KR100204159B1 - 송풍파이프 및 송풍구장치 - Google Patents

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Abstract

송풍구에 인접해서 또는 송풍구(13)내에 그쳐지는 2개의 동심관(25, 26)을 포함하는 석탄분사랜스(22, 23)을 통하여 송풍회로의 송풍파이프에 석탄가루 및 산소가 공급된다. 각각의 석탄분사랜스의 열저항 팀부분은 석탄가루를 공급하는 내측관의 신장부를 형성하며, 또한 산소가 통하는 복수개의 헬리컬홈(42)의 형성내에 내, 외측관(25, 26) 사이의 환상공간의 신장부를 형성한다. 각각의 송풍파이프 내에 하나 이상의 석탄분사랜스를 갖는 것이 유리하며, 송풍파이프(14) 및 송풍구(13)에 의해 형성된 송풍관(24) 내측으로 경사지게 뻗어있는 석탄분사랜스를 갖는 것이 유리하다.

Description

송파이프 및 송풍구장치
본 발명은 송풍파이프, 송풍구 및 송풍파이프 혹은 송풍구에서 종결되는 석탄분사랜드(coal jnjection lance)로 구성된 용광로용 송풍파이프 및 송풍구 장치에 관한 것이다. 상기 석탄분사랜스의 두 개의 동심관으로 구성되는데, 동심관의 내측관은 석탄가루(coaldust)를 공급하도록 배열되고, 동심관의 외측관은 산소를 공급하도록 설비된다. 이러한 종류의 설비는 미합중국 특허 제4921532호 및 제 3758090호에 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 오랜시간 동안 안정적인 연소를 제공하며, 석탄의 완전연소 및 장입비율을 높일 수 있는 형태의 설비를 제공하는 것이다. 이런 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징들은 청구범위에 기술되어 있다.
본 발명은 이하 첨부도면을 참조해서 기술될 것이다.
제1도는 송풍파이프 및 송풍구장치를 갖는 용광로의 종단면도.
제2도는 제1도에서 도시된 송풍파이프 및 송풍구장치 중 일부분을 확대한 종단면도.
제3도는 제2도의 3-3선에 따라 취한 단면도.
제4도는 제2도에 개략적으로 도시하였으나, 본 도면에서 그 선단이 제거된 석탄분사랜스의 종단면도.
제5도는 제1도에서 도시된 석탄분사랜스의 전방부분을 부분확대한 종단면도.
제6도 및 제7도는 제5도에서 6-6선 및 7-7선 각각의 횡단도.
제8도는 제5도에서 도시된 석탄분사랜스의 선단을 형성하는 두 부분 중 한 부분의 부분단면도.
제9도는 제2도에서 상세히 도시된 형상의 수정예를 보인 도면.
제10a도 및 제10b도는 석탄분사랜스의 수정상태를 보인 도면.
제11도는 제10도의 11-11선에 따른 단면도.
제1도는 용광로의 종단면으로 도시한 개략도이며, 2개의 송풍파이프 및 송풍구 장치(10)(11)가 도시되어 있다. 이들은 모두 원형 분배 파이프(12)로부터 뜨거운 송풍이 공급된다.
제2도에는 송풍구(13) 및 송풍파이프(14)가 도시되어 있다. 종래의 방식대로 송풍파이프는 송풍구(13)가 부착된 수 냉각 동 재킷(15) 및 세라막 라이닝 강관으로 구성된다. 송풍구(13)는 동으로 제작되며 종래와 같이 물에 의해 냉각된다. 송풍구(13)는 용광로 벽 내에서 수 냉각 동 재킷(17)을 원추형 표면(16)과 함께 밀봉한다. 송풍구(13) 및 송풍파이프(14)는 고온 송풍관(24)을 형성한다. 송풍구(13)는 대칭이 아니고 하측방향으로 몇도 정도 기울어져 있다. 물론, 송풍구(13)는 대칭적으로 구성될 수 있다. 2개의 관(18, 19)은 송풍파이프(14)의 벽을 관통한 경사진 홈(24)으로 연장되어 있으며, 그리고 2개의 석탄분사랜스(22, 23)는 상기 관(18, 19)을 관통하여 고온 송풍관(24) 내측으로 연장되어 있다. 제3도에서 도시된 바와 같이, 2개의 관(18, 19)은 송풍파이프(14)의 횡축(1)을 지나는 2개의 평면내에 있으며, 석탄분사랜스(22, 23)의 축은 공통 위치에서 송풍파이프(14)의 횡축(1)과 교차한다. 제3도에서, 상기 관(18, 19)은 송풍파이프(14)를 가로지르는 평면에서 보았을 때 서로에 대해 직각을 이루고 있다. 이 각도는 적정각도는 아니지만, 바람직하게 적정각도는 150-180°이다. 제3도에서, 석탄분사랜스(22, 23)의 전방 단부만이 도시되어 있으며, 후방단부는 도시되지 않았다.
선단이 없는 석탄분사랜스가 제4도에 도시되어 있다. 상기 석탄분사랜스는 탄력보정기(resilient compensator)(27)에 의해서 그 배면 단부에서 함께 결합된 2개의 동심관(25, 26)으로 구성된다. 상기 탄력보정기(27)는 덮개(mantle)(30)에 용접된 2개의 탄성강판(28, 29)으로 구성된다. 탄성강판(28)(29) 중에 하나는 내측관(25)에 용접되며 다른 것은 외측관(26)에 용접되어 있다. 내측관(25)의 전방 단부는 외측나사(31)를 갖추고 있으며, 외측관(26)의 전방 단부는 원추형 표면(32)를 갖추고 있다. 내측관(25)는 석탄가루 부유물(공기에서 부유된 석탄가루)을 수용하기 위한 설치부(33)를 가지며, 외측관(26)은 산소를 받기 위한 설치부(34)를 갖추고 있다.
제5도에 있어서, 제4도에서 도시된 석탄분사랜스의 전방 단부에는 상기 석탄분사랜스의 선단이 설치되어 있다. 석탄분사랜스의 선단은 부착하고자 하는 내측관(25)에 나사결합된 열저항 재질의 본체(40)로 구성된다. 슬리이브(41)는 본체(40)가 내측관(25)에 나사 결합되기 전에 본체(40)상에 나사결합된다. 따라서, 본체가 내측관에 고정될 때, 외측관(26)의 원추형 단부표면(32)에 대해 슬리이브의 원추형 단부표면과 맞추어지도록 나사결합되므로 탄력보정기(27)는 내측관(25) 및 외측관(26)의 길이방향의 열적 팽창이 다를 때 외측관(26) 및 슬리이브(41) 사이에 완전한 밀봉을 유지하기 위해 슬리이브(41)는 미리 압축된다.
석탄분사랜스의 선단(40, 41)은 예를 들어 열에 강한 스테인레스강으로 제조되거나 또는, 열에 강한 소결 금속으로 제조될 수 있다. 또한 그것은 세라믹으로 제조하는 것이 가능하다.
본체(40)내의 길이방향 중심관로(45)는 내측관(25)의 연장부를 형성한다. 중심 관로(45)는 입구부(mouth)(44)를 갖는다. 본체(40)는 외측의 환형 표면 내에 복수개의 나선형홈(25)을 갖추고 있다. 도시된 실시예에는 나선형 홈(42)이 6개 있다. 나선형홈(42)의 피치각도는 바람직하게 25° 내지 55°가 되어야 한다. 도면에 도시된 것은 45°이다. 나선형홈(42)을 갖는 본체(40)는 슬리이브(41) 밖으로 향하도록 뻗어 있다. 슬리이브(41)의 전방모서리(43)는 나선형홈(42) 및 슬리이브(41)에 의해 형성된 나선형 관로의 입구부분을 형성한다. 산소는 슬리이브(41)의 전방 모서리(43)을 통과할 때 반경 방향으로 팽창한다. 본체(40)는 중심관로(45)의 입구부(44)가 나선형홈(42)의 입구 부분의 전방으로 일정거리로 위치하도록 슬리이브(41)의 전방모서리(43)의 전방으로 뻗어 있어야 한다. 전형적으로 나선형홈(42)의 입구부분에서 5~15mm 정도 전방에 위치해 있어야 한다. 가급적 산소의 압력강하가 외측에서 발생될 수 있으므로 나선형 홈의 길이는 전체 회선의 1½보다 작아야 한다. 바람직하게는 1회선 또는 그보다 작아야 한다. 그러나 산소의 적당한 회전을 보장하기 위해서 ⅓ 회선보다 작지는 않아야 한다. 전형적으로 선단 본체(40)의 직경은 약 20~30mm 정도이고, 석탄분사랜스의 전체길이는 약 2m 정도이다.
도시된 석탄분사랜스의 선단부분으로 인해서, 안정적인 점화, 안정적인 회전 및 연소 등을 얻을 수 있다. 석탄가루는 높은 석탄분사 수준에서 4-6밀리초내에 장치내에서 완전하게 연소될 것이다. 외측관(26) 내의 산소는 공기가 석탄가루의 운반체로 사용될 수 있도록 내측관(25)을 냉각시킨다. 운반공기의 산소비율은 질소를 부가함에 의해 감소될 수도 있다.
제10도 및 제11도는 변형된 형태의 석탄분사랜스를 도시하고 있다. 제10a도는 석탄분사랜스의 후방 단부를 도시하며, 제10b도는 전방 단부를 도시한다. 선단 본체(40)는 앞 실시예에서처럼 내측관(25) 표면상에 나사 결합되어 있다. 그러나 슬리이브(41)가 없지 않으며, 외측관(26) 전방으로 뻗어 있고, 이것은 본체(40)에 대한 미끄럼 접합부를 갖는다. 내측관(25)이 나사부(50)는 후방으로 뻗어 있으며, 나사(53)에 의해 외측관(26)에 고정되는 삼발이(52)를 갖춘 너트(51)와 결합되도록 나사결합된다. 석탄분사랜스의 후방단부에는 내측관(25)이 뻗어서 관통한 외측관(26)상에 오(O)링과의 미끄럼 연결부(54)가 있다. 따라서 내측관(25)를 회전시키므로서, 작업자는 외측관(26)의 슬리이브(41)의 전방모서리(43)에 대한 본체(40)의 축상위치를 조정할 수 있다. 만약 석탄 부유물이 회전식을 통해 내측관(25)에 공급된다면, 작동 중에 조정될 수 있다. 내측관(25) 및 외측관(26) 사이의 열적 팽창의 차이는 석탄분사랜스 후방단부에 있는 미끄럼 연결부(54)에서의 미끄럼 동작에 의해 수용된다. 따라서 열적팽창은 외측관(26)의 전방모서리(56)에 대한 본체(40) 선단부분의 축상위치를 변화시키지 않는다. 이러한 점에서 앞에서 기술한 석탄분사랜스와 본 석탄분사랜스 사이의 차이점은 없다. 양쪽 실시예에서, 두 개의 관(25, 26)은 그들의 전방 단부에서 서로 고정되어진다. 제10도 및 제11도의 석탄분사랜스에 의해, 외측관(26)의 전방 모서리(56)에 대한 본체(40)의 축상위치는 석탄분사랜스가 작동위치에 있을 때 조절될 수 있다. 따라서, 화염이 타는 동안에 예를 들어서, 석탄가루의 양이 변한다면 작업자는 내측관(25)을 회전시켜서 화염을 조절할 수 있다. 또한, 석탄분사랜스의 본체(40) 또는 외측관(26)의 전방 모서리(56)가 부식되었을 때도 조정할 수 있다. 제10도에서, 본체(40)의 전방표면은 외측관(26)의 전방모서리(43)와 일직선으로 도시되어 있지만, 내측관(25)의 나사부(50)는 축방향으로 폭넓게 조절될 수 있다.
석탄분사랜스의 선단이 마모되었을 때, 외측관(26)의 손상된 전방부분은 절단되며, 새로운 선단 본체(40)가 내측관(25)상에 나사결합되며 그리고 외측관(26)의 새로운 전방부품(41)이 외측관(26)에 용접된다. 외측관(26)의 새로운 전방부분은 제5도의 슬리이브(4)에 해당된다. 내측관(25) 및 외측관(26) 사이의 환상공간내의 온도는 열전소자(56)에 의해 측정된다.
각각의 송풍파이프에서 하나 이상의 석탄분사랜스를 갖는 것이 유리하며, 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 2개의 석탄분사랜스를 갖고서 화염을 충돌시키는 것이 유리하다. 이때, 화염이 연소를 더욱 향상시키기 위해서 역회전되도록 석탄분사랜스의 선단이 반대방향으로의 나선형홈을 갖추어야만 한다.
송풍파이프(14)의 중심축과 서로에 대해서 평행인 대신에, 도면에 도시된 바와 같이, 석탄분사랜스의 선단은 송풍파이프(14)의 중심축과, 랜스의 서로에 대해서 적당한 각도에 있을 때 연소가 더욱 개선될 수 있다. 석탄분사랜스들이 전체 송풍파이프를 통하여 길이방향으로 뻗어 있는 대신에 송풍파이프(14)의 벽을 경사지게 관통하여 뻗어 있을 때 석탄분사랜스들이 지지되는 것이 더 양호해지며, 따라서 바람직하게는 동력에 기인한 석탄분사랜스의 선단 진동의 위험이 감소되어질 뿐만 아니라 연소에도 유리하다.
제9도는 송풍파이프(14)의 변형 실시예를 도시한다. 전실시예에서처럼 석탄분사랜스(22, 23)가 송풍구(13)내에 있는 대신에 송풍파이프(14)에서 그쳐지도록 2개의 관(18, 19)이 후방으로 위치해 있다. 송풍파이프(14)의 벽을 관통하는 대신에 송풍구(13)의 벽을 관통하여 뻗어있는 석탄분사랜스를 갖는 것도 가능할 수 있다. 이때, 연소열이 송풍구를 그렇게 많이 가열하지 않도록 석탄분사랜스의 선단부분은 전방으로 설치될 것이며, 결론적으로, 냉각수에 의해 송풍구는 냉각되지 않으므로 적은 열이 전달된다.
모든 송풍파이프(14)에는 적절한 형태의 석탄분사랜스를 제공받을 수 있지만, 어떤 경우에는 송풍파이프들 중에 단지 일부에만 석탄분사랜스를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.

Claims (12)

  1. 송풍파이프(14) 및 송풍구(13)와, 상기 송풍파이프(14) 또는 상기 송풍구(13)에서 종결되며 석탄가루를 공급하도록 설치된 내측관(25)과 , 산소를 공급하도록 설치되는 외측관(26)을 구비한 석탄분사랜스(23)를 포함하는 용광로용 송풍파이프 및 송풍구 장치에 있어서, 상기 석탄분사랜스(23)는 내측관(25)의 연장부를 형성하고 중심관로(45) 및 입구부(44)를 구비하는 본체(40) 및 슬리이브(41)와, 상기 내측관(25)과 외측관(26) 사이에 있는 환형공간의 연장부를 형성하며 선단부로 유도되는 다수의 나선형 홈을 갖춘 것을 특징으로 하는 송풍파이프 및 송풍구 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중심관로(45)의 상기 입구부(44)는 상기 나선형홈(42)의 입구부에서 전방으로 이격되어 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 나선형홈(42)은 중심관로(45)가 형성된 본체(40)의 외측 표면내에 형성되며, 상기 나선형홈(42)은 슬리이브(41)에 의해 덮여지는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 슬리이브(41)의 전방 모서리(43)가 상기 나선형홈(42)을 한정하도록 상기 본체(40)는 상기 슬리이브(41)를 향해 전방으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외측관(26) 및 상기 내측관(25) 사이의 축방향 위치는 상기 석탄분사랜스의 상기 본체(40) 및 슬리이브(41)에 인접해서 고정되며, 탄력보정기(27) 및 미끄럼 연결부(54)는 내측관(25)과 외측관(26) 사이의 축방향으로의 상대운동이 가능하도록 상기 내측관(25)과 외측관(26)의 후방단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 본체(40) 및 슬리이브(41)는 상기 내측(5)에 고정되며, 상기 탄력보정기(27)와 미끄럼 연결부(54)는 상기 외측관과 상기 슬리이브(41) 사이가 완전 밀봉 고정되도록 상기 슬리이브(26)에 대해 외측관(26)을 미리 압축하도록 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서, 너트(51)는 외측관(26)의 전방부에 고정되며, 내측관(25)의 나사부(50)와 접속되어 있어서, 상기 내측관(25)의 회전에 의해 내측관(25) 및 외측관(26) 사이의 상대적 축방향 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 나선형홈(42)은 25°내지 55°의 피치각을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 나선형홈(42)는 1/3내지 1½회선으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 나선형홈(42)은 ½내지 1½회선으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 장치에는 2개 이상의 석탄분사랜스(22, 23)가 설치되고, 상기 석탄분사랜스에 분사되는 화염이 서로 충돌하도록 상기 석탄분사랜스들은 서로 경사지게 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 2개의 석탄분사랜스(22, 23) 중에 하나는 다른 랜스에 대해 상대적으로 역회전하는 나선형홈(42)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
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