KR20200143970A - 강판 가열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 강판 가열 장치는, 강판의 모서리 중 제1 방향과 나란한 2개의 모서리에 각각 인접한 2개의 영역인 전극 영역에 각각 접촉하는 양극과 음극; 및 상기 강판으로부터 발생하는 열을 배출 가능하도록, 상기 강판의 모서리 중 상기 제1 방향에 대해 수직한 제2 방향과 나란한 모서리에 인접한 영역인 냉각 영역에 접촉하는 냉각블록을 포함하는 냉각부를 포함하되, 상기 강판을 통해, 상기 양극으로부터 상기 음극으로 전류가 흘러, 상기 강판이 발열하고, 상기 강판상에서, 상기 양극으로부터 상기 냉각부가 접촉한 영역을 통과하여 상기 음극에 도달하는 경로가 가지는 저항의 크기가, 상기 양극으로부터 상기 냉각부를 통과하여 상기 음극에 도달하는 경로가 가지는 저항의 크기보다 크도록, 상기 양극, 상기 음극과 상기 냉각부가 배치된다.

Description

강판 가열 장치 {PLATE HEATING APPARATUS}
본 발명은 강판 가열 장치에 관한 것이다.
차체에 사용되는 각종 도어, 프레임 등에 사용되는 금속 재질의 강판은, 그 기초가 되는 소재인 강판 블랭크를 가열하고, 이를 이송하여 프레스 성형 및 냉각하고, 부품을 취출한 뒤 레이저 트리밍하여, 차체의 부품으로 가공될 수 있다.
강판 블랭크를 가열하는 방법은 다양하다. 레이저 등의 열원을 이용하는 방법, 원하는 부위에 접촉하는 금형을 고온으로 유지하는 방법, 가스 또는 전기로 내에서 특정부위만 선택적으로 가열하는 방법 등을 이용해 강판 블랭크를 가열할 수 있다. 이 중 전기를 강판 블랭크에 가해, 강판 블랭크의 저항에 따른 발열을 이용하여 강판 블랭크를 가열하는 방법이 있다.
다만 전기를 강판 블랭크에 가하는 경우, 전극 주위에서 집중적으로 발열이 일어나나, 중심 영역에서는 가열이 일어나지 않을 수 있다. 따라서 전극 주변에서는 원치 않는 소재의 용융이 발생할 수 있다. 또한 중심 영역에서는 원하는 만큼 가열이 되지 않아 추가적인 처리가 필요할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 통전 방식을 이용하면서도 강판의 원하는 부위를 자유롭게 가열할 수 있고, 냉각부의 주변으로 발열이 집중되는 상황을 막을 수 있는 강판 가열 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 강판 가열 장치는, 강판의 모서리 중 제1 방향과 나란한 2개의 모서리에 각각 인접한 2개의 영역인 전극 영역에 각각 접촉하는 양극과 음극; 및 상기 강판으로부터 발생하는 열을 배출 가능하도록, 상기 강판의 모서리 중 상기 제1 방향에 대해 수직한 제2 방향과 나란한 모서리에 인접한 영역인 냉각 영역에 접촉하는 냉각블록을 포함하는 냉각부를 포함하되, 상기 강판을 통해, 상기 양극으로부터 상기 음극으로 전류가 흘러, 상기 강판이 발열하고, 상기 강판의 온도가 균일한 상태에서, 상기 강판상에서, 상기 양극으로부터 상기 냉각부가 접촉한 영역을 통과하여 상기 음극에 도달하는 경로가 가지는 저항의 크기가, 상기 양극으로부터 상기 냉각부를 통과하여 상기 음극에 도달하는 경로가 가지는 저항의 크기보다 크도록, 상기 양극, 상기 음극과 상기 냉각부가 배치된다.
이에 따라, 원치 않는 전류의 집중 현상을 방지할 수 있고, 강판의 영역 중 원하는 영역을 가열할 수 있다.
도 1은 예시적인 강판 가열 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 가열 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 가열 장치의 냉각블록을 강판에 접촉시킨 상황을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 강판 가열 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 변형예에서, 전극을 통해 전류를 흘려주기 시작한 때의 전류 방향을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 변형예에서, 전극을 통해 전류를 흘려 승온 중일 때 전류 방향이 냉각블록을 향하여 휘는 상황을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예에서, 전극을 통해 전류를 흘려 승온이 충분히 이루어진 후의 전류 방향을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 예시적인 강판 가열 장치(1)의 평면도이다.
도면을 참조하면, 예시적인 강판 가열 장치(100)는, 강판(104)에 접촉하는 전극(101, 102)과 냉각블록(103)을 포함한다. 강판(104)을 통해, 전극(101, 102) 중 양극(101)으로부터 음극(102)으로 전류가 흐른다. 흐르는 전류에 의해서 강판(104)에서 열이 발생한다. 냉각블록(103)이 강판(104)에서 발생하는 열을 식힌다. 따라서 냉각블록(103)이 덮고 있는 영역에서의 강판(104)의 저항이, 냉각블록(103)이 덮고 있지 않은 영역에서의 강판(104)의 저항보다 작다. 병렬로 저항이 연결된 회로에서, 전류는 저항이 비교적 작은 쪽에 더 흐른다. 따라서 강판(104)에서, 냉각블록(103)이 덮고 있는 영역을 따라 흐르는 전류가, 냉각블록(103)이 덮고 있지 않은 영역을 따라 흐르는 전류보다 많다. 냉각블록(103)이 덮고 있는 영역을 따라 흐르는 전류의 크기가 커지므로, 냉각블록(103)이 덮고 있는 영역에서 발생하는 열량이 커지고, 발열이 냉각블록(103) 주변에 집중된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 가열 장치(1)의 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 가열 장치(1)는, 전극(10), 냉각부를 포함할 수 있고, 컨트롤러(30)를 더 포함할 수 있다.
전극(10)
전극(10)은, 강판(P)에 전류를 흘려주기 위한 구성요소이다. 전극(10)은 음극(12)과 양극(11) 총 2개로 구성되어 강판(P)과 접촉할 수 있다.
강판(P)을 통해, 양극(11)으로부터 음극(12)으로 전류가 흘러, 강판(P)이 발열할 수 있다. 강판(P)은, 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 강판(P)이 직육면체로 형성된 경우를 가정하고 설명하나, 강판(P)의 형상이 다른 입체의 형상으로 형성될 수도 있다.
전극(10)은 후술할 컨트롤러(30)에 전기적으로 연결되어, 전력을 전달받을 수 있다. 전력을 전극(10)이 전달받고, 양극(11)과 음극(12) 사이에 위치한 강판(P)을 통해 전류가 전달되도록 한다. 즉 컨트롤러(30)와 전극(10)과 강판(P)이, 전류가 흐를 수 있도록 닫힌 회로를 형성할 수 있다.
강판(P)의 모서리 중 제1 방향(D1)과 나란한 2개의 모서리(도 4의 P1)에 각각 인접한 2개의 영역인 전극 영역에 각각 접촉할 수 있다. 제1 방향(D1)은 도 2에서 세로 방향을, 후술할 제2 방향(D2)은 도 2에서 가로 방향을 의미하나, 그 방향이 이에 제한되지는 않는다. 제2 방향(D2)을 기준으로 강판(P)의 양단에 위치한 2개의 모서리(도 4의 P1)가 제1 방향(D1)과 나란하게 형성되어, 상기 2개의 모서리(도 4의 P1)와 인접하게 2개의 전극 영역이 형성되고, 2개의 전극(10)이 상기 2개의 전극 영역에 각각 배치될 수 있다. 전극은, 상기 2개의 모서리에서, 제1 방향을 기준으로 중심에 위치할 수 있다.
전극(10)은 제2 방향(D2)에서 가지는 폭보다, 제1 방향(D1)에서 가지는 폭(L1)이 더 넓은, 제1 방향(D1)으로 연장된 형태일 수 있다. 다만 전극(10)이 제1 방향(D1)에서 가지는 폭(L1)은, 강판(P)이 제1 방향(D1)에서 가지는 폭보다 작을 수 있다. 하여 제1 방향(D1)에서 전극(10)이 가지는 폭(L1)은, 강판(P)의 모서리 중 제1 방향(D1)과 나란한 2개의 모서리(도 4의 P1)의 길이보다 작을 수 있다. 또한 전극(10)은 강판(P)의 상기 2개의 모서리의 중심에 배치되어, 강판(P)의 제1 방향(D1) 양단에 닿지 않을 수 있다. 또한 전극(10)은 제1 방향(D1)과 나란한 강판(P)의 모서리(도 4의 P1)를 따라서 배열될 수 있다.
양극(11)과 음극(12)은, 제2 방향(D2)을 기준으로 서로 이격된 거리(L3)가 일정하도록 강판(P) 상에 배치될 수 있다. 양극(11)과 음극(12)은, 강판(P)의 중심을 제1 방향(D1)을 따라 지나가는 직선을 중심으로, 서로 선대칭하도록 강판(P) 상에 배치될 수 있다.
전극(10)은 구리(Cu)를 포함하는 재질로 구성될 수 있으나, 그 재질이 이에 제한되지는 않는다.
냉각부
냉각부는 가열되는 강판(P)을 냉각하는 구성요소이다. 냉각부는 강판(P)에 접촉하여 강판(P)으로부터 열을 전달받아 배출하는 냉각블록(20)을 포함한다. 냉각블록(20)은 강판(P)으로부터 발생하는 열을 배출 가능하도록, 강판(P)의 모서리 중 제2 방향(D2)과 나란한 모서리(도 4의 P2)에 인접한 영역인 냉각 영역(도 3의 A2)에 접촉한다. 냉각 영역(A2)은, 냉각블록(20)이 접촉하도록 마련된 강판(P)의 일부 영역으로, 제2 방향(D2)과 나란한 강판(P)의 모서리(P2)와 인접하게 배치된다.
냉각부는 복수의 냉각블록(20)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 2개의 냉각블록(20)이 사용되나, 그 개수가 이에 제한되지 않는다. 2개의 냉각블록(20)은, 제1 방향(D1)을 기준으로 강판(P)의 양단에 각각 인접하게 배치될 수 있다.
제1 방향(D1)을 기준으로, 마주보는 2개의 냉각블록(20)이 서로 이격된 거리(L2)는, 제2 방향(D2)을 따라가며 일정하게 유지되도록, 2개의 냉각블록(20)이 배치될 수 있다. 2개의 냉각블록(20)은 강판(P)의 중심을 제2 방향(D2)을 따라 지나가는 직선을 중심으로, 서로 선대칭하도록 강판(P) 상에 배치될 수 있다. 도 2에서는 도면의 상측에 제1 냉각블록(21)이, 도면의 하측에 제2 냉각블록(22)이 배치되는 것으로 도시하였다.
냉각블록(20)은 제1 방향(D1)에서 가지는 폭보다, 제2 방향(D2)에서 가지는 폭이 더 넓은, 제2 방향(D2)으로 연장된 형태일 수 있다. 따라서, 제2 방향(D2)과 나란한 강판(P)의 모서리(도 4의 P2)를 따라서 배열되고, 강판(P)에 접촉할 수 있다.
냉각블록(20)은 강판(P)으로부터 전달받은 열을, 강판(P)과 접촉하지 않는 면을 통해 공기 중으로 내보낼 수 있다. 열을 보다 잘 내보낼 수 있도록, 강판(P)과 접촉하지 않는 냉각블록(20)의 측면에는, 핀(fin) 등의 발열구조(미도시)가 형성될 수 있다. 또한 냉각부가 공조장치(미도시)를 더 포함하여, 상기 발열구조에 공기와 같은 냉매의 흐름을 형성해 보다 냉각블록(20)의 냉각이 잘 이루어지도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 가열 장치(1)의 냉각블록(20)을 강판(P)에 접촉시킨 상황을 도시한 측면도이다.
냉각블록(20)은, 2개의 하위블록(211, 212)으로 구분될 수 있다. 도 3에는 냉각블록(20) 중 도 2에서 도면의 상측에 배치되는 냉각블록(20)인 제1 냉각블록(21)과 인접한 영역을 표현하였다. 제1 냉각블록(21)이 하위블록(211, 212)으로서 각각 제1-1 하위블록(211)과 제1-2 하위블록(212)을 포함할 수 있다.
냉각블록(20)의 측면 중 냉각 영역(A2)과 접촉하는 측면인 접촉측면에는, 냉각블록(20)과 강판(P)이 전기적으로 연결되지 않도록, 코팅층(214)이 형성되어 절연처리될 수 있다. 도면에서, 제1-1 하위블록(211)의 블록본체(213)의 하면과, 제1-2 하위블록(212)의 블록본체(213)의 상면에 코팅층(214)이 형성됨을 확인할 수 있다.
냉각블록(20)의 블록본체(213)는, 철보다 높은 열전도도를 갖는 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 블록본체(213)는 전도성 있는 알루미늄 또는 구리를 포함하는 합금을 포함하여 형성될 수 있는데, 코팅층(214)은, 세라믹 재질로 형성되어, 냉각블록(20)과와 강판(P)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록 절연할 수 있다. 코팅층(214)의 두께는, 0.1mm 이상 1mm 이하일 수 있다.
냉각블록(20)은, 냉각 영역(A2)의 상면 또는 하면에 접촉할 수도 있고, 상면 및 하면에 동시에 접촉하도록 형성될 수 있다. 도시된 것과 같이, 냉각블록(20)이 2개의 하위블록(211, 212)을 가져, 각각 냉각 영역(A2)의 상면과 하면에 접촉하도록 구성될 수도 있으나, 하나의 냉각블록(20)이 냉각 영역(A2)을 둘러싸도록 형성되어, 냉각 영역(A2)의 상면 및 하면에 동시에 접촉할 수도 있다.
전극(10)과 냉각부의 배치
도 2를 다시 참조하여, 강판(P) 상에서의 전극(10)과 냉각부의 배치에 대해 설명한다. 강판(P)의 온도가 균일한 상태에서, 강판(P)상에서, 양극(11)으로부터 냉각부가 접촉한 영역을 통과하여 음극(12)에 도달하는 경로인 냉각영역 경로(42)가 가지는 저항의 크기가, 양극(11)으로부터 냉각부를 통과하여 음극(12)에 도달하는 경로인 가열영역 경로(41)가 가지는 저항의 크기보다 크도록, 전극(10)과 냉각부의 냉각블록(20)이 배치될 수 있다. 따라서 강판(P)의 온도가 균일한 상태에서, 전극(10)을 통해 강판(P)에 전류가 제공될 경우, 가열영역 경로(41)로 흐르는 전류의 크기가, 냉각영역 경로(42)로 흐르는 전류의 크기보다 클 수 있다.
가열영역 경로(41)와 냉각영역 경로(42)가 상술한 대소관계의 저항값을 가지도록, 다음과 같이 전극(10)과 냉각부가 배치될 수 있다. 제1 방향(D1)을 기준으로, 냉각부와 인접한 전극(10)의 말단이, 제1 방향(D1)을 따라 냉각부와 이격되는 상태로, 전극(10)과 냉각부가 배치될 수 있다. 따라서 양극(11)으로부터 음극(12)으로 이어지는 최소거리를 나타내는 선분은, 냉각부를 지나가지 않을 수 있다.
또한 가열영역 경로(41)와 냉각영역 경로(42)가 상술한 대소관계의 저항값을 가지도록, 다음과 같은 형태로 전극(10)과 냉각부가 배치될 수 있다. 양극(11)과 음극(12)의 최단거리(L3)는, 냉각부의 지점 중 양극(11)과 가장 인접한 지점으로부터, 냉각부의 지점 중 음극(12)과 가장 인접한 지점까지의 거리(L3)에, 냉각부와 양극(11)의 최단거리 및 냉각부와 음극(12)의 최단거리의 합(L2-L1)를 더한 값보다 작도록 형성될 수 있다 즉 냉각영역 경로(42)의 길이가, 가열영역 경로(41)의 길이보다 길도록, 전극(10)과 냉각블록(20)을 배치할 수 있다. 강판(P)의 온도가 균일한 상태에서, 강판(P)이 균일한 재질로 구성된다면, 각 경로의 저항의 크기는, 각 경로의 길이에 비례하기 때문이다.
소정의 전류가 전극(10)을 통해서 강판(P)에 가해질 때, 냉각 영역(A2)과전극 영역을 제외한 나머지 영역인 가열 영역(A1)은, 담금질 후 마르텐사이트로 변태되도록, 변태점 중 Ac3점의 온도 이상으로 가열될 수 있다. 또한 냉각 영역(A2)은, 소재의 물성 열화를 방지하기 위해, 100℃ 이하의 온도를 가지는 범위에서 승온되도록, 전극(10)과 냉각부가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강판 가열 장치(1)와 같이 전극(10)이 강판(P)에 배치됨에 따라, 도 1의 예시적인 강판 가열 장치(1)에서보다 냉각블록(20)에 인접한 영역으로 열량이 집중되는 정도가 줄어들 수 있다.
컨트롤러(30)
컨트롤러(30)는 컨트롤러(30)는 제어명령을 수행하는 논리 연산이 가능한 소자를 포함하는 구성요소로, CPU(Central Processing Unit) 등을 포함할 수 있다. 컨트롤러(30)는 전극(10)과 냉각부에 연결될 수 있다. 컨트롤러(30)는 제어명령에 따른 신호를 각 구성요소들에 전달할 수 있고, 각종 센서 또는 획득부들에 연결되어 획득된 정보를 신호의 형태로 전달받을 수 있다. 컨트롤러(30)는 각각의 구성요소들과 전기적으로 연결될 수 있으므로, 도선으로 연결되거나, 무선으로 통신 가능한 통신 모듈을 더 가져 상호 통신할 수 있다.
컨트롤러(30)가 수행하는 제어명령은 저장매체에 저장되어 활용될 수 있고, 저장매체는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 서버, 휘발성 매체, 비휘발성 매체 등과 같은 장치일 수 있으나, 그 종류가 이에 제한되지는 않는다. 저장매체에는 이 밖에도 컨트롤러(30)가 작업을 수행하기 위해 필요로 하는 데이터 등이 더 저장될 수 있다.
컨트롤러(30)는 전극(10)에 전기적으로 연결되어, 전극(10)에 전류가 흐르도록 할 수 있다. 컨트롤러(30)는 목표 승온속도에 맞추어 전극(10)에 전류를 흐르도록 할 수 있다. 따라서 이러한 작동을 위해, 컨트롤러(30)는 3상 전원과, 저주파 전류를 직류변환 후 고주파 전류로 변환하는 인버터전원 전류제어 컨버터와, 인버터의 고주파 전류를 권선비에 의해 증폭하는 변압기를 포함할 수 있다. 인버터전원 전류제어 컨버터는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함할 수 있다.
또한 컨트롤러(30)는, 전극(10)의 위치를 이동시키는 전극이동부(미도시)와, 냉각블록(20)의 위치를 이동시키는 블록이동부(미도시)를 포함할 수 있다. 전극이동부와 블록이동부는, 컨트롤러(30)로부터 신호를 받아 각각 전극(10)의 위치를 이동시키고, 블록의 위치를 이동시켜, 전극(10)이 강판(P)의 전극 영역에 접촉하거나 그로부터 이탈되도록 하고, 냉각블록(20)이 강판(P)의 냉각 영역(A2)에 접촉하거나 그로부터 이탈되도록 할 수 있다.
또한 전극이동부와 블록이동부가, 각각 전극(10)과 냉각블록(20)의 위치를 이동시켜, 상술하였던 전극(10)과 냉각블록(20)의 배치관계에 상응하도록 강판(P) 상에 각각 전극(10)과 냉각블록(20)을 위치시킬 수 있다. 이러한 작동이 가능하도록, 전극이동부와 블록이동부는 각각 전극(10)과 냉각블록(20)에 연결되되, 다양한 방향으로 이동이 가능한 로봇 팔일 수 있으나, 이외에도 전극(10) 또는 냉각블록(20)을 파지하여 이동시킬 수 있는 장치라면, 전극이동부와 블록이동부로 사용될 수 있다.
변형예
도 4는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 강판 가열 장치(2)의 평면도이다.
양극(11)과 음극(12)의 최단거리(L3)는, 냉각부의 지점 중 양극(11)과 가장 인접한 지점으로부터, 냉각부의 지점 중 음극(12)과 가장 인접한 지점까지의 거리(L4)에, 냉각부와 양극(11)의 최단거리 및 냉각부와 음극(12)의 최단거리를 더한 값보다 작도록 형성될 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예의 변형예에서도, 냉각영역 경로(43)의 길이가, 가열영역 경로(41)의 길이보다 크도록, 전극(10)과 냉각부가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 변형예에서도, 전극(10)이 각각 강판(P)의 제1 방향(D1)과 나란한 모서리(P1)의 중심에 배치될 수 있다. 또한 냉각블록(50)이 강판(P)의 제2 방향(D2)과 나란한 모서리(P2)의 중심에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 변형예에서는, 냉각블록(50)의 길이가 일 실시예에서의 냉각블록(도 2의 20)의 길이보다 줄어들 수 있다. 따라서 전극(10) 상의 지점 중 냉각블록(50)과 가장 인접한 지점과, 냉각블록(50) 상의 지점 중 전극(10)과 가장 인접한 지점을 이은 직선이, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 나란하지 않도록 형성될 수 있다. 달리 말해, 전극(10)과 냉각블록(50)을 최단거리로 이은 직선은, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)에 대해 비스듬하게 형성될 수 있다. 따라서, 도 4에서, 전극(10)과 냉각블록(50)을 최단거리로 잇는 선분이, 도면상의 대각선 방향으로 형성됨을 알 수 있다. 이와 같이 냉각블록(50)의 길이가 단축됨으로써, 전극(10)으로부터 냉각블록(50)까지 도달하는 거리가 전체 냉각영역 경로(43)에서 차지하는 비중이 늘어난다. 따라서 냉각영역 경로(43)가 가지는 저항의 크기가, 일 실시예에서 냉각영역 경로(도 2의 42)가 가지는 저항의 크기보다 커질 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 전류를 전극(10)을 통해 강판(P)에 흘려줌에 따라, 강판(P)이 가열되고, 전류의 경로가 변화하는 과정을 설명하여, 본 발명의 일 실시예 및 일 실시예의 변형예에 따른 강판 가열 장치(2)가 가지는 효과에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 변형예에서, 전극(10)을 통해 전류를 흘려주기 시작한 때의 전류 방향을 나타낸 도면이다.
강판(P)에 전류가 흐르기 전, 강판(P)은 균일한 온도를 가질 수 있다. 따라서 양극(11)과 음극(12)을 최단거리로 잇는 모든 경로가 가지는 저항값이 동일하다. 반면 냉각영역 경로는, 양극(11)과 음극(12)을 최단거리로 잇는 경로가 아니므로, 저항값이 더 크다. 따라서 가열영역 경로의 저항값이 냉각영역 경로의 저항값보다 작으므로, 냉각영역 경로로 흐르는 전류값보다 가열영역 경로로 흐르는 전류값이 크다. 따라서 가열 영역(A1)의 발열량이, 냉각 영역(A2)에 비해 커지고, 가열 영역(A1)의 온도가 냉각 영역(A2)보다 커진다.
도면에서, 냉각 영역(A2)이 인접한 강판(P)의 모서리에 접촉하지는 않는 것으로 도시하였으나, 이는 냉각 영역(A2)을 도면에 표시하기 용이하도록 한 것으로, 냉각 영역(A2)은 인접한 강판(P)의 모서리에 이를 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 변형예에서, 전극(10)을 통해 전류를 흘려 승온 중일 때 전류 방향이 냉각블록(50)을 향하여 휘는 상황을 나타낸 도면이다.
도 5에 대해 설명한 내용과 마찬가지로, 가열 영역(A1)에서 냉각 영역(A2)보다 빠르게 온도가 상승한다. 냉각 영역(A2)에서는 냉각블록(50)에 의한 냉각이 이루어져, 승온이 억제된다. 따라서 가열 영역(A1)의 비저항이 냉각 영역(A2)의 비저항보다 높아져, 점차 가열영역 경로의 저항값과 냉각영역 경로의 저항값의 차이가 줄어들고, 이내 그 대소관계가 역전하여, 냉각영역 경로의 저항값이 가열영역 경로의 저항값보다 작아질 수 있다. 이에 따라, 도 6에 도시된 것과 같이, 점차 냉각영역 경로를 따라 흐르는 전류가 증가한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예에서, 전극(10)을 통해 전류를 흘려 승온이 충분히 이루어진 후의 전류 방향을 나타낸 도면이다.
가열 영역(A1)의 경우 냉각블록(50)이 접촉하지 않는 상태에서 전류가 계속 가해지므로, 승온이 지속적으로 이루어져, 비저항이 매우 높아진다. 이에 따라 냉각영역 경로의 저항이 가열영역 경로의 저항보다 매우 작아져, 전류가 대부분 냉각영역 경로를 따라 흐르게 된다. 전류가 냉각영역으로 대부분 향하므로, 냉각영역의 승온이 이루어지고, 가열이 이루어지기 시작한다.
한편, 본 발명의 일 실시예 및 그 변형예를 사용하는 경우에도, 최종적으로는 냉각영역으로 전류가 집중되나, 충분히 가열 영역(A1)을 통해 전류가 흘러 가열 영역(A1)이 가열된 후 냉각 영역(A2)으로 전류가 집중되어, 전체 강판(P)을 비교적 균일하게 가열할 수 있고, 발열 집중으로 인한 강판(P)의 융해 등이 일어나지 않을 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 2 : 강판 가열 장치
10 : 전극
11 : 양극
12 : 음극
20, 50 : 냉각블록
21 : 제1 냉각블록
22 : 제2 냉각블록
30 : 컨트롤러
41 : 가열영역 경로
42, 43 : 냉각영역 경로
211 : 제1-1 하위블록
212 : 제1-2 하위블록
213 : 블록본체
214 : 코팅층
A1 : 가열 영역
A2 : 냉각 영역
D1 : 제1 방향
D2 : 제2 방향
P : 강판

Claims (15)

  1. 강판의 모서리 중 제1 방향과 나란한 2개의 모서리에 각각 인접한 2개의 영역인 전극 영역에 각각 접촉하는 양극과 음극; 및
    상기 강판으로부터 발생하는 열을 배출 가능하도록, 상기 강판의 모서리 중 상기 제1 방향에 대해 수직한 제2 방향과 나란한 모서리에 인접한 영역인 냉각 영역에 접촉하는 냉각블록을 포함하는 냉각부를 포함하되,
    상기 강판을 통해, 상기 양극으로부터 상기 음극으로 전류가 흘러, 상기 강판이 발열하고,
    상기 강판상에서, 상기 양극으로부터 상기 냉각부가 접촉한 영역을 통과하여 상기 음극에 도달하는 경로가 가지는 저항의 크기가, 상기 양극으로부터 상기 냉각부를 통과하여 상기 음극에 도달하는 경로가 가지는 저항의 크기보다 크도록, 상기 양극, 상기 음극과 상기 냉각부가 배치되는, 강판 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향을 기준으로, 상기 냉각부와 인접한 상기 전극의 말단이, 상기 제1 방향을 따라 상기 냉각부와 이격되도록, 상기 전극과 상기 냉각부가 배치되는, 강판 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는, 복수의 냉각블록을 포함하고,
    상기 복수의 냉각블록은, 상기 제1 방향을 기준으로 상기 강판의 양단에 각각 인접하게 배치되는, 강판 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 방향을 기준으로, 상기 복수의 냉각블록 중 서로 마주보는 냉각블록들이 서로 이격된 거리는, 상기 제2 방향을 따라가며 일정하게 유지되는, 강판 가열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각블록의 측면 중 상기 냉각 영역과 접촉하는 측면인 접촉측면에는, 상기 냉각블록과 상기 강판이 전기적으로 연결되지 않도록, 코팅층이 형성되어 절연처리되는, 강판 가열 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코팅층은, 세라믹 재질로 형성되는, 강판 가열 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각블록은, 철보다 높은 열전도도를 갖는 재질을 포함하여 형성되는, 강판 가열 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 강판은, 직육면체의 형상을 가지는, 강판 가열 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양극과 상기 음극의 최단거리를 지나가면서 형성되는 저항의 크기는, 상기 냉각부의 지점 중 상기 양극과 가장 인접한 지점으로부터, 상기 냉각부의 지점 중 상기 음극과 가장 인접한 지점까지의 거리를 지나가면서 형성되는 저항의 크기에, 상기 냉각부와 상기 양극의 최단거리를 지나가면서 형성되는 저항의 크기 및 상기 냉각부와 상기 음극의 최단거리를 지나가면서 형성되는 저항의 크기를 더한 값보다 작도록 형성되는, 강판 가열 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각블록은, 상기 냉각 영역의 상면 또는 하면에 접촉하도록 형성되는, 강판 가열 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    소정의 전류가 상기 전극을 통해서 상기 강판에 가해질 때,
    상기 가열 영역은, 담금질 후 마르텐사이트로 변태되도록, 변태점 중 Ac3점의 온도 이상으로 가열되는, 강판 가열 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    소정의 전류가 상기 전극을 통해서 상기 강판에 가해질 때,
    소재의 물성 열화를 방지하기 위해, 상기 냉각 영역은, 100℃ 이하의 온도를 가지도록 승온되는, 강판 가열 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 전극은,
    상기 강판의 모서리 중 제1 방향과 나란한 2개의 모서리에서, 상기 제1 방향을 기준으로 중심에 위치하는, 강판 가열 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 양극과 상기 음극은, 상기 강판의 중심을 상기 제1 방향을 따라 지나가는 직선을 중심으로, 서로 선대칭하도록 배치되는, 강판 가열 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전극과 상기 냉각블록을 최단거리로 이은 직선은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 대해 비스듬하게 형성되는, 강판 가열 장치.
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