KR20110054935A - 소둔로용 가열관의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 제조방법은 고온, 내산화성, 내구성 등의 기계적 성질이 우수한 가열관을 제작하기 위하여, 니켈-크롬 합금 용융액을 사용하여 소둔로용 가열관을 제조하는 방법에 있어서, 주조용 왁스 소재로 원형 직관 내형을 성형하고, 상기 직관 내형을 길이방향으로 경사지게 위치시킨 다음 직관 내형 상부 외측의 다수 용융액 주입구에 각각 연결되는 주입로가 형성되고 직관 내형의 경사방향 아랫단 하부 외측의 진공펌프에 연결되는 배기로가 형성되도록 주조 성형틀을 성형하고, 상기 주조 성형틀을 가열하여 주조용 왁스 소재로 된 직관 내형을 제거하고, 상기 주조 성형틀을 재가열 시킨 상태에서 진공펌프를 작동하여 직관 내형 공간내의 공기를 외부로 배기시키는 동시에 직관 내형 공간의 길이 경사방향 아랫단 용융액 주입구에서부터 윗단 용융액 주입구쪽으로 순차적으로 용융액을 주입하고, 주조 성형틀을 냉각시킨 다음 분리시켜 소둔로용 직관을 형성하는 단계와; 주조용 왁스 소재로 중공 반원 도넛형상의 곡관 내형을 성형하고, 상기 곡관 내형 상부 외측의 다수 용융액 주입구에 각각 연결되는 주입로가 형성되고, 곡관 내형 하부 외측의 진공펌프에 연결되는 배기로가 형성되도록 주조 성형틀을 성형하고, 상기 주조 성형틀을 가열하여 주조용 왁스 소재로 된 곡관 내형을 제거하고, 상기 주조 성형틀을 재가열 시킨 상태에서 진공펌프를 작동하여 곡관 내형 공간내의 공기를 외부로 배기시키는 동시에 곡관 내형 공간과 연결되는 다수 용융액 주입구로 동시에 용융액을 주입하고, 주조 성형틀을 냉각시킨 다음 분리시켜 소둔로용 곡관 을 형성하는 단계와; 상기 소둔로용 직관과 곡관의 단부끼리 상호 용접 연결하여 U자 또는 W자 형상의 가열관을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

직관, 곡관, 소둔로, 가열관

Description

소둔로용 가열관의 제조방법{Manufacturing method of radiant tube for annealing furnace}

본 발명은 소둔로용 가열관에 관한 것으로서, 특히 고온, 내산화성, 내구성등의 기계적 성질이 우수한 니켈(Ni)-크롬(Cr) 합금 용융액을 사용하여 정밀 주조법으로 소둔로용 가열관에 사용되는 직관과 곡관을 제작하도록 한 소둔로용 가열관의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 소둔로용 가열관은 제철소를 비롯한 철강재 압연공장의 연속 소둔(annealing, 풀림)로의 내부에서 사용되는데, 특히 표면의 산화 방지를 위한 강판의 간접가열을 위해 사용되고 있다. 즉 로(furnace) 내에서 냉연강판의 소둔 열처리나 전기강판 및 스테인레스강판의 열처리 시에 화염을 직접 강판에 접촉시키지 않고 가열관을 통한 방사열을 이용하여 피가열물을 간접 가열시키는데 사용되고 있다. 이러한 소둔로용 가열관으로서 일반적으로 도 1 및 도 2에서와 같은 W자형 또는 U자형의 가열관이 사용되고 있다.

그 중 주로 사용되는 W자형의 가열관을 일예로 들어 설명하면, 직관(110)은 일반적으로 직사각 형상의 판상체를 둥글게 벤딩한 다음 양 끝단을 용접하여 형성 하는 강관 파이프 제작형식으로 성형된다.

이에 반해 곡관(120) 제작시에는 상기 직관(110) 제작시에서와 같은 벤딩작업으로 곡관(120) 전체를 한번에 제작하기 곤란하므로 도 2에서와 같이 다수 분할관(121)을 형성하여 분할관(121)끼리 용접 연결하여 성형되도록 한다.

하지만 상기한 방법으로 직관을 제작하게 되면 인장강도와 연신율 및 경도가 낮아 기계적 성질이 떨어지게 되고, 이에 따라 제작, 설치 후 큰 충격에 견디기 힘들고 버너(130)에서 나오는 1000℃ 이상의 고온 화염불꽃이 국소적으로 직접 접촉하여 가열이 되므로, 그 국소 부분에 열에 의해 휨 및 변형이 발생하기 쉽고, 그에 따라 서서히 균열이 발생하게 되며, 그 상태로 일정시간이 경과하게 되면 고온 변형에 의한 처짐 발생 때문에 버너(130)측 가열관이 심하게 변형 되므로 주기적으로(통상 1∼2회/년) 교체를 해주어야 하는 문제점이 있었다.

또한 곡관(120) 성형시 다수 분할관(121)을 형성하여 용접 제작하게 되면, 단순히 파이프를 절곡형성하여 사용하는 것으로써 절곡시 치수 오차가 심하게 발생하게 되고, 절곡부의 직경이 균일하지 않아 균열 및 열에 의한 휨 및 파손의 우려가 더더욱 심각하에 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 고온, 내산화성, 내구성 등의 기계적 성질이 우수한 니켈(Ni)-크롬(Cr) 합금 용융액으로 정밀주조법을 이용하여 각각 직관과 곡관을 형성하여 용접 연결하도록 한 소둔로용 가열관의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 니켈-크롬 합금 용융액을 사용하여 소둔로용 가열관을 제조하는 방법에 있어서, 주조용 왁스 소재로 원형 직관 내형을 성형하고, 상기 직관 내형을 길이방향으로 경사지게 위치시킨 다음 직관 내형 상부 외측의 다수 용융액 주입구에 각각 연결되는 주입로가 형성되고 직관 내형의 경사방향 아랫단 하부 외측의 진공펌프에 연결되는 배기로가 형성되도록 주조 성형틀을 성형하고, 상기 주조 성형틀을 가열하여 주조용 왁스 소재로 된 직관 내형을 제거하고, 상기 주조 성형틀을 재가열 시킨 상태에서 진공펌프를 작동하여 직관 내형 공간내의 공기를 외부로 배기시키는 동시에 직관 내형 공간의 길이 경사방향 아랫단 용융액 주입구에서부터 윗단 용융액 주입구쪽으로 순차적으로 용융액을 주입하고, 주조 성형틀을 냉각시킨 다음 분리시켜 소둔로용 직관을 형성하는 단계와; 주조용 왁스 소재로 중공 반원 도넛형상의 곡관 내형을 성형하고, 상기 곡관 내형 상부 외측의 다수 용융액 주입구에 각각 연결되는 주입로가 형성되고, 곡관 내형 하부 외측의 진공펌프에 연결되는 배기로가 형성되도록 주조 성형틀을 성형하 고, 상기 주조 성형틀을 가열하여 주조용 왁스 소재로 된 곡관 내형을 제거하고, 상기 주조 성형틀을 재가열 시킨 상태에서 진공펌프를 작동하여 곡관 내형 공간내의 공기를 외부로 배기시키는 동시에 곡관 내형 공간과 연결되는 다수 용융액 주입구로 동시에 용융액을 주입하고, 주조 성형틀을 냉각시킨 다음 분리시켜 소둔로용 곡관을 형성하는 단계와; 상기 소둔로용 직관과 곡관의 단부끼리 상호 용접 연결하여 U자 또는 W자 형상의 가열관을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 소둔로용 가열관의 제조방법을 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 주성분 중량비가 니켈(Ni) 60.5%, 크롬(Cr) 23%, 철(Fe) 14%, 알루미늄(Al) 1.4% 및 기타 금속 불순물 1.1% 인 고온, 내산화성, 내궁성 등의 기계적 성질이 우수한 니켈(Ni)-크롬(Cr) 합금강을 사용함으로써 고온의 화염불꽃에 잘 견디면서 균열 및 휨에 의한 가열관의 변형이 쉽게 이루어지지 않는 이점이 있다.

또한 직관과 곡관을 정밀주조법으로 형성함으로써 치수 정밀도를 높일 수 있어 원하는 직경만큼으로 제작하기 용이하므로 제조시 불필요한 소재의 낭비를 줄일 수 있고, 대량생산이 가능하며, 주물의 거칠기가 미려하기 때문에 후가공을 줄일 수 있어 기계 가공비를 절감할 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 직관 제작을 위한 성형틀 내부 측단면 구성도이고, 도 4는 본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 곡관 제작을 위한 성형틀 내부 평단면 구성도이며, 도 5는 본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 제조방법의 공정도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 보면 본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 제조방법은, 니켈(Ni)-크롬(Cr) 합금 용융액을 사용하여 소둔로용 가열관을 제조하되, 가열관을 구성하는 직관과 곡관을 주물의 거칠기가 미려하고 치수 정밀도가 우수하며 대량생산에 적합한 정밀 주조법을 이용하여 형성하고, 상기와 같이 제작된 직관과 곡관을 용접 연결하여 U자 또는 W자 형상의 가열관을 형성함으로써 이루어진다.

정밀 주조법으로 제작되는 소둔로용 직관에 대해 좀 더 상세히 설명하면 하기와 같다.

먼저 주조용 왁스 소재를 사용하여 도 3에서처럼 소둔로용 직관의 외형을 이루는 원형의 직관 내형(10)을 성형한다. 그런 다음 직관 내형(10)을 감싸는 주조 성형틀(15)을 성형하는데 이때 직관 내형(10)이 주조 성형틀(15)내에서 길이방향으로 경사지게 위치시킨 다음 직관 내형(10)의 상부측 주조 성형틀(15)의 외측에 길이 경사방향으로 다수 용융액 주입구(11a∼11e)를 설치하여 그 사이에 주입로(13)를 통하여 연결 구성하고, 직관 내형(10)의 경사방향 아랫단 하부측 주조 성형틀(15)의 외측에는 진공펌프(30)를 구비하여 그 사이에 배기로(35)를 통하여 연결 구성한다.

상기와 같이 직관 내형(10)을 갖는 주조 성형틀(15)이 완성되면 상기 주조 성형틀(15)을 가열하여 주조용 왁스 소재로 된 직관 내형(10)을 제거하고, 상기 주조 성형틀(15)을 재가열하여 그 상태를 유지시킨 상태에서 진공펌프(30)를 작동시켜 직관 내형(10) 공간내의 공기를 외부로 배기시켜 진공상태가 되게 하는 동시에 그 공간내로 상기 길이방향으로 경사진 아랫단 용융액 주입구(11e)에서부터 윗단 용융액 주입구(11a) 쪽으로 순차적으로 용융액을 주입시킨다.

상기 직관 내형(10)의 공간을 진공상태로 만드는 것은 그 공간에서 용융액의 유입이 유리하도록 하기 위함인데, 이때 그 공간내부를 진공상태로 만들 수 있는 다른 다양한 방법들로 구성될 수도 있고, 그 공간의 용융액 주입이 유리하도록 최적화 시키기 위한 가스 주입을 통하여 그 공간에 있던 공기를 외부로 밀어내는 방식이 채택될 수도 있다.

상기와 같이 용융액을 주입하게 되면 길이방향으로 경사진 직관 내형(10) 공간의 아랫단부터 용융액이 주입되기 시작하여 점차적으로 윗단으로 채워지기 때문에 용융액을 그 공간내에 빈틈없이 완벽하게 채워 넣을 수 있게 된다.

용융액의 주입이 완료되면 주조 성형틀(15)을 냉각시킨 다음 분리시키게 되면 소둔로용 직관이 완성된다.

소둔로용 곡관 형성시에는 먼저 주조용 왁스 소재를 사용하여 도 4에서처럼 중공 반원 도넛형상의 곡관 내형(20)을 성형한다. 그런 다음 곡관 내형(20)을 감싸는 주조 성형틀(25)을 성형하는데 이때 곡관 내형(20)의 상부측 주조 성형틀(25)의 외측에 다수 용융액 주입구(21)를 설치하여 그 사이에 주입로(23)를 통하여 연결 구성하고, 곡관 내형(20)의 하부측 주조 성형틀(25)의 외측에는 진공펌프(30)를 구 비하여 그 사이에 배기로(35)를 통하여 연결 구성한다.

상기와 같이 곡관 내형(20)을 갖는 주조 성형틀(25)이 완성되면 직관 내형(10)에서와 같은 방법으로 주조 성형틀(25)을 가열하여 주조용 왁스 소재로 된 곡관 내형(20)을 제거하고, 다시 재가열하여 그 상태를 유지시킨 상태에서 진공펌프(30)를 작동시켜 곡관 내형(20) 공간내의 공기를 외부로 배기시켜 진공상태가 되게 하는 동시에 그 공간내로 다수 용융액 주입구(21)를 통하여 동시에 용융액을 주입시킨다.

이러한 방식으로 용융액을 주입하게 되면 곡관 내형(20)의 공간내에 빈틈없이 완벽하게 용융액을 채워 넣을 수 있게 되고, 용융액의 주입이 완료되면 주조 성형틀(25)을 냉각시킨 다음 분리시키게 되면 소둔로용 곡관이 완성된다.

상기 소둔로용 직관 및 곡관의 두께가 3㎜ 이하이면 열전달효율은 우수해지나 고온의 화염불꽃에 견디기 힘든 문제가 발생하게 되고, 5㎜ 이상이면 내구성은 좋아지나 열전달효율이 떨어지게 되는 문제가 발생하게 되므로 3∼5㎜로 형성됨이 바람직하다. 상기한 3∼5㎜는 비교적 얇은 두께이나 상기한 정밀주조 방식을 채택함으로써 제작이 가능한 것이다.

상기한 정밀주조 방식으로 소둔로용 직관 및 곡관을 제조함으로써 표면가공처리 없이 두께를 얇게 제작할 수 있으므로 열전달 효율을 높일 수 있을 뿐 아니라 소재의 절감 효과도 얻을 수 있게 된다.

상기와 같이 제작된 소둔로용 직관과 곡관이 제작되면 양 관의 단부끼리 맞대어 상호 용접 연결하여 통상의 U자 또는 W자 형상의 가열관을 형성함으로써 본 발명에 의한 소둔로용 가열관이 완성된다.

한편 상기 가열관을 이루는 직관과 곡관의 주조 성형시 니켈(Ni)-크롬(Cr) 합금강을 사용하는데, 주성분 비율별 특성은 하기한 표.1에서와 같다.

[표 1]

위 표.1의 여러 니켈(Ni)-크롬(Cr) 합금강 중 본 발명에 의한 가열관은 No.2에 기재된 합금강을 사용하며 그 주성분의 중량비는 니켈(Ni) 60.5%, 크롬(Cr) 23%, 철(Fe) 14% 및 알루미늄(Al) 1.4% 이고, 그 외 기타 금속 불순물 1.1% 가 포함된다.

이때 기타 금속 불순물은 인(P), 아연(Zn), 납(Pb), 구리(Cu) 등이고, 이는 니켈(Ni)-크롬(Cr) 합금강의 성질에 크게 영향을 끼치지 않는다.

상기 중량비를 갖는 니켈(Ni)-크롬(Cr) 합금강은 고온에 강한 내열성이 좋고, 900℃ 이상의 산화기류(酸化氣流) 속에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않으며, 신장·인장강도·항복점 등 여러 성질도 600℃ 정도까지 대부분 변화하지 않는 등 기계적 성질에 우수하고, 유기물·염류용액에 대해서도 부식하지 않는다. 또한 밀도가 작기 때문에 다루기 용이하여 주조제작시 유리하고, 용접성이 우수하며, 가열관으로 설치 후 고온(1000℃ 이상) 화염불꽃에 직접 접촉되어도 그 부분에 휨 및 변형이 쉽게 발생하지 않게 된다.

상기와 같이 제작된 소둔로용 가열관은 소둔로 내에 연속적으로 설치되어 사용되어지며, 특히 버너가 설치되어 고온의 화염불꽃에 직접 접촉되는 입구쪽의 가열관부라 하더라도 내열성이 좋고, 기계적 성질에 우수하여 쉽게 파손 및 고온에 변형되지 않아 한번 설치하면 오랫동안 교체하지 않고 사용할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 소둔로용 가열관 측면 구성도,

도 2는 종래의 소둔로용 가열관 측면 상세도,

도 3은 본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 직관 제작을 위한 성형틀 내부 측단면 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 곡관 제작을 위한 성형틀 내부 평단면 구성도,

도 5는 본 발명에 의한 소둔로용 가열관의 제조방법의 공정도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,20 : 내형 11,21 : 용융액 주입구

13,23 : 주입로 15,25 : 주조 성형틀

30 : 진공펌프 35 : 배기로

Claims (2)

1. 니켈-크롬 합금 용융액을 사용하여 소둔로용 가열관을 제조하는 방법에 있어서,

   주조용 왁스 소재로 원형 직관 내형을 성형하고, 상기 직관 내형을 길이방향으로 경사지게 위치시킨 다음 직관 내형 상부 외측의 다수 용융액 주입구에 각각 연결되는 주입로가 형성되고 직관 내형의 경사방향 아랫단 하부 외측의 진공펌프에 연결되는 배기로가 형성되도록 주조 성형틀을 성형하고, 상기 주조 성형틀을 가열하여 주조용 왁스 소재로 된 직관 내형을 제거하고, 상기 주조 성형틀을 재가열 시킨 상태에서 진공펌프를 작동하여 직관 내형 공간내의 공기를 외부로 배기시키는 동시에 직관 내형 공간의 길이 경사방향 아랫단 용융액 주입구에서부터 윗단 용융액 주입구쪽으로 순차적으로 용융액을 주입하고, 주조 성형틀을 냉각시킨 다음 분리시켜 소둔로용 직관을 형성하는 단계와;

   주조용 왁스 소재로 중공 반원 도넛형상의 곡관 내형을 성형하고, 상기 곡관 내형 상부 외측의 다수 용융액 주입구에 각각 연결되는 주입로가 형성되고, 곡관 내형 하부 외측의 진공펌프에 연결되는 배기로가 형성되도록 주조 성형틀을 성형하고, 상기 주조 성형틀을 가열하여 주조용 왁스 소재로 된 곡관 내형을 제거하고, 상기 주조 성형틀을 재가열 시킨 상태에서 진공펌프를 작동하여 곡관 내형 공간내의 공기를 외부로 배기시키는 동시에 곡관 내형 공간과 연결되는 다수 용융액 주입구로 동시에 용융액을 주입하고, 주조 성형틀을 냉각시킨 다음 분리시켜 소둔로용 곡관을 형성하는 단계와;

   상기 소둔로용 직관과 곡관의 단부끼리 상호 용접 연결하여 U자 또는 W자 형상의 가열관을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 소둔로용 가열관의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 니켈-크롬 합금 용융액의 주성분 중량비는 니켈(Ni) 60.5%, 크롬(Cr) 23%, 철(Fe) 14%, 알루미늄(Al) 1.4% 및 기타 금속 불순물 1.1% 임을 특징으로 하는 소둔로용 가열관의 제조방법.

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