KR100913159B1 - 미분탄 취입관 청소장치 및 청소방법 - Google Patents

Abstract

미분탄을 취입하는 취입관 내부에 고착된 미분탄을 보다 용이하게 제거할 수 있도록, 미분탄 취입관 내부로 고압의 질소를 퍼지하는 단계와, 상기 취입관 내부로 고온의 스팀을 취입하는 단계를 포함한다.

미분탄, 취입관, 질소가스, 스팀, 모래

Description

미분탄 취입관 청소장치 및 청소방법{DEVICE FOR CLEANING INJECTION PIPE OF DUST COAL AND METHOD THEREOF}

본 발명은 고로에 미분탄을 취입시키기 위한 취입관의 내부를 청소하기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 취입관 내부에 고착된 미분탄을 제거하여 관로가 막히는 것을 방지할 수 있도록 된 미분탄 취입관 청소장치 및 청소 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로에서 쇳물을 생산하는데 필요로 하는 연료 중에 미분탄이 차지하는 비중은 약 30% 정도로 매우 높다.

상기 미분탄은 고로의 원주방향을 따라 형성된 풍구를 통해 고로 내부로 취입된다. 상기 미분탄은 연소성이 나쁜 단점이 있다. 이에 미분탄을 취입하는 설비에는 미분탄의 연소성 향상을 위해 각 풍구에서의 유속을 줄이고 유량을 제어하는 유량제어시스템이 구비된다.

그런데, 상기와 같이 고밀도 저유속을 특징으로 하는 미분탄 유량제어시스템이 적용됨에 따라 미분탄이 취입시 취입관 내부에 미분탄이 조금씩 쌓여 고착되는 현상이 발생된다.

이와같이 미분탄 취입관 내부가 점차적으로 고착되는 미분탄에 의해 막힘에 따라 각 취입관 별 필요로 하는 미분탄을 취입하지 못하여 고로의 원주방향별 취입량에 편차가 발생된다. 이에 노황악화와 연료비가 부족하여 노열이 부족해지는 현상이 발생된다.

상기와 같이 취입관 내에 미분탄이 고착된 경우 종래에는 취입관을 해체한 다음 별도의 세관기를 이용하여 취입관 내부를 세척하였다. 그러나, 이러한 종래의 작업 구조는 작업이 어렵고 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.

이에 미분탄을 취입하는 취입관 내부에 고착된 미분탄을 보다 용이하게 제거할 수 있도록 된 미분탄 취입관 청소장치 및 청소방법을 제공한다.

이를 위해 본 청소방법은 미분탄 취입관 내부로 고압의 질소를 퍼지하는 단계와, 상기 취입관 내부로 고온의 스팀을 취입하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 본 청소방법은 미분탄 취입관의 유량값을 확인하여 설정치 이하인가 여부를 확인하는 단계를 더 포함하여 설정치 이하인 경우 상기 청소과정을 수행할 수 있다.

또한, 본 청소방법은 상기 고온의 스팀 취입 단계 후 취입관 내부로 모래를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 청소방법은 취입관 내부의 고착 미분탄이 제거되었는지 여부를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 청소장치는 미분탄 저장 호퍼와 고로를 연결하는 미분탄 취입관 내부로 고압의 질소가스를 투입하기 위한 질소투입부와, 질소 투입 후 상기 취입관 내부로 고온의 스팀을 취입하기 위한 스팀투입부를 포함할 수 있다.

이에 고압의 질소가스에 의해 이물질이 제거되고 고온의 스팀에 의해 고착 미분탄의 박리되어 제거될 수 있게 된다.

상기 질소투입부는 상기 미분탄 취입관 일측에 연결되는 질소투입관과, 상기 질소 투입과 스팀 차단을 위한 제어밸브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스팀투입부는 상기 미분탄 취입관 일측으로 연결되는 스팀투입관과, 스팀 투입과 질소 차단을 위한 제어밸브를 포함할 수 있다.

여기서 상기 스팀투입부는 고온의 스팀에 의해 미분탄 취입관에 설치되는 유량 검출계가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 스팀을 유량 검출계 전단에서 후단으로 우회시키기 위한 우회관과, 우회관 제어를 위한 제어밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 청소장치는 미분탄 취입관 내부로 모래를 투입하는 모래투입부를 더 포함할 수 있다.

본 모래투입부는 모래가 저장되는 모래호퍼와, 모래호퍼와 상기 질소투입관 일측을 연결하는 모래투입관, 모래 투입과 차단을 위한 제어밸브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 모래투입부는 보충용 모래가 저장되는 예비호퍼와, 이 예비호퍼와 상기 모래호퍼를 연결하는 공급관, 상기 공급관 상에 설치되는 개폐밸브를 더 포함할 수 있다.

따라서 투입되는 모래가 취입관 내에 고착된 미분탄에 충돌되면서 미제거된 고착 미분탄을 깨끗이 제거할 수 있게 된다.

이와 같이 본 장치는 취입관 내에 미분탄이 고착되어 취입유량이 설정값에 도달되지 못하는 것을 신속히 감지하고 적기에 고착된 미분탄을 신속하게 안전하게 제거할 수 있게 된다. 또한 취입관 내부의 미분탄 제거에 소요되는 작업부하를 최 소화할 수 있게 된다.

또한, 고로 원주방향에 대한 미분탄 취입 편차를 최소화하여 고로 내의 가스 기류의 왜곡을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 노황이 악화되지 않도록 하여 안정된 노황을 통한 용선 생산량을 증가시킬 수 있고, 용선 생산 원가를 획기적으로 절감할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

도 1은 고로에 미분탄을 투입하는 설비에 대한 개략적인 도면이다.

상기 도 1에 의하면, 미분탄을 제조하기 위한 제조설비(100)로부터 제공되는 미분탄은 미분탄 저장 호퍼(200)로 이송되어 저장되고, 미분탄 취입관(10)을 따라 고로(300)의 풍구(310)로 이송되어 풍구를 통해 고로 내부로 취입된다.

상기 미분탄 취입관(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 미분탄 저장 호퍼(200)와 고로(300)의 풍구(310) 사이에 연결되는 관으로, 호퍼쪽 관로 일측에는 유량 제어밸브(11)가 설치되어 설정된 유량에 맞춰 취입관(10)의 관로를 개폐하게 된다. 또한, 상기 취입관(10)의 고로쪽 관로 일측에는 유량 검출계(12)가 설치되어 취입관(10)으로 투입되는 미분탄의 유량을 검출하게 된다.

여기서 본 미분탄 취입관 청소장치는 상기 취입관(10)에 연결되어 취입관(10) 내부로 고압의 질소를 투입하기 위한 질소투입부와, 상기 질소 투입시 취입관(10) 내부로 모래를 투입하기 위한 모래 투입부, 상기 질소 투입을 차단하고 취입관(10) 내부로 고온의 스팀을 투입하기 위한 스팀투입부를 포함한다.

먼저, 상기 질소투입부를 살펴보면, 상기 질소투입부는 미분탄의 이송경로를 따라 상기 유량 제어밸브(11) 전단에서 미분탄 취입관(10)에 연통설치되는 연결관(20)과, 상기 연결관(20) 선단에 연통되어 질소를 공급하는 질소투입관(30), 상기 질소투입관(30) 일측에 설치되어 관로를 개폐하는 제어밸브(31)를 포함한다.

이에 질소투입관(30)을 통해 공급되는 고압의 질소는 연결관(20)을 통해 미분탄 취입관(10)으로 투입되어 미분탄 취입관(10) 내부의 비교적 입자가 큰 이물질을 제거하게 된다.

상기 질소 투입시 미분탄의 투입은 중단되어야 하므로, 상기 연결관(20) 전단에서 취입관(10)에 설치된 개폐밸브(40)는 차단작동된다. 그리고 연결관(20) 상에 설치되어 미분탄 역류와 스팀 역류를 차단하기 위한 차단밸브(41,42)는 개방작동된다. 또한, 고로의 풍구로 취입되는 랜스에 부착된 밸브(43)는 개방작동되며, 스팀과 잔류 질소가스 배출을 위한 분기관(13) 상에 설치된 밸브(44)는 차단작동된다.

본 실시예에서 질소가스가 투입되는 것은 미분탄과 접촉하여도 반응을 하지 않는 불활성가스이기 때문이다. 또한, 상기 질소가스의 투입 압력은 고로 내부의 압력(최고 4.5kg/㎠)보다 훨씬 높은 대략 15 ~ 16kg/㎠의 압력으로 투입되도록 한다.

상기 스팀투입부는 상기 연결관(20)의 차단밸브(41,42) 사이에 설치되어 연결관(20)으로 고온의 스팀을 공급하는 스팀투입관(50)과, 상기 스팀투입관(50) 일측에 설치되어 관로를 개폐하는 제어밸브(51)를 포함한다.

또한, 본 스팀투입부는 고온의 스팀에 의해 미분탄 취입관(10)에 설치된 유량 검출계(12)가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 유량 검출계(12)를 우회하여 스팀이 지나는 구조로 되어 있다. 이를 위해 상기 스팀투입부는 유량 검출계(12)의 전,후단에서 미분탄 취입관(10)을 연결하는 우회관(52)과, 상기 우회관(52)의 입측과 출측에 설치되는 밸브(53,54), 상기 유량검출계 전후단에서 미분탄 취입관(10)을 개폐하는 밸브(55,56)를 포함한다.

이에 스팀투입관(50)을 통해 공급된 고온의 스팀은 연결관(20)을 통해 미분탄 취입관(10)으로 투입되어 분기관(13)을 통해 배출된다. 이 과정에서 미분탄 취입관(10) 내부에 고착된 미분탄이 고온의 스팀에 의해 박리된다.

즉, 고온의 스팀 투입을 간격을 두고 주기적으로 반복함에 따라 미분탄 취입관(10)이 수축과 팽창을 반복하게 된다. 이에 따라 취입관(10) 내부에 고착된 미분 탄이 용이하게 박리되어 제거될 수 있는 것이다.

여기서 스팀 투입시에는 미분탄과 질소가스의 투입이 중단되어야 하므로, 질소투입관(30)의 제어밸브(31)과 연결관(20)에 설치된 차단밸브(42) 및 미분탄 취입관(10)에 설치된 개폐밸브(40)은 폐쇄작동된다. 그리고 연결관(20)에 설치된 차단밸브(41)은 개방작동된다.

또한, 미분탄 취입관(10)을 따라 이송되는 고온의 스팀이 유량 검출계(12)를 우회할 수 있도록, 우회관(52)에 설치된 밸브(53,54)는 개방되고, 유량 검출계(12) 전후단에 배치된 밸브(55,56)은 폐쇄작동된다. 그리고 스팀과 잔존 질소가스 배출을 위해 밸브(43)은 폐쇄작동되며, 분기관(13)에 설치되는 밸브(44)는 개방작동된다.

따라서 미분탄 취입관(10)으로 투입된 고온의 스팀은 유량 검출계(12) 전단에서 우회관(52)을 지나 유량 검출계 후단으로 이송되고 미분탄 취입관(10)에 연통된 분기관을 통해 밖으로 배출된다.

도 3은 본 청소장치의 상기 모래 투입부를 예시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 모래투입부는 모래가 저장되는 모래호퍼(60)와, 모래호퍼(60)와 상기 질소투입관(30) 일측을 연결하는 모래투입관(61), 상기 모래투입관(61)에 설치되는 제어밸브(62)를 포함한다. 또한, 상기 모래호퍼(60)의 상단 일측에는 모래호퍼(60) 내부로 질소를 충압하기 위한 질소충압관(63)이 설치된다. 미설명된 도면부호 (64)는 상기 모래호퍼(60) 내부 압력을 검출하기 위한 압력계이고, (65)는 상기 질소투입관(30)의 압력을 측정하기 위한 압력계이다. 본 실 시예에서 상기 모래호퍼(60) 내부로의 질소 충압은 질소투입관(30)의 내부 투입 압력보다 약간 낮은 값을 설정된다.

또한, 본 모래투입부는 모래호퍼(60) 내의 모래가 일정 레벨 이하인 경우 모래를 보충할 수 있도록 보충용 모래가 저장되는 예비호퍼(66)와, 예비호퍼(66)와 상기 모래호퍼(60)를 연결하는 공급관(67), 상기 공급관 상에 설치되는 개폐밸브(68)를 포함한다.

이에 모래호퍼(60) 내부 저장량이 일정값 이하가 되면 제어밸브(62)가 폐쇄작동되어 모래 투입이 중지되고, 공급관(67)의 개페밸브(68)가 개방되면서 예비호퍼(66) 내의 모래가 모래호퍼(60)로 충진된다. 이때 모래호퍼(60) 내부에 충진된 질소는 상기 질소투입관(30)에서 분기된 분기관(69)을 통해 배압처리된다. 이를 위해 상기 질소투입관(30)에 설치된 밸브(71)은 폐쇄작동되고 밸브(72)와 분기관(69)에 설치된 밸브(70)은 개방작동된다.

모래호퍼(60)로 모래가 충진되면 공급관(67)의 개폐밸브(68)가 폐쇄작동되며, 밸브(71)과 밸브(72)는 개방작동되고 밸브(70)은 폐쇄작동되어 모래호퍼(60) 내부로 질소를 충압하게 된다.

모래 호퍼 내부의 모래는 모래투입관(61)의 제어밸브(62)가 개방됨에 따라 연결관(20)으로 투입되고 질소투입관(30)으로부터 투입되는 고압의 질소가스와 함께 미분탄 취입관(10) 내부로 유입된다. 따라서 미분탄 취입관(10) 내부로 고속의 모래가 지나가면서 취입관(10) 내부에 잔류하고 있는 미분탄을 깨끗하게 제거하게 된다.

이하, 도 4를 참조하여 미분탄 취입관(10)의 청소과정을 설명하면 다음과 같다.

미분탄 저장호퍼 내에 저장된 미분탄은 미분탄 취입관(10)을 통해 이송되어 고로의 풍구로 투입된다. 이 과정에서 상기 미분탄 취입관(10)에 설치된 유량 검출계(12)는 미분탄의 취입 유량을 검출하고 이 검출값에 따라 상기 취입관(10) 전단에 설치된 유량 제어밸브(11)가 점차적으로 개방되면서 미분탄의 취입 유량을 제어하게 된다.

이러한 미분탄 취입과정에서 미분탄 취입관(10) 내부에 지속적으로 미분탄이 쌓여 고착되면 취입관(10) 내부 통로가 좁아지면서 미분탄 취입 유량이 줄어들게 된다.

미분탄 취입유량이 줄어들게 되면 상기 유량 제어밸브(11)는 점차적으로 개방되어 미분탄 취입 유량을 늘리게 된다. 여기서 상기 유량 제어밸브가 최대치까지 개방된 상태에서도 지속적으로 유량이 줄어들게 되면 본 장치가 작동되어 취입관(10) 내부의 고착 미분탄을 제거하게 된다.

즉, 본 청소과정은 미분탄 취입관(10)의 유량이 설정 기준값의 70%에 도달되었는지의 여부를 확인한다.(S100)

미분탄 취입 유량이 70%로 떨어지게 되면 취입관(10)에 설치된 개폐밸브(40)가 차단작동되면서 미분탄의 취입을 중지하게 된다.(S200), 더불어 취입 중지에 따른 경보를 발생하게 된다.(S210)

그리고 미분탄과 접촉하여 반응하지 않는 고압의 질소가스를 미분탄 취입 관(10) 내부로 투입하게 된다.(S300)

상기 질소가스의 투입은 언급한 바와 같이 질소투입관(30)에 설치된 제어밸브(31)와, 연결관(20)에 설치된 밸브(41,42)를 개방작동하고, 스팀투입관(50)에 설치된 제어밸브(51)는 폐쇄작동함으로서 이루어진다.

고압의 질소가스가 미분탄 취입관(10) 내부를 지나가게 됨에 따라 취입관(10) 내에 잔류하는 입자가 큰 이물질은 고로로 날려 넣어지게 된다.

설정된 시간이 경과되면 질소 투입을 완료하고 미분탄 취입관(10) 내부로 고온의 스팀을 투입하게 된다.(S400 ~ S500)

고온의 스팀 투입은 언급한 바와 같이 스팀투입관(50)에 설치된 제어밸브(51)와 연결관(20)에 설치된 밸브(41)가 개방작동되고, 질소투입관(30)에 설치된 제어밸브(31)와 연결관(20)에 설치된 밸브(42)는 폐쇄작동함으로서 이루어진다.

또한, 취입관(10)에 설치된 유량 검출계를 고온의 스팀으로부터 보호하기 위하여 밸브(55,56)은 폐쇄작동되고, 우회관(52)에 설치된 밸브(53,54)는 개방작동된다.

이에 질소가스는 투입이 차단된 상태에서 고온의 스팀이 미분탄 취입관(10) 내부로 투입된다. 투입된 고온의 스팀은 미분탄 취입관(10)을 따라 이동되며 우회관(52)을 지나 분기관(13)을 통해 배출된다. 상기 분기관으로는 취입관(10)에 잔존하는 질소가스 또한 배출 처리된다.

일정 시간 동안 고온의 스팀이 투입된 후에는 스팀의 투입이 차단되는 데, 설정된 횟수만큼 고온의 스팀 투입과 차단이 반복되면 다음 과정으로 넘어가게 된 다.(S600)

여기서 상기와 같이 고온의 스팀이 주기적으로 미분탄 취입관(10) 내부로 투입됨으로써, 상기 미분탄 취입관(10)은 냉각과 가열에 따른 수축과 팽창을 반복하게 된다. 이 과정에서 취입관(10) 내부에 고착된 미분탄이 취입관(10)으로부터 박리되게 된다.

상기 과정을 반복한 후에 최종적으로 모래 투입과정을 거친다.(S700)

모래 투입과정은 언급된 바와 같이 모래투입관(61)에 설치된 제어밸브(62)가 개방되고 스팀투입관(50)의 제어밸브(51)는 차단됨으로써 이루어진다. 이때, 질소투입관(30)의 제어밸브(31)는 개방작동되어 고압의 질소가스가 투입되며, 상기 모래는 고압의 질소가스와 함께 취입관(10) 내부로 흘러 들어가게 된다.

이렇게 투입된 모래는 고속으로 취입관(10) 내부를 지나가면서 취입관(10) 내벽에 고착된 미분탄에 충돌되고, 이 과정에서 박리되어 취입관(10) 내에 잔류하고 있는 미분탄을 완전히 제거하게 된다.

상기 모래 투입과정이 끝나면 미분탄 취입관(10)으로 미분탄을 재 취입시키고, 설정된 시간이 경과된 후에 유량 검출계로부터의 검출값이 정상인지의 여부를 확인하게 된다.(S900 ~ S1100)

유량 검출계로부터 측정된 유량값이 비정상인 경우에는 청소 실패 경보를 발생하고 추가 작업을 진행하게 된다.(S1200)

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 일반적으로 고로에 미분탄을 투입하는 구조를 설명하기 위한 개략적인 설비도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 취입관 청소장치의 구성을 도시한 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 일부 구성 상세도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 취입과정을 설명하기 위한 순서도이다.

Claims (7)

1. 미분탄 저장 호퍼로부터 고로로 미분탄을 취입하는 미분탄 취입관의 유량값을 확인하여 이 유량값이 설정치 이하인가 여부를 확인하는 단계와;

   상기 유량값이 설정치 이하인 경우 미분탄의 취입을 중지한 후 고압의 질소가스를 미분탄 취입관 내부로 투입하는 단계; 및

   상기 질소가스 투입 후 설정시간이 경과되면 질소가스 투입을 종료하고, 상기 미분탄 취입관 내부로 고온의 스팀을 설정 횟수만큼 주기적으로 반복 투입하는 단계

   를 포함하는 미분탄 취입관 청소방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고온의 스팀 투입을 종료한 후 상기 미분탄 취입관 내부로 모래를 투입하는 단계를 더 포함하는 미분탄 취입관 청소방법.
4. 미분탄 저장 호퍼와 고로를 연결하는 미분탄 취입관의 전단에 연통설치되는 연결관과, 상기 연결관 선단에 연통되어 질소를 공급하는 질소투입관, 상기 질소투입관에 설치되는 제어밸브를 포함하여 취입관 내부로 고압의 질소가스를 투입하기 위한 질소투입부와,

   상기 연결관에 설치되어 미분탄의 역류를 차단하는 차단밸브 사이에 위치하여 연결관에 연통설치되는 스팀투입관과, 상기 스팀투입관에 설치되는 제어밸브를 포함하여 상기 취입관 내부로 고온의 스팀을 취입하기 위한 스팀투입부

   를 포함하는 미분탄 취입관 청소장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 스팀투입부는 상기 취입관에 설치되는 유량 검출계 전단과 후단에서 상기 취입관과 연통되는 우회관과, 고온의 스팀을 상기 우회관으로 선택적으로 유통시키기 위해 상기 취입관과 우회관에 설치되는 밸브를 더 포함하는 미분탄 취입관 청소장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 취입관 내부로 모래를 투입하는 모래투입부를 더 포함하고,

   상기 모래투입부는 모래가 저장되는 모래호퍼와, 모래호퍼와 상기 질소투입관 일측을 연결하는 모래투입관, 상기 모래투입관에 설치되는 제어밸브를 포함하는 미분탄 취입관 청소장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 모래투입부는 보충용 모래가 저장되는 예비호퍼와, 이 예비호퍼와 상기 모래호퍼를 연결하는 공급관, 상기 공급관 상에 설치되는 개폐밸브를 더 포함하는 미분탄 취입관 청소장치.

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