(Sintering)RHK의 진보
가열로, 열처리로로 최근 사용이 급증하고 있는 로라하스킬른은 20세기 초반에 이탈리아에서 타일 소성용으로 고안되었다. 종래 폭넓게 사용되어 왔던 터널킬른 등의 연속로에 비해, 소성작업 및 조정적인 면에서 Flexibility가 크며, 에너지효율적인 면에서도 뛰어나다. 최근 합리화(合理化)에 대한 제조업의 요구, Flexible한 사용조건 및 에너지 절감에 대한 요구를 해결하기 위해 롤러하스킬른의 이용확대가 급격화 되고 있다. 일본에서는 1970년대부터 타일소성용, 식기소성용으로 급속히 보급되었으며, 그 후 여러 방면으로의 용도 개발이 진행되었다. 가장 큰 특징으로는, 단시간 소성을 들 수 있으며, 온도 정밀도적인 면에서도 다른 로에 비해 뛰어나고, 품질 요구를 만족시킬 수 있는 소성장치라는 면에서 사용예가 증가하고 있다. (그림8.3.1 및 그림8.3.2)
로라하스킬른의 주요 특징들을 열거 하겠다.
8.3.1 高정밀의 온도제어를 통한 高품질소성
롤라하스킬른은 제품이 세라믹 또는 금속으로 만들어진 롤러콘베이어를 통과하는 동안 주위에 배치되어 있는 버너나 히터에 의해서 가열처리, 분위기 처리가 되도록 설계되어 있다. 제품이 통과되는 데에는 다른 로처럼 대차나 대판 등이 필요 없으며, 내화물(耐火物)로 만들어진 얇은 세터류 또는 용기로 롤러 위를 통과할 수 있게 되어 있어, 열의 전도가 매우 빠르다. 경우에 따라서는, 특수한 타일 등을 제조할 때에는 롤러 위를 바로 통과시키는 구조를 취하고 있는 경우도 있다. 세터 위의 피가열물(被加熱物)은 일정한 높이로 제어할 수 있으므로, 입구에서 출구까지 로 단면내의 온도나 분위기의 차이는 극히 적다. 따라서, 모든 피소성부분은 거의 동일한 온도이력, 분위기이력을 가지게 되므로, 피소성물의 특성이 균일하며, 이러한 균일성이 품질향상으로 연결된다.
8.3.2 단시간 소성
롤러하스킬른은 앞에서 설명한 구조로 인해 열의 전달이 빠르며, 균열성(均熱性)적인 면에서도 뛰어나다. 이러한 이유로 단시간 소성이 가능하게 되었다. 대차나 대판 등의 중량물(重量物)이나 내화물의 용기 등을 대량으로 사용하는 종래의 로에서는 가열시의 온도가 열원에 가까운 대판이나 내화물 부분부터 상승하여, 그 후에 서서히 소성품의 내부로 전도되는 방식이다. 따라서, 온도 상승의 과정에서 상하, 또는 안팎에서의 온도편차는 필연적으로 발생하게 되었다. 이러한 가열의 특징 때문에 최고온도부분 등에서는 균일한 열을 위해, Keep하는 구간이 필요하다. 하지만, 롤러하스킬른은 롤러 위의 피열물은 얇은 세타 또는 직접 롤러 위에 높여지기 때문에, 열이 빠르게 전달된다. 따라서, 균일한 열을 위한 온도Keep이 필요 없는 경우도 많다. 이러한 특징을 살려서 과잉한 부분이나, 대기부분(Waiting)의 없앤 최적의 히트패턴의 설계가 가능하며, 온도의 급상승, 급하강 등을 자유롭게 설계에 이용할 수 있어, 종래의 히트패턴에서의 불필요한 부분을 삭제할 수 있으며, 이러한 특징으로 단시간 소성이 가능하게 되었다. 종래의 소성만으로 수시간~수십 시간이 걸리며, 전후의 재공품을 넣게 되면 더 많은 시간이 필요해지는 소성에 비해, 단시간소성으로의 방향은 종래의 개념을 완전히 뒤바꾸었다고 해도 과언이 아니다. 로는 정밀도가 좋은 고속가온장치로 되어 있으며, 제품의 리드타임단축 및 공장관리의 진화에 크게 기여하고 있다. (그림8.3.3)
8.3.3 에너지 절감
단시간 소성에서는 앞에서 서술한 것과 같이, 가열원에서 피가열물까지의 열의 전열이 빠르다는 것, 그리고 히트패턴 상의 불필요한 부분, 과잉부분을 삭제할 수 있다는 이유뿐만 아니라 로체 자체의 단열성능이 좋다는 것도 에너지 절감에 크게 기여하는 부분이다. 롤러하스킬른에서는 로체의 재료로 일반적인 단열벽돌 또는 단열보드가 사용되고 있으며, 이들 재료는 단열성이 뛰어나며 열용량은 적다. 따라서 로벽에서부터의 방산열(放散熱)을 크게 개선하였다. 로체의 열용량이 적다는 것은 로의 운전계획에도 큰 자유도를 줄 수 있다. 로의 승온이나 냉각이 빠르며, 종래의 방식에서는 생각조차 할 수 없었던 주말정지, 야간정지가 가능해졌다. 이러한 점에서도 에너지 절감뿐만 아니라 노동환경, 근로체제의 개선에도 기여했다고 할 수 있다. 그리고 일반 로의 경우, 열용량이 큰 대차나 내화물을 많이 이용하는 것 이외에도 로에서는 제품 이외의 가열에도 많은 에너지를 필요로 하며, 그 열은 유효하게 쓰여지지 않고 그대로 밖으로 빠져나갔다. 하지만 롤러기구에서는, 롤러는 제품온도와 같은 온도까지 가열되어 있지만, 그 자체는 그 자리에서 회전하여 이동하지 않기 때문에 열을 빼았아가지 않는다. 이들의 요인으로부터 롤러하스킬른에서의 열효율이 높은 소성조건을 얻을 수 있다.
8.3.4 분위기 콘트롤
로내에서는 특수한 분위기를 필요로 하는 소성조건에서, 분위기 제어의 응답성이 탁월하며, 용이하다는 것도 롤러하스킬른의 큰 특징이라고 할 수 있다. 자기의 환원염소성(環元炎燒成)은 1970년대에 확립되었다. 계속해서 Mn-Zn계의 페라이트소성을 하기 때문에, 질소분위기의 롤러하스킬른(그림8.3.4)도 1990년대에는 기술이 확립되었으며, 그 후, 수소 등의 특수 분위기 영역에서도 기술이 진전되고 있다. 이러한 대기분위기 이외의 소성에 있어서도 분위기제어와 온도제어의 높은 정밀도는 제품의 특징이나, 품질의 향상에 크게 공헌하고 있다.
8.3.5 고온영역에의 전개
롤러하스킬른의 용도는 고온영역으로도 확대되어, 1980년대에는 1600℃의 소성이 가능한 롤러하스킬른이 개발되었다. 알루미나기판이나 파인세라믹제품 등의 소성에 이용되어, 종래의 푸셔로나 고온터널로에 비해 엄청난 시간단축, 열효율의 개선을 실현시키고 있다. 1990년대에는 고온에서의 내하중성능이 요구되는 파인세라믹용 롤러하스킬른도 개발되었다. 로의 개발수준도 높지만, 거기에 동반된 고온에서의 내하중특성이 우수한 세라믹롤러의 개발이 이러한 기술들의 바탕이 되고 있다.
8.3.6 운송의 정숙성(靜肅性)
롤러하스킬른은 로의 입구에서 출구까지의 운송은 세라믹 롤러의 회전에 의해 유송된다. 고온에서의 롤러 회전에 의한 진동이나, 세터, 내화물과 롤러의 마찰에 의한 진동을 얼마나 제어할 수 있느냐가 제품의 품질에 직접적으로 영향을 미친다. 보통 구동력은 체인 또는 기어로 롤러의 지지기구인 안쪽의 베어링으로 전달되며, 이러한 전달방법 및 롤러의 지지방법은 연구를 통해 매우 정숙한 운반이 실현되고 있다.
8.3.7 기타 영역으로의 전개
리드타임이 짧고, Flexible한 제조체제에 대한 요구가 점점 강해지고 있는 요즘의 산업계에서는 대형로에서 소형로로 전환되고 있으며, 총길이가 수m정도인 작은 롤러하스킬른도 개발되었다. 열용량이 작고, 컨트롤이 용이한 롤러하스킬른의 특징을 유지하면서, 가반성(可搬性), 사용용이성을 큰폭으로 개선시키고 있다. 최근에는 보다 소형화된 실험용 DeskTop롤러하스킬른도 개발되었다. 그리고, 신분야로는 플라즈마 디스플레이 판넬 열처리용의 롤러하스킬른(그림8.3.5)이 개발되고 있다. 한 면이 수십in인 대형 프라즈마판넬의 열처리를 위해서는 판넬 내부의 온도분포를 일정한 온도차 이내로 유지하여, 정확하게 열처리를 할 수 있어야 한다. 따라서 롤러하스열처리로에서는 운송시의 택트운전(タクト運転)을 적용하는 등, 많은 연구를 통해 균일하면서, 응답속도가 빠른 가열, 냉각기구를 실현시켰으며, 업계에 정착되고 있다. (그림8.3.6 및 그림8.3.7)
8.3.8 조립, 해체, 운반, 설비이동의 편이성
롤러하스킬른은 보통 몇 개의 유닛으로 구성되어 있으며, 로의 제조공정은 거의 대부분은 현지에 반입하기 전에 공장에서 제작된다. 현지에서는 크레인이나 포크리프트 등을 사용해서 유닛을 운반하며, 접속, 설치한 후, 단기간의 시험소성을 거쳐, 현업 생산으로 사용된다. 유닛은 크레인이나 트럭, 배를 통한 운송에 견딜 수 있도록 강고한 구조로 되어 있다. 이처럼 유닛구조는 현지에서의 공사기간 단축에 크게 공헌하고 있다.
반면, 해체, 이동 시에 있어서도 유닛구조로 되어 있으므로, 시간과 노동력을 크게 절감시킬 수 있다. 그리고, 유닛으로 분활, 구성되어 있으므로, 유닛의 개조, 삽입 등을 통해 로의 개조가 용이하다. 그리고, 일정 기간 사용한 로를 다른 용도로 전용, 전매하는 것도 가능하다. 소형 롤러하스킬른은 유닛의 단축, 증설, 교체, 운반이 쉬워, 일상적으로도 로를 Flexible하게 여러 용도로 활용할 수 있다. 각종 킬른의 히트커브의 비교를 표8.3.1, 롤러특성을 표8.3.2에 나타내었다.