KR0128018B1 - 고로용 외연식 열풍로의 연결구조 - Google Patents

Abstract

도움연결관(4)을 신축이음매를 사용하지 않고 철피변위량이 적은 직관구조로 했기 때문에 종래와 같이 도움연결관(4)의 큰 변위량에 수반해서 발생하는 내열벽돌등의 손상을 방지할 수가 있고 열풍로의 장수명화를 도모할 수가 있다.

또 축열실도움(9)과 연소실도움(10)과를 일정량 미끄러져 움직이는 것이 자유롭게 연결봉(22)으로 연결했기 때문에 도움연결관(4)이 손상된 경우 등에 있어서 도움연결관(4)의 신장을 방지할 수 가 있고 장수명화에 공헌한다.

다시 또 도움연결관(4)과 축열실도움(9) 및 연소실도움(10)과의 연결부분에 보강부재(23)를 설치했기 때문에 보강링(21)에 걸리는 응력을 분산화할 수 있고이것에 의해 도움 혹은 보강링(21)에 발생하고 있든 응력균열부식을 방지할 수가 있다.

Description

고로용 외연식 열풍로의 연결구조

제1도는 본 발명의 1실시예를 나타내는 설명도.

제2도는 본 발명의 구성요건을 나타내는 설명도.

제3도는 도움연결관의 직경(RD)과 축열실의 도움직경(TD)과의 비(RD/TD) 및 도움연결관 너클부의 축열실측철피응력을 너클부의 보강여부와 가스편류유무와의 관계에 대해 나타내는 선그래프.

제4도는 도움연결관의 직경(RD)과 연소실의 도움의 직경(ND)과의 비(RD/ND) 및 연결관 너클부의 연소실측철피응력을 너클부의 보강여부와 가스편류와 유무와의 관계에 대해 나타내는 선그래프.

제5도는 제1도에 있어서의 보강링과 연결봉과의 조합부분의 평면도.

제6도는 제1도에 있어서 동그라미 표시한 A 부분의 확대정면도.

제7도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 정면도.

제8도는 제7도에 있어서 동그라미 표시한 B부분의 확대단면도.

제9도는 종래의 신축이음매를 사용해서 축열실과 연소실을 연결관에 의해 연결한 열풍로를 나타내는 측면도.

제10도는 종래의 신축이음매를 사용하지 않고 축열실과 연소실을 연결관에 의해 직접 연결한 열풍로를 나타내는 측면도.

제11도는 종래의 연결관의 연결부근방에 있어서의 축열실의 철피변형상황[제11도 (a)], 연소실의철피변형상황 [제11도 (b)]를 나타내는 설명도.

제12도는 제9도에 나타낸 종래 기술에 있어서의 응력분포 및 응력부식균열개소를 나타내는 도면

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4 : 도움연결관 9 : 축열실도움

10 : 연소실도움 11 : 너클부

21 : 보강링 22 : 연결봉

23 : 보강부재 28,29 : 직동체부

본 발명은 고로의 부속설비로서 설치되는 외연식 열풍로의 연결구조의 개량에 관한 것이다.

특히 별도의 탑체로 된 연소실과 축열실을 구비하고 신축이음매를 사용하지 않는 외연식 열풍로의 도움(dome)연결부재 부착기구의 구조에 관한 것이다.

고로에 고온의 열풍을 안정하게 공급하는 열풍로는 연소실과 축열실로 구성되고 양실이 같이 있는 내연식 열풍로와 양실이 분리되어 있는 외연식 열풍로로 대별된다.

근년에 고로의 대형화에 수반하여 외연식 열풍로가 많이 채용되게 되었다.

이 외연식 열풍로는 고온가스나 코우크스로 가스를 도입해서 이것을 연소시키는 연소실과 그 열량을 축열하는 축열실을 분리구성하고, 그들을 로의 정상부 도움연결부로 연결하여 축열 및 열풍의 공급을 행한다.

종래의 로의 정상부의 도움을 연결하는 방식으로는 축열실도움과 연소실도움의 각 측면벽부를 신축이음매를 갖는 직관으로 연결하는 소위 코퍼스식이라고 불리는 방식이 알려져 있고, 일본국 특개소 50-104707호 공보나 동특개소 53-131906호 공보 실공소 55-4285호 공보에 개시되어 있다.

제9도에 코퍼스식 열풍로(12)의 구조를 나타낸다. 축열실(1)은 자립식이며 연소실(2)는 가대(3)에 적재되어 있다. 축열실(10)의 도움(9)과 연소실(2)의 도움(10)이 신축이음매(5)를 갖는 도움연결관(4)으로 접속되어 있고, 신축부분에는 송풍시의 풍압에 의해 약 1000톤의 축방향 추력이 작용하기 때문에 축열실 도움(9) 및 연소실 도움(10) 양쪽에는 신축이음매(5)가 확대되지 않도록 내압추력을 수용하는 도움링보강재(6) 및 인장비임(7)이 설치 되어 있다. (8)은 축열실(1)과 연소실(2)을 연결하는 연결트럭이다. 이와 같이 구성된 열풍로는 전술한 바와 같이 약 1000톤의 축방향 추력에 의해 인장비임(7)이 신장되기 때문에 신축이음매(5)는 조업이 개시되면 송풍시의 풍압에 의해 확대되고 연소시에는 풍압이 감소하기 때문에 축소된다고 하는 현상을 장기간(통상은 10-15년)에 걸쳐서 반복한다.

따라서 신축이음매(5)의 내부라이닝인 내화벽돌에 균열이 생기고, 이윽고 공도이 발생한 신축이음매(5)의 프레이트에까지 열풍이 닿아서 적열된다고 하는 문제가 있었다.

그리고, 이 보수에 있어서는 열풍로의 조업을 장기간에 걸쳐 중지하고 열풍로를 냉각시켜서 신축이음매(5)를 교환하지 않으면 안되고 그 사이는 통상 4기가 있는 열풍로를 3기로 조업히는 등 고로의 업도를 내리지 않으면 안되고 장기간의 수리기간과 막대한 비용이 걸린다고 하는 커다란 문제가 있었다.

기타 신축이음매(5)의 내부의 바닥에 고이는 물을 때때로 배출시킬 필요가 있고, 유지보수의 점에서 열풍로의 구조를 간략화, 경량화할 필요가 있다.

이들 문제를 해결하기 위해 최근에 신축이음매(5)를 사용하지 않고 도움연결관(4)의 강성만으로 열팽창을 흡수하는 구조가 고려되고 있다. 도움연결관(4)에 신축이음매를 사용하지 않는 열풍로 구조를 제10도에 나타낸다. 이 경우 축열실(1)의 도움(9)와 연소실(2)의 도움(10)과는 도움연결관(4)로 직접 연결되어 있고, 제9도에 나타낸 신축이음매(5)는 물론 링보강재(6) 및 인장비임(7)도 없기 때문에 경량화되어 있다.

제10도에서 서렴한 바와 같이 도움연결관(4)에 신축이음매(5)가 없는 경우에는 수평방향의 철피열신장은 축열실(1)과 연소실(2)의 전체의 변형으로 도피할 수가 잇고 응력적으로도 문제는 없다. 그러나, 축열실(1)이 자립식으로서 연소실(12)이 가대(3)에 적재되어 있는 구조의 열풍로를 구축하는 경우에는 축열실(1)의 도움(9)과 연소실(2)의 도움(10)을 도움연결관(4)에 의해 연결한 후에 연소실(2)의 벽돌쌓기를 행하기 때문에 벽돌의 중량에 의해 가대(3)가 휘어지고 연소실(2)의 쪽이 축열실(1)에 대해 높이방향의 레벨이 내려가게 된다.

또, 응력부식 균열대책을 위한 철피의 보온(보온부철피 온도는 200℃)의 영향이나열풍로 조업시의 송풍압력에 의한 연소 송풍전환에 의한 축열실(1)과 연소실(2)과의 높이방향레벨의 변동에 의해 제11도(a)에 나타내는 바와 같이 축열실도움(9)측에 있어서의 도움연결관(4)의 연결부(A부)에는 변형이 적지만 제11도 (b)에 나타내는 발와 같이 연소실도움(10)에 있어서의 도움연결관(4)의 연결부(B부)에 큰 응력이 발생해서 변형이 크게 되는 것이 FEM(finite element method) 해석에 의해 판명되었다. 그 때문에 연소실 연결부너클부(11)에 과대한 보강이 필요하게 되고, 최악의 경우 연결관부의 신축이음매 없음이라는 소기의 목적을 달성할 수 없게 된다.

본 발명은 축열실의 도움직경 및 축열실의 도움직경에 대한 도움연결관의 관의직경의 최적의 빌를 FEM 해석에 의해 구하고, 국부적으로 발생하는 도움연결관 연결부의 응력을 억제하고 최적의 구조의 신축이음매를 불필요하게 하고 장수명의 외연식 열풍로의 연결구조를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 축열실의 도움측벽과 연소실의 도움측벽을 신축이음매를 사용하지 않는 도움연결관에 의해 지겁 연결한 외연식 열풍로의 연결구조에 있어서 도움연결관의 관의 직경(RD)과 축열관의 도움직경(TD)과의 비(RD/TD)를 0.24 ≤ (RD/TD) ≤ 0.60으로 하고 , 또, 도움연결관의 관의직경(RD)과 연소실의 도움직경(ND)과의 비(RD/ND)를 0.44 ≤ (RD/ND) ≤ 0.80으로 하는 것을 특징으로 하는 외연식 열풍로의 연결구조이다.

또, 축열실도움(9)의 바로 아래의 직동체부(28)와 연소실도움(10) 바로 아래의 직동체부(29)의 각각에 보강링(21)을 설치함과 동시에, 이 양 보강링(21)의 한쪽에 일단을 고정시킨 연결봉(22)의 타단을 다른 쪽의 보강링(21)에 일정량 미끄러져 움직이는 것이 자유롭게 연결한 외연식 열풍로의 연결구조이다. 기타의 수단에 대해서는 본 발명의 명새서 및 특허청구항으로부터 명백해 질 것이다.

본 발명자 등은 도움연결관(4)에 신축이음매(5)를 갖는 종래의 것과 신축이음매(5)가 없는 연결한, 본 발명의 것에 대해 복수의 왜곡게이지를 사용해서 조업개시시에 있어서의 응력을 측정했다. 그 결과, 신축이음매를 갖는 가술의 경우, 양 도움(9)(10)은 송풍과 연소의 반복에 의해도움(9)(10)의 정점간에 있어서 변위량 2.3㎝의 운동을 반복하고, 이때의 철피의 움직임이 내장한 냐열벽돌에 악영향을 미치는 것을 알아냈다. 이에 대해, 본 발명은 도움연결관(4)의 관의직경(RD)에 대한 축열실의 도움직경(TD) 및 연소실의 도움직경 (ND)의 비를 상기한 범위로 함으로써, 그 변위량은 0.3㎝로 적고, 연결관 연결부의 철피를 보강하는 일이 없고, 국부적으로 발생하는 응력을 억제할 수가 있고, 또 내장벽돌에 악영향을 미치지 낳는 것이 확인되었다.

또한, (RD/TD)가 0.44미만, (RD/ND)가 0.24미만에서는 연결관의 관의직경(RD)이 지나치게 적어져서 열풍로의 연소시 및 송풍시에 로내가스의 편류가 생겨, 정상적인 조업이 되지 않게된다. 또, (RD/TD)가 0.60을, (RD/ND)가 0.80을 각각 초과하면 연결관 너클부의 국부적인 응력이 크게되어 너클부의 철피보강이 필요하게 된다. 이대문에, (RD/TD) 및 (RD/ND)를 상기한 범위로 하는 것이 긴요하다.

또, 본 발명에 있어서는 축열실도움(9)의 바로 아래의 직동체부(28)와 연소실도움(10)바로 아래의 직동체부(29)에 보강링(21)을 설치하고, 양 보강링(21)을 연결봉(22)으로 일정량 미끄러져 움직이는 것이 자유롭게 연결했기 때문에 송풍시의 내부압력에 의해 도움연결관(4)이 그 축방향으로 신장된 경우 연결봉(22)이 일정량 미끄러진 시점에서 정지한다. 따라서, 도움연결관(4)내면의 내장 내열벽돌에 악영향을 주는 일이 없다.

이 보강링(21) 및 연결봉(22)은 도움연결관(4)이 손상되어 내부압력에 위해 축방향으로 신장되기 쉽게 된 경우에 특히 유효하다. 즉, 통상은 송풍시에 생기는 도움연결관(4)의 축방향의 신장에 대해서는 도움연결관(4) 자체로 대응하고 도움연결관(4)이 손상되는 이상시에는 연결봉(22)으로 도움연결관(4)의 신장에 대응하는 것이다. 따라서, 보강링(21)과 연결봉(22)에는 송풍시의 내부압력에 견딜 수 잇는 강도를 갖게할 필요가 있다.

또한, 연결봉(22)가 미끄러져 움지기는 양은 열풍로 조업시 도움연결관(4)의 철피가 온도 상승에 의해 신장되었기 때문에 이 신장변위량 이상으로 설정해 둘 필요가 있다.

또, 도움 연결관(4)과 축열실도움(9) 및 연소실도움(10)의 연결부분에 보강부재(23)를 설치함으로써 보강부재(23)를 설치하지 않은 경우에 도움(9)(10)의 철피내면에 국부적으로 발생하는 응력부식균열을 방지할 수가 잇다.

신축부분이 있는 경우, 전술한 바와 같이 인장비임(7)에 신축부분의 축방향추력이 작용하고, 이 때문에 도움링보강재(6)에 이 힘이 작용해서 제12도와 같은 응력분포가 도움부철피내면에 작용한다. 이 제12도로부터 명백한 바와 같이 도움연결관(4)과 축열실도움(9) 및 연소실도움(10)과의 연결부분에는 압축응력이 작용하고 기타의 부분에는 인장응력이 작용하고 있다. 그리고, 응력부식균열은 이 인장응력이 가장 크게 작용하고 있는 부분에 국부적으로 발생하고 있다.

본 발명에 있어서는, 압축응력이 발생하고 있는 부분인 도움연결관(4)과양 도움(9)(10)과의 연결부분에 보강부재(23)을 설치함으로써 응력의 분산화를 도모할 수가 있고, 이것에 의해 응력부식균열을 방지할 수가 있다.

[실시예]

다음에 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 열풍로의 전체를 나타내는 정면도이다.

제2도는 본 발명의 구성요건을 나타내는 설명도이다.

제2도에 나타내는 바와 같이, 본 발명에서는 축열실(1)의 도움(9)과 연소실(2)의 도움(10)을 신축이음매(5)를 사용하지 않고 양측면벽을 도움연결관(4)에 의해 직접 연결하는 외연식 열풍로(12)에 있어서 도움연결관(4)의 관의직경(RD)과 축열실(1)의 도움직경(TD)의 비(RD/ND)를 0.24 ≤ (RD/TD) ≤ 0.60으로 하고, 또 도움연결관(4)의 관의직경(RD)와 연소실(2)의 도움직경(ND)의 비(RD/TD)를 0.44 ≤ (RD/ND) ≤ 0.80으로 함으로써 도움연결관(4)의 연결부(A부) 및 (B부) 특히 연소실(2)측의 도움(10)에의 연결부(B부)에 발생하는 응력을 억제하도록 한 것이다.

제3도에 도움연결관(4)의 관의직경(RD)과 축열실도움의 직경(TD)과의 비(RD/TD)및 도움연결관 연결부의 축열실측 철피응력을 너클부(11)의 보강여부와 로내가스편류의 발생유무와의 관계를 나타내고 있다. 제3도에 나타내고 있는 바와 같이 비(RD/TD)가 0.24로부터 0.60까지의 범위이면 도움연결관 연결부의 너클부(11)의 철피를 보강하지 않아도 철피균열 등의 장해를 방지할 수 있음과 동시에 열풍로의 연소시 및 통풍시의 가스편류를 방지할 수가 있다. 또 제3도에서 보는 바와 같이 비(RD/TD)가 0.24 인때의 철피응력은 500㎏/㎠, 비(RD/TD)가 0.60인 때 철피응력은 1.687㎏/㎠를 나타낸다.

이에 대해 비(RD/TD)가 0.24미만에서는 철피응력은 감소시킬 수가 있지만, 가스편류가 발생해서 열풍로의 조업에 지장을 초래한다. 역으로, 비(RD/TD)가 0.60을 초과하면 철피응력이 커져서도움연결관 연결부의 너클부(11)의 철피의 보강이 필요하게 된다. 이 때문에 비(RD/TD)를 0.24-06.0의 범위로 유지하는 것이 필요한 것을 알 수가 있다.

제4도는 도움연결관의 직경(RD)과 연소실의 도움직경(ND)과의 비(RD/ND) 및 도움연결관 연결부의 연소실측 철피응력을 너클부(11)의 보강여부와 로내가스편류의 발생유무와의 관계를 나타내고 있다.

제4도에 나타내는 바와 같이 비(RD/TD)가 0.44로부터 0.80까지의 범위이며, 도움연결관 연결부의 너클부(11)의 철피를 보강하지 않아도 철피균열 등의 장해를 방지할 수가 있음과 동시에 열풍로의 연소시 및 통풍시의 가스편류를 방지할 수가 있다. 이때, 제4도에서 보는 바와 같이 비(RD/TD)가 0.44인 때의 철피응력은 500㎏/㎠, 비(RD/TD)가 0.80인 때 철피응력은 1.687㎏/㎠를 나타낸다.

이에 대해 비(RD/TD)가 0.44미만에서는 철피응력은 감소시킬 수가 있으나, 가스편류가 발생해서 열풍로의 조업에 지장을 초래한다. 역으로 비(RD/TD)가 0.80을 초과하면 철피응력이 커지게 되어 도움연결관 연결부의 너클부(11)의 철피의 보강이 필료하게 된다. 이 때문에, 비(RD/TD)를 0.44-0.80으로 유지하는 것이 긴요하다.

또한 0.24 ≤ (RD/TD) ≤ 0.60 및 0.44 ≤ (RD/ND) ≤ 0.80을 동시에 충족시키는 도움연결관의 관의직경(RD)으로 하는 것이 바람직한 것은 말할 것도 없다. 또, 본 발명은 외연식 열풍로의 연소실(2)이 가대(3)에 적재되어 있지 않고 연소실(2)이 자립식인 것에 적용가능하다.

또, 제1도, 제5도, 제6도, 제7도 및 제8도에 의해 본 발명의 1실시예를 나타낸다.

이것은 축열실도움(9)과 연소실도움(10)을 직관구조의 도움연결관(4)로 연결함과 동시에 축열실(9)바로 아래의 직동체부(28)와 연소실도움(10) 바로아래의 직동체부(29)의 각각에 보강링(22)을 설치하고 양 보강링(21)을 연결봉(22)으로 연결한 것이다. 연결봉(22)의 일단은 연소실도움(9) 바로 아래의 직동체부(29)에 설치한 보강링(21)에 고정시키고 그 타단은 축열실도움(9) 바로아래의 직동체부(29)에 설치한 보강링(21)에 일정량 미끄러져 움직이는 것이 가능하게 연결되어 있다.

연결봉(22)의 타단에는 볼록한부(24)를 돌출설치하고 축열실도움(9)바로 아래의 직동체부(28)의 보강링(21)에는 이 볼록한부(24)와 걸어맞추어지는 스토퍼(25)를 설치하고 있다(제6도 참조). 이것은 만일 도움연결관(4)이 파손하여송풍시의 내부압력에 의해 도움연결관(4)이 일정량 이상 신장하려고 하는 경우 이 볼록한부(24)와 스토퍼(25)가 걸어맞추어지고, 도움연결관(4) 내면의 내열벽돌이 파손되는 것을 방지하는 것이다.

통상 볼록한부(24)와 스토퍼(25)와의 사이에는 헐거운 공간이 형성되고 도움연결관(4)의 열팽창량과 송풍압력에 의한 신장이상의 간격을 두고 있다.

제7도 및 제8도에 다른 실시예를 나타낸다.

이것은 도움연결관(4)과 축열실도움(9) 및 연소실도움(10)의 연결부분에 보강부재(23)를 설치한 것이다. 보강부재(23)는 양 도움(9)(10)의 외면에 용접에 의해 부설된 더블링판(26)과 그 더블링판(26)과 도움연결관(4)의 외면을 용접에 의해 접속하는 리브판(27)으로 구성되어 있다(제8도). 이 보강부재(23)의 작용에 의해 축열실도움(9) 및 연소실도움(10)에 걸리는 응력의 분산화가도모되고 응력의 일극집준화에 의해 발생하기 쉬운 응력부식균열을 미연에 방지할 수가 있다.

또한, 본 실시예에 있어서의 보강부재(23)는 제8도에 나타내는 구조의 더블링판(26)과 리브판(27)으로 형성하고 있으나, 이 형상은 응력분산화를 도모할 수 잇는 것이면 되고, 한정되는 것은 아니다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면축열실의 도움측면벽과 연소실의 도움측면벽을 신축이음매를 사용하지 않고 연결관으로 외연식 열풍로에 있어서 연결관의 연결부에 발생하는 철피응력을 저감시킴과 동시에 열풍로의 연소시 및 통풍시의 로내가스편류를 방지할 수가 있다. 그 결과 외연식 열풍로를 철피응력증대에 의한 장해를 발생시키는 일이 없이 장기간에 걸쳐 안정된 외연식 열풍로의 조업이 달성된다.

본 발명은 도움연결관을 신축이음매를 사용하지 않고 철피변위량이 적은 직관구조로 했기 때문에, 종래와 같이 도움연결관의 큰 변위량에 수반해서 발생하는 내열벽돌 등의 손상을 방지할 수가 있고, 열풍로의 장수명화를 도모 할 수가 있다.

또 축열실도움과 연소실도움과를 일정량 미끄러져 움직이는 것이 자유롭게 연결봉으로 연결했기 때문에 도움연결관이 손상된 경우 등에 있어서 도움연결관의 신장을 방지할 수 가 있고 장수명화에 공헌한다.

다시 또 도움연결관과 축열실도움 및 연소실도움과의 연결부분에 보강부재를 설치했기 때문에 보강링에 걸리는 응력을 분산화할 수 있고이것에 의해 도움 혹은 보강링에 발생하고 있든 응력균열부식을 방지할 수가 있다.

Claims (1)

1. 축열실도움(9)의 연소실도움(10)의 각 측면벽을 신축이음매(5)를 사용하지 않고 직접 도움연결관(4)으로 연결해서 된 외연식 열풍로에 있어서 도움연결관(4)의 관의직경(RD)과 축열실도움(10)의 도움직경(TD)과의 비(RD/TD)를 0.24 ≤ (RD/TD) ≤ 0.60으로 하고 , 또, 도움연결관(4)의 관의직경(RD)과 연소실도움(10)의 도움직경(ND)과의 비(RD/ND)를 0.44 ≤ (RD/ND) ≤ 0.80으로 하`고, 축열실도움(9) 바로 아래의 직동체부(28) 및 연소실도움(10) 바로 아래의 직동체부(29)의 외부원주에 각각 보강링(21)을 설치함과 동시에, 그 보강링(210의 한 쪽에 일단을 고장시킨 연결봉(22)의 타단을, 상기한 다른쪽의 보강링(21)에 일정량 미끄러져 움직이는 것이 자유롭게 연결하고, 도움연결관(4)과 축열실도움(9) 및 연소실도움(10)의 연결부분에 보강부재(23)를 설치한 것을 특징으로 하는 고로용 외연식 열풍로의 연결구조.