KR20200123633A - 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹, 금속 등의 재질로 이루어진 피가열체의 소결 공정 시 피가열체의 온도 편차를 감소시킬 수 있도록 한 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로에 관한 것이다.

Description

온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로{SINTERING FURNACE WITH INSULATION FOR REDUCING TEMPERATURE DEVIATION}
본 발명은 소결로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹, 금속 등의 재질로 이루어진 피가열체의 소결 공정 시 피가열체의 온도 편차를 감소시킬 수 있는 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로에 관한 것이다.
일반적으로, 소결로는 세라믹, 금속 등의 소결 공정에 사용된다. 소결로는 소결 및 열처리 중 피가열체(제품)에 불순물 혼입을 제거할 수 있으며, 높은 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
참고로, 소결(Sintering) 공정이란 분체를 녹는점 이하 또는 부분적 용융 정도로 가열하여 단단한 결합체로 만드는 공정을 말한다.
이와 같은 소결 공정을 실시하는 소결로는 주로 저항 발열체를 열원으로 사용하며, 복사열에 의해 피가열체를 가열해주게 된다. 이러한 소결로에 대하여 종래 대한민국 등록특허공보 제10-1153623호(공고일: 2012.06.18) 등으로 선 출원된 바 있다.
그러나 종래의 소결로는 소결 공정 시 피가열체의 수축이 빈번하게 발생하게 된다. 즉 상기 소결로 내에서 피가열체가 놓이게 되는 세라믹이나 카본 재질의 플레이트 구조물이나, 피가열체 자체의 비규칙적인 열분포에 의해 수축 현상이 발생할 수 있다.
또한 상기 피가열체 여러 장을 동시에 소결하는 경우, 상기 피가열체의 층별 온도 차이에 따라 피가열체의 물성이 서로 다르게 나타나는 경우가 있다.
즉 저항 발열체를 열원으로 하는 소결로 내에서 히터 작동 시 상기 히터와 근접하게 위치한 피가열체 테두리 등의 소정부위가 피가열체의 다른 부분에 비해 급격하게 가열될 수 있다. 이로 인해 피가열체 내 온도 편차가 발생하게 되고, 이러한 온도 편차에 의해 피가열체가 수축 및 물성 편차를 야기할 수 있는 문제점이 있다.
이에 따라 피가열체의 균일성을 위해 층별 또는 플레이트 및 피가열체의 내부 온도차를 감소시키고, 온도 분포를 최대한 균일하게 만들 수 있는 가열로가 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 세라믹, 금속 등의 재질로 이루어진 피가열체의 소결 공정 시 피가열체의 온도 편차를 감소시킬 수 있도록 한 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로는, 내부공간이 마련되는 본체하우징; 상기 본체하우징 내에 출입 가능하게 설치되며, 피가열체를 수납해주는 플레이트; 상기 본체하우징의 내측 둘레에 설치되어 상기 플레이트에 수납된 피가열체를 가열해주는 가열히터; 및 상기 가열히터와 피가열체 사이에 설치되는 단열부재;를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 단열부재는, 상기 가열히터가 배치된 측의 플레이트 단턱과, 상기 플레이트 내에 수납된 피가열체 사이에 설치될 수 있다.
또한 상기 피가열체가 수납된 플레이트는, 상측으로 복수 개가 적층될 수 있다.
또한 상기 단열부재는, 상기 피가열체 중에서 상기 단열부재에 더 근접한 부위가 상기 단열부재로부터 더 이격된 부위보다 온도가 더 높이 올라가는 것을 방지해줄 수 있다.
또한 상기 본체하우징은, 수평 단면이 원형, 사각형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 형성되고, 상기 피가열체가 수납되는 플레이트는, 상기 본체하우징의 수평 단면과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로는, 이송통로가 구비되는 본체하우징; 상기 이송통로를 통과하도록 배치되며, 동력을 전달받아 일측으로 이동 가능하게 설치되는 컨베이어벨트; 상기 컨베이어벨트 상에 설치되어 일측으로 이송되며, 피가열체를 수납해주는 플레이트; 상기 이송통로 내에 설치되어 상기 플레이트에 수납된 피가열체를 가열해주는 가열히터; 및 상기 가열히터와 피가열체 사이에 설치되는 단열부재;를 포함할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로는, 세라믹, 금속 등으로 이루어진 피가열체의 소결 공정 시 피가열체의 온도 편차를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 피가열체의 수축을 개선시킬 수 있으며, 피가열체의 물성을 균일하게 만들 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로의 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로의 내부구조를 보여주는 평단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열부재가 설치된 플레이트와 종래의 플레이트를 비교해주는 도면,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결로의 다양한 실시예를 보여주는 개략적인 평단면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결로를 이용한 소결 공정 시 피가열체의 온도 편차가 개선되었는지를 실험한 실시예,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로를 보여주는 개략적인 측단면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로의 내부구조를 보여주는 평단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로(100)는, 본체하우징(110), 플레이트(120), 가열히터(130), 단열부재(140)를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본체하우징(110)은 소결로(100)의 주된 몸체를 이루는 것으로, 본체하우징(110)의 내부에는 소결 공정이 이루어지게 되는 소정의 내부공간(111)이 마련된다.
이 경우 본체하우징(110)의 일측에는 내부공간(111) 내에 후술할 피가열체(1)가 수납된 플레이트(120)를 투입 거치시킬 수 있도록 개폐도어(미도시)가 구비될 수 있다. 즉 상기 본체하우징(110)은 배치(Batch) 타입으로 형성될 수 있다.
플레이트(120)는 소결 공정 대상인 피가열체(1)를 수납한 상태로 내부공간(111) 내에 거치시켜주는 것으로, 이러한 플레이트(120)는 본체하우징(110)의 내부공간(111)에 출입 가능하게 설치될 수 있다.
상기와 같은 피가열체(1)가 수납된 플레이트(120)는 소결 공정의 효율 향상을 위해 상측으로 복수 개가 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우 적층되는 복수의 플레이트(120) 사이 사이에는 수납된 피가열체(1)에 가열히터(130)의 열이 잘 전달될 수 있도록 통공(미도시)이 구비될 수 있다. 또는 상기 플레이트(120)를 상측으로 이격되게 적층 설치하여, 그 사이에 통공이 형성되도록 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 플레이트(120)는 피가열체(1)의 수납이 용이하도록 테두리에 단턱(121)이 형성된 그릇 형상으로 형성될 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니며, 피가열체(1)를 용이하게 수납 적층할 수 있다면 다양한 구조로 변경 적용될 수 있음은 물론이다. 본 발명에서는 상기 플레이트(120)가 테두리에 단턱(121)이 형성된 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하기로 한다.
다시 도 2를 참조하면, 가열히터(130)는 내부공간(111)의 내주면 둘레에 설치되어 플레이트(120)에 거치된 피가열체(1)를 가열해주는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 가열히터(130)는 저항 발열체를 열원으로 사용할 수 있으며, 이러한 가열히터(130)에서 발생하는 복사열을 이용하여 피가열체(1)를 가열해주게 된다.
이 경우 본 발명의 일 실시예에서는 본체하우징(110)의 수평 단면이 원형으로 형성됨에 따라, 상기 가열히터(130)는 본체하우징(110) 내부공간(111)의 내주면 둘레를 따라 원형으로 배치되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 가열히터(130)는 플레이트(120)의 외주면과 일정 거리를 유지하도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 플레이트(120)에 수납된 피가열체(1)에 열을 균일하게 가해줄 수 있다.
이러한 가열히터(130)는 통상의 소결로(100)에서 사용되는 것을 적용할 수 있음에 따라, 본 발명에서는 특별히 한정하지는 않는다.
단열부재(140)는 가열히터(130)와 피가열체(1) 사이에 설치되어, 소결 공정 시 상기 가열히터(130)와 근접하게 위치된 피가열체(1) 테두리 등의 소정부위가 급승온되는 것을 방지해주는 역할을 한다.
즉 상기 단열부재(140)는 피가열체(1) 중에서 상기 단열부재(140)에 더 근접한 부위가 상기 단열부재(140)로부터 더 이격된 부위보다 온도가 더 높이 올라가는 것을 방지해준다.
구체적으로, 상기 단열부재(140)는 가열히터(130)가 배치된 측의 플레이트(120) 단턱(121)과, 상기 플레이트(120) 내에 수납된 피가열체(1) 사이에 설치될 수 있다. 만약 플레이트(120)에 단턱(121)이 없는 경우라면, 상기 단열부재(140)는 가열히터(130)와 피가열체(1) 사이에 설치될 수 있다.
이러한 상기 단열부재(140)는 가열히터(130)와 근접하게 위치된 피가열체(1)의 소정부위에 가열히터(130)의 열이 집중적으로 가해지는 것을 방지해줄 수 있으며, 이에 따라 상기 가열히터(130)에서 발생하는 열이 피가열체(1)의 중심부와 테두리부 전체를 균일하게 가열해줄 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 플레이트(120)가 투입 거치되는 본체하우징(110)은 수평 단면이 원형인 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 상기 본체하우징(110)는 사각형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 변경 적용될 수 있음은 물론이다.
아울러 상기 피가열체(1)가 수납되는 플레이트(120) 역시 본체하우징(110)의 수평 단면과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
즉 본체하우징(110)의 수평 단면이 사각형으로 형성된 경우, 상기 플레이트(120)는 수평 단면이 사각형으로 형성될 수 있다.
아울러, 상기 플레이트(120)의 외주면에 가열히터(130)가 배치되는 위치 및 개수에 따라 상기 피가열체(1)와의 사이에 배치되는 단열부재(140)의 위치 및 개수 역시 대응되게 설치될 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 가열히터(130)가 사각형상의 플레이트(120)의 양측에 설치되는 경우, 플레이트(120) 내에 수납된 피가열체(1)의 대응되는 양측에 단열부재(140)가 설치될 수 있다.
또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 가열히터(130)가 사각형상의 플레이트(130) 3면에 설치되는 경우, 플레이트(120) 내에 수납된 피가열체(1)의 대응되는 3면에 단열부재(140)가 설치될 수 있다.
또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 가열히터(130)가 사각형상의 플레이트(130) 4면에 모두 설치되는 경우, 플레이트(120) 내에 수납된 피가열체(1)의 대응되는 4면에 단열부재(140)가 설치될 수 있다.
또는, 도면에 도시되지 않았지만, 가열히터(130)가 사각형상의 플레이트(130)의 저면이나 상면에 설치되는 경우 피가열체(1) 저면이나 상면에도 단열부재(140)가 설치될 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 소결로(100) 내에 단열부재(140)를 추가함으로써 소결 공정 시 피가열체(1)의 온도 편차가 개선되었는지를 실험한 실시예이다.
< 실시예 >
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 원통 형상의 본체하우징(100)의 내부에 피가열체(1)가 수납된 플레이트(120)를 복수의 층으로 적층하고, 그 외주면에 가열히터(130)를 배치하였다.
그리고 플레이트(120)에 피가열체(1)를 수납하되, 도면상 좌측의 소결로에는 단열부재(140)를 설치하지 않고, 도면상 우측의 소결로(100)에만 가열히터(130)와 피가열체(1)의 사이(피가열체의 테두리부)에 단열부재(140)를 설치하였다.
이 경우 실험에 적용된 공정 조건은 승온온도 5℃/min, 가열히터 650℃ 시점이다.
그 결과 도면에 도시된 바와 같이, 플레이트(120)의 최 상하층을 제외하면 소결로(100) 내에 단열부재(140)를 추가한 경우가 단열부재(140)를 추가하지 않은 경우에 비해 피가열체(1)의 온도 편차가 15 ~ 25% 수준이 개선된 것을 알 수 있었다.
한편, 본 발명은 일 실시예에 따른 소결로(100)가 배치(Batch) 타입인 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 방식으로 변형 적용될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 다른 실시예에 따른 소결로(200)는, 피가열체(1)가 거치된 플레이트(220)가 컨베이어벨트(215)에 의해 일방향으로 이송되는 지속적인(continues) 방식으로 구성될 수 있다.
도 8을 참조하여 구체적으로 설명해보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 소결로(200)는, 이송통로(211)가 구비되는 본체하우징(210)과, 상기 이송통로(211)를 통과하도록 배치되며 동력을 전달받아 일측으로 이동 가능하게 설치되는 컨베이어벨트(213)와, 상기 컨베이어벨트(213) 상에 설치되어 일측으로 이송되며 피가열체(1)가 수납되는 플레이트(220)와, 상기 이송통로(211) 내에 설치되어 플레이트(220)에 수납된 피가열체(1)를 가열해주는 가열히터(230)와, 상기 플레이트(220)와 피가열체(1) 사이에 설치되어 가열히터(230)와 근접한 피가열체(1) 소정부위의 급승온을 방지해주는 단열부재(240)를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 플레이트(220)와 가열히터(230), 그리고 단열부재(240)의 설치 구조는 본 발명의 일 실시예에 따른 플레이트(120)와 유사한 방식으로 적용될 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변경 적용될 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 온도 편차 감소용 단열부재가 구비된 소결로(100)는, 세라믹, 금속 등으로 이루어진 피가열체(1)의 소결 공정 시 피가열체(1)의 온도 편차를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 피가열체(1)의 수축을 개선시킬 수 있으며, 피가열체(1)의 물성을 균일하게 만들 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
1 : 피가열체 100, 200 : 소결로
110, 210 : 본체하우징 111 : 내부공간
120 : 플레이트 121 : 단턱
130, 230 : 가열히터 140, 240 : 단열부재
211 : 이송통로 213 : 컨베이어벨트

Claims (6)

  1. 내부공간이 마련되는 본체하우징;
    상기 본체하우징 내에 출입 가능하게 설치되며, 피가열체를 수납해주는 플레이트;
    상기 본체하우징의 내측 둘레에 설치되어 상기 플레이트에 수납된 피가열체를 가열해주는 가열히터; 및
    상기 가열히터와 피가열체 사이에 설치되는 단열부재;를 포함하는 소결로.
  2. 이송통로가 구비되는 본체하우징;
    상기 이송통로를 통과하도록 배치되며, 동력을 전달받아 일측으로 이동 가능하게 설치되는 컨베이어벨트;
    상기 컨베이어벨트 상에 설치되어 일측으로 이송되며, 피가열체를 수납해주는 플레이트;
    상기 이송통로 내에 설치되어 상기 플레이트에 수납된 피가열체를 가열해주는 가열히터; 및
    상기 가열히터와 피가열체 사이에 설치되는 단열부재;를 포함하는 소결로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단열부재는,
    상기 가열히터가 배치된 측의 플레이트 단턱과, 상기 플레이트 내에 수납된 피가열체 사이에 설치되는 것인 소결로.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피가열체가 수납된 플레이트는,
    상측으로 복수 개가 적층되는 것인 소결로.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단열부재는,
    상기 피가열체 중에서 상기 단열부재에 더 근접한 부위가 상기 단열부재로부터 더 이격된 부위보다 온도가 더 높이 올라가는 것을 방지해주는 것인 소결로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체하우징은,
    수평 단면이 원형, 사각형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 형성되고,
    상기 피가열체가 수납되는 플레이트는,
    상기 본체하우징의 수평 단면과 대응되는 형상으로 형성되는 것인 소결로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113432428A (zh) * 2021-06-04 2021-09-24 成都日进冶金锻造有限公司 一种箱式淬火电阻炉

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