특허 제10-1035499호에는 도 2와 같이 고주파 유도가열부(10)를 통과하며 열처리 과정을 거치는 환봉 형상의 금속소재를 한 방향으로 회전시켜 가며 유도 가열부를 통과하도록 함으로써 금속 소재 표면 전체를 균일하게 열처리할 수 있도록 한 금속소재 열처리 장치가 개시되어 있다.

그러나 상기 기술들은 담금질공정과 냉각공정 및 풀림공정을 위한 장치가 별개로 구성되어 있어 넓은 면적을 차지하게 되므로 설비 제조에 많은 비용이 투자되어야 하며, 공간 활용도가 낮아지는 문제점이 있다.

한편 대한민국 공개특허 제10-2016-0041996호에는 도 3과 같이 냉각제 분사 방출 속도, 유량, 냉각제의 소재 위로의 분사 패턴을 선택적으로 변경시킬 수 있도록 한 열처리된 금속 제품용 분사 담금질 시스템이 개시되어 있다.

그러나 상기 종래기술은 다수 부품을 파스터 등으로 조립하여 냉각제 분사가 가능하도록 구성된 것으로서, 구조가 복잡하고 분사 패턴을 변경하고자 할 때 사용편의성이 저하되는 문제점이 있다.

또한 상기 종래 기술은 냉각제를 소재에 분사하여 냉각 후 소재 외면에 남아있는 냉각제를 제거하는 구성이 전혀 기재되어 있지 않아 후공정을 위해 냉각제 제거 단계를 거쳐야 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 봉재를 길이 방향으로 이송하면서 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 짧은 작업 영역 내에서 연속적으로 실시할 수 있도록 한 연속 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 수행하는 유닛 사이에 냉각장치를 구비하되 냉각수의 분사 방향을 제어하여 냉각 효율은 높이면서 풀림유닛으로 냉각수가 튀지 않도록 구성된 연속 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 단일의 열처리 대상 봉재에 대하여 부위별로 담금질과 풀림이 동시에 수행될 수 있도록 하여 공정 대기 장소를 최소화함으로써 생산성 및 공간 효율이 향상될 수 있도록 한 연속 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 냉각장치 인근에 에어분사유닛을 구비하여 풀림유닛에 투입되기 전에 봉재 외면에 잔류하는 냉각수를 모두 날려 제거할 수 있도록 한 연속 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연속 열처리 장치는, 다수 봉재가 보관되고 선택적으로 구름 이송한 후 길이 방향으로 이송하는 로딩장치와, 열처리된 봉재를 수용하여 적재하는 언로딩장치와, 상기 로딩장치와 언로딩장치 사이에 위치하며 내부를 경유하는 봉재에 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 영역별로 순차 실시하여 열처리하는 열처리장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 열처리장치는, 다수 부품을 지지하는 프레임과, 상기 프레임 내부 일측에서 봉재를 담금질처리하는 담금질유닛과, 상기 프레임 내부 타측에서 담금질처리된 봉재를 풀림처리하는 풀림유닛과, 상기 봉재 외면에 묻은 냉각수를 제거하는 에어분사유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 프레임은 봉재의 길이보다 짧은 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 담금질유닛은, 상기 봉재를 내부로 관통시키면서 가열하는 제1가열기와, 상기 제1가열기에 의해 가열된 봉재 외면에 냉각수를 분사하여 냉각하는 제1냉각장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 풀림유닛은, 상기 제1냉각장치를 경유하면서 냉각된 봉재를 가열하는 제2가열기와, 상기 제2가열기에 의해 가열된 봉재 외면에 냉각수를 분사하여 냉각하는 제2냉각장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 제1냉각장치와 제2냉각장치는 각각 다수의 냉각부를 구비하며, 상기 제1냉각장치와 제2냉각장치 각각에 구비된 다수 냉각부는 냉각수 분사 방향이 서로 교차하는 것을 특징으로 한다.

상기 에어분사유닛은, 상기 제1냉각장치와 제2냉각장치 인근에 위치하며 봉재의 직선 진행 방향에 대하여 역방향으로 에어를 분사하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 봉재를 길이 방향으로 이송하면서 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 짧은 작업 영역 내에서 연속적으로 실시할 수 있으므로 생산성이 향상되는 이점이 있다.

또한 본 발명에서는 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 수행하는 유닛 사이에 냉각장치를 구비하되 냉각수의 분사 방향을 제어하여 냉각 효율이 향상되는 효과를 가진다.

따라서 단일의 열처리 대상 봉재에 대하여 부위별로 담금질과 풀림이 동시에 수행될 수 있도록 하여 공정 대기 장소를 최소화함으로써 공간 효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

뿐만 아니라 본 발명에서는 냉각장치 인근에 에어분사유닛을 구비하여 풀림유닛에 투입되기 전에 봉재 외면에 잔류하는 냉각수를 모두 날려 제거할 수 있도록 구성되므로 공정 불량을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

도 1 은 대한민국 특허청 등록특허 제10-0527678호에 개시된 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 장치의 구성을 보인 사시도.
도 2 는 대한민국 등록특허 제10-1035499호에 개시된 금속소재 열처리 장치의 구성을 보인 정면도.
도 3 은 대한민국 공개특허 제10-2016-0041996호에 개시된 열처리된 금속 제품용 분사 담금질 시스템의 구성을 보인 절개 사시도.
도 4 는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 정면도.
도 5 는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치의 구성을 보인 정면도.
도 6 은 본 발명에 의한 연속 열처리 장치의 구성을 보인 좌측면 사시도.
도 7 은 본 발명에 의한 연속 열처리 장치의 구성을 보인 정면 사시도.
도 8 은 본 발명에 의한 연속 열처리 장치에서 일 구성인 담금질유닛의 세부 구성을 보인 종단면도.
도 9 는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치에서 일 구성인 풀림유닛의 세부 구성을 보인 종단면도.

이하 첨부된 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 연속 열처리 장치의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 4에는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 정면도가 도시되어 있다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면과 같이 연속 열처리 장치(10)는 봉재(도 5의 도면부호 B 참조)를 길이 방향으로 이송하면서 담금질과 풀림처리를 순차적으로 실시할 수 있도록 한 장치로서, 중앙부에 열처리장치(100)가 위치하고, 열처리장치(100)의 우측에는 로딩장치(200)가 연결되며, 좌측에는 언로딩장치(300)가 연결된다.

따라서 봉재(B)가 길이 방향으로 우측에서 좌측으로 이송될 때 열처리장치(100)를 경유하면서 담금질 및 풀림이 실시된다.

상기 봉재(B)는 로딩장치(200)에 다수가 적재 및 보관되어 있다가 선택적으로 후방으로 구름운동한 후 좌측 방향으로 이송하게 되며, 열처리장치(100)를 경유하면서 열처리된 이후 상기 봉재(B)는 언로딩장치(300)의 전방으로 구름 운동하여 적재 및 보관된다.

이하 첨부된 도 5를 참조하여 상기 열처리장치(100)에 대하여 설명한다.

도 5에는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치(10)의 구성을 보인 정면도가 도시되어 있다.

도면과 같이 상기 열처리장치(100)는 프레임(110)에 의해 외형이 형성되며, 다수 부품이 지지된다.

상기 프레임(110)의 내부 우측에는 담금질유닛(120)이 배치된다. 상기 담금질유닛(120)은 로딩장치(200)에 의해 우측에서 좌측으로 직선 이동해온 봉재(B)의 좌측부터 가열하여 담금질하기 위한 구성이다.

상기 담금질유닛(120)의 좌측에는 풀림유닛(130)이 구비된다. 상기 풀림유닛(130)은 담금질유닛(120)을 경유한 봉재(B)를 다시 가열하여 풀림처리하기 위한 구성이다.

그리고 상기 프레임(110) 내부에는 에어분사유닛(도 6의 도면부호 140 참조)이 더 구비된다. 상기 에어분사유닛(140)은 담금질유닛(120)과 풀림유닛(130)에 각각 하나씩 구비된 것으로, 상기 담금질유닛(120) 및 풀림유닛(130)을 통과하면서 봉재(B) 외면에 묻어있을 수 있는 냉각수를 강한 바람으로 날려 제거하기 위한 구성이다.

한편 상기 프레임(110)은 다수 부품이 내장되어 있음에도 불구하고 상기 봉재(B)의 길이보다 짧은 길이를 갖도록 구성된다.

이것은 상기 봉재(B)를 좌측으로 이송하면서 프레임(110) 내부를 경유시에 담금질과 풀림이 영역별로 순차 실시될 수 있도록 하기 위함이다.

이하 첨부된 도 6 및 도 7을 참조하여 상기 열처리장치(100)의 세부 구성을 설명한다.

도 6에는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치(10)의 구성을 보인 좌측면 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치(10)의 구성을 보인 정면 사시도가 도시되어 있다.

우선 도 6과 같이 상기 프레임(110)의 전방에는 제어반(150)이 구비된다. 상기 제어반은 담금질유닛(120)과 풀림유닛(130), 로딩장치(200) 및 언로딩장치(300)의 동작을 제어하기 위한 구성으로서, 각 구성의 설정상태 및 동작상태를 육안으로 확인할 수 있도록 디스플레이를 포함하여 구성된다.

상기 담금질유닛(120)은 봉재(B)를 내부로 관통시키면서 가열하는 제1가열기(122)와, 상기 제1가열기(122)에 의해 가열된 봉재(B) 외면에 냉각수를 분사하여 냉각하는 제1냉각장치(124)를 포함하여 구성된다.

상기 제1가열기(122)는 유도가열장치가 채택된 것으로 하측에는 중앙부가 동그랗게 천공된 가열부가 구비된다. 상기 가열부는 천공된 내부로 봉재(B)를 관통시켜 가열하게 된다.

상기 제1가열기(122)의 좌측에는 제1냉각장치(124)가 구비된다. 상기 제1냉각장치(124)는 상기 가열기와 동일한 중심선을 공유하도록 동그란 형태를 가지며, 내부로 봉재(B)를 관통시킬 수 있도록 배치된다.

따라서 상기 제1가열기(122)를 관통하면서 가열된 봉재(B)는 제1냉각장치(124)를 경유하면서 냉각될 수 있다.

상기 담금질유닛(120)의 좌측에는 풀림유닛(130)이 구비된다. 상기 풀림유닛(130)은 제1냉각장치(124)를 경유하면서 냉각된 봉재(B)를 다시 가열하는 제2가열기(132)와, 상기 제2가열기(132)에 의해 가열된 봉재(B) 외면에 냉각수를 분사하여 냉각하는 제2냉각장치(134)를 포함하여 구성된다.

상기 제2가열기(132)와 제2냉각장치(134)는 각각 제1가열기(122)와 제1냉각장치(124)에 유사한 구조를 가지며, 가열온도와 냉각수 분사량이 상이할 수 있다.

상기 풀림유닛(130)의 좌/우측에는 전술한 에어분사유닛(140)이 구비된다. 상기 에어분사유닛(140)은 제1냉각장치(124)와 제2냉각장치(134)를 빠져나온 이후에 봉재(B) 외면에 묻어있는 냉각수를 강한 바람을 불어 날려 제거하기 위한 구성이다.

그리고 상기 에어분사유닛(140)은 날려진 냉각수가 후공정에 악영향을 미치지 않도록 봉재(B)의 직선 진행 방향에 대하여 역방향으로 에어를 분사하도록 제어됨이 바람직하다.

이하 첨부된 도 8 및 도 9를 참조하여 상기 담금질유닛(120)과 풀림유닛(130)에 구비된 제1냉각장치(124)와 제2냉각장치(134)의 세부 구조를 설명한다.

도 8에는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치(10)에서 일 구성인 담금질유닛(120)의 세부 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명에 의한 연속 열처리 장치(10)에서 일 구성인 풀림유닛(130)의 세부 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있다.

우선 도 8과 같이 상기 제1냉각장치(124)는 다수의 냉각부(125)를 포함하여 구성된다.

상기 냉각부(125)는 냉각수저장탱크(도 6의 도면부호 160 참조)로부터 냉각수를 공급받은 후 내측 방향으로 분사할 수 있도록 구성된 것으로, 비어있는 내부로 상기 봉재(B)가 관통하면서 냉각될 수 있다.

그리고 상기 냉각부(125)는 내주면에서 방사상으로 다수의 홀(126)이 천공 형성되어 봉재(B)의 외주면에 고르게 냉각수를 분사할 수 있다.

또한 상기 다수 냉각부(125)가 분사하는 냉각수는 그 연장선이 서로 교차하도록 배치된다.

이것은 봉재(B)의 진행 방향을 고려하였을 때 가장 우측에 있는 냉각부(125)는 좌측 경사 방향으로 냉각수를 분사하고, 가장 좌측에 위치한 냉각부(125)는 우측 경사 방향으로 냉각수를 분사하여 냉각수의 튐을 상쇄시킴으로써 외부로 냉각수가 튀지 않도록 한 것이다.

한편 도 9와 같이 상기 제2냉각장치(134)는 다수의 냉각부(135)를 포함하여 구성된다.

상기 냉각부(135)는 제1냉각장치(124)의 냉각부(125) 보다 작은 개수로 구성되어 있으나, 냉각수가 분사되는 방향은 서로 교차하도록 홀(136)이 천공된다.

그리고 상기 홀(136)은 냉각부(135)의 내주면에서 방사상으로 천공 형성되며, 좌측의 냉각부(135)는 우측으로 기울어지도록 천공되고, 우측의 냉각부(135)는 봉재(B)에 대하여 수직으로 분사하도록 구성하였다.

따라서 상기 한 쌍의 냉각부를 좌측 방향으로 관통하는 봉재(B)는 냉각수와 접촉하여 냉각시에 냉각수의 튐이 최소화된 상태를 유지할 수 있다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

예를 들어 본 발명의 실시예에서 제2냉각장치(134)는 도 9와 같이 우측의 냉각부(135)가 봉재(B)의 외면에 수직한 방향으로 냉각수를 분사하도록 구성하였으나, 냉각수가 외부로 튀지 않도록 하는 범위 내라면 좌측 방향으로 경사지게 분사되도록 변경할 수도 있음은 물론이다.

10. 연속 열처리 장치 100. 열처리장치
110. 프레임 120. 담금질유닛
122. 제1가열기 124. 제1냉각장치
125. 냉각부 126. 홀
130. 풀림유닛 132. 제2가열기
134. 제2냉각장치 135. 냉각부
136. 홀 140. 에어분사유닛
150. 제어반 152. 디스플레이
200. 로딩장치 300. 언로딩장치
B . 봉재

Claims (7)

1. 다수 봉재가 보관되고 선택적으로 구름 이송한 후 길이 방향으로 이송하는 로딩장치와,
   열처리된 봉재를 수용하여 적재하는 언로딩장치와,
   상기 로딩장치와 언로딩장치 사이에 위치하며 내부를 경유하는 봉재에 담금질(Quenching)과 풀림(Tempering)을 영역별로 순차 실시하여 열처리하는 열처리장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연속 열처리 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열처리장치는,
   다수 부품을 지지하는 프레임과,
   상기 프레임 내부 일측에서 봉재를 담금질처리하는 담금질유닛과,
   상기 프레임 내부 타측에서 담금질처리된 봉재를 풀림처리하는 풀림유닛과,
   상기 봉재 외면에 묻은 냉각수를 제거하는 에어분사유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연속 열처리 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 프레임은 봉재의 길이보다 짧은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 열처리 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 담금질유닛은,
   상기 봉재를 내부로 관통시키면서 가열하는 제1가열기와,
   상기 제1가열기에 의해 가열된 봉재 외면에 냉각수를 분사하여 냉각하는 제1냉각장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연속 열처리 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 풀림유닛은,
   상기 제1냉각장치를 경유하면서 냉각된 봉재를 가열하는 제2가열기와,
   상기 제2가열기에 의해 가열된 봉재 외면에 냉각수를 분사하여 냉각하는 제2냉각장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연속 열처리 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1냉각장치와 제2냉각장치는 각각 다수의 냉각부를 구비하며,
   상기 제1냉각장치와 제2냉각장치 각각에 구비된 다수 냉각부는 냉각수 분사 방향이 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 연속 열처리 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 에어분사유닛은,
   상기 제1냉각장치와 제2냉각장치 인근에 위치하며 봉재의 직선 진행 방향에 대하여 역방향으로 에어를 분사하는 것을 특징으로 하는 연속 열처리 장치.

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