KR100561064B1 - 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 주조 래들의 건조 및 가열용 버너에 일정길이의 노즐을 설치하여 래들을 승온시키므로서 버너의 화염이 래들의 바닥에 까지 고르게 도달하여 래들 온도분포의 균일화 및 이에 의한 내화물의 스폴링 현상의 억제 그리고 연료의 완전 연소가 되도록 한 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열장치를 제공함에 있다.

이에 본 발명은 래들 상부에 씌워지는 래들커버와, 커버 중앙에 설치된 버너, 버너로 코크스 오븐 가스와 공기를 공급하기 위한 연료공급관과 공기공급관을 포함하는 래들 건조장치에 있어서, 상기 버너의 화염가이드에 파이프형태로 된 일정길이의 노즐이 더욱 설치된 것을 특징으로 하는 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열 장치를 제공한다.

커버, 화염가이드, 노즐

Description

스테인레스 주조용 래들의 균일 가열 장치{Device for heating ladle uniformly}

도 1은 일반적으로 스테일레스 주조용 래들과 래들을 가열하기 위한 버너를 도시한 개략적인 도면,

도 2는 본 발명에 따른 래들 가열장치가 래들에 설치된 상태를 도시한 단면도,

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 래들 가열장치의 노즐을 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 래들 가열장치에 의해 가열된 소수리용 래들에서의 온도분포를 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 래들 가열장치에 의해 가열된 중수리용 래들에서의 온도분포를 나타낸 그래프,

도 6은 종래기술에 따른 소수리 래들의 가열시간에 따른 래들의 온도분포를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 노즐

본 발명은 스테인리스 주조용 래들의 내부를 가열하기 위한 가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 래들의 버너 종단부에 각종 형태의 노즐을 부착하여 래들 버너의 화염이 래들의 바닥까지 도달하여 래들이 균일하게 가열되도록 하는 래들의 균일 가열장치에 관한 것이다.

스테인레스 주조 래들은 고온(1500℃이상)의 용탕을 담는 용기로 내부는 주로 정형내화물로 축조되어 있고 외부는 철판으로 구성되어 있다. 일반 제강공장에서 사용하는 래들은 최근 축조로 인한 시공상의 문제점 및 경제적인 이유로 인하여 래들의 내부를 캐스타블 등의 부정형내화물로의 적용이 확대되고 있으며, 래들의 내부에 내화물을 시공한 후 건조 및 가열과정을 거쳐 부정형내화물에 포함된 다량의 결정수 및 흡착수 등을 제거해야 되기 때문에 통상 36∼65시간 동안 1000℃ 정도로 가열하게 된다.

그러나 스테인레스 주조 래들의 내부는 주로 정형내화물로 시공되어 있고 일반 제강의 래들의 용량 (300톤)보다 그 용량이 100톤 정도로 작기 때문에 일반 제강의 래들 가열 시간에 비하여 짧은 18∼30시간 정도로 래들을 가열하게 된다.

또한 래들에 고온의 용탕을 받기 전에 래들 온도를 일정 온도 이상으로 가열하지 않으면 고온의 용탕이 비산하거나 응고되는 등의 문제점을 일으키게 되므로 일반 제강의 래들은 통상 1000℃ 정도로 건조 및 가열하여 사용하나, 스테인레스 주조 래들은 일반 제강의 래들의 가열온도보다 200℃ 정도 높은 1200℃ 정도로 가열하여 사용하고 있다.

도 1은 일반적으로 스테인레스 제강공장에서 사용되는 주조 래들과 버너의 형상을 나타낸 개략도이다.

상기한 도면에 의하면, 래들(1)의 건조는 래들 상부에 씌워지는 래들커버(2)에 설치된 버너(3)에 의해 이루어지는 데, 연료공급관(4)으로 공급되는 코크스 오븐 가스와 공기공급관(5)으로 공급되는 공기가 혼합되어 래들 커버에 부착된 버너에서 연소되고, 연소된 화염은 화염가이드(6)에 의하여 래들 내부로 흐르게 된다.

여기서 스테인레스 제강공장에서 사용하고 있는 주조 래들의 내부 벽면은 주로 정형내화물로 그리고 바닥의 일부에는 부정형내화물로 시공되어 있다.

이와 같이 정형 및 부정형 내화물로 시공된 주조 래들은 기준열전대가 없이보통 1200℃까지 소정의 승온 패턴에 의하여 가열하게 된다.

그러나 주조 래들의 건조 및 가열을 위하여 소정의 승온 과정으로 래들 내부를 가열하여도 종래의 버너에 의하여 가열할 경우 버너에서 형성된 화염이 래들 바닥까지 충분하게 도달하지 못하고 주로 래들 상부만을 급속하게 가열하여 래들의 불균일한 가열 및 이에 의한 내화물에 스폴링 현상을 일으킬 뿐 아니라, 연료의 완전연소가 일어나지 않아 연료소모량이 많고 에너지 손실 및 대기환경의 문제를 일으키기도 한다.

즉, 래들의 건조는 스테인레스 제강공장에서 사용된 커버에 부착된 버너를 이용하는 데, 버너의 화염이 래들의 바닥까지 충분히 도달하지 못해 래들의 불균일한 가열 및 급속한 가열에 의한 내화물의 스폴링 현상을 일으킬 뿐 아니라, 버너에서 형성된 화염이 완전연소를 일으키지 못하여 연료가 다량으로 소모되어 에너지손 실 및 대기 중으로의 오염물질 배출 등의 문제점이 있는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 주조 래들의 건조 및 가열용 버너에 일정길이의 노즐을 설치하여 래들을 승온시키므로서 버너의 화염이 래들의 바닥에 까지 고르게 도달하여 래들 온도분포의 균일화 및 이에 의한 내화물의 스폴링 현상의 억제 그리고 연료의 완전 연소가 되도록 한 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 연료사용량을 감소시켜 원가절감이 가능하도록 한 스테인레스 주조 래들의 균일 가열장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 래들 커버의 중앙부에 설치되고 연료공급관와 공기공급관으로 구성된 주조 래들의 건조 및 가열을 위한 버너에 있어서, 상기 버너의 화염가이드에 다양한 형태의 노즐을 부착시켜 화염을 래들 바닥까지 다다를 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적으로 스테일레스 주조용 래들과 래들을 가열하기 위한 버너를 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 래들 가열장치가 래들에 설치된 상태를 도시한 단면도이며, 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 래들 가열장치의 노즐을 도시한 도면이다.

상기한 도면에 의하면, 본 발명은 래들(1)의 커버(2) 내측에 설치되는 버너(3)의 화염가이드(6)에 일정길이를 갖는 화염 분사용 노즐(20)이 장착된 구조로 되어 있다.

상기 노즐(20)은 파이프형태를 이루며, 상단에는 외측으로 플랜지(21)가 일체로 형성되고, 플랜지를 따라 보울트체결홀이 형성되어 버너의 화염가이드에 보올트결합된다.

노즐은 도 3a에서와 같이 상단과 하단이 동일한 직경을 갖는 구조일 수 있고, 도 3b에서 도시된 바와 같이 하단으로 갈수록 직경이 줄어드는 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 노즐(20)의 외측면에는 화염을 관찰할 수 있도록 관찰구멍(22)이 형성된다. 관찰구멍은 노즐의 외주면을 따라 일정간격으로 배열되며, 60도 간격으로 6개 정도가 형성됨이 바람직하다.

한편, 노즐(20)의 재질을 살펴보면, 노즐은 래들을 1000℃ 정도로 가열하는 일반 제강공장에서 사용 가능한 니켈/크롬강, 니켈/코발트강 등의 내열합금강은 사용할 수 없으며, 그 대신에 가열로의 스키드 레일에 사용되는 코발트 (Co) 함량이 38∼42중량%가 첨가되는 코발트/크롬 (25∼32중량%)/니켈 (15∼25중량%) 재질의 내열합금강, 그리고 고온에서 강도와 인성이 우수한 질화규소, 사이알론 및 탄화규소계의 세라믹 재질로 제작하는 것이 바람직하나, 노즐 제작의 경제성 및 노즐 설치의 용이성 등을 고려하면 코발트/크롬/니켈계의 합금강이 유효하다.

이하, 종래의 주조 래들 가열용의 버너와 본 발명에 따른 노즐을 사용한 작 업상황을 비교하여 본 발명 스테인레스 주조 래들의 균일 가열 방법 및 그의 장치에 대하여 보다 상세히 설명한다.

[비교예 1]

먼저 종래의 래들용 버너로 래들의 내부를 승온하여 가열하였다.

승온시 사용한 연소조건은 조업자에 의하여 일반적으로 사용되는 조건으로, 공기 유량은 일정하게 고정시켜 두고 COG 개도율은 가열시작에 30% 그리고 8시간 후에 최대 60%로 열어서 래들을 가열시키고 있다. 승온시 래들 내부의 각각의 위치에서 온도를 측정하기 위하여 버너의 중심에서 200mm 위치인 래들 중앙의 상부로부터 그 아래방향으로 1050mm 간격으로 4개(11, 21, 31 및 41) 및 래들 벽면의 상부로부터 아래방향으로 1050mm 간격으로 4개씩(51, 61, 71, 81) 총 8개의 열전대를 설치하여 10분 간격으로 각 부분의 온도를 측정하였다.

이와 같이 기존 버너에 의하여 소수리 주조 래들의 14시간 동안 내부온도를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에서 알 수 있듯이 일반 제강공장의 래들과는 다르게 래들 바닥의 온도 (열전대 41 및 81)가 상부의 온도 (열전대 11 및 41)가 높았는데, 이러한 현상은 일반 제강공장의 래들 (버너 용량 : 보통 200∼220만kcal/h)에 비하여 작은 용량임에도 불구하고, 스테인레스 제강공장의 큰 버너 용량 (300만kcal/h)에 기인된 것이다. 가열초기부터 COG의 유량을 인위적으로 조작하여 래들 내부의 분위기온도가 급격하게 상승됨을 알 수 있었다. 또한 래들 커버에 기준온도계가 설치되지 않아 조업자가 표준조업을 할 수 없으며, 래들이 적절한 기준온도로 가열이 되었는지 확인 하는 것이 불가능하였다.

이와같이 과다한 버너 용량으로 인하여 래들의 가열시 다량의 에너지가 낭비되고 있으며, 래들의 급격한 가열에 의하여 래들 내부에 시공된 정형내화물의 스폴링현상 및 이부 시공된 부정형내화물의 붕괴를 일으키기도 한다.

[발명예 1]

래들용 버너의 화염가이드(6)에 내경 220, 두께 12 및 길이 945mm인 내열합금강 재질의 노즐(20)을 부착시켜 소수리한 주조 래들(1)의 내부를 승온하여 가열하였다.

승온시 사용한 연소조건은 비교예 1과 다르게 가열초기에 COG 개도율을 20%, 1시간 30분 후에 30% 그리고 7시간 후에 50%로 조절하여 래들을 가열하였으며, 동일한 위치의 온도를 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에서 알 수 있듯이 COG 개도율을 가열 초기에 20%로 함으로서 래들은 급격하게 가열되지 않으며, 노즐에 의한 온도분포에 의하면 기존 버너와 유사한 온도분로를 나타내었으나, 버너의 화염이 래들의 중심에 집중되어 가열됨을 알 수 있다. 그리고 COG 개도율을 기존 버너에 의한 60%에서 노즐에 의한 래들의 가열에서는 COG 개동율을 50%로 감소시켜도 래들을 도일한 온도이상으로 가열할 수 있었다.

이와 같이 노즐에 의하여 소수리 래들의 가열시키면 COG 개도율을 적절하게 조절함으로서 래들에 시공된 내화물의 급격한 가열을 억제하고, 버너의 화염을 래들의 중심에 집중시켜 가열함으로서 래들을 균일하게 가열시킬 수 있으며 그리고 소량의 연료로도 동일한 온도 이상으로 래들을 가열할 수 있어 상당한 양의 에너지 절감을 이룰 수 있다.

[발명예 2]

발명예 1과 같이 래들용 버너의 화염가이드(6)에 노즐(20)을 부착시켜 중수리한 주조 래들(1)의 내부를 승온하여 가열하였다.

승온시 사용한 연소조건은 가열초기에 COG 개도율을 20%, 2시간 후에 30% 그리고 약 4시간 후에 55%로 조절하여 래들을 가열하였으며, 동일한 위치의 온도를 측정하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6에서 알 수 있듯이 래들 바닥의 온도 (열전대 41 및 81)의 온도는 거의 동일한 온도로 가열되었으며, 래들 상부의 온도 (열전대 11 및 51)는 바닥보다는 다소 낮게 가열되었다. 기존 버너에 의한 중수리 래들의 가열에서는 가열 시작에 COG 개도율을 30% 그리고 3시간 후에 개도율을 60%로 조절하여 24시간 가열하게 된다. 본 발명에 의한 노즐에 의한 중수리 래들의 가열에서는 COG 개도율을 조절하여 래들을 가열함으로서 내화물의 급격한 가열 억제, 버너의 화염이 중앙에 집중됨으로서 래들의 균일가열 및 적은 COG 연료로서 기존 버너에 의한 가열기간 보다 짧은 기간에 동일한 온도 이상으로 래들을 가열할 수 있었다.

이와 같이 노즐에 의하여 소수리 래들의 가열과 동일하게 COG 개도율의 조절에 의한 래들에 시공된 내화물의 급격한 가열을 억제, 버너의 화염을 래들의 중심에 집중시켜 가열함으로서 래들의 균일 가열 그리고 소량의 연료로도 동일한 온도 이상으로 래들을 가열함에 의하여 상당한 양의 에너지 절감을 이룰 수 있었다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 스테일레스 주조용 래들의 균일 가열 방법 및 그 장치에 의하면, COG 개도율의 조절에 의한 래들에 시공된 내화물의 급격한 가열의 억제, 버너의 화염을 래들의 중앙에 집중시켜 가열함에 의한 래들의 균일 가열 그리고 소량의 연료로도 동일한 온도 이상으로 래들을 가열함에 의하여 상당한 양의 에너지 절감을 이룰 수 있었다.

Claims (6)

1. 래들 상부에 씌워지는 래들커버와, 커버 중앙에 설치된 버너, 버너로 코크스 오븐 가스와 공기를 공급하기 위한 연료공급관과 공기공급관을 포함하는 래들 건조장치에 있어서,

   상기 버너의 화염가이드에 파이프형태로 된 일정길이의 노즐이 더욱 설치되고, 상기 노즐은 외측면을 따라 일정간격으로 관찰구멍이 형성되어 내부 불꽃을 확인할 수 있도록 된 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐은 상단과 하단이 동일한 직경으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐은 하단으로 갈수록 내경이 줄어드는 구조로 된 것을 특징으로 하는 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열 장치.
4. 삭제
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐이 코발트 38∼42중량%, 크롬 25∼32중량%, 니켈 15∼25중량% 재질의 내열합금강인 것을 특징으로 하는 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열 장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐이 질화규소, 사이알론 및 탄화규소계의 세라믹 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 스테인레스 주조용 래들의 균일 가열 장치.

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