대차식 노는 대규모 열 시스템입니다. 온도 구배는 불가피하지만 관리할 수 있습니다. 온도 균일성 조사(TUS)는 이러한 관리가 제대로 이루어지고 있음을 입증하는 시험입니다.
몬테 인텔리전스는 용광로 시운전의 일환으로 TUS 테스트를 수행하며, 용광로 수명 기간 동안 주기적인 재테스트를 권장합니다. 본 문서에서는 항공우주, 자동차 및 일반 열처리 분야에서 가장 널리 참조되는 열처리 장비 표준인 AMS 2750F에 따른 TUS 요구 사항을 설명합니다.
AMS 2750F는 온도 균일도 허용 오차에 따라 용광로를 분류합니다. 1등급은 ±3°C의 균일도를 요구하며, 이는 가장 엄격한 허용 오차로 터빈 디스크 및 구조용 단조품과 같은 중요 항공우주 부품에 사용됩니다. 2등급은 ±6°C를 요구하며, 이는 대부분의 항공우주 열처리 표준입니다. 3등급은 ±8°C, 4등급은 ±10°C, 5등급은 ±14°C를 요구합니다. 6등급은 ±28°C를 요구하며, 이는 가장 느슨한 허용 오차로 응력 완화 및 중요하지 않은 용도에 사용됩니다.
대차식 노로의 경우, 2등급(±6°C) 온도차 달성은 까다롭지만 달성 가능한 목표입니다. 하지만 1등급(±3°C) 온도차는 이러한 유형의 노로에서 물리적 규모 때문에 매우 어렵습니다. 10미터 길이의 노실은 버너 배치, 연도 가스 흐름 패턴, 도어 열 손실 등으로 인해 필연적으로 온도 구배가 발생하기 때문입니다. 대차식 노로에서 1등급 온도차(TUS)를 달성하려면 일반적으로 가스 버너보다는 매우 정밀한 구역 제어가 가능한 전기 가열 소자가 필요합니다.
AMS 2750F에 따른 TUS 절차에서는 용광로 작업 영역 전체에 열전대 배열을 설치해야 합니다. 작업 영역이란 지정된 열처리를 받기 위해 작업물을 배치해야 하는 부피를 의미하며, 벽, 문, 뒷벽 근처와 같이 온도가 고르지 않을 가능성이 높은 영역은 제외됩니다. 보기형 노상로의 경우, 작업 영역은 일반적으로 벽, 천장, 문에서 최소 300mm, 노상 표면에서 최소 150mm 떨어진 부피로 정의됩니다.
필요한 TUS 열전대 개수는 작업 영역 부피에 따라 달라집니다. 부피가 0.085m³(3ft³) 이하인 경우, 직사각형 격자의 각 모서리에 하나씩, 그리고 중앙에 하나씩, 총 9개의 열전대가 필요합니다. 부피가 0.085m³에서 6.4m³ 사이인 경우, 필요한 열전대 개수는 4x4x4 격자 또는 종횡비에 따라 15~40개로 증가합니다. 작업 영역이 30~50m³인 대형 보기형 노의 경우, 인접한 두 측정 지점 사이의 거리가 0.6m를 넘지 않도록 충분한 수의 열전대가 있는 격자를 사용하는 것이 표준입니다.
열전대 어레이는 테스트 프레임에 장착됩니다. 테스트 프레임은 일반적으로 스테인리스강 튜브로 만들어진 경량 구조물로, 용광로 내부의 공기 흐름이나 열 전달에 큰 영향을 주지 않으면서 열전대를 지정된 위치에 고정합니다. 테스트 프레임은 대차에 실리고, 대차를 용광로 안으로 이동시켜 조사를 진행합니다.
이 조사는 용광로의 최소 및 최대 작동 온도에서 수행되며, 일반적으로 하나 이상의 중간 온도에서도 수행됩니다. 정격 작동 온도가 500~1100°C인 용광로의 경우, 500°C, 800°C, 1100°C에서 총 세 번의 조사 사이클을 진행합니다. 각 온도에서 용광로가 안정화되면(모든 조사용 열전대가 설정 온도에서 ±3°C 이내에 30분 동안 유지되면), 최소 30분 동안 데이터를 수집합니다.
합격 기준은 모든 조사용 열전대가 전체 데이터 수집 기간 동안 지정된 균일도 허용 오차 범위 내에 유지되어야 한다는 것입니다. 열전대 중 하나라도 허용 오차 범위를 벗어나면 해당 온도에서의 조사는 실패로 처리됩니다. 조사가 실패한 경우, 일반적으로 컨트롤러의 구역 온도 오프셋과 같은 용광로 제어 장치를 조정하고 재시험을 실시해야 합니다.
구역 온도 오프셋 조정은 균일성 향상을 위한 핵심적인 도구입니다. TUS(열균일성 검사) 결과, 용광로 전면(출입구 부근)이 설정 온도보다 8°C 낮게 작동하고 후면은 설정 온도와 같게 작동하는 경우, 전면 구역 컨트롤러에 +8°C의 오프셋을 프로그래밍할 수 있습니다. 조정 후 TUS를 다시 실행하여 개선 사항을 확인합니다. 초기 검사에서 ±10°C 또는 그 이상의 균일성 저하가 나타나더라도, 대부분의 용광로는 적절한 구역 오프셋 조정을 통해 Class 2 균일성을 달성할 수 있습니다.
점검 주기는 용광로 등급과 작업의 중요도에 따라 다릅니다. 항공우주 부품을 처리하는 2등급 용광로의 경우, AMS 2750F에 따라 6개월마다 정기 점검(TUS)을 반복해야 합니다. 상업용 열처리를 수행하는 4등급 용광로의 경우, 일반적으로 연간 점검이 실시됩니다. 버너 교체, 제어 시스템 업그레이드, 내화물 재시공 등 주요 용광로 개조가 이루어질 경우 재인증 점검을 받아야 합니다.
TUS(온도 분포 검사)와 SAT(시스템 정확도 검사)의 관계는 종종 혼동됩니다. TUS는 작업 영역 전체의 온도 분포를 측정하는 검사이고, SAT는 교정된 기준점을 기준으로 용광로 제어 장치와 기록용 열전대의 정확도를 측정하는 검사입니다. 두 검사 모두 AMS 2750 규격 준수를 위해 필수적이지만, 목적은 서로 다릅니다. 용광로는 SAT를 통과할 수 있지만(제어 열전대가 정확하게 측정하는 경우), TUS는 통과하지 못할 수 있습니다(작업 영역의 일부가 제어점에 비해 너무 뜨겁거나 너무 차가운 경우).
TUS(온도 균일도 검사)의 결과물은 문서화입니다. 검사 보고서에는 용광로 식별 정보, 검사 날짜, 검사 온도, 열전대 위치를 나타내는 도표, 전체 데이터 수집 기간 동안 모든 열전대에서 측정된 원시 온도 데이터, 계산된 온도 균일도, 그리고 합격/불합격 판정이 포함되어야 합니다. 이 보고서는 용광로 품질 기록의 일부가 되며 고객 감사 및 NADCAP 인증 과정에서 검토됩니다.
몬테 인텔리전스는 용광로 시운전의 일환으로 초기 열전도 검사(TUS)를 제공하며, 정기적인 재검사 서비스도 제공합니다. 또한 열전대 장착 하드웨어, 데이터 수집 시스템 및 보고 소프트웨어도 공급합니다.
TUS 서비스 또는 용광로 시운전 지원이 필요하시면 helenxu@cnlymonte.com으로 연락주세요.
