KR100823014B1 - 탭 홀 냉각 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고품위 매트 구리 조업ㆍ고부하 조업에 있어서, 용체를 노 내측으로부터 노 외측으로 발출하기 위한 탭 홀 주변 벽돌의 마모 및 변형을 방지하여 자용로의 안정 조업을 유지하는 것을 가능하게 하는 탭 홀 냉각 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

노벽(5a)에 뚫린 개구부(5b)에 삽입 배치되는 중공형의 재킷 본체(10)를 구비하고, 재킷 본체(10)의 내부에 냉각수를 흐르게 하는 수로(23)를 내설하는 동시에, 재킷 본체(10)의 주위에는 노벽(5a)과 용접 접합하기 위한 노벽(5a)과 동질의 재료에 의해 형성되는 플랜지부(13)를 설치하고, 그리고 중공형이 된 재킷 본체(10)의 공간부(10a)에 용체를 노 외측으로 발출하기 위한 탭 홀(2a, 2b)이 형성되는 내화재(30)를 충전하여 이루어지고, 재킷 본체(10)는 철제의 내측 프레임(11)과 동제의 외측 프레임(15)을 접합함으로써 형성되어 있다.

탭 홀 냉각 구조, 노벽, 재킷 본체, 내화재, 반응 샤프트, 침강기

Description

탭 홀 냉각 구조 {TAP HOLE COOLING STRUCTURE}

도1은 본 발명에 관한 탭 홀 냉각 구조에 있어서의 재킷 본체의 바람직한 일 실시 형태의 사시도.

도2는 도1의 재킷 본체의 정면도.

도3은 도1의 재킷 본체의 바닥면도.

도4는 도1의 재킷 본체의 측면도.

도5는 주입관과 배수관을 도시하는 부분 단면도.

도6은 재킷 본체의 개구부로의 설치를 도시하는 사시도.

도7은 자용로 및 슬래그 클리닝로의 개요도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 자용로

1a : 슬래그 클리닝로

2a : 매트 탭 홀

2b : 슬래그 탭 홀

3 : 반응 샤프트

5 : 침강기

5a : 노벽

5b : 개구부

7 : 업테이크

9 : 정광 버너

10 : 재킷 본체

10a : 공간부

11 : 내측 프레임

13 : 플랜지부

15 : 외측 프레임

17 : 외부 프레임

20 : 주입관

21 : 배수관

23 : 수로

30 : 내화재

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-71212호 공보

본 발명은 탭 홀 냉각 구조에 관한 것으로, 더 상세하게는, 동제련 등에 이용되는 자용로 또는 슬래그 클리닝로로부터 매트나 슬래그 등의 용체를 발출하는 탭 홀 및 그 주변부를 효율적으로 냉각하기 위한 탭 홀 냉각 구조에 관한 것이다.

처음에 동제련의 개략의 흐름에 대해 설명한다. 광산으로부터 채굴된 상태의 광석은 「조광」이라 불리우고, 유용 광물 이외에 다량의 무가치물(맥석)을 포함하고 있으므로, 「선광」이라 불리우는 공정에 의해 조광으로부터 맥석을 미광으로서 제거하여 고품위의 정광을 제련에 제공한다. 선광은 광물의 물리적 또는 물리 화학적 성질, 예를 들어 밀도, 경도, 자성, 도전율, 습윤성 등의 차이를 이용하여 행해진다.

선광에 의해 얻게 된 정광은 제련 공정에서 사용되는 열에너지를 절감하여 광석의 노로의 공급, 운반 등의 취급을 용이하게 하는 동시에, 수분에 의한 반응성의 저하를 방지하는 것 등을 목적으로 하여 열을 이용하는 건조가 행해진다. 건조는, 예를 들어 약간 경사진 긴 원통형의 형태를 이룬 노를 갖는 로터리 킬른과 같은 회전 건조기 등을 이용하여 행해진다.

이렇게 하여 얻게 된 정광을 자용로에 산소 부화 공기 혹은 고온 열풍과 동시에 흡입하여 순간적으로 화학 반응을 일으켜, 비중차에 의해 매트와 슬래그로 분리한다. 여기서, 자용로(1)는, 도7에 도시한 바와 같이 반응 샤프트(3), 침강기(5), 업테이크(7)로 구성되고, 반응 샤프트(3)에는 1 내지 3개의 정광 버너(9, 9)가 구비되어 있다. 정광은 이 정광 버너(9, 9)로부터 노 내로 흡입된다. 자용로(1)는 정광의 산화 반응열을 이용하기 때문에 다른 방법보다 연료 소비율이 낮다는 특징이 있다. 또한, 산화 반응열만으로는 열량의 부족을 초래할 우려도 있으므로, 정광 버너(9, 9)로부터 중유 등으로 조연(助燃)하는 경우도 있다.

용융 상태로 된 매트는 자용로(1)의 바닥부 근방에 복수 연속 마련된 매트 탭 홀(2a, 2a)로부터 발출된다. 여기서 얻게 된 매트에는 통상 구리가 60 내지 70 ％ 포함된다. 한편, 슬래그에는 1 ％ 전후의 구리가 포함되므로 업테이크(7)의 하부측에 마련된 슬래그 탭 홀(2b)로부터 발출하고, 슬래그 클리닝로(1a)로 이송하여 슬래그 클리닝하고, 구리를 매트로서 회수하여 자용로(1)로부터의 매트와 합쳐 전로에서 처리한다. 그리고, 전해 정제에 의해 더 품위가 높은 전기동이 제조된다.

최근의 자용로에 있어서의 동제련에 있어서는, 지금까지 1로당 연간 약 30 만톤 정도의 조업이었던 것을 종래의 약 2배의 양의 처리를 행하는 고부하 조업으로 이행하고 있다. 고부하 조업에서는 흡입하는 산소 부화 공기의 양이나 노 내 온도도 지금까지보다 더 과혹해지므로, 노 내의 내열 벽돌 등의 내화재의 침식 열화도 지금까지의 이상으로 급속하게 진행된다. 특히, 샤프트 하부나 샤프트와 침강기의 연결부에 대한 열부하의 증대가 현저하다. 그로 인해, 노 내의 내화재의 교환 작업을 빈번하게 행할 필요가 생겼으므로 내화재의 열화의 진행을 억제하기 위해 노체를 냉각하기 위한 냉각 구조가 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2006-71212호 공보).

자용로에 있어서의 동제련에 있어서 종래의 약 2배의 양의 처리를 행하는 고부하 조업에 있어서는, 노체의 탭 홀로부터 발출되는 매트 및 슬래그의 양도 당연히 지금까지의 2배가 된다. 그러나, 종래의 자용로에 있어서의 탭 홀은 철피로 형성된 프레임에 수납된 내화 벽돌(탭 홀 세트 벽돌)에 형성되어 있고, 그 프레임은 냉각되어 있지 않은 것이 통상이었다. 또한, 슬래그 클리닝로 탭 홀에 대해서도 마찬가지였다.

그로 인해, 고품위 매트 구리 조업ㆍ고부하 조업으로 이행하는 것에 따라서, 탭 홀 세트 벽돌 자체와 그 주변의 내화재로의 부하가 점차 높아져, 종래와 같은 구조에서는 프레임의 변형이나 탭 홀 세트 벽돌의 마모 및 변형이 현저하게 진행되고, 최악의 경우 변형된 벽돌과 벽돌의 간극으로부터 용체가 누출된다는 문제가 발생할 우려가 있었다.

그래서, 고품위 매트 구리 조업ㆍ고부하 조업에 있어서, 용체를 노 내측으로부터 노 외측으로 발출하기 위한 탭 홀 주변 벽돌의 마모 및 변형을 방지하여 자용로 및 슬래그 클리닝로의 안정 조업을 유지하는 것을 가능하게 하기 위해 탭 홀 세트 벽돌 및 그 주변부를 효율적으로 냉각하는 탭 홀 냉각 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 본 발명은 노체로부터 매트 또는 슬래그 등의 용체를 발출하기 위한 탭 홀을 냉각하는 탭 홀 냉각 구조이며, 노벽에 뚫린 개구부에 삽입 배치되는 중공형의 재킷 본체를 구비하고, 재킷 본체의 내부에 냉각수를 흐르게 하는 수로를 내설하는 동시에, 재킷 본체의 주위에는 노벽과 용접 접합하기 위한 노벽과 동질의 재료에 의해 형성되는 플랜지부를 설치하고, 그리고, 중공형이 된 재킷 본체의 공간부에 용체를 노 외측으로 발출하기 위한 탭 홀이 형성되는 내화재를 충전하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탭 홀 냉각 구조 를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 2에 기재된 본 발명은 청구항 1에 기재된 탭 홀 냉각 구조에 있어서, 재킷 본체는 노 내측에 위치하도록 배치되는 플랜지부를 구비한 철제의 내측 프레임과, 노 외측에 위치하도록 배치되는 동제의 외측 프레임을 일체로 접합함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 3에 기재된 본 발명은 청구항 2에 기재된 탭 홀 냉각 구조에 있어서, 수로는 동제의 외측 프레임에 형성된 공간부를 둘러싸도록 하여 외측 프레임의 내부에 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 4에 기재된 본 발명은 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 탭 홀 냉각 구조에 있어서, 노는 자용로 또는 슬래그 클리닝로인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 관한 탭 홀 냉각 구조에 대해 바람직한 일 실시 형태를 기초로 하여 상세하게 설명한다. 도1은 본 발명에 관한 탭 홀 냉각 구조에 있어서의 재킷 본체의 바람직한 일 실시 형태의 사시도, 도2는 그 정면도, 도3은 그 바닥면도, 도4는 그 측면도이다.

도1 내지 도4에 도시한 바와 같이, 재킷 본체(10)는 개략적으로 내부가 공동형의 각통 형상을 이루고, 재킷 본체(10)의 외주면에는 외측 방향으로 돌출되도록 하여 플랜지형의 플랜지부(13)가 형성되어 있다. 또한, 플랜지부(13)는, 도6에 도시한 바와 같이 노벽(5a)에 형성된 개구부(5b)의 경사각을 따른 각도를 갖고 형성되어 있다. 또한, 재킷 본체(10)의 공간부(10a)에는 내화 벽돌 등의 내화재(30)가 충전되도록 되어 있다. 그리고, 공간부(10a)에 충전된 내화재(30)의 대략 중앙부에는 매트나 슬래그 등의 용체를 발출하기 위한 탭 홀(2a)이 뚫린다. 여기서, 공간부(10a)에 충전되는 내화재(30)로서는, 예를 들어 마그네시아 크롬질 벽돌, 지르콘질 벽돌 등이 있다.

재킷 본체(10)는, 도4에 도시한 바와 같이 노 내측에 위치하도록 배치되는 플랜지부(13)를 구비한 철제의 내측 프레임(11)(사선부)과, 노 외측에 위치하도록 배치되는 동제의 외측 프레임(15)을 일체로 연결 접합함으로써 형성되어 있다. 구체적으로는, 내부에 공동을 갖는 각통형의 내측 프레임(11) 및 외측 프레임(15)을 용접함으로써 일체로 형성되어 있다. 또한, 외측 프레임(15)에는 오목부(17a)를 구비한 두꺼운 외부 프레임(17)이 일체로 형성되어 있고, 이에 의해 냉각 효과를 더 높일 수 있다.

여기서, 구리는 700 ℃에서의 열전도율이 354 W/mㆍK로 철의 34 W/mㆍK에 비해 약 10배나 되므로, 용접 시에 있어서의 열이 급속하게 확산되게 되므로 용접부의 친숙함이 나빠, 접합 불량을 일으키기 쉽다. 그로 인해, 철제의 내측 프레임(11)과 동제인 외측 프레임(15)의 용접 시에는 동재를 충분히 가열하고, 구리가 주체인 전용의 용접봉을 이용하여 행할 필요가 있다. 이 점, 재킷 본체(10)를 모두 구리에 의해 형성하는 것도 고려되지만, 재킷 본체(10)의 설치 시에는 동제의 재킷 본체(10)를 노가 설치되어 있는 현장에서 노체 철피에 직접 용접해야만 한다. 그러나, 구리와 철을 용접하는 경우에는 동재의 충분한 가열이 필요한 것, 하향 용접이 아니면 품질상의 결함이 생기는 등의 문제로부터 노가 설치된 현장에서의 용 접은 곤란하고, 또한 작업 부담도 크다. 그래서, 노체 철피와 용접되는 플랜지부(13)를 갖는 부분[내측 프레임(11) 부분]을 노벽(5a)과 동질의 소재인 철에 의해 형성함으로써 노체 철피와의 현장 용접을 용이하게 하고, 노체로의 재킷 본체(10)의 설치의 용이화를 도모하였다. 이에 의해, 재킷 본체(10)를 매우 용이하고 또한 단시간에 노체 철피에 설치할 수 있어, 신규 설치나 교환 등의 유지 보수에 있어서도 작업 부담을 대폭 경감시키는 것이 가능해진다.

한편, 동제의 외측 프레임(15)의 내부에는, 도2에 도시한 바와 같이 공간부(10a)를 둘러싸도록 하여 냉각수를 흐르게 하기 위한 수로(23)가 형성되어 있다. 수로(23)는 동제의 외측 프레임(15)의 측면 하부측에 설치된 주입관(20)과 배수관(21)과 연통되어 있고, 주입관(20)으로부터 주입된 냉각수는 수로(23)를 통해 외측 프레임(15)의 주위를 한바퀴 돌고, 배수관(21)으로부터 배수되도록 되어 있다(도5). 이와 같이, 냉각은 열전도율이 높은 동제의 외측 프레임(15) 부분에서 행하는 것으로 하였으므로 공간부(10a)에 배치된 내열재(30) 및 그 주위의 노벽(5a)을 효율적으로 냉각하는 것이 가능해진다. 또한, 재킷 본체(10)를 구성하는 재질의 조합은 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 냉각 효율이나 비용 등으로부터 보면 철과 구리의 조합이 바람직하다. 또한, 재킷 본체(10)에 이와 같은 수냉 구조를 마련함으로써 종래보다도 높은 냉각 효과를 향수시킬 수 있다.

다음에, 상술한 재킷 본체(10)의 노벽(5a)의 개구부(5b)로의 설치 및 탭 홀(2a)의 형성에 대해 설명한다.

우선, 재킷 본체(10)를 노벽(5a)의 개구부(5b)로 내측 프레임(11)측으로부터 삽입하고, 플랜지부(13)를 개구부(5b)의 노벽(5a)에 밀착시킨다. 그리고, 플랜지부(13)의 주연부(13a)와 개구부(5b)의 노벽(5a)을 용접하여 재킷 본체(10)를 노체 철피에 고정한다. 이때의 용접은 동질의 재료끼리의 용접이 되므로 작업을 행하기 쉽고, 게다가 충분한 강도도 확보할 수 있다. 그리고, 재킷 본체(10)의 공간부(10a) 내에 내화재(30)를 충전하고, 내화재(30)의 대략 중앙부에 탭 홀(2a)을 뚫는다.

다음에, 주입관(20)과 배수관(21)에 각각 호스를 연결하여, 도시하지 않은, 예를 들어 냉각수 탱크와 연결한다. 이 작업을 노에 마련된 개구부(5b)의 수만큼 행한다. 도7의 자용로의 경우에는 편측에 5군데의 탭 홀(2a)(매트 탭 홀)과, 업테이크(7)의 하부의 탭 홀(2b)(슬래그 탭 홀)을 구비하고 있고, 각각에 대해 이 설치 작업을 행한다. 또한, 슬래그 클리닝로의 탭 홀(2b)(슬래그 탭 홀)에도 동일한 설치 작업을 행한다.

(실시예)

철 및 구리의 두께가 약 10 ㎜인 내측 프레임(11)과 외측 프레임(15)으로 이루어지고, 공간부(10a)가 약 400 × 400 ㎜의 크기이고, 그 내부에 충전된 마그네시아 크롬질 벽돌에 직경 약 120 ㎜인 탭 홀(2a)이 형성되고, 그리고 내경이 약 30 ㎜인 수로(23)를 구비한 재킷 본체(10)를 자용로의 개구부(5b)에 설치하여 가동을 행하였다.

종래에는 약 5개월 정도로 탭 홀 세트 벽돌의 교환이 필요했지만, 본 실시예에 따르면 탭 홀 세트 벽돌을 약 1년간 교환하지 않아도 벽돌의 마모나 변형은 발 견되지 않았다.

그로 인해, 탭 홀로부터의 용체의 누설의 우려도 없어 안전성이 높아졌다. 또한, 탭 홀 세트 벽돌의 교환 등의 유지 보수 작업의 횟수가 줄었으므로 교환 비용이 삭감되는 동시에, 그만큼 노의 가동 기간이 늘어 고부하 조업에 기여할 수 있었다.

본 발명에 관한 탭 홀 냉각 구조에 따르면, 중공형의 재킷 본체의 내부에 냉각수를 흐르게 하는 수로를 마련하였으므로 탭 홀 세트 벽돌 자체와 그 주변의 내화재에 대한 부하를 억제하여 탭 홀 세트 벽돌의 마모 및 변형을 유효 방지할 수 있다는 효과가 있다. 그 결과, 자용로의 안정 조업이 가능해져 용체의 누출의 위험을 회피할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 관한 탭 홀 냉각 구조에 따르면, 재킷 구조로 하였으므로 지금까지의 탭 홀 주변에 냉각 구조가 없는 노체에 대해서도 대규모의 개조를 행하지 않고 후부착으로 용이하게 효율적인 냉각 구조를 부여할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 관한 탭 홀 냉각 구조에 따르면, 재킷 본체를, 철과 구리를 일체로 접합하는 것으로 하였으므로, 열전도율이 높은 구리에 의해 효율적으로 냉각을 가능하게 하는 동시에, 기설의 노체 철피 부분과 철제의 플랜지부를 현지에서 용이하게 용접 접합할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 노체로부터 매트 또는 슬래그 등의 용체를 발출하기 위한 탭 홀을 냉각하는 탭 홀 냉각 구조이며,

   노벽에 뚫린 개구부에 삽입 배치되는 중공형의 재킷 본체를 구비하고,

   상기 재킷 본체의 내부에 냉각수를 흐르게 하는 수로를 내설하는 동시에, 상기 재킷 본체의 주위에는 상기 노벽과 용접 접합하기 위한 상기 노벽과 동질의 재료에 의해 형성되는 플랜지부를 설치하고,

   그리고, 중공형이 된 상기 재킷 본체의 공간부에 용체를 노 외측으로 발출하기 위한 탭 홀이 형성되는 내화재를 충전하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탭 홀 냉각 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 재킷 본체는,

   노 내측에 위치하도록 배치되는 상기 플랜지부를 구비한 철제의 내측 프레임과, 노 외측에 위치하도록 배치되는 동제의 외측 프레임을 일체로 접합함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탭 홀 냉각 구조.
3. 제2항에 있어서, 상기 수로는 동제의 상기 외측 프레임에 형성된 공간부를 둘러싸도록 하여 상기 외측 프레임의 내부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 탭 홀 냉각 구조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노는 자용로 또는 슬래그 클리닝로인 것을 특징으로 하는 탭 홀 냉각 구조.

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