KR100333065B1 - Nozzle attached device for drying and heating ladle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 종래의 래들버너 종단부에 각종 형태의 노즐을 부착하여 래들버너의 화염이 래들의 바닥까지 도달하여 균일 가열이 되도록 하는 노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치에 관한 것이다.The present invention relates to a ladle drying and heating apparatus having a nozzle attached to a conventional ladle burner end by attaching various types of nozzles so that the flame of the ladle burner reaches the bottom of the ladle to be uniformly heated.
래들은 고온(1500℃ 이상)의 용탕을 담는 용기로 내부는 여러 종류의 내화물로 축조되어 있고 외부는 철판으로 구성되어 있다.The ladle is a container that holds a molten metal of high temperature (above 1500 ℃), and the inside is made of various kinds of refractory, and the outside is made of iron plate.
종래의 래들 내부의 내화물은 주로 일정한 형태를 지닌 내화물(이하 정형내화물이라고 함)로 시공되었다.Refractories in conventional ladles have been constructed mainly as refractory having a certain form (hereinafter referred to as orthogonal refractory).
그러나, 최근에는 축조로 인한 시공상의 문제점 및 경제적인 이유로 인하여 래들의 내부를 캐스타블 등의 부정형내화물로 축조하는 시공법이 확대되고 있다.However, in recent years, construction methods for constructing ladles with irregular refractory materials such as castables have been expanded due to problems in construction due to construction and economic reasons.
부정형내화물은 시공시 다량의 수분을 첨가하여 래들의 벽 및 바닥에 시공하게 된다.The amorphous refractory material is added to the wall and bottom of the ladle by adding a large amount of moisture during construction.
따라서, 래들의 내부에 내화물을 시공한 후 건조 및 가열과정을 거쳐 부정형내화물에 포함된 다량의 결정수 및 흡착수 등을 제거해야 된다.Therefore, after the refractory is installed inside the ladle, a large amount of crystalline water and adsorbed water included in the amorphous refractory should be removed through drying and heating.
또한, 래들에 고온의 용탕을 받기 전에 래들 내부의 온도를 일정 온도(1100℃)이상으로 가열하지 않으며 고온의 용탕이 비산하거나 응고되는 등의 문제점을 일으키게 되므로 용탕을 받기 전에는 항상 일정한 온도 이상으로 가열해야 한다.In addition, the temperature inside the ladle is not heated above a certain temperature (1100 ℃) before receiving the hot melt in the ladle, and the hot melt is scattered or solidified, causing problems such as heating. Should be.
도 1은 종래의 제강공장에서 사용되는 래들과 버너의 형상을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing the shape of a ladle and a burner used in a conventional steel mill.
종래의 래들(1)을 가열하기 위한 버너(3)는 연료공급구(4)를 통하여 공급되는 코크스 오븐가스와 공기공급구(5)를 통하여 공급되는 공기가 혼합되어 연소되고, 화염가이드(6)에 의하여 연소된 화염의 흐름이 형성된다.The
제철소의 제강공장에서 사용되고 있는 래들(1)의 내부는 부정형내화물인 캐스타블(7)로 시공되어 있으며, 캐스타블(7) 내의 수분의 양은 6중량%로 1.5-1.7톤 정도가 포함되어 있다.The interior of the ladle (1) used in the steel mill of the steel mill is constructed of castable (7), an amorphous refractory, and the amount of moisture in the castable (7) is 6% by weight, which includes 1.5 to 1.7 tons. have.
이와 같이 부정형내화물로 시공된 래들(1)은 기준열전대(50)로 측정된 온도를 기준으로 하여 보통 1000℃까지 72시간 동안의 승온과정으로 상기 캐스타블(7)에 포함된 수분의 건조와 가열을 수행하게 된다.The
래들(1)은 건조와 가열과정 중에 캐스타블(7) 내의 수분은 초기에는 연료와 공기를 소량씩 공급하여 느린 승온속도로 가열하여 제거하는데, 형성된 화염은 래들(1)의 상부에만 작용함으로 인하여 래들(1)의 바닥까지는 화염이 거의 도달되지 않는 형상이 일어나게 된다.Ladle (1) during the drying and heating process, the moisture in the castable (7) is initially supplied by a small amount of fuel and air is removed by heating at a slow rate of heating, since the flame formed only acts on the upper portion of the ladle (1) Due to this, a shape in which the flame hardly reaches the bottom of the
그러므로 상부의 부정형내화물의 수분은 제거되나 바닥의 수분은 증발되지 않고 있다가, 연료 및 공기의 양이 증가되어 화염이 바닥까지 도달함으로써 래들(1) 하부의 캐스타블(7)에 증발되지 못하고 잔류해 있던 수분이 급격히 팽창되어 증기압이 갑자기 증가함으로써 내화물의 폭열현상이 발생하게 된다.Therefore, the water in the amorphous amorphous refractory at the top is removed, but the water at the bottom is not evaporated, but the amount of fuel and air is increased so that the flame reaches the bottom and thus cannot be evaporated in the castable 7 below the
이와 같은 부정형내화물의 폭열은 연료와 공기의 양이 소량 공급되는 가열초기의 온도인 400-500℃ 이하의 온도에서 주로 발생된다.Such explosion of amorphous refractory material is mainly generated at a temperature of 400-500 ° C. or lower, which is the temperature of the initial heating in which small amounts of fuel and air are supplied.
그러나, 이러한 수분을 제거하기 위하여 소정의 승온과정으로 래들의 내부를 가열하여도 종래의 버너에 의하여 가열할 경우 래들의 상부와 하부의 온도 차이로인하여 부정형내화물에 포함된 결정수 및 흡착수 등이 일정한 속도로 제거되지 않아 종종 내화물의 폭열현상이 발생하게 된다.However, even if the inside of the ladle is heated in a predetermined temperature raising process to remove such moisture, the crystal water and the adsorbed water contained in the amorphous refractory material are constant due to the temperature difference between the upper and lower ladles when heated by a conventional burner. It is not removed at a rate and often causes the refractory to thermal explosion.
이와 같이 종래에 제철소에서 사용된 래들(1)은 래들커버(2)에 부착된 버너(3)에 의해 래들(1)을 소정 온도까지 상승시켜 건조하였는데, 이로 인하여 래들(1)의 바닥까지 화염이 충분하게 도달되지 않아 래들(1) 내부의 연소불량, 상부와 하부의 온도차로 인하여 불균일한 가열 및 내화물의 폭열현상 등이 발생하는 문제점을 지니고 있었다.Thus, the
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 래들의 건조 및 가열용 버너에 노즐을 설치하여 래들을 승온시키고, 이를 통해 건조과정 중에 래들 내부의 화염이 충분히 바닥까지 도달하여 래들의 상부와 하부의 온도차를 감소시켜 균일하게 내화물을 건조함으로써, 부정형내화물의 폭열현상을 방지하고, 래들의 가열시에도 빠른 속도로 가열할 수 있어 연료를 절감할 수 있고 작업생산성의 향상을 이룰 수 있도록 한 노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치를 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention has been invented to solve the above conventional problems, by installing a nozzle in the drying and heating burner of the ladle to raise the ladle, through which the flame inside the ladle to reach the bottom enough during the drying process By drying the refractory uniformly by reducing the temperature difference between the upper and lower part of the field, it prevents the explosive phenomenon of amorphous refractory and can be heated at a high speed even when the ladle is heated, thereby saving fuel and improving productivity. It is an object of the present invention to provide an apparatus for drying and heating a ladle with a nozzle.
도 1은 종래의 제강공장에서 사용되는 래들과 버너의 형상을 나타낸 개략도,1 is a schematic diagram showing the shape of the ladle and the burner used in the conventional steel mill,
도 2a, 도 2b, 도 2c는 각각 본 발명에 따른 노즐의 다양한 형상을 나타낸 단면도,2a, 2b and 2c are cross-sectional views showing various shapes of the nozzle according to the present invention, respectively,
도 3은 종래의 래들용 버너에 의한 래들 내부의 온도분포 및 기준온도와 바닥의 온도차를 나타낸 그래프,3 is a graph showing the temperature distribution and the reference temperature and the temperature difference in the bottom of the ladle by a conventional burner for the ladle,
도 4, 도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 일실시예들에 따른 래들 내부의 온도분포 및 기준온도와 바닥의 온도차를 나타낸 그래프,4, 5 and 6 are graphs showing the temperature distribution in the ladle and the temperature difference between the reference temperature and the bottom, respectively, according to one embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명 노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치를 나타낸 정단면도.Figure 7 is a front sectional view showing a ladle drying and heating apparatus with a nozzle of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1: 래들 2: 래들커버1: ladle 2: ladle cover
3: 버너 4: 연료공급구3: burner 4: fuel inlet
5: 공기공급구 6: 화염가이드5: air inlet 6: flame guide
7: 캐스타블 10: 노즐7: castable 10: nozzle
50: 기준열전대 51-59: 열전대50: reference thermocouple 51-59: thermocouple
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 래들커버(2)의 중앙부에 설치되고 연료공급구(4)와 공기공급구(5)와 화염가이드(6)로 구성된 래들건조 및 가열을 위한 버너(3)에 있어서, 상기 화염가이드(6)에 니켈/크롬강 또는 크롬/코발트강 계통의 내열합금강이나 질화규소, 사이알론 또는 탄화규소 계통의 세라믹재로 형성된긴 노즐(10)을 부착시켜 래들(1) 내부의 상, 하부를 균일하게 건조, 가열할 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, is installed in the center of the ladle cover (2) burner for ladle drying and heating consisting of a fuel supply port (4), air supply port (5) and flame guide ( 3) The ladle (1) is attached to the flame guide (6) by attaching a long nozzle (10) formed of a nickel / chromium steel or chromium / cobalt-based heat-resistant alloy steel or a silicon nitride, sialon or silicon carbide-based ceramic material. It is characterized in that it is configured to uniformly dry and heat the upper and lower portions of the interior.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the drying and heating apparatus of the ladle with a nozzle of the present invention will be described in detail.
도 7은 본 발명 노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치를 나타낸 정단면도이다.Figure 7 is a front sectional view showing a ladle drying and heating apparatus with a nozzle of the present invention.
본 발명에서는 래들(1) 내부의 상부와 하부의 온도차를 감소시키기 위하여 도 2a, b, c에 각각 나타낸 바와 같이 다양한 형태의 긴 노즐(long nozzle: 10)을 버너(3)에 설치하여, 연료와 공기양이 적은 가열초기에도 화염이 래들(1)의 바닥까지 충분히 도달되도록 하여 내화물 중에 포함된 수분의 증발을 원활하게 하여 폭열을 방지하도록 구성되었다.In the present invention, in order to reduce the temperature difference between the upper part and the lower part of the
상기 노즐(10)은 래들(1)의 사용온도에서 그의 변형률이 적은 니켈/크롬강, 크롬/코발트강 등의 내열합금강 또는 고온에서 강도와 인성이 우수한 질화규소, 사이알론 및 탄화규소계의 세라믹재로 제작하는 것이 바람직하다.The
이하, 종래의 래들 가열용의 버너와 본 발명에 따른 노즐이 부착된 버너를 사용한 작업상황을 비교하여 본 발명노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a ladle drying and heating apparatus with a nozzle of the present invention will be described in detail by comparing a working condition using a burner with a nozzle according to the present invention and a burner for ladle heating according to the present invention.
먼저 종래의 래들용 버너(3)로 래들(1)의 내부를 승온하여 가열하였다.First, the inside of the
승온시 사용한 연소조건은 공기유량은 120 N㎥/h의 일정한 조건으로 유지하고, 코크스 오븐 가스(COG) 유량은 가열초기부터 3시간까지는 6 N㎥/h, 3시간부터7시간까지는 12 N㎥/h, 7시간부터 9시간까지는 14 N㎥/h 및 9시간부터 12시간 경과에는 15 N㎥/h로 변화시켜 래들을 가열시켰다.The combustion conditions used at elevated temperature are maintained at a constant condition of 120 Nm3 / h of air flow rate, and the coke oven gas (COG) flow rate is 6 Nm3 / h from the beginning of heating to 3 hours, and 12 Nm3 from 3 hours to 7 hours. / h, ladle was heated to 14
승온시 래들(1) 내부의 기준온도와 각각의 위치에서의 온도를 측정하기 위하여 래들커버(2)에 기준열전대(50)를, 래들(1)의 측면 상부로부터 190㎜의 위치와, 그 아래 방향으로 계속하여 180㎜ 간격으로 각각 8개의 열전대(51,52,53,54,55,56,57,58,59)를 설치하였다.In order to measure the reference temperature inside the
51부터 59까지의 열전대 모두 벽면으로부터 100㎜의 위치에 설치되어 30분 간격으로 각 부분의 온도를 측정하였다.All of the
기준열전대(50), 상부에 위치한 3개의 열전대(51,52,53)의 평균온도, 중앙에 위치한 3개의 열전대(54,55,56)의 평균온도, 하부에 위치한 3개의 열전대(57,58,59)의 평균온도 및 기준온도와 바닥의 온도차이를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 알 수 있듯이 전 가열과정 동안에 래들(1)의 상부의 온도가 하부의 온도보다 현저히 높은 경향을 보였다.As can be seen in FIG. 3, the temperature of the upper part of the
기준온도와 바닥부분의 평균온도는 가열초기부터 100℃의 차이를 나타내었으며, 기준온도 300℃ 에서는 228℃의 가장 큰 온도차를 그리고 기준온도가 500℃로 증가함으로써 그 차이는 180℃ 정도로 감소하였다.The average temperature of the reference temperature and the bottom part showed a difference of 100 ° C from the beginning of heating. At the reference temperature of 300 ° C, the difference was reduced to about 180 ° C with the largest temperature difference of 228 ° C and the increase of the reference temperature to 500 ° C.
이와 같이 래들(1)의 기준온도와 하부의 온도차이는 래들(1) 내부에 시공된 부정형내화물에 포함된 흡착수 및 결정수들을 서서히 증발시키지 못하는 원인이 되어 내화물의 폭열현상을 일으키게 된다.As such, the temperature difference between the reference temperature and the lower portion of the
〈발명예 1〉<Inventive Example 1>
다음에는 화염가이드(6)에 내경 130㎜, 끝부분의 직경 100㎜ 및 길이 500㎜인 내열합금강 재질의 노즐(10)을 부착시켜 래들(1)의 내부를 승온하여 가열하였다.Next, a
승온시 사용한 연소조건은 전과 동일하고, 동일한 위치의 온도를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.The combustion conditions used at the time of temperature increase were the same as before, the temperature of the same position was measured, and the result is shown in FIG.
도 4에서 알 수 있듯이 가열시간의 경과에 따라 래들(1)의 상부와 하부의 온도차는 노즐(10)이 설치되지 않은 기존 래들용 버너(3)에서의 온도차에 비하여 현저히 낮은 경향을 나타내었다.As can be seen in FIG. 4, the temperature difference between the upper and lower parts of the
기준온도와 바닥부분의 평균온도의 차이는 가열초기에 55℃에서 온도가 증가함으로써 67℃까지 상승하였으며, 기준온도가 350℃ 정도로 증가하면 그 온도차는 30℃까지 감소하였다.The difference between the reference temperature and the average temperature at the bottom was increased to 67 ° C by increasing the temperature at 55 ° C at the beginning of heating, and when the reference temperature increased to about 350 ° C, the temperature difference decreased to 30 ° C.
이와 같은 래들(1) 내부의 상부와 하부의 낮은 온도차이는 래들(1) 내부에 시공된 내화물에 포함된 각종 수분들을 균일하게 증발시켜 내화물의 폭열현상을 방지하게 된다.The low temperature difference between the upper part and the lower part of the
〈발명예 2〉<Inventive Example 2>
다음에는 상기 발명예 1과 같이 종래의 화염가이드(6)에 내경 130㎜, 끝부분의 직경 100㎜ 및 길이 500㎜인 내열합금강 재질의 노즐(10)을 부착시켜 래들(1)의 내부를 승온하여 가열하였다. 승온시 사용한 연소조건은 상기와 동일한 조건을 사용하였으며, 승온시 상기와 동일한 총 10개의 열전대를 설치하여 각 부분의 온도를연속적으로 측정하였다.Next, as in Inventive Example 1, a
본 발명예에서의 기준온도 및 상부, 중앙 및 바닥의 평균온도, 그리고 기준온도와 바닥의 온도차를 도 5에 나타내었다.Reference temperature and the average temperature of the top, center and bottom, and the temperature difference between the reference temperature and the bottom in the example of the present invention are shown in FIG.
그러나, 상기 발명예 1과는 달리 노즐(10)의 끝부분의 직경이 감소된 형태의 노즐(10)을 사용하였다.However, unlike Inventive Example 1, a
기준온도와 바닥부위의 평균온도와의 차이는 가열초기에 15-20℃ 정도로 종래의 온도차 150℃에 비하여 현저히 낮은 차이를 보였고, 기준온도가 250℃로 증가하여도 온도차는 40℃정도였다.The difference between the standard temperature and the average temperature at the bottom was significantly lower than the conventional temperature difference of 150 ° C. at 15-20 ° C. at the beginning of heating, and the temperature difference was about 40 ° C. even when the reference temperature increased to 250 ° C.
상기 발명예 1과 발명예 2에서 사용된 내열합금강의 조성은 탄소(C) 0.35-0.45, 규소(Si)≤1.75, 망간(Mn)≤1.5, 몰리브덴(Mo)≤0.5, 크롬(Cr) 24-27, 니켈(Ni) 19-22 중량%의 니켈/크롬강으로, 1000℃에서 200분의 유지까지 2,3,4 및 6㎏/㎣의 하중 하에서도 그의 변형률이 0.06% 이하로 그의 물성이 래들용 노즐(10)에 적합하였다.The composition of the heat-resistant alloy steel used in Inventive Example 1 and Inventive Example 2 was carbon (C) 0.35-0.45, silicon (Si) ≤ 1.75, manganese (Mn) ≤ 1.5, molybdenum (Mo) ≤ 0.5, chromium (Cr) 24 -27, nickel (Ni) 19-22% by weight nickel / chromium steel, its strain rate is 0.06% or less, even under loads of 2,3,4 and 6 kg / 까지 up to 200 minutes holding at 1000 ℃ It is suitable for the
〈발명예 3〉<Inventive Example 3>
다음은 화염가이드(6)에 상기 발명예 2에 사용된 규격과 동일한 내경 130㎜, 끝부분의 직경 100㎜ 및 길이 500㎜의 탄화규소(SiC)질 노즐(10)을 부착시켜 래들(1) 내부의 온도를 측정하였다.Next, a ladle (1) was attached to the
전과 동일한 연소조건 및 총 10개의 열전대를 설치하여 각 부위의 온도를 측정하였으며, 기준온도, 래들(1)의 상부, 중앙 및 바닥의 평균온도, 기준온도와 바닥의 온도차를 도 6에 나타내었다.The same combustion conditions and a total of 10 thermocouples were installed to measure the temperature of each part, and the reference temperature, the average temperature of the upper, middle and bottom of the
상기 발명예 2와 동일한 형태의 노즐(10)로 가열초기에는 기준온도와 바닥의 온도차가 20-30℃, 기준온도가 270-360℃에서는 온도차가 30-50℃ 그리고 기준온도가 360℃이상이 되면 그 온도차는 40℃이하로 감소하였다.In the initial heating with the
본 발명예에 사용된 탄화규소의 상온강도(4점 곡강도)는 34.7㎏/㎟, 1000℃에서는 48.5kg/㎟ 및 1200℃에서는 47.2㎏/㎟의 강도를 지녀 래들용 노즐(10)로 적합하며, 또한 탄화규소와 물성이 비슷한 사이알론 및 질화규소계 세라믹스도 사용이 가능하다.The room temperature strength (four point bending strength) of the silicon carbide used in the present invention has a strength of 34.7 kg /
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치를 사용하면, 래들의 상부와 하부의 온도편차를 현저히 감소시켜 래들의 균일 가열에 의하여 연소상태를 향상시킬 수 있고, 부정형내화물에 포함된 수분의 점차적인 가열과 증발로 내화물의 폭열을 방지하여 재시공에 의한 경제적 손실을 방지할 수 있고, 래들의 균일가열에 의한 수명을 증가시켜 원가절감 등의 유용한 효과가 있다.As described above, by using the ladle drying and heating apparatus equipped with the nozzle of the present invention, the temperature deviation of the upper and lower portions of the ladle can be significantly reduced to improve the combustion state by uniform heating of the ladle, and included in the amorphous refractory material. It is possible to prevent economic losses due to the reconstruction by preventing the refractories of refractories by the gradual heating and evaporation of the moisture, and has a useful effect such as cost reduction by increasing the lifetime by uniform heating of the ladle.
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- 1997-12-20 KR KR1019970071244A patent/KR100333065B1/en active IP Right Grant
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