KR890004587Y1 - 열간 정수압 가압장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열간 정수압 가압장치

제1도 및 제2도는 본 고안의 한가지 실시예에 따른 HIP(열간 정수압 가압 : hot isostatic pressing)장치의 개략적 단면도.

제3도 및 제4도는 본 고안의 다른 실시예에 따른 HIP장치의 개략적 단면도.

제5도는 HIP 처리시 본 고안의 장치와 종래의 장치간의 냉각시간의 비교 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 상부 덮개 8 : 외측 케이싱

9 : 내측 케이싱 10,13 : 가스 통로

11 : 밸브 12 : 밸브 개폐장치

본 고안은 열간 정수압 강압(이하 간단히 "HIP"라 한다)처리용 장치에 관한 것이며, 특히 HIP 처리후 냉각시간을 단출시켜 작동효율이 개선된 장치에 관한 것이다.

종래의 HIP 장치는 기본적으로 고압용기, 단열층과 이 단열층의 내부에 설치된 가열기로 구성되었으며, 이 단열층과 가열기 양자 모두는 상하부 덮개에 의해 형성된 고압실 내부에 배치되어 있다.

단열 및 균열가열 성능의 중요성의 관점에서 다양한 개선이 예를 들면 일본국 특허 공보 제50276/80호, 제53276/83호에 개시된 바와 같은 HIP장치와 관련하여 제안되어 있다.

반면에 이런 형식의 장치는 작업을 1회 수행하는데 장시간이 소요되는 결점이 있어, 전체공정을 합리화시키는 노력이 필요하고, 이를 위하여 냉각/예열 작업소 및 준비작업소와 같은 여러개의 작업소가 포함되는 이른바 모듈형의 HIP시스템이 개발되었다.

그런, HIP 처리에 있어서의 한가지 중요한 인자는 냉각이고, 이 냉각이 HIP장치의 효율적 사용에 큰 영향을 미친다는 사실은 명백하다.

이런 까닭으로 상기한 바와 같이 여러가지 개선과 새로운 시스템의 개발이 이루어졌다.

그러나 냉각효과를 증대시키려고 하는, 특히 고압가스를 순환시키면서 냉각효과를 증대시키려는 것은 거의 시도되지 않았다.

본 고안자는 이점에 착안하여, 노실내의 가스의 미시적 대류를 이용하여 냉각시간을 단축시키는 것을 최근에 연구하여 왔다.

열전달이 다음의 세가지 형식, 즉 대류, 복사, 전도로 분류되는 것은 공지이다. 그러나, HIP장치내의 고온고압하에서는 주로 대류에 의하여 열이 전달된다. 그러므로 HIP장치의 냉각시간을 단축시키기 위해서는 가스유동의 대류를 이용하는 것이 효과적이다.

따라서, 냉각효과를 증대시켜서 HIP장치의 냉각시간을 단축시키기 위하여 본 고안자는 단열층에 개폐밸브를 설치하고, 단열층의 하단부에 가스통로를 형성시켜 HIP처리후 냉각단계에서 밸브를 열어 가스의 거시적 대류를 발생시키면 냉각시간을 대폭 단축할 수 있다는 것을 알게 되었다.

보다 상세히 말하면 본 고안은 상기 HIP장치에 있어서, 단열층에는 컵을 엎어 놓은 형상의 적어도 2개의 내외측 케이싱이 포함되고, 외측 케이싱은 금속으로 성형되어 밀폐구조로 되어 있고, 내측 케이싱도 밀폐구조로 되어 있으며, 개폐밸브를 포함하는 통로가 외측케이싱의 상면 또는 상단부에 형성되고, 상기 밸브의 개폐수단이 상부 덮개위에 장착되어 있으며, 가스통로는 엎어진 컵형상의 내외측 케이싱의 하단부를 포함하는 단열층의 하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 외측 케이싱은 원칙적으로 금속으로 성형하여 밀폐구조로 할 필요가 있다.

내측 케이싱은 밀폐구조를 갖어야만 하며 온도 조건에 따라, 예를 들면, 스테인레스 강, 니켈합금, 몰리브덴 또는 흑연으로 성형된다.

이 같은 2개의 내외측 케이싱은 필요한 케이싱의 최소한의 갯수이므로,이들 사이에 추가적인 엎어진 컵형상의 케이싱을 설치할 수도 있으며, 요구되는 단열성능을 충족시키기 위하여 흑연재료, 세라믹 섬유 또는 금속과 같은 단열재가 이 케이싱사이에 충전될 수도 있다.

엎어진 컵형상의 케이싱이 내외측 2개로 이루어지거나 또는 이들 사이에 추가적인 케이싱 설치하여 3개 이상으로 하거나에 관계없이, 이들 케이싱의 하단부는 예를 들면, 원주 전체의 용접에 의하여 금속링으로 밀폐연결시켜야 한다.

본 고안의 구성상 요점은, 상기 단열층을 갖는 고압실에서, 고온고압하에 처리할때는 양호한 단열성능을 갖도록 이 단열층내의 대류를 억제하고 이 HIP처리가 끝난후 냉각단계에서 동일한 고압실내에 가스의 거시적 대류가 발생하도록 하여 냉각효과를 증대시키는 것이다.

이를 위하여 냉각재킷이 통상 이 고압용기 주위에 구비되어 있어도, 이에 추가하여 단열층을 통과하는 가스의 대류를 위하여 가스통로가 더 형성되어 있다.

단열층이, 엎어진 컵형상의 내외측 2개의 케이싱으로 이루어졌을 경우에는 양 케이싱사이의 단열재 충전여부에 관계없이 통상 그와 같은 가스 통로는 외측 케이싱의 하단부에 형성된다.

이는 설계의 관점에서 적절하다.

그러나, 엎어진 컵형상의 내측, 외측 및 중간의 3개의 케이싱으로 단열층이 이루어졌을때에는 이 가스통로를 단열재의 유무에 상관없이 내측 케이싱의 하단부나 내측 케이싱 및 중간 케이싱 사이에서 이 케이싱의 하부를 연결하는 금속링에 형성시키는 것이 적절한다.

이 경우에는 내측 및 중간 케이싱사이에 형성된 공간과 중간 및 외측 케이싱사이에 형성된 공간이 서로 연결되도록 가스통로를 형성시키는 것이 필요하다.

그러므로 연결가스 통로는 중간 케이싱의 상단부나 그 상부에 형성시킨다.

게다가 상기 가스통로와 관련하여, 외측 케이싱의 상면상부에는 가스의 대류를 금지하거나 허용하는 개폐밸브가 구비된 상기 가스 통로가 형성되어 있다.

구체적인 구조를 포함하여 이 밸브의 상세한 구성은 이미 별도로 제안되어 있으므로, 여기서는 생략하지만 기본적으로 이 밸브는 상부덮개에 부착된 유압실린더와 같은 구동장치에 의하여 개폐된다.

이하 본 고안의 실시예를 첨부도면에 따라 설명하기로 한다.

제1도 및 제2도는 본 고안의 한가지 실시예이고, 제3도 및 제4도는 수정된 실시예이다.

제1도 및 제2도에서 부재번호 1.2 및 3은 단열층(4)으로 둘러싸여 고압실을 형성하는 고압용기, 상부덮개 및 하부덮개를 각각 나타내며 이 단열층의 내부에는 가열기(5)가 배치되어 있다.

이것이 본 고안의 HIP장치의 기본적 구성이다.

하부덮개(3)상에는 도시된 바와 같이 노상(6)이 구비되어 있으며, 그 위에 작업물(7)이 놓여지고, 이 상태하에서 HIP처리가 수행된다.

이 실시예에서 단열층은 2개의 엎어진 컵형상의 케이싱(8,9)으로 구성되고, 이들 케이싱의 하단부는 용접이나 다른 적절한 방법에 의하여 금속링(4')에 밀폐 연결되어 있다. 케이싱(8,9)의 사이에는 단열재가 충전될수도 있다.

외측 케이싱(8)은 상기한 바와 같이 금속제이며, 용접에 의하여 밀폐되어 있다.

통로(10)는 외측 케이싱(8)의 상면의 실질적인 중심에 형성되어, 상부 덮개(2) 상에 설치된 유압실린더와 같은 구동장치(12)의 축에 연결된 밸브(11)의 수직운동에 의하여 개폐된다.

게다가 외측 케이싱(8)의 하단부에는 단열층(4)과 가스로 가득찬 고압실의 내부사이를 연결하는 가스통로(13)가 형성되어 있다.

가스통로(13)의 위치는 도시된 곳에만 국한되지 않고, 대류를 촉진할 수 있는 어떤 위치라도 상관없다.

마찬가지로 통로(10)가 형성된 위치로 항상 외측 케이싱(8)의 상면에만 국한되지 않고, 상부의 어떠한 곳에 형성시켜도 괜찮다.

반면에 외측 케이싱(8)에 대향하여 설치된 밀폐구조의 내측 케이싱(9)은 처리실의 내부에서 고온고압을 받기때문에 내열 내압재로 형성하는 것이 바람직하고 재료는 온도조건에 따라 선택하여야 한다.

이 장치에서 HIP처리는 종래 기술에 따라 처리하는 동안에는 외측 케이싱의 상면에 있는 통로(10)가 밸브(11)에 의하여 닫힌 상태하에서 수행된다. (제1도 참조)

HIP처리가 완료된 후 냉각단계로 넘어갈때는 밸브(11)가 제2도에 도시한 것처럼윗쪽으로 이동하므로 상부통로(10)가 열리게 된다. 이 작동은 일반적으로 순차제어에 의하여 자동으로 수행된다.

밸브(11)가 윗쪽으로 이동하여 통로(10)가 열리면 가스는 제2도의 화살표로 지시한 바와 같이 가열되어 고온상태에서 더욱더 가벼워진다.

이렇게 가벼원진 고온의 가스는 단열층(4)을 따라 올라가서 상부 통로(10)를 통과하여 단열층(4)로부터 유동하고, 그런다음 고압용기(1)의 내면에 의해 냉각되어 무거워지므로 아래쪽으로 흘러서 하부 가스통로(13)를 통하여 다시 단열층(4)의 내부로 들어가므로 가스이 거시적 대류경로가 형성되고 이에 따라 열이 효과적으로 흡수되어 냉각효과를 증대시키게 된다.

뿐만 아니라, 고압용기(1)의 내면온도가 소정의 수준, 예를 들면 150℃에 도달하면 밸브(11)가 자동적으로 내려와, 상부 통로(10)를 폐쇄하는 안전장치도 일반적으로 설치되어 있다.

제3도 및 제4도에는 본 고안의 다른 실시예가 도시되어 있는데, 여기에는 단열층(4)이 엎어진 컵형상의 내외측 케이싱(8.9)과 그 사이에 설치된 이와 유사한 케이싱(14)으로 구성되고, 가스통로(15)는 케이싱(14)의 상면에 형성어 있다. 또 단열층(4)과 이 단열층 바깥의 고압실 내부 공간 사이를 연결하는 가스통로(16)는 내측 케이싱(9)과 중간 케이싱(14)사이에 위치하도록 금속링(4')에 형성되고 그 링은 케이싱(8,14,9)의 하단부를 밀폐 연결하여 가스통로(16)가 내측 케이싱(9)의 하단부에 형성될 수 있게 하였다.

이와 같이 배치하면 가스의 대류는 다음과 같이 일어난다.

밸브(11)를 열면 제4도에 화살표로 표시한 바와 같이 고온의 가스가 내측 케이싱(9)과 중간 케이싱(14) 사이를 올라가서 통로(15,10)를 지나 단열층(4)의 밖으로 나오고, 고압용기(1)의 내면에 의하여 냉각된 후 아래로 내려가서 통로(16)를 지나 다시 내측 케이싱(9)과 중간 케이싱(14)의 사이로 흘러서 상승 및 하강경로가 형성된다.

제3도 및 제4도에서 제1도 및 제2도의 부재번호와 동일한 번호는 동일한 부분을 나타내고, 부속물도 앞의 실시예서와 동일하다.

다음에 본 고안의 HIP장치를 이용한 HIP처리에 있어 냉각 효과를 확인하기 위하여 대류가 일어나지 않는 단열층을 가진 종래의 HIP장치와 비교하여 그 결과를 제5도에 도시하였다.

특히, 중량 1300kg인 작업물을 1400℃, 1200kgf/cm²하에서 HIP처리한 후 냉각시켰다.

1400℃에서 200℃로 냉각시키는데, 종래 장치로는 740분(A), 제1도에 도시된 본 고안장치로는 400분(B), 제3도에 도시된 본 고안장치로는 240분(C)이 소요되어 본 고안에 의하여 냉각시간이 뚜렷이 단축됨을 알 수 있다.

이는 실제적으로 종래 기술로 하루에 1회 장비하던 것에 비하여 하루에 2회 내지 3회 장입할 수 있어 생산성을 향상시킬수 있다는 것을 의미한다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안에서는 종래의 단열층 구조와 달리 가스 통로가 단열층의 상면과 하부에 형성되고 단열층 상부의 통로에 밸브가 설치되어 이 통로를 개폐할 수 있는 것은 명백하다.

그리고, HIP처리후의 냉각단계에서 밸브가 열려 고압실내의 고온가스 대류경로가 형성되고 이 경로를 따라, 하부 가스 통로로부터 단열층내로 가스가 흐르고, 다음에 열려진 상부 통로로부터 단열층 밖으로 흘러나오고 고압용기의 내면에 의하여 냉각되어 다시 하부로 흘러내리게 된다.

그러므로 보통 형식의 단열층을 갖춘 종래의 HIP장치보다 냉각효율이 훨씬 양호하다.

뿐만 아니라, 제5도에 도시된 비교 결과로부터 명백한 바와 같이, 냉각시간이 대폭 단축되어 생산성 향상에 크게 기여하고, HIP처리의 공정개선을 위한 노력에서 직면하였던 문제중의 하나인 냉각단계의 합리화를 이룩할 수 있어 HIP 장치의 효용가치를 현저하게 향상시킬 수 있다.

고온 고압하에서 처리할 때는 상부 가스통로에 있는 밸브가 닫혀 단열층내의 대류를 억제하고 양호한 단열특성이 구현될 수 있도록 하는 것은 말할 필요도 없다.

Claims (3)

1. 고압용기, 단열층과 이 단열층내에 배치된 가열기 및 상부 및 하부 덮개에 의해 형성된 고압실 내부에 배치되는 단열층 및 가열기를 가진 열간 정수압 가압장치에 있어서, 상기 단열층은 적어도 2개의 내외측 엎어진 컵형상의 케이싱으로 구성되고, 외측 케이싱은 금속으로서 밀폐구조를 가지며, 내측 케이싱은 밀폐구조를 가지며, 외측 케이싱의 상면에는 통로가 형성되어 여기에 개폐될 수 있는 밸브가 구비되고, 상기 밸브를 개폐시키는 수단은 상기 상부 덮개 상에 장착되며, 가스통로는 상기 내외측 케이싱의 하단부를 포함하는 상기 모자형상의 단열층의 하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열간 정수압 가압장치.
2. 제1항에 있어서, 단열층의 하부에 있는 가스통로는 외측 케이싱의 하단부에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 열간 정수압 가압장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 단열층은 3개(외측, 중간, 내측)의 엎어진 컵형상의 케이싱으로 구성되고, 통로는 중간 케이싱의 상면 또는 상단부에 형성되어 있으며, 또한 내측 케이싱의 하단부 또는 중간 케이싱과 내측 케이싱의 하부를 연결하는 링 부분의 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열간 정수압 가압장치.