KR20160022587A - 질화로 시스템 및 이를 이용한 질화 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

질화로 시스템은 암모니아, 질소, 이산화탄소의 반응 가스를 공급받고 내부 온도를 일정 온도로 일정 시간 유지하여 금속 제품의 표면에 질화 처리를 수행하는 반응 챔버와, 반응 가스를 소정 비율로 반응 챔버로 공급하는 반응 가스 공급부와, 반응 챔버의 일측에 형성되어 열에 의해 분해되지 않은 반응 가스를 배출하는 배출구와, 반응 챔버로부터 반응 가스를 추출하여 수소 함량을 검출하는 수소 센서를 포함하는 질화로; 및 질화로의 배출구와 연통되어 질화로로부터 분해되지 않은 반응 가스를 유입하는 가스유입구와, 분해되지 않은 반응 가스를 일정 온도로 가열하여 암모니아를 수소와 질소 가스로 열분해하는 열분해 반응부와, 질화로의 일측에 형성된 폐가스 주입구와 연통되어 열분해한 수소와 질소 가스를 송풍기 장치에 의해 폐가스 주입구로 공급하는 가스배출구를 포함하는 폐가스 처리로를 포함하며, 질화로는 폐가스 처리로로부터 반응 챔버에서 분해되지 않은 암모니아를 분해한 수소 가스를 재공급받아 금속 제품의 표면의 질화 정도를 제어한다.

Description

질화로 시스템 및 이를 이용한 질화 처리 방법{Nitriding Furnace and Nitriding Method Using the Same}
본 발명은 질화로 시스템으로서, 특히 질화로에서 금속 제품의 질화 처리시 금속 제품의 표면에서 분해되지 않은 반응 가스를 질화로와 연통되어 있는 별도의 폐가스 처리로에서 열분해하고 폐가스 처리로에서 열분해한 반응 가스를 질화로에 재투입하여 금속 제품의 질화 정도를 결정하는 질소 포텐셜 값을 제어함으로써 사용자가 원하는 질화 품질을 얻을 수 있도록 하는 질화로 시스템 및 이를 이용한 질화 처리 방법에 관한 것이다.
철의 표면 경화법에는 철 표면에 열을 가하여 반응 가스 중에 필요한 성분을 확산 침투시킴으로 철 표면의 화학 성분을 변화시키는 열화학적 표면 경화법과 철 표면의 화학 성분을 변화시키지 않으면서 담금질만으로 경화하는 물리적 표면 경화법이 있다.
열화학적 표면 경화법은 침탄, 질화, 침황, 침붕 등이 있고, 물리적 표면 경화법은 유도가열 담금질, 화염 담금질 등이 있다.
철의 표면 경화는 내마모성, 피로강도, 내식성, 내소착성 등의 향상에 목적이 있으며, 기계 부품, 금형, 공구 등의 내구성, 고성능화, 고경량화가 요구되는 분야에서 널리 활용되고 있다.
열화학적 표면 경화법의 일종인 질화법은 질소 원자를 철의 표면에 침투, 확산시키는 방식으로서, 침탄과 같은 타 표면 처리법에 비해 치수나 모양의 변형이 거의 없고 정밀하게 생산할 수 있다는 장점이 있다.
즉, 암모니아(NH3) 가스는 500℃ 이상으로 가열된 철 표면에서 촉매 가스의 촉매 작용에 의해 열분해하는데, 이 때 발생하는 활성화된 질소 원자(N)가 철 표면에 침투, 그 내부로 확산되면서 철 표면에 질화층이 형성된다.
이러한 이유로 자동차, 조선, 항공, 사무기기, 일반기계에 이르기까지 산업 전반에 널리 응용되는 기술이다. 특히, 질화 기술 중 대표적인 것이 가스 연질화이다. 주요 특징은 에너지 및 원자재 절감효과, 높은 생산성 및 제품 외관의 품질 향상, 그리고 금속재료 산업 전반에 널리 적용될 수 있는 다양성에 있다.
이러한 질화법에 사용되는 로(Furnace)를 질화로라 한다.
질화로는 강(Steel)을 이용한 제품 또는 부품의 가스 연질화 처리시 사용되는 반응 가스인 암모니아(NH3), 이산화탄소(CO2), 질소(N2)가 질화로에 투입된 후, 550-650℃의 내부 온도를 유지하면서 일정 시간이 지속되면, 강(Steel)의 표면에 암모니아가 분해, 침투 확산되어 질화층을 형성할 수 있다.
그러나 질화로는 혼합된 반응가스의 최적 분해율을 보장하고 강(Steel) 등으로 구성되는 금속 제품의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위해 내부 온도를 A1 변태점 온도 이하인 550-650℃ 정도로 유지하게 되므로 암모니아의 일부가 제품 표면에서 분해하지 않고 배출되는 문제점이 있었다. 한편, 암모니아는 700 내지 1000℃의 온도, 바람직하게는 750 내지 950℃의 온도 범위에서 질소 및 수소로 전환될 수 있는 바, 암모니아가 제품 표면에서 분해되는 분해율은 온도에 비례하게 된다.
일반적으로 금속 제품은 Al 변태점인 723℃ 이상의 온도에서 강재의 조직 변화로 인한 변형이 일어나게 된다.
따라서, 질화로 내에서 반응하는 암모니아가 충분하게 제품 표면에서 분해되지 못하는 문제점이 있었다.
일반적으로 질화로는 질화 처리시 질화 정도를 눈으로 관찰할 수 없기 때문에 금속 제품의 표면에서 질화 정도를 측정하기 위해 암모니아 분해률을 측정한다.
암모니아 분해률의 측정 방법은 암모니아 분해를 측정 테시케이트를 사용하거나 질화로의 내부에 수소값과 암모니아값을 측정하여 질소 포텐셜 값을 얻어 질화 정도를 측정하는 방법이 널리 사용되고 있다.
질화로에서는 제품 표면에서 분해되지 못한 암모니아가 많고 대부분 배출구로 토출되기 때문에 암모니아 분해률이 높지 않으며 이로 인하여 금속 제품의 표면의 질화가 매우 우수하지 못한 문제점이 있었다.
또한, 종래의 질화로는 내부에서 암모니아 분해률이 떨어지고 이로 인하여 금속 제품 표면에서 분해되지 않은 암모니아가 외부로 배출되므로 암모니아의 소모가 많으며 질화 처리 효율이 떨어지므로 원하는 질화 처리 제품을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허번호 제10-0414542호(등록일: 2003년 12월 24일), 발명의 명칭: "질화로"
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 질화로에서 금속 제품의 질화 처리시 금속 제품의 표면에서 분해되지 않은 반응 가스를 질화로와 연통되어 있는 별도의 폐가스 처리로에서 열분해하고 폐가스 처리로에서 열분해한 반응 가스를 질화로에 재투입하여 금속 제품의 질화 정도를 결정하는 질소 포텐셜 값을 제어함으로써 사용자가 원하는 질화 품질을 얻을 수 있도록 하는 질화로 시스템 및 이를 이용한 질화 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 질화로 시스템은,
암모니아, 질소, 이산화탄소의 반응 가스를 공급받고 내부 온도를 일정 온도로 일정 시간 유지하여 금속 제품의 표면에 질화 처리를 수행하는 반응 챔버와, 반응 가스를 소정 비율로 반응 챔버로 공급하는 반응 가스 공급부와, 반응 챔버의 일측에 형성되어 열에 의해 분해되지 않은 반응 가스를 배출하는 배출구와, 반응 챔버로부터 반응 가스를 추출하여 수소 함량을 검출하는 수소 센서를 포함하는 질화로; 및
질화로의 배출구와 연통되어 질화로로부터 분해되지 않은 반응 가스를 유입하는 가스유입구와, 분해되지 않은 반응 가스를 일정 온도로 가열하여 암모니아를 수소와 질소 가스로 열분해하는 열분해 반응부와, 질화로의 일측에 형성된 폐가스 주입구와 연통되어 열분해한 수소와 질소 가스를 송풍기 장치에 의해 폐가스 주입구로 공급하는 가스배출구를 포함하는 폐가스 처리로를 포함하며, 질화로는 폐가스 처리로로부터 반응 챔버에서 분해되지 않은 암모니아를 분해한 수소 가스를 재공급받아 금속 제품의 표면의 질화 정도를 제어한다.
본 발명의 특징에 따른 질화로 시스템을 이용한 질화 처리 방법은,
질화로와, 질화로와 연통되어 질화로로부터 공급되는 폐가스를 열분해하여 처리하는 폐가스 처리로와, 질화로와 폐가스 처리로와 전기적으로 연결되어 질화 과정과, 열분해 과정을 제어하는 제어부를 구비하고,
질화로는 암모니아, 질소, 이산화탄소의 반응 가스를 공급받고 내부 온도를 일정 온도로 일정 시간 유지하여 금속 제품의 표면에 질화 처리를 수행하는 단계;
폐가스 처리로는 질화로로부터 금속 제품의 표면에 분해되지 않은 반응 가스를 유입받아 일정 온도로 가열하여 암모니아를 수소와 질소 가스로 열분해하는 단계; 및
제어부는 폐가스 처리로에서 분해된 수소와 질소 가스를 질화로로 재투입하여 금속 제품의 표면의 질화 정도를 제어하는 단계를 포함한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 질화로에서 금속 제품의 질화 처리시 금속 제품의 표면에서 분해되지 않은 반응 가스를 재사용하여 질화 처리 효율이 향샹되며 이로 인하여 원하는 고품질의 질화 처리 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 질화로와 연통되어 있는 폐가스 처리로에서 열분해한 수소 가스를 질화로로 재투입하여 금속 제품의 질화 정도를 예측하며 질화 처리의 제어가 가능하도록 한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 질화로 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송풍기 장치의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질화로 시스템을 이용한 질화 처리 방법을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 질화로 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 질화로 시스템은 질화로(100) 및 폐가스 처리로(200)를 포함한다.
질화로(100)와 폐가스 처리로(200)는 질화로(100)의 배출구(109)가 폐가스 처리로(200)의 가스유입구(202)와 연통되어 있으며, 폐가스 처리로(200)의 가스배출구(204)와 질화로(100)의 폐가스 주입구(110)와 연통되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 질화로(100)는 외통(101), 가열부(102), 반응 챔버(103), 바스켓(104), 교반팬(105), 팬 모터(106), 반응 가스 공급부(107), 수소 센서(108) 및 제어부(120)를 포함한다.
외통(101)의 내벽에 설치된 복수개의 가열부(102)가 가열되면, 질화로(100)의 내부에 배치된 반응 챔버(103)가 가열되고, 그 결과 반응 챔버(103)의 내부 온도가 상승한다.
질화 대상물은 바스켓(104)에 탑재되어 반응 챔버(103)의 내부에 삽입된다. 여기서, 질화 대상물은 강관 등의 금속 제품을 의미한다.
반응 가스 공급부(107)가 반응 가스를 반응 챔버(103)의 내로 공급한 후, 반응 챔버(103)의 내부 온도를 일정 온도로 유지하면서 소정 시간이 지속되면, 철 표면에 소정 두께의 질화층이 형성된다. 이러한 과정에서 교반팬(105)은 반응 챔버(103) 내의 반응 가스를 순환시키거나 외부로 배출한다.
소정 시간이 지나 소정 두께의 질화층이 질화 대상물에 형성되면, 질화로(100)의 내부로 질소 가스 등을 순환시켜 질화로(100)의 내부를 냉각시킬 수 있다.
반응 가스 공급부(107)는 반응 챔버(103)를 예열하는 동안, 예를들어 1~1.5시간에 걸쳐 질소(N2)를 반응 챔버(103) 내로 공급한다. 예열이 끝나면, 반응 가스 공급부(107)는 암모니아(NH3), 질소(N2), 이산화탄소(CO2)를 소정 비율로 반응 챔버(103)로 공급한다.
암모니아(NH3), 질소(N2), 이산화탄소(CO2)의 반응 가스들이 반응 챔버(103)의 내부로 공급되면, 교반팬(105)은 제어부(120)의 제어에 따라 회전하면서 반응 챔버(103)의 내부의 반응 가스들이 반응 챔버(103) 내에 균일하게 분포되게 한다.
질화가 이루어지는 동안, 반응 챔버(103)의 내부 온도는 보통 500 내지 600℃로 유지되고, 질화 시간은 3-4 시간 정도가 소요된다.
질화가 진행되는 동안, 반응 챔버(103) 내에서는, 고온의 철 표면은 철 표면에서 2NH3 ⇔ 3H2 + 2N의 반응이 일으키는데, 그 결과 질소 원자가 철 표면에서 철과 반응하여 질화철(Fe2N3)이 형성되는 질화가 일어난다.
반응 챔버(103)의 내부에는 암모니아(NH3), 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 수소(H2), 질소 원자(N) 등의 반응 가스가 분포되어 있다.
이러한 반응 가스 중에서 수소(H2)와 질소 원자(N)가 중요하다. 왜냐하면, 질화 반응은 질소 원자(N)가 반드시 필요하며, 질화 반응으로 소진된 질소 원자(N)로 인해 반응 챔버(103) 내에서 부산물인 수소(H2)가 생성된다.
즉, 수소(H2)의 양이나 비율을 알면, 질소 원자의 양(질화의 정도)을 계산해 낼 수 있다. 수소 센서(108)는 반응 가스가 통과하는 질화로(100)의 일측에 하나 이상을 설치하고 반응 가스 속에 포함된 수소(H2)의 양이나 비율을 측정한다.
수소 센서(108)는 접촉 연소식, 반도체식, 전기 화학시 등의 여러 종류가 있으며 수소의 양을 측정할 수 있다면 어떠한 수소 센서(108)를 사용하여도 무방하다.
질화로(100)는 반응 가스의 외주연에 질소나 물을 순환시키는 냉각 구조를 형성하여 질화로(100)의 내부를 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리로(200)는 가스유입구(202), 프리 히터부(210), 열분해 반응부(220) 및 가스배출구(204)를 포함하며, 질화로(100)의 배출구(109)로부터 분해되지 않은 폐가스인 암모니아를 가스유입구(202)로 유입시킨다.
프리 히터부(210)는 수소 또는/및 암모니아를 포함하는 폐가스를 예열하는 장치로서 폐가스가 이동할 수 있는 공간인 관로(212)와, 관로(212)의 일측에 연결 설치되어 수소 및 암모니아를 포함한 폐가스가 유입되는 가스유입구(202)와, 관로(212)의 내부 중심을 따라 길이 방향으로 확장되도록 형성되어 폐가스를 예열하는 프리히터(214)를 포함한다.
프리 히터부(210)는 가스유입구(202)로 유입된 암모니아의 폐가스의 온도를 500 내지 700℃로 예열한다.
프리히터(214)는 열분해 반응부(220)의 전단에 설치되어 열분해 반응부(220)에 구비되어 열분해 반응부(220)의 온도를 증가시키는 고온히터(224)의 운전 부하를 감소시켜주고, 처리대상가스인 폐가스(암모니아)의 유량이 증가한 경우에도 폐가스를 예열시켜 암모니아를 고효율로 제거할 수 있도록 한다.
프리히터(214)가 구비된 프리 히터부(210)는 열분해 반응부(220)의 전단에 연결 설치되어 열분해 반응부(220)로 유입되는 폐가스를 500 내지 700℃로 예열함으로써 폐가스가 프리 히터부(210)를 통과하는 동안 폐가스에 포함된 암모니아의 반응 접촉 시간을 길게 하여 암모니아의 분해를 용이하게 한다.
프리 히터부(210)를 통과한 암모니아는 통상적인 암모니아의 열분해 온도인 1100℃보다 낮은 온도인 950 내지 1000℃의 온도에서도 용이하게 열분해한다.
열분해 반응부(220)는 폐가스가 유입되어 열분해되는 공간인 본체(222)와, 본체(222)의 외주면에 연결 설치되어 본체(222)에 열을 공급하는 고온히터(224)로 구성되며, 프리 히터부(210)에 연결 설치되어 프리 히터부(210)로부터 유입된 폐가스(암모니아)를 900 내지 1100℃로 가열하여 폐가스를 열분해한다.
고온히터(224)는 수소 또는/및 암모니아를 열분해하기 위한 700 내지 1200℃로 본체(222)를 가열할 수 있는 히터이면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
본 발명은 열분해 반응부(220)의 내부 온도가 급격히 상승하는 것을 방지하기 위해서 본체(222) 또는 열분해 반응부(220)의 외주면에 냉각 가스관, 냉각수 또는 물이 흐르는 냉각장치를 더 구비할 수 있다. 이외에, 냉각 가스관에 질소 가스를 흐를 수 있도록 구성할 수 있으며 공기나 물을 열분해 반응부(220)로 투입하여 열분해 반응부(220)의 내부 온도를 감소시킬 수도 있다. 이러한 물, 공기, 가스의 이동 경로 계폐는 통상적인 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 바람직하다.
열분해 반응부(220)는 폐가스를 열분해한 수소와 질소 가스를 송풍기 장치(300)에 의해 폐가스 처리로(200)의 가스배출구(204)를 통과하여 질화로(100)의 폐가스 주입구(110)로 공급한다(2NH3 ⇔ 3H2 + 2N).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송풍기 장치의 단면을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 송풍기 장치(300)는 폐가스 처리로(200)의 가스배출구(204)로부터 질화로(100)의 폐가스 주입구(110)까지 연통되어 있는 이동경로(302)상에 설치된다.
송풍기 장치(300)는 이동경로(302)의 내부에 설치되는 외부하우징(310)과, 외부하우징(310)의 내부에 설치되는 내부하우징(320)으로 이루어져 있다.
내부하우징(320)은 양측이 개구되고 입구와 출구보다 중간부의 내경이 최소로 이루는 베르누이 관 또는 벤츄리관 형태를 이루며 즉, 입구의 내경에서 점점 좁아지다가 중간부의 내경이 최소를 이루며 다시 출구로 갈수록 내경이 넓어지는 형태이다.
내부하우징(320)은 내경이 최소가 되는 위치의 외부테두리에 질소와 수소 가스가 유입되는 통기구(322)를 형성한다. 통기구(322)는 등간격으로 배치되는 통기구핀(324)에 의해 공간이 배분되거나 고정된다.
외부하우징(310)은 일부분이 뚤려 있는 외부구멍(312)이 형성되며, 외부구멍(312)은 내부하우징(320)의 통기구(322)와 연통되어 있다.
폐가스 처리로(200)의 가스배출구(204)로부터 배출된 질소와 수소 가스는 송풍기 장치(300)의 두 가지 이동경로로 이동하게 된다.
제1 이동경로는 송풍기 장치(300)의 내부하우징(320)을 통과하는 흐름과, 제2 이동경로는 외부구멍(312)을 통해 내부하우징(320)의 통기구(322)를 통과하여 유입되는 흐름이 있다.
질소와 수소 가스는 내부하우징(320)의 내측면을 따라 흐르는 코안다(Coanda) 효과 및 베르누이(Bernoulli) 원리로 이동 속도가 가속되면서 외부구멍(312)과 통기구(322)를 통과하는 질소와 수소 가스의 유입을 유발시켜 기체 유동을 증폭시킨다.
내부하우징(320)은 출구 측에 모터(330)가 축에 의해 결합되고 모터(330)의 작동에 의해 회전되는 복수개의 블레이드(332)가 장착되고 내부하우징(320)을 통과한 질소와 수소 가스가 블레이드(332)의 회전에 따라 풍량이 증가하여 확산되면서 질화로(100)의 폐가스 주입구(110) 측으로 강제 송풍하게 된다. 여기서, 모터(330)는 내부하우징(320)의 내면에 결합되어 모터(330)의 일측과 연결되는 지지부재(334)에 의해 지지된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질화로 시스템을 이용한 질화 처리 방법을 나타낸 도면이다.
질화로(100)는 암모니아, 질소, 이산화탄소의 반응 가스를 공급받고 내부 온도를 일정 온도로 일정 시간 유지하여 금속 제품의 표면에 질화 처리를 수행한다(S100).
폐가스 처리로(200)는 질화로(100)로부터 상기 금속 제품의 표면에 분해되지 않은 반응 가스를 유입받아 일정 온도로 가열하여 암모니아를 수소와 질소 가스로 열분해한다(S102)
제어부(120)는 수소 센서(108)로부터 수소 함량에 대한 수소 데이터를 수신한 후, 반응 가스 공급부(107)에서 공급되는 암모니아 함량에 대한 암모니아 데이터를 수신한다(S104).
제어부(120)는 암모니아 데이터와 수소 데이터를 다음의 [수학식 1]의 파라미터로 적용하여 질소 포텐셜 값(
Figure pat00001
)을 계산한다(S106).
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 암모니아 함량의 데이터이며,
Figure pat00004
는 수소 함량의 데이터이다.
제어부(120)는 질소 포텐셜 값이 1보다 높으면 양호하지 않은 질화 상태를 나타내고, 1보다 작은 경우 양호한 질화 상태를 나타낸다고 판단한다. 이러한 본 발명의 질소 포텐셜 값의 기준값은 1로 설정하였지만 이에 한정하지 않으며 임의의 수치를 기준으로 선택할 수 있다.
제어부(120)는 질소 포텐셜 값이 1보다 작다고 판단하면, 질화로(100)의 배출구(109)를 개방하고, 폐가스 주입구(110)를 닫으며, 송풍기 장치(300)의 전원을 오프시킨다(S108, S100).
다시 말해, 제어부(120)는 폐가스 처리로(200)에서 질화로(100)로 이동하는 수소 가스양을 줄여서 현재 질소 포텐셜 값을 유지될 수 있도록 제어한다.
제어부(120)는 수소 센서(108)로부터 수소양에 대한 데이터를 수신하여 질소 포텐셜 값을 계산한 후, 질소 포텐셜 값이 1보다 크다고 판단하면, 반응 가스 공급부(107)의 반응 가스 배출구(107a)를 닫거나 반응 가스 공급부(107)의 투입되는 반응 가스의 양을 줄이고, 질화로(100)의 배출구(109)를 닫고 폐가스 주입구(110)를 개방하며, 송풍기 장치(300)의 전원을 온시켜 강제 송풍시킨다(S108, S112).
다시 말해, 제어부(120)는 폐가스 처리로(200)에서 분해된 질소와 수소 가스를 강제적으로 질화로(100)로 투입하도록 순환시켜 질소 포텐셜 값을 1 이하로 되도록 제어한다.
제어부(120)는 질화로(100)의 암모니아에서 분해된 수소 함량과, 폐가스 처리로(200)의 암모니아에서 분해된 수소 함량을 더하여 질소 포텐셜 값의 계산에 반영함으로써 금속 제품의 질화 정도를 예측하고 제어가 가능하다.
제어부(120)는 질화로(100)의 배출구(109), 폐가스 처리로(200)의 가스유입구(202), 폐가스 처리로(200)의 가스배출구(204), 질화로(100)의 폐가스 주입구(110), 반응 가스 배출구(107a)의 개폐 방식을 솔레노이드 밸브 등 일반적으로 공지된 전자 밸브의 개폐 및 제어 방법을 사용하므로 상세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 질화로 101: 외통
102: 가열부 103: 반응 챔버
104: 바스켓 105: 교반팬
106: 팬 모터 107: 반응 가스 공급부
107a: 반응 가스 배출구 108: 수소 센서
109: 배출구 110: 폐가스 주입구
120: 제어부 200: 폐가스 처리로
202: 가스유입구 204: 가스배출구
210: 프리 히터부 212: 관로
214: 프리히터 220: 열분해 반응부
222: 본체 224: 고온히터
300: 송풍기 장치 302: 이동경로
310: 외부하우징 312: 외부구멍
320: 내부하우징 322: 통기구
324: 통기구핀 330: 모터
332: 블레이드 334: 지지부재

Claims (9)

  1. 암모니아, 질소, 이산화탄소의 반응 가스를 공급받고 내부 온도를 일정 온도로 일정 시간 유지하여 금속 제품의 표면에 질화 처리를 수행하는 반응 챔버와, 상기 반응 가스를 소정 비율로 상기 반응 챔버로 공급하는 반응 가스 공급부와, 상기 반응 챔버의 일측에 형성되어 열에 의해 분해되지 않은 반응 가스를 배출하는 배출구와, 상기 반응 챔버로부터 상기 반응 가스를 추출하여 수소 함량을 검출하는 수소 센서를 포함하는 질화로; 및
    상기 질화로의 배출구와 연통되어 상기 질화로로부터 상기 분해되지 않은 반응 가스를 유입하는 가스유입구와, 상기 분해되지 않은 반응 가스를 일정 온도로 가열하여 암모니아를 수소와 질소 가스로 열분해하는 열분해 반응부와, 상기 질화로의 일측에 형성된 폐가스 주입구와 연통되어 상기 열분해한 수소와 질소 가스를 송풍기 장치에 의해 상기 폐가스 주입구로 공급하는 가스배출구를 포함하는 폐가스 처리로를 포함하며, 상기 질화로는 상기 폐가스 처리로로부터 상기 반응 챔버에서 분해되지 않은 암모니아를 분해한 수소 가스를 재공급받아 금속 제품의 표면의 질화 정도를 제어하는 질화로 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소 센서로부터 추출한 수소의 함량과 상기 반응 가스 공급부에서 추출한 암모니아의 함량을 이용하여 질소 포텐셜 값을 아래의 수학식 1과 같이 계산하며, 상기 질소 포텐셜 값이 기준값보다 작으면 상기 질화로의 배출구를 개방하고, 상기 폐가스 주입구를 닫으며, 상기 질소 포텐셜 값이 기준값보다 크면, 상기 질화로의 배출구를 닫고 상기 폐가스 주입구를 개방하며 상기 송풍기 장치의 전원을 온시켜 강제 송풍시켜 질화 정도를 제어하는 제어부
    를 포함하는 질화로 시스템.
    [수학식 1]
    Figure pat00005

    여기서,
    Figure pat00006
    는 암모니아 함량의 데이터이며,
    Figure pat00007
    는 수소 함량의 데이터이며,
    Figure pat00008
    는 질소 포텐셜 값이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 내부 온도는 500 내지 600℃로 유지하고, 상기 열분해 반응부의 내부 온도는 700 내지 1200℃를 유지하는 질화로 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송풍기 장치는 외부하우징과, 상기 외부하우징의 내부에 설치되어 양측이 개구되고 입구의 내경에서 점점 좁아지다가 중간부의 내경이 최소를 이루며 다시 출구로 갈수록 내경이 넓어지는 내부하우징으로 이루어지고, 상기 내부하우징은 내경이 최소가 되는 위치의 외부테두리에 공기가 유입되는 통기구를 형성하며, 상기 내부하우징의 출구 부분에 모터가 축에 의해 결합되고 상기 모터의 작동에 의해 회전되는 복수개의 블레이드를 포함하는 질화로 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 질화로에서 암모니아에서 분해된 수소 함량과, 상기 폐가스 처리로에서 암모니아에서 분해된 수소 함량을 더하여 상기 질소 포텐셜 값의 계산에 반영하는 상기 금속 제품의 질화 정도를 예측하는 질화로 시스템.
  6. 질화로와, 상기 질화로와 연통되어 상기 질화로로부터 공급되는 폐가스를 열분해하여 처리하는 폐가스 처리로와, 상기 질화로와 상기 폐가스 처리로와 전기적으로 연결되어 질화 과정과, 열분해 과정을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 질화로는 암모니아, 질소, 이산화탄소의 반응 가스를 공급받고 내부 온도를 일정 온도로 일정 시간 유지하여 금속 제품의 표면에 질화 처리를 수행하는 단계;
    상기 폐가스 처리로는 상기 질화로로부터 상기 금속 제품의 표면에 분해되지 않은 반응 가스를 유입받아 일정 온도로 가열하여 암모니아를 수소와 질소 가스로 열분해하는 단계; 및
    상기 제어부는 상기 폐가스 처리로에서 분해된 수소와 질소 가스를 상기 질화로로 재투입하여 상기 금속 제품의 표면의 질화 정도를 제어하는 단계
    를 포함하는 질화로 시스템을 이용한 질화 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 제품의 표면의 질화 정도를 제어하는 단계는,
    상기 제어부는 상기 질화로의 내부 일측에 설치된 수소 센서로부터 추출한 수소의 함량과 상기 질화로로 투입되는 암모니아의 함량을 이용하여 질소 포텐셜 값을 아래의 수학식 1과 같이 계산하는 단계; 및
    상기 제어부는 상기 질소 포텐셜 값이 기준값보다 작으면 상기 질화로의 배출구를 개방하고, 상기 상기 질화로의 일측에 형성된 폐가스 주입구를 닫아 상기 질소 포텐셜 값을 유지하며, 상기 질소 포텐셜 값이 기준값보다 크면, 상기 질화로의 배출구를 닫고 상기 폐가스 주입구를 개방하며 상기 송풍기 장치의 전원을 온시켜 강제 송풍시켜 상기 폐가스 처리로에서 분해된 수소와 질소 가스를 상기 질화로로 재투입하여 상기 금속 제품의 표면의 질화 정도를 제어하는 단계
    를 포함하는 질화로 시스템을 이용한 질화 처리 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00009

    여기서,
    Figure pat00010
    는 암모니아 함량의 데이터이며,
    Figure pat00011
    는 수소 함량의 데이터이며,
    Figure pat00012
    는 질소 포텐셜 값이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 질화로에서 암모니아에서 분해된 수소 함량과, 상기 폐가스 처리로에서 암모니아에서 분해된 수소 함량을 더하여 상기 질소 포텐셜 값의 계산에 반영하는 상기 금속 제품의 표면의 질화 정도를 예측하는 질화로 시스템을 이용한 질화 처리 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 질화로의 내부 온도는 500 내지 600℃로 유지하고, 상기 폐가스 처리로의 내부 온도는 700 내지 1200℃를 유지하는 질화로 시스템을 이용한 질화 처리 방법.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101662298B1 (ko) * 2016-06-27 2016-10-06 대량산업 (주) 자동차 브레이크용 피스톤 제조방법
KR20210009168A (ko) * 2019-07-16 2021-01-26 한국생산기술연구원 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법
KR20210036662A (ko) * 2019-09-26 2021-04-05 한국생산기술연구원 질화 처리 방법
KR102412538B1 (ko) 2021-08-05 2022-06-23 김대운 오일 냉각장치 및 이를 이용한 질화로
CN114892120A (zh) * 2022-05-10 2022-08-12 科品(苏州)特殊钢有限公司 一种具有分段预热均匀排气结构的气体渗氮设备
WO2023054924A1 (ko) * 2021-09-28 2023-04-06 한국생산기술연구원 연질화 처리 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100414542B1 (ko) 2001-05-22 2004-01-07 권숙철 질화로(窒化爐)

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100414542B1 (ko) 2001-05-22 2004-01-07 권숙철 질화로(窒化爐)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101662298B1 (ko) * 2016-06-27 2016-10-06 대량산업 (주) 자동차 브레이크용 피스톤 제조방법
KR20210009168A (ko) * 2019-07-16 2021-01-26 한국생산기술연구원 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법
WO2021010740A3 (ko) * 2019-07-16 2021-03-11 한국생산기술연구원 질화 처리 장치 및 질화 처리 방법
CN114127325A (zh) * 2019-07-16 2022-03-01 韩国生产技术研究院 氮化设备及氮化方法
CN114127325B (zh) * 2019-07-16 2024-05-31 韩国生产技术研究院 氮化设备及氮化方法
KR20210036662A (ko) * 2019-09-26 2021-04-05 한국생산기술연구원 질화 처리 방법
KR102412538B1 (ko) 2021-08-05 2022-06-23 김대운 오일 냉각장치 및 이를 이용한 질화로
WO2023054924A1 (ko) * 2021-09-28 2023-04-06 한국생산기술연구원 연질화 처리 방법
CN114892120A (zh) * 2022-05-10 2022-08-12 科品(苏州)特殊钢有限公司 一种具有分段预热均匀排气结构的气体渗氮设备

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