KR100936355B1 - 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치에 관한 것으로서, 워킹빔 방식 재가열로의 출측도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 차단하여 소재추출시 로내 온도강하 및 산소농도의 변동을 방지하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 재가열로의 출측도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 방지하는 장치에 있어서, 상기 출측도어 개방시 외부에서 유입되는 공기를 차단하기 위해 상기 외부 공기가 지닌 운동량보다 큰 모멘텀의 연소가스를 상기 출측도어 내측의 소재 추출통로 후단에 발생시키는 외기 차단력 발생수단과; 연소제어시스템에서 소재 추출시 발생되는 도어 개방신호 및 도어 폐쇄신호에 의해 상기 외기 차단력 발생수단의 동작을 제어하면서 로압 조절용 댐퍼를 조절하여 로내 압력을 미세하게 상승 또는 하강시키는 전기제어기로 구성되는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치를 제공한다.

재가열로, 출측도어, 외기차단

Description

소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치{Air inflow protection apparatus for discharging process in a reheating furnace}

도 1은 종래의 재가열로 출측 시스템 구성도

도 2a와 도 2b는 각각 종래의 재가열로 소재 장입시 외기침입 현상에 대한 유동 및 온도분포를 도시한 평면도와 정면도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 추출시 외기침입 방지장치 구성을 도시한 측면도

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소재 추출시 외기침입 방지장치를 도시한 정면도

도 5는 본 발명의 외기침입 방지장치에서의 외기차단과정을 설명하기 위하여 도시한 참고도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 로 본체 3a-3f : 연소가스 배출구

4,5 : 연소용 공기 주입구 6,7 : 연료용 노즐

8,9 : 버너 10,11 : 복사 튜브

12,13 : 하부 지지대 14 : 전기 제어기(PLC)

20 : 연소제어시스템(ACC) 23 : 배가스 배관라인

24 : 배열회수 장치 25 : 연돌

26 : 로압 조절용 댐퍼 27 : 출측 차단막

51 : 출측도어 52 : 소재 추출통로

본 발명은 재가열로에서 소재가 추출될 때 침입하는 외부 공기를 차단하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에 있어서 소재를 추출하기 위해 출측 도어를 개방하게 될때 외부의 차가운 공기가 로 내에 침입하는 것을 차단할 수 있도록 함으로써, 소재 추출시 재가열로의 로온 강하 및 산소농도의 변화를 방지할 수 있는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 제철소내 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에서 소재 추출측의 도어가 개방되어 있는 상태를 도시한 측면도로서, 소재를 재가열로에서 추출하기 위한 다수의 통로가 구비되어 있으며, 이러한 재가열로에서 평상시는 상기 소재 추출 통로(52)가 출측도어(51)에 의해 막혀 있는 상태가 되며, 소재의 추출시 출측도어(51)를 열게 되면 상기 소재 추출통로(52)가 도면에 도시된 바와 같이 개방되게 된다.

그런데 상기와 같은 종래의 재가열로에서는 비록 가열로 조업을 1-3[mmH₂O] 의 양의 압력 상태로 조업을 하게 되지만, 추출 측의 로 하부영역이 부력에 의해 음의 압력이 되어 추출 도어로부터 추출 측의 로 하부 영역으로 외부 상온의 공기가 재가열로 내부로 유입하게 된다.

도 2a와 도 2b는 종래의 재가열로에서 소재 장입을 위한 도어 개방시 외기의 침입에 따른 열유동 및 그 온도분포를 나타낸 것으로서, 도 2a는 재가열로의 평면도를, 도 2b는 재가열로의 정면도를 각각 나타낸 것이다.

상기와 같은 외기의 침입이 있게 되면 로 내부에 열유동이 발생되어 도 2a의 평면 상태의 온도 분포도에 도시된 바와 같이 재가열로의 소재 장입측과 로 내부의 안쪽에 온도편차를 심하게 발생시키고, 또한 상기 도 2b의 정면 상태의 온도 분포도에 도시된 바와 같이 재가열로의 소재 장입측 소재를 중심으로 하여 로내 상부와 하부에 온도편차를 심하게 발생시킨다. 이러한 외기의 침입에 의한 열유동 및 온도편차는 소재 장입측이나 소재 추출측에서 동일하게 발생되고 있다.

상기 외기의 침입에 의한 로내 상 하부의 온도편차는 소재 상,하 표면에 과대한 온도차를 발생시켜 품질에 악 영향을 미치는 원인이 되고 있으며, 이들 원인은 또한 재가열로 내부의 산소농도를 변동시키게 되어 재가열로 전체의 연소시스템의 공연비 제어를 부정확하게 만들고, 이에 따라 불완전연소로 이어져 궁극적으로 환경규제물질의 배출을 일으키는 문제점이 되어 왔다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 워킹빔 방식 재가열로의 출측도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 차단하여 소재추출시 로내 온도강하 및 산소농도의 변동을 방지할 수 있는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에서 출측도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 방지하는 장치에 있어서, 상기 출측도어 개방시 외부에서 유입되는 공기를 차단하기 위해 상기 외부 공기가 지닌 운동량보다 큰 상부방향 모멘텀의 연소가스를 상기 출측도어 내측의 소재 추출통로 후단에 발생시키는 외기 차단력 발생수단과; 소재 추출시 로내 연소제어시스템에서 발생되는 도어 개방신호 및 도어 폐쇄신호에 의해 상기 외기 차단력 발생수단의 동작을 제어하면서 로압 조절용 댐퍼를 조절하여 로내 압력을 미세하게 상승 또는 하강시키는 전기 제어기로 구성되어지되,
상기 외기 차단력 발생수단은, 상기 전기 제어기에 의해 개폐되는 연료공급을 위한 노즐과 연소용 공기 주입구를 각각 구비하며 재가열로의 중앙을 향하여 연소가스를 배출할 수 있도록 상기 출측도어 내측의 소재 추출통로 후단 좌, 우측 하부에 각각 설치되는 버너와; 상기 소재 추출통로 후단에 설치되며 상기 각 버너의 연소가스를 포집하여 함유할 수 있도록 소정의 용량으로 형성되고 상기 각 버너의 점화부 선단으로부터 재가열로의 중앙부까지 배열되는 복사 튜브로 구성되는 것을 특징으로 하는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치를 제공한다.

상기 본 발명에서, 상기 복사 튜브는, 상기 포집된 연소가스를 배출하기 위한 다수의 배출구를 형성하되, 그 배출구의 위치가 상기 소재 추출통로에 대응되는 위치에 각각 형성된다.

상기 본 발명에서, 상기 외기 차단력 발생수단은, 상기 각 복사 튜브를 적어도 1개 장소에서 각각 지지하는 다수의 하부 지지대를 더 포함한다.

상기 본 발명에서, 상기 각 버너 설치 위치 안쪽에 외부 공기 유입을 2차적으로 차단하고, 로내 하부의 연소가스의 유출을 차단하기 위한 출측 차단막을 설치한다.

상기 본 발명에서, 상기 출측 차단막은, 로내 연소가스로부터 축열이 가능한 세라믹 계통의 다공성 구조물로 구성한다.
각 실시예는 상기 각 버너 설치 위치 안쪽에 외부 공기 유입을 2차적으로 차단하고, 로내 하부의 연소가스의 유출을 차단하기 위한 출측 차단막을 설치하여 또 다른 실시예를 구성할 수도 있다.

상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치의 개략적인 구성을 보인 측면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예가 적용된 재가열로의 정면 개략도를 나타낸 것이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에 소재 추출을 위해 형성한 다수의 소재 추출통로(52)와, 상기 다수의 통로를 각각 개폐하기 위한 도어 개방신호 및 도어 폐쇄신호를 발생시키면서 로압 조절용 댐퍼를 제어하여 로내 연소시스템을 제어하는 연소제어시스템(20)을 구비하고, 상기 소재 추출통로 개방시 외부에서 유입되는 공기를 차단하기 위해 외부 공기가 지닌 운동량보다 큰 상부방향 모멘텀의 연소가스를 상기 소재 추출통로 후단에 발생시키는 외기 차단력 발생수단과, 상기 연소제어시스템에서 소재 추출시 발생되는 도어 개방신호 및 도어폐쇄신호에 의해 상기 외기 차단력 발생수단의 동작을 제어하면서 상기 로압 조절용 댐퍼를 조절하여 로내 압력을 미세하게 상승 또는 하강시키는 콘트롤 로직을 구비한 전기 제어기(14)(PLC; Programmable Logic Controller)로 구성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 워킹빔 방식 재가열로의 출측도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 차단하기 위한 외기 침입방지 장치는, 외기 차단력을 발생시키는 수단으로서 연료용 노즐(6,7)과, 연소용 공기 주입구(4,5)와 좌,우측 버너(8,9)로 구성된 소형 연소 시스템을 포함하고, 다수의 연소가스 배출구(3a-3f)를 형성한 복사 튜브(10,11)를 포함한다. 게다가 상기 복사 튜브를 하부에서 지지하기 위한 다수의 하부 지지대(12,13)를 포함하며, 도 4에 도시된 바와 같이 로압 조절용 댐퍼(26)와, 세라믹 재질의 다공성판으로 이루어지며 상기 각 버너 설치 위치 안쪽에 외부 공기 유입을 2차적으로 차단하고 로내 하부의 연소가스의 유출을 차단하는 출측 차단막(27)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 버너(8,9)는 상기 전기 제어기(14)에 의해 각각 밸브가 개폐되는 연료용 노즐(6,7)과 연소용 공기 주입구(4,5)를 각각 구비하며, 재가열로의 중앙을 향하여 연소가스를 배출할 수 있도록 출측도어 내측의 소재추출통로 후단 좌, 우측 하부에 그 점화부가 중앙쪽을 향하도록 각각 설치한다. 여기서 버너(8,9)는 상기 전기 제어기의 제어에 의하지 않고 도어 개폐에 관계없이 항상 연소시킬 수도 있으며, 그 경우에는 균열대(추출대) 버너의 연소와 연동되어 제어가 이루어져야 함은 당연할 것이다.

상기 복사 튜브(10,11)는 상기 소재 추출통로 후단에 설치되며 상기 각 버너(8,9)의 연소가스를 포집하여 함유할 수 있도록 소정의 용량으로 형성되고 상기 각 버너의 점화부 선단으로부터 재가열로의 중앙부까지 재가열로의 폭방향으로 배열된다. 그리고 상기 각 복사 튜브(10,11)에는 포집된 연소가스를 배출하기 위한 다수의 배출구를 상기 소재 추출통로에 대응되는 위치에 각각 형성한다. 특히 각 복사 튜브(10,11)의 종단은 상기 다수의 소재 추출통로 중의 한 가운데에 위치한 중앙통로에 위치하도록 하여 다른 통로에 비하여 중앙통로의 상부로 연소가스가 많이 배출되도록 한다. 특히 상기 복사 튜브(10,11)는 외기의 침입 모멘텀을 상쇄시킬 수 있을 만큼 상기 연소가스 배출구(3a-3f)에서 배출되는 연소가스 도출 모멘텀이 확보되도록 그 크기가 결정되어야 하며, 따라서 상기 튜브 내의 배가스 유동속도 및 연소가스 배출구(3a-3f)에서의 배가스 토출 속도를 증대시키기 위하여 그 튜브의 유동 단면적을 작게 형성할 수 있다. 여기서 상기 복사 튜브(10,11)의 단면형상은 원형, 사각형 등으로 형성할 수 있다.

도 5는 출측도어가 열릴 경우의 외기침입 방지과정을 설명하기 위하여 도시한 것으로서, 출측도어(51)가 개방되었을 때 외부의 찬 공기(15c)가 출측도어 안쪽에 설치된 버너(8)와 출측 차단막(27), 그리고 출측도어(51)측을 향하는 로내의 상부 연소가스(15a)에 의해 로내 하부 및 상부로 진입하지 못하고, 다시 외부로 되돌아 나가는 형상을 도시하고 있으며, 또한 로내의 하부 연소가스(15b)는 버너(8)와 출측 차단막(27)에 의해 외부로 유출되지 않고 차단되는 형상을 도시하고 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 작용 및 그에 따른 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에 나타낸 것처럼 전기 제어기(14)는 연소제어시스템(20)으로부터 소재추출 신호를 받아 도어가 열리기 전에 먼저 연소용 공기 주입구 및 연료노즐로 연결된 각 배관의 온/오프 밸브를 작동시켜 연료용 노즐(6,7), 연소용 공기 주입구(4,5)에 각각 연료 및 연소용 공기를 공급하여 로 본체(1) 내부에서 버너(8,9)를 통하여 연소를 시키게 되며, 또한 도 4의 로압 조절용 댐퍼(26)을 조절하여 로내 압을 미세하게 상승하도록 조정을 하게 된다. 이때 발생한 연소가스는 복사 튜브(10,11)를 통하여 로 폭방향의 중심으로 진행하면서 복사 튜브(10,11)의 연소가스 배출구(3a-3f)를 통하여 상부로 분출하게 된다.

이렇게 함으로써 소재 추출통로(52)로 유입되는 외부 공기, 특히 버너(8,9)에서 생성된 연소가스의 부력에 의한 모멘텀보다 작은 운동량으로 침입하는 외부 공기는 도 5에 도시된 바와 같이 차단되어 다시 외부로 되돌아 나가게 되거나, 또는 상기 버너(8,9)의 연소가스에 의한 부력과 상,하부 연소가스(15a,15b)에 의해 장입측의 장입대를 거쳐 도 4의 배가스 배관라인(23)을 통하여 도중에 설치된 배열 회수 장치(recuperator;24)를 거치면서 열교환을 거친 후 200-300^oC의 상태로 주 연소가스와 더불어 연돌(25)을 통하여 배기된다.

또한 상기 버너(8,9)에서 생성된 연소가스의 부력에 의한 모멘텀보다 큰 운동량으로 침입하는 외부 공기는 도 5에 도시된 바와 같이 버너(8,9) 안쪽에 설치된 출측 차단막(27)에 의해 유동방향이 바뀌어 다시 배기되게 된다.

또한 상기 출측 차단막(27)의 재질을 세라믹 계통의 다공성 구조물을 사용함으로써 출측 도어가 닫힌 상태에서 로내 연소가스로부터 충분한 축열이 된 상태이기 때문에 출측 차단막(27)을 통과하는 침입공기는 출측 차단막(27)으로부터 열을 받아 고온의 상태로 로내로 유입되게 되어 출측 로 하부의 로온이 떨어지는 것을 방지할 수가 있으며, 위 과정에서 복사 튜브에 의해 소재하부의 영역으로 복사가 이루어져 균열대(추출대) 하부의 로온을 보상해 주는 효과도 있게 된다.

이후 소재가 완전 추출된 후 연소제어시스템(20)에서 보내오는 도어 폐쇄신호를 전기 제어기(14; PLC)가 받아 도 4의 로압 조절용 댐퍼(26)를 원래 상태로 조절하고, 버너(8,9)로 공급되는 연료 및 연소용 공기를 차단하게 된다. 출측도어가 완전히 닫혔을 경우에는 복사 튜브(10,11)와 출측 차단막(27)은 로내의 가스와 로벽의 복사전열을 받아 설치영역의 분위기인 1000^oC-1300^oC 정도의 상태로 유지되기 때문에 소재 하부면으로의 전열향상도 꾀할 수 있다.

또한, 버너가 소화된 상태 즉 도어가 완전히 닫혀있는 상태에서도 이와 같은 복사 튜브(10,11)와 출측 차단막(27)의 온도확보로 추출 도어를 열었을 경우 출측 로 하부의 로압을 상승시켜 외기 침입량을 줄일 수 있으며, 소량의 연료량으로 연소 배가스의 상부방향 모멘텀을 확보할 수 있게 된다.

이상의 본 발명에 의하면, 워킹빔 방식 재가열로의 출측도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 차단함으로써 재가열로에서의 사용 에너지를 줄일 수 있으며, 가열로 하부 로온을 향상시킬 수 있어 소재 상,하면의 온도편차가 줄어들어 최종 생산품의 품질을 확보하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 재가열로내 외기 침입 차단에 의해 산소농도의 변동을 감소시키고, 이에 따라 재가열로 전체의 연소시스템 공연비 제어가 정확하게 되며, 완전연소를 통해 궁극적으로 환경규제물질의 배출을 감소시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에서 출측도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 방지하는 장치에 있어서,

   상기 출측도어 개방시 외부에서 유입되는 공기를 차단하기 위해 상기 외부 공기가 지닌 운동량보다 큰 상부방향 모멘텀의 연소가스를 상기 출측도어 내측의 소재 추출통로 후단에 발생시키는 외기 차단력 발생수단과;

   소재 추출시 로내 연소제어시스템에서 발생되는 도어 개방신호 및 도어 폐쇄신호에 의해 상기 외기 차단력 발생수단의 동작을 제어하면서 로압 조절용 댐퍼를 조절하여 로내 압력을 미세하게 상승 또는 하강시키는 전기 제어기로 구성되어지되,

   상기 외기 차단력 발생수단은,

   상기 전기 제어기에 의해 개폐되는 연료공급을 위한 노즐과 연소용 공기 주입구를 각각 구비하며 재가열로의 중앙을 향하여 연소가스를 배출할 수 있도록 상기 출측도어 내측의 소재 추출통로 후단 좌, 우측 하부에 각각 설치되는 버너와;

   상기 소재 추출통로 후단에 설치되며 상기 각 버너의 연소가스를 포집하여 함유할 수 있도록 소정의 용량으로 형성되고 상기 각 버너의 점화부 선단으로부터 재가열로의 중앙부까지 배열되는 복사 튜브로 구성되는 것을 특징으로 하는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 복사 튜브는,

   상기 포집된 연소가스를 배출하기 위한 다수의 배출구를 형성하되, 그 배출구의 위치가 상기 소재 추출통로에 대응되는 위치에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 외기 차단력 발생수단은,

   상기 각 복사 튜브를 적어도 1개 장소에서 각각 지지하는 다수의 하부 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 각 버너 설치 위치 안쪽에 외부 공기 유입을 2차적으로 차단하고, 로내 하부의 연소가스의 유출을 차단하기 위한 출측 차단막을 설치한 것을 특징으로 하는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 출측 차단막은,

   로내 연소가스로부터 축열이 가능한 세라믹 계통의 다공성 구조물로 구성한 것을 특징으로 하는 소재 추출시 재가열로내 외기 침입 방지장치.

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