KR100500137B1 - 열풍로 개보수를 위한 강제 휴지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열풍로의 냉각시간을 최소화하기 위하여 열풍로 연와의 물리적 특성을 고려한 열풍로 개보수를 위한 강제 휴지방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 열풍로 개보수를 위한 강제휴지방법은 상기 열풍로의 온도가 섭씨 600도 내지 섭씨 1000도의 범위에서는 강제로 냉각용 공기를 투입하여 매일 섭씨 100도씩 4일간 냉각시키는 강제 냉각단계; 상기 열풍로의 온도가 섭씨 250도 내지 섭씨 600도의 범위에서는 매일 섭씨 50도씩 7일간 냉각시키는 수축단계; 및 상기 열풍로의 온도가 섭씨 50도 내지 섭씨 250도의 범위에서는 매일 섭씨 14도씩 14일간 냉각시키는 수축단계를 포함한다.

Description

열풍로 개보수를 위한 강제 휴지 방법{Method for Repairing of Hot Stove}

본 발명은 고로에 사용되는 열풍로의 개보수를 위해 열풍로를 휴지(休止)시키는 방법에 관한 것으로서, 특히 열풍로의 냉각시간을 최소화하기 위하여 열풍로의연와의 물리적 특성을 고려한 열풍로 개보수를 위한 강제 휴지방법에 관한 것이다.

일반적으로 열풍로 설비의 내부는 부위별로 다른 여러 종류의 내화물로 구성되고, 이러한 내화물은 대략적으로 고온부의 실리카 연와 60%와 알루미나 연와 30%, 기타 점토연와 10%로 구성된다.

이들 연와의 물리적 성질로서 열팽창율은 <그래프1>에서와 같이 알루미나계와 점토연와는 대부분 온도구간에 대하여 온도와 비례하여 열팽창한다. 이에 비하여 실리카 연와는 섭씨 400도 정도까지는 온도와 비례하여 열팽창이 발생하지만, 섭씨 600도 이상의 온도범위에서는 거의 열팽창이 되지 않는다. 따라서, 주로 알루니마계의 연와와 점토연와는 주로 저온부에 배치하고, 실리카계 연와는 고온부에 배치하여 단열을 실시한다. 이러한 실리카계 연와의 특성은 변태점을 중심으로 표현된 <표1>에도 잘 나타나 있다.

<그래프1> 온도에 따른 열팽창율

성분	변태	온도(℃)	결정형	밀도	팽창율
Tridymite	α↔β	117	사방↔육방	2.26~2.3	0.07%
	α↔β	163			0.07%
Cristobalite	α↔β	220~275	사방↔축등	2.32~2.21	0.9%
석영	α↔β	573	삼방편육면체↔육방편사면체	2.65~2.52	0.3%

<표1> 실리카 연와의 팽창 변태점

또한, 실리카계 연와는 변태점이 섭씨 600도 이하의 범위에 있으므로 작업시에는 섭씨 600도 이상의 온도를 유지해야하고, 승온이나 냉각시 변태점의 영역에서 엄격히 관리해야 한다.

그러나 지금까지 열풍로 보수를 위한 냉각관리시 조업중 사용온도(섭씨 1350도)에서 종래에는 맹판만을 설치하여 외부공기 차단 후 열풍로의 외부에 부착된 철피에 의해 방산되는 자연 방산열만을 이용하여 상온까지 냉각함에 따라 60일 내지 90일 이 소요되는 장기간에 걸쳐 냉각시키는 문제점이 있었다.

또한, 적정한 시기에 개보수의 종료시간을 맞추지 못하여 조기 고로조업을 하지 못하는 등의 문제점이 다수 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 열풍로 개보수를 위한 강제휴지방법은 변태점대에서의 냉각의 완급을 조절하고, 내화물의 특성을 고려하여 냉각을 실시함으로써 자연냉각과 동일한 냉각효과를 얻고, 냉각소요기간을 단축시키며, 연와의 손상을 방지할 수 있는 열풍로 개보수를 위한 강제휴지방법을 제공하는데 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 열풍로 개보수를 위한 강제휴지방법은 열풍로 개보수를 위한 휴지방법에 있어서, 상기 열풍로의 온도가 섭씨 600도 내지 섭씨 1000도의 범위에서는 강제로 냉각용 공기를 투입하여 매일 섭씨 100도씩 4일간 냉각시키는 강제 냉각단계; 상기 열풍로의 온도가 섭씨 250도 내지 섭씨 600도의 범위에서는 매일 섭씨 50도씩 7일간 냉각시키는 수축단계; 및 상기 열풍로의 온도가 섭씨 50도 내지 섭씨 250도의 범위에서는 매일 섭씨 14도씩 14일간 냉각시키는 흡수단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 강제 냉각단계에 투입되는 공기량은 하기 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 따른 열풍로 개보수를 위한 강제휴지방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 열풍로 개보수를 위한 강제휴지방법은 냉각기를 강제 냉각단계, 수축단계, 흡수단계를 갖도록 한다.

각 단계를 구분하는 기준은 상기 <표1>에 나타낸 실리카 연와의 결정상태가 변하는 온도범위를 기준으로 한다. 또한, 각 구간내에서도 내화물의 열충격을 줄이기 위해 균일하게 열풍로가 냉각되도록 일일 최대 냉각온도와 시간당 최대 냉각온도 및 열풍로의 상하부의 온도편차를 일정범위내에서 유지하도록 한다.

강제 냉각단계는 열풍로의 상부에 구비된 열전대(19)를 이용하여 측정한 돔의 온도가 섭씨 600도 내지 1000도의 범위일 때 행하고, 외부에서 강제로 냉각용 공기를 투입하여 매일 섭씨 100도 정도씩 4일간 냉각시킨다. 또한, 냉각속도는 시간당 최대 섭씨 10도가 넘지 않도록 하며, 연소실의 상하 온도차도 섭씨 50도 이내를 유지하도록 한다.

수축단계는 측정한 온도값이 섭씨 250도 내지 600도의 범위에서 행하도록 하하며, 7일간 매일 약 섭씨 50도씩 냉각시킨다. 이때에는 시간당 냉각속도를 섭씨 3도씨 이내를 유지하도록 하며, 연소실 상하부의 온도차는 섭씨 10도 이내가 되도록 한다.

흡수단계는 열풍로 상부의 온도가 섭씨 50도 내지 섭씨 250도를 가질때 행하고, 매일 섭씨 14도씩 14일간 냉각 시킨다. 이때의 냉각속도는 시간당 섭씨 2도씨 이내가 되도록 한다.

이를 그래프로 표현하면 다음의 <그래프2>과 같다.

<그래프 2> 냉각 일수에 따른 냉각량

이때 각 단계 별로 투입되는 공기량은 다음의 식(1)에 의해 시간당 투입되는 공기량이 산출되고, 산출된 냉각 공기량이 냉각속도 조절밸브(42)를 통하여 투입된다.

식(1):

여기서 일일 냉각 온도(ΔT)는 열풍로 중앙의 온도와 상온의 산술평균으로써, 열풍로 중앙의 온도와 상온을 비교하였을 때, 상온은 무시할 수 있을 정도로 적기 때문에 일일 냉각 온도를 반으로 나눈 값을 선택하도록 한다.

또한, 분모의 '24'는 일일 냉각 온도를 시간으로 환산하기 위한 것이고, '풍온차'는 방산구를 통하여 방산되는 온도를 나타낸다.

강제 냉각단계, 수축단계, 흡수단계는 총 25일에 걸쳐서 실행되어 종래의 열풍로 냉각을 위해 소요되던 60일 내지 90일에 비하여 현저히 감축시킬 수 있게된다.

한편, 통상적으로 사용되는 열풍로를 기준으로, 열풍로 1기당 내화물의 중량은 4,430 ton, 열풍로의 내화물의 비열을 0.27 Kcal/Kg·℃, 공기의 비열 0.309 Kcal/Kg·℃, 공기의 실공급온도 섭씨 50도로 하여, 상기 식(1)을 이용하여 각각의 값을 조절하여 실험한 값은 표3과 같다.

Dome온도(℃)	나. 풍온차 (℃)(Dome 온도 방산온도)	다. 냉각속도(℃/일)	라. 냉각량(N㎥/Hr)
1000	150	100	6597
800	125	100	8400
600	100	50	5781
500	100	50	7365
400	75	50	9269
300	50	50	12503
208	25	14	5086
180	20	14	6021
166	20	14	6781
138	10	14	8093
124	10	14	9527
110	10	14	11580
82	0	14	16014
68	0	14	22808

<표3> 냉각속도별 시간당 냉각공기 투입량

상기와 같은 본 발명의 열풍로 개보수를 위한 강제 휴지방법은 다음과 같은 물리적인 구성요소를 기반으로 하여 구현된다.

도1에서와 같이, 우선 연돌(16), 고로(18), 버너팬(14) 등과 연결되는 부분에 맹판(17)을 설치하여 연소실(12)에 공급하는 가스를 차단하고 외부 혼입 공기를 막아 국부적 냉각에 의한 연와의 크랙을 방지하도록 한다.

버너팬(14)과 축열실(11) 하부를 연결하는 냉각용 공기투입관(15)을 설치하며 축열실(11) 단부에에 다수의 노즐부(A)를 구비한다. 이는 도2에 상세히 도시되는데, 냉각공기 공급배관(21)의 방향과 수직하게 지관(22)의 단부를 연결하고, 각각의 지관(22)에 수직하게 노즐(23)을 형성하며, 지관(22)의 반대쪽 단부에도 노즐(23)을 형성한다. 이때, 노즐(23)은 소정의 상향 각도록 가지도록 하여 공급된 냉각용 공기가 상부로 원활하게 공급되도록 한다. 여기서 노즐(23)의 설치각도(α)는 바람직하게는 25도 내지 30도가 되도록 한다.

연소실(12)의 측부에는 연소실 방산관(C)이 구비된다. 도 4에 상세히 도시된 연소실 방산관은 연소실 방산구(41), 냉각속도 조절밸브(42), 개폐댐퍼(43) 및 연소실 방산관의 자체 냉각을 위한 워터 스프레이(44)가 구비된다.

연소실(12)과 연결된 혼냉실(13)의 상부(B)에는,도 3에 도시된 바와 같이, 혼냉실 방산구(31)가 구비된다. 혼냉실 방산구(31)에는 자체 냉각을 위해 워터자켓(32)이 구비되고, 워터자켓(32)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급밸브(33)와 넘치는 냉각수를 배출하기 위한 오버플로우 밸브(34)가 구비된다.

노즐부를 통하여 투입되는 냉각용 공기는 축열실(11), 연소실(12), 혼냉실(13)을 통과하면서 열풍로 내부 잔열을 흡수한 후, 혼냉실 방산구(31)와 연소실 방산구(41)로 배출된다. 또한 강제 냉각단계에서 냉각속도를 제어하기 위하여 냉각속도 조절밸브(42)를 이용하여 투입되는 냉각 공기의 양을 가감하여 열풍로의 냉각속도를 유지한다. 이때 혼냉실 방산구(31)는 축열실(11)과 연소실(12)의 상부 온도가 섭씨 100도 이하에서 개방되도록 하여, 내화물의 변태점 이하에서 혼냉실 냉각용으로 사용한다.

분사된 냉각 공기는 도1의 축열실(11)과 연소실(12)통과하는 동안 열전대(19)에 의해서 온도가 측정되며, 측정된 온도와 <표3>의 값을 비교하여 냉각속도 제어밸브(42)를 개폐하여 냉각 속도를 제어한다.

즉, 냉각 공기의 유량을 제어하다가 <표3>의 시간대별 냉각속도와 열전대의 측온값을 비교하여 편차가 발생하면, 냉각속도가 빠를 경우는 냉각속도 제어밸브(42)를 폐쇄시켜서 방산량을 줄임으로써 냉각 공기의 유량을 적게하여 축열실과 연소실의 냉각속도를 지연시키고, 냉각속도가 늦을 경우는 냉각속도 제어밸브(42)를 오픈시켜서 방산량을 늘림으로써 냉각 공기의 유량을 증가시켜 축열실과 연소실의 냉각속도를 빠르게 진행시킨다.

상기와 같은 구성과 작용을 갖는 본 발명의 열풍로 개보수를 위한 강제휴지방법은 다음과 같은 효과가 있다.

종래의 냉각기간을 단축함에 따라 생산성 향상에 기여하고, 조업중에도 열풍로 설비에 이상이 발생할 경우 강제냉각 기술을 이용하여 수시로 개보수 작업이 가능하게 하여 열풍로의 수명을 늘일 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 열풍로 설비의 개략도.

도2는 도1의 노즐부(A)의 상세도.

도3은 도1의 혼냉실 방산구(B)의 상세도.

도4는 도1의 연소실 방산구(C)의 상세도.

※ 도면의 주요 부호에 대한 설명 ※

11 : 축열실 12 : 연소실

13 : 혼냉실 14 : 버너팬

15 : 냉각관 16 : 연돌

17 : 맹판 18 : 고로

19 : 열전대 21 : 배관

22 : 지관 23 : 노즐

31 : 혼냉실 방산구 32 : 워터자켓

41 : 연소실 방산구 42 : 냉각속도 제어밸브

43 : 개폐댐퍼 44 : 워터 스프레이

Claims (2)

1. 열풍로 개보수를 위한 휴지방법에 있어서,

   상기 열풍로의 온도가 섭씨 600도 내지 섭씨 1000도의 범위에서는 강제로 냉각용 공기를 투입하여 매일 섭씨 100도씩 4일간 냉각시키는 강제 냉각단계;

   상기 열풍로의 온도가 섭씨 250도 내지 섭씨 600도의 범위에서는 매일 섭씨 50도씩 7일간 냉각시키는 수축단계; 및

   상기 열풍로의 온도가 섭씨 50도 내지 섭씨 250도의 범위에서는 매일 섭씨 14도씩 14일간 냉각시키는 흡수단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열풍로 개보수를 위한 강제 휴지방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 강제 냉각단계에 투입되는 공기량은 하기 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 열풍로 개보수를 위한 강제 휴지방법.