KR100800544B1 - 코크스 오븐도어와 도어문틀에의 타르고착 방지방법 및이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 코크스오븐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장입된 석탄의 건류과정에서 발생된 타르(tar)가 코크스오븐 도어 및 도어문틀에 부착되어, 기밀불량 및 도어재질의 변형을 유발하는 것을 막기 위해, 산화칼슘계 수용성 무기물용액을 도어 및 도어문틀의 타르부착부에 도포하여 코팅층을 생성하고, 추후 클리닝장치를 이용하여 부착타르를 코팅층과 함께 제거하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

코크스오븐, 오븐도어, 실링, 타르, 산화칼슘 코팅, 제철

Description

코크스 오븐도어와 도어문틀에의 타르고착 방지방법 및 이를 위한 장치{Method and apparatus to prevent adherence of tar}

도 1은 코크스오븐 도어(b-1, 2) 및 도어문틀(a)의 형태를 보여주는 도면.

도 2는 종래의 코크스오븐 도어의 클리닝장치를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 코크스오븐 도어와 도어문틀에의 타르고착 방지를 위한 코팅용액 도포장치의 구성을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 코팅용액 도포장치와 클리닝장치의 조합을 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 코크스오븐 도어문틀 11 : 코크스오븐 도어문틀 실링부

12 : 코크스오븐 내부

20, 20-1, 20-2 : 코크스오븐 도어(20-1 : 기본형, 20-2 : Z-bar형)

21 : 코크스오븐 도어연와 22 : 코크스오븐 도어 금속재 프레임

23 : 코크스오븐 도어연와상의 타르부착부(A : 고온부, B : 저온부)

30 : 코크스 압출용 이동차(transfer car)

31 : 타르제거용 스크랩퍼(scraper) 32 : 스크류 커터(screw cutter)

33 : 고압수 노즐(nozzle)

40 : 코팅용액 저장탱크 41 : 교반기

42 : 스트레이너(strainer) 43 : 볼밸브(ball valve)

44 : 인라인믹서(inline mixer) 45 : 자동제어밸브

46 : 코팅용액 분사노즐 47 : 에어펌프

48 : 코팅용액 저장탱크 물공급배관

49 : 스트레이너 청소용 물공급배관

50 : 인라인믹서 및 노즐청소용 물공급배관

51 : 노즐청소 용액 회수배관 52 : 노즐청소용 공기공급배관

53 : 코팅용액분사용 공기공급배관 54 : 코팅용액 공급펌프

본 발명은 제철소 코크스오븐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장입된 석탄의 건류과정에서 발생된 타르(tar)가 코크스오븐 도어 및 도어문틀에 부착되어, 기밀불량 및 도어재질의 변형을 유발하는 것을 막기 위해, 산화칼슘계 수용성 무기물용액을 도어 및 도어문틀의 타르부착부에 도포하여 코팅층을 생성하고, 추후 클리닝장치를 이용하여 부착타르를 코팅층과 함께 제거하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 철광석으로부터 철을 만드는 대형용광로를 기반으로 하는 일관제철공정에 있어서, 코크스오븐(coke oven)은 철광석으로부터 용선을 제조하는 고 로(blast furnace)공정의 열원으로 사용되는 코크스를 제조하기 위해, 고품위 석탄을 약 1,200℃이상의 고온으로 장시간(16hr) 유지하면서, 장입석탄을 건류하는 고온로로서, 상온에서 석탄을 오븐의 상부로 장입하면, 통상 다음 단계를 거쳐 코크스화가 진행된다.

"석탄장입(20℃)→건조(200℃)→연화(400℃)→고화(400℃)→반성코크스(600℃)→코크스(900℃)"

석탄은 셀룰로오스상 물질이 생물화학적 및 물리화학적 반응에 의하여 변질되어 생성된 가연성 화석상 물질로서, C-H-O 3성분을 골격으로 하는 유기고분자 화합물이며, 통상 코크스제조에 사용되는 원료탄의 휘발분 함유량은 최적상태의 경우 28∼30%정도이다.

석탄의 건류는 건류온도에 따라 저온건류(500~600℃), 중온건류(600~900℃), 고온건류(1,000℃이상)로 분류할 수 있으며, 고로용 코크스의 제조는 통상 고온건류를 통해 이루어진다.

이러한 석탄의 건류과정의 화학적 반응특성을 살펴보면, 타르(tar) 및 함유하는 휘발분으로부터 CO, H₂, CH₄등의 가스와 미량함유 S, N으로부터 SOx, NOx등 환경오염원 또한 부득이 발생된다.

휘발분이 26.8%인 석탄을 건류하는 경우, 코크스 부산물의 구성은 코크스 74.1%, COG 14.8%, 타르 0.33%, 조경유 0.12%, 기타 0.66%이며, 코크스오븐 조업상 필연적으로 타르가 생성된다.

그리고, 코크스오븐 조업이 진행되는 설비의 노후화정도에 따라 차이가 있으나, 육안관찰로 확인되는 정도를 보면, 전체 코크스오븐 도어중 통상 3~6%에서 가스누출이 발생되고 있다.

이러한 가스누출은 로체 중심부대비 상대적으로 온도와 압력이 낮은 도어 방향으로 흐름을 형성하여, 가스에 함유된 타르가 방출되어 도어 및 도어문틀에 고착되게 된다(도 1 참조).

이와 같이, 도어(20-1, 20-2)와 도어문틀(10)에 타르가 부착되면, 기밀불량 및 도어재질의 변형을 유발하여 도어틈새가 생기며, 도어틈새로 환경오염가스가 방출되는 문제가 유발된다.

이러한 문제점은 코크스오븐의 설비도입과 더불어 계속적으로 안고 있는 문제로서, 현재 코크스오븐의 SOx, Nox, 먼지에 대한 환경규제치(200ppm)에서 알 수 있는 바와 같이, 심각한 환경오염원 배출설비로서, 점차 강화되고 있는 국제환경규제의 측면에서 철강산업 자체를 사양화시키는 심각한 문제가 되고 있다.

따라서, 이러한 열악한 조업환경상의 한계점을 보완하는 관점에서, 1990년대 초반이후 코크스오븐 작업의 자동화, 무인화작업이 적극적으로 추진되어, 현재 90%이상이 이동기기의 자동화, 무인화를 실현하고 있으나, 기본적으로 타르의 석출고착화에 따른 가스누출의 문제는 미결상태로 남아 있다.

이를 해소하는 방안으로서, 장입석탄의 건류조업 완료후, 코크스의 압출을 위한 이동기기 작업중, 코크스오븐 도어를 기계적으로 청소하는 장치가 개발 설치되었으며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 클리닝장치는 도어 및 도어문틀의 접착부 나 도어상의 내화물 가장자리의 타르 고착물을 제거하는 스크랩퍼(scraper)(31), 스크류 커터(screw cutter)(32) 및 480기압 이상의 고압수를 고착부위에 취입 세척하는 고압수 노즐(nozzle)(33) 등으로 이루어져 있다.

그러나, 이 장치는 고착타르 자체의 특성상 고강도접착으로 인해 완전한 클리닝을 제공하지 못하므로, 근본적인 해결책이 되고 있지는 못한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 코크스오븐 도어 및 도어문틀 모재상의 가스실링(sealing)부에 석탄건류중 발생되는 타르가 고착되는 것을 방지하기 위하여, 산화칼슘계 수용성 무기물용액을 도어 및 도어문틀상에 도포하여, 도어 모재로부터 고착타르의 박리를 용이하도록 하는 코팅층을 생성시켜, 종래의 클리닝장치와 병행 이용함으로써, 부착 타르를 코팅층과 함께 도어 모재로부터 제거하는 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코크스 오븐도어와 도어문틀에의 타르고착 방지방법은, 제철소 코크스오븐의 도어 및 도어문틀의 실링(sealing)부상에 타르 부착을 방지하는 방법으로서, 상기 실링부상에 무게비기준 10∼20%의 CaO를 함유하는 산화칼슘계 수용성 무기물용액을 도포하여, 상기 코크스오븐 도어 및 도어문틀이 보유하는 열에 의해 수분을 증발시켜, 산화칼슘계 무기물 코팅층을 형성시키고, 추후 상기 코팅층상에 부착되는 타르를 상기 코팅층과 함께 상기 코크스오븐 도어 및 도어문틀의 모재로부터 박리시켜 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코크스 오븐도어와 도어문틀에의 타르고착 방지장치는, 제철소 코크스오븐의 도어 및 도어문틀의 실링부상에 타르 부착을 방지하는 장치로서, 무게비기준 10∼20%의 CaO를 함유하는 산화칼슘계 수용성 무기물용액을 저장하고, 상기 용액의 침전을 방지하는 교반기(41)가 구비된 코팅용액 저장탱크(40)와, 상기 코팅용액 저장탱크(40)로부터 코팅용액을 공급펌프(54)와 배관을 통해 공급받아 상기 코크스오븐 도어 및 도어문틀의 실링부상에 분사하여 도포하는 용액분사노즐(46)을 포함하는 도어실링부 코팅용액 공급장치; 및 상기 코팅용액 공급장치에 의해 상기 코크스오븐 도어 및 도어문틀의 실링부상에 형성되는 코팅층상에 부착되는 타르를 제거하는 스크랩퍼(31), 스크류 커터(32) 및 고압수 노즐(33)중에서 적어도 하나 이상으로 조합 구성되는 클리닝장치; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따르면, 코크스오븐 도어(20) 및 도어문틀(10)의 모재상에 쉽게 도포되고, 용이하게 모재(20, 10)로부터 박리되는 코팅층을 형성하는 산화칼슘계 수용성 무기물용액을 코크스오븐 도어상의 실링부에 분사하여 도포하는 코팅용액 도포장치가 제공되며, 이 도포장치는 코팅층에 부착되는 타르를 제거하기 위한 스크랩퍼(scraper)(31), 스크류 커터(screw cutter)(32) 및 고압수 노즐(nozzle)(33)과 같은 클리닝장치와 조합하여 사용된다.

도 3은 본 발명에 따른 도어실링부 코팅용액 도포장치를 나타낸다.

코팅용액은 CaO함유량이 무게비기준 10~20%인 산화칼슘계 수용성 무기물용액으로서, 장입석탄의 건류조업 완료후 코크스의 압축작업중, 코크스오븐 도어 및 도어문틀이 스크랩퍼(31), 스크류 커터(32) 및 고압수 노즐(33)과 같은 클리닝장치에 의해 청소된 직후, 실링부상에 균일하게 분사, 도포되어, 코크스오븐 도어 및 도어문틀이 가지고 있는 보유열에 의해 즉각적으로 수분이 증발됨에 따라 얇은 코팅층을 형성하게 된다.

상기 도어실링부 코팅용액 공급장치는 용액침전을 억제하기 위한 교반기(41)가 부착된 코팅용액 저장탱크(40), 코크스오븐 도어 및 도어문틀의 실링부상에 코팅용액을 분사하여 도포하는 용액분사노즐(46) 및 상기 용액분사노즐(46)에 상기 코팅용액 저장탱크(40)로부터 코팅용액이 공급되도록 하는 공급펌프(54)가 구비된 배관라인과 상기 용액분사노즐(46)에 용액분사를 위한 공기를 공급하는 배관라인 등으로 구성된다.

코팅용액 공급 배관라인상에는 볼밸브(43), 코팅용액 공급펌프(54), 스트레이너(42), 인라인믹서(44) 등이 구비되며, 용액분사용 공기공급 배관라인상에는 에어펌프(47), 자동제어밸브(45) 등이 구비된다.

도 3에 있어서, 도면부호 48은 코팅용액 저장탱크(40)로 필요되는 물이 공급 되는 배관이고, 49는 스트레이너(42)를 거쳐 청소용 물이 공급되는 배관이며, 50은 인라인믹서(44), 용액분사노즐(46) 및 배관라인의 청소를 위한 물이 공급되는 배관이고, 51은 청소후 물이 회수되는 배관이다.

그리고, 52는 인라인믹서(44), 용액분사노즐(46) 및 배관라인의 청소를 위한 공기가 공급되는 배관이고, 53은 코팅용액 분사용 공기가 공급되는 배관을 나타낸다.

이와 같은 배관구성에 의해, 코팅용액 공급 배관라인에는 세척용 물과 공기가 공급될 수 있어, 코팅용액이 공급된 후, 해당 공급 배관라인내에 코팅용액의 무기물이 석출되어 막히는 것이 방지되게 된다.

상기와 같은 도어실링부 코팅용액 공급장치에 의해 실링부상에 산화칼슘계 무기물 코팅층이 형성되면, 1차적으로 코크스오븐 건류조업과정에서 오븐도어의 기밀성이 보강되어, 가스누출을 저감시키며, 더불어 조업조건의 불균형등 다른 요인에 의한 가스누출로 인해 타르가 도어실링부상에 고착되었을 경우, 상기 코팅층의 존재로 인해 타르와 도어 모재가 직접 접촉하는 것이 방지되고, 또한 코팅층과 모재의 부착강도가 상대적으로 매우 약해, 고착타르를 코팅층과 함께 도어 모재로부터 전술한 클리닝장치를 이용하여 손쉽게 제거할 수 있게 된다.

여기서, 클리닝장치로는 스크랩퍼(31), 스크류 커터(32) 및 고압수 노즐(33)이 선택적으로 이용될 수 있으며, 도 4에는 바람직한 일 실시예로서, 코팅용액 공급장치(46)가 스크랩퍼(31), 고압수 노즐(33)로 구성되는 클리닝장치와 병행 사용되는 경우가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 실시예로서, 산화칼슘계 무기물 코팅용액을 CaO함유량을 무게비기준 10~20%까지 변화시켜 제조한 후, 수동 스프레이(spray)장치를 활용하여 제철소 코크스오븐 도어실링부상에 도포하여, 도포하지 않은 동일조건의 다른 코크스오븐 도어와 타르부착율을 비교한 결과, 산화칼슘계 무기물 코팅층을 형성시킨 도어의 경우, 타르부착이 없는 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 코크스오븐 모재에 대한 코팅용액의 CaO함유량기준 도포층 두께 및 모재와의 부착강도를 고온로를 이용, 실험 조사한 결과, CaO함유량이 10~20%범위에서 가장 양호한 결과를 나타내었으며, 20%이상의 고농도조건에서는 부착강도가 취약하여 모재로부터 쉽게 떨어져 바람직하지 않았다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 코크스오븐 도어 및 도어문틀의 실링부상에 타르고착 방지를 위한 산화칼슘계 무기물 코팅층을 생성시키는 것에 의해, 도어 모재상에의 타르고착을 근본적으로 방지할 수 있어, 종래 타르부착에 따른 문제점을 해소할 수 있으며, 또한 도어부 가스누출을 상당부분 저감시켜 조업환경을 개선시키고, 도어부의 기밀성 개선으로 열손실을 저감시켜 에너지절감 효과를 얻을 수 있으며, 가스누출이 가져오는 열방출에 기인하는 도어재질 열화 등의 문제점 또한 해결되어, 도 어수명을 연장시키고, 설비정비를 줄이는 등의 다대한 효과를 볼 수 있다.

Claims (3)

1. 제철소 코크스오븐의 도어 및 도어문틀의 실링(sealing)부상에 타르 부착을 방지하는 방법으로서,

   상기 실링부상에 무게비기준 10∼20%의 CaO를 함유하는 산화칼슘계 수용성 무기물용액을 도포하여, 상기 코크스오븐 도어 및 도어문틀이 보유하는 열에 의해 수분을 증발시켜, 산화칼슘계 무기물 코팅층을 형성시키고,

   추후 상기 코팅층상에 부착되는 타르를 상기 코팅층과 함께 상기 코크스오븐 도어 및 도어문틀의 모재로부터 박리시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐도어와 도어문틀에의 타르고착 방지방법.
2. 제철소 코크스오븐의 도어 및 도어문틀의 실링부상에 타르 부착을 방지하는 장치로서,

   무게비기준 10∼20%의 CaO를 함유하는 산화칼슘계 수용성 무기물용액을 저장하고, 상기 용액의 침전을 방지하는 교반기(41)가 구비된 코팅용액 저장탱크(40)와, 상기 코팅용액 저장탱크(40)로부터 코팅용액을 공급펌프(54)와 배관을 통해 공급받아 상기 코크스오븐 도어 및 도어문틀의 실링부상에 분사하여 도포하는 용액분사노즐(46)을 포함하는 도어실링부 코팅용액 공급장치; 및

   상기 코팅용액 공급장치에 의해 상기 코크스오븐 도어 및 도어문틀의 실링부상에 형성되는 코팅층상에 부착되는 타르를 제거하는 스크랩퍼(31), 스크류 커터(32) 및 고압수 노즐(33)중에서 적어도 하나 이상으로 조합 구성되는 클리닝장치; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐도어와 도어문틀에의 타르고착 방지장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 도어실링부 코팅용액 공급장치에는,

   세척용 물과 공기가 코팅용액 공급 배관라인에 공급되어(49, 50, 52), 코팅용액이 공급된 후, 해당 공급 배관라인 및 용액분사노즐(46)내에 상기 코팅용액의 무기물이 석출되어 막히는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐도어와 도어문틀에의 타르고착 방지장치.

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