KR20220162989A - 이중구조의 라디안트 튜브 커버구조체 - Google Patents

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KR20220162989A KR1020210071293A KR20210071293A KR20220162989A KR 20220162989 A KR20220162989 A KR 20220162989A KR 1020210071293 A KR1020210071293 A KR 1020210071293A KR 20210071293 A KR20210071293 A KR 20210071293A KR 20220162989 A KR20220162989 A KR 20220162989A
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Abstract

본 발명은 가열로(1)에 설치된 라디안트 히터튜브(2) 상에 주울열로 인한 산화현상을 최소화하는 커버구조체에 관련되며, 그 구성에 있어서 상기 라디안트 히터튜브(1)의 내부에 라디안트 열선(3)을 삽설 고정하고, 가열로(1)의 내부로 주울열을 발산하도록 구비하는 커버체(10); 및 상기 커버체(10)의 단열층 상에 주울열로 인한 산화현상을 최소화하도록 이중구조로 구비하는 보강수단(20):을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 열처리작업의 주요부인 라디안트 히터튜브 커버체의 외면상에 2중 구조의 보강구조를 기반으로 채택하여, 손쉽게 설치 가능하여 제조나 유지보수 측면에서 경제적인 방식으로 내구성을 향상시켜 사용상의 편의성을 향상하면서도 전반적인 수명을 대폭 증가시킬 수 있고, 라디안트 열선에 의해 전기저항의 발열현상인 주울열을 발산하는 과정에서 라디안트 히터튜브 표면의 산화, 변형, 뜯김 현상 등 복합적인 문제를 최소화하여 열처리작업을 지속적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

이중구조의 라디안트 튜브 커버구조체{Radiant tube cover structure of dual structure}
본 발명은 이중구조의 라디안트 튜브 커버구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 열처리작업의 주요부인 라디안트 히터튜브 커버체의 외면상에 2중 구조의 보강구조를 기반으로 채택하여, 손쉽게 설치 가능하여 제조나 유지보수 측면에서 경제적인 방식으로 내구성을 향상시켜 사용상의 편의성을 향상하면서도 전반적인 수명을 대폭 증가시킬 수 있고, 라디안트 열선에 의해 전기저항의 발열현상인 주울열을 발산하는 과정에서 라디안트 히터튜브 표면의 산화, 변형, 뜯김 현상 등 복합적인 문제를 최소화하여 열처리작업을 지속적으로 수행할 수 있는 이중구조의 라디안트 히터튜브 커버구조체에 관한 것이다.
통상적으로 자동차나 각종 산업 기계 등에 사용되는 강 부품에는 고도의 피로 강도, 내마모성 및 내식성 등의 기계적 성질을 향상시키기 위하여, 침탄열처리, 고주파 열처리, 질화 열처리 및 연질화 등의 표면 경화 열처리가 실시된다.
일예로, 한국 공개특허공보 제2021-0023321호에 따르면, 강 부품의 저변형 열처리방법에 있어서, 변형률을 최소화하고, 과하중에 의한 내구성향상, 내마모성, 면 피로강도 향상을 위한 강 부품을 열처리로에 장입한 후, 로(爐)의 온도가 680℃~730℃로 도달되도록 하는 1차승온단계(S100)와; 상기 1차승온단계 과정에서 로(爐) 내부가 0.15 torr 이하로 진공되도록 열처리로 내부 공기와 가스를 배출하는 진공배기단계(S200)와; 상기 진공배기단계를 통해 열처리로 내부 가스가 배출된 진공상태에서 질소가스를 주입하여 상압하는 질소상압단계(S300)와; 열처리로의 진공상태에서 질소주입을 통해 열처리로에 질소가 상압되면서 1차승온단계가 마무리된 후, 680℃ 이상 730℃ 이하의 온도 범위에서 AX가스를 주입하여 열처리로를 수소분위기로 형성한후, 열처리로 내의 수소의 양을 수소센서로 산출하고, 실시간 자동으로 검출하여 로내 분위기 KN 값을 산출하며, 산출된 KN 값에 따라 KN 자동제어부를 통해 질소농도가 자동 KN 제어하여 강 부품으로 질소가 확산침투되도록 30분~8시간 유지하여 강 부품의 경화층을 0.1~1.3mm로 확보하는 1차 열처리단계(S400)와; 상기 1차 열처리단계를 거친 강 부품이 장입된 열처리로의 로(爐)의 온도가 780℃~830℃로 도달되도록 하는 2차승온단계(S500)와; 상기 2차승온단계 과정에서 열처리로에 주입된 AX가스가 RX가스로 대체되도록 RX가스를 주입하는 가스교체단계(S600)와; 상기 가스교체단계를 통해 AX가스에서 RX가스로 교체된 열처리로의 2차승온단계가 마무리된 후, 780℃~830℃의 온도에서 1차 열처리단계를 거친 강 부품으로 탄소가 침투되도록 30분~400분간 유지하고, 온도의 유지과정에서 탄소를 침투시키면서 O2 센서로 탄소농도를 조절하는 2차 열처리단계(S700); 상기 2차열처리단계 후, ??칭 오일에 65℃~130℃로 15분~30분간 냉각하여 질소가 침투된 부위가 질소마텐자이트로 변태하여 Hv750~Hv800의 강 부품의 표면 경도값을 형성하는 ??칭오일냉각단계(S800);를 포함하여 것을 특징으로 하는 강 부품의 저변형 열처리방법을 제시한다.
이러한 상기 선행문헌은 자동차, 산업분야에 사용되는 강 부품의 특성에 따른 별도의 열처리로 정밀성 부품에는 질화열처리, 내구성 한계를 극복하기 위한 부품에는 침탄열처리로 구분함에 따른 사용분야의 제약을 극복하고, 표면열처리를 통해 변형률이 최소화되고, 과하중에 의한 내구성 증대 및 내마모성, 면 피로강도 향상의 특징을 동시에 가질 수 있도록 질소농도의 KN 자동제어와 탄소농도의 O2 센서를 통한 조절로 저변형 열처리방법을 제공함으로써, 질화열처리와 침탄열처리 각각의 문제점을 동시에 개선하여 복합적 적용이 가능하고, 정밀한 부품에서 일반 부품 및 제품의 품질개선 및 조립직행률 향상, 열처리 제조비용이 절감, 생산시간 단축 및 생산비용 절감이 가능함은 물론, 높은 품질의 강 부품 및 제품의 공급을 통해 자동차 분야에서부터 다양한 산업분야에 아우르는 국가산업발전에 기여가 가능하다고 설명하고 있다.
그러나 상기한 선행문헌의 장치를 사용한 열처리작업에서 질화열처리와 침탄열처리 각각의 문제점을 동시에 개선하여 복합적 적용이 가능하다고 설명하고 있으나, 이너파이프가 고열에 장시간 노출시 표면 자체가 산화되거나 변형, 뜯김 현상이 발생하여 고열의 열처리작업을 장시간, 반복적으로 수행하기 사실상 어렵다 할 것이다.
한국 공개특허공보 제10-2021-002332호 "강 부품의 저변형 열처리방" (2021.03.04.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 근본적으로 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 열처리작업의 주요부인 라디안트 히터튜브 커버체의 외면상에 2중 구조의 보강구조를 기반으로 채택하여, 손쉽게 설치 가능하여 제조나 유지보수 측면에서 경제적인 방식으로 내구성을 향상시켜 사용상의 편의성을 향상하면서도 전반적인 수명을 대폭 증가시킬 수 있고, 라디안트 열선에 의해 전기저항의 발열현상인 주울열을 발산하는 과정에서 라디안트 히터튜브 표면의 산화, 변형, 뜯김 현상 등 복합적인 문제를 최소화하여 열처리작업을 지속적으로 수행할 수 있는 이중구조의 라디안트 커버구조체를 제공하려는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가열로에 설치된 라디안트 히터튜브 상에 주울열로 인한 산화현상을 최소화하는 커버구조체에 있어서: 상기 라디안트 히터튜브의 내부에 라디안트 열선을 삽설 고정하고, 가열로의 내부로 주울열을 발산하도록 구비하는 커버체; 및 상기 커버체의 단열층 상에 주울열로 인한 산화현상을 최소화하도록 이중구조로 구비하는 보강수단:을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 상기 보강수단은 커버체를 보강하도록 그 재질을 KS STS304, STS304L, STS316, STS316L, STS310, STS310L, JIS SCH13, SCH15, SCH18, SCH21, INCNEL600 및 이와 유사한 내열강 재질 중 어느 하나를 택일하여 열처리장비에 사용할 수 있는 보강체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 상기 보강수단은 커버체의 외면상에 보강체를 동종 또는 이종으로 덧대어 2중구조로 제작하여 수명을 2배 이상으로 연장하고 필요시 보강체만을 수리하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 상기 보강수단은 커버체의 외면 전체 또는 일요부에 보강체를 덧대어 2중구조로 제작하는 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 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.
이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 이중구조의 라디안트 커버구조체는 열처리작업의 주요부인 라디안트 히터튜브 커버체의 외면상에 2중 구조의 보강구조를 기반으로 채택하여, 손쉽게 설치 가능하여 제조나 유지보수 측면에서 경제적인 방식으로 내구성을 향상시켜 사용상의 편의성을 향상하면서도 전반적인 수명을 대폭 증가시킬 수 있고, 라디안트 열선에 의해 전기저항의 발열현상인 주울열을 발산하는 과정에서 라디안트 히터튜브 표면의 산화, 변형, 뜯김 현상 등 복합적인 문제를 최소화하여 열처리작업을 지속적으로 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1 및 도 2는 종래의 라디안트 히터튜브의 산화현상을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 라디안트 히터튜브의 보강수단을 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 라디안트 히터튜브의 보강수단을 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 라디안트 히터튜브의 보강수단을 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 라디안트 히터튜브의 보강수단을 실시제품을 나타내는 사진.
도 7은 본 발명의 라디안트 히터튜브의 사용 상태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 가열로(1)에 설치된 라디안트 히터튜브(2) 상에 주울열로 인한 산화현상을 최소화하는 커버구조체에 관련되며, 커버체(10), 보강수단(20)을 주요 구성으로 한다.
한편, 본 발명의 주요구성을 설명하기에 앞서 라디안트 히터튜브(2)는 가열로(1) 상에 설치하여 가열로(1) 내부에 표면처리공정이 필요한 제품을 구비한 상태에서 고열을 발산하여 열처리작업을 용이하게 수행하는 구성으로 사용하는데, 주로 가스침탄로, 뱃지형치형 침탄로, 가스질화로, 연속로, 진공 침탄로 등의 다양한 열처리 설비에 사용한다. 라디안트 히터튜브(2)를 사용한 열처리작업에 있어 전기로에서 열원으로 전기저항의 발열현상인 주울열을 이용하여 가열로 내부를 가열하게 되는데, 가열에 사용하는 라디안트 히터튜브(2)의 단열층과 경계 부위에서 산화, 변형, 뜯김현상 등의 부작용이 발생하고 이로 인하여 라디안트 히터튜브(2) 자체의 사용수명까지 저하되는 문제가 나타나기에 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 크게 커버체(10)와 보강수단(20)을 구비하여 상기 문제점을 해결하거나 보완, 보강하여 발열체로서의 라디안트 히터튜브(2)로 사용수명을 향상시킨다.
본 발명에 따른 커버체(10)는 상기 라디안트 히터튜브(2)의 내부에 라디안트 열선(3)을 삽설 고정하고, 가열로(1)의 내부로 주울열을 발산하도록 구비한다. 커버체(10)는 발열을 수행하는 라디안트 히터튜브(2)를 기준하여 내부에 라디안트 열선(3)을 삽설 및 고정하고 라디안트 열선(3)에서 전기저항의 열원으로 발생하는 주울열을 가열로(1)의 내부로 발산하는 역할까지 수행한다. 라디안트 히터튜브(2)의 내부에 라디안트 열선(3)을 삽설 고정하도록 일정한 크기나 방향으로 통공되거나 개방되게 형성한다. 라디안트 히터튜브(2)의 내부에 라디안트 열선(3)을 삽설 고정하여 외부공기가 라디안트 히터튜브(2)의 내부로 유입되는 것을 막고 내부의 가스(H2, N2, Co, CO2, NH4 등)를 정해진 경로로 배출되는 구조로 제작하는 것이 특징이다.
이러한 열처리공정은 가열로(1) 내부에 고열의 표면처리공정을 요하는 제품을 구비한 상태에서 A3 변태점(912도) 이상으로 가열과 침탄작업을 수행하고, 확산 유지 후 기름이나 염욕에 ??칭을 수행하여 열처리 제품을 경화시키는 공정을 진행한다.
그리고 라디안트 열선(3)을 사용하여 전기저항의 발열현상인 주울열을 가열로(1) 내부공간 전체를 일정한 고열로 가열함에 있어 금속재의 발열체를 많이 사용하게 되는데, 이 발열체는 재질이 금속이다 보니 가열과정에서 나오는 내부가스로 인하여 라디안트 열선(3)의 수명이 단축되는 문제를 해결하기 위하여 삽설 및 고정이 가능한 라디안트 히터튜브(2)와 내외부로 결합한 형태로 사용한다.
또, 본 발명에 따른 보강수단(20)은 상기 커버체(10)의 단열층 상에 주울열로 인한 산화현상을 최소화하도록 2중구조로 구비한다. 보강수단(20)은 라디안트 히터튜브(2)의 내부에 라디안트 열선(3)을 삽설 고정하고, 가열로(1)의 내부로 주울열을 발산하는 커버체(10)를 기준하여 가열로(1) 내부를 가열하는 과정에서 단열층 상에 지속적으로 가해지는 주울열로 인하여 커버체(10) 전체 또는 주울열이 집중적으로 발산하는 일요부가 산화되는 현상을 최소화하도록 이중구조의 형태로 구비하는 것이 특징으로 커버체(10)와 보강수단(20)을 용접을 사용하여 2중구조로 구비하는 것을 기본으로 하고 용접방식이 아닌 2중구조로 사용하는데 지장이 없는 다른 방식을 접목하는 것도 가능하다. 라디안트 열선(3)이 내장된 라디안트 히터튜브(2)로 이루어진 커버체(10)는 가열로(1)의 내부에 삽설 수용된 상태로 내부공간으로 주울열을 발산하여 제품의 표면을 열처리하는데 사용한다.
이러한 가열로(1) 내부를 주울열로 가열하여 열처리공정시 A0 변태점(230도), A1 변태점(727도), A2 변태점(770도), A3 변태점(912도), A4 변태점(1394도), 용융점(1539도)의 순으로 변태작업이 진행되고 최종적으로 용융점(1539도)에서 용융되는 현상을 보인다. 변태작업에서 주목할 변태점은 A3 변태점(912도)인데, A3 변태점(912도)은 동소변태(고체 내에서 원자의 배열이 변하는 현상)로써 A3 변태점(912도) 이하에서 알파철인 체심입방겨작에서 A3 변태점(912도) 이상이 되면 감마철로 면심입방격자로 원자배열이 바뀌면서 아주 미세하게나마 체적이 변하게 되는데, 침탄의 열처리 공정에서는 A3 변태점(912도) 이상(통상, 900~950도, 일부 진공 침탄로에서는 1060도까지 가열하기도 함)의 온도로 가열하게 되는데, 이 과정에서 커버체(10)의 단열층이 A3 변태점(912도)에 지속적으로 노출되어서 커버체(10)가 스트레스로 인하여 산화, 변형, 뜯김 현상 등으로 수명이 단축되는 문제가 발생하여 이를 최소화하고자 이중구조로 구비하는 보강수단(20)을 적용한다.
이때, 본 발명의 세부 구성에 따르면 상기 보강수단(20)은 커버체(10)를 보강하도록 그 재질을 KS STS304, STS304L, STS316, STS316L, STS310, STS310L, JIS SCH13, SCH15, SCH18, SCH21, INCNEL600 및 이와 유사한 내열강 재질 중 어느 하나를 택일하여 열처리장비에 사용할 수 있는 보강체(21)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 커버체(10)의 단열층이 산화, 변형, 뜯김 현상 등 산화현상을 최소화하기 위하여 고열에도 견딜 수 있는 재질을 사용한 보강체(21)를 구비하는 것이 효과적이다. 내열강에 강한 재질인 KS STS304, STS304L, STS316, STS316L, STS310, STS310L과, JIS SCH13, SCH15, SCH18, SCH21과 INCNEL600계열 및 상술한 재질과 유사한 성격의 내열강 재질 중 어느 하나를 택일하여 열처리작업이 용이한 보강체(21)로 제작하여 커버체(10)와 이중구조로 구비한다.
이러한 상기 재질로 이루어진 보강수단(20)은 가스침탄로, 진공퍼지식침탄로, 진공침탄로, 가스질화로, 진공퍼지식질화로, 진공질화로 연속식 침탄로, 연속식 질화로, 연속식 QT로, 연속식 템퍼링로, 마르??칭로, 오스템퍼링로, ADI AGI열처리로 및 이외에 라디안트 히터튜브(2)와 라디안트 열선(3)이 구비된 커버체(10)가 적용되는 모든 장비에 적용하여 장기간의 열처리작업에도 쉽게 산화하거나 변형되거나 뜯겨지는 등의 산화현상을 최소화하는 보강역할을 수행한다.
또한, 본 발명의 세부 구성에 따르면 상기 보강수단(20)은 커버체(10)의 외면상에 보강체(21)를 동종 또는 이종으로 덧대어 2중구조로 제작하여 수명을 2배 이상으로 연장하고 필요시 보강체(21)만을 수리하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 보강수단(20)의 구성인 보강체(21)는 커버체(10)의 단열층 상에 이중구조로 구비하여 산화현상을 최소화하는 것으로, 구체적으로 커버체(10)의 외면상에 동종 또는 이종으로 덧대어 커버체(10)와 2중구조로 제작하여 산화현상으로 교체하거나 사용하는 수명을 2배 이상으로 연장할 수 있고, 산화현상으로 커버체(10)를 사용하기 어렵거나 사용할 수 없는 상태에서 필요시 보강체(21)만을 독립적으로 수리할 수 있어 커버체(10)를 통으로 교체하거나 수리하는데 들어가는 비용이나 시간을 절감하는 효과까지 제공한다.
또한, 본 발명의 세부 구성에 따르면 상기 보강수단(20)은 커버체(10)의 외면 전체 또는 일요부에 보강체(21)를 덧대어 2중구조로 제작하는 것을 특징으로 한다. 보강수단(20)으로 사용하는 보강체(21)는 산화현상을 최소화하고자 상술한 내용의 구성과 방법으로 적용하면서 커버체(10)의 외면 전체구간 또는 일요부에 덧대어 2중구조로 제작하는 것이 효과적이다.
다시 말해서, 보강체(21)로 사용하는 재질로 내열강에 강한 재질 중 어느 하나를 택일하고, 커버체(10)의 외면상에 보강체(21)를 동종 또는 이종으로 덧대어 2중구조로 제작하며, 커버체(10)의 외면 전체를 보강체(21)로 덧대어 보강하거나 산화현상이 발생하는 일요부를 보강체(21)로 덧대어 보강하는 2중구조로 제작하여 구비하는 것으로 구성과 사용환경, 제조방법 등 다양한 조건을 종합적으로 해석하여 가장 최선의 상태로 열처리작업을 수행할 수 있는 커버구조체로 구성하여 사용하는 것이 효과적이다.
이와 같이, 본 발명은 열처리작업의 주요부인 라디안트 히터튜브 커버체의 외면상에 2중 구조의 보강구조를 기반으로 채택하여, 손쉽게 설치 가능하여 제조나 유지보수 측면에서 경제적인 방식으로 내구성을 향상시켜 사용상의 편의성을 향상하면서도 전반적인 수명을 대폭 증가시킬 수 있고, 라디안트 열선에 의해 전기저항의 발열현상인 주울열을 발산하는 과정에서 라디안트 히터튜브 표면의 산화, 변형, 뜯김 현상 등 복합적인 문제를 최소화하여 열처리작업을 지속적으로 수행할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
1 : 가열로 2 : 라디안트 히터튜브
3 : 라디안트 열선 10 : 커버체
20 : 보강수단 21 : 보강체

Claims (4)

  1. 가열로(1)에 설치된 라디안트 히터튜브(2) 상에 주울열로 인한 산화현상을 최소화하는 커버구조체에 있어서:
    상기 라디안트 히터튜브(2)의 내부에 라디안트 열선(3)을 삽설 고정하고, 가열로(1)의 내부로 주울열을 발산하도록 구비하는 커버체(10); 및
    상기 커버체(10)의 단열층 상에 주울열로 인한 산화현상을 최소화하도록 2중구조로 구비하는 보강수단(20):을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중구조의 라디안트 튜브 커버구조체.
  2. 상기 보강수단(20)은 커버체(10)를 보강하도록 그 재질을 KS STS304, STS304L, STS316, STS316L, STS310, STS310L, JIS SCH13, SCH15, SCH18, SCH21, INCNEL600 및 이와 유사한 내열강 재질 중 어느 하나를 택일하여 열처리장비에 사용할 수 있는 보강체(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 이중구조의 라디안트 튜브 커버구조체.
  3. 상기 보강수단(20)은 커버체(10)의 외면상에 보강체(21)를 동종 또는 이종으로 덧대어 2중구조로 제작하여 수명을 2배 이상으로 연장하고 필요시 보강체(21)만을 수리하여 사용하는 것을 특징으로 하는 이중구조의 라디안트 튜브 커버구조체.
  4. 상기 보강수단(20)은 커버체(10)의 외면 전체 또는 일요부에 보강체(21)를 덧대어 2중구조로 제작하는 것을 특징으로 하는 이중구조의 라디안트 튜브 커버구조체.
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