KR100488108B1 - 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전하는 축열기 본체에 3개의 축열체를 설치하고 이를 일정한 주기로 회전시킴으로서 질소를 가열하여 턴디쉬에 연속적으로 주입함과 동시에 일회 사용한 질소의 일부를 회수하여 재이용함으로써 연연주용 턴디쉬에 대하여 초기 가열작용을 함과 동시에 주조대기시에는 무산화 보열작용을 할 수 있게한 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치에 관한 것으로,

즉, 턴디쉬의 일측에 3개의 축열체를 구비하되 그 중심축을 기점으로 회전되는 축열기를 설치하고 이를 일정한 주기로 회전시킴으로서 질소를 가열하여 턴디쉬에 연속적으로 주입함과 동시에 일회 사용한 질소의 일부를 회수하여 재이용 할 수 있도록 하며, 초기 가열을 목적으로 사용할 경우에는 상기의 질소 공급 덕트 및 질소 배출용 덕트를 통하여 연소용 공기를 공급함으로서 턴디쉬 커버에서 2대의 버너가 작동되어 가열작용을 하게 된 것이다.

Description

무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치{Multi-purpose tundish preheater for continuous casting}

본 발명은 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치, 보다 상세하게는 회전하는 축열제 본체에 3개의 축열체를 설치하고 이를 일정한 주기로 회전시킴으로서 질소를 가열하여 턴디쉬에 연속적으로 주입함과 동시에 일회 사용한 질소의 일부를 회수하여 재이용함으로써 연연주용 턴디쉬에 대하여 초기 가열작용을 함과 동시에 주조대기시에는 무산화 보열작용을 할 수 있게한 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소의 연주공장에 설치된 턴디쉬는 용융 상태의 철을 연주 주형으로 주입하기 위한 일종의 용융 철강용 용기로서, 도 1에서와 같이 턴디쉬(1)의 하부에 노즐(2)이 설치되어 이 노즐을 통하여 용강이 연주 주형으로 주입되며, 이러한 턴디쉬는 최초로 용강을 수납하기 위한 전제조건으로 턴디쉬(1)를 구성하는 내화재료가 1300℃ 이상으로 예열되어 있어야 한다.

내화재료의 온도가 낮은 경우에는 1570℃ 이상인 용융철과의 온도차로 인하여 내화재료가 폭발하거나 용강의 온도가 급격히 저하되기 때문에 주조된 제품의 품질을 저하시키게 되므로, 이러한 이유로 연속주조 공정에서는 턴디쉬의 초기 가열온도를 중요한 관리 항목으로 간주하고 있다.

턴디쉬를 예열하기 위한 장치로서 도 1에서와 같은 직화 가열식 버너가 종래 널리 사용되어 왔다.

상기 종래의 예열장치는 턴디쉬 커버(3)에 가열용 버너(4)를 삽입하여 연소화염으로 턴디쉬를 가열하고 턴디쉬 내부에서 발생된 연소 배기가스(5)는 별도로 설치된 배기구를 통하여 배출된다. 버너에는 연소용 공기가 덕트(6)를 통하여 공급되며 연료가스는 별도의 공급관(7)을 통하여 공급된다. 턴디쉬가 고정되어 있는 경우에는 상기 연소용 공기 덕트(6)와 연료 공급관(7)이 회전축(8)을 중심으로 경동될 수 있도록 하여 버너를 가열된 턴디쉬로부터 탈착될 수 있도록 하고 있다.

일회 주조가 완료된 턴디쉬는 다시 용강이 공급될 때 까지 대기하고 있다가 용강을 수급받아 다시 주형 내부로 용강을 주입하게 되며 이러한 용강주조 방법을 연연주(Continuous continuous casting)라고 하고 생산성을 크게 향상 시키는 진보된 주조 기술에 속한다.

상기 일회의 주조가 완료된 턴디쉬는 내화물의 온도가 저하되어 있기 때문에 다시 용강을 수급받기 위해서는 상기의 버너를 다시 장착하여 가열하여야 하였으나 주조 완료된 턴디쉬 내부에는 잔존하는 철(9)이 고체 또는 액체 상태로 존재하게 되고 이러한 잔존 철이 버너를 이용하여 가열하는 동안 산화되어 산화철이 되므로 이 산화철은 후에 다시 주입되는 용강에 혼합되어 불순물로 작용하게 되어 주조제품의 품질에 치명적인 영향을 주게 된다.

따라서, 연연주용 턴디쉬에 있어서는 턴디쉬가 대기중일 때 내화물의 온도 저하를 방지하면서 잔존 철의 산화를 방지하는 것이 대단히 중요하며, 이를 실현하기 위하여 도 2에서와 같은 산화물의 발생을 없앤 무산화 보열장치를 연연주 대기중인 턴디쉬에 대하여 적용하여 왔다.

즉, 종래의 연연주 턴디쉬용 무산화 보열장치는 버너(10)를 이용하여 고온의 연소 가스를 발생시키고 이를 이용하여 세라믹 재질의 축열재(11)를 가열한 다음 상온의 질소를 통과 시킴으로서 질소(12)를 고온으로 가열한 후 이를 턴디쉬 내부에 주입하는 방법으로 주조 대기중인 턴디쉬의 온도저하를 방지함과 동시에 잔존 철의 산화를 방지하는 목적으로 사용하였다.

이때 상기 무산화 보열장치는 버너(10)와 축열체(11)로 이루어진 2개의 가열장치를 턴디쉬 커버(3) 위에 탑재해 둔 상태에서 하나의 가열장치에서 고온 연소가스를 발생시켜 축열체(11)를 가열하는 동안 다른 가열체에서는 상온의 질소를 축열체에 통과시켜 질소를 가열하게 되며, 가열된 질소(12)는 턴디쉬 내부에 주입되어 턴디쉬 내부를 통과하면서 저온으로 열교환된 질소(13)는 연소 배가스와 혼합되면서 축열체에 보유열을 전달한 후 배기된다.

한편, 연연주용 턴디쉬는 최초로 용강을 주입하기 전에는 용강과의 온도 편차를 감소시키기 위하여 예열되어 있어야 하며, 일회 주조후 차기 주조를 위하여 대기중일 때는 온도저하의 방지와 내부 잔존 철의 산화방지를 위하여 고온의 질소를 이용하여 보열이 이루어져야만 한다.

그러나 상기 연연주 턴디쉬의 기능확보를 위해서 종래 초기 가열과 무산화 보열 기능이 별도의 장치에 의하여 개별적으로 이루어져 왔으므로, 이는 설비투자 경제적인 면과 장치 운용의 측면에 있어서 대단히 비경제적이고도 비효율적인 단점을 지니고 있었으며, 특히 상기 무산화 보열장치는 일회 사용하고 난 질소의 보유열은 축열재를 이용하여 회수 할 수 있지만 질소 자체는 전량 방출하도록 되어 있기 때문에 고가의 질소 소모가 불가피한 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 연연주용 턴디쉬의 보열동작에 따른 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 턴디쉬의 초기 가열과 주조대기시에 요구되는 보열동작을 경제적이고 간단한 구조로서 실행할 수 있는 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 턴디쉬의 일측에 3개의 축열체를 구비하되 그 중심축을 기점으로 회전되는 축열기를 설치하고 이를 일정한 주기로 회전시킴으로서 질소를 가열하여 턴디쉬에 연속적으로 주입함과 동시에 일회 사용한 질소의 일부를 회수하여 재이용 할 수 있도록 하며, 초기 가열을 목적으로 사용할 경우에는 상기의 질소 공급 덕트 및 질소 배출용 덕트를 통하여 연소용 공기를 공급함으로서 턴디쉬 커버에서 2대의 버너가 작동되어 가열작용을 할 수 있게 됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 본 발명에 의한 다목적 연연주 턴디쉬용 가열장치의 구성과 보열기능 수행시 그 작용상태를 나타낸 구성도로서, 턴디쉬 커버(3)의 상부에 질소 공급용 덕트(20)와 질소 배출용 덕트(21)를 각각 설치하고, 이들을 회전축열기(30)에 연결하여 폐순환 회로가 형성되도록 한다.

폐회로 내의 질소(N)가스는 고압 질소 노즐(23)에서 소량의 고압 질소가 분사될 때 전달되어 지는 운동량에 의하여 순환되어지며 상기 회전축열기(30)에 구비된 축열체(31)에 의하여 가열되어 진다.

가열된 질소(N)는 질소 공급용 덕트(20)를 통해 턴디쉬(1)에 분사되며 턴디쉬를 통과하고 난 질소는 배출용 덕트(21)로 수집되며, 이때 폐회로에 대하여 질소노즐(23)을 통하여 분사된 양에 해당하는 여분의 질소는 배기구(24)을 통하여 배출되어 진다.

이와 같이 함으로써 종래 보열장치에 비하여 고온의 질소를 연속적으로 턴디쉬에 공급할 수 있을 뿐만 아니라 대부분의 질소가 폐회로내를 순환하도록 함으로서 질소 사용량을 종래 장치의 1/4수준까지 감소시킬수 있는 유리한 장점을 지니게 되는 것이다.

도 3b는 본 발명에 의한 연연주 턴디쉬용 가열장치를 턴디쉬의 초기 가열 장치로 사용하는 경우의 작용상태를 나타낸 구성도로서, 질소 배출용 덕트(21)의 일단에 부착되어 있는 연소용 공기 공급관(40)의 차단밸브(41)를 이용하여 질소 공급 덕트(20)와 배출용 덕트(21)에 연소용 공기를 공급되도록 함으로써, 이 연소용 공기는 턴디쉬 커버와의 연결부에 설치된 각 덕트(20)(21)의 연료노즐(20')(21')에서 분사되어지는 연료와 혼합되어 연소화염을 생성시켜 턴디쉬(1)를 가열하게 되며, 이때 발생되는 연소 배가스는 배기구(24)를 통하여 턴디쉬의 외부로 방출되어진다.

이와같이 회전축열기(30)와 질소 공급 덕트(20) 및 질소 배출용 덕트(21)를 주요 구성요소로 함으로써, 하나의 장치로 턴디쉬에 대한 초기 가열과 주조 대기시 무산화 보열 기능을 동시에 가질수 있도록 하여 연연주 턴디쉬에 대한 조업성이 대폭적으로 향상되는 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 회전 축열식 질소 가열 장치의 구성과 더불어 질소,연소용 공기 그리고 연소 배가스의 흐름을 나타낸 개요도로서, 턴디쉬에 공급되는 질소(N)가스는 고압 질소 노즐(23)에서 분사되는 고압질소의 운동량에 의해 턴디쉬와 회전축열기(30)에 구비된 축열체(31)를 연속적으로 순환하게 된다.

즉, 고압질소의 운동량은 에덕터 형태의 질소노즐(23)에 의하여 저압질소에 전달되며, 상기 회전축열기(30)에는 3개의 축열체(31)가 설치되어 회전축열기(30)와 함께 회전되므로, 하나의 축열체(31)는 회전축열기(30)가 그 중심축을 기점으로 회전하는 동안 위치가 변동되어 진다.

상기 작용에 의해 하나의 축열체(31)가 먼저 순환질소의 통로 역할을 한 후 연소용 공기의 통로가 되는 위치에 오게 되며, 그 다음에는 연소배가스의 통로가 되는 것이다.

상기 축열체(31)가 순환 질소(N)의 통로에 있을 때는 질소에 대하여 열을 전달 함으로서 질소를 가열하는 역할을 하게 되며, 이때 축열체(31)는 자체 보유열을 방출시키되 연소용 공기(25)의 통로에 위치하게 될 때에는 여분의 보유열을 연소용 공기에 전달하게 되는 것이다.

축열체(31)에 공급되는 연소용 공기는 상온이기 때문에 축열체가 보유하고 있는 열은 거의 연소용 공기(25)에 의하여 회수되어 진다. 축열체로부터 열을 회수하여 고온이 된 연소용 공기(25)를 이용하여 연료가스(26)를 연소 시킴으로서 고온의 연소가스를 생성 시킨후 이를 축열체를 통과시킴으로서 축열체는 다시 고온으로 가열되어 질소(N)를 가열할 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 작용은 질소 순환 덕트와 연소용 공기 공급 덕트 그리고 연소 가스용 덕트를 고정해 두고 회전 축열체 본체만을 일정한 주기로 120도씩 회전 시킴으로서 이루어질 수 있으며, 최종적으로 배출되는 연소 배기가스(27)의 온도를 충분히 낮게 할 수 있다.

본 발명의 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치는 회전 축열기를 이용한 질소 가열 방식으로 턴디쉬의 초기 및 대기상태에서 적정온도를 유지되게 하여 종래의 질소 가열 방식과 같이 2개의 가열장치를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라 교대적인 작동이 없어지기 때문에 질소를 연속적으로 턴디쉬 내부에 주입할 수 있고, 따라서 턴디쉬 내부의 질소가스 압력 변동 등과 같은 외부 공기의 침입 요인이 제거되어 보다 안정적인 무산화 분위기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 연소 배가스의 온도를 낮게 함으로서 폐열의 회수가 가능하며 일회 사용한 질소의 재사용이 가능하다는 여러 가지 장점도 있다.

도 1은 일반적인 턴디쉬를 예열하기 위한 직화 가열식 버너가 적용된 히터의 구성도,

도 2는 종래의 연연주 턴디쉬용 무산화 보열장치의 개략적인 구성도,

도 3a는 본 발명에 의한 연연주 턴디쉬용 가열장치의 구성과 보열기능 수행시 그 작용상태를 나타낸 구성도,

도 3b는 본 발명에 의한 연연주 턴디쉬용 가열장치를 턴디쉬의 초기 가열 장치로 사용하는 경우의 작용상태를 나타낸 구성도,

도 4는 본 발명의 회전 축열기의 구성 및 공기와 질소의 흐름도를 나타낸 개요도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 턴디쉬 2 : 노즐

3 : 커버 20 : 질소공급 덕트

21 : 질소배출용 덕트 20', 21' : 연료노즐

23 : 질소노즐 24 : 배기구

25 : 연소용 공기 26 : 연료가스

30 : 회전축열기 31 : 축열체

40 : 공기공급관 41 : 차단밸브

N : 질소

Claims (1)

1. 턴디쉬 커버(3)의 상부에 각각 설치된 질소 공급용 덕트(20)와 질소 배출용 덕트(21)가 3개의 축열체(31)를 구비한 회전축열기(30)의 어느 하나에 연결되어 폐순환 회로를 이루어, 상기 축열체(31)에 의해 질소가스가 가열되고, 가열된 질소가스는 상기 턴디쉬(1) 내부에 분사되어 보열기능을 수행하게 되며, 상기 턴디쉬(1) 내의 일부 질소는 상기 턴디쉬 커버(3)의 상부 일측에 설치된 배기구(24)를 통해 배출되는 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치에 있어서,

   상기 질소 배출용 덕트(21)의 일단에는 차단밸브(41)가 설치된 연소용 공기 공급관(40)을 더 연결하여, 상기 질소 공급 덕트(20)와 배출용 덕트(21)에 연소용 공기를 공급시키고, 상기 연소용 공기는 턴디쉬 커버와의 연결부에 설치된 각 덕트(20, 21)의 연료노즐(20', 21')에서 분사되는 연료와 혼합시켜 연소화염을 생성시킴으로써 상기 턴디쉬(1)의 초기 가열을 이루며, 상기 가열과정에서 발생된 연소 배가스는 상기 배기구(24)를 통하여 턴디쉬의 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 무산화 보열 기능을 가진 연속주조용 열간재사용 턴디쉬의 가열장치.