KR100827345B1

KR100827345B1 - 전기로의 연소가스 냉각장치 및 이의 제어방법

Info

Publication number: KR100827345B1
Application number: KR1020070125415A
Authority: KR
Inventors: 강성환
Original assignee: (주)동국이앤씨
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2008-05-06

Abstract

본 발명은 전기로의 연소가스 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속을 용융시켜 제련하는 전기로에서 발생되는 연소가스를 냉각시키되, 고온의 연소가스에 냉각수를 분무시켜 냉각수의 기화 작용으로 연소가스가 급냉되도록 구성되는 것으로, 작은 규모로 빠른 시간 내에 고온의 연소가스가 냉각되도록 하는 전기로의 연소가스 냉각장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 제강용 전기로(10)에서 배기되는 연소가스를 연소시키는 연소기(30); 상기 연소기(30)와 이어져 연소가스를 냉각하는 열교환기(40); 상기 열교환기(40)와 이어져 연소가스의 분진을 제거하는 집진기(50)가 포함되는 전기로 연소가스 냉각장치에 있어서, 상기 열교환기(40)는 공급되는 물이 분무되도록 하는 냉각분무장치(41)가 하나 또는 복수 개 설치되어, 분무되는 물이 기화하면서 연소가스의 열에너지를 흡수하여 냉각되도록 구비되고, 상기 냉각분무장치(41)로 물을 공급하는 분무제어장치(62)가 구비되며, 상기 전기로(10)의 작동을 제어하고 상기 분무제어장치(62)을 제어하는 제어장치(60)가 포함되어 구비되는 것이다.

전기로, 냉각, 연소가스, 분무

Description

전기로의 연소가스 냉각장치 및 이의 제어방법{GAS COOLING SYSTEM FOR COMBUSTION GAS OF ELECTRIC ARC FURNACE AND CONTROL METHOD OF GAS COOLING SYSTEM}

일반적으로 전기로는 고압 고전류의 전기 아크(arc)를 이용하여 철과 같은 금속을 녹여 원하는 형상 및 성분으로 제련하는 용광로에 해당된다.

이와 같은 전기로는 내부온도가 고온으로 되어야 로 내부의 재료가 완전하게 용융되어 원하는 바대로 제련을 할 수 있다. 이에 전기로 내부의 온도는 통상 1000℃ 이상의 고온이기 때문에, 도 9의 특허 제135005호(전기로 내 온도제어방법)에서 와 같이 자동제어에 의하여 전기로 내부의 온도를 제어하게 된다.

근래에는 전기로에 의하여 용융된 금속 재료는 제련 공정에 의하여 유용한 철로 이용하면서, 전기로의 용융과정에서 발생되는 찌꺼기 및 분진의 성분들을 선별하여 다양한 산업분야에 이용하고 있어, 자원의 활용 방안이 다양하게 제시되고 있는 것이다.

이에 이와 같이 전기로에서 발생되는 분진을 효과적으로 이용하기 위해서는, 전기로에서 배출되는 연소가스에서 공기와 분진을 걸러내어야 할 것이다. 또한 연소가스를 그대로 배출하게 되면 다량의 유해물질이 함께 배출되기 때문에 반드시 집진기를 이용하여 정화된 공기만 배출되어야 한다.

그러나 집진기의 필터는 대부분 섬유질로, 전기로의 온도가 1000℃ 이상의 고온인 연소가스가 집진기로 유입되면 집진기의 필터가 손상되는 문제점이 발생된다.

또한 전기로부터 발생되는 연소가스를 흡입하는 흡입팬의 부재들은 비록 고온에 견디도록 구성된다 하여도 고온의 연소가스를 계속 흡입하게 되면 손상되는 부재들에 의해 기밀성을 유지하지 못하여 연소가스를 흡입하지 못하는 문제점이 발생되는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 금속을 용융시켜 제련하는 전기로에서 발생되는 연소가스를 냉각시키되, 고온의 연소가스에 냉각수를 분무시켜 냉각수의 기화 작용으로 연소가스가 급냉되도록 구성한 것으로, 작은 규모로 빠른 시간 내에 고온의 연소가스가 냉각되도록 하는 목적이 있다.

또한 각 덕트의 온도감시센서 및 제어장치 등에 의하여 연소가스의 온도가 최적의 상태로 되도록 조절하여 냉각 후 집진기에서 분진이 효과적으로 제거되도록 하는 목적이 있다.

나아가 단일의 메인팬에 더하여 냉각작동하는 열교환기 후단에 연결되는 부스터팬에 의하여 열교환기 내의 연소가스가 효과적으로 배출되는 과정 중에 분무되는 냉각수가 연소가스 내로 골고루 퍼져 기화가 잘되도록 하는 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치는 제강용 전기로(10)에서 배기되는 연소가스를 연소시키는 연소기(30); 상기 연소기(30)와 이어져 연소가스를 냉각하는 열교환기(40); 상기 열교환기(40)와 이어져 연소가스의 분진을 제거하는 집진기(50)가 포함되는 전기로 연소가스 냉각장치에 있어서, 상기 열교환기(40)는 공급되는 물이 분무되도록 하는 냉각분무장치(41)가 하나 또는 복수 개 설치되어, 분무되는 물이 기화하면서 연소가스의 열에너지를 흡수하여 냉각되도록 구비되고, 상기 냉각분무장치(41)로 물을 공급하는 분무제어장치(62)가 구비되며, 상기 전기로(10)의 작동을 제어하고 상기 분무제어장치(62)을 제어하는 제어장치(60)가 더 포함되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

이에 상기 냉각분무장치(41)는 물이 공급되는 수분공급로(411)와 공기가 공급되는 공기공급로(412)가 형성되어, 상기 분무제어장치(62)를 통하여 물과 함께 비산공기가 공급되어져, 공기에 의하여 공급되는 물이 분부되면서 비산되도록 구비되며, 상기 제어장치(60)는 상기 분무제어장치(62)을 통하여 상기 냉각분무장치(41)에 공급되는 물과 공기의 공급을 차단하거나 공급되는 양이 조절되어 공급되도록 구비될 수 있다.

또한 상기 분무제어장치(62)은 상기 냉각분무장치(41)에 물이 공급되도록 하는 물공급회로(63)와 공기가 공급되도록 하는 공기공급회로(64)가 각각 형성되며, 상기 물공급회로(63)는 흐르는 물을 단속하거나 흐르는 물의 양을 조절하는 유량조절밸브(631)와 흐르는 물의 양을 검출하는 유량센서(632)가 구비되고, 상기 공기공급회로(64)는 흐르는 공기를 단속하는 공기제어밸브(641)가 구비될 수 있다.

그리고 상기 전기로(10)와 상기 연소기(30)가 연결되도록 하는 전기로덕트(71)가 구비되고, 상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40)가 연결되도록 하는 연소덕트(72)가 구비되며, 상기 열교환기(40)와 상기 집진기(50)가 연결되도록 하는 냉 각덕트(73)가 구비되고, 상기 집진기(50)에서 연소가스가 배출되도록 하는 배출덕트(74)가 구비되며, 상기 전기로덕트(71), 상기 연소덕트(72), 상기 냉각덕트(73) 및 상기 배출덕트(74)는 온도를 감지하는 노덕트센서(711), 연소덕트센서(721), 냉각덕트센서(731) 및 배출덕트센서(741)가 각각 구비되고, 상기 제어장치(60)는 상기 노덕트센서(711), 상기 연소덕트센서(721), 상기 냉각덕트센서(731) 및 상기 배출덕트센서(741)에서 감지된 온도데이터가 수신되는 센서입력블럭(601)이 구비되고, 입력된 각 센서의 입력데이터값이 저장되는 메모리부(602)가 구비될 수 있다.

또한 상기 제어장치(60)는, 상기 전기로(10)와 연결되는 전기로컨트롤블럭(605); 상기 분무제어장치(62)와 연결되어 유량조절밸브(631)를 통하여 물공급을 제어하고, 공기제어밸브(641)를 통하여 공기공급을 제어하며, 유량센서(632)의 검출 데이터 신호를 전송받는 분무신호처리블럭(607); 상기 냉각덕트(73)와 결합되어 상기 열교환기(40)로부터 배출되는 연소가스의 흐름을 조절하는 부스터팬(75)의 작동을 조절하고, 상기 배출덕트(74)와 결합되어 집진기(50)로 유입되는 연소가스의 흡입량을 조절하는 메인팬(76)의 작동을 조절하는 팬제어블럭(608)이 포함되어 구비될 수 있다.

이에 더하여 상기 전기로(10)와 상기 연소기(30)가 연결되도록 하는 전기로덕트(71)가 냉각수가 흐르는 수냉용 이중자켓트형 덕트로 이루어질 수 있고, 상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40)가 연결되도록 하는 연소덕트(72)가 냉각수가 흐르 는 수냉용 이중자켓트형 덕트로 이루어질 수 있으며, 상기 연소기(30)의 연소탑체(31)는 냉각수가 흐르는 수냉용 이중 벽체로 형성되도록 구비될 수 있다.

나아가 상기의 전기로의 연소가스 냉각장치의 제어방법은,

분무제어장치(62)에 물과 공기가 공급되는가를 점검하고, 전기로(10), 연소기(30), 열교환기(40), 집진기(50), 메인팬(76) 및 부스터팬(75)의 작동이 정상인지를 판별하여 시스템 작동을 준비하는 시스템작동준비단계(S01);

메인팬(76) 및 부스터팬(75)을 작동하여 배기작동을 가동하는 팬작동단계(S021);

연소기(30)를 작동하는 연소기 작동단계(S022);

전기로(10)를 작동하고 전기로(10)의 검출되는 온도에 따라 재료를 투입하여 용해한 후 제강작업을 하는 전기로작동단계(S023)가 포함되어 제강공정을 진행하는 제강공정단계(S02);

노덕트센서(711), 연소덕트센서(721), 냉각덕트센서(731) 및 배출덕트센서(741)로부터 검출되는 온도데이터를 입력받는 온도데이터입력단계(S031);

상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40) 사이의 상기 연소덕트센서(721)에서 검출되는 온도가 500℃ 이상인가를 판별하는 개시온도판별단계(S032);

상기 연소덕트센서(721)에서의 검출온도가 500℃ 이상인 경우 분무제어장치(62)의 공기제어밸브(641)를 작동하여 냉각분무장치(41)로 공기가 분사되도록 하는 냉각공기분사단계(S033);

상기 냉각분무장치(41)에서 공기가 분무되도록 하는 상태에서 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631)를 작동하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기와 함께 냉각수가 분무되도록 하는 냉각수분무단계(S034);

상기 집진기(50) 측의 집진입구덕트부(732)의 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인가를 판별하는 집진온도검출단계(S035);

상기 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인 경우에는 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631) 및 공기제어밸브(641)를 작동하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기 및 냉각수의 분무를 중지하는 냉각수분무중지단계(S036)가 포함되어 배출되는 연소가스가 냉각되도록 하는 연소가스 냉각단계(S03);

제강공정이 완료되어 각 장치의 작동을 정지하고 각 센서에서 검출되는 온도에 따라 냉각수 분무를 정지하며 시스템의 작동을 정지하는 냉각장치작동정지단계(S04)가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 상기 시스템작동준비단계(S01)는,

상기 분무제어장치(62)에 물과 공기가 공급되는가를 감지하고, 공급되는 공기가 상기 냉각분무장치(41)로 분무되도록 하여 상기 냉각분무장치(41)의 분사구측 에 있는 이물질이 제거되어 연무냉각작업을 준비하는 연무냉각준비단계(S011);

상기 메인팬(76) 및 상기 부스터팬(75)를 작동하여 정상작동여부를 점검하는 팬작동준비단계(S012);

상기 전기로(10), 상기 연소기(30), 상기 열교환기(40), 상기 집진기(50) 및 각 덕트에 설치된 각 온도감지센서에서 감지되는 온도가 정상수치의 온도로 검출되고 정상작동하는지 점검하는 센서작동준비단계(S013);

상기 연소기(30)의 연소작동을 점검하는 연소기준비단계(S014);

상기 전기로(10)의 연소작동을 점검하는 전기로준비단계(S015)가 포함되어 이루어질 수 있다.

또한 상기 냉각장치작동정지단계(S04),

제강공정이 완료되어 상기 전기로(10)의 작동을 정지하는 전기로작동정지단계(S041);

상기 전기로(10)의 작동이 정지된 후 상기 연소기(30)의 작동을 정지하는 연소기 작동정지단계(S042);

상기 연소덕트센서(721)에서의 검출온도가 300℃ 이하이고 상기 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인 경우에는 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631) 및 공기제어밸브(641)를 제어하여 상기 냉각분무장치(41)에서 냉각수 및 공기의 분사가 정지되도록 하는 연무냉각정지단계(S043);

상기 유량조절밸브(631)를 잠금상태로 하고 상기 공기제어밸브(641)를 작동 하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기가 분사되도록 하여 이물질을 제거하는 이물질제거단계(S044);

상기 메인팬(76) 및 상기 부스터팬(75)의 작동을 정지하는 팬작동정지단계(S045)가 포함되어 이루어질 수 있다.

상기와 같이 구비되는 본 발명은 금속을 용융시켜 제련하는 전기로에서 발생되는 연소가스를 냉각시키되, 고온의 연소가스에 냉각수를 분무시켜 냉각수의 기화 작용으로 연소가스가 급냉되도록 구성되는 것으로, 작은 규모로 빠른 시간 내에 고온의 연소가스가 냉각되도록 하는 탁월한 효과가 있다.

또한 각 덕트의 온도감시센서 및 제어장치 등에 의하여 연소가스의 온도가 최적의 상태로 되도록 조절하여 냉각 후 집진기에서 분진이 효과적으로 제거되도록 하는 효과가 있다.

나아가 단일의 메인팬에 더하여 냉각작동하는 열교환기 후단에 연결되는 부스터팬에 의하여 열교환기 내의 연소가스가 효과적으로 배출되는 과정 중에 분무되는 냉각수가 연소가스 내로 골고루 퍼지도록 하여 기화작용이 양호하도록 하는 장점이 있다.

이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치에 대한 개략적인 구성도, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치의 열교환기에 대한 분무구성도, 도 4는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치의 분무제어장치에 대한 개략적인 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치의 냉각분무장치에 대한 단면도, 도 6은 도 1의 B부분에 대한 확대도, 도 7은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치에 대한 제어 블럭도, 그리고 도 8은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치에 대한 제어 순서도를 각각 도시한 것이다.

즉 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치(A)는 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 철과 같은 금속재료를 용융시키는 제강용 전기로(10), 전기로(10)에서 배기되는 연소가스를 연소시키는 연소기(30), 상기 연소기(30)와 이어져 연소가스를 냉각하는 열교환기(40), 상기 열교환기(40)와 이어져 연소가스의 분진을 제거하는 집진기(50) 등이 포함되어 전기로 연소가스 냉각장치가 구비되는 것이다.

도 1에서 보여지는 바와 같이 전체적인 시스템의 구성은 일측의 전기로(10), 그리고 연소기(30) 등이 포함되어 제련작업을 수행하게 되는 제련시설공간(11)이 형성되는 것이고, 이러한 전기로(10)를 포함하여 제련시설공간(11)에서 발생되는 각종 연소가스 및 분진는 시설덕트(13)를 통해 모아져서 집진기(50)에서 걸러낸 후, 맑은 공기만 외부로 배출되도록 구성되는 것이다.

특히 전기로(10)에서 강력한 세기의 전기를 이용하여 금속재료를 용융시키기 때문에 많은 분진이 연소가스와 함께 발생되어, 제련시설공간(11) 내부에도 상당한 양의 분진이 잔존하게 되고, 이러한 분진을 제거해야만 작업자가 안전하게 제련작업을 할 수 있는 것이다.

또한 전기로(10)에서 발생되는 연소가스 내에는 상당히 유용한 성분들이 다량 포함되어 있기 때문에 이러한 분진을 걸러서 이용함이 더욱 바람직할 것이다.

따라서 제련시설공간(11)에서 발생되는 분진과 함께 전기로(10)에서 배출되는 연소가스 내의 유용한 물질들도 함께 걸러낼 필요가 있는 것이다. 통상 제련시설공간(11)은 작업자가 작업을 하는 공간이기 때문에 분진이 포함된 공기를 집진기(50)에서 바로 걸러내도 무관하다. 하지만 전기로(10) 및 연소기(30)를 통과하는 연소가스는 금속을 용융시키는 정도의 높은 온도를 갖기 때문에 필터, 배관 등 많은 부재들이 손상될 수 있는 것이다.

이에 본 발명에 따른 냉각장치(A)의 경우에는 연소기(30)와 연소덕트(72)로 연결되는 열교환기(40)를 구비한 것이고, 열교환기(40)에서 온도가 낮춰진 상태에서 집진기(50)로 흘러들어가도록 구성되는 것이다.

특히 본 발명에 따른 냉각장치(A)는 열교환기(40)의 성능을 탁월하게 구성한 것이고, 또한 연소기(30)의 연소탑체(31) 및 덕트가 냉각성능이 탁월하도록 구성한 것이어서, 제련작업이 양호하도록 구성한 것이다.

이하 구체적인 구성을 보면, 상기 열교환기(40)는 도 1 내지 도 3과 같이 공급되는 물이 분무되도록 하는 냉각분무장치(41)가 하나 또는 복수 개 설치되어, 분무되는 물이 기화하면서 연소가스의 열에너지를 흡수하여 냉각되도록 구비되는 것이다. 또한 이러한 상기 냉각분무장치(41)로 물을 공급하는 분무제어장치(62)가 구비되며, 이와 아울러 도 7과 같이 상기 전기로(10)의 작동을 제어하고 상기 분무제어장치(62)을 제어하는 제어장치(60)가 더 포함되어 구비되는 것이다.

이와 같이 구비되는 본 발명의 냉각장치(A)에 의하면, 물은 액체상태일 때에는 100℃ 이하에서 존재하나, 열교환기(40)로 유입되는 연소가스는 대략 600℃(500 ~ 900℃)(때로는 대략 1000℃ 가까운 고온) 정도의 고온으로 유입되기 때문에, 분무되는 액체상태의 물은 연소가스의 열을 흡수하면서 100℃가 넘어서서 기화되는 과정을 거치게 된다. 이러한 과정 중에 물은 가열되나 연소가스는 짧은 시간에 저온으로 냉각되도록 구성한 것이다. 이와 같은 연소가스의 유입온도는 전기로(10)에서의 제련 조건에 따라 변화될 수 있는 것으로, 재료의 양, 연속 제련 시간 정도, 전기로 내부의 온도 등에 따라 변화될 수 있다. 그리하여 본 발명에 따른 냉각장치(A)는 이와 같이 변화되는 연소가스의 유입량 및 유입온도에 따라 최적의 상태로 연소가스를 냉각되도록 하는 장점이 있는 것이다.

특히 본 발명에 따른 냉각장치(A)에서는 이러한 상기 냉각분무장치(41)가 도 5와 같이 물이 공급되는 수분공급로(411)와 공기가 공급되는 공기공급로(412)가 함께 형성되도록 구성한 것으로, 상기 분무제어장치(62)를 통하여 물과 함께 압축공기가 공급되어져, 공기에 의하여 공급되는 물이 분무되면서 비산되도록 구비되는 것이다. 그리고 이를 위한 상기 제어장치(60)는 상기 분무제어장치(62)을 통하여 상기 냉각분무장치(41)에 공급되는 물과 공기의 공급을 차단하거나 공급되는 양이 조절되도록 구비되는 것이다.

또한 냉각분무장치(41) 및 열교환기(40)는 액상의 물이 연무상태(안개와 같은 작은 물방울 알갱이로 분무되는 상태)가 되도록 구성함이 바람직하다. 이를 위하여, 도 1과 같이 냉각분무장치(41) 노즐의 분무각도는 열교환기(40) 내의 상향 30 ~ 50도 사이로 향하여 분무되도록 구성함이 바람직하다. 그리고 도 2 및 도 3과 같이 열교환기(40)의 수평 크기에 따라 냉각분무장치(41)의 수를 하나 또는 복수 개로 하여 구비되도록 할 수 있다.

도 2에서는 냉각분무장치(41)가 3개 설치된 것을 예로 하였고, 도 3에서는 냉각분무장치(41)가 6개 설치된 것을 예로 하여 도시하였다.

또한 도 2 내지 도 4와 같이 하나 또는 복수로 구비되는 냉각분무장치(41)의 설치된 수에 따라 분무제어장치(62)도 형태를 달리할 수 있다.

즉 압축공기(Compressed air)와 냉각수(Cooling water)가 공급되어 이를 다수의 공급처로 분기되도록 하는 냉각수분기부(633) 및 압축공기분기부(643)가 구성되는 것이다. 그리하여 도 2에서는 3갈래로 분기되는 물공급회로(63)(도 2에서 실선으로 표시됨) 및 공기공급회로(64)(도 2에서 점선으로 표시됨)를 통하여 냉각수와 압축공기가 각각의 냉각분무장치(41)에 공급되는 것이다.

이러한 냉각분무장치(41)로 냉각수와 압축공기를 제공하도록 구비되는 상기 분무제어장치(62)은 상기 냉각분무장치(41)에 물이 공급되도록 하는 물공급회로(63)와 공기가 공급되도록 하는 공기공급회로(64)가 각각 형성되어 있다. 또한 상기 물공급회로(63)는 흐르는 물을 단속하거나 흐르는 물의 양을 조절하는 유량조 절밸브(631)와 흐르는 물의 양을 검출하는 유량센서(632)가 구비되어 있고, 상기 공기공급회로(64)는 흐르는 공기를 단속하는 공기제어밸브(641)가 구비되어 있다.

그리고 도 2 및 도 3과 같이 냉각분무장치(41)가 복수 개 구비되는 경우, 냉각수와 압축공기를 각 냉각분무장치(41)로 분할하여 공급하기 위한 냉각수분기부(633)와 압축공기분기부(643)가 구성되는 것이다.

따라서 각 냉각분무장치(41)는 분무제어장치(62)의 냉각수분기부(633) 및 압축공기분기부(643)에 의하여 분할되어 공급되는 냉각수 및 압축공기가 공급되어져, 열교환기(40) 내부로 냉각수가 연무상태로 분무되도록 구비되는 것이다.

즉 도 2 내지 도 4의 도시에서는 공급되는 냉각수 및 압축공기가 냉각수분기부(633)와 압축공기분기부(643)에서 복수의 회로들로 분기되는 물공급회로(63) 및 공기공급회로(64) 등으로 분기되는 것이다.

이에 냉각분무장치(41)로 공급되는 냉각수 및 압축공기를 단속하고 공급량을 조절하기 위한 물공급회로(63)의 유량조절밸브(631)과, 공기공급회로(64)의 공기제어밸브(641)는 도 2 내지 도 4와 같이 냉각수분기부(633) 및 압축공기분기부(643)의 이후에 설치되어 단속작동하도록 구비될 수 있다. 따라서 분기되는 각 회로마다 다수의 유량조절밸브(631)와 공기제어밸브(641)가 각각 설치되어, 개별작동하도록 구비될 수 있다.

이와 같이 개별회로별로 공급되는 냉각수 및 압축공기를 단속함에, 열교환기(40)로 인입되는 연소가스의 온도변화에 따라 개별회로의 유량조절밸브(631) 및 공기제어밸브(641)를 조절하여 열교환기(40)에서 분무되는 냉각수의 분무량을 조절 하도록 구비되는 것이다.

따라서 전기로(10)의 작동 초기, 전기로(10) 작동 중에 재료를 새로이 넣거나 용융된 재료를 빼내는 과정 등, 비교적 낮은 온도의 연소가스가 열교환기로 인입되는 경우에는 냉각수가 적게 분무되어 열교환기(40)에서 배출되는 연소가스가 너무 낮은 온도가 되지 않게 된다.

이는 집진기(50)에서 분진은 필터에 의하여 걸러지나 기화된 물은 공기와 함께 외부로 배출되어야 필터의 손상이 적게 되기 때문이다. 반면 너무 낮은 온도로 냉각되어 집진기(50)로 유입되는 연소가스의 온도가 100℃ 이하로 될 수 있어, 연소가스 내의 기화되었던 물은 액체상태로 변화된다(연소가스 내에는 많은 분진이 포함되어 있어 실제로 대략 50℃ 정도가 되어 액체상태로 변화된다). 이는 결국 일부 수증기가 필터에 걸러지게 되는 것으로, 이와 같이 액상의 물이 필터에 붙게 되면 필터의 성능이 저하될 뿐만 아니라 분진 및 수분에 의하여 필터 및 집진지(50)의 부재들이 부식 등에 의하여 손상되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서 열교환기(40)에서 냉각되어 배출되는 연소가스의 온도가 집진기(50)로 100℃ 이상을 유지한 상태로 유입될 수 있는 정도의 온도로 냉각되어야 할 것이다. 이를 위하여 열교환기(40) 내로 분무되는 냉각수의 분무량을 조절하여야 하며, 이에 복수 개로 구비되는 개별 물공급회로(63)의 유량조절밸브(631) 및 공기공급회로(64)의 공기제어밸브(641)를 각각 단속작동하도록 구비되는 것이다.

도 3에서는 총 6개의 냉각분무장치(41)가 서로 대략 60도 정도의 간격으로 배치되어 설치됨을 보이고 있다. 나아가 열교환기(40)의 크기가 크게 구성되고, 유입되는 연소가스의 양이 상당한 경우에는 복수의 냉각분무장치(41)들을 다수의 층으로 하여 구성될 수도 있다. 즉 도 3과 같이 총 6개의 냉각분무장치(41)가 하나의 층으로 형성되어짐에, 이러한 6개의 냉각분무장치(41)를 상부 또는 하부측에도 더 구성되어질 수 있는 것이다. 이는 유입되는 상당량의 연소가스를 효과적으로 냉각하기 위한 것이다. 물론 상기에서 언급한 바와 같이 다수의 층으로 복수의 냉각분무장치(41)가 설치되는 경우에도, 유입되는 연소가스의 온도의 높고 낮음에 따라 냉각수 분무작동하는 냉각분무장치(41)의 수를 알맞게 조절하여야 할 것이다.

또한 분무제어장치(62)는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 즉 도 3과 같이 한 층에 복수 개(도 3에는 6개 설치됨을 예시됨)의 냉각분무장치(41)가 설치되는 경우, 도 4의 분무제어장치(62)가 복수 개의 각 층별로 되는 다층 구조의 프레임(65)이 형성되고, 유량조절밸브(631)와 유량센서(632)가 구비된 물공급회로(63)(도 3에서 실선으로 표시됨) 및 공기제어밸브(641)가 구비된 공기공급회로(64)(도 3에서 점선으로 표시됨) 등이 프레임(65)의 각 층별로 하나의 회로씩 구성될 수 있다. 따라서 도 3 및 도 4와 같이 6개의 냉각분무장치(41)가 구비되는 경우에는 이와 연결되는 물공급회로(63) 및 공기공급회로(64) 등이 각 층별로 되어 총 6개 층 및 개별회로로 구성됨을 보이고 있다.

그리고 하나의 층에 복수 개(도 3 및 도 4에서는 6개)의 냉각분무장치(41) 들이 다수의 층으로 이루어지는 경우에는, 도 4의 분무제어장치(62)가 각 층별로 하나씩으로 하여 구비될 수 있는 것이다.

물론 이러한 분무제어장치(62)의 다른 실시로는 다수의 물공급회로(63)가 하 나의 프레임(미도시됨)으로 구비되고, 또한 다수의 공기공급회로(64)가 하나의 프레임(미도시됨)으로 구분되어 구비될 수도 있는 것이다.

또한 단일의 층에 다수의 물공급회로(63)가 구성되도록 하고, 다른 단일의 층에 다수의 공기공급회로(64)가 구비되도록 구성될 수도 있는 것이다.

그러나 열교환기(40)의 용량이 작고 유입되는 연소가스의 양이 적은 경우에는 도 2와 같이 냉각분무장치(41)를 적은 수(도 2에서는 냉각분무장치(41)가 3개로 구성됨)로 하여 설치할 수도 있다. 이에 열교환기(40)에서 냉각수가 분무되는 각 냉각분무장치(41)가 별도로 작동되도록 구성될 수 있다. 또한 연소가스의 냉각 온도 조절에 문제가 없는 경우라면 모든 냉각분무장치(41)의 분무작동이 함께 작동되도록 구성될 수도 있는 것이다.

즉 상기에서 예로 설명한 바와 같이 많은 수의 냉각분무장치(41)에서 처럼 냉각수분기부(633)와 압축공기분기부(643)의 이후의 물공급회로(63)와 공기공급회로(64)에 유량조절밸브(631), 유량센서(632) 및 공기제어밸브(641)가 개별로 설치될 수 있다. 이런 경우 앞서 설명한 바와 같이 개별 냉각분무장치(41)가 별도로 분무작동이 가능한 것이다.

나아가 냉각수분기부(633)와 압축공기분기부(643)의 이전에 유량조절밸브(631), 유량센서(632) 및 공기제어밸브(641) 등이 설치될 수 있는 것이다. 따라서 이런 경우 각 냉각분무장치(41)들은 단일의 유량조절밸브(631)와 공기제어밸브(641)에 의하여 함께 작동되도록 구성되는 것이다.

또한 분무제어장치(62)의 냉각수분기부(633)의 이후 또는 이전의 물공급회로(63)에는 유량조절밸브(631), 유량센서(632)와 함께 잠금밸브, Pneumatic Diaphragm Valve 등이 구비될 수 있으며, 유량조절밸브(631)가 솔레노이드 밸브, 스텝모터 등의 작동에 의한 흐름양 조절이 가능하도록 하는 액튜에이터로 구성되어 질 수도 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치(A)는 도 1 및 도 7과 같이, 상기 전기로(10)와 상기 연소기(30)가 연결되도록 하는 전기로덕트(71)가 구비되고, 상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40)가 연결되도록 하는 연소덕트(72)가 구비되며, 상기 열교환기(40)와 상기 집진기(50)가 연결되도록 하는 냉각덕트(73)가 구비되고, 상기 집진기(50)에서 연소가스가 배출되도록 하는 배출덕트(74)가 구비되는 것이다.

또한 이러한 상기 전기로덕트(71), 상기 연소덕트(72), 상기 냉각덕트(73) 및 상기 배출덕트(74)는 온도를 감지하는 노덕트센서(711), 연소덕트센서(721), 냉각덕트센서(731) 및 배출덕트센서(741)가 각각 구비된다.

따라서 상기 제어장치(60)는 상기 노덕트센서(711), 상기 연소덕트센서(721), 상기 냉각덕트센서(731) 및 상기 배출덕트센서(741)에서 감지된 온도데이터가 수신되는 센서입력블럭(601)이 구비되어, 각 센서들로부터 감지된 온도데이터가 제어장치로 입력되게 된다. 이에 입력된 온도에 대한 각 센서의 입력데이터값이 메모리부(602)에 저장되도록 구비되는 것이다.

이와 같이 각 센서들로부터 입력되는 각 부위에서의 온도데이터는 전기로(10), 연소기(30), 열교환기(40), 집진기(50), 메인팬(76) 및 부스터팬(75) 등을 포함하는 제련시설 및 냉각장치 등을 제어하는 온도데이터가 되는 것으로, 온도가 과도하게 상승되는 부분이 있거나, 또는 다른 부분은 정상작동하나 특정 부분만 온도가 급격히 내려가면 이상작동되는 것이므로, 비상신호를 발신하게 된다. 이는 과도하게 온도가 상승되면 특정부위가 폭발 등으로 인한 비정상적인 작동을 하는 것이기 때문에 안전점검이 필요한 것이고, 다른 곳에 비하여 급격하게 온도가 내려가는 부분이 있는 것은 특정 부분이 파손되어 고온의 재료가 외부로 유출되는 것이어서, 시스템 점검이 필요한 곳이기 때문이다.

특히 각 장치들 사이를 연결하여 연소가스의 이송을 유도하는 전기로덕트(71), 연소덕트(72), 냉각덕트(73), 배출덕트(74) 등에서 감지되는 온도데이터는 각 덕트내로 이송되는 연소가스의 온도 조절에 필수적인 데이터가 되는 것이다.

즉 연소가스의 온도를 조절하도록 구비되는 열교환기(40)를 중심으로 하여, 그 이전의 덕트인 전기로덕트(71), 연소덕트(72) 등에서 검출되는 온도에 의하여 열교환기(40)에 설치된 냉각분무장치(41)의 작동여부를 판별하게 되는 것이고, 열교환기(40) 이후의 덕트인 냉각덕트(73)에서 검출되는 온도에 의하여 열교환기(40)의 냉각분무장치(41)의 작동 중지 여부를 판별할 수 있는 것이다. 물론 전기로덕트(71) 또는 연소덕트(72)에서 검출되는 온도에 따라 냉각분무장치(41)의 작동을 중지할 수도 있음은 당연한 것이다.

이와 같이 각 덕트의 온도센서들로부터 검출되는 온도데이터를 입력받아 냉각장치(A)를 제어하는 상기 제어장치(60)는, 도 7과 같이 상기 전기로(10)와 연결되어 전기로(10)의 작동을 제어하는 전기로컨트롤블럭(605), 연소기(30)와 연결되어 연소기(30)의 작동을 제어하는 연소기컨트롤블럭(606) 등이 구비되어 있다.

또한 상기 분무제어장치(62)와 연결되어 유량조절밸브(631)를 통하여 물공급을 제어하고, 공기제어밸브(641)를 통하여 공기공급을 제어하며, 유량센서(632)의 검출 데이터 신호를 전송받는 분무신호처리블럭(607)이 구비된 것이고, 상기 냉각덕트(73)와 결합되어 상기 열교환기(40)로부터 배출되는 연소가스의 흐름을 조절하는 부스터팬(75)의 작동을 조절하고, 상기 배출덕트(74)와 결합되어 집진기(50)로 유입되는 연소가스의 흡입량을 조절하는 메인팬(76)의 작동을 조절하는 팬제어블럭(608)이 포함되어 구비되는 것이다.

그리고 냉각 효율을 높이기 위하여 도 1 및 도 6에서와 같이, 상기 전기로(10)와 상기 연소기(30)가 연결되도록 하는 전기로덕트(71)가 냉각수가 흐르는 수냉용 이중자켓트형 덕트로 이루어지고, 상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40)가 연결되도록 하는 연소덕트(72)가 냉각수가 흐르는 수냉용 이중자켓트형 덕트로 이루어지며, 상기 연소기(30)의 연소탑체(31)는 냉각수가 흐르는 수냉용 이중 벽체로 형성되도록 구비될 수 있다.

이러한 전기로덕트(71), 연소덕트(72) 및 연소탑체(31) 등은 연소가스와 접촉되는 내부관부(712)(722)(32)와, 외측의 외면관부(713)(723)(33) 사이에 냉각수가 각각 흐르도록 구성되는 것이다. 이러한 냉각수는 냉각수가 흐르도록 하는 냉각수관(미도시됨)을 따라 흐르거나, 전기로덕트(71), 연소덕트(72) 또는 연소탑체(31) 등의 전체에 걸쳐 흐르도록 구성될 수 있다.

이에 냉각수관(미도시됨)이 형성되는 경우에는, 전기로덕트(71), 연소덕트(72) 및 연소탑체(31) 등에 대해 코일관 형상으로 형성되거나 또는 각각의 길이방향으로 형성되는 직선관 형상으로 형성되어 구비될 수도 있는 것이다.

나아가 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치(A)의 작동 및 제어방법을 살펴보기로 한다.

냉각장치(A)의 작동 및 제어방법은 크게 시스템의 작동을 준비하는 시스템작동준비단계(S01), 전기로(10)를 가동하여 금속재료를 녹이면서 제련하는 제강공정단계(S02), 제련공정 중에 발생되는 고온의 연소가스를 냉각하는 연소가스 냉각단계(S03), 그리고 제련 공정을 완료하여 전기로(10)의 작동을 정지하고, 이에 다른 연소가스 냉각 작동을 정지하는 냉각장치작동정지단계(S04) 등이 포함되어 이루어지는 것이다.

우선 시스템작동준비단계(S01)는 분무제어장치(62)에 물과 공기가 공급되는가를 점검하고, 전기로(10), 연소기(30), 열교환기(40), 집진기(50), 메인팬(76) 및 부스터팬(75)이 포함되는 시스템의 각 장치 작동이 정상인지를 판별하여 시스템 작동을 준비하는 단계이다.

이러한 상기 시스템작동준비단계(S01)의 상세 단계 구성으로는, 상기 분무제어장치(62)에 물과 공기가 공급되는가를 감지하고, 공급되는 공기가 상기 냉각분무장치(41)로 분무되도록 하여 상기 냉각분무장치(41)의 분사구측에 있는 이물질이 제거되어 연무냉각작업을 준비하는 연무냉각준비단계(S011)를 수행한다.

또한 상기 메인팬(76) 및 상기 부스터팬(75)를 작동하여 정상작동여부를 점검하는 팬작동준비단계(S012)를 수행한다. 따라서 전기로(10) 등에 의하여 제련작업을 하기 전에 전기로(10)에서 발생되는 고온의 연소가스를 냉각하는 구성들의 작동의 이상 유무가 점검되어야 제련작업을 수행할 수 있는 것이다.

그리고 상기 전기로(10), 상기 연소기(30), 상기 열교환기(40), 상기 집진기(50) 및 각 덕트에 설치된 각 온도감지센서에서 감지되는 온도가 정상수치의 온도로 검출되고 정상작동하는지 점검하는 센서작동준비단계(S013)를 수행하여, 각 센서의 상태 및 제어장치(60)와의 연결상태 등을 점검하게 되는 것이다.

또한 전기로(10)에서 발생되는 연소가스를 연소기(30)에서 연소시켜 불완전연소된 물질이 완전연소되도록 하는 것으로, 이러한 상기 연소기(30)의 연소작동을 점검하는 연소기준비단계(S014)를 수행한다. 나아가 이러한 연소기(30)에는 연소불꽃의 상태를 감지하는 연소감지센서가 함께 구비될 수 있다.

나아가 상기 전기로(10)의 연소작동을 점검하는 전기로준비단계(S015)를 수행하여 제련작업 및 연소가스 냉각장치의 작동의 준비를 완료하게 된다. 기타 전기로, 연소기 등의 장치, 각 덕트의 상태 등을 육안검사를 통하여 작동이 가능한지 여부를 점검할 수 있으며, 공정상 필요한 부분에 해당 센서를 더 부가하여 설치하여 부가되는 안전점검을 더 수행할 수도 있다.

이후 제강공정단계(S02)를 수행하는 것으로, 전기로(10)를 작동하기에 앞서, 메인팬(76) 및 부스터팬(75)을 작동하여 배기작동을 가동하는 팬작동단계(S021)를 수행하고, 연소기(30)를 작동하는 연소기 작동단계(S022)를 수행하는 것이다. 이처럼 전기로(10)에서 발생되는 연소가스가 배출가능하도록 준비된 상태에서, 전기로(10)를 작동하고 전기로(10)의 검출되는 온도에 따라 재료를 투입하여 용해한 후 제강작업을 하는 전기로작동단계(S023)를 수행하여, 철과 같은 금속재료를 용융하여 제련작업을 수행하게 되는 것이다.

이와 같은 제련작업 중의 전기로(10)에서는 전기 아크에 의하여 금속재료가 용융되는 것으로, 전기로(10) 내부온도가 대략 1000 ~ 1500℃ 정도가 되는 것으로, 이와 같은 상태에서는 해당 금속을 용융시키는 구성이면 되는 것이다. 이와 같이 금속이 용융되는 과정 중에서, 분진이 포함되는 연소가스가 발생되는 것이며 전기로(10)에서 배출되는 연소가스도 대략 1000 ~ 1400℃ 정도의 고온이 유지된다.

이에 전기로(10)에서 배출되는 연소가스 중에는 불완전 연소된 유해한 물질이 다량 포함되어 있어, 이러한 연소가스를 연소기(30)에서 다시 연소하게 된다.

물론 이러한 연소과정 중에는 도 1 및 도 6에서와 같이, 전기로(10)와 연소기(30)를 잇는 전기로덕트(71)가 내부관부(712) 및 외면관부(713) 사이로 냉각수가 흐르는 이중관 형태로 형성될 수 있기 때문에 연소가스의 온도가 1차로 냉각되고, 또한 연소기(30)의 연소탑체(31)도 내부관부(32) 및 외면관부(33) 사이로 냉각수가 흐르는 이중벽체로 형성될 수 있기 때문에 점차 연소가스가 냉각되게 된다. 그리고 연소덕트(72)도 내부관부(722)와 외면관부(723) 사이로 냉각수가 흐르는 이중관 형태로 형성될 수 있기 때문에, 처음 전기로(10)에서 배출되는 연소가스의 온도가 많이 낮아지게 되는 것이다.

이와 같이 연소과정을 거친 연소가스는 집진기(50)에서 분진 등이 걸러지기 전에, 열교환기(40)를 통하여 연소가스의 열이 낮아진 상태에서 집진기(50)로 이송되는 것이다. 이는 집진기(50)는 많은 필터로 형성되는 것이어서, 높은 온도의 연소가스가 유입되면 필터가 손상되어, 유해가스가 방출되어 환경이 오염될 수 있으며, 유용하게 이용할 수 있는 분진들을 걸러내지 못하면 유용하게 이용할 수 없게 되는 것이다. 따라서 집진기(50)로 유입되는 연소가스의 온도를 조절해야 하는 것이다. 또한 집진기(50)로 유입되는 연소가스의 온도가 낮아져서 열교환기(40)에서 분무된 냉각수가 액체상태로 되는 100℃ 이하(대체로 50℃ 이하)로 되면, 수분이 집진기(50)의 필터에 부착되게 되며, 이와 같이 필터에 부착된 수분에 분진 및 유해가스 등의 성분이 함께 부착되는 과정 중에, 필터가 부식되거나 필터의 구멍을 막는 등 집진기(50)의 성능을 저하시킬 수 있는 우려가 있는 것이다.

따라서 제어장치(60)는 각 장치의 상태를 검출하여 집진기(50)가 작동되어 불순물을 걸러져, 공기 및 수증기가 배출되도록 구성함이 바람직하다.

이를 위하여 전기로(10)에서 배출되는 연소가스에 대한 냉각 및 집진기를 통한 집진과정의 연소가스 냉각단계(S03)를 수행하게 된다.

이러한 연소가스 냉각단계(S03)의 구체적인 과정을 보면, 전기로(10) 및 연소기(30) 등에서의 온도데이터와 함께 전기로(10)에서 발생되는 연소가스가 흐르는 과정 중의 설비에서의 온도데이터도 함께 검출하여 제어장치(60)로 전송되는 것이다. 특히 노덕트센서(711), 연소덕트센서(721), 냉각덕트센서(731) 및 배출덕트센서(741)로부터 검출되는 온도데이터를 입력받는 온도데이터입력단계(S031)를 수행 하게 된다. 그리하여 각 장치들 사이에 연결되는 각 덕트에 온도를 감지하기 위한 센서들을 설치하여 온도데이터를 전송하는 것으로, 각 연소기(30), 열교환기(40) 및 집진기(50)로 인입되는 연소가스의 온도 및 각 장치에서 처리된 후의 온도를 각각 검출하게 된다. 이는 검출되는 온도데이터들을 통하여 해당 장치의 정상 처리 여부도 판별하게 되고, 유입되는 연소가스에 대한 처리 능력을 조절할 수도 있기 때문이다.

이에 상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40) 사이의 상기 연소덕트센서(721)에서 검출되는 온도가 500℃ 정도 이상인가를 판별하는 개시온도판별단계(S032)를 수행하여 열교환기(40)에서 냉각수를 분무하기 시작하는 온도를 설정하게 되는 것이다. 이는 열교환기(40) 후단의 냉각덕트센서(731)에서 검출되는 온도가 200 ~ 250℃로 되도록 하기 위한 것이다.

따라서 상기 연소덕트센서(721)에서의 검출온도가 500℃ 정도 이상인 경우 분무제어장치(62)의 공기제어밸브(641)를 작동하여 열교환기(40)의 냉각분무장치(41)로 공기가 분사되도록 하는 냉각공기분사단계(S033)를 수행하고, 냉각분무장치(41)에서 공기가 분무되도록 하는 상태에서 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631)를 작동하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기와 함께 냉각수가 분무되도록 하는 냉각수분무단계(S034)를 수행하게 된다.

그리하여 연소덕트센서(721)에서 감지되는 온도가 500℃ 정도 이상의 고온으로 연소가스 온도가 올라가면, 열교환기(40)에서 배출되는 연소가스의 온도를 측정하는 냉각덕트센서(731)에서의 온도가 200 ~ 250℃ 정도가 되도록 하기 위하여, 열교환기(40)의 냉각분무장치(41)에서 냉각수가 분무되도록 분무제어장치(62)를 작동하게 되는 것이다.

이에 전기로(10)의 제련작업을 개시하는 초기에는 자연상태의 상온으로부터 서서히 온도가 상승하게 되고, 계속되는 제련작업으로 열교환기(40)로 유입되는 연소가스의 온도가 점차 높아지게 되며, 최초 500 ~ 900℃ 정도로 연소가스의 온도가 올라가는 것으로 감지되면 열교환기(40)의 냉각분무장치(41)가 작동하도록 하여 냉각수 분무에 의한 냉각작동을 하게 되는 것이다.

이후 계속되는 전기로(10)에서의 제련작업으로, 연소가스의 온도는 계속 상승하게 되며, 이에 전기로(10)에서 고온 상태로 배출되는 연소가스는 전기로덕트(71), 연소기(30) 또는 연소덕트(72) 등을 통과하면서 어느 정도 낮아진 온도의 상태로 열교환기(40)로 유입된다. 이에 상기에서 설명한 바와 같이 전기로덕트(71), 연소덕트(72) 또는 연소기(30)의 연소탑체(31) 등이 냉각수가 흐르는 이중관체로 형성되는 경우라면, 열교환기(40)로 유입되는 연소가스는 대략 500 ~ 900℃(약 600℃) 정도를 갖게 되는 것이다. 따라서 이와 같은 온도로 감지되는 연소가스가 열교환기(40)로 유입되면 냉각수가 보다 많은 양으로 분무되어야 할 것이다.

따라서 제어장치(60)에서는 분무신호신호처리블럭(607)을 통하여 분무제어장치(62)를 작동하여 열교환기(40)에서 냉각수의 분무량을 조절하게 된다. 이에 도 3과 같이 냉각분무장치(41)가 복수 개로 구비되는 경우에는 초기에는 적은 수의 냉각분무장치(41)가 작동되도록 하되, 이후 고온의 연소가스에 대하여 많은 수의 냉 각분무장치(41)가 작동되도록 하여 열교환기(40)에서 배출되는 연소가스의 온도가 낮아진 상태에서 배출되도록 구비한 것이다.

나아가 전기로덕트(71), 연소덕트(72) 또는 연소기(30)의 연소탑체(31) 등이 냉각수에 의한 냉각작용을 하지 않는 경우에는 열교환기(40)로 유입되는 연소가스의 온도가 좀더 고온인 상태로 유입될 수 있는 것이다. 따라서 이처럼 좀더 높은 온도를 갖는 연소가스가 유입되는 경우에는 열교환기(40)에서 복수 개의 냉각분무장치(41) 들이 한 개의 층으로 구성되면서 이들을 다수의 층으로 하여 설치되도록 구비됨이 바람직할 것이다. 그리하여 고온의 연소가스가 유입되는 경우에는 보다 많은 양의 냉각수가 분무되도록 하여, 집진기(50)에서 처리하기 알맞은 정도의 낮은 온도로 연소가스가 냉각되도록 구비됨이 바람직한 것이다.

이와 같이 열교환기(40)에서 냉각덕트(73)를 통하여 배출되는 연소가스는 집진기(50)로 유입되어 집진기(50)의 필터(미도시됨)에 의하여 분진 및 유해 물질 등이 걸러지게 되는 것이다. 이때 연소가스의 온도는 대략 120℃ 정도로 유지되도록 열교환기(40)를 작동한 것이며, 따라서 집진기(50)의 필터링 방식은 수분을 포함하지 않는 건식 필터링 방식이 될 것이다.

이와 같은 전기로(10)의 냉각장치에 있어서, 집진기(50) 및 필터 등의 구성은 일반적인 전기로 관련 기술에 의한 것이다. 따라서 필터의 구성은 대체로 천연 또는 합성재의 섬유재 형태로 구성될 수 있으며, 다공을 형성하는 섬유 사이로 공기만 통과하고 분진과 같은 불순물은 제거되어, 별도의 일반적인 처리과정을 거치게 되는 것이다.

이때 열교환기(40)에서 분무된 냉각수는 연소가스가 100℃ 정도를 유지하기 때문에 기체 상태를 갖는 것으로, 필터의 섬유 사이로 공기와 함께 빠져나가게 되며, 그대로 배출덕트(74)를 통하여 외부로 배출되는 것이다.

따라서 공기와 함께 기화된 수분이 함께 외부로 배출되도록 구성됨으로써, 집진기(50)는 건식 방식의 필터링 방식이 되는 것이고, 이를 위해서는 냉각수가 액체 상태가 되지 않도록 연소가스는 100℃ 이상을 유지해야 할 것이다.

이에 열교환기(40)와 집진기(50) 사이의 거리가 대략 수십미터에서 백여미터 정도로 이격되어 설치되는 것이고, 이러한 열교환기(40)와 집진기(50)는 냉각덕트(73)로 연결되기 때문에, 냉각덕트(73)도 수십미터에서 수백미터의 길이로 시설된다. 따라서 이와 같이 길게 형성되는 냉각덕트(73)를 연소가스가 흐르는 과정에 의하여 연소가스는 자연냉각과정을 거치게 된다.

이때 집진기(50)에서는 대략 120℃ 정도의 연소가스가 유입되어야 하나, 길게 형성되는 냉각덕트(73)에서의 자연냉각을 감안하여 열교환기(40)에서의 냉각작동하는 작동온도를 정하여야 할 것이다. 따라서 길이가 길게 형성되는 냉각덕트(73)에서의 온도는, 냉각덕트(73)의 길이에 따라 다소 변동될 수 있는 것이며, 대체로 열교환기(40)와 냉각덕트(73)가 이어지는 부분에서의 연소가스 온도가 대략 200 ~ 250℃(혹은 대략 300℃ 정도)가 되면, 냉각덕트(73)의 길이에 따라 다소 변동될 수 있으나, 집진기(50)로 유입되는 연소가스는 대략 100℃를 다소 넘는 정도의 온도가 되는 것이다.

따라서 열교환기(40)의 냉각분무장치(41)에서 냉각수가 분무작동을 시작하도록 하는 연소가스의 개시 작동 온도는 500 ~ 900℃ 정도이어야 할 것이다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 열교환기(40)의 냉각능력으로, 열교환기(40)의 폭과 높이, 냉각분무장치(41)에서 분무되는 냉각수의 분무량, 냉각수의 분무세기 등과 같이 열교환기(40) 내부 조건에 따라 냉각작동 개시 온도가 변동될 수 있다.

또한 설치되는 냉각덕트(73)의 길이에 따른 자연냉각 정도, 집진기(50)에 설치된 필터의 필터링 능력 등에 따라 열교환기(40)의 냉각작동 개시 온도가 변동될 수 있음은 당연한 것이다.

상기에서와 같이 열교환기(40)로 유입되는 고온의 연소가스는 냉각분무장치(41)에서 분무되는 냉각수에 의하여 낮은 온도로 냉각된 후, 냉각덕트(73)를 통하여 집진기(50)로 이송되는 것이다.

이때 상기 집진기(50) 측의 집진입구덕트부(732)의 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인가를 판별하는 집진온도검출단계(S035)를 수행하여, 상기 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인 경우에는 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631) 및 공기제어밸브(641)를 작동하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기 및 냉각수의 분무를 중지하는 냉각수분무중지단계(S036)를 수행하게 된다.

이와 같이 전기로(10)에서 배출되는 고온의 연소가스가 냉각되도록 하는 연소가스 냉각단계(S03)에서는, 전기로(10)에 용융된 재료를 꺼내거나 또는 새로운 금속재를 전기로(10)에 넣기 위하여 제련작업을 일시 중지하는 경우에는 집진 기(50)로 유입되는 연소가스는 낮은 온도를 갖게 되며, 집진기(50)에서의 연소가스가 100℃ 이하로 되는 경우에는 연소가스 내에 수분이 포함되지 않는 것이 바람직하기 때문에, 열교환기(40)에서 냉각수 분무에 의한 냉각 작동을 일시 중지하여야 할 것이다.

따라서 상기 냉각수분무중지단계에 의하여 냉각수 분무 작동을 일시 정지하게 되며, 전기로(10)의 재 가동에 의하여 다시 고온으로 된 연소가스가 열교환기(40)로 유입되게 되면, 이에 따른 냉각작동을 다시 개시하게 되는 것이다.

이와 같은 일련의 고온의 연소가스에 대한 냉각작동을 수행하게 되며, 제강공정이 완료하게 되면, 각 장치의 작동을 정지하고 각 센서에서 검출되는 온도에 따라 냉각수 분무를 정지하며 시스템의 작동을 정지하는 냉각장치작동정지단계(S04)를 수행하게 된다.

이러한 상기 냉각장치작동정지단계(S04)를 상세 단계별로 살펴보면, 제강공정이 완료되어 상기 전기로(10)의 작동을 정지하는 전기로작동정지단계(S041)를 수행하고, 이후 상기 전기로(10)의 작동이 정지된 후 상기 연소기(30)의 작동을 정지하는 연소기 작동정지단계(S042)를 수행하게 된다.

그리고 상기 연소덕트센서(721)에서의 검출온도가 200 ~ 500℃(혹은 대략 300℃ 정도 이하)이고 상기 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인 경우에는 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631) 및 공기제어밸브(641)를 제어하여 상기 냉각분무장치(41)에서 냉각수 및 공기의 분사가 정지되도록 하는 연무냉각정지단계(S043)를 수행하여, 열교환기(40)에서의 냉각작동을 완전히 정지하게 되는 것이다. 이에 연소덕트센서(721)에서 검출되는 연소가스의 온도가 200℃ 이하로 너무 낮은 온도일 경우에는 너무 낮은 온도에서 냉각수가 분무되면 집진기(50)로 유입되는 연소가스내의 수분이 액화되어 집진 성능을 저해할 우려가 있다. 또한 500℃ 이상에서는 너무 높아 그대로 냉각작용을 하게 되면 뜨거운 고온의 연소가스가 집진기로 인입될 우려가 있는 것으로, 전리로(10)에서의 작동을 종료한 후, 대략 300℃ 정도의 연소가스가 열교환기(40)로 인입되게 되면 냉각작용을 종료함이 바람직할 것이다.

그러나 이러한 연소가스 중에는 많은 양의 분진이 포함되어 있으며, 이러한 분진은 서로 다른 화학적, 물리적 성질을 갖는 많은 성분들로 이루어지는 것이다. 따라서 비록 냉각작동 및 제련작동이 정지되었다 하여도, 열교환기(40) 내부에는 많은 양의 분진이 포함되어 있으며, 또한 냉각분무장치(41)의 노즐 부위에도 많은 분진 및 이물질이 잔존하게 된다. 따라서 냉각수가 흐르지 않도록 상기 유량조절밸브(631)를 잠금상태로 하고, 상기 공기제어밸브(641)를 작동하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기가 분사되도록 하여 이물질을 제거하는 이물질제거단계(S044)를 수행하여, 분진 및 이물질에 의하여 냉각분무장치(41)의 노즐 구멍을 막히지 않도록 구비한 것이다.

이후 상기 메인팬(76) 및 상기 부스터팬(75)의 작동을 정지하는 팬작동정지단계(S045)를 수행하여 전기로(10)의 연소가스 냉각장치(A)의 작동을 정지하게 되는 것이다.

이러한 일련의 과정 중에는 메인팬(76)의 흡입력에 의하여 제련시설공간(11) 내의 분진들은 시설덕트(13)를 통하여 집진기(50)로 흡입되도록 구성되는 것으로, 제련시설공간(11)으로 항상 신선한 공기가 유입되도록 하여 작업자가 항상 쾌적한 환경에서 작업이 가능하도록 구성되는 것이다.

상기와 같이 구비되어 작동되는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치(A)에 대해서, 열교환기(40)로 공급되는 연소가스의 온도에 따라 분무되는 냉각수의 양의 제어의 일 실시예를 보면 하기와 같다.

이에 열교환기(40)는 그 높이가 대략 20미터 정도이고, 지름이 4미터 정도의 원형 타워로 형성됨을 예로 한 것이다.

하기 표1에서,

- 출열필요열량(Kcal/hr) = (입구가스온도의 배가스 보유열량) - (희망출구가스온도의 배가스 보유열량),

- 배가스 보유열량(Kcal/hr) = (배가스량) × (배가스온도) × (평균비열)

- 필요 냉각수량(Kg/hr) = (출열 필요열량) / (출구가스온도의 증기엔탈피 - 냉가수 엔탈피)

- 물(H₂O) 1kmol = 18kg = 22.4Nm³

- 냉각수 투입 후 배가스량 = (냉각전 배가스량) + (본 발명의 노즐을 통하여 투입된 공기 및 냉각수 증기량)

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기(40)로 인입되는 연소가스의 온도가 500 ~ 900 ℃로 하여 인입됨에 대하여, 본 발명에 따른 냉각장치(A)의 제어장치의 제어에 의하여, 이에 알맞은 냉각수량으로 분무하여 원하는 상태의 온도 및 열량으로 열교환기(40)로 배출됨을 알 수 있다. 이러한 제어장치에서는 유입되는 연소가스의 온도 및 가스량에 대하여, 배출되는 온도를 250℃로 하여 설정됨을 예로 하며, 이에 따라 각각 필요한 출열 필요열량은 상기 표1과 같을 것이다. 이러한 출열 필요열량에 따라 분무에 필요한 냉각수량이 각각 산출되는 것이다. 낮은 온도로 인입되는 연소가스에 대하여 적은 양의 냉각수가 분부되며, 높은 온도로 연소가스가 인입되는 경우에는 다수의 노즐로 분무되도록 할 수도 있는 것이다.

그리하여 이와 같이 최적의 상태로 하여 집진기(50)로 연소가스가 인입되면, 집진기에서 분진이 제거되어 공기 및 무해한 수증기만 대기로 배출되는 장점이 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치의 열교환기에 대한 분무구성도.

도 4는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치의 분무제어장치에 대한 개략적인 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치의 냉각분무장치에 대한 단면도.

도 6은 도 1의 B부분에 대한 확대도.

도 7은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치에 대한 제어 블럭도.

도 8은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각장치에 대한 제어 순서도.

도 9는 종래기술에 따른 전기로의 제어 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

A : 냉각장치

10 : 전기로 30 : 연소기

40 : 열교환기 41 : 냉각분무장치

50 : 집진기 60 : 제어장치

62 : 분무제어장치 76 : 메인팬

Claims

제강용 전기로(10)에서 배기되는 연소가스를 연소시키는 연소기(30); 상기 연소기(30)와 이어져 연소가스를 냉각하는 열교환기(40); 상기 열교환기(40)와 이어져 연소가스의 분진을 제거하는 집진기(50)가 구비되고,

상기 열교환기(40)는 공급되는 물이 분무되도록 하는 냉각분무장치(41)가 하나 또는 복수 개 설치되어, 분무되는 물이 기화하면서 연소가스의 열에너지를 흡수하여 냉각되도록 구비되고,

상기 냉각분무장치(41)로 물을 공급하는 분무제어장치(62)가 구비되며,

상기 전기로(10)의 작동을 제어하고 상기 분무제어장치(62)을 제어하는 제어장치(60)가 더 포함되어 구비되는 전기로의 연소가스 냉각장치에 있어서,

상기 냉각분무장치(41)는 물이 공급되는 수분공급로(411)와 공기가 공급되는 공기공급로(412)가 형성되어, 상기 분무제어장치(62)를 통하여 물과 함께 비산공기가 공급되어져, 공기에 의하여 공급되는 물이 분부되면서 비산되도록 구비되며,

상기 제어장치(60)는 상기 분무제어장치(62)을 통하여 상기 냉각분무장치(41)에 공급되는 물과 공기의 공급을 차단하거나 공급되는 양이 조절되어 공급되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전기로의 연소가스 냉각장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 분무제어장치(62)은 상기 냉각분무장치(41)에 물이 공급되도록 하는 물공급회로(63)와 공기가 공급되도록 하는 공기공급회로(64)가 각각 형성되며,

상기 물공급회로(63)는 흐르는 물을 단속하거나 흐르는 물의 양을 조절하는 유량조절밸브(631)와 흐르는 물의 양을 검출하는 유량센서(632)가 구비되고,

상기 공기공급회로(64)는 흐르는 공기를 단속하는 공기제어밸브(641)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기로의 연소가스 냉각장치.
제 1항에 있어서,

상기 전기로(10)와 상기 연소기(30)가 연결되도록 하는 전기로덕트(71)가 구비되고, 상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40)가 연결되도록 하는 연소덕트(72)가 구비되며, 상기 열교환기(40)와 상기 집진기(50)가 연결되도록 하는 냉각덕트(73)가 구비되고, 상기 집진기(50)에서 연소가스가 배출되도록 하는 배출덕트(74)가 구비되며,

상기 전기로덕트(71), 상기 연소덕트(72), 상기 냉각덕트(73) 및 상기 배출덕트(74)는 온도를 감지하는 노덕트센서(711), 연소덕트센서(721), 냉각덕트센서(731) 및 배출덕트센서(741)가 각각 구비되고,

상기 제어장치(60)는 상기 노덕트센서(711), 상기 연소덕트센서(721), 상기 냉각덕트센서(731) 및 상기 배출덕트센서(741)에서 감지된 온도데이터가 수신되는 센서입력블럭(601)이 구비되고, 입력된 각 센서의 입력데이터값이 저장되는 메모리부(602)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기로의 연소가스 냉각장치.
제 4항에 있어서,

상기 제어장치(60)는,

상기 전기로(10)와 연결되는 전기로컨트롤블럭(605);

상기 분무제어장치(62)와 연결되어 유량조절밸브(631)를 통하여 물공급을 제어하고, 공기제어밸브(641)를 통하여 공기공급을 제어하며, 유량센서(632)의 검출 데이터 신호를 전송받는 분무신호처리블럭(607);

상기 냉각덕트(73)와 결합되어 상기 열교환기(40)로부터 배출되는 연소가스의 흐름을 조절하는 부스터팬(75)의 작동을 조절하고, 상기 배출덕트(74)와 결합되어 집진기(50)로 유입되는 연소가스의 흡입량을 조절하는 메인팬(76)의 작동을 조절하는 팬제어블럭(608)이 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 전기로의 연소가스 냉각장치.
제 1항, 제3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전기로(10)와 상기 연소기(30)가 연결되도록 하는 전기로덕트(71)가 냉각수가 흐르는 수냉용 이중자켓트형 덕트로 이루어지고,

상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40)가 연결되도록 하는 연소덕트(72)가 냉각수가 흐르는 수냉용 이중자켓트형 덕트로 이루어지며,

상기 연소기(30)의 연소탑체(31)는 냉각수가 흐르는 수냉용 이중 벽체로 형성되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전기로의 연소가스 냉각장치.
제 1항, 제3항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 전기로의 연소가스 냉각장치의 제어방법에 있어서,

분무제어장치(62)에 물과 공기가 공급되는가를 점검하고, 전기로(10), 연소기(30), 열교환기(40), 집진기(50), 메인팬(76) 및 부스터팬(75)의 작동이 정상인지를 판별하여 시스템 작동을 준비하는 시스템작동준비단계(S01);

메인팬(76) 및 부스터팬(75)을 작동하여 배기작동을 가동하는 팬작동단계(S021);

연소기(30)를 작동하는 연소기 작동단계(S022);

전기로(10)를 작동하고 전기로(10)의 검출되는 온도에 따라 재료를 투입하여 용해한 후 제강작업을 하는 전기로작동단계(S023)가 포함되어 제강공정을 진행하는 제강공정단계(S02);

노덕트센서(711), 연소덕트센서(721), 냉각덕트센서(731) 및 배출덕트센서(741)로부터 검출되는 온도데이터를 입력받는 온도데이터입력단계(S031);

상기 연소기(30)와 상기 열교환기(40) 사이의 상기 연소덕트센서(721)에서 검출되는 온도가 500℃ 이상인가를 판별하는 개시온도판별단계(S032);

상기 연소덕트센서(721)에서의 검출온도가 500℃ 이상인 경우 분무제어장치(62)의 공기제어밸브(641)를 작동하여 냉각분무장치(41)로 공기가 분사되도록 하는 냉각공기분사단계(S033);

상기 냉각분무장치(41)에서 공기가 분무되도록 하는 상태에서 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631)를 작동하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기와 함께 냉각수가 분무되도록 하는 냉각수분무단계(S034);

상기 집진기(50) 측의 집진입구덕트부(732)의 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인가를 판별하는 집진온도검출단계(S035);

상기 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인 경우에는 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631) 및 공기제어밸브(641)를 작동하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기 및 냉각수의 분무를 중지하는 냉각수분무중지단계(S036)가 포함되어 배출되는 연소가스가 냉각되도록 하는 연소가스 냉각단계(S03);

제강공정이 완료되어 각 장치의 작동을 정지하고 각 센서에서 검출되는 온도에 따라 냉각수 분무를 정지하는 냉각장치작동정지단계(S04)가 포함되어 구비되는 것을 특징으로 하는 전기로의 연소가스 냉각장치의 제어방법.
제 7항에 있어서,

상기 시스템작동준비단계(S01)는,

상기 분무제어장치(62)에 물과 공기가 공급되는가를 감지하고, 공급되는 공기가 상기 냉각분무장치(41)로 분무되도록 하여 상기 냉각분무장치(41)의 분사구측에 있는 이물질이 제거되어 연무냉각작업을 준비하는 연무냉각준비단계(S011);

상기 메인팬(76) 및 상기 부스터팬(75)를 작동하여 정상작동여부를 점검하는 팬작동준비단계(S012);

상기 전기로(10), 상기 연소기(30), 상기 열교환기(40), 상기 집진기(50) 및 각 덕트에 설치된 각 온도감지센서에서 감지되는 온도가 정상수치의 온도로 검출되고 정상작동하는지 점검하는 센서작동준비단계(S013);

상기 연소기(30)의 연소작동을 점검하는 연소기준비단계(S014);

상기 전기로(10)의 연소작동을 점검하는 전기로준비단계(S015)가 포함되어 이루어지는것을 특징으로 하는 전기로의 연소가스 냉각장치의 제어방법.
제 7항에 있어서,

상기 냉각장치작동정지단계(S04),

제강공정이 완료되어 상기 전기로(10)의 작동을 정지하는 전기로작동정지단계(S041);

상기 전기로(10)의 작동이 정지된 후 상기 연소기(30)의 작동을 정지하는 연소기 작동정지단계(S042);

상기 냉각덕트센서(731)에서의 검출온도가 300℃ 이하이고 상기 집진덕트센서(733)에서의 검출온도가 100℃ 이하인 경우에는 상기 분무제어장치(62)의 유량조절밸브(631) 및 공기제어밸브(641)를 제어하여 상기 냉각분무장치(41)에서 냉각수 및 공기의 분사가 정지되도록 하는 연무냉각정지단계(S043);

상기 유량조절밸브(631)를 잠금상태로 하고 상기 공기제어밸브(641)를 작동하여 상기 냉각분무장치(41)에서 공기가 분사되도록 하여 이물질을 제거하는 이물질제거단계(S044);

상기 메인팬(76) 및 상기 부스터팬(75)의 작동을 정지하는 팬작동정지단계(S045)가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기로의 연소가스 냉각장치의 제어방법.