KR100776674B1 - 제철, 제강용 래들의 예열 시스템 - Google Patents

제철, 제강용 래들의 예열 시스템 Download PDF

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KR100776674B1 KR1020070006867A KR20070006867A KR100776674B1 KR 100776674 B1 KR100776674 B1 KR 100776674B1 KR 1020070006867 A KR1020070006867 A KR 1020070006867A KR 20070006867 A KR20070006867 A KR 20070006867A KR 100776674 B1 KR100776674 B1 KR 100776674B1
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Abstract

본 발명은 산소를 이용한 제철, 제강용 래들의 예열 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 제철, 제강용 래들을 예열하기 위하여, 예열 버너; 상기 예열 버너로 연료 및 에어를 공급하여 화염을 점화하는 점화부; 상기 점화부에 의한 점화 이후, 미리 설정한 시간대별 온도 상승 패턴에 따라 상기 예열 버너로 연료 및 산소의 비율을 상호 가변 공급함으로써 점화된 화염을 유지하여 상기 래들을 가열하는 가열부; 상기 가열부에 의한 가열 종료 후 연료 및 산소의 공급을 차단하고 잔류 연료 및 산소를 예열 버너측으로 배출하기 위하여 질소를 공급하는 배출부; 상기 배출부에 의한 잔류 연료 및 산소의 배출 후 상기 예열 버너로 에어를 공급하여 냉각시키는 냉각부; 및 상기 예열 버너, 점화, 가열, 배출 및 냉각부와 각각 전기적으로 연결되어 상기 예열 버너의 가동, 에어, 질소, 산소 및 연료의 공급 및 차단을 각각 제어하는 제어부;를 포함하며, 가열부에 의하여 공급되는 연료 및 산소의 비율은 상기 제어부의 조작에 의하여 가변되는 것을 기술적 요지로 하여 에너지를 적게 소모하면서도 예열시간을 대폭 단축시킬 수 있음은 물론 래들의 내구성 향상에도 기여할 수 있도록 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템에 관한 것이다.
래들, 예열버너, 연료 공급부, 산소 공급부, 에어 공급부, 질소 공급부

Description

제철, 제강용 래들의 예열 시스템{Preheating system for iron or steel making ladle}
도 1은 종래 예열 시스템을 나타낸 블록 선도
도 2는 본 발명에 따른 제철, 제강용 래들의 예열 시스템을 나타낸 블록선도
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 블록선도
도 4는 본 발명에 따른 제철, 제강용 래들의 예열 시스템을 이용한 가열 운전 상태를 나타낸 그래프
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100...예열버너 200...점화부
210...점화 연료배관 220, 240...역화방지 전자밸브
230...점화 에어배관 250...레귤레이터
300...가열부 310...가열 연료배관
320, 340...역화방지기 330...가열 산소배관
350...레귤레이터 400...배출부
410...연료 배출배관 420, 440...역화방지기
430...산소 배출배관 450...레귤레이터
500...냉각부 510...냉각배관
520...역화방지기 530...레귤레이터
600..제어부 700...비상차단수단
본 발명은 산소를 이용한 제철, 제강용 래들의 예열 시스템에 관한 것으로, 제어부에 의하여 제어되며 예열 버너와 각각 연결되는 연료, 산소, 질소 및 에어 공급부를 구비한 구성을 채택하여 적은 양의 연료로써 예열시간을 대폭 줄일 수 있음은 물론, 래들의 내구성 향상에도 기여할 수 있도록 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템에 관한 것이다.
통상의 제철, 제강용 용탕 받이 그릇으로 사용되는 래들(ladle)은 내부에 내화물로 축조하여 이루어진 몸체와, 상부면에 예열 버너가 구비되어 상기 몸체를 덮는 커버로 이루어지며, 상기 예열 버너에 의하여 일정 온도, 통상 섭씨 1000도 내지 1300도까지 예열시키게 된다.
한편, 제철, 제강용의 턴디쉬(tundish)는 제철, 제강공정에서 상기 래들로부터 용탕을 공급받아 다음 공정으로 운반하거나 금형 내로 용강을 주입하는 용기로, 상기 래들에 사용되는 예열 버너를 복수개 구비한 것이다.
여기서, 상기 예열 버너에 의한 래들 또는 턴디쉬의 예열을 위하여 연료 및 공기를 혼합 주입하여 점화후 가열하는 방식을 사용하게 되는데, 통상 예열을 위한 연료 및 공기 주입의 제어 방법은 가열온도가 목표값에 도달할 때까지 연료공급밸 브를 완전 개방시켜 공기와 함께 주입시키는 방법을 써왔다.
그러나, 종래의 이와 같은 방법에서는 래들 또는 턴디쉬 내부의 내화물에 부담을 주게 되면서 상기 내화물의 잦은 교체 및 수리가 필요하게 되는 문제점이 있을 뿐 아니라, 연료를 필요 이상으로 과소비하게 되면서도 가열온도의 목표값에 이르기까지 거의 하루가 소요될 정도로 가열시간이 소요됨은 물론 제철, 제강시 생산 원가만 대폭 상승하게 되는 문제점 또한 발생하게 되었다.
상기와 같은 관점에서 래들 또는 턴디쉬의 예열 효율을 높이기 위한 예열 시스템 및 예열 방법에 대하여 많은 기술이 널리 공지되어 있으며, 상기 예열 버너를 포함하는 예열 시스템과 같은 것에 대한민국 공개특허 제10-2004-55899호의 "턴디쉬 예열방법"(이하 '선행기술')과 같은 것을 들 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 선행기술은 턴디쉬(10)를 예열하기 위한 장치에 있어서, 턴디쉬몸체(11) 상부의 커버(12)에 복수개의 버너(2a, 2b)를 장착하고 상기 버너(2a, 2b)의 각 노즐(미도시)로 공급되는 공기와 연료를 점화시킴으로 상기 턴디쉬(10)를 예열함과 동시에 예열시 발생되는 배기가스를 외부로 배출하게 되는 구성이다.
여기서, 상기 버너(2a, 2b)에는 송풍팬(4) 가동시 공기가 공급되는 공기공급라인(6)이 연결되고, 배기팬(5) 가동시 배기가스가 배출되는 가스배출라인(7)과 연료가스가 공급되며 제어기(20)에 의하여 개폐 작동하는 제1, 2연료 절환밸브(8a, 8b)가 구비된 연료공급라인(8) 등과 연결되어 있다.
이때, 상기 각 라인(6, 7, 8)에는 상기 송풍팬(4) 및 배기팬(5)을 연소/배기 모드에 따라 가동시키는 상기 제어기(20)에 의하여 개폐 작동하는 밸브부재(6a, 6b, 7a, 7b)가 설치되어 있다.
도 1에서 미설명 부호로 13a, 3b는 배기가스 폐열을 회수하여 회수된 폐열로 연소용 공기를 가열시키는 축열기를 나타낸다.
따라서, 상기와 같은 구성의 장치를 제어기(20)의 제어조작에 의하여 연소/배기 모드의 주기를 가변 절환하면서 턴디쉬(10)를 예열하게 되는 것이다.
그러나, 상기 선행기술은 완전개방된 상태에서 예열을 진행하는 종래의 방법에 비하여 상기 가스절환밸브(7a, 7b)를 공기절환밸브(6a, 6b)와 함께 적절히 개폐 조작함으로써 연료의 과소비는 어느 정도 줄일 수 있으나, 여전히 공급되는 공기로 인하여 연소 효율의 향상을 기대할 수 없는 한계가 있다.
즉, 상기 선행기술은 공급되는 공기 중 연소에 직접 영향을 미치는 요인인 21%의 산소를 제외한 나머지 79%의 질소가 연소를 저해하고 열전달 효율을 저하시키는 주요인으로 작용하게 되며, 가열온도의 목표값에 도달하는데에도 장시간이 소요됨은 물론 불완전연소에 의한 연료 소모량 증대 또한 피할 수 없는 치명적인 문제점에 직면하게 되는 것이다.
이에 따라, 인위적으로 연소 중 산소를 첨가하여 연소효율 향상을 도모할 수도 있으나, 역화시 배관 내 잔류 산소 및 연료의 폭발 위험이 있으므로 산소의 안정적인 공급이 이루어지면서도 연소 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 예열 시스템의 개발이 절실하다고 하겠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 적은 양의 연료와 함께 에너지 소비량을 대폭 줄이면서도 예열시간의 단축이 가능함은 물론, 제철, 제강용 래들의 내구성 향상에도 기여할 수 있도록 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제철, 제강용의 래들 내부를 예열하는 예열 시스템에 있어서, 예열 버너; 상기 예열 버너로 연료 및 에어를 공급하여 화염을 점화하는 점화부; 상기 점화부에 의한 점화 이후, 미리 설정한 시간대별 온도 상승 패턴에 따라 상기 예열 버너로 연료 및 산소의 비율을 상호 가변 공급함으로써 점화된 화염을 유지하여 상기 래들을 가열하는 가열부; 상기 가열부에 의한 가열 종료 후 연료 및 산소의 공급을 차단하고 잔류 연료 및 산소를 예열 버너측으로 배출하기 위하여 질소를 공급하는 배출부; 상기 배출부에 의한 잔류 연료 및 산소의 배출 후 상기 예열 버너로 에어를 공급하여 냉각시키는 냉각부; 및 상기 예열 버너, 점화, 가열, 배출 및 냉각부와 각각 전기적으로 연결되어 상기 예열 버너의 가동, 에어, 질소, 산소 및 연료의 공급 및 차단을 각각 제어하는 제어부;를 포함하며, 가열부에 의하여 공급되는 연료 및 산소의 비율은 상기 제어부의 조작에 의하여 가변되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 제철, 제강용 래들의 예열 시스템을 나타낸 블록선도 로서, 본 발명은 크게 예열 버너(100), 점화부(200), 가열부(300), 배출부(400), 냉각부(500) 및 제어부(600)로 이루어진 구성임을 알 수 있다.
여기서, 상기 제어부(600)는 상기 예열 버너(100) 및 각 부(200, 300, 400, 500)와 각각 전기적으로 연결되어 상기 예열 버너(100)의 가동과 함께 상기 예열 버너(100)를 통하여 래들(L)로 에어, 질소, 산소 및 연료의 공급 및 차단을 각각 제어하는 역할을 하게 된다.
단, 후술할 바이패스 배관(314, 334) 상의 볼밸브(316, 336)는 수동 조작으로 개폐되는 것이다.
이때, 본 발명에서 사용되는 연료는 오염 물질의 배출량이 비교적 적은 액화천연가스(이하 'LNG')를 사용하며, 에어 및 질소는 압축에어 및 압축질소를 각각 사용하는 것이 바람직하다.
참고로, 도 2에서 미설명 부호 C는 전기배선으로 후술할 상기 예열 버너(100)의 점화플러그(112)를 제외한 나머지 개폐작동을 실시하는 부재, 즉 볼밸브, 역화방지기, 전자밸브, 레귤레이터, 차단밸브 및 각 컴프레서 등과 전기적으로 연결되는 결선을 나타낸 것이며, 편의상 상술한 각 부재와의 결선 상태는 생략하였다.
상기 예열 버너(100)는 화염을 점화시키고 가열하여 제철, 재강용의 래들(L, 이하 '래들') 내부를 예열하는 것으로, 크게 점화수단(110) 및 가열수단(120)으로 구성된다.
상기 점화수단(110)은 외부로부터 인가된 전원에 의하여 100,000V 내외의 고 압 방전으로 점화하는 점화플러그(112)와, 연료가 투입되는 점화 연료주입구(114) 및 에어가 투입되는 점화 에어주입구(116)로 구성된다.
그리고, 상기 가열수단(120)은 연료가 투입되는 가열 연료주입구(122) 및 산소가 투입되는 가열 산소주입구(124)로 구성된다.
여기서, 상기 점화수단(110)에 의한 점화는 상기 각 주입구(114, 116)를 통하여 연료 및 에어가 순차적으로 상기 예열 버너(100)로 투입된 다음, 점화플러그(112)에 고전압이 인가되면서 이루어지게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 점화부(200)는 상기 예열 버너(100)로 연료 및 에어를 공급하여 화염을 점화하는 역할을 하는 것으로, 크게 점화 연료배관(210), 역화방지 전자밸브(220), 점화 에어배관(230), 역류방지 전자밸브(240) 및 레귤레이터(250)로 이루어진다.
상기 점화 연료배관(210)은 상기 제어부(600)로 개폐 조작되는 복수개의 볼밸브(212)가 이격 장착되며, 상기 점화 연료주입구(114)를 통하여 연료가 상기 연료탱크(G)로부터 상기 예열 버너(100) 내부로 공급되는 유로를 구비한 것이다.
여기서, 상기 역화방지 전자밸브(220)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 점화 연료배관(210) 상의 점화 연료주입구(114)측에 장착되어 점화된 화염의 역류로 인한 상기 점화 연료배관(210) 내의 발화를 방지하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 점화 에어배관(230)은 상기 제어부(600)로 개폐 조작되는 복수개의 볼밸브(232)가 이격 장착되며, 상기 점화 에어주입구(116)를 통하여 에어가 상기 연료탱크(G)로부터 상기 예열 버너(100) 내부로 공급되는 유로를 구비한 것이 다.
여기서, 상기 역류방지 전자밸브(240)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 점화 에어배관(230) 상의 점화 에어주입구(116)측에 장착되어 점화된 화염의 역류로 인한 상기 점화 에어배관(230) 내의 발화를 방지하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 레귤레이터(250)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 점화 연료 및 에어 배관(210, 230) 상에 각각 구비된 한 쌍의 볼밸브(212, 212, 232, 232) 사이에 장착되어 일정 압력으로 연료 및 에어를 상기 예열 버너(100)로 공급하는 역할을 수행하는 것이다.
이때, 상기 볼밸브(212, 232)는 상기 점화 연료 및 에어배관(210, 230)을 따라 복수개가 이격 장착됨으로써 각 볼밸브(212, 232) 사이의 레귤레이터(250) 등과 같은 개폐부재의 고장 발생 구간에서 유로를 차단되도록 하는 역할을 하게 되며, 이하에서 설명할 볼밸브들 또한 마찬가지이다.
또한, 상기 볼밸브(212, 232)의 유로 차단에 따라 개폐부재의 고장 수리 및 교체 작업중 계속적인 운전을 위하여 바이패스 유로 등을 구비할 수도 있으며, 이에 관하여는 후술시 상세히 설명하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 가열부(300)는 상기 점화부(200)에 의한 점화 이후, 미리 설정한 시간대별 온도 상승 패턴에 따라 상기 예열 버너(100)로 연료 및 산소의 비율을 상호 가변 공급함으로써 점화된 화염을 유지하여 상기 래들(L)을 가열하는 역할을 수행하는 것이다.
상기 가열부(300)는 크게, 메인 연료유량조절밸브(318)가 구비된 가열 연료 배관(310), 상기 가열 연료배관(310)의 역화방지기(320), 메인 산소유량조절밸브(338)가 구비된 가열 산소배관(330), 상기 가열 산소배관(330)의 역화방지기(340) 및 상기 가열 연료 및 산소 배관(310, 330)의 레귤레이터(350)로 이루어진다.
상기 가열 연료배관(310)은 상기 연료탱크(G)와 상기 가열 연료주입구(122) 를 상호 연결하는 내부 유로를 형성하는 배관으로, 상기 제어부(600)로 개폐 조작되는 복수개의 볼밸브(312)가 상기 가열 연료배관(310) 상에 이격 장착되며, 상기 가열 연료주입구(122)를 통하여 연료가 상기 연료탱크(G)로부터 상기 예열 버너(100) 내부로 공급되게 된다.
여기서, 상기 볼밸브(312) 사이에는 상기 제어부(600)로 개폐 정도를 조작받는 메인 연료유량조절밸브(318)가 구비되며, 상기 메인 연료유량조절밸브(318)에 의하여 상기 연료탱크(G)로부터 예열 버너(100)측으로 시간대에 따라 가변적인 공급량의 연료가 공급되는 것이다.
이때, 상기 역화방지기(320)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 가열 연료배관(310) 상의 가열 연료주입구(122)측에 장착되어 가열 종료후 상기 가열 연료배관(310) 내에 잔존하는 연료가 역류하는 화염과 조우하여 발화하는 것을 방지하고자 상기 가열 연료배관(310)의 유로를 차단하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 가열 산소배관(330)은 산소탱크(O)와 상기 가열 산소주입구(124)를 상호 연결하는 내부 유로를 형성하는 배관으로, 상기 제어부(600)로 개폐 조작되는 복수개의 볼밸브(332)가 상기 가열 산소배관(330) 상에 이격 장착되 며, 상기 가열 산소주입구(124)를 통하여 산소가 상기 산소탱크(O)로부터 상기 예열 버너(100) 내부로 공급되게 된다.
여기서, 상기 볼밸브(332) 사이에는 상기 제어부(600)로 개폐 정도를 조작받는 메인 산소유량조절밸브(338)가 구비되며, 상기 메인 산소유량조절밸브(338)에 의하여 상기 산소탱크(O)로부터 예열 버너(100)측으로 시간대에 따라 가변적인 공급량의 산소가 공급되는 것이다.
이때, 상기 역화방지기(340)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 가열 산소배관(330) 상의 가열 산소주입구(124)측에 장착되어 가열 종료후 상기 가열 산소배관(330) 내에 잔존하는 산소가 역류하는 화염과 조우하여 발화하는 것을 방지하고자 상기 가열 산소배관(330)의 유로를 차단하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 레귤레이터(350)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 가열 연료 및 산소 배관(310, 330) 상에 각각 구비된 한 쌍의 볼밸브(312, 312, 332, 332) 사이에 장착되어 일정 압력으로 연료 및 산소를 상기 예열 버너(100)로 공급하는 역할을 수행하는 것이다.
여기서, 상기 메인 연료 및 산소유량조절밸브(318, 338)에 의하여 공급되는 연료 및 산소의 비율은 전술한 바와 같이 상기 제어부(600)의 조작에 의하여 상호 가변 공급되게 되며, 이에 대한 상세한 설명은 본 발명에 따른 일 실시예의 설명시 기술하기로 한다.
이때, 본 발명에서는 상기 점화 연료배관(210)을 상기 가열 연료배관(310)에서 분기되어, 또한 상기 점화 에어배관(230)을 후술할 냉각배관(510)에서 분기되어 상기 예열 버너(100)의 점화 연료주입구(114) 및 점화 에어주입구(116)와 각각 연결되는 것으로 도시하고 있으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 그 역의 실시도 가능함은 물론이다.
한편, 상기 배출부(400)는 상기 가열부(300)에 의한 가열 종료 후 연료 및 산소의 공급을 차단하고 상기 가열 연료 및 산소 배관(310, 330) 내의 잔류 연료 및 산소를 예열 버너(100)측으로 배출코자 질소를 공급하는 것으로, 크게 연료 배출배관(410), 상기 연료 배출배관(410)의 역화방지기(420), 산소 배출배관(430), 상기 산소 배출배관(430)의 역화방지기(440) 및 상기 연료 및 산소 배출배관(410, 430)의 레귤레이터(450)로 이루어진다.
상기 연료 배출배관(410)은 상기 제어부(600)로 가동되는 질소 컴프레서(N)와 상기 가열 연료배관(310)을 상호 연결하는 내부 유로를 형성하는 배관으로, 상기 제어부(600)로 개폐 조작되는 복수개의 볼밸브(412)가 상기 연료 배출배관(410) 상에 이격 장착되며, 상기 질소 컴프레서(N)로부터 상기 가열 연료배관(310)의 역화방지기(320)측으로 질소가 공급되게 된다.
여기서, 상기 역화방지기(420)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 연료 배출배관(410) 상의 가열 연료배관(310)측에 장착되어 가열 종료후 상기 가열 연료배관(310) 내에 잔존하는 연료가 역류하는 화염과 조우하여 발화하는 것을 방지하고자 상기 연료 배출배관(410)의 유로를 차단하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 산소 배출배관(430)은 상기 연료 배출배관(410) 상의 역화방지기(420)와 볼밸브(412), 더욱 상세히는 복수개의 상기 볼밸브(412) 중 상기 역화방 지기(420)측에 장착된 볼밸브(412) 사이에서 분기되어, 상기 질소 컴프레서(N)로부터 상기 가열 산소배관(330)의 역화방지기(340)측으로 질소가 공급되게 된다.
여기서, 상기 역화방지기(440)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 산소 배출배관(430) 상의 가열 산소배관(330)측에 장착되어 가열 종료후 상기 가열 산소배관(330) 내에 잔존하는 산소가 역류하는 화염과 조우하여 발화하는 것을 방지하고자 상기 산소 배출배관(430)의 유로를 차단하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 레귤레이터(450)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 연료 배출배관(410) 상에 구비된 한 쌍의 볼밸브(412, 412) 사이에 장착되어 일정 압력으로 질소를 상기 가열 연료 및 산소 배관(310, 330)측으로 공급되도록 하는 역할을 수행하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 상기 냉각부(500)는 상기 배출부(400)에 의한 잔류 연료 및 산소의 배출 후 상기 예열 버너(100)측으로 에어를 공급하여 예열 버너(100)를 냉각시키는 역할을 하는 것으로, 크게 냉각배관(510), 역화방지기(520) 및 레귤레이터(530)로 이루어진다.
상기 냉각배관(510)은 상기 제어부(600)로 가동되는 에어 컴프레서(A)와 상기 가열 연료배관(310)을 상호 연결하는 내부 유로를 형성하는 배관으로, 상기 제어부(600)로 개폐 조작되는 복수개의 볼밸브(512)가 상기 냉각배관(510) 상에 이격 장착되며, 상기 에어 컴프레서(A)로부터 상기 가열 연료배관(310)의 역화방지기(320)와 연료 배출배관(410) 사이로 에어가 공급되게 된다.
여기서, 상기 역화방지기(520)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 냉 각배관(510) 상의 가열 연료배관(310)측에 장착되어 상기 배출부(400)의 질소에 의한 배출 종료 후 상기 예열 버너(100) 내의 열기가 역류하지 않도록 상기 냉각배관(510)의 유로를 차단하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 레귤레이터(530)는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되며 상기 냉각배관(510) 상에 구비된 한 쌍의 볼밸브(512, 512) 사이에 장착되어 일정 압력으로 에어를 상기 예열 버너(100)로 공급되도록 하는 역할을 담당하게 된다.
한편, 상기 가열부(300)에는 상기 가열 연료배관(310) 및 가열 산소배관(330) 상에서 각각 우회하는 바이패스 배관(314, 334)가 더 구비되며, 상기 각 바이패스 배관(314, 334) 상에는 수동 조작으로 개폐되는 볼밸브(316, 336)가 각각 장착되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 각 바이패스 배관(314, 334)은 가열 연료 및 산소배관(310, 330) 상의 볼밸브(312, 332), 역화방지기(320, 340), 레귤레이터(350) 중 어느 일개소에서 고장 발생시 해당 부품의 전원 공급을 차단하고 연료 및 산소를 우회시켜 해당 부품의 교체 및 수리를 실시하도록 한 기술적 수단인 것이다.
이때, 본 발명에서는 상기 각 바이패스 배관(314, 334)를 각 볼밸브(312, 312, 332, 332) 외측에서 우회하도록 도시하고 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며, 상기 가열 연료 및 산소배관(310, 330) 상의 각 부품(312, 332, 320, 340, 350)이 설치된 개소마다 각각 우회하는 바이패스 배관을 형성할 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 가열부(300)에는 가열작업 중 비상 사태로 인하여 연료 및 산소 의 공급을 차단해야 할 경우 또는 가열작업이 완전 종료된 후 운전대기 상태로 둘 경우를 위하여 비상차단수단(700)이 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 비상차단수단(700)은 크게 차단밸브(710, 730) 및 비상 차단배관(720, 740)으로 이루어지며, 상기 차단밸브(710, 730)는 상기 제어부(600)에 의하여 개폐 조작되며 상기 각 바이패스 배관(314, 334)이 구비된 상기 가열 연료배관(310) 및 가열 산소배관(330) 상에 장착되어 비상 사태 발생시 즉시 상기 각 배관(310, 330)의 유로를 차단하는 역할을 수행하는 것이다.
그리고, 상기 비상 차단배관(720, 740)은 상기 각 차단밸브(710, 730)와 상기 연료 배출배관(410)을 상호 연결하는 배관으로, 상기 비상 차단배관(720, 740) 상에는 수동 또는 상기 제어부(600) 조작으로 개폐되는 볼밸브(722, 742)를 각각 구비한다.
따라서, 비상사태 발생시 상기 차단밸브(710, 730)가 상기 비상 차단배관(720, 740)의 유로를 즉시 차단한 다음, 볼밸브(722, 742)를 개방하여 상기 연료 배출배관(410)으로부터 질소를 상기 가열 연료 및 산소 배관(310, 330)으로 공급하여 상기 가열 연료 및 산소 배관(310, 330) 내부를 안정화시키게 되는 것이다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따른 제철, 제강용 래들의 예열 시스템은 도 3과 같은 실시예를 적용할 수도 있으며, 도 3에 표시되지 않은 도면의 부호는 도 2를 참고하기로 한다.
도시된 바와 같이 본 발명은 연료 및 산소 탱크(G, O), 질소 및 에어 컴프레서(N, A)로부터 예열 버너(100)측으로 향하는 각 배관(210, 310, 330, 410, 510) 상의 볼밸브(212, 232, 312, 332, 412, 512), 레귤레이터(250, 350, 450, 530) 및 각 유량조절밸브(318, 338)가 설치된 개소에 다양한 계측기 및 밸브류를 추가로 설치할 수도 있다.
참고로, 도 3에서 미설명부호로 800은 배관의 설치시 길이 및 방향에 융통성있게 대응하기 위하여 길이와 방향의 전환에 제한을 받지 않는 플렉시블 파이프를, T는 래들(L) 내부 온도, 분위기 온도를 측정하는 온도계를 각각 나타내고 있다.
즉, 본 발명에서는 연료 배출배관(410) 상의 볼밸브(412) 및 레귤레이터(450) 사이에 압력게이지(472) 및 공지의 압력게이지 스위치(474)를 설치할 수 있으며, 전자밸브(460)를 상기 연료 배출배관(410) 상에 장착하여 질소의 유동을 개방 또는 차단할 수도 있다.
여기서, 상기 압력게이지 스위치(474) 및 전자밸브(460)는 상기 제어부(600)에 의하여 조작되는 것이다.
그리고, 본 발명에서는 가열 연료배관(310), 점화 연료배관(210) 및 가열 산소배관(330) 상에도 각각 압력게이지 스위치(371, 372, 270, 373, 374)가 설치될 수 있으며, 상기 가열 연료 및 산소배관(310, 330) 상의 메인 연료 및 산소유량조절밸브(318, 338)측에는 유량계(382, 384)를 각각 설치할 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 가열 연료배관(310) 상에는 상기 제어부(600)로 개폐 조작되는 전자밸브(360)가 장착되어 연료의 유동을 개방 또는 차단할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 냉각배관(510) 상의 볼밸브(512) 및 레귤레이터(530) 사이에 압력게이지(572) 및 압력게이지 스위치(574)를 설치할 수 있고, 전자밸 브(560)를 상기 냉각배관(510) 상에 장착하여 에어의 유동을 개방 또는 차단할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따른 제철, 제강용 래들의 예열 시스템을 적용한 예열 방법을 고찰하기로 하며, 참고로 도 4는 본 발명에 따른 제철, 제강용 래들의 예열 시스템을 이용한 가열 운전 상태를 나타낸 그래프이다.
여기서, 도 4의 그래프 중 점선은 래들(L) 내부의 가열 목표온도를, 실선은 상기 래들(L) 외부의 표면온도(일명 '철피온도', 이하 '철피온도')를 나타내는 것이다.
우선, 사용자는 제어부(600)의 조작으로써 연료탱크(G) 및 에어 컴프레서(A)를 가동하여 예열 버너(100)의 점화수단(110)측으로 점화부(200)에 의하여 각각 연료 및 에어를 공급하고, 상기 점화수단(110)의 점화플러그(112)에 고전압을 인가하여 화염을 점화시킨다.
이후, 사용자는 상기 제어부(600)의 조작으로써 상기 연료탱크(G) 및 산소탱크(O)로부터 상기 예열 버너(100)의 가열수단(120)측으로 각각 연료 및 산소를 공급함으로써 점화된 화염을 유지하여 상기 래들(L)의 가열을 시작하게 된다.
여기서, 연료 및 산소의 공급은 상기 제어부(600)에 미리 설정 입력된 시간대별 온도 상승 패턴에 따라 연료 대 산소의 비율을 상호 가변시키면서 래들(L)로 공급하게 된다.
이를 자세히 살펴보면, 사용자는 상기 제어부(600)의 조작으로 가열 연료배관(310) 및 가열 산소배관(330) 상에 각각 구비된 볼밸브(312, 332)들을 개방시키 고 상기 가열 연료 및 산소배관(310, 330) 상의 메인 연료유량조절밸브(318) 및 메인 산소유량조절밸브(338)를 순차적으로 100% 개방하여 2 내지 4분 정도 연료 및 산소 탱크(G, O)로부터 연료 및 산소를 각각 예열 버너(100)측으로 공급시키게 된다.
계속하여, 사용자는 상기 제어부(600)의 기 설정된 시간대별 온도 상승 패턴에 따라 설정된 목표값, 즉 시간대별 래들(L) 내의 목표 가열온도에 도달하기 위한 연료 및 산소의 공급량에 각각 대응하는 연료 대 산소의 비율, 더욱 상세히는 연료:산소를 1:2 내지 1:3의 범위 내에서 상호 가변 공급하는 조작을 수행하게 되는 것이다.
즉, 사용자는 상기 가열 연료배관(310)의 메인 연료유량조절밸브(318)의 개방 정도를 15 내지 100%의 범위 내에서, 상기 가열 산소배관(330)의 메인 산소유량조절밸브(338)의 개방 정도를 25 내지 80% 범위 내에서 적절히 상호 가변시키면서 연료 및 산소를 래들(L)로 공급하게 되는 것이다.
여기서, 연료:산소의 비율 범위는 상기 래들(L)로 투입되는 연료 및 산소의 비율을 수차례 가변 공급하는 시운전을 실시하여 얻어진 것으로, 완전 연소에 가까우면서도 상기 래들(L) 내의 목표 가열온도에 가장 신속하게 도달 가능한 비율 범위로, 래들(L)의 수용 용량에는 국한되지 않으며 더욱 바람직하게는 연료:산소가 1:2.1 내지 1:2.3의 범위를 유지하도록 한다.
이것은 상기 범위보다 산소를 적게 투입하거나 많이 투입할 경우 연료의 과소비로 인한 불완전 연소로써 연소 효율이 저하됨은 물론, 유해 물질의 발생량 또 한 증가하게 되며 래들(L) 내의 목표 가열온도에 도달하기까지 장시간이 소요되는 문제점까지 발생하게 되기 때문이다.
본 발명에서는 도 4의 그래프와 같이 래들(L) 내의 목표 가열온도가 750 내지 800℃에 도달하기까지 상기 래들(L)로 투입되는 연료:산소를 1:2.1의 비율로 투입하고, 상기 래들(L) 내의 목표 가열온도가 800 내지 1100℃의 범위에서는 연료:산소를 1:2.3의 비율로 투입하였다.
본 발명에서는 상기와 같은 제어부(600)의 조작에 의하여 내부의 내화물 전체를 교체 및 보수하는 래들(일명 '대수리 래들')의 경우 약 7시간에 래들(L) 내부의 예열이 완료되므로, 약 14 내지 24시간여가 소요되는 공기 가열방식이나 산소를 일부 첨가하여 가열하는 종래의 예열 장치에 의한 가열 방법에 비하여 가열시간이 각각 50% 내지 71% 단축됨을 도 4와 같은 테스트 결과로써 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명은 전술한 바와 같은 대폭적인 가열시간의 단축에 따라 종래의 예열 장치에 의한 가열 방법에 의한 연료 소모량의 35 내지 40%, 산소 소모량의 70 내지 80%에 불과하므로, 종래 방법의 연료 및 산소 소모비용의 30 내지 40% 정도의 비용으로도 가열작업이 이루어짐을 수차례의 테스트 결과로써 알 수 있었다.
상기와 같은 제어부(600)에 의한 조작으로써 연료 및 산소의 가변 공급에 의하여 래들(L)의 예열이 완료되면 연료 및 산소의 배출과 냉각 작업을 수행하게 된다.
즉, 사용자는 상기 메인 산소유량조절밸브(338) 및 메인 연료유량조절밸브(318)를 순차적으로 각각 그 개방 정도를 완전 개방대비 20 내지 25%의 범위로 좁히고 연료:산소 비율을 1:2.1로 유지하여 1분여 경과 후, 상기 메인 산소유량조절밸브(338) 및 메인 연료유량조절밸브(318)의 순으로 완전히 차단한다.
이와 동시에, 사용자는 상기 제어부(600) 조작으로 상기 질소 컴프레서(N)로부터 연료 및 산소 배출배관(410, 430)을 통해 연료 및 산소를 예열 버너(100)측으로 배출하게 된다.
계속하여, 사용자는 상기 제어부(600) 조작으로 상기 에어 컴프레서(A)로부터 냉각배관(510)을 통해 가열 연료배관(310)측으로 에어를 공급하여 냉각을 실시하게 된다.
약 30초 경과후, 사용자는 상기 연료 및 산소 배출배관(410, 430)과 냉각배관(510)내의 유체, 즉 질소 및 에어의 유동을 제어부(600) 조작으로 차단하고 질소 및 에어 컴프레서(N, A)의 가동을 정지시킨다.
여기서, 에어의 경우는 상기 예열 버너(100)측 온도가 섭씨 50 내지 70도 이상일 때 상기 범위 이하로 하강시 상기 냉각배관(510)의 유동을 차단하고 에어 컴프레서(A)의 가동이 정지되도록 함으로써 모든 과정이 완료되게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 적은 양의 연료로써 예열시간을 대폭 줄일 수 있음은 물론, 래들의 내구성 향상에도 기여할 수 있도록 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템을 제공하는 것을 그 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.
그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 본 발명에 따른 예열 시스템을 제철, 제강용 래들 뿐 아니라 턴디쉬에도 적용 가능하다.
즉, 상기 턴디쉬의 경우는 예열 버너가 통상 2 내지 5개가 1조로 구성되는 바, 복수개의 예열 버너 1개당 본 발명에 따른 예열 시스템을 각각 구비하여 제어함으로써 적용 실시가 가능한 등 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
우선, 래들 내의 예열을 위하여 연료와 함께 공기를 강제 주입함으로써 래들에 과부하가 걸리며 연료 소모량 및 가열 시간이 장시간 소요되는 종래의 방법에 비하여 에어는 최초 점화시와 최종 냉각시에만 사용하며 래들 내의 가열은 연료와 함께 순수한 산소를 시간대별로 상호 가변 공급함으로써 가열 시간을 대폭 단축시킬 수 있음은 물론, 에너지 소모량의 대폭적인 절감이 이루어지는 특장점이 있다.
그리고, 래들 내의 내화물 특성을 고려치 않고 무리하게 연료와 공기를 강제 주입함으로써 래들의 내구성을 약화시키는 종래의 방법에 비하여 제어부로 기 설정해둔 시간대별 목표 가열온도에 상응하는 연료 대 산소 공급량으로써 가열 작업을 수행하는 시스템을 채택함으로써 래들의 내구성 향상에도 기여할 수 있다.
그리고, 연료 대 산소의 공급량을 상호 가변함으로써 완전 연소에 가까운 신속한 래들의 가열이 가능하게 되어 불완전 연소로 인한 유해물질의 배출량을 대폭 저감할 수 있다는 측면에서 친환경적으로도 우수한 특장점이 있다.
그리고, 연소 효율이 뛰어나지만 화염 역류로 인한 폭발 위험이 있는 산소의 취급을 각 배관의 역화방지기 및 비상차단밸브 등에 의하여 차단될 수 있도록 함으로써 안전사고 등을 미연에 방지할 수 있으므로 산소의 안정적인 공급과 연소 효율 의 대폭적인 향상이 이루어질 수 있는 장점이 있다.
또한, 가열 연료 및 산소 배관 상에 바이패스 배관과 차단밸브를 포함한 비상차단수단을 구비함으로써 상기 각 배관 상의 비상 사태 발생시 긴급 복구와 교체를 수행하면서도 가열 작업의 계속적인 수행이 가능함은 물론, 질소 공급에 의한 연료 및 산소의 안정화로 발화 사고 등을 미연에 방지할 수 있게 되는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (9)

  1. 제철, 제강용의 래들 내부를 예열하는 예열 시스템에 있어서,
    예열 버너(100);
    상기 예열 버너로 연료 및 에어를 공급하여 화염을 점화하는 점화부(200);
    상기 점화부에 의한 점화 이후, 미리 설정한 시간대별 온도 상승 패턴에 따라 상기 예열 버너로 연료 및 산소의 비율을 상호 가변 공급함으로써 점화된 화염을 유지하여 상기 래들을 가열하는 가열부(300);
    상기 가열부에 의한 가열 종료 후 연료 및 산소의 공급을 차단하고 잔류 연료 및 산소를 예열 버너측으로 배출하기 위하여 질소를 공급하는 배출부(400);
    상기 배출부에 의한 잔류 연료 및 산소의 배출 후 상기 예열 버너로 에어를 공급하여 냉각시키는 냉각부(500); 및
    상기 예열 버너, 점화, 가열, 배출 및 냉각부와 각각 전기적으로 연결되어 상기 예열 버너의 가동, 에어, 질소, 산소 및 연료의 공급 및 차단을 각각 제어하는 제어부(600);를 포함하며,
    가열부에 의하여 공급되는 연료 및 산소의 비율은 상기 제어부의 조작에 의하여 상호 가변되는 것을 특징으로 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 예열 버너(100)는,
    외부로부터 인가된 전원에 의한 고압 방전으로 점화하는 점화플러그(112)와, 상기 점화부(200)로부터 연료 및 에어가 각각 투입되는 점화 연료주입구(114) 및 점화 에어주입구(116)로 이루어진 점화수단(110); 및
    상기 가열부(300)로부터 연료 및 산소가 각각 투입되는 가열 연료주입구(122) 및 가열 산소주입구(124)로 이루어진 가열수단(120);으로 이루어지며,
    상기 점화플러그의 점화 동작은 상기 제어부(600)에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 점화부(200)는,
    복수개의 볼밸브(212)가 이격 장착되며, 연료탱크(G)로부터 상기 점화 연료주입구(114)를 통해 연료를 공급하는 점화 연료배관(210);
    상기 점화 연료배관 상의 점화 연료주입구측에 장착되는 역화방지 전자밸브(220);
    복수개의 볼밸브(232)가 이격 장착되며, 에어 컴프레서(A)로부터 상기 점화 에어주입구(116)를 통해 에어를 공급하는 점화 에어배관(230);
    상기 점화 에어배관 상의 점화 에어주입구측에 장착되는 역류방지 전자밸브(240); 및
    상기 각 배관(210, 230) 상에 각각 구비된 한 쌍의 볼밸브(212, 212, 232, 232) 사이에 장착되어 일정 압력으로 연료 및 에어가 상기 예열 버너(100)로 공급 되도록 하는 레귤레이터(250);로 이루어지며,
    상기 연료탱크의 연료 및 상기 에어 컴프레서의 에어 공급과, 볼밸브(212, 232), 각 전자밸브(220, 240) 및 레귤레이터(250)의 개폐조작은 상기 제어부(600)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가열부(300)는,
    복수개의 볼밸브(312)가 이격 장착되며 메인 연료유량조절밸브(318)가 장착되고 상기 연료탱크(G)로부터 상기 가열 연료주입구(122)를 통해 연료를 공급하는 가열 연료배관(310);
    상기 가열 연료배관(310) 상의 가열 연료주입구측에 장착되는 역화방지기(320);
    복수개의 볼밸브(332)가 이격 장착되며 메인 산소유량조절밸브(338)가 장착되고 산소탱크(O)로부터 상기 가열 산소주입구(124)를 통해 산소를 공급하는 가열 산소배관(330);
    상기 가열 산소배관 상의 가열 산소주입구측에 장착되는 역화방지기(340); 및
    상기 각 배관(310, 330) 상에 각각 구비된 한 쌍의 볼밸브(312, 312, 332, 332) 사이에 장착되어 일정 압력으로 연료 및 산소가 상기 예열 버너(100)로 공급되도록 하는 레귤레이터(350);로 이루어지며,
    상기 연료탱크의 연료 및 상기 산소탱크의 산소 공급과, 볼밸브(312, 332), 각 역화방지기(320, 340) 및 레귤레이터(350)의 개폐조작은 상기 제어부(600)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 배출부(400)는,
    복수개의 볼밸브(412)가 이격 장착되며, 질소 컴프레서(N)로부터 상기 가열 연료배관(310)의 역화방지기(320)측으로 질소를 공급하는 연료 배출배관(410);
    상기 연료 배출배관 상의 가열 연료배관측에 장착되는 역화방지기(420);
    상기 연료 배출배관의 역화방지기와 볼밸브 사이에서 분기되어 상기 가열 산소배관(330)의 역화방지기(340)측으로 질소를 공급하는 산소 배출배관(430);
    상기 산소 배출배관 상의 가열 산소배관측에 장착되는 역화방지기(440);
    상기 연료 배출배관(410) 상에 구비된 한 쌍의 볼밸브(412, 412) 사이에 장착되어 일정 압력으로 질소가 상기 가열 연료 및 산소 배관(310, 330)측으로 공급되도록 하는 레귤레이터(450);로 이루어지며,
    상기 질소 컴프레서의 질소 공급과, 볼밸브(412), 각 역화방지기(420, 440) 및 레귤레이터(450)의 개폐조작은 상기 제어부(600)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉각부(500)는,
    복수개의 볼밸브(512)가 이격 장착되며, 상기 에어 컴프레서(A)로부터 상기 가열 연료배관(310)의 역화방지기(320)와 연료 배출배관(410) 사이로 에어를 공급하는 냉각배관(510);
    상기 냉각배관 상의 가열 연료배관측에 장착되는 역화방지기(520); 및
    상기 냉각배관 상에 구비된 구비된 한 쌍의 볼밸브(512, 512) 사이에 장착되어 일정 압력으로 에어가 상기 예열버너(100)로 공급되도록 하는 레귤레이터(530);로 이루어지며,
    상기 에어 컴프레서의 에어 공급과, 볼밸브, 역화방지기 및 레귤레이터의 개폐조작은 상기 제어부(600)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열부(300)에는,
    상기 가열 연료배관(310) 및 가열 산소배관(330) 상에서 각각 우회하는 바이패스 배관(314, 334)이 더 구비되며,
    상기 각 바이패스 배관(314, 334) 상에는 수동 조작으로 개폐되는 볼밸브(316, 336)가 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열부(300)에는,
    상기 각 바이패스 배관(314, 334)이 구비된 상기 가열 연료배관(310) 및 가열 산소배관(330) 상에 각각 장착되는 차단밸브(710, 730); 및
    볼밸브(722, 742)가 각각 장착되며, 상기 각 차단밸브(710, 730)와 상기 연료 배출배관(410)을 상호 연결하는 비상 차단배관(720, 740);으로 이루어진 비상차단수단(700)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 제철, 제강용 래들의 예열 시스템.
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