KR100191188B1 - 고로내로의 예열공기분사장치 - Google Patents

고로내로의 예열공기분사장치 Download PDF

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KR100191188B1
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알로이제 엔젤 르네 스트레프
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Abstract

고로내로의 예열공기분사 장치는 거위목모양의 관(24)에 의해 연결된 경사부(22), 노즐(26), 송풍구(28) 및 고로의 벽에 대한 볼-소켓식 조인트로 이루어지며, 상기 경사부(22)는 버슬러파이프(20)의 부분을 형성하는 상부 연결부 위에 상단이 플랜지식으로 장착되고 하단은 관(24)과 일체인 하부연결부(34)내로 축방향으로 들어가 있는 경사관(36), 경사관(36)과 하부연결부(34)사이를 밀봉하는 벨로우즈식 신축조인트(48) 및 경사관(36)과 하부연결부(34)사이를 기계적으로 연결하는 장력봉(52)으로 이루어진다. 상기 하부연결부(34)와 경사관(36)은 함께 축방향으로 이동할 수 있고 또 그들의 반경방향 이동을 제한하는 수단을 가진다.

Description

고로내로의 예열공기 분사장치
제1도는 본 발명에 의한 블라스트 연결부의 측면도.
제2도는 제1도의 블라스트 연결부의 축방향 단면도.
제3도는 존재하는 힘성분들의 개략도.
제4도는 하부 연결부에 대한 테이퍼관의 반경방향이동을 제한하는 수단의 개략적인 부분단면도.
제4a도는 제4도의 A-A'선 수평단면도.
제4b도는 제4도의 B-B'선 수평단면도.
제5도는 반경방향이동을 제한하는 수단의 제2실시예의 개략적인 축방향 단면도.
제6도 및 제6a도는 테이퍼관과 하부 연결부간의 축방향 오정렬의 자유도가 2°도인 경우에 있어서의 이동량을 개략적으로 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 버슬관(bustle pipe) 2 : 하향 경사부
24 : 거위목 모양의 관 26 : 노즐
28 : 송풍구 32, 34 : 상·하부 연결부
36 : 테이퍼관(tapered tube) 50, 50 : 상·하부 플랜지
42 : 금속 방호부 44 : 내화 라이닝
46 : 밀봉 패드 48 : 신축 조인트
52, 58 : 장력봉 62, 64 : 플랭크
66, 68 : 리셋스 70 : 링
본 발명은, 외측의 방호부 및 내측의 내화 라이닝 가지는 경사부는, 외측의 방호부 및 내측의 내화 라이닝을 가지며, 입구 단부 및 출구 단부를 가지며, 또한 이들 입구 단부와 출구 단부 사이에 곡관부를 가지는 거위목 모양의 관과, 외측의 방호부 및 내측의 내화 라이닝을 가지며, 또한 상기 거위목 모양의 관의 상기 출구 단부와 유체유동이 가능하게 접속된 입구 단부 및 출구 단부를 가지는 노즐과, 상기 노즐의 상기 출구 단부와 유체유동이 가능하게 접속된 입구 단부를 가지는 송풍구와, 및 상기 노즐과 상기 송풍구 사이를 밀봉적으로 연결하는 봉-소켓식 조인트에 의해 노벽에 연결되고, 또한 상기 경사부는, 외측의 방호부 및 내측의 내화 라이닝을 가지며, 또한 상단은 버슬관의 일부를 형성하는 상부 연결부에 플랜지식으로 장착되고 하단은 상기 거위목 모양의 관과 일체인 하부 연결부내에 축방향으로 들어가 있는 테이퍼관과, 상기 테이퍼관과 상기 하부 연결부 사이를 밀봉하는 벨로우즈식 신축 조인트와, 및 상기 테이퍼관과 상기 하부 연결부 사이를 기계적으로 연결하는 장력봉을 포함하는 고로내로의 예열공기 분사장치에 관한 것이다.
보편적으로 블라스트 연결부(blast connection)라는 이름으로 알려진 이러한 장치는 이동성과 밀봉성에 문제점을 갖고 있다. 실제로 예열공기의 높은 온도(1200℃이상의 고온)와 고로내부보다 높은 온도 때문에 고로의 벽, 버슬관 및 블라스트 연결부로 열팽창 및 변형되어 버슬관과 고로의 벽 사이에 상당한 상대적 변위를 일으키고 있다. 이 때문에 블라스트 연결부는 이러한 상대적 변위를 보상할 수 있는 동시에 가스 또는 예열 공기가 외부로 누출되지 않도록 하여야 한다.
이러한 본래의 열응력 이외에도 내압에 의한 응력이 있다. 실제로 블라스트 연결부를 통해 고로내로 분사되는 예열공기는, 특히 최근의 고로에 있어서, 현재 채용되고 있는 섹션들의 경우, 블라스트 관과 고로의 내부에서 나오는 수 톤대의 힘을 블라스트 연결부에 가하는 고합하에 있다.
이러한 요건들을 만족시키도록 설계된 공지의 블라스트 연결부는, 형태에 따라, 보통 송풍구와 노즐 사이에 볼-소켓식 조인트를 갖춘 2점 관절부 또는 3점 관절부, 다른 관절부, 또는 이들 두개의 다른 관절부로 이루어지며, 이들 관절부는 버슬관을 블라스트 연결부의 거위목 모양의 관에 연결시키는 경사부에 위치한다.
경사부에 있는 관절부들에는 일반적으로 가요성 밀봉패트와, 이동부들을 서로 이어주는 벨로우즈식 신축조인트가 설치되어 있다.
예로서, 미국특허 제3,766,868호에 게시된 3점 관절부를 가진 블라스트 연결부는, 반경방향 성분과 축방향 성분, 그리고 변형과 응력에 대한 적응성 또는 보상성이 양호한 2점 관점부에 비해 우수하다. 블라스트 연결부의 경사부에 위치한 2개의 관절부는, 고온공기의 압력에 의해 발생되는 힘성분들을 노즐과 송풍구 사이의 관절부에 전달되지 않도록 흡수하는 장점을 가진 유니버셜 조인트와 같은 수단을 갖고 있다. 그러나, 3점 관절부를 가진 블라스트 연결부는 비교적 고가이고, 고로에 설치되는 블라스크 연결부가 상당수임을 감안하면 상당히 중요하다.
예로서, 문헌 DE-GBM 7325087 호에 개시된 2점 관절부를 가진 블라스트 연결부는 더 간단하고 다소 싸다는 장점이 있다. 그러나, 이 블라스트 연결부는 응력과 변형, 특히 경사부에 있는 관절부의 밀봉 패트를 파손시키고 또한 쉽게 마모시키는 반경방향 성분에 훨씬 더 민감하다. 상기 문헌 DG-GBM 7325087호에서 제안된 블라스트 연결부는 또한 고온공기의 압력에 의해 발생되는 힘을 받고 있다. 이러한 힘으로 인해 노즐과 송풍구간의 관절부가 탈구되어 노출이 발생되는 것을 방지하기 위해서는, 블라스트 연결부의 경사부를 고로의 벽에 부착하여야 한다. 그러나, 이 부축위치는 블라스트연결부의 상당히 큰 변위와 그것에의 접근이 어렵다는 점때문에 이상적이지 못하다.
따라서, 본 발명의 목적은 비교적 간단하고 저렴하면서도 변형과 응력에 만족스럽게 적응하는 신규한 고로내로의 예열공기 분사장치를 제공하는데 있다.
이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 예열공기 분사장치는, 기본적으로, 하부 연결부와 테이퍼관이 상호 축방향으로 이동할 수 있고, 또한 이들의 반경방향이동을 제한하는 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.
다시 말해서, 종래기술에 있어 소정의 블라스트 연결부의 관절부에서 밀봉패트의 파손을 초래하는 변위와 힘의 반경방향 성분의 문제점을 테이퍼관과 하부 연결부의 반경방향이동 또는 각이동을 제한하는 수단을 사용하여 해소하고, 이들 두 요소의 상대적 축방향이동 또는 신축에 의해 보상하는 것이다.
상기 반경방향이동 제한수단은, 테이퍼관과 하부 연결부 사이가 축방향으로 2°이상으로 오정렬되지 않도록 구성되면 만족스런 결과가 예측될 수 있는 것으로 입증되었다.
제1실시예에 의하면, 상기 반경방향이동 제한수단은, 고로의 방향에서 보았을 때 신축 조인트의 양쪽에서 측방향으로 뻗어나가 하부 연결부의 플랜지의 대응 리셋스내로 안내되는 2개의 플랭크로 구성되는데, 이들 플랭크는 상부 연결부의 플랜지와 일체이다.
제2실시예의 의하면, 상기 반경방향이동 제한수단은, 하부 연결부와 일체이고 테이퍼관의 하부 원통부분을 감싸는 내측 안내 링으로 구성된다. 또한, 노들과 송풍구간간의 볼-소켓식 조인트는 노벽과 노즐 또는 거위목 모양의 관 사이에서 인장되는 조정가능한 스프링을 가진 한 쌍의 장력봉을 포함한다.
상기 장력봉은 그의 축선이 노즐의 축선에 대해 바닥쪽을 향해 예각을 이루도록 설치되는 것이 바람직하다.
다른 특징들은 예시로서의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명함으로써 명백해 질 것이다.
이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도와 제2도는, 고로의 주변에 배열된 주 버슬관(20)과 고로의 벽에 연결되어 있는 블라스트 연결부는 도시하고 있다. 블라스트 연결부는 거위목 모양의 관(24)과 노즐(26)을 거쳐 고로의 벽에 설처된 팀프(tyme)(30)에 끼워져 연결된 송풍구(28)로 이어지는 하향 경사부(22)로 이루어져 있다. 노즐(26)은 볼-소켓식 조인트에 의해 팀프(30)에 연결되고 그 곡률중심은 0로 표시되어있다. 경사부(22)는 버슬관(20)의 일부를 형성하고 있는 상부 연결부(32)와, 플랜지(38)에 의해 관(24)에 고정된 하부 연결부(34)로 이루어져 있다. 상·하부 연결부들 (32 와 34)사이의 연결은 플랜지(40)에 의해 상부 연결부(32)에 고정되고 하부 원통부분을 가진 테이퍼관(36)에 의해 이루어지는데, 이 테이퍼관의 아래부분은 하부연결부(34)의 윗부분안으로 동축으로 관통해 있다. 제2도와 같이, 블라스트 연결부의 모든 요소는 외측의 금속방호부(42)와 내측의 내화 라이닝(44)을 갖추고 있다.
본 발명의 일 특징으로서, 경사부(22)는, 테이퍼관(36)의 원통부분이 하부 연결부(34)에 대해서 축방향으로 이동할 수 있고 그 반대로의 기능도 할 수 있는 정도의 일정한 신축성을 갖고 있다. 이들 두 요소간의 밀봉은, 테이퍼관(36)의 원통부분을 둘러싸고 있는 환형 밀봉 패트(46)와, 상부 플랜지(40)로부터 하부 연결부(34)의 하부 플랜지(50)로 뻗어 있는 벨로우즈식 신축 조인트(48)에 의해 이루어진다. 외측에 있는 3개의 장력봉(52)은 블라스트 연결부의 기계적 안정성을 보장하고, 블라스트 연결부가 분리되어있을 때에 신축 조인트(48)를 이완시킬 수 있도록 한다. 이 때문에 , 장력봉(52)은 상부 플랜지(40)와 일체인 판(54)에 너트에 의해 고정되어 하부 연결부의 플랜지(50)를 통해 연장되어 있으며, 동시에 장력봉(52)과 플랜지(50)간의 상대적인 축방향 미끄럼이 너트(56)의 조정에 의해 일정한 범위내에서 허용되도록 되어 있다.
노즐(26)와 송풍구(28)사이의 볼소-소켓식 조인트에서의 노출을 방지 하거나 또는 이들의 관절부가 탈구되는 것을 방지하기 위해, 거위목 모양의 관(24)과 고로의 벽 사이에서는 한 쌍의 장력봉(58) (하나만 도시됨)이 장력을 가한다. 이들 장력봉(58)은 스프링(도시생략)을 포함하고 있는데, 그 장력은 너트(60)에 의해 조절될 수 있다.
제3도는 제1도 및 제2도에 따른 블라스트 연결부에 나타나는 힘과그 성분에 대한 개략도이다. 블라스트 연결부의 내부는, 먼저 버슬관(20) 내의 압력에 의해 발생되는 힘을 받는다. S로 표시된 이 힘은 축방향으로 작용하며 또한 압력 및 신축 포인트(48)의 평균 단면적에 비례한다. 예를 들어, 신축 포인트(48)의 평균직경(s)이 580㎜이고 버슬관 내의 압력이 4 x 105Pa일 경우, 힘 S는 10560daN이 된다. 블라스트 연결부가 힘 S의 방향으로 지지되지 않은 경우에는, 힘 S는 작용할 곳을 찾아, 즉 노즐(26)과 송풍구(28)간의 관절부의 중심 0의 방향으로 분산될 수 밖에 없다. 이 성분은 제3도에서 S1으로 표시되어 있다. 그러나, 이 불가피한 분산은 반경방향으로 작용하는 힘성분 S2를 유발시킨다. 상기 실시예에 도시된 형상의 경우, 힘성분 S1은 13000daN 정도이고, 힘성분 S2는 7000 daN다. 본 발명의 일 목적은, 테이퍼관(36)과 하부 연결부(34)사이의 이음부의 밀봉 패트(46)와 신축 조인트(48)를 손상시킬 수 있는 반경방향의 굽힘응력을 받지 않도록 하기 위해, 힘성분 S2를 억제하도록 구성된 수단(제4도 내지 제5도와 관련하여 후술함)을 제공하는 것이다.
제3도에서, 힘성분 S1은 자신이 영향을 미치려고 하는 곳, 즉 원점 0쪽으로 전달된다. 도시된 바와 같이, 힘성분 S1의 방향은, 힘성분 S1이 볼 소켓식-조인트의 아래부분에 직접 응력을 가하고 조인트의 윗부분을 완화시켜 지점에서 누출을 야기한다면, 적합하지 못하다. 그러나 다행스럽게도, 힘성분 S1의 배향은, 노즐상에 미치는 고로의 내압 및 장력봉(58)의 작용효과에 의해 변경된다. 이 내압의 방향과 힘은 제3도에서 T로 표시되어 있고, 장력봉(58)에 의한 힘은 Z로 표시되어 있다. 힘성분 Z는, 힘성분 S1의 발생시작부로 전달되어 내압 T에 의한 힘성분을 감한 후, 노즐(26)과 송풍구(28)간의 관절부에 작용하는 힘의 크기와 방향을 나타내는 합력 R1을 제공한다. 이 합력 R1은, 노즐의 축선에 대한 경사각이 더 작다는 점에서, 힘성분 S1 보다 더 양호한 배향성을 갖는다. 또한, 노즐(26)의 축선에 대한 장력봉(58)의 경사각(α)이 더커질수록, 합력 R1의 배향성이 비례하여 더 양호해진다.
장력봉(58)의 힘은 고로의 내부로부터 송풍구(28)상에 미치는 압력의 영양을 억제하도록 대략적으로 조절된다. 이 압력에서 발생하는 힘은 U로 표시되어 있다. 송풍구(28)의 노출부분의 직경이 450㎜이면, 4 x 105Pa의 고로의 내압에 대하여 힘 U는 6360daN이 된다. 따라서, 2개의 장력봉(58)각각은 3000daN 정도의 힘을 발휘하도록 조절될 것이다. 장력봉의 힘 Z와 힘 U를 힘성분 S1과 함께 조합함으로써, 팀프(30)상의 송풍구(28)이 힘이 되는 합력 R2가 얻어진다.
제4도는 제3도를 참조하여 설명한 힘 S의 반경방향 성분 S2를 억제하기 위한 본 발명의 수단의 제1실시예를 나타낸다. 이 제1실시예에서, 상부 플린지(40)는 고로의 방향에서 보았을 때 신축 조인트(48)의 양쪽에서 측방향으로 뻗은 2개의 플랭크(62, 64)를 갖는데, 이 플랭크는 하부 플랜지(50)의 2개의 대응 리셋스(66, 68)내로 그의 좁은 아래부분에 의해 안내된다. 따라서, 플랭크(62, 64)가 리셋스(66, 68)내로 안내됨에 의해, 플랜지(40)에 대한 플랜지(50)의 어떠한 실질적인 방경방향 이동도 방지되는 동시에, 두 플랜지들 간의 상호간의 축방향변위, 즉 테이퍼관(36)과 연결부(34)간의 일정한 신축은 허용된다. 다시 말해서, 힘S2에 대응하는 힘들의 반경방향 성분들은 플랭크(62, 64)에 의해 버슬관에 전달된다.
그러나, 플랭크(62, 64)가 대응 리셋스(66, 68)내로 안내되는 것이나, 장력봉(52)이 플랜지(50)를 관통하는 것이나, 테이퍼관(36)과 연결부(34)안으로 들어가는 것은 모두, 제6도를 참조하여 더 상술하겠지만, 테이퍼관(36)와 연결부(34)간에 2°정도의 축방향 오정렬이 허용되어 블라스트 연결부가 차동변위를 보상하는데 필요한 이동을 할 수 있는 적당한 자유도가 허용되도록 어느 정도의 유격을 갖고서 실시되는 점에 유넘하여야 한다.
제5도에 도시된 제2실시예에서, 제4도의 외측 안내부는 테이퍼관(36)의 내측 안내부로 대체된다. 이러한 안내는 테이퍼관(36)의 하부 원통부분을 둘러싸는, 예컨대 실리콘 카바이드로 제조된 링(70)에 의해 이루어진다. 앞의 경우와 같이, 링(70)은, 반경방향 힘을 보상하고 테이퍼관(36)과 연결부(34)간에는 2°정도의 축방향 오정렬을 허용하도록, 테이퍼관(36)의 하부 원통부분 둘레에 어느 정도의 유격을 갖고 설치된다.
제6도는 테이퍼과 하부 연결부 사이의 축방향 오정렬 공차가 2℃인 경우, 고온상태에서의 본 발명에 의한 블라스트 연결부의 이동량을 개략적으로 나타내고 있다. 더 구체적으로 제6도는, 버슬관과 테이퍼관(36)이 고정된 채로 유지되고 있다는 가정하에서 고로의 벽을 이동을 수반하는 노즐과 송풍구간의 관절부의 중심 0의 이동과, 가상의 고정점 X에 대한 플랜지(50)의 중심 Y의 이동을 나타내고 있다. 0와 Y 사이의 거리가 2364㎜이고 오정렬 공차가 2°인 도시된 실시예에서, 수직평면에서의 중심 0의 최대편차는 사변형(72)으로 표시된다. 이 사변형(72)내의 모든 이동은 오직 중심 Y의 축방향 변위의 형태일 뿐이다. 중심 0도 역시 축방향으로 변위할 수 있다는 점, 즉 제6도의 평면내에서 변위할 수 있다는 점을 고려하면, 이동 사변형(72)은 제6a도와 같이 평행 육면체(74)로 된다. 실제로, 이 평행 육면체는 중심 Y의 85㎜정도의 이동에 대응하는 변길이 80㎜정도의 입방체이다.

Claims (6)

  1. 고로내로의 예열공기 분사장치로서, 외측의 방호부(42)및 내측의 내화 라이닝(44)을 가지며, 입구 단부 및 출구 단부를 가지며, 또한 이들 입구 단부와 출구 단부 사이에 곡관부를 가지는 거위목 모양의 관(24)과, 외측의 방호부(42) 및 내측의 내화 라이닝(44)을 가지며, 또한 상기 거위목 모양의 관(24)의 상기 출구 단부와 유체이동이 가능하게 접속된 입구 단부 및 출구 단부를 가지는 노들(26)과, 상기 노즐(26)의 상기 출구 단부와 유체이동이 가능하게 접속된 입구 단부를 가지는 송풍구(28) 및, 상기 노즐(26)과 상기 송풍구(28)사이를 밀봉적으로 연결하는 볼-소켓식 조인트에 의해 노벽에 연결되는 경사부(22)를 가지며, 또한 상기 경사부(22)는 외측의 방호부(42) 및 내측의 내화 라이닝(44)를 가지며, 또한, 상단은 버슬관(20)의 일부를 형성하는 상부 연결부(32)에 플랜지식으로 장착되고 하단은 상기 거위목 모양의 관(24)과 일체인 하부 연결부(34)내에 축방향으로 들어가 있는 테이퍼관(36)과, 상기 테이퍼관(36)과 상기 하부 연결부(34)과 상기 하부 연결부(34) 사이를 밀봉하는 벨로우즈식 신축 조인트(48) 및, 상기 테이퍼관(36)과 상기 하부 연결부(34) 사이를 기계적으로 연결하는 장력봉(52)을 구비하는 고로내로의 예열공기 분사장치에 있어서, 상기 하부 연결부(34)와 상기 테이퍼관(36)은, 상호 축방향으로 이동이 가능하며, 또한 그들의 반경방향이동을 제한하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 고로내로의 예열공기 분사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반경방향이동 제한수단은 반경방향이동을 보상하면서 상기 테이퍼관(36)과 상기 하부 연결부(34)간에 2°까지의 축방향 오정렬을 허용하도록 소정의 유격을 갖고 설치되는 것을 특징으로 하는 고로내로의 예열공기 분사장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반경방향이동 제한수단은, 고도의 방향에서 보았을 때, 상기 신축 조인트(48)의 양쪽에서 측방향으로 뻗어 상기 하부 연결부의 하부 플랜지(50)의 대응 리셋스(66, 68)안으로 안내되는 2개의 플랭크(62, 64)로 구성되며, 이들 플랭크는 상부 연결부(32)의 상부 플랜지(40)와 일체인 것을 특징으로 하는 고로내로의 예열공기 분사장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반경방향이동 제한수단은, 상기 테이퍼관(36)의 하부 원통부분을 둘러싸는 내측 안내 링(70)으로 구성되며, 이 내측 안내 링은 상기 하부 연결부(34)의 하부 플랜지(50)와 일체인 것을 특징으로 하는 고로내로의 예열공기 분사장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노즐(26)과 상기 송풍구(28)간의 상기 볼-소켓식 조인트는 노벽과 노즐(26)또는 상기 거위목 모양의 관(24)사이에서 인장되는 조정가능한 스프링을 가진 한 쌍의 장력봉(58)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고로내로의 예열공기 분사장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장력봉(58)은 그의 축선이 노즐(26)의 축선에 대해 바닥쪽을 향해 예각(α)을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고로내로의 예열공기 분사장치.
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