KR20200073069A - 선재코일의 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 선재 열처리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 롤러 컨베이어 상에서 이송되는 선재코일의 이송경로에 배치되고, 선재코일을 일정 온도로 냉각하도록 용융염이 저장된 염욕조; 및 상기 염욕조로부터 이송되는 선재코일을 일정 온도로 일정 시간동안 항온시키는 서냉커버;를 포함하는 선재코일 열처리 장치가 제공될 수 있다.

Description

선재코일의 열처리 장치{Apparatus for heat treating of wire-rod coil}

본 발명은 선재코일 열처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열간압연된 선재코일을 열처리를 통하여 원하는 조직구조로 변태시킬 수 있는 선재코일 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선재는 각종 철선을 제조하는 소재의 환봉으로써, 가열로에서 소재를 대략 1000 ~ 1200℃로 가열하고, 압연기(조압연, 중간조압연, 중간사상압연 및 사상압연)를 거친 열간 선재를 수냉대에서 냉각시킨 후, 레잉헤드(laying head)를 통하여 비동심 원형 코일형태로 형성시킨 선재코일을 이송유닛인 롤러 컨베이어의 이송롤러를 따라 이송시키면서 공냉을 통한 열처리를 수행한 후, 집적기(reforming tub)를 통하여 집적하여 검사라인으로 투입된다.

여기서, 상기 선재코일의 냉각 방법으로 스텔모어(Stelmor) 냉각설비를 이용한 방법이 많이 이용되고 있다.

예를 들면, 선재코일은 레잉헤드(Laying Head)에 의해 비동심링 형태로 연속적으로 롤러 컨베이어 상에 낙하되면서 이송롤러를 통해 이송되고, 롤러 컨베이어의 하부에 설치된 송풍기를 통해 분사되는 냉각공기에 의해 직접 냉각된다. 또한, 선재의 조직구조 변태를 위하여 서냉커버를 통해 일정 온도로 일정 시간 동안 열처리하는 항온을 실시하게 된다. 그러나, 송풍기를 통한 공냉방식의 경우 냉각속도의 한계가 발생하고, 선재코일의 적치밀도 차이에 의해 폭방향으로 선재코일의 에지부와 중앙부 간의 냉각온도 차이가 발생하기 때문에 선재코일의 균일한 조직구조 변태가 이루어지지 않게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 선재코일을 급냉시키기 위해 물 분사 장치를 설치하는 급냉하는 방법이 제시되었으나, 이는 급냉이 가능하나 냉각 매질의 특성상 100℃ 이상의 온도에서 항온이 불가능한 점, 조직적으로 마텐자이트(Martensite)만 생성 가능한 한계가 존재한다.

또한, 이러한 한계를 극복하기 위해 염을 활용하여 선재코일을 급냉 및 항온하는 방법이 제시되었다. 염을 통한 방법으로서, 선재코일의 급냉을 위한 저온의 염욕조 및 선재코일의 항온을 위한 고온의 염욕조를 각각 설치하여 선재코일의 조직구조를 변태시키게 된다. 그러나, 두 개의 염욕조의 활용에 따라 각각의 염욕조 내의 온도 관리가 번거러우며, 동시에 설비비 및 유지비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선재코일 열처리 장치는 선재코일의 급냉을 위한 염욕조와 선재코일의 항온을 위한 서냉커버를 동시에 활용할 수 있도록 설비를 개선하여 선재코일을 요구하는 조직구조로 용이하게 변태시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 롤러 컨베이어 상에서 이송되는 선재코일의 이송경로에 배치되고, 선재코일을 일정 온도로 냉각하도록 용융염이 저장된 염욕조; 및 상기 염욕조로부터 이송되는 선재코일을 일정 온도로 일정 시간동안 항온시키는 서냉커버;를 포함하는 선재코일 열처리 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 서냉커버로부터 이송되는 선재코일의 표면을 세척하는 세정조를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 염욕조에는 상기 용융염의 온도가 일정하게 유지되도록 용융염을 순환시키는 순환부가 마련될 수 있다.

또한, 상기 순환부는 열교환기와, 상기 용융염을 열교환기로 펌핑시켜 상기 염욕조로 재투입하는 펌프를 구비할 수 있다.

또한, 상기 서냉커버는 프레임과, 단열재 및 단열재커버의 3중 구조로 마련될 수 있다.

또한, 상기 서냉커버에는 서냉커버 내의 온도를 일정온도로 유지하도록 가열부가 마련될 수 있다.

또한, 상기 가열부는 상기 선재코일을 이송시키는 이송롤러의 하단 또는 상기 서냉커버의 내측 상부에 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선재코일 열처리 장치는 염욕조 및 서냉커버를 통하여 급냉 및 항온함으로써 안정적으로 원하는 조직을 확보할 수 있는 효과가 있다. 즉, 오스테나이트의 선재코일을 상,하부 베이나이트 또는 펄라이트 등으로 자유롭게 조직을 변태시킬 수 있다.

또한, 종래의 문제를 해결함으로써 선재의 생산 후 완전 냉각 이후 신선을 위해 실시하는 재가열 작업을 생략할 수 있어 경쟁력이 향상됨은 물론, 재가열 작업에 사용되는 에너지를 저감시킬 수 있다.

또한, 조직의 제어를 통하여 기존 스텔모어(Stelmor) 라인에서 생상되는 선재 대비 인장강도 향상 및 단면감소율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선재코일의 열처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 서냉커버에 가열부가 설치된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 서냉커버에 가열부가 설치된 상태의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 선재코일의 온도변화 및 항온시간에 따른 조직구조의 변태상태를 나타내는 그래프이다.
도 5는 선재코일의 사이즈에 따라 염욕조에 침지되는 시간에 따른 온도변화를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선재코일의 열처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 서냉커버에 가열부가 설치된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 선재코일의 열처리 장치(1)는 롤러 컨베이어(50) 상에서 이송되는 선재코일(W)의 이송경로에 배치되어 선재코일(W)을 급냉시키는 염욕조(100)와, 염욕조(100)로부터 이송되는 선재코일(W)을 항온시키는 서냉커버(200) 및 서냉커버(200)로부터 이송되는 선재코일(W)을 세척하는 세정조(300)를 포함한다.

여기서, 선재코일(W)은 가열로에서 빌렛(billet)을 대략 1000 ~ 1200℃로 가열하고, 압연기(10)로 조압연, 중간조압연, 중간사상압연 및 사상압연을 거친 열간 원형선재를 수냉대(20)에서 냉각시킨 후, 레잉헤드(laying head)(30)를 통하여 권취공정을 거쳐 생산된다. 즉, 선재코일(W)은 이러한 공정을 거친 후 레잉헤드(30)를 통하여 비동심 원형 코일형태로 형성되며 롤러 컨베이어(50)의 이송롤러(51)에 의해 이송된다. 이에, 이송되는 선재코일(W)은 본 발명의 일 측면에 따른 염욕조(100) 및 서냉커버(200)를 통해 급냉 및 항온 처리되어 원하는 조직을 갖도록 변태되어 집적기(40)를 통하여 집적된다.

한편, 원하는 조직 생상을 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각과정(열처리)의 조작이 필요하다. 즉, 요구되는 조직으로 변태시키기 위해서는 조직변화가 시작하기 전 급냉하여 조직변화가 발생하지 않게 관리가 필요하며, 원하는 조직이 생성되는 필요 온도에 도달 후 조직변화에 필요한 시간 확보를 위해 충분한 시간동안 항온을 하여야 한다. 즉, 초반 급냉이 필요하며, 후반은 원하는 온도에서 항온이 필요하다. 대부분의 강(steel)에서 베이나이트(bainite)와 펄라이트(pearlite)를 나누는 기준은 550℃ 전후이며, 마텐자이트(Martensite) 조직은 마텐자이트 변태 시작(Ms) 온도인 250℃ 이하까지 급냉이 필요하다.

염욕조(100)에는 롤러 컨베이어(50)의 이송롤러(51)를 통해 이송되는 선재코일(W)을 급냉시키기 위해 용융염이 저장된다. 즉, 이송롤러(51)를 통해 이송되는 선재코일(W)은 염욕조(100) 내에 침지되어 급냉된다. 이때, 레잉헤드(30)를 통하여 이송롤러(51)로 낙하되는 선재코일(W)의 온도는 대략 800 ~ 900℃ 정도이며, 염욕조(100) 내의 용융염 온도는 선재코일(W)의 변태 조직구조에 따라 선택적으로 온도가 제어될 수 있다.

예컨대, 펄라이트 생성을 위해서는 수초 내에 550℃까지 냉각되어야 하며, 550℃ 수준에서 20 ~ 30초 수준의 항온이 필요하다. 이를 위해서 염욕조(100)에는 450℃의 용융염을 준비하는 것이 바람직하다. 이때, 압연단계에 따라 선재코일(W)의 직경이 정해지는데, 도 5를 참조하면, 선재코일(W)의 직경에 따라 냉각되는 속도가 다르기 때문에 염욕조(100)에 침지되는 시간을 제어하여야 한다. 도시된 바를 따르면, 작은 사이즈의 선재코일의 냉각속도가 빠르기 때문에 사이즈가 큰 선재코일일수록 낮은 온도의 염을 적용하여야 급냉 효과를 유지할 수 있다. 또한 모든 선재에 동일한 염욕온도를 사용 시 냉각속도 차이로 물성차이가 발생할 가능성이 높기 때문에 염욕조(100)의 온도를 조절하여야 한다. 이에, 도 4에 도시된 그래프를 참조하여 펄라이트를 형성하고자 할 경우 550℃이하로 과냉되는 것을 방지하여야 하며, 적절히 온도 예측을 하여 침지시간 조절이 필요하다.

한편, 선재코일(W)이 용융염에 침지되며 급냉됨에 따라 용융염의 온도가 상승하게 된다. 이에, 용융염의 온도가 일정하게 유지되도록 용융염을 순환시키는 순환부(110)가 마련될 수 있다.

순환부(110)는 열교환기(112)와, 용융염을 열교환기(112)로 펌핑시켜 상기 염욕조(100)로 재투입하는 펌프(114)를 구비할 수 있다. 즉, 펌프(114)가 작동하여 염욕조(100)에 배치되는 배관(113)을 통해 용융염을 열교환기(112)로 보내어 소정 온도로 냉각시킨 후 염욕조(100)로 재투입시킴으로써 염욕조(100) 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

부가적으로, 염욕조(100)의 온도는 항온온도 대비 낮은 온도로 구성되거나 항온온도와 대응되는 온도를 갖도록 구성되어야 한다. 이때 항온온도 대비 너무 낮은 온도로 냉각 시 다른 조직이 발생할 가능성이 있기 때문에 항온온도 대비 50 ~ 100℃ 이상 낮은 온도의 사용은 불가하다.

서냉커버(200)는 염욕조(100)의 후단에 배치되어 염욕조(100)로부터 이송되는 선재코일(W)을 일정시간 및 일정온도로 항온시켜 선재코일(W)을 요구하는 조직으로 변태시키는 역할을 수행한다. 이 서냉커버(200)는 주위 환경에서 열을 차단하는데 우수한 성능을 갖도록 제작된다. 그러나, 서냉커버(200)를 통하여 완벽한 열차단이 불가능하기 때문에, 일부 방산열로 인하여 온도하락은 불가피하다. 예컨대, 항온 변태시간이 대략 30초 이하인 경우 서냉커버(200) 내의 온도하락이 30℃ 이하이다. 이에, 서냉커버(200)에는 서냉커버(200) 내의 온도를 일정온도로 유지하도록 가열부(210)가 마련될 수 있다.

가열부(210)는 이송롤러(51)의 하단에 마련될 수 있다. 이에 가열부(210)를 통해 발생된 열은 서냉커버(200)의 손실된 온도를 증가시켜 서냉커버(200) 내의 온도를 일정하게 유지시키게 된다. 이때, 가열부(210)의 열원은 전기 또는 가스를 이용한 방식으로 적용될 수 있으며, 서냉커버(200) 내의 온도를 향상시켜 일정하게 유지할 수 있다면 히터나 열선 등 다양한 형태로 적용되어 사용될 수 있다.

한편, 가열부(210)가 이송롤러(51)의 하단에 마련된 것으로 도시되고 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 서냉커버(200)의 내측 상단에 가열부(210)가 마련될 수도 있다.

더욱이, 서냉커버(200)는 효율적으로 열차단을 하도록 프레임(201)과, 단열재(202) 및 단열재커버(203)의 3중 구조로 마련될 수 있다.

상기 서냉커버(200)에 의한 항온에 따라 조직구조가 변태된 선재코일(W)은 집적기(40)에 집적되기 전 세정조(300)를 통하여 세척된다. 이는 염욕조(100)를 통해 선재코일(W)의 표면에 용융염이 부착됨에 따라 이를 세척하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 열처리 장치(1)는 상기와 같이 염욕조(100)의 온도 및 서냉커버(200)의 온도를 설정함에 따라 선재코일(W)의 조직을 원하는 조직구조로 변태시키기 용이하다는 장점을 갖춤과 동시에 선재코일(W) 전체적으로 균일한 변태가 가능하게 된다. 또한, 종래 열처리 설비에서 사용되는 서냉커버를 활용할 수 있어 설비비를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 열처리 장치
30 : 레잉헤드
100 : 염역조
110 : 순환부
200 : 서냉커버
210 : 가열부
300 : 세정조

Claims (7)

1. 롤러 컨베이어 상에서 이송되는 선재코일의 이송경로에 배치되고, 선재코일을 일정 온도로 냉각하도록 용융염이 저장된 염욕조; 및
   상기 염욕조로부터 이송되는 선재코일을 일정 온도로 일정 시간동안 항온시키는 서냉커버;를 포함하는 선재코일 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 서냉커버로부터 이송되는 선재코일의 표면을 세척하는 세정조를 더 포함하는 선재코일 열처리 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 염욕조에는 상기 용융염의 온도가 일정하게 유지되도록 용융염을 순환시키는 순환부가 마련되는 선재코일 열처리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 순환부는 열교환기와, 상기 용융염을 열교환기로 펌핑시켜 상기 염욕조로 재투입하는 펌프를 구비하는 선재코일 열처리 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 서냉커버는 프레임과, 단열재 및 단열재커버의 3중 구조로 마련되는 선재코일 열처리 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 서냉커버에는 서냉커버 내의 온도를 일정온도로 유지하도록 가열부가 마련되는 선재코일 열처리 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가열부는 상기 선재코일을 이송시키는 이송롤러의 하단 또는 상기 서냉커버의 내측 상부에 마련되는 선재코일 열처리 장치.
   

Images