KR0149398B1 - 고로의 송풍지관 - Google Patents

Abstract

상부관의 내경 일부를 테이퍼 형성하고 끝단부를 라운드 형성하며 하부관의 일부를 경사부로 형성하여 접속함으로써, 송풍지관 내부에 고속으로 흐르는 고온 열풍에 의한 응력집중을 방지하고 관내 유동효율을 향상하여 장시간의 사용에 견딜 수 있는 내구성을 가지게 한 고로의 송풍지관에 관한 것으로, 고로(100)와, 이 고로(100)의 하부에 열풍을 공급하기 위하여 열풍로(200)의 열풍관(210)에 접속되는 환상관(110)과, 이 환상관(11)에 접속되는 송풍지관(10)을 포함하는 구성으로 된 고로의 송풍지관에 있어서, 상기 송풍지관(10)은, 일정각도를 이루는 테이퍼부(22)로 되는 내경을 가지는 상부관(20)과, 상시 상부관(20)이 삽입되는 삽입관부(31)에서 분사관로(36) 사이를 일정 경사를 가지는 경사부(32)로 형성하고 있는 하부관(30)으로 구성되어 있기 때문에, 고로에 사용되는 송풍지관 중 상부관과 하부관의 형상에 변화를 주어, 내구성과 송풍효율을 좋게 하여 장시간 고로를 사용할 수 있게 한다.

Description

고로(高爐)의 송풍지관

본 발명은 고로의 송풍지관에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 상부관의 내경일부를 테이퍼지게 형성하고 끝단부를 라운드 형상하며 하부관의 일부를 경사부로 형성하여 결합함으로써 송풍지관 내부에 고속으로 흐르는 고온 열풍에 의한 응력집중을 방지하고 관내의 유동효율을 향상시켜 장시간의 사용에 견딜 수 있는 내구성을 가지게 한 고로의 송풍지관에 관한 것이다.

일반적으로 고로(100) 및 이 고로(100)의 하부에 열풍을 공급하기 위한 환상관(110)에 접속되는 송풍지관(10)은, 제1도에 나타낸 바와 같은 제철소의 기초설비에 사용되는 장치이다.

먼저, 기초설비에 대하여 설명하면, 원료인 철광석, 코크스 및 석회석을 상기 고로(100) 안으로 장입하기 위한 원료 공급관(102)이 상기 고로(100)(또는 용광로)의 상부에 설치되고, 상기 고로(100) 근처에 코크스를 태워서 철광석을 녹여 선철을 생산하기 위하여 열풍로(200)가 설치되어 있다.

상기 고로(100)와 열풍로(200)는 직경이 큰 파이프 형상의 열풍관(210)에 의하여 상호 접속되어 고온의 열풍이 상기 고로(100)에 공급되도록 되어 있다.

제1도에서 부호 150은 상기 고로(100)로부터 외부로 배출되는 폐가스를 정화 및 세정하기 위한 가스 세정장치이고, 152는 이 가스 세정장치(150)에 연결된 고로 가스관이며, 300은 용선차, 400은 슬래그 대차, 500은 정화된 폐가스를 외부로 배출하는 굴뚝, A로 표시된 부분은 연와이다.

제2도는 일반적인 고로, 환상관 및 송풍지관의 접속상태를 나타낸 단면도이다.

상기 열풍관(210)은 상기 고로(100)의 하부에 설치된 환상관(110)에 접속되는데, 환상관(110)은 효율적인 열풍공급을 위하여 고로(100)의 하부를 원형으로 둘러싸는 형태로 설치된다.

또, 이 환상관(110)으로부터 고로(100) 하부로 연결하는 관이 있는데, 이것이 1100∼1200℃의 높은 고온으로 가열된 열풍을 직접 고로(100) 내부로 송풍, 장입하는 송풍지관(10)이다.

이 송풍지관(10)은 고로를 신축하거나 또는 보수를 하게 되는 경우, 교체없이 10년 이상 장시간 가동을 하여야 할 것이 요구되므로, 안정성과 내구성을 필요로 하게 되며, 나아가서는 효율적인 송풍 중의 유동 특성이 요구된다.

제3도의 (a), (b), (c)는 종래의 송풍지관을 나타낸 단면도로서, (a)는 종래형, (b)는 ATH형, (c)는 NSC형이다.

(a)의 것은 3포인트의 구면 터치부에서 변위를 흡수하고 신축관을 사용하지 않기 때문에 취약부위가 없으나 고압 고로 또는 변위가 클 때 리크(leak) 가능성이 매우 크고 탈착작업시의 센터조정이 어렵다고 하는 문제가 있다.

(b)의 것은 유니버설형의 벨로우즈 신축관(111)을 채택하고 블로우 파이프(blow pipe)의 선단부만을 냉각함으로 열풍압에 따른 제반 문제점은 해결할 수 있으나, 냉각반 교체에 따른 공간을 확보하는 것이 곤란하고 직관의 길이가 짧아 벤츄리(bentury) 설치가 곤란하다.

(c)의 것은 최신형으로써, 상부관은 짐볼(jimbal)형이고 하부관은 힌지형으로 되는 2개의 신축관을 사용하고 있지만, 2개의 신축관 및 블로우 파이프 선단부의 수냉구조의 유로가 복잡하고, 지원관인 버스틀 파이트(bustle pipe)의 개조가 필요하게 되는 설비상의 추가 문제가 대두된다.

따라서, 고로의 송풍지관은 다음의 사항이 고려되어 설계되고 시공되어야 한다.

송풍지관은 시동중단 후, 재가동하는 경우에 있어서 내부의 열풍이 새는 것을 방지할 수 있는 구조일 것, 또 신축관부의 수냉의 경우에는 수냉에 의한 온도 차이에 의하여 큰 열응력이 냉각부위의 모서리부에 집중하고 이에 따라 크랙결함이 발생되게 됨으로, 이 크랙으로부터 냉각수가 새어나올 경우에는 조업중단 사태로 이어지기 때문에 보수할 필요가 없어야 한다는 점등이다.

종래의 송풍지관은 벨로우즈 신축관(111)이 구면접촉 방식으로 되어 있어 가동이 중단되었다가 재가동을 하는 경우에 있어서는 내부의 열풍이 새는 경우가 있게 된다.

또한, 벨로우즈 신축관(111)의 수냉을 하는 경우에 있어서는 수냉에 의한 온도 차이에 의하여 과도한 열응력에 의하여 냉각부위에 결함이 발생하여 냉각수가 새어서 조업이 중단되어 이를 보수하여야 되는 문제가 발생하게 된다.

부호 113은 상기 송풍지관(10) 끝단의 열풍노즐, 114는 상기 송풍지관(10)을 고정 지지하기 위한 턴 버클이다.

상기 문제를 해결하기 위하여 발명된 또 다른 종래 기술은, 상부관을 하부관에 삽입하는 형식으로 된 송풍지관(10)이 있다. 즉, 상부관은 내부 반경이 일정하며 하부의 끝단이 내부폭을 향하여 뾰족하게 되어 있다. 또한 상부관이 삽입되는 하부관에서 반경이 바뀌는 부분은 직선으로 되어 있다.

그러나, 이러한 형상의 종래 송풍지관(10)은, 열풍로(200)에서 송풍이 되면 송풍압에 의하여 상부관 하부의 예각부는 형상적인 특성에 의하여 응력집중이 일어나게 되며, 이러한 응력집중으로 다른 부분보다 높은 응력이 이 부분에 집중됨으로 장기간 사용 중에 내화물에 균열이 발생하여 탈락될 가능성이 높게 된다.

또한, 상부관이 삽입되는 하부관에서는 반경이 급격하게 변화되면서 유동의 손실이 크게 됨으로 송풍효율이 저하된다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 이를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 고로에 사용되는 송풍지관 중 상부관과 하부관의 형상에 변화를 주어, 내구성과 송풍효율을 좋게 하여 장시간 고로를 사용할 수 있게 한 고로의 송풍지관을 제공하고자 하는 것이다.

제1도는 일반적인 고로와 그 부대설비를 나타낸 개략 단면도.

제2도는 일반적인 고로, 환상관 및 송풍지관의 접속상태를 나타낸 단면도.

제3도는 종래의 송풍지관을 나타낸 단면도로서, (a)는 종래형, (b)는 ATH형, (c)는 NSC형.

제4도는 본 발명의 송풍지관을 나타낸 요부 단면도.

제5도는 본 발명의 송풍지관의 설치상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 송풍지관 12 : 지관

22 : 테이퍼부 24 : 라운드부

25, 37 : 내화철피 26, 38 : 내화물

30 : 하부관 31 : 삽입관부

32 : 경사부 34 : 제1라운드부

35 : 제2라운드부 36 : 분사관로

100 : 고로 102 : 원료 공급관

110 : 환상관 111 : 벨로우즈 신축관

113 : 열풍노즐 114 : 턴 버클

115 : 접속관 116, 119 : 플랜지

117 : 턴 버클 지지대 118 : 점검창

150 : 가스 세정장치 152 : 고로 가스관

200 : 열풍로 210 : 열풍관

300 : 용선차 400 : 슬래그 대차

500 : 굴뚝 A : 연와

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고로의 송풍지관은, 고로(100)에 열풍을 공급하기 위하여 상부관(20)과 하부관(30)의 결합으로 구성되는 고로의 송풍지관에 있어서, 상기 상부관(20)은 하부내면을 θ=20∼40의 각도범위를 갖는 테이퍼부(22)로 형성하고, 끝단부를 라운드부(24)로 형성하고, 상기 하부관(30)은 상기 상부관(20)이 끼워주는 삽입관부(31)에서 분사관로(36) 사이를 경사부(32)로 형성하고, 상기 경사부(32)와 분사관로(36) 사이를 제1라운드부(34)로, 상기 삽입관부(31)와 상기 경사부(32) 사이를 제2라운드부(35)로 형성함을 특징으로 한다.

따라서, 상기 구성의 본 발명은 고로에 사용되는 송풍지관의 상부관과 하부관의 형상에 변화를 주었기 때문에, 내구성과 송풍효율을 좋게 하여 장시간 고로를 사용할 수 있도록 한 것이다.

이하, 본 발명의 고로의 송풍지관에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제4도는 본 발명의 송풍지관을 나타낸 요부 단면도, 제5도는 본 발명의 송풍지관의 설치상태를 나타낸 단면도이다.

종래 설명과 같은 부품에 대해서는 동일부호를 붙여서 설명한다.

본 발명의 송풍지관(10)은, 기본적으로 삽입관부(31)를 가지는 하부관(30)으로 삽입되는 상부관(20)의 아래부분 내면을, 일정각도를 이루는 테이퍼부(22)로 형성하고 있다.

이 테이퍼부(22)의 각도범위는 θ=20∼40인 것이 바람직하다.

상부관(20)이 하부관(30)에 끼워지는 경우 상호간의 연결부위에서 관로가 넓어져야 유동을 원활하게 하고 손실을 최소화할 수 있으므로, 이와 같이 테이퍼부(22)의 경사각도를 형성한 것으로, 20°이하의 경우에는 관로를 넓게 하여 얻고자 하는 효과를 얻을 수 없고, 40°이상의 경우에는 과도한 와류가 발생되어 유동의 손실이 크게 되기 때문이다.

또한, 상기 테이퍼부(22)의 끝단부는 라운드부(24)로 형성한다.

이는 내부에 유동이 있는 경우 내압이 상부관(20)의 내벽에 작용하게 되며, 이러한 압력에 의하여 내부로부터 응력이 크게 자용되어 내화물의 탈락의 위험이 있으므로, 이를 막기 위하여 직접 응력을 받는 부분을 응력의 집중을 완화하기 위한 형상으로 제작한 것이다.

상기 하부관(30)은 상부관(20)이 삽입되는 삽입관부(31)에서 분사관로(36) 사이를 일정 경사를 가지는 경사부(32)로 형성하고 있다.

그리고, 상기 경사부(32)와 분사관로(36) 사이를 제1라운드부(34)로, 또 상기 경사부(32)와 상기 삽입관부(31) 사이를 제2라운드부(35)로 각각 형성하고 있으며, 그 이유는 상기 라운드부(24)의 형성 이유와 같다.

제3도에서 부호 25, 37은 내화철피, 26, 38은 내화물이다.

이와 같이 형성되는 상기 상부관(20)은 제5도에 나타낸 바와 같이, 환상관(110)의 접속관(115)에 플랜지(116)를 통하여 연결 접속된 지관(12)에 연결되며, 상기 하부관(30)은 턴 버클(114)에 지지되고 열풍노즐(113)의 플랜지(119)에 연결 접속된다. 부호 117은 턴 버클 지지대, 118은 점검창이다.

이하, 상기 구조로 된 본 발명의 고로의 송풍지관의 작용 효과에 대하여 설명한다.

상기 상부관(20)의 테이퍼부(22) 및 라운드부(24)와, 상기 하부관(30)의 제1라운드부(34) 및 제2라운드부(35)의 형성에 의하여, 상부관(20)에서 하부관(30)으로 송풍이 되는 경우, 관내의 유동의 손실이 감소된다.

또한, 끝단부가 라운드져서 송풍 중 발생하는 내압이 작용하는 경우에는 응력집중이 완화되어 장기간 사용할 때에도 내화물의 균열 및 탈락을 방지할 수 있게 된다.

그리고 가동 중 내압에 의하여 외부관과 접촉되고 있는 경우에 응력의 집중이 완화되며 내부관의 내화물의 균열과 탈락도 방지된다.

긴 관로에서의 부차적 손실은 무시할 정도이지만, 본 발명에서 사용되는 송풍지관(10)의 경우에는 단면의 변화, 밴드(bend) 또는 엘보우라는 부품들과 밀접하게 관련되면서 명백하게 부차적 손실이 나타나게 되는 데, 본 발명과 같이 관로의 단면을 변화시키고 끝단부 또는 연결관부를 테이퍼시키고 라운드 형상화한 경우에 상기 부차적 손실은 현저하게 감소하여 송풍지관(10)의 수명을 지속시키게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 고로의 송풍지관에 의하여, 고로에 사용되는 송풍지관 중 상부관에 일정각도의 테이퍼부를 형성하고 하부관에는 2개소의 라운드부를 가지게 한, 형상의 변화를 주었기 때문에, 내구성가 송풍효율을 좋게 하여 장시간 고로를 사용할 수 있게 하는 효과가 있고, 가동 중 내화물의 장기 사용에 대하여 안전성을 확보할 수 있다.

Claims (1)

1. 고로(100)에 열풍을 공급하기 위하여 상부관(20)과 하부관(30)의 결합으로 구성되는 고로의 송풍지관에 있어서, 상기 상부관(20)은 하부 내면을 θ=20∼40의 각도 범위를 갖는 테이퍼부(22)로 형성하고, 끝단부를 라운드부(24)로 형성하고, 상기 하부관(30)은 상기 상부관(20)이 끼워지는 삽입관부(31)에서 분사관로(36) 사이를 경사부(32)로 형성하고, 상기 경사부(32)와 분사관로(36) 사이를 제1라운드부(34)로, 상기 삽입관부(31)와 상기 경사부(32) 사이를 제2라운드부(35)로 형성함을 특징으로 하는 고로의 송풍지관.