KR100436539B1

KR100436539B1 - 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치

Info

Publication number: KR100436539B1
Application number: KR10-2001-0075336A
Authority: KR
Inventors: 정두찬; 오영석; 이용일; 김성곤; 류시홍; 노성수; 김동진
Original assignee: 주식회사 포스코건설
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2004-06-19
Also published as: KR20030044541A

Abstract

본 발명은 용융로에서 냉각관을 지지하는 쿨러에 관한 것이다.

본 발명은 냉각몸체(4a)로부터 외부인출되어 상기 철피(2)의 제 1관통공(2a)을 관통하는 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착되는 고정판(11)을 상기 철피(2)에 용접고정하여 상기 냉각몸체(4a)를 철피(2)에 위치고정시키는 고정부(10); 상기 냉각몸체(4a)로부터 외부인출되어 상기 철피(2)의 제 2관통공(2b)을 관통하는 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착된 상하유동판(21)을 상기 철피(2)에 고정장착된 타원단면의 제 1고정캡(25)에 대하여 상하이동가능하게 배치하여 열변형시 상기 냉각몸체(4a)의 좌우이동을 구속하는 좌우구속부(20); 및 상기 냉각몸체(4a)로부터 외부인출되어 상기 철피(2)의 제 3관통공(2c)을 관통하는 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착된 자유유동판(31)을 상기 철피(2)에 고정장착된 원형단면의 제 2고정캡(35)에 대하여 방사방향으로 이동이 자유롭게 배치하여 열변형시 상기 냉각몸체(4a)의 방사이동을 가능하게 하는 자유부(30)로 구성된다.

Description

용융로의 냉각관 지지형 냉각장치{A COOLER OF THE COOLING PIPE SURPORTING TYPE IN MELT GASIFIRE}

본 발명은 용융로에서 냉각관을 지지하는 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 단순하고, 보다 적은수의 냉각관을 사용하여 제작원가를 절감하면서 고온의 조건에서도 충분히 견딜수 있어 사용수명을 연장할수 있고, 고온에 의한 열변형시 응력을 최소한으로 받을수 있도록 냉각몸체를 철피에 대하여 변위가능하게 지지할수 있는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 용융로(100)는 도 1에서 도시한 바와같이, 로상부에서 장입되는 환원광석을 풍구를 통해 취입되는 산소와 로내로 장입되는 석탄의 연소반응에 의해 발생하는 반응열을 열원으로 하여 용해시켜 선철을 생산하는 설비이다.

이러한 용융로(100)는 노체의 외,내부를 철피(2)와 내화물(3)로서 각각 구성하고, 상기 철피(2)와 내화물(3)사이에는 1800℃ 내외의 고온분위기에서도 상기 로체를 구성하는 철피(2)를 고온의 가스 및 용선으로부터 보호하기 위한 별도의 냉각장치(4)를 채용하여 구성하였다.

상기 냉각장치(4)는 주철로 이루어진 냉각몸체(4a)내에 냉각수가 흐를수 있는 냉각관(4b)을 수용하여 상기 냉각관(4b)내로 냉각수를 연속하여 순환공급시킴으로써, 철피(2)가 받게되는 열을 회수하여 철피(2)상태를 건전하게 유지하였다.

한편, 용선생산설비의 대종을 이루고 있는 고로에서 사용되는 냉각장치(4)는 도 2(a)(b)(c)에 도시한 바와같이, 냉각몸체(4a)와 철피(2)사이에 볼팅타입의 지지대(5)를 이용하여 냉각관(4b)을 고정하거나 냉각관(4b)이 삽입되는 중공형 보호관(6)을 철피(2)에 직접 고정시키는 방법을 채택하여 냉각장치(4)가 모든 열응력을 흡수하는 방식을 의존하고 있다.

이에 따라, 노체의 고온부에 적용되는 냉각장치(4)는 내부 냉각라인의 구성이 매우 복잡해지고, 두께가 두꺼워져 제조비용이 많이 소요되며, 로내의 사용가능한 내용적이 두꺼워지는 두께만큼 축소되는 한편, 냉각수를 과다하게 사용하여 부대비용을 상당히 증가시켰다. 또한, 상기 냉각장치(4)가 모든 열응력을 응축하기 위해서는 상기 냉각몸체(4a)의 전면에 내화물의 유지가 필수적이다.

또한, 상기 용융로는 고로에 비하여 가스거동이 상당히 불안정한 상태로 내화물의 조기탈락 위험성이 상존함에 따라 기존기술인 고로타입의 냉각장치 지지방법을 그대로 적용하여 채용하면, 고온의 열편차에 의한 열변형 및 열응력에 의한 냉각장치(4)의 조기파손이 우려되기 때문에, 냉각장치를 로체에 취부하는 새로운 고정방법이 필요하게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 단순하고, 보다 적은수의 냉각관을 사용하여 제작원가를 절감하면서 고온의 조건에서도 충분히 견딜수 있어 사용수명을 연장할수 있고, 고온에 의한 열변형시 응력을 최소한으로 받을수 있도록 냉각몸체를 철피에 대하여 변위가능하게 지지하는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치를 제공하고자 한다.

도 1은 일반적인 용융로를 도시한 종단면도,

도 2(a)(b)(c)(d)은 종래기술에 따른 냉각장치를 도시한 종단면도, 정면도, 휭단면도 및 배면도,

도 3(a)(b)(c)은 본 발명에 따른 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치를 도시한 정면도, 종단면도 및 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 용융로의 냉각용 냉각장치에 채용되는 고정부를 도시한 상세도,

도 5는 본 발명에 따른 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치에 채용되는 좌우구속부를 도시한 상세도,

도 6은 본 발명에 따른 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치에 채용되는 자유부를 도시한 상세도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 ..... 철피 3 ..... 내화물

4a ..... 냉각몸체 4b .... 냉각관

6 ..... 보호관 11 .... 고정판

21 .... 상하유동판 25 .... 제 1고정캡

31 .... 자유유동판 35 .... 제 2고정캡

41 .... 외부케이싱 44 .... 주름관

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은,

철피와 내화물사이에 배치되는 냉각몸체에 냉각수가 순환공급되는 냉각관의 외주면을 감싸는 보호관을 갖추어 로체를 냉각하는 냉각장치에 있어서,

상기 냉각몸체로부터 외부인출되어 상기 철피의 제 1관통공을 관통하는 보호관의 외주면에 일체로 장착되는 고정판을 상기 철피에 용접고정하여 상기 냉각몸체를 철피에 위치고정시키는 고정부;

상기 냉각몸체로부터 외부인출되어 상기 철피의 제 2관통공을 관통하는 보호관의 외주면에 일체로 장착된 상하유동판을 상기 철피에 고정장착된 타원단면의 제 1고정캡에 대하여 상하이동가능하게 배치하여 열변형시 상기 냉각몸체의 좌우이동을 구속하는 좌우구속부; 및

상기 냉각몸체로부터 외부인출되어 상기 철피의 제 3관통공을 관통하는 보호관의 외주면에 일체로 장착된 자유유동판을 상기 철피에 고정장착된 원형단면의 제 2고정캡에 대하여 방사방향으로 이동이 자유롭게 배치하여 열변형시 상기 냉각몸체의 방사이동을 가능하게 하는 자유부로 구성됨을 특징으로 하는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 도 3(a)(b)(c)은 본 발명에 따른 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치를도시한 정면도, 종단면도 및 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치에 채용되는 고정부를 도시한 상세도이며, 도 5는 본 발명에 따른 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치에 채용되는 좌우구속부를 도시한 상세도이고, 도 6은 본 발명에 따른 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치에 채용되는 자유부를 도시한 상세도이다.

본 발명의 냉각장치(1)는 도 3 내지 6에 도시한 바와같이, 철피(2)와 내화물(3)사이에 배치되는 냉각몸체(4a)가 열응력에 의한 변형을 구속하지 않고 자유롭게 변형이 가능하도록 하여 냉각수를 순환공급하는 냉각관(4b)의 조립구조를 보다 단순화하여 설치비용을 줄이고, 사용수명을 연장할 수 있는 것으로서, 이러한 냉각장치(1)는 고정부(10), 좌우구속부(20) 및 자유부(30)로 구성된다.

즉, 상기 냉각몸체(4a)를 철피(2)에 위치고정시키는 고정부(10)는 상기 냉각몸체(4a)로부터 외부인출된 다음, 상기 철피(2)의 외부면에 일정크기로 관통형성된 제 1관통공(2a)을 통과하고, 냉각수가 공급되는 냉각관(4b)이 삽입되는 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착되는 고정판(11)을 갖추고, 상기 고정판(11)은 상기 냉각몸체(4a)의 자중 및 노체내의 내화물을 견고하게 지지할 수 있도록 상기 철피(2)의 외부면에 일체로 용접고정되는 고정부재이며, 상기 보호관(6)의 외주면에 나사체결되는 고정와셔부재로 구성되어도 좋다.

또한, 상기 고정부(10)에 대하여 상하이동만이 가능하도록 상기 냉각몸체(4a)의 좌우이동을 구속하는 좌우구속부(20)는 상기 냉각몸체(4a)로부터 외부인출된 다음, 상기 철피(2)의 외부면에 일정크기의 관통형성된 제 2관통공(2b)을 통과하고, 냉각관(4b)이 삽입되는 중공형 보호관(6)을 갖추고, 상기 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착되는 상하유동판(21)은 상기 철피(2)의 외부면에 고정장착되는 타원단면상의 제 1고정캡(25)내에서 열변형에 의한 움직임시 상하이동가능하게 배치된다.

여기서, 상기 상하유동판(21)은 상기 철피(2)의 외부면에 위치고정된 상기 제 1고정캡(25)의 내부공간에서 좌우움직임이 없이 상하유동만이 가능한 상,하유동갭(G1)을 형성할 수 있도록 상기 제 1고정캡(25)의 타원단면의 단경과 동일한 반면에, 장경보다 작은 직경크기를 갖는 원형단면상의 원판부재로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상하유동판(21)은 상기 고정부(10)의 고정판(11)에 대하여 상하방향으로의 상하변위가 가능하여 상기 고정부(10)의 모멘트에 의한 비틀림응력을 최소화시킬수 있도록 길이방향으로 마주하는 정반대편에 갖추어진다.

그리고, 상기 냉각몸체(4a)의 자유로운 방사이동을 가능하게 하는 자유부(30)는 상기 냉각몸체(4a)로부터 외부인출되어 상기 철피(2)에 관통형성된 제 3관통공(2c)을 통과하고, 냉각수가 공급되는 냉각관(4b)이 삽입되는 보호관(6)을 갖추고, 상기 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착되는 자유유동판(31)은 상기 철피(2)에 고정장착된 원형단면의 제 2고정캡(35)에 대하여 방사방향으로 이동이 자유롭게 배치된다.

여기서, 상기 자유유동판(31)은 상기 철피(2)의 외부면에 위치고정된 상기 제 2고정캡(35)의 내부공간에서 방사방향으로의 자유로운 유동이 가능한 자유유동갭(G2)을 형성할 수 있도록 상기 제 2고정캡(35)의 내경보다 작은 외경을 갖는 원형단면상의 원판부재로 구성된다. 또한, 상기 자유유동판(31)은 열변형에 의한 움직임이 큰 위치에서 상하좌우로의 모든 움직임이 가능하도록 상기 고정부(10), 좌우구속부(20)의 좌우양측에 각각 배치되어야 한다.

그리고, 상기 냉각몸체(4a)를 냉각시키는 냉각수가 유입되어 유출되는 유로를 형성하는 냉각관(4b)은 상기 중공형 파이프소재로 이루어진 보호관(6)내에 삽입되며, 상기 보호관(6)의 선단과 만나는 냉각관(4b)의 사이에는 상기 보호관(6)과 냉각관(4b)사이의 틈새를 통한 가스유출 및 외부공기의 유입을 완전히 차단할 수 있도록 실링부재(12)(22)(32)로 각각 밀봉되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1,2고정캡(25)(35)의 각 선단에는 위치고정된 제 1,2고정캡(25)(35)에 대하여 냉각관(4b)의 상하유동 및 방사유동이 원활하게 이루어질수 있도록 위치 보정기(40)를 갖추며, 상기 위치보정기(40)는 상기 제 1,2고정캡(25)(35)으로부터 연장된 원통형 외부케이싱(41)과, 상기 외부케이싱(41)의 홀더(42a)와 상기 냉각관(4b)의 홀더(42b)사이에서 길이방향으로의 변형이 가능한 주름관(44) 및 상기 외부케이싱(41)과 주름관(44)사이에서 원주방향으로의 변형이 가능한 수축부재(43)를 갖추어 구성한다.

한편, 상기 냉각관(4b)은 상기 냉각몸체(4a)내에 수용된 냉각관(4b)과 냉각몸체(4a)로부터 벗어나 있는 냉각관(4b)간의 온도차로 인한 응력발생으로 관부재의 파손을 방지할 수 있도록 탄력적인 길이변형이 가능한 후렉시블호스부재를 매개로 하여 냉각수공급, 배출라인(미도시)과 연결된다.

상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과에 대해서 설명한다.

용융로(100)내에로 순도 99%의 산소를 취입하여 코올(coal)을 연소시킴으로써, 발생되는 열원으로서 1차 환원된 철광석을 용융하는 작업중, 상기 용융로(100)의 외벽을 구성하는 본 발명의 냉각장치(1)는 용융로내의 고온가스(1500 내지 1770℃)에 의한 복사 및 대류에 의한 열전달로 인하여 가스와 접촉하는 표면은 약 1400 내지 1500℃로 가열되고, 열전도에 의하여 상기 냉각장치(1)의 냉각몸체(4a)의 두께방향으로 전달되며, 열이 전달되는 냉각몸체(4a)는 상기 냉각몸체(4a)내를 관통하는 냉각관(4b)을 통하여 일방향으로 흐르는 냉각수에 의하여 냉각된다. 이때, 상기 용융로(100)내부와 외부의 온도차에 의한 상기 냉각장치(1)의 표면온도차가 700℃ 정도로 발생되면서 상시 냉각장치(1)의 냉각몸체(4a)는 약 3mm/m이상 변형되어진다.

이러한 경우, 상기 각 냉각장치(1)의 하부단 중앙으로부터 인출된 보호관(6)의 고정판(11)을 철피(2)의 외부면에 용접고정한 고정부(10)에 대하여 상기 냉각장치(1)의 상부단 중앙으로부터 인출된 보호관(6)의 상하유동판(21)을 상기 철피(2)의 제 1고정캡(25)에 상하유동만이 가능하게 좌우구속부(20)가 조립되어 있기 때문에, 고온의 열원에 의한 냉각몸체(4a)의 열변형시 타원단면을 갖는 제 1고정캡(25)에 대하여 보호관(6)의 상하유동판(21)이 좌우움직임없이 상하유동되면서 상기 고정부(10)의 모멘트에 의한 비틀림응력을 최소화시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 고정부(10), 좌우구속부(20)에 대하여 좌우양측에 각각 대칭구조로 상기 냉각장치의 네모서리부부분으로부터 인출된 보호관(6)의 자유유동판(31)을 상기 철피(2)의 제 2고정캡(35)에 방사방향의 자유로운 유동이 가능하게자유부(30)가 각각 조립되어 있기 때문에, 고온의 열원에 의한 상기 냉각몸체(4a)의 열변형시 원통단면의 제 2고정캡(35)내에 배치된 원반형 자유유동판(31)이 방사방향으로 자유롭게 상하좌우로 열변형에 대하여 탄력적으로 대응할수 있는 것이다.

그리고, 상기 좌우구속부(20) 및 자유부(30)의 각 제 1,2고정캡(25)(35)의 선단에 장착되는 보정기(40)에 의해서 위치고정된 제 1,2고정캡(25)(35)에 대하여 냉각관(4b)의 상하 및 방사방향의 움직임을 원활하게 수행함과 동시에, 상기 보호관(6)선단과 냉각관(4b)사이를 밀봉하는 실링부재(12)(22)(32)에 의해서 로내의 가스가 상기 철피(2)의 제 1,2 및 3관통공(2a)(2b)(2c)외부로 배출되는 것을 방지한다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 1600℃이상의 고온에 접하며, 내부의 가스흐름 및 화학적반응에 의하여 내화물의 사용수명이 길지않은 극악한 조건을 갖는 로체의 철피를 냉각할 수 있도록 냉각관이 수용되는 냉각몸체가 고정부, 좌우구속부 및 자유부를 매개로 하여 철피에 취부됨으로써, 냉각관의 구조를 종래에 비하여 단순화하여 제작원가를 절감하고, 고온에 의한 열변형시 응력을 최소한을 줄여 로체의 파손을 줄여 사용수명을 연장할 수 있는 효과가 얻어진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims

철피(2)와 내화물(3)사이에 배치되는 냉각몸체(4a)에 냉각수가 순환공급되는 냉각관(4b)의 외주면을 감싸는 보호관(6)을 갖추어 로체를 냉각하는 냉각장치에 있어서,

상기 냉각몸체(4a)로부터 외부인출되어 상기 철피(2)의 제 1관통공(2a)을 관통하는 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착되는 고정판(11)을 상기 철피(2)에 용접고정하여 상기 냉각몸체(4a)를 철피(2)에 위치고정시키는 고정부(10);

상기 냉각몸체(4a)로부터 외부인출되어 상기 철피(2)의 제 2관통공(2b)을 관통하는 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착된 상하유동판(21)을 상기 철피(2)에 고정장착된 타원단면의 제 1고정캡(25)에 대하여 상하이동가능하게 배치하여 열변형시 상기 냉각몸체(4a)의 좌우이동을 구속하는 좌우구속부(20); 및

상기 냉각몸체(4a)로부터 외부인출되어 상기 철피(2)의 제 3관통공(2c)을 관통하는 보호관(6)의 외주면에 일체로 장착된 자유유동판(31)을 상기 철피(2)에 고정장착된 원형단면의 제 2고정캡(35)에 대하여 방사방향으로 이동이 자유롭게 배치하여 열변형시 상기 냉각몸체(4a)의 방사이동을 가능하게 하는 자유부(30)로 구성됨을 특징으로 하는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치.
제 1항에 있어서,

상기 상하유동판(21)은 상기 철피(2)의 외부면에 위치고정된 상기 제 1고정캡(25)의 내부공간에서 좌우움직임이 없이 상하유동만이 가능한 상,하유동갭(G1)을 형성할 수 있도록 상기 제 1고정캡(25)의 타원단면의 단경과 동일한 반면에, 장경보다 작은 직경크기를 갖는 원형단면상의 원판부재로 구성됨을 특징으로 하는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치.
제 1 또는 제 2항에 있어서,

상기 상하유동판(21)은 상기 고정부(10)의 고정판(11)에 대하여 상하방향으로의 상하변위가 가능하여 상기 고정부(10)의 모멘트에 의한 비틀림응력을 최소화시킬 수 있도록 길이방향으로 마주하는 정반대편에 갖추어짐을 특징으로 하는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치.
제 1항에 있어서,

상기 자유유동판(31)은 상기 철피(2)의 외부면에 위치고정된 상기 제 2고정캡(35)의 내부공간에서 방사방향으로의 자유로운 유동이 가능한 자유유동갭(G2)을 형성할 수 있도록 상기 제 2고정캡(35)의 내경보다 작은 외경을 갖는 원형단면상의 원판부재로 구성됨을 특징으로 하는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치.
제 1항 또는 제4항에 있어서,

상기 자유유동판(31)은 열변형에 의한 움직임이 큰 위치에서 상하좌우로의 모든 움직임이 가능하도록 상기 고정부(10), 좌우구속부(20)의 좌우양측에 각각 배치됨을 특징으로 하는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1,2고정캡(25)(35)의 각 선단에는 위치고정된 제 1,2고정캡(25)(35)에 대하여 냉각관(4b)의 상하유동 및 방사유동이 원활하게 이루어질수 있도록 위치 보정기(40)를 갖추며, 상기 위치보정기(40)는 상기 제 1,2고정캡(25)(35)으로부터 연장된 원통형 외부케이싱(41)과, 상기 외부케이싱(41)의 홀더(42a)와 상기 냉각관(4b)의 홀더(42b)사이에서 길이방향으로의 변형이 가능한 주름관(44) 및 상기 외부케이싱(41)과 주름관(44)사이에서 원주방향으로의 변형이 가능한 수축부재(43)로 구성됨을 특징으로 하는 용융로의 냉각관 지지형 냉각장치.